(57)【要約】【課題】２０００Ｋ以上の超高温においても、赤外域の放射を抑制することができるフィラメントを提供する。【解決手段】金属材料により構成された基材１０と、基材１０を被覆する白色散乱体層２０と、白色散乱体層２０に積層された可視光吸収層３０とを有する。白色散乱体層２０は、絶縁体（ＨｆＯ２）に、絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料（ＳｉＯ２）が添加された第２材料（ＨｆＯ２＋Ｓｉ）によって形成されている。第２材料のバンドギャップエネルギーは、絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。【選択図】図４
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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材と、前記基材を被覆する白色散乱体層と、前記白色散乱体層に積層された可視光吸収層とを有し、
前記白色散乱体層は、絶縁体に、前記絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料が添加された第２材料によって形成され、前記第２材料のバンドギャップエネルギーは、前記絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とするフィラメント。
【請求項２】
金属材料により構成された基材と、前記基材を被覆する白色散乱体層とを有し、
前記白色散乱体層は、絶縁体に、前記絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料が添加された第２の材料に、さらに可視光吸収材が添加された第３材料によって形成され、前記第２材料のバンドギャップエネルギーは、前記絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とするフィラメント。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフィラメントにおいて、前記第２材料の結晶構造は、前記絶縁体と前記第１材料との混晶であることを特徴とするフィラメント。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィラメントにおいて、前記白色散乱体層を構成する前記第２材料のバンドギャップエネルギーは、７ｅＶ以上であることを特徴とするフィラメント。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィラメントにおいて、前記絶縁体は、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｌｕ２Ｏ３、ＴｈＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙｂ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢｅＯ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＮ、ＴｉＮ、および、ＢＮ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。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィラメントにおいて、前記第１の材料は、Ｌｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ、および、Ｋのいずれかを含むことを特徴とするフィラメント。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフィラメントにおいて、前記基材を構成する前記金属材料は、融点が２０００℃以上であることを特徴とするフィラメント。
【請求項８】
請求項２に記載のフィラメントにおいて、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。
【請求項９】
請求項２に記載のフィラメントにおいて、前記可視光吸収材は、金属粒子であることを特徴とするフィラメント。
【請求項１０】
請求項９に記載のフィラメントにおいて、前記金属粒子は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、および、Ｉｒのうちのいずれか一つを含む粒子であることを特徴とするフィラメント。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項記載のフィラメントを用いた光源装置。
