JPH02500868A - ガス‐電子スイッチ（準火花スイッチ） - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 名称：　ガスー電子スイッチ（準火花スイッチ）技　術　分　野 この発明は、ガス放電チャンバを有し、該チャンバは、間隔（ｄ）をおいて離隔 され、セラミック材料またはガラスから作られている電気絶縁壁により互いにセ パレートされ、陰極は、孔を有し、電極がタイトなメタル・セラミック結合また は溶融結合により絶縁壁に結合され、ガス放電チャンバには、イオン化可能な低 圧ガスが圧力ｐをもって封入され、この圧力は、ｐｘｄのものが電極間でのガス 放電を圧力が上昇するにつれ、点弧電圧が減少する点弧電圧−圧力特性のブラン チに配置されているものにかかる電圧に応答して点弧されるようになっているこ とを特徴とするガスー電子スイッチ（準火花スイッチ）に関するものである。

従　来　技　術 このようなスイッチは、西ドイツ特許２８０４３９３　Ｃ２に記載されている。

そのスイッチにおいて、電子及び／またはイオンは、間隔をおいて離れた金属電 極を含む放電容器内で発生されるもので、該電極は、周囲を囲む絶縁壁により保 持され、かつ、ガス放電通路を有し、該通路は、前記電極における正合された開 口により構成されている。前記放電容器には、イオン化可能なガスが充填され、 これは、西ドイツ特許２８０４３９３　Ｃ２の教示によると、電極間隙（（１） とガス圧力ｐの産物が１３０パスカルまたは以下のオーダーとなる量で存在する 。このようなスイッチがトリガーされるときに結果する、または、ブレークダウ ン電圧が越えるや直ちに行なわれる火花状の早いガス放電が、準火花電圧として 文献に知られている。

西ドイツ特許２８０４３９３　Ｃ２に説明されているｐｘｄ範囲の延長において 、そのような準火花電圧は、圧力上昇につれ、減少する点弧電圧−圧力特性を有 するｐｘｄ値で生ずる。面平行電極にとりコンベンショナルなランゲージにおい て、その圧力範囲は、“パッシェンカーブの左手分岐における破裂ガス放電″に 相当する。その左手分岐は、ブレークダウン電圧がｐｘｄに対しプロットされる 特性カーブにおける最小となる。この特許明細書においては、準火花として、与 えられたスイッチにおいて、システムのガス圧力一点弧電圧特性の最小を規定す る圧力よりも低い圧力下で自然に点弧するすべてのガス放電を記載する。プレー ト間隔（ｄ）は、ガス放電の準火花特性を決定し、かつ、陰極には、必ず形成さ れ、陽極には、形成されていてもよい孔の近くの陰極と陽極の間の距離として定 義される。

文献は、準火花チャンバと準火花スイッチの特性と操作について多くの紙面を含 む。それらの絶縁壁は、電極に対し直角になるように通常配列され（第１図）、 電極間隔に等しい長さをもつ。はとんどすべての出版された調査は、科学的目的 のためなされ、永久的にガス充填されたスイッチの寿命と存在は、顕著でない。

工業的使用に対し充分に長寿命で、限りないスイッチ操作が可能で、好ましくな い自然発生的なブレークダウンが可能な限り避けられる準火花スイッチを提供す ることが、この発明の目的である。

明　の　約 その目的は、請求の範囲１と２７それぞれに述べられている特徴を有するスイッ チによって達成される。この発明の付加的な好ましい特徴は、従属請求の範囲に 述べである。

この発明によれば、ガラスまたはセラミック材料がスイッチの絶縁壁に使用され 、これが、電極に結合されて、スイッチの操作の間、システムへガスを全く供給 できないようになっている。この発明は、陰極に、そして、おそらく陽極にも形 成される孔に近接の電極において実質的に発生する金属ベーパの絶縁壁への拡散 と、このような金属ベーパが前記壁にデポジットされることを阻止することを保 証する。拡散の閉止は、請求の範囲１０に述べるシールドにより、特に効果的に 行なわれる。このようなシールドに拘らず、請求の範囲１に述べる手段により反 対しない限り、拡散金属ベーパは、スイッチの長期にわたる操作の間、絶縁体に デポジットされ、導通ブリッジの形成を結果することになるが、前記手段は、拡 散パスの継続に配置されるデポジション領域が陰極と陽極との間の絶縁壁により 中断されることを保証する。このことは、電極と絶縁体との間の接点ラインが狭 いスロット状の凹部の背後に隠されており、その結果、電界が前記スロットを介 して僅かに伸びることができるような形状を電極が有することにおいて達成され る。結果として、放電の開始は、絶縁壁にベーパが僅かにデポジットされたとし ても、充分に抑制される。

