JP3125264U

JP3125264U - 放電管

Info

Publication number: JP3125264U
Application number: JP2006005252U
Authority: JP
Inventors: 孝一今井; 俊行田中
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2016-06-30

Abstract

【課題】放電開始電圧の変動及び早期点弧を生じることのない長寿命な放電管を実現する。
【解決手段】ケース部材12の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材14，14で気密に封止することによって気密外囲器16を形成すると共に、上記蓋部材14，14の放電電極部18，18間に放電間隙22を形成し、また、気密外囲器16内に、放電ガスを封入すると共に、上記放電電極部18の表面に電子放出特性が良好な物質を含有した被膜30を形成して成る放電管において、ネオンとアルゴンの混合ガス中に、水素を混合して上記放電ガスを構成すると共に、該放電ガス中の水素の混合割合を１０〜７５体積％と成した。
【選択図】図１

Description

この考案は放電管に係り、特に、プロジェクターや自動車のメタルハライドランプ等の高圧放電ランプやガス調理器等の着火プラグに、点灯用又は着火用の定電圧を供給するためのスイッチングスパークギャップとして、或いは、サージ電圧を吸収するためのガスアレスタ（避雷管）として好適に使用できる放電管に関する。

この種の放電管として、本出願人は、先に特開２００３−７４２０号を提案した。この放電管60は、図１０に示すように、両端が開口した絶縁材よりなる円筒状のケース部材62の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材64，64で気密に封止することによって気密外囲器66を形成し、該気密外囲器66内に、所定の放電ガスを封入してなる。

上記蓋部材64は、気密外囲器66の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部68と、ケース部材62の端面に接する接合部70を備えており、両蓋部材64，64の放電電極部68，68間には、所定の放電間隙72が形成されている。
また、上記ケース部材62の内壁面74の円周方向に、微小放電間隙76を隔てて対向配置された一対のトリガ放電膜78，78が、複数組形成されている。一対のトリガ放電膜78，78の内、一方のトリガ放電膜78は、一方の放電電極部68と電気的に接続され、他方のトリガ放電膜78は、他方の放電電極部68と電気的に接続されている。

上記放電電極部68の表面には、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜80が形成されている。このアルカリヨウ化物としては、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）等のアルカリヨウ化物の単体又は混合物が該当する。
上記気密外囲器66内に封入する放電ガスとしては、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスあるいは窒素ガス等の不活性ガスの単体又は混合ガスが該当する。また、希ガスあるいは不活性ガスの単体又は混合ガスと、ハロゲンを含む気体やＯ_２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。

上記構成を備えた放電管60の放電電極部68，68間に、当該放電管60の放電開始電圧以上の電圧が印加されると、トリガ放電膜78，78間の微小放電間隙76に電界が集中し、これにより微小放電間隙76に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部68，68間の放電間隙72へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行するのである。
特開２００３−７４２０号

ところで、上記放電ガスとしてネオンとアルゴンの混合ガスを用いる場合、放電開始電圧（初期放電開始電圧及び追随放電開始電圧）が徐々に上昇して放電遅れが発生することを防止するため、上記ネオンとアルゴンの混合ガス中に、放電遅れの防止に効果がある水素を混合させることが行われている。
しかしながら、混合する水素の量が少ない場合には、放電開始電圧の変動（初期放電開始電圧の上昇及び追随放電開始電圧の低下）を招き、一方、混合する水素の量が多い場合には、規定電圧より低い電圧で放電してしまう早期点弧を誘発していた。

この考案は、従来の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電開始電圧の変動及び早期点弧を生じることのない長寿命な放電管を実現することにある。

