CN1690001A - 灯用玻璃组合物和用其制造的灯 - Google Patents

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Abstract

一种灯的玻璃元件用玻璃组合物，包含：SiO2 55－80wt％；Al2O3 0.5－5wt％；B2O3 0－5wt％；Na2O 2－15wt％；Li2O 0－5wt％；K2O 1－15wt％，MgO 0.1－1 0wt％；CaO 0.1－10wt％；SrO 0－4wt％；BaO 0－4wt％；ZnO0－5wt％，Sb2O3 0－1wt％和CeO2 0－1wt％。Na2O、Li2O和K2O的总含量落在3－25wt％的范围内。MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量落在1－20wt％的范围内。SrO和BaO的总含量小于4wt％。Li2O和Na2O的重量比落在0.05∶1至0.7∶1的范围内。K2O和Na2O的重量比落在0.4∶1至1.3∶1的范围内。

Description

灯用玻璃组合物和用其制造的灯
本申请基于在日本提交的申请No.2004-134518，本文引入其内容作为参考。
技术领域
本申请涉及灯用玻璃组合物，并还涉及用该玻璃组合物制造的灯。
背景技术
通常，用电绝缘良好的玻璃制造灯的玻璃元件，如玻璃灯泡和闪光管(flare stem)。利用良好的电绝缘，能避免电流流到这种玻璃元件上导致照明装置内的短路，以及产生反常热以熔化玻璃元件。另外，当制造弯曲以成例如U形的玻璃灯泡时，使用性能有利于二次加工(通过加热使管状直线形玻璃灯泡弯曲)的玻璃。
当需要良好的电绝缘和二次可加工性时，按惯例通常使用氧化铅(PbO)含量高的玻璃，这种玻璃通常称为铅玻璃。但是，最近，铅玻璃受到政府管制，因为它包含毒性物质铅。鉴于上述原因，提出了多种具有高氧化锶(SrO)和氧化钡(BaO)含量的玻璃作为在电绝缘和二次可加工性方面比得上铅玻璃的玻璃。参见例如日本专利申请公开No.9-12332和No.2003-306344。
但是，不幸的是，BaO和SrO不能从天然矿石中得到，并因此是昂贵的。因此，使用包含大量BaO和SrO的玻璃，灯的制造成本不可避免地相对较高。另外，这种BaO和SrO含量高的玻璃导致初次加工(由炉中的玻璃熔融物拉管用于制造管状和直线状玻璃灯泡)中制造产率低。
降低初次加工产率的一个因素是当改变玻璃灯泡直径(下文中称为产品转换)时在玻璃灯泡内出现条痕或纹状裂缝(下文中称为条痕缺陷)。由于SrO和BaO含量高的玻璃往往在熔融状态时在它们的组成上不一致，因此必需在炉中对流循环熔融玻璃至充分程度。然而，熔融玻璃的对流表现出经常在产品转换时被打断。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的首要目的是提供一种灯用玻璃组合物，其可在电绝缘和二次可加工性方面比得上铅玻璃，而且成本低和初次可加工性优异。
利用包含：SiO2 55-80wt％；Al2O3 0.5-5wt％；B2O3 0-5wt％；Na2O2-15wt％；Li2O 0-5wt％；和K2O 1-15wt％的灯用玻璃组合物实现上述首要目的。Na2O、Li2O和K2O的总含量落在3-25wt％的范围内。该玻璃组合物还包含：MgO 0.1-10wt％；CaO 0.1-10wt％；SrO 0-4wt％；BaO0-4wt％；和ZnO 0-5wt％。MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量落在1-20wt％的范围内。该玻璃组合物还包含：Sb2O3 0-1wt％和CeO2 0-1wt％。SrO和BaO的总含量小于4wt％。Li2O和Na2O的重量比落在0.05∶1至0.7∶1的范围内。K2O和Na2O的重量比落在0.4∶1至1.3∶1的范围内。
