WO2000034982A1 - Tube a decharge gazeuse - Google Patents

Description

明糸田

ガス放電管

技術分野

本発明は、 ガス放電管に係り、 特に、 分光光度計や液体クロマトグラフィーな どの紫外線光源等として用いられる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 4一 1 4 7 5 5 7号公報に開示さ れている技術がある。 この公報に記載された重水素放電管において、 陽極と陰極 との間に配置した収束電極板には、 スリット状の***をなす収束開口が形成され ている。 この収束開口は、 分析装置のスリット形状に合わせるように短冊状に形 成されており、 放電管から出射される光束の利用効率の向上が図られている。 発明の開示

しかしながら、 従来のガス放電管では、 ***をなす収束開口は横 0 . 4 mm、 縦 2 . 5 mmの大きさを有していたため、 アーク放電は起き易いが高輝度で且つ 均一なスリット状の光束を得にくいといった問題点があった。

本発明は、 上述の課題を解決するためになされたもので、 特に、 高輝度で且つ 均一なスリット状の出射光を得ることを可能にしたガス放電管を提供することを 目的とする。

上記目的を達成するため、 本発明のガス放電管は、 熱電子を発生させる熱陰極 と、 この熱電子を受容する陽極と、 熱陰極と陽極との間に配置して熱電子を収斂 させる収束電極とを備え、 収束電極はスリット状の収束開口を有し、 収束開口の 長手方向の開口長さを Aとし、 長手方向に直交する方向の開口長さを Bとした場 合、 B/Aが 0 . 1〜0 . 5の範囲内にあり、 且つその開口面積が 0 . 1 5〜0 . 5 mm2の範囲内にあることを特徴とする。 一般的に知られている収束開口の場合、 放電開始電圧の上昇や異常放電の発生 により、 その直径が 0 . 5 mmの丸穴が一般的な限界となっている。 これは、 収 束開口の直径を 0 . 5 mm以下に絞ると、熱陰極と陽極との間の障壁が高くなり、 放電開始に大きなエネルギが必要となるからである。 そして、 このエネルギを大 きくする （例えば放電電圧を上げる） と、 異常放電によってガス放電管が点灯し ない事態が発生する。 そこで、 安定した放電開始を確保するため、 発明者はスリ ット状の収束開口の面積に着目した。 そして、 収束開口の面積が大きくなると、 確かに、 熱陰極と陽極との間にアーク放電が起き易すくなるが、 出射光の輝度が 低くなつてしまうことが実験により確かめられた。 そこで、 ガス放電管の点灯を 可能にしつつ高輝度を確保するため、 開口面積を 0 . 1 5〜0 . 5 mm2 の範囲 に絞り込んだ。 しかも、 前述した開口面積を考慮しつつ、 高い輝度で均一な出射 光を得るために、 発明者は、 収束開口の長手方向の開口長さ Aと、 長手方向に直 交する方向の開口長さ Bとの関係に着目した。 そして、 B/Aの関係式を用いて 収束開口の形状を特定し、 その値を 0 . 1〜0 . 5の範囲内に絞り込んだ。 この ように、 収束開口を種々のパラメ一夕で制限することにより、 ガス放電管におい て、 点灯性がよく高輝度でしかも均一なスリット光を特定することに成功し、 出 射光を使用する上での一助をなす。

収束開口において、 B/Aが 0 . 1〜0 . 2 5の範囲内にあり、 且つ開口面積 が 0 . 1 5〜0 . 2 5 mm2の範囲内にあると好ましい。 これにより、 輝度分布 が均一で、 極めて輝度の高い光を得ることができ、 巿場のニーズに答えるべく出 射光の高スポット化を促進させることができる。

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 _c 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一実施形態を示す斜視図である。

