本发明涉及电灯泡，特别是涉及由玻璃壳或者玻璃(管脚)制造 的电灯泡。更确切地说，本发明涉及一种按无铅玻璃组合物制造的电 灯泡。

铅因其是一种普通的、容易成形和低成本的材料，长期来在制造 玻璃中起重要作用。玻璃中的铅降低了玻璃的软化点和熔点，使玻璃 可在低温下可加工。现在从环境保护出发，正致力于消除一般掩埋废 弃物，包括玻璃产品如电灯泡中的铅。理论上说，从玻璃中去除铅是 简单的。人们只需从已有的配方中去除铅，并且在更高温度下熔化并 加工无铅的配方的玻璃。遗憾的是，这并不是实用的解决办法。例如， 铅玻璃通常被用作制造电灯泡，其中电灯泡的成本主要取决于原材料 费用、玻璃成形的速度(设备利用速度)及加工玻璃的能量价格。简 单地从玻璃配方中去除铅需要重新装备以便在更高温度加工玻璃的装 置，这对制造商来讲导致更高燃料成本。

用作制造电灯泡的大部分玻璃管是用维罗(Vello)拉管法制造的。 铅玻璃，比如SG10和SG12因为通常在低温下熔化，并且由于氧化铅 的助熔能力使得比无铅玻璃能更有效地熔化，因此通常按照维罗 (Vello)拉管法能更好地加工。维罗(Vello)拉管法制造的玻璃管在 很高拉制速度下具有优异的尺寸精度，但是在相当高的粘度下使玻璃 管成形。因此，按维罗(Vello)拉管法使用的玻璃配方必须具有低的 液相线温度。特别是已经发现，在成形的玻璃的粘度约为50,000泊时， 维罗(Vello)拉管法加工最好。还希望在液相线温度和加工温度之间 存在50℃或更大的温度差。另外，为制造多种多样的白炽灯和荧光灯 产品，玻璃管必须在各种灯泡加工机械上再加工。这种机械必须是通 用的，因为要用同样的方法制造成千上万种形状的灯泡。再加工为制 造闪光灯管、管脚和吹制灯泡的玻璃管，要求具有长的可加工区间的 玻璃，也就是，在玻璃的软化温度和加工温度之间存在较大温度差。

大部分已知的无铅玻璃由于它们的熔点和软化点太高，实际上不 适合用于现有的灯泡制造设备上。为了适应这些更粘的材料，玻璃成 形机械需要改进，压制、弯曲和吹制操作工艺都需要重新调整。因此， 单纯去除铅会大大提高电灯泡的制造费用。例如大多数无铅和低铅的 玻璃组合物具有短的加工区间。具有短的加工区间的玻璃往往会导致 尺寸控制较差的产品和许多玻璃缺陷。因此，短的加工区间需要在灯 泡制造过程中的每一制造(转位)工段进行精密的温度控制。为监控 灯泡制造过程需要的人力和设备，都会增加制造成本。这是由于这些 原因，所以需要一种与已使用的铅玻璃具有同样机加工特性的无铅玻 璃。

除了玻璃机械加工特性以外，要制造出高质量的电灯泡，玻璃仍 需满足其它准则。尤其是，在形成导线密封部分时需要灯泡玻璃具有 高电阻率。在灯泡使用过程中，高电阻率能防止碱金属迁移。碱金属 迁移，通常称之为电解，通常会导致玻璃破裂和灯泡损坏。高瓦数白 炽灯泡因为它们通常工作在高温和高电压下，所以更易于电解。尽管 为防止因电解而损坏要重新设计灯泡，但为重新设计所有的高瓦数灯 泡和为制造新灯泡所需的机械变更，其所需费用会增加成本而使之受 限制。另外，玻璃必须与引线形成密封，该引线穿过灯壳以便向光源 提供电源。大的热膨胀率差别能引起玻璃破裂和破坏灯的气密封。空 气因此透过灯壳并氧化灯灯丝。因此，需要具有高电阻率的并与电灯 泡引线的热膨胀率相匹配的无铅玻璃。

