CN107949960A - 放电管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够提升工作电压在重复放电中的稳定性的放电管。放电管具备：筒状的绝缘性中空体(2)，至少在两端具有开口部；及至少一对密封电极(3)，通过封闭开口部而在内部密封放电控制气体，且该至少一对密封电极(3)相互对置，在绝缘性中空体的内周面设置有由导电性材料所形成的放电触发膜(4)，密封电极具有凸状部(3a)及放电活性层(5)，所述凸状部(3a)向绝缘性中空体内突出，所述放电活性层(5)由电子放射特性比密封电极的材料高的材料形成于凸状部的前端部，在凸状部的前端部且前端面的外周缘附近，沿着所述外周缘而形成有多个所述放电活性层，或沿着所述外周缘而延伸形成有所述放电活性层，凸状部的前端面的中央部被设为未形成放电活性层的区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种放电管，其用作浪涌吸收器或火花塞点灯用开关放电器(Switching sparkgap)，用于从例如因打雷等所产生的浪涌(Surge)保护各种设备以将事故防患于未然。
背景技术
放电管还被采用于例如为了防止因雷击或静电等过电压的侵入导致电子设备等故障而使用的浪涌吸收器即气体避雷器(Gas arrester)、高压放电灯及火花塞用开关放电器中。
作为这种雷击应对部件或开关放电器的放电管中，被要求具有工作电压在重复放电中的稳定性及优异的耐电压特性等。为了获得这种重复工作稳定性及优异的耐电压特性等，正在研究在放电电极的表面形成放电活性化材料覆膜(放电活性层)的技术。
例如，在专利文献1中记载有如下的电涌避雷器(Surge arrester)：在放电电极的对置面的中央部分设置有凹处，在该凹处形成活性化物质覆膜。并且，在专利文献2中记载有在放电电极的对置面整体形成有覆膜的放电管及在对置面中央部形成有多个覆膜的放电管。进而，在专利文献3中记载有将设置覆膜的半球状或长方体状的多个孔部配置于放电电极的前端面中央及与圆筒状壳体部件的内壁面同心的两个虚拟圆上的放电管。
专利文献1：日本专利第5707533号公报
专利文献2：日本实用新型专利第3125264号公报
专利文献3：日本实用新型专利第3140979号公报
在上述现有技术中，还留有以下的课题。
即，在上述现有技术中，在放电电极的前端面中央部形成有辅助放电的放电活性化材料覆膜，但此时，形成于绝缘性中空体的内面的放电触发膜与覆膜之间的距离较大，出现工作电压不稳定的缺点。尤其，从放电初期的辉光放电转移的电弧放电大多产生在放电电极的中央部，放电电极的中央部的放电活性层因电弧放电而飞散并附着于周围，由此出现工作电压在重复放电中发生变化的问题。
并且，如专利文献1，将多个覆膜配置于前端面中央部时，根据覆膜离放电电极的轴线的距离，覆膜与放电触发膜之间的距离有所不同，因此出现工作电压发生偏差而不稳定的缺点。
进而，如专利文献3，将覆膜配置于直径不同的多个同心圆上时，根据同心圆的直径，覆膜与放电触发膜之间的距离不同，因此，仍存在工作电压发生偏差而不稳定的问题。
发明内容
本发明是鉴于前述课题而完成的，其目的在于提供能够提升工作电压在重复放电中的稳定性的放电管。
本发明为了解决所述课题，采用了以下的结构。即，第1发明的放电管的特征在于，具备：筒状的绝缘性中空体，至少在两端具有开口部；及至少一对密封电极，通过封闭所述开口部而在内部密封放电控制气体，且所述至少一对密封电极相互对置，在所述绝缘性中空体的内周面设置有由导电性材料所形成的放电触发膜，所述密封电极具有凸状部及放电活性层，所述凸状部向所述绝缘性中空体内突出，所述放电活性层由电子放射特性比所述密封电极的材料高的材料形成于所述凸状部的前端部，在所述凸状部的前端面的外周缘或所述外周缘附近，沿着所述外周缘而形成有多个所述放电活性层，或沿着所述外周缘而延伸形成有所述放电活性层，所述凸状部的前端面的中央部被设为未形成所述放电活性层的区域。