図 2は、 図 1のガス放電管における発光部の分解斜視図である。

図 3は、 図 2の発光部における支持板と陽極との組付け前の状態を示す斜視図 ίあ 。

図 4は、 図 2の発光部における放電遮蔽板と陽極との組付け前の状態を示す斜 視図である。

図 5は、 図 2の発光部における放電遮蔽板と陽極と支持板との位置関係を示す 平面図である。

図 6は、 図 5の VI-VI線に沿った断面図である。

図 7は、 図 5の VII— VII線に沿った断面図である。

図 8は、本発明のガス放電管に適用する開口制限板の一例を示す斜視図である。 図 9は、 図 8の IX— IX線に沿う断面図である。

図 1 0は、 収束開口を示す概略図である。

図 1 1は、 収束開口における開口面積と開口の縦横比との関係を示すグラフで ある。

図 1 2は、 収束開口の他の例を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面と共に本発明によ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。

図 1は、 ガス放電管の一例であるサイドオン型の重水素ランプを示している。 このガス放電管 1 0において、 ガラス製の外囲器 1 1の内部には、 発光部 2 0が 収容されているとともに、 重水素ガス （図示しない） が数 T o r r程度封入され ている。 頂部を封止して円筒状に成形された外囲器 1 1の底部は、 ガラス製のス テム 1 2によって気密に封止されている。 なお、 外囲器 1 1は、 良好な紫外線透 過率を有する紫外線透過ガラスや石英ガラスなどから形成されている。

一直線上に並列配置した 4本のリードピン 1 3〜1 6が、 それぞれ発光部 2 0 の底部から延びてステム 1 2を貫通している。 そして、 これらリードピン 1 3〜 1 6はそれぞれ絶縁材 1 3 0， 1 4 0， 1 5 0 , 1 6 0に被覆されて所定の点灯 回路に接続されている。発光部 2 0は、 セラミックス製の放電遮蔽板（スぺ一サ） 2 1を挟んでセラミックス製の支持板 2 2と金属製の前面窓電極 2 3とを貼り合 わせた遮蔽箱構造に組み立てられている。

次に、 発光部 2 0の構成について、 図 2〜図 7を参照して詳細に説明する。 図 2及び図 3に示すように、 断面凸字形の角柱をなす支持板 2 2には、 縦貫通 穴 2 2 0と、 凹型溝 2 2 1〜2 2 3と、 凹部 2 2 4と、 4個の凸部 2 2 5と、 4 個の横貫通穴 2 2 6とが形成されている。 縦貫通穴 2 2 0は、 断面凸状の支持板 2 2後方の***部 2 2 Αを上下方向に貫通している。 凹型溝 2 2 1、 凹部 2 2 4 及び凹型溝 2 2 2， 2 2 3は、 前方の平板部 2 2 Bの表面から陥没形成されると 共に、 外囲器 1 1の底部に向かって順次延びている。 これにより、 リードピン 1 4及び絶縁材 1 4 1が適切に収容される。 4個の凸部 2 2 5は、 陽極 2 4の各コ —ナに対峙させるために、 凹型溝 2 2 1 , 2 2 2の開口縁部に近接して 2個ずつ 平板部 2 2 Bの表面から突出している。 4個の横貫通穴 2 2 6は、 水平方向に延 在し、 上端部及び下端部において 2箇所ずつ貫通している。

この支持板 2 2は、 縦貫通穴 2 2 0を挿通するリードピン 1 3と、 凹型溝 2 2 1〜2 2 3に収容されたリードピン 1 4とを介してステム 1 2に保持されている _c 矩形平板状に成形された陽極 2 4は、リードピン 1 4の先端に溶接して固定され、 4個の凸部 2 2 5によって裏面から支持されている。 この陽極 2 4の後方には、 陽極 2 4の表面積に略匹敵した開口をなす凹部 2 2 4により、 放熱スペースが確 保されている。

