JPH10152340A

JPH10152340A - ガラス組成物

Info

Publication number: JPH10152340A
Application number: JP9191690A
Authority: JP
Inventors: Zoltan Suha; ゾルタン・スハ; Zsuzsanna Varga; ズザンナ・ヴァルガ; Zoltan Bako; ゾルタン・バコ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1998-06-09
Also published as: EP0822169A1; DE69700863D1; HUP9602086A2; HU9602086D0; EP0822169B1; DE69700863T2; US5883030A; CN1173470A

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスの電気抵抗や加工性パラメーターを損
なわずに、ＢａＯとＳｒＯの量を低減することができ、
場合によってはＳｒＯを完全に排除することのできる電
気ランプ用ガラス組成物の提供【解決手段】ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ
、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、ＢａＯ、ＣａＯ及びＭｇＯ、さ
らに任意成分としてＳｒＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＭｎＯ ₂、Ｆｅ
₂Ｏ₃及び／又はＣｅＯ₂を含むガラス組成物。当該組成
物は、そのＢ₂Ｏ₃含量が１〜５質量％であり、Ｋ₂Ｏ含
量が７．２〜１１質量％であり、ＢａＯ含量が５．５〜
９質量％であり、ＣａＯ含量が３．１〜４．５質量％で
あってかつＭｇＯ含量が２．１〜４質量％であることを
特徴とする。この組成物は、組成物中のＣａＯ、ＭｇＯ
及び任意成分のＺｎＯの合計量が５．８質量％以上であ
るという条件付で、上記成分に加えて任意成分として最
大３．５質量％のＺｎＯ、最大１．２質量％のＴｉＯ₂
及び最大０．８質量％のＰ₂Ｏ₅を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として電気光源で
の使用に好適なガラス組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】白熱電球や蛍光ランプのステム及び排気
管並びにある種の蛍光ランプのガラス球のような幾つか
の電気ランプ用ガラス部品は長い間比較的酸化鉛含量の
高い（２０〜２９質量％）ガラスで作られてきた。こう
したガラスでは、期待される高い電気抵抗並びに良好な
加工性に必要とされる良好な軟度が高い鉛含量によって
もたらされる。

【０００３】しかしながら、鉛を含んだガラスはガラス
及びランプの生産時並びにユーザー側で生じる廃棄物の
形で環境に有害な影響を与える。したがって、環境保護
の観点から、ガラスでできた大量生産品から鉛含量を削
減もしくは排除すべく努力する必要がある。欧州特許出
願公開第６０３９３３号には、電気ランプでの使用、特
にステム用ガラス及び蛍光ランプ管球用ガラスとして使
用するのに適した無鉛ガラス組成物が開示されている。
その明細書に記載されたガラス組成物はその適用パラメ
ーター（例えば電気抵抗、加工性、熱膨張性など）に関
して鉛を含んだものによく似てはいるが、その粘度は鉛
ガラスのものよりも格段に高い。そのため、かかるガラ
ス組成物はランプ製造時にもっと高い火炎温度を必要と
し、換言すればより多量のエネルギーを投入する必要が
あるので、特に高速生産ラインでは不都合である。もう
一つの欠点は、かかるガラス組成物がバリウムとストロ
ンチウムの酸化物をかなりの量で含んでいる（７〜１１
質量％のＢａＯ及び１〜５質量％のＳｒＯ）ことであ
る。今のところＢａＯはＰｂＯに比べると環境に対する
害は少ないとされているが、強い毒性をもっていること
に変わりはなく、労働衛生上の理由でまず第一に削減す
べきである。

【０００４】欧州特許出願公開第６０３９３３号に記載
されたガラス組成物においては、ＢａＯは主に高い電気
抵抗を与える（この点でＰｂＯの代替物として役立つ）
とともにガラスが良好な加工性をもてるようにする。そ
の開示によればＢａＯ含量の下限は臨界値である。Ｂａ
Ｏを７質量％未満の量で用いるとガラスの電気抵抗が下
がるだけでなく、その融点、軟化点及び作業温度が上昇
して加工性に悪影響を与える。ＳｒＯも良好な加工性を
確保するために必要とされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、主に電
気ランプでの使用に適したガラス組成物で、そのガラス
の電気抵抗や加工性パラメーターを損なわずに、ＢａＯ
とＳｒＯの量を低減することができ、場合によってはＳ
ｒＯを完全に排除することのできるガラス組成物を開発
することを目的とした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
の結果、ガラス組成物の成分を適切に選択することで上
記の目的が完全に達成できるという知見を得るに至っ
た。さらに、新規ガラス組成物の幾つかの適用パラメー
ターは公知のＰｂＯ含有組成物もしくはＢａＯ及びＳｒ
Ｏ含量の高い公知の組成物のものよりも好適である。例
えば、この新規ガラス組成物の電気抵抗（Ｔ_K100）は上
述した２種類のガラスのいずれよりも高く、その作業温
度は鉛ガラスのそれに非常に近く上記の高ＢａＯ含量ガ
ラス組成物の作業温度よりも格段に好適である。

