(57)【要約】【課題】  電力を可視光に変換する効率が高いフィラメントの製造方法を提供する。【解決手段】  白色のセラミックス粒子５０を分散させた溶媒５１に、陰極となる基体５２と、陽極となる電極５３とを浸漬し、基体５２と電極５３の間に電圧を印加することにより、セラミックス粒子５０を基体５２上に電気泳動により堆積させる。この工程を用いて、金属材料により構成された基体５２を、可視光吸収材が添加された白色散乱体層で被覆したフィラメントを製造する。このとき、溶媒５１には、１０−６mol／L以上１０−２mol／L以下の濃度で硝酸塩を添加する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料により構成された基体を、可視光吸収材が添加された白色散乱体層で被覆したフィラメントの製造方法であって、
白色のセラミックス粒子を分散させた溶媒に、陰極となる前記基体と、陽極となる電極とを浸漬し、前記基体と前記電極の間に電圧を印加することにより、前記セラミックス粒子を前記基体上に電気泳動により堆積させる成膜工程を含み、
前記溶媒には、１０−６mol／L以上１０−２mol／L以下の濃度で硝酸塩が添加されていることを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィラメントの製造方法であって、前記セラミックス粒子の粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフィラメントの製造方法であって、前記溶媒は、１vol％以上５vol％以下の濃度で水を含むアルコールであることを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のフィラメントの製造方法であって、前記セラミックス粒子には、前記可視光吸収材が予めドープされていることを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載のフィラメントの製造方法であって、前記成膜工程は、前記セラミックス粒子として、前記可視光吸収材が予めドープされていないセラミックス粒子を用いて前記基体上に第１層を形成する第１工程と、前記可視光吸収材が予めドープされているセラミックス粒子を用いて前記第１層の上に第２層を堆積させる第２工程とを含むことを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載のフィラメントの製造方法であって、前記成膜工程の後、堆積した前記セラミックス粒子の層を焼結する焼結工程をさらに含むことを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のフィラメントの製造方法であって、前記成膜工程の後、堆積した前記セラミックス粒子の層の上に、前記可視光吸収材が含まれる材料を塗布し、前記セラミックス粒子の層を焼結することにより前記可視光吸収材を前記層に拡散させる焼結拡散工程をさらに含むことを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフィラメントの製造方法であって、前記セラミックス粒子は、ルテチア、ハフニア、イットリア、トリア、マグネシア、ジルコニア、イッテルビア、ストロンチア、酸化カルシウム、酸化ベリリウム、酸化ホルミウム、窒化ジルコニア、窒化チタン、および、窒化ホウ素、のうちのいずれかを含有することを特徴とするフィラメントの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のフィラメントの製造方法であって、前記可視光吸収材は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｄｙ、および、Ｐｒのうちのいずれか一つを含むことを特徴とするフィラメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー利用効率を改善した光源用フィラメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タングステン等から成るフィラメントを通電して加熱すると、熱放射が起こる。この熱放射を利用した白熱電球が広く用いられているが、図１に示したように、その放射の大部分が赤外域で起こるため、可視光放射の効率が高くない。特許文献１には、電球ガラスの表面に赤外光反射コートを施し、フィラメントから放射された赤外光を反射してフィラメントに再吸収させ、フィラメントを再加熱して高効率化を図ることが提案されている。
【０００３】
