JP4040684B2 - 蛍光ランプの使用に好適なガラス組成物、前記組成物のガラスから製造されるランプ容器及び前記組成物のガラスランプ容器を具える蛍光ランプ - Google Patents

Description

本発明は、ランプ容器に使用するガラス組成に関するものであり、この組成は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化バリウム及び少なくとも２種類のアルカリ金属の酸化物を含む。
本発明は又、このような組成から製造され、密封されてシールされたガラスランプの容器を含む蛍光ランプに関するものでもある。
蛍光ランプのランプ容器は、通常は安価なソーダ石灰ガラス形式のガラスから製造される。ランプ容器は、バルブ或いは管の形状とすることができる。管状のランプ容器を直線状とすることもでき、或いは例えばＵ型からせん状になるように曲げることもできる。ランプ容器には、いわゆるブリッジにより互いに連結される相当数の平行で真っ直ぐな管を設けることもできる。ランプ容器は、電流供給導電体の通ることができる２個のいわゆるガラスのステムを含む。ガラス内にナトリウムが存在すると、ガラスの成形及び処理に好適な影響を与え、ナトリウムがガラスの粘性を低下させるが、ナトリウムは又ランプに相当の欠点を引き起こす。
その欠点の１つは、ガラス内のナトリウムにより蛍光ランプのメンテナンスに悪影響を及ぼすことである。メンテナンスという言葉は、この状況下では、点灯中にランプのルーメンで表した光出力が時間と共にほとんど低下しない事を意味するものと理解されたい。理想的な場合には、例えば５０００時間点灯した後でも、ランプの光出力は、点灯時間０時間の場合の光出力に等しい。光出力の減少は、蛍光体（蛍光粉末）がガラス内のナトリウムにより害されるという事実に帰することができると考えられる。
又ガラス内に存在するナトリウムは、ランプ容器に満たされている水銀蒸気に反応し、これによりアマルガムを形成する。この現象は、ランプ容器による水銀の消費を伴う。更に、この効果は目に見えるものであるが、その理由はこれによりランプが黒或いは灰色となり、その結果前記ランプ容器の光放射に悪影響を与えるからである。ガラス内のナトリウムと互いに悪影響を及ぼし合うことを防止するために、ランプ容器の内表面に、例えばＹ₂Ｏ₃の保護コーティングを設けることができる。しかしながら、これには更なる処理段階が必要となってしまう。更に、溶融−シーリング中にはこのコーティングは、ブリッジの位置及びステムの位置では消失する。それ故に、蛍光ランプのランプ容器に少量のナトリウムを有するガラスを使用することが好適である。
米国特許明細書第４６６６８７１号には、蛍光ランプに使用する少量のナトリウムを有するガラスについての記載がある。この既知のガラスは、Ｎａ₂Ｏを０乃至２ｍｏｌ％（０乃至１．３ｗｔ．％）含んでいる。しかしながら、この既知のガラスは多数の欠点を有する。
上記米国特許明細書中の実施例によれば、前記既知のガラスに、高価な原材料である多量（ほぼ３０ｗｔ．％）のＢａＯを含ませる。更に、この組成により液相線温度（Ｔ_liq）の上昇をもたらし、従ってガラスの結晶化傾向をかなり増大させる。
既知のガラスのもう１つの重要な欠点は、このガラスからガラス管材料及びガラス容器を製造することが困難なことであるが、その理由は、このガラスの動作範囲（Ｗ．Ｒ．）が狭く、このガラスのＴ_liqが高いからである。Ｗ．Ｒ．は、ガラスの作動温度（Ｔ_WORK）と軟化温度（Ｔ_soft）との間の差を意味すると理解されたい。幅の広いＷ．Ｒ．即ちすくなくとも３００℃でガラス管材料及びランプ容器を製造することが望ましい。既知のガラスのＷ．Ｒ．はより著しく狭い。
