JPH1116542A

JPH1116542A - ハロゲン電球

Info

Publication number: JPH1116542A
Application number: JP18320597A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sasagawa; 健笹川
Original assignee: GIKEN KAGAKU KK
Current assignee: GIKEN KAGAKU KK
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高温多湿環境下においても剥離しない、青色
を呈する高色型色温度変換膜を備えたハロゲン電球を提
供する。【解決手段】石英ガラス等の耐熱性で透明なガラスバ
ルブ１内に中心軸に平行にサブフィラメント２ａとメイ
ンフィラメント２ｂとが設けられ、サブフィラメント２
ａには反射鏡４が取り付けられている。そして、ガラス
バルブ１の外表面には、少なくとも１層以上の酸化ケイ
素と酸化コバルトと燐酸化物の複合酸化物からなる青色
着色膜層を積層してなる色温度変換膜８を形成し、更に
その上に酸化ケイ素，あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の
複合酸化物からなる保護膜９を積層して形成し、色温度
変換膜８の剥離を防止できるようにしたハロゲン電球を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハロゲン電球に
関し、特に高純度の白色光を放射する、自動車等の前照
灯及びフォグランプや一般照明に用いられる光源に適す
るハロゲン電球に関する。

【０００２】

【従来の技術】前照灯及びフォグランプに用いられてい
る従来のハロゲン電球、また一般照明用のハロゲン電球
は、やや赤味を帯びている白色光である。この赤味を減
少させることによりハロゲン電球は、より色温度の高い
状態にすることができる。この赤味を減少させる手段と
しては、酸化チタン等の高屈折率層と酸化ケイ素等の低
屈折率層を交互に積層した光干渉理論に基づく高色温度
型フィルターの光学薄膜をバルブ表面に施すことが、一
つの有効的な方法として、従来用いられている。

【０００３】しかしながら、高屈折率層と低屈折率層を
交互に積層した光干渉理論に基づく高色温度型フィルタ
ーの光学薄膜は、その使用に当たって生じる色むらを低
減するため、その作製に際しては、膜厚や積層方法等の
種々の工夫及びそれに伴う複雑な作業を必要とする。

【０００４】このような問題点を解消するため、本件発
明者は先に特願平８−１６８６９１号において、光干渉
理論に基づく光学薄膜を形成する際の複雑な作業を要す
ることなく、簡便に高純度の白色光を放射するハロゲン
電球及びその製造方法を提案した。すなわち、ハロゲン
電球バルブの外面に、酸化ケイ素と酸化コバルトと燐酸
化物の複合酸化物からなる少なくとも１層以上の青色着
色膜の色温度変換膜を形成したものを提案した。そし
て、このように１層以上の青色着色膜からなる色温度変
換膜を形成することにより、複雑な作業を要せずに簡便
に色むらのない高純度の白色光を発光するハロゲン電球
が得られた。

【０００５】なお、上記青色着色膜の色温度変換膜を構
成する複合酸化物の組成について詳細に述べると、酸化
ケイ素と酸化コバルトと燐酸化物の複合酸化物は、モル
分率で 0.086≦ｘ≦0.804 ， 0.194≦ｙ≦0.623 ， 0.0
02≦ｚ≦0.291(ｘ＝SiＯ₂，ｙ＝CoＯ，ｚ＝Ｐ
₂Ｏ₅）、且つｘ＋ｙ＋ｚ＝1.000 を満たすように構成
するものである。

【０００６】ここで、上記複合酸化物の組成を上記のよ
うに設定する理由は、次のとおりである。すなわち、酸
化ケイ素と酸化コバルトと燐酸化物の複合酸化物からな
る青色着色膜の組成の下限設定は、0.804 モル分率の酸
化ケイ素と 0.194モル分率の酸化コバルトと 0.002モル
分率の燐酸化物からなっているが、これは、酸化コバル
トの濃度を更に下げて行くと、青色の着色度合いが低下
し、所望の色温度を達成するためには膜厚を更に厚くし
なければならなくなるからである。但し、この下限設定
には燐酸化物濃度の影響は殆どない。また、その上限設
定は、0.086 モル分率の酸化ケイ素と 0.623モル分率の
酸化コバルトと 0.291モル分率の燐酸化物からなってい
るが、これは、酸化コバルトと燐酸化物の濃度を更に上
げて行くと、焦げ茶色から黒褐色の着色となり、青色と
は色合いが変わってしまうためである。したがって、青
色着色膜を構成する複合酸化物の組成を上記のように規
定することにより、所望の特性の青色着色膜を精度よく
容易に形成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
青色着色膜からなる色温度変換膜を用いたハロゲン電球
は、より純粋な色温度の高い白色光を放射するが、高温
多湿環境下に放置した場合、バルブ表面に形成した色温
度変換膜が、バルブを構成している耐熱透光性基体から
剥離することが判明した。