一方、セラミックス成形体を製造する方法として、水を溶媒とする電気泳動堆積法によりセラミックス粒子を堆積させる方法が特許文献２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−５８７５２号公報
【特許文献２】特許第３５７９７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の、赤外放射を赤外線反射コートで反射してフィラメントに再吸収させる技術は、フィラメントによる赤外光の反射率が７０％と高いために再吸収が効率良く起こらない。そこで本発明では、反射率の高い白色散乱体でフィラメントを被覆することにより、フィラメントが放射する赤外光をフィラメントに再吸収させる（すなわち、フィラメントの赤外光放射を抑制する）構造を提供するが、白色散乱体層を金属製のフィラメント基材上に形成することは容易ではない。
【０００６】
例えば、電気泳動堆積法を用いることにより、酸化チタンや酸化アルミニウムなどのセラミックス粒子を金属基材上に堆積させることは可能であるが、溶媒中で電気泳動によりセラミックス粒子を金属基材上に堆積した後、溶媒から基材を引き上げると、溶媒の乾燥に伴うメニスカスの後退によりセラミックス粒子が移動し、堆積膜にクラックが生じやすい。クラックが生じた部位は、膜厚が減少するため、反射率が低下し、フィラメントの赤外光放射を効率よく抑制することができない。また一般的に、絶縁体であるセラミックス粒子の堆積膜が厚くなるほど、その絶縁性により電気泳動の効率が悪くなるため、ある一定の厚み以上に電気泳動堆積法でセラミックス粒子の堆積膜を厚く形成することは難しい。セラミックス粒子の堆積膜（白色散乱体層）の厚みが不十分であれば、反射率が低下し、フィラメントの赤外光放射を効率よく抑制することができない。
【０００７】
本発明の目的は、電力を可視光に変換する効率が高いフィラメントの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、白色のセラミックス粒子を分散させた溶媒に、陰極となる基体と、陽極となる電極とを浸漬し、基体と電極の間に電圧を印加することにより、セラミックス粒子を基体上に電気泳動により堆積させる。この工程を用いて、金属材料により構成された基体を、可視光吸収材が添加された白色散乱体層で被覆したフィラメントを製造する。このとき、溶媒には、１０−６mol／L以上１０−２mol／L以下の濃度で硝酸塩を添加する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、赤外波長領域の反射率が高く、可視光波長領域の反射率が低い白色散乱体層を金属基体上に成膜することができるため、赤外光放射を抑制し、可視光光束効率の高いフィラメントを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のタングステンフィラメントの放射エネルギーの波長依存特性を示すグラフ。
【図２】フィラメント基体（タングステン）の反射率と放射効率の波長依存特性を示すグラフ。
【図３】不純物ドープや金属粒子添加をしていない白色散乱体層で基体（タングステン）を被覆したフィラメントの反射率と放射効率の波長依存特性を示すグラフ。
【図４】本発明の不純物ドープ白色散乱体層で基体（タングステン）を被覆したフィラメントの反射率と放射効率の波長依存特性を示すグラフ。
【図５】本発明の白色散乱体層の製造方法（電気泳動堆積法）の概念を示す説明図。
【図６】平均粒径１μｍ以上のセラミックス粒子（酸化ルテチウム）の電子顕微鏡写真。
【図７】実施例で製造した白色散乱体層の断面の電子顕微鏡写真。
【図８】実施例で製造した白色散乱体層の膜厚と電気泳動時間との関係を示すグラフ。
【図９】実施例で製造した白色散乱体層（膜厚２０，４０，５０μｍ）の赤外光反射スペクトルを示すグラフ。
【図１０】実施例で製造した白色散乱体層（膜厚２０，４０，５０μｍ）の可視光から近赤外光の反射スペクトルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、金属材料により構成された基体を、可視光吸収材が添加された白色散乱体層で被覆したフィラメントを製造する。白色散乱体層は、白色のセラミックス粒子を分散させた溶媒に、陰極となる基体と、陽極となる電極とを浸漬し、基体と前記電極の間に電圧を印加することにより、セラミックス粒子を基体上に電気泳動により堆積させて成膜する。
【００１２】
＜フィラメントの構造＞
