JP3011589B2 - 高電圧セラミックコンデンサ - Google Patents
高電圧セラミックコンデンサInfo
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- JP3011589B2 JP3011589B2 JP5259748A JP25974893A JP3011589B2 JP 3011589 B2 JP3011589 B2 JP 3011589B2 JP 5259748 A JP5259748 A JP 5259748A JP 25974893 A JP25974893 A JP 25974893A JP 3011589 B2 JP3011589 B2 JP 3011589B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は揚水発電用の変電所に使
用される遮断器あるいはレーザー装置に使用されるスイ
ッチのように高電圧・大電流の断続の繰り返しが頻繁に
行われる装置に使用される高電圧セラミックコンデンサ
に関するものである。
用される遮断器あるいはレーザー装置に使用されるスイ
ッチのように高電圧・大電流の断続の繰り返しが頻繁に
行われる装置に使用される高電圧セラミックコンデンサ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高電圧遮断器の電圧分配、レーザー発振
器の電源あるいは電気集塵機の電源等に高電圧コンデン
サが用いられており、このコンデンサとしては従来、プ
ラスティックフィルム・コンデンサあるいは油浸紙コン
デンサが用いられていた。
器の電源あるいは電気集塵機の電源等に高電圧コンデン
サが用いられており、このコンデンサとしては従来、プ
ラスティックフィルム・コンデンサあるいは油浸紙コン
デンサが用いられていた。
【０００３】このようなコンデンサを小型化するために
従来のプラスティックフィルム・コンデンサあるいは紙
コンデンサに用いられていた誘電材料であるプラスティ
ックフィルムあるいは油浸紙に代えて、比誘電率の高い
材料である、ＢａＴｉＯ3（チタン酸バリウム）あるい
はＳｒＴｉＯ3（チタン酸ストロンチウム）等のセラミ
ック誘電体を用いたセラミックコンデンサが用いられて
いる。
従来のプラスティックフィルム・コンデンサあるいは紙
コンデンサに用いられていた誘電材料であるプラスティ
ックフィルムあるいは油浸紙に代えて、比誘電率の高い
材料である、ＢａＴｉＯ3（チタン酸バリウム）あるい
はＳｒＴｉＯ3（チタン酸ストロンチウム）等のセラミ
ック誘電体を用いたセラミックコンデンサが用いられて
いる。
【０００４】図１に従来用いられている高電圧セラミッ
クコンデンサの構造を示す。図１（ａ）に断面図で示す
高電圧セラミックコンデンサは、ＢａＴｉＯ3あるいは
ＳｒＴｉＯ3等の圧電性を有するセラミックからなる円
板状の誘電体１の両端面の全面に銀等からなる電極層
２，３が設けられており、これらの電極層２，３に外部
導出端子４，５が半田付け等により取り付けられ、外部
導出端子４，５を除く全体がＳｉＯ2を充填材とするモ
ールド樹脂６によってモールドされている。
クコンデンサの構造を示す。図１（ａ）に断面図で示す
高電圧セラミックコンデンサは、ＢａＴｉＯ3あるいは
ＳｒＴｉＯ3等の圧電性を有するセラミックからなる円
板状の誘電体１の両端面の全面に銀等からなる電極層
２，３が設けられており、これらの電極層２，３に外部
導出端子４，５が半田付け等により取り付けられ、外部
導出端子４，５を除く全体がＳｉＯ2を充填材とするモ
ールド樹脂６によってモールドされている。
【０００５】同（ｂ）に断面図で示す他の構造の高電圧
セラミックコンデンサは、ＢａＴｉＯ3あるいはＳｒＴ
ｉＯ3等の圧電性を有するセラミックからなる円板状の
誘電体１の両端面に周縁部との間にギャップＧを有する
銀等からなる電極層７，８が設けられており、これらの
電極層７，８に外部導出端子４，５が半田付け等により
取り付けられ、外部導出端子４，５を除く全体がＳｉＯ
2を充填材とするモールド樹脂６によってモールドされ
ている。
セラミックコンデンサは、ＢａＴｉＯ3あるいはＳｒＴ
