JPS6052006A - Ferrodielectric ceramic condenser - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強誘電体セラミックコンデンサーの改良に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in ferroelectric ceramic capacitors.

チタン醒バリウム等を主体とする強誘電体セラミックコ
ンデンサーは電子部品として種々の用途に用いられてい
るが、最近はその非線形電圧−電荷特性を利用して、例
えば高圧放電灯に内蔵する始動用パルス発生６等にも使
用されている。Ferroelectric ceramic capacitors, mainly made of titanium-based barium, are used as electronic components in a variety of applications.Recently, however, their nonlinear voltage-charge characteristics have been utilized to produce, for example, starting pulses built into high-pressure discharge lamps. It is also used in Generation 6.

上記のような用途に使用するコンデンサー素子は、■高
温雰囲気中での使用に十分耐えうろこと、■十分に高い
電圧パルスを発生させることができ、しかも高電圧に対
する耐性を有するとと■振動等の機械的衝撃に対する強
度が大きいこと、等の諸条件が必要とされるが、これら
を総合的に満足させることはかなり難かしい。The capacitor elements used for the above applications are: 1) sufficiently durable for use in high-temperature atmospheres, 2) capable of generating sufficiently high voltage pulses, and resistant to high voltages, and 2) withstands vibrations, etc. Although various conditions such as high strength against mechanical impact are required, it is quite difficult to satisfy these conditions comprehensively.

例えば、従来から一般の電子部品として用いられている
強誘電体セラミックコンデンサーは、セラミック基板の
両面に銀膜の電極な被着し、これらにリード線を鉛−錫
合金半田等で接続したうえ全体を合成樹脂でオーバーコ
ートしたものが多い。For example, ferroelectric ceramic capacitors, which have traditionally been used as general electronic components, have silver film electrodes deposited on both sides of a ceramic substrate, lead wires connected to these with lead-tin alloy solder, etc. Many are overcoated with synthetic resin.

しかし、かかる構造のものは、せいぜい１５０℃程度の
耐熱性しかなく、これ以上の高温雰囲気中での使用には
耐えられない。また、セラミック基板上の電極にリード
線を直接に接続しであるので、コンデンサー素子が圧電
効果によって摂動する際に、リード線が振動を抑制して
しまい、その結果、十分に高い電圧パルスが発生しない
のみならず、リード線接続部の機械的疲労も大きいとい
う問題があった。However, such a structure has a heat resistance of only about 150° C. at most, and cannot withstand use in a higher temperature atmosphere. In addition, since the lead wires are connected directly to the electrodes on the ceramic substrate, when the capacitor element is perturbed by the piezoelectric effect, the lead wires suppress vibrations, resulting in a sufficiently high voltage pulse. There was a problem in that not only the lead wire connection area was not damaged, but also the mechanical fatigue of the lead wire connection portion was large.

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、先に述べた
ような諸条件を総合的に満足することができる強誘電体
セラミックコンデンサーを提供せんとするものである。The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a ferroelectric ceramic capacitor that can comprehensively satisfy the various conditions described above.

上記目的を達成するために、発明者等は、先ず、前記の
ようなコンデンサー素子においては、セラミック基板に
対するリード線の接続構造が、高電圧パルスの高さ及び
機械的強度等に対してと９わけ大きな関係があることに
着目して、次のような実験を行った。すなわち、強誘電
体セラミック基板の材料として、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉ０−５　）に数モル多のジルコニウム酸バリウム
（ｎａＺｒ０３）及びチタン酸ストロンチウム（５ｒＴ
ｉＯのと微量の希土類金属酸化物とを添加してなる粉末
にバインダーとしてポリビニルアルコールを加えて撹拌
し、プレス成形した後、１４００℃の温度で２時間気中
焼成を行い、直径２６鰭、厚み０．５　ｍの円板状の基
板を作った。この基板の両面１ｃ銀ペーストをスクリー
ン印刷で直径２５．７ｔｌに塗布し、乾燥後７５０℃の
温度で気中焼成して電極を形成した。そしてこの電極部
分に第１図に示すように、リード線１を接続した端子板
２を銀粉末と低融点ガラス粉末とからなるペーストで接
着し、約５００℃の温度で気中焼成を行って固定した。In order to achieve the above object, the inventors first determined that in the capacitor element as described above, the connection structure of the lead wires to the ceramic substrate is 9. Focusing on the fact that there is a significant relationship, we conducted the following experiment. That is, barium titanate (B
aTi0-5), several moles of barium zirconate (naZr03) and strontium titanate (5rT
Polyvinyl alcohol was added as a binder to a powder made by adding iO and a small amount of rare earth metal oxide, and the mixture was stirred and press-molded, and then fired in the air at a temperature of 1400°C for 2 hours. A 0.5 m disk-shaped substrate was made. A 1C silver paste was applied to both sides of this substrate by screen printing to a diameter of 25.7 tl, and after drying, it was baked in the air at a temperature of 750°C to form electrodes. Then, as shown in Fig. 1, a terminal plate 2 to which a lead wire 1 is connected is adhered to this electrode part with a paste made of silver powder and low melting point glass powder, and fired in the air at a temperature of about 500°C. Fixed.

