JPS589315A - 電源装置 - 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】 本発明は、電源装置に関するもの、さらに詳しくいえば
、高周波の発振、共振または結合の電気回路の部材にセ
ラｉツクコンデンｔを用いた電源装置において、その電
源出力を改良することに関するものである。

木材、ｌｌＮ４脂、酋料１食品、衣類などの高−波乾燥
や衣類の高周波ミシンなどの誘電加熱、あるいは、鉄鋼
の高層□波焼入れ、金属、ガラスなどの高周波熔融、ま
たは高−波熔接などの誘導加熱の用途に対しては、その
電源の回路に一部セラミックコンデンサが使用されてい
る。

情ラミックコンデンサは、熱的、化学的に安定である。

小形化し得る勢の他に、コンデンサの構造が極めて簡単
なため、高周波で使い易い。

通常、セラミックコンデンサとしてはフォルステライト
糸、ステアタイト糸、チタン酸マグネシウム系、酸化チ
タン系、チタン酸カルシウム糸などのセラミックスが用
いられているが、これらのセラミックスは誘電率が小さ
いためにある程度の電源出力を確保する上にめっては電
源装置が大形什せざるを得ない。

近年、前記の各種用途の電源に関し、できるだけ大出力
化もしくは小形化が要望されて来ている。

この要望に応えるために、高誘電率の例えばチタン酸バ
リウム系のセラミックスを誘電体とするセラミックコン
デンサを１．前記各種用途の電源の回路部材として使用
することを検討して米た。その結果は、従来の高誘電率
系のセラミックスでは、使用中の温度上昇がはげしく、
またはａｔ時の電源出力が計算通りにとれないなどの問
題点があり、高周波の小電力の範囲に限定して使用せざ
るを得なかった。本発明者らは、この原因は、これら従
来の高誘電率系のセラミックスが強誘電性であることに
よることを突き止め、これを常誘電性又は１１度の低い
強誘電性のものに置き換えることによってその問題点を
克服しうろこと倉見いだし、この知見に基づいて本発明
をなすに至った。

すなわち１本発明は、セラミックコンデンサーとしてチ
タン酸ストロンチウム系セラミックス【用いた。セラミ
ックコンデンサーを前記回路の部材とする高−波誘電ま
たは１Ｉｉ６崗波誘導を用途とする電源装置を提供する
ものである。本発明において、チタン酸ストロンチウム
系セラミックスを用いたことにより上述した問題点であ
る。使用中の温度上昇を小さくするとともに。

課電時の電源出力も計算通りに近くとれ、さらに前記各
種の電源の大出力化もしくは小形化を達成することがで
きた。これらについて１次に遂次、説明したい。

セラミックコンデンサの使用中の温度上昇ハセラミック
スの尚鞠波誘電体損失が小さいほど低く押さえられる。

これまでのフォルステライト糸、ステアタイト系、チタ
ン酸マグネシウム糸、酸化チタン酸、チタン酸カルシウ
ム系などのセラミックスの高周波誘電体損失は何れも［
Ｌｌ−以下のものが上記各種用途の電源の回路部材とし
て実用化されている。一方、電源の大出力化もしくは／
Ｊ％形化のためにはセラミックスは誘電率が都いことが
必要であるが、この高誘率糸セラミックスの中で高周波
誘電損失ｔ−１ｌＬ１チ以下のもので上記各種セラミッ
クス並みのものを見い出すことはむづかしく、現状では
前述したように従来の高周波誘電体損失が大きい高誘電
率系のセラミックスを使用すると限定した高周波の小電
力の範囲に留まるざる會得ない。

一方、本発明者らは、これまでチタン酸ストロンチウム
系セラミックスを研究して米たが、このセラミックスが
最近ではその高周波誘電損失がα１％以下であるものが
可能でＴｏｏ、このセラミックスを使用することによっ
て、はじめて上記各種用途の使用中の温度上昇を低く押
えることに成功した。なお、このセラミックスは、島筒
波防電損失は、α１−以下、また組成を適当に選択すれ
ばａ０５＊以下にまで小さくすることができる。また、
高周波１ＩＷＬ損失は、そのコンデンサの使用寿命に大
きく関係し、でさるだけ小さいことがのぞましいので、
この点でも有利である。

