JPH0310217B2 - - Google Patents
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- JPH0310217B2 JPH0310217B2 JP57072242A JP7224282A JPH0310217B2 JP H0310217 B2 JPH0310217 B2 JP H0310217B2 JP 57072242 A JP57072242 A JP 57072242A JP 7224282 A JP7224282 A JP 7224282A JP H0310217 B2 JPH0310217 B2 JP H0310217B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse voltage
- present
- ceramic capacitor
- voltage
- nonlinear
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Ceramic Capacitors (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
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、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
ブスカイト形構造を有する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
カイト形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。しかし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大きいな
どの欠点を有しており、かつまた室温より少し温
度が高くなるとパルス電圧が急激に低下するなど
の致命的な欠点があり、実用上問題があつた。 本発明は高いパルス電圧が再現性よく、またパ
ルス電圧のバラツキが少なく、かつ広い温度範囲
で高いパルス電圧を有する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
スカイト形結晶構造を有するチタン酸バリウム固
溶体にジルコニウムを含有させることにより、広
い温度範囲で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
見い出したものである。 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，ZrO2，SnO2を
第１表に示す組成に計量し、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、
過、乾燥して調整原料を得た。これを1120℃に
て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、過、
乾燥した原料に有機結合剤を約3.0％添加して顆
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1400℃にて
約２時間焼成して得られた磁器に12.0mmφの銀電
極を塗布し、800℃にて30分間焼付して非線形セ
ラミツクコンデンサ用の素子を得、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。
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、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
ブスカイト形構造を有する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
カイト形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。しかし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大きいな
どの欠点を有しており、かつまた室温より少し温
度が高くなるとパルス電圧が急激に低下するなど
の致命的な欠点があり、実用上問題があつた。 本発明は高いパルス電圧が再現性よく、またパ
ルス電圧のバラツキが少なく、かつ広い温度範囲
で高いパルス電圧を有する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
スカイト形結晶構造を有するチタン酸バリウム固
溶体にジルコニウムを含有させることにより、広
い温度範囲で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
見い出したものである。 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，ZrO2，SnO2を
第１表に示す組成に計量し、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、
過、乾燥して調整原料を得た。これを1120℃に
て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、過、
乾燥した原料に有機結合剤を約3.0％添加して顆
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1400℃にて
約２時間焼成して得られた磁器に12.0mmφの銀電
極を塗布し、800℃にて30分間焼付して非線形セ
ラミツクコンデンサ用の素子を得、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。
【表】
第１表において試料番号２〜５、７〜９が本発
明に係るものであり、試料番号１，６，10は参考
のために示した特性図で本発明の範囲外である。 実施例 ２ 出発原料としてBaCO3，TiO2，ZrO2，SnO2，
