JP4133797B2

JP4133797B2 - 放電管

Info

Publication number: JP4133797B2
Application number: JP2003430223A
Authority: JP
Inventors: 孝一今井; 諭史堀; 陽一松山
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005190804A

Description

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。

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４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、Ｈ_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たものを、放電電極部68の表面に被着して上記被膜80を形成した場合に、放電開始電圧の低下作用が顕著であり好ましいものである。
しかしながら、ヨウ化カリウム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用いて上記被膜80を形成した場合、放電管60が高温環境下で使用されると放電開始電圧が大きく変動する場合のあることが判明した。

この発明は、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、放電電極の表面に、ヨウ化カリウム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被着して被膜を形成した放電管において、高温環境下で使用された場合の放電開始電圧の変動率を抑制することができる放電管を実現することにある。

上記の目的を達成するため、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、さらに、上記放電電極の表面に、ヨウ化カリウム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被着して、ヨウ化カリウムが含有された被膜を形成した放電管において、上記ヨウ化カリウムの上記バインダーへの添加量を、５〜１５重量％と成したことを特徴とする。

本発明に係る放電管にあっては、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーへのヨウ化カリウムの添加量を５〜１５重量％と成したことにより、高温環境下で使用された場合の放電開始電圧の変動率を±５％以内に抑制することができる。

本発明に係る放電管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、ヨウ化カリウム（ＫＩ）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、放電開始電圧の安定に効果的であり、且つ、仕事関数が小さく電子放出特性に優れていて放電開始電圧を低下させる作用を有するものである。
上記被膜30は、ヨウ化カリウムを、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（被着）することによって形成することができる。
この場合、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーへのヨウ化カリウムの添加量は、０．０１〜２３重量％、好ましくは５〜１５重量％と成される。
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５０〜６７％重量％、好ましくは６０重量％、純水が５０〜３３重量％、好ましくは４０重量％と成される。

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、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（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、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、上記ヨウ化カリウム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。

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、Ｈ_２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。

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。

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における電界集中の度合は抑制されるが、上記の通り、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上記被膜30が形成されているので、高い応答性が損なわれることはない。

而して、本発明の放電管10にあっては、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーへのヨウ化カリウムの添加量を、０．０１〜２３重量％と成したことにより、高温環境下で使用された場合であっても放電開始電圧の変動率を小さく抑制することができる。
図３は、本発明に係る放電管10を、１５０℃で加熱後、５０時間放置した場合における、バインダーへのヨウ化カリウム（ＫＩ）の添加量と直流放電開始電圧の変動率との関係を示すグラフである。尚、使用した放電管10は、放電電極部18を無酸素銅、放電ガスをＡｒで構成し、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６０重量％：４０重量％と成されている。
直流放電開始電圧の変動率が±１０％以内であれば実用上問題はなく、図３のグラフに示される通り、バインダーへのヨウ化カリウムの添加量が０．０１〜２３重量％であれば、放電開始電圧の変動率を±１０％以内に抑制することができる。また、バインダーへのヨウ化カリウムの添加量が５〜１５重量％の場合には、放電開始電圧の変動率を±５％以内に抑制することができるので、より一層好ましいといえる。

尚、バインダー中の珪酸ナトリウム溶液の量が多いと、バインダーの粘性が高くなるため、放電電極部18表面にバインダーを塗布（被着）して形成する上記被膜30の膜厚が不均一となり易く、その結果、放電開始電圧にバラツキを生じる要因となる。
一方、バインダー中の珪酸ナトリウム溶液の量が少ないと、バインダーの粘性が低くなるため、放電電極部18表面と被膜30との接着力が小さく、その結果、被膜30がスパッタされ易くなり、寿命特性の劣化を生じる要因となる。
以上のことから、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、上記の通り、珪酸ナトリウム溶液が５０〜６７重量％、好ましくは６０重量％、純水が５０〜３３重量％、好ましくは４０重量％と成すのが適当である。

本発明に係る放電管を示す断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。バインダーへのヨウ化カリウム（ＫＩ）の添加量と直流放電開始電圧の変動率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

Claims

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、さらに、上記放電電極の表面に、ヨウ化カリウム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被着して、ヨウ化カリウムが含有された被膜を形成した放電管において、上記ヨウ化カリウムの上記バインダーへの添加量を、５〜１５重量％と成したことを特徴とする放電管。