JPH0762997B2 - ヒータランプ - Google Patents

ヒータランプ

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JPH0762997B2
JPH0762997B2 JP62220357A JP22035787A JPH0762997B2 JP H0762997 B2 JPH0762997 B2 JP H0762997B2 JP 62220357 A JP62220357 A JP 62220357A JP 22035787 A JP22035787 A JP 22035787A JP H0762997 B2 JPH0762997 B2 JP H0762997B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヒータランプに関し、特に、電気コンロ、電
気オーブン等の電熱器具に好適なヒータランプに関する
ものである。
〔発明の背景〕 例えば電気コンロ等の電熱器具に用いられるヒータラン
プの一例においては、透明な石英ガラス製封体の内部に
フィラメントが配置され、そして当該封体の外表面のほ
ぼ半周面にセラミック製反射膜が設けられて構成されて
いる。このセラミック製反射膜は、放射光を特定の方向
に向かって反射させ、これにより被加熱物を効率的に加
熱するためのものである。
従来においては、透明な石英ガラス製封体の外表面のほ
ぼ半周面に、下記組成のセラミック材料を用いて形成さ
れたセラミック製反射膜を有してなるヒータランプが知
られている。
二酸化ケイ素(SiO2) 6.20重量% 酸化チタン(TiO2) 18.20重量% 酸化亜鉛(ZnO) 0.90重量% 酸化アルミニウム(Al2O3) 61.30重量% 酸化鉛(PbO) 13.40重量% 上記セラミック材料において、二酸化ケイ素および酸化
アルミニウムは、好適な反射特性を得るために有効な成
分であり、酸化鉛は、石英ガラス製封体との付着性を高
めるのに有効な成分である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記組成のセラミック材料においては、
酸化鉛(赤色)の色消しのために、酸化チタンが必須成
分として含有されているため、点灯時の高温(例えば60
0℃程度)により当該酸化チタンが原因となってセラミ
ック製反射膜が黄変し、その結果反射特性が低下して熱
効率が小さくなる問題点がある。
〔発明の目的〕
本発明は以上の如き事情に基いてなされたものであっ
て、その目的は、透明ガラス製封体に対する付着性が高
く、しかも変色せず長期間安定した反射特性を有するセ
ラミック製反射膜を具えたヒータランプを提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、管状の透明ガラス製封体の外表面のほぼ半周
面を覆うよう設けた白色のセラミック製反射膜を有して
なるヒータランプにおいて、前記セラミック製反射膜
が、70重量%以上で94重量%以下の二酸化ケイ素と、5
重量%以上で20重量%未満の酸化アルミニウムと、この
酸化アルミニウムに対して重量比で0.2〜0.5倍の量の酸
化カリウムとを含有してなることを特徴とする。
〔発明の作用効果〕
本発明によれば、セラミック製反射膜が、70重量%以上
で94重量%以下の二酸化ケイ素と、5重量%以上で20重
量%未満の酸化アルミニウムと、この酸化アルミニウム
に対して重量比で0.2〜0.5倍の量の酸化カリウムとを含
有してなるので、当該セラミック製反射膜の透明ガラス
製封体に対する付着強度が大きくて被膜の耐久性が格段
の大きなものとなり、しかもセラミック製反射膜が耐熱
性の優れた特定の材料により成形されているので、高温
下においても変色して劣化することがなく、長期間にわ
たり良好な反射特性が得られる。
〔発明の具体的構成〕
