JP4431718B2 - 本質的に無鉛のガラスおよびそれから作製されたガラス管 - Google Patents
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Description
【発明の分野】
本発明は、本質的に無鉛のガラスに関する。本発明は、本質的に無鉛のガラスから作製されたガラス管にも関する。無鉛ガラスは、電灯の管で特に使用に適した性質を有している。したがって、そのガラスは白熱電球の製造に用いてもよい。
【0002】
【発明の背景】
現在、電灯の製造に用いられているガラス管は、ソーダ石灰ガラスまたは鉛ガラスのいずれかから通常作製されている。鉛ガラスは酸化鉛を含有している。酸化鉛末および溶融酸化鉛の鉛蒸気は、双方とも、環境および人間に有害な危険性のある空気汚染を生じかねない。
酸化鉛は融剤として作用し、ソーダ石灰ガラスより低い軟化点を鉛ガラスにもたらす。この低い軟化点を有しながら、酸化鉛を含有しないことが、電灯用の管を作製する上で用いられるガラスにとり望ましい。
【0003】
電灯生産向けに適したこのようなガラスを作製するため、我々は炭酸リチウムを酸化鉛の代わりに用いた。炭酸リチウムも融剤である。こうして、それはその粘性を下げることでガラスの溶融速度を増加させている。それは、ガラスの低い種(泡)数、低い熱膨張率および高い化学耐久性にもつながる。
酸化セリウムおよび二酸化チタンが本質的に無鉛のガラスと混合されたとき、320nmより短い波長を有する実質的にすべての紫外線(UV)を吸収しうるガラスが作製されうることも、我々は発見した。
【0004】
酸化セリウムは脱色剤および清澄剤として用いられることが知られていた。それはガラス製造で融剤としても作用し、溶融ガラスで種および泡形成を減らすことによりガスを除く上で役立つ。加えて、酸化セリウムの使用は、電気炉で用いられる溶融電極の推定寿命を伸ばすことも報告された。
【0005】
酸化セリウムは、酸化セリウムと化学反応を生じる硝酸ナトリウムの添加により、その性能を補ってもよい。
酸化セリウムの存在は、硝酸ナトリウムの添加または未添加で、可視光スペクトルの吸収を増加させず、320nmより大きな波長における光透過性は電灯の製造業者にとり特に満足しうる。
【0006】
【発明の要旨】
本発明の少くとも1つの好ましい態様の目的は、電灯用の管の製造に適した本質的に無鉛のガラスの供給である。
本発明の少くとも好ましい態様の別な目的は、このような本質的に無鉛のガラス管である。これは、鉛ガラスに存在する潜在的に有害な酸化鉛を置き換えることにより達成される。
本発明の少くとも好ましい態様の別な目的は、320nmより短い波長を有する実質的にすべてのUV光を吸収し、その一方で、好ましくは、可視光の透過効率を高めた、本質的に無鉛のガラスを提供することである。これらの特徴も、電灯の製造に用いられるガラス管で望ましい。
【0007】
第一面において、本発明は、広義では、以下を含んでなる本質的に無鉛のガラスにある:
化合物 割 合
Li2O 1.0‐3.0
CeO2 0.1‐0.3
TiO2 0.05‐0.15
無鉛ガラスは典型的には65.0〜75.0%のSiO2を含む。それは下記のうち1種以上、好ましくは全部を含有している:2.0〜4.0%のAl2O3、1.0〜3.0%のB2O3、3.0〜5.0%のBaO、全部で6.0〜9.0%のMgOおよび/またはCaO、6.0〜9.0%のNa2O、3.0〜5.0%のK2O、1.0〜3.0%のLi2O、0.1〜0.3%のCeO2、場合により約0.01%のFe2O3および0.05〜0.15%のTiO2
【0008】
第二面において、本発明は、広義では、上記のような本質的に無鉛のガラスから作製されたガラス管にある。
第三面において、本発明は、広義では、上記のような本質的に無鉛のガラスから作製された管(その用語は“球”を含む)を有する電灯にある。
明細書において、別記されないかぎり、パーセンテージは重量による。
【0009】
【発明の説明】
本発明は、一般的に酸化鉛の望ましい性質をできるだけ多く保持しながら、鉛ガラスに含有された酸化鉛に代わる物質を見いだすつもりで、本発明者により行われた事例研究から生じた。同時に、本発明者は人間の目に有害なUV光に対するガラスの吸収をできるだけ改善しようと考えた。