ｉＯ3等の圧電性を有するセラミックからなる円板状の
誘電体１の両端面に周縁部との間にギャップＧを有する
銀等からなる電極層７，８が設けられており、これらの
電極層７，８に外部導出端子４，５が半田付け等により
取り付けられ、外部導出端子４，５を除く全体がＳｉＯ
2を充填材とするモールド樹脂６によってモールドされ
ている。
【０００６】従来、（ａ）に示された全面電極構造とす
るかあるいは（ｂ）に示されたような部分電極構造とし
た場合のギャツプＧの大きさは、初期における電圧破壊
レベルのみを念頭において設計されており、ばらつきを
含めた初期的な破壊レベルの向上に関してはギャップは
できるだけ小さい方が良いとされていた。
るかあるいは（ｂ）に示されたような部分電極構造とし
た場合のギャツプＧの大きさは、初期における電圧破壊
レベルのみを念頭において設計されており、ばらつきを
含めた初期的な破壊レベルの向上に関してはギャップは
できるだけ小さい方が良いとされていた。
【０００７】本発明者らは高電圧大電流の雷インパルス
の印加による高電圧セラミックコンデンサの劣化につい
て研究した結果、（ａ）あるいは（ｂ）に示されたよう
にギャップＧが小さいと、雷インパルス電圧の印加によ
る電歪現象によりセラミックと樹脂との間に微小間隙が
発生し、揚水発電用の変電所に使用される遮断器に使用
される高電圧セラミックコンデンサのように高電圧大電
流の雷インパルスが繰り返し印加される場合には、この
微小間隙が広がることによる劣化が進行する。しかし、
（ｃ）に示されたようにギャップＧを大きくすれば、劣
化は減少するが初期における電圧破壊レベルが低くな
る。このように、ギャップＧの大きさについてはジレン
マがあることを見いだした。その結果、劣化を発生させ
ないためにはギャップＧの大きさが大きいことだけでは
なく、適正なギャップ寸法があるとの結論に達した。
の印加による高電圧セラミックコンデンサの劣化につい
て研究した結果、（ａ）あるいは（ｂ）に示されたよう
にギャップＧが小さいと、雷インパルス電圧の印加によ
る電歪現象によりセラミックと樹脂との間に微小間隙が
発生し、揚水発電用の変電所に使用される遮断器に使用
される高電圧セラミックコンデンサのように高電圧大電
流の雷インパルスが繰り返し印加される場合には、この
微小間隙が広がることによる劣化が進行する。しかし、
（ｃ）に示されたようにギャップＧを大きくすれば、劣
化は減少するが初期における電圧破壊レベルが低くな
る。このように、ギャップＧの大きさについてはジレン
マがあることを見いだした。その結果、劣化を発生させ
ないためにはギャップＧの大きさが大きいことだけでは
なく、適正なギャップ寸法があるとの結論に達した。
【０００８】
【発明の概要】このような認識に基づいて、従来の高電
圧セラミックコンデンサの形状はそのままにして、ギャ
ップＧの寸法を０.２〜０.６mmに規定したものである。
その結果、約２５年のインパルス繰り返しに相当する２
０,０００回の使用保証が可能となった。
圧セラミックコンデンサの形状はそのままにして、ギャ
ップＧの寸法を０.２〜０.６mmに規定したものである。
その結果、約２５年のインパルス繰り返しに相当する２
０,０００回の使用保証が可能となった。
【０００９】
【実施例】以下、データを用いて本発明の実施例を説明
する。本発明に係る高電圧セラミックコンデンサの形状
は図１（ａ）及び（ｂ）に示された従来の高電圧セラミ
ックコンデンサと同一であり、ＢａＴｉＯ3あるいはＳ
ｒＴｉＯ3等のセラミックからなる円筒状の誘電体層１
の両端面の全面に銀等からなる全面電極２，３あるいは
部分電極８，９が設けられており、これらの全面電極
２，３あるいは部分電極７，８に外部導出端子４，５が
半田付け等により取り付けられ、外部導出端子４，５を
除く全体がＡｌ2Ｏ3を充填材とするモールド樹脂６によ
ってモールドされている。なお、この他に充填材として
はＡｌ2Ｏ3あるいはタルクを使用してもよい。
する。本発明に係る高電圧セラミックコンデンサの形状
は図１（ａ）及び（ｂ）に示された従来の高電圧セラミ
ックコンデンサと同一であり、ＢａＴｉＯ3あるいはＳ
ｒＴｉＯ3等のセラミックからなる円筒状の誘電体層１
