JP4185732B2 - 放電管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電管及びその製造方法に関し、更に詳細にはセラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室内に所定のガスが封入され、且つ前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器をサージから保護する避雷管等に使用される放電管として、例えば特開平１０−３１２８７７号公報には、図１に示す放電管が提案されている。図１に示す放電管は、セラミック製の外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされて形成されている共に、ガスが封入されている気密室１３内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向するように、フランジ部１０ａ、１２ａの各々の略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂが挿入されている。
更に、放電を誘発し易くすべく、外囲器４の内壁面にカーボンの細線を引いて形成したトリガ線１６、１６が設けられている。このトリガ線１６，１６は、放電電極１０ｂ、１２ｂの突出長ｌよりも若干短く設けられる。
かかる放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面には、図２に示す様に、凹部１８が形成され、この凹部１８の内壁面を含む端面に放電安定物質層２０が形成されている。
この放電安定物質層２０は、主としてチタン酸バリウム（BaTiO3）等の誘電体物質から成り、珪酸ナトリウム（Na2SiO3）等の担持体物質の水溶液中にチタン酸バリウム（BaTiO3）等の誘電体物質を混合させた混合液を塗布することによって形成できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び図２に示す放電電極１０ｂ、１２ｂを具備する放電管では、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に放電安定物質層２０が形成されているため、安定した放電がなされる。
しかし、従来の放電管では、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧が大幅に上昇し、再度サージを受けた際に、当初予定していた以上の電圧が放電管を経由して機器内に浸入するおそれがある。
更に、従来の放電管は、繰り返しサージを受けて放電を繰り返すと、早期に絶縁劣化が発生し、その寿命が短い。
また、従来の放電管では、近くに落雷を受けたような場合に加えられる急激なサージに対するインパルス放電開始電圧が高く、インパルス放電開始電圧の低下も望まれている。
そこで、本発明の第１の課題は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、且つ繰り返しサージを受けて放電を繰り返しても、その寿命の延長を図り得る放電管及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の第２の課題は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができ、且つインパルス放電開始電圧の低下も図り得る放電管及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記第１の課題を解決すべく検討した結果、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び珪酸ナトリウムから成る混合物を、放電電極の各端面に塗布して形成した放電安定物質層を具備する放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制できること、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができることを見出し、第１の本発明に到達した。
すなわち、第１の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、且つ前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管にある。
また、第１の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法でもある。
【０００５】
更に、本発明者は、前記第２の課題について検討を重ねた結果、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、臭化カリウム（KBr）及び珪酸ナトリウムから成る混合物を、放電電極の各端面に塗布して形成した放電安定物質層を具備する放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制できること、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができること、及びインパルス放電開始電圧の低下も図ることができることを見出し、第２の本発明に到達した。
すなわち、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、且つ前記混合物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管にある。
また、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法にある。
更に、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層を放電安定物質層に形成でき、且つ前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、前記気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着できるように、前記塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施すことを特徴とする放電管の製造方法でもある。
【０００６】
かかる第２の本発明において、混合物中のハロゲン化金属の含有量を、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％とすることが好ましい。
かかるハロゲン化金属としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物を好適に用いることができる。
【０００７】
第１の本発明及び第２の本発明において、所定量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されている混合物を放電電極の端面に塗布して形成した放電安定物質層を、放電電極の端面に設けた放電管によれば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されていない混合物を放電電極の端面に塗布して放電安定物質層を形成した従来の放電管に比較して、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができる。
この詳細な理由は依然として不明であるが、以下のように推察できる。
つまり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、混合物中に含有する誘電体物質に比較して硬い物質である。このため、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、放電の衝撃を受けても誘電体物質のように弾き飛ばされたり粉砕されて放電電極の端面から除去されず、依然として放電電極の端面に存在している。
したがって、放電電極の端面に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する混合物を塗布して形成された放電安定物質層は、放電に対して耐久性を有する。その結果、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができるものと考えられる。
【０００８】
また、第２の本発明では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びハロゲン化金属を含有する混合物を、放電電極の端面に塗布して形成した放電安定物質層を、放電電極の端面に具備する放電管によれば、インパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。
この詳細な理由も依然として不明であるが、以下のように推察できる。
つまり、放電管では、サージを受けて放電電極に電圧が印加されたとき、放電電極の端面間には前駆放電が発生し、気密室内に充填されたアルゴンガス等の不活性ガスの活性化がなされた後、主放電が発生する。
従来の放電管では、放電電極に急速に電圧が印加された場合、放電電極への電圧の印加速度に対して、気密室内に充填された不活性ガスの活性化に時間が掛かるため、インパルス放電開始電圧が高くなる。
