(57)【要約】  本発明は、赤外線放射を放出する素子としての加熱フィラメントを取り囲む石英ガラス製の被覆管を有し、前記素子が電流フィードスルーを介して前記被覆管の外側の電気コネクタに接続されている赤外線エミッターに関する。耐用年数および出力密度を改善するために、本発明によれば、加熱フィラメントが、電気絶縁材料からなる表面を有するキャリアプレートを含み、それによって、前記表面が、電流が流れたときに熱を発生する材料からなる印刷導体で覆われていることが提案される。
2019528558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線放射を放出する素子としての加熱フィラメントを取り囲む石英ガラス製の被覆管（１０１）を有し、前記素子が電流フィードスルーを介して前記被覆管の外側の電気コネクタに接続されている赤外線エミッターにおいて、前記加熱フィラメントが、電気絶縁材料からなる表面を有するキャリアプレート（１０２）を含み、それによって、前記表面が、電流が流れたときに熱を発生する材料からなる印刷導体（１０３）で覆われていることを特徴とする、赤外線エミッター。
【請求項２】
前記印刷導体（１０３）の材料が非貴金属であることを特徴とする、請求項１記載の赤外線エミッター。
【請求項３】
前記印刷導体（１０３）の材料が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）、ケイ化クロム（Ｃｒ３Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ポリシリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）および耐熱鋼の群からの１つ以上の構成要素を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の赤外線エミッター。
【請求項４】
前記キャリアプレート（１０２）が、少なくとも２層の材料から形成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項５】
前記キャリアプレート（１０２）が、マトリックス成分と半導体材料の形態の追加成分とによって形成される複合材料を含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項６】
前記マトリックス成分が石英ガラスであり、有利には少なくとも９９．９９％のＳｉＯ２の化学純度および最大でも１％のクリストバライト含有量を有することを特徴とする、請求項５記載の赤外線エミッター。
【請求項７】
前記追加成分が、元素状の形態の半導体材料、有利には元素状シリコンを含むことを特徴とする、請求項５記載の赤外線エミッター。
【請求項８】
前記追加成分が、前記キャリアプレート（１０２）に６００℃の温度で、２〜８μｍの波長に対して少なくとも０．６の分光放射照度εをもたらすような種類と量で存在することを特徴とする、請求項５記載の赤外線エミッター。
【請求項９】
前記キャリアプレート（１０２）が、０．５％未満の閉鎖気孔率を示し、少なくとも２．１９ｇ／ｃｍ３の比重を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１０】
それぞれ個々に電気的に制御可能な複数の印刷導体（１０３）がキャリアプレート（１０２）上に施与されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１１】
印刷導体（１０３）を備えた複数のキャリアプレート（１０２）が被覆管（１０１）内に配置されており、それによって前記キャリアプレート（１０２）がそれぞれ個々に電気的に制御可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１２】
前記印刷導体（１０３）がその上に施与された前記キャリアプレート（１０２）が、前記被覆管（１０１）内で、真空下または窒素、アルゴン、キセノン、クリプトンもしくは重水素の群からの１つ以上のガスを含む保護ガス雰囲気下に保持されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１３】
前記印刷導体（１０３）が、焼き付けされた厚膜層として設けられていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１４】
前記被覆管（１０１）が、部分領域において不透明で高反射性の石英ガラスからなるコーティング（２００）を有することを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の赤外線エミッター。
