JP2007297273A - ランプ用ガラス組成物、ランプ用ステムおよびランプ用バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】鉛を含まず、水銀消費量の削減にも有利なランプ用ガラス組成物、この組成物を用いたランプ用ステムおよびランプ用バルブを提供する。
【解決手段】 重量百分率で、ＳｉＯ₂：６５〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：０．５〜４％、Ｎａ₂Ｏ：１〜８％、Ｋ₂Ｏ：１〜８％、Ｌｉ₂Ｏ：０〜２％、ＭｇＯ：０．５〜５％、ＣａＯ：１〜８％、ＳｒＯ：１〜７％、ＢａＯ：３．５〜７％、Ｂ₂Ｏ₃：０〜３％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０〜１％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０を超えて０．２％以下、ＴｉＯ₂：０〜１％、であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が１３％以下であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計量以下であるランプ用ガラス組成物。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種のランプ、例えば蛍光灯、白熱電球に使用されるガラス組成物、また、このガラス組成物を含むランプ用ステム、およびこのガラス組成物を含むランプ用バルブに関する。

ランプに使用されるガラスは、排気管、フレヤ等のステム用と発光管等のバルブ用とに大別される。従来、ステム用ガラスとしては、熱加工の容易さから酸化鉛を４〜２８重量％含有する鉛ガラスが用いられてきた。一方、バルブ用ガラスとしては、低コストで加工性が良いため、酸化ナトリウムを１０〜２０重量％含むソーダライムガラスや上記ステム用と同様の鉛ガラスが用いられてきた。しかし、近年、環境保護の観点から、照明分野においても環境負荷物質削減への取り組みが急務とされている。照明分野において削減すべき環境負荷物質としては鉛および水銀がある。鉛は、前述のようにステム用ガラスやバルブ用ガラスに含まれている。

そこで、鉛を含まないランプ用ガラス組成物が提案されている。例えば、特許文献１（特開平６−２０６７３７号公報）には、ＰｂＯを含まず、さらに毒性成分であるＦ、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＡｓ₂Ｏ₃を含まないガラス組成物が開示されている。同公報に開示されているガラス組成物は、具体的には、重量百分率で、ＳｉＯ₂：６８．０％、Ａｌ₂Ｏ₃：３．４％、Ｌｉ₂Ｏ：１．２％、Ｎａ₂Ｏ：７．４％、Ｋ₂Ｏ：５．０％、ＢａＯ：８．７％、ＳｒＯ：２．９％、ＭｇＯ：１．３％、ＣａＯ：１．９％、ＳＯ₂：０．１％である。

また、特許文献２（特開平９−１２３３２号公報）には、ＰｂＯを含まず、特にダンナー法によりステム用ガラスを成形する場合に失透の原因となりやすいＢａＯを削減したガラス組成物が開示されている。このガラス組成物には、ＢａＯが０．３〜３．５重量％含まれ、溶融加工性を確保するためにアルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）がアルカリ土類酸化物Ｒ´Ｏ（Ｒ´＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）よりも多く含まれている。具体的に開示されているガラス組成物には、Ｒ₂Ｏが１５．５〜１６．０重量％含まれている。

また、特許文献３（特開平６−９２６７７号公報）には、ＰｂＯを含まず、さらにＴｉＯ₂およびＣｅＯ₂により耐ソーラリゼーション性を、Ｆｅ₂Ｏ₃により紫外線吸収性を改善したガラス組成物が開示されている。このガラス組成物には、軟化温度の上昇を防止するために、一定量以上のアルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏが必要とされており、具体的に同公報に開示されている組成物には、Ｒ₂Ｏが１５重量％以上含まれている。
特開平６−２０６７３７号公報 特開平９−１２３３２号公報 特開平６−９２６７７号公報

しかしながら、上記従来のランプ用ガラス組成物は、鉛が含まれないランプ用ガラスを提供するものではあったが、同じく環境負荷物質である水銀を削減する配慮がなされているものではなかった。現在、蛍光ランプには、理論上点灯に必要な量よりも相当量多い水銀が封入されている。蛍光ランプ点灯中にガラスにより消費される水銀量を見込んで余剰の水銀が封入されるからである。

本発明は、さらに高まりつつある環境保護の要望に応えるべく、鉛を含まず、水銀消費量の削減にも有利なランプ用ガラス組成物、この組成物を用いたランプ用ステムおよびランプ用バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１のランプ用ガラス組成物は、重量百分率で、
ＳｉＯ₂ ６５〜７５％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．５〜４％、
Ｎａ₂Ｏ １〜８％、
Ｋ₂Ｏ １〜８％、
Ｌｉ₂Ｏ ０〜２％、
ＭｇＯ ０．５〜５％、
ＣａＯ １〜８％、
ＳｒＯ １〜７％、
ＢａＯ ３．５〜７％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜３％、
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、
Ｆｅ₂Ｏ₃ ０を超えて０．２％以下、
ＴｉＯ₂ ０〜１％、
であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が１３％以下であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計量以下であることを特徴とする。