MnO，Nb2O5を第２表に示すような組成に計量
した。 第２表に示したＡ／ＢはBaA（Ti1-x-yZrx Sny）
BO3とした時の組成比率を示したものである。こ
れら計量した出発原料を水、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、
過、乾燥して調整原料を得た。 以下は実施例１と同様の方法を用いた。
明に係るものであり、試料番号１，６，10は参考
のために示した特性図で本発明の範囲外である。 実施例 ２ 出発原料としてBaCO3，TiO2，ZrO2，SnO2，
MnO，Nb2O5を第２表に示すような組成に計量
した。 第２表に示したＡ／ＢはBaA（Ti1-x-yZrx Sny）
BO3とした時の組成比率を示したものである。こ
れら計量した出発原料を水、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、
過、乾燥して調整原料を得た。 以下は実施例１と同様の方法を用いた。
【表】
【表】
第２表において試料番号２〜５，７〜９，11〜
12，14〜16，18〜23は本発明品、試料番号１，
６，10，13，17は参考のために示した本発明の範
囲外品である。 なお、第１表および第２表に示した電気特性は
容量（誘電率）、tanδは1KHz、1Vrmsにて測定
し、絶縁抵抗は100VDCを30秒間印加後の値であ
る。 本発明に係る非線形セラミツクコンデンサを第
１図のように非線形セラミツクコンデンサ３と誘
導体素子１を直列結合すると、第２図ロに示すよ
うにパルス波形が観測される。２は負荷抵抗、４
は商用周波数電源で、第２図イは商用周波数電圧
波形である。 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図に示すごとく良好な角形ヒステリ
シスを有し、電圧Eo、−Eo近傍で自発分極量であ
るDoの電課が急変して充電電流が流れるが、電
圧がEoを越えてEsになると電荷量は飽和し充電
電流は流れなくなる。 この充電電流のスイツチング作用のため誘導性
素子より逆起電力に相応する第２図ロのごとくパ
ルス電圧が得られる。 すなわち、一応用例で蛍光灯点灯装置における
応用例で説明すると、第４図は本発明の非線形セ
ラミツクコンデンサを用いた蛍光灯の無接点起動
用パルス発生器の回路の一実施例を示し、１は誘
導性素子、３は本発明に係る非線形セラミツクコ
ンデンサ、４は商用周波数電源、５は蛍光灯、５
１，５２は蛍光灯のフイラメント、６はスイツチ
ング回路で、スイツチング回路６により第５図イ
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と、第５図ロに示すように
極めて高いパルス電圧を誘起し得るものである。 交流波形において、第５図イのEsのａ点にて
スイツチング回路６はOFFとなり−Esの電圧に
なる前のｂ点にてスイツチング回路６はONにな
るようにすると、第４図の誘導性素子１と非線形
セラミツクコンデンサ３による誘起電圧（Ｌdi／dt） は第５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５図イにおいてＣ点にてスイツチング回路を
ONした場合は負方向にパルスを発生するためｂ
点にてONする必要がある。 第５図ロの波形が第４図の蛍光灯の回路に印加
された場合、破線部分（ｂ−ａ間）は誘導性素子
１と蛍光灯５のフイラメント５１，５２のインピ
ーダンスとなり、蛍光灯５のフイラメント５１，
５２が加熱され、第５図ロのａ点のパルスにて放
電が誘起され点灯する。 実施例１および２に示した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パルス
電圧は、第４図の回路により測定したものであ
る。 第１表の結果よりBa（Ti1-x-yZrxSny）O3にお
いて、BaTiO3のTiの一部をZrおよびSnに置換す
ることにより、高いパルス電圧が得られることを
見い出した。 特に本発明の特徴は広い温度範囲で高いパルス
電圧を得ることが大きな特徴であり、例えばSn
を２モル％含有しかつジルコニウムを７モル％含
有するものと、ジルコニウムを含有していないも
のを比較すると、第６図に示すごとく従来品の
Snのみを含有しジルコニウムを含有していない
もの○イは約30℃でパルス電圧が急激に低下する
が、本発明品のジルコニウムを７モル％含有する
もの○ロ約70℃まで高いパルス電圧が得られる。 このパルス電圧の温度依存性はチタン酸バリウ
ム固溶体の結晶構造に依存するものと思われ、斜
方晶の結晶構造において高いパルス電圧が得られ
るものと思われるが、斜方晶の結晶構造であれば
高いパルス電圧が得られるということではなく、
未だその理由については明らかではない。 なお、ジルコニウムが14モル％を越えると逆に
パルス電圧が低下するので好ましくない。 実施例において添加物としてMnOを用いたが、
Mnの他化合物にても同様の結果が期待できる。
MnOおよびNb2O5の添加量は0.5重量％を超える
と絶縁抵抗が低下するばかりかパルス電圧が低
い。パルス電圧は蛍光灯の最良条件下で約400V
あれば点灯可能であり、特許請求の範囲の限定条
件とした。 MnO、Nb2O5は0.01重量％の微量添加にても
効果が明らかである。 またチタン酸バリウム固溶体（ABO3）におい
て、Ａ／Ｂ比が1.0近傍が最もパルス電圧が高く
望ましいが、Ｂリツチの場合、焼成温度を低下で
きるのは通常のセラミツクコンデンサの場合と同
様であり、逆にＡリツチの場合、磁器体の結晶粒
は少し小さくなり、磁器体の強度を増大させるこ
とができる。 本発明は上述のようにＡ／Ｂ比は1.0に限定す
るものではない。 本発明の特徴はパルス電圧の大きさのみではな
く、パルス電圧の温度依存性が優れている点にあ
る。 すなわち、従来の非線形セラミツクコンデンサ
は高温度領域においては高いパルス電圧が得られ
ず、上限温度は30℃までであり、使用温度範囲が
挟く実用に耐えないものであつた。 本発明はこの上限温度を60〜80℃まで拡大した
ものであり、著しく使用用途を拡大できるもので