【０００７】したがって、本発明は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、ＢａＯ、
ＣａＯ及びＭｇＯ、さらに任意成分としてＳｒＯ、Ｓｂ
₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃及び／又はＣｅＯ₂を含んで
なる電気ランプ用ガラス組成物に関する。本発明の組成
物は、そのＢ₂Ｏ₃含量が１〜５質量％であり、Ｋ₂Ｏ含
量が７．２〜１１質量％であり、ＢａＯ含量が５．５〜
９質量％であり、ＣａＯ含量が３．１〜４．５質量％で
あってかつＭｇＯ含量が２．１〜４質量％であることを
特徴とする。この組成物は、組成物中のＣａＯ、ＭｇＯ
及び任意成分のＺｎＯの合計量が５．８質量％以上であ
るという条件付で、上記成分に加えて任意成分として最
大３．５質量％のＺｎＯ、最大１．２質量％のＴｉＯ₂
及び最大０．８質量％のＰ₂Ｏ₅を含む。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のガラス組成物は、そのＣ
ａＯ及びＭｇＯ含量が高いという点で、同様の目的をも
つ公知のガラス組成物とは根本的に異なる。例えば、欧
州特許出願公開第６０３９３３号に記載されたガラス組
成物では、ＣａＯとＭｇＯの合計量は最大で５質量％
（開示された実施形態では３．２質量％）となり得るも
のの、ＣａＯ及びＭｇＯを全く含んでいない対照ガラス
組成物も記載されている。ＣａＯはガラスの絶縁性能を
向上させることが知られていたが、その量が１乃至２質
量％を超えるとガラスの加工性パラメーターが急激に損
なわれる（何よりもまずガラスの変態温度Ｔ_gが上昇す
る）。鉛ガラスの代替物として２乃至３質量％を超える
量のＣａＯを含むガラス組成物が使われてこなかったの
はこうした理由による。そこで、ＣａＯが潜在的にもっ
ている電気絶縁性能の向上効果はそれを活用する機会が
なかったのである。本発明の本質的特徴は、ガラス組成
物の成分を適切に選択すること、すなわちまずＭｇＯを
通常よりも多量に使用し、Ｋ₂Ｏの量を増やし、任意成
分としてＺｎＯ、ＴｉＯ₂及び／又はＰ₂Ｏ₅を加えるこ
とによって、ＣａＯの悪影響を埋め合わせることができ
るという知見にある。このようにして、ガラス組成物中
のＣａＯの量を増やすことができ、それに伴って電気絶
縁性能が高まり、同様の目的に使用されていたＢａＯの
量を低減することができる。ＢａＯの量を良好な加工性
に不可欠の値と考えられていた７質量％未満に低減した
ときでもガラス組成物の加工性パラメーターが満足でき
るということも本発明での驚くべき知見である。

【０００９】本発明のガラス組成物では、ＣａＯの量は
好ましくは３．５〜４．５質量％である。ＭｇＯの量
は、ＣａＯとＺｎＯとＭｇＯの合計量が５．８質量％以
上になるように選択される。この範囲内で、ＣａＯとＭ
ｇＯの合計量は好ましくは５．８質量％以上である。本
発明のガラス組成物に５．５〜９質量％のＢａＯを使用
すれば申し分ない。ＢａＯの量は好ましくは５．５〜７
質量％である。

【００１０】本発明のガラス組成物は好ましくはＫ₂Ｏ
を７．７〜９．４質量％含む。Ｂ₂Ｏ₃を使用することに
よってガラスの加工性が改善できるということは本発明
のガラス組成物の開発における重要な知見であった。本
発明者らは、最も好適な粘度特性を得るには１〜５質量
％のＢ₂Ｏ₃を使用するのが好ましいことを見いだした。