本考案者らは、ネオンとアルゴンの混合ガス中に混合する水素の割合について種々検討を試みた結果、放電開始電圧の変動及び早期点弧の発生を効果的に防止できる水素の混合割合を見出し、本考案を完成するに至ったものである。
すなわち、本考案に係る放電管は、複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置し、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入すると共に、上記放電電極の表面に電子放出特性が良好な物質を含有した被膜を形成して成る放電管において、ネオンとアルゴンの混合ガス中に、水素を混合して上記放電ガスを構成すると共に、該放電ガス中の水素の混合割合を１０〜７５体積％と成したことを特徴とする。
上記ネオンとアルゴンの混合ガス中のアルゴンの混合割合は５〜７５体積％と成すのが好ましい。
電子放出特性が良好な物質を含有した上記被膜は、臭化セシウムが含有された被膜で構成することができる。

上記放電電極の表面に多数の穴部を形成すると共に、該穴部内面及び放電電極の表面に、上記被膜を形成するようにしても良い。

本考案に係る放電管にあっては、ネオンとアルゴンの混合ガス中に、水素を混合して放電ガスを構成すると共に、該放電ガス中の水素の混合割合を１０〜７５体積％と成したことにより、放電開始電圧の変動及び早期点弧を生じることのない長寿命な放電管を実現することができる。

また、放電電極の表面に多数の穴部を形成すると共に、該穴部内面及び放電電極の表面に、上記被膜を形成した場合には、被膜と放電電極との密着力が向上し、放電時の衝撃による被膜のスパッタを抑制することができる。

本考案に係る放電管10は、図１及び図２に示すように、両端が開口した絶縁材としてのセラミックよりなる円筒状のケース部材12の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材14，14で気密に封止することによって気密外囲器16を形成してなる。

上記蓋部材14は、気密外囲器16の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部18と、ケース部材12の端面に接する接合部20を備えており、両蓋部材14，14の放電電極部18，18間には、所定の放電間隙22が形成されている。
放電電極部18と接合部20を備えた上記蓋部材14は、無酸素銅や、無酸素銅にジルコニウム（Ｚｒ）を含有させたジルコニウム銅で構成されている。尚、ケース部材12の端面と蓋部材14の接合部20とは、銀ろう等のシール材（図示せず）を介して気密封止されている。

また、上記ケース部材12の内壁面24には、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材14，14と微小放電間隙26を隔てて配置された線状のトリガ放電膜28が複数形成されている。図１及び図２においては、トリガ放電膜28を、ケース部材12の内壁面24の円周方向に、４５度間隔で８本形成した場合が例示されている。
上記トリガ放電膜28は、カーボン系材料等の導電性材料で構成されている。このトリガ放電膜28は、例えば、カーボン系材料より成る芯材を擦り付けることにより形成することができる。

上記放電電極部18の表面には、電子放出特性が良好な物質を含有した被膜30が形成されている。
電子放出特性が良好な物質を含有した上記被膜30は、例えば、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）が含有された被膜30で形成することができる。この被膜30は、臭化セシウムの粉末を、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに添加したものを、放電電極部18表面に塗布することによって形成することができる。
この場合、臭化セシウムが０．０１〜７０重量％、バインダーが９９．９９〜３０重量％の配合割合で混合される。
また、バインダー中の珪酸ナトリウム溶液と純水との配合割合は、珪酸ナトリウム溶液が０．０１〜７０重量％、純水が９９．９９〜３０重量％の配合割合で混合される。

上記気密外囲器16内には、ネオン（Ｎｅ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス中に、水素（Ｈ_２）を混合して構成した放電ガスが封入されており、該放電ガス中の水素の混合割合は１０〜７５体積％と成されている。
また、上記ネオンとアルゴンの混合ガス中のアルゴンの混合割合は５〜７５体積％と成されている。

本考案の上記放電管10にあっては、放電電極を兼ねた上記一対の蓋部材14，14間に、当該放電管10の放電開始電圧以上の電圧が印加されると、トリガ放電膜28の両端と蓋部材14，14間の微小放電間隙26に電界が集中し、これにより微小放電間隙26に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部18，18間の放電間隙22へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行するのである。

