反射膜を有する赤外線電球及びその製造方法
【課題】転写印刷方式によって作製された反射膜付きヒーターの反射層が、使用時間とともに薄くなって反射性能が低下するのを防止できる反射膜付き赤外線電球を提供すること。
【解決手段】本発明の反射膜付き赤外線電球は、石英ガラス或いは石英からなる物質或いは透明な材料からなる管の外側もしくは内側の少なくとも一部分に反射層を形成している。反射層は２つの層のアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれているので、反射層の物質が高温で昇華するのが抑制され、長期間安定した反射性能を持つ照明器具及び反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【解決手段】本発明の反射膜付き赤外線電球は、石英ガラス或いは石英からなる物質或いは透明な材料からなる管の外側もしくは内側の少なくとも一部分に反射層を形成している。反射層は２つの層のアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれているので、反射層の物質が高温で昇華するのが抑制され、長期間安定した反射性能を持つ照明器具及び反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を有するガラス等の透明な材料で作られた管の内側又は外側に反射膜が形成されている、反射膜付き赤外線電球及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線電球が発する熱あるいは照明器具が発する光を所望の方向に向けるために、熱や光を反射する反射膜を設けた赤外線電球や照明器具は従来から広く用いられている。このような反射膜は、曲面スクリーン印刷法、スパッタ法、転写印刷法などで赤外線電球及び照明器具に形成されていた。反射膜は、１層又は２層の反射層から構成されているものが多い。
図１０は特許文献１に示されているハロゲン電球の断面図である。図において、ガラスバルブ５０には、赤外線を反射する第１の赤外線反射膜５１が全面に形成されている。第１の赤外線反射膜５１の上には第２の赤外線反射膜５２が形成されている。第２の赤外線反射膜５２にはフィラメント５４から発する光を外に出すための取出し窓５３が設けられている。
図１１は特許文献２に示されている赤外線放射器の断面図である。図において、外管６０の上半分の外周には、反射層６１が形成されており、その反射層６１を覆うように保護被膜６２が形成されている。内部には螺旋巻きフィラメント６３が設けられている。赤外線は矢印６４で示す方向に出る。
【特許文献１】特開平６−１１９９１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１０に示すハロゲン電球及び図１１に示す赤外線放射器におけるそれぞれの反射膜の形成方法には、曲面スクリーン印刷法、スパッタ法、転写印刷方式などがある。曲面スクリーン印刷法及びスパッタ法は、ともに設備が高価であることから製造コストが高い。また膜厚にバラツキがある。
比較的安価に反射層が作製できる転写印刷方式は、均一な厚みの膜を形成することができる。しかし転写印刷方式で形成した反射膜では、使用時間の経過とともに反射層を形成する物質が昇華し、これに伴って反射層が薄くなり反射性能が低下する。また反射層内で粒子が凝集して隠蔽性がなくなるなどの現象も生じる。さらに外管に直接反射層を形成するので、各々の熱膨張係数の差によってクラックが生じることもある。
本発明は、安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の赤外線電球は、耐熱性を有する透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成した赤外線電球において、前記反射膜が、前記管に密着して形成されたアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に形成された反射層、及び前記反射層を覆うように形成されたオーバーコート層を有することを特徴とする。
この発明によれば、赤外線電球の管の外側又は内側に形成する反射層を、アンダーコート層とオーバーコート層で挟んで密閉し外気に触れないようにしている。これにより反射層を形成する物質が昇華し、反射層が薄くなるのを防ぐことができる。
本発明の赤外線電球の製造方法は、耐熱性を有する透明な材料で管を作る工程、前記管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分にアンダーコート層を形成する工程、前記アンダーコート層の上に反射層を形成する工程、及び前記反射層の上に前記反射層を密閉するようにオーバーコート層を形成する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の反射膜付き赤外線電球は、高い反射効率を持つ反射膜を設けているので、効率の高い赤外線電球を提供することができるとともに、管の形状に関係なく安価に反射層を作製することができる。反射膜がアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれているので反射層の昇華が抑制され、使用時間とともに反射層が薄くならない安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の赤外線電球は、耐熱性を有するガラス、石英、結晶化ガラス、硬質ガラス等、石英を含む透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成している。前記反射膜はアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれて形成されているため安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を得ることができる。本発明の反射膜はアンダーコート層、反射層、オーバーコート層の少なくとも３層以上で形成されている。反射層は次に挙げる材料、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼、の少なくとも１種から形成される。反射層を形成するための焼付け温度は５００℃以上である。
【０００７】
反射膜が前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層、及び内側に形成される場合のオーバーコート層は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質で形成される。前記管の外側に形成される場合の前記アンダーコート層の熱膨張係数は、前記管と反射層に近い値に選定する。また前記反射膜が前記管の内側に形成される場合の前記オーバーコート層の熱膨張係数は、前記アンダーコート層と反射層に近い値に選定する。これにより熱膨張の相違によって生じるクラックの発生を防ぐことができる。また、反射膜が前記管の内側に形成される場合のオーバーコート層は、反射層が全面ムラなくオーバーコートされていることで反射層材料の粒子の分散を防ぐことができる。これにより安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【０００８】
反射膜が前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層、及び内側に形成される場合のアンダーコート層は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明のガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属で形成される。その熱膨張係数は前記管の外側に形成される場合には、前記アンダーコート層と反射層に近い値に選定する。また前記反射膜が前記管の内側に形成される場合には、前記管と反射層との中間の値とする。これにより、熱膨張の相違によって生じるクラックを防ぐことができる。また、反射膜が前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層は、反射層が全面ムラなくオーバーコートされていることで反射層材料の粒子の分散を防ぐことができ安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【０００９】
本発明の反射膜付き赤外線電球の好適な実施の形態を図１から図９を参照して説明する。
【００１０】
以下に説明する本発明の各実施の形態においては、石英ガラス又は石英を含む物質による透明な材料で形成された管の外側又は内側に反射膜を形成している。管の形状は直管もしくは直管の一部に所定の曲率半径の局部を有するもの、もしくは環状のものでもよい。管の断面形状は、円形、楕円形、多角形又はこれらの形状の複合形状であってもよい。
