CN1356717A - 红外线灯泡及其制造方法以及使用它的加热取暖装置 - Google Patents

Abstract

将碳素物质形成的材料进行混合、挤压成形并在干燥的惰性气体中烧结后所获得的发热体材料在真空中通过实施再次热处理,调节成作为电阻温度特性所必要的值并且作为红外线灯泡的发热体。发热体是由碳素物质形成的棒状或者板状,在其两端部上直接或者通过石墨块将内部导线以紧密的嵌合卷绕并在该内部导线的当中形成弹簧部分。将该发热体放置到封入惰性气体的石英玻璃管中。

Description

红外线灯泡及其制造方法以及使用它的加热取暖装置

技术领域

本发明涉及使用于加热以及取暖等的设备中的红外线灯泡，特别地涉及作为长发热体采用了包含碳素物质的烧结体的红外线灯泡及其制造方法以及采用它的加热或取暖装置。

本发明的采用红外线灯泡的加热或者取暖装置是指取暖设备(例如，暖炉、暖气、空调、红外线治疗设备等)、干燥设备(例如，衣物干燥、被褥干燥、食品干燥、生垃圾处理机、加热型消臭器等)、烹调设备(烤箱、微波炉、烤箱面包机、烤面包机、烧烤机、保温器、烤鸡设备、烤箱、冰冻解冻用等)、美容设备(例如，吹风机、烫发用加热器等)、在薄层上固定文字及图像等的设备(例如，LBP、PPC、传真等将色料作为媒体进行显示的设备以及利用热量从胶片原本向被转写体进行热转写的设备等)等的利用热源加热被加热物或者进行取暖的装置。

作为以往的红外线灯泡的发热体，主要采用钨丝以及镍铬丝。由于钨丝在空气中会发生氧化，所以制成将它们封入石英玻璃管等并在内部封入惰性气体的灯管型发热体。作为镍铬丝的发热体，为了保护线圈状的镍铬丝，将其插入不透明的石英玻璃管等，也将其制成能在空气中使用的类型。然而，由于钨丝在点灯时的电阻值大于非点灯时的电阻值，有时点灯时较大的冲击电流会给周围设备带来损害。又，对于镍铬丝存在上升速度慢的问题。为了解决这些问题而开发了碳素物质的发热体。

例如，在特开平10-859526号公报中，揭示了包含碳素与金属或者半金属化合物(金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属硅化物、金属氧化物、半金属氮化物、半金属碳化物)的碳素物质烧结体的发热体。若根据该实施例，在氯化氯乙烯树脂以及呋喃树脂的混合树脂中添加天然石墨微粉末与氮化硼以及增塑剂，通过挤压搅拌器进行分散。此后，用两条滚子进行搅拌混合并且通过制粒机(pelletizer)制成颗粒。将颗粒通过螺旋型挤压设备挤压成棒状，干燥之后在氮气中进行烧成。由于碳元素的放射率接近黑体，使得碳素物质的烧结体的发热体为理想的辐射光用发热体。作为以往的碳素发热体，已知有爱迪生发明的使用纯碳素材料的发热体。然而，由于碳素固有电阻小而很难获得高电阻的发热体。在上述以往技术中，在碳素中混合金属或半金属化合物并且采用烧结后的材料。由此，获得固有电阻值为纯碳素的数倍到数十倍的材料。将这样的碳素物质的烧结体作为发热体的红外线灯泡如特开平11-54092号公报所示。参照图13的部分剖视图对于其构造进行说明。

在图13中，在由碳素物质形成的电阻发热体1的一端上紧密安装有钨丝制的内部导线31其端部的线圈状部分32。在内部导线31的当中形成另外的一个线圈状部分33。所述内部导线31的另一端与钼箔6一端焊接。在钼箔6的另一端上通过焊接与外部导线7接合。在线圈状部分32的外周上安装固定铁、镍合金形成的金属套管34。

在上述特开平10-859526号公报中并没有相关于由碳素物质与金属或半金属化合物的混合物以烧结法生成的发热体的温度上升与电阻值的记载，其电阻温度特性不明确。使用于上述特开平11-54092号公报所揭示的红外线灯泡中的发热体具有在温度上升的同时电阻值下降的负阻抗温度特性。因此，具有在点灯时不会流过冲击电流的特性。

然而，并没有揭示电阻温度特性值的具体示例。发热体的阻抗温度特性在制造加热器时是非常重要的因素。即，当阻抗温度特性的值不稳定的情况下，对于每一批的制造必须要确认其特性值并根据该特性值改变发热体的剖面面积或者发热长度。当必须上述作业时，不能够大批量生产红外线灯泡。即使能够制造阻抗温度特性值稳定的加热器时，其绝对值也很重要。即，相对于未点灯时的电阻，当点灯时电阻较小时不流过冲击电流。然而，由于随着发热体温度的上升电阻减小，则能够想象到会成为电流会不断增加、温度进一步上升这样的危险状态。即，当发热体使用时发生劣化的情况下，会发生电阻值进一步变成负值的危险性。又，相反，当点灯时电阻高时，虽然在其值较小时不存在问题，而当其值变大时，会流过冲击电流，产生与使用钨丝的以往灯泡相同的问题。

图14是其他以往技术的红外线灯泡的剖视图。

在图14中，将从钨丝卷成的发热体120两端抽出的内部导线104焊接在作为各自的中间端板的金属箔105上而制作成发热体组件体120a。将该发热体组件体120a插入石英玻璃管101且熔融石英玻璃管101两端部分并以在内部封入惰性气体的状态利用金属箔105部分进行密封而制成红外线灯泡。

以卷线形成的发热体120具有在卷线的轴上垂直方向上均匀的辐射强度分布。因此，将发热体120使用于向一方向上输出辐射热的加热装置中时需要反射板等。而且，以卷线形成的发热体120在卷线内部为空心并且在卷线间存在间隙，故会向该空间释放热量而消耗部分能量。

为了解决上述问题，如特开平1154092号公报中揭示了一种替代以往卷线的发热体120而采用将包含形成为棒状的碳素物质的烧结体作为发热体使用的其他以往示例的红外线灯泡。

对于特开平11-54092号公报中所揭示的红外线灯泡，由于采用碳素物质的发热体，红外线放射率较高为78～84％。即，作为发热体通过采用包含碳素物质的烧结体而使得红外线放射率升高。又，由于发热体为棒状，不会像以往的卷线发热体那样向空间释放出多余的能量。再者，当使得发热体为板状时，能够使得在热辐射强度的分布上具有方向性。

对于特开平11-54092号公报所揭示的红外线灯泡，存在下述问题。

即，当使得发热体为较长时，在加热时因自重有时会下垂。又，当发热体的长度超过一定尺寸时，有时成形时的加压会变得不均匀、烧结时会产生弯曲。因此，在制造时成品会率下降、成本升高。故存在很难形成长发热体的问题。

又，存在很难改变发热体的热分布的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热时发热体不会下垂并且提高了制造时的成品率的低成本的长发热体以及采用该发热体的红外线灯泡及其制造方法。

又，本发明的另一目的在于提供一种能够改变热分布并且使用方便的红外线灯泡及其制造方法。

本发明的再一目的在于提供一种使用了具有本发明的长发热体的红外线灯泡的高加热效率的加热或者取暖装置。

本发明的红外线灯泡具备将具有成形性(compactibility)且在烧成后实际显示不为零的碳回收率(carbon yield)的碳素组成物与金属或者半金属化合物中的至少一种混合并烧成所获得的发热体。将非点灯时常温下与点灯时高温下的碳素发热体电阻率的变化率设定为相对于常温的电阻率为-20％～+20％以内。在该碳素发热体的两端部分别电性连接导线的同时将所述碳素发热体封入在内部而使得所述导线的端部向其外导出的石英玻璃管。在该石英玻璃管的内部封入惰性气体。

由此，常温时与点灯时的碳素发热体的电阻率的变化率几乎为零。采用了该碳素发热体的红外线灯泡在点灯时没有流过冲击电流并且在发热体即将结束寿命时不会产生电阻值的变化。因此，能够提供一种发热温度没有变化且在发热体即将断丝的寿命末期也能够保证安全的红外线灯泡。

本发明的红外线灯泡具有通过连接端子将由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体串联连接成的一条长发热体。在一条长发热体的两端上连接一对电极端子。在所述各个电极端子上将各自的一端电性连接同时将各自的另一端通过内部导线与各自的中间端板的一端连接而构成发热体组件。

