JP2005343710A - ランプ用ガラス組成物およびこれを用いたランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 安価かつ強度に優れ、溶融炉を浸食する虞がなく、加工性に優れ、しかもアルカリ溶出量の少ないランプ用ガラス組成物を提供することを主たる目的とし、当該ガラス組成物を用いたランプを提供することを他の目的とする。
【解決手段】 ランプ用ガラス組成物は、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）を主成分とし、Ｎａ_２Ｏ（酸化ナトリウム）が１２〜１７wt％、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が２．５〜４wt％、ＣａＯ（酸化カルシウム）が５．３〜７．３wt％、ＭｇＯとＣａＯとが合計で８〜１１wt％含有されていることを特徴とし、ランプは、前記ガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ランプ用ガラス組成物およびこれを用いたランプに関する。

蛍光ランプの発光管には、曲げ加工、接続加工あるいは封止加工を行いやすい加工性に優れたガラスが用いられる。ガラスの加工性を向上させるためには、Ｌｉ₂Ｏ（酸化リチウム）、Ｎａ₂Ｏ（酸化ナトリウム）およびＫ₂Ｏ（酸化カリウム）等のアルカリ金属酸化物の含有率を上げればよく、特に、含有率の調整が容易で安価なＮａ₂Ｏの含有率を上げるとよいが、発光管に用いるガラスの場合は、以下の理由により、Ｎａ₂Ｏの含有率を上げることが容易でない。

すなわち、Ｎａ₂Ｏの含有率を上げると、ガラス中のＮａ（ナトリウム）の量が増加する。Ｎａは、アルカリ金属の中でも特にガラスから溶出しやすい金属であり、溶出したＮａが発光管内のＨｇ（水銀）と反応してアマルガムが生じると、当該アマルガムが発光管の内壁面に付着して当該発光管の外観が悪くなったり、当該内壁面が劣化したりする。また、アマルガムが生成する際には発光管内のＨｇが消費されるため、ランプの発光効率が低下して当該ランプが短寿命化する。さらに、前記消費分を見越して、発光管にＨｇを過剰に封入しておく必要が生じる。このような問題を引き起こすアマルガム生成を極力抑えるために、Ｎａ₂Ｏの含有率はなるべく低いことが望ましい。

そこで、従来の発光管には、Ｎａ₂Ｏ以外のガラス原料によって加工性を向上させたガラスが用いられている。このようなガラスとして、例えば、ＰｂＯ（酸化鉛）を含有する所謂鉛ガラスが広く知られている。また、特許文献１および２には、ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）やＢａＯ（酸化バリウム）を多量に含有させたガラスが開示されている。
特開平９−１２３３２号公報 特開２００３−４０６４３号公報

ところが、近年、前記鉛ガラスは、公的規制の対象となり使用が控えられている。一方、特許文献１および２のガラスに用いられるＳｒＯやＢａＯは、天然鉱石から得ることのできない高価なガラス原料であるため、当該ガラスは高コストである。また、ＳｒＯやＢａＯを含有するガラスは脆く、製造工程中での歩留まり低下や、製品ランプの強度的信頼性の低下を引き起こす。さらに、ＳｒＯやＢａＯは溶融炉の炉壁を浸食するため、ＳｒＯやＢａＯが多量に含まれるガラスを溶融すると、溶融炉のメンテナンス費用などが嵩む。

本発明は、上記の課題に鑑み、加工性に優れ、アルカリ溶出量が少なく、しかも安価かつ強度に優れ、溶融炉を浸食する虞がないランプ用ガラス組成物を提供することを主たる目的とする。本発明の他の目的は、そのようなガラス組成物を用いたランプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のランプ用ガラス組成物は、ＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）を主成分とし、Ｎａ₂Ｏが１２〜１７wt％、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が２．５〜４wt％、ＣａＯ（酸化カルシウム）が５．３〜７．３wt％、ＭｇＯとＣａＯとが合計で８〜１１wt％含有されていることを特徴とする。
Ｎａ₂Ｏは、アルカリ金属酸化物であって、ガラス中のＳｉＯ₂の結合を切断して、当該ガラスの粘度を下げる成分である。当該Ｎａ₂Ｏは、粘度を低下させる効果が他のガラス原料よりも大きく、かつ安価であるために、ガラスの加工性向上に有用である。その含有率は１２〜１７wt％の範囲内である。Ｎａ₂Ｏの含有率が１２wt％よりも低いと、ガラスの粘度が高くなって加工性が低下する。一方、Ｎａ₂Ｏの含有率が１７wt％よりも高いと、ガラスの耐水性が悪くなる。

