(57)【要約】第１材料で構成される第１コンデンサユニット（2, 201, 202）と，第２材料で構成される第２コンデンサユニット（3, 301, 302）とが電気的に並列接続された積層セラミックコンデンサにおいて，第１材料は低電圧の印加時に高い誘電率（K）を示し，第２材料は高電圧の印加時に高い誘電率を示す。【選択図】図１
2013518400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料で構成される第１コンデンサユニット（2, 201, 202）と，該第１材料とは異なる第２材料で構成される第２コンデンサユニット（3, 301, 302）とを備え，第１コンデンサユニット（2, 201, 202）及び第２コンデンサユニット（3, 301, 302）が電気的に並列接続され，前記第１材料は低電圧の印加時に高い誘電率（K）を，前記第２材料は高電圧の印加時に高い誘電率（K）をそれぞれ示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，該積層セラミックコンデンサ（1）の誘電率（K）が，印加される全電圧範囲にわたって500よりも高い積層セラミックコンデンサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記コンデンサユニット（2, 201, 202, 3, 301, 302）の並列接続に基づき，前記積層セラミックコンデンサ（1）の誘電率（K）の電圧依存性が，印加される全電圧範囲に亘って各コンデンサユニット（2, 3）の誘電率（K）の電圧依存性よりも低い積層セラミックコンデンサ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第１材料が強誘電特性を示し，前記第２材料が反強誘電特性を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，少なくとも１つのコンデンサユニット（2, 201, 202，3, 301, 302）の温度を制御するために，少なくとも１つの温度制御素子（4, 401, 402）を備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項６】
請求項５に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記温度制御素子（4, 401, 402）が正の温度計数を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記温度制御素子（4, 401, 402）は，第１材料及び第２材料の少なくとも一方を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で前記材料は印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１材料の温度を制御するための第１温度制御素子（4, 401, 402）と，第２材料の温度を制御するための第２温度制御素子（4, 401, 402）とを備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項９】
請求項８に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１温度制御素子（4, 401, 402）が第１材料を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で第１材料は印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示し，更に，第２温度制御素子（4, 401, 402）が第２材料を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で第２材料が印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１材料が，チタン酸バリウム又はチタン酸鉛を主成分とするセラミックである積層セラミックコンデンサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，第２材料が，チタン酸ジルコン酸鉛又はビスマスナトリウムを主成分とするセラミックである積層セラミックコンデンサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第１材料が次の何れかの組成，即ち：
a) (1-x) BaTiO3 + x BaZrO3（但し，0 < x < 0.25），
b) Ba1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
c) Pb1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
d) Ba1-xCaxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
