(57)【要約】反射板７２は、電熱線７１からの赤外線を反射してヒータ７０の外部に取り出すために設けられており、たとえばスチール製である。反射板７２の表面にはキャビティ７３が形成されている。このキャビティ７３のアスペクト比が０．１７以上０．７以下の範囲に設定されているため、キャビティを設けない反射体よりも、赤外線の反射率を向上させることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を反射する反射体であって、
複数のキャビティが設けられた反射面を備え、
各キャビティのアスペクト比は０．１７以上０．７以下の範囲内に設定されている、反射体。
【請求項２】
前記キャビティは円柱形状を有しており、
前記キャビティのアスペクト比は、前記キャビティの深さをキャビティの直径で除算した値である、請求項１に記載の反射体。
【請求項３】
前記キャビティの側面および底面は金属から形成されている、請求項１に記載の反射体。
【請求項４】
前記反射体の少なくとも反射面は金属から形成されている、請求項１に記載の反射体。
【請求項５】
前記金属はタングステンまたはニッケルである、請求項３または４に記載の反射体。
【請求項６】
前記反射体は可撓性のあるシート状である、請求項１に記載の反射体。
【請求項７】
前記反射面を形成する層の裏面に樹脂層が設けられている、請求項１に記載の反射体。
【請求項８】
前記キャビティのアスペクト比は０．３以上０．４以下である、請求項１に記載の反射体。
【請求項９】
容器と、
前記容器を囲む熱源と、
請求項１に記載の反射体と、
を備え、
前記反射体の反射面が前記熱源に対向して配置されている、加熱炉。
【請求項１０】
前記反射面は、前記熱源から放射された赤外線を前記容器に向けて反射する、請求項９に記載の加熱炉。
【請求項１１】
前記容器に接続された排気ポンプを更に備える、請求項９に記載の加熱炉。
【請求項１２】
前記反射体の反射面がタングステンおよび炭素を含む層から形成されている請求項９に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、赤外線を反射する反射体、および当該反射体を備えた装置に関する。「反射体」とは、赤外線の反射機能を備えた部材をいう。反射体は、例えばヒータの反射板、赤外線を反射させる反射シート、赤外線の反射効果を有するカーテン・車のボディ等、加熱炉内部の熱源を囲む反射板として利用される。
【背景技術】
【０００２】  赤外線の反射体は種々の用途に用いられており、その反射率は高いことが好ましい。電熱線やハロゲンランプ等を使ったヒータでは、電熱線やハロゲンランプから放射された赤外線が反射板で反射され、対象物を照射する。この反射板の反射率を向上させることができれば、より高い効率で赤外線を対象物に照射することができる。また、家屋に降り注ぐ太陽光に含まれる赤外線を安価な反射板によって効率良く反射することができれば、夏場における家屋内の室温上昇を抑制できるため、エアコンの消費電力を低減し、電気代を節約することが可能になる。【０００３】  ヒータなどの赤外線反射体としては、例えばアルミニウム製の反射板が使用されるが、ガラスに貼付される赤外線反射体としては、多層膜からなる赤外反射フィルムが知られている。【０００４】  特許文献１は、金属化合物のメッシュからなる反射構造体を開示している。図１４は、特許文献１に記載されている反射構造体の構成を示している。図１４の反射構造体は、ガラス基体１と、ガラス基体１の表面に形成された赤外線反射体２とを有する。赤外線反射体２は金属化合物から構成されており、略正方形の孔３を複数有している。孔３の一辺は、反射すべき赤外線の最小波長（赤外線カット波長）の約１／２の長さに設定されている。このため、赤外線カット波長以上の波長を有する赤外線は、反射構造体の孔３を透過することなく、反射構造体で反射されることになる。各孔３は、赤外線カット波長よりも波長の短い放射（たとえば可視光）に対して導波管として作用するため、可視光線は、反射構造体で反射されず、孔３を透過する。
【特許文献１】日本国特開平７−４３５２６号公報（段落［００１６］、［００２３］、図１）
【特許文献２】米国特許第５，０７９，４７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に開示されている反射構造体は、所望の波長を有する赤外線を反射することができるが、その反射率は充分に高くはない。【０００６】  本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、赤外線に対する反射率が著しく向上した反射体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記反射体を備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の反射体は、赤外線を反射する反射体であって、複数のキャビティが設けられた反射面を備え、各キャビティのアスペクト比は０．１７以上０．７以下の範囲内に設定されている。【０００８】  好ましい実施形態において、前記キャビティは円柱形状を有しており、前記キャビティのアスペクト比は、前記キャビティの深さをキャビティの直径で除算した値である。【０００９】  好ましい実施形態において、前記キャビティの側面および底面は金属から形成されている。【００１０】  好ましい実施形態において、前記反射体の少なくとも反射面は金属から形成されている。【００１１】  好ましい実施形態において、前記金属はタングステンまたはニッケルである。【００１２】  好ましい実施形態において、前記反射体は可撓性のあるシート状である。【００１３】  好ましい実施形態において、前記反射面を形成する層の裏面に樹脂層が設けられている。【００１４】  好ましい実施形態において、前記キャビティのアスペクト比は０．３以上０．４以下である。【００１５】  本発明の加熱炉は、容器と、前記容器を囲む熱源と、上記いずれかの反射体とを備え、前記反射体の反射面が前記熱源に対向して配置されている。【００１６】  好ましい実施形態において、前記反射面は、前記熱源から放射された赤外線を前記容器に向けて反射する。【００１７】  好ましい実施形態において、前記容器に接続された排気ポンプを更に備える。【００１８】  好ましい実施形態において、前記反射体の反射面がタングステンおよび炭素を含む層から形成されている。
【発明の効果】
【００１９】  本発明による反射体の反射面には、アスペクト比が０．１７以上０．７以下の範囲内に設定された複数のキャビティが形成されている。後に詳しく説明するように、キャビティのアスペクト比を上記の比較的小さな値に調整すると、キャビティの開口サイズで決定される波長以上の波長を有する赤外線の反射率が１００パーセントに近い値に向上する現象が観察された。この現象は、今まで報告されておらず、その詳細なメカニズムは解明できていないが、このように赤外反射率の向上した反射体は、各種の用途に使用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は第１の反射体１０の上面図であり、（ｂ）は第２の反射体１３の上面図である。
【図２】（ａ）はキャビティ部１１の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】ＦＴ−ＩＲの光学系の概略構成を示す図である。
【図４】反射体１０（材質：Ｎｉ）の反射率の測定結果を示す図である。
【図５】（ａ）はキャビティ部１４の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図６】反射体１０（材質：Ｗ）の反射率の測定結果を示す図である。
【図７】キャビティ２１および２２のアスペクト比に対する赤外線の反射率の向上比の測定結果を示す図である。
【図８】３種類のサンプルの波長に対する表皮長のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、アスペクト比の異なるキャビティ表面に波長１７．０μｍの光を垂直に入射させたときに発生する電界のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】キャビティのアスペクト比における吸収率（放射率比）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】実施形態１によるヒータ７０の構成を模式的に示す図である。
【図１２】実施形態２による反射シート８０の概略的な構成を示す図である。
【図１３】実施形態３による加熱炉９０の構成を示す図である。
【図１４】従来の反射構造体の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】  １０、１３  反射体
１１、１４  キャビティ部
２１、２２、７３、８１  キャビティ
９０  加熱炉
９１  容器
９２  熱源
９３  反射板
９４  断熱材
９５  排気ポンプ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  物体の表面に多数の微細な凹部（キャビティ）を配列した構造物を、光源などの「放射体」として利用するための研究がなされている（例えば、特許文献２）。「放射体」とは、ジュール熱などによって発熱し、その温度に応じた波長分布を有する電磁波を放射する構造物である。白熱電球のフィラメントは、このような放射体の典型例である。【００２３】  特許文献２の放射体の表面に形成された上記の微細なキャビティは、そのサイズによって決まる臨界的な波長（カットオフ波長）よりも短い波長の電磁波にとっては導波管として機能し、カットオフ波長以上の波長を有する電磁波の放射を著しく抑制することが理論的に説明されている。【００２４】  従来の白熱電球などの可視光源において、高い発光効率を達成するための障害となっていたのは、放射体が熱エネルギーを可視光に変換する際に人間の目に感ずることのない赤外線を多量に放射していることであった。特許文献２によれば、放射体の表面に多数のキャビティを形成することにより、赤外線の放射を抑制できるので、このような放射体を白熱電球のフィラメントとして使用すれば、その発光効率を飛躍的に向上させ得ることが期待される。【００２５】  本願発明者らは、上記の放射体と同様に複数のキャビティが表面に形成された構造物を実際に作製し、その表面における反射率を測定する実験を行なったところ、反射率がキャビティのアスペクト比に依存して大きく変化する事実を見出した。そして、このアスペクト比を０．１７以上０．７０以下の範囲内に設定した場合に、その赤外反射率がキャビティの無い物体の赤外反射率よりも向上することがわかった。【００２６】  なお、特許文献２などに示されている従来の考え方によれば、放射体の表面に形成するキャビティの内径は、カットオフ波長を規定するために例えば３５０μｍ程度に設定されるのに対して、キャビティの深さは、内径よりも充分に大きな値（例えば７０００ｎｍ＝７μｍ）に設定すべきと記載されている。このときのアスペクト比は約２０の大きさとなる。しかしながら、本願発明者が鋭意研究したところ、アスペクト比が小さいほど赤外放射効果、すなわち、赤外反射効果が良くなることを新たに発見した。【００２７】  以下、本発明者が行った反射率の測定実験およびその結果を説明し、その後に、本発明による反射体の実施形態を説明する。【００２８】  ＜アスペクト比による反射率向上に関する実験＞
