JPH0414808A - 四端子構造コンデンサ - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野〕 本発明は、例えばスイッチング電源の入力フィルタおよ
び出力フィルタなどに用いられるコンデンサに関し、高
周波雑音抑ＩＩＩ性能に優れ、かつ、大電流を流し得る
西端子コンデンサの構造に関する。

［従来の技術］ スイッチング電源は直流電力をスイッチ素子によって、
−旦高周波の交番電力に変換し、トランスなどによって
、電圧を変換し、整流して脈流電力を形成し、低域通過
型フィルタなどによって、高周波成分を除去することで
、直流電力を得る形式の電源装置である。このスイッチ
ング電源ではトランスや低域通過型フィルタが比較的、
大形な部品である。従って、スイッチング電源を小形・
軽優化するためには小形・軽量なトランスや低域通過型
フィルタの適用が不可欠であり、これには、スイッチ素
子のスイッチング周波数（変換周波数と呼ばれる）を＾
周波化する必要がある。しかし、スイッチング電源の交
番電力は高調枝分が多いうえに、比較的大きな交番電力
であるから、変換周波数を高周波にすると、漏洩した電
力は広い周波数帯域にわたる高周波雑音となり、周辺の
通信機器に悪影響を与える可能性があるから、漏洩電力
を極力抑えるために抑圧性能の優れた低域通過型フィル
タが必要となる。低域通過型フィルタの高周波抑圧性能
は低域通過型フィルタを構成するコンデンサの特性に大
きく依存するから、スイッチング電源の変換周波数を高
周波化するためには高周波で、より低インピーダンスが
得られるコンデンサが必要となる。

コンデンサは本来２端子素子であるが、端子部分のリー
ド纏などがインダクタとして作用し、高周波特性に悪影
響を与える要因となるため、四端子構造のコンデンサが
使われはじめている。

従来の四端子構造のコンデンサを第６図に示す。

このコンデンサＡは、内部電極１および２の間に誘電体
板３を挿入して形成される複数のユニットコンデンサ４
をそれぞれ対角側面に有する２対の断面直角外部端子Ｔ
１．Ｔ２およびＴ３、Ｔ４により並列に接続して、構成
されている。コンデンサＡの外部端子Ｔ１、Ｔ２は内部
電極１の両端に接続され、外部端子Ｔ３、Ｔ４は内部電
極２の両端に接続された四端子構造を実現している。図
中５．６は上下カバー誘電体である。

四端子構造コンデンサＡの適用例を第７図に示す。第７
図は四端子構造コンデンサＡをスイッチング電源の出力
フィルタ回路に適用した例であり、四端子構造コンデン
サＡの外部端子ＴＩ、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４は、スイッ
チング電源回路７の回路結線８．９と負荷結１１１０お
よび１１間にそれぞれ挿入接続される。スイッチング電
源回路７の出力電流は高周波の交番Ｉｉ流を含む脈流ｆ
ｉｌである。したがって、給電路αに示すようスイッチ
ング電源回路７の直流′Ｒ電流分回路結線８から四端子
構造コンデンサＡの外部端子Ｔ１に入る。内部Ｉｆ極１
、外部端子Ｔ２、負荷結線１１、負荷１２、負荷結線１
０を経て、四端子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ４に入
り、内部電極２、外部端子Ｔ３を経て、スイッチング電
源回路７の回路結線９に戻るように流れる。一方、スイ
ッチング電源回路７の交番電流分は回路結線８から四端
子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ１に入り、内部電極１
と２の閣は蓄電器を構成し、高周波におけるインピーダ
ンスが低いから、内部電極１から２へ流れ、外部端子Ｔ
３を経て、スイッチング電源回路７の回路結線９に戻る
ように流れる。従って四端子構造コンデンサＡは、スイ
ッチング電源回路７の交番電流分をバイパスするコンデ
ンサ本来の機能と、直流電流分を負荷１２へ伝達する給
電路α、線の一部としての機能を合わせ持つ。