根据这样构造的红外线灯泡，采用烧结制造容易、低成本的短发热体能够容易地制造将包含碳素物质的烧结体作为发热体的红外线灯泡。结果，能够提供一种具有包含碳素物质的烧结体的发热体特有的高红外线放射率并且不会产生如线圈状发热体那样向内部空间放热消耗多余能量的红外线灯泡。

本发明另一方面的红外线灯泡具有在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的各两端部上连接了电极端子发热体组体。发热体组体通过连接端子连接至少一方的所述电极端子相互之间且将所述多个发热体形成一条长发热体并通过内部导线将所述长发热体两端的电极端子各自与中间端板连接。

根据这样的构造，采用烧结制造容易、低成本的短发热体能够容易地制造具有包含长碳素物质的烧结体的红外线灯泡。又，通过以电极端子与连接端子连接发热体，发热体组装时的发热体的管理以及处理变得容易。结果，能够以更低成本制造一种具有包含碳素物质的烧结体的发热体所特有的高红外线放射率且不会产生如线圈状发热体那样向内部空间放热消耗多余能量的红外线灯泡。

最好，在耐热透光玻璃管(作为一示例，最好石英玻璃管)内插入上述任一种构造的发热体组体，所述中间端板在所述耐热透光玻璃管的封口部分被封口，在其另一端上连接向所述耐热透光石英管外导出的外部导线。由此，能够实现一种具有通过连接端子部分能够缓和外部冲击对发热体的振动并且同时在高温下不会发生发热体下垂以及氧化等的长发热体的红外线灯泡。

本发明另一方面的红外线灯泡为上述任一种构造的红外线灯泡并且所述发热体组件由发热量相互不同的多个发热体形成。

根据该构造，能够实现使改变红外线灯泡轴方向的热分布(光的分配分布)的红外线灯泡。

本发明另一方面的红外线灯泡为上述任意一种构造的红外线灯泡并且所述发热体的剖面形状为长方形。发热体的特征在于为长方形的厚度与宽度比为1∶5以上的板状发热体，多个所述板状发热体的至少之一的剖面的长方形的长边方向与其他板状发热体的不同。

根据这样的构造，能够改变红外线灯泡的轴方向上的最大热辐射方向并且也能够改变一个方向的热分布。

本发明的红外线灯泡的制造方法包括：在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的至少一端上连接连接端子的工序；将连接了所述连接端子的发热体与其他发热体通过连接端子连接并且形成1条长发热体的工序；在所述长发热体的两端上连接1对电极端子的工序；在各个所述电极端子上电性连接在另一端上连接了中间端板的内部导线的一端的工序；在各个所述中间端板上连接外部导线并且形成发热体组件的工序；将所述发热体组件插入耐热透光玻璃管(作为一示例最好是石英玻璃管)内并且在所述耐热透光玻璃管内填充惰性气体，将所述耐热透光玻璃管的两端部熔融并且在所述发热体组件的中间端板部分进行封口的工序。

根据该制造方法，采用烧结制造容易、低成本的短发热体能够容易地制造具有包含碳素物质的烧结体的长红外线灯泡。结果，能够以低成本制造将包含碳素物质的烧结体作为发热体的具有高红外线放射率并且不会产生向内部空间放热而消耗多余能量的高效率的长红外线灯泡。

本发明的另一方面的红外线灯泡的制造方法包括：在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的两端上连接电极端子的工序；将连接了所述电极端子的发热体与其他发热体通过所述电极端子进行连接并且形成1条长发热体的工序；在所述长发热体两端的所述电极端子上电性连接在另一端连接了中间端板的内部导线的一端的工序；在各个所述中间端板上连接外部导线并且形成发热体组件的工序；将所述发热体组件插入耐热透光玻璃管内并且在所述耐热透光玻璃管内填充惰性气体，将所述耐热透光玻璃管的两端部熔融并且在所述发热体组件的中间端板部分进行封口的工序。

根据制造方法，预先制作在两端连接了电极端子的低成本的短发热体并且通过连接端子连接所述短发热体而形成长发热体。结果，能够以更低成本制造将包含碳素物质的烧结体作为发热体并且具有高红外线放射率同时不会像线圈状发热体那样消耗向内部空间释放的多余能量的较长的红外线灯泡。

采用本发明的红外线灯泡的加热或者取暖设备具有与所述红外线灯泡的轴方向平行配置的被加热物或者被取暖物。

根据这样的构造，由于将被加热物或者被取暖物与由包含红外线放射率高的碳素物质的烧结体形成的长发热体的长方向平行地进行配置，能够高效地对被加热物或被取暖物进行加热或取暖。结果能有效地用于输送器式的业务用加热装置。

对于本发明的红外线灯泡，将具有成形性且在烧成后实际显示不为零的碳回收率的碳素组成物与金属或者半金属化合物中的一种或二种以上混合并烧成获得碳素发热体。对于该碳素发热体，将非点灯时常温下与点灯时高温下的发热体电阻率的变化率设定相对于常温的电阻率为-20％～+20％以内。与所述碳素发热体的两端部分别电性连接导线的同时，将所述碳素发热体封入在石英玻璃管内部并且使得该导线的端部向石英玻璃管的外部导出，并且在该石英玻璃管内部封入惰性气体而构成红外线灯泡。

采用该碳素发热体的红外线灯泡由于在常温时与点灯时的碳素发热体的电阻率的变化率几乎为零，所以在点灯时没有流过冲击电流。又，在发热体的寿命末期，电阻值不会发生变化，即使在发热体快断丝之前温度也不会大幅度变化。因此，在发热体断丝时不会产生危险情况，能够提供安全的红外线灯泡。

本发明的碳素发热体中的金属或者半金属化合物是从金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物、半金属氮化物、半金属氧化物、半金属碳化物。碳素发热体包含所述物质的其中的一种或二种。

含有上述一种或者二种物质并且通过改变它们的混合比例、碳素发热体的形状以及长度，能够形成具有任意固定电阻的碳素发热体。特别地，当采用碳化硅、碳化硼、氮化硼时，能够形成容易控制电阻值的碳素发热体。采用了本发明的碳素发热体的红外线灯泡能够容易地作成各种消耗电能的装置。

在采用了包含树脂的碳素发热体的红外线灯泡中，所述组成物采用通过在惰性气体中烧成而碳素化的有机材料。作为有机材料，可以是聚氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯醇、聚氯乙烯-聚乙烯乙酸盐异分子聚合体、聚酰胺等的热可塑性材料、酚醛树脂、呋喃树脂(Furan resin)、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺等的热硬化性树脂等。

采用含有这些材料的碳素物质的发热体的红外线灯泡由于发热体的表面为碳素材料，发热时的放射率与纯碳素材料几乎相等为0.87。由此，能够获得高辐射率并且能够获得最适于取暖、烹调、保温、干燥、烧成、医疗器械、煎焙的红外线灯泡。

本发明的所述组成含有黑炭、石墨以及焦炭粉中的至少一种或者二种以上的碳素粉末。采用了含有所述组成物的碳素发热体的红外线灯泡由于含有碳素粉末，与上述相同地放射率接近于黑体。又，由于该辐射热与以往的炭火相近，故在烹调时使用其时，能够烧成美味的食物。作为含有物，特别地最好是石墨。

本发明的红外线灯泡为了电性连接所述碳素发热体的所述导线与通电部分，通过固有电阻小于所述碳素发热体且大于所述导线的部件电性连接所述导线与所述通电部分，所述导线的端部插入在所述石英玻璃管内而向所述石英玻璃管外导出并且在所述石英玻璃管内封入惰性气体。本发明的红外线灯泡常温时与点灯时的电阻率的变化率为-20％～+20％，最好采用包含电阻率的变化率为-10％～+10％的碳素物质的发热体进行制造。这样，几乎不会产生冲击电流并且即使在发热体发生劣化时温度也不会上升。能够获得即使在即将断丝之前也能够保证安全的红外线灯泡。

再者，在电阻发热体与与其连接的导线之间夹有电阻较小的部件而进行连接，故该部件作为发热部分发挥作用。因此，能够抑制导线升到高温并且能够抑制该部分的劣化以及与碳素材料发生反应。由此，能够实现可靠性高的红外线灯泡。用于能够卷绕导线进行连接，该部件的形状最好为圆形。

本发明的红外线灯泡几乎没有冲击电流并且即使在寿命末期也能够保证安全。又，在发热体与导线之间通过固有电阻小并且热传导性高的部件，能够抑制使得所述导线接合部分的温度上升得较低，能够提供一种该部分可靠性高的红外线灯泡。

