JP2015198063A - infrared heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線ヒーターに関する。 The present invention relates to an infrared heater.
従来、5〜6μmの波長の赤外線を放出する赤外線ヒーターが知られている。例えば、特許文献1では、タングステン等の金属板からなり表面にマイクロキャビティを形成した発熱体を備えた赤外線ヒーターが記載されている。この赤外線ヒーターでは、発熱体に電力を供給すると、マイクロキャビティにより波長5〜6μmの赤外線が増幅されることが記載されている。これにより、5〜6μmの波長の赤外線を放出する赤外線ヒーターにおけるエネルギー効率を向上させることができるとしている。 Conventionally, an infrared heater that emits infrared rays having a wavelength of 5 to 6 μm is known. For example, Patent Document 1 describes an infrared heater including a heating element made of a metal plate such as tungsten and having a microcavity formed on the surface thereof. In this infrared heater, it is described that when power is supplied to the heating element, infrared rays having a wavelength of 5 to 6 μm are amplified by the microcavity. Thereby, it is supposed that the energy efficiency in the infrared heater which emits infrared rays having a wavelength of 5 to 6 μm can be improved.
ところで、発熱体に電力を供給して赤外線を放射させる場合、発熱体の形状に制約が生じる場合があった。例えば、平面状に形成した発熱体に均一に電流を流すことは困難であった。また、平面状に形成した発熱体では抵抗値が確保できず、小電圧大電流になり、配線や制御装置が不経済になる場合があった。そのため、例えば面状の発熱体から赤外線を放射したい場合でも、線状の発熱体をジグザグに湾曲させた形状とする必要があるなど、発熱体の形状に制約が生じる場合があった。そしてその結果、放射される赤外線の面内分布にムラが生じるなどの影響が出る場合があった。特許文献1に記載の発熱体では、マイクロキャビティを形成した発熱体によりピーク波長が5〜6μmの赤外線を放射することができるが、上記のような発熱体の形状による赤外線の面内分布への影響については、他の従来の赤外線ヒーターと同様であった。 By the way, when electric power is supplied to the heating element to emit infrared rays, the shape of the heating element may be restricted. For example, it has been difficult to flow a current uniformly through a heating element formed in a planar shape. In addition, in the case of a heating element formed in a planar shape, a resistance value cannot be ensured, a small voltage and a large current are generated, and wiring and a control device may be uneconomical. Therefore, for example, even when it is desired to radiate infrared rays from a planar heating element, there is a case where the shape of the heating element is restricted, for example, the linear heating element needs to be formed in a zigzag shape. As a result, there are cases in which the in-plane distribution of the emitted infrared rays has an influence such as unevenness. In the heating element described in Patent Document 1, infrared rays having a peak wavelength of 5 to 6 μm can be radiated by the heating element in which the microcavities are formed. About the influence, it was the same as that of other conventional infrared heaters.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、発熱体の形状による影響をより低減しつつマイクロキャビティからの赤外線を放射する赤外線ヒーターを提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and has as its main object to provide an infrared heater that emits infrared rays from a microcavity while further reducing the influence of the shape of the heating element.
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の赤外線ヒーターは、
発熱体と、
少なくとも表面が導電体からなるマイクロキャビティが形成され、前記発熱体からのエネルギーを吸収すると該マイクロキャビティにより非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する特性を有するマイクロキャビティ形成体と、
を備えたものである。
The infrared heater of the present invention is
A heating element;
A microcavity having at least a surface formed of a conductor, and a microcavity forming body having a characteristic of emitting infrared light having a peak wavelength of non-Planck distribution when the energy from the heating element is absorbed;
It is equipped with.
この本発明の赤外線ヒーターでは、発熱体からのエネルギーを吸収すると、マイクロキャビティ形成体がマイクロキャビティから非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する。また、該形成体は二次放射体となって赤外線を放射するため、本赤外線ヒーターから放射される赤外線の面内分布は、マイクロキャビティ形成体の形状によって調整することができる。例えば、面状ヒーターとしたい場合であっても、発熱体自体は必ずしも面状である必要がなく、マイクロキャビティ形成体を面状に形成すればよい。このように、発熱体の形状が、赤外線ヒーターから放射される赤外線の面内分布に影響しにくい。以上により、発熱体の形状による影響をより低減しつつマイクロキャビティからの赤外線を放射することができる。ここで、「少なくとも表面が導電体からなるマイクロキャビティ」とは、少なくとも側面及び底面が導電体からなるマイクロキャビティを意味する。 In the infrared heater according to the present invention, when the energy from the heating element is absorbed, the microcavity forming body emits infrared light having a peak wavelength of non-Planck distribution from the microcavity. Moreover, since this formation body becomes a secondary radiator and emits infrared rays, the in-plane distribution of infrared rays emitted from this infrared heater can be adjusted by the shape of the microcavity formation body. For example, even when it is desired to use a planar heater, the heating element itself does not necessarily have a planar shape, and the microcavity forming body may be formed in a planar shape. Thus, the shape of the heating element hardly affects the in-plane distribution of infrared rays emitted from the infrared heater. As described above, infrared rays from the microcavity can be emitted while further reducing the influence of the shape of the heating element. Here, “a microcavity having at least a surface made of a conductor” means a microcavity having at least a side surface and a bottom surface made of a conductor.
