JP3161709U

JP3161709U - 放電管

Info

Publication number: JP3161709U
Application number: JP2010003565U
Authority: JP
Inventors: 孝一今井; 義和花村; 剛西潟
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2020-05-27

Abstract

【課題】電圧印加時の放電応答性に優れた放電管を実現する。【解決手段】平行配置された第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16と、第１の電極12と第２の電極14間に挟まれた第１の筒状体18、第２の電極14と第３の電極16間に挟まれた第２の筒状体20より成る気密外囲器22を有し、上記第２の電極14に、第１の筒状体18と第２の筒状体20の内部空間同士を連通させる貫通孔24を形成すると共に、第１の電極12及び第３の電極16に、気密外囲器22の中心に向けて突出し、放電間隙28を設けて対向配置される放電電極部26を形成し、さらに、気密外囲器22内に放電ガスを封入して成る放電管10であって、上記放電ガスを、４０〜８０体積％のネオン、５〜５０体積％のアルゴン、１〜５０体積％の水素で構成すると共に、気密外囲器への封入ガス圧を２５〜１００ｋＰａと成した。【選択図】図１

Description

この考案は、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）として使用される放電管に係り、特に、三極構造の放電管に関する。

この種の放電管として、本出願人は、先に実用新案登録第３１２２３５７号を提案した。
この放電管60は、図１０及び図１１に示すように、平行配置された第１の電極62、第２の電極64、第３の電極66と、上記第１の電極62と第２の電極64間に挟まれた絶縁材料より成る第１の円筒管68、上記第２の電極64と第３の電極66間に挟まれた絶縁材料より成る第２の円筒管70より成る気密外囲器72を有している。

中央に配置された第２の電極64には、第１の円筒管68と第２の円筒管70の内部空間同士を連通させる通気孔74が形成されている。
また、左右に配置された第１の電極62、第３の電極66は、気密外囲器72の中心に向けて突出して気密外囲器72内に配置される放電電極部76を備えており、第１の電極62及び第３の電極66の放電電極部76，76間には放電間隙78が形成されている。また、第１の電極62、第３の電極66の外側面には、窪み62ｂ，66ｂが形成されている。

上記第１の電極62、第２の電極64、第３の電極66と、第１の円筒管68、第２の円筒管70とは、シール材（図示せず）を介して気密に接合される。
上記第１の電極62、第２の電極64、第３の電極66の周縁62ａ，64ａ，66ａは、第１の円筒管68、第２の円筒管70の外周面68ａ，70ａから外方へ張り出している。
上記気密外囲器72内には、所定の放電ガスが封入されている。

上記放電管60にあっては、第１の電極62及び第３の電極66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、放電間隙78において放電が生成されるのである。
実用新案登録第３１２２３５７号公報

上記放電管60は第１の電極62、第２の電極64、第３の電極66を備えた三極構造の放電管であり、両端に配置された第１の電極62−第３の電極66間で放電を生成するものであるが、第１の電極62と第３の電極66との間に第２の電極64が介在している結果、第１の電極62−第２の電極64間、第３の電極66−第２の電極64間に、第１の電極62−第３の電極66間の上記放電間隙78よりも小さい放電間隙が形成されることとなる。このため、放電間隙の小さい第１の電極62−第２の電極64間、第３の電極66−第２の電極64間での放電生成後に、第１の電極62−第３の電極66間の放電間隙78における放電生成へ移行することとなるため、電圧印加時の放電応答性が不良となる事態を生じていた。

この考案は、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、電圧印加時の放電応答性に優れた放電管を実現することにある。

上記目的を達成するため、本考案に係る放電管は、
平行配置された第１の電極、第２の電極、第３の電極と、上記第１の電極と第２の電極間に挟まれた絶縁材料より成る第１の筒状体、上記第２の電極と第３の電極間に挟まれた絶縁材料より成る第２の筒状体より成る気密外囲器を有し、上記第２の電極に、第１の筒状体と第２の筒状体の内部空間同士を連通させる貫通孔を形成すると共に、上記第１の電極及び第３の電極に、気密外囲器の中心に向けて突出し、所定の放電間隙を設けて対向配置される放電電極部を形成し、さらに、上記気密外囲器内に放電ガスを封入して成る放電管であって、
上記放電ガスを、４０〜８０体積％のネオン、５〜５０体積％のアルゴン、１〜５０体積％の水素で構成すると共に、気密外囲器への封入ガス圧を２５〜１００ｋＰａと成したことを特徴とする。

