(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスと、所定量の元素態水銀と、アーク放電樹立用の一対の電極と、所定量の元素態水銀と、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カルシウム、硫酸第一鉄、酸化第一鉄、酒石酸第一鉄、クエン酸第一鉄、グルコン酸第一鉄、塩化第一鉄からなる群から選択された酸化防止剤とを収容した光透過性ガラスのエンベロープを有し、前記酸化防止剤が、元素態水銀を酸化し可溶性にする第二鉄及び第一銅の形成を実質的に防止する量存在している、水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】
前記酸化防止剤が、アスコルビン酸及びアスコルビン酸ナトリウムからなる群から選択される、請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】
前記酸化防止剤の量が０．０５〜１０ｇである、請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記酸化防止剤の量が約１ｇである、請求項１記載の水銀蒸気放電ランプ。
【請求項５】
内面を有する空洞を画定するとともに口金セメントでランプのエンベロープに固定された１以上の口金をさらに含んでなり、上記空洞内に酸化防止剤が配置されている、請求項１記載のランプ。
【請求項６】
前記酸化防止剤が口金セメントと混合されている、請求項５記載のランプ。
【請求項７】
前記酸化防止剤が不活性水溶性バインダと混合される、請求項６記載の水銀蒸気放電ランプ。
【請求項８】
水銀蒸気放電ランプにおける浸出性水銀化合物の形成を防止する方法であって、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カルシウム、硫酸第一鉄、酸化第一鉄、酒石酸第一鉄、クエン酸第一鉄、グルコン酸第一鉄、塩化第一鉄からなる群から選択された酸化防止剤をランプ構造中に導入することを含み、
前記酸化防止剤が、元素態水銀を酸化し可溶性にする第二鉄及び第一銅の形成を実質的に防止する量存在している、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、在来型蛍光ランプを始め、水銀蒸気中でアーク放電の起こる水銀蒸気アーク放電ランプに関するものであり、より詳細には、かかるランプからの有毒物質の浸出試験時及びかかるランプの廃棄に際しての埋立地及び地下水の水銀汚染を回避すること、並びに廃棄処理及び試験中の浸出性水銀の形成の防止に有用な組成物に関する。本発明で提供されるランプは、試験のため或いは廃棄時にランプが粉砕したときの水銀の溶解又は浸出量の低減によって特徴付けられる。
【０００２】
【従来の技術】
低圧水銀アーク放電ランプはごく一般的な照明手段であり、ガラスエンベロープ内に封じ込まれた電極を含んでおり、ガラスエンベロープの内部には蛍光体を塗布し得る。かかるランプは少量の水銀と約１〜５ｔｏｒｒ程度の低圧の不活性ガスも収容している。本明細書で用いる「ランプ」という用語は、ガラスエンベロープ、端板、ランプ取付具に装着するためのプラグ、及びエンベロープの内部部品と端板とを接続する導線を含んだ一揃いのユニットを意味する。
【０００３】
蛍光もしくは低圧水銀アークランプの生産に際して、所定量の元素態水銀（Ｈｇ0 ）がランプエンベロープ内に封入される。水銀の大半は蛍光体塗膜に吸着し、少量は蒸気相に存在する。
作動中、電極からのアルカリ金属炭酸塩が分解してランプ内で遊離酸素を生じる。酸素は水銀の一部と反応して可溶性酸化水銀（ＨｇＯ）を形成する可能性がある。可溶性酸化水銀は埋立地その他の廃棄処理施設から浸出する可能性がある。試験中に形成される可溶性水銀酸化物その他の酸化形は、ランプ廃棄物からの有害物質の浸出性を決定するための標準試験の精度及び信頼性を損なう。この試験は一般に毒性浸出特性法(Toxicity Leaching Characteristic Procedure)もしくはＴＬＣＰ試験と呼ばれる。
【０００４】
地下水源、河川、流水などに浸出する可能性のある可溶性水銀化合物が環境に与える影響について懸念されている。
【０００５】
【発明の概要】
第二鉄及び第一銅イオンは可溶性化合物を形成するが、そうした可溶性化合物は元素態水銀を１価の第一水銀の形態に酸化する能力を有しており、かかる第一水銀は酸性水環境に可溶性であり、そのため浸出性である。第二鉄及び第一銅化合物の生成は酸素への曝露及び酸素との反応によって左右される。無機又は有機系の酸化防止剤をランプに導入すると、水又は湿気存在下でのランプ部品からの鉄及び銅の酸化による第二鉄及び第一銅化合物の形成が防止され、それによって元素態水銀の酸化による浸出性第一水銀及び第二水銀化合物の形成が大幅に低減もしくは防止される。