この点、第２の本発明では、放電電極の端面間に発生する前駆放電によって容易にイオン化し易いハロゲン化金属が放電安定物質層に含有されている。このため、放電電極に急速に電圧が印加された場合、放電電極の端面間に発生する前駆放電によって放電安定物質層中のハロゲン化金属がイオン化して急速に気密室内を主放電が発生し易い雰囲気にできる。その結果、第２の本発明に係る放電管では、従来の放電管に比較して、インパルス放電開始電圧の低下を図ることができるものと考えられる。
また、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に、ハロゲン化金属を形成する金属を付着させた場合には、更にインパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。
この様に、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に、ハロゲン化金属を形成する金属を付着させるには、塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成する際に、前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着することが有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電管の構成部品は、前述した図１に示す放電管の構成部品と同一であるため、各構成部品の詳細な説明は省略する。
本発明では、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層２０が設けられていることが肝要である。この放電安定物質層２０は、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面の全面に亘って形成されていることが好ましい。
かかる混合物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量は、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％（特に、好ましくは１５〜２５重量％）とする。
ここで、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５重量％未満の場合は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合に、その寿命の延長を充分に図れなくなる。他方、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が３０重量％を越える場合は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と誘電体物質等とを充分に混合でき難くなる。
【００１０】
この様に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を用い、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に放電安定物質層２０が形成された放電管を製造するには、先ず、担持体物質としての珪酸ナトリウム（Na2SiO3 ）の水溶液中に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム（BaTiO3 ）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加し混合して混合液を得る。この混合には、市販の混合装置を用いて充分に分散混合を図る。
ここで、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の添加量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して３０％を越える場合には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が分離し易くなる。
得られた混合液を、ライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａの各略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布した後、セラミック製の外囲器１４の両端面に、リング状に成形されたろう材を介して、放電電極１０ｂ、１２ｂが外囲器１４内に挿入されるようにライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａを重ねる。
次いで、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを容器に挿入し、容器内を加熱しつつ減圧する。この加熱温度はろう材の融点未満の温度とする。かかる加熱及び減圧処理によって、外囲器１４内や構成部等から脱酸素を行うことができる。
所定の加熱温度及び減圧度に到達した後、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、容器内をろう材の融点以上に昇温する。かかる不活性ガスの容器内への導入及び昇温によって、外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされ、不活性ガスが封入された気密室内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向する放電管を得ることができる。
【００１１】
この様に、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを挿入した容器内の加熱及び減圧によって、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布された混合液の水分等が飛散し、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に珪酸ナトリウム（Na2SiO3）等の担持体物質から成る被膜を形成する。この被膜は、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面を覆い、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び誘電体物質を担持する放電安定物質層２０を形成する。
この放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面には、図２に示す様に、凹部１８が形成されている。この凹部１８内にも放電安定物質層２０が形成されているため、凹部１８が形成されていない場合に比較して、放電管の寿命を長くできる。
かかる放電電極１０ｂ、１２ｂが挿入された外囲器１４の内壁面には、放電を誘発し易くすべく、放電電極１０ｂ、１２ｂの突出長ｌよりも若干短くなるように、カーボンの細線を引いて形成したトリガ線１６、１６を形成する。
得られた放電管によれば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されていない混合物を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して放電安定物質層２０を形成した従来の放電管に比較して、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができる。
ところで、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を具備する放電管では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有しない混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を具備する従来の放電管に比較して、最初の放電開始電圧が高くなる場合がある。この場合であっても、気密室内に充填されるガス圧を調整することによって、最初の放電開始電圧を、従来の放電管と同程度に調整できる。
【００１２】
誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管でも、インパルス放電開始電圧は、従来の放電管と同レベルである。
この点、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管は、従来の誘電体物質及び担持体物質を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管、或いは誘電体物質、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ，１２ｂの端面に具備する放電管に比較して、インパルス放電開始電圧を低下できる。
かかるハロゲン化金属としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、特に臭化カリウム（KBr）、塩化ナトリウム（NaCl）、塩化カリウム（KCl）又は臭化マグネシウム（MgBr2）を好適に用いることができる。就中、臭化カリウム（KBr）が最も好ましい。その他のハロゲン化金属としては、臭化ニッケル（NiBr2）を用いることができる。