の組成を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第２材料が以下の組成，即ち：
e) Pb1-1,5yLayTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
f) Pb1-1,5yNdyTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
g) (1-x) PLZT + x PNZT（但し0 < x < 1，PLZTは組成e)を有する材料，PNZTは組成f)を有する材料）
h) Bi0,5Na0,5TiO3
i) (1-x) BNT + x BT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，BTはBaTiO3の組成を有する材料）
k) (1-x) BNT + x PT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，PTはPbTiO3の組成を有する材料）
の組成を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記コンデンサユニット（2, 201, 202，3, 301, 302）に対して電気的に並列接続されるサージ保護素子（7）を備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１コンデンサユニット（2, 201, 202）及び第２コンデンサユニット（3, 301, 302）の間に電気的に直列接続されるインダクタンスを備える積層セラミックコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，大出力用に適した積層セラミックコンデンサに関し，特に，例えばAC-DCコンバータ又はDC-DCコンバータにおけるフィルタ素子として適用可能な積層セラミックコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリマーフィルムコンデンサ及びセラミックコンデンサ，例えばいわゆるX7R型のコンデンサは既知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は，高い出力密度を有するコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る積層セラミックコンデンサは，第１材料で構成される第１コンデンサユニットと，第２材料で構成される第２コンデンサユニットとを備える。第１材料は，好適には第２材料と異なっている。
【０００５】
本発明に係るコンデンサは，例えば0 V乃至2000 Vの電圧範囲内，好適には0 V乃至700 Vの電圧範囲内で使用される。
【０００６】
第１材料は低電圧の印加時に高い誘電率を示し，第２材料は高電圧の印加時に高い誘電率を示す。ここに「低電圧」とは，好適には印加電圧範囲内における低電圧範囲に含まれる電圧，例えば印加電圧範囲のうち，下位３分の１以下の電圧範囲に含まれる電圧を指す。低電圧範囲は，例えば0 V/μm乃至3 V/μmの電界強度範囲に相当する。また「高電圧」とは，好適には印加電圧範囲内における高電圧範囲に含まれる電圧，例えば印加電圧範囲のうち上位３分の１以上の電圧範囲に含まれる電圧を指す。高電圧範囲は，例えば5 V/μm乃至第２材料の破壊電界強度の電界強度範囲に相当する。
【０００７】
本発明において「高誘電率」とは，好適には500以上の誘電率，特に好適には1000以上の誘電率を指す。
【０００８】
第１材料は，例えば印加電圧範囲における低電圧範囲で500以上の誘電率，好適には5000以上の誘電率，更に好適には10000以上の誘電率を示す。第２材料は，例えば印加電圧範囲における高電圧範囲で2000以上の誘電率，好適には5000以上の誘電率を示す。
【０００９】
例えば，第１材料は低電圧の印加時に最大の誘電率を示し，第２材料は高電圧の印加時に最大の誘電率を示す。
【００１０】
好適には，積層セラミックコンデンサは，コンデンサユニットが並列接続されることにより，印加される電圧の高低に関わらず高い実効誘電率を示す。この実効誘電率は，積層セラミックコンデンサの容量から算出できるものである。以下において，積層セラミックコンデンサの実効誘電率は，単に「誘電率」と略称することもある。
【００１１】
好適には，このような積層セラミックコンデンサは，コンデンサユニットが並列接続されていることに基づき，全印加電圧範囲に亘って高い誘電率を示し，その誘電率は，例えば印加電圧範囲内における何れの電圧値においても500以上，好適には5000以上である。
【００１２】
各コンデンサユニット自体は，例えば印加電圧範囲内における特定の電圧領域においてのみ高い誘電率を示し，例えば電圧に対応する誘電率が特定の電圧領域において最大値となる。
【００１３】