【００１１】本発明のガラス組成物は、適宜ＴｉＯ₂及
び／又はＰ₂Ｏ₅を含むという点でも公知の組成物とは異
なる。両物質共に主に構造安定性に対する効果を発揮す
る。すなわち、ガラスの結晶化感受性及び液相線温度(l
iquidus temperature)を下げる。ガラス組成物がＴｉＯ
₂とＰ₂Ｏ₅を合計で０．５質量％以上含んでいる（すな
わち、ＴｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅≧０．５質量％）のが好まし
い。また、ガラス組成物が０．２〜１．２質量％のＴｉ
Ｏ₂含量及び／又は０．２〜０．８質量％のＰ₂Ｏ₅含量
を有しているのが好ましい。

【００１２】もう一つの新規な特徴として、本発明のガ
ラス組成物はＺｎＯも適宜含んでいる。本発明のガラス
組成物は、６０〜７０質量％のＳｉＯ₂、１．５〜４．
５質量％のＡｌ₂Ｏ₃、５〜６．９質量％のＮａ₂Ｏ及び
０．４〜１．４質量％のＬｉ₂Ｏを含み得る。任意成分
として存在する他の成分の中で、Ｓｂ₂Ｏ₃の量は最大
０．６質量％までとすることができ、ＣｅＯ₂の量は最
大０．８質量％までとすることができ、ＭｎＯ₂の量は
最大０．２５質量％までとすることができ、Ｆｅ ₂Ｏ₃の
量は最大０．２５質量％までとすることができる。

【００１３】本発明のガラス組成物はＳｒＯの存在を必
要としないという利点を有しており、任意成分としての
ＳｒＯの存在量は２質量％を超えない。三酸化ホウ素成
分はガラス溶解に用いられる混合物に好ましくはホウ酸
塩（例えば無水ホウ砂 /Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇/）又はホウ酸塩含
有鉱物（例えばヒドロホウ酸マグネシウム）の形で加え
られる。その使用量では、Ｂ₂Ｏ₃をホウ酸塩又は鉱物の
形で加えても、炉の壁に多大な腐食作用を及ぼすことは
ない。

【００１４】本発明のガラス組成物は、ステム用ガラ
ス、蛍光ランプの管球用ガラス及びその他特殊製品（豆
白熱電球の管球用ガラス）の製造に等しく適していると
いう利点をもつ。このことは用途の異なる製品をある所
定の溶解炉から同時に生産できることを意味しており、
一段と実用的な方式で最適な生産能力が得られる。本発
明のガラス組成物では、ＣｅＯ₂は何よりも該組成物か
ら蛍光ランプ用のガラス球を（も）製造する場合に好ま
しく使用される。この物質は主としてガラス球のＵＶ透
過率を低減するのに適しているが、清澄剤としても作用
する。この物質を用いると、ガラス組成物を全電気炉で
溶解することもできる。Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃及びＭｎＯ
₂のような幾つかの任意成分、例えばＦｅ₂Ｏ₃はガラス
溶解の出発混合物中に不純物として存在し得る。それら
を別途添加する必要はない。

【００１５】本発明のガラス組成物は、電気ランプにお
けるその適性を決定する技術的パラメーター、例えば熱
膨張率、加工性の特性を示す粘度、及び電気抵抗などを
考慮すると、現在使用されている鉛ガラスの優れた代替
物となり得る。同時に、本発明のガラス組成物はＢａＯ
及びＳｒＯを多量に含んでいるガラス組成物よりも好適
に使用することができる。

【００１６】本発明のガラス組成物は、粘度特性に優れ
ているので、欧州特許出願公開第６０３９３３号に記載
された材料よりも少ないエネルギーで溶解し加工処理す
ることができる。結晶化感受性の特性を示す液相線温度
(Ｔ_liq) も欧州特許出願公開第６０３９３３号に記載さ
れた材料及び鉛ガラスの液相線温度よりも格段に低い。
また、本発明のガラス組成物で観察された結晶化の強度
は弱く、好ましいことに結晶化に対する感受性が非常に
弱いことを示している。本発明のガラス組成物は化学腐
食に対して傑出した耐性を有しているが、このことはそ
の高いアルカリ酸化物含量からすると極めて驚くべき結
果である。

