2024-157982 熱輻射素子モジュール及び熱輻射光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157982

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】熱輻射素子モジュール及び熱輻射光源

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/10 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

H05B3/10 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072705

(22)【出願日】2023-04-26

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・展示会名 光とレーザーの科学技術フェア２０２２ 開催場所 東京都立産業貿易センター 浜松町館（東京都港区海岸１－７－１） 開催日 令和４年１１月９日－１１日

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(71)【出願人】

【識別番号】523158516

【氏名又は名称】株式会社シナジーテクニカ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】福井 俊矢

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】光久 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】大橋 正典

【テーマコード（参考）】

3K092

【Ｆターム（参考）】

3K092PP20

3K092QA06

3K092QB02

3K092QB04

3K092QC02

3K092RF03

3K092VV40

(57)【要約】

【課題】熱輻射素子モジュールと比較して、筐体の表面が高温になりにくい熱輻射素子モジュールを提供する。
【解決手段】熱輻射素子モジュール（１）は、熱輻射素子（１０）と、熱輻射素子（１０）を収容する筐体（２０）と、熱輻射素子（１０）と筐体（２０）との間に介在し、熱輻射素子（１０）を支持する支持部材（３０）と、を備え、支持部材（３０）の構成材料は、酸化物及び窒化物の少なくとも何れか一方を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱輻射素子と、
前記熱輻射素子を収容する筐体と、
前記熱輻射素子と前記筐体との間に介在し、前記熱輻射素子を支持する支持部材と、を備え、
前記支持部材を構成する構成材料は、酸化物及び窒化物の少なくとも何れか一方を含む、
熱輻射素子モジュール。

【請求項2】

前記筐体には、前記熱輻射素子及び前記支持部材を収容するキャビティが設けられており、
前記支持部材は、重心を含む領域に設けられた第１領域であって前記熱輻射素子が設置される第１領域と、前記第１領域から離間した領域に設けられた第２領域であって当該支持部材が前記筐体に対して固定される第２領域と、を含み、
前記支持部材のうち前記第２領域以外の領域であって、前記第１領域を含む領域は、前記キャビティの内壁から離間している、
請求項１に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項3】

前記支持部材は、前記第１領域と前記第２領域との間に介在する第３領域を更に含み、
前記第３領域の幅は、前記第１領域と前記第２領域との間に延在する全区間のうち少なくとも一部区間において、前記熱輻射素子の幅よりも狭い、
請求項２に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項4】

前記支持部材は、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域が一平面に沿って延在する板状の部材である、
請求項３に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項5】

前記支持部材は、互いに対向する一対の主面を有し、
前記第１領域は、前記支持部材の一方の主面に設けられており、
前記一方の主面には、前記第２領域から前記第３領域を介して前記第１領域まで延在する一対の給電パターンであって、金属膜により構成された一対の給電パターンが設けられており、
前記一対の給電パターンの各々は、前記第１領域において、前記熱輻射素子が有する一対の電極パターンの各々に導通している、
請求項４に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項6】

２５℃及び５００℃の各々における前記一対の電極パターン間の抵抗値を、それぞれ、Ｒ_１（Ω）及びＲ_１Ｈ（Ω）とし、
２５℃における前記一対の給電パターンの各々の抵抗値をＲ_２（Ω）として、
以下の式（１）、（２）を満たす、
請求項５に記載の熱輻射素子モジュール。
２×Ｒ_２＜Ｒ_１＜１００００×Ｒ_２ ・・・（１）
２×Ｒ_２＜Ｒ_１Ｈ＜１００００×Ｒ_２ ・・・（２）

【請求項7】

前記一対の給電パターンは、金、銀、及び、銀を主成分とする合金の何れかである、
請求項５又は６に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項8】

前記構成材料の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・℃以上３０Ｗ／ｍ・℃以下である、
請求項１～６の何れか１項に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項9】

前記構成材料は、セラミックス材料であり、
前記キャビティは、内部圧力が大気圧よりも低く、且つ、封止されている、
請求項２～６の何れか１項に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項10】

前記セラミックス材料は、ケイ酸カルシウムとリチウムアルミノケイ酸塩との混合物である、
請求項９に記載の熱輻射素子モジュール。

【請求項11】

請求項１～６の何れか１項に記載の熱輻射素子モジュールを備えている、
熱輻射光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱輻射素子モジュール及び熱輻射光源に関する。

【背景技術】

【0002】

あらゆる物体は、分子又は原子から構成されている。それらの分子又は原子は、物体の温度に応じて激しく運動している。この運動に伴い、物体は、電磁波を放射している。この電磁波の放射は、熱放射又は熱輻射と呼ばれる。

【0003】

熱放射は、黒体放射と呼ばれる理想面の放射強度と、放射率と呼ばれる無次元数とで表現される。黒体放射は、プランクの法則で示される温度の関数である。また放射率は、材料の物性や表面状態などによって定まる定数であり、実在面と黒体面との放射強度の比を示す。すなわち黒体放射に放射率を乗じることにより、実在面における放射強度が得られる。

【0004】

古くから、物体表面を粗くしたり酸化したりすれば、放射率が上昇することは知られている。また、近年は、メタサーフェスと呼ばれる微細構造を用いた放射率のコントロールに関する研究が盛んに行われている。

【0005】

古くから、熱放射を利用した光源としては、ハロゲンランプなどが知られている。また、近年は、赤外線に特化した赤外線発光装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。このような赤外線発光装置は、熱輻射素子モジュールとも呼ばれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－９８７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで前述の通り、熱放射の基本は黒体放射であり、放射強度は、温度の関数で表される。そのため、熱輻射素子モジュールにおいては、熱輻射素子を高温に加熱することによって熱輻射を得ている。また、熱輻射素子モジュールにおいて放射強度を強くしたり、より短波長側の光を利用したりしたい場合には、熱輻射素子の温度をより高く設定することになる。
ところで、熱輻射素子を加熱する手段としては、一般的に電気が使われる。導体中を流れる電子は、電気（電荷）のキャリアであると同時に熱のキャリアでもある。したがって、電気を良好に通す材質あるいは構造は、熱を通しやすい材質あるいは構造でもある。

【0008】

上述の通り、熱輻射素子は、動作時に高温に加熱される。ここで、熱輻射素子の熱は、熱輻射素子に給電するための配線や、熱輻射素子を熱輻射素子モジュールの筐体に接合するための接合部材などを介して、熱輻射素子から熱輻射素子モジュールへ伝導される。その結果、熱輻射素子のみならず、熱輻射素子モジュールの表面も高温になりやすい。

【0009】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、特許文献１に記載されている熱輻射素子モジュールと比較して、筐体の表面が高温になりにくい熱輻射素子モジュール、及び、そのような熱輻射素子モジュールを備えた熱輻射光源を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る熱輻射素子モジュールは、熱輻射素子と、前記熱輻射素子を収容する筐体と、前記熱輻射素子と前記筐体との間に介在し、前記熱輻射素子を支持する支持部材と、を備えている。本熱輻射素子モジュールにおいて、前記支持部材を構成する構成材料は、酸化物及び窒化物の少なくとも何れか一方を含む。

