JPH01298670A - ガス放電スイッチ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、少なくとも二つの同軸の電極が設けられ、
これらの電極が同軸の孔を備え、中央の放電域の中にガ
ス放電路を形成し、また電極の縁に絶縁域を形成するガ
ス放電スイッチに関する。

ガス放電の点弧は陰極の後側空間中に荷電粒子を注入す
ることにより行われる。

［従来の技術］ 所定のガス放電路のための点弧電圧、及び点弧特性曲線
におけるガス圧力ｐと電極間隔りとの積に関係する点弧
電圧の通常用いられるグラフ表示は、周知のように点弧
確率を相応に考慮しながら放電装置を特徴づけるための
重要な補助手段を形成する。所定のガス放電路の耐電圧
強度を確かめる際に一般に無限に大きい平板コンデンサ
とその点弧特性曲線とが比較のために引用される。しか
しながらかかる放電路の実用的な構造形式は有限の寸法
を有する電極を備える０点弧特性曲線（パッシェンの曲
線）の右側のカーブを調べるためには、すなわち電圧最
小値を含むいわゆる遠い方の絶縁破壊領域を調べるため
には、平らな場合によっては縁にいわゆるロゴウスキ形
状を備え縁を丸められた２枚の板を相互に平行に配置す
るだけで十分であるが、かかる構造の装置はパッシェン
の曲線の左側の部分の特性曲線、すなわちいわゆる近い
方の絶縁破壊領域を調べるためには用いることができな
い、なぜならばそのときには迂回放電が発生するおそれ
があるからである。かかる迂回放電は、相互に同軸に配
置されその縁で電極間隔に比べて小さい曲率半径により
相互に離れるように曲げられ内側の円筒形の絶縁体表面
に沿って導かれている平板電極を備えた電極構造により
回避できる。従って電極の曲げられた円筒形縁領域と中
空円筒形絶縁体の内壁との間には、常に隙間が形成され
る。

低圧力放電路は周知のように約２ＭＡまでの大きい電流
と約１００ｋＶまでの高い電圧とのためのスイッチとし
て適している。このガス放電スイッチは、１トル（丁ｏ
ｒｒ）未満の作動ガス望ましくは水素の圧力と１ｃｍ未
満の電極間隔とにより、１０ｋＶを超える電圧でパブジ
エンの曲線の左側のカーブにおいて作動する。このスイ
ッチは電流を投入するだけで再び遮断することはできな
いので、大きいコンデンサの放電のために特に適してい
る。ガス放電スイッチは陽極と陰極とを備え、これらの
電極は相互に同軸に配置され、中央の放電域とそれに続
く遮蔽域と電極の縁に絶縁域とを形成する。遮蔽域は同
軸に延びるリング円筒形の溝から成る。それに続いて電
極が絶縁域の中で半径方向に曲げられ、それぞれリング
円板形の絶縁体の板面のうちの一つに結合されている。

絶縁体の内縁のそばの絶縁域の中では、軸方向における
電極間隔がほぼ放電路における間隔と同じ大きさである
。この従来例では絶縁体に沿った絶縁破壊の危険が存在
する（「アイイーイー会報（Ｐｒｏｃ、　ＩＥＥ　）　
Ｊ第１１１巻、第１号、１９６４手１月、第２０３〜２
１３ページ参照）。

電極の中に同軸の孔を備えたガス放電スイッチ、いわゆ
る擬似火花ギャップスイッチはパルス状の低圧力ガス放
電により制御できる。主放電は中空陰極放電により導入
され、荷電粒子の注入により点弧される。この目的のた
めに制御装置が用いられ、この制御装置は孔を備え陰極
の後備空間を囲む濠を有する。放電路は渣によりグロー
放電である予イオン化放電の領域から分離されている。

籠とグロー放電域との間には遮蔽と電位制御とのための
種々の補助電極を設けることができる（「サイエンティ
フィック　インストルメンテイション（Ｓｃｉ、　Ｉｎ
５ｔｒ、　）　Ｊ第１９巻（１９８６年）、英国物理学
会、第４６６〜４７０ページ参照）、　更に、ガス放電
スイッチの中に電子とイオンとを加速するために同軸の
孔を備えた多数の電極を比較的小さい間隔を置いて相互
に同軸に配置できることが知られている。このｌＲ層体
の端部の電極及び場合によっては内部の電極の一部も直
流電圧に接続されている。しかしながらこの公知の実施
例では絶縁体が放電路から直接見える範囲に置かれてい
るので、絶縁体の内側表面への蒸着と放電域からの光子
による照射とが防止されていない（アメリカ合衆国特許
第４３３５４８５号明細書参照）。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、相互に平行に配置されかつ同軸の孔を備え
た電極を有する公知のガス放電スイッチを簡単化しかつ
改良することを目的とする。

