特許 6502801 放射制御デバイス、熱放射デバイス、および、熱放射における波長選択性の制御方法

(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】6502801

(24)【登録日】2019年3月29日

(45)【発行日】2019年4月17日

(54)【発明の名称】放射制御デバイス、熱放射デバイス、および、熱放射における波長選択性の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 1/00 20060101AFI20190408BHJP

   F24C 15/24 20060101ALI20190408BHJP

   F27B 9/00 20060101ALI20190408BHJP

   F27B 9/28 20060101ALI20190408BHJP

   F27B 9/20 20060101ALI20190408BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20190408BHJP

【ＦＩ】

   H05B1/00

   F24C15/24 A

   F27B9/00

   F27B9/28

   F27B9/20

   H05B3/10 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-177239(P2015-177239)

(22)【出願日】2015年9月9日

(65)【公開番号】特開2017-54664(P2017-54664A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年4月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】青木 道郎

【審査官】 黒田 正法

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−１９１３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５９６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５１３０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ １／００− ３／８６

Ｆ２４Ｃ １５／１６−１５／３６

Ｆ２７Ｂ ９／００− ９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長選択性熱放射を行う放射制御デバイスであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層を覆う誘電体層と、
前記誘電体層を介して前記第１の電極層に対向する少なくとも１つの第２の電極層を有し、前記第１の電極層へスイッチング可能に接続された対向電極構造と、
を備える、放射制御デバイス。

【請求項2】

前記第１の電極層へ前記対向電極構造をスイッチング可能に接続する少なくとも１つのスイッチング素子と、
前記第２の電極層を支持する第１の領域と、前記第１の領域の外側で前記スイッチング素子を支持する第２の領域とを有する主面が設けられた基板と、
をさらに備える、請求項１に記載の放射制御デバイス。

【請求項3】

前記第２の電極層は前記第１の電極層へスイッチング可能に接続されている、請求項１または２に記載の放射制御デバイス。

【請求項4】

前記第２の電極層は複数の第２の電極層を含み、前記複数の第２の電極層のうちの２つ以上を前記第１の電極層へスイッチング可能に接続するスイッチング素子をさらに備える、請求項１に記載の放射制御デバイス。

【請求項5】

前記波長選択性熱放射は、前記第２の電極層が前記第１の電極層から電気的に切断されている際に、少なくとも一の波長においてピーク強度を有し、
前記第２の電極層が前記第１の電極層へ電気的に接続されることによって前記ピーク強度が抑制される、請求項３または４に記載の放射制御デバイス。

【請求項6】

前記第２の電極層は複数の第２の電極層を含み、
前記対向電極構造は、前記第２の電極層から離れて前記誘電体層上に設けられ前記第２の電極層の間を通る電極間配線を含み、
前記電極間配線は前記第１の電極層へスイッチング可能に接続されている、請求項１または２に記載の放射制御デバイス。

【請求項7】

第１の電極層と、前記第１の電極層を覆う誘電体層と、前記誘電体層を介して前記第１の電極層に対向する少なくとも１つの第２の電極層を有し、前記第１の電極層へスイッチング可能に接続された対向電極構造と、を含む放射制御デバイスと、
前記放射制御デバイスへ熱放射を行う熱放射源と、
を備える、熱放射デバイス。

【請求項8】

第１の電極層と、前記第１の電極層を覆う誘電体層と、前記誘電体層を介して前記第１の電極層に対向し前記第１の電極層から電気的に絶縁された少なくとも１つの第２の電極層と、を含む熱放射デバイスによって、波長選択性を有する熱放射を行う工程と、
第１の電極層と前記第２の電極層との間を電気的に短絡することによって前記波長選択性を抑制する工程と、
を備える、熱放射における波長選択性の制御方法。

