1. 図　赤外線導入加熱装置の原理

近赤外線は物体に照射されるとその物体は温度上昇します。同時に放射、集光、反射、透過、屈折等、光と同じ性質があり、これらを巧みに利用しているのが赤外線導入加熱方式であります。

実際の赤外線導入加熱装置は、ほぼ球状赤外線ランプと回転楕円体反射ミラーおよび透明石英製の赤外線導入ロッド等から構成しております。

1図のように回転楕円体ゴールド反射ミラーの第1焦点Ｆ１に、熱源となる赤外線ランプを設置し、点灯したランプから放射した赤外線は回転楕円体ゴールド反射ミラーに当たり反射し、第２焦点Ｆ２に集光します。

この焦点位置に透明石英製ロッドを設置し、集光した赤外線をこの導入ロッド内に導き入れます。この赤外線の一部は透過直進し、一部は透明石英ロッドの内壁面で全反射を繰り返します。

2. 図

今２図のように透明石英製導入ロッドへ入射する赤外線の入射角をθ、屈折率ｎを有する透明石英製導入ロッド内への屈折角をψとするとその内壁面Rにおける入射角90°−ψの全反射条件は下記の式で表されます。

n sin ψ = sinθ
n-1＝ sin (90°−ψ c) ψ≦ψ c
即ち、
sinθ・sin (90°−ψ c) ≦ sinψ c

ここで、90°−ψ cは臨界角。

上記の条件式を満足する入射角で入射した赤外線は透明石英の内壁面Rで全反射し、内壁面Rから外部に射出することなく全反射をくり返し伝送され、その先端より放射します。その近傍に加熱試料を置くと赤外線を吸収し温度上昇します。

従来まで熱を伝える基本的な形態として伝導、対流、放射の3つの種類があるとされていますが、赤外線ランプから放射した赤外線を回転楕円反射ミラーで集光し、透明石英製ロッド内を全反射をくり返しながら熱を伝送する方式は、このいずれにも属さない「全く新しい熱の伝送方式」であり、「全反射伝送」又は、「多重反射伝送」ともいえます。

また、この伝送加熱方式は熱源から加熱物まで熱が殆ど外部に放出することなく「閉空間」で伝送されますので、省エネルギーの点からみても極めて効率的な伝送方式といえます。

従来までの抵抗型電気炉、赤外線加熱炉の場合、加熱試料はその炉体内熱源の近くに設置することで温度上昇しますが、赤外線導入加熱方式では加熱試料は移動せず、熱源から赤外線を加熱試料近房まで伝送し、照射・昇温ができます。