【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フィラメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱電球のフィラメントの可視光放射率を向上させるために、導電性基材の表面に、可視から赤外域の広い波長域で高い反射率を有する白色散乱体層を配置した構造が特許文献１に開示されている。白色散乱体層には、可視光吸収材が添加されている。可視光吸収材が添加されていない白色散乱体層でフィラメント基材を被覆すると、可視から赤外域の広い波長域で高い反射率を有するため、フィラメント基材から熱放射された赤外域から可視域の光は、白色散乱体で反射され、フィラメント基材に戻され、放射を抑制できる。特許文献１では、白色散乱体に可視光吸収材が添加されているため、可視域に吸収帯域が生じて反射率が低減され、赤外域の放射を抑制したまま所望の可視域の放射効率を向上させることができる。
【０００３】
一方、特許文献２および非特許文献１には、バンドギャップエネルギーが２ｅＶ以上の半導体を可視放射体として用いる構造が提案されている。半導体は、バンドギャップエネルギー未満の低エネルギー（長波長側、主に赤外域）の光に対して吸収が無く、バンドギャップエネルギー以上の高エネルギー（短波長側、主に可視域）の光に対して強い吸収を示す。よってバンドギャップエネルギーが２ｅＶ以上の半導体は、十分に高い温度に加熱されると、バンドギャップよりも大きなエネルギー（波長）の光を放射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３４８７３号公報
【特許文献２】特表平１１−５０８３９４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】International  Journal  of  Thermophysics,  Vol.22,  No.5,  p.1593  (2001).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の白色散乱体層を用いるフィラメントは、白色散乱体には可視から赤外域において高い反射率を有することが求められる。そのため、白色散乱体としては、可視から赤外波長域で光の吸収がほとんど無い金属酸化物等の高融点化合物を用いることが可能である。白色散乱体となる材料は、可視域にも赤外域にも吸収を持たず、そのため少なくとも３ｅＶ以上の大きなバンドギャップエネルギーを有していることが望ましい。このバンドギャップにより、白色散乱体は常温では絶縁体としてふるまう。しかしながら、フィラメント基材が熱放射により可視域の光を多く放射できる２０００Ｋ以上の超高温になると、下式（１）に示すボルツマン分布式に従って、白色散乱体の価電子帯から伝導帯へと熱励起される電子の数が増加するという問題がある。
【数１】
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式（１）において、Ｎ０、Ｎｉはそれぞれ基底準位および準位ｉにある電子の数、ａはそれぞれの準位における縮重度を考慮した係数、ΔＥは準位間のエネルギーギャップ、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【０００７】
式（１）のボルツマン分布則によれば、熱励起される電子の数は、温度に対して指数関数的に上昇する。比較的低温においては、伝導帯に熱励起された電子の数は非常に少ないため、その影響は無視できる。しかしながら２０００Ｋを超えるような超高温になると、熱励起された電子の数が無視できなくなり、自由電子としてのふるまいが現れ始める。すると、絶縁体であった白色散乱体が半導体的な性質を帯び始め、電子の光学応答が変わる。このため、本来吸収がない可視から赤外域において、温度に大きく依存した放射成分が現れるようになる。
【０００８】
一例として、図１に白色散乱体（材料：ＨｆＯ２）の分光放射率スペクトルを実験で求めた結果を示す。絶縁体である白色散乱体中の電子は束縛電子としてふるまうため、図１のスペクトルにおいては、温度１８００Ｋ以下では、波長６μｍ以上の長波長域における結晶格子振動（フォノン）吸収による放射と、波長０．４μｍ以下の紫外域におけるバンド間遷移吸収による放射しか起こらない。よって、波長０．４μｍから６μｍの可視から近赤外域においては、１８００Ｋまでは白色散乱体には吸収がないため、白色散乱体による分光放射率εはほぼゼロである。反射率Ｒは、放射率εに対して、キルヒホッフの法則によりＲ＝１−εで表され、波長０．４μｍから６μｍの可視から近赤外域の反射率がほぼ１になり、白色散乱体は、可視から近赤外域の光放射を抑制する。よって、可視光吸収材によって、任意の可視光帯域にのみ反射率を低下させ、任意の可視光帯域の放射を生じさせることができる。
【０００９】