リード線２には直径０．５寓のニッケル線を用い、端子
板は鉄−ニッケルーコバルト−クロム合金を用い、厚み
を０．３　ｗｘとし、直径は１１１１１〜５Ｍの範囲で
種々異るものを使用した。このようなコンデンサー素子
を第２図に示すように、半導体スイッチング素子３とダ
イオード４並びに抵抗体５の並列回路及び誘導性素子６
を介して変流電源７に接続したうえ、コンデンサー素子
８０部分をフレオン液中に保持し、交流２００Ｖ、５０
Ｈｚの入力を加えて、常温におけるパルス電圧のピーク
値を測定した。For the lead wire 2, a nickel wire with a diameter of 0.5 mm is used, and for the terminal plate, an iron-nickel-cobalt-chromium alloy is used, the thickness is 0.3 wx, and the diameters are various in the range of 11111 to 5M. It was used. As shown in FIG. 2, such a capacitor element includes a parallel circuit of a semiconductor switching element 3, a diode 4, a resistor 5, and an inductive element 6.
In addition, the capacitor element 80 is held in Freon liquid, and the AC voltage is 200V, 50V.
A Hz input was applied, and the peak value of the pulse voltage at room temperature was measured.

第１表に、このときのリード線端子板の直径とパルス電
圧のピーク値の関係を示す。Table 1 shows the relationship between the diameter of the lead wire terminal plate and the peak value of the pulse voltage at this time.

３− 第１表 第１表から明らかなように、端子板の直径が２目を越え
ると、パルス電圧のピーク値は急激に低下する傾向が見
られる。これは、端子板と導電性ガラス接着剤が強誘電
体セラミック板の直径方向の振動を抑制するためである
と考えられ、かかる理由からリード線の端子板の面積は
できるだけ小さくすることが望ましい。しかしながら、
端子板の面積を小さくすることは強誘電体セラミック板
及び電極に対するリード線の接続強度が小さくなること
につながる。放電灯等への組み込んだ場合の機械的強度
を考慮した場合、前記端子板の直径は少なくとも３ｍ以
上にする必要がある。前記実験において端子板の直径を
３鰭とした場合、第１表から明らかなようにパルス電圧
のピーク値は２０００Ｖでアシ、高圧放電灯を始動させ
ること４− は可能である。ところが、かかる端子板を具えたコンデ
ンサー素子を実際に高圧放電灯の外球内部に組み込んで
使用したところ、フレオン液中の動作ではみられなかっ
た不都合な現象が発生した。3-Table 1 As is clear from Table 1, when the diameter of the terminal plate exceeds the second diameter, the peak value of the pulse voltage tends to decrease rapidly. This is thought to be because the terminal plate and the conductive glass adhesive suppress vibrations in the diametrical direction of the ferroelectric ceramic plate, and for this reason it is desirable to make the area of the lead wire terminal plate as small as possible. however,
Reducing the area of the terminal plate leads to a reduction in the connection strength of the lead wires to the ferroelectric ceramic plate and the electrodes. When considering mechanical strength when incorporated into a discharge lamp or the like, the diameter of the terminal plate needs to be at least 3 m or more. In the above experiment, when the diameter of the terminal plate was set to three fins, as is clear from Table 1, the peak value of the pulse voltage was 2000 V, and it was possible to start the high pressure discharge lamp. However, when a capacitor element equipped with such a terminal plate was actually incorporated into the outer bulb of a high-pressure discharge lamp and used, an inconvenient phenomenon occurred that was not observed when operating in Freon liquid.