また、本発明の第２のランプ用ガラス組成物は、重量百分率で、
ＳｉＯ₂ ６５〜７５％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．５〜４％、
Ｎａ₂Ｏ １〜８％、
Ｋ₂Ｏ １〜８％、
Ｌｉ₂Ｏ ０〜２％、
ＭｇＯ ０．５〜５％、
ＣａＯ １〜８％、
ＳｒＯ １〜７％、
ＢａＯ ３．５〜７％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜３％、
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、
Ｆｅ₂Ｏ₃ ０〜０．２％、
ＴｉＯ₂ ０を超えて１％以下、
であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が１３％以下であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計量以下であることを特徴とする。

このような組成物とすることにより、鉛を含まず、かつ水銀消費量を抑制するに有利なランプ用ガラスを提供することができる。

ガラス中のナトリウムイオン等のアルカリイオンは、点灯中にバルブ内部へと移動する。従って、従来のガラス組成物のようにＲ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）が多く含まれていると点灯中にナトリウムイオン等のアルカリイオンと水銀蒸気とが反応したり、ナトリウムイオン等のアルカリイオンがバルブ内部に移動した後のボイドに水銀が固定され、放電に寄与しなくなるといった現象が顕著となる。これに対し、上記ガラス組成物は、Ｒ₂Ｏが少なく、Ｒ₂Ｏの拡散抑制に効果のある成分として例えばＢａＯを、ランプ用ガラス成形に支障が生じない範囲で含有しているため、従来よりも水銀消費量を削減することができる。

更に本発明の第１のランプ用ガラス組成物においては、Ｆｅ₂Ｏ₃が０．２％以下の割合で含まれていることにより、ランプからの紫外線の放射を抑えることができる。

更に本発明の第２のランプ用ガラス組成物においては、ＴｉＯ₂が１％以下の割合で含まれていることにより、ランプ用ガラスの紫外線によるソ−ラリゼ−ションを抑制することができる。

また本発明のランプ用ステムおよびランプ用バルブは、上記ガラス組成物を含むことを特徴とする。このようなランプ用ステムおよびランプ用バルブを採用することにより、水銀消費量を抑制した環境保護の観点から好ましいランプを提供することができる。

本発明のランプ用ガラス組成物によれば、鉛を含むことなくランプを構成することができるとともに、水銀の封入量の削減を可能とすることができる。また、本発明によるランプ用ガラス組成物によれば、上記実施例に示したように、初期光束、寿命特性等のランプの性能を向上させることもできる。

また、本発明のランプ用ガラス組成物を含むランプ用ステムおよびランプ用バルブによれば、水銀消費量を抑制した環境保護の観点から好ましいランプを提供することができる。

本発明のランプ用ガラス組成物は、必須成分としてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを含む。なお、前記第１のランプ用ガラス組成物においては、更にＦｅ₂Ｏ₃を必須成分として含み、また、前記第２のランプ用ガラス組成物においては、更にＴｉＯ₂を必須成分として含む。また、任意成分としてＬｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、およびＳｂ₂Ｏ₃を含む。なお、前記第１のランプ用ガラス組成物においてはＴｉＯ₂を任意成分として含んでもよく、前記第２のランプ用ガラス組成物においてはＦｅ₂Ｏ₃を任意成分として含んでもよい。以下、必須成分および任意成分について説明する。なお、以下％表示は全て重量％表示である。

ＳｉＯ₂は、ガラス骨格を形成する成分であって、６５％より少ないと熱膨張係数が高くなり過ぎ、化学的耐久性も劣化するが、７５％より多いと熱膨張係数が低くなり過ぎ、軟化温度が高くなり過ぎて加工成形が困難となる。Ａｌ₂Ｏ₃は、０．５％より少ないと化学的耐久性が劣化し、４％より多いとガラスが不均質となり脈理不良が増加する。

Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏのアルカリ金属酸化物（Ｒ₂Ｏ）は、ガラスの粘性を低下させ、溶融加工性を向上させる機能を有している。これら２種類のアルカリ金属酸化物を上記所定の含有量で使用すると、アルカリ混合効果により必要とされる高い電気抵抗を得ることができる。一方、アルカリ金属酸化物、特にＮａ₂Ｏが多く含まれると、水銀消費量が削減できなくなる。この観点からは、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏともに１〜７％であることが好ましい。

ＭｇＯおよびＣａＯのアルカリ土類金属酸化物は、電気絶縁性および化学耐久性を向上させる機能を有するが、ＭｇＯが０．５％より少ないかＣａＯが１％より少ないとその効果が期待できない。一方、ＭｇＯが５％よりも多いかＣａＯが８％よりも多くなるとガラスを失透させる傾向が強くなる。