在本发明的放电管中，在凸状部的前端部且前端面的外周缘附近，沿着外周缘而形成有多个放电活性层，或沿着外周缘而延伸形成有放电活性层，凸状部的前端面的中央部被设为未形成放电活性层的区域，因此放电活性层更接近放电触发膜，并且放电活性层与放电触发膜之间的距离偏差较小而能够获得稳定的工作电压。并且，通过凸状部的前端面中央部被设为未形成放电活性层的区域，能够减少由于在前端面中央部产生的电弧放电而放电活性层飞散的情况，能够抑制工作电压在重复放电中的变化。
第2发明的放电管的特征在于，在第1发明中，所述绝缘性中空体是圆筒状，并且所述凸状部是圆柱状，所述放电活性层形成于离所述凸状部的轴线等距离的位置。
即，在该放电管中，放电活性层形成于离凸状部的轴线等距离的位置，因此圆筒状的绝缘性中空体的内周面与各放电活性层之间的距离相同，进一步减少各放电活性层离形成于所述内周面的放电触发膜的距离偏差。
第3发明的放电管的特征在于，在第1或第2发明中，所述放电活性层形成于所述凸状部的前端部的外周面。
即，在该放电管中，放电活性层形成于凸状部的前端部的外周面，因此放电活性层与放电触发膜之间的距离较短，进一步减少该距离偏差。并且，放电活性层不会由于在凸状部的前端面产生的电弧放电而飞散，能够抑制工作电压在重复放电中的变化。
第4发明的放电管的特征在于，在第1至第3发明的任一项中，所述放电活性层以Si及O为主要成分，包含Na、Cs和C中的至少一个。
根据本发明，可发挥以下效果。
即，本发明的放电管中，在凸状部的前端部且前端面的外周缘附近沿着外周缘而形成有多个放电活性层，或沿着外周缘而延伸形成有放电活性层，凸状部的前端面的中央部被设为未形成放电活性层的区域，因此放电活性层与放电触发膜之间的距离偏差较小，并且能够减少由于在前端面中央部产生的电弧放电而放电活性层飞散的情况，抑制工作电压在重复放电中的变化，能够获得稳定的工作电压。
附图说明
图1是表示本发明的放电管的第1实施方式的剖视图。
图2是A-A向剖视图。
图3是表示本发明的放电管的第2实施方式的剖视图。
图4是B-B向剖视图。
图5是表示第2实施方式中密封电极的侧视图。
图6是表示本发明的实施例1中相对于浪涌电流施加次数的放电电压变化率的图表。
图7是表示本发明的实施例2中相对于浪涌电流施加次数的放电电压变化率的图表。
图8是表示本发明的比较例中相对于浪涌电流施加次数的放电电压变化率的图表。
图9是表示本发明的放电管的另一实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下，一边参考图1及图2一边说明本发明的放电管的第1实施方式。另外，在以下说明所使用的附图中，为了将各部件设为能够辨识或容易辨识的大小，根据需要适当变更比例尺。
如图1及图2所示，本实施方式的放电管1具备：筒状的绝缘性中空体2，在两端具有开口部；及一对密封电极3，通过封闭开口部而在内部密封放电控制气体，且该一对密封电极3相互对置。
在所述绝缘性中空体2的内周面设置有由导电性材料所形成的放电触发膜4。
所述密封电极3具有凸状部3a及放电活性层5，所述凸状部3a向绝缘性中空体2内突出，所述放电活性层5由电子放射特性比密封电极3的材料高的材料形成于凸状部3a的前端部。
在凸状部3a的前端部且前端面3b的外周缘附近，沿着外周缘形成有多个所述放电活性层5。并且，凸状部3a的前端面3b的中央部被设为未形成放电活性层5的区域。
另外，各放电活性层5配置于从凸状部3a的轴线成同心圆C的线上。这些放电活性层5优选设置于离凸状部3a的轴线为凸状部3a的半径的50％以上的位置，更优选为凸状部3a的半径的60％以上的位置。另外，将放电活性层5设置于离凸状部3a的轴线为小于凸状部3a的半径的50％的位置时，中央的主放电区域的面积较小，有可能导致放电不稳定。