ＭｇＯおよびＣａＯは、アルカリ土類金属酸化物であって、ガラス中のＳｉＯ₂の結合を切断して当該ガラスの粘度を下げるとともに、ガラスの耐水性を向上させる成分である。また、ＭｇＯおよびＣａＯは、ガラスの化学的耐久性や、失透性、結晶化などの特性にも影響を及ぼす。それらの含有率は、ＭｇＯが２．５〜４wt％の範囲内、ＣａＯが５．３〜７．３wt％の範囲内であって、ＭｇＯおよびＣａＯとの合計が８〜１１wt％の範囲内である。

ＭｇＯおよびＣａＯに関する含有率が前記下限値よりも低いと、ガラスの化学的耐久性が悪くなる。一方、ＭｇＯおよびＣａＯに関する含有率が前記上限値よりも高いと、ガラスの粘度曲線の傾きが大きくなる、即ち加工時にガラスが早冷めし易くなるため、ガラスの加工性が低下し、ランプ製造の歩留まりが低下する。
本発明のランプ用ガラス組成物の特定の局面では、ＳｉＯ₂が６５〜７４wt％、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）が１．２〜２．４wt％、Ｂ₂Ｏ₃（酸化ホウ素）が０．３〜１．５wt％、Ｋ₂Ｏが０．９〜１．９wt％、Ｓｂ₂Ｏ₃（酸化アンチモン）が０〜１wt％含有されていることを特徴とする。

ＳｉＯ₂は、ガラスの網目構造を形成する主成分であって、その含有率は６５〜７４wt％の範囲内である。ＳｉＯ₂の含有率が６５wt％より低いと、ガラスの耐水性が悪くなり、当該含有率が７４wt％より高いと、ガラスの高温時の粘度が高くなって当該ガラスの加工性が著しく低下する。
Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの網目構造を形成する成分であって、その含有率は１．２〜２．４wt％の範囲内である。Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が１．２wt％より低いと、ガラスの耐水性が悪くなる。一方、Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が２．４wt％より高いと、ガラスに失透が起こったり、ガラスに脈理不良が生じたり、ガラスの高温時の粘度が高くなって当該ガラスの加工性が低下したりする。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの網目構造を形成するとともに、ガラスの化学的耐久性を向上させ、ガラスの高温時の粘度を低下させる成分であって、その含有率は０．３〜１．５wt％の範囲内である。Ｂ₂Ｏ₃の含有率が０．３wt％より低いと、化学的耐久性を向上させる効果や粘度を低下させる効果を十分に発揮しない。一方、Ｂ₂Ｏ₃の含有率が１．５wt％より高いと、化学的耐久性が低下したり、溶融炉が侵食されたりする。

Ｋ₂Ｏは、ガラス中のＳｉＯ₂の結合を切断して、当該ガラスの粘度を下げる成分である。その含有率は０．９〜１．９wt％の範囲内である。Ｋ₂Ｏの含有率が０．９wt％よりも低いと、ガラスの粘度が高くなって加工性が低下する。一方、Ｋ₂Ｏの含有率が１．９wt％よりも高いと、ガラスの耐水性が悪くなる。
Ｓｂ₂Ｏ₃は、ガラス溶融時に清澄剤としての作用する成分であり、その含有率は０〜１wt％の範囲内である。その含有率が１wt％よりも高いと、ガラス管をバーナーで曲げ加工等する際にガラスが黒化を起こしやすい。

なお、本発明のランプ用ガラス組成物の他の特定の局面では、ＰｂＯ、ＳｒＯおよびＢａＯが実質的に含有されていない。
また、本発明のランプは、上記のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えている。
さらに、本発明のランプの特定の局面では、当該ランプは、低圧水銀放電ランプである。

