JP4814242B2 - 光吸収コーティングを備えられる光透過性基板、光吸収コーティング、及び光吸収コーティングを作る方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも部分的に光吸収コーティングを備えられる光透過性基板に係る。該光吸収コーティングは、ゾル−ゲルマトリクスにおいて組み込まれる安定化顔料（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ）を有する。

本発明は更に、光源を収容する光透過性ランプベッセルを有する電球に係る。該ランプベッセルは、前記光透過性基板を有する。

更には、本発明は、光吸収コーティング自体、及び該光吸収コーティングを作る方法に係る。

本発明は、自動車の用途に対して使用される電球において、その適用を見つけられる。

光吸収コーティングを備えられる光透過性基板は、一般的な照明目的に対するランプ上又該ランプの前方において、カラー層として使用され得る。当該基板は、例えば、一片のガラスを有して作られる色フィルタを有し得る。該色フィルタは、平坦又は非平坦であり、ランプによって生成される光の軌道上に置かれるよう割り当てられる。かかる適用は、屋外照明においてしばしば使用される。光透過性基板の他の例は、電球の光源にわたって置かれるランプベッセルである。かかる電球は、主に自動車における指示灯として、例えば自動車の赤色のテールライト及びブレーキライトにおける赤色光源として、使用される。かかる電球はまた、信号機において使用され得る。

上述された種類の電球は、ＷＯ０１／２０６４１（特許文献１）より既知である。

特許文献１に従った電球は、光学的に透明である非散乱性の光吸収コーティングを備えられ、該コーティングにおいて顔料は、ゾル−ゲルマトリクスにおいて組み込まれる。また、該コーティングは、４００℃までの温度に耐え得る。顔料が組み込まれるところのゾル−ゲルマトリクスは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）がゾル−ゲル前駆体として使用される際に、約５００乃至８００ｎｍの最大層厚さに達し得、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）がゾル−ゲル前駆体として使用される際に、約２乃至３μｍの最大層厚さに達し得る。光吸収コーティングの厚さ、特にはその臨界層厚さは、重要である。実際に、臨界層厚さが薄い場合、光吸収コーティングは破損し得、故に剥がれ得る。特許文献１から既知であるのは、光吸収コーティングにおけるナノ寸法のシリカ粒子の追加によって、ランプベッセルによく接着するより厚いコーティングを得ることが可能となる、ことである。

しかしながら、特許文献１中の光吸収コーティングは、比較的低い引っかき抵抗性を示す。結果としてコーティングは、ランプの製造工程中、例えばランプベッセルをそのキャップ上でクリックする際、引っかかれ得る。コーティングはまた、ランプのパッキング中、又はランプを発光体において取り付ける間に損傷し得る。これは、不適合な製品に繋がる色ポイントの変化をもたらす。
ＷＯ０１／２０６４１

本発明は、光吸収コーティングを備えられる光透過性基板を与える、ことを目的とする。当該光吸収コーティングは、比較的大きな臨界層厚さを有し、増大された引っかき抵抗性を示す。

このため、本発明は、光吸収コーティングを少なくとも備えられる光透過性基板を提案する。当該光吸収コーティングは、ゾル−ゲルマトリクスにおいて組み込まれる安定化顔料を有する。該光吸収コーティングは、５乃至１００ナノメートルの寸法を有するシリカ粒子、及び５乃至５０ナノメートルの寸法を有するアルミナ粒子を有する。光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナの総体積濃度は、２０乃至６５パーセントであり、シリカ粒子の体積濃度は５乃至４０パーセント、アルミナ粒子の体積濃度は１乃至１５パーセントである。

本発明によれば、光吸収コーティングは、シリカ粒子を有する。これによって、臨界層厚さは増大される。光吸収コーティングは更に、アルミナ粒子を有する。このことは、引っかき抵抗性を強化する。アルミナ及びシリカ粒子の寸法が上述された範囲にあることは、必須である。実際には、光透過性基板に対して適切である光吸収コーティングは、かかる範囲における粒子寸法のみを有し得る。さもなければ、光吸収コーティングは光を散乱すが、かかる光の散乱は、自動車の用途等において使用される光透過性基板においては避けられるべきものである。

かかる適用に対して適切である光吸収コーティングもまた、顔料及び粒子の体積濃度が上述された範囲において選択される場合にのみ得られ得る。さもなければ、コーティングの引っかき抵抗性は低すぎ、粒子が光吸収コーティングにおいて沈殿するため、コーティングは不透明になる。