上述玻璃组合物是廉价的，因为SrO和BaO的含量低。另外，玻璃灯泡初次加工中的制造产率提高。因此，灯泡制造成本降低。由于其具有比得上铅玻璃的二次可加工性和电绝缘，因此由上述玻璃组合物制造的玻璃为铅玻璃的合适替代物。
这里，在250℃温度下的体积电阻率ρ可为108.5Ω·cm或更高。
利用上述玻璃组合物，可制造高质量的灯，其没有照明装置短路或没有玻璃灯泡中的反常热。
这里，在30℃至380℃温度范围内的膨胀系数可落在90×10-7/K至98×10-7/K的范围内。
利用上述玻璃组合物，得到的膨胀系数非常近似于密封在发光管内部分(杜美丝制成的引线部分)构成电极的引线的膨胀系数。这用于提供优异的电极密封性能，从而可制造非常可靠的灯。
本发明的另一目的是提供要求低制造成本的灯。
通过由包含下述组成的玻璃组合物制造的玻璃灯泡构成的灯实现上述目的：SiO2 55-80wt％；Al2O3 0.5-5wt％；B2O3 0-5wt％；Na2O 2-15wt％；Li2O 0-5wt％；K2O 1-15wt％，MgO 0.1-10wt％；CaO 0.1-10wt％；SrO 0-4wt％；BaO 0-4wt％；和ZnO 0-5wt％，Sb2O3 0-1wt％和CeO2 0-1wt％。Na2O、Li2O和K2O的总含量落在3-25wt％的范围内。MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量落在1-20wt％的范围内。SrO和BaO的总含量小于4wt％。Li2O和Na2O的重量比落在0.05∶1至0.7∶1的范围内。K2O和Na2O的重量比落在0.4∶1至1.3∶1的范围内。
上述结构使得能以前面段落中所述的低成本制造玻璃灯泡，并因此能以低成本制造灯本身。
附图说明
本发明的这些和其它目的、优点和特征将在下面结合了说明本发明具体实施方案的附图的说明书中变得明显。
在图中：
图1为显示根据本发明一个实施方案的灯的侧视图；
图2为显示灯弧光管端截面的放大截面图；
图3为试验结果表；和
图4为试验结果表。
具体实施方式
I.灯结构
下面结合图1和2描述根据本发明实施方案的荧光灯。图1为显示灯的侧视图，而图2为显示灯弧光管端截面的放大截面图。
如图1所示，根据本实施方案的灯为由弧光管2和底座3构成的小型荧光灯1。弧光管2又由弧光管体5构成，管体5由多个桥接的U形玻璃灯泡4形成。如图2所示，发光管7被密封在弧光管体5的每一端处。每个发光管7都具有电极6。
每个电极6由通过发光管7提供的一对引线8构成，灯丝线圈9延伸通过各个引线8的端部。密封在发光管7内的每个引线8的部分8a由杜美丝制成(膨胀系数：94×10-7/K)。另外，弧光管体5具有涂有三波段磷层(颜色温度：5000K)的内表面，并充满汞和惰性气体。
II.玻璃组合物的成分
上述玻璃灯泡4由图3所示No.4-10和图4所示No.15-21的玻璃组合物中任意一种制造。
应认识到玻璃组合物的成分不限制于图中所示的具体例子。但是，必需按下面的范围包含以下成分，以确保作为灯玻璃灯泡的合适性质。
也就是说，每种玻璃组合物需要包含：SiO2 55-80wt％；Al2O30.5-5wt％；B2O3 0-5wt％；Na2O 2-15wt％；Li2O 0-5wt％；K2O 1-15wt％，其中Na2O、Li2O和K2O的总含量为3-25wt％。该玻璃组合物还需要包含：MgO 0.1-10wt％；CaO 0.1-10wt％；SrO 0-4wt％；BaO 0-4wt％；和ZnO 0-5wt％，其中MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量为1-20wt％。该玻璃组合物还需要包含：Sb2O3 0-1wt％和CeO2 0-1wt％。
SiO2为用作玻璃结构中主网络形成者的成分。SiO2的含量为55-80wt％。如果SiO2含量低于55wt％，则玻璃的耐化学性降低。另外，玻璃的膨胀系数变得太高，这导致电极密封差。另一方面，如果SiO2含量超过80wt％，则玻璃的粘度变得太高，因而损害了可熔性。另外，玻璃的膨胀系数变得太低，这导致电极密封差。