図　面　の　簡　単　な　記　述 第１図は、従来技術から明らかなような、準火花ガス放電を行なうガス放電チャ ンバの基礎要素を略図的に示す。

第２図は、この発明による、関連電極を有するガス放電チャンバを略図的に示す 。

第３図は、第２図に示す例とは異なる電極配列を有するガス放電チャンバの第２ の図示実施例を示す長さ方向断面図である。

第４図は、第２図に示したようなガス放電チャンバに対する、互いに複数の孔を 有する陰極と陽極のモディファイしたデザインを示す。

第５図は、電気配線網における過電圧をアレストするための、この発明によるス イッチの使用を示す回路図である。

第６図は、陰極と陽極の間に補助電極を有する、第２図に示された図示実施例の 変形を示す。

第７図は、陰極と陽極の間に配置された補助電極が中空である、第６図に示され た電極配列の変形を示す。

第８図は、補助電極のキャピテイに配置されたシートメタルシールドを有する、 第７図に示された電極配列の変形を示す。

第９図は、陰極と陽極がフラットなプレートからなる、第２図に示された図示実 施例と異なる、この発明によるスイッチのガス放電チャンバのさらなる図示実施 例を示す。

第１０図は、ガス放電が行なわれる、ガスが共同して、かつ、平行に供給される 、この発明による複数のスイッチからなる゛構成を略図的に示す。

明　の　実　施　例 種々の図示した実施例においては、同様の、または、相当する部分は、同じ符号 が付されている。

第１図は、陰極１１と陽極１２を備えた放電容器の基本構造であり、これらは、 プレート状のもので、互いに平行であり、距離ｄをおいて離れていて、環状の絶 縁壁９によりガスタイトに接合されている。陰極１１は、中央孔５を有する。後 者と対向して、陽極１２は、他の孔８を含む。５ｋＶと５０ｋＶの間、または、 これよりも低いか、または、高い電圧が端子５０，５１を介して陰極と陽極に印 加され、その結果、ガス圧力が正しく調節されているとき、準火花ガス放出が孔 ５．８により形成されたガス放電通路で行なわれる。ガスは、図示アッセンブリ ーを緊密に囲むハウジングに封入されている。

第２図は、この発明による電極と絶縁壁の組合わせの実施例を示す。ガス放電チ ャンバは、シリンドリカルな容器内に形成され、該容器は、互いに連なる複数の セクション９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｃｌ、９ｅからなる電気絶縁壁９を有する。ガ ス放電チャンバにおいては、陽極１２、陰極１１、シールド１５、二つの補助電 極１３．１４は、順に続く。補助電極は、絶縁壁９の種々のセクションにより相 互に分離され、ガスタイトに該セクションに接合されている。壁９は、ガラスま たはセラミック材料からなる。陽極１２は、一端において放電チャンバを区切る 。残余の電極は、セクション９ａから９ｅの壁９を介して外方へ放射状に延出し ている。

金属ケージ２が陰極１１の背面側に設けてあり、これは、キャビティ７を有し、 開口６を介して陰極の背後にある空間と、孔５を介して陰極１１と陽極１２との 間の空間１とに連通している。他の金属ケージが陽極１２の背後に設けてあり、 これは、陽極１２と陰極１１との間の空間１に孔８を介して連通する内部空間２ ３を有する。硬質金属プレート１２Ｃが陽極ケージの後壁に配置されている。後 部補助電極１４は、これも硬質金属からなる。硬質金属は、電荷担体のインパク トにより特に激しいストレスを受ける電極のそれらの部分の強度を増加するため に用いられる。

全体システムは、回転対称形を有する。対称軸４０は、これまた陰極１１と陽極 １２それぞれの中心にある二つの孔５．８の軸である。孔５．８のまわりの領域 １１ａ、１２ａにおいては、陰極１１と陽極１２は、フラットであり、硬質金属 からなる。　外側領域１１ｂ１１２ｂにおいては、それらは、銅、または、膨張 係数が銅よりも低く、壁９のそれに近い合金、例えば、「ｃＯＶＡＲＪからなる 。壁９のセクション９ａに近接して、陽極と陰極は、セットバックし、狭い環状 のギャップ３を区劃し、電極の前面からある距離をおいてガス放電チャンバから 突き出ている。電圧が陰極１１と陽極１２に印加されると、環状のギャップ３に おける電界は、壁９に面する電極の面に対し略直角になる。これは、環状のギャ ップ３が前記孔の間の空間１における陽極１２と陰極１１との間の距離ｄよりも 狭くなっている狭い領域において達成されることができ、何故ならば、電界は、 環状のギャップ３に入るにつれ激しく減少するからである。

これは、環状のギャップ３へ電荷担体を実質的に加速できないことを保証するも ので、その結果、金属、絶縁体９ａおよびガスの間の接触ラインにおけるクリテ カルな領域は、実質的に零電界空間に延び、最早、電荷担体の実質的オリジンと なり得ない。このことは、スイッチが保持状態にある間、高電圧が印加されると 、絶縁体の面に形成されることになるすべり放電の抑制に重要なことでもある。

前記すべり放電は、好ましくない故障を構成し、接点４の前記トリプル・ポイン ト状ラインにおいて特に容易に起りやすい。

準火花（スートスパーク）スイッチ、特に高電流スイッチの長期安定性のための 重要な手段は、そのような狭いギャップ３がスイッチの主電極（陰極１１と陽極 １２）と絶縁壁９ａのＩの間に形成されて、壁９を介しての電極導通部が面平行 な電極”（第１図）に対し実際に幾何学的にセットバックされていれば、もっと 効果的である。しかし、この発明のエッセンシャルな結果は、電極導通部が請求 の範囲第１項で要求しているように、二つの電極１１．１２の一方のみに対しセ ットバックされていても達成される。

