KR19980024933A - 자외선 검출관 - Google Patents

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KR19980024933A
KR19980024933A KR1019970048605A KR19970048605A KR19980024933A KR 19980024933 A KR19980024933 A KR 19980024933A KR 1019970048605 A KR1019970048605 A KR 1019970048605A KR 19970048605 A KR19970048605 A KR 19970048605A KR 19980024933 A KR19980024933 A KR 19980024933A
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tube
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히데나가 와라시나
유지 시마즈
Original Assignee
히루마 테루오
하마마츠 포토닉스(주)
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    • G01J2001/4453—PMT

Abstract

자외선 검출관은 내부에 애노드와 캐소드를 기밀하게 감싸며 금속 배출 튜브로부터 유입된 배출가스로 채워진 금속 관부재를 포함한다. 애노드와 캐소드가 관부재내에 감싸진 후에 자외선 검출관은 임의의 유리 용해 프로세스를 적용하지 않고도 만들어질 수 있다. 따라서 밀봉 용기(V1)의 내부는 불소로 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 자외선 검출관은 안정된 특성을 갖게 된다.

Description

자외선 검출관
본 발명은 자외선 방사를 전기신호로 전환하므로써 입사 자외선 방사를 검출하는 자외선 검출관에 관한 것이다.
일본 실용신안 공보 제 49-17184호에 종래의 자외선 검출관의 실시예가 기재되어 있다. 이 공보는 애노드와 캐소드가 유리 덮개와 유리 덮개의 저부에 용접된 유리 밑판으로 구성된 밀봉 용기내에 배치된 자외선 검출관을 설명한다.
비록 상술한 종래의 자외선 검출관이 긴 수명을 가지며 안정되게 자외선 방사를 검출할 수 있는 뛰어난 검출관이기는 하지만 이 자외선 검출관의 특성들은 만족스럽지 않을 수도 있다. 특히 오랜 시간동안 사용할 때, 종래의 자외선 검출관의 특성들은 시간에 따라 악화되어 안정성을 잃을 수도 있다.
이러한 단점들을 극복하기 위하여 여러 가지 진부한 연구가 행하여졌다. 발명가들은 이러한 단점들이 자외선 검출관용 창부재로서 사용된 유리 재질 때문이라는 것을 알았다. 일반적으로 자외선 방사를 투과하는 유리 재질은 불소를 포함한다. 자외선 검출관의 덮개와 저부판을 용접하자마자 유리 재질에 포함된 불소는 유리 재질로부터 증발되어 애노드 및 캐소드와 밀봉 용기의 내표면 그리고 이와 유사한 것들의 표면상에 흡수된다. 검출관의 일반적인 조작과 제작상의 에이징 프로세스 둘 다 전극들 사이에서 가스 방전을 포함한다. 가스 방전에 의하여 발생된 전자와 이온들은 각각 애노드와 캐소드의 표면상에 부딪힌다. 이것은 상기 전극들의 표면상에 흡수된 불소를 이탈시킨다. 또한 용기의 다른 쪽에서 불소 오염물질은 검출관 제작 에이징 프로세스나 일반적인 검출관 조작 조건에서도 발생하는 열로서 이탈될 수 있다. 이탈한 불소는 용기내에 채워진 방출 가스의 이온화 특성을 변화시킨다. 이러한 변화는 보통 붕괴 전압의 하강을 낳으며 수시로 계속되는 잘못된 방전과 민감도의 원하지 않는 증가를 유도한다. 이러한 효과는 검출관의 안정성과 신뢰성을 상당히 악화시킨다.
이러한 유리 재질을 사용함으로써 발생하는 상술한 단점들을 극복하기 위하여, 본 발명의 목적은 종래보다 더 나은 특성들을 갖는 자외선 검출관을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 자외선 검출관은 자외선 방사 차단용 금속재질로 만들어지며 구멍을 갖는 관부재와 자외선 방사를 투과시키는 유리 재질로 만들어지며 관부재의 구멍을 폐쇄하는 창부재를 갖는 밀봉 용기를 포함한다. 또한 창부재를 마주보는 위치에서 밀봉 용기내에 배치된 애노드 및 캐소드와 밀봉 용기내에 감싸진 가스를 포함한다.