既知のガラスに５ｍｏｌ％に達するＰｂＯを含ませることができる。ＰｂＯを使用する際の欠点は、その有毒性にある。鉛ガラスを準備する際には、ＰｂＯを微細粒及び蒸気による雰囲気内に放出し、これにより環境及びオペレイタに対して有害となる。又、鉛ガラスが加熱作業、例えば曲げ、成形及び溶融シーリングにかけられた場合、ＰｂＯが放出される。ＰｂＯの他の欠点は、原材料が高価であること、及び鉛含有ガラスの管材料の加熱作業の間にＰｂＯが蒸発し、次いで蛍光粉末上に凝縮することによりもたらされる蛍光ランプの光出力の低下である。
本発明の目的は、ランプ容器に使用でき、ナトリウムを含んでいないか或いは含んでいても極く少量であり、上述の欠点のないガラス組成を、特に、提供することにある。現存する炉内でガラスを溶解できなくてはならず、ガラスは特にガラス管材料従ってランプ容器を形成するには容易に処理可能でなくてはならない。このガラスはＰｂＯや他の揮発性物質、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃及びＦのような有毒或いは腐食性の成分を含んではならない。既知のガラスとは異なり、本発明のガラスは好適にはＢ₂Ｏ₃とＺｒＯ₂を含まない。Ｂ₂Ｏ₃が不利である理由は、高価且つガラスの炉の耐火材料に対して攻撃的な関係にあるからである。ＺｒＯ₂はガラスの溶融性に悪影響を及ぼす。この物理的な特性は、通常使用されるナトリウムを含むガラスの特性に適合しなければならない。
本発明の他目的は、ランプ容器、特にはこのようなガラス組成により成る管状のランプ容器を有する水銀蒸気蛍光ランプを提供することにあり、このランプはこのようなランプ組成から作られ、ランプの点灯中は良好なメンテナンスを有し、即ち光出力は時間と共には殆ど低下しない。
本発明によれば、これらの目的は、ガラス組成に、重量％で示した以下の重要な成分を設けることにより達成される。

このガラスは、ナトリウムを少量含み、好適な溶融及び処理特性を有するが、これらについては、後述する。このガラス組成は、ガラス管材料に引き抜き形成するのに又蛍光ランプのランプ容器として使用するのには非常に好適であり、特にはコンパクトな蛍光ランプ（ＣＦＬ）の管状ランプ容器に使用することに非常に好適であって、このランプ容器における管壁負荷は、ランプ容器の直径がより小さいことにより、「ＴＬ」ランプ（通常の直線状管状蛍光ランプ）における管壁負荷よりも高い。又このガラスを、ＱＬランプのような蛍光ランプのバルブ状ランプ容器の製造に使用するのが好適である。又好適にはこのガラスを、ステムのようなランプ容器の他の部材の製造に使用してもよい。ランプ容器のガラスはＮａ₂Ｏを含まないか或いは殆ど含まないので、ランプの水銀消費量がより少なくなる。その結果、蛍光ランプに添加された水銀の量をナトリウムを含む従来のランプ容器を含むランプよりも少なくすることができ、これにより環境に相当良好な影響を与える。
このガラス組成には上述した有害な成分ＰｂＯ、Ｆ、Ａｓ₂Ｏ₃及びＳｂ₂Ｏ₃は含まない。ＢａＯは高価であるので、比較的少量しか含ませない。
本発明によるガラスのＳｉＯ₂の含有量は、５５乃至７０ｗｔ．％に制限されている。他の組成と組み合わせて、前記ＳｉＯ₂の含有量により容易に溶融可能なガラスが得られる。ＳｉＯ₂は、ネットワーク形成剤として作用する。ＳｉＯ₂が５５wt％未満の場合には、ガラスの結合及び化学的耐久性が低下する。７０ｗｔ％を超えるＳｉＯ₂の含量は、ガラス化処理を妨げ、高すぎる粘度の原因となり及び表面の晶化のリスクを増大する。
