低电磁场红外辐射面板的制作方法

1.本发明涉及用于治疗目的的红外辐射面板，更具体地，涉及在多个波长范围内辐射红外(ir)能量的此种面板，其可以产生以极低频率(extremely low frequency，elf)变化的低电磁场(electromagnetic field，emf)。


背景技术：

2.红外疗法使用红外加热器将红外能量作为辐射热散发出去，这种辐射热被皮肤和身体吸收。许多研究表明，在减轻压力、愈合损伤、减轻疼痛、消除毒素、改善心功能、提高免疫力等领域中，红外辐射带来了诸多健康益处。红外疗法有点类似于桑拿和蒸汽浴疗法，这些疗法以各种形式存在于不同的文化中已有数百年。
3.红外能量可以由红外发光二极管(led)、红外灯和平板红外辐射面板以各种红外波长范围辐射。聚酰亚胺(polyimide，pi)加热器是一种由聚酰亚胺聚合物片或层形成的辐射加热器面板。聚酰亚胺加热器可以类似于印制电路板的方式制造。聚酰亚胺层或衬底形成有电阻性导体覆层，该电阻性导体覆层被蚀刻以形成导体图案，该导体图案被电激活以产生热量。聚酰亚胺通常是耐热的，且可以是刚性的或具有一定程度的柔性。
4.一个或多个红外辐射聚酰亚胺加热器面板可以支撑在房屋内的现有房间的墙壁上，或者支撑在房屋内的封闭结构(称为红外桑拿房)内，例如美国专利no.7,458,111或no.8,676,044中公开的结构类型，其公开内容通过引用整体并入本文。此种结构可以是在室外建造的自支撑建筑物。用于此种面板的支撑结构也可以设置在商业、治疗或康复环境中。
5.对于由辐射面板利用辐射导体的长度产生热量，一个值得关注的领域是电磁场(包括极低频率场)的产生。令人担心的是，电磁场与各种人体组织的相互作用会导致此类组织中发生不良变化或状况。


