JP4682918B2 - 非線形コンデンサ及びその製造方法並びにそれを用いた高圧金属蒸気放電灯 - Google Patents

Description

本発明は主に低始動電圧形高圧金属蒸気放電灯を始動点灯させるのに用いられるパルス発生器の改良に関する。

一般照明用途に使用される高圧金属蒸気放電灯として低始動電圧形高圧金属蒸気放電灯が知られている。

高圧ナトリウムランプのような高圧金属蒸気放電灯は一般に始動電圧が高く、通常の商用電源電圧で始動させることは困難であるため、例えば、放電灯の内部にパルス発生器を組み込んで、該パルス発生器により電圧パルスを発生させ、これを電源電圧と共に放電灯に印加して始動点灯させることが行われている。

このような用途に使用されるパルス発生器の一種として、非線形セラミックコンデンサ（以下「ＦＥＣ」と記載する）が使用されている。一例として、図６に示すような構成のものが本件出願人によって開示されている（特許文献−１）。すなわち、強誘電体セラミック基板１の両面に電極膜２ａ、２ｂを形成し、これらの電極膜２ａ、２ｂの表面を該電極膜に対する通電部６ａ、６ｂを除いて強誘電性結晶化ガラス膜３ａ、３ｂで被覆すると共に、そのガラス膜３ａ、３ｂの外表面に、電極膜の通電部６ａ、６ｂを覆うように円形状導電膜７ａ、７ｂを前記セラミック基板１と同心状に形成し、前記通電部との接続部を避けた前記導電膜７ａ、７ｂ上に導電性接着剤４ａ、４ｂでリード端子５ａ、５ｂを固着するものである。

ところで、先に提案したＦＥＣにおいては、強誘電性結晶化ガラス膜の膜厚がその外周部において薄くなり、より大きな始動パルスエネルギーを要求するランプにおいて始動パルス発生を繰り返すうちにＦＥＣ外縁部に沿面放電が生じ、ＦＥＣの焼損が発生する場合があることが判明した。

すなわち強誘電性結晶化ガラスを被覆する工程において、被覆材料を図４のように強誘電性結晶化ガラス塗布部８ａが一定の膜厚になるように塗布するが、焼成時、外周境界部に材料の流動が起こり、焼成後に生成される強誘電性結晶化ガラス膜３ａの外周部膜厚は、図５のように中央部よりも比較的薄く形成されていた。その結果、強誘電性結晶化ガラス皮膜外周部の一部でパルス電圧に対する絶縁性が低下し、強誘電性結晶化ガラス膜３ａ及び３ｂの絶縁破壊が生じて、電極膜２ａの外縁部から強誘電体セラミック基板１の外縁部を通り電極膜２ｂの外縁部まで沿面放電が起こることが確認された。

この種のＦＥＣを、例えば高圧ナトリウムランプ（ＨＰＳ）などのように、外球内が高真空で絶縁（耐圧）が高い雰囲気中において使用する場合は問題が少ない。しかしメタルハライドランプでは、その外球内に窒素ガスが１／２気圧ほど封入されている品種が多い。このため、高圧ナトリウムランプ等の外球内が真空となっているランプよりも絶縁性が低くなり、窒素ガスを介してＦＥＣの表面放電が生じ易い。

上記のようにＦＥＣを易放電雰囲気下のランプ外球内部に収納する場合には、強誘電性セラミック基体の両面に電極膜を形成した上で、セラミック基体の外縁部を除いて強誘電性結晶化ガラス、絶縁強化層の順で被覆したものが使用される（特許文献−２）。

しかし最近になって、従来品よりコンパクトな発光管を有する高圧蒸気放電灯やセラミックメタルハライドランプなど、より高い始動パルス電圧及びより大きなパルスエネルギーを要求する仕様の新型ランプが登場し、前記段落番号０００８の構成を有するＦＥＣであっても、外縁部の絶縁性能が充分でない場合も増えてきた。

すなわちＦＥＣの性能を保証し、後工程に不良品を流さないため、製造後に性能確認のための全数検査を行なう必要がある。その検査の合格基準値が新型ランプの要求仕様にあわせて厳しくなった。そのため、前記特許文献２に開示されている構成でＦＥＣを設計した場合、「パルス不足」「沿面放電」「クラック」の３種の不良のどれかを改善すると他の不良が多くなり、製造歩留まりを向上させることが困難だった。
本発明は、特許文献２の改良に関するものである。