の両端面の全面に銀等からなる全面電極２，３あるいは
部分電極８，９が設けられており、これらの全面電極
２，３あるいは部分電極７，８に外部導出端子４，５が
半田付け等により取り付けられ、外部導出端子４，５を
除く全体がＡｌ2Ｏ3を充填材とするモールド樹脂６によ
ってモールドされている。なお、この他に充填材として
はＡｌ2Ｏ3あるいはタルクを使用してもよい。
【００１０】本発明において試験をするために用いた高
電圧セラミックコンデンサはε≒２６００，φ＝３４m
m，ｔ＝１９mmの円板状セラミック素体１の両端面に全
面電極２，３あるいは部分電極７，８を形成し、これら
の全面電極２，３あるいは部分電極７，８に台座部φ＝
１８mm，端子部φ＝１５mm，全長７mmの外部導出端子
４，５をはんだ付けし、このように形成された全体を厚
さ３mmの絶縁樹脂でモールドしたものである。また、ギ
ャツプＧは０mm，０.１mm，０.２mm，０.４mm，０.６m
m，０.８mmとし、このような構造の高電圧セラミックコ
ンデンサを用意した。
電圧セラミックコンデンサはε≒２６００，φ＝３４m
m，ｔ＝１９mmの円板状セラミック素体１の両端面に全
面電極２，３あるいは部分電極７，８を形成し、これら
の全面電極２，３あるいは部分電極７，８に台座部φ＝
１８mm，端子部φ＝１５mm，全長７mmの外部導出端子
４，５をはんだ付けし、このように形成された全体を厚
さ３mmの絶縁樹脂でモールドしたものである。また、ギ
ャツプＧは０mm，０.１mm，０.２mm，０.４mm，０.６m
m，０.８mmとし、このような構造の高電圧セラミックコ
ンデンサを用意した。
【００１１】試験評価は初期段階における雷インパルス
破壊電圧値と、繰り返しおける雷インパルス破壊電圧値
を調べることで行った。初期段階における破壊電圧値Ｖ
0については各１０個の評価対象について、雷インパル
ス電圧を１１０ｋＶから５ｋＶずつステップアップして
印加することにより試験を行い、破壊したときの電圧の
平均値を取った。
破壊電圧値と、繰り返しおける雷インパルス破壊電圧値
を調べることで行った。初期段階における破壊電圧値Ｖ
0については各１０個の評価対象について、雷インパル
ス電圧を１１０ｋＶから５ｋＶずつステップアップして
印加することにより試験を行い、破壊したときの電圧の
平均値を取った。
【００１２】また、繰り返しによる破壊は各５個の評価
対象について、１１０ｋＶから５ｋＶずつステップアッ
プした電圧を１００回ずつ印加し、破壊するまで行っ
た。通常このようなＶ−ｎ試験は同じ電圧を繰り返し印
加して何回で破壊するか見るが、この試験においては簡
易的に行い、例えば１３０ｋＶを２０回印加したときに
破壊した場合は、その前に印加された１２５ｋＶの１０
０回と１３０ｋＶの２０回を加え、１２５ｋＶを１２０
回印加したときに破壊したものとした。
対象について、１１０ｋＶから５ｋＶずつステップアッ
プした電圧を１００回ずつ印加し、破壊するまで行っ
た。通常このようなＶ−ｎ試験は同じ電圧を繰り返し印
加して何回で破壊するか見るが、この試験においては簡
易的に行い、例えば１３０ｋＶを２０回印加したときに
破壊した場合は、その前に印加された１２５ｋＶの１０
０回と１３０ｋＶの２０回を加え、１２５ｋＶを１２０
回印加したときに破壊したものとした。
【００１３】初期段階における破壊電圧値Ｖ0はＧ＝０m
mの場合で１７５ｋＶ，Ｇ＝０.１mmの場合で１７０ｋ
Ｖ，Ｇ＝０.２mmの場合で１５８ｋＶ，Ｇ＝０.４mmの場
合で１４４ｋＶ，Ｇ＝０.６mmの場合で１３５ｋＶ，Ｇ
＝０.８mmの場合で１２９ｋＶであった。この初期段階
の試験と繰り返し試験の結果を総合したＶ−ｎ特性を図
３〜１０に示す。
mの場合で１７５ｋＶ，Ｇ＝０.１mmの場合で１７０ｋ
Ｖ，Ｇ＝０.２mmの場合で１５８ｋＶ，Ｇ＝０.４mmの場
合で１４４ｋＶ，Ｇ＝０.６mmの場合で１３５ｋＶ，Ｇ
＝０.８mmの場合で１２９ｋＶであった。この初期段階
の試験と繰り返し試験の結果を総合したＶ−ｎ特性を図
３〜１０に示す。
【００１４】図３〜図８に示されたのは繰り返し試験の
結果であり、各々ギャツプＧを図３は０mm，図４は０.