Ａｌ₂Ｏ₃は、化学的な耐久性及びガラスの耐候性が改良する。Ａｌ₂Ｏ₃が２％未満では、この効果は非常に小さく、ガラスの晶化傾向が増大してしまう。Ａｌ₂Ｏ₃が６％を超えると、ガラスの粘性及び軟化温度（Ｔ_soft）が急激に上昇し、これによりガラスの処理性に悪影響を及ぼしてしまう。
アルカリ金属の酸化物Ｌｉ₂Ｏ及びＫ₂Ｏを流動作用剤として使用すると、ガラスの粘性が低下する。これら両アルカリ金属の酸化物が上述の組成に使用される場合には、結果として混合されたアルカリの効果により電気抵抗が大きくなり、Ｔ_liqが低下する。更に、主にアルカリ金属の酸化物によりガラスの膨張係数αが決定される。これは重要であるが、その理由は、ガラスに応力が働かないように、例えばステムガラス及び／又は銅メッキされた鉄／ニッケルワイヤでできた電流供給導電体にガラスを融合できなければならないからである。アルカリ金属酸化物の含有量が上述した制限を下回る場合には、ガラスは非常に低いα値を有し、Ｔ_softは非常に高くなる。上述の制限を上回っても、前記α値は、著しく高くなる。Ｌｉ₂ＯはＫ₂ＯよりもＴ_softを著しく低下させ、このＴ_softの著しい低下は、幅の広いＷ．Ｒ．（＝Ｔ_work−Ｔ_soft）を得るには望ましい。Ｌｉ₂Ｏの含有量を著しく高くすると、Ｔ_liqが著しく上昇する。更に、Ｌｉ₂Ｏは高価な素材であるので、又経済学的な見地からは、Ｌｉ₂Ｏの含有量は制限される。
このガラスは組成に、最大０．１ｗｔ％．のＮａ₂Ｏを含んでいる。Ｎａ₂Ｏの含有量をより高くすることにより、蛍光ランプのメンテナンスが低下し、又水銀の吸収が増大してしまう。
ＢａＯは、ガラスの電気的な抵抗を増加させ、Ｔ_softが低下するという好適な特性を有する。ＢａＯが７ｗｔ．％より低ければ、溶融温度（Ｔ_melt）、Ｔ_soft及び作動温度（Ｔ_WORK）が著しく上昇する。１０ｗｔ．％より高ければ、液相線温度（Ｔ_liq）及び従って晶化傾向が著しく増大してしまう。
アルカリ土類金属の酸化物ＳｒＯ、ＭｇＯ及びＣａＯは、Ｔ_meltを降下させるという好適な特性を有する。ＢａＯに前記３つのアルカリ土類金属を組み合わせることにより、Ｔ_liqの最小値が得られる。ＳｒＯが４ｗｔ％以下であれば、Ｔ_liqは急激に上昇する。
上述の限界を超えると、Ｔ_soft及びＴ_liqは、急激に上昇してしまう。本発明のガラスは、好適なＴ_liq（ほぼ９２０℃）を有し、従ってガラスを製造する際及びガラス管材料をこのガラスから引き抜き形成する際には晶化する傾向がほとんど見られない。少なくとも３００℃の幅広いＷ．Ｒ．で、低Ｔ_softがＴ_soft＜７００℃であるＷ．Ｒ．により、ガラスは例えばダンナ処理によりいかなる問題をも抱えずに成形されて管となる。
本発明によるガラス組成は、ＢａＳＯ₄により精製でき、その結果ガラスはＳＯ₃を０．２ｗｔ．％迄含むことが可能である。ガラスは最大０．０５ｗｔ．％のＦｅ₂Ｏ₃の形態を取る不純物を更に含むことが可能であり、これは原材料の使用から生じる。
必要な場合には、ＣｅＯ₂が０．５ｗｔ．％までガラスに添加され、不所望な紫外線放射を吸収する。
米国特許明細書第ＵＳ−５４７０８０５号では、蛍光ランプのランプ容器用のガラス組成に関するある記載が与えられているが、このガラス組成には５乃至９ｗｔ．％のＮａ₂Ｏが含まれることに注意されたい。ランプの満足のいくメンテナンスを達成し及び水銀の吸収を抑制する為には、ランプ容器の内表面に例えばＹ₂Ｏ₃の保護コーティングを形成しなければならない。本発明のガラス組成の場合には、このようなコーティング従って処理工程は余分である。
