特許 6165495 フィラメントの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6165495

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】フィラメントの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01K 3/02 20060101AFI20170710BHJP

   H01K 1/06 20060101ALI20170710BHJP

   H01K 1/08 20060101ALI20170710BHJP

   H01K 1/10 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   H01K3/02 A

   H01K1/06

   H01K1/08

   H01K1/10

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-91408(P2013-91408)

(22)【出願日】2013年4月24日

(65)【公開番号】特開2014-216133(P2014-216133A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2016年2月15日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構省エネルギー革新技術開発事業／挑戦研究（事前研究一体型）／メゾスコピック材料を用いた電力光無損失変換技術の研究開発，産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】特許業務法人 山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横山 喬大

(72)【発明者】

【氏名】松本 貴裕

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３４９３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ９／０４

６１／０６

Ｈ０１Ｋ１／０２

３／０２

Ｃ２３Ｆ４／００

４／０２

４／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィラメント基材の表面にセラミックス層を形成する成膜工程と、
前記フィラメント基材を加熱し、前記フィラメント基材の表面と前記セラミックス層の界面で両者を反応させ、前記フィラメント基材の表面を中心線平均粗さRaで１０μｍ以上に粗面化する加熱工程と、
前記セラミックス層を前記フィラメント基材の表面から除去する除去工程とを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、前記フィラメントの反射率は、波長３μｍ以上の赤外波長域で０．７以上であり、波長０．７μｍ以下の可視光波長域では０．４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に記載のフィラメントの製造方法であって、前記加熱工程は、前記フィラメント基材を構成する原子と前記セラミックス層を構成する原子とを前記界面において相互に拡散させる温度まで加熱す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に記載のフィラメントの製造方法であって、前記除去工程は、前記セラミックス層が蒸発するまで、前記フィラメント基材を減圧下で加熱す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に記載のフィラメントの製造方法であって、前記除去工程は、前記セラミックス層を物理的に除去する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に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、セラミックス粒子を分散させた溶媒に、陰極となるフィラメント基材と、陽極となる電極とを浸漬し、前記フィラメント基材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電気泳動により前記フィラメント基材上に堆積させる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６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、前記成膜工程は、前記セラミックス層を、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、Ｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ，ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶のＳｉＣ）、ＧａＮ，３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶のＳｉＣ）、ＨｆＯ_２、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、グラファイト、ダイヤモンド、ＣｒＺｒＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＢＣ、ＭｏＴｉＢ_４、Ｍｏ_２ＴｉＢ_２、Ｍｏ_２ＺｒＢ_２、ＭｏＺｒ_２Ｂ_４、ＮｂＢ、Ｎｂ_３Ｂ_４、ＮｂＴｉＢ_４、ＮｄＢ_６、ＳｉＢ_３、Ｔａ_３Ｂ_４、ＴｉＷＢ_２、Ｗ_２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ_２、ＹＢ_４およびＺｒＢ_１２、のうちの１以上を含有する材料で形成する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、前記フィラメント基材は、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、Ｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｖ、Ｃｒ、およびＺｒ、のうちの１以上を含有する材料であって、前記セラミックス層とは異なる材料によって形成されている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フィラメントに関する。

【背景技術】

【0002】

タングステン等のフィラメントに電流を流すことによりフィラメントを加熱し、光を放射させる光源（白熱電球）が広く用いられている。しかしながら、加熱されたフィラメントから放射される光は、赤外光成分が多く、可視光成分や近赤外光成分が少ない。そのため、可視光光源や近赤外光光源として用いた場合には、入力電力から可視光や近赤外光への変換効率が低い。

【0003】

特許文献１および２には、フィラメントの基材の表面に金属酸化物層や、金属や半導体を分散させた誘電体層（サーメット層）を設け、フィラメントの表面の反射率を可視光や近赤外光の波長域で低く、赤外光の波長域で高くする構造が提案されている。この構造により、赤外光の放射を抑制し、可視光や近赤外光を効率よく放射させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１２４２０６号公報

【特許文献2】特開２０１１−２２２２１１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および２の技術は、フィラメントの表面に金属酸化物層や半導体を分散させた誘電体層等の反射率を制御する層を設け、フィラメントの表面の反射率の制御をするため、所望の反射率特性が得られるように層の材質、屈折率および膜厚を設計する必要がある。

