JPH0126169B2 - - Google Patents
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- JPH0126169B2 JPH0126169B2 JP56022220A JP2222081A JPH0126169B2 JP H0126169 B2 JPH0126169 B2 JP H0126169B2 JP 56022220 A JP56022220 A JP 56022220A JP 2222081 A JP2222081 A JP 2222081A JP H0126169 B2 JPH0126169 B2 JP H0126169B2
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Description
本発明は電圧感応性電流制限素子、つまり印加
電界によりインピーダンスの変化する角形ヒステ
リシス特性をもつ多結晶性強誘電体磁器に関す
る。 本発明による素子はBaTiO3又はその一部を
Sr、Zr、Sn又はPbで置換したものを主成分とす
る。 本発明はBaTiO3系磁器のもつ強誘電性を最大
限に高め強調することにより、交流電界に対する
見掛上の比誘電率の変化を利用して、交流電流に
対する低損失のインピーダンス素子を提供する。 通常家庭用、工業用を問わず電気動力源として
50サイクル又は、60サイクルの100Vもしくは
200Vの単相又は、三相が用いられるがこれらの
電源をエネルギーとして用いる低インピーダンス
の負荷に対する電流調節機能として受動素子で
は、L.C.Rが考えられる。 この中で、最もコスト的に安く手軽なものとし
ては抵抗素子があるが使用時の発熱が非常に大き
くそれがすべて損失となり電力の利用効率が悪く
なるだけでなく、発熱による機器全体の劣化とい
う信頼性上の問題もあり現在では、微少電流を制
限する以外は用いられない。 現在、最も一般的に用いられているのは、Ｌす
なわちインダクタンスによる方法で具体的にはチ
ヨークコイルが用いられている（例えば放電燈に
おけるバラスト）。 これは大きな電流を流しても損失が少なく従つ
て発熱もなく、機器そのものの信頼性を損うこと
がないといつた理由によるものである。又大きな
電流を流す場合はインダクタンスは低くなり、巻
線数が少なくても良いことも有利な点である。反
面、大きな電流を流す場合は巻線の太いものを用
いなければならず従つて大形となり重量が増すた
めに小形の機器や軽量であることが必要な機器に
は用いることが難しかつた。一方Ｃすなわちコン
デンサのキヤパシタンスを用いる方法も考えられ
るが50サイクルもしくは60サイクルなどの低周波
に於ける電流調節機能としては、大きな容量が必
要なため非常に高価なものとなる。特に大きな電
流を流すためには、リアクタンス分を小さくする
必要があるために従来のコンデンサでは大形とな
つてしまうということと現在使われる容量の大き
なコンデンサについてはたとえばアルミ電解コン
デンサなどは必ずしも、高温での信頼性が十分で
はないため使用しずらいという問題があつた。故
に小形で高容量、高耐電圧、高耐熱性で廉価なイ
ンピーダンス素子が必要とされてきた。 これらの難しい条件を満す可能性が一番高いも
のとして従来、BaTiO3を主成分とした磁器コン
デンサが考えられていた。 この理由は、他のコンデンサたとえばマイカ、
紙、フイルム系のものが比誘電率εSが３〜15程度
であるのに比べBaTiO3ではεSが20000程度のもの
が実用化されており、他の物質より格段に高い比
誘電率が得られるため小形で簡単な構造である割
に高い容量値が得られるからである。 又、磁器は1300〜1400℃で焼成されたものであ
り耐熱性が高く、信頼性も良好である。 しかしBaTiO3系磁器は磁器（焼き物）である
ところから巻き込んだり折り曲げたりすることが
困難で、これを使つたコンデンサの体積当りの静
電容量は必ずしも大きくない。 一般に平行平板電極を有するコンデンサの静電
容量Ｃは次により与えられる。 Ｃ＝εO×εS×Ｓ／ｔ ここでＣは静電容量Ｆ、εOは真空の誘電率、εS
は誘電体物質の比誘電率、Ｓは電極の重なり面積
m2、ｔは誘電体物質の厚みｍである。従つて静電
容量を大きくするには厚みｔを小さくすると共に
比誘電率εSの大きな誘電体を使用し、電極の重な
り面積Ｓを大きくする必要がある。 第１図Ａ及びＢは従来のチタン酸バリウムを用
いたコンデンサで、１は誘電率、２と３は電極、
４と５はリード線、６は絶縁樹脂のごとく構成さ
れる。この構造の磁器コンデンサでは、機械的強
度や占有面積の点から実用的な静電容量はたかだ
