JP2000001338A

JP2000001338A - 放電型ランプ用遮光膜およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000001338A
Application number: JP10166646A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Mifune; 達雄三舩; Masaru Ikeda; 勝池田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07
Also published as: EP0966023A1; US6281152B1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の自動車用Ｄ２Ｒ型放電ランプの遮光膜
に用いている酸化物黒色顔料は溶融した状態の粉末ガラ
スに対する濡れ性が良くなかったため、高い強度の遮光
膜が得にくいという課題があった。【解決手段】遮光膜用塗料に黒色顔料としてマンガン
ドープ酸化鉄を用い、さらに溶融時の粉末ガラスと濡れ
性が良好で遮光性を有する多結晶シリカを配合すること
により焼成後の膜強度の大幅向上を実現し、膜強度、光
透過率、膜変色、ひび割れ剥離の有無というすべての試
験項目に高いレベルで合格する遮光膜付きランプが得ら
れた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の高輝度放電
型ランプ用の遮光膜用塗料と遮光膜付きランプおよびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の前照灯用の高輝度放電型ランプ
には、光の投射領域の明暗コントラストを得るために、
ランプのガラス表面に任意の形状の黒色遮光膜を形成す
る必要がある。

【０００３】図１にＤ２Ｒ型自動車用放電ランプの構成
図を示す。図１の１が遮光膜であり、この遮光膜の位置
や寸法は国際規格によって決められている。また、２が
タングステン製の電極であり、２の電極に外部から電圧
を印加することにより３の発光部で放電発光が起こり、
ランプが点灯する仕組みである。４は外管で石英ガラス
製である。４の外管の表面に１の遮光膜が形成される。
５は発光管であり、４の外管と５の発光管は６の部分が
融着している。

【０００４】従来のランプの製造方法は、４の外管と５
の発光管をガスバーナーで加熱処理して融着し、その後
に酸化鉄、酸化銅、酸化コバルトなどの遷移金属元素の
酸化物を黒色顔料として用い、かつバインダとして粉末
ガラスを用いた遮光膜用塗料をランプ表面に塗布し、電
気炉にて前記の粉末ガラスが溶融する温度下で焼成して
所望の遮光膜を得ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】放電型ランプは点灯す
るとランプのガラス表面の温度が上昇するため、ガラス
表面に形成されている遮光膜の温度も上昇する。特にＤ
２Ｒ型自動車用放電ランプの場合、点灯時にはランプの
ガラス表面が約７００℃まで上昇するために、ガラス表
面の遮光膜も７００℃の温度下にさらされることにな
る。

【０００６】このため、従来の技術に記したランプの焼
成温度は７００℃以上にする必要があった。

【０００７】この従来の技術では前記したように粉末ガ
ラスをバインダとして用いているが、溶融した状態での
粉末ガラスは前記酸化物黒色顔料に対する濡れ性が良く
ないため、黒色酸化物顔料同士を接着する役割を果たさ
ず、強固な膜が得られにくい。また、ひび割れ等が発生
しやすかった。

【０００８】そのため膜強度が高くかつひび割れのない
遮光膜材料が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明では、多結晶シリカとマンガンドープ酸化
鉄とシリカを主成分とする粉末ガラスを含むことを特徴
とする放電型ランプの遮光膜用塗料とするものである。

【００１０】また上記遮光膜用塗料をランプ表面に塗布
して焼成した遮光膜を有する遮光膜付きランプとするも
のである。

【００１１】また多結晶シリカとマンガンドープ酸化鉄
とシリカを主成分とする粉末ガラスを含む遮光膜用塗料
をランプ表面に塗布し、これを焼成して遮光膜を形成す
る遮光膜付きランプの製造方法とするものである。

【００１２】この本発明によると、膜強度が高くかつラ
ンプ点灯中の７００℃以上の高温に２０００時間以上さ
らされていても剥離、ひび割れ、変色などが起こらない
良好な遮光膜が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】遮光膜用塗料は固形分として黒色
顔料および多結晶シリカおよび溶融時のバインダとして
の粉末ガラスによって構成されている。また常温乾燥後
のバインダとして水溶性樹脂が用いられ、溶媒として水
が用いられる。以下に順に説明する。

【００１４】酸化物黒色顔料はマンガンドープ酸化鉄を
用いた。上記化合物は黒色の粉末であり、耐熱性と対候
性が非常に優れている。放電型ランプの遮光膜は前記し
たように点灯時には約７００℃まで温度上昇するが、約
２０００時間の寿命の間に変色したり剥離しないことが
要求されている。変色すると遮光膜の光吸収率が変化す
るため、ランプの配光に大きく影響する。