以下、図面を参照しながら本発明の構成を具体的に説明
する。
第1図および第2図は、本発明に係るヒータランプを示
す説明用断面図である。同図において、10は透明ガラス
製封体、20は白色のセラミック製反射膜である。
セラミック製反射膜20は、透明ガラス製封体10の外表面
のほぼ半周面を覆うよう設けられている。
透明ガラス製封体10は、例えば長尺な直管状の石英ガラ
スよりなり、当該封体10内に、例えばタングステン製の
長尺なフィラメント11が配置されている。12は例えばモ
リブデン製の気密シール用金属箔、13は外部リード、14
は例えばリング状のサポータである。図示の例のヒータ
ランプは、両端に封止部が形成された両端封止型のもの
である。
フィラメント11は、封体10の管軸に沿って伸びるようそ
の両端がそれぞれ金属箔12,12に接続されて固定される
と共に、複数のサポータ14により所定位置に保持されて
いる。金属箔12,12はそれぞれ端部封止部に気密に埋設
固定されていて、その外端側には外部リード13,13が接
続固定されている。
セラミック製反射膜20は、70重量%以上で94重量%以下
の二酸化ケイ素(SiO2)と、5重量%以上で20重量%未
満の酸化アルミニウム(Al2O3)と、この酸化アルミニ
ウムに対して重量比で0.2〜0.5倍の量の酸化カリウム
(K2O)とを含有してなる。
二酸化ケイ素および酸化アルミニウムは、白色であり、
熱による変色もないので、放射光を効率的に反射する特
性を得るために有効な成分である。
酸化カリウムは、硬化剤としての機能を有し、セラミッ
ク製反射膜20の透明ガラス製封体10に対する付着強度を
高めるために有効な成分である。
酸化カリウムの使用割合は、酸化アルミニウムに対して
重量比で0.2〜0.5倍の量であることが必要である。酸化
カリウムの割合が過小のときには、セラミック製反射膜
20の透明ガラス製封体10に対する付着強度が不十分とな
り、剥離等の損傷が生じやすい。一方、酸化カリウムの
割合が過大のときには、セラミック製反射膜20に亀裂が
発生しやすい。
セラミック製反射膜20中には、その他の成分が必要に応
じて含有されていてもよい。斯かるその他の成分として
は、例えば酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化カリウム
(CaO)等を挙げることができる。
セラミック製反射膜20は、具体的には次のようにして形
成することができる。
(A)2層塗りタイプ (1)二酸化ケイ素および酸化アルミニウムを主体と
し、その他必要に応じて用いられる例えば酸化マグネシ
ウム、酸化ジルコニウム等とよりなるセラミック材料の
微細粉末を、水に分散して例えば濃度が50〜80重量%程
度でpHが7〜9程度の塗布液を調製し、この塗布液を例
えばスプレーガンを用いて、透明ガラス製封体10の外表
面のほぼ半周面に均一に塗布して塗膜を形成する。この
塗膜の厚さは、10〜300μm程度、特に50〜200μm程度
が好ましい。
次に、上記塗膜を例えば約150℃程度の温度下において1
0分以上乾燥処理して塗膜中の水分を除去する。さら
に、乾燥後の塗膜を例えば260〜350℃程度の温度下にお
いて15分以上加熱処理することにより、塗膜中の結晶水
を分解蒸発させて当該塗膜を熱硬化させ、第1層を形成
する。
この第1層の形成においては、セラミック材料の微細粉
末を透明ガラス製封体の表面に弱く付着させるという観
点から、塗布液中に若干量の酸化マグネシウムを含有さ
せることが好ましい。
(2)二酸化ケイ素および酸化カリウムを主体とし、若
干の酸化アルミニウムと、その他必要に応じて用いられ
る例えば酸化ジルコニウム等とよりなるセラミック材料
の微細粉末を、水に分散して例えば濃度が10〜30重量%
程度でpHが10〜12程度の塗布液を調製し、この塗布液を
例えばスプレーガンを用いて、上記第1層上に均一に塗
布して塗膜を形成する。この塗膜の形成においては、塗
