JP2005195404A - 紫外線検出管 - Google Patents

Abstract

【課題】 感度及び指向性に優れた紫外線検出管を提供する。
【解決手段】 放電ガスを封入した密封容器１０内に、金属製のアノード電極とカソード電極を近接して配置させ、密封容器１０内に入射した紫外線によりアノード電極とカソード電極との間で放電を生じさせる紫外線検出管１００において、アノード電極は、入射する紫外線を通過させる紫外線通過開口４２を形成したアノード用平板材４１で構成され、カソード電極５０は、アノード電極を挟んで紫外線の入射側とは反対側に設けられたカソード用平板材５１で構成され、カソード用平板材４１は、アノード用平板材５１と対面するカソード対面部５２の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたカソード折曲部５３を有していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入射した紫外線を電気信号に変換することによって検知する紫外線検出管に関する。

従来の紫外線検出管には、電極の対向部が点状である点放電型、電極用の２本の線材を対峙させた線放電型、電極用の２枚の板材を対面させた面放電型の３種類の電極形状をもつタイプが知られている。面放電型の紫外線検出管は特に紫外線の検出感度が優れており、点放電型の紫外線検出管に比べて１０倍以上の感度があることが知られている。

なお、従来から存在する紫外線検出管の一例として、非特許文献１がある。
実公昭４９−１７１８４号公報

しかしながら、例えばバーナーの燃焼状態の監視では、炎の大きさに比例した紫外線量をモニターすることによって、燃焼状態をリニアに監視することが試みられており、このようなバーナーモニターに用いられる紫外線検出管には、従来の面放電型の紫外線検出管よりも更に感度の優れたものが求められている。

また、このようなバーナーモニターに用いられる紫外線検出管においては、特定領域の炎の状態に関してのみ監視する必要があるため、特定領域の紫外線のみを検知することができる指向性も求められている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、感度及び指向性に優れた紫外線検出管を提供することを目的とする。

本発明に係る第一態様の紫外線検出管は、放電ガスを封入した密封容器内に、金属製のアノード電極とカソード電極を近接して配置させ、密封容器内に入射した紫外線によりアノード電極とカソード電極との間で放電を生じさせる紫外線検出管において、アノード電極は、入射する紫外線を通過させる紫外線通過開口を形成したアノード用平板材で構成され、カソード電極は、アノード電極を挟んで紫外線の入射側とは反対側に設けられたカソード用平板材で構成され、アノード用平板材は、カソード用平板材と対面するアノード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたアノード折曲部を有しており、紫外線通過開口はアノード対面部に形成されていることを特徴とする。

この第一態様の紫外線検出管においては、アノード屈曲部の外側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口に入射することができず、紫外線検出管で検知することができない。一方、アノード屈曲部の内側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口に入射し、紫外線検出管で検知することができる。これによって、紫外線を検知できる領域が特定されるため紫外線検出管の指向性が向上する。

また、第一態様の紫外線検出管は、紫外線通過開口に直接入射する紫外線と、アノード屈曲部の内側の面に入射し、反射によって紫外線通過開口に入射する紫外線との両方を検知することができるため、紫外線検出管の感度が向上する。

本発明に係る第二態様の紫外線検出管は、放電ガスを封入した密封容器内に、金属製のアノード電極とカソード電極を近接して配置させ、密封容器内に入射した紫外線によりアノード電極とカソード電極との間で放電を生じさせる紫外線検出管において、アノード電極は、入射する紫外線を通過させる紫外線通過開口を形成したアノード用平板材で構成され、カソード電極は、アノード電極を挟んで紫外線の入射側とは反対側に設けられたカソード用平板材で構成され、カソード用平板材は、アノード用平板材と対面するカソード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたカソード折曲部を有していることを特徴とする。

この第二態様の紫外線検出管においては、カソード屈曲部の外側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口、又は、アノード用平板材とカソード屈曲部との隙間（以下、単に「隙間」という。）に入射することができず、紫外線検出管で検知することができない。一方、カソード屈曲部の内側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口又は隙間に入射し、紫外線検出管で検知することができる。これによって、紫外線を検知できる領域が特定されるため紫外線検出管の指向性が向上する。

