JP2003007420A - 放電管 - Google Patents

放電管

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短い間隔で動作させた場合や立ち上がり時間
の早いサージ電圧が印加された場合においても、安定し
た放電開始電圧の得られる放電管を実現する。 【解決手段】 両端が開口した絶縁材よりなるケース部
材12の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材1
4，14で気密に閉塞することによって気密外囲器16を形
成すると共に、該気密外囲器16内に所定の放電ガスを封
入し、また、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を形成すると共に、ケース部材12の内
壁面24に、微小放電間隙26を隔てて対向配置されて一対
のトリガ放電膜28，28を複数組形成し、さらに、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を形成した放電管10。

Description

【発明の詳細な説明】
【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***）として好適に使用でき
る放電管に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に示すように、この種の従来の放電
管60は、両端が開口したセラミック等の絶縁材よりなる
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で気密に閉塞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内に放電ガスを封
入してなる。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
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、上記放電電極部68の表面には、放電電
極部68，68間における放電生成を良好にするため、炭酸
塩（ＢａＣＯ３）や三元炭酸塩（［Ｂｓ・Ｓｒ・Ｃａ］
ＣＯ３）を主成分とする被膜74が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記放電管
60をスイッチングスパークギャップとして使用した場
合、高圧放電ランプ等に安定的に点灯用の定電圧を供給
する必要があるため、当該放電管60は、図示しないコン
デンサからの高電圧パルス（数百Ｈｚ以上）を受けて、
数ｍｓという短い間隔で一定の放電開始電圧で動作する
ことが求められる。しかしながら、上記被膜74を炭酸塩
（ＢａＣＯ３）や三元炭酸塩（［Ｂｓ・Ｓｒ・Ｃａ］Ｃ
Ｏ３）を主成分とする材料で構成した従来の放電管60の
場合には、周波数１００Ｈｚ（１０ｍｓ）程度の間隔で
動作させた場合にあっても、その放電開始電圧が一定せ
ず、大きなバラツキが生じていた。すなわち、図５は、
上記被膜74を炭酸塩（ＢａＣＯ３）で構成し、その放電
開始電圧が１０００Ｖに設定されている従来の放電管60
を、周波数１００Ｈｚ（１０ｍｓ）間隔で動作させた場
合の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、従来の放電管60にあっては放電
開始電圧が定格の１０００Ｖで安定することがなく、放
電毎に大きくバラツキが生じている。
【０００４】また、上記放電管60をガスアレスタとして
使用した場合、印加されるサージ電圧の立ち上がり時間
が早いと、サージ電圧が印加される度毎に、その放電開
始電圧に変動を生じる、いわゆる放電開始電圧の「ゆら
ぎ」が大きくなり、この結果、所定のサージ吸収機能を
果たすことができないという問題を生じていた。
【０００５】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、短い間隔で
動作させた場合や立ち上がり時間の早いサージ電圧が印
加された場合においても、安定した放電開始電圧の得ら
れる放電管を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、放電電極の
表面に形成する被膜の組成材料について種々検討を試み
た結果、アルカリヨウ化物が放電開始電圧の安定に極め
て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、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、上記放電電極の表面に、アルカリヨウ化物が含有
された被膜を形成したことを特徴とする。上記アルカリ
ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、
ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（Ｃｓ
Ｉ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）の単体又は混合物が
該当する。
【０００７】本発明に係る放電管にあっては、放電電極
の表面に、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ
化物の含有された被膜を形成したので、数ｍｓという短
い間隔で動作させた場合や立ち上がり時間の早いサージ
電圧が印加された場合においても、常に安定した放電開
始電圧を得ることができる。
【０００８】また、上記被膜中に、臭化セシウム（Ｃｅ
Ｂｒ）、臭化ルビジウム（ＲｂＢｒ）、臭化ニッケル
（ＮｉＢｒ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ３）、臭化
