JPH0438111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は雷誘電による衝撃波或は高圧混触によ
る持続波等の障害波から機器、人体を保護するサ
ージ吸収素子に関し、殊に絶縁管体の両端開口部
を放電用電極で封着し、絶縁管体内にガスを封入
し該ガス雰囲気内放電にて上記障害波の放流を行
なうようにしたギヤツプ形サージ吸収素子におけ
る放電遅れの改善に係る。

従来の技術 従来上記ギヤツプ形サージ吸収素子は放電遅
れ、即ち初期電子群が供給されるまでの統計的遅
れ時間と、初期電子群を種としてα作用やγ作用
による電子倍増作用によつて放電が開始されるま
での放電形成遅れ時間との和が大きいという欠点
があるため、前者に対しては、(1)人工放射性元素
を用いて一定の照射を行なつて安定した初期電子
を供給する、(2)電極間に不平等電界部を作り、電
界集中度を高めて初期電子を放出させる、(3)ギヤ
ツプ形サージ吸収素子の電極のギヤツプ近傍に、
微少ギヤツプを避雷管内部に設けて、初期電子を
供給する、等して放電遅れを改善する技術があ
り、後者においては(1)電極の素材として電子を放
出し易い仕事関数の小さい材料を用いる、(2)不平
等電界により充分な高電界を発生させ初期電子を
加速することにより、すばやく電子なだれを発生
させる、(3)ペニング効果を有する混合ガスを利用
する、等して放電遅れを改善する技術がある。

発明が解決しようとする問題点 これらの先行技術において、なお改善を必要と
する技術的課題は、放電開始電圧に明るい時と暗
い時に差が出ること、即ち明暗差による放電不整
電圧が発生し、放電開始電圧のバラツキ、品質の
低下を来すことである。

一般に放電開始電圧の安定性を向上させるた
め、通常人工放射性元素が利用されているが、安
全性の面より取扱い量や取扱い方法が規制されて
いるため、工業生産を実施する場合、種々の制限
があり、生産性向上という点から問題があり、又
人工放射性元素の代りに不平等電界部による電子
放出の方法（絶縁管体の内面にカーボン線を罫書
く方法等）が別に採用されているが、均一な罫書
きが困難な問題があるため、補助手段としては有
力な方法であるが、この方法を主体としてこれの
みで工業生産し安定した放電電圧を得ることは困
難である。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決する手段として、前
記放電用電極の内表面に、天然放射性物質たる酸
素酸系のカリウム化合物と共に、電子放射促進物
質たる低仕事関数のバリウム化合物又はランタン
化合物又はセリウム化合物と、高仕事関数のチタ
ン又はイリジウム又はジルコニウム又は夫々の化
合物を含む混合物質を付着したサージ吸収素子を
提供するものである。

作 用 本発明は上記放電開始電圧の明暗差を著しく減
少させ、工業生産規模で放電開始電圧の安定性や
再現性を向上させると共に、静電容量が小さく、
続流遮断性が高く、寿命の長い経済的なサージ吸
収素子を提供することができる。

実施例 以下本発明の実施例に付き説明する。図示のよ
うに絶縁管体１の両端開口部を放電用電極２，３
で封着し、両電極２，３の管内へ突出させた放電
部２ａ，３ａを放電電圧に従つて50um〜3mmの
放電ギヤツプ４を存して対向配置し、管内にガス
封入する。

絶縁管体１はガラスやセラミツクなどガス透過
性がなく気密性を保持できる材質で絶縁性が高け
れば特に限定されるものではない。

上記絶縁管体の内面にトリガー用カーボン線を
罫書く。即ち管長の方向に導電材料から成る点弧
条片５を設ける。点弧条片５は絶縁管体１の母材
たるスリガラスやセラミツク等の表面への鉛筆書
きによる条片や黒鉛懸濁液を塗布、乾燥焼結させ
た条片等である。点弧条片５は一端が放電用電極
２，３に接触又は非接触とする。