若使得所述部件为圆柱形，不管发热体为平板状或者圆杆状都能够将其组装到红外线灯泡中。即，在所述部件上形成槽并且插入平板进行接合，或者形成圆孔插入圆杆状发热体进行接合。内部导线以与所述圆柱状部件的紧密嵌合进行卷绕。根据这样的构造，能够实现连接部分可靠性高并且采用了要求形状的发热体的红外线灯泡。

对于本发明另一方面的红外线灯泡，所述部件由固有电阻比碳素发热体小而比导线大的碳素物质形成。所述部件由碳素物质、最好由石墨材料形成。因此，由于电传导性接近于金属而热传导性也大，导线的连接部分的可靠性高。由于热传导性佳，因此作为散热部件进行工作能够抑制导线部分的温度上升，能够获得寿命长的红外线灯泡。

在本发明另一方面的红外线灯泡中，所述导线可以由钨丝、钼丝或者不锈钢丝形成。与所述碳素发热体或者碳素部件连接的导线由于钨丝、钼丝或者不锈钢丝等的熔点高并且刚性大的材料制成，随能够长时间维持以紧密嵌合而卷绕的状态。又，不锈钢丝与钨丝或者钼丝相比，高温时弹簧弹性劣化小。因此，适于导线卷绕部分的温度升高的大功率红外线灯泡。

本发明另一方面的红外线灯泡在与所述碳素发热体连接的导线的一端或者两端的中间部分上设置大致接近所述石英玻璃管内径的弹簧部分而向所述碳素发热体施加张力。由于所述弹簧部分的直径接近石英玻璃管的内径，因此，能够将发热体保持于石英玻璃管的中心部分。又，由于弹簧部分向发热体施加张力，具有能够防止点灯时发热体因热膨胀而伸长弯曲的功能。通常由于张力作用于发热体，故能够实现耐振动以及冲击的红外线灯泡。

对于本发明另一方面的红外线灯泡，在所述石英玻璃管的内部封入氩气、或者氮气、或者氩气与氮气的混合气体。

由于在密封的石英玻璃管内封入氩气或者氮气或者它们的混合气体，很难发生电弧放电，碳素物质形成的发热体不会发生氧化，能够实现长寿命的红外线灯泡。最好，使得密封的气体的内压为小于大气压。即，最好调整的后封入气体气压而使得即使点灯时石英玻璃管内部为高温的情况下，内压也稍小于大气压。

若根据具有本发明构造的红外线灯泡，能够选择起动时发热体电阻变化率非常小的灯泡。又，对于使用于发热体中的烧结体的剖面构造，由于表面层包含比内部更多的碳素成分，作为所述合成放射光的成分，由碳素释放出的放射光增多。

结果，与以往的在表面层露出无机填充物的发热体相比较，能够更接近于黑体的放射率，几乎与碳素的放射率相等。

又，本发明的红外线灯泡由于波峰波长2～3μm部分的红外线放射强度增大而提高了热效率。又，由于水以及有机物质的吸收波长为2～3μm，相对于有机物质以及水分含有物质的吸收进一步增大，能够以较少的能量对于有机物质以及水分含有物质进行加温。特别地，本发明的红外线灯泡对于各种食品、人体的皮肤、涂料等的有机物质、水的干燥等能够显示良好效果。

本发明的取暖装置是将一个以上的上述构造的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者上述部位的多处。

该取暖装置由于安装有波长接近有机物质以及水的吸收波长的高红外线放射率的红外线灯泡，当使用于以辐射热量进行取暖的暖炉、桑拿、暖气、足暖装置、浴室以及更衣处用取暖·干燥装置等的对人体取暖的装置中时，能够很快地升高皮肤的温度。

当然，与以往的封入镍铬丝加热器钨丝加热器以及コルツ加热器相比，效果显著提高。

本发明的干燥装置是将一个以上的上述构造的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者上述部位的多处。

该干燥装置由于安装有波长接近有机物质以及水的吸收波长的高红外线放射率的红外线灯泡，对于水的加温非常适合。结果，对于照片底片漂洗后的干燥、衣物的干燥、食物器皿的干燥、被褥的干燥、含有有机溶剂的涂料的干燥、印刷了印刷物的干燥、洗净后的印刷基板的干燥等的装置具有非常良好的效果。

本发明的加热装置是将一个以上的上述构造的红外线底片安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者这些部位多处。

该加热装置由于安装波长接近有机物质以及水的吸收波长的高红外线放射率的红外线灯泡，适合于包含较多有机物质以及水分的物质的加热装置。

例如，若使用于饮料的加热、观赏鱼用水槽的加热、冰箱除霜装置、温水器的加热以及垃圾处理装置的加热装置、以有机无的熔融在纸上印字的LBP、PPC、PPF等的复写机的色料定影用的加热装置、或者食品的加热装置等，比以其他热源进行加热能够更快速地进行加热，故能够节省能源。

又，根据在食品例如烤鸡装置等采用本发明的红外线灯泡的试验结果，可以证实采用这样的装置不会使得表面过分烧焦而能够加热到内部并且能够保留食物美味地进行加热。

本发明的保温装置是将一个以上的上述构造的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者上述部位的多处。

该保温装置由于安装由波长接近于有机物以及水的高红外线放射率的红外线灯泡，故保温效果良好，能够适用于食品的保温。例如，适用于餐车(使用在医院等的以对于分配的食物保温的状态进行运送的餐车)、肉包·香肠·烤鸡以及烤章鱼等的保温。对于使用于烤鸡保温装置等的验证结果，比以往采用由包含碳素物质的烧结体形成的发热体的红外线灯泡节省约5％的能量。

又，当与以往的镍铬丝加热器、コルツ灯以及卤素灯相比较，则证实节省约30％的能量。而且，快速加热的性能良好，约5秒就能达到全功率。然而，对于以往的铠装线加热器、镍铬丝加热器等，要到达全功率状态需要1～5分钟，所以在节省能量方面效果良好。能够确认不仅对于保温装置有上述效果，而且对于其他干燥装置以及加热装置等的所有装置都具有上述效果。这是由于各装置的被处理物质是含有水以及有机物质的物质。

本发明的烹调装置是将一个以上的上述构造的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者这些部位的多处。

该烹调装置由于安装有波长接近有机物质以及水的吸收波长的高红外线放射率的红外线灯泡，所以适合于食品的加热处理。例如，若使用于食品加热用附有加热器的微波炉、烤鱼用烧烤机、面包机、加温食品的保温器、烤鸡装置、或者业务用汉堡包烧制装置等、各种家用或业务用食品的加热烹调装置中，能够比以往的采用其他热源的装置大大地节省能量。

又，如上所述，由于红外线一直渗透到食品的内部，故能使表面无烤焦地进行烹调，又，发热体的表面几乎为碳素，故其辐射率大致与碳素的相等，为0.85，因而显得其味道与用煤炭火烹调的相近。

本发明的医疗用装置是将一个以上的上述构造的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面层或者上述部位的多处。