并且，放电活性层5如下形成，即通过填充形成于凸状部3a的前端面3b的外周缘附近的多个凹部3c而形成。
所述绝缘性中空体2是圆筒状，并且凸状部3a是圆柱状，放电活性层5形成于离凸状部3a的轴线等距离的位置。
放电活性层5以Si及O为主要成分，包含Na、Cs和C中的至少一个。
所述放电触发膜4由碳等形成。
所述绝缘性中空体2为陶瓷制筒状体，例如为圆筒状的由氧化铝等所形成的绝缘性管。另外，绝缘性中空体2优选为氧化铝等结晶性陶瓷材料。
所述一对密封电极3是具有向绝缘性中空体2的内侧突出的凸状部3a的铜、铜合金或42Ni合金等的凸型金属部件，在相互对置的凸状部3a之间形成有放电间隙。
并且，这些密封电极3通过钎料等密封材6接合并封合于绝缘性中空体2。
所述放电控制气体为He、Ne、Ar、Kr、Xe、SF6、N2、CO2、C3F8、C2F6、CF4、H2及这些的混合气体。
所述放电活性层5的制造方法具有：在硅酸钠溶液加入碳酸铯粉末来形成前体(Precursor)的工序、将前体涂布于密封电极3的表面(凹部3c内)的工序、以及对被涂布的前体以硅酸钠软化的温度以上且碳酸铯熔解及分解的温度以上的温度进行热处理的工序。
并且，该制造方法具有在绝缘性中空体2的开口部钎接密封电极3的工序，作为所述热处理，将钎焊工序的钎焊温度设为硅酸钠软化的温度以上且碳酸铯的熔点以上的温度。
制作前体时，以成为规定组成的方式在硅酸钠溶液按规定比例添加碳酸铯粉末而制备出前体。即，通过混合硅酸钠玻璃溶液与碳酸铯粉末制备粘稠的放电活性层形成用前体。
接着，将经制备的前体涂布于密封电极3的表面(凹部3c内)。此时，作为涂布法，能够使用如下的方法：即，通过冲压法(Stamping)、利用金属遮罩及刮刀等的印刷法、浸渍法、锡膏印刷(Paste Printing)法、喷墨法、滴注法或旋转涂布法等已知的湿式法，将各种液状物质涂布于所需位置。
接着，在放电控制气体气氛下对通过前体包覆前端面3b的一部分的密封电极3与绝缘性中空体2进行钎接。由此，成为在绝缘性中空体2内部密封有放电控制气体的结构。另外，将钎焊温度设为例如820℃。在该钎焊工序中，钎料及碳酸铯会熔化，从而在密封电极3的前端面3b的规定位置形成放电活性层5。
如此在本实施方式的放电管1中，在凸状部3a的前端部且前端面3b的外周缘附近，沿着外周缘形成有多个放电活性层5，凸状部3a的前端面3b的中央部被设为未形成放电活性层5的区域，因此放电活性层5更接近放电触发膜4，并且放电活性层5与放电触发膜4之间的距离偏差较小，能够获得稳定的工作电压。
并且，通过将凸状部3a的前端面3b的中央部设为未形成放电活性层5的区域，能够减少由于在前端面3b的中央部产生的电弧放电而放电活性层5飞散的情况，能够抑制工作电压在重复放电中的变化。即，能够减少放电空间内部的状态变化，能够减少工作电压发生急剧变化。
并且，放电活性层5形成于离凸状部3a的轴线等距离的位置，因此圆筒状的绝缘性中空体2的内周面与各放电活性层5之间的距离相同，进一步减少各放电活性层5离形成在所述内周面的放电触发膜4的距离偏差，从而本实施方式能够获得放电特性高的稳定性。
接着，关于本发明的放电管的第2实施方式，参考图3至图5进行以下说明。另外，在以下各实施方式的说明中，对于上述实施方式中所说明的相同结构附加相同符号，并省略其说明。
第2实施方式与第1实施方式的不同点在于，在第1实施方式中，放电活性层5形成于凸状部3a的前端面3b，相对于此，在第2实施方式的放电管21中，如图3至图5所示，密封电极23的放电活性层25形成于凸状部23a的前端部的外周面。即，在第2实施方式中，在凸状部23a的前端面23b的外周缘附近且凸状部23a的外周面，沿着所述外周缘等间隔地并排设置有多个放电活性层25。
另外，在第1实施方式中，各放电活性层5形成为矩形状，但在第2实施方式中，各放电活性层25形成为圆点状。
