JP3666609B2

JP3666609B2 - 電灯用ガラス組成物

Info

Publication number: JP3666609B2
Application number: JP18338095A
Authority: JP
Inventors: 幸男高木
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JPH0912332A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種の照明用機器、例えば蛍光灯、白熱電球、小型豆球等に使用される電灯用ガラス組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に照明用機器に使用されるガラスは、管球部とステム部に大別される。従来より管球部の材質としてはソーダライムガラスが使用されているが、ステム部の材質としては、複雑な形状に加工できることやリーク電流を発生させないことが要求されることから、優れた加工性と高い電気抵抗を有する鉛ガラスが使用されている。
【０００３】
この種の鉛ガラスには、通常、２０〜３０重量％のＰｂＯが含まれているが、鉛成分は、劇物指定されている有害物質であり、ガラスの溶融工程や加工工程において揮発したり、原料から飛散したり、ガラスカレットから溶出することによって環境汚染の原因となりやすいため、近年では公的規制の対象物質となっている。
【０００４】
このような事情から、従来より照明用機器のステム部に使用されている鉛ガラスの代替品として、ＰｂＯに代えて多量のＢａＯ成分を含有させたバリウムシリケートガラスが知られている。例えば特開平６−２０６７３７号公報には、ＰｂＯを含有せず、その代わりにＢａＯを７〜１１重量％含有することによって、所望の加工性と高い電気抵抗を有するバリウムシリケートガラスが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで照明用機器のステム部に使用されるガラスを得るためには、ガラスを管状に成形する必要がある。ガラスを管状に成形する方法としては、従来より各種の方法が知られているが、生産効率や寸法精度を考慮すると、ダンナー法が最も優れた方法である。この方法は、スリーブと呼ばれる中空円筒状のアルミナ質耐火物の外周面に溶融ガラスを巻き付け、スリーブ先端からエアーを出しながらガラスを引っ張ることによって管状に成形する方法であり、エアー量とガラスの引っ張り速度を調整することにによって、種々の外径や肉厚を有するガラス管を製造することが可能である。
【０００６】
しかしながらダンナー法によって上記したようなバリウムシリケートガラスを管状に成形すると、ガラス中のＳｉＯ₂ 成分やＢａＯ成分と、スリーブ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 成分が反応しやすく、その結果、バリウム長石と呼ばれるＢａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系の失透物が生成し、ガラス製品中に混入することになる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ダンナー法によって管ガラスを成形する場合でも、スリーブとの界面で失透物が生成し難く、またＰｂＯを含まないため、環境汚染の問題が発生せず、しかも優れた溶融加工性、電気抵抗および耐水性を有する電灯用ガラス組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電灯用ガラス組成物は、重量百分率で、ＳｉＯ₂ ６０〜７５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜５％、ＢａＯ０〜３．５％、ＳｒＯ１〜１２％、ＣａＯ０〜５％、ＭｇＯ０〜５％、Ｎａ₂ Ｏ３〜１０％、Ｋ₂ Ｏ５〜１１％、Ｌｉ₂ Ｏ０〜３％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０〜２．０％の組成を有することを特徴とし、より好ましくは、重量百分率で、ＳｉＯ₂ ６２〜７４％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜５％、ＢａＯ０．３〜３．５％、ＳｒＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜４％、ＭｇＯ０〜４％、Ｎａ₂ Ｏ３〜７％、Ｋ₂ Ｏ５〜１０％、Ｌｉ₂ Ｏ０〜３％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０〜１．８％の組成を有することを特徴とし、さらに好ましくは、重量百分率で、Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ＋Ｌｉ₂ Ｏ＞ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＣａＯ＋ＭｇＯであり、且つ、Ｋ₂ Ｏ＞Ｎａ₂ Ｏであることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の電灯用ガラス組成物の構成を上記のように限定した理由は、次のとおりである。