上記放電用電極の表面にカリウム化合物と共
に、仕事関数3.6eV以下の低仕事関数のバリウム
化合物（カリウム以外）等と、高仕事関数のチタ
ン又はその化合物等を含有する混合物資を塗布等
の方法により付着させる。

上記カリウム化合物は天然放射性物質であり、
特に後記するクロム酸カリウム等の酸素酸系のカ
リウム化合物を用いる。又上記仕事関数3.6eV以
下の化合物（カリウム以外）は天然放射性物質の
電子放射を促進し蒸気圧低下、高融点化させる物
質であり、この電子を放出し易い仕事関数3.6eV
以下の電子放射促進物質たる化合物としてはバリ
ウム化合物又はランタン化合物又はセリウム化合
物が掲げられる。

天然放射性物質であるカリウム化合物の多くの
ものは融点が低く蒸気圧が高く、放電を繰り返す
と元素又はその化合物が溶融して流れたり、揮発
したりして絶縁を低下させるため耐久性が低下す
る。これを防止するための好ましい例として(イ)上
記天然放射性物質及び電子放射促進物質の混合物
質として高融点で低蒸気圧の化合物を使用する方
法や、(ロ)上記混合物質に低仕事関数の高融点で低
蒸気圧の化合物や、高仕事関数の元素やその化合
物を混合し、流動性低下や蒸気圧低下を図り、安
定性を増す方法等がある。

前者(イ)の具体的化合物の例として、天然放射性
物質たるカリウム化合物としては、クロム酸カリ
ウム、アルミン酸カリウム、ケイ酸カリウム、カ
ルシライト（KALSiO₄）（以上高融点で低蒸気圧
の化合物）が掲げられ、又同様の特性を有する電
子放射促進物質たるバリウム化合物としは、チタ
ン酸バリウム、アルミン酸バリウム、クロム酸バ
リウム等があり、更に前記ランタン化合物、セリ
ウム化合物がある。

又後者(ロ)としては低仕事関数で高融点の電子放
射促進物質たる化合物とて酸化ランタン、酸化セ
リウムが掲げられ、高仕事関数の元素や化合物と
してチタン、ジルコニウム、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム、酸化イリジウム、ケイ酸塩等を前記
混合物質に混合する方法がある。上記選択された
混合物質６を電極表面に強固に固着させ剥離を防
止するために合金効果が期待できる金属微粉末
（例えば上記チタン、酸化イリジウム、ジルコニ
ウムがあげられる）や耐熱性が期待できる上記酸
化チタン、酸化ジルコニウムや、接着効果が期待
できる水ガラス（蒸気ケイ酸塩）を混合物質に添
加し混合使用する。

絶縁管体１と電極２，３との密閉空間は外部空
間と遮断されており、窒素、アルゴン、ネオン、
水素等のガスの単独又は混合ガスが封入されてい
る。封入ガスの成分、組成、封入圧力等は放電開
始電圧、両電極間のギヤツプ、塗布剤等により最
適値が複雑に変化する。

更に続流遮断電圧を高めるため、又はグロー放
電電圧を高めるために前記天然放射性物質と電子
放射促進物質の混合物質６にケイ素又はケイ素化
合物、チタン又はチタン化合物を添加すると良
い。

更に実施例として前記混合物質を電極内表面に
付着させつつ、絶縁管体１の内側にカリウム化合
物を塗布し、電子放射のきつかけのための放射線
源として利用する場合を提示する。

本発明は以上の結果を得る思考過程として、放
電遅れ時間を短縮し放電開始電圧の明暗差を抑制
するために、人工放射性元素が通常使用されてい
るので、天然放射性元素に転換すべく各種元素に
ついて試験した。天然放射性元素を単独に塗布し
て試験したが、塗布剤としての性能が不完全であ
つた。放射能を有する元素であるから、有効にな
る条件があるはずであると仮定して、各種元素を
混合し、多数の試験を思考錯誤的に実施した。そ
の結果としてカリウム化合物に対して低仕事関数
の前記化合物を単独又は２種類以上を添加し、更
に前記高仕事関数の元素又は化合物の単独又は２
種以上を添加した混合物資による塗布剤が放電遅
れ時間を短縮し、放電開始電圧の明暗差を減少す
ると共に、耐用寿命を向上し、性能を安定化する
ことを見出し、本発明を完成した。