【請求項１５】
前記コーティング（２００）が、１８０°〜３３０°の角度範囲で前記被覆管（１０１）の周囲に塗布されていることを特徴とする、請求項１４記載の赤外線エミッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線放射を放出する素子としての加熱フィラメントを取り囲む石英ガラス製の被覆管を有し、該素子が電流フィードスルーを介して該被覆管の外側の電気コネクタに接続されている赤外線エミッターに関する。
【０００２】
本発明に従った赤外線エミッターは、二次元または三次元の放射特性を示す。それらは、例えばプラスチック材料の重合用またはラッカーの硬化用または加熱物品の塗料の乾燥用に使用されるが、半導体産業または太陽光発電産業における半導体ウェハの熱処理用にも使用される。
【０００３】
先行技術
公知の赤外線エミッターは、ガラス製の被覆管の内側に、加熱導体または加熱フィラメントとしてのコイル状の抵抗ワイヤまたは抵抗テープを有する。ワイヤまたはテープは、被覆管と全く接触していないか、または本質的に接触していない。抵抗ワイヤから被覆管への熱伝達は、本質的に熱放射によって行われる。加熱フィラメントとも呼ばれる加熱導体は、白熱灯、赤外線エミッターまたは炉内における導電性白熱フィラメント、グローワイヤまたはグローコイルとして使用され、一般に平らなまたはその縦軸の周りでねじられたもしくはコイル状のテープとして細長い形態で存在する。カーボン繊維ベースの加熱フィラメントは、比較的高い電気抵抗と共に良好な機械的安定性を示し、それらは比較的急速な温度変化を許容する。
【０００４】
このような赤外線エミッターの場合、抵抗材料からなる電気抵抗素子がエミッターの実際の赤外線放射を放出する素子となる。石英ガラス製の被覆管は、本質的に赤外線放射を透過するので、抵抗素子により放出された放射は、大きな放射損失なしに加熱物品に伝達される。
【０００５】
電気的特性に関しては、加熱フィラメントの電気抵抗に特に焦点が当てられる。電気抵抗は、一方では、負荷にさらされている間でさえも経時的に一定であるべきであり、他方では、一般的な電圧（例えば２３０Ｖ）で短い長さの加熱フィラメントでも動作できるようにできるだけ高くなければならない。
【０００６】
テープ状加熱フィラメントの場合、公称電気抵抗は、原則として、断面によって、特にテープの厚さによって調整可能である。しかしながら、テープの厚さは、機械的強度および所与の最小耐用年数を考慮すると、限られた程度までしか減少させることができない。この制限は、使用中の加熱フィラメントが、例えば１ｍ以上の長い照射長の場合のように高い機械的負荷にさらされる場合に特に顕著である。
【０００７】
テープ状カーボン加熱フィラメントを備えた赤外線エミッターは、例えば独国特許出願公開第１００２９４３７号明細書(DE 100 29 437 A1)から公知である。コイル状カーボンテープは、石英ガラス製の被覆管の壁から間隔を空けて配置され、その中心軸に沿って配置されている。カーボンテープの端部には接続ラグとの接触部が設けられており、これは被覆管の圧着領域を通って外部電気コネクタに案内されている。被覆管の内側は、酸化による加熱素子の抵抗の変化を防ぐために取付け中に排気される。カーボンエミッターの出力密度は、金属加熱素子を有する赤外線エミッターと比較して、コイル状カーボンテープの表面積が大きいため比較的高い。したがって、それらは、原則として、エミッター長が１メートル未満に制限される用途にも適している。しかしながら、コイル状テープが放射特性を完全に均一にするのではなく、より高い出力密度（いわゆるホットスポット）およびより低い出力密度（コールドスポット）を伴う領域を有することが問題である。これは、特にパネルラジエーター(Flaechenstrahler)の場合、放射物品からの距離をより大きく保つことによって放射をより均一にすることで、その使用時に考慮しなければならない。しかしながら、この手段はエミッターの効率を犠牲にしている。
【０００８】
カーボン加熱フィラメントを備えた赤外線エミッターの他に、いわゆるＫａｎｔｈａｌ（登録商標）加熱素子を備えたエミッターも公知である。それらは広帯域の赤外線スペクトルを示し、典型的には１０００℃までの温度で動作する。均一性を欠く放射特性に関する不利な点は、カーボン加熱フィラメントを備えたエミッターについて上述したものと同様である。
【０００９】
