JP2008024564A - ランプ用ガラスの製造方法、ランプ用ガラス、ランプ用ガラス管およびランプ - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線遮断性能の高いガラスを製造可能なランプ用ガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】電磁波照射装置または粒子線照射装置を用いて、酸化スズを含有するガラスに電磁波または粒子線を照射して欠陥を生じさせる工程を含むランプ用ガラスの製造方法によりガラスを製造する。特には、ガラスの２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下となるように前記電磁波または粒子線を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ランプ用ガラスの製造方法、その方法で製造されたランプ用ガラス、並びに、そのガラスを用いて作製されたガラス管およびランプに関する。

蛍光ランプは、水銀の励起放射により発生する紫外線でガラスバルブ内壁の蛍光体を励起させて可視光を得る発光メカニズムを有する。ところで、ガラスバルブ内部で発生した紫外線が蛍光体層やガラスバルブを透過しランプ外に漏洩すると、被照明物や灯具がその紫外線を浴びて褪色する。このような紫外線による褪色は、美術品や衣料品を被照明物とする展示照明用ランプにおいて特に深刻な問題である。

そこで、紫外線の漏洩を防止するために、例えば、特許文献1には、酸化鉄や酸化セリウムなどの紫外線遮断剤をガラスバルブのガラスに含有させ、当該ガラスの紫外線遮断性能を向上させることが開示されている。
特開平４−２７０１３８号公報

しかし、酸化鉄の含有量が多くなるとガラスが初期着色を起こす。また、酸化セリウムの含有量が多くなるとガラスがソラリゼーション（紫外線を浴びてガラスが着色する現象）を起こす。このように、紫外線遮断剤はその種類ごと何かしらの問題をかかえており、紫外線漏洩防止に十分な量の紫外線遮断剤をガラスに含有させることは困難である。そのため、ガラスの紫外線遮断性能を向上させる新たな技術が望まれている。

本発明の目的は、紫外線遮断性能の高いガラスを製造可能なランプ用ガラスの製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、紫外線遮断性能の高いランプ用ガラス、ランプ用ガラス管およびランプを提供することにある。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法は、電磁波照射装置または粒子線照射装置を用いて、酸化スズを含有するガラスに電磁波または粒子線を照射して欠陥を生じさせる工程を含むことを特徴とする。
本発明に係るランプ用ガラスの製造方法の一態様では、照射後のガラスの２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下となるように前記電磁波または粒子線を照射することを特徴とする。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法の一態様では、前記電磁波は、紫外線またはＸ線の少なくとも一方であることを特徴とする。
本発明に係るランプ用ガラスの製造方法の一態様では、前記ガラスの酸化スズの含有量が０．０１〜５ｗｔ％であることを特徴とする。
本発明に係るランプ用ガラスの製造方法の一態様では、前記ガラスの酸化鉄の含有量が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法の一態様では、前記ガラスの酸化セリウムの含有量が０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
本発明に係るランプ用ガラスは、酸化スズを含有し、電磁波照射装置または粒子線照射装置を用いて電磁波または粒子線を照射することにより２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率を５％以下としたことを特徴とする。

本発明に係るランプ用ガラス管は、上記ランプ用ガラスからなることを特徴とする。
本発明に係るランプは、上記ランプ用ガラス管をガラスバルブとして用いたことを特徴とする。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法は、紫外線遮断性能の高いガラスを製造することができる。したがって、紫外線遮断剤の含有量を減らした場合や、紫外線遮断剤を全く含有させない場合でも、ランプ用ガラスに必要とされる紫外線遮断性能を備えたガラスを製造することが可能である。このように紫外線遮断剤の量を減らす等できるため、紫外線遮断剤に起因する問題が起こり難い。

本発明者等は、酸化スズを含有するガラスに電磁波または粒子線を照射すると当該ガラスに欠陥が生じることを突き止めた。さらに、このようにして欠陥を生じさせたガラスは、紫外線遮断性能が向上していることを突き止めた。
ガラスに電磁波または粒子線を照射すると欠陥が生じるのは、当該ガラスのガラスネットワーク構造が歪んだり、一部で結合が切断されたりするからであると推測される。また、ガラスに欠陥が生じると紫外線遮断性能が向上するのは、欠陥で紫外線が吸収されるからであると推測される。さらに、酸化スズを含有しないガラスに電磁波または粒子線を照射しても欠陥は殆ど生じないことから、欠陥はスズに起因するところが大きいと推測される。

