JPH0158645B2 - - Google Patents

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JPH0158645B2
JPH0158645B2 JP13467980A JP13467980A JPH0158645B2 JP H0158645 B2 JPH0158645 B2 JP H0158645B2 JP 13467980 A JP13467980 A JP 13467980A JP 13467980 A JP13467980 A JP 13467980A JP H0158645 B2 JPH0158645 B2 JP H0158645B2
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JP
Japan
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ceramic capacitor
nonlinear
pulse
nonlinear ceramic
barium titanate
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JP13467980A
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Japanese (ja)
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JPS5759313A (en
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Kyoshi Inoe
Norimitsu Kito
Toshihiko Arai
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Nichikon KK
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Nichikon KK
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はチタン酸バリウムを主成分とした誘電
性磁器組成物よりなる非線形セラミツクコンデン
サに関するものであり、誘導性素子との結合によ
り高電圧パルスを発生させることを特徴としたも
のである。 従来からパルス発生器として誘導性素子とペロ
ブスカイト型構造のもつ非線形コンデンサとから
なる構造のものが知られている。 このペロブスカイト型誘電体素子はチタン酸バ
リウムやチタン酸鉛などの多結晶固溶体が有効で
あることが知られているが、高いパルス電圧が再
現性よく得られない、またパルス電圧のバラツキ
が多いなどの欠点を有していた。 本発明は高いパルス電圧を再現性よく、またパ
ルス電圧のバラツキの少ない非線形セラミツクコ
ンデンサを提供するものである。 すなわち、ペロブスカイト型結晶構造を有する
チタン酸バリウム固溶体にフツ化物を添加するこ
とにより、高いパルス電圧を発生する非線形セラ
ミツクコンデンサを再現性よく得られることを見
出したものである。 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。 実施例 (1) 出発原料としてBaCO3,TiO2,SnO2,CrF3
第1表に示すような組成に計量し、水、メノウの
玉石と共にポリエチレンポツトで約16時間湿式混
合し、濾過、乾燥し、調整原料を得た。これを
1120℃で2時間仮焼し、さらに水、メノウの玉石
と共にポリエチレンポツトにて約16時間粉砕し、
濾化乾燥した原料に有機結合剤を約3.0%添加し
顆粒状とし、1ton/cm2の圧力にて直径16.0mmφ、
厚み0.65mmの円板状に成形する。次いで1350℃に
て約2時間焼成し、得られた磁器に12.0mmφの銀
電極を塗布し、800℃30分焼付し、非線形コンデ
ンサ用の素子を得た。誘電率、tanδ、絶縁抵抗
(IR)、パルス電圧の各電気特性を測定し、その
結果を第1表に示した。
The present invention relates to a nonlinear ceramic capacitor made of a dielectric ceramic composition containing barium titanate as a main component, and is characterized in that it generates high voltage pulses by coupling with an inductive element. BACKGROUND ART Conventionally, pulse generators having a structure consisting of an inductive element and a nonlinear capacitor having a perovskite structure have been known. It is known that polycrystalline solid solutions such as barium titanate and lead titanate are effective for this perovskite dielectric element, but it is difficult to obtain high pulse voltages with good reproducibility, and there are many variations in pulse voltage. It had the following drawbacks. The present invention provides a nonlinear ceramic capacitor that can generate high pulse voltages with good reproducibility and has little variation in pulse voltage. That is, it has been discovered that by adding fluoride to a barium titanate solid solution having a perovskite crystal structure, a nonlinear ceramic capacitor that generates a high pulse voltage can be obtained with good reproducibility. Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples. Example (1) As starting materials, BaCO 3 , TiO 2 , SnO 2 , and CrF 3 were weighed to have the composition shown in Table 1, wet-mixed with water and agate cobbles in a polyethylene pot for about 16 hours, filtered, It was dried to obtain a prepared raw material. this
Calcined at 1120℃ for 2 hours, and then ground in a polyethylene pot with water and agate cobbles for about 16 hours.
