JPH0471856B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 本発明者の以前の米国特許第4238705号明細書
において高温用ランプに有用な、そして重量パー
セントで約54〜71％のSiO₂、約12〜18％のAl₂
O₃、約４〜８％のCaO、10〜23％のBaO、およ
びＲをアルカリ金属イオンとして０〜３％のR₂
Ｏから本質的に成り、少量の付随する不純物、残
留するフラツクスおよび清澄剤を随伴するアルミ
ノケイ酸塩ガラス組成物が開示してある。先行技
術のガラスのSiO₂およびAl₂O₃の合計の含有量は
約73〜83重量％の範囲にあり、BaOおよびCaO
の合計含有量は約17〜30重量％の範囲にあり、し
かもBaOとCaOの重量比は約2.3〜3.5としてリボ
イル（reboil）抵抗を改良している。先行技術の
ガラスの0°〜300℃の温度範囲における平均の熱
膨張係数は約37×10^-7cm．／cm．／℃〜約50×
10^-7cm．／cm．／℃であり、ランプのガラス外管
に金属タングステンあるいはモリブデン製のラン
プ内部導入線（lamp inleads）を直接封入する
に適する。この特許に記述した再生循環ハロゲン
ランプには、ランプの機械的支持を改良するため
の手段としてプレスシール領域においてタングス
テンあるいはモリブデンのランプ内部導入線に更
に大きい径の導入線を接続して用いる方法が開示
してある。 このガラス組成物に比較的少ない改良のみを施
すことによつて、この型式の白熱灯構造を更に改
良できることをこのたび発明した。更に詳細にい
えば、このガラス組成物に比較的少量のZrO₂を
添加することが、清澄化した後チユーブに引き抜
く時の溶融ガラスのぬかあわの数を著しく減少さ
せ、それによつて改良された本ガラス組成物を用
いたランプガラス外管の機械的強度および光学的
透明度を改良することを発明した。この効果は予
期し得なかつたものである。それはZrO₂が過去
にガラス清澄剤として認識されていなかつたから
である。少量のZrO₂をこのアルミノケイ酸塩ガ
ラスに添加することにより、ガラス形成工程にお
いて好ましくも過度に失透を起こすことなく、更
に歪点が上昇する。歪点の上昇は、高温用ランプ
のガラス外管にはランプの入／切操作サイクル時
の加熱および冷却により永続的応力が発生し得る
ので、好ましい。これらのランプは使用時に通常
数気圧の圧力下にあるので、ランプガラス外管の
歪点がより高いことにより、ランプ使用時に発生
する永続的な応力条件に起因する機械的な損傷の
可能性が少なくなる。 したがつて、本発明はしばしば500℃以上の高
温で用いる白熱灯の密封シール手段を提供するの
に特に有用であることがわかつた改良シールガラ
ス組成物に関する。この型式の白熱灯設計はかか
る高温度に堪えることのできる透明な外管材料
と、この外管が電気の内部導入線を密封的に封入
することを必要とする。これらのランプ型式の中
に、ランプ内に光源を提供する抵抗白熱フイラメ
ントを両端で内部導入線に接続し、この内部導入
線双方をランプガラス外管へ直接に溶融的に封入
した、再生循環ハロゲン含有ランプがある。この
構造を有するランプはプロジエクタ用ランプ、自
動車用ヘツドランプおよび家庭用照明源さえも含
めて多様な照明用途に今や広く用いられている。
こうした製品用途において、再生循環ハロゲンラ
ンプは外部反射器部材に組み込むことができる
し、また単にガラス外管内に入れることもでき
る。 発明の要約 よつて、本発明の目的は高温用ランプにおける
外管材料として特に有用な改良アルミノケイ酸塩
シールガラスを提供することである。より容易に
製造でき、その後にモリブデンあるいはタングス
テンのランプ内部導入線を密封的に封入する用途
に供することができ、そして熱応力発生に対して
感受性の強くない、改良アルミノケイ酸塩ガラス
を提供することが更なる目的である。更に重要な
目的は先行技術のガラス組成物にあつたぬかあわ
あるいは気泡を除去するという理由で機械的損傷
に対してより優れた抵抗力を有する該白熱灯用ア
ルミノケイ酸塩ガラスを提供することである。 手短かにいうと、本ガラス組成物は、出発材料
バツチについて重量％で計算した概略値として52
〜72％のSiO₂、12〜17％のAl₂O₃、10〜23％の
BaO、４〜８％のCaO、更に、本ガラス組成物
のぬかあわ数を減少させるに十分な、少量乃至約
３％以下のZrO₂を少量の付随する不純物、残留