Al2O3为用于提高玻璃耐化学性的成分。Al2O3的含量为0.5-5wt％。如果Al2O3含量低于0.5wt％，则玻璃的耐化学性降低。另一方面，如果Al2O3含量超过5wt％，则玻璃的粘度变得太高，因而损害了可熔性。结果，在得到的玻璃灯泡中出现条痕。
B2O3为用于提高玻璃可熔性并调整粘度的成分。B2O3的含量为0-5wt％。如果B2O3含量超过5wt％，则玻璃的耐化学性降低。另外，膨胀系数变得太低，这导致电极密封差。
Na2O为用于提高玻璃可熔性的必要成分。Na2O的含量为2-15wt％。如果Na2O含量低于2wt％，则玻璃的粘度变得太高并因此损害了可熔性。另一方面，如果Na2O含量超过15wt％，则玻璃的耐化学性降低。
Li2O为用于与Na2O混合以提高玻璃耐化学性和电绝缘的成分(下文中，这种效应被称为“混合碱效应”)。Li2O的含量为0-5wt％。如果Li2O含量超过5wt％，则制造成本变高。另外，玻璃的膨胀系数变得太高，这导致电极密封差。
K2O为用于获得混合碱效应的必要成分。K2O的含量为1-15wt％。如果K2O含量低于1wt％，则不能获得混合碱效应。另一方面，如果K2O含量超过15wt％，则玻璃的膨胀系数变得太高，这导致电极密封差。
Na2O、Li2O和K2O为碱金属。如上所述，两种或三种璃金属的混合物能获得混合碱效应。混合物的含量为3-25wt％。如果Na2O、Li2O和K2O的总含量低于3wt％，则玻璃的粘度变得太高，因而损害了可熔性。另一方面，如果Na2O、Li2O和K2O的总含量超过25wt％，则玻璃的膨胀系数变得太高，这导致电极密封差。另外，玻璃的耐化学性降低。
如果Li2O和Na2O按其各自重量的比小于0.05∶1，则损害了电绝缘。另一方面，如果Li2O和Na2O的比大于0.7∶1，则也损害了电绝缘。
如果K2O和Na2O按其各自重量的比小于0.4∶1，则损害了电绝缘。另一方面，如果K2O和Na2O的比大于1.3∶1，则也损害了电绝缘。
MgO为提高玻璃二次可加工性和电绝缘的必要成分。MgO的含量为0.1-10wt％。如果MgO含量低于0.1wt％，则损害了玻璃的可熔性。另一方面，如果MgO含量超过10wt％，则存在玻璃结晶的风险。
CaO为提高玻璃二次可加工性和电绝缘的必要成分。CaO的含量为0.1-10wt％。如果CaO含量低于0.1wt％，则损害了玻璃的可熔性。另一方面，如果CaO含量超过10wt％，则存在玻璃结晶的风险。
ZnO为提高玻璃二次可加工性和电绝缘的成分。ZnO的含量为0-5wt％。如果ZnO含量超过5wt％，则存在玻璃结晶的风险。
如果MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量低于1wt％，则不能提高玻璃的二次可加工性和电绝缘。另一方面，如果MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量超过20wt％，则存在玻璃结晶的风险。
Sb2O3为澄清玻璃熔融物的成分，从而防止了条痕和气泡的产生，并因此提高了初次加工的制造产率。Sb2O3的含量为0-1wt％。如果Sb2O3含量超过1wt％，则玻璃着色并不再适合于灯。
CeO2为澄清玻璃熔融物和阻挡紫外线的成分。CeO2的含量为0-1wt％。如果CeO2含量超过1wt％，则玻璃被着色并不再适合于灯。
注意到由于CeO2和Sb2O3同时存在，玻璃着色变得更明显。因此，优选只包含CeO2和Sb2O3中的一种。
SrO和BaO为具有能提高玻璃电绝缘的效果的成分。获得这种效果归因于锶(Sr)和钡(Ba)的原子半径较大的事实。但是，如上所述，SrO和BaO为昂贵的原材料。因此，包含SrO和BaO越多，玻璃的成本将越高。同样如上所述，如果SrO和BaO的含量太高，则损害了玻璃的初次可加工性。因此，优选SrO和BaO的总含量保持在能确保玻璃电绝缘的最低可能范围内。当SrO和BaO的总含量低于4wt％时，能获得成本降低和初次可加工性提高的显著效果。