本発明の上述の及び他の態様を、以下に記載する実施例により明らかにすると共に詳細に説明する。
図面において、
図１は、蛍光ランプの断面図を図式的に示したものであり、
図２は、コンパクトな蛍光ランプの正面図を示したものである。
下記の表の第２列に示した本発明によるガラス組成物を溶融する。この溶融処理は、１４５０℃でガスを燃焼させる溶融炉の白金るつぼ内で成される。スタート材料としては、クウォーツサンド、スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ．Ａｌ₂Ｏ₃．４ＳｉＯ₂）、ドロマイト（ＣａＣＯ₃．ＭｇＣＯ₃）及びＬｉ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａの炭酸塩を使用する。清澄剤としてはＢａＳＯ₄を使用する。溶解及び他の処理中には、特別な問題は生じない。比較のために、表には、米国特許明細書第４６６６８７１号によるナトリウムを少量有するガラスの実施例を示す。

この表内の記号の意味は下記の通りである。
α_25-300は、２５℃乃至３００℃の膨張係数の平均膨張係数である。
Ｔ_strain（℃）は、η（粘性）＝１０^14.5dPa.sであるような歪み点と言われる温度である。
Ｔ_ann（℃）は、η＝１０^13.0dPa.sであるような焼きなまし点と言われる温度である。
Ｔ_soft（℃）は、η＝１０^7.6dPa.sであるような軟化点と言われる温度である。
Ｔ_work（℃）は、η＝１０^4.0dPa.sであるような作動温度と言われる温度である。
Ｔ_melt（℃）は、η＝１０^2.0dPa.sであるような融点と言われる温度である。
ｒｈｏ（ohm.cm）は、比抵抗である。
Ｔ_k100（℃）は、ｒｈｏ＝１０⁸ohm.cmでの温度である。
Ｔ_rbo（℃）は、ｒｈｏ＝１０^6.52ohm.cmでの温度である。
log（rho）₂₅₀は、２５０℃におけるｒｈｏの常用対数である。
log（rho）₃₅₀は、３５０℃におけるｒｈｏの常用対数である。
Ｔ_liq（℃）は、ガラスがもはや晶化しない場合よりも高い温度である。
s.m.（kg/dm³）は、比重である。
Ｗ．Ｒ．（℃）は、作動範囲即ちＴ_work−Ｔ_softである。
本発明によるガラス組成は少量のナトリウムと低いＴ_liqと幅広いＷ．Ｒ．とを有する。この低いＴ_liqにより、ガラスを晶化していない管に引き抜き形成させることが可能である。この幅広いＷ．Ｒ．とこのＴ_softとは、例えばダンナ処理（Dannerprocess）のような成形処理に好適に影響を及ぼす。
図１は、管状のランプ容器１０を有する蛍光ランプを線図的に断面図で示したものであり、この容器は断面においては円形であり、本発明による組成を有するガラスから成る。白熱コイル１３に接続された電流供給ワイヤ１２を、ランプ容器１０の壁を通るように設ける。蛍光粉末（蛍光体）１４の層を、ランプ容器１０の内表面上に形成する。ランプを点弧した後に気化する金属元素である水銀１５は、ランプ容器１０内に存在する。このようなランプをシールする前に、７３０Ｐａの圧力を有するアルゴンで満たす。
１０００時間点灯させた後のランプの光出力（ルーメン）は、点灯期間の始め（０時間）の光出力に比べてたった２％減少しただけであった。５０００時間点灯させた後には、光出力は１０％減少した。それ故に、ランプのメンテナンスは、内部のＹ₂Ｏ₃コーティングを有するランプのメンテナンスと同様である。