図 2及び図 4に示すように、 平板状に成形された放電遮蔽板 2 1は、 支持板 2 2と比較して薄型かつ幅広の断面凸状をなすと共に、 貫通穴 2 1 0と、 凹部 2 1 1と、 縦貫通穴 2 1 2と、 4個の横貫通穴 2 1 3と、 2個の横貫通穴 2 1 4と、 4個の横貫通穴 2 1 5とを有している。 貫通穴 2 1 0は、 陽極 2 4に対峙するよ うに、 放電遮蔽板 2 1の略中央を貫通している。 窪み部 2 1 1は、 陽極 2 4を収 容するために、 放電遮蔽板 2 1の背面において平板部 2 1 Aの表面から陥没する と共に、 貫通穴 2 1 0の背面側に位置する第 1の開口縁部を含んでいる。 縦貫通 穴 2 1 2は、 前方の***部 2 1 Bを貫通している。 4個の横貫通穴 2 1 3は、 水 平方向に延在し、 支持板 2 2の 4個の横貫通穴 2 2 6に対峙している。 なお、 放 電遮蔽板 2 1における 2個の横貫通穴 2 1 4は、 後述する陰極スリット電極 2 7 の係止爪 2 7 1を収容する位置に形成され、 4個の横貫通穴 2 1 5は、 後述する 前面窓電極 2 3の係止爪 2 3 1を収容する位置に形成されている。

略 L字型に折り曲げられた電極棒 2 1 6の片側は、 縦貫通穴 2 1 2に揷通され ており、 その下端は放電遮蔽板 2 1から露出している。 そして、 電極棒 2 1 6の 下端とリードピン 1 5の先端とは、溶接されて固定されている。このようにして、 放電遮蔽板 2 1が電極棒 2 1 6を介してステム 1 2に保持されている。 また、 熱 陰極 （フィラメント） 2 5の両端には、 それそれ電極棒 2 5 0， 2 5 1が溶接さ れている。 そして、 電極棒 2 5 0の先端は電極棒 2 1 6に溶接され、 電極棒 2 5 1の先端はリードピン 1 6の先端に溶接されている。 このようにして、 熱陰極 2 5がステム 1 2に保持されている。

図 5〜図 7に示すように、 破線で示した矩形の陽極 2 4は、 放電遮蔽板 2 1の 窪み部 2 1 1に収容され、 陽極 2 4の各コーナ部分は、 放電遮蔽板 2 1の窪み部 2 1 1の底面と支持板 2 2の 4個の凸部 2 2 5との協働によって挟持されている _c 丸みを帯びた略矩形状の貫通穴 2 1 0には、 陽極 2 4の 4辺の大部分が合致し、 その第 1の開口縁部の他の部分は陽極 2 4の 4コーナ部分に接合している。 円形 の表面を有する 4個の凸部 2 2 5は、 陽極 2 4の 4コーナ部分と接合し、 陽極 2 4を押圧している。 特に、 図 7に示すように、 矩形の窪み部 2 1 1は、 4個の凸 部 2 2 5の高さと陽極 2 4の厚さとの和に一致した深さを有し、 結果的に、 支持 板 2 2の前面に形成した外周縁部を放電遮蔽板 2 1の背面に当接させることがで ぎる。

図 2及び図 6に示すように、 略 L字型に金属板を折り曲げ成形した収束電極 2 6には、 開口 2 6 0及び 4個の横貫通穴 2 6 3が形成されている。 この開口 2 6 0は、 放電遮蔽板 2 1の貫通穴 2 1 0と同軸上に配置されている。 この開口 2 6 0の周辺領域には、 開口径を制限する開口制限板 2 6 1が溶接されている。 開口 制限板 2 6 1には、 開口 2 6 0を通過するように陽極 2 4に向かって突出するァ —クボール収容凹都 2 6 2が設けられ、 その中央には、 スリット状の収束開口 4 0が形成されている。 また、 4個の横貫通穴 2 6 3は、 放電遮蔽板 2 1の 4個の 横貫通穴 2 1 3に対峙するように、 収束電極 2 6の厚さ方向に貫通形成されてい る。

