JP3151069U

JP3151069U - 放電管

Info

Publication number: JP3151069U
Application number: JP2009001886U
Authority: JP
Inventors: 孝一今井; 裕丹羽
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

【課題】直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現する。【解決手段】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を形成すると共に、該気密外囲器16内に放電ガスを封入して成る放電管であって、上記蓋部材14，14の放電電極部18，18間に放電間隙22を形成すると共に、ケース部材12の内壁面24に、微小放電間隙26を隔てて対向配置され、上記一対の蓋部材14，14と電気的に接続された一対のトリガ放電膜28，28を複数組形成し、さらに、上記放電電極部18の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜30を形成すると共に、上記放電ガスを純アルゴンで構成した。【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２００５−１９０８０４号を提案した。この放電管60は、図１６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には、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材64，64と微小放電間隙76を隔てて対向配置された線状のトリガ放電膜78が複数形成されている。

上記放電電極部68の表面には、ヨウ化カリウム（ＫＩ）を、珪酸ナトリウムと純水よりなるバインダーに添加したものを被着することにより、ヨウ化カリウムが含有された被膜80が形成されている。この被膜80は、放電開始電圧の安定に効果的であり、且つ、仕事関数が小さく電子放出特性に優れていて放電開始電圧を低下させる作用を有するものである。
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、ネオン、アルゴン、Ｈ_２の混合ガスが該当する。

上記構成を備えた放電管60にあっては、放電電極を兼ねた上記一対の蓋部材64，64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の両端と蓋部材64，64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２００５−１９０８０４号

ヨウ化カリウムが含有された上記被膜80は、放電開始電圧の安定に効果的であり、且つ、仕事関数が小さく電子放出特性に優れていて放電開始電圧を低下させる作用を有するものである。

しかしながら、放電電極部68の表面にヨウ化カリウムが含有された被膜80を形成して成る上記放電管60は、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能が劣っていた。
尚、続流とは、放電管60を電源ラインに接続した場合に、上記アーク放電によって放電管60の両端間の電圧が電源ラインのピーク電圧以下にまで急激に低下するため、電圧印加後にも電源電圧によって持続放電が生じる減少のことをいう。

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、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現することにある。

本考案者らは、被膜に含有させる材料、及び、放電ガスの構成材料について種々検討を試みた結果、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスで被膜を構成すると共に、放電ガスを純アルゴンで構成した場合に、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現できることを見出し、本考案を完成するに至ったものである。

すなわち、請求項１に記載の放電管は、複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管であって、上記放電電極の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成すると共に、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の放電管は、複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管であって、上記放電電極の表面に、多数の穴部を形成すると共に、上記穴部内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成すると共に、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする。

請求項３に記載の放電管は、請求項１又は２に記載の放電管において、一対の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、気密外囲器の内壁面に、微小放電間隙を隔てて対向配置され、上記一対の放電電極と電気的に接続された一対のトリガ放電膜を複数組形成したことを特徴とする。

請求項４に記載の放電管は、円筒状のケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に封止することによって気密外囲器を形成すると共に、該気密外囲器内に放電ガスを封入し、また、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の放電電極部間に放電間隙を形成すると共に、上記ケース部材の内壁面に、微小放電間隙を隔てて対向配置され、上記一対の蓋部材と電気的に接続された一対のトリガ放電膜を複数組形成してなる放電管であって、上記放電電極部の表面に、上記円筒状のケース部材の内壁面と同心の円上に配置される多数の穴部を形成すると共に、上記穴部内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成し、さらに、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする。

本考案に係る請求項１乃至請求項４に記載の放電管にあっては、放電電極（放電電極部）の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成すると共に、放電ガスを純アルゴンで構成したことにより、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現することができる。

また、請求項２に記載の放電管にあっては、放電電極部の表面に多数の穴部を形成し、該穴部内面に被膜を形成したことにより、放電電極部と被膜の密着力が向上し、放電時の衝撃による被膜のスパッタを抑制する効果を奏する。