次に、課電時の電源出力について説明したい。

上記各極用途の電源の出力は使用するセラミックコンデ
ンサに課電される電圧の自乗と七〇課電時の静電容量の
積に比例する。従って、電源出力を大さくするには、課
電々圧を大きくすることがまず必要である。しかるに、
従来の高特電率系セラｉｑクスは課電時の静電容量が着
るしく低下するという欠点が６１．この欠点からも、従
来の高誘電率系セラミックスを使用すると、飼定したＩ
Ｎ？１ｌＩＪ波の小電力の範囲に留まらざるｔ−得ない
。近年、前記の＠種電源に関し、できるだけ電源出力の
電圧を高くすることが要望され１回路設計の都合上、コ
ンデンサーの能力の最上阻まで電圧を印加することが、
しばしば必要とされるようになったため、上記の欠点の
改善がこの分野の重要なｌ＄１＠となりてさている。

本発明者らは、この欠点の原因が、従来の高誘電１ｒＡ
糸セラｉツクスが強誘電性であることによるとみて、こ
の場合も常銹電性または程度の低い強誘電性のチタン鈑
ストロンチウム糸セ２ミヴクスであれば解決できること
を見い出した。

すなわち、これまでのフォルステライト系、ステアタイ
ト系、チタン酸マグネシウム糸、酸化チタン糸、チタン
酸カルシウム糸などのセラミックスは、課電時の静電容
量の低下は無視できる程度でるるか、本発明で用いられ
るチタン酸ス）ｏンチウム系セラ２ツクスの課電時の静
電容量の低下、すなわち、靜［容量の電圧依存率はＩＫ
Ｖ／■酵電体厚さ当ｖ１０１１ＩＩ以下に押えられ、瘍
かに大きい低下率を示すチタン酸バリウム糸などの高酵
電率系セラオツクスに比べ非常に優れていることが云え
る。

しかも、上記各種用途の電源部材としてのセラミックコ
ンデンサは１課電時に若干の温度上昇があるところから
、セラミックスの誘電率（または静電容量）の温度特性
が問題となるが。

このチタン酸ストロンチウム系セラ電ツクスの場合は、
この点でもチタン酸バリウム糸などの高誘電率系セラミ
ックスに比べて優れており。

２０ＣＫおける静電容量に対する８５℃における静電容
量の減少軍を４〇−以内にすることができるという利点
もめる。

、さらに、このチタン酸ストロンチウム系セラミックス
は１ｗｓ電率（または静電容量）の経時変化が殆どなく
優れている。従来の例えばチタン酸バリウム糸などの高
誘電率系のセラきツクスにこの経時変化が甚だ大きく、
上記の各種用途の回路部材として適していないことか良
く分る。

次いで、はじめに戻りて、上記の各種用途の電源會でき
るだけ大出力化もしくは小形化の最近の要望に応えて、
高誘電率系の１例えば、チタン酸バリウム系セラミック
スは、比誘電率を大さくすることができるが、これまで
述べて米たように、各種のその他の特性に多くの問題が
ある。一方、本発明のチタン酸ストロンチウム系セラミ
ックスは比誘電率ｔあまり大きくすることはでさないが
、高周波詠電時の温度上昇。

出力の低下、使用寿命、経時変化など、Ｍ述のように特
性上に優れており、しかも、比誘電率も、これｔ−ｉま
り大きくできなくても４５０以上であれば十分Ｋｆ：用
可能であるし現在は７００以上めるいｑｌｏｏｏまたは
１５００以上のチタン酸ストロンチウム系セラミックス
を容易に入手でさるので、比誘電率を大さくでさないと
いう点については実用上特に支障はない。