しかしながら、フィラメント基材の熱放射により可視光を多く放射する２０００Ｋ以上の高温になると、図１のように波長０．４μｍ〜６μｍの本来放射が無いはずの波長域において、白色散乱体の分光放射率が温度と共に上昇し始める。これは、白色散乱体が半導体化することに起因する。したがって、２０００Ｋを超える超高温では、可視〜赤外域での分光放射率が低いという白色散乱体の特性が失われ、可視〜赤外域の光放射を白色散乱体が抑制することができない。よって、白色散乱体による赤外放射の抑制機能が損なわれ、可視光吸収材により任意の可視光帯域のみに放射を生じさせる作用が低減されてしまう。
【００１０】
一方、特許文献２および非特許文献１の技術は、半導体を用いるため、上記と同じ理由で温度上昇と共に赤外放射量は増加してしまう。非特許文献２のＦｉｇ．２またはＦｉｇ．３の半導体シリコンの分光放射率を見ると、５４３Ｋではバンドギャップエネルギー（Ｓｉ：１．１ｅＶ）以下の長波長域（１．１μｍ以上）での放射率は低く、バンドギャップエネルギー以上の短波長域で放射率が高くなっている。しかし、温度上昇と共に、赤外放射率は大きく上昇し、赤外放射を抑制できないことがわかる。
【００１１】
熱放射による可視光発光体としての利用を考えた場合、フィラメントを２０００℃の超高温に加熱することが望ましいため、２０００Ｋ以上で赤外域の放射を抑制することができる構造が望まれる。
【００１２】
本発明の目的は、２０００Ｋ以上の超高温においても、赤外域の放射を抑制することができるフィラメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のフィラメントは、金属材料により構成された基材と、基材を被覆する白色散乱体層と、白色散乱体層に積層された可視光吸収層とを有する。白色散乱体層は、絶縁体に、絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料が添加された第２材料によって形成されている。第２材料のバンドギャップエネルギーは、絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、白色散乱体層を構成する絶縁体のバンドギャップを第１材料の添加により広げているため、２０００Ｋ以上の超高温においても、赤外域の放射を抑制することができるフィラメントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】白色散乱体の温度ごとの分光放射率を示すグラフ。
【図２】本発明のフィラメントの断面図。
【図３】本発明の別の態様のフィラメントの断面図。
【図４】実施例１の白色散乱体（ＨｆＯ２＋Ｓｉ）の波長２μｍにおける分光放射率を示すグラフ。
【図５】実施例２の白色散乱体（ＭｇＯ＋Ａｌ）の波長２μｍにおける分光放射率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、白色散乱体に材料を添加することにより、バンドギャップエネルギーを広げ、２０００Ｋ以上の超高温においても、赤外域の放射を抑制する。
【００１７】
本発明のフィラメントは、図２に示すように、金属材料により構成された基材１０と、基材を被覆する白色散乱体層２０と、白色散乱体層２０に積層された可視光吸収層３０とを有する。白色散乱体層２０は、絶縁体に、絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料を添加した第２材料によって形成されている。第２材料のバンドギャップエネルギーは、絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
【００１８】
また、本発明の別の態様のフィラメントとして、図３に示すように、金属材料により構成された基材１０と、基材を被覆する白色散乱体層２１とを有する。白色散乱体層２１は、絶縁体に、絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料が添加された第２の材料に、さらに可視光吸収材が添加された第３材料によって形成されている。第２材料のバンドギャップエネルギーは、絶縁体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
【００１９】
フィラメント基材の上に白色散乱体層を配置するフィラメントにおいては、白色散乱体として融点が高いことが必要であるため、ＨｆＯ２やＬｕ２Ｏ３などの高融点材料を用いる必要がある。しかしながら、高融点材料は、バンドギャップエネルギーが最大でも６ｅＶ程度である。そのため、発明者らの実験によれば、２０００Ｋを超える温度では半導体的性質が発現することが確認されている。そこで、本発明では、２０００Ｋを超える高温でも白色散乱体が赤外放射抑制の作用を維持するために、バンドギャップエネルギーを広げ、７ｅＶ以上のバンドギャップエネルギーを有する白色散乱体を用いる。
