專利名稱：紅外燈的燈絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為工業(yè)用干燥爐等使用的加熱裝置的紅外燈的燈絲及其制造方法， 具體涉及利用鉛箔板大大提高紅外線放射效率、電學(xué)特性以及耐久性的紅外燈的燈絲及其 制造方法。
背景技術(shù)：
依靠常規(guī)電源運(yùn)作的紅外燈廣泛用于工業(yè)用干燥爐、家用取暖器、烹調(diào)工具等加 熱裝置，圖1是這種現(xiàn)有技術(shù)的紅外燈的示意圖。如圖1所示，燈絲2兩端的內(nèi)部導(dǎo)線3連接到由金屬箔片形成的中介片4上，中介 片4的另一端連接到外部導(dǎo)線5。且這種燈絲2插入到石英管1內(nèi)，所述石英管1是透明 的，其兩端夾封(Pinch sealing)且內(nèi)部注入有惰性氣體。電源施加到外部導(dǎo)線5，從石英 管1內(nèi)的燈絲2向各個(gè)方向放射出紅外線。這種紅外燈的燈絲通常由碳材料制成，碳材料的燈絲有棒狀碳多孔材料燈絲、條 狀碳燒結(jié)體燈絲、將多條碳絲捻成條狀并將其再形成為螺旋狀的螺旋形碳條燈絲等多種。一方面，上述傳統(tǒng)的碳材燈絲存在如下的問題。首先，棒狀碳多孔材料燈絲由于碳 自身的電阻特性而很難調(diào)節(jié)所需的電阻值，多孔材料的密度不均勻?qū)е庐a(chǎn)生不經(jīng)過電流的 部分，因此具有不能均勻地放射紅外線的問題，由于是棒狀，表面和中心部的溫度差導(dǎo)致壽 命縮短。條狀碳燒結(jié)體燈絲在發(fā)光時(shí)燈絲變長(zhǎng)，由于薄而寬的寬度而發(fā)生彎曲或變形。而 且，寬度在IOmm以上時(shí)燒成作業(yè)困難且強(qiáng)度弱，因此存在很難制造500mm以上燈絲的問題。 因此，將兩個(gè)以上短燈絲用中間媒介連接來制造長(zhǎng)燈絲，但是存在燈絲容易破損，為了中間 媒介和燈絲的粘著而要使用特殊的粘著劑，由于中間媒介不發(fā)光而導(dǎo)致紅外線放射不均勻 等問題。螺旋形碳條燈絲在發(fā)光時(shí)燈絲長(zhǎng)度伸長(zhǎng)彎曲，其結(jié)果燈絲觸到石英管壁而污染石 英管，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生石英管破損的情況。另外，燈絲內(nèi)部呈空洞且燈絲和燈絲之間有間隙 而不能將能量集中有效使用，從而燈絲的比表面積的發(fā)光率低，導(dǎo)致耗電量大。另外，若燈絲的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，則成型時(shí)加壓不均勻且燒結(jié)時(shí)容易發(fā)生變形，若燈絲和 燈絲之間的間隙不均勻，則根據(jù)燈絲的位置產(chǎn)生溫度偏差且能量效率低下，而且，將燈絲置 于石英管內(nèi)部中央的操作變得困難，需要精確熟練的操作，所以難以提高生產(chǎn)率。如上所述，現(xiàn)有的碳材燈絲存在紅外線放射效率低、放射不均勻、耗電量大、壽命 短、制造困難而生產(chǎn)率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種紅外線放射均勻、放射效率高、耐 熱性和耐久性高、耗電量少、制造容易而生產(chǎn)率高的紅外燈的燈絲及其制造方法。為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明通過用硅(silicon)系的特殊涂覆溶液涂覆箔板石墨(Graphite)來制造紅外燈的燈絲。另外，本發(fā)明設(shè)置有支撐燈絲的定心線圈，改善絕緣體的結(jié)構(gòu)，使外部導(dǎo)線能夠根 據(jù)需要向水平或垂直方向引出，在石英管的表面設(shè)置反射膜，使放射到上方的紅外線反射 到下方。本發(fā)明的燈絲以及利用該燈絲的紅外燈具有紅外線放射均勻、放射效率高、耐熱 性和耐久性高、耗電量少、制造容易而生產(chǎn)率高的效果。另外，本發(fā)明的燈絲具有耐熱性和強(qiáng)度高且制造容易，因此無需使用中間媒介也 能夠制造出較長(zhǎng)的燈絲及紅外燈的效果。本發(fā)明設(shè)置有定心線圈，因此還具有石英管受到?jīng)_擊時(shí)燈絲也不會(huì)脫離而維持固 定，并且發(fā)光時(shí)即使產(chǎn)生熱膨脹也不會(huì)引起燈絲下垂或粘到石英管內(nèi)部的效果。本發(fā)明改善了絕緣子的結(jié)構(gòu)，因此還具有能夠根據(jù)需要將外部導(dǎo)線向水平或垂直 方向引出的效果。另外，本發(fā)明的石英管表面設(shè)置有反射膜，因此還具有將放射到上方的紅外線反 射到下方，從而提高紅外線放射效率的效果。