図１（ａ）は、第１の反射体１０の上面図を示す。反射体１０は、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル（Ｎｉ）からなる板である。反射体１０の上面には、キャビティ部１１と、キャビティ部１１の周辺領域１２とが設けられている。キャビティ部１１のサイズは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍであり、キャビティ部１１の全体に複数のキャビティが周期的に配列されている。キャビティ部１１の詳細は後述する。【００２９】  図１（ｂ）は、第２の反射体１３の上面図を示す。反射体１３は、縦６ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのタングステン（Ｗ）からなる板である。反射体１３の全面にはキャビティ部１４が設けられている。キャビティ部１４のすべての領域にはキャビティが配列されている。キャビティ部１４の詳細は後述する。【００３０】  次に、図２を参照しつつ、図１（ａ）のキャビティ部１１を説明する。図２（ａ）は、キャビティ部１１の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。【００３１】  本実験におけるキャビティ２１は円柱形状を有しており、その直径は約４μｍである。隣接する他のキャビティとの配置関係を説明すると、回転中心軸の間隔が約１０μｍになるように配置した。【００３２】  本願発明者らは、アスペクト比が異なるキャビティ２１を複数設けた反射体のサンプルを５種類作製した。キャビティ２１の「アスペクト比」とは、円柱形状のキャビティ２１の深さをキャビティの直径で除算した値、すなわち（キャビティの深さ／キャビティの直径）によって得られる値である。各サンプル上のキャビティ２１のアスペクト比は、（１）０．３，（２）０．４，（３）０．７，（４）２．４，（５）９．５である。【００３３】  なお、反射体の各サンプルは種々の微細加工技術を用いて作製可能である。本実験における各サンプルは、Ｘ線リソグラフィで型を造った後に電鋳による成形を行うＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｎ）プロセスによって作製されている。サンプルの表面構造は、パルスレーザの照射を用いて加工してもよい。パルスレーザの照射によって被処理物の表面に微細な凹部を形成する方法は、例えば日本国特開２００１−３１４９８９号公報などに記載されている。【００３４】  上記５種類の反射体の各サンプルに対し、波長２．５μｍから２５．０μｍまでの反射率を測定した。測定には、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ；Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：装置名ＥａｓｉＤｉｆｆ  ＦＴ−ＩＲ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた。なお、本明細書における「反射率」とは、物体がどの波長の光をどれだけ反射するかを示す値である。【００３５】  まず、図３を参照して、測定に用いたＦＴ−ＩＲの構成を説明する。図３は、ＦＴ−ＩＲの光学系の概略構成を示している。ＦＴ−ＩＲは、光源部３１と、積分楕円反射鏡３２と、検出部３３とを備えている。積分楕円反射鏡３２は２つの焦点を有する。第１焦点位置には反射体１０を取り付けるサンプル台３７が配置されている。第２焦点３６の位置は第１焦点の位置よりも積分楕円反射鏡３２の反射面から離れている。【００３６】  積分楕���反射鏡３２の反射面と第２焦点３６とを直線で結ぶ線上に光源部用ミラー３４と検出部用ミラー３５とが配置されている。積分楕円反射鏡３２はサンプル台３７の中心点からの垂線を０°と定義した場合に＋６０°から−６０°まで仰ぐ角度までの広がりを持つ大きさである。【００３７】  次に、ＦＲ−ＩＲによる反射率の測定方法を説明する。光源部３１から放射された光は、光源部用ミラー３４で反射されて積分反射鏡３２へ入射する。入射した光は積分反射鏡３２で反射され、第１焦点位置のサンプル台３７へ集光される。集光された光はサンプル台３７に取り付けられた反射体１０のキャビティ部１１に入射し、キャビティ２１によって決まる所定の波長以上の光のみが反射される。【００３８】  反射された光は再び積分反射鏡３２へ入射する。入射した光は積分反射鏡３２で第２焦点に向けて反射され、その後さらに、検出部用ミラー３５で反射される。反射された光は検出部３３に入射する。そして、入射した光の波長が測定される。【００３９】  このような構成のＦＴ−ＩＲを用い、アスペクト比が０．３の反射体１０の反射率を測定した結果を説明する。なお、リファレンスとして、キャビティ部１１が設けられていない点のみ異なるサンプル（すなわち、ニッケルの板）の反射率も測定した。【００４０】  図４は、キャビティを有する反射体１０（材質：Ｎｉ）の反射率の測定結果を示す。横軸は波長（μｍ）、縦軸は反射率（％）である。【００４１】  図４からわかるように、波長が約１６μｍより短い放射に対して、反射体１０の反射率はリファレンスの反射率よりも低い。したがって、このような波長域の放射に対しては、キャビティを設けることによって反射率が低下することがわかる。【００４２】  一方、波長が約１６μｍ以上であれば、反射体１０の反射率はリファレンスの反射率よりも高くなる。特に、波長を約１６μｍから徐々に長くするにしたがって反射体１０の反射率は増加し、たとえば波長約２４μｍ以上になると、反射体１０の反射率は９９％以上（略１００％）になる。【００４３】  以上の結果から、波長が約１６μｍ以上であれば、アスペクト比が０．３のキャビティを有する反射体１０の反射率は、キャビティを設けていないリファレンスの反射率よりも高くなることがわかる。特に、放射の波長が約１６μｍを超えて長くなるほど、反射体１０の反射率は１００％に近づき、波長約２４μｍ以上になると、反射体１０の反射率は略１００％になることもわかった。【００４４】  なお、実験に用いたキャビティ２１の直径は４μｍと微細であるため、上述した結果は実はキャビティ２１およびそのアスペクト比に起因するのではなく、反射体１０の表面粗さとリファレンスの表面粗さとの差が大きかったことに起因するとも考えられる。そこで、リファレンスの表面粗さと、反射体１０のキャビティ２１以外の部分（図２（ａ）のキャビティ２１間の表面部分）の表面粗さとを、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定した。その結果、両試料の粗さの差はキャビティの直径の１／１０程度（約０．４μｍ）であり、ＦＴ−ＩＲの測定結果に影響を与えるものではないことがわかった。したがって、図４におけるアスペクト比が０．３の反射体１０の有利な効果は、キャビティ２１の構成に起因するものであることが明確になった。【００４５】  次に、図５を参照して、図１（ｂ）のキャビティ部１４を備える反射体の実験結果を説明する。図５（ａ）は、図１（ｂ）のキャビティ部１４の拡大図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。【００４６】  キャビティ部１４には、略円柱形状を有するキャビティ２２のアレイが略周期的に配列されている。キャビティ２２は円柱形状であり、その直径は０．３μｍである。隣接する他のキャビティとの配置関係を説明すると、回転中心軸の間隔が０．６μｍになるように配置した。キャビティの深さは０．１μｍである。したがって、キャビティ２２のアスペクト比（キャビティの深さ／キャビティの直径）は約０．３３である。各キャビティ２２の作製方法は、図２（ａ）および（ｂ）に関連して説明したとおりである。なお、リファレンスとしてキャビティ部１４が無いサンプル、すなわちタングステンの板の反射率も測定した。【００４７】  図６は、タングステンからなる反射体１３の反射率の測定結果を示すグラフである。グラフの横軸は波長（μｍ）、縦軸は反射率（％）である。反射率の測定波長範囲は、０．４μｍから３μｍまでである。【００４８】  図６によれば、可視域において、リファレンスの反射率が反射体１３の反射率よりも高くなるが、波長が長くなるに従って両者の反射率差は小さくなり、波長約２．３μｍの放射に対して、両者の反射率差は略０となる。そして、波長が２．３μｍ以上になると、反射体１３の反射率の方がリファレンスの反射率よりも高くなる。例えば波長２．５μｍにおいて、リファレンスの反射率は８８％であるのに対して、反射体１３の反射率は９２％である。【００４９】  上記の測定結果によれば、キャビティが無いサンプルよりも、キャビティ２２が配列されたサンプルの方が赤外域において反射率が４％高くなるといえる。言い換えれば、キャビティ２２が配列されたサンプルの方が、熱源からの、２．３μｍ以上の波長領域の熱輻射を多く反射できる。なお、本サンプルの両試料の表面粗さは、キャビティ２２よりも十分に小さいことは確認済である。【００５０】  図７は、キャビティ２１および２２のアスペクト比と、赤外線の反射率の向上比との関係を示す。横軸はアスペクト比、縦軸は反射率の向上比である。「反射率の向上比」とは、波長１７μｍにおける反射体の反射率を同波長におけるリファレンスの反射率で除算した値である。反射率の向上比が１を超える場合は、反射体の反射率がリファレンスの反射率を上回っていることを示す。図７のグラフにおいて、“○”のデータポイントがキャビティ２１を有する反射体１０に関する測定結果を示しており、“●”のデータポイントがキャビティ２２を有する反射体１３に関する測定結果を示している。【００５１】  図７のグラフによれば、アスペクト比が０．１７以上０．７以下の範囲（ｂ）内において、反射率の向上比が１を超えることがわかる。一方、アスペクト比が０から約０．１７までの範囲（ａ）、および、アスペクト比が０．７０より大きい範囲（ｃ）内では、反射率の向上比は１以下である。したがって、キャビティのアスペクト比を上述の範囲（ｂ）内で設定しなければ、赤外域の反射率がリファレンスの反射率よりも高くならず、キャビティを設ける意味がない。【００５２】  図７のグラフによれば、アスペクト比を０．３以上０．４以下の範囲内に設定すると、反射率の向上比は最大値約１．０２以上となる。したがって、アスペクト比は０．３以上０．４以下の範囲内に設定することが更に好ましい。【００５３】  ＜表皮長によるキャビティの間隔に関する結果＞