【００２０】
格子定数が小さいほど、バンドギャップエネルギーが大きくなることが知られている。原子が小さいほど格子定数も小さくなる。そこで、発明者らは、軽元素を白色散乱体に導入することでバンドギャップエネルギーを大きくし、白色散乱体が半導体的性質を発現する温度を高くすることができる。例えば、ＨｆＯ２やＬｕ２Ｏ３などの高融点材料から成る白色散乱体に、軽元素（第１材料）を添加することでバンドギャップを広げる。
【００２１】
上述の絶縁体に第１材料を添加した第２材料の結晶構造は、絶縁体と第１材料との混晶であることが望ましい。混晶は、絶縁体の結晶構造の格子の原子の一部が第１材料の原子に置き換わった結晶構造であるため、絶縁体のバンドギャップエネルギーが、第１材料のバンドギャップエネルギーに近づいて広がる。
【００２２】
絶縁体としては、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｌｕ２Ｏ３、ＴｈＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙｂ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢｅＯ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＮ、ＴｉＮ、および、ＢＮのうちのいずれかを含有するものを用いることができる。これらの絶縁体は、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ため、好ましい。また、２０００Ｋ以上、特に２３００Ｋ以上の温度領域であっても、真空中において耐熱性を有し、かつ高い反射特性を維持することができ好ましい。
【００２３】
第１材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ、および、Ｋのいずれかまたは２以上組み合わせた材料を含むものを用いることができる。
【００２４】
フィラメント基材１０を構成する高融点材料としては、２０００Ｋ以上の融点の金属材料であることが望ましく、特に融点２５００Ｋ以上である金属材料が望ましい。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）、および、Ｒｕ（融点２５８３Ｋ）のいずれか、または、これらのうちのいずれかを含有する合金を用いることができる。
【００２５】
第１材料としては、特に、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３が、それぞれ９ｅＶ程度の非常に大きいバンドギャップエネルギーを有しているため好ましい。ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３は、融点がそれぞれ２０００Ｋおよび２３４５Ｋであり、２０００Ｋ以上、２５００Ｋ以下である。そのため、上述のような高融点の絶縁体材料にＳｉ原子またはＡｌ原子を添加し、混晶とすることで、格子定数を小さくし、バンドギャップエネルギーを大きくすることができる。得られる白色散乱体の混晶は、高融点と高バンドギャップエネルギーを併せ持ち、超高温でも半導体化しない高温耐熱性白色散乱体として利用することができる。
【００２６】
白色散乱体の粒子は、粒径が５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。粒子の形状は、光散乱効率の点から充填率が大きく取れる形状が望ましい。基材への被覆手法を考慮すると、対称性の良い球形粒子であることが望ましい。白色散乱体は、表面のダングリングボンドの除去処理および表面の結晶欠陥回復処理のうちの少なくとも一方が施されているとさらに好ましい。
【００２７】
図２の構造において、白色散乱体層２０の上に配置する可視光吸収層３０は、例えば、絶縁体に可視光吸収材が添加された材料によって形成することができる。可視光吸収材については後述する。ここで絶縁体は、上述した白色散乱体層２０に用いることのできる材料のうちのいずれかを含有する材料を用いることができる。特に、可視光吸収層３０を構成する絶縁体として、白色散乱体層２０を構成する絶縁体と同じ材料を用いることが好ましい。これにより、白色散乱体層２０と可視光吸収層３０との密着性が高めることができる。また、可視光吸収層３０には、可視光吸収材の他に、絶縁体よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１材料を添加することも可能である。すなわち、白色散乱体層２０を、図３の白色散乱体層２１と同様の材料により構成することも可能である。可視光吸収層３０は、電気泳動堆積法（電着法）やプラズマ溶射法により形成することができる。これにより、フィラメントに放射させたい可視光帯域に吸収を生じさせることができる。可視光吸収層３０の膜厚は、０．１〜２０μｍに設定することが好ましい。
