(57)【要約】【課題】ランプ内表面の保護処理の必要が無く、強度と光束を維持することができる照明用ガラス組成物および蛍光ランプを提供する。【解決手段】照明用ガラス組成物は、ソーダライムガラスであって、質量百分率で、ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ａｌ２Ｏ３を１〜５％、Ｎａ２Ｏを４〜８％、Ｋ２Ｏを２〜５％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの含有率の合計が１２％以下、ＣａＯを１〜５％、ＭｇＯを１〜５％、ＳｒＯを１〜４％、ＢａＯを１〜８％、Ｋ２ＯとＳｒＯとＢａＯの含有率の合計が８〜１５％の組成を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーダライムガラスであって、質量百分率で、
ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ｎａ２Ｏを４〜８％、Ｋ２Ｏを２〜５％、ＳｒＯを１〜４％、および、ＢａＯを１〜８％、含有し、
前記Ｋ２Ｏと前記ＳｒＯと前記ＢａＯの含有率の合計が８〜１５％である、
ことを特徴とする照明用ガラス組成物。
【請求項２】
質量百分率で、前記Ｎａ２Ｏと前記Ｋ２Ｏの含有率の合計が１２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明用ガラス組成物。
【請求項３】
質量百分率で、ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ａｌ２Ｏ３を２〜４％、Ｎａ２Ｏを５〜７％、Ｋ２Ｏを３〜５％、ＣａＯを１〜２％、ＭｇＯを１〜２％、ＳｒＯを１〜２％、ＢａＯを６〜８％、含有し、前記Ｎａ２Ｏと前記Ｋ２Ｏの含有率の合計が８〜１２％、前記Ｋ２Ｏと前記ＳｒＯと前記ＢａＯの含有率の合計が１０〜１５％であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明用ガラス組成物。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明用ガラス組成物を含む蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用ガラス組成物および蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは、環境保護の観点より、鉛系のガラスからソーダライム系のガラスへと代替ガラス組成の開発が進んでいる。蛍光ランプの重要な特性の１つとして、ランプの明るさ、すなわち光束を維持することが挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、質量百分率で、ＳｉＯ２ ６５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３ １〜５％、Ｎａ２Ｏ ３〜１０％、Ｋ２Ｏ １〜７％、Ｌｉ２Ｏ ０．５〜３％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｌｉ２Ｏ ８〜１６％、ＣａＯ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜５％、ＢａＯ ４〜６．５％、ＳｒＯ ２〜８％、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ ７〜１６％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３％、ＴｉＯ２ ０．０５〜５％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．１２〜１％、ＴｉＯ２＋Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜５％、ＺｒＯ２ ０．０５〜３％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０２％未満の組成を有し、ＣｅＯ２を含有しない照明用ガラス組成物が記載されている。この照明用ガラス組成物を用いる蛍光ランプは、管壁負荷の高い蛍光ランプのバルブに使用してもソーラリゼーションによる透過率の低下が少ない。
【０００４】
特許文献２には、ＣａＯが２〜９重量％、Ｋ２Ｏが０．９〜６．９重量％、ＢａＯ ０〜３、Ｓｂ２Ｏ３含有量が０．１重量％以下であり、かつ、ＴｉＯ２含有量が０．０５〜１０重量％であるソーダライムガラスからなるガラス管を外囲器に用いて蛍光ランプを作製することで、製造時にガラスが黒色に変色せず、しかも従来のソーダライムガラスと同等以上の特性を有することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７１１４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３１５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蛍光ランプのガラスに含まれるナトリウムがランプへ悪影響を与えることが分かっており、蛍光ランプの管内に塗布された蛍光体層とナトリウムとが反応し、蛍光体層の劣化が挙げられる。また、ランプの中の水銀蒸気がナトリウムと反応し、アマルガムを形成し、管内に黒色付着物となり、外観が劣るだけでなく、光束が低下する。