【0011】

上記の構成によれば、前記熱輻射素子と前記筐体との間に、支持部材が介在する。そのため、前記筐体に直接前記熱輻射素子を固定する場合と比較して、前記熱輻射素子と前記筐体との間における熱伝導パスの長さを長く設計することができる。

【0012】

また、前記構成材料は、酸化物及び窒化物の少なくとも何れか一方を含んでいる。したがって、このように構成された支持部材の熱伝導率は、金属の熱伝導率よりも低いため、熱輻射素子から筐体への熱の伝導を抑制することができる。

【0013】

以上のように、本熱輻射素子モジュールは、特許文献１に記載されている熱輻射素子モジュールと比較して、前記熱輻射素子から前記筐体へ伝導され得る熱エネルギーを抑制することができる。したがって、本熱輻射素子モジュールは、前記筐体の表面が高温になりにくい。

【0014】

また、本発明の第２の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第１の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記筐体には、前記熱輻射素子及び前記支持部材を収容するキャビティが設けられており、前記支持部材は、重心を含む領域に設けられた第１領域であって前記熱輻射素子が設置される第１領域と、前記第１領域から離間した領域に設けられた第２領域であって当該支持部材が前記筐体に対して固定される第２領域と、を含み、前記支持部材のうち前記第２領域以外の領域であって、前記第１領域を含む領域は、前記キャビティの内壁から離間している、構成が採用されている。

【0015】

上記の構成によれば、前記第１領域と、前記第２領域とが離間しており、且つ、前記支持部材のうち前記第２領域以外の領域であって、前記第１領域を含む領域は、前記キャビティの内壁から離間している。したがって、本熱輻射素子モジュールは、特許文献１に記載されている熱輻射素子モジュールと比較して、前記筐体の表面の温度を確実に低減することができる。

【0016】

また、本発明の第３の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第２の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記支持部材は、前記第１領域と前記第２領域との間に介在する第３領域を更に含み、前記第３領域の幅は、前記第１領域と前記第２領域との間に延在する全区間のうち少なくとも一部区間において、前記熱輻射素子の幅よりも狭い、構成が採用されている。

【0017】

上記の構成によれば、前記第３領域において熱が伝導し得る断面積を限定することができる。したがって、本熱輻射素子モジュールは、特許文献１に記載されている熱輻射素子モジュールと比較して、前記筐体の表面の温度をより確実に低減することができる。

【0018】

また、本発明の第４の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第３の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記支持部材は、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域が一平面に沿って延在する板状の部材である、構成が採用されている。

【0019】

上記の構成によれば、前記構成材料により構成されている基板を出発材料として当該基板を２次元的にパターニングすることによって、前記支持部材を容易に製造することができる。したがって、本熱輻射素子モジュールは、大量生産する場合における製造コストを抑制することができる。

【0020】

また、本発明の第５の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第４の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記支持部材は、互いに対向する一対の主面を有し、前記第１領域は、前記支持部材の一方の主面に設けられており、前記一方の主面には、前記第２領域から前記第３領域を介して前記第１領域まで延在する一対の給電パターンであって、金属膜により構成された一対の給電パターンが設けられており、前記一対の給電パターンの各々は、前記第１領域において、熱輻射素子が有する一対の電極パターンの各々に導通している、構成が採用されている。

【0021】

上記の構成によれば、板状の部材である前記支持部材を２次元的にパターニングする工程の前工程又は後工程において、前記支持部材の一方の主面に給電パターンを形成することができる。この給電パターンを形成する工程においては、フォトリソグラフィーの技術を用いることができる。したがって、前記第１領域と前記第２領域との間、又は、前記熱輻射素子の電極パターンと前記第２領域との間を導線により導通させる場合と比較して、本熱輻射素子モジュールは、大量生産する場合における製造コストを更に抑制することができる。

【0022】

また、本発明の第６の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第５の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、２５℃及び５００℃の各々における前記一対の電極パターン間の抵抗値を、それぞれ、Ｒ_１（Ω）及びＲ_１Ｈ（Ω）とし、２５℃における一対の給電パターンの各々の抵抗値をＲ_２（Ω）として、以下の式（１）、（２）を満たす、構成が採用されている。
２×Ｒ_２＜Ｒ_１＜１００００×Ｒ_２ ・・・（１）
２×Ｒ_２＜Ｒ_１Ｈ＜１００００×Ｒ_２ ・・・（２）
金属膜により構成された一対の給電パターンの各々は、前記筐体から前記熱輻射素子へ駆動電力を伝導する機能と、熱輻射素子から筐体へ熱を伝導する機能と、を有する。金属においては、電子が電力及び熱のキャリアを担う。

【0023】

本熱輻射素子モジュールは、前記熱輻射素子が供給された駆動電力をジュール熱に変換することによって、当該熱輻射素子の温度を高温（例えば、５００℃や８００℃など）に保つことにより、熱輻射を生じる。前記一対の給電パターンの各々における無用なジュール熱の発生を抑制するために、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１と比較して小さいことが好ましい。ただし、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１と比較して小さすぎると、前記一対の給電パターンの各々における発熱を抑制できる反面、前記熱輻射素子と前記筐体との間における熱伝導がよくなりすぎる。その結果、前記熱輻射素子と前記筐体との間における断熱性が低下し、延いては、前記筐体の表面の温度が上昇しやすくなる。

【0024】

以上の点に鑑み、抵抗Ｒ_１、抵抗Ｒ_１Ｈ、及び抵抗Ｒ_２は、上述した式（１）、（２）を満たすことが好ましい。

【0025】

また、本発明の第７の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第５の態様又は第６の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記一対の給電パターンは、金、銀、及び、銀を主成分とする合金の何れかである、構成が採用されている。

【0026】

上述したように前記熱輻射素子と前記筐体との間に前記支持部材が介在しており、且つ、前記支持部材の前記一方の主面に一対の給電パターンが設けられていることによって、前記支持部材を用いて一対の給電パターンを支えることができる。その結果、一対の給電パターンを構成する材料として、融点が１０００℃程度であるこれらの金属又は合金を用いることができる。なお、銀を主成分とする合金には、銀ペーストを焼結することによって得られる合金も含まれる。

【0027】

また、本発明の第８の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第１の態様～第７の態様の何れか一態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記構成材料の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・℃以上３０Ｗ／ｍ・℃以下である、構成が採用されている。

【0028】

前記構成材料の熱伝導率の一例としては、０．１Ｗ／ｍ・℃以上３０Ｗ／ｍ・℃以下が挙げられる。この範囲に含まれる熱伝導率が低い材料を前記構成材料として用いることによって、熱伝導の量を確実に抑制することができる。

【0029】

また、本発明の第９の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第１の態様～第８の態様の何れか一態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記支持部材を構成する前記構成材料は、セラミックス材料であり、前記キャビティは、内部圧力が大気圧よりも低く、且つ、封止されている、構成が採用されている。

【0030】

前記構成材料としては、高い融点を有するセラミックス材料が好適である。セラミックス材料は、高い融点を有することに加えて、高温時（例えば、５００℃や８００℃など）においても高い曲げ強度を有し、且つ、高温時においてもアウトガスが少ない。したがって、上記の構成によれば、本熱輻射素子モジュールを高温で動作させる場合であっても、キャビティの内部圧力が上昇することを抑制し、延いては、筐体の表面の温度が上昇することを抑制することができる。また、前記キャビティの内部圧力を低くすることで、気体を介した伝熱の量を抑制することができる。

