TWI708452B - 放電管 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題，係提供可提升對於重複放電之工作電壓的穩定性的放電管。
本發明的解決手段，係具備至少於兩端具有開口部之筒狀的絕緣性中空體(2)，與閉塞開口部，於內部封止放電控制氣體，且相互對向的至少一對封止電極(3)；於絕緣性中空體的內周面，設置以導電性材料所形成的放電觸發膜(4)；封止電極係具有突出於絕緣性中空體內的凸狀部(3a)，與以電子放射特性比封止電極的材料還高的材料形成於凸狀部之前端部的放電活性層(5)；放電活性層係於凸狀部的前端部，且前端面的外周緣附近，沿著前述外周緣而形成複數個或延伸形成；凸狀部之前端面的中央部，係設為未形成放電活性層的區域。
Description
本發明係關於使用來作為從例如因打雷等所產生的突波(Surge)保護各種機器，用以防止事故於未然的突波吸收器，及火星塞點燈用的開關避雷器(Switching spark gap)的放電管。
放電管也採用來作為為了防止因為雷擊或靜電等之過電壓的侵入導致電子機器等故障所用的突波吸收器即氣體避雷器(Gas arrester)、高壓放電燈及火星塞用的開關避雷器。
於作為此種雷擊對策零件及開關避雷器的放電管中，被要求對於重複放電之工作電壓的穩定性及優良耐電壓特性等。為了獲得此種重複工作穩定性及優良耐電壓特性，研討出在放電電極的表面形成放電活性化材料的被膜(放電活性層)的技術。
例如，在專利文獻1中，記載有於放電電極之對向面的中央部分設置凹陷，於該凹陷形成活性化物質的被膜的突波保護器(Surge arrester)。又，在專利文獻2
中，記載有餘放電電極的對向面整體形成被膜的放電管，及於對向面中央部形成複數被膜的放電管。進而，在專利文獻3中，記載有將設置被膜的半球狀或直方體狀的複數孔部，配置於放電電極的前端面中央，與和圓筒狀殼體構件的內壁面同心之兩個虛擬圓狀的放電管。
[專利文獻1]日本專利第5707533號公報
[專利文獻2]日本新型登記第3125264號公報
[專利文獻3]日本新型登記第3140979號公報
於前述先前技術，還留有以下的課題。
亦即，在前述先前技術中，將輔助放電之放電活性化材料的被膜，形成於放電電極的前端面中央部，但此時，形成於絕緣性中空體之內面的放電觸發膜與被膜的距離變大，導致工作電壓變得不穩定的狀態不佳問題。尤其，從放電初期的輝光放電轉移至電弧放電，有大多在放電電極的中央部產生，放電電極之中央部的放電活性層因電弧放電而散射，附著於周圍，導致對於重複放電的工作電壓產生變化的問題。
又，如專利文獻1，將被膜配置複數個於前端面中央
部時，因應自放電電極的軸線起的距離，被膜與放電觸發膜的距離不同，故有工作電壓產生不均而導致不穩定的障礙。
進而，如專利文獻3，將被膜配置於直徑不同的複數同心圓時，因應同心圓的直徑，被膜與放電觸發膜的距離不同，故還是有工作電壓產生不均而導致不穩定的問題。
本發明係有鑑於前述課題所發明者，目的為提供可提升對於重複放電之工作電壓的穩定性的放電管。
本發明為了解決前述課題，採用以下的構造。亦即，第1發明的放電管，其特徵為：具備：筒狀的絕緣性中空體，係至少於兩端具有開口部；及至少一對封止電極，係閉塞前述開口部，於內部封止放電控制氣體，且相互對向；於前述絕緣性中空體的內周面，設置以導電性材料所形成的放電觸發膜；前述封止電極，係具有突出於前述絕緣性中空體內的凸狀部，與以電子放射特性比前述封止電極的材料還高的材料形成於前述凸狀部之前端部的放電活性層；前述放電活性層，係於前述凸狀部之前端面的外周緣或前述外周緣附近，沿著前述外周緣而形成複數個或延伸形成；前述凸狀部之前端面的中央部，係設為未形成前述放電活性層的區域。
