(57)【要約】水銀と鉛の両方についてＴＣＬＰ適合である一体式ＣＦＬランプは、（１）消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減する手段、好適には、低水銀バーナーか又は消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減する添加剤を有する他のバーナーと、（２）該消耗されたランプにおける浸出可能な鉛量を低減する手段、好適には、無鉛はんだを有する回路基板又はそのような回路基板、及び無鉛はんだを有する基部部分及び／又はランプネジ基部部分のうち少なくとも１つ、との組み合わせによって与えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減する手段と、（２）該消耗されたランプにおける浸出可能な鉛量を低減する手段との組み合わせを有する一体式ＣＦＬランプであって、
前記ランプは、水銀及び鉛含量について浸出液が解析されるＴＣＬＰ規格テストが行われると、テスト浸出液において０．２ｐｐｍ未満の水銀と、５ｐｐｍ未満の鉛を有する一体式ＣＦＬランプ。
【請求項２】
前記浸出可能な鉛を低減する手段は、無鉛はんだを有する回路基板か、又は、無鉛はんだを有する基部部分及び／又はランプネジ基部部分のうち少なくとも１つと組み合わされる無鉛はんだを有する回路基板である請求項１記載の一体式ＣＦＬランプ。
【請求項３】
前記浸出可能な水銀を低減する手段は、約０．０２乃至約０．２ｍｇ／ｃｍ３の放電空間の容積に対して初期レベルにおいて元素水銀、又は、アマルガムが添加されるバーナーか、又は、水銀が添加されまた前記消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減するための添加剤を有するバーナーである請求項２記載の一体式ＣＦＬランプ。
【請求項４】
内面に発光層が設けられ、放電状態に活性化可能であるガス充填材と、水銀に関して低圧水銀放電ランプをＴＣＬＰ適合にするのに有効な量の水銀とが入れられた放電空間を囲む少なくとも１つの光透過放電容器を有する少なくとも１つの該低圧水銀放電ランプと、
前記ランプがその上に取り付けられ、キャップ部に接続される基部部分を有するハウジング基部と、
前記ハウジング内に配置され、且つ、少なくとも部分的に回路基板上に位置付けられ、また、前記ガス充填材を放電状態に活性化するのに有効である安定器回路構成と、
前記低圧水銀放電ランプを、水銀及び鉛についてＴＣＬＰ適合とするために十分な量に、消耗された低圧水銀放電ランプにおける浸出可能な鉛及び水銀の量を低減する手段と、
を有する照明ユニット。
【請求項５】
前記基部は、ランプソケットへの機械的及び電気的接続に適した方法で形成される請求項４記載の照明ユニット。
【請求項６】
前記低圧水銀放電ランプにおける前記浸出可能な鉛の量を低減する手段は、前記印刷回路基板の少なくとも構成における無鉛はんだの使用である請求項５記載の照明ユニット。
【請求項７】
前記低圧水銀放電ランプにおける前記浸出可能な鉛の量を低減する手段は、（ａ）回路基板、又は（ｂ）回路基板及びランプの基部部分の構成における無鉛はんだの使用である請求項５記載の照明ユニット。
【請求項８】
前記放電容器によって囲まれる容積の約０．２ｍｇ／ｃｍ３の上限と、約０．０２ｍｇ／ｃｍ３の下限の間となるよう選択される初期水銀投与量を有する請求項５記載の照明ユニット。
【請求項９】
前記放電容器によって囲まれる容積の約０．２ｍｇ／ｃｍ３の上限と、約０．０２ｍｇ／ｃｍ３の下限の間となるよう選択される初期水銀投与量を有する請求項６記載の照明ユニット。
【請求項１０】
前記放電容器によって囲まれる容積の約０．２ｍｇ／ｃｍ３の上限と、約０．０２ｍｇ／ｃｍ３の下限の間となるよう選択される初期水銀投与量を有する請求項７記載の照明ユニット。
【請求項１１】
一体式の小型蛍光ランプであって、
基部を有するカバーと、
前記基部に接続され、放電経路を形成するよう互いに接続される複数の低圧水銀放電容器を囲む光透過外側バルブと、
前記カバー内に含まれ、前記ランプの長手軸に対し直角に延在する印刷回路基板を有する照明回路と、
を有し、
前記印刷回路基板は、無鉛はんだを有し、また、導電性トラックと前記ランプの動作回路を形成する複数の回路素子とを含み、