【0006】

本発明の目的は、簡単な構成で変換効率を向上させた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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、フィラメント基材の表面にセラミックス層を形成する成膜工程と、フィラメント基材を加熱し、フィラメント基材の表面とセラミックス層の界面で両者を反応させ、フィラメント基材の表面を中心線平均粗さRaで１０μｍ以上に粗面化する加熱工程と、セラミックス層をフィラメント基材の表面から除去する除去工程とを順に行って、表面が粗面に加工されたフィラメントを製造する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、フィラメントの表面を粗面に加工することができるため、赤外波長域の反射率は大きく低下させることなく、可視光領域の反射率を低減することができる。これにより、フィラメントの可視光領域の放射率を向上させて、入力電力を可視光に変換する効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態のフィラメント製造方法において、フィラメント基材１にセラミックス層２を形成した状態を示す断面図。

【図2】実施形態のフィラメント製造方法の工程を示す説明図。

【図3】実施形態の電気泳動堆積法に用いる装置構成を示すブロック図。

【図4】実施例で製造したタングステンフィラメント（粗面）の反射率を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明は、図１のようにフィラメント基材１の表面にセラミックス層２を形成する成膜工程（図２の工程２０１）と、フィラメント基材１を加熱し、フィラメント基材１の表面とセラミックス層２の界面で両者を反応させ、フィラメント基材１の表面を粗面化する加熱工程（工程２０２）と、セラミックス層２をフィラメント基材１の表面から除去する除去工程（工程２０３）とを含むフィラメント製造方法を提供する。これにより、表面が粗面化されたフィラメントを製造することができる。表面が粗面化されたフィラメントは、反射率Ｒ(λ)（ただし、λ：波長）が、可視光領域において低下するのに対し、赤外光領域においてはほとんど低下しない。よって、粗面加工していないフィラメントと比較して、可視光領域の反射率Ｒ(λ)が低く、赤外光領域の反射率Ｒ(λ)は同等のフィラメントを提供できる。フィラメントの放射率ε(λ）は、キルヒホッフの法則により、ε(λ)＝１−Ｒ(λ)の関係にあるため、本発明のフィラメントは、可視光領域の放射率が向上し、可視光の発光効率が向上する。

【0011】

上記加熱工程２０２は、フィラメント基材１とセラミックス層２との界面でフィラメント基材１を構成する原子と、セラミクス層２を構成する原子とが相互に拡散する温度まで加熱することが望ましい。界面で相互拡散が生じる温度は、フィラメント基材１とセラミックス層２を構成する材料によって異なるので、材料に応じた温度まで加熱する。例えば、１５００Ｋ以上の高温で加熱する。この加熱によって界面における原子の相互拡散現象により、フィラメント基材表面が凹凸になる。よって、セラミックス層を除去することにより、表面が粗面加工されたフィラメントを得ることができる。

【0012】

セラミックス層２の除去工程２０３としては、セラミックス層２が蒸発するまで、フィラメント基材１を減圧下で加熱する方法を用いることが可能である。減圧下で加熱することにより、セラミックス層２を構成する材料の沸点が高くても比較的容易に蒸発させることができる。

【0013】

また、別のセラミックス層２の除去工程として、セラミックス層２を物理的に除去する方法を用いることも可能である。例えば、セラミックス層２をフィラメント基材１から剥がし取る方法を用いることができる。

【0014】

セラミックス層２の除去工程２０３では、セラミックス層２を構成する原子が、フィラメント基材１の表面にわずかに残存しても構わない。セラミックス層２の原子が残存しても、その量が僅かであればフィラメント基材の放射特性には大きな影響を与えないためである。

【0015】

成膜工程２０１は、フィラメント基材１にセラミックス層を被覆できる方法であれば、どのような方法で成膜してもよい。例えば、電気泳動堆積法を用いることができる。電気泳動堆積法は、図３のように、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基材１と、陽極５３とを浸漬し、フィラメント基材１と陽極５３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を電気泳動によりフィラメント基材１上に移動させて堆積させる。セラミックス粒子５０の粒径は、電気泳動堆積法によって堆積させることができる粒径であればどのような大きさであってもよい。例えば、１μｍ〜３０μｍ程度の粒径のセラミックス粒子５０を用いる。

