KR100446544B1 - 적외선전구 및 그 제조방법 및 그것을 사용한가열난방장치 - Google Patents

Abstract

성형성(成形性)을 가지며 소성후 실질적으로 영이 아닌 탄소수율(carbon yie ld)을 나타내는 탄소의 조성물과, 금속 또는 반금속의 화합물의 적어도 일종을 혼합하여 또한 소성하여 얻어져, 비점등시의 상온일 때와, 점등시의 고온일 때의 발열체의 전기비저항의 변화율이 상온의 전기비저항에 대하여 -20%에서 +20% 이내이도록 설정한 탄소계발열체, 상기 탄소계발열체의 양끝단부에 각각 전기적으로 접속된 리드선, 및 상기 리드선의 끝단부가 석영유리관 밖으로 도출되도록 상기 탄소계발열체를 석영유리관내에 봉입하고, 또한 내부에 불활성가스를 넣어 밀봉한 석영유리관을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구.

Description

적외선전구 및 그 제조방법 및 그것을 사용한 가열난방장치{Infrared lamp and manufacturing method thereof, and heating apparatus using the infrared lamp}

본 발명은 가열 및 난방 등의 기기에 사용되는 적외선전구에 관한 것이며, 특히, 긴 발열체로서 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 사용한 적외선전구 및 그 제조방법 및 그것을 사용한 가열 혹은 난방장치에 관한 것이다.

본 발명의 적외선전구를 사용한 가열 혹은 난방장치란, 난방기기(예컨대 스토브, 각로(脚爐), 에어콘, 적외선치료기 등), 건조기기(예컨대 의류건조·이불건조·식품건조·생활쓰레기처리기·가열형 소취기 등), 조리기(예컨대 오븐·오븐렌지·오븐토스터·토스터·로스터·보온기·꼬치구이기·곤로·냉장고해동용 등), 이용기(예컨대 드라이어·파마용 가열기 등), 시트에 문자나 화상 등을 정착하는 기기(예컨대 LBP, PPC, 팩시밀리 등 토너를 매체로서 표시하는 기기나 열을 이용하여 필름원본에서 피전사체로 열전사하는 기기 등) 등 열원에 의해 피가열물을 가열 혹은 난방하는 장치이다.

종래의 적외선전구의 발열체로서는, 텅스텐선이나 니크로움선이 주로 쓰이고 있다. 텅스텐선은 공기중에서는 산화하기 때문에 석영유리관 등에 봉입하고, 내부에 불활성가스를 봉입한 램프타입의 발열체가 제품화되어 있다. 니크로움선의 발열체로서는, 코일형상의 니크로움선을 보호하기 때문에 불투명석영유리관 등에 삽입하여 공기분위기에서 사용하는 타입의 것도 제품화되어 있다. 그러나, 텅스텐선은 점등시의 전기저항치에 비하여 무점등시의 저항치가 낮기 때문에, 점등시에 큰러쉬전류가 흘러 주변기기에 방해를 주는 경우가 있다. 또한, 니크로움선은 승온속도가 느리다는 문제를 갖고 있다. 이들 문제를 해결하기 위해서 탄소계 물질의 발열체가 개발되고 있다.

예컨대, 특개평10-859526호에, 탄소와 금속 혹은 반금속화합물(금속탄화물, 금속질화물, 금속붕화물, 금속규화물, 금속산화물, 반금속질화물, 반금속탄화물)을 포함하는 탄소물질의 소결체의 발열체가 표시되고 있다. 그 실시예에 따르면, 염소화염화비닐수지와 프란수지의 혼합수지에 천연흑연미분말과 질화붕소 및 가소제를 가하여, 헨쉘·믹서로 분산한다. 그 후, 2개의 로울로 혼련하고, 펠레타이저로 펠릿화한다. 펠릿을 스크류형 압출기로 막대 형상으로 압출하고, 건조후, 질소가스속에서 소성하고 있다. 탄소의 방사율은 흑체(黑體)에 가깝기 때문에, 탄소계 물질의 소결체의 발열체는 이상적인 폭사광용 발열체라고 되어 있다. 종래의 탄소발열체로서는, 에디슨이 발명한 순탄소재를 사용한 것이 알려지고 있다. 그러나 탄소는 고유저항이 작기 때문 고저항의 발열체가 얻기 어려웠다. 상기 종래 기술에서는, 탄소에 금속 혹은 반금속화합물을 혼합하여, 소결한 재료를 쓰고 있다. 이에 따라 고유저항치가 순탄소의 수배로부터 수십배의 것을 얻을 수 있다. 이것들의 탄소계 물질의 소결체를 발열체로 한 적외선전구가 특개평11-54092호에 나타나있다. 그 구조를 도 13의 부분단면도를 사용하여 설명한다.

도 13에 있어서, 탄소계 물질로 이루어지는 저항발열체(1)의 한쪽 끝단부에, 텅스텐제의 내부리드선(31)의 끝단부의 코일형상부(32)가 밀착하여 장치되고 있다. 내부리드선(31)의 도중에는 별도의 코일형상부(33)가 형성되어 있다. 상기 내부리드선(31)의 타단부는 몰리브덴박(6)의 한쪽 끝단부에 용접되어 있다. 몰리브덴박 (6)의 타단부에는 외부 리드선(7)이 용접으로 접합되어 있다. 코일형상부(32)의 바깥둘레에는, 철·니켈합금으로 이루어지는 금속 슬리브(34)가 조임 고정되어 있다.

상기 특개평10-859526호에는, 탄소계 물질과 금속 혹은 반금속화합물의 혼합물로부터 소결법으로 생성된 발열체의 온도상승과 상기 저항치에 관한 기술은 없고 저항온도특성이 불명확하다. 상기 특개평11-54092호에 나타나 있는 적외선전구에 사용하고 있는 발열체는 온도상승과 동시에 저항치가 저하하는 부의 저항온도특성을 갖는다. 그 때문에, 점등시에 러쉬전류가 흐르지 않는다는 특징을 갖고 있다.

그러나, 저항온도특성치의 구체예는 나타내어져 있지 않다. 발열체의 저항온도특성은 히터를 제작할 때 대단히 중요한 요소이다. 즉 저항온도특성치가 안정하지 않은 경우에는, 그 특성치를 제조 롯마다 확인하고, 그 특성치에 따라서 발열체의 단면적 혹은 발열길이를 바꿀 필요가 있다. 이러한 작업을 필요로 하는 경우에는 적외선전구의 양산이 불가능하다. 저항온도특성치가 안정적인 히터를 제작할 수 있었다고 해도, 그 절대치가 중요해진다. 즉, 무점등시의 저항치에 대하여, 점등시의 상기 저항치가 작으면 러쉬전류는 흐르지 않는다. 그러나, 발열체의 온도가 상승함에 따라 저항치가 감소하므로, 전류가 증가하여 온도가 더욱 상승한다고 하는 위험한 상태에 도달하는 경우를 상상할 수 있다. 즉, 발열체를 사용시에 열화한 경우, 저항치가 더욱 음이 되는 위험성을 안고 있다. 또한, 반대로 점등시의 상기 저항치가 높은 경우에는, 그 값이 작은 경우에는 문제없지만, 커지면 러쉬전류가 흘러, 텅스텐선을 사용한 종래의 전구와 같은 문제가 생긴다.

도 14는 다른 종래 기술의 적외선전구의 단면도이다.

도 14에 있어서, 텅스텐선을 감아 형성한 발열체(120)의 양끝단에서 집어낸 내부리드(104)를, 각각의 중계단판인 금속박(105)에 용접하고 발열체조립체(120a)가 제작되어 있다. 이 발열체조립체(120a)를 석영유리관(101)에 삽입하고, 석영유리관(101)의 양끝단부를 용융하여 내부에 불활성가스를 봉입한 상태에서 금속박 (105)부분에 봉하여 막아 적외선전구를 제작하고 있다.

코일로 형성한 발열체(120)는 코일의 축으로 수직한 방향에 균일한 복사강도분포를 갖고 있다. 그 때문에, 발열체(120)를 한방향으로 복사열을 내는 가열장치에 쓸 때에는 반사판 등이 필요하였다. 또한 코일로 형성된 발열체(120)는 코일의 내부가 공동(空洞)이며 동시에, 코일의 사이에 간극이 있는 점에서, 그 공간에의 방열을 위해 여분의 에너지소비가 발생하고 있다.

이들 문제점을 해결하기 위해서, 종래의 코일의 발열체(120)로 바꾸어, 막대 형상으로 형성된 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 발열체로서 사용하는 다른 종래예의 적외선전구가 특개평11-54092호에 표시되고 있다.

특개평11-54092호의 적외선전구에서는, 탄소계 물질의 발열체를 쓰기 때문에, 적외선방사율이 78∼84%으로 높다. 즉 발열체로서 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 사용함으로써 적외선방사율이 높아진다. 또한 발열체가 막대 형상인 점에서 종래의 코일의 발열체와 같이 공간에 방출되는 여분인 에너지소비가 생기지 않는다. 또한, 발열체를 판형상으로 하면, 열의 복사강도분포에 방향성을 갖게 할수 있다.

상기 특개평11-54092호에 나타나 있는 적외선전구는 다음 문제를 갖고 있다.

즉, 발열체를 길게 하면 가열시에 자중으로 아래로 늘어지는 경우가 있다. 또한 발열체의 길이가 일정한 치수를 넘으면 성형시의 가압이 불균일하게 되거나, 소결시에 왜곡이 생기는 경우가 있다. 그 때문에 제조시의 제품의 생산 수율이 나쁘고 비용이 상승된다. 따라서, 긴 길이의 발열체를 형성하기 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 발열체의 열분포를 변화시키는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 가열시에 발열체가 아래로 늘어지지도 않고, 제조시의 제품의 생산 수율을 향상할 수 있는 저비용의 긴치수의 발열체, 및 그 발열체를 사용한 적외선전구 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열분포를 변화시킬 수 있는, 쓰기 편한 적외선전구 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 긴치수의 발열체를 갖는 적외선전구를 사용한, 가열효율이 높은 가열 혹은 난방장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 적외선전구는 성형성을 가지고 소성후 실질적으로 영이 아닌 탄소수율을 나타내는 조성물과, 금속 혹은 반금속화합물의 일종 또는 2종 이상을 혼합하고, 소성하여 얻어지는 탄소계발열체를 갖는다. 상온시와 점등시의 탄소계발열체의 전기비저항의 변화율을, 상온의 전기비저항에 대하여 -20%에서 +20% 이내로설정하고 있다. 해당 탄소계발열체의 양끝단부에 리드선을 전기적으로 접속함과 동시에, 그 리드선의 끝단부가 석영유리관 외부로 도출되도록 석영유리관내에 봉입한다. 그 석영유리관의 내부에는 불활성가스를 봉입하고 있다.

이에 따라, 상온시와 점등시에 있어서의 탄소계발열체의 전기비저항의 변화율이 거의 영이 된다. 이 탄소계발열체를 사용한 적외선전구는 점등시의 러쉬전류가 없고, 또한 발열체의 수명말기에서 저항치의 변화가 발생하지 않는다. 따라서, 발열온도도 변화없이 발열체가 단선하는 수명말기에서도 안전한 적외선전구가 제공할 수 있다.

본 발명의 적외선전구는 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체를 접속단자에 의해서 접속한 1개의 긴 발열체를 갖는다. 1개로 한 긴 발열체의 양끝단에 1쌍의 전극단자를 접속한다. 각각의 전극단자에, 각각 일끝단을 전기적으로 접속함과 동시에, 타단을 내부리드선을 통해 중계단판의 일끝단에 접속하여 발열체조립을 구성한다.