か0.05μF程度である。 第２図Ａ及びＢのごとく積層電極構造を用いる
と電極の重ね枚数により電極の重なり面積が大き
くなり、大きな静電容量が得られる。なお第２図
Ａ及びＢで１は誘電体、２は内部電極、２ａは外
部電極を示す。 しかしながら積層電極構造は、誘電体が薄いこ
とから耐電圧が低いこと、及び電極材にPt、Au、
Pd、Ag等の貴金属が用いられるので高価である
ことといつた欠点を有している。 従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善す
るもので、小形で安価でかつ低損失の交流回路に
対する電流制限素子（インピーダンス素子）を提
供することを目的とする。本発明は強誘電体素子
の角形ヒステリシス特性を電流制限に利用するも
ので、5V／mmの交流電界で測定した時の電流値
から逆算したインピーダンス値を基準として、
500V／mm以下の交流電界におけるインピーダン
スが1/10以下となるごとき角形ヒステリシスをも
つチタン酸バリウム（BaTiO3）を主成分とする
強誘電体性多結晶磁器を特徴とする。 上記インピーダンス特性を改善するために、
BaTiO3のBaの一部をSr、Pb、に置換し、又Ti
の一部をZr、Snに置換することは有効である。 さらに鉱化剤として0.005〜0.3重量％のCr、及
び0.005〜0.3重量％のMnの少なくともいずれか
一方を添付することは上記インピーダンス特性を
改善する上から好ましい。 更に好ましくは、主成分及び鉱化剤以外の不純
物を0.5重量％以下とすることが有効である。 以下本発明を詳細に説明する。 一般に交流回路の電流制限を強誘電体により実
現する場合、キヤパシタンスにより定まるリアク
タンス分と、等価的にこれに直列に挿入される抵
抗分（等価直列抵抗）について考慮する必要があ
る。等価直列抵抗成分はエネルギ損失となるため
に極力小さな値におさえる必要があるが実際はキ
ヤパシテイによるアクタンスと密接に関係する為
に分離して両方の特性を操作することは困難であ
る。従つて単にリアクタンスを下げるため比誘電
率εSの高い組成系により大容量を得るばかりでは
なく、BaTiO3系磁器の比誘電率εSの交流電圧依
存性に着目して本発明は成されている。 BaTiO3系の高誘電率磁器組成物については、
特公昭52−44440にのべられるごとく交流電圧の
印加により見掛上のεSが100〜140％程度増加する
ことが知られている。比誘電率が印加電圧により
変化するということは、比誘電率即ち誘電分極現
象に電圧依存性があるものと考えられる。通常の
誘電体では、比誘電率εSの電圧依存性は無視しう
る程度に小さい。 ところで、誘電体中の電束密度Ｄは次式により
与えられる。 Ｄ＝εE＝εOεSＥ ここで Ｄ ；電束密度（Ｃ／m2） ε ；誘電率 εO；真空の誘電率 εS；誘電体の容量増加率 Ｅ ；印加電界（Ｖ／ｍ） 上述の関係を観測する手段としては、ソーヤ・
タワーの回路でＤ―Ｅヒステリシス特性を観測す
るのが一般的である。第３図に通常の誘電体のＤ
―Ｅ特性を示す。この図から通常の誘電体ではＤ
―Ｅ特性はリニアである。 第４図は従来のBaTiO3系の高誘電率磁器のＤ
―Ｅ特性で直線関係にはなく、εがＥにより変化
することが示唆される（この例ではεS＝18000）。
第４図の試料でコンデンサを作成し、シエーリン
グブリツジを用いて容量電圧特性を測定したとこ
ろ、ほぼ第４図と同様の特性が得られたが、イン
ピーダンス自身は電圧依存性が小さいことが判つ
た。 ところで、Ｄ―Ｅヒステリシス特性が直線関係
にないということは、εが交流電界の関数として
変化することを示すものであり、Ｄ―Ｅ特性の立
上りが急唆であるということは、印加電界に対し
εが急激に大きくなつていることを示すことに他
ならない。又ヒステリシスループで囲まれた面積
は等価抵抗分（損失）に相当する。 従来、BaTiO3系磁器を中心とするペロブスカ
イト形結晶構造を有するABO3形強誘電体磁器の
応用分野は高誘電率の利用、圧電的性質の利用、
及びＤ―Ｅヒステリシス特性の利用が知られてい
るが、Ｄ―Ｅヒステリシス現象に関しては、良好
な角形特性を与える材料が未開発なため、検討が
未だ不十分である。 本発明者は、立上りが急唆で良好な角形ヒステ
リシス特性を有する誘電体磁器を開発し、その静
電容量及びインピーダンスが印加交流電界に大き
く依存する性質を利用して、交流回路における電
流制限素子又は可変インピーダンス素子を開発し
た。 このように、電圧感応形電流制限素子としての
感応度を高めるために本発明者らは強誘電体磁器
組成物について鋭意研究を重ねた結果BaTiO3単
