JPH0440853B2 - - Google Patents
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- JPH0440853B2 JPH0440853B2 JP62294158A JP29415887A JPH0440853B2 JP H0440853 B2 JPH0440853 B2 JP H0440853B2 JP 62294158 A JP62294158 A JP 62294158A JP 29415887 A JP29415887 A JP 29415887A JP H0440853 B2 JPH0440853 B2 JP H0440853B2
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- Japan
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- tio
- hfo
- dielectric element
- bao
- batio
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Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、BaTiO3系多結晶体からなる、非
直線性の優れた非直線性誘電体素子に関する。 〔従来の技術〕 一般にBaTiO3系セラミツクを中心とするペロ
ブスカイト形構造を有するABO3系強誘電体の応
用分野としては、その高誘電率や圧電特性を利用
する分野の他に、強誘電体の非直線性を利用した
分野が知られている。 近年新たな応用例として、このような強誘電体
を、蛍光灯、水銀放電灯、ナトリウム放電灯など
の放電灯無接点始動装置の高圧パルス発生素子と
して用いることが、特公昭48−28726号公報など
において開示されている。 ところで、かかる用途に使用される非直線性誘
電体素子としては、Ｄ−Ｅヒステリシス曲線の傾
斜が急峻でその温度特性が良好であること、誘電
率が高い値でしかも温度特性が良好であること、
すなわち電圧Ｖと電荷Ｑの関係が第８図に示すよ
うに角形特性であり、温度に対して安定であるこ
とが要求される。 BaTiO3単結晶は、かかるヒステリシス曲線が
角形特性を示すために非直線性誘電体素子として
は有効であるが、温度変化に対して非直線特性が
不安定であり、またその製造法も研究段階で実用
化に至つていない。したがつて従来はBaTiO3系
多結晶体を用いた非直線性誘電体素子の利用が考
えられているが、このBaTiO3系多結晶体は、一
般に第９図に示すように、Ｄ−Ｅヒステリシス曲
線がある程度の飽和特性を示すが、残留分極のば
らつきが大きくく、また誘電率が温度に対して不
安定であり、更にはＤ−Ｅヒステリシス曲線の傾
斜が緩慢であり、非直線性誘電体素子としては良
好な特性のものが実用化されるに至つていない。 この点を改善するため、特開昭57−128019号公
報では、BaO−TiO2−SnO2を主成分とした
BaTiO3系多結晶体からなる非直線性誘電体素子
が提案されている。この組成をもつ非直線性誘電
体素子は、従来のBaTiO3系多結晶体からなる非
直線性誘電体素子に比べ、Ｄ−Ｅヒステリシス曲
線の傾斜が急峻で、誘電率が高くしかも誘電体損
失の小さい優れた特徴を有するものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、BaO−TiO2−SnO2を主成分とした
BaTiO3系多結晶体からなる非直線性誘電体素子
は上記のように、従来のものに比べかなり特性が
改善されたものであるけれども、パルス発生装置
に用いた場合のパルス発生電圧が低く、しかもそ
の温度特性、特に高温領域（50〜60℃）における
パルス発生特性が悪いという問題点を有している
ものである。この高温領域は、始動器内蔵の高圧
ナトリウムランプ等の高輝度放電灯が再始動する
場合の始動器付近の温度であり、この温度領域に
おけるパルス発生特性の低下は大きな欠点となる
ものである。 本発明は、上記提案された非直線性誘電体素子
における上記問題点を改善するためになされたも
ので、パルス発生電圧を高め、特に高温側のパル
ス発生特性の改善された非直線性誘電体素子を提
供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 上記問題点を解決するため、本発明者等は、
種々実験を重ね検討した結果、BaTiO3の結晶構
造が正方晶系及び立方晶系においては良好な非線
形特性を示さないが、菱面体晶系と斜方晶系にお
いては良好な非線形特性を示すことを見出した。 一般に純粋なBaTiO3における温度に対する結
晶構造の変化は、第１図に示すように、キユリー
点TCP以上では立方晶系、キユリー点TCPと第２
