JP2002308644A - 電灯用ガラス - Google Patents
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Abstract
なく、しかも高輝度のコンパクト型蛍光ランプを作製す
ることが可能な電灯用ガラス組成物を提供することであ
る。 【解決手段】 質量%表示で、SiO2 60〜80
%、Al2O3 0.5〜5%、B2O3 0〜3%、Na
2O 2〜10%、K2O 2〜10%、Li2O0.3
〜3%、Na2O+K2O+Li2O 13.2〜18
%、CaO 0〜8%、MgO 0〜8%、SrO 2
〜10%、BaO 2〜12%、CaO+MgO+Sr
O+BaO 5〜15%、CeO2 0.2〜2%、S
O3 0〜0.18%であることを特徴とする。
Description
れる電灯用ガラス組成物に関し、特にコンパクト型蛍光
ランプに用いられる電灯用ガラス組成物に関するもので
ある。
する紫外線で、ガラス管壁に塗布されている蛍光体を励
起し、これにより発生する可視光線を利用したものであ
る。
バルブ部とステム部に大別され、バルブ部の形状として
は、直管や、直管を熱加工した環状の形状を有するもの
が一般的であるが、最近ではランプの効率化や小型化を
目的に、U字管やこれを繋いだツイン管といった複雑な
形状を有するコンパクト型蛍光灯が開発されている。当
初、複雑な加工が必要なコンパクト型蛍光灯には、加工
性のよい鉛含有ガラスが使用されていたが、鉛は環境負
荷物質であるため、現在では無鉛ガラスへの代替が進め
られている。
発生した紫外線の一部は蛍光体膜を透過し、ガラス管に
影響を与えることが知られている。特にコンパクト型蛍
光灯では、通常の蛍光灯よりも高い電力が必要なため、
単位面積当たりの紫外線照射量が数倍になる。その結
果、紫外線エネルギーにより、有色イオンやガラス構造
欠陥部の着色中心の生成によるガラスの着色が著しくな
り、蛍光灯の輝度が経時的に劣化するという問題が生じ
る。また管外に漏洩する紫外線量が多くなり、蛍光ラン
プを保護する樹脂カバーを変色させてしまう。
への紫外線の漏洩がなく、しかも高輝度のコンパクト型
蛍光ランプを作製することが可能な電灯用ガラス組成物
を提供することである。
行った結果、CeO2を添加するとともに、SO3の含有
量を0.18%以下に制限することにより、上記目的が
達成できることを見いだし、本発明として提案するもの
である。
示で、SiO2 60〜80%、Al2O3 0.5〜5
%、B2O3 0〜3%、Na2O 2〜10%、K2O
2〜10%、Li2O 0.3〜3%、Na2O+K2O
+Li2O 13.2〜18%、CaO 0〜8%、M
gO 0〜8%、SrO 2〜10%、BaO 2〜1
2%、CaO+MgO+SrO+BaO 5〜15%、
CeO2 0.2〜2%、SO3 0〜0.18%である
ことを特徴とする。
蔽能力及び紫外線によるガラスの光学的劣化現象につい
て詳細に調査したところ、ガラス中に含まれるSO3に
ついて興味深い知見を得た。
るにはCeO2を添加すればよいことが知られている。
またCeO2の添加により、紫外線照射による着色が若
干抑制される。一方、CeO2を添加すると400nm
付近の光透過率が低下してガラスが黄色くなる、いわゆ
る初期着色が起こり易く、ランプの輝度が低下してしま
う。従って、紫外線の管外への漏洩や紫外線による着色
を防止しようとすると、ランプの輝度が低くなるという
問題を有していた。
率特性は、SO3の存在により大きく左右されることが
本発明者の実験で明らかとなった。即ち、SO3の含有
量を0.18質量%以下に制限すると、400nm付近
の光透過率が高くなって初期着色が防止され、また紫外
線照射による着色が著しく抑制される。このSO3は、
ガラス原料(芒硝(Na2SO4)等の硫酸塩原料や不純
物)や、ガラス溶融時の燃焼雰囲気中のSO2ガスの溶
け込みにより、ガラス組成中に取り込まれる。
やSO3の含有量は、上記知見をふまえて決定したもの
である。
与するとともに、SO3が0.18質量%以下という条
件下で、紫外線照射による着色を著しく抑制する働きが
ある。また清澄剤としても機能する。CeO2が0.2
%以下ではその効果がなく、2%を超えると着色が著し
くなり、高輝度のランプを得ることが困難になる。なお
CeO2の好適な範囲は、0.3〜1.2%、特に0.