【0010】
本発明者は、ソーダ石灰および鉛ガラスから作製されたガラス管の生産に取り組んだ。本発明者は、ガラスで酸化ナトリウム(Na2O)および酸化カリウム(K2O)を各々形成するソーダ灰および炭酸カリウムの割合が、ガラスの膨張率またはアルファ(α)値に影響を与える主要ファクターであることを発見した。したがって、本発明の本質的に無鉛のガラスの場合では、鉛ガラスの場合に近いアルファ値を有することが望まれた。7.5〜9.5%の酸化ナトリウム(Na2O)含有率および3.5〜5.0%の酸化カリウム(K2O)含有率を有するガラスの場合には、約(93.0〜95.0)×10−7/℃のアルファ値範囲が得られた。ガラスの熱膨張の程度は、その温度耐久性と関連している。これは電灯の管向けのガラスの使用とかかわる。
【0011】
ガラスの軟化点を考慮することも必要であり、これはガラスの最も重要な性質の1つだからである。酸化鉛(PbO)分をもたらすためにリサージを含有した鉛ガラスの場合には、ガラスの軟化点はソーダ石灰ガラスの場合より低い。ソーダ石灰ガラスの軟化点が通常690〜700℃の範囲であり、鉛ガラスの軟化点が通常610〜620℃の範囲であることを、本発明者は見いだした。
【0012】
したがって、リサージの代わりに、我々は酸化リチウム形成物質を用いた。特に、我々は、鉛ガラスの場合より高いが、ソーダ石灰ガラスの場合ほどではない軟化点を有したガラスを作製するために、他の原料との混合物中で酸化リチウム(Li2O)を形成する、1.5%の炭酸リチウム(Li2CO3)を用いた。
【0013】
加えて、我々は、改善された光透過性を有するガラスを生産するために、0.20〜0.25%の酸化セリウム(CeO2)および二酸化チタン(TiO2)をガラス混合物中に混ぜた;それは、少くとも通常の、好ましくは改善された可視光の透過性を有しながら、320nmより短い波長での良い吸収率を意味する。通常、二酸化チタン(TiO2)はその混合物中の不純物であり、混合物中に不純物として既に存在する程度に応じて、0〜0.01%のみで混合物へ加えることが必要とされた。
【0014】
以下では、本発明の一部の例を記載している。それらは本発明の研究を実証するために示されているだけであり、広く請求されているように、本発明の範囲を制限するためのものではない。
【0015】
例1
本質的に無鉛のガラス向けの原料混合物は、下記のとおりであった:
化合物 パーセンテージ
SiO2 68.67
Al2O3 3.00
B2O3 2.00
BaO 4.00
MgO+CaO 8.00
Na2O3 7.60
K2O 5.00
Li2O 1.50
CeO2 0.20
Fe2O3 0.02
TiO2 0.01
【0016】
これらパーセンテージの化合物を得るために、我々は溶融ガラス法で用いられる原料を下記のように計算した:
砂 68.85
ソーダ灰デンス 10.80
アルミナ 2.97
炭酸カリウム 7.36
ドロマイト 15.18
炭酸バリウム 5.24
炭酸リチウム 3.73
硝酸ナトリウム 1.00
酸化セリウム 0.20
ホウ砂五水和物 4.12
【0017】
ガラスを本質的に無鉛とした後で、我々がその物理的性質を調べたところ、それが92.0×10−7/℃のアルファ(α)値および690℃の軟化点を有することがわかった。この例では、アルファ値は鉛ガラスの場合より低いが、軟化点は鉛ガラスの場合より高く、ソーダ石灰ガラスの場合に近かった。
したがって、我々は下記例で酸化リチウムの量を1.50%から2.70%へ変えることで軟化点を下げるように、ケミカル・バランスを調整した。
【0018】
例2
化合物 パーセンテージ
SiO2 68.78
Al2O3 3.00
B2O3 2.00
BaO 4.00
MgO+CaO 7.80
Na2O 7.30
K2O 4.00
Li2O 2.70
CeO2 0.20
Fe2O 0.01
TiO2 0.01
【0019】
これらパーセンテージの化合物を得るために、我々は溶融ガラス法を行う前に必要な物質の割合を下記のように計算した:
砂 69.00
