JPS6286707A - 高電圧高エネルギ−密度コンデンサ - 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、ドイツ特許出願公告箱３，３１２゜０７６号
に記載されている発明の改良に関するものである。

その出願はエネルギー密度が０．５Ｊ／ｃｍ３をこえて
１．２Ｊ／ｃｒＲ３にも達することができる種類のコン
デンサについて記述しているが、その特許出願以萌の技
術では１Ｊ／ｃｍ３のエネルギー密度は決して得られな
かったことが示されている。

０．５〜０．８Ｊ／ｃｍ３の範囲は既に得られているが
、それは特定の誘電体（ｒＫ−フィルム」として散られ
ているフッ化ポリビニリデン）を使用しているコンデン
サについてだけである。Ｋ−フィルムを使用しているそ
れらのコンデンサは、高い繰り返し率でコンデンサが動
作せねばならないあらゆる用途においては絶対に認める
ことができない非常に大きい誘電体損失が生ずるという
犠牲を払うことによって、そのように高いエネルギー密
度を得ているものである。したがって、それらのに−フ
ィルムコンデンサの応用分野は心臓細動除去器のような
非常に低い繰返し率の用途にほぼ限られる。一方、この
特殊な誘電体のジュール当りの価格は通常の誘電体のそ
れの３〜４倍である。Ｋ−フィルムの欠点を有しない前
記ドイツ特許明細書に記載されている種類のコンデンサ
は、心臓細動除去器用途以外のほとんどの用途において
は、０．５Ｊ／ｃｍ”をこえるエネルギー密度について
考えることができるもののみである。

そのような事実にかんがみて本願発明者はこの技術を改
良することになったものである。前記コンデンサの用途
は心臓細動除去器の用途に類似する用途、またはそれに
非常に近い用途に限られている。本願発明者は心臓細動
除去器以外の用途にそのコンデンナを使用しようとする
ものである。

そのコンデンサではエネルギー密度が０．５〜１．２Ｊ
／ｃｍ３のものはまだ得られていない。

考慮すべき別の要因は、従来得られていた０、５〜１．
２Ｊ／ｃｍ３のエネルギー密度がある種の試作品におい
て実現されただけであって、後では同じ値を得ることが
できないということである。したがって、本発明は、そ
れらのエネルギー密度を確実に得るため、かつその値を
こえて２Ｊ／ｃｍ３より高い値を得ることができるよう
にするために、それらのエネルギー密度を基にして諸原
理を設定することにある。本発明の新しい分野はエネル
ギー蓄積、転流およびろ波のような種々の用途に適する
高電圧・高エネルギー密度基本コンデンリである。この
コンデンサは、少くとも１つの誘電体層により分離され
て２つの導電性種板を備え、エネルギー蓄積、エネルギ
ー放出、転流またはろ波のための８電圧・高エネルギー
密度コンデンサにおいて、各極板には少くとも１つの第
１の誘電体層が組合され、コンデンサ゛が再生（自己回
復）するようにして再生を援助するｍＨ質の支持体で作
られた第２の誘電体に付着される、単位表面積当りの抵
抗値が２〜３０オームである金属層により形成され、コ
ンデンサは液状誘電体が含浸され、各誘電体および液状
誘電体の厚さおよび性質は、定格電圧が加えられた時に
支配的な電界の強さと誘電体層を破壊する電界の強さと
の比が各誘電体に対してほぼ等しいように選択される一
般的な種類のコンデンサに属するものである。

それらの手段により得らることができる性能は、下記の
２つの定義により最も良く要約できる。

コンデンナが公称電圧値で動作する時にコンデンサの全
誘電体にわたる平均電界強度：この電界は約２００Ｖ／
μｍから４００Ｖ／μｍ以上この同じ電圧におけるコン
デンサの体積エネルギー密度：これは０．５Ｊ／国３か
ら２Ｊ１０３以上である。それら２つの特徴は前記した
一般的なコンデンサに対しても最も顕著なものであって
、互いに一緒にされる。

高い電界強度と高エネルギー密度は、与えられた結果を
１ｒＩるために互いに一緒にされた下記の２つの主な要
因により得られる。

１、　再生（自己回復）できること。

２、　両方の誘電体における支配的な電界強度と破壊電
界強度の等しい比のために両方の誘電体の破壊電界強度
をほぼ完全に利用すること。

定　　義 この明ｌ１Ｉｓにおいては、「定格電圧」という用語は
、コンデンサが取り扱うことができる最高動作電圧を意
味する。定格電圧は正常な使用における動作電圧、すな
わち、十分に安全を見込／ｖだ動作電圧に一致するが、
電圧自体以外の他の制約が小さいか、中程度である用途
での正常な使用におけるものである。これらの制約は、
たとえばコンデンサが放電に使用される場合には繰返え
し率であり、かつ温度およびその他のパラメータである
。