【０００８】本発明は、先に提案したハロゲン電球にお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、高温
多湿環境下（温度70℃以上で且つ湿度60℃以上）におい
てもバルブを構成する耐熱透光性基体から剥離すること
のない、高純度の白色光を放射する色温度変換膜を備え
たハロゲン電球を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、内部にフィラメントを有す
る耐熱透光性基体からなるハロゲン電球バルブの外面
に、少なくとも１層以上の酸化ケイ素と酸化コバルトと
燐酸化物の複合酸化物からなる青色を呈する高色型色温
度変換膜を塗布形成し、該高色型色温度変換膜上に、酸
化ケイ素あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物か
らなる少なくとも１層以上の保護膜を形成してハロゲン
電球を構成するものである。また請求項２記載の発明
は、請求項１記載のハロゲン電球において、前記酸化ケ
イ素と燐酸化物の複合酸化物からなる保護膜は、燐酸化
物の濃度が総酸化物濃度に対して20重量％以下の組成の
複合酸化物からなる膜で構成するものである。

【００１０】上記のように、ハロゲン電球バルブの外面
に形成した高色型色温度変換膜上に、酸化ケイ素あるい
は酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からなる少なくと
も１層以上の保護膜を形成することにより、高温多湿環
境下で高色型色温度変換膜がバルブの外面より剥離する
のを有効に防止することができる。ここで、このような
保護膜を形成することにより、高色型色温度変換膜がバ
ルブの外面より剥離するのが防止される理由について説
明する。本発明において用いる青色を呈する高色型色温
度変換膜の着色の色合いを保つための重要な物質である
燐酸化物は、一般に吸湿性が高いという特徴がある。ま
た一般的なゾル−ゲル法や塗布熱分解法等により作製さ
れる酸化物薄膜は、多数の微細孔を含むポーラスな多孔
質になりやすい。したがって、同様な方法で作製される
燐酸化物を含む高色型色温度変換膜においては、高温多
湿環境下では、多孔質状態の膜内に吸湿性の高い燐酸化
物により水分が取り込まれ、膜自体が膨潤したり、膜自
体の応力変化により、バルブ基体と膜に歪みが発生し、
剥離が生じるものと考えられる。

【００１１】そこで、本件発明者は、保護膜を設けてバ
ルブ基体に形成した高色型色温度変換膜の表面等の微細
孔を埋め込み、水分の取り込みを阻止させることを考え
た。ところが、保護膜としては、青色を呈する高色型色
温度変換膜との色の混濁を起こさせないため低屈折率の
物質を用いなければならないこと、及びハロゲン電球バ
ルブとして硬質ガラスが用いられているため、低温度で
ガラス化しやすいものでなければならないという条件が
あり、それらの条件を満たすものとして、検討した結
果、酸化ケイ素あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸
化物からなる保護膜が適切であることがわかり、実験を
行ったところ、有効な剥離防止機能があることが確認さ
れ、よって上記構成の保護膜を用いることとしたのであ
る。

【００１２】なお、吸湿性の高い燐酸化物と酸化ケイ素
の複合酸化物からなる保護膜でも剥離防止機能をもつの
は、この複合酸化物からなる保護膜は酸化コバルトを含
む高色型色温度変換膜より熱分解速度が速く緻密化傾向
が高いこと、並びに酸化ケイ素と燐酸化物とはそれ自体
ガラスを形成できる網目形成酸化物であるが、高色型色
温度変換膜に通常多量に含まれる酸化コバルトは網目形
成酸化物でないので、網目形成酸化物のみからなる保護
膜の方がより緻密化されることにより、水分の取り込み
を有効に阻止し、これにより剥離を防止しているものと
考えられる。