本考案に係る放電管にあっては、放電ガスを、４０〜８０体積％のネオン、５〜５０体積％のアルゴン、１〜５０体積％の水素で構成すると共に、気密外囲器への封入ガス圧を２５〜１００ｋＰａと成したことにより、電圧印加時の放電応答性が向上する。

図１〜図６は本考案に係る放電管10を示すものであり、図１は概略断面図、図２は正面図、図３は左側面図、図４は図１のＡ−Ａ概略断面図、図５は図１のＢ−Ｂ概略断面図、図６は図１のＣ−Ｃ概略断面図である。
本考案に係る放電管10は三極構造の放電管であり、平行配置された第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16と、上記第１の電極12と第２の電極14間に挟まれたセラミック等の絶縁材料より成る略角筒状の第１の筒状体18と、上記第２の電極14と第３の電極16間に挟まれたセラミック等の絶縁材料より成る略角筒状の第２の筒状体20より成る気密外囲器22を有している。
尚、上記第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16と、第１の円筒管18、第２の円筒管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。

中央に配置された第２の電極14には、第１の筒状体18と第２の筒状体20の内部空間同士を連通させる断面円形状の貫通孔24が形成されている。
また、左右両端に配置された第１の電極12、第３の電極16は、気密外囲器22の中心に向けて突出し、その先端部26ａが第２の電極14の貫通孔24内に挿入配置される円柱状の放電電極部26を備えている。

上記第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26先端面には、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ_３）、硝酸ルビジウム（ＲｂＮＯ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びガラスが含有された被膜27が形成されている。
上記被膜27を、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ_３）、硝酸ルビジウム（ＲｂＮＯ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びガラスで構成することにより、電圧印加時の放電応答性向上を図ることができる。
すなわち、硝酸セシウム及び硝酸ルビジウムは仕事関数が低く、インパルス電圧が印加された際の初期電子の放出が早いため応答性の向上に寄与するものである。
また、被膜27に酸化マグネシウムを含有させることにより、耐スパッタ性が向上すると共に、酸化マグネシウムは２次電子放出係数が高いため応答性の向上に寄与するものである。
さらに、被膜27にガラスを含有させると、ガラスの主成分である二酸化珪素（ＳｉＯ_２）は耐スパッタ性に優れているため、放電による放電電極部26の消耗を抑制することができる。尚、二酸化珪素を主成分とするガラス中に、耐スパッタ性に優れた酸化アルミニウム(Ａｌ_２Ｏ_３）を含有させても良く、また、仕事関数が低く電子放出特性に優れた酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）を含有させても良い。

上記被膜27は、以下の方法で形成される。
先ず、純水に珪酸ナトリウムを溶解させて成るバインダーと、硝酸セシウムの粉末、硝酸ルビジウムの粉末、酸化マグネシウムの粉末、ガラスの粉末を準備する。
次に、上記バインダー中に、硝酸セシウムの粉末、硝酸ルビジウムの粉末、酸化マグネシウムの粉末、ガラスの粉末を添加後、撹拌する。
次に、硝酸セシウムの粉末、硝酸ルビジウムの粉末、酸化マグネシウムの粉末、ガラスの粉末が添加された上記バインダーを、第１の電極12及び第３の電極16の先端面に塗布する。
その後、第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16と第１の筒状体18、第２の筒状体20とを接合・封止して気密外囲器22を形成する工程において、加熱しつつ真空排気を行うと、上記加熱の過程で、バインダー中の水分が蒸発する。
以上の結果、第１の電極12及び第３の電極16の先端面に、硝酸セシウム、硝酸ルビジウム、酸化マグネシウム及びガラスが含有された被膜27が形成される。

上記硝酸セシウム、硝酸ルビジウム、酸化マグネシウム及びガラスの含有割合は、硝酸セシウムが０．０１〜５０重量％、硝酸ルビジウムが０．０１〜５０重量％、酸化マグネシウムが０．０１〜５０重量％、ガラスが０．０１〜５０重量％と成すのが、電圧印加時の放電応答性向上の観点から好ましい。