このハロゲン化金属の混合物中の含有量は、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％（特に好ましくは２０〜３０重量％）であることが好ましい。
ここで、ハロゲン化金属の混合物中の含有量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０重量％未満の場合は、ハロゲン化金属を添加する効果が不充分となる傾向にある。他方、４０重量％を越える場合には、誘電体物質及び担持体物質が減少し、放電の安定性等に影響を与え易い傾向にある。
【００１３】
かかるハロゲン化金属を含有する混合物を、塗布して放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に形成した放電管の製造方法は、混合液として誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムが分散混合されている混合液を用いることを除き、前述した放電管の製造方法と同一工程で製造できる。
この放電管の製造方法において、チタン酸バリウム（BaTiO3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び珪酸ナトリウムが分散混合されている混合液を、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して塗布層を形成した後、この塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層２０を形成する際に、この塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室を形成する外囲器１４のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍に付着し得る減圧条件及び加熱条件を採用することが好ましい。
この様に、トリガ線１６，１６が形成された気密室の内壁面近傍にハロゲン化金属の金属の一部が付着していると、インパルス放電開始電圧の更なる低下を図ることができる。
この現象は、放電電極１０ｂ、１２ｂに急速に電圧が印加された場合、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面間のみならず、トリガ線１６，１６との間にも前駆放電が発生する。このため、トリガ線１６，１６の近傍に付着しているハロゲン化金属の金属がイオン化し、急速に気密室内を主放電が発生し易い雰囲気となることに起因するものと推察される。
【００１４】
ところで、塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室を形成する外囲器１４のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍に付着し得る減圧条件及び加熱条件については、採用するハロゲン化金属の種類によって異なるため、予め実験的に求めておくことが好ましい。
例えば、ハロゲン化金属として臭化カリウム（KBr）を採用した場合、臭化カリウム（KBr）を含有する混合液を、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して形成した塗布層を、減圧しつつ加熱し７００℃で６×１０-5Paとした後、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で８９０℃に昇温した。かかる減圧及び加熱条件によって、アルゴンガス等の不活性ガスが封入された気密室のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍にカリウム（K）を付着することができる。この減圧及び加熱条件では、臭化カリウム（KBr）が昇華するものと考えられる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。
実施例１
担持体物質としての珪酸ナトリウム（Na2SiO3）の２０ｇ水溶液中に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム（BaTiO3）の２４ｇ及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の５ｇを添加し、分散混合して混合液を得た。
得られた混合液を、ライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａの略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して塗布層を形成した後、セラミック製の筒状外囲器１４（以下、外囲器１４と称することがある）の両端面に、リング状に成形されたろう材（Ｃｕ８０wt％，Ａｇ２０wt％、ｍｐ７８０℃）を介して、放電電極１０ｂ、１２ｂが外囲器１４内に挿入されるようにライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａを重ねる。
次いで、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを容器に挿入し、外囲器１４内や構成部等から脱酸素を行うべく、容器内を加熱しつつ減圧する。
容器内の温度が７００℃で圧力が６×１０-5Ｐａに到達した後、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、容器内を８９０℃に昇温してろう材の溶融する。かかる不活性ガスの容器内への導入及び昇温によって、外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされ、不活性ガスが封入された気密室内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向する放電管を得ることができる。この放電電極１０ｂ、１２ｂの端面には、放電安定物質層２０が形成されている。
【００１６】
実施例２
実施例１において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の添加量を１０ｇに変更した他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
【００１７】
比較例１
実施例１において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加しなかった他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
【００１８】
実施例３
実施例１、実施例２及び比較例１で得た放電管についての放電寿命特性を調査した。この調査では、得られた各放電管のライン電極１０、１２に、日本電気学会規格に基づいて８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔で所定回数印加した後、暗所で放電開始電圧（ＤＣ）を測定し、その結果を図３〜図４に示した。
この放電開始電圧（ＤＣ）の測定は、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を２ｋＶ／ｓｅｃの速度で昇電し、放電される電圧を測定した。
図３〜図４において、図３は実施例１で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応し、図４は実施例２で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応する。図５は、比較例１で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応する。
図３〜図５では、縦軸に放電開始電圧（ＤＣ）を示し、横軸に示す明所及び暗所は、放電開始電圧に対する光の影響について調査したものである。この明所及び暗所の放電開始電圧の測定では、８×２０μｓで５０００Ａの電流をライン電極１０、１２に印加することなく放電開始電圧を測定した。
また、横軸の回数とは、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でライン電極１０、１２に印加した回数である。従って、回数３では、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でライン電極１０、１２に３回印加した後、暗所で放電開始電圧（ＤＣ）を測定した。
【００１９】
図３〜図５に示す放電寿命調査結果から明らかな様に、図５に示す比較例１で得た放電管では、８×２０μｓで５０００Ａの電流を１回印加した後の放電開始電圧（以下、１回印加後の放電開始電圧と称することがある）が大幅に上昇し、その後の放電開始電圧も放電管の間でのバラツキが大きい。しかも、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でのライン電極１０、１２への印加回数（以下、単に印加回数と称することがある）が１０回程度で、放電開始電圧が急激に低下している。この放電開始電圧の低下は、絶縁破壊が発生しているためである。