【請求項9】

第１の電極層と、前記第１の電極層を覆う誘電体層と、前記誘電体層を介して前記第１の電極層に対向し前記第１の電極層から電気的に絶縁された複数の第２の電極層と、前記第２の電極層から離れて前記誘電体層上に設けられ前記第２の電極層の間を通る電極間配線と、を含む熱放射デバイスによって、波長選択性を有する熱放射を行う工程と、
第１の電極層と前記電極間配線との間を電気的に短絡することによって前記波長選択性を変化させる工程と、
を備える、熱放射における波長選択性の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射制御デバイスと、熱放射デバイスと、熱放射における波長選択性の制御方法とに関し、特に、波長選択性熱放射を行う放射制御デバイスと、それを用いた熱放射デバイスと、熱放射における波長選択性の制御方法とに関するものである。

【背景技術】

【0002】

熱放射デバイスの重要な特性として、その熱放射のスペクトル分布がある。スペクトル分布において、エネルギー損失を抑えつつ特定波長での強度を特に高める技術のひとつとして、マイクロキャビティを用いる技術が検討されている。

【0003】

たとえば、下記特許文献１によれば、熱放射デバイスとして、ピーク波長５〜６μｍを有する赤外線ヒータの技術が開示されている。この赤外線ヒータは、熱放射源としての発熱体を有している。発熱体の表面には、波長５〜６μｍの赤外線を増幅することでエネルギー効率を向上させるためのマイクロキャビティが設けられている。

【0004】

また、たとえば下記特許文献２によれば、特定の光吸収帯を持つ輻射性ガス分子を効率よく加熱するために用いられる波長選択性熱放射材料が開示されている。波長選択性熱放射材料は、多数のマイクロキャビティと、熱放射面と、を有している。マイクロキャビティは、平面上に周期的に繰り返される微細凹凸パターンを形成するように、実質的に二次元配列されている。熱放射面は、マイクロキャビティを覆う被覆層を有し、輻射性ガス分子の特定の光吸収帯の波長領域に対応する熱輻射電磁波を選択的に放射する。マイクロキャビティを輻射性ガス分子の特定の光吸収帯波長と実質的に同じ周期にすると、その周期構造と熱放射光の電磁場とで表面プラズモン共鳴を生じるので、対象ガスの光吸収帯波長域で放射率が増加する（共鳴効果）。また、マイクロキャビティを輻射性ガス分子の特定の光吸収帯波長よりも１μｍ短い周期にすると、マイクロキャビティ内に閉じ込められた電磁波のなかで最も強い強度を持つモードの波長とガス分子の特定の光吸収帯波長とを一致させることができる。その結果、対象ガスの光吸収帯波長域で放射率が増加する（キャビティ効果）。マイクロキャビティのアスペクト比は０．８〜３．０の範囲が好ましく、アスペクト比が過度に小さいと選択放射強度が低下する。

【0005】

上述したように、マイクロキャビティは、マイクロメートルオーダーのパターンを高アスペクトで形成する必要がある。特に赤外域のように比較的長い波長が制御対象となる場合、深いマイクロキャビティを形成する必要がある。このため、マイクロキャビティの技術が産業上利用される場合、その製造の難易度の高さが問題となり得る。これに対して、マイクロキャビティを用いることなく、熱放射のスペクトル分布を制御する技術も検討されてきている。

【0006】

たとえば、下記非特許文献１によれば、金属−誘電体−金属の構造を有するメタマテリアルを用いた技術が検討されている。メタマテリアルには、典型的には、下部金属層と、中間部誘電体層と、マイクロメートルまたはナノメートルオーダーの周期的パターンを有する上部金属層とを有する構造が設けられる。時間変化する磁界がこの構造中に導入されると、振動する反平行電流が誘起されることで磁気共鳴が生じる。すなわち磁気ポラリトンが生じる。この文献によれば、様々な周期的パターンの下での磁気共鳴条件を予測することが、等価ＬＣ回路モデルによって可能とされている。たとえば、中間部誘電体層が屈折率１．５１と厚さ１４０ｎｍとを有するアルミナから作られ、上部金属層が、１００ｎｍの厚みと、１．７μｍ四方の正方形状が３．２μｍピッチで配列された周期的パターンとを有する場合が想定されている。この場合、ピーク波長６．７４μｍが得られる旨のシミュレーションがなされている。このシミュレーション技術によれば、所望の波長の熱放射を増幅することができるメタマテリアルを、より容易に設計することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−２０６６０６号公報