该医疗用装置由于安装有波长接近于作为有机物质的人体皮肤的吸收波长而且红外线放射率高的红外线灯泡，所以加温效果好，适用于医疗用的加温装置。

作为具体实施例，当适用于红外线治疗设备时，热量较大，通过温度记录仪可以证实其效果良好。

附图简述

图1是本发明第2实施例的采用圆杆状碳素发热体的红外线灯泡的剖视图。

图2是本发明第3实施例的采用板状碳素发热体的红外线灯泡的剖视图。

图3是图2的红外线灯泡中的碳素发热体端部的连接构造的立体图。

图4是本发明第4实施例采用板状碳素发热体的红外线灯泡的剖视图。

图5是本发明第5实施例的红外线灯泡的剖视图。

图6是本发明第5实施例的另一红外线灯泡的剖视图。

图7是本发明第6实施例的红外线灯泡的剖视图。

图8(a)是本发明第7实施例的红外线灯泡的剖视图。

图8(b)是表示第7实施例的红外线灯泡的长方向的温度分布的曲线图。

图9(a)是本发明第8实施例的红外线灯泡的剖视图。

图9(b)是表示第8实施例的红外线灯泡的长方向上的温度分布的曲线图。

图10是表示本发明第8实施例的红外线灯泡的端部构造的立体图。

图11(a)表示在第8实施例的板状发热体长方向上垂直方向的温度分布。

图11(b)是红外线灯泡的剖视图。

图12(a)是采用本发明第9实施例的红外线灯泡的加热装置的主要部分的立体图。

图12(b)所述加热装置的剖视图。

图13是以往的红外线灯泡的部分剖视图。

图14是表示以往的红外线灯泡的构造的剖视图。

具体实施形态

参照附图对于本发明的红外线灯泡及其制造方法以及采用该红外线灯泡的加热或取暖装置的最佳实施例进行说明。

以下所示的各实施例的材料、尺寸、制造方法以及加热装置仅不过作为本发明的实施形态分别表示了较好的一例而已。因此，并不能够用这些实施例对于本发明的范围进行限定。

以下，参照图1～图12B对于本发明的各实施例进行说明。《第1实施例》

以下，对于使用于本发明实施例的红外线灯泡中的由碳素物质形成的电阻发热体进行说明。

由碳素物质的烧结体形成的电阻发热体而构成的碳素发热体如下述这样进行制作。首先，混合氯化氯乙烯树脂(chlorinated vinyl chloride resin)45重量份与呋喃树脂(Furan resin)15重量份作成混合物A。其次混合天线石墨微粉末(平均粒度5μm)10重量份与所述混合物A 60重量份并作成混合物B。分散、混合氮化硼(平均粒子大小2μm)30重量份、上述组成物B 70重量份、乙二烯酞酸盐单体(Diallyl phthalate monomer)(增塑剂)20重量份，作成混合物C。通过挤压成形机将混合物C形成为线状的成形材料。将该线状成形材料在1000℃的氮气环境下在烧成炉中烧成30分钟而获得使用于本实施例中的碳素发热体。对于发热体的其他示例的烧成条件，也可以在惰性气体的环境下或者在真空中，在1000℃最好到2000℃左右进行加热升温。升温速度在常温～500℃为3～100℃/h、最好为5～50℃/h。其次，对于500～1000℃或者到2000℃时，以50～200℃/h升温，并且保持3～10小时进行烧成。

获得的碳素发热体为直径1.50mm、长度500mm的圆杆状。在1×10^-2Pa以下的真空中对于该圆杆状的碳素发热体再次进行热处理。该再次热处理的热处理温度如(表1)的左栏所示，为1500～1900℃。将这样作成的碳素发热体作成图1构造的红外线灯泡并且测定其阻抗温度特性。当对该红外线灯泡施加100V交流电压时，碳素发热体的色温度表示为1200℃。

20℃以及1200℃下的各电阻率ρ可以通过下式(1)来求得。

ρ＝RS/L                  (1)

ρ：电阻率(Ωcm)

R：电阻(Ω)

S：发热体的剖面面积(cm²)

L：发热体的长度(cm)

根据式(1)，对于以在表1所示温度下进行再次热处理的碳素发热体作成的红外线灯泡，求得20℃以及1200℃(碳素发热体的表面色温度)的电阻率，通过实验求得1200℃的电阻率值相对于20℃的电阻率值的变化率(以下，简略记作变化率)。

(表1)表示实验地求得由在多个不同热处理温度下进行再次热处理的碳素物质的烧结体形成的各阻抗发热体的温度在20℃以及1200℃时的电阻率及其变化率。

表1

热处理温度(℃)	电阻率ρ(Ω·cm)		相对于20℃下的电阻率值的变化率(％)
				20℃	1200℃
	1500	0.0198				0.0147	-25.7％
1600			0.0181	0.0143	-20.8％
	1700	0.0126				0.0111	-11.9％
1800			0.0079	0.00844	6.8％

1900

0.00609

0.00689

13.7％

如(表1)所示，当再次热处理时的热处理温度较低时，变化率为负值。即表示与20℃的电阻率相比1200℃时电阻率值较小。随着热处理温度变高，变化率向正方向变化，当热处理温度在1800℃附近时变化率为0％，在此以上的热处理温度下变化率为正值，即能够确认与20℃的电阻率相比1200℃下的电阻率较大。

根据本实验结果，可以判定相对于20℃下的电阻率值的变化率的调整可以通过在真空中调节对于碳素发热体的再次处理时的热处理温度来实现。业已判定通过进行再次热处理，在20℃与1200℃下(常温与高温时)能够作成具有相对于常温的电阻率的变化率为0％附近的阻抗温度特性的碳素发热体。采用该碳素发热体的红外线灯泡阻抗温度特性变得平缓。又，根据需要通过选择再次热处理的温度，也能够简单地作成变化率不为0％的碳素发热体，故也能够简单地制作电阻温度特性不平缓的特殊规格的红外线灯泡。

其次，对于板状的碳素发热体进行与(表1)相同的实验，改变再次热处理的温度并进行实验的结果如(表2)所示。

(表2)

热处理温度(℃)	电阻率ρ(Ω·cm)		相对于20℃下的电阻率值的变化率(％)
				20℃	1200℃
	1300	0.025				0.0184	-26.4％
1400			0.0213	0.0162	-23.9％
	1500	0.0154				0.0135	-12.3％
1600			0.0103	0.0104	0.9％
	1700	0.0059				0.0063	6.8％
1800			0.0038	0.0044	15.8％

(表2)表示在各热处理温度下对板状碳素发热体的再次热处理的相对于20℃下电阻率值的变化率的实验结果。

板状的供试验用碳素发热体是在与圆杆状相同的组成、相同的制作条件下作成。碳素发热体的烧成后的形状为宽度为6.1mm、厚度为0.5mm的板状。能够通过改变挤压成形设备的挤压部分的铸模形状来制作圆杆状、板状等的碳素发热体。

将烧结后的碳素板状发热体在1×10^-2Pa以下的真空中在1300℃～1800℃的温度范围下再次进行热处理。将该发热体组装到图2所示的红外线灯泡中，测定温度为20℃、1200℃时的电阻率，求得相对于20℃下的电阻率值的变化率(％)。结果如(表2)所示。由(表2)可知，当热处理温度小于1600℃时，变化率为负值，而在大于1600℃的温度下再次进行热处理时变为正值。随着热处理温度的升高，变化率为正值并且变大。

从(表2)中可见，将热处理温度1600℃作为边界，当处理温度变小时变化率为更负的值、当处理温度变高时变化率为更正的值。这与(表1)的走势相同。然而，可判定根据碳素发热体的形状、组成以及制造条件等变化率为零的热处理温度不同。

关键在于，对于碳素发热体当确定了组成与形状时则决定了变化率为零的再次热处理的温度。若在该温度下进行再次热处理，则能够获得变化率为零的理想的碳素发热体。若变化率接近零，则点灯时不流过冲击电流。由于在碳素发热体温度上升的过程中电阻值没有变化，所以能够提供一种使得碳素发热体的温度维持在恒定并且具有维持本身温度功能的更加安全的红外线灯泡。

在本实施例中，以使点灯时的温度为1200℃而进行了实验，已经证实即使在低于或高于该温度的情况下，本实施例的结果也能够适用。作为一般的红外线灯泡的发热体最好希望变化率为零，而根据本实施例，作为特殊规格能够仅通过改变再次热处理的温度实现电阻温度特性的负值更小以及正值更大的发热体。

能够适用于本发明的红外线电灯泡的变化率范围是-20％～+20％，最适宜范围为-10％～+10％。即，若具有-10％～+10％的范围，则能够不考虑碳素发热体的电阻温度特性来设计红外线灯泡。又，若在该范围中，则即使为负的变化率，由于室温时的电阻值与发热时的电阻值相接近，在红外线灯泡点灯时不会流过过大电流。又，对于灯实用上的性能，能够容易地制造在允许误差内的灯泡。

《第2实施例》

本发明的第2实施例涉及比所述第1实施例的碳素发热体变化率更小的碳素发热体。采用图1对于第2实施例的采用了相对于20℃下电阻率值的变化率较小的碳素发热体的红外线灯泡进行说明。

图1是第2实施例的红外线灯泡的剖视图。在该图中，如所述第1实施例的表1所示那样，在1800℃下进行再次热处理，作成由其变化率为6.8％的碳素物质的烧结体构成的直径为1.55mm的圆杆状的碳素发热体1。在该碳素发热体1的两端部分分别安装钼丝形成的内部导线4a、4b。钼丝将在其一端上形成的线圈状部分3a、3b分别与所述碳素发热体1的两端部分紧密嵌合螺纹式连接。

所述内部导线4a、4b具有具备至少一圈以上的线圈状部分的弹簧部分5a、5b。所述内部导线4a、4b的另一端分别与厚度为20μm的钼箔6a、6b的一端连接。钼箔的另一端分别通过焊接与由钼丝形成的外部导线7a、7b接合。将这样构成的组体插入透明的石英玻璃管2中，在其两端部分的所述钼箔6a、6b的部分上将所述石英玻璃管2熔融并封口。

