(57)【要約】      （修正有）【課題】  電球形蛍光ランプやコンパクト形蛍光ランプの発光管用途に、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有量が少なく、ガラス中からのアルカリ金属の溶出量の少ないガラス組成物を提供する。【解決手段】  ガラス組成物を、二酸化ケイ素、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を基本構成成分とするランプ用のガラス組成物であって、前記二酸化ケイ素とアルカリ金属酸化物とのモル比が５：０．９〜５：１.1であり、かつ、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物とのモル比が２：1〜２：２であると共に、前記アルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの内の少なくとも1種以上からなり、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有率が合計２モル％以下であり、かつ、酸化ストロンチウムの含有率が０．９ｗｔ％以下であるものとした。【選択図】  図１
2005213094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化ケイ素、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を基本構成成分とするランプ用のガラス組成物であって、
前記二酸化ケイ素とアルカリ金属酸化物とのモル比が５：０．９〜５：１.1であり、かつ、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物とのモル比が２：1〜２：２であると共に、前記アルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの内の少なくとも1種以上からなり、
酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有率が合計２モル％以下であり、かつ、酸化ストロンチウムの含有率が０．９ｗｔ％以下であることを特徴とするランプ用ガラス組成物。
【請求項２】
酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムが含有されていないことを特徴とする請求項１記載のランプ用ガラス組成物。
【請求項３】
請求項１または２記載のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えていることを特徴とするランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ用ガラス組成物およびこれを用いたランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ランプの中でも、一般に普及している電球形蛍光ランプやコンパクト形蛍光ランプ等の蛍光ランプには、通常、加工が容易で安価なソーダガラス製の発光管が使用されている。
ソーダガラス組成物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を基本構成成分としており、そのガラス構造においては、二酸化ケイ素のネットワーク中に、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属が、イオンの形で存在していると言われている。
【０００３】
当該アルカリ金属は、二酸化ケイ素のネットワーク中において大きな移動度を有しているため、ガラス中から溶出して発光管の蛍光体層に移動する。このようなアルカリ金属の溶出は、熱による場合が顕著であり、発光管の製造における蛍光体の焼付け工程時や、蛍光ランプの点灯時に起こると考えられている。
ところで、蛍光体層中に含まれるアルカリ金属の量が増加すると、放電空間内の水銀蒸気と前記アルカリ金属とが反応して、蛍光ランプの発光効率が低下する。また、前記反応によって、放電空間内で放電に有効に寄与する水銀が消費されるため、水銀を過剰量添加して蛍光ランプの定格寿命を確保しなければならなかった。
【０００４】
そこで、上記不具合を解消することを目的として、特許文献１および特許文献２には、従来よりもアルカリ金属が溶出し難いソーダガラスが開示されている。特許文献１および特許文献２のソーダガラスには、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等の原子半径の大きなアルカリ土類金属が含まれており、アルカリ金属の溶出量が少なくなっている。
【特許文献１】特開平６−２０６７３７号公報
【特許文献２】特開平９−１２３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２のソーダガラスには、高価な原料である酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）や酸化バリウム（ＢａＯ）が多量に使用されるため、当該ソーダガラスのコストが高かった。なお、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムが高価な理由は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化カルシウム（ＣａＯ）のように天然鉱石から得られることがないからである。
【０００６】
また、ストロンチウムやバリウムを多く含んだソーダガラスは、ストロンチウムやバリウムを含まないソーダガラスよりも脆い性質を有していた。そのため、蛍光ランプの製造工程における歩留まりが悪くなったり、製品化された蛍光ランプの破損率が高くなったりしていた。