Approximately 3.0% organic binder is added to the filtered and dried raw material to make it into granules, which are then granulated with a diameter of 16.0 mmφ under a pressure of 1 ton/cm 2 .
Form into a disk shape with a thickness of 0.65 mm. Next, it was fired at 1350°C for about 2 hours, a 12.0 mmφ silver electrode was applied to the obtained porcelain, and it was baked at 800°C for 30 minutes to obtain an element for a nonlinear capacitor. Electrical properties such as dielectric constant, tan δ, insulation resistance (IR), and pulse voltage were measured, and the results are shown in Table 1.

【表】 第1表においてNo.2〜6,No.9〜17が本発明
品、No.1,7,8は参考のために示した特性であ
り、本発明の範囲外である。 なお、第1表に示した電気特性は、容量(誘電
率)、tanδは1KHz1Vrmsにて測定し、絶縁抵抗
(IR)は100VDCを30秒間印加後の値である。 第1図は本発明の非線形セラミツクコンデンサ
を用いた螢光灯の無接点起動用パルス発生器の回
路の一実施例を示し、aは誘導性素子(安定器)、
bは螢光灯、b1,b2は螢光灯のフイラメント、c
は本発明に係る非線形セラミツクコンデンサ、d
はスイツチング回路、eは商用周波数の電源で、
スイツチング回路dがオープンの時、非線形セラ
ミツクコンデンサcの両端には第2図ロに示すよ
うな波形が観測され、本発明に係る磁器組成を有
する非線形セラミツクコンデンサcと誘導性素子
aによりパルスが発生している。 すなわち、本発明に係る非線形セラミツクコン
デンサは、第3図に示すような良好な角形ヒステ
リシスを有しており、E0、−E0近傍で自発分極量
である。D0の電荷量が急変するため、充放電を
くり返すことにより、誘導性素子により逆起電力
に相応するパルスが第2図ロに示すように誘起さ
れる。しかし第2図ロのパルスでは螢光灯を点灯
するに充分なパルスは得られない。 第1図においてスイツチング回路dにより、第
4図に示すように非線形セラミツクコンデンサに
印加される電圧を調整することにより、極めて高
いパルスを誘起し得るものとなつた。 交流波形において第4図イのE0近傍(第3図
のE0と対応する)のa点にて、スイツチング回
路dはOFFとなり、−E0の電圧になる前のb点に
てスイツチング回路dはONとなるようにする
と、第4図のa点においては、第2図イのパルス
に、第1図の誘導性素子aと非線形セラミツクコ
ンデンサcによる誘起電圧(L×di/dt)が重なり、 第4図ロに示すように極めて高いパルス電圧を発
生させ得る。 第4図イにおいて、c点にてスイツチング回路
をONにした場合は、負方向にも高パルスが発生
するためb点にてONする必要がある。 第4図の波形が第1図の螢光灯の回路に印加さ
れた場合、破線部分は誘導性素子aのみのインピ
ーダンスとなり、螢光灯bの両端のフイラメント
b1,b2が加熱され、第4図ロのパルスにより、放
電が誘起され螢光灯が点灯する。 なお、実施例1に示した本発明に係る磁器組成
を有する非直線性セラミツクコンデンサのパルス
電圧は、第1図の回路により測定したものであ
る。 本発明に係る磁器組成の特徴は、添加物として
フツ化物を用いる点にある。 第2表はCr2O3,CrCO3を添加した特性例を示
した。
[Table] In Table 1, Nos. 2 to 6 and Nos. 9 to 17 are products of the present invention, and Nos. 1, 7, and 8 are properties shown for reference and are outside the scope of the present invention. In the electrical properties shown in Table 1, the capacitance (permittivity) and tan δ were measured at 1 KHz and 1 Vrms, and the insulation resistance (IR) was the value after applying 100 VDC for 30 seconds. FIG. 1 shows an embodiment of a circuit of a pulse generator for non-contact starting of a fluorescent lamp using the nonlinear ceramic capacitor of the present invention, where a is an inductive element (ballast);
b is a fluorescent lamp, b 1 and b 2 are fluorescent lamp filaments, c
is a nonlinear ceramic capacitor according to the present invention, d
is a switching circuit, e is a commercial frequency power supply,