図１（ａ）および（ｂ）に示す反射体１０および１３では、キャビティ構造によって赤外線を反射させるため、キャビティ同士の間隔は密にする方が好ましい。すなわち、反射体１０および１３の各反射面に相当する部分により多くのキャビティを形成することが好ましい。キャビティを密に構成できるか否かは、キャビティが形成される反射面の材質に依存する、すなわち、反射面の表皮長に依存することがわかっている（例えば、日本国特開平３−１０２７０１号公報を参照されたい）。【００５４】  表皮長の長さは導電率の大きさに影響される。導電率が大きい材料は、表皮長が短い。まず、反射体１０を構成する材料毎の表皮長を調べた結果を説明する。対象は、以下に示す３種類の材料：
（１）ボロン濃度が１０１５ｃｍ−３のＰ型シリコン基板（以下、このサンプルを「シリコン」と称する。）、
（２）ボロン濃度が１０２０ｃｍ−３のＰ型シリコン基板（ここでは、このサンプルを「ドープトシリコン」と称する。）、および
（３）タングステン。【００５５】  それぞれのサンプルに、円柱形状のキャビティを複数配列した。なお、キャビティの直径は２５０ｎｍ、隣接するキャビティの回転中心軸間の間隔は５００ｎｍ、キャビティの深さは１００ｎｍ（アスペクト比は０．４）である。これらのサンプルは、ケミカルエッチングにより作製されている。また、反射率は、可視光の波長近傍の波長で測定のできる反射率測定装置（ポリクロメータ：大塚電子製・ＭＣＰＤ７０００）を用いて測定した。【００５６】  波長を徐々に長くして順次反射率を測定した結果、タングステンのサンプルは波長７００ｎｍ付近から反射率が向上することがわかったが、シリコンやドープトシリコンでは反射率の向上が確認できなかった。この結果は、表皮長の観点から説明できる。【００５７】  図８は、３種類のサンプルの波長に対する表皮長のシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が表皮長（ｎｍ）である。表皮長δ（ｎｍ）は、材料の複素比誘電率における複素比誘電率の虚部をκ、波長をλ（ｎｍ）として、下記数１によって計算されている。【００５８】
【数１】
2007023691.tif 000003
【００５９】  本サンプルのキャビティ同士の間隔の最も狭い箇所は２５０ｎｍである。したがって、２５０ｎｍよりも表皮長が大きくなる波長の放射（紫外線、可視光、赤外線も含む）が反射体に入射した場合、キャビティは、その放射を反射する能力が著しく低下する。すなわち、キャビティ構造を有するサンプルでは、シリコンの場合、波長約５００ｎｍ以上の放射を反射する能力が著しく低下し、またドープトシリコンの場合は、波長約６３０ｎｍ以上の放射を反射する能力が著しく低下する。【００６０】  以上の結果から、キャビティ同士の間隔は、反射したい放射の波長と反射体の表皮長とで定まる長さよりも長くしておく必要があることがわかる。【００６１】  更に、表皮長のκは材料の導電率によっても影響を受ける。すなわち、導電率が高くなると表皮長は短くなる傾向にある。例えば、シリコンの導電率は１０（Ω・ｍ）−１、ドープトシリコンの導電率は１０５（Ω・ｍ）−１、タングステンの導電率は２．０×１０７（Ω・ｍ）−１である。この導電率と表皮長との関係は図８からも概略的に確認できる。また、ニッケルの導電率は１．３×１０７（Ω・ｍ）−１であって、図８のドープトシリコンとタングステンとの曲線間付近にニッケルの表皮長曲線が存在する。【００６２】  したがって、表皮長が短い材料、すなわち、導電率が大きい材料を反射体１０および反射体１３の材料として利用することで、キャビティ同士の間隔を狭めることができ、キャビティ部におけるキャビティが占める面積（開口率）を増加させることができる。【００６３】  反射体１０および１３を構成する材料は金属であることが好ましい。金属は導電率が高いため表皮長も短くでき、開口率を向上できるからである。なお、表皮長に比べて十分に長い波長の放射を反射させるのであれば、その波長に見合った材質の材料を選べば良い。例えば、ドープトシリコン等の半導体なども選択可能である。【００６４】  また、反射体の用途に応じて材料を変更することができる。たとえば融点が３０００Ｋ以上のタングステンで反射体を形成することにより、高温雰囲気下でも利用可能な反射体を得ることができる。そのような高温での利用が想定されていない用途の反射体であれば、ニッケルを含むスチール等で反射体を形成してもよい。材料の価格に応じて適宜選択することができる。【００６５】  なお、キャビティ部を複数の区画に分け、区画ごとにキャビティの密度を変えてもよい。これにより、キャビティ部（または反射体）上の位置に応じて、異なる反射特性を付与することができる。キャビティの内径および深さは、マスクの設定により任意の大きさを付与できる。【００６６】  ＜アスペクト比率が反射率に影響を及ぼす原因＞
キャビティのアスペクト比率が反射率に大きな影響を及ぼす原因は、以下のように考えることができる。【００６７】  まず、キャビティによるカットオフ現象のため、カットオフ波長より長波長域ではキャビティ内へ光波の進入が制限される。このため、誘導電流が流れる実効体積Ｖが減り、損失量が減少する効果が生じる。次に、誘導電流が流れる実効体積Ｖが減る代わりに、キャビティ周辺のエッジ部へ電界Ｅ（誘導電流）が集中し、損失が増加する効果が生じる。【００６８】  これらの相反する２つの効果において、損失量は電界Ｅの２乗に比例するため、実効体積Ｖの減少による損失量減少よりも、電界Ｅの集中による損失量増加の影響を受けやすい。このことは、アスペクト比が大きくなるほど、顕著になることがわかった。【００６９】  図９（ａ）および（ｂ）は、アスペクト比の異なるキャビティが形成された２つの反射面に波長１７．０μｍの光を垂直に入射させたときに発生する電界のシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は、アスペクト比を０．３０とした例であり、図９（ｂ）は、アスペクト比を１．００とした例である。図９（ａ）および（ｂ）に示す三角印は発生した電界を示し、三角印の大きさは電界の大きさを示し、鋭角の頂点方向が電界方向を示す。【００７０】  上記のシミュレーションの結果によると、アスペクト比が０．３０の例（図９（ａ））では、カットオフ波長より長波長（１７μｍ）の光であっても、キャビティの底面に光波の一部が進入し、電界が発生していることがわかる。そのため、キャビティ周辺のエッジ部への誘導電流の集中は少なくなっている。【００７１】  一方、アスペクト比が１．００の例（図９（ｂ））では、カットオフ効果によってキャビティ内に電界が形成されず、その代わりにキャビティ周辺のエッジ部に電界が集中して増加している。【００７２】  図１０は、キャビティのアスペクト比と吸収率比（キャビティ有りの吸収率／キャビティ無の吸収率）との関係を示すシミュレーション結果を示している。アスペクト比が０から１．００までの範囲では、アスペクト比が大きくなるほど、吸収率比が大きくなっている。すなわち、アスペクト比が大きいと反射率が小さくなることが分かる。その理由は、アスペクト比が大きくなるにしたがって、キャビティ底面へ誘導電流が流れにくくなり、その代わりにキャビティ周辺のエッジ部での誘導電流が集中して損失が増加するためである。【００７３】  このシミュレーション結果は、アスペクト比が１．００以上の場合、アスペクト比が大きくなっても反射率を高めることができないことを示している。この傾向は、「導波管としてはキャビティ深さＤが深いほど、カットオフ効果が大きくなる」という見解、つまり、アスペクト比が大きいほど、赤外反射効果（赤外放射抑制効果）があるという従来の一般的な見解と異なる新たな知見である。【００７４】  ＜まとめ＞
これまでの実験結果、及びシミュレーション結果から明らかなように、キャビティのアスペクト比を０．１７以上０．７０以下の範囲内に設定することにより、赤外反射効果を高められことが検証された。【００７５】  なお、反射板は金属から形成されることが好ましい。具体的には、キャビティの側面および底面が金属で覆われていることが好ましい。その理由は、キャビティの側面および底面を金属から形成すると、反射板が放射（電磁波）を受けたとき、キャビティの底面部分に電流が流れ、その結果、上述した反射率の向上効果を高めることができるからである。なお、キャビティの底から反射板の裏面までの距離は、反射板材料の表皮長程度またはそれ以上であればよい。【００７６】  一方、キャビティが反射板の表面から裏面まで物理的に貫通して形成されている場合や、反射板が赤外線に対して透明な材料（無機ガラス等）から形成されている場合には、反射機能を有しない。キャビティの底には電流が流れないため、反射率が向上しないからである。【００７７】  以下、図１１〜図１３を参照しながら、本発明による反射体の実施形態を説明する。【００７８】  （実施形態１）
図１１は、本実施形態によるヒータ７０の構成を模式的に示す。ヒータ７０は、電熱線７１と、反射板７２とを備えている。【００７９】  電熱線７１は熱源である。反射板７２は、電熱線７１からの赤外線を反射してヒータ７０の外部に取り出すために設けられており、たとえばスチール製である。【００８０】  反射板７２の表面にはキャビティ７３が形成されている。このキャビティ７３は、図１（ａ）および図２（ａ）および（ｂ）に示すキャビティ部１１のキャビティ２１を有している。【００８１】  ヒータ７０は主に人体を暖めることを目的としている。そのためキャビティ７３の直径は約３μｍ程度にすることが好ましい。人間の皮膚は６μｍ以上波長の放射を吸収する性質があるからである。キャビティ７３の深さは、必要とされるキャビティ７３のアスペクト比に応じて決定されている。上述したように、キャビティ７３のアスペクト比は０．１７から０．７までの範囲内で設定されていることが好ましい。したがってキャビティ７３の深さは、所望のアスペクト比とキャビティ７３の直径との積として得られる。【００８２】  ヒータ７０の反射板に上述の範囲内のアスペクト比を有するキャビティを複数配列することにより、赤外線の反射率を向上でき、人体を暖めるための赤外線が人体に向けて反射される効率を向上させることができる。【００８３】  なお、ここでは電熱線７１によるヒータの反射板７２を説明したが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば、石油ストーブやガスストーブの赤外線の反射板、ハロゲンヒータの赤外線の反射板等に利用してもよい。また、人体を暖めるストーブ等ではなく、物体を暖める加熱装置の反射鏡としても有用である。例えば、ランプを封止する際にランプの封止部を加熱するための加熱源の周囲に配置される反射鏡として用いることもできる。【００８４】  （実施形態２）