Ｋａｎｔｈａｌコイルを備えた赤外線ヒーターは、例えば米国特許第３６９９３０９号明細書(US 3 699 309)から公知である。Ｋａｎｔｈａｌコイルは、ガラス製の被覆管内に配置され、セラミック繊維材料（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）からなる半円形断面を有する円筒形ロッド上に支持されている。この支持物は、Ｋａｎｔｈａｌコイルの「ホットスポット」を防ぐためのものである。これは、赤外線エミッターの放射範囲が被覆管の円周に従って半径方向３６０°ではなくなり、むしろＫａｎｔｈａｌコイルに接触する支持ロッドの領域だけ減少するという点で不利である。
【００１０】
技術的な課題
したがって、本発明の課題は、単位面積当たりの高い放射出力を有し、特に、１ｍ以下の短い照射長でも２３０Ｖの一般的な産業用電圧で動作できるように十分に高いシート抵抗(spezifische Flaechenwiderstand)を有し、かつ耐用年数が長いことを特徴とする赤外線エミッターを考案することである。
【００１１】
発明の概要
上述の課題は、冒頭で挙げた種類の赤外線エミッターに基づき、本発明により、加熱フィラメントが、電気絶縁材料からなる表面を有するキャリアプレートを含み、それによって、該表面が、電流が流れたときに熱を発生する材料からなる印刷導体で覆われていることによって解決される。
【００１２】
本発明は、石英ガラス製の被覆管内に赤外線エミッターを考案する原理に基づいており、この場合、電気絶縁材料からなる表面を有するキャリアプレートが加熱フィラメントを成す。これに関連して、キャリアプレート自体は、その表面全体が電気絶縁性を有するように電気絶縁材料から形成されている。このキャリアプレートは、該キャリアプレートの表面の少なくとも片面に施与された、電流が流れたときに熱を発生する印刷導体によって、赤外線スペクトル領域の放射を放出するように励起される。キャリアプレートの光学的および熱的特性は、７８０ｎｍ〜１ｍｍの波長範囲である赤外線スペクトル領域における吸収をもたらす。したがって、印刷導体により加熱されたキャリアプレートの部分は、実際の赤外線放射を放出する素子である。
【００１３】
あるいは、例えば表面層の形態でキャリアプレートに塗布されている電気絶縁材料によって、表面の部分領域のみを電気絶縁性にすることもできる。この場合、印刷導体は、表面または表面層の電気絶縁領域のみを覆う。このようにして、赤外線放射を放出する素子としてのキャリアプレートの放射特性を局所的に最適化することができる。
【００１４】
キャリアプレートに接続された印刷導体はその表面と直接接触しているので、特に小型の赤外線エミッターが得られる。赤外線放射を放出する素子の小型設計により、高い放射密度で小さい表面に的を絞った局所照射を行うことが可能である。
【００１５】
抵抗材料からなる電気抵抗素子がエミッターの実際の加熱フィラメントである先行技術に従った赤外線エミッターとは対照的に、本発明による赤外線エミッターの抵抗素子は、本明細書では印刷導体の形態で、本明細書では「基板」または「キャリアプレート」と呼ばれる他の構成要素を加熱するために用いられる。印刷導体からキャリアプレートへの熱輸送は、主に熱伝導によって行われる。しかしながら、それは対流および／または熱放射に基づくこともできる。
【００１６】
被覆管内に組み込まれているため、本発明による赤外線エミッターは、その使用時に、例えば酸化性雰囲気などの周囲からの影響から保護される。この結果、周囲の影響に本質的に依存しない比較的均一な放射特性と共に高い放射出力が生じる。さらに、被覆管を有する実施形態は、エミッターの設置および場合により保守も容易にする。
【００１７】
本発明による赤外線エミッターの好ましい実施形態は、キャリアプレートを覆う印刷導体の材料が非貴金属であることから成る。
【００１８】
非貴金属製の印刷導体の材料は、小さい表面積上での高い比電気抵抗によって特徴付けられ、これにより比較的低い電流の流れでも高い温度が生じる。例えば白金、金または銀の高い割合の貴金属を有する印刷導体とは異なり、非貴金属製の印刷導体材料は、その電気的特性を損なうことなく非常に安価である。
【００１９】
加熱導体がその上に取り付けられたキャリアプレートは、石英ガラス製の被覆管内に組み込まれ、それによって、化学的および／または機械的如何にかかわらず印刷導体の腐食攻撃が局所的な周囲条件によって防がれることで、印刷導体の耐用年数が延ばされる。非貴金属製または非貴金属合金製の印刷導体は、この腐食攻撃に対して特に敏感である。
【００２０】