When the switching circuit d is open, a waveform as shown in FIG. are doing. That is, the nonlinear ceramic capacitor according to the present invention has good square hysteresis as shown in FIG. 3, and has a spontaneous polarization near E 0 and -E 0 . Since the amount of charge on D 0 changes suddenly, by repeating charging and discharging, a pulse corresponding to the back electromotive force is induced by the inductive element as shown in FIG. 2B. However, the pulse shown in FIG. 2B cannot provide enough pulses to light the fluorescent lamp. By adjusting the voltage applied to the nonlinear ceramic capacitor as shown in FIG. 4 using switching circuit d in FIG. 1, it has become possible to induce extremely high pulses. In the AC waveform, the switching circuit d turns OFF at point a near E 0 in Figure 4A (corresponding to E 0 in Figure 3), and the switching circuit turns OFF at point b before the voltage reaches -E 0 . When d is set to be ON, at point a in Fig. 4, the induced voltage (L x di/dt) due to the inductive element a and the nonlinear ceramic capacitor c in Fig. 1 is added to the pulse in Fig. 2 A. overlap, and can generate an extremely high pulse voltage as shown in FIG. 4B. In FIG. 4A, when the switching circuit is turned on at point c, it is necessary to turn it on at point b because high pulses are also generated in the negative direction. When the waveform shown in Fig. 4 is applied to the circuit of the fluorescent lamp shown in Fig. 1, the broken line part becomes the impedance of only the inductive element a, and the filament at both ends of the fluorescent lamp b.
b 1 and b 2 are heated, a discharge is induced by the pulse shown in FIG. 4B, and the fluorescent lamp is lit. The pulse voltage of the nonlinear ceramic capacitor having a ceramic composition according to the present invention shown in Example 1 was measured using the circuit shown in FIG. A feature of the porcelain composition according to the present invention is that fluoride is used as an additive. Table 2 shows examples of properties when Cr 2 O 3 and CrCO 3 are added.

【表】 原料組成の調整方法は、実施例(1)に示したと同
様の方法によつて実施した。 第1表と第2表の特性結果より、明らかに
CrCO3,Cr2O3にて得られるパルス電圧は極めて
低い値であり、本発明の磁器組成物におけるフツ
化物の顕著な効果であることは明らかで、通常の
酸化物、炭酸塩で得られない高電圧パルスが得ら
れる。 さらにCrF3以外のフツ化物につき、実施例に
基づき説明する。 実施例 (2) 特許請求組成のうち、Bax(Ti0.94Sn0.06)O3
主成分とし、各々フツ化物を添加し、その添加量
を第3表に示し、BaCO2,TiO2,SnO2に対し
て、各フツ化物は試薬クラス以上を使用し、例え
ば、AgF,CoF3,ZnF2,KFなど水溶性のもの
はアセトンを用い、他のフツ化物で水に溶けない
ものは水を用い、玉石と共にポリエチレンポツト
にて約16時間混合し、濾化、乾燥し調整原料を得
た。 以下は、実施例(1)と全く同一手法を用い、その
特性結果を第3表に示す。 第1表、第2表の結果より、CrF3,CaF2
SnF2,CeF3,BaF2では900V以上のパルス電圧
が得られ、この素子を用いると従来の螢光灯のグ
ロースタータ方式による点灯では数秒間かかつた
ものが、約0.4〜0.5秒間で点灯し、螢光灯の性能
向上に寄与するばかりでなく、フイラメントの過
加熱が防止される。 また、第1,2,3表において、フツ化物以外
のCr2O3,CaCO3,SrCO3,MnOの添加の例を示
したが、各フツ化物は極めて高いパルスが得られ
るが、他の金属塩をほぼ同量添加してもフツ化物
の添加と同等特性が得られない。 フツ化物の添加量は、0.005重量%〜1.0重量%
を請求範囲としており、例えばCrF3の場合は0.05
〜0.1重量%の添加量が適当であり、1.0重量%の
添加でも400V以上のパルスが得られており、ま
た0.005重量%より少ない添加ではその効果が表
れないため特許請求の範囲を限定した。
[Table] The raw material composition was adjusted in the same manner as shown in Example (1). From the characteristic results in Tables 1 and 2, it is clear that