【特許文献2】特開２００４−２３８２３０号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ａｔｓｕｓｈｉ Ｓａｋｕｒａｉ， ｅｔ ａｌ．， ”ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＥ ＲＥＳＯＮＡＮＣＥ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＴＡＭＡＴＥＲＩＡＬ ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＡＮＤ ＡＢＳＯＲＢＥＲＳ ＵＳＩＮＧ ＬＣ ＣＩＲＣＵＩＴ ＭＯＤＥＬ"， ２０１４年８月， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＩＨＴＣ１５−９０１２， ｐｐ．１−１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記非特許文献１に記載の技術によれば、熱放射のスペクトル分布における特定波長での強度がメタマテリアルによって増幅される。この増幅は、上述したように、下部金属層と中間部誘電体層と上部金属層との設計に応じて生じるものであり、熱放射を行うメタマテリアルにおいて常時生じるものである。本発明者らは、スペクトル分布を任意のタイミングで制御することができれば極めて有用であろうことに着目した。たとえば、トルエンを蒸発させるための加熱工程として、トルエンが吸収しやすいエネルギーのひとつに対応するピーク波長６．７μｍを有する熱放射がメタマテリアルを用いてなされているとする。この工程に何らかの問題が生じるなどして、過度の温度上昇の発生が懸念される事態が生じたとする。その場合、メタマテリアルによるピーク波長６．７μｍでの強度の増幅を速やかに抑制することができれば、トルエンの加熱効率が急減するので、過度の温度上昇を防止することができる。しかしながら、メタマテリアルからの熱放射の波長選択性を任意のタイミングで制御する技術は、これまで十分に検討されていなかった。

【0010】

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その一の目的は、熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる放射制御デバイスを提供することである。また他の目的は、熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる放射デバイスを提供することである。またさらに他の目的は、任意のタイミングで波長選択性を抑制することができる、波長選択性熱放射の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の放射制御デバイスは、波長選択性熱放射を行うものである。放射制御デバイスは、第１の電極層と、第１の電極層を覆う誘電体層と、誘電体層を介して第１の電極層に対向する少なくとも１つの第２の電極層を有する対向電極構造と、を含む。対向電極構造は第１の電極層へスイッチング可能に接続されている。

【0012】

本発明の熱放射デバイスは、放射制御デバイスおよび熱放射源を有している。放射制御デバイスは、第１の電極層と、第１の電極層を覆う誘電体層と、誘電体層を介して第１の電極層に対向する少なくとも１つの第２の電極層を有する対向電極構造とを含む。対向電極構造は第１の電極層へスイッチング可能に接続されている。熱放射源は放射制御デバイスへ熱放射を行う。

【0013】

本発明の一の局面に従う、熱放射における波長選択性の制御方法は、次の工程を有している。第１の電極層と、第１の電極層を覆う誘電体層と、誘電体層を介して第１の電極層に対向し第１の電極層から電気的に絶縁された少なくとも１つの第２の電極層と、を含む熱放射デバイスによって、波長選択性を有する熱放射が行われる。第１の電極層と第２の電極層との間を電気的に短絡することによって波長選択性が抑制される。

【0014】

本発明の他の局面に従う、熱放射における波長選択性の制御方法は、次の工程を有している。第１の電極層と、第１の電極層を覆う誘電体層と、誘電体層を介して第１の電極層に対向し第１の電極層から電気的に絶縁された複数の第２の電極層と、第２の電極層から離れて誘電体層上に設けられ第２の電極層の間を通る電極間配線と、を含む熱放射デバイスによって、波長選択性を有する熱放射が行われる。第１の電極層と電極間配線との間を電気的に短絡することによって波長選択性が変化させられる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の放射制御デバイスによれば、第１の電極層と対向電極構造との間の接続のスイッチングにより、放射制御デバイスからの熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる。

