KR100601898B1

KR100601898B1 - 스위칭 스파크 갭을 구비한 방전관

Info

Publication number: KR100601898B1
Application number: KR1019990005675A
Authority: KR
Inventors: 마찌다가즈히꼬
Original assignee: 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-20
Publication date: 2006-07-14
Also published as: DE69919767T2; EP0938173B1; KR19990072800A; DE69919767D1; US6194820B1; EP0938173A1

Abstract

본 발명은 150℃의 고온 환경에서 2.5ms의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수 있는 방전관에 관한 것이다. 방전관(10)은 그 방전면(16, 16)이 밀봉 가스를 충전한 공간부(22)에서 서로 대향해서 배치된 한쌍의 전극(14a, 14b)을 구비한다. 이 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 각 방전면(16)은 브롬화칼륨과 브롬화니켈을 혼합한 절연재로 된 절연층(18)으로 형성된다.

방전관, 단열층

Description

스위칭 스파크 갭을 구비한 방전관{DISCHARGE TUBE HAVING SWITCHING SPARK GAP}

도 1은 주파수 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 나타내는 도면.

도 2는 150℃의 환경에서 주파수 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 나타내는 도면.

도 3은 브롬화칼륨만을 혼합한 절연층을 구비하고, 주파수 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 비교의 목적으로 나타내는 도면.

도 4는 브롬화칼륨과 브롬화크롬(CrBr₂)을 혼합한 절연층을 구비하고 주파수 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 비교의 목적으로 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 의한 방전관의 예를 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 다른 방전관을 나타내는 단면도.

도 7은 브롬화칼륨만을 혼합한 절연층을 구비하고, 주파수 200Hz(5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 나타내는 도면.

도 8은 브롬화칼륨만을 혼합한 절연층을 구비하고, 주파수 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 나타내는 도면.

도9는 브롬화칼륨만을 혼합한 절연층을 구비하고, 150℃의 환경에서 주파수 200Hz(5ms)의 간격으로 연속 방전하는 본 발명에 의한 방전관의 방전 특성을 나타내는 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
10: SSG
16: 방전면
14a, 14b: 전극
18: 절연층

본 발명은 방전관에 관한 것이며, 특히 밀봉 가스를 충전한 공간에서 방전면이 서로 대향해서 배치된 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 방전관에 관한 것이다.

고압 램프로서 사용되는 메탈 할라이드 램프 또는 크세논 램프 등의 가스 방전 램프의 점등 회로는 램프 점등용의 동작 전압을 공급하는 도 5 또는 도 6에 나타낸 방전관(스위칭 스파크 갭(Switching Spark Gap), 이하 "SSG"라고도 함)을 포함한다.

도 5에 나타낸 SSG(10)는 세라믹 등의 절연재로 된 통형 부재(12)와, 방전면(16, 16)이 통형 부재(12)의 양단의 개구를 통해 공간부(22)에 삽입되어 배치된 한 쌍의 전극(14a, 14b)을 포함한다. 방전면(16, 16)은 공간부(22)에 충전된 밀봉가스를 통해서 서로 대향해서 배치된다. 방전면(16, 16)의 평탄부는 각각 절연재의 절연층(18, 18)으로 피복되어 있다.

도 6에 나타낸 SSG(10)는 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면에 오목부(20, 20)를 형성한 것을 제외하고는, 도 5에 나타낸 SSG와 거의 유사한 구조를 갖는다. 오목부(20, 20)의 표면은 절연재가 피복됨으로써 각각 절연층(18, 18)을 형성한다. 방전면의 면적은 크게 할 수 있으며, 방전면에 상기한 바와 같이 오목부(20, 20)를 형성함으로써 방전관의 수명을 늘릴 수 있다.

도 5 및 도 6에 나타낸 SSG(10)를 연속적으로 방전할 경우에는, 램프 등에 주파수가 수ms에서 수십ms의 일정 동작 전압을 안정하게 공급할 필요가 있다. 이를 위해서 일본 특개평9-22769호 공보는 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16) 상에 형성된 한 쌍의 절연층(18, 18)을 브롬화칼륨, 불화칼륨 및 불화나트륨에서 선택한 적어도 1 개의 알칼리 금속염과 혼합한 절연재로 형성한 SSG를 개시하고 있다.

상기 특허 공보에 개시된 SSG는 도 7에 나타낸 바와 같이 주파수 200Hz(5.0ms)의 간격으로 연속적으로 방전할 때에, 소정의 동작 전압을 안정하게 공급할 수 있다. 도 7의 방전 특성을 발휘하는 SSG는 브롬화칼륨을 혼합한 절연층(18)을 갖는 도 5에 나타낸 SSG(10)이다. 이와 같이 첨가된 브롬화칼륨은 절연층(18)을 형성하는 물유리(water glass) 용액의 15중량%를 차지한다. 브롬화칼륨은 절연재에 함유된 물유리에 용해되어, 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16) 상에 피복된다.