ある。本発明の組成物が何故上限温度範囲が高く
なるかは未だ理論的には明らかにされていない。 本発明はBa（Ti Zr Sn）O3の多結晶固溶体に
ついて説明したが、ペロブスカイト形結晶構造を
有する本組成においてはBaの一部にPb，Sr，
Ca、などの固溶体成分を置換しても同様な効果
が期待できることは明白である。 なお、Ba（Ti Zr Sn）O3組成としたのは次の
理由による。 すなわち、高温での高いパルス電圧を得るため
にはZr添加のみでよいが、60〜80℃まで高いパ
ルス電圧を得るためにはZrを８〜10モル％添加
することが必要であり、Zrを多く添加した場合、
焼結温度が高くなり好ましくなく、Snの添加好
ましくは１〜６モル％の添加が焼結温度を低下さ
せる。 またZr単体添加の場合に比し、Sn、Zr2成分の
添加はεを高くできるため、小型化できる効果が
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は、蛍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
ロパンガスの点灯装置、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
ス発生器などの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。
12，14〜16，18〜23は本発明品、試料番号１，
６，10，13，17は参考のために示した本発明の範
囲外品である。 なお、第１表および第２表に示した電気特性は
容量（誘電率）、tanδは1KHz、1Vrmsにて測定
し、絶縁抵抗は100VDCを30秒間印加後の値であ
る。 本発明に係る非線形セラミツクコンデンサを第
１図のように非線形セラミツクコンデンサ３と誘
導体素子１を直列結合すると、第２図ロに示すよ
うにパルス波形が観測される。２は負荷抵抗、４
は商用周波数電源で、第２図イは商用周波数電圧
波形である。 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図に示すごとく良好な角形ヒステリ
シスを有し、電圧Eo、−Eo近傍で自発分極量であ
るDoの電課が急変して充電電流が流れるが、電
圧がEoを越えてEsになると電荷量は飽和し充電
電流は流れなくなる。 この充電電流のスイツチング作用のため誘導性
素子より逆起電力に相応する第２図ロのごとくパ
ルス電圧が得られる。 すなわち、一応用例で蛍光灯点灯装置における
応用例で説明すると、第４図は本発明の非線形セ
ラミツクコンデンサを用いた蛍光灯の無接点起動
用パルス発生器の回路の一実施例を示し、１は誘
導性素子、３は本発明に係る非線形セラミツクコ
ンデンサ、４は商用周波数電源、５は蛍光灯、５
１，５２は蛍光灯のフイラメント、６はスイツチ
ング回路で、スイツチング回路６により第５図イ
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と、第５図ロに示すように
極めて高いパルス電圧を誘起し得るものである。 交流波形において、第５図イのEsのａ点にて
スイツチング回路６はOFFとなり−Esの電圧に
なる前のｂ点にてスイツチング回路６はONにな
るようにすると、第４図の誘導性素子１と非線形
セラミツクコンデンサ３による誘起電圧（Ｌdi／dt） は第５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５図イにおいてＣ点にてスイツチング回路を
ONした場合は負方向にパルスを発生するためｂ
点にてONする必要がある。 第５図ロの波形が第４図の蛍光灯の回路に印加
された場合、破線部分（ｂ−ａ間）は誘導性素子
１と蛍光灯５のフイラメント５１，５２のインピ
ーダンスとなり、蛍光灯５のフイラメント５１，
５２が加熱され、第５図ロのａ点のパルスにて放
電が誘起され点灯する。 実施例１および２に示した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パルス
電圧は、第４図の回路により測定したものであ
る。 第１表の結果よりBa（Ti1-x-yZrxSny）O3にお
いて、BaTiO3のTiの一部をZrおよびSnに置換す
ることにより、高いパルス電圧が得られることを
見い出した。 特に本発明の特徴は広い温度範囲で高いパルス
電圧を得ることが大きな特徴であり、例えばSn
を２モル％含有しかつジルコニウムを７モル％含
有するものと、ジルコニウムを含有していないも
のを比較すると、第６図に示すごとく従来品の
Snのみを含有しジルコニウムを含有していない
もの○イは約30℃でパルス電圧が急激に低下する
が、本発明品のジルコニウムを７モル％含有する
もの○ロ約70℃まで高いパルス電圧が得られる。 このパルス電圧の温度依存性はチタン酸バリウ
ム固溶体の結晶構造に依存するものと思われ、斜
方晶の結晶構造において高いパルス電圧が得られ
るものと思われるが、斜方晶の結晶構造であれば
高いパルス電圧が得られるということではなく、
未だその理由については明らかではない。 なお、ジルコニウムが14モル％を越えると逆に
パルス電圧が低下するので好ましくない。 実施例において添加物としてMnOを用いたが、
Mnの他化合物にても同様の結果が期待できる。
MnOおよびNb2O5の添加量は0.5重量％を超える
と絶縁抵抗が低下するばかりかパルス電圧が低
い。パルス電圧は蛍光灯の最良条件下で約400V
あれば点灯可能であり、特許請求の範囲の限定条
件とした。 MnO、Nb2O5は0.01重量％の微量添加にても
効果が明らかである。 またチタン酸バリウム固溶体（ABO3）におい
て、Ａ／Ｂ比が1.0近傍が最もパルス電圧が高く
望ましいが、Ｂリツチの場合、焼成温度を低下で
きるのは通常のセラミツクコンデンサの場合と同
様であり、逆にＡリツチの場合、磁器体の結晶粒
は少し小さくなり、磁器体の強度を増大させるこ
とができる。 本発明は上述のようにＡ／Ｂ比は1.0に限定す
るものではない。 本発明の特徴はパルス電圧の大きさのみではな
く、パルス電圧の温度依存性が優れている点にあ