【0016】

本発明の熱放射デバイスによれば、第１の電極層と対向電極構造との間の接続のスイッチングにより、放射制御デバイスからの熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる。

【0017】

本発明の一の局面に従う、熱放射における波長選択性の制御方法によれば、波長選択性熱放射を行った後、波長選択性が望まれなくなった時点で、第１の電極層と第２の電極層との間を電気的に短絡することによって任意のタイミングで波長選択性を抑制することができる。

【0018】

本発明の他の局面に従う、熱放射における波長選択性の制御方法によれば、第１の電極層と電極間配線層との間を電気的に短絡することによって任意のタイミングで波長選択性を変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１における熱放射デバイスの構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態１における熱放射制御デバイスの構成を概略的に示す部分斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態１における熱放射デバイスからの熱放射のスペクトル分布のシミュレーション結果の一例を示すグラフ図である。

【図4】本発明の実施の形態２における熱放射デバイスの構成を概略的に示す模式図である。

【図5】本発明の実施の形態３における熱放射制御デバイスの構成を概略的に示す部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

【0021】

＜実施の形態１＞
（構成）
図１を参照して、本実施の形態の加熱装置（熱放射デバイス）は、放射板８１（放射制御デバイス）およびヒータ７１（熱放射源）を有している。ヒータ７１は、放射板８１へ熱放射ＳＡを行うものである。放射板８１は、加熱装置による加熱対象（図１において図示せず）へ熱放射ＳＢを行うものである。ヒータ７１による熱放射ＳＡは、特段の波長選択性を有する必要はない。このためヒータ７１としては、通常の抵抗加熱式ヒータが用いられてもよく、たとえばセラミックヒータが用いられてもよい。ヒータ７１は放射板８１上に直接または何らかの接合部材を介して固定されていてもよい。

【0022】

図２を参照して、放射板８１は、基板１０と、下部電極層１１（第１の電極層）と、誘電体層１５と、絶縁層１９と、対向電極構造３１と、スイッチング素子４０と、ゲート配線４３（スイッチング信号線）と、接続配線４６とを有している。基板１０は主面（図２における上面）を有している。下部電極層１１は基板１０の主面上に設けられている。基板１０の主面は、第１の領域（図２における左の領域）と、第１の領域の外側の第２の領域（図２における右の領域）とを有している。誘電体層１５は、基板１０の主面の第１の領域上において下部電極層１１を覆っている。絶縁層１９は、基板１０の主面の第２の領域上において下部電極層１１を覆っている。上部電極層２０は、誘電体層１５を介して、基板１０の主面の上記第１の領域に支持されている。スイッチング素子４０は、絶縁層１９を介して、基板１０の主面の上記第２の領域によって支持されている。

【0023】

対向電極構造３１は、複数の上部電極層２０（第２の電極層）と、電極配線２１とを有している。好ましくは、下部電極層１１と上部電極層２０との間の距離に比して、下部電極層１１と電極配線２１との距離の方が大きい。

【0024】

上部電極層２０は誘電体層１５を介して下部電極層１１に対向している。上部電極層２０は、誘電体層１５上に周期的に配置されており、図２においてはｘ方向およびｙ方向の各々において周期的に配置されている。この構造により、いわゆるメタマテリアルが構成されている。たとえば、赤外域のピーク波長６．７μｍを有する波長選択性を得ることを意図したメタマテリアルが構成されている。この目的で、たとえば、複数の上部電極層２０が、アルミナからなる誘電体層１５上にｘ方向およびｙ方向の各々において３．２μｍピッチ程度で配置される。この上部電極層２０の各々は、たとえば、１．７μｍ四方程度の正方形状と、厚み１００ｎｍ程度とを有するＡｕ層によって形成され得る。

