JP2009218212A - 水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＶ−Ａ領域で高い強度を有し、様々なランプ形状で実現することができるハロゲン化金属を基材とする、水銀を含まない高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】
光透過性および気密に封止された放電容器と、放電容器の中に突出し、かつ放電容器の中に互いに対向して配置された２つの電極とを備える水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプにおいて、放電容器が少なくとも１種類の希ガス、少なくとも元素鉄および亜鉛、ならびに少なくとも１種類のハロゲン化物を含み、前記ハロゲン化物が臭化物を含むランプ充填材で充填されており、かつ前記臭化物の割合が全ハロゲン量の少なくとも１４モル％になり、かつ亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）および電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比に対して０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００の関係が当てはまる水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧放電ランプおよび特に水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプに関する。さらに本発明は、水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプを含む紫外線を生成するための装置に関する。このような水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプは、たとえばラッカー硬化、消毒および／またはブローニング用途のために、特に光化学プロセス設備に使用することができる。

高圧放電ランプは気体放電ランプである。従来の高圧放電ランプにおいて、より高い圧力下に気密に封止された放電容器中に希ガスのほかに水銀単独または、最新のハロゲン化金属高圧放電ランプの場合のように、微量のハロゲン化金属と組み合わせた水銀がある。放電容器の中に電極が突出し、それらの間に十分に高い電圧差がある場合に自続気体放電（アーク）が形成される。高圧放電ランプは一般に線スペクトルを放出する。すなわち水銀および混和物を特徴づける波長の線が引き渡される。水銀スペクトルのみが特にＵＶ−Ａ領域で初めに混和物で充填される大きいギャップを有する。高圧放電ランプは、ＵＶ−Ａのほかに相当量のＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃ、可視光および赤外線を放出する。高圧放電ランプの適用例は、工業用照明および道路照明の領域、店舗陳列品の照明、スタジオ照明、建築物および照射器に見出される。さらに高圧放電ランプは、光化学処理において、たとえばラッカー硬化または消毒に使用される。その他の適用分野は、特に人工日光浴装置に使用される褐色化ランプである。

高圧放電ランプの充填材は、一方で本来の光を放射する材料（発光材）である放電ガス（一般にヨウ化ナトリウムまたはヨウ化スカンジウムのようなハロゲン化金属）ならびに他方では第一に電圧勾配形成材として用いられ、かつ本質的に高圧放電ランプの効率およびアーク点弧電圧を高める機能を有する水銀を含む。

冒頭に記載した形式の高圧放電ランプは、その良好な色特性のために幅広く普及している。しかし、前記高圧放電ランプが水銀を含有することが欠点である。水銀を含まない高圧放電ランプは、その中に含まれる水銀を単離するために組織だった廃棄物処理に供給されなければならない。また破損したランプは、水銀が呼気の中に遊離され、かつ健康上の被害を生じ得る限りにおいて危険がある。さらに、流出する水銀はアマルガム形成下にアルミニウムを侵食することができ、これがたとえば航空機の機体の構造弱体化を引き起こしかつこの理由から水銀含有材料に対して厳密な輸送履行義務が導入された。水銀含有褐色化ランプのもう１つの欠点は、前記褐色化ランプが発癌性の作用があるＵＶ−Ｂ領域で比較的高い放射割合を有することである。

この理由から水銀を含まない高圧放電ランプを提供することが望ましい。しかしながら、公知のランプ型の場合、その他の措置を講じることなく簡単に水銀の割合を省くことはできない。水銀を含まない高圧放電ランプにおける一般的な問題は、連続動作中に等しいランプ電力でより低い点弧電圧と共により高いランプ電流ならびにより低い効率が生じることにある。

ＷＯ−Ａ−９９／０５６９９から水銀を含まないハロゲン化金属放電ランプが知られている。キセノンはバッファガスおよび少なくともヨウ化ナトリウムおよび亜鉛を含むイオン化可能の充填材として使用される。もちろん、ハロゲン化金属放電ランプの満足できる動作に対して放電容器の形状および使用する電極に特別の要件が課されている。ＷＯ−Ａ−９９／０５６９９によれば、電極間隔ＥＡおよび放電容器の内径Ｄｉは関係１≦ＥＡ／Ｄｉ≦４を満たさなければならない。これは使用する放電容器の可能な形状に対する少なからぬ制限になる。特に各々のロングアークランプは前記の幾何学的要件を満たさない。

