JP3775734B2

JP3775734B2 - 照明用ガラス組成物およびそれを用いた蛍光ランプ

Info

Publication number: JP3775734B2
Application number: JP2001366280A
Authority: JP
Inventors: 誠白鳥
Original assignee: 旭テクノグラス株式会社
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003171141A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光灯、白熱電球、ステム等に使用される照明用ガラス組成物に関し、特に管壁負荷が高い蛍光ランプの外囲器として好適な照明用ガラス組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光ランプは、直管タイプのものや直管を曲げ加工した環状タイプのものが一般的であるが、近年、省スペース、高輝度、高出力化の要求に対応すべく、電球型蛍光ランプのようなコンパクト型の蛍光ランプや、重環形蛍光ランプに代表される発光管の外径が従来よりも細いタイプの蛍光ランプが市場に出てきている。
【０００３】
このような蛍光ランプは、発光管の容積が従来の蛍光ランプに比べて小さいため、ランプの管壁に対する消費電力の負荷が高く、単位面積当たりの紫外線強度や温度負荷が従来の蛍光ランプに比べて格段に高いものとなっている。
【０００４】
蛍光ランプで特に重要視される特性は、ランプの明るさ、すなわち、全光束である。一般に、蛍光ランプの明るさは点灯開始直後から１００時間経過した段階で評価される。管壁負荷の高い蛍光ランプはガラスのソーラリゼーションの加速が早く、初期光束評価(１００時間後)の段階でソーラリゼーションの影響があることから、このような蛍光ランプに使われるガラスには高い耐紫外線ソーラリゼーション特性が必要とされる。
【０００５】
ガラスに高い紫外線ソーラリゼーション特性を与えることは、光束維持率の改善に対して有効と考えられてきたが、管壁負荷の高い蛍光ランプにおいては、初期光束と光束維持率の両方に対して有効であり、蛍光ランプ用ガラスとして非常に重要な特性である。
【０００６】
また、ガラス中には原料や製造工程から混入するＦｅ_２Ｏ_３が不純物として含まれる。Ｆｅ_２Ｏ_３は紫外線を強力に吸収するため、蛍光ランプ内で発生する紫外線のランプ外への漏洩防止を目的に、意図的に加える場合もある。
【０００７】
Ｆｅ_２Ｏ_３はガラス中ではＦｅ^３＋とＦｅ^２＋が共存しているが、Ｆｅ^３＋は３８０ｎｍを中心として狭い範囲に吸収帯が存在するのに対し、Ｆｅ^２＋は１１００ｎｍを中心として可視域まで広い範囲に吸収帯が存在する。蛍光ランプの明るさはガラスの透過率に大きく依存し、ランプの全光束を上げるためには、ガラスは高い透過率が必要とされるため、Ｆｅ^２＋による吸収は好ましくない。
【０００８】
ガラスを酸化性で溶融することで、全Ｆｅに対するＦｅ^３＋の割合が増加するため、Ｆｅ^２＋の吸収による可視域の透過率低下を抑えることが出来るが、Ｆｅ^２＋も少なからず存在するため、Ｆｅのコンタミネーションを極力減らすことが高い透過率を維持する方法として最も望ましい。
【０００９】
このような用途の照明用ガラスとして、例えば、特開平6-92677号をはじめ特開平9−12332号，特開平11−224649号，特開2000−290038号に記載されたものが知られている。また、管壁負荷の高いランプ用途のガラスとして、特開2000−315477号，特開2001−243914号に開示されたガラスが開発されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平6-92677号に開示のガラスは、ＣｅＯ_２＋ＴｉＯ_２によりソーラリゼーション特性を改善した組成物であるが、このガラスには以下のような欠点があることがその後の調査で判明した。このガラス組成物はＳｂ_２Ｏ_３を必須成分として含むため、ＣｅＯ_２とＳｂ_２Ｏ_３の共存を認めている。実施例に開示のガラスもＣｅＯ_２とＳｂ_２Ｏ_３が共存するガラスがほとんどであるが、ＣｅＯ_２とＳｂ_２Ｏ_３が共存すると下記の反応式で示されるソーラリゼーション反応が起こる。