独もしくは副成分としてSn、ZrなどでBaTiO3の
Tiの一部を置換したものあるいは、Sr、PbでBa
の一部を置換したものを基本組成物として良好な
結果を得た。BaTiO3系以外のものについては容
量増加率が低いかあるいは非常に高い交流電界を
印加しないとインピーダンスが低くならず磁器の
耐電圧との関係から実用的ではなかつた。更にこ
のような基本組成物に添加剤としてMn、Cr配化
物を微量含有させることによつて特性を損うこと
なく磁器焼結に際して還元防止あるいはその焼結
性が向上しより緻密で均質な優れた多結晶体が得
られることが判明した。特性は添加剤（鉱化剤）
の元素と量により異なりMn及びCrが最も良くそ
の適正添加量はMnOで0.005〜0.3重量％、CrOで
0.005〜0.3重量％であつた。又、両者を混合体と
して添加含有されても、特に問題はない。基本的
にはSr、Sn、Zr、Pbは、BaTiO3結晶の中に入
り固溶体を形成し、結晶粒内の強誘電性を損うこ
となしにその特性を制御する作用を有するが、
Mn、Crは主として結晶粒界に析出し磁器の焼結
を促進すると共に還元防止の作用を行なう鉱化剤
としての役割を担うものである。それ自体は、常
誘電体であり、結晶粒そのものとは、電気的性質
が著しく異る。本来本素子は強誘電性の特長であ
る比誘電率の交流電圧依存性を最大限に引き出す
ことが必要であり、この常誘電体層となる粒界が
少ない方が良好な特性を得られることは、鉱化剤
の量を変えた実験でも確認された。しかし、原料
中に含まれる不純物や製造工程より混入される不
純物たとえばAl2O3、SiO2等は焼結することによ
り粒界に析出し常誘電体を形成するか、BaTiO3
と固溶し強誘電性を弱めることが判明し、許容さ
れる量もわずかであることがわかつた。これは、
一般の高誘電率系磁器誘電体の一般的添加物量よ
り見て、その種類、量が著しく制限されるもので
あり、使用する原材料や製造工程については従来
の磁器コンデンサと比較し、格段に厳密な不純物
管理を行なうことが必要であり従来の高誘電率多
結晶磁器に比べ特異である。これらの結果、本発
明の電圧感応性電流制限素子はインピーダンスの
電圧依存性が極めて鋭敏でインピーダンスの低下
率が5V／mmを基準とした時500V／mm以下の交流
電界では、最大で1/100にも達し、従来にない全
く新しい考え方による交流電流の制限素子を完成
することが出来た。このために小型軽量で信頼性
が高く低コストであり、応用用途が非常に広く電
気業界に貢献すること極めて大である。 実施例 １ 原料粉末BaTiO3、TiO2、SnO2、ZrO2、
SrO2、PbO、MnCO3を第１表の所望組成（試料
No.１〜No.15）となるようにポリエチレンポツト、
メノーボールを用いて湿式混合した。脱水乾燥後
1150℃で２時間保持し仮焼成せしめその後ふたた
びポリエチレンポツト、メノーボールを用いて、
粉砕を行なつた。水分を蒸発したあとこれに適当
量のバインダーを加え16.5φ0.50mmの円板に10ト
ンプレスで加圧成型した。ついで1300〜1400℃で
２時間焼成せしめた。 かくして得られた磁器素子に銀電極を焼付、そ
の後半田でリード線を固定し、洗浄の上絶縁塗料
を施し、第６図に示す測定回路にて50Hz交流電圧
を変え回路に流れる実効電流を測定し、インピー
ダンスＺを算出した。なお第６図で１０は試料、
１２は交流電流計、１４は交流電圧計、１６は50
Hzの交流電源を示す。測定結果は第１表、第７図
及び第５図に示す。なお試料No.14とNo.15は本発明
に属さない試料で、単に本発明試料との比較のた
めのものである。 第１表から5V／mm（rms）でのインピーダン
スZ1と500V／mmでのインピーダンスZ2との比
（Z2／Z1）は試料No.１〜No.13では1/20〜1/108であ
り電流制限素子としての実用的な値1/10を十分に
満足する。第７図は印加電界Ｖ／mm（rms）に対
するインピーダンスの関係を示すもので、本発明
に属するグループＰに属する試料では電界が高く
なるに従がいインピーダンスはいつたん低下する
が、50〜100V／mm以上の高電界になるとインピ
ーダンスは再たび上昇する。インピーダンスが再
上昇する理論的理由は必らずしも明らかでない
が、500V／mm程度までは、実用的に十分に低下
したインピーダンスが得られる。なお第７図にお
けるインピーダンスは前述のごとく16.5mmφ、厚
さ0.50mmの試料を作成して電極を付着させたもの
に対する値である。 第５図は本発明による試料のＤ―Ｅヒステリシ
ス特性の実測例で、第１表の試料No.３の特性を示
し、優れたヒステリシス特性を示すことがわか
