(57)【要約】【課題】本発明では、ランプの発光特性をあまり低下させることなく、寿命を向上させることが可能な希ガス放電管を提供することを目的とする。【解決手段】内部空間を有する管状ガラスバルブと、該管状ガラスバルブのそれぞれの端部に配置された第１および第２の電極と、を有する希ガス放電管であって、前記内部空間には、６００Ｐａ〜１４００Ｐａの圧力で希ガスが充填され、前記第１の電極および第２の電極は、カップ状に形成された電極本体を有し、該電極本体のカップ内には、導電性マイエナイト化合物の層が設置され、作動の際には、前記カップの内表面の単位面積当たり、４．０ｍＡ／ｃｍ２以下のランプ電流密度が通電されることを特徴とする希ガス放電管。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する管状ガラスバルブと、該管状ガラスバルブのそれぞれの端部に配置された第１および第２の電極と、を有する希ガス放電管であって、
前記内部空間には、６００Ｐａ〜１４００Ｐａの圧力で希ガスが充填され、
前記第１の電極および第２の電極は、カップ状に形成された電極本体を有し、該電極本体のカップ内には、導電性マイエナイト化合物の層が設置され、
作動の際には、前記カップの内表面の単位面積当たり、４．０ｍＡ／ｃｍ２以下のランプ電流密度が通電されることを特徴とする希ガス放電管。
【請求項２】
前記カップ状に形成された電極本体の前記カップ内には、ゲッターが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電管。
【請求項３】
前記電極本体の前記カップの先端には、セラミックリングが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の希ガス放電管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希ガス放電管に関する。
【背景技術】
【０００２】
希ガス放電管は、例えば、半導体ウェハの探傷検査装置の光源など、非破壊検査用の光源として使用されている。
【０００３】
一般に、希ガス放電管は、透明ガラスバルブと、このガラスバルブの内部空間に、相互に対向して配置された一対の電極とを備える。ガラスバルブの内部空間には、例えば、ヘリウムガスのような希ガスが充填される。希ガス放電管の作動の際には、両電極間にランプ電流が印加される。これにより、両電極間に放電が生じ、希ガス放電管が点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８３７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のような構成の希ガス放電管において、希ガス放電管の発光特性（例えば点灯の容易性および輝度など）を高めるためには、内部に充填される希ガスの圧力を低い値に抑制するとともに、ランプ電流の値を大きくする必要がある。
【０００６】
これは、希ガスの圧力が高くなり過ぎると、ランプを点灯するための開始電圧が高くなりすぎ、点灯できなくなるためである。また、ランプ電流の値が小さくなりすぎると、電極間において、十分な放電が得られなくなり、希ガス放電管の点灯を維持することができなくなるからである。
【０００７】
しかしながら、現状のような低い希ガス圧力（例えば１．４×１０３Ｐａ以下）では、電極の放電の際にスパッタリングによって生じた飛散物中に、希ガスが取り込まれて消耗してしまい、内部空間の希ガスが不足するようになる。従って、低い希ガス圧力では、希ガス放電管の寿命が短くなる傾向にある。
【０００８】
特に、現状のような高いランプ電流値（例えば約１０ｍＡ以上）では、電極部分の温度は、比較的高くなる傾向にある。このような電極温度の上昇は、前述のような電極のスパッタリングを加速させる傾向にある。このため、高いランプ電流値を使用した場合、希ガスの消耗がよりいっそう激しくなり、希ガス放電管の寿命は、さらに短くなる。
【０００９】
このように、希ガス放電管の発光特性と寿命は、トレードオフの関係にあり、希ガス放電管の発光特性を低下させずに、希ガス放電管の寿命を向上させることは難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、ランプの発光特性をあまり低下させることなく、寿命を向上させることが可能な希ガス放電管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、
