JP3854669B2 - 紫外線検出管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の紫外線検出管は、実公昭４９−１７１８４号に記載される。この公報には、ガラス製包囲体の底部にガラス底板を溶接してなる密閉容器内に、陽極電極及び陰極電極を配置した紫外線検出管が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の紫外線検出管は、長寿命で安定した紫外線検出を行うことができる優れた検出管であるが、その特性は十分ではない。紫外線を透過する典型的なガラス材料はフッ素を含んでいる。このフッ素は、包囲体と底板との溶接の際に、陽極電極、陰極電極又は密閉容器の内表面等に付着する。このフッ素等の汚染物質は、紫外線検出管の動作時に発生する放電ガスのイオン、陽極電極への電子衝突又は温度上昇によって脱離して放電ガスの電離電圧を低下させるとともに、陽極電極又は陰極電極の表面と化合し、紫外線検出管の寿命及び安定性が劣化する。本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、従来に比して更に良好な特性を有する紫外線検出管を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る紫外線検出管は、紫外線を遮蔽する金属材料からなり開口部を有する側管、及び、紫外線を透過するガラス材料からなり側管の開口部を塞ぐ窓部材を有する密閉容器と、密閉容器内の、窓部材に対向する位置に配置された陽極電極及び陰極電極と、密閉容器内に封入され放電が発生する気体と、陰極電極を固定するガラス材料を固定し、前記側管と溶接される金属部材とを備え、この金属部材は、側管の他方の開口部を塞ぐように側管に固定され、陽極電極は、金属部材に固定されていることを特徴とする。
請求項２に係る紫外線検出管は、紫外線を遮蔽する金属材料からなり開口部を有する側管、及び、紫外線を透過するガラス材料からなり側管の一方の開口部を塞ぐ窓部材を有する密閉容器と、密閉容器内の、窓部材に対向する位置に配置された陽極及び陰極電極と、密閉容器内に封入され放電が発生する気体と、陰極電極を固定するガラス材料を固定し、側管と溶接される金属部材とを備え、この金属部材は、側管の他方の開口部を塞ぐように側管に固定され、陽極電極は、側管の内面に固定されていることを特徴とする。
請求項３に係る紫外線検出管では、金属部材は、円形環状金属部材であり、側管及び円形環状部材の側壁下部はそれぞれ外側に向かって捲れるように湾曲し、これらの湾曲部が重なるように溶接されていることを特徴とする。
請求項４に係る紫外線検出管では、陽極電極は、金属部材の密閉容器の内側の面に固定されていることを特徴とする。
請求項５に係る紫外線検出管では、側管は、管軸方向に異なる直径を有し、これらの直径の境界において側管の内面に段差が形成されており、この段差の下面に陽極電極は溶接されていることを特徴とする。
側管は紫外線を遮蔽する金属材料からなるため、入射紫外線は紫外線透過性の材料からなる窓部材を介して検出管の陽極電極及び陰極電極方向に導入され、本検出管は高い指向性を有する。更に、側管は金属材料からなるので、この側管を密閉容器の底面側を構成する材料等に圧着又は溶接によって接続しても、フッ素等の不純物が、密閉容器及、陽極及び陰極電極に付着しない。したがって、本紫外線検出管においては、フッ素等の影響が除去され、密閉容器内に封入された気体の電離電圧及び陽極電極又は陰極電極の表面状態を安定に保持することができる。
なお、陽極電極及び陰極電極間の距離（放電隙間）の精度は、陽極電極及び金属部材の加工精度によって決定される。陰極電極が衝撃や加熱によって多少変形しても、陽極電極と陰極電極との間の間隔は高精度に保たれ、製造される紫外線検出管毎の特性誤差は低減される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る紫外線検出管について説明する。同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。なお、以下の説明において、上及び下なる語は図面の上下に基づくものとする。