る。第５図の実験では試料の厚さは0.5mmであり、
印加電界は280V（rms）である。従つて560V／mm
の電界が印加されたことになる。 以上のごとく、BaTiO3を主成分としたもの
は、高電界印加時のインピーダンス低下が顕著
で、BaTiO3が他の組成系の強誘電体磁器に比べ
特異な性質をもつことを示している。
電界によりインピーダンスの変化する角形ヒステ
リシス特性をもつ多結晶性強誘電体磁器に関す
る。 本発明による素子はBaTiO3又はその一部を
Sr、Zr、Sn又はPbで置換したものを主成分とす
る。 本発明はBaTiO3系磁器のもつ強誘電性を最大
限に高め強調することにより、交流電界に対する
見掛上の比誘電率の変化を利用して、交流電流に
対する低損失のインピーダンス素子を提供する。 通常家庭用、工業用を問わず電気動力源として
50サイクル又は、60サイクルの100Vもしくは
200Vの単相又は、三相が用いられるがこれらの
電源をエネルギーとして用いる低インピーダンス
の負荷に対する電流調節機能として受動素子で
は、L.C.Rが考えられる。 この中で、最もコスト的に安く手軽なものとし
ては抵抗素子があるが使用時の発熱が非常に大き
くそれがすべて損失となり電力の利用効率が悪く
なるだけでなく、発熱による機器全体の劣化とい
う信頼性上の問題もあり現在では、微少電流を制
限する以外は用いられない。 現在、最も一般的に用いられているのは、Ｌす
なわちインダクタンスによる方法で具体的にはチ
ヨークコイルが用いられている（例えば放電燈に
おけるバラスト）。 これは大きな電流を流しても損失が少なく従つ
て発熱もなく、機器そのものの信頼性を損うこと
がないといつた理由によるものである。又大きな
電流を流す場合はインダクタンスは低くなり、巻
線数が少なくても良いことも有利な点である。反
面、大きな電流を流す場合は巻線の太いものを用
いなければならず従つて大形となり重量が増すた
めに小形の機器や軽量であることが必要な機器に
は用いることが難しかつた。一方Ｃすなわちコン
デンサのキヤパシタンスを用いる方法も考えられ
るが50サイクルもしくは60サイクルなどの低周波
に於ける電流調節機能としては、大きな容量が必
要なため非常に高価なものとなる。特に大きな電
流を流すためには、リアクタンス分を小さくする
必要があるために従来のコンデンサでは大形とな
つてしまうということと現在使われる容量の大き
なコンデンサについてはたとえばアルミ電解コン
デンサなどは必ずしも、高温での信頼性が十分で
はないため使用しずらいという問題があつた。故
に小形で高容量、高耐電圧、高耐熱性で廉価なイ
ンピーダンス素子が必要とされてきた。 これらの難しい条件を満す可能性が一番高いも
のとして従来、BaTiO3を主成分とした磁器コン
デンサが考えられていた。 この理由は、他のコンデンサたとえばマイカ、
紙、フイルム系のものが比誘電率εSが３〜15程度
であるのに比べBaTiO3ではεSが20000程度のもの
が実用化されており、他の物質より格段に高い比
誘電率が得られるため小形で簡単な構造である割
に高い容量値が得られるからである。 又、磁器は1300〜1400℃で焼成されたものであ
り耐熱性が高く、信頼性も良好である。 しかしBaTiO3系磁器は磁器（焼き物）である
ところから巻き込んだり折り曲げたりすることが
困難で、これを使つたコンデンサの体積当りの静
電容量は必ずしも大きくない。 一般に平行平板電極を有するコンデンサの静電
容量Ｃは次により与えられる。 Ｃ＝εO×εS×Ｓ／ｔ ここでＣは静電容量Ｆ、εOは真空の誘電率、εS
は誘電体物質の比誘電率、Ｓは電極の重なり面積
m2、ｔは誘電体物質の厚みｍである。従つて静電
容量を大きくするには厚みｔを小さくすると共に
比誘電率εSの大きな誘電体を使用し、電極の重な
り面積Ｓを大きくする必要がある。 第１図Ａ及びＢは従来のチタン酸バリウムを用
いたコンデンサで、１は誘電率、２と３は電極、
４と５はリード線、６は絶縁樹脂のごとく構成さ
れる。この構造の磁器コンデンサでは、機械的強
度や占有面積の点から実用的な静電容量はたかだ
か0.05μF程度である。 第２図Ａ及びＢのごとく積層電極構造を用いる
と電極の重ね枚数により電極の重なり面積が大き
くなり、大きな静電容量が得られる。なお第２図
Ａ及びＢで１は誘電体、２は内部電極、２ａは外
部電極を示す。 しかしながら積層電極構造は、誘電体が薄いこ
とから耐電圧が低いこと、及び電極材にPt、Au、
Pd、Ag等の貴金属が用いられるので高価である
ことといつた欠点を有している。 従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善す