る。 すなわち、従来の非線形セラミツクコンデンサ
は高温度領域においては高いパルス電圧が得られ
ず、上限温度は30℃までであり、使用温度範囲が
挟く実用に耐えないものであつた。 本発明はこの上限温度を60〜80℃まで拡大した
ものであり、著しく使用用途を拡大できるもので
ある。本発明の組成物が何故上限温度範囲が高く
なるかは未だ理論的には明らかにされていない。 本発明はBa（Ti Zr Sn）O3の多結晶固溶体に
ついて説明したが、ペロブスカイト形結晶構造を
有する本組成においてはBaの一部にPb，Sr，
Ca、などの固溶体成分を置換しても同様な効果
が期待できることは明白である。 なお、Ba（Ti Zr Sn）O3組成としたのは次の
理由による。 すなわち、高温での高いパルス電圧を得るため
にはZr添加のみでよいが、60〜80℃まで高いパ
ルス電圧を得るためにはZrを８〜10モル％添加
することが必要であり、Zrを多く添加した場合、
焼結温度が高くなり好ましくなく、Snの添加好
ましくは１〜６モル％の添加が焼結温度を低下さ
せる。 またZr単体添加の場合に比し、Sn、Zr2成分の
添加はεを高くできるため、小型化できる効果が
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は、蛍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
ロパンガスの点灯装置、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
ス発生器などの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。
第１図は本発明の非線形セラミツクコンデンサ
のパルス波形測定回路、第２図は第１図における
波形図を示し、イは商用周波数電圧波形図、ロは
本発明の非線形セラミツクコンデンサの両端にか
かる電圧波形図、第３図は本発明の非線形セラミ
ツクコンデンサのヒステリシス特性図、第４図は
本発明の非線形セラミツクコンデンサを用いた蛍
光灯の無接点起動用パルス発生器の一実施例の回
路図、第５図は第４図の回路により印加されるパ
ルス電圧波形図で、イは本発明の非線形セラミツ
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、第６図は本発明
の非線形セラミツクコンデンサロと従来品イのパ
ルス電圧の温度特性図である。
のパルス波形測定回路、第２図は第１図における
波形図を示し、イは商用周波数電圧波形図、ロは
本発明の非線形セラミツクコンデンサの両端にか
かる電圧波形図、第３図は本発明の非線形セラミ
ツクコンデンサのヒステリシス特性図、第４図は
本発明の非線形セラミツクコンデンサを用いた蛍
光灯の無接点起動用パルス発生器の一実施例の回
路図、第５図は第４図の回路により印加されるパ
ルス電圧波形図で、イは本発明の非線形セラミツ
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、第６図は本発明
の非線形セラミツクコンデンサロと従来品イのパ
ルス電圧の温度特性図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 多結晶体よりなり、その組成がBa（Ti1-X-Y
Zrx Sny）O3よりなることを特徴とする非線形
セラミツクコンデンサ。 ただし、0.01≦ｘ≦0.14 0.01＜ｙ≦0.15 ２ 多結晶体にMn，Nbの化合物のうち少なくと
も１種類を酸化物（MnO，Nb2O5）に換算して
0.5重量％以下含有してな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。 ３ パルス発生器用の起動用素子とすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
の非線形セラミツクコンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7224282A JPS58188122A (ja) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | 非線形セラミツクコンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7224282A JPS58188122A (ja) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | 非線形セラミツクコンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58188122A JPS58188122A (ja) | 1983-11-02 |
| JPH0310217B2 true JPH0310217B2 (ja) | 1991-02-13 |
Family
ID=13483619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7224282A Granted JPS58188122A (ja) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | 非線形セラミツクコンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58188122A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5730241B2 (ja) * | 1974-07-05 | 1982-06-28 |
-
1982
- 1982-04-27 JP JP7224282A patent/JPS58188122A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58188122A (ja) | 1983-11-02 |
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