JP5914072B2

JP5914072B2 - 放電管

Info

Publication number: JP5914072B2
Application number: JP2012059875A
Authority: JP
Inventors: 裕一中島
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP2013196812A

Description

本発明は、所定の波長の電磁波が照射されると放電する放電管に関するものである。

従来より、燃焼炉等において火炎から放出される紫外線に基づいて火炎の有無を検出するのに用いられる放電管が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この放電管は、所定のガスを充填封止した密閉用器と、この密閉容器を貫通する電極支持ピン、この電極支持ピンにより密閉用器内で互いに平行に支持される２枚の電極とを備えるものである。このような放電管では、電極支持ピンを介して電極間に電圧を印加した状態において、火炎に対向配置された一方の電極に紫外線が照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。そこで、電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流などを計測することにより、火炎の有無を検出することができる。

特開平１０−１１５５４８号公報

上述した放電管においては、放電を所定の時間行わせて所定の波長域のみ反応するよう電極表面のエージング作業が一般的に行われている。このとき、一方の電極の電界強度が強い周縁部や電極支持ピンを起点に放電が行われると、これらの場所を中心として放電が行われることとなり、電極の全体を一様に改質できなくなってしまう。すると、所定の波長域外でも放電が行われたり自己放電を起こしたりする不良が現れ、生産性を大きく圧迫してしまう。製品として出荷後も電極間ではなく、電極の周縁部や電極支持ピンを起点として放電が行われ、製品としての性能が低いものとなってしまう。

そこで、本発明は、性能の低下を防ぐことができる放電管を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る放電管は、台座と、この台座を貫通する複数のピンと、これらのピンにより支持されて所定間隔離間して互いに平行に配設される一対の電極と、ピンの一部と電極とを収容し、台座とともに外囲器を構成する管体と、外囲器内部のピンおよび電極の少なくとも一部を被覆する被覆部材とを備え、管体の少なくとも一部は、所定の波長の電磁波を透過する材料から構成され、被覆部材は、ピンおよび電極の材料よりも大きな仕事関数を有する材料から構成されることを特徴とするものである。

上記放電管において、電極は、電磁波の波長に応じたエネルギーより小さい仕事関数を有する材料から構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、ピンおよび電極の材料よりも大きな仕事関数を有する材料から構成される被覆部材により外囲器内部のピンおよび電極の少なくとも一部が被覆されるので、その被覆された部分を起点とした放電を防ぐことができ、結果として、性能の低下を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る放電管の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る放電管の製造方法を示す図である。図３は、本発明の実施の形態に係る放電管の製造方法を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜放電管の構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る放電管１は、ガラス管２と、このガラス管２に接合された台座３と、台座３を貫通する６本の電極支持ピン（電極ピン）４と、６本の電極ピン４を介して互いに平行に支持された２枚の電極５と、台座３からガラス管２とは反対側に突出した排気管６とを備えている。

ガラス管２は、円筒状の側面ガラス２１と、この側面ガラス２１の一方の端部を塞ぐ天板２２とから構成されている。側面ガラス２１は、通常のホウ珪酸ガラスでできており、この部分から放電管１内に紫外線が入光し難くなっている。一方、天板２２は、ＵＶ透過ガラスからなり、この部分から放電管１内に紫外線を入光させるようになっている。本実施の形態では、天板２２は、１８５ｎｍ以上の波長の光しか透過させないように設定されている。これにより、天板２２を例えばボイラの火炎等に向けた状態で放電管１を設置すると、火炎が発する波長１８５〜２４５ｎｍの紫外線がガラス管２内に入光することとなる。

台座３は、側面ガラス２１と同様にホウ珪酸ガラスからなり、略円板状に形成されている。台座３の周縁近傍には、周方向に等間隔をなして６本の電極ピン４が貫通されている。このとき、電極ピン４の軸線は、台座３の中心軸線とが平行な状態とされている。また、台座３の中央部分には貫通孔３１が形成され、この貫通孔３１のガラス管２とは反対側には排気管６が接合されている。

電極ピン４は、台座３の周縁近傍に円周方向に亘って等間隔隔てた６本の電極支持ピンからなり、上述したように台座３を貫通した状態で設けられている。これらの電極ピン４は、導電性を有する材料から構成され、例えばコバール（ガラスと同じ熱膨張率を有する）等の金属を用いることができる。電極ピン４の天板２２側の端部（以下、「固定端」と言う。）には電極５が固定され、反対側の端部（以下、「端子端」と言う。）には、図示しない制御回路が接続される。このような電極ピン４のうち、３本の電極ピン４１が周方向互いに等間隔隔てて台座３に設けられ、後述するアノード電極５１が固定されることにより、アノード電極５１の支持体および端子として機能する。また、残り３本の電極ピン４２は、電極ピン４１の周方向に入れ違いの位置に等間隔をなして台座３に設けられており、後述するカソード電極５２が固定されることにより、カソード電極５２の支持体および端子として機能する。そして、アノード電極５１を支持する電極ピン４１の固定端は、カソード電極５２を支持する電極ピン４２の固定端よりもガラス管２の天板２２側に突出している。これにより、アノード電極５１とカソード電極５２とは、所定間隔離間した状態で対向配置されることとなる。