スイッチ操作の間行なわれるガス放電は、スイッチ操作がなされると、プラズマ ビームが陰極１１の背後の空間に入り、壁９を好ましくなく照らし、光電効果と 該領域におけるスパッタリングプロセスにより電極材料を気相に変えることを特 徴とし、したがって、該領域において、絶縁壁９へ電極材料が拡散しないような 手段をとることご望ましい。このような望みは、請求の範囲第８項と第１４項に より処理される。これらによれば、第２図に示されるアッセンブリーは、シール ド１５を備え、これは、陰極ケージ２の開口６の一部をシールドし、陰極背後の 空間に配置のグロー放電電極１３が陰極ケージ２の開口６のシールドに、また、 貢献するように構成されている。第３図に示された図示の実施例においては、グ ラロー放Ｎ電極１３．１４には、環状の延長部１６．１７が設けてあり、これら は、壁９に平行で、これをシールドし、一部が互いに重なり合っている。

同様に、第３図に示した図示の実施例においては、陰極１１と陽極１２とは、そ れ゛らの間に発生する準火花放電が壁９のセクション９ａを直に照すことができ ないように構成されている。このような目的のために、陰極１１は、環状の延長 部１８を有し、これは、壁９に平行で、陽極１２の環状の凹部１８ａへ突き出て いる。

ガス放電チャンバの壁とのプラズマの相互作用は、特に高電流負荷において、ガ ス圧力の徐々の減少を結果するもので（充填されているガスは、好ましくは、水 素及び／または重水素からなる）、これは、ガス放電のイオンが電極と絶縁壁９ ａ〜９ｅへ拡散するからであり、また、存在する金属ベーパがゲッタとして作用 するからである。さらに、水素と重水素は、電極材料における不純物と化学的に 結合し、それらの銅やニッケルのような金属への比較的高い溶融性により失われ てしまう。この理由のため、ハーメチックタイトなガス放電チャンバ、特に、溶 融シールされ、失われたガスが外部から作用することができる手段により置き換 えることができるものを使用することに意味がある。

これは、請求の範囲第１２項で再び引用する水素アキュムレータにより行なわれ る。このような水素アキュムレータ２２は、第２図に示されている。それは、チ タンのような水素吸着金属から作られたシリンドリカル体からなり、例えば、ニ ッケルのようなものからなる一端が開放のスリーブ２１で構成され、電気抵抗ヒ ータ１９により加熱される。アキュムレータ２２は、準火花放電に適する平衡圧 力がガス充填を結果する温度に保たれる。そのような温度は、チタンのアキュム レータにおいては、約６００℃である。アキュムレータ２２は、外側グロー放電 電極１４の背後に配置され、陰極の後でグロー放電が行なわれる空間１０とグロ ー放電電極１４の孔２ｏを介して連通するチャンバ内に配置されている。

請求の範囲第１項から第１６項は、それぞれ一つの孔を有するが、陽極と陰極と の間には、付加的な電極が存在しない（第２．３図参照）二つの主電極を使用す ることが特徴であるスイッチの実施例に関する。

請求の範囲第１項から第１２項に記載の実施例においては、スイッチは、長時間 の操作であっても高度のスイッチング・キャパシティをもって高電流を取り扱う ことができる。このようなスイッチが、請求の範囲第１７項から第２０項で述べ 、かつ、第４図に示すように、陰極１１と、好ましくは、複数の孔５．２４また は孔９．２５を有する陽極１２を備えていれば、高電流による破壊を有効的に、 かつ、最適に避けることが可能である。

このような手段は、そのようなスイッチにおけるパワーの増加がハイパワーにお いてのみ明らかとなり、さもなければ顕著でない弱点を暴露する結果を明らかに 有する。

この発明の教示のように、絶縁体が保護されているハイデユーティスイッチにお いては、スイッチの次に影響される領域は、スイッチ電流をキャリーする電子カ レントが陰極１１において起こる電極空間である。プラズマ接触が実質的に孔５ において生じ、スイッチング操作における電圧と電流に基づく、ある領域が電荷 担体を利用できるように実質的に応答することが判明している。