尤其是当SrO和BaO的总含量为0wt％时，上述成本降低和初次可加工性提高的效果甚至更显著。另外，不包含SrO和BaO的玻璃组合物能在制造便利性方面获得效果，因为玻璃制造需要的原料仓(rawmaterial silo)数目可减少两个。此外，当SrO或BaO的含量为0wt％时，能获得成本降低和初次可加工性提高的效果。另外，需要的原料仓数目可减少一个。
按惯例，如果SrO和BaO的总含量低于4wt％，则得到的玻璃不能保证灯元件需要的电绝缘。但是，通过限制Li2O和Na2O的重量比为0.05-0.7∶1，以及K2O和Na2O的重量比为0.4-1.3∶1，本发明设法确保了玻璃灯泡需要的电绝缘，即使SrO和BaO的总含量低于4wt％。
注意已确认可根据需要加入少量氧化铁(Fe2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO)和氧化锡(SnO2)。
III.试验结果
试验1：对Li2O和Na2O重量比的研究
如图3所示，根据具有不同Li2O和Na2O重量比的组合物No.1-11制备不同类型的玻璃，并测量它们的性质。具体地说，测量每种玻璃的电绝缘、原料成本、初次可加工性和膨胀系数，以评价不同Li2O和Na2O重量比对玻璃性质的影响。注意初次加工是指由熔融玻璃制造直线和管状玻璃灯泡，膨胀系数表示玻璃的热膨胀程度。
组合物No.1和2为具有高SrO和BaO含量的常规玻璃。玻璃组合物No.3-11包含数量总计不超过4wt％的SrO和BaO。
通过测量体积电阻率ρ评价电绝缘。通过将各种玻璃成型为直径25mm和厚度约4mm的圆盘制备测量样品。在每个样品的一个主表面上，用银糊形成直径为10mm的电极层。在另一个主表面上，也用银糊形成直径为10mm或更大的电极层。将每个样品放在保持在250℃的炉中，并将引线连接到各自的电极层上。然后用数字兆欧表(DKK-TOACooperation，Model No.DSM-8103)测量每个样品的体积电阻率ρ。
注意对于荧光灯的玻璃灯泡4来说，优选250℃温度时测得的体积电阻率ρ为至少108.5Ω·cm。如果测得的体积电阻率ρ为108.5Ω·cm或更高，则评价玻璃具有良好的电绝缘。
相对于样品No.1，用数字表示每个样品的成本，样品No.1成本视为100。
用玻璃灯泡制造过程中条痕缺陷的出现频率评价初次可加工性。具体地说，如果产品转换时产生条痕缺陷只到不会对玻璃灯泡生产率有负面影响的程度，则评价玻璃组合物为“o”。如果存在对玻璃灯泡生产率有负面影响的风险，则评价玻璃组合物为“x”。
用热机械分析仪(Rigaku Cooperation，TAS300 TMA 8140C)测量膨胀系数。为了测量，通过将各种玻璃成型为直径5mm和厚度约10mm的圆盘制备样品。按照压缩载荷法(JIS R 3102)，用热机械分析仪测量从30℃至380℃加热的每种样品的平均线性膨胀系数。
如图3所示，包含Li2O和Na2O比为0.02∶1的玻璃组合物No.3的样品测得体积电阻率ρ为107.8Ω·cm，因而表现出差的电绝缘。
包含Li2O和Na2O比为0.77∶1的玻璃组合物No.11的样品测得体积电阻率ρ为107.9Ω·cm或更低，因而表现出差的电绝缘。另外，玻璃组合物No.11的相对成本价格为113，这表明成本比常规玻璃组合物No.1和2高。玻璃组合物No.11因为昂贵原料Li2O的含量高而较昂贵。另外，玻璃组合物No.11的样品的膨胀系数测得为99×10-7/K，这导致电极密封差。
现在转到玻璃组合物No.4-10，各自包含比例为0.05-0.7∶1的Li2O和Na2O，测得体积电阻率ρ为108.5Ω·cm或更低，因而表现出良好的电绝缘。另外，玻璃组合物No.4-10的相对成本价格均等于或低于100，这表明比常规玻璃组合物No.1和2成本低。尤其是玻璃组合物No.4的相对成本价格为52，这表明为常规玻璃成本的约一半。另外，玻璃组合物No.4-10具有高的初次可加工性，没有条痕出现，并且电极密封良好，膨胀系数落在杜美丝膨胀系数的大致范围(90×10-7/K-98×10-7/K)内。另外，尽管图3中未示出，但玻璃组合物No.4-10都表现出良好的二次可加工性。