도 7에서 점(A)은 이 경우에는 1000V로 설정된 방전 개시 전압을 나타낸다.

근년에는, 메탈 할라이드 램프나 크세논 램프 등의 가스 방전 램프가 가정용 프로젝터 또는 TV 또는 자동차의 헤트라이트용으로 채용되고 있다. SSG는 이러한 램프의 점등 회로에 사용된다. 자동차에 이를 적용할 때에 SSG는 엔진부에 설치하는 일이 많다.

이 때문에 고온(150℃)의 환경에서 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하여도 안전하게 방전할 수 있는 SSG에 대한 수요가 높아지고 있다.

그러나 물유리 용액의 15 중량%를 차지하는 브롬화칼륨으로 된 절연층(18)으로 형성된 SSG(10)를 실온에서 2.5ms의 간격으로 연속적으로 방전할 경우에는, 도 8에 나타낸 바와 같이 방전 도중에 중단되는 일이 많다.

또한 SSG(10)를 200Hz(5.0ms)의 간격으로 연속 방전하는 경우에는, SSG(10)의 주변 온도가 150℃로 상승하여, 도 9에 나타낸 바와 같이 방전 개시 전압이 불안정해지기 쉬워지는 점을 발견하였다.

따라서 본 발명의 목적은 고온(150℃)의 환경에서 2.5ms의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수 있는 SSG를 제공하는 것이다.

본 발명자는 이와 같은 문제를 연구 검토한 결과, SSG(10)를 구성하는 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16) 상에 형성된 절연층(18, 18)을 브롬화칼륨 및 브롬화니켈로 혼합하면 2.5ms의 간격으로 안정된 연속 방전이 가능하다는 것을 발견함으로써 본 발명을 달성하였다.

특히 본 발명에 의하면, 밀봉 가스를 충전한 공간에서 방전면이 서로 대향해서 배치된 적어도 한 쌍의 전극으로 구성되고, 브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합물로 구성된 절연재를 한 쌍의 전극의 방전면 상에 피복함으로써 절연층을 형성하는 방전관이 제공된다.

본 발명에 의한 방전관(SSG)은 2.5ms의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수 있다. 이는 고온(150℃)의 환경에서도 가능하다.

본 발명에 의한 방전관(SSG)은 주변 온도가 높은 자동차의 엔진부에 설치되어도 안정하게 방전되므로, 자동차용 SSG로서 적절하게 응용된다.

본 발명에 의한 방전관(SSG)은 도 5 또는 도 6에 나타낸 SSG(10)와 동일한 구조를 갖는다. 특히 한 쌍의 전극(14a, 14b)은, 밀봉 가스로 충전된 공간부(22)에서 방전면(16, 16)이 서로 대향하도록 배치된다.

이 SSG(10)에 있어서는, 브롬화칼륨과 브롬화니켈이 혼합된 절연재를 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16) 상에 피복하여 절연층(18, 18)을 형성하는 것이 중요하다.

절연층(18, 18)은 브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합물로 구성되어 있다. 이와 같은 절연층(18, 18)은 방전면(16, 16) 상에 브롬화칼륨과 브롬화니켈을 혼합한 물유리를 함유하는 절연재로 된 피복제를 피복하여 형성할 수 있다.

물유리는 규산 나트륨의 진한 수용액으로서, Na₂O 몰당 2 내지 4몰의 SiO₂를 함유하며, 대기 중에서 건조 후에는 유리와 같은 특성을 나타낸다.

물유리에 대하여 포화 용해도 이하로 브롬화칼륨과 브롬화니켈을 혼합한 물유리를 함유하는 절연재를 방전면(16, 16)에 피복하는 것이 바람직하다. 특히 브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합의 총량은 물유리 용액(물은 용매로서 사용됨)의 1 내지 67중량%(바람직하게는 1 내지 30중량%)를 차지하되, 그 중에서 브롬화니켈이 물유리 용액의 0.5 내지 10중량%(더 바람직하게는 2중량%)를 차지하고, 브롬화칼륨이 나머지를 차지하는 것이 바람직하다.

브롬화칼륨과 브롬화니켈 혼합물의 총량이 물유리 용액의 67중량%를 넘거나, 브롬화칼륨이 물유리 용액의 65중량%를 넘거나, 또는 브롬화니켈이 물유리 용액의 13중량%를 넘으면, 물유리에 대한 브롬화칼륨이나, 브롬화니켈이나, 또는 브롬화 칼륨과 브롬화 니켈의 혼합물이 포화 용해도를 넘어서, 물질이 피복재에 용해되지 않은 채로 잔류함으로써 균일한 피복재를 얻기 어려운 일이 많다.