而して、本考案の放電管10にあっては、上記の通り、ネオン（Ｎｅ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス中に、水素（Ｈ_２）を混合して放電ガスを構成すると共に、該放電ガス中の水素の混合割合を１０〜７５体積％と成したことにより、放電開始電圧の変動及び早期点弧を生じることのない長寿命な放電管を実現することができる。

以下において、本考案に係る放電管10と、比較例の放電管に関して行った実験結果を示す。
図３は、放電ガス中の水素の混合割合が３０体積％と成された本考案に係る放電管（Ａ）10、放電ガス中の水素の混合割合が５０体積％と成された本考案に係る放電管（Ｂ）10、放電ガス中の水素の混合割合が５体積％と成された比較例の放電管（Ｃ）、放電ガス中の水素の混合割合が８０体積％と成された比較例の放電管（Ｄ）に関して、暗中環境下における放電回数と初期放電開始電圧との関係を示すグラフである。

また、図４は、放電ガス中の水素の混合割合が３０体積％と成された本考案に係る放電管（Ａ）10、放電ガス中の水素の混合割合が５０体積％と成された本考案に係る放電管（Ｂ）10、放電ガス中の水素の混合割合が５体積％と成された比較例の放電管（Ｃ）、放電ガス中の水素の混合割合が８０体積％と成された比較例の放電管（Ｄ）に関して、暗中環境下における放電回数と追随放電開始電圧との関係を示すグラフである。

これら放電管は、何れも放電開始電圧が８００Ｖに設定されているものを用いており、初期放電開始電圧の場合には９８０Ｖ以上、或いは、７２０Ｖ以下、追随放電開始電圧の場合には９２０Ｖ以上、或いは、７２０Ｖ以下になると使用に適さないものとする。
また、上記放電管は、放電電極部18の表面に、バインダー１０グラム（珪酸ナトリウム溶液：純水＝４グラム：６グラム）に対して臭化セシウムを２グラム含有させた被膜30を形成して成る。
尚、初期放電開始電圧は、放電管を繰り返し動作させた場合における初回の放電開始電圧のことをいい、この初期放電開始電圧に続く２回目以降の放電開始電圧を追随放電開始電圧という。

図５は、放電ガス中の水素の混合割合が８０体積％と成された比較例の放電管（Ｄ）を、周波数２００Ｈｚ（５ｍｓ）間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移を示すチャート、図６は、本考案に係る放電管（Ａ）及び（Ｂ）10を、周波数２００Ｈｚ（５ｍｓ）間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移を示すチャートである。

図３及び図４のグラフに示される通り、放電ガス中の水素の混合割合が５体積％と成された比較例の放電管（Ｃ）は、放電回数が２０万回に達する前に、初期放電開始電圧が９８０Ｖ以上、且つ、追随放電開始電圧が７２０Ｖ以下となり使用に適さなくなっている。
また、放電ガス中の水素の混合割合が８０体積％と成された比較例の放電管（Ｄ）は、放電回数が２０万回となっても初期放電開始電圧及び追随放電開始電圧ともに、規定値の範囲内に収まっているが、図５のチャートに示される通り、早期点弧が発生しており、好ましいものではない。
これに対し、本考案の放電管（Ａ）及び（Ｂ）10は、放電回数が２０万回となっても初期放電開始電圧及び追随放電開始電圧ともに、規定値の範囲内に収まっており（図３及び図４）、且つ、図６のチャートに示される通り、早期点弧も発生することなく放電開始電圧が８００Ｖで安定しており、放電開始電圧の変動及び早期点弧を生じることのない長寿命な放電管が実現されている。

