JPH11315228A

JPH11315228A - 遮光膜用塗料と遮光膜付きランプおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11315228A
Application number: JP12258598A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Mifune; 達雄三舩
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】膜強度が高く、剥離やひび割れや変色のない
遮光膜付きランプとその製造方法、およびこれに適した
遮光膜用塗料を提供する。【解決手段】シリカによって表面を被覆されたマンガ
ンドープ酸化鉄と、シリカとを主成分とする粉末ガラス
とを含有する遮光膜用塗料をランプ表面に塗布する。前
記塗布した遮光膜用塗料を焼成して遮光膜を形成する。

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はＤ２Ｒ型の自動車用放電ランプを示
す。石英ガラス製の外管４と発光管５とが６の部分で融
着され、一体化されている。この外管４と発光管５との
内部には、２本のタングステン電極２ａ，２ｂが封止さ
れ、その基端部は口金７に電気接続されている。外部か
ら電圧を印加すると、タングステン電極２ａ，２ｂの先
端の間で放電して発光部３で放電発光が起こり、ランプ
が点灯する。

【０００４】外管４の表面には、放電発光時の光の投射
領域の明暗コントラストを得るために、黒色の遮光膜１
が形成されている。遮光膜１の位置や寸法は国際規格に
よって決められる。

【０００５】このような遮光膜付きランプは、以下の手
順にて製造される。まず、外管４と発光管５とをガスバ
ーナーで加熱処理して６の部分で融着する。

【０００６】次に、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、粉末ガ
ラスを結合剤として用いて、黒色顔料と結合剤とを混合
して塗料を作成する。

【０００７】そして、この塗料を外管４の表面の所定位
置に塗布し、電気炉にて前記の粉末ガラスが溶融する温
度下で焼成して遮光膜１を形成することで、遮光膜付き
ランプが作成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に構成された放電型ランプは、点灯すると外管４の表面
の温度が上昇するため、遮光膜１の温度も上昇する。特
に、Ｄ２Ｒ型自動車用放電ランプの場合には、点灯時に
外管４の表面が約７００℃まで上昇するために、遮光膜
１も７００℃の温度下にさらされることになる。

【０００９】従って、このような温度に耐えうる遮光膜
１を作成するためには、遮光膜用塗料に配合される粉末
ガラスとして融点が７００℃以上のものを使用すること
から、ランプ表面に塗布された遮光膜用塗料の焼成温度
を７００℃以上とする必要がある。

【００１０】しかしながら、７００℃以上の融点を有す
る粉末ガラスは、溶融時に黒色顔料との濡れ性が悪く黒
色顔料どうしを接着する機能に劣るため、得られた遮光
膜１は、膜強度に劣るという問題があった。

【００１１】また、ランプの点灯と消灯の繰り返しによ
る温度の上昇と低下のサイクルにより、遮光膜１にひび
割れや剥離が生じたり変色が生じて光吸収率が変化して
しまい、ランプの配向に大きく影響するという問題があ
った。

【００１２】そのため、一般的な自動車用放電ランプの
寿命である約２０００時間の間、７００℃以上の高温に
さらされても、剥離やひび割れや変色のない遮光膜１が
要求されている。

【００１３】本発明は前記問題点を解決し、膜強度が高
く、剥離やひび割れや変色のない遮光膜付きランプとそ
の製造方法、およびこれに適した遮光膜用塗料を提供す
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の遮光膜用塗料
は、シリカによって表面を被覆されたマンガンドープ酸
化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスとを含有する
ことを特徴とする。

【００１５】遮光膜付きランプの製造方法は、このよう
な遮光膜用塗料をランプ表面に塗布し、これを焼成して
遮光膜を形成することを特徴とする。この本発明による
と、膜強度が高く、７００℃以上の高温に長時間さらさ
れても剥離やひび割れや変色などが起こらない良好な遮
光膜が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の遮光膜用塗料は、固形分
として、黒色顔料と溶融時の結合剤としての粉末ガラス
とが用いられる。また、常温乾燥後の結合剤としては水
溶性樹脂が用いられ、溶媒としては水が用いられる。

【００１７】黒色顔料としては、シリカによって表面を
被覆されたマンガンドープ酸化鉄を用いる必要がある。
マンガンドープ酸化鉄は、黒色の粉末であり、酸化鉄や
酸化銅などの従来の黒色顔料に較べて、耐熱性や耐候性
に優れたものである。また、酸化鉄の一部を安定剤とし
てのマンガンで置き換えた構造となっているため、退色
の少ない安定な顔料とすることができる。

