專利名稱：紅外線燈、加熱裝置和生產(chǎn)紅外線燈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在對物體加熱的加熱器和對房間加熱的空間加熱器等(以下統(tǒng)稱為加熱裝置)中所使用的紅外線燈，尤其涉及使用碳基物質(zhì)作為加熱元件的其功能與熱源一樣好的紅外線燈、利用此紅外線燈的加熱裝置、以及生產(chǎn)紅外線燈的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)紅外線燈引起一個問題，在長時間使用后其功耗異常地增大，在有些情況下其加熱部分熔化并斷開。下面將描述這一問題。
由于紅外線燈常常用作熱源，采用由數(shù)個鎢支承將螺旋鎢燈絲維持在玻璃管中心部分的紅外線燈。然而，鎢的紅外線輻射率太低，只有30至39％，而在開燈時的沖流高。此外，必需使用數(shù)個鎢支承來維持螺旋鎢絲在玻璃管的中心部分上，它們的組裝工作不易進(jìn)行。特別是，為了獲得高輸出而將多根螺旋鎢絲密封在玻璃管中是十分困難的。
為了解決這些問題，已經(jīng)提議了采用形成為棒形的碳基物質(zhì)替代螺旋鎢絲作為加熱元件的紅外線燈。照此，傳統(tǒng)的紅外線燈、日本已公布的未審定專利申請，公布號為Hei 11-54092(由同一申請人申請)中所揭示的紅外線燈可提供使用。由于碳基物質(zhì)具有78至84％的高紅外線輻射率，通過利用碳基物質(zhì)作為加熱元件，紅外線燈的紅外線輻射率也變高。此外，由于碳基物質(zhì)具有負(fù)電阻溫度特性(其電阻值隨溫度升高而降低)，碳基物質(zhì)具有能夠降低在開燈時沖流的明顯特性。
圖20和21是表明日本已公布的未審定專利申請，公布號為Hei 11-54092中描述的傳統(tǒng)紅外線燈的正視圖，其中采用碳基物質(zhì)作為加熱元件。圖20(a)部分是表明傳統(tǒng)紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)圖，其中加熱元件200被密封在玻璃管100中。圖20(b)部分是部分放大圖，表明圖20(a)部分中所示紅外線燈的加熱元件200與引線104之間的連接部分。圖21是部分放大圖，表明傳統(tǒng)紅外線燈的兩個加熱元件200a和200b與引線104之間的連接部分，其中兩個加熱元件200a和200b被密封在玻璃管中。圖20(a)部分示出紅外線燈一端的結(jié)構(gòu)，紅外線燈的另一端具有類似結(jié)構(gòu)。此外，圖21所示的紅外線燈的結(jié)構(gòu)類似于圖20(a)部分所示的結(jié)構(gòu)，所不同的是該圖中所示的兩個加熱元件200a和200b與引線104之間的連接部分。
正如圖20(a)部分中所示，在傳統(tǒng)紅外線燈中，以線圈形狀纏繞的金屬線102被繞在由碳基物質(zhì)形成并為棒狀的加熱元件的端部。線圈狀金屬線102的端部用金屬箔套103覆蓋，這一金屬箔套103通過卷邊被固定于加熱元件200的端部。由金屬線形成的在線的中部具有以線圈彈簧形狀纏繞的線圈部分105的內(nèi)部引線104被電連接至金屬箔套103的一端。鉬箔片107的一端被點(diǎn)焊接到內(nèi)部引線104的另一端。此外，由鉬線形成的外部引線108被焊接到鉬箔片107的另一端。如上所述串聯(lián)連接的加熱元件200、金屬箔套103、內(nèi)部引線104、鉬箔片107和外部引線108被插入玻璃管100中并設(shè)置在其中。將諸如氬、氮等的惰性氣體密封在玻璃管100中，在鉬箔片107的部分使玻璃管100熔合并接合，由此完成紅外線燈。
圖21是表明另一傳統(tǒng)紅外線燈內(nèi)部和表明該傳統(tǒng)紅外線燈的兩個加熱元件200a和200b與金屬引線104之間連接部分結(jié)構(gòu)的透視圖。正如圖21所示，這一傳統(tǒng)紅外線燈具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中兩個加熱元件200a和200b被密封在一個玻璃管(未示出)中。在圖21所示的紅外線燈中，線圈狀金屬線102a和102b分別纏繞加熱元件200a和200b的端部，金屬箔套106被配合在金屬線上。配合的金屬箔套106通過卷邊被固定于加熱元件200a和200b的端部。在線的中部具有以線圈彈簧形狀纏繞的線圈部分105的金屬引線104被電連接到金屬箔套106。
具有上述結(jié)構(gòu)的紅外線燈具有良好的紅外線發(fā)射率，因?yàn)樗鼈兊募訜嵩怯商蓟镔|(zhì)形成的，但是仍存在以下問題。
在具有圖20所示結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)紅外線燈中，對于大瓦數(shù)的紅外線燈，即對于大功耗的燈，線圈狀金屬線102被加熱到高溫。結(jié)果，當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)的紅外線燈被長時間使用時，加熱元件200、線圈狀金屬線102和金屬箔套103之間的連接部分的接觸電阻由于溫度升高而增大。因此傳統(tǒng)紅外線燈具有在連接部分異常加熱的問題。此外，如果線圈狀金屬線102與金屬箔套103之間連接部分處的溫度長時間連續(xù)升高，接合部分的溫度可能升高，在最壞情況下，接合部分可能熔化并斷開。此外，由于加熱元件200與線圈狀金屬線102之間的熱膨脹系數(shù)的差別造成的由熱循環(huán)引起的應(yīng)力增加，接觸電阻比使用初期時的值更高，由此加速連接部分的溫度上升。
另外，在具有圖21所示的兩個加熱元件200a和200b的紅外線燈的結(jié)構(gòu)中，引起以下問題。
在通過利用金屬箔套106使兩個加熱元件200a和200b的兩端卷邊的過程中，如果兩個加熱元件200a和200b通過均勻張力或壓縮力被卷邊不存在問題。然而，卷邊可能在非平衡張力或壓縮力的狀態(tài)中產(chǎn)生。在經(jīng)受以此方法卷邊的傳統(tǒng)紅外線燈中，如果加熱元件200a和200b被加熱，兩個加熱元件200a和200b以不同狀態(tài)熱膨脹。由于這一原因，施加于加熱元件200a和200b的張力或壓縮力的不平衡增大。尤其在卷邊狀態(tài)中平衡不適當(dāng)時的情況中，對其施加較大張力或壓縮力的碳基加熱元件中的一個可能斷裂。
接著，以下將描述傳統(tǒng)紅外線燈中的定向性問題。
紅外線燈通過利用輻射的紅外線被用作對物體加熱的加熱器和對房間加熱的空間加熱器。作為這種類型的傳統(tǒng)紅外線燈，具有圖22所示結(jié)構(gòu)的紅外線燈是已知的。圖22是表明傳統(tǒng)紅外線燈的一個例子的平面圖。圖23是表明圖22所示紅外線燈的透視圖。在圖22和23中，從對圖中所示的兩端部分的描述易于理解該紅外線燈的中心部分，因此，在這兩幅圖中均未示出紅外線燈的中心部分。
圖22和23所示的傳統(tǒng)紅外線燈包括基本為圓柱形的玻璃管210、嵌入在玻璃管201兩端部分中的金屬箔片205、氣密封在玻璃管201內(nèi)的加熱元件240和內(nèi)部引線204。加熱元件240是由鎳鉻合金或鎢形成的以線圈狀纏繞的電阻線。使用內(nèi)部引線204將加熱元件240的兩端連接到金屬箔片205。結(jié)果，加熱元件240被電連接到金屬箔片205并通過兩端上的內(nèi)部引線204被適當(dāng)拖拉，由此被穩(wěn)定固定。此時，線圈狀加熱元件240的中心軸是如此設(shè)置的，即與圓柱玻璃管201的中心軸基本上共軸。
正如圖22和23所示，外部引線206分別被連接到兩側(cè)上的金屬箔片205。當(dāng)將電壓施加在從兩側(cè)引出的外部引線206上時，電流流過加熱元件240，對應(yīng)于此電流，由于加熱元件240的電阻，從加熱元件240產(chǎn)生熱。這時，從加熱元件240輻射紅外線。
圖24(a)部分是表明從圖23所示紅外線燈的加熱元件240輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線270圖，圖24(b)部分是具有圖23所示紅外線燈加熱元件240的部分的截面圖。圖24(a)和(b)部分中所示的x和y軸是垂直于圖23所示加熱元件240軸方向的平面上的正交坐標(biāo)軸。在圖24(a)和(b)部分中，原點(diǎn)O對應(yīng)于加熱元件240的中心軸。在圖24(a)部分的曲線中，徑向上的值指紅外線的輻射強(qiáng)度，圓周向上的值指垂直于加熱元件240軸向的平面上相對于中心軸的角度。這些角度是由從x軸正方向起的角度表示的。
當(dāng)將恒定電壓加在加熱元件240上時，測量從加熱元件240中心軸(由圖24中原點(diǎn)O表示)起的恒定距離處到達(dá)一分弧區(qū)的紅外線的量，由此獲得強(qiáng)度分布曲線270。
正如圖24(a)部分中強(qiáng)度分布曲線270表示的，紅外線燈240在所有方向上以基本相同的強(qiáng)度輻射紅外線。這是從加熱元件240的截面形狀相對于其軸基本對稱以及具有如圖24(b)部分所示圓形形狀的事實(shí)產(chǎn)生的結(jié)果。
通過如上所述的在所有方向上以基本相同強(qiáng)度輻射的均等分布的紅外線，從加熱元件240向外發(fā)射熱，并用于對外部及周圍進(jìn)行加熱。
在按照如上所述構(gòu)造的傳統(tǒng)紅外線燈中，在需要對紅外線輻射強(qiáng)度給出定向性的情況中，例如已知一種結(jié)構(gòu)，其中在紅外線燈外側(cè)安裝一塊紅外線反射板。
圖25是一幅透視圖，表明為傳統(tǒng)紅外線燈設(shè)置一塊紅外線反射板280的一個例子，以及表明紅外線燈與紅外線反射板之間的位置關(guān)系。紅外線反射板280具有半圓柱形狀，并與加熱元件240同軸設(shè)置，從而環(huán)繞加熱元件240半圈。
圖26(a)部分是表明從具有紅外線反射板的紅外線燈輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線271圖，圖26(b)部分是一幅截面圖，表明具有圖25所示具有紅外線反射板280的紅外線燈的加熱元件240的部分。圖26(a)和(b)部分中所示的x和y軸是垂直于圖25所示加熱元件240軸向的平面上的正交坐標(biāo)軸。與紅外線反射板280反射面相反的方向定義為x軸的負(fù)方向。在圖26(a)和(b)部分中，原點(diǎn)O對應(yīng)于加熱元件240的中心軸。在圖26(a)部分的曲線中，徑向上的值代表紅外線的輻射強(qiáng)度，周向上的值代表在垂直于加熱元件240軸向的平面上相對于中心軸的角度。這些角度是由從x軸正方向起的角度表示。在圖26(a)部分中，指示輻射強(qiáng)度的同心等值線具有與上述圖24(a)部分中所示等值線相同的值。此外，測量輻射強(qiáng)度的方法與圖24(a)部分中的方法相同。
正如圖26(a)部分所示，通過提供紅外線反射板280，輻射的紅外線僅集中在紅外線燈的一側(cè)，相對于被用作中心的x軸的正方向。
如上所述，在傳統(tǒng)紅外線燈中，已指出紅外線的輻射在所有方向上具有等值強(qiáng)度分布。由于這一原因，為了使紅外線幅射具有定向性，必需在紅外線燈外側(cè)提供紅外線反射板。
然而，紅外線反射板的紅外線反射率由于著色劑的老化和粘接傾向于降低。結(jié)果，紅外線輻射的強(qiáng)度分布變?yōu)殡S輻射方向而不同。此外，由于紅外線反射率降低，被反射板本身吸收的紅外線增大。如果這種加熱裝置長時間使用的話，輻射效率降低，不期望的部件將會被過分加熱。