【００１３】次に、保護膜を構成する複合酸化物におけ
る燐酸化物の濃度を請求項２で規定するように設定する
理由は、次のとおりである。上記複合酸化物における燐
酸化物の濃度は、次式によって表される。燐酸化物濃度（重量％）＝〔Ｐ₂Ｏ₅／（SiＯ₂＋Ｐ₂
Ｏ₅)〕×100 酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物における燐酸化物の
濃度の上限は20重量％としているが、これは、20重量％
を超えて燐酸化物の濃度を上げて行くと、無色透明な保
護膜が黒ぽい色合いを帯びて着色するためである。この
着色は光束維持率に大きな影響を与える。したがって、
請求項２記載のように、酸化ケイ素と燐酸化物で構成す
る複合酸化物の組成を規定することにより、所望の特性
をもつ色温度変換膜を、着色せずに高温多湿環境下で剥
離するのを防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係るハロゲン電球の実施の形態を
示す断面図であり、図２は、そのバルブの外面に形成し
た青色を呈する高色型色温度変換膜と、その上に形成し
た保護膜を拡大して示す模式的断面図である。この実施
の形態のハロゲン電球は、自動車等の前照灯として用い
られるものに本発明を適用したもので、従来例と同様
に、アルミナ珪酸系等の硬質ガラス又は石英ガラス等の
耐熱性で透明なガラスバルブ１を備え、該ガラスバルブ
１内にその中心軸に平行に２つのフィラメント２ａ，２
ｂが設けられている。上側のサブフィラメント２ａに
は、対向車側に光が当たらないようにするため、リード
線３に接続された反射鏡４が備えつけられており、フィ
ラメント２ａの両端部は反射鏡４の一端とリード線５に
接続されている。また、メインフィラメント２ｂの両端
部はリード線３，６に接続されている。リード線３，
５，６はブリッジガラス７で一体化されている。そし
て、ガラスバルブ１の外面には、青色を呈する高色型色
温度変換膜８と、その上に設けられた保護膜９が形成さ
れており、ガラスバルブ１の端部には口金10が取り付け
られている。なお、ガラスバルブ１の頂部外面には遮光
膜11が形成されている。

【００１５】次に、青色を呈する高色型色温度変換膜８
と保護膜９の構成について説明する。図２は、この高色
型色温度変換膜８と保護膜９の積層部分の構成を拡大し
て示す模式的な断面図であるが、高色型色温度変換膜８
は、少なくとも１層以上の酸化ケイ素と酸化コバルトと
燐酸化物の複合酸化物からなる青色着色膜層81を積層し
て構成されており、その上に少なくとも１層以上の酸化
ケイ素，あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物か
らなる保護膜９を積層して構成されている。そして、例
えば、１層の保護膜９と、10層の青色着色膜層81からな
る高色型色温度変換膜８とからなる積層膜は、図３に示
すような分光透過率特性を備えている。このように構成
された保護膜９と高色型色温度変換膜８の積層膜は、上
記分光透過率特性から分かるように、保護膜９の影響を
受けず、 400nmを中心とする波長の光を透過し、 600nm
を中心とする波長の光にはCo²⁺イオンの４配位による吸
収があるために、青紫の色を呈している。且つ、約 380
〜400 nm近傍の紫から青色の可視領域及び約 700〜780
nm近傍の赤色の可視領域の透過率特性は、平坦で波状の
状態にはならず、したがって大きな反射リップルを生じ
ないため、干渉色との混色によって生じる色むらを感じ
させない機能を有している高色型色温度変換膜となって
おり、また、青色の着色膜であるため光学薄膜のような
入射角度の違いによる色調変化をほとんど生じない機能
を有している。