《実施の形態１》
【００１１】
本発明の実施の形態１の赤外線電球を図１から図７を参照して説明する。図１は、実施の形態１に用いる反射膜のない赤外線電球の側断面図である。
図において、石英ガラスの管２の中に、ヒーター材１が収納されている。ヒーター材１の両端にはそれぞれ端子３が設けられており、各端子３にはコイル状のリード線５が接続されている。コイル状リード線５は内部リード線４を経て、金属箔６の一端に接続されている。金属箔６の他端には外部リード線７が接続され管２の外部へ導出されている。管２は金属箔６を含む領域で密封されている。
【００１２】
図２は図１の赤外線電球に反射膜を付けた反射膜付き赤外線電球の一部を破断した側面図である。図において管２の表面には、アンダーコート層１２、反射層１３及びオーバーコート層１４が順次形成されている。
【００１３】
図３は図１の赤外線電球の管２の長手方向に垂直な断面図である。図３に示すように、管２の中にはヒーター材１が封入されている。管２の表面にはアンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４が順次形成されている。ヒーター材１から出て反射層１３に向かう矢印２５ａで示す熱放射（以下、熱放射２５ａ）は、反射層１３で反射されて熱放射２５ｂとなりヒーター材１に当たって吸収される。この熱放射２５ｂはヒーター材１の温度を上昇させる。このヒーター材１から開放面（反射層を有しない側面）に放射される熱放射２６は外部へ放射される。
図４は図３の赤外線電球の製造工程概要を示す分解斜視図である。図において、ヒーター材１を有する管２の約半周の表面にアンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４がこの順序で形成される。ヒーター材１の外部接続の工程及び管２の両端の封止工程については周知のものであるので説明を省略する。
【００１４】
本実施例の赤外線電球では、反射層３をアンダーコート層１２及びオーバーコート層１４で挟むことによって外気から遮断し、反射層１３の昇華や凝集を防ぐことができる。昇華が起きると、時間とともに反射層２３が薄くなるという現象を生じるが、本実施の形態１の赤外線電球では昇華が抑制され反射層１３が薄くなるのを防止することができる。管２、アンダーコート層１２、反射層１３及びオーバーコート層１４の膨張係数をほぼ等しく調整することにより、温度が変化しても各層にクラックが入ることはなく安定した反射特性を長時間維持できる反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【００１５】
図５の（ａ）は、実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の全周放射強度配光分布を示す図であり、図５の（ｂ）は従来の反射膜付き赤外線電球の全周放射強度配光分布を示す図である。図５の（ａ）及び（ｂ）において、０度の方向は、図３で反射膜のない矢印２６で示す側でヒーター材１に垂直な方向であり、１８０度の方向は、矢印２５ａで示す側で、ヒーター材１に垂直な方向である。図５の（ａ）及び（ｂ）において、各同心円に付された数値は、「放射強度比」を示す。放射強度比は、図５の（ａ）に示す全周放射強度配光分布の零度（赤外線電球前面：放射側）の放射強度を、１８０度（赤外線電球背面：反射層側）の放射強度で割った値である。図５の（ａ）及び（ｂ）において点線は、赤外線電球に通電して使用を開始した直後の各方向における放射強度比を示す。図５の（ａ）の実線は１０００時間使用後の各方向における放射強度比を示し、図５の（ｂ）の実線は２４０時間使用後の各方向における放射強度比を示す。図５の（ａ）と図５の（ｂ）との比較から明らかなように、図５の（ａ）に実線及び点線で示す本発明の反射膜付き赤外線電球の放射強度配光分布図では、図の上方の零度の方向で放射強度が最も高くなり、１０００時間使用後においても点線で示すように零度方向で強度が最も高く、その値もわずかしか変わらない。従来の構造の反射膜付き赤外線電球の２４０時間使用後の特性は、反射層が薄くなることにより１８０°の方向、つまり反射層が形成されている方向で放射が大きくなっていることがわかる。これに対して、本発明の反射膜付き赤外線電球は、図５の（ａ）に実線で示すように、１０００時間使用しても反射層側の透過はほとんど増加していない。
【００１６】
図６は、本発明の反射膜付き赤外線電球と、従来の構造の反射膜付き赤外線電球との、放射強度比と経過時間の関係を示すグラフである。図６の縦軸は放射強度比を示し、横軸は使用時間を示す。各棒グラフの左側のものは本発明の反射膜付き赤外線電球のものであり、右側のハッチングを施したものは従来の反射膜付き赤外線電球のものである。図６からわかるように従来の構造の反射膜付き赤外線電球では、２４０時間使用すると、放射強度比が急激に低下していることがわかる。これに対して、本発明の反射膜付き赤外線電球では１０００時間後でも放射強度比が高い値を示していることがわかる。
このように本発明の実施の形態１の反射膜付き赤外線電球は、従来の反射膜付き赤外線電球よりはるかに耐久性に優れ、長時間使用しても良好な反射性能を示す。
【００１７】
以下に図４を参照して実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の製造方法を詳細に説明する。
図において、長尺の石英管を所定の長さに切断して管２を作り、内外を有機溶剤を用いて洗浄する。次に管２の外面の、アンダーコート層１２を形成する領域以外の面に耐熱テープ等を張り付けてマスキングをする。アンダーコート層１２は、ガラス質の材料で形成され、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付け等のいずれかの方法によって作製される。ガラス質の材料とは、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料である。アンダーコート層１２を形成した後マスキングをしたテープを取り外し、焼成炉に入れて例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）で本焼成を行う。管２とアンダーコート層１２の熱膨張の差によって、アンダーコート層１２にクラックが生じるのを防ぐため、アンダーコート層１２の熱膨張係数は、管２と次に形成する反射層１３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定されている。クラックを防ぐ他の方法としては、アンダーコート層１２を複数の層で形成して、熱膨張係数の差を緩和して作製する方法もある。
【００１８】
次に反射層１３を形成する。反射層１３は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。反射層１３は、アンダーコート層１２と次に形成するオーバーコート層１４で挟まれて密封される為、反射層１３を形成する材料の粒子同士は結合が弱くても良い。そのため従来例の反射層よりも低い温度で形成することが可能である。形成した反射層１３を、焼成炉を用いて例えば５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）に加熱し焼成を行う。反射層１３は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼の群から選択した少なくとも１種の材料で形成される。
【００１９】
オーバーコート層１４の形成工程では、アンダーコート層１２と同様に、アンダーコート層１２と反射層１３が形成された管２に、アンダーコート層１２とオーバーコート層１４が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層１４は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等のような焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用いる。これらの材料の転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によってオーバーコート層１４を形成する。オーバーコート層１４は、図３に示すようにアンダーコート層１２との連続部分１４ａがあるように形成するのが好ましい。また反射層１３がオーバーコート層１４で全面ムラなくオーバーコートされているのがより好ましい。
【００２０】