近来，灯泡制造商通常制造低瓦数白炽灯泡和高瓦数白炽灯泡。 如上所述，高瓦数白炽灯泡需要一种具有优异的高温电阻率的玻璃。 在铅玻璃情况下，通常使用SG12。但是，SG12中高含量的铅和氧化 钾使得此种玻璃更为昂贵，因此限制其仅使用在要求较高电阻率的应 用场合中。因此，制造商必须使用不止一种的铅玻璃来制造低瓦数白 炽灯泡和高瓦数白炽灯泡，例如，SG10和SG12。因为需要多于一种 类型玻璃，这就增加了库存费用，并且因为需要为每种玻璃调整密封 操作工艺，同样增加了制造成本。因此，在制造低瓦数白炽灯泡和高 瓦数白炽灯泡时使用无铅玻璃是有益的。

在先技术的一些实例示于如下的参考文件中。

授予Welsh的美国专利No.2,877,124，提出的无铅玻璃不具有制 造灯泡所需的高电阻率。

授予Thomas等人的美国专利No.4,089,694描述了一种灯泡玻璃， 它含有少量氧化钡和氧化锂以代替玻璃中的铅。氧化钾对氧化钠的摩 尔比值非常低，因此对于大多数白炽灯照明应用场合，其电阻率是不 足的。为改进玻璃的熔化和可加工性能，还需要氟。由于在玻璃熔化 过程中氟是挥发性的和有害的，所以氟是不希望的。

授予DeLajarte的美国专利No.3,252,812提出一种不含有氧化锂的 无铅玻璃。DeLajarte玻璃的液相线温度从1070℃至1146℃，它是太高， 并且该玻璃对用于维罗(Vello)拉管法来讲太软。因此DeLajarte组合 物使得在用维罗(Vello)拉管法形成玻璃管前会使玻璃失透。

授予Kawaguchi等人的特开昭58[1983]-60638涉及适合制造荧光 灯的无铅玻璃。他们声称他们的玻璃含有3％(重量)以上的氧化钡， 这会导致组合物失透。许多白炽灯泡所需的高电阻率迫使氧化钡的含 量超过这个数值。

授予Sakamoto和Hayami的特开昭57[1982]-51150也提出用于荧 光灯的无铅玻璃。其组合物含低于10.1％(重量)的氧化钡，这将导 致更受制约地，更不良地加工玻璃。

授予Marlor的美国专利No.5,391,523(这里引用仅供参考)公开 一种无铅玻璃SG64，对于大多数类型灯泡使用的传统铅玻璃来讲，是 一种可接受的替代品。但是，SG64玻璃的电阻率不胜任高瓦数白炽灯 泡中的管脚。因此，对此类应用而言，灯泡生产商仍需使用高电阻率 的铅玻璃，例如SG12。

授予Filer的美国专利No.5,470,805描述了一种无铅玻璃，尤其是 一种市售的无铅玻璃PH360。尽管上述玻璃可以被成功地用于制造多 种多样的白炽灯泡和荧光灯，但是其电阻率对于许多高瓦数类型的白 炽灯泡来说还是太低。

本发明目的在于克服在先技术的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种无铅玻璃，其可用于制造低瓦数 白炽灯泡和高瓦数白炽灯泡。

本发明的再一目的在于提供一种无铅玻璃，其具有的机械加工特 性可与传统铅玻璃相比。

根据本发明的一个目的，现提供一种通用的无铅玻璃，其组成以 重量百分值计表示如下：

二氧化硅        58       至       69

氧化钠          3.2      至       5.5

氧化钾          8.5      至       14.3(最好小于12)

氧化锂          0.5      至       2.5

氧化钡          6        至       12

氧化锶          0        至       4

氧化钙          0        至       6

     (最好大于1)

氧化镁          0        至       3

三氧化二铝      2.1      至       7.0

三氧化二硼      0        至       4(最好小于3)

并且还可含达0.2％的三氧化二锑和高达3.2％的氧化锌，

其中氧化钾对氧化钠的摩尔比值至少为1.1。

根据本发明的另一目的，提供一种有玻璃壳和至少一管脚的电灯 泡，每一管脚具有一玻璃实体和至少一根电连接到一对引线上的灯丝， 该引线具有中间部分和外端，该引线的中间部分延伸通过玻璃实体并 与其形成密封，玻璃实体配置在灯丝和引线的外端之间，该玻璃实体 由通用的无铅玻璃成形，玻璃壳和玻璃实体被密封以形成含有灯丝的 空间。