【0031】

また、本発明の第１０の態様に係る熱輻射素子モジュールにおいては、上述した第９の態様に係る熱輻射素子モジュールの構成に加えて、前記セラミックス材料は、ケイ酸カルシウムとリチウムアルミノケイ酸塩との混合物である、構成が採用されている。

【0032】

このようなセラミックス材料の一例としては、アドセラム－ＣＳ（登録商標）（Adceram-CS（登録商標））が挙げられる。アドセラム－ＣＳ（登録商標）（Adceram-CS（登録商標））は、熱伝導率の低さや線膨張係数の低さ、高温時の機械的強度などの物性から好適である。

【0033】

上記の課題を解決するために、本発明の第１１の態様に係る熱輻射光源は、上述した第１の態様～第１０の態様の何れか一態様に係る熱輻射素子モジュールを備えている。
熱輻射光源。

【0034】

本発明の一態様に係る熱輻射光源は、本発明の第１の態様に係る熱輻射素子モジュールと同様の効果を奏する。

【発明の効果】

【0035】

本発明の一態様によれば、特許文献１に記載されている熱輻射素子モジュールと比較して、筐体の表面が高温になりにくい熱輻射素子モジュール、及び、そのような熱輻射素子モジュールを備えた熱輻射光源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る熱輻射素子モジュールの平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した熱輻射素子モジュールの断面図である。

【図2】（ａ）は、図１に示した熱輻射素子モジュールが備えている支持部材の平面図である。（ｂ）～（ｅ）は、それぞれ、（ａ）に示した支持部材の第１の変形例～第４の変形例の平面図である。

【図3】図１に示した熱輻射素子モジュールが備えている熱輻射素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

本発明の一実施形態に係る熱輻射素子モジュール１について、図１～図３を参照して説明する。

【0038】

図１の（ａ）は、熱輻射素子モジュール１の平面図である。図１の（ｂ）は、熱輻射素子モジュール１の断面図である。図１の（ａ）に示す平面図は、熱輻射素子モジュール１が備えている光学窓２３の主面を、当該主面の法線方向（図１の（ｂ）に示す矢印Ｂの方向）から平面視することによって得られる。図１の（ｂ）に示す断面図は、図１の（ａ）に示すＡ－Ａ’線と、光学窓２３の主面の法線とを含む断面（以下においてＡ－Ａ’断面と呼ぶ）を図１の（ａ）に示す矢印の方向からに見ることによって得られる。

【0039】

以下において、「平面図」は、図１の（ｂ）に示す矢印Ｂの方向から各部材を見ることにより得られる図面を意味し、「断面図」は、Ａ－Ａ’断面を図１の（ａ）に示す矢印の方向からに見ることにより得られる図面を意味する。また、「平面視」との表現は、図１の（ｂ）に示す矢印Ｂの方向から各部材の主面を見ることを意味する。

【0040】

図２の（ａ）は、熱輻射素子モジュール１が備えている支持部材３０の平面図である。図２の（ｂ）～（ｅ）は、それぞれ、図２の（ａ）に示した支持部材３０の第１の変形例～第４の変形例である支持部材３０ａ～３０ｄの平面図である。図２の（ａ）～（ｅ）に示す平面図は、各支持部材３０，３０ａ～３０ｄの主面を、当該主面の法線方向（図１の（ｂ）に示す矢印Ｂの方向）から平面視することによって得られる。

【0041】

図３は、熱輻射素子モジュール１の断面図である。

【0042】

〔熱輻射素子モジュールの構成〕
図１に示すように、熱輻射素子モジュール１は、熱輻射素子１０と、筐体２０と、支持部材３０と、給電パターン４１，４２と、を備えている。
熱輻射素子モジュール１は、電力端子２５，２６を用いてプラズモニック完全吸収体として機能するＭＩＭ（metal-insulator-metal）構造（詳しくは図３を参照して後述する）の一部を構成する導体層１３、基板１４、及び導体層１５に通電することによって、熱放射に起因する電磁波（具体的には、可視光、近赤外光、中赤外光、及び遠赤外光のうち少なくとも何れか）を放出する。このように、熱輻射素子モジュール１は、可視光、近赤外光、中赤外光、及び遠赤外光のうち少なくとも何れかの電磁波を出射する熱輻射光源として機能する。すなわち、熱輻射素子モジュール１を用いた熱輻射光源も本発明の範疇に含まれる。なお、熱輻射光源は、熱輻射素子モジュール１に加えて、電力端子２５，２６を介して熱輻射素子モジュール１に駆動電力を供給する電源モジュールを更に備えていてもよい。

【0043】

＜支持部材＞
支持部材３０は、熱輻射素子１０と筐体２０との間に介在し、熱輻射素子１０を支持するように構成されている。支持部材３０を構成する構成材料は、酸化物及び窒化物の少なくとも何れか一方を含んでいる。また、当該構成材料は、酸化物、窒化物、酸化物を主成分とする混合物、及び、窒化物を主成分とする混合物の何れかであることが好ましい。前記構成材料には、酸化物又は窒化物に加えて、（１）酸化物と窒化物の混合物、（２）酸化物と窒化物とその他の物質の混合物、（３）酸化物と窒化物以外の物質の混合物、及び、（４）窒化物と酸化物以外の物質の混合物が含まれる。本願発明において主成分とは、混合物の全体のうちその成分が占める割合が５０重量％を上回る成分のことを指す。なお、本実施形態においては、後述するように、支持部材３０の構成材料としてアドセラムを用いている。

【0044】

また、前記構成材料の熱伝導率は、タングステンの熱伝導率（１９８Ｗ／ｍ・℃）よりも小さいことが好ましく、モリブデンの熱伝導率（１４７Ｗ／ｍ・℃）よりも小さいことがより好ましい。タングステン及びモリブデンは、融点が高い金属（すなわち耐熱温度が高い金属）として知られている。上記の構成によれば、前記構成材料としてタングステン又はモリブデンのように誘電が高い金属を用いて支持部材３０を構成する場合よりも、熱輻射素子１０から筐体２０へ伝導され得る熱エネルギーを抑制することができる。

【0045】

また、前記構成材料の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・℃以上３０Ｗ／ｍ・℃以下であることが好ましい。この範囲に含まれる熱伝導率が低い材料を前記構成材料として用いることによって、熱伝導の量を確実に抑制することができる。

【0046】

また、前記構成材料は、１０００℃における曲げ強度が４０ＭＰａ以上であることが好ましい。そのために、前記構成材料は、セラミックス材料であることが好ましい。ただし、前記構成材料は、セラミックス材料に限定されず、例えば、ガラス材料であってもよい。ガラス材料の中では、融点が高い石英ガラスが支持部材３０を構成する材料としては好ましい。