るもので、小形で安価でかつ低損失の交流回路に
対する電流制限素子（インピーダンス素子）を提
供することを目的とする。本発明は強誘電体素子
の角形ヒステリシス特性を電流制限に利用するも
ので、5V／mmの交流電界で測定した時の電流値
から逆算したインピーダンス値を基準として、
500V／mm以下の交流電界におけるインピーダン
スが1/10以下となるごとき角形ヒステリシスをも
つチタン酸バリウム（BaTiO3）を主成分とする
強誘電体性多結晶磁器を特徴とする。 上記インピーダンス特性を改善するために、
BaTiO3のBaの一部をSr、Pb、に置換し、又Ti
の一部をZr、Snに置換することは有効である。 さらに鉱化剤として0.005〜0.3重量％のCr、及
び0.005〜0.3重量％のMnの少なくともいずれか
一方を添付することは上記インピーダンス特性を
改善する上から好ましい。 更に好ましくは、主成分及び鉱化剤以外の不純
物を0.5重量％以下とすることが有効である。 以下本発明を詳細に説明する。 一般に交流回路の電流制限を強誘電体により実
現する場合、キヤパシタンスにより定まるリアク
タンス分と、等価的にこれに直列に挿入される抵
抗分（等価直列抵抗）について考慮する必要があ
る。等価直列抵抗成分はエネルギ損失となるため
に極力小さな値におさえる必要があるが実際はキ
ヤパシテイによるアクタンスと密接に関係する為
に分離して両方の特性を操作することは困難であ
る。従つて単にリアクタンスを下げるため比誘電
率εSの高い組成系により大容量を得るばかりでは
なく、BaTiO3系磁器の比誘電率εSの交流電圧依
存性に着目して本発明は成されている。 BaTiO3系の高誘電率磁器組成物については、
特公昭52−44440にのべられるごとく交流電圧の
印加により見掛上のεSが100〜140％程度増加する
ことが知られている。比誘電率が印加電圧により
変化するということは、比誘電率即ち誘電分極現
象に電圧依存性があるものと考えられる。通常の
誘電体では、比誘電率εSの電圧依存性は無視しう
る程度に小さい。 ところで、誘電体中の電束密度Ｄは次式により
与えられる。 Ｄ＝εE＝εOεSＥ ここで Ｄ ；電束密度（Ｃ／m2） ε ；誘電率 εO；真空の誘電率 εS；誘電体の容量増加率 Ｅ ；印加電界（Ｖ／ｍ） 上述の関係を観測する手段としては、ソーヤ・
タワーの回路でＤ―Ｅヒステリシス特性を観測す
るのが一般的である。第３図に通常の誘電体のＤ
―Ｅ特性を示す。この図から通常の誘電体ではＤ
―Ｅ特性はリニアである。 第４図は従来のBaTiO3系の高誘電率磁器のＤ
―Ｅ特性で直線関係にはなく、εがＥにより変化
することが示唆される（この例ではεS＝18000）。
第４図の試料でコンデンサを作成し、シエーリン
グブリツジを用いて容量電圧特性を測定したとこ
ろ、ほぼ第４図と同様の特性が得られたが、イン
ピーダンス自身は電圧依存性が小さいことが判つ
た。 ところで、Ｄ―Ｅヒステリシス特性が直線関係
にないということは、εが交流電界の関数として
変化することを示すものであり、Ｄ―Ｅ特性の立
上りが急唆であるということは、印加電界に対し
εが急激に大きくなつていることを示すことに他
ならない。又ヒステリシスループで囲まれた面積
は等価抵抗分（損失）に相当する。 従来、BaTiO3系磁器を中心とするペロブスカ
イト形結晶構造を有するABO3形強誘電体磁器の
応用分野は高誘電率の利用、圧電的性質の利用、
及びＤ―Ｅヒステリシス特性の利用が知られてい
るが、Ｄ―Ｅヒステリシス現象に関しては、良好
な角形特性を与える材料が未開発なため、検討が
未だ不十分である。 本発明者は、立上りが急唆で良好な角形ヒステ
リシス特性を有する誘電体磁器を開発し、その静
電容量及びインピーダンスが印加交流電界に大き
く依存する性質を利用して、交流回路における電
流制限素子又は可変インピーダンス素子を開発し
た。 このように、電圧感応形電流制限素子としての
感応度を高めるために本発明者らは強誘電体磁器
組成物について鋭意研究を重ねた結果BaTiO3単
独もしくは副成分としてSn、ZrなどでBaTiO3の
Tiの一部を置換したものあるいは、Sr、PbでBa
の一部を置換したものを基本組成物として良好な
結果を得た。BaTiO3系以外のものについては容
量増加率が低いかあるいは非常に高い交流電界を
印加しないとインピーダンスが低くならず磁器の
耐電圧との関係から実用的ではなかつた。更にこ
のような基本組成物に添加剤としてMn、Cr配化
物を微量含有させることによつて特性を損うこと
なく磁器焼結に際して還元防止あるいはその焼結
