(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の抵抗体と板状の支持部材と複数の分圧用コンデンサとを有する分圧装置であって、
上記複数の抵抗体は、それぞれ一対の端子を有し、上記支持部材の一方の面側に実装され、上記各端子を介して直列に接続されたものであり、
上記複数の分圧用コンデンサは、上記各抵抗体に対応して設けられ、共通の絶縁部材を挟んで対向配置された第１及び第２の電極板をそれぞれ有し上記第１及び第２の電極間に静電容量を形成するものであって、上記共通の絶縁部材が上記支持部材の他方の面側にあるようにしてかつ上記各分圧用コンデンサの上記第１及び第２の電極板が上記支持部材を介して上記各抵抗体に対向する位置に位置するようにして上記支持部材に重ねられたものであり、
上記抵抗体に対向する上記分圧用コンデンサの上記第１及び第２の電極板が上記支持部材を貫通する接続導体により上記抵抗体の上記一対の端子に接続されたものである
分圧装置。
【請求項２】
上記分圧用コンデンサは、上記第１及び第２の電極板がプリントパターンにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の分圧装置。
【請求項３】
上記分圧用コンデンサは、上記共通の絶縁部材がプリント基板であり、上記プリント基板にプリントパターンの設けられていないパターンなし基板が重ねられ、上記第１及び第２の電極板が上記プリント基板及び上記パターンなし基板を挟んで対向配置されたものであることを特徴とする請求項２に記載の分圧装置。
【請求項４】
上記分圧用コンデンサは、上記第１及び第２の電極板の少なくとも一方及び上記共通の絶縁部材が複数設けられたものであって上記第１及び第２の電極板が上記複数の共通の絶縁部材を交互に挟んで対向配置されたものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分圧装置。
【請求項５】
上記分圧用コンデンサは、上記共通の絶縁部材が所定の周波数において所定の誘電率を有する強誘電体で形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電圧を分圧して取り出すための分圧装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高電圧を測定する場合、高圧分圧器を用いて分圧して低い電圧を取り出して測定するのが一般的である。高圧分圧器は、周知のように抵抗を多数直列に接続しこの各抵抗に並列にコンデンサを接続して構成されている。このように分圧装置を構成するのは、（１）個々の抵抗の定格電圧が低くても、抵抗を直列に接続することで高電圧に対応できること、（２）電圧変化が大きい（ｄＶ／ｄＴが大きく、おおむね２５０Ｖ／μｓｅｃ以上）場合、電圧変化が大きい期間（以下、過渡期間という）の分圧を安定にするためにコンデンサによる分圧を必要とすること等の理由による。特に、抵抗の両端子間に発生する容量や他の特定電位の部位に対して発生する浮遊容量により、過渡期間の分圧を的確に行えず、過渡期間に個々の抵抗にかかる電圧が抵抗の定格値を越えてしまう場合がある。コンデンサによる分圧は、この過渡期間の分圧を確実に行うためのものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４２１４８号公報（段落番号００１７、００１９及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の分圧装置としての高圧分圧器は以上のように構成されているが、高圧分圧器をはじめとする長期信頼性を必要とする分圧装置例えばハイブリッド車両に代表される電機駆動システムや電力変換器や粒子加速器等において、長期にわたり安定して分圧特性が変化しないようにすることすなわち分圧特性の経年変化を防止することは重要な課題である。抵抗に関しては比較的安価な製品においても長期信頼性は充分確保されているものの、コンデンサに関しては、経年変化による特性の変化、特に吸湿や高温にさらされることにより、容量の変化は避けられず、この現象は、１つ１つのコンデンサにより異なる時間特性をもつ。そのため、コンデンサを直列接続した高電圧分圧器では、個々のコンデンサの特性の経時変化の違いのため、過渡期間における分圧特性が悪くなる場合があった。