［課題を解決するための手段１ この目的はこの発明に基づき、少なくとも二つの同軸の
電極が設けられ、これらの電極が同軸の孔を備え、中央
の放電域の中にガス放電路を形成し、また電極の縁に絶
縁域を形成し、陰極の後側空間中の荷電粒子を注入する
ことによりガス放電を点弧するために制御装置が設けら
れ、放電域中の電極の間隔が、リング円板形の絶縁体の
内縁に沿う電極の軸線方向における絶縁域中の電極の間
隔より大きく、絶縁域中で電極がそれぞれ絶縁体の板面
のうちの一つに結合され、後者の間隔が少なくとも絶縁
域の間に形成された遮蔽域中の電極の間隔と同じ大きさ
であり、遮蔽域中には絶縁体を遮蔽するための手段が設
けられていることを特徴とするガス放電スイッチにより
達成される。

［発明の効果］ 放電域における電極間隔が絶縁域及び遮蔽域における電
極間隔より大きいこの発明に基づくガス放電スイッチで
は、放電の位置を放電域中に特に放電路に沿って限定す
ることができる。絶縁体が直接見えないので絶縁体への
蒸着が防止される。

［実施例］ 次にこの発明に基づくガス放電スイッチの複数の実施例
を示す図面により、この発明の詳細な説明する。

第１図に示すガス放電スイッチの一実施例では二つの電
極２．３が相互に同軸に配置され、これらの電極のうち
電極２は例えば陰極としてまた電極３は陽極としてｖｉ
続され、これらの電極はそれぞれ回転体を形成する。−
点鎖線により示された回転軸線は符号４が付けられてい
る。電極２，３は同軸の孔５又は６を備え、この孔に沿
って放電路ｌＯが形成される。電極２，３は導電性金属
例えば特殊鋼から成り、放電路に接して例えばタングス
テン又はモリブデンのような高融点の金属又はこれらの
合金から成る入れ子８．９を備える。放電路ＩＯの周り
には拡大された間隔りを備えた電極２と３の間の空間に
より放電域１１が形成され、特に入れ子８と９の間に放
電域が生じている。孔５．６の直径は放電域１１の中の
電極２と３の間隔りより小さく選ばれるのが有利である
０例えば約２〜８ｍｍ、望ましくは４〜６ｍｍ、特に約
５ｍｍのこの間隔りは、リング円板形の絶縁体１６の内
縁に沿う電極２．３の軸方向における絶縁域中の円電極
の間隔ｄｌ　より著しく大きく、かつ放電域１１と絶縁
体１６との間の遮蔽域１２における間隔ｄ２より大きい
のが有利であり、この絶縁体には電極２．３の縁が気密
に取り付けられている０間隔ｄ１は少なくとも間隔ｄ２
と同じ大きさであり１例えば約０．５〜６ｍｍ、望まし
くは２〜４ｍｍ、特に約３ｍｍとすることができる。厚
さＡを有するリング円板形の絶縁体１６は電気絶縁材料
から成る台２３により延長され、この台は同時に電極２
゜３の外側端部の間の絶縁路の延長のために役立つ。

放電路１０の上方には陰極の後側空間２４を囲むケース
２６を備えた制御装！！ｔ２５が設けられている。ケー
ス２６の中空円筒形延長部は予イオン化中空陰極２８を
形成し、この予イオン化中空陰極は中空陰極域３２を囲
みかつ予イオン化空間３０の陽極域３１の中へ突入する
。ケース２６は孔２７を備え、またガスを透過させる金
属製分離壁２９により中空陰極域３２から分離されてい
る０分離壁２９は孔を備え特に目の細かい格子又は網か
ら成ることができる。予イオン化空間３０はつぼ形の制
御電極（賦活電極）３３により囲まれ、この制御電極は
リング形の絶縁体３４上に置かれ、この絶縁体は電極２
と気密に結合されている。

電極２．３のうちの少なくとも一つ例えば陰極２は、放
電域１１と絶縁体１６との間に少なくとも一つのシール
ド１８を備え、このシールドは陽極３の相応の凹所２１
の中に突入し、放電域１１と絶縁体１６との間の遮蔽域
ｌ企が０字リング形の形状を備えるようになっている。