布液の一部が上記第1層中に滲み込んだ状態となる。こ
の塗布液のpHは、透明ガラス製封体と反応を起こさない
程度に調整することが肝要である。
次に、上記塗膜を例えば約150℃程度の温度下において1
0分以上乾燥処理して塗膜中の水分を除去する。さら
に、乾燥後の塗膜を例えば260〜350℃程度の温度差にお
いて15分以上加熱処理することにより、塗膜中の結晶水
を分解蒸発させて当該塗膜を熱硬化させ、もって2層塗
りタイプのセラミック製反射膜20を得る。
この第2層の形成においては、第1層と反応しないで残
った第2層のセラミック材料の微細粉末を結合、硬化さ
せるという観点から、塗布液中に若干量の酸化アルミニ
ウムを含有させることが好ましい。
この2層塗りタイプの手段によれば、塗布作業中におい
て、塗布液が固まって塗布性を低下させるおそれがない
ので、塗布作業を良好に行なうことができる利点があ
る。
(B)2液混合塗りタイプ (1)二酸化ケイ素および酸化アルミニウムを主体と
し、その他必要に応じて用いられる例えば酸化マグネシ
ウム、酸化ジルコニウム等とよりなるセラミック材料の
微細粉末を、水に分散して例えば濃度50〜80重量%程度
でpHが7〜9程度の第1液を調製する。
(2)二酸化ケイ素および酸化カリウムを主体とするセ
ラミック材料の微細粉末を、水に分散して例えば濃度が
10〜30重量%程度でpHが10〜12程度の第2液を調製す
る。
(3)上記第1液と第2液とを、重量比で6:1〜3:1の割
合で混合し、撹拌して塗布液を調製する。そして直ちに
当該塗布液を例えばスプレーガンを用いて、透明ガラス
製封体10の外表面のほぼ半周面に均一に塗布して塗膜を
形成する。この塗膜の厚さは、10〜300μm程度、特に5
0〜200μm程度が好ましい。
次に、上記塗膜を例えば約150℃程度の温度下において1
0分以上乾燥処理して塗膜中の水分を除去する。さら
に、乾燥後の塗膜を例えば260〜350℃程度の温度下にお
いて15分以上加熱処理することにより、塗膜中の結晶水
を分解蒸発させて当該塗膜を熱硬化させ、もって2液混
合塗りタイプのセラミック製反射膜20を得る。
上記塗布液のpHが高すぎると、透明ガラス製封体と反応
を起こして被膜が剥離しやすくなるので、そのような反
応を起こさない程度のpHに調整することが肝要である。
また、上記第1液と第2液とを混合して塗布液を調製す
る作業は、塗布作業の直前に行なうことが必要である。
すなわち、上記第1液と第2液とを混合して得られる塗
布液は、混合後硬化反応が進行し、次第にヨーグルト状
に固まって塗布性が低下するからである。
この2液混合塗りタイプの手段によれば、成分が均一な
塗膜の形成が可能であるため、性能の均一なセラミック
製反射膜を形成することができる利点がある。
以上の構成のヒータランプによれば、白色のセラミック
製反射膜20が、70重量%以上で94重量%以下の二酸化ケ
イ素と、5重量%以上で20重量%未満の酸化アルミニウ
ムと、この酸化アルミニウムに対して重量比で0.2〜0.5
倍の量の酸化カリウムとを含有してなるので、当該セラ
ミック製反射膜20の透明ガラス製封体10に対する付着強
度が大きくて被膜の耐久性が格段に大きなものとなり、
しかもセラミック製反射膜20が耐熱性の優れた特定の材
料により形成されているので、高温下においても変色し
て劣化することがなく、長期間にわたり良好な反射特性
が得られる。
〔実験例〕
(1)実験例1(本発明用) 二酸化ケイ素 78.85重量% 酸化アルミニウム 17.30重量% 酸化マグネシウム 1.40重量% 酸化ジルコニウム 2.45重量% 上記組成のセラミック材料の微細粉末を水に分散させて
濃度77.3重量%でpHが8.0の塗布液を調製した。スプレ
ーガンを用いて上記塗布液を透明な石英ガラス製封体の
外表面のほぼ半周面に塗布して、厚さが120μmの塗膜
