DE3876498T2

DE3876498T2 - Nichtlinearer kondensator zur erzeugung von hochspannungsimpulsen.

Info

Publication number: DE3876498T2
Application number: DE8888304808T
Authority: DE
Inventors: Takenobu Iida; Minoru Yasukawa
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2008-05-28
Also published as: AU608607B2; US4807085A; DE3876498D1; AU1671088A; EP0293212A2; EP0293212B1; EP0293212A3

Description

Die Erfindung betrifft nichtlineare Kondensatoren zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen, die sich zum Beispiel zur Verwendung in der kontaktfreien Startereinrichtung einer Gasentladungslampe eignen.
Ferroelektrische keramische Kondensatoren (im folgenden als FEC-Kondensatoren bezeichnet), die im wesentlichen aus Bariumtitanat hergestellt sind, werden in verschiedenen Anwendungen als Schaltungselemente verwendet. Nachdem ihre nichtlinearen Spannungsladungseigenschaften ihre Funktion als elektronische Schalter von hoher Geschwindigkeit ermöglichen, werden FEC-Kondensatoren auch heutzutage als Schaltelemente in der kontaktfreien Startereinrichtung von Gasentladungslampen, wie zum Beispiel in der japanischen Patentschrift No. 48-28726 offenbart, verwendet.
Ein als Schaltelement in einer kontaktfreien Startereinrichtung für eine Gasentladungslampe verwendeter FEC-Kondensator besitzt im allgemeinen den folgenden Aufbau: wie in Fig. 1 gezeigt sind beide Seiten eines gesinterten Körpers 1 aus Bariumtitanat (BatiO&sub3;) Pulver mit Elektrodenschichten 2a bzw. 2b beschichtet. Diese Elektrodenschichten 2a und 2b sind mit Zuführungsdrähten 3a bzw. 3b verbunden. Dann wird die gesamte Oberfläche des Körpers mit einem isolierenden Material 4 beispielsweise Epoxidharz beschichtet.
Eine mit einem so aufgebauten FEC-Kondensator ausgerüstete kontaktfreie Startereinrichtung ist in der Praxis eine kontaktfreie Startereinrichtung für eine Leuchtstofflampe verwendet worden. Vor kurzem sind Anstrengungen durchgeführt worden, sie in der eingebauten Startereinrichtung einer Hochintensitäts-Gasentladungslampe (im folgenden als HID-Lampe bezeichnet) beispielsweise einer Hochdrucksodiumlampe zu verwenden. Jedoch ist bis jetzt eine derartige eingebaute kontaktfreie Startereinrichtung für eine HID-Lampe unter Verwendung von FEC-Kondensatoren nicht in der Praxis eingesetzt worden.
Dies mag auf der folgenden Tatsache beruhen: spezielle Eigenschaften werden von einem FEC-Kondensator gefordert, der in einer eingebauten Startereinrichtung für eine HID-Lampe verwendet werden soll. Zunächst muß er eine ausreichende thermische Widerstandsfähigkeit besitzen, um bei einer Aussetzung eines Hochtemperaturgases innerhalb der Lampe keine Alterungserscheinungen oder eine Änderung von Eigenschaften zu erfahren. Zweitens muß er Impulse von ausreichender Amplitude und Energie erzeugen können, um ein einfaches und zuverlässiges Starten einer HID-Lampe zu erlauben, die eine hohe Startspannung benötigt.
Ein FED-Kondensator des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus kann die obigen Anforderungen nicht erfüllen, so daß er nicht als eine Startereinrichtung für eine HID-Lampe verwendet werden kann.
Angesichts dieser Tatsache hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung einen FEC-Kondensatoraufbau in der japanischen Patentschrift No. 62-60803, die in Fig. 2 gezeigt ist, schon früher vorgeschlagen. Bei diesem Kondensator sind Elektrodenschichten 12a und 12b auf beiden Seiten eines ferroelektrischen keramischen Substrats 11 gebildet, das im wesentlichen aus Bariumtitanat oder einem ähnlichen Material hergestellt ist. Die gesamte Oberfläche des Substrats 10 wird dann mit einem Mineralglas 13 beschichtet, das Bleioxide und Boroxid als seine Hauptbestandteile enthält, wobei nur die Mittenabschnitte der Elektrodenschichten 12a und 12b unbeschichtet gelassen werden, und auf diese Mittenabschnitte 12a und 12b mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels 14a, 14b Leitungsanschlüsse 15a und 15b angebracht werden.
