JP2000243354A - ホローカソードランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブの内面が汚れにくく、高出力が得ら
れ、且つ、容易に製造できるホローカソードランプを提
供すること。 【解決手段】 貫通孔１４ｈを有する中空陰極１４と、
略筒状形状をなす筒状陽極８と、中空陰極の貫通孔１４
ｈ内で、筒状陽極８との間で熱電子を利用した放電を生
じさせる電子供給源２４と、中空陰極１４、筒状陽極
８、および電子供給源２４を内部に収容すると共に光出
射窓３を有するバルブ４と、を備え、中空陰極１４の一
端１４ｕと光出射窓３との間に、一方の開放端８ｄが中
空陰極１４の一端１４ｕと対向し他方の開放端８ｕが光
出射窓３と対向するように筒状陽極８が配置され、中空
陰極１４の他端１４ｄ側に電子供給源２４が配置されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子吸光分析、原
子蛍光分析などの光源として使用されるホローカソード
ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子吸光分析には、分析元素そのものの
原子スペクトル線を出力する光源を用いる必要があり、
このような光源として、ホローカソードランプ（中空陰
極ランプ）が知られている。このホローカソードランプ
は、中空陰極を形成する分析元素を、イオン衝撃に伴う
スパッタリングによって放電空間に原子状態で飛散さ
せ、電子エネルギの授受によってスペクトル線を発生さ
せるものである。

【０００３】ところで、従来から、このようなホローカ
ソードランプの使用時に生じる問題として、スペクトル
線の一部が放電空間に存在する励起されていない元素原
子（未励起元素原子）にエネルギを与え、これによりス
ペクトル線の強度が減少してしまう自己吸収という現象
が知られている。この自己吸収率が高いと、ホローカソ
ードランプへ供給する電流値を上げても光出力の向上が
図れない。

【０００４】かかる自己吸収に対応する技術として、例
えば特公平７−５６７８１号公報やＵＳＰ４，８８５，
５０４号公報に掲載されたホローカソードランプがあ
る。これらの各公報に掲載されたホローカソードランプ
は、ともに熱電子を放出する熱電子供給源（熱電子放射
用の補助電極，electron emitter）を備えており、この
熱電子供給源を陰極とした放電により、未励起原子を励
起状態にするものである。このように、熱電子供給源を
陰極とした放電により未励起原子を励起させることで、
未励起原子によるスペクトル線の吸収を防止することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特公平７
−５６７８１号公報およびＵＳＰ４，８８５，５０４号
公報に掲載されたホローカソードランプには、次のよう
な問題があった。すなわち、上述のスパッタリングによ
り陰極の元素は飛散するが、ランプへの供給電流をある
程度高くすると、この飛散元素が激しく飛び散ってラン
プのバルブ内周面に付着し、ランプの寿命が短くなって
しまう。また、飛散元素によってスペクトル線が散乱
し、光出力が低下するという問題もある。

【０００６】さらに、上記各公報記載のホローカソード
ランプでは、スペクトル線が熱電子供給源によって遮ら
れるのを防止するために、中空陰極の斜め上方、すなわ
ち中空陰極と光出射窓との間の光路外に熱電子供給源を
配置する必要があった。そして、この熱電子供給源の位
置合わせ作業によって、ホローカソードランプの製造が
困難になるという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、バルブの内面が汚れにくく、高出力が得ら
れ、且つ、容易に製造できるホローカソードランプを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るホローカソードランプは、貫通孔を有
する中空陰極と、略筒状形状をなす筒状陽極と、中空陰
極の貫通孔内で、筒状陽極との間で熱電子を利用した放
電を生じさせる電子供給源と、中空陰極、筒状陽極、お
よび電子供給源を内部に収容すると共に光出射窓を有す
るバルブと、を備え、中空陰極の一端と光出射窓との間
に、一方の開放端が中空陰極の一端と対向し他方の開放
端が光出射窓と対向するように筒状陽極が配置され、中
空陰極の他端側に電子供給源が配置されていることを特
徴とする。