前記ランプは、消耗されたランプにおける水銀及び鉛含量について浸出液が解析されるＴＣＬＰ規格テストが行われると、テスト浸出液において０．２ｐｐｍ未満の水銀と、５ｐｐｍ未満の鉛を有する一体式の小型蛍光ランプ。
【請求項１２】
前記放電容器には、該放電容器の内面に発光層が設けられる請求項１１記載の一体式の小型蛍光ランプ。
【請求項１３】
前記放電容器は、水銀及びアルゴンの充填材が気密に入れられた放電空間を囲む請求項１１記載の一体式の小型蛍光ランプ。
【請求項１４】
前記放電容器の前記内面には更に、水銀保護層と該水銀保護層上に付着される蛍光体コーティングが設けられる請求項１２記載の一体式の小型蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、低圧水銀蒸気一体式小型蛍光ランプに係る。
【０００２】
より一般的には蛍光ランプとして知られる低圧水銀蒸気ランプは、水銀と希ガスの充填材を有し、ランプ動作時にはガス放電が内部で維持されるランプ外囲器を有する。ガス放電によって放出される放射線の多くはスペクトルの紫外線領域にあり、少量のみが可視スペクトルにある。ランプ外囲器の内面は、しばしば蛍光体の混合物である発光コーティングを有し、これに、紫外線放射線が衝突すると可視光線が放射される。
【０００３】
蛍光ランプの使用は、１９８０年代後半及び１９９０年代前半において推進されてきたが、これらのランプが水銀を有することによって廃棄されるランプの数が増え続けていることに懸念もあった。１９９０年には、環境保護局（ＥＰＡ）は、毒性指標浸出法（ＴＣＬＰ）テストを確立し、これは、固形廃棄物への埋立地でのやや酸性の雨水の浸出影響をシミュレートする。このテスト方法は、連邦公報の１９９９年６月２９日号のナンバー１２６の第５５巻の２６，９８７−２６，９９８に記載される。この連邦公報は、本願に参考として組み込む。テストされたランプは、３．１ｃｍ２以上の材料の１グラム当たりの面積を有するか、又は、その最も細い寸法において１ｃｍより小さい粒子サイズを有する顆粒に粉砕される。次に、顆粒は、約４．９のＰＨを有し、また、顆粒の重量の２０倍の重量を有する酢酸ナトリウム緩衝溶液にさらされる。その後、緩衝溶液は抽出され、水銀の濃度が測定される。蛍光ランプが無害であり、法律上、埋立地（最も費用のかからない選択肢）において処分可能であると判断されるには、ランプは、１リットルの浸出液中に０．２ｍｇ（０．２ｐｐｍ）である規制閾値を満たすことによって水銀についてのＴＣＬＰテストをパスしなければならない。
【０００４】
北米フィリップス・エレクトロニクス社に譲渡されたウッドワード（Woodward）外への米国特許第５，８９８，２６５号は、（測光的な性能が低減することのない）２万時間の標準寿命を有し、水銀を１つの形から別の形に変換するためにランプの粉砕物に作用する追加の作用物質を与えることなく無害な廃棄物として処分するのに適している蛍光ランプ、即ち、ＴＣＬＰ合格蛍光ランプを開示し主張している。
【０００５】
蛍光ランプのＴＣＬＰ適合は一般的に、水銀含量と環境への水銀の浸出可能性の議論に限られていた。実際に、非一体式の環境に優しい小型蛍光ランプ（ここでは、以下「ＣＦＬ」ランプと呼ぶ）は現在市販されている。しかし、安定器及び開始回路を有するランプの基部内に印刷回路基板を有する一体式ＣＦＬランプの場合は別の話である。このようなランプは、水銀に加えて鉛も有する。例えば、鉛は一般的に、ランプ内に使用される印刷回路基板を製造するのに使用されるはんだの中に使用される。鉛は、ランプ基部とアイレット又はＣＦＬランプの他の構成要素における接合部のはんだにも使用され得る。このように構成される一体式ＣＦＬランプは、水銀についてはＴＣＬＰ適合であるが、鉛についてはＴＣＬＰ不適合である。鉛についてもＴＣＬＰ適合であると判断されるには、ランプは、１リットルの浸出液中に５．０ｍｇ（５．０ｐｐｍ）である規制閾値を満たすことによって鉛についてのＴＣＬＰテストをパスしなければならない。現在のところ、出願人の知識では、水銀と鉛の両方がＴＣＬＰ適合である一体式ＣＦＬランプはない。
【０００６】
周知であるように、鉛も、深刻な環境的な懸念が伴われる有害な重金属である。その使用は好まれず、製品の処分の際には責任を負わなければならない。従って、水銀と鉛に対してＴＣＬＰ適合である一体式ＣＦＬランプが当該技術において必要である。
【０００７】
本発明は、水銀と鉛の両方についてＴＣＬＰテストをパスする一体式ＣＦＬランプを提供することを目的とする。