それらのパラメータのあるものが大きい場合には、動作
電圧を定格電圧より低くした、定格を下げた状態でコン
デンサを動作させる。

１、　再生性能 この再生性能は、絶縁破壊が起ぎた時に、それが生じた
領域の周囲の金属化した部分を焼き切ることにより特性
を「回復」させることにある。そうすると、障害が起る
ことがなくなるから、２つの極板の間の誘電体の全破壊
電界強度を非常に高い程度まで使用することが可能とな
る。

この性能により、絶縁限界レベルがどのようなものであ
っても、全誘電体の絶縁限界に到達することができるよ
うになる。この再生機能を生じさせるのは第２の誘電体
の特性および金属化の部分である。実際に、再生過程は
何十年も前から知られていたが、本発明の諸条件におい
て使用されたことは決してなかったから、同じ結果は決
して得られなかった。この再生過程は、本発明により可
能とされた電圧レベル、エネルギーレベルおよび電界強
度レベルに対して同時に使用されることはなかった。そ
の利用は、それらの種々のレベルのいくらかにおいてそ
の再生過程を点検できず、コンデンサが破壊されるから
である。

この問題はフランス特許用１［１ｆｌ第７９０８３７５
号において、下記のように完全に記載されている。

［それらのコンデンサの製造の終り、またはそれらのコ
ンデンサを使用している間に行われる制御の間に誘電体
の障害によりアークの形で局部的な放電が生じ、金属化
されている極板を局部的に酸化あるいは蒸発させる。こ
れらの放電は正常な絶縁を回復させるから有用である。

この過程は自己回復と呼ばれる。

しかし、ある要領を有し、何千ボルトよりも高い動作電
圧のコンデンサでは、利用できるエネルギーがすくなく
とも局部的に失われる。コンデンサに蓄積されるエネル
ギーは電圧の二乗に比例するから、上記の危険は大きく
なる。これは高電圧コンデンサが破壊される危険を大き
くする事実である。」 フランス特許明ＩＤ宙第７９０８３７５号により提案さ
れているその問題に対する解決法は、自己回復中に現わ
れるエネルギーを減少させるためにレーザビームにより
金属化極板をいくつかの分離された部分に分割すること
である。

この方法で得られ、引用されている電圧、電界強度、エ
ネルギーの値はそれぞれ１５００Ｖ、１８７Ｖ／μｍ　
（１５００Ｖ÷８μｍ＞および１１２Ｊである。

しかし、そのフランス特許明ｍｓにおいて提案されてい
る解決法にも次のような欠点がある。

レーザビームにより金属化部分を除去する作業が面倒な
こと。したがって容量が減少し、１つまたは数個の金属
化された歯が分離される動作時間中に容量が減少するこ
と。

一方、そのフランス特許において得られた電圧のレベル
、電界強度およびエネルギーは本発明において得られた
基本コンデン４）の６００〜８０００Ｖ１２００Ｖ／ｌ
ｔｍ；Ｂよび４００Ｖ／μｍ以上、および５００Ｊまた
はそれ以上の値よりそれぞれはるかに小さい。

本発明により得られた解決法ははるかに興味ある結果を
もたらし、しかも、繊維質構造中に含浸された第２の誘
電体の表面に付着された、表面抵抗値が２〜３０オーム
である金属化極板という簡単な手段を用いている。

他の期間においては、本発明の別の要素に結びつけられ
ているこの特性は自己回復現象の完全に熟練したマスタ
ーシップの基礎であり、これは以前に与えられた電圧、
電界またはエネルギーの極値に対してさえもそうである
。

このマスターシップは次の記述により明らかに定めるこ
とができる二本発明に対応するコンデンサが回復させら
れた時に、ある動作時間のため、または定格電圧をこえ
たために、自己回復の時点における消費されたエネルギ
ーは、常にコンデンサの全蓄積エネルギーの非常に僅か
な部分、たとえば１％、である。したがって、本発明の
コンデンサは、５０００Ｖまでの充電過程に対しては、
そのような自己回復の結果として約４９８０Ｖへの電圧
降下を生ずることになる。そのような自己回復による小
ざい電圧降下と僅かなエネルギー消費は、破壊点まで流
れる電流が金属化層の比較的高い表面抵抗によりほぼ停
止させられるという事実によるものである。金属化層は
非常に薄いから、焼損される金属の質囲は小さい。本発
明のコンデンナの特徴は、自己回復の電流を停止させる
ために電圧降下を必要としないことである。高い表面抵
抗値と、層が非常に薄いことのためには電流は自然に停
止する。

本発明のコンデンサの再生特性は実験により完全に示す
ことができる：構成要素を巻くことにより作られた本発
明のコンデンサに、その軸線方向に垂直な方向に１ｍの
深さで針を突き刺してから引き１友いた後で、そのコン
デンサの電圧をかけた。

最初の充電においては、バチバチという小さい音が何回
か聞え（巻かれたものが油により保護されていない場合
）、その後で絶縁が回復される。

２、　同じ比での２種類の誘電体の利用本発明のこの第
２の特徴は再生特性に結びつけられる。再生特性により
絶縁限界に到達できるが、この第２の特徴によりその限
界をこれまで決して得ることができなかった値まで拡げ
ることができる。

