JPH0151023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の技術分野 本発明は、表面に赤外線カツトフイルタを被覆
した管球の製造方法に関する。 発明の技術的背景 可視光を利用し赤外光をきらう管球で表面に赤
外線カツトフイルタを被覆した管球は多く知られ
ている。以下ハロゲンランプを例にして説明す
る。 ハロゲンランプからの（第２図のフイラメント
２からの）放射エネルギー強度のスペクトルは第
１図に示す如く、可視光のみならず、赤外領域迄
広く及んでおり、その最大値は赤外領域にある。
ハロゲンランプから発生する赤外線は熱線とな
る。例えば複写機に使用する場合には元来赤外線
は不要のものであるにもかかわらず、それにより
発生する熱が、複写機の小型化を阻害する原因と
なつていた。また一般照明用でも、映写機用、ス
ラジオ用等赤外線をカツトすることが望まれる所
である。 上述の理由により、ハロゲンランプに赤外線カ
ツト・フイルタを形成することが提案され、赤外
線カツト・フイルタとして、高屈折率の金属酸化
物層と低屈折率の金属酸化物層を積層した多層膜
でなるものが知られている。例えば第２図に示す
ようなハロゲンランプの外囲器１上に形成する場
合には、外囲器１が円筒状のため、ハロゲンラン
プの周辺部迄に及んで一様な膜厚分布である多層
膜を形成するには、デイツピング法により形成す
る方法が最も簡便である。尚、デイツピング法の
概念図を第４図に示す。ここで、外囲器１は通常
ガラスあるいは石英より成る。 今、光屈折率の金属酸化物が、二酸化チタン
（TiO₂）、低屈折率の金属酸化物が、二酸化シリ
コン（SiO₂）でなる多層膜の赤外線カツト・フ
イルタをデイツピング法により形成する場合につ
いて説明する。 二酸化チタンに対応する薄膜形成用の金属化合
物溶液は、例えば溶質の金属化合物であるチタ
ン・アルコキシド（Ti（OR）₄）を、エタノール
と酢酸エチルの混合液に溶解したものから成る。
また二酸化シリコンに対応する薄膜形成用の金属
化合物溶液は、例えば金属化合物であるケイ酸エ
ステル（Si（OR）₄を、エタノールと酢酸エチルの
混合液に溶解したものから成る。これらの溶液中
１０に、第４図に示すように外囲器１をデイツプ
し、所定の引上速度で引上げた後、所定の温度に
加熱すると、所定の膜厚の金属酸化物層、例えば
二酸化チタン（TiO₂）薄膜あるいは二酸化シリ
コン（SiO₂）の薄膜が形成される。外囲器１上
にデイツピング法により多層膜で成る赤外線カツ
ト・フイルタを形成するには、次の２通りの場合
がある。 (i) ハロゲンランプを組立てた後デイツプする。
この場合、外囲器１の外面１ａに赤外線カツ
ト・フイルタが形成される。 (ii) ハロゲンランプを組立てる前に、中空の円柱
状外囲器１にデイツピングする。この場合、外
囲器１の内面１ｂ及び外面１ａに赤外線カツ
ト・フイルタが形成される。 (i)、(ii)いずれの場合にも、各層の所定の膜厚は
赤外光をカツト・オフする波長により決められ
る。カツト・オフ波長に対応する中心波長λ₀を設
定し、nd＝λ₀／４の条件より、各層の膜厚ｄが決定 される。ここでｎは屈折率である。今、カツト・
オフ波長を700nｍとし、二酸化チタンの屈折率
を2.3とすれば、二酸化チタンの膜厚は980Åであ
り、二酸化シリコンの屈折率を1.46とすれば、二
酸化シリコンの膜厚は、1530Åである。デイツピ
ング法により得られるこれらの薄膜は、溶液１０
から引き上げただけでは、溶液の膜中に多くの有
機物を含有している。しかし、例えば200℃程度
に加熱すると溶液の膜中の有機物は分解、蒸発
し、無機の金属酸化物層となる。膜厚も、加熱前
後で当然異なる。上述の膜厚は、熱処理後の膜厚
である。尚、これらの膜厚はデイツピング時の引
上速度により制御可能である。即ち、引上速度を
大きくすると、膜厚が厚くなり、引上速度を小さ