２Ｃｅ^３＋＋Ｓｂ^５＋→２Ｃｅ^４＋＋Ｓｂ^３＋
ここでＣｅ^４＋は３１５ｎｍ付近に吸収帯を持ち、紫外線照射後は吸収端が長波長側へシフトするが、この影響で可視域の短波長側、特に４５０ｎｍ以下の領域では透過率が低下する。そのため、このガラスを管壁負荷の高い蛍光灯に使用した場合にはソーラリゼーションによる透過率の低下により、初期光束が落ちるという問題があった。
【００１１】
また、特開平9−12332号，特開平11−224649号，特開2000−290038号に開示されたガラスは蛍光ランプのバルブとして使用可能なものであるが、特開平9−12332号および特開平11−224649号のガラスはＴｉＯ_２およびＳｂ_２Ｏ_３を必須成分としておらず、また、ＣｅＯ_２の使用も認めているため、上記と同様の問題がある。特開2000−290038号のガラスはＴｉＯ_２を必須成分として含有させることで輝度劣化を抑えたものであるが、Ｓｂ_２Ｏ_３含有量が０．１重量％以下と少ないため、酸化性が弱く、また、Ｆｅ_２Ｏ_３を０．４％までは積極的に添加しても良いことからＦｅ^２＋による吸収により、可視域の透過率が低下するという問題があった。
【００１２】
さらに、特開2000−315477号，特開2001−243914号には管壁負荷の高い蛍光ランプに適したガラス組成が開示されているが、これらもＴｉＯ_２が必須成分でなく、また、ＣｅＯ_２の添加を容認していることから、ソーラリゼーションによる透過率の低下が危惧されるものであった。
【００１３】
本発明は、このような事情を考慮して成されたものであり、管壁負荷の高い蛍光ランプのバルブに使用してもソーラリゼーションによる透過率の低下が少ないため、従来のガラスを使用する場合に比べて高い初期光束を与えることができる照明用ガラス組成物を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためにＣｅＯ_２を含有せず、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量を極力低減するとともにＺｒＯ _２、ＴｉＯ_２およびＳｂ_２Ｏ_３を必須成分として特定量含有させたことを特徴とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、熱膨張係数が８８〜１００×１０^−７／℃のソーダライム系ガラスであって、ＣｅＯ _２を含有せず、質量百分率でＴｉＯ _２が０．０５〜５％，Ｓｂ _２Ｏ _３が０．１２〜１％，Ｆｅ _２Ｏ _３が０．０２％未満であることを特徴とする。
【００１６】
また、具体的には、質量百分率で、ＳｉＯ_２６５〜７５％，Ａｌ_２Ｏ_３１〜５％，Ｎａ_２Ｏ３〜１０％，Ｋ_２Ｏ１〜７％，Ｌｉ_２Ｏ０．５〜３％，Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ｌｉ_２Ｏ８〜１６％，ＣａＯ０〜５％，ＭｇＯ０〜５％，ＢａＯ４〜６．５％，ＳｒＯ２〜８％，ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ７〜１６％，Ｂ_２Ｏ_３０〜３％，ＴｉＯ_２０．０５〜５％，Ｓｂ_２Ｏ_３０．１２〜１％，ＴｉＯ_２＋Ｓｂ_２Ｏ_３０．２〜５％，ＺｒＯ_２０〜３％，Ｆｅ_２Ｏ_３０．０２％未満の組成を有し、ＣｅＯ_２を含有しないことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明のガラスは、４００Ｗの紫外線光源により３００時間紫外線照射した前後での４００ｎｍにおける透過率の劣化率が１％以下であることを特徴とする。