性が向上しより緻密で均質な優れた多結晶体が得
られることが判明した。特性は添加剤（鉱化剤）
の元素と量により異なりMn及びCrが最も良くそ
の適正添加量はMnOで0.005〜0.3重量％、CrOで
0.005〜0.3重量％であつた。又、両者を混合体と
して添加含有されても、特に問題はない。基本的
にはSr、Sn、Zr、Pbは、BaTiO3結晶の中に入
り固溶体を形成し、結晶粒内の強誘電性を損うこ
となしにその特性を制御する作用を有するが、
Mn、Crは主として結晶粒界に析出し磁器の焼結
を促進すると共に還元防止の作用を行なう鉱化剤
としての役割を担うものである。それ自体は、常
誘電体であり、結晶粒そのものとは、電気的性質
が著しく異る。本来本素子は強誘電性の特長であ
る比誘電率の交流電圧依存性を最大限に引き出す
ことが必要であり、この常誘電体層となる粒界が
少ない方が良好な特性を得られることは、鉱化剤
の量を変えた実験でも確認された。しかし、原料
中に含まれる不純物や製造工程より混入される不
純物たとえばAl2O3、SiO2等は焼結することによ
り粒界に析出し常誘電体を形成するか、BaTiO3
と固溶し強誘電性を弱めることが判明し、許容さ
れる量もわずかであることがわかつた。これは、
一般の高誘電率系磁器誘電体の一般的添加物量よ
り見て、その種類、量が著しく制限されるもので
あり、使用する原材料や製造工程については従来
の磁器コンデンサと比較し、格段に厳密な不純物
管理を行なうことが必要であり従来の高誘電率多
結晶磁器に比べ特異である。これらの結果、本発
明の電圧感応性電流制限素子はインピーダンスの
電圧依存性が極めて鋭敏でインピーダンスの低下
率が5V／mmを基準とした時500V／mm以下の交流
電界では、最大で1/100にも達し、従来にない全
く新しい考え方による交流電流の制限素子を完成
することが出来た。このために小型軽量で信頼性
が高く低コストであり、応用用途が非常に広く電
気業界に貢献すること極めて大である。 実施例 １ 原料粉末BaTiO3、TiO2、SnO2、ZrO2、
SrO2、PbO、MnCO3を第１表の所望組成（試料
No.１〜No.15）となるようにポリエチレンポツト、
メノーボールを用いて湿式混合した。脱水乾燥後
1150℃で２時間保持し仮焼成せしめその後ふたた
びポリエチレンポツト、メノーボールを用いて、
粉砕を行なつた。水分を蒸発したあとこれに適当
量のバインダーを加え16.5φ0.50mmの円板に10ト
ンプレスで加圧成型した。ついで1300〜1400℃で
２時間焼成せしめた。 かくして得られた磁器素子に銀電極を焼付、そ
の後半田でリード線を固定し、洗浄の上絶縁塗料
を施し、第６図に示す測定回路にて50Hz交流電圧
を変え回路に流れる実効電流を測定し、インピー
ダンスＺを算出した。なお第６図で１０は試料、
１２は交流電流計、１４は交流電圧計、１６は50
Hzの交流電源を示す。測定結果は第１表、第７図
及び第５図に示す。なお試料No.14とNo.15は本発明
に属さない試料で、単に本発明試料との比較のた
めのものである。 第１表から5V／mm（rms）でのインピーダン
スZ1と500V／mmでのインピーダンスZ2との比
（Z2／Z1）は試料No.１〜No.13では1/20〜1/108であ
り電流制限素子としての実用的な値1/10を十分に
満足する。第７図は印加電界Ｖ／mm（rms）に対
するインピーダンスの関係を示すもので、本発明
に属するグループＰに属する試料では電界が高く
なるに従がいインピーダンスはいつたん低下する
が、50〜100V／mm以上の高電界になるとインピ
ーダンスは再たび上昇する。インピーダンスが再
上昇する理論的理由は必らずしも明らかでない
が、500V／mm程度までは、実用的に十分に低下
したインピーダンスが得られる。なお第７図にお
けるインピーダンスは前述のごとく16.5mmφ、厚
さ0.50mmの試料を作成して電極を付着させたもの
に対する値である。 第５図は本発明による試料のＤ―Ｅヒステリシ
ス特性の実測例で、第１表の試料No.３の特性を示
し、優れたヒステリシス特性を示すことがわか
る。第５図の実験では試料の厚さは0.5mmであり、
印加電界は280V（rms）である。従つて560V／mm
の電界が印加されたことになる。 以上のごとく、BaTiO3を主成分としたもの
は、高電界印加時のインピーダンス低下が顕著
で、BaTiO3が他の組成系の強誘電体磁器に比べ
特異な性質をもつことを示している。
【表】
【表】
実施例 ２
実施例１で良好な容量増加率を示したものにつ
いて即ちBaTiO3を主成分とした（試料No.１〜No.
