(57)【要約】【課題】信頼性のより向上させることができる電子管を提供する。【解決手段】ガラス管１１の天板１１２における第２の電極対１６と対向する位置に紫外線を透過させないフィルタ１２を設ける。これにより、電子管１の状態に応じて電子の放出が変化するので、電磁波の有無についてより正確な検出結果を得ることが可能となり、結果として、信頼性をより向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の電磁波を透過しうる外囲器と、
外囲器内部に互いに平行に配設されたアノード電極およびカソード電極を有する複数の電極対と、
所定の波長の電磁波を透過させないフィルタと
を備え、
前記複数の電極対は、それぞれ前記電磁波の波長に応じたエネルギーより小さい仕事関数を有する材料から構成され、
前記複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対のアノード電極は、前記平行な方向に対して直交する方向において前記フィルタと対向配置され、
前記複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対は、前記直交する方向において前記フィルタと対向配置されない
ことを特徴とする電子管。
【請求項２】
前記外囲器内部において隣り合う前記電極対の間に設けられた仕切部材
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電子管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子管に関し、特に、所定の波長の電磁波を検出する電子管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼炉等において火炎から放射される紫外線に基づいて火炎の有無を検出するのに用いられる電子管が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。この電子管は、所定のガスを充填封止した密閉用器と、この密閉容器を貫通する電極支持ピン、この電極支持ピンにより密閉用器内で互いに平行に支持される２枚の電極とを備えるものである。このような電子管では、電極支持ピンを介して電極間に電圧を印加した状態において、火炎に対向配置された一方の電極に紫外線が照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。そこで、電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流などを計測することにより、火炎の有無を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５２１１９９号公報
【特許文献２】特開平０８−２６１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような電子管においては、例えば、水素が電極表面に吸収されたり、衝撃や経年変化により密閉容器にクラックや隙間ができて封入された水素が漏れ出したりすることがある。このような場合、電極間にかかる電位差によって、電極間に存在する気体に絶縁破壊が生じ電子が放出される、いわゆる放電が生じるので、失火して紫外線の照射が終わっても電子の放出が終わらない現象（以下、「偽放電」と言う。）が生じてしまう。すると、その失火が検出されないので、この検出結果、ひいては電子管の性能についての信頼性が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、信頼性のより向上させることができる電子管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る電子管は、所定の波長の電磁波を透過しうる外囲器と、外囲器内部に互いに平行に配設されたアノード電極およびカソード電極を有する複数の電極対と、所定の波長の電磁波を透過させないフィルタとを備え、複数の電極対は、それぞれ電磁波の波長に応じたエネルギーより小さい仕事関数を有する材料から構成され、複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対のアノード電極は、平行な方向に対して直交する方向においてフィルタと対向配置され、複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対は、直交する方向において、フィルタと対向配置されないことを特徴とするものである。
【０００７】
上記電子管において、外囲器内部において隣り合う電極対の間に設けられた仕切部材をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所定の波長の電磁波を透過させないフィルタを設け、複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対のアノード電極が、平行な方向に対して直交する方向においてフィルタと対向配置され、複数の電極対のうち少なくとも１つの電極対は、直交する方向においてフィルタと対向配置されないので、電子管の状態に応じて電子の放出が変化するので、電磁波の有無についてより正確な検出結果を得ることが可能となり、結果として、信頼性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明に係る電子管の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１の電子管の製造工程を説明するための図である。