本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記マイクロキャビティ形成体は、前記発熱体からのエネルギーを吸収すると前記マイクロキャビティによりピーク波長が2〜7μmの赤外線を放射する特性を有していてもよい。 In the infrared heater of the present invention, the microcavity forming body may have a characteristic of emitting infrared rays having a peak wavelength of 2 to 7 μm by the microcavity when absorbing energy from the heating element.
本発明の赤外線ヒーターは、前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に形成された冷媒流路を備えていてもよい。こうすれば、冷媒流路を流れる冷媒により赤外線ヒーターの表面の温度を下げることができる。表面温度を下げることで、例えば赤外線ヒーターから赤外線を放射する対象物への悪影響を抑制できる。この場合において、前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に形成され、互いに離間して設けられた第1透過層及び第2透過層、を備え、前記第1透過層及び前記第2透過層は、両方とも、少なくとも前記ピーク波長の赤外線を透過可能であり、前記冷媒流路は、前記第1透過層と前記第2透過層との間に形成されていてもよい。 The infrared heater of the present invention may include a refrigerant flow path formed outside the microcavity forming body as viewed from the heating element. If it carries out like this, the temperature of the surface of an infrared heater can be lowered | hung with the refrigerant | coolant which flows through a refrigerant | coolant flow path. By lowering the surface temperature, for example, adverse effects on an object emitting infrared rays from an infrared heater can be suppressed. In this case, the first transmissive layer and the second transmissive layer, which are formed on the outer side of the microcavity forming body as viewed from the heating element and are provided apart from each other, are provided. Both of the transmission layers can transmit infrared rays having at least the peak wavelength, and the coolant channel may be formed between the first transmission layer and the second transmission layer.
本発明の赤外線ヒーターは、前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に設けられ、前記ピーク波長以外の波長の赤外線の少なくとも一部を吸収可能である部分吸収層を備えていてもよい。こうすれば、赤外線ヒーターから外部に放射される赤外線における、マイクロキャビティ形成体から放射されるピーク波長の赤外線の割合をより高めることができる。なお、前記第1透過層と前記第2透過層を備える態様において、前記第1透過層と前記第2透過層との少なくとも一方が前記部分吸収層であってもよい。 The infrared heater according to the present invention may include a partial absorption layer provided outside the microcavity forming body as viewed from the heating element and capable of absorbing at least part of infrared light having a wavelength other than the peak wavelength. . In this way, the ratio of the infrared rays with the peak wavelength emitted from the microcavity forming body to the infrared rays emitted from the infrared heater to the outside can be further increased. In the aspect including the first transmission layer and the second transmission layer, at least one of the first transmission layer and the second transmission layer may be the partial absorption layer.
本発明の赤外線ヒーターは、前記マイクロキャビティ形成体の前記発熱体側に設けられ、熱伝導率の高い伝導部材を備えていてもよい。こうすれば、マイクロキャビティ形成体の均熱性が向上するため、マイクロキャビティから放射される赤外線の面内分布に偏りが生じにくい。なお「前記マイクロキャビティ形成体の前記発熱体側に設けられ」とは、伝導部材がマイクロキャビティ形成体と直接に接触している場合と、接着層など他の部材を介して間接的に接触している場合とを含む。また、前記伝導部材は、前記マイクロキャビティ形成体よりも熱伝導率が高いものとしてもよい。前記伝導部材は、SiCからなるものとしてもよい。 The infrared heater of the present invention may be provided with a conductive member provided on the heating element side of the microcavity forming body and having a high thermal conductivity. By doing so, the thermal uniformity of the microcavity forming body is improved, so that the in-plane distribution of infrared rays emitted from the microcavity is less likely to be biased. In addition, “provided on the heating element side of the microcavity forming body” means that the conductive member is in direct contact with the microcavity forming body and indirectly in contact with another member such as an adhesive layer. Including the case. The conductive member may have a higher thermal conductivity than the microcavity forming body. The conductive member may be made of SiC.