有利には、印刷導体の材料は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）、ケイ化クロム（Ｃｒ３Ｓｉ）、ポリシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）および耐熱鋼の群からの１つ以上の構成要素を含む。このような印刷導体材料は、５０〜約１００オーム／□の範囲のオームパースクエア（比シート抵抗とも呼ばれる）を有する。この群の材料は、それらのそれぞれの電気的および熱的特性のために、本発明による赤外線エミッターのキャリアプレートの熱励起のそれらの機能を果たし、さらに安価に製造可能である。
【００２１】
さらに、キャリアプレートが少なくとも２層の材料によって形成される場合に有利であることがわかった。これに関連して、キャリアプレートは、ベース材料層と表面材料層とによって形成されていてよく、それによって、２つの材料層は、それらの電気抵抗について異なり得るか、または電気抵抗が等しい場合には異なる放射照度(Strahlungsemissivitaet)を含み得る。これにより、赤外線放射を放出する素子としてのキャリアプレートの光学的および熱的特性、ひいてはその放射特性を個々の用途に向けて最適化することができる。当然のことながら、この有利な実施形態は、互いに積み重ねられた二層系に限定されない。材料層は同様に近接してまたは隣接して配置されていてもよい。
【００２２】
キャリアプレートの材料に関して、これがマトリックス成分と半導体材料の形態の追加成分とによって形成される複合材料を含む場合に有利であることがわかった。
【００２３】
キャリアプレートの材料は、熱的に励起可能であり、マトリックス成分と追加成分としての半導体材料とによって形成される複合材料を含む。キャリアプレートの光学的および熱的特性は、赤外線スペクトル領域における吸収をもたらす。マトリックス成分として考慮されるのは、半導体材料が追加成分として埋め込まれている酸化物または窒化物材料である。
【００２４】
これに関連して、マトリックス成分が石英ガラスであり、有利には少なくとも９９．９９％のＳｉＯ２の化学純度および最大でも１％のクリストバライト含有量を有する場合に有利である。
【００２５】
石英ガラスは、良好な耐腐食性、耐温度性および耐温度変化性という前述の利点を有し、かつ高純度で入手可能である。したがって、それは１１００℃までの温度を有する高温加熱プロセスにおいてさえも考えられる基板材料またはキャリアプレート材料である。冷却は必要ない。
【００２６】
マトリックスのクリストバライト含有量が低い、すなわち１％以下であると、失透傾向が低くなり、ひいては使用中の亀裂形成の危険性が低くなることが保証される。結果として、半導体製造プロセスにおいてしばしば明らかである、粒子の欠如、純度、および不活性に関する厳格な要件も満たされる。
【００２７】
キャリアプレート材料の熱吸収は、追加成分の割合に依存する。したがって、追加成分の重量分率は、有利には少なくとも０．１％であることが望ましい。他方で、追加成分の体積分率が高いと、マトリックスの化学的および機械的特性に悪影響を及ぼす可能性がある。これらの点を考慮すると、追加成分の重量分率は、好ましくは０．１％〜５％の範囲にある。
【００２８】
赤外線エミッターの好ましい実施形態では、追加成分は元素状の形態の半導体材料、有利には元素状シリコンを含む。
【００２９】
半導体は価電子帯と伝導帯を含み、これらは最大ΔＥ≒３ｅＶまでの幅の禁制帯によって互いに分離されていてもよい。半導体の伝導性は、いくつの電子が禁制帯を飛び越して価電子帯から伝導帯に到達し得るかに依存する。基本的に、室温で禁制帯を飛び越して伝導帯に到達し得る電子はごくわずかであるので、一般に半導体は室温では低い伝導性しか有しない。しかしながら、半導体の伝導性の大きさは、本質的にその温度に依存する。半導体材料の温度が上昇すると、電子を価電子帯から伝導帯に持ち上げるのに十分なエネルギーが存在する蓋然性も同様に上昇する。したがって、半導体の伝導性は温度の上昇と共に増大する。したがって、温度が十分に高い場合、半導体材料は良好な導電率を示す。
【００３０】
マトリックス中の半導体相の微細領域は、一方では光学的欠陥として作用し、キャリアプレートの材料を、厚さに応じて、室温では目視で黒色または灰色−黒みがかった外観に見えるようにする。他方で、この欠陥は、キャリアプレートの材料の全体的な熱吸収にも影響を及ぼす。これは、元素の形態で存在する半導体の微細分布相の特性に本質的によるものであり、それに従って、一方では価電子帯と伝導帯との間のエネルギー（バンドギャップエネルギー）が温度と共に低下し、他方では活性化エネルギーが十分に高い場合、電子が価電子帯から伝導帯へと持ち上げられ、これが吸収係数の明らかな増加を伴う。伝導帯の熱的に活性化された集団は、半導体材料が室温で特定の波長（例えば１０００ｎｍから）に対してある程度透明であり得、高温では不透明になることをもたらす。したがって、キャリアプレートの温度が上昇するにつれて、吸収度および放射照度は急激に増大し得る。この効果は、とりわけ、半導体の構造（非晶質／結晶質）およびドーピングに依存する。例えば、純粋なシリコンは、約６００℃から放射の顕著な増大を示し、約１０００℃から飽和に達する。