これに対し、図３及び図４に示す実施例１及び実施例２で得た放電管では、１回印加後の放電開始電圧の上昇程度が、図５に示す比較例１で得た放電管に比較して小さい。特に、実施例２で得た放電管では、その１回印加後の放電開始電圧の上昇程度が、実施例１で得た放電管の１回印加後の放電開始電圧の上昇程度よりも更に低く抑制されている。
しかも、図３及び図４に示す実施例１及び実施例２で得た放電管では、印加回数を３０回としても、絶縁破壊に因る放電開始電圧の低下が発生しておらず、比較例１で得た放電管に比較して寿命が延長されていることを示している。特に、実施例２で得た放電管では、印加回数が３０回でも、放電開始電圧は安定しており、実施例１で得た放電管よりも更に寿命が延長されている。
ところで、実施例１及び実施例２で得た放電管の明所又は暗所での放電開始電圧が、比較例１で得た放電開始電圧よりも高くなっている。
しかし、実施例１及び実施例２で得た放電管の明所又は暗所での放電開始電圧は、気密室内に封入された不活性ガスのガス圧を調整することによって、比較例１で得た放電管と同程度の値とすることは可能である。
【００２０】
実施例４
実施例１において、下記の表に示すハロゲン化金属を１０ｇ及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を１０ｇ添加した混合液を用いた他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
得られた放電管についての放電寿命特性を、ライン電極１０、１２への印加回数を１０００回まで行った他は、実施例３と同様にして調査し、その結果を図６〜図１０に示す。混合液に添加したハロゲン化金属に対応する調査結果を示す対応図を下記の表に併記する。
【表１】
図６〜図１０に示すハロゲン化金属及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加した混合液を用いて得た放電管の場合、絶縁破壊による放電開始電圧が低下する印加回数は、１００〜１５０回程である。この印加回数は、ハロゲン化金属及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加しなかった混合液を用いて得た図５に示す放電管の印加回数の１０回に比較して大幅に増加しており、図６〜図１０に示す放電管の寿命が長くなっている。
また、図６〜図１０に示す放電管では、１回印加した後の放電開始電圧の上昇率も、図５に示す放電管の１回印加した後の放電開始電圧の上昇率よりも低い。
但し、図６〜図１０に示す放電管の寿命等は、図４に示す放電管の寿命等とは大きな有意差は見出されなかった。
【００２１】
実施例５
実施例２及び実施例４で得た放電管について、放電開始電圧（ＤＣ）とインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）について測定し、その結果を図１１に併記した。
ここで、放電開始電圧（ＤＣ）とは、前述した様に、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を２ｋＶ／ｓｅｃの速度で昇電し、放電される際の電圧をいう。この放電開始電圧（ＤＣ）に対し、インパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）とは、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を１ｋＶ／μｓの速度で昇電し、放電される際の電圧をいう。
図１１には、測定した各放電管の放電開始電圧（ＤＣ）とインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）とについて、最大値と最小値及び平均値を示す。
図１１から明らかな様に、実施例２及び実施例４で得た放電管についての放電開始電圧（ＤＣ）には、大きな差異は見られなかった。
しかし、実施例４で得たハロゲン化金属が添加された混合液を用いて得た放電管のインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）は、実施例２で得たハロゲン化金属が非添加の混合液を用いて得た放電管に比較して低下している。このことは、ハロゲン化金属が添加された混合液を用いて得た放電管は、ライン電極１０、１２に急激に電圧が印加された場合の放電管の応答速度が、ハロゲン化金属が添加されなかった混合液を用いて得た放電管よりも速いことを意味する。
特に、ハロゲン化金属として、臭化カリウム（ＫＢｒ）添加された混合液を用いて得た放電管は、そのインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）が低く且つ放電開始電圧（ＤＣ）も安定している。
【００２２】
【発明の効果】
第１の本発明に係る放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、且つ繰り返しサージを受けて放電を繰り返しても、その寿命の延長できる。このため、放電管の信頼性を向上できる。
また、第２の本発明に係る放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができ、且つインパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。このため、放電管の信頼性を更に一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 放電管の構造を説明する断面図である。
【図２】 図１に示す放電管の放電電極１０ｂの断面図である。
【図３】 第１の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の一例を示すグラフである。
【図４】 第１の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図５】 従来の放電管に関する放電寿命特性を示すグラフである。
【図６】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の一例を示すグラフである。
【図７】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図８】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図９】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図１０】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図１１】 第１の本発明に係る放電管及び第２の本発明に係る放電管の各々に関する、放電開始電圧（ＤＣ）及びインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）についての測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１２ ライン電極
１０ａ，１２ａ フランジ部
１０ｂ，１２ｂ 放電電極
１３ 気密室
１４ 外囲器
１６ トリガ線
１８ 凹部
２０ 放電安定物質層
【発明の属する技術分野】
本発明は放電管及びその製造方法に関し、更に詳細にはセラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室内に所定のガスが封入され、且つ前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器をサージから保護する避雷管等に使用される放電管として、例えば特開平１０−３１２８７７号公報には、図１に示す放電管が提案されている。図１に示す放電管は、セラミック製の外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされて形成されている共に、ガスが封入されている気密室１３内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向するように、フランジ部１０ａ、１２ａの各々の略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂが挿入されている。
更に、放電を誘発し易くすべく、外囲器４の内壁面にカーボンの細線を引いて形成したトリガ線１６、１６が設けられている。このトリガ線１６，１６は、放電電極１０ｂ、１２ｂの突出長ｌよりも若干短く設けられる。
かかる放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面には、図２に示す様に、凹部１８が形成され、この凹部１８の内壁面を含む端面に放電安定物質層２０が形成されている。
この放電安定物質層２０は、主としてチタン酸バリウム（BaTiO3）等の誘電体物質から成り、珪酸ナトリウム（Na2SiO3）等の担持体物質の水溶液中にチタン酸バリウム（BaTiO3）等の誘電体物質を混合させた混合液を塗布することによって形成できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び図２に示す放電電極１０ｂ、１２ｂを具備する放電管では、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に放電安定物質層２０が形成されているため、安定した放電がなされる。