第１コンデンサユニットの誘電率は，例えば，低電圧の印加時に最大値を示し，その誘電率は電圧の増大に伴い急激に低下する。好適には，第１材料の誘電率も外部から発生する低電界強度により最大値を示し，その誘電率は電界強度の増大に伴い急激に低下する。第２コンデンサユニットの誘電率は，例えば，高電圧の印加時に最大値を示し，その誘電率は電圧の降下に伴い急激に低下する。好適には，第２材料の誘電率も高電界強度において最大値を示し，その誘電率は電界強度の低下に伴い急激に低下する。第２材料は，例えば最大動作電圧に対応する電界強度において，最大の誘電率を示すよう選択することができる。コンデンサユニットが並列接続され，従って個々のコンデンサユニットにおける誘電率を重ね合わせた値が積層コンデンサの誘電率を規定するため，電界強度依存性の高い誘電率を示す材料が使用可能である。これにより，積層コンデンサの誘電率に関して望ましい特性曲線を実現可能である。その結果，安価で加工が容易な材料を使用することができる。
【００１４】
本発明に係るコンデンサの一実施形態において，積層コンデンサにおける誘電率の電圧依存性は，コンデンサユニットの並列接続に基づき，個々のコンデンサユニットの誘電率の電圧依存性に比べて低い。この低い電圧依存性は，好適には全印加電圧範囲，例えば0 V乃至700 Vに亘って維持される。
【００１５】
積層コンデンサの誘電率は，例えば個々のコンデンサユニットの誘電率に比べて顕著に平坦な特性曲線を示す。好適には，積層コンデンサの誘電率は，作用する電界強度に対してほぼ一定の特性曲線を示す。この場合にコンデンサは，特に均一な挙動を示す。
【００１６】
例えば，第１材料は強誘電材料とし，第２材料は反強誘電材料とする。ここに「強誘電材料」とは，好適には全印加電圧範囲に亘って強誘電性を示す材料を指す。また，「反強誘電材料」とは，好適には全印加電圧範囲に亘って反強誘電性を示す材料を指す。
反強誘電材料は，好適には，低電界強度において低い誘電率を示し，高電圧の印加時には最大の誘電率を示すものである。強誘電材料は，好適には低度から中度の電界強度において最大の誘電率を示す。強誘電材料の誘電率は，好適には電界強度の増大に伴い低下する。
【００１７】
第１材料には，例えばチタン酸バリウム又はチタン酸鉛を主成分とするセラミックが使用される。
【００１８】
第２材料には，例えばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミックが使用される。他の実施形態において，第２材料には，ビスマスナトリウムを主成分とするセラミックが使用される。
【００１９】
本発明の一実施形態において，積層コンデンサは，少なくとも１つのコンデンサユニットの温度を制御するための少なくとも１つの温度制御素子を備える。
【００２０】
好適には，温度制御素子により，少なくとも１つのコンデンサユニットの温度が制御され，これにより，コンデンサ全体の性能，特に出力密度を可能な限り高めることができる。
【００２１】
この温度制御は，第１材料及び第２材料の少なくとも一方の誘電率が温度に強く影響される特性曲線を示す場合に特に有利である。例えば，第１材料及び第２材料の少なくとも一方の温度が高い場合，最大誘電率の特性曲線は狭い幅を示す。この場合，最大誘電率の特性曲線の幅は，例えば5 K乃至20 Kである。
【００２２】
この実施形態において，好適には，温度制御素子により材料が，その誘電率曲線における最大値付近の誘電率を示す温度に制御される。この場合に誘電率は，制御された値に維持され，従ってコンデンサの使用上の安全性を高めることが可能である。
【００２３】
本発明の一実施形態において，第２材料は，積層コンデンサに印加される最大動作電圧に対応する電界強度を作用させたときに最大の誘電率を示す。
【００２４】
好適には，温度制御素子は，正の温度係数を有する素子として構成されている。
【００２５】
この場合には，PTCセラミック（PTC=Positive Temperature Coefficient）を使用することができる。
【００２６】
セラミック材料を使用することにより，温度制御素子がセラミックコンデンサ内にコンパクトに組み込まれ，従ってコンデンサの小型化及び出力密度の向上が達成される。好適には，温度制御素子の所要容積は非常に小さい。
【００２７】
例えば，第１材料には温度に強く影響されるセラミックが，第２材料には電界強度に強く影響されるセラミックが，そして温度制御素子にはPTCセラミックが使用される。
【００２８】
好適には，温度制御素子は，設定された動作電圧において望ましい温度を維持するための自己制御機能を有する。好適には，この温度は，温度制御素子により一定に維持される。
【００２９】
本発明の一実施形態において，温度制御素子は，第１材料及び第２材料の少なくとも一方を所定の温度値に制御するために設けられ，この温度下では材料が可及的に高い誘電率，例えば最大値付近の誘電率を示す。
【００３０】
温度制御素子は，例えば第１材料を所定の温度値に制御するために設けられ，この温度下で第１材料は可及的に高い誘電率を示す。第１材料は，例えば印加電圧範囲において最大値付近の誘電率を示す。制御される温度は，例えば第１材料のキュリー温度に相当する。第２材料は，例えば制御された所定の温度範囲において最大値付近の誘電率を示す。本発明の一実施形態において，第２材料は，制御される温度下で最大誘電率を超える。
【００３１】
