JP2002083737A - 非線形誘電体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電界−電荷における非線形特性の低下が生じ
にくく、大きなパルス電圧を確実に得ることができる、
非線形誘電体素子を提供する。 【解決手段】 電界−電荷特性において非線形挙動を示
す誘電体セラミックからなる、素子本体１２と、素子本
体１２の上面１３および下面１４にそれぞれ形成され
る、電極１５，１６と、電極１５，１６の各外周縁近傍
から上面１３および下面１４の各外周部分までを覆うよ
うに形成される、絶縁層１７，１８とを備える、非線形
誘電体素子１１において、電極１５，１６が、導電成分
およびホウケイ酸バリウム系ガラスを含むとともに、絶
縁層１７，１８が、ホウケイ酸バリウム系ガラスを含む
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば高輝度
放電灯に用いられる高圧パルス発生用コンデンサのよう
に、電界−電荷特性において非線形挙動を示す非線形誘
電体素子に関するもので、特に、絶縁性を高めるために
電極端部を覆うように絶縁層が形成されている非線形誘
電体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高輝度を実現するランプとして、高輝度
放電灯（ＨＩＤランプ）が用いられている。ＨＩＤラン
プには、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプ
のように、始動時に１〜４ｋＶ程度の高圧パルスを必要
とするものがある。そこで、この種のＨＩＤランプで
は、高圧パルスを発生するために、非線形特性を示すコ
ンデンサが組み込まれている。

【０００３】たとえば、特公平５−８７９４０号公報に
は、高圧パルスを発生させるための非線形コンデンサが
内蔵された高圧放電ランプが開示されている。この公報
に記載の非線形コンデンサの構造を、図３を参照して説
明する。

【０００４】非線形コンデンサ１は、チタン酸バリウム
系セラミックからなるセラミック板２の両面に、電極３
および４を形成した構造を有する。電極３および４の各
中央部には、接合材５および６を介してリード端子７お
よび８がそれぞれ接合されている。また、リード端子７
および８が引き出されている部分を除いて、セラミック
板２ならびに電極３および４を含む構造物の全体が、絶
縁層９によって覆われている。

【０００５】上述した電極３および４は、たとえば、銀
粉末ならびにホウケイ酸ガラスおよび／またはホウケイ
酸鉛ガラスを含む導電性ペーストをセラミック板２上に
塗布し、焼き付けることによって形成される。

【０００６】また、絶縁層９は、ガラス粉末含有ペース
トを、セラミック板２ならびに電極３および４の各表面
上に塗布し、焼き付けることによって形成される。

【０００７】このような非線形コンデンサ１によれば、
絶縁層９を設けることにより、電極３および４間の絶縁
性が高められ、高電圧パルスを発生させるのに適した構
造を与えることができる。

【０００８】しかしながら、上述した従来の非線形コン
デンサ１には、チタン酸バリウム系セラミックからなる
セラミック板２が本来持っている非線形特性を十分に引
き出すことができないという問題に遭遇することがあ
る。これは、電極３および４の形成のために用いられる
導電性ペースト中のガラス成分が、焼付け時にセラミッ
ク板２に拡散し、セラミック板２の非線形特性を低下さ
せるためであると考えられている。

【０００９】上述の問題を解決するため、電極３および
４に含まれるガラス成分を、ホウケイ酸鉛ビスマス系ガ
ラスおよび／またはホウケイ酸バリウム系ガラスにすれ
ば、セラミック板２を構成する誘電体セラミックの非線
形特性を十分に引き出すことができ、そのため、良好な
非線形特性を発揮し得る非線形誘電体素子を実現でき
る、ということが、特開平１１−２１４２５７号公報に
記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した対策は、電極
３および４に含まれるガラス成分のセラミック板２への
悪影響の回避に向けられるものであり、なるほど、電極
３および４に含まれるガラス成分によって、セラミック
板２が有する非線形特性を阻害することを防止すること
ができる。