【０００９】本発明に係るホローカソードランプによれ
ば、中空陰極がスパッタリングされる際に飛散する陰極
元素は、中空陰極の一端とバルブの光出射面との間に配
置された筒状陽極の内周面に付着するため、バルブの内
周面は殆ど汚れない。また、筒状陽極によって、飛散元
素が激しく広範囲に飛び散るという事態を防止できる。
このため、ランプから出力されるスペクトル線の散乱が
防止され、光出力が向上する。また、中空陰極の他端側
に配置された電子供給源と筒状陽極との間の放電によっ
て、筒状陽極および中空陰極内に存在する未励起原子を
予め励起状態にすることができ、当該未励起原子による
自己吸収が防止される。このとき、上述のように、筒状
陽極によって飛散元素が激しく広範囲に飛び散るという
事態が防止されているため、当該放電により未励起元素
が効率良く励起状態にされる。さらに、電子供給源は、
中空陰極の他端側すなわち光出射面から遠い側に位置
し、中空陰極と光出射面との間の光路上には位置しない
ため、中空陰極と筒状陽極との間の放電空間から放出さ
れるスペクトル線の光路を考慮せずに電子供給源をラン
プ内に配置でき、製造が容易になる。

【００１０】また、本発明に係るホローカソードランプ
において、電子供給源と中空陰極の他端との間に、電子
供給源と筒状陽極との間の放電が可能な開口穴を有する
絞り部を更に備え、開口穴は、貫通孔に臨む位置に設け
られていることが望ましい。このような構成を採用した
場合、中空陰極のスパッタリングにより生じた飛散物が
電子供給源へ付着する事態が防止されると共に、電子供
給源と筒状陽極との間の放電が正確に行われる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るホローカソードランプの好適な実施形態につい
て詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いる
ものとし、重複する記載は省略する。

【００１２】まず、図１を用いて、本実施形態のホロー
カソードランプ２の構成を説明する。図１は、本実施形
態のホローカソードランプ２を示す断面図である。ホロ
ーカソードランプ２は、光出射面（光出射窓）３を有す
る石英ガラス製のバルブ４内に、図１における上下方向
に延びる貫通孔１４ｈが形成された中空陰極１４と、こ
の中空陰極１４の上端（一端）１４ｕと光出射面３との
間に位置する段付きの筒状陽極８と、を備えている。な
お、バルブ４は気密にされており、その内部にはネオン
ガスが封入されている。

【００１３】筒状陽極８は、下方の開放端８ｄが中空陰
極１４の上端１４ｕと対向し、上方の開放端８ｕが光出
射窓３と対向するように、図示を省略した絶縁碍子管
（実際は、中空陰極１４の奥側および手前側に位置して
いる）によって支持され、さらに、当該絶縁碍子管内を
貫通するリード線によって導通が図られている。また、
筒状陽極８は、上述のように段付き構造になっており、
下方の開放端８ｄ側が大径で、上方の開放端８ｕ側が小
径となっている。

【００１４】中空陰極１４は、マイカ（雲母）製の基板
１０ａにそのフランジ部１２ｆが載置された電気絶縁性
の陰極支持部材１２によって、バルブ４に対して固定さ
れている。また、基板１０ａの下方には、二本の絶縁碍
子管１６ａが中空陰極１４を挟むように配置され、さら
に、陰極支持部材１２のフランジ部１２ｆと基板１０ａ
の上方に配置された基板１０ｂとの間には、絶縁性碍子
管１６ｂが設けられている。そして、絶縁碍子管１６ａ
および絶縁性碍子管１６ｂ内を貫通するリード線１７が
基板１０ｂ上に突出している。なお、基板１０ａおよび
基板１０ｂは、リング形状をなしており、その内周部は
陰極支持部材１２と接触し、外周部はバルブ４の内周壁
に接触しており、絶縁碍子管１６ａおよび絶縁性碍子管
１６ｂの揺動を防止している。

【００１５】また、中空陰極１４の下部は、二枚の金属
製の陰極狭持板１８によって挟まれている。なお、図１
においては、二枚の陰極狭持板１８のうち中空陰極１４
の図中奥側に位置する一方のみが図示されているが、実
際は中空陰極１４の図中手前側にも陰極狭持板１８は配
置され、二つの陰極狭持板１８は溶接によって接着固定
されている。また、二つの陰極狭持板１８によって絶縁
碍子管１５内を通るリード線１９が挟み込まれ、これに
より中空陰極１４への導通が図られている。なお、図の
見易さを考慮し、陰極狭持板１８に関しては断面図とし
ていない。