이 구성의 적외선전구에 의하면, 소결에 의한 제조가 용이한 저비용의 단치수의 발열체를 이용하여 용이하게 긴치수의 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 발열체로 한 적외선전구를 제조할 수 있다. 그 결과, 탄소계 물질을 포함하는 소결체의 발열체특유의 높은 적외선방사율을 가지며, 코일형상발열체와 같이 내부공간에 방열되는 여분인 에너지소비를 발생하지 않는 적외선전구를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의한 적외선전구는 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 양끝단부에 전극단자를 접속한 발열체조립을 갖는다. 발열체조립은 적어도 한쪽의 상기 전극단자끼리를 접속단자를 통해 접속하여 1개의 긴 발열체를 형성하고, 상기 긴 발열체의 양끝단의 전극단자를 각각 내부리드선을 통해 중계단판에 접속하고 있다.

이 구성의 적외선전구에 의하면, 소결에 의한 제조가 용이한 저비용의 단치수의 발열체를 이용하여 용이하게 긴치수의 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 갖는 적외선전구를 제조할 수 있다. 또한, 전극단자와 접속단자로 발열체를 접속함으로써 발열체조립시의 발열체의 관리 및 취급이 용이하게 된다. 그 결과, 탄소계 물질을 포함하는 소결체의 발열체특유의 높은 적외선방사율을 갖고, 코일형상발열체와 같이 내부공간에 방열되는 여분인 에너지소비를 발생시키지 않은 적외선전구를 더욱 저비용으로 제조할 수 있다.

내열투광유리관(일례로는, 바람직하게는 석영유리관)안에 상기 어느 하나의 구성의 발열체조립을 삽입하고, 상기 중계단판이 상기 내열투광유리관의 봉지부에서 봉지되고, 그 타단에 상기 내열투광유리관 외부로 도출되는 외부 리드선을 접속하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 외부충격에 의한 발열체의 진동이 접속단자부분으로 완화됨과 동시에, 고온에 있어서 발열체의 아래로 늘어지기나 산화 등이 생기지 않는 긴 발열체를 갖는 적외선전구가 실현된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 적외선전구는 상기 어느 하나의 구성의 적외선전구로서, 상기 발열체조립이 발열량이 서로 다른 복수의 발열체에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 적외선전구의 축방향의 열분포(배광분포)를 변화시킨 적외선전구가 실현된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 적외선전구는 상기 어느 하나의 구성의 적외선전구이며, 상기 발열체의 단면형상이 직사각형인 것을 특징으로 한다. 발열체는 그 직사각형의 두께와 폭의 비가 1:5이상인 판형상 발열체이고, 복수의 상기 판형상 발열체중의 적어도 1개는 그 단면의 직사각형의 긴 변의 방향이 다른 것과 다르다는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 적외선전구의 축방향에 있어서의 최대열방사방향을 변화시킬 수 있고, 한방향의 열분포를 변화시킬 수도 있다.

본 발명의 적외선전구의 제조방법은, 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 적어도 일끝단에 접속단자를 접속하는 공정, 상기 접속단자를 접속한 발열체와 다른 발열체를 접속단자를 통해 접속하여 1개의 긴 발열체를 형성하는 공정, 상기 긴 발열체의 양끝단에 1쌍의 전극단자를 접속하는 공정, 각각의 상기 전극단자에, 타단에 중계단판을 접속한 내부리드선의 일끝단을 전기적으로 접속하는 공정, 각각의 상기 중계단판에 외부 리드선을 접속하여 발열체조립을 형성하는 공정, 및 상기 발열체조립을 내열투광유리관(일례로는, 바람직하게는 석영유리관)내에 삽입하여, 상기 내열투광유리관내에 불활성가스를 충전하여, 상기 내열투광유리관의 양끝단부를 용융하여 상기 발열체조립의 중계단판의 부분으로 봉하여 막는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 제조방법에 의하면, 소결에 의한 제조가 용이한 저비용의 단치수의 발열체를 이용하여 용이하게 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 갖는 긴치수의 적외선전구를 제조할 수 있다. 그 결과, 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 발열체로 한 높은 적외선방사율을 가지며, 코일형상발열체와 같이 내부공간에 방열되는 여분인 에너지소비를 발생하지 않는 고효율의 긴치수의 적외선전구를 저비용으로 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의한 적외선전구의 제조방법은, 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 양끝단부에 전극단자를 접속하는 공정, 상기 전극단자를 접속한 발열체끼리의 전극단자를 접속단자를 통해 접속하여 1개의 긴 발열체를 형성하는 공정, 상기 긴 발열체의 양끝단의 상기 전극단자에, 타단에 중계단판을 접속한 내부리드선의 일끝단을 전기적으로 접속하는 공정, 각각의 상기 중계단판에 외부 리드선을 접속하여 발열체조립을 형성하는 공정 및 상기 발열체조립을 상기 내열투광유리관내에 삽입하여 상기 내열투광유리관내에 불활성가스를 충전하여, 상기 내열투광유리관의 양끝단부를 용융하여 상기 발열체조립의 중계단판의 부분으로 봉하여 막는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 제조방법에 의하면, 양끝단에 전극단자를 접속한 저비용의 단치수의 발열체를 미리 제작한 간격, 그것을 접속단자로 접속하고 긴치수의 발열체를 형성할 수 있다. 그 결과, 탄소계 물질을 포함하는 소결체를 발열체로 한, 높은 적외선방사율을 갖아 코일형상발열체와 같이 내부공간에 방열되는 여분인 에너지소비를 발생하지 않는 긴치수의 적외선전구를 더욱 저비용으로 제조할 수 있다.

본 발명의 적외선전구를 사용한 가열 혹은 난방장치는 상기 적외선전구의 축방향에 평행하게 배치된 피가열물 혹은 피난방체를 갖고 있다.

이 구성에 의하면, 적외선방사율이 좋은 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 긴 발열체의 길이 방향에 평행하게 피가열물 혹은 피난방체를 배치하기 때문에 효율적으로 긴치수의 피가열물 혹은 피난방체를 가열 혹은 난방할 수 있다. 그 결과, 컨베어식 가열장치 등의 업무용가열장치 등에 효율적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 적외선전구에서는, 성형성을 갖고 소성후 실질적으로 영이 아닌 탄소수율을 나타내는 조성물과, 금속 혹은 반금속화합물의 일종 또는 2종 이상을 혼합하여 소성하여 탄소계발열체를 얻는다. 이 탄소계발열체로서는, 상온시와 점등시의 발열체의 전기비저항의 변화율이 상온의 전기비저항에 대하여 -20%에서 +20% 이내가 되도록 설정한다. 이 탄소계발열체의 양끝단부에 리드선을 전기적으로 접속함과 동시에, 그 리드선의 끝단부가 석영유리관의 밖으로 도출되도록 석영유리관내에 봉하여 막고, 그 석영유리관내부에 불활성가스를 봉입하여 적외선전구를 구성한다.

이 탄소계발열체를 사용한 적외선전구는, 상온시와 점등시에 있어서의 탄소계발열체의 전기비저항의 변화율이 거의 영이 되기 때문에, 점등시에 러쉬전류가 흐르지 않는다. 또한 발열체의 수명말기에서, 저항치의 변화가 일어나지 않고, 발열체의 단선직전에서도 대폭적인 발열온도의 변화가 없다. 따라서 발열체가 단선할 때 위험한 상태가 되는 일은 없고, 안전한 적외선전구를 제공할 수 있다.

본 발명의 탄소계발열체에 있어서의 금속 혹은 반금속화합물은 금속탄화물, 금속붕화물, 금속규화물, 금속질화물, 금속산화물, 반금속질화물, 반금속산화물 또는 반금속탄화물이다. 탄소계발열체는 상기 물질을 1종류 혹은 두 가지이상 함유한다.

상기 물질을 1종 혹은 2종 이상 함유시켜, 그 배합비, 탄소계발열체의 형상 및 길이를 바꿈으로써 임의의 고유저항을 갖는 탄소계발열체를 형성할 수 있다. 특히 탄화규소, 탄화붕소, 질화붕소를 사용하면, 저항치의 제어가 용이하고 호적인 탄소계발열체가 형성할 수 있다. 본 발명의 탄소계발열체를 사용한 적외선전구는 여러가지의 소비전력의 것을 용이하게 제작하는 것이 가능하다.

수지를 포함하는 탄소계발열체를 사용한 적외선전구에 있어서 상기 의 조성물은 불활성가스분위기속에서 소성함으로써 탄소화하는 유기재료를 사용한다. 유기재료로서는 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐-폴리초산비닐공중합체, 폴리아미드 등의 열가소성재료, 페놀수지, 프란수지(Furan resin), 엑폭시수지, 불포화폴리에스테르수지, 폴리이미드 등의 열경화성수지 등이 유효하다.

이들 재료를 함유하는 탄소계 물질의 발열체를 사용한 적외선전구는 발열체의 표면이 탄소재료이기 때문에, 발열시의 방사율이 순탄소재료와 거의 같은 0.87이 된다. 이에 따라서 높은 복사효율이 실현되고, 난방, 조리, 보온, 건조, 소성, 의료기기, 배전(焙煎) 등으로 최적의 적외선전구를 얻을 수 있다.

본 발명의 상기 조성물은 카본블랙, 흑연 및 코크스분로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 탄소분말이 함유되어 있다. 상기 조성물을 포함하는 탄소계발열체를 사용한 적외선전구는 탄소분말을 함유량하고 있기 때문에, 전술과 같이 방사율이 흑체에 가깝다. 또한, 그 방사열은 종래의 흑체에 가까운 것이며 조리에 사용하면 맛있는 조리물이 제공된다. 함유물로서는 특히 흑연분말이 바람직하다.

본 발명의 적외선전구는 상기 탄소계발열체의 상기 리드선과 통전부를 전기적으로 접속하기 위해서, 고유저항이 상기 탄소계발열체의 그것보다 작고, 또한 상기 리드선의 그것보다 큰 부재를 통해 상기 리드선과 상기 통전부를 전기적으로 접속한다. 상기 리드선의 끝단부는 석영유리관 외부로 도출되도록 석영유리관내에 삽입되어, 내부에 불활성가스를 봉입한 구조를 특징으로 한다. 본 발명의 적외선전구는 상온시와 점등시의 전기비저항의 변화율이 -20∼+20%, 바람직하게는, -10∼+10%의 탄소계 물질을 함유하는 발열체를 이용하여 제작하고 있다. 그 때문에 러쉬전류가 거의 없고, 또한, 발열체의 열화시에도 온도상승이 일어나지 않는다. 탄소계발열체가 단선상태가 되기 직전에도 안전한 적외선전구가 실현된다.

또한 저항발열체와 그에 접속되는 리드선 사이에, 저항치가 작은 부재를 끼워 접속하기 때문에, 그 부재가 방열부로서의 역할을 갖는다. 그 때문에 리드선이 고온이 되는 것이 억제되어 그 부분의 열화나 탄소재료와의 반응도 억제된다. 이에 따라 신뢰성이 높은 적외선전구가 실현된다. 리드선을 감아서 접속할 수 있기 때문에, 그 부재의 형상은 원형이 알맞다.

본 발명의 적외선전구는 러쉬전류가 거의 없고, 수명의 말기에도 안전한 적외선전구를 제공할 수 있다. 또한, 발열체와 리드선 사이에 고유저항이 작고 열전도도가 큰 부재를 개재하면, 상기 리드선접합부의 온도상승을 낮게 억제할 수 있고, 그 부분의 신뢰성이 높은 적외선전구를 제공할 수 있다.