The pulse voltages obtained with CrCO 3 and Cr 2 O 3 are extremely low values, which is clearly due to the remarkable effect of fluorides in the ceramic composition of the present invention, compared to those obtained with ordinary oxides and carbonates. No high voltage pulses are obtained. Further, fluorides other than CrF 3 will be explained based on Examples. Example (2) Among the claimed compositions, Bax (Ti 0.94 Sn 0.06 ) O 3 is the main component, each fluoride is added, and the amounts added are shown in Table 3, and BaCO 2 , TiO 2 , SnO 2 For each fluoride, use a reagent class or higher. For example, use acetone for water-soluble substances such as AgF, CoF 3 , ZnF 2 , and KF, and use water for other fluorides that are not soluble in water. The mixture was mixed with cobblestones in a polyethylene pot for about 16 hours, filtered, and dried to obtain a prepared raw material. In the following, exactly the same method as in Example (1) was used, and the characteristic results are shown in Table 3. From the results in Tables 1 and 2, CrF 3 , CaF 2 ,
With SnF 2 , CeF 3 , and BaF 2 , a pulse voltage of 900 V or more can be obtained, and with this element, lighting can be done in about 0.4 to 0.5 seconds, instead of several seconds using the glow starter method of conventional fluorescent lamps. This not only contributes to improving the performance of the fluorescent lamp, but also prevents overheating of the filament. In addition, Tables 1, 2, and 3 show examples of adding Cr 2 O 3 , CaCO 3 , SrCO 3 , and MnO other than fluorides, but each fluoride can provide extremely high pulses, but other Even if approximately the same amount of metal salt is added, characteristics equivalent to those obtained by adding fluoride cannot be obtained. The amount of fluoride added is 0.005% to 1.0% by weight.
For example, in the case of CrF 3 , it is 0.05
The amount of addition of ~0.1% by weight is appropriate, and pulses of 400V or more were obtained even with addition of 1.0% by weight, and the effect is not manifested with addition of less than 0.005% by weight, so the scope of the claims was limited.

【表】【table】

【表】 チタン酸バリウム固溶体のAxByO3のA/B比を 1.02〜0.95と限定したのは、A/Bが1.02以上の場 合、焼結が困難であり、また、A/Bが0.95以下の 場合、融着が生じ好ましくない。 また、本発明はBa(Ti,Sn)O3の多結晶固溶
体について説明したが、これに限定されるもので
はなく、室温近傍で高いパルス電圧を発生させる
ために、Sn以外の他の固溶体成分、例えば(Ba,
Sr)TiO3,Ba(Ti,Zr)O3などのキユリー点を
変化させるSr,Pb,ZrおよびCaなどを固溶させ
たチタン酸バリウム固溶体においても同等の特性
が得られるものである。 本発明に係る磁器組成を有する非線形セラミツ
クコンデンサの用途としては、螢光灯の点灯にと
どまらず、高圧パルスを必要とする。 例えば、都市ガス、プロパンガスの点火装置、
水銀灯、ナトリウムランプなどの放電灯の点灯起
動回路およびその他パルス発生器など広い用途が
考えられ、電子工業に大きく寄与し得るものであ
る。
[Table] The A/B ratio of AxByO 3 , a barium titanate solid solution, was limited to 1.02 to 0.95 because sintering is difficult when A/B is 1.02 or more, and when A/B is 0.95 or less, In this case, fusion may occur, which is undesirable. Furthermore, although the present invention has been described with reference to a polycrystalline solid solution of Ba(Ti,Sn) O3 , it is not limited thereto.In order to generate a high pulse voltage near room temperature, other solid solution components other than Sn may be used. , for example (Ba,