【００１８】
次に本発明のガラスを構成する各成分の作用と含有量を上記のように限定した理由を説明する。
【００１９】
ＳｉＯ_２はガラスの網目形成成分であるが、６５％未満ではガラスの化学的耐久性が低くなり、７５％を超えるとガラスの溶融性、加工性が悪化する。
【００２０】
Ａｌ_２Ｏ_３はガラスの化学的耐久性を改善する作用があるが、１％未満ではその効果がほとんどなく、ガラスが失透しやすくなる。また、５％を超えると脈理が発生して均質なガラスが得られなくなる。好ましくは、２〜４％の範囲である。
【００２１】
Ｎａ_２Ｏ，Ｋ_２Ｏ，Ｌｉ_２Ｏは融剤として作用し、ガラスの溶融性を改善するとともに、ガラスの熱膨張係数を調整する効果も有する。本発明におけるガラスの熱膨張係数はステム部での使用も考慮して導入金属であるジュメット線と膨張係数が整合するように、０〜３００℃の熱膨張係数が８８〜１００×１０^−７／℃であることが望ましいが、これらの成分がそれぞれ上記上限値を超える場合、あるいはこれら成分の合量が１６％を超える場合には熱膨張係数が高くなりすぎるとともに化学的耐久性が低下するので好ましくない。また、それぞれの成分が上記下限値未満、あるいはこれら成分の合量が８％未満ではガラスの粘度が高くなり、溶融が困難になる。
【００２２】
ＣａＯおよびＭｇＯはガラスの粘性曲線の調整を目的に上記上限値まで添加することができるが、上限値を超えるとガラスが失透しやすくなるので好ましくない。
【００２３】
ＢａＯはガラスに高い電気絶縁性を付与する成分であるが、４%未満では所望の電気絶縁性が得られず、６．５％を超えると溶融炉材の浸食が顕著になり、製品中のブツ不良が増加する。好ましくは上限６％までである。
【００２４】
ＳｒＯはＢａＯと同様にガラスの電気絶縁性の増加に寄与するが、２％未満では所望の電気絶縁性が得られない。また添加量を増やしすぎると失透傾向が強まるだけでなく原料コストが著しく増加するため上限を８％とする。好ましくは３〜７％の範囲である。
【００２５】
本発明のガラスは、特に管壁負荷の高い蛍光ランプのバルブとして好適なものであるが、ステム部での用途を考えた場合には、電気導入部に当たるため高い電気抵抗が要求され、具体的には２５０℃における抵抗値で１０^８．０Ω・ｃｍ以上の数値が必要になる。アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）は全体としてガラスの電気絶縁性を高める作用を有するが、これらの合量が７％未満では上記の電気抵抗が得られず、１６％を越えるとガラスの失透傾向が強くなるため好ましくない。
【００２６】
Ｂ_２Ｏ_３は溶融性を向上させる効果を持ち、３％まで添加することができるが、揮発しやすい成分のため、３％を越えて添加すると溶融時の揮発により溶融炉材が侵食されるため好ましくない。
【００２７】
ＴｉＯ_２は紫外線ソラリゼーションを抑制する効果を持ち、添加量の増加で蛍光ランプに適した紫外線カット特性を付与できるとともに、化学的耐久性を高める効果も持つ本発明の必須成分である。その含有量が０．０５％未満では紫外線ソーラリゼーションを抑制する効果が小さく、含有量が５％を越えるとガラスの着色による外観欠点が発生するだけでなく、失透傾向も強まる。好ましくは０．２〜４％の範囲である。
【００２８】
Ｓｂ_２Ｏ_３はガラス溶融時の清澄剤、酸化剤として働くだけでなく、ＴｉＯ_２と同様、紫外線ソラリゼーションを抑制する効果を持つ必須成分である。その含有量が０．１２％未満では清澄剤、酸化剤としての効果が得られず、含有量が増えるに連れてバーナーによる加工時にガラスの黒化現象を起こしやすくなる。１％を越えると、この黒化現象が顕著になるため、最大でも１％までの添加に留めることが好ましい。