【００３１】
キャリアプレートの材料の分光放射照度εは、２μｍ〜８μｍの波長に対して６００℃の温度で少なくとも０．６である。キルヒホッフの放射の法則によれば、熱平衡状態にある実体の分光吸収度αλと分光放射照度ελは互いに等しい：
αλ＝ελ（１）
【００３２】
したがって、半導体成分は基板材料による赤外線放射をもたらす。分光放射照度ελは、指向半球スペクトル反射度Ｒｇｈと透過度Ｔｇｈとがわかっていれば、次のように計算できる：
ελ＝１−Ｒｇｈ−Ｔｇｈ（２）
【００３３】
これに関連して、「分光放射照度」とは「分光標準放射照度」であると理解される。これは、「黒体境界条件(Black-Body Boundary Conditions)」（ＢＢＣ）の名称で知られている測定原理によって決定され、「透明材料と半透明材料の高温での透過率と放射率の測定(DETERMINING THE TRANSMITTANCE AND EMITTANCE OF TRANSPARENT AND SEMITRANSPARENT MATERIALS AT ELEVATED TEMPERATURES)」；Ｊ．Ｍａｎａｒａ，Ｍ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｄ．Ｋｒａｕｓ，Ｍ．Ａｒｄｕｉｎｉ−Ｓｃｈｕｓｔｅｒ；５ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ（２００８）に公開されている。
【００３４】
したがって、半導体材料、特に有利には使用される元素状シリコンは、ガラス質マトリックス材料を黒色にし、それを室温で、しかしながら、例えば６００℃を上回る高温でも黒色にする効果を有する。その結果、高温での広帯域の高い放射に関する良好な放射特性が達成される。半導体材料、好ましくは元素状シリコンは、マトリックス中に分散した固有のＳｉ相を形成する。この相は、複数の半金属または金属を含み得る（ただし、追加成分の重量分率に対して最大５０重量％まで、より好ましくは２０重量％以下の金属に限られる）。これに関連して、キャリアプレート材料は、開放気孔率を示さず、せいぜい０．５％未満の閉鎖気孔率を示し、少なくとも２．１９ｇ／ｃｍ３の比重を有する。したがって、それはキャリアプレートの純度または気密性が重要である赤外線エミッターに適している。
【００３５】
本発明による赤外線エミッターのための赤外線放射を放出する材料として使用するために、キャリアプレート材料は、好ましくは焼き付けされた厚膜層として設けられている印刷導体で覆われる。
【００３６】
このような厚膜層は、スクリーン印刷によって抵抗ペーストから、またはインクジェット印刷によって金属含有インクから作製され、続いて高温で焼き付けされる。
【００３７】
温度分布ができるだけ均一であることに関して、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍの介在スペースが印刷導体の隣接セクション間に留まるようにキャリアプレートの表面を覆う線パターンとして印刷導体が設けられている場合に有利であることが証明された。
【００３８】
キャリアプレート材料の吸収能力が高いと、たとえ加熱面の印刷導体占有密度が比較的低くても、均一な放射が可能になる。低い占有密度は、印刷導体の隣接セクション間の最小距離が１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上であることを特徴とする。印刷導体セクション間の距離が大きいと、特に真空下で高電圧による動作時に発生し得るフラッシュオーバーが防止される。印刷導体は、例えば、螺旋状または蛇行状の線パターンで延びる。
【００３９】
印刷導体の材料に対して起こり得る腐食攻撃を低減するために、印刷導体がその上に施与されたキャリアプレートを、被覆管内で、真空下または窒素、アルゴン、キセノン、クリプトンもしくは重水素の群からの１つ以上のガスを含む保護ガス雰囲気下に保持することが好ましい。
【００４０】