オーバーコート層１４の形成後、マスキングをしたテープを取り外して焼成炉に入れ、例えば温度２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、反射層の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で本焼成を行う。この時反射層１３とオーバーコート層１４の熱膨張の差によってクラックが生じるのを防ぐため、オーバーコート層１４の熱膨張係数を、管２及び反射層１３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定する。クラックを防ぐ他の方法としては、オーバーコート層１４を複数の層で形成し熱膨張係数の差を緩和して作製することもできる。熱膨張係数の好ましい範囲は以下の通りである。例えば管２に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。
【００２１】
前記のアンダーコート層１２・反射層１３・オーバーコート層１４は全て管２の外面に形成しているが、図７に示すように管の内側にアンダーコート層２２、反射層２３、オーバーコート層２４を順次形成してもよい。前記の製造方法では、アンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４をそれぞれ別々の工程で作製しているが、転写等により、２層もしくは３層を一体化したものを作製してもよい。例えば、アンダーコート層１２と反射層１３、反射層１３とオーバーコート層１４、のように２層を一体化したり、アンダーコート層１２と反射層１３及びオーバーコート層１４を一体化して作製することも可能である。
【００２２】
本発明の反射膜形成方法では、反射層１３を、オーバーコート層１４でオーバーコートすることによって反射層１３を形成する材料の粒子の分散を防ぎ、時間とともに反射層が薄くなるのを防止して、長時間安定した反射性能を保つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
《実施の形態２》
【００２３】
本発明の実施の形態２の反射膜付き赤外線電球について図８を参照して説明する。
図８は実施の形態２の、図の紙面に垂直な方向に長い反射膜付き赤外線電球の紙面に平行な面の断面図である。図８において、管３０は断面が楕円形の石英などの管である。管３０の中には、楕円形の焦点の１つの位置にヒーター材３１が設けられている。管３０の外面には、アンダーコート層３２、反射層３３、オーバーコート層３４が形成されている。本実施の形態２の反射膜付き赤外線電球が実施の形態１のものと異なる点は、管３０の断面が楕円形であり、ヒーター材３１の位置が管３０の中心から離れた焦点の位置となっている点である。この構成により、実施の形態２の反射膜付き赤外線電球は図８に矢印３５で示すように、図の右方向に向かう平行な放射を生じる。
【００２４】
次に実施の形態２の反射膜付き赤外線電球の製造方法を以下に説明する。長尺の管の材料を管３０の所定の長さに切断し、有機溶剤を用いて内外の洗浄を行う。洗浄した管３０に、耐熱テープ等を用いてアンダーコート層３２の形成位置を定めマスキングを行う。アンダーコート層３２は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。アンダーコート層３２形成後、マスキングをしたテープを取り外し、焼成炉に入れて、例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）で本焼成を行う。この時管３０とアンダーコート層３２のそれぞれの熱膨張の差によってアンダーコート層３２にクラックが生じるのを防ぐために、アンダーコート層３２の熱膨張係数を、管３０と反射層３３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値となるように選定する。他の方法としては、アンダーコート層３２を複数の層で形成し複数の層によって熱膨張係数の差を緩和して作製してもよい。
【００２５】
次に反射層３３をアンダーコート層３２の上に形成する。反射層３３は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。反射層３３は、アンダーコート層３２とオーバーコート層３４の間に挟まれて密封される為、反射層３３を形成する粒子同士の結合が弱くても良い。その結果従来品よりも低い温度で形成することが可能である。反射層３３を形成した管３０を、焼成炉に入れ、５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）の温度で焼成を行う。オーバーコート層３４もアンダーコート層３２と同様に、アンダーコート層３２と反射層３３の上に、アンダーコート層３２とオーバーコート層３４が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層３４は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。
【００２６】
オーバーコート層３４を形成した後、マスキングをしたテープを取り外して焼成炉に入れ、例えば２００〜６００℃の温度で仮焼成を行う。仮焼成後、反射層３３の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で焼成を行う。この時反射層３３とオーバーコート層３４の熱膨張の差によってクラックが生じるのを防ぐために、オーバーコート層３４の熱膨張係数を、管３０と反射層３３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定する。他の方法としては、オーバーコート層３４を複数の層で形成し、熱膨張係数の差を緩和しつつ作製してもよい。例えば管３０に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。本実施の形態２の反射膜付き赤外線電球では、楕円の１つの焦点位置にヒーター材３１を配置し、その焦点に近い楕円面に反射層３３を設けているので、ヒーター材３１から出る赤外線の大部分が矢印３５で示すように右方へ平行に放射される。そのため右方への放射強度が極めて大きくなる。
《実施の形態３》
【００２７】
本発明の実施の形態３の反射膜付き赤外線電球を図９を参照して説明する。
図９は、実施の形態３の反射膜付き赤外線電球の断面図である。図９において、石英ガラス等耐熱性を有するガラスを球状にした管球４０は、ソケット４１に取り付けられている。管球４０内にフィラメント４２が収納されている。管球４０の外側面を取り囲むように、アンダーコート層４３、反射層４４及びオーバーコート層４５が順次積層して形成されている。点灯時にフィラメント４２から放射される光は、反射膜４４により反射され、管球４０の頂部４０ａから矢印４６の方向に出る。反射膜４４により反射されて矢印４６の方向に出る光の強度は大幅に強くなる。
【００２８】
以下に実施の形態３における反射膜付き赤外線電球の製造方法を説明する。耐熱性を有するガラスを球状に成形して管球４０を作る。管球４０の内外を有機溶剤を用いて洗浄する。洗浄した管球４０の外面に耐熱テープ等を用いてマスキングを行い、アンダーコート層４３を形成する。アンダーコート層４３は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。
【００２９】
アンダーコート層４３を形成後、マスキングをしたテープを取り外し、管球４０を焼成炉内に入れて、例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）の温度で本焼成を行う。この時ガラスの管球４０とアンダーコート層４３の熱膨張の差によってアンダーコート層４３にクラックが生じるのを防ぐため、アンダーコート層４３の熱膨張係数が、石英ガラスと反射層４４のそれぞれの熱膨張係数の中間の値になるようにする。他の方法としては、アンダーコート層４３を複数の層で形成し、熱膨張係数の差を緩和しつつ作製してもよい。次に反射層４４の形成を行う。反射層４４は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。反射層４４は、アンダーコート層４３とオーバーコート層４５で挟まれて密封される為、反射層４４を形成する粒子同士の結合が弱くても良い。その結果従来品よりも低い温度で形成することが可能である。
【００３０】
反射層４４を形成した管球４０を焼成炉に入れ、例えば５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）の温度で焼成を行う。オーバーコート層４５も、アンダーコート層４３と同様に、アンダーコート層４３と反射層４４が形成された管球４０にアンダーコート層４３とオーバーコート層４５が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層４５は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。オーバーコート層４５を形成後、マスキングをしたテープを取り外し管球４０を焼成炉に入れて、例えば２００〜６００℃の温度で仮焼成を行う。