【００２８】
図３の白色散乱体層２１に添加される可視光吸収材、または、図２の可視光吸収層３０に添加される可視光吸収材としては、例えば、白色散乱体（絶縁体）にドープされる不純物元素を用いることができる。これにより、フィラメントに放射させたい可視光帯域に吸収を生じさせることができる。不純物元素の一例としては、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｄｙ、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。ドープ方法としては、白色散乱体とこれらの不純物元素を混合して固相反応（焼成）を用いてドープする手法、または、白色散乱体酸化物並びに不純物を共に濃硝酸に溶解させてから、しゅう酸塩で共沈させ、これを焼成させる手法、を用いることができる。なお、不純物元素と第１材料を白色散乱体（絶縁体）に一度に混合し、焼結することも可能である。
【００２９】
図３の白色散乱体層２１に添加される可視光吸収材、または、図２の可視光吸収層３０に添加される可視光吸収材としては、金属粒子を用いることも可能である。これにより、フィラメントに放射させたい可視光帯域に吸収を生じさせることができる。金属粒子は、一例としては、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ等の粒子を用いることができる。この場合、金属粒子の粒径は、２ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。白色散乱体への金属粒子の添加濃度は、例えば、０．０００１％〜１０％に設定する。添加方法としては、白色散乱体とこれらの不純物元素を混合して共蒸着し、その後、焼成して白色散乱体中に金属微粒子の結晶を成長させる方法、または、白色散乱体に上記金属イオンを、イオン注入装置を利用して打ち込み、その後、焼成して白色散乱体中に金属微粒子の結晶を成長させる方法、を用いる。
【００３０】
白色散乱体中に添加された金属粒子は、局在共鳴吸収効果により、金属の種類並びに粒径に応じて可視光領域の吸収波長並びに吸収量を制御出来る。よって、フィラメントから放射させたい波長域に応じて金属粒子の種類と粒径を制御することにより、所望の吸収帯を形成することが可能となる。
【００３１】
また、フィラメントの基材１０は、表面が鏡面に研磨加工されていることが好ましい。
【００３２】
また、白色散乱体層２０，２１の厚さは、白色散乱体の放射率εと、白色散乱体の表面積Ｓの積（＝損失エネルギー）が、最も小さくなる厚さに設計することが望ましい。
【００３３】
以上のように本発明によって、絶縁体（白色散乱体）に第１材料（軽元素）を添加することで、格子定数が小さくなり、バンドギャップエネルギーが大きくなるため、白色散乱体が半導体的性質を発現する温度が高くなり、白色散乱体の赤外放射抑制機能がより高温でも維持されるようになる。つまり、白色散乱体の耐熱性が向上し、２０００Ｋ以上の超高温でも放射特性が劣化しない可視光放射の効率の高いフィラメントを提供できる。
【００３４】
よって、フィラメントを用いた光源装置に用いることにより、一般照明、自動車用電球等として用いることができる。例えば、フィラメントを透光性気密容器の内部に配置し、フィラメントの両端を一対のリード線に接続する。透光性気密容器の封止部には、口金を接合する。これにより、フィラメントを透光性気密容器の内部で支持するとともに、リード線を介して電力供給が可能になる。透光性気密容器は、例えばガラスバルブにより構成される。透光性気密容器の内部は、１０−１〜１０−６Ｐａの高真空状態とする。なお、透光性気密容器２の内部に１０５〜１０−１ＰａのＯ２、Ｈ２、ハロゲンガス、不活性ガス、並びにこれらの混合ガスを導入してもよい。
【００３５】
なお、上述の説明では、所望の可視光帯域に吸収を生じさせ、可視光を放射するフィラメントについて説明したが、本発明は、可視光を放射するフィラメントに限らず、所定の近赤外光帯域や、所定の赤外光帯域の光放射するフィラメントを構成することができる。この場合、白色散乱体層が、可視光から赤外光まで広い範囲で反射率が高い構成とするのは、上述の説明と同様であるが、可視光吸収材や可視光吸収層３０に代えて、近赤外光や赤外光の所定の帯域に吸収を有する材料や近赤外光や赤外光吸収層を用いる。所定の近赤外光や赤外光を放射するフィラメントは、近赤外または赤外光源や、ヒーター（熱源）として用いることができる。
【実施例】
【００３６】
＜実施例１＞
実施例について説明する。白色散乱体（絶縁体）としてＨｆＯ２を、第１材料（軽元素）としてＳｉを含むＳｉＯ２を用意する。ＨｆＯ２およびＳｉＯ２の粒子径は、いずれも約０．１μｍの粉末粒子であった。両粉末粒子を、物質量比１：１の割合でエタノール中に加え、ボールミルを数時間行い、よく混合した。