本発明による赤外線エミッターは、真空動作に特に適しているが、個々の場合において、印刷導体材料に対する酸化的変化を防ぐために石英ガラス被覆管内のキャリアプレートを取り囲む保護ガス雰囲気でも十分である。
【００４１】
本発明による赤外線エミッターの有利な実施形態では、それぞれ個々に電気的に制御可能な複数の印刷導体がキャリアプレート上に施与されることが提案されている。
【００４２】
複数の印刷導体を設けることにより、赤外線エミッターを用いて達成可能な照射強度の個々の制御および適合が可能になる。一方では、キャリアプレートの放射出力は、印刷導体の隣接セクションの距離を適切に選択することによって調整することができる。これに関連して、キャリアプレートのセクションは、それらが異なる照射強度で赤外線放射を放出するように異なる強さで加熱される。それぞれの印刷導体に印加される動作電圧および／または動作電流を変えることによって、キャリアプレート内の温度分布を容易かつ迅速に調整することも可能になる。
【００４３】
さらに、本発明の有利な実施形態は、印刷導体を備えた複数のキャリアプレートが被覆管内に配置されており、それによってキャリアプレートがそれぞれ個々に電気的に制御可能な点にある。本発明のこの実施形態は、加熱物品の幾何学的形状に適合されたエミッターの変形形態を可能にする。したがって、単一の被覆管内に複数のキャリアプレートを一列に配置することによって、例えば、キャリアプレートの個々の制御に基づき個々の部分領域に異なる放射強度を有するパネルラジエーターを実装することができる。
【００４４】
さらに、被覆管が部分領域において不透明で高反射性の石英ガラスからなるコーティングを有する場合に有利であることがわかった。特にスリット状のエミッターを形成するためには、コーティングが１８０°〜３３０°の角度範囲で被覆管の周囲に塗布されていることが有利である。このようなコーティングは加熱フィラメントの赤外線放射を反射し、それにより加熱物品に関して赤外線放射の効率を改善する。反射層とも呼ばれるコーティングは、不透明な石英ガラスからなり、約１．１ｍｍの平均層厚を有する。それは亀裂がないことおよび約２．１５ｇ／ｃｍ３の高い密度を特徴とし、１１００℃を上回る温度で熱的に安定である。コーティングは、被覆管の周囲の３３０°の角度範囲をカバーしていることが好ましく、したがって被覆管のストリップ形状に対応する細長い部分領域は占有せず、赤外線放射に対して透明にする。この設計はいわゆるスリット状のエミッターの製造を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】石英ガラス製の被覆管内に組み込まれた赤外線エミッターの概略的な部分図を示す。
【図２】本発明による赤外線エミッターを備えた被覆管の断面図を示す。
【図３】Ｋａｎｔｈａｌコイルを備えた従来のエミッターと比較した、本発明による赤外線エミッターの放射特性の図を示す。
【００４６】
実施例
以下では、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００４７】
図１は、石英ガラス製の被覆管１０１内に組み込まれた、全体として参照番号１００が割り当てられている、本発明による赤外線エミッターの第１の実施形態を示す。被覆管１０１は長手方向軸線Ｌを有する。図１は、キャリアプレート１０２、印刷導体１０３、および印刷導体１０３の電気的接触のための２つの接触領域１０４ａ、１０４ｂを有する赤外線エミッター１００の部分図を示す。
【００４８】
接触領域１０４ａ、１０４ｂは、それらに溶接された細線１０５ａ、１０５ｂを有し、これらの細線１０５ａ、１０５ｂは、被覆管１０１の接続ソケット１０８内の圧着部１０７における接触面１０６ａ、１０６ｂに通じる。細線１０５ａ、１０５ｂは、高い動作温度におけるワイヤの熱伸長を補償するために、５ｍｍのばねワイヤコイル１１５ａ、１１５ｂの長手方向セクションを有する。
【００４９】
接続ソケット１０８内では、接触ワイヤ１０９ａ、１０９ｂが外側に案内されており、これらは同様に圧着部１０７における接触面１０６ａ、１０６ｂに溶接によって接続されている。
【００５０】
被覆管１０１の内側に負圧（真空）が確立されるか、または不活性ガスを使用して被覆管の内側に非酸化性雰囲気が作り出され、それによって非貴金属製の印刷導体１０３が酸化から保護される。
【００５１】