【００１０】
ＳｉＯ₂ は、ガラス形成酸化物であり、その含有量は、６０〜７５％、好ましくは６２〜７４％である。６０％より少ないと、ガラスの電気抵抗、加工性および耐水性が低下し、７５％より多いと、ガラスの溶融、加工が困難となる。
【００１１】
Ａｌ₂ Ｏ₃ は、ダンナー法によるガラス成形時の失透を抑えると共に耐水性を向上させる作用を有しており、その含有量は、１〜５％である。１％より少ないと、上記の作用が得られ難くなり、５％より多いと、ガラスの溶融が困難となる。
【００１２】
ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯおよびＭｇＯといったアルカリ土類金属酸化物（以下、ＲＯという）は、いずれもＰｂＯに近い性質を有し、ガラスに優れた加工性と高い電気抵抗を付与する成分である。
【００１３】
ＢａＯの含有量は、０〜３．５％、好ましくは、０．３〜３．５％である。ＢａＯ量が多くなるほど、ガラス中にバリウム長石が生成しやすくなるため、３．５％までに抑える必要があるが、ＢａＯは、ＲＯの中でも、最もＰｂＯに近い性質を有する成分であり、鉛ガラスと同等の特性を得るためには、０．３％以上含有させることが好ましい。
【００１４】
ＳｒＯは、ＢａＯとほぼ同程度の電気的特性を有する成分であり、その含有量は１〜１２％、好ましくは３〜１０％である。１％より少ないと、所望の電気抵抗が得られ難くなり、１２％より多いと、溶融ガラス中にＳｒＯ−ＳｉＯ₂ 系の失透物が生成しやすくなると共に原料コストが上昇するため好ましくない。
【００１５】
このようにＢａＯとＳｒＯを多量に含有させると、失透物が生成しやすくなるが、これらの成分の一部をＣａＯやＭｇＯと置換することによって、失透物の生成を抑えることができる。ＣａＯとＭｇＯの含有量は、各々０〜５％、好ましくは０〜４％である。ＣａＯとＭｇＯは、使用原料の選択を工夫することによって大きなコストメリットも有しているが、各々５％より多いと、ガラス自体の失透や、スリーブ界面での失透が起こりやすくなるため好ましくない。
【００１６】
Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ ＯおよびＬｉ₂ Ｏといったアルカリ金属酸化物（以下、Ｒ₂ Ｏという）は、ガラスの高温、低温粘性を著しく下げ、溶融加工性を向上させると共に、ガラスの膨張係数を、管球部に使用されるソーダライムガラスの膨張係数に近似するように調整するための成分である。
【００１７】
このような特性を得るための最も効果的な成分は、Ｌｉ₂ Ｏであるが、原料コストが非常に高いという問題がある。
【００１８】
またＮａ₂ ＯとＫ₂ Ｏは、単独では電気抵抗を低下させるが、両者を混合することによって、電気抵抗を大幅に上げる効果が得られる。この効果は、アルカリ混合効果と呼ばれるが、特にＫ₂ Ｏ＞Ｎａ₂ Ｏにすると効果が大きくなる。
【００１９】
さらにＲ₂ Ｏが多くなるほど、耐水性が低下し、ガラスの保管中に、その表面が白濁する、所謂ソーダ吹きと呼ばれる現象が起こりやすくなり、特にＮａ₂ Ｏ量が多いほど、この現象が顕著に現れやすいため、多量に含有させることは避けなければならない。
【００２０】
Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ ＯおよびＬｉ₂ Ｏの含有量は、上記の作用効果を配慮して決定されたものであり、Ｎａ₂ Ｏの含有量は、３〜１０％、好ましくは３〜７％である。３％より少ないと、ガラスの溶融、加工粘度が上がり、１０％より多いと、アルカリ混合効果が得られ難くなり、また膨張係数が高くなりすぎ、しかもソーダ吹きが起こりやすくなる。またＫ₂ Ｏの含有量は、５〜１１％、好ましくは５〜１０％である。５％より少ないと、アルカリ混合効果が得られ難くなり、１１％より多いと、溶融ガラス内にカリ長石の失透物が生成しやすくなると共に膨張係数が高くなりすぎるため好ましくない。さらにＬｉ₂ Ｏの含有量は、０〜３％である。３％より多いと、膨張係数が高くなりすぎると共に、原料コストが上昇するため好ましくない。
【００２１】
また本発明においては、上記した理由からＲＯ成分の上限を定めているが、Ｒ₂ Ｏ量をＲＯ量よりも多くすると、溶融加工性が向上しやすくなるため好ましい。
【００２２】
Ｂ₂ Ｏ₃ は、ガラスの電気抵抗をほとんど変化させることなく、溶融加工性と耐水性を向上させる作用を有しており、その含有量は、０〜２．０％、好ましくは０〜１．８％である。２．０％より多いと、溶融時における揮発が多くなり、溶融窯の耐火レンガが侵食されやすくなると共に原料コストが上昇するため好ましくない。
【００２３】