상기의 부재를 원주형상으로 하면, 발열체가 평판형상이거나 둥근 막대형이어도 적외선전구에 조립해넣는다. 즉, 상기 부재에 슬릿을 형성하여 평판을 삽입하여 끼워맞춤하거나, 또는, 둥근 구멍을 형성하여 둥근 막대발열체를 삽입하여 접합한다. 내부리드선은 상기 원주형상 부재에 기밀하게 끼워맞춤으로 감겨진다. 이 구성에 의하면, 접속부의 신뢰성이 높고, 또한 원하는 형상의 발열체를 사용한 적외선전구를 실현할 수 있다.

본 발명의 다른 관점의 적외선전구로서는, 상기 부재는 고유저항이 탄소계발열체의 그것보다 작고, 또한 리드선의 그것보다 큰 탄소질물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 부재는 탄소계 물질, 바람직하게는 흑연재료로 형성하고 있다. 따라서 상기 전도도도 금속에 가깝고 열전도도 크기 때문에, 리드선의 접속부의 신뢰성이 높다. 열전도성이 좋기 때문에 방열부재로서 기능하며 리드선부의 온도상승을 억제할 수 있어, 수명이 긴 적외선전구를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 관점의 적외선전구는 상기 리드선이 텅스텐선, 몰리브덴선 혹은 스텐레스선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 탄소계발열체 혹은 탄소계부재에 접속하는 리드선은 텅스텐, 몰리브덴 혹은 스텐레스 등 융점이 높고 또한 강성이 큰 재료로 만들기 때문에 기밀하게 끼워맞춤하여 감는 상태가 장시간 유지된다. 또한, 스텐레스선은 텅스텐선 혹은 몰리브덴선에 비하여 고온에 있어서의 스프링의 스프링부의 열화가 적다. 따라서 리드선의 감김부위의 온도가 높아지는 대전력의 적외선전구에 적합하다.

본 발명의 다른 관점의 적외선전구는 상기의 탄소계발열체에 접속된 리드선의 한쪽 혹은 양쪽의 도중부에, 석영유리관의 안지름에 거의 가까운 지름의 스프링부를 설치하고, 상기 탄소계발열체에 인장력이 작용하도록 구성한 것을 특징으로 한다. 상기 스프링부의 지름이 석영유리관의 안지름에 가깝기 때문에, 발열체를 석영유리관의 중심부에 유지할 수가 있다. 또한, 스프링부는 발열체에 인장력을 주기 때문에, 점등시에 발열체가 열팽창으로 신장하여 휘어지는 것을 방지하는 기능도 겸하여 갖추고 있다. 항상 장력이 발열체에 작용하고 있기 때문에, 진동이나 충격에 강한 적외선전구가 실현된다.

본 발명의 다른 관점의 적외선전구는 상기의 적외선전구의 석영유리관의 내부에 아르곤 또는 질소, 또는 아르곤과 질소의 혼합 가스가 봉입된 것을 특징으로 한다.

밀봉한 석영유리관내에 아르곤 또는 질소, 또는 그 혼합 가스를 봉입하고 있기 때문에, 아크방전이 하기 어렵고, 탄소계 물질로 이루어지는 발열체의 산화가 생기지 않고, 수명이 긴 적외선전구가 실현된다. 바람직하게는, 밀봉한 가스의 내압은 음압으로 이루어지도록 한다. 즉, 점등시 석영유리관의 내부가 고온도로 되어도 내압이 간신히 음압이 되도록 가스압력을 조정하여 봉입하는 것이 바람직하다.

이 본 발명의 구성을 갖는 적외선전구에 의하면, 기동에 있어서의 발열체의 저항변화율이 매우 적은 것을 선정할 수 있다. 또한, 발열체에 쓰고 있는 소결체의 단면구조에 있어서, 표면층이 내부에서 탄소성분을 보다 많이 포함하도록 구성되어 있기 때문에, 전술한 합성방사광의 성분으로서, 탄소에서 방출되는 방사광이보다 많아진다.

그 결과, 종래의 표면층에 무기 필러가 노출하고 있는 발열체에 비하여, 보다 방사율이 흑체의 방사율에 가깝고, 거의 탄소의 방사율과 동등하게 된다.

또한, 본 발명의 적외선전구는 피크파장 2∼3 ㎛ 부분의 적외선방사강도가 높아지고 있기 때문에 열효율이 향상하고 있다. 또한, 물이나 유기물질의 흡수파장이 2∼3 ㎛이기 때문에, 보다 유기물질이나 수분함유물질에 대한 흡수가 커지고, 적은 에너지로 유기물질이나 수분함유물질을 가온할 수 있다. 특히, 본 발명의 적외선전구는 각종식품, 인체의 피부, 도료 등의 유기물질, 물의 건조 등에 큰 효과를 나타낸다.

본 발명의 난방장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 개체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 난방장치는 유기물질이나 물의 흡수파장 근방의 파장의 적외선방사율이 높은 적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 복사열로 난방하는 스토브, 사우나, 각로, 발 난방장치, 욕실이나 탈의실용 난방·건조장치 등의 인체를 따뜻하게 하는 장치에 사용하면, 피부를 따뜻하게 하는 속도가 빠르다.

물론 종래의 니크로움선 히터나 텅스텐선 코일을 봉하여 막은 콜츠히터에 비하면 각별히 효과가 크다.

본 발명의 건조장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 개체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 건조장치는 유기물질이나 물의 흡수파장근방의 파장의 적외선방사율이 높은 적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 물의 가온에 알맞다. 그 결과, 사진인화지의 수세후의 건조, 의류의 건조, 식기의 건조, 이불건조나, 유기용제를 함유하는 도료의 건조, 인쇄한 인쇄물의 건조, 세정한 프린트기판의 건조 등의 장치에 있어서 큰 효과를 갖고 있다.

본 발명의 가열장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 가열장치는 유기물질이나 물의 흡수파장근방의 파장의 적외선방사율이 높은 적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 유기물질이나 수분을 많이 포함하는 물질의 가열장치에 적합하다.

예컨대, 음료수의 가열, 관상용수조의 가열, 냉장고의 성애제거장치, 온수기의 가열이나 생활쓰레기처리장치의 가열장치, 유기물의 용융으로 종이에 인쇄되는 LBP, PPC, PPF 등의 복사기의 토너정착용의 가열장치, 또는 식품의 가열장치 등에 사용하면, 다른 열원으로 가열하는 것보다 빠르게 가열할 수가 있어 에너지 절약이 된다.

또한, 식품, 예컨대, 꼬치구이장치 등에 본 발명의 적외선전구를 사용한 실험결과에 의하면, 표면의 눌어붙는 현상이 빨리 진행하지 않고, 내부까지 가열되어, 맛이 달아나지 않게 가열을 할 수 있는 점이 실증되어 있다.

본 발명의 보온장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 보온장치는 유기물이나 물의 흡수파장근방의 파장의 적외선방사율이 높은적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 보온효과가 좋고, 식품의 보온에 적합하다. 예컨대, 데리케이트(병원 등으로 사용되고 있는 차려진 식사를 따뜻한 상태로 나르는 운반차), 고기만두·소세지·구워진 꼬치구이나 다꼬야끼(밀가루속에 문어조각을 넣어 둥근모양으로 구운 요리) 등의 보온에 알맞다. 꼬치구이의 보온장치에 적용하여 실증한 결과, 종래의 탄소를 포함하는 물질을 소결하여 형성한 발열체를 사용한 적외선전구를 장착한 것에 대하여 약 5%의 에너지 절약효과가 있었다.

또한, 종래의 니크로움선 히터, 콜츠램프나 할로겐램프에 비하면, 약 30%의 에너지 절약효과가 인정되었다. 또한, 속열성에 우수하며, 약 5초에서 풀파워상태를 달성할 수 있었다. 그러나, 종래의 밀봉 히터나, 니크로움선 히터 등으로는, 풀파워상태가 될 때까지 1분∼5분 걸리고, 에너지 절약면에서도 효과가 컸다. 이 효과는 보온장치뿐만 아니라, 다른 건조장치나 가열장치 등의 모든 장치에서 그 효과가 인정되었다. 그것은, 각 장치도 피처리물질이 물이나 유기물질을 함유한 물질이라는 공통항이 있기 때문이다.

본 발명의 조리장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 조리장치는 유기물질이나 물의 흡수파장근방의 적외선의 적외선방사율이 높은 적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 식품의 가열조리에 적합하다. 예컨대, 식품가열용 히터부착의 전자레인지, 물고기 등을 구운 로스터, 토스터, 식품을 가온하는 오븐렌지, 꼬치구이장치, 또는 업무용으로서 쓰이고 있는 햄버거조리장치 등, 각종 가정용 또는 업무용 식품의 가열조리장치에 사용하면, 종래의 다른 열원을 사용한 장치에 비하여 큰 에너지 절약효과가 실현된다.

또한, 전술한 바와 같이, 식품의 내부까지 적외선이 침투하고 있기 때문에, 표면이 눌어붙는 일없이 조리할 수 있고, 또한, 발열체의 표면이 거의 탄소이기 때문에 그 방사율이 0.85로 거의 탄소와 같기 때문에, 맛은 숯불로 조리한 것에 가까운 맛을 나타내었다.

본 발명의 의료용 장치는 상기 구성의 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착하고 있다.

이 의료용 장치는 유기물질인 인체의 피부의 흡수파장근방의 파장의 적외선방사율이 높은 적외선전구를 장착하고 있기 때문에, 가온효과가 높고, 의료용의 가온장치에 적합하다.

그 구체예로서, 적외선치료기에 적용한 바, 매우 따뜻하고, 피부온도측정그래프에 의한 비교에 의해서도 큰 효과가 있는 것이 확인되었다.

도 1은 본 발명의 제 2 실시예의 둥근 막대형의 탄소계 발열체를 사용한 적외선전구의 단면도,

도 2는 본 발명의 제 3 실시예의 판형상의 탄소계 발열체를 사용한 적외선전구의 단면도,

도 3은 도 2의 적외선전구에 있어서의 탄소계 발열체의 끝단부의 접속구조를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 제 4 실시예의 판형상의 탄소계 판형상 발열체를 사용한 적외선전구의 단면도,

도 5는 본 발명의 제 5 실시예의 적외선전구의 단면도,

도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 다른 예의 적외선전구의 단면도,

도 7(A)는 본 발명의 제 6 실시예의 적외선전구의 단면도, (B)는 도 7(A)의 발열체조립(109a)의 중앙부의 확대단면도,

도 8(A)는 본 발명의 제 7 실시예의 적외선전구의 단면도, (B)는 제 7 실시예의 적외선전구의 길이 방향의 온도분포를 나타내는 그래프,

도 9(A)는 본 발명의 제 8 실시예의 적외선전구의 단면도, (B)는 제 8 실시예의 적외선전구의 길이 방향의 온도분포를 나타내는 그래프,

도 10은 본 발명의 제 8 실시예의 적외선전구의 끝단부의 구조를 나타내는 사시도,

도 11(A)는 제 8 실시예의 판형상 발열체의 길이 방향에 수직의 방향의 온도분포를 도시한 도면, (B)는 적외선전구의 단면도,

도 12(A)는 본 발명의 제 9 실시예의 적외선전구를 사용한 가열장치의 주요부의 사시도, (B)는 상기 가열장치의 단면도,

도 13은 종래의 적외선전구의 부분단면도,

도 14는 종래의 적외선전구의 구조를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,11 : 탄소계발열체 2 : 석영유리관

3a,3b,13a,13b,26 : 코일형상부 4a,4b,25 : 내부리드선

5a,5b,15a,15b : 스프링부 6a,6b : 몰리브덴박

7a,7b : 외부 리드선 8 : 아르곤 가스

12a,12b : 부재 21 : 슬릿

102 : 발열체 103 : 전극단자

107 : 접속단자 109 : 발열체조립

110 : 적외선전구 111 : 반사판

132 : 피가열물

본 발명의 적외선전구 및 그 제조방법 및 그것을 사용한 가열 혹은 난방장치가 호적인 실시예에 관해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.

