JP3125270U - 放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】暗中において低温環境下で使用された場合の初期放電開始電圧の上昇を抑制することができる長寿命な放電管を実現する。
【解決手段】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を形成すると共に、該気密外囲器16内に放電ガスを封入し、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、その両端が、蓋部材14，14と微小放電間隙26を隔てて配置された複数のトリガ放電膜28を形成し、さらに、上記放電電極部18の表面に、ホウ化ランタンが含有された被膜30を形成した。
【選択図】図１

Description

この考案は放電管に係り、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。

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７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。

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の円周方向に、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。このアルカリヨウ化物としては、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が該当する。
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、ハロゲンを含む気体やＯ_２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。

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。
特開２００３−７４２０号

ところで、アルカリヨウ化物、特にヨウ化カリウム（ＫＩ）が含有された上記被膜80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いるものであるが、上記放電管60が、暗中において低温環境（例えば−４０℃）下で使用された場合、初期放電開始電圧が徐々に上昇して放電遅れが発生し、遂には使用に適さなくなる事態を生じることがあった。
尚、暗中において初期放電開始電圧が徐々に上昇して放電遅れが発生するのは、暗中で放電管60が長時間放置されると、気密外囲器66内の放電の種火としての電子やイオンが減少するためである。

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、
暗中において低温環境下で使用された場合の初期放電開始電圧の上昇を抑制することができる長寿命な放電管を実現することにある。

本考案者らは、放電電極の表面に形成する被膜の構成材料について種々検討を試みた結果、ホウ化ランタンを含有する被膜が、暗中の低温環境下における初期放電開始電圧の上昇を効果的に防止できることを見出し、本考案を完成するに至ったものである。
すなわち、本考案に係る放電管は、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、ホウ化ランタンが含有された被膜を形成したことを特徴とする。

上記放電電極の表面に凹部を形成すると共に、該凹部内面に、上記被膜を形成するようにしても良い。

上記被膜中のホウ化ランタンの含有割合は、０．０１〜５０重量％と成すのが好ましい。

ホウ化ランタンの含有された上記被膜中に、モリブデン酸カリウム及び／又はチタンを添加するようにしても良い。
ホウ化ランタンの含有された上記被膜中に、モリブデン酸カリウム及びチタンを添加する場合、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンの配合割合は、ホウ化ランタンが１〜７０重量％、モリブデン酸カリウムが１〜７０重量％、チタンが１〜７０重量％成すのが好ましい。

本考案に係る放電管にあっては、放電電極の表面に、ホウ化ランタンが含有された被膜を形成したことにより、暗中において低温環境下で使用された場合の初期放電開始電圧の上昇を抑制することができ、長寿命な放電管を実現することができる。

また、放電電極の表面に凹部を形成すると共に、該凹部内面に上記被膜を形成した場合には、短い周期で繰り返し動作させた場合においても常に安定した放電開始電圧が得られる周波数特性に優れた放電管を実現することができる。

ホウ化ランタンの含有された上記被膜中にモリブデン酸カリウムを添加すると、モリブデン酸カリウムは耐スパッタ性に優れているため、被膜のスパッタが防止され、初期放電開始電圧の上昇の抑制に寄与する。
また、ホウ化ランタンの含有された上記被膜中にチタンを添加すると、チタンはイオン化傾向が極めて大きいことから、該チタンが放電ガス分子をイオン化させ、その結果、気密外囲器内に放電の種火となるイオンを多量に供給でき、初期放電開始電圧の上昇の抑制に寄与する。

本考案に係る放電管10は、図１及び図２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。

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。
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、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。

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。図１及び図２においては、トリガ放電膜28を、ケース部材12の内壁面24の円周方向に、４５度間隔で８本形成した場合が例示されている。
上記トリガ放電膜28は、カーボン系材料等の導電性材料で構成されている。このトリガ放電膜28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。