しかし、従来の放電管では、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧が大幅に上昇し、再度サージを受けた際に、当初予定していた以上の電圧が放電管を経由して機器内に浸入するおそれがある。
更に、従来の放電管は、繰り返しサージを受けて放電を繰り返すと、早期に絶縁劣化が発生し、その寿命が短い。
また、従来の放電管では、近くに落雷を受けたような場合に加えられる急激なサージに対するインパルス放電開始電圧が高く、インパルス放電開始電圧の低下も望まれている。
そこで、本発明の第１の課題は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、且つ繰り返しサージを受けて放電を繰り返しても、その寿命の延長を図り得る放電管及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の第２の課題は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができ、且つインパルス放電開始電圧の低下も図り得る放電管及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記第１の課題を解決すべく検討した結果、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び珪酸ナトリウムから成る混合物を、放電電極の各端面に塗布して形成した放電安定物質層を具備する放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制できること、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができることを見出し、第１の本発明に到達した。
すなわち、第１の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、且つ前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管にある。
また、第１の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法でもある。
【０００５】
更に、本発明者は、前記第２の課題について検討を重ねた結果、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、臭化カリウム（KBr）及び珪酸ナトリウムから成る混合物を、放電電極の各端面に塗布して形成した放電安定物質層を具備する放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制できること、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができること、及びインパルス放電開始電圧の低下も図ることができることを見出し、第２の本発明に到達した。
すなわち、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、且つ前記混合物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管にある。
また、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法にある。
更に、第２の本発明は、セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層を放電安定物質層に形成でき、且つ前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、前記気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着できるように、前記塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施すことを特徴とする放電管の製造方法でもある。
【０００６】
かかる第２の本発明において、混合物中のハロゲン化金属の含有量を、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％とすることが好ましい。
かかるハロゲン化金属としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物を好適に用いることができる。
【０００７】
第１の本発明及び第２の本発明において、所定量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されている混合物を放電電極の端面に塗布して形成した放電安定物質層を、放電電極の端面に設けた放電管によれば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されていない混合物を放電電極の端面に塗布して放電安定物質層を形成した従来の放電管に比較して、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができる。
この詳細な理由は依然として不明であるが、以下のように推察できる。
つまり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、混合物中に含有する誘電体物質に比較して硬い物質である。このため、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、放電の衝撃を受けても誘電体物質のように弾き飛ばされたり粉砕されて放電電極の端面から除去されず、依然として放電電極の端面に存在している。
したがって、放電電極の端面に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する混合物を塗布して形成された放電安定物質層は、放電に対して耐久性を有する。その結果、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができるものと考えられる。
【０００８】
また、第２の本発明では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びハロゲン化金属を含有する混合物を、放電電極の端面に塗布して形成した放電安定物質層を、放電電極の端面に具備する放電管によれば、インパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。
この詳細な理由も依然として不明であるが、以下のように推察できる。
つまり、放電管では、サージを受けて放電電極に電圧が印加されたとき、放電電極の端面間には前駆放電が発生し、気密室内に充填されたアルゴンガス等の不活性ガスの活性化がなされた後、主放電が発生する。
従来の放電管では、放電電極に急速に電圧が印加された場合、放電電極への電圧の印加速度に対して、気密室内に充填された不活性ガスの活性化に時間が掛かるため、インパルス放電開始電圧が高くなる。
この点、第２の本発明では、放電電極の端面間に発生する前駆放電によって容易にイオン化し易いハロゲン化金属が放電安定物質層に含有されている。このため、放電電極に急速に電圧が印加された場合、放電電極の端面間に発生する前駆放電によって放電安定物質層中のハロゲン化金属がイオン化して急速に気密室内を主放電が発生し易い雰囲気にできる。その結果、第２の本発明に係る放電管では、従来の放電管に比較して、インパルス放電開始電圧の低下を図ることができるものと考えられる。
また、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に、ハロゲン化金属を形成する金属を付着させた場合には、更にインパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。
この様に、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に、ハロゲン化金属を形成する金属を付着させるには、塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成する際に、前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着することが有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電管の構成部品は、前述した図１に示す放電管の構成部品と同一であるため、各構成部品の詳細な説明は省略する。
本発明では、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層２０が設けられていることが肝要である。この放電安定物質層２０は、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面の全面に亘って形成されていることが好ましい。