コバルト（ＣｏＢｒ２）、臭化鉄（ＦｅＢｒ２、ＦｅＢ
ｒ３）、塩化バリウム（ＢａＣｌ）、フッ化バリウム
（ＢａＦ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、塩化イッ
トリウム（ＹＣｌ２）、フッ化イットリウム（Ｙ
Ｆ３）、モリブデン酸カリウム（Ｋ２ＭｏＯ４）、タン
グステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯ４）、クロム酸セシウム
（Ｃｓ２ＣｒＯ４）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ６Ｏ
１１）、チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９）の１種類
以上を添加することにより、より一層、放電管の放電開
始電圧の安定化を図ることができる。
【０００９】
【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、両端が開口したセラミック等の絶縁材より
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で気密に閉塞することによっ
て気密外囲器16を形成し、該気密外囲器16内に、所定の
放電ガスを封入してなる。
【００１０】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1
4，14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。また、上記ケース部材12の内壁面24に
は、微小放電間隙26を隔てて対向配置されて一対のトリ
ガ放電膜28，28が、複数組形成されている。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。一対のトリガ放電膜28，28の内、一方のトリガ放
電膜28は、一方の放電電極部18と電気的に接続され、他
方のトリガ放電膜28は、他方の放電電極部18と電気的に
接続されている。
【００１１】上記放電電極部18の表面には、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。
【００１２】また、上記被膜30中に、臭化セシウム（Ｃ
ｅＢｒ）、臭化ルビジウム（ＲｂＢｒ）、臭化ニッケル
（ＮｉＢｒ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ３）、臭化
コバルト（ＣｏＢｒ２）、臭化鉄（ＦｅＢｒ２、ＦｅＢ
ｒ３）等の臭化物の１種類以上を添加すると、より一
層、放電管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（Ｙ２Ｏ３）、塩化イッ
トリウム（ＹＣｌ２）、フッ化イットリウム（Ｙ
Ｆ３）、モリブデン酸カリウム（Ｋ２ＭｏＯ４）、タン
グステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯ４）、クロム酸セシウム
（Ｃｓ２ＣｒＯ４）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ６Ｏ
１１）、チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９）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、放電管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。
【００１３】上記気密外囲器16内に封入する放電ガスと
しては、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。尚、放電ガス中に、ハロゲン、Ｈ２、Ｓ
Ｆ６、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈｇ等の負極性ガスを混合するこ
とにより、放電が持続する続流現象を防止することがで
きる。すなわち、放電管10が高周波数で使用される場合
には、放電時に生成されたイオンが大量に残留し、斯か
る残留イオンによって続流が誘発され易くなるが、上記
負極性ガスを混合すると、イオンの再結合が起こり電荷
が消滅するため、続流の発生を効果的に防止できるので
ある。例えば、放電ガスがアルゴンの場合、残留イオン
としてＡｒ＋が生成されるが、負極性ガスとして例えば
Ｈ２を混合すると、Ｈが電子を付着して負イオンＨ−と
なり、この結果、正イオンＡｒ＋と負イオンＨ−が再結
合して電荷が消滅することとなる。以上のことから、気
密外囲器16に封入する放電ガスとしては、アルゴンとＨ
２の混合ガス、アルゴンとＣＯ２の混合ガス、アルゴン
とＳＦ６の混合ガス、窒素ガスとＨ２の混合ガス、窒素
ガスとＣＯ２の混合ガス、窒素ガスとＳＦ６の混合ガス
が好ましい。この場合、混合する負極性ガス（Ｈ２、Ｃ
Ｏ２、ＳＦ６）は、封入する放電ガスに対して、１〜５
０体積％となされる。尚、負極性ガスとして質量の小さ
いＨ２を用いた場合には、放電電極部18に衝突した際の
衝撃が小さいため、放電電極部18のスパッタ量を少なく
することができる。
【００１４】上記構成を備えた本発明の放電管10の放電
電極部18，18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28，28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。
【００１５】本発明の放電管10にあっては、放電電極部
18の表面に、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨ
ウ化物の含有された被膜30を形成したので、当該放電管
10をスイッチングスパークギャップとして使用した場
合、図示しないコンデンサからの高電圧パルス（数百Ｈ
ｚ以上）を受けて、数ｍｓという短い間隔で常に一定の
放電開始電圧で安定的に動作することが可能になる。す
なわち、図２は、ヨウ化カリウムの含有された被膜30を
放電電極部18の表面に形成し、その放電開始電圧が１０
００Ｖに設定されている放電管10を、周波数１０００Ｈ
ｚ（１ｍｓ）間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推
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、放電開始電圧が常に定格
の１０００Ｖ程度で安定していることがわかる。尚、本
発明に係る放電管10を周波数１０００Ｈｚ（１ｍｓ）以
下の間隔、例えば４００Ｈｚ（２．５ｍｓ）等で動作さ
せた場合にあっても、安定した放電開始電圧が得られる
ことは云うまでもない。
【００１６】また、本発明の放電管10をガスアレスタと
して使用した場合、立ち上がり時間の早いサージ電圧が
印加された場合であっても、その放電開始電圧に変動を
生じる、いわゆる放電開始電圧の「ゆらぎ」を生じにく
く、一定の放電開始電圧で安定的に動作することが可能
である。すなわち、放電開始電圧の「ゆらぎ」現象は、
サージ電圧が放電管10に印加された際に、放電の種火と
しての初期電子やイオンが、放電ガス分子に衝突してこ
れをイオンと電子に電離させるα効果、電離されたイオ
ンが放電電極部18表面の被膜30に衝突して二次電子を放
出させる二次電子放出作用（γ効果）が安定的に行われ
ないことから生じる現象である。しかしながら、本発明
にあっては、上記被膜30に含有されたアルカリヨウ化物
が放電ガス分子をイオン化させ易い性質を有しているた
め、気密外囲器16内には多量のイオンが存在し、この結
果、安定したα効果及び二次電子放出作用（γ効果）を
示すことから、放電開始電圧の「ゆらぎ」を生じにくい
ものとなっているのである。
【００１７】また、本発明者は、図３に示すように、本
発明の放電管10と従来の放電管60に関して、放電回数と
放電開始電圧との関係について実験を行った。その結
果、従来の放電管60の場合には、放電回数が約５万回を
越えると放電開始電圧が急激に低下して使用できなくな
るのに対し、本発明の放電管10の場合には、放電回数が
約２００万回となっても放電開始電圧に大きな変化はな
かった。このように、放電電極部18の表面にヨウ化カリ
ウムの含有された被膜30を形成することにより、放電管
10の長寿命化も実現される。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係る放電管にあっては、放電電
極の表面に、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨ
ウ化物の含有された被膜を形成したので、数ｍｓという
短い間隔で動作させた場合や立ち上がり時間の早いサー
ジ電圧が印加された場合においても、常に安定した放電
開始電圧を得ることができる。
【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】本発明に係る放電管を、周波数１０００Ｈｚ
（１ｍｓ）間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移
を示すチャートである。
【図３】本発明の放電管と従来の放電管における、放電
回数と放電開始電圧との関係を示すグラフである。
【図４】従来の放電管を示す断面図である。
【図５】従来の放電管を、周波数１００Ｈｚ（１０ｍ
ｓ）間隔で動作させた場合の放電開始電圧の推移を示す
チャートである。
【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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、上記放電電極の表面に、アル
    カリヨウ化物が含有された被膜を形成したことを特徴と
    する放電管。
  2. 【請求項２】 上記アルカリヨウ化物が、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）の単体又
    は混合物であることを特徴とする請求項１に記載の放電
    管。
  3. 【請求項３】 上記被膜中に、臭化セシウム（ＣｅＢ
    ｒ）、臭化ルビジウム（ＲｂＢｒ）、臭化ニッケル（Ｎ
    ｉＢｒ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ３）、臭化コバ
    ルト（ＣｏＢｒ２）、臭化鉄（ＦｅＢｒ２、ＦｅＢ
    ｒ３）、塩化バリウム（ＢａＣｌ）、フッ化バリウム
    （ＢａＦ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、塩化イッ
    トリウム（ＹＣｌ２）、フッ化イットリウム（Ｙ
    Ｆ３）、モリブデン酸カリウム（Ｋ２ＭｏＯ４）、タン
    グステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯ４）、クロム酸セシウム
    （Ｃｓ２ＣｒＯ４）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ６Ｏ
    １１）、チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９）の１種類
    以上を添加したことを特徴とする請求項１又は２に記載
    の放電管。
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