ＳｒＯは、ガラスの硬度および化学耐久性を向上させるが、１％より少ないとその効果が期待できず、７％より多くなると失透性が増大する。ＳｒＯの好ましい含有量は２．５〜７％である。ＢａＯは、軟化温度を下げ、電気抵抗を増大させるが、３．５％より少ないと、軟化温度が高くなり過ぎ、十分に高い電気抵抗を得ることができず、７％より多くなると失透性が増大する。ＢａＯの好ましい含有量は４〜６．５％である。ＳｒＯおよびＢａＯは、特にアルカリ金属の拡散を抑制する効果に優れている。従って、水銀消費量を削減する観点からも上記各下限量以上が含まれていることが好ましい。

Ｌｉ₂Ｏは２％以下の割合で含まれていることが好ましい。Ｌｉ₂Ｏは、Ｎａ₂ＯやＫ₂Ｏと同様、ガラスの粘性を低下させ、溶融加工性を向上させる機能を有しており、その効果はＮａ₂ＯやＫ₂Ｏより大きい。また、Ｌｉ₂Ｏを添加することにより、より有効なアルカリ混合効果を得ることができる。ただし、過度のＬｉ₂Ｏを含有させると熱膨張係数が高くなり過ぎるため、２％以下とすることが好ましい。

Ｂ₂Ｏ₃は３％以下の割合で含まれていることが好ましい。ランプ用ガラスの強度および耐久性を向上させ、失透傾向を減少させることができるからである。ただし、３％より多くなると熱膨張係数が小さくなりすぎる。

Ｓｂ₂Ｏ₃は１％以下の割合で含まれていることが好ましい。ランプ用ガラスの清澄性を向上させることができるからである。ただし、２％より多くなると熱加工時に再発泡したり黒化するおそれが生ずる。

Ｆｅ₂Ｏ₃は０．２％以下の割合で含まれていることが好ましい。ランプからの紫外線の放射を抑えることができるからである。ただし、０．２％より多くなると可視域の光線透過率が下がりランプ光束が低下する。

ＴｉＯ₂は１％以下の割合で含まれていることが好ましい。ランプ用ガラスの紫外線によるソ−ラリゼ−ションを抑制することができるからである。ただし、１％より多く添加しても耐ソ−ラリゼ−ション効果は１％添加時とほぼ同等である。

本発明のガラス組成物においては、上記のように、アルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の合計量が、アルカリ金属の拡散を抑制する機能を有するアルカリ土類酸化物Ｒ´Ｏ（Ｒ´＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）の合計量以下である。水銀消費量の削減に有効だからである。

以上の成分を有するランプ用ガラス組成物は、鉛を含むことなく従来の鉛ガラスと同等の熱加工性を有する。従って、従来と同様の方法により、ランプ用ガラス、特にランプ用ステムおよびバルブ（特に水銀蒸気放電灯用発光管バルブ）を製造することができる。

本発明のガラス組成物を用いて製造され得るランプの例として、直管型蛍光ランプの長手方向の断面（管縦断面）を図１に示す。図１に示すように、ガラスバルブ１の両端には、ステム（フレアステム）２が気密に封着されており、それぞれに一対のリード線３が気密に貫通されている。これら両端部のリード線３の間には、それぞれ電子放射性物質が塗布されているフィラメント電極４が掛け渡されている。また、ガラスバルブ１の両端部には、口金５が固定されており、これらの口金５には、リード線３と電気的に接触した口金ピン６が止着されている。ガラスバルブ１には、その内面に蛍光体層７が形成され、さらに所定量の水銀とアルゴン等の希ガスとが封入されている。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。

表１に示す各組成のガラスを作製し、ガラスの特性を評価した。なお、ガラスは、表中の組成となるようにガラス原料を調合し、これを白金坩堝に入れて電気炉中で加熱溶融し、カーボン板上に流し出して放冷することにより作製した。なお、比較例１は、従来、蛍光ランプのバルブに使用されていたソ−ダライムガラスのガラス組成例である。比較例２は、従来、ランプのステム部に使用されていた鉛ガラスのガラス組成例である。

ここで、線膨張係数は、０〜３００℃間の平均膨張係数であり、ＪＩＳ Ｒ３１０２「ガラスの平均線膨張係数の試験方法」に準拠して測定した値である。軟化点は、ＪＩＳ Ｒ３１０４「ガラスの軟化点試験方法」に準拠して測定した値である。作業温度は、粘性１０³Ｐａ・ｓに相当する温度を高温粘性測定曲線より読みとって定めた値である。アルカリ溶出量は、ＪＩＳ Ｒ３５０２に基づいて測定した値である。

