コンデンサーの歴史の草創期は、電子の発見以前から、主に電気を早期に理解するためにコンデンサーが使用されていた時代でした。手をつないで列を作ってコンデンサーを放電させるなど、パーラーでのデモンストレーションを行う時間でもありました。コンデンサの現代は、電気実用時代の幕開けとともに 1800 年代後半に始まり、特定の特性を備えた信頼性の高いコンデンサが必要になりました。

ライデンジャーズ

送信装置を備えたマルコーニ、LIFE [パブリック ドメイン] で公開、ウィキメディア コモンズ経由

そのような実用化の 1 つは、1900 年の直前から 10 年目と 20 年目にかけて、マルコーニのワイヤレス スパーク ギャップ送信機でした。送信機はスパークギャップを介して放電するために高電圧を蓄積するため、その電圧に耐えるために磁器コンデンサを使用しました。高周波も必要でした。これらは基本的にライデン瓶であり、必要な静電容量を得るには多くのスペースが必要でした。

雲母

1909 年に、ウィリアム デュビリエは小型のマイカ コンデンサを発明し、無線ハードウェアの共振回路の受信側で使用されました。

初期のマイカコンデンサは基本的に、「クランプドマイカコンデンサ」と呼ばれるものとして、マイカと銅箔の層を互いにクランプしたものでした。ただし、これらのコンデンサはあまり信頼性がありませんでした。雲母シートを金属箔に押し付けただけであるため、雲母と箔の間には空隙がありました。これらのギャップにより酸化や腐食が起こり、プレート間の距離が変化して静電容量が変化する可能性がありました。

1920年代に、マイカの両面を金属でコーティングしてエアギャップを排除した銀マイカコンデンサが開発されました。厚い箔の代わりに薄い金属コーティングを使用すれば、コンデンサを小さくすることもできます。これらは非常に信頼できるものでした。もちろんそこで終わりではありません。コンデンサの現代は、魅力的なストーリーを生み出す画期的な進歩によって特徴づけられてきました。見てみましょう。

セラミック

マイクロプロセッサ周りのMLCC。Elcap 著 [CC BY-SA 3.0]、ウィキメディア コモンズ経由

1920年代、ドイツではマイカがそれほど豊富ではなかったので、彼らは新しいファミリーのセラミックコンデンサを実験し、二酸化チタン（ルチル）が温度補償のための静電容量の線形温度依存性を持ち、マイカコンデンサを置き換えることができることを発見しました。最初は少量で生産されましたが、1940 年代には大量に生産されました。それらは両面が金属化されたディスクで構成されていました。

より高い静電容量を得るために、雲母や二酸化チタンの 10 倍の誘電率を持つ別のセラミックであるチタン酸バリウムが使用されました。しかし、それらは電気パラメータの安定性が低く、安定性がそれほど重要でない場合にのみマイカを置き換えることができました。これは第二次世界大戦後改善されました。

1961 年に設立されたアメリカの会社は、より小型で静電容量が大きい積層セラミック コンデンサ (MLCC) の先駆けとなりました。2012 年の時点では、10^12 を超えるチタン酸バリウム MLCC が毎年生産されています。

アルミニウム電解

電解コンデンサ

1890 年代に Charles Pollak は、アルミニウム陽極上の酸化物層が中性またはアルカリ溶液中で安定であることを発見し、1897 年にホウ砂電解質アルミニウム コンデンサーの特許を取得しました。最初の「湿式」電解コンデンサは 1920 年代に短期間ラジオに登場しましたが、寿命は限られていました。水分含有量が高いため、「ウェット」と呼ばれていました。それらは基本的に、水に溶解したホウ砂または他の電解質の溶液に浸漬された金属陽極を備えた容器でした。容器の外側はもう一方のプレートとして機能しました。これらは、中継ノイズを低減するために大規模な電話交換機で使用されていました。

電解コンデンサの現代の祖先となる特許は、1925 年にサムアル ルーベンによって申請されました。彼は、酸化物でコーティングされたアノードと第2のプレートである金属箔の間にゲル状の電解質を挟み込み、水を満たした容器の必要性を排除しました。その結果生まれたのが「乾式」電解コンデンサでした。もう一つの追加は、フォイルの巻きの間に紙のスペースを設けたことです。これらすべてにより、サイズと価格が大幅に削減されました。

1936 年、コーネル デュビリエ社は、静電容量を増やすためにアノード表面を粗くするなどの改良を加えたアルミニウム電解コンデンサを発表しました。同時に、電動ガン会社の Hydra-Werke がドイツのベルリンで量産を開始しました。

第二次世界大戦後、ラジオおよびテレビ技術の急速な発展により、生産量が増加し、スタイルやサイズも多様になりました。改善には、有機物をベースとした新しい電解質を使用することによる、漏れ電流と等価直列抵抗 (ESR) の削減、より広い温度範囲、およびより長い寿命が含まれます。1970 年代から 1990 年代にかけてのさらなる開発には、漏れ電流の低減、ESR のさらなる低減、および温度の上昇も含まれていました。

「コンデンサの疫病」として知られるようになった問題は、2000 年から 2005 年にかけて発生しました。おそらく、盗まれたレシピが使用されたためですが、特定の安定化物質がなかったため、早期故障につながりました。