如此在第2实施方式的放电管21中，放电活性层25形成于凸状部23a的前端部的外周面，因此放电活性层25与放电触发膜4之间的距离较短，从而进一步减少该距离偏差。并且，放电活性层25不会由于在凸状部23a的前端面23b产生的电弧放电而飞散，能够抑制工作电压在重复放电中的变化。
实施例
接着，关于本发明的实施例，参考图6至图8，对将放电活性层形成于密封电极表面的气体避雷器(放电管)的电气特性(放电特性)进行说明。
作为本发明的实施例，将上述第1实施方式中所记载的放电管作为实施例1来制作，将上述第2实施方式中所记载的放电管作为实施例2来制作。
另外，在以供评价电气特性的样本的制作中，使用相同尺寸的绝缘性中空体和密封电极，并且，将填充于气体避雷器内部的放电控制气体、压力及气体密封程序也设为一样的。进而，将各样本的放电起始电压设为一样的350V，将除了放电活性层的形成位置以外的因素设为一样的。
该电气特性的评价是关于浪涌抗扰度特性(サージ耐量)的评价，为了比较用作雷击应对部件时重要的性能而实施该电气特性的评价，以8/20μs雷击波形将峰值7500A的浪涌电流重复施加于各样本后，调查了各样本的初期放电起始电压特性是否被维持。
另外，作为比较例，对于仅在凸状部的中央部形成放电活性层的气体避雷器(放电管)，也同样地评价了浪涌抗扰度特性。
如图8所示，在比较例中，通过重复施加7500A的浪涌电流，直流放电起始电压从初始值大幅变动，并且直流放电起始电压偏差也较大，在施加第10次浪涌电流时变化率达到最大30％左右的变化率。另一方面，如图6及图7所示，在本发明的实施例1及实施例2中，重复施加浪涌电流之后，直流放电起始电压的变动也小于比较例，并且直流放电起始电压偏差也较小，即使直流放电起始电压偏差最大也被抑制为15％左右的变化率。如此，在本发明的各实施例中，显示出相对稳定的放电特性，且显示出高耐久性。
另外，本发明的技术范围并不限定于所述实施方式及所述实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够施加各种变更。
例如，在所述各实施方式中，将放电活性层形成为多个矩形状或圆点状，但将放电活性层以线状或带状延伸形成于所述规定区域也可。
并且，例如如图9所示，作为另一实施方式，也可以将填充放电活性层5的凹部3c放射状地并排排列于离凸状部3a的轴线为凸状部3a的半径的50％以上的位置。另外，图9中，在离凸状部3a的轴线为凸状部3a的半径的50％的位置以双点划线图示有圆C1。
符号说明
1、21-放电管；2-绝缘性中空体；3、23-密封电极；3a、23a-凸状部；3b、23b-凸状部的前端面；4-放电触发膜；5、25-放电活性层。
Claims (4)
1.一种放电管，其特征在于，具备：
筒状的绝缘性中空体，至少在两端具有开口部；及
至少一对密封电极，通过封闭所述开口部而在内部密封放电控制气体，且所述至少一对密封电极相互对置，
在所述绝缘性中空体的内周面设置有由导电性材料所形成的放电触发膜，
所述密封电极具有凸状部及放电活性层，所述凸状部向所述绝缘性中空体内突出，所述放电活性层由电子放射特性比所述密封电极的材料高的材料形成于所述凸状部的前端部，
在所述凸状部的前端部且前端面的外周缘附近，沿着所述外周缘而形成有多个所述放电活性层，或沿着所述外周缘而延伸形成有所述放电活性层，
所述凸状部的前端面的中央部被设为未形成所述放电活性层的区域。
2.根据权利要求1所述的放电管，其特征在于，
所述绝缘性中空体是圆筒状，并且所述凸状部是圆柱状；
所述放电活性层形成于离所述凸状部的轴线等距离的位置。
3.根据权利要求1所述的放电管，其特征在于，
所述放电活性层形成于所述凸状部的前端部的外周面。
4.根据权利要求1所述的放电管，其特征在于，
所述放电活性层以Si及O为主要成分，包含Na、Cs和C中的至少一个。
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