【００１５】このマンガンドープ酸化鉄の化学式は（Ｆ
ｅ1ーxＭｎx）₂Ｏ₃で表せ、特に０.０５＜ｘ＜０．４の
化合物は色が黒色であり耐熱性が高い。このマンガンド
ープ酸化鉄は水溶液中に水酸化鉄を分散させ、この溶液
に水酸化マンガンを添加し、加熱焼成することにより得
られる。

【００１６】このマンガンドープ酸化鉄も他の酸化物黒
色顔料と同様に溶融した粉末ガラスに対する濡れ性が良
くないという特性があり、膜強度が低くなる傾向にあっ
た。

【００１７】その手段として、多結晶シリカを配合し
た。シリカは溶融した粉末ガラスとの濡れ性が非常に良
好であるため、膜強度の大幅向上が実現できることがわ
かった。

【００１８】純度の高い単結晶もしくは非結晶のシリカ
は光透過率が低いために、遮光膜材料としては不適合で
あったが、多結晶のシリカでは光透過率が低いため上記
のマンガンドープ酸化鉄の黒色顔料と組み合わせること
により膜強度が非常に高く、かつ良好な遮光性を有する
遮光膜が得られることがわかった。

【００１９】粉末ガラスはバインダとして機能する。焼
成時に粉末ガラスが溶融し、黒色顔料と多結晶シリカ粒
子と外管ガラスの間を接合することにより、遮光膜が形
成できる。

【００２０】粉末ガラスにはシリカ、酸化硼素、アルミ
ナのうち少なくとも２種類以上を含むものを用いた。粉
末ガラス中に顔料と化学反応する成分が含まれていると
遮光膜形成後のランプ点灯中に化学反応が進行し、膜変
色や剥離の原因になる。このためマンガンドープ酸化鉄
と化学反応し難い上記の材料構成の粉末ガラスを用いて
いる。

【００２１】また、好ましくは粉末ガラスの軟化点が６
００℃から１４００℃のものを用い、かつ焼成温度を９
００℃から１８００℃とすることにより、２０００時間
の点灯後でも高い強度の遮光膜が得られる。

【００２２】水溶性樹脂にはメチルセルロースもしくは
ビニルアルコールを用いた。塗布後の仮乾燥後にはメチ
ルセルロースもしくはビニルアルコールもしくはアクリ
ル樹脂がバインダとなり、塗膜をガラス表面に形成す
る。またメチルセルロースには塗料の顔料粉体の沈降や
凝集や分離を抑制する機能を有するために、粉体量１０
０部に対して０.２部から２部添加することにより塗料
を安定化することができるものである。塗料中の固形分
率を４０重量％以上にすることにより、塗料の塗布後の
乾燥収縮や塗布後の液ダレを抑制することができ、高精
度の遮光膜パターンを形成することが可能になるもので
ある。

【００２３】焼成中にメチルセルロース、ビニルアルコ
ール、アクリル樹脂は熱分解するため塗膜中に残存しな
くなる。

【００２４】また、焼成の手段としては電気炉よりもガ
スバーナーを用いた方が、短時間で処理できるため生産
性が向上した。

【００２５】本発明の遮光膜付きランプは上記のように
構成された遮光膜用塗料を塗布機により外管表面に所望
の形状に塗布して焼成することにより製造される。

【００２６】次に本発明の実施の形態について説明す
る。（実施の形態１）マンガンドープ酸化鉄と多結晶シリカ
およびシリカと酸化硼素を主成分とする軟化点が７００
℃の粉末ガラスを所定量秤量した。マンガンドープ酸化
鉄には、化学式が（Ｆｅ1ーxＭｎx）₂Ｏ₃であり、ｘ＝
０．２であるものを用いた。上記固形分の総量を４５０
ｇとした。

【００２７】次にメチルセルロースを３重量％含有する
水３００ｇを秤量し、上記混合物をディスパーにて混合
した。さらに高速分散機にて粉体を水中に分散した。高
速分散機の周速は５ｍ／ｓ以上の条件で行い、遮光膜用
塗料を得た。

【００２８】このようにして作製した塗料を放電型ラン
プの外管の表面に塗工機にて所望の遮光膜パターンに塗
布し、室温にて乾燥した。その後ガスバーナーで１００
０℃で数秒間保持して焼成を行い、遮光膜付きの放電型
ランプを得た。

【００２９】（表１）から（表５）に得られた遮光膜の
固形分組成と各種試験結果を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】粉末ガラス量は（表１）の固形分組成では
３重量％、（表２）では５重量％、（表３）では１０重
量％、（表４）では２０重量％、（表５）では２５％で
あった。この粉末ガラス量は全固形分中に占める割合で
ある。