金属蒸気放電ランプを開示するＪＰ ０９２９３４８２ Ａによれば、同様に放電容器の幾何学的寸法に対する要件が課されている。この公報の重点は、良好なエネルギー変換効率が２００および２５０ｎｍの間の範囲、すなわちＵＶ−Ｃ領域にある。

ＷＯ ２００５／１１２０７４ Ａ２から、水銀を含まない高圧放電ランプが知られている。使用する放電容器のイオン化可能の充填材は、１１，８００ｈＰａの冷充填圧力でヨウ化ナトリウム０．２５ｍｇ、ヨウ化スカンジウム０．１８ｍｇ、ヨウ化亜鉛０．０３ｍｇおよびヨウ化インジウム０．００２４ｍｇのキセノンからなる。このように充填された高圧放電ランプにおいて、比較的高いランプ電流（水銀含有ランプと比較）の問題が発生する。放電容器の中に突出する電極は、埋め込まれたモリブデン箔によって封止されており、かつこの電極と接続されるモリブデン箔領域はランプ動作中に高い熱負荷にさらされる。これは放電容器の石英ガラスのモリブデン箔の除去およびガラス内の亀裂と共にランプの早期の故障を生じ得る。この問題を解決するためにＷＯ ２００５／１１２０７４ Ａ２は、放電容器の内部空間の中に突出する前記放電容器に接続される電極の端部と各モリブデン箔の最小距離を５ｍｍ以上に指定することを提案する。しかしながら、これはモリブデン箔の熱負荷を部分的にのみ低減する。

国際特許出願公開第９９／０５６９９号パンフレット 日本国特許出願公開第０９２９３４８２号公報 国際特許出願公開第２００５／１１２０７４号

本発明は、従来の技術の公知の高圧放電ランプの欠点を克服するものである。特に本発明の課題は、特にＵＶ−Ａ領域で高い強度を有し、様々なランプ形状で実現することができ、かつ水銀含有ランプと比較してランプ電流を全く必要とせず、または非本質的にのみより高いランプ電流を必要とするハロゲン化金属を基材とする別法の水銀を含まない高圧放電ランプを提供することである。

特に本発明に係る高圧放電ランプは、比較可能の水銀含有ランプの強度の少なくとも６３％を達成するものである。この値は次のように説明される：典型的に水銀含有ランプは１０％のロットばらつきで製造され、かつ経済的な理由からさらに７０％の強度低下まで作動され、その結果、一般に交換は初期定格値の６３％で実施される。

本発明の課題は、独立請求項の目的によって解決される。従属請求項は本発明の有利な実施形態に向けられている。

つまり本発明は、第１の態様において光透過性および気密に封止された放電容器と、前記放電容器の中に突出し、かつ前記放電容器の中に互いに対向して配置された２つの電極とを備える水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプに関する。この放電容器は、少なくとも１種類の希ガス、少なくとも元素鉄および亜鉛、ならびに少なくとも１種類のハロゲン化物を含むランプ充填材で充填されている。前記ハロゲン化物は臭化物を含み、この臭化物の割合は全ハロゲン量の少なくとも１４モル％である。亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）および電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比に対して関係０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００が当てはまる。

本発明に係る放電ランプは、その外側形状から基本的に従来の技術でよく用いられる放電ランプに相当するが、前記放電ランプからランプ充填材の組成物で区別される。本発明にはその際に、充填材の特殊の選択によって一方で（必須成分の希ガス、鉄、亜鉛およびハロゲン化物、その中には必然的に臭化物により）およびそれらの量的調整が他方では（ハロゲン化物全量に対する臭化物の割合および亜鉛の割合）により、様々なバルブ形状およびサイズで実現できる水銀を含まないランプをＵＶ−Ａ領域で高い放射出力により同時に比較的少ない消費電力で得ることができる認識を基礎に置いている。

