WO1999034407A1

WO1999034407A1 - Tube a decharge gazeuse

Info

Publication number: WO1999034407A1
Application number: PCT/JP1998/005822
Authority: WO
Inventors: Tomoyuki Ikedo; Kouzou Adachi; Yoshinobu Ito; Ryotaro Matui
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 1999-07-08
Also published as: EP1043756B1; JP4275853B2; DE69812423T2; US6559576B1; EP1043756A1; AU1686499A; EP1043756A4; DE69812423D1

Description

明糸田書ガス放電管技術分野

本発明は、ガス放電管に係り、特に、分光器やクロマトグラフィなどの光源として利用するためのガス放電管に関するものである。背景技術

従来、このような分野の技術として、特開平 7— 3 2 6 3 2 4号公報ゃ特開平 8 - 2 2 2 1 8 5号公報に開示されている技術がある。これらの公報に記載された重水素ランプは、ガラス製の側管とガラス製のステムとで密封容器を構成し、ステムにはステムピンが固定され、各ステムピンには陽極部及び陰極部がそれぞれ固定され、密封容器内には、重水素ガスが数 T o r r程度封入されている。このような重水素ランプは、安定した紫外線光源として利用されている。発明の開示

しかしながら、従来の重水素ランプは、上述したように構成されているため、次のような課題が存在していた。

すなわち、前述した密封容器は、加工の自由度の観点から全てガラスで作られていたが、ガラス製の側管とガラス製のステムとを熱融着させる際、その接合温度は 1 0 0 0 °Cを越え、その対策として、陽極部及び陰極部を接合部分から離すようにしたフローティング構造を採用しなければならず、その結果として、密封容器が大型化し、重水素ランプ自体が大きくならざるを得なかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、小型化と組立ての容易化を両立させたガス放電管を提供することを目的とする。発明者らは、ガス放電管の小型化に向けて実験する過程で、側管の投光窓以外を全て金属とする試作品を製作してみた。すると、側管とステムとの接合時に陽極、陰極部へは数十度程度の熱しか加わらず、側管を小さくして、側管に陰極部及び陽極部を近づけた構造であっても、陽極部及び陰極部への熱ダメージがないことを見出した。本発明はこの知見を基になされたものである。

すなわち、上記課題を解決するため、本発明のガス放電管は、少なくとも一部が光を透過する密封容器内にガスを封入して陽極部と陰極部とを配置し、陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、密封容器の光透過部から外部へと所定の光を放出させるガス放電管において、陽極部と陰極部の間に陰極部から陽極部へ向かう電子を収束する開口が設けられた収束電極板を備えるとともに、この陰極部は、陽極部と収束電極板の開口を結ぶ線上から離隔して配置されており、密封容器は、陰極部及び陽極部をそれぞれ独立のステムピンを介して固定しており、少なくともステムピンのそれぞれの固定部が絶縁体で、外周部は金属からなるステムと、陰極部及び陽極部を包囲すると共に、ステムの外周部に溶接接合されている金属製の側管と、側管の前記陽極部と前記収束電極板の前記開口を結ぶ線上に固定されているガラス製の投光窓とから構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、側管を金属で形成し、ステムの外周を少なくとも金属製として、両者を金属部で溶接により接合している。したがって、組立ての容易化が溶接により図られると同時に、放電管自体の小型化が達成される。そして、側管が小型であり且つ金属製であるゆえに、取り扱い性が極めて向上する。しかも、側管を金属で形成する結果、ガス放電管の加工形状の多様化が促進され、大量生産への展望も図られた。

ステムは、ガラス製の本体の周囲に金属製の接合部を取り付けて構成しても、金属製の本体で構成して、ステムピンとこの本体との間にガラス製の絶縁部を設けてもいずれの構成としてもよい。ステムの外周部及び側管の接合部がそれぞれフランジ状に形成されており、それそれのフランジ部分が溶接接合されていることが好ましい。このように構成すると、側管とステムとの組付け容易性が格段に向上する。また、このフランジ部にガス放電管配置用の位置決め部を設けて、ガス放電管の発光部分に対する基準位置として利用することもできる。