【0016】

また、電気泳動堆積法の他にも、粉体をフィラメント基材１に対して吹き付ける溶射法や、スパッタリング法や蒸発法等の気相成長法を用いることができる。

【0017】

セラミックス層２は、例えば、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、Ｃ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ，ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶のＳｉＣ）、ＧａＮ，３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶のＳｉＣ）、ＨｆＯ_２、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、グラファイト、ダイヤモンド、ＣｒＺｒＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＢＣ、ＭｏＴｉＢ_４、Ｍｏ_２ＴｉＢ_２、Ｍｏ_２ＺｒＢ_２、ＭｏＺｒ_２Ｂ_４、ＮｂＢ、Ｎｂ_３Ｂ_４、ＮｂＴｉＢ_４、ＮｄＢ_６、ＳｉＢ_３、Ｔａ_３Ｂ_４、ＴｉＷＢ_２、Ｗ_２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ_２、ＹＢ_４およびＺｒＢ_１２、のうちのいずれかの材料、または、いずれかを含有する材料で形成することができる。

【0018】

フィラメント基材１は、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、または、いずれかを含有する材料であって、前述のセラミックス層２とは異なる材料によって形成する。

【0019】

本発明により製造した（粗面化加工した）フィラメント（フィラメント基材１）の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで１０μｍ以上であることが好ましい。

【0020】

また、本発明により製造したフィラメント（フィラメント基材１）の反射率は、波長３μｍ以上の赤外波長域で０．７以上であり、波長０．７μｍ以下の可視光波長域では０．４以下であることが好ましい。

【0021】

本発明のフィラメントの表面には、フィラメントを構成する基材とは異なる原子（セラミックス層を構成していた原子）が拡散していてもよい。

【0022】

本発明のフィラメントの形状は、どのような形状であってもよく、フィラメントを所定のピッチおよび径で巻き回した巻き線構造にすることも可能である。この場合、フィラメント基材１を巻き線構造にしてから、セラミックス層２を形成して、上述の工程によりフィラメント基材１の表面を粗面化加工することも可能であるし、線材の状態で粗面化加工した後、巻き線構造に加工してもよい。

【0023】

本発明のフィラメントを透光性気密容器に配置し、フィラメントに電流を供給するためのリード線を接続することにより、可視光の発光効率の高い光源装置（例えば白熱電球）を製造することができる。

【0024】

また、光源装置（白熱電球）の他に、例えば、ヒーター用電線、溶接加工用電線、熱電子放出電子源（Ｘ線管や電子顕微鏡等）等として採用することが可能である。

【0025】

また、本発明の表面の粗面化加工したフィラメント（フィラメント基材１）の表面にさらに放射制御層を配置することも可能である。これにより、可視光領域の反射率をさらに低下させ、赤外光領域の反射率をさらに上昇させることができるため、電力の可視光への変換効率がさらに向上する。

【0026】

例えば放射制御層として基材表面の可視光反射率を低下させる膜（可視光反射率低下膜と称す）を用いることができる。可視光反射率低下膜は、可視光に対して透明で、可視光反射率低下膜の表面で反射される可視光と、可視光反射率低下膜を透過して基体表面で反射される可視光とを打ち消し合わせることにより、フィラメントの可視光反射率を低下させる。例えば、２０００Ｋ以上の融点を有する金属の酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、および、ホウ化物膜のいずれかを用いる。具体的には、ＭｇＯ，ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶のＳｉＣ）、ＧａＮ，３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶のＳｉＣ）、ＨｆＯ_２、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、グラファイト、ダイヤモンド、ＣｒＺｒＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＢＣ、ＭｏＴｉＢ_４、Ｍｏ_２ＴｉＢ_２、Ｍｏ_２ＺｒＢ_２、ＭｏＺｒ_２Ｂ_４、ＮｂＢ、Ｎｂ_３Ｂ_４、ＮｂＴｉＢ_４、ＮｄＢ_６、ＳｉＢ_３、Ｔａ_３Ｂ_４、ＴｉＷＢ_２、Ｗ_２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ_２、ＹＢ_４、ＺｒＢ_１２、Ｃ，Ｂ_４Ｃ，ＺｒＣ，ＴａＣ，ＨｆＣ，ＮｂＣ，ＴｈＣ，ＴｉＣ，ＷＣ，ＡｌＮ，ＢＮ，ＺｒＮ，ＴｉＮ，ＨｆＮ，ＬａＢ_６，ＺｒＢ_２，ＨｆＢ_２，ＴａＢ_２，ＴｉＢ_２，ＣａＯ，ＣｅＯ_２，およびＴｈＯ_２，のうちのいずれかの単層膜、もしくは、これらの材料の単層膜を複数種類積層した多層膜、またはこれらの複合材料で形成された単層膜並びに多層膜を用いることができる。

【0027】

上記可視光反射率低下膜の膜厚は、その屈折率に応じて計算により、または実験またはシミュレーションにより、適切な値に設計されている。計算により設計する場合には、例えば、可視光に対する光学的光路長（λ／ｎ_０、ただし、ｎ_０は屈折率）が１／４波長程度になるように膜厚を設計する。