【０００７】
特許文献１および２は、上述したナトリウムによる影響についての記載はない。ナトリウムによる影響を防ぐ方法として、ガラスの管内の蛍光体層との間に、保護膜層を形成する方法が採られている。この方法では、ステムとの接着部分に保護膜層の形成が行いにくいことや、製造工程数の増加となるため、好ましくない。また、特許文献１は、ナトリウムの含有量は少なく影響を受けにくいと考えられるが、ＳｉＯ２の含有量が多く、粘性が高く表面の晶化という問題が生じることがある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ランプ内表面の保護処理の必要が無く、強度と光束を維持することができる照明用ガラス組成物および蛍光ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点に係る照明用ガラス組成物は、
ソーダライムガラスであって、質量百分率で、
ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ｎａ２Ｏを４〜８％、Ｋ２Ｏを２〜５％、ＳｒＯを１〜４％、および、ＢａＯを１〜８％、含有し、
前記Ｋ２Ｏと前記ＳｒＯと前記ＢａＯの含有率の合計が８〜１５％である、
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の観点に係る蛍光ランプは、
本発明の第１の観点に係る照明用ガラス組成物を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ランプ内表面の保護処理の必要が無く、強度と光束を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の照明用ガラス組成物は、関連する技術の一般的な組成を有するソーダライムガラスと比較して、Ｎａ２Ｏの含有量を少なくし、代わりにＫ２ＯおよびＳｒＯ、ＢａＯの含有量を増やすことにより、ガラス組成物の強度や透過率を維持することができる。
【００１３】
より具体的には、質量百分率で、ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ａｌ２Ｏ３を１〜５％、Ｎａ２Ｏを４〜８％、Ｋ２Ｏを２〜５％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの含有率の合計が１２％以下、ＣａＯを１〜５％、ＭｇＯを１〜５％、ＳｒＯを１〜４％、ＢａＯを１〜８％、Ｋ２ＯとＳｒＯとＢａＯの含有率の合計が８〜１５％の組成を有する。図１は、照明用ガラス組成物の組成と質量百分率を示した表である。
【００１４】
主成分であるＳｉＯ２はガラスの網目構造を形成し、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯなどは、そのガラスの網目構造の網目の孔に入りガラスの性質を変化させる働きをする。以下に、ガラスの構成する成分の作用と、含有量を限定した理由について、説明する。
【００１５】
Ｎａ２Ｏの含有は、少ない方がナトリウムによる影響を受けにくいため、８％以下であることが望ましい。Ｎａ２Ｏの含有が少なくなるにつれ、ガラスの透過率は高く、光束維持率が改善することも理由に挙げられる。ただし、４％以下になると軟化点が変化し、製造工程での不良が増えるため、少なくとも４％以上であることが好ましい。
【００１６】
Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同じアルカリ金蔵酸化物であり、容易に置き換えが可能である。ともにアルカリ金属酸化物であるＫ２ＯとＮａ２Ｏとを混合して用いることで、電気的絶縁性を高める効果を有する。また、Ｋ２Ｏは化学的耐久性を改善したり、失透を抑制する働きを有する。
【００１７】
Ｋ２Ｏは、ガラスの熱膨張係数を調整し、ガラスの溶解性を改善する。カリウムの場合の方が、ナトリウムの場合に比べ、蛍光体層の劣化や水銀蒸気と反応することによるアマルガムの形成を低減し、ガラス組成物に与える影響は少ない。蛍光体層の劣化やアマルガムの形成を低減することで、蛍光ランプを長時間使用したとき発生する明るさの低下を防止することができる。これらの理由により、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏを合わせた含有量の下限を８％以上となるようにしておく。
【００１８】
しかし、Ｋ２ＯはＮａ２Ｏに比べ高価な原料であるため、経済的観点より、できるだけ少ない量であることが望ましい。また、カリウムもナトリウムと同様に、アルカリ金属の１つであり、反応性に富む性質を有する。そのため、Ｎａ２ＯをＫ２Ｏに置き換えるだけでなく、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏを合わせた含有量を少なくする。しかし、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏは、ガラスに一定の強度を与える大切な組成の１成分であり、ガラスの成形や加工に影響を与える。これらの理由により、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏを合わせた含有量の上限を１２％以下となるようにしておく。