この点における典型的な値は、例えば、典型的な電流１０ｋＡの場合、孔５に近 接した１ＣＩＩ２オーダーの電子釈放領域である。結果としての電流密度は、電 極表面の寿命に直接的に相互関連する。この理由のため、この発明のさらなる特 徴は、電極の安定性を長びかせ、請求の範囲第９項で述べているような適当な電 極材料を選択することにおいて、スイッチの寿命を増し、そして、スイッチ操作 の間、ｔＲ流を運ぶ表面領域を増加させる手段を採用することにある。この点に おいて、準火花放電は、陰極１１が二２の孔５のみならず、第４図に示すように 、複数の平行な孔５．２４を含むときでも、所望のセンスで行なわれることが判 明しており、前記孔５．２４の間の距離、そして、それらの直径は孔５．２４近 くの電極空間（ｄ）のオーダーであるべきものである。、（５の要素と異なる大 きな、そして小さな寸法は、依然許される。）そのような場合、放電は、例えば 、以下に述べるトリガー作用により、孔５．２４の一方において先ず概ね開始さ れるが、放電は、スイッチ操作の間、存在するすべての孔５．２４の領域に自動 的に広がる。結果として、それぞれの孔５．２４のまわりの領域における電流負 荷は、Ｎ流がより大きな領域に分布されるため、非常に減少す請求の範囲第６． ７．１３．２９．３０項は、準火花放電を開始する種々のトリガー方法と、その 目的にデザインされたスイッチに関する。これらは、低圧ガス放電（グロー放電 ）からのプラズマ発射または電荷担体の発射と推測される。この目的のため、第 ２図に示すように、二つの付加的電極１３．１４が陰極１１の背後に設けられて いる。陰極１１に近接した前記電極の内のそれは、グルー放電電極１３であり、 正または負であって、即ち、グロー放電システムの陰極または陽極として機能す る。実質的なグロー放電電流は、その電極から対向する電極１４へ流れ、スイッ チの陰極１１における電位と同じ高さの電位にある（または、請求の範囲第１４ ．１５．１６項に定義された改良のスイッチにおける陽極の電位と実質的に同じ 高さの電位にある）。電極１３は、グロー放電電流がスイッチの陰極１１と、陰 極１１と電位がほぼ同じの対向する電極１４へと二つに分れる。電流の分流は、 グロー放電電流の僅かな部分がスイッチの陰極１１に向い流れるようにして適当 に行なわれ、このようなケースは、請求の範囲第６．７．１３項に述べる手段に より補強される。分流しないスイッチ操作を達成するためには、電流の分流を調 節して、感知できる継続した電流が陰極１１の孔５の領域に入るようにすること がよい（そのような継続のＮ流に対する実用構成において選択できる典型的な値 は、１０−７と１０−５アンペアの間にある）。スイッチの陰極１１の孔５に入 る電荷担体は、小さなバックグラウンドプラズマが常にそこに存在するであろう 効果を有する。このことは、低い確率論的な変動のみがスイッチ操作の初期に生 ずるであろう結果を有する。準火花放電を開始するために用いられる電子を待つ 必要は実際上なく、高度の確率論的変動を示す予備統計は、有効ではないが、陰 極の孔に近接して絶えず存在するプラズマのパワーに依存する、より小さな統計 的な変動が生ずる。このような電荷担体電流が常に存在するという事実は、トリ ガー操作により付加的に発射されるプラズマの強度と、電極１１の背後の空間７ の照明により惹起されるコントロールされた光電相互作用により付加的に開始さ れるプラズマの強度は、低いものである。

同様に、このように常時存在する電荷担体電流は、請求の範囲２６から３０に定 義されているように、スツチにおける過電圧に応答してスイッチ操作の開始の正 確さを大幅に改善する。

この発明によるスイッチの特別な有利さは、請求の範囲１４．１５．１６項によ れば、°極性が逆になり、その結果、陰極１１が陽極となり、陽極１２が陰極に なっても、点弧可能であることにあ°る。これは、サイラトロンでは不可能であ る。

請求の範囲２９．３０は、準火花スイッチをトリガーする新しい方法を記載する 。その方法においては、スイッチ操作は、ブレークダウン電圧が外部スイッチ回 路において限度を越えると開始される。しかし、これは、直流グロー放電が存在 するとき行なわれ、これを介して陰極１１（請求の範囲１４．１５．１６の例に おいては、陽極となる）の背後のシールドされたキャビティ７における孔６が準 火花スイッチの主電極１１．１２における孔５．８に相互作用する。新しい方法 において、前記電荷担体′Ｒ流は、孔５．８を通り、その結果、点弧電圧特性に おけるブレークダウンポイントは、僅かに減少し、そして、スイッチングディレ ーの統計的変動も上記のように減少するが、これは、多数の電荷担体がスチイの 加速フィールドに常に存在するからである。スイッチの信頼性は、電極暗Ｎ流に より、これも著しく改善される。

この理由のため、新しいスイッチは、電荷担体を発生させる他のプロセスにおい て放射性プレイオン化が絶対に１）マルクスゼネレータのスイッチングチェーン に準火花スイッチを使用すること（以前のトリガー方法：ハイパワーレーザーか らの光電電流、による、プレイオン化に対する放射性ラジェータによる、及びス パークギャップによる、これは、高いジッター値を含む）。

２）過電圧スイッチ（所謂、過電圧アレスタ）における準火花スイッチの使用。

商業的に入手できる過電圧アレスタは、シャープなトリガー作用を行なうことが できるように、プレイオン化のために放射性準備を度々用いる）３）発電所と機 械の保護のためのクローバ−スイッチにおける使用。

４）パルスゼネレータ及びパルスフォーマ−としての使用（例えば、小形スイッ チとして、または、パルスパワープラントにおける電気エネルギーの伝達のため の移送要素としても）。

請求の範囲２６による改善されたスイッチは、過電圧アレスタとして使用される に特に適している。外部的および概ね受動的電気手段により、スイッチ３０（第 ５図）は、該スイッチのトリガー作用により与えられるコントロールされた電圧 が過電圧から保護されるべき消費者に明らかにできるような態様で消弧される。