内部空間を有する管状ガラスバルブと、該管状ガラスバルブのそれぞれの端部に配置された第１および第２の電極と、を有する希ガス放電管であって、
前記内部空間には、６００Ｐａ〜１４００Ｐａの圧力で希ガスが充填され、
前記第１の電極および第２の電極は、カップ状に形成された電極本体を有し、該電極本体のカップ内には、導電性マイエナイト化合物の層が設置され、
作動の際には、前記カップの内表面の単位面積当たり、４．０ｍＡ／ｃｍ２以下のランプ電流密度が通電されることを特徴とする希ガス放電管が提供される。
【００１２】
ここで、本発明による希ガス放電管において、前記カップ状に形成された電極本体の前記カップ内には、ゲッターが配置されても良い。
【００１３】
また、本発明による希ガス放電管において、前記電極本体の前記カップの先端には、セラミックリングが配置されても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ランプの発光特性をあまり低下させることなく、寿命を向上させることが可能な希ガス放電管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による希ガス放電管の一構成例を概略的に示した図である。
【図２】図１に示した希ガス放電管の電極部分の模式的な拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１および図２を参照して、本発明の構成を説明する。
【００１７】
図１には、本発明による希ガス放電管の一例の概略的な構成図を示す。また、図２には、図１に示した希ガス放電管の電極部分の模式的な拡大断面図を示す。
【００１８】
図１に示すように、本発明による希ガス放電管１００は、内部空間１２０を有する管状のガラスバルブ１１０と、この内部空間１２０に配置された第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂと、第１のガラスステム部２１０ａおよび第２のガラスステム部２１０ｂとを備える。
【００１９】
第１の電極１３０ａは、第１のガラスステム部２１０ａにより、ガラスバルブ１１０の一つの端部に位置が固定される。また、第１の電極１３０ａは、一組のリード線１７０ａ、１７２ａを有し、両リード線１７０ａ、１７２ａは、第１のガラスステム部２１０ａを気密貫通して、ガラスバルブ１１０の外側まで導出される。
【００２０】
同様に、第２の電極１３０ｂは、第２のガラスステム部２１０ｂにより、ガラスバルブ１１０の他の端部に位置が固定される。また、第２の電極１３０ｂは、一組のリード線１７０ｂ、１７２ｂを有し、両リード線１７０ａ、１７２ａは、第２のガラスステム部２１０ｂを気密貫通して、ガラスバルブ１１０の外側まで導出される。
【００２１】
ガラスバルブ１１０の内部空間１２０には、希ガスが充填される。希ガスの圧力は、比較的低くても良く、例えば、約４００Ｐａ〜約１４００Ｐａの範囲である。希ガスの種類は、特に限られないが、例えば、ヘリウム、ネオン、および／またはアルゴン等であっても良い。
【００２２】
図２には、図１に示した希ガス放電管１００の第１の電極１３０ａの模式的な拡大断面図を示す。なお、図には示さないが、第２の電極１３０ｂについても、同様に構成される。
【００２３】
図２に示すように、第１の電極１３０ａは、底部が閉止された略円筒状の構造、すなわち略カップ状に構成された電極本体１３５ａと、この電極本体１３５ａの底部に接続された接続端子１３７ａとを有する。接続端子１３７ａは、電極本体１３５ａと一体化されても良い。接続端子１３７ａには、前述のリード線１７０ａ、１７２ａが電気的に接続される。電極本体１３５ａは、例えば、ニッケルおよび／またはタングステンを含む金属（合金）で構成される。
【００２４】
なお、電極本体１３５ａのカップの内面には、導電性マイエナイト化合物の層１４０ａが設置される。
【００２５】
ここで、「マイエナイト化合物」とは、ケージ（籠）構造を有する１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（以下「Ｃ１２Ａ７」ともいう）およびＣ１２Ａ７と同等の結晶構造を有する化合物（同型化合物）の総称である。
【００２６】