さらに、ストロンチウムおよびバリウムを多く含んだソーダガラスは、ストロンチウムやバリウムが溶融炉の侵食を促進させるため、溶融設備のランニングコストが高くなっていた。
【０００７】
本発明は、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有量が少なく、かつ、ガラス中からのアルカリ金属の溶出量の少ないガラス組成物を提供することにある。また、当該ガラス組成物を用いた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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のランプ用ガラス組成物は、二酸化ケイ素、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を基本構成成分とするランプ用のガラス組成物であって、前記二酸化ケイ素とアルカリ金属酸化物とのモル比が５：０．９〜５：１.1であり、かつ、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物とのモル比が２：1〜２：２であると共に、前記アルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの内の少なくとも1種以上からなり、酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムの含有率が合計２モル％以下であり、かつ、酸化ストロンチウムの含有率が０．９ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【０００９】
上記ガラス組成物は、成分中の二酸化ケイ素とアルカリ金属酸化物とのモル比が５：０．９〜５：１.1であって、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物とのモル比が２：1〜２：２であるため、ガラス中からアルカリ金属が溶出し難い。したがって、当該ガラス組成物を用いたランプの発光効率が短期間で低下したり、放電空間内の水銀の消費量が増加する虞が少ない。
【００１０】
なお、二酸化ケイ素とアルカリ金属とのモル比については、二酸化ケイ素が５に対してアルカリ金属が１．１より大きいと、ガラスの耐水性が悪くなるため、当該ガラスの表面に白濁が生じ易い。耐水性の悪いガラスは、例えばＪＩＳ  Ｒ  ３５０２のアルカリ溶出試験において３５０μｇ/ｇの値を示す。一方、二酸化ケイ素が５に対してアルカリ金属が０．９より小さいと、ガラスの軟化点が高くなり、当該ガラスの溶融時あるいは二次加工時に多くのエネルギーを必要とする。
【００１１】
また、アルカリ金属とアルカリ土類金属とのモル比については、アルカリ金属が２に対してアルカリ土類金属が２より大きいと、ガラスの粘度曲線の傾きが大きくなる。すなわち、ガラスの冷める時間が短くなるため、当該ガラスの加工時に早冷めが起こって加工性が悪くなり、ランプの製造工程における歩留まりが悪くなる。一方、アルカリ金属が２に対してアルカリ土類金属が１より小さいと、ガラスの耐水性が悪くなるため、当該ガラスの表面に白濁が生じ易い。
【００１２】
次に、上記ガラス組成物は、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有率が合計２モル％以下であり、酸化ストロンチウムの含有率が０．９ｗｔ％以下である。このように、高価な原料である酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムの含有量が少なければ、ガラスのコストが安く済む。
また、ガラス中に含まれるストロンチウムおよびバリウムの含有量が少ないため、当該ガラスが脆くなり難い。したがって、ランプ製造において歩留まりが悪くならず、また、製品化したランプの破損率が低い。さらに、ガラス中に含まれるストロンチウムおよびバリウムの含有量が少ないため、当該ガラスを溶融させる溶融炉が浸食され難い。
【００１３】
なお、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムが合計２モル％より多く含有されると、ガラスの粘度曲線の傾きが大きくなる。すなわち、ガラスが冷める時間が短くなるため、当該ガラスの加工時に早冷めが起こって加工性が悪くなり、ランプの製造工程において歩留まりが悪くなる。
上記ガラス組成物において、二酸化ケイ素、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を基本構成成分とするとは、ガラス組成物における二酸化ケイ素、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の含有率が高いことを意味する。
【００１４】
アルカリ金属とは、一般的に、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）フランシウム（Ｆｒ）の６元素の単体の総称であって、アルカリ金属酸化物とは、当該アルカリ金属の酸化物を意味する。ガラス組成物中に含有させるアルカリ金属酸化物は、上記のアルカリ金属の酸化物の中から選ばれるものであれば、必ずしも一種類である必要はない。
【００１５】