【0047】

また、当該セラミックス材料は、ケイ酸カルシウムとリチウムアルミノケイ酸塩との混合物であることが好ましい。このようなセラミックス材料の例としては、アドセラムが挙げられる。具体的な商品としては、アドセラム－ＣＳ（登録商標）（Adceram-CS（登録商標））が挙げられる。本実施形態では、アドセラム－ＣＳ（登録商標）の基板を出発材料として、当該基板を平面視した場合の形状を、図１の（ａ）及び図２の（ａ）に示す形状に２次元的にパターニングすることによって、支持部材３０を得ている。

【0048】

支持部材３０は、図１の（ａ）及び図２の（ａ）示すように、アルファベットの「Ｈ」の文字の形状をベースにし、その重心Ｐ１を含む領域Ｒ１の幅を拡大することによって得られる。領域Ｒ１は、第１領域の一例であり、熱輻射素子１０が設置される領域である。上述したように、領域Ｒ１は、支持部材３０の重心Ｐ１を含むように設けられている。なお、以下において、「Ｈ」の文字の形状のことをＨ型形状とも称する。

【0049】

支持部材３０は、平面視した場合に、Ｈ型形状の４隅に位置する領域Ｒ２が後述する筐体２０に対して固定されるように、その形状が設計されている。領域Ｒ２は、第２領域の一例である。図１の（ａ）及び図２の（ａ）からも明らかなように、領域Ｒ２は、領域Ｒ１から離間した領域に設けられている。
また、支持部材３０において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間に介在する領域を、以下では領域Ｒ３と称する。領域Ｒ３は、第３領域の一例であり、本実施形態においては、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間を結ぶ帯状の領域である。
支持部材３０のうち、領域Ｒ２以外の領域であって、領域Ｒ１を含む領域は、後述するキャビティＣの内壁から離間している（図１の（ａ）及び（ｂ））。より具体的には、本実施形態において、領域Ｒ１は、キャビティＣの内壁から離間しており、領域Ｒ２は、キャビティＣの内壁に接しており、領域Ｒ３は、一部がキャビティＣの内壁に接しており、残りの一部がキャビティＣの内壁から離間している。
本発明の一態様において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間に延在する全区間のうち一部区間において、領域Ｒ３の幅は、熱輻射素子１０の幅よりも狭いことが好ましい。本実施形態においては、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間に延在する全区間において、領域Ｒ３の幅が熱輻射素子１０の幅よりも狭い構成を採用している（図１の（ａ）及び図２の（ａ））。
本実施形態において、支持部材３０は、アドセラム－ＣＳ（登録商標）製の１枚の基板を２次元的にパターニングすることによって製造されている。したがって、支持部材３０は、領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３が一平面に沿って延在する板状部材である。
支持部材３０は、互いに対向する一対の主面を有する（図１の（ｂ）参照）。熱輻射素子１０は、支持部材３０の一対の主面のうち一方の主面（図１の（ｂ）においては上側に位置する主面）に固定されている。すなわち、領域Ｒ１は、支持部材３０の一方の主面に設けられている。そのうえで、支持部材３０の一方の主面には、領域Ｒ２から領域Ｒ３を介して領域Ｒ１まで延在する給電パターン４１，４２が設けられている。給電パターン４１，４２は、一対の給電パターンの一例である。給電パターン４１，４２の各々は、それぞれ、後述する熱輻射素子１０が有する一対の電極パターン（電極１６１，１６２）の各々に導通している。
本実施形態において、給電パターン４１，４２の各々に、それぞれ、電極１６１，１６２を導通した状態で固定する固定手段として、焼結型銀ペーストを用いている。ただし、当該固定手段は、熱輻射素子１０の動作温度に耐えられるものであれば適宜選択することができる。

【0050】

給電パターン４１，４２は、電気抵抗を低減するために、金属膜により構成されていることが好ましい。また、給電パターン４１，４２は、金、銀、及び、銀を主成分とする合金の何れかにより構成されていることがより好ましい。また、給電パターン４１，４２は、下地層と導通層とによる積層構造を有していてもよい。この場合、下地層の例としては、チタン／白金の二層膜が挙げられる。また、導通層の例としては、金の単層膜が挙げられる。

【0051】

給電パターン４１，４２における設計パラメータは、各給電パターン４１，４２における所望の抵抗値に応じて適宜選択することができる。給電パターン４１，４２における設計パラメータの例としては、給電パターン４１，４２を構成する材料、給電パターン４１，４２を平面視した場合の形状、及び、給電パターン４１，４２の厚みが挙げられる。

【0052】

また、各給電パターン４１，４２における所望の抵抗値は、後述する熱輻射素子１０の抵抗値、すなわち、熱輻射素子１０が備えている一対の電極パターン（電極１６１，１６２）間の抵抗値との間で、以下の条件式を満たすことが好ましい。

【0053】

２５℃及び５００℃の各々における熱輻射素子１０の一対の電極パターン間の抵抗値（電極１６１と電極１６２との間の抵抗値）を、それぞれ、Ｒ_１（Ω）及びＲ_１Ｈ（Ω）とし、２５℃における各給電パターン４１，４２の抵抗値をＲ_２（Ω）とする。そのうえで、抵抗Ｒ_１、Ｒ_１Ｈ、及びＲ_２は、以下の式（１）、（２）を満たすことが好ましい。
２×Ｒ_２＜Ｒ_１＜１００００×Ｒ_２ ・・・（１）
２×Ｒ_２＜Ｒ_１Ｈ＜１００００×Ｒ_２ ・・・（２）
なお、熱輻射素子１０の詳しい構成については、図２を参照して後述する。

【0054】

（支持部材の変形例）
支持部材３０の第１の変形例～第４の変形例である支持部材３０ａ～３０ｄについて、図２の（ｂ）～（ｅ）を参照して説明する。図２の（ｂ）～（ｅ）は、それぞれ、支持部材３０ａ～３０ｄの平面図である。本発明の一態様において、熱輻射素子１０は、支持部材３０の代わりに支持部材３０ａ～３０ｄの何れかを備えていてもよい。

【0055】

以下においては、支持部材３０ａ～３０ｄと支持部材３０とを比較して、支持部材３０ａ～３０ｄの異なっている点について説明する。なお、図２の（ｂ）に示す支持部材３０ａにおいては、平面視した場合に各給電パターン４１ａ，４２ａが設けられている領域を斜線のハッチングで図示している。図２の（ｃ）及び（ｄ）に示す支持部材３０ｂ，３０ｃにおいても、同様である。なお、図２の（ｅ）に示す支持部材３０ｄにおいては、一対の給電パターンの代わりに一対の金ワイヤを用いて領域Ｒ１と領域Ｒ２とを導通させる構成を採用している。そのため、支持部材３０ｄにおいては、領域Ｒ２の中に小さな導体パターンが設けられているのみである。

【0056】

第１の変形例である支持部材３０ａ（図２の（ｂ）参照）では、支持部材３０と比較して、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間に介在する領域Ｒ３の形状が異なる。支持部材３０ａでは、領域Ｒ３の経路を蛇行させることによって、領域Ｒ３の経路長を支持部材３０の場合よりも稼いでいる。そのため、領域Ｒ１における温度と領域Ｒ２との温度との差分を大きくすることができ、熱輻射素子１０から筐体２０へ伝導される熱を抑制することができる。