ソーダ灰デンス 10.31
アルミナ 2.98
炭酸カリウム 5.88
ドロマイト 15.19
炭酸バリウム 5.24
炭酸リチウム 6.73
硝酸ナトリウム 1.00
酸化セリウム 0.20
ホウ砂五水和物 4.12
【0020】
ガラスを本質的に無鉛とした後で、我々がその物理的性質を調べたところ、そのアルファ(α)値が95.4×10−7/℃およびその軟化点値が656℃とわかった。
例2では、アルファ値が例1の場合より高く、軟化点が低かった。我々は続いて例2の透過性を調べた。判明した結果は、UV光の透過率が320nmより短い波長では実質的にゼロであり、それより長い波長では高まった。人間の目に見えるようになる波長では、透過率は約48.29%へ上昇した(図1)。
したがって、工業ランプ生産業で最高の有用性をもたせるために、我々は本質的に無鉛のガラスへ0.10%の二酸化チタン(TiO2)を加えた。我々は、これが350nmの波長で可視光の透過率を高め、透過率が67.64%であることを見いだした(図2)。
【0021】
これから、本発明の少くとも1つの好ましい態様において、本質的に無鉛のガラスの生産に用いられる最も適切な化学割合は下記のとおりである、と本発明者は結論づけた:
化合物 パーセンテージ
SiO2 68.89
Al2O3 3.00
B2O3 2.00
BaO 4.00
MgO+CaO 7.80
Na2O 7.80
K2O 4.00
Li2O 2.20
CeO2 0.20
Fe2O3 (0.01)
TiO2 0.10
【0022】
上記表において、Fe2O3のパーセンテージは原料中に含有された不純物のレベルを表わす。本質的にすべてのFe2O3を除去することにより、本質的に無鉛のガラスのいかなる性質へも大きな影響を有しないことがわかった。
このガラスの物理的性質を調べたところ、(94.5±0.5)×10−7/℃のアルファ(α)値および660±5℃の軟化点を有することがわかった。
【0023】
図3は温度に対してガラスの伸び率/minをプロットしたグラフであり、ガラスの軟化点値を求められる。1.0nmの伸び率の場合、軟化点は660℃と示されている。
本質的に無鉛のガラスの他の性質の試験から、我々はその密度が2.54±0.01g/ccとわかった。この密度値はソーダ石灰と鉛ガラスとの間の密度値である。
【0024】
我々は上記例で最も簡単な実験例を意図的に記載した。既に述べたように、これらの例は本発明を説明するためにあり、本発明の請求範囲を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】0.01%の二酸化チタン(TiO2)を含有する本質的に無鉛のガラスで、様々な波長における光透過性を示したグラフである。
【図2】0.10%の二酸化チタン(TiO2)を含有する本質的に無鉛のガラスで、様々な波長における光透過性を示したグラフである。
【図3】様々な温度における伸び率/minを示した柔軟性または軟化点のグラフである。
Claims (7)
- 重量%基準で、以下の化合物:
SiO2 65.0‐75.0%
Al2O3 2.0‐4.0%
B2O3 1.0‐3.0%
BaO 3.0‐5.0%
MgO+CaO 6.0‐9.0%
Na2O 6.0‐9.0%
K2O 3.0‐5.0%
Li2O 1.0‐3.0%
CeO2 0.1‐0.3%
Fe2O3 0‐0.01%
TiO2 0.05‐0.15%
からなる、本質的に無鉛のガラス。 - 請求項1に記載された本質的に無鉛のガラスから作製された管。
- 請求項1に記載された本質的に無鉛のガラスから作製された管を有する電灯。
- ガラスが、620〜690℃の間の軟化点を有している、請求項1に記載の本質的に無鉛のガラス。
- ガラスが、320nmより短い波長で、本質的にゼロのUV透過性を有している、請求項1に記載の本質的に無鉛のガラス。
- 請求項1、4および5のいずれか一項に記載された本質的に無鉛のガラスから作製された管。
- 請求項1、4および5のいずれか一項に記載された本質的に無鉛のガラスから作製された管を有する電灯。
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