尚、放電ガスを純アルゴンで構成した場合、続流遮断性能の向上に寄与するものの、電圧印加時の応答性が悪く放電遅れを生じることがあるが、請求項３に記載の放電管における、微小放電間隙を隔てて対向配置され、一対の放電電極と電気的に接続された一対のトリガ放電膜は、微小放電間隙における電界集中の度合が強く、電子を大量に放出できるため、電圧印加時の応答性が良好であり、放電遅れの発生を防止することができる。
同様に、請求項４に記載の放電管における、微小放電間隙を隔てて対向配置され、放電電極を兼ねた一対の蓋部材と電気的に接続された一対のトリガ放電膜は、微小放電間隙における電界集中の度合が強く、電子を大量に放出できるため、電圧印加時の応答性が良好であり、放電遅れの発生を防止することができる。

尚、放電時の衝撃で被膜はスパッタされやすく、スパッタで飛散した被膜の構成材料（以下、スパッタ飛散物と称する）がケース部材の内壁面やトリガ放電膜に付着・堆積することが、放電開始電圧の不安定化をもたらす原因であり、特に、スパッタ飛散物の堆積量が、ケース部材の内壁面やトリガ放電膜の箇所毎にバラバラであることが、放電開始電圧の不安定化を促進する大きな要因となっている。
本考案に係る請求項４に記載の放電管にあっては、被膜が形成される多数の穴部を、円筒状のケース部材の内壁面と同心の円上に配置形成したので、同一の円上に配置された各穴部とケース部材の内壁面との距離は全て同一となる。
このため、ケース部材の内壁面の特定の箇所及び特定のトリガ放電膜において、スパッタ飛散物の堆積量に多少の差が生じることを抑制でき、ケース部材の内壁面及びトリガ放電膜へのスパッタ飛散物の堆積量が平準化されるので、放電開始電圧の安定化を実現できる。

図１及び図２に示す本考案に係る第１の放電管10は、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略円柱状の放電電極部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、微小放電間隙26を隔てて対向配置された一対のトリガ放電膜28，28が、複数組形成されている。一対のトリガ放電膜28，28の内、一方のトリガ放電膜28は、一方の蓋部材14と電気的に接続され、他方のトリガ放電膜28は、他方の蓋部材14と電気的に接続されている。図１及び図２においては、一対のトリガ放電膜28を、ケース部材12の内壁面24の円周方向に、４５度の等間隔で８組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、五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）−酸化亜鉛（ＺｎＯ）−酸化バリウム（ＢａＯ）−二酸化テルル（ＴｅＯ_２）系ガラスが含有された被膜30が形成されている。

上記被膜30は、以下の方法で形成される。
先ず、純水に珪酸ナトリウムを溶解させて成るバインダーと、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスの粉末を準備する。
次に、上記バインダー中に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスの粉末を添加後、撹拌する。
次に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスの粉末が添加された上記バインダーを、放電電極部18表面に塗布する。
そして、ケース部材12と蓋部材14との気密封止工程において、ケース部材12を加熱しつつケース部材12内の真空排気が行われると、上記加熱の過程で、バインダー中の水分が蒸発する。
以上の結果、放電電極部18表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された上記被膜30が形成される。

上記五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスにおける、五酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、二酸化テルルの組成割合は、五酸化バナジウムが０．０１〜９０重量％、酸化亜鉛が０．０１〜９０重量％、酸化バリウムが０．０１〜９０重量％、二酸化テルルが０．０１〜９０重量％と成すのが、続流遮断性能の向上の観点から好ましい。

また、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスと、バインダーとの配合割合は、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが０．１〜５０重量％、バインダーが９９．９〜５０重量％と成される。
尚、バインダー中の珪酸ナトリウムと純水との配合割合は、珪酸ナトリウムが０．０１〜７０重量％、純水が９９．９９〜３０重量％の配合割合で混合される。

また、上記気密外囲器16内には、純アルゴン（Ａｒ）より成る放電ガス封入されている。

本考案の上記第１の放電管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28，28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。

本考案の第１の放電管10にあっては、放電電極部18の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜30を形成すると共に、放電ガスを純アルゴンで構成したことにより、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現することができる。

尚、放電ガスを純アルゴンで構成した場合、続流遮断性能の向上に寄与するものの、電圧印加時の応答性が悪く放電遅れを生じることがあるが、微小放電間隙26を隔てて対向配置され、放電電極を兼ねた上記一対の蓋部材14，14と電気的に接続された一対のトリガ放電膜28，28は、微小放電間隙26における電界集中の度合が強く、電子を大量に放出できるため、電圧印加時の応答性が良好であり、放電遅れの発生を防止することができる。