此外，通過給在所有方向上具有上述等值輻射強(qiáng)度分布的紅外線燈提供半圓柱形紅外線反射板所獲得的輻射強(qiáng)度通常分布在一側(cè)的很寬范圍上，如圖26(a)部分所述。由于這一原因，在傳統(tǒng)紅外線燈中，試圖增大更有限范圍內(nèi)的輻射強(qiáng)度以及減小其他范圍內(nèi)輻射強(qiáng)度以增強(qiáng)定向性的努力是困難的。結(jié)果，在使用傳統(tǒng)加熱裝置作局部加熱的情況中，便出現(xiàn)加熱效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問題，還試圖提供一種高可靠性的紅外線燈，這里其功耗在長時間使用期間并不增大以及在長時間使用后阻止其加熱部分熔化和斷開。本發(fā)明進(jìn)一步的意圖是使紅外線反射板的反射率的降低對紅外線輻射強(qiáng)度定向分布的影響比傳統(tǒng)紅外線燈的更低，以及使紅外線的輻射強(qiáng)度的定向性比傳統(tǒng)紅外線燈的更高。本發(fā)明提供一種紅外線燈和一種加熱裝置，其中紅外線的輻射強(qiáng)度具有定向性，而不使用任何反射板，還提供一種生產(chǎn)這種紅外線燈的方法。
按照本發(fā)明的紅外線燈包括至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件，在其兩端附近有凹陷部分，具有良好傳導(dǎo)性的熱輻射塊，所述加熱元件的兩端端部被插入其中并與其粘接，在加熱元件的插入和粘接面上形成并燒結(jié)的粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)，在加熱元件的包括凹陷部分的兩端端部附近的區(qū)域處加熱元件被粘接到熱輻射塊，一根玻璃管，加熱元件、粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)和熱輻射塊與惰性氣體一起被密封在其中，以及與熱輻射塊電連接的引線，其端部被引導(dǎo)到玻璃管之外。
采用這種結(jié)構(gòu)，在紅外線燈中，凹陷部分設(shè)置在用作加熱元件的碳基物質(zhì)的兩端附近，經(jīng)碳基粘接劑與熱輻射塊接觸的區(qū)域被增大，由此能夠降低接觸電阻，能夠限制由于接觸電阻造成的加熱，以及防止在兩端部分處引線安裝部分的溫度局部變高。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可以防止由于在引線安裝部分處溫度升高造成的引線安裝部分的熔化和斷裂。另外，由于用碳基粘接劑填充加熱元件兩端附近中的凹陷部分，加熱元件與熱輻射塊之間的配合或粘接變得更緊，粘接強(qiáng)度增強(qiáng)。結(jié)果，在本發(fā)明的紅外線燈中，由于熱造成的應(yīng)力被吸收掉，并能夠防止異常加熱。
從另一視角看，本發(fā)明的紅外線燈包括至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件，在其兩端附近有凹陷部分，具有良好傳導(dǎo)性的每個塊被分成兩個部分的多個熱輻射塊，所述加熱元件的兩端端部被夾在其間，在所述加熱元件的插入和粘接面上形成并燒結(jié)的粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)，所述加熱元件在所述加熱元件的包括凹陷部分的兩端端部附近的區(qū)域處被粘接到所述熱輻射塊，一根玻璃管，所述加熱元件、所述粘接劑的所述燒結(jié)物質(zhì)和所述熱輻射塊與惰性氣體一起被密封在其中，以及與所述熱輻射塊電連接的引線，其端部被引出到所述玻璃管之外。
采用這種結(jié)構(gòu)，在紅外線燈中，加熱元件通過壓力接觸被粘接到熱輻射塊；然而由于不需要進(jìn)行配合的預(yù)定位置的準(zhǔn)確定位，組裝工作便于進(jìn)行，生產(chǎn)成本顯著降低。
按照本發(fā)明的生產(chǎn)紅外線燈的方法包括在至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件的兩端附近形成凹陷部分的步驟，將由碳基有機(jī)物質(zhì)形成的液體粘接劑施加于所述加熱元件的包括凹陷部分的兩端附近的區(qū)域上的步驟，利用所述粘接劑將所述加熱元件的兩端部分插入并粘接到所述具有高導(dǎo)電性的熱輻射塊的端部的步驟，對彼此粘接的所述熱輻射塊和所述加熱元件進(jìn)行干燥和焙燒的步驟，使所述加熱元件和所述熱輻射塊與惰性氣體一起密封在所述玻璃管內(nèi)，并將電連接到所述熱輻射塊的引線的端部引出到所述玻璃管之外的步驟。
采用這些步驟，紅外線燈具有高的可靠性，在長時間使用期間，其功耗不會異常地升高，以及防止其加熱部分在長時間使用后熔化和斷開。
從另一視角考慮按照本發(fā)明的紅外線燈包括一個基本上為板狀的加熱元件，其寬度比其厚度大5倍或更高倍，一根玻璃管，所述加熱元件被密封其中，嵌入在所述玻璃管的兩端部分處的兩個電極，分別與所述加熱元件的兩端電連接且還與外部電路電連接。
采用這種結(jié)構(gòu)，紅外線燈的輻射強(qiáng)度在加熱元件的厚度方向變?yōu)樽畲?，與該最大值相比，在寬度方向上變?yōu)榭珊雎圆挥?jì)。
按照本發(fā)明的加熱裝置包括一個基本上為板狀的加熱元件，其寬度比其厚度大5倍或更高倍，一根玻璃管，所述加熱元件被密封其中，嵌入在所述玻璃管的兩端部分處的兩個電極，分別與所述加熱元件的兩端電連接且還與外部電路電連接。
采用這種結(jié)構(gòu)，加熱裝置中的紅外線燈的輻射強(qiáng)度在加熱元件的厚度方向變?yōu)樽畲螅c該最大值相比，在寬度方向上變?yōu)榭珊雎圆挥?jì)，由此具有方向性。
從另一視角考慮本發(fā)明的生產(chǎn)紅外線燈的方法包括通過將玻璃形成基本上為圓柱形狀的玻璃管的步驟，將其寬度比其厚度大5倍或更大倍數(shù)的基本為板狀的加熱元件密封在玻璃管內(nèi)，從而使所述加熱元件的縱向中心線與玻璃管的中心軸同軸的步驟，在玻璃管圓柱形的外表面上形成基本上是半圓柱形的反射紅外線的反射膜的步驟，從而基本上包括所述加熱元件在其軸向上配置范圍內(nèi)。
采用這一結(jié)構(gòu)，利用玻璃管的圓柱形狀能夠容易地形成半圓柱反射膜。
從本發(fā)明的另一視角考慮的生產(chǎn)紅外線燈的方法包括通過將玻璃形成基本上為圓柱形狀的玻璃管的步驟，在玻璃管外表面或內(nèi)表面上形成預(yù)定基本上半圓柱形狀的反射紅外線的反射膜的步驟，設(shè)置一個其寬度比其厚度大5倍或更大倍數(shù)的基本為板狀的加熱元件，從而使其包含在所設(shè)置反射膜的軸向范圍內(nèi)以及將所述加熱元件密封在所述玻璃管內(nèi)的步驟。
采用這種結(jié)構(gòu)，利用玻璃管的圓柱形狀，即使在玻璃杯的內(nèi)表面上也能夠容易地形成半圓柱形反射膜。
雖然在所附權(quán)利要求書中具體地給出本發(fā)明的新穎特征，但是從以下結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)更好地理解和領(lǐng)會本發(fā)明，有關(guān)編排方式和內(nèi)容，及其其他目的和特征。
附圖簡述

圖1是一幅正視圖，表明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)。
圖2是部分放大圖，表明圖1所示的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖3是部分放大圖，表明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的具有另一種結(jié)構(gòu)的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖4是部分放大圖，表明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的具有又一種結(jié)構(gòu)的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖5是一幅正視圖，表明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)。
圖6是部分放大圖，表明圖5所示的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖7是部分放大圖，表明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的具有另一種結(jié)構(gòu)的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖8是部分放大圖，表明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的具有又一種結(jié)構(gòu)的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接部分。
圖9(a)部分是表明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖9(b)部分是其正視圖。
圖10是表明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的紅外線燈的透視圖。
圖11(a)部分是一曲線圖，表明從第三實(shí)施例的加熱元件輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線，圖11(b)部分是第三實(shí)施例的紅外線燈的中心部分的截面圖。
圖12(a)部分是表明按照本發(fā)明第四實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖12(b)部分是其正視圖。
圖13是表明按照本發(fā)明第四實(shí)施例的紅外線燈的透視圖。
圖14(a)部分是表明從第四實(shí)施例的紅外線燈輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線圖，圖14(b)部分是第四實(shí)施例的紅外線燈的中心部分的截面圖。
圖15(a)部分是表明按照本發(fā)明第五實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖15(b)部分是其正視圖。
圖16是表明按照本發(fā)明第五實(shí)施例的紅外線燈的透視圖。
圖17(a)部分是表明從第五實(shí)施例的紅外線燈輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線圖，圖17(b)部分是第五實(shí)施例的紅外線燈的中心部分的截面圖。
圖18是一幅透視圖，表明按照本發(fā)明第六實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈與紅外線反射板之間的位置關(guān)系。
圖19是一幅透視圖，表明按照本發(fā)明第七實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈與紅外線板之間的位置關(guān)系。