在石英玻璃管2内，以小于大气压的压力封入惰性气体氩气8。该红外线灯泡采用相对于20℃下的电阻率值的变化率为6.8％与几乎接近0％的材料，所以在点灯时不会产生冲击电流，完全不会对于周围设备产生由于噪声带来的妨碍。

又，进行在过电压状态(在大于额定电压100V的120V、130V、150V或者200V的电压下进行点灯)下连续点灯或者断续点灯的寿命实验。结果是在碳素发热体1即将要断丝之前其电阻值并不大幅上升或减小，而是在电流值稍上升(发热温度稍上升)之后断丝。

为了进行比较，采用相对于20℃下的电阻率值的变化率为-23.9％的碳素发热体在所述条件下进行寿命实验，在即将要断丝之前电阻值大幅下降，发热温度上升到200℃以上之后而断丝。如此，在结束使用寿命而断丝之前若温度上升，则发热体会软化而下垂，则会与石英玻璃管的内壁接触。结果石英玻璃管会熔融，甚至会产生破裂的危险。这是由于所述的变化率为负值的原因。又，当变化率为正值并超过20％时，由于冲击电流已为不能够忽略的值，这是不希望产生的。

《第3实施例》

采用图1和图2对本发明第3实施例的红外线灯泡进行说明，在本实施例中，采用所述第1实施例的表2中在1600℃下进行再次热处理的、相对于20℃下的电阻率值的变化率为0.9％的碳素物质的烧结体。对于采用了将该烧结体加工成宽度w为6.1mm、厚度t为0.5mm、长度L为300mm的板状的板状发热体11的红外线灯泡进行说明。

在图2中，在板状发热体11的两端部分接合有电阻率比碳素发热体的电阻率小且大于导线的电阻率的碳素物质形成的圆柱状的部件12a、12b。其详细构造示例如图3所示。例如，在部件12a的一端上形成比板状的碳素发热体11的板厚稍宽的槽21。在该槽21中插入发热体11并通过碳素接着剂接合。

碳素接着剂采用将石墨的微小粉末混合到有机树脂中的胶状物质。将该碳素接着剂涂布在发热体11上而插入槽21中，待干燥之后在惰性气体中以1000℃以上的温度进行烧成，将有机树脂成分碳化进行接合。如图2所示，在所述部件12a、12b上紧密嵌合地卷绕由钼丝形成的内部导线14a14b其一端部上的线圈状部分13a、13b。在内部导线14a、14b上形成线圈状的弹簧部分15a、15b。

由于弹簧部分15a、15b的外径比石英玻璃管2的内径要小，因此，利用弹簧部分15a、15b可以将碳素发热体11大致固定在石英玻璃管2内部的中心位置上。内部导线14a、14b的另一端分别与20μm厚度的长方形的钼箔6a、6b的一端连接。在钼箔6a、6b的另一端上通过点焊连分别连接钼丝形成的外部导线7a、7b。

将这样构造成的组体插入透明石英玻璃管2，将内部的空气置换成氩气之后，在石英玻璃管2的两端的钼箔6a、6b的部分进行熔融密封而形成平板状。在钼箔6a、6b的部分将石英玻璃管2的两端进行熔融封口时，以对所述弹簧部分15a、15b稍施加张力的状态下进行封口。结果，碳素发热体11为通常受到张力的状态，故能够防止碳素发热体11发热时热膨胀而下垂的现象。又，即使从外部向红外线灯泡施加的振动、冲击作用到到发热体时时，由于弹簧部分15a、15b能够吸收上述振动、冲击，所以能够实现耐振动、冲击的红外线灯泡。

当向这样形成的红外线灯泡施加100V电压时，碳素发热体11的温度约在8秒之后上升到约1100℃。由于采用变化率为0.9％的板状的碳素发热体11，故冲击电流为零。又，在电压130V、150V或200V下分别在连续点灯与断续点灯的实验条件下进行使用寿命试验。在所有的试验条件下，在碳素发热体11即将结束寿命之前，电阻稍上升而放射光的色温度稍下降。

可见，采用了进行再次热处理而制作成的碳素发热体11的本实施例的红外线灯泡几乎没有冲击电流，故能够放心地使用。又，采用板状碳素发热体11的红外线灯泡由于其具有在圆柱状部件12a、12b的槽21中插入板状发热体并进行接合的构造，所以能够获得可靠性高的红外线灯泡。

由于由碳素物质最好是石墨形成部件12a、12b，故热传导性好、还具有作为散热块的功能。由此，由于释放出内部导线14a、14b的嵌合部分的热量，能够抑制其温度的上升，所以大大提高了嵌合部分的可靠性。本接合方法也能够毫无问题地适用于第1实施例的圆杆状的碳素发热体1。再者，对于低耗电的圆杆状的碳素发热体，也可以在碳素发热体上直接安装内部导线14a、14b。

《第4实施例》

参照图4的剖视图对于本发明第4实施例的红外线灯泡进行说明。在第4实施例中也与上述各实施例相同地采用实施了再次热处理的碳素发热体。

在图4中，在宽度w为6.1mm、厚度t为0.5mm的板状碳素发热体11的两端上接合与图2所示的相同的以石墨圆柱形成的部件12a、12b。在一部件12a上紧密嵌合地卷绕由钼丝构成的内部导线14a的端部上的线圈状部分13a。

在内部导线14a的中间部分上形成卷成线圈状的弹簧部分15a。在另一部件12b上紧密嵌合地卷绕由钼丝构成的内部导线25的端部的线圈状部分26。

在内部导线25上没有形成如形成在所述内部导线14a上的弹簧部分15a。将如此组成的构造物插入透明的石英玻璃管2，在其两端的钼箔部分6a、6b的部分上熔融石英玻璃管2而进行密封。在该石英玻璃管2的内部以小于大气压的压力封入氩气。

在本实施例的构造中，由于在内部导线25上没有形成弹簧部分，能够减少高价钼丝的使用量，能够降低成本。使得弹簧部分15a的外径接近所述石英玻璃管2的内径并且使得碳素发热体11位于石英玻璃管2内部的中心部分，这些功能与所述图2的构造相同。由于在稍向弹簧部分15a施加张力的状态下进行密封，故在发热体11上通常受到拉力。由此，能够防止发热体11的下垂并且能够吸收外部施加的振动以及冲击。

在上述各实施例中，对于内部导线4a、4b、14a、14b采用了钼丝，而也能够毫无问题地采用钨丝。再者，高温下弹性比钼丝以及钨丝更好的不锈钢丝对于由石墨形成的部件12a、12b的温度大于550℃时的部件是有效的。

作为内部导线，列举了采用线材料的示例，不仅限于线材料，也可以是薄板状的钨、钼、不锈钢。

又，也可以毫无问题地将透明的石英玻璃管2换成不透明的石英玻璃管而进行使用。再者，也能够使用将玻璃管2的表面通过喷砂进行磨光的石英玻璃管。

又，通过选择再次热处理的温度，由于也能够简单地作成变化率为零以外的碳素发热体，故能够容易地作成阻抗温度特性不平坦的特殊规格的红外线灯泡。

《第5实施例》

本发明第5实施例的具有多个发热体的红外线灯泡的构造如图5的剖视图所示。图5是表示具有连接至少2条发热体102a、102b的一条发热体102的红外线灯泡的剖视图。

在图5中，2条板状发热体102a、102b的各端部102c、102d紧密地嵌入由导电性材料的碳素物质形成的圆柱状的连接端子107的凹部107a并电性连接。发热体102a、102b的另一端部102e、102f分别紧密地嵌入以碳素物质形成的圆柱状的电极端子103的凹部103a中。连接端子107的凹部107a以及电极端子103的凹部103a与发热体102a、102b的连接方法实质上与图3所示的连接方法相同。在各个电极端子103的外周上紧密地卷绕内部导线104的一端上的线圈状部分104a。最好，在以钨丝形成的内部导线104上接着线圈状部分104a形成弹簧状部分104b。与该弹簧状部分104b连接的直线部分焊接在钼箔的中间端板105的一端上。在汇集端板105的另一端上焊接以钼丝形成的外部导线106并形成发热体组件109。