【００１９】
照明用ガラス組成物は、Ｎａ２Ｏの含有量を少なくするため、Ｋ２Ｏへの置き換えだけでなく、ＢａＯおよびＳｒＯへも置き換えし、ガラス組成物の強度や透過率を維持する。アルカリ土類金属であるＢａとＳｒは、原子間の結合が強く、強度を維持するのに役に立つ。
【００２０】
ＢａＯは、電気的絶縁性を高める効果の他、ガラスの耐候性を高める効果を有する。さらに溶融中のガラスを安定化させたり、ガラスの光の透過率を高める効果もある。ＢａＯの含有は、少なくとも１％以上で、所望の電気的絶縁性が得られる。また、好ましくは８％以下であり、１０％以上になると、ガラスの結晶化傾向を増大しガラス安定性が弱くなったり、失透しやすくなる。
【００２１】
ＢａＯの含有を、範囲内ではあるが多めの量（６〜８％程度）を含有させることで、強度が上がり、耐候性がよくなる。しかし、ガラス表面の晶化が起こりやすくなる。ＳｉＯ２の含有量を５５％以上６０％以下にすることにより、強度や化学的耐久性などが低下するおそれがあるが、表面の晶化を低減する効果が増大する。化学的耐久性の低下については、Ｎａ２Ｏの含有が少なくなることで、影響はほとんどない。よって、ＢａＯの含有を増やし、ＳｉＯ２の含有を少なくすることで、組成全体で見た場合の強度は上がり、表面の晶化の発生を防止し、照明用ガラス組成物の機能の改善に寄与する。
【００２２】
ＳｒＯは、ＢａＯと組み合わせることで、より電気的絶縁性を高めたり、加工性を向上させるなどの相乗効果を有し、ガラスの耐候性を高める効果も有する。ただし８％以上含有した場合は失透の原因となる。ＢａＯと併用する場合は１％以上の含有で効果があることや、高価な材料であることを加味すると、ＳｒＯの含有は、１％以上４％以下であることが好ましい。
【００２３】
Ｋ２ＯとＳｒＯとＢａＯの含有量は、好ましくは８％以上１５％以下である。この値は、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの混合効果を有するときの値であって、かつ、ソーダライムガラスに含有しているＮａ２Ｏを置き換える量の目安となる。
【００２４】
以下に、本発明の照明用ガラス組成物を用いて蛍光ランプを成形する場合について説明する。
【００２５】
上述した組成範囲内で、原料を秤量し、混合する。混合した原料を白金るつぼに収容し、電気炉内において加熱溶融する。溶融した原料を、撹拌し、清澄した後に、所望の形状に成形する。たとえば照明用ランプのメイン管やステムなどを管状に製造する場合、ダンナー法などの、既知の管引成形方法にて成形を行う。
【００２６】
次に、ガラス管の内表面に、蛍光粉末を直接塗布し、蛍光体層を形成する。そして、ステムの取り付けを行い、ランプを点灯する際に必要な水銀などを封入する。ガラス管内を希ガスで充填し、所定の圧力に保ち、ランプを封止する。複雑な形状の蛍光ランプの場合は、さらに、直管状に成形したバルブをＵ字状に折り畳むなどの、曲げ加工を施して、蛍光ランプを製造する。
【００２７】
関連する技術のソーダライムガラスでは、本発明に比べて、ナトリウムの含有量が多い。そのため、ガラスを加工・成形するときや、蛍光ランプを使用する際に、ガラス温度が上昇することにより、ナトリウムの析出がおこる。ガラス表面に析出したナトリウムが、蛍光体層を変質させて蛍光性能が劣化したり、水銀蒸気と反応してアマルガムを形成する原因となり、光束低下を引き起こす。ナトリウムによる影響を防止するために、ガラス管内の表面を保護している。具体的には、ガラス管内の表面に、緻密質なＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）などを蒸着するなどして、保護膜層を形成しておく。保護膜層により、ナトリウムと蛍光体層もしくはガラス管内の雰囲気が触れるのを防止する。
【００２８】
本発明に係る照明用ガラス組成物を用いる場合、ナトリウムの含有量が少なく、ガラスが高温となった場合におけるナトリウムの析出を低減することができる。そのため、ガラス管内の表面に保護膜層を形成する必要がない。ランプのガラス管とステムの境目などは保護膜層を形成しにくく、複雑な形状のランプも処理を施しにくいことがあった。本発明では、保護膜層そのものが必要ないので、ランプの形状や作りにかかわらず安定した品質の蛍光ランプを提供できる。さらに、製造工程が少なくて済み、製造コストや時間の短縮などに寄与する。
【実施例】
【００２９】
照明用ガラス組成物を、本発明に係る組成の範囲内で混合して、所望の形状に成形したサンプルを実施例とする。照明用ガラス組成物を用いた蛍光ランプの一例として、環形蛍光ランプ（外径３７３ｍｍ、管径１６ｍｍ）の形状に成形した。また、関連する技術の一例のソーダライムガラスの組成で混合して、実施例と同じ形状に成形したサンプルを比較例とする。さらに、使用形態に合わせるため、実施例は内表面に保護膜層を形成しない場合を基準とし、比較例は内表面に保護膜層を形成した場合を基準とする。
【００３０】