くすると膜厚は薄くなる。ところで、ハロゲンラ
ンプ等に用いる円筒状の外囲器１にデイツピング
法を用い、複数種類の金属酸化物層を積層した多
層膜である赤外線カツトフイルタを形成する場合
には、通常の平板状基板と異なり、形成された赤
外線カツトフイルタにクラツクが生じ易く、積層
数を多くした良質の多層膜の赤外線カツトフイル
タを得ることが困難であることを本発明者等は発
見した。即ち、多層膜にクラツクが起こる場合の
現象としては、例えば、二酸化チタンと二酸化シ
リコンを積層した多層膜の赤外線カツトフイルタ
を形成しようとする場合には、次の二種類があ
る。 (a) 一度のデイツピングで形成可能な膜厚には限
度がある。例えば、二酸化チタンで膜は900Å
以下の膜厚は形成可能である。しかし、それ以
上の厚い膜厚を形成するために溶液１０からの
引上速度を大きくすると、引上げ後の乾燥工程
において、クラツクの入つた膜となつてしま
う。また二酸化シリコン膜については、1600Å
以下の膜厚に関しては一度のデイツピングにて
形成可能であるが、それ以上の膜厚ではクラツ
クが発生してしまう。 (b) デイツプ−引上げ後の熱処理温度は600℃未
満では不十分でクラツクしやすく、600℃以上
では外囲器への付着力が増加し、安定化して４
層以上の多層膜が安定して得られる。 (c) ２層乃至３層の層数の少ない時点で同じ物質
について一定の引上速度で一定の膜厚の形成が
可能であつても、層数が多くなると、同じ引上
速度にもかかわらず、引上げ後の乾燥工程にお
いてクラツクが発生するか、あるいは熱処理後
にクラツクが発生する。(a)及び(b)の現象は共
に、曲率を持つた円筒状の外囲器５に多層膜を
形成する場合に顕著であり、平板状の基板に形
成する場合には、クラツク発生は円筒状の場合
より緩和される。 本発明は、以上の知見に基きなされたものであ
る。 発明の目的 本発明は、デイツピング法を用い、複数種類の
金属酸化物層を積層した多層膜でなる赤外線カツ
トフイルタを被覆した管球を製造する方法におい
て、赤外線カツトフイルタにクラツクが生じない
方法を提供することを目的とする。 発明の概要 本発明は複数種類以上の金属化合物溶液を用
い、デイツピング法により管球の外囲器に複数種
類の金属酸化物層を積層した多層膜である赤外線
カツトフイルタを被覆した管球を製造する方法に
おいて、 前記多層膜を構成する各金属酸化物層の少なく
とも一層は対応する金属化合物溶液を用いて、
〔デイツプ−引上げ−熱処理〕の工程を２回以上
繰返すことにより所定厚さに形成されることを特
徴とする管球の製造方法である。 又前記熱処理は少なくとも600℃以上に加熱す
る工程を含むことを特徴とする。 実施例 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。 多層膜を形成すべき物体が、第２図に示すハロ
ゲンランプの場合には、外囲器１の外側１ａの表
面に多層膜が形成される。この場合は、第３図に
示す開口した石英外囲器１の両面１ａ及び１ｂに
多層膜を形成する場合比較し、ほぼ同一の特性を
得るための膜厚は、半分になるが、形成方法は原
理的に同じである。それ故、本実施例では、第３
図に示す開口した石英の外囲器１の両面に金属酸
化物を形成する場合を例に取り詳述する。また、
高屈折率の金属酸化物として二酸化チタン低屈折
率の金属酸化物として二酸化シリコンを用いる場
合について述べる。 二酸化チタンの薄膜形成のために、溶質のチタ
ンアルコキシド（Ti（OR）₄）として例えばチタ
ンイソ・プロキシド（Ti（ｉ−Ｏ CH₃H₇）₄）を
3.4％含むエタノールと酢酸エチルの溶液（エタ
ノールと酢酸エチルの比は９：１）を溶液として
用いる。また二酸化シリコンの薄膜形成のために
は、溶質としてケイ酸エステルを用いる。ケイ酸
エステルとしては、例えばシリコンエトキシド