を形成した。次いで、当該封体を150℃の温度下に5分
間保持して塗膜を乾燥処理した後、さらに300℃の温度
下に15分間保持して塗膜を熱硬化処理し、第1層を形成
した。
二酸化ケイ素 79.90重量% 酸化アルミニウム 2.60重量% 酸化カリウム 13.90重量% 酸化ジルコニウム 3.60重量% 上記組成のセラミック材料の微細粉末を水に分散させて
濃度15.7重量%でpHが11.4の塗布液を調製した。スプレ
ーガンを用いて当該塗布液を上記透明ガラス製封体の外
表面に形成された第1層上に塗布した。次いで、当該封
体を150℃の温度下に5分間保持して塗膜を乾燥処理し
た後、さらに300℃の温度下に15分間保持して塗膜を熱
硬化処理し、もって2層塗りタイプの白色のセラミック
製反射膜を有してなるヒータランプ(ランプA)を製造
した。
上記セラミック製反射膜において、二酸化ケイ素が79.2
2重量%、酸化アルミニウムが11.73重量%、酸化カリウ
ムが酸化アルミニウムの0.43倍の量である。
当該ランプAを実際に点灯し、点灯時間が10分経過した
ときの、セラミック製反射膜の反射面前方であってラン
プ表面から30mmの距離における配熱分布を測定したとこ
ろ、第3図において曲線Iで示すように優れた結果が得
られた。なお、曲線IIはセラミック製反射膜を有しない
ほかは同様にして製造したランプにおける配熱分布であ
る。
さらに、点灯時間が200時間経過した後においてセラミ
ック製反射膜の状態を調べたところ、亀裂等の損傷なら
びに黄変等の変色は認められなかった。また反射膜を軽
く擦ってみたところ、反射膜が剥離せず付着強度が十分
であった。
(2)実験例2(本発明用) 二酸化ケイ素 76.70重量% 酸化アルミニウム 16.60重量% 酸化カリウム 2.30重量% 酸化ジルコニウム 2.60重量% 酸化ナトリウム 1.10重量% 三酸化イオウ 0.55重量% 酸化カルシウム 0.19重量% 上記組成のセラミック材料の微細粉末を水に分散させて
濃度76.8重量%でpHが8.0の第1液を調製した。
二酸化ケイ素 76.60重量% 酸化カリウム 23.40重量% 上記組成のセラミック材料の微細粉末を水に分散させて
濃度36.5重量%でpHが11.4の第2液を調製した。
上記第1液と第2液とを、6:1の重量比で混合し撹拌し
て塗布液を調製した。
次に、直ちに当該塗布液をスプレーガンにより透明な石
英ガラス製封体の外表面のほぼ半周面に塗布して、厚さ
が110μmの塗膜を形成した。次いで、当該封体を150℃
の温度下に5分間保持して塗膜を乾燥処理した後、さら
に300℃の温度下に15分間保持して塗膜を熱硬化処理
し、もってセラミック製反射膜を有するヒータランプ
(ランプB)を製造した。
上記セラミック製反射膜において、二酸化ケイ素が76.6
9重量%、酸化アルミニウムが14.23重量%、酸化カリウ
ムが酸化アルミニウムの0.23倍の量である。
当該ランプBを実際に点灯して実験例1と同様にして配
熱分布測定したところ、実験例1とほぼ同様の優れた結
果が得られた。
さらに、点灯時間が2000時間経過した後においてセラミ
ック製反射膜の状態を調べたところ、亀裂等の損傷なら
びに黄変等の変色は認められなかった。また反射膜を軽
く擦ってみたところ、反射膜が剥離せず付着強度が十分
であった。
(3)実験例3(本発明用) 実験例2において、第1液と第2液の配合重量比を3:1
としたほかは、実験例1と同様にして白色のセラミック
製反射膜を有してなるヒータランプ(ランプC)を製造
した。
上記セラミック製反射膜において、二酸化ケイ素が76.6
8重量%、酸化アルミニウムが12.45重量%、酸化カリウ
ムが酸化アルミニウムの0.47倍の量である。
当該ランプCを実際に点灯して実験例1と同様にして配
熱分布測定したところ、実験例1とほぼ同様の優れた結
果が得られた。
さらに、点灯時間が2000時間経過した後においてセラミ