技术实现要素：

6.本发明的示例性实施例提供了一种低电磁场辐射红外(ir)面板，包括：具有相反衬底表面的非导电衬底、形成在该衬底的表面上以辐射在第一波长范围的红外能量的第一红外区域，以及形成在该衬底或另一衬底的表面上以辐射在第二波长范围的红外能量的第二红外区域。红外区域中的每一个包括以选定图案形成在该衬底的第一表面上的第一导体，和以选定图案形成在该衬底或另一衬底的第二表面上的第二导体。第二导体定位成与第一导体紧密相邻并且与第一导体对准。第一和第二导体接收所需的电流水平以产生热量，从而在与各个红外区域相关的波长范围内产生红外辐射。第一和第二导体以相反的极性被电激活，以消除由导体中流动的电流引起的电磁场分量。导电电磁屏蔽层定位成覆盖第一和第二红外区域，以抑制由流过其导体的电流引起的附加电磁场分量。
7.面板的实施例包括多个衬底。红外区域的导体中的每个导体在单独的衬底的表面上以选定的图案形成。衬底以相邻的重叠关系定位，而导体以紧密相邻的关系定位，以消除
由导体中流动的电流产生的电磁场分量。衬底可以相互重叠的关系联接，例如，通过熔合联接在一起。面板可以包括支撑框，面板与该框在结构上接合。衬底中的一个或多个衬底可以具有在其表面上形成的材料，以便于将衬底附接到此种支撑框。
8.在面板的实施例中，第一和第二导体中的每个导体以一种图案在其各自的表面上延伸，其中，每个导体的第一段的大部分与导体的第二段的大部分成紧密相邻且平行关系，使得电流在第一和第二段中沿相反的方向流动，从而消除了由在段中流动的电流产生的电磁场分量。
9.在面板的实施例中，第三红外区域由能够在第三红外波长范围内辐射红外能量的多个红外发射二极管在面板上形成。
10.红外辐射面板可以包括耦接到第一和第二导体的直流电源，该直流电源使在其中流动的电流水平在与各个红外区域相关的波长范围内产生红外辐射。
11.红外辐射面板的实施例可以包括与红外区域中的每一个热接合的恒温器。恒温器连接到与红外区域相关联的导体，并控制其中的电流以在红外区域内维持选定的温度范围，从而维持由红外区域辐射的红外波长的范围。面板可以包括形成在面板的衬底的表面上以增强来自面板的红外辐射的热发射材料。
12.从以下结合附图的描述中，本发明的各种目的和优点将变得显而易见，在附图中，通过说明和示例的方式，阐述了某些示例性实施例。
13.附图构成本说明书的一部分，包括示例性实施例，且示出了其各种目的和特征。
附图说明
14.图1是图解正视图，示出了根据示例性实施例描述的、附接到支撑框架的红外辐射面板。
15.图2是框图，示出了根据示例性实施例描述的、用于红外辐射面板的电源的电子组件的框图。
16.图3是根据示例性实施例的、联接形成红外辐射面板的多个衬底的放大分解图。
17.图4是根据示例性实施例的、形成在红外辐射面板的衬底的选定表面上的电阻性导体迹线的示例性图案的大幅度放大的图解图。
18.图5是红外面板的衬底的正视图，图示出了根据示例性实施例的、形成在衬底的表面上以辐射在选定的红外波长范围内的红外能量的辐射区域。
19.图6是用于抑制极低频电磁场的示例性导电屏蔽层的正视图，该电磁场可以由在根据示例性实施例描述的红外辐射面板的电阻性导体迹线中流动的电流产生。
20.图7是类似于图6的视图，示出了替代导电屏蔽层，该替代导电屏蔽层具有穿过其形成的圆形开口的图案。
具体实施方式
21.根据需要，本文公开了详细的示例性实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例性的，且可以各种形式实施。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础，以及作为教导本领域技术人员以几乎任何适当的详细结构以不同地采用示例性实施例的代表性基础。
22.更详细地参考附图，附图标记1通常表示根据示例性实施例的红外或ir辐射面板。面板1可以固定到面板支撑框架2以形成红外辐射面板结构3。通常，面板1形成有多个ir辐射区域6、8和10，这些ir辐射区域辐射为了健康和治疗目的，在多个红外波长范围内的红外能量。
23.在所示面板1上，将ir辐射区域6指定为近ir区域，将区域8指定为中或中间ir区域，并且将区域10指定为远ir区域。在科学界中，电磁频谱的近、中和远红外波长区域的指定并没有精确定义。就本文而言，近ir区将指大约750至1500纳米(nm)的ir波长；中或中间红外区域将指大约1500nm至5000nm的波长，而远红外区域将指大约5000nm至1毫米(mm)的波长。近ir范围接近可见光范围并与可见光范围重叠。
24.参照图3，ir辐射面板1的实施例由多个绝缘衬底或绝缘层12形成，这些绝缘衬底或绝缘层对升高的热量具有耐受性而基本无弱化或变形。衬底12可以由诸如聚酰亚胺或pi聚合物的材料形成。可以预见，衬底12可以替代地由其它合适的诸如聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)等非导电材料形成。一些衬底12可以具有形成在其各自表面上的导电迹线或导体14，以产生热量来引起红外辐射。所示的面板1具有衬底16和17，衬底16和17上形成导体14。没有导体14的衬底12有助于面板1的结构强度以及面板1所需的刚度或柔性。另外，衬底12可以有助于面板1的热质量，这使得其能够存储热量，提供热“惯性”以抵抗不希望的温度波动。形成面板1的前侧19的衬底12中的一个可以涂覆有高发射率材料21，该高发射率材料提高了来自面板1的热辐射。例如，材料21可以是一层碳材料。