【００１８】その化学式は、（Ｆｅ₁−ｘＭｎ_x）₂Ｏ₃で
表され、特に０．０５＜ｘ＜０．４であるものは、黒色
の発色が良く、耐熱性が高いため、７００℃以上の高温
に約２０００時間さらされても変色がなく、より好適に
使用できる。

【００１９】なお、マンガンドープ酸化鉄中におけるマ
ンガンの配合割合は、５原子％〜４０原子％であること
が好ましい。マンガンの配合割合が５原子％より少なく
なると、茶色になるため黒色顔料として使用できず、４
０原子％を超えると、化学的に不安的になるため変色し
やすくなる。

【００２０】このように、変色がなく、耐熱性や耐候性
に優れたマンガンドープ酸化鉄を使用することで、７０
０℃以上の焼成温度とすることができ、また、点灯時の
ランプの表面が約７００℃まで温度上昇しても、約２０
００時間の寿命の間に変色することのない遮光膜用塗料
とすることができる。

【００２１】しかし、マンガンドープ酸化鉄のみでは、
従来の黒色顔料として使用される金属酸化物と同様に溶
融した粉末ガラスとの濡れ性が良くないため、その粒子
表面にシリカの薄膜を形成して使用する必要がある。粉
末ガラスの主成分であるシリカをマンガンドープ酸化鉄
の表面に塗布すると、溶融した粉末ガラスに対する濡れ
性が格段に向上し、膜強度が高くなる。

【００２２】シリカ薄膜は、例えば、シリカのアルコキ
シド溶液中にマンガンドープ酸化鉄の粉末を入れて加熱
処理をすることにより形成される。この方法で形成され
たシリカ薄膜は、マンガンドープ酸化鉄との密着性が良
いものとなる。

【００２３】また、上記のシリカ薄膜の形成方法の他に
も、ポリシロキサンを原料とした溶液中にマンガンドー
プ酸化鉄の粉末を入れて加熱処理をする方法や、このよ
うな湿式法だけでなく、粉体スパッタなどによる乾式法
でもシリカ膜の形成が可能であり、同様の効果が期待で
きる。

【００２４】シリカ薄膜の膜厚の制御は処理時間によっ
て行うが、その膜厚は、０．１μｍ以上２μｍ以下であ
ることが好ましい。膜厚が０．１μｍよりも小さくなる
と、マンガンドープ酸化鉄の粒子表面を十分に被覆する
ことができず、また２μｍを超えると、シリカがマンガ
ンドープ酸化鉄の粒子表面から剥離しやすくなり、いず
れも十分な濡れ性の向上が得られなくなる。

【００２５】粉末ガラスは、焼成中に溶融して黒色顔料
の結合剤として機能するものである。この粉末ガラス
は、シリカを主成分とすることが好ましい。これは、上
述のように、マンガンドープ酸化鉄の表面がシリカで被
覆されているため同じシリカどうしのなじみの良さによ
り濡れ性が向上し、膜強度が向上するためである。

【００２６】粉末ガラスの配合割合は、遮光膜用塗料の
固形分中に、２〜４０重量％とすることが好ましい。粉
末ガラスの含有量が２重量％より少なくなると、バイン
ダ機能が低下して十分な膜強度が得られない。また、含
有量が４０重量％を超えると高いバインダ機能は得られ
るものの点灯時の温度上昇により剥離が生じやすくな
る。

【００２７】粉末ガラスは、その融点が７００℃以上で
あるものを用い、焼成温度を７００℃以上とする。この
ような粉末ガラスを用いると、２０００時間の点灯試験
を行った後でも高い強度を有する遮光膜１が得られる。

【００２８】さらに、熱膨張係数が約１×１０^-6以下で
ある粉末ガラスを用いることがより好ましい。このよう
な粉末ガラスを用いると、外管４を形成する石英ガラス
の熱膨張係数約１×１０^-7との差が小さくなり、ランプ
の点滅による温度の局所的な上昇と低下による遮光膜の
剥離が起こりにくくなる。

【００２９】遮光膜用塗料の固形分は、上記のマンガン
ドープ酸化鉄と粉末ガラスとからなり、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。