이러한 구성에 있어서 관부재가 자외선 방사 차단 금속재질로 만들어지기 때문에, 입사 자외선 방사들은 검출관의 애노드 및 캐소드를 향하여 자외선 방사 투과 재질로 만들어진 창부재를 관통하여 유입되며, 이로 인하여 검출관은 높은 방향성을 나타낸다. 게다가 관부재가 금속재질로 만들어지기 때문에, 이 관부재는 압력 또는 용접에 의하여 밀봉 용기의 저부면 측부 또는 이와 유사한 것을 구성하는 재질에 연결되며, 불소와 같은 불순물들은 밀봉 용기, 애노드 및 캐소드에 부착하지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 자외선 검출관은 불소 또는 그와 유사한 것에 의하여 영향받지 않으며, 이로 인하여 검출관의 붕괴 전압은 안정되게 유지할 수 있다.
본 발명은 이하에서 주어진 상세한 설명과 첨부도면으로부터 더 완전하게 이해될 것이며, 본 발명은 단지 설명을 통해서 주어지며 본 발명을 제한한다고는 생각되지 않는다.
본 발명의 이용 범위는 이하에서 주어질 상세한 설명으로부터 더 분명하게 될 것이다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 동안 상세한 설명과 특별한 실시예들은 단지 설명만으로써 주어지며, 이것은 이 분야의 기술자에게 있어서 본 발명의 기본개념 및 범위내의 여러 가지 변화와 변경은 이러한 상세한 설명으로부터 명백할 것이기 때문이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자외선 검출관을 도시한 평면도
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 도시한 자외선 검출관의 단면도
도 3은 도 1에 도시한 자외선 검출관의 구동회로를 도시한 회로 다이아그램
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자외선 검출관을 도시한 평면도
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 도시한 자외선 검출관의 단면도
도 6 내지 도 11은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 검출관의 수직단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 애노드 2 : 캐소드
3 : 관부재 3b : 하부면
3c : 상부면 4 : 창부재
5 : 고리형상 금속부재 5a : 외부면, 위치설정면
6 : 리드핀 7 : 유리 밀봉재
8 : 진공화 파이프
D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 : 자외선 검출관
다음에 자외선 검출관의 실시예들을 설명한다. 서로 동일한 요소들은 서로 동일한 표시로서 언급하며 반복 설명하지는 않는다. 다음 설명에서 수직방향은 도면에서의 수직방향에 따른다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 따르는 자외선 검출관(D1)의 평면도이다. 도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 도시한 자외선 검출관(D1)의 단면도이다. 상기 검출관은 밀봉 용기(V1)와 밀봉 용기(V1)내에 배치된 애노드(1) 및 캐소드(2)를 포함한다.
밀봉 용기(V1)는 자외선 방사 차단 재질로 만들어지며 2개의 구멍을 갖는 관부재(3)와, 자외선 방사 투과 유리재질로 만들어지며 관부재(3)의 구멍들 중 하나를 폐쇄하는 창부재(4)와, 관부재(3)의 다른 구멍을 폐쇄하도록 관부재(3)에 고정된 고리형상 금속부재(5)와, 고리형상 금속부재(5)의 구멍을 밀봉하는 유리 밀봉재(7)를 포함한다. 관부재(3)의 하부측벽부와 고리형상 금속부재(5)는 바깥쪽으로 돌출하도록 만곡되어 있으며 이 만곡부들은 서로를 포개도록 함께 전기용접되어 있다. 고리형상 금속부재(5)의 중간측벽부는 관부재(3)의 중간측벽부와 평행하여 실린더를 구성한다. 고리형상 금속부재(5)의 상부측벽부는 안쪽으로 만곡되어 있으며 상기 상부 만곡부는 애노드(1)를 위치설정하도록 사용된 외부면(5a)을 갖는다.