本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記発熱体と、該発熱体を覆う保護部材と、を有するヒーター本体、を備え、前記マイクロキャビティ形成体は、前記発熱体からみて前記ヒーター本体の外側に設けられていてもよい。この場合において、前記保護部材は管状部材としてもよい。前記保護部材は、前記発熱体に接していてもよいし、離れていてもよい。 The infrared heater of the present invention comprises a heater body having the heating element and a protective member that covers the heating element, and the microcavity forming body is provided outside the heater body as viewed from the heating element. May be. In this case, the protective member may be a tubular member. The protective member may be in contact with the heating element or may be separated.
本発明の赤外線ヒーターにおいて、前記マイクロキャビティは、横幅及び縦幅が3〜4μmであり、深さが2.5〜4μmとしてもよい。この範囲であれば、マイクロキャビティによりピーク波長が5〜7μmの赤外線を確実に放射することができる。なお、この範囲に限らず、横幅及び縦幅や深さを調整することで、マイクロキャビティによりピーク波長が2〜7μmの赤外線を放射することができる。 In the infrared heater of the present invention, the microcavity may have a horizontal width and a vertical width of 3 to 4 μm and a depth of 2.5 to 4 μm. Within this range, infrared rays having a peak wavelength of 5 to 7 μm can be reliably emitted by the microcavity. In addition, not only within this range, but also by adjusting the horizontal width, vertical width, and depth, infrared light having a peak wavelength of 2 to 7 μm can be emitted from the microcavity.
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は赤外線ヒーター10の断面図、図2は図1のA−A断面図である。なお、本実施形態において、左右方向、前後方向及び上下方向は、図1に示した通りとする。赤外線ヒーター10は、ヒーター本体11と、伝導部材20と、マイクロキャビティ形成体30と、ケーシング70とを備えている。この赤外線ヒーター10は、下方に配置された図示しない対象物に向けて所定のピーク波長(本実施形態では、ピーク波長5〜7μm)を有する赤外線を放射するものである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view of the
ヒーター本体11は、いわゆる面状ヒーターとして構成されており、線状の部材をジグザグに湾曲させた発熱体12と、発熱体12に接触して発熱体12の周囲を覆う絶縁体である保護部材13とを備えている。発熱体12は、電力を供給されることなどにより加熱されると熱および輻射エネルギーを放出する。発熱体12の材料としては、例えばW,Mo,Ta,Fe−Cr−Al合金及びNi−Cr合金などが挙げられる。保護部材13の材料としては、例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス等が挙げられる。ヒーター本体11は、発熱体12により前後左右方向に沿った平面(上面及び下面)から赤外線等のエネルギーを伝達可能である。ヒーター本体11は、ケーシング70の内部に配置されている。図2に示すように、発熱体12の前後の両端には、ケーシング70の前後の側部を貫通するホルダー16が取り付けられている。このホルダー16を介して、ケーシング70によりヒーター本体11が支持されている。また、発熱体12の前後の両端に接続された電気配線18は、ホルダー16内を貫通して気密に外部に引き出されている。
The
伝導部材20は、熱伝導率の高い材料で構成された平板状の部材であり、ヒーター本体11の下面及びマイクロキャビティ形成体30の上面に接着されている。伝導部材20とヒーター本体11やマイクロキャビティ形成体30との接着方法は、接着剤によるものでもよいし、または外部材による挟み込み等の機械的圧力によるものでもよい。伝導部材20は、マイクロキャビティ形成体30(特に、本体層32と凸部形成層34との少なくとも一方)よりも熱伝導率の高い材料から形成されていることが好ましい。本実施形態では、伝導部材20は、SiCからなるセラミックスで形成されているものとした。伝導部材20は、本実施形態では、マイクロキャビティ形成体30の上面全面を覆うように形成されているものとした。
The