In dem oben beschriebenen Kondensatoraufbau wird eine Silberpaste zum Bilden der Elektrodenschichten 12a und 12b verwendet. Als das elektrisch leitende Haftungsmittel 14a, 14b zum Anbringen der Leitungsanschlüsse 15a und 15b an die Elektrodenschichten 12a und 12b wird eine Pastenmischung verwendet, die aus Silberpulver und Bleioxid (PbO) und Boroxid (B&sub2;O&sub3;) als seine Hauptbestandteile enthaltenden Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt besteht.
Ein Mineralglas, das eine thermische Widerstandsfähigkeit als das Beschichtungsmaterial besitzt, verhindert, daß der so aufgebaute Kondensator in einem Hochtemperaturgas Alterungserscheinungen aufzeigt. Es wurde jedoch gefunden, daß immer noch Raum zur Verbesserung in der Amplitude und Energie des Impulses besteht.
Die Schwierigkeit eines Erzeugens von Impulsen können den folgenden Umständen zugerechnet werden: Wenn ein FEC-Kondensator auf eine kontaktfreie Startereinrichtung angewendet wird, um zusammen mit einer schutzdrosselartigen Belastung Hochspannungsimpulse zu erzeugen, wird der FEC-Kondensator aufgrund von durch die erzeugten Hochspannungsimpulse verursachter Elektrostriktion mechanischer Oszillation ausgesetzt. Beim Fall eines plattenartigen FEC-Kondensators findet die Oszillation in den in Fig. 3a und 3b gezeigten radialen und Dickenrichtungen statt. Je größer die Amplitude dieser Oszillation ohne Begrenzung von externen Faktoren ist, desto höher ist die Spannung der erzeugten Hochspannungsimpulse. Im Fall eines nichtlinearen Kondensators des oben beschriebenen Aufbaus können derartige mechanische Oszillationen aufgrund von Elektrostriktion begrenzt werden, weil die gesamte Oberfläche des Elementes mit einem Mineralglas beschichtet ist, das der Verbesserung der Amplitude und Energie der Impulse entgegenwirkt.
Es wurde auch gefunden, daß in einem nichtlinearen Kondensator des oben beschriebenen Aufbaus das elektrisch leitende Haftungsmittel 14a, 14b durch die Elektrodenschichten 12a und 12b über die Korngrenze des ferroelektrischen keramischen Substrats 11 verteilt wird, welches einen unerwünschten Einfluß auf die Kondensatoreigenschaften ausübt. Zunächst erzeugt dies eine allgemeine Herabsetzung des Wertes der erzeugten Hochspannungsimpulse. Dieses Phänomen wird dem Einbau von Verunreinigungen in dem ferroelektrischen keramischen Substrat zugeschrieben. Außerdem können die aufgrund der mechanischen Oszillation des ferroelektrischen keramischen Substrats aufgrund von Elektrostriktion erzeugten Spannungen während einer Hochspannungsimpulserzeugung einen Bruch in dem ferroelektrischen keramischen Substrat selber an den Korngrenzen verursachen, an denen eine derartige Haftungsmittelverteilung stattfindet.
Angesichts der oben beschriebenen Einschränkungen bei den nichtlinearen Kondensatoren beim Erzeugen von Hochspannungsimpulsen im Stand der Technik ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen nichtlinearen Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen zu schaffen, der eine ausreichende Amplitude und Energie besitzt.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen nichtlinearen Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen zu schaffen, der nicht nur Impulse einer ausreichenden Amplitude und Energie erzeugen kann, sondern auch Brüche des ferroelektrischen keramischen Substrats verhindert.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen nichtlinearen Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen mit besseren Eigenschaften zu schaffen, indem die Position der Verbindungsabschnitte bezüglich der Elektrodenschichten, die auf dem ferroelektrischen keramischen Substrat vorgesehen sind, kontrolliert wird.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, umfaßt ein nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen entsprechend einem ersten Aspekt dieser Erfindung ein ferroelektrisches keramisches Substrat, und auf beiden Seiten des Substrats gebildete Elektrodenschichten, und ist gekennzeichnet durch eine Mineralglasbeschichtung, die die gesamte Oberfläche des Kondensators außer die Verbindungsabschnitte für die Elektrodenschichten und die Umfangsfläche des des ferroelektrischen keramischen Substrats bedeckt, und Leitungsanschlüsse, die mit den Elektrodenschichten über die Verbindungsabschnitte elektrisch verbunden sind.