この収束電極 2 6は、 放電遮蔽板 2 1の***部 2 1 B上に当接するように設置 され、 後方に折り曲げられた先端部 2 6 Aと支持板 2 2から突出させたリードピ ン 1 3の先端とが溶接されている。 このようにして、 収束電極 2 6は放電遮蔽板 2 1及び支持板 2 2に固定されている。 なお、 開口制限板 2 6 1と陽極 2 4との 間の距離は、 放電遮蔽板 2 1の厚さよりも小さくなつている。 ここで、 放電遮蔽 板 2 1、 支持板 2 2及び収束電極 2 6の各横貫通穴 2 2 6 , 2 1 3， 2 6 3はそ れそれ一直線状に整列している。 したがって、 放電遮蔽板 2 1、 支持板 2 2及び 収束電極 2 6を貼り合わせた状態において、 4本の金属製のリベット 2 8を差込 むことにより、 これらを一体としてステム 1 2に固定させることができる。 図 2、 図 6及び図 7に示すように、 金属製の陰極スリット電極 2 7は、 放電遮 蔽板 2 1の段差領域の形状に対応して折り曲げられ、 開口 2 7 0及び 2個の係止 爪 2 7 1を有している。 縦長矩形状に成形した開口 2 7 0は、 陰極スリット電極 2 7の前部に形成されている。 陰極スリット電極 2 7の上端及び下端に成形され た 2本の係止爪 2 7 1は、 後方に折り曲げられている。

この陰極スリット電極 2 7は、 熱陰極 2 5に対向すると共に放電遮蔽板 2 1の 一側方の前面上に設置され、 2本の係止爪 2 7 1を放電遮蔽板 2 1の 2個の横貫 通穴 2 1 4に差し込むことにより、 放電遮蔽板 2 1に固定されている。 なお、 開 口 2 7 0は、 熱陰極 2 5と開口制限板 2 6 1との間に配置されている。

また、 金属製の前面窓電極 2 3は、 4段に折り曲げた断面略 U字型をなすと共 に、 開口窓 2 3 0及び 4個の係止爪 2 3 1をも有している。 矩形状に形成された 開口窓 2 3 0は、 収束電極 2 6のアークボール収容凹部 2 6 2と同軸上に配置さ れている。 前面窓電極 2 3の両側端の上部及び下部に成形された 4本の係止爪 2 3 1は、 後方に向かって突出している。 なお、 開口窓 2 3 0は、 アークボール収 容凹部 2 6 2の前方空間から紫外線を投光する位置に配置されている。

この前面窓電極 2 3は、 4本の係止爪 2 3 1を放電遮蔽板 2 1の 4個の横貫通 穴 2 1 5に差し込むことにより、 放電遮蔽板 2 1に固定されている。 そして、 陰 極スリット電極 2 7の前端を前面窓電極 2 3の内面に接触させることにより、 熱 陰極 2 5を配置させる空間とアーク放電を発生させる発光空間とを分離させるこ とができる。

このように構成された収束電極 2 6、 陰極スリット電極 2 7及び前面窓電極 2 3において、 収束電極 2 6は、 陰極スリット電極 2 7及び前面窓電極 2 3に対し て放電遮蔽板 2 1を介して電気的に絶縁されている。 一方、 陰極スリット電極 2 7及び前面窓電極 2 3は、 相互に接触して同電位に設定されている。

次に、 前述したガス放電管 1 0の動作について簡単に説明する。

まず、 図示しないトリガスィッチをオフ状態に設定すると共に、 輝度調整用ス イッチを放電開始用回路に対してオン状態に設定することにより、 放電前の約 2 0秒間に陰極加熱用電圧源から熱陰極 2 5に約 2 . 5 Vの電圧が印加され、 熱陰 極 2 5が予熱される。 この熱陰極 2 5が十分に加熱されて温度約 1 1 0 0 °Cに達 した後に、 電界発生用電圧源から熱陰極 2 5と陽極 2 4との間に約 1 5 0 Vの電 圧を印加することにより、 陽極 2 4から熱陰極 2 5に向う電界が発生する。

