(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムまたはアルカリ金属を封入した概略円筒状のガラス製放電容器外表面に、金属板からなり該放電容器中央部と両端部近傍に間隔を空けて該放電容器周方向に一つの中央高圧電極と二つの端部低圧電極からなる三つの外部電極を配設し、該中央高圧電極と該端部低圧電極間に高周波電圧を印加することによって、各外部電極間に挟まれた二つの発光領域より、光を該放電容器外部に放出する磁気計用放電ランプであって、非磁性の導電性物質が、該中央高圧電極配設部に対応する該放電容器内表面部分と、前記三つの外部電極の配設されていない非配設部に対応する該放電容器内表面部分とにまたがって、前記二つの発光領域内においてランプ軸方向に左右対称に同一配置となるように具備され、かつ該導電性物質は外部電極の給電部とは反対側の該放電容器内表面に具備されていることを特徴とする磁気計用放電ランプ。
【請求項２】
前記導電性物質が線形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁気計用放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部電極型放電ランプに関する。特に磁気計の光源として使用する外部電極型ヘリウムランプあるいはアルカリ金属が封入された外部電極型放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許３，２０６，６７１号及び米国特許３，３５０，６３２号には、ヘリウムが封入された放電ランプと、同じくヘリウムを封入したガスセルによって動作する磁気計が開示されている。この磁気計は数十〜数百ＭＨｚの高周波によってヘリウムランプを点灯させ、ランプの光を円偏光させてヘリウムガスセルの内部を透過させて、磁界の変化に連動してヘリウムのスペクトル線が分離する、いわゆるゼーマン（Ｚｅｅｍａｎ）効果によって生じるヘリウムスペクトルの変化を感知することを利用するシステムが用いられている。
【０００３】
このシステムの内部においてヘリウムランプは、外光が侵入しない、完全に密閉された暗黒条件となる容器内で用いられる、さらに磁気計を動作させる環境は−５０℃の極寒地帯でも使用されることがある。
この条件では、放電のきっかけとなるランプ内部の初期電子の数が極端に減少するため、ランプは始動しにくい状態になり、著しい始動遅れを生じたり、放電を開始しなくなるという不具合を生じる。
【０００４】
ランプの暗黒不点灯を回避するために、ランプ内部にヘリウムだけでなく、放射性物質であるトリチウムを微量封入することがなされている。トリチウムは水素の同位元素でランプ点灯中は発光せず放電に影響は与えないが、原子核内部の中性子の一個が陽子に代わりヘリウムになる際にベータ線を放出する。従って、ヘリウムランプの他の特性に影響を与えること無く、ランプ内部でベータ線によって始動に必要な電子を作り出し、始動性を大幅に改善させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トリチウムは常温で気体の放射性物質のため管理が非常に難しくランプへの封入設備が複雑になる。そして安全対策が面倒である。また国内においてはその取り扱いが非常に厳しく規制されている。よって、ランプのコストを考えると、日本国内でのトリチウムを封入したランプの製作は事実上不可能に近い。
【０００６】
外光が期待出来ない状態（暗黒下）での始動遅れを解決する従来技術として、例えば特開平１０−１８８９１０号がある。この技術は、ガラス管内表面に蛍光体が塗布された外部電極型蛍光ランプの暗黒始動特性を改善するために、導電性物質を低圧側電極が配設された領域に対応するガラス管内表面領域と、いずれの電極も配設されていない領域に対応するガラス管内表面領域とにまたがって取り付け、電源の高周波、高電圧パルスによって、低圧側電極に対応するガラス管内表面の導電性物質の一部を負極とする電界集中が起こり、導電性物質表面より電子が放出されやすい状態になり、該導電性物質がない場合に比べ暗黒始動性が大幅に向上するというものである。
【０００７】
この発明は、ガラス管内表面に蛍光体が塗布された外部電極型蛍光ランプに限定したものであって、その導電性物質をランプ軸方向に対になった外部電極にまたがる様にガラス管内部で径方向に塗布し、また取り付ける位置としてはランプの長手方向のいずれかの位置に取り付ければよいとしている。
【０００８】
しかし、ヘリウムあるいはアルカリ金属を封入した磁気計用の放電ランプにおいては、ランプの光取りの出し方が中央高圧電極とその両側にある端部低圧電極間の二つの領域であり、外部電極型蛍光ランプが管軸に沿った１箇所のアパーチャ部であるのとは異なるため、導電性物質の取り付け方や、取り付け位置、導電性物質の特性において、従来の外部電極型蛍光ランプとは異なる新たな技術が必要となる。
【０００９】