望ましくは、シリカ粒子の寸法は、１０乃至３０ナノメートルである。これは、臨界層厚さのより優れた増大に繋がる。

有利には、アルミナ粒子の寸法は、１０乃至３０ナノメートルである。これは、引っかき抵抗性のより優れた向上に繋がる。

望ましくは、光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナ粒子の総体積濃度は、３５乃至５５パーセントである。これは、臨界層厚さ及び引っかき抵抗性のよりすぐれた増大に繋がる。

有利には、光吸収コーティングにおけるシリカ粒子の体積濃度は、１０乃至２０パーセントである。これは、臨界層厚さのより優れた増大に繋がる。

望ましくは、光吸収コーティングにおけるアルミナ粒子の体積濃度は、５乃至１０パーセントである。これは、引っかき抵抗性のより優れた増大に繋がる。

有利には、シリカ粒子は、疎水性シリカ粒子である。これは、光吸収コーティングの散乱を最低限に抑える。

本発明はまた、光吸収コーティング自体と、光源を収容し、上述された光透過性基板を有する光透過性ランプベッセルを有する電球と、ランプベッセル自体と、光吸収コーティングを作る方法とに係る。当該方法は、以下の、
・ 顔料をアルコールを含有する液体と混ぜ合わせることによって、ペースト顔料を作る段階、
・ ゾル−ゲル工程を受けるシランを有し、更には５乃至１００ナノメートルの寸法を有するシリカ粒子と、５乃至５０ナノメートルの寸法を有するアルミナ粒子とを有する、
加水分解混合物を作る段階、及び、
・ 光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナの総体積濃度が２０乃至６５パーセントであり、シリカ粒子の体積濃度が５乃至４０パーセントであり、アルミナ粒子の体積濃度が１乃至１５パーセントであるよう、ペースト顔料と加水分解混合物とを混ぜ合わせる段階、
を有する。

有利には、シリカ粒子は、シリカゾルの形状において加水分解混合物に組み込まれる。これは、臨界層厚さのより優れた増大に繋がる。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照して明らかに説明される。

本発明はこれより、一例として、添付の図面を参照してより詳細に説明される。

図１は、本発明に従った電球を図示し、その一部を切断された側面図として、他の部分を断面で示す。電球は、ガラス等を有して作られ、気密に封鎖される透過性ランプベッセル１を有する。また、該ランプベッセル内部において、中心４を有するタングステン白熱体である電気素子２が軸５上において軸方向に位置付けられ、また、ランプベッセルから外部まで出る電流電導体６に対して接続される。図示されるランプは、５バールを僅かに上回る充填圧力を有するＡｒ／Ｎｅ混合物等の不活性ガスの充填を有する。

ランプキャップ１０は、ランプベッセル１に対して堅固に接続される。ランプキャップ１０は、合成樹脂の筐体１１を有する。筐体１１は、軸５に対して少なくとも実質的に垂直である平坦な基部７を有する。ランプベッセル１は、絶縁材料を有する板８を用いて気密に封鎖される。該板は、軸５に対して少なくとも実質的に垂直な平面に置かれる。電気素子２は、ランプの製造中、板８に対して以前に定義付けられた位置において取付けられる。ランプベッセル１の板８は、リッジ等のロッキング手段９によって基部に対して押されるため、電気素子２は、スタッド等の基準手段１２に対して以前に定義付けられた位置へと入る。スタッド１２は、ランプキャップの一部を形成し、図２中において見られる通り、反射体等の支持体３０を終端とするよう設計される。

ランプキャップはまた、接触部材１４を有し、該部材は、スクリーン１３を備え、且つランプベッセル１の電流導電体が接続される。弾性の中間部１５は、結合手段１７を備え、筐体１１と一体的である全体を（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｏｌｅ）形成する。中間部の弾性作用は、中間部が中空となるよう作られるため得られ、単に壁のみが中間部として残り、壁の大部分は、軸５に対して垂直にわたる２つの溝１８を用いて取り除かれる。壁の残りの部分は、次の溝の近くにおいて、例えば軸５の周囲に１８０°の角度を介して回転されるブリッジ１９を形成する。

電球のランプベッセル１は、約２２ｍｍという比較的小さい軸方向寸法を有し、例えば５乃至２５Ｗである比較的高い電力を消費するよう適切である。電球は、この場合、約６０００時間の寿命を有する。

本発明によれば、ランプベッセル１の少なくとも一部分は、後に詳細に説明される光吸収コーティング３を有して覆われる。

図２は、図中透明な板３３を有する反射体である支持体３０、及びアダプタ２５を備えられる電球を示す。アダプタ及び反射体を有するランプのこの構成において、反射体は溝３２において保持されるラバーリング３１を備えられる。該ラバーリングは、ランプキャップと反射体との間の開口２６を気密に封鎖する。アダプタは、気密にアダプタの底板２８を通される標準接触点２７を備えられ、また、ランプキャップ１０の接触部材１４に対して接続される。