本発明の他の一実施形態において，温度制御素子は，第２材料を所定の温度値に制御するために設けられ，この温度下で第２材料は可及的に高い誘電率を示す。例えば第２材料は，この制御された温度値において最大値付近の誘電率を示す。
【００３２】
温度制御素子の温度は，積層コンデンサ全体が最大の誘電率を示すよう制御するか，又は最大値付近の誘電率を示すよう制御してもよい。
【００３３】
本発明の他の一実施形態においては，第１材料の温度を制御するための第１温度制御素子，及び第２材料の温度を制御するための第２材料が使用される。
【００３４】
特に，第１及び第２温度制御素子は互いに分離可能とされ，これにより第１材料の温度及び第２材料の温度を異ならせることが可能とされている。好適には，第１及び第２材料の温度は，これら第１及び第２材料が可及的に高い誘電率を示すよう制御される。例えば第１及び第２材料は，制御された温度下で印加される電圧範囲において，最大値付近の誘電率を示すものである。
【００３５】
本発明の一実施形態において，積層コンデンサは，コンデンサユニットに対して電気的に並列接続されるサージ保護素子を備える。
【００３６】
第１及び第２コンデンサユニットの並列接続に基づき，電圧の変動により，これら両コンデンサ間で充電のシフトが生じる。サージ保護素子は，ピーク電圧を低下させる機能を有し，例えばバリスタとして構成されている。
【００３７】
本発明の一実施形態において，積層コンデンサは，サージ保護素子の代替手段又は付加的手段として，ピーク電流を低下させるサージ電流保護素子を備える。このサージ電流素子は，例えばPTC素子として構成されている。
【００３８】
本発明の一実施形態において，積層コンデンサは，ピーク電流保護素子又はピーク電圧保護素子の代替手段又は付加的手段として，第１及び第２コンデンサユニットに対して電気的に直列接続されるインダクタンスを備える。このインダクタンスは，動作電圧の変動に際してコンデンサユニット間に生じる充電のシフトを時間的に制御するために機能する。
【００３９】
本発明の他の実施形態において，積層コンデンサは，２個以上のコンデンサユニットを備えることができる。例えばコンデンサは，第１材料で構成された複数の第１コンデンサユニットと，第２材料で構成された複数の第２コンデンサユニットとを備える。更に，積層コンデンサは，第１及び第２材料とは異なる材料で構成され，かつ並列接続される更なるコンデンサユニットを備えることもできる。
【００４０】
以下，第１及び第２材料に適用可能な組成例について記述する。特に，本発明に係る積層コンデンサは，コンデンサユニットが並列接続されることにより，既知のコンデンサにおいて高い温度依存性又は電界強度依存性を示す誘電率に起因して使用できなかった材料も使用可能とするものである。
【００４１】
第１材料は，例えば次の何れかの組成，即ち：
a) (1-x) BaTiO3 + x BaZrO3（但し，0 < x < 0.25）
b) Ba1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
c) Pb1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
d) Ba1-xCaxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
の組成を有する。
【００４２】
第２材料は，例えば次の何れかの組成，即ち： 
e) Pb1-1,5yLayTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
f) Pb1-1,5yNdyTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
g) (1-x) PLZT + x PNZT（但し0 < x < 1，PLZTは組成e)を有する材料，PNZTは組成f)を有する材料）
h) Bi0,5Na0,5TiO3
i) (1-x) BNT + x BT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，BTはBaTiO3の組成を有する材料）
k) (1-x) BNT + x PT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，PTはPbTiO3の組成を有する材料）
の組成を有する。
【００４３】
以下，本発明に係る積層コンデンサを添付図面について更に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】積層コンデンサの第１実施形態を示す略図である。
【図２Ａ】第１材料の誘電率の電界強度依存性を示す特性図である。
【図２Ｂ】第２材料の誘電率の電界強度依存性を示す特性図である。
【図２Ｃ】第１材料で構成された第１コンデンサユニットと，第２材料で構成された第２コンデンサユニットとを備えるコンデンサの実効誘電率の電界強度依存性を示す特性図である。
【図３Ａ】反強誘電材料の分極曲線を示す特性図である。
【図３Ｂ】図3Aの反強誘電材料における，電界強度に応じた誘電率を示す特性図である。