アルカリ金属酸化物は、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）：０〜３Ｗｔ％、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）：５〜１８Ｗｔ％、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）：３〜１０Ｗｔ％の範囲内であることが望ましい。これらアルカリ金属酸化物は、ガラスの中で二酸化ケイ素の結合を切断し、当該ガラスの粘度を下げるため、一定量以上含有させればガラスの粘度が下がって当該ガラスの加工性が向上する。しかし、酸化リチウムが３Ｗｔ％、酸化ナトリウムが１８Ｗｔ％或いは酸化カリウムが１０Ｗｔ％よりも多くなると、ガラスの耐水性が悪くなるため、当該ガラスの表面に白濁が生じ易い。。
【００１６】
アルカリ土類金属とは、一般的に、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム、バリウム、ラジウム（Ｒａ）の５元素の単体の総称であって、アルカリ土類金属酸化物とは、当該アルカリ土類金属の酸化物を意味する。ガラス組成物中に含有させるアルカリ土類金属酸化物は、上記のアルカリ土類金属の酸化物の中から選ばれるものであれば、必ずしも一種類である必要はない。
【００１７】
アルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム：１〜６％、酸化カルシウム：３〜８％、酸化ストロンチウム：０〜０．９％、酸化バリウム：０〜３％の範囲内であることが望ましい。これらアルカリ土類金属酸化物は、ガラスの中で二酸化ケイ素の結合を切断して当該ガラスの粘度を下げ、当該ガラスの加工性を向上させると共に、当該ガラスの耐水性を向上させて白濁を生じ難くする。
【００１８】
本発明のランプ用ガラス組成物の特定の局面では、酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムが含有されていないことを特徴とする。
また、本発明のランプは、上記のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のランプ用ガラス組成物は、ガラス中からアルカリ金属が溶出し難いため、当該ガラス組成物を用いてランプを製造した場合、当該ランプの発光効率の低下が早まったり、当該ランプの放電空間内の水銀消費量が増大したりする不具合が生じ難い。また、高価な原料の含有率が低いため、低コストで脆くない性質のガラスを得ることができると共に、当該ガラスを溶融させる際に溶融炉が浸食され難い。
【００２０】
また、本発明のガラス組成物を、ガラス中に酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムが含まれていないガラス組成物とした場合、より低コストで脆くない性質のガラスを得ることができると共に、当該ガラスを溶融させる際に溶融炉が浸食されることがない。
本発明のランプは、上記のガラス組成物から形成されたガラスバルブを備えているため、当該ガラスバルブからアルカリ金属が溶出し難く、ランプの発光効率の低下が早まったり、当該ランプの放電空間内の水銀消費量が増大したりする不具合が生じ難い。また、ガラスバルブが安価であるため、ランプを安価に製造することができると共に、ランプ製造の歩留まりが良く、製品化されたランプの破損率も低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態１）
（コンパクト形蛍光ランプの説明）
本発明の実施の形態に係るコンパクト形蛍光ランプについて、図１を用いて説明する。図１は、コンパクト形蛍光ランプの正面図である。図１に示すように、コンパクト形蛍光ランプ１は、多数管形（ＦＨＴ）のコンパクト形蛍光ランプであって、ブリッジ接合により一体化された６本のガラスバルブ２と、それらガラスバルブ２の一方の端部側に取り付けられた口金３とを備えている。
【００２２】
各ガラスバルブ２の内面には、三波長域発光の蛍光体（色温度５０００K）層が形成されており、また、当該発光管２の内部には、水銀および希ガスが封入されている。
（ガラス組成物の成分の説明）
上記ガラスバルブ２は、以下に示すような成分のガラス組成物から形成されている。
二酸化ケイ素：７３．０７ｍｏｌ％、酸化アルミニウム：０．６３ｍｏｌ％、アルカリ金属酸化物：１３．６０ｍｏｌ％、アルカリ土類金属酸化物：１０．８０ｍｏｌ％、酸化ストロンチウム：０．９５ｍｏｌ％、酸化バリウム：０．９５ｍｏｌ％。
（実施の形態２）
実施の形態２に係るコンパクト形蛍光ランプは、実施の形態１のコンパクト形蛍光ランプと同様の構造をしている。したがって、ガラスバルブを形成するガラス組成物の成分についてのみ説明する。
【００２３】
（ガラス組成物の成分の説明）
実施の形態２に係るコンパクト形蛍光ランプのガラスバルブは、以下に示すような成分のガラス組成物から形成されている。
二酸化ケイ素：７３．３ｍｏｌ％、酸化アルミニウム：２．２ｍｏｌ％、アルカリ金属酸化物：１３．９ｍｏｌ％、アルカリ土類金属酸化物：１０．６ｍｏｌ％。
（実施の形態３）
実施の形態３に係るコンパクト形蛍光ランプは、実施の形態１のコンパクト形蛍光ランプと同様の構造をしている。したがって、ガラスバルブを形成するガラス組成物の成分についてのみ説明する。
【００２４】
（ガラス組成物の成分の説明）
実施の形態３に係るコンパクト形蛍光ランプのガラスバルブは、以下に示すような成分のガラス組成物から形成されている。
二酸化ケイ素：７４．０ｍｏｌ％、酸化アルミニウム：１．１ｍｏｌ％、三酸化二ホウ素：１．４ｍｏｌ％、アルカリ金属酸化物：１５．５ｍｏｌ％、アルカリ土類金属酸化物：８．０ｍｏｌ％。
（その他の事項）