表１に示したように、各実施例のガラス組成物は、ランプ用ガラス、特にステム用ガラスおよびバルブ用ガラスとして適用できる特性を有していた。

実際に、実施例１〜７のガラスを用いて直管型４０Ｗ蛍光灯用のステムを各１００個作製したところ、その加工性、ガラス強度、ジュメット線で構成されたリ−ド線との封着性とも何等問題は生じなかった。

さらに、実施例１、４および７のガラス組成物ならびに比較例１のガラス組成物により、バルブとステムとを構成した直管型４０Ｗ蛍光ランプを各５０本作製した。各実施例の組成物により作製した蛍光ランプは、特に困難もなく不良が発生することもなく作製することができた。

上記各ランプについて、初期光束、寿命特性および水銀の消費量について評価した。評価は各５本のランプについて実施した。その平均値を表２に示す。

ここで、光束維持率は、寿命試験１００時間の時の値を１００％としたときの同試験１０００時間後の相対値である。また水銀消費量は、以下に示す方法により評価した。すなわち、加熱装置と真空排気装置と四重極質量分析計とを備えたチャンバ−内でランプを破壊し、チャンバ−を４０℃に保って水銀が検出されなくなるまで排気を行い、チャンバ−を４５０℃まで加熱する試験を実施し、加熱開始からチャンバーが４５０℃に加熱され、さらに水銀が検出されなくなるまでの間に検出された水銀量を水銀消費量とした。

表２に示したように、各実施例のランプは、比較例のランプよりも水銀消費量が少なく、さらに初期光束、光束維持率においても優れた性能を有するものであった。

なお、上記実施例にはガラス組成物の適用例として直管型蛍光ランプを示したが、本発明のガラス組成物は、コンパクト型蛍光ランプ等他の蛍光ランプは言うまでもなく、電球等他のランプにも、熱加工性と化学的耐久性とに優れ、鉛を含有しないガラスとして適用できる。

以上説明したように、本発明のランプ用ガラス組成物によれば、鉛を含むことなくランプを構成することができるとともに、水銀の封入量の削減を可能とすることができる。また、本発明によるランプ用ガラス組成物によれば、上記実施例に示したように、初期光束、寿命特性等のランプの性能を向上させることもできる。

また、本発明のランプ用ガラス組成物を含むランプ用ステムおよびランプ用バルブによれば、水銀消費量を抑制した環境保護の観点から好ましいランプを提供することができる。

このように本発明のランプ用ガラス組成物、ランプ用ステムおよびランプ用バルブは、環境保護および照明機器の性能向上の観点から、工業的利用価値の大なるものである。

本発明の照明機器用ガラス組成物から製造されるバルブおよびステムを含む蛍光ランプの例の管縦断面を示す図である。

符号の説明

１ ガラスバルブ
２ ステム
４ フィラメント電極
７ 蛍光体層

Claims (7)

1. 重量百分率で、
   ＳｉＯ₂ ６５〜７５％、
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０．５〜４％、
   Ｎａ₂Ｏ １〜８％、
   Ｋ₂Ｏ １〜８％、
   Ｌｉ₂Ｏ ０〜２％、
   ＭｇＯ ０．５〜５％、
   ＣａＯ １〜８％、
   ＳｒＯ １〜７％、
   ＢａＯ ３．５〜７％、
   Ｂ₂Ｏ₃ ０〜３％、
   Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、
   Ｆｅ₂Ｏ₃ ０を超えて０．２％以下、
   ＴｉＯ₂ ０〜１％、
   であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が１３％以下であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計量以下であることを特徴とするランプ用ガラス組成物。
2. Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が、重量百分率で０．１〜０．２％である請求項１に記載のランプ用ガラス組成物。
3. 重量百分率で、
   ＳｉＯ₂ ６５〜７５％、
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０．５〜４％、
   Ｎａ₂Ｏ １〜８％、
   Ｋ₂Ｏ １〜８％、
   Ｌｉ₂Ｏ ０〜２％、
   ＭｇＯ ０．５〜５％、
   ＣａＯ １〜８％、
   ＳｒＯ １〜７％、
   ＢａＯ ３．５〜７％、
   Ｂ₂Ｏ₃ ０〜３％、
   Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、
   Ｆｅ₂Ｏ₃ ０〜０．２％、
   ＴｉＯ₂ ０を超えて１％以下、
   であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が１３％以下であり、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの合計量が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計量以下であることを特徴とするランプ用ガラス組成物。
4. ＴｉＯ₂の含有量が、重量百分率で０．５〜１％である請求項３に記載のランプ用ガラス組成物。
5. 鉛を含まない請求項１〜４のいずれか１項に記載のランプ用ガラス組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のランプ用ガラス組成物を含むランプ用ステム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のランプ用ガラス組成物を含むランプ用バルブ。

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