ガス放電スイッチのこの実施例により、放電路ｌＯから
絶縁体１６への拡散並びに放電域１１からの紫外線光子
及びＸ線光子による絶縁体の照射が実際上防止されてい
る。

イオン化可能なガスの充填は、放電路１０に沿った電極
間隔りとガス圧力ｐとの積が増加するときに、ガス放電
スイッチの点弧電圧が低下するように選ばれている。放
電路ｌＯに沿った急速な火花に似たガス放電は、制御電
極３３を用いた予イオン化空間３０の中の予放電と共に
、又は破壊電圧を超えたときに導入される０例えば約４
ｍｍの放電路に沿った間隔りと例えばそれぞれ約２ｍｍ
の絶縁域１３の中の間隔ｄ１及び遮蔽域１２の中の間隔
ｄ２　、並びに圧力ｐ＝６０Ｐ＆のヘリウムによるガス
充填、従って積ｐＸＤ＝２４０Ｐａ＊ｍｍのとき、少な
くとも２０ｋＶの放電路ｌＯの耐電圧強度が得られる。

ガス放電スイッチの特別な実施例では、予イオン化空間
３０を貫き回転軸＆！４にほぼ平行に向いた磁界を用い
ることができる。この磁界により放電維持電圧を低減し
、従ってトリガを受は入れる圧力範囲を拡大できる。

第２図に示すガス放電スイッチの実施例では、電極２，
３の相互に向かい合う表面又は入れ子８．９が放電路１
０に沿って図面では符号が付けられていない凹所を備え
、この凹所が放電域１１の中の電極の間隔を補助的に増
大する。この実施例では電極２．３が放電域１１と絶縁
体１６との間にそれぞれシールド１８又は１９を備え、
これらのシールドが向かい合った電極の相応の凹所２１
又は２２の中へ突入する。この実施例では遮蔽域１２の
中に放電域１１と絶縁体１６との間に相前後して二つの
Ｕ字リング形の拡散阻止部が生じ、これらの拡散阻止部
が放電域１１から絶縁体１６への金属蒸気の拡散を防止
する。

第３図に示すガス放電スイッチの実施例では放電路の直
列回路が用いられ、この直列回路は相応に一層高いスイ
ッチ作動電圧を実現する。この実施例では電極２と３の
間に更に中間電極４１が設けられ、この中間電極は同様
に同軸の孔４２を備え孔５．６と共に放電路４４．４５
の直列回路を形成する。中間電極４１はリング形の二つ
のシールド４６．４７を備え、これらのシールドはそれ
ぞれ他の二つの電極の相応の凹所４８又は４９の中へ突
入する。これらのシールド４６．４７は同様に金属蒸着
に対する拡散阻止部として働く、この実施例ではスイッ
チ作動電圧の相応の上昇が得られる。中間電極４１を備
えたガス放電スイッチの図示の実施例のほかに、−層高
い電圧のために更に別の中間電極を用いることもできる
。

第４図には、予成電空間３０を備えた陰極の後備空間２
４の特別な構成だけが示されている。この実施例では補
助電極が設けられ、この補助電極は阻止電極５２として
働き、リング形の二つの絶縁体５５と５６の間に配置さ
れている。この阻止電極５２はほぼ中空円筒形に形成さ
れ、その下端部はケース２６の中の孔２７を遮蔽する。

この阻止電極５２にはスイッチ作動過程の前に正の電位
が印加されるのが有利であり、この電位は孔２７を通っ
てケース２６の中に入り込みスイッチ作動過程の早すぎ
る作！１１ｔＪＩ始を防止する。従って絶縁体５５への
金属蒸気の拡散が起こり得ない、第２の絶縁体５６に対
しては予イオン化電極３２の付加部５３を設けるのが合
目的であり、この付加部が絶縁体５６を遮蔽する。

ｉ５図に示す実施例では阻止電極５２が制御電極３３の
中に組み込まれている。この目的のために制御電極はそ
の下端部が陰極の後側空間２４のケース２６の孔２７を
覆うまで延長されている。

従って陰極電位に対する阻止電極５２の電位は、予イオ
ン化空間３０の中の予イオン化放電の維持電圧に等しく
、予イオン化空間の高さｈｌ　により必要な大きさに調
節できる。それゆえに高さｈｌは一般に少なくとも数Ｃ
ｍとなろう。

特別に有利な実施例は、制御８１電極３３のケースがマ
イクロ波を入射するための窓５１を備えることにより得
られる。この窓はプラスチック又は石英から成るのが有
利である。