【００３０】水溶性樹脂は、常温乾燥後の結合剤として
使用されるものであり、例えばメチルセルロースやビニ
ルアルコールやアクリル樹脂を用いることができる。こ
のような水溶性樹脂は、外管４の表面に塗布した後の仮
乾燥後にはバインダとなり、塗膜をガラス表面に形成す
る。

【００３１】特に、メチルセルロースは、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、
顔料粉体１００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。

【００３２】なお、上記のメチルセルロース、ビニルア
ルコール、アクリル樹脂などの水溶性樹脂は焼成中に熱
分解するため塗膜中には残存しなくなる。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ランプ
表面に塗布し、これを焼成して遮光膜を形成することに
より得られる。

【００３３】遮光膜を焼成する際には、電気炉よりもガ
スバーナーにて焼成することが、短時間で処理でき生産
性が向上することから好ましい。また、その焼成温度は
７００℃以上１５００℃以下であることが好ましい。焼
成温度が７００℃より低いと遮光膜１と外管４との接触
が悪くなり、１５００℃を超えると外管４が溶融するこ
ととなる。

【００３４】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４の表面
に所望の形状に塗布し、焼成して遮光膜１を形成するこ
とにより製造される。

【００３５】詳しくは、遮光膜１の焼成中に塗料中に含
まれる粉末ガラスが溶融してバインダとしての機能を果
たし、強固な遮光膜１が得られる。以下、本発明の実施
の形態について説明する。

【００３６】（実施の形態１）マンガンドープ酸化鉄を
シリカのアルコキシド溶液中に入れて加熱処理し、表面
に０．０５μｍのシリカ薄膜の形成されたマンガンドー
プ酸化鉄を作成した。マンガンドープ酸化鉄としては、
化学式が（Ｆｅ₁−ｘＭｎ_x）₂Ｏ₃であり、ｘ＝０．２で
あるものを用いた。

【００３７】このシリカによって表面を被覆されたマン
ガンドープ酸化鉄の粉末４００ｇと、シリカと酸化硼素
を主成分とする融点が７００℃のガラス粉末１００ｇと
をめのう乳鉢にて１時間乾式混合し、混合物とした。

【００３８】次にメチルセルロースを３重量％含有する
水３００ｇと上記混合物とをディスパーにて混合し、さ
らに高速分散機にて粉体を水中に分散して遮光膜用塗料
を得た。高速分散機の周速は、５ｍ／ｓ以上の条件で行
った。

【００３９】なお、塗料中に含まれる固形分のうち粉末
ガラスの量は２０重量％であった。このようにして作製
した遮光膜用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、大気中で１００℃
で仮乾燥した。その後ガスバーナーで７００℃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。

【００４０】上記と同様にして、シリカの膜厚を０．０
５〜２．５μｍまで変化させ、シリカ膜による効果を調
べた。なお、シリカの膜厚は、透過電子顕微鏡により粒
子断面を観察して測定した。

【００４１】また、比較のために、シリカ膜の形成され
ていないマンガンドープ酸化鉄を用いて、上記と同様に
遮光膜付きの放電型ランプも作成した。そして、ＪＩＳ
−Ｚ−５４００による鉛筆試験法に準じ９Ｈの鉛筆を用
いて遮光膜の強度を評価した。

【００４２】得られた評価結果を表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１の結果より、粒子表面にシリカ膜を形
成したマンガンドープ酸化鉄を用いることにより、マン
ガンドープ酸化鉄と溶融した粉末ガラスとの濡れ性が向
上し、従来よりも膜強度の高い遮光膜が形成できること
がわかった。

【００４５】また、シリカの膜厚は０．１μｍ以上２μ
ｍ以下とすると高い膜強度が得られることがわかった。
なお、膜厚が０．０５μｍの時には、膜強度試験では合
格が得られてはいるが、マンガンドープ酸化鉄の粒子表
面を確実に被覆し、十分な濡れ性の向上を図るためには
０．１μｍ以上の膜厚を有することが好ましい。

【００４６】シリカの膜厚が２μｍを超えるとマンガン
ドープ酸化鉄の粒子表面からシリカが剥離しやすくな
り、膜強度が低下する。（実施の形態２）上記の（実施の形態１）では、マンガ
ンドープ酸化鉄の表面に形成されるシリカ膜の膜厚を変
化させてその影響を調べたが、この（実施の形態２）で
は、遮光膜用塗料に含有される粉末ガラスの量を変化さ
せてその影響を調べた。