【図４】更なる反強誘電材料の分極曲線を示す特性図である。
【図５】インダクタンス及びサージ保護素子を有するコンデンサユニットのための電気接続部の一実施形態を示す説明図である。
【図６Ａ】積層コンデンサの第１実施形態を示す第１側面図である。
【図６Ｂ】図6Aの積層セラミックを示す第２側面図である。
【図６Ｃ】図6A及び図6Bの積層コンデンサの一部を示す断面図である。
【図７Ａ】積層コンデンサの第２実施形態を示す第１側面図である。
【図７Ｂ】図7Aの積層セラミックを示す第２側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は，積層セラミックコンデンサ１の構造を線図的に示すものである。積層コンデンサ１は，第１コンデンサユニット２と，第２コンデンサユニット３とを備え，これらユニット2, 3は接続端子14, 15により並列接続されている。
【００４６】
第１コンデンサユニット２は第１セラミック材で構成され，この第１セラミック材料は低電圧の印加時に高い誘電率を示す。第２コンデンサユニット３は第２セラミック材料で構成され，この第２セラミック材料は高電圧の印加時に高い誘電率を示す。第１及び第２コンデンサユニット2, 3の並列接続に基づき，積層コンデンサ全体は，印加電圧の高低に関わらず高い誘電率を示す。
【００４７】
両コンデンサユニット2, 3は何れも，セラミック層及びこれらセラミック層間に配置されている電極層（図示せず）で構成される積層構造を有する。第１材料又は第２材料とは，対応する積層ユニット2, 3内に使用されているセラミック層の材料を指すものである。例えば第１材料は，チタン酸バリウム又はチタン酸鉛を主成分とする強誘電セラミックとされ，第２材料は，チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする反強誘電セラミックとされている。代替的には，BiNaTi2O6を主成分とする無鉛の反強誘電材料，又はBaTiO3又はPbTiO3を含有する固相溶液としてもよい。セラミックには，ボロンガラス又はリチウムガラス等の焼結助剤を含有することもできる。電極層は，例えばNi, Cu, Ag, AgPd又はPdのうち１種以上の金属を含有するものであり，特に活性金属も使 用可能である。
【００４８】
第１及び第２コンデンサユニット2, 3は，温度制御素子４に熱伝導的に結合され，この温度制御素子４は，自己制御機能を有するPTC素子として構成されている。温度制御素子４により，コンデンサユニット2, 3の温度は，積層コンデンサ１全体の性能が最大限高まるよう制御される。例えばこの温度は，強誘電材料が，その最大値付近の誘電率を示すよう制御される。この温度制御は，材料の誘電率が温度に強く影響されて変化する場合，特に有利である。Ba(Ti, Zr)O3の組成を有する強誘電材料の場合，温度は例えば80°Cに制御される。
【００４９】
単一の温度制御素子４の代わりに，互いに分離させた第１温度制御素子及び第２温度制御素子を使用することもできる。第１温度制御素子は第１材料を特定の温度値に制御するため，また第２温度制御素子は第２材料を特定の温度値に制御するために設けるものであり，これら特定の温度値においては当該材料が可及的に高い誘電率を示す。
【００５０】
第１コンデンサユニット２は，接続端子14, 15により，第２コンデンサユニット３に機械的に接続されている。第１コンデンサユニット２及び第２コンデンサユニット３は，共通シャシに固定することも可能である。
【００５１】
図2Aは，図1Aに示す第１コンデンサユニット２に使用可能であり，例えば強誘電材料とする第１材料に関して，電界強度Ｅに応じた誘電率Ｋの電界強度依存性を示している。低電圧が印加された場合の誘電率は高く，好適には500を大幅に超過し，特に好適には1000を大幅に超過するものである。高電界強度の作用に際して，誘電率は急激に低下する。
【００５２】
図2Bは，第２材料に関して，電界強度Ｅに応じた誘電率の特性曲線の変化を示している。例えば第２材料は反強誘電材料とし，第２コンデンサユニット３に使用可能である。第２材料は，高電圧の印加時に最大の誘電率を示し，この最大誘電率は，好適には500を大幅に超過し，特に好適には1000を大幅に超過するものである。低電界強度の作用に際して，誘電率は大幅に低下する。即ち，第２材料の誘電率は，電界強度に強く影響される。
【００５３】
図2Aに示す第１材料を有する第１コンデンサユニットと，図2Bに示す第２材料を有する第２コンデンサユニットとを備える積層セラミックコンデンサにおける実効誘電率Keffの電界強度依存性を，図2Cに示す。この場合の実効誘電率誘電率Keffは，コンデンサユニット2, 3の並列接続により，図2A及び図2Bに示す誘電率を重ね合わせたものである。そのため，積層コンデンサの誘電率は，広い電圧範囲にわたって高い値を示し，好適には500を大幅に超過し，特に好適には1000を大幅に超過するものである。加えて，誘電率は，広い電圧範囲に亘って一定の特性曲線を示し，従って低い電界強度依存性を示すものである。
【００５４】