１mm，図５は０.２mm，図６は０.４mm，図７は０.６m
m，図８は０.８mmとした場合の印加電圧値Ｖ（ｋＶ）と
破壊に至るまでの印加回数ｎを、縦軸に印加電圧Ｖの対
数、横軸に印加回数ｎの対数をとって両対数グラフで表
したＶ−ｎ特性である。
結果であり、各々ギャツプＧを図３は０mm，図４は０.
１mm，図５は０.２mm，図６は０.４mm，図７は０.６m
m，図８は０.８mmとした場合の印加電圧値Ｖ（ｋＶ）と
破壊に至るまでの印加回数ｎを、縦軸に印加電圧Ｖの対
数、横軸に印加回数ｎの対数をとって両対数グラフで表
したＶ−ｎ特性である。
【００１５】これらのグラフをデータが直線状に存在す
るとして整理すると、初期破壊電圧Ｖ0，繰り返しによ
る破壊電圧Ｖ，繰り返し数ｎ，乗数で表されたグラフの
傾きαの間にはα＝ｌｏｇ（Ｖ／Ｖ0）／ｌｏｇｎで表
される関係が存在する。これらのグラフは各々、図３に
示されたＧ＝０mmの場合でＶ＝１７５ｎ-1/18.3，図４
に示されたＧ＝０.１mmの場合でＶ＝１７０ｎ-1/24.2，
図５に示されたＧ＝０.２mmの場合でＶ＝１５８ｎ
-1/58.6，図６に示されたＧ＝０.４mmの場合でＶ＝１４
４ｎ-1/82.3，図７に示されたＧ＝０.６mmの場合でＶ＝
１３５ｎ-1/77.5，図８に示されたＧ＝０.８mmの場合で
Ｖ＝１２９ｎ-1/72.6で表すことができる。 ここで、Ｖ：繰り返しによる破壊電圧 ｎ：繰り返し印加回数
るとして整理すると、初期破壊電圧Ｖ0，繰り返しによ
る破壊電圧Ｖ，繰り返し数ｎ，乗数で表されたグラフの
傾きαの間にはα＝ｌｏｇ（Ｖ／Ｖ0）／ｌｏｇｎで表
される関係が存在する。これらのグラフは各々、図３に
示されたＧ＝０mmの場合でＶ＝１７５ｎ-1/18.3，図４
に示されたＧ＝０.１mmの場合でＶ＝１７０ｎ-1/24.2，
図５に示されたＧ＝０.２mmの場合でＶ＝１５８ｎ
-1/58.6，図６に示されたＧ＝０.４mmの場合でＶ＝１４
４ｎ-1/82.3，図７に示されたＧ＝０.６mmの場合でＶ＝
１３５ｎ-1/77.5，図８に示されたＧ＝０.８mmの場合で
Ｖ＝１２９ｎ-1/72.6で表すことができる。 ここで、Ｖ：繰り返しによる破壊電圧 ｎ：繰り返し印加回数
【００１６】次に、これら各式のｎに２０,０００を挿
入することにより、雷インパルス電圧を２０,０００回
印加した場合に破壊する雷インパルス電圧Ｖ20000を求
めた。その結果、Ｇ＝０mmの場合でＶ20000＝１０２ｋ
Ｖ，Ｇ＝０.１mmの場合でＶ20000＝１１３ｋＶ，Ｇ＝
０.２mmの場合でＶ20000＝１３３ｋＶ，Ｇ＝０.４mmの
場合でＶ20000＝１２８ｋＶ，Ｇ＝０.６mmの場合でＶ
20000＝１１９ｋＶ，Ｇ＝０.８mmの場合でＶ20000＝１
１３ｋＶである。これらの関係を図９において、横軸に
ギャップＧを、縦軸に雷インパルス電圧を２０,０００
回印加した場合の破壊電圧Ｖ20000をとって示した。
入することにより、雷インパルス電圧を２０,０００回
印加した場合に破壊する雷インパルス電圧Ｖ20000を求
めた。その結果、Ｇ＝０mmの場合でＶ20000＝１０２ｋ
Ｖ，Ｇ＝０.１mmの場合でＶ20000＝１１３ｋＶ，Ｇ＝
０.２mmの場合でＶ20000＝１３３ｋＶ，Ｇ＝０.４mmの
場合でＶ20000＝１２８ｋＶ，Ｇ＝０.６mmの場合でＶ
20000＝１１９ｋＶ，Ｇ＝０.８mmの場合でＶ20000＝１
１３ｋＶである。これらの関係を図９において、横軸に
ギャップＧを、縦軸に雷インパルス電圧を２０,０００
回印加した場合の破壊電圧Ｖ20000をとって示した。
【００１７】また、図１０にギャップ寸法Ｇと初期段階
での雷インパルス破壊電圧Ｖ0との関係を横軸にギャッ
プＧを、縦軸に初期段階での雷インパルス破壊電圧Ｖ0
をとることにより示した。これらをまとめたものを表１
に示す。
での雷インパルス破壊電圧Ｖ0との関係を横軸にギャッ
プＧを、縦軸に初期段階での雷インパルス破壊電圧Ｖ0
をとることにより示した。これらをまとめたものを表１
に示す。
【表１】
【００１８】ギャップ０mmおよび０.１mmのＶ−ｎ特性
が悪いのは雷インパルス電圧の繰り返し印加によりセラ
ミック素体沿端部（電極端部）と絶縁樹脂の間に電界方
向とほぼ一致する方向に微小隙間が生じ、そこを起点に
劣化が進行するためであると考えられる。
が悪いのは雷インパルス電圧の繰り返し印加によりセラ
ミック素体沿端部（電極端部）と絶縁樹脂の間に電界方
向とほぼ一致する方向に微小隙間が生じ、そこを起点に
劣化が進行するためであると考えられる。
【００１９】各ギャップ寸法の時の破壊モードの例を図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。なお、Ｇ＝０.２mm
のときには（ｂ）と（ｃ）の両方の破壊モードが存在す
る。
２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。なお、Ｇ＝０.２mm
のときには（ｂ）と（ｃ）の両方の破壊モードが存在す
る。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、高電圧セラミック