【００３６】また、マンガンドープ酸化鉄と多結晶シリ
カの量は、粉末ガラスを除く固形分中の量である。各種
試験の内容と合否判断を以下に示す。

【００３７】膜強度と膜付着力の試験はＪＩＳの「自動
車部品の塗膜通則」に沿って行った。ＪＩＳＫ５４
００の８．５．２の碁盤目テープ法による評価と８．
４．１の鉛筆試験法で９Ｈの鉛筆を用いての両方の評価
を行った。

【００３８】合否判断は両方の試験後に膜の損傷が見ら
れなかった場合に合格とし、損傷により下地のガラスが
露出するような場合には不合格とした。

【００３９】次に光透過率の試験法について説明する。
まず、遮光膜の無い場合の光強度を測定する。次に遮光
膜形成後の光強度を測定して遮光膜無しの状態に比較し
て光透過率が何％になったかを調べた。

【００４０】合否判断は「Ｄ２Ｒランプの欧州統一規
格」に記載されている光透過率０．５％未満の場合を合
格、０．５％以上の場合を不合格とした。

【００４１】次に膜変色に関する試験法について説明す
る。まず点灯前の遮光膜の色を色彩色差計にてＬａｂ値
を測定した。次に２０００時間点灯後に再度同じ位置を
測定して色の変化をΔＥａｂを算出した。

【００４２】合否判断はΔＥａｂが１．５未満の場合を
合格とし、１．５以上の場合不合格とした。ΔＥａｂが
１．５を越えると遮光膜の光吸収率が大きく変化するた
め、ランプの配光が変化するため、好ましくないためで
ある。

【００４３】また、点灯後のひび、剥離に関しては２０
００時間点灯後に遮光膜の外観を光学顕微鏡にて観察
し、ひび割れや剥離が全く見られない場合には合格、わ
ずかでも異常がある場合には不合格とした。

【００４４】Ｄ２Ｒランプ用遮光膜として採用するに
は、上記試験にすべて合格する必要がある。

【００４５】（表１）から（表５）の結果から粉末ガラ
ス量は５重量％から２０重量％が適当であることがわか
った。粉末ガラス量が５重量％より少ないとバインダの
絶対量が少なすぎるために膜強度と膜付着力が不足し、
粉末ガラス量が２０重量％より多いと膜強度と膜付着力
は高くなるが、点灯後にひび割れや剥離が生じ易いこと
がわかった。これは粉末ガラス量の増加に伴い遮光膜の
熱膨張率が粉末ガラスに近くなり、石英製の外管の熱膨
張率との差が大きくなるためと考えられる。

【００４６】また同じく（表１）から（表５）の結果か
ら粉末ガラスを除く固形分の構成がマンガンドープ酸化
鉄が８０重量％から２０重量％、多結晶シリカが２０重
量％から８０重量％が適当であることがわかった。マン
ガンドープ酸化鉄の量が８０重量％より多いと溶融状態
の粉末ガラスとマンガンドープ酸化鉄の濡れ性が悪いた
め膜強度と膜付着力が不足し、マンガンドープ酸化鉄が
２０重量％より少ないと光透過率が高く不合格となるこ
とがわかった。

【００４７】（実施の形態２）（実施の形態１）では軟
化点７００℃の粉末ガラスを用いて１０００℃の温度下
で数秒間保持して焼成を行った。（実施の形態２）では
粉末ガラスの軟化点と焼成温度の関係を調べた結果につ
いて説明する。粉末ガラスの軟化点を５００℃から１６
００℃の７水準とし、それぞれ８００℃から２０００℃
の６水準の温度下で焼成した。その結果を（表６）に示
す。この時の粉末ガラスの量は１０重量％、粉末ガラス
を除く固形分の組成はマンガンドープ酸化鉄が５０重量
％で多結晶シリカが５０重量％であった。

【００４８】

【表６】

【００４９】（表６）の試験は、（表１）から（表５）
と同様の内容を行い、何らかの問題があった場合に不合
格とした。（表６）の結果から粉末ガラスの軟化点は６
００℃から１４００℃が適当であることがわかった。軟
化点が６００℃より低い粉末ガラスを用いると、２００
０時間点灯後に膜剥離やひび割れが生じた。これは前記
したように点灯時に遮光膜の温度が約７００℃まで上昇
するためであると考えられる。

【００５０】また、軟化点が１４００℃より高いと２０
００℃以上の温度下での焼成が必要となる。２０００℃
で焼成するとランプの外管が熱で損傷を生じるため、ラ
ンプの寿命の劣化につながるため好ましくない。