【００１１】しかしながら、図３に示した非線形コンデ
ンサ１のように、絶縁層９を備えるものにあっては、こ
の絶縁層９に含まれるガラス成分についても同様の問題
を引き起こす。すなわち、絶縁層９に含まれるガラス成
分も、また、セラミック板２内に拡散しやすく、セラミ
ック板２を構成するセラミックの粒界内に侵入し、その
非線形特性を低下させるという問題がある。このよう
に、非線形特性が低下すると、非線形コンデンサ１によ
って高圧パルスを発生させようとしても、パルス電圧が
低下することになる。

【００１２】そこで、この発明の目的は、上述した問題
を解決し得る、非線形誘電体素子を提供しようとするこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、電界−電荷
特性において非線形挙動を示す、非線形誘電体素子に向
けられるものであって、非線形挙動を示す誘電体セラミ
ックからなる、素子本体と、この素子本体の互いに対向
する第１および第２の面上にそれぞれ形成される、第１
および第２の電極と、これら第１および第２の電極の少
なくとも一部を覆うように、素子本体上に形成される、
絶縁層とを備え、上述した技術的課題を解決するため、
第１および第２の電極が、導電成分およびホウケイ酸バ
リウム系ガラスを含むとともに、絶縁層が、ホウケイ酸
バリウム系ガラスを含むことを特徴としている。

【００１４】この発明において、絶縁層に含まれるホウ
ケイ酸バリウム系ガラスは、第１および第２の電極に含
まれるホウケイ酸バリウム系ガラスと同一組成であるこ
とが好ましい。

【００１５】また、この発明において、第１および第２
の電極は、好ましくは、素子本体の第１および第２の面
の各外周部分を残して形成される。

【００１６】上述の場合、絶縁層は、第１および第２の
電極の各外周縁近傍から第１および第２の面の各外周部
分までを覆うように形成されることがなお好ましい。

【００１７】また、この発明に係る非線形誘電体素子
は、好ましくは、高圧パルス発生用コンデンサとして用
いられる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる非線形誘電体素子１１を示す断面図である。この非
線形誘電体素子１１は、たとえばＨＩＤランプの始動の
ための高圧パルスを発生させる高圧パルス発生用コンデ
ンサとして用いられる。

【００１９】非線形誘電体素子１１は、円板状の素子本
体１２を備える。なお、素子本体１２は、角板状等の他
の形状であってもよい。素子本体１２は、電界−電荷特
性において、非線形挙動（ヒステリシス）を示す誘電体
セラミックから構成される。このような誘電体セラミッ
クとして、たとえばチタン酸バリウム系誘電体セラミッ
クを好適に用いることができる。

【００２０】素子本体１２の互いに対向する上面１３お
よび下面１４上には、それぞれ、たとえば円形の第１お
よび第２の電極１５および１６が形成される。この実施
形態では、電極１５および１６の各々の径は、素子本体
１２の径より小さくされ、それによって、電極１５およ
び１６は、それぞれ、上面１３および下面１４の各外周
部分を残して形成される。このような構成は、電極１５
および１６間の沿面距離を長くし、絶縁性能を高めるた
めに効果的である。

【００２１】電極１５および１６は、導電成分としての
金属粉末とガラス成分としてのホウケイ酸バリウム系ガ
ラスとを含む導電性ペーストを、上面１３および下面１
４上に塗布し、焼き付けることによって形成される。し
たがって、焼付け後において、電極１５および１６は、
上述した金属およびホウケイ酸バリウム系ガラスを含む
組成を有している。

【００２２】また、第１および第２の電極１５および１
６の少なくとも一部を覆うように、素子本体１２上に
は、絶縁層１７および１８が形成される。この実施形態
では、絶縁層１７および１８は、それぞれ、第１および
第２の電極１５および１６の各外周縁近傍から上面１３
および下面１４の各外周部分までを覆うように、リング
状の平面形状を有している。なお、絶縁層１７および１
８は、図３に示す非線形コンデンサ１の場合と同様、素
子本体１２ならびに電極１５および１６を含む構造物の
ほぼ全体を覆うように形成されてもよい。