また、第二態様の紫外線検出管は、紫外線通過開口に直接入射する紫外線と、カソード屈曲部の内側の面に入射し、反射によって紫外線通過開口又は隙間に入射する紫外線との両方を検知することができるため、紫外線検出管の感度が向上する。

本発明に係る第三態様の紫外線検出管は、第二態様の紫外線検出管において、アノード用平板材は、カソード用平板材と対面するアノード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたアノード折曲部を有しており、紫外線通過開口はアノード対面部に形成されていることを特徴とする。

この第三態様の紫外線検出管においては、アノード屈曲部又はカソード屈曲部の外側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口又は隙間に入射することができず、紫外線検出管で検知することができない。一方、アノード屈曲部又はカソード屈曲部の内側の面に入射した紫外線は反射によって紫外線通過開口又は隙間に入射し、紫外線検出管で検知することができる。これによって、紫外線を検知できる領域が特定されるため紫外線検出管の指向性が向上する。

また、第三態様の紫外線検出管は、紫外線通過開口に直接入射する紫外線と、アノード屈曲部又はカソード屈曲部の内側の面に入射し、反射によって紫外線通過開口又は隙間に入射する紫外線との両方を検知することができるため、紫外線検出管の感度が向上する。

これらの紫外線検出管においては、密封容器の底部を塞ぐステムにはアノード電極用およびカソード電極用の各複数本のリードピンが貫通して設けられ、アノード用平板材およびカソード用平板材は、それぞれアノード電極用およびカソード電極用のリードピンにより挟持された状態で溶接により固定されていることが好ましい。これにより、アノード用平板材及びカソード用平板材の配置が安定に保持されるため、紫外線検出管の耐震性、耐衝撃性を向上させることができる。

本発明の紫外線検出管は感度及び指向性に優れているので、本発明の紫外線検出管をバーナーモニター等に好適に用いることができる。

また、本発明の紫外線検出管は、上述の電極ピンを用いることによって耐震性、耐衝撃性に優れるため、災害等の非常時においても紫外線を検知しやすくすることができる。

以下、図面と共に本発明による紫外線検出管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る紫外線検出管の外観を示す斜視図である。また、図２は第一実施形態に係る紫外線検出管の上面図、側面図及び底面図である。図１及び図２に示す紫外線検出管１００は頂部が球形で、中部が円筒状をなし、底部がステム１１で封止されたガラスバルブ（密封容器）１０を備えている。

ステム１１の中央には排気管１３が設けられており、排気管１３の突出領域の端部がピンチシールされている。また、ステム１１には高純度のコバール金属で形成された棒状のアノード電極ピン（リードピン）２１，２２，２３，２４及びカソード電極ピン（リードピン）３１，３２，３３，３４が密封容器１０の外部から内部に貫通固定されており、全て平行に配置されている。

アノード電極ピン２１，２２，２３，２４の密封容器１０内の先端部付近には、ステム１１に対峙するように略矩形状のアノード用平板材４１が挟持されている。アノード用平板材４１は高純度のニッケル材又はコバール金属で形成され、ステム１１に対して平行に配置される。アノード用平板材４１の四隅は角が削られて内側に丸みを有しており、その四隅の丸み部分にアノード電極ピン２１，２２，２３，２４がそれぞれ固定されている。また、アノード用平板材４１には、複数の長尺矩形の紫外線通過開口４２が並列に設けられており、ステム１１の方向に開口している。なお、アノード用平板材４１の長手方向と、紫外線通過開口４２の長手方向とは同方向である。

また、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４の密封容器１０内の先端部には、ステム１１に対峙するカソード用平板材５１が挟持されている。カソード用平板材５１は高純度のニッケル材のカソード用平板材５１で形成され、ステム１１に対して平行に配置されたカソード対面部５２と、カソード対面部５２の両側の縁部がステム１１と反対側に折り曲げられたカソード折曲部５３とを有している。

