(57)【要約】【課題】真空中でガラスを効率よく急速に加熱する遠赤外線放射体を提供すること、特には液晶基板用ガラスのような大面積のガラスを加熱する遠赤外線放射体を提供すること。【解決手段】ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、ガラスバルブのバルブ壁に耐熱性金属膜が形成され、耐熱性金属膜の外側又は内側に耐熱性セラミックス膜が形成されている遠赤外線放射体とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ内壁に耐熱性金属膜が形成されたことを特徴とする遠赤外線放射体。
【請求項２】
ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ外壁に耐熱性金属膜が形成され、該耐熱性金属膜の外側に耐熱性セラミックス膜が形成されていることを特徴とする遠赤外線放射体。
【請求項３】
ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ内壁に被覆した耐熱性金属膜の発熱体側に光吸収性のセラミックスを被覆したことを特徴とする遠赤外線放射体。
【請求項４】
前記耐熱性金属膜がタングステン（Ｗ）・銅（Ｃｕ）・金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）の何れかの膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の遠赤外線放射体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスを加熱する遠赤外線放射体に関し、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱するに適する遠赤外線放射体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレー用部材として液晶が広く使われている。液晶は２枚のガラス基板に液晶材料はさんだ構造になっており、そのガラス基板には液晶を駆動する為に真空蒸着やスパッタ蒸着によって回路が形成されている。真空蒸着やスパッタ蒸着では、蒸着される側の基板の温度を２００〜３００℃程度に高めておかないと被覆膜の緻密性や密着性が悪くなると言われている。
【０００３】
従来、蒸着前の真空中における基板の加熱には抵抗発熱ヒータやハロゲンランプヒータが使われていた。真空中では対流による熱伝達がないため、これらの抵抗発熱ヒータやハロゲンランプヒータによる加熱では、主として熱輻射と熱伝導による加熱を主として利用するものであり非常にエネルギー効率が悪かった。しかし、液晶用ガラス基板は大面積のガラスであり、真空中で急速に２５０℃程度の温度まで加熱するのは非常に難しく、従来は光で加熱する方法を取らざるを得なかった。
【０００４】
現状行われている液晶用ガラス基板の加熱方法の模式図を図１に示す。
では、ハロゲンランプヒータ１と被加熱物である液晶用ガラス基板２との間にカーボン板３をはさみ、まずハロゲンランプヒータ１でカーボン板３を５５０℃程度に加熱し、そのカーボン板３からの遠赤外線の２次放射により液晶基板用ガラス２を加熱する方法をとっている。例えば特開平６−２６０４２２号公報に例示される。この方法ではハロゲンランプヒータ１への投入電力に対してそのうちの高々１〜２％のエネルギーしか液晶用ガラス基板２の加熱に寄与しておらず、極めて効率の悪いものであった。
【０００５】
何故このような非効率的な加熱方法を取らざるを得ないかであるが、まず液晶用ガラス基板の分光透過率スペクトルを図２に示す。この液晶用ガラス基板は主に硬質ガラスからなり、光に対して約０．３μｍからの長波長側は略透明であり、約２．８μｍから５μｍの間では約５０％ほどの透過率であり、約５μｍ以上の長波長側の光が完全に吸収される。
【０００６】
光で加熱する場合、ガラスが光を吸収しないとガラスが加熱されない。例えば、ヒータ用ハロゲンランプヒータの発熱体であるタングステンフィラメントのランプ点灯時の温度は約２１００〜２３００Ｋである。タングステンの５μｍ付近の放射率が０．１〜０．２であることを考慮すると、この約２１００〜２３００Ｋの温度では５μｍ以上の放射量は全波長域の放射量の１〜２％程度しかないであろう。
【０００７】
しかもハロゲンランプヒータは石英ガラスバルブでタングステンフィラメントを覆っている構造からなっている。この石英ガラスバルブも５μｍ以上の光は吸収してしまいタングステンフィラメントからの光は放出されない。したがって、液晶用ガラス基板をハロゲンランプヒータで直接加熱する場合、ランプ点灯で加熱された石英ガラスバルブからの２次放射で放射される赤外線でわずかに加熱されるにすぎない。
【０００８】