図２は、コンパクトな蛍光ランプの正面図である。このランプは、本発明による組成を有するガラスから成る４つの薄い平行なランプ容器１（図には２個のみを示しす）を構成する。これらランプ容器はブリッジ４により互いに連結されている。このランプに、電子回路及びねじ形成されたランプホルダ３を収容するためのランプ基部２を具え、このランプホルダを照明器具にインストールし、このランプホルダを介して主電圧を印加する。管壁負荷が大幅に高くなることにより、この形式のランプにおいてナトリウムを少量含むガラスを使用することが特に有利である。
本発明によるガラスは、（ほとんど）Ｎａ₂Ｏを含んでいない。蛍光ランプのランプ容器にこのタイプのガラスを使用することにより、ナトリウムにより蛍光体を害することが無くなる。更に、アマルガムの形成が阻止される。この両効果により、ランプのメンテナンスが改良され、動作中には、ランプの光出力が時間によっては、緩やかに低下するにすぎない。このタイプのガラスを使用することにより、又ランプの水銀消費ををより抑えることができる。その結果、蛍光ランプに添加された水銀の量は、ナトリウムを含むランプ容器を具えるランプに付加される量よりも少量とすることができ、これは環境には大幅に良い影響を与える。蛍光ランプ内に少量のナトリウムを有するこのようなガラスを使用することにより、例えばＹ₂Ｏ₃の内側保護コーティングが余分となる。このガラスの更なる利点は、このガラスが幅広いＷ．Ｒ．と低いＴ_softと好適なＴ_liqとを有することであり、これによりガラスをいかなる問題もなくガラス管材料にに引き抜き形成することができる。

Claims (4)

1. 二酸化珪素と、酸化アルミニウムと、酸化バリウムと、少なくとも２つのアルカリ金属の酸化物とを有し、ランプ容器の構成部材として使用するガラス組成物において、
   当該ガラス組成物は、重量パーセントで示した場合に、以下の組成物
   ＳｉＯ₂ ５５〜７０
   Ａｌ₂Ｏ₃ ２〜６
   Ｌｉ₂Ｏ ０．５〜４
   Ｎａ₂Ｏ ０．１未満
   Ｋ₂Ｏ １０〜１５
   ＭｇＯ ０〜３
   ＣａＯ ０〜４
   ＳｒＯ ４〜７
   ＢａＯ ７〜１０
   ＣｅＯ₂ ０〜０．５
   ＳＯ ₃ ０〜０．２
   Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ０〜０．０５
   を有し、かつＰｂＯ、Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ 、Ａｓ ₂ Ｏ ₃ 及びＦを有しないことを特徴とするガラス組成物。
2. 請求項１に記載の組成を有するガラスから製造したランプ容器。
3. 請求項２に記載のランプ容器において、当該ランプ容器を管状としたことを特徴とするランプ容器。
4. 気密にシールされたガラスのランプ容器を具え、当該ランプ容器は、電流供給ワイヤに接続されランプの点灯中に放電が生じる電極を収容し、当該ランプ容器は、気体雰囲気で水銀又は水銀の合金で満たされており、この水銀又は水銀の合金がランプの点灯中に少なくとも部分的に蒸発し、前記ランプ容器の内側表面には少なくとも１種類の蛍光体層を含む層が形成されている蛍光ランプにおいて、前記ランプ容器が、請求項１に記載の組成物を有するガラスから作られていることを特徴とする蛍光ランプ。

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