ここで、カソード折曲部５３の外側面５３ｂにカソード電極ピン３１，３２，３３，３４が固定されており、外側面５３ｂに固定されている側のカソード電極ピンの先端部は外側面５３ｂからはみ出さないように収められている。また、カソード電極ピン３１及び３３、カソード電極ピン３２及び３４は、対面しあうカソード折曲部５３と同方向に対峙している。

そして、カソード用平板材５１のカソード対面部５２は、アノード用平板材４１よりもステム１１側に配置され、カソード対面部５２はアノード用平板材４１に平行して対面し、カソード折曲部５３はアノード用平板材４１を挟むように固定されている。なお、カソード折曲部５３はアノード用平板材４１の長手方向と垂直をなす側に配置されており、カソード折曲部５３とアノード用平板材４１との間は隙間６０を有している。

カソード対面部５２のアノード用平板材４１に対向する面５２ａには、紫外線通過開口４２及び隙間６０に対峙する紫外線受光領域が設けられ、アノード用平板材４１とカソード用平板材５１との間には所定の間隔の放電隙間が形成されている。

次に、図１及び図２に示した紫外線検出管１００の製造方法について説明する。

まず、所定の大きさに切削された略矩形状の２枚の高純度ニッケル製の金属板（一方が高純度コバール製の金属板であってもよい。）、アノード電極ピン２１，２２，２３，２４、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４、円板状のステム１１、底部をステム１１で塞がれていないガラスバルブ本体部１２を準備する。

次に、高純度ニッケル製（又は高純度コバール製）の金属板に長尺矩形の紫外線通過開口４２を形成し、金属板の四隅を切削してアノード用平板材４１を作製する。また、もう１つの高純度ニッケル製の金属板の長手方向の両側の縁部を互いに向かい合うように９０度に折り曲げてカソード用平板材５１を作製する。

そして、アノード電極ピン２１，２２，２３，２４をアノード用平板材４１の四隅の切削部分にスポット溶接する。また、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４をカソード折曲部５３の外側面５３ｂに各２本ずつスポット溶接する。このとき、カソード電極ピン３１及び３３、カソード電極ピン３２及び３４が対面しあうカソード折曲部５３と同方向に対峙するように固定する。

ここで、固定する側のカソード電極ピン３１，３２，３３，３４の先端部がカソード折曲部５３の外側面５３ｂからはみ出ないように溶接する。カソード電極ピン３１，３２，３３，３４はカソード用平板材５１よりも仕事関数が低いため、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４の先端部が外側面５３ｂからはみ出ると作製される紫外線検出管が正常に動作しない傾向にある。

続いて、ステム１１に８個の位置決め孔を形成し、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４を位置決め孔に貫通した後、カソード電極ピン３１，３２，３３，３４とステム１１とを溶接し、続いて、アノード電極ピン２１，２２，２３，２４を位置決め孔に貫通した後、アノード電極ピン２１，２２，２３，２４とステム１１とを溶接する。このとき、アノード用平板材４１及びカソード用平板材５１は、放電隙間が維持される位置でそれぞれ固定されなければならない。なお、アノード電極ピンとカソード電極ピンとをステム１１に貫通固定した後、アノード用平板材４１とカソード用平板材５１とを各電極ピンにスポット溶接してもよい。

その後、アノード用平板材４１とカソード用平板材５１とを包み込むようにしてガラスバルブ本体部１２の底部をステム１１に嵌め込み、ガラスバルブ本体部１２の底部を塞ぐようにガラスバルブ本体部１２をステム１１に融着する。

次に、ステム１１の中央に設けられた排気管１３を真空排気装置（図示せず）に取り付け、排気管１３を介して密封容器１０内の空気を真空吸引した後、密封容器１０全体を加熱してベークアウトする。その後、所定量のネオン、水素等の放電ガスを排気管１３から密封容器２内に注入した後、排気管１３をピンチシールすることで、紫外線検出管１００が完成する。