第８図に四端子構造コンデンサＡを構成するユニットコ
ンデンサ４の等価回路を示す。第８図の等価回路におい
てり、Ｌ−およびＲ，Ｒ′は、第９図の相対角する側面
電極の外部端子Ｔ１とＴ２゜Ｔ３とＴ４１１すなわち、
内部電極１．２両端の内部端子１′〜１“、２′〜２“
間が多数並列に接続された状態における寄生インダクタ
ンスおよび寄生抵抗である。ここで、ＬおよびＬ′の寄
生インダクタンスは内部電極１．２の内部端子１′〜１
“、２′〜２“間の長さに比例する。また、ＲおよびＲ
−の抵抗値は内部端子１−〜１“、２′〜２″間の長さ
に比例し、内部電極１，２の厚みに反比例する傾向にあ
る。また、第８図の等価回路におけるρ、ｃ、ｒは、第
９図（ａ＞（ｂ）の内部電極１および２間で誘電体板３
を挟んで形成されたユニットコンデンサ４が複数個並列
に接続された状態における等価直列インダクタンス、静
電容量、および等価直列抵抗である。ここで、等価直列
インダクタンス！のインダクタンスは、誘電体板３の厚
みに比例し、Ｃの静電容量およびｒの抵抗値は誘電体板
３の厚みに反比例する傾向にある。−殻内な形状の四端
子構造コンデンサＡでは誘電体板３の厚みは内部電極１
，２の端子１−〜１“、２′〜２“間の長さに較べて極
めて簿いため、　ｆｌ＜＜Ｌ　、　　［＜＜ｌ−、ｒ＜
＜Ｒ、ｒ＜＜Ｒ−の関係にある。

第１０図は、第７図のスイッチング電源回路７との関係
で低域通過型フィルタの実施例における四端子構造コン
デンサＡに印加・導通される電圧・電流波形を示す。第
１０図（ａ）は西端子構造コンデンサＡの外部端子■１
とＴ３の間に印加される入力電圧Ｖｉの波形を示す。入
力電圧ｖｉはスイッチング電源回路７の出力電圧と、ス
イッチングに伴うリップル電圧と高周波雑音を含んだ電
圧である。また、第１０図（ｂ）に四端子構造コンデン
サＡの内部電極１，２を流れる出力電ｉｆＯの波形を示
す。出力電流ｒｏは図に示したように脈流電流となって
流れ、さらにこの脈流電流にスイッチングに伴うスパイ
ク電流が重量されている。これらの＾周波雑音成分はコ
ンデンサ部分である静電容量Ｃを通ってスイッチング電
源回路７に戻る。前述の通り、四端子構造コンデンサＡ
の内部電極１〜２間の等価直列インダクタンスｌおよび
等価直列抵抗ｒは極めて小さいため内部電極１〜２間の
電圧波形ｅは、第１０図（Ｃ）に図示するごとく微小に
なる。したがって、第１０図（（ｆ）に示す通り、四端
子構造コンデンサＡの外部端子１２〜１４間に現れる出
力電圧■０波形は高周波雑音電圧が小さい、より直流に
近い電圧が得られる。