창부재(4)와 마주보는 애노드(1) 영역은 캐소드(2)를 향하여 주변 지역에 비해 눌려져 있다. 또한 그리드나 메쉬(1m)가 이 영역에 형성되어 있다. 애노드(1)는 눌림부 주위 지역으로부터 고리형상 금속부재(5) 외부면(5a)의 위치설정부를 향하여 연장되어 있으며 연장방향에서의 그것의 끝부(1a)는 고리형상 금속부재(5) 상부끝의 외부면(5a)과 평행하도록 바깥쪽으로 만곡되어 있다. 애노드(1)는 끝부(1a)가 단지 외부면(5a)에 대하여 고정될 때 고리형상 부재(5)에 대하여 위치설정된다.
캐소드(2)는 애노드(1)의 눌림부에 형성된 메쉬 영역(1m)을 마주보는 위치에 배치된다. 리드핀(6)은 캐소드(2)의 하부면으로부터 고리형상 금속부재(5)의 중심을 관통하여 뻗어있다. 리드핀(6)은 고리형상 금속부재(5)의 구멍을 채우는 유리 밀봉재(7)로 단단하게 파묻혀 있다. 따라서 애노드(1)는 끝부(1a)가 단지 고리형상 금속부재(5)의 외부면(5a)에 대하여 고정될 때 리드핀(6)에 연결된 캐소드(2)에 대하여 위치설정된다. 또한 밀봉 용기(V1)의 내부와 교통하는 금속 진공화 파이프(8)는 유리 밀봉재(7)로 감싸져 있다. 금속 진공화 파이프(8)는 밀봉 용기(V1)내로 아르곤과 같은 희귀가스를 유입하도록 이용된다. 그러한 가스가 유입된 후 금속 진공화 파이프(8)의 외부끝은 밀봉된다. 캐소드(2)에 있어서, 캐소드(2)는 4.1eV 또는 그 이상의 작업효율을 갖는 한 임의의 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어 Ni(니켈), Mo(몰리브덴) 또는 W(텅스텐)이 사용될 수 있다. 상기 실시예에서 캐소드(2)의 재질은 Ni이며, 여기서 리드핀(6)과 관부재(3)는 코바르(covar)로 만들어진다. 창부재(4)는 자외선 투과유리(UV유리)로 만들어지며 약 190nm 또는 그 이상의 파장을 갖는 자외선 방사가 그것을 통과해서 전달될 수 있다. UV유리가 자외선 투과 붕규산유리(borosilicate glass)로 만들어진 경우에 있어서, 그것의 열팽창계수는 코바르 금속의 열팽창계수에 근접할 수 있으며, 이로 인하여 그것은 쉽게 관부재(3)에 부착될 수 있어 자외선 검출관의 제조를 용이하게 해준다.