이하에 나타내는 각 실시예의 재료, 사이즈, 및 제법 및 가열장치 등은 본 발명의 실시형태에서 바람직한 일례를 각각 예시한 것에 지나지 않는다. 따라서, 이들 실시예에 의해 본 발명의 실시가능한 범위가 한정되는 것은 아니다.

이하에, 본 발명의 각 실시예에 관해서 도 1에서 도 12B를 이용하여 설명한다.

(제 1 실시예)

본 발명의 실시예의 적외선전구에 사용하는 탄소계 물질로 이루어지는 저항발열체에 관해서 이하에 설명한다.

탄소계 물질의 소결체로 이루어지는 저항발열체가 되는 탄소계발열체는 아래와 같이 하여 만든다. 우선 염소화염화비닐수지(chlorinated vinyl chloride resi n) 45중량부와 프란수지(Furan resin) 15중량부를 혼합하여 혼합물 A를 만든다. 다음에, 천연흑연미분말(natural graphite fine powder)(평균입자정도 5 ㎛) 10중량부와 상기 혼합물A 60중량부를 혼합하여 혼합물B를 만든다. 질화붕소(평균입자정도 2 ㎛) 30중량부와 상기 조성물B 70중량부와 디아릴프타레이트모노머(Diallyl phthalate monomer)(가소제) 20중량부를 분산·혼합하고, 혼합물C를 만든다. 혼합물C를 압출성형기로 성형하여 선형상의 성형소재로 한다. 이 선형상의 성형소재를 질소가스분위기의 1000℃ 소성화로내에서 30분 소성하여 본 실시예에 사용하는 탄소계발열체를 얻을 수 있다. 발열체의 다른 예의 소성조건에서는, 불활성가스분위기, 혹은 진공속에서 1000℃ 바람직하게는 2000℃ 정도까지 가열승온하여도 좋다. 승온속도는 상온∼500℃까지는 3∼100℃/h 바람직하게는, 5∼50℃/h에서 승온한다. 다음에 500∼1000℃ 또는 2000℃까지는 50∼200℃/h에서 승온하여, 3∼10시간 유지하여 소성한다.

얻어진 탄소계발열체는 지름 1.50 mm, 길이 500 mm의 둥근 막대형이다. 이 둥근 막대형의 탄소계발열체를 1×10^-2Pa 이하의 진공속에서 재열처리를 하였다.이 재열처리에 있어서의 열처리온도는 (표1)의 왼쪽란에 나타낸 바와 같이, 1500℃∼l900℃이다. 이렇게 하여 제작한 탄소계발열체를, 도 1의 구성의 적외선전구로 완성하여 그 저항온도특성을 측정하였다. 이 적외선전구에 AC100V를 전압을 가하면 탄소계발열체의 색온도는 1200℃를 나타내었다.

20℃ 및 1200℃에서의 각 전기비저항ρ은 하기에 나타내는 식(1)으로 요청된다.

ρ= RS/L (1)

ρ: 전기비저항(Ωcm)

R : 전기저항(Ω)

S : 발열체의 단면적(cm²)

L : 발열체의 길이(cm)

이 식(1)에 의해, 표1에 나타내는 온도로 재열처리한 탄소계발열체로 제작한 적외선전구에 관해서, 20℃ 및 1200℃(탄소계발열체의 표면색온도)의 전기비저항을 구하고, 1200℃의 전기비저항치의 20℃의 전기비저항치에 대한 변화율(이하, 단지 변화율로 약기한다)을 실험으로 구하였다.

(표1)은 다른 복수의 열처리온도로 재열처리된 탄소계 물질의 소결체로 이루어지는 각 저항발열체의 온도가 20℃ 및 1200℃일 때의 전기비저항 및 그 변화율을 실험적으로 구한 것이다.

[표1]

열처리온도(℃)	전기비저항ρ(Ω·cm)	전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율(%)
	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	13.2%

(표1)에 나타낸 바와 같이, 재열처리에 있어서의 열처리온도가 낮은 경우에는 변화율이 음이었다. 즉 20℃의 전기비저항에 비해 1200℃의 전기비저항이 작은 값을 나타낸다. 열처리온도가 높아짐에 따라서 변화율이 양의 방향으로 변화하는 열처리온도가 1800℃ 부근에서 변화율이 0%가 되고, 그 이상의 열처리온도에서는 변화율은 양이 되는, 즉 20℃의 전기비저항에 비하여 1200℃의 전기비저항이 커지는 것을 확인할 수 있었다.

본 실험결과에서, 전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율의 조정이 진공중에서의 탄소계발열체에 대한 재열처리시의 열처리온도의 조절에 의해서 가능하다는 것을 알았다. 재열처리를 함으로써 20℃와 1200℃(상온과 고온시)에서, 상온에 대한 전기비저항의 변화율이 0%에 가까운 저항온도특성을 갖는 탄소계발열체를 제작할 수 있는 것을 알았다. 이 탄소계발열체를 사용한 적외선전구는 저항온도특성이 플랫이 된다. 또한 필요에 따라서, 재열처리온도를 선택함에 의해, 변화율이 0%가 아닌 탄소계발열체도 간단히 제작할 수 있기 때문에, 저항온도특성이 플랫이 아닌 특수 사양의 적외선도 간단히 제작할 수 있다.

다음에, (표1)과 동일한 실험을, 판형상의 탄소계발열체에 관해서 재열처리의 온도를 바꾸어 행한 결과를 (표2)에 나타낸다.

[표2]

열처리온도(℃)	전기비저항ρ(Ω·cm)	전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율(%)
	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%

(표2)는 판형상의 탄소계발열체의 재열처리에 의한 전기비저항의 20 ℃의 값에 대한 변화율을 각 열처리온도에 관해서 실험한 결과이다.

판형상의 공시용탄소계발열체는 상기 둥근 막대의 것과 같은 조성, 같은 제작조건으로 만들었다. 탄소계발열체의 소성후의 형상은 폭 6.1 mm, 두께 0.5 mm의 판형상이다. 둥근 막대형, 판형상 등의 탄소계발열체는 압출성형기의 압출부의 다이스형상을 바꿈으로써 제작할 수 있다.

소결한 탄소계판형상 발열체를, 1×10^-2Pa 이하의 진공중에 있어서, 1300℃∼ 1800℃의 온도범위로 재열처리를 하였다. 그 발열체를 도 2에 나타내는 적외선전구에 조립해넣고, 온도 20℃, 1200℃에서의 전기비저항을 측정하고, 전기비저항의 값의 20℃에 대한 변화율(%)을 구하였다. 그 결과를 (표2)에 나타낸다.

(표2)에서 알 수 있듯이, 열처리온도가 1600℃보다 낮으면, 변화율은 음이었지만, 1600℃ 이상의 온도로 재열처리를 하면 양으로 변화한다. 열처리온도가 높아짐에 따라서 변화율이 양의 값으로 커진다.

(표2)에서 열처리온도의 1600℃를 경계로, 처리온도가 낮아지면 변화율은 보다 음으로, 처리온도가 높아지면 변화율은 보다 양이 된다. 이것은(표1)과 같은 경향이었다. 단지, 변화율이 영이 되는 열처리온도는 탄소계발열체의 형상, 조성 및 제조조건 등에 의해 다른 것을 알 수 있었다.

중요한 것은 탄소계발열체는 조성과 형상을 결정하면, 변화율이 영이 되는 재열처리의 온도가 결정된다. 그 온도로 재열처리하면, 변화율이 영인 이상적인 탄소계발열체가 생긴다. 변화율이 영에 가까우면, 점등시에 러쉬전류가 흐르지 않는다. 탄소계발열체의 온도의 상승중에 저항치가 변화하지 않으므로, 탄소계발열체의 온도가 일정하게 유지된다고 하는 자기온도유지기능을 갖고, 보다 안전한 적외선전구가 제공할 수 있다.

본 실시예에서는, 점등시의 온도를 1200℃로 실험을 하였지만, 그것보다 낮은 온도 혹은 높은 온도라도 본 실시예의 결과를 적용할 수 있는 것은 실증되었다. 변화율이 영인 것이 일반적인 적외선전구의 발열체로서는 가장 바람직하지만, 본 실시예에 의하면, 특수한 사양으로서 저항온도특성이 보다 음의 것이나 양의 것도 재열처리의 온도를 바꾸기만 하면 실현된다.

본 발명의 적외선전구에 사용할 수 있는 변화율의 범위는, -20%∼+20%이고, 최적의 범위는-10%∼+10% 이다. 즉, -10%∼+10%의 범위라면, 탄소계발열체의 저항온도특성을 고려하지 않고서 적외선전구가 설계할 수 있다.

또한 이 범위라면, 음의 변화율에서도 실온시의 저항치와 발열시의 저항치가 근접하고 있으므로, 적외선전구의 점등시에 과대한 전류가 흐르는 일은 없다. 또한 램프의 실용상의 성능에 관해서, 허용오차내의 것이 용이하게 제조된다.

(제 2 실시예)

본 발명의 제 2 실시예는, 상기 제 1 실시예의 탄소계발열체보다도 더욱 변화율이 작은 탄소계발열체에 관한 것이다. 제 2 실시예의, 전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율이 작은 탄소계발열체를 사용한 적외선전구에 관해서 도 1을 이용하여 설명한다.

도 1은 제 2 실시예의 적외선전구의 단면도이다. 도면에 있어서, 상기 제 1 실시예의 표1에 나타낸 바와 같이 1800℃에서 재열처리하고, 그 변화율이 6.8%인 탄소계 물질의 소결체로 이루어지는 지름 1.55 mm의 둥근 막대형의 탄소계발열체(1)를 만든다. 이 탄소계발열체(1)의 양끝단부에, 각각 몰리브덴선으로 형성된 내부리드선(4a,4b)을 부착한다. 몰리브덴선은 일끝단에 형성된 코일형상부(3a,3b)를 각각 상기 탄소계발열체(1)의 양끝단부에 기밀하게 끼워맞춤으로 나사로서 접속한다.

상기 내부리드선(4a,4b)은 적어도 1 턴이상의 코일형상부를 갖는 스프링부 (5a,5b)를 갖고 있다. 상기 내부리드선(4a,4b)의 타단부는 두께 20 ㎛인 각각의 몰리브덴박(6a,6b)의 일끝단부에 접속된다. 몰리브덴박의 타단부에는 몰리브덴선으로 이루어지는 외부 리드선(7a,7b)이 각각 용접으로 접합되어 있다. 이와 같이 구성된 조립물을 투명의 석영유리관(2)에 삽입하고, 그 양끝단부의 상기 몰리브덴박(6a,6b)의 부분에서 상기 석영유리관(2)을 용융하여 봉하여 부착하였다.

석영유리관(2)내에는, 불활성가스인 아르곤 가스(8)가 대기압보다 낮은 압력으로 봉입되어 있다. 이 적외선전구는 전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율이 6.8%보다 거의 0%에 가까운 것을 사용하고 있기 때문에, 점등시의 러쉬전류는 거의 생기지 않고, 주변기기에의 소음에 의한 방해는 전혀 발생하지 않았다.