【０００８】
この目的及び他の目的は、水銀及び鉛の両方についてＴＣＬＰ適合である一体式ＣＦＬランプは、（１）消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減する手段、好適には、低水銀バーナーか又は消耗されたランプにおける浸出可能な水銀量を低減する添加剤を有する他のバーナーと、（２）消耗されたランプにおける浸出可能な鉛量を低減する手段、好適には、無鉛はんだを有する回路基板又はそのような回路基板、及び無鉛はんだを有する基部部分及び／又はランプネジ基部部分のうち少なくとも１つと、の組み合わせによって実現可能である発見によって達成される。
【０００９】
本発明の１つの実施例では、内面に発光層が設けられ、放電状態に活性化可能であるガス充填材と、水銀に関して低圧水銀放電ランプをＴＣＬＰ適合にするのに有効な量の水銀とが入れられた放電空間を囲む少なくとも１つの光透過放電容器を有する少なくとも１つの該低圧水銀放電ランプと、ランプがその上に取り付けられ、キャップ部に接続される基部部分を有するハウジング基部と、ハウジング内に配置され、且つ、少なくとも部分的に回路基板上に位置付けられ、また、ガス充填材を放電状態に活性化するのに有効である安定器回路構成と、低圧水銀放電ランプを、水銀及び鉛についてＴＣＬＰ適合とするために十分な量に、消耗された低圧水銀放電ランプにおける浸出可能な鉛及び水銀の量を低減する手段とを有する照明ユニットを提供する。
【００１０】
本発明の１つの実施例では、低圧水銀放電ランプにおける浸出可能な鉛の量を低減する手段は、印刷回路基板の少なくとも構成における無鉛はんだの使用である。
本発明の別の実施例では、低圧水銀放電ランプにおける浸出可能な鉛の量を低減する手段は、（ａ）回路基板、又は（ｂ）回路基板及びランプの基部部分の構成における無鉛はんだの使用である。
【００１１】
水銀に関してランプをＴＣＬＰ適合とするための好適な手段は、ランプ外囲器の内面に水銀保護コーティングを使用することと、水銀レベルを選択することが含まれる。即ち、初期の水銀投与量は、放電容器によって囲まれる容積の約０．２ｍｇ／ｃｍ３の上限と、約０．０２ｍｇ／ｃｍ３の下限の間となるよう選択される。
【００１２】
別の実施例では、低圧水銀放電ランプ、即ち、一体式の小型蛍光ランプであって、照明回路又は給電ユニット、少なくとも１つの発光管、基部、及び外側バルブを有し、発光管は、水銀に加えて１つ以上の希ガスの充填材を有する放電空間を有するランプを提供する。この放電空間では、第１の電極及び第２の電極が位置付けられ、これらの電極はそれぞれ、好適には、電子を放射する１つ以上の金属酸化物でコーティングされる金属線を有し、また、これらの電極はそれぞれ、放電容器の外側に延在し、給電ユニットに電気接続される各電流供給導体に電気接続され、この給電ユニットは、スイッチオン後、常温状態の低圧水銀放電ランプを点火させる。給電ユニット及びランプは、１つのユニットに一体にされる。１つの実施例では、給電ユニットは、第１の出力端子及び第２の出力端子を有する高周波回路構成が設けられ、また、誘電性及び容量性手段が設けられ得る。第１の出力端子は、誘電性手段を介して第１の電極の電流供給導体に接続され、第２の出力端子は、第２の電極に電流供給導体に接続され、一方、電極の更なる電流供給導体が、容量性手段を介して相互接続される。容量性手段は、誘導性手段と共に照明ユニットがスイッチオンされた後に点火電圧を発生させる共振回路を形成する。
【００１３】
本願において有用であるように、無鉛はんだは、好適には、約２００Ｃである電子構成要素と適合可能である十分に低いが、ランプ動作状態において安定するのに十分に高い融点を有さなければならない。１つの実施例では、以下の例が有用であると分かった。即ち、銅を有する錫の合金、銀を有する錫、又は、これらの３つの元素の三元合金、並びに低レベルのアンチモンを用いてもよい。特に好適であるのは、約９７％の錫と約３％の銅の合金である。
【００１４】
上述したように、ランプは、水銀の投与が与えられることが好適である。ランプが密封された後、水銀は、カプセルから外囲器によって囲まれる放電空間内に、ガラスカプセルを高周波磁場において誘電的に加熱することによって、放出される。高周波磁場は、線がカプセルを切断するようにさせる。このようなカプセル及び技術は、米国特許第３，７９４，４０２号（本願に参照として組み込む）から公知である。或いは、水銀は、温度の関数として光出力を制御するようアマルガムとして組み込まれてもよい。
