JPH01186780A - 真空トリガ・ギャップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、トリガ放電形の真空ギャップ装置に係り、特
に電流トリガで主間隙間を容易に導通状態にすることが
でき、常に良好な安定したトリガを与え、かつ長期にわ
たり使用可能である真空トリガ・ギャップ装置の構造に
関する。

（従来の技術） 従来の真空トリガ・ギャップ装置は、第７図に示すよう
に真空容器１内に一対の主電極２ａ、２ｂ　　・を対向
配置し、その一方または両方の主電極に近接させてトリ
ガ電極３を設けている。しかして、主電極間の放電を行
わせる時には、まず、トリガ電極３に近接する側の主電
極２ｂとの間で微小放電４ａを行わせ、これにより発生
したプラズマを主電極に注入することにより行うもので
ある。

周知のように、真空トリガ・ギャップ装置としては、ト
リガ電極３と主電極２ｂとの間は低い電圧で放電するこ
とが望ましく、このためトリガ電極３を主電極２ｂに極
めて接近させて設け、この直接放電によったり、または
主電極２ｂとトリガ電極３との間にアルミナ（Ａｄ２０
３　）、チタン酸バリウム（Ｂａ　Ｔｉ　０３　）等の
絶縁物５を介在させ、その絶縁物５の表面の沿面放電に
よってトリガさせている。なお、同図の符号４はトリガ
空間、符号６ａ、６ｂはリード軸、符号７はパルス源を
示す。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、電極間の放電をし易くするためにトリガ
電極３を主電極２ｂに近接させてこの直接放電による場
合、放電空間が真空であるだけに相当高い電圧が必要に
なり、ひいてはトリガ電極３の消耗の促進につながり好
ましくない結果となる。また、絶縁物５を介在してその
沿面放電による場合はある程度の多数回の使用により絶
縁物５の絶縁性が劣化してトリガ電極３と主電極２ｂが
導通状態になるおそれがあった。さらに、トリガ放電を
行い主電極２ａ、２ｂ間を導通状態にした場合、主電極
２ａ、２ｂ間に生じるアークにより主電極の表面および
内部に吸着していたごく微小な不純物が浮遊状態となり
最終的には絶縁物５に付着し、絶縁物５の絶縁性の劣化
がいっそう促進され真空トリガ・ギャップ装置の寿命の
低下となっていた。

本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、低いトリガ電圧で動作させることの出来
る電流トリガ方式であって、常に良好な安定したトリガ
を与えかつ長期に亘り多数使用が可能である真空トリガ
・ギャップ装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため本発明者らの見出し
た真空中に於【プる表面電界放出に関する新しい現象を
応用したものである。

まず、従来の真空中に於ける電極間の絶縁破壊及び沿面
絶縁破壊について述べると次のとおりである。すなわち
、真空中で対向した電極間に強電界が印加されるといわ
ゆる電界放出電子が放出され、これが極間の放電現象を
決めることになることは周知である。

また、真空中沿面絶縁破壊について述べると、第４図に
示したＰ点、いわゆる陰極−絶縁物−真空から成る三重
点に於ける強電界放出により生じた電子が電界に沿って
飛行し、絶縁物表面と衝突してその面から二次電子を放
出する。この二次電子は再び電界に沿って飛行し加速さ
れて絶縁物表面に再衝突し、再び二次電子を放出する。

通常、絶縁物表面の二次電子放出係数δは１より大きい
からこの繰返しによって電子数が増大し、加えて絶縁物
表面からの吸着ガスの放出と、このガス中での電子雪崩
成長によって沿面絶縁破壊が生じるものである。

ところで、本発明者らは、表面からの電子放出について
新しい現象を見出したので、これについて説明を行う。

絶縁物表面に脚程度以下の金属被膜を形成させると、表
面抵抗は数Ω程度となっている。この被膜に電流を流す
と電流レベルが大きければ、この被膜面の至る所で微小
放電が生じ、これがトリガとなってトリガ電極間に放電
が生じる。このトリガ放電が、主電極の放電を引起こす
という事実を見出し、別途提案をしている。

本発明者らは、この金属被膜に流すトリガ電流レベルを
下げて行ったが、第５図に示すようにトリガ電流が下が
って金属被膜面で微小放電が観察されないような状態に
なっても（同図の■の領域）トリガか可能であることを
見出した。