このようにトリガ放電の準備が整ったときに、 トリガスィツチをオン状態に設 定し、 収束電極 2 6に電位約 1 5 0 Vを発生させて、 熱陰極 2 5と収束電極 2 6 との間にトリガ放電を発生させる。

また、 収束電極 2 6は、 陰極スリット電極 2 7及び前面窓電極 2 3に対して電 気的に絶縁されているため、 ほぼ電位 0 Vに設定された陰極スリツト電極 2 7及 び前面窓電極 2 3よりも高い正電位を収束電極 2 6に発生させることができる。 そのため、 図 6に示すように、 熱陰極 2 5から延びるようにトリガ放電領域 3 0 が生成され、 このトリガ放電領域 3 0は前面窓電極 2 3及び陰極スリット電極 2 7によって取り囲まれた空間、 すなわち力ソードボックスの内部から拡大して収 束電極 2 6まで到達する。 このように、 熱陰極 2 5と開口制限板 2 6 1との間に トリガ放電が発生し、 その結果、 アークボール収容凹部 2 6 2で偏平なアークボ —ル Yが発生する。 このアークボール （すなわち陽光極発光） Yから取り出され る紫外光は、前面窓電極 2 3の開口窓 2 3 0を通りスリット光として出射される。 ここで、 図 8及び図 9に示すように、 収束電極 2 6に設けられた開口制限板 2 6 1は、高融点金属であるモリブデンからなる矩形の平状基板 4 2を有している。 開口制限板 2 6 1の中央には、 基板 4 2のプレス成形により作り出されたカップ 状のアークボール収容凹部 2 6 2が設けられている。 アークボール収束凹部 2 6 2の開口径 Dは、 4 mm程度であり、 アークボール収容凹部 2 6 2の底部には平 坦部 4 1が形成されている。 そして、 平坦部 4 1の中央には、 スリット状の収束 開口 4 0が形成されている。 この実施形態で使用されている開口制限板 2 6 1に おいて、 基板 4 2の大きさは 8 X 8 mmで、 その厚さは 0 . 3〜0 . 7 mm程度 のものが利用されているが、 その材質としては、 高融点金属のタングステン等も ある。 また、 一般的に知られている収束開口 4 0においては、 放電開始電圧の上昇や 異常放電の発生により、 その直径が 0 . 5 mmの丸穴が一般的な限界となってい る。 これは、 収束開口 4 0の直径を 0 . 5 mm以下に絞ると、 熱陰極 2 5と陽極 2 4との間の障壁が高くなり、 放電開始時に大きなエネルギが必要となるからで ある。 このエネルギを大きくする （例えば放電電圧を上げる） と、 異常放電によ つてガス放電管 1 0が点灯しない事態が発生する。

そこで、安定した放電開始を確保するため、収束開口 4 0の面積 Sに着目した。 そして、 収束開口 4 0の面積 Sが大きくなると、 確かに、 熱陰極 2 5と陽極 2 4 との間にアーク放電が起き易すくなるが、 出射光の輝度が低くなつて全体的にぼ やけてしまうことが実験により確かめられた。 そこで、 長方形状の収束開口 4 0 によって作り出されるガス放電管 1 0の点灯を可能にしつつ高輝度を確保するた め、 開口面積 Sを 0 . 1 5〜0 . 5 mm2の範囲に絞り込んだ。 なお、 開口面積 Sが 0 . 1 5 mm2未満ではガス放電管 1 0の点灯が安定せずに、 また、 開口面 積 Sが 0 . 5 mm2 を越える場合には、 光が広がり過ぎてスポット的な光として 利用し難いことが実験で判明している。