特開平２−１７７４１２号公報 特開平４−６２７９４号公報

本発明は、先に提案したＦＥＣにおける上記問題点を解決するためになされたもので、強誘電性結晶化ガラス膜の外周部膜厚を絶縁破壊が起こらない程度の膜厚とすることにより、外周部における絶縁破壊を防止できるようにしたＦＥＣを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、円板状の強誘電性セラミック基体の両面に電極膜を形成し、これらの電極膜の表面を、該電極膜に対する通電部と前記強誘電性セラミック基体の外周縁の部分を除いて強誘電性結晶化ガラスで被覆し、前記電極膜に対する通電部にリード線を接続した、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す非線形セラミックコンデンサにおいて、前記強誘電性結晶化ガラスによる被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成されているＦＥＣとする。

並びに、前記強誘電性結晶化ガラスが被覆されているＦＥＣにおいて、前記被覆の上にさらに絶縁強化層を被覆したＦＥＣとする。

また、前記のＦＥＣを製造する方法としては、前記強誘電性結晶化ガラスを前記強誘電性セラミック基体と同じ寸法形状で均一の厚さに塗布した後、外周部近傍のみに前記強誘電性結晶化ガラスと同一材料の強誘電性結晶化ガラスを塗布し、その後焼成を行なうことによって被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成された皮膜を形成する工程を含むＦＥＣの製造方法とする。

さらに、低始動電圧形高圧金属蒸気放電灯に係る本発明は、前記のＦＥＣを使用した高圧金属蒸気放電灯とする。

強誘電性結晶化ガラスによる被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成されているＦＥＣとすることにより、ＦＥＣ外周部から外縁部を通る沿面放電を抑止する。

なお、結晶化ガラスは高価な材料であり、それを外周部のみに追加塗布したＦＥＣとすることにより、材料費の上昇が軽減できる。

また、強誘電性結晶化ガラスが被覆されているＦＥＣにおいて、前記被覆の上にさらに絶縁強化層を被覆したＦＥＣとすることにより、易放電雰囲気下のメタルハライドランプ外球内にあっても、強誘電性結晶化ガラスの上に被覆された絶縁強化層により、前記沿面放電を含むＦＥＣ電極間の放電が防止され、ＦＥＣの焼損を確実に排除することが可能となる。

並びに、前記強誘電性結晶化ガラスを前記強誘電性セラミック基体と同じ寸法形状で均一の厚さに塗布した後、外周部近傍のみに同一材料の強誘電性結晶化ガラスを塗布し、その後焼成を行なうことによって被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成された皮膜を形成することにより、簡易な方法で本発明を適用した製品を製造することができる。

さらに、上記の方法により製造されたＦＥＣを採用した高圧金属蒸気放電灯は、ＦＥＣの焼損による短寿命の可能性を廃し、実用上長寿命となる。

次に実施例について図１乃至図６について説明する。

図１は本発明に係るＦＥＣの実施例を示す一部断面図である。
図６に示す従来例と基本的に同じ部材で構成されているが、強誘電性結晶化ガラス膜３ａ、３ｂの皮膜形状が異なっている。

すなわち、従来技術によるＦＥＣでは、図５に示すように強誘電性結晶化ガラス膜３ａの膜厚がＦＥＣ外周部では薄くなってしまうのに対し、本発明に係るＦＥＣでは図１に示す強誘電性結晶化ガラス膜３ａのようにＦＥＣ外周部において膜厚が中央部より厚くなっている。従って前記段落番号０００５、段落番号０００６にて説明したような電極膜２ａの外縁部から強誘電体セラミック基板１の外縁部を通り電極膜２ｂの外縁部まで沿面放電は起こらない。

最外層の低融点ガラス皮膜８ａ、８ｂは絶縁強化層であり、前記段落番号０００７、０００８にて説明したことと同様の理由で、本発明を適用したＦＥＣをメタルハライドランプに使用する場合には必要となる。

最外層に低融点ガラスを被覆したＦＥＣは、被覆無しの場合より、発生する電圧パルスのピーク値が低くなる傾向があるため、ランプ始動時に高いピーク電圧を必要とする高圧ナトリウムランプでは、低融点ガラス皮膜が無いＦＥＣを使用するのが適当である。

本発明のような皮膜形状を得るための製造方法を説明する。
例えば、図２のように強誘電性結晶化ガラス膜の材料をスクリーン印刷等の技術を用いて一定膜厚に塗布すると、強誘電性結晶化ガラス塗布部９が電極膜２ａの上に形成される。さらに外周部近傍のみに強誘電性結晶化ガラス膜材料が付加されるように、リング状に塗布することで強誘電性結晶化ガラス追加塗布部１０が形成される。