【0057】

第２の変形例である支持部材３０ｂ（図２の（ｃ）参照）では、支持部材３０と比較して、領域Ｒ１において一対の領域Ｒ３が分離されている点が異なる。支持部材３０においては、領域Ｒ１に対応する長方形の部分に環状の板状部材が残されていた。一方、支持部材３０ｂにおいては、領域Ｒ１に対応する長方形の部分に熱輻射素子１０を支持するための帯状の部分が僅かに突出している。

【0058】

第３の変形例である支持部材３０ｃ（図２の（ｄ）参照）では、支持部材３０と比較して、平面視した場合の形状が長方形である点が異なる。なお、給電パターン４１ｃ，４２ｃを平面視した場合の形状は、支持部材３０の場合と同様にＨ型形状である。

【0059】

第４の変形例である支持部材３０ｄ（図２の（ｅ）参照）では、支持部材３０と比較して、平面視した場合の形状が長方形である点と、領域Ｒ２から領域Ｒ３を介して領域Ｒ２に延在する給電パターン４１，４２が設けられていない点と、が異なる。本発明の一態様においては、このように、一対の給電パターンの代わりに金属製のワイヤを用いることもできる。

【0060】

＜筐体＞
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、筐体２０は、直方体状のブロックである。本実施形態において、筐体２０は、後述する支持部材３０を支える底板２１と、支持部材３０の側方を取り囲む枠体２２と、底板２１及び枠体２２とともに後述するキャビティＣを封止する光学窓２３と、電力端子２５，２６と、を備えている。

【0061】

底板２１及び枠体２２を構成する材料は、セラミックの一例であるアルミナである。ただし、底板２１及び枠体２２を構成するセラミックは、アルミナに限定されるものではなく、適宜選択することができる。また、底板２１及び枠体２２を構成する材料は、セラミックに限定されるものではなく、金属や合金であってもよいし、樹脂などの有機化合物であってもよい。ただし、底板２１及び枠体２２を構成する材料は、熱輻射素子１０の動作温度を１５０℃以上に設定する場合、金属、合金、及びセラミックの何れかであることが好ましい。

【0062】

筐体２０の一対の主面のうち、図１の（ｂ）に示した状態において上側に位置する主面を主面２０ａと称し、図１の（ｂ）に示した状態において下側に位置する主面を主面２０ｂと称する。筐体２０には、主面２０ａに開口を有し、且つ、主面２０ａから主面２０ｂに向かう方向に凹んだキャビティＣが形成されている。キャビティＣの深さは、筐体２０の厚みよりも薄い。したがって、キャビティＣは、主面２０ｂまでは貫通していない。

【0063】

本実施形態においては、筐体２０の主たるブロックの部分が底板２１と枠体２２とにより構成されている。そのため、底板２１には凹部２１１が形成されており、枠体２２には貫通孔２２２が形成されている。凹部２１１の内部空間のことをサブキャビティＣ１と称し、貫通孔２２２の内部空間のことをサブキャビティＣ２と称する。凹部２１１は、底板２１の一対の主面のうち主面２０ｂと逆側の主面に開口を有し、且つ、中間層ＩＬ側の主面から主面２０ｂに向かう方向に凹んでいる非貫通孔である。貫通孔２２２は、枠体２２の一対の主面の各々に開口を有する貫通孔である。

【0064】

図１の（ｂ）に示すように底板２１と枠体２２とを重ねた場合に、サブキャビティＣ１とサブキャビティＣ２とは互いに連通することによりキャビティＣを構成する。また、底板２１と枠体２２との界面に形成される層を中間層ＩＬと称する。

【0065】

主面２０ａを平面視した場合に、凹部２１１は、支持部材３０の大部分を包含するものの、支持部材３０の一部を包含しない形状を有する（図１の（ａ）参照）。したがって、熱輻射素子１０が領域Ｒ１に固定された支持部材３０をサブキャビティＣ１の上に載置した場合、支持部材３０は、領域Ｒ２と、領域Ｒ３の一部とが底板２１の一方の主面により支持されるため、サブキャビティＣ１の内部に落ち込むことがない（図１の（ｂ）参照）。

【0066】

また、主面２０ａを平面視した場合に、貫通孔２２２は、支持部材３０を完全に包含する形状を有する。図１の（ａ）及び（ｂ）からも明らかなように、支持部材３０の外縁は、枠体２２において貫通孔２２２を構成する内壁から離間している。

【0067】

以上のように構成された筐体２０のキャビティＣは、熱輻射素子１０及び支持部材３０を収容する。
また、キャビティＣの開口部である枠体２２の貫通孔２２２は、光学窓２３により封止されている。キャビティＣは、筐体２０の主面２０ａに対して、貫通孔２２２を覆うように光学窓２３を接合することによりキャビティＣを封止している。主面２０ａに光学窓２３を接合する技術は、適宜選択することができる。

【0068】

キャビティＣは、内部圧力が大気圧よりも低い状態で封止されていることが好ましい。キャビティＣの内部圧力が低ければ低いほど、熱輻射素子１０からキャビティＣ中に存在するガスを介して筐体２０に伝導される熱を抑制することができる。すなわち、キャビティＣの断熱性を高めることができる。この構成は、例えば、大気圧よりも減圧された減圧環境下においてキャビティＣを封止することによって実現できる。キャビティＣの内部の圧力は、限定されないが、１×１０^３Ｐａ以下であることが好ましく、１×１０^１Ｐａ以下であることがより好ましい。

【0069】

底板２１と枠体２２との間に介在する中間層ＩＬには、支持部材３０の領域Ｒ２に対応する領域に電力端子２５，２６が設けられている（図１の（ａ）参照）。電力端子２５，２６の各々は、キャビティＣの内部から筐体２０の外部へ引き出されている。

【0070】

支持部材３０に形成された給電パターン４１は、領域Ｒ２において、電力端子２５と導通するように電力端子２５に対して固定される。同様に、給電パターン４２は、領域Ｒ２において、電力端子２６と導通するように電力端子２６に対して固定される。本実施形態では、電力端子２５，２６の各々に支持部材３０及び給電パターン４１，４２を固定する固定手段として焼結型銀ペーストを用いる。ただし、当該固定手段は、所定の温度に耐えられるものであれば適宜選択することができる。

【0071】

例えば、熱輻射素子モジュール１を備えている熱輻射光源においては、電源モジュールから供給される駆動電力を電力端子２５，２６に供給することによって、熱輻射素子１０を駆動することができる。

【0072】

＜熱輻射素子＞
熱輻射素子モジュール１が備える熱輻射素子の具体例として、ＭＩＭ構造を含む熱輻射素子１０について説明する。ただし、熱輻射素子モジュール１が備える熱輻射素子は、熱輻射素子１０に限定されず、既存の熱輻射素子のなかから適宜選択することができる。熱輻射素子は、例えば、基板上に炭素膜を成膜したものであってもよいし、表面が粗面化されたシリコン基板であってもよい。