【００２９】
ＴｉＯ_２，Ｓｂ_２Ｏ_３は前述の通り紫外線ソーラリゼーションの抑制に効果がある成分であり、これらは合量で０．２%以上含有することが好ましい。０．２％未満ではその効果が小さく、５％を超えると失透性が強くなる。
【００３０】
ＺｒＯ_２はガラスの化学的耐久性の改善を目的に３％まで添加することができるが、３％を超えて添加すると、ガラスの失透性が悪くなるため好ましくない。ＺｒＯ_２は少量でもその効果を発揮するので、好ましくは０．０１〜３％、より好ましくは０．０５〜２％である。
【００３１】
Ｆｅ_２Ｏ_３は原料からの不純物としてガラス中に混入し、含有量が増加するとガラスの透過率低下により、全光束を落とす要因となる。そのため、蛍光ランプ用のガラスとしては高い全光束を与えるためにＦｅ_２Ｏ_３の混入は極力抑えることが望ましく、本発明では０．０２％未満に限定した。Ｆｅ_２Ｏ_３は少なければ少ないほど全光束に対しては有利であり、好ましくは０．０１５％未満である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。本発明のガラスは、次のようにして作製することができる。まず上記組成範囲、例えば、質量百分率で、ＳｉＯ_２６８．０％，Ａｌ_２Ｏ_３２．６％，Ｎａ_２Ｏ７．０％,，Ｋ_２Ｏ６．０％，Ｌｉ_２Ｏ１．６％，ＣａＯ２．５％，ＭｇＯ１．５％，ＢａＯ５．０％，ＳｒＯ４．０％，ＴｉＯ_２１．５％，Ｓｂ_２Ｏ_３０．２％，ＺｒＯ_２０．１％，Ｆｅ_２Ｏ_３０．０１５％となるように原料を秤量・混合する。尚、Ｆｅ_２Ｏ_３は原料の選択により目標値以下となるよう調整する。この原料混合物を白金坩堝に収容し、電気炉内において加熱溶融する。攪拌・清澄の後、所望の形態に成形する。なお、蛍光灯用のバルブやステム、排気管等を作製するために管状に量産成形する場合には、タンク炉にて溶融し、ダンナー法、アップドロー法等の既知の管引成形法によって問題なく成形を行うことができる。
【００３３】
次に本発明の蛍光ランプ用ガラスを用いて蛍光ランプを作製する方法を説明する。上記と同様にしてガラス原料を秤量・混合してバッチを作製する。次にこのバッチをタンク式連続溶融炉にて投入し、１５００〜１６００℃で溶融ガラス化した後、ダンナー法、ダウンドロー法、アップドロー法等によってガラスを管状に成形し、所定の長さに切断してガラス管を得る。
【００３４】
続いて、ガラス管の両端に絞り加工を施す等、所望の形状に加工して蛍光ランプ用外囲器を作製する。その後、蛍光体の塗布、ステムの取り付け、排気、水銀やＡｒガスの封入等を行う。環状蛍光灯や特殊形状の蛍光灯の場合は、さらに曲げ加工等を行って蛍光ランプを得る。
【００３５】
【実施例】
さらに、実施例により本発明の照明用ガラス組成物について詳細に説明する。表１に本発明の実施例および比較例を示す。表中の組成は質量％で表し、それぞれ上記実施の形態と同様に白金坩堝で溶融して型内に鋳込み、表1記載の諸特性測定用のサンプルとした。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表中の項目について説明すると、熱膨張係数は０〜３００℃における値を（×１０^−７／℃）で示し、ガラス転移点は、ガラスの粘度 η=１０^12..3Ｐａ・ｓを示す温度、軟化点は、ガラスの粘度 η=１０^6.65Ｐａ・ｓを示す温度である。
【００３８】
耐紫外線ソラリゼーション特性は、各ガラスサンプルを板状にカットし、肉厚１ｍｍで両面光学研磨加工した後、４００Ｗの水銀ランプ（Ｈ-４００Ｐ）から１５ｃｍの距離に研摩面を向けて紫外線を照射し、ソラリゼーション加速試験を行った。評価は初期状態から紫外線照射３００時間経過後の波長４００ｎｍにおける透過率の劣化率で行った(次式参照)。