4〜1%である。
限される。SO3は、CeO2によるガラスの着色を助長
し、また紫外線着色を起こしやすい成分であり、その含
有量は少ないほど好ましい。このため0.15%以下、
特に0.1%以下が好ましく、できれば含まないことが
望ましい。
外の特性としては以下のものが挙げられる。 管内に封入される水銀ガスと反応してアマルガム(H
gNa)を生成しないように、高い化学耐久性が求めら
れる。具体的には、JIS R3502に示された方法
で測定されるアルカリ溶出が0.7mg以下であるこ
と。 ステム用として使われる場合、デュメットリード線と
膨張が適合するように、90〜100×10-7/℃の熱
膨張係数を有すること。 ステム用として使われる場合、体積抵抗が10-7Ω・
cm以上と高いこと。 ガラス溶融が容易であること。 コンパクト型蛍光ランプのバルブ用途の場合、高い加
工性を得るために、作業点(104ポイズに相当する温
度)が1010℃以下であること。
以外の成分の含有量は、これらの諸特性を満足するため
に上記範囲に特定される。
記のように限定した理由を以下に示す。
ある。SiO2が60%より少ないとガラス骨格の生成
が不十分となり、機械的強度が低くなる。SiO2が8
0%より多いとガラスの粘性が上昇し、溶融成形が困難
になる。SiO2の好ましい範囲は60〜75%であ
る。
耐久性を向上させるとともに、ガラス成形時の失透を抑
制する効果がある。Al2O3が0.5%より少ないとそ
の効果がなく、5%より多いと溶融や成形が困難にな
る。Al2O3の好ましい範囲は1〜3%である。
低下させる効果がある。しかしB2O3は環境負荷物質で
あるため、やむを得ない場合を除き、使用しないことが
望ましい。B2O3が3%より多い場合はガラス低温粘性
が上昇し、加工性が悪化する。またCeO2の着色傾向
を増大させてしまう。
リ金属酸化物は、熱膨張係数を調整し、またガラスの粘
性を低下させて加工性を高めるための成分である。Na
2O及びK2Oは特定の比率で共存させることにより、ア
ルカリ混合効果とよばれる化学耐久性や電気絶縁性を向
上させる効果が得られる。またLi2Oは、原料コスト
が高く多量に含有させることは好ましくないが、膨張調
整機能が他のアルカリ金属成分に比べて約2倍と高いた
め、少量の添加で効果がある。
く、10%を超える場合はアルカリ混合効果が得られ
ず、化学耐久性が悪くなる。Na2Oの好ましい範囲は
4〜8%である。
く、10%を超える場合はアルカリ混合効果が得られ
ず、化学耐久性が悪くなる。K2Oの好ましい範囲は4
〜8%である。
トリード線との膨張の整合性を得ようとするとNa2O
やK2Oを多量に含有させる必要が生じ、化学耐久性が
悪化する。3%を超えると原料コストが高くなりすぎ
る。Li2Oの好ましい範囲は0.5〜3%である。
満では、ステム用途に用いた場合にデュメットリード線
との膨張の整合性が得難くなる。またガラスの粘性が上
昇し、加工性が悪化しやすくなる。またアルカリ金属酸
化物の合量が18%を超えるとステム用途に用いた場合
にデュメットリード線との膨張の整合性が得難くなる。
また化学耐久性が悪化し、輝度劣化の原因となるアマル
ガムの生成を起こし易くなる。なおアルカリ金属酸化物
の合量の好ましい範囲は13.5〜18%である。
アルカリ土類金属酸化物は、高電気絶縁性と良好な加工
性を得るための成分である。特に比較的PbOに近い性
質を有するSrOとBaOを主として使用する。しかし
これらの成分は、ガラス溶融時や管引き成形時に使用さ
れる耐火レンガとの反応性が強く、反応生成物の原因と
なる。こうした生成物の発生を避けたい場合には、これ
らの一部をCaOやMgOと置換すればよい。ただしC
aOは、CeO2と共存させるとガラスの光透過率を低
下させる傾向があるため、その添加は最小限に留めるこ
とが望ましい。
透原因となる。なおCaOを0.5%以下に制限するこ
とにより、より高い光透過率を得ることができる。
透原因となり、またガラスの粘性を上昇させて加工性が
悪化する。MgOの好ましい範囲は2〜6%である。
好な加工性を得るために他のアルカリ土類金属酸化物を
多量に含有させなければならないが、これによって失透
が起こり易くなる。10%を超えるとSrO系の失透物
が生じ、また原料コストが増大して好ましくない。Sr
Oの好ましい範囲は4〜10%、特に4.2〜8%であ
る。
な加工性を得るために他のアルカリ土類金属酸化物を多
量に含有させなければならないが、これによって失透が
起こり易くなる。12%を超えると耐火物(Al系耐火
物)との反応が著しく、失透原因となる。BaOの好ま