【００２３】絶縁層１７および１８は、ホウケイ酸バリ
ウム系ガラス粉末を含むペーストを、上面１３および下
面１４ならびに電極１５および１６の各所定の領域に印
刷等によって付与し、焼き付けることによって形成さ
れ、したがって、焼成後において、絶縁層１７および１
８は、ホウケイ酸バリウム系ガラスを含む組成となる。
なお、好ましくは、絶縁層１７および１８に含まれるホ
ウケイ酸バリウム系ガラスは、前述した電極１５および
１６に含まれるホウケイ酸バリウム系ガラスと同一組成
のものとされる。

【００２４】また、電極１５および１６の各中央部に
は、接合材１９および２０を介してリード端子２１およ
び２２がそれぞれ接合される。接合材１９および２０と
しては、電極１５および１６とリード端子２１および２
２とを各々互いに接合し得る限り、どのような接合材を
用いてもよいが、たとえば、銀系接合材などを有利に用
いることができる。また、リード端子２１および２２
は、ニッケル、銅などの金属から構成される。

【００２５】このように、この実施形態によれば、絶縁
層１７および１８を形成するためのガラスとして、ホウ
ケイ酸バリウム系ガラスを採用している。このホウケイ
酸バリウム系ガラスは、素子本体１２をなす誘電体セラ
ミックに拡散しにくい性質を有している。また、絶縁層
１７および１８は、単に、第１および第２の電極１５お
よび１６の各外周縁近傍から素子本体１２の上面１３お
よび下面１４の各外周部分までを覆うように形成されて
いるに過ぎないので、絶縁層１７および１８が素子本体
１２を覆う領域を小さくすることができる。

【００２６】これらのことから、絶縁層１７および１８
に含まれるガラス成分が素子本体１２を構成する誘電体
セラミックの粒界へ侵入することを抑制でき、そのた
め、素子本体１２が有する電界−電荷における非線形特
性の低下が生じにくく、非線形誘電体素子１１において
大きなパルス電圧を確実に得ることができる。

【００２７】また、絶縁層１７および１８に含まれるホ
ウケイ酸バリウム系ガラスが、第１および第２の電極１
５および１６に含まれるホウケイ酸バリウム系ガラスと
同一組成である場合には、絶縁層１７および１８と電極
１５および１６との間での接合性が向上し、信頼性のよ
り高い非線形誘電体素子１１とすることができる。

【００２８】次に、この発明のより具体的な実施例を、
実験例に基づいて説明する。

【００２９】

【実験例】非線形特性を示す誘電体材料として、チタン
酸バリウム系セラミックを用い、その粉末を乾式プレス
し、焼成することにより、直径１８ｍｍでありかつ厚さ
１ｍｍの円板状の素子本体を作製した。

【００３０】他方、銀粉末１００体積部に対し、ホウケ
イ酸バリウム系ガラス（Ｂ−Ｓｉ−Ｂａ）フリットを５
体積部配合してなる導電性ペーストを用意した。

【００３１】次に、先に用意した素子本体の上面および
下面上に、直径１６ｍｍの円形のパターンをもって、上
述の導電性ペーストを印刷し、９００℃で焼き付けるこ
とによって、実施例１および２ならびに比較例１〜３の
各々に関して、表１に示すように、ホウケイ酸バリウム
系ガラス（Ｂ−Ｓｉ−Ｂａ）をもって構成された電極を
形成した。

【００３２】次に、絶縁層を形成するためのガラス含有
ペーストとして、ガラスフリット７０重量％とエチルセ
ルロース系樹脂をテルピネオール系溶剤に溶解した有機
ビヒクル３０重量％とからなるガラス含有ペーストを作
製した。ここで、表１に示すように、ガラスフリットと
して、実施例１ではＢ−Ｓｉ−Ｂａガラス、実施例２で
はＢ−Ｓｉ−Ｂａ−Ａｌガラス、というように、ホウケ
イ酸バリウム系ガラスからなるものを用い、他方、比較
例２ではＢ−Ｓｉ−Ｐｂガラス（ホウケイ酸鉛ガラス）
からなるものを用い、比較例３ではＢ−Ｓｉ−Ｂｉガラ
ス（ホウケイ酸ビスマスガラス）からなるものを用い
た。