タンタル電解

表面実装タンタルコンデンサです。Epop [パブリックドメイン] 著、Wikimedia Commons 経由

タンタル電解コンデンサは、1930 年代に初めて軍事目的で製造されました。これらは、タンタル箔を巻いて非固体電解質を使用しました。1950 年代にベル研究所は最初の固体電解質タンタル コンデンサを製造しました。彼らはタンタルを粉末に粉砕し、それを円柱として焼結しました。当初は液体電解質が使用されていましたが、その後、二酸化マンガンが固体電解質として使用できることを発見しました。

基本的な発明はベル研究所が行いましたが、1954 年にスプラーグ電気会社がプロセスを改良し、最初の商業的に実行可能なタンタル固体電解コンデンサを製造しました。

1975 年には、二酸化マンガンに代わるはるかに高い導電率の導電性ポリマーを使用したポリマー タンタル電解コンデンサが登場し、ESR が低くなりました。NECは1995年にSMD（表面実装デバイス）用のポリマータンタルコンデンサを発売し、1997年には三洋電機もこれに続きました。

タンタル鉱石は価格ショックの影響を受けやすく、そのような出来事が 1980 年と 2000/2001 年に 2 回発生しました。後者の衝撃は、タンタル コンデンサとほぼ同じ特性を実現する二酸化マンガン電解液を使用したニオブ電解コンデンサの開発につながりました。

ポリマーフィルム

フィルムコンデンサー。Elcap [CC-BY-SA 3.0]、ウィキメディア コモンズ経由

金属化紙コンデンサは 1900 年に GF Mansbridge によって特許を取得しました。金属化は、金属粒子を充填したバインダーで紙をコーティングすることによって行われました。これらは、1900 年代初頭に電話 (電気通信) のデカップリング コンデンサとして一般的に使用されていました。第二次世界大戦中、ボッシュはプロセスを改良し、紙にラッカーをコーティングし、金属を真空蒸着してコーティングすることで製造しました。1954 年頃、ベル研究所は紙から分離した厚さ 2.5 μm の金属化ラッカー フィルムを作成し、その結果、はるかに小さなコンデンサが実現しました。これが最初の高分子フィルムコンデンサと言えます。

第二次世界大戦中の有機化学者によるプラスチックの研究により、これはさらに前進しました。1954 年に最初の
マイラー コンデンサーもその 1 つでした。マイラーは 1952 年にデュポンによって商標登録され、非常に強力な PET (ポリエチレン テレフタレート) です。1954 年に 12um 金属化マイラー フィルム コンデンサーが製造されました。1959 年までに、リストにはポリエチレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、PET、ポリカーボネートで作られたコンデンサーが含まれていました。1970 年までに、電力会社は紙を使わずにフィルムホイルコンデンサを使用するようになりました。

二重層 (スーパーキャパシタ)

スーパーキャパシタ、Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0]、ウィキメディア コモンズ経由

これで、最後のコンデンサ タイプ、つまり数千ファラッドの静電容量を備えた非常に魅力的なコンデンサにたどり着きます。1950 年代初頭、ゼネラル エレクトリック社の研究者は、燃料電池と充電式電池の背景を利用して、多孔質炭素電極を備えたコンデンサを実験しました。このため、H. ベッカーは、極めて高い容量をもたらす原理を理解せずに、このコンデンサを「多孔質炭素電極を備えた低電圧電解コンデンサ」として特許を取得しました。GEはそれ以上追及しなかった。

オハイオ州のスタンダード・オイルは別のバージョンを開発し、最終的に 1970 年代に NEC にライセンス供与し、NEC は最終的にスーパーキャパシターという商標名で商品化しました。定格は 5.5V で、最大 1F の静電容量がありました。それらは最大 5 cm^3 の大きさで、コンピューターのメモリのバックアップ電源として使用されました。

オタワ大学名誉教授のブライアン・エヴァンス・コンウェイは、1975 年から 1980 年にかけて酸化ルテニウム電気化学コンデンサーの研究に取り組みました。1991 年に電気化学貯蔵におけるスーパーコンデンサーと電池の違いについて説明し、1999 年に完全な説明を行い、スーパーコンデンサーという用語を再び作り出しました。

製品と市場は、Goldcaps、Dynacap、PRI Ultracapacitor などの製品名でゆっくりと成長しました。PRI Ultracapacitor は、1982 年にピナクル研究所 (PRI) によって軍事目的で開発された、内部抵抗の低い最初のスーパーキャパシタです。

市場における比較的最近の開発には、活性炭アノードにリチウムイオンをドープするリチウムイオンキャパシタが含まれる。これらは約 2.7V で数千ファ​​ラッド (4 桁) の静電容量を持ちます。

結論

「コンデンサの歴史 – 開拓時代」の 投稿に対する皆さんのコメントによると、コンデンサではなくコンデンサという用語が頻繁に使用されていることがわかります。それでは、コンデンサという用語はどこから来たのでしょうか? それは知られていないようですが、オックスフォード英語辞典は、1922 年の BSI (英国標準協会?) 電気工学用語集から引用しており、「コンデンサ」は「新しい用語」であり、蒸気との混同を避けるために使用されることを示唆しています。 'コンデンサー'。

出典:ハッカデイ