JP5014627B2

JP5014627B2 - ランプ用ガラスの製造方法、ランプ用ガラス、およびランプ

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Publication number: JP5014627B2
Application number: JP2005373130A
Authority: JP
Inventors: 亮介澤; とも子安宅; 望橋本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007169136A

Description

本発明は、ランプ用ガラスの製造方法、当該製造方法で製造したランプ用ガラス、および、当該ガラスを用いて製造したランプに関する。

従来より、廃ランプから回収したガラスバルブを、カレット等のリサイクル原料に加工し、ランプ用ガラスの製造に用いることが行われている。
ところが、廃ランプがラピッドスタート形ランプの場合、当該ランプのガラスバルブには酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ：ｎ＜２）を主成分とする透光性導電膜（ネサ膜）が形成されているため、酸化スズがリサイクル原料に混入する問題がある。

酸化スズが混入したリサイクル原料を用いてガラスを製造すると、酸化スズが凝集してなるブツ（析出物）がガラスに発生し、当該ガラスの外観品位が低下する。さらに、ブツの発生したガラスでガラス管を作製すると、管引き工程の際にガラス管が千切れ易い。
そこで、例えば、特許文献１には、ガラスバルブからネサ膜を除去したのちリサイクル原料に加工するガラスの製造方法が開示されている。この方法では、酸化スズがリサイクル原料へ混入することが殆どないため、製造するガラスに酸化スズのブツが発生し難い。

また、特許文献２には、ネサ膜付きガラスバルブに由来するリサイクル原料の混合率を低くして、不足分は他の原料でまかなうガラスの製造方法が開示されている。この方法は、ガラスの酸化スズの含有率を低くすることができるため、酸化スズのブツが発生し難い。
一方、近年、需要の増している高出力のコンパクト形ランプは、比較的管壁負荷が高いためガラスバルブから紫外線が漏れ易く、特に３１３ｎｍの紫外線は漏れ易い。ガラスバルブから紫外線が漏れると、被照明物が紫外線を浴びて褪色或いは強度劣化を起こす。したがって、紫外線遮断性能の高いガラスが必要とされている。

そこで、例えば、特許文献３および４には、紫外線遮断剤としての酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含有させたガラスが開示されている。
特開２００１−３４５０５１号公報特開２００４−５５４０３号公報特開２００２−１３７９３５号公報特許第２５３２０４５号公報

しかし、特許文献１の製造方法は、ガラスバルブからネサ膜を除去する工程が増え製造ラインが複雑化するため、製造コストが高くなる。また、特許文献２の製造方法は、ネサ膜付きガラスバルブからなるリサイクル原料の混合率が低く、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができない。
一方、特許文献３および４のガラスは、酸化セリウムを含有するためソラリゼーション（紫外線の照射を受けてガラスが着色する現象）が起こり易い。そして、ソラリゼーションによる着色は、ガラスの光透過率を低下させる。また、前記ガラスでガラスバルブを作製した場合に、ランプの光束維持率を低下させる。

本発明の目的は、ブツが発生し難く、製造コストが高くなく、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができ、紫外線遮断性能が高く、かつソラリゼーションを起こし難いランプ用ガラスの製造方法を提供することを主たる目的とする。また、本発明の他の目的は、そのような製造方法で製造されるランプ用ガラス、および、当該ガラスを用いて製造されたランプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るランプ用ガラスの製造方法は、酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなくリサイクル原料に加工し、前記リサイクル原料に酸化セリウムおよび調整用原料を、前記リサイクル原料の混合率が３４．９８wt％以上となり、前記酸化セリウムの混合率が０．００５〜０．１wt％となるように混合し、溶融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さらに特定の局面では、前記調整用原料の混合率が３０wt％以上となるように、前記リサイクル原料に前記酸化セリウムおよび前記調整用原料を混合することを特徴とする。
本発明に係るランプ用ガラスは、酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなく加工して得られるリサイクル原料と、酸化セリウムと、調整用原料とを、前記リサイクル原料の混合率が３４．９８wt％以上となり、前記酸化セリウムの混合率が０．００５〜０．１wt％となるように混合し溶融して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を用いて製造され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、酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなくリサイクル原料に加工し、前記リサイクル原料に、酸化セリウムおよび調整用原料を混合し溶融するため、ブツが発生し難く、製造コストが高くなく、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができ、紫外線遮断性能が高く、かつソラリゼーションを起こし難いランプ用ガラスを製造することができる。