【００１５】
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、以下の図面を参照しながら更に説明する。
【００１６】
図１乃至３に示す本発明の実施例では、一体式小型蛍光ランプ１０の形の照明ユニットは、基部１２を有するカバー１４と、カバー１４内に含まれる照明回路１６と、光透過外側バルブ又はグローブ１７と、低圧水銀放電容器又は発光管１８を有する。照明ユニットは、白熱ランプの代替品として機能することが可能である。放電容器１８には、当該技術において周知であるように内面に発光層１５が設けられ得る。放電容器１８は、放電空間４を囲み、この放電空間には、水銀及びアルゴンの充填材が気密に入れられる。放電容器１８の内面には更に、水銀保護層１９と、水銀保護層１９の上に付着される蛍光体コーティング２０が設けられ得る。水銀保護層１９は、水銀消耗の速度を低減するために設けられる。水銀保護層１９は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、及び希土類からなる群から形成される酸化物であり得る。本願で使用する「希土類」とは、スカンジウム、イットリウム、ランタン、及びランサナイドの元素を意味する。アルミニウム酸化物が、水銀保護コーティングに使用される場合、約０．１５ｍｇ／ｃｍ２と約０．３ｍｇ／ｃｍ２の間の重量のコーティングに使用される場合、ランプのルーメン出力を実質的に向上する。約０．０５μｍ未満のプライマリクリスタライトのサイズで、アルミニウム酸化物は可視光を透過し、紫外放射線を反射する。しかし、ＴＣＬＰ目的のための適切な水銀保護は、０．０８ｍｇ／ｃｍ２のコーティング重量まで与えられる。アルミニウム酸化物は、１９９４年１２月２９日に出願された米国特許出願番号０８／３６６，１３４号、「Electric  Lamp  Having  An  Undercoat  For  Increasing  The  Light  Output  of  a  Luminescent  Layer」なる名称のチャールズ・トルーシェル（Charles  Trushell）の米国特許第５，５５２，６６５号（本願に参照として組み込む）に記載されたような方法で塗布される。従って、この実施例では、選択された最初の水銀分量は、放電容器によって囲まれる容積の約０．２０ｍｇ／ｃｍ３の上限から約０．０２ｍｇ／ｃｍ３の下限の間で選択された。更に、カプセル形式の投与方式の使用が有利であることが分かった。何故なら、正確に測られた分量が、ランプ製造時に密閉されたカプセル内に保持されるからである。この投与量は、主の生産ラインから離れた比較的綺麗な環境においてカプセル内に入れられることが可能である。ランプが、ランプ外囲器内の密閉されたカプセルと共に気密に密閉されると、カプセルは高周波磁場を用いて目立たない方法で開かれる。このシステムでは、許容誤差は、約０．５ｍｇ内に維持可能であることが分かった。これは、ローエンドでは、標準寿命を満足し、同時に、アッパーエンドではＴＣＬＰ要件を満足するのに十分である。アマルガム投与の場合、特定のランプ幾何学形状及び動作条件に対し選択される水銀合金がある。これらのアマルガムは一般的に、１．０乃至５．５ｍｇを有する。
【００１７】
他の投与システムが使用される場合、水銀投与量は、特定の許容誤差を考慮するよう選択されるべきであり、それにより、ランプが、最低予想水銀投与量で一般的に、１０，０００−１２，０００時間であるランプが所望の平均ランプ寿命を維持可能であり、同時に、特定の投与量許容誤差を有すると予想される水銀投与量範囲のハイエンドにおいてＴＣＬＰテストをパスする。
【００１８】
放電容器又は発光管８は、放電経路を形成するよう互いに接続される。カバー１４と基部１２は、好適には、無鉛はんだ又は他の無鉛結合剤又は圧接といった他の手段を使用することによって当該技術において周知である方法で互いに固定される。外側バルブ又はグローブ１７は、透明か又は光拡散性であり得、また、カバー１４の上部における開口内に嵌め込まれるエッジ１７ａによってカバーに接合され得る。
【００１９】