【0025】

上部電極層２０は、上述した周期的配置により、各々がｘ方向に沿う複数の列と、各々がｙ方向に沿う複数の列とを有している。電極配線２１は、ｘ方向に沿う各列において、上部電極層２０を互いに接続する部分を有している。また電極配線２１は、ｙ方向に沿う少なくとも１つの列（図中、最も右側の列）において、上部電極層２０を互いに接続する部分を有している。この構造により、図２に示された部分においては、上部電極層２０のすべてが電極配線２１によって互いに電気的に接続されている。

【0026】

ゲート配線４３は絶縁層１９上をｙ方向に沿って延びている。ゲート配線４３上の少なくとも１つの箇所にはスイッチング素子４０が設けられている。スイッチング素子４０は、ゲート配線４３に印加されたゲート電位に応じてスイッチングを行う半導体スイッチング素子であり、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なおゲート配線４３に電圧を印加するための信号源（図示せず）のアース電位は、下部電極層１１の電位と同じであってよい。

【0027】

接続配線４６は、対向電極構造３１の電極配線２１と、下部電極層１１とを、スイッチング素子４０を介して互いに接続している。これによりスイッチング素子４０は対向電極構造３１を下部電極層１１へスイッチング可能に接続している。より具体的には、スイッチング素子４０は、上部電極層２０を下部電極層１１へスイッチング可能に接続している。図２においては、スイッチング素子４０は上部電極層２０のうちの２つ以上を下部電極層１１へスイッチング可能に接続している。

【0028】

（使用方法）
次に、加熱装置（図１）の使用方法、言い換えれば熱放射における波長選択性の制御方法、について、以下に説明する。

【0029】

ヒータ７１により放射板８１へ熱放射ＳＡ（図１）が行われる。放射板８１は、スイッチング素子４０（図２）がオン状態にあるかオフ状態にあるかによって、異なるスペクトル分布での熱放射ＳＢ（図１）を行う。

【0030】

スイッチング素子４０がオフ状態にある場合、上部電極層２０は下部電極層１１から電気的に切断されている。すなわち、加熱装置の放射板８１において、上部電極層２０は下部電極層１１から電気的に絶縁されている。この状態においては、加熱装置は、下部電極層１１と誘電体層１５と上部電極層２０とによって構成されるメタマテリアルの特性により、少なくとも一の波長においてピーク強度を有する波長選択性熱放射を行う。

【0031】

次に、波長選択性が望まれなくなった時点で、スイッチング素子４０がオン状態とされる。これにより上部電極層２０が下部電極層１１へ電気的に接続される。すなわち下部電極層１１と上部電極層２０との間が電気的に短絡される。これにより、上述した波長選択性が、ほぼ瞬時に抑制される。すなわち熱放射のスペクトル分布におけるピーク強度が、ほぼ瞬時に抑制される。なおこのとき、熱放射源としてのヒータ７１（図１）からの熱放射が停止されれば、放射板８１の温度低下にともなって、スペクトル分布全体にわたって熱放射の強度を漸減させることができる。

【0032】

（シミュレーション結果）
図３を参照して、シミュレーションによれば、スイッチング素子４０（図２）がオフ状態である場合に、下部電極層１１と誘電体層１５と上部電極層２０とによって構成されるメタマテリアルの特性により、波長６．７μｍにおいてピーク強度を有する波長選択性熱放射（図中、矢印ＰＫ参照）を行い得ることがわかった。なおシミュレーション条件として、基板１０としてのＳｉ基板と、下部電極層１１としてのＡｕ層と、誘電体層１５としてのＡｌ₂Ｏ₃層と、上部電極層２０としてのＡｕ層とによって、厚み１ｍｍで１２０ｍｍ四方の構造が設けられるものとした。またこの構造の裏面側（基板１０の側）には、厚み１ｍｍで１２５ｍｍ四方のステンレス鋼からなるケーシングが配置されるものとした。またこの構造は熱放射源から７２Ｗの熱放射を受けることで４０４℃に保持されているものとされた。

