JP2000173548A - ガス放電管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高輝度で且つ均一なスリット状の
出射光を可能にしたガス放電管を提供することを目的と
する。 【解決手段】 本発明によるガス放電管は、安定した放
電開始を確保させるため、スリット状の収束開口40の面
積に着目したが、収束開口40の面積が大きくなると、確
かに、熱陰極25と陽極24との間にアーク放電が起き易す
くなるが、出射光の輝度が低くなってしまうことが実験
により確かめられた。そこで、ガス放電管10の点灯を可
能にしつつ高輝度を確保するための開口面積Ｓを0.15〜
0.5ｍｍ2の範囲に規制した。しかも、前述した開口面積
Ｓを考慮しつつ、高い輝度で均一な出射光を得るため
に、収束開口40において、その長手方向の開口長さＡ
と、長手方向に直交する方向の開口長さＢとの関係に着
目し、Ｂ／Ａの関係式を用いて、収束開口40の形状を特
定させ、その値を0.1〜0.5の範囲内に規制した。このよ
うに、収束開口40を種々のパラメータで制限することに
より、ガス放電管10において、点灯性がよく高輝度でし
かも均一なスリット光を特定することに成功した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス放電管に係
り、特に、分光光度計や液体クロマトグラフィーなどの
紫外線光源等として用いられるガス放電管に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術として特開
平４−１４７５５７号公報がある。この公報に記載され
た重水素放電管において、陽極と陰極との間に配置した
収束電極板には、スリット状の小穴をなす収束開口が形
成されている。この収束開口は、分析装置のスリット形
状に合わせるように、短冊形状したものであり、放電管
から出射される光束の利用効率の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のガス放電管には、次のような課題が存在してい
た。すなわち、小穴をなす収束開口は、横０．４ｍｍ、
縦２．５ｍｍの大きさを有し、アーク放電は起き易いが
高輝度で且つ均一なスリット状の光束を得にくいといっ
た問題点があった。

【０００４】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、特に、高輝度で且つ均一なスリット状の
出射光を可能にしたガス放電管を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
ガス放電管は、熱電子を発生させる熱陰極と、この熱電
子を受容する陽極と、記熱陰極と陽極との間に配置して
熱電子を収斂させる収束電極とを備え、収束電極は、陽
極の前方に位置するスリット状の収束開口を有し、収束
開口において、その長手方向の開口長さをＡとし、長手
方向に直交する方向の開口長さをＢとした場合、Ｂ／Ａ
を０．１〜０．５の範囲内に規制し、且つその開口面積
を０．１５〜０．５ｍｍ2の範囲内に規制したことを特
徴とする。

【０００６】一般的に知られている収束開口の場合、放
電開始電圧の上昇や異常放電の発生により、その直径が
０．５ｍｍの丸穴が一般的な限界となっている。これ
は、収束開口の直径を０．５ｍｍ以下に絞ると、熱陰極
と陽極との間の障壁が高くなり、放電開始に大きなエネ
ルギが必要となるからであるが、このエネルギを大きく
する（例えば放電電圧を上げる）と、異常放電によって
ガス放電管が点灯しない事態を発生させるからである。
そこで、安定した放電開始を確保させるため、発明者は
スリット状の収束開口の面積に着目したが、収束開口の
面積が大きくなると、確かに、熱陰極と陽極との間にア
ーク放電が起き易すくなるが、出射光の輝度が低くなっ
てしまうことが実験により確かめられた。そこで、ガス
放電管の点灯を可能にしつつ高輝度を確保するための開
口面積を０．１５〜０．５ｍｍ2の範囲に規制した。し
かも、前述した開口面積を考慮しつつ、高い輝度で均一
な出射光を得るために、発明者は、収束開口において、
その長手方向の開口長さＡと、長手方向に直交する方向
の開口長さＢとの関係に着目し、Ｂ／Ａの関係式を用い
て、収束開口の形状を特定させ、その値を０．１〜０．
５の範囲内に規制した。このように、収束開口を種々の
パラメータで制限することにより、ガス放電管におい
て、点灯性がよく高輝度でしかも均一なスリット光を特
定することに成功し、出射光を使用する上での一助をな
す。

【０００７】請求項２記載のガス放電管において、収束
開口において、Ｂ／Ａを０．１〜０．２５の範囲内に規
制し、且つ開口面積を０．１５〜０．２５ｍｍ2の範囲
内に規制すると好ましい。このような構成を採用した場
合、輝度分布が均一で、極めて輝度の高い光を得ること
ができ、市場のニーズに答えるべく出射光の高スポット
化を促進させることができた。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるガ
ス放電管の好適な実施形態について詳細に説明する。