第５図は、このような目的のためのスイッチ３０の使用を示す。端子２６．２７ の間の電圧は、電圧がある値Ｕを越えるとき、電流バイパスにより下げられるべ きものである。スイッチの応答により電圧が値しより以下に降圧するや直ちにコ ントロールは、中止される。これは、例えば、抵抗・容量回路２８．２９がスイ ッチ３０と消費者（端子２６．２７）との間に接続されることによって達成され る。（容量Ｃ２８は、スイッチ３０と並列である。）このような場合、スイッチ ３０の点弧は、容量２８のほぼ完全な放電を行なう。スイッチ３０は、短時間の 後、消弧され、消弧されたスイッチ３０を横切る電圧が再び昇圧し、コントロー ルされるべき消費者の端子２６．２７を横切る電圧が充分に降圧されないとき、 再び点弧される。電圧が充分に下がらなければ、スイイチは、点弧されない。さ もなければ、電圧が予め定めた値以下に下がるまで、サイクルは繰り返される。

トリガー可能なマルクスゼネレータは、マルチステージのマルクスゼネレータに おけるスイッチチェーンの一つのスイッチがコンベンショナルな態様でトリガー され、直列に接続の伯のスイッチにおける正確にタイミングされたブレークダウ ンが請求の範囲２９または３０に述べる方法の使用により実行されるように構成 されることもできる。

スライディング放電が絶縁壁９の面で行なわれる距離が、この発明により増加す るから、操作において極めて高い電圧を保持できるスイッチを作ることは可能で ある。充填ガスにより課せられる技術的制限は、約５０ｋＶから１００ｋＶの間 にある。不安定性を除くため、この目的に必要な圧力ｐは、可能な限り高くすべ きであり、その結果、所定電圧を保持するためには、電極間隙（ｄ）は、最小に すべきである。このような場合において、技術的制限は、孔５．８に近接しての 電子の電界放出と、眼孔における不安定性と変動が、陽極１２と陰極１１との間 の距離ｄが小さく、孔５．８が比較的大きければ、発生しやすいであろう事実と により決定され、これは、点弧電圧特性が、そのような場合、極めて急勾配であ るからである。この理由のため、第６図から第８図に示すように、陰極１１と陽 極１２との間に電極３１（第６図）または電極３４（第７図）を介在させること が望ましい。このような介在する電極は、浮遊しているか、または、分圧器に接 続されているかであり、これらは、ガス放電チャンバ外に配置され、介在の電極 が３個の場合、例えば、電極に、陰極１１における電位に関連の次のような電位 がかかるニ ー陰極：Ｏボルド ー陰極に近接の介在電極：１５ボルド 一中間介在電極：約３ＱｋＶ −陽極に近接の介在電極：約４５にシ ー陽極：　６０ｋＶ ブレークダウン電圧は、前記介在電極３１．３４により実質的に増加し、これら は、陰極１１と陽Ｉｆ！１２に平行になって適当に伸びている。介在電極３１． ３４を横切る陰極１と陽極１２との間の与えられた距離の場合においては、高圧 が保持され、電極１１．１２．３１．３４の間のそれぞれの空間における電界強 度が比較的高いときでも、圧力は、比較的高い。このことは、変動に対するスイ ッチシステムのより高度の安定性、ガス消費量の一層の低下、そして、電極材料 がスパッタされる率縁壁９にそってのスライディング放電の磁化率は、これも大 幅に減少する。このようなスイッチの実施例は、請求の範囲２１．２２により保 護されている。

請求の範囲２１によれば、介在電極３１は、平行なプレートからなり、陰極１１ と陽極１２との間に配置され、絶縁壁９に組込まれている。

請求の範囲２１によれば、介在電極３１は、平行なプレートからなり、陰極１１ と陽極１２との間に配置され、絶縁壁９に組込まれている。

請求の範囲２２によれば、請求の範囲１．３の技術的教示にしたがう介在電極３ ４は、陽極１２と陰極１１のために備えられ、金属、ガス及び絶縁体９が会う介 在電極３４の間の接点３９のそれらのラインは、それぞれの対向電極において発 生する電界の入口からギャップ３ａにより保護される。この目的のため、介在電 極は、中空のディスクからなり、周縁の中心においてのみ環状の突起を有し、こ れによって絶縁壁９に保持される。

両者の場合においては、介在電極３１．３４は、それぞれ孔３２．３５を明らか に有し、準火花放電が起る通路を構成するよう整列される。

第７図に示す図示の実施例の介在電極３４におけるキャビティは、実質的に電界 なし空間である。請求の範囲２３によりカバーされ、第８図に示された改良のス イッチにおいては、介在電極３４のキャビティは、シート状の金属シールド３６ を含み、陰極１１と陽極１２との間のストレートなパスを遮断する。それにも拘 らず、電荷担体が陽極から陰極へ移動することができるように保証するため、シ ート状の金属シールドは、それぞれの介在電極３４への通路を完全にブロックし ないようになつているべきである。この理由のため、シート状金属シールド３６ には、孔３５の横方向になる孔３７が適当に設けられており、電荷担体が回り道 をしてのみ陽極へ移動できるようになっている。このような手段は、電子が早く 加速されないため、ブレークダウン電圧が増加するという利点をもたらす。他の 有利な結果は、発生するＸ線放射が少なく、ガス放電チャンバの部分が受ける損 害が少ないことにある。シート状金属シールド３６にも拘らず、準火花放電が発 生するが、これは、プラズマがシート状金属シールドの横側孔を介してカップリ ングするからである。