変態点TC2との間では正方晶系、第２変態点TC2
と第３変態点TC3との間では斜方晶系、第３変態
点TC3以下では菱面体晶系となることが知られて
いる（岡崎 清 著「セラミツク誘電体工学」
1969年９月15日学献社発行，第21頁参照）。した
がつて良好な非線形特性を示す菱面体晶系及び斜
方晶系領域は、第２変態点TC2以下の温度領域で
ある。 高温側の非線形特性、すなわちパルス発生特性
を改善するためには、できるだけ第２変態点TC2
を高温側にシフトする必要がある。第２図に示す
ように、BaTiO3におけるTiをSn、Zr、Hfで置
換することにより、第２変態点TC2は高温側にシ
フトする（Bernard Jaffe他２名著
“Piezoelectric Ceramics”Acadimic Press
1971年発行、第94頁参照）。そしてこの第２図か
ら明らかなように、SnよりもZr、HfでTiを置換
することにより、第２変態点TC2はより高温側へ
シフトし、したがつて高温側のパルス発生特性の
より良好な改善効果が得られることがわかる。 そこで本発明においては、BaO−TiO2−ZrO2
−HfO2の組み合わせで、BaTiO3系多結晶体を形
成し、非線形誘電体素子を構成するものである。
そして特に、TiO2を85.25〜96.75mol％、ZrO2を
３〜9.75mol％、HfO2を0.25〜5mol％、BaOと
（TiO2＋ZrO2＋HfO2）とのmol比を0.98〜1.02の
範囲とした基本組成の多結晶体からなり、Mn，
Crの酸化物の１種又は１種以上を0.004〜0.04重
量％含有させて非直線性誘電体を構成するもので
ある。これにより、非直線性が改善されて相対的
なパルス発生電圧が高められ、特にその高温側の
パルス発生特性が改善されると共に、磁器焼結に
際して還元防止作用並びにその焼結性が向上し、
緻密で均質な優れた多結晶体からなる非直線性誘
電体素子が得られる。 〔実施例〕 以下実施例について説明する。 ○ 第１実施例 原料粉末TiO2、ZrO2、HfO2を第１表に示す組
成比とし、原料粉末BaOと（TiO2＋ZrO2＋
HfO2）のmol比を0.98〜1.02の範囲とし、更に、
MnO2を0.01重量％、Cr2O3を0.015重量％添加し
て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。次いで脱水乾燥後、1150℃を保持し
て２時間仮焼成し、その後再びポリエチレンポツ
ト、メノーボールを用いて粉砕を行つた。次い
で、水分を蒸発させた後これに適当量のバインダ
ーを加え、10トンプレスで18.5、0.75mmの円板
に加圧成型した。次いで、1300〜1400℃で２時間
焼成して磁器素子を形成し、これに銀電極を焼き
付けて非直線性誘電体素子を作成した。なお第１
表において試料No.１、２、８、11は、対比するた
め作成した本発明の範囲外の素子である。 このようにして得られた非直線性誘電体素子
を、第３図に示すパルス発生回路及びパルス測定
回路を用いて、周囲の温度を変えてパルス発生電
圧を測定した結果、第４図に示すような結果が得
られた。なおパルス発生回路は、第３図に示すよ
うに、上記構成の各非直線性誘電体素子１と
125W水銀灯用安定器２の直列回路を、200V、50
Hzの交流電源３に接続して構成し、発生パルス電
圧を非直線性誘電体素子１の端子間に接続したオ
シロスコープ４により測定した。
直線性の優れた非直線性誘電体素子に関する。 〔従来の技術〕 一般にBaTiO3系セラミツクを中心とするペロ
ブスカイト形構造を有するABO3系強誘電体の応
用分野としては、その高誘電率や圧電特性を利用
する分野の他に、強誘電体の非直線性を利用した
分野が知られている。 近年新たな応用例として、このような強誘電体
を、蛍光灯、水銀放電灯、ナトリウム放電灯など
の放電灯無接点始動装置の高圧パルス発生素子と
して用いることが、特公昭48−28726号公報など
において開示されている。 ところで、かかる用途に使用される非直線性誘
電体素子としては、Ｄ−Ｅヒステリシス曲線の傾
斜が急峻でその温度特性が良好であること、誘電
率が高い値でしかも温度特性が良好であること、
すなわち電圧Ｖと電荷Ｑの関係が第８図に示すよ
うに角形特性であり、温度に対して安定であるこ
とが要求される。 BaTiO3単結晶は、かかるヒステリシス曲線が
角形特性を示すために非直線性誘電体素子として
は有効であるが、温度変化に対して非直線特性が
不安定であり、またその製造法も研究段階で実用
化に至つていない。したがつて従来はBaTiO3系
多結晶体を用いた非直線性誘電体素子の利用が考
えられているが、このBaTiO3系多結晶体は、一
般に第９図に示すように、Ｄ−Ｅヒステリシス曲
線がある程度の飽和特性を示すが、残留分極のば