各誘電体中の支配的な電界強度と破壊放電に対する抵抗
値との比が全ての誘電体に対してほぼ等しいように両方
の誘電体の種々のパラメータを選択することにより、両
方の誘電体で同じレベル、たとえば８０％、で動作する
ようになる。

この過程では、全誘電体がより良く使用されることにな
り、以前には決して得られなかった平均電界強度に達す
る。

得られる平均電界強度値は２００Ｖ／μｍから４００Ｖ
／μｍ以上までである。構成要素を巻いで作ったコンデ
ンサの体積エネルギー密度が次式で与えられることを容
易に示すことができる。

ε　：真空の絶対誘電体 ε　：誘電体の相対誘電率 Ｅ　：誘電体中の電界 ｄはＥの二乗に比例するから、本発明により実際の技術
状態に対応する電界の２倍以上の電界強度（１５０Ｖ／
μｍに対して３００〜４００Ｖ／μｍ以上）を得られる
こと、したがってコンデンサに蓄積できるエネルギーの
密度を４倍以上にできることが明らかである。本発明の
好適な実施例は、等しく機能する２つの誘電体の性質を
選択すること、および液体誘電体を含浸された全ての誘
電体に対してそれらの抵抗値と最大電界強度の比が実際
上等しいように液体誘電体の性質を選択することである
。その比は、本発明において想定する高い電界強度レベ
ルにおいても一定に保たねばならない。含浸条件（温度
、真空状態、処理時間）によりそれらのパラメータに対
して働きかけることができることが明らかに認められる
。複合誘電体における電界の最も好ましい部分に作用す
ることが既に散られているばかりではなく、通常認めら
れている電気的な法則とは一致しない。複合誘電体の場
合には、２つの誘電体における電界の各誘電体における
電界のレベルは誘電体のいくつかのパラメータに依存す
る。

添附図面の第１ａ図を参照して、２つの誘電体１．２は
同じ表面積と、厚さｅｌ、Ｃ２と、抵抗率ｒ１．ｒ２と
を有する。コンデンナが電圧Ｕまで充電されるものとす
ると、各誘電中に電界Ｅｌ。

Ｅ２が現われ、したがって各誘電体中に次式で定められ
る電圧が現われる。

Ｕ１＝Ｅ１−ｅＩ ＬＩ２＝Ｅ２−Ｃ２ 現在の技術状態により、複合誘電体には次式で表される
関係が与えられる。

この関係は洩れ抵抗を有しない理論的なコンデンサに対
してのみあてはまる。第１ｂ図にはそのような洩れ抵抗
Ｒ，Ｒ２が、２つの誘電体を表ずコンデンサＣ、Ｃ２と
並列に接続されている様子が見える。はとんどの実際的
な用途においては、Ｒ１，Ｒ，２は無限大と考えること
ができるから、（１）式は成立する。コンデン＃ｆＣ１
，Ｃ２が直列接続され、洩れ抵抗がないものとすると、
となる。抵抗Ｒ１、Ｒ２が無限大であるという仮定は、
既知の全てのコンデンサが「弱い」電界（２００Ｖ／μ
ｍ以下）で動作するから、現在の技術状態の実際１全て
の用途においては正当化されるものと考えられる。それ
らの条件においては、誘電体の抵抗率は従来のやり方で
オーム×メートルで表すことができるが、メグオームＸ
マイクロファラドで表すこともできる。文献においては
わずかに数■／μｍの電界に対して与えられているこの
値は、５００００秒（１４時間）の時定数に相当するコ
ンデンサの充電時間は常にその時定数より短かいことは
明らかであるから、（１）。

（２）式で表されているように電圧の区分を変えるのに
十分な時間を絶縁抵抗は有しない。

さて、２種類の誘電体により許される最高値、すなわち
、それらの誘電体の絶縁耐力にできるだけ近い電界の値
を得ることに特徴がある本発明に従って、誘電体の抵抗
率は文献に与えられている抵抗率のほんの一部であり、
時定数Ｒ１Ｃ１，。

ＲＣを構成する絶縁抵抗値Ｒ，Ｒ２は下式２式％ に従って電圧の区分を与えるのに十分なほど低くなる。

ＵｌとＵ２が絶縁破壊電圧に非常に近い最高値に達して
時は、 となる。両方の誘電体の電界の最大値がＥ　ｌ　ｍａｘ
　。

Ｅ２Ｉｌａ×（絶縁破壊電圧）であるとすると、それら
の誘電体のそれぞれの抵抗率ｒ１．ｒ２と厚さが（５）
式に代入されて次の（６）式になる。

りなわら、 この式は誘電体と、本発明に従う含浸条件との好適な選
択を表すものである。

しかし、（７）式は純粋に理論的なものであることを観
察することは値打がある。実際に、実用面においては、
与えられた層の抵抗率を使用するよりは、与えられた層
の厚さの全絶縁抵抗値を使用する（３）式または（４）
式を使用するとよい。