このようにして電磁波または粒子線の照射により生じた欠陥は経時的に安定しており、一旦欠陥を生じさせるとガラスは元の欠陥のない状態に戻り難い。したがって、ガラスの紫外線遮断性能は経時的に安定している。
なお、電磁波とは、電波、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線、ガンマ線および高エネルギー線等を意味し、粒子線とは、電子線、陽子線、炭素線および中性子線等を意味する。

上記ランプ用ガラスの製造方法において、電磁波または粒子線を、照射後のガラスの２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下となるように照射した場合、ランプ用として十分な紫外線遮断性能を有するガラスを製造することができる。
上記ランプ用ガラスの製造方法において、電磁波が紫外線またはＸ線の少なくとも一方である場合、設備面或いは作業面において実施が容易である。

上記ランプ用ガラスの製造方法において、ガラスの酸化スズ（ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２）の含有量が０．０１〜５ｗｔ％である場合、酸化鉄を含有していてもガラスの初期着色が起こり難く、さらに、酸化セリウムを含有していてもソラリゼーションが起こり難い。
上記ランプ用ガラスの製造方法において、ガラスの酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ）の含有量が０．１ｗｔ％以下である場合、ガラスが初期着色を起こし難い。したがって、ガラスの着色により可視光の透過率が低下しランプ光束が低下する事態が起こり難い。

上記ランプ用ガラスの製造方法において、ガラスの酸化セリウム（ＣｅＯ_２＋Ｃｅ_２Ｏ_３）の含有量が０．５ｗｔ％以下である場合、ガラスがソラリゼーションを起こし難い。したがって、ガラスの着色により可視光の透過率が低下しランプ光束が低下する事態が起こり難い。
本発明に係るランプ用ガラスは、２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下であるため紫外線遮断能力が高い。したがって、ランプ用ガラスとして好適である。

本発明に係るランプ用ガラス管は、上記ランプ用ガラスからなるため、紫外線遮断性能が高く、ランプのガラスバルブ用として好適である。
本発明に係るランプは、上記ランプ用ガラス管をガラスバルブとして用いているため当該ガラスバルブの紫外線遮蔽性能が高く、ランプ外に紫外線が漏洩し難いため被照明物や灯具が褪色し難い。したがって、紫外線漏洩が深刻な問題となる衣料品や美術品等の展示照明用のランプとして特に有用である。

本発明の実施形態に係るランプ用ガラスの製造方法、ランプ用ガラス、ランプ用ガラス管およびランプについて、図面に基づき説明する。
（ランプ用ガラスの説明）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス等の組成および特性を示す。本実施の形態に係るランプ用ガラスの組成は、図１におけるＮｏ．１〜８に示すとおりである。

なお、本発明に係るランプ用ガラスの組成は、Ｎｏ．１〜８に示す組成に限定されないが、ランプ用としての特性を保つためには、実質的に、酸化物換算で、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２：０．０１〜５ｗｔ％、Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ：０〜０．１ｗｔ％、ＣｅＯ_２＋Ｃｅ_２Ｏ_３：０〜０．５ｗｔ％、ＳｉＯ_２：５５〜８０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜２５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０ｗｔ％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０〜２５ｗｔ％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜１０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：０〜１８ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ：０〜１５ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜１０ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１０ｗｔ％、ＢａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＺｎＯ：０〜１０ｗｔ％であることが好ましい。

ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２は、ガラスにＳｎに起因する欠陥を生じさせる目的で添加する。ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２が０．０１ｗｔ％よりも少ないと、Ｓｎに起因する欠陥を十分に生じさせることができない。また、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２が５ｗｔ％よりも多いと、ガラスの溶融時に強い酸化性雰囲気となるため、ＣｅやＦｅが酸化し易くガラスが初期着色を起こし易い。
ＣｅＯ_２＋Ｃｅ_２Ｏ_３は、紫外線の透過を抑制する目的で添加される。ＣｅＯ_２＋Ｃｅ_２Ｏ_３が０．５ｗｔ％より多いと、ガラスがソラリゼーションを起こし易い。

Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏは、紫外線を吸収させる目的で添加される。Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏが、０．１ｗｔ％より多くなると、ガラスが初期着色を起こし易い。
ＳｉＯ_２は、ガラス骨格を形成する目的で添加されている。ＳｉＯ_２が５５ｗｔ％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。一方、ＳｉＯ_２が８０ｗｔ％より多いと、熱膨張係数が低くなり過ぎて加工が困難となる。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの溶融性向上と粘度調整の目的で添加される。Ｂ_２Ｏ_３が２５ｗｔ％より多いとガラスの化学的耐久性が低下する。Ｂ_２Ｏ_３の好ましい範囲は、ソーダガラスの場合は０〜５ｗｔ％、ホウケイ酸ガラスの場合は６〜２５ｗｔ％である。
Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの耐候性および失透性を向上させる目的で添加される。Ａｌ_２Ｏ_３が１０ｗｔ％より多いと、ガラスの溶融性が悪化する。Ａｌ_２Ｏ_３の好ましい範囲は２〜７ｗｔ％であり、この範囲であればランプ用としてより好適である。

アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏは、ガラスの粘性を低下させ、溶融加工性を向上させる目的で添加される。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合計が２５ｗｔ％より多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎる。また、ガラスからアルカリ成分が溶出し易くなり、当該アルカリ成分と蛍光体や水銀との反応量が増加し、ランプ光束が低下する。Ｌｉ_２Ｏの好ましい範囲は０〜１０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏの好ましい範囲は０〜１８ｗｔ％、Ｋ_２Ｏの好ましい範囲は０〜１５ｗｔ％であり、これらの範囲であればランプ用としてより好適である。

アルカリ土類金属酸化物であるＭｇＯおよびＣａＯは、電気絶縁性および化学的耐久性を向上させる目的で添加される。いずれも１０ｗｔ％より多くなるとガラスが失透し易い。
同じくアルカリ土類金属酸化物であるＳｒＯおよびＢａＯは、ガラスの溶融性およびランプ作製時におけるガラスバルブの加工性を向上させる目的で添加される。いずれも１０ｗｔ％より多くなるとガラスが失透し易い。

なお、本発明に係るガラスは、紫外線遮断剤として、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_３などを含有させても良い。さらに、その他の成分として、例えば、ＺｎＯ、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｔｂ_２Ｏ_３、ＭｏＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、Ａｓ_２Ｏ_３等を含有させても良い。但し、地球環境保護の観点から、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＰｂＯおよびＡｓ_２Ｏ_３は含有しない方が好ましい。

（ランプ用ガラスの製造方法の説明）
以上のように説明した本発明に係るガラスは、所定の組成となるように調合したガラス原料をガラス溶融窯に投入し、例えば１５００〜１６００℃で溶融させ、ガラス化させて製造する。なお、酸化スズは必須のガラス原料である。得られたガラスをダンナー法等の管引き法によって管状に成形し、所定の寸法に切断してランプ用ガラス管を得る。

次に、紫外線照射装置（例えば、殺菌灯）を用いて、前記ガラス管に波長２５４ｎｍの紫外線を０．４５ｍＷ／ｃｍ^２の照度で６時間照射し、前記ガラス管を形成するガラスに欠陥を生じさせる。欠陥は、上記条件で紫外線を照射すれば十分に生じさせることができる。これにより、紫外線照射後のガラスの２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下になる。

ＥＳＲ（Electron Spin Resonance）スペクトルを測定したところ、例えば、組成がＳｎＯ＋ＳｎＯ_２：１．３ｗｔ％、Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ：０．０４ｗｔ％、ＳｉＯ_２：６９．１６ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：０．８ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．５ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１６．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ：１．３ｗｔ％、ＭｇＯ：３．０ｗｔ％、ＣａＯ：６．４ｗｔ％のガラスでは、照射前は信号強度（arbitary unit）が０であったのに対し照射後は信号強度が５００００となり、ガラスに欠陥が生じていることが確認された。

なお、ガラスに欠陥を生じさせる方法は上記方法限定されず、他の波長の紫外線、紫外線以外の電磁波、或いは粒子線を照射したりすることが考えられる。電磁波は公知の電磁波照射装置（例えば、紫外線照射装置、Ｘ線照射装置）を用いて、粒子線は公知の粒子線照射装置（例えば、電子線照射装置）を用いて照射することが考えられる。また、照射時間は６時間に限定されず、波長２８７ｎｍの紫外線透過率を５％以下にするために十分な量を照射すれば良い。