【００１６】中空陰極１４は、ステンレス製の円筒状の
外部筒１４ａと当該外部筒１４ａの内周面に形成された
バナジウム製の内部筒１４ｂとから構成されている。な
お、中空陰極１４の内部筒１４ｂを形成する材料は、バ
ナジウムに限られず分析元素に応じて種々変更すること
ができ、たとえばセレン、ヒ素などがある。また、外部
筒１４ａを形成する材料もステンレスに限られず、さら
に、内部筒１４ｂを形成する材料によっては外部筒１４
ａを設けなくてもよい。

【００１７】さらに、中空陰極１４の下端（他端）１４
ｄの下方には、上記陽極８との間で熱電子放出を行う熱
電子放出陰極２４が配置されている。すなわち、熱電子
放出陰極２４は、光出射面３と中空陰極１４との間の光
路外に位置することになる。また、熱電子放出陰極２４
は、内部にリード線が通っている支持管２６によって支
持されている。

【００１８】また、中空陰極１４と熱電子放出陰極２４
との間には、当該熱電子放出陰極２４を覆う絞り用カバ
ー（絞り部）４０が配置されている。この絞り用カバー
４０の上面中央で且つ中空陰極１４の貫通孔１４ｈに臨
む位置には、貫通孔１４ｈの径と略同径の開口穴４０ｈ
が形成されている。以上が、ホローカソードランプ２の
構成である。

【００１９】次に、ホローカソードランプ２の作用を説
明する。まず、筒状陽極８と中空陰極１４との間に電圧
をかけて、この両者の間で放電を生じさせる。すると、
この放電により、バルブ４に封入されたネオンガス原子
が電離する。このガスの電離作用によって生じた陽イオ
ンは電界に引っ張られて中空陰極１４の内部筒１４ｂの
内周面に衝突し、このときの運動エネルギによって中空
陰極１４の内周表面から陰極物質（バナジウム）が原子
状に飛散する。この飛散陰極元素は、基底状態にある単
原子等からなり、中空陰極１４の内部空間に熱拡散され
る。そして、拡散中の基底状態の飛散陰極元素は、筒状
陽極８と中空陰極１４との間の放電により励起され、短
時間（約１０^-8程度）後に再び基底状態に遷移する。こ
の際、その遷移エネルギに等しいバナジウム固有の単色
光（スペクトル線）が発せられ、この光が光出射面３よ
り出力される。なお、上記マイカ製の基板１０ａおよび
基板１０ｂの内周部が陰極支持部材１２と接触し、外周
部がバルブ４の内周壁に接触しているため、筒状陽極８
と中空陰極１４との間の放電経路が中空陰極１４の外側
になる事態を防止することができる。

【００２０】ここで、本実施形態では、中空陰極１４の
上方に筒状陽極８が配置されており、中空陰極１４から
飛散する飛散陰極元素は当該筒状陽極８の内周面に付着
するため、バルブ４の内周面に飛散陰極元素が付着して
汚れるという事態を防止することができる。また、筒状
陽極８によって、飛散陰極元素が激しく広範囲に飛び散
るという事態を防止でき、これにより、光出射面３から
出力されるスペクトル線の散乱を防止でき、光出力が向
上する。

【００２１】なお、一般的に、光（スペクトル線）出力
過程において、当該スペクトル線のエネルギが、未励起
状態（基底状態）にある飛散陰極元素によって吸収され
る、いわゆる自己吸収という現象が生じる可能性があ
る。自己吸収が生じると、スペクトル線の強度が弱ま
り、さらに、スペクトル線の輪郭がぼやけて分析吸収感
度が低下することになる。しかし、本実施形態では、中
空陰極１４の下方に配置された熱電子放出陰極２４に支
持管２６内のリード線を介して電圧を印加すると、当該
熱電子放出陰極２４と筒状陽極８との間で、熱電子放出
を利用した放電が起こる。そして、この放電によって、
未励起原子をスペクトル線との衝突前に予め励起状態に
することができ、当該未励起原子による自己吸収を防止
できる。このとき、上述のように、筒状陽極８によって
飛散陰極元素が激しく広範囲に飛び散るという事態が防
止されているため、熱電子放出を利用した放電により未
励起元素を効率良く励起状態にすることができる。

【００２２】また、熱電子放出陰極２４は、中空陰極１
４の下端１４ｄ側に位置し、中空陰極１４と光出射面３
との間の光路上には位置しないため、中空陰極１４と筒
状陽極８との間の放電空間から放出されるスペクトル線
の光路を考慮せずに熱電子放出陰極２４をランプ２内に
配置でき、製造が容易になる。