劣化率(％)＝［｛（０ｈ透過率）−（３００ｈ照射後の透過率）｝／（０ｈ透過率）］×１００
【００３９】
表１から明らかなように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜１０のガラスは、熱膨張係数が一般的に電球や蛍光灯に用いられているソーダライムガラスや鉛ガラスとほぼ一致する値であり、これらの用途として問題なく使用できる。
【００４０】
本発明の特徴であるソーラリゼーション特性については、実施例のガラスは４００ｎｍにおける透過率の劣化率がいずれも１％未満という優れた耐紫外線ソーラリゼーション特性を示している。比較例として記載したＮｏ．１１のガラスはＴｉＯ_２を含まない従来の組成の例であるが、紫外線照射後の透過率劣化度が１．５％と本発明の実施例よりも劣っている。また、Ｎｏ．１２のガラスはＣｅＯ_２を含有した組成例であるが、こちらのガラスは本文中でも示したようにＳｂ_２Ｏ_３との併用であるため、極端にソーラリゼーション特性が悪く、４００ｎｍの透過率劣化も７．１％と大きな数値を示した。
【００４１】
次に、本発明の実施例Ｎｏ．６のガラスと比較例Ｎｏ．１２のガラスとを使用して、外径１２．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、２５６ｍｍのガラス管を作製した。このガラス管をバーナー加熱して二回屈曲させ、蛍光体を塗布、焼き付けを行った後、ステムの取り付け、排気、水銀やＡｒガスの封入等を行って屈曲部を３つ有する発光管を作製し、電球形蛍光ランプとして組立てた。この蛍光ランプの消費電力は、約１４Ｗで、管壁負荷は約０．１４Ｗ／ｃｍ^２である。この電球形蛍光ランプに対し点灯後１００時間経過時の初期光束および２５００時間点灯後の光束維持率を比較した。
【００４２】
この結果、実施例Ｎｏ．６のガラスを使用した蛍光ランプは、比較例よりも初期光束において約５％優れており、２５００時間点灯後でも約１０％の光束維持率の向上が認められた。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスは、ＴｉＯ_２，Ｓｂ_２Ｏ_３を必須成分とし、ＣｅＯ_２との併用を避けることで優れた耐紫外線ソーラリゼーション特性を示すため、管壁負荷の高い蛍光ランプのバルブとして使用する場合、従来のガラスを使用した場合よりも初期光束が高く、光束維持率も良い、高輝度の蛍光ランプを提供することが可能となる。

Claims

熱膨張係数が８８〜１００×１０^−７／℃のソーダライム系ガラスであって、ＣｅＯ_２を含有せず、質量百分率でＴｉＯ_２
が０．０５〜５％，Ｓｂ_２Ｏ_３が０．１２〜１％，ＺｒＯ _２が０．０１〜３％，Ｆｅ_２Ｏ_３が０．０２％未満であり、４００Ｗの紫外線光源により３００時間紫外線照射した前後での４００ｎｍにおける透過率の劣化率が１％以下であることを特徴とする照明用ガラス組成物。
質量百分率で、ＳｉＯ_２６５〜７５％，Ａｌ_２Ｏ_３１〜５％，Ｎａ_２Ｏ３〜１０％，Ｋ_２Ｏ１〜７％，Ｌｉ_２Ｏ０．５〜３％，Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ｌｉ_２Ｏ８〜１６％，ＣａＯ０〜５％，ＭｇＯ０〜５％，ＢａＯ４〜６．５％，ＳｒＯ２〜８％，ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ７〜１６％，Ｂ_２Ｏ_３０〜３％，ＴｉＯ_２０．０５〜５％，Ｓｂ_２Ｏ_３０．１２〜１％，ＴｉＯ_２＋Ｓｂ_２Ｏ_３０．２〜５％，ＺｒＯ_２０．０１〜３％，Ｆｅ_２Ｏ_３０．０２％未満の組成を有し、ＣｅＯ_２を含有しないことを特徴とする請求項１記載の照明用ガラス組成物。
請求項１または２のいずれかに記載の照明用ガラス組成物からなるガラス管を外囲器として用いたことを特徴とする蛍光ランプ。