まず、本発明の製造方法で製造されるフィラメントの構造について説明する。本発明で製造されるフィラメントは、金属材料により構成された基体と、基体を被覆する白色散乱体層とを有し、白色散乱体層には、可視光領域の光を吸収する可視光吸収材が添加されている。これにより、フィラメントの反射率を赤外光領域を含め広い波長範囲で高め、かつ、可視光領域の反射率を低下させることができる。このような構造のフィラメントを電流供給等により加熱すると、フィラメントから幅広い波長の光が放射される。放射された光のすべてが白色散乱体層で反射され、一旦フィラメントに戻されるが、効率良く高温加熱された白色散乱体層中の可視光吸収材からは可視光のみが放射される。よって、系全体としては、赤外光放射を抑制し、可視光のみを放射していることになり、高効率に可視光を放射することができる。この原理については、後で詳しく説明する。
【００１３】
フィラメントの基体は、高い融点を有する金属、例えば、ＨｆＣ（融点４１６０Ｋ）、ＴａＣ（融点４１５０Ｋ）、ＺｒＣ（融点３８１０Ｋ）、Ｃ（融点３８００Ｋ）、Ｗ（融点３６８０Ｋ）、Ｒｅ（融点３４５３Ｋ）、Ｏｓ（融点３３２７Ｋ）、Ｔａ（融点３２６９Ｋ）、Ｍｏ（融点２８９０Ｋ）、Ｎｂ（融点２７４１Ｋ）、Ｉｒ（融点２６８３Ｋ）、Ｒｕ（融点２５８３Ｋ）、Ｒｈ（融点２２３９Ｋ）、Ｖ（融点２１６０Ｋ）、Ｃｒ（融点２１３０Ｋ）、およびＺｒ（融点２１２５Ｋ）、のうちのいずれかを含有する材料によって形成する。
【００１４】
白色散乱体層を構成するセラミックス粒子の材料としては、融点が２０００Ｋ以上のものを用いる。例えば、ルテチア（Ｌｕ２Ｏ３）、ハフニア（ＨｆＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、トリア（ＴｈＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、イッテルビア（Ｙｂ２Ｏ３）、ストロンチア（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、窒化ジルコニア（ＺｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、および、窒化ホウ素（ＢＮ）、のうちのいずれかを含有するものを用いる。これらのセラミックス粒子（白色散乱体）は、赤外から可視領域にわたって吸収がほとんどなく非常に高い反射特性を示すからである。また、数多くある白色散乱体の中で上記白色散乱体は、フィラメントが効率よく発光する２０００Ｋ以上の温度領域であっても高い反射特性を維持する。
【００１５】
可視光吸収材としては、不純物元素であるＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＤｙおよびＰｒ等を用いることができる。白色散乱体への不純物元素のドープ濃度は、例えば、０．０００１％〜１０％に設定する。
【００１６】
また、フィラメントの基体は、予め表面が鏡面に研磨加工されていることが好ましい。例えば、波長４０００ｎｍ以上の赤外光の反射率が９０％以上であることが好ましい。より短波長の赤外光、例えば波長１０００ｎｍ以上における赤外光の反射率が９０％以上であると、更なる光束効率の向上を期待することが出来るため好ましい。基体の表面粗さは、中心線平均粗さＲａが１μｍ以下、最大高さＲｍａｘが１０μｍ以下、および、十点平均粗さＲｚが１０μｍ以下、のうちの少なくとも１つを満たすことが好ましい。
【００１７】
＜放射の原理＞
次に、本発明の製造方法で製造されるフィラメントの放射の原理を、黒体放射におけるキルヒホッフの法則に基づいて、以下説明する。
【００１８】
自然対流熱伝達の無い条件下（例えば真空中）における材料（ここではフィラメント）の入力エネルギーに対するエネルギー損失は平衡状態では以下の式（１）で与えられる。
【００１９】
（数１）
P(total)=P(conduction)+P(radiation)      ・・・(1)
【００２０】
ここで、P (total)は、全入力エネルギー、P(conduction)は、フィラメントに電流を供給するリード線を経て損失されるエネルギー、P(radiation)は、フィラメントが、加熱された温度で外部空間に光を放射して損失するエネルギーである。フィラメントは、その温度が２３００Ｋ以上の高温になると、リード線を経て損失されるエネルギーはわずか５％程度になり、残りの９５％以上のエネルギーは、光放射によって外部にエネルギーが損失されるため、入力電力の殆ど全てのエネルギーを光に変えることができる。しかしながら、従来の一般的なフィラメントから放射される放射光の内、可視光成分の割合は、図１に示したようにわずか１０％程度で、大部分が赤外放射光成分であるため、そのままでは効率の良い可視光源とはならない。