第９図に示す図示の実施例においては、スイッチは、第２図に示されたものとは 、陰極ケージについて陰極１１と陽極１２とがフラットなプレートからなる点を 除き、異なる。それに加え、陽極ケージは、環状ギャップと同様、省略されてい る。

さらに、陽極１２は、その中央孔が無い点で簡略化されている。準火花スイッチ のこのような例は、約５ｋＶまでの比較的低い電圧が陽極と陰極に印加され、そ の結果、陽極と陰極との間の絶縁品質が低くてもよいような簡単な用途に適して いる。

請求の範囲２４．２５によりカバーされ、第１０図に示された改良された準火花 スイッチは、並列接続のシステムに用いることができる。特に、ガス放電がグロ ー放電によりトリガーされるので、ガス放電は、変動なく確立され、トリガーさ れる時間間隔があまり長くなければ、準火花スイッチは、並列で操作される。時 間の間隔は、スイッチにより発生されるパルスの上昇時間のオーダーであるべき ことが判明して°いる。低抵抗システムにおいては、スイッチにより発生される パルスは、１０−８秒のオーダーの上昇時間をもち、その結果、スイッチング操 作の間に生ずる変動がスイッチにとり現実的な１〜２ｎｓのオーダーであれば、 複数のスイッチを並列に操作できる。広い領域のスイッチの配列は、そのような 態様でアッセンブリでき、非常に低いインダクタンスをもち、並列に接続のシス テムに電流を分布させ、その結果、個々のスイッチ部分における負荷を限定させ る。所定の幾何学的寸法を有するスイッチ類からなるそのようなシステムの長時 間操作のため、システム全部における総計ガス圧力は、等しい値に維持されなけ ればならない。この理由のため、複数のスイッチ４２を共通のガスアキュムレー タ４４に接続し、これからガスを圧力レギュレータの助けを好ましくはかりて、 該スイッチに供給する共通パイプシステム４３とスイッチ４２との間の接続を確 立することがガス消費の点からみて推薦される。