브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합물의 총량이 물유리 용액의 1중량%보다 낮거나, 브롬화칼륨이나 브롬화니켈의 양이 물유리 용액의 0.5중량%보다 낮을 경우에는, 150℃의 고온 환경에서 400Hz(2.5ms)의 주파수로 안정하게 연속 방전할 수 있는 SSG를 얻기 어려운 일이 많다.

절연재는 종래와 같이 티탄산 바륨으로 혼합하여도 좋다.

본 발명에 의한 방전관(SSG)은 물유리를 함유한 절연재에 혼합된 브롬화칼륨과 브롬화니켈을 구비한 피복제를 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16)에 피복하고, 이를 건조시켜서 절연층(18, 18)을 형성한 후, 한 쌍의 전극(14a, 14b)을 그 방전면(16, 16)이 공간부(22)에서 서로 대향해서 배치되도록 통형 부재(12) 각 단부의 개구에 삽입해서 설치한다.

그리고 방전부(22)에 밀봉 가스를 충전함과 동시에 통형 부재(12)의 각 개구 단부와 각 전극(14a, 14b) 단부를 땜납재로 서로 밀봉한다.

밀봉 가스는 아르곤 가스와 수소 가스의 혼합물 또는 특히 아르곤 가스, 네온 가스 및 수소 가스의 혼합물이 바람직하다.

아르곤 등의 불활성 가스 만이 밀봉 가스로서 사용할 경우에는, SSG(10)의 활성화로 생성되는 이온이 충분히 탈이온화(deionizing)되지 않아서 속류(dynamic current)가 흐르기 쉽다. 반면에 수소 가스와 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 혼합물은 SSG(10)의 활성화로 생성되는 이온을 충분히 탈이온화할 수 있어서 속류를 방지하여 연속적이고 안정된 방전을 가능하게 한다.

이와 같이 혼합되는 수소 가스의 양은 2 내지 20 체적%가 바람직하다. 혼합되는 수소 가스의 양이 20체적%를 넘으면, SSG의 동작 전압이 증가하기 쉽다. 반대로 수소 가스의 양이 2체적%보다 적으면, 탈이온화 효과가 불충분하기 쉽다.

한편 아르곤 가스, 네온 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 밀봉 가스로 사용헐 경우에는, 아르곤 가스와 네온 가스 간의 비율은 SSG의 동작 전압에 의존한다.

예를 들어 SSG의 동작 전압이 800V 내지 2000V의 범위일 경우에는, 네온 가스의 양이 밀봉 가스의 1 내지 70체적%이고, 수소 가스와 네온 가스를 제외한 나머지는 아르곤 가스인 것이 바람직하다.

또한 SSG의 동작 전압이 500V 내지 800V의 범위에 있거나 그 범위보다 낮을 경우에는, 네온 가스의 양은 밀봉 가스의 25 내지 95체적%를 차지하고, 수소 가스와 네온 가스를 뺀 나머지는 아르곤 가스로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 SSG의 동작 전압이 100V 내지 500V의 범위에 있거나 그 범위보다 낮을 경우에는, 네온 가스의 양은 밀봉 가스의 35 내지 99체적%를 차지하고, 수소 가스와 네온 가스를 뺀 나머지는 아르곤 가스로 구성되는 것이 바람직하다.

다음에 본 발명에 의한 방전관(SSG)의 방전 특성을 검토한다. 이 SSG는 동작 전압이 1000V인 도 5에 나타낸 구조를 갖는 SSG(10)로 나타낸다. SSG(10)를 구성하는 한 쌍의 전극(14a, 14b)의 방전면(16, 16) 상에 형성된 절연층(18, 18)이 브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합물을 구비하는 절연재를 피복함으로써 형성된다. 절연재는 20.0중량%의 물유리 용액을 함유한다. 필요에 따라 티탄화바륨을 물유리 용액과 혼합할 수 있다. 또한 브롬화칼륨과 브롬화니켈 혼합물의 총량은 절연재의 67중량%를 차지하고, 혼합되는 브롬화니켈의 양은 물유리 용액의 2중량%를 차지한다.

또한 아르곤 가스, 네온 가스 및 수소 가스의 혼합물은 공간부(22)에 밀봉한다. 가스곤 가스는 밀봉 가스의 75중량%, 네온 가스는 5중량%, 수소 가스는 20중량%이다.

도 1에 나타낸 SSG(10)의 방전 특성은 실온에서 2.5ms의 간격으로 SSG(10)를 연속 방전한 결과 얻어진 것이다. 도 1의 선(L)은 1000V의 방전 개시 전압을 나타낸다.

도 1로부터 명백한 바와 같이, SSG(10)는 방전이 개시된 직후에는 방전 개시 전압에 약간의 변동은 있지만 대체로 안정하게 연속 방전한다.