す表わち基板の両面に接着した端子板間で耐圧不良によ
るスパークが頻発した。この原因は、強誘電体セラミッ
クコンデンサーの基板が圧電効果によシ振動した際に端
子板の接着部に応力が集中して、その部分にクラックが
入り、そこにスパークが生ずるものと考えられる。！、
た、コンデンサ二′素子を組み込む外球の内部が真空で
あると、コンデンサー素子の縁面に放電が生じたり、放
電灯の点灯に伴う高温によシコンデンサー基体中の酸素
がうばわれてコンデンサー素子の固有抵抗が低下する等
の不都合も生ずる。In other words, sparks frequently occurred between the terminal plates bonded to both sides of the board due to poor voltage resistance. The reason for this is thought to be that when the substrate of the ferroelectric ceramic capacitor vibrates due to the piezoelectric effect, stress concentrates on the bonded area of the terminal plate, causing cracks in that area and sparks. ! ,
In addition, if the inside of the outer bulb in which the capacitor element is installed is in a vacuum, discharge may occur on the edge of the capacitor element, or the high temperatures associated with lighting a discharge lamp may evaporate oxygen in the capacitor base, causing damage to the capacitor element. Inconveniences such as a decrease in specific resistance also occur.

そこで、発明者等はコンデンサー素子の構造を以下のよ
うに工夫してみた。先ず、前記実験と同様に、チタン酸
バリウムを主体とする材料で、直径２６１１１．厚み０
．５露の基体を形成した。次にこの基体の両面に銀ペー
ストをスクリーン印刷で直径２５．７　ｍに塗布し、７
５０℃の温度で気中焼成して電極を形成した。次いで第
３図に示すように、基体９及び電極１０ａ・１０ｂの周
囲を電極１０ａ・１０ｂの中心部の直径２鮎だけを除い
て、低融点ガラスペースト１１で完全にオーバーコート
し、乾燥させた後、５５０℃の温度で気中焼成を行って
基体の周囲を無機質ガラスで被覆した。次に、第４図に
示すように、無機質ガラスの非被覆部分の外側に該非被
覆部分の面積より大きい面積を有する第１図に示すごと
き構造の端子板２ａ・２ｂを当てがい、これを導電性ガ
ラスペースト１２ａ−１２ｂによって電極１０ａ・１０
ｂに接着したうえ、約５００℃の温度で気中焼成を行っ
て固定した。このように構成したコンデンサー素子を前
記実験と同様に第２図に示すような回路に接続し、フレ
オン液中で交流２００Ｖ、５０１−Ｉｚの入力を加えて
、常温におけるパルス電圧のピーク値を測定した。第２
表はそのときのリード線端子板の直径とパルス電圧のピ
ーク値の関係を示すものである。Therefore, the inventors devised the structure of the capacitor element as follows. First, as in the previous experiment, a material mainly composed of barium titanate was used, and a diameter of 26111. Thickness 0
．． A 5-layer substrate was formed. Next, silver paste was applied to both sides of this substrate by screen printing to a diameter of 25.7 m.
An electrode was formed by firing in air at a temperature of 50°C. Next, as shown in FIG. 3, the surroundings of the substrate 9 and electrodes 10a and 10b were completely overcoated with low melting point glass paste 11, except for only the diameter 2 mm at the center of electrodes 10a and 10b, and dried. Thereafter, firing was performed in air at a temperature of 550° C. to cover the periphery of the substrate with inorganic glass. Next, as shown in FIG. 4, terminal plates 2a and 2b having a structure as shown in FIG. 1 and having an area larger than the area of the non-coated portion of the inorganic glass are applied to the outside of the non-coated portion of the inorganic glass, and these are conductive. The electrodes 10a and 10 are made of glass paste 12a and 12b.
b, and then baked in the air at a temperature of about 500°C to fix it. The capacitor element constructed in this way was connected to the circuit shown in Figure 2 in the same way as in the previous experiment, and the peak value of the pulse voltage at room temperature was measured by applying an input of AC 200 V and 501-Iz in Freon liquid. did. Second
The table shows the relationship between the diameter of the lead wire terminal plate and the peak value of the pulse voltage at that time.