圖20是部分圖，表明傳統(tǒng)紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)。
圖21是部分圖，表明傳統(tǒng)紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)，其中將兩個加熱元件密封在一個玻璃管中。
圖22是表明傳統(tǒng)紅外線燈的平面圖。
圖23是表明傳統(tǒng)紅外線燈的透視圖。
圖24(a)部分是表明從傳統(tǒng)紅外線燈的加熱元件輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線圖，圖24(b)部分是圖23所示紅外線燈的中心部分的截面圖。
圖25是一幅透視圖，表明傳統(tǒng)紅外線燈中紅外線反射板與紅外線燈之間的位置關(guān)系。
圖26(a)部分是表明從設(shè)置有圖25所示紅外線反射板的傳統(tǒng)紅外線燈輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線圖，圖26(b)部分是圖25所示紅外線燈的中心部分的截面圖。
將會認(rèn)識到，一部分或所有的圖是為了說明起見的示意表示，并不必示出圖示元件的實(shí)際相關(guān)的尺寸或位置。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式以下參考附圖描述按照本發(fā)明的紅外線燈和紅外加熱裝置的較佳實(shí)施例。
第一實(shí)施例圖1是表明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的紅外線燈的結(jié)構(gòu)的正視圖，它示出紅外線燈的引線引出部分的結(jié)構(gòu)。圖1示出第一實(shí)施例的紅外線燈的兩端部分。由于其中心部分具有連接兩端部的連續(xù)結(jié)構(gòu)，便未示出中心部分。
正如圖1所示，在第一實(shí)施例的紅外線燈中，加熱元件2、熱輻射塊3和內(nèi)部引線4被密封在玻璃管1中。內(nèi)部引線4經(jīng)鉬箔片7連接至外部引線8。密封在玻璃管1中的板加熱元件2由碳基物質(zhì)形成，后者由諸如石墨、電阻值調(diào)節(jié)物質(zhì)和無定形碳的結(jié)晶碳的混合物構(gòu)成。這個加熱元件2為板狀形，例如測得寬6mm、厚0.5mm、長300mm。熱輻射塊3由導(dǎo)電材料形成，并按下文描述的方法電連接到加熱元件2的一端。在內(nèi)部引線4的一端處形成線圈部分5，緊隨線圈部分5形成具有彈性的彈簧部分6。
正如圖1所示，內(nèi)部引線4的線圈部分5緊緊繞在熱輻射塊3的外周面上，從而與其電連接。內(nèi)部引線4的彈簧部分6設(shè)置成離開熱輻射塊3外周面一預(yù)定距離，并被構(gòu)造成可伸縮，從而能夠消除并吸收由于其膨脹造成的加熱元件2的尺寸變化。
在第一實(shí)施例的紅外線燈的密封部分1c處，玻璃管1內(nèi)的內(nèi)部引線4連接至鉬箔片7的一端，鉬箔片7的另一端連接至外部引線8。
圖2是部分放大透視圖，表明按照圖1所示第一實(shí)施例的由加熱元件2和熱輻射塊3的配合條件。正如圖2所示，在熱輻射塊3的一個端部的中心形成一個切口3a。另一方面，在加熱元件2的端部附近，形成一個在垂直于加熱元件2插入方向(在圖2中箭頭表示的方向)的方向上延伸的槽2a。此外，在加熱元件2的槽2a附近，施加粘接劑9。以這種方法形成的加熱元件2如此構(gòu)造，以便將其插入熱輻射塊3的切口3a中并彼此固定。
施加于加熱元件2的粘接劑9由碳基物質(zhì)形成，后者當(dāng)被加熱到高溫時被轉(zhuǎn)換為諸如石墨和無定形碳的結(jié)晶碳的混合物。在第一實(shí)施例中，熱輻射塊3由具有良好電導(dǎo)率的石墨形成。此外，在第一實(shí)施例中，內(nèi)部引線4由熱膨脹系數(shù)接近等于碳熱膨脹系數(shù)的鎢形成。然而，只要在工作環(huán)境中在耐熱性方面不出現(xiàn)問題，諸如鉬線、鈦線的其他金屬線可以用作內(nèi)部引線4。外部引線8由鉬線形成。
在第一實(shí)施例的紅外線燈中，如上所述熱輻射塊3經(jīng)粘接劑9緊密配合在板加熱元件2端部附近。此外，內(nèi)部引線4的線圈部分5緊緊繞在熱輻射塊3上并固定于其上。以這種方式，加熱元件2經(jīng)粘接劑9和熱輻射塊3被電連接到內(nèi)部引線4。在內(nèi)部引線4中，彈簧部分6(其繞組直徑大于線圈部分的直徑)的端部被電連接到鉬箔片7，后者被嵌入在玻璃管1的的密封部分1c中。鉬箔片7的另一端也被連接到密封部分1c內(nèi)的外部引線8上。
在第一實(shí)施例的紅外線燈中，串聯(lián)連接的加熱元件2、熱輻射塊3和內(nèi)部引線4被插入到耐熱玻璃管1內(nèi)的空間中。在玻璃管1中充入諸如氬或氮的惰性氣體，使玻璃管1的端部(密封部分)熔化且熔合從而被密封。一部分內(nèi)部引線4、鉬箔片7和一部分外部引線8被密封在玻璃管1的密封部分1c中。第一實(shí)施例的紅外線燈是按照如上所述形成的。
在按照如上所述構(gòu)成的第一實(shí)施例的紅外線燈中，當(dāng)通過對設(shè)置在兩端的外部引線8上施加一電壓時，由碳基物質(zhì)形成的加熱元件2由于其電阻被加熱到高溫。即使當(dāng)加熱元件2通過這一加熱在其縱向上膨脹時，由于在加熱元件2與鉬箔片7之間設(shè)置了內(nèi)部引線4的彈簧部分6，由加熱元件2膨脹引起的尺寸變化的效應(yīng)被彈簧部分6的收縮抵消。結(jié)果，有可能阻止任何不希望有的彎曲力施加于加熱元件2。由于沒有不希望的彎曲力施加于高溫下變脆的加熱元件2，加熱元件2即使在高溫也不會斷開。
在第一實(shí)施例的紅外線燈中，由具有良好電導(dǎo)率材料形成的熱輻射塊3通過利用具有良好電導(dǎo)率的碳基粘接劑連接到加熱元件2的端部附近。對此，在第一實(shí)施例的紅外線燈中，能夠使二者間接觸電阻變小，并能夠降低連接部分處的溫度。
接著，將更詳細(xì)地描述第一實(shí)施例的紅外線燈中加熱元件2和熱輻射塊3的配合條件。
正如圖2所示，在制造紅外線燈時，主要由液體碳基有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的粘接劑9被充分地施加于加熱元件2的包括在其端部附近形成的槽2a的端部。然后，將施加有粘接劑9的加熱元件2插入到熱輻射塊3的切口3a中，使它們緊密接觸。在使加熱元件2與熱輻射塊3緊密接觸并配合到熱輻射塊3中后，進(jìn)行干燥和加熱(焙燒)，由此形成燒結(jié)物質(zhì)，主要由粘接劑9的碳基物質(zhì)組成，具有高的電導(dǎo)率。
在第一實(shí)施例中，通過在加熱元件2中形成槽2a，能夠增大加熱元件2與熱輻射塊3之間的接觸面積，以及能夠減小接觸電阻。
此外，由于由碳基有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的粘接劑9很可能粘到由石墨形成的熱輻射塊3上，粘接劑9進(jìn)入槽2a，在加熱元件2與熱輻射塊3的凸起和凹陷面處實(shí)現(xiàn)二者之間的接合，由此，顯著地增強(qiáng)接合的強(qiáng)度。在第一實(shí)施例中，在加熱元件2端部附近形成的槽2a的數(shù)目為一個的這種結(jié)構(gòu)例子中已經(jīng)作了闡明，但是即使在一面或者兩面上形成多個槽也能夠獲得類似效果，槽的數(shù)目越大，獲得的效果越顯著。
在第一實(shí)施例中，即使當(dāng)加熱元件2與熱輻射塊3之間的空隙在0至100微米的范圍，在接觸電阻和接合強(qiáng)度方面沒有差別。
接著，通過利用上述第一實(shí)施例的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊之間的連接方法，將描述具有另一種結(jié)構(gòu)的紅外線燈的加熱元件與熱輻射塊的連接。
在具有兩個棒形加熱元件21a和21b的紅外線燈中，圖3是一幅部分放大透視圖，表明將加熱元件21a和21b連接到熱輻射塊31的方法。圖4是一幅部分放大透視圖，表明在具有兩個棒形加熱元件22a和22b的紅外線燈中將加熱元件22a和22b連接到熱輻射塊32的方法。
在圖3和4所示的紅外線燈中，這些圖中所示結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)類似于上述圖1中所示的第一實(shí)施例。
正如圖3所示，這一紅外線燈的加熱元件21a和21b的端部分別被插入到熱輻射塊31中形成的兩個孔31a和31b中并與其連接。在加熱元件21a和21b中形成的多個槽21c，在垂直于加熱元件21a和21b插入方向(由圖3中箭頭表示的方向)的方向上延伸。
圖3中所示的紅外線燈的加熱元件21a和21b和熱輻射塊31由類似于上述第一實(shí)施例元件的材料形成，第二實(shí)施例的粘接劑9是由碳基物質(zhì)形成的，當(dāng)被加熱到高溫時變?yōu)橹T如石墨和無定形碳的結(jié)晶碳的混合物，正如第一實(shí)施例中的情況一樣。
在上述圓柱形加熱元件21a和21b的端部附近，形成多個槽21c(在圖3所示的例子中是3個槽)。對此，在加熱元件21a和21b的端部附近形成凸起和凹陷面，將粘接劑9充分施加于包括凸起和凹陷面的端部。將施加有粘接劑9的加熱元件21a和21b分別插入到熱輻射塊31的孔31a和31b中，并使其緊密接觸。在加熱元件21a和21b與熱輻射塊31緊密接觸并配合到熱輻射塊31中之后，進(jìn)行干燥和加熱(焙燒)步驟，由此形成由粘接劑9的碳基物質(zhì)構(gòu)成的燒結(jié)物質(zhì)。結(jié)果，經(jīng)具有高電導(dǎo)率的粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)將加熱元件21a和21b連接到熱輻射塊31。
在圖3所示的例子中，由于凸起和凹陷面是在圓柱形加熱元件21a和21b的端部附近形成的，加熱元件21a和21b與熱輻射塊31之間的接觸面增大。此外，在垂直于插入方向的方向上在加熱元件21a和21b的附近形成槽21c，在槽21c中形成粘接劑9的燒結(jié)物質(zhì)。由于這一原因，能夠降低圖3所示紅外線燈的加熱元件21a和21b與熱輻射塊31之間的接觸電阻，并能夠顯著地增強(qiáng)接合的強(qiáng)度。
在圖4所示的紅外線燈中，在兩個加熱元件22a和22b端部附近的外表面上形成多個(在圖4所示的例子中為3個)槽22c。在加熱元件22a和22b中形成的多個槽22c是在垂直于加熱元件22a和22b中每一個的插入方向(在圖4中由箭頭表示的方向)的方向上設(shè)置的，由此形成凸起和凹陷面。此外，將粘接劑9充分施加于加熱元件22a和22b的包括其附近凸起和凹陷面的端部。
另一方面，在熱輻射塊32中形成的兩個孔32a和32b是在這些孔32a和32b的每一個內(nèi)表面中形成的。這些槽32b在垂直于每一個加熱元件22a和22b插入方向(圖4中由箭頭表示的方向)的方向上延伸。
將粘接劑9施加于按照如上所述構(gòu)造的加熱元件22a和22b，以及將加熱元件22a和22b分別插入到熱輻射塊32的孔32a和32b中并使其相互緊密接觸。在使加熱元件22a和22b與熱輻射塊32緊密接觸并配合到熱輻射塊32中之后，進(jìn)行干燥和加熱(焙燒)步驟，由此形成由粘接劑9的由碳基物質(zhì)構(gòu)成的燒結(jié)物質(zhì)。結(jié)果，加熱元件22a和22b經(jīng)高電導(dǎo)率的粘接劑9的燒結(jié)物質(zhì)連接到熱輻射塊32。