なお、ガラスバルブ本体部１２をステム１１に溶接する前に、双方を真空チャンバ内に導入し、加熱した後、この真空チャンバ内に放電ガスを充満させ、これらを抵抗溶接法を用いて接続することとしてもよい。この場合、排気管１３は不用である。

次に、紫外線検出管１００の動作及び作用について簡単に説明する。

図３に示すように、アノード電極ピン２１，２２，２３，２４及びカソード電極ピン３１，３２，３３，３４を駆動回路（公知のクエンチング回路）に接続し、アノード電極とカソード電極との間に電源Ｓから抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＲ３を介して３５０V程度の電圧を印加する。この状態で、紫外線がガラスバルブ１０から入射し、アノード用平板材４１の紫外線通過開口４２又は隙間６０から入射し、アノード用平板材４１の紫外線通過開口４２又は隙間６０を通過してカソード対面部５２の面５２ａにある紫外線受光領域に入射すると、光電子が放出される。

ここで、図４（ａ）に示すように、紫外線検出管１００のカソード用平板材５１はカソード折曲部５３を有しているため、アノード用平板材４１の両側がカソード折曲部５３によって遮られている。このため、紫外線源７０からカソード折曲部５３の外側面５３ｂ側に入射した紫外線７１は、外側面５３ｂで反射されるため、カソード対面部５２の面５２ａに届かず、光電子が放出されない。

一方、図４（ｂ）に示すように、紫外線源７２からカソード折曲部５３の内側面５３ａ側に入射した紫外線７３は、内側面５３ａで反射されるため、カソード対面部５２の面５２ａに到達することができる。具体的には、内側面５３ａで反射された紫外線は、紫外線通過開口４２又は隙間６０を通過してカソード対面部５２の面５２ａに到達し、光電子が放出される。

放出された光電子は、電極間の電界によって、電極間の放電隙間でアノード用平板材４１に向けて加速され、放電隙間の放電ガス分子に衝突してこれらを電離し、電子雪崩を形成する。この電子雪崩によって発生した陽イオンがカソード用平板材５１に衝突して、次の電子雪崩を引き起こし、この繰り返しによって電極間の放電電流は急激に増加する。この放電電流の電荷は、図３に示すコンデンサーＣ１によって供給されるが、放電電流の急激な増加によってアノード電極の電位が低下し、放電は終息する。そして、抵抗Ｒ３の両端には放電電流パルスに相当する電圧パルスが発生し、これをコンデンサーＣ２を介してモニターすることで紫外線が検知される。なお、パルスの発生する頻度は、紫外線量が多い場合には飽和する。

このように、カソード折曲部５３の外側面５３ｂ側に入射される紫外線は検知できなくなり、カソード折曲部５３の内側面５３ａ側に入射される紫外線は検知できるようになるため、紫外線検出管の指向性が向上する。

図５（ａ）は図１の紫外線検出管１００のＹＺ面での指向特性例を示し、図５（ｂ）は図１の紫外線検出管１００のＸＺ面での指向特性例を示している。

また、図４（ｃ）において、紫外線源７４から入射した紫外線７５は、直接カソード対面部５２の面５２ａに到達することができるだけでなく、カソード折曲部５３の内側面５３ａで反射されてカソード対面部５２の面５２ａに到達することもできる。したがって、紫外線源７４から入射される紫外線をより多く検知できるようになり、紫外線検出管の感度を高めることができる。

表１は、図１の紫外線検出管１００のＺ方向に所定の距離を離して４ｃｍの炎を置いたときのカウント数と、従来の紫外線検出管で同様に行った場合のカウント数との比較例を示している。表１から明らかなように、紫外線検出管１００の感度は従来の紫外線検出管の感度よりも向上していることが分かる。

以上の説明から、紫外線検出管１００は、カソード折曲部５３の反射作用によって指向性及び感度の両方を同時に高めることができる。特に、カソード折曲部５３の高さによってカソード折曲部５３の反射作用による効果が変わるため、この高さを変えることによって、紫外線検出管１００の指向性及び感度を調節することができる。