図3Aは，第２材料として積層コンデンサに使用可能な反強誘電材料の分極特性曲線を示している。電界強度Ｅの増大に伴う分極特性Ｐは上向き矢印により，電界強度Ｅの低下に伴う分極特性Ｐは下向き矢印によりそれぞれ示されている。反強誘電材料は，例えばPbZrO3を主成分とする。
【００５５】
図3Bは，図3Aの特性図から導出された誘電率Ｋを電界強度Ｅに応じて示している。誘電率Ｋは，電界強度範囲がおよそ0.12 MV/cmの場合，12000である。この値は，セラミック層の層厚を20 μm乃至80 μmとし，かつ動作電圧を240 V乃至960 Vの間とした場合に相当する値である。好適には，コンデンサ全体は，広い電界強度範囲にわたって同様の高い誘電率を示すものであり，例えば500 Vまでの電圧が印加される。
【００５６】
図４は，BiNaTi2O6を主成分とし，かつ第２材料として積層コンデンサに使用可能な他の材料の分極特性曲線を示している。図４の分極特性曲線は，図3Aに示す材料の分極特性曲線よりも緩やかに変化している。即ち，この場合の最大誘電率は，図3Bに示す最大誘電率よりも低く，しかも電界強度依存性が相対的に低い。
【００５７】
類似の分極特性曲線は，BiMgTi2O6等の代替的な同形化合物，及び少量のビスマスを含有するセラミックにおいて示されるものである。負電荷の安定化のため，セラミックに例えばネオジム又はランタンを付加的に含有してもよい。このような材料や，PbTiO3, BaTiO3, PbZrO3, BaZrO3又はこれらの組み合わせに係る固相混合により，図3A及び図４に示す特性曲線の中間の変化を示す特性曲線も実現可能である。
【００５８】
図５は，電気的に並列接続される第１コンデンサユニット２と，第２コンデンサユニット３とを備える積層コンデンサ１の回路図１３を概略的に示している。
【００５９】
コンデンサユニット2, 3は並列接続されているため，動作電圧の変動により充電のシフトが生じる。従って，このシフトを時間的に制御するため，第１及び第２コンデンサユニット2, 3の間にインダクタンス６が直列接続されている。更に，サージ電圧を防止するため，バリスタとして構成されたサージ保護素子７がコンデンサユニット2, 3に対して並列接続されている。バリスタの代わりに，ピーク電圧を迅速に低下させる機能を有する他の素子を使用してもよい。
【００６０】
サージ保護素子７及びインダクタンス６は，例えば適切な接続技術により互いに外部接続するか，又は共にモジュール内に組み込むことができる。
【００６１】
図6Aは，積層コンデンサ１における第１実施形態を示す側面図である。積層コンデンサは，第１コンデンサユニット２と，第２コンデンサユニット３とを備え，これらコンデンサユニット2, 3は，接続端子14, 15により互いに並列接続されている。第１コンデンサユニット２と，第２コンデンサユニット３の間には，自己制御機能を有するPTC加熱素子として構成した温度制御素子４が配置されている。
【００６２】
本発明に係る積層コンデンサ１は，400 Vの動作電圧において，少なくとも5 μF/cm3の出力密度，好適には少なくとも10 μF/cm3の出力密度を示す。
【００６３】
図6Bは，図6Aに示す積層コンデンサ１を，垂直軸線周りに90°回転させた状態で示している。図6Bにおいては，コンデンサユニット2, 3の層構造が示されている。各コンデンサユニット2, 3は，複数のセラミック層24, 34と，これらセラミック層24, 34の間に配置されている電極層25, 35を有する。各セラミック層24, 34は，第１材料又は第２材料で構成されるものである。コンデンサユニット2, 3は，平坦な外部電極25, 35を有し，これら外部電極25, 35により電極層23, 33が接続端子14, 15に電気接続されている。電機端子14, 15は，例えば半田材料により，導電性接着剤により，又はワイヤボンディングにより外部電極25, 35に固定する。外部電極25, 35は，例えば焼付ペーストとして構成することができる。他の実施形態において，接続端子は，電極層23, 33に直接接続してもよく，この場合に外部電極25, 35は設けないものとする。
【００６４】
温度制御素子４は，第１及び第２コンデンサユニット2, 3に熱伝導的に結合され，これにより両コンデンサユニット2, 3を所望の温度に制御するものである。温度制御素子４は，伝熱性接着剤47により第１及び第２コンデンサユニット2, 3に固定する。温度制御素子４は，ギャップ48によりコンデンサユニット2, 3の外側に対して電気的に絶縁しておく。
【００６５】
図6Cは，積層コンデンサ１の一部を示している。この一部は，図6A及び図6Bにおいて円で示し，かつ図6Aに対応する側面図で示すものである。図6Cにおいて，温度制御素子４の接続端子45が明示されている。温度制御素子４は，２個の電極層461, 462を有し，一方の電極層461は接続端子45に接続され，他方の電極層462は接続端子45に対向する側の接続端子44に電気接続されている。即ち，一方の電極層461は接続端子45までガイドされ，他方の電極層462はこの接続端子45から離間し，接続端子44までガイドされる構成とする。
【００６６】