さらにまた、本発明のランプの他の特定の局面では、前記ガラスバルブは、屈曲ガラスバルブである。

本発明のランプ用ガラス組成物は、ガラスの粘度を低下させる原料であるＮａ₂Ｏの含有率が高いため、加工性に優れている。したがって、曲げ加工、接続加工および封止加工を容易に行うことができ、発光管用のガラスとして好適である。特に、複雑な曲げ加工が必要となる屈曲ガラスバルブを備えた発光管用のガラスとして好適である。なお、本願において屈曲ガラスバルブとは、ストレート状のガラス管を曲げ加工して形成される非直線状のガラスバルブであって、例えば、環状ガラスバルブ、Ｕ字形ガラスバルブ、スパイラル形のガラスバルブなどをいう。

また、本発明のランプ用ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ等の各ガラス原料の含有率を所定範囲内に収めることによってガラスのアルカリ溶出量を抑制しているため、低圧水銀放電ランプなど発光管内にＨｇが封入されたランプに使用してもアマルガムが生成し難い。したがって、発光管の外観が悪化したり、光束維持率が低下したり、ランプが短寿命化したりすることがなく、Ｈｇの封入量を増やす必要もない。

なお、Ｎａ₂Ｏの含有率が高いにも拘わらずアルカリ溶出量を抑えることができるのは、ＭｇＯやＣａＯ等の各ガラス原料を、ピンスポット的な範囲の組み合わせで作用する相乗効果により、ガラスの網目構造や原子半径の効果がガラス中でのＮａの移動を阻止するからであると推測される。本発明に係るガラスの構造は、ＳｉＯ₂のネットワーク中でＮａの移動を抑制するとともに、蛍光体の焼付け工程において蛍光体へのアルカリ金属の拡散量が少ない。

そして、以上の効果は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｂ₂Ｏ₃のみからなる組成のガラス組成物であっても奏することができ、当該組成であってもガラスの耐水性、溶融性、失透性、化学的耐久性、絶縁性、清澄性等の点において何ら支障がない。むしろ、ガラス原料の点数が少なくて済むため、生産性がよく製造コストも安い。また、含有率の調整が難しくて高価なＬｉ₂Ｏや、化学的耐久性を低下させるとともに含有率の調整が難しいＰ₂Ｏ₅（五酸化リン）や、ガラスが着色するＴｉ₂Ｏ（酸化チタン）を使用しなくて済む。

さらに、ＰｂＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを実質的に含有しないガラス組成物とした場合、ガラスが公的規制の対象となったり、高価になったり、脆くなったりすることがなく、当該ガラスが溶融炉を侵食することもない。
本発明のランプは、上述のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えているため、安価に製造できて破損し難い。特に、ランプが低圧水銀放電ランプの場合は、アマルガムが生成しにくいため、従来のランプよりも寿命が長く環境にやさしい。

また、屈曲したガラスバルブを備えていてもガラスの加工性がよいため、曲げ加工が容易に行え生産性がよい。また、曲げ加工の際にはガラスが加熱されるためアルカリが溶出しやすいが、本発明のランプはそのような条件下で製造されてもアマルガムが生成し難い。

本発明の実施の形態に係るガラス組成物およびランプについて、図面に基づいて説明する。
（ランプの説明）
図１は、本発明の一実施形態に係るランプを示す側面図である。本発明の実施の形態に係るランプは、図１に示すように、所謂コンパクト形蛍光ランプ１であって、発光管２と口金３とを備えている。発光管２は、Ｕ字形に曲げ加工したガラス管４を複数本ブリッジ接続してなるガラスバルブ５を備え、当該ガラスバルブ５は、本発明に係るガラス組成物から形成されている。

なお、本発明のランプは、コンパクト形蛍光ランプに限定されず、直管形蛍光ランプ、環形蛍光ランプおよび電球形蛍光ランプなど各種蛍光ランプや放電ランプなどであってもよい。また、ランプの構成や各部材の形状、大きさ等も前記実施の形態のものに限定されない。
（ガラス組成物の説明）
本発明に係るガラス組成物は、図２におけるＮｏ．４〜Ｎｏ．１０に示すような組成からなる。なお、当該ガラス組成物の組成は、上記組成に限定されるものではないが、実験の結果から、ランプ用としての特性を保つためには、Ｎａ₂Ｏが１２〜１７wt％、ＭｇＯが２．５〜４wt％、ＣａＯが５．３〜７．３wt％、ＭｇＯとＣａＯとが合計で８〜１１wt％含有されていることが望ましいとわかった。さらに、ＳｉＯ₂が６５〜７４wt％、Ａｌ₂Ｏ₃が１．２〜２．４wt％、Ｂ₂Ｏ₃が０．３〜１．５wt％、Ｋ₂Ｏが０．９〜１．９wt％、Ｓｂ₂Ｏ₃が０〜１wt％含有されていることがより望ましいとわかった。

