CN1227195A - 灯用玻璃组合物,灯用心柱和灯用真空管 - Google Patents

灯用玻璃组合物,灯用心柱和灯用真空管 Download PDF

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Abstract

提供一种不含铅，并能够消减点灯中所消费的水银量的灯用玻璃组合物，适应于环境保护的要求。玻璃组合物以重量%表示：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%，TiO2：0～1%，CeO2：0～1%，Na2O，K2O和Li2O的总量为13%以下。

Description

灯用玻璃组合物，灯用心柱和灯用真空管
本发明涉及一种用于各种灯，例如荧光灯，白炽灯泡的玻璃组合物，或者含有这种玻璃组合物的灯用心柱，以及含有该玻璃组合物的灯用真空管。
用于灯的玻璃，大致分为排气管，闪光等心柱用的和发光管等真空管用。过去，作为心柱用玻璃，从热加工的容易性考虑，使用含氧化铅量为4～28重量％的铅玻璃。而作为真空管用玻璃，为了使之低成本和易加工性，使用了含有10～20重量％氧化钠的钠-钙玻璃或与上述心柱相同的铅玻璃。然而，近年来从环保观点，在照明领域中也急待减少环境负荷物质。在照明领域中应减少的负荷物质是铅和水银。如上所述，目前在心柱用玻璃和真空管用玻璃含铅。
因此，提出了不含铅的灯用玻璃组合物。例如，在特开平6-206737号公报中公开了不含PbO，以及不含毒性成分F、Sb2O3以及As2O3的玻璃组合物。该公报中公开的玻璃组合物，具体讲，以重量百分比为，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％。
另外，在特开平9-12332号公报中公开了不含PbO，特别是削减了以ダンナ-法成形心柱用玻璃时容易成失透原因的BaO的玻璃组合物。该玻璃组合物中含有0.3～3.5重量％的BaO，并为确保熔融加工性，含有的碱金属氧化物R2O(R=Li、Na、K)比碱土金属氧化物R′O(R′=Mg、Ca、Sr、Ba)更多。具体而言，所揭示的玻璃组合物中含有15.6～16.0重量％的R2O。
再有，特开平6-92677号公报中公开了不含PbO，进而通过TiO2和CeO2改善耐日晒性，而通过Fe2O3改善紫外线吸收性的玻璃组合物。该玻璃组合物中，为了防止软化温度的上升，需要一定量以上的碱金属氧化物R2O具体公开于该公报中的组合物中含有15重量％以上的R2O。
然而，上述以往的灯用玻璃组合物，虽然提出了不含铅的灯用玻璃，但没有考虑到削减同样是环境负荷物质的水银。现在，荧光灯中封入了理论上点灯所需量多得多的相当量水银。这是因为在荧光灯中封入了包括点灯时由玻璃消费的水银量在内的过剩的水银。
本发明响应日益高涨的环境保护的需求，其目的在于提供一种不含铅，并水银消费量的削减方面也有利的灯用玻璃组合物，用该组合物的灯用心柱和灯用真空管。
为了达到上述目的，本发明的第1灯用玻璃组合物，其特征在于以重量百分比，
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    0～1％,
CeO2    0～1％,
并且Na2O,K2O和Li2O的总量为13％以下。通过用如此组合物，可以提供不含铅，而且有利于抑制水银消费量的灯用玻璃。
玻璃中的钠离子等碱离子，在点灯时向真空管内部移动。因此，如过去的玻璃组合物那样，含有大量的R2O(R=Li、Na、K)时，点灯中钠离子等碱离子与水银蒸汽反应，或者钠离子等碱离子向真空管内部移动后的空处固定水银，无法放电的现象明显。对此，上述玻璃组合物，由于R2O少，并将R2O的扩散抑制有效果的成分，例如BaO，以对灯用玻璃成形不发生障碍的范围内含有，可以比过去消减水银消费量。
本发明的第2灯用玻璃组合物，其特征在于以重量百分比为，
SiO2     65～75％,
Al2O3   0.5～4％,
Na2O     1～7％,
K2O      1～8％,
Li2O     0～2％,
MgO       0.5～5％,
CaO       1～8％,
SrO       1～7％,
BaO       4～6.5％,
B2O3    0～3％,
Sb2O3   0～1％,
Fe2O3   0～0.2％,
TiO2     0～1％,
CeO2     0～1％，通过这样的玻璃组合物，也可以提供不含铅，而且比过去更有利于抑制水银消费量的灯用玻璃。在上述玻璃组合物中，尤其是被认为容易与水银形成汞合金的钠含量为7重量％以下。该玻璃组合物中，Na2O,K2O以及Li2O的总量最好是13重量％以下。
另外，本发明的灯用玻璃组合物，Na2O,K2O以及Li2O的总量，最好是低于MgO、CaO、SrO以及BaO的总量。
本发明的灯用玻璃组合物，由于能够使封入灯中的水银量少，所以从环境保护观点是好的。而且，也考虑热加工性等条件而定了组成，具有作为灯用玻璃很好的特性。