【０００６】
本発明は、不活性ガスと所定量の元素態水銀とアーク放電樹立用の一対の電極と有効量の酸化防止剤とを収容した光透過性ガラスのエンベロープを含んでなる水銀蒸気放電ランプを提供する。
このランプは、内面を有する空洞を画定するとともに口金セメントでランプのエンベロープに固定された１以上の口金もしくは端キャップをさらに含んでなり、上記空洞内に酸化防止剤が配置されている。一般に、かかるランプは一対の端キャップを有する。
【０００７】
酸化防止剤は、ガラスエンベロープの所定の場所に端キャップを固定するための口金セメントと混合される。
本発明は、さらに、可溶性水銀化合物の形成を最低限までもしくは完全に抑制して、埋立地又はＴＬＣＰ試験サンプルにおける水溶性浸出性水銀化合物の形成を低減もしくは防止すべく、鉄及び銅の酸化の抑制のためにランプ構造内に配置することのできる組成物を提供する。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、水銀蒸気放電ランプは、不活性水溶性接着バインダによって空洞の内面に運ばれた酸化防止剤を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ランプ構造内又はＴＬＣＰ試験溶液中に酸化防止剤を導入すると、鉄又は銅金属部品が、可溶性でしかも元素態水銀の可溶性酸化水銀への酸化能をもつ酸化形へと酸化するのが防止される。したがって、ランプ部品からの可溶性第二鉄及び第一銅化合物の生成及び溶解が減少もしくは防止され、その結果浸出性水銀化合物が低減もしくは防止される。
【００１０】
蛍光ランプが破壊され埋立条件に曝露されたときの浸出性水銀の形成は、ランプの幾つかの部品の酸化を防止することによって防止もしくは最低限に抑制できる。蛍光ランプの幾つかの金属部品、特に鉄リード線、銅被覆リード及びあらゆる黄銅部品は、湿気、酸素及び酸に曝露されると、第二鉄（Ｆｅ+3）及び第一銅（Ｃｕ+1）イオンを生じる。
【００１１】
蛍光ランプの廃棄によって過度の量の水銀が地表水又は地下水に浸出するのではないかという懸念の高まりに対処するため、米国環境保護局（ＥＰＡ）は水銀についての最大濃度基準を浸出性水銀０．２ｍｇ／ｌに制定している。その検定は、一般に、周知の試験法であるＴＣＬＰ法（Toxicity Characteristic Leaching Procedure）として知られる標準分析法によって行われる。
【００１２】
ＴＣＬＰ試験の実施に当たっては、埋立地その他の廃棄場にランプを廃棄したときに得られるのと同様のランプ廃棄物が生じるようにランプを粉砕する。そうした場所での周囲条件は、ちょうどＴＣＬＰ試験条件自体が０．２ｍｇ／ｌという制定限度を上回る量の浸出性水銀の形成について余裕をみているのと同様に、浸出性水銀の形成を促進するようなものであってもよい。
【００１３】
今回、ＴＣＬＰ試験用に容易した無水銀粉砕ランプ材料に加えた元素態水銀が試験中に浸出性水銀に変換されることが判明した。元素態水銀を単独もしくは各種ガラス、蛍光体又は非金属製ランプ部品との組合せで試験すると、浸出性水銀はほとんど或いは基本的に全く検出されない。元素態水銀を銅、鉄、リード線、ピン又はその他の金属製部材のような金属製ランプ部品と組合せて試験すると、水銀は浸出性の形態に変換される。
【００１４】
ＴＣＬＰ試験条件下において試験を酸素の存在下で実施すると第二鉄（３価）及び第一銅（１価）がともに発生すること、並びにこれらのイオン種が元素態水銀を可溶性水銀化合物（これらは浸出性水銀であると評価される）へと酸化し得ることが制御条件下での実験で判明した。
金属状態からの金属の腐食又は溶解には、酸素及び溶媒（例えばＴＣＬＰ試験及び埋立地に存在する水条件）の双方が必要とされる。したがって、その形成は、鉄及び銅含有金属ランプ部品の酸素への曝露を抑制もしくは排除することによって制御もしくは防止できることが分かった。これは無酸素又は嫌気的な試験及び廃棄条件を用いることで実現できる。
【００１５】
生産段階で蛍光ランプに導入した有機又は無機酸化防止剤は、ＴＣＬＰ試験用ランプの調製中に或いはランプ廃棄時の破壊に際して効果を発揮するようになる。かかる酸化防止剤の存在は、ＴＣＬＰ試験の正確性及び信頼性を高めるとともにランプ廃棄時の可溶性水銀化合物の生成を低減する。