実施例の組成、および、比較例の組成は、図２に示す。実施例の組成は、質量百分率で、ＳｉＯ２を５６．４％、Ａｌ２Ｏ３を２．７％、Ｎａ２Ｏを５．７％、Ｋ２Ｏを３．８％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの含有率の合計が９．５％、ＣａＯを１．６％、ＭｇＯを１．０％、ＳｒＯを１．６％、ＢａＯを６．８％、Ｋ２ＯとＳｒＯとＢａＯの含有率の合計が１２．２％となるように含有する。比較例の組成は、質量百分率で、ＳｉＯ２を６６．３％、Ａｌ２Ｏ３を２．２％、Ｎａ２Ｏを１５．２％、Ｋ２Ｏを１．４％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの含有率の合計が１６．６％、ＣａＯを５．２％、ＭｇＯを３．１％、ＢａＯを０．１％、Ｋ２ＯとＳｒＯとＢａＯの含有率の合計が１．５％となるように含有する。
【００３１】
以下、実施例のサンプルと比較例のサンプルを用いて、透過率、強度、光束維持率について、比較した結果を示す。また、光速維持率については、内表面に保護膜層を形成した場合を保護膜層あり、内表面に保護膜層を形成しない場合を保護膜層なしとする。
【００３２】
透過率は、実施例と比較例において、有意な差は見られなかった。実施例と比較例とは同程度の透過率が得られるので、比較例の蛍光ランプを実施例の蛍光ランプに置き換えても差し支えなく使用することができる。
【００３３】
強度についても透過率と同様に、実施例と比較例において、有意な差は見られなかった。実施例と比較例とは同程度の強度を得ることができ、比較例に換わり実施例の蛍光ランプを使用しても問題ない。
【００３４】
光束維持率について、測定した結果を図３に示す。図中の（実施）なしは実施例を示し、（比較）ありは比較例を示す。また、（実施）ありは実施例に保護膜層を形成した場合であり、（比較）なしは比較例の保護膜層を形成していない場合である。
【００３５】
光束維持率は、各々のランプについて、１００時間点灯したときの明るさを１００％として、５００時間点灯後と、１０００時間点灯後の、光束を測定している。光束は点灯時間の経過につれて徐々に低下し、５００時間までが比較的低下率は大きく、５００時間を超えるとなだらかに低下する。
【００３６】
図３より、比較例の保護膜層の形成がない場合は、ガラスから析出したナトリウムが管内の水銀と結合した化合物がランプ内面に付着し、ランプの黒化が生じ、光束が低下したと考えられる。
【００３７】
実施例と比較例とを比べた場合、光束維持率にほとんど差異はないといえる。実施例は、ランプの管内に保護膜層を形成する塗布プロセスが不要であり、比較例よりも工程数を少なく製造できる。その結果、不良率の低減やコストの低減などに寄与する。
【００３８】
光束維持率の低下が少ない３つのサンプル（実施例、比較例、実施例の保護膜層を形成した場合）の中で比較すると、実施例に保護膜層を形成した場合が、最も光束維持率の低下が少ない。これは、実施例のガラスから析出されるナトリウム量がもともと少ないことに加えて、保護膜層を形成することで、よりナトリウムの析出を防止していることが理由として挙げられる。また、この実施例に保護膜層を形成することによって、黒化を防ぐ効果の高いランプを製造することも可能である。
【００３９】
以上、説明したように、本発明によれば、ランプ内表面の保護処理の必要が無く、強度と光束を維持することができる照明用ガラス組成物および蛍光ランプを提供することができる。
【００４０】
その他、上述した実施例での組成に関わらず、実施の形態で示した組成の範囲内で、照明用ガラス組成の含有量を決めることができる。また、照明用ガラス組成物を用いて形成する蛍光ランプは、その大きさや、管の太さなど自由に選択できる。蛍光ランプの形状についても、直管状やＵ字管状、さらにらせん状など様々な形状であってよい。製造方法についても、上述した例に限られない。
【００４１】
さらに、本発明に係る照明用ガラス組成を用いた蛍光ランプは、ガラスの加工性がよく、所定の強度を有しており、また、内表面に保護膜層の形成が不要であるため、複雑な形状の場合にも適している。
【００４２】
その他、本発明の好適な変形として、以下の構成が含まれる。
【００４３】
本発明の第１の観点に係る照明用ガラス組成物について、好ましくは、質量百分率で、前記Ｎａ２Ｏと前記Ｋ２Ｏの含有率の合計が１２％以下であることを特徴とする。
【００４４】
さらに好ましくは、質量百分率で、ＳｉＯ２を５５〜６０％、Ａｌ２Ｏ３を２〜４％、Ｎａ２Ｏを５〜７％、Ｋ２Ｏを３〜５％、ＣａＯを１〜２％、ＭｇＯを１〜２％、ＳｒＯを１〜２％、ＢａＯを６〜８％、含有し、前記Ｎａ２Ｏと前記Ｋ２Ｏの含有率の合計が８〜１２％、前記Ｋ２Ｏと前記ＳｒＯと前記ＢａＯの含有率の合計が１０〜１５％であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明用ガラス組成物の組成と質量百分率を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る照明用ガラス組成物（実施例）と、比較対象のガラス組成物（比較例）の組成と質量百分率を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る照明用ガラス組成物（実施例）と、比較対象のガラス組成物（比較例）の光束維持率の測定結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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