図３乃至図６は、本考案に係る第２の放電管40を示すものであり、この第２の放電管40は、放電電極部18の表面に、略直方体状の多数の穴部29を略マトリクス状に配置形成し、各穴部29内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜30を形成した点に特徴を有するものであり、その他の構成は、上記第１の放電管10と実質的に同一である。

本考案の上記第２の放電管40にあっても、上記第１の放電管10と同様に、放電電極部18の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜30を形成すると共に、放電ガスを純アルゴンで構成したことにより、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現することができる。
尚、第２の放電管40は、放電電極部18の表面に多数の穴部29を形成し、該穴部29内面に上記被膜30を形成したことにより、放電電極部18と被膜30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効果を奏する。

本考案者らは、本考案に係る第２の放電管40と、比較例の放電管について続流遮断性能試験を行った。
試験に使用した第２の放電管40は、純水４ｇに珪酸ナトリウム１ｇを溶解させて成るバインダーに、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスの粉末０．４３ｇを添加後、放電電極部18表面の穴部29内面に塗布・乾燥させて上記被膜30を形成したものを用いた。
一方、比較例の放電管は、第２の放電管40における五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスを含有した被膜30に代えて、ヨウ化カリウムを含有した被膜を形成したものを用いた。より具体的には、純水４ｇに珪酸ナトリウム１ｇを溶解させて成るバインダーに、ヨウ化カリウムの粉末２ｇを添加後、第２の放電管40における放電電極部18表面の穴部29内面に塗布・乾燥させて被膜を形成したものを用いた。

続流遮断性能試験は、第２の放電管40及び比較例の放電管を、図７に示す回路に組み込み、ライン側端子１，２間を短絡してＤＣ１４０Ｖ、０．２５Ａの直流電流が流れるよう抵抗を調整した上で、インパルス発生器により１．２／５０μｓ、１０ｋＶのインパルス電圧を印加し、直流電流が遮断されるまでの時間をオシロスコープで計測することにより行った。

図８は、比較例の放電管のオシロスコープによる測定波形であり、図９は、第２の放電管40のオシロスコープによる測定波形である。
図８に示すように、比較例の放電管は、インパルス電圧を印加後、直流電流が遮断されるまでの時間が１０３ｍｓであったのに対して、図９に示すように、第２の放電管40は、インパルス電圧を印加後、直流電流が遮断されるまでの時間は０．２６ｍｓであり、第２の放電管40は比較例の放電管より約３９６倍も続流遮断性能が優れているものである。

図１０乃至図１３は、本考案に係る第３の放電管50を示すものであり、この第３の放電管50は、放電電極部18の表面に、略半球状の穴部29を多数形成し、各穴部29内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された上記被膜30を形成した点に特徴を有するものであり、その他の構成は、上記第１の放電管10と実質的に同一である。
図１１及び図１３に示すように、上記穴部29は、円筒状のケース部材12の内壁面24と同心の円（以下、同心円と称する）Ｘ，Ｙ上に等間隔で配置形成されている。すなわち、同心円Ｘ上に、３０度の等間隔で１２個の穴部29が形成され、また、同心円Ｙ上に、９０度の等間隔で４個の穴部29が形成されている。また、円筒状のケース部材12の円心の位置にも１個の穴部29が配置形成されている。
尚、図１１及び図１３の同心円Ｘ，Ｙは説明の便宜上示した仮想円である。

尚、放電電極部18の表面に形成する穴部29の形状は、上記した「略半球状」に限定されるものではなく、図１４及び図１５の第３の放電管50の変形例に示すように、「略直方体状」であっても良い。
もっとも、穴部29を「略半球状」と成した場合の方が、被膜30の状態が安定化し、放電特性のバラツキを低減することができるので好ましい。すなわち、穴部29を「略半球状」と成した場合には、穴部29の全方向から表面張力が均等に掛かり、その結果、被膜30が全方向に均等に形成されるため、被膜30の状態が安定化し、放電特性のバラツキを低減することができるのである。