図１２は、本実施形態による反射シート８０の概略的な構成を示す。反射シート８０は可撓性を有しており、折り曲げることが可能である。図１２には、ロール状に巻き取られた反射シート８０が示されている。【００８５】  反射シート８０は反射層８２と樹脂層８３とが積層されて構成されている。反射層８２は、反射シート８０の表面を構成しており、たとえばアルミニウム箔から構成されている。反射層８２の表面（反射面）には、複数のキャビティ８１が形成されている。キャビティ８１のアスペクト比は、０．７以下に設定されている。アスペクト比の下限は、０．１７であることが好ましい。なお、箔の厚さは、使用する箔材料の表皮長よりも大きく、かつ、使用する際に折り曲げることが可能な厚さであれば良い。例えば、１μｍ〜５００μｍの厚さが実用的である。【００８６】  樹脂層８３は、反射層８２の背面に形成されており、反射シート８０の裏面を構成している。樹脂層８３の樹脂は、たとえばウレタン等である。樹脂層８３には、少なくとも２つの役割がある。第１は、反射シート８０を所定の場所に固定するための粘着材としての役割である。第２は、反射層８２上のキャビティ８１を保護するための保護材としての役割である。【００８７】  本実施形態では、キャビティ８１のアスペクト比が相対的に小さいため、反射層８２はプレス加工で容易に形成できる。プレス加工によってキャビティ８１を形成すると、キャビティ８１の形成に対応して押し出された部分が反射層８２の背面に突出する。この状態で、壁等に反射シート８０を押しつけて貼り付けると、反射層８２の裏面の当該突出部分が元に戻る方向に押され、キャビティ８１のくぼみが無くなる場合がある。そこで、樹脂層８３を設けることにより、樹脂層８３が壁と反射層８２のクッション材としての役目を果たし、キャビティ８１が潰れてしまうことを抑制できる。【００８８】  本実施形態の反射シート８０によれば、キャビティ８１が設けられていない反射シートに比べて、所望の波長域における赤外線反射率を向上できる。また、反射シート８０には、裏面に樹脂部が設けられているため、反射シート８０を他の部材に貼り付けるときにキャビティ８１を潰してしまうことがない。さらに、金属シートをプレス加工してアスペクト比が小さいキャビティ８１を形成することは容易であるため、反射シート８０の製造が非常に簡易となり、大量生産に適している。【００８９】  なお、本実施形態の反射シート８０では、反射層８２の背面側に粘着性を有する樹脂層８３を設けているが、本発明の実施形態は、このような構成を有するものに限定されない。例えば、反射シート８０をカーテン素材として用いることができる。太陽光を受ける側の表面にキャビティを備える反射シート８０をカーテンの少なくとも一部として利用すれば、太陽からの赤外線を効果的に反射することができ、家屋内の室温上昇を抑制できる。【００９０】  反射シート８０は、車のボディに貼り付けて使用してもよい。この反射シート８０を車のボディに貼り付けることにより、車に降り注ぐ赤外線を高い反射率で反射することができるため、車内温度の上昇を効果的に抑制することができる。車のボディに反射シート８０を貼り付ける代わりに、��のボディの表面自体にプレス加工を行ない、それによってキャビティの配列をボディ表面に形成しもよいし、あるいは、キャビティがプレス加工によって形成された金属シートを加工して車のボディとしてもよい。【００９１】  このように、反射シート８０は、必ずしも樹脂層８３を含まなくてもよい。反射シート８０は、反射層８２のみから構成されていても良いし、他の材料からなる部材と組み合わされていてもよい。【００９２】  なお、反射層８２にキャビティ８１を形成するまでは、キャビティ８１の潰れを防ぐために樹脂層を設けておき、その後、樹脂層を取り外してもよい。このような使用法は、反射層８２を壁等に押しつける必要がない用途において有効である。【００９３】  上述のいずれの例においても、反射シートや金属シートのキャビティが設けられた側の面に、赤外線に対して透明な無機ガラスや樹脂でコーティングすることができる。コーティングすることにより、加工後のシートの劣化やキャビティの潰れを低減でき、赤外線の反射効果を持続させることができる。【００９４】  （実施形態３）
以下、実施形態１および２における反射体よりも高温に曝される反射体の実施形態を説明する。【００９５】  従来の電気炉、たとえば日本国特開平８−１４７６４号公報に開示された電気炉は、発熱体を取り囲むように配置した透明なガラスの表面に金などの金属を蒸着している。この蒸着金属の層が赤外線の熱輻射を発熱体に反射し、対象物を過熱する。【００９６】  しかしながら、金の融点は１０６４℃であり、１０００℃以上に耐えうる加熱炉の実現が困難である。また、金は材料自体も高価であり、完成した加熱炉自身も高価となる。さらに、同文献に開示された他の電気炉は、熱源をアルミニウム等の金属壁で取り囲むように配置して赤外線の熱輻射を熱源に反射させ、対象物を保温している。しかし、アルミニウムを金属壁とする場合は、融点が６６０℃であり、やはり１０００℃以上の高温な加熱炉には使用することができない。【００９７】  図１３は、本実施形態による加熱炉９０の構成を示す。加熱炉９０は、容器９１と、熱源９２と、反射板９３と、断熱材９４と、排気ポンプ９５とを備えている。加熱炉９０は、たとえばランプを封止するために利用される。【００９８】  容器９１は、被加熱物を入れるために設けられている。熱源９２は、熱を与えるための電熱線等であり、容器９１を囲むように配置されている。【００９９】  反射板９３は、熱源９２からの赤外線を反射して容器９１の被加熱物を加熱するために設けられており、たとえばタングステンで形成されている。タングステンは金よりも安価であり、かつ、金やアルミニウムよりも融点が高いため、より利用しやすく、かつ、高温に耐えうる反射板９３を実現できる。【０１００】  反射板９３の表面（反射面）には複数のキャビティが形成されている。反射板９３の当該反射面は熱源１２に対向して配置され、熱源からの赤外線を容器に向けて反射する。【０１０１】  反射板９３は少なくとも赤外線を反射する必要があるので、反射板９３上のキャビティの直径は少なくとも反射させたい赤外線の波長の１／２よりも小さくし、かつアスペクト比を０．１７以上０．７以下の範囲とする必要がある。たとえば、図１（ｂ）および図５（ａ）および（ｂ）に示すキャビティ部１４のキャビティ２２を有していることが好ましい。【０１０２】  断熱材９４は、熱源１２からの熱が熱伝導によって外気に放出されないようにするために、反射板１３の熱源１２と反対側の面に設けられている。【０１０３】  排気ポンプ９５は、加熱炉９０の蓋部に接続され、容器１１内を減圧する。【０１０４】  複数のキャビティを有する反射板９３を利用して加熱炉９０を構成することにより、赤外域の反射率を向上させることができる。よって、設定された温度まで高速に加熱することができるとともに、効率よくその温度を維持できる。さらに反射板９３は金よりも安価なタングステンで形成されているため、より安価で高効率な加熱炉が実現できる。【０１０５】  上記の各実施形態における反射板（反射体）に代えて、さらに以下に説明する反射体を利用することもできる。【０１０６】  すなわち、反射板を反射体として使用し、その効果を発揮し続けるためには、使用される雰囲気中において反射体のキャビティがその形状を保ち続ける必要がある。【０１０７】  本願発明者らは、個々のサイズが数μｍ以下のキャビティが形成されたタングステンで反射体を製造した場合、タングステンの融点が３０００Ｋ以上にも関わらず、１２００Ｋ程度の温度で短時間にキャビティが破壊してしまう現象を観測した。例えばランプを封止する加熱炉（加熱装置）においては、反射板の温度が１２００Ｋを超える可能性がある。赤外域の反射を増加させるために、キャビティのアレイの構造（サイズ）をミクロンレベルに微細化した結果、表面構造が消失してしまうと、そのような反射体を高温で動作する装置に応用することはできない。【０１０８】  そこで本願発明者らは種々の実験を行い、タングステンおよび炭素を含むタングステン化合物層を形成すると、キャビティのアレイの熱的安定性が高められ、表面の微細構造が高温でも崩れず保持されることを確認した。【０１０９】  したがって、高温雰囲気で使用する反射体には、タングステン層にＷＣまたはＷ２Ｃのタングステン化合物層を設け、そのタングステン化合物層にキャビティを設ければよい。これにより、キャビティの短時間の崩壊を抑制できる。このような反射体は、実施形態３に示す加熱炉の反射材として利用することが特に好適である。【０１１０】  なお、タングステン化合物層は、タングステンで形成された反射体の表面にキャビティが形成されたサンプルの表面を、プラズマ浸炭処理することによって得ることができる。浸炭処理とは、金属などの表面を炭化する処理であり、種々の方法が開発されている。プラズマ浸炭処理の具体的手順を説明すると、まず、炉体・断熱材を陽極とし、被処理物を陰極とし、メタンやプロパンなどの炭化水素系ガスを含む希ガス雰囲気中で両極間に高圧の直流電圧を印加して、グロー放電を発生させる。グロー放電で生じたプラズマ中での種々の電気化学的作用により、炭化水素系ガス等のイオンが被処理物表面に作用し、浸炭が行われる。好ましい浸炭処理温度は５００〜２０００℃（たとえば１１００℃）であり、好ましい浸炭処理時間は４〜４８時間（たとえば８時間）に設定される。【０１１１】  浸炭処理の条件を調節することにより、形成されるタングステン化合物層１６の厚さを制御することができる。熱的な安定性を高めるには、タングステン化合物層１６の厚さはおそらく数十ｎｍ程度以上であれば充分と考えられる。【０１１２】  なお、タングステン化合物層の形成方法は浸炭処理に限定されない。他には、たとえば炭素のイオン注入や固相拡散によってタングステン中に炭素などの化合物構成元素を導入することにより、タングステン化合物層を形成してもよい。【０１１３】  赤外線を高い効率で反射するという観点から、本発明の反射体におけるキャビティの内径は、０．３９μｍ以上の範囲内に設定されることが実用的である。また、可視光を反射させるためには、０．１９μｍ以上のキャビティ内径が実用的である。但し、図４を参照しながら説明したように、カットオフ波長で急激に反射率が増加して急激に１００％に近くなるわけではないので、反射させたい波長の１／２波長よりも小さい内径を選ぶことが好ましい。すなわち、キャビティの内径は、所望の波長、所望の反射率に応じて決定される。キャビティの形状は円柱に���定されず、反射面の法線方向に垂直な断面の形状が矩形、多角形、または楕円形であってもよい。【０１１４】  反射面において、キャビティが形成されていない領域は、平坦であることが好ましいが、キャビティの深さに比べて充分に小さな凹凸であれば存在してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】  本発明による反射体は、赤外線の反射率を向上できるため、例えば効率よく温度を設定できる加熱装置、ヒータ、反射シート等の反射を必要とする装置等に利用することが特に有用である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月26日(2006.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を反射する反射体であって、