なお、本発明に係るガラス組成物には、上記組成の範囲を逸脱しない限度において、他のガラス原料を含有させることも可能であるが、加工性に優れ、アルカリ溶出量が少なく、しかも安価かつ強度に優れ、溶融炉を浸食する虞がない当該ガラス組成物の特性をより顕著にするためには、上記ガラス原料のみからなる組成のガラス組成物とすることが望ましい。ここで、上記ガラス原料のみからなる組成のガラス組成物とは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｂ₂Ｏ₃以外のガラス原料が実質的に含まれないガラス組成物をいい、不純物レベルで他のガラス原料が含有されていてもよい。
（実験の説明）
ＣａＯおよびＭｇＯの含有率を種々変更したガラスを作製し、当該含有率がガラスの特性に及ぼす影響について検討した。図２は、ガラスの組成と特性を示す表である。

図２において、Ｎｏ．１は、従来のＳｒＯおよびＢａＯを含有するガラスを示す。また、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１は、Ｎａ₂Ｏの含有率が従来のガラスよりも高い本発明のガラスを示し、Ｎａ₂Ｏの含有率は、Ｎｏ．１のガラスが７wt％であるのに対して、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１のガラスは、１４wt％以上である。また、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１のうち、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３およびＮｏ．１１は、本発明の比較例のガラスを示し、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１０は、本発明の実施例に係るガラスを示す。

実験においては、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１のガラス、または、それらガラスから形成されたガラスバルブを備えたランプを作製し、それらガラスまたはランプの特性を種々評価した。具体的には、ガラスの特性として、軟化温度および作業温度によりガラスの加工性を評価するとともに、導電率によりガラスのアルカリ溶出量を評価した。また、ランプの特性として、ランプ点灯によるＨｇ消費量および光束の経時的な変化を観察した。

軟化温度は、ガラスの粘度が１０^7.6ｄＰａ・ｓになる温度であり、当該粘度でガラスは流動性を得る。軟化温度は、ガラスが発光管用としては、６７０〜７００℃の範囲内であることが望ましい。軟化温度が６７０℃よりも低いと、蛍光体の焼付け工程において、蛍光体懸濁液のバインダーを揮発させるため加熱した際にガラスバルブがその熱で変形してしまう。一方、軟化温度が７００℃よりも高いと、曲げ加工する際にガラス管を高温にしなければならず、加工設備の燃焼能力を上げなければならないなどの問題がある。

作業温度は、ガラスの粘度が１０⁴ｄＰａ・ｓになる温度であり、当該温度以下でガラスを加工する。作業温度は、発光管用としては、９６０〜１０００℃の範囲内であることが望ましい。作業温度が９６０℃より低いと、作業温度域が狭くなるため加工性が悪い。一方、作業温度が１０００℃よりも高いと、ガラスが溶融する温度も高いため溶融工程のコストが高くなる。

導電率は、ガラスのアルカリ溶出量を間接的に示す数値であって、発光管用として好適なガラスであるためには、２５℃において１６０μＳ／ｃｍ以下であることが望ましい。導電率が１６０μＳ／ｃｍより高いと、アマルガムの生成に起因する種々の問題が顕著になる。なお、導電率１６０μＳ／ｃｍをアルカリ溶出量に換算すると４００μｇ／ｇである。なお、導電率とアルカリ溶出量の関係および導電率の測定方法等についての詳細は後述する。

Ｈｇ消費量は、各ガラスを用いて、環形蛍光ランプ（ＪＩＳ Ｃ ７６０１ ＦＣＬ４０／３８）（定格電力３８Ｗ、ガラス管外径２９ｍｍ、ランプ環外径３８１ｍｍ、色温度５０００Ｋ）を作製し、それら蛍光ランプを点灯させた際のＨｇ消費量を経時的に測定した。
光束は、各ガラスを用いて、２本管をブリッジ接続したコンパクト形蛍光ランプ（ＪＩＳ Ｃ ７６０１ ＦＰＬ２７）（定格電力２７Ｗ、ガラス管外径２０ｍｍ、ランプ全長２４７ｍｍ、色温度５０００Ｋ）を作製し、それら蛍光ランプを点灯させた際の光束を経時的に測定した。