Bei einem so aufgebauten nichtlinearen Kondensator zum Erzeugen von Hochfrequenzimpulsen ist keine Mineralglasbeschichtung auf der äußeren Umfangsfläche des ferroelektrischen keramischen Substrats vorgesehen, so daß die mechanische Oszillation aufgrund von Elektrostriktion in diesem Bereich nicht beschränkt ist, welches erlaubt, Hochspannungsimpulse von ausreichender Amplitude und Energie zu erzeugen.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein nichtlinearer Kondensator ein ferroelektrisches keramisches Substrat, und auf beiden Seiten des Substrats gebildete Elektrodenschichten, gekennzeichnet durch eine die gesamte Oberfläche des Kondensators außer Verbindungsabschnitte für die Elektrodenschichten und die äußere Umfangsfläche des ferroelektrischen keramischen Substrats bedeckende Mineralglasbeschichtung, elektrisch leitende Schichten, die die Verbindungsabschnitte und die Abschnitte entsprechend der Positionen, an denen Leitungsanschlüsse angeschlossen sind, die nicht mit den Verbindungsabschnitten ausgerichtet sind, bedecken, und Leitungsanschlüsse, die mit den elektrisch leitenden Schichten an den Positionen durch ein elektrisch leitendes Haftungsmittel verbunden sind.
In einem nichtlinearen Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen des oben beschriebenen Aufbaus verhindert die Mineralglasbeschichtung vollständig, daß das elektrisch leitende Haftungsmittel zum Anbringen der Leitungsanschlüsse in das keramische Substrat verteilt wird. Somit kann jede Verkleinerung der Spannung der erzeugten Impulse und Beschädigung des keramischen Substrats verhindert werden.
Nur beispielhaft wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt, der ein Beispiel des ferroelektrischen keramischen Kondensatoraufbaus des Standes der Technik zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt, der den Kondensatoraufbau zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen zeigt, die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung früher vorgeschlagen worden ist;
Fig. 3A und 3B schematische Ansichten, die Oszillationsmoden in einem ferroelektrischen keramischen Kondensator aufgrund von Elektrostriktion zeigen;
Fig. 4A und 4B eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines FEC-Kondensators entsprechend dieser Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Ansicht, die eine Testschaltung zur Hochspannungsimpulserzeugung zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Spannung der erzeugten Impulse und der Testzeit in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und im Stand der Technik zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm, das die Änderungen in der Spannung der erzeugten Impulse zeigt, die durch Ändern der Position der Verbindungsabschnitte verursacht werden; und
Fig. 8A und 8B eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiel eines FEC-Kondensators entsprechend der Erfindung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erklärt.
Fig. 4A ist ein Querschnitt eines nichtlinearen Kondensators zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen entsprechend dieser Erfindung und Fig. 4B ist eine Draufsicht davon. Wie in den Zeichnungen gezeigt, sind auf beiden Seiten eines ferroelektrischen keramischen Substrats 21 Elektrodenschichten 22a und 22b gebildet.
Die jeweiligen Oberflächen dieser Elektrodenschichten 22a und 22b sind mit Mineralglasbeschichtungen 24a und 24b außer für Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b beschichtet. Keine Mineralglasbeschichtung wird auf der äußeren Umfangsfläche des ferroelektrischen keramischen Substrats 21 vorgesehen, welches die Oberfläche freiliegen läßt.
Als nächstes werden auf den jeweiligen äußeren Oberflächen der Mineralglasbeschichtungen 24a und 24b elektrisch leitende Schichten 25a und 25b gebildet, die mit den Verbindungsabschnitten 23a und 23b verbunden werden. An diesen elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b werden Leitungsanschlüsse 27a und 27b mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels angebrachte, das bei 26a und 26b gezeigt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Leitungsanschlüsse 27a und 27b ungefähr in der Mitte des ferroelektrischen keramischen Substrats 21 angebracht, wohingegen die Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b sich an Positionen befinden, die von der Mitte des keramischen Substrats 21 beabstandet sind.