또한, 과전압상태(정격전압 100 V에 대하여, 보다 높은 120 V, 130 V, 150 V, 또는 200 V의 전압으로 점등한다)로 연속점등 혹은 단속점등하는 수명시험을 행하였다. 그 결과, 탄소계발열체(1)의 단선직전에, 그 저항치가 크게 상승 혹은 감소하지 않고, 간신히 전류치가 상승(발열온도가 간신히 상승)하고 나서 단선하였다.

비교를 위하여 전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율이 -23.9%의 탄소계발열체를 이용하여 상기의 조건으로 수명시험한 바, 단선직전에서 저항치가 대폭 저하하고 발열온도가 200℃ 이상 상승하여 단선하였다. 이와 같이 수명이 다하여 단선하기 직전에 온도가 상승하면, 발열체가 연화되어 아래로 늘어져, 석영유리관의 내벽에 접촉한다. 그 결과, 석영유리관이 용융하여 최악의 경우에는 파열할 위험이 있다. 이것은 상기의 변화율이 음이기 때문이다. 또한, 변화율이 양이며 그 값이 20%를 넘으면, 러쉬전류가 무시할 수 없는 값이 되기 때문에, 바람직하지 않다.

(제 3 실시예)

본 발명의 제 3 실시예의 적외선전구를 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 본 실시예에서는, 상기 제 1 실시예의 표2에서 1600℃에서 재열처리한, 전기비저항의 20℃의 값에 대한 변화율이, 0.9%의 탄소계 물질의 소결체를 쓴다. 이 소결체를 폭 w가 6.1 mm, 두께 t가 0.5 mm, 길이 L이 300 mm의 판형상으로 가공한 판형상 발열체(11)을 사용한 적외선전구에 관해서 설명한다.

도 2에 있어서, 판형상 발열체(11)의 양끝단부에는, 비저항이 탄소계발열체의 비저항보다 작고, 또한 리드선의 비저항보다 큰 탄소계 물질로 형성한 원주형상의 부재(12a,12b)가 접합되어 있다. 그 상세한 구조예를 도 3에 나타내고 있다. 예컨대, 부재(12a)의 일끝단부에, 판형상의 탄소계발열체(11)의 판두께보다 조금 폭이 넓은 슬릿(21)을 형성한다. 그 슬릿(21)에 발열체(11)를 꽂아넣고 탄소계접착제로 접합하고 있다.

탄소계접착제는 흑연의 미분말을 유기수지에 브랜드한 페이스트형상의 것을 쓴다. 이 탄소계접착제를 발열체(11)에 도포하여 슬릿(21)에 꽂아, 건조후, 불활성가스분위기속에서 1000℃ 이상의 온도로 소성하여, 유기수지분을 탄화하여 접합한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 부재(12a,12b)에는, 몰리브덴선으로 이루어지는 내부리드선(14a,14b)의 일끝단부에 형성된 코일형상부(13a,13b)가 기밀하게 끼워맞춤으로 감을 수 있다. 내부리드선(14a,14b)에는 코일형상의 스프링부(15a, 15b)가 형성되어 있다.

스프링부(15a,15b)의 바깥지름은 석영유리관(2)의 안지름보다 조금 작게 이루어지고 있기 때문에, 스프링부(15a,15b)에 의해서 탄소계발열체(11)는 석영유리관(2)의 내부에서 거의 중심위치에 유지된다. 내부리드선(14a, 14b)의 타단부는 각각 20 ㎛ 두께의 직사각형의 몰리브덴박(6a,6b)의 일끝단부에 접속되어 있다. 몰리브덴박(6a,6b)의 타단부에는, 각각 몰리브덴선으로 이루어지는 외부 리드선(7a,7b)이 스폿용접으로 접합되어 있다.

이렇게 하여 구성된 조립물을 투명석영유리관(2)에 삽입하고, 내부의 공기를 아르곤 가스에 치환후, 석영유리관(2)의 양끝단부의 몰리브덴박(6a, 6b)의 부분으로 평판형상에 용융밀봉하였다. 석영유리관(2)의 양끝단부를 몰리브덴박(6a,6b)의 부분으로 용융밀봉할 때, 상기 스프링부(15a,15b)에 조금 장력을 부여한 상태에서 봉지하고 있다. 그 결과, 탄소계발열체(11)는 항상 장력이 주어진 상태가 되고, 탄소계발열체(11)가 발열시에 열팽창하여 아래로 늘어지는 것을 방지할 수 있다. 또한 적외선전구에 외부에서 주어진 진동, 충격이 발열체에 가해지더라도, 스프링부(15a,15b)가 그것을 흡수하기 때문에 진동, 충격에 강한 적외선전구가 실현할 수 있다.

이렇게 하여 형성된 적외선전구에 전압 100V를 전압을 가하면, 탄소계발열체 (11)의 온도는 약 8초후에 약 1100℃의 온도에 도달하였다. 변화율이 0.9%인 판형상의 탄소계발열체(11)를 쓰고 있기 때문에, 러쉬전류는 영이었다. 또한, 전압 130 V, 150 V 또는 200 V에서 각각 연속점등과 단속점등의 시험조건으로 수명시험을 하였다. 모든 시험조건으로, 탄소계발열체(11)의 수명이 없어지기 직전에, 저항치가 간신히 상승하고, 방사광의 색온도가 조금 저하하였다.

재열처리를 하여 제작한 탄소계발열체(11)를 사용한 본 실시예의 적외선전구는 러쉬전류가 거의 없어 안심하여 사용할 수 있다는 것을 알았다. 또한 판형상의 탄소계발열체(11)를 사용한 것은 원주형상의 부재(12a, 12b)의 슬릿(21)에 판형상 발열체를 꽂아넣어 접합하는 구조로 하였기 때문에, 신뢰성이 높은 적외선전구를얻을 수 있다.

부재(12a,12b)는 탄소계 물질, 적합하게는 흑연으로 형성하고 있기 때문에, 열전도성이 좋고, 방열 블록으로서의 기능도 갖고 있다. 이에 따라, 내부리드선 (14a,14b)의 끼워맞춤부의 열이 방열되고, 그 온도상승을 억제되므로, 끼워맞춤부의 신뢰성이 비약적으로 향상하였다. 본 접합방법은 제 1 실시예의 둥근 막대형의 탄소계발열체(1)에도 하등 문제없이 적용할 수 있다. 또한, 저소비전력의 둥근 막대형의 탄소계발열체에 있어서는, 탄소계발열체에 직접 내부리드선 (14a,14b)을 부착시키더라도 문제는 없다.

(제 4 실시예)

본 발명의 제 4 실시예의 적외선전구에 관해서 도 4의 단면도를 참조하여 설명한다. 제 4 실시예에서도, 상기 각 실시예와 같이, 재열처리를 실시한 탄소계발열체를 쓰고 있다.

도 4에 있어서, 폭 w가 6.1 mm, 두께 t가 0.5 mm의 판형상의 탄소계발열체 (11)의 양끝단부에 도 2에 나타내는 것으로 같은 흑연의 원주재로 형성한 부재(12a ,12b)를 접합한다. 한쪽의 부재(12a)에는 몰리브덴선으로 이루어지는 내부리드선 (14a)의 끝단부에 형성한 코일형상부(13a)를 기밀하게 끼워맞춤으로 감는다.

내부리드선(14a)의 중간부에는 코일형상으로 감은 스프링부(15a)를 형성하고 있다. 다른쪽의 부재(12b)에는, 몰리브덴선으로 이루어지는 내부리드선(25)의 끝단부에 형성한 코일형상부(26)를 기밀하게 끼워맞춤으로 감겨있다.

내부리드선(25)에는 상기 내부리드선(14a)에 형성되어 있는 것과 같은 스프링부(15a)는 형성되어 있지 않다. 이렇게 하여 조립한 구성물을 투명의 석영유리관(2)에 삽입하고, 그 양끝단부의 몰리브덴박부(6a,6b)의 부분으로 석영유리관(2)을 용융하여 밀봉하였다. 그 석영유리관(2)의 내부에는 아르곤 가스가 대기압보다 낮은 압력으로 봉입되어 있다.

본 실시예의 구성으로서는, 내부리드선(25)에 스프링부를 형성하지 않으므로, 비싼 몰리브덴선의 사용량이 삭감되고, 비용이 내려간다. 스프링부(15a)의 바깥지름을, 상기 석영유리관(2)의 안지름에 가까운 값으로 하여 탄소계발열체(11)를 석영유리관(2)의 내부의 중심부에 위치시키는 기능은 상기 도 2의 구성과 같다. 스프링부(15a)에 조금 장력을 부여한 상태에서 봉지하고 있기 때문에, 발열체(11)에는 항상 인장력이 작용하고 있다. 이에 따라 발열체(11)의 아래로 늘어지기는 것이 방지되고 동시에 외부에서 받은 진동이나 충격이 흡수된다.

상기 각 실시예에서는 내부리드선(4a,4b,14a,14b)에 몰리브덴선을 사용하였는데, 텅스텐선이라도 하등 문제없이 사용할 수 있다. 또한, 고온에서의 스프링부가 몰리브덴나 텅스텐보다도 우수한 스텐레스선은 흑연으로 형성한 부재(12a,12b)의 온도가 550℃ 이상이 되는 것에 유효하다.

내부리드선으로서, 선재를 쓰는 예를 나타내었지만, 선재에 한정되지 않고 얇은 판형상의 텅스텐, 몰리브덴, 스텐레스 등도 적용할 수 있다.

또한, 투명의 석영유리관(2)을 불투명한 석영유리관으로 대신하여도 하등 문제없이 사용할 수 있다. 또한 석영유리관(2)의 표면을 블라스트(blast)에 의하여 닦은 것도 적용할 수 있다.

또한, 재열처리온도를 선택함에 의해, 변화율이 영 이외의 탄소계발열체도 간단히 제작할 수 있기 때문에, 저항온도특성이 플랫이 아닌 특수수단의 적외선도 간단히 제작할 수 있다.

(제 5 실시예)

본 발명의 제 5 실시예의 복수의 발열체를 갖는 적외선전구의 구조를 도 5의 단면도에 나타낸다. 도 5는 적어도 2개의 발열체(102a,102b)를 연결한 1개의 발열체(102)를 갖는 적외선전구의 단면도이다.

도 5에 있어서, 2개의 판형상 발열체(102a,102b)의 각 끝단부(102c,102d)는 도전성재료인 탄소계 물질로 형성된 원주형상의 접속단자(107)의 오목부(107a)에 밀착하여 끼워맞춤되고 전기적으로 접속되어 있다. 발열체(102a,102b)의 다른쪽의 끝단부(102e,102f)는 각각 탄소계 물질로 형성된 원주형상의 전극단자(103)의 오목부(103a)에 밀착하고 끼워맞춤되어 있다. 접속단자(107)의 오목부(107a) 및 전극단자(103)의 오목부(103a)와, 발열체(102a,102b)의 접속방법은 도 3에 나타내는 접속방법과 실질적으로 동일하다. 각각의 전극단자(103)의 바깥둘레에는 내부리드선 (104)의 일끝단에 설정된 코일형상부(104a)가 밀착되어 감겨져 있다. 바람직하게는 텅스텐선으로 형성된 내부리드선(104)에는, 코일형상부(104a)에 계속해서 스프링형상부(104b)가 형성되어 있다. 그 스프링형상부(104b)에 이어지는 직선부는 몰리브덴박의 중계단판(105)의 일끝단에 용접으로 부착되어 있다. 중계단판(105)의 타단에는 몰리브덴선으로 형성된 외부 리드선(106)이 용접으로 부착되어 발열체조립(109)을 형성하고 있다.