なお、図２のように強誘電性結晶化ガラス膜の材料を一定膜厚に塗布する方法としては前記したスクリーン印刷による方法に限らず、ディップ法、吹き付け法、定量ディスペンサと数値制御テーブルとを連動させた塗布法なども利用できるが、絶縁膜の厚さが製造後のＦＥＣ特性に大きく影響するため、塗布量の誤差を極力小さくするような配慮が必要である。

その後の焼成工程により強誘電性結晶化ガラスは流動し、図２に示す強誘電性結晶化ガラス塗布部９及び強誘電性結晶化ガラス追加塗布部１０の形状が変化する。その結果、焼成後の強誘電性結晶化ガラス膜３ａ形状は図３のように外周部の絶縁層が中央部より確実に厚くなり、外縁部からの沿面放電を抑止することができる。

実際には強誘電性結晶化ガラス膜３ａの膜厚は比較的薄いものでよい。一例として、強誘電体セラミック基板１の板厚が１．０ｍｍのＦＥＣに、本発明の製造方法を適用したところ、強誘電性結晶化ガラス膜３ａの膜厚は外周部付近の最大膜厚が３２μｍでその他の部分の膜厚は２５μｍとなった。この仕様のＦＥＣはＦＥＣ単体の特性確認試験に合格したばかりでなく、メタルハライドランプに組み込んでのライフテスト結果も良好だった。

本発明の構成とすることで、ＦＥＣの外縁部からの沿面放電が抑止されるため、前記段落番号００１０に記載した「パルス不足」「沿面放電」「クラック」の３種の不良のうち、沿面放電に関する制限が緩和され、新型ランプ用に要求される以上のパルスを発生できてクラックしにくい仕様のＦＥＣを設計することが可能となった。そのため、前記段落番号００１０と同じ基準値の全数検査において、不良率を大幅に減少させることができた。

本発明は、ＦＥＣの外縁部沿面放電による焼損を防止し、従来以上に高い電圧または大きなエネルギーの始動パルスが必要な新型高圧金属蒸気放電灯に対してもＦＥＣを使用可能にする技術である。

本発明に係る実施例を示す一部断面図。 本発明に係る製造方法を説明するための一部断面図。 本発明に係る製造方法を説明するための一部断面図。 従来技術に係る製造方法を説明するための一部断面図。 従来技術に係る製造方法を説明するための一部断面図。 従来技術に係る実施例を示す一部断面図。

符号の説明

１ 強誘電体セラミック基板
２ａ、２ｂ 電極膜
３ａ、３ｂ 強誘電性結晶化ガラス膜
４ａ、４ｂ 導電性接着剤
５ａ、５ｂ リード端子
６ａ、６ｂ 電極膜の通電部
７ａ、７ｂ 導電膜
８ａ、８ｂ 低融点ガラス被膜
９ 強誘電性結晶化ガラス塗布部
１０ 強誘電性結晶化ガラス追加塗布部

Claims (4)

1. 円板状の強誘電性セラミック基体の両面に電極膜を形成し、これらの電極膜の表面を、該電極膜に対する通電部と前記強誘電性セラミック基体の外周縁の部分を除いて強誘電性結晶化ガラスで被覆し、前記電極膜に対する通電部にリード線を接続した、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す非線形セラミックコンデンサにおいて、前記強誘電性結晶化ガラスによる被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成されている非線形セラミックコンデンサ。
   
2. 請求項１記載の非線形セラミックコンデンサにおいて、前記強誘電性結晶化ガラスによる被覆の上にさらに絶縁強化層を被覆した非線形セラミックコンデンサ。
   
3. 請求項１または請求項２記載の非線形セラミックコンデンサを製造する方法であって、前記強誘電性結晶化ガラスを前記強誘電性セラミック基体と同じ寸法形状で均一の厚さに塗布した後、外周部近傍のみに前記強誘電性結晶化ガラスと同一材料の強誘電性結晶化ガラスを塗布し、その後焼成を行なうことによって被覆の厚さが前記電極膜中央部を被覆する部分よりも前記電極膜外周部近傍を被覆する部分のほうが厚く形成された皮膜を形成する工程を含む非線形セラミックコンデンサの製造方法。
   
4. 請求項１または請求項２記載の非線形セラミックコンデンサを使用した高圧金属蒸気放電灯。
   

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