ｆＪｒＪＧ図に示すガス放電スイッチの実施例では、つ
ぼ形の予イオン化電極が減結合電極５４により陰極２か
ら分離され、減結合電極はそれぞれ絶縁体５７又は５８
により制御電極３３及び電極２から分離されている。予
イオン化中空陰極の無いガス放電スイッチのこの実施例
では、減結合電極５４が予イオン化空間３４の中のイオ
ン化を放電路ｌＯから減結合するために用いられる。

沿面放電による制御部を備えた第７図に示すガス放電ス
イッチの実施例ではリング形のトリガ電極６０が設けら
れ、このトリガ電極は、金属より大きい電気抵抗率を有
する材料例えば有ａ賀の絶縁物望ましくはプラスチック
特にマイラー又は半導体又はグラファイトから成り図で
は幾分厚めに示されている薄い中間層５９により、陰極
の後側空間２４のケース２６から分離されている。中間
層５９の厚さは大きくとも約０．１〜０．２ｍｍとする
のが有利であり、一般に０．５ｍｍを著しく超えること
はない、沿面放電のための制御装置はケース６１を備え
るのが合目的であり、このケースは例えば金属から成る
ことができる。トリガ電極６０と陰極との間に制御電圧
パルスを印加することにより、薄い中間層５９の表面を
経て、場合によっては比較的高い電圧による事前の化成
の後に、沿面放電が強心１される。この沿面放電により
荷電粒子及びプラズマが陰極の後側空間の中に注入され
、荷電粒子及びプラズマが放電路１゜でのスイッチ作動
過程を誘発する。

表面に沿って沿面放電が点弧される中間層５９の内径Ｄ
Ｉは、陰極の後側空間２４のケース２６の内Ｂ　ｄ　？
　より大きく選ぶのが有利である。それにより中間層５
９の矢印６６により示された自由表面が、ケース２６の
内側円筒面の上級により放電路１０に沿った放電に対し
て遮蔽される。

中間層５９の矢印６６により決定される表面に沿った沿
面放電の個所の放電路１０からの距離は、主として陰極
の後側空間２４の高さｈ２により決定される。この高さ
は、沿面放電路の浸食を制限するために従ってガス放電
スイッチの寿命期間を増加するために、できるだけ大き
く選ばれるのが有利である。ガス放電スイッチの実用的
な実施例では、この高さｈ２はケース２６の内径ｄ７の
少なくとも約２倍とするのが有利である。

第８図に示す実施例では予イオン化空間３０の中に熱陰
極６２を設けることもでき、この熱陰極には加熱装置例
えば加熱コイル６３が付設され、この加熱装置は適当な
スイッチ６４を介して加熱電流源６５に接続できる０間
接に又は場合によっては直接に加熱される熱陰極６２を
備えたこの実施例では、電子流は減結合電極５４により
制御される。

更に、第９図に示すガス放電スイッチは内部の水素貯蔵
器を備えることもでき、この水素貯蔵器は例えば水素又
は重水素のための金属製のガス貯蔵器６８から成ること
ができる。このガス貯蔵器は例えばパラジウム、チタン
又はタンタルから成ることができ、これらの物質の格子
の中に水素が貯蔵される。ガス貯蔵器６８は同様に加熱
装置を備え、この加熱装置は例えば図示されていない加
熱′電流源に接続された加熱コイル７０から成ることが
できる。ガス貯蔵器６８のガスの蓄えはこの発明に関連
してガス放電スイッチのための圧力調節系として働く、
この実施例では例えば予イオン化放電の維持電圧又はガ
スの圧力を測定し、これらの（ｔｉに関係してガス補給
をｙＪｍすることができる。