かかる混合物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量は、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％（特に、好ましくは１５〜２５重量％）とする。
ここで、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５重量％未満の場合は、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合に、その寿命の延長を充分に図れなくなる。他方、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が３０重量％を越える場合は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と誘電体物質等とを充分に混合でき難くなる。
【００１０】
この様に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を用い、放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面に放電安定物質層２０が形成された放電管を製造するには、先ず、担持体物質としての珪酸ナトリウム（Na2SiO3 ）の水溶液中に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム（BaTiO3 ）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加し混合して混合液を得る。この混合には、市販の混合装置を用いて充分に分散混合を図る。
ここで、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の添加量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して３０％を越える場合には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が分離し易くなる。
得られた混合液を、ライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａの各略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布した後、セラミック製の外囲器１４の両端面に、リング状に成形されたろう材を介して、放電電極１０ｂ、１２ｂが外囲器１４内に挿入されるようにライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａを重ねる。
次いで、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを容器に挿入し、容器内を加熱しつつ減圧する。この加熱温度はろう材の融点未満の温度とする。かかる加熱及び減圧処理によって、外囲器１４内や構成部等から脱酸素を行うことができる。
所定の加熱温度及び減圧度に到達した後、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、容器内をろう材の融点以上に昇温する。かかる不活性ガスの容器内への導入及び昇温によって、外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされ、不活性ガスが封入された気密室内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向する放電管を得ることができる。
【００１１】
この様に、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを挿入した容器内の加熱及び減圧によって、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布された混合液の水分等が飛散し、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に珪酸ナトリウム（Na2SiO3）等の担持体物質から成る被膜を形成する。この被膜は、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面を覆い、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び誘電体物質を担持する放電安定物質層２０を形成する。
この放電電極１０ｂ、１２ｂの各端面には、図２に示す様に、凹部１８が形成されている。この凹部１８内にも放電安定物質層２０が形成されているため、凹部１８が形成されていない場合に比較して、放電管の寿命を長くできる。
かかる放電電極１０ｂ、１２ｂが挿入された外囲器１４の内壁面には、放電を誘発し易くすべく、放電電極１０ｂ、１２ｂの突出長ｌよりも若干短くなるように、カーボンの細線を引いて形成したトリガ線１６、１６を形成する。
得られた放電管によれば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が含有されていない混合物を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して放電安定物質層２０を形成した従来の放電管に比較して、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができる。
ところで、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を具備する放電管では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有しない混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を具備する従来の放電管に比較して、最初の放電開始電圧が高くなる場合がある。この場合であっても、気密室内に充填されるガス圧を調整することによって、最初の放電開始電圧を、従来の放電管と同程度に調整できる。
【００１２】
誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管でも、インパルス放電開始電圧は、従来の放電管と同レベルである。
この点、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管は、従来の誘電体物質及び担持体物質を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に具備する放電管、或いは誘電体物質、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質を含有する混合物を塗布して形成した放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ，１２ｂの端面に具備する放電管に比較して、インパルス放電開始電圧を低下できる。
かかるハロゲン化金属としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、特に臭化カリウム（KBr）、塩化ナトリウム（NaCl）、塩化カリウム（KCl）又は臭化マグネシウム（MgBr2）を好適に用いることができる。就中、臭化カリウム（KBr）が最も好ましい。その他のハロゲン化金属としては、臭化ニッケル（NiBr2）を用いることができる。
このハロゲン化金属の混合物中の含有量は、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％（特に好ましくは２０〜３０重量％）であることが好ましい。
ここで、ハロゲン化金属の混合物中の含有量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０重量％未満の場合は、ハロゲン化金属を添加する効果が不充分となる傾向にある。他方、４０重量％を越える場合には、誘電体物質及び担持体物質が減少し、放電の安定性等に影響を与え易い傾向にある。
【００１３】
かかるハロゲン化金属を含有する混合物を、塗布して放電安定物質層２０を放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に形成した放電管の製造方法は、混合液として誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムが分散混合されている混合液を用いることを除き、前述した放電管の製造方法と同一工程で製造できる。
この放電管の製造方法において、チタン酸バリウム（BaTiO3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び珪酸ナトリウムが分散混合されている混合液を、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して塗布層を形成した後、この塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層２０を形成する際に、この塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室を形成する外囲器１４のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍に付着し得る減圧条件及び加熱条件を採用することが好ましい。