よって、本発明の目的は、トリチウムの封入なしで暗黒始動性を向上させたヘリウムあるいはアルカリ金属を封入した磁気計用放電ランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ヘリウムまたはアルカリ金属を封入した概略円筒状のガラス製放電容器外表面に、金属板からなり該放電容器中央部と両端部近傍に間隔を空けて該放電容器周方向に一つの中央高圧電極と二つの端部低圧電極からなる三つの外部電極を配設し、該中央高圧電極と該端部低圧電極間に高周波電圧を印加することによって、各外部電極間に挟まれた二つの発光領域より、光を該放電容器外部に放出する磁気計用放電ランプであって、非磁性の導電性物質が、該中央高圧電極配設部に対応する該放電容器内表面部分と、前記三つの外部電極の配設されていない非配設部に対応する該放電容器内表面部分とにまたがって、前記二つの発光領域内においてランプ軸方向に左右対称に同一配置となるように具備され、かつ該導電性物質は外部電極の給電部とは反対側の該放電容器内表面に具備されていることを特徴とする磁気計用放電ランプとするものである。また、前記導電性物質は線形状であることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明ランプの実施の形態を示す図である。図１（ａ）は、本発明のランプ１０の全体図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
円筒状の放電容器１の外表面には、中央高圧電極２、端部低圧電極３、３’が放電容器１の周方向にそれぞれ間隔を空けて配設され、中央高圧電極２には始動時には周波数５０ｋＨｚ、ピーク電圧１０００Ｖの高電圧が印加され、始動後には５０ＭＨｚの高周波電圧が印加される。ガラス管１の内部にはヘリウムガス等が封入されるとともに、放電容器１の内表面には導電性物質４も配置される。
【００１２】
導電性物質４は放電容器１の内部に存在するが図１においては便宜上実線で示してある。このように、放電容器１の内表面に導電性物質４を存在させることで、本発明のランプにおいて始動性を改善できる理由は、中央高圧電極２に電圧が印加されると、中央高圧電極２から放電容器１を介して導電性物質４を通電して、さらに放電容器１を介して端部低圧電極３または３’へ通じる沿面放電が生じ、ランプ内部で初期電子となる電子の生成がなされ、始動遅れを起こすことなくランプの主放電が開始すると考えられる。
【００１３】
さらに、図２は本発明のランプ１０の使用時における配置図である。図１（ａ）で示したように、該ランプ１０は高周波電源（図２中のＲＦ）に接続された中央高圧電極２と接地された２つの端部低圧電極３、３’の間に二つの発光領域Ｓ１、Ｓ２を持つ。これは立体的な探査が可能な高精度の磁気計を製作する場合においては、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向に対応するようにヘリウムガスセル６、６’を配置し、それぞれの磁気探査の精度を上げるために、各軸のガスセルを二組づつ使用するため、該ランプ１０の発光領域は二つあるものである。この一つの軸に対して配置する二つのガスセル６、６’に、干渉フィルタ１１、１１’と円偏光素子１２、１２’を通過して、それぞれ逆方向に円偏光された光を透過させて、光磁気共鳴信号の論理積を光検出器７、７’で変換される出力信号電圧でとることによって、磁気計の精度を上げている。
【００１４】
従って、該ランプの二つの発光領域におけるヘリウムあるいはアルカリ金属の発光スペクトル、発光強度は同じであることが好ましい。もし、二つの発光領域の発光強度が異なる場合には、ガスセルの磁気感度にも差が生じることとなる。この場合、ランプの発光領域の強度を電源によって調整することは不可能であるため、二つのガスセルの磁気感度は、ガスセルの入力電力によってキャリブレーリョンする必要がある。その場合には、感度の低い発光領域側のガスセルにキャリブレーションするために、磁気計の感度が低下してしまう。
【００１５】
図２はＸ方向に配置されたガスセル６、６’と本発明のランプ１０の位置関係を示している。
また、図３はＹ方向、Ｚ方向に配置されたガスセル６、６と本発明ランプの２０の位置関係を示している。
図２のランプ１０と図３のランプ２０とは互いに平行平面上で９０度ずらして配置されている。
ガスセル６、６’とランプ１０、２０の間にはランプ１０、２０からの光をガスセル６、６’に取り込むレンズ５、５’干渉フィルタ１１、１１’円偏光素子１２、１２’が配置されており、ガスセル６、６’を透過した光は光検出器７、７’に照射され電圧信号に変換される。
【００１６】
本発明の導電性物質４は、中央高圧電極２が配置された部分に対応する放電容器１内表面と、二つの発光領域Ｓ１、Ｓ２の内いずれか一方の放電容器１内表面に塗布すれば暗黒始動性に対しては十分な効果がある。しかし、導電性物質４を塗布した発光領域Ｓ１、Ｓ２側は、５〜１０％発光強度が低下するために、一方の発光領域にのみ導電性物質４を塗布した場合には二つの発光領域Ｓ１、Ｓ２で発光強度に差を生じてしまう。しがたって、導電性物質４は二つの発光領域Ｓ１、Ｓ２で同一形状に、中央高圧電極２を中心としてランプ軸方向に左右対称に取り付けなければならない。
【００１７】
さらに、本発明において、導電性物質４はランプ径方向に対しても取り付け位置を考慮しなければならない。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。同図（ａ）の導電性物質４が配置された部分は、外部電極の給電部８と、円形断面のランプの中心に対して１８０度反対側に配置されなければならない。これは、図３に示すようにランプからの光をガスセル６に透過させる際に、導電性物質４がガスセル６に対して光を遮らないように設定するためのものであり、形状は細い線状にランプ軸方向に配置しなければならない。