まず、ガラスにブツが発生し難い理由を説明する。ブツは、原料溶融時にリサイクル原料に含まれる酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）の一部が金属スズ（Ｓｎ）に化学変化し、当該金属スズ（Ｓｎ）を核として酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）が凝集することによって発生する。しかし、本発明に係るランプ用ガラスの製造方法では、原料溶融時に酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）と酸化セリウム（ＣｅＯ_２）とが共存しているため、酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）が金属スズ（Ｓｎ）に化学変化しても、当該金属スズ（Ｓｎ）は下記の式１に示すように酸化セリウム（ＣｅＯ_２）によって酸化され酸化スズ（ＳｎＯあるいはＳｎＯ_２）に戻る。したがって、ブツの核となる金属スズ（Ｓｎ）が存在し難く、酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）の凝集が起こり難いため、ブツが発生し難い。

（式１）Ｓｎ＋２ＣｅＯ_２ → Ｃｅ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ
ＳｎＯ＋２ＣｅＯ_２ → Ｃｅ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２
次に、ガラスの製造コストが高くならない理由を説明する。これは、透光性導電膜を除去せずにガラスバルブをリサイクル原料として用いるため、前記透光性導電膜をガラスバルブから除去する工程が不要であり、製造ラインが複雑化しないからである。

次に、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができる理由を説明する。これは、上記したように、ガラスにブツが発生し難いため、ネサ膜付きガラスバルブ由来のリサイクル原料の混合率を高くすることができ、前記ネサ膜付きガラスバルブをより多く消費することができるからである。
次に、ガラスの紫外線遮断性能が高い理由を説明する。これは、ガラスに紫外線遮断剤としての酸化セリウムが含まれているからである。このようにガラスの紫外線遮断性能が高いと、当該ガラスで作製されたガラスバルブからは紫外線が漏れ難い。したがって、被照明物が褪色したり強度劣化したりすることが少なく、ガラスバルブから紫外線が漏れ易い高出力のコンパクト形蛍光ランプ用として好適である。

次に、ソラリゼーションが起こり難い理由を説明する。ソラリゼーションが起こる原因は、ガラスが酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含有しているからであるが、当該酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）に化学変化するとソラリゼーションが起こり難い。本発明に係るランプ用ガラスの製造方法では、原料溶融時に酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ）と酸化セリウム（ＣｅＯ_２）とが共存しているため、式１に示すように、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）に化学変化し易く、ソラリゼーションが起こり難い。

なお、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）に化学変化しても、ガラスの紫外線遮断性能は殆ど変わらない。また、ガラスが酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）と酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）とを含有している場合は、特にソラリゼ−ションが起こり易いが、そのような場合であっても本発明は有効である。
本発明に係るランプ用ガラスの製造方法において、前記酸化セリウムの混合率が０．００５〜０．１wt％となるように、前記リサイクル原料に前記酸化セリウムおよび前記調整用原料を混合する場合、より紫外線遮断性能が高くソラリゼーションによる光透過率の低下が起こり難いランプ用ガラスを得ることができる。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法において、調整用原料の混合率が３０wt％以上となるように、前記リサイクル原料に前記酸化セリウムおよび前記調整用原料を混合する場合は、炉内における攪拌効率が向上するため、ガラス溶融に要する時間が減少し、その結果製造コストを下げることができる。
また、前記調整用原料が溶融する際に生じる分解反応熱によって、より酸化スズをガラスに溶け込ませることができるため、より酸化スズのブツが生じ難い。この方法は、特に、ガラス中に含まれる酸化スズの量が多い場合に有効である。

本発明に係るランプ用ガラスは、上記製造方法で製造するため、ブツが発生し難く、製造コストが高くなく、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができ、紫外線遮断性能が高く、かつソラリゼーションを起こし難い。
本発明に係るランプは、上記ランプ用ガラスを用いて製造されているため、外観品位が高く、製造コストが高くなく、ネサ膜付きガラスバルブを効果的にリサイクルすることができ、被照明物の褪色や強度劣化が起こり難く、光束維持率が高い。

以下、本発明の実施の形態に係るランプ用ガラスの製造方法、ランプ用ガラス、およびランプについて、図面に基づき説明する。
（ランプ用ガラスの製造方法）
本発明の実施の形態に係るランプ用ガラスの製造方法は、ランプのガラスバルブをリサイクルする方法である。

図１は、本発明の実施の形態に係るランプ用ガラスの製造方法を説明する図である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るランプ用ガラスの製造方法で使用されるランプ１は、例えば、ラピッドスタート形蛍光ランプであって、ガラスバルブ２と、当該ガラスバルブ２の両端部に封着された一対の電極３と、前記ガラスバルブ２の端部を覆うように取り付けられた一対の口金４とを有する。また、ガラスバルブ２の内面には、酸化スズ（ＳｎＯ_２−ｎ：ｎ＜２）を主成分とする透光性導電膜５と蛍光体膜６とが、順次その順序で形成されている。