Similar properties can be obtained with barium titanate solid solutions containing Sr, Pb, Zr, and Ca, which change the Curie point, such as Sr)TiO 3 and Ba(Ti,Zr)O 3 . Applications of the nonlinear ceramic capacitor having a ceramic composition according to the present invention are not limited to lighting a fluorescent lamp, but also require high voltage pulses. For example, city gas, propane gas igniters,
It can be used in a wide range of applications, including starting circuits for discharge lamps such as mercury lamps and sodium lamps, and other pulse generators, and can greatly contribute to the electronics industry.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の非線形セラミツクコンデンサ
を用いた螢光灯の無接点起動用パルス発生器の回
路図、第2図は第1図における波形図を示し、イ
は入力電源電圧波形、ロは非線形セラミツクコン
デンサの両端にかかる電圧波形、第3図は非線形
セラミツクコンデンサのヒステリシス特性図、第
4図は第1図の回路により印加されるパルス電圧
波形図で、イは非線形セラミツクコンデンサに印
加される電圧波形、ロは誘導性素子により誘起さ
れた電圧波形である。
Fig. 1 is a circuit diagram of a pulse generator for non-contact starting of a fluorescent lamp using the non-linear ceramic capacitor of the present invention, and Fig. 2 shows a waveform diagram in Fig. 1. Figure 3 is a diagram of the hysteresis characteristics of the nonlinear ceramic capacitor; Figure 4 is a diagram of the pulse voltage waveform applied by the circuit in Figure 1; The voltage waveform (b) is the voltage waveform induced by the inductive element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 チタン酸バリウムを主成分とする多結晶固溶
体組成に対し、Ca,Ag,Cr,Co,Sr,Fe,Zn,
K,Ce,Pb,Ni,Ba,Bi,Mg,Mnのフツ化
物を0.005〜1.0重量%添加含有したことを特徴と
する非線形セラミツクコンデンサ。 2 特許請求の範囲第1項記載の非線形セラミツ
クコンデンサにおいて、チタン酸バリウムの多結
晶固溶体の化学式が (Ba1-xSrx)TiO3、Ba(Ti1-xSnx)O3 あるいはBa(Ti1-xSrx)O3と表す時、Xの値
がX=0.01〜0.12であることを特徴とする非線形
セラミツクコンデンサ。 3 特許請求の範囲第2項記載の非線形セラミツ
クコンデンサにおいて、チタン酸バリウムの多結
晶固溶体をAxByO3と表した時、0.95≦X/Y≦
1.02であることを特徴とする非線形セラミツクコ
ンデンサ。 4 パルス発生器の起動用素子として用いること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非線形
セラミツクコンデンサ。
[Claims] 1. For a polycrystalline solid solution composition mainly composed of barium titanate, Ca, Ag, Cr, Co, Sr, Fe, Zn,
A nonlinear ceramic capacitor characterized by containing fluorides of K, Ce, Pb, Ni, Ba, Bi, Mg, and Mn in an amount of 0.005 to 1.0% by weight. 2. In the nonlinear ceramic capacitor according to claim 1, the chemical formula of the polycrystalline solid solution of barium titanate is (Ba 1-x Srx)TiO 3 , Ba(Ti 1-x Snx)O 3 or Ba(Ti 1 A nonlinear ceramic capacitor characterized in that, when expressed as -x Srx)O 3 , the value of X is from 0.01 to 0.12. 3 In the nonlinear ceramic capacitor according to claim 2, when the polycrystalline solid solution of barium titanate is expressed as AxByO 3 , 0.95≦X/Y≦
1.02. 4. The nonlinear ceramic capacitor according to claim 1, which is used as a starting element for a pulse generator.
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