JP2005025953A

JP2005025953A - 放電管

Info

Publication number: JP2005025953A
Application number: JP2003186739A
Authority: JP
Inventors: Koichi Imai; 孝一今井; Satoshi Hori; 諭史堀; Yoichi Matsuyama; 陽一松山
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】追随放電開始電圧の低下を生じることのない長寿命な放電管を実現する。
【解決手段】両端が開口したセラミックよりなるケース部材１２の両端開口部を、無酸素銅より成る放電電極を兼ねた一対の蓋部材１４，１４で気密に封止することによって気密外囲器１６を形成すると共に、上記蓋部材１４，１４の放電電極部１８，１８間に所定の放電間隙２２を形成し、また、ケース部材１２の内壁面２４に、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて対向配置された線状のトリガ放電膜２８を複数形成すると共に、上記放電電極部１８の表面に、アルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜３０を形成し、さらに、上記気密外囲器１６内に、アルゴンより成る放電ガスを０．３〜５気圧の圧力で封入した放電管１０。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は放電管に係り、特に、プロジェクターや自動車のメタルハライドランプ等の高圧放電ランプやガス調理器等の着火プラグに、点灯用又は着火用の定電圧を供給するためのスイッチングスパークギャップとして、或いは、サージ電圧を吸収するためのガスアレスタ（避雷管）として好適に使用できる放電管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の放電管として、本出願人は、先に特開２００３−７４２０号を提案した。この放電管６０は、図５に示すように、両端が開口した絶縁材よりなる円筒状のケース部材６２の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材６４，６４で気密に封止することによって気密外囲器６６を形成し、該気密外囲器６６内に、所定の放電ガスを封入してなる。
【０００３】
上記蓋部材６４は、気密外囲器６６の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部６８と、ケース部材６２の端面に接する接合部７０を備えており、両蓋部材６４，６４の放電電極部６８，６８間には、所定の放電間隙７２が形成されている。
また、上記ケース部材６２の内壁面７４には、微小放電間隙７６を隔てて対向配置された一対のトリガ放電膜７８，７８が、複数組形成されている。一対のトリガ放電膜７８，７８の内、一方のトリガ放電膜７８は、一方の放電電極部６８と電気的に接続され、他方のトリガ放電膜７８は、他方の放電電極部６８と電気的に接続されている。
上記放電電極部６８の表面には、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜８０が形成されている。
上記気密外囲器６６内に封入する放電ガスとしては、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスあるいは窒素ガス等の不活性ガスの単体又は混合ガスが該当する。また、希ガスあるいは不活性ガスの単体又は混合ガスと、Ｈ_２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。
【０００４】
上記構成を備えた放電管６０の放電電極部６８，６８間に、当該放電管６０の放電開始電圧以上の電圧が印加されると、トリガ放電膜７８，７８間の微小放電間隙７６に電界が集中し、これにより微小放電間隙７６に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部６８，６８間の放電間隙７２へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行するのである。
【０００５】
この種従来の放電管６０においては、放電電極部６８の構成材料として無酸素銅が広く用いられている。その理由は、無酸素銅で構成された放電電極部６８が、放電生成時に酸素等の不純ガスを放出することがなく、気密外囲器６６内の放電ガス組成に悪影響を与えることがないためである。
【特許文献１】
特開２００３−７４２０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電電極部６８を無酸素銅で構成した場合には、追随放電開始電圧の低下を生じ、これが放電管６０の寿命を短くする要因となっていた。
【０００７】
この発明は、従来の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、追随放電開始電圧の低下を生じることのない長寿命な放電管を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、放電ガスの構成材料、及び放電ガスの封入ガス圧について種々検討を試みた結果、放電ガスをアルゴン単体で構成すると共に、その封入ガス圧を０．３〜５気圧とした場合に、追随放電開始電圧の低下を防止でき、放電管の寿命特性の向上に効果的であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明に係る放電管は、無酸素銅で構成された複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管において、上記放電ガスをアルゴンで構成すると共に、該アルゴンを０．３〜５気圧の圧力で気密外囲器内に封入したことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る放電管にあっては、放電ガスをアルゴンで構成すると共に、該アルゴンを０．３〜５気圧の圧力で気密外囲器内に封入したことにより、追随放電開始電圧の低下を防止することができ、長寿命な放電管を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電管１０は、図１に示すように、両端が開口した絶縁材としてのセラミックよりなる円筒状のケース部材１２の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材１４，１４で気密に封止することによって気密外囲器１６を形成してなる。