まず、各ガラスの加工性について説明する。図２に示すように、Ｎｏ．１のガラス（ＳｒＯおよびＢａＯを多量に含有させて加工性を向上させたガラス）は、軟化温度が６７０℃に満たず、作業温度は１０００℃を超えるため、ランプ用として加工性に劣る。
一方、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１のガラス（Ｎａ₂Ｏを多量に含有させて加工性を向上させたガラス）について、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１０のガラスは、作業温度が６７０〜７００℃の範囲内、かつ、作業温度が９６０〜１０００℃の範囲内であるため、加工性に優れたガラスといえる。Ｎｏ．２のガラスは、作業温度が９６０℃に満たず加工性に劣る。Ｎｏ．１１のガラスは、軟化温度が７００℃を超えるため加工性に劣る。以上の結果から、ランプ用としての加工性を十分に発揮するガラスは、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が７．８wt％以上かつ１１wt％以下のガラスであることがわかる。

なお、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１０のガラスを用いてガラスバルブを形成したところ、各ガラスとも、曲げ加工、接続加工および封止加工において良好な加工性を示し、残留歪による強度低下等の問題が生じることもなかった。また、これらガラスを用いて種々のランプを作製したところ、加工上何ら異常を生じることはなかった。一方、Ｎｏ．１のガラスは、ＳｒＯおよびＢａＯを含有しているため、ガラスバルブの加工時に、歪やクラックが発生する等の異常を生じる場合があった。なお、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１のガラスは、高価な原料であるＳｒＯ、ＢａＯおよびＬｉ₂Ｏ（酸化リチウム）を含有していないため、原料原価がＮｏ．１のガラスの半分程度であった。

次に、各ガラスの導電率について説明する。図２に示すように、Ｎｏ．１のガラス（ＳｒＯおよびＢａＯを含有しているためＮａ₂Ｏの含有率が低い従来のガラス）は、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以下であり、アルカリ溶出量は十分に抑えられているといえる。
一方、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１のガラス（Ｎａ₂Ｏの含有率の高いガラス）について、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が８wt％以上であるＮｏ．４〜Ｎｏ．１１のガラスは、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以下であり、アルカリ溶出量は十分に抑えられているといえる。しかし、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が８wt％よりも低いＮｏ．２およびＮｏ．３のガラスは、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以上であり、アルカリ溶出量が十分に抑えられているとはいえない。したがって、ガラスのアルカリ溶出量を十分に抑制するためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計を８wt％以上にする必要があることがわかる。

次に、ランプのＨｇ消費量について説明する。Ｈｇ消費量は、ランプを６０００時間点灯させたのち測定した。図２に示すように、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以下であったＮｏ．１およびＮｏ．４〜Ｎｏ．１１のランプのＨｇ消費量は、２．４ｍｇ以下であった。一方、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以上であったＮｏ．２およびＮｏ．３のランプのＨｇ消費量は、２．７ｍｇ以上であった。この結果からも、ガラスのアルカリ溶出量を十分に抑制するためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計を８wt％以上にする必要があることがわかる。

図３は、ランプのＨｇ消費量の経時的変化を示すグラフであり、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．１０およびＮｏ．１１のランプの１５００時間および６０００時間点灯後のＨｇ消費量を示している。なお、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．９のランプのＨｇ消費量については、Ｎｏ．４のランプのＨｇ消費量とＮｏ．１０のランプのＨｇ消費量との間に収まるため表示を省略した。図３から明らかなように、Ｎｏ．２および３のランプのＨｇ消費量は、それ以外のランプのＨｇ消費量と比べて多く、それらＨｇ消費量の差は時間の経過とともに広がっていた。

次に、ランプの光束について説明する。図２に示すように、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以下であったＮｏ．１およびＮｏ．４〜Ｎｏ．１１のランプの光束は、１５００ｌｍを超えていた。一方、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以上であったＮｏ．２およびＮｏ．３のランプの光束は、１５００ｌｍに満たなかった。この結果からも、ガラスのアルカリ溶出量を十分に抑制するためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計を８wt％以上にする必要があることがわかる。