【００３３】次に、前述のように、電極を形成した素子
本体の上面および下面上に、上述のガラス含有ペースト
を、外径１７ｍｍおよび内径１４ｍｍのリング状に印刷
し、８５０℃で焼成し、電極の各外周縁近傍から素子本
体の上面および下面の各外周部分までを覆う絶縁層を形
成した。

【００３４】なお、比較例１については、このような絶
縁層を形成しなかった。

【００３５】その後、直径２ｍｍのフランジ部を先端に
有する径０．５ｍｍのニッケル線からなるリード端子お
よび銀系接合材をそれぞれ用意し、銀系接合材をリード
端子と電極との間に付与し、５００℃で焼き付けること
によって、リード端子を電極にそれぞれ接合し、試料と
なる非線形誘電体素子を完成させた。

【００３６】このようにして得られた実施例１および２
ならびに比較例１〜３の各々に係る非線形誘電体素子に
ついて、図２に示す回路を構成し、パルスを発生させ、
パルス電圧を測定した。すなわち、図２に示す回路で
は、電源２３に直列に４００Ｗの高圧水銀ランプ用安定
器２４が接続されており、高圧水銀ランプ用安定器２４
の後段に、非線形誘電体素子１１およびブレークオーバ
ー電圧１５０Ｖの半導体スイッチ２５が接続されてい
る。また、Ｖは電圧計を示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１からわかるように、絶縁層を形成しな
かった比較例１に係る非線形誘電体素子の発生パルス電
圧が２０００Ｖであるのに対し、実施例１および２のよ
うに、絶縁層の形成にホウケイ酸バリウム系ガラスを用
いた非線形誘電体素子の発生パルス電圧は、それぞれ、
２０００Ｖおよび１９５０Ｖとなり、発生パルス電圧器
の低下は、生じないか、ほとんど生じなかった。

【００３９】他方、比較例２および３のように、ホウケ
イ酸鉛ガラスやホウケイ酸ビスマスガラスを絶縁層に用
いた非線形誘電体素子の発生パルス電圧は、それぞれ、
１７００Ｖおよび１６００Ｖというように低くなり、非
線形特性を大幅に低下させていることがわかる。これ
は、絶縁層中のガラス成分が、素子本体をなすセラミッ
ク中へ拡散していることによると考えられる。

【００４０】このようなことから、絶縁層の形成のた
め、電極に含まれるガラス成分と同等のホウケイ酸バリ
ウム系ガラスを用いることにより、素子本体を構成する
誘電体セラミックのもつ非線形特性を低下させずに、大
きなパルス電圧値が得られることがわかる。

【００４１】なお、上述した実験例では、電極を形成す
るための導電性ペースト中に含まれる金属粉末として、
銀粉末を用いたが、良好な導電性を発揮し得るものであ
ればよく、たとえば、銅、アルミニウム、ニッケル、白
金もしくはパラジウムまたはこれらの合金からなる粉末
を用いても、上述した実験例の場合と実質的に同様の効
果が得られる。