第２表 第２表から明らかなように、第４図に示すような構造に
すると、リード線端子板の直径が２．５ｍ〜５ｎの範囲
ではパルス電圧のピーク値が極めて安定しており、しか
も端子板を直接コンデンサー基体に接着した場合に比較
して、端子板直径を大きくしても高いパルス電圧ピーク
値が得られる。As is clear from Table 2, when the structure shown in Figure 4 is used, the peak value of the pulse voltage is extremely stable when the diameter of the lead wire terminal plate is in the range of 2.5 m to 5 nm. Furthermore, compared to the case where the terminal plate is directly adhered to the capacitor base, a higher pulse voltage peak value can be obtained even if the terminal plate diameter is increased.

このことは、ピーク値を下げることなくリード線の接続
強度を高め得ることを意味している。因みに、上記構造
によると、放電灯への組み込みを考慮してリード線端子
板の直径を３ｍｍとした場合のパルス電圧ピーク値は２
５００Ｖであシ、この値は、高圧放電灯を確実に始動さ
せるのに十分な値である。また、上記構造によるとコン
デンサー素子の基体は無機質ガラスで完全に被覆された
形となっているので、これを高圧放電灯の外球等の中７
− に組み込んだ場合にも、耐熱性は大きく、縁面放電も生
じに＜＜、さらにはコンデンサー基体中の酸素かうはわ
れて固有抵抗が低下するといった現象も防ぐことができ
る。This means that the connection strength of the lead wire can be increased without lowering the peak value. Incidentally, according to the above structure, the pulse voltage peak value is 2 when the diameter of the lead wire terminal plate is 3 mm in consideration of integration into a discharge lamp.
500V, which is sufficient to reliably start a high-pressure discharge lamp. In addition, according to the above structure, the base of the capacitor element is completely covered with inorganic glass, so it is placed inside the outer bulb of a high-pressure discharge lamp, etc.
- Even when incorporated into a capacitor, the heat resistance is high and it is possible to prevent the occurrence of edge discharge and furthermore, the phenomenon that oxygen in the capacitor base is evaporated and the specific resistance is lowered.

以上の説明から明らかなように、本発明に係る強誘電体
セラミックコンデンサーは、強誘電体セラミック基板の
表面に電極を被着し、これら全体を前記電極に対する通
電部を除いて無機質ガラスで完全に被覆するとともに、
前記無機質ガラスの非被覆部分に該非被覆部分の面積よ
シ大きい面積を有する端子板を設置してこれを導電性ガ
ラスによシミ極に接着したうえ、端子板にリード線を接
続した構造であシ、これによシ、先に述べたような種々
の効果を得ることができるものである。As is clear from the above description, the ferroelectric ceramic capacitor according to the present invention has electrodes attached to the surface of a ferroelectric ceramic substrate, and the entire structure is made of inorganic glass except for the current-carrying parts for the electrodes. Along with coating,
It has a structure in which a terminal plate having an area larger than the area of the non-coated portion is installed on the non-coated portion of the inorganic glass, this is adhered to the stain electrode with conductive glass, and a lead wire is connected to the terminal plate. By doing so, various effects such as those mentioned above can be obtained.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るコンデンサー素子に使用するリー
ド線端子板の斜視図、第２図は同端子板を使用したコン
デンサー素子の試販回路図、第３図は本発明に係るコン
デンサー素子の完成途中の断面図、第４図は同じく完成
後の断面図である。 ８−[Brief explanation of the drawings] Fig. 1 is a perspective view of a lead wire terminal plate used in a capacitor element according to the present invention, Fig. 2 is a trial sales circuit diagram of a capacitor element using the same terminal plate, and Fig. 3 is a perspective view of a lead wire terminal plate used in a capacitor element according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the capacitor element according to the present invention during completion, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the capacitor element after completion. 8-

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 強誘電体セラミック基板の両面に電極を被着し、これら
全体を前記電極に対する通電部を除いて無機質ガラスで
完全に被覆するとともに、無機質ガラスの非被祖部分の
外側に該非被覆部分の面積より大きい面積を有する端子
板を設置してこれを導電性ガラスによシミ極に接着した
うえ、該端子板にリード線を接続したことを特徴とする
強誘電体セラミックコンデンサー。Electrodes are attached to both sides of a ferroelectric ceramic substrate, and these are completely covered with inorganic glass except for the current-carrying parts for the electrodes, and a layer larger than the area of the non-covered part is placed on the outside of the non-covered part of the inorganic glass. A ferroelectric ceramic capacitor characterized in that a terminal plate having a large area is installed, this is adhered to a stain electrode using conductive glass, and a lead wire is connected to the terminal plate.