本发明的灯用心柱和灯用真空管，特征在于含上述玻璃组合物。通过采用这样的灯用心柱和灯用真空管。可以提供抑制水银消费量的，从环保观点考虑好的灯。
本发明的灯用玻璃组合物，作为其必须成分含有SiO2,Al2O3,Na2O,K2O,MgO,CaO,SrO以及BaO。另外，作为选择成分含有Li2O,B2O3,Sb2O3,Fe2O3,TiO2以及CeO2。下面说明必须成分和选择成分。另外，下面表示的％，全部表示重量％。
SiO2是形成玻璃骨架的成分，少于65％时热膨胀系数过高，也恶化耐化学性，但超过75％时，热膨胀系数过低，软化温度过高而使加工成形困难。Al2O3少于0.5％时，恶化耐化学性，高于4％时玻璃不均匀，增加条纹。
Na2O和K2O的碱金属氧化物(R2O)，有降低玻璃的粘度，提高熔融加工性的功能。以上述特定的含量使用这2种碱金属氧化物时，可以得到根据碱混合效果所需的高电阻。另一方面，碱金属氧化物，特别是大量含有Na2O时，可以消减水银消费量。从该观点，最好是Na2O和K2O同时为1～7％。
MgO和CaO的碱土金属氧化物，具有提高电绝缘性和化学耐久性的功能，但MgO少于0.5，或CaO少于1％时得不到预期效果。另一方面，MgO多于5％，或CaO多于8％时，玻璃失透倾向变强。
SrO可以提高玻璃的硬度和耐化学性，但少于1％时得不到预期效果，多于7％时失透性增加，SrO的最好的含量是2.5～7％,BaO降低软化温度，增加电阻，但少于3.5％时软化温度过高，不能得到足够高的电阻，多于7％时增加失透性。BaO的理想的含量是4～6.5％。BrO和BaO，尤其优于抑制碱金属扩散效果。因此，从消减水银消费量观点，最好是含有上述各下限量以上。
Li2O最好含有2％以下，Li2O，和Na2O或K2O同样具有降低玻璃的粘度，提高熔融加工性的功能，其效果比Na2O或K2O大。另外，通过添加Li2O，可以得到更有效的碱混合效果。但是，含过量的Li2O时热膨胀系数过高，所以最好是2％以下。
B2O3，最好含有3％以下的比率。这是因为可以提高灯用玻璃的强度和耐久性，并减少失透倾向。但是多于3％时热膨胀系数过小。
Sb2O3，最好含有1％以下的比率，是因为可以提高灯用玻璃的澄清性。但是多于2％以上时，热加工时产生再发泡或变黑。
Fe2O3，最好含有0.2％以下的比率，是因为可以抑制灯的紫外线辐射。但是多于0.2％时降低可见光透过率而降低灯光束。
TiO2或CeO2最好含有1％以下的比率。是因为可以抑制灯用玻璃的紫外线引起的日晒。但是，即使添加多于1％，耐日晒效果与添加1％时几乎相等。
在本发明的玻璃组合物中，如上所述，碱金属氧化物R2O(R=Li,Na,K)的总量，最好是具有抑制碱金属扩散功能的碱土金属氧化物R′O(R′=Mg、Ca、Sr、Ba)的总量以下。这是因为有效地消减水银消费量。
具有以上成分的灯用玻璃组合物，具有过去的含铅玻璃相同的热加工性。因此，通过和过去同样的方法，可以制造灯用玻璃，特别是灯用心柱和真空管。
作为用本发明的玻璃组合物得到的灯例，在图1中表示直管型荧光灯的长方向的断面(管纵断面图)。如图1所示，在玻璃真空管1的两端密封地封接心柱(闪光心柱)2，各自上面密封地贯通一对导线3。这些两端部导线3之间，分别架上涂有电子辐射性物质的丝电极4。而且玻璃真空管1的两端部，固定着接头5，在这些接头5上固定着与导线3电接触的接头销6。在玻璃真空管1中，在其内面形成荧光体层7，进而封入特定量的水银和氩气等稀有气体。
下面根据实施例更具体地说明本发明，但本发明并不是仅限下面的实施例。
制作表1中所示的各组成的玻璃，评价玻璃特性。另外，调合成为表中组成的玻璃原料，将其放入白金坩埚，电炉中加热熔融，在碳板上浇注，进行冷却而制作。比较例1是过去在荧光灯中使用的钠钙玻璃组合物。比较例2是过去在灯的心柱部位使用的铅玻璃组合物。
                          表1
    玻璃组成实施例 玻璃组成比较例
    1     2     3     4     5     6     7     1     2
玻璃组成重量％     SiO2  70.0  68.0  72.0  69.0  70.0  70.5  71.0     72.0     58.5
    Al2O3  2.0  1.5  1.0  3.5  2.5  2.5  1.5     1.7     1.0
    Na2O  7.0  5.0  4.0  6.0  4.0  3.0  5.5     16.4     8.3
    K2O  6.0  7.0  5.0  2.0  6.0  7.0  4.0     1.1     4.0
    MgO  1.5  2.0  1.0  3.0  4.0  3.0  1.0     2.7
    CaO  2.0  4.5  2.5  6.0  3.0  1.5  3.0     5.6
    SrO  6.0  5.0  7.0  2.5  4.0  4.0  6.0
    BaO  5.5  6.0  4.0  6.5  5.0  6.5  6.0     0.5