マイクロキャビティ形成体30は、発熱体12とは反対側の面である下面に複数のマイクロキャビティ40が形成された平板状の部材である。マイクロキャビティ形成体30は、平板状の本体層32と、本体層32の下面に形成されて下向きの凸部を形成する凸部形成層34と、凸部形成層34の表面及びマイクロキャビティ形成体30の表面を覆う導電層36と、を備えている。マイクロキャビティ形成体30は、ケーシング70の下方の開口を塞ぐように配置されており、ヒーター本体11の真下及びその周辺(前後左右方向)の領域を覆うように位置している。本体層32は、本実施形態では、ガラス基板からなるものとした。凸部形成層34は、下から見たときに(図1下段の拡大図も参照)、本体層32の下面の一部を残すように(覆わないように)格子状に形成されている。凸部形成層34は、例えば樹脂や無機材料などにより形成されている。導電層36は、マイクロキャビティ形成体30の下面全体を覆っている。より具体的には、導電層36は、凸部形成層34の下面及び側面(前後左右の面)と、本体層32の下面(凸部形成層34が形成されていない部分)と、を覆っている。導電層36は導電体からなるものであり、材料としては、例えば金,ニッケルなどの金属や導電性樹脂などが挙げられる。また、導電層36は、赤外線域の放射率の低い材料で形成することが好ましい。
The
マイクロキャビティ40は、この導電層36の側面42(導電層36のうち凸部形成層34の側面を覆う部分)と、底面44(導電層36のうち本体層32の下面を覆う部分)とで囲まれた略直方体の空間である。マイクロキャビティ40は、下方に開口した空間として形成されている。マイクロキャビティ40は、図1下段の拡大図に示すように、前後左右に並べて配置されている。各マイクロキャビティ40の側面42の幅は、狭いほうが、マイクロキャビティ形成体40からの輻射に非プランク分布性が増す。このマイクロキャビティ40により、マイクロキャビティ形成体30は発熱体12からのエネルギー(例えば赤外線のエネルギー)を吸収すると、特定の波長域の赤外線の放射率を増加して、下方に放射する。この特定の波長域が、上述した所定のピーク波長(本実施形態では5〜7μm)及びその周辺を含む波長域となるように、マイクロキャビティ40の大きさが設計されている。具体的には、マイクロキャビティ40を下方から平面視したときの形状が正方形の場合、その1辺(横幅及び縦幅)を3〜4μm、深さを2.5〜4μmとしてもよい。例えば、マイクロキャビティ40の1辺を3μm、深さを2.5μmとすると、マイクロキャビティ40により波長5.1μmの放射率が増加される。マイクロキャビティ40の1辺を3μm、深さを4μmとすると、マイクロキャビティ40により波長5.6μmの放射率が増加される。マイクロキャビティ40の1辺を3.5μm、深さを3μmとすると、マイクロキャビティ40により波長6.0μmの放射率が増加される。このように、マイクロキャビティ形成体30は、マイクロキャビティ40が形成されていることで、マイクロキャビティ形成体30の温度に関わらず、所定の波長の放射率を増加してその波長にピークを有する赤外線を放射する特性を有している。すなわち、マイクロキャビティ形成体30は、マイクロキャビティ40により非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する特性を有している。
The
なお、このようなマイクロキャビティ形成体30は、例えば以下のように形成することができる。まず、本体層32の下面となる部分に周知のナノインプリントにより凸部形成層34を形成する。形成するための材料は、最終形態としてセラミックス、ガラス、耐熱樹脂などになる材料が使用できる。そして、凸部形成層34の表面(下面及び側面)及び本体層32の下面を覆うように、例えば金をスパッタリング、ニッケルをメッキ等の表面処理により必要な面に導電性を付与し導電層36を形成する。なお、マイクロキャビティ40を形成するための材料(本体層32及び凸部形成層34)自体が導電性を有する場合は、前記表面処理(導電層36の形成)は省略することができる。導電層36の形成を省略する場合、本体層32及び凸部形成層34は赤外線域の放射率の低い材料で形成することが好ましい。
Such a
ケーシング70は、図1,2に示すように、内部に空間を有し且つ底面が開放された略直方体の形状をしている。このケーシング70内部の空間に、ヒーター本体11,伝導部材20,マイクロキャビティ形成体30が配置されている。ケーシング70の下部には支持部材71が設けられており、この支持部材71がマイクロキャビティ形成体30の下面(導電層36の下面)の前後両端を支持している。ケーシング70は、発熱体12から放出される赤外線を反射するように金属(例えばSUSやアルミニウム)で形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
こうした赤外線ヒーター10の使用例を以下に説明する。まず、図示しない電源を発熱体12の両端の電気配線18に接続し、発熱体12の温度が予め設定された温度(特に限定するものではないが、ここでは700℃とする)になるように発熱体12に電力を供給する。この電力については、マイクロキャビティ形成体30の温度が予め設定された温度になるように供給されてもよい。700℃に達した発熱体12からは、伝導・対流・輻射の伝熱3形態によって周囲にエネルギーが伝達される。本実施形態においては、発熱体12の周囲が保護部材13でモールドされているため、該輻射は保護部材13の表面からの放射に変換される(この場合の輻射は概ね灰色体としての特性を持ち、そのピーク波長はプランク分布のそれに一致すると考えられる)。また、保護部材13とマイクロキャビティ形成体30とは伝導部材20を介して密着しているため、発熱体12からマイクロキャビティ形成体30へは、エネルギーは主として伝導の形で伝達される。この結果、マイクロキャビティ形成体30が加熱されることにより、所定温度に上昇し、二次放射体となって、赤外線を放射するようになる。