図7Aは，積層コンデンサ１における第２実施形態を示している。図示の実施形態においては，複数の第１コンデンサユニット201, 202と，複数の第２コンデンサユニット301, 302が，交互に隣接して配置されている。コンデンサユニット201, 202, 301, 302は，共通の熱伝導的な被覆部８を有する。
【００６７】
図7Bは，図7Aに示す積層コンデンサを，垂直軸線周りに90°回転させた状態で示している。図7Bには，図6Bと同様に，各コンデンサユニット201, 202, 301, 302の積層構造が示されている。
【００６８】
図7Bの積層コンデンサは２個の温度制御素子401, 402を備え，一方の温度制御素子401はコンデンサユニット201, 202, 301, 302の上部に，他方の温度制御素子402はコンデンサユニット201, 202, 301, 302の下部に配置されている。温度制御素子401, 402は同一の制御温度を示すため，特に高い信頼性をもって温度制御が達成される。
【符号の説明】
【００６９】
1             積層コンデンサ
13           回路図の略図
14, 15       接続端子
2, 201, 202   第１コンデンサユニット
23           電極層
24           第１材料のセラミック層
25           外部電極
3, 301, 302   第２コンデンサユニット
33           電極層
34           第２材料のセラミック層
35           外部電極
4, 401, 402   温度制御素子
43           PTC素子
44, 45       接続端子
461, 462      電極層
47           伝熱性接着剤
48           ギャップ
6             インダクタンス
7             サージ保護素子
8             被覆部
E             電界強度
K             誘電率
Keff           実効誘電率
【図１】
2013518400.tif 000003
【図２Ａ】
2013518400.tif 000004
【図２Ｂ】
2013518400.tif 000005
【図２Ｃ】
2013518400.tif 000006
【図３Ａ】
2013518400.tif 000007
【図３Ｂ】
2013518400.tif 000008
【図４】
2013518400.tif 000009
【図５】
2013518400.tif 000010
【図６Ａ】
2013518400.tif 000011
【図６Ｂ】
2013518400.tif 000012
【図６Ｃ】
2013518400.tif 000013
【図７Ａ】
2013518400.tif 000014
【図７Ｂ】
2013518400.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月26日(2012.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料で構成される第１コンデンサユニット（2, 201, 202）と，該第１材料とは異なる第２材料で構成される第２コンデンサユニット（3, 301, 302）とを備え，第１コンデンサユニット（2, 201, 202）及び第２コンデンサユニット（3, 301, 302）が電気的に並列接続され，前記第１材料は低電圧の印加時に高い誘電率（K）を，前記第２材料は高電圧の印加時に高い誘電率（K）をそれぞれ示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，該積層セラミックコンデンサ（1）の誘電率（K）が，印加される全電圧範囲にわたって500よりも高い積層セラミックコンデンサ。
【請求項３】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記コンデンサユニット（2, 201, 202, 3, 301, 302）の並列接続に基づき，前記積層セラミックコンデンサ（1）の誘電率（K）の電圧依存性が，印加される全電圧範囲に亘って各コンデンサユニット（2, 3）の誘電率（K）の電圧依存性よりも低い積層セラミックコンデンサ。
【請求項４】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第１材料が強誘電特性を示し，前記第２材料が反強誘電特性を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項５】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，少なくとも１つのコンデンサユニット（2, 201, 202，3, 301, 302）の温度を制御するために，少なくとも１つの温度制御素子（4, 401, 402）を備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項６】