ガラスの欠陥を加熱により生じさせることも考えられる。例えば、ガラス原料をガラス溶融窯に投入後、当該ガラス溶融窯内の温度を溶融温度（例えば１５００〜１６００℃）まで上昇させる前に、溶融温度よりも低い温度（例えば、８００〜１１００℃）で０．５〜１０時間加熱処理する方法が考えられる。前記加熱処理はガラス原料がガラス化する前に行う。

図２は、紫外線照射前後のガラスの紫外線透過率を示す図である。図２に示すように、紫外線照射前のガラス（Ａ）と紫外線照射後のガラス（Ｂ）とを比較すると、波長２８７ｎｍ付近をピークとする紫外線領域において透過率が低下していることがわかる。
このようにして得られたガラス管をガラスバルブとして用いて、公知のランプ製造方法により各種ランプを作製することができる。

（ランプの説明）
本発明に係るランプの一実施形態として、直管形蛍光ランプについて図面に基づき説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる直管形蛍光ランプの要部構成を示す断面図である。図３に示すように、蛍光ランプ１０の構造は、基本的に従来技術による蛍光ランプの構造に準じるものである。

ガラスバルブ１には、本発明に係るガラスからなるランプ用ガラス管が用いられている。ガラスバルブ１の両端には、それぞれステム２が気密に封着されている。なお、各ステム２は、本発明に係るガラスからなるランプ用ガラスで作製されていてもよい。
各ステム２には、一対のリード線３が前記ステム２を貫通するようにして気密に封着されている。また、一対のリード線３のガラスバルブ内部側の端部間には、電子放射性物質が塗布されたフィラメント電極４が取り付けられている。

ガラスバルブ1の両端部には、口金５が固定されており、これら口金５にはリ−ド線３と電気的に接続された口金ピン６が取り付けられている。ガラスバルブ1には、その内面に蛍光体層７が形成され、その内部に所定量の水銀（不図示）とアルゴン等の希ガス（不図示）とが封入されている。
以上、本発明に係る直管形蛍光ランプを実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。

（実験の説明）
図1に示す各組成のガラスを作製し、波長２５４ｎｍの紫外線照射前後のガラスの特性を評価した。実施例であるガラス１〜８は、本発明に係るガラスの組成範囲を満足するガラスである。一方、比較例であるガラス９は、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２を含有しないガラス、すなわち本発明に係るガラスの組成範囲を満足しないガラスである。

各ガラスは、図１に示す組成となるように調合したガラス原料をアルミナ坩堝で加熱溶融して得た。そして、得られたガラスを実験用の管引き装置により肉厚２ｍｍ、外径２０ｍｍに成形しガラス管を作製した。さらに、殺菌灯を用いて波長２５４ｎｍの紫外線を０．４５ｍＷ／ｃｍ^２の照度で６時間ガラス管に照射し、ガラスにＳｎに起因する欠陥を生じさせた。

紫外線遮断性能は、波長２８７ｎｍの紫外線の透過率により評価した。波長２８７ｎｍとした理由は、欠陥で吸収される紫外線のピーク波長が２８７ｎｍ付近であるため、透過率の変化が大きく評価に適しているからである。紫外線透過率の測定は、ガラス管を半円筒形状にカットし、分光光度計を用いて測定した。
ガラスの初期着色およびソラリゼーションの有無は、目視により評価した。

図１に示すように、実施例であるガラス１〜８の紫外線照射後の透過率は、紫外線照射前の透過率よりも低くなっている。すなわち、ガラスの紫外線遮断性能が向上している。
なお、蛍光ランプ１０のガラスバルブ１内では、水銀の励起放射により主として波長２５４ｎｍや波長３１３ｎｍ等の紫外線が発生する。したがって、紫外線の漏洩を効果的に防止するためには、それら波長の紫外線を遮断する性能が高いことが重要である。実施例であるガラス１〜８は、紫外線遮断性能の評価の指標とした波長２８７ｎｍの紫外線の透過率だけでなく、波長２５４ｎｍや波長３１３ｎｍの紫外線を含む紫外域全体において紫外線透過率が低くなっていた。したがって、本発明に係るガラスは、ランプ用として有用であると評価することができる。