【０００６】
図１は、実施の形態に係る紫外線検出管Ｄ１の平面図である。図２は、図１に示す紫外線検出管Ｄ１のＡ−Ａ矢印断面図である。本検出管は、密閉容器Ｖ１及び密閉容器Ｖ１内に配置された陽極電極１及び陰極電極２を備える。
【０００７】
密閉容器Ｖ１は、紫外線を遮蔽する金属材料からなり２つの開口部を有する側管３、紫外線を透過するガラス材料からなり側管３の一方の開口部を塞ぐ窓部材４、側管３の他方の開口部を塞ぐように側管３に固定された円環状金属部材５及び円環状金属部材５内の開口を埋めるように封止するガラス封止材料７を備える。側管３及び円環状金属部材５の側壁下部は、それぞれ外側に向かって捲れるように湾曲しており、これらの湾曲部が重なりあうように電気溶接されている。円環状金属部材５の側壁中央部は、側管３の側壁中央部に平行であり、円筒を構成している。円環状金属部材５の側壁上部は、内側に向かって湾曲しており、この上部湾曲部の外表面５ａは陽極電極１の位置決めに用いられる。
【０００８】
陽極電極１の窓部材４に対向する領域は、その周囲に対して陰極電極２側に凹んでおり、且つ、グリッド或いはメッシュ１ｍが形成されている。この陽極電極１は、その凹部の周囲から円環状金属部材５の位置決め用外表面５ａ方向に延びており、この延び方向の端部１ａは円環状金属部材５の上端外表面５ａに平行になるように、外側へ向かって湾曲している。陽極電極１は、その端部１ａが外表面５ａに対して固定されるのみで、円環状金属部材５に対して位置決めされる。
【０００９】
陰極電極２は、陽極電極１の凹部に形成されたメッシュ領域１ｍに対向する位置に配置されており、陰極電極２の下面からは、円環状金属部材５の中央を貫くようにリードピン６が延びている。リードピン６は、円環状金属部材の開口内に充填されたガラス封止材料７内に埋設固定されており、したがって、陽極電極１は、その端部１ａが円環状金属部材５の外表面５ａに対して固定されるのみで、リードピン６に接続された陰極電極２に対して位置決めされる。ガラス封止材料７内には、密閉容器Ｖ１内部に通じた金属排気管８も埋設されている。金属排気管８は、密閉容器Ｖ１内にアルゴン等の希ガスを導入する際に用いられ、この気体の導入後、金属排気管８の外側の一端は封止される。なお、陰極電極２の材料は、仕事関数が４．１ｅＶ以上のものあればよいが、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）又はＷ（タングステン）を用いることができる。本態様に係る陰極電極２の材料はＮｉであり、リードピン６及び側管３の材料はコバールである。また、窓部材４は、紫外線透過性のガラス（ＵＶガラス）からなり、１９０ｎｍ程度までの紫外線を透過させる。さらに、このＵＶガラスが、紫外線透過性の硼硅酸ガラスからなる場合は、コバール金属との熱膨張係数を近くすることができるので、側管３に容易に取付けることができ、本紫外線検出管の製造を容易にすることができる。
【００１０】
図３は、本紫外線検出管Ｄ１の駆動回路を示す回路図である。側管３とリードピン６との間に電源Ｓ１から抵抗Ｒ１及びＲ２を介して電圧を印加すると、陽極電極１と陰極電極２との間に電圧が印加され、電界が発生する。印加する電圧は、紫外線の入射によって陽極電極１と陰極電極２との間に放電が誘発する最低の電圧よりも高く、紫外線が入射しない場合において自発的に放電を誘発する最低の電圧よりも低い。本態様では、３５０Ｖ程度の電圧を印加する。側管３は紫外線を遮蔽する金属材料からなるため、入射紫外線は紫外線透過性の材料からなる窓部材４を介して検出管Ｄ１の陽極電極１及び陰極電極２方向に導入される。したがって、本検出管Ｄ１は高い指向性を有する。この状態で、窓部材４及び陽極電極１のメッシュ領域１ｍを通過して陰極電極２の表面に紫外線が照射されると、陰極電極２から光電子が放出される。発生した光電子は、陽極電極１と陰極電極２との間の電界によって、陽極電極１に向けて加速され、陽極電極１及び陰極電極２の間の気体分子に衝突して電子雪崩を引き起こす。