図４は、ランプの光束の経時的変化を示すグラフであり、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．１０およびＮｏ．１１のランプの点灯開始時、１００時間点灯後、５００時間点灯後、１０００時間点灯後および２０００時間点灯後の光束を示している。なお、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．９のランプの光束については、Ｎｏ．４のランプの光束とＮｏ．１０のランプの光束との間に収まるため表示を省略した。Ｎｏ．５〜Ｎｏ．９のランプの光束については、Ｎｏ．４またはＮｏ．１０のランプの光束と大差がなかったため表示を省略した。図４からも明らかなように、Ｎｏ．２および３のランプの光束は、それ以外のランプの光束と比べて小さく、それら光束の差は時間の経過とともに広がっていた。

なお、光束については、各ガラスを用いてＵ字形のガラスバルブを備えたコンパクト形蛍光ランプ（ＪＩＳ Ｃ ７６０１ ＦＰＬ２７）を作製し、同様の実験を行ったところ、図４の結果とほぼ同等の結果を得た。
以上、ガラスの加工性およびアルカリ溶出量について検討した結果、十分な加工性を得るためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が７．８wt％以上１１wt％以下でなければならず、アルカリ溶出量を十分に抑制するためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が８wt％以上でなければならないことがわかる。したがって、ランプ用としてふさわしいガラス組成物であるためには、ＣａＯとＭｇＯの含有率の合計が８wt％以上１１wt％以下の範囲内でなければならない。
（アルカリ溶出量の測定方法の説明）
ガラスのアルカリ溶出量を測定する方法としては、ＪＩＳに基づく化学分析用ガラス器具の試験方法（日本工業規格ＪＩＳ Ｒ−３５０２）が挙げられる。ＪＩＳに基づく試験方法を簡単に説明すると、まず、ガラス試料を、乳鉢などを用いて粉末状（粒径２５０〜４２０μｍ）に粉砕し、当該ガラス粉砕物をエチルアルコールで洗浄して、当該ガラス粉砕物からガラス微粉末を取り除く。次に、洗浄後のガラス粉砕物を沸騰水浴中で６０分間加熱し、当該ガラス粉砕物のアルカリを溶出させてアルカリ溶出液を得る。そして、当該アルカリ溶出液を硫酸で中和滴定し、得られた滴定値から換算してアルカリ溶出量を導き出す。

しかし、ＪＩＳに基づく試験方法は、エチルアルコールによる洗浄が不十分であると、前記ガラス粉砕物中に前記ガラス微粉末が残留するため、当該微粉末の存在により蒸留水中のガラスの総表面積が大幅に増大して、正確なアルカリ溶出量を測定することができない。また、ガラス試料を粉末状に粉砕したり、洗浄してガラス微粉末を取り除いたり、中和滴定したりするなど煩雑な作業が必要である。そのため、より高精度で簡便なアルカリ溶出量の測定方法が望まれている。

そこで、発明者は、ＪＩＳに基づく試験方法よりも高精度かつ簡便なアルカリ溶出量の測定方法を新たに確立した。本願に係る測定方法は、ブロック状のガラス試料を蒸留水中に浸漬させ、当該ガラス試料から当該溶媒中にアルカリを溶出させてアルカリ溶出液を得た後、当該アルカリ溶出液の導電率を測定して、その測定値から換算しアルカリの量を導き出すことを特徴とする。

本願に係る測定方法の具体的な手順を以下に説明する。図５は、本願に係るアルカリ溶出量の測定方法を説明するための図である。
まず、ガラス試料をブロック状にカットし、温度を７５〜８５℃、湿度を８５〜９５％に保った恒温恒湿槽内に４５〜５０時間放置して含湿処理する。なお、測定精度を上げるためには、含浸処理における温度、湿度および放置時間は、前記各範囲の中心付近の値である８０℃、９０％、４８時間であることがより望ましい。

次に、図５に示すように、水槽１１内に７０〜８０℃の蒸留水１２を１００ｍｌ溜めて、当該蒸留水１２中に含湿処理を終えたガラス試料１３を１時間浸漬させる。本願に係る測定方法では、７０〜８０℃という比較的低温度の蒸留水１２中でアルカリを溶出させるため、沸騰させた蒸留水中でアルカリを強制的に溶出させるＪＩＳに基づく試験方法よりも、より実際のガラスの使用形態に即したアルカリ溶出量を測定することができる。