多数の実用試験により明暗差に対する非常に有
効な結果を得たが、これはカリウム化合物より放
出されるβ線やγ線の天然放射線が低仕事関数の
化合物を照射し、励起又はイオン化させて別のエ
ネルギーの光線又は電子線を更に放出させて近隣
の低仕事関数の化合物を再び照射するという、光
線又は電子線のα作用やγ作用による電子倍増作
用により、電子放出が早く、大量になされるため
であると言える。

電子放射特性を仕事関数により推定し、予測し
ようとしたが、この現象は複雑であり、仕事関数
のみでは他成分の混合効果を説明できないことが
ある。電子放射促進物質として仕事関数3.6eV以
上の元素又は化合物は明暗差特性の改善では有効
でないが、3.6eV以下は効果の多少の大小はある
が総じて有効である傾向を示した。

本発明の具体的実施例を次に述べるが、これに
より本発明の範囲が何ら制限されるものではな
い。

実施例 １ 電極表面への塗布剤（混合物質）はチタン：窒
化バリウム（電子放射促進物質）：クロム酸カリ
ウム（天然放射性物質）：水の重量比が１：
0.15：0.15：6.5の混合物であり、該混合物を乳鉢
中で充分に粉砕し混合した。この懸濁液を電極表
面から溢流しない量を滴下し、自然乾燥後、120
℃で４時間乾燥したガラス管とコバール合金電極
をネオンとアルゴン混合ガス中で圧力170mmHgで
封着し、電極表面の放電特性を安定させた。暗所
放電電圧の平均値は86.0Vで標準偏差は1.9V、明
暗差による放電不整電圧は1.4Vであつた。

実施例 ２ 電極表面への塗布剤は、チタン：チタン酸バリ
ウム（電子放射促進物資）：クロム酸カリウム
（天然放射性物資）：水ガラス：水の重量比が１：
0.2：0.05：１：４の混合物であり、該混合物を
乳鉢中で充分に粉砕し混合した。

この懸濁液を電極表面から溢流しない量を滴下
し、自然乾燥後、真空炉で乾燥した。セラミツク
管と42％ニツケル合金電極をアルゴンガス中で圧
力270mmHgで封着し、電極表面の放電特性を安定
させた。暗所放電電圧の平均値は211.9Vで標準
偏差は3.6V、明暗差による放電不整電圧は2.1V
であつた。

実施例 ３ 電極表面の塗布剤は酸化セリウム（高融点低蒸
気圧の電子放射促進物質）：クロム酸カリウム
（高融点低蒸気圧の天然放射性物質）：水ガラス：
水の重量比が１：0.05：１：４の混合物であり、
該混合物を乳鉢中で充分に粉砕し混合した。この
懸濁液を電極表面から溢流しない量を滴下し、自
然乾燥後120℃で４時間乾燥した。ガラス管とコ
バール合金電極をアルゴンガス中で圧力270mmHg
で封着し、電極表面の放電特性を安定させた。暗
所放電電圧の平均値は252.8Vで標準偏差は4.4V、
明所差による放電不整電圧は3.4Vであつた。

実施例 ４ 電極表面への塗布剤はチタン：チタン酸バリウ
ム（電子放射促進物質）：カルシライト（天然放
射性物質）：水ガラス：水の重量比が１：0.02：
0.1：１：４の混合物であり、該混合物を乳鉢中
で充分に粉砕し混合した。この懸濁液を電極表面
から溢液しない量を滴下し、自然乾燥後120℃で
４時間乾燥した。ガラス管とコバール合金電極を
アルゴンガス中で圧力270mmHgで封着し、電極表
面の放電特性を安定させた。暗所放電電圧の平均
値は211.9Vで標準偏差は5.7V、明暗差による放
電不整電圧は3.3Vであつた。