【０００５】
また、長期信頼性を考慮したコンデンサは、その大きさや、コストから使用に際してプリント基板に実装することは非常に困難であった。さらに、分圧回路に関して、例えば観測電圧０Ｖ〜１５００Ｖの電圧波形を０Ｖ〜５Ｖに変換する場合、１／３００倍の分圧器が必要である。この分圧器の実現には、例えばチップ抵抗を使用する場合、使用電圧４００Ｖの抵抗を最低４個直列に接続する必要がある。また、過渡期間における分圧すなわち過渡分圧を確実に行うためには、それら抵抗に並列に４００Ｖ以上の耐圧を持つコンデンサを抵抗に並列に取り付ける必要がある。しかし、現実的には上述のようにコンデンサの経時変化による容量の変化があり、その変化特性は個々に異なるため長期にわたる過渡分圧特性を考慮し、コンデンサ容量の変化特性が揃っていれば４直列でよいものを、６直列や８直列に接続する必要があった。このため、装置の大形化を招くとともに製造コストも高くなるという問題点もあった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、過渡分圧特性の経年変化を抑制でき、また小形化を図ることができる分圧装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る分圧装置は、複数の抵抗体と板状の支持部材と複数の分圧用コンデンサとを有する分圧装置であって、
複数の抵抗体は、それぞれ一対の端子を有し、支持部材の一方の面側に実装され、各端子を介して直列に接続されたものであり、
複数の分圧用コンデンサは、各抵抗体に対応して設けられ、共通の絶縁部材を挟んで対向配置された第１及び第２の電極板をそれぞれ有し第１及び第２の電極間に静電容量を形成するものであって、共通の絶縁部材が支持部材の他方の面側にあるようにしてかつ各分圧用コンデンサの第１及び第２の電極板が支持部材を介して各抵抗体に対向する位置に位置するようにして支持部材に重ねられたものであり、
抵抗体に対向する分圧用コンデンサの第１及び第２の電極板が支持部材を貫通する接続導体により抵抗体の一対の端子に接続されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、複数の抵抗体と板状の支持部材と複数の分圧用コンデンサとを有する分圧装置であって、
複数の抵抗体は、それぞれ一対の端子を有し、支持部材の一方の面側に実装され、各端子を介して直列に接続されたものであり、
複数の分圧用コンデンサは、各抵抗体に対応して設けられ、共通の絶縁部材を挟んで対向配置された第１及び第２の電極板をそれぞれ有し第１及び第２の電極間に静電容量を形成するものであって、共通の絶縁部材が支持部材の他方の面側にあるようにしてかつ各分圧用コンデンサの第１及び第２の電極板が支持部材を介して各抵抗体に対向する位置に位置するようにして支持部材に重ねられたものであり、
抵抗体に対向する分圧用コンデンサの第１及び第２の電極板が支持部材を貫通する接続導体により抵抗体の一対の端子に接続されたものであるので、
複数の分圧用コンデンサは共通の絶縁部材を誘電体とするので、各コンデンサの経年変化のばらつきが軽減され、過渡分圧特性の経年変化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図６は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は側面断面図、図１（ｂ）は平面図である。図２は高圧分圧器の要部を示す図であり、図２（ａ）は側面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の切断面Ａ−Ａにおける平面断面図である。図３は高圧分圧器の要部を示す別の図であり、図３（ａ）は側面断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の切断面Ｂ−Ｂにおける平面断面図である。図４は高圧分圧器の各部の静電容量を模式的に示す説明図である。図５は各電極板を模式的に示す模式図である。図６は、図１の高圧分圧器の等価回路図である。
【００１０】