Nachdem in diesem Aufbau keine Glasbeschichtung auf der äußeren Umfangsfläche 21a des keramischen Substrats 21 vorgesehen ist, wird die mechanische Oszillation aufgrund von Elektrostriktion nicht eingeschränkt, so daß Hochenergieimpulse von großer Amplitude und Energie erzeugt werden können. Außerdem ist es unmöglich, daß das elektrisch leitende Haftungsmittel wie bei 26a und 26b gezeigt durch die Mineralglasbeschichtung 24a und 24b und die Elektrodenschichten 22a und 22b in das keramische Substrat 21 verteilt wird. Dies verhindert effektiv eine Herabsetzung der Spannung der erzeugten Impulse sowie Brüche des keramischen Sustrats 21.
Falls die äußere Umfangsfläche 21a des keramischen Substrats 21 nicht mit einer Glasbeschichtung bedeckt ist, kann keine Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund von Oxidation oder dergleichen auftreten, nachdem es in einer eingebauten kontaktfreien Startereinrichtung einer Lampe verwendet wird, das heißt es wird nur einem Vakuum oder einem Edelgas ausgesetzt.
Außerdem wird ein angemessener thermischer Schutz des keramischen Substrats 21 durch die Mineralglasbeschichtung auf beiden Seiten des keramischen Sustrats 21, das heißt über einen Großteil seiner Oberfläche, vorgesehen, so daß falls keine Glasbeschichtung auf der äußeren Umfangsfläche Oberfläche 21a des keramischen Substrates 21, das heißt die Oberfläche mit einer relativ kleinen Fläche, vorgesehen ist, besteht praktisch keine Gefahr, daß das keramische Substrat 21 aufgrund dessen beschädigt wird.
Als nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines derartigen nicht linearen Kondensators beschrieben.
Zunächst wird Titandioxid (TiO&sub2;) und ein Mol-Bruchteil von mehreren Prozent von Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) sowie kleine Anteile von Edelmetalloxiden Barioncarbonat (BaCO&sub3;) hinzugefügt. Zu dem so erhaltenen Pulver wird reines Wasser und ein Bindungsmittel (Polyvinylalkohol) hinzugefügt. Die so erhaltene Mischung wird zerstäubungs-getrocknet und dann bei 1100º C für zwei Stunden gebrannt. Reines Wasser und ein Bindungsmittel (Polyvinylalkohol) werden zu der gebrannten Substanz zugefügt und es wird pulverisiert. Die so erhaltene Mischung wird zerstäubungs-getrocknet und in eine plattenartige Gestalt gepreßt. Danach wird sie bei 1400º C für sechs Stunden in der Luft gebrannt, um ein ferroelektrisches keramisches Substrat 21 mit einem Durchmesser von 19,3 mm und einer Dicke von 0,65 mm zu schaffen.
Beiden Seiten des Substrats 21 wird durch Siebdruck mit einer Beschichtung aus Silberpaste mit einem Durchmesser von 18 mm vorgesehen. Das beschichtete Substrat wird dann getrocknet und in der Luft bei 900º C gebacken, um Elektrodenschichten 22a und 22b zu bilden. Danach werden die Oberflächen der Elektrodenschichten 22a und 22b mit Mineralglasbeschichtungen 24a bzw. 24b beschichtet, bis auf die die Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten. Ein geeignetes Material für die Mineralglasbeschichtung ist zum Beispiel die dielektrische Paste 8289 von Dupont. Nach Anbringen dieses Glasmaterials an die richtigen Stellen auf den Oberflächen der Elektrodenschichten wird das Substrat 21 gebacken, um die Mineralglasbeschichtungen 24a und 24b des ferroelektrischen kristallisierten Glases anzubringen.
Als nächstes werden leitende Schichten, zum Silberschichten 25a und 25b auf den äußeren Oberflächen der Mineralglasbeschichtungen 24a und 24b gebildet, um beliebige Abschnitte auf den äußeren Oberflächen, zum Beispiel die Mittenabschnitte darauf mit den Verbindungsabschnitten 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b elektrisch zu verbinden. Als letztes werden an beliebigen Positionen auf den Silberschichten 25a und 25b, außer an denjenigen, die den Verbindungsabschnitten 23a und 23b entsprechen, Leitungsanschlüsse 27a und 27b mittels einer Haftungspaste 26a und 26b angebracht, die aus einem Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt und Silberpulver besteht. Dann wird durch Backen des so modifizierten Substrats in der Luft bei 600º C ein Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen fertiggestellt.