【0073】

熱輻射素子１０は、導体層１１と、絶縁体層１２と、導体層１３と、を備えているＭＩＭ構造と、基板１４と、導体層１５と、電極対１６と、を備えている（図３参照）。

【0074】

熱輻射素子１０は、一対の電極である電極１６１，１６２から供給される駆動電力を用いて、室温（例えば２５℃）近傍の温度領域では、導体層１５の面内方向に電流を流すように、また、動作温度（例えば、５００℃や８００℃など）近傍の温度領域では、導体層１３，１５の面内方向に電流を流すように構成されている。

【0075】

導体層１３，１５の面内方向に流れる電流は、ジュール熱を発生させる。したがって、熱輻射素子モジュール１においては、その熱エネルギーを用いて熱輻射素子１０を所定の動作温度まで加熱することによって、上述した電磁波を放出する。熱輻射素子１０の動作温度は、ＭＩＭ構造における共晶反応が進まない温度範囲内において適宜定めることができる。熱輻射素子１０が放出する光は、動作温度を高めれば高めるほどその強度が高まる。本実施形態で説明する熱輻射素子１０においては、動作温度として３００℃以上１２００℃以下を想定している。

【0076】

（基板）
基板１４は、一対の主面１４ａ，１４ｂを有する半導体製の板状部材である。図３に示した状態では、主面１４ａが上側に位置し、主面１４ｂが下側に位置する。基板１４の形状は、適宜定めることができるが、長方形状又は正方形状であることが好ましい。本実施形態においては、基板１４の形状として正方形を採用している。

【0077】

本実施形態においては、基板１４を構成する材料として、半導体の一例であるシリコンであって、抵抗率が１Ωｍであるシリコンを採用している。ただし、基板１４を構成する材料は、温度の上昇とともに抵抗率が低下する半導体であればよく、シリコンに限定されない。また、半導体の抵抗率は、熱輻射素子１０の構成（例えば、導体層１３、基板１４、及び導体層１５の厚み）や想定されている動作温度などに応じて適宜定めることができる。本実施形態において、基板１４を構成する半導体の抵抗率は、１×１０^－２Ωｍ以上２Ωｍ以下であることが好ましい。また、基板１４を構成する半導体の抵抗率は、規格（日本工業規格や米国材料試験協会により定められた規格など）に準拠した抵抗測定方法を用いて測定されていることが好ましい。このように、抵抗率が保証されている半導体製の基板１４を用いることにより、製造された熱輻射素子１０において生じ得る温度特性のばらつきを抑制することができる。また、基板１４を構成する半導体にドープされているドーパントは、ｎ型及びｐ型の何れであってもよい。

【0078】

基板１４は、室温においては、大きな抵抗率を有している。シリコンの一例である真性シリコンの場合、室温における抵抗率は、１×１０^３Ωｍ程度である。したがって、後述する導体層１５に通電し始めた時点では、基板１４には電流が流れず、導体層１５のみを電流が流れる。

【0079】

基板１４の抵抗率は、上述したように、温度の上昇とともに低下する。真性シリコンの場合、３００℃における抵抗率は、１×１０^－１Ωｍを下回り、４００℃における抵抗率は、１×１０^－２Ωｍを下回り、５００℃における抵抗率は、１×１０^－３Ωｍ程度になる。したがって、基板１４の温度が上昇すればするほど基板１４の抵抗率は低下するため、電流は、導体層１５のみならず導体層１３も流れるようになる。

【0080】

このように、後述する電極１６１と電極１６２との間には、導体層１３及び導体層１５からなる並列の電流路が形成されるため、電極１６１と電極１６２との間に生じる抵抗値は、導体層１３の面内抵抗値と、導体層１５の面内抵抗値と、基板１４の面直抵抗値（導体層１３と導体層１５との間の抵抗値）と、を合成することにより定められる。熱輻射素子１０においては、導体層１３、基板１４、及び導体層１５の厚みを適宜調整することにより、熱輻射素子１０の動作温度における電極１６１と電極１６２との間に生じる抵抗値における変化を抑制することができる。したがって、熱輻射素子１０においては、電極１６１と電極１６２との間に生じる抵抗値をモニターしやすい任意の抵抗値に調整することができる。

【0081】

また、熱輻射素子１０においては、電極１６１と電極１６２との間に生じ得る抵抗値をモニターすることにより、ＭＩＭ構造の温度を把握することができる。ＭＩＭ構造が放射する電磁波のスペクトルは、ＭＩＭ構造の温度に依存しているので、熱輻射素子１０においては、電極１６１と電極１６２との間に生じ得る抵抗値が所定の値になるように電極対１６間に供給する電流を制御することによって、所定のスペクトルを得ることができる。

【0082】

以上のように、熱輻射素子１０においては、電極１６１と電極１６２との間に生じる抵抗値を精度よくモニターできるので、ＭＩＭ構造の温度制御を容易にできる。また、熱輻射素子１０においては、ＭＩＭ構造の温度をモニターするための温度計を別個に設ける必要がないため、熱輻射素子１０を小型化及び低コスト化することができる。

【0083】

なお、基板１４の厚みは、１００μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、基板１４の厚みとして２００μｍを採用している。

【0084】

主面１４ａには、導体層１３、絶縁体層１２、及び導体層１１がこの順番で積層されたＭＩＭ構造が設けられている。ＭＩＭ構造については、後述する。一方、主面１４ｂには、導体層１５及び電極対１６がこの順番で積層されている。導体層１５及び電極対１６については、後述する。主面１４ｂ及び主面１４ａは、それぞれ、第１主面及び第２主面の一例である。

【0085】

（導体層及び電極対）
導体層１５は、主面１４ｂの全域を覆うように設けられている。導体層１５は、後述する電極対１６を用いて電流を面内方向に流されることによって、後述するＭＩＭ構造及び基板１４を加熱するヒーターとして機能する。したがって、導体層１５を構成する導体は、銅やアルミニウムや金などと比較して高い抵抗率を有するものが好ましい。また、半導体は様々な金属と共晶合金化しやすい特性を持つ。例えば、融点が３４２２℃のタングステンは６５０℃以下でシリコンと共晶反応を示し、抵抗率が変化する。したがって、導体層１５を構成する導体は、半導体と共晶反応する温度の高いものが好ましい。導体層１５を構成する好ましい導体の例としては、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及びモリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。

【0086】

電極対１６を構成する電極１６１，１６２は、導体層１５の主面のうち基板１４と逆側の主面（図３においては下側の主面）である主面１５ａに設けられている。

【0087】

導体層１５の全域に電流を流すために、電極１６１，１６２は、導体層１５の外縁領域に設けられている。導体層１５の外縁領域とは、導体層１５を形成する４辺に沿った環状の領域である。より具体的には、電極１６１，１６２は、基板１４と同様に正方形である導体層１５の一対の対辺（図１の（ａ）においては左側及び右側に位置する一対の対辺）に沿って設けられている。電極１６１，１６２は、帯状あるいは長方形の導体パターンである。電極１６１は、図１の（ａ）において左側に位置する辺に沿って設けられており、電極１６２は、図１の（ａ）において右側に位置する辺に沿って設けられている。

【0088】

本実施形態では、電極１６１，１６２として、主面１５ａの上に、チタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）をこの順番で積層したＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層膜を用いている。各層の厚みは、適宜定めることができるが、本実施形態では、Ｔｉ及びＰｔの厚みを３０ｎｍとし、Ａｕの厚みを５００ｎｍとしている。