在本發明的放電管中，放電活性層係於凸狀部的前端部且前端面的外周緣附近，沿著外周緣形成複數
個或延伸形成，凸狀部之前端面的中央部設為未形成放電活性層的區域，所以，放電活性層更接近放電觸發膜，並且與放電觸發膜的距離的不均變小，可獲得穩定的工作電壓。又，利用凸狀部的前端面中央部設為未形成放電活性層的區域，可減低因為在前端面中央部產生的電弧放電而放電活性層散射之狀況，可抑制對於重複放電之工作電壓的變化。
第2發明的放電管，係於第1發明其中，前述絕緣性中空體是圓筒狀，並且前述凸狀部是圓柱狀；前述放電活性層，係形成於從前述凸狀部的軸線離開等距離的位置。
亦即，在該放電管中，放電活性層形成於從凸狀部的軸線離開等距離的位置，所以，圓筒狀之絕緣性中空體的內周面與各放電活性層的距離成為相同，自形成於前述內周面之放電觸發膜起的距離的不均更被減低。
第3發明的放電管，係於第1或第2發明中，前述放電活性層形成於前述凸狀部之前端部的外周面。
亦即，在該放電管中，放電活性層形成於凸狀部之前端部的外周面，所以，與放電觸發膜的距離變更短，更減低該距離的不均。又，不會因為在凸狀部的前端面產生的電弧放電而放電活性層散射，可抑制對於重複放電之工作電壓的變化。
第4發明的放電管，係於第1至第3發明的
任一項中，前述放電活性層以Si、O為主成分，包含Na、Cs、C中至少之一。
依據本發明，可發揮以下效果。
亦即，依據本發明的放電管，放電活性層係於凸狀部的前端部且前端面的外周緣附近，沿著外周緣形成複數個或延伸形成，凸狀部之前端面的中央部設為未形成放電活性層的區域，所以，放電活性層與放電觸發膜的距離的不均變小，並且可減低因為在前端面中央部產生的電弧放電而放電活性層散射之狀況，抑制對於重複放電之工作電壓的變化，可獲得穩定的工作電壓。
1‧‧‧放電管
2‧‧‧絕緣性中空體
3‧‧‧封止電極
3a‧‧‧凸狀部
3b‧‧‧凸狀部的前端面
3c‧‧‧凹部
4‧‧‧放電觸發膜
5‧‧‧放電活性層
6‧‧‧封止材
21‧‧‧放電管
23‧‧‧封止電極
23a‧‧‧凸狀部
23b‧‧‧凸狀部的前端面
25‧‧‧放電活性層
[圖1]揭示本發明的放電管之第1實施形態的剖面圖。
[圖2]A-A線箭頭剖面圖。
[圖3]揭示本發明的放電管之第2實施形態的剖面圖。
[圖4]B-B線箭頭剖面圖。
[圖5]於第2實施形態中，揭示封止電極的側視圖。
[圖6]於本發明的實施例1中，揭示對於突波電流施加次數的放電電壓變化率的圖表。
[圖7]於本發明的實施例2中，揭示對於突波電流施加次數的放電電壓變化率的圖表。
[圖8]於本發明的比較例中，揭示對於突波電流施加次數的放電電壓變化率的圖表。
[圖9]揭示本發明的放電管之其他實施形態的剖面圖。
以下，一邊參照圖1及圖2一邊說明本發明的放電管之第1實施形態。再者，在以下說明所用圖面中，為了將各構件設為可辨識或容易辨識的大小，因應需要適切變更縮圖。
本實施形態的放電管1如圖1及圖2所示，具備於兩端具有開口部之筒狀的絕緣性中空體2，與閉塞開口部，於內部封止放電控制氣體，且相互對向的一對封止電極3。
於前述絕緣性中空體2的內周面，設置以導電性材料所形成的放電觸發膜4。
前述封止電極3係具有突出於絕緣性中空體2內的凸狀部3a，與以電子放射特性比封止電極3的材料還高的材料形成於凸狀部3a之前端部的放電活性層5。
前述放電活性層5係於凸狀部3a的前端部且前端面3b的外周緣附近，沿著外周緣形成複數個。又，凸狀部3a之前端面3b的中央部，設為未形成放電活性層5的區
域。
再者，各放電活性層5配置於從凸狀部3a的軸線成同心圓C的線上。該等放電活性層5係設置於從凸狀部3a的軸線起半徑50%以上的位置為佳，更理想為半徑60%以上的位置。再者，將放電活性層5設置於從凸狀部3a的軸線起未滿半徑50%的位置的話，中央的主放電區域的面積變小，有放電變成不穩定之虞。