この様に、トリガ線１６，１６が形成された気密室の内壁面近傍にハロゲン化金属の金属の一部が付着していると、インパルス放電開始電圧の更なる低下を図ることができる。
この現象は、放電電極１０ｂ、１２ｂに急速に電圧が印加された場合、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面間のみならず、トリガ線１６，１６との間にも前駆放電が発生する。このため、トリガ線１６，１６の近傍に付着しているハロゲン化金属の金属がイオン化し、急速に気密室内を主放電が発生し易い雰囲気となることに起因するものと推察される。
【００１４】
ところで、塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室を形成する外囲器１４のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍に付着し得る減圧条件及び加熱条件については、採用するハロゲン化金属の種類によって異なるため、予め実験的に求めておくことが好ましい。
例えば、ハロゲン化金属として臭化カリウム（KBr）を採用した場合、臭化カリウム（KBr）を含有する混合液を、放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して形成した塗布層を、減圧しつつ加熱し７００℃で６×１０-5Paとした後、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で８９０℃に昇温した。かかる減圧及び加熱条件によって、アルゴンガス等の不活性ガスが封入された気密室のトリガ線１６，１６が形成された内壁面近傍にカリウム（K）を付着することができる。この減圧及び加熱条件では、臭化カリウム（KBr）が昇華するものと考えられる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。
実施例１
担持体物質としての珪酸ナトリウム（Na2SiO3）の２０ｇ水溶液中に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム（BaTiO3）の２４ｇ及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の５ｇを添加し、分散混合して混合液を得た。
得られた混合液を、ライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａの略中央部に突設された放電電極１０ｂ、１２ｂの端面に塗布して塗布層を形成した後、セラミック製の筒状外囲器１４（以下、外囲器１４と称することがある）の両端面に、リング状に成形されたろう材（Ｃｕ８０wt％，Ａｇ２０wt％、ｍｐ７８０℃）を介して、放電電極１０ｂ、１２ｂが外囲器１４内に挿入されるようにライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａを重ねる。
次いで、リング状に成形されたろう材を介して重ね合せた外囲器１４とライン電極１０、１２とを容器に挿入し、外囲器１４内や構成部等から脱酸素を行うべく、容器内を加熱しつつ減圧する。
容器内の温度が７００℃で圧力が６×１０-5Ｐａに到達した後、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、容器内を８９０℃に昇温してろう材の溶融する。かかる不活性ガスの容器内への導入及び昇温によって、外囲器１４の両端面にライン電極１０、１２のフランジ部１０ａ、１２ａがろう付けされ、不活性ガスが封入された気密室内に、柱状の放電電極１０ｂ、１２ｂの端面が所定の間隔Ｄを隔てて対向する放電管を得ることができる。この放電電極１０ｂ、１２ｂの端面には、放電安定物質層２０が形成されている。
【００１６】
実施例２
実施例１において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の添加量を１０ｇに変更した他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
【００１７】
比較例１
実施例１において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加しなかった他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
【００１８】
実施例３
実施例１、実施例２及び比較例１で得た放電管についての放電寿命特性を調査した。この調査では、得られた各放電管のライン電極１０、１２に、日本電気学会規格に基づいて８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔で所定回数印加した後、暗所で放電開始電圧（ＤＣ）を測定し、その結果を図３〜図４に示した。
この放電開始電圧（ＤＣ）の測定は、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を２ｋＶ／ｓｅｃの速度で昇電し、放電される電圧を測定した。
図３〜図４において、図３は実施例１で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応し、図４は実施例２で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応する。図５は、比較例１で得た放電管に対応する放電寿命調査結果に対応する。
図３〜図５では、縦軸に放電開始電圧（ＤＣ）を示し、横軸に示す明所及び暗所は、放電開始電圧に対する光の影響について調査したものである。この明所及び暗所の放電開始電圧の測定では、８×２０μｓで５０００Ａの電流をライン電極１０、１２に印加することなく放電開始電圧を測定した。
また、横軸の回数とは、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でライン電極１０、１２に印加した回数である。従って、回数３では、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でライン電極１０、１２に３回印加した後、暗所で放電開始電圧（ＤＣ）を測定した。
【００１９】
図３〜図５に示す放電寿命調査結果から明らかな様に、図５に示す比較例１で得た放電管では、８×２０μｓで５０００Ａの電流を１回印加した後の放電開始電圧（以下、１回印加後の放電開始電圧と称することがある）が大幅に上昇し、その後の放電開始電圧も放電管の間でのバラツキが大きい。しかも、８×２０μｓで５０００Ａの電流を６０secの間隔でのライン電極１０、１２への印加回数（以下、単に印加回数と称することがある）が１０回程度で、放電開始電圧が急激に低下している。この放電開始電圧の低下は、絶縁破壊が発生しているためである。
これに対し、図３及び図４に示す実施例１及び実施例２で得た放電管では、１回印加後の放電開始電圧の上昇程度が、図５に示す比較例１で得た放電管に比較して小さい。特に、実施例２で得た放電管では、その１回印加後の放電開始電圧の上昇程度が、実施例１で得た放電管の１回印加後の放電開始電圧の上昇程度よりも更に低く抑制されている。
しかも、図３及び図４に示す実施例１及び実施例２で得た放電管では、印加回数を３０回としても、絶縁破壊に因る放電開始電圧の低下が発生しておらず、比較例１で得た放電管に比較して寿命が延長されていることを示している。特に、実施例２で得た放電管では、印加回数が３０回でも、放電開始電圧は安定しており、実施例１で得た放電管よりも更に寿命が延長されている。
ところで、実施例１及び実施例２で得た放電管の明所又は暗所での放電開始電圧が、比較例１で得た放電開始電圧よりも高くなっている。
しかし、実施例１及び実施例２で得た放電管の明所又は暗所での放電開始電圧は、気密室内に封入された不活性ガスのガス圧を調整することによって、比較例１で得た放電管と同程度の値とすることは可能である。
【００２０】
実施例４
実施例１において、下記の表に示すハロゲン化金属を１０ｇ及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を１０ｇ添加した混合液を用いた他は、実施例１と同様にして放電管を得た。
得られた放電管についての放電寿命特性を、ライン電極１０、１２への印加回数を１０００回まで行った他は、実施例３と同様にして調査し、その結果を図６〜図１０に示す。混合液に添加したハロゲン化金属に対応する調査結果を示す対応図を下記の表に併記する。
【表１】
また、図６〜図１０に示す放電管では、１回印加した後の放電開始電圧の上昇率も、図５に示す放電管の１回印加した後の放電開始電圧の上昇率よりも低い。
但し、図６〜図１０に示す放電管の寿命等は、図４に示す放電管の寿命等とは大きな有意差は見出されなかった。
【００２１】
実施例５
実施例２及び実施例４で得た放電管について、放電開始電圧（ＤＣ）とインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）について測定し、その結果を図１１に併記した。