この実施の形態は、分圧装置としての高圧分圧器を基板上に形成した例である。絶縁材料で形成された支持部材としての基板４１に実装パターン２を形成した第１のパターン層３と、絶縁部材としての基板４２に第１の電極板としての所定間隔で矩形状の電極板４を形成した第２のパターン層５と、絶縁部材としての基板４３に上記電極板４よりも所定寸法位置をずらせて第２の電極板としての矩形状の電極板６を形成した第３のパターン層７と、絶縁部材としての基板４４の一方の面に電極板４を形成するとともに他方の面に矩形状の電極板８を所定間隔で形成した第４のパターン層９とを、積み重ねて一体化している。なお、矩形状の電極板４，６，８は、プリントパターンにて形成し、電界集中を防止するために矩形状の電極板４，６，８の角を丸くしたり、面取りを施したりしている。また、電極板４，６，８は、抵抗の直下に配設している。
【００１１】
実装パターン２は、高圧側に接続される高圧側端子２ａ、中間端子２ｂ、分圧を取り出すための測定端子２ｃ、大地電位側の接地側端子２ｄを有する。接地側端子２ｄは、図１（ｂ）に示すように、間に高圧側端子２ａ、中間端子２ｂ、測定端子２ｃを挟むようにコ状に形成されている。高圧側端子２ａとこれに隣接する中間端子２ｂとの間、中間端子２ｂ同士の間、中間端子２ｂと測定端子２ｃとの間に合わせて４個の分圧用のチップ抵抗２１が載置されて直列に接続されている。測定端子２ｃと接地側端子２ｄの間に分圧して電圧を取り出すための低圧部抵抗２２及びフィルターとして過渡分圧時のサージ信号を抑制する低圧部コンデンサ２３が実装され、これらが並列に接続されている。測定端子２ｃから分圧された電圧を測定するための分圧出力端子２ｇが引き出されている。
【００１２】
高圧側端子２ａ、各中間端子２ｂ、測定端子２ｃには、基板４１〜４４の内層に通じるスルーホール３１，３２，３３，３４がそれぞれ設けられている。スルーホール３１によりスルーホール３１の右方にある電極板４が高圧側端子２ａに接続され、スルーホール３２によりルーホール３２の左方にある電極板６及びスルーホール３２の右方にある電極板４が中間端子２ｂに接続され、スルーホール３３によりスルーホール３３の左方にある電極板６が測定端子２ｃに接続されている。このように構成することにより、基板４１〜４４を挟んで対向する実装パターン２、電極板４、電極板６、電極板８により、図４に示すような各基板４１〜４４をそれぞれ共通の誘電体とするエレメントコンデンサ３９が多数形成され、各チップ抵抗２１と並列に接続される。
【００１３】
以上のように構成された高圧分圧器を、基板４１〜４４を取り去って示すと図５の斜視図のようになっている。これにより、図６に示すように、直列に接続された所定個数の分圧抵抗Ｒ０（チップ抵抗２１）と電圧測定用抵抗Ｒ１（低圧部抵抗２２）との直列回路を構成するとともに、分圧用のコンデンサＣ０が各分圧抵抗Ｒ０に並列に接続され、サージ電圧抑制用コンデンサＣ１（低圧部コンデンサ２３）が電圧測定用抵抗Ｒ１に並列に接続されることになる。なお、図６において、Ｃａ１〜Ｃａｎはチップ抵抗２１の端子間の浮遊容量、Ｃｂ１〜Ｃｂｎはチップ抵抗２１と共通電位（大地電位）間の浮遊容量、Ｃｃ１〜Ｃｃｎは電極板４や電極板６その他の配線パターンと共通電位間の浮遊容量である。
【００１４】
以上のように、この実施の形態によればチップ抵抗２１と基板４１〜４４を誘電体として使用した分圧用のコンデンサとを並列に接続した要素部分を製作でき、これを多数直列接続して高圧分圧器を構成する。分圧用のエレメントコンデンサ３９は基板４１〜４４を共通の誘電体として使用するので個々の容量の経時変化のばらつきを抑制することができ、高圧分圧器の過渡分圧特性の経年変化を小さくできるとともに高圧分圧器を安価に提供することが可能となる。さらに、チップ抵抗２１の直下に他のプリントパターンを作らず、チップ抵抗２１の直下に電極板４や電極板６などの平板パターンを形成することにより、周囲のパターンまでの距離が離れるので周囲のパターンとの絶縁も容易となるとともに他の共通電位に対する浮遊容量を減少させる効果も有する。なお、ここでは絶縁材料製の基板１を共通の誘電体として使用したエレメントコンデンサを、何層かにわたり積層することで並列化し、分圧コンデンサを大容量化しているが、必要に応じて増減することが可能である。また、分圧コンデンサを実装することなく構成できるため、高圧分圧器にかかる部品コスト、組み立てコストを大幅に削減できる。さらにはチップ抵抗２１の直下に、すなわち基板１を挟んでチップ抵抗２１と対向する位置に、コンデンサを形成するために、高圧分圧器の浮遊容量を大幅に削減できる。