【0089】

電極１６１，１６２の各々に、それぞれ極性が異なる配線を接続し電力を供給することによって、電極１６１，１６２の何れか一方から他方に向かって電流が流れる。すなわち、導体層１５には、主面１５ａの面内方向に電流が流れる。したがって、導体層１５の主面１５ａに設けられた電極１６１，１６２は、導体層１５の主面の面内方向に電流を流す電極の一例である。

【0090】

なお、本実施形態においては、電極１６１，１６２として、上述したように多層膜の一例であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層膜を用いている。ここで、Ｔｉ／Ｐｔの各層は、下地層として機能し、Ａｕの層は、主たる導電層として機能する。下地層のＴｉ層は、導体層１５に対する電極１６１，１６２の密着性を高め、導体層１５と電極１６１，１６２との間に生じ得る接触抵抗を低減する。また、下地層のＰｔ層は、Ａｕ層とＴｉ層との間で生じ得る拡散を防止あるいは抑制し、電極の抵抗変化を抑制する。ただし、下地層の構成は、Ｔｉ／Ｐｔに限定されない。下地層の構成は、単層膜であってもよし、３層以上の多層膜であってもよい。また、主たる導体層として機能するＡｕの代わりに異なる金属を用いることもでき、例えばＡｇや、Ａｇを主成分とした合金などを用いることができる。また、電極１６１，１６２においては、Ｔｉ／Ｐｔの下地層を省略し、Ａｕの単層膜を採用することもできる。電極１６１，１６２の各々の構成は、上述した例に限定されず、導電率の高さや、反応性の低さや、融点の高さなどを考慮して適宜定めることができる。

【0091】

なお、本実施形態では、電極１６１，１６２を導体層１５の主面１５ａに設けている。これは、後述するＭＩＭ構造に電流を流す電流経路中に基板１４を介在させるためである。ただし、当該電流計路中に基板１４を介在させない場合には、ＭＩＭ構造の一部を構成する導体層１３の表面に電極１６１，１６２を設けることもできる。

【0092】

（ＭＩＭ構造）
熱輻射素子１０が備えているＭＩＭ構造は、図３に示すように、導体層１１と、絶縁体層１２と、導体層１３とを備えている。導体層１１は、第３の導体層の一例であり、導体層１３は、第２導体層の一例である。基板１４の主面１４ａ上には、導体層１３、絶縁体層１２、及び導体層１１がこの順番で積層されている。

【0093】

導体層１３は、基板１４の一方の主面（図３においては上側の主面）である主面１４ａ上に、主面１４ａの全域を覆うように形成された導体製の膜である。導体層１３は、第２導体層の一例である。

【0094】

本実施形態においては、導体層１３を構成する導体として窒化ハフニウム（ＨｆＮ）を採用している。ただし、導体層１３を構成する導体は、ＨｆＮに限定されるものではなく、金属的な導電特性を有する材料であればよい。使用時に高温になることが想定される基材の表面上にＭＩＭ構造を形成する場合、導体層１３を構成する材料は、ＨｆＮのように融点が高い材料であることが好ましい。ＨｆＮの典型的な融点は、３３３０℃である。加えて、導体層１３を構成する材料は、ＨｆＮのように半導体と共晶反応する温度の高いものが好ましい。ＨｆＮは、１２００℃以下の温度領域では、シリコンと共晶反応を示さない。

【0095】

なお、主面１４ａのうち導体層１３を形成する領域は、主面１４ａの全部であってもよく、主面１４ａの一部であってもよく、適宜定めることができる。本実施形態では、主面１４ａの全面に導体層１３を形成している。

【0096】

本実施形態においては、導体層１３の厚みとして１４０ｎｍを採用している。ただし、導体層１３の厚みは、１４０ｎｍに限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内において適宜定めることができる。

【0097】

絶縁体層１２は、導体層１３の主面のうち基板１４と逆側の主面（図３においては上側の主面）である主面１３ａに、少なくとも主面１３ａの一部を覆うように形成された絶縁体製の膜である。本実施形態において、絶縁体層１２は、図３に示すように、主面１３ａの全域を覆うように設けられている。ただし、主面１３ａのうち絶縁体層１２を設ける領域は、主面１３ａの全域であってもよく、主面１３ａの一部であってもよく、適宜定めることができる。

【0098】

なお、本実施形態においては、厚みが均一なベタ膜である絶縁体層１２が形成されている。ただし、絶縁体層１２は、複数の導体パターン１１１が形成される領域にのみ形成されていてもよい。すなわち、絶縁体層１２は、導体層１１と同様に、周期的に配置された複数の導体パターンであって、各々が円形状又は正多角形状である複数の導体パターンにより構成されていてもよい。

【0099】

本実施形態においては、絶縁体層１２を構成する材料としてＳｉＯ_２を採用している。ただし、絶縁体層１２を構成する材料は、絶縁体であればよく、ＳｉＯ_２に限定されるものではない。このような材料の例としては、絶縁性の酸化物が挙げられる。なお、使用時に高温になることが想定される基板１４の主面１４ａ上にＭＩＭ構造を形成する場合、絶縁体層１２を構成する材料は、ＳｉＯ_２、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との混合物の何れかであることが好ましい。

【0100】

本実施形態においては、絶縁体層１２の厚みとして１８０ｎｍを採用している。ただし、絶縁体層１２の厚みは、１８０ｎｍに限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内において適宜定めることができる。

【0101】

導体層１１は、絶縁体層１２の主面のうち絶縁体層１２と逆側の主面（図３においては上側の主面）である主面１２ａの全域に亘って形成されている。ただし、主面１２ａのうち導体層１１を設ける領域は、主面１２ａの全域であってもよく、主面１２ａの一部であってもよく、適宜定めることができる。導体層１１は、第３導体層の一例である。このように、上述した絶縁体層１２と、導体層１１とは、第２導体層の一例である導体層１３の主面１３ａに、この順番で積層されている。

【0102】

導体層１１は、各々が円形状である複数（図２においては１列に７個）の導体パターン１１１からなる。ただし、各導体パターン１１１の形状は、円形状に限定されるものではなく、正多角形状であってもよい。当該正多角形状の好ましい例としては、正六角形状が挙げられる。

【0103】

なお、符号１１１は、複数の導体パターン１１１のうち１つの導体パターン１１１のみに付している。複数の導体パターン１１１は、主面１２ａ上に、２次元的に、且つ、周期的に配置されている。本実施形態においては、導体パターン１１１の周期的な２次元配置として正方配置を採用している。ただし、この周期的な２次元配置は、正方配置に限定されるものではなく、例えば、六方配置であってもよい。

【0104】

本実施形態においては、導体層１１の各導体パターン１１１を構成する導体として窒化ハフニウム（ＨｆＮ）を採用している。ただし、各導体パターン１１１を構成する導体は、ＨｆＮに限定されるものではなく、金属的な導電特性を有する材料であればよい。この点について、各導体パターン１１１を構成する導体は、導体層１３を構成する導体と同じである。