以上説明したように、従来構造の四端子構造コンデンサ
Ａは負荷１２に供給すべき電力をコンデンサが分布した
給電路αを通過させることにより、高周波雑音を効果的
に抑圧することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、四端子構造コンデンサＡの内部電極１゜２は通
常１μｍ程度のＩｍであるため、その電気抵抗が比較的
大きい。このため、負荷１２に対する直流電流が四端子
構造コンデンサＡの内部電極１．２を通過する際に電力
消費が発生し、これに伴う発熱によってコンデンサの特
性を劣化させる要因となる。この種のコンデンサＡは誘
電体板３として、チタン酸バリウム系やチタン酸鉛系の
高誘電率の素材が用いられているが、よく知られている
ように、この素材は狭い温度範囲で高誘電率を示すので
ある。よく用いられるこれらの素材は室温付近２０℃〜
６０℃で高誘電率を示す品種が選ばれている。また、こ
れらの素材の比熱は２００℃／Ｗ／ｃｃ程度であり、例
えば、体積０．１ＣＣ，内部電極１，２の抵抗１０ｍΩ
程度の従来構造の四端子構造コンデンサＡでは、２Ａ程
度の電流で８０℃程度の温度上昇が見込まれる（周囲温
度が２０℃であれば、四端子構造コンデンサＡの温度は
１００℃となる）。これは、静電容量が半分以下に低下
するに十分な温度であり、雑音電圧抑制の効果が半減し
てしまう。この内部電極１゜２の膜厚をより厚くするか
、または、ユニットコンデンサ４の積層数を増やせば、
当然その電気抵抗を低下することができる。しかし、こ
の内部電極１．２はスクリーン印刷などの手法で製造さ
れるため、膜厚を厚くするためには重ね印刷の回数を増
やす必要がある。内部電極１．２のみを厚くすると、誘
電体板３を積層する際に内部電極１゜２の周辺部分の厚
みが内部電極１．２の厚み分だけ薄くなり、焼成する際
のひび割れの要因となる。

このひび割れを防止するためには、内部電極１゜２を形
成する際に内部電極１．２の周辺に内部電極１．２と同
等の厚みの素材を印刷または充填し、積ＭＩ！了時に厚
みむらを無くするような工夫が必要となる。このような
工夫は何れも製造時の工程数が増加し、不良品の発生率
を増加する要因になる。

こ）において、本発明は前記従来の四端子構造コンデン
サに鑑み、その課題を解決するのに有効、適切な手段を
施した四端子構造コンデンサを提供せんとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 前記課題の解決は、本発明の四端子構造コンデンサが、
薄板状誘電体板と薄膜の内部電極が交互に積層形成され
、上下をカバー誘電体で挟み込んだ積層構造体のそれぞ
れ対側面に相対する２対の積層コンデンサの外部端子と
して用いる側面電極を有し、それぞれの前記内部電極は
前記誘電体板を中に挟んで対側方向クロス状に延在して
前記積層構造体の前記対側面で対応する前記側面電極と
接続される両端内部端子を有してなる前記積層コンデン
サにおいて、該積層コンデンサの前記上下カバー誘電体
面にインダクタが形成され、対応する前記内部電極を通
して電気的に接続されている各一対の前記側面電極間に
亙りそれぞれの前記インダクタが接続されて構成される
ことを特徴とする、以上の構成手段を採用することによ
り達成される。

［作　用コ 本発明は、前記の手段を講じ、四端子構造コンデンサの
内部電極に流れる直流電流のバイパス路を形成するよう
四端子構造コンデンサのそれぞれの内部電極の２端子閣
にインダクタンスを並列接続し、はとんどの直流電流を
このインダクタに流すことによって、内部電極での発熱
量を低下させるものである。

即ち、本発明の同一極性の２外部端子圀にインダクタン
スを形成した四端子構造コンデンサの等価回路を第１図
に示す。第１図において、点線枠内は従来の四端子構造
コンデンサＡの等価回路であるが、本発明では外部端子
Ｔ１と外部端子Ｔ２の同一極性の２端子閤にインダクタ
ンスＬ１を接続する。同様に外部端子Ｔ３と外部端子Ｔ
４圓の同一極性の２端子間にインダクタンスＬ２を接続
する。インダクタンスＬ１およびＬ２は体積固有抵抗の
小さい素材で形成し、四端子構造コンデンサへと一体的
に形成するものである。