このとき、マイクロキャビティ形成体30には複数のマイクロキャビティ40が形成されているため、マイクロキャビティ形成体30から下方へ放射される赤外線は所定の波長(本実施形態ではピーク波長5〜7μm)の放射率が増加されたものとなる。その結果、マイクロキャビティ形成体30から下方へは、非プランク分布のピーク波長(マイクロキャビティ形成体30の温度に関わらず定まるピーク波長であり、本実施形態ではピーク波長5〜7μm)を有する赤外線が放射される。これにより、赤外線ヒーター10の下方に配置された対象物に対して、波長が5〜7μmの赤外線を選択的に放射することができる。例えばポリイミド樹脂はピーク波長が5〜6μmの赤外線によって良好にアニールされる。そのため、ポリイミド樹脂を対象物として、この対象物に赤外線ヒーター10から赤外線を放射することで、効率よくアニールを行うことができる。またケトン系の溶剤等はこの波長域に吸収帯を持っているため、こうした溶剤の乾燥にも有効である。なお、本実施形態では、マイクロキャビティ形成体30は上述したようにケーシング70の下方の開口を塞ぐように配置されており、ヒーター本体11の真下の領域を覆っている。そのため、発熱体12(本実施形態では保護部材13)から赤外線ヒーター10の外部に直接には赤外線が放射されにくい。したがって、保護部材13からのプランク分布のピーク波長を有する赤外線が直接対象物に到達しにくいため、赤外線ヒーター10から対象物への赤外線のうち波長が5〜7μmの赤外線の割合が高くなりやすい。また、導電層36を赤外線の放射率の低い材料で形成することで、導電層36自身の非キャビティ部分(たとえば図1において側面42の下方に面した部分、すなわち凸部形成層34の下面を覆う部分)から放射されるプランク分布のピーク波長を有する赤外線の放射強度が低くなる。そのため、赤外線ヒーター10から対象物への赤外線のうち、マイクロキャビティ40で放射率が増幅された波長領域の赤外線の割合がより高くなる。
An example of using such an
以上説明した本実施形態の赤外線ヒーター10によれば、発熱体12からのエネルギーを吸収すると、マイクロキャビティ形成体30が二次放射体となって赤外線を放射するため、赤外線ヒーター10から放射される赤外線の面内分布は、発熱体12の形状に依存せず、マイクロキャビティ形成体30の形状によって調整することができる。例えば、赤外線ヒーター10を面状ヒーターとしたい場合には、発熱体12は必ずしも面状である必要がなく、マイクロキャビティ形成体30を本実施形態のように面状(平板状)に形成すればよい。また、発熱体12は線状の部材をジグザグに湾曲させたものであるが、このような形状では発熱体12が平板状である場合と比べて照射範囲の赤外線の面内分布にムラが生じるなどの影響が出る場合がある。しかし、本実施形態では、赤外線ヒーター10の下方の対象物には主にマイクロキャビティ形成体30からの赤外線が放射されるため、発熱体12の形状が、赤外線ヒーター10から放射される赤外線の面内分布に影響しにくい。以上により、発熱体12の形状による影響をより低減しつつマイクロキャビティ40からの赤外線を放射することができる。
According to the
また、マイクロキャビティ形成体30は、発熱体12からのエネルギーを吸収するとマイクロキャビティ40によりピーク波長が5〜7μmの赤外線を放射する特性を有している。
Further, the
さらに、赤外線ヒーター10は、マイクロキャビティ形成体30の発熱体12側に設けられ、熱伝導率の高い伝導部材30を備えている。そのため、マイクロキャビティ形成体30の均熱性が向上するため、マイクロキャビティ40から放射される赤外線の面内分布に偏りが生じにくい。
Furthermore, the
さらにまた、赤外線ヒーター10は、発熱体12と、発熱体12を覆う保護部材13と、を有するヒーター本体11、を備え、マイクロキャビティ形成体30は、発熱体12からみてヒーター本体11の外側に設けられている。また、保護部材13は、発熱体12に接している。
Furthermore, the
そしてまた、マイクロキャビティ40は、横幅及び縦幅が3〜4μmであり、深さが2.5〜4μmである。この範囲であれば、マイクロキャビティによりピーク波長が5〜7μmの赤外線を確実に放射することができる。
The
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、マイクロキャビティ形成体30の下面が赤外線ヒーター10の外表面を構成しているが、これに限られない。例えば、赤外線ヒーター10が、発熱体12からみてマイクロキャビティ形成体30よりも外側に形成され、互いに離間して設けられた第1透過層及び第2透過層を備えていてもよい。図3は、変形例の赤外線ヒーター110の断面図である。なお、図3は、図2と同じ断面を示している。この赤外線ヒーター110は、マイクロキャビティ形成体30の下方にマイクロキャビティ形成体30から離間して配置された第1透過層50と、第1透過層50の下方に離間して配置された第2透過層52と、を備えている。第1透過層50及び第2透過層52は、少なくとも、マイクロキャビティ形成体30が放射する非プランク分布のピーク波長(赤外線ヒーター110ではピーク波長5〜7μm)の赤外線を透過可能な材料で形成されている。このような第1透過層50及び第2透過層52の材料としては、例えばシリコンやゲルマニウム等が挙げられる。第1透過層50の前後の両端は、ケーシング70に設けられた支持部材72により支持されている。同様に、第2透過層52の前後の両端は、ケーシング70に設けられた支持部材73により支持されている。また、第1透過層50と、第2透過層52と、ケーシング70とで囲まれた空間として冷媒流路75が形成されている。