ガラス試料１３は、表面積の総和が４５００〜５５００ｍｍ²の範囲内に収まるように、好ましくは約５０００ｍｍ²になるように調整し浸漬させる。例えば、約１５×１５×２．５ｍｍの直方体形状にカットしたガラス試料１３を８個浸漬させる。
その後、蒸留水１２からガラス試料１３を取り除きアルカリ溶出液を得る。そして、当該アルカリ溶出液を２５℃に安定させ、市販のハンディタイプのセンサー式液体浸漬形導電率測定機１４（商品名：ツインコンド Ｂ−１７３）を用いて導電率を測定する。

図６は、ＪＩＳに基づく試験方法により測定したアルカリ溶出量と、本願に係る試験方法により測定した導電率との相関関係を示すグラフである。前記アルカリ溶出量と導電率とは、図６に示すような相関関係にある。一般に、発光管には、アルカリ溶出量が４００μｇ／ｇ以下のガラスが適していると考えられているが、図６からわかるように、４００μｇ／ｇのアルカリ溶出量に対応する導電率は１６０μＳ／ｃｍである。したがって、導電率が１６０μＳ／ｃｍ以下のガラスが発光管用のガラスとして適しているといえる。

本願に係る測定方法は、ブロック状のガラス試料を用いるため、蒸留水に浸漬させるガラスの表面積の総和を制御し易い。したがって、ＪＩＳによる試験方法よりも高い精度でアルカリ溶出量を測定することができる。また、本願の測定方法は導電率によってアルカリ溶出量を測定するため、アルカリ溶出量が多くなっても測定精度が落ちるようなことはない。

また、本願に係る測定方法は、カットしたブロック状のガラス試料を蒸留水に浸漬させるため、ガラス試料を粉末状に粉砕したり、ガラス粉砕物を洗浄したりする作業が不要である。また、アルカリ溶出液の導電率の測定は、導電率測定機１４の電極を当該アルカリ溶出液に漬けるだけの簡単な操作で行うことができ、煩雑な中和滴定作業が不要である。したがって、ＪＩＳに基づく測定方法よりも操作が簡易である。

本発明のガラス組成物は、各種蛍光ランプ、白熱電球および放電ランプなどに利用できる。特に、低圧水銀放電ランプなど発光管内にＨｇが封入されるランプに適している。さらには、環形蛍光ランプ、Ｕ形蛍光ランプおよびコンパクト形蛍光ランプなど屈曲したガラスバルブを備えたランプにより適している。

本発明の一実施形態に係るランプを示す側面図である。 ガラスの組成と特性を示す表である。 ランプのＨｇ消費量の経時的変化を示すグラフである。 ランプの光束の経時的変化を示すグラフである。 本発明に係るアルカリ溶出量の測定方法を説明するための図である。 ＪＩＳ規定のアルカリ溶出試験法により測定したアルカリ溶出量と、本願に係るアルカリ溶出試験法により測定した導電率との相関関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ランプ
５ ガラスバルブ

Claims (6)

1. ＳｉＯ₂を主成分とし、Ｎａ₂Ｏが１２〜１７wt％、ＭｇＯが２．５〜４wt％、ＣａＯが５．３〜７．３wt％、ＭｇＯとＣａＯとが合計で８〜１１wt％含有されていることを特徴とするランプ用ガラス組成物。
2. ＳｉＯ₂が６５〜７４wt％、Ａｌ₂Ｏ₃が１．２〜２．４wt％、Ｂ₂Ｏ₃が０．３〜１．５wt％、Ｋ₂Ｏが０．９〜１．９wt％、Ｓｂ₂Ｏ₃が０〜１wt％含有されていることを特徴とする請求項１記載のランプ用ガラス組成物。
3. ＰｂＯ、ＳｒＯおよびＢａＯが実質的に含有されていないことを特徴とする請求項１または２記載のランプ用ガラス組成物。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えていることを特徴とするランプ。
5. 低圧水銀放電ランプであることを特徴とする請求項４記載のランプ。
6. 前記ガラスバルブは、屈曲ガラスバルブであることを特徴とする請求項４または５記載のランプ。

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