도 3은 자외선 검출관(D1)의 구동회로를 도시한 회로 다이아그램이다. 전압이 레지스터(R1, R2)를 통해서 전원(S1)으로부터 관부재와 리드핀(6) 사이에 적용될 때 전압은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에 적용되어 전계(electronic field)를 발생한다. 적용된 전압은 입사된 자외선 방사에 반응하여 유입될 수 있는 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에서 방출하는 가장 낮은 전압보다 더 높으며, 입사된 자외선 방사 없이 스스로 방출하는 가장 낮은 전압보다 더 낮다. 상기 실시예에서, 약 350V의 전압이 적용된다. 관부재(3)가 자외선 방사 차단 금속재질로 만들어지기 때문에, 입사된 자외선 방사는 자외선 방사 투과재질로 만들어진 창부재(4)를 관통하여 검출관(D1)의 애노드(1) 및 캐소드(2)를 향하여 유입된다. 따라서 검출관(D1)은 높은 방향성을 갖는다. 이 상태에서 캐소드(2)의 표면이 창부재(4)와 애노드(1)의 메쉬 영역(1m)을 관통한 자외선 방사로 비추어진다면, 광전자들이 캐소드(2)로부터 방출된다. 발생된 광전자들은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 전계로 인하여 애노드(1)를 향하여 가속되며 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 가스분자와 충돌하며, 이로 인하여 전자 쇄도가 발생한다. 전자 쇄도로 인하여, 많은 양이온(cation)들이 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에서 발생한다. 이들 양이온들은 전계에 의하여 캐소드(2)를 향해 가속되어 캐소드(2)의 표면과 충돌하며 이로 인하여 많은 제 2 전자들이 캐소드(2)로부터 방출된다. 광전자들과 같이 제 2 전자들은 전자 쇄도를 발생시키며 이로 인하여 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 방출 전류는 입사된 자외선 방사에 응답하여 급속도로 증가한다. 비록 방출 전류가 캐패시터(C1)에 의하여 충전될지라도, 방출은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 편향 전압이 방출 전류에서의 급속 증가에 응답하여 감소하기 때문에 짧은 주기동안에 차단된다. 결과적으로 자외선 방사는 전류 펄스로서 검출된다. 전압 펄스는 레지스터(R2)의 양 끝에 발생하며, 이것은 자외선 방사를 검출하기 위해서 감시한다. 용해 접착동안 오염물질은 불소를 포함하며 산화물은 이러한 부분적으로 조립된 부품의 표면상에 생성된다. 이러한 오염물질을 제거하기 위하여 산성 용액을 이용한 처리 방법이 행해진다.
다음으로 도 1 및 도 2에 도시한 자외선 검출관(D1) 제작 방법을 설명한다. 첫째 리드핀(6)이 캐소드(2)의 하부면에 용접된다. 그리하여 용접된 캐소드(2)와 리드핀(6)이 용해접착된 유리 밀봉재(7)에 의하여 고리형상 금속부재(금속쉘)(5)의 내부에 고착된다. 이 고착 프로세스는 캐소드(2)의 상부면이 위치설정면(5a)으로부터 소정의 높이에 배치되는 결과를 낳으며, 금속 진공화 파이프(8)는 유리 밀봉재(7)에 의하여 고리형상 금속부재(5)의 내부에 고착되어 금속 진공화 파이프(8)의 상부끝이 위치설정면(5a)위에 돌출하는 결과를 낳는다. 펄스가 발생된 주파수는 자외선 방사가 낮을 때 자외선 방사의 강도에 비례하며 자외선 방사의 강도가 높을 때 포화된다.
결과적으로 애노드(1) 하부끝(1a)의 하부면은 위치설정면(5a)상에까지 용접된다. 따라서 애노드의 메쉬 영역(1m)과 캐소드(2)의 상부면은 위치설정면(5a)의 기초에 위치설정된다. 즉, 애노드(1)와 캐소드(2)(즉,방출 갭) 사이의 거리에서 정확도는 애노드(1)의 프로세싱 정밀도와 위치설정면(5a)에 대하여 캐소드(2)의 돌출 높이에 의하여 결정된다. 리드핀(6)에 연결된 캐소드(2)가 충격 또는 열에 의하여 약간의 변형이 발생할 때조차도, 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 거리는 높은 정확도를 갖게되어 각각의 자외선 검출관에 발생된 특성 에러는 감소하게 된다.