図１に示す通り、第１の電極12の放電電極部26の先端面と、第３の電極16の放電電極部26の先端面は、所定の放電間隙28を設けて対向配置されている。
また、第１の電極12、第３の電極16の外側面には、窪み12ｂ，16ｂが形成されている。
上記第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16は、無酸素銅や、無酸素銅にジルコニウム（Ｚｒ）を含有させたジルコニウム銅で構成されている。

尚、上記第２の電極14の貫通孔24内に挿入される第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26の挿入長Ｌ（図１参照）は、上記放電間隙28の間隙長の２倍以上に設定するのが好ましい。

上記第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の周縁12ａ，14ａ，16ａは、第１の筒状体18、第２の筒状体20の外壁面18ａ，20ａから外方へ張り出している。
尚、図３〜図６に示すように、第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の外形は隅丸の略正四角形状と成されている。このように、本考案の放電管10にあっては、第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の周縁12ａ，14ａ，16ａが、第１の筒状体18、第２の筒状体20の外壁面18ａ，20ａから外方へ張り出すと共に、第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の外形は隅丸の略正四角形状と成されていることから、回路基板（図示省略）へ表面実装する際に放電管10が転がることを防止でき、実装作業を容易に行うことができる。

また、上記第１の筒状体18の内壁面18ｂには、その後端が上記第１の電極12と直接接続された線状の第１のトリガ放電膜30と、その後端が上記第２の電極14と直接接続された線状の第２のトリガ放電膜32が複数形成されている。
同様に、上記第２の筒状体20の内壁面20ｂにも、その後端が上記第３の電極16と直接接続された線状の第１のトリガ放電膜30と、その後端が上記第２の電極14と直接接続された線状の第２のトリガ放電膜32が複数形成されている。
尚、第１のトリガ放電膜30の先端、第２のトリガ放電膜32の先端は、第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の何れとも直接接続されることはなく、開放端となっている。
図１及び図６においては、第１のトリガ放電膜30、第２のトリガ放電膜32を第２の筒状体20の内壁面20ｂにおいて９０度の等間隔で４本形成した場合が例示されている。図示は省略するが、第１の筒状体18の内壁面18ｂにおいても、第１のトリガ放電膜30、第２のトリガ放電膜32は９０度の等間隔で４本形成されている。

尚、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と第２のトリガ放電膜32、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と第２のトリガ放電膜32は、それぞれ１８０度の間隔で対向配置されている（図１及び図６参照）。
また、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とが同一平面上に配置され、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とが同一平面上に配置されている（図１参照）。

上記第１のトリガ放電膜30及び第２のトリガ放電膜32は、カーボン系材料等の導電性材料で構成されている。この第１のトリガ放電膜30及び第２のトリガ放電膜32は、例えば、カーボン系材料より成る芯材を擦り付けることにより形成することができる。

また、上記気密外囲器22内には、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）より成る放電ガスが封入されている。
この場合、ネオン、アルゴン、水素の混合割合は、ネオンを４０〜８０体積％、アルゴンを５〜５０体積％、水素を１〜５０体積％と成すと共に、気密外囲器22内への封入ガス圧を２５〜１００ｋＰａと成すのが、電圧印加時の放電応答性向上の観点から好ましい。
上記ネオンとアルゴンはペニング効果により効率良く電離を行うと共に、水素は電離電圧が低いため、放電応答性の向上に寄与するものである。

本考案の上記放電管10にあっては、両端に配置された第１の電極12及び第３の電極16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、第１のトリガ放電膜30及び第２のトリガ放電膜32の先端に電界が集中して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26，26間の放電間隙28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。