在石英玻璃管101内插入该发热体组件109，在内部作为惰性气体填充氩气，将石英玻璃管101的两端部分熔融并密封。也可以代替石英玻璃管101采用耐热透光玻璃管。封入石英玻璃管101内的板状发热体102a、102b分别以由石墨等的结晶化碳素、电阻值调整物质以及非晶体碳素的混合物构成的碳素物质形成。首先，混合氯化氯乙烯树脂(chlorinated vinyl chloride resin)45重量份与呋喃树脂(Furan resin)15重量份并作成混合物A。其次，混合天然石墨微粉末(natural graphite fine powder)(平均粒子大小5μm)10重量份与所述混合无A 60重量份并作成混合物B。分散、混合氮化硼(平均粒子大小2μm)30重量份、上述组成物B 70重量份、乙二烯酞酸盐单体(Diallyl phthalatemonomer)(增塑剂)20重量份并作成混合物C。通过挤压成形机将混合物C形成为线状的成形材料。将该线状成形材料在1000℃的氮气环境下在烧成炉中烧成30分钟，然后在1600℃真空烧成炉中进行再次热处理而获得使用于本实施例中的碳素发热体。该发热体的102a、102b的尺寸例如为宽度6mm、厚度0.3mm、长度500mm。

又，发热体的形状除了上述的矩形剖面的板状之外，也可以是圆柱形状以及多角形状剖面的柱状。连接端子107以及电极端子103也可以是耐热性的导电性材料。例如，可以是钨丝以及钼丝等的金属材料。连接端子107能够防止发热体102a、102b的挠曲并且能够缓和向发热体102a、102b的外部振动，并且还兼具保持石英玻璃管101与发热体102a、102b不相接触的功能。因此，设定连接端子107的外径比石英玻璃管101的内径要稍小(最好为约10％左右)而使得能够容易地插入石英玻璃管101。

图6是表示替代2条发热体102a、102b而采用1条长发热体102g的红外线灯泡的示例。在该示例中，为了使得发热体102g不与石英玻璃管101连接而将外径比内径稍小(最好约10％左右)的端子107a设置在中央部分。在端子107a的中央部分形成贯通发热体102g的孔。

又，当发热体102a、102b的发热量较少时，也可以不使用设置在以图5所示的连接端子107连接的发热体102a、102b的端部102e、102f的电极端子103。当不使用电极端子103时，将发热体102a、102b的各自的端部102e、102f直接插入内部导线104的线圈状部分104a、104b。设置在内部导线104的线圈状部分104a上的具有弹性的弹簧状部分104b能够吸收由于发热体102a102b的膨胀引起的尺寸变化。

封入石英玻璃管1内的惰性气体用于防止部件的氧化，例如可以是氮气。

对于本实施例的红外线灯泡，通过连接2条发热体102a与102b能够获得所要求长度的发热体。制造时的成品率当发热体的长度越长而越低。在本实施例中，通过连接成品率高的多条短发热体来获得要求长度的发热体。由此，能够提高发热体的制造成品率并且能够降低制造成本。可以将发热体的长度设定为制造容易且成品率最高的尺寸。为了获得要求长度的发热体，也可以连接2条以上的发热体。通过连接端子107连接多条的发热体102a，通过连接端子107能够将发热体固定在石英玻璃管内，并且能够缓和作为外因施加到发热体上的振动等，还能够使得发热体不与石英玻璃管101接触。

《第6实施例》

本发明第6实施例的红外线灯泡的构造如图7(a)的剖视图所示。图7(b)是图7(a)的发热体组件109a的中央部分的放大剖视图。在图7(a)中，对于与图5相同的部分采用相同的符号并且省略重复说明。对于本实施例的红外线灯泡，以连接部分108连接2条发热体102a、102b。在图7(a)中，发热体102a的一方的端部102e插入将电极端子103的凹部并且电性导通地连接。将发热体102a的另一方的端部102c插入中间电极(intermediate electrode)103c的凹部并且电性导通地连接。以相同的方法，使得发热体102b其端部102f与电极端子103连接、端部102d与中间电极103d连接。将中间电极103c与中间电极103d插入钨丝形成线圈状的连接部件108内并且相互连接。由此，中间电极103c、103d电性连接。使得连接部件108的外径比插入该发热体102a、102b的石英玻璃管101的内径例如小5～10％左右。电极端子103以及103以与图5所示的发热体组件109相同的方法与各自的内部导线104连接。各内部导线104通过各自的中间端板105与外部导线106连接。将这样构成的发热体组件109a插入石英玻璃管101内，封入惰性气体并将石英玻璃管101的两端部封口，由此，获得红外线灯泡。

连接部件108其线圈状部分在中间电极103c、103d的外周紧密卷绕并使得发热体102a、102b电性连接。作为连接部件108的材料，除了钨丝，也可以由包含钼、镍、不锈钢线材、碳素物质等的线材构成。再者，也可以将所述材料的板材加工成线圈状、筒状、螺纹状而构成连接部件108。可以由导电性材料例如碳素物质形成中间电极103c、103d。

通过连接部件108连接较短的2条或者2条以上的发热体102a、102b能够形成较长的发热体。连接部件108能够缓和外因施加到红外线灯泡上的振动等并且能够保持发热体102a、102b不与石英玻璃管101的内部接触。

根据本实施例的红外线灯泡，通过连接多个较短的发热体而能够构成较长的发热体。再者，由于通过连接部件108连接在两端上连接了中间电极103c、103d的发热体102a、102b，在制造时能够连接发热体102a、102b而并插入石英玻璃管101中。因此，不仅发热体的处理容易而且组装也容易，使得红外线灯泡的制造工序的管理变得简单。

《第7实施例》

图8(a)是本发明第7实施例的红外线灯泡的剖视图。图8(b)是表示图8(a)的红外线灯泡相对于长方向的距离D通过温度T来表示的热分布(光分配分布)的曲线图。第7实施例的红外线灯泡是采用通过2个连接端子107c、107c连结剖面面积以及长度不同的2种板状的发热体112c、112d的较长的发热体。对于与图5相同的部分采用同一符号并且省略重复说明。

在图8(a)中，通过2个连结端107c电性连结2条板状发热体112d与1条发热体112c并且构成较长的发热体组件109b。

以由石墨等的结晶化碳素、电阻值调整物质以及非结晶碳素的混合物形成的碳素物质形成板状发热体112c、112d。碳素物质例如可以如下这样作成。首先，混合氯化氯乙烯树脂(chlorinated vinyl chloride resin)45重量份与呋喃树脂(Furan resin)15重量份并作成混合物A。其次，混合天然石墨微粉末(natural graphite fine powder)(平均粒子大小5μm)10的重量份与所述混合物A 60重量份并作成混合物B。分散、混合氮化硼(平均粒子大小2μm)30重量份、上述组成物B 70重量份、乙二烯酞酸盐单体(Diallyl phthalatemonomer)(增塑剂)20重量份并作成混合物C。通过挤压成形机将混合物C形成为线状的成形材料。将该线状成形材料在1000℃的氮气环境下在烧成炉中烧成30分钟，然后在1600℃的真空烧成炉进行再次热处理而获得使用于本实施例中的碳素发热体。该发热体的112c、112d固有电阻值相同。发热体112d的尺寸为宽度6mm、厚度0.3mm、长度200mm，发热体112c的尺寸为宽度6mm、厚度0.33mm、长度600mm。

由于发热体112c的厚度比发热体102d的厚度大，所以发热体102c的剖面面积比发热体112d要大。因此，中央部分发热体102c单位长度的电阻值比两侧的发热体102d的要小并且能够使得中央部分的温度比两侧部分要低。

如图8(b)所示，本实施例的红外线灯泡的长方向D的温度T的分布(光的分配分布)利用发热体112c、112d的组合使两侧变高、中央部分变低。

在图8(a)中，虽然通过连接端子107c连接了发热体112c、112d，如图7所示，即使通过连接部件108也能够连接安装在发热体两端部上的中间端子103d、103c而能够构成相同的较长的发热体。

如此，通过组合多个发热体，能够构成较长并且具有规定的热分布的发热体。

《第8实施例》

图9(a)是本发明第8实施例的红外线灯泡的剖视图。图9(b)是表示第8实施例的红外线灯泡的图9(a)的长方向的温度T的分布(光分配分布)的曲线图。又，图10是图9(a)的红外线灯泡端部的立体图，图11表示图10所示的发热体112e其在长方向上垂直方向的热分布。

第8实施例的红外线灯泡的发热体是将2条发热体112e与同发热体112e长度不同的112f使得宽面方向相互错开90°而形成的长发热体。与图8(a)相同的部分采用同一符号并且省略重复说明。

在图9(a)中，将2条板状发热体112e与1条板状发热体112f通过在垂直方向上形成了凹部的2个连接端子107d、107d进行电性连接而形成长发热体119。长发热体119的两端部上安装内部导线104而构成发热体组件109c。将发热体组体109c封入石英玻璃管101内。