図中、ランプキャップ１０が円錐３６内に実質的に全体的に収まる、ことは可視である。該円錐は、電気素子２の中心４においてその頂点３５を有し、２５°の頂点半角を有する。電気素子２から発生する光は、実質的に妨害されることなく反射表面３４に達し得、そこで透明な板３３の方向において少なくとも実質的に軸方向に反射される。

光吸収コーティング及びかかる光吸収コーティングを作る方法の例は、以下に説明される。

（例１）
５．６ｇのＢｉｎｄｚｉｌ（登録商標）ＣＡＴ２２０、２ｇのＭＴＭＳ、及び１．０９ｇのエタノールを、３０分間混ぜ合わせる。Ｂｉｎｄｚｉｌ ＣＡＴ２２０は、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社が販売する製品であり、５０ｎｍより小さい寸法を有するアルミナ粒子及びシリカ粒子を有する。アルミナ粒子及びシリカ粒子は、ゾルにおいて組み込まれる。

水４．１２ｇによって完成される８ｇのＭＴＭＳ及び０．２１ｇのＴＥＯＳは、合わせられて、３時間混ぜられる。続いて、該混合物は、熟成するよう冷蔵庫に１週間より長く格納される。

別個に、４．３３ｇのＰＶ Ｆａｓｔ ｒｅｄ Ｂ、及び４．６３ｇのＦｅ２Ｏ３ Ｓｉｃｏｔｒａｎｓ Ｌ２８１６は、夫々同一量のＤｉｓｐｅｒｂｙｋ（登録商標）１９０と混合される。各ペースト顔料において、前の顔料の量は、水９ｇ及びエタノール１２．７８ｇに対して加えられる。２つの溶液は、２ｍｍの小さいイットリウム安定化ジルコニアフライスビーズ（ｍｉｌｌｉｎｇ ｂｅａｄｓ）を用いて、ローラベンチ上で１２時間より長い間圧延される（ｍｉｌｌｅｄ）。

回転塗布の直前に、加水分解混合物の１つの部分は、ペースト顔料の３つの部分と混合され、ジアセトンアルコール（回転塗布に対する溶液）の０．４の部分（０．４ ｐａｒｔ）を有して完成される。基板は、５分間２５０℃で対流式オーブンにおいて乾燥及び硬化される。

故に５５％の最終コーティングにおける総粒子体積濃度を有する溶液が作られる。該溶液は、１０体積％のアルミナ／シリカ粒子及び４５体積％の顔料を有する。当該光吸収コーティングにおいて、アルミナ粒子の体積濃度は１％であり、シリカ粒子の体積濃度は９％である。

測定された臨界層厚さは、最大７．１ｍｍであり、臨界層厚さが３．６ｍｍであるシリカ及びアルミナ粒子を有さない同様の光吸収コーティングにおけるより更に優れている。測定により、引っかき抵抗性は、シリカ及びアルミナ粒子を有さない同様の光吸収コーティングに対してミクロ圧痕によって測定された臨界亀裂力（ｃｒａｃｋｓ ｆｏｒｃｅ）に関して因数４を増加される、ことを示す。

（例２）
加水分解混合物に対して、１０ｇのＭＴＭＳ、０．２１ｇのＴＥＯＳ、及び、寸法２０ｎｍを有するシリカ粒子を有するＮａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓからの２ｇのＤＰ ５８２０は、脱塩水８．０８ｇを有して加水分解される。３０分かき混ぜた後、Ｎａｎｏ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓからのＤＰ５８２０が２．１６ｇ加えられる。溶液は、３時間かき混ぜられ、ｐＨは、水において標準的なＮＨ３を約１％有して４．５−５に調整される。続いて、混合物は、熟成するために冷蔵庫に１週間より長く保存される。

他方では、ペースト顔料も作られ、顔料体積濃度４０％及び総粒子濃度５５％を有する最終コーティングを有するようにされる。Ｃｌａｒｉａｎｔ社からの３．８５ｇのＰＶ Ｆａｓｔ ｒｅｄ Ｂ、ＢＡＳＦ社からのＳｉｃｏｔｒａｎｓ Ｌ２８１６からの４．１１ｇのＦｅ２Ｏ３、及び、２０ｎｍの寸法を有するアルミニウム粒子を有するＢａｉｋｏｗｓｋｉ社からの１．３３ｇのＣＲ １２５は、Ｂｙｋ−Ｃｈｅｍｉｅ社からの８．９６ｇのＤｉｓｐｅｒｂｙｋ−１９０と混ぜ合わされる。脱塩水１８ｇ、その次に純エタノール２５．５６ｇは、加えられる。溶液は、散布され、１ｍｍの小ささのイットリウム安定化ジルコニアフライスビーズを用いてディスパーマットにおいて６時間より長くグラインドされる。