また、紫外線検出管１００の電極において、アノード用平板材４１をアノード電極ピン２１，２２，２３，２４によって安定に支えることができ、また、カソード用平板材５１をカソード電極ピン３１，３２，３３，３４によって安定に支えることができるため、紫外線検出管の耐震性、耐衝撃性を高めることができる。

（第二実施形態）
図６は第二実施形態に係る紫外線検出管の上面図、側面図及び底面図である。本実施形態の紫外線検出管２００が第一実施形態に係る紫外線検出管１００と異なる点は、アノード電極の平板材がアノード折曲部を有している点である。

具体的には、ステム８１に貫通固定されているアノード電極ピン９１，９２，９３，９４の密封容器８０内部側の先端部にアノード用平板材１１１が挟持されている。アノード用平板材１１１は高純度のニッケル材で形成され、アノード対面部１１２と、アノード対面部１１２の両側の縁部がステム８１と反対側に折り曲げられたアノード折曲部１１３とを有している。また、アノード用平板材１１１には、複数の長尺矩形の紫外線通過開口１１４が並列に設けられており、ステム８１の方向に開口している。なお、アノード対面部１１２の長手方向と、紫外線通過開口４２の長手方向とは同方向であり、アノード対面部１１２の長手方向の両端にアノード折曲部１１３がある。

ここで、アノード折曲部１１３の外側面１１３ｂの両端にアノード電極ピン９１，９２，９３，９４が固定されており、外側面１１３ｂに固定されている側のアノード電極ピンの先端部は外側面１１３ｂからはみ出さないように収められている。

一方、カソード用平板材１２１のカソード対面部１２２はアノード用平板材１１１よりもステム８１側に配置され、カソード対面部１２２の両側の縁部にはステム８１と反対側に折り曲げられたカソード折曲部１２３がある。カソード対面部１２２とアノード対面部１１２とは平行して対面し、カソード折曲部１２３は、アノード折曲部１１３と面しない側にカソード用平板材１２１を挟むようにして配置されている。すなわち、カソード折曲部１２３とアノード折曲部１１３とは互いに垂直をなしている。

次に、図６に示した紫外線検出管２００の製造方法について説明する。本実施形態の紫外線検出管２００の製造方法が第一実施形態に係る紫外線検出管１００の製造方法と異なる点は、アノード用平板材１１１の作製、及び、アノード平板材１１１とアノード電極ピン９１，９２，９３，９４との溶接方法である。

アノード平板材１１１の作製方法としては、所定の大きさに切削された略矩形状の高純度ニッケル製又は高純度コバール製の金属板を準備し、この金属板に紫外線通過開口１１４を形成した後、金属板の両側の縁部を互いに向かい合うように９０度に折り曲げる方法や、アノード対面部１２２に相当する金属板に紫外線通過開口１１４を形成した後、この金属板の両端にアノード折曲部１１３に相当する金属板を溶接する方法がある。

アノード平板材１１１とアノード電極ピン９１，９２，９３，９４との溶接方法においては、アノード電極ピン９１，９２，９３，９４をアノード折曲部１１３の外側面１１３ｂの両端に溶接する。

次に、紫外線検出管２００の作用及び効果について説明する。

第一実施形態の紫外線検出管１００では、カソード折曲部５３のないＸＺ面方角から入射される紫外線の検知に関しては従来の紫外線検出管に近い傾向を示すが、この第二実施形態の紫外線検出管２００においては、カソード折曲部１２３と、カソード折曲部１２３と同様の作用をもつアノード折曲部１１３とによって、紫外線通過開口１１４が形成されているアノード対面部１２２の四方が遮られているため、アノード対面部１２２の四方のどの方向からも紫外線検出管１００で示した作用が得られ、紫外線検出管の指向性及び感度が更に向上する。