【０００９】図１に示したものは、ガス放電管の一例で
あるサイドオン型の重水素ランプであり、このガス放電
管１０において、ガラス製の外囲器１１の内部には、発
光部２０が収容されているとともに、重水素ガス（図示
しない）が数Ｔｏｒｒ程度封入されている。頂部を封止
して円筒状に成形された外囲器１１の底部は、ガラス製
のステム１２によって気密に封止されている。なお、外
囲器１１は、良好な紫外線透過率を有する紫外線透過ガ
ラスや石英ガラスなどから形成されている。

【００１０】一直線上に並列配置した４本のリードピン
１３〜１６が、それぞれ発光部２０の底部から延びてス
テム１２を貫通し、それぞれ絶縁材１３０，１４０，１
５０，１６０に被覆されて所定の点灯回路に接続されて
いる。発光部２０は、セラミックス製の放電遮蔽板（ス
ペーサ）２１を挟んでセラミックス製の支持板２２と金
属製の前面窓電極２３とを貼り合わせた遮蔽箱構造に組
み立てられている。

【００１１】次に、発光部２０の構成について、図２〜
図７を参照して詳細に説明する。

【００１２】図２及び図３に示すように、断面凸字形の
角柱をなす支持板２２には、縦貫通穴２２０と、凹型溝
２２１〜２２３と、凹部２２４と、４個の凸部２２５
と、４個の横貫通穴２２６とが形成されている。縦貫通
穴２２０は、断面凸状の支持板２２後方の隆起部２２Ａ
を上下方向に貫通している。凹型溝２２１、凹部２２４
及び凹型溝２２２，２２３は、前方の平板部２２Ｂの表
面から陥没形成されると共に、外囲器１１の底部に向か
って順次延びることで、リードピン１４及び絶縁材１４
１を適切に収容することができる。４個の凸部２２５
は、陽極２４の各コーナに対峙させるために、凹型溝２
２１，２２２の開口縁部に近接して２個ずつ平板部２２
Ｂの表面から突出している。４個の横貫通穴２２６は、
水平方向に延在し、上端部及び下端部において２箇所ず
つ貫通している。

【００１３】この支持板２２は、縦貫通穴２２０を挿通
するリードピン１３と、凹部溝２２１〜２２３に収容さ
れたリードピン１４とを介してステム１２に保持されて
いる。矩形平板状に成形された陽極２４は、リードピン
１４の先端に溶接して固定され、４個の凸部２２５によ
って裏面から支持されている。この陽極２４の後方に
は、陽極２４の表面積に略匹敵した開口をなす凹部２２
４により、放熱スペースが確保されている。

【００１４】図２及び図４に示すように、平板状に成形
された放電遮蔽板２１は、支持板２２と比較して薄型か
つ幅広の断面凸状をなすと共に、貫通穴２１０と、凹部
２１１と、縦貫通穴２１２と、４個の横貫通穴２１３
と、２個の横貫通穴２１４と、４個の横貫通穴２１５と
を有している。貫通穴２１０は、陽極２４に対峙させる
ために、略中央に貫通している。窪み部２１１は、陽極
２４を収容するために、放電遮蔽板２１の背面において
平板部２２Ａの表面から陥没すると共に、貫通穴２１０
の背面側に位置する第１の開口縁部を含んでいる。縦貫
通穴２１２は、前方の隆起部２２Ｂを貫通している。４
個の横貫通穴２１３は、水平方向に延在し、支持板２２
の４個の横貫通穴２２６に対峙している。なお、放電遮
蔽板２１における２個の横貫通穴２１４は、後述する陰
極スリット電極２７の係止爪２７１を収容する位置に形
成され、４個の横貫通穴２１５は、後述する前面窓電極
２３の係止爪２３１を収容する位置に形成されている。

【００１５】略Ｌ字型に折り曲げられた電極棒２１６の
片側は、縦貫通穴２１２を挿通させると共に、この下端
を放電遮蔽板２１から露出させることにより、リードピ
ン１５の先端を溶接させることができる。したがって、
電極棒２１６を介して放電遮蔽板２１をステム１２に保
持されることができる。また、熱陰極（フィラメント）
２５の両端には、それぞれ電極棒２５０，２５１が溶接
され、電極棒２５０の先端を電極棒２１６に溶接し、電
極棒２５１の先端をリードピン１６の先端に溶接するこ
とで、熱陰極２５をステム１２に保持させることができ
る。