側管の壁面をガラス材あるいはセラミック材でコ一ティングすると好ましい。側管を金属にした場合、密封容器内に封入されるガスによっては側管を透過したり、側管に吸蔵されたりしてすることがある。その場合、密封容器内のガス圧力が経時的に下がり、ガス放電ランプとしての寿命の低下が懸念される。そこで、側管の壁面にガラス材あるいはセラミック材をコ一ティングすることにより、即管とガスとの反応や吸蔵を防止することができ、側管の材質や肉厚の選択の自由度が増す。

本発明は以下の詳細な説明および添付図面によりさらに十分に理解可能となるこれらは単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。

本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な発明から明らかになるだろう。しかしながら、詳細な説明および特定の事例は本発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、本発明の思想および範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係るガス放電管の第 1の実施形態を示す断面図であり、図 2 は、その側管内壁部分の拡大図である。

図 3は、本発明に係るガス放電管の第 2の実施形態を示す断面図である。図 4は、本発明に係るガス放電管の第 3の実施形態を示す断面図であり、図 5 はその平面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明に係るガス放電管の好適な実施形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図 1は、本発明に係るガス放電管の第 1の実施形態を示す断面図である。同図に示すガス放電管 1はへッドオン型の重水素ランプであり、このガス放電管 1は、重水素ガスが数 T o r r程度封入された密封容器 2を有し、この密封容器 2内には発光部組立体 3が収容されている。発光部組立体 3は、ステム 4上に配置させるセラミツクス製の陽極支持板 5を有し、この陽極支持板 5上に陽極板 6を配置させることで、ステム 4に対して陽極板 6を離間させている。この陽極板 6は、ステム 4を貫通するように固定させたステムピン 1 0 aの上端に対して溶接固定させている。また、陽極支持板 5上にはセラミックス製のスぺ一サ 7が配置され、このスぺーサ 7上には収束電極板 8が配置され、収束電極板 8に設けられた収束開口 8 aは、スぺ一サ 7の開口 7 aに臨むようにして配置されると共に、収束電極板 8を陽極板 6に対峙させている。

さらに、収束開口 8 aの側方には、スぺ一サ 7の上方に位置する陰極部 9が設けられ、この陰極部 9は、ステム 4を貫通するように固定させたステムピン 1 0 bの上端に対して溶接固定されて、放電により熱電子を発生する。そして、 P貪極部 9と収束開口 8 aとの間には、光路（図中の収束開口 8 aから直上方向）から外れた位置に放電整流板 1 1が設けられ、この放電整流板 1 1には、熱電子を通過させるための矩形開口の電子放出窓 1 l aが設けられている。そして、放電整流板 1 1は収束電極板 8の上面に溶接固定され、この放電整流板 1 1には、陰極部 9の上方及び電子放出窓 1 1 aと反対側にあたる後方を囲むようにして断面 L 字形のカバー板 1 2が設けられている。このカバー板 1 2は、陰極部 9から出るスパッ夕物あるいは蒸発物が、石英ガラス又は紫外線透過ガラス製の投光窓 1 9 に付着しないようにしている。

このような構成の発光部組立体 3は密封容器 2内に設けられるが、この密封容器 2内を数 T 0 r rの重水素ガスで満たす必要性から、ステム 4には、排気管 1 3が固定され、この排気管 1 3を利用することで、密封容器 2内の空気を一旦抜いた後、所定圧の重水素ガスを適切に充填させることが可能になる。充填後は、排気管 1 3を封止することにより、密封容器 2を密封する。

ここで、密封容器 2は、コバール金属やステンレス等からなる金属製の側管 2 2を有し、この側管 2 2は、両端が開放された円筒状に形成され、ガラス製の投光窓 1 9は、側管 2 2の頂部に形成した円形の開口部 2 2 aを塞ぐように、側管本体 2 2の外壁面 2 2 Bに固定されている。また、ステム 4は、ガラス（例えばコバールガラス）によって円柱状に形成されており、その周縁部には金属（例えばコバール金属）製の接合部材 1 5が設けられている。この接合部材 1 5は、ステム 4の外壁面と融着あるいは接着により固定させる円筒状の胴部 1 5 aと、この胴部 1 5 aの下端から径方向に鍔状に延びるフランジ部 1 5 bとからなる。これに対して、側管 2 2の他方の開放端側には、側管 2 2の一体成形により、その下端から径方向に鍔状に延びるフランジ部 1 6が設けられている。そこで、ステム 4上に発光部組立体 3を固定させた状態で、ステム 4を側管 2 2内に挿入させながら、ステム 4の金属製フランジ部 1 5 bと側管 2 2の金属製フランジ部 1 6とを密着させ、その状態を維持しつつ、その合わせ部分に、電気溶接やレーザ溶接等の溶接作業を施し、密封容器 2の気密シールを行う。そして、その溶接作業後、排気管 1 3から密封容器 2内の空気を抜き、密封容器 2内に数 T o r r 程度の重水素ガスを充填させ、その後、排気管 1 3を封止して組立て作業を完了させる。なお、第 1のフランジ部 1 5 bは、ガス放電管 1の発光部分（収束開口 8 aの前方でアークボールが発生する部分）に対する基準位置として利用される。すなわち、ガス放電管 1を組み立てるにあたり、フランジ部 1 5 bと発光部分との位置関係を一定に保っておくことで、発光部分の位置出しが容易になり、その結果、ガス放電管 1を駆動させるための装置（図示せず）に対する組付け作業性や位置決め精度の向上が望める。

さらに、側管 2 2の内壁面 2 2 Aには、図 2に示されるように、その略全面に亙って、コバールガラス材 2 1がコーティングされている。このような側管 2 2 を作製するには、まず、金属製の側管 2 2をプレスによって所定の形状に成形する。その後、密封容器 2内に封入される重水素ガスが側管 2 2を透過したり、側管 2 2に吸蔵されたりするような不都合を回避させるために、側管 2 2の内壁面 2 2 Aにガラス材 2 1を塗布又は C V Dによってコ一ティングする。その結果、ガス放電管 1の寿命の低下を阻止できるばかりでなく、側管 2 2を、プレス成形容易な金属製にすることで、側管 2 2の加工形状の多様化を促進させ、大量生産への展望が確実に図られることになる。

また、ガラス材 2 1として、シリカ系ガラスや結晶化ガラスを採用することもできる。結晶化ガラスは、結晶を析出させたガラスであるから、側管 2 2に対して起こり得るであろう透過、吸蔵又は化学反応といった現象を確実に阻止することができる。この結晶ガラスの例としては、 M g F₂ガラス，サファイアガラス， S i〇₂ガラス， C a F ₂ガラスなどがある。また、ガラス材 2 1に代えてセラミックス材、例えば、アルミナ、窒化ケィ素など、を適用しても同様の効果を有する。

なお、ガス放電管 1の組み立て中又は使用中において、ガラス材 2 1に含まれている不純物質が密封容器 2内に排出されて、ガス放電管 1の特性に悪影響を与えるような場合、ガラス材 2 1を、側管 2 2の外壁面 2 2 B側に設けても良い。また、ガラス材 2 1を、内壁面 2 2 Aと外壁面 2 2 Bとの両方に設けてもよいことは言うまでもない。

次に、このような構成のガス放電管の動作について、簡単に説明すると、先ず、 2 0秒程度、外部電源から陰極部 9に 1 0 W程度の電力を供給し、陰極部 9を予熱する。その後、陰極部 9と陽極板 6との間に 1 5 0 V程度の直流開放電圧を印加して、アーク放電の準備を整える。

その準備が整った状態で、陰極部 9と陽極板 6との間に 3 5 0 V〜5 0 0 V程度のトリガ電圧を印加する。このとき、陰極部 9から放出された熱電子は、放電整流板 1 1で整流させられながら、収束電極板 8の収束閧口 8 aで収斂し、陽極板 6に至る。そして、収束開口 8 aの前方にアーク放電が発生し、このアーク放電によるアークボールから取り出される紫外線は、投光窓 1 9を透過して矢印 A 方向、つまり、外部に放出される。