【0033】

またシミュレーションによれば、熱放射源からの熱放射が停止されかつスイッチング素子４０がオフ状態からオン状態へスイッチングされてから１秒後には、図３の破線で示されるように、上記強度ピーク（図中、矢印ＰＫ参照）がほぼ消失していた。一方で、スイッチング素子４０がオフ状態で維持されつつ単に熱放射源からの熱放射が停止された場合は、５秒が経過しても上記強度ピークはほとんど変化せずに維持された。つまり、スイッチング素子４０を利用することによって波長６．７μｍの熱放射の強度を１秒以内に抑制することができる一方、熱放射源からの熱放射を停止するだけでは５秒を経ても強度ピークをほとんど抑制することができなかった。

【0034】

（効果）
本実施の形態の放射板８１（図２）によれば、下部電極層１１と対向電極構造３１との間の電気的接続のスイッチングにより、放射板８１からの熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる。具体的には、下部電極層１１と、対向電極構造３１の上部電極層２０との間の電気的接続のスイッチングにより、波長選択性を速やかに変化させることができる。より具体的には、下部電極層１１と上部電極層２０との間を電気的に短絡することによって、波長選択性を速やかに抑制することができる。すなわち、熱放射のスペクトル分布におけるピーク強度を速やかに抑制することができる。

【0035】

基板１０（図２）の主面は、上部電極層２０を支持する第１の領域（図２における左の領域）と、第１の領域の外側でスイッチング素子を支持する第２の領域（図２における右の領域）とを有していることが好ましい。これにより、第１の領域の温度に比して第２の領域の温度を高くすることで、スイッチング素子４０が過度に加熱されることを避けつつ、放射板８１から強い熱放射を行うことができる。

【0036】

スイッチング素子４０（図２）は、上部電極層２０のうちの２つ以上を下部電極層１１へスイッチング可能に接続していてもよい。この場合、上部電極層２０の数と同じ数のスイッチング素子４０を設ける必要がない。よってスイッチングのための構成が簡素化される。

【0037】

本実施の形態の加熱装置（図１）によれば、上記スイッチングにより、放射板８１からの熱放射の波長選択性を速やかに変化させることができる。また、ヒータ７１が用いられることにより、放射板８１自体が熱を生成する必要がない。

【0038】

本実施の形態の波長選択性熱放射の制御方法によれば、スイッチング素子４０がオフ状態とされることで波長選択性熱放射を行った後、波長選択性が望まれなくなった時点で、下部電極層１１と上部電極層２０との間が電気的に短絡される。これによって任意のタイミングで波長選択性を抑制することができる。

【0039】

（変形例）
図２においては複数の上部電極層２０が設けられているが、これらに代わり、単一の上部電極層が設けられてもよい。この単一の上部電極層は、周期的に繰り返される複数のパターン部分と、これらパターン部分のうち互いに隣り合うもの同士を連結する連結部分とを有してもよい。各パターン部分は、たとえば、Ｕ字形状を有する。

【0040】

図２においては、電極配線２１のうち上部電極層２０間をつなぐ部分は空中に延びているが、誘電体層１５上に配置されていてもよく、あるいは誘電体層１５中に埋設されていてもよい。

【0041】

また図２においては、１つのスイッチング素子４０のみが示されているが、スイッチング素子４０の数は、１つであっても、あるいは複数であってもよい。より多くのスイッチング素子４０が用いられることにより、スイッチング素子４０と上部電極層２０との間の電気的経路の最大距離を抑制することができる。これにより、スイッチング素子４０がオン状態とされた場合に、上部電極層２０と下部電極層１１との間をより理想的に短絡することができる。複数のスイッチング素子４０が設けられる場合、そのそれぞれが上部電極層２０の複数の組をスイッチングし得る。これにより電極配線２１は、各組において上部電極層２０を互いに接続していればよく、上部電極層２０のすべてを互いに接続する必要はない。よって、電極配線２１がメタマテリアルの特性に及ぼす影響を抑えることができる。特に、上部電極層２０のそれぞれにスイッチング素子４０が設けられる場合は、電極配線２１は上部電極層２０を互いに接続する必要がない。