석영유리관(101)내에 이 발열체조립(109)을 삽입하고, 내부에 불활성가스로서 아르곤 가스를 충전한 뒤, 석영유리관(101)의 양끝단부를 용융하여 봉하여 막는다. 석영유리관(101)대신에 내열투광유리관을 사용하여도 좋다. 석영유리관(101)내에 봉입된 판형상 발열체(102a,102b)는 각각 흑연등의 결정화탄소, 저항치조정물질 및 아몰파스탄소의 혼합물로 이루어지는 탄소계 물질로 형성되어 있다. 우선 염소화염화비닐수지(chlorinated vinyl chloride resin) 45중량부와 프란수지 (Furan resin) 15중량부를 혼합하여 혼합물A를 만든다. 다음에, 천연흑연미분말 (natural graphite fine powder)(평균입자정도 5 ㎛) 10중량부와 상기 혼합물A 60중량부를 혼합하여 혼합물B를 만든다. 질화붕소(평균입자정도 2 ㎛) 30중량부와 상기 조성물B 70중량부와 디아릴프타레이트모노머(Diallyl phthalate monomer)(가소제) 20중량부를 분산·혼합하여, 혼합물C를 만든다. 혼합물C를 압출성형기로 성형하여 선형상의 성형소재로 한다. 이 선형상의 성형소재를 질소가스분위기의 100 0℃ 소성화로내에서 30분 소성하고, 또한 1600℃ 진공소성화로로 재열처리를 하여 제작하여 본 실시예에 쓰는 탄소계발열체를 얻을 수 있다. 이 발열체(102a, 102b)의 치수는 예컨대 폭 6 mm, 두께 0.3 mm, 길이 500 mm 이다.

또, 발열체의 형상은 상술의 구형단면의 판형상 외에, 둥근 막대형상이나 다각형단면의 기둥형상이라도 좋다. 접속단자(107) 및 전극단자(103)는 내열성의 도전성재료이면 된다. 예컨대, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 금속재료라도 좋다. 접속단자(107)는 발열체(102a,102b)의 휘어짐을 방지하고 발열체(102a,102b)에 가해지는 외부진동을 완화하여, 석영유리관(101)과 발열체(102a,102b)가 닿지 않도록 유지하는 기능도 겸하고 있다. 따라서, 접속단자(107)의 바깥지름은 석영유리관 (101)의 안지름보다도 조금(바람직하게는 약 10% 정도) 작게 설정하여, 석영유리관 (101)에 용이하게 삽입할 수 있도록 하고 있다.

도 6은 2개의 발열체(102a,102b) 대신에 1개의 긴 발열체(102g)를 사용한 적외선전구가 예를 나타낸다. 이 예에서는, 발열체(102g)가 석영유리관(101)에 접하지 않도록, 그 안지름보다도 조금(바람직하게는 10% 정도) 작은 바깥지름의 단자(107a)를 중앙부에 마련하고 있다. 단자(107a)의 중앙부에는 발열체(102g)가 관통하는 구멍이 형성되어 있다.

또, 도 5에 나타내는 접속단자(107)로 접속된 발열체(102a,102b)의 끝단부 (102e,102f)에 설치한 전극단자(103)는 발열체(102a,102b)의 발열량이 적을 때는 쓰지 않아도 좋다. 전극단자(103)를 쓸 때는 발열체(102a, 102b)의 각각의 끝단부 (102e,102f)는 직접 내부리드선(104)의 코일형상부(104a,104b)에 삽입된다. 내부리드선(104)의 코일형상부(104a)에 설치한 스프링부를 갖는 스프링형상부 (104b)는 발열체(102a,102b)의 팽창에 의한 치수변화를 흡수할 수 있도록 설치한 것이다.

석영유리관(1)내에 봉입한 불활성가스는 부품의 산화를 막기 위한 것이고, 예컨대, 질소가스이다.

본 실시예의 적외선전구에 있어서는, 2개의 발열체(102a와 102b)를 이음으로써 원하는 길이의 발열체를 얻고 있다. 제조시의 제품의 생산 수율은 발열체의 길이가 길어질수록 저하한다. 본 실시예에서는, 제조제품의 생산 수율이 높은 짧은 발열체를 복수개 이음으로써 원하는 길이의 발열체를 얻고 있다. 이에 따라, 발열체의 제조의 생산수율이 가장 높아지는 치수로 설정하면 좋다. 원하는 길이의 발열체를 얻기 위하여 2개 이상의 복수의 발열체를 계승하더라도 좋다. 복수의 발열체(102a)를 접속단자(107)로 이음으로써, 발열체는 접속단자(107)로 석영유리관내에 유지되고, 외적요인으로서 발열체에 가해지는 진동등을 완화하여, 석영유리관 (101)에 접하지 않도록 할 수가 있다.

(제 6 실시예)

본 발명의 제 6 실시예의 적외선전구의 구조를 도 7(A)의 단면도에 나타낸다. 도 7(B)는 도 7(A)의 발열체조립(109a)의 중앙부의 확대단면도이다. 도 7(A)에 있어서, 도 5와 같은 요소에는 동일부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다. 본 실시예의 적외선전구에서는, 2개의 발열체(102a,102b)를 접속부재(108)로 접속하고 있다. 도 7(A)에 있어서, 발열체(102a)의 한쪽 끝단부(102e)는 전극단자(103)의 오목부에 삽입되고, 전기적으로 도통하도록 접속되어 있다. 발열체(102a)의 다른쪽의 끝단부(102c)는 중계전극(intermediate eletrode)(103c)의 오목부에 삽입되어, 전기적으로 도통하도록 접속되어 있다. 같은 방법으로, 발열체(102b)는, 끝단부(102f)가 전극단자(103)에 접속되어, 끝단부(102d)가 중계전극(103d)에 접속되어 있다. 중계전극(103c)과 중계전극(103d)은 텅스텐선을 코일형상으로 형성한 접속부재(108)내에 삽입되고 연결되어 있다. 이에 따라 중계전극(103c,103d)은 전기적으로 접속된다. 접속부재(108)의 바깥지름은 이 발열체(102a,102b)가 삽입되는 석영유리관(101)의 안지름보다 예를 들면 5∼10% 정도 작게 이루어져 있다. 전극단자(103 및 103)는 도 5에 나타내는 발열체조립(109)과 같은 방법으로, 각각의 내부리드선(104)에 접속되어 있다. 각 내부리드선(104)은 각각의 중계단판(105)을 통해 외부 리드선(106)에 접속되어 있다. 이와 같이 구성된 발열체조립(109a)을 석영유리관(101)내에 삽입하고, 불활성가스를 봉입하여 석영유리관(101)의 양끝단부를 봉지함으로써 적외선전구를 얻을 수 있다.

접속부재(108)는 코일형상의 부분이 중계전극(103c,103d)의 바깥둘레면에 밀착하여 감아서 발열체(102a,102b)를 전기적으로 접속하고 있다. 접속부재(108)의 재료로서는, 텅스텐 외에도, 몰리브덴, 니켈, 스텐레스의 선재, 탄소계 물질 등을 포함하는 선재로 구성하여도 좋다. 또한, 상기 재료의 판재를 코일형상, 통형상, 나사모양으로 가공하여 접속부재(108)를 구성하더라도 좋다. 중계전극(103c,103d)은 도전성재료, 예컨대 탄소계 물질로 형성되어 있다.

접속부재(108)에 의해서 짧은 2개 또는 그 이상의 발열체(102a 및 102b)를 접속하여 긴치수의 발열체를 형성할 수 있다. 접속부재(108)는 외적요인에 의해 적외선전구에 가해지는 진동 등을 완화하여, 석영유리관(101)의 내벽에 발열체 (102a,102b)가 접하지 않도록 유지한다.

본 실시예의 적외선전구에 의하면, 짧은 발열체를 여러개 접속함으로써 긴치수의 발열체를 구성할 수가 있다. 또한, 양끝단에 중계전극(103c, 103d)을 접속한 발열체(102a,102b)를 접속부재(108)로 연결하기 때문에, 제조시에는 발열체(102a, 102b)를 보충하면서, 석영유리관(101)에 삽입할 수 있다. 따라서 발열체의 취급이 용이함과 동시에, 조합이 용이하게 되어, 적외선전구의 제조공정의 관리가 간단히 된다.

(제 7 실시예)

도 8(A)는 본 발명의 제 7 실시예의 적외선전구의 단면도이다. 도 8(B)는 도 8(A)의 적외선전구의 길이 방향의 거리 D에 대한 온도 T에 의해서 나타내는 열분포(배광분포)를 나타내는 그래프이다. 제 7 실시예의 적외선전구는 단면적 및 길이가 다른 2종류의 판형상 발열체(112c, 112d)를 2개의 접속단자(107c,107c)에서 연결하여 긴 발열체로 한 것이다. 도 5의 요소와 같은 요소에는 동일부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

도 8(A)에 있어서, 2개의 판형상 발열체(112d)와 1개의 발열체(112c)를 2개의 접속단자(107c)에 의해 전기적으로 접속하여 긴치수의 발열체조립(109b)을 구성한다.

판형상 발열체(112c,112d)는 흑연 등의 결정화탄소, 저항치 조정물질 및 아몰파스탄소의 혼합물로 이루어지는 탄소계 물질로 형성되어 있다. 탄소계 물질은 예컨대, 아래와 같이 하여 만든다. 우선 염소화염화비닐수지 45중량부와 프란수지 15중량부를 혼합하여 혼합물A를 만든다. 다음에, 천연흑연미분말(평균입자정도 5 ㎛) 10중량부와 상기 혼합물A 60중량부를 혼합하여 혼합물B를 만든다. 질화붕소(평균입자정도 2 ㎛) 30중량부와 상기 조성물B 70중량부와 디아릴프타레이트모노머 (가소제) 20중량부를 분산·혼합하여, 혼합물C를 만든다. 혼합물C를 압출성형기로 성형하여 선형상의 성형소재로 한다. 이 선형상의 성형소재를 질소가스분위기의 1000℃ 소성화로내에서 30분 소성하고, 또한 1600℃ 진공소성화로로 재열처리를 하고 제작하여 본 실시예에서 사용하는 탄소계발열체를 얻을 수 있다. 판형상 발열체(112c,112d)의 고유저항치는 동일하다. 발열체(112d)는 폭 6 mm, 두께 0.3 mm, 길이 200 mm이고, 발열체(112c)는 폭 6 mm, 두께 0.33 mm, 길이 600 mm 이다.

발열체(112c)의 두께는 발열체(102d)의 두께보다 크기 때문에 발열체(102c)의 단면적은 발열체(112d)의 그것보다 크다. 따라서, 중앙부의 발열체(102c)의 단위 길이당 저항치는 양측의 발열체(102d)보다 작고, 중앙부의 온도를 양측부보다 낮게 할 수가 있다.

도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 적외선전구의 길이 방향 D의 온도 T의 분포(배광분포)는 발열체(112c,112d)의 조합에 의하여 양측이 높고, 중앙부가 낮아진다.

도 8(A)에서는, 발열체(112c,112d)를 접속단자(107c)에서 접속하였지만, 도 7에 나타낸 바와 같이, 발열체의 양끝단부에 부착된 중계단자(103d,103c)를 접속부재(108)에 의해 접속하더라도 같은 긴 발열체를 구성할 수가 있다.

이렇게 하여 복수개의 발열체를 조합하고, 긴치수이고 또한 원하는 열분포를 갖는 발열체를 구성할 수 있다.