また本発明においては、上記成分以外にも所期の特性を損なわない限り、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、Ａｓ₂ Ｏ₃ 、Ｆ、ＳＯ₃ 、Ｃｌといった清澄剤、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等の着色剤、ＴｉＯ₂ やＣｅＯ₂ といったソラリゼーション防止剤、Ｐ₂ Ｏ₅ 等の失透抑制剤、還元剤等を添加することが可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の電灯用ガラス組成物を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜９）および比較例（試料Ｎｏ．１０〜１４）を示すものである。尚、Ｎｏ．１４の試料は、従来から照明用機器のステム部に使用されている鉛ガラスの例を示すものである。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
表１、２の各試料は、次のようにして作製した。
【００２９】
まず表中の組成となるようにガラス原料を調合し、Ｐｔ−Ｒｈ製ルツボに入れた後、これをＳｉＣ製発熱体式箱型電気炉に入れて加熱溶融した。尚、溶融の途中で、ガラスを均質化するためＰｔ製棒で攪拌した。次いで溶融ガラスをカーボン板上に流し出した後、放冷させた。
【００３０】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜９の各試料は、膨張係数が９３．８〜９５．２×１０^-7／℃と、ソーダライムガラスのそれに近似しており、また軟化温度、作業温度および溶融温度が低く、溶融加工性に優れていた。さらに耐火物テストの結果は、いずれも良好であり、また電気抵抗値が高く、しかもアルカリ溶出量が少なかった。
【００３１】
一方、比較例であるＮｏ．１０の試料は、耐火物テストの結果が悪く、またＮｏ．１１の試料は、電気抵抗値が低く、さらにＮｏ．１２の試料は、膨張係数が高すぎるため、ソーダライムガラスと良好に封着することが困難であり、しかも電気抵抗値が低く、且つ、アルカリ溶出量が多かった。またＮｏ．１３の試料は、耐火物テストの結果が悪く、さらに試料Ｎｏ．１４は、いずれの特性も良好であるが、多量のＰｂＯを含有するため、環境を汚染しやすいという問題を有している。
【００３２】
尚、表中の膨張係数は、３０〜３８０℃における平均線膨張係数を示すものであり、ディラトメーターを用いて測定した。
【００３３】
また軟化温度は、１０^7.6 ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度であり、ガラスが流動性を失う温度の目安となる。作業温度は、１０⁴ ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度であり、ガラスを成形する温度の目安となる。溶融温度は、１０² ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度であり、ガラスを溶融する温度の目安となる。これらの温度は、低いほど好ましい。
【００３４】
耐火物テストは、ガラスをアルミナ質耐火物に接触させた状態で、温度勾配炉に入れて熱処理を行い、ガラス中に生成する失透物の量を目視で観察したものである。ガラス中に失透物が生成しなかったものを◎、わずかに失透物が生成したが、ステム用ガラスとして使用可能なものを○、多量に失透物が生成し、ステム用ガラスとして使用できないものを×とした。
【００３５】
アルカリ溶出量は、ＪＩＳＲ３５０２に基づいて測定したものであり、この値が低いほど耐水性が良好である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の電灯用ガラス組成物は、ダンナー法によって管ガラスを成形する場合でも、スリーブとの界面で失透物が生成し難く、またＰｂＯを含まないため、環境汚染の問題が発生せず、しかも優れた溶融加工性、電気抵抗および耐水性を有するため、ステム用ガラスとして好適である。

Claims

重量百分率で、ＳｉＯ₂ ６０〜７５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜５％、ＢａＯ０〜３．５％、ＳｒＯ１〜１２％、ＣａＯ０〜５％、ＭｇＯ０〜５％、Ｎａ₂ Ｏ３〜１０％、Ｋ₂ Ｏ５〜１１％、Ｌｉ₂ Ｏ０〜３％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０〜２．０％の組成を有することを特徴とする電灯用ガラス組成物。
重量百分率で、ＳｉＯ₂ ６２〜７４％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜５％、ＢａＯ０．３〜３．５％、ＳｒＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜４％、ＭｇＯ０〜４％、Ｎａ₂ Ｏ３〜７％、Ｋ₂ Ｏ５〜１０％、Ｌｉ₂ Ｏ０〜３％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０〜１．８％の組成を有することを特徴とする請求項１の電灯用ガラス組成物。
重量百分率で、Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ＋Ｌｉ₂ Ｏ＞ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＣａＯ＋ＭｇＯであり、且つ、Ｋ₂ Ｏ＞Ｎａ₂ Ｏであることを特徴とする請求項１および２の電灯用ガラス組成物。