【0042】

また図１においては、加熱装置が熱放射源としてのヒータ７１を有しているが、熱放射源が放射板８１に内蔵されてもよい。たとえば、フィラメント形状を有する上部電極層に電流を流すことによって、上部電極層がメタマテリアルを構成するだけでなく熱放射源をも構成してもよい。このようなフィラメント形状としては、たとえば、Ｕ字形状が互いに連結された形状を用い得る。

【0043】

また図２においては接続配線４６が下部電極層１１に接続されているが、接続配線４６が下部電極層１１から分離され、代わりに電圧源に接続されてもよい。これにより、電圧源の電圧を変化させることで、放射板８１の波長選択性を変化させることができる。

【0044】

またスイッチング素子４０として半導体スイッチング素子が用いられる場合について説明したが、他のスイッチング素子が用いられてもよく、たとえば機械的なスイッチング素子が用いられもよい。

【0045】

＜実施の形態２＞
（構成）
図４を参照して、本実施の形態の乾燥炉９０（熱放射デバイス）は、ヒータ７１および放射板８１を有する加熱装置（図１）を含んでいる。また乾燥炉９０はさらに、ケーシング７０と、搬送部９１と、塗布部９２と、異常検知部９３と、制御部９４とを有している。

【0046】

搬送部９１は、樹脂フィルム１００（被乾燥部材）を搬送するためのものであり、巻出ローラ９１ａおよび巻取ローラ９１ｂを有している。巻出ローラ９１ａおよび巻取ローラ９１ｂが協調して回転することにより（図４における矢印ＲＡおよびＲＢ参照）、巻出ローラ９１ａから巻き出された樹脂フィルム１００が、塗布部９２と、ケーシング７０とを順に経由して、巻取ローラ９１ｂに巻き取られる。塗布部９２は樹脂フィルム１００上に、有機溶媒を用いたスラリを塗布する。スラリの有機溶媒は、ケーシング７０内において蒸発させられる。なおケーシング７０内の過度の温度上昇を抑えるために、空冷のためのガスの導入（図４：矢印ＷＡ）および排出（図４：矢印ＷＢ）が行われてもよい。

【0047】

検知部９３は、搬送部９１に何らかの問題が生じることにより生じた搬送異常を検知するものである。たとえば、巻取ローラ９１ｂの回転速度が異常に低下したり、回転が意図せず停止したりする回転異常を検知するものである。異常が検知された場合、検知部９３は制御部９４へ異常信号を出力する。

【0048】

制御部９４は、スイッチング素子４０（図２）のゲート配線４３へ印加されるゲート電圧を生成する。通常は、制御部９４は、スイッチング素子４０をオフ状態とするようなゲート電圧を生成する。制御部９４へ検知部９３からの異常信号が入力されると、制御部９４は、スイッチング素子４０をオン状態とするようなゲート電圧を生成する。

【0049】

（使用方法および効果）
搬送部９１によって搬送された樹脂フィルム１００上に、塗布部９２によってスラリが塗布される。本実施の形態においては、樹脂フィルム１００としてのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に、有機溶媒としてトルエンを用いたシリコーンのスラリが塗布される。ケーシング７０内において、図中矢印で示すように熱放射が行われることで、トルエンが蒸発する。これにより樹脂フィルム１００上にシリコーンシートが形成される。このときスイッチング素子４０（図２）がオフ状態とされていることによって、上記熱放射には、トルエンが吸収しやすいエネルギーに対応するピーク波長６．７μｍを有する波長選択性が付与されている。この波長選択性によりトルエンが高効率で蒸発する。よって乾燥炉９０は高いエネルギー効率を有している。