Ein geeignetes Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, das eines der Zutaten der Haftungspaste ist, das heißt das elektrisch leitende Haftungsmittel 26a, 26b zum Anbringen der Leitungsanschlüsse 27a und 27b an die Silberschichten 25a und 25b, das Bleioxid (PbO) und Boroxid (B&sub2;O&sub3;) als seine Hauptbestandteile enthält, insbesondere eines bei dem Bleioxid (PbO) und Boroxid (B&sub2;O&sub3;) mit Siliziumoxid (SiO&sub2;) gemischt sind, kann verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leitungsanschlüsse 27a und 27b aus Nickel gemacht, ihre plattenartigen Abschnitte, die an die elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b angebracht sind, besitzen eine Dicke von 0,3 mm und einem Durchmesser von 1 bis 5 mm, und deren stabartige Abschnitte, die sich vertikal von den plattenartigen Abschnitten erstrecken, besitzen einen Durchmesser von 0,5 mm. Als Material für die Leitungsanschlüsse kann außerdem eine Nickellegierung oder eine Eisennickelkobaltlegierung verwendet werden.
Während in diesen Ausführungsbeispielen die Leitungsanschlüsse an die elektrisch leitenden Schichten mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels angebracht werden, können sie auch mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels an die Mineralglasbeschichtungen angebracht werden, wobei die Verbindungsabschnitte und das elektrisch leitende Haftungsmittel untereinander über die elektrisch leitenden Schichten verbunden sind.
Ein Kondensator 101 zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen mit dem oben beschriebenen Aufbau wurde wie in Fig. 5 gezeigt an eine Wechselspannung 103 über die Zwischenschaltung eines Induktionselementes 102 (einer drosselspulenartigen Belastung für 125 Watt Entladungslampen) angeschlossen. Der Kondensator 101 wurde dann in flüssigem Freon erhalten und eine Eingangswechselspannung von 200 V, 50 Hz wurde daran angelegt, um einen Hochspannungsimpulserzeugungstest über 10000 Stunden durchzuführen, dessen Ergebnis durch die Kurve A in Fig. 6 dargestellt ist. Die Kurve B in Fig. 6 entspricht dem Ergebnis, daß durch Testen des herkömmlichen Kondensators wie in Fig. 2 gezeigt unter denselben Bedingungen erhalten wird. Die Spannung der erzeugten Impulse wurde mittels eines Oszilloskops 104 gemessen. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ermöglichte der Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen entsprechend dieser Erfindung eine höhere Impulsspannung in dem gesamten Test als der Herkömmliche. Während außerdem das ferroelektrokeramische Substrat des herkömmlichen Kondensators nach ca. 2000 Teststunden brach, war derjenige entsprechend dieser Erfindung nach 10000 Stunden noch intakt.
Durch Anbringen von Leitungsanschlüssen 27a und 27b auf den nichtlinearen Kondensator mit dem beschriebenen Aufbau mit den Zwischenlagen der elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b müssen die elektrisch leitenden Schichten und die Verbindungsabschnitte so angeordnet werden, daß die mechanische Oszillation des nichtlinearen Kondensators aufgrund von Elektrostriktion nicht beeinflußt wird. Sonst kann der Spannungswert der erzeugten Hochspannungsimpulse absinken.
Wenn die Leitungsanschlüsse 27a und 27b auf die Positionen entsprechend der Mitte des keramischen Substrats 21 angebracht werden, wird insbesondere das Anbringen der Verbindungsabschnitte 23a und 23b an Positionen in beträchtlicher Entfernung von der Mitte eine größere Breite der elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b zur Folge haben. Eine derartige große Breite der elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b kann die mechanische Oszillation aufgrund von Elektoistriktion einschränken und die Spannung der erzeugten Impulse herabsetzen.