ガス補給のために第９図に示すように電気的に制御され
たガス配量弁７１又はダイアフラム弁を設けることがで
き、この弁は圧力低下又は維持電圧上昇の際に、圧力又
は維持電圧が再び正常な作動値に到達するまで、外部の
ガス貯蔵器６９からのガス供給をＩｆｍする。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図及び第６図はそれぞれこの発明に基
づくガス放電スイッチの異なる実施例の縦断面図、第４
図、第５図及び第７図はそれぞれガス放電スイッスの予
イオン化空間を備えた陰極の後側空間の更にスの実施例
の縦断面図、第８図はガス放電スイッチのための特殊な
電子源の一実施例を示す縦断面図、第９図はガス放電ス
イー２千のためのガス貯蔵器の二つの実施例を示す縦断
面図である。 ２．３・・・電極 ５．６・・・孔 １Ｏ５４４，４５・・・放電路 １１・・・放電域 １２・・・遮蔽域 １３・・・絶縁域 １６・・・絶縁体 ２４・・・陰極後側空間 ２５・・・制御装置 ２６・・・ケース ２７・・・孔 ２８・・・予イオン化中空陰極 ３０・・・予イオン化空間 ３１・・・陽極域 ３２・・・中空陰極域 ３３・・・制御電極 ５１・・・窓 ５２・・・阻止電極 ５４・・・減結合電極 ６２・・・熱陰極 ６８．６９・・・ガス貯蔵器 ｈ１１８１　ｉで・°・へ弁理士冨村　沿　・　−。 ’、、　”　”、、ｌｊ ＦＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも二つの同軸の電極（２、３）が設けられ
   、これらの電極が同軸の孔（５、６）を備え、中央の放
   電域（１１）の中にガス放電路（１０）を形成し、また
   電極の縁に絶縁域（１３）を形成し、陰極の後側空間（
   ２４）の中に荷電粒子を注入することによりガス放電を
   点弧するために制御装置（２５）が設けられ、放電域（
   １１）の中の電極（２、３）の間隔（Ｄ）が、リング円
   板形の絶縁体（１６）の内縁に沿う電極（２、３）の軸
   線方向における絶縁域（１３）の中の電極（２、３）の
   間隔（ｄ＿１）より大きく、絶縁域の中で電極（２、３
   ）がそれぞれ絶縁体（１６）の板面のうちの一つに結合
   され、後者の間隔（ｄ＿１）が少なくとも絶縁域（１３
   ）の間に形成された遮蔽域（１２）の中の電極（２、３
   ）の間隔（ｄ＿２）と同じ大きさであり、遮蔽域の中に
   は絶縁体（１６）を遮蔽するための手段が設けられてい
   ることを特徴とするガス放電スイッチ。 ２）遮蔽域（１２）の中の電極（２、３）の間隔（ｄ＿
   ２）が放電路（１０）の電極（２、３）の間隔（Ｄ）の
   半分以下であることを特徴とする請求項１記載のスイッ
   チ。 ３）絶縁域（１３）の中の電極（２、３）の間隔（ｄ＿
   １）が絶縁体（１６）の厚さ（Ａ）にほぼ等しいことを
   特徴とする請求項１記載のスイッチ。 ４）放電域（１１）と絶縁域（１３）との間に遮蔽域（
   １２）の少なくとも一つのＵ字リング形の形状を備える
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。 ５）放電路（４４、４５）の直列回路が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。 ６）ガス放電の制御のためにグロー放電が用いられるこ
   とを特徴とする請求項１記載のスイッチ。 ７）中空円筒形のケース（２６）が陰極の後側空間（２
   ４）を形成しかつ中空円筒形の予イオン化中空陰極（２
   ８）を備え、この予イオン化中空陰極が中空陰極域（３
   ２）を囲み、予イオン化中空陰極の開放端と予イオン化
   空間（３０）の陽極域（３１）とが向かい合うことを特
   徴とする請求項６記載のスイッチ。 ８）ケース（２６）の円筒部が孔（２７）を備え、これ
   らの孔に阻止電極（５２）が付設されていることを特徴
   とする請求項７記載のスイッチ。 ９）予イオン化空間（３０）が磁界の中に配置されてい
   ることを特徴とする請求項７記載のスイッチ。 １０）阻止電極（５２）が制御電極（３３）と陰極（２
   ）とに対して電気的に絶縁されていることを特徴とする
   請求項８記載のスイッチ。 １１）阻止電極（５２）が制御電極（３３）の中に組み
   込まれていることを特徴とする請求項８記載のスイッチ
   。 １２）制御電極（３３）がマイクロ波を入射するための
   窓（５１）を備えることを特徴とする請求項１６記載の
   スイッチ。 １３）制御電極（３３）に減結合電極（５４）が付設さ
   れていることを特徴とする請求項６記載のスイッチ。 １４）作動ガスの少なくとも一つの成分が水銀から成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。 １５）沿面放電によりガス放電が制御されることを特徴
   とする請求項１記載のスイッチ。１６）熱陰極（６２）
   が電子源として用いられることを特徴とする請求項１記
   載のスイッチ。 １７）予イオン化放電の維持電圧又は作動ガスの圧力に
   関係して作動ガスの供給が制御されることを特徴とする
   請求項１記載のスイッチ。 １８）ガス圧力調節のためにガス貯蔵器（６８、６９）
   が用いられることを特徴とする請求項１７記載のスイッ
   チ。