JP3358883B2 - 高圧放電灯用紫外線吸収可視光透過性シリカガラスおよびその製造方法 - Google Patents
高圧放電灯用紫外線吸収可視光透過性シリカガラスおよびその製造方法Info
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Description
カガラスおよびその製造方法、さらに詳しくはメタルハ
ライドランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ
等の高圧放電灯(High Intensity Di
scharge Lamp)バルブ材用シリカガラスお
よびその製造方法に関する。
いるばかりでなく、化学的耐久性、耐急熱急冷性、およ
びガス封入性に優れているところから、照明用ランプ、
固体レザ−励起用ランプ等のバルブ材(以下バルブ材と
いう)として使用されてきた。ところが、その光透過性
のよさから光源で発生した紫外線が空気中の酸素を分解
し人体に有害なオゾンを発生したり、レ−ザ素子に紫外
線ダメ−ジを与えレ−ザ発振効率を低下させたり、ある
いはシリカガラス自体に紫外線ダメ−ジを与えバルブ材
の強度低下やソラリゼ−ションを起させる等の欠点があ
った。この欠点を解決するため紫外線吸収性の遷移金属
元素をド−プしたシリカガラスの製造法が、例えば特公
昭46−42114号公報で提案されている。ところ
が、このシリカガラスの製造法ではガラス原料の溶融、
成形、加工に際し、溶融容器、成形加工治具に含浸させ
た遷移金属元素化合物を気化させシリカガラス中に遷移
金属元素を拡散するためド−パントの分布が不均一で満
足のいく紫外線吸収性シリカガラスが得られなかった。
そこで、シリカ原料に遷移金属元素化合物を混合し、そ
れを溶融透明ガラス化する紫外線吸収性シリカガラスの
製造方法が一般に検討されたが、透明ガラス化時に遷移
金属元素化合物が相分離を起し不均一に遷移金属元素が
分散したシリカガラスが得られるにとどまった。その
上、前記各シリカガラスはド−プ濃度が高くなるに従っ
て紫外線を高効率で吸収するものの、可視光の透過率の
低下とともに紫外線ダメ−ジも受け易くなるという欠点
があった。特にその傾向は遷移金属元素濃度が約1,0
00wtppmを越えると顕著であった。
HIDランプ用バルブ材として使用すると白色失透を起
こしランプの寿命を短いものにした。
本発明者等は紫外線吸収性がよく紫外線ダメ−ジを受け
にくく、しかも可視光の透過率が高いシリカガラスの開
発について鋭意研究を重ねた結果、シリカガラス中に遷
移金属元素をド−プするに際し、アルミニウム元素を共
存させ、さらにOH基濃度を特定の範囲にすることによ
り上記欠点が解決することを見出した。更に前記シリカ
ガラスに特定の仮想温度設定処理を施しその仮想温度を
特定の範囲にすると一層紫外線ダメ−ジが受けにくくな
り、シリカガラスの強度低下およびソラリゼ−ションの
発生が少なくなることを発見した。こうした知見に基づ
いて本発明は完成したものである。すなわち、
透の少ない高圧放電灯バルブ材用シリカガラスを提供す
ることを目的とする。
ソラリゼ−ションや強度低下の少ない高圧放電灯バルブ
材用シリカガラスを提供することを目的とする。
m以下の紫外線の吸収性がよく、かつ可視光透過率が高
い高圧放電灯バルブ材用シリカガラスを提供することを
目的とする。
材用シリカガラスの新規な製造方法を提供することを目
的とする。
明は、遷移金属元素含有量が50〜10,000wtp
pm、アルミニウム元素含有量が50〜10,000w
tppm、OH基濃度が30wtppm以下であること
を特徴とする高圧放電灯バルブ材用シリカガラスおよび
その製造方法に係る。
素としては周期率表の3A、4A、5A、6A、7A、
8および1B族の群から選ばれた少なくとも1種類以上
であり、その含有量は50〜10,000wtppmの
範囲である。特にFe、Ce、Ti、V、Cr、Uの遷
移金属元素が好ましい。これらの遷移金属元素は酸化
物、塩化物、ヨウ化物、硝酸塩または炭酸塩のいずれか
の形態で用いられ、水溶性化合物は水溶液でシリカ原料
と混合され、また非水溶性粉状体はシリカ原料と粉体で
混合される。遷移金属元素の含有量が50wtppm未
満では紫外線吸収性が低い。逆に、10,000wtp
pm以上では可視光の透過率低下が増大したり、耐紫外
線性が大幅に低下する。
化物、硝酸塩または炭酸塩のいずれかの化合物形態で上
記遷移元素の化合物とともにシリカ原料に配合され、透
明ガラス化される。前記アルミニウム元素の配合量は遷
移元素重量の10〜100wt%が好ましい。前記10
wt%未満の配合量では相分離が起り易く、均一に含有
されることがない。また、100wt%を超えると耐白