    Li2O  1.0  1.5  1.4  0.5
    B2O3  2.0  1.0  1.0  1.0
    Sb2O3  0.5  0.5     0.5     0.2
    Fe2O3  0.1
    TiO2  0.5
    CeO2  0.5
    PbO     27.5
线膨胀系数×10-7/℃  94.5  94.8  94.0  93.5  95.0  94.0  94.0   99.0     94.0
软化点℃  680  665  685  670  675  685  680   690     615
操作温度℃  990  985  995  990  995  990  985   1005     955
碱析出量(mg)  0.4  0.3  0.4  0.5  0.4  0.3  0.5   0.8     0.7
其中，线膨胀系数是0～300℃间的平均膨胀系数，根据JIS R3102“玻璃的平均线膨胀系数的试验方法”测定的值。软化点是根据JIS R 3104“玻璃软化点试验方法”测定的值。操作温度是相当于粘度103泊的温度，从高温粘度测定曲线读出而决定的值。碱金属析出量是基于JIS R 3502测定的值。
如表1所示，各实施例的玻璃组合物，具有能适于用作灯用玻璃，特别是心柱用玻璃和真空管用玻璃的特性。
实际上，用实施例1～7的玻璃制作直管型40瓦荧光灯用的心柱各100个时，其加工性，玻璃强度，与杜美线构成的导线的封接性方面都没有出现任何问题。
进而，用实施例1、4和7的玻璃组合物，以及比较例1的玻璃组合物制作包括真空管和心柱的直管型40瓦荧光灯各50根。根据各实施例组合物制作的荧光灯，没有特别困难，而且不发生不好的现象而可以制作。
在上述各灯中，评价了初期光束，寿命特性以及水银消费量。评价是对各5根进行的。其评价值示于表2中。
                              表2
    实施例 比较例
    1     2     3     1
    初期光束(1m) 3490  3480  3460  3450
寿命试验1000h 光束维持率(％) 97.0  97.0  97.5  96.0
水银消费量(mg) 0.4  0.5  0.5  0.7
其中光束维持率是将寿命试验100小时时的值取为100％时，同试验1000小时后的相对值。而水银消费量是按以下所示的方法进行评价。即，在备有加热装置和真空排气装置和四重极质量分析仪的腔室内破坏灯，将腔室保温40℃，排气至检测不出水银为止，实施将腔室加热至450℃的试验，从加热开始，腔室加热至450℃，进而检测不出水银为止的期间内检出的水银量为水银消费量。
如表2所示，各实施例的灯，水银消费量比比较例的灯少，进而初期光束，光束维持率方面也具有优异的性能。
另外，在上述实施例中，作为玻璃化合物的适用例表示了直管型荧光灯，但本发明的玻璃组合物，不用多说，不仅适用于小型荧光灯等其他荧光灯，也适用于灯泡等其他灯，适合用作热加工性和耐化学性好，而且不含铅的玻璃。
如以上说明，根据本发明的灯用玻璃组合物，不含铅而可以构成灯，同时能够消减水银的封入量。另外，根据本发明灯用玻璃组合物，如上述实施例所示，也可以提高初期光束，寿命特性等，灯的性能。
另外，根据含本发明灯用玻璃组合物的灯用心柱和灯用真空管，可以提供抑制水银消费量的，从环境保护观点好的灯用玻璃。
这样的本发明的灯用玻璃组合物，灯用心柱和灯用真空管，从环境保护以及提高照明器材性能的观点考虑，其工业上利用价值很大。
图1是表示含有本发明的照明器材用玻璃组合物制造的真空管和心柱的荧光灯例的管纵断面的图。
1．玻璃真空管
2．心柱
3．丝电极
4．荧光体层。

Claims (6)

1．一种灯用玻璃组合物，其特征在于以重量百分比表示：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％,TiO2:0～1％,CeO2:0～1％,Na2O,K2O和Li2O的总量为13％以下。
2．一种灯用玻璃组合物，其特征在于以重量百分比表示，SiO2:65～75％,Al2O3:0.5～4％,Na2O:1～7％,K2O:1～8％,Li2O:0～2％,MgO:0.5～5％,CaO:1～8％,SrO:1～7％,BaO:4～6.5％,B2O3:0～3％,Sb2O3:0～1％,Fe2O3:0～0.2％,TiO2:0～1％,CeO2:0～1％。
3．根据权利要求2中记载的灯用玻璃组合物，其中Na2O,K2O和Li2O的总量为13重量％以下。
4．根据权利要求1～3的任一项中记载的灯用玻璃组合物，其中Na2O,K2O和Li2O的总量比MgO、CaO、SrO以及BaO总量少。
5．一种灯用心柱，含有权利要求1或2中记载的玻璃组合物。
6．一种灯用真空管，含有权利要求1或2中记载的玻璃组合物。
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