これは、金属被膜表面がここを流れるトリガ電流によっ
て、加熱され高温となり、仕事関数の障壁を越えて大間
の電子放出が生じた為である。

この電極温度上昇と電界放出については、例えば、よく
知られた第６図のデータ（Ｌｉｔｔｌｅ　ｅｔａｔ、、
　Ｊ、＾ｐｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｖｏｌ　３４　Ｐ２４
３０（１９６３））がある。すなわち、同図で８点まで
は通常の電界放出現象を示しているが、電極温度が約８
００℃を越えると電流が急増している。これは、金属電
極内部の電子のエネルギが上昇し、仕事関数を越える電
子が急増した為である。

真空中の極間の絶縁破壊現象では、上記の事実は良く知
られていたが、真空沿面絶縁破壊についても存在するこ
とは知られていなかった。

この現象を応用することにより従来、かなりの困難があ
ると考えられていた電流トリガ技術が以下に説明する実
施例のように、絶縁物表面に形成された金属または半導
体被膜をトリガ放電のトリガとして用いることにより達
成されることが分かる。

そこで、本発明は、真空容器と、この真空容器内に間隙
を設けて対向配置された一対の主電極およびこの主型極
少なくとも一方に設けられた中空状のトリガ空間内に配
置したトリガ電極を備えて成り、このトリガ電極と主電
極との間にトリガ用電子ビームを発生させるための電子
放射膜とひて、絶縁材から形成した部材の表面に金属ま
たは半導体性の被膜を形成し、この金属または半導体性
被膜の表面に電子放出のし易い材料を付与したものであ
る。

（作　用） トリガ源であるパルス源が動作すると、トリガ電流がパ
ルス源からリード線を通り真空トリガ・ギャップのトリ
ガ部に流入する。トリガ部は、金属または半導体からな
る薄い被膜およびその表面に付与された電子放出し易い
材料で形成されているから、電気回路的には抵抗体とな
り発熱を生じる。この抵抗発熱により被ｉ温度が例えば
２００〜３００℃に達したところで、電子電流が増大し
、トリガ電極が陰極（主電極）に対して負極性となって
いるから、被膜からの電子電流はビーム状となって陰極
面を衝撃加熱する（第４図参照）。これにより、陰極面
の電子ビームによる衝撃加熱部分が局所加熱されて高温
となり、この高温となった電極局所が蒸発してトリガ電
極と陰極間に濃密な金属ガスとして広がる。陰極とトリ
ガ電極との間には数十Ｖ乃至数百Ｖの電圧が生じている
ので、陰極とトリガ電極との間にトリガ放電が発生する
（第４図参照）。このトリガ放電によって生じたプラズ
マが主電極間に注入され、主電極間が絶縁破壊して主放
電が形成され、真空トリガ・ギャップの動作が完結する
。

ここで述べた作用が成立するために、被膜部からの電子
放出が有効に行われることが必要である。

ところで、金属の中には下記の表（電気学会編、電気工
学ハンドブック、Ｐ５２４（１９７８）　）　’に示す
ように、トリウム等の電子放出のし易いものがある。

したがって、これらトリウム、ストロンチウム。

セシウム、バリウムおよびそれらの酸化物から構成され
た材料を表面被膜から付与することにより、優勢な電子
放出が被膜表面から第５図に示すように８００℃の高温
にならなくても十分に効果的に行われるようになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図および第２図において、真空容器１は、例えば磁器
材のような高耐電圧材で主要部を形成され、内部の不純
ガスを充分に排気し、高真空にしたものであり、この内
部には一対の主電極２ａ、２ｂを対向配置している。こ
の主電極２ａ。

２ｂは、例えば平板状に形成されており、真空容器１の
端板を気密に貫通して導入される一対のリード軸６ａ、
６ｂの端部にそれぞれ固着されている。

このリード軸５ａ、５ｂは、その一方側例えば６ａは高
電圧側端子に接続され、他方側６ｂは直接接地される。

また、リード軸６ｂは、中空状に形成され、この軸端に
主電極２ｂが接続されている。

しかして、上記主電極２ａ、２ｂの内、一方例えば直接
接地している側の主電極２ｂは、中空状に形成されてあ
りそのほぼ中央にトリガ空間４を絶縁物５で閉塞してい
る。この絶縁物５は、例えばアルミナ等のセラミック板
で作られており、トリガ空間４に向いた面には、金属ま
たは半導体装置し易い材料の被膜５ｂが例えばスパッタ
方Ｌ７、蒸着されている。ここで、電子放出し易い材料
トしては。トリウム、ストロンチウム、カルシウム等の
アルカリ土金属およびそれらの酸化物、またはセシウム
、アンチモン等のアルカリ金属およびそれらの複合材料
より成るものである。

上記絶縁物５の中心部でかつ主電極２ｂで包囲される上
記トリガ空間４には、針状のトリガ電極３の一端部が配
置されるように設けである。従ってトリガ電極３の中間
部並びに他端部はリード軸６ｂ内に位置される。