実施例 ５ 電極表面への塗布剤は酸化イリジウム：酸化ラ
ンタン（電子放射促進物質）：クロム酸カリウム
（天然放射性物質）：石油系揮発油の重量比が１：
7.5：0.5：20の混合物であり、混合物を乳鉢中で
充分に粉砕し混合してからペースト状になるまで
溶剤を揮散させた。電極表面にスパチエラにより
丁寧に表面が均等になるように塗布し保存した。
セラミツク管と42％ニツケル合金電極を仮組立て
をして封着機械にセツトし、最初石油系揮発油を
真空下で徐々に揮散させた。塗布剤表面や電極へ
の密着のため放電処理をして放電特性を安定化さ
せた。暗所放電電圧の平均値は230.8Vで標準偏
差は6.0V、明暗差による放電不整電圧は2.5Vで
あつた。

次に本発明の効果を証明する比較例について述
べる。

比較例 １ 実施例１における窒化バリウムをなくし、チタ
ン：クロム酸カリウム：水の重量は１：0.15：
6.5で同じにした。同一条件で製造し、性能を測
定した。暗所放電電圧の平均値は170.8で標準偏
差は37.3V、明暗差による放電不整電圧は17.5V
であつた。

比較例 ２ 実施例２におけるクロム酸カリウムをクロム酸
セシウムに変更し、チタン：チタン酸バリウム：
クロム酸セシウム：水ガラスの重量比は１：
0.2：0.05：４で同じにした。同一条件で製造し
性能を測定した。暗所放電電圧の平均値は
222.4Vで標準偏差は15.1V、明暗差による放電不
整電圧は9.1Vであつた。

比較例 ３ 実施例２におけるクロム酸カリウムをなくし、
チタン：チタン酸バリウム：水ガラス：水の重量
比は１：0.2：0.05：４で同じにし、同一条件で
製造し性能を測定した。暗所放電電圧の平均値は
225.7Vで標準偏差は13.1V、明暗差による放電不
整電圧は11、0Vであつた。

本発明の効果 本発明によるサージ吸収素子は天然物（天然放
射性物質、電子放射促進物質）を取扱うのみであ
るから、法的規制がなく、取扱いが容易であり安
全である。

又カリウム化合物は大量に早く、安全に得ら
れ、取り扱いが容易であり、安全である。電極表
面への塗布も水溶液であるため量の制限が容易で
あると共に均一に塗布することも容易である。

殊に実施例１乃至５及び比較例１乃至３にて検
証したように、ギヤツプ形サージ吸収素子の放電
遅れ時間が長いという欠点を小さくし、ギヤツプ
形サージ吸収素子の特徴である静電容量が小さ
い、続流遮断性が高い、寿命が長い、耐量が大き
い等を温存したままで、明暗差の問題を極めて有
効に解決できたものであり、本サージ吸収素子の
経済的工業的効用は非常に甚大なものがある。

又カリウム化合物単独ではなく、低仕事関数の
前記化合物（カリウム以外）とこれらの混合物質
の融点や蒸気圧を改善させるために添加する高融
点や低蒸気圧の前記第３物質により寿命が延長さ
れるのみでなく、電気的特性としてのサージ放電
開始時間の短縮、放電耐量の増加、サージ続流放
電開始電圧の低下等の改善があり、サージ吸収素
子の工業的価値が向上される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る混合物資を付着したサージ
吸収素子を一部断面して示す側面図である。 １……絶縁管体、２，３……電極、６……混合
物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁管体の両端開口部を放電用電極で封着
   し、絶縁管体内にガスを封入したサージ吸収素子
   において、上記放電用電極の内表面に、天然放射
   性物質たるクロム酸カリウム等の酸素酸系のカリ
   ウム化合物と、電子放射促進物質たる低仕事関数
   のバリウム化合物又はランタン化合物又はセリウ
   ム化合物と、高仕事関数のチタン又はイリジウム
   又はジルコニウム又は夫々の化合物とを含む混合
   物質を付着したことを特徴とするサージ吸収素
   子。