また、本願において、「導電性マイエナイト化合物」とは、ケージ中に含まれる「フリー酸素イオン」の一部もしくは全てが電子で置換された、電子密度が１．０×１０１８ｃｍ−３以上のマイエナイト化合物を表す。全てのフリー酸素イオンが電子で置換されたときの電子密度は、２．３×１０２１ｃｍ−３である。
【００２７】
なお、一般に、導電性マイエナイト化合物の電子密度は、マイエナイト化合物の電子密度により、２つの方法で測定される。電子密度は、１．０×１０１８〜３．０×１０２０ｃｍ−３未満の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルの２．８ｅＶ（波長４４３ｎｍ）の吸光度（クベルカムンク変換値）から算出される。この方法は、電子密度とクベルカムンク変換値が比例関係になることを利用している。以下、検量線の作成方法について説明する。
【００２８】
電子密度の異なる試料を４点作成しておき、それぞれの試料の電子密度を、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）のシグナル強度から求めておく。ＥＳＲで測定できる電子密度は、１．０×１０１４〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度である。クベルカムンク値とＥＳＲで求めた電子密度をそれぞれ対数でプロットすると比例関係となり、これを検量線とした。すなわち、この方法では、電子密度が１．０×１０１９〜３．０×１０２０ｃｍ−３では検量線を外挿した値である。
【００２９】
電子密度は、３．０×１０２０〜２．３×１０２１ｃｍ−３の場合、導電性マイエナイト化合物粉末の拡散反射を測定し、クベルカムンク変換させた吸収スペクトルのピークの波長（エネルギー）から換算される。関係式は下記の式を用いた：
ｎ＝（−（Ｅｓｐ−２．８３）／０．１９９）０．７８２
ここで、ｎは電子密度（ｃｍ−３）、Ｅｓｐはクベルカムンク変換した吸収スペクトルのピークのエネルギー（ｅＶ）を示す。
【００３０】
また、本発明において、導電性マイエナイト化合物は、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）からなるＣ１２Ａ７結晶構造を有している限り、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）の中から選ばれた少なくとも１種の原子の一部が、他の原子や原子団に置換されていても良い。例えば、カルシウム（Ｃａ）の一部は、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、セリウム（Ｃｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されていても良い。また、アルミニウム（Ａｌ）の一部は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、ヨーロピウム（Ｅｕ）、イットリビウム（Ｙｂ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびテリビウム（Ｔｂ）からなる群から選択される１以上の原子で置換されても良い。また、ケージの骨格の酸素は、窒素（Ｎ）などで置換されていても良い。
【００３１】
導電性マイエナイト化合物は、仕事関数が低いという特徴を有する。このため、電極本体１３５ａに導電性マイエナイト化合物の層１４０ａを設置することにより、放電時の電極１３０ａの電子放出効率を高めることができ、希ガス放電管１００の始動電圧を低下させることができる。また、導電性マイエナイト化合物の層１４０ａを設置することにより、電極１３０ａのスパッタリングに対する耐性が向上し、電極本体１３５ａの寿命が向上する。
【００３２】
なお、電極本体１３５ａのカップの内面に、導電性マイエナイト化合物の層１４０ａを設置する方法は、特に限られない。導電性マイエナイト化合物の層１４０ａは、例えば、以下の方法で設置することができる。
【００３３】
まず、電極本体１３５ａのカップ内に、導電性マイエナイト化合物粉末のペーストをディスペンサにより注入し、余分なペーストを除去した後、８０℃で２時間保持することでペースト中の有機溶剤を乾燥し、導電性マイエナイト化合物粉末の乾燥膜付電極を作製する。なお、導電性マイエナイト化合物粉末は、たとえば国際公開第２００６／１９６７４号に示されているような、非導電性マイエナイト化合物を蓋付きカーボン容器中に入れて、１３００℃で熱処理する方法により、調製することができる。