【００２３】さらに、熱電子放出陰極２４と中空陰極１
４との間に、中空陰極１４の貫通孔１４ｈに臨む位置に
形成された開口穴４０ｈを有する絞り用カバー４０が備
えられているため、中空陰極１４のスパッタリングによ
り生じた飛散陰極元素が熱電子放出陰極２４へ付着する
事態が防止されると共に、熱電子放出陰極２４と筒状陽
極８との間の放電が正確に行われる。

【００２４】次に、図２を用いて、本発明に係るホロー
カソードランプの変形例を説明する。本変形例のホロー
カソードランプ３２が図１に示すホローカソードランプ
２と異なるのは、筒状陽極８の構造である。本変形例の
筒状陽極８は、段付き構造ではなく、円筒形状をなして
いる。このため、ランプ３２の製造を一層容易に行うこ
とができる。

【００２５】次に、図３を用いて、本発明に係るホロー
カソードランプの第２の変形例を説明する。本変形例の
ホローカソードランプ４２が図２に示す変形例と異なる
のは、中空陰極の貫通孔内で、筒状陽極８との間で放電
を生じさせる電子供給源として、熱電子放出陰極２４で
なく電子放出器４４を使用している点である。この電子
放出器４４は、外部電源から支持管２６内のリード線を
介して電源が供給されると、筒状陽極８との間で放電を
行うものである。このような構成を採用した場合も、図
１および図２に示すホローカソードランプと同様の効果
を得ることができる。

【００２６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、筒状陽極は、
断面円形の筒に限られず、中空陰極の形状に合わせて、
角筒等にしてもよい。また、電子供給源を覆う絞り部
は、必要に応じて装備すれば良く、必ずしも設ける必要
はない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るホロ
ーカソードランプによれば、中空陰極がスパッタリング
される際に飛散する陰極元素は、中空陰極の一端とバル
ブの光出射面との間に配置された筒状陽極の内周面に付
着するため、バルブの内周面は殆ど汚れない。また、筒
状陽極によって、飛散元素が激しく広範囲に飛び散ると
いう事態を防止できる。このため、ランプから出力され
るスペクトル線の散乱が防止され、高出力を得ることが
できる。また、中空陰極の他端側に配置された電子供給
源と筒状陽極との間の放電によって、筒状陽極および中
空陰極内に存在する未励起原子を予め励起状態にするこ
とができ、当該未励起原子による自己吸収を防止するこ
とができる。このとき、上述のように、筒状陽極によっ
て飛散元素が激しく広範囲に飛び散るという事態が防止
されているため、当該放電により未励起元素が効率良く
励起状態にされる。さらに、電子供給源は、中空陰極と
光出射面との間の光路上には位置しないため、スペクト
ル線の光路を考慮せずに電子供給源をランプ内に配置で
き、製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るホローカソードランプを示す断面
図である。

【図２】本発明に係るホローカソードランプの変形例を
示す図である。

【図３】本発明に係るホローカソードランプの他の変形
例を示す図である。

【符号の説明】

２…ホローカソードランプ、３…光出射面（光出射
窓）、４…バルブ、６…絶縁碍子管、８…陽極、１４…
中空陰極、２４…熱電子放出陰極（電子供給源）、４０
…絞り用カバー（絞り部）、４０ｈ…開口穴、４４…電
子放出器（電子供給源）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔を有する中空陰極と、 略筒状形状をなす筒状陽極と、 前記中空陰極の貫通孔内で、前記筒状陽極との間で熱電
   子を利用した放電を生じさせる電子供給源と、 前記中空陰極、前記筒状陽極、および前記電子供給源を
   内部に収容すると共に、光出射窓を有するバルブと、を
   備え、 前記中空陰極の一端と前記光出射窓との間に、一方の開
   放端が前記中空陰極の一端と対向し他方の開放端が前記
   光出射窓と対向するように前記筒状陽極が配置され、 前記中空陰極の他端側に前記電子供給源が配置されてい
   ることを特徴とするホローカソードランプ。
2. 【請求項２】 前記電子供給源と前記中空陰極の他端と
   の間に、前記電子供給源と前記筒状陽極との間の放電が
   可能な開口穴が形成された絞り部を更に備え、前記開口
   穴は、前記貫通孔に臨む位置に設けられていることを特
   徴とする請求項１記載のホローカソードランプ。