在圖4所示的紅外線燈中，凸起和凹陷面是在圓柱形加熱元件22a和22b的端部附近形成的，槽32b是在孔32a和32b的內(nèi)表面形成的。結(jié)果，增大了加熱元件22a和22b與熱輻射塊32之間的接觸面積。此外，槽32b是在垂直于插入方向的方向上在加熱元件22a和22b端部附近和在孔32a和32b內(nèi)表面中形成的。在這些槽32b中形成粘接劑9的燒結(jié)物質(zhì)。由于這一原因，在圖4所示的紅外線燈中，能夠降低加熱元件22a和22b與熱輻射塊32之間的接觸電阻，以及能夠明顯地增強(qiáng)二者之間接合的強(qiáng)度。
在圖4所示的紅外線燈中，通過利用碳基粘接劑9將多個加熱元件22a和22b的端部接合到熱輻射塊32中的孔中。在將多個加熱元件22a和22b插入到熱輻射塊32中的階段，碳基粘接劑9仍然是軟的，因此，即使當(dāng)加熱元件之間的張力或壓縮力之間的平衡被扭曲時，在進(jìn)行粘接劑9固化的熱處理之前可以減輕這一扭曲。然后，在使多個加熱元件之間的張力或壓縮力的平衡接近均勻后，使粘接劑9固化和碳化。結(jié)果，即使當(dāng)加熱元件22a和22b被加熱到高溫時，加熱元件之間張力或壓縮力平衡的扭曲不會增大到加熱元件22a和22b斷開的程度。通過按照如上所述生產(chǎn)紅外線燈，便利地生產(chǎn)具有密封在一個玻璃管中的多個加熱元件22a和22b的長壽命紅外線燈是可能的。
在圖3和4所示的紅外線燈中，能夠獲得類似效果，不管在熱輻射塊31和32中形成的孔31a和32a是否是通孔或是塞孔(帶底的孔)。
第二實(shí)施例接著，將參考附圖描述按照本發(fā)明第二實(shí)施例的紅外線燈。圖5是表明按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的紅外線燈的平面圖。圖5示出第二實(shí)施例的紅外線燈的兩端部分。由于其中心部分為連接兩端部分的連續(xù)結(jié)構(gòu)，圖5中未示出中心部分。圖6是部分放大透視圖，表明按照圖5所示第二實(shí)施例的加熱元件和熱輻射塊之間的連接條件。圖7和8示出第二實(shí)施例的紅外線燈的其他結(jié)構(gòu)，是部分放大透視圖，表明加熱元件與熱輻射塊之間的連接的方法。
按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的紅外線燈具有加熱元件23和兩個分置熱輻射塊33a和33b。由于第二實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相似，因此省略對其說明。
在第二實(shí)施例的紅外線燈中，加熱元件23、熱輻射塊33a和33b和內(nèi)部引線4被密封在玻璃管1中，如圖5和6所示，正如上述第一實(shí)施例中的情況一樣。內(nèi)部引線4經(jīng)鉬箔片7連接到外部引線8。密封在玻璃管1中的板狀加熱元件23由碳基物質(zhì)形成，后者由諸如石墨、電阻值調(diào)節(jié)物質(zhì)和無定形碳的結(jié)晶碳的混合物構(gòu)成。這一加熱元件23具有板狀形狀，例如測得寬6mm、厚0.5mm、長300mm。熱輻射塊33a和33b由導(dǎo)電材料形成并按以下描述的方法連接到加熱元件23的一端。在內(nèi)部引線4的一端形成線圈部分5，緊隨線圈部分5形成具有彈性的彈簧部分6。
如圖6所示，在第二實(shí)施例的紅外線燈中，在板狀加熱元件23端部的頂面和底面上分別形成槽23a和23b。槽23a和23b在垂直于加熱元件23縱向的方向上延伸。將粘接劑9充分地施加到加熱元件23的包括這些槽23a和23b的端部附近。在這一加熱元件23的端部中，一對熱輻射塊33a和33b經(jīng)具有高電導(dǎo)率的粘接劑9接合，從而獲得電連接。粘接劑9由碳基物質(zhì)形成，后者在被加熱到高溫時被轉(zhuǎn)換為諸如石墨和無定形碳的結(jié)晶碳的混合物。熱輻射塊33a和33b是形狀相似的兩個塊，即截面為接近半圓形，由具有良好電導(dǎo)率的石墨形成。
在第二實(shí)施例中，內(nèi)部引線4由熱膨脹系數(shù)接近于碳的熱膨脹系數(shù)的鎢絲形成。然而，只要在工作環(huán)境中耐熱性方面不出現(xiàn)問題諸如鉬線和鈦線的其他金屬線可以用作內(nèi)部引線4。
如上所述，在第二實(shí)施例的紅外線燈中，熱輻射塊33a和33b經(jīng)粘接劑9將板狀加熱元件23端部附近夾在當(dāng)中。此外，內(nèi)部引線4的線圈部分5緊緊纏繞熱輻射塊33a和33b并固定于其上。以這種方式，加熱元件23經(jīng)粘接劑9和熱輻射塊33a和33b連接到內(nèi)部引線4。在內(nèi)部引線4中，彈簧部分6(其直徑大于線圈部分5的直徑)的端部被電連接到嵌入在玻璃管1密封部分中的鉬箔片7。這個鉬箔片7的另一端也連接到密封部分中的外部引線8。
在第二實(shí)施例的紅外線燈中，串聯(lián)連接的加熱元件23、熱輻射塊33a和33b和內(nèi)部引線4被插入到耐熱玻璃管內(nèi)的空間中。在玻璃管1內(nèi)的空間中填入諸如氬或氮的惰性氣體后，使玻璃管1的端部(密封部分)熔化且熔合，從而密封。一部分內(nèi)部引線4、鉬箔片7和一部分外部引線8被密封在玻璃管1的密封部分中。第二實(shí)施例的紅外線燈是按照如上所述形成的。
在按照如上所述構(gòu)造的第二實(shí)施例的紅外線燈中，通過給設(shè)置在兩端的外部引線8(圖5)施加電壓而打開紅外線燈時，由碳基物質(zhì)形成的加熱元件23由于其電阻被加熱到高溫。即使當(dāng)加熱元件23通過這一加熱在其縱向上膨脹時，由于內(nèi)部引線4的彈簧部分6設(shè)置在加熱元件23與鉬箔片7之間，由于加熱元件23膨脹造成的尺寸變化被彈簧部分6的收縮所吸收。結(jié)果，可以阻止任何不希望的彎曲力施加到加熱元件23上。由于這一原因，沒有不希望的彎曲力施加到在高溫下變脆的加熱元件23上，加熱元件23即使在高溫下也不會斷開。
在第二實(shí)施例的紅外線燈中，由具有良好電導(dǎo)率的材料形成的熱輻射塊33a和33b經(jīng)具有良好電導(dǎo)率的碳基粘接劑被連接到加熱元件23的端部附近。由于這一原因，在第二實(shí)施例的紅外線燈中，能夠降低接觸電阻，以及能夠降低連接部分的溫度。
接著，將更詳細(xì)地描述第二實(shí)施例的紅外線燈中加熱元件23與熱輻射塊33a和33b的接合條件。
如圖6所示，在第二實(shí)施例的紅外線燈中，在加熱元件23端部附近的頂面和底面上形成槽23a和23b。由液體碳基有機(jī)物質(zhì)形成的粘接劑9被充分地施加到包括槽23a和23b的端部，將加熱元件23夾在一對熱輻射塊33a和33b之間并與其接合。在這一接合后，使加熱元件23和熱輻射塊33a和33b干燥和加熱(焙燒)，由此通過由粘接劑9的碳基物質(zhì)形成的且具有高電導(dǎo)率的燒結(jié)物質(zhì)將它們牢固連接在一起。
在第二實(shí)施例中，通過在加熱元件23中形成槽23a和23b，可增大加熱元件23與熱輻射塊33a和33b之間的接觸面積，由此能夠降低接觸電阻。
此外，由于由碳基有機(jī)物質(zhì)形成的粘接劑9很可能粘到由石墨形成的熱輻射塊33a和33b上，粘接劑9進(jìn)入槽23a和23b中，在加熱元件23與熱輻射塊33a和33b的凸起和凹陷面處實(shí)現(xiàn)二者之間的接合，由此，顯著地增強(qiáng)接合的強(qiáng)度。在第二實(shí)施例中，在加熱元件23端部附近形成的槽的數(shù)目為一個的結(jié)構(gòu)是作為一個例子描述的，但是即使在一面或者兩面上形成多個槽，也能夠獲得類似效果，槽的數(shù)目越大，獲得的效果越顯著。
在第二實(shí)施例中，加熱元件23通過壓力接觸被接合到熱輻射塊33a和33b上。結(jié)果，與諸如配合過程的組裝過程的情況不同，不必要將加熱元件和熱輻射塊準(zhǔn)確地放置在預(yù)定位置上，因此組裝工作能夠較容易地進(jìn)行，從而能夠顯著地降低生產(chǎn)的成本。
圖7是部分放大透視圖，表明第二實(shí)施例的紅外線燈的另一種結(jié)構(gòu)，表明板狀加熱元件23與兩個分置熱輻射塊34a和34b之間連接的方法。
正如圖7所示，在加熱元件23端部頂面和底面上形成槽23a和23b。槽23a和23b在垂直于加熱元件23縱向的方向上延伸。將由液體碳基有機(jī)物質(zhì)形成的粘接劑9充分地施加到包括這些槽23a和23b的端部上。
另一方面，在每個熱輻射塊34a和34b上在將加熱元件23夾在其中的位置處，形成凹形階梯部分34d。此外，在這一階梯部分34d上形成凸起部分34c。這一凸起部分34c形成于它與上述加熱元件23中形成的每個槽23a和23b相合配的位置處。
將按照如上所述構(gòu)造的加熱元件23放置在熱輻射塊34a和34b之間并與其接合。這時，熱輻射塊34a和34b的凸起部分34c配合到加熱元件23中的槽23a和23b中。在此配合之后，使加熱元件23和熱輻射塊34a和34b干燥和加熱(焙燒)，由此通過由粘接劑9的碳基物質(zhì)形成的且具有高電導(dǎo)率的燒結(jié)物質(zhì)將它們牢固連接在一起。
由于圖7所示的第二實(shí)施例是如此構(gòu)成的，以致熱輻射塊34a和34b的凸起部分34c配合在加熱元件23的槽23a和23b中，加熱元件23與熱輻射塊34a和34b之間的接觸面積增大，由此能夠降低接觸電阻。
此外，由于凸起部分34c配合在槽23a和23b中，加熱元件23與熱輻射塊34a和34b之間的經(jīng)粘接劑9的接合條件變強(qiáng)，由此可增強(qiáng)接合的強(qiáng)度。
在加熱元件23中形成槽以及在熱輻射塊34a和34b上形成凸起部分是作為第二實(shí)施例的一個例子描述的，然而，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)，槽和凸起部分可以彼此相反地形成，每個槽或凸起部分的數(shù)目不限于一個。
圖8是部分放大透視圖，表明第二實(shí)施例的紅外線燈的又一個結(jié)構(gòu)，表明板狀加熱元件24與兩個分置熱輻射塊35a和35b之間的連接的方法。
如圖8所示，在加熱元件24端部附近形成一個通孔24a。將由液體碳基有機(jī)物質(zhì)形成的粘接劑9充分施加到包括這個通孔24a的端部。
另一方面，在每個熱輻射塊35a和35b上在將加熱元件24夾在其中的位置處，形成一個凹形階梯部分35d。此外，在這個階梯部分35d上形成一個凸起部分35c。這個凸起部分35c是在它與到上述加熱元件24中形成的通孔24a相配合的位置處形成的。
將按照如上所述構(gòu)成的加熱元件24夾到兩個熱輻射塊35a和35b之間并與其接合。這時，熱輻射塊35a和35b的凸起部分35c配合在加熱元件24的通孔24a中。在這一接合之后，使加熱元件24和熱輻射塊35a和35b干燥和加熱(焙燒)，由此通過由粘接劑9的碳基物質(zhì)形成的具有高電導(dǎo)率的燒結(jié)物質(zhì)將它們牢固地連接在一起。
由于圖8所示的實(shí)施例是如此構(gòu)成的，以致熱輻射塊35a和35b的凸起部分35c配合在加熱元件24的通孔24a中，加熱元件24與熱輻射塊35a和35b之間的接觸面積增大，由此能夠降低接觸電阻。