フラツクスおよび清澄剤とともに含有する酸化物
から本質的に成る。本シールガラス組成物は、
730℃以上の歪点、1320℃を越えない液相線温度、
および0°〜300℃の温度範囲で約37×10^-7cm．／
cm．／℃〜約48×10^-7cm．／cm．／℃の間の平均
熱膨張係数を示す。本ガラス組成物中のSiO₂と
Al₂O₃の合計の含有量はほぼ70〜83重量％の範囲
であり、BaOとCaOの合計の含有量はほぼ17〜
30重量％の範囲であり、しかもBaOとCaOとの
重量比はほぼ2.3〜3.5の範囲にあつて、後の白熱
灯製造の際の密封シール形成時におけるリボイル
抵抗を改良する。金属タングステンを直接封入す
るのに好ましいガラス組成はBaOおよびCaO合
計含有量がほぼ17〜21重量％の範囲であり、金属
タングステンを直接封入するに適した0°〜300℃
の温度範囲で約37×10^-7cm．／cm．／℃〜約41×
10^-7cm．／cm．／℃の平均の線熱膨張係数を示
す。金属モリブデンを直接封入するための別の好
ましいガラスは約21〜30重量％の概略範囲の
BaOおよびCaOの合計含有量を有し、0°〜300℃
の温度範囲で約41×10^-7cm．／cm．／℃〜約48×
10^-7cm．／cm．／℃の平均の線熱膨張係数を示
す。 上述の少量のZrO₂を添加することにより、溶
融ガラスを後に所望するランプ形状に成形する時
の、あるいは仕上りのランプ装置において希望す
るいずれの物理的性質にも悪影響を与えることな
く、ガラスを溶融する時に劇的にぬかあわ数を減
らす。たとえば、１％のZrO₂を添加するとルツ
ボ溶融においては30％を越えるぬかあわ数の減少
が認められ、600ポンド・日のタンク溶融の場合
に従来のガラスと比較して24時間の溶融時間の後
にぬかあわ数は94％減少した。仕上りランプ部材
について歪点の好ましい上昇はZrO₂添加量の％
当り約10℃であることがわかつた。しかしZrO₂
を２重量％を越えて添加するとガラス液相線温度
の上昇をも起こす。そのため、本ガラス組成物に
最大で３重量％ZrO₂の添加を維持して、溶融ガ
ラスを所望するランプ形状に成形する際に失透が
起こる点を越えて液相線温度が上昇することを防
ぐ。したがつて、最高３重量％のZrO₂により仕
上りランプのガラス部材においてぬかあわの著し
い減少を伴ないつつガラスの歪点は30℃上昇す
る。 好ましい実施の態様の説明 添付図において、本発明のアルミノケイ酸塩ガ
ラスの管１２から形成した透明なガラス外管１１
を有する典型的な再生循環ハロゲンランプ１０を
説明する。このガラス外管内には、フツクあるい
はクランプ１５により内部導入線１４に接続して
ある抵抗白熱フイラメント１３がある。内部導入
線１４にはモリブデンあるいはタングステンから
選択した耐火金属を用い、光源コイル１３は図示
のようにランプの中心軸に沿つて、あるいはそれ
に対し直角に、内部導入線によつて吊るしておく
ことができる。ランプガラス外管内に複数の内部
導入線の対を用いた多重フイラメント光源は先き
に言及した第4238705号特許明細書に開示されて
おり公知である。ここに説明するランプの実施例
において、ランプガラス外管は一端を一般的に用
いられているピンチシール（pinch seal）１６で
閉じ、他端をもまた一般的に用いられている尖端
を形成した残端１７により閉じる。ランプには、
ランプ製造の際のプレスシールを形成している間
開放している尖端においてハロゲン化物ガス混合
物をフラツシユして満たす。各ランプ内部導入線
１４の最外端はランプガラス外管のプレスシール
領域１６で密封的に封入し、更にろう付あるいは
溶接の如き通常の方法により比較的径のより大き
い導入線２２へ接続する。溶接あるいはろう付接
続部２３は好ましくはプレスシール部を越えて位
置させ、熱膨張係数がより大きい、コバール
（Kovar−登録商標）型合金およびシリコン−鉄
合金の如き、より安価な金属をランプ装置の構造
支持手段とすることができる。 本発明の好ましいガラスを下記表に記す。ガラ
ス工業において一般的であるように、ガラス組成
はバツチ出発材料から計算した酸化物を基準とし
て報告してある。バツチの構成要素から一般的な
方法で計算したガラス組成とそれから得られた実
際の組成の間には小さい相異があるかもしれない
が、両組成は本質的には同じであろう。溶融中に
本発明のガラス組成物中のバツチの構成要素に幾
分かの蒸発があり、かつガラスの溶融に通常用い