In Anbetracht dieser Tatsache erstellten die Erfinder der vorliegenden Erfindung nichtlineare Kondensatoren mit einem Aufbau ähnlich zu demjenigen in den Fig. 4A und 4B gezeigten unter Verwendung von ferroelektrischen keramischen Kondensatoren von verschiedenen Größen und unter Ändern der Positionen der Verbindungsabschnitte für jede Größe. Dann wurde die Impulsspannung des so hergestellten Kondensators unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Impuls-Erzeugungstestschaltung gemessen. Das Ergebnis der Messung ist in Fig. 7 gezeigt.
Die Kurve a in Fig. 7 stellt die Änderungen des Spannungswertes der erzeugten Impulse dar, wenn die Position der Verbindungsabschnitte in einem nichtlinearen Kondensator unter Verwendung eines keramischen Substrats mit einem Durchmesser von 15,5 mm, einer Dicke von 0,65 mm und einem Elektrodenschichtdurchmesser von 14,0 mm geändert wurde. Die Kurve b zeigt die Ergebnisse eines ähnlichen Tests für ein keramisches Substrat mit einem Durchmesser von 17,6 mm, einer Dicke von 0,65 mm und einem Elektrodenschichtdurchmesser von 16,5 mm, und die Kurve c zeigt die Ergebnisse für ein keramisches Substrat mit einem Durchmesser von 19,3 mm, einer Dicke von 0,65 mm und einem Elektrodenschichtdurchmesser von 18,0 mm.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist bei dem Kondensator unter Verwendung eines keramischen Substrats mit einem Durchmesser von 15,5 mm und einer Dicke von 0,65 mm die Impulsspannung ungefähr konstant und höher als die normale Spannung von 1000 V, wenn sich die Verbindungsabschnitte innerhalb von 5 mm von der Mitte befinden. Wenn sich jedoch die Verbindungsabschnitte an Positionen in einer Entfernung von 6 mm oder mehr von der Mitte befinden, nimmt die Spannung der erzeugten Impulse schnell ab, wobei sie den normalen Wert von 1000 V nicht erreichen.
Daraus kann geschlossen werden, daß für den Fall eines keramischen Substrats dieser Größe die Verbindungsabschnitte innerhalb von 5 mm von der Mitte angeordnet werden müssen. 5 mm entspricht ca. 65% des Substratsradius. Die gleiche Tendenz kann in anderen Kondensatoren mit verschiedenen keramischen Substraten beobachtet werden; die Kurven b und c weisen dieselbe Tendenz auf, das heißt eine konstante Spannung höher als der normale Wert wird erzeugt, wenn sich die Verbindungsabschnitte innerhalb von 65% des Substratradius von der Mitte befinden.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Verbindungsabschnitte an Positionen innerhalb von 65% des Substratradius von der Mitte angeordnet werden sollen. Dies beschränkt die Größe der elektrisch leitenden Schichten, so daß die mechanische Oszillation aufgrund von Elektrostriktion nicht beschränkt ist, wodurch eine Verkleinerung des Spannungswertes der erzeugten Impulse verhindert wird.
In dem in den Fig. 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiel müssen die elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b, die auf den Mineralglasbeschichtungen 24a und 24b vorgesehen sind, in den richtigen Positionen gebildet werden, an denen sie die Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b abdecken, die sich normalerweise entfernt von der Mitte befinden, so daß die Elektrodenschichten 22a und 22b mit den Leitungsanschlüssen 27a und 27b elektrisch verbunden werden können.
In dieser Art von Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen ist das Substrat als eine dünne Platte gebildet, eine Form, die keine Orientierung erlaubt, so daß ihre Positionierung in keiner Weise einfach ist. Demzufolge ist es schwierig, die elektrisch leitenden Schichten 25a und 25b durch Drucken etc. in Positionen, an denen sie die Verbindungsabschnitte 23a und 23b bedecken, zu bilden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Vielzahl von keramischen Substraten zugleich mit elektrisch leitenden Schichten durch Drucken etc. versehen werden sollen, da es dann notwendig ist, die Verbindungsabschnitte auf den Substraten in derselben Richtung anzuordnen, welches eine sehr komplizierte Operation erfordert, welches manchmal zu mangelhafter Verbindung zwischen den Elektrodenschichten und den Leitungsanschlüssen führt.