【００３１】
仮焼成後、反射層の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で本焼成を行う。この時反射層４４とオーバーコート層４５の熱膨張の差によって生じるクラックを防ぐため、オーバーコート層４５の、熱膨張係数を管球４０と反射層４４との中間の値に選定する。また、オーバーコート層４５を複数の層で形成し熱膨張係数に傾斜をつけて作製してもよい。例えば管球４０に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。作製したアンダーコート層４３・反射層４４・オーバーコート層４５は、管球４０の一部に開口が形成されるように作製されている。本実施の形態３の赤外線電球は、フィラメント４２から放射される光が管球４０の側面を取り囲む反射層４４により反射され、反射層４４等のない頂部４０ａから出射する。そのため頂部４０ａから出る光の強度は大幅に大きくなり、光を狭い範囲に集中的に放射することができる。
本発明の前記実施の形態１から３の反射膜付き赤外線電球は、例えば加湿器の加熱装置、電気調理器の加熱装置、エアコンの加熱装置、電気暖房機の加熱装置、空気清浄機の加熱装置、トナー定着用などＯＡ機器用の加熱装置、サウナの加熱装置、給湯機の加熱装置、電気治療器の加熱装置、乾燥機の加熱装置等に利用できる。
更には従来の反射膜付き赤外線電球のように、時間経過に伴い反射膜の反射層が昇華により薄くなり著しく反射効率が低下するという欠点が無く、高い反射効率を長時間維持できる加熱装置が実現可能となる。その結果、長寿命で高性能な前記機器類を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明による反射膜付き赤外線電球は、高い反射効率と長寿命を必要とする赤外線電球に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１の、反射膜を付ける前の赤外線電球の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の一部破断断面図
【図３】図２に示す反射膜付き赤外線電球の横断面図
【図４】図２の反射膜付き赤外線電球の要部の分解斜視図
【図５】（ａ）本発明の赤外線電球の全周放射強度配光分布のグラフ、（ｂ）は従来の赤外線電球の全周放射強度配光分布のグラフ
【図６】放射強度比と経過時間の関係を示すグラフ
【図７】管の内側にアンダーコート層・反射層・オーバーコート層を形成した赤外線電球の例を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態２の反射膜付き赤外線電球の断面図
【図９】本発明の実施の形態３の反射膜付き赤外線電球の断面図
【図１０】従来の技術のハロゲン電球の断面図
【図１１】他の従来の技術の赤外線放射器の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１、２１、３１ ヒーター材
２、２０、３０ 管
３ 端子
４ 内部リード線
５ コイル状リード線
６ 箔
７ 外部リード線
１３、２３、３３、４４ 反射層
１４、２４、３４、４５ オーバーコート層
１２、２２、３２、４３ アンダーコート層
４０ 管球
４１ ソケット
４２、５４ フィラメント
５０ ガラスバルブ
５１ 赤外線反射膜
５２ 第２の赤外線反射膜層
５３ 光の取出し窓
６０ 外管
６２ 保護被膜
６３ 螺旋巻きフィラメント
６４ 光線放出軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を有するガラス等の透明な材料で作られた管の内側又は外側に反射膜が形成されている、反射膜付き赤外線電球及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線電球が発する熱あるいは照明器具が発する光を所望の方向に向けるために、熱や光を反射する反射膜を設けた赤外線電球や照明器具は従来から広く用いられている。このような反射膜は、曲面スクリーン印刷法、スパッタ法、転写印刷法などで赤外線電球及び照明器具に形成されていた。反射膜は、１層又は２層の反射層から構成されているものが多い。
図１０は特許文献１に示されているハロゲン電球の断面図である。図において、ガラスバルブ５０には、赤外線を反射する第１の赤外線反射膜５１が全面に形成されている。第１の赤外線反射膜５１の上には第２の赤外線反射膜５２が形成されている。第２の赤外線反射膜５２にはフィラメント５４から発する光を外に出すための取出し窓５３が設けられている。
図１１は特許文献２に示されている赤外線放射器の断面図である。図において、外管６０の上半分の外周には、反射層６１が形成されており、その反射層６１を覆うように保護被膜６２が形成されている。内部には螺旋巻きフィラメント６３が設けられている。赤外線は矢印６４で示す方向に出る。
【特許文献１】特開平６−１１９９１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１０に示すハロゲン電球及び図１１に示す赤外線放射器におけるそれぞれの反射膜の形成方法には、曲面スクリーン印刷法、スパッタ法、転写印刷方式などがある。曲面スクリーン印刷法及びスパッタ法は、ともに設備が高価であることから製造コストが高い。また膜厚にバラツキがある。
比較的安価に反射層が作製できる転写印刷方式は、均一な厚みの膜を形成することができる。しかし転写印刷方式で形成した反射膜では、使用時間の経過とともに反射層を形成する物質が昇華し、これに伴って反射層が薄くなり反射性能が低下する。また反射層内で粒子が凝集して隠蔽性がなくなるなどの現象も生じる。さらに外管に直接反射層を形成するので、各々の熱膨張係数の差によってクラックが生じることもある。
本発明は、安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の赤外線電球は、耐熱性を有する透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成した赤外線電球において、前記反射膜が、前記管に密着して形成されたアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に形成された反射層、及び前記反射層を覆うように形成されたオーバーコート層を有することを特徴とする。
この発明によれば、赤外線電球の管の外側又は内側に形成する反射層を、アンダーコート層とオーバーコート層で挟んで密閉し外気に触れないようにしている。これにより反射層を形成する物質が昇華し、反射層が薄くなるのを防ぐことができる。
本発明の赤外線電球の製造方法は、耐熱性を有する透明な材料で管を作る工程、前記管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分にアンダーコート層を形成する工程、前記アンダーコート層の上に反射層を形成する工程、及び前記反射層の上に前記反射層を密閉するようにオーバーコート層を形成する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の反射膜付き赤外線電球は、高い反射効率を持つ反射膜を設けているので、効率の高い赤外線電球を提供することができるとともに、管の形状に関係なく安価に反射層を作製することができる。反射膜がアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれているので反射層の昇華が抑制され、使用時間とともに反射層が薄くならない安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の赤外線電球は、耐熱性を有するガラス、石英、結晶化ガラス、硬質ガラス等、石英を含む透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成している。前記反射膜はアンダーコート層とオーバーコート層に挟まれて形成されているため安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を得ることができる。本発明の反射膜はアンダーコート層、反射層、オーバーコート層の少なくとも３層以上で形成されている。反射層は次に挙げる材料、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼、の少なくとも１種から形成される。反射層を形成するための焼付け温度は５００℃以上である。
【０００７】