(제 8 실시예)

도 9(A)는 본 발명의 제 8 실시예의 적외선전구의 단면도이다. 도 9(B)는 제 8 실시예의 적외선전구의 도 9(A)의 길이 방향의 온도 T의 분포(배광분포)를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10은 도 9(A)의 적외선전구의 끝단부의 사시도이고, 도 11은 도 10에 나타내는 발열체(112e)의 길이 방향에 수직인 방향의 열분포를 도시한 도면이다.

제 8 실시예의 적외선전구의 발열체는 2개의 발열체(112e)와, 발열체(112e)란 길이가 다른 발열체(112f)를, 넓은 면의 방향을 서로 90°어긋나게 긴 치수의 발열체로 한 것이다. 도 8(A)에 나타내는 요소와 같은 요소에는 동일부호를 붙여 중복된 설명은 생략한다.

도 9(A)에 있어서, 2개의 판형상 발열체(112e)와 1개의 판형상 발열체(112f)를, 직교하는 방향으로 오목부를 형성한 2개의 접속단자(107d, 107d)에 의해 전기적으로 접속하고, 긴 발열체(119)를 형성한다. 긴 발열체(119)의 양끝단부에 내부리드선(104)을 부착하여 발열체조립(109c)을 구성한다. 발열체조립(109c)을 석영유리관(101)내에 봉입한다.

석영유리관(101)내에 봉입된 판형상 발열체(112e,112f)는 흑연 등의 결정화탄소, 저항치조정물질 및 아몰파스탄소의 혼합물로 이루어진다. 우선 염소화염화비닐수지 45중량부와 프란수지 15중량부를 혼합하여 혼합물A를 만든다. 다음에, 천연흑연미분말(평균입자정도 5 ㎛) 10중량부와 상기 혼합물A 60중량부를 혼합하여 혼합물B를 만든다. 질화붕소(평균입자정도 2 ㎛) 30중량부와 상기 조성물B 70중량부와 디아릴프타레이트모노머(가소제) 20중량부를 분산·혼합하여, 혼합물C를 만든다. 혼합물C를 압출성형기로 성형하여 선형상의 성형소재로 한다. 이 선형상의 성형소재를 질소가스분위기의 1000℃ 소성화로내에서 30분 소성하고, 그 위에 1600℃ 진공소성화로로 재열처리를 하여 제작하여 본 실시예에 사용하는 탄소계발열체를 얻을 수 있다. 판형상 발열체(112e,112f)의 고유저항치는 동일하다. 발열체 (112e)의 폭은 6 mm, 두께 0.3 mm, 길이 300 mm이고, 발열체(112f)의 폭은 6 mm,두께 0.3 mm, 길이 600 mm 이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 판형상 발열체(112e)의 두께 t와 폭 w와의 비가 1:5이상이 되면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 발열체의 길이 방향에 수직인 방향에서 다른 그림에 나타내는 형상의 열분포를 얻을 수 있다. 도 11에 있어서의 X방향 및 Y방향은 각각 도 10에 있어서의 XO-XO선 방향 및 YO-YO선 방향으로 해당한다. 제 8 실시예의 판형상 발열체는 두께에 대한 폭의 비가 20이기 때문에, 발열체의 주위에서는, 그 방향에 의해서 열분포가 다른 적외선전구가 실현된다.

도 9(A)에 나타낸 바와 같이, 적외선전구의 축방향으로 이러한 지향성이 있는 판형상 발열체(112e)를, 발열체(112f)에 대하여 넓은 면이 수직하게 되도록 접속단자(107d)에 의해 접속한다. 이 적외선전구에 있어서의 판형상발열체(112e, 11 2f)의 축방향의 온도 T의 분포를 도 9(B)에 나타낸다.

도 9(B)는 발열체(112f)가 넓은 면에 평행한 방향에서의 적외선전구의 축방향의 열분포(배광분포)를 나타낸다. 발열체(112e)의 면방향은 온도가 높고, 두께 방향은 낮아진다. 이에 따라 발열체조립(109c)의 온도분포의 지향성을 자유롭게 설정할 수가 있다.

도 11(A)에, 발열체(112e)가 복사하는 적외선의 강도의 방향분포(7a,7b 및 7c)를 나타낸다. 도 11(B)는 실시예의 적외선전구의 중앙부분에 있어서의 횡단면을 나타낸다. 여기서, 도 11에 표시되고 있는 x축 및 y축은 발열체(112e)의 축방향에 대하여 수직인 평면내에서의 직교좌표축이다. 도 11(B)에 나타낸 바와 같이, 원점 O가 발열체(112e)의 실질적인 중심선에, x축이 발열체(112e)의 두께 방향에,y축이 폭방향에 각각 해당한다. 도 11(A)에 있어서, 반경방향은 적외선의 복사강도를 나타내며, 각도방향은 발열체(112e)길이 방향에 대하여 수직의 평면에 있어서의 x축방향에서의 각도방향을 나타낸다. 또한, 도 11(A)가 굵은 실선(7a), 가는 실선(7b) 및, 파선(7c)은 각각, 발열체(112e)의 폭 T가 6.0 mm, 2.5 mm 및 1.0 mm인 경우, 즉, T= 12t, 5t 및 2t의 경우의 방향분포에 해당한다.

한편, 방향분포(7a,7b 및 7c)는 다음과 같이 측정되었다. 우선, 적외선전구에 대하여, 일정한 전력 600 W가 공급된다. 적외선전구로부터 적외선이 안정적으로 복사되고 있는 상태에서, 발열체(112e)의 중심선(도 11의 원점 O)에서 일정거리 약 300 mm의 위치에 놓여진 소정의 미소면적내에 도달하는 적외선량을 측정한다. 이러한 측정을 원점 O에서의 거리를 일정하게 유지하고, 발열체(112e)에 대한 방향을 바꾸면서 되풀이한다. 이와 같이 측정한 결과, 방향분포(7a,7b 및 7c)를 얻을 수 있었다.

방향분포(7a,7b 및 7c)가 나타낸 바와 같이, 발열체(112e)로부터 복사되는 적외선의 강도의 지향성은, 발열체(112e)의 두께 t에 대한 폭 T의 비가 커질수록 강하게 된다. 특히, T≥5t, 즉, 두께 t에 대한 폭 T의 비가 5배 이상일 경우, y축방향의 복사강도가 x축방향과 비교해서 현저히 작다.

이와 같이 배등방적으로 적외선이 복사되면, 예컨대 소정의 영역만을 가열하고 싶은 경우는, 그 영역을 x축상에 두도록 하면 좋다. 그 반대로 소정의 영역만을 가열하고 싶지 않은 경우는, 그 영역을 축상에 두도록 하면 좋다. 따라서, 종래예와 같이 반사판을 특히 쓰지 않더라도, 복사강도에 지향성을 갖게 할 수 있다.

또, 판형상 발열체(112e,112f)를 접속단자(107d)에서 접속한 예로 설명하였지만, 도 7의 제 6 실시예와 같이, 발열체에 부착된 상하 2개의 중계전극(103c,103 d)을 각각 접속부재(108)로 접속하더라도 같은 구성을 얻을 수 있다. 이 경우, 접속부재(108)가 코일형상이기 때문에, 각각의 판형상 발열체(112e,112f)의 방향은 자유롭게 설정할 수 있다.

본 실시예의 적외선전구에 의하면, 여러개의 판형상 발열체의 면방향을 변화시켜 조합시킴으로써 원하는 열분포를 설정한 긴 발열체를 갖는 적외선전구를 실현할 수 있다.

(제 9 실시예)

도 12(A)는 제 7 실시예의 적외선전구를 사용한 본 발명의 제 9 실시예의 가열장치에 있어서의 가열부분의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 12(B)는 열방사의 상태를 나타내는 가열부분의 단면도이다. 제 7 실시예의 요소와 동일부분에는 동일부호를 붙여 설명한다.

도 12(A)에 있어서, 본 실시예의 가열장치는 적외선전구(110)의 판형상 발열체(122c,122d)의 면방향을 피가열물(132)에 향하여 부착시키고, 또한 판형상 발열체(122c,122d)의 피가열물(132)에 대향하는 방향의 배면에 알루미늄제의 반사판(11 1)을 설치하고 있다.

반사판(111)의 반사면의 형상은 반사광이 피가열물(132)에 집중하도록, 발열체(122c,122d)의 위치에 초점을 갖는 포물면으로 하고 있다.

도 12(B)에 나타낸 바와 같이, 적외선전구(110)의 판형상 발열체(122c,122d)의 면방향을 피가열물(132)에 향하여 부착시킴으로써, 열방사에 방향성을 갖게 하고 피가열물(132)을 보다 효과적으로 가열할 수 있다. 또한 적외선전구(110)의 판형상 발열체(122c)의 피가열물(132)에 대향하는 방향의 배면에도 열방사가 크기 때문에, 그 배면에 피가열물(132)의 가열면에 집중하여 반사되는 것 같은 포물면을 갖는 반사판(111)을 설치하고 있다. 이에 따라, 적외선전구로부터 방사되는 열은 효율적으로 피가열물(132)에 조사된다.

이와 같이, 긴 발열체를 갖는 적외선전구(110)의 축방향에 반사판(111)과 피가열물(132)을 배치함으로써, 도 12(B)에 나타낸 바와 같이 적외선전구의 열분포, 열의 지향성을 설치한 가열장치가 실현된다.

이 가열장치에 의하면, 긴 발열체의 길이 방향에 평행하게 피가열물(132)을 배치하고 있기 때문에, 긴치수의 피가열물을 효율적으로 가열할 수 있다. 그 결과, 발열체의 길이 방향을 컨베어의 주행방향에 맞춤으로써, 컨베어식 가열장치 등의 업무용가열장치에 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 반사판(111)의 반사면형상을 발열체의 위치에 초점을 갖는 포물면으로 하였지만, 예컨대 그 외에 평면, 곡면, 원통면 등으로 하더라도 좋다. 반사판(11 1)의 재질은 적외선전구(110)의 방사광을 효율적으로 반사하는 것이면 좋고, 예컨대 스텐레스강, 도금동판 등을 사용하여도 좋다.

또한, 발열체의 열을 흡수하여 쓰는 경우에는, 피가열물(132)의 가열면에, 원적외선흡수도료(흑색)를 실시한 흡열판을 피가열물(132)에 비접촉 혹은 접촉시켜 배치하더라도 좋다.

본 발명의 적외선전구를 사용한 장치에 관해서, 이하에 기술한다.

상기 실시예에서 나타낸 유기물질의 가열효과가 큰 본 발명의 적외선전구는, 이하에 나타내는 각종장치에 적용하여, 에너지 절약형 장치, 목탄과 같은 조리효과가 있는 각종 식품가공용 장치, 업무용 장치 등에 호적인 결과를 얻을 수 있다.

1)난방장치 : 스토브, 사우나, 각로, 발 난방장치, 욕실건조난방기, 탈의실용 스토브 등

2)건조장치 : 의류 건조기, 식기건조기, 이불건조기, 각종도료, 도포막의 건조베이킹장치, 인쇄물의 건조장치, 수세후의 프린트기판건조장치, 수세후의 사진인화지 건조장치 등

3)가열장치 : 음료수의 가열기, 관상용 수조의 가열기, 냉장고의 성애제거히터, 온수기, 생활쓰레기처리기, 각종식품의 가열장치, LBP·PPC·PPF·FAX의 토너정착용 가열장치 등

4)보온장치 : 데리케이트, 고기만두·소세지·꼬치구이, 다꼬야끼 등의 보온장치 등

5)조리장치 : 전자레인지, 로스터, 토스터, 오븐렌지, 꼬치구이장치, 햄버거조리장치, 각종 가정용업무용 조리장치 등

6)의료장치 : 적외선치료기 등

7)배전장치 : 참깨, 사과, 커피, 보리차, 땅콩, 콩과자, 아몬드 등의 배전장치

8)숙성장치 : 과실주, 절임, 햄, 훈제, 소세지, 치즈 등의 숙성장치

9)발효장치 : 요구르트, 초, 간장, 유산음료, 우롱차, 발효주 등의 발효장치

10)해동장치 : 냉동식품의 해동장치

11)소성장치 : 생선묵, 어묵, 빵, 케익, 군고구마, 단밤, 김, 어육 등의 소성장치

12)살균장치 : 메밀국수, 가다랭이포, 과실, 진공팩식품 등의 살균장치 등에 이용 할 수 있다.