【００３７】
なお、混合前のＨｆＯ２およびＳｉＯ２の粒子径は、粒子径は０．３μｍ以下であることが好ましい。０．３μｍ以上の粒子径を有する場合、粒子径が大きすぎ、焼結時にお互いの原子が十分に相互拡散し合わず、それぞれ単独の組成のまま存在する領域が残ってしまうためである。
【００３８】
その後、よく混合した粉末試料を乾燥させて溶媒を除去し、１５００℃で２時間焼成した。焼成温度は、原子相互拡散を十分に促すため、１４００℃以上であることが好ましい。また、酸素非存在下で焼成を行うと、酸素欠陥が生じてしまうため、焼成は大気中で行った。焼成物は、固まっているので、粉砕した後、再びボールミルにより微小粉末にする。これにより、Ｓｉを含有するＨｆＯ２白色散乱体の粉末が得られる。
【００３９】
得られたＳｉを含有するＨｆＯ２白色散乱体の粉末を、イソプロパノールに分散し、電気泳動堆積法によってタングステンフィラメントの上に約５０μｍの厚みで堆積した。これにより、図２の白色散乱体層２０を得た。
【００４０】
図４に、実施例１のＳｉを添加したＨｆＯ２からなる白色散乱体層２０の、波長２μｍにおける分光放射率の温度依存性を実験により求めた結果を示す。図４には、Ｓｉを添加していないＨｆＯ２の分光放射率の温度依存性も比較例として併せて示す。図４より、実施例のＳｉを添加したＨｆＯ２では、波長２μｍの分光放射率を、２５００Ｋ付近までほぼゼロに維持することができることがわかる。これに対し、Ｓｉを添加していないＨｆＯ２は、２０００Ｋを超えると半導体的性質が発現して、波長２μｍの赤外域での放射が増加している。このように波長２μｍにおける放射が２５００Ｋまで抑制できるのは、Ｓｉを添加したＨｆＯ２は、バンドギャップエネルギーが約８ｅＶまで大きくなっているためである。Ｓｉを添加していないＨｆＯ２は、バンドギャップエネルギーが、約６ｅＶであるため、２０００Ｋ以上で放射が大きくなり、赤外放射を抑制できないことがわかる。
【００４１】
実施例１の白色散乱体の上に、可視光吸収層３０を設けることにより、赤外光を２５００Ｋまで抑制でき、可視光吸収層３０の吸収帯域において可視光を放射するフィラメントを提供できることがわかる。
【００４２】
また、Ｓｉを含有するＨｆＯ２白色散乱体の粉末に、可視光吸収材をドープするか、または、金属粒子を混合してから、電気泳動法でフィラメント基材の周囲に堆積させることにより、図３の構造の白色散乱体層２１を形成することができる。
【００４３】
＜実施例２＞
実施例２として、白色散乱体（絶縁体）としてＭｇＯを、第１材料（軽元素）としてＡｌを含むＡｌ２Ｏ３を用意する。ＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３の粒子径は、いずれも約０．１μｍの粉末粒子であった。両粉末粒子を、物質量比１：１の割合でエタノール中に加え、ボールミルを数時間行い、よく混合した。
【００４４】
これを乾燥させたのち、１５００℃で大気焼成した後、粉砕し、ボールミルで微小粉末とした。
【００４５】
得られた粉末を電気泳動堆積法によりタングステンフィラメントの上に約５０μｍの厚みで堆積させた。これにより、図２の白色散乱体層２０を得た。
【００４６】
図５に、実施例２のＡｌを添加したＭｇＯからなる白色散乱体層２０の、波長２μｍにおける分光放射率の温度依存性を実験により求めた結果を示す。図５には、Ａｌを添加していないＭｇＯの分光放射率の温度依存性も比較例として併せて示す。図５より、実施例２のＡｌを添加したＭｇＯでは、波長２μｍの分光放射率を、２４００Ｋ付近までほぼゼロに維持することができることがわかる。これに対し、Ａｌを添加していないＭｇＯは、２０００Ｋ以上で半導体的性質が発現して、波長２μｍの赤外域での放射が増加している。
【００４７】
ＭｇＯはバンドギャップエネルギーが、８〜９ｅＶあり、さらに融点が３１２０Ｋと高融点であり、白色散乱体として非常に優れていると考えられるが、Ａｌを添加しないＭｇＯの比較例の白色散乱体層は、２０００Ｋ以下で酸素抜けによる黒色化が生じ、白色性を失ってしまった。このようにして生じた酸素欠陥は、赤外吸収および赤外放射の要因となるため、放射抑制機能を損なわせてしまう。
【００４８】
これに対し、実施例２のＡｌを添加したＭｇＯは、白色散乱体層が２０００Ｋ以上になっても黒色化が起こらずに高温まで放射抑制機能を維持することができた。
【符号の説明】
【００４９】
１０…基材、２０…白色散乱体層、２１…白色散乱体層、３０…可視光吸収層
【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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