複数のキャビティが設けられた反射面を備え、
各キャビティのアスペクト比は０．１７以上０．７以下の範囲内に設定されている、反射体。
【請求項２】
前記キャビティは円柱形状を有しており、
前記キャビティのアスペクト比は、前記キャビティの深さをキャビティの直径で除算した値である、請求項１に記載の反射体。
【請求項３】
前記キャビティの側面および底面は金属から形成されている、請求項１に記載の反射体。
【請求項４】
前記反射体の少なくとも反射面は金属から形成されている、請求項１に記載の反射体。
【請求項５】
前記金属はタングステンまたはニッケルである、請求項３または４に記載の反射体。
【請求項６】
前記反射体は可撓性のあるシート状である、請求項１に記載の反射体。
【請求項７】
前記反射面を形成する層の裏面に樹脂層が設けられている、請求項１に記載の反射体。
【請求項８】
前記キャビティのアスペクト比は０．３以上０．４以下である、請求項１に記載の反射体。
【請求項９】
容器と、
前記容器を囲む熱源と、
請求項１に記載の反射体と、
を備え、
前記反射体の反射面が前記熱源に対向して配置されている、加熱炉。
【請求項１０】
前記反射面は、前記熱源から放射された赤外線を前記容器に向けて反射する、請求項９に記載の加熱炉。
【請求項１１】
前記容器に接続された排気ポンプを更に備える、請求項９に記載の加熱炉。
【請求項１２】
前記反射体の反射面がタングステンおよび炭素を含む層から形成されている請求項９に記載の加熱炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を反射する反射体、および当該反射体を備えた装置に関する。「反射体」とは、赤外線の反射機能を備えた部材をいう。反射体は、例えばヒータの反射板、赤外線を反射させる反射シート、赤外線の反射効果を有するカーテン・車のボディ等、加熱炉内部の熱源を囲む反射板として利用される。
【背景技術】
【０００２】
赤外線の反射体は種々の用途に用いられており、その反射率は高いことが好ましい。電熱線やハロゲンランプ等を使ったヒータでは、電熱線やハロゲンランプから放射された赤外線が反射板で反射され、対象物を照射する。この反射板の反射率を向上させることができれば、より高い効率で赤外線を対象物に照射することができる。また、家屋に降り注ぐ太陽光に含まれる赤外線を安価な反射板によって効率良く反射することができれば、夏場における家屋内の室温上昇を抑制できるため、エアコンの消費電力を低減し、電気代を節約することが可能になる。
【０００３】
ヒータなどの赤外線反射体としては、例えばアルミニウム製の反射板が使用されるが、ガラスに貼付される赤外線反射体としては、多層膜からなる赤外反射フィルムが知られている。
【０００４】
特許文献１は、金属化合物のメッシュからなる反射構造体を開示している。図１４は、特許文献１に記載されている反射構造体の構成を示している。図１４の反射構造体は、ガラス基体１と、ガラス基体１の表面に形成された赤外線反射体２とを有する。赤外線反射体２は金属化合物から構成されており、略正方形の孔３を複数有している。孔３の一辺は、反射すべき赤外線の最小波長（赤外線カット波長）の約１／２の長さに設定されている。このため、赤外線カット波長以上の波長を有する赤外線は、反射構造体の孔３を透過することなく、反射構造体で反射されることになる。各孔３は、赤外線カット波長よりも波長の短い放射（たとえば可視光）に対して導波管として作用するため、可視光線は、反射構造体で反射されず、孔３を透過する。
【特許文献１】特開平７−４３５２６号公報（段落[００１６]、[００２３]、図１）
【特許文献２】米国特許第５,０７９,４７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている反射構造体は、所望の波長を有する赤外線を反射することができるが、その反射率は充分に高くはない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、赤外線に対する反射率が著しく向上した反射体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記反射体を備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の反射体は、赤外線を反射する反射体であって、複数のキャビティが設けられた反射面を備え、各キャビティのアスペクト比は０．１７以上０．７以下の範囲内に設定されている。
【０００８】
好ましい実施形態において、前記キャビティは円柱形状を有しており、前記キャビティのアスペクト比は、前記キャビティの深さをキャビティの直径で除算した値である。
【０００９】
好ましい実施形態において、前記キャビティの側面および底面は金属から形成されている。
【００１０】
好ましい実施形態において、前記反射体の少なくとも反射面は金属から形成されている。
【００１１】
好ましい実施形態において、前記金属はタングステンまたはニッケルである。
【００１２】
好ましい実施形態において、前記反射体は可撓性のあるシート状である。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記反射面を形成する層の裏面に樹脂層が設けられている。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記キャビティのアスペクト比は０．３以上０．４以下である。
【００１５】
本発明の加熱炉は、容器と、前記容器を囲む熱源と、上記いずれかの反射体とを備え、前記反射体の反射面が前記熱源に対向して配置されている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記反射面は、前記熱源から放射された赤外線を前記容器に向けて反射する。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記容器に接続された排気ポンプを更に備える。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記反射体の反射面がタングステンおよび炭素を含む層から形成されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による反射体の反射面には、アスペクト比が０．１７以上０．７以下の範囲内に設定された複数のキャビティが形成されている。後に詳しく説明するように、キャビティのアスペクト比を上記の比較的小さな値に調整すると、キャビティの開口サイズで決定される波長以上の波長を有する赤外線の反射率が１００パーセントに近い値に向上する現象が観察された。この現象は、今まで報告されておらず、その詳細なメカニズムは解明できていないが、このように赤外反射率の向上した反射体は、各種の用途に使用することが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
物体の表面に多数の微細な凹部（キャビティ）を配列した構造物を、光源などの「放射体」として利用するための研究がなされている（例えば、特許文献２）。「放射体」とは、ジュール熱などによって発熱し、その温度に応じた波長分布を有する電磁波を放射する構造物である。白熱電球のフィラメントは、このような放射体の典型例である。
【００２１】
特許文献２の放射体の表面に形成された上記の微細なキャビティは、そのサイズによって決まる臨界的な波長（カットオフ波長）よりも短い波長の電磁波にとっては導波管として機能し、カットオフ波長以上の波長を有する電磁波の放射を著しく抑制することが理論的に説明されている。
【００２２】
従来の白熱電球などの可視光源において、高い発光効率を達成するための障害となっていたのは、放射体が熱エネルギーを可視光に変換する際に人間の目に感ずることのない赤外線を多量に放射していることであった。特許文献２によれば、放射体の表面に多数のキャビティを形成することにより、赤外線の放射を抑制できるので、このような放射体を白熱電球のフィラメントとして使用すれば、その発光効率を飛躍的に向上させ得ることが期待される。
【００２３】
本願発明者らは、上記の放射体と同様に複数のキャビティが表面に形成された構造物を実際に作製し、その表面における反射率を測定する実験を行なったところ、反射率がキャビティのアスペクト比に依存して大きく変化する事実を見出した。そして、このアスペクト比を０．１７以上０．７０以下の範囲内に設定した場合に、その赤外反射率がキャビティの無い物体の赤外反射率よりも向上することがわかった。
【００２４】
なお、特許文献２などに示されている従来の考え方によれば、放射体の表面に形成するキャビティの内径は、カットオフ波長を規定するために例えば３５０μｍ程度に設定されるのに対して、キャビティの深さは、内径よりも充分に大きな値（例えば７０００ｎｍ＝７μｍ）に設定すべきと記載されている。このときのアスペクト比は約２０の大きさとなる。しかしながら、本願発明者が鋭意研究したところ、アスペクト比が小さいほど赤外放射効果、すなわち、赤外反射効果が良くなることを新たに発見した。
【００２５】
以下、本発明者が行った反射率の測定実験およびその結果を説明し、その後に、本発明による反射体の実施形態を説明する。
【００２６】
＜アスペクト比による反射率向上に関する実験＞
図１（ａ）は、第１の反射体１０の上面図を示す。反射体１０は、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル（Ｎｉ）からなる板である。反射体１０の上面には、キャビティ部１１と、キャビティ部１１の周辺領域１２とが設けられている。キャビティ部１１のサイズは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍであり、キャビティ部１１の全体に複数のキャビティが周期的に配列されている。キャビティ部１１の詳細は後述する。
【００２７】
図１（ｂ）は、第２の反射体１３の上面図を示す。反射体１３は、縦６ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのタングステン（Ｗ）からなる板である。反射体１３の全面にはキャビティ部１４が設けられている。キャビティ部１４のすべての領域にはキャビティが配列されている。キャビティ部１４の詳細は後述する。
【００２８】
次に、図２を参照しつつ、図１（ａ）のキャビティ部１１を説明する。図２（ａ）は、キャビティ部１１の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
本実験におけるキャビティ２１は円柱形状を有しており、その直径は約４μｍである。隣接する他のキャビティとの配置関係を説明すると、回転中心軸の間隔が約１０μｍになるように配置した。
【００３０】