13）ものに対し、添加剤の種類とその添加量の範
囲について調査検討を加えた。それらの中で最も
平均的なものについての例を第２表及び第８図に
示した。即ちBaTiO394モル％、BaSnO36モル％
に添加剤としてMnCO3、Cr2O3の１種又は両者
の複合添加を第２表に示すように添加せしめて実
施例１と同様に測定した。第２表において添加物
の添加により特性を損なうことなく磁器焼結に際
して還元防止、あるいはその焼結性が向上しより
緻密で均質な優れた多結晶体が得られた。これ等
の添加物を添加する時は例えばMnCO3、Crは
Cr2O3として添加したが、これに限定するもので
はなく、他の化合物として用いても同様の効果が
みとめられるものでありその添加量も添加する化
合物の状態を勘案すべきであるが主成分に対して
Cr2O3で0.005〜0.3重量％が実用範囲内と考えら
れ0.5重量％以上では、インピーダンスの低下が
少なくなつて好ましくない。第８図は、インピー
ダンスの低下度合と添加量をグラフに示したもの
であるがこの図から見ても添加剤が0.05〜0.3重
量％の範囲が電気諸特性、特にインピーダンスの
低下が十分である範囲（グループＰ）であると言
つてよい。この場合0.005重量％以下では添加に
よる効果が全くみとめられない。一方同様に
MnCO3については0.005〜0.3重量％が実用範囲と
考えられ0.005重量％以下では効果が認められな
かつた。
いて即ちBaTiO3を主成分とした（試料No.１〜No.
13）ものに対し、添加剤の種類とその添加量の範
囲について調査検討を加えた。それらの中で最も
平均的なものについての例を第２表及び第８図に
示した。即ちBaTiO394モル％、BaSnO36モル％
に添加剤としてMnCO3、Cr2O3の１種又は両者
の複合添加を第２表に示すように添加せしめて実
施例１と同様に測定した。第２表において添加物
の添加により特性を損なうことなく磁器焼結に際
して還元防止、あるいはその焼結性が向上しより
緻密で均質な優れた多結晶体が得られた。これ等
の添加物を添加する時は例えばMnCO3、Crは
Cr2O3として添加したが、これに限定するもので
はなく、他の化合物として用いても同様の効果が
みとめられるものでありその添加量も添加する化
合物の状態を勘案すべきであるが主成分に対して
Cr2O3で0.005〜0.3重量％が実用範囲内と考えら
れ0.5重量％以上では、インピーダンスの低下が
少なくなつて好ましくない。第８図は、インピー
ダンスの低下度合と添加量をグラフに示したもの
であるがこの図から見ても添加剤が0.05〜0.3重
量％の範囲が電気諸特性、特にインピーダンスの
低下が十分である範囲（グループＰ）であると言
つてよい。この場合0.005重量％以下では添加に
よる効果が全くみとめられない。一方同様に
MnCO3については0.005〜0.3重量％が実用範囲と
考えられ0.005重量％以下では効果が認められな
かつた。
【表】
【表】
更にMnCO3、Cr2O3の添加によつて焼結に際
し、磁器の還元防止あるいは、より緻密なる焼結
を促進する。 なお、試料No.６とNo.12は本発明範囲外のもので
ある。 実施例 ３ 前記実施例１および実施例２での良好な特性を
示すものに対し第３表に示すように不純物等特に
原料中に含まれたり材料製造工程中より混入しや
すい元素について添加し、実施例１と同様に測定
した結果、第３表および第９図に示すようにこれ
らの不純物については0.5重量％以下でないと
（グループＰ）十分なインピーダンス低下を示さ
ないことが判明し、従来の磁器誘電体の許容され
る量もしくは、本発明に属する実施例１、２以外
の添加される原素の量0.6〜1.0重量％程度に比較
し、非常に少なく動異な点である。これは前述し
たようにBaTiO3に固溶しない添加剤や不純物は
結晶粒界に析出し、常誘電体層を形成することか
ら磁器全体の強誘電性を弱める結果であり、これ
ら不純物や添加剤の量が著しく制限される理由で
ある。
し、磁器の還元防止あるいは、より緻密なる焼結
を促進する。 なお、試料No.６とNo.12は本発明範囲外のもので
ある。 実施例 ３ 前記実施例１および実施例２での良好な特性を
示すものに対し第３表に示すように不純物等特に
原料中に含まれたり材料製造工程中より混入しや
すい元素について添加し、実施例１と同様に測定
した結果、第３表および第９図に示すようにこれ
らの不純物については0.5重量％以下でないと
（グループＰ）十分なインピーダンス低下を示さ
ないことが判明し、従来の磁器誘電体の許容され
る量もしくは、本発明に属する実施例１、２以外
の添加される原素の量0.6〜1.0重量％程度に比較
し、非常に少なく動異な点である。これは前述し
たようにBaTiO3に固溶しない添加剤や不純物は
結晶粒界に析出し、常誘電体層を形成することか
ら磁器全体の強誘電性を弱める結果であり、これ
ら不純物や添加剤の量が著しく制限される理由で
ある。
【表】
なお第３表で試料No.４とNo.８は倍率（Z2／Z1）
が不十分で本発明の範囲外のものである。又第９
図で曲線ａは不純物Al2O3が0wt％の試料の特性
である。 以上のごとく本発明による電流制限素子は交流
電圧に対し鋭敏に感応し、印加電界によりインピ
ーダンスの低下は1/10〜1/100にのぼる。又焼成