（Si（OC₂H₅）₄）を5.9％含むメタノールとエタノ
ールを主成分とし、それに酢酸メチルと酢酸エチ
ルを加えた溶液を用いる。 また溶液からの引上速度と膜が透明、安定化す
る温度、例えば600℃、20分熱処理後の膜厚の関
係を二酸化チタンに関して第５図に、また二酸化
シリコンについては第６図に示す。尚、図中の斜
線部は、少なくとも一度のデイツピングによる引
上げで所望の膜厚を形成しようという場合には、
クラツクが発生する領域である。 実施例その１ 第１層目の二酸化チタンの薄膜形成のための溶
液に、円筒状ガラス外囲器１に第１回目のデイツ
プを行なう。次に、前記円筒状ガラス外囲器１を
例えば３mm／secの引上速度で引上げる。すると、
円筒上外囲器１の外面１ａ及び内面１ｂに、二酸
化チタンの薄膜が形成される。次に大気中で600
℃、20分の熱処理を施す。すると、透明で安定な
強固な二酸化チタンの薄膜が形成される。この時
形成される膜厚は約490Åである。（１回のデイツ
プで980Åの膜厚を得ようとし、引上速度を12
mm／secで引上げると、クラツクが生じた膜が得
られる。）次に、同様に二酸化チタンの薄膜形成
用の溶液中に前記二酸化チタンが両面に約490Å
形成された外囲器１をデイツプし、引上速度12
mm／secで引上げ、大気中で600℃の熱処理を施こ
す。以上２回の〔デイツプ−引上げ−熱処理〕の
工程により、所定の膜厚つまり合計980Åの膜厚
の二酸化チタンの薄膜が形成される。（こゝで第
１回目デイツプから第２回目熱処理までの工程を
第１工程と呼ぶ） 次に二酸化チタンの薄膜が形成された円筒状外
囲器５を二酸化シリコン形成用の溶液中にデイツ
プする。以下、同様の方法により、引上速度を制
御し例えば12.5mm／secの引上速度で形成する。
次に大気中にて600℃、20分で熱処理を施す。す
ると透明で安定な強固な二酸化シリコンの薄膜が
形成される。このとき形成される膜厚は約1530Å
である。（こゝで二酸化シリコン形成用の溶液に
デイツプから熱処理までの工程を第２工程と呼
ぶ。）以下、第１工程と第２工程を繰返すことに
より表１に示すような二酸化チタンの薄膜と二酸
化シリコンの薄膜の交互層を合計６層、両面に12
層形成する。

【表】 つまり二酸化チタンの薄膜を形成する場合の工
程は、〔デイツプ−引上げ−熱処理〕を２回繰り
返すことにより形成する。以上の製造方法により
赤外線カツトフイルタのクラツクは見られない。
以上の工程により得られる分光透過率特性を第７
図に示す。また、ハロゲンランプに組立てた場合
の放射エネルギー強度スペクトルを第８図の曲線
１１に示す。また第８図には、赤外線カツト・フ
イルタを形成していない場合のハロゲンランプの
放射エネルギー強度スペクトル曲線２０に示す。 実施例その２ 広帯域の赤外線カツト・フイルタ付ハロゲンラ
ンプ 第８図に示すように、実施例その１は、放射エ
ネルギー強度の最大付近の波長の赤外線カツトに
満足すべきものであるが、さらに長波長側は充分
ではない。本実施例では、広帯域の赤外線カツ
ト・フイルタをデイツピング法により、形成する
場合の一例を述べる。 二酸化チタンと二酸化シリコンの薄膜の形成法
は実施例その１の場合と同様である。表２に本実
施例の片面の層の物質の構成、デイツプ回数、膜
厚、引上速度の関係を示す。

【表】 層数が少ない場合には、二酸化チタンの薄膜形
成は２回のデイツプ工程で、また、二酸化シリコ
ンの薄膜形成は、１回のデイツプ工程で、所望の
膜厚が形成可能である。しかし、層数が多くなつ
て行くにつれて、二酸化チタン、二酸化シリコ
ン、共に１回のデイツプ工程で形成可能な膜厚は
徐々に薄くなつて行く。例えば10層目の二酸化シ
リコン形成時には、一度に1020Åの膜厚を形成す
ることは、クラツク発生のため困難であり１回の
デイツプで形成する膜厚を680Åと薄くし、〔デイ
ツプ−引上げ−熱処理〕の工程を３回繰り返すこ