ハロゲンランプヒータによる直接加熱は勿論であるが、前述のように現行のハロゲンランプヒータにより加熱したカーボン板による２次放射加熱も極めて非効率的で投入エネルギーのほとんどを無駄にしているのが現状である。液晶用ガラス基板に限らず一般のガラス類を効率よく加熱する遠赤外線放射体が望まれている。
【０００９】
【特許文献】
特開平６−２６０４２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は真空中でガラスを効率よく急速に加熱する遠赤外線放射体を提供すること、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱する遠赤外線放射体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ内壁に耐熱性金属膜が形成されたことを特徴とする遠赤外線放射体とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ外壁に耐熱性金属膜が形成され、該耐熱性金属膜の外側に耐熱性セラミックス膜が形成されていることを特徴とする遠赤外線放射体とするものである。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、ガラスバルブの内側に抵抗発熱体を設け、該ガラスバルブのバルブ内壁に被覆した耐熱性金属膜の発熱体側に光吸収性のセラミックスを被覆したことを特徴とする遠赤外線放射体とするものである。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、前記耐熱性金属膜がタングステン（Ｗ）・銅（Ｃｕ）・金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）の何れかの膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の遠赤外線放射体とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図３を用いて説明する。図３は本発明の第一の実施例を示す。図３（ａ）は遠赤外線放射体であるヒータランプを管軸方向の断面図で示したものであり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。ここでヒータランプ１はＭｏ箔８をピンチシールして気密に封止されている。９は給電線である。
【００１６】
図３のような構成として抵抗発熱体４である高温のタングステンフィラメントからの放射は石英ガラス製のガラスバルブ５内面に被覆した耐熱性金属膜６により一部吸収され、残りは反射され抵抗発熱体４（フィラメント）に戻る。耐熱性金属膜に吸収された光は熱に変換されガラスバルブ５を加熱するのに使われ、ガラスバルブ５は５００℃〜１０００℃に加熱される。石英ガラスの放射率は、５μｍ以下の波長では極めて小さく、これ以上の波長では１に近い大きさである。したがって、高温の石英ガラス外表面からは、ほとんど５μｍ以上の遠赤外線しか放射されないことになる。すなわち、液晶用ガラス基板の加熱に適した遠赤外線放射体となる。
【００１７】
ここで、ガラスバルブ５内面に被覆した耐熱性金属膜６は具体的にはタングステン膜であり、次のように形成する。遠赤外線放射体となるヒータランプの製作時に、バルブの排気工程において、バルブ内を高真空度に保持した状態で抵抗発熱体４に通電すると、抵抗発熱体４のタングステンが蒸発し、バルブ内壁にタングステン膜が付着することにより形成する。タングステン膜の厚みは例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００１８】
なお、ヒータランプ内に抵抗発熱体を支える金属製支持部材が所定の間隔でガラスバルブ内壁に当接し配置されることもあるが、その場合は、タングステン膜を付着した後に、ガラスバルブ内を低真空度にしてＷＯｘ（ここでＸ＜３）というタングステンの酸化物膜を形成し、金属製支持部材とタングステン膜の導通を防ぐことも必要となる。
【００１９】
また、ガラスバルブ５内面に被覆される耐熱性金属膜６の放射率は、その多くが波長１μｍ以下でやや大きく０．５程度であり、波長１μｍ以上では非常に小さく、０．１〜０．２程度である。耐熱性金属膜物質は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）など多数あるが、加熱効率からみると１μｍ以上における放射率が小さい、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）が適する。このうち銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）の膜形成は、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）の線材を用意し、ガラスバルブ内のコイル状の抵抗発熱体に橋渡し保持し、ガラスバルブ内を真空雰囲気にして抵抗発熱体を通電加熱することで銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）は加熱され、真空蒸着によりガラスバルブ内壁に膜形成される。