封入石英玻璃管101内的板状发热体112e、112f由石墨等的结晶化碳素、电阻值调整物质以及非结晶碳素的混合物形成。首先，混合氯化氯乙烯树脂(chlorinated vinyl chloride resin)45重量份与呋喃树脂(Furan resin)15重量份并作成混合物A。其次，混合天然石墨微粉末(natural graphite finepowder)(平均粒子大小5μm)10的重量份与所述混合无A 60重量份并作成混合物B。分散、混合氮化硼(平均粒子大小2μm)30重量份、上述组成物B 70重量份、乙二烯酞酸盐单体(Diallyl phthalate monomer)(增塑剂)20重量份并作成混合物C。通过挤压成形机将混合物C形成为线状的成形材料。将该线状成形材料在1000℃的氮气环境下在烧成炉中烧成30分钟，然后在1600℃的真空烧成炉中进行再次热处理而获得使用于本实施例中的碳素发热体。板状发热体112e、112f的固有电阻值相同。发热体的112e的尺寸为宽度6mm、厚度0.3mm、长度300mm，发热体的112f的尺寸为宽度6mm、厚度0.3mm、长度600mm。

如图10所示，当板状发热体112e的厚度t与宽度w的比在1∶5以上时，如图11所示，对于发热体的长方向在垂直方向上获得不同图示形状的热分布。在图11所示的方向X以及Y方向分别相当于图10中的XO-XO线方向以及YO-YO线方向。由于第8实施例的板状发热体相对于厚度宽度的比为20，因此，能够获得在发热体的周围随着方向不同热分布不同的红外线灯泡。

如图9(a)所示，通过连接端子107d连接在红外线灯泡的轴方向上存在这样指向性的板状发热体112e而使得宽面与发热体112f垂直。该红外线灯泡中的板状发热体112e、112f的轴方向的温度T的分布如图9(b)所示。

图9(b)表示与发热体112f的宽面平行的方向上的红外线灯泡的轴方向的热分布(光分配分布)。发热体112e的面方向温度变高、厚度方向温度变低。由此，能够自由地设定发热体组件109c的温度分布的指向性。

在图11(a)中表示发热体112e辐射的红外线强度方向分布7a、7b以及7c。图11(b)表示实施例的红外线灯泡的中央部分的剖视面。这里，图11中所示的X轴以及Y轴是相当于发热体112e的轴方向的垂直平面内的直角坐标轴。如图11(b)所示，原点O相当于发热体112e实质的中心线、X轴相当于发热体112e的厚度方向、Y轴相当于宽度方向。在图11(a)中，半径方向表示红外线的辐射强度，角度方向表示相对于发热体112e长方向的垂直平面中从X轴起的角度方向。又，图11(a)中的粗实线7a、细实线7b以及虚线7c分别相对于当发热体112e的宽度T为6.0mm、2.5mm、1.0mm时即T＝12t、5t、2t时的方向分布。

而且，如下述这样测定方向分布7a、7b、7c。首先，向红外线灯泡供给恒定功率600W。在从红外线灯泡稳定地辐射红外线的状态下，测定到达离开发热体112e(图11的原点O)一定距离约300mm位置上的规定微小面积内的红外线量。保持距离原点O的距离，改变相对于发热体112e的方向而重复上述测定。这样测定的结果，获得方向分布7a、7b、7c。

如方向分布7a、7b、7c所示，从发热体112e辐射出的红外线的强度的指向性当相对于发热体112e厚度t的宽度T的比越大时越强。特别地，T≥5t即相对于厚度t宽度T的比在5倍以上时，与X轴方向相比Y轴方向的辐射幅度显著地小。

如此当各方向非等同地辐射红外线时，例如，仅要对于规定区域加热时，则可以将该区域放置于X轴上。反之，当不希望仅对规定区域加热时，可以将该区域放置在Y轴上。因此，即使不如以往示例那样特地采用反射板也能够使得在辐射强度上具有指向性。

又，以通过连接端子107d连接板状发热体112e、112f的示例进行了说明，如图7的第6实施例所示，分布通过连接部件108连接安装在发热体上的上下2个中间电极103c、103d，也能够获得相同的构造。此时，由于连接部件108为线圈状，因此能够自由地设定各个板状发热体112e、112f的方向。

根据本实施例的红外线灯泡，通过改变多个板状发热体的面方向并且进行组合，能够实现具有设定了所要求的热分布的长尺寸发热体的红外线灯泡。

《第9实施例》

图12(a)是表示采用了第7实施例的红外线灯泡的本发明第9实施例的加热装置中的加热部分的构造的立体图。图12(b)表示热辐射的状态的加热部分的剖视图。对于与第7实施例相同的部分采用同一符号并示例说明。

在图12(a)中，本实施例的加热装置向着被加热物132安装红外线灯泡110的板状发热体122c、122d的面方向并且在与板状发热体122c、122d的被加热物对向方向的背面上设置铝制的反射板111。

反射板111的反射面的形状为在发热体122c、122d的位置上具有焦点的抛物面而使得反射光集中到被加热物132。

如图12(b)所示，通过将红外线灯泡110的板状发热体122c、122d的面方向向着被加热物132而安装，能够更好地对于在热辐射上具有方向性的被加热物132进行加热。再者，由于在与红外线灯泡110的板状发热体122c的被加热物132对向的方向的背面上热辐射较大，故在其背面设置具有使得反射集中到被加热物132的加热面的抛物面的反射板111。由此，从红外线灯泡辐射出来的热量能够有效地照射到被加热物132上。

由此，通过在具有长发热体的红外线灯泡110的轴方向上设置反射板111与被加热物132，能够实现如图12(b)所示的设置了红外线灯泡的热分布、热指向性的加热装置。

根据这样的加热装置，由于在长发热体的长方向上平行地配置被加热物132，故能够有效地对长尺寸的被加热物进行加热。结果，通过使得发热体的长方向与传输方向一致，能够有效地利用于传输式加热装置等的业务用加热装置。

又，使得反射板111的反射面形状为在发热体的位置上具有焦点的抛物面，例如，此外也可以是平面、曲面、圆柱面等。反射板111的材料可以是能够有效地反射红外线灯泡110的放射光的材料，例如也可以采用不锈钢、电镀钢板等。

又，当吸收发热体的热时，在被加热物132的加热面上与被加热物132非接触地或接触设置涂有吸收远红外线涂料(黑色)的吸热板。

以下，描述采用了本发明的红外线灯泡的装置。

上述实施例中描述的对于有机物质的加热效果好的本发明的红外线灯泡适用于以下所示的各种装置，并且适合于省能量型的装置、具有与木炭相同烹调效果的各种食品加工用装置、业务用装置等。

1)取暖装置：暖炉、桑拿、暖气、足温器、浴室干燥取暖设备、更衣取暖炉等

2)干燥装置：衣物干燥设备、食品器皿干燥设备、被褥干燥设备、各种涂料及涂膜的干燥烘干装置、印刷物的干燥装置、水漂洗后的印刷基板干燥装置、漂洗后的照片印画干燥装置等

3)加热装置：饮料的加热设备、观赏用水槽的加热设备、冰箱除霜加热器、温水器、生垃圾处理设备、各种食品的加热装置、LBP·PPC·PPF·FAX的色料定影用加热装置等

4)保温装置：保温餐车、肉包·香肠·烤鸡·烤章鱼等的保温装置

5)烹调装置：微波炉、烧烤箱、面包机、烧烤机、烤鸡装置、汉堡包烹调装置、各种家用业务用烹调装置等

6)医疗装置：红外线治疗器等

7)煎焙装置：胡椒、面粉、咖啡、大麦茶、花生、大豆、杏仁等的煎焙装置

8)酿制装置：果酒、盐渍物、火腿、熏制、香肠、奶酪等的酿制装置

9)发酵装置：酸奶、醋、酱油、乳酸饮料、乌龙茶、发酵酒等的发酵装置

10)解冻装置：冷冻食品的解冻装置

11)烧成装置：鱼糕、鱼卷、面包、蛋糕、考山芋、栗子、海苔、鱼肉等的烧成装置

12)杀菌装置：荞麦面、木松鱼、坚果、真空包食品等的杀菌装置

以上，对于各实施例进行了详细地说明，本发明的红外线灯泡以及采用了该红外线灯泡的取暖或者加热装置具有下述效果。

即，根据本发明的红外线灯泡，通过连接端子或者连接子相互连接，能够简单地构成发热体不会下垂、成本较低的长发热体。再者，将这样构成的长发热体插入石英玻璃管并封入惰性气体。根据上述的构造，能够防止外部冲击对于发热体的损伤，能够实现高温下可以使用的红外线灯泡。