反射膜が前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層、及び内側に形成される場合のオーバーコート層は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質で形成される。前記管の外側に形成される場合の前記アンダーコート層の熱膨張係数は、前記管と反射層に近い値に選定する。また前記反射膜が前記管の内側に形成される場合の前記オーバーコート層の熱膨張係数は、前記アンダーコート層と反射層に近い値に選定する。これにより熱膨張の相違によって生じるクラックの発生を防ぐことができる。また、反射膜が前記管の内側に形成される場合のオーバーコート層は、反射層が全面ムラなくオーバーコートされていることで反射層材料の粒子の分散を防ぐことができる。これにより安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【０００８】
反射膜が前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層、及び内側に形成される場合のアンダーコート層は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明のガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属で形成される。その熱膨張係数は前記管の外側に形成される場合には、前記アンダーコート層と反射層に近い値に選定する。また前記反射膜が前記管の内側に形成される場合には、前記管と反射層との中間の値とする。これにより、熱膨張の相違によって生じるクラックを防ぐことができる。また、反射膜が前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層は、反射層が全面ムラなくオーバーコートされていることで反射層材料の粒子の分散を防ぐことができ安定した反射性能を持つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【０００９】
本発明の反射膜付き赤外線電球の好適な実施の形態を図１から図９を参照して説明する。
【００１０】
以下に説明する本発明の各実施の形態においては、石英ガラス又は石英を含む物質による透明な材料で形成された管の外側又は内側に反射膜を形成している。管の形状は直管もしくは直管の一部に所定の曲率半径の局部を有するもの、もしくは環状のものでもよい。管の断面形状は、円形、楕円形、多角形又はこれらの形状の複合形状であってもよい。
《実施の形態１》
【００１１】
本発明の実施の形態１の赤外線電球を図１から図７を参照して説明する。図１は、実施の形態１に用いる反射膜のない赤外線電球の側断面図である。
図において、石英ガラスの管２の中に、ヒーター材１が収納されている。ヒーター材１の両端にはそれぞれ端子３が設けられており、各端子３にはコイル状のリード線５が接続されている。コイル状リード線５は内部リード線４を経て、金属箔６の一端に接続されている。金属箔６の他端には外部リード線７が接続され管２の外部へ導出されている。管２は金属箔６を含む領域で密封されている。
【００１２】
図２は図１の赤外線電球に反射膜を付けた反射膜付き赤外線電球の一部を破断した側面図である。図において管２の表面には、アンダーコート層１２、反射層１３及びオーバーコート層１４が順次形成されている。
【００１３】
図３は図１の赤外線電球の管２の長手方向に垂直な断面図である。図３に示すように、管２の中にはヒーター材１が封入されている。管２の表面にはアンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４が順次形成されている。ヒーター材１から出て反射層１３に向かう矢印２５ａで示す熱放射（以下、熱放射２５ａ）は、反射層１３で反射されて熱放射２５ｂとなりヒーター材１に当たって吸収される。この熱放射２５ｂはヒーター材１の温度を上昇させる。このヒーター材１から開放面（反射層を有しない側面）に放射される熱放射２６は外部へ放射される。
図４は図３の赤外線電球の製造工程概要を示す分解斜視図である。図において、ヒーター材１を有する管２の約半周の表面にアンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４がこの順序で形成される。ヒーター材１の外部接続の工程及び管２の両端の封止工程については周知のものであるので説明を省略する。
【００１４】
本実施例の赤外線電球では、反射層３をアンダーコート層１２及びオーバーコート層１４で挟むことによって外気から遮断し、反射層１３の昇華や凝集を防ぐことができる。昇華が起きると、時間とともに反射層２３が薄くなるという現象を生じるが、本実施の形態１の赤外線電球では昇華が抑制され反射層１３が薄くなるのを防止することができる。管２、アンダーコート層１２、反射層１３及びオーバーコート層１４の膨張係数をほぼ等しく調整することにより、温度が変化しても各層にクラックが入ることはなく安定した反射特性を長時間維持できる反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
【００１５】
図５の（ａ）は、実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の全周放射強度配光分布を示す図であり、図５の（ｂ）は従来の反射膜付き赤外線電球の全周放射強度配光分布を示す図である。図５の（ａ）及び（ｂ）において、０度の方向は、図３で反射膜のない矢印２６で示す側でヒーター材１に垂直な方向であり、１８０度の方向は、矢印２５ａで示す側で、ヒーター材１に垂直な方向である。図５の（ａ）及び（ｂ）において、各同心円に付された数値は、「放射強度比」を示す。放射強度比は、図５の（ａ）に示す全周放射強度配光分布の零度（赤外線電球前面：放射側）の放射強度を、１８０度（赤外線電球背面：反射層側）の放射強度で割った値である。図５の（ａ）及び（ｂ）において点線は、赤外線電球に通電して使用を開始した直後の各方向における放射強度比を示す。図５の（ａ）の実線は１０００時間使用後の各方向における放射強度比を示し、図５の（ｂ）の実線は２４０時間使用後の各方向における放射強度比を示す。図５の（ａ）と図５の（ｂ）との比較から明らかなように、図５の（ａ）に実線及び点線で示す本発明の反射膜付き赤外線電球の放射強度配光分布図では、図の上方の零度の方向で放射強度が最も高くなり、１０００時間使用後においても点線で示すように零度方向で強度が最も高く、その値もわずかしか変わらない。従来の構造の反射膜付き赤外線電球の２４０時間使用後の特性は、反射層が薄くなることにより１８０°の方向、つまり反射層が形成されている方向で放射が大きくなっていることがわかる。これに対して、本発明の反射膜付き赤外線電球は、図５の（ａ）に実線で示すように、１０００時間使用しても反射層側の透過はほとんど増加していない。
【００１６】
図６は、本発明の反射膜付き赤外線電球と、従来の構造の反射膜付き赤外線電球との、放射強度比と経過時間の関係を示すグラフである。図６の縦軸は放射強度比を示し、横軸は使用時間を示す。各棒グラフの左側のものは本発明の反射膜付き赤外線電球のものであり、右側のハッチングを施したものは従来の反射膜付き赤外線電球のものである。図６からわかるように従来の構造の反射膜付き赤外線電球では、２４０時間使用すると、放射強度比が急激に低下していることがわかる。これに対して、本発明の反射膜付き赤外線電球では１０００時間後でも放射強度比が高い値を示していることがわかる。
このように本発明の実施の形態１の反射膜付き赤外線電球は、従来の反射膜付き赤外線電球よりはるかに耐久性に優れ、長時間使用しても良好な反射性能を示す。
【００１７】
以下に図４を参照して実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の製造方法を詳細に説明する。
図において、長尺の石英管を所定の長さに切断して管２を作り、内外を有機溶剤を用いて洗浄する。次に管２の外面の、アンダーコート層１２を形成する領域以外の面に耐熱テープ等を張り付けてマスキングをする。アンダーコート層１２は、ガラス質の材料で形成され、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付け等のいずれかの方法によって作製される。ガラス質の材料とは、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料である。アンダーコート層１２を形成した後マスキングをしたテープを取り外し、焼成炉に入れて例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）で本焼成を行う。管２とアンダーコート層１２の熱膨張の差によって、アンダーコート層１２にクラックが生じるのを防ぐため、アンダーコート層１２の熱膨張係数は、管２と次に形成する反射層１３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定されている。クラックを防ぐ他の方法としては、アンダーコート層１２を複数の層で形成して、熱膨張係数の差を緩和して作製する方法もある。