したがって１本発明の電源装置においては。

比鋳・電率４５０以上、ｌｌ電体損失α１％以下、静電
容量の電圧依存率が１に■／■誘電体厚さの電界当り１
〇−以下を有し、かつ２０Ｃにおける静電容量に対する
８５℃における静電容量の減少率が４０−以内のチタン
酸ストロンチウム系セラミックスを用いるのが特に好適
である。

このようなチタン酸ストロンチウム系セラミックスとし
ては１例えば以下に示すグループ（１１〜（６）のもの
を挙げることができる。

（１）　　チタン酸ストロンチウム２０〜５１重量−と
チタン酸ビスマス（ビスマスとチタンのモル比２：！Ｉ
ないし１　：５）５〜５０重量−とチタン酸バリウム１
５〜７０重量−とから成り、かつマンガン、ニオブ、ク
ロム、ニヅケル、コバルト及び鉄の中から遺はれた金属
の鹸化物と粘土質−と希土類元素酸化物の中から選ばれ
九少なくとも１種の添加成分を含有したセラミックス。

（２）　　チタン酸ストロンチウム６０〜７５重量−と
酸化ビスマス５〜２５重量−と酸化チタン５〜５０重量
−と酸化マグネシウム５重量−以下とから成り、かつマ
ンガン、ニオブ、クロム、ニッケル、コバルト及び鉄の
中から選ばれた金属の酸化物と粘土質物と希土類元素酸
化−の中から選ばれ九少なくとも１種の添加成分を含有
したセラミックス。

（３）　　チタン酸ストロンチウム４０〜８０重量−と
チタン酸ビスマス（ビスマスとチタンのモル比２：Ｓな
いし１：５）１５〜４０重量−とチタン酸鉛Ｓ〜２０重
量嘔とから成り、マンガン。

ニオブ、クロム、ニッケル、コバルト及ヒ鉄の中から選
ばれた金属の酸化物と粘土質−と希土類元素酸化物の中
から選ばれた少なくとも１種の添加成分を含有したセラ
ミックス。

（４）　　チタン酸ストロンチウム３０〜６０重量−と
ブタン酸カルシウム（Ｌ５〜５０重量％とチタ／１１８
５〜５５重量哄とチタン酸ビスマス（ビスマスとチタン
のモル比２：３ないし１：５）５〜ｓＯ重量−とから成
り、かつマンガン　ｇオブ、クロム、ニブケル、コノ（
ルトおよび鉄の中から選ばれた金属の酸化物と粘土質物
と希土類元素酸化物の中から選ばれた少くとも１種の添
加成分【含有したセラ２ツクス。

（５）　チタン酸ストロンチウム１〜５０モル−と。

チタン酸ランタン（ランタンとチタンのモル比４：１な
いし１：１）１〜１５七ルーと、チタン酸バリウム４５
〜９３４ルーから成り、かつ、マンガン、ニオブ、クロ
ム、ニッケル。

コバルト及び鉄の中から選ばれた金属の酸化物と粘土質
物と希土類元素酸化物の中から選ばれた少くとも１種の
添加成分を含有したセラミックス・ 上記の各セラミックスにおいて、添加成分中の希土類元
素酸化物は、誘電体損失をさらに少なくするために添加
されるものでＴｏＯ，例えば酸化セリウム、酸化ランタ
ンなどが用いられる。

この添加量は１通常１０１〜１０重量嘔の範囲内で選ば
れる。

マタ、マンガン、ニオブ、クロム、ニッケル。

コバルト及び鉄の酸化物と粘土質物に、ち密な組織の焼
結体を形成させるための鉱化剤として添加されるもので
あり、その添加量に１通常（１１〜１５重量−の範囲内
で選ばれる。

上記のグループ（１）のセラミックスは、一般にチタン
−ストロンチウム系セフィックスの中では比較的に高い
比霞電率をもっという特徴を有し、また、グループ（２
）のセラきツクス社靜電谷量の電圧依存率が小さいとい
う特徴を有し、グループ（４）のセラミックスは靜電苔
量の温度特性が小さいというＩｌ＃黴を有し、グループ
（５）のセラきりクスは誘電体損失が特に小さいという
特徴を有しているので、それぞれの使用目的に応じて適
宜選択することができる。