【００１５】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２である高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図７（ａ）は側面断面図、図７（ｂ）は平面図である。図７において、高圧分圧器は、第１のパターン層３と第２のパターン層５に形成された電極板４との間に配線パターンの形成されていない２枚のパターンなし基板５１を挿入し、第２のパターン層５と第４のパターン層９の基板４４に形成された電極板６との間に同様にパターンなし基板５１を２枚挿入して構成している。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００１６】
このように、実装パターン２、電極板４、電極板６間において必要な耐圧を確保するために、１層分以上のパターンなし基板５１を設けることにより、より高い絶縁性能を持たせることができる。この場合、図１の実施の形態と比べるとコンデンサの容量が小さくなるので、第２のパターン層５や第３のパターン層７（図１参照）の積層枚数を所要数増やす。あるいは、電極板４や電極板６などの面積を大きくするなどしてもよい。これにより、高圧分圧器は、実施の形態１の効果に加え、さらに高電圧に対応できる。また、より使用電圧の高い抵抗を使用することで、チップ抵抗の直列数の削減や分圧回路の小型化が可能となる。
【００１７】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３である高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図８（ａ）は側面断面図、図８（ｂ）は平面図である。図８において、高圧分圧器は、所定の周波数において所定の誘電率を有する強誘電材料にて形成された強誘電体基板６１上に電極板４を形成した第５のパターン層６５と、強誘電体基板６１上に電極板６を形成した第６のパターン層６７とを実施の形態１と同様に積層して構成したものである。このように強誘電体にて形成された基板６１を使用することにより、容積や重量の増加を招くことなくより大きな容量を作成することができる。実施の形態１の効果に加え、分圧用コンデンサの容量をより大きくすることができ、さらに超長期にわたるコンデンサの経時変化にともなう容量の減少に対応でき、長期にわたって分圧特性を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１である高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は側面断面図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】高圧分圧器の要部を示す図であり、図２（ａ）は側面断面図、図２（ｂ）は平面断面図である。
【図３】高圧分圧器の要部を示す別の図であり、図３（ａ）は側面断面図、図３（ｂ）は平面断面図である。
【図４】高圧分圧器の各部の静電容量を模式的に示す説明図である。
【図５】各電極板を模式的に示す模式図である。
【図６】図１の高圧分圧器の等価回路図である。
【図７】この発明の実施の形態２である高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図７（ａ）は側面断面図、図７（ｂ）は平面図である。
【図８】この発明の実施の形態２である高圧分圧器の構成を示す構成図であり、図８（ａ）は側面断面図、図８（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００１９】
２  実装パターン、３  第１のパターン層、４  電極板、５  第２のパターン層、
６  電極板、７  第３のパターン層、８  電極板、９  第４のパターン層、
２１  チップ抵抗、２２  低圧部抵抗、２３  低圧部コンデンサ、
３１〜３３  スルーホール、３９  エレメントコンデンサ、４１〜４４  基板、
５１  パターンなし基板、６１  強誘電体基板、６５  第５のパターン層、
６７  第６のパターン層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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