JP2013004527A - 軸上に延びるゲッターストリップを備えたガス放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化劣化を起こさずにゲッターをガス放電ランプに挿入する方法を提供する。
【解決手段】ガス放電ランプ、それを使う光イオン化センサ及びその製造方法。ランプは、ハウジング、その長手方向第一端部を通す紫外線透過窓、ハウジング内において長手方向に延びるゲッターストリップを有し、ハウジング内に処理ガスが密閉される。製造方法は、（i）ガラス管を得る段階（ii）長手方向端部の中間のガラス管を収縮し、孔を第一及び第二チャンバーに分割し、収縮部による通路を介してチャンバーが流体連通する段階（iii）第一チャンバーの開放端部を覆って紫外線透過窓をガラス管に取付る段階（iv）ゲッターストリップを収縮部の通路を介して第一チャンバーに挿入する段階（v）第一チャンバーを希ガスでパージする段階（vi）収縮部でガラス管を熱し、第二チャンバーから第一チャンバーを分離して第一チャンバーの収縮端部を密閉する段階を有する。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０１１年６月１６日に出願された米国仮出願番号第６１／４９７，７６２号の利益を主張している。

背景技術
ガス放電ランプは、幅広いアプリケーションにおいて、規定のバンド幅内にある放射を放つために使用される。ランプの反対側に位置付けされた一対の励起電極を使用して、ランプ内に保持されている処理ガスを容量的に励起させることによって、ランプから放射が放たれる。そのような放電ランプの一つが米国特許第６，６４６，４４４号に記載されており、その開示が参照により本願に組み入れられる。もう一つの方法として、処理ガスは誘導的に励起させることも可能である。米国特許第６，６４６，４４４号に開示されているように、一つの好適な処理ガスは、クリプトンである。

ガス放電ランプの性能を適切に維持するためには、処理ガスは比較的純粋である必要がある。ランプ内の処理ガスの汚染、例えば、製造中におけるランプ内に残っている残留ガスによる汚染、又は吸収されたガスのランプへの漸次の放出による汚染などによって、操作性及び性能が劣化する。

通常、ランプ内の汚染ガスを減少させるため又は除去するために、ガス放電ランプ内にゲッターが組み入れられる。ゲッターは、汚染ガスを化学的に結合又は吸収することによって機能し、それによって、ゲッターが、処理ガスの励起と干渉することを防止するとともに処理ガスからの放射と干渉することを防止する。

ゲッターは、典型的にはチタニウムのような金属の箔であるが、大気中で見出されるような高酸素濃度に曝された中で熱せられると、酸化劣化が極めて起こりやすくなる。残念ながら、ガス放電ランプを組み立てる典型的な方法では、ランプが大気中に曝された状態のままで、ランプに組み込まれたゲッターは３００℃から５００℃を上回る温度に曝され、その結果、ゲッターの劣化、及びランプの性能と耐用年数の両方の劣化をもたらす。

したがって、酸化劣化を起こさずにゲッターをガス放電ランプに組み入れる、容易で安価な信頼性のある方法に対する実際上の必要性が存在している。

本発明の第一の局面は、紫外線ランプのようなガス放電ランプである。ランプは、（a）長手方向の軸を規定するハウジング、好ましくはガラスであって、そのハウジング内に密閉されたガス、好ましくはクリプトンを有するハウジング、（b）そのハウジングの長手方向の第一の端部を通り抜ける紫外線透過窓、及び（c）ハウジング内において長手方向に延びるゲッターストリップ、好ましくはチタニウム、とを有する。

ガス放電ランプは、ハウジング上又は内に、長手方向の軸の周りに直径方向に位置付けされた一対の金属製の励起電極を有する。

本発明の第二の局面は、本発明の第一の局面に従った紫外線ガス放電ランプを有する光イオン化センサである。

本発明の第三の局面は、ガス放電ランプを組み立てる方法である。その方法は、（i）長手方向の第一及び第二の開放端部並びに長手方向に延びる孔を有するガラス管を得る段階と、（ii）ガラス管の長手方向の第一及び第二の開放端部の中間にあるガラス管を収縮して、孔を、ガラス管の長手方向の第一の開放端部に隣接した第一チャンバーと、ガラス管の長手方向の第二の開放端部に隣接した第二チャンバーとに分割し、その収縮部による通路を介して、それらのチャンバーが互いに流体連通する段階と、（iii）ガラス管の長手方向の第一の開放端部を覆うように、紫外線透過窓をガラス管に取り付ける段階と、（iv）ゲッターストリップを、ガラス管の長手方向の第二の開放端部から第一チャンバーに挿入する段階と、（v）第一チャンバーを希ガスでパージする段階と、（vi）収縮部でガラス管を熱し、第二チャンバーから第一チャンバーを分離して、第一チャンバーの収縮端部を密閉する段階と、を有する。

