(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電灯に内蔵される高圧パルス発生用コンデンサとして用いられ、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す非線形誘電体素子であって、
非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体と、
前記誘電体の第１，第２の面にそれぞれ形成された第１，第２の電極とを備え、
前記第１，第２の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されていることを特徴とする非線形誘電体素子。
【請求項２】
前記金属膜が、スパッタリング、蒸着またはイオンプレーティングにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非線形誘電体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）の始動時のように高圧パルスを発生させるのに好適に用いられる非線形誘電体素子に関し、より詳細には、電極の改良により非線形特性が改善された非線形誘電体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高輝度を実現するランプとして上記ＨＩＤランプが用いられている。この種の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、高圧パルスを発生させるために、非線形特性を有するコンデンサが組み込まれている。
【０００３】
例えば、特公平５−８７９４０号公報には、上記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。この先行技術に記載の非線形コンデンサの構造を、図３に示す。
【０００４】
コンデンサ５１は、チタン酸バリウム系セラミックスよりなるセラミック板５２の両面に、電極５３，５４を形成した構造を有する。電極５３，５４の中央には、接合材５５ａ，５５ｂを介してリード端子５６，５７が接合されている。また、リード端子５６，５７が引き出されている部分を除いて全体が、ガラスペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されたガラス被覆層５８により被覆されている。
【０００５】
上記電極５３，５４は、Ａｇ粉末、並びにホウ珪酸ガラスやホウ珪酸鉛ガラスを含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより形成されている。
しかしながら、上述した従来の非線形コンデンサ５１では、チタン酸バリウム系セラミックスよりなるセラミック板５２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があった。これは、電極５３，５４の形成に用いられている導電ペースト中のガラスフリットが、電極焼き付け時にセラミック板５２に拡散し、セラミック板５２の非線形特性を低下させているためと考えられる。
【０００６】
他方、特開昭６１−２１２００９号公報には、ガラスフリットを用いないで電極を形成してなる高電圧パルス発生用コンデンサが開示されている。ここでは、誘電体セラミック板の両面に、Ｎｉを無電解メッキすることにより電極が形成されている。従って、ガラスフリットの拡散に起因する非線形特性の低下が生じ難いと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−２１２００９号公報に開示されている高電圧パルス発生用コンデンサでは、電極の形成に際し無電解メッキを用いているため、メッキ液の残渣がセラミックス中に侵入し、信頼性を低下させるおそれがあった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を解消し、非線形特性を有する誘電体セラミックスの非線形特性を十分に引き出すことができ、良好な非線形特性を示し、かつ信頼性に優れた非線形誘電体素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、高輝度放電灯に内蔵される高圧パルス発生用コンデンサとして用いられ、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す非線形誘電体素子であって、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体と、前記誘電体の第１，第２の面にそれぞれ形成された第１，第２の電極とを備え、前記第１，第２の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、上記金属膜が、スパッタリング、蒸着またはイオンプレーティングにより形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の非線形誘電体素子の一実施例を示す側面図である。非線形誘電体素子１は、Ｌ形高圧ナトリウムランプにおける高圧パルス発生用コンデンサとして用いられるものである。本用途では、コンデンサは、３００℃程度の温度、及び１×１０−５ｔｏｒｒ程度の真空度にさらされる。
【００１２】
非線形誘電体素子１は、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる板状の誘電体２を用いて構成されている。なお、本明細書において、非線形特性とは、電界−電荷特性においてヒステリシスを示す特性をいうものとする。上記誘電体２は、このような非線形特性を発揮し得る適宜の誘電体セラミックスにより構成されるが、例えば、チタン酸バリウム系セラミック材料を好適に用いることができる。
【００１３】
誘電体２の第１の面としての上面２ａ上に第１の電極３が、第２の面としての下面２ｂ上に第２の電極４が形成されている。
本実施例の非線形誘電体素子１の特徴は、上記電極３，４が、薄膜形成法としてのスパッタリングにより形成されている金属膜により構成されていることにある。
【００１４】
本実施例の非線形誘電体素子１は、電極３，４が上記金属膜により構成されているので、すなわちガラスフリットを含有していないため十分な非線形特性を発揮する。また、従来の無電解メッキにより電極を形成する方法では、メッキ液の残渣により信頼性が低下するおそれがあったのに対し、本実施例では、乾式薄膜形成法により電極が形成されているので、誘電体２の劣化が生じ難く、従って信頼性も高められる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００１５】