ｍヨ　でラミ・、７久力”ラヌ　フラジし？四ニコ　２更１ｄプ感 に京２３　東京ア十コムし−２ ［二二］　イト７１ ［［口］　ブラズマ ｆ弘Σ 臣ｇ召　フに余ア＋；ムＬ−夕 ロ４−為 ロ　プラス”マ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス放電チャンバを有し、該チャンバが二つの金属電極、即ち、陰極（１１ ）と陽極（１２）とを含み、これらは、間隔（ｄ）をおいて離隔され、セラミッ ク材料またはガラスから作られている電気絶縁壁（９ａ）により互いにセパレー トされ、陰極（１１）は、孔（５）を有し、電極（１１，１２）がタイトなメタ ル・セラミック結合または溶融結合により絶縁壁（９ａ）に結合され、ガス放電 チャンバには、イオン化可能な低圧ガスが圧力Ｐをもって封入され、この圧力は 、ｐｘｄのものが電極（１１，１２）間でのガス放電を圧力が上昇するにつれ、 点弧電圧が減少する点弧電圧−圧力特性のブランチに配置されているものにかか る電圧に応答して点弧されるようになっており、二つの電極（１１，１２）の少 なくとも一つに対し、考慮すべき電極（１１，　１２）、ガス及び絶縁壁（９ａ ）がミートする接点（４）のラインが（ｄ）よりも大きな最小間隔をおいて、そ れぞれ対向する電極から離隔され、考慮されるべき電極（１１，１２）が（ｄ） よりも小さい幅のギャップ（３）により絶縁壁（９ａ）から離隔されていること を特徴とするガスー電子スイッチ（準火花スイッチ）。 ２．陽極（１２）が陰極（１１）の孔（５）に対向する孔（８）を有することを 特徴とする請求の範囲１によるスイッチ。 ３．陰極（１１）に対し、そして、陽極（１２）に対し、考慮される電極（１１ ，１２）の金属、ガス及び絶縁壁（９ａ）がミートする接点（４）のラインが（ ｄ）よりも大きな最小間隔をおいて、それぞれ対向する電極（１１，１２）から 離隔され、電極（１１，１２）が（ｄ）よりも小さい幅のギャップ（３）により 絶縁壁（９ａ）から離隔されていることを特徴とする請求の範囲１または２によ るスイッチ。 ４．ギャップ（３）が（ｄ）よりもずっと小さく、好ましくは、１ｍｍよりも小 さいことを特徴とする先行の請求の範囲いずれかによるスイッチ。 ５．ギャップ（３）は、技術的に可能な限度で小さいことを特徴とする請求の範 囲４によるスイッチ。 ６．ケージが陰極（１１）の背後の空間に設けられ、これは、キャビティ（７） により構成され、該キャビティを金属壁（２）が囲み、陰極（１１）における孔 （５）と、キャビティ（７）を陰極の背後の空間に連通させる少なくとも一つの 付加的開口（６）とからなる間口（５，６）を有しており、二つの付加的電極（ １３，１４）が陰極背後の空間に配置され、低圧ガス放電（１０）が、それらの 間で持続でき、その結果、スイッチがスタンバイ状態にあるとき、陰極（１１） と陽極（１２）との間の準火花が点弧される前に、僅かな電荷担体電流が低圧ガ ス放電からキャビティ（７）と陰極（１１）の孔（５）を介して陽極（１２）へ 流れるように回路に接続されている ことを特徴とする請求の範囲１によるスイッチ。 ７．付加的電極（１３，１４）が、スイッチ操作の間中、低圧ガス放電が、それ らの間で持続されるように回路に接続されていることを特徴とする請求の範囲６ によるスイッチ。 ８．陰極（１１）の背後に配置され、ケージを構成するキャビティ（７）の壁（ ２）における付加的開口（６）がメタルシールド（１５）により、または、陰極 背後の空間における付加的電極（１３，１４）によりシールドされ、この結果、 ガス放電チャンバの絶縁壁（９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ）ヘストレートなパスにそ ってキャビティ（７）の内部から到達できないようになっていることを特徴とす る請求の範囲６によるスッチ。 ９．電極（１１〜１４）の少なくともそれらの部分、メタルシールド（１５）及 び陰極（１１）背後のキャビティ（７）の壁（２）、そして陰極背後の空間の後 壁、さらには、オプショナルな陽極背後の空間の後壁も同様に、これらは、ガス 放電により特に激しくストレスを受ける部分においては、少なくとも、タングス テン、タンタル、モリブテンまたは、これらの金属を含む合金またはクロム銅複 合材料などの硬質金属から作られていることを特徴とする請求の包囲１と６によ るスイッチ。 １０．一つ、または、それ以上の金属シールド（１８）が陰極（１１）及び／ま たは陽極（１２）の上に、陰極（１１）と陽極（１２）との間のガス放電照射か らの光が、これらの開口（５，８）の領域において、ガス放電チャンバを囲む絶 縁壁（９ａ）に直接には達することができないような態様で配列されていること を特徴とする請求の範囲１によるスイッチ。 １１．シールド（１５，１６，１７）がガス放電チャンバの絶縁壁（９ａから９ ｅ）と、それらの間で準火花をトリガーする直流グロー放電が維持される付加的 電極（１３，１４）との間に配置され、グロー放電のプラズマがストレートなバ スにそって絶縁壁（９ａから９ｅ）を照らすことができないように前記シールド （１５，１６，１７）が配列されていることを特徴とする請求の範囲６によるス イッチ。 １２．充填ガスは、水素または重水素、または、これら二つのガスの混合物であ り、吸収金属アキュムレータ（２２）を構成する水素アキュムレータが設けられ 、これは、例えば、アキュムレータへの熱の供給に応答して、水素を吸収し、し たがって、水素を放出するに適した、チタン、ジルコン及び／またはパラジウム または他の金属または合金からなり、加熱手段（１９，２１）と該加熱手段に作 用する圧力レギュレータが設けられていて、ガス放電チャンバに充填されている るガスの圧力を所定の値に自動的にコントロールするようになっていることを特 徴とする先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 １３．パルスされた操作が可能な電圧源が設けられ、これが付加的電極（１３， １４）のいずれにも接続され、これらの問で、準火花を点弧するに用いる低圧ガ ス放電が持続されるか、または、電圧源が補助電極に接続され、これらは、陰極 の背後の空間に配置され、付加的電極（１３，１４）の間に持続される低圧ガス 放電において、低圧ガス放電から陰極（１１）背後のキャビティ（７）への、準 火花を点弧させるための電荷担体の発射がパルスにより強化されることを特徴と する請求の範囲６及び、好ましくは、先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 １４．