電子雪崩によって、陽極電極１と陰極電極２との間に多数の陽イオンが発生し、この陽イオンは電界によって陰極電極２に向けて加速されて陰極電極２表面に衝突し、陰極電極２からは多くの２次電子が放出される。２次電子も光電子と同様に電子雪崩を発生するので、紫外線の入射によって陽極電極１と陰極電極２との間の放電電流が急激に増加する。放電電流の電荷はコンデンサＣ１によって供給されるが、放電電流の急激な増加に伴って陽極電極１と陰極電極２との間のバイアス電圧が低下するので、短い期間内に放電は終息し、結果として電流パルスとして紫外線が検知される。抵抗Ｒ２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、これをモニタすることによって紫外線の検知がなされる。パルスの発生する頻度は、紫外線が弱い場合には、紫外線量に比例し、紫外線量が多くなると飽和する。
【００１１】
次に、図１及び２に示した紫外線検出管Ｄ１の製造方法について説明する。まず、陰極電極２の下面にリードピン６を溶接する。溶接された陰極電極２及びリードピン６を円環状金属部材（金属シェル）５内にガラス封止材料７を用いて融着固定する。なお、この固定は、陰極電極２の上面が位置決め面５ａから所定の高さになるように行い、金属排気管８もその上方の一端が位置決め面５ａから上側に突出するようにガラス封止材料７を用いて円環状金属部材５内に固定する。次に、陽極電極１の下端部１ａの下面を、位置決め面５ａ上に溶接する。したがって、陽極電極１のメッシュ領域１ｍ及び陰極電極２の上面は、位置決め面５ａを基準に位置決めされる。すなわち、陽極電極１及び陰極電極２間の距離（放電隙間）の精度は、陽極電極１及び円環状金属部材５の加工精度によって決定される。リードピン８に接続された陰極電極２が衝撃や加熱によって多少変形しても、陽極電極１と陰極電極２との間の間隔は高精度に保たれ、製造される紫外線検出管毎の特性誤差は低減される。
【００１２】
次に、側管３の上部開口部を内側から塞ぐように、窓部材４を側管３の内側に融着する。しかる後、環状金属部材５の下端外側湾曲部（鍔部）の外面上に、側管（キャップ）３の下端外側湾曲部（鍔部）の内面が重なるように、側管３を円環状金属部材５上に被せ、これらの湾曲部を溶接する。側管３はガラスではなく、金属からできているので、紫外線透過性のガラス中に例えば１．９重量％含まれるフッ素は、この工程によっても密閉容器Ｖ１内に付着しない。また、側管３がガラスではないので、この溶接によって、ガラスの主成分であるシリカの蒸発が生じることもなく、このシリカ微粒子の密閉容器Ｖ１や電極１，２への付着による異常放電を防止することができる。次に、金属排気管８の下方の一端に真空排気装置を接続し、密閉容器Ｖ１内部の気体を排気するとともに、密閉容器Ｖ１を外側から加熱して、ベーキングを行う。密閉容器Ｖ１内の圧力が十分に低下し、略真空になった後、金属排気管８の下方の一端から還元性の混合気体を密閉容器Ｖ１内に導入する。気体の導入後、金属排気管８の下方の一端を挟んで圧着封止し、密閉容器Ｖ１内を気密状態にする。金属排気管８は、ガラスではないので、この一端の封止においても、フッ素やシリカが容器Ｖ１内に導入されることがない。なお、キャップ３を円環状金属部材５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混合ガスを充満させ、これらを抵抗溶接法を用いて接続することとしても良い。この場合、排気管８は不用である。
【００１３】