ここで、放電開始電圧（ＤＣ）とは、前述した様に、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を２ｋＶ／ｓｅｃの速度で昇電し、放電される際の電圧をいう。この放電開始電圧（ＤＣ）に対し、インパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）とは、ライン電極１０、１２に印加する直流電圧を１ｋＶ／μｓの速度で昇電し、放電される際の電圧をいう。
図１１には、測定した各放電管の放電開始電圧（ＤＣ）とインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）とについて、最大値と最小値及び平均値を示す。
図１１から明らかな様に、実施例２及び実施例４で得た放電管についての放電開始電圧（ＤＣ）には、大きな差異は見られなかった。
しかし、実施例４で得たハロゲン化金属が添加された混合液を用いて得た放電管のインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）は、実施例２で得たハロゲン化金属が非添加の混合液を用いて得た放電管に比較して低下している。このことは、ハロゲン化金属が添加された混合液を用いて得た放電管は、ライン電極１０、１２に急激に電圧が印加された場合の放電管の応答速度が、ハロゲン化金属が添加されなかった混合液を用いて得た放電管よりも速いことを意味する。
特に、ハロゲン化金属として、臭化カリウム（ＫＢｒ）添加された混合液を用いて得た放電管は、そのインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）が低く且つ放電開始電圧（ＤＣ）も安定している。
【００２２】
【発明の効果】
第１の本発明に係る放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇を抑制でき、且つ繰り返しサージを受けて放電を繰り返しても、その寿命の延長できる。このため、放電管の信頼性を向上できる。
また、第２の本発明に係る放電管によれば、一度サージを受けて放電した後の放電開始電圧の上昇抑制、及び繰り返しサージを受けて放電を繰り返した場合でも、その寿命の延長を図ることができ、且つインパルス放電開始電圧の低下を図ることができる。このため、放電管の信頼性を更に一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 放電管の構造を説明する断面図である。
【図２】 図１に示す放電管の放電電極１０ｂの断面図である。
【図３】 第１の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の一例を示すグラフである。
【図４】 第１の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図５】 従来の放電管に関する放電寿命特性を示すグラフである。
【図６】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の一例を示すグラフである。
【図７】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図８】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図９】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図１０】 第２の本発明に係る放電管に関する放電寿命特性の他の例を示すグラフである。
【図１１】 第１の本発明に係る放電管及び第２の本発明に係る放電管の各々に関する、放電開始電圧（ＤＣ）及びインパルス放電開始電圧（ＩＭＰ）についての測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１２ ライン電極
１０ａ，１２ａ フランジ部
１０ｂ，１２ｂ 放電電極
１３ 気密室
１４ 外囲器
１６ トリガ線
１８ 凹部
２０ 放電安定物質層
Claims (13)
- セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、
且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、
前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、
且つ前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管。 - セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、
且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、
前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法。 - セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、
且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管であって、
前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを含有する混合物が塗布されて形成された放電安定物質層が設けられ、
且つ前記混合物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％であることを特徴とする放電管。 - 気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に、ハロゲン化金属を形成する金属が付着している請求項３記載の放電管。
- 混合物中のハロゲン化金属の含有量が、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％である請求項３又は請求項４記載の放電管。
- ハロゲン化金属が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物である請求項３〜５のいずれか一項記載の放電管。
- セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、
且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、
前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層に、減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成することを特徴とする放電管の製造方法。 - 塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施して放電安定物質層を形成する際に、前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着し得る減圧条件及び加熱条件を採用する請求項７記載の放電管の製造方法。
- 混合物中のハロゲン化金属の含有量を、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％とする請求項７又は請求項８記載の放電管の製造方法。
- ハロゲン化金属として、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物を用いる請求項７〜８のいずれか一項記載の放電管の製造方法。
- セラミック製の外囲器にライン電極が接合されて形成された気密室に所定のガスが封入され、
且つ内壁面にカーボンの細線を引いてトリガ線が形成されている前記気密室内に、前記ライン電極の各々に突設された柱状の放電電極の端面が所定の間隔を隔てて対向する放電管を製造する際に、
前記放電電極の各端面に、誘電体物質としてのチタン酸バリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ハロゲン化金属及び担持体物質としての珪酸ナトリウムを混合して得た混合物であって、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量を、前記誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して５〜３０重量％とする混合物を塗布した塗布層を放電安定物質層に形成でき、且つ前記塗布層を形成するハロゲン化金属の金属の一部を、前記気密室のトリガ線が形成された内壁面近傍に付着できるように、前記塗布層に減圧雰囲気下で加熱処理を施すことを特徴とする放電管の製造方法。 - 混合物中のハロゲン化金属の含有量を、誘電体物質及び担持体物質の合計含有量に対して１０〜４０重量％とする請求項１１記載の放電管の製造方法。
- ハロゲン化金属として、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物を用いる請求項１１又は請求項１２記載の放電管の製造方法。
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