【００１６】図５〜図７に示すように、破線で示した矩
形の陽極２４は、放電遮蔽板２１の窪み部２１１に収容
され、陽極２４の各コーナ部分は、放電遮蔽板２１の窪
み部２１１の底面と支持板２２の４個の凸部２２５との
協働によって挟持されている。丸みを帯びた略矩形状の
貫通穴２１０には、陽極２４の４辺の大部分が合致し、
その第１の開口縁部の他の部分は陽極２４の４コーナ部
分に接合している。円形の表面を有する４個の凸部２２
５は、陽極２４の４コーナ部分と接合し、陽極２４を押
圧している。特に、図７に示すように、矩形の窪み部２
１１は、４個の凸部２２５の高さと陽極２４の厚さとの
和に一致した深さを有し、結果的に、支持板２２の前面
に形成した外周縁部を放電遮蔽板２１の背面に当接させ
ることができる。

【００１７】図２及び図６に示すように、略Ｌ字型に金
属板を折り曲げ成形した収束電極２６には、開口２６０
及び４個の横貫通穴２６３が形成されている。この開口
２６０は、放電遮蔽板２１の貫通穴２１０と同軸上に配
置されている。この開口２６０の周辺領域には、開口径
を制限する開口制限板２６１が溶接されている。開口制
限板２６１には、開口２６０を通過するように陽極２４
に向かって突出するアークボール収容凹部２６２が設け
られ、その中央には、スリット状の収束開口４０が形成
されている。４個の横貫通穴２６３は、収束電極２６の
厚さ方向に延在すると共に、放電遮蔽板２１の４個の横
貫通穴２１３に対峙している。

【００１８】この収束電極２６は、放電遮蔽板２１の隆
起部２１Ｂ上に当接設置され、後方に折り曲げられた先
端部２６Ａと支持板２２から突出させたリードピン１３
の先端との溶接により、収束電極２６は、放電遮蔽板２
１及び支持板２２に固定されている。なお、この開口制
限板２６１と陽極２４との間の距離は、放電遮蔽板２１
の厚さよりも小さくなっている。ここで、放電遮蔽板２
１、支持板２２及び収束電極２６の各横貫通穴２２６，
２１３，２６３はそれぞれ一直線状に整列している。し
たがって、放電遮蔽板２１、支持板２２及び収束電極２
６を貼り合わせた状態において、４本の金属製のリベッ
ト２８を差込むことにより、これらを一体としてステム
１２に固定させることができる。

【００１９】図２、図６及び図７に示すように、金属製
の陰極スリット電極２７は、放電遮蔽板２１の段差領域
の形状に対応して折り曲げられ、開口２７０及び２個の
係止爪２７１を有している。縦長矩形状に成形した開口
２７０は、前部に形成されている。陰極スリット電極２
７の上端及び下端に成形された２本の係止爪２７１は、
後方に折り曲げられている。

【００２０】この陰極スリット電極２７は、陰極２５に
対向すると共に放電遮蔽板２１の一側方の前面上に設置
され、２本の係止爪２７１を放電遮蔽板２１の２個の横
貫通穴２１４に差し込むことにより、放電遮蔽板２１に
固定されている。なお、開口２７０は、熱陰極２５と開
口制限板２６１との間に配置されている。

【００２１】また、金属製の前面窓電極２３は、４段に
折り曲げた断面略Ｕ字型をなすと共に、開口窓２３０及
び４個の係止爪２３１をも有している。矩形状に形成さ
れた開口窓２３０は、収束電極２６のアークボール収容
凹部２６２と同軸上に配置されている。前面窓電極２３
の両側端の上部及び下部に成形された４本の係止爪２３
１は、後方に向かって突出している。なお、開口窓２３
０は、アークボール収容凹部２６２の前方空間から紫外
線を投光する位置に配置されている。

【００２２】この前面窓電極２３は、放電遮蔽板２１の
前面の両側に設置され、４本の係止爪２３１を放電遮蔽
板２１の４個の横貫通穴２１５に差し込むことにより、
放電遮蔽板２１に固定されている。そして、陰極スリッ
ト電極２７の前端を前面窓電極２３の内面に接触させる
ことにより、熱陰極２５を配置させる空間とアーク放電
を発生させる発光空間とを分離させることができる。

【００２３】このように構成された収束電極２６、陰極
スリット電極２７及び前面窓電極２３において、収束電
極２６は、陰極スリット電極２７及び前面窓電極２３に
対して放電遮蔽板２１を介して電気的に絶縁されてい
る。一方、陰極スリット電極２７及び前面窓電極２３
は、相互に接触して同電位に設定されている。