【００２１】
上記式（１）におけるP(radiation)の項は一般的に、下記式（２）で記述することができる。
【数２】
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式（２）においてε(λ)は、各波長における放射率、αλ−５/(exp(β/λＴ)−１)の項は、プランクの放射則を示す。α＝３．７４７×１０８  Ｗμｍ４／ｍ２、β＝１．４３８７×１０４  μｍＫ、である。また、ε(λ)は、キルヒホッフの法則によって反射率Ｒ(λ)と式（３）の関係にある。
【００２２】
（数３）
ε(λ)＝１−Ｒ(λ)      ・・・(3)
【００２３】
式（２）と式（３）を関連付けて議論すると、仮に反射率が全ての波長に亘って１である材料は、式（３）よりε(λ)＝０となり、ひいては、式（２）における積分値が０となるため放射による損失が起こらなくなる。この物理的意味は、P(total)=P(conduction)となるため、少量の入力エネルギーでも光放射による損失が無く、フィラメントが非常に高い温度まで達することを意味している。すなわち、本加熱物体を外から見たら、放射がないため、高温か低温か全くわからず、触ってみてはじめてわかる状態である。
【００２４】
この原理によれば、赤外光領域から可視光領域にわたって広範囲の波長で吸収がなく、反射率が非常に高い特性（すなわち、赤外光領域から可視光領域にわたって放射率が非常に低い特性）を示す白色散乱体層でフィラメント基体を被覆することにより、フィラメントを加熱しても、赤外光領域から可視光領域での放射を抑制できる。しかしながら、本白色散乱体のままでは、可視光領域での放射も抑制されるため、可視光光束効率の良いフィラメントとはならない。そこで、赤外光領域の放射を抑制したまま可視光領域の放射効率を向上させ、可視光光束効率の良いフィラメントとするために、可視光領域の反射率を低減（放射率を増大）させる工夫を凝らす（式（３）参照）。本発明では、可視光領域の反射率を低減させるために、白色散乱体に不純物（可視光吸収材）を添加する。これにより、白色散乱体に可視光領域に吸収帯域を生じさせ、可視光光束効率の高いフィラメントを実現できる。これを具体例をあげて説明する。
【００２５】
Ｗフィラメントの表面に機械的研磨を施し、表面粗さが、中心線平均粗さＲａ１μｍ以下、最大高さＲｍａｘ１０μｍ以下、および、十点平均粗さＲｚ１０μｍ以下、のうちの少なくとも１つを満たすように鏡面研磨されたＷフィラメント（φ２ｍｍの線材）の反射率と、このフィラメントが２５００Ｋに加熱された際に示す放射効率の波長依存特性（放射スペクトル）を図２に示す。なお、図２は、シミュレーションおよび実験により求めたものである。図２のように、このＷフィラメントの可視光光束効率は、１６．９  ｌｍ／Ｗである。
【００２６】
図２の鏡面研磨Ｗフィラメント（基体）上に、可視光吸収材を添加していない白色散乱体（Ｌｕ２Ｏ３）の層で被覆したフィラメントの反射率および放射率（２５００Ｋ）の波長依存特性を図３に示す。図３は、シミュレーションおよび実験により求めたものである。図３のように、このフィラメントは、白色散乱体層の作用により、紫外光領域、可視光領域および赤外光領域において、反射率が連続してほぼ１と非常に高く、放射率はほぼ０である。このため図３のフィラメントの可視光光束効率は、３．１  ｌｍ／Ｗと、低い数値になっている。なお、図３において、紫外光領域並びに７μｍ以上の波長における赤外部の低反射率部分は、各々、Ｌｕ２Ｏ３白色体の伝導帯エネルギー吸収（紫外部）、並びにＬｕ２Ｏ３の光学フォノン吸収（赤外部：１ＴＯフォノン、１ＬＯフォノン、２ＴＯフォノン、２ＬＯフォノン、等）によるものである。
【００２７】
これに対し、図２の鏡面研磨Ｗフィラメント（基体）を、可視光吸収材としてＣｅを１％程度ドープした白色散乱体（Ｌｕ２Ｏ３）の層（厚さ１００μｍ）で被覆したフィラメントの反射率の波長依存特性および放射効率（２５００Ｋ）の波長依存特性（放射スペクトル）を図４に示す。図４は、シミュレーションおよび実験により求めたものである。図４に示すように、Ｃｅをドープしたことにより、視感度曲線のピーク５５０ｎｍ付近を中心とする可視光領域で反射率がゼロに近くなる帯域が生じている。これにより、可視光領域で放射効率が高まっている。また、可視光領域以外の紫外光領域および赤外光領域では、白色散乱体の作用により、反射率がほぼ１の非常に高い値を示している。これにより、赤外光領域の放射効率を０．１以下に抑制できている。このように、可視光領域の反射率を低減した白色散乱体で被覆することにより、本発明のフィラメントは、１３３．５  ｌｍ／Ｗという非常に高い可視光光束効率が得られる。この可視光光束効率は、従来の白熱電球の略１０倍の効率である。