此外，由于凸起部分35c配合在通孔24a中，加熱元件24與熱輻射塊35a和35b之間的經(jīng)粘接劑9的接合條件變強(qiáng)，由此可增強(qiáng)接合的強(qiáng)度。
通孔和凸起部分是圓形而其數(shù)目是一個的結(jié)構(gòu)是作為圖8所示實(shí)施例的一個例子描述的，然而，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)，如果采用橢圓孔或橢圓凸起部分或者如果采用多個孔和多個凸起以及如果能夠使它們彼此配合，能夠獲得類似于上述實(shí)施例的效果。
另外，也可以采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中只將圖8所示的凸起部分35c形成到棒形，作為一個單獨(dú)部件，在每個熱輻射塊35a和35b的階梯部分35d中形成一個通孔，從而將棒形凸起部分插入到熱輻射塊35a和35b的通孔中和加熱元件24的通孔24a中。采用這種結(jié)構(gòu)，易于處理熱輻射塊35a和35b，以及能夠降低生產(chǎn)的成本。
由石墨形成的具有電導(dǎo)率和電極端子功能的熱輻射塊在第一和第二實(shí)施例中是作為一個例子說明的，然而，熱輻射塊的材料并不局限于石墨，耐熱性高達(dá)1200℃、具有良好電導(dǎo)率和良好熱導(dǎo)性的各種材料是可以應(yīng)用的。由于石墨本身硬度和強(qiáng)度低，可以應(yīng)用增強(qiáng)硬度和強(qiáng)度的各種材料，如通過混合碳化物、氮化物、硼化物等與石墨混合并焙燒該混合物而獲得的材料、通過將玻璃狀碳添加到石墨中并焙燒該混合物而獲得的材料等。
本發(fā)明具有以下效果，與通過對第一和第二實(shí)施例的上述詳細(xì)說明顯然作出的效果一樣。
按照本發(fā)明，加熱部分能夠防止在長時間使用后的熔化和斷裂，由此可獲得高可靠性和長壽命的紅外線燈。
本發(fā)明的紅外線燈使用由碳基物質(zhì)形成的并形成為棒形形狀的加熱元件，而不是傳統(tǒng)的螺旋鎢絲，棒形碳基物質(zhì)的紅外線輻射率高達(dá)78至84％，為此，紅外線燈的紅外線輻射率也高。此外，由于棒形碳基物質(zhì)具有負(fù)溫度特性，其電阻隨溫度上升而降低，可以降低本發(fā)明的紅外線燈在開啟時的沖流。
此外，由于本發(fā)明的紅外線燈是如此構(gòu)造的，將具有良好電導(dǎo)率的熱輻射塊接合到棒形加熱元件的端部，能夠降低在加熱時加熱元件與熱輻射塊之間的接觸電阻，并能夠降低溫度升高，由此，可以顯著地增大引線安裝部分的可靠性。
此外，本發(fā)明的紅外線燈具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中在棒形碳基加熱元件與熱輻射塊之間形成凸起和凹陷部分，并經(jīng)碳基粘接劑接合和焙燒。由于這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的紅外線燈的接合部分的強(qiáng)度變高。此外，由于棒形碳基加熱元件和用于連接熱輻射塊的粘接劑是由類似材料形成的，它們的熱膨脹系數(shù)幾乎相近，由此可以提供高可靠行的紅外線燈，在長時間的開關(guān)切換操作中不會引起任何突發(fā)事故，如斷裂。此外，由于在這種結(jié)構(gòu)中棒加熱元件和熱輻射塊是通過由凸起部分與凹陷部分嚙合造成的配合以及通過碳基粘接劑而接合的，可以增強(qiáng)接合時的工作能力以及提高質(zhì)量。
按照本發(fā)明生產(chǎn)紅外線燈的方法，可以獲得高可靠性的紅外線燈，其特征在于即使在長時間使用后其功耗也不會異常變化，以及防止加熱部分在長時間使用期間熔化和斷裂，此外，可以增強(qiáng)組裝和接合時的工作能力和提高質(zhì)量。
第三實(shí)施例接著，將參考附圖描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。然而，以下描述實(shí)施例的材料、尺寸、生產(chǎn)方法等僅僅是對本發(fā)明一個實(shí)施例較佳的例子。因此本發(fā)明的應(yīng)用范圍不受這些例子的限制。
圖9(a)部分是表明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖9(b)部分是其正視圖。另外，圖10是表明圖9所示紅外線燈的透視圖。然而，由于從圖中所示的兩側(cè)部分可以理解紅外線燈的中心部分，因此在兩幅圖中未示出紅外線燈的中心部分。
第三實(shí)施例的紅外線燈包括基本為圓柱形的玻璃管301、嵌入在這一玻璃管301兩端部分301c中的金屬箔片305、氣密密封在玻璃管301內(nèi)的加熱元件302、固定于加熱元件302端部的熱輻射塊303、用于將熱輻射塊303連接到金屬箔片305的內(nèi)部引線304、以及用于將金屬箔片305連接到外部電路的外部引線306玻璃管301由石英玻璃形成，玻璃管301的圓柱形部分外徑約10mm，厚度約1mm、長約360mm。在圓柱形部分的兩端處的密封部分301c各形成為板狀，在圓柱形部分中填充大氣壓力的氬氣。
加熱元件302由碳基物質(zhì)形成，后者由諸如石墨的結(jié)晶碳、諸如氮化物和無定形碳的電阻值可調(diào)節(jié)物質(zhì)的混合物構(gòu)成?；烊腚娮柚悼烧{(diào)節(jié)物質(zhì)，以調(diào)節(jié)加熱元件302的電阻值。采用這一電阻值可調(diào)節(jié)物質(zhì)來使加熱元件的電阻值高于僅由碳形成的加熱元件的電阻值。
按照第三實(shí)施例的加熱元件302為板狀，其厚度t為0.5mm，寬T為1.0mm(＝2t)、2.5mm(＝5t)或6.0mm(＝12t)，長約300mm。然而，圖9和10中示出的是寬T為6.0mm(＝12t)的板狀加熱元件302。
固定于加熱元件302兩端部分的熱輻射塊303由類似于加熱元件302的碳基物質(zhì)形成。熱輻射塊303的形狀基本上為圓柱形，直徑約6mm，長約20mm。在熱輻射塊303的與加熱元件302相對的端面303b中形成一個切口303a，將加熱元件302的縱向端部插入其中，從而通過其中心。將加熱元件302配合到這個切口303a中并固定于熱輻射塊303。將內(nèi)部引線304緊緊纏繞熱輻射塊303的中心部分，由此形成緊密接觸部分304a。
熱輻射塊303的截面面積遠(yuǎn)大于加熱元件302的截面面積(在第三實(shí)施例中約為9倍或更高倍數(shù))。因此，熱輻射塊303的電阻值遠(yuǎn)小于加熱元件302的電阻值。結(jié)果，當(dāng)電流流過加熱元件302并且加熱元件302產(chǎn)生熱時，在熱輻射塊303本身上的熱產(chǎn)生遠(yuǎn)小于在加熱元件302上的熱產(chǎn)生，可忽略不計(jì)，正如下文所述。此外，盡管熱量從加熱元件302輻射到熱輻射塊303，一部分熱量從熱輻射塊303的表明輻射出去。結(jié)果，從熱輻射塊303輻射到內(nèi)部引線304的熱量非常少，因此內(nèi)部引線304不會過熱。
內(nèi)部引線304由鉬或鎢形成，是直徑約0.7mm的導(dǎo)線。跟隨在纏繞熱輻射塊303的緊密接觸部分304a之后，內(nèi)部引線304具有螺旋線圈部分304b。螺旋線圈部分304b比緊密接觸部分304a直徑大約0.5至1.0mm，將其設(shè)置成與熱輻射塊303中心軸是同軸的。螺旋線圈部分304b設(shè)置成離開熱輻射塊303的側(cè)面一預(yù)定距離，從而使它能夠在熱輻射塊303的軸向上象線圈彈簧一樣伸縮。另外，通過卷邊將內(nèi)部引線304的一端固定到金屬箔片305。在組裝時，在兩端拉內(nèi)部引線304，從而使每一個內(nèi)部引線比其正常長度在縱向上向外長約3mm，由此使加熱元件302固定。
如上所述，在第三實(shí)施例中，加熱元件302被電連接到金屬箔片305，并通過內(nèi)部引線304被適當(dāng)拉到其兩側(cè)。這時，加熱元件302這種固定，使加熱元件302在其縱向上的中心線與玻璃管301的中心軸對準(zhǔn)。
另外，內(nèi)部引線304的螺旋線圈部分304b具有如下所述的功能。正如下文所描述，當(dāng)電流流過加熱元件302且加熱元件302產(chǎn)生熱時，加熱元件302和玻璃管301的溫度由于熱而升高，它們受熱膨脹。這時，由于二者熱膨脹系數(shù)之間的差，在加熱元件302與玻璃管301之間出現(xiàn)熱應(yīng)力。這個熱應(yīng)力被螺旋線圈部分304b的彈性所吸收。由于這一結(jié)構(gòu)，在第三實(shí)施例中，熱輻射塊303與金屬箔片305之間經(jīng)內(nèi)部引線304的連接未被熱應(yīng)力削弱。
金屬箔片305是鉬箔片，測得尺寸約3mm×7mm×0.02mm(厚度)。將內(nèi)部引線304固定于金屬箔片305的一端，將外部引線306固定于其另一端。外部引線306由鉬形成并被焊接于金屬箔片305。
當(dāng)經(jīng)外部引線306將電壓施加于加熱元件302時，電流流過加熱元件302。由于加熱元件302具有電阻，從加熱元件302產(chǎn)生熱。這時，加熱元件302輻射紅外線。
圖11(a)部分是一曲線圖，表明從第三實(shí)施例的加熱元件302輻射的紅外線強(qiáng)度的分布曲線，圖11(b)部分示出具有加熱元件302的第三實(shí)施例紅外線燈的中心部分的截面圖。圖11(a)和(b)部分中所示的x和y軸是垂直于圖10中所示加熱元件302的軸向的平面上的正交坐標(biāo)軸。在圖11(a)和(b)部分中，原點(diǎn)O對應(yīng)于加熱元件302的中心軸。在圖11(a)部分的曲線中，徑向上的值是指紅外線的輻射強(qiáng)度，周向上的值是指垂直于加熱元件302軸向的平面上的相對于中心軸的角度。這些角度是由從x軸的正方向的角度表示的。
圖11(a)部分中粗實(shí)線307a、細(xì)實(shí)線307b和虛線307c分別指加熱元件302寬度T為6.0mm、2.5mm和1.0mm時的強(qiáng)度分布曲線。由于加熱元件302的厚度(t)是0.5mm，強(qiáng)度分布曲線307a是在加熱元件302寬度T(6.0mm)等于12t的情況中獲得的，強(qiáng)度分布曲線307b是在加熱元件302寬度T(2.5mm)等于5t的情況中獲得的，強(qiáng)度分布曲線307c是在加熱元件302寬度T(1.0mm)等于2t的情況中獲得的。
在第三實(shí)施例中，強(qiáng)度分布曲線307a、307b和307c是按照如下所述測量的。
首先，將恒定電壓施加于600W紅外線燈，從該紅外線燈輻射紅外線。在從紅外線燈穩(wěn)定輻射紅外線的條件下，在垂直于加熱元件302中心線的方向上，離開加熱元件302中心線(圖11原點(diǎn)O)為恒定距離(約300mm)的位置上測量紅外線的量。這時，測量在預(yù)定位置上達(dá)到預(yù)定弧分區(qū)的紅外線的量。而相對于加熱元件302的角度變化時，重復(fù)進(jìn)行這一測量，但從原點(diǎn)O起的距離維持不變。作為這一測量的結(jié)果，獲得圖11(a)部分中所示的強(qiáng)度分布曲線307a、307b和307c。
正如圖11(a)部分中所示的強(qiáng)度分布曲線307a、307b和307c表示的，從加熱元件302輻射的紅外線的強(qiáng)度的方向性隨加熱元件302的寬度T與厚度t之比變大而更高。具體而言，當(dāng)T≥5t時，即當(dāng)寬度T與厚度t之比是5或更大時，y軸方向的輻射強(qiáng)度明顯低于x軸方向的輻射強(qiáng)度。