金属壁により囲まれているキャビティ（２３）で構成されるケージが陽極 （１２）の背後に設けられていることを特徴とする請求の範囲６及び、好ましく は、先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 １５．陽極（２３）の背後のキャビティ（２３）は、陰極（１１）の背後のキャ ビティ（７）とサイズにおいて類似していることを特徴とする請求の範囲１４に よるスイッチ。 １６．スイッチング手段が、陰極（１１）と陽極（１２）の極性を変えるために 設けられていることを特徴とする請求の範囲１４または１５によるスイッチ。 １７．陰極（１１）は、複数の孔（２４）を有し、前記孔（２４）の各々は、陰 極の背後に設けられ、かつ、金属壁（２）により囲まれているキャビティ（７） に向け開き、金属壁には、キャビティ（７）を陰極背後の空間に連通する少なく とも一つの付加的開口（６）が設けられていることを特徴とする請求の範囲６及 び、好ましくは、先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 １８．陰極（１１）における孔（２４）は、陰極（１１）の背後の共通のキャビ ティ（７）に向け開いていることを特徴とする請求の範囲１７によるスイッチ。 １９．陽極は、陰極（１１）におけるものと数において等しく、陰極（１１）の 孔（５，２４）と正合している孔（８，２５）を有していることを特徴とする請 求の範囲１７または１８によるスイッチ。 ２０．陰極（１１）と陽極（１２）に対し直角に伸びる対称軸（４０）を有し、 陰極（１１）とオプショナルに陽極（１２）に設けられている孔（５，２４；８ ，２５）が対称軸（４０）に対し対称に配列されていることを特徴とする先行請 求の範囲いずれかによるスイッチ。 ２１．ブレークダウン電圧が一つ、または、それ以上の介在電極（３１と３４） の設置により増加され、これらは、陽極（１２）と陰極（１１）との間に、これ らから電気的に絶縁されて配置され、孔（３２）を有し、該孔は、孔（５）に正 合し、オプショナルには、陰極（１１）の付加的孔（２４）に正合していること を特徴とする先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 ２２．介在電極（３４）の少なくとも一つが、該介在電極に関し、介在電極（３ ４）の金属、ガスならびにガス放電チャンバの絶縁壁（９）がミートする接点（ ３３）のラインがそれぞれ近接した電極（１１または１２または３４）から介在 電極（３４）と、それぞれの孔（５，８，３５）に近接の近接電極（１１または １２または３４）との間の距離よりも大きな最小距離で離れ、介在電極（３４） が、前記距離よりも小さい幅のギャップ（３ａ）により絶縁壁（９）から離され ているように設計、配置されていることを特徴とする請求の範囲２１によるスイ ッチ。 ２３．介在電極（３４）は、中空で、それらのキャビティには、シート状金属シ ールド（３６）が内蔵され、これは、陰極（１１）と陽極（１２）との間のスト レートなパスを遮断し、電荷担体が陰極（１１）から陽極（１２）へ流れるとき 、迂回路をとらせるようにしたことを特徴とする請求の範囲２２によるスイッチ 。 ２４．ガス放電チャンバが外部から充填ガスを取り入れる入口（４１）を有して いることを特徴とする先行請求の範囲いずれかによるスイッチ。 ２５．複数のスイッチ（４２）がガスアキュムレータ（４４）に接続しているバ イブ（４３）により並列に接続されていることを特徴とする請求の範囲２４によ るスイッチ。 ２６．電気配線網における過電圧アレスタに、スイッチが該配線網の二つの端子 間の電圧が所定の値を越えたときに点弧され、該電圧が所定の値以下に下がるま で、前記配線鋼からエネルギーを放出するように接続され、電気部品、特に、抵 抗・容量回路（２８，２９）がスイッチ（３０）と配線網との間に接続され、端 子（２６と２７）の間の所定の電圧がスイッチ（３０）の点弧電圧に適合するよ うになっていることを特徴とする電気配線網における過電圧アレスタとしての、 請求の範囲１乃至２３によるスイッチの使用。 ２７．ガス放電チャンバを有し、該チャンバが二つの金属電極、即ち、陰極（１ １）と陽極（１２）とを含み、これらは、間隔（ｄ）をおいて離隔され、セラミ ック材料またはガラスから作られている電気絶縁壁（９ａ）により互いにセパレ ートされ、少なくとも陰極（１１）そして好ましくは、陽極（１２）にも孔（５ ，８）が形成され、電極（１１，１２）は、フラットなブートからなり、タイト なメタル・セラミック結合または溶融結合により絶縁壁（９ａ）に結合され、ガ ス放電チャンバには、イオン化可能な低圧ガスが圧力ｐをもって封入され、この 圧力は、ｐｘｄのものが電極（１１，１２）間でのガス放電を圧力が上昇するに つれ、点弧電圧が減少する点弧電圧−圧力特性のブランチに配置されているもの にかかる電圧に応答して点弧されるようになっており、ケージが陰極（１１）の 背後の空間に設けられ、これは、キャビティ（７）により構成され、該キャビテ ィを金属壁（２）が囲み、陰極（１１）における孔（５）と、キャビティ（７） を陰極の背後の空間に連通させる少なくとも一つの付加的開口（６）とからなる 開口（５，６）を有しており、 二つの付加的電極（１３，１４）が陰極背後の空間に配置され、低圧ガス放電（ １０）が、それらの間で持続でき、その結果、スイッチがスタンバイ状態にある とき、陰極（１１）と陽極（１２）との間の準火花が点弧される前に、僅かな電 荷担体電流が低圧ガス放電からキャビティ（７）と陰極（１１）の孔（５）を介 して陽極（１２）へ流れるように回路に接続されている ことを特徴とするガス電子スイッチ（準火花スイッチ）。 ２８．金属壁により囲まれたキャビティ（２３）が陽極（１２）の背後にまた設 けられており、該キャビティは、陰極（１１）の孔（５）に正合する陽極に形成 の孔（８）を介してアクセスできることを特徴とする請求の範囲２７によるスイ ッチ。 ２９．それ自体、準火花を点弧するに不十分な僅かな電荷担体のストリームが常 時、低圧グロー放電から供給され、これは、付加的な電極（１３）と（１４）な らびに陽極（１２）との間に永久的に持続され、かつ、陰極（１１）と陽極（１ ２）との間の電圧が外部からの作用でブレークダウン電圧を越したときに準火花 が点弧されることを特徴とする請求の範囲２７または２８または請求の範囲６及 び、好ましくは、請求の範囲７乃至２６のいずれかによるスイッチの操作方法。 ３０．陰極（１１）と陽極（１２）との間の電圧がスイッチのスイッチング回路 におけるスイッチングパルスにより昇圧されることを特徴とする請求の範囲２９ による方法。