【００２８】
なお、白色散乱体（セラミックス粒子）は、表面に吸着しているＯＨ基（水）、並びに表面の結晶欠陥（ダングリングボンド）が、赤外領域に大きな吸収を作り出すため、これらを除去する処理を予め施しておくことが望ましい。処理方法としては、広く知られた公知の方法を用いることができる。例えば、セラミックス粒子を、ＮＨ４Ｆ（バッファード弗酸）等により洗浄し、ＯＨ基のＨをＦに置換した後、真空または酸化雰囲気中で１０００℃以上の高温で焼成し、ＯＦ基を除去されるとともに、結晶欠陥を回復させる処理を繰り返し行う方法を用いる。
【００２９】
＜フィラメントの製造方法＞
上述してきたフィラメントの製造方法について、以下説明する。
【００３０】
本実施形態では、図５のように、白色のセラミックス粒子５０を分散させた溶媒５１に、陰極となるフィラメントの基体５２と、陽極となる電極５３とを浸漬し、基体５２と電極５３との間に電源５４から直流電圧を印加する。これにより、セラミックス粒子５０を基体５２上に電気泳動により堆積させ、白色散乱体層を基体５２上に備えたフィラメントを製造する。
【００３１】
基体５２は、製造すべきフィラメントの形状（例えば、らせん状に巻回された線材）に、予め加工されたものを用いる。陽極として用いる電極５３としては、任意の金属（例えばステンレス）を用いることができる。
【００３２】
また、直流電源５４の性能および印加電圧や印加時間についても特別な制限はないが、印加電圧が高いほど成膜速度が大きくなり、成膜時間を短縮できる。このため、５０Ｖ以上の電圧を印加できる環境が実用的には好ましい。なお、電圧の印加時間が長いほど、堆積される膜厚は大きくなる。よって、印加時間の調整することにより、膜厚を制御することができる。
【００３３】
セラミックス粒子５０は、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下の範囲にあるものが望ましい。平均粒径が、１μｍ未満である場合、セラミックス粒子５０を堆積させた白色散乱体層を溶媒５１から引き上げて溶媒を乾燥させる時に、メニスカスの後退により白色散乱体層にクラックが生じる。また、粒径が小さいほど光散乱断面積は小さいため、膜厚を厚くしても拡散反射率があまり大きくならない。一方、図６に示すように、平均粒径１μｍ以上のセラミックス粒子５０を用いた場合、白色散乱体層の溶媒乾燥時にメニスカスの後退の影響を受けにくく、クラックの発生を抑えることができる。また、セラミックス粒子５０の粒径が大きいと光散乱断面積も大きくなるため、ある程度の膜厚で充分な拡散反射率を得ることができる。しかしながら、平均粒径が３０μｍを超えると、溶媒５１中でのセラミックス粒子５０の沈降が速く、溶媒５１中に分散しにくくなるため、基材５２上にセラミックス粒子５０が堆積するのに時間を要してしまう。したがって、本発明で用いるセラミックス粒子５０の平均粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあることが望ましい。
【００３４】
表１に、セラミックス粒子５０の粒径と、成膜される白色散乱体層の膜質との関係を示す。堆積された白色散乱体層に生じたクラックがほとんどなく（クラック数１本／ｃｍ２以下）、かつ、拡散反射率が８０％以上（白色性が高い）場合を○とした。クラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率８０％以上の一方を満たす場合を△とした。それ以外（クラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率が８０％以上の両方を満たさない）場合を×とした。
【表１】
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【００３５】
表１から明らかなように、セラミックス粒子５０の平均粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内であることが望ましい、特に、５μｍ以上１０μｍ以下の場合には、クラックがほとんどなく、かつ、拡散反射率も高いため望ましい。
【００３６】
セラミックス粒子５０を分散させる溶媒５１としては、アルコールを用いることが望ましい。コスト、安全面の観点から、イソプロピルアルコールが特に望ましい。
【００３７】