ここで、電極ピン４の台座３からガラス管２の天板２２側に突出している部分の表面は、被覆膜４ａにより被覆されている。
この被覆膜４ａの構成材料には、紫外線に応じたエネルギーよりも大きな仕事関数を有する材料から構成されており、本実施の形態ではニッケル（Ｎｉ、仕事関数：５．１５）を用いている。
また、被覆膜４ａの構成材料は、電極ピン４および電極５よりの構成材料よりも仕事関数が大きい。本実施の形態では、電極ピン４は鉄（Ｆｅ、仕事関数：４．５）および電極５はタングステン（Ｗ、仕事関数：４．５５）から構成されており、被覆膜４ａを構成するニッケルは、それらよりも仕事関数が大きいものとなっている。

電極５は、円状に形成された金属の２枚の電極からなり、ガラス管２の天板２２と対向配置されアノード電極５１と、台座３と対向配置されたカソード電極５２とから構成されている。ここで、アノード電極５１は網状に形成され、カソード電極５２は平板状に形成されている。また、アノード電極５１とカソード電極５２は、上述したように電極ピン４に支持されて、所定間隔離間して互いに平行に配置されている。なお、カソード電極５２の周縁には、アノード電極５１に接続される電極ピン４と干渉しないようするための切り欠き５２１が設けられている。

ここで、カソード電極５２の周縁部には、言い換えるとカソード電極５２の端部およびこの端部の近傍には、被覆膜５ａが設けられている。
この被覆膜５ａの構成材料には、紫外線に応じたエネルギーよりも大きな仕事関数を有する材料から構成されており、本実施の形態ではニッケル（Ｎｉ、仕事関数：５．１５）を用いている。
また、被覆膜５ａの構成材料は、電極ピン４および電極５よりも仕事関数が大きい。本実施の形態では、電極ピン４は鉄（Ｆｅ、仕事関数：４．５）および電極５はタングステン（Ｗ、仕事関数：４．５５）から構成されており、被覆膜５ａを構成するニッケルは、それらよりも仕事関数が大きいものとなっている。

排気管６は、細長の筒体であり、一方の端部が台座３に接合されるとともに、他方の端部が閉塞されている。このような排気管６は、ガラス管２および台座３と同様にホウ珪酸ガラスから構成されている。排気管６の他方の端部が閉塞されることにより、ガラス管２、台座３および排気管６によって内部に空間が形成され、この空間内に所定の組成のガスが封入される。

＜放電管の製造方法＞
次に、本実施の形態に係る放電管１の製造方法について説明する。

まず、台座３、電極ピン４および排気管６を一体形成する。具体的には、管状のホウ珪酸ガラスを加熱し、所定の位置に配置した電極ピン４とともにプレス成形することにより、図２に示すように、台座３、電極ピン４および排気管６を一体化させる。

台座３、電極ピン４および排気管６を一体形成すると、電極ピン４を酸で洗浄する。上述したように、台座３、電極ピン４および排気管６を一体化させるために焼成すると、電極ピン４の表面が酸化されて被膜が形成される。この被膜は、電極ピン４に被覆膜４ａを形成する際に邪魔になるとともに、放電特性に影響を与える。そこで、電極ピン４を酸で洗浄することにより、その被膜を除去する。

酸化皮膜を除去すると、電極ピン４の端子端側にマスクをした上で、メッキ法により電極ピン４の表面にニッケルを被覆させる。これにより、電極ピン４の固定端側の表面には、ニッケルからなる被覆膜４ａが形成される。

被覆膜４ａを形成すると、切り欠き５２１内部に電極ピン４１を位置させてカソード電極５２が電極ピン４１と干渉しないようにした上で、電極ピン４２の固定端にカソード電極５２を取り付け、レーザ溶接等で固定する。

カソード電極５２を固定すると、電極ピン４１の固定端にアノード電極５１を取り付け、レーザ溶接等で固定する。ここで、カソード電極５２には、予め被覆膜５ａが形成されている。この被覆膜５ａは、被覆膜４ａと同様、カソード電極５２の中央部をマスクした上で、メッキ法によりカソード電極５２の表面にニッケルを被覆することにより形成される。