【００１８】
次に反射層１３を形成する。反射層１３は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。反射層１３は、アンダーコート層１２と次に形成するオーバーコート層１４で挟まれて密封される為、反射層１３を形成する材料の粒子同士は結合が弱くても良い。そのため従来例の反射層よりも低い温度で形成することが可能である。形成した反射層１３を、焼成炉を用いて例えば５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）に加熱し焼成を行う。反射層１３は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びそれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼の群から選択した少なくとも１種の材料で形成される。
【００１９】
オーバーコート層１４の形成工程では、アンダーコート層１２と同様に、アンダーコート層１２と反射層１３が形成された管２に、アンダーコート層１２とオーバーコート層１４が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層１４は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等のような焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用いる。これらの材料の転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によってオーバーコート層１４を形成する。オーバーコート層１４は、図３に示すようにアンダーコート層１２との連続部分１４ａがあるように形成するのが好ましい。また反射層１３がオーバーコート層１４で全面ムラなくオーバーコートされているのがより好ましい。
【００２０】
オーバーコート層１４の形成後、マスキングをしたテープを取り外して焼成炉に入れ、例えば温度２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、反射層の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で本焼成を行う。この時反射層１３とオーバーコート層１４の熱膨張の差によってクラックが生じるのを防ぐため、オーバーコート層１４の熱膨張係数を、管２及び反射層１３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定する。クラックを防ぐ他の方法としては、オーバーコート層１４を複数の層で形成し熱膨張係数の差を緩和して作製することもできる。熱膨張係数の好ましい範囲は以下の通りである。例えば管２に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。
【００２１】
前記のアンダーコート層１２・反射層１３・オーバーコート層１４は全て管２の外面に形成しているが、図７に示すように管の内側にアンダーコート層２２、反射層２３、オーバーコート層２４を順次形成してもよい。前記の製造方法では、アンダーコート層１２、反射層１３、オーバーコート層１４をそれぞれ別々の工程で作製しているが、転写等により、２層もしくは３層を一体化したものを作製してもよい。例えば、アンダーコート層１２と反射層１３、反射層１３とオーバーコート層１４、のように２層を一体化したり、アンダーコート層１２と反射層１３及びオーバーコート層１４を一体化して作製することも可能である。
【００２２】
本発明の反射膜形成方法では、反射層１３を、オーバーコート層１４でオーバーコートすることによって反射層１３を形成する材料の粒子の分散を防ぎ、時間とともに反射層が薄くなるのを防止して、長時間安定した反射性能を保つ反射膜付き赤外線電球を作製することができる。
《実施の形態２》
【００２３】
本発明の実施の形態２の反射膜付き赤外線電球について図８を参照して説明する。
図８は実施の形態２の、図の紙面に垂直な方向に長い反射膜付き赤外線電球の紙面に平行な面の断面図である。図８において、管３０は断面が楕円形の石英などの管である。管３０の中には、楕円形の焦点の１つの位置にヒーター材３１が設けられている。管３０の外面には、アンダーコート層３２、反射層３３、オーバーコート層３４が形成されている。本実施の形態２の反射膜付き赤外線電球が実施の形態１のものと異なる点は、管３０の断面が楕円形であり、ヒーター材３１の位置が管３０の中心から離れた焦点の位置となっている点である。この構成により、実施の形態２の反射膜付き赤外線電球は図８に矢印３５で示すように、図の右方向に向かう平行な放射を生じる。
【００２４】
次に実施の形態２の反射膜付き赤外線電球の製造方法を以下に説明する。長尺の管の材料を管３０の所定の長さに切断し、有機溶剤を用いて内外の洗浄を行う。洗浄した管３０に、耐熱テープ等を用いてアンダーコート層３２の形成位置を定めマスキングを行う。アンダーコート層３２は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。アンダーコート層３２形成後、マスキングをしたテープを取り外し、焼成炉に入れて、例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後、７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）で本焼成を行う。この時管３０とアンダーコート層３２のそれぞれの熱膨張の差によってアンダーコート層３２にクラックが生じるのを防ぐために、アンダーコート層３２の熱膨張係数を、管３０と反射層３３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値となるように選定する。他の方法としては、アンダーコート層３２を複数の層で形成し複数の層によって熱膨張係数の差を緩和して作製してもよい。
【００２５】
次に反射層３３をアンダーコート層３２の上に形成する。反射層３３は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。反射層３３は、アンダーコート層３２とオーバーコート層３４の間に挟まれて密封される為、反射層３３を形成する粒子同士の結合が弱くても良い。その結果従来品よりも低い温度で形成することが可能である。反射層３３を形成した管３０を、焼成炉に入れ、５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）の温度で焼成を行う。オーバーコート層３４もアンダーコート層３２と同様に、アンダーコート層３２と反射層３３の上に、アンダーコート層３２とオーバーコート層３４が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層３４は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。
【００２６】
オーバーコート層３４を形成した後、マスキングをしたテープを取り外して焼成炉に入れ、例えば２００〜６００℃の温度で仮焼成を行う。仮焼成後、反射層３３の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で焼成を行う。この時反射層３３とオーバーコート層３４の熱膨張の差によってクラックが生じるのを防ぐために、オーバーコート層３４の熱膨張係数を、管３０と反射層３３のそれぞれの熱膨張係数の中間の値に選定する。他の方法としては、オーバーコート層３４を複数の層で形成し、熱膨張係数の差を緩和しつつ作製してもよい。例えば管３０に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。本実施の形態２の反射膜付き赤外線電球では、楕円の１つの焦点位置にヒーター材３１を配置し、その焦点に近い楕円面に反射層３３を設けているので、ヒーター材３１から出る赤外線の大部分が矢印３５で示すように右方へ平行に放射される。そのため右方への放射強度が極めて大きくなる。
《実施の形態３》
【００２７】
本発明の実施の形態３の反射膜付き赤外線電球を図９を参照して説明する。