本発明の第一実施形態の斜視図である。 図１に示された本発明を大きく拡大した部分であり、処理ガスを分子レベルで示している。 図１に示された本発明の組み立てにおいて使用されるガラス管の断面側面図である。 図３ａに示されたガラス管の収縮後の断面側面図である。 図３ｂに示された収縮されたガラス管の、紫外線透過窓を取り付けた後の断面側面図である。 窓が取り付けられ、収縮されたガラス管の、図３ｃに示された一部断面側面図であって、ゲッターストリップをガラス管の中に落とし、ガラス管をガスパージステーションに取り付けた後の図である。 ゲッターを含み、かつ窓が取り付けられたガラス管と、収縮したガラス管の側面図であり、ガラス管を熱で分離した図である。

定義
特許請求の範囲を含めて、本願で用いられる場合、用語「アスペクト比」は、幅又は厚さの内大きい方に対する長さの比を意味する。

特許請求の範囲を含めて、本願で用いられる場合、用語「高アスペクト比」は、５対１よりも大きいアスペクト比を意味する。

組み立て
図１を参照する。本発明は、光イオン化センサ（図示なし）用に適した紫外線放電ランプ１０のような、ガス放電ランプ１０を対象にするものであり、ハウジング２０と、ハウジング内に密閉された処理ガス６０と、ハウジング２０の長手方向の第一の端部２１に取り付けられた紫外線透過窓３０と、ハウジング２０上又は内であって長手方向の軸Ａの周りに直径方向に位置決めされた一対の励起電極５１及び５２（電極５０と総称する）と、ハウジング２０内において長手方向に延びるゲッターストリップ４０とを有している。

ハウジング２０は、ガラスで構成されることが好ましい。好適な紫外線透過窓３０は、フッ化マグネシウムの結晶から構成されたキャップである。ゲッター４０は、チタニウムのような酸化可能な金属又は焼結ゲッター合金から構成されるのが好ましい。電極５０は、ハウジング２０の外側の表面に取り付けられるのが好ましい。処理ガス６０は、希ガスが好ましく、クリプトンが最も好ましい。

ゲッター４０は、長手方向に延びたストリップであり、長手方向の長さ対幅が高アスペクト比であることが好ましい。高アスペクト比のゲッターストリップ４０を使用することによって、紫外線透過窓３０がハウジング２０に取り付けられた後、ハウジング２０の収縮された長手方向の第二の端部２２を通して、ゲッターストリップ４０をハウジング２０のチャンバー２９に挿入することができる。ゲッターストリップ４０は、ゲッターストリップ４０の長い方の寸法（即ち、長手方向の長さ）がハウジング２０内において長手方向に延びるように形状が決められ、ハウジング２０内に配置される。ゲッターストリップ４０の長手方向の第一の端部４１が、ハウジング２０の長手方向の第一の端部２１にある紫外線透過窓３０に接触するとき、ゲッターストリップ４０の長手方向の第二の端部４２がハウジング２０の収縮された長手方向の第二の端部２２まで延びるように、ゲッターストリップ４０が寸法化されるのが好ましい。ゲッターストリップ４０の長手方向の第二の端部４２は、ゲッターストリップ４０の位置をチャンバー２９内に固定するために、ハウジング２０内に埋め込まれるのが好ましい。

製造
ランプ１０は、ゲッターストリップ４０の酸化劣化を防ぐ方法によって組み立てられる。図３ａから図３ｅを参照する。その方法は、（a）長手方向の第一の開放端部１２１及び長手方向の第二の開放端部１２２並びに長手方向に延びる孔１２９を有するガラス管１２０を得る段階（図３ａ）と、（b）ガラス管１２０の長手方向の第一の開放端部１２１及び長手方向の第二の開放端部１２２の中間にあるガラス管１２０を収縮して、孔１２９を、ガラス管１２０の長手方向の第一の開放端部１２１に隣接した第一チャンバー１２９ａと、ガラス管１２０の長手方向の第二の開放端部１２２に隣接した第二チャンバー１２９ｂとに分割し、その収縮部１２３による通路１２９ｃを介して、それらのチャンバーが互いに流体連通する段階（図３ｂ）と、（c）ガラス管１２０の長手方向の第一の開放端部１２１を覆うように、紫外線透過窓３０をガラス管１２０に取り付ける（例えば、熔接）段階と、（d）ゲッターストリップ４０を、ガラス管１２０の長手方向の第二の開放端部１２２を通し、そして収縮部の通路１２９ｃを通して第一チャンバーに挿入する段階（図３ｃ）と、（e）第一チャンバー１２９ａを希ガスのような処理ガス６０でパージする段階（図３ｄ）と、（f）収縮部１２３においてガラス管１２０を熱し、第二チャンバー１２９ｂから第一チャンバー１２９ａを分離して、第一チャンバー１２９ａの収縮端部２２を密閉する段階（図３ｅ）と、（g）第一チャンバー１２９ａを規定するガラス管１２０の部分に励起電極５０を形成する段階と、を有している。