【図３】図３は、図１の電子管の製造工程を説明するための図である。
【図４】図４は、図１の電子管の製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
＜電子管の構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る電子管１は、ガラス管１１と、このガラス管１１の天板１１２に配設されたフィルタ１２と、このガラス管１１に接合された台座１３と、台座１３を貫通する電極支持ピン（電極ピン）１４と、それぞれ電極ピン１４を介して２枚の電極が互いに平行に支持された電極対からなり、電極ピン１４の軸線方向に対して垂直な方向に所定間隔離間して並設された第１の電極対１５および第２の電極対１６と、台座１３上に立設され、第１の電極対１５と第２の電極対１６との間を通過することによりガラス管１１内部を２つに隔てる仕切板１７とを備えている。
【００１２】
ガラス管１１は、円筒状の側面ガラス１１１と、この側面ガラス１１１の一方の端部を塞ぐ天板１１２とから構成されている。側面ガラス１１１は、通常のホウ珪酸ガラスでできており、この部分から電子管１内に紫外線が入光しない。一方、天板１１２は、紫外線を透過させるガラスからなり、この部分から電子管１内に紫外線を入光させるようになっている。本実施の形態において、天板１１２は、１８５ｎｍ以上の波長の電磁波を透過させるように形成されている。これにより、天板１１２を例えばボイラの火炎等に向けた状態で電子管１を設置すると、火炎から放射される電磁波のうち１８５［ｎｍ］以上の電磁波がガラス管１１内に入光することとなる。
【００１３】
フィルタ１２は、紫外線が透過するのを防ぐ紫外線カットフィルタからなり、天板１１２と略同一の半径を有する半円形に形成されている。このようなフィルタ１２は、ガラス管１１の天板１１２の半分を覆うように天板１１２外面に配設されている。また、フィルタ１２は、電子管１が完成した状態において、第２の電極対１６、より具体的には後述するアノード電極１６１と対向配置された状態とされている。これにより、フィルタ１２は、第２の電極対１６に紫外線が照射されるのを防いでいる。
【００１４】
台座１３は、面ガラス１１１と同様にホウ珪酸ガラスからなり、略円板状に形成されている。台座１３の周縁近傍には、周方向に等間隔をなして６本の電極ピン１４が貫通している。このとき、電極ピン１４の軸線は、台座１２の中心軸線とが平行な状態とされている。このような台座１２は、ガラス管１１とともに外囲器を構成する。
【００１５】
電極ピン１４は、台座１２の周縁近傍に円周方向に亘って等間隔隔てた６本の電極支持ピンからなり、上述したように台座１２を貫通した状態で設けられている。これらの電極ピン１４は、導電性を有する材料から構成され、例えばコバール（ガラスと同じ熱膨張率を有する）等の金属を用いることができる。電極ピン１４の天板１１２側の端部（以下、「固定端」と言う。）には電極５が固定され、反対側の端部（以下、「端子端」と言う。）には、図示しない検出回路が接続される。このような電極ピン１４のうち、３本の電極ピン１４１が周方向互いに等間隔隔てて台座１２に設けられ、後述するアノード電極１５１またはアノード電極１６１が固定されることにより、アノード電極１５１またはアノード電極１６１の支持体および端子として機能する。また、残り３本の電極ピン１４２は、電極ピン１４１の周方向に入れ違いの位置に等間隔をなして台座１２に設けられており、後述するカソード電極１５２またはカソード電極１６２が固定されることにより、カソード電極１５２またはカソード電極１６２の支持体および端子として機能する。そして、アノード電極１５１またはアノード電極１６１を支持する電極ピン１４１の固定端は、カソード電極１５２またはカソード電極１６２を支持する電極ピン１４２の固定端よりもガラス管２の天板１１２側に突出している。これにより、アノード電極１５１とカソード電極１５２およびアノード電極１６１とカソード電極１６２とは、所定間隔離間した状態で対向配置されることとなる。
なお、第１の電極対１５に接続されている電極ピン１４の端子端と、第２の電極対１６に接続されている電極ピン１４の端子端とは、それぞれ別の検出回路に接続されている。
【００１６】
第１の電極対１５は、半円板に形成された金属の２枚の電極からなり、ガラス管１１の天板１１２と対向配置された網状のアノード電極１５１と、台座１２と対向配置された平板状のカソード電極１５２とから構成されている。このアノード電極１５１とカソード電極１５２は、上述したように電極ピン１４に支持されて、所定間隔離間した状態で対向配置されている。なお、カソード電極１５２には、アノード電極１５１に接続される電極ピン１４と干渉しないように切り欠き１４３が設けられている。
【００１７】
第２の電極対１６は、第１の電極対１５の電極と同様、網状の半円板に形成された金属の２枚の電極からなり、ガラス管１１の天板１１２と対向配置された網状のアノード電極１６１と、台座１２と対向配置された平板状のカソード電極１６２とから構成されている。このアノード電極１６１とカソード電極１６２は、上述したように電極ピン１４に支持されて、所定間隔離間した状態で対向配置されている。なお、カソード電極１６２には、アノード電極１６１に接続される電極ピン１４と干渉しないように切り欠き１５３が設けられている。
【００１８】