【００２４】次に、前述したガス放電管１０の動作につ
いて簡単に説明する。

【００２５】まず、図示しないトリガスイッチをオフ状
態に設定すると共に、輝度調整用スイッチを放電開始用
回路に対してオン状態に設定することにより、放電前の
約２０秒間に陰極加熱用電圧源から熱陰極２５に電圧約
２．５Ｖを印加し、熱陰極２５が予熱される。この熱陰
極２５が十分に加熱されて温度約１１００℃に達した後
に、電界発生用電圧源から熱陰極２５と陽極２４との間
に電圧約１５０Ｖを印加することにより、陽極２４から
熱陰極２５に向う電界が発生する。

【００２６】このようにトリガ放電の準備が整ったとき
に、トリガスイッチをオン状態に設定することにより、
収束電極２６に電位約１５０Ｖを発生させ、トリガ放電
が熱陰極２５と収束電極２６との間に発生させる。

【００２７】また、収束電極２６は、陰極スリット電極
２７及び前面窓電極２３に対して電気的に絶縁されてい
ることから、ほぼ電位０Ｖに設定された陰極スリット電
極２７及び前面窓電極２３よりも高い正電位を収束電極
２６に発生させることができる。そのため、図６に示す
ように、陰極２５から延びて生成したトリガ放電領域３
０が、前面窓電極２３及び陰極スリット電極２７によっ
て取り囲まれた空間、すなわちカソードボックスの内部
から拡大して収束電極２６まで到達する。したがって、
トリガ放電が、熱陰極２５と開口制限板２６１との間に
発生し、その結果、アークボール収容凹部２６２で偏平
なアークボール５０が発生することになり、このアーク
ボール（すなわち陽光極発光）５０から取り出される紫
外光は、前面窓電極２３の開口窓２３０を通りスリット
光として出射される。

【００２８】ここで、図８及び図９に示すように、収束
電極２６に設けられた開口制限板２６１は、高融点金属
であるモリブデンからなる矩形の平状基板４２を有して
いる。開口制限板２６１の中央には、基板４２のプレス
成形により作り出されたカップ状のアークボール収容凹
部２６２が設けられ、アークボール収束凹部２６２の開
口径Ｄは、４ｍｍ程度であり、アークボール収容凹部２
６２の底部には平坦部４１が形成されている。そして、
平坦部４１の中央には、スリット状の収束開口４０が形
成されている。この実施形態で使用されている開口制限
板２６１において、基板４２の大きさは８×８ｍｍで、
その厚さは０．３〜０．７ｍｍ程度のものが利用されて
いるが、その材質としては、高融点金属のタングステン
等もある。

【００２９】また、一般的に知られている収束開口４０
においては、放電開始電圧の上昇や異常放電の発生によ
り、その直径が０．５ｍｍの丸穴が一般的な限界となっ
ている。これは、収束開口４０の直径を０．５ｍｍ以下
に絞ると、熱陰極２５と陽極２４との間の障壁が高くな
り、放電開始時に大きなエネルギが必要となるからであ
るが、このエネルギを大きくする（例えば放電電圧を上
げる）と、異常放電によってガス放電管１０が点灯しな
い事態を発生させるからである。

【００３０】そこで、安定した放電開始を確保させるた
め、収束開口４０の面積Ｓに着目した。しかし、収束開
口４０の面積Ｓが大きくなると、確かに、熱陰極２５と
陽極２４との間にアーク放電が起き易すくなるが、出射
光の輝度が低くなって全体的にぼやけてしまうことが実
験により確かめられた。そこで、長方形状の収束開口４
０によって作り出されるガス放電管１０の点灯を可能に
しつつ高輝度を確保するために開口面積Ｓを０．１５〜
０．５ｍｍ2の範囲に規制した。なお、開口面積Ｓが
０．１５ｍｍ2未満ではガス放電管１０の点灯が安定せ
ずに、また、開口面積Ｓが０．５ｍｍ2を越える場合に
は、光が広がり過ぎてスポット的な光として利用し難い
ことが実験で判明している。

【００３１】さらに、前述した開口面積Ｓを考慮しつ
つ、高い輝度で輪郭のはっきりした均一なスリット状の
出射光を得るために、図１０に示すように、収束開口４
０において、その長手方向の開口長さＡと、長手方向に
直交する方向の開口長さＢとの関係に着目し、Ｂ／Ａ
（縦横比）の関係式を用いて、収束開口４０の形状を特
定させることを試みた。その結果、長方形状の収束開口
４０によって作り出される出射光において、高い輝度で
輪郭のはっきりした均一な光を確保するため、Ｂ／Ａの
値を０．１〜０．５の範囲内に絞り込み、スポット的な
光として利用できることを実験により確認した。