【００１７】本発明のガラス組成物の組成物及び適用パ
ラメーターに関して、以下の実施例を挙げる。

【００１８】

【実施例】１４８０〜１５００℃の断続運転式天然ガス
加熱タンク窯において５０ｋｇバッチでガラス組成物を
溶解した。表１に示す成分は次の形態：ＳｉＯ₂はケイ
砂として、Ａｌ₂Ｏ₃はスポジューメンとして、Ｂ₂Ｏ₃は
無水ホウ砂として、アルカリ金属の酸化物は各々の炭酸
塩として、ＣａＯ及びＭｇＯはドロマイトとして、Ｐ₂
Ｏ₅はリン酸のＣａ又はＮａ塩として、その他の物質は
酸化物として添加した。

【００１９】清澄剤として、硫酸のナトリウム又はバリ
ウム塩及びデンプンを、別の融液では酸化アンチモン及
び硝酸ナトリウムを使用した。幾つかの事例ではＦｅ₂
Ｏ₃を別途秤量したが、鉄が不純物として混入している
原材料を使用するほうが大体好ましかった。添加量の少
ない成分（硫酸塩、デンプン、二酸化チタン、骨灰）は
前もって実験室ミキサーでケイ砂の一部と予備混合して
おき、しかる後に添加して他の成分と混合した。溶解作
業はガラス工業の常法を用いて３０分の均質化の後に行
った。両方の清澄技術を用いたところ、組成物は良好な
品質の融液を与え、申し分なく清澄化できて順調に加工
処理できた。

【００２０】本発明のガラス組成物の組成の詳細及び適
用パラメーターをそれぞれ表１及び表２に示す。比較の
ため、表２には公知の２０％ＰｂＯ含有ガラス組成物
（表２には「Ｐ」と表記）及び欧州特許出願公開第６０
３９３３号に記載のガラス組成物（表２には「Ｂ」と表
記）のデータも示す。表２で使用した記号の定義は次の
通りである。

【００２１】α_(50-350)：５０℃と３５０℃の間の熱膨
張係数（ＩＳＯ規格７９９１による）、Ｔ_g：（ジラトメーター）変態点（ＩＳＯ規格７８８４
−８による）、Ｔ_L：リトルトン(Littleton)軟化点（ＩＳＯ規格７８
８４−６による）、Ｔ_K100：ｌｏｇρ（Ωｃｍ）の値が８となる温度（ｌｏ
ｇρは直流比抵抗値の常用対数である）、Ｔ_liq：その温度を上回るとガラスが全く結晶化を示さ
なくなる（２４時間にわたる熱処理後）液相線温度耐水性：粉砕ガラスについて測定した蒸留水（抽出）に
対する化学耐性であり、逆滴定での０．０１Ｎ酸の消費
量として特徴付けられる（ＤＩＮ規格１２１１１によ
る）、Ｔ_work：粘度ηの値＝１０⁴ｄＰａとなる作業温度。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】本発明のガラス組成物はそのガラスの特性
で得られる利点が必要とされるあらゆる分野で使用する
ことができ、特に電球のガラス部分に使用される。ガラ
スは主に白熱電球及び放電ランプのステム及び排気管と
して使用することができ、さらには低圧放電ランプ（好
ましくはコンパクト蛍光ランプ）のガラス球及び排気管
として、また豆白熱電球のガラス球として使用すること
ができる。

【００２５】本発明のガラス組成物で作られた電気ラン
プのガラス部品は本発明の態様の一つである。図１及び
図２に、電球のステム及びコンパクト蛍光ランプの具体
例を示す。図１に白熱電球のステム１を示すが、ステム
１はフレア２、導入線４ａ及び４ｂ、フィラメント５及
び排気管３からなる。フィラメント５はマルチパート導
入線４ａ及び４ｂのそれぞれの末端で固定されている。
生産ライン上で、上述の各部品は火炎によって加熱さ
れ、導入線４ａ及び４ｂのジュメット（銅で被覆したニ
ッケル鉄合金）部７ａ及び７ｂがフレア２のピンチ部６
に収まるようにフレア２を封止（ピンチ）することによ
って部品が封着される。フレア２及び排気管３の材料が
本発明のガラス組成物である。電球のガラス球（図示せ
ず）の材料は、ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣａＯ、
ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃という基本成分からなるソーダ石灰ケ
イ酸塩軟質ガラスである。フレア２は生産ライン上でそ
のスカート部にてガラス球内に封入される。