【0105】

また、本実施形態においては、導体層１１の厚み（すなわち各導体パターン１１１の厚み）として４０ｎｍを採用している。ただし、導体層１１の厚みは、４０ｎｍに限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内において適宜定めることができる。

【0106】

支持部材３０の項で上述したように、２５℃及び５００℃の各々における熱輻射素子１０の一対の電極パターン間の抵抗値（電極１６１と電極１６２との間の抵抗値）を、それぞれ、Ｒ_１（Ω）及びＲ_１Ｈ（Ω）とし、２５℃における各給電パターン４１，４２の抵抗値をＲ_２（Ω）とする。そのうえで、抵抗Ｒ_１、Ｒ_１Ｈ、及びＲ_２は、以下の式（１）、（２）を満たすことが好ましい。
２×Ｒ_２＜Ｒ_１＜１００００×Ｒ_２ ・・・（１）
２×Ｒ_２＜Ｒ_１Ｈ＜１００００×Ｒ_２ ・・・（２）
ここで、抵抗Ｒ_１及び抵抗Ｒ_１Ｈは、熱輻射素子１０の抵抗値であり、主に上述した導体層１３、基板１４、及び導体層１５の各々における厚みや材質などの設計パラメータに依存する。

【0107】

したがって、抵抗Ｒ_１及び抵抗Ｒ_１Ｈを左右する導体層１３、基板１４、及び導体層１５の設計パラメータと、抵抗Ｒ_２を左右する給電パターン４１，４２における設計パラメータと、を適切に定めることによって、式（１）、（２）を満たす範囲内において各抵抗値を設定することができる。

【0108】

＜本発明の一態様の別の表現＞
本発明の一態様において、支持部材３０は、少なくとも一部分が板状の形状を有し、板状の部分の厚さが５０μｍ以上１０ｍｍ以上であることが好ましい。
支持部材３０の厚さが薄ければ薄いほど熱輻射素子１０から筐体２０への熱の伝導は、抑制される。ただし、支持部材３０がセラミックス製であるとしても厚さが５０μｍ未満となると、機械的強度が低下しすぎる。一方で、支持部材３０の厚さを厚くしすぎると、機械的強度を容易に高めることができるものの、熱輻射素子１０から筐体２０への熱の伝導も増えてしまう。したがって、支持部材３０の厚さは、上述した範囲内において適宜選択することが好ましい。

【0109】

また、給電パターン４１，４２は、支持部材３０の一方の主面に形成された金属製又は合金製の薄膜であることが好ましい。さらに、給電パターン４１，４２、導通層のみにより構成されていてもよいし、下地層と導通層とにより構成されていてもよい。下地層は、支持部材３０の一方の主面に対する導通層の密着性を高めるための層である。給電パターン４１，４２の厚さは、３０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
給電パターン４１，４２の厚さが１０μｍを超える場合、膜の内部応力が高まりやすいため給電パターン４１，４２が支持部材３０から剥がれやすくなる。また、給電パターン４１，４２の厚さが３０ｎｍ未満の場合、給電パターン４１，４２の抵抗に起因してジュール熱が発生し易くなる。したがって、給電パターン４１，４２の厚さは、上述した範囲内において適宜選択することが好ましい。

【0110】

また、筐体２０を構成する材質の線膨張係数をα_１とし、支持部材３０を構成する材料の線膨張係数をα_２として、線膨張係数α_１，α_２は、α_１＞α_２の関係を満たす、ことが好ましい。
熱輻射素子モジュール１において、熱輻射素子１０が動作温度に達しているとき、熱輻射素子１０の近くに位置する支持部材３０は、熱輻射素子１０の遠くに位置する筐体２０によりも高温となる。したがって、線膨張係数α_１，α_２を上述した範囲内において適宜選択することによって、支持部材３０における線膨張量と、筐体２０における線膨張量との差を小さくすることができる。

【0111】

また、熱輻射素子１０の５００℃における放射率は、波長５００ｎｍ以上１０μｍ以下のうちの少なくとも一部の帯域において、０．５以上１．０以下であることが好ましい。
例えば、図３に図示した熱輻射素子１０は、波長１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の帯域において放射率が０．９となる。このような熱輻射素子１０は、従来からフィラメントとしてよく使われているタングステンの放射率（０．４３）を上回ることができる。

【0112】

また、熱輻射素子１０の駆動時における温度であって、熱輻射素子１０の少なくとも一部分の温度は、５００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。すなわち、熱輻射素子１０の動作温度は、５００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。
熱輻射素子モジュール１によれば、熱輻射素子１０の動作温度と、筐体２０の表面における温度との差分を大きくすることができる。そのため、熱輻射素子１０の動作温度が高温になればなるほど、熱輻射素子モジュール１は、その効果を発揮しやすい。したがって、熱輻射素子モジュール１において、熱輻射素子１０の動作温度は、上述した範囲内であることが好ましい。

【0113】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0114】

本発明の実施例１について、以下に説明する。実施例１は、図１に示した熱輻射素子モジュール１の実施例である。本実施例では、熱輻射素子モジュール１において以下の構成を採用した。
熱輻射素子１０（図３参照）：Ｒ_１＝１０Ω、Ｒ_１Ｈ＝５Ω
筐体２０：セラミックパッケージ（京セラ製、ＫＤ－Ｓ９２４５９）
筐体２０の光学窓２３：ガラス（日本電気硝子製、ＢＤＡ－Ｅ）
枠体２２と光学窓２３との接合：金錫はんだプリフォーム
キャビティＣの内部の圧力：１Ｐａ
支持部材３０：アドセラム－ＣＳ（登録商標）Ｄ３、厚さ０．３ｍｍ
給電パターン４１，４２：Ｒ_２＝０．６Ω、下地層としてチタン／白金の二層膜、導通層として厚さ５００ｎｍの金膜
なお、電極１６１，１６２と給電パターン４１，４２との接合、及び、給電パターン４１，４２と電力端子２５，２６との接合の各々には、焼結型銀ペーストであるニホンハンダ製のＭＡＸ３０２を用いた。

【0115】

電力端子２５，２６に駆動電力を供給することにより、熱輻射素子１０の動作温度を５００℃に保ったところ、ファンなどの強制冷却手段を用いない状態で、筐体２０の表面の温度は、８５℃であった。したがって、実施例１は、筐体２０の表面における温度を抑制できることが分かった。

【実施例0116】

本発明の実施例２について、以下に説明する。実施例２は、図１に示した熱輻射素子モジュール１において、支持部材３０（図２の（ａ）参照）の代わりに支持部材３０ａ（図２の（ｂ）参照）を採用した実施例である。実施例１と異なる構成について以下に説明する。
給電パターン４１ａ，４２ａ：Ｒ_２＝０．２Ω、下地層としてチタン／白金の二層膜、導通層として厚さ５０００ｎｍのＡＰＣ－ＴＲ（登録商標）膜
なお、ＡＰＣ－ＴＲ（登録商標）は、銀を主成分とした鉛と銅との合金である。

【0117】

熱輻射素子１０の動作温度を５００℃に保ったところ、ファンなどの強制冷却手段を用いない状態で、筐体２０の表面の温度は、４０℃であった。したがって、実施例２は、筐体２０の表面における温度を抑制できることが分かった。