上記放電電極部18の表面には、ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）が含有された被膜30が形成されている。
この被膜30は、ホウ化ランタンの粉末を、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、ホウ化ランタンの粉末を、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形成した被膜30中のホウ化ランタンの含有割合は、０．０１〜５０重量％と成すのが、高温環境下における初期放電開始電圧の上昇を効果的に防止する上で好ましい。
尚、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％の配合割合で混合される。

尚、上記被膜30中にモリブデン酸カリウム（Ｋ_２ＭｏＯ_４）を添加すると、モリブデン酸カリウムは耐スパッタ性に優れているため、被膜30のスパッタが防止され、初期放電開始電圧の上昇の抑制に寄与する。
また、上記被膜30中にチタン（Ｔｉ）を添加すると、チタンはイオン化傾向が極めて大きいことから、該チタンが放電ガス分子をイオン化させ、その結果、気密外囲器内に放電の種火となるイオンを多量に供給でき、初期放電開始電圧の上昇の抑制に寄与する。
ホウ化ランタンの含有された上記被膜30中にモリブデン酸カリウム及びチタンを添加する場合には、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンの配合割合は、ホウ化ランタンが１〜７０重量％、モリブデン酸カリウムが１〜７０重量％、チタンが１〜７０重量％と成すのが好ましい。
また、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに対する、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及び／又はチタンの混合物の配合割合は、０．０１〜５０重量％と成すのが好ましい。

上記気密外囲器16内には、所定の放電ガスが封入されている。この放電ガスとしては、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、ハロゲンを含む気体やＯ_２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。

本考案の上記放電管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。

而して、本考案の放電管10にあっては、放電電極部18の表面に、ホウ化ランタンが含有された被膜30を形成したことにより、暗中において放電管10が低温環境下（例えば−４０℃の環境下）で使用された場合の初期放電開始電圧の上昇を抑制することができ、長寿命な放電管を実現することができる。
尚、初期放電開始電圧は、放電管を繰り返し動作させた場合における初回の放電開始電圧のことをいい、この初期放電開始電圧に続く２回目以降の放電開始電圧を追随放電開始電圧という。

図３及び図４は、本考案に係る放電管10の第１の変形例を示すものであり、該放電管10の第１の変形例は、放電電極部18の表面に凹部32を形成し、該凹部32内面に、ホウ化ランタンが含有された上記被膜30を形成した点に特徴を有するものであり、その他の構成は、上記放電管10と実質的に同一である。
而して、本考案の放電管10がスイッチングスパークギャップとして用いられる場合には、少なくとも周波数２００Ｈｚ（５ｍｓ）間隔で繰り返し動作させた場合でも安定した放電開始電圧が得られることが求められるが、更にその用途によっては４００Ｈｚ（２．５ｍｓ）の間隔で繰り返し動作させた場合でも安定した放電開始電圧が得られることが要求される。
本考案の放電管10の第１の変形例は、放電電極部18の表面に凹部32を形成すると共に、該凹部32内面に上記被膜30を形成したことにより、周波数特性に優れた放電管10を実現することができる。すなわち、本考案の放電管10の第１の変形例にあっては、放電電極部18表面に形成した凹部32内面に、上記被膜30を形成したことにより、放電電極部18表面の凹部29内面のみに放電が生成することとなる。その結果、早期点弧や続流の発生が抑制され、短い周期で繰り返し動作させた場合においても、規定電圧で安定的に放電生成が可能になると考えられるのである。

図５は、本考案に係る上記放電管10の第２の変形例を示す要部拡大断面図であり、該放電管10の第２の変形例は、放電電極部18の上記凹部32内面に、有底の穴部34を多数形成すると共に、上記凹部32及び穴部34内面にホウ化ランタンを含有した上記被膜30を形成した点に特徴を有するものである。
而して、この放電管10の第２の変形例にあっては、放電電極部18の凹部32内面に多数の穴部34を形成し、凹部32及び穴部34内面に被膜30を形成したことにより、被膜30と放電電極部18との密着力が向上し、放電時の衝撃による被膜30のスパッタが抑制される。その結果、スパッタに起因する被膜30の仕事関数の変化が防止され、初期放電遅れを抑制する効果を奏する。