【0050】

上記工程において、何らかの原因によって、樹脂フィルム１００の搬送に異常が生じることがあり得る。このときに、仮にトルエンの加熱が高効率で継続されたとすると、過度の温度上昇が生じ得る。本実施の形態においては、このような搬送異常が検知部９３によって検知される。そして制御部９４へ異常信号が出力される。これを受けて制御部９４はスイッチング素子４０をオフ状態からオン状態へと切り替える。これにより放射板８１からの熱放射の波長選択性が抑制される。その結果、トルエンの加熱効率が急減する。よって、搬送異常に起因した過度の温度上昇の発生を防止することができる。

【0051】

＜実施の形態３＞
（構成）
図５を参照して、本実施の形態の放射板８２（放射制御デバイス）においては、対向電極構造３２は、電極配線２１（図２）に代わり、電極間配線２２を有している。電極間配線２２は、上部電極層２０から離れて誘電体層１５上に設けられており、上部電極層２０の間を通っている。

【0052】

本実施の形態においては、接続配線４６は、対向電極構造３１の電極間配線２２と、下部電極層１１とを、スイッチング素子４０を介して互いに接続している。これによりスイッチング素子４０は電極間配線２２を下部電極層１１へスイッチング可能に接続している。

【0053】

なお、上記以外の構成については、放射板８１（図２）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

【0054】

（使用方法および効果）
放射板８１（図２）の代わりに放射版８２（図５）を有する加熱装置（図１）の使用方法、言い換えれば、本実施の形態における波長選択性の制御方法、について、以下に説明する。

【0055】

ヒータ７１により放射板８２へ熱放射ＳＡ（図１）が行われる。放射板８２は、スイッチング素子４０（図５）がオン状態にあるかオフ状態にあるかによって、異なるスペクトル分布での熱放射ＳＢ（図１）を行う。

【0056】

スイッチング素子４０がオフ状態にある場合、電極間配線２２は下部電極層１１から電気的に切断されている。すなわち、加熱装置の放射板８２において、電極間配線２２は下部電極層１１から電気的に絶縁されている。この状態においては、加熱装置は、下部電極層１１と、誘電体層１５と、上部電極層２０と、フローティング状態にある電極間配線２２と、によって構成されるメタマテリアルの特性により、少なくとも一の波長においてピーク強度を有する波長選択性熱放射を行う。

【0057】

次に、波長選択性を変化させるために、電極間配線２２と下部電極層１１との間の電気的接続のスイッチングが行われる。すなわちスイッチング素子４０がオン状態とされる。これにより電極間配線２２が下部電極層１１へ電気的に接続される。すなわち下部電極層１１と電極間配線２２との間が電気的に短絡される。これにより、電極間配線２２を介して互いに隣り合う上部電極層２０の間のキャパシタンスが変化する。これにより、放射板８２の波長選択性への上部電極層２０による寄与が変化する。その結果、メタマテリアルの特性が、ほぼ瞬時に変化する。よって放射板８２からの熱放射の波長選択性を、ほぼ瞬時に変化させることができる。

【0058】

なお図５においては接続配線４６が下部電極層１１に接続されているが、接続配線４６が下部電極層１１からは分離され、代わりに電圧源に接続されてもよい。これにより電極間配線２２へバイアス電圧を印加することができる。よって、バイアス電圧を制御することで、波長選択性を変化させることができる。バイアス電圧は、直流電圧であってもよく、あるいは交流電圧、特に高周波電圧、であってもよい。

【符号の説明】

【0059】

１０ 基板
１１ 下部電極層（第１の電極層）
１５ 誘電体層
１９ 絶縁層
２０ 上部電極層（第２の電極層）
２１ 電極配線
２２ 電極間配線
３１，３２ 対向電極構造
４０ スイッチング素子
４３ ゲート配線
４６ 接続配線
７０ ケーシング
７１ ヒータ
８１，８２ 放射板（放射制御デバイス）
９０ 乾燥炉
９１ 搬送部
９１ａ 巻出ローラ
９１ｂ 巻取ローラ
９２ 塗布部
９３ 検知部
９４ 制御部
１００ 樹脂フィルム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】