【００３４】
次に、前記乾燥膜付ニッケル基板を、蓋付カーボン容器内に、該カーボン容器と触れないようにして設置し、雰囲気調整ができる電気炉で還元熱処理する。還元熱処理の前に、例えば１０-4Ｐａの真空下で、５００℃まで１５分で昇温し、５００℃で３０分保持させて、バインダーを除去しても良い。その後、さらに１３００℃まで２４分で昇温し、１３００℃で３０分保持して熱処理を施し、室温まで急冷却させることで、電極の１３５ａのカップ内に導電性マイエナイト化合物の層１４０aを形成できる。
【００３５】
また、図２に示すように、電極本体１３５ａのカップの先端部には、セラミックリング１５０ａが配置されても良い。セラミックリング１５０ａは、電極１３０ａの先端に、電界やスパッタリング現象が集中することを抑制する役割を有する。従って、セラミックリング１５０ａを設置することにより、電極本体１３５ａの消耗が抑制される。ただし、セラミックリング１５０ａの設置は、任意である。
【００３６】
また、電極本体１３５ａのカップの内面には、ゲッター１６０ａが設置される。ゲッター１６０ａは、電極１３０ａを構成する各部材などから、不純物物質がガラスバルブ１１０の内部空間１２０に放出された際に、そのような不純物物質を吸着除去する役割を有する。従って、ゲッター１６０ａを設置することにより、内部空間１２０での放電の安定性を向上させることができる。ただし、ゲッター１６０ａの設置は任意である。
【００３７】
ゲッター１６０ａを電極本体１３５ａのカップ内に配置する際には、例えば、短冊状のゲッター部材が準備される。次に、この短冊状のゲッター部材をリング状に巻き回した状態で、電極本体１３５ａのカップ内に挿入する。すると、リング状ゲッター部材は、カップ内で弾性的に復元するため、これにより、ゲッター１６０ａを電極本体１３５ａのカップ内に固定させることができる。
【００３８】
このように本発明による希ガス放電管１００は、電極１３０ａ、１３０ｂに、スパッタリング耐性に優れる導電性マイエナイト化合物の層が設置されているという特徴を有する。
【００３９】
この特徴により、本発明では、放電の際の電極本体のスパッタリングを抑制することが可能になり、内部空間に充填される希ガスの圧力を低くしても（例えば４００Ｐａ〜１４００Ｐａの範囲）、飛散物に希ガスが取り込まれて、希ガスの圧力が低下してしまうという問題を有意に抑制することができる。
【００４０】
また、同じ理由により、本発明による希ガス放電管では、従来のような高いランプ電流値（例えば約１０ｍＡ以上）を使用しても、スパッタリングによる希ガスの消耗を有意に抑制することができる。
【００４１】
従って、本発明による希ガス放電管では、該希ガス放電管の発光特性を犠牲にすることなく、寿命を向上させることができる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４３】
（実施例１）
各種条件下で、本発明による希ガス放電管のサンプル（実施例１−１、実施例１−２）を作製し、その寿命を評価した。
【００４４】
評価用の希ガス放電管は、以下のように構成した。
【００４５】
ガラスバルブ：直径１２．３ｍｍ、全長３２５ｍｍ、１４００Ｐａのヘリウムガス充填
電極本体（ニッケル製）：外径１０ｍｍ、内径９．７５ｍｍ、長さ２３ｍｍ、導電性マイエナイト化合物層の厚さ７５μｍ、ゲッターなし、セラミックリングなし
ランプ電流（カップの内表面の単位面積当たりのランプ電流密度）：１０ｍＡ（１．８ｍＡ／ｃｍ２）（実施例１−１）、１５ｍＡ（２．７ｍＡ／ｃｍ２）（実施例１−２）、２２ｍＡ（４．０ｍＡ／ｃｍ２）（実施例１−３）
評価時の管壁温度は、５０℃（実施例１−１）、７０℃（実施例１−２）、および９０℃（実施例１−３）である。ここで、管壁温度とは、ガラスバルブの電極本体の近傍位置で測定した温度を表す。
【００４６】
評価の結果、実施例１−１の希ガス放電管の寿命は、約３０００時間であり、実施例１−２の希ガス放電管の寿命は、約２０００時間、実施例１−３の希ガス放電管の寿命は、約１５００時間であった。なお、実施例１−１、１−２、１−３のいずれの希ガス放電管においても、評価期間中、十分な輝度が得られた。
【００４７】
表１には、実施例１において得られた評価結果を、希ガス放電管の仕様（ヘリウム圧力、ランプ電流、ランプ電流密度、管壁温度）と合わせて示す。
【００４８】
【表１】
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（実施例２）