る耐火物からジルコニアおよびアルミナあるいは
他の成分を痕跡程度取り込むこともあり得る。よ
つて、本発明は出発バツチ処方から一般的な方法
で計算したと同じ、上述の組成範囲を有する、こ
こに説明した密封シール性を改良するための、ガ
ラス組成物を採用することを意図する。

【表】 前記表から認められるように、先に言及した特
許第4238705号明細書に開示されている先行技術
によるアルミノケイ酸塩ガラス（比較例１）とこ
のガラス組成にZrO₂を含ませて改良した改良品
（実施例２〜４）との比較をする。本発明による
ZrO₂を含有するすべてのガラスは、金属モリブ
デンとの直接の密封的なシールに対し適した熱膨
張係数を維持しつつ、先行技術のガラスより高い
歪点を示す。この比較から更に、少量のZrO₂を
添加することによつて改良ガラスの所望のシール
特性を有意に損つてまで改良ガラスのアニール点
あるいは軟化点を上昇させることはなかつたと認
められる。このような改良ガラス組成物はランプ
装置から放射する紫外線を所望どおり吸収するこ
とができる0.5重量％以下のTiO₂のごときその他
の酸化物を任意に少量添加して更に改良できる。
SrOおよびMgOのごときその他の酸化物を所望
の物理的挙動に悪影響を与えることなく、少量成
分としてガラス中に添加しあるいは検出すること
があり得る。たとえば、約0.3重量％のSrOを有
害な影響なしに、この型式のガラスの製造に現在
一般的に用いられている炭酸バリウム原材料から
の不純物としてガラスへ導入することができる。
このガラスに少量のMgOを添加することは液相
線温度を下げるに効果があることもまた判明して
いるが、しかし１％を越えて添加すると液相線温
度が急激に上昇し、ガラス融体表面に浮きかすが
たまる。 上記の説明より、新規なシールガラス組成物が
金属タングステンおよびモリブデン両者に対する
直接の密封シールにおいて顕著な改良をもたらし
たことが明らかである。上記に具体的に開示した
以外にも、本発明の技術的思想と範囲を逸脱する
ことなく開示したガラス組成の微小な変更を想定
していることは明白であろう。よつて、請求の範
囲によつてのみ本発明を限定しようとするもので
ある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による改良ガラスを使用して
金属のシールを具体化した一つの型式の再生循環
白熱灯の側面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 出発材料バツチに基づき計算して、重量％で
   52〜70％のSiO₂、12〜17％のAl₂O₃、10〜23％の
   BaO、４〜８％のCaOの金属酸化物から本質的
   に成り、更にガラス組成物のぬかあわの数を減少
   させるに足る１乃至３％のZrO₂を付随する不純
   物、残留フラツクスおよび清澄剤とともに含有す
   る改良したシールガラス組成物。 ２ 歪点が730℃以上、液相線温度が1320℃を越
   えない温度、および０〜300℃の温度範囲での平
   均熱膨張係数が約37×10^-7cm．／cm．／℃〜約48
   ×10^-7cm．／cm．／℃である、特許請求の範囲第
   １項に記載のシールガラス組成物。 ３ SiO₂とAl₂O₃の合計の含有量が70〜83重量％
   の範囲であり、BaOとCaOの合計の含有量が17
   〜30重量％の範囲であり、しかもBaOとCaOの
   重量比を2.3〜3.5の範囲としてリボイル抵抗を改
   良した、特許請求の範囲第１項に記載のシールガ
   ラス組成物。 ４ 金属タングステンを直接シールするために、
   BaOとCaOの合計含有量が17〜21重量％の範囲
   にあり、０〜300℃の温度範囲で平均線熱膨張係
   数が約37×10^-7cm．／cm．／℃〜約41×10^-7
   cm．／cm．／℃である特許請求の範囲第１項に記
   載のシールガラス組成物。 ５ 金属タングステンを直接シールするために、
   BaOとCaOの合計含有量が21〜30重量％の範囲
   にあり0°〜300℃の温度範囲で平均線熱膨張係数
   が約41×10^-7cm．／cm．／℃〜約48×10^-7cm．／
   cm．／℃である特許請求の範囲第１項に記載のシ
   ールガラス組成物。 ６ BaO含有量がAl₂O₃含有量を越える、特許請
   求の範囲第５項に記載のシールガラス組成物。