このように構成された真空トリガ・ギャップ装置を放電
させる場合、まず主電極２ｂと、この主電極２ｂのトリ
ガ空間部分４に表面に被膜５ａを形成させた絶縁物５を
介して挿設されているトリガ電極３間にパルス源７より
電流パルスを注入する。このようにパルスを印加すると
、主電極２ｂとトリガ電極３の間に介在する絶縁物５の
表面に形成された被膜５ａに電流が流れ、この被膜を加
熱する。この被膜５ａには電子放出し易いトリウム等の
電子放出材料の被膜５ｂが形成されているので、被膜温
度が２００〜３００℃に達すると優勢な電子放出が生ず
る。

この電子放出により、陰極となる主電極２ｂの局所２Ｃ
がビーム状電子の衝突加熱を受けて蒸発し、トリガ電極
３と主電極２ｂとの間に予備放電４ａが形成される（第
４図）。この予備放電４ａは、トリガ空間４を通り主間
隙空間２ｄへ移行し、ついには主電極２ａ、２ｂ間の放
電となる。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものでは
なく、種々変形実施できる。第３図は本発明の他の実施
例の要部を示し、第１図および第２図と同一部分には同
符号を付す。

上記した実施例においては、主電極２ｂとトリガ電極３
間に絶縁物の表面に形成された金属または半導体性の被
膜５ａ上に付与した電子放出をし易い材料より形成した
被膜５ｂよりの電子放出により予備放電を行わせ、主間
隙空間へ移行させ、ついには主電極２ａ、２ｂ間放電を
誘発させるが、この主電極間放電により流れる電流によ
っては主電極２ａ、２ｂのいずれかに電極の溶融が生じ
、この溶融によりできる溶融痕がトリガ空間４に落下し
、被膜５ａにまで遅しで、トリガ電極３と主型＋１２　
ｂを短絡常態にしてしまう恐れもある。しかし、第３図
に示すように絶縁物８の上部を円筒状とし、この円筒部
分の内面に金属または半導体性の被膜８ａを形成し、ト
リガ電極９も上部を円筒状とし、このトリガ電極９と絶
縁物８の間に電子放出をし易い材料から形成した被膜８
ｂを設けると、予備放電を行わせる部分を横方向にずら
した構成となるから、溶融痕の落下による一不具合が無
、くなる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のようにトリガ部絶縁物表面に金属また
は半導体被膜を形成させ、この絶縁物表面の被膜に流れ
るトリガ電流により、被膜温度の上昇を生じ、これによ
り表面に付与された電子放出し易い材料よりの電子電流
の増加とビーム形成、そして電極局部加熱によるトリガ
電極と主電極間のトリガ放電により、主間隙を放電する
ものであるから、良好な電流トリガが可能となりかつ導
電性被膜をトリガ電流によって損傷することのない真空
トリガ・ギャップを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図のトリガ部を拡大して示す断面図、第３図は本発明
の他の実施例の要部を示す断面図、第４図は本発明に関
連するトリガ部の動作を示す説明図、第５図は本発明に
関連するトリガ電流とトリガ確率の関係を示す説明図、
第６図は本発明に関連する真空中における強電界下の電
子電流の温度依存性を示す説明図、第７図は従来の真空
トリガ・ギャップ装置を示す断面図である。 １・・・真空容器、　　　　２ａ、２ｂ・・・主電極３
・・・トリガ電極、　　　４・・・トリガ空間５・・・
絶縁物、　　　　　５ａ、５ｂ・・・被膜（８７３３）
代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ばか　１名） 第１図 第２図 ′ｌ 第３図 第４図 第５図 電ａ温＆（’Ｃ） 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器と、この真空容器内に主間隙を存して対
   向配置された一対の主電極およびこの主電極の少なくと
   も一方に設けられた中空状のトリガ空間内に配置したト
   リガ電極を備えてなり、このトリガ電極と前記主電極と
   の間にトリガ用電子ビームを発生させるための電子放射
   膜として、絶縁材から形成した部材の表面に金属または
   半導体性の被膜を形成し、この金属または半導体性の被
   膜の表面に電子放出のし易い材料を付与したことを特徴
   とする真空トリガ・ギャップ装置。
2. （２）電子放出のし易い材料として、トリウム、ストロ
   ンチウム、カルシウム等のアルカリ土類金属およびそれ
   らの酸化物、またはセシウム、アンチモン等のアルカリ
   金属およびそれらの複合材料より成るのであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空トリガ・ギャ
   ップ装置。