各種条件下で、本発明による希ガス放電管のサンプル（実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３）を作製し、その寿命を評価した。
【００４９】
評価用の希ガス放電管は、以下のように構成した。
【００５０】
ガラスバルブ：直径１２．３ｍｍ、全長３２５ｍｍ、６００Ｐａのヘリウムガス充填
電極本体（ニッケル製）：外径１３．０ｍｍ、内径１２．７５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、導電性マイエナイト化合物層の厚さ７５μｍ、ゲッターなし、セラミックリングなし
ランプ電流（カップの内表面の単位面積当たりのランプ電流密度）：１０ｍＡ（１．３ｍＡ／ｃｍ２）（実施例２−１）、１５ｍＡ（２．０ｍＡ／ｃｍ２）（実施例２−２）、２０ｍＡ（２．７ｍＡ／ｃｍ２）（実施例２−３）
評価時の管壁温度は、４５℃（実施例２−１）、６０℃（実施例２−２）、および８０℃（実施例２−３）である。
【００５１】
評価の結果、実施例２−１の希ガス放電管の寿命は、約３０００時間であり、実施例２−２の希ガス放電管の寿命は、約２０００時間であり、実施例２−３の希ガス放電管の寿命は、約１５００時間であった。なお、実施例２−１、２−２、２−３のいずれの希ガス放電管においても、評価期間中、十分な輝度が得られた。
【００５２】
前述の表１には、実施例２において得られた評価結果を、希ガス放電管の仕様（ヘリウム圧力、ランプ電流、ランプ電流密度、管壁温度）と合わせて示す。
【００５３】
（実施例３）
各種条件下で、本発明による希ガス放電管のサンプル（実施例３−１、実施例３−２）を作製し、その寿命を評価した。
【００５４】
評価用の希ガス放電管は、以下のように構成した。
【００５５】
ガラスバルブ：直径１２．３ｍｍ、全長３２５ｍｍ、１０６４Ｐａのヘリウムガス充填
電極本体（ニッケル製）：外径１３．０ｍｍ、内径１２．７ｍｍ、長さ３５ｍｍ、導電性マイエナイト化合物層の厚さ５０μｍ、ゲッターなし、セラミックリングなし
ランプ電流（カップの内表面の単位面積当たりのランプ電流密度）：１０ｍＡ（１．０４ｍＡ／ｃｍ２）（実施例３−１）、２０ｍＡ（２．０９ｍＡ／ｃｍ２）（実施例３−２）
評価時の管壁温度は、４０℃（実施例３−１）および７５℃（実施例３−２）である。
【００５６】
評価の結果、実施例３−１の希ガス放電管の寿命は、約４０００時間であり、実施例３−２の希ガス放電管の寿命は、約２０００時間であった。なお、実施例３−１、３−２のいずれの希ガス放電管においても、評価期間中、十分な輝度が得られた。
【００５７】
前述の表１には、実施例３において得られた評価結果を、希ガス放電管の仕様（ヘリウム圧力、ランプ電流、ランプ電流密度、管壁温度）と合わせて示す。
【００５８】
（検討）
各希ガス放電管の評価結果の比較から、本発明による希ガス放電管では、内部空間に充填されるヘリウムガスの圧力が、６００〜１４００Ｐａの範囲であれば、希ガス放電管に対して、良好な寿命が得られることがわかる（最低でも１５００時間以上）。
【００５９】
また、実施例１〜実施例３の結果から、本発明による希ガス放電管では、ランプ電流が１０ｍＡ以上であっても、良好な寿命が得られることがわかる。すなわち、本発明による希ガス放電管では、電流密度換算で４ｍＡ／ｃｍ２までのランプ電流値であれば、特性を低下させることなく、良好な寿命を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、半導体ウェハのような各種部材の探傷検査用の光源等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００    本発明による希ガス放電管
１１０    ガラスバルブ
１２０    内部空間
１３０ａ  第１の電極
１３０ｂ  第２の電極
１３５ａ  電極本体
１３７ａ  接続端子
１４０ａ  導電性マイエナイト化合物の層
１５０ａ  セラミックリング
１６０ａ  ゲッター
１７０ａ、１７２ａ  リード線
１７０ｂ、１７２ｂ  リード線
２１０ａ  第１のガラスステム部
２１０ｂ  第２のガラスステム部
【図１】
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【図２】
2013105527.tif 000005