本考案の上記放電管10にあっては、気密外囲器22の両端に配置された第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26の先端部26ａを、第１の電極12と第３の電極16間に配置された第２の電極14の貫通孔24内に挿入すると共に、第１の電極12の放電電極部26と第３の電極16の放電電極部26とを所定の放電間隙28を設けて対向配置した。このため、従来の放電管60の如く第１の電極12−第２の電極14間、第３の電極16−第２の電極14間で放電が生成されることがなく、第１の電極12の放電電極部26−第３の電極16の放電電極部26間の放電間隙28において直ちに放電生成できると共に、放電生成される放電間隙28が第２の電極14の貫通孔24内に配置されることにより、電界が増すので、電圧印加時の放電応答性が向上する。
尚、上記の通り、第２の電極14の貫通孔24内に挿入される第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26の挿入長Ｌ（図１参照）を、放電間隙28の間隙長の２倍以上に設定すれば、放電間隙28が貫通孔24内部における電界の高い位置に配置されるため、放電応答性の向上に寄与する。

また、本考案の放電管10は、上記の通り、上記第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26先端面に、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ_３）、硝酸ルビジウム（ＲｂＮＯ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びガラスが含有された被膜27を形成したことにより、電圧印加時の放電応答性の向上を実現することができる。

さらに、本考案の放電管10は、上記の通り、ネオン４０〜８０体積％、アルゴン５〜５０体積％、水素１〜５０体積％と成された放電ガスを、２５〜１００ｋＰａのガス圧で気密外囲器22内に封入したことにより、電圧印加時の放電応答性が向上する。

また、本考案の放電管10は、第１の筒状体18の内壁面18ｂに、後端が第１の電極12と直接接続された第１のトリガ放電膜30と、後端が第２の電極14と直接接続された第２のトリガ放電膜32を形成すると共に、第２の筒状体20の内壁面20ｂに、後端が第３の電極16と直接接続された第１のトリガ放電膜30と、後端が第２の電極14と直接接続された第２のトリガ放電膜32が形成しており、上記第１のトリガ放電膜30及び第２のトリガ放電膜32は、その後端が第１の電極12、第２の電極14、第３の電極16の何れかと直接接続されているので、第１のトリガ放電膜30及び第２のトリガ放電膜32の先端における電界集中の度合が強く、電子を大量に放出できるため、電圧印加時の放電応答性を向上することができる。

尚、上記の通り、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と第２のトリガ放電膜32、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と第２のトリガ放電膜32は、それぞれ１８０度の間隔で対向配置されている（図１及び図６参照）。これは、正負極性による電位差をなくすためである。

また、上記の通り、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とが同一平面上に配置され、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とが同一平面上に配置されている（図１参照）。
この結果、第１の電極12から第３の電極16へ抜ける電圧が印加された場合には、第１の筒状体18内の第１のトリガ放電膜30の先端に電界が集中して電子が放出されて、第１のトリガ放電膜30の先端と第２の電極14間で沿面コロナ放電が生成されると共に、第２の筒状体20内の第２のトリガ放電膜32の先端に電界が集中して電子が放出されて、第２のトリガ放電膜32の先端と第３の電極16間で沿面コロナ放電が生成される。
また、第３の電極16から第１の電極12へ抜ける電圧が印加された場合には、第２の筒状体20内の第１のトリガ放電膜30の先端に電界が集中して電子が放出されて、第１のトリガ放電膜30の先端と第２の電極14間で沿面コロナ放電が生成されると共に、第１の筒状体18内の第２のトリガ放電膜32の先端に電界が集中して電子が放出されて、第２のトリガ放電膜32の先端と第１の電極12間で沿面コロナ放電が生成される。
このように、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とを同一平面上に配置すると共に、第２の筒状体20の内壁面20ｂに形成された第１のトリガ放電膜30と、第１の筒状体18の内壁面18ｂに形成された第２のトリガ放電膜32とを同一平面上に配置することにより、第１の電極12から第３の電極16へ抜ける電圧が印加される場合、及び第３の電極16から第１の電極12へ抜ける電圧が印加される場合の何れの場合においても、第１の筒状体18内及び第２の筒状体20内で沿面コロナ放電を生成できるので、放電応答性を向上させることができる。