如上所述，當(dāng)非均等地輻射紅外線時，例如當(dāng)僅需要對預(yù)定區(qū)域加熱時，應(yīng)當(dāng)將該區(qū)域置于x軸上。相反，當(dāng)某一預(yù)定區(qū)域不需要加熱時，將該區(qū)域置于y軸上。結(jié)果，在第三實(shí)施例中，即使不提供象傳統(tǒng)紅外線燈使用的這種反射板輻射強(qiáng)度可以具有方向性。
第三實(shí)施例的加熱元件302由碳基物質(zhì)形成，后者由諸如石墨的結(jié)晶碳、諸如氮化物和無定形碳的電阻值可調(diào)節(jié)物質(zhì)的混合物構(gòu)成。如上所述，用作加熱元件302材料的碳基物質(zhì)具有比傳統(tǒng)鎳鉻合金和鎢更高的紅外線輻射率。為此，當(dāng)采用碳基物質(zhì)形成紅外線燈的加熱元件302時，來自加熱元件302的輻射的效率高于來自傳統(tǒng)加熱元件的輻射的效率。
另外，由于第三實(shí)施例的加熱元件302的電阻值高于傳統(tǒng)加熱元件的電阻值，即使棒狀、板狀等的加熱元件的表面面積小于傳統(tǒng)加熱元件的表面面積，加熱元件能夠輻射足夠強(qiáng)度的紅外線。結(jié)果，由于加熱元件302的表面面積小于傳統(tǒng)加熱元件的表面面積，從加熱元件302輻射到元件周圍氣體的熱輻射很少，由此限制由于從加熱元件302熱輻射造成的效率降低。
由于上述原因，當(dāng)將恒定電壓施加到紅外線燈時，圖11(a)部分中所述的第三實(shí)施例的輻射強(qiáng)度比使用由鎳鉻合金或鎢形成加熱元件240的傳統(tǒng)紅外線燈的輻射強(qiáng)度(正如以上所述圖24(a)部分所示)高約20至30％。
在圖11(a)部分和圖24(a)部分中，輻射強(qiáng)度的同心等值線分別表示相同的強(qiáng)度值。
然而，加熱元件302由碳基物質(zhì)形成的事實(shí)在本發(fā)明中不是根本的。即使加熱元件302由傳統(tǒng)鎳鉻合金或鎢形成，當(dāng)加熱元件302的寬度T比其厚度t大5倍或以上時，可以獲得與由圖11(a)部分中強(qiáng)度方向曲線307a和307b所表示的具有相對較高方向性的輻射強(qiáng)度。
盡管作為一個例子描述了第三實(shí)施例的加熱元件302被一體化地形成為棒形或板形，但是本發(fā)明的加熱元件不限于這種形狀，例如通過將多個棒狀構(gòu)件捆在一起而獲得的一束可以被整個地用于形成加熱元件。
此外，盡管作為一個例子描述了具有輻射塊303的第三實(shí)施例的紅外線燈，但是本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，在例如按照紅外線燈技術(shù)規(guī)范從加熱元件輻射到內(nèi)部引線的熱量很少，內(nèi)部引線不會過熱的情況中，省略輻射塊的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用。
第四實(shí)施例接著，將參考附圖描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。然而，以下描述實(shí)施例的材料、尺寸、生產(chǎn)方法等僅僅是對本發(fā)明一個實(shí)施例較佳的例子。因此本發(fā)明的應(yīng)用范圍不受這些例子的限制。
圖12(a)部分是表明按照本發(fā)明第四實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖12(b)部分是其正視圖。另外，圖13是表明圖12所示紅外線燈的透視圖。然而，由于從圖中所示的兩側(cè)部分可以理解紅外線燈的中心部分，因此在兩幅圖中未示出紅外線燈的中心部分。
另外，在第四實(shí)施例中，與圖9和10中所示第三實(shí)施例相似的部件用相同標(biāo)號表示，對其說明從略。
第四實(shí)施例的紅外線燈除了第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外，在玻璃管301的外表面上有一層反射膜301a，在恒定范圍上反射紅外線，正如圖12和13所示。該反射膜301a是蒸發(fā)在玻璃管301的外表面上的金薄膜，其厚度約5微米。該反射膜301a能反射約70％的從加熱元件302輻射的紅外線。正如圖12和13所示，反射膜301a設(shè)置在兩側(cè)上的熱輻射塊303之間，換句話說，設(shè)置在在其縱向方向上與加熱元件302光輻射部分相對的位置上。這一反射膜301a具有半圓柱形狀，反射膜301a的內(nèi)表面設(shè)置成與加熱元件302的較寬側(cè)面302a相對。
圖14(a)部分是表明從第四實(shí)施例加熱元件302輻射的紅外線的強(qiáng)度分布曲線307d圖。圖14(b)部分示出具有加熱元件302的第四實(shí)施例紅外線燈的中心部分的截面圖。圖14(a)和(b)部分中所示的x和y軸是垂直于圖13中所示加熱元件302的軸向的平面上的正交坐標(biāo)軸。在圖14(a)和(b)部分中，原點(diǎn)O對應(yīng)于加熱元件302的中心軸。在圖14(a)部分中，徑向上的值指紅外線的輻射強(qiáng)度，周向上的值指垂直于加熱元件302軸向的平面上相對于中心軸的角度。這些角度是由從x軸的正方向的角度表示的。圖14(a)部分中輻射強(qiáng)度的同心等值線表示與圖11(a)部分中等值線的相同值。
另外，將600W恒定功率施加于紅外線燈。由于測量方法與第三實(shí)施例的方法相同，其說明從略。
正如由圖14(a)部分中強(qiáng)度分布曲線307d表示的，來自加熱元件302的紅外線絕大部分被集中輻射在x軸的正方向中，即在反射膜301a相對于加熱元件302的相反的方向中(圖14(b)部分中的右方向)。最大輻射強(qiáng)度約為第三實(shí)施例的輻射強(qiáng)度的1.5倍。
另一方面，來自加熱元件302的紅外線很難被輻射到x軸的負(fù)方向中，即紅外線燈被反射膜301a遮擋的方向中(在圖14(b)部分的左方向中)。
當(dāng)圖14(a)部分中的強(qiáng)度分布曲線307d與圖26(a)部分中傳統(tǒng)強(qiáng)度分布曲線比較時，傳統(tǒng)強(qiáng)度分布曲線271中的輻射強(qiáng)度在接近x軸正方向中區(qū)域內(nèi)的寬角度范圍內(nèi)基本上是均勻的。另一方面，在第四實(shí)施例的情況中，輻射強(qiáng)度隨其離正方向中x軸距離增大而逐步減小。結(jié)果，第四實(shí)施例中的輻射強(qiáng)度大于傳統(tǒng)例子的輻射強(qiáng)度，在第四實(shí)施例中強(qiáng)度變?yōu)樽畲笾档姆秶葌鹘y(tǒng)例子中的范圍要窄。
第四實(shí)施例的紅外線燈因此適合于例如對設(shè)置在x軸正方向上的物體局部加熱的情況中。
在第四實(shí)施例的紅外線燈中，反射膜301a是按照以下形成過程產(chǎn)生。
(1)將玻璃管301形成為圓柱形狀(步驟1)(2)將加熱元件302等設(shè)置在玻璃管301里，使玻璃管301密封(步驟2)(3)在玻璃管301的外表面上蒸發(fā)金，由此形成反射膜301a(步驟3)
通過按照如上所述形成反射膜301a，通過利用玻璃管301的外部形狀能夠形成反射膜301a。結(jié)果，便能容易地形成具有精確半圓柱形狀的反射膜301a。
在形成反射膜301a的上述過程中，步驟3可以在步驟2之前進(jìn)行。
此外，反射膜301a可以通過轉(zhuǎn)移等而不是蒸發(fā)的方式來形成。在這種情況中，轉(zhuǎn)移是按照如下所述進(jìn)行的。
(1)將樹脂、金和玻璃的混合物形成薄膜并將其粘合到玻璃管301的表面。
(2)烘烤被粘合到玻璃管301表面上的薄膜，由此蒸發(fā)掉薄膜中所含的樹脂。
轉(zhuǎn)移是按照如上所述進(jìn)行的，金薄膜被形成在玻璃管301的表面上。
由于第四實(shí)施例中反射膜301a的內(nèi)表面(被用作反射面)與玻璃管301的外表面緊密接觸，內(nèi)表面并不與空氣接觸。在以上所述圖25中所示的傳統(tǒng)紅外線燈中，反射板280設(shè)置在離開玻璃管201一預(yù)定空間位置上，為此，反射板280的反射面從外部用膠粘體或類似物使其拉緊，然而，這種問題在第四實(shí)施例中已經(jīng)被解決。
在第四實(shí)施例中，將反射膜301a形成為玻璃管301的外表面的形狀，即半圓柱形狀，并維持在該形狀中。反射膜可以比傳統(tǒng)紅外線燈所用的反射板280在更長的時間里被維持在基本相似形狀下。
如上所述，在第四實(shí)施例中，可長時間地維持反射膜301a，其反射面的反射率并不降低。因此第四實(shí)施例的紅外線燈比在傳統(tǒng)紅外線燈中安裝反射板280的結(jié)構(gòu)在更長的時間里維持其良好特性。
在第四實(shí)施例中，在玻璃管301外表面上形成反射膜301a的結(jié)構(gòu)是作為一個例子描述的，然而，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，也可以采用在玻璃管內(nèi)表面上形成反射膜的結(jié)構(gòu)。然而，在這種結(jié)構(gòu)的情況中，在形成反射膜的上述過程中步驟3必須在步驟2之前進(jìn)行。
在玻璃管301內(nèi)表面上形成反射膜的情況中，反射膜不暴露于空氣中，其反射面不用膠粘體和類似物拉緊。為此，正如反射膜形成在玻璃管301外表面上的情況中一樣，與傳統(tǒng)紅外線燈中使用反射板280的情況相比，能夠長時間地維持反射膜的良好特性，而不會引起任何隨時間的變化。然而，由于形成在玻璃管內(nèi)表面上的反射膜與玻璃管內(nèi)高溫氣體接觸，反射膜的厚度會通過蒸發(fā)、分散或類似情況而減小，其反射率會降低。為此，在反射膜形成在玻璃管內(nèi)表面上的情況中，反射膜與加熱元件之間的距離需要設(shè)定在足夠大的值上。
盡管在第四實(shí)施例中作為一個例子描述了用作反射膜301a材料的金，但是除了金以外的金屬諸如氮化鈦、銀和鋁，也可以使用，對紅外線具有高反射率以及在高溫下穩(wěn)定的金屬是可應(yīng)用的。
在第四實(shí)施例中作為一個例子描述了具有半圓柱形狀的反射膜301a，然而，本發(fā)明不限于這種形狀，而是考慮到紅外線的反射方向可以應(yīng)用各種形狀。代替半圓柱形狀的，例如可以采用截面為圓、拋物線或橢圓的形狀作為反射膜的形狀。此外，也可以采用由多個直線的組合所形成的形狀，如多邊形(例如字母コ的形狀(或的浴缸形狀))，或者由直線和曲線(例如字母U的形狀)的組合形成的形狀，或者截面的平坦形狀。反射膜301a的形狀應(yīng)當(dāng)僅僅是適合于獲得所需的紅外線輻射強(qiáng)度的定向分布的形狀。為了形成具有這種形狀的反射膜301a，玻璃管中通過蒸發(fā)或類似過程形成反射膜301a的這部分玻璃管應(yīng)當(dāng)被形成為對應(yīng)于反射膜所需形狀的形狀，這可以通過采用前面所述的形成反射膜301a的方法能夠容易地獲得。
第五實(shí)施例接著，將參考附圖描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。然而，以下描述實(shí)施例的材料、尺寸、生產(chǎn)方法等僅僅是對本發(fā)明一個實(shí)施例較佳的例子。因此本發(fā)明的應(yīng)用范圍不受這些例子的限制。