回転塗布の直前に、加水分解混合物及びペースト顔料は、混ぜ合わされ９９．４重量％のブチルジグリコール（吹付け塗布に対して使用される高沸点溶液）及びＷａｃｋｅｒ社からの０．６重量％のＬ０５０を有する所謂湿潤剤７．４４ｇによって完成される。続いて、該混合物は、使用前に５ｍｍのフィルタを介して濾過される。

測定される臨界層厚さは、最大６．８ｍｍであり、臨界層厚さが３．６ｍｍであるシリカ及びアルミナ粒子を有さない同様の光吸収コーティングにおけるより、更に優れている。測定により、引っかき抵抗性は、シリカ及びアルミナ粒子を有さない同様の光吸収コーティングに対してミクロ圧痕によって測定される臨界亀裂力に関して因数４を増大される。

添付の請求項中の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する」という語及びその活用形の使用が、請求項中に定義付けられた要素のほかの要素の存在を除外するものではない、ことは明らかである。単数形で示される要素は、かかる要素の複数の存在を除外するものではない。

ランプキャップを有する本発明に従った電球の、部分的に切断され部分的に断面である、側面図である。 反射体及びアダプタを備えられる電球を図示する。

Claims (12)

1. 光吸収コーティングを少なくとも備えられる光透過性基板であって、
   前記光吸収コーティングは、ゾル−ゲルマトリクスにおいて組み込まれる安定化顔料を有し、前記光吸収コーティングは、５乃至１００ナノメートルの寸法を有するシリカ粒子と、５乃至５０ナノメートルの寸法を有するアルミナ粒子とを有し、
   前記光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナの総体積濃度は、２０乃至６５パーセントであり、シリカ粒子の体積濃度は５乃至４０パーセントであり、アルミナ粒子の体積濃度は１乃至１５パーセントである、
   光透過性基板。
2. 前記シリカ粒子の前記寸法は、１０乃至３０ナノメートルである、
   請求項１記載の光透過性基板。
3. 前記アルミナ粒子の前記寸法は、１０乃至３０ナノメートルである、
   請求項１記載の光透過性基板。
4. 前記光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナ粒子の前記総体積濃度は、３５乃至５５パーセントである、
   請求項１記載の光透過性基板。
5. 前記光吸収コーティングにおけるシリカ粒子の前記体積濃度は、１０乃至２０パーセントである、
   請求項１記載の光透過性基板。
6. 前記光吸収コーティングにおけるアルミナ粒子の前記体積濃度は、５乃至１０パーセントである、
   請求項１記載の光透過性基板。
7. 前記シリカ粒子は、疎水性シリカ粒子である、
   請求項１記載の光透過性基板。
8. ゾル−ゲルマトリクスにおいて組み込まれる安定化顔料を有する光吸収コーティングであって、
   前記光吸収コーティングは、５乃至１００ナノメートルの寸法を有するシリカ粒子と、５乃至５０ナノメートルの寸法を有するアルミナ粒子とを有し、
   前記光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナの総体積濃度は、２０乃至６５パーセントであり、シリカ粒子の体積濃度は５乃至４０パーセントであり、アルミナ粒子の体積濃度は１乃至１５パーセントである、
   光吸収コーティング。
9. 光源を収容する光透過性ランプベッセルを有する電球であって、
   前記ランプベッセルは、請求項１記載の光透過性基板を有する、
   電球。
10. 請求項８記載の光吸収コーティングを備えられる、
    ランプベッセル。
11. 光吸収コーティングを作る方法であって、
    ・ 顔料をアルコールを含有する液体と混ぜ合わせることによってペースト顔料を作る段階と、
    ・ ゾル−ゲル工程を受けるシランを有し、また５乃至１００ナノメートルの寸法を有するシリカ粒子と、５乃至５０ナノメートルの寸法を有するアルミナ粒子とを更に有する、
    加水分解混合物を作る段階と、
    ・ 前記光吸収コーティングにおける顔料、シリカ、及びアルミナの総体積濃度が２０乃至６５パーセントであり、シリカ粒子の体積濃度が５乃至４０パーセントであり、アルミナ粒子の体積濃度が１乃至１５パーセントであるよう、前記ペースト顔料と前記加水分解混合物とを混ぜ合わせる段階と、
    を少なくとも有する、
    方法。
12. 前記シリカ粒子は、シリカゾルの形状において前記加水分解混合物に組み込まれる、
    請求項１１記載の方法。

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