図７は、本考案に係る放電管10と従来の放電管60における、インパルス印加電圧とインパルス放電開始電圧との関係を示すグラフである。尚、インパルス放電開始電圧とは、所定値のインパルス（サージ）電圧が印加された場合において、放電管10が放電を開始する電圧値のことをいい、このインパルス放電開始電圧が低いほど放電応答性に優れているものである。
本考案の放電管10は、被膜27中の硝酸セシウムが２．５４重量％、硝酸ルビジウムが７．６１重量％、酸化マグネシウムが１０．１５重量％、ガラスが１．０２重量％であり、また、ネオン７０体積％、アルゴン１０体積％、水素２０体積％より成る放電ガスを３８．６ｋＰａのガス圧で封入したものを用いた。
一方、従来の放電管60は、ネオン５５体積％、アルゴン１５体積％、クリプトン３０体積％より成る放電ガスを１１９．７ｋＰａのガス圧で封入したものを用いた。
本考案の放電管10と従来の放電管60に１ｋＶ、２ｋＶ、４ｋＶ、６ｋＶ、８ｋＶ、１０ｋＶ、１２ｋＶのインパルス電圧（１．２／５０μｓ）を印加した際のインパルス放電開始電圧を測定した。

図７のグラフに示す通り、従来の放電管60の場合（図７のグラフＢ）には、１ｋＶ印加時のインパルス放電開始電圧が約９００Ｖであり、１２ｋＶ印加時のインパルス放電開始電圧約１５００Ｖまで徐々にインパルス放電開始電圧が上昇している。これに対して、本考案の放電管10の場合（図７のグラフＡ）には、１ｋＶ印加時のインパルス放電開始電圧が約５００Ｖであり、１２ｋＶ印加時においても約６００Ｖとなっていて、放電応答性に優れていることが判る。

図８及び図９は、本考案に係る放電管10の変形例を示すものであり、該放電管10の変形例は、上記第１の電極12及び第３の電極16の放電電極部26先端面に、複数の穴部34が形成されており、該穴部34内面に上記被膜27が形成されている点に特徴を有している。
尚、図８においては、上記穴部34を断面台形状に形成しているが、これに限定されるものではなく、断面方形状や断面円形状に被膜27を形成しても勿論良い。
本考案に係る放電管10の変形例にあっては、放電電極部26の表面に穴部34を形成し、該穴部34内面に被膜27を形成したことにより、被膜27と放電電極部26との密着力が向上し、放電時の衝撃による被膜27のスパッタを抑制することができる。

本考案に係る放電管を示す概略断面図である。本考案に係る放電管を示す正面図である。本考案に係る放電管を示す左側面図である。図１のＡ−Ａ概略断面図である。図１のＢ−Ｂ概略断面図である。図１のＣ−Ｃ概略断面図である。本考案の放電管と従来の放電管における、インパルス印加電圧とインパルス放電開始電圧との関係を示すグラフである。本考案に係る放電管の変形例における放電電極部を示す拡大断面図である。本考案に係る放電管の変形例における放電電極部表面を示す拡大図である。従来の放電管を示す概略断面図である。従来の放電管を示す正面図である。

10 放電管
12 第１の電極
12ａ第１の電極の周縁
14 第２の電極
14ａ第２の電極の周縁
16 第３の電極
16ａ第３の電極の周縁
18 第１の筒状体
18ａ第１の筒状体の外壁面
18ｂ第１の筒状体の内壁面
20 第２の筒状体
20ａ第２の筒状体の外壁面
20ｂ第２の筒状体の内壁面
22 気密外囲器
24 貫通孔
26 放電電極部
26ａ放電電極部の先端部
27 被膜
28 放電間隙
30 第１のトリガ放電膜
32 第２のトリガ放電膜
34 穴部

Claims

平行配置された第１の電極、第２の電極、第３の電極と、上記第１の電極と第２の電極間に挟まれた絶縁材料より成る第１の筒状体、上記第２の電極と第３の電極間に挟まれた絶縁材料より成る第２の筒状体より成る気密外囲器を有し、上記第２の電極に、第１の筒状体と第２の筒状体の内部空間同士を連通させる貫通孔を形成すると共に、上記第１の電極及び第３の電極に、気密外囲器の中心に向けて突出し、所定の放電間隙を設けて対向配置される放電電極部を形成し、さらに、上記気密外囲器内に放電ガスを封入して成る放電管であって、
上記放電ガスを、４０〜８０体積％のネオン、５〜５０体積％のアルゴン、１〜５０体積％の水素で構成すると共に、気密外囲器への封入ガス圧を２５〜１００ｋＰａと成したことを特徴とする放電管。