【００２０】
５００〜１０００℃では１μｍ以下の波長の光の放射はほとんどないので、耐熱性金属膜からの可視域から赤外域にかけてのガラス加熱に使われない波長の光はこれらの耐熱性金属膜からはほとんど放出されない。
【００２１】
一方、内面の耐熱性金属膜で反射された光はフィラメントに戻り再びフィラメントを加熱するエネルギーに変換される。したがって、この遠赤外線放射体からは５μｍ以上の遠赤外線しか放射されない。すなわち、投入電力のほとんどがガラス加熱に使われる被覆になり、極めて高効率な遠赤外線放射体となる。
【００２２】
ガラスバルブは、サンドブラスト等で表面を荒らし表面積を大きくするとバルブ温度を下げることができ、さらに効率よくガラス基板を加熱できる。また、バルブ材質は、場合によっては石英ガラスの代わりに硬質ガラス、バイコールガラス、アルミナ管等他の材質を用いてもよい。
【００２３】
真空中で使う場合、あるいは発熱体が大気中においても十分その機能を発揮するのであれば、遠赤外線放射体は真空気密な構造でなくともよい。抵抗発熱体であるフィラメント材質は、耐熱性の観点からタングステン（Ｗ）が好適に使われるが、この他、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ），カーボン（Ｃ）等他の耐熱性発熱体でもよい。
【００２４】
この他、図４のようにガラスバルブ外表面に耐熱性金属膜を被覆し、その外にシリカ質ガラス（あるいは他のセラミックス材）を被覆してもよい。こうすることで、ガラスバルブ外側に被覆することができ、作業性やコスト的に有利になることも考えられる。また、これとは別の構造として、図５に示すように内表面に被覆した耐熱性金属膜の発熱体側に酸化マンガンや酸化銅などの光吸収性のセラミックスを被覆してもよい。これで、フィラメントからの光の吸収が高まりガラスバルブ温度をさらに上昇させる被覆ができる。
【００２５】
＜実験例＞
タングステンフィラメントを発熱体としたランプにＡｒに１０％Ｎ２を混合して全圧力で１気圧封入し、フィラメント温度が３０００〜３５００Ｋになるように通電加熱しタングステンを蒸発させ、バルブ内面に耐熱性金属膜としてタングステン膜を被覆形成した本発明の放射体を用意した。そして、比較用としてタングステンフィラメントを発熱体とし、耐熱性金属膜の被覆を行っていない１ｋＷのハロゲンランプヒータを放射体として用意した。この２種の放射体で厚み１ｍｍの液晶用ガラスの真空中における加熱比較実験を行なった。
【００２６】
本発明の遠赤外線放射体では、２００Ｖ、１．５Ａで３００Ｗの入力の場合、ガラスバルブ温度は１１５０Ｋであった。一方、比較用のハロゲンランプヒータでは定格の２００Ｖ、５Ａで１ｋＷの入力によって、フィラメント温度が２３００Ｋ、ガラスバルブ温度は９５０Ｋであった。そして、液晶用ガラス基板を２５０℃に加熱するのに要した時間は本発明の遠赤外線放射体で４０秒であったのに対し、比較用のハロゲンランプヒータでは１２０秒を要した。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば真空中でガラスを効率よく急速に加熱する遠赤外線放射体を提供することができる、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱する遠赤外線放射体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶用ガラス加熱方法の模式図を示す。
【図２】液晶用ガラスの透過率曲線例を示す。
【図３】本発明の実施形態としてのランプヒータ型遠赤外線放射体の断面図を示す。
【図４】本発明の他の実施形態としてのランプヒータ型遠赤外線放射体の管軸に垂直な面での断面図を示す。
【図５】本発明の他の実施形態としてのランプヒータ型遠赤外線放射体の管軸に垂直な面での断面図を示す。
【符号の説明】
１  ハロゲンランプヒータ
２  液晶用ガラス基板
３  カーボン板
４  抵抗発熱体
５  ガラスバルブ
６  耐熱性金属膜
７  耐熱性セラミックス膜
８  モリブデン（Ｍｏ）箔
９  給電線
１０  遠赤外線放射体
【図１】
2004311213.tif 000003
【図２】
2004311213.tif 000004
【図３】
2004311213.tif 000005
【図４】
2004311213.tif 000006
【図５】
2004311213.tif 000007