色失透性が低下してしまう。シリカガラス中のアルミニ
ウム元素の含有量は50〜10,000wtppmであ
る。前記範囲未満では遷移元素の均一分散効果が少な
く、逆に10,000wtppmを越えると可視光の透
過率の急激な低下をきたす。アルミニウムの化合物の配
合方法としては水溶性の化合物であれば水溶液で、非水
溶性粉状体であれば粉体でシリカ原料に混合される。
色失透を起さないためにOH基濃度を30wtppm以
下とする必要がある。
天然石英粉、合成水晶粉、合成クリストバライト粉およ
び合成シリカガラス粉が用いられ、特に気泡の少ない透
明シリカガラスを得るにはα−水晶構造のシリカ粉がよ
い。
制御するには、(i)シリカ粉体原料の溶融前に100
〜200℃で加熱し、さらに約1,100℃での加熱処
理をすることにより脱水する方法、または(ii)四塩
化けい素等の液体原料を使い、酸水素火炎加水分解法に
よりス−ト体を作り、ス−ト体に遷移元素化合物とアル
ミニウム化合物とを水溶液でド−プした後、100〜2
00℃の加熱、さらに500〜1,000℃で加熱処理
し、引き続きこのス−ト体を電気加熱溶融法により透明
ガラス化する方法が採用される。
電気加熱溶融法がよい。四塩化けい素等の液体原料では
酸水素火炎加水分解法やプラズマ火炎溶融法が適切な合
成法である。
リカガラスはその仮想温度が1,400〜1,800℃
である。このシリカガラスを900〜1,300℃で1
0〜100時間加熱する仮想温度設定処理を行うとその
シリカガラスの仮想温度は900℃〜1,300℃とな
り、耐紫外線性が一段と向上する。
mの両面鏡面仕上げ板状体サンプルとしたとき、波長2
00nmの光の透過率を1%以下に、また波長600n
mの可視光の透過率を85%以上とする。したがって、
このシリカガラスで作成したHIDランプは、ランプ周
囲のプラスチックス部材等の劣化がなく、しかもシリカ
ガラス自身の強度低下やソラリゼ−ションがない上、白
色失透が起こらず高圧放電灯の寿命を長いものにした。
容易に、かつ安価に製造される。すなわち、
化合物およびアルミニウムの化合物の粉体または水溶液
を混合し、必要に応じて100〜200℃で乾燥し、さ
らに1,100℃で加熱処理して含有水分量を調整した
のち電気加熱溶融法で透明ガラス化して製造される。前
記のシリカガラスは更に冷却した後900〜1,300
℃で10〜100時間の仮想温度設定処理が施される。
あり、またシリカガラスの物性値は以下に示す測定法で
測定された。
ガラスサンプルを1Torr以下の真空下にて1,00
0℃で10時間以上に加熱処理を行った後に存在するO
H基濃度をいう。
密度、屈折率等の物性値が設定されたと仮想される温度
であり、そのシリカガラスの経る熱履歴により異なる
(R.Bruckner(1970)Journal
of Non−Crystalline Solid
s, Vol.5 p123〜175)。
度法による(D.M.Dodd、D.B.Frase
r、Journal ofApplied Physi
cs、Vol.37(1966)p3911)。
による(A.E.Geissberger、Physi
calReview B、Vol.28、No.6(1
983)p.3266〜3271)。
ンプルは厚さ2mm、両面鏡面研磨仕上げしたものであ
る。
時間純化処理を行い、次いで粒径を10〜100μmに
調整した。このシリカ原料粉に粒径約1〜2μmの酸化
セシウムCeO2または/および酸化チタンTiO2の微
粉体を加えボールミル混合器で均一に混合した。得られ
た混合原料粉に塩化アルミニウムの水溶液を混合し、1
00〜200℃で乾燥したのち、更に1,100℃で1
0時間加熱処理し、混合物中の水分量を調整した。この
シリカガラス原料を1Torr以下の真空中で電気加熱
溶融法により透明ガラス化し、冷却したのち、1,15
0℃で100時間の仮想温度設定処理を行った。含有成
分およびシリカガラスの物性値を測定した。その結果を
表1および図1に示す。
の配合のシリカガラスでチューブを作り、それをアンプ
ルに加工した後、このアンプル内に発光物質を封入し
た。発光物質としてCsおよびNdのヨウ化物を1:3
の割合で混合したものを用い1,100℃、100時間
処理した結果を示す。
ウム元素を含有しないシリカガラスである。得られたシ
リカガラスにはTi、Ceが均一に分散せず、相分離を
起し、かつ着色していた。このシリカガラスの含有成分
および物性値を測定し、その結果を表1および図1に示
す。
で得られ、OH基濃度が30wtppmを超えたシリカ
ガラスである。白色失透が多く現れた。
ラスを製造するとき、アルミニウム元素含有量を極端に
高く4,200wtppmとしたときのシリカガラスで