ケーシング70の前後には、ケーシング70を貫通する流体出入口74が形成されている。この流体出入口74の一方から冷媒流路75へ冷媒が流入し、冷媒流路75から流体出入口74の他方へ冷媒が流出するようになっている。この赤外線ヒーター110では、冷媒流路75を流れる冷媒により赤外線ヒーターの表面(下表面)である第2透過層52の温度を下げることができる(例えば300℃以下、200℃以下など)。表面温度を下げることで、例えば赤外線ヒーター110から赤外線を放射する対象物への悪影響を抑制できる。また、第1透過層50と第2透過層52とが冷却されることで、これらが二次放射体となって不要な波長(マイクロキャビティ形成体30が放射する非プランク分布のピーク波長以外の波長)の赤外線が放射されることをより抑制できる。冷媒としては、例えば空気や不活性ガスなどの気体が挙げられる。
For example, in the above-described embodiment, the lower surface of the
なお、冷媒流路は、図3に示したように第1透過層50及び第2透過層52との間に形成されるものに限らず、発熱体12からみてマイクロキャビティ形成体30よりも外側に形成されていればよい。例えば、第2透過層52を備えないものとし、第1透過層50とマイクロキャビティ形成体30との間の空間を冷媒流路としてもよい。
The refrigerant flow path is not limited to the one formed between the first
また、図3に示した赤外線ヒーター110の第1透過層50及び第2透過層52の少なくとも一方が、マイクロキャビティ形成体30が放射する非プランク分布のピーク波長以外の波長の赤外線の少なくとも一部を吸収可能な部分吸収層であってもよい。こうすれば、赤外線ヒーター110から外部に放射される赤外線における、マイクロキャビティ形成体30から放射される非プランク分布のピーク波長の赤外線の割合をより高めることができる。なお、第1透過層50及び第2透過層52の一方が、マイクロキャビティ形成体30から放射される非プランク分布のピーク波長未満の赤外線を吸収可能であり、他方が、マイクロキャビティ形成体30から放射される非プランク分布のピーク波長超過の赤外線を吸収可能であってもよい。例えば、第1透過層50及び第2透過層52の一方が、波長5μm未満の赤外線を吸収する材料で形成され、他方が波長7μm超過の赤外線を吸収する材料で形成されていてもよい。また、赤外線ヒーター10が部分吸収層を備えていてもよいし、赤外線ヒーター110において第1透過層50及び第2透過層52とは別に部分吸収層を備えていてもよい。
In addition, at least one of the
上述した実施形態では、伝導部材20が接着層を介してヒーター本体11の下面及びマイクロキャビティ形成体30の上面に接着されているものとしたが、これに限られない。伝導部材20は、マイクロキャビティ形成体30の発熱体12側に設けられていればよい。例えば、伝導部材20とマイクロキャビティ形成体30とが接着層などの他の部材を介さずに直接に接触していてもよい。また、発熱体12と伝導部材20とが離間していてもよい。また、赤外線ヒーター10において、伝導部材20を備えないものとしてもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、保護部材13は発熱体12に接触して発熱体12の周囲を覆っているものとしたが、これに限られない。例えば、ヒーター本体11が、発熱体12と、発熱体12から離間して発熱体12の周囲を囲む管状(例えば円筒状)の保護部材とを備えていてもよい。また、ヒーター本体11が保護部材を備えないものとしてもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、ヒーター本体11はいわゆる面状ヒーターとし、発熱体12は線状の部材をジグザグに湾曲させたものとしたが、これに限られない。例えば、発熱体12は湾曲しない直線状(例えば、棒状)の部材であってもよい。また、赤外線ヒーター10が、複数のヒーター本体11を備えていてもよい。この場合、複数のヒーター本体11の下方に、複数のヒーター本体11の少なくとも真下を覆うようにマイクロキャビティ形成体30を1つ配置してもよい。すなわち、複数のヒーター本体11に対して、マイクロキャビティ形成体30を共通化してもよい。
In the embodiment described above, the heater
上述した実施形態では、マイクロキャビティ形成体30が本体層32と凸部形成層34とを備えるものとしたが、これに限られない。例えば、マイクロキャビティ形成体30が凸部形成層34を備えないものとし、本体層32にエッチングなどにより有底の穴や溝を形成してもよい。この場合、本体層32に形成した穴や溝の側面や底面を導電層36で覆うことで、マイクロキャビティ40を形成すればよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、マイクロキャビティ40は、底面44と側面42とで囲まれた略直方体の空間であり、このマイクロキャビティ40が前後左右に複数並べて形成されているものとしたが、これに限られない。発熱体12からのエネルギーを吸収すると非プランク輻射のピーク波長を有する赤外線を放射できるようなマイクロキャビティが形成されていればよい。例えば、図4に示すようにマイクロキャビティを形成してもよい。図4に示す変形例の赤外線ヒーター210は、マイクロキャビティ形成体30の代わりにマイクロキャビティ形成体230を備えている点以外は、赤外線ヒーター10と同様の構成をしている。マイクロキャビティ形成体230は、本体層32の下面に凸部形成層234と導電層236とを備えている。