【００３２】特に、Ｂ／Ａの値を０．１〜０．２５の範
囲内に規制し、且つ開口面積Ｓを０．１５〜０．２５ｍ
ｍ2の範囲内に規制すると好ましい。この場合、輝度分
布が均一で、極めて輝度の高い光を得ることができ、市
場のニーズに答えるべくスリット状出射光の高スポット
化を促進させることができた。そして、これらの関係を
示したのが図１１である。

【００３３】この関係を満足する例として、開口長さＢ
が０．１５ｍｍ、開口長さＡが１ｍｍのスリット状の収
束開口４０があり、この場合、分光光度計を用いて、光
出力を実際に計測すると、従来の０．５ｍｍ径の丸穴に
比べて、３倍程度の高い出力が得られ、これは従来得ら
れなかった極めて細く強い光出力である。また、細長い
スリット光を作り出すため、Ｂの値が０．５ｍｍ以下の
場合において、収束開口４０の他の例として、Ａが１．
０ｍｍ、Ｂが０．２ｍｍの場合やＡが１．２５ｍｍ、Ｂ
が０．２ｍｍの場合などがある。

【００３４】このようなガス放電管１０から出射される
スリット光は、分光光度計、液体クロマトグラフィ及び
キャピラリー電気泳動などの分析装置において、光源と
して用いられる。近年、分析用光源としては、光学系や
迷光などの影響を防ぐためにスポット的な光を用いてい
るが、分析装置のセルの細管化が進み、より強く小さな
スリット状のスポット光が求められるに至っている。そ
こで、前述の実施形態に示されたガス放電管１０は、こ
のような要求を十二分に満足させるものである。

【００３５】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではなく、例えば、図１２に示すように、開口制限
板２６１，５０において、細長い楕円形状の収束開口６
０を採用しても、図１１に示したグラフの適用を可能に
するものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によるガス放電管は、以上のよう
に構成されているため、次のような効果を得る。すなわ
ち、熱電子を発生させる熱陰極と、この熱電子を受容す
る陽極と、記熱陰極と陽極との間に配置して熱電子を収
斂させる収束電極とを備え、収束電極は、陽極の前方に
位置するスリット状の収束開口を有し、収束開口におい
て、その長手方向の開口長さをＡとし、長手方向に直交
する方向の開口長さをＢとした場合、Ｂ／Ａを０．１〜
０．５の範囲内に規制し、且つその開口面積を０．１５
〜０．５ｍｍ2の範囲内に規制したことにより、点灯性
の良い高輝度で且つ均一なスリット状の出射光を可能に
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス放電管の一実施形態を示す斜
視図である。

【図２】図１のガス放電管における発光部の分解斜視図
である。

【図３】図２の発光部における支持板と陽極との組付け
前の状態を示す斜視図である。

【図４】図２の発光部における放電遮蔽板と陽極との組
付け前の状態を示す斜視図である。

【図５】図２の発光部における放電遮蔽板と陽極と支持
板との位置関係を示す平面図である。

【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図である。

【図７】図５のVII−VII線に沿った断面図である。

【図８】本発明のガス放電管に適用する開口制限板の一
例を示す斜視図である。

【図９】図８のIＸ−IＸ線に沿う断面図である。

【図１０】収束開口を示す概略図である。

【図１１】収束開口における開口面積と開口の縦横比と
の関係を示すグラフである。

【図１２】収束開口の他の例を示す概略図である。

【符号の説明】

１０…ガス放電管、２４…陽極、２５…熱陰極、２６…
収束電極、４０，６０…収束開口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電子を発生させる熱陰極と、 この熱電子を受容する陽極と、前記熱陰極と前記陽極と
   の間に配置して前記熱電子を収斂させる収束電極とを備
   え、 前記収束電極は、前記陽極の前方に位置するスリット状
   の収束開口を有し、前記収束開口において、その長手方
   向の開口長さをＡとし、前記長手方向に直交する方向の
   開口長さをＢとした場合、Ｂ／Ａを０．１〜０．５の範
   囲内に規制し、且つその開口面積を０．１５〜０．５ｍ
   ｍ2の範囲内に規制したことを特徴とするガス放電管。
2. 【請求項２】 前記収束開口において、前記Ｂ／Ａを
   ０．１〜０．２５の範囲内に規制し、且つ前記開口面積
   を０．１５〜０．２５ｍｍ2の範囲内に規制したことを
   特徴とする請求項１記載のガス放電管。