圖1是現(xiàn)有的紅外燈的示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的紅外燈的整體結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的紅外燈的平面圖；圖4是定心線圈的結(jié)構(gòu)圖；圖5是固定夾的結(jié)構(gòu)圖；圖6是彈簧的結(jié)構(gòu)圖；圖7是絕緣子的結(jié)構(gòu)圖；圖8是涂覆有反射膜的燈絲的形狀圖；圖9是采用圖8的燈絲的紅外燈的放射角度示意圖。附圖標(biāo)記說明1 石英管3:內(nèi)部導(dǎo)線5 外部導(dǎo)線200 燈絲320:中介片340:固定夾360 連接夾400 夾緊部600 絕緣子800 反射膜
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過切斷石墨箔板而形成所需尺寸的石墨箔板條，將2個(gè)所述石墨箔板條
2 燈絲 4:中介片 100 石英管 310 密封墊 330 細(xì)銷 350 彈簧 370 定心線圈 500 注入口 700 外部導(dǎo)線
4加熱粘合為一體，在惰性氣體中，將所述粘合為一體的石墨箔板條進(jìn)行第一次加熱燒成后， 涂覆硅系涂覆溶液并自然干燥，再次按照與所述第一次加熱燒成相同的過程進(jìn)行加熱燒成 后進(jìn)行自然冷卻來制造紅外燈的燈絲。實(shí)施方式本發(fā)明利用硅系特殊涂覆溶液涂覆箔板石墨來制造紅外燈的燈絲。石墨具有特殊 的物理性質(zhì)而具有多種用途，與其他材料不同，石墨加熱到2500攝氏度，其強(qiáng)度也增加，即 使在溫度變化很大的情況下也不會(huì)有尺寸變化。另外，石墨是化學(xué)性質(zhì)最為穩(wěn)定的材料之一，對(duì)于除了如磷酸(Phosphoric Acid) 和重鉻酸鉀(Potassium Dichromate)混合物等強(qiáng)氧化催化劑以外的大部分酸和堿性試劑 都具有優(yōu)秀的耐受性。而且，重量比強(qiáng)度的比率高，精密加工非常容易，通過提純處理能夠 去除雜質(zhì)。通常無機(jī)材料是絕緣體，但是石墨是導(dǎo)電性良好的導(dǎo)體。如上所述，石墨除了具有作為燈絲材料的適合的特性之外，也具有不適合的特性。 即，石墨在大氣或者活性氛圍中350攝氏度以上就開始氧化。因此，用于高溫工藝時(shí)，為了 抑制氧化而需要維持真空狀態(tài)。另一方面，在這種石墨表面涂覆硅系物質(zhì)能夠大大提高耐 氧化性，耐磨性等物理特性。本發(fā)明有效利用了石墨的上述特性，制造具有紅外線放射均勻、放射效率高、耐熱 性和耐久性高、耗電量少、制造容易而生產(chǎn)率高的燈絲。下面詳細(xì)說明本發(fā)明。首先，對(duì)用于涂覆(coating)燈絲的硅系特殊涂覆溶液的 制造進(jìn)行說明。(1)將70wt%的甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)溶液、2wt%的乙酸(CH3COOH) 和28wt%的水(H2O)混合進(jìn)行水解反應(yīng)。這時(shí)，利用攪拌機(jī)等使水解反應(yīng)進(jìn)行的充分，通過 該反應(yīng)生成化合物A。(2)將硅酸鋁和石墨粉末以8 2的比例混合形成混合物B。(3)將硅溶液與混合物B混合形成新的混合物C，所述硅溶液為生成的混合物B的 約1. 66倍。(4)接著在混合物C中加入化合物A生成硅系特殊涂覆溶液，所述化合物A為混合 物C的25wt% (4 1)左右。