というのは、（６）、（７）式を得るためにはＲ＝ｒ　
　ｅ　　、Ｒ＝ｒ２ｅ、、という仮定を置くのに反して
、経験によれば、それらの仮定は高い電界強度にさらさ
れる薄い誘電体膜に対しては証明されていないからであ
る。そのような膜に対しては抵抗値は膜の厚さの一次関
数ではないこと、寸なわら、抵抗率が一定ではないこと
を観察した。

たとえば３〜５μｍの厚さのポリエステル膜の抵抗率は
、８〜１２μｍの厚さのポリエステル幕の抵抗率よりは
るかに低い（常に高い電界強度にさらされている）。し
たがって、誘電体の選択には（４）を満さなければなら
ず、かつ与えられた誘電体の厚さを考慮に入れなければ
ならない。ここで、均質なプラスチックで作られた固体
の誘電体（１）と多孔質の繊維で作られた第２のＨＮ体
とを組合せ、その組合された誘電体に絶縁油を含浸させ
たものについて考えることにする。それらの誘電体の抵
抗率について研究するものとすると、第２の誘電体（２
）が油保持部材として挙動してその油の特性の大きな部
分を占るのに対して、固定である誘電体（１）はそれを
構成している物質の特性をほぼ有することを第１の近似
として認めることができる。この分野の技術者の知識に
よれば、そのような固体誘電体を単独で、あるいは他の
誘電体に組合せて使用し、かつそれに油を含浸させた場
合には、その油は誘電体の弱い部分を補強し、かつそれ
らの弱い部分における絶縁耐力を補強するだけであるこ
とを認めるであろう。また、とくに縁部における「コロ
ナ効果」の減少も期待するであろう。

固体誘電体の抵抗率に関しては、この特徴が材料自体の
みに属するものと常に考える。しかし、本発明の結果に
おいては、とくに加えられると想定される高い電界強度
に対する本発明の結果においては、誘電体１は一定でな
くて、第１に選択した膜厚に比例し、第２に、与えられ
た厚さに対して電界強度の減少関数である低高圧率（ま
たは、その特定の厚さに対して考えるのであれば抵抗値
）を有する。最後に、その抵抗率は材料のみに関係する
のではなく、その材料に含浸されている油に大ぎく依存
する。この発見は偶然の機会に行なわれたものである。

すなわち、エネルギー密度が１．３Ｊ／ｃ３であり、完
全に信頼できて、再現できる第１のコンデンサを本発明
に従って作った。

そのコンデンサにシリコン油を含浸した。

この第２のコンデンサの場合には第１のコンデンナと同
じものを作り、それにヒマシ油を含浸した。

この第２のコンデンサの場合には第１のコンデンサの電
圧の７５％に到達できただけである。これはエネルギー
密度が５６％であることを意味する。

しかし、とマシ油の絶縁耐力はシリコン油の絶縁耐力と
ほぼ同じである。各誘電体に含まれるエネルギーを珪酸
することにより、誘電体１に含まれているエネルギーが
全エネルギーの８５％であることが見出された。したが
って、第２のコンデンサはそれの全エネルギーの４４％
を失ったのであるから、第２のコンデンサにおけるエネ
ルギーの減少の少くとも大きな部分は誘電体１から生じ
たものである。

したがって、第２のコンデンサのエネルギー損失は、抵
抗値すなわち抵抗率や油の性質という理由によらず、誘
電体２からのみ生ずるものではない。

第２のコンデンナの油の絶縁耐力は第１のコンデンサの
油の絶縁耐力と同じ程度に良いから、誘電体１のエネル
ギー損失は絶縁耐力が原因ではあり得ず、本発明により
示されるように、抵抗値の変化が変ったことと、絶縁耐
力に関して電圧分布が良くないことだけに原因がある。

したがって、油の種類が誘電体１の抵抗値および抵抗率
に関して重要性を有すると結論せねばならない。この結
論は、われわれの知識では固体誘電体に対して現在のと
ころ受は容れられない考えである。証拠が提出されてい
るから、次のような説明をわれわれは行った。確からし
い理由は、薄いプラスチックで作られた膜にはある数の
微小な穴があることである。単位表面積当りのそれらの
穴の数は膜の厚さに逆比例する。ある厚さ以上では膜に
は穴はない。それらの微小な穴は誘電体を通じてコンデ
ンサがバンクすることは避けるほど十分に小さい。それ
らの穴は、第１に、誘電体表面上の可変深さの空洞で、
前記微小な穴より大きく、ある印加電圧においてコンデ
ンサをパンクさせることがある膜の「クレータ」とは区
別され、第２に、誘電体中に封じこまれていて必ずしも
通じ合わない微小な空洞から区別される。多少とも含浸
油が入っているそれらの微小穴は薄い膜にとっては十分
すぎるほど数多くあるから、それらの微小穴が並列に存
在していること、および強い電界がかけられることによ
り、イオン化現象、油中に含まれている不純物、または
残留している水分のために、それらの穴を充している油
を通じて電流が流れる。その電流は膜の絶縁抵抗値を事
実上低下させる。この現像は、材料自体の分極電流およ
びイオン化電流に加えて起り、それに伴って危険が生ず
る。しかし、われわれの諸条件においては微小穴による
電流が確実である。その証拠は、油の種類と、関連する
含浸条件のうちの少くとも一方を変えて、（強い電界に
おいて）コンデンサの洩れ電流を測定したとすると、誘
電体１の油が充されている機械的な通路を通る導通によ
り引き起すことができるような抵抗値の変化を見い出す
ことになるということである。もしプラスチック膜に微
小穴が存在しなければ、油はそのような作用を及ぼさな
い。