【００１８】
さらに、この発明における導電性物質は、その材質が限定される。ランプ１０、２０は、ガスセル６、６’と非常に近い位置に配置される。ガスセル６、６’にはガスセル内部で発光するヘリウムスペクトルにゼーマン効果によるスペクトル線の分裂を生じさせるための交流磁界が印加されるため、導電性物質４がニッケル等の磁性体の場合には、導電性物質４が磁化し、ランプ１０、２０の放電に影響を与える。
【００１９】
このため、本来感知すべき磁界の変化を感知することができなくなり、磁気計としては動作出来ないことが分かった。本発明において使用する導電性物質４は、銀ペーストやカーボンペースト等の導電性塗料が、非磁性で塗布性もよく使いやすいものである。また、市販されている巾１ｍｍ程度の銅テープやアルミニウムテープを導電性物質としてランプ内部に貼り付けても十分使用可能であった。
【００２０】
【実施例】
図１に示した本発明にかかる外部電極型放電ランプについて具体的な実施例を詳細に説明する。
放電容器１はガラス製で全体形状が管状で、その内部には所定の真空排気がされた後、ヘリウムガスが充填され、両端を閉塞して内部が密封状態となっている。放電容器１はヘリウムの透過が少ないアルミノ珪酸ガラスであり長さ８０ｍｍ、外径φ６．４ｍｍである。電極３，３’は、パイプ状のものでガラス管１の軸方向に沿ってその外表面に設けられる。この電極は、例えば、厚さ０．３ｍｍの銅板を板金加工することによってできており、シリコンの接着材によって放電容器に固定されている。
【００２１】
導電性物質４は、例えば、銀ペーストが巾１ｍｍ×長さ５４ｍｍ程度の大きさで放電容器１の内表面に配置される。図においては、放電容器１の内表面下部に線状に配置される。線状に配置することで放電容器の発光領域を広く確保できる。導電性物質４の材料は銀ペーストである。
【００２２】
ここで、導電性物質４は、放電容器１の内表面であって、中央高圧電極２が配設された領域に対応する放電容器１内表面領域と、いずれの電極も配設されていない領域に対応する放電容器１内表面領域とにまたがって位置する。また、導電性物質４はアースされた他方の端部低圧電極３，３’の配設されている領域に対応する放電容器１内表面に配置されても差し支えない。
【００２３】
次に、上記の、ヘリウムを放電容器１に封入した外部電極型放電ランプの始動特性を示す実験を説明する。図４はその実験結果を示すもので、横軸は中央高圧電極２と端部低圧電極３，３間に電圧を印加してからランプが点灯するまでの時間を表し、縦軸は横軸で示す時間に対する始動確率を表す。
【００２４】
本発明品との比較例として、導電性物質４を具備していないランプと、導電性物質を具備せずにトリチウムを封入したランプを各１本点灯を、外光のない環境で１０秒間隔にて１００回ずつ点灯させ、各々何秒で始動したかを測定した。
【００２５】
図４中、横軸は始動までの時間、縦軸は始動確率であり、例えば「ある始動時間までに何％の確率でランプが始動する」ということがプロットより導かれる線から読み取れ、短い始動時間までに１００％始動するほど、始動性が良いと判断する。本発明品のランプは線（Ａ）で示されるが、すべて５ｍｓ以内に始動している。しかし、導電性物質４を具備していない、線（Ｂ）に示すランプにおいては、５ｍｓではほぼ０〜５％しかランプは点灯せず、１００ｍｓで漸く７０％の点灯を示している。
【００２６】
また、線（Ｃ）で示したトリチウムを封入したランプにおいても、５ｍｓではほぼ０〜１５％しかランプは点灯せず、４０ｍｓで７０％の点灯を示している。このように本発明ランプがいかに始動性に優れているかが明白である。
なお、放電容器１に封入するガスはヘリウム以外にカリウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属蒸気でもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気計用放電ランプは、常に良好な始動特性をもつことができるため、磁気計に搭載して使用し、外光が期待できない暗黒状態に長時間放置した場合でも、トリチウムの封入をせずに簡易な構造で、ランプを問題なく始動点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ランプの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明ランプの使用時の配置を示す図である。
【図３】本発明ランプの使用時の配置を示す図である。
【図４】始動特性の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  放電容器
２  中央高圧電極
３、３’  端部低圧電極
４  導電性物質
５、５’  レンズ
６、６’  ガスセル
７、７’  光検出器
８  給電部
９、９’  給電部
１０  ランプ
１１、１１’  干渉フィルタ
１２、１２’  円偏光素子
２０  ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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