再者，通过组合多个发热量不同的发热体，对于连接的长发热体能够在长方向上设置要求的热分布(光分配分布)。特别地，通过对于剖面形状为长方形、宽度与厚度比为5∶1的多个板状发热体改变宽面的方向而进行连接，由此能够设计红外线灯泡的轴方向的热分布。

又，通过采用本发明的红外线灯泡，能够实现低成本、具有所要求的热分布、热指向性、高效率的并且具有根据加热方法的宽选择性且使用方便的加热·取暖装置。

如实施例中进行的详细说明，本发明的红外线灯泡作为发热体采用由包含碳素的物质形成的烧结体并且该烧结体的表面层的碳素成分较多。

因此，比以往的铠装加热器、镍铬丝加热器、コルツ灯加热器、卤素灯加热器或者具有碳素物质的烧结体的以往的红外线灯泡等发热体的放射率更接近于黑体。结果，能够实现在红外线区域中的红外线放射强度高的红外线灯泡。

又，由于发热体的体积小并且电阻温度特性几乎为平坦，在接入电源之后能够在非常短的时间内达到平衡温度，速热性良好。

又，采用了本发明的红外线灯泡的装置能够缩短各种食品的处理时间即能够节省能量，同时能够提供接近于以往炭火烧烤的味道的食品。又，除了食品之外，若适用于具有接近本发明红外线灯泡的放射光波峰波长(约2.1μm)的吸收波长的各种材料或者表面状态的物质时，与上述同样地，能够实现缩短处理时间的节能型装置。

Claims (30)

1.一种红外线灯泡，其特征在于，具备

将具有成型性且在烧成后实际显示不为零的碳回收率的碳素组成物与金属或者半金属化合物中的至少一种混合并烧成而获得并且将非点灯时常温下与点灯时高温下的发热体电阻率的变化率设定为相对于常温的电阻率的-20％～+20％以内的碳素发热体；

与所述碳素发热体的两端部分别电性连接的导线；

在内部封入所述碳素发热体并且在内部封入惰性气体且使所述导线的端部向外导出的石英玻璃管。

2.如权利要求1所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述碳素发热体中包含的金属或者半金属化合物是从金属碳化物、金属硼化物、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物、半金属氮化物、半金属氧化物、半金属碳化物中选出的至少一种。

3.如权利要求1所述的红外线灯泡，其特征在于，

包含于所述碳素发热体中的组成物包含树脂。

4.如权利要求1所述红外线灯泡，其特征在于，

包含于所述碳素发热体中的组成物含有碳黑、石墨以及焦炭粉中的至少一种粉末。

5.如权利要求1所述红外线灯泡，其特征在于，

在电性连接所述碳素发热体与所述导线的通电部分，通过固有电阻小于所述碳素发热体且大于所述导线的连接部件电性连接所述导线与所述通电部分，所述导线的端部插入在所述石英玻璃管内而向所述石英玻璃管外导出并且在所述石英玻璃管内封入惰性气体。

6.如权利要求5所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述连接部分由碳素物质形成。

7.如权利要求5所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述导线是钨丝、钼丝以及不锈钢丝中的任意一种金属线。

8.如权利要求5所述的红外线灯泡，其特征在于，

在与所述碳素发热体的两端分别连接的所述导线上设置大致接近所述石英玻璃管内径的弹簧部分而向所述碳素发热体施加张力。

9.如权利要求5所述的红外线灯泡，其特征在于，

在所述石英玻璃管的内部封入氩气、或者氮气、或者氩气与氮气的混合气体。

10.一种红外线灯泡，其特征在于，具有

通过连接端子将由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体串联连接成的长发热体；

与长尺寸发热体的两端分别连接的电极端子；

在所述各个电极端子上将各自的一端电性连接同时将各自的另一端通过内部导线与各自的中间端板的一端连接的发热体组件。

11.如权利要求10所述的红外线灯泡，其特征在于，

在耐热透光玻璃管内插入所述发热体组件，所述中间端板在所述耐热透光玻璃管的封口部分被封口，在所述中间端板的端部上连接使得向所述耐热透光玻璃管外导出的外部导线。

12.一种红外线灯泡，其特征在于，具有，

在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的各两端部上设置的电极端子；

通过连接端子连接至少一方的所述电极端子相互之间且将所述多个发热体形成一条长发热体并通过内部导线将所述长发热体两端的电极端子各自的另一端与中间端板连接的发热体组件。

13.如权利要求12所述的红外线灯泡，其特征在于，

在所述耐热透光玻璃管内插入所述发热体组件，所述中间端板在所述耐热透光玻璃管的封口部分被封口并且在所述中间端板的另一端上连接使得导向所述耐热透光玻璃管外部的外部导线。

14.如权利要求12所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述连接端子或者所述电极端子是由包含碳素物质的烧结体形成。

15.如权利要求12所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述连接端子是由线圈状的钨元素物质或者钼元素物质形成。

16.如权利要求13所述的红外线灯泡，其特征在于，

在将所述发热体组件密封的所述耐热透光玻璃管内封入包含惰性气体或者氮气的气体。

17.如权利要求14所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述连接端子相对于所述发热体以及所述耐热透光玻璃管具有同心形状并且配置使得与所述耐热透光玻璃管的内壁具有规定间隙。

18.如权利要求10所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述发热体组件由多个发热量相互不同的发热体形成。

19.如权利要求10所述的红外线灯泡，其特征在于，

所述发热体的剖面形状为长方形并且为长方形的厚度与宽度比为1∶5以上的板状发热体，多个所述板状发热体的至少一个的剖面的长方形的长边方向与其他板状发热体的不同。

20.一种红外线灯泡的制造方法，其特征在于，包括

在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的至少一端上连接连接端子的工序；

将连接了所述连接端子的发热体与其他发热体通过连接端子连接并且形成1条长发热体的工序；

在所述长发热体的两端上连接1对电极端子的工序；

在各个所述电极端子上电性连接在另一端上连接了中间端板的内部导线的一端的工序；

在各个所述中间端板上连接外部导线并且形成发热体组件的工序；

将所述发热体组件插入耐热透光玻璃管内并且在所述耐热透光玻璃管内填充惰性气体，将所述耐热透光玻璃管的两端部熔融并且在所述发热体组件的中间端板部分进行封口的工序。

21.一种红外线灯泡的制造方法，其特征在于，包括

在由包含碳素物质的烧结体形成的多个发热体的两端上连接电极端子的工序；

将连接了所述电极端子的发热体与其他发热体通过所述电极端子进行连接并且形成1条长发热体的工序；

在所述长发热体两端的所述电极端子上电性连接在另一端连接了中间端板的内部导线的一端的工序；

在各个所述中间端板上连接外部导线并且形成发热体组件的工序；

将所述发热体组件插入耐热透光玻璃管内并且在所述耐热透光玻璃管内填充惰性气体，将所述耐热透光玻璃管的两端部熔融并且在所述发热体组件的中间端板部分进行封口的工序。

22.一种加热取暖装置，具有红外线灯泡，其特征在于，

将被加热物或者被取暖物与所述红外线灯泡的轴方向平行地进行配置。

23.一种红外线灯泡，其特征在于，

具有发热体组件，所述发热体组件如下述这样构成，在至少1条棒状且以包含碳素物质的烧结体形成的长发热体上安装多个端子，在所述长发热体两端连接1对电极端子的各自的一端，在各个电极端子上电性连接各自的一端且通过内部导线将另一端与中间端板的一端连接。

24.如权利要求23所述的红外线灯泡，其特征在于，

在所述耐热透光玻璃管内插入所述发热体组件，所述中间端板在所述耐热透光玻璃管的封口部分被封口且在其另一端上连接使得向所述耐热透光玻璃管外导出的外部导线。

25.一种红外线灯泡，其特征在于，

权利要求1所述的红外线灯泡的所述发热体其表面比其内部碳素成分要多。

26.一种取暖装置，其特征在于，

将一个以上的权利要求25所述的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者所述部位的多处。

27.一种干燥用装置，其特征在于，

将一个以上的权利要求25所述的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者所述部位的多处。

28.一种加热用装置，其特征在于，

将一个以上的权利要求25所述的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者所述部位的多处。

29.一种烹调用装置，其特征在于，

将一个以上的权利要求25所述的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者所述部位的多处。

30.一种医疗用装置，其特征在于，

将一个以上的权利要求25所述的红外线灯泡安装在框体的上侧、下侧、侧面侧或者所述部位的多处。

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