ガラス１〜５は、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２の含有量が５ｗｔ％以下であるため、紫外線照射後の波長２８７ｎｍの紫外線の透過率が５％以下であり、灯具の樹脂部材の褪色も起こらなかった。また、ガラスの初期着色も、ソラリゼーションも認められなかった。
ガラス６は、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２の含有量が５ｗｔ％を超えるため、紫外線照射後の波長２８７ｎｍの紫外線の透過率は低いものの、ガラス溶融時に強い酸化性雰囲気となりＦｅおよびＣｅが酸化し易くなって、ガラスの初期着色およびソラリゼーションが僅かに起こった。

ガラス７は、Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏの含有量が０．１ｗｔ％を超えるため、紫外線照射後の波長２８７ｎｍの紫外線の透過率は低いものの、Ｆｅに起因するガラスの初期着色が僅かに起こった。
ガラス８は、ＣｅＯ_２＋Ｃｅ_２Ｏ_３の含有量が０．５ｗｔ％を超えるため、紫外線照射後の波長２８７ｎｍの紫外線の透過率は低いものの、Ｃｅに起因するソラリゼーションが僅かに起こった。

比較例であるガラス９は、ＳｎＯ＋ＳｎＯ_２が含有していないため、紫外線照射前後で波長２８７ｎｍの紫外線の透過率の変化に乏しく、紫外線遮断性能が向上しているとは言い難い。
次に、各ガラスを用いて３２Ｗのコンパクト形蛍光ランプ（ＦＨＴ３２ＥＸ−Ｎ）を作製した。これらのランプを２０００時間点灯させ、１００時間点灯させた時点におけるランプ光束（初期光束）と２０００時間点灯後におけるランプ光束とを評価した。さらに、それらランプ光束から光束維持率を算出した。また、２０００時間点灯させた後、紫外線の漏洩によって灯具の樹脂部材が褪色・劣化を起こしているか否かを観察し評価した。

その結果、実施例であるガラス１〜８は、２０００時間点灯後も紫外線の漏洩による樹脂部材の褪色・劣化は認められず、ランプ光束および光束維持率も良好であった。一方、比較例であるガラス９は、紫外線の漏洩による樹脂部材の褪色・劣化が認められた。

本発明のランプ用ガラスは、コンパクト形蛍光ランプ、環形蛍光ランプおよび直管形蛍光ランプなどの蛍光ランプや、蛍光ランプ以外の水銀蒸気放電ランプ等、ランプ全般に広く利用できる。また、本発明のランプ用ガラス管は、ガラスバルブやステム等のランプ用ガラス部品に利用できる。

本発明の実施の形態に係るガラスの組成および特性を示す。 紫外線照射前後のガラスの紫外線透過率を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる蛍光ランプの要部構成を示す概略図である。

符号の説明

１ ガラスバルブ
１０ 蛍光ランプ

Claims (9)

1. 電磁波照射装置または粒子線照射装置を用いて、酸化スズを含有するガラスに電磁波または粒子線を照射して欠陥を生じさせる工程を含むことを特徴とするランプ用ガラスの製造方法。
2. 照射後のガラスの２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率が５％以下となるように前記電磁波または粒子線を照射することを特徴とする請求項１記載のランプ用ガラスの製造方法。
3. 前記電磁波は、紫外線またはＸ線の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載のランプ用ガラスの製造方法。
4. 前記ガラスの酸化スズの含有量が０．０１〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のランプ用ガラスの製造方法。
5. 前記ガラスの酸化鉄の含有量が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のランプ用ガラスの製造方法。
6. 前記ガラスの酸化セリウムの含有量が０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のランプ用ガラスの製造方法。
7. 酸化スズを含有し、電磁波照射装置または粒子線照射装置を用いて電磁波または粒子線を照射することにより２ｍｍ厚における波長２８７ｎｍの紫外線透過率を５％以下としたことを特徴とするランプ用ガラス。
8. 請求項７記載のランプ用ガラスからなることを特徴とするランプ用ガラス管。
9. 請求項８に記載のランプ用ガラス管をガラスバルブとして用いたことを特徴とするランプ。

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