このような第１の電極対１５と第２の電極対１６とは、仕事関数が同じ材料から構成されている。本実施の形態では、タングステン（Ｗ、仕事関数：４．５５）が用いられている。
また、それぞれ半円形に形成された第１の電極対１５と第２の電極対１６とは、互いの弦の部分が所定間隔離間して対向配置されている。これにより、ガラス管１１の天板１１２側から見た場合、第１の電極対１５と第２の電極対１６とは、略円形を形成している。
【００１９】
仕切板１７は、側面ガラス１１１と同様にホウ珪酸ガラスからなり、平面視略矩形の板状に形成されている。このような仕切板１７は、第１の電極対１５と第２の電極対１６との間を通過した状態で、台座１２の天板１１２側の上面に立設されている。このような仕切り板１７を設けることにより、ガラス管１１内部が２つの領域に分離され、一方の領域で発生した電子の放出の影響が他方の領域に及ぶのを防ぐことができる。
【００２０】
＜電子管の製造方法＞
次に、上述したような構成を有する電子管１の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、台座１３、電極ピン１４および排気管１８を一体形成する。具体的には、管状のホウ珪酸ガラスを加熱し、所定の位置に配置した電極ピン４とともにプレス成形することにより、図２に示すように、台座１３、電極ピン１４および排気管１８を一体化させる。なお、排気管１８は、細長の筒体であり、ガラス管１１および台座１３と同様にホウ珪酸ガラスから構成されている。
【００２２】
台座１３、電極ピン１４および排気管１８が一体化すると、図３に示すように、台座１３上に仕切板１７を立設するとともに、タングステンからなる第１の電極対１５および白金からなる第２の電極対１６を電極ピン１４に固定する。
【００２３】
具体的には、仕切板１７については、ホウ珪酸ガラスからなる矩形の板を、長手方向の軸線を台座１３の中心軸と略一致させた状態で、低融点ガラスや接着剤により台座１３上面に固定する。これにより、仕切板１７が排気管１８が接続された貫通孔１３１上を通過した状態で台座１３上に立設される。また、この仕切板１７により、電極ピン１４が、第１の電極対１５側の３本と、第２の電極対１６側の３本とに分離される。
【００２４】
また、第１の電極対１５については、第１の電極対１５側の３本の電極ピンのうちアノード電極１６１に接続する電極ピン１４を、切り欠き１５３内部に位置させてカソード電極１６２と干渉しないようにした上で、カソード電極１６２に接続する電極ピン１４の固定端にカソード電極１６２をレーザ溶接等で固定する。次いで、第１の電極対１５側の切り欠き１５３内部に位置している電極ピン１４の固定端にアノード電極１６１をレーザ溶接等で固定する。
同様の方法により、第２の電極対１６についても、第２の電極対１６側の３本の電極ピン１４の固定端に固定する。
【００２５】
なお、上述した第１の電極対１５，第２の電極対１６および仕切板１７を固定する順番については、適宜自由に設定することができる。
【００２６】
第１の電極対１５、第２の電極対１６および仕切板１７を固定すると、台座１３の排気管１８が接合されていない側にガラス管１１を接合する。これにより、ガラス管１１および台座１３によって構成される内部空間は、仕切板１７により、第１の電極対１５が配設された領域、および、第２の電極対１６が配設された領域の２つの領域に分離される。
【００２７】
ガラス管１１を接合すると、ガラス管１１の天板１１２の外面にフィルタ１２を接合する。ここで、天板１１２は円形、フィルタ１２は天板１１２と略同径の半円形に形成されており、天板１１２の半分の領域をフィルタ１２で覆うように、天板１１２外面にフィルタ１２を接着剤などにより接合する。このとき、フィルタ１２は、第２の電極対１６と対向する位置に配設される。
【００２８】
ここで、本実施の形態ではガラス管１１を台座１３に接合した後にフィルタ１２を配設する場合を例に説明しているが、ガラス管１１にフィルタ１２を配設した後に外気１１を台座１３に接合するようにしてもよい。
【００２９】
フィルタ１２を配設すると、排気管１８および貫通孔１３１を介して電子管１の内部に所定の組成のペニングガスを封入した後、排気管１８の他端をバーナの火炎であぶることにより、その他端を閉塞させる。これにより、電子管１の製造工程が終了し、出荷されることとなる。
【００３０】
＜電子管の動作＞
次に、上述したような方法により製造された電子管１の動作について説明する。ここで、電子管１は、ボイラなどの燃焼装置の火炎を検出するために、バーナなどの火炎を発生させる装置に天板１１２を対向配置させた状態で配設されている。また、第１の電極対１５には、接続された電極ピン１４を介して検出回路（図示せず）に接続されており、この検出回路により、アノード電極１５１とカソード電極１５２との間に所定の電圧が印加されるとともに、その電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流などが検出される。同様に、第２の電極対１６には、接続された電極ピン１４を介して第１の電極対１５とは異なる検出回路（図示せず）に接続されており、この検出回路により、アノード電極１６１とカソード電極１６２との間に所定の電圧が印加されるとともに、その電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流などが検出される。
【００３１】
まず、スローリークなどにより電子管１内部から水素が抜けるという異常が発生していない場合は、火炎がないと、第１の電極対１５および第２の電極対１６では、いずれも光電効果による電子の放出が発生しない。