らつきが大きくく、また誘電率が温度に対して不
安定であり、更にはＤ−Ｅヒステリシス曲線の傾
斜が緩慢であり、非直線性誘電体素子としては良
好な特性のものが実用化されるに至つていない。 この点を改善するため、特開昭57−128019号公
報では、BaO−TiO2−SnO2を主成分とした
BaTiO3系多結晶体からなる非直線性誘電体素子
が提案されている。この組成をもつ非直線性誘電
体素子は、従来のBaTiO3系多結晶体からなる非
直線性誘電体素子に比べ、Ｄ−Ｅヒステリシス曲
線の傾斜が急峻で、誘電率が高くしかも誘電体損
失の小さい優れた特徴を有するものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、BaO−TiO2−SnO2を主成分とした
BaTiO3系多結晶体からなる非直線性誘電体素子
は上記のように、従来のものに比べかなり特性が
改善されたものであるけれども、パルス発生装置
に用いた場合のパルス発生電圧が低く、しかもそ
の温度特性、特に高温領域（50〜60℃）における
パルス発生特性が悪いという問題点を有している
ものである。この高温領域は、始動器内蔵の高圧
ナトリウムランプ等の高輝度放電灯が再始動する
場合の始動器付近の温度であり、この温度領域に
おけるパルス発生特性の低下は大きな欠点となる
ものである。 本発明は、上記提案された非直線性誘電体素子
における上記問題点を改善するためになされたも
ので、パルス発生電圧を高め、特に高温側のパル
ス発生特性の改善された非直線性誘電体素子を提
供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 上記問題点を解決するため、本発明者等は、
種々実験を重ね検討した結果、BaTiO3の結晶構
造が正方晶系及び立方晶系においては良好な非線
形特性を示さないが、菱面体晶系と斜方晶系にお
いては良好な非線形特性を示すことを見出した。 一般に純粋なBaTiO3における温度に対する結
晶構造の変化は、第１図に示すように、キユリー
点TCP以上では立方晶系、キユリー点TCPと第２
変態点TC2との間では正方晶系、第２変態点TC2
と第３変態点TC3との間では斜方晶系、第３変態
点TC3以下では菱面体晶系となることが知られて
いる（岡崎 清 著「セラミツク誘電体工学」
1969年９月15日学献社発行，第21頁参照）。した
がつて良好な非線形特性を示す菱面体晶系及び斜
方晶系領域は、第２変態点TC2以下の温度領域で
ある。 高温側の非線形特性、すなわちパルス発生特性
を改善するためには、できるだけ第２変態点TC2
を高温側にシフトする必要がある。第２図に示す
ように、BaTiO3におけるTiをSn、Zr、Hfで置
換することにより、第２変態点TC2は高温側にシ
フトする（Bernard Jaffe他２名著
“Piezoelectric Ceramics”Acadimic Press
1971年発行、第94頁参照）。そしてこの第２図か
ら明らかなように、SnよりもZr、HfでTiを置換
することにより、第２変態点TC2はより高温側へ
シフトし、したがつて高温側のパルス発生特性の
より良好な改善効果が得られることがわかる。 そこで本発明においては、BaO−TiO2−ZrO2
−HfO2の組み合わせで、BaTiO3系多結晶体を形
成し、非線形誘電体素子を構成するものである。
そして特に、TiO2を85.25〜96.75mol％、ZrO2を
３〜9.75mol％、HfO2を0.25〜5mol％、BaOと
（TiO2＋ZrO2＋HfO2）とのmol比を0.98〜1.02の
範囲とした基本組成の多結晶体からなり、Mn，
Crの酸化物の１種又は１種以上を0.004〜0.04重
量％含有させて非直線性誘電体を構成するもので
ある。これにより、非直線性が改善されて相対的
なパルス発生電圧が高められ、特にその高温側の
パルス発生特性が改善されると共に、磁器焼結に
際して還元防止作用並びにその焼結性が向上し、
緻密で均質な優れた多結晶体からなる非直線性誘
電体素子が得られる。 〔実施例〕 以下実施例について説明する。 ○ 第１実施例 原料粉末TiO2、ZrO2、HfO2を第１表に示す組
成比とし、原料粉末BaOと（TiO2＋ZrO2＋
HfO2）のmol比を0.98〜1.02の範囲とし、更に、
MnO2を0.01重量％、Cr2O3を0.015重量％添加し
て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。次いで脱水乾燥後、1150℃を保持し
て２時間仮焼成し、その後再びポリエチレンポツ
ト、メノーボールを用いて粉砕を行つた。次い
で、水分を蒸発させた後これに適当量のバインダ
ーを加え、10トンプレスで18.5、0.75mmの円板
に加圧成型した。次いで、1300〜1400℃で２時間