次に、別の実施の態様に係る紫外線検出管Ｄ２について説明する。図４は、本実施の形態に係る紫外線検出管Ｄ２の平面図である。図５は、図４に示す紫外線検出管Ｄ２のＡ−Ａ矢印断面図である。本検出管は、側管３の上部及び陽極１の構造のみが図１及び図２に示したものと異なる。側管３は、その管軸方向の外壁上部と外壁下部の直径が異なり、外壁上部の直径は外壁下部の直径よりも小さく、外壁上部及び外壁下部の内面は、その境界で段差３ｓを形成する。側管３内面の段差３ｓは窓部材４に平行な下面３ｂを有する。段差３ｓの下面３ｂには、平板状の陽極電極１の外縁上面が溶接されている。環状金属部材５の下端鍔部の上面３ｃから段差３ｓの下面３ｂまでの距離は一定である。したがって、段差３ｓの下面３ｂに陽極電極１を溶接するのみで、陽極電極１は環状金属部材５の下端鍔部の上面３ｃに対して位置決めされる。陰極電極２の上面は、この鍔部上面３ｃからの距離が一定となるように、ガラス封止材料７で固定されている。したがって、陽極電極１中央部のメッシュ領域１ｍと陰極電極２の上面間の距離（放電隙間）は鍔部上面３ｃを基準とし、その精度は側管３の段差３ｓ及び円環状金属部材５の加工精度によって決定される。本紫外線検出管Ｄ２においては、窓部材４で一方の開口が封止された側管３の段差３ｓに陽極電極１を固定した後、環状金属部材５の下端外側湾曲部（鍔部）の外面上に、側管３の下端外側湾曲部（鍔部）の内面が重なるように、側管３を円環状金属部材５上に被せ、これらの湾曲部を溶接して、密閉容器Ｖ１とする。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る紫外線検出管は、金属側管３を用いることにより、陽極電極１及び陰極電極２を側管３で包囲した後、ガラスの融着工程を経ることなく製造することができるので、密閉容器Ｖ１内へのフッ素及びシリカ粒子の混入を防ぐことができ、初期不良や特性劣化が減少し、信頼性の高い紫外線検出管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】紫外線検出管の平面図。
【図２】紫外線検出管の断面図。
【図３】紫外線検出管の駆動回路の回路図。
【図４】紫外線検出管の平面図。
【図５】紫外線検出管の断面図。
【符号の説明】
３…側管、４…窓部材、Ｖ１…密閉容器、１…陽極電極、２…陰極電極。

Claims (5)

1. 紫外線を遮蔽する金属材料からなり開口部を有する側管、及び、紫外線を透過するガラス材料からなり前記側管の一方の開口部を塞ぐ窓部材を有する密閉容器と、
   前記密閉容器内の、前記窓部材に対向する位置に配置された陽極及び陰極電極と、
   前記密閉容器内に封入され放電が発生する気体と、
   前記陰極電極を固定するガラス材料を固定し、前記側管と溶接される金属部材と、
   を備え、
   この金属部材は、前記側管の他方の開口部を塞ぐように側管に固定され、
   前記陽極電極は、前記金属部材に固定されていることを特徴とする紫外線検出管。
2. 紫外線を遮蔽する金属材料からなり開口部を有する側管、及び、紫外線を透過するガラス材料からなり前記側管の一方の開口部を塞ぐ窓部材を有する密閉容器と、
   前記密閉容器内の、前記窓部材に対向する位置に配置された陽極及び陰極電極と、
   前記密閉容器内に封入され放電が発生する気体と、
   前記陰極電極を固定するガラス材料を固定し、前記側管と溶接される金属部材と、
   を備え、
   この金属部材は、前記側管の他方の開口部を塞ぐように側管に固定され、
   前記陽極電極は、前記側管の内面に固定されていることを特徴とする紫外線検出管。
3. 前記金属部材は、円形環状金属部材であり、前記側管及び前記円形環状部材の側壁下部はそれぞれ外側に向かって捲れるように湾曲し、これらの湾曲部が重なるように溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線検出管。
4. 前記陽極電極は、前記金属部材の前記密閉容器の内側の面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線検出管。
5. 前記側管は、管軸方向に異なる直径を有し、これらの直径の境界において前記側管の内面に段差が形成されており、この段差の下面に前記陽極電極は溶接されていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線検出管。

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