【００１１】
上記蓋部材１４は、気密外囲器１６の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部１８と、ケース部材１２の端面に接する接合部２０を備えており、両蓋部材１４，１４の放電電極部１８，１８間には、所定の放電間隙２２が形成されている。尚、ケース部材１２の端面と蓋部材１４の接合部２０とは、銀ろう等のシール材（図示せず）を介して気密封止されている。上記放電間隙２２は、例えば１．５ｍｍ程度と成される。
【００１２】
また、上記ケース部材１２の内壁面２４には、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて対向配置された線状のトリガ放電膜２８が複数形成されている。該トリガ放電膜２８は、カーボン系材料等の導電性材料で構成されている。
【００１３】
放電電極部１８と接合部２０を備えた上記蓋部材１４は、無酸素銅で構成されている。無酸素銅で構成された放電電極部１８は、放電生成時に酸素等の不純ガスを放出することがなく、気密外囲器１６内の放電ガス組成に悪影響を与えることがない。
【００１４】
上記放電電極部１８の表面には、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜３０が形成されている。この被膜３０は、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）等のアルカリヨウ化物の単体又は混合物を、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに添加したものを、放電電極部１８表面に塗布することによって形成することができる。
この場合、アルカリヨウ化物の単体又は混合物が０．０１〜７０重量％、バインダーが９９．９９〜３０重量％の配合割合で混合される。また、バインダー中の珪酸ナトリウム溶液と純水との配合割合は、珪酸ナトリウム溶液が０．０１〜７０重量％、純水が９９．９９〜３０重量％となされる。
【００１５】
上記被膜３０中に、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）、臭化ルビジウム（ＲｂＢｒ）、臭化ニッケル（ＮｉＢｒ_２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ_３）、臭化コバルト（ＣｏＢｒ_２）、臭化鉄（ＦｅＢｒ_２、ＦｅＢｒ_３）等の臭化物の１種類以上を添加すると、より一層、サージ吸収素子１０の放電開始電圧の安定化を図ることができる。
尚、塩化バリウム（ＢａＣｌ）、フッ化バリウム（ＢａＦ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、塩化イットリウム（ＹＣｌ_２）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、モリブデン酸カリウム（Ｋ_２ＭｏＯ_４）、タングステン酸カリウム（Ｋ_２ＷＯ_４）、クロム酸セシウム（Ｃｓ_２ＣｒＯ_４）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ_６Ｏ_１１）、チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｔｉ_４Ｏ_９）の１種類以上を、上記臭化物と共に、或いは上記臭化物以外に、上記被膜３０中に添加しても、サージ吸収素子１０の放電開始電圧の安定化に寄与する。
これら物質は、上記アルカリヨウ化物の単体又は混合物とバインダーとの混合物中に、０．０１〜１０重量％の配合割合で添加される。
【００１６】
尚、アルカリヨウ化物が含有された絶縁性の上記被膜３０は、仕事関数が小さく電子放出特性に優れているため放電開始電圧を低下させる作用を有しており、特に、ヨウ化カリウム（ＫＩ）を珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに添加して被膜３０を形成した場合に、放電開始電圧の低下作用が顕著である。
この場合、バインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合が４０重量％を越えると、バインダーに対するヨウ化カリウムの溶解度が飽和となりそれ以上溶解されないため、ヨウ化カリウムの配合割合は、０．１重量％〜４０重量％の範囲と成すのが好ましく、ヨウ化カリウムの配合割合が４０重量％の場合に、放電開始電圧の低下作用が最も大きくなる。
【００１７】
上記気密外囲器１６内には、アルゴンより成る放電ガスが、０．３〜５気圧の圧力で封入されている。
このように、気密外囲器１６内にアルゴンより成る放電ガスを０．３〜５気圧の圧力で封入したことにより、本発明に係る放電管１０を一定の時間間隔で繰り返し動作させた場合における初回の放電開始電圧（初期放電開始電圧）に続く２回目以降の放電開始電圧（追随放電開始電圧）の低下を防止することができる。
【００１８】
気密外囲器１６内へのアルゴンの封入ガス圧を０．３〜５気圧の範囲とするのは次の理由による。すなわち、封入ガス圧が０．３気圧より低い場合には、気密外囲器１６中のガス分子量が少ないため、放電生成時に陽イオンがガス分子と衝突することなく陰極側の放電電極部１８に衝突する割合が高くなり、この結果、陰極側の放電電極部１８のスパッタ量が増加する。そして、スパッタされた陰極側の放電電極部１８の電極材料は、原子状態で飛散し、ガス分子を吸着しつつ気密外囲器１６の内壁に付着するため、気密外囲器１６内の放電ガス組成を変質させることとなり、その結果、放電開始電圧が不安定化するのである。