焼成して磁器素子を形成し、これに銀電極を焼き
付けて非直線性誘電体素子を作成した。なお第１
表において試料No.１、２、８、11は、対比するた
め作成した本発明の範囲外の素子である。 このようにして得られた非直線性誘電体素子
を、第３図に示すパルス発生回路及びパルス測定
回路を用いて、周囲の温度を変えてパルス発生電
圧を測定した結果、第４図に示すような結果が得
られた。なおパルス発生回路は、第３図に示すよ
うに、上記構成の各非直線性誘電体素子１と
125W水銀灯用安定器２の直列回路を、200V、50
Hzの交流電源３に接続して構成し、発生パルス電
圧を非直線性誘電体素子１の端子間に接続したオ
シロスコープ４により測定した。
【表】
上記第１表及び第４図からわかるように、本発
明に係る非直線性誘電体素子のパルス発生電圧
は、−30〜＋60℃に亘つて、600〜1100Vという高
い値を示しており、特に高圧ナトリウムランプ等
の高輝度放電灯の再始動温度である50〜60℃の高
温領域において、600〜900Vと高い値を示してい
る。 以上のデータから本発明はBaO−TiO2−ZrO2
−HfO2の基本組成において、TiO2を85.25〜
96.75mol％、ZrO2を３〜9.75mol％、HfO2を0.25
〜5mol％、BaOと（TiO2＋ZrO2＋HfO2）との
mol比を0.98〜1.02の範囲に限定するものである。
なお、第２表に示すように、BaOと（TiO2＋
ZrO2＋HfO2）とのmol比を0.98未満にすると結
晶が肥大化し、且つ粒界が広くなつて非直線性が
悪くなり、またそのmol比が1.02を越えると結晶
が小さくなりすぎて同様に非直線性が悪くなるこ
とが確かめられた。
明に係る非直線性誘電体素子のパルス発生電圧
は、−30〜＋60℃に亘つて、600〜1100Vという高
い値を示しており、特に高圧ナトリウムランプ等
の高輝度放電灯の再始動温度である50〜60℃の高
温領域において、600〜900Vと高い値を示してい
る。 以上のデータから本発明はBaO−TiO2−ZrO2
−HfO2の基本組成において、TiO2を85.25〜
96.75mol％、ZrO2を３〜9.75mol％、HfO2を0.25
〜5mol％、BaOと（TiO2＋ZrO2＋HfO2）との
mol比を0.98〜1.02の範囲に限定するものである。
なお、第２表に示すように、BaOと（TiO2＋
ZrO2＋HfO2）とのmol比を0.98未満にすると結
晶が肥大化し、且つ粒界が広くなつて非直線性が
悪くなり、またそのmol比が1.02を越えると結晶
が小さくなりすぎて同様に非直線性が悪くなるこ
とが確かめられた。
【表】
○ 第２実施例
上記第１実施例において最も高いパルス電圧を
発生したNo.６の試料と同一の基本組成（TiO2：
92mol％、ZrO2：5mol％、HfO2：3mol％）で、
BaOと（TiO2＋ZrO2＋HfO2）とのmol比を１と
した組成物に、添加物としてMnO2、Cr2O3の１
種又は２種を第３表に示すように添加して、第１
実施例と同様な工程で非直線性誘電体素子を作成
した。そして、かくして得られた素子のパルス発
生電圧を第３図の測定回路を用いて測定したとこ
ろ、第３表及び第５図に示すような結果が得られ
た。
発生したNo.６の試料と同一の基本組成（TiO2：
92mol％、ZrO2：5mol％、HfO2：3mol％）で、
BaOと（TiO2＋ZrO2＋HfO2）とのmol比を１と
した組成物に、添加物としてMnO2、Cr2O3の１
種又は２種を第３表に示すように添加して、第１
実施例と同様な工程で非直線性誘電体素子を作成
した。そして、かくして得られた素子のパルス発
生電圧を第３図の測定回路を用いて測定したとこ
ろ、第３表及び第５図に示すような結果が得られ
た。
【表】
以上実施例に基づいて説明したように、本発明
によれば、BaTiO3系多結晶体において、BaO−
TiO2−ZrO2−HfO2を主成分としてそれらの混合
比を特定値にした基本組成物で非直線性誘電体素
子を構成したので、高温領域における非直線性を
改善し、パルス発生特性を向上させることができ
る。
によれば、BaTiO3系多結晶体において、BaO−
TiO2−ZrO2−HfO2を主成分としてそれらの混合
比を特定値にした基本組成物で非直線性誘電体素
子を構成したので、高温領域における非直線性を
改善し、パルス発生特性を向上させることができ
る。
第１図は、BaTiO3磁器の温度に対する比誘電
率εSと結晶構造の変化を示す図、第２図は、
BaTiO3磁器における置換元素による変態点の変
動を示す図、第３図は、パルス発生回路とパルス
測定回路を示す図、第４図は、組成比を変えた各
試料の周囲温度に対する発生パルス電圧の変動を
示す図、第５図は、添加物の添加量に対するパル
ス電圧の変動を示す図、第６図は、不純物の添加