第一チャンバー１２９ａのガス状内容物を抜き（例えば、真空に引く）、その後、抜かれた第一チャンバー１２９ａを処理ガス６０で満たすことによって、第一チャンバー１２９ａを処理ガス６０でパージすることが望ましい。

第一チャンバー１２９ａをパージした後、ガラス管１２０を分割することによってゲッターストリップ４０の酸化劣化が回避できるが、それは、ガラス管１２０が熱せられている間、ゲッターストリップ４０が大気中の酸素に曝されないからである。

ゲッターストリップ４０は、第一チャンバー１２９ａを第二チャンバー１２９ｂから分離するために、ガラス管１２０の収縮部１２３を熱している間、ゲッターストリップ４０の長手方向の第二の端部４２を、第一チャンバー１２９ａの収縮端部内に埋め込むことによって、第一チャンバー１２９ａ内に固定されるのが好ましい。

用語
１０ ガス放電ランプ
２０ ランプハウジング
２１ ランプハウジングの長手方向の第一の端部
２２ ランプハウジングの長手方向の第二の端部
２９ ランプハウジングのチャンバー
３０ 紫外線透過窓
４０ ゲッターストリップ
４１ ゲッターの長手方向の第一の端部
４２ ゲッターの長手方向の第二の端部
５０ 励起電極
５１ 第一の励起電極
５２ 第二の励起電極
６０ 処理ガス
１２０ ガラス管
１２１ ガラス管の長手方向の第一の端部
１２２ ガラス管の長手方向の第二の端部
１２３ ガラス管の収縮部
１２９ ガラス管の孔
１２９ａ 孔の第一チャンバー部
１２９ｂ 孔の第二チャンバー部
１２９ｃ 収縮部の通路
Ａ 長手方向の軸

Claims (13)

1. ガス放電ランプであって、
   （a）長手方向の軸を規定するハウジングであって、そのハウジング内に密閉されたガスを含んだハウジングと、
   （b）前記ハウジングの長手方向の第一の端部を通す紫外線透過窓と、
   （c）前記ハウジング内において長手方向に延びるゲッターストリップと、
   を有するガス放電ランプ。
2. 前記ハウジング上に、又は前記ハウジング内に、前記長手方向の軸の周りに直径方向に位置決めされた一対の金属製の励起電極をさらに有する請求項１に記載のガス放電ランプ。
3. 前記ランプは紫外線ランプである請求項１又は２に記載のガス放電ランプ。
4. 前記ゲッターストリップがチタニウムから成る請求項１から３のいずれかに記載のガス放電ランプ。
5. 前記ゲッターストリップの長手方向の第二の端部が、前記ハウジング内であって前記ハウジングの長手方向の第二の端部に隣接して埋め込まれる請求項１から４のいずれかに記載のガス放電ランプ。
6. 前記ゲッターストリップは、長手方向に延びる高アスペクト比を有する請求項１から５のいずれかに記載のガス放電ランプ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の紫外線ガス放電ランプを有する光イオン化センサ。
8. ガス放電ランプを組み立てる方法であって、
   （a）長手方向の第一及び第二の開放端部と長手方向に延びる孔とを有するガラス管を得る段階と、
   （b）前記ガラス管の長手方向の前記第一及び第二の開放端部の中間にある前記ガラス管を収縮して、前記孔を、前記ガラス管の長手方向の前記第一の開放端部に隣接した第一チャンバーと、前記ガラス管の長手方向の前記第二の開放端部に隣接した第二チャンバーとに分割し、前記収縮による通路を介して前記第一及び第二チャンバーが互いに流体連通する段階と、
   （c）前記ガラス管の長手方向の前記第一の開放端部を覆うように、紫外線透過窓を前記ガラス管に取り付ける段階と、
   （d）ゲッターストリップを、前記ガラス管の長手方向の前記第二の開放端部から前記第一チャンバーに挿入する段階と、
   （e）前記第一チャンバーを希ガスでパージする段階と、
   （f）前記収縮部において前記ガラス管を熱し、前記第二チャンバーから前記第一チャンバーを分離して、前記第一チャンバーの収縮端部を密閉する段階と、
   を有する方法。
9. 前記第一チャンバーのガス状内容物を抜き、その後、抜かれた第一チャンバーを処理ガスで満たすことによって、前記第一チャンバーをパージする請求項８に記載の方法。
10. 前記ランプが紫外線ランプである請求項８に記載の方法。
11. 前記ゲッターストリップがチタニウムから成る請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記段階（f）の間において、前記ゲッターストリップの長手方向の第二の端部を前記ハウジング内に埋め込むことによって、前記ゲッターストリップの長手方向の第二の端部を、前記ハウジングの長手方向の第二の端部に隣接した前記ハウジングに固定して取り付ける段階をさらに有する請求項８から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記ゲッターストリップは、長手方向に延びる高アスペクト比を有する請求項８から１２のいずれかに記載の方法。

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