【００５１】焼成温度に関しては、使用する粉末ガラス
の軟化点に対応して９００℃から１８００℃が適当であ
ることがわかった。

【００５２】（実施の形態３）ここではマンガンドープ
酸化鉄、（Ｆｅ1-xＭｎx）₂Ｏ₃のｘが０．０３から０．
５に変化したときに得られた膜の評価を行った。

【００５３】（表７）に結果を示す。ｘを変化すると膜
変色に最も大きく影響するため、２０００時間後の膜変
色の評価を行った。

【００５４】

【表７】

【００５５】この時の粉末ガラスは軟化点７００℃のも
のを用いて１０００℃で焼成し、量は１０重量％であ
り、粉末ガラス以外の固形分組成はマンガンドープ酸化
鉄が５０重量％、多結晶シリカが５０重量％であった。

【００５６】（表７）の結果からｘは０．０５以上０．
４以下が適当であることがわかった。ｘが０.０５未満
ではマンガン量が少なすぎるため、粉末の色が赤く遮光
膜として使用不可であり、ｘが０．４より大きいと化学
的に不安定であるために点灯中に化学反応が起こって、
他の化合物が生成し変色すると考えられる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明の遮光膜塗料は、マ
ンガンドープ酸化鉄と多結晶シリカおよびシリカと酸化
硼素を主成分とする粉末ガラスを固形分として用いるこ
とで、得られた遮光膜は膜強度、光透過率、膜変色、剥
離ひび割れの有無というすべての点で優れたものとする
ことができる。特に多結晶シリカの配合により溶融時の
粉末ガラスとの濡れ性を改善でき、膜強度を従来に比較
して大幅向上することができる。

【００５８】また、本発明の遮光膜付きランプの製造方
法によれば、上記遮光膜用塗料をランプ表面に塗布して
焼成して遮光膜を形成するため、２０００時間点灯後に
も上記評価項目に合格する優れた遮光膜付きランプを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｄ２Ｒ型放電型ランプの構成図

【符号の説明】

１遮光膜２ａ，２ｂタングステン電極３発光部４外管５発光管６融着部

フロントページの続きＦターム(参考） 4G059 AA11 AB01 AC20 CA01 CA08 CB04 4J038 AA011 HA211 HA441 HA481 KA20 NA19 5C028 BB01 BB08 BB11 5C043 CC05 CC12 DD27 EA11 EA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリカとマンガンドープ酸化鉄と
シリカを主成分とする粉末ガラスを含むことを特徴とす
る放電型ランプの遮光膜用塗料。
【請求項２】請求項１項記載の遮光膜用塗料をランプ
表面に塗布して焼成した遮光膜を有する遮光膜付きラン
プ。
【請求項３】多結晶シリカとマンガンドープ酸化鉄と
シリカを主成分とする粉末ガラスを含む遮光膜用塗料を
ランプ表面に塗布し、これを焼成して遮光膜を形成する
遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項４】遮光膜をガスバーナーによって焼成し、
かつ焼成温度が９００℃から１８００℃である請求項３
項記載の遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項５】塗料中に含まれる固形分構成が、シリカ
を主成分とする粉末ガラスが５重量％から２０重量％で
あり、かつ粉末ガラスを除く固形分構成が多結晶シリカ
が２０重量％から８０重量％でかつマンガンドープ酸化
鉄が８０重量％から２０重量％であることを特徴とする
請求項１項記載の遮光膜用塗料。
【請求項６】請求項５項記載の塗料を塗布して焼成し
た遮光膜を有する請求項２項記載の遮光膜付きランプ。
【請求項７】請求項５項記載の塗料をランプ表面に塗
布し、これを焼成して遮光膜を形成する請求項３から請
求項４項いずれか記載の遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項８】マンガンドープ酸化鉄の化学式が（Ｆｅ
1-xＭｎx）₂Ｏ₃で表せ、かつ０．０５＜x＜０．４であ
る請求項１項記載の遮光膜用塗料。
【請求項９】請求項８項記載の遮光膜用塗料を塗布し
て焼成した遮光膜を有する請求項２項記載の遮光膜付き
ランプ。
【請求項１０】請求項８項記載の遮光膜用塗料をラン
プ表面に塗布し、これを焼成して遮光膜を形成する請求
項３項から請求項４項いずれか記載の遮光膜付きランプ
の製造方法。
【請求項１１】粉末ガラスの組成がシリカ、酸化硼
素、アルミナのうち少なくとも２種類以上によって構成
され、かつ軟化点が６００℃以上１４００℃以下である
請求項１項記載の遮光膜用塗料。
【請求項１２】請求項１１項記載の遮光膜用塗料を塗
布して焼成した遮光膜を有する請求項２項記載の遮光膜
付きランプ。
【請求項１３】請求項１１項記載の遮光膜用塗料をラ
ンプ表面に塗布し、これを焼成して遮光膜を形成する請
求項３項から請求項４項いずれか記載の遮光膜付きラン
プの製造方法。