JPH0228305A - 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】 〔産業上の利用分野〕 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チ
タン酸ストロンチウム系セラミックコンデンサを用いた
電源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

木材、樹脂、塗料１食品、衣類などの高周波乾燥や衣類
の高周波ミシンなどの誘電加熱、あるいは、鉄鋼の高周
波焼入れ、金属、ガラスなどの高周波熔融、または高周
波熔融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。

セラミックコンデンサは、熱的、化学的に安定である、
小形化し得る等の他に、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
系、ステアタイト系、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系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あっては電
源装置が大形化せざるを得ない。

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、前記各種用途の電源の回路部材として使用す
ることを検討して来た。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
たは課電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程度の低い強誘
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
しうろことを見いだし、この知見に基づいて本発明をな
すに至った。

〔発明が解決しようとする課題〕 すなわち、本発明は、セラミックコンデンサとしてチタ
ン酸ストロンチウム系セラミックスを用いた、セラミッ
クコンデンサを前記回路の部材とする高周波誘電または
高周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
計算遺りに近くとれ、さらに前記各種の電源の大出力も
しくは小形化を達成することができた。これらについて
、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はセラミック
スの高周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系。

ステアタイト系、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系などのセラミックスの高周波
誘電体損失は何れも０．１％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小形化のためにはセラミックスは誘
電率が高いことが必要であるが、この高誘電率系セラミ
ックスの中で高周波誘電損失を０．１％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ずが
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限定した
高周波の小電力の範囲に留まざるを得ない、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、して来たが゛、このセラミックスが最近で
はその高周波誘電体損失が０．１％以下であるものが可
能であり、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、高周波誘
電体損失は、０．１％以下、また組成を適当に選択すれ
ば０．０３％以下にまで小さくすることができる。また
、高周波誘電体損失は、そのコンデンサの使用寿命に大
きく関係し、でき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。

上記各種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その課電時の静電容量の
積に比例する。従って、電源出力を大きくするには、課
電電圧を大きくすることがまず必要である。しかるに、
従来の高誘電率系セラミックスは課電時の静電容量が著
しく低下するという欠点があり、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、限定した高周
波の小電力の範囲に留まらざるを得ない。近年、前記の
各種電源に関し、できるだけ電源出力の電圧を高くする
ことが要望され′、回路設計の都合上、コンデンサの能
力の最上限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
の重要な課題となってきている。本発明者らは、この欠
点の原因が、従来の高誘電率系セラミックスが強誘電性
であることによるとみて、この場合も常誘電性または程
度の低い強誘電性のチタン酸ストロンチウム系セラミッ
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系、酸化チタン系、チタン
酸カルシウム系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あるが、本発明のチタン酸
ストロンチウム系セラミックスの課電時の静電容量の低
下、すなわち、静電容量の電圧の電圧依存率は１ＫＶ／
ｍｍ誘電体厚さ当り９％以下に押えられ、温かに大きい
低下率を示すチタン酸バリウム系などの高誘電率系セラ
ミックスに比べ非常に優れていることが云える。

また、温度特性は、２０℃における静電容量に対する８
５℃における静電容量の減少率を２５％以下にすること
ができ、さらに、誘電率（または静電容りの経時変化が
殆どなく優れている。従来の例えばチタン酸バリウム系
などの高誘電率系のセラミックスはこの経時変化が甚だ
大きく、上記各種用途の回路部材として適していないこ
とが良く分る。

したがって、本発明の電源装置においては、比誘電率１
０６０〜１８８０、誘電体損失０．１％以下、静電容量
の電圧依存率１ＫＶ／ｍｍ誘電体厚さの電界当り９％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２５％以下であるチタン酸
ストロンチウム系セラミックコンデンサを用いるもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、チタン酸ストロンチウム６１．６〜６９．
６重量％とチタン酸ビスマス１７．５〜２５．９重量％
とチタン酸鉛４．７〜１５．２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なくとも１種の添加成分を含有し
、比誘電率１０６０〜１８８０、誘電体損失０．１％以
下、静電容量の電圧依存率Ｉ　Ｋ　Ｖ　／　ｗ誘電体厚
さの電界当り９％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２５％
以下であるチタン酸ストロンチウム系セラミックコンデ
ンサを用いた誘電または誘導加熱用の電源装置である。