コンデンサの円板状セラミックの縁端部と円板状電極層
との半径の差であるギャップを本発明の構成にすること
により、約２５年の雷インパルス繰り返しに相当する２
０,０００回の保証が可能となった。
コンデンサの円板状セラミックの縁端部と円板状電極層
との半径の差であるギャップを本発明の構成にすること
により、約２５年の雷インパルス繰り返しに相当する２
０,０００回の保証が可能となった。
【図１】高電圧セラミックコンデンサの外観形状図。
【図２】高電圧セラミックコンデンサの雷インパルス電
圧繰り返し印加による破壊モード説明図。
圧繰り返し印加による破壊モード説明図。
【図３】ギャップ寸法が０mmのときの印加電圧と印加回
数の関係を示すグラフ。
数の関係を示すグラフ。
【図４】ギャップ寸法が０.１mmのときの破壊に至るま
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
【図５】ギャップ寸法が０.２mmのときの破壊に至るま
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
【図６】ギャップ寸法が０.４mmのときの破壊に至るま
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
【図７】ギャップ寸法が０.６mmのときの破壊に至るま
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
【図８】ギャップ寸法が０.８mmのときの破壊に至るま
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
での印加電圧と印加回数の関係を示すグラフ。
【図９】ギャップ寸法と破壊電圧の関係を示すグラフ。
【図１０】ギャップ寸法と初期破壊電圧の関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
１ 誘電体層 ２，３ 電極 ４，５ 外部導出端子 ６ モールド樹脂
Claims (1)
- 【請求項１】 ε≒２６００であり圧電性を有するφ＝
３４mm，ｔ＝１９mmの円板状の誘電体セラミック素子
と、その両端面に形成された円板状の電極層と、該電極
層に固着された外部導出端子と、該外部導出端子の一部
を外部に突出させて全体を被覆する絶縁性のモールド樹
脂からなり雷インパルス電圧が繰り返し印加される回路
に使用される高電圧セラミックコンデンサであって、前
記電極層の外周部と前記誘電体セラミック素子の外周部
が０.２〜０.６mm離れている高電圧セラミックコンデン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5259748A JP3011589B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 高電圧セラミックコンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5259748A JP3011589B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 高電圧セラミックコンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07115031A JPH07115031A (ja) | 1995-05-02 |
| JP3011589B2 true JP3011589B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=17338406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5259748A Expired - Fee Related JP3011589B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 高電圧セラミックコンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011589B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110571054B (zh) * | 2019-09-24 | 2024-04-09 | 西安市西无二电子信息集团有限公司 | 一种高压脉冲陶瓷电容器的电极装置 |
-
1993
- 1993-10-18 JP JP5259748A patent/JP3011589B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07115031A (ja) | 1995-05-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991102 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |