JP4275853B2 - ガス放電管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平７−３２６３２４号公報や特開平８−２２２１８５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Ｔｏｒｒ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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００４】
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１０００℃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。
【０００５】
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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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。
【０００７】
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、外周部はフランジ状に形成されている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、ランジ状に形成された接合部がステムの外周部のフランジ部分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おり、前記各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。
【０００８】
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。また、側管とステムとの組付け容易性も格段に向上する。
【０００９】
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。
【００１０】
側管の壁面をガラス材あるいはセラミック材でコー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ー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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。
【００１４】
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はヘ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Ｔｏｒｒ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ッ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１０ａ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ペーサ７が配置され、このスペーサ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８ａは、スペーサ７の開口７ａ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。
【００１５】
さらに、収束開口８ａの側方には、スペーサ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１０ｂ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、陰極部９と収束開口８ａとの間には、光路（図中の収束開口８ａから直上方向）から外れた位置に放電整流板１１が設けられ、この放電整流板１１には、熱電子を通過させるための矩形開口の電子放出窓１１ａが設けられている。そして、放電整流板１１は収束電極板８の上面に溶接固定され、この放電整流板１１には、陰極部９の上方及び電子放出窓１１ａ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１２が設けられている。このカバー板１２は、陰極部９から出るスパッタ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１９に付着しないようにしている。
【００１６】
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Ｔｏｒｒの重水素ガスで満たす必要性から、ステム４には、排気管１３が固定され、この排気管１３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１３を封止することにより、密封容器２を密封する。
【００１７】
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２２を有し、この側管２２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１９は、側管２２の頂部に形成した円形の開口部２２ａを塞ぐように、側管本体２２の外壁面２２Ｂ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１５が設けられている。この接合部材１５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１５ａと、この胴部１５ａの下端から径方向に鍔状に延びるフランジ部１５ｂとからなる。
【００１８】
これに対して、側管２２の他方の開放端側には、側管２２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１６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２２内に挿入させながら、ステム４の金属製フランジ部１５ｂと側管２２の金属製フランジ部１６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１３から密封容器２内の空気を抜き、密封容器２内に数Ｔｏｒｒ程度の重水素ガスを充填させ、その後、排気管１３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１５ｂは、ガス放電管１の発光部分（収束開口８ａ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１５ｂ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。
【００１９】
さらに、側管２２の内壁面２２Ａ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２１がコーティングされている。このような側管２２を作製するには、まず、金属製の側管２２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２２を透過したり、側管２２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２２の内壁面２２Ａにガラス材２１を塗布又はＣＶＤによってコーティングする。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２２を、プレス成形容易な金属製にすることで、側管２２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。
【００２０】
また、ガラス材２１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２２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、ＭｇＦ₂ガラス，サファイアガラス
，ＳｉＯ₂ガラス，ＣａＦ₂ガラスなどがある。また、ガラス材２１に代えてセラミックス材、例えば、アルミナ、窒化ケイ素など、を適用しても同様の効果を有する。
【００２１】
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２１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２１を、側管２２の外壁面２２Ｂ側に設けても良い。また、ガラス材２１を、内壁面２２Ａと外壁面２２Ｂとの両方に設けてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
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、２０秒程度、外部電源から陰極部９に１０Ｗ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１５０Ｖ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。
【００２３】
その準備が整った状態で、陰極部９と陽極板６との間に３５０Ｖ〜５００Ｖ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１１で整流させられながら、収束電極板８の収束開口８ａで収斂し、陽極板６に至る。そして、収束開口８ａ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１９を透過して矢印Ａ方向、つまり、外部に放出される。
【００２４】
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１５と一体となった金属製の本体４ａからなり、ステムピン１０を囲む部分にガラス製の絶縁部４ｂ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。
【００２５】
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１５ｂ、１６ｂの外径をさらに大きなものとして、フランジ部１５ｂ、１６ｂに取付用のネジ等を通す穴２３と位置決め用の切り欠き２４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。
【００２６】
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２２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１５ａの外壁面と側管２２の下端の内壁面２２Ａ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１５ｂを設けた場合であってもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
【発明の効果】
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。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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。
【図２】 図１の側管内壁部分の拡大図である。
【図３】 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】 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る。
【図５】 図４の平面図である。
【符号の説明】
１…ガス放電管、２…密封容器、３…発光部組立体、４…ステム、４ａ…本体、４ｂ…絶縁部、５…陽極支持板、６…陽極板、７…スペーサ、７ａ…開口、８…収束電極板、８ａ…収束開口、９…陰極部、１０ａ、１０ｂ…ステムピン、１１…放電整流板、１１ａ…電子放出窓、１２…カバー板、１３…排気管、１５…接合部材、１５ａ…胴部、１５ｂ…フランジ部、１６…フランジ部、１９…投光窓、２１…コバールガラス材、２２…側管、２２Ａ…内壁面、２２Ｂ…外壁面、２２ａ…開口部、２３…穴。

Claims (5)

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、外周部はフランジ状に形成されている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、フランジ状に形成された接合部が前記ステムの外周部のフランジ部分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おり、前記各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ガス放電管。
2. 前記側管の壁面にガラス材がコーティング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. 前記側管の壁面にセラミックス材がコーティング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。
4. 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。
5. 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。

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