本発明の枠組の中で、亜鉛の一定のモル密度 − つまりランプバルブの放電空間の容積（ｃｍ^３）を基準にモル規定亜鉛量（μＭｏｌ）− の順守は、電界の強さ（Ｖ／ｃｍ）との関係で、アーク点弧電圧（Ｖ）と電極間の距離（ｃｍ）からの商に対して所望の放射効率の達成時に本質的な意義が帰せられることが認識された。それに応じて亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）と電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比が関係０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００に従って調整される。この範囲を維持する際に − 本質的にそれらの外側形状に関係なく − その照射強度が比較可能の水銀含有ランプの少なくとも６３％になる放電ランプが得られる。好ましくは商Ｄ／Ｅは０．０１〜０．１８の範囲にある。比較可能の水銀含有ランプを基準として７３％またはそれ以上の照射強度は、通常、比Ｄ／Ｅが０．０２５〜０．１６５の範囲にある場合に実現することができる。さらに比Ｄ／Ｅについては、前記比は広範囲に電極および使用する主接続機器への電流供給の形式に依存しないことを注記する。その理由は、電界の強さが実質的に電力または電流供給に依存しないランプ特性であるためである。

亜鉛は電圧を上昇する充填物質として作用する。亜鉛は電極間の電圧降下を阻止し、かつこのようにして放射生成に提供される残留電圧を高める。亜鉛は、好ましくはハロゲン化亜鉛、特に臭化亜鉛および／またはヨウ化亜鉛の形態で封入される。逆に、亜鉛元素を金属亜鉛の形態で使用することは好ましくない。亜鉛は同様にランプ充填材中に存在する鉄元素と比較して卑金属である。従って金属亜鉛はハロゲン化鉄でハロゲン化亜鉛および金属鉄に反応することができる。この鉄は充填材として放電容器の内壁に析出され、かつそれによって一方で放射作用物質としてそれ以上供給されなくなり、かつ他方ではバルブの黒化を生ぜしめる。この両者は放射収率を低減する。

本発明に係る量表示は、それらの成分が実質的に完全に蒸発され、かつ気相に移行するランプ充填材の状態に関係する。つまり具体的には、ランプ充填材の少なくとも７０重量％、特に少なくとも８０重量％がガス状の状態で存在する。特に、この量表示は完全に気相に移行したランプ充填材に関係する。

さらに、ランプ充填材中の臭化物の割合が本発明にとり重要である。本発明によりこの割合は全ハロゲン量の少なくとも１４モル％になる。その際にハロゲンは完全に臭化物またはハロゲン化物の混合物からなってよい。好ましくはハロゲン化物の混合物の場合において別のハロゲン化物として特にヨウ化物がある。ハロゲン化物は自体公知の方法でハロゲンサイクルの保証に利用され、ランプ充填材の金属成分の蒸発を容易にし、かつランプバルブの黒化を妨害する。ハロゲン化物は通常結合した形態で、つまりハロゲン化金属の形態で放電空間に封入される。

本発明に係る放電ランプのランプ充填材のもう１つの重要な成分は鉄である。これは金属鉄としておよび／またはハロゲン化鉄の形態で、特にヨウ化鉄の形態で放電空間の中に封入することができる。鉄の量は、好ましくは放電空間の内容積の０．１および２．５μＭｏｌ Ｆｅ／ｃｍ^３の間、特に０．２５〜２μＭｏｌ／ｃｍ^３である。鉄の添加によって波長領域３１５ｎｍ〜４００ｎｍでスペクトル積分ＵＶ−Ａ線の本質的な上昇が達成される。この方法により水銀の３６５ｎｍ輝線は水銀含有ハロゲン化金属高圧ランプで代用することができる。スペクトル積分ＵＶ−Ａ線の上昇は、構造上同一の水銀含有高圧放電ランプに比べて係数２．５まで生じ得る。

最後に、本発明に係る放電ランプはランプ充填材の必須成分としてさらに少なくとも１種類の希ガスが存在している。原理的にこの希ガスはあらゆる公知の任意の希ガスとしてよい。しかしながら、好ましくはキセノンおよび／またはアルゴンおよび特にキセノン単独で使用される。希ガスは主に放電ランプの開始特性の改善に利用される。希ガスの圧力は、目的に応じて数ｈＰａから数百ｈＰａの範囲、たとえば１０および６００ｈＰａ、好ましくは５０ｈＰａおよび４００ｈＰａの間にある。