本願発明者らは、アスペクト比が異なるキャビティ２１を複数設けた反射体のサンプルを５種類作製した。キャビティ２１の「アスペクト比」とは、円柱形状のキャビティ２１の深さをキャビティの直径で除算した値、すなわち（キャビティの深さ／キャビティの直径）によって得られる値である。各サンプル上のキャビティ２１のアスペクト比は、（１）０．３，（２）０．４，（３）０．７，（４）２．４，（５）９．５である。
【００３１】
なお、反射体の各サンプルは種々の微細加工技術を用いて作製可能である。本実験における各サンプルは、Ｘ線リソグラフィで型を造った後に電鋳による成形を行うＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｎ）プロセスによって作製されている。サンプルの表面構造は、パルスレーザの照射を用いて加工してもよい。パルスレーザの照射によって被処理物の表面に微細な凹部を形成する方法は、例えば特開２００１−３１４９８９号公報などに記載されている。
【００３２】
上記５種類の反射体の各サンプルに対し、波長２．５μｍから２５．０μｍまでの反射率を測定した。測定には、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ；Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：装置名ＥａｓｉＤｉｆｆ  ＦＴ−ＩＲ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた。なお、本明細書における「反射率」とは、物体がどの波長の光をどれだけ反射するかを示す値である。
【００３３】
まず、図３を参照して、測定に用いたＦＴ−ＩＲの構成を説明する。図３は、ＦＴ−ＩＲの光学系の概略構成を示している。ＦＴ−ＩＲは、光源部３１と、積分楕円反射鏡３２と、検出部３３とを備えている。積分楕円反射鏡３２は２つの焦点を有する。第１焦点位置には反射体１０を取り付けるサンプル台３７が配置されている。第２焦点３６の位置は第１焦点の位置よりも積分楕円反射鏡３２の反射面から離れている。
【００３４】
積分楕円反射鏡３２の反射面と第２焦点３６とを直線で結ぶ線上に光源部用ミラー３４と検出部用ミラー３５とが配置されている。積分楕円反射鏡３２はサンプル台３７の中心点からの垂線を０°と定義した場合に＋６０°から−６０°まで仰ぐ角度までの広がりを持つ大きさである。
【００３５】
次に、ＦＲ−ＩＲによる反射率の測定方法を説明する。光源部３１から放射された光は、光源部用ミラー３４で反射されて積分反射鏡３２へ入射する。入射した光は積分反射鏡３２で反射され、第１焦点位置のサンプル台３７へ集光される。集光された光はサンプル台３７に取り付けられた反射体１０のキャビティ部１１に入射し、キャビティ２１によって決まる所定の波長以上の光のみが反射される。
【００３６】
反射された光は再び積分反射鏡３２へ入射する。入射した光は積分反射鏡３２で第２焦点に向けて反射され、その後さらに、検出部用ミラー３５で反射される。反射された光は検出部３３に入射する。そして、入射した光の波長が測定される。
【００３７】
このような構成のＦＴ−ＩＲを用い、アスペクト比が０．３の反射体１０の反射率を測定した結果を説明する。なお、リファレンスとして、キャビティ部１１が設けられていない点のみ異なるサンプル（すなわち、ニッケルの板）の反射率も測定した。
【００３８】
図４は、キャビティを有する反射体１０（材質：Ｎｉ）の反射率の測定結果を示す。横軸は波長（μｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００３９】
図４からわかるように、波長が約１６μｍより短い放射に対して、反射体１０の反射率はリファレンスの反射率よりも低い。したがって、このような波長域の放射に対しては、キャビティを設けることによって反射率が低下することがわかる。
【００４０】
一方、波長が約１６μｍ以上であれば、反射体１０の反射率はリファレンスの反射率よりも高くなる。特に、波長を約１６μｍから徐々に長くするにしたがって反射体１０の反射率は増加し、たとえば波長約２４μｍ以上になると、反射体１０の反射率は９９％以上（略１００％）になる。
【００４１】
以上の結果から、波長が約１６μｍ以上であれば、アスペクト比が０．３のキャビティを有する反射体１０の反射率は、キャビティを設けていないリファレンスの反射率よりも高くなることがわかる。特に、放射の波長が約１６μｍを超えて長くなるほど、反射体１０の反射率は１００％に近づき、波長約２４μｍ以上になると、反射体１０の反射率は略１００％になることもわかった。
【００４２】
なお、実験に用いたキャビティ２１の直径は４μｍと微細であるため、上述した結果は実はキャビティ２１およびそのアスペクト比に起因するのではなく、反射体１０の表面粗さとリファレンスの表面粗さとの差が大きかったことに起因するとも考えられる。そこで、リファレンスの表面粗さと、反射体１０のキャビティ２１以外の部分（図２（ａ）のキャビティ２１間の表面部分）の表面粗さとを、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定した。その結果、両試料の粗さの差はキャビティの直径の１／１０程度（約０．４μｍ）であり、ＦＴ−ＩＲの測定結果に影響を与えるものではないことがわかった。したがって、図４におけるアスペクト比が０．３の反射体１０の有利な効果は、キャビティ２１の構成に起因するものであることが明確になった。
【００４３】
次に、図５を参照して、図１（ｂ）のキャビティ部１４を備える反射体の実験結果を説明する。図５（ａ）は、図１（ｂ）のキャビティ部１４の拡大図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００４４】
キャビティ部１４には、略円柱形状を有するキャビティ２２のアレイが略周期的に配列されている。キャビティ２２は円柱形状であり、その直径は０．３μｍである。隣接する他のキャビティとの配置関係を説明すると、回転中心軸の間隔が０．６μｍになるように配置した。キャビティの深さは０．１μｍである。したがって、キャビティ２２のアスペクト比（キャビティの深さ／キャビティの直径）は約０．３３である。各キャビティ２２の作製方法は、図２（ａ）および（ｂ）に関連して説明したとおりである。なお、リファレンスとしてキャビティ部１４が無いサンプル、すなわちタングステンの板の反射率も測定した。
【００４５】
図６は、タングステンからなる反射体１３の反射率の測定結果を示すグラフである。グラフの横軸は波長（μｍ）、縦軸は反射率（％）である。反射率の測定波長範囲は、０．４μｍから３μｍまでである。
【００４６】
図６によれば、可視域において、リファレンスの反射率が反射体１３の反射率よりも高くなるが、波長が長くなるに従って両者の反射率差は小さくなり、波長約２．３μｍの放射に対して、両者の反射率差は略０となる。そして、波長が２．３μｍ以上になると、反射体１３の反射率の方がリファレンスの反射率よりも高くなる。例えば波長２．５μｍにおいて、リファレンスの反射率は８８％であるのに対して、反射体１３の反射率は９２％である。
【００４７】
上記の測定結果によれば、キャビティが無いサンプルよりも、キャビティ２２が配列されたサンプルの方が赤外域において反射率が４％高くなるといえる。言い換えれば、キャビティ２２が配列されたサンプルの方が、熱源からの、２．３μｍ以上の波長領域の熱輻射を多く反射できる。なお、本サンプルの両試料の表面粗さは、キャビティ２２よりも十分に小さいことは確認済である。
【００４８】
図７は、キャビティ２１および２２のアスペクト比と、赤外線の反射率の向上比との関係を示す。横軸はアスペクト比、縦軸は反射率の向上比である。「反射率の向上比」とは、波長１７μｍにおける反射体の反射率を同波長におけるリファレンスの反射率で除算した値である。反射率の向上比が１を超える場合は、反射体の反射率がリファレンスの反射率を上回っていることを示す。図７のグラフにおいて、“○”のデータポイントがキャビティ２１を有する反射体１０に関する測定結果を示しており、“●”のデータポイントがキャビティ２２を有する反射体１３に関する測定結果を示している。
【００４９】
図７のグラフによれば、アスペクト比が０．１７以上０．７以下の範囲（ｂ）内において、反射率の向上比が１を超えることがわかる。一方、アスペクト比が０から約０．１７までの範囲（ａ）、および、アスペクト比が０．７０より大きい範囲（ｃ）内では、反射率の向上比は１以下である。したがって、キャビティのアスペクト比を上述の範囲（ｂ）内で設定しなければ、赤外域の反射率がリファレンスの反射率よりも高くならず、キャビティを設ける意味がない。
【００５０】
図７のグラフによれば、アスペクト比を０．３以上０．４以下の範囲内に設定すると、反射率の向上比は最大値約１．０２以上となる。したがって、アスペクト比は０．３以上０．４以下の範囲内に設定することが更に好ましい。
【００５１】
＜表皮長によるキャビティの間隔に関する結果＞
図１（ａ）および（ｂ）に示す反射体１０および１３では、キャビティ構造によって赤外線を反射させるため、キャビティ同士の間隔は密にする方が好ましい。すなわち、反射体１０および１３の各反射面に相当する部分により多くのキャビティを形成することが好ましい。キャビティを密に構成できるか否かは、キャビティが形成される反射面の材質に依存する、すなわち、反射面の表皮長に依存することがわかっている（例えば、特開平３−１０２７０１号公報を参照されたい）。
【００５２】
表皮長の長さは導電率の大きさに影響される。導電率が大きい材料は、表皮長が短い。まず、反射体１０を構成する材料毎の表皮長を調べた結果を説明する。対象は、以下に示す３種類の材料：
（１）ボロン濃度が１０15ｃｍ-3のＰ型シリコン基板（以下、このサンプルを「シリコン」と称する。）、
（２）ボロン濃度が１０20ｃｍ-3のＰ型シリコン基板（ここでは、このサンプルを「ドープトシリコン」と称する。）、および
（３）タングステン。
【００５３】
それぞれのサンプルに、円柱形状のキャビティを複数配列した。なお、キャビティの直径は２５０ｎｍ、隣接するキャビティの回転中心軸間の間隔は５００ｎｍ、キャビティの深さは１００ｎｍ（アスペクト比は０．４）である。これらのサンプルは、ケミカルエッチングにより作製されている。また、反射率は、可視光の波長近傍の波長で測定のできる反射率測定装置（ポリクロメータ：大塚電子製・ＭＣＰＤ７０００）を用いて測定した。
【００５４】
波長を徐々に長くして順次反射率を測定した結果、タングステンのサンプルは波長７００ｎｍ付近から反射率が向上することがわかったが、シリコンやドープトシリコンでは反射率の向上が確認できなかった。この結果は、表皮長の観点から説明できる。
【００５５】
図８は、３種類のサンプルの波長に対する表皮長のシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が表皮長（ｎｍ）である。表皮長δ（ｎｍ）は、材料の複素比誘電率における複素比誘電率の虚部をκ、波長をλ（ｎｍ）として、下記数１によって計算されている。