とにより、所望の2040Åの膜厚とする。また11層
目の二酸化チタン形成時には、一度に680Åを形
成することは同様に困難であり、１回のデイツプ
で形成する膜厚を433Åと薄くし、〔デイツプ−引
上げ−熱処理〕の工程を３回繰返すことにより、
所望の1300Åとする。以上の製造方法により赤外
線カツトフイルタのクラツクは見られない。以上
の工程により得られる分光透過率を第９図に示
す。また、ハロゲンランプに組立てた場合の放射
エネルギー強度スペクトルを第１０図の曲線１２
に示す。 尚以上の実施例においては熱処理は大気中での
加熱の場合のみを示したが、デイツプした溶液の
薄膜をあらかじめ大気または酸化性ガス雰囲気で
熱処理し、透明な金属酸化物にしておき、次いで
窒素ガスやアルゴン等不活性ガス中で加熱しても
同様の効果が得られる。 このことは大気中で高温に加熱すると管球のリ
ード線（タングステンやニツケル）等を酸化させ
ると好ましくない場合、最初400〜600℃で加熱し
て溶液膜を透明な金属酸化物としておき、その後
不活性ガス中で600℃以上に加熱しても同様な効
果が得られることを意味している。 尚、本発明の実施例として、中空の外囲器１に
金属酸化物多層膜を形成する場合を例に取り詳述
したが第２図に示すハロゲンランプの外面１ａに
直接デイツピング法により金属酸化物多層膜を形
成する場合には、本発明による製造方法が適用出
来るのはもちろんである。 尚、本発明の実施例として二酸化チタンと二酸
化シリコンの交互層より成る金属酸化物多層膜を
形成する場合につき詳述したが、二酸化チタンと
二酸化シリコン以外に他の、例えば酸化インジウ
ム（In₂O₃）等の物質が数層挿入されているよう
な多層膜の系についても本発明が適用出来るのは
もちろんである。 尚、本実施例では、外囲器１の片面に６層及び
12層の金属酸化物多層膜が形成された赤外線カツ
ト・フイルタの場合を例に取り詳述したが、層数
が本実施例と異なる赤外線カツト・フイルタを形
成する場合にも、本発明が適用できるのはもちろ
んである。この場合には、本実施例の場合と、分
光特性が異なつて来るだけである。 尚本発明はハロゲンランプについて例示したが
赤外線フイルタを用いた他の管球についても同様
な効果が得られる。 発明の効果 本発明の管球の製造方法によれば、複数積の金
属酸化物層の多層膜でなる赤外線カツトフイルタ
を管球に被覆するに当りフイルタのクラツクが発
生しないので優れたフイルタ特性の管球を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はハロゲンランプからの放射エネルギー
強度スペクトル、第２図はハロゲンランプの概略
図、第３図は円筒状外囲器、第４図はデイツピン
グ法の概念図、第５図、第６図はそれぞれ二酸化
チタン、二酸化シリコンの膜厚と引上速度の関
係、第７図、第９図は本発明による外囲器の分光
透過率の一例、第８図、第１０図は本発明のハロ
ゲンランプの放射エネルギー強度の分光分布の一
例を示す図である。 １……外囲器、２……フイラメント、３……電
極、１０……溶液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数種類以上の金属化合物溶液を用い、デイ
   ツピング法により管球の外囲器に複数種類の金属
   酸化物層を積層した多層膜でなる赤外線カツトフ
   イルタを被覆した管球を製造する方法において、
   前記多層膜を構成する各金属酸化物層の少なくと
   も一層は対応する金属化合物溶液を用いて、〔デ
   イツプ引上げ−熱処理〕の工程を２回以上繰返す
   ことにより所定厚さに形成されることを特徴とす
   る管球の製造方法。 ２ 熱処理は少なくとも600℃以上に加熱する工
   程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の管球の製造方法。