上記成分のほかに、ランプ充填材は別の成分、特に別の金属元素を含むことができる。これらは主に所望のスペクトル分布を得るために線スペクトルの補充に利用される。例えば、ランプ充填材は元素タリウム、コバルト、スズ、パラジウム、ルテニウムおよび銀の少なくとも１種類を含有してよい。また前記金属は、好ましくはそれらのハロゲン化物の形態で添加され、臭化物および／またはヨウ化物が再び有利である。好ましいランプ充填材は、たとえば臭化亜鉛、ヨウ化鉄およびヨウ化タリウムを含む。さらに、ヨウ化亜鉛を添加してもよい。それに対して、ハロゲン化ナトリウムおよび特にヨウ化ナトリウムは、好ましくは前記金属の望ましくない集中的なスペクトル線を回避するために省かれる。

すでに述べたように、本発明は様々に形成された多数のランプバルブへの適用に適している。ランプ形状およびランプサイズは達成された放射出力に殆ど影響を及ぼさない。その限りにおいて放電容器の寸法へは特別の要件が課されず、これは、たとえばＷＯ−Ａ−９９／０５６９９またはＪＰ ０９２９３４８ Ａがこの場合である。高圧放電ランプはショートアークランプまたはロングアークランプとすることができる。それによって放電容器は、たとえば本質的に球形、楕円形または伸展円筒形に形成することができる。目的に応じて従来の技術で通常用いられるようにランプバルブに対して石英ガラスが使用される。気密の封止は、好ましくは圧搾封緘法を利用して達成され、電極を接続するために好ましくはモリブデン箔が使用される。前記電極は同様に基本的に従来の技術のように形成されている。その際に、電極が対称的な方法で放電容器の中に配設されたり、または構造同一であることは必ずしも必要ではない。

本発明に係る高圧放電ランプは、任意の好適な主接続機器によって駆動することができ、前記主接続機器は同じ一定の電力損失で異なる電流損失および電圧損失を生じる。水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプの所望の放射効率は、ランプの各動作方式に関係なく達成することができる。これは照射を決定する充填割合が放電容器（少なくとも金属鉄および／または少なくとも１種類のハロゲン化鉄）の中でその様々な動作方式で一定にとどまることによって説明される。

本発明に係る水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプは、好ましくは紫外線を生成する装置で特にＵＶ−Ａ領域で使用される。水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプの好ましい使用は、たとえばラッカー硬化、消毒および／または褐色化用途のための光化学プロセス設備での使用である。

本発明は、以下添付図面を引用してより詳しく説明する。各図は単に好ましい実施例を記載するが、本発明はこれらに制限されていない：
第１の形状を有する高圧放電ランプの模式図である。 第２の形状を有する高圧放電ランプの模式図である。 第３の形状を有する高圧放電ランプの模式図である。 従来の技術の水銀含有ランプのスペクトルである。 本発明に係る水銀を含まないランプのスペクトルである。 図４および５のスペクトルの比較である。 図１記載のランプ形状を有する第１の実験系列により使用したハロゲンの臭化物割合への積分放射強度の依存性を表す線図である。 電界の強さと亜鉛濃度の比への積分放射強度の依存性を表す線図である。

以下、例として実施した実験系列と、その際に達成された結果とを説明する。様々な実験系列において水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプは様々な充填材が具備された。前記方法で製造された高圧放電ランプの積分放射強度は構造上同一の水銀含有ランプの積分放射強度と比較した。それに続き積分強度に及ぼすランプ形状の可能な影響を調査するために使用したランプの形状を変化させた。さらに前記ランプは、効率変化に及ぼす様々な動作方式で生じ得る影響すなわち構造上同一の水銀含有高圧放電ランプと比較した本発明に係る高圧放電ランプの積分放射強度を調査するために様々な動作方式で作動された。さらに、これらの放電ランプは様々な主接続機器で作動された。

図１は、第１の形状を有する高圧放電ランプの模式図を示す。この高圧放電ランプは２つの電極２ａおよび２ｂを有する電極対が突出する円筒形の放電容器１を含む。両方の電極２ａおよび２ｂは３３ｍｍの距離ｄで対向している。この距離は電極先端から電極先端まで測定される。この電極間に対応する電位差でアークが形成される。放電容器の内径ＩＤは第１の形状で１０．５ｍｍになる。放電容器の内容積ＩＶは３．１ｃｍ^３になる。