【００５６】
δ＝λ／４πκ          （数１）
【００５７】
本サンプルのキャビティ同士の間隔の最も狭い箇所は２５０ｎｍである。したがって、２５０ｎｍよりも表皮長が大きくなる波長の放射（紫外線、可視光、赤外線も含む）が反射体に入射した場合、キャビティは、その放射を反射する能力が著しく低下する。すなわち、キャビティ構造を有するサンプルでは、シリコンの場合、波長約５００ｎｍ以上の放射を反射する能力が著しく低下し、またドープトシリコンの場合は、波長約６３０ｎｍ以上の放射を反射する能力が著しく低下する。
【００５８】
以上の結果から、キャビティ同士の間隔は、反射したい放射の波長と反射体の表皮長とで定まる長さよりも長くしておく必要があることがわかる。
【００５９】
更に、表皮長のκは材料の導電率によっても影響を受ける。すなわち、導電率が高くなると表皮長は短くなる傾向にある。例えば、シリコンの導電率は１０（Ω・ｍ）-1、ドープトシリコンの導電率は１０5（Ω・ｍ）-1、タングステンの導電率は２．０×１０7（Ω・ｍ）-1である。この導電率と表皮長との関係は図８からも概略的に確認できる。また、ニッケルの導電率は１．３×１０7（Ω・ｍ）-1であって、図８のドープトシリコンとタングステンとの曲線間付近にニッケルの表皮長曲線が存在する。
【００６０】
したがって、表皮長が短い材料、すなわち、導電率が大きい材料を反射体１０および反射体１３の材料として利用することで、キャビティ同士の間隔を狭めることができ、キャビティ部におけるキャビティが占める面積（開口率）を増加させることができる。
【００６１】
反射体１０および１３を構成する材料は金属であることが好ましい。金属は導電率が高いため表皮長も短くでき、開口率を向上できるからである。なお、表皮長に比べて十分に長い波長の放射を反射させるのであれば、その波長に見合った材質の材料を選べば良い。例えば、ドープトシリコン等の半導体なども選択可能である。
【００６２】
また、反射体の用途に応じて材料を変更することができる。たとえば融点が３０００Ｋ以上のタングステンで反射体を形成することにより、高温雰囲気下でも利用可能な反射体を得ることができる。そのような高温での利用が想定されていない用途の反射体であれば、ニッケルを含むスチール等で反射体を形成してもよい。材料の価格に応じて適宜選択することができる。
【００６３】
なお、キャビティ部を複数の区画に分け、区画ごとにキャビティの密度を変えてもよい。これにより、キャビティ部（または反射体）上の位置に応じて、異なる反射特性を付与することができる。キャビティの内径および深さは、マスクの設定により任意の大きさを付与できる。
【００６４】
＜アスペクト比率が反射率に影響を及ぼす原因＞
キャビティのアスペクト比率が反射率に大きな影響を及ぼす原因は、以下のように考えることができる。
【００６５】
まず、キャビティによるカットオフ現象のため、カットオフ波長より長波長域ではキャビティ内へ光波の進入が制限される。このため、誘導電流が流れる実効体積Ｖが減り、損失量が減少する効果が生じる。次に、誘導電流が流れる実効体積Ｖが減る代わりに、キャビティ周辺のエッジ部へ電界Ｅ（誘導電流）が集中し、損失が増加する効果が生じる。
【００６６】
これらの相反する２つの効果において、損失量は電界Ｅの２乗に比例するため、実効体積Ｖの減少による損失量減少よりも、電界Ｅの集中による損失量増加の影響を受けやすい。このことは、アスペクト比が大きくなるほど、顕著になることがわかった。
【００６７】
図９（ａ）および（ｂ）は、アスペクト比の異なるキャビティが形成された２つの反射面に波長１７．０μｍの光を垂直に入射させたときに発生する電界のシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は、アスペクト比を０．３０とした例であり、図９（ｂ）は、アスペクト比を１．００とした例である。図９（ａ）および（ｂ）に示す三角印は発生した電界を示し、三角印の大きさは電界の大きさを示し、鋭角の頂点方向が電界方向を示す。
【００６８】
上記のシミュレーションの結果によると、アスペクト比が０．３０の例（図９（ａ））では、カットオフ波長より長波長（１７μｍ）の光であっても、キャビティの底面に光波の一部が進入し、電界が発生していることがわかる。そのため、キャビティ周辺のエッジ部への誘導電流の集中は少なくなっている。
【００６９】
一方、アスペクト比が１．００の例（図９（ｂ））では、カットオフ効果によってキャビティ内に電界が形成されず、その代わりにキャビティ周辺のエッジ部に電界が集中して増加している。
【００７０】
図１０は、キャビティのアスペクト比と吸収率比（キャビティ有りの吸収率／キャビティ無の吸収率）との関係を示すシミュレーション結果を示している。アスペクト比が０から１．００までの範囲では、アスペクト比が大きくなるほど、吸収率比が大きくなっている。すなわち、アスペクト比が大きいと反射率が小さくなることが分かる。その理由は、アスペクト比が大きくなるにしたがって、キャビティ底面へ誘導電流が流れにくくなり、その代わりにキャビティ周辺のエッジ部での誘導電流が集中して損失が増加するためである。
【００７１】
このシミュレーション結果は、アスペクト比が１．００以上の場合、アスペクト比が大きくなっても反射率を高めることができないことを示している。この傾向は、「導波管としてはキャビティ深さＤが深いほど、カットオフ効果が大きくなる」という見解、つまり、アスペクト比が大きいほど、赤外反射効果（赤外放射抑制効果）があるという従来の一般的な見解と異なる新たな知見である。
【００７２】
＜まとめ＞
これまでの実験結果、及びシミュレーション結果から明らかなように、キャビティのアスペクト比を０．１７以上０．７０以下の範囲内に設定することにより、赤外反射効果を高められことが検証された。
【００７３】
なお、反射板は金属から形成されることが好ましい。具体的には、キャビティの側面および底面が金属で覆われていることが好ましい。その理由は、キャビティの側面および底面を金属から形成すると、反射板が放射（電磁波）を受けたとき、キャビティの底面部分に電流が流れ、その結果、上述した反射率の向上効果を高めることができるからである。なお、キャビティの底から反射板の裏面までの距離は、反射板材料の表皮長程度またはそれ以上であればよい。
【００７４】
一方、キャビティが反射板の表面から裏面まで物理的に貫通して形成されている場合や、反射板が赤外線に対して透明な材料（無機ガラス等）から形成されている場合には、反射機能を有しない。キャビティの底には電流が流れないため、反射率が向上しないからである。
【００７５】
以下、図１１〜図１３を参照しながら、本発明による反射体の実施形態を説明する。
【００７６】
（実施形態１）
図１１は、本実施形態によるヒータ７０の構成を模式的に示す。ヒータ７０は、電熱線７１と、反射板７２とを備えている。
【００７７】
電熱線７１は熱源である。反射板７２は、電熱線７１からの赤外線を反射してヒータ７０の外部に取り出すために設けられており、たとえばスチール製である。
【００７８】
反射板７２の表面にはキャビティ７３が形成されている。このキャビティ７３は、図１（ａ）および図２（ａ）および（ｂ）に示すキャビティ部１１のキャビティ２１を有している。
【００７９】
ヒータ７０は主に人体を暖めることを目的としている。そのためキャビティ７３の直径は約３μｍ程度にすることが好ましい。人間の皮膚は６μｍ以上波長の放射を吸収する性質があるからである。キャビティ７３の深さは、必要とされるキャビティ７３のアスペクト比に応じて決定されている。上述したように、キャビティ７３のアスペクト比は０．１７から０．７までの範囲内で設定されていることが好ましい。したがってキャビティ７３の深さは、所望のアスペクト比とキャビティ７３の直径との積として得られる。
【００８０】
ヒータ７０の反射板に上述の範囲内のアスペクト比を有するキャビティを複数配列することにより、赤外線の反射率を向上でき、人体を暖めるための赤外線が人体に向けて反射される効率を向上させることができる。
【００８１】
なお、ここでは電熱線７１によるヒータの反射板７２を説明したが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば、石油ストーブやガスストーブの赤外線の反射板、ハロゲンヒータの赤外線の反射板等に利用してもよい。また、人体を暖めるストーブ等ではなく、物体を暖める加熱装置の反射鏡としても有用である。例えば、ランプを封止する際にランプの封止部を加熱するための加熱源の周囲に配置される反射鏡として用いることもできる。
【００８２】
（実施形態２）
図１２は、本実施形態による反射シート８０の概略的な構成を示す。反射シート８０は可撓性を有しており、折り曲げることが可能である。図１２には、ロール状に巻き取られた反射シート８０が示されている。
【００８３】
反射シート８０は反射層８２と樹脂層８３とが積層されて構成されている。反射層８２は、反射シート８０の表面を構成しており、たとえばアルミニウム箔から構成されている。反射層８２の表面（反射面）には、複数のキャビティ８１が形成されている。キャビティ８１のアスペクト比は、０．７以下に設定されている。アスペクト比の下限は、０．１７であることが好ましい。なお、箔の厚さは、使用する箔材料の表皮長よりも大きく、かつ、使用する際に折り曲げることが可能な厚さであれば良い。例えば、１μｍ〜５００μｍの厚さが実用的である。
【００８４】
樹脂層８３は、反射層８２の背面に形成されており、反射シート８０の裏面を構成している。樹脂層８３の樹脂は、たとえばウレタン等である。樹脂層８３には、少なくとも２つの役割がある。第１は、反射シート８０を所定の場所に固定するための粘着材としての役割である。第２は、反射層８２上のキャビティ８１を保護するための保護材としての役割である。
【００８５】
本実施形態では、キャビティ８１のアスペクト比が相対的に小さいため、反射層８２はプレス加工で容易に形成できる。プレス加工によってキャビティ８１を形成すると、キャビティ８１の形成に対応して押し出された部分が反射層８２の背面に突出する。この状態で、壁等に反射シート８０を押しつけて貼り付けると、反射層８２の裏面の当該突出部分が元に戻る方向に押され、キャビティ８１のくぼみが無くなる場合がある。そこで、樹脂層８３を設けることにより、樹脂層８３が壁と反射層８２のクッション材としての役目を果たし、キャビティ８１が潰れてしまうことを抑制できる。
【００８６】
本実施形態の反射シート８０によれば、キャビティ８１が設けられていない反射シートに比べて、所望の波長域における赤外線反射率を向上できる。また、反射シート８０には、裏面に樹脂部が設けられているため、反射シート８０を他の部材に貼り付けるときにキャビティ８１を潰してしまうことがない。さらに、金属シートをプレス加工してアスペクト比が小さいキャビティ８１を形成することは容易であるため、反射シート８０の製造が非常に簡易となり、大量生産に適している。
【００８７】