【0028】

また、放射制御層として、赤外光領域では透明で、可視光を吸収する膜（可視光吸収膜と称する）を用いることができる。可視光吸収膜は、赤外光領域に透明な材料に金属微粒子または不純物を添加した材料によって形成することができる。金属微粒子としては、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｅ、ＯｓおよびＩｒのうちのいずれかを含有する金属の微粒子を用いることができる。金属微粒子の粒径は、２ｎｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。また、不純物は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＤｙおよびＰｒのうちのいずれかを用いることができる。可視光吸収膜を構成する赤外光領域に透明な材料は、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶のＳｉＣ）、ＧａＮ、３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶のＳｉＣ）、ＨｆＯ_２、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、グラファイト、ダイヤモンド、ＣｒＺｒＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＢＣ、ＭｏＴｉＢ_４、Ｍｏ_２ＴｉＢ_２、Ｍｏ_２ＺｒＢ_２、ＭｏＺｒ_２Ｂ_４、ＮｂＢ、Ｎｂ_３Ｂ_４、ＮｂＴｉＢ_４、ＮｄＢ_６、ＳｉＢ_３、Ｔａ_３Ｂ_４、ＴｉＷＢ_２、Ｗ_２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ_２、ＹＢ_４およびＺｒＢ_１２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。

【0029】

放射制御層として、赤外光反射膜を用いることも可能である。赤外光反射膜は、単独で放射制御層として用いることも可能であるが、上記可視光吸収膜とフィラメント基材１との間に配置することも可能である。この赤外光反射膜は、赤外光を透過する材料でそれぞれ構成され、かつ、積層された第１および第２の層の組を含む干渉膜の構造である。第１の層が、屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、第２の層が、屈折率ｎ_２、厚さｄ_２である場合、赤外光の所定の波長λ_１に対して
ｎ_１・ｄ_１＝ｎ_２・ｄ_２＝λ_１／４
の関係を満たすように設計する。これにより、所定の波長λ_１の赤外光を反射することができる。赤外光反射膜は、第１および第２の層の組を複数組積層した構造であり、各組は、反射する赤外光の所定の波長が異なるように構成することもできる。

【0030】

赤外光反射膜の第１および第２の層は、それぞれ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶のＳｉＣ）、ＧａＮ、３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶のＳｉＣ）、ＨｆＯ_２、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、グラファイト、ダイヤモンド、ＣｒＺｒＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＢＣ、ＭｏＴｉＢ_４、Ｍｏ_２ＴｉＢ_２、Ｍｏ_２ＺｒＢ_２、ＭｏＺｒ_２Ｂ_４、ＮｂＢ、Ｎｂ_３Ｂ_４、ＮｂＴｉＢ_４、ＮｄＢ_６、ＳｉＢ_３、Ｔａ_３Ｂ_４、ＴｉＷＢ_２、Ｗ_２Ｂ、ＷＢ、ＷＢ_２、ＹＢ_４およびＺｒＢ_１２のうちのいずれかを含有する材料により構成することができる。

【0031】

また、放射制御層としては、フィラメント基材１を構成する第１の金属よりも融点が低い第２の金属の膜を用いることも可能である。第２の金属は、電流の供給を受けたフィラメント基材１が光を放射する温度で、軟化することが好ましい。これにより、放射制御層は、基体と同じ温度で軟化状態（溶融状態または液体状態）に近い状態になるため、放射制御層の金属原子は、フィラメント基材１の金属原子よりも結晶格子の位置からずれて大きく動くことができるようになるため、フィラメント基材１よりも高いエネルギーの光を放出することができるようになる。これにより、放射制御層は、高エネルギー（可視光成分）の光を高効率で放射することができる。

【0032】

この場合、フィラメント基材１を構成する第１の金属としては、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、もしくは、これらのうちのいずれか少なくとも１つを含有する合金を用いることができる。融点は、２５００Ｋ以上であることが好ましい。一方、放射制御層を構成する第２の金属としては、上記フィラメント基材１を構成する材料として列記した金属のうちのいずれか、もしくは、これらのうちのいずれかを少なくとも１つを含有する合金であって、フィラメント基材１よりも融点が低いものを用いることができる。例えば、Ｗで基材１を構成する場合、放射制御層を構成する第２の金属をＲｅ，Ｏｓ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｖ，Ｃｒ，およびＺｒのうちのいずれかで構成することができる。また、例えば、フィラメント基材１をＲｅで構成する場合、放射制御層を構成する第２の金属をＯｓ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｖ，Ｃｒ，およびＺｒのうちのいずれかで構成することができる。