図２は、第２形状を有する高圧放電ランプの模式図を示す。第１の形状と比較して、この第２形状を有する高圧放電ランプの場合、電極間隔ｄは大きく増加された。この距離はここで１１０ｍｍになる。放電容器１の内径ＩＤは、それに対して僅かにのみ増加された。この内径は第２形状において１６．５ｍｍになる。内容積ＩＶは２４ｃｍ^３になる。

図３は第３形状を有する高圧放電ランプの模式図を示す。電極２ａおよび２ｂの間の電極間隔ｄは３０ｍｍになる。放電容器の内径ＩＤは２１．５ｍｍであり、その内容積ＩＶは９．５ｃｍ^３である。

形状１、２および３を有する高圧放電ランプは、ここで種々のランプ充填材を具備された。ランプの積分強度は３１５〜４００ｎｍの範囲で測定された。基準値として、それぞれ１つの構造上同一の水銀含有高圧放電ランプが用いられた。すなわち図１、２および３に示したランプは比較目的のために水銀含有充填材を具備されており、かつ３１５および４００ｎｍの間の範囲の水銀含有ランプの積分強度が前記基準値のために決定された。対応する例は以下に記載し、かつ表１にまとめている：

比較例１
図１の放電容器に相当する石英ガラス製の放電容器の中にアルゴン８０ｈＰａ、水銀１２ｍｇ、ヨウ化鉄０．７０ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０２ｍｇを封入した。このように得た水銀含有放電ランプは４００Ｗの電力、１１４Ｖのランプ電圧、３．５Ａのランプ電流および０．９９の力率で作動された。比較ランプのスペクトルは図４に再現している。

比較例２
図１の放電容器に相当する石英ガラス製の放電容器の中にキセノン４００ｈＰａ、ヨウ化亜鉛３．０ｍｇ、ヨウ化鉄０．９８ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０２ｍｇを封入した。このように得た水銀および臭化物を含まない放電ランプは４００Ｗの電力、６０Ｖのランプ電圧、６．７３Ａのランプ電流および０．９９の力率で作動された。

例１
図１の放電容器に相当する石英ガラス製の放電容器の中にキセノン４００ｈＰａ、ヨウ化亜鉛２．０ｍｇ、臭化亜鉛０．５ｍｇ、ヨウ化鉄０．９５ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０２ｍｇを封入した。このように得た本発明に係る水銀を含まない放電ランプは４００Ｗの電力、７５Ｖのランプ電圧、５．３５Ａのランプ電流および０．９９の力率で作動された。

例２〜１０
例１に準じて本発明に係る別の放電ランプが製造された。各ランプ充填材は表１に記載されている。力率はそれぞれ０．９９になった。例７によるランプの場合、得られたスペクトルは図５に示されている。図６は、両方のランプのスペクトルを重ね合わせて示すことによって、例７の本発明に係るランプと比較例１からの水銀含有ランプの比較を示す。

比較例３
図２の放電容器に相当する石英ガラス製の放電容器の中にアルゴン５０ｈＰａ、水銀２３ｍｇ、ヨウ化鉄１．９６ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０２ｍｇを封入した。このように得た水銀を含みかつ臭化物を含まない放電ランプは１２００Ｗの電力、１４０Ｖのランプ電圧、９Ａのランプ電流および０．９５の力率で作動された。この種のランプは、たとえばＵＶ硬化に使用される。その他の例と異なり、この場合および以下の例１１〜１３において放射強度はランプから１３０ｃｍの距離で測定された。

例１１
比較例３に相当する本発明に係る放電ランプは、図２に示した石英ガラス製の放電容器の使用下に、前記放電容器の中にキセノン５０ｈＰａ、臭化亜鉛６．０ｍｇ、ヨウ化鉄１．９６ｍｇおよびヨウ化タリウム０．２４ｍｇが封入されることによって前記放電ランプが製造された。このように得た本発明に係る水銀を含まない放電ランプは１２００Ｗの電力、１０３Ｖのランプ電圧、１２．３Ａのランプ電流および０．９５の力率で作動された。