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粉末を乾式プレスし、焼成することにより、直径１８ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板状の誘電体２を作製した。この誘電体２の両面に、スパッタリングにより直径１７ｍｍの電極３，４を形成した。なお、電極３，４をスパッタリングにより形成するにあたっては、最初にＣｕ−Ｎｉ合金膜をスパッタリングにより形成し、次に、スパッタリングによりＣｕ−Ｎｉ膜上にＡｇ膜を形成した。すなわち、スパッタリングにより２層構造の金属膜を形成し、電極３，４を形成し、実施例の非線形誘電体素子を作製した。
【００１６】
また、比較のために、上記実施例の非線形誘電体素子で用いたのと同じ誘電体２の両面に、Ａｇ粉末１００体積％に対し、下記の表１に示す種々のガラスフリットを下記の表１に示すように３体積％または５体積％配合してなる導電ペーストを印刷し、８５０℃にて焼き付け、比較例１〜１４の非線形誘電体素子を作製した。
【００１７】
上記のようにして得られた非線形誘電体素子について、図２に示す回路を用いて発生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１１に直列に４００Ｗの高圧水銀ランプ用安定器１２が接続されており、該高圧水銀ランプ用安定器１２の後段に、非線形誘電体素子１及びブレークオーバー電圧１５０Ｖの半導体スイッチ１３が接続されている。また、Ｖは電圧計を示す。
【００１８】
実施例及び比較例１〜１４の各非線形誘電体素子１を図２に示したように接続し、発生パルス電圧を測定したところ、下記の表１に示す結果が得られた。
【００１９】
【表１】
0003596266.tif 000002
【００２０】
表１から明らかなように、各種ガラスフリットを含む導電ペーストを塗布し、焼き付けることにより電極を形成した比較例１〜１４の非線形誘電体素子では、ガラスフリットの種類により異なるものの、ガラスフリットの含有割合が高くなる程パルス電圧が低くなり、ガラスフリット成分による特性の低下が見られた。
【００２１】
これに対して、実施例の非線形誘電体素子では、ガラスフリットを用いずに、スパッタリングにより電極３，４を形成しているため、パルス電圧が著しく高められている。
【００２２】
従って、上記実施例から明らかなように、スパッタリングにより形成された金属膜、すなわちガラスフリットを含まない薄膜形成法により形成された金属膜を用いることにより、誘電体２の非線形特性を十分に発揮させることができ、大きなパルス電圧を得ることができる非線形誘電体素子を提供し得ることがわかる。
【００２３】
なお、上述した実験例では、Ｃｕ−Ｎｉ合金膜とＡｇ膜との２層構造を有する電極３，４を形成したが、電極３，４は、単一層で構成されていてもよく、あるいは３層以上の薄膜形成法により形成された金属膜を積層した構造であってもよい。また、電極を構成する金属材料についても、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇに限定されず、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉなど種々の金属材料を用いることができる。もっとも、Ｌ形高圧ナトリウムランプの始動用に用いられる高圧パルス発生用コンデンサでは、前述した通り３００℃程度の高温にさらされるため、このような高温にさらされる用途に用いる場合には、電極３，４はＡｇやＮｉなどの耐熱性に優れた金属材料により形成することが好ましい。
【００２４】
また、電極３，４をＡｇで構成した場合には、電極間マイグレーションを防止するために、Ａｇよりなる金属膜よりも径の大きな他の金属膜上にＡｇ膜を積層した構造とすることが望ましい。
【００２５】
また、上述した実施例では、電極３，４を、スパッタリングにより形成したが、スパッタリングに代えて、蒸着やイオンプレーティングなどの他の乾式薄膜形成法により電極３，４を形成してもよい。すなわち、本発明は、上記のような乾式薄膜形成法により形成された金属膜により電極を構成することにより、ガラスフリットの使用に基づく非線形特性の低下を防止したことに特徴を有するものであり、従って、蒸着やイオンプレーティングなどの他の乾式薄膜形成法を用いて電極３，４を形成してもよい。
【００２６】
また、図１では、誘電体２の両面に電極３，４を形成したが、電極３，４を形成した後に、従来の非線形コンデンサ５１と同様に絶縁ガラス層等を形成したり、あるいはリード端子等を接合してもよく、その場合であっても、電極３，４が既に誘電体２に接合されているため、良好な非線形特性を発揮し得る非線形誘電体素子とすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、非線形特性を示す誘電体セラミックスよりなる誘電体の第１，第２の面に形成される第１，第２の電極が、薄膜形成法により形成された金属膜により構成されているので、誘電体の非線形特性を十分に発揮させることができ、良好な非線形特性を発揮し得る非線形誘電体素子を提供することができる。すなわち、従来の導電ペーストを用いて電極を形成してなる非線形コンデンサでは、含有されているガラスフリットにより非線形特性が低下するのに対し、請求項１に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、ガラスフリットを使用しないため、ガラスフリットに起因する非線形特性の低下を防止することができる。
【００２８】
加えて、従来の無電解メッキにより電極を形成した非線形コンデンサでは、メッキ液残渣により、誘電体セラミックスが劣化するおそれがあったのに対し、請求項１に記載の発明に係る非線形誘電体素子では、乾式薄膜形成法により電極が形成されているので、このような誘電体の劣化も生じ難い。従って、信頼性に優れた非線形誘電体素子を提供することができる。
【００２９】
本発明では、良好な非線形特性を利用して、例えばＨＩＤランプの始動に用いられるような高圧パルスを発生することが求められる用途に最適な高圧パルス発生用コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る非線形誘電体素子を示す側面図。
【図２】実験例において非線形誘電体素子を評価するために構成した回路を説明するための回路図。
【図３】従来の非線形コンデンサを説明するための断面図。
【符号の説明】
１…非線形誘電体素子
２…誘電体
３，４…電極
【図１】
0003596266.tif 000003
【図２】
0003596266.tif 000004
【図３】
0003596266.tif 000005