本考案の上記第３の放電管50にあっても、上記第１の放電管10と同様に、放電電極部18の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜30を形成すると共に、放電ガスを純アルゴンで構成したことにより、直流電圧が印加された状態での続流遮断性能に優れた放電管を実現することができる。

尚、放電時の衝撃で上記被膜30はスパッタされやすく、スパッタ飛散物がケース部材12の内壁面24やトリガ放電膜28に付着・堆積することが、放電開始電圧の不安定化をもたらす原因であり、特に、スパッタ飛散物の堆積量が、ケース部材12の内壁面24やトリガ放電膜28の箇所毎にバラバラであることが、放電開始電圧の不安定化を促進する大きな要因となっている。
すなわち、上記２の放電管40の如く、被膜30の形成される穴部29が、放電電極部18の表面にマトリクス状に配置形成されていると、円筒状のケース部材12の内壁面24と各穴部29との距離がバラバラであるため、穴部29との距離が小さい箇所のケース部材12の内壁面24・トリガ放電膜28へのスパッタ飛散物の堆積量は多くなり、一方、穴部29との距離が大きい箇所のケース部材12の内壁面24・トリガ放電膜28へのスパッタ飛散物の堆積量は少ないことから、放電開始電圧の不安定化を生じることがある。
これに対し、本考案に係る第３の放電管50にあっては、被膜30が形成される多数の穴部29を、円筒状のケース部材12の内壁面24と同心の円Ｘ，Ｙ上に配置形成したので、同一の円Ｘ又はＹ上に配置された各穴部29とケース部材12の内壁面24との距離は全て同一となる。
このため、ケース部材12の内壁面24の特定の箇所及び特定のトリガ放電膜28において、スパッタ飛散物の堆積量に多少の差が生じることを抑制でき、ケース部材12の内壁面24及びトリガ放電膜28へのスパッタ飛散物の堆積量が平準化されるので、放電開始電圧の安定化を実現できる。

本考案に係る第１の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。本考案に係る第２の放電管を示す概略断面図である。図３のＢ−Ｂ概略断面図である。本考案に係る第２の放電管の要部拡大断面図である。本考案に係る第２の放電管の放電電極部表面を示す拡大図である。本考案に係る第２の放電管及び比較例の放電管の続流遮断性能試験における回路図である。続流遮断性能試験における比較例の放電管のオシロスコープによる測定波形の説明図である。続流遮断性能試験における第２の放電管のオシロスコープによる測定波形の説明図である。本考案に係る第３の放電管を示す概略断面図である。図１１のＣ−Ｃ概略断面図である。本考案に係る第３の放電管の要部拡大断面図である。本考案に係る第３の放電管の放電電極部表面を示す拡大図である。本考案に係る第３の放電管の変形例の放電電極部表面を示す拡大図である。本考案に係る第３の放電管の変形例の要部拡大断面図である。従来の放電管を示す概略断面図である。

10 第１の放電管
12 ケース部材
14 蓋部材
16 気密外囲器
18 放電電極部
20 接合部
22 放電間隙
24 ケース部材の内壁面
26 微小放電間隙
28 トリガ放電膜
29 穴部
30 被膜
40 第２の放電管
50 第３の放電管
Ｘ円筒状のケース部材の内壁面と同心の円
Ｙ円筒状のケース部材の内壁面と同心の円

Claims

複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管であって、上記放電電極の表面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成すると共に、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする放電管。
複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管であって、上記放電電極の表面に、多数の穴部を形成すると共に、上記穴部内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成すると共に、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする放電管。
一対の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、上記気密外囲器の内壁面に、微小放電間隙を隔てて対向配置され、上記一対の放電電極と電気的に接続された一対のトリガ放電膜を複数組形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。
円筒状のケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に封止することによって気密外囲器を形成すると共に、該気密外囲器内に放電ガスを封入し、また、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の放電電極部間に放電間隙を形成すると共に、上記ケース部材の内壁面に、微小放電間隙を隔てて対向配置され、上記一対の蓋部材と電気的に接続された一対のトリガ放電膜を複数組形成してなる放電管であって、上記放電電極部の表面に、上記円筒状のケース部材の内壁面と同心の円上に配置される多数の穴部を形成すると共に、上記穴部内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜を形成し、さらに、上記放電ガスを純アルゴンで構成したことを特徴とする放電管。