これらのセラミックスは１例えば第１図、第２図に示す
構造のセラミックスコンデンサーとして使用される。第
１図においてセラミックス１０両面にはそれぞれ端子２
，２′が電極５，５′【介してはんだ付等の手段で固着
され、その周囲全面にわたってエポキシ樹脂等の合成樹
脂５で被覆されている。４は連Ｍ＾である。

次に１本発明で用いられるチタン酸ス）ｏンチウム系セ
ラミックコンデンサーの１例と、従来の１ｌｉｌ銹亀率
系の例えばチタン酸バリウム系セラミックコンデンサー
との４１性の相違を添付図面に従って説明する。

第Ｓ図は、電圧依存率すなわち印加電圧（Ｖｋマ）を誘
電体の厚名（ｄ■）で除した数を横軸とし、静電容量Ｏ
ｔ縦軸として両者の関係をプロットしたグラフであるが
、これから明らかなように、Ｖ／ｄ閣１において比較す
ると、本発明て用いているスト０ンチウム系セラ電ツク
コンデンサー囚の静電容量の低下率は従来の高誘電率系
のチタン酸バリウム系セツきツクコンデンサ０に比べて
著しく小さくなっている。

また、第４図社温度特性を、２０℃における静電容量に
対する８５℃における静電容量の変化率−（減少率）と
して示したものである。従来のチタン酸バリウム系セラ
ミックコンデンサ０はこれが５５９１と大きいのに対し
１本発明に用いているチタン鐵ストａンデウム系竜う建
ツクコンデンサーでヰ１ａｌｌ！ｍｌ！である。

さらに、第５＠は静電容量の経時変化１示すグラフであ
るが、これによると本発明に用いているチタン酸ストロ
ンチウム系のセラ２ツクコンデンサーに）の経時変化が
従来のチタン酸バリウム系セラミックコンデンサの０よ
り４着しく少ないことが分る。

このように、本発明においては、竜ラミックコンデンサ
ーとしてチタン酸ストａンチウム系セラミックスを用い
たことにより、電源としてより大きい電源出力を得るこ
とが可能でＴｏや。

かつ長期間にわたって安定した出方を得ることができる
。

次に実施例によって１本発明をさらに詳細に説明する。

なお、各実施例中のコンデンサー特性の数値は以下のよ
うにして求めたものである。

０）　比−電率と−ａは２０℃、１鳩２の条件下で＃ｊ
足した値を示した。

（＝）　　温ｆ特性は２０℃における静電容量に対する
８５℃における静電容量の減少率として示した。

ｆｌ　　電圧依存率は誘電体の厚さ１ｍについて印加さ
れた電圧１ＫＶの電界轟９の静電容量の低下の割合とし
て示し良。

実施例１ 第１表に示す重量比でチタン酸ストロンチウム、チタン
酸ビスマス、チタン酸バリウムＪＥヒ必要な添加成分を
混合し、適当量のバインダーを加え、直径１４５■、厚
さ１■の円板に加圧成形したのち約１２００Ｃで２時間
煙成してセラミックスを得た。

コレ【第１図に示す形状のセラ２ツクコンデンサーに加
工し、その特性を測定した。その結果′ｆ：絡１１Ｉに
示す。

第　　　１　　　表 この表から明らかなように、この例のセラミックコンデ
ンサーは、いずれも比誘電率１２００以上、ｉＩ電体損
失α１チ以下、静電容量の電圧依存率ＩＫＶ／■−電体
厚さの電界当０６１以下。

温Ｊ［％性３６−以内である、 この例の中の試料Ａ２により第２図の形状の一周波尖１
１１１１ｍ２５ＫＶ、静電容量１０００ＰＦのセラミッ
クコンデンサを作成し、これを回路部材としてＩｆｉ１
ｗ＠波加熱電源を作成した。