なお、ガラスバルブ２は、基本的には、使用済みランプや不良ランプなどの廃ランプのガラスバルブであるが、これに限定されず、例えば、ランプ完成前の半製品のガラスバルブでも良い。
ガラスバルブ２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）等からなるソーダライムガラスで形成されている。なお、ガラスバルブ２は、ソーダライムガラスに限定されず、例えば、鉛フリーガラスやホウケイ酸ガラスなどであっても良い。また、ガラスの組成も上記組成に限定されない。

ランプ用ガラスの製造においては、まず、図１（ａ）に示すように、ランプ１を一点鎖線Ｘの位置で切断し、ガラスバルブ２の端部ごと電極３および口金４を切り落とす。これにより、図１（ｂ）に示すようなガラス管７を得る。
次に、公知の方法（例えば、高圧のエアーを吹き付けて蛍光体膜６を剥離させる方法）などにより、ガラス管７から水銀（図示せず）および蛍光体膜６を除去する。これにより、図１（ｃ）に示すような蛍光体膜６が除去され透光性導電膜５が残ったガラス管７を得る。

なお、通常、透光性導電膜５は蛍光体膜６に比べて剥がれ難く、蛍光体膜６を剥離する工程で透光性導電膜５が剥がれることは少ない。ただし、本発明に係るランプ用ガラスの製造方法では、透光性導電膜５の酸化スズをガラス原料の一つとして有効利用するものであるため、透光性導電膜５ができるだけ残る方法で蛍光体膜６を除去することが好ましい。

次に、透光性導電膜５が残ったガラス管７を、前記透光性導電膜５を除去することなく破砕する。これにより、図１（ｄ）に示すようなカレット状のリサイクル原料８が得られる。なお、リサイクル原料８は、必ずしもカレット状に粉砕する必要はなく、例えば粉体状に粉砕しても良く、ガラス管７そのままの形状であっても良い。
次に、得られたリサイクル原料８を用いてランプ用ガラスを作製する。

リサイクル原料８に、酸化セリウムおよび調整用原料を混合し、混合物を溶融炉に投入する。そして、前記混合物を約１５００℃で溶融しガラス化させる。なお、リサイクル原料８、酸化セリウムおよび調整用原料を混合する順序は任意である。また、全ての原料を混合し終えてから溶融炉に投入するのが一般的であるが、何度かに分けて投入しても構わない。

ここで、調整用原料とは、公知のガラス原料のいずれか１種類、または複数種類の混合物を意味する。公知のガラス原料としては、例えば、ソ−ダ灰（Ｎａ_２ＣＯ_３）、けい砂（ＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ，Ａｌ_２Ｏ_３）、ドロマイト粉（ＣａＣＯ_３，ＭｇＣＯ_３）、硝酸ソ−ダ（ＮａＮＯ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）などが挙げられる。但し、透光性導電膜５付きガラスバルブからなるリサイクル原料、および酸化セリウムは、調整用原料には含まれない。

なお、本発明に係るランプ用ガラスの製造方法においては、リサイクル原料８、酸化セリウムおよび調整用原料に加え、透光性導電膜５が形成されていないガラスバルブからなるリサイクル原料を混合しても良い。
以上の工程により得られた溶融炉内の溶融ガラスは、管引き工程によって図１（ｅ）に示すようなガラス管９に成形される。

（ランプ用ガラスの説明）
以下に本発明に係るランプ用ガラスについて説明する。図２は、ランプ用ガラスの原料混合率および特性を示す図である。本実施の形態に係るランプ用ガラスは、例えば、図２の実施例１〜８に示すような原料混合率および特性を有する。なお、本発明に係るランプ用ガラスは、実施例１〜８に示すような原料混合率のガラスに限定されず、酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなく加工して得られるリサイクル原料と、酸化セリウムと、調整用原料とを混合し溶融してなるガラスであれば良い。

なお、図２における調整用原料の組成は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）：７０wt％、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）：１６wt％、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）：１.２wt％、酸化カルシウム（ＣａＯ）：５.２wt％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：４.１wt％、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）：１.０wt％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）：２.１％、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）：０.０３wt％、である。（ランプの説明）
図３は、本発明の一実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプの要部構成を示す一部破断平面図である。本発明に係るランプの一実施形態として、２７Ｗのコンパクト形蛍光ランプ（ＦＰＬ２７ＥＸ−Ｎ）について、図面に基づき説明する。

コンパクト形蛍光ランプ１０は、２本の直線状ガラスバルブ１１の一端部同士をブリッジ１２で接続してなる略コ字形の放電路を有する発光管１３を備えている。発光管１３の両端部には、それぞれ電極１４が配置されているとともに、それら両端部を覆うようにして口金１５が取り付けられている。発光管１３の内面には、３波長形蛍光体（例えば、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ）からなる蛍光体膜１６等が形成され、発光管１３の内部には所定量の水銀（不図示）およびアルゴン等の希ガス（不図示）が封入されている。

