JP3596266B2 - Nonlinear dielectric element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高輝度放電灯(HIDランプ)の始動時のように高圧パルスを発生させるのに好適に用いられる非線形誘電体素子に関し、より詳細には、電極の改良により非線形特性が改善された非線形誘電体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高輝度を実現するランプとして上記HIDランプが用いられている。この種のHIDランプには、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプのように、始動時に1〜4kV程度の高圧パルスを必要とするものがある。そこで、この種のHIDランプでは、高圧パルスを発生させるために、非線形特性を有するコンデンサが組み込まれている。
【0003】
例えば、特公平5−87940号公報には、上記高圧パルスを発生させるための非線形コンデンサが内蔵された高圧放電ランプが開示されている。この先行技術に記載の非線形コンデンサの構造を、図3に示す。
【0004】
コンデンサ51は、チタン酸バリウム系セラミックスよりなるセラミック板52の両面に、電極53,54を形成した構造を有する。電極53,54の中央には、接合材55a,55bを介してリード端子56,57が接合されている。また、リード端子56,57が引き出されている部分を除いて全体が、ガラスペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されたガラス被覆層58により被覆されている。
【0005】
上記電極53,54は、Ag粉末、並びにホウ珪酸ガラスやホウ珪酸鉛ガラスを含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されている。
しかしながら、上述した従来の非線形コンデンサ51では、チタン酸バリウム系セラミックスよりなるセラミック板52が本来持っている非線形特性を十分に引き出すことができないという問題があった。これは、電極53,54の形成に用いられている導電ペースト中のガラスフリットが、電極焼き付け時にセラミック板52に拡散し、セラミック板52の非線形特性を低下させているためと考えられる。
【0006】
他方、特開昭61−212009号公報には、ガラスフリットを用いないで電極を形成してなる高電圧パルス発生用コンデンサが開示されている。ここでは、誘電体セラミック板の両面に、Niを無電解メッキすることにより電極が形成されている。従って、ガラスフリットの拡散に起因する非線形特性の低下が生じ難いと考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭61−212009号公報に開示されている高電圧パルス発生用コンデンサでは、電極の形成に際し無電解メッキを用いているため、メッキ液の残渣がセラミックス中に侵入し、信頼性を低下させるおそれがあった。
【0008】
本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を解消し、非線形特性を有する誘電体セラミックスの非線形特性を十分に引き出すことができ、良好な非線形特性を示し、かつ信頼性に優れた非線形誘電体素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、高輝度放電灯に内蔵される高圧パルス発生用コンデンサとして用いられ、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す非線形誘電体素子であって、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体と、前記誘電体の第1,第2の面にそれぞれ形成された第1,第2の電極とを備え、前記第1,第2の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されていることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明では、上記金属膜が、スパッタリング、蒸着またはイオンプレーティングにより形成されている。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の非線形誘電体素子の一実施例を示す側面図である。非線形誘電体素子1は、L形高圧ナトリウムランプにおける高圧パルス発生用コンデンサとして用いられるものである。本用途では、コンデンサは、300℃程度の温度、及び1×10−5torr程度の真空度にさらされる。
【0012】
非線形誘電体素子1は、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる板状の誘電体2を用いて構成されている。なお、本明細書において、非線形特性とは、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す特性をいうものとする。上記誘電体2は、このような非線形特性を発揮し得る適宜の誘電体セラミックスにより構成されるが、例えば、チタン酸バリウム系セラミック材料を好適に用いることができる。
【0013】
誘電体2の第1の面としての上面2a上に第1の電極3が、第2の面としての下面2b上に第2の電極4が形成されている。
本実施例の非線形誘電体素子1の特徴は、上記電極3,4が、薄膜形成法としてのスパッタリングにより形成されている金属膜により構成されていることにある。
【0014】
本実施例の非線形誘電体素子1は、電極3,4が上記金属膜により構成されているので、すなわちガラスフリットを含有していないため十分な非線形特性を発揮する。また、従来の無電解メッキにより電極を形成する方法では、メッキ液の残渣により信頼性が低下するおそれがあったのに対し、本実施例では、乾式薄膜形成法により電極が形成されているので、誘電体2の劣化が生じ難く、従って信頼性も高められる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【0015】
非線形特性を示す誘電体材料として、チタン酸バリウム系セラミック粉末を乾式プレスし、焼成することにより、直径18mm×厚さ1mmの円板状の誘電体2を作製した。この誘電体2の両面に、スパッタリングにより直径17mmの電極3,4を形成した。なお、電極3,4をスパッタリングにより形成するにあたっては、最初にCu−Ni合金膜をスパッタリングにより形成し、次に、スパッタリングによりCu−Ni膜上にAg膜を形成した。すなわち、スパッタリングにより2層構造の金属膜を形成し、電極3,4を形成し、実施例の非線形誘電体素子を作製した。
【0016】
また、比較のために、上記実施例の非線形誘電体素子で用いたのと同じ誘電体2の両面に、Ag粉末100体積%に対し、下記の表1に示す種々のガラスフリットを下記の表1に示すように3体積%または5体積%配合してなる導電ペーストを印刷し、850℃にて焼き付け、比較例1〜14の非線形誘電体素子を作製した。