上記各実施の形態においては、ガラスバルブを上記ガラス組成物から形成されたものとしたが、用いるガラス組成物の成分は、これに限定されるものではない。例えば、ガラス組成物の添加物として、必要に応じて少量の酸化アンチモン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化セリウムを加えても同様の効果が得られることを確認している。
【００２５】
ただし、ガラス組成物は、ガラスバルブとしての特性を保つために以下に示すような範囲の成分を有することが望ましい。
二酸化ケイ素：６０〜７５Ｗｔ％、酸化アルミニウム：１〜５Ｗｔ％、三酸化二ホウ素：０〜２Ｗｔ％、酸化リチウム：０〜３Ｗｔ％、酸化ナトリウム：５〜１８Ｗｔ％、酸化カリウム：３〜１０Ｗｔ％、酸化マグネシウム：１〜６Ｗｔ％、酸化カルシウム：３〜８Ｗｔ％、酸化ストロンチウム：０〜０．９Ｗｔ％、酸化バリウム：０〜３Ｗｔ％。
【００２６】
なお、二酸化ケイ素は、ガラスの中で網目を形成する酸化物であり、二酸化ケイ素が６０Ｗｔ％より少ないと、ガラスの耐水性が悪くなるため白濁が生じ易く、当該二酸化ケイ素が７５Ｗｔ％より多いと、当該ガラスの高温時の粘度が大きくなるため著しく加工性が低下する。
また、酸化アルミニウムは、ガラスの中で網目を形成する酸化物であり、酸化アルミニウムが１Ｗｔ％より少ないと、ガラスの耐水性が悪くなるため白濁が生じ難く、当該酸化アルミニウムが５Ｗｔ％より多いと、ガラスに失透が起こると共に当該ガラスの高温での粘度が増し加工性が低下する。
【００２７】
三酸化二ホウ素は、ガラスの中で網目を形成する酸化物であり、三酸化二ホウ素が２Ｗｔ％より多いと、ガラスの溶融時に溶融炉が侵食されるため好ましくない。
（実験の説明）
上述のような効果を確認するために、以下の実験を行った。
比較例１および２、実施例１乃至３の計５種類のガラス組成物に係るガラスを作製し、各ガラスについてのアルカリ金属の溶出量を、ＪＩＳ  Ｒ  ３５０２の方法に基づいて測定した。また、各ガラスからなるガラスバルブを備えた上記実施の形態と同様の構成のコンパクト形蛍光ランプを作製し、各コンパクト形蛍光ランプを１０００時間点灯させた後、各ガラスバルブのトップ部（ガラスバルブ２の口金３とは反対側の端部）に付着する酸化水銀の量を測定した。さらに、各コンパクト形蛍光ランプの光束維持率を経時的に測定した。
【００２８】
比較例１および２は、従来のガラス組成物に係るガラスおよびコンパクト形蛍光ランプであり、比較例１は、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムが含有されていないガラス組成物に係るものであって、比較例２は、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムが含有されたガラス組成物に係るものである。
また、実験例１乃至３は、本発明のガラス組成物に係るガラスおよびコンパクト形蛍光ランプであり、実施例１は、実施の形態１のガラス組成物に係るものであって、実施例２は、実施の形態２のガラス組成物に係るものであって、実施例３は、実施の形態３のガラス組成物に係るものである。
【００２９】
実験結果を図２および３に示す。図２は、各ガラスのアルカリ金属の溶出量と、１０００時間点灯後のコンパクト形蛍光ランプに付着した酸化水銀の量とを示す表であり、図３は、各コンパクト形蛍光ランプの経時的な光束維持率を示すグラフである。
図２に示すように、実施例１〜３のガラスのアルカリ金属溶出量は、比較例１のガラスの溶出量の半分以下であり、比較例２のガラスのアルカリ金属の溶出量とほぼ同等であった。この結果より、実施例１〜３のガラスは、アルカリ金属の溶出量が抑えられていることがわかる。
【００３０】
また、図２に示すように、実施例１〜３のコンパクト形蛍光ランプの酸化水銀量は、比較例１のコンパクト形蛍光ランプの酸化水銀量の３分の１以下であり、比較例２のコンパクト形蛍光ランプの酸化水銀量とほぼ同等であった。この結果より、実施例１〜３のコンパクト形蛍光ランプでは、ガラスバルブからのアルカリ金属の溶出量が少なく、ガラスバルブ内でのアマルガムの生成量が少ないことがわかる。
【００３１】
さらに、図３に示すように、実施例１〜３のコンパクト形蛍光ランプは、比較例１のコンパクト形蛍光ランプよりも光束維持率が低下し難く、比較例２のコンパクト形蛍光ランプとほぼ同程度の光束維持率を保持していた。この結果から、実施例１〜３のコンパクト形蛍光ランプは、定格寿命を確保し易いことがわかる。特にコンパクト形蛍光ランプはガラスバルブのトップ部やブリッジ接続部を形成するためにガラス管を融着或いは折曲げ加工しなければならず、ガラスに大きな熱負荷がかかることから、製造工程においてガラス中から溶出するナトリウムを抑え水銀消費量を抑制することと、ガラスが脆くなる性質を組成で改善できる効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のガラス組成物は、コンパクト形蛍光ランプ、直管形蛍光ランプ、環形蛍光ランプおよび電球型蛍光ランプなどの蛍光ランプや、蛍光ランプ以外の水銀蒸気放電ランプに利用可能できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンパクト形蛍光ランプを示す側面図である。
【図２】ガラスのアルカリ金属溶出量およびコンパクト形蛍光ランプのガラスバルブに付着した酸化水銀量を示す表である。
【図３】コンパクト形蛍光ランプの経時的な光束維持率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  コンパクト形蛍光ランプ
２  ガラスバルブ
３  口金
【図１】
2005213094.tif 000003
【図２】
2005213094.tif 000004
【図３】
2005213094.tif 000005