【0033】

また、放射制御層としては、可視光領域の光を吸収する可視光吸収材が添加された白色散乱体層を用いることもできる。このような白色散乱体層は、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ため、可視光領域の放射率を向上させることができる。

【0034】

白色散乱体としては、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、ハフニア（ＨｆＯ_２）、ルテチア（Ｌｕ_２Ｏ_３）、トリア（ＴｈＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、イッテルビア（Ｙｂ_２Ｏ_３）、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（Ｈｏ_２Ｏ_３）、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とができる。これらの白色散乱体は、赤外から可視領域にわたって非常に高い反射特性を示す。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。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。

【0035】

白色散乱体に添加する可視光吸収材としては、例えば、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、Ｐｒ等を用いることができる。添加濃度は、例えば、０．０００１重量％〜１０重量％に設定する。可視光吸収材としては、金属粒子である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もできる。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重量％〜１０重量％に設定する。

【0036】

なお、上述してきた各種放射制御層は、単独で用いるだけでなく、２以上を積層して用いることも可能である。また、放射制御層の上には、反射防止層を配置してもよい。

【実施例】

【0037】

本発明の実施例として、表面が粗面加工されたフィラメントを製造した。
まず、フィラメント基材１として、表面が鏡面加工されたタングステンのリボン（５ｍｍ×１００ｍｍ×０．１ｍｍ厚）を用意した。フィラメント基材１の表面にセラミックス層２として厚さ５０μｍの酸化ハフニウム層（以下、酸化ハフニウム層２と称す）を形成した（図２の工程２０１）。酸化ハフニウム層２の形成方法としては、電気泳動堆積法を用いた。

【0038】

具体的には、図３のような装置を用いて電気泳動堆積法を行った。セラミックス粒子５０として粒径２〜３μｍの酸化ハフニウムの粉体を、溶媒５１としてイソプロパノールをそれぞれ用意し、イソプロパノールに酸化ハフニウムの粉体を分散させた。この溶液に、陰極としてフィラメント基材１（タングステン）を、陽極５３としてステンレスを浸し、陰極と陽極５３間に電源５４から直流電圧を印加し、タングステン基材１に酸化ハフニウム粉体を堆積させた。これにより、厚さ５０μｍの酸化ハフニウム層２を形成した。印加電圧は高いほど成膜速度が大きくなり、電圧の印加時間が長いほど膜厚が大きくなる。よって、印加電圧および印加時間を調整することにより、膜厚を制御する。

【0039】

つぎに、アルゴンガス雰囲気において、タングステン基材１に通電することにより、タングステン基材１を加熱した。これによりタングステン基材１が温度１５００Ｋ以上になるまで通電し、その温度で数分間保持したのち、通電加熱を停止した（工程２０２）。

【0040】

室温に戻ったのち、酸化ハフニウム層２を物理的に除去した（工程２０３）。本実施例では酸化ハフニウム層２を剥がし取った。酸化ハフニウム層２の除去後のタングステン基材１の表面は、粗さ１５μｍの粗面に加工されていた。これにより、実施例の表面が粗面加工されたタングステンフィラメントを得られた。

【0041】

得られたタングステンフィラメントの反射率を、粗面加工する前の鏡面の状態のタングステンフィラメントの反射率と共に図４に示す。赤外光領域（波長３μｍ以上）の本実施例のフィラメント（粗面）反射率は、未加工のフィラメント（鏡面）と変わらないが、近赤外光から可視光領域（３μｍ未満）では、本実施例のフィラメント（粗面）の反射率が、未加工のフィラメント（鏡面）よりも大きく低下していることがわかる。これにより、本実施例の粗面化加工したフィラメントは、赤外領域の放射率は未加工のものとほとんど変わらないが、近赤外から可視光領域波長域での放射率が増大する。よって、フィラメントの可視光変換効率が向上する。

【0042】

実際に、本実施例のフィラメントの放射光束効率をシミュレーションにより求めたところ、３０００Ｋで３１．１ lm/Wであり、未加工の鏡面のフィラメントの放射光束効率２６．９ 1m/Wと比較して、約１６％の効率向上が達成されていた。

【符号の説明】

【0043】

１…フィラメント基材、２…セラミックス層、５０…セラミックス粒子、５１…溶媒、５３…陽極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】