다음으로 창부재(4)는 내부로부터 창부재(3)의 상부 구멍을 폐쇄하기 위하여 관부재(3)의 내부에 용해 접착된다. 그리고 나서 이러한 부분적으로 조립된 부품은 산성 용액에 의하여 처리되어 오염물질은 불소를 포함하고 산화물은 제거된다. 그 후에 관부재(캡(cap))(3)는 고리형상 금속부재(5)에 장착되어 관부재(3)의 하부끝에서의 바깥쪽 만곡부(플랜지) 내부면은 고리형상 금속부재(5)의 하부끝에서의 바깥쪽 만곡부(플랜지) 외부면상에 포개지며 이들 만곡부들은 함께 용접된다. 관부재가 유리로 만들어진 것이 아니라 금속으로 만들어지기 때문에, 자외선 투과유리에 수용된, 예를 들어 1.9wt% 만큼의 불소는 상기 프로세스에서조차 밀봉 용기(V1)에 부착하지 않는다. 또한 관부재(3)가 유리로 만들어지지 않기 때문에 유리의 주성분인 실리카는 이러한 용접 프로세스에 대해 증발하지 않으며, 실리카의 미세 입자들이 밀봉 용기(V1)와 전극(1, 2)에 부착되지 않으며 그것에 의하여 비정상적인 방출을 일으킨다. 그 후에 진공화 파이프(8)는 밀봉 용기(V1)내로부터 가스를 제거하도록 고진공장치에 연결되며, 밀봉 용기(V1)는 베이킹 효과를 얻도록 외부적으로 가열된다. 밀봉 용기(V1)내의 압력은 대체로 진공상태를 얻기 위하여 충분히 낮아지며, 감소된 혼합 가스는 금속 진공화 파이프(8)의 하부끝으로부터 밀봉 용기(V1)내로 유입된다. 가스가 유입된 후에 금속 파이프(8)의 하부끝은 압력에 의하여 핀치되어 밀봉되며 그로 인하여 밀봉 용기(V1)내에 밀봉 상태를 얻는다. 금속 진공화 파이프(8)가 유리로 만들어지지 않기 때문에 한 쪽 끝이 밀봉될 때조차도 불소와 실리카는 용기(V1)내로 유입되지 않는다.
다음으로 본 발명의 제 2 실시예를 따른 자외선 검출관(D2)을 설명한다. 도 4는 자외선 검출관(D2)을 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 선 A-A를 따라 도시한 자외선 검출관(D2)의 단면도이다. 상기 검출관은 관부재(3)의 상부와 애노드(1)의 구성에서만 도 1과 도 2의 검출관 구성과 다르다. 관부재(3)의 직경은 축방향에 있어서 외부벽의 상부와 하부 사이에서 다르다. 즉 외부벽의 상부는 그것의 하부 직경보다 더 작으며 이로 인하여 내부면은 그들 사이의 경계에서 단(3s)을 형성한다. 관부재(3)의 내부면의 단(3s)은 창부재(4)와 평행한 하부면(3b)을 갖는다. 평면 애노드(1)의 외부 가장자리 상부면은 단(3s)의 하부면(3b)에 용접된다. 고리형상 금속부재(5)의 하부끝에서의 플랜지 상부면(3c)과 단(3s)의 하부면(3b) 사이의 거리는 일정하다. 따라서 애노드(1)는 애노드(1)가 단지 단(3s)의 하부면(3b)에 용접될 때 고리형상 금속부재(5)의 하부끝에서의 플랜지 상부면(3c)에 대하여 위치설정된다. 캐소드(2)의 상부면은 유리 밀봉재(7)로 고정되어 플랜지의 상부면으로부터의 거리가 일정하게 된다. 따라서 애노드(1)의 메쉬 영역(1m)과 캐소드(2)의 상부면 사이의 거리(예를 들어 방출 갭)는 플랜지의 상부면(3c)의 기초에 따라 결정되며 그것의 정확도는 관부재(3)의 단(3s)과 고리형상 금속부재(5)의 프로세싱 정확도에 의하여 결정된다. 자외선 검출관(D2)에 있어서, 애노드(1)는 하나의 구멍이 창부재(4)로서 밀봉되는 관부재(3)의 단(3s)에 고정되며, 관부재(3)는 고리형상 금속부재(5)상에 장착되어 관부재(3)의 하부끝에서의 바깥쪽 만곡부 외부면상에 중첩되며, 상기 만곡부는 함께 용접되어 밀봉 용기(V1)를 만들어낸다.