請求項５に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記温度制御素子（4, 401, 402）が正の温度計数を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項７】
請求項５に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記温度制御素子（4, 401, 402）は，第１材料及び第２材料の少なくとも一方を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で前記材料は印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項８】
請求項５に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１材料の温度を制御するための第１温度制御素子（4, 401, 402）と，第２材料の温度を制御するための第２温度制御素子（4, 401, 402）とを備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項９】
請求項８に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１温度制御素子（4, 401, 402）が第１材料を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で第１材料は印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示し，更に，第２温度制御素子（4, 401, 402）が第２材料を所定温度に制御するために設けられ，該温度下で第２材料が印加電圧範囲における最大値付近の誘電率（K）を示す積層セラミックコンデンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１材料が，チタン酸バリウム又はチタン酸鉛を主成分とするセラミックである積層セラミックコンデンサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，第２材料が，チタン酸ジルコン酸鉛又はビスマスナトリウムを主成分とするセラミックである積層セラミックコンデンサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第１材料が次の何れかの組成，即ち：
a) (1-x) BaTiO3 + x BaZrO3（但し，0 < x < 0.25），
b) Ba1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0≦ y < 1）
c) Pb1-xSrxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
d) Ba1-xCaxTi1-yZryO3（但し0 < x < 1及び（0 ≦ y < 1）
の組成を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記第２材料が以下の組成，即ち：
e) Pb1-1,5yLayTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
f) Pb1-1,5yNdyTi1-zZrzO3（但し0 < y < 0.15及び0.6 < z < 1）
g) (1-x) PLZT + x PNZT（但し0 < x < 1，PLZTは組成e)を有する材料，PNZTは組成f)を有する材料）
h) Bi0,5Na0,5TiO3
i) (1-x) BNT + x BT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，BTはBaTiO3の組成を有する材料）
k) (1-x) BNT + x PT（但し0 < x < 0.35，BNTは組成h)を有する材料，PTはPbTiO3の組成を有する材料）
の組成を有する積層セラミックコンデンサ。
【請求項１４】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，前記コンデンサユニット（2, 201, 202，3, 301, 302）に対して電気的に並列接続されるサージ保護素子（7）を備える積層セラミックコンデンサ。
【請求項１５】
請求項１に記載の積層セラミックコンデンサであって，第１コンデンサユニット（2, 201, 202）及び第２コンデンサユニット（3, 301, 302）の間に電気的に直列接続されるインダクタンスを備える積層セラミックコンデンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明の他の一実施形態においては，第１材料の温度を制御するための第１温度制御素子，及び第２材料の温度を制御するための第２温度制御素子が使用される。
【国際調査報告】
2013518400.tif 000016
2013518400.tif 000017
2013518400.tif 000018
2013518400.tif 000019