【００２６】本発明のステムは、白熱電球のステムだけ
でなく、別のタイプの電気ランプ、例えば低圧放電ラン
プ、特に直管形蛍光ランプのステムでもよい。図２に
は、２つの管部からなるコンパクト蛍光ランプ１１を示
す。電極１５の導入線１４ａ，１４ｂ及びもう一方の電
極（図示せず）の導入線１４ｃ，１４ｄ並びに排気管１
３ａ及び１３ｂがガラス球１２の両端のピンチ部１６ａ
及び１６ｂで封着されている。導入線１４ａ，１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄの材料はニッケルで被覆した５０−５０
％ニッケル−鉄合金である。ガラス球１２及び排気管１
３ａ，１３ｂの材料が本発明のガラス組成物である。Ｕ
Ｖ線を濾光するため、ガラス球１２の材料はＣｅＯ₂を
０質量％より大、好ましくは０．３〜０．６質量％の量
で含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】白熱電球のステムの具体例を示す図

【図２】コンパクト蛍光ランプの具体例を示す図

【符号の説明】

１ステム２フレア３排気管４ａ，４ｂ導入線５フィラメント６ピンチ部７ａ，７ｂジュメット部１１コンパクト蛍光ランプ１２ガラス球１３ａ，１３ｂ排気管１５電極１６ピンチ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゾルタン・バコハンガリー、2120、ダナケスジ、ナイレッジ・コズ・６（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ
、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、ＢａＯ、ＣａＯ及びＭｇＯ、さ
らに任意成分としてＳｒＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＭｎＯ ₂、Ｆｅ
₂Ｏ₃及び／又はＣｅＯ₂を含んでなる電気ランプ用ガラ
ス組成物にして、そのＢ₂Ｏ₃含量が１〜５質量％であ
り、Ｋ₂Ｏ含量が７．２〜１１質量％であり、ＢａＯ含
量が５．５〜９質量％であってかつＭｇＯ含量が２．１
〜４質量％であることを特徴とし、組成物中のＣａＯ、
ＭｇＯ及びＺｎＯの合計量が５．８質量％以上であると
いう条件付で、上記成分に加えて任意成分として最大
３．５質量％のＺｎＯ、最大１．２質量％のＴｉＯ₂及
び最大０．８質量％のＰ₂Ｏ₅を含むガラス組成物。
【請求項２】請求項１記載のガラス組成物において、
ＴｉＯ₂をＰ₂Ｏ₅との合計で０．５質量％以上含んでな
ることを特徴とするガラス組成物。
【請求項３】請求項１記載のガラス組成物において、
ＴｉＯ₂を０．２〜１．２質量％含んでなることを特徴
とするガラス組成物。
【請求項４】請求項１記載のガラス組成物において、
Ｐ₂Ｏ₅を０．２〜０．８質量％含んでなることを特徴と
するガラス組成物。
【請求項５】請求項１記載のガラス組成物において、
ＣａＯを３．５〜４．５質量％含んでなることを特徴と
するガラス組成物。
【請求項６】請求項１記載のガラス組成物において、
ＣａＯをＭｇＯとの合計で５．８質量％以上含んでなる
ことを特徴とするガラス組成物。
【請求項７】請求項１記載のガラス組成物において、
Ｋ₂Ｏを７．７〜９．４質量％含んでなることを特徴と
するガラス組成物。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか１項記
載のガラス組成物において、６０〜７０質量％のＳｉＯ
₂、１．５〜４．５質量％のＡｌ₂Ｏ₃、５〜６．９質量
％のＮａ₂Ｏ、０．４〜１．４質量％のＬｉ₂Ｏ、１〜
５質量％のＢ ₂Ｏ₃、さらに任意成分として最大０．６質
量％のＳｂ₂Ｏ₃、最大０．８質量％のＣｅＯ₂、最大
０．２５質量％のＭｎＯ₂及び／又は最大０．２５質量
％のＦｅ ₂Ｏ₃を含んでなることを特徴とするガラス組成
物。
【請求項９】導入線を通すとともにそれを気密に封着
していてしかもランプのガラス球内に気密に封入されて
いる電気ランプ用のステムにして、その材料が請求項１
乃至請求項８のいずれか１項記載のガラス組成物である
ことを特徴とするステム。
【請求項１０】電気ランプ用、特に蛍光ランプ用のガ
ラス球にして、その材料が請求項１乃至請求項８のいず
れか１項記載のガラス組成物であることを特徴とするガ
ラス球。