キャリアプレート１０２は、石英ガラスの形態のマトリックス成分を有する複合材料を含む。マトリックス成分中には、元素状ケイ素の相が非球状領域の形態で均一に分布している。マトリックスは、目視により透明〜半透明に見える。顕微鏡で見ると、それは開気孔を示さず、せいぜい最大平均寸法が１０μｍ未満の閉気孔を示す。元素状ケイ素の相は、非球状領域の形態でマトリックス中に均一に分布している。それは５％の重量分率を占める。シリコン相領域の最大平均寸法（中央値）は、約１μｍ〜１０μｍの範囲である。この複合材料は気密性であり、密度は２．１９ｇ／ｃｍ３であり、空気中で約１１５０℃の温度まで安定である。埋め込まれたシリコン相は、一方では複合材料の全体的な不透明度に寄与するだけでなく、複合材料の光学的および熱的特性にも影響を及ぼす。この複合材料は、高温時に熱放射の高い吸収度および高い放射照度を示す。キャリアプレート１０２は、外観が黒色であり、長さｌが１００ｍｍ、幅ｂが１５ｍｍ、厚さが２ｍｍである。
【００５２】
２μｍ〜約４μｍの波長範囲でキャリアプレート１０２の複合材料について測定された放射照度は温度に依存する。温度が高いほど放射は高くなる。６００℃では、２μｍ〜４μｍの波長範囲での標準放射照度は０．６を上回る。１０００℃では、２μｍ〜８μｍの全波長範囲での標準放射照度は０．７５を上回る。
【００５３】
印刷導体１０３は蛇行状に形成されている。印刷導体１０３の材料は、例えばタングステンおよびモリブデンなどの非貴金属またはポリシリコンも本質的に含み、それによって相応のレイアウトの印刷導体をスクリーン印刷可能なペーストによってキャリアプレート１０２に施与し、次いで焼き付けた。
【００５４】
本発明による赤外線エミッターの別の実施形態では、キャリアプレート１０２は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるセラミック製の材料を含み、両方とも外観は濃い灰色〜黒色である。ＳｉＣからなるベース材料層を有するキャリアプレートは、その表面に、金属印刷導体に対して電気的に絶縁性であるＳｉＯ２からなる表面層が施与されている。
【００５５】
濃い褐色または濃い灰色の外観を有するガラスセラミック（例えばＮＥＸＴＲＥＭＡ（登録商標））も、例えばＳＩＧＲＡＤＵＲ（登録商標）材料製のプレートなどのガラス状カーボン製のキャリアプレートと同様に、キャリアプレート材料として適している。
【００５６】
キャリアプレート１０２の他の代替材料は、４００℃までの温度に加熱することができるポリイミドプラスチック材料である。特に（数秒の）迅速な電源オン時間が必要とされる用途では、低い熱質量を有するポリイミドフィルムからなるキャリアプレートが好都合である。キャリアプレート１０２としてのこのポリイミドフィルムの場合にも、非貴金属製の印刷導体１０３が施与される。石英ガラス製の被覆管内に組み込まれているため、非酸化性雰囲気での動作が可能である。
【００５７】
図２は、赤外線エミッターがその中に配置された被覆管１０１の長手方向軸線Ｌに垂直な断面を示す。石英ガラス製の反射体層２００が、キャリアプレート１０２の長さに対応する長さにわたって被覆管１０１の外周面に塗布され、周囲の３３０°を覆う。これにより、被覆管上に細長い開放面を有するいわゆるスリット状のエミッターが得られ、それはキャリアプレートから放出された赤外線放射を外側に通す。
【００５８】
図３は、Ｋａｎｔｈａｌコイルを備えた赤外線エミッター（曲線Ｂ）と比較した、本発明による赤外線エミッター（曲線Ａ）の出力スペクトルを示す。この場合、本発明による赤外線エミッターのキャリアプレートは、上記でより詳しく記載しているように、石英ガラスの形態のマトリックス成分とその中に均一に分布した元素状ケイ素の相からなる複合材料により形成される。この場合の印刷導体材料はタングステンである。このＩＲエミッターのキャリアプレートの印刷導体の温度は１０００℃に調整されている。Ｋａｎｔｈａｌコイルを備えた基準エミッターも約１０００℃の温度で動作される。本発明による赤外線エミッターは、曲線Ａのピークにおいて１，５００ｎｍ〜約５，０００ｎｍの波長範囲において、曲線Ｂによって表される基準エミッターよりも約２５％高い出力を有することが明らかである。
【符号の説明】
【００５９】
１００  赤外線エミッター、  １０１  被覆管、  １０２  キャリアプレート、  １０３  印刷導体、  １０４ａ、１０４ｂ  接触領域、  １０５ａ、１０５ｂ  細線、  １０６ａ、１０６ｂ  接触面、  １０７  圧着部、  １０８  接続ソケット、  １０９ａ、１０９ｂ  接触ワイヤ、  １１５ａ、１１５ｂ  ばねワイヤコイル、  ２００  反射体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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