カバー１４内に含まれる照明回路１６は、好適には、印刷回路基板２１である回路基板を有する。所望される場合は、複数の回路素子２５、２６、２７が、ランプ用の任意の好適な設計の動作回路を形成し得、また、図１に概略的に示すように回路の底面に位置付けられ得、また、図示しない印刷回路基板トラックに電気接続される。或いは、発光管と回路基板の接続は、無鉛はんだが使用され、鉛の追加量の導入が回避される限り当該技術において周知である任意の手段であり得る。
【００２０】
特定の実施例では、図１及び２に示すランプは、２３Ｗの定格電力消費量を有するＳＬＳランプである。ランプ外囲器は、約８．２ｃｍの長さを有し、放電空間の内部容積は、約５５ｃｍ３である。蛍光体層１７は、約０．６グラムのコーティング重量を有する赤、緑、及び青の蛍光体の混合体である。開示される実施例における特定の蛍光体は、マンガンが添加されたアルミン酸バリウムと、テルビウムが添加されたアルミン酸セリウムと、ランタンが添加された酸化イットリウムの混合体である。実際には、様々な蛍光体のうちのいずれをも使用可能である。
【００２１】
電極は、バリウム酸化物、カルシウム酸化物、及びストロンチウム酸化物の従来のエミッタ材料を有する。
【００２２】
ＴＣＬＰ適合性
本発明の代表的な一体式ＣＦＬランプが、固形廃棄物テストに関するＥＰＡの手引書の１９９２年７月の改訂０方法１３１１ＳＷ−８４６及び１９９４年９月の改訂１の方法７４７０Ａ及び７４２０又は７４２１に記載された水銀及び鉛についてのＴＣＬＰテスト法に従って解析された。ＴＣＬＰテストは、バージニア州フォールスチャーチにあるサイエンス・アプリケーション・インターナショナル・コーポレーションによって開発されたテストプロトコル（「ＳＡＩＣプロトコル」）を用いて別々の研究室で行われた。このプロトコルは本願に参考として組み込む。このプロトコルは、ＴＣＬＰテストの準備にランプの詳細を取り扱う。データは、１９８６年９月の改訂０のＳＷ−８４６の第９章に与えられる統計学的なアプローチを用いて解析された。
【００２３】
予備テストが、最初に、水銀に対しては許容可能な性能を有するが、本発明のように無鉛構成要素を有さないＳＬＳ  １５ワットランプに、独立した研究室によって行われた。テストは、完成したランプ、はんだ付けされたボタン基部が取り除かれたランプ、ボタンが取り除かれ印刷回路基板を使用するランプ、はんだ付けされない回路部分を有するランプを用いて行われた。このテストにおいて、１５ワットランプは、３．６及び４．９９ｐｐｍの鉛における境界線であった。ＥＰＡの鉛の制限は、５ｐｐｍである。これらのテストから、ランプの構成要素自体が有意量の鉛を含むことが分かった。次のテストが、印刷回路基板及びはんだ付けされたランプ構成要素に無鉛はんだが使用されるＳＬＳ  １５ワットランプに行われた。鉛についてのＴＣＬＰテストでは、各ランプは、３／８インチより小さい断片に粉砕され、容器の中に入れられ、次に、４．９５ｐＨのやや酸性の緩衝液の容積が添加される。この容積は、グラムでのランプの重量の２０倍である。粉砕されたランプと溶液を有する容器は、１８時間の間回転されながら回され、溶液は濾過され、浸出液中の鉛の量が決定された。このテストにおいて１５Ｗランプは、２．７０ｐｐｍの浸出可能な鉛と、０．２ｐｐｍ未満の水銀を含むことが分かった。これらのランプは、水銀及び鉛の両方についてＴＣＬＰ適合である。
【００２４】
本発明の好適な実施例を示し且つ説明したが、様々な他の実施例及びその実施例の修正は、当業者には明らかとなり、特許請求項の範囲に記載する本発明の範囲内に含まれるであろう。例えば、容積に基づいた所与の水銀範囲は、水銀保護層及び蛍光体層を有するランプの他の長さ及び直径に適用可能である。従って、詳述は、例示的に過ぎず限定するものではないと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】外側バルブ及びグローブの中身が見えるように図示される本発明の第１の実施例による一体式の小型蛍光ランプを示す側面図である。
【図２】外側バルブ及びグローブの中身が見えないように図示される本発明の第１の実施例による一体式の小型蛍光ランプを示す側面図である。
【図３】本発明の第２の実施例による一体式の小型蛍光ランプを示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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