ック製反射膜の状態を調べたところ、亀裂等の損傷なら
びに黄変等の変色は認められなかった。また反射膜を軽
く擦ってみたところ、反射膜が剥離せず付着強度が十分
であった。
(4)実験例4(比較用) 実験例2において、第1液と第2駅の配合重量比を8:1
としたほかは、実験例1と同様にして白色のセラミック
製反射膜を有してなるヒータランプ(ランプD)を製造
した。
上記セラミック製反射膜において、二酸化ケイ素が76.6
9重量%、酸化アルミニウムが14.76重量%、酸化カリウ
ムが酸化アルミニウムの0.17倍の量である。
当該ランプDのセラミック製反射膜を、その乾燥後軽く
擦ってみたところ、反射膜が簡単に剥離し付着性が劣っ
ていた。
(5)実験例5(比較用) 実験例2において、第1液と第2液の配合重量比を2:1
としたほかは、実験例1と同様にして白色のセラミック
製反射膜を有してなるヒータランプ(ランプE)を製造
した。
上記セラミック製反射膜において、二酸化ケイ素が76.6
7重量%、酸化アルミニウムが11.07重量%、酸化カリウ
ムが酸化アルミニウムの0.70倍の量である。
当該ランプEを実際に点灯し、点灯時間が10時間経過し
た後においてセラミック製反射膜を観察したところ、亀
裂が発生していて耐久性が劣っていた。
(6)実験例6(比較用) 二酸化ケイ素(SiO2) 6.20重量% 酸化チタン(TiO2) 18.20重量% 酸化亜鉛(ZnO) 0.90重量% 酸化アルミニウム(Al2O3) 61.30重量% 酸化鉛(PbO) 13.40重量% 上記組成のセラミック材料を用いて、セラミック製反射
膜を有してなるヒータランプ(ランプF)を製造した。
当該ランプFを実際に点灯し点灯時間が1時間経過した
後においてセラミック製反射膜の状態を調べたところ、
黄色に変色し、この時の配熱分布を測定したところ、第
3図において曲線IIIで示すように実験例1のランプA
に比して約10%程度劣っていた。
以上の結果からも理解されるように、本発明に係るヒー
タランプA,B,Cにおいては、セラミック製反射膜の反射
特性が長時間安定に発揮され、しかも反射膜の封体に対
する付着性が良好で耐久性が優れている。
これに対して、比較用のランプDにおいては、セラミッ
ク材料において、酸化アルミニウムに対する酸化カリウ
ムの割合が小さいため、セラミック製反射膜の付着性が
劣り、耐久性が低い。
比較用のランプEにおいては、セラミック材料におい
て、酸化アルミニウムに対する酸化カリウムの割合が大
きいため、セラミック製反射膜の耐熱性が劣り、耐久性
が低い。
比較用のランプFにおいては、酸化鉛(赤色)の色消し
のために、酸化チタンが必須成分として含有されている
ため、セラミック性反射膜が黄変し、その結果反射特性
が低下して熱効率が小さい。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ本発明に係るヒータラン
プの一例を示す説明用縦断正面図および縦断側面図、第
3図はヒータランプの配熱分布を示す説明図である。 10……透明ガラス製封体、20……セラミック製反射膜 11……フィラメント、12……金属箔 13……外部リード、14……サポータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】管状の透明ガラス製封体の外表面のほぼ半
    周面を覆うよう設けた白色のセラミック製反射膜を有し
    てなるヒータランプにおいて、 前記セラミック製反射膜が、70重量%以上で94重量%以
    下の二酸化ケイ素と、5重量%以上で20重量%未満の酸
    化アルミニウムと、この酸化アルミニウムに対して重量
    比で0.2〜0.5倍の量の酸化カリウムとを含有してなるこ
    とを特徴とするヒータランプ。
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