前記した第２のコンデンサの例について考えてみると、
（３）式で示されているように抵抗値Ｒ１が低（なった
ことにより誘電体１の内部の電界強度が非常に低くなる
ために、エネルギー損失は抵抗値Ｒ１が低くなることに
より起るのである。

誘電体２の内部の電界強度は高くなり、誘電体１と比較
してはるかに速くそれの限界に達している。

この第２のコンデンサにおける抵抗値Ｒ１の大きな低下
は自動放電測定により確認されている。それらの測定に
より、コンデンサの全洩れ抵抗値（Ｒ１＋Ｒ２）が示さ
れており、そのうちで抵抗値Ｒ１が大部分合まれる。ま
た、自動放電は誘電体１からのみ来ることができるエネ
ルギ一部分に関するものであることも証明できる。以上
説明した実験は、第１のコンデンサのエネルギー密度は
本発明により与えられる抵抗値の関係を基にしているこ
とを示すものである。しかし、異なる性質のヒマシ油、
または別の処理を受けたヒマシ油が本発明の目的を満す
ことは可能である。鉱物性または有機質などの他の種類
の油も使用できる。

本発明のコンデンサの著しい特徴は、絶縁抵抗値（また
は洩れ抵抗値）に関する両方誘電体の電界分布過程が、
その分布過程が有用である時に正確に、比較的高い電界
強度においてスタートするだけであるという事実である
。

一方または他方の誘電体に絶縁抵抗値の低下が、最大電
界強度に電界が非常に近づく（たとえば７０〜８０％）
のと同時に、それに比例して起ると、その絶縁抵抗値の
低下が各誘電体に対して同じ比率で追従するということ
は確かではない。各誘電体の絶縁耐力の限界すなわち電
界強度の限界はほぼ８０％利用される。この誘電体にお
いて数個の自己治癒パンクを有するだけであるという事
実は、この高い電界強度の下において絶縁抵抗値が比例
して低下することを示す。これは、どのような場合にお
いても、両方の誘電体における良い電界分布のために好
ましいことである。高い電界強度における絶縁抵抗値は
コンデンサが充電している間に既に低下し始めている。

一方の誘電体中の電界強度が絶縁破壊電界強度に近づく
と、その誘電体の絶縁抵抗値が自動的に低下し、他方の
誘電体の電界強度と電圧が速く上昇するのに対して、前
記一方の誘電体中の電界強度と電圧はそれよりも遅く上
昇する。第１ｂ図に示す等価回路図を参照することによ
りその現象を理解できる。したがって、充電中は電界に
関連する絶縁抵抗値の変化は、実効電界強度と電界強度
の限界との比が認められる限りでは不変のままであり、
したがって本発明の目的である諸条件を保証するという
結果を有する。

電界強度が電界強度の限界に近づくにつれて、絶縁抵抗
値は一層低下する。

この自動調整はもちろんある特定の範囲内での□　み働
くものである。コンデンサがそれの予測最高電圧の一部
に達しただけである時に、そのコンデンサ中の与えられ
た誘電体がそれの電界強度の限界に達したとすると、そ
のコンデンサは電圧を取扱うことができない。この場合
には、絶縁抵抗値Ｒ１，Ｒ２を良く選択することにより
、そのようなことが解消される。高い電界強度における
絶縁抵抗値の低下は次のような測定技術により明らかに
されている。金属化紙層と２つのポリエステル層（各極
板に対して）、およびシリコン油より成る液体誘電体と
で開成された本発明のコンデンサを作った。このコンデ
ンサの容Ｒは約２０μＦである。このコンデンサの端子
間に１ギガオームの外部抵抗を接続した。コンデンサを
直流４２８０Ｖに充電し、電圧降下を時間の関数として
記録した。１ギガオームの抵抗を通じてこのコンデンサ
を放電させた場合の放電曲線は、同じ抵抗値の抵抗を通
じて完全なコンデンサ（洩れ抵抗がない）を放電させた
場合の理論的な放電曲線と比較して小さなずれを示した
だけであった。このことから、このコンデンサの４２８
０Ｖにおける内部抵抗値（Ｒ１＋Ｒ２）は１ギガオーム
よりはるかに高く、約数百ギガオームであろうと推定し
た。その後で、同じコンデンサをそれの公称電圧である
６０００■まで充電した。その充電の３８分後には電圧
は５０００Ｖに降下していた。その電圧降下を、１ギガ
オームの抵抗に並列で、コンデンサに含まれている一定
の絶縁抵抗（Ｒ１＋Ｒ２’）の結果であると考えると、
それの抵抗値は１．５５ギガオームである。充電が終っ
た直後附近における放電曲線の減衰を解析すると、その
減衰は自然指数曲線の減衰よりはるかにゆっくりである
から、曲線のこの特定の時刻における瞬時時定数は１秒
という小さいものであると推定した。この小さい時定数
は充電過程の終りに既に影響を及ぼし、充電が終る前に
誘電体内の電界強度を既に好ましく変えていた。放電曲
線の始まりから、その時には非常に小ざい時定数は大き
くなり始め、しばらくしてから、自然指数である曲線の
終りにそれが有する値の下に達する。この増大は非常に
速く行われるから、コンデンサは高い絶縁抵抗値を非常
に速やかに得る。本発明に従って電圧Ｕ１とＵ２が等し
くされると、洩れはただちに非常に小さくなる。放電曲
線の初めには非常に小さくされている絶縁抵抗値と時定
数は、直列接続されている２つの絶縁抵抗値（Ｒ１＋Ｒ
２＞のうちの少くとも一方の低下を示ず。