例１２および１３
例１１に準じて、別の本発明に係る放電ランプが製造された。各ランプ充填材は表１に記載されている。

比較例４
図３の放電容器に相当する石英ガラス製の放電容器の中にアルゴン５０ｈＰａ、水銀４２ｍｇ、ヨウ化鉄２．１ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０６ｍｇを封入した。このように得た水銀を含みかつ臭化物を含まない放電ランプは７００Ｗの電力、１３０Ｖのランプ電圧、５．４Ａのランプ電流および０．９５の力率で作動された。

例１４
比較例４に相当する本発明に係る放電ランプは、図３に示した石英ガラス製の放電容器の使用下に、前記放電容器の中にキセノン４００ｈＰａ、臭化亜鉛１．５ｍｇ、ヨウ化鉄２．９４ｍｇおよびヨウ化タリウム０．０６ｍｇが封入されることによって前記放電ランプが製造された。このように得た本発明に係る水銀を含まない放電ランプは７００Ｗの電力、５３Ｖのランプ電圧、１３．５Ａのランプ電流および０．９５の力率で作動された。

例１５〜１９
例１４に準じて、別の本発明に係る放電ランプが製造された。各ランプ充填材は表１に記載されている。

表１に掲載した全ての放電ランプに対してその放射効率が決定された。これは、ここで関心のある３１５〜４００ｎｍの波長領域における各ランプの放射強度（（Ｗ／ｍ^２）／ｎｍ）である。測定されるのはランプから１１５ｃｍの距離である。それぞれこの波長領域にわたる積分放射強度が算出される。すなわち波長領域３１５〜４００ｎｍのスペクトル以下の面積である。表に相対的な放射強度が記載されている。各ランプ群の水銀含有比較ランプの積分放射強度は１００％に指定される。前記群のその他のランプの放射強度は１００％強度の部分として表示されている（表１の右欄参照：「効率」＝相対的な積分放射強度）。

この実施された測定系列に基づき、前記放電容器は希ガスのほかに、総じて受け入れられる３１５〜４００ｎｍの範囲の積分強度を達成するために、少なくとも鉄ならびに亜鉛、ハロゲン化物およびその中に臭化物を含まなければならないことが明らかである。さらに、水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプが少なくとも６３％の効率を達成するべきであるときは、臭化物の割合および亜鉛のモル密度Ｄと電極間の電界の強さＥからなる比に対して別の条件を課す必要があることが見出された。臭化物の割合は、その際に全ハロゲン量の少なくとも１４モル％にする必要がある。亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）および電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比に対して関係０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００が当てはまらなければならない。より大きい効率を達成するためには、全ハロゲン量に対する臭化物の割合を増加し、かつ亜鉛のモル密度と電界の強さＥからなる比に対する範囲をさらに制限する必要がある。それぞれ放電容器のランプ充填材の少なくとも約７０％が蒸気状に存在する飽和時に測定された。

図７は、図１記載のランプ形状を有する第１の実験系列により使用したハロゲンの臭化物割合への積分強度の依存性を示す線図である。この例において全ハロゲン量の臭化物割合と関心のある３１５ｎｍおよび４００ｎｍの間の波長領域における積分強度との間に近似的に線形の関係を確認できる。６３％の最小効率が要求されるとき、全ハロゲン量の少なくとも１４モル％の臭化物量への６３％マークを有する補正直線の部分からの最小臭化物割合が生じる。

図８は、電界の強さと亜鉛濃度の比への積分強度の依存性を示す線図である。この線図には３つの全ての形状ランプで得られた測定値がプロットされている。測定点の間に補正曲線がおかれた。この補正曲線に従って、まず電界の強さと亜鉛濃度からなる比が上昇するとき積分強度の上昇が生じる。約０．０６（μＭｏｌ／ｃｍ^３）（Ｖ／ｃｍ）および約０．１２（μＭｏｌ／ｃｍ^３）（Ｖ／ｃｍ）の間の範囲で約９２％までの最大積分強度が達成された。この曲線はさらに経過する中で再びゆるやかに平坦化する。少なくとも６３％の積分強度が要求されるとき、グラフ表示から、亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）と、電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比が条件０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００を満たさなければならないことが明らかになる。