【００４７】シリカの膜厚が０．２μｍであるマンガン
ドープ酸化鉄を用い、遮光膜用塗料の固形分中の粉末ガ
ラスの配合割合を１〜５０重量％まで変化させた。そし
てそれ以外は、上記の（実施の形態１）と同様にして遮
光膜用塗料を作成し、遮光膜付きランプを形成した。

【００４８】得られた遮光膜付きランプを用いて、ＪＩ
Ｓ−Ｚ−５４００による鉛筆試験法と２０００時間の点
灯試験とを施して、遮光膜の膜強度を測定した。得られ
た測定結果を表２に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】表２より、遮光膜用塗料の固形分中の粉末
ガラスの配合割合を２〜４０重量％とすることで、高い
膜強度が得られることがわかった。粉末ガラスの量が２
重量％より少なくなると、十分なバインダ機能が得られ
ず膜強度の低いものとなった。また、配合割合が高くな
るほどバインダ機能は高くなるものの、４０重量％を超
えると、点灯時の温度上昇による影響で剥離しやすくな
った。

【００５１】なお、上記（実施の形態１）および（実施
の形態２）では、遮光膜を焼成するに際し、ガスバーナ
ーを用いたが、焼成はこれに限定されるものではなく、
電気炉によって焼成した遮光膜でも同様のものが得られ
る。

【００５２】また、遮光膜１の焼成温度は７００℃とし
たが、１５００℃までの範囲ではランプ性能に劣化は見
られなかった。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明の遮光膜用塗料は、
黒色顔料としてマンガンドープ酸化鉄を用いることで、
得られた遮光膜は、変色がなく、耐熱性や耐候性に優れ
たものとすることができる。さらに、前記マンガンドー
プ酸化鉄の表面をシリカによって表面を被覆すること
で、溶融した粉末ガラスとの濡れ性を向上させることが
でき、高い膜強度が得られる。

【００５４】また、遮光膜付きランプの製造方法によれ
ば、このような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ため、７００℃以上の高
温にさらされても、変色やひび割れや剥離などの劣化が
少なく、高い膜強度を有する遮光膜付き放電型ランプを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｄ２Ｒ型高輝度放電型ランプの側面図

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカによって表面を被覆されたマンガン
ドープ酸化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスとを
含有する遮光膜用塗料。
【請求項２】請求項１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】シリカによって表面を被覆されたマンガン
ドープ酸化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスとを
含有する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て焼成する請求項
３記載の遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項５】遮光膜を７００℃以上１５００℃以下で焼
成する請求項３または請求項４記載の遮光膜付きランプ
の製造方法。
【請求項６】塗料中の固形分に粉末ガラスを２〜４０重
量％含有する請求項１記載の遮光膜用塗料。
【請求項７】シリカによって表面を被覆されたマンガン
ドープ酸化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスとを
含有し、前記塗料中の固形分に粉末ガラスを２〜４０重
量％含有する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から請求項５のい
ずれかに記載の遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項８】請求項６記載の遮光膜用塗料を用いた請求
項２記載の遮光膜付きランプ。
【請求項９】マンガンドープ酸化鉄の化学式が（Ｆｅ₁
−ｘＭｎ_x）₂Ｏ₃であり、かつ０．０５＜ｘ＜０．４で
ある請求項１記載の遮光膜用塗料。
【請求項１０】請求項９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記載の遮光膜付きラン
プ。
【請求項１１】シリカによって表面を被覆されたマンガ
ンドープ酸化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスと
を含有し、前記マンガンドープ酸化鉄の化学式が（Ｆｅ
₁−ｘＭｎ_x）₂Ｏ₃であり、かつ０．０５＜ｘ＜０．４で
ある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から請求項５のいずれかに
記載の遮光膜付きランプの製造方法。
【請求項１２】シリカの膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以
下である請求項１記載の遮光膜用塗料。
【請求項１３】請求項１２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記載の遮光膜付きラ
ンプ。
【請求項１４】シリカによって表面を被覆されたマンガ
ンドープ酸化鉄と、シリカを主成分とする粉末ガラスと
を含有し、前記シリカの膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以
下である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から請求項５のいずれ
かに記載の遮光膜付きランプの製造方法。