이상, 각 실시예에 관해서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 적외선전구 및 그것을 사용한 난방 혹은 가열장치는 다음 효과를 갖는다.

즉, 본 발명의 적외선전구에 의하면, 복수의 단치수의 발열체를, 접속단자 혹은 접속자로 서로 접속함으로써, 발열체가 아래로 늘어지거나, 비용이 상승하지 않고 간단히 긴치수의 발열체를 구성할 수 있다. 또한, 이와 같이 구성한 긴 발열체를 석영유리관에 삽입하고, 불활성가스를 봉하여 막는다. 상기의 구성에 의해 외적충격에 의한 발열체의 손상을 방지할 수 있고, 고온으로 사용가능한 적외선전구가 실현된다.

또한, 복수의 발열량이 다른 발열체를 조합시킴으로써, 접속된 긴 발열체에 있어서 길이 방향에 관해서 원하는 열분포(배광분포)를 설치할 수 있다. 특히, 단면형상이 직사각형으로, 폭과 두께와의 비가 5:1 이상인 복수의 판형상 발열체를 폭면의 방향을 변화시켜 접속함에 의해, 적외선전구의 축방향의 열분포를 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 적외선전구를 씀으로써, 저비용로 원하는 열분포, 열의 지향성을 가지며, 고효율이고, 가열방법에 맞춘 넓은 선택성을 갖고 쓰기편한 가열·난방장치가 실현된다.

실시예에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 적외선전구는 발열체로서 탄소를 포함하는 물질로 이루어지는 소결체를 사용하여, 그 소결체의 표면층이 탄소성분을 많이 포함하는 구성을 갖고 있다.

따라서, 종래의 밀봉 히터, 니크로움선 히터, 콜츠램프히터, 할로겐램프 히터, 또는 탄소계 물질의 소결체를 갖는 종래의 적외선전구 등보다 발열체의 방사율이 보다 흑체에 가깝다. 그 결과, 적외선영역에서의 적외선의 방사강도가 높은 적외선전구를 실현할 수 있다.

또한, 발열체의 부피가 작고, 또한, 저항온도특성이 거의 플랫이기 때문에, 전원투입후, 매우 단시간으로 평형온도에 이르기 때문에, 속열성에 우수하다.

또한, 본 발명의 적외선전구를 사용한 장치는 각종식품의 처리시간의 단축 즉, 에너지 절약효과가 큰 장치가 실현됨과 동시에, 종래의 숯불구이에 가까운 미각이 제공된다. 또한, 식품 이외에, 본 발명의 적외선전구의 방사광의 피크파장(약 2.1 ㎛)에 가까운 흡수파장을 갖는 각종재료 또는 표면상태의 것에 적용하면, 상기와 같이 처리시간을 단축할 수 있는 에너지 절약 타입의 장치가 실현할 수 있다.

Claims (30)

1. 성형성을 가지며 소성후 실질적으로 영이 아닌 탄소수율을 나타내는 탄소의 조성물과, 금속 또는 반금속의 화합물의 적어도 일종을 혼합하고 또한 소성하여 얻어지며, 비점등시의 상온일 때와, 점등시의 고온일 때의 발열체의 전기비저항의 변화율이 상온의 전기비저항에 대하여 -20%에서 +20% 이내이도록 설정한 탄소계발열체와,

   상기 탄소계발열체의 양끝단부에 각각 전기적으로 접속된 리드선, 및

   상기 리드선의 끝단부가 석영유리관 밖으로 도출되도록 상기 탄소계발열체를 석영유리관내에 봉입하고, 또한 내부에 불활성가스를 넣어 밀봉한 석영유리관을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계발열체에 포함되는 금속 또는 반금속의 화합물은 금속탄화물, 금속붕화물, 금속규화물, 금속질화물, 금속산화물, 반금속질화물, 반금속산화물, 반금속탄화물의 군으로부터 선택한 적어도 1종류의 것을 특징으로 하는 적외선전구.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계발열체에 포함되는 조성물은 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계발열체에 포함되는 조성물은 카본블랙, 흑연 및 코크스 분(粉)으로부터 선택된 적어도 1종의 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계발열체와 상기 리드선을 전기적으로 접속하는 통전부에, 그 고유저항이 상기 탄소계발열체의 그것보다 작고, 또한 상기 리드선의 고유저항보다 큰 접속부재를 통해 상기 리드선과 상기 통전부를 전기적으로 접속하고, 상기 리드선의 끝단부가 석영유리관 외부로 도출되도록 석영유리관내에 삽입하여, 내부에 불활성가스를 넣어 밀봉한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 접속부재는 탄소질물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 리드선이 텅스텐선, 몰리브덴선 및 스텐레스선로부터 선택된 금속선인 것을 특징으로 하는 적외선전구.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 탄소계발열체에 인장력을 주도록, 상기 탄소계발열체 양끝단에 각각 접속된 리드선의 적어도 한쪽에 석영유리관의 안지름에 거의 가까운 지름의 스프링부를 설치한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 석영유리관의 내부에 아르곤 또는 질소, 또는 아르곤과 질소의 혼합 가스를 봉입한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
10. 탄소계물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체를 접속단자에 의해서 직렬로 접속한 긴 발열체와,

    긴 발열체의 양끝단에 각각 접속한 전극단자, 및

    상기 각각의 전극단자에, 각각 일끝단을 전기적으로 접속함과 동시에, 각각의 타단을 내부리드선을 통해 각각의 중계단판의 일끝단에 접속한 발열체조립(조립:assembly)을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
11. 제 10 항에 있어서, 내열투광유리관내에 상기 발열체조립을 삽입하고, 상기 중계단판이 상기 내열투광유리관의 봉지부에서 봉지되며, 상기 중계단판의 끝단부에 상기 내열투광유리관 외부로 도출되는 외부 리드선을 접속한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
12. 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 각 양끝단부에 배설한 전극단자 및,

    적어도 한쪽의 상기 전극단자끼리를 접속단자를 통해 접속하고, 상기 복수의 발열체를 1개의 긴 발열체에 형성하여, 상기 긴 발열체의 양끝단의 전극단자의 각각 타단을 내부리드선을 통해 중계단판에 접속한 발열체조립을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
13. 제 12 항에 있어서, 내열투광유리관내에 상기 발열체조립을 삽입하여, 상기 중계단판이 상기 내열투광유리관의 봉지부에 봉지되고, 그 타단에 상기 내열투광유리관의 외부에 도출된 외부 리드선을 접속한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 접속단자 혹은 전극단자가 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 접속단자가 코일형상의 텅스텐계 물질 혹은 몰리브덴계 물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 발열체조립을 봉하여 막은 내열투광유리관내에 적어도 불활성가스물질, 혹은 질소 가스물질을 포함하는 가스를 봉입한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 접속단자는 상기 발열체 및 상기 내열투광유리관에 대하여 동심형상을 가지며, 또한 상기 내열투광유리관의 내벽과 소정의 간극을 가지도록 배치된 것을 특징으로 하는 적외선전구.
18. 제 10 항에 있어서, 상기 발열체조립이 복수의, 발열량의 서로 다른 발열체에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 적외선전구.
19. 제 10 항에 있어서, 상기 발열체의 단면형상이 직사각형이고, 그 직사각형의 두께와 폭의 비가 1:5이상인 판형상 발열체이고, 복수의 상기 판형상 발열체의 적어도 1개는 단면의 직사각형의 긴 변의 방향이 다른 것과 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
20. 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 적어도 일끝단에 접속단자를 접속하는 공정과,

    상기 접속단자를 접속한 발열체와 다른 발열체를 접속단자를 통해 접속하여 1개의 긴 발열체를 형성하는 공정과,

    상기 긴 발열체의 양끝단에 1쌍의 전극단자를 접속하는 공정과,

    각각의 상기 전극단자에, 타단에 중계단판을 접속한 내부리드선의 일끝단을 전기적으로 접속하는 공정과,

    각각의 상기 중계단판에 외부 리드선을 접속하고 발열체조립을 형성하는 공정, 및

    상기 발열체조립을 내열투광유리관내에 삽입하여, 상기 내열투광유리관내에 불활성가스를 충전하여, 상기 내열투광유리관의 양끝단부를 용융하고 상기 발열체조립의 중계단판의 부분으로 봉하여 막는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구의 제조방법.
21. 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 복수의 발열체의 양끝단부에 전극단자를 접속하는 공정과,

    상기 전극단자를 접속한 발열체끼리의 전극단자를 접속자를 통해 접속하여 1개의 긴 발열체를 형성하는 공정과,

    상기 긴 발열체의 양끝단의 상기 전극단자에, 타단에 중계단판을 접속한 내부리드선의 일끝단을 전기적으로 접속하는 공정과,

    각각의 상기 중계단판에 외부 리드선을 접속하여 발열체조립을 형성하는 공정, 및

    상기 발열체조립을 상기 내열투광유리관내에 삽입하여 상기 내열투광유리관내에 불활성가스를 충전하고, 상기 내열투광유리관의 양끝단부를 용융하여 상기 발열체조립의 중계단판의 부분으로 봉하여 막는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구의 제조방법.
22. 적외선전구를 갖는 가열장치 혹은 난방장치이며,

    피가열물 혹은 피난방체를 상기 적외선전구의 축방향으로 평행하게 배치한 것을 특징으로 하는 가열난방장치.
23. 적어도 1개의 막대 형상의, 탄소계 물질을 포함하는 소결체로 형성된 긴 발열체에 복수개의 단자를 부착시켜, 상기 긴 발열체의 양끝단에 1쌍의 전극단자의각각의 일끝단을 접속하여, 각각의 전극단자에 각각의 일끝단을 전기적으로 접속함과 동시에, 타단을 내부리드선을 통해 중계단판의 일끝단에 접속하여 구성한 발열체조립을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선전구.
24. 제 23 항에 있어서, 내열투광유리관내에 상기 발열체조립을 삽입하고, 상기 중계단판이 상기 내열투광유리관의 봉지부에 봉지되고, 그 타단에 상기 내열투광유리관 외부로 도출된 외부 리드선을 접속한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
25. 제 1 항에 기재된 적외선전구의 상기 발열체는 그 표면이 그 내부보다 탄소성분이 많아지도록 구성한 것을 특징으로 하는 적외선전구.
26. 제 25 항에 기재된 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이것들의 복수개소에 장착한 것을 특징으로 하는 난방용 장치.
27. 제 25 항에 기재된 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이것들의 복수개소에 장착한 것을 특징으로 하는 건조용 장치.
28. 제 25 항에 기재된 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착한 것을 특징으로 하는 가열용 장치.
29. 제 25 항에 기재된 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이들 복수개소에 장착한 것을 특징으로 하는 조리용 장치.
30. 제 25 항에 기재된 적외선전구를, 1개 이상, 케이스체의 위쪽, 아래쪽, 측면쪽 또는 이것들의 복수개소에 장착한 것을 특징으로 하는 의료용 장치.