图1表示用于制造白炽灯泡的吹制的玻璃壳。

图2表示具有玻璃壳的白炽灯泡封壳。

图3表示用于制造白炽灯泡使用的灯丝管脚。

图4表示包括灯丝管脚的白炽灯泡。

图5表示用于制造荧光灯的灯丝管脚。

图6表示局部断开的荧光灯。

为了对本发明，连同本发明的其它目的、优点和性能的更好地理 解，结合上述附图，阅读如下的说明和所附权利要求。

已发现一种通用的无铅玻璃(ULF)可用作替代铅玻璃来制造低 瓦数电灯泡和高瓦数电灯泡。ULF玻璃可用于制造灯泡过程和灯泡设 计中，并无须按大规模改变。ULF玻璃具有的机加工特性可与传统铅 玻璃相比，同时有高电阻率和所需的引线密封特性。

图1表示用于制造白炽灯泡的吹制玻璃壳。灯壳10是一个包容有 内部容积的玻璃壳体。形成开孔通道的颈部区12连通灯壳的内部与外 部。在该处灯壳10直接与引线密封，象在压制密封小灯泡中一样，利 用本发明的通用的无铅玻璃是合适的，以利用ULF玻璃组合物的电阻 率和热膨胀率特性。例如，图2表示具有玻璃壳的白炽灯泡封壳。玻 璃灯壳10封装有两根分别由两根引线62支承的灯丝60。四根支承引 线62均通过压制密封件64延伸至灯泡封壳的外部。使用ULF玻璃制 造的灯壳使得灯壳和引线有相匹配的热膨胀率，这样就能保证灯壳和 引线之间有良好密封。小灯泡通常就是以这种方式制造。

对灯壳10与管脚构件密封的情况，灯壳通常用氧化钙玻璃制造， 只有管脚，如图3所示，是用ULF玻璃制造。图3表示在制造白炽灯 泡时使用的灯丝管脚。灯丝管脚14包括一灯丝16，该灯丝16在引线 18、20的内端22、24与引线18，20电连接。另外灯丝14还可利用本 技术领域中的大量的灯丝支承构件中的一种或多种固定。引线18、20 具有延伸通过玻璃实体26的中间区，并与玻璃实体26形成密封，延 伸出玻璃实体26之外的引线18、20的外端28、30连接到爱迪生或其 它类型的灯座上。电引线18、24可以用导电线制造，通常是涂镍铜线 或其他引线材料，如在照明产业普通使用的杜美、镍、niron(铁镍合 金)和Sylvania#4合金。引线可采用直线引线的通常形状，从与灯壳 内部的光源连接点延伸通过灯壳至灯壳外部触点。由于在现有灯泡玻 璃和新ULF玻璃组合物之间的热膨胀率的相似性，所以新、旧配方的 不同灯部件易于在一种构件中结合起来。将新玻璃配方结合到制造工 艺中几乎没有对制造过程的影响。

玻璃实体26包括盘状或带向外凸缘32，它们可以密接安装并密封 在吹制的玻璃壳10的开口通道颈状区12，同时在灯壳10内部封装有 灯丝16，引线外端28、30延伸在外。图4表示由吹制的灯壳10和白 炽灯丝管脚14形成的白炽灯泡。吹制的氧化钙玻璃灯壳10和ULF玻 璃管脚14密封在一起，装上螺纹灯座6并与引线18、20电连接。

图5表示用于制造荧光灯的灯丝管脚34。灯丝管脚34包括灯丝36， 该灯丝36与引线38、40在其内端42、44电连接。引线38、40具有 延伸通过并与ULF玻璃实体46密封的中部区。引线38、40的外端48、 50延伸并连接到单管脚、双管脚、带螺纹的或其他荧光灯座。ULF玻 璃实体46包括盘状或带向外凸缘58，它们可以密接安装并密封在荧光 灯管的开口通道上。图6表示由涂覆有荧光物质的柱形管54和两个荧 光灯管脚34形成的荧光灯52。管脚34和管54密封在一起，已装上两 管脚灯座，并与引线38、40电连接。灯座上的外触点可以用导电金属 制造，例如黄铜，并有与一般灯泡相似的电触点，例如带螺纹的爱迪 生灯座或是双管脚荧光灯。然后光源通过引线与触点相连接，同时玻 璃管脚或灯壳与引线密封。

吹制的灯壳，白炽灯管脚、荧光灯管脚、荧光管、或是大多数其 他玻璃灯泡元件可以由通用的无铅玻璃制造。因为制造ULF玻璃比通 常的氧化钙玻璃更为昂贵，所以用ULF玻璃仅制造含有引线部分的玻 璃元件是比较经济的。如果需要，ULF玻璃元件可以与氧化钙玻璃元 件相结合。例如，ULF玻璃可以形成管脚，并与通常的氧化钙玻璃壳 进行密封，因此将光源封装在玻璃灯壳内。当然可以用ULF玻璃制造 整个灯泡。