다음에 SSG(10)의 주변 온도를 150℃로 올리고 2.5ms의 간격으로 연속 방전시킨다. 방전 특성의 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 150℃로 승온한 환경에서도 SSG(10)는 여전히 안정하게 연속 방전한다.

브롬화칼륨(브롬화니켈 제외)만을 절연층(18, 18)에 혼합한 것을 제외하고는 도 1 및 도 2에 나타낸 방전 특성을 갖는 것과 동일한 구조를 갖는 SSG를 얻을 수 있다. 이 SSG의 동작 전압을 1000V로 하여, SSG를 실온에서 400Hz(2.5ms)의 간격으로 연속 방전하였다. 방전 특성의 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3의 선(L)은 1000V의 방전 개시 전압을 나타낸다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 절연층(18, 18)에 브롬화니켈을 제외한 브롬화칼륨만을 혼합한 SSG는 방전 개시 전압에 변동이 생겨서 400Hz(2.5ms)의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수가 없다.

SSG는 브롬화칼륨(브롬화니켈 제외)과 브롬화크롬(CrBr₂)을 절연층(18, 18)에 혼합한 것을 제외하고는 도 1 및 도 2의 방전 특성을 발휘하는 SSG(10)와 동일한 구조를 갖는다. 이와 같이 해서 얻어진 SSG는 1000V의 구동 전압을 갖는다. 이 SSG는 실온에서 2.5ms의 간격으로 연속 방전한다. 얻어진 방전 특성을 도 4에 나타낸다. 도 4로부터 명백한 바와 같이 안정된 방전은 브롬화니켈 대신 브롬화크롬을 사용하더라도 안정된 방전을 계속할 수 없다.

상술한 설명에서, 본 발명에 의한 방전관(SSG)의 절연층(18, 18)은 브롬화칼륨과 브롬화니켈을 함유한 것이었다. 또한 불화나트롬 및/또는 불화칼륨을 더 첨가하여도 좋다. 구체적으로는 불화나트륨과 불화칼륨은 물유리 용액의 0.5 내지 20중량%(더 바람직하게는 0.5 내지 15중량%)의 양으로 각각 첨가한다. 그 외에 필요에 따라 절연층(18, 18)에 염화칼륨 및/또는 염화나트륨을 첨가할 수도 있다.

상술한 방전관(SSG)은 방전면(16, 16)이 밀봉 가스를 충전한 공간부(22)에 서로 대향해서 배치된 한 쌍의 전극(14a, 14b)을 구비한다. 그러나 본 발명은 방전면이 서로 대향해서 배치된 2개 쌍의 전극을 구비하는 방전관에도 또한 적용할 수 있다.

본 발명에 의한 방전관(SSG)은 또한 2.5ms, 또는, 예를 들어 5ms의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 방전관(SSG)은 2.5ms의 간격으로 안정하게 연속 방전할 수 있다. 또한 150℃의 고온 환경에서도 안정된 방전을 확보할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의한 방전관은 가정용 프로젝터, TV 등에 적절히 응용할 수 있다. 본 발명에 의한 방전관은 특히 주변 온도가 매우 높게되는 자동자의 엔진부에 적절히 응용하여 안정하게 연속 방전할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 방전관은 자동차 관련 적용에 바람직하다.

Claims

밀봉 가스로 충전된 공간에서 방전면이 서로 대향해서 배치된 적어도 한 쌍 의 전극을 구비하는 방전관에 있어서,

상기 한 쌍의 전극의 상기 방전면의 각각은 브롬화칼륨과 브롬화니켈로 혼합된 절연재로 피복된 것을 특징으로 하는 방전관.
제 1항에 있어서,

상기 절연재는 포화 용해도 이하로 함유된 브롬화칼륨과 브롬화니켈이 혼합된 물유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전관.
제 1항에 있어서,

상기 절연재는 브롬화칼륨과 브롬화니켈의 혼합물의 총량이 물유리의 1 내지 67중량%를 차지하는 물유리 용액으로 구성되며, 상기 물유리 용액에 대한 상기 브롬화니켈의 비율은 0.5 내지 10중량%를 차지하고, 브롬화칼륨이 나머지 전체를 차지하는 것을 특징으로 하는 방전관.
제 1항에 있어서,

상기 밀봉 가스는 아르곤 가스와 수소 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 방전관.
제 1항에 있어서,

상기 밀봉 가스는 아르곤 가스, 네온 가스 및 수소 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 방전관.
제 4항에 있어서,

상기 밀봉 가스에 대한 상기 수소 가스의 비율이 2 내지 20체적%인 것을 특징으로 하는 방전관.
제 5항에 있어서, 상기 밀봉 가스에 대한 상기 수소 가스의 비율이 2 내지 20체적%인 것을 특징으로 하는 방전관.