本発明に係る水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプによるその他の実験が実施された。例えば、ランプは標準モードおよび低負荷モードで作動された。そのために点ＡおよびＢで図１に示したように温度測定が実施された。例えば、３５０Ｗ（例Ｎｏ．７）で６８０℃〜１０５０℃へのハロゲン化鉄の融点付近で比較的少ない８７％から７５％への効率変化のみが確認された。異なる動作方式は測定された効率に全く影響を及ぼさない。これは、放射を決定するのが最終的にランプの鉄もしくはハロゲン化鉄の充填材であることによって説明される。これは異なる動作方式でも変化しない。

別の実験において放電ランプは、等しい一定の電力損失で異なる電流損失および電圧損失を生じた様々な主接続機器で作動された。例えば、第１の形状のランプ（例Ｎｏ．４）が市販のインダクタンス（力率０．８５）および矩形モードによる電子主接続機器（力率０．９９）で作動された。両者の場合で８５％の同一の効率値が測定された。また様々な主接続機器の使用は予想される効率値に全く影響を及ぼさない。これは、本質的に電界の強さが全く電力または電流供給に依存しないランプ特性であることによって説明される。

６３％の最小効率（水銀基準ランプと比較）を出力できる水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプを提供することが全く可能であることが明らかになっており、単に高圧放電ランプの充填材に特別の要件を課す必要はあるがランプ形状への追加の要件は全く必要がない。さらに、ヨウ化ナトリウムなしに作動する水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプを提供することに成功した。ランプの効率に対する全ハロゲン量の臭化物割合の重要性が認識され、かつ同様に亜鉛のモル密度Ｄと電極間の電界の強さＥからなる比の重要性も認識された。これらの認識から本発明に係る水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプの放電容器の充填材に課される条件が導き出された。

本発明に係る水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプは、特に光化学プロセス設備、特にラッカー硬化、消毒および／または褐色化用途に使用することができる。前記およびその他の使用分野において、それにより今後環境親和性がありかつそれにもかかわらず効率的な高圧放電ランプを使用することができる。

符合の説明

１…放電容器、２ａ，２ｂ…電極。

Claims (12)

1. 光透過性および気密に封止された放電容器と、前記放電容器の中に突出し、かつ前記放電容器の中に互いに対向して配置された２つの電極とを備える水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプにおいて、放電容器が少なくとも１種類の希ガス、少なくとも元素鉄および亜鉛、ならびに少なくとも１種類のハロゲン化物を含むランプ充填材で充填されており、前記ハロゲン化物が臭化物を含み、かつ前記臭化物の割合が全ハロゲン量の少なくとも１４モル％になり、かつ亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）および電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比に対しては次の関係：０．００５≦Ｄ／Ｅ≦０．２００が当てはまる水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
2. 鉄が金属鉄および／または少なくとも１種類のハロゲン化鉄の形態で封入されている、請求項１に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
3. 鉄が放電空間の内容積の０．１〜２．５μＭｏｌ／ｃｍ^３、特に０．２５〜２μＭｏｌ／ｃｍ^３の量で封入されている、請求項１または２に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
4. 亜鉛がハロゲン化亜鉛、特に臭化亜鉛および／またはヨウ化亜鉛の形態で封入されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
5. ランプ充填材が元素タリウム、コバルト、スズ、パラジウム、ルテニウムおよび銀の少なくとも１種類を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
6. ランプ充填材が臭化亜鉛、ヨウ化鉄およびヨウ化タリウムを含む、請求項５に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
7. ランプ充填材がさらにヨウ化亜鉛を含む、請求項６に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
8. 少なくとも１種類の希ガスがキセノンおよび／またはアルゴンを含み、かつ特にキセノンからなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
9. ランプ充填材がヨウ化ナトリウムを含まない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
10. 亜鉛のモル密度Ｄ（μＭｏｌ／ｃｍ^３）および電極間の電界の強さＥ（Ｖ／ｃｍ）からなる比に対して次の関係：０．０１≦Ｄ／Ｅ≦０．１８および特に０．０２５≦Ｄ／Ｅ≦０．１６５が当てはまる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプを含む紫外線を生成するための装置。
12. 光化学プロセス設備における特にラッカー硬化、消毒および／または褐色化用途のための請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水銀を含まないハロゲン化金属高圧放電ランプの使用。

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