又，放電活性層5係埋入形成於凸狀部3a之前端面3b的外周緣附近的複數凹部3c以形成。
前述絕緣性中空體2是圓筒狀，並且凸狀部3a是圓柱狀，放電活性層5形成於從凸狀部3a的軸線離開等距離的位置。
放電活性層5係以Si、O為主成分，包含Na、Cs、C中至少之一。
前述放電觸發膜4以碳等形成。
前述絕緣性中空體2係陶瓷製筒狀體，例如以圓筒狀的氧化鋁等所形成的絕緣性管。再者，絕緣性中空體2係氧化鋁等的結晶性陶瓷材料為佳。
前述一對封止電極3係具有突出於內側之凸狀部3a的銅、銅合金、42Ni合金等的凸型金屬構件，相互對向之凸狀部3a間形成放電間隙。
又，該等封止電極3係藉由焊接填料等的封止材6，接合封接於絕緣性中空體2。
前述放電控制氣體係He、Ne、Ar、Kr、Xe、SF6、
N2、CO2、C3F8、C2F6、CF4、H2及該等的混合氣體。
前述放電活性層5的製造方法，係具有於矽酸鈉溶液加入碳酸銫粉末來形成前驅體(Precursor)的工程、將前驅體塗布於封止電極3的表面(凹部3c內)的工程、對於被塗布的前驅體，以矽酸鈉軟化的溫度以上且碳酸銫融解及分解的溫度以上的溫度，進行熱處理的工程。
又，該製造方法係具有於絕緣性中空體2的開口部焊接封止電極3的工程，作為前述熱處理，將焊接工程之焊接溫度，設為矽酸鈉軟化的溫度以上且碳酸銫的熔點以上的溫度。
對於製作前驅體來說，以成為所定組成之方式於矽酸鈉溶液以所定比例添加碳酸銫粉末，調製出前驅體。亦即，藉油混合矽酸鈉玻璃溶液與碳酸銫粉末，調製出黏稠之放電活性層用的前驅體。
接著，將被調製之前驅體塗層於封止電極3的表面(凹部3c內)。此時，作為塗層法，可使用沖壓法(Stamping)、利用金屬遮罩及刮刀等的印刷法、浸染法、鋼板印刷(Paste printing)法、噴墨法、點膠法、旋轉塗布法等之既知的濕式法，將各種液狀物質塗層於所希望之位置的方法。
接著，對藉由前驅體被覆前端面3b的一部分之封止電極3與絕緣性中空體2，在放電控制氣體氣氛下進行焊接。藉此，成為於絕緣性中空體2內部封止放電控制氣體的構造。再者，焊接溫度設為例如820℃。於該焊
接工程中，焊接填料及碳酸銫會熔融，於封止電極3之前端面3b的所定位置形成放電活性層5。
如此在本實施形態的放電管1中，放電活性層5係於凸狀部3a的前端部且前端面3b的外周緣附近，沿著外周緣形成複數個，凸狀部3a之前端面3b的中央部設為未形成放電活性層5的區域，所以，放電活性層5更接近放電觸發膜4，並且與放電觸發膜4的距離的不均變小，可獲得穩定的工作電壓。
又，利用凸狀部3a的前端面3b中央部設為未形成放電活性層5的區域，可減低因為在前端面3b中央部產生的電弧放電而放電活性層5散射之狀況，可抑制對於重複放電之工作電壓的變化。亦即，可減少放電空間內部的狀態變化，可減低工作電壓之急遽變化的發生。
又，放電活性層5形成於從凸狀部3a的軸線離開等距離的位置，所以，圓筒狀之絕緣性中空體2的內周面與各放電活性層5的距離成為相同，自形成於前述內周面之放電觸發膜4起的距離的不均更被減低，本實施形態可獲得放電特性更高的穩定性。
接著，針對本發明之放電管的第2實施形態，參照圖3至圖5以下進行說明。再者，於以下之各實施形態的說明中，對於前述實施形態中所說明之相同構造附加相同符號，省略其說明。
第2實施形態與第1實施形態的不同處，係在第1實施形態中，放電活性層5形成於凸狀部3a的前
端面3b，相對於此，在第2實施形態的放電管21中，如圖3至圖5所示，封止電極23的放電活性層25形成於凸狀部23a之前端部的外周面之處。亦即，在第2實施形態中，於凸狀部23a之前端面23b的外周緣附近，且凸狀部23a的外周面，複數放電活性層25沿著前述外周緣等間隔地並排設置。