量に対するパルス電圧の変動を示す図、第７図
は、他の添加物の添加量に対するパルス発生電圧
の変動を示す図、第８図は、BaTiO3単結晶体の
Ｄ−Ｅヒステリシス曲線図、第９図は、従来の
BaTiO3多結晶体のＤ−Ｅヒステリシス曲線図で
ある。
率εSと結晶構造の変化を示す図、第２図は、
BaTiO3磁器における置換元素による変態点の変
動を示す図、第３図は、パルス発生回路とパルス
測定回路を示す図、第４図は、組成比を変えた各
試料の周囲温度に対する発生パルス電圧の変動を
示す図、第５図は、添加物の添加量に対するパル
ス電圧の変動を示す図、第６図は、不純物の添加
量に対するパルス電圧の変動を示す図、第７図
は、他の添加物の添加量に対するパルス発生電圧
の変動を示す図、第８図は、BaTiO3単結晶体の
Ｄ−Ｅヒステリシス曲線図、第９図は、従来の
BaTiO3多結晶体のＤ−Ｅヒステリシス曲線図で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ BaO−TiO2−ZrO2−HfO2を主成分とし、
TiO2を85.25〜96.75mol％、ZrO2を３〜9.75mol
％、HfO2を0.25〜5mol％、BaOと（TiO2＋ZrO2
＋HfO2）とのmol比を0.98〜1.02の範囲とした基
本組成の多結晶体からなり、Mn、Crの酸化物の
１種又は１種以上を0.004〜0.04重量％含有させ
たことを特徴とする非直線性誘電体素子。 ２ 不純物となる含有元素を酸化物として0.2重
量％以下としたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の非直線性誘電体素子。 ３ Ca、Pb、Srの酸化物の１種又は１種以上を
BaOに対して0.1〜1.0mol％を添加したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
非直線性誘電体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62294158A JPH01136323A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 非直線性誘電体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62294158A JPH01136323A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 非直線性誘電体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01136323A JPH01136323A (ja) | 1989-05-29 |
| JPH0440853B2 true JPH0440853B2 (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=17804062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62294158A Granted JPH01136323A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 非直線性誘電体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01136323A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3344314B2 (ja) | 1998-04-08 | 2002-11-11 | 株式会社村田製作所 | パルス発生用コンデンサ |
| JP3606079B2 (ja) * | 1998-12-25 | 2005-01-05 | 株式会社村田製作所 | 非直線性誘電体磁器、パルス発生用コンデンサ、高圧蒸気放電灯回路および高圧蒸気放電灯 |
| CN103408298B (zh) * | 2013-08-05 | 2015-12-23 | 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 | 一种适用于低温烧结的微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
-
1987
- 1987-11-24 JP JP62294158A patent/JPH01136323A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01136323A (ja) | 1989-05-29 |
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