本发明的通用无铅(ULF)玻璃，其组成以重量百分值计表示如下：

二氧化硅         58      至        69

氧化钠           3.2     至        5.5

氧化钾           8.5     至        12

氧化锂           0.5     至        2.5

氧化钡           6       至        12

氧化锶           0       至        4

氧化钙           1       至        6

氧化镁           0       至        3

三氧化二铝       2.1     至        7.0

三氧化二硼       0       至        3

为了提供高瓦数灯泡所需的电阻率，氧化钾对氧化钠的摩尔比值 至少为1.1。因为氧化钾比氧化钠贵得多，所以氧化钾的含量最好限制 在满足电性能需要即可。氧化钾同样提高了必须控制的玻璃的粘度。 最好，氧化钾对氧化钠的摩尔比值保持在1.1至1.4之间。

玻璃在250℃时的对数(log)电阻率最好至少为9.2欧姆-厘米， 优选为9.5欧姆-厘米。氧化锂的含量同样会影响电阻率。但是，由于 氧化锂同样是相当昂贵的碱金属，因此氧化锂的含量最好限制在软化 玻璃所需要的含量。

氧化镁已知是氧化钙的部分替代成分，但是这种替代成分对电阻 率有不利的影响。这种影响可以调整氧化钡的成分所补偿。白云石 (CaMg(CO3)2)是钙和镁的便宜的化合物，可以用来调整氧化钡来进行补 偿。

通常将澄清剂添加到熔化玻璃中有助于气泡消失。通常使用的澄 清剂例如有：三氧化二锑、氧化铈、以及硫酸盐(比如，硫酸钠、硫 酸钡、硫酸钙)可以用来澄清ULF玻璃。可以将氧化铈、三氧化二锑、 和/或三氧化二铁添加到ULF玻璃中，来提高紫外线吸收，这对荧光灯 应用非常重要。添加的澄清剂和紫外线吸收剂的加入量最好低于约1％ (重量)。

优选的用于在维罗拉管法的ULF玻璃的组成以重量百分值计表示 如下：

二氧化硅        63.2       至       66.3

氧化钠          4.8        至       5.3

氧化钾          9.3        至       10.1

氧化锂          1.3        至       1.4

氧化钡          6          至       8.8

氧化锶          0          至       2.0

氧化钙          2.7        至       3.2

氧化镁          0          至       2.2

三氧化二铝      4.7        至       5.3

三氧化二硼      1.3        至       1.8

可以用于维罗拉管法的两种ULF玻璃料组合物，ULF14和ULF15， 在表1中与在先技术的铅玻璃SG10、SG12和无铅玻璃SG64、PH360 作比较。玻璃的电阻率在表2中作比较。

                              表1-玻璃组合物     氧化物   SG10   SG12   SG64   PH36   0   ULF1   4   ULF1   5     二氧化硅   61.7   55.7   66.1   67.8   66.1   64.7     氧化钠   6.9   4   7.4   7.5   5.3   4.8     氧化钾   7.5   8.7   7.0   5.0   9.3   10.1     氧化锂   ---   ---   1.3   1.2   1.3   1.3     氧化钡   ---   ---   8.1   8.9   8.8   8.0     氧化锶或[氧化铅]   [21.4]   [29.4]   ---   3.0   ---   ---     氧化钙   ---   ---   2.66   1.9   2.7   3.0     氧化镁   ---   ---   ---   1.3   ---   2.1     三氧化二铝   2.2   1.9   4.7   3.4   4.7   4.7     三氧化二硼   ---   ---   2.4   ---   1.8   1.3     三氧化二锑   0.15   0.19   0.34   ---   ---   ---     氧化钾/氧化钠的摩尔比值   0.72   1.43   0.62   0.44   1.16   1.39

                 表2-对数(log)电阻率[欧姆-厘米]   玻璃温度   SG10   SG64   PH360   SG12   ULF14   ULF15   250℃   8.5   8.8   8.6   9.6   9.3   9.6   350℃   6.7   7.0   6.9   7.7   7.4   7.7