マイクロキャビティ形成体230の下面は、赤外線ヒーター10のマイクロキャビティ形成体30の下面とは凹凸が逆転した状態になっている。すなわち、凸部形成層234は、本体層32の下面から下方に突出する複数の直方体を前後左右に並べた形状をしており、本体層32の下面のうち格子状の領域を残すように(覆わないように)形成されている。そして、導電層236は、凸部形成層234の下面及び側面(前後左右の面)と、本体層32の下面(凸部形成層234が形成されていない格子状の領域)と、を覆っている。これにより、マイクロキャビティ形成体30の下面には、前後左右に交差する複数の溝が格子状に形成されている。そして、導電層236の側面242(導電層236のうち凸部形成層234の側面を覆う部分)と、底面244(導電層236のうち本体層32の下面を覆う部分)とで囲まれた空間として、マイクロキャビティ240が形成されている。このような形状のマイクロキャビティ240が形成されたマイクロキャビティ形成体230も、上述した実施形態と同様に、発熱体12からのエネルギーを吸収すると非プランク輻射のピーク波長を有する赤外線を放射する特性を有する。なお、マイクロキャビティ240では、前後又は左右に向かい合う側面242間の距離と、マイクロキャビティ240の深さと、を調整することで、非プランク輻射のピーク波長を調整することができる。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、導電層36は、凸部形成層34の下面及び側面と、本体層32の下面と、を覆っているものとしたが、少なくともマイクロキャビティ40の表面を覆っていればよい。すなわち、導電層36は、少なくとも凸部形成層34の側面と本体層32の下面とを覆っていればよく、凸部形成層34の下面は覆っていなくてもよい。図4のマイクロキャビティ240においても、導電層236は凸部形成層234の下面を覆っていなくてもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、ケーシング70の形状を略直方体の形状としたが、特にこれに限定されるものではなく、どのような形状でもよい。例えば、断面半円の筒状、断面が半楕円の筒状、断面n角形の筒状(nは3以上の整数)などでもよい。
In the embodiment described above, the shape of the
上述した実施形態では、発熱体12の設定温度を700℃としたが、発熱体12から赤外線が放出されるのであれば何℃でもよい。例えば、設定温度を300℃としてもよいし、500℃としてもよい。
In the embodiment described above, the set temperature of the
上述した実施形態では、マイクロキャビティ形成体30は、発熱体12からのエネルギーを吸収するとマイクロキャビティ40によりピーク波長が5〜7μmの赤外線を放射する特性を有するものとしたが、これに限られない。発熱体12からのエネルギーを吸収すると非プランク輻射のピーク波長を有する赤外線を放射できるようなマイクロキャビティが形成されていればよい。例えば、上述した実施形態で示した範囲に限らず、マイクロキャビティ40の横幅及び縦幅や深さを調整することで、マイクロキャビティ形成体がマイクロキャビティによりピーク波長2〜7μmの赤外線を放射する特性を有するものとしてもよい。
In the above-described embodiment, the
10,110,210 赤外線ヒーター、11 ヒーター本体、12 発熱体、13 保護部材、16 ホルダー、18 電気配線、20 伝導部材、30,230 マイクロキャビティ形成体、32 本体層、34,234 凸部形成層、36,236 導電層、40,240 マイクロキャビティ、42,242 側面、44,244 底面、50 第1透過層、52 第2透過層、70 ケーシング、71〜73 支持部材、74 流体出入口、75 冷媒流路。 10, 110, 210 Infrared heater, 11 Heater body, 12 Heating element, 13 Protection member, 16 Holder, 18 Electrical wiring, 20 Conductive member, 30, 230 Microcavity formation body, 32 Body layer, 34, 234 Projection formation layer , 36, 236 Conductive layer, 40, 240 Microcavity, 42, 242 Side surface, 44, 244 Bottom surface, 50 First transmission layer, 52 Second transmission layer, 70 Casing, 71-73 Support member, 74 Fluid inlet / outlet, 75 Refrigerant Flow path.
Claims (8)
少なくとも表面が導電体からなるマイクロキャビティが形成され、前記発熱体からのエネルギーを吸収すると該マイクロキャビティにより非プランク分布のピーク波長を有する赤外線を放射する特性を有するマイクロキャビティ形成体と、
を備えた赤外線ヒーター。 A heating element;
A microcavity having at least a surface formed of a conductor, and a microcavity forming body having a characteristic of emitting infrared light having a peak wavelength of non-Planck distribution when the energy from the heating element is absorbed;