さらに、アルコール溶媒５１に対して、濃度０．１ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下の範囲で水を添加することが望ましい。純粋なアルコールは誘電率が低いため、溶媒５１とした場合に、電気泳動によるセラミックス粒子５０の移動が遅くなってしまうためである。水を濃度０．１ｖｏｌ％以上添加することにより溶媒５１の誘電率を高めることができ、電気泳動堆積の成膜速度を高めることができる。ただし、５ｖｏｌ％を超える濃度で添加すると、陽極である基材５２上で水の電気分解によるガス発生が激しくなり、セラミックス粒子５０の基材５２への堆積が阻害される。このため、成膜される白色散乱体層が均質な膜にならずに、多孔質な膜となってしまう。よって、水の濃度は、５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。
【００３８】
表２に、水の添加濃度と堆積膜の膜質との関係を示す。評価基準は、表１の場合と同じである。
【表２】
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【００３９】
表２から明らかなように、水の添加濃度は、０．１ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下の範囲である場合、白色散乱体層はクラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率８０％以上の少なくとも一方を満たすため望ましい。特に、２ｖｏｌ％である場合には、クラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率が８０％以上の両方を満たすため望ましい。
【００４０】
溶媒５１には、添加剤として、硝酸塩を濃度１０−６Ｍ以上１０−２Ｍ以下（ただし、Ｍは、mol／Ｌを意味する）の範囲で加えることが望ましい。硝酸塩は、セラミックス粒子５０の溶媒５１中での分散安定性を高め、電気泳動堆積の効率を著しく向上させるためである。セラミックス粒子５０の粒径が小さい場合（１μｍ以下）には、比表面積が大きくなるため、必要となる硝酸塩の量も多くなり、最適な添加濃度は１０−３  Ｍ以上となるが、本発明の好ましい粒径範囲である平均粒径１μｍ以上３０μｍのセラミックス粒子５０を用いた場合には、比表面積が小さいため、添加濃度は１０−６  Ｍ以上１０−２Ｍ以下の範囲で充分である。なお、硝酸塩であれば、どのようなものであってもよいが、一例としては、硝酸マグネシウム（Ｍｇ(ＮＯ３)２）を用いることができる。また、セラミックス粒子５０が硝酸塩を添加した溶媒５１中に一様に分散するよう、電気泳動堆積を行う前に超音波を照射することが望ましい。
【００４１】
表３に、硝酸マグネシウムの溶媒４１への添加濃度と堆積膜の膜質との関係を示す。評価基準は、表１の場合と同じである。
【表３】
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【００４２】
表３から明らかなように、硝酸マグネシウムは、１０−６  Ｍ以上１０−２Ｍ以下の範囲である場合、白色散乱体層は、クラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率が８０％以上の少なくとも一方を満たすため望ましい。特に、１０−４  Ｍ以上１０−３Ｍ以下である場合には、クラック数１本／ｃｍ２以下、および、拡散反射率が８０％以上の両方を満たすため望ましい。
【００４３】
白色散乱体層の膜厚は、十分な反射率が得られる厚さであることが望ましい。具体的には、３０μｍ以上の膜厚であることが望ましい。膜厚３０μｍ以上の白色散乱体層を堆積するためには、上述のセラミックス粒子５０を分散した溶媒５１を用いた場合、７５Ｖの印加電圧で２０分以上電気泳動堆積を行えばよい。
【００４４】
なお、白色散乱体膜の耐久性を高めるために、電気泳動堆積後に白色散乱体層の焼成を行ってもよい。焼成温度は１５００℃以上であることが望ましい。雰囲気や焼成時間については、所望の条件に設定することができる。
【００４５】
可視光吸収材が添加された白色散乱体層を形成するため、可視光吸収材が予めドープされているセラミックス粒子を用いることができる。例えば、可視光吸収材としてＣｅを用いる場合、Ｃｅの塩（例としてＣｅＣｌ３）を溶解した溶液をセラミックス粒子を混合し、乾燥させることにより静電的にＣｅ３＋をセラミックス粒子に吸着させる。その後、焼成（１５００℃）することにより、Ｃｅがドープされているセラミックス粒子を製造することができる。その後、このセラミックス粒子を用いて電気泳動堆積法により白色散乱体層を成膜することにより、可視光吸収材が添加された白色散乱体層を形成できる。