好適な酸化防止剤には、水銀含有環境下での第二鉄及び第一銅の形成を阻止もしくは低減するあらゆる物質、化合物又は系が包含される。例示的な有機及び無機酸化防止剤（還元剤）としては、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カルシウム、硫酸第一鉄、酸化第一鉄、酒石酸第一鉄、クエン酸第一鉄、グルコン酸第一鉄、塩化第一鉄などがある。アスコルビン酸が本発明で使用するのに好ましい酸化防止剤である。
【００１６】
【実施例】
本発明の原理及び実施は以下の実施例を参照することでさらに深く理解されるであろう。
すべてのＴＣＬＰ試験データは、１９９０年６月２９日発行米国官報(Federal Register) 第５５巻第１２６号第２６９８７〜２６９９８頁に規定された試験手順によって得た。
【００１７】
簡単に述べると、試験すべきランプを粉砕して、規定通り８分の３インチの篩を通過できる粒度の粒子状にする。この試験材料を次いでｐＨ約４．９３の酢酸ナトリウム−酢酸緩衝液で抽出する。
水銀蒸気放電ランプの廃棄時の浸出性水銀の生成を防止するとともにＴＣＬＰ試験の信頼性を改善するため、有効量の酸化防止剤をランプ構造内、例えばガラスエンベロープ内のプラズマ放電の外部に或いは端キャップ内、又はランプの口金内に、導入する。酸化防止剤の有効量は、元素態水銀を可溶性形に酸化し得る第二鉄及び第一銅の生成を実質的に防止する量である。一般に、酸化防止剤の有効量は、ＴＣＬＰ試験で約０．２ｐｐｍ未満の浸出性水銀の存在しか検出されなくなるのに充分である。
【００１８】
可溶性水銀化合物の生成を下記の表１に示すデータで例示する。ＴＣＬＰ試験を空気の存在下で実施すると、約１ｐｐｍの銅と約０．３ｐｐｍの可溶性鉄が生成する。これらの条件下で生成する可溶性水銀の量は、法定基準の０．２ｐｐｍを超える。酸素曝露を増すと、可溶性銅及び可溶性水銀の生成量が増す。酸素曝露を減らすと、可溶性銅及び可溶性水銀の生成量が減る。
【００１９】
【表１】
0004033529.tif 000002
【００２０】
ＴＣＬＰ試験容器中のヘッドスペースの容積を増やして酸素量を変えたときの、可溶性水銀の生成に対する可溶性鉄及び可溶性銅の影響は下記の表２のデータから明らかである。ヘッドスペース容積が増大するにつれ、可溶性水銀の量は可溶性銅及び可溶性鉄の生成量の増加に応じて増加する。
【００２１】
【表２】
0004033529.tif 000003
【００２２】
試験溶液にアスコルビン酸のような酸化防止剤を添加すると、下記の表３に示す通り、可溶性水銀の生成が減少する。
【００２３】
【表３】
0004033529.tif 000004
【００２４】
表３は、浸出性水銀に対する効果を調べるためにＴＣＬＰ抽出液に添加した酸化防止剤の具体例を示したものである。最初の項目は対照例であり、粉砕ランプに２０ｍｇの元素態水銀を投与したときに生ずる浸出性水銀の量を示す。この場合、全く酸化防止剤の存在しない条件下で生成した浸出性水銀は７４５ｐｐｂである。酸化防止剤は、ガラスカプセル内に材料を封入することによってランプ内に導入してもよく、ランプの口金のアルミニウムキャップと鉛ガラスのフレアの間、或いはランプの陽光柱内に配置することができる。酸化防止剤はガラスカプセル内に封入されるので、ランプの機能に影響を与えずにランプの内部又は陽光柱に存在させることができる。
【００２５】
酸化防止剤は、アルミニウムキャップをランプ末端の鉛ガラス部分に保持するランプ口金セメント中に導入することもできる。口金セメントは一般に約８０重量％の大理石粉末（石灰石−ＣａＯ）を含んでなり、その残りはセラック、フェノール樹脂バインダ、ブレンド用溶剤、及びセメント着色用の染料である。セメントはフィーダーを介して口金に施工し、ランプに取り付けたら加熱して硬化する。硬化処理は溶剤を駆逐し、セメントを凝固させる。酸化防止剤はセメント成分とブレンドされ、手作業で或いは自動製造装置でランプ内に導入される。酸化防止剤は、ＴＣＬＰ試験の準備においてランプが破壊もしくは粉砕したときにのみ放出される。この方法において、活性な酸化防止剤は常にランプの陽光柱の外部にある。
【００２６】
ランプ構造内に活性な酸化防止剤を導入するためのもう一つの方法は、酸化防止剤を不活性水溶性接着剤キャリアもしくはバインダと混合することである。ガム類及びゼラチン類がかかる接着剤及びバインダとして使用されている。ガム類及びゼラチン類の性質として、それらは加熱されると表面に接着する。酸化防止剤含有組成物は、アルミニウム端キャップの内表面に環又は離散粒として配置できる。ランプが粉砕されて水性環境に曝露或いはＴＣＬＰ溶液中に置かれると、水溶液バインダは酸化防止剤を迅速に放出する。