【0017】
上記のようにして得られた非線形誘電体素子について、図2に示す回路を用いて発生パルス電圧を測定した。すなわち、図2に示す回路では、電源11に直列に400Wの高圧水銀ランプ用安定器12が接続されており、該高圧水銀ランプ用安定器12の後段に、非線形誘電体素子1及びブレークオーバー電圧150Vの半導体スイッチ13が接続されている。また、Vは電圧計を示す。
【0018】
実施例及び比較例1〜14の各非線形誘電体素子1を図2に示したように接続し、発生パルス電圧を測定したところ、下記の表1に示す結果が得られた。
【0019】
【表1】
【0020】
表1から明らかなように、各種ガラスフリットを含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより電極を形成した比較例1〜14の非線形誘電体素子では、ガラスフリットの種類により異なるものの、ガラスフリットの含有割合が高くなる程パルス電圧が低くなり、ガラスフリット成分による特性の低下が見られた。
【0021】
これに対して、実施例の非線形誘電体素子では、ガラスフリットを用いずに、スパッタリングにより電極3,4を形成しているため、パルス電圧が著しく高められている。
【0022】
従って、上記実施例から明らかなように、スパッタリングにより形成された金属膜、すなわちガラスフリットを含まない薄膜形成法により形成された金属膜を用いることにより、誘電体2の非線形特性を十分に発揮させることができ、大きなパルス電圧を得ることができる非線形誘電体素子を提供し得ることがわかる。
【0023】
なお、上述した実験例では、Cu−Ni合金膜とAg膜との2層構造を有する電極3,4を形成したが、電極3,4は、単一層で構成されていてもよく、あるいは3層以上の薄膜形成法により形成された金属膜を積層した構造であってもよい。また、電極を構成する金属材料についても、Cu−Ni、Agに限定されず、Cu、Ni、Al、Cr、Fe、Co、Ni−Cr、Fe−Niなど種々の金属材料を用いることができる。もっとも、L形高圧ナトリウムランプの始動用に用いられる高圧パルス発生用コンデンサでは、前述した通り300℃程度の高温にさらされるため、このような高温にさらされる用途に用いる場合には、電極3,4はAgやNiなどの耐熱性に優れた金属材料により形成することが好ましい。
【0024】
また、電極3,4をAgで構成した場合には、電極間マイグレーションを防止するために、Agよりなる金属膜よりも径の大きな他の金属膜上にAg膜を積層した構造とすることが望ましい。
【0025】
また、上述した実施例では、電極3,4を、スパッタリングにより形成したが、スパッタリングに代えて、蒸着やイオンプレーティングなどの他の乾式薄膜形成法により電極3,4を形成してもよい。すなわち、本発明は、上記のような乾式薄膜形成法により形成された金属膜により電極を構成することにより、ガラスフリットの使用に基づく非線形特性の低下を防止したことに特徴を有するものであり、従って、蒸着やイオンプレーティングなどの他の乾式薄膜形成法を用いて電極3,4を形成してもよい。
【0026】
また、図1では、誘電体2の両面に電極3,4を形成したが、電極3,4を形成した後に、従来の非線形コンデンサ51と同様に絶縁ガラス層等を形成したり、あるいはリード端子等を接合してもよく、その場合であっても、電極3,4が既に誘電体2に接合されているため、良好な非線形特性を発揮し得る非線形誘電体素子とすることができる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体の第1,第2の面に形成される第1,第2の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されているので、誘電体の非線形特性を十分に発揮させることができ、良好な非線形特性を発揮し得る非線形誘電体素子を提供することができる。すなわち、従来の導電ペーストを用いて電極を形成してなる非線形コンデンサでは、含有されているガラスフリットにより非線形特性が低下するのに対し、請求項1に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、ガラスフリットを使用しないため、ガラスフリットに起因する非線形特性の低下を防止することができる。
【0028】
加えて、従来の無電解メッキにより電極を形成した非線形コンデンサでは、メッキ液残渣により、誘電体セラミックスが劣化するおそれがあったのに対し、請求項1に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、乾式薄膜形成法により電極が形成されているので、このような誘電体の劣化も生じ難い。従って、信頼性に優れた非線形誘電体素子を提供することができる。
【0029】
本発明では、良好な非線形特性を利用して、例えばHIDランプの始動に用いられるような高圧パルスを発生することが求められる用途に最適な高圧パルス発生用コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る非線形誘電体素子を示す側面図。
【図2】実験例において非線形誘電体素子を評価するために構成した回路を説明するための回路図。
【図3】従来の非線形コンデンサを説明するための断面図。
【符号の説明】
1…非線形誘電体素子
2…誘電体
3,4…電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonlinear dielectric element suitably used for generating a high-voltage pulse, for example, when starting a high-intensity discharge lamp (HID lamp). More specifically, the nonlinear characteristic is improved by improving electrodes. A non-linear dielectric element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the HID lamp has been used as a lamp for realizing high luminance. Some HID lamps of this type require a high-pressure pulse of about 1 to 4 kV at startup, such as a high-pressure sodium lamp or a metal halide lamp. Therefore, in this type of HID lamp, a capacitor having a non-linear characteristic is incorporated in order to generate a high-voltage pulse.