ULF14玻璃在250℃时的电阻率至少是SG10的6倍，至少是SG64 的3倍。ULF15在250℃时的电阻率至少是SG10的12倍，至少是SG64 的6倍。更有意义的是，ULF15的电阻率和SG12完全相同。如上所 述，这对用于高瓦数白炽灯泡的管脚的玻璃来说是很重要的特性。ULF 玻璃具有类似的热特性以及玻璃熔化和加工性能也是非常重要的。这 些特性在表3-5中作了比较。

用膨胀计测量从室温到300℃的热膨胀率。在灯泡的使用寿期的任 何时候，必须控制密封玻璃的热膨胀，以防止玻璃破碎。介于玻璃和 SG80钠钙基准玻璃之间的密封应力和应变可以用三叉戟型密封测试计 (trident seal test)测量。因为ULF密封玻璃在制造过程通常是与钠钙 玻璃灯壳和玻璃管密封，所以选择SG80钠钙玻璃作为基准玻璃。表3 中对于所有失配应变的标记为[C]。这意味着，这表明通过严格的失配 应变测量，钠钙玻璃热收缩小于ULF玻璃。从玻璃凝固点到室温测量 热收缩程度。失配应变小于百万分之500能形成良好的密封。

                                    表3-热膨胀率/密封 SG10  SG12  SG64  PH36  0  ULF  14  ULF  15   热膨胀率23-300℃[×10-7/℃] 92.0  90.0  91.7  90.3  90.7  91.4   三叉戟密封，SG80[ppm] 159C  52C  230C  129C  98C  140C

                            表4-粘度   SG10   SG12   SG64   PH360   ULF14   ULF15   粘度[泊]                          温度(℃)   100   1509   1437   1483   1496   1489   1,000   1200   1152   1201   1201   1208   10,000   1001   985   978   1015   1016   1026   50,000   (维罗)   898   889   918   922   932   100,000   861   855   883   888   898

                            表5-工作参数   SG10   SG12   SG64   PH360   ULF14   ULF15   软化点(℃)   634   630   667   676   685   691   工作范围(℃)   367   355   311   338   331   335   退火点(℃)   435   435   487   487   504   506

表3中，在温度范围为23℃至300℃之间时，ULF玻璃组合物的 平均热膨胀率为91×10-7/℃，与其它玻璃比较是有利的。三叉戟型密 封数据表明，两种ULF玻璃组合物的失配应变低于SG10铅玻璃。粘 度为1000泊的ULF玻璃的温度基本等同于SG10和PH360玻璃，(大 约是1200℃)。在100至1000泊范围内的粘度对熔化和提纯玻璃是非 常重要的。ULF14和ULF15的玻璃加工区间至少处在330℃以上，使 之能够加快维罗(Vello)拉速，和在高速制造灯泡密封设备上在玻璃 成形和玻璃退火之间的较低的指数。上述数据表明，在所有传统的玻 璃制造业中(包括制造高瓦数白炽灯管脚)，ULF玻璃可与SG10和SG12 铅玻璃相互替换。一种优选的组合物，ULF14，同市售的PH360玻璃 具有相同的机加工特性，并且ULF14可替代PH360玻璃而无烧痕改变。 这种通用的无铅玻璃同样可以用来制造低瓦数灯泡和高瓦数灯泡。 ULF14的电阻率在250℃时是PH360玻璃的5倍，在350℃时是PH360 玻璃的3倍。这样，就可制造一种通用的无铅玻璃组合物能与现有密 封玻璃密封、与引线密封，并同时保持类似用于高速灯泡密封的铅玻 璃的粘度特性。通用的无铅玻璃预计在玻璃密封过程中能很好地加工， 并产生同样的质量，其效率同铅玻璃SG10和SG12一样。

在Danner拉管法中使用的另一种优选组成以重量百分值计表示如 下：

二氧化硅          58        至       66.4

氧化钠            3.3       至       5.5

氧化钾            9         至       9.3

氧化锂            1.4       至       2.5

氧化钡            8         至       14.3

氧化钙            0         至       5.2

氧化镁            0         至       3

三氧化二铝        4.5       至       4.7

三氧化二硼        0         至       4

氧化锑            0         至       0.2

氧化锌            0         至       3.2

Danner拉管法在旋转耐火管上形成玻璃管。其粘度大大低于维罗 拉管法，这样具有较高液线温度的ULF玻璃可以有效地拉伸。

虽然是已表明和描述了本发明目前的优选实施方案，但对本技术 领域的技术人员来说，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围 的情况下，可以实现各种变化和改进。