Infrared heater with.
請求項1に記載の赤外線ヒーター。 The microcavity forming body has a characteristic of emitting infrared rays having a peak wavelength of 2 to 7 μm by the microcavity when absorbing energy from the heating element.
The infrared heater according to claim 1.
前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に形成された冷媒流路、
を備えた赤外線ヒーター。 The infrared heater according to claim 1 or 2,
A refrigerant flow path formed outside the microcavity forming body as seen from the heating element;
Infrared heater with.
前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に形成され、互いに離間して設けられた第1透過層及び第2透過層、
を備え、
前記第1透過層及び前記第2透過層は、両方とも、少なくとも前記ピーク波長の赤外線を透過可能であり、
前記冷媒流路は、前記第1透過層と前記第2透過層との間に形成されている、
赤外線ヒーター。 The infrared heater according to claim 3,
A first transmission layer and a second transmission layer which are formed outside the microcavity formation body as viewed from the heating element and are provided apart from each other;
With
Both the first transmissive layer and the second transmissive layer are capable of transmitting at least the infrared of the peak wavelength,
The refrigerant flow path is formed between the first transmission layer and the second transmission layer.
Infrared heater.
前記発熱体からみて前記マイクロキャビティ形成体よりも外側に設けられ、前記ピーク波長以外の波長の赤外線の少なくとも一部を吸収可能である部分吸収層、
を備えた赤外線ヒーター。 The infrared heater according to any one of claims 1 to 4,
A partial absorption layer provided outside the microcavity forming body as seen from the heating element and capable of absorbing at least part of infrared rays having a wavelength other than the peak wavelength;
Infrared heater with.
前記マイクロキャビティ形成体の前記発熱体側に設けられ、熱伝導率の高い伝導部材、
を備えた赤外線ヒーター。 The infrared heater according to any one of claims 1 to 5,
A conductive member provided on the heating element side of the microcavity forming body and having a high thermal conductivity;
Infrared heater with.
前記発熱体と、該発熱体を覆う保護部材と、を有するヒーター本体、
を備え、
前記マイクロキャビティ形成体は、前記発熱体からみて前記ヒーター本体の外側に設けられている、
赤外線ヒーター。 The infrared heater according to any one of claims 1 to 6,
A heater body having the heating element and a protective member covering the heating element;
With
The microcavity forming body is provided outside the heater body as seen from the heating element,
Infrared heater.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の赤外線ヒーター。 The microcavity has a width and length of 3 to 4 μm and a depth of 2.5 to 4 μm.
The infrared heater of any one of Claims 1-7.
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