また、紫外線検出管２００においては、アノード電極ピン９１，９２，９３，９４はアノード折曲部１１３の外側面１１３ｂに固定できるため、アノード用平板材１１１を紫外線検出管１００のアノード用平板材４１以上に安定に保つことができる。このため、紫外線検出管の耐震性、耐衝撃性が更に向上する。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、電極ピンの本数や紫外線通過開口の個数、形状、配列等は紫外線検出管の動作に支障をきたさなければ特に限定されない。

また、第一実施形態の紫外線検出管１００において、カソード用平板材５１のカソード折曲部５３の高さによって紫外線検出管１００の指向性及び感度を調節することができることを説明したが、第二実施形態の紫外線検出管２００におけるアノード用平板材１１１のアノード折曲部１１３の高さについても同様のことがいえる。

更に、紫外線検出管１００において、カソード用平板材５１のカソード対面部５２とカソード折曲部５３との角度を９０度になるようにしたが、この角度を変えることによって紫外線検出管１００の指向性及び感度を調節することもできる。紫外線検出管２００のアノード用平板材１１１においても同様のことがいえる。

図１は、第一実施形態の紫外線検出管の斜視図である。 図２は、第一実施形態の紫外線検出管の上面図、側面図及び底面図である。 図３は、第一実施形態の紫外線検出管を駆動させる回路図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、第一実施形態の紫外線検出管の作用及び効果を示す図である。 図５（ａ）は、図１の紫外線検出管のＸＺ面での指向特性の一例を示す図である。図５（ｂ）は、図１の紫外線検出管のＹＺ面での指向特性の一例を示す図である。 図６は、第二実施形態の紫外線検出管の上面図、側面図及び底面図である。

符号の説明

１０，８０…密封容器、１１，８１…ステム、４１，１１１…アノード用平板材、４２，１１４…紫外線通過開口、５１，１２１…カソード用平板材、５２，１２２…カソード対面部、５３，１２３…カソード折曲部、２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，９１，９２，９３，９４…リードピン、７１，７３，７４…紫外線、１１２…アノード対面部、１１３…アノード折曲部、１００，２００…紫外線検出管。

Claims (4)

1. 放電ガスを封入した密封容器内に、金属製のアノード電極とカソード電極を近接して配置させ、前記密封容器内に入射した紫外線により前記アノード電極と前記カソード電極との間で放電を生じさせる紫外線検出管において、
   前記アノード電極は、入射する紫外線を通過させる紫外線通過開口を形成したアノード用平板材で構成され、
   前記カソード電極は、前記アノード電極を挟んで紫外線の入射側とは反対側に設けられたカソード用平板材で構成され、
   前記アノード用平板材は、前記カソード用平板材と対面するアノード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたアノード折曲部を有しており、前記紫外線通過開口は前記アノード対面部に形成されている、
   ことを特徴とする紫外線検出管。
2. 放電ガスを封入した密封容器内に、金属製のアノード電極とカソード電極を近接して配置させ、前記密封容器内に入射した紫外線により前記アノード電極と前記カソード電極との間で放電を生じさせる紫外線検出管において、
   前記アノード電極は、入射する紫外線を通過させる紫外線通過開口を形成したアノード用平板材で構成され、
   前記カソード電極は、前記アノード電極を挟んで紫外線の入射側とは反対側に設けられたカソード用平板材で構成され、
   前記カソード用平板材は、前記アノード用平板材と対面するカソード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたカソード折曲部を有している、
   ことを特徴とする紫外線検出管。
3. 前記アノード用平板材は、前記カソード用平板材と対面するアノード対面部の両側の縁部が紫外線の入射側に向かって折り曲げられたアノード折曲部を有しており、前記紫外線通過開口は前記アノード対面部に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の紫外線検出管。
4. 前記密封容器の底部を塞ぐステムには前記アノード電極用および前記カソード電極用の各複数本のリードピンが貫通して設けられ、
   前記アノード用平板材および前記カソード用平板材は、それぞれ前記アノード電極用および前記カソード電極用のリードピンにより挟持された状態で溶接により固定されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の紫外線検出管。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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