図７及び図８は、本考案に係る放電管10の変形例を示すものであり、該放電管10の変形例は、放電電極部18の表面に、有底の穴部31が多数形成されており、穴部31内面及び放電電極部18の表面に、上記被膜30が形成されている点に特徴を有している。
また、この放電管10の変形例においては、被膜30が、放電電極部18の全面に形成されているものではなく、放電電極部18表面の周縁に沿って、被膜30の形成されないマージン部32が残されるように設けられている。
上記マージン部32は、放電電極部18の周縁と被膜30とが最も接近している箇所において、放電電極部18表面の最大径Ｘの７．５％以上の幅Ｙとなるように設けられている。
尚、図８においては、上記被膜30を略方形状に形成しているが、これに限定されるものではなく、略円形状に被膜30を形成しても勿論良い。

本考案に係る放電管10の変形例にあっては、放電電極部18の表面に多数の穴部31を形成し、穴部31内面及び放電電極部18の表面に、電子放出特性が良好な物質を含有した被膜30を形成したことにより、被膜30と放電電極部18との密着力が向上し、放電時の衝撃による被膜30のスパッタを抑制することができる。また、被膜30と放電電極部18との密着力が向上する結果、臭化セシウム等の電子放出特性が良好な物質を上記バインダーに添加したものを、放電電極部18表面に塗布・乾燥させて形成した場合に、乾燥後の被膜30の厚さを略均一化することができる。
さらに、放電電極部18の周縁に沿って、被膜30の形成されないマージン部32を設けたことにより、マージン部32の幅に相当する分、被膜30とトリガ放電膜28間の距離が拡大するので、被膜30がスパッタされた場合でも、トリガ放電膜28に付着・堆積する被膜30の構成材料の量を抑制することができる。

尚、被膜30がスパッタされた場合にトリガ放電膜28に付着・堆積する被膜30の構成材料の量を抑制する観点から、上記の通り、マージン部32は、放電電極部18の周縁と被膜30とが最も接近している箇所において、放電電極部18表面の最大径Ｘの７．５％以上の幅Ｙとなるように設けるのが適当である。
一方、マージン部32の幅Ｙが大きすぎると、被膜30の被着面積が小さくなり、その結果、集中放電が生成して放電特性の劣化を生じる虞がある。従って、集中放電の生成による放電特性の劣化を防止する観点から、マージン部32は、放電電極部18の周縁と被膜30とが最も接近している箇所において、放電電極部18表面の最大径Ｘの４０％以下の幅Ｙとなるように設けるのが適当である。

本考案に係る放電管を示す概略断面図である。図１のＡ−Ａ概略断面図である。本考案に係る放電管と比較例の放電管における、放電回数と初期放電開始電圧との関係を示すグラフである。本考案に係る放電管と比較例の放電管における、放電回数と追随放電開始電圧との関係を示すグラフである。比較例の放電管を、周波数２００Ｈｚ間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移を示すチャートである。本考案に係る放電管を、周波数２００Ｈｚ間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移を示すチャートである。本考案に係る放電管の変形例を示す要部拡大断面図である。本考案に係る放電管の変形例の放電電極部表面を示す拡大図である。従来の放電管を示す断面図である。

符号の説明

10 放電管
12 ケース部材
14 蓋部材
16 気密外囲器
18 放電電極部
22 放電間隙
26 微小放電間隙
28 トリガ放電膜
30 被膜
31 穴部
32 マージン部

Claims

複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置し、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入すると共に、上記放電電極の表面に電子放出特性が良好な物質を含有した被膜を形成して成る放電管において、ネオンとアルゴンの混合ガス中に、水素を混合して上記放電ガスを構成すると共に、該放電ガス中の水素の混合割合を１０〜７５体積％と成したことを特徴とする放電管。
上記ネオンとアルゴンの混合ガス中のアルゴンの混合割合が５〜７５体積％と成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電管。
電子放出特性が良好な物質を含有した上記被膜を、臭化セシウムが含有された被膜で構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電管。
上記放電電極の表面に多数の穴部を形成すると共に、該穴部内面及び放電電極の表面に、上記被膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の放電管。