周囲温［５０℃において、上記コンデンサに９０ＫＶＡ
の電力を加え、その温度上昇率を測定した。その結果約
１２℃であった。

実施例２ チタン酸ストロンチウム、酸化ビスマス、酸化チタン、
＃化マグネシウム及びその他必要な添加成分を配合し、
実施例１と同様にして！２表に示す組成のセラはツクス
を製造した。

このようにして得たセラミックスからセラミックコンデ
ンサーを作製し、その特性を測定した結果を第２表に示
す。

この衆から明らがなように、この例のセラミックコンデ
ンサーは、いずれ電比誘電率１０００以上％酵電損失α
１−以下、静電容量の電圧依存率ＩＫＶ／ｍ酵電体厚さ
当ｔ）　１．　Ｏ％以下、一度％性２０％以内である。

　″　　　　□実施例５ チタン酸ストロンチウム；チタン酸ビスマス、チタン酸
鉛及び必要な舊加゛成分會配合し、実施例１と同様にし
て第３表に示す組成のセラミックスを製造した。このよ
うにして得たセラミックスからセラミックコンデンサー
を作製し、その特性を測定した結果を第３表に示す。

第　　　５　　　′表 この表から明らかなように、この例のセラミックコンデ
ンサーは、いずれも比誘電率１０００以上、−電体損失
ｃＬ１１ｓ以下、静電容量の電圧依存率ＩＫＶ／■誘電
体厚さ当０１０１ｓ以下、温度特性２７−以内である。

実施例４ チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン
酸鉛、チタン酸ビスマスおよび必要な添加成分を配合し
、実施例１と同様にして、第４表に示す組成のセラミッ
クスを製造した。

このようにして得たセラミックスからセラミックコンデ
ンサ七作製し、その特性を測定した結果を第４狭に示す
。

１４ａｔｊｃ この衣から明らかなように、この例のセラきツクコンデ
ンすは、いずれも比１１′＃Ｌ率１１００以上、誘電体
損失α１チ以下、静電容量の電圧依存率１ＫＶ／−一電
体厚さ肖り５１以下、温度特性２〇−以内でるる。

爽ｍ？！１５ チタン敵ストロンチウム、チタン酸ランタン。

チタン酸ランタンおよび必要な添加成分を配合し、実施
例１と同様にして、第５嵌に示す組成のセラミックスを
製造した。このようにして得良セラｉツクスからセツオ
ックコンデンｖｔ作製し、その特性上測定し良結果ｔ−
第５懺に示す。

１ＩＩＪＳ　　　表 この表から明らかなように、この例のセラきックコンデ
ン−Ｖ″は、いずれも比誘電率５ＤＯ以上、綽電体損失
α０２９Ｇ以下、靜電容量の電圧依存率ＩＫＶ／■誘電
体厚さ轟り１ｇ６以下、温度特性４０９に以内である。

この例の中のム１４により、第２図の形状の高周波尖頭
値２　ＳＫＹ、靜ＩＥ谷量１０００ＰＦのセライックコ
ンデンサを作成し、これを回路部材として１ｌＩＩ＃ｊ
３ｔＩＬ加熱電ｍ俵置七作成した。同囲温ｆ、５０℃に
おいて、上記コンデン−Ｖ″Ｋ　？　ＯＫＶムの電力を
加え、その温度上昇率を測定し友。約２℃でめった。

以上膵脱した如く１本発明に係る電源装置は「セラミッ
クコンデンすとしてチク／ｌｌストロンチウム系（うｉ
ｑタスを用いたこと」及び［そのチタン酸ストロンチウ
ム系セツ２ツクスが比防電率４５０以上、Ｓｔ体損失α
１−以下。