25.导体14是电阻性的，使得流过其中的电流在面板1中产生热量。导体14具有选定的电阻率和长度，使得选定的电流水平从中流过以产生选定水平的热量，从而使辐射区域8和10辐射期望波长的红外能量。导体14可以以类似于常规印刷电路制造方法的方式形成在衬底12的表面上。通常，用于容纳导体14的衬底16和17被导电材料包覆，该导电材料被蚀刻以形成期望图案的导体14。尽管也可以使用电阻性导体14来形成近红外区域6，但是面板1的实施例采用了在近红外区域内辐射红外能量的红外发光二极管或ir led阵列24(图5)。
26.图4示出了一种类型的图案28，其中导体14可以布置成形成ir区域8和10。每个导体14以“双线”构型布置，其中导体的大部分以相邻平行关系向外延伸，并返回到连接电源37(图2)的一对电接触垫32和34，这将下面将进一步进行描述。在任何给定时间，在相同导体14的相邻部分中流动的电流将沿相反的方向流动。因此，在导体的一部分中产生的电磁场的磁场强度相等而磁极性相反，从而将消除相当一部分的场。图4示出了以旋绕方式布置的两个双线布置的导体14，使得在两个导体14的相邻部分之间发生附加磁场被消除。
27.在图4中，接触垫32示出为用正号指示正极性，而接触垫34示出为用负号指示负极性。可以预见，接触垫32和34的极性可以反转。另外，如果导体14由交流电(ac)激活，则接触垫32和34的极性将周期性地反转。应当理解，接触垫32和34始终处于相反的电极性。
28.图2示出了用于面板1的电路38(包括面板1的红外辐射阵列6、8和10)的示例性电源37。所示电源37包括将交流(ac)电源线或ac电源总线42连接到电源变压器44的电源开关48。变压器44可以是降压变压器，以向电路38的后续级提供较低水平的电压。变压器44还将其余级与电源线42隔离。尽管未示出，但是可以在电源线42和开关40之间加入保险丝或断路器以保护电路38。所示电源37是直流(dc)电源，并且包括整流器46，整流器可以是半波整流器或全波整流器，以将来自电源线42的ac电转换为直流电。可以预见，可以将滤波电容器
(未示出)连接到整流器46上，以对整流后的直流电中的纹波进行滤波。还可以预见，交流电可以替代地用于为面板电路38供电。面板1的示例性实施例消耗大约300瓦。可以预见，示例性实施例中的面板1可以在其它功率水平下操作。
29.红外辐射区域6、8和10中的每一个可以包括各自的恒温电路或恒温器48，以感测该区域的温度，并控制流向该区域的电流以维持该区域的期望温度。当感测到的温度低于设定温度时，简单的恒温器48使电流流向相应的区域。如果该区域的温度超过设定温度，则恒温器会切断流向该区域的电流，直到温度降至设定温度以下。更复杂的恒温控制器电路(未示出)会改变电流，以将温度保持在接近设定温度的范围内。
30.导体14的图案28可以各种长度、宽度和密度形成，以形成ir区域8和10。通常，对于给定的电流水平，导体14的每单位面积的密度越大，在导体中以及在这些导体附近的衬底12中产生的温度越高。在所示面板1中，导体14在中ir区域8中的密度比在远ir区域10中的密度大得多。所示面板1的导体14和通过其的电流水平使中间ir区8在约250
°
f至300
°
f(约120℃至150℃)的温度范围内操作。相反，导体14和通过其的电流水平使远ir区域10在约120
°
f至220
°
f(约80℃至105℃)的温度范围内操作。可以预见，区域8和10可以可替代地在较低或较高的温度下操作。
31.图5示出了其上形成有导体14的衬底16或17中一者的实施例。衬底16和17上优选具有基本相同的图案，这些图案在面板1中紧密对齐。衬底16和17的导体14由电源37以相反的电极性激活，使得电流在导体14的相应段中沿相反的方向流动，由此进一步消除了衬底16和17的相应导体14之间的磁场分量。
32.图6和7示出了电磁场(emf)屏蔽层或屏蔽件50的实施例(也参见图3)。屏蔽件50可以是由聚酰亚胺聚合物、聚氯乙烯等形成的衬底，该衬底上具有导电覆层，或该衬底中层压有导电覆层或该衬底与导电覆层层压。屏蔽件50的导电性质为导体14中的电流产生的电磁场分量提供了屏障，否则该电磁场分量不会被导体的图案28消除。所示屏蔽件50特别地构造成覆盖面板1的远ir区域10。可以预见，可以提供屏蔽件50的附加部分(未示出)来覆盖面板1的近ir区域6和中ir区域8。屏蔽件50可以具有多个小开口52，这些开口使得能够从面板1有效地发射红外能量，而不会削弱屏蔽件50作为电磁场的有效屏障的能力。图6中所示的开口52为矩形。图7中所示的开口52是圆形或环形。还可以预见，屏蔽件50可以形成有尺寸和形状不同于图6和图7中所示尺寸和形状的开口52。
33.衬底12可以相互重叠的关系联接，以形成复合红外辐射面板1。所示面板1是在高温压机中通过将衬底12熔合在一起而形成。可以预见，衬底12可以替代地通过粘合剂、紧固件或通过由安装框架2的适当构造部分将其夹紧在一起而联接。面板1在使用中由框或框架2支撑。为了将框2的组件牢固地附接到面板1，可以在衬底12上沿衬底的边缘设置加强条或紧固条56(图5)。这些条56可以在形成导体14的蚀刻工艺期间由衬底16和17上的金属覆层的条形成。替代地，可以在其它衬底12或所有衬底上设置加强条56。支撑框架2提供了一种用于在预期使用地点将红外面板结构3安装在墙壁或墙壁框架上的装置。
34.在不脱离以下权利要求的范围的情况下，所描述的各种组件以及未示出的组件的许多不同的布置都是可能的。已经出于说明性而非限制性的目的描述了本技术的实施例。在阅读本公开之后并且由于阅读了本公开，替代实施例对于本公开的读者将变得显而易见。在不背离以下权利要求的范围的情况下，可以完成实现前述内容的替代手段。在本公开
中和在下面的权利要求中，构造为执行特定功能的结构识别旨在包括在本公开范围内且本领域技术人员容易识别并且能够以类似方式执行特定功能的结构和布置或其设计。某些特征和子组合是实用的，并且可以在不参考其它特征和子组合的情况下采用，并且视为在权利要求的范围内。