如此生成的硅系特殊涂覆溶液的色澤與石墨幾乎相同，將其涂覆于燈絲上，發(fā)光 時(shí)紅外線的透過率高而能夠提高放射效率，強(qiáng)化燈絲的耐久性，防止熱膨脹引起的下垂現(xiàn)象。另外，在燈絲的制造中使用硅系成分，使得該燈絲在紅外線區(qū)域的中紅外波段 (通常為2 5 μ m)中釋放的紅外線輻射能量最強(qiáng)。這種中紅外能量具有對(duì)涂覆金屬或非 金屬系列的產(chǎn)品干燥最為適合的波段，尤其是，在對(duì)水性涂料、高分子樹脂、玻璃、油漆、墨、 水分等的干燥中顯示優(yōu)秀的效果。與現(xiàn)有的碳系或者棒狀的加熱器或燈相比，本發(fā)明的紅 外燈的滲透性非常優(yōu)秀，點(diǎn)燈速度也僅僅是1 2秒左右，反應(yīng)速度快，從而在干燥時(shí)間方 面具有卓越的效果。下面詳細(xì)說明本發(fā)明的燈絲的制造。將石墨箔板以10 15mm的寬度切斷，考慮燈的功率來選定長(zhǎng)度并切斷。例如， 額定輸入電壓為110VAC，燈的功率為2. IKW時(shí)，將石墨箔板切斷成寬度約為13mm、長(zhǎng)度為
5720mm ；燈的功率為IKW時(shí)，將石墨箔板切斷成寬度約為13mm、長(zhǎng)度為370mm。將這樣形成的2個(gè)石墨箔板條(strip)加熱粘合為一體。當(dāng)然也可使用1個(gè)石 墨箔板，但是1個(gè)的時(shí)候會(huì)帶來電學(xué)特性值，尤其是電阻值很難調(diào)整，且燈絲的尺寸需要變 大，由于耐久性不高，所以可能會(huì)因發(fā)熱導(dǎo)致燈絲斷線，還可能因燈絲彈性降低而變形，導(dǎo) 致難以維持水平等問題，因此優(yōu)選使用2個(gè)石墨箔板條粘合來制造燈絲。如上所述，將2個(gè)粘合的石墨箔板條在氮?dú)?、氬氣等惰性氣體氛圍中加熱到1100 攝氏度左右來進(jìn)行燒成。這種燒成時(shí)的急劇的溫度上升和燒成后冷卻時(shí)的驟冷會(huì)使箔板產(chǎn) 生異常，因此燒成時(shí)每分鐘要以5 8攝氏度的速度升溫，冷卻時(shí)要自然冷卻。在上述第一次燒成的石墨箔板條上涂覆所述硅系特殊涂覆溶液。涂覆溶液的涂覆 優(yōu)選進(jìn)行兩次，但是也可進(jìn)行一次或者數(shù)次。將所述被涂覆的石墨箔板條自然干燥后，按照 與第一次燒成相同的過程進(jìn)行第二次加熱燒成。冷卻時(shí)也同樣慢慢地自然冷卻。由此制造本發(fā)明的燈絲，該燈絲紅外線放射均勻、放射效率高、耐熱性和耐久性 高、耗電量少。另外，如果利用本發(fā)明的燈絲，則燈的制造變得容易。下面對(duì)利用本發(fā)明燈絲的紅外燈的制造進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中 的紅外燈的整體結(jié)構(gòu)圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中的紅外燈的平面圖，圖4是定心線圈的結(jié) 構(gòu)圖，圖5是固定夾的結(jié)構(gòu)圖，圖6是彈簧的結(jié)構(gòu)圖，圖7是絕緣子的結(jié)構(gòu)圖。如上所述制造的本發(fā)明的燈絲200設(shè)置在透明的石英管100的內(nèi)部，所述石英管 100能夠保護(hù)燈絲200，并使放射的紅外線最大限度地透過。將燈絲200置于石英管100內(nèi) 部的中央后，將定心線圈(centering coil) 370插入燈絲200的中央以固定燈絲200。如圖4所示，圓形環(huán)狀定心線圈370形成有2條圓周部371，從而確保安全，中央部 形成有橫向的插入部372，從而可以將燈絲200插入到插入部372的縫隙(slot) 373中固 定。由于定心線圈370的這種結(jié)構(gòu)，所以從外部對(duì)石英管施加搖晃、平放或、豎起等物 理沖擊，或者發(fā)光時(shí)發(fā)生熱膨脹，燈絲200也不會(huì)脫離，仍然能被固定。另外，發(fā)光時(shí)因熱膨 脹而燈絲200產(chǎn)生拉伸，所述燈絲也不會(huì)下垂，因此可防止燈絲粘到石英管100的內(nèi)壁上。 這種定心線圈370使用溫度特性優(yōu)秀的鉬(Molybdenum)材質(zhì)的線(wire)。接著，在燈絲200兩端的上下部附著軟材質(zhì)的石墨箔板的密封墊310，用固定夾 340包裹后壓著。使密封墊310的寬度與燈絲200的寬度相同，長(zhǎng)度約為10mm，厚度約為 1 2mm。為了在燈絲200發(fā)光時(shí)不泄露雜質(zhì)，這種密封墊310也通過在與制造燈絲200時(shí) 相同的溫度下進(jìn)行燒成工序來制造。如果燈絲200和密封墊310的接觸狀態(tài)不好，則可能會(huì)使接觸電阻變高，導(dǎo)致過電 流而造成燈絲200燒損。因此，為了使燈絲200和密封墊310的接觸良好，使用固定夾340 固定。如圖5所示，為了不對(duì)軟質(zhì)的密封墊310造成損傷，且提高燈絲200和密封墊310的 接觸，固定夾340優(yōu)選由板狀的墊板341、側(cè)板342及上板343構(gòu)成。另外，墊板341的一側(cè) 形成與彈簧350或連接夾360連接的連接部344，所述連接部344上形成有連接孔345。燈絲200 —端的固定夾340的連接部344連接連接夾360，該連接夾360的另一端 的端部連接中介片320。中介片320是小型箔板，其大小和材質(zhì)根據(jù)施加到燈上的電流、電 壓及功率等進(jìn)行選擇。本發(fā)明的實(shí)施方式中使用寬度是7mm、長(zhǎng)12mm、厚0. 03mm的鉬箔板。此外，另一端的固定夾340的連接部344連接彈簧350，該彈簧的350另一端的端
6部連接中介片320。另外，兩側(cè)中介片320的外側(cè)端分別連接有鉬材質(zhì)的細(xì)銷330，該細(xì)銷 330的外端分別連接外部導(dǎo)線700。所述連接夾360、彈簧350、細(xì)銷330通過點(diǎn)(spot)焊 與中介片320連接。所述彈簧350用于緩沖發(fā)光時(shí)燈絲200由于熱膨脹而產(chǎn)生的微小的伸長(zhǎng)，因此所 述彈簧350應(yīng)為足以承受高電流的彈簧。因此，將溫度性能優(yōu)秀的多條鉬材質(zhì)的線捻成1 條后，將其再形成為螺旋形。螺旋的直徑要與石英管100內(nèi)部的直徑幾乎相同，才能在熱膨 脹時(shí)使燈絲200的變化小。彈簧350通常是卷簧等螺旋形結(jié)構(gòu)(圖6A)，但是也可以是圖6B或圖6C中所示的 板簧的結(jié)構(gòu)，根據(jù)流過燈絲200的電流量而選擇板的厚度及寬度。另外，燈絲200的長(zhǎng)度在 300mm以下的情況下由于熱膨脹少，因此可以不設(shè)置彈簧350。彈簧350應(yīng)充分考慮熱膨脹彈性而設(shè)計(jì)，彈簧350的圈數(shù)需為2. 5圈以上。另外， 這種彈簧350優(yōu)選只在一側(cè)使用。設(shè)置在兩側(cè)時(shí)，存在使石英管100的長(zhǎng)度變長(zhǎng)而導(dǎo)致燈 的長(zhǎng)度變長(zhǎng)的問題，且向不同方向發(fā)生熱膨脹時(shí)會(huì)導(dǎo)致燈絲200變形。所述中介片320、細(xì)銷330、固定夾340、彈簧350、連接夾360及定心線圈370 根據(jù)內(nèi)部溫度等來選擇材料。本發(fā)明的一種實(shí)施方式中使用了鉬材料，但是也可使用鎢 (Tungsten)、組(Tantalum)等材料。完成上述連接之后，將石英管100的兩端利用夾緊密封機(jī)進(jìn)行夾緊密封形成夾緊 部400。接著通過石英管100的中央部的注入口 500注入氮?dú)?、氬氣、或氮?dú)馀c氬氣的混合 氣體等惰性氣體后，將注入口密封(sealing)。所述惰性氣體是為了防止石英管100內(nèi)部部 件的氧化并提高紅外線放射效率而注入。最后，為了絕緣，在石英管100兩端的夾緊部400上插入圖7所示的絕緣子600，并 用石膏或白水泥等粘合劑進(jìn)行固定，以防止安全事故。在絕緣子600的插入槽部601插入 石英管100的夾緊部400并用粘合劑固定，將外部導(dǎo)線700引出到引出部602。圖7A的絕緣子600只能使外部導(dǎo)線700在水平方向引出而不能在垂直方向上引 出，因此存在根據(jù)不同情況可能會(huì)有不便或者整體的體積變大的問題，但是圖7B的絕緣子 600可以根據(jù)需要在水平或垂直方向上引出導(dǎo)線700，因而作為優(yōu)選。圖8是涂覆有反射膜的燈絲的形狀圖，圖9是使用了圖8的燈絲的紅外燈的放射 角度的示意圖。如圖8所示，在石英管100的表面的上方設(shè)置反射膜(Reflector)SOO時(shí)， 能夠?qū)⑾蛏戏椒派涞募t外線反射到下方，從而提高紅外線的放射效率。反射膜800通常設(shè) 置在石英管100的圓周表面的半面，此時(shí)反射角度如圖9所示，為60 75度。作為反射膜800的材料使用最多的是反射效率最為優(yōu)秀的金。反射膜800越厚反 射率越高，一般在石英管100的表面上涂覆4 5μπι厚度的金箔(Gold Film)。另外，可以 代替反射膜800設(shè)置高亮度的反射罩來提高反射效率。在沒有反射膜800的情況下，大約 有40%左右的紅外線向上方放射，因此放射效率低而且還可能對(duì)安裝燈的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不好 的影響。下表為不同燈絲的耗電量的測(cè)量結(jié)果。表 權(quán)利要求
一種紅外燈的燈絲制造方法，其特征在于，該紅外燈的燈絲制造方法包括切斷石墨箔板而形成所需尺寸的石墨箔板條；將2個(gè)所述石墨箔板條加熱粘合為一體；在惰性氣體中，將所述粘合為一體的石墨箔板條進(jìn)行第一次加熱燒成后；涂覆硅系的涂覆溶液自然干燥后；再次按照所述第一次加熱燒成相同的過程進(jìn)行加熱燒成，之后進(jìn)行自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的紅外燈的燈絲。
3.利用權(quán)利要求2所述的燈絲的紅外燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外燈，其特征在于，對(duì)所述燈絲起保護(hù)作用的石英管內(nèi)部 設(shè)置有固定所述燈絲的定心線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外燈，其特征在于，所述燈絲的端部設(shè)置有密封墊和固定夾。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外燈，其特征在于，所述燈絲的端部設(shè)置有彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外燈，其特征在于，所述彈簧是卷簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外燈，其特征在于，所述彈簧是板簧。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外燈，其特征在于，對(duì)所述燈絲起保護(hù)作用的所述石英管 的夾緊部設(shè)置有用于絕緣的絕緣子，所述絕緣子的引出部向水平方向和垂直方向開放。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外燈，其特征在于，對(duì)所述燈絲起保護(hù)作用的所述石英管 的部分表面設(shè)置有反射膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及作為工業(yè)用干燥爐等使用的加熱裝置的紅外燈的燈絲及其制造方法，該方法通過在石墨箔板上涂覆硅系的涂覆溶液來制造紅外燈的燈絲。這樣制造的燈絲及利用該燈絲的紅外燈具有紅外線放射均勻、放射效率高、耐熱性和耐久性高、耗電量小、制造容易而生產(chǎn)率高的效果。此外，本發(fā)明設(shè)置有支撐固定紅外燈的燈絲的定心線圈，并改善了用于絕緣的絕緣子的結(jié)構(gòu)，且在上方設(shè)置有反射膜，從而大大提高了紅外燈的性能。
文檔編號(hào)C09D183/04GK101978212SQ200980109805
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者尹正曄, 樸警勛, 金容善, 金營(yíng)男 申請(qǐng)人:利特箭株式會(huì)社