アノード電極５１を固定すると、台座３の排気管６が接合されていない側にガラス管２を接合する。

ガラス管２を接合すると、所定の組成のガスを封入した後、排気管６の所定の位置をバーナーの火炎であぶることにより、排気管６を閉塞する。排気管６が閉塞されると、電極ピン４を介して電極５に所定の電圧を印加した上で放電を連続して起こさせるエージング工程を実施する。

ここで、エージング工程においては、電極５（カソード電極５１）の中央部を起点に放電を起こすことにより、電極５全体を効率よく安定してエージングさせることができる。したがって、エージング工程における放電も、電極５の中央部を起点に放電を起こさせることにより、電極５の表面全体を一様に行わせることが望ましい。

しかしながら、例えば、カソード電極５２の周縁部とアノード電極５１との間、電極ピン４とカソード電極５２との間、電極ピン４同士など、電極５の中央部以外場所を起点として放電が行われると、電極５全体を効率よく安定して改質することができなくなってしまう。すると、感度不足や自己放電といった不良が現れるので、生産性が圧迫されるとともに、製品としての信頼性も低いものとなってしまう。

そこで、本実施の形態では、放電管１内部の電極ピン４に被覆膜４ａを設け、かつ、アノード電極５２の周縁に被覆膜５ａを設けている。被覆膜４ａおよび被覆膜５ａの材料は、電極ピン４、アノード電極５１およびアノード電極５２の材料よりも、仕事関数が大きなものとなっている。すると、被覆膜４ａおよび被覆膜５ａで覆われていない部分、すなわち、電極ピン４やアノード電極５２の周縁部を除く部分において放電が行われることとなる。これにより、電極５の表面が一様に改質されるので、放電管としての性能の低下を防ぐことができる。

エージング工程が終了すると、放電管１の製造工程が終了し、出荷されることとなる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電極ピン４およびアノード電極５１の材料よりも大きな仕事関数を有する材料から構成される被覆膜４ａおよび被覆膜５ａにより放電管１内部の電極ピン４およびカソード電極５２の少なくとも一部が被覆されるので、その被覆された部分での放電を防ぐことができ、結果として、性能の低下を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、電極ピン４およびカソード電極５２の周縁の両方に被覆膜を設ける場合を例に説明したが、何れか一方のみに被覆膜を設けるようにしてもよい。

また、本実施の形態において、金属をメッキすることにより被覆膜４ａおよび被覆膜５ａを形成する場合を例に説明したが、例えば、有機材料など金属以外の材料をメッキするようにしてもよい。

また、本実施の形態では、メッキにより被覆膜４ａおよび被覆膜５ａを形成する場合を例に説明したが、被覆部材を形成する方法はメッキに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、プラスチックやガラスなどで被覆するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、被覆膜４ａおよび被覆膜５ａの材料としてニッケルを用いた場合を例に説明したが、被覆する部材の材料よりも仕事関数が大きいのであれば、被覆膜４ａおよび被覆膜５ａの材料はニッケルに限定されず、適宜自由に設定することができる。また、被覆膜４ａおよび被覆膜５ａの材料は、照射される電磁波の波長に応じたエネルギーよりも大きな仕事関数を有する材料から構成されることがより望ましい。これにより、その電磁波が照射されても光電効果による電子の放出をより効果的に防ぐことができる。

また、本実施の形態では、火炎センサなどの紫外線が照射されると放電を行う放電管の場合を例に説明したが、照射される電磁波は紫外線のみならず、適宜自由に設定することがきる。この場合には、天板２２および電極５の材料を放電を行わせる電磁波の波長に基づいて適宜変更することにより実現することができる。このとき、被覆部材は、電極ピンおよび電極４の材料よりも大きな仕事関数を有する材料から構成される。

本発明は、例えば火炎センサなど放電が生じる各種装置に適用することができる。

１…放電管、２…ガラス管、３…台座、４，４１，４２…電極ピン、４ａ，５ａ…被覆膜、５…電極、６…排気管、２１…側面ガラス、２２…天板、３１…貫通孔、５１…アノード電極、５２…カソード電極、５２１…切り欠き。

Claims

台座と、
この台座を貫通する複数のピンと、
これらのピンにより支持されて所定間隔離間して互いに平行に配設される一対の電極と、
前記ピンの一部と前記電極とを収容し、前記台座とともに外囲器を構成する管体と、
前記外囲器内部の前記ピンの少なくとも一部と前記電極の少なくとも一部とを被覆する被覆部材と
を備え、
前記管体の少なくとも一部は、所定の波長の電磁波を透過する材料から構成され、
前記被覆部材は、前記ピンおよび前記電極の材料よりも大きな仕事関数を有する材料から構成される
ことを特徴とする放電管。
前記電極は、前記電磁波の波長に応じたエネルギーより小さい仕事関数を有する材料から構成される
ことを特徴とする請求項１記載の放電管。