［実施例１］ 本発明の第１実施例の四端子構造コンデンサＢを第２図
に示す。

第２図（ａ）は、四端子構造コンデンサＡの上カバーａ
ｌｌ！電体５上面に、四端子構造コンデンサＡの相対角
する同一極性の外部端子Ｔ１および外部端子Ｔ２の間に
インダクタ１３を一体形成した図である。インダクタ１
３の一方の接続端子１４は四端子構造コンデンサＡの外
部端子Ｔ１に接続され、インダクタ１３のもう一方の接
続端子１５は四端子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ１と
同一極性である外部端子Ｔ２に接続される。四端子構造
コンデンサＡの下カバー誘電体６下面にも上面と同様に
インダクタ１３を一体形成し、インダクタ１３の一方の
接続端子１４は四端子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ３
に接続され、インダクタ１３のもう一方の接続端子１５
は四端子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ３と同一極性で
ある外部端子Ｔ４に接続される。

第２図１）はインダクタ１３を示す。インダクタ１３は
磁性体１６に導体を巻き付けたバンドコイル１７で構成
される。インダクタ１３の接続端子１４および１５は前
述のとおり、四端子構造コンデンサＡの同一極性である
相対角する外部端子Ｔ１〜Ｔ２．Ｔ３〜Ｔ４＠にそれぞ
れ接続されるものである。

［実施例２］ 本発明の第二実施例の四端子構造コンデンサＣを第３図
に示す。

第３図（ａ）は、四端子構造コンデンサＡの上カバー誘
電体５上面につづら折れ蛇行状のインダクタ１８を一体
形成したものである。

第３図（ｂ）につづら折れ蛇行状のインダクタ１８の構
造を示す。第３図（ｂ）に示すように、つづら折れ蛇行
状のインダクタ１８は両端に先端直角折曲接続端子１９
＝　　１９”を形成した導体１９を磁性体２０および２
１で挟んだ構造となっている。

第３図（ａ）に示すように、インダクタ１８は四端子構
造コンデンサＡの相対角する同一極性の外部端子１１〜
１２間に直流電流をバイパスするように接続される。４
端子構造コンデンサＡの下カバー誘電体６下面にも上カ
バー誘電体５上面と同様につづら折れ蛇行状のインダク
タ１８を一体形成し、四端子構造コンデンサＡの同一極
性の外部端子１３〜１４間に直流電流をバイパスするよ
うに接続される。

［実施例３］ 本発明の第３実施例の四端子構造コンデンサＤを第４図
に示す。

第４図（ａ）は、四端子構造コンデンサＡの上カバー誘
電体５上面に渦巻状のインダクタ２２を一体形成したも
のである。

第４図（ｂ）に渦巻状のインダクタ２２の構造を示す。

第４図（ｂ）に示すように、渦巻状のインダクタ２２は
渦巻状のバンドコイル２３を上下磁性体２４および２５
で挟んだ構造をしている。

磁性体２４の中心部には、渦巻状のバンドコイル２３の
中心電極である中心接続端子２３−を引き出すための引
出窓２６を設けている。

第４図（ａ）に示すように、インダクタ２２の一方の外
側接続端子２３“は、四端子構造コンデンサＡの外部端
子Ｔ２に接続される。インダクタ２２の中心接続端子２
３−と、四端子構造コンデンサＡの外部端子Ｔ２と同一
極性である外部端子Ｔ１は両端に直角折曲接続縁２７′
、２７“を形成した導体２７を介して跨渡接続される。

四端子構造コンデンサＡの下カバー誘電体６下面も上面
同様に渦巻状のインダクタ２２を一体形成し四端子構造
コンデンサＡの同一極性の外部端子１３〜１４間に直流
電流をバイパスするように跨渡接続される。

［実施例４］ 本発明の第四実施例の四端子構造コンデンサＥを第５図
に示す。

第５図（ａ）は、一方のインダクタとして四端子構造コ
ンデンサＡの周囲に導体で作るバンドコイル２８を捲回
する。バンドコイル２８の一端に形成した接続端子２８
−は四端子構造コンデンサＡの相対角する同一極性であ
る外部端子Ｔ１に接続される。バンドコイル２８の他端
に形成した接続端子２８″は、四端子構造コンデンサＡ
の相対角する同一極性であるもう一方の外部端子Ｔ２に
接続される。また、他方のインゲタとして四端子構造コ
ンデンサＡの相対角する同一極性の外部端子Ｔ３〜Ｔ４
は導体２９で掛渡接続する。以上のように四端子構造コ
ンデンサＡの周囲にバンドコイル２８を巻き付け、一体
形成した構造を持つ四端子構造コンデンサＡを第５図（
ｂ）に示す立方体の相対する２面に開口部３０．３１を
持つ磁性体の被砕３２内に納めたものである。