도 6과 도 7은 각각 본 발명의 제 3 실시예와 제 4 실시예를 따른 자외선 검출관(D3, D4)을 도시한 수직 단면도이다. 도 2와 도 5에 도시한 자외선 검출관(D1, D2)에 해당하는 자외선 검출관(D3, D4)은 진공화 파이프(8)가 없는 것이 다른 점이다. 이들 검출관들은 이 스텝에서는 함께 용접되지 않은 관부재(3)와 고리형상 금속부재(5)를 진공 챔버내로 유도하는 스텝과, 챔버를 가열하는 스텝과, 챔버를 혼합 가스로 채우는 스텝과, 저항 용접 기술로 서로 이들 부재들을 연결하는 스텝으로 구성된 방법에 의하여 제작될 수 있다.
도 8과 도 9는 각각 본 발명의 제 5 실시예와 제 6 실시예를 따른 자외선 검출관(D5, D6)을 도시한 수직 단면도이다. 도 9에 도시한 자외선 검출관(D6)은 진공화 파이프(8)가 도 8에 도시한 자외선 검출관(D5)으로부터 제거된 구성을 갖는다. 이를 제외하고 다른 면에서는 동일하다. 자외선 검출관(D5)은 애노드(1)가 관부재(3)로서 역할하는 제 1 실시예의 자외선 검출관(D1)과는 다르다. 상기 구성으로 인하여 특히 소형 검출관 제조에 용이하다.
마지막으로 도 10과 도 11은 각각 본 발명의 제 7 실시예와 제 8 실시예를 따른 자외선 검출관(D7, D8)을 도시한 수직 단면도이다. 도 11에 도시한 자외선 검출관(D8)은 진공화 파이프(8)가 도 10에 도시한 자외선 검출관(D7)으로부터 제거된 구성을 갖는다. 이를 제외하고 다른 면에서는 동일하다. 자외선 검출관(D7)은 애노드(1) 구성에서 도 2에 도시한 자외선 검출관(D1)과는 다르다. 도 2에 도시한 자외선 검출관(D1)과 비교해서 자외선 검출관(D7)은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이의 거리를 고정밀도로 유지해야 하기 때문에 불리할 수도 있다. 그럼에도 불구하고 그것의 단순한 구성으로 인하여 그것은 저렴하게 제작된다.
상술한 실시예에서 끝나지 않고 본 발명은 다양한 방식으로 추가 변형될 수 있다.
설명한 본 발명으로부터, 본 발명은 여러 가지 방식으로 변형될 수도 있다는 것이 명백하다. 그러한 변형들은 본 발명의 기본개념과 범위에서 벗어난다고는 할 수 없으며 이 분야의 기술자에게는 분명할 그러한 변형들은 첨부한 청구범위내에 포함된다.
참고용으로써 1996년 9월 26에 출원한 일본특허 제 8-255080(255080/1996)호와 1996년 10월 14일에 출원한 일본특허 제 8-270776(270776/1996)호를 추가한다.

Claims (1)

  1. 자외선 검출관에 있어서,
    구멍을 가지며 자외선 방사 차단 금속물질로 만들어진 관부재와 자외선 방사 투과 유리재질로 만들어지며 상기 구멍을 폐쇄하는 창부재를 포함한 밀봉 용기와,
    상기 창부재를 마주보는 위치에서 상기 밀봉 용기내에 배치된 애노드 및 캐소드와,
    상기 밀봉 용기내에 감싸여진 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 검출관.
KR1019970048605A 1996-09-26 1997-09-25 자외선 검출관 KR19980024933A (ko)

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JP25508096A JP3919265B2 (ja) 1996-09-26 1996-09-26 紫外線検知管
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