【００１６】次に、酸化ケイ素と酸化コバルトと燐酸化
物の複合酸化物からなる高色型色温度変換膜の形成剤
と、保護膜を構成する酸化ケイ素の形成剤、及び酸化ケ
イ素と燐酸化物の複合酸化物の形成剤について説明する（１）酸化ケイ素−酸化コバルト−燐酸化物の複合酸化
物からなる色温度変換膜形成剤まず、コバルトのアルコキシドが溶解する溶媒、例えば
ベンゼン等を用意する。このベンゼン等は、充分に脱水
処理を施したものを使用する。次に、このベンゼン溶液
等を用いてコバルトのアルコキシド，例えばジイソプロ
ポキシコバルトCo(O-i-C₃H₇)₂，及びケイ素のアルコキ
シド，例えばテトラエトキシシリケートSi(OC₂H₅)₄を所
定の比率で数時間乾燥窒素を流しながら溶解せしめ、充
分に混合した後、脱水処理したエタノールを所定量加え
る。そして、所定量の純水を含むエタノール溶液を沈殿
が生じないように徐々にゆっくり注意深く加え、加水分
解反応を行う。更に、この反応によるゲル化を防止する
ために、キレート化剤としてアセチルアセトン（C₅H
₈O₂），アセト酢酸エチル（C₆H₁₀O₃)等を加え、更に数
時間反応をさせた後、減圧蒸留にてベンゼン，エタノー
ル等を取り出す。反応生成物をしばらく放置した後、所
定量の五酸化二燐，イソプロピルアシッドホスヘート等
の燐化合物を溶解したエタノール溶液を加える。更に、
エタノール，酢酸エチル等の有機溶媒を加え、溶液の濃
度及び粘度を所定の値に調製する。（２）酸化ケイ素からなる保護膜形成剤有機ケイ素化合物，例えばテトラエトキシシリケートSi
(OC₂H₅)₄を用意する。所定量のエタノールと純水を加え
加水重合反応を行い、更に、エタノール，酢酸エチル等
の有機溶媒を加え、溶液の濃度及び粘度を所定の値に調
製する。（３）酸化ケイ素−燐酸化物の複合酸化物からなる保護
膜形成剤有機ケイ素化合物，例えばテトラエトキシシリケートSi
(OC₂H₅)₄を用意する。所定量のエタノールと純水を加え
加水重合反応を行った後、所定量の五酸化二燐，イソプ
ロピルアシッドホスヘート等の燐化合物を溶かしたエタ
ノール溶液を加え、更に、エタノール，酢酸エチル等の
有機溶媒を加え、溶液の濃度及び粘度を所定の値に調製
する。

【００１７】次に、上記各形成剤を用いて高温多湿環境
下で剥離しないように、保護膜で保護した青色を呈する
高色型色温度変換膜の形成方法について説明する。ま
ず、酸化ケイ素−酸化コバルト−燐酸化物の混合酸化物
形成剤にハロゲン電球のバルブ１を浸漬し、一定速度で
引き上げ、乾燥した後、約 400〜700 ℃の大気中で数分
間熱処理を行い、バルブ１の外表面に第１層の青色着色
膜層81を形成する。以後この操作を単純に繰り返して青
色着色膜層を積層し、目的とする色温度の青色を呈する
高色型色温度変換膜８を形成する。

【００１８】次に、高色型色温度変換膜８を形成したバ
ルブ１を、酸化ケイ素からなる保護膜形成剤あるいは、
酸化ケイ素−燐酸化物の複合酸化物からなる保護膜形成
剤に浸漬し、一定速度で引き上げ、乾燥した後、同様に
約 400〜700 ℃の大気中で数分間熱処理を行い、保護膜
９を形成する。そして、この単純な操作によって高温多
湿環境下に放置してもバルブ１から剥離しない保護膜９
で保護された色温度変換膜８を得ることができる。

【００１９】以上のようにして、バルブの外表面に青色
を呈する高色型色温度変換膜を形成した後、酸化ケイ素
あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からなる保
護膜を施した本発明に係るハロゲン電球と、先に提案し
た青色を呈する高色型色温度変換膜のみを施した比較例
のハロゲン電球を、高温多湿環境下で放置し、色温度変
換膜のバルブ基体からの剥離状態を比較した結果につい
て説明する。