さらに、 前述した開口面積 Sを考慮しつつ、 高い輝度で輪郭のはっきりした均 —なスリット状の出射光を得るために、 図 1 0に示すように、 収束開口 4 0の長 手方向の開口長さ Aと、 長手方向に直交する方向の開口長さ Bとの関係に着目し た。 そして、 B /A (縦横比） の関係式を用いて収束開口 4 0の形状を特定する ことを試みた。 その結果、 長方形状の収束開口 4 0によって作り出される出射光 において、 高い輝度で輪郭のはっきりした均一な光を確保するため、 B /Aの値 を 0 . 1〜0 . 5の範囲内に絞り込み、 スポット的な光として利用できることを 実験により確認した。

特に、 B ZAの値が 0 . 1〜0 . 2 5の範囲内にあり、 且つ開口面積 Sが 0 . 1 5〜0 . 2 5 mm2の範囲内にあると好ましい。 この場合、 輝度分布が均一で、 極めて輝度の高い光を得ることができ、 市場のニーズに答えるべくスリット状出 射光の高スポット化を促進させることができた。 そして、 これらの関係を示した のが図 1 1である。

この関係を満足する例として、 開口長さ Bが 0 . 1 5 mm、 開口長さ Aが l m mのスリット状の収束開口 4 0がある。 この場合、 分光光度計を用いて光出力を 実際に計測すると、 従来の 0 . 5 mm径の丸穴に比べて 3倍程度の高い出力が得 られた。 これは従来得られなかった極めて細く強い光出力である。 また、 細長い スリット光を作り出すため、 Bの値が 0 . 5 mm以下の場合において、 収束開口 4 0の他の例として、 A力 ^s l . 0 mm. Bが 0 . 2 mmの場合や Aが 1 . 2 5 m m、 Bが 0 . 2 mmの場合などがある。

このようなガス放電管 1 0から出射されるスリット光は、 分光光度計、 液体ク 口マトグラフィ及びキヤビラリ一電気泳動などの分析装置において、 光源として 用いられる。 近年、 分析用光源としては、 光学系や迷光などの影響を防ぐために スポット的な光を用いているが、 分析装置のセルの細管化が進み、 より強く小さ なスリット状のスポット光が求められるに至っている。 そこで、 前述の実施形態 に示されたガス放電管 1 0は、このような要求を十二分に満足させるものである。 本発明は、 前述した実施形態に限定されるものではなく、 例えば、 図 1 2に示 すように、 開口制限板 2 6 1において、 細長い楕円形状の収束開口 6 0を採用し ても、 図 1 1に示したグラフの適用を可能にするものである。

また、前述した実施形態ではサイ ドオン型の重水素ランプについて説明したが、 本発明は、 例えば米国特許 5 5 8 7 6 2 5号の図 9 , 図 1 0に記載されているよ うなへヅドォン型の重水素ランプにも適用することができる。

以上の本発明の説明から、 本発明を様々に変形しうることは明らかである。 そ のような変形は、 本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはで きず、 すべての当業者にとって自明である改良は、 以下の請求の範囲に含まれる ものである。 W 産業上の利用可能性

本発明のガス放電管は、 点灯性が良く、 高輝度で且つ均一なスリット状の出射 光を得ることができる。 したがって、 分光光度計、 液体クロマトグラフィおよび キヤビラリー電気泳動などの分析装置の光源として好適に適用することができる _c

Claims

言青求の範囲

1. 熱電子を発生させる熱陰極と、

この熱電子を受容する陽極と、

前記熱陰極と前記陽極との間に配置して前記熱電子を収斂させる収束電極とを 備え、

前記収束電極はスリット状の収束開口を有し、 前記収束開口の長手方向の開口 長さを Aとし、 前記長手方向に直交する方向の開口長さを Bとした場合、 BZA が 0. 1〜0. 5の範囲内にあり、 且つその開口面積が 0. 15〜0. 5mm2 の範囲内にある、 ことを特徴とするガス放電管。

2. 前記収束開口において、 前記 B/Aが 0. 1〜0. 25の範囲内にあり、 且つ前記開口面積が 0. 15〜0. 25mm2の範囲内にあることを特徴とする 請求項 1記載のガス放電管。