JP4764059B2 - 放電管 - Google Patents
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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、上記放電管60にあっては、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く、放電管60の長寿命化を図ることもできる。
しかしながら、上記従来の放電管60の寿命特性も必ずしも満足の得られる水準とはいえず、更なる長寿命な放電管の出現が望まれていた。
両端が開口した絶縁材よりなる円筒状のケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に閉塞することによって気密外囲器を形成すると共に、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の略円柱状の放電電極部間に放電間隙を形成し、また、上記ケース部材の内壁面に、その両端が上記蓋部材と微小放電間隙を隔てて対向配置されたトリガ放電膜を形成すると共に、上記気密外囲器内に、所定の放電ガスを封入して成る放電管であって、上記ケース部材の内径に対する放電電極部の径の割合を、50〜80%の範囲に設定すると共に、上記ケース部材の全長に対する放電間隙の間隙長の割合を、10〜45%の範囲に設定したことを特徴とする。
上記円筒状のケース部材12と略円柱状の放電電極部18は、図2に示すように、同心円状に配置されている。
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。
また、本発明の放電管10においては、上記ケース部材12の全長L(図1参照)に対する放電間隙22の間隙長dの割合が、10〜45%の範囲に設定されている。
例えば、ケース部材12の内径D1が6mmの場合に、放電電極部18の径D2は3.3mmに設定される。この場合のケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合は55%となる。また、ケース部材12の全長Lが4.6mmの場合に、放電間隙22の間隙長dは1.2mmに設定される。この場合のケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合は約26%となる。
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。
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(YF3)、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(Pr6O11)、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。
すなわち、陰極側の放電電極部18は、放電生成時に常に陽イオンの衝撃を受けることによりスパッタされ、その結果、陰極側の放電電極部18の電極材料が原子状態で飛散して、放電電極部18や気密外囲器16の内壁に付着して黒化させ、これが、表面漏れ電流や気密外囲器16の内壁電位を変化させて、放電管の寿命を短くするのである。
しかしながら、Krは原子量が大きいため、放電生成時に電離したKrイオンが陰極側の放電電極部18に向かう際の加速度が小さく、Krイオンの移動速度が遅いことから、移動中にKrイオンが基底状態に戻ったり、他の分子と衝突して熱エネルギーに変換される等するため、陰極側の放電電極部18に与える衝撃が小さくなり、放電電極部18のスパッタによる消耗が抑制されると考えられる。
また、Krは熱伝導率が小さいことから、Krイオンが放電電極部18に衝突した際に、熱が放電電極部18に伝導しにくいため、放電電極部18の熱による溶融が生じにくいものである。従って、放電ガスにKrを含有すれば、放電生成時に、Krイオンが放電電極部18に衝突しても、放電電極部18が溶融して飛散するスパッタが抑制されると考えられるのである。
例えば、放電ガスを、KrとH2の混合ガスで構成すれば、原子量が小さいH2により、放電遅れの防止や、放電が持続する続流現象防止に効果がある。
また、放電ガスを、KrとArの混合ガスで構成すれば、原子量の小さいArにより、放電遅れの防止に効果がある。尚、KrとArの混合ガスに、さらに、H2を混合しても良く、この場合、H2により、より一層、応答性能を向上させることができると共に、続流現象防止に効果的である。
さらに、放電ガスを、KrとNeの混合ガスで構成すれば、放電開始電圧の低下作用を有するNeにより、放電生成が容易になる。
放電ガスを、上記KrとH2の混合ガス、KrとNeの混合ガス、KrとArの混合ガス、KrとArとH2の3種類の混合ガスで構成する場合、Krは、3〜95体積%の割合で混合するのが好ましい。
すなわち、Krの混合割合が3体積%未満の場合には、寿命特性の向上効果があまり得られず、一方、Krの混合割合が95体積%を越えると放電特性の低下が大きくなるためである。
すなわち、従来の放電管60のように、トリガ放電膜78,78が、放電電極を兼ねた蓋部材64,64と電気的に接続されていると、微小放電間隙76における電界集中の度合が強いため電子が大量に放出され易いものの、放電毎の電子放出量が不安定となり易く、その結果、放電開始電圧の不安定化をもたらすことがあった。
これに対し、本発明の放電管10にあっては、トリガ放電膜28,28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が弱く、電子の放出量は抑制されるものの、放電毎の電子放出量が安定し、その結果、安定した放電開始電圧を得ることができるのである。
すなわち、ケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合が50%未満の場合には、主放電を生成する放電電極部18とトリガ放電膜28との距離が長すぎるため、トリガ放電膜28で生成される沿面コロナ放電(トリガ放電)から、放電電極部18,18間の放電間隙22で生成される主放電(アーク放電)への移行が円滑に行われず、トリガ放電膜28による放電遅れ防止機能が有効に働かない。一方、ケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合が80%を越える場合には、主放電を生成する放電電極部18とトリガ放電膜28との距離が短すぎるため、主放電の衝撃でスパッタされて飛散する放電電極部18や被膜30の構成材料がトリガ放電膜28に付着したり、主放電の衝撃でトリガ放電膜28自体がスパッタして剥離してしまい、トリガ放電膜28の放電遅れ防止機能が徐々に劣化する。従って、放電回数が多くなっても安定した放電開始電圧を得ることのできる長寿命な放電管を得るためには、上記の通り、ケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合を、50〜80%の範囲に設定するのが適当である。
すなわち、ケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合が10%未満の場合には、ケース部材12の全長Lに対して放電間隙22の間隙長dが狭すぎることとなり、このため封入ガス圧が高くなり、異常放電を生成することがある。一方、ケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合が45%を越える場合には、ケース部材12の全長Lに対して放電間隙22の間隙長dが広すぎることとなり、このため封入ガス圧が低くなる結果、放電時の逆拡散効果が得られず、スパッタが生じやすくなってトリガ放電膜28の放電遅れ防止機能が徐々に劣化する。従って、放電回数が多くなっても安定した放電開始電圧を得ることのできる長寿命な放電管を得るためには、上記の通り、ケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合を、10〜45%の範囲に設定するのが適当である。
而して、ケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合を、50〜80%の範囲に設定した放電管は、放電回数が約400万回と多くなっても、放電開始電圧が規定値の±15%以内に収まり、長寿命化を実現できる。
また、ケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合を、10〜45%の範囲に設定した放電管も、放電回数が約400万回と多くなっても、放電開始電圧が規定値の±15%以内に収まり、長寿命化を実現できる。
更に、ケース部材12の内径D1に対する放電電極部18の径D2の割合を、50〜80%の範囲に設定すると共に、ケース部材12の全長Lに対する放電間隙22の間隙長dの割合を、10〜45%の範囲に設定した上記放電管10にあっては、放電回数が約600万回と多くなっても、放電開始電圧が規定値の±15%以内に収まり、長寿命化を実現できる。
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。
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
D1 ケース部材の内径
D2 放電電極部の径
L ケース部材の全長
d 放電間隙の間隙長
Claims (1)
- 両端が開口した絶縁材よりなる円筒状のケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に閉塞することによって気密外囲器を形成すると共に、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の略円柱状の放電電極部間に放電間隙を形成し、また、上記ケース部材の内壁面に、その両端が上記蓋部材と微小放電間隙を隔てて対向配置されたトリガ放電膜を形成すると共に、上記気密外囲器内に、所定の放電ガスを封入して成る放電管であって、上記ケース部材の内径に対する放電電極部の径の割合を、50〜80%の範囲に設定すると共に、上記ケース部材の全長に対する放電間隙の間隙長の割合を、10〜45%の範囲に設定したことを特徴とする放電管。
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