再者，在第1實施形態中，將各放電活性層5形成為矩形狀，但在第2實施形態中，將各放電活性層25形成為圓點狀。
亦即，在第2實施形態的放電管21中，放電活性層25形成於凸狀部23a之前端部的外周面，所以，與放電觸發膜4的距離變更短，更減低該距離的不均。又，不會因為在凸狀部23a的前端面23b產生的電弧放電而放電活性層25散射，可抑制對於重複放電之工作電壓的變化。
接著，針對本發明的實施例，參照圖6至圖8，說明將放電活性層形成於封止電極表面的氣體避雷器(放電管)的電氣特性(放電特性)。
作為本發明的實施例，作為實施例1製作出前述第1實施形態所記載之放電管，作為實施例2製作出前述第2實施形態所記載之放電管。
再者，於供電氣特性的評估之樣本的製作中，使用相
同尺寸的絕緣性中空體與封止電極，又，填充於氣體避雷器內部的放電控制氣體、壓力及氣體封止程序也設為一定。進而，將各樣本的放電開始電壓設為一定之350V，使放電活性層的形成位置以外的因素成為一定。
此電氣特性的評估是突波耐量特性的評估，為了比較使用來作為雷擊對策零件時重要的性能所實施，以8/20μs雷擊波形將波頂值7500A的突波電流重複施加於各樣本之後，針對各樣本的初期放電開始電壓特性是否被維持進行調查。
再者，作為比較例，也針對僅於凸狀部的中央部形成放電活性層的氣體避雷器(放電管)，同樣地評估突波耐量特性。
於比較例中，如圖8所是，藉由重複施加7500A的突波電流，直流放電開始電壓從初始值大幅變動，並且直流放電開始電壓的不均也大，在第10次的突波電流施加時成為最大30%程度的變化率。另一方面，於本發明的實施例1及2中，如圖6及圖7所是，重複施加突波電流之後，直流放電開始電壓的變動相較於比較例比較小，並且直流放電開始電壓的不均也小，即使最大也被抑制為15%程度的變化率。如此，在本發明的各實施例中，顯示相對穩定的放電特性，且顯示高耐久性。
再者，本發明的技術範圍並不限定於前述實施形態及前述實施例，於不脫出本技術之要旨的範圍中可施加各種變更。
例如，在前述各實施形態中，將放電活性層形成為複數矩形狀或圓點狀，但將放電活性層，以線狀或帶狀延伸形成於前述所定區域亦可。
又，作為其他實施形態，例如圖9所示般，將埋入放電活性層5的凹部3c，放射狀地並排排列於從凸狀部3a的軸線離開半徑50%以上的位置亦可。再者，於圖9，於從凸狀部3a的軸線離開半徑50%的位置以兩點虛線圖示圓C1。
1‧‧‧放電管
2‧‧‧絕緣性中空體
3‧‧‧封止電極
3a‧‧‧凸狀部
3b‧‧‧凸狀部的前端面
3c‧‧‧凹部
4‧‧‧放電觸發膜
5‧‧‧放電活性層
6‧‧‧封止材
Claims (3)
- 一種放電管，其特徵為：具備：筒狀的絕緣性中空體，係至少於兩端具有開口部；及至少一對封止電極，係閉塞前述開口部，於內部封止放電控制氣體，且相互對向；於前述絕緣性中空體的內周面，設置以導電性材料所形成的放電觸發膜；前述封止電極，係具有突出於前述絕緣性中空體內的凸狀部，與以電子放射特性比前述封止電極的材料還高的材料形成於前述凸狀部之前端部的放電活性層；前述放電活性層，係於前述凸狀部的前端部，且前端面的外周緣附近，沿著前述外周緣而形成複數個或延伸形成；前述凸狀部之前端面的中央部，係設為未形成前述放電活性層的區域；前述放電活性層，係形成於從前述凸狀部之前端部的外周面。
- 如申請專利範圍第1項所記載之放電管，其中，前述絕緣性中空體是圓筒狀，並且前述凸狀部是圓柱狀；前述放電活性層，係形成於從前述凸狀部的軸線離開等距離的位置。
- 如申請專利範圍第1項所記載之放電管，其中， 前述放電活性層，係以Si、O為主成分，包含Na、Cs、C中至少之一。
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