ある。白色失透が多く現れた。比較例5は実施例1の製
造方法において遷移元素含有量を高くするとともに、ア
ルミニウム元素を併用しないとき得られたシリカガラス
である。白色失透は少ないが、相分離を起した上、着色
さえした。
分および物性値を測定した結果を表1に示す。
う。
少なく紫外線による強度の低下およびソラリゼ−ション
の発生がない上、可視光の透過性が高いシリカガラスで
ある。このシリカガラスで高圧放電灯バルブ材を作成す
るとバルブ材周辺のプラスチックス部材を劣化すること
がなく、またシリカガラス自体のソラリゼーションや白
色失透が少なく寿命の長いランプが得られた。
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】遷移金属元素含有量が50〜10,000
wtppm、アルミニウム元素含有量が50〜10,0
00wtppm、OH基濃度が30wtppm未満、仮
想温度が900〜1,300℃であることを特徴とする
高圧放電灯用シリカガラス。 - 【請求項2】波長200nmの紫外線の透過率が1%以
下、波長600nmの可視光の透過率が80%以上であ
ることを特徴とする請求項1記載の高圧放電灯用シリカ
ガラス。 - 【請求項3】シリカ原料、遷移元素の化合物およびアル
ミニウムの化合物からなる混合物を加熱処理して含有水
分を調節した後、溶融ガラス化し、次いで更に900〜
1,300℃で仮想温度設定処理を行うことを特徴とす
る高圧放電灯用シリカガラスの製造方法。 - 【請求項4】シリカ原料に配合するアルミニウム化合物
のアルミニウム元素重量が遷移元素化合物の遷移元素重
量に対し10〜100wt%であることを特徴とする請
求項3記載の高圧放電灯用シリカガラスの製造方法。 - 【請求項5】シリカ原料がけい素化合物原料を火炎加水
分解法で得られたシリカのス−ト体であることを特徴と
する請求項3記載の高圧放電灯用シリカガラスの製造方
法。 - 【請求項6】シリカ原料が結晶質シリカ粉を高純化処理
したシリカ粉であることを特徴とする請求項3記載の高
圧放電灯用シリカガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18790694A JP3358883B2 (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 高圧放電灯用紫外線吸収可視光透過性シリカガラスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP18790694A JP3358883B2 (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 高圧放電灯用紫外線吸収可視光透過性シリカガラスおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0826764A JPH0826764A (ja) | 1996-01-30 |
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ID=16214278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18790694A Expired - Lifetime JP3358883B2 (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 高圧放電灯用紫外線吸収可視光透過性シリカガラスおよびその製造方法 |
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3582500B2 (ja) * | 2001-05-23 | 2004-10-27 | ウシオ電機株式会社 | 超高圧水銀ランプ |
DE202005004487U1 (de) * | 2004-07-12 | 2005-11-24 | Schott Ag | System zur Hintergrundbeleuchtung von Displays oder Bildschirmen |
JP4501830B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2010-07-14 | ウシオ電機株式会社 | エキシマランプ及び紫外線照射装置 |
-
1994
- 1994-07-19 JP JP18790694A patent/JP3358883B2/ja not_active Expired - Lifetime
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