なお、本実施形態の反射シート８０では、反射層８２の背面側に粘着性を有する樹脂層８３を設けているが、本発明の実施形態は、このような構成を有するものに限定されない。例えば、反射シート８０をカーテン素材として用いることができる。太陽光を受ける側の表面にキャビティを備える反射シート８０をカーテンの少なくとも一部として利用すれば、太陽からの赤外線を効果的に反射することができ、家屋内の室温上昇を抑制できる。
【００８８】
反射シート８０は、車のボディに貼り付けて使用してもよい。この反射シート８０を車のボディに貼り付けることにより、車に降り注ぐ赤外線を高い反射率で反射することができるため、車内温度の上昇を効果的に抑制することができる。車のボディに反射シート８０を貼り付ける代わりに、車のボディの表面自体にプレス加工を行ない、それによってキャビティの配列をボディ表面に形成しもよいし、あるいは、キャビティがプレス加工によって形成された金属シートを加工して車のボディとしてもよい。
【００８９】
このように、反射シート８０は、必ずしも樹脂層８３を含まなくてもよい。反射シート８０は、反射層８２のみから構成されていても良いし、他の材料からなる部材と組み合わされていてもよい。
【００９０】
なお、反射層８２にキャビティ８１を形成するまでは、キャビティ８１の潰れを防ぐために樹脂層を設けておき、その後、樹脂層を取り外してもよい。このような使用法は、反射層８２を壁等に押しつける必要がない用途において有効である。
【００９１】
上述のいずれの例においても、反射シートや金属シートのキャビティが設けられた側の面に、赤外線に対して透明な無機ガラスや樹脂でコーティングすることができる。コーティングすることにより、加工後のシートの劣化やキャビティの潰れを低減でき、赤外線の反射効果を持続させることができる。
【００９２】
（実施形態３）
以下、実施形態１および２における反射体よりも高温に曝される反射体の実施形態を説明する。
【００９３】
従来の電気炉、たとえば特開平８−１４７６４号公報に開示された電気炉は、発熱体を取り囲むように配置した透明なガラスの表面に金などの金属を蒸着している。この蒸着金属の層が赤外線の熱輻射を発熱体に反射し、対象物を過熱する。
【００９４】
しかしながら、金の融点は１０６４℃であり、１０００℃以上に耐えうる加熱炉の実現が困難である。また、金は材料自体も高価であり、完成した加熱炉自身も高価となる。さらに、同文献に開示された他の電気炉は、熱源をアルミニウム等の金属壁で取り囲むように配置して赤外線の熱輻射を熱源に反射させ、対象物を保温している。しかし、アルミニウムを金属壁とする場合は、融点が６６０℃であり、やはり１０００℃以上の高温な加熱炉には使用することができない。
【００９５】
図１３は、本実施形態による加熱炉９０の構成を示す。加熱炉９０は、容器９１と、熱源９２と、反射板９３と、断熱材９４と、排気ポンプ９５とを備えている。加熱炉９０は、たとえばランプを封止するために利用される。
【００９６】
容器９１は、被加熱物を入れるために設けられている。熱源９２は、熱を与えるための電熱線等であり、容器９１を囲むように配置されている。
【００９７】
反射板９３は、熱源９２からの赤外線を反射して容器９１の被加熱物を加熱するために設けられており、たとえばタングステンで形成されている。タングステンは金よりも安価であり、かつ、金やアルミニウムよりも融点が高いため、より利用しやすく、かつ、高温に耐えうる反射板９３を実現できる。
【００９８】
反射板９３の表面（反射面）には複数のキャビティが形成されている。反射板９３の当該反射面は熱源１２に対向して配置され、熱源からの赤外線を容器に向けて反射する。
【００９９】
反射板９３は少なくとも赤外線を反射する必要があるので、反射板９３上のキャビティの直径は少なくとも反射させたい赤外線の波長の１／２よりも小さくし、かつアスペクト比を０．１７以上０．７以下の範囲とする必要がある。たとえば、図１（ｂ）および図５（ａ）および（ｂ）に示すキャビティ部１４のキャビティ２２を有していることが好ましい。
【０１００】
断熱材９４は、熱源１２からの熱が熱伝導によって外気に放出されないようにするために、反射板１３の熱源１２と反対側の面に設けられている。
【０１０１】
排気ポンプ９５は、加熱炉９０の蓋部に接続され、容器１１内を減圧する。
【０１０２】
複数のキャビティを有する反射板９３を利用して加熱炉９０を構成することにより、赤外域の反射率を向上させることができる。よって、設定された温度まで高速に加熱することができるとともに、効率よくその温度を維持できる。さらに反射板９３は金よりも安価なタングステンで形成されているため、より安価で高効率な加熱炉が実現できる。
【０１０３】
上記の各実施形態における反射板（反射体）に代えて、さらに以下に説明する反射体を利用することもできる。
【０１０４】
すなわち、反射板を反射体として使用し、その効果を発揮し続けるためには、使用される雰囲気中において反射体のキャビティがその形状を保ち続ける必要がある。
【０１０５】
本願発明者らは、個々のサイズが数μｍ以下のキャビティが形成されたタングステンで反射体を製造した場合、タングステンの融点が３０００Ｋ以上にも関わらず、１２００Ｋ程度の温度で短時間にキャビティが破壊してしまう現象を観測した。例えばランプを封止する加熱炉（加熱装置）においては、反射板の温度が１２００Ｋを超える可能性がある。赤外域の反射を増加させるために、キャビティのアレイの構造（サイズ）をミクロンレベルに微細化した結果、表面構造が消失してしまうと、そのような反射体を高温で動作する装置に応用することはできない。
【０１０６】
そこで本願発明者らは種々の実験を行い、タングステンおよび炭素を含むタングステン化合物層を形成すると、キャビティのアレイの熱的安定性が高められ、表面の微細構造が高温でも崩れず保持されることを確認した。
【０１０７】
したがって、高温雰囲気で使用する反射体には、タングステン層にＷＣまたはＷ2Ｃのタングステン化合物層を設け、そのタングステン化合物層にキャビティを設ければよい。これにより、キャビティの短時間の崩壊を抑制できる。このような反射体は、実施形態３に示す加熱炉の反射材として利用することが特に好適である。
【０１０８】
なお、タングステン化合物層は、タングステンで形成された反射体の表面にキャビティが形成されたサンプルの表面を、プラズマ浸炭処理することによって得ることができる。浸炭処理とは、金属などの表面を炭化する処理であり、種々の方法が開発されている。プラズマ浸炭処理の具体的手順を説明すると、まず、炉体・断熱材を陽極とし、被処理物を陰極とし、メタンやプロパンなどの炭化水素系ガスを含む希ガス雰囲気中で両極間に高圧の直流電圧を印加して、グロー放電を発生させる。グロー放電で生じたプラズマ中での種々の電気化学的作用により、炭化水素系ガス等のイオンが被処理物表面に作用し、浸炭が行われる。好ましい浸炭処理温度は５００〜２０００℃（たとえば１１００℃）であり、好ましい浸炭処理時間は４〜４８時間（たとえば８時間）に設定される。
【０１０９】
浸炭処理の条件を調節することにより、形成されるタングステン化合物層１６の厚さを制御することができる。熱的な安定性を高めるには、タングステン化合物層１６の厚さはおそらく数十ｎｍ程度以上であれば充分と考えられる。
【０１１０】
なお、タングステン化合物層の形成方法は浸炭処理に限定されない。他には、たとえば炭素のイオン注入や固相拡散によってタングステン中に炭素などの化合物構成元素を導入することにより、タングステン化合物層を形成してもよい。
【０１１１】
赤外線を高い効率で反射するという観点から、本発明の反射体におけるキャビティの内径は、０．３９μｍ以上の範囲内に設定されることが実用的である。また、可視光を反射させるためには、０．１９μｍ以上のキャビティ内径が実用的である。但し、図４を参照しながら説明したように、カットオフ波長で急激に反射率が増加して急激に１００％に近くなるわけではないので、反射させたい波長の１／２波長よりも小さい内径を選ぶことが好ましい。すなわち、キャビティの内径は、所望の波長、所望の反射率に応じて決定される。キャビティの形状は円柱に限定されず、反射面の法線方向に垂直な断面の形状が矩形、多角形、または楕円形であってもよい。
【０１１２】
反射面において、キャビティが形成されていない領域は、平坦であることが好ましいが、キャビティの深さに比べて充分に小さな凹凸であれば存在してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明による反射体は、赤外線の反射率を向上できるため、例えば効率よく温度を設定できる加熱装置、ヒータ、反射シート等の反射を必要とする装置等に利用することが特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】（ａ）は第１の反射体１０の上面図であり、（ｂ）は第２の反射体１３の上面図である。
【図２】（ａ）はキャビティ部１１の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】ＦＴ−ＩＲの光学系の概略構成を示す図である。
【図４】反射体１０（材質：Ｎｉ）の反射率の測定結果を示す図である。
【図５】（ａ）はキャビティ部１４の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図６】反射体１０（材質：Ｗ）の反射率の測定結果を示す図である。
【図７】キャビティ２１および２２のアスペクト比に対する赤外線の反射率の向上比の測定結果を示す図である。
【図８】３種類のサンプルの波長に対する表皮長のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、アスペクト比の異なるキャビティ表面に波長１７．０μｍの光を垂直に入射させたときに発生する電界のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】キャビティのアスペクト比における吸収率（放射率比）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】実施形態１によるヒータ７０の構成を模式的に示す図である。
【図１２】実施形態２による反射シート８０の概略的な構成を示す図である。
【図１３】実施形態３による加熱炉９０の構成を示す図である。
【図１４】従来の反射構造体の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０、１３    反射体
１１、１４    キャビティ部
２１、２２、７３、８１    キャビティ
９０    加熱炉
９１    容器
９２    熱源
９３    反射板
９４    断熱材
９５    排気ポンプ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2007023691.tif 000033
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