圖15(a)部分是表明按照本發(fā)明第五實(shí)施例的紅外線燈的平面圖，圖15(b)部分是其正視圖。另外，圖16是表明圖15所示紅外線燈的透視圖。然而，由于從圖中所示的兩側(cè)部分可以理解紅外線燈的中心部分，因此在兩幅圖中未示出紅外線燈的中心部分。
另外，在第五實(shí)施例中，與圖9和10中所示第三實(shí)施例相同的這種部分采用相同數(shù)字來表示，對它們的說明從略。
第五實(shí)施例的紅外線燈除了第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外具有紅外線反射膜301b，與上述第四實(shí)施例中的情況恰好一樣。然而，在第五實(shí)施例的紅外線燈中，反射膜301b形成在玻璃管301的外表面上，位置不同于上述第四實(shí)施例的位置。盡管第四實(shí)施例的反射膜301a被設(shè)置成與加熱元件302的較寬側(cè)面部分2a相對(圖12和13)，第五實(shí)施例的反射膜301b被設(shè)置成與加熱元件302的較窄側(cè)面部分2b相對。
第五實(shí)施例的反射膜301b的材料、厚度、反射率、形狀和形成方法類似于第四實(shí)施例的反射膜301a。
圖17(a)部分是表明從第五實(shí)施例加熱元件302輻射的紅外線的強(qiáng)度分布曲線307e的圖。圖17(b)部分示出具有加熱元件302的第五實(shí)施例的紅外線燈的中心部分截面。圖17(a)和(b)部分中所示的x和y軸是垂直于圖16中所示加熱元件302的軸向的平面上的正交坐標(biāo)軸。x軸對應(yīng)于加熱元件302的厚度方向，y對應(yīng)于其寬度方向。在圖17(a)和(b)部分中，原點(diǎn)O對應(yīng)于加熱元件302的中心軸。在圖17(a)部分中，徑向上的值指紅外線的輻射強(qiáng)度，周向上的值指垂直于加熱元件302軸向的平面上相對于中心軸的角度。這些角度是由從x軸的正方向的角度表示的。圖17(a)部分中輻射強(qiáng)度的同心等值線表示與圖11(a)部分中等值線的相同值。
另外，將600W恒定功率施加于紅外線燈。由于測量方法與第三實(shí)施例的方法相同，其說明從略。
在第五實(shí)施例的紅外線燈中，y軸的正方向(圖16和17中y軸的箭頭方向)是反射膜301b的內(nèi)表面的方向。
正如圖17(a)部分中紅外線幅射強(qiáng)度分布曲線307e所示，在y軸正方向上附近中的來自加熱元件302的紅外線的輻射強(qiáng)度低于在x軸方向附近中的強(qiáng)度。在y軸負(fù)方向一側(cè)上，輻射當(dāng)然被反射膜301b限制。
當(dāng)上述圖26(a)部分中所示傳統(tǒng)紅外線燈的強(qiáng)度分布曲線271與第五實(shí)施例的比較時，在第五實(shí)施例中輻射強(qiáng)度高的方向中的角度范圍比傳統(tǒng)例子中的角度范圍更寬。
結(jié)果，第五實(shí)施例的紅外線燈適合于例如將被加熱物體的中心放置在紅外線燈y軸上的正方向的情況以及待加熱物體的整個平表面(垂直于y軸)被均勻加熱的情況。
第六實(shí)施例接著，將描述利用按照本發(fā)明的紅外線燈的加熱裝置，作為第六實(shí)施例。
采用以上所述第三實(shí)施例中所描述的紅外線燈作為第六實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈，為這個紅外線燈提供圖25中所示的反射板280。
將按照上述第一至第五實(shí)施例的所有上述紅外線燈構(gòu)造成外部形狀基本上類似于傳統(tǒng)紅外線燈的外部形狀。為此，在具有傳統(tǒng)紅外線燈的加熱裝置中，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，易于用第一至第五實(shí)施例的紅外線燈之一替代傳統(tǒng)紅外線燈。
每個具有可用上述的本發(fā)明紅外線燈替代的傳統(tǒng)紅外線燈的加熱裝置為如下裝置，例如(1)諸如加熱器、kotatsu(日本傳統(tǒng)加熱設(shè)備)、空調(diào)器、紅外治療裝置和浴室加熱器的加熱裝置(2)諸如干衣機(jī)、干被機(jī)、食品處理裝置、垃圾處理裝置、加熱型除臭裝置和浴室烘干機(jī)的干燥裝置(3)加熱型消毒裝置(4)烹調(diào)裝置，如烤箱、烘箱、烤面包爐、烘爐、烘烤機(jī)、加熱裝置、yakitori炊具(skewered chicken cooker)、烤爐、除霜器和釀酒器(5)諸如吹干機(jī)和恒定波加熱器的理發(fā)裝置(6)將字母、圖象等固定在紙上的裝置(a)通過利用調(diào)色劑進(jìn)行顯示的裝置，諸如LBP(激光束打印機(jī))、PPC(普通紙復(fù)印機(jī))和傳真機(jī)(b)通過加熱從原始膜熱轉(zhuǎn)印到物體上的裝置(7)焊接加熱器(8)半導(dǎo)體基片的干燥器等(9)當(dāng)半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中清潔基片時對純凈水加熱的裝置(10)工業(yè)涂層干燥器換句話說，通過利用紅外線燈作為熱源對物體加熱的裝置可以是如上所述的能夠替代其紅外線燈的裝置。
圖18是表明第六實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈與紅外線反射板308a之間位置關(guān)系的透視圖。在圖18中，未示出紅外線燈的中心部分。另外，由于這里所用的紅外線燈是上述第三實(shí)施例中描述的紅外線燈，對其說明省略。
第六實(shí)施例的反射板308a由鋁形成，為半圓柱體形狀，測得厚度約為0.4至0.5mm，在其內(nèi)表面上有鏡面拋光反射面。反射板308a的紅外線反射率約為80至90％。反射板308a與加熱元件302的中心線平行設(shè)置，從玻璃管301的外表面起提供一預(yù)定空間。反射板308a是利用加熱元件302的中心線作為其中心而安裝的。正如圖18所示，反射面，即反射板308a的內(nèi)表面設(shè)置成與加熱元件302的較寬側(cè)面部分302a相對。
在第六實(shí)施例中，由鋁形成的反射板308a是作為一個例子描述的，然而，具有高紅外線反射率并在高溫下穩(wěn)定的材料，如金、氮化鈦、銀不銹鋼可以替代鋁而應(yīng)用。
在第六實(shí)施例中，描述了具有半圓柱體形狀的反射板308a，然而，其截面也可以采取其他形狀，如具有一部分圓、拋物線或橢圓的形狀，或者由多個直線的組合所形成的形狀，如多邊形(例如日文字母コ的形狀，或者由它們的組合形成的形狀(例如英文字母U的形狀)，或者平坦形狀。形狀應(yīng)當(dāng)僅僅是適合于獲得所需紅外線輻射強(qiáng)度的定向分布的形狀。
通過安裝如上所述的反射板308a，紅外線輻射強(qiáng)度的定向分布具有基本上類似于上述圖14(a)部分中所示的第四實(shí)施例中強(qiáng)度分布曲線307d的定向分布。采用上述結(jié)構(gòu)，可以獲得類似于第四實(shí)施例的紅外線燈的輻射強(qiáng)度定向分布的紅外線。結(jié)果，第六實(shí)施例的加熱裝置適合于例如對設(shè)置在與反射板308a反射面相對的位置上的物體進(jìn)行局部加熱的用途。
第三實(shí)施例的紅外線燈的輻射強(qiáng)度具有圖11所示的在x軸方向的定向性。為此，在第六實(shí)施例的加熱裝置中，通過反射板308a的紅外線的輻射強(qiáng)度變?yōu)楦哂趥鹘y(tǒng)例子的輻射強(qiáng)度。另外，在反射板308a的反射率由于隨時間著色劑的粘著等變化而相當(dāng)大地降低的情況中，對第六實(shí)施例中輻射強(qiáng)度定向分布的影響小于例如采用圖22中所示傳統(tǒng)紅外線燈時的情況中的影響。
第七實(shí)施例接著，將描述利用按照本發(fā)明的紅外線燈的加熱裝置，作為第七實(shí)施例。
第七實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈是如此構(gòu)成的，將上述第六實(shí)施例中描述的反射板308a繞紅外線燈中心線旋轉(zhuǎn)90度而設(shè)置。圖19是表明第七實(shí)施例的加熱裝置的紅外線燈與反射板308b之間的位置關(guān)系的透視圖。然而，在圖19中，未示出紅外線燈的中心部分。此外，由于這里使用的紅外線燈是第三實(shí)施例中描述的紅外線燈，對其說明省略。
正如圖19所示，反射面，即反射板308b的內(nèi)表面設(shè)置成與加熱元件302的較窄側(cè)面部分302b相對。
通過按照如上所述設(shè)置反射板308b，紅外線的輻射強(qiáng)度的定向分布基本上等于上述圖17(a)部分中所示的第五實(shí)施例的分布。換句話說，利用第三實(shí)施例的紅外線燈能夠獲得類似于第五實(shí)施例的輻射強(qiáng)度的定向分布。因此第七實(shí)施例的加熱裝置適合于例如對與加熱元件302平行放置以及與反射板308b相對放置的整個平表面作基本均勻加熱的用途。
此外，圖10所示第三實(shí)施例的紅外線燈具有圖11所示的輻射強(qiáng)度定向性。為此，在第七實(shí)施例的加熱裝置中，在反射板308b的反射率由于隨時間著色劑的粘著等變化而相當(dāng)大地降低的情況中，對輻射強(qiáng)度定向分布的影響小于例如采用圖22中所示傳統(tǒng)紅外線燈時的情況中的影響。
在本發(fā)明的紅外線燈中，從加熱元件輻射的紅外線的強(qiáng)度具有下述的定向性。換句話說，紅外線的輻射強(qiáng)度在加熱元件的厚度方向上變?yōu)樽畲笾担诩訜嵩膶挾确较虻膹?qiáng)度具有較小值，該值與最大值相比基本上可忽略不計(jì)。對于適合具有這種定向性的紅外線燈的這種用途，不需要使用傳統(tǒng)反射板，由此能夠燈的結(jié)構(gòu)簡單。具有這種結(jié)構(gòu)的紅外線燈不會使反射板的反射率降低，由此防止效率降低。
另外，在本發(fā)明的紅外線燈具有反射膜的情況中，從加熱元件輻射的紅外線的輻射強(qiáng)度分布曲線可以被調(diào)節(jié)到具有預(yù)定形狀。結(jié)果，能夠限制在不需要的方向發(fā)射的紅外線的強(qiáng)度，由此本發(fā)明的紅外線燈呈現(xiàn)良好的輻射效率。此外，與反射板不同，反射膜的反射面不會被外部膠粘體或類似物染色。再有，在反射膜或類似物的形狀上隨時間的變化沒有反射板的那么明顯。結(jié)果，反射膜能夠比反射板更長時間地維持高反射率。因此本發(fā)明的紅外線燈可長時間維持其良好特性。
在本發(fā)明的紅外線燈中，通過在加熱元件的需要的位置上提供反射膜，被反射膜反射和從反射膜輻射的紅外線的強(qiáng)度在指定方向上可以被增強(qiáng)，高輻射強(qiáng)度的范圍可以變窄。結(jié)果，具有這種反射膜的本發(fā)明的紅外線燈變?yōu)檫m合于對在與反射膜相對的方向上的區(qū)域進(jìn)行局部加熱的裝置，例如適合于復(fù)印機(jī)中的固定和類似情況。
另外，在本發(fā)明的紅外線燈中，通過在加熱元件需要的另一位置上提供反射膜，可以使被反射膜反射和從反射膜輻射的紅外線的強(qiáng)度基本上相同，由此可以使輻射強(qiáng)度的范圍更寬。結(jié)果，具有這種反射膜的本發(fā)明的紅外線燈變?yōu)檫m合于對與加熱元件平行放置以及與反射膜相對放置的物體的整個平表面進(jìn)行均勻加熱的裝置，例如適合于烘爐。