電界強度の限界に接近する時の絶縁抵抗値の急激な低下
もコンデンサの寿命に対して次のような利点をもたらす
。すなわち、このコンデンサを最初に６０００Ｖまで充
電するものと仮定すると、各誘電体１．２に対応する各
コンデンサ素子Ｃ１゜Ｃ２（第１ｂ図）は、絶縁抵抗内
での自動放電が存在しないものとすると、同じ電荷を蓄
積すべきである。両方の誘電体で通常は異なる自動放電
は、しばらくしてから、２つのコンデンサ素子ｃ１゜Ｃ
２の一方に他方より大きくない電荷を持たせる。

ここで、コンデンサを外部で放電させるものとすると、
放電を行う前の最初の異なる電荷のためにコンデンサ素
子は完全には放電させられない。すなわち、内部電荷損
失のないほうのコンデンサ素子は最初の極性で部分的に
充填されたままであり、他方のコンデンサ素子はそれと
は蓬の極性で充電されたままである。コンデンサ素子ｃ
１．ｃ２に残っている電圧は、絶縁抵抗値を無限大であ
ると見なせるほど十分に低い。そうすると、コンデンサ
素子Ｃ１，Ｃ２はそれぞれの電荷を長時間、数週間また
は数個月、保持できる。このコンデンサに電源を接続す
ると、充電電流はまず初めに逆極性でコンデンサ素子を
完全に放電し、それから充？Ｉｆｆｆｌ流により与えら
れる極性でコンデンサ素子を充電する。コンデンサを与
えられた電荷で充電するものとすると、コンデンサ素子
は他のコンデンサ素子に比較してより小さい電荷をとり
、したがって電圧は以前より低くなり、その後の充電中
に受けるストレスは小さくなる。

理論的なものであって測定はできないその効果は、コン
デンサを構成する分離された誘電体によってではなく（
永久的なバンクを起すことなしに十分な表面積を有する
分離されている誘電体に電界をかけることができないか
ら）、容伍が異なる２個の完全なコンデンサ（巻かれた
コンデンサ）によって実験により明らかにされている。

直列接続されている２個のコンデンサは、上記のように
、一方のコンデンサの個々のＭＮ体と同様にして挙動し
た。もちろん、それは、一方のコンデンサがそれの電界
強度の限界に達し、かつ多くの損失を有し、または自己
治癒を行うのに十分に高い電圧を加える場合のみ起る。

放電および直列接続の永久的な短絡の後で、両方のコン
デンサが終端充電電圧の約１０％に逆極性で充電された
ままであることを測定した。実際のコンデンサについて
観察されたこの効果は、それらのコンデンサを直列に接
続する時に利点であることを示ず。というのは、異なる
容量値のために不規則な電圧分布を予期せねばならない
からである。電圧の一時的な違いは充電中に起ることも
ある。

悪い電圧分布によるそのような誤りは、本発明のコンデ
ンサが直列接続された時には、それらのコンデンサに彩
管を及ぼさない。その理由は、第１に、平均電界強度の
限界（また【よ一方の誘電体の電界強度限界）に達した
時に自己治痛性能のためにそれらのコンデンサが破壊さ
れないこと、第２に、放電の後で、別の充電動作中に過
充電から一方のコンデンサを保護する逆極性の電荷が一
方のコンデンサに存在することである。

したがって、本発明の基本コンデンサ゛は多数の素子の
直列接続にとくに適し、後でわれわれが戻る優先的な用
途を構成する。

ここで説明している諸原理を、第１の誘電体としてエチ
レン・テレフタレートを用い、第２の誘電体として金属
化紙を用い、２〜２０ＫＶの電圧を有する基本コンデン
サに対して系統的に実証した。全電圧範囲にわたって得
ることができるエネルギー密度が一定でないことを見た
。中程度の厳しさの利用条件に対して与えられたエネル
ギー密度は約５〜８ＫＶの電圧に対して１Ｊ／ｃｔ１３
をこえる値を有していた（例：厚さが７μｍで、単位表
面積当りの抵抗値が５〜１０オームである金属化紙と、
厚さが１４μｍ＜それぞれ７μ瓦厚の層が２層）のエチ
レン・テレフタレートとを用い、シリコン油を含浸させ
て作った７ＫＶのコンデンサ、平均電界強度が３３３　
Ｖ／μｍ、エネルギー密度が１．６Ｊ／ｃＩｔ３）。