[0003]
For example, Japanese Patent Publication No. 5-87940 discloses a high-pressure discharge lamp having a built-in non-linear capacitor for generating the high-voltage pulse. FIG. 3 shows the structure of the nonlinear capacitor described in the prior art.
[0004]
The
[0005]
The
However, the above-described conventional
[0006]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-212009 discloses a high-voltage pulse generating capacitor in which electrodes are formed without using a glass frit. Here, electrodes are formed on both surfaces of the dielectric ceramic plate by electroless plating Ni. Therefore, it is considered that the non-linear characteristic is hardly reduced due to the diffusion of the glass frit.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the capacitor for generating a high-voltage pulse disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-212009, since electroless plating is used for forming the electrodes, residues of the plating solution penetrate into the ceramics, and the reliability is reduced. There was a risk of lowering.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to sufficiently draw out the nonlinear characteristics of dielectric ceramics having nonlinear characteristics, exhibit good nonlinear characteristics, and have a highly reliable nonlinear dielectric. It is to provide an element.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0010]
In the invention described in
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a side view showing one embodiment of the nonlinear dielectric element of the present invention. The nonlinear
[0012]
The nonlinear
[0013]
A
The feature of the nonlinear
[0014]
The non-linear
[0015]
As a dielectric material exhibiting non-linear characteristics, a barium titanate-based ceramic powder was dry-pressed and fired to produce a disk-shaped dielectric 2 having a diameter of 18 mm and a thickness of 1 mm.
[0016]
Further, for comparison, various glass frits shown in Table 1 below were added to both surfaces of the same dielectric 2 used in the nonlinear dielectric element of the above example with respect to 100% by volume of Ag powder. As shown in FIG. 1, a conductive paste containing 3% by volume or 5% by volume was printed and baked at 850 ° C. to produce nonlinear dielectric elements of Comparative Examples 1 to 14.
[0017]
With respect to the nonlinear dielectric element obtained as described above, the generated pulse voltage was measured using the circuit shown in FIG. That is, in the circuit shown in FIG. 2, a 400 W high-pressure
[0018]
Each of the nonlinear
[0019]
[Table 1]
[0020]
As is clear from Table 1, the non-linear dielectric elements of Comparative Examples 1 to 14 in which electrodes were formed by applying and baking conductive pastes containing various types of glass frit, although different depending on the type of glass frit, contained glass frit. The higher the ratio, the lower the pulse voltage, and a decrease in characteristics due to the glass frit component was observed.
[0021]
On the other hand, in the nonlinear dielectric element of the embodiment, since the
[0022]
Therefore, as is apparent from the above-described embodiment, by using a metal film formed by sputtering, that is, a metal film formed by a thin film forming method that does not include a glass frit, the nonlinear characteristics of the dielectric 2 are sufficiently exhibited. It can be seen that a nonlinear dielectric element capable of obtaining a large pulse voltage can be provided.
[0023]
In the above-described experimental example, the
[0024]
When the
[0025]
Although the
[0026]
1, the
[0027]
【The invention's effect】
In the nonlinear dielectric element according to the first aspect of the present invention, the first and second electrodes formed on the first and second surfaces of the dielectric made of dielectric ceramic exhibiting nonlinear characteristics are formed by a thin film forming method. Therefore, it is possible to sufficiently provide the nonlinear characteristics of the dielectric, and to provide a nonlinear dielectric element capable of exhibiting good nonlinear characteristics. That is, in the conventional nonlinear capacitor in which the electrodes are formed using the conductive paste, the nonlinear characteristic is reduced by the glass frit contained therein, whereas in the nonlinear dielectric element according to the invention of
[0028]
In addition, in a conventional non-linear capacitor in which electrodes are formed by electroless plating, there is a possibility that dielectric ceramics may be deteriorated due to plating solution residues, whereas in a non-linear dielectric element according to the invention according to
[0029]
According to the present invention, it is possible to provide a high-voltage pulse generating capacitor that is optimal for applications requiring generation of a high-voltage pulse, such as used for starting an HID lamp, by utilizing good nonlinear characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a nonlinear dielectric element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a circuit configured to evaluate a nonlinear dielectric element in an experimental example.
FIG. 3 is a sectional view for explaining a conventional nonlinear capacitor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体と、
前記誘電体の第1,第2の面にそれぞれ形成された第1,第2の電極とを備え、
前記第1,第2の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されていることを特徴とする非線形誘電体素子。A non-linear dielectric element that is used as a high-voltage pulse generating capacitor incorporated in a high-intensity discharge lamp and exhibits hysteresis in electric field-charge characteristics,
A dielectric made of dielectric ceramics exhibiting nonlinear characteristics;
First and second electrodes respectively formed on first and second surfaces of the dielectric,
A non-linear dielectric element, wherein the first and second electrodes are formed of a metal film formed by a thin film forming method.
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1998
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