按照上述试验结果，Li2O和Na2O的重量比优选落在0.05-0.7∶1的范围内。
试验2：对K2O和Na2O重量比的研究
如图4所示，根据具有不同K2O和Na2O重量比的组合物No.12-22制备不同类型的玻璃。具体地说，测量每种玻璃的电绝缘、原料成本、初次可加工性和膨胀系数，以评价不同K2O和Na2O重量比对玻璃性质的影响。
组合物No.12和13为具有高SrO和BaO含量的常规玻璃。玻璃组合物No.14和22包含总计不超过4wt％的SrO和BaO。
按与试验1相同的方式测量每种玻璃的电绝缘、成本、初次可加工性、膨胀系数。
如图4所示，包含K2O和Na2O重量比为0.36∶1的玻璃组合物No.14测得体积电阻率ρ为107.4Ω·cm，因而表现出差的电绝缘。另外，玻璃组合物No.14的相对成本价格为106，这表明成本比常规玻璃组合物No.12高。
包含K2O和Na2O重量比为1.36∶1的玻璃组合物No.22测得体积电阻率ρ为108.2Ω·cm，因而表现出差的电绝缘。另外，玻璃组合物No.22的膨胀系数测得为101.2×10-7/K，这导致电极密封差。
另一方面，包含K2O和Na2O比为0.4-1.3∶1的玻璃组合物No.15-21测得体积电阻率ρ为108.5Ω·cm或更高，因而表现出良好的电绝缘。另外，玻璃组合物No.15-21的相对成本价格均等于或小于100，这表明比常规玻璃组合物No.12和13成本低。另外，玻璃组合物No.15-21具有高的初次可加工性，没有条痕出现，并且电极密封良好，膨胀系数落在杜美丝膨胀系数的大致范围(90×10-7/K-98×10- 7/K)内。另外，尽管图4中未示出，但玻璃组合物No.15-21都表现出良好的二次可加工性。
按照上述试验结果，K2O和Na2O的重量比优选落在0.4-1.3∶1的范围内。
根据本发明的玻璃组合物适用于小型荧光灯、环形荧光灯、管式荧光灯和不同于荧光灯的汞蒸汽放电灯。根据本发明的玻璃组合物尤其适用于玻璃灯泡弯曲的灯。
尽管结合附图通过实施例充分描述了本发明，但应注意到各种变化和变更对本领域那些技术人员来说是明显的。因此，只要这种变化和变更不脱离本发明的范围，都应认为包括在其中。

Claims (4)

1.一种灯的玻璃元件用玻璃组合物，包含：
SiO2  55-80wt％；
Al2O30.5-5wt％；
B2O3 0-5wt％；
Na2O  2-15wt％；
Li2O  0-5wt％；和
K2O  1-15wt％，
Na2O、Li2O和K2O的总含量落在3-25wt％的范围内，
该玻璃组合物还包含：
MgO 0.1-10wt％；
CaO 0.1-10wt％；
SrO 0-4wt％；
BaO 0-4wt％；和
ZnO 0-5wt％，
MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总含量落在1-20wt％的范围内，
该玻璃组合物还包含：
Sb2O30-1wt％；和
CeO2  0-1wt％，其中
SrO和BaO的总含量小于4wt％，
Li2O和Na2O的重量比落在0.05∶1至0.7∶1的范围内，和
K2O和Na2O的重量比落在0.4∶1至1.3∶1的范围内。
2.根据权利要求1的玻璃组合物，其中
250℃温度下的体积电阻率ρ为105.5Ω·cm或更高。
3.根据权利要求1的玻璃组合物，其中
在30℃至380℃温度范围内的膨胀系数落在90×10-7/K至98×10-7/K的范围内。
4.一种灯，其由用如权利要求1所述的玻璃组合物制造的玻璃灯泡构成。
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