図 3は、本発明に係るガス放電管の第 2の実施形態を示す断面図である。この第 2の実施形態においては、図 1に示される第 1の実施形態とステム 4部分の構造が異なっている。すなわち、本実施形態においては、ステム 4部分は周縁部 1 5と一体となった金属製の本体 4 aからなり、ステムピン 1 0を囲む部分にガラス製の絶縁部 4 bが設けられている。この第 2の実施形態においても、前述の第 1の実施形態と同様の効果が得られる。

図 4は、本発明に係る第 3の実施形態のガス放電管 1の断面図を、図 5はその平面図を示している。この実施形態においては、図 1に示される第 1の実施形態に比べて、フランジ部 1 5 b、 1 6 bの外径をさらに大きなものとして、フランジ部 1 5 b、 1 6 bに取付用のネジ等を通す穴 2 3と位置決め用の切り欠き 2 4 とを設けている点が相違する。このような構成とすることで、発光部分の位置出しがより容易になり、その結果、放電管を駆動させるための装置（図示せず）に対する組付け作業性や位置決め精度のさらなる向上が望める。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、側管 2 2とステム 4とを溶接によって接合させるにあたって、フランジ構成を採用しなくても、胴部 1 5 aの外壁面と側管 2 2の下端の内壁面 2 2 Aとを溶接することもでき、その結果、フランジ部を無くすことができ、小型化の一層の促進に寄与する。また、ステム 4全体を金属（例えばコバール金属）で構成し、ステム 4の外周に金属製の第 1の接合部 1 5 bを設けた場合であってもよい。

本発明のガス放電管に充填されるガスは重水素ガスに限られるものではなく、他のガスを充填してもよい。

本発明によるガス放電管は、以上のように構成されているため、小型化を促進させつつ、組立ての容易化を図ることができる。産業上の利用可能性

本発明のガス放電管は、重水素ランプのほか、各種のガス放電管に応用可能であり、特に、分光器やクロマトグラフィ等の光源として利用されるガス放電管に好適に使用できる。

Claims

言青求の範囲

1 . 少なくとも一部が光を透過する密封容器内にガスを封入して陽極部と陰極部とを配置し、前記陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、前記密封容器の光透過部から外部へと所定の光を放出させるガス放電管において、

前記陽極部と前記陰極部の間に前記陰極部から前記陽極部へ向かう電子を収束する開口が設けられた収束電極板を備えるとともに、

前記陰極部は、前記陽極部と前記収束電極板の前記開口を結ぶ線上から離隔して配置されており、

前記密封容器は、

前記陰極部及び前記陽極部をそれぞれ独立のステムピンを介して固定しており、少なくとも前記ステムピンのそれぞれの固定部が絶縁体で、外周部は金属からなるステムと、

前記陰極部及び前記陽極部を包囲すると共に、前記ステムの外周部に溶接接合されている金属製の側管と、

前記側管の前記陽極部と前記収束電極板の前記開口を結ぶ線上に固定されているガラス製の投光窓とから構成されていることを特徴とするガス放電管。

2 . 前記ステムの外周部及び前記側管の接合部がそれぞれフランジ状に形成されており、それそれのフランジ部分が溶接接合されていることを特徴とする請求項 1記載のガス放電管。

3 . 前記フランジ部分にガス放電管配置用の位置決め部を設けていることを特徴とする請求項 2記載のガス放電管。

4 . 前記側管の壁面にガラス材がコ一ティングされていることを特徴とする請求項 1又は 2記載のガス放電管。

5 . 前記側管の壁面にセラミックス材がコ一ティングされていることを特徴とする請求項 1又は 2記載のガス放電管。

6 . 前記ステムは、ガラス製の本体の周囲に金属製の接合部を取り付けて構成されていることを特徴とする請求項 1記載のガス放電管。

7 . 前記ステムは、金属製の本体からなり、固定される各ステムピンと本体との間にガラス製の絶縁部が設けられていることを特徴とする請求項 1記載のガス放電管。