【００３２】
一方、火炎があると、フィルタ１２が配設されていない領域の天板１１２を透過した２５０［ｎｍ］以上の紫外線が、タングステンからなる第１の電極対１５に照射されるので、第１の電極対１５のみにおいて光電効果による電子の放出が発生する。
【００３３】
第１の電極対１５および第２の電極対１６は、それぞれタングステンから構成されている。このため、それらの電極対から電子を取り出すのに必要なエネルギーを持つ電磁波の波長は、タングステンの仕事関数が４．５５［ｅＶ］であることから、２７３［ｎｍ］以下である。また、ガラス管１１の天板１１２は、１８５［ｎｍ］以上の波長の電磁波を透過させるように設定されている。さらに、その天板１１２には、第２の電極対１６に対向する位置に、紫外線を透過させないフィルタ１２が配設されている。したがって、火炎がある場合には、フィルタ１２が配設されていない領域の天板１１２を１８５［ｎｍ］以上の電磁波が通過し、第１の電極対１５に紫外線が照射されるので、第１の電極対１５において光電効果による電子の放出が生じる。一方、フィルタ１２が配設されている領域は、紫外線が通過しないので、第２の電極対１６に紫外線が照射されないため、第２の電極対１６においては電子の放出が生じないこととなる。このように、第１の電極対１５のみで電子の放出が生じると、その第１の電極対１５に接続された検出回路において、電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流の変化などが生じるので、電子管１が正常であり、かつ、火炎があることを検出される。
【００３４】
次に、スローリークなどにより電子管１内部から水素が抜けるという異常が発生した場合、電子管２の内部にはほぼネオンのみが存在する状態となるので、火炎の有無に関わらず第１の電極対１５および第２の電極対１６の両方において放電（偽放電）が発生する。
【００３５】
電子管１内部から水素が抜けると、その内部にはほぼネオンのみが存在する状態となるので、第１の電極対１５および第２の電極対１６に電圧を印加しただけで放電（偽放電）が発生することとなる。
【００３６】
このように、異常が発生していないとともに火炎がない場合には、いずれの電極対において電子の放出が発生せず、異常が発生していないとともに火炎が発生している場合には、第１の電極対１５のみにおいて電子の放出が発生し、異常が発生している場合には、両方の電極対において放電が発生する。これにより、上記検出回路において電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流の変化などが生じるので、この変化に基づいて異常や火炎の有無を検出することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ガラス管１１の天板１１２における第２の電極対１６と対向する位置に紫外線を透過させないフィルタ１２を備えることにより、電子管１の状態に応じて電子の放出が変化するので、電磁波の有無についてより正確な検出結果を得ることが可能となり、結果として、信頼性をより向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、火炎センサをはじめとする紫外線を検出する電子管について適用した場合を例に説明したが、検出できる光は紫外線に限定されず適宜自由に設定することができる。これは、電極対およびフィルタの材料を検出する光の波長に応じて変更することにより、実現することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、電極対を２つ設ける場合を例に説明したが、電極対の数量は２つに限定されず、３つ以上など適宜自由に設定することができる。この場合、フィルタの数量についても、適宜自由に設定することができる。このようにして、電極対およびフィルタの数量を適宜選択するとともに、透過させる光の波長や電極対の材料に応じてフィルタの材料を複数種類設定することにより、複数の波長の光を検出することも可能となる。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、フィルタ１２を天板１１２の外面に設ける場合を例に説明したが、フィルタ１２を設ける位置はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば天板１１２の内面に設けたり、外囲器１１内部の電極対と対向する位置に設けたりするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、火炎センサなど、放電を起こさせる電極対を有する各種装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…電子管、１１…外囲器、１２…フィルタ、１３…台座、１４…電極ピン、１５…第１の電極対、１６…第２の電極対、１７…仕切板、１８…排気管、１１１…側面ガラス、１１２…天板、１３１…貫通孔、１５１，１６１…アノード電極、１５２，１６２…カソード電極、１５３，１６３…切り欠き。
【図１】
2013191427.tif 000003
【図２】
2013191427.tif 000004
【図３】
2013191427.tif 000005
【図４】
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