以下において、本考案に係る放電管10と、従来の放電管60に関して行った実験結果を示す。
図６は、ホウ化ランタンを含有した被膜30を放電電極部18の表面に形成して成る本考案の放電管（Ａ）10、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンを含有した被膜30を放電電極部18の表面に形成して成る本考案の放電管（Ｂ）10、比較例としてヨウ化カリウム（ＫＩ）の含有された被膜80を放電電極部68の表面に形成した従来の放電管（Ｃ）60に関して、暗中における−４０℃の低温環境下での放電回数と初期放電開始電圧との関係を示すグラフである。これら放電管は、何れも放電開始電圧が８００Ｖに設定されているものを用いており、この場合、初期放電開始電圧が１０００Ｖを越えると使用に適さないものとなる。
尚、本考案の放電管10は、「放電電極部18の凹部32内面に穴部34を多数形成して成る」上記第２の変形例のものを用いた。
実験で用いた本考案の放電管（Ａ）10は、上記バインダー２０グラム（珪酸ナトリウム溶液：純水＝２グラム：１８グラム）に対してホウ化ランタンを０．２グラム（含有割合は１重量％）含有させて被膜30を形成して成る。
また、本考案の放電管（Ｂ）10は、上記バインダー２０グラムに対してホウ化ランタンを０．２グラム、モリブデン酸カリウムを１グラム、チタンを２グラム含有させて被膜30を形成して成る。従って、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンの配合割合は、ホウ化ランタンが６．２５重量％、モリブデン酸カリウムが３１．２５重量％、チタンが６２．５重量％と成されている。また、バインダーに対する、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンの混合物の配合割合は１６重量％である。

図６のグラフに示される通り、従来の放電管（Ｃ）60の場合（図６のグラフＣ）には、放電回数が約６０万回程度で初期放電開始電圧が１０００Ｖを越えて使用に適さなくなっている。
これに対し、本考案の放電管（Ａ）10の場合（図６のグラフＡ）には、放電回数が１００万回となっても初期放電開始電圧が９００Ｖ以下を保っており、従って−４０℃の低温環境下の暗中においても放電遅れを生じることがなく長寿命化が実現されている。
さらに、本考案の放電管（Ｂ）10の場合（図６のグラフＢ）には、放電回数が１００万回となっても初期放電開始電圧が殆ど上昇することなく一定であり、従って−４０℃の低温環境下の暗中においても放電遅れを生じることがなく長寿命化が実現されている。

本考案に係る放電管を示す概略断面図である。 図１のＡ−Ａ概略断面図である。 本考案に係る放電管の第１の変形例を示す概略断面図である。 図３のＢ−Ｂ概略断面図である。 本考案に係る放電管の第２の変形例を示す要部拡大断面図である。 本考案に係る放電管と比較例の放電管における、放電回数と初期放電開始電圧との関係を示すグラフである。 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
32 凹部
34 穴部

Claims (5)

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、ホウ化ランタン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. 上記放電電極の表面に凹部を形成すると共に、該凹部内面に、上記被膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の放電管。
3. 上記被膜中のホウ化ランタンの含有割合は、０．０１〜５０重量％と成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電管。
4. ホウ化ランタンの含有された上記被膜中に、モリブデン酸カリウム及び／又はチタンを添加することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の放電管。
5. ホウ化ランタンの含有された上記被膜中に、モリブデン酸カリウム及びチタンを添加して成り、ホウ化ランタン、モリブデン酸カリウム及びチタンの配合割合は、ホウ化ランタンが１〜７０重量％、モリブデン酸カリウムが１〜７０重量％、チタンが１〜７０重量％成されていることを特徴とする請求項４に記載の放電管。
   
   

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