【００４６】
また、セラミックス粒子５０として、可視光吸収材が予めドープされていないセラミックス粒子を用いて基体５２上に第１層を形成した後、可視光吸収材が予めドープされているセラミックス粒子５０を用いて第１層の上に第２層を堆積することにより、２層構造の白色散乱体層を形成することも可能である。
【００４７】
また、可視光吸収材を添加していないセラミックス粒子を堆積した層の上に、可視光吸収材が含まれる材料（例としてＣｅＣｌ３の溶液）を塗布し、その後、セラミックス粒子の層を焼結（例えば、１５００℃以上）することにより、可視光吸収材が拡散したセラミックス粒子層（白色散乱体層）を形成することもできる。
【実施例】
【００４８】
本発明の実施例を以下に示す。
【００４９】
以下の条件で、図５を用いて実施形態で説明した電気泳動堆積法により、セラミックス粒子を堆積させ、白色散乱体層を基材上に成膜した。ただし、セラミックス粒子には、可視光吸収材は添加していない。
【００５０】
セラミックス粒子：酸化ルテチウム（ルテチア）（平均粒径２μｍ）
溶媒：イソプロピルアルコールと水の混合溶媒４０ｍＬ（水の濃度は２ｖｏｌ％）
溶媒中でのセラミックス粒子の濃度：４  ｇ／Ｌ
添加剤：硝酸マグネシウム（濃度は１０−４  Ｍ）
カソード電極（基材）：タングステン
アノード電極：ステンレス
印加電圧：７５Ｖ
印加時間：３０分
堆積膜厚：５０μｍ
【００５１】
得られた白色散乱体層の断面写真を、図７に示す。タングステン基体上に厚さ５０μｍの白色散乱体層が確認できる。
【００５２】
また、電圧を印加する時間（電気泳動時間）を変化させて、白色散乱体層の厚みを測定したところ、図８のような関係であった。電気泳動時間が長くなるほど堆積膜厚は増加するが、金属製の基体上に絶縁層が形成されるため、ある厚み以上では膜厚が増加しにくくなる。本実施例の条件においては、電気泳動時間６０分で５０μｍの厚みの白色散乱体層を形成することができた。
【００５３】
得られた白色散乱体層の赤外域における反射率および可視−近赤外域における反射率はそれぞれ図９、図１０のようになる。３５００  ｃｍ−１付近の反射率の落ち込みは、セラミックス粒子に吸着した水の吸収によるものであり、白色散乱体層を加熱して水を揮発させることにより解消することができる。
【００５４】
また、図９、図１０では、厚み（Ｔ）が２０，４０，５０μｍの白色散乱体層の反射スペクトルをそれぞれ示しているが、Ｔ＝５０μｍのときに、波数７５００〜２０００  ｃｍ−１および波長３００〜２３００  ｎｍ（すなわち０．３〜５μｍ）の波長域において８０％以上の反射率を示した。白色散乱体層に可視光吸収材を添加していないため、可視光から赤外光の広い波長範囲について高い反射率が得られることがわかる。このことは、フィラメント基体からの放射の大部分を白色散乱体層で反射して基体に戻すことができることを示しており、放射によるエネルギー損失は大きく低減されることが期待できる。また、この白色散乱体層に可視光吸収材を添加して可視光域の反射率を低下させることにより、赤外光のみをフィラメント基体に戻して放射を抑制し、可視光光束効率を高まることが期待できる。
【００５５】
上述してきたように、本発明によれば、複雑な形状の金属基体であっても、電気泳動堆積法により厚さが均一な白色散乱体層を形成することできる。また、２０００Ｋ以上の高温でも白色散乱体層の構造を保持することができる。
【００５６】
成膜される白色散乱体層は、可視光吸収材を添加していない状態で、可視から赤外域までの範囲（０．３〜５μｍ）で高い反射率（８０％以上）を示すため、フィラメントからの放射を効率良く抑制できる。また、可視光吸収材を添加することにより、赤外光の放射を抑制しつつ、可視光光束効率が高まると期待できる。
【００５７】
本発明のフィラメントは、白熱電球のフィラメントやマントルヒータに利用することができる。また、平板状の基体に白色散乱体層を形成し、これを対象物に張り付けることにより、白色耐火材、断熱材として用いることができる。例えば、服の表面に張り付け、耐火服として使用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
５０…セラミックス粒子、５１…溶媒、５２…陰極（基体）、５３…陽極（電極）、５４…電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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