なお本発明の第１乃至第４実施例における外部電極Ｔ１
〜Ｔ４の取付位置は相対角位置に限定されない。

［発明の効果］ かくして、本発明は、第１から第４実施例に説明したと
おり、従来構造の四端子構造コンデンサに体積固有抵抗
の小さい素材で構成するインダクタンスを付設すること
により、このインダクタンスに従来構造の四端子構造コ
ンデンサの内部電極に流れた直流電流が大部分バイパス
して流れるため、コンデンサの発熱が低減できる。この
結果、従来構造の四端子構造コンデンサに比較し、より
大電流を流すことが可能となり、四端子構造コンデンサ
の適用領域を拡大できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインダクタンスを付加した四端子構造
コンデンサを構成するユニットコンデンサの等価回路図
、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の第１実施例を示す斜面
図およびインダクタンスの拡大斜面図、第３図（ａ）（
ｂ）は本発明の第２実施例を示す斜面図およびインダク
タンスの分解斜面図、第４図（ａ）（ｂ）は本発明の第
３実施例を示す斜面図およびインダクタンスの分解縮小
斜面図、第５図（ａ）（ｂ）は本発明の第４実施例を示
す斜面図および被砕の縮小斜面図、第６図は従来の四端
子構造コンデンサの一部分を切断して示した斜面図、第
７図はスイッチング電源回路に従来の四端子構造コンデ
ンサを用いた低域通過型フィルタを接続した回路図、第
８図は従来の四端子構造コンデンサを構成するユニット
コンデンサの等価回路図、第９図（ａ）（ｂ）は従来の
四端子構造コンデンサの内部電極図、第１０図（ａ）（
ｂ）（ｃ）（ｄ＞は従来の四端子構造コンデンサをスイ
ッチング電源回路の低域通過型フィルタとして使用した
時の四端子構造コンデンサの電圧・電流波形図である。 △、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ・・・四端子構造コンデンサＴｌ、
Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４・・・外部端子１．２・・・内部電極 １−．１”　、２”、２”・・・内部端子３・・・誘電
体板 ４・・・ユニットコンデンサ ５．６・・・カバー誘電体 ７・・・スイッチング電源回路 ８．９・・・回路結線　　ｉｏ、ｉｉ・・・負荷結線１
２・・・負荷 １３．１８．２２・・・インダクタ １４．１５．１９−　　１９．”２３＝、２３’２７＝
、２７”・・・接続端子 １６．２０．２１．２４．２５・・・磁性体１７．２３
．２８・・・バンドコイル １９．２９・・・導体 ２６・・・引出窓　　　　　３０．３１・・・開口部３
２・・・被砕 第１図 第６図 第７図 １′ ２″

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．薄板状誘電体板と薄膜の内部電極が交互に積層形成
   され、上下をカバー誘電体で挟み込んだ積層構造体のそ
   れぞれ対側面に相対する２対の積層コンデンサの外部端
   子として用いる側面電極を有し、それぞれの前記内部電
   極は前記誘電体板を中に挟んで対側方向クロス状に延在
   して前記積層構造体の前記対側面で対応する前記側面電
   極と接続される両端内部端子を有してなる前記積層コン
   デンサにおいて、該積層コンデンサの前記上下カバー誘
   電体面にインダクタが形成され、対応する前記内部電極
   を通して電気的に接続されている各一対の前記側面電極
   間に亙りそれぞれの前記インダクタが接続されて構成さ
   れることを特徴とする四端子構造コンデンサ。