静電容量の電圧依存率１に■／−誘電体厚さの電界当９
１〇−以下會有し、かつ２０℃における静電容量に対す
る８５Ｃにおける静電容量の減少率が４０−以内あるセ
ラミックスを用いた電Ｗｔ装置を特徴とする為に、高周
波乾燥や高周波ミシン等の誘導加熱あるいは高ｗａｒＩ
Ｌ焼入れ、高周波熔融、高周波溶接等の誘導加熱用の電
源装置として、電源の大出力化及び小形化が可能となっ
たもので工業上の利益に多大な４のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来及び本発明に使用される高祠波
鐸電加熱、＃導加熱用セッミックコンデンＴの断面図を
示す。 第Ｓ図は本発明の実施例で印加電圧に対する電圧依存率
の関係を示す図である。 第４図は同じく本発明の実施例で温度に対する静電谷量
蜜化率を示す図である。 第５図は同じく本発明の実施例で静電容量の経時変化を
示す図である。 特許出履人 東京電気化学工業株式会社 鎮者素　野　福次部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　セラミックコンデンサーを電気回路の部材と
   する防電また扛誘導加熱用の電源装置において、該セラ
   ミックコンデンサーとしてチタン酸ストロンチウム系セ
   ラミックスを用いたこと１−％微とする電源装置。 （りチタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 比誘電率４５０以上、誘電体損失α１−以下、静電容量
   の電圧依存率ＩＫＶ／■鋳電体厚さの電界当０１Ｇ−以
   下を有し、かつ２０℃における静電容量に対する８５℃
   における静電容量の減少率が４Ｏｎ以内である特許請求
   の範囲第１項記載の電源装置。 （Ｓ）　　チタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 チタン酸ストロンチウム２０〜５５重量−とチタン酸ビ
   スマス（ビスマスとチタンのモル比２：３ないし１：５
   ）５〜ＳＯ重量−とチタン酸バリウム１５〜７０重量−
   とから成り、かつマンガン、エオフ、クロム、ニッケル
   、コバルト及び鉄の中から選ばれた金属の酸化物と粘土
   質−と希土類元素鹸化物の中から選ばれ友少なくとも１
   種の添加成分を含有したものである特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の電源装置。 （４）　　チタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 チタン酸ストＣＸ７チウム６０〜７５重量−と酸化ビス
   マス５〜２５重量−と鹸化チタン５〜５０重量−と酸化
   マグネシウム５重量−以下とかう成り、かつマンカン、
   ニオブ、・クロム、ニッケル、コバルト及び鉄の中から
   選ばれ友金属の酸化物と粘土質物と希土類元素鹸化物の
   中から選ばれた少なくとも１種の添加成分を含有したも
   のである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電源装
   置。 （Ｓ）　　チタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 チタン酸ストロンチウム４０〜８０重量−とチタン酸ビ
   スマス（ビスマスとチタンのモル比２：３ないし１’：
   ５）１５〜４０重量−とチタン酸鉛３〜２０重量係とが
   ら成り、マンガン。 ニオブ、クロム、ニッケル、コバルト及ヒ鉄の中から選
   ばれた金属の酸化物と粘土質物と希土類元素酸化物の中
   から選ばれた少なくと４１種の添加成分を含有したもの
   でめるＩｆＩｉ＃ｌ！Ｆ請求の範囲第１項又は第２項記
   載の電源装置。 （６）チタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 チタン酸ストロンチウム５０〜６０重量−とチタン酸カ
   ルシウムα５〜５０重量−とチタン酸鉛５〜５０量−と
   チタン酸ビスマス（ビスマスとチタンのモル比２：５な
   いし１：５）５〜５０重量−とから成り、マンガン、ニ
   オブ、クロム、ニッケル、コバルトおよヒ鉄ノ中カら選
   ばれた金属の酸化物と粘土質物と希土類元素酸化物の中
   から選ばれた少くとも１１１の添加成分を含有したもの
   である特許請求の範１第１項または第２項記載の電源装
   置。 （７）チタン酸ストロンチウム系セラミックスが。 チタン酸ストロンチウム１〜５０七ル慢ト、チタン酸ラ
   ンタン（ランタンとチタンのモル比４：１ないし１：１
   ）１〜１５モル嘔と、チタン酸バリウム４５〜９５モル
   −がら成り、マンガン、ニオブ、クロム、ニッケル、コ
   バルト及び鉄の中から選ばれた金属の酸化物と粘土質物
   と希土類元素化合一の中から選ばれた少くとも１種の添
   加成分を含有したものである特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の電源装置。