在生產(chǎn)本發(fā)明的紅外線燈的方法中，反射膜是利用玻璃管的形狀形成。這便于半圓柱體反射膜的形成。
在本發(fā)明的加熱裝置中，本發(fā)明的紅外線燈具有與傳統(tǒng)紅外線燈相似的形狀，為此，傳統(tǒng)加熱裝置的紅外線燈可以被本發(fā)明的紅外線燈所替代。結(jié)果，通過給傳統(tǒng)加熱裝置提供在紅外線輻射強(qiáng)度上具有定向性的紅外線燈，能夠獲得具有良好特性的加熱裝置。此加熱裝置可用于加熱物體或房間。
在本發(fā)明的加熱裝置中，通過安裝半圓柱形反射板替代反射膜，能夠?qū)⒓t外線的輻射強(qiáng)度的定向曲線調(diào)節(jié)為具有預(yù)定形狀。采用本發(fā)明的加熱裝置的紅外線燈的這種結(jié)構(gòu)，能夠限制在不需要的方向上輻射的紅外線的強(qiáng)度。另外，即使反射板的反射率降低，紅外線燈的反射率不會象在傳統(tǒng)裝置的情況那樣受影響，因?yàn)榧t外線燈具有定向性。為此，按照本發(fā)明的加熱裝置的加熱效率要勝于傳統(tǒng)裝置的加熱效率。
在按照本發(fā)明的加熱裝置中，通過在加熱元件的需要的位置上提供反射膜，被反射膜反射和從反射膜輻射的紅外線的強(qiáng)度在指定方向上可以被增強(qiáng)，高輻射強(qiáng)度的范圍可以變窄。結(jié)果，具有這種反射膜的本發(fā)明的加熱裝置變?yōu)檫m合于對與反射膜相對的方向上的區(qū)域進(jìn)行局部加熱的裝置。
另外，在本發(fā)明的加熱裝置中，通過在加熱元件需要的另一位置上提供反射膜，可以使被反射膜反射和從反射膜輻射的紅外線的強(qiáng)度基本上相同，由此可以使輻射強(qiáng)度的范圍更寬。結(jié)果，具有這種反射膜的本發(fā)明的加熱裝置變?yōu)檫m合于對與加熱元件平行放置以及與反射膜相對放置的物體的整個平表面進(jìn)行均勻加熱的裝置。
盡管從目前較佳的實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，這種揭示并不能詮釋為限制，而是在閱讀了以上揭示內(nèi)容后，各種改進(jìn)和變化對于本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員而言無疑是顯然的，于是，希望所附權(quán)利要求書被詮釋為覆蓋落在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有各種改進(jìn)和變化。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明涉及對物體、房間等進(jìn)行加熱的裝置，通過利用廣泛用作熱源的紅外線燈能夠提供高效率地輻射紅外線并具有長壽命的加熱裝置，還能夠提供根據(jù)待加熱的物體可選擇紅外線輻射的方向性的通用裝置。
權(quán)利要求
1.一種紅外線燈，其特征在于包括至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件，在其兩端附近有凹陷部分，具有良好傳導(dǎo)性的熱輻射塊，所述加熱元件的兩端端部被插入其中并與其粘接，在所述加熱元件的粘接面上形成并燒結(jié)的粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)，所述加熱元件在所述加熱元件的包括凹陷部分的兩端端部附近的區(qū)域處被粘接到所述熱輻射塊，所述加熱元件、所述粘接劑的所述燒結(jié)物質(zhì)和所述熱輻射塊與惰性氣體一起被密封在其中的玻璃管，以及與所述熱輻射塊電連接的引線，其端部被引導(dǎo)到所述玻璃管之外。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外線燈，其中，在被粘接于所述加熱元件的所述熱輻射塊的表面上形成一個槽。
3.一種紅外線燈，其特征在于包括至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件，在其兩端附近有凹陷部分，具有良好傳導(dǎo)性的每個塊被分成兩個部分的多個熱輻射塊，所述加熱元件的兩端端部被夾在其間，在所述加熱元件的粘接面上形成并燒結(jié)的粘接劑的燒結(jié)物質(zhì)，所述加熱元件在所述加熱元件的包括凹陷部分的兩端端部附近的區(qū)域處被粘接到所述熱輻射塊，所述加熱元件、所述粘接劑的所述燒結(jié)物質(zhì)和所述熱輻射塊與惰性氣體一起被密封在其中的玻璃管，以及與所述熱輻射塊電連接的引線，其端部被引出到所述玻璃管之外。
4.如權(quán)利要求3所述的紅外線燈，其中，在至少一個所述熱輻射塊上形成凸起部分，從而配合到所述加熱元件的所述凹陷部分中。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的紅外線燈，其中，所述熱輻射塊是由碳基燒結(jié)物質(zhì)形成的。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的紅外線燈，其中，所述粘接劑是由液體碳基物質(zhì)形成的，在被加熱時后者變?yōu)樘蓟鶡Y(jié)物質(zhì)。
7.一種生產(chǎn)紅外線燈的方法，其特征在于包括在至少一個基本上為板狀的由碳基物質(zhì)形成的加熱元件的兩端附近形成凹陷部分的步驟，將由碳基有機(jī)物質(zhì)形成的液體粘接劑施加于所述加熱元件的包括凹陷部分的兩端附近的區(qū)域上的步驟，利用所述粘接劑將所述加熱元件的兩端部分插入并粘接到所述具有良好電導(dǎo)性的熱輻射塊的端部的步驟，使彼此粘接的所述熱輻射塊和所述加熱元件干燥和焙燒的步驟，使所述加熱元件和所述熱輻射塊與惰性氣體一起密封在所述玻璃管內(nèi)，并將電連接到所述熱輻射塊的引線的端部引出到所述玻璃管之外的步驟。
8.一種紅外線燈，其特征在于包括一個基本上為板狀的加熱元件，其寬度比其厚度大5倍或更高倍，所述加熱元件被密封其中的玻璃管，嵌入在所述玻璃管的兩端部分處的兩個電極，分別與所述加熱元件的兩端電連接且還與外部電路電連接。
9.如權(quán)利要求8所述的紅外線燈，進(jìn)一步包括被分別固定于所述加熱元件的兩端部分并與所述加熱元件電連接的兩個連接裝置，以及被固定于所述連接裝置和所述電極的引線，從而以預(yù)定張力拉所述加熱元件的兩端并被用于將所述連接裝置電連接到所述電極。
10.如權(quán)利要求9所述的紅外線燈，其中，所述連接裝置具有熱輻射塊，在垂直于電流流過所述加熱元件方向的平面上其截面面積大于所述加熱元件的截面面積，以便防止所述引線被從所述加熱元件輻射的輻射熱弄過熱。
11.如權(quán)利要求8所述的紅外線燈，其中，在所述玻璃管的內(nèi)表面或外表面上設(shè)置一個反射紅外線的反射膜，從而使從所述加熱元件輻射的所述紅外線的輻射強(qiáng)度具有預(yù)定分布。
12.如權(quán)利要求11所述的紅外線燈，其中，按所述加熱元件的紅外線輻射部分長度基本相近的長度設(shè)置半圓柱形狀的所述反射膜，在其縱向方向上與所述加熱元件的中心線基本同軸。
13.如權(quán)利要求11所述的紅外線燈，其中，所述反射膜的截面具有由一部分拋物線形成的形狀，其焦點(diǎn)基本上在所述加熱元件在其縱向上的中心線上，長度與所述加熱元件的紅外線輻射部分的長度基本相近。
14.如權(quán)利要求11所述的紅外線燈，其中，所述反射膜的截面具有由一部分橢圓線形成的形狀，其焦點(diǎn)之一基本上在所述加熱元件在其縱向上的中心線上，長度與所述加熱元件的紅外線輻射部分的長度基本相近。
15.如權(quán)利要求12所述的紅外線燈，其中，所述反射膜的截面的中心部分是如此設(shè)置的，以便與所述加熱元件的較寬一側(cè)部分相對。
16.如權(quán)利要求12所述的紅外線燈，其中，所述反射膜的截面的中心部分是如此設(shè)置的，以便與所述加熱元件的較窄一側(cè)部分相對。
17.一種設(shè)置有紅外線燈的加熱裝置，其特征在于包括一個基本上為板狀的加熱元件，其寬度比其厚度大5倍或更高倍，所述加熱元件被密封其中的玻璃管，嵌入在所述玻璃管的兩端部分處的兩個電極，分別與所述加熱元件的兩端電連接且還與外部電路電連接。
18.如權(quán)利要求17所述的加熱裝置，所述紅外線燈進(jìn)一步包括被分別固定于所述加熱元件的兩端部分并與所述加熱元件電連接的兩個連接裝置，以及被固定于所述連接裝置和所述電極的引線，從而以預(yù)定張力拉所述加熱元件的兩端并被用于將所述連接裝置電連接到所述電極。
19.如權(quán)利要求17或18所述的加熱裝置，進(jìn)一步包括用于反射紅外線的反射板，從而使從所述加熱元件輻射的所述紅外線的強(qiáng)度具有預(yù)定方向分布。
20.如權(quán)利要求18所述的加熱裝置，其中，所述反射板具有半圓柱形的形狀，與所述紅外線燈的中心軸基本上同軸。
21.如權(quán)利要求18所述的加熱裝置，其中，所述反射板的截面具有由一部分拋物線形成的形狀，其焦點(diǎn)基本上在所述紅外線燈的中心軸上。
22.如權(quán)利要求18所述的加熱裝置，其中，所述反射板的截面具有由一部分橢圓線形成的形狀，其焦點(diǎn)之一基本上在所述紅外線燈的中心軸上。
23.如權(quán)利要求19所述的加熱裝置，其中，所述反射板的截面的中心部分是如此設(shè)置的，以便與所述加熱元件的較寬一側(cè)部分相對。
24.如權(quán)利要求19所述的加熱裝置，其中，所述反射板的截面的中心部分是如此設(shè)置的，以便與所述加熱元件的較窄一側(cè)部分相對。
25.一種生產(chǎn)紅外線燈的方法，包括通過將玻璃形成基本上為圓柱形狀的玻璃管的步驟，將其寬度比其厚度大5倍或更大倍數(shù)的基本為板狀的加熱元件密封在所述玻璃管內(nèi)，從而使所述加熱元件在其縱向上中心線與所述玻璃管的中心軸同軸的步驟，在所述玻璃管圓柱形外表面上，形成基本上半圓柱形狀的反射紅外線的反射膜，從而基本上包括所述加熱元件在其軸向上配置范圍內(nèi)的步驟。
26.一種生產(chǎn)紅外線燈的方法，包括通過將玻璃形成基本上為圓柱形狀而形成玻璃管的步驟，在所述玻璃管圓柱形外表面或內(nèi)表面上，形成預(yù)定的基本上半圓柱形狀的反射紅外線的反射膜的步驟，設(shè)置一個其寬度比其厚度大5倍或更大倍數(shù)的基本為板狀的加熱元件，從而使被包含在設(shè)置所述反射膜的軸向范圍內(nèi)以及將所述加熱元件密封在所述玻璃管內(nèi)的步驟。
全文摘要
通過在紅外線燈泡的玻璃管上形成反射膜的具有所需輻射功率分布的紅外線燈泡,利用該紅外線燈泡的加熱裝置,以及紅外線燈泡的生產(chǎn)方法?；炯t外線燈泡是通過在固體板狀加熱元件的相對兩端處形成槽,后者由碳基物質(zhì)組成,通過將碳基物質(zhì)的粘接劑施加到包括槽的區(qū)域上,以及將加熱元件的端部插入到在高傳導(dǎo)輻射塊端部中形成的縫隙中,并將元件保持在其中而構(gòu)成的。
文檔編號H05B3/00GK1339239SQ00803284
公開日2002年3月6日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月30日
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