図９は、実施の形態３の反射膜付き赤外線電球の断面図である。図９において、石英ガラス等耐熱性を有するガラスを球状にした管球４０は、ソケット４１に取り付けられている。管球４０内にフィラメント４２が収納されている。管球４０の外側面を取り囲むように、アンダーコート層４３、反射層４４及びオーバーコート層４５が順次積層して形成されている。点灯時にフィラメント４２から放射される光は、反射膜４４により反射され、管球４０の頂部４０ａから矢印４６の方向に出る。反射膜４４により反射されて矢印４６の方向に出る光の強度は大幅に強くなる。
【００２８】
以下に実施の形態３における反射膜付き赤外線電球の製造方法を説明する。耐熱性を有するガラスを球状に成形して管球４０を作る。管球４０の内外を有機溶剤を用いて洗浄する。洗浄した管球４０の外面に耐熱テープ等を用いてマスキングを行い、アンダーコート層４３を形成する。アンダーコート層４３は、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって形成される。
【００２９】
アンダーコート層４３を形成後、マスキングをしたテープを取り外し、管球４０を焼成炉内に入れて、例えば２００〜６００℃で仮焼成を行う。仮焼成後７００℃以上（好ましくは７００〜１０００℃）の温度で本焼成を行う。この時ガラスの管球４０とアンダーコート層４３の熱膨張の差によってアンダーコート層４３にクラックが生じるのを防ぐため、アンダーコート層４３の熱膨張係数が、石英ガラスと反射層４４のそれぞれの熱膨張係数の中間の値になるようにする。他の方法としては、アンダーコート層４３を複数の層で形成し、熱膨張係数の差を緩和しつつ作製してもよい。次に反射層４４の形成を行う。反射層４４は、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。反射層４４は、アンダーコート層４３とオーバーコート層４５で挟まれて密封される為、反射層４４を形成する粒子同士の結合が弱くても良い。その結果従来品よりも低い温度で形成することが可能である。
【００３０】
反射層４４を形成した管球４０を焼成炉に入れ、例えば５００℃以上（好ましくは５００〜１０００℃）の温度で焼成を行う。オーバーコート層４５も、アンダーコート層４３と同様に、アンダーコート層４３と反射層４４が形成された管球４０にアンダーコート層４３とオーバーコート層４５が重なるように耐熱テープを用いてマスキングを行う。オーバーコート層４５は、透明或いは半透明のガラス或いは不透明なガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になるガラス質の材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料を用い、転写・印刷・ディップ・塗装・メッキ・ＣＶＤ・ＰＶＤ・焼付けのいずれかの方法によって作製される。オーバーコート層４５を形成後、マスキングをしたテープを取り外し管球４０を焼成炉に入れて、例えば２００〜６００℃の温度で仮焼成を行う。
【００３１】
仮焼成後、反射層の焼成温度を超えない温度、例えば７００〜１０００℃で本焼成を行う。この時反射層４４とオーバーコート層４５の熱膨張の差によって生じるクラックを防ぐため、オーバーコート層４５の、熱膨張係数を管球４０と反射層４４との中間の値に選定する。また、オーバーコート層４５を複数の層で形成し熱膨張係数に傾斜をつけて作製してもよい。例えば管球４０に石英管を用い、アンダーコート層にガラス質の材料、反射層に金膜、オーバーコート層にも同様にガラス質の材料を用いた場合、アンダーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１４×１０-7〜４６×１０-7の範囲のものを用いることで最良の結果が得られた。この結果から選択する反射膜層の材料に対して、アンダーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7、オーバーコート層の熱膨張係数は１１×１０-7〜２３５×１０-7の範囲で作製することが可能である。作製したアンダーコート層４３・反射層４４・オーバーコート層４５は、管球４０の一部に開口が形成されるように作製されている。本実施の形態３の赤外線電球は、フィラメント４２から放射される光が管球４０の側面を取り囲む反射層４４により反射され、反射層４４等のない頂部４０ａから出射する。そのため頂部４０ａから出る光の強度は大幅に大きくなり、光を狭い範囲に集中的に放射することができる。
本発明の前記実施の形態１から３の反射膜付き赤外線電球は、例えば加湿器の加熱装置、電気調理器の加熱装置、エアコンの加熱装置、電気暖房機の加熱装置、空気清浄機の加熱装置、トナー定着用などＯＡ機器用の加熱装置、サウナの加熱装置、給湯機の加熱装置、電気治療器の加熱装置、乾燥機の加熱装置等に利用できる。
更には従来の反射膜付き赤外線電球のように、時間経過に伴い反射膜の反射層が昇華により薄くなり著しく反射効率が低下するという欠点が無く、高い反射効率を長時間維持できる加熱装置が実現可能となる。その結果、長寿命で高性能な前記機器類を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明による反射膜付き赤外線電球は、高い反射効率と長寿命を必要とする赤外線電球に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１の、反射膜を付ける前の赤外線電球の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１の反射膜付き赤外線電球の一部破断断面図
【図３】図２に示す反射膜付き赤外線電球の横断面図
【図４】図２の反射膜付き赤外線電球の要部の分解斜視図
【図５】（ａ）本発明の赤外線電球の全周放射強度配光分布のグラフ、（ｂ）は従来の赤外線電球の全周放射強度配光分布のグラフ
【図６】放射強度比と経過時間の関係を示すグラフ
【図７】管の内側にアンダーコート層・反射層・オーバーコート層を形成した赤外線電球の例を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態２の反射膜付き赤外線電球の断面図
【図９】本発明の実施の形態３の反射膜付き赤外線電球の断面図
【図１０】従来の技術のハロゲン電球の断面図
【図１１】他の従来の技術の赤外線放射器の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１、２１、３１ ヒーター材
２、２０、３０ 管
３ 端子
４ 内部リード線
５ コイル状リード線
６ 箔
７ 外部リード線
１３、２３、３３、４４ 反射層
１４、２４、３４、４５ オーバーコート層
１２、２２、３２、４３ アンダーコート層
４０ 管球
４１ ソケット
４２、５４ フィラメント
５０ ガラスバルブ
５１ 赤外線反射膜
５２ 第２の赤外線反射膜層
５３ 光の取出し窓
６０ 外管
６２ 保護被膜
６３ 螺旋巻きフィラメント
６４ 光線放出軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性を有する透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成した赤外線電球において、前記反射膜が、前記管に密着して形成されたアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に形成された反射層、及び前記反射層を覆うように形成されたオーバーコート層を有することを特徴とする反射膜付き赤外線電球。
【請求項２】
前記アンダーコート層、前記反射層、前記オーバーコート層を含む前記反射膜は少なくとも３層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項３】
前記反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びこれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼の群から選択した少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項４】
前記反射膜は焼付け温度５００℃以上で焼き付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項５】
前記反射膜が、前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層、及び管の内側に形成される場合のオーバーコート層が、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料から選択された少なくとも１種の材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項６】