Die Fig. 8A und 8B sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht des zweiten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, bei dem das obige Problem gelöst worden ist. In den Zeichnungen werden Komponenten mit identischen Entsprechungen in den ersten Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Auf beiden Seiten eines plattenartigen ferroelektrischen keramischen Substrats 21, das im wesentlichen aus Bariumtitanat hergestellt ist, werden Elektrodenschichten 22a und 22b durch Anwendung einer Silberpaste darauf und Backen des Substrates gebildet. Die äußeren Oberflächen der Elektrodenschichten 22a und 22b sind mit ferroelektrischen kristallisierten Glasbeschichtungen 24a und 24b bis auf Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b bedeckt. Da die Leitungsanschlüsse an den Mittenabschnitten des keramischen Substrates 21 angebracht sind, befinden sich die Verbindungsabschnitte 23a und 23b an Positionen, die nicht in einer Linie mit der Mitte sind.
Auf den äußeren Oberflächen der Glasbeschichtung 24a und 24b werden konzentrisch mit dem keramischen Substrat 21 kreisförmige elektrisch leitende Schichten 28a und 28b, die beispielsweise aus Silberschichten bestehen, so gebildet, daß sie die Verbindungsabschnitte 23a und 23b für die Elektrodenschichten 22a und 22b bedecken. Auf die äußeren Oberflächen der elektrisch leitenden Schichten 28a und 28b, an anderen Positionen als diejenigen, die den Verbindungsabschnitten 23a und 23b entsprechen, die in diesem Ausführungsbeispiel in der Mittel des Substrates 21 liegen, werden Leitungsanschlüsse 27a und 27b angebracht, die zum Beispiel aus Nickel gemacht sind, mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittel 26a, 26b, das aus einem Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt und Silberpulver besteht.
Die Ausbildung der elektrisch leitenden Schichten 28a und 28b als kreisförmige Schichten konzentrisch mit dem keramischen Substrat 21 vermeidet das Positionieren des keramischen Substrates 21 bezüglich der Position der Verbindungsabschnitte 23a und 23b. Die elektrisch leitenden Schichten 28a und 28b können leicht gebildet werden, unabhängig von den Positionen der Verbindungsabschnitte 23a und 23b, so daß mangelhafte Verbindung vollständig vermieden werden kann.
Obwohl in den oben beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen die Leitungsanschlüsse an der Mitte des keramischen Substrats angebracht werden, können sie entsprechend der Plätze, an denen der Kondensator befestigt wird, an irgendeinen gewünschten Abschnitt außer an denjenigen, der den Verbindungsabschnitten entsprechen, angebracht werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen wird ein ferroelektrisches kristallisiertes Glas als das anorganische Beschichtungsmaterial verwendet, weil kristallisiertes Glas fast niemals in die Elektrodenschicht und die elektrisch leitende Schicht verteilt wird, die aus Silber hergestellt sind, so daß es effektiv dazu beiträgt, Probleme aufgrund von Verteilung zu verhindern. Außerdem arbeitet eine derartige Beschichtung auf kristallisiertem Glas als ein Dämpfungsmaterial, das Oszillation herabsetzt. Jedoch setzt es auch den Beschränkungseffekt der Leitungsanschlüsse auf die Oszillation des keramischen Substrates aufgrund von Elektrostriktion herab, sogar wenn der Leitungsanschluß an der Lampenbefestigung befestigt ist.
Außerdem sind die Leitungsanschlüsse in den obigen Ausführungsbeispielen aus Drahtstäbe hergestellt und im wesentlichen aus Nickel. Sie werden verwendet, weil die Leitungsanschlüsse an den Kondensator mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels bei einer Temperatur von ca. 600º C angebracht werden müssen; sogar bei dieser Temperatur werden Nickelleitungsanschlüsse nicht einfach oxidiert. Außerdem besitzen sie eine gewünschte Benetzungseigenschaft mit einem elektrisch leitenden Haftungsmittel. Die Tatsache, daß sie leicht an die Lampenbefestigung durch Punktschweißen angebracht werden können, ist ein weiterer Grund für ihre Verwendung.
Außerdem werden Leitungsanschlüsse verwendet, die im wesentlichen aus einer Legierung von Eisen und Nickel oder aus Eisen, Nickel und Kobalt hergestellt sind, nachdem sie ähnliche Effekte schaffen.

Claims

1. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen, umfassend ein ferroelektrisches keramisches Substrat (21), und auf beiden Seiten des Substrates gebildete Elektrodenschichten (22a, 22b), gekennzeichnet durch eine Mineralglasbeschichtung (24a, 24b), die die gesamte Oberfläche des Kondensators bis auf Verbindungsabschnitte (23a, 23b) für die Elektrodenschicht und bis auf die äußere Umfangsfläche (21a) des Substrates bedeckt, und Leitungsanschlüsse (27a, 27b), die über die Verbindungsabschnitte elektrisch mit den Elektrodenschichten verbunden sind.

2. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen, umfassend ein ferroelektrisches keramisches Substrat (21), und auf beiden Seiten des Substrates gebildete Elektrodenschichten (22a, 22b), gekennzeichnet durch eine Mineralglasbeschichtung (22a, 22b), die die gesamte Oberfläche des Kondensators bis auf Verbindungsabschnitte (23a, 23b) für die Elektrodenschicht und bis auf die äußere Umfangsfläche (21a) des Substrates bedeckt, elektrisch leitende Schichten (25a, 25b), die auf den äußeren Oberflächen der Mineralglasbeschichtung so gebildet sind, daß sie die Verbindungsabschnitte und die Abschnitte entsprechend der positionen zum Verbinden von Leitungsanschlüssen(27a, 27b), die nicht in einer Linie mit den Verbindungsabschnitten liegen, bedecken, und Leitungsanschlüsse, die mit den elektrisch leitenden Schichten an den Positionen zum Verbinden von Leitungsanschlüssen mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels (26a, 26b) verbunden sind.

3. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanschlüsse (27a, 27b) an den Kondensator an Positionen entsprechend der Mitte des keramischen Substrates (21) angebracht werden.

4. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte (23a, 23b) für die Elektrodenschichten an Positionen innerhalb von 65% des Radius des keramische Substrates (21) von der Mitte angeordnet sind.

5. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (25a, 25b) von einer rechteckförmigen Ausgestaltung sind.

6. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (28a, 28b) als kreisförmige Schichten mit ihren Mitten an der Mitte des keramischen Substrates (21) gebildet sind.

7. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Haftungsmittel (26a, 26b) eine Pastenmischung ist, die Silberpulver und ein Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das Bleioxid und Boroxid als seine Hauptbestandteile enthält, umfaßt. .

8. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralglasbeschichtung (24a, 24b) ferroelektrisches kristallisiertes Glas umfaßt.

9. Nichtlinearer Kondensator zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanschlüsse (27a, 27b) aus einem Material hergestellt sind, das im wesentlichen aus Nickel, Eisen und Nickel, Eisen und Nickel und Kobalt als seine Hauptbestandteile besteht, und aus plattenartigen Abschnitten, die an den Kondensator mittels eines elektrisch leitenden Haftungsmittels (26a, 26b) angebracht sind und aus stabartigen Abschnitten zusammengesetzt sind, die von den plattenartigen Abschnitten vertikal verlaufen.