【００２０】一例として、アルミナ珪酸ガラスをバルブ
基体とした自動車用Ｈ４型ハロゲン電球（60／55Ｗ，1
3.2Ｖ，通称定格12Ｖ）、及び石英ガラスをバルブ基体
とした自動車用Ｈ３型ハロゲン電球（55Ｗ，13.2Ｖ，通
称定格12Ｖ）の各バルブに対して、７重量％の総酸化物
濃度の酸化ケイ素−酸化コバルト−燐酸化物の混合酸化
物からなる色温度変換膜形成剤を使用して、６mm／ｓの
引き上げ速度で、各青色着色膜層を 570℃−４分間の焼
成温度・時間により形成して、10層膜及び17層膜からな
る色温度変換膜を設けた後、 3.5重量％の酸化物濃度を
もつ酸化ケイ素からなる保護膜形成剤、及び3.92〜4.3
重量％をもつ酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からな
る保護膜形成剤を、それぞれ４mm／ｓ，６mm／ｓ，８mm
／ｓの各引き上げ速度で積層塗布した後、 570℃−４分
間の焼成温度・時間で１層及び２層の保護膜を形成し
て、本発明に係るハロゲン電球を作製し、高温多湿環境
下に放置した場合の結果を表１に示し、保護膜を形成し
ない比較例を表２に示す。なお、表１，表２において、
剥離の有無の欄において、○印は 400時間経過後も剥離
しないことを示し、×印は２時間程度で剥離することを
示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】次に、表１に示したものと色温度変換膜の
組成は同じで、保護膜の組成のみを変えて、保護膜を積
層した色温度変換膜を形成した同様のタイプのハロゲン
電球を作製し、剥離試験を行った結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】次に、表１，表２に示したものと色温度変
換膜の組成を変えた同様のタイプのハロゲン電球を作製
し、試験を行った結果を、本発明については表４に、比
較例については表５に示す。

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】以上の試験結果から、酸化ケイ素と酸化コ
バルトと燐酸化物の複合酸化物による青色を呈する色温
度変換膜を施したハロゲン電球に対して、酸化ケイ素あ
るいは、酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からなる保
護膜を積層することによって、高温多湿環境下で放置し
ても剥離を生じない、従来にはない色温度変換膜を作成
できることが確認された。

【００２９】上記試作試験では、酸化ケイ素あるいは酸
化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からなる保護膜は、１
層又は２層設けたものの測定結果を示したが、これ以外
の引き上げ速度、これ以上の層数でも同様の効果がある
ことは勿論である。しかしながら、保護膜の層数の増加
は、色温度変換膜のバルブ基体からの剥離を招いたり、
コストアップにつながるため、１層程度にとどめるのが
ベストである。また保護膜を形成する、ケイ素，燐の出
発原料は上記実施の形態で説明したものに限られないこ
とも勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１記載の発明によれば、少なくとも１層以上
の酸化ケイ素と酸化コバルトと燐酸化物の複合酸化物か
らなる青色を呈する色温度変換膜上に、少なくとも１層
以上の酸化ケイ素，あるいは酸化ケイ素と燐酸化物の複
合酸化物からなる保護膜を形成しているので、複雑な作
業を要せずに高温多湿環境下に放置しても、色温度変換
膜の剥離を起こさず、長期間に亘り高純度の白色光を放
射するハロゲン電球を実現することができる。また請求
項２記載の発明によれば、黒化しない酸化ケイ素−燐酸
化物の複合酸化物からなる保護膜が形成でき、高温多湿
環境下に放置しても色温度変換膜の剥離を起こさず、よ
り高純度の白色光を放射するハロゲン電球を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハロゲン電球の実施の形態を示す
断面図である。

【図２】図１に示した実施の形態における色温度変換膜
と保護膜の積層部分を拡大して示す模式的断面図であ
る。

【図３】図２に示した保護膜を設けた色温度変換膜の分
光透過率特性を示す図である。

【符号の説明】

１ガラスバルブ２ａサブフィラメント２ｂメインフィラメント３，５，６リード線４反射鏡７ブリッジガラス８色温度変換膜 81 青色着色膜層９保護膜 10 口金 11 遮光膜

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【手続補正書】

【提出日】平成９年７月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明は、先に提案したハロゲン電球にお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、高温
多湿環境下（温度７０℃以上で且つ湿度６０％以上）に
おいてもバルブを構成する耐熱透光性基体から剥離する
ことのない、高純度の白色光を放射する色温度変換膜を
備えたハロゲン電球を提供することを目的とする。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にフィラメントを有する耐熱透光性
基体からなるハロゲン電球バルブの外面に、少なくとも
１層以上の酸化ケイ素と酸化コバルトと燐酸化物の複合
酸化物からなる青色を呈する高色型色温度変換膜を塗布
形成し、該高色型色温度変換膜上に、酸化ケイ素あるい
は酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物からなる少なくと
も１層以上の保護膜を形成したことを特徴とするハロゲ
ン電球。
【請求項２】前記酸化ケイ素と燐酸化物の複合酸化物
からなる保護膜は、燐酸化物の濃度が総酸化物濃度に対
して20重量％以下の組成の複合酸化物からなる膜で構成
されていることを特徴とする請求項１記載のハロゲン電
球。