【００４２】また、絶縁層を形成するためのガラス含有
ペーストに含まれる有機ビヒクルとして、上述した実験
例では、エチルセルロース系樹脂をテルピネオール系溶
剤に溶解したものを用いたが、有機ビヒクルに含まれる
バインダ成分としては、汎用の樹脂、たとえばアクリル
樹脂またはブチラール樹脂等を用いてもよく、また、溶
剤としても、たとえばアルコール系溶剤または炭化水素
系溶剤等を用いてもよい。また、ガラス含有ペースト中
のガラスフリットの含有量が、上述した実験例では、７
０重量％であったが、これについても限定されるもので
はない。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電界
−電荷特性において非線形挙動を示す誘電体セラミック
からなる、素子本体と、この素子本体の互いに対向する
第１および第２の面上にそれぞれ形成される、第１およ
び第２の電極と、これら第１および第２の電極の少なく
とも一部を覆うように、素子本体上に形成される、絶縁
層とを備える、非線形誘電体素子において、第１および
第２の電極が、導電成分およびホウケイ酸バリウム系ガ
ラスを含むとともに、絶縁層が、ホウケイ酸バリウム系
ガラスを含むようにされているので、このホウケイ酸バ
リウム系ガラスが誘電体セラミックに拡散しにくいとい
う性質を有していることから、素子本体を構成する誘電
体セラミックの粒界へのガラス成分の侵入を抑制するこ
とができ、そのため、電界−電荷における非線形特性の
低下が生じにくく、大きなパルス電圧を確実に得ること
ができる非線形誘電体素子とすることができる。

【００４４】絶縁層に含まれるホウケイ酸バリウム系ガ
ラスが、電極に含まれるホウケイ酸バリウム系ガラスと
同一組成である場合には、絶縁層と電極との間での接合
性が向上し、そのため、パルス電圧の低下のない、かつ
信頼性のより高い非線形誘電体素子を得ることができ
る。

【００４５】また、第１および第２の電極が、素子本体
の第１および第２の面の各外周部分を残して形成される
と、第１および第２の電極間の沿面距離長くすることが
できるので、非線形誘電体素子の絶縁性能を高めること
ができる。

【００４６】また、上述の場合において、絶縁層が、第
１および第２の電極の各外周縁近傍から第１および第２
の面の各外周部分までを覆うように形成されると、絶縁
層が素子本体を覆う領域を小さくすることができるの
で、絶縁層に含まれるガラス成分が、素子本体を構成す
る誘電体セラミックの粒界へ侵入することを、より良好
に抑制することができる。

【００４７】このようなことから、この発明に係る非線
形誘電体素子は、高圧パルス発生用コンデンサとして有
利に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による非線形誘電体素子
１１を示す断面図である。

【図２】実験例において非線形誘電体素子１１の発生パ
ルス電圧を測定するために用いられた回路を示す図であ
る。

【図３】従来の非線形コンデンサ１を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 非線形誘電体素子 １２ 素子本体 １３ 上面８（第１の面） １４ 下面（第２の面） １５ 第１の電極 １６ 第２の電極 １７，１８ 絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E082 AA06 AB01 BB04 BB10 BC40 EE04 EE11 EE23 EE27 EE35 FF05 FG08 FG26 FG54 GG05 GG28 HH21 HH43 HH51 JJ06 JJ27 MM24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界−電荷特性において非線形挙動を示
   す、非線形誘電体素子であって、 前記非線形挙動を示す誘電体セラミックからなる、素子
   本体と、 前記素子本体の互いに対向する第１および第２の面上に
   それぞれ形成される、第１および第２の電極と、 前記第１および第２の電極の少なくとも一部を覆うよう
   に、前記素子本体上に形成される、絶縁層とを備え、 前記第１および第２の電極は、導電成分およびホウケイ
   酸バリウム系ガラスを含み、かつ前記絶縁層は、ホウケ
   イ酸バリウム系ガラスを含む、非線形誘電体素子。
2. 【請求項２】 前記絶縁層に含まれるホウケイ酸バリウ
   ム系ガラスは、前記第１および第２の電極に含まれるホ
   ウケイ酸バリウム系ガラスと同一組成である、請求項１
   に記載の非線形誘電体素子。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の電極は、前記第１
   および第２の面の各外周部分を残して形成される、請求
   項１または２に記載の非線形誘電体素子。
4. 【請求項４】 前記絶縁層は、前記第１および第２の電
   極の各外周縁近傍から前記第１および第２の面の各外周
   部分までを覆うように形成される、請求項３に記載の非
   線形誘電体素子。
5. 【請求項５】 高圧パルス発生用コンデンサとして用い
   られる、請求項１ないし４のいずれかに記載の非線形誘
   電体素子。