前記反射膜が、前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層、及び管の内側に形成される場合のアンダーコート層が、透明或いは半透明のガラス或いは不透明のガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料から選択された少なくとも１種の材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項７】
前記反射膜が前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層の熱膨張係数を、前記管と反射層のそれぞれ熱膨張係数の中間の値とすることを特徴とする請求項５に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項８】
前記反射膜が前記管の内側に形成される場合のアンダーコート層の熱膨張係数を、前記管と反射層のそれぞれの熱膨張係数の中間の値とすることを特徴とする請求項６に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項９】
前記アンダーコート層が前記管と前記反射層との間に少なくとも１層形成されていることを特徴とする請求項１、２、５から８のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１０】
前記オーバーコート層は少なくとも１層形成されていることを特徴とする請求項１、２、５、６のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１１】
前記オーバーコート層は、前記アンダーコート層に接して前記反射層の全面を覆っていることを特徴とする請求項１、２、５から１０、１１のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１２】
前記反射膜を形成する前記管は直管もしくは直管の一部に所定の曲部を有する曲管もしくは環状の管であることを特徴とする請求項１、５、６、７、８、９のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１３】
耐熱性を有する透明な材料で管を作る工程、
前記管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分にアンダーコート層を形成する工程、
前記アンダーコート層の上に反射層を形成する工程、及び
前記反射層の上に前記反射層を密閉するようにオーバーコート層を形成する工程、
を有する赤外線電球の製造方法。
【請求項１４】
管の外側の少なくとも一部分に反射膜が形成された赤外線電球において、アンダーコート層、反射層、オーバーコート層は、転写、印刷、ディップ、塗装、メッキ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、焼付けのいずれかの方法によって作製されることを特徴とする請求項１３に記載の反射膜付き赤外線電球の製造方法。
【請求項１５】
前記アンダーコート層、反射層及びオーバーコート層において、２層もしくは３層が同時に作製されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の反射膜付き赤外線電球の製造方法。
【請求項１】
耐熱性を有する透明な材料からなる管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分に反射膜を形成した赤外線電球において、前記反射膜が、前記管に密着して形成されたアンダーコート層、前記アンダーコート層の上に形成された反射層、及び前記反射層を覆うように形成されたオーバーコート層を有することを特徴とする反射膜付き赤外線電球。
【請求項２】
前記アンダーコート層、前記反射層、前記オーバーコート層を含む前記反射膜は少なくとも３層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項３】
前記反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びこれらの合金、アルミナ、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、酸化スズ、ＩＴＯ及びステンレス鋼の群から選択した少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項４】
前記反射膜は焼付け温度５００℃以上で焼き付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項５】
前記反射膜が、前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層、及び管の内側に形成される場合のオーバーコート層が、透明或いは半透明のガラス、又はアルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料から選択された少なくとも１種の材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項６】
前記反射膜が、前記管の外側に形成される場合のオーバーコート層、及び管の内側に形成される場合のアンダーコート層が、透明或いは半透明のガラス或いは不透明のガラス、アルミナ等の焼き上がりが透明・半透明になる材料、又はセラミックス或いは金属のような不透明な材料から選択された少なくとも１種の材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項７】
前記反射膜が前記管の外側に形成される場合のアンダーコート層の熱膨張係数を、前記管と反射層のそれぞれ熱膨張係数の中間の値とすることを特徴とする請求項５に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項８】
前記反射膜が前記管の内側に形成される場合のアンダーコート層の熱膨張係数を、前記管と反射層のそれぞれの熱膨張係数の中間の値とすることを特徴とする請求項６に記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項９】
前記アンダーコート層が前記管と前記反射層との間に少なくとも１層形成されていることを特徴とする請求項１、２、５から８のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１０】
前記オーバーコート層は少なくとも１層形成されていることを特徴とする請求項１、２、５、６のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１１】
前記オーバーコート層は、前記アンダーコート層に接して前記反射層の全面を覆っていることを特徴とする請求項１、２、５から１０、１１のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１２】
前記反射膜を形成する前記管は直管もしくは直管の一部に所定の曲部を有する曲管もしくは環状の管であることを特徴とする請求項１、５、６、７、８、９のいずれかに記載の反射膜付き赤外線電球。
【請求項１３】
耐熱性を有する透明な材料で管を作る工程、
前記管の外側及び内側の少なくとも一方の所定部分にアンダーコート層を形成する工程、
前記アンダーコート層の上に反射層を形成する工程、及び
前記反射層の上に前記反射層を密閉するようにオーバーコート層を形成する工程、
を有する赤外線電球の製造方法。
【請求項１４】
管の外側の少なくとも一部分に反射膜が形成された赤外線電球において、アンダーコート層、反射層、オーバーコート層は、転写、印刷、ディップ、塗装、メッキ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、焼付けのいずれかの方法によって作製されることを特徴とする請求項１３に記載の反射膜付き赤外線電球の製造方法。
【請求項１５】
前記アンダーコート層、反射層及びオーバーコート層において、２層もしくは３層が同時に作製されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の反射膜付き赤外線電球の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３０２７１９（Ｐ２００６−３０２７１９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２４３２９（Ｐ２００５−１２４３２９）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
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