しい範囲は3〜10%である。
%である。これらの合量が5%未満では電気抵抗等、蛍
光ランプ用途に必要な特性を得ることが難しくなる。一
方15%を超えるとガラスの成形時に失透物や反応生成
物が生じ、製品不良を引き起こす可能性がある。アルカ
リ土類金属酸化物の合量の好ましい範囲は6〜13%で
ある。
等の光透過特性を改善する成分や、TiO2、ZrO2等
の紫外線着色防止効果を有する成分の添加が可能であ
る。また清澄剤として、NaCl等のCl系原料を添加
してもよい。なお不純物として、Fe2O3が含まれるこ
とが多いが、Feは有色イオンであり、透過率を低下さ
せる要因であるので、0.05%以下、特に0.03%
以下に制限することが重要である。またNd2O3のよう
な可視光透過率を低下させる成分を含有すべきではな
い。さらに環境上の理由から、PbOやAs2O3を含有
することも避けるべきである。
線照射後に(1)肉厚1mmにおいて、JIS Z87
01に規定するXYZ表色系に基づくY値が90.0%
以上、及び(2)肉厚1mmにおいて、400nmでの
光透過率が88.0%以上、という特性を満足すること
ができる。これらの特性を満足することにより、輝度が
高いランプを作製することができる。なお400nmで
の光透過率は、90.0%以上、特に90.5%以上で
あることが好ましく、またY値は91.0%以上、特に
91.5%以上であることが好ましい。なお本発明にお
いて、Y値及び400nmでの光透過率は、30倍視野
の光学顕微鏡にて研磨傷が確認できない程度に光学研磨
された30×10mm、肉厚1.0±0.02mmの試
料に対し、256nmに主波長を有する紫外線を7.5
mw/cm2の照度で8時間照射した後に評価した値で
ある。また400nmでの光透過率は、C標準光源を用
い、分光光度計にて400nmにおける透過率を求めた
ものであり、Y値は同様にして測定域200〜800n
mにおける透過率を求め、JIS Z8701に基づい
て算出したものである。
は、紫外線の吸収端が314nm以上、特に320nm
以上であることが好ましい。即ち、蛍光ランプから生じ
るスペクトルは、258nm付近に主ピークを持ち、他
にいくつかの副線が存在する。この中でも最長の副線ピ
ークは可視光域にまで及ぶ。一般的な電灯用ガラスで
は、258nmより長波長域の紫外線を十分に遮蔽する
ことは難しいが、通常の蛍光ランプではこれらの副線が
問題となることは殆どない。しかし、紫外線放射量が多
いコンパクト型蛍光ランプでは、この長波長域の副線、
特に313nm付近の副線によって樹脂カバーが変色し
易くなる。それゆえ紫外線の吸収端が313nmより長
波長側にあることが望まれる。
気で溶融することが望ましい。
割を有するCeO2は、ガラス中で Ce3+ ⇔ Ce4+ の酸化還元平衡状態にある。一般にCe3+は316nm
に、Ce4+は243nm付近にそれぞれ主たる吸収帯を
有し、両者の働きにより長波長側の紫外線が吸収されガ
ラスの紫外線吸収端が形成される。ここでCe3+量が多
くなると、紫外線の吸収端が長波長側へ移動したり、吸
収帯幅が増加する。その結果、400nm付近の可視域
が吸収されてガラスが黄色味を帯び、透過率が低下す
る。これがCeO2による初期着色であり、高輝度の蛍
光ランプを得ることできない原因となる。従ってCe3+
とCe4+は適切な割合で存在させることが重要である。
そこでガラスを酸化性雰囲気で溶融することにより、C
e4+を増加させ、400nm付近の可視域の吸収を抑
え、初期着色を防止することができる。
は、例えばガラス原料バッチに酸化剤(例えば硝酸ナト
リウムや硝酸カリウム)を加え、ガラス溶融時にガラス
が酸化状態になるようにすればよい。酸化剤のバッチへ
の添加量は、使用する酸化剤の種類にもよるが、0.5
〜3質量%程度が好ましい。その理由は、0.5%以下
では十分な効果が得られず、3%を超えて添加しても原
料コストが上昇するのみで、その効果は殆ど変わらない
ためである。
を変更し、紫外線照射前後の透過率を評価した本発明の
実施例(試料No.1〜4)及び比較例(No.5〜
7)である。また紫外線着色に対するCeO2とSO3の
関係を図1に示す。
を調合した。さらに調合した原料をライカイ機と呼ばれ
る乳鉢式擂り潰し攪拌機で10分間攪拌し、300gの
原料バッチを得た。なお使用した原料は、SiO2原料
として比較的Fe不純物が少ない海岸砂(SiO2分9
9.8質量%)を、MgO原料及びCaO原料として市
販ドロマイトを、CeO2原料としてガラス工業用酸化