約５〜２ＫＶの基本コンデンサおよび約８〜２０ＫＶの
基本コンデンサに対しては、到達可能なエネルギー密度
はＩＪ／ｃｍ　　から０．５Ｊ／ｃｍ３より低いか、そ
れに等しい値までしだいに低下する。この低下の原因は
まったく異なる性質のものであり、それの対策は異なる
。

５ＫＶと２ＫＶの間 エネルギー密度の低下は、使用される一方の誘電体に対
する技術的な限界によるものである。

公称電圧が３ＫＶであるコンデンサの場合について考え
ることにする。１Ｊ／ｃｍ３のエネルギー密度を得るた
めには、３００Ｖ／μｍの電界強度をかけなければなら
ない（以前の実験の結果）。

したがって、誘電体の厚さは３０００／３００＝１０μ
ｍでなければならない。同じ平均電界を保持するために
は、同じ誘電体をほぼ同じ厚さ分布で用いなければなら
ないことが直感的にわかる。

この７ＫＶコンデンサの前のケースでは、紙と全誘電体
との厚さの比は６／２０すなわち３０％であった。この
規則を３ＫＶコンデンサに適用ザると、紙とエチレン・
ポリテレフタレートの厚さはそれぞれ３μ瓦、７μｍで
なければならない。しかし、６μｍより薄い紙は市販さ
れていない。したがって厚さが６μｍの紙を４μ瓦厚の
エチレン・ポリテレフタレートに組合せて使用せざるを
得ない。したがって、誘電体の好ましくない分布によっ
て、３ＫＶの代りに２ＫＶのコンデンサが得られること
になり、そのためにそのコンデンサのエネルギー密度は
０．４３Ｊ／ｃｔｎ３にしかならない。それでも、現在
のコンデンサのエネルギー密度と比較１−ると、そのエ
ネルギー密度は受は容れることができるが、前記した値
を得ることができるようにするために、６μｍより薄い
紙を本願発明者が開発した。

６μｍより薄い紙を製造する第１の技術は、６μｍ厚の
紙を圧縮またはカレンダがけすることにより訪くするこ
とである。これにより得ることができる厚さは４μｍで
、全体の厚さが８〜１２μｍ（紙の厚さとの比が１／３
〜１／２）である誘電体を用いているコンデンサのエネ
ルギー密度を高くすることができる。

本発明の好適な技術に従って、相対湿度が２０〜４０％
で、温度が６０〜１２０℃の雰囲気中に紙をさらして圧
縮する。厚さが６〜１２μ風の既ｑの紙をローラーの間
に通すことにより圧縮を行うと有利である。水またはス
チームにより紙を湿らす代りに、圧縮の代りに、紙の組
織を強固にするワニスをしみこませ、または化学製品、
とくに繊維を軟かくする製品をしみこませることもでき
る。また、いくつかの方法を同時に使用することもでき
る。ローラの軸受には無くずことができない間隙がある
ために、紙を希望の厚さにするために必要な、２個のロ
ーラの間の非常に細い（たとえば４μｍ）スロットを調
整することが困難である。この問題を解決するために、
本発明は、密着させられて互いに逆向きに回転し、その
うちの１個が駆動させられるような少くとも２個の円筒
形ローラに目標を定める。それらのローラのうちの１個
のローラの周面に長方形の切りこみが設けられる。その
切りこみの幅は紙の幅に少くと−５等しく、深さは出発
材料である紙の厚さより深い。これにより２個のローラ
は切りこみをこえて密に接触し、スロットの必要とする
厚さは切りこみの領域において確保される。圧縮法すな
わちＭくする方法は、紙を構成している天然セルローズ
！ＩＩの形を、一種のクリーピングすなわち流動化によ
り変更できるようにするためにある程度の時間をか【プ
なければならない。

同じ原理を基にした本発明の変更例は、一定の厚さ、た
とえば６μｍの紙の一方の側を溶剤またはセルローズ「
可塑剤」で湿らせ、それから紙を圧縮することにある。

使用する溶剤の母は、コンデンサ紙の構造の少くとも一
部が不変のままで残されるような岳である。二硫化炭素
（Ｃ８２）を「可塑剤」として使用できる。本発明に従
って、この紙を得る別の技術は、構成しているｍ繊維よ
り薄くて、ａ！！！度のセルローズ繊維繊維が得られる
ように、セルローズの天然ＩＩＨの膜を破壊することを
基にしている。通常の紙を製造するために使用される紙
パルプは、そのようなセルローズを１０〜２０％既に含
んでいる。それらのｍｖ＆維は、重力または遠心力の作
用で沈殿されることにＪ：す、水で希釈された紙バルブ
から得ることができる。