〔作　用〕

本発明は比較的比誘電率が大きくても、高周波誘電体損
失が小さいため、使用中の温度上昇を少なくすることが
でき、また課電時の静電容量の低下が小さいものである
。

〔実施例〕

次に実施例によって、本発明をさらに詳細に説明する。

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、チタン酸鉛及び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１６．５ｔＩ、
厚さ１鶴の円板に加圧成形したのち約１２００℃で２時
間焼成してセラミックスを得た。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
されるものであり、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、通常０．０１〜１０
重量％の範囲内で選ばれる。

また、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度質物は、ち密な組織の焼
結体を形成させるために鉱化剤として添加されるもので
ありその添加量は、通常０．１〜０．５重量％の範囲内
で選ばれる。

これらのセラミックスは、例えば第１図、第２図に示す
構造のセラミックコンデンサとして使用される。第１図
においてセラミックス１の両面にはそれぞれ端子２．２
′が電極３．３′を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は連結具である。

第１図に示す形状のセラミックコンデンサに加工し、そ
の特性を測定し、その結果を第１表に示す。

第１表 なお、コンデンサ特性の数値は以下のようにして求めた
ものである。

（イ）比誘電率ｔａｎ　δは２０℃、１ＭＨｚの条件下
で測定した値を示した。

（ロ）温度特性は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。

（ハ）電圧依存率は誘電体の厚さ１ｆｉについて印加さ
れた電圧ＩＫＶの電界当りの静電容量の以下の割合とし
て示した。

この表から明らかなように、いずれも比誘電率１０６０
〜１８８０、誘電体損失０．１％以下、静電容量の電圧
依存率ＩＫＶ／＋ｎ誘電体厚さの電界当り９％以下、温
度特性２５％以下である。

この例の中の試料患２により第２図の形状の高周波尖頭
値２５ＫＶ、静電容量ｔｏｏｏｐｐ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高周波加熱電源を
作成した。

周囲温度５０℃において、上記コンデンサに９０にＶＡ
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。

次に、本発明のチタン酸ストロンチウム系セラミックコ
ンデンサの一例と、従来の高誘電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との特性の相違を添付
図面に従って説明する。

第３図は、電圧依存率すなわち印加電圧（Ｖｋν）を誘
電体の厚さ（ｄｍ）で除した数を横軸とし、静電容量（
Ｃ）を縦軸として両者の関係をプロ・ノドしたグラフで
あるが、これから明らかように、Ｖ／ｄ＝１において比
較すると、本発明のストロンチウム系セラミックコンデ
ンサ（Ａ）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ラミックコンデンサ（Ｂ）に比べて
著しく小さくなっている。

また、第４図は温度特性を、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（Ｂ）はこれが５５％と大きいのに対し
、本発明のチタン酸ストロンチウム系セラミックコンデ
ンサでは１５％程度である。

さらに、第５図は静電容量の経時片を示すグラフである
が、これによると本発明のチタン酸ストロンチウム系セ
ラミックコンデンサ（Ａ）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（Ｂ）よりも著しく少
ないことが分る。

このように、本発明においては、電源としてより大きい
電源出力を得ることが可能であり、かつ長期間にわたっ
て安定した出力を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る電源装置はセラミックコンデンサとしてチ
タン酸ストロンチウム、チタン酸ビスマス、チタン酸鉛
系セラミックスを用い、比誘電率１０６０〜１８８０、
誘電体損失０．１％以下、静電容量の電圧依存率ｌＫＶ
／ｍ誘電体厚さの電界当り９％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２５％以下のセラミックスを用いた電源装置を特
徴とする為に、高周波感応や高周波ミシン等の誘導加熱
あるいは高周波波焼入れ、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ものがあ
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周波
誘電加熱、誘導加熱用セラミックコンデンサの断面図で
示す。 第３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容量
変化りつ示す図である。 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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン酸ストロンチウム６１．６〜６９．６重量
   ％とチタン酸ビスマス１７．５〜２５．９重量％とチタ
   ン酸鉛４．７〜１５．２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
   から選ばれた少なくとも１種の添加成分を含有し、比誘
   電率１０６０〜１８８０、誘電体損失０．１％以下、静
   電容量の電圧依存率１ＫＶ／ｍｍ誘電体厚さの電界当り
   ９％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２５％以下であるチ
   タン酸ストロンチウム系セラミックコンデンサを用いた
   誘電または誘導加熱用の電源装置。