一方、封入ガス圧が５気圧より高い場合には、放電電極部１８，１８の電界集中が生じ易い部分間において低電圧で局所放電が生成されることがあり、放電開始電圧が不安定化する。
従って、アルゴンの封入ガス圧は、上記の通り、０．３〜５気圧の範囲内とするのが適当である。
【００１９】
本発明の上記放電管１０にあっては、放電電極を兼ねた上記一対の蓋部材１４，１４間に、当該放電管１０の放電開始電圧以上の電圧が印加されると、トリガ放電膜２８の両端と蓋部材１４，１４間の微小放電間隙２６に電界が集中し、これにより微小放電間隙２６に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部１８，１８間の放電間隙２２へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行するのである。本発明の放電管１０においては、微小放電間隙２６に生ずる元来応答速度の速い沿面コロナ放電をトリガ放電として利用するものであるため、高い応答性を実現できるものである。
【００２０】
尚、本発明の放電管１０の各トリガ放電膜２８の両端は、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて配置されているので、トリガ放電膜２８の両端に設けられた微小放電間隙２６の双方に、放電電極部１８がスパッタされて飛散する電極材料が付着しない限り絶縁劣化を生じることがない。このため、本発明の放電管１０は、微小放電間隙７６を隔てて一対のトリガ放電膜７８，７８を対向配置して成る従来の放電管６０に比べて、絶縁劣化の発生を抑制することができる。
この場合、トリガ放電膜２８が放電電極を兼ねた蓋部材１４，１４と電気的に接続されていないため微小放電間隙２６における電子の放出量は抑制されるが、放電電極部１８の表面に、仕事関数が小さく電子放出特性に優れているアルカリヨウ化物が含有された被膜３０を形成しているので、高い応答性も確保できる。
【００２１】
上記した通り、本発明の放電管１０にあっては、気密外囲器１６内にアルゴンより成る放電ガスを０．３〜５気圧の圧力で封入したことにより、追随放電開始電圧の低下を生じることがなく、長寿命な放電管を実現することができる。
【００２２】
図２は、アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器１６内に２気圧で封入して成り、その直流放電開始電圧が８００Ｖに設定されている本発明に係る放電管１０を、１００ｍｓ間隔で動作させた場合の直流放電開始電圧の推移を示すチャートであり、当該チャートに示される通り、この放電管１０にあっては、追随放電開始電圧が常に定格の８００Ｖ程度で安定していることがわかる。
一方、図３は、アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器１６内に６気圧で封入して成り、その直流放電開始電圧が８００Ｖに設定されている放電管を、１００ｍｓ間隔で動作させた場合の直流放電開始電圧の推移を示すチャートであり、当該チャートに示される通り、この放電管の場合には、追随放電開始電圧が定格の８００Ｖより低下する場合が多発し、極めて不安定である。
【００２３】
また、図４は、アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器内に２気圧で封入した本発明に係る放電管１０と、アルゴン（４０％）、ネオン（４０％）及びＨ_２（２０％）の混合ガスを気密外囲器１６内に２気圧で封入した放電管における、放電回数と追随放電開始電圧との関係を示すグラフである。このグラフに示される通り、アルゴン、ネオン及びＨ_２の混合ガスを気密外囲器１６内に封入した放電管の場合（図４のグラフＢ）には、放電回数が４０万回に達する前に追随放電開始電圧が低下して使用できなくなるのに対し、本発明の放電管１０の場合（図４のグラフＡ）には、放電回数が１００万回を越えても追随放電開始電圧に大きな変化はなく、長寿命化が実現されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る放電管にあっては、放電ガスをアルゴンで構成すると共に、該アルゴンを０．３〜５気圧の圧力で気密外囲器内に封入したことにより、追随放電開始電圧の低下を防止することができ、長寿命な放電管を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電管を示す断面図である。
【図２】アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器内に２気圧で封入した本発明に係る放電管を、１００ｍｓ間隔で動作させた場合の直流放電開始電圧の推移を示すチャートである。
【図３】アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器内に６気圧で封入した放電管を、１００ｍｓ間隔で動作させた場合の直流放電開始電圧の推移を示すチャートである。
【図４】アルゴンより成る放電ガスを気密外囲器内に２気圧で封入した本発明に係る放電管と、アルゴン、ネオン及びＨ_２の混合ガスを気密外囲器内に２気圧で封入した放電管における、放電回数と追随放電開始電圧との関係を示すグラフである。
【図５】従来の放電管を示す断面図である。
【符号の説明】
１０放電管
１２ケース部材
１４蓋部材
１６気密外囲器
１８放電電極部
２２放電間隙
２６微小放電間隙
２８トリガ放電膜
３０被膜

Claims

無酸素銅で構成された複数の放電電極を放電間隙を隔てて配置すると共に、これを放電ガスと共に気密外囲器内に封入してなる放電管において、上記放電ガスをアルゴンで構成すると共に、該アルゴンを０．３〜５気圧の圧力で気密外囲器内に封入したことを特徴とする放電管。