セリウム(CeO2分99.8%以上)を、その他の酸
化物原料は、主として量産に適した一般的に使用される
もののうち、できる限り安価な工業用ガラス原料を使用
した。また酸化剤には硝酸ナトリウムを使用した。
ロジウム合金製の坩堝に入れ、箱型電気炉にて1450
〜1500℃で4時間溶融した。なお溶融開始後30分
毎に白金攪拌棒を用いて計3回攪拌を行った。
流し出し、560℃に保持された箱型カンタル式アニー
ル炉内に入れ、4℃/分の平均冷却速度で炉冷した。さ
らにアニール後のガラス塊から試料を作製し、評価に共
した。結果を表1,2に示す。併せて紫外線照射前後の
Y値の変化を図1に示す。
No.5〜7は、初期のY値が低く、また紫外線照射に
よるY値低下が大きかった。これに対してSO3を含ま
ない試料No.1〜4は、初期のY値が高く、しかもY
値の低下が殆どないことが分かった。つまりSO3を少
なくすれば、透過率が高く、しかも紫外線着色が起こり
難いガラスが得られることを示している。
増えるに従い初期のY値が低下する傾向にあるが、実施
例であるNo.1〜4の試料では、CeO2量が増えて
も初期Y値が殆ど変化しない。このことは、ガラスの紫
外線吸収能力を高めるためにCeO2を多量に添加でき
ることを示唆している。
る平均線熱膨張係数を示すものであり、ディラトメータ
ーを用いて測定した。軟化点は107.6dPa・sの粘
度を示す温度、作業点は104dPa・sの粘度を示す
温度であり、それぞれASTMで規定されるファイバー
引っ張り法、及び白金球引き上げ法を用いて求めた。体
積電気抵抗値は、ASTM C657−78に基づき測
定し、250℃での抵抗値を対数表示した。アルカリ溶
出量は、JIS R−3502に基づいて測定したもの
である。
吸収端は、次のようにして求めた。まず30倍視野の光
学顕微鏡にて研磨傷が確認できない程度に光学研磨され
た30×10mm、肉厚1.0±0.02mmの試料を
用意した。次にC標準光源を用い、分光光度計(島津製
作所製UV3100PC)にて200〜800nmにお
ける透過率を測定し、400nmでの透過率及び紫外線
吸収端を求めた。なお紫外線吸収端は、光透過率曲線の
短波長側で実質的に透過率が0%と見なし得る波長とし
た。さらに透過率測定データから、JIS Z8701
に規定するXZY表色系に基づいてY値を算出した。続
いて、UVドライプロセッサー(オーク製作所製)を用
い、256nmに主波長を有する紫外線を試料に7.5
mw/cm2の照度で8時間照射した後、再度透過率を
測定し、紫外線照射後のY値及び400nmにおける透
過率を求めた。 (実施例2)表3〜7は本発明の他の実施例(試料N
o.8〜27)を、表8は比較例(試料No.28)を
それぞれ示している。
評価した。
8〜27は、紫外線照射後のY値及び400nmでの光
透過率が、それぞれ90.9%以上、88.7%以上で
あり、紫外線照射後も高い透過率を維持していた。
ラスは、紫外線による着色や管外への紫外線の漏洩がな
く、しかも高輝度のコンパクト型蛍光ランプを作製する
ことが可能であり、電灯用ガラスとして好適である。な
お本明細書においては、主としてコンパクト型蛍光ラン
プのバルブ用ガラスについて説明したが、本発明のガラ
スはこれに限られるものではなく、他のランプ用途(液
晶ディスプレーに用いられるバックライトの蛍光ランプ
用バルブ等)や、他の照明用部材(ステム、排気管等)
に使用してもよい。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 質量%表示で、SiO2 60〜80
%、Al2O3 0.5〜5%、B2O3 0〜3%、Na
2O 2〜10%、K2O 2〜10%、Li2O 0.
3〜3%、Na2O+K2O+Li2O 13.2〜18
%、CaO 0〜8%、MgO 0〜8%、SrO 2
〜10%、BaO 2〜12%、CaO+MgO+Sr
O+BaO 5〜15%、CeO2 0.2〜2%、S
O3 0〜0.18%であることを特徴とする電灯用ガ
ラス。 - 【請求項2】 コンパクト型蛍光ランプ用ガラス管とし
て用いられることを特徴とする請求項1の電灯用ガラ
ス。
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- 2001-04-04 JP JP2001105815A patent/JP4756430B2/ja not_active Expired - Fee Related
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