ガラスバルブ１１およびブリッジ１２は、それぞれ本発明に係るランプ用ガラスを用いて製造されている。
（実験の説明）
本発明に係るランプ用ガラスの製造方法で種々のガラスを製造し、それらの特性を比較例に係るガラスの特性と比較した。図４は、比較例に係るランプ用ガラスの原料混合率および特性を示す図である。

実験で使用するガラスは、図２または図４に示す原料混合率で混合した原料を、白金坩堝に入れ電気炉内で１５００℃に加熱溶融して作製した。
図２および図４に示す熱膨張係数は、３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数の平均値である。熱膨張係数は、各ガラスを直径５ｍｍ、長さ１５ｍｍの円柱状に成形したものを試料とし、ディラトメ−タを用いて測定した。

また、紫外線透過率は、各ガラスを肉厚２ｍｍの板状に成形したのち両面を光学研磨したものを試料とし、３１３ｎｍの紫外線透過率を分光光度計を用いて測定した。
溶融時間は、リサイクル原料、酸化セリウムおよび調整用原料の混合物を溶融炉で溶融させるために必要な時間、すなわちガラス溶融に要する時間である。
ソラリゼーションによる着色、および、ブツによる外観品位の低下は、目視観察により評価した。

図２において、実施例１〜８のガラスは、ラピッドスタート形蛍光ランプから回収されたカレットに含有されている酸化スズおよび本願発明の特許請求の範囲に記載された酸化セリウムを含有しているため、ガラス管製造におけるブツによる外観品位の低下がなく、ソラリゼーションによる着色もない。さらに、３１３ｎｍの紫外線透過率も従来ガラスの約５０％以下に抑制されているため、これらのガラスを用いて製造したコンパクト形蛍光ランプの点灯においてもランプ周辺のプラスチック部品の紫外線による褪色・劣化は観察されなかった。

なお、実施例２のガラスの紫外線透過率は、従来のソーダライムガラス（比較例４）の６０％であり、これらのガラスを用いて製造した蛍光ランプ使用時における当該ランプからの紫外線透過によるプラスチック部品の褪色を抑制するためには、酸化セリウムの含有率を０．００５wt％以上とすることが好ましい。
一方、図４において、比較例１は、酸化セリウムの含有量が０．００３wt％と過小であるため、ブツの発生による外観品位の低下や紫外線透過によるプラスチック部品の褪色を起こす結果を生じた。これに対して、比較例２は、酸化セリウムの含有量が０．１２wt％と過大であるため、ブツの発生は無く、また紫外線透過も抑制されたが、ソラリゼーションによるガラスの着色が生じた。この結果からソラリゼーションによる着色を抑制するためには、酸化セリウムの含有量を０．１wt％以下にすることが好ましいといえる。

また、比較例３は、ラピッドスタート形蛍光ランプから回収されたカレットに調整用原料のみを混合し酸化セリウムを添加せずに製造したガラスであるため、比較例１と同様、ブツの発生による外観品位の低下や紫外線透過によるプラスチック部品の褪色を生じた。比較例４は、従来のソーダライムガラスの特性を示す。

本発明は、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のみならず、蛍光ランプ以外の水銀蒸気放電ランプなどランプ全般について、ガラスのリサイクルが可能である。

本発明に係るランプ用ガラスの製造方法を説明する工程図である。実施例に係るランプ用ガラスの原料混合率および特性を示す図である。本発明に係るランプを示す図である。比較例に係るランプ用ガラスの原料混合率および特性を示す図である。

符号の説明

５透光性導電膜（ネサ膜）
２ガラスバルブ
８リサイクル原料（カレット）
１０ランプ

Claims

酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなくリサイクル原料に加工し、
前記リサイクル原料に酸化セリウムおよび調整用原料を、前記リサイクル原料の混合率が３４．９８wt％以上となり、前記酸化セリウムの混合率が０．００５〜０．１wt％となるように混合し、溶融することを特徴とするランプ用ガラスの製造方法。
前記調整用原料の混合率が３０wt％以上となるように、前記リサイクル原料に前記酸化セリウムおよび前記調整用原料を混合することを特徴とする請求項１に記載のランプ用ガラス製造方法。
酸化スズを主成分とする透光性導電膜が形成されたガラスバルブを、前記透光性導電膜を除去することなく加工して得られるリサイクル原料と、酸化セリウムと、調整用原料とを、前記リサイクル原料の混合率が３４．９８wt％以上となり、前記酸化セリウムの混合率が０．００５〜０．１wt％となるように混合し溶融してなることを特徴とするランプ用ガラス。
請求項３記載のランプ用ガラスを用いて製造されたことを特徴とするランプ。