物であるので高温でも特性が劣化することはな
い。従つて小形で適当なインピーダンス値をもつ
電流制限素子への応用が可能で、放電燈のバラス
トは応用の１例であり、その他の電子工業界にお
ける応用にも有望である。
が不十分で本発明の範囲外のものである。又第９
図で曲線ａは不純物Al2O3が0wt％の試料の特性
である。 以上のごとく本発明による電流制限素子は交流
電圧に対し鋭敏に感応し、印加電界によりインピ
ーダンスの低下は1/10〜1/100にのぼる。又焼成
物であるので高温でも特性が劣化することはな
い。従つて小形で適当なインピーダンス値をもつ
電流制限素子への応用が可能で、放電燈のバラス
トは応用の１例であり、その他の電子工業界にお
ける応用にも有望である。
第１図Ａ及びＢは従来の強誘電体磁器コンデン
サの構成例、第２図Ａ及びＢは従来の強誘電体磁
器コンデンサの別の構成例、第３図は一般の誘電
体におけるＤ―Ｅ特性を示す図、第４図は従来の
BaTiO3におけるＤ―Ｅ特性を示す図、第５図は
本発明による電流制限素子のＤ―Ｅ特性を示す
図、第６図は本発明の特性測定装置のブロツク
図、第７図と第８図と第９図は本発明による電流
制限素子の印加電界とインピーダンスの関係の実
験結果を示す図である。 １０…試料（電流制限素子）、１２…交流電流
計、１４…交流電圧計、１６…交流電源。
サの構成例、第２図Ａ及びＢは従来の強誘電体磁
器コンデンサの別の構成例、第３図は一般の誘電
体におけるＤ―Ｅ特性を示す図、第４図は従来の
BaTiO3におけるＤ―Ｅ特性を示す図、第５図は
本発明による電流制限素子のＤ―Ｅ特性を示す
図、第６図は本発明の特性測定装置のブロツク
図、第７図と第８図と第９図は本発明による電流
制限素子の印加電界とインピーダンスの関係の実
験結果を示す図である。 １０…試料（電流制限素子）、１２…交流電流
計、１４…交流電圧計、１６…交流電源。
Claims (1)
- １ チタン酸バリウム（BaTiO3）を主成分と
し、Baの一部をSr又はPbで置換し、Tiの一部を
Zr又はSnで置換した強誘電性多結晶体磁器に、
鉱化剤として、0.005〜0.3重量％のCr及び0.005〜
0.3重量％のMnのうち少なくとも一方が添加さ
れ、主成分及び鉱化剤以外の不純物の割合が0.5
重量％以下とすることを特徴とする電圧感応性電
流制限素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2222081A JPS57138122A (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Voltage responsive current limiting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2222081A JPS57138122A (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Voltage responsive current limiting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57138122A JPS57138122A (en) | 1982-08-26 |
| JPH0126169B2 true JPH0126169B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=12076710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2222081A Granted JPS57138122A (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Voltage responsive current limiting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57138122A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4869912B2 (ja) * | 2006-12-27 | 2012-02-08 | セイコープレシジョン株式会社 | コイルボビン、アクチュエータ及びカメラ用羽根駆動装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59125B2 (ja) * | 1978-10-20 | 1984-01-05 | ティーディーケイ株式会社 | 非直線性誘電体素子 |
| JPS57126120A (en) * | 1981-01-28 | 1982-08-05 | Tdk Electronics Co Ltd | Voltage sensitive capacitance element |
-
1981
- 1981-02-19 JP JP2222081A patent/JPS57138122A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57138122A (en) | 1982-08-26 |
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