太いごルローズ繊緒はほそい繊維より容易に沈殿する。

それらの細いＩ！維からコンデンサ紙を作るものとする
と、最終的に得られる被覆が極めて薄いために、細い繊
維の太さより薄い紙を作ることができる。しかも、細い
ｍ維が互いに機械的に十分に結合されているにもかかわ
らず、羊毛のように見える。更に、それらの平らな細い
繊維は！度が５０％高く、それに対応して空隙が少く、
その結果として絶縁耐力が高くなるという利点が得られ
る。

針葉樹のけルローズ４ＪｉＩｆｆの直径は３〜６μｍで
、長さは約２００μｍであるが、対応する細い繊維の直
径は約０．２〜０．４μｍで、長さが約３〜４μｍｒＬ
である。一方、興味の薄い微細組織は直径ははるかに細
くて約０．０６〜０．０８μｍである。超音波を用いて
セルローズ繊維を処理することにより、はるかに条苗の
レルローズＩＩｌ繊維を得ることが可能であろう。超音
波の好適な周波数は４００〜８００ｋＨｚである。ｍ４
ＨＭを得るために、セルローズ繊維の膜を化学薬品によ
り破壊することもできる。これは、塩素を放出すること
により膜を破壊する次亜塩素酸塩により行うことができ
る。

組合される誘電体（ポリエチレン・テレフタレート）に
関して最適な分割を観察できるようにづる薄い紙を得る
ことであった、本願出願人の主な動機とは独立に、この
作業は他の有利な効果も有する。すなわち、上記のコン
デンサ紙は普通の紙よりはるかに薄い。コンデンサ紙が
はるかに厚いか、細い繊維で作られることを考えると、
コンデンサ紙は高密度で、したがって普通紙よりも微小
な間隙が少いという利点を有し、その結果として台通紙
よりも絶縁耐力が高くなる。

本発明に従って、そのような紙を用いることにより、第
１に、紙が薄いために容酊が大きくなり、第２に、密度
が高く、絶縁耐力が高いためにコンデンサの電圧を高く
でき、したがって通常のコンデンサと比較して蓄積エネ
ルギーを多くできるから、コンデンサを小型にできる。

この新しい紙の利点は金属化に最適なことである。通常
の紙の金属化にはとがった部分がしばしば生じ、その部
分は、ワニスの被覆が行われているにもかかわらず、紙
の空隙中に深く入りこむ。

それらのとがった部分によってコンデンサのパンクがひ
き起される。この新しい紙には空隙部が少いから、それ
らのとがった部分が入りこむことが少くなる。金属化法
も改良した。通常の金属化法は、金属たとえば亜鉛を、
紙テープに対してほぼ直角に蒸着させることである。本
発明により提案されたコンデンサ紙を金属化づる新しい
方法は、７５度より小さい鋭角、なるべく１０〜４５度
、最適な角度は２５〜４５度であるような角度で金属を
何着させることに存する。金属粒子の軌道は、紙が動く
向きの成分を有する向きを有することが好ましい。しか
し、他の向きの軌道をたどらＵることも可能である。こ
の実施例は、粒子が紙に斜めに当るために紙テープの空
隙の中に深く入りこむことができない点が有利である。

金属が付着されるのは紙のほぼもちあげられた部分に対
してである。その結果として、紙の絶縁耐力が高くなり
、したがってコンデンサをより＾い電圧に使用できるこ
とになる。上記のコンデンサ紙金属化装置は、金属粒子
が紙への入射角が鋭角である軌道を有することを特徴と
する。

厚さが２．５〜６μｍであるこの新しい紙により、本発
明に従って、動作電圧が２〜１０ＫＶのコンデンナを有
利に実現できる。最も薄い紙により、または特定の含浸
条件により、動作電圧が６００〜２ＫＶのコンデンサを
作ることもできる。

８ＫＶと２０ＫＶ（７） ８ＫＶと２０ＫＶの間のコンデンサで観察されるエネル
ギー密度の逐次低下は、縁部効果と一般的に呼ばれる別
の原因を有する。ある文猷には、極板を構成している金
属被覆のれ部が、誘電体の縁部に、被覆の他の領域にお
けるよりも高い電界弾痕を生じ、そのために、その領域
においては他の領域におけるよりはるかに低い電圧でア
ークが生ずることが記載されている。本願発明において
は、コンデンナは自己回復するから、そのアークでコン
デンサが破壊されること番よないが、それでちアーク発
生によりコンデンサの定格電圧は大さく制限される。縁
部の電界と一様な誘電体中電界の関係は、誘電体の厚さ
の平方根の関数である。

この関係は実験によっても認められている。そのために
、本発明のコンデンサは与えられた電圧に対して、半分
の厚さの誘電体で誘電体の型開の３倍以上強い電界で動
作するから、従来のコンデンサよりもはるかに高い電圧
で現われる縁部効果を有するようにされる。本発明に従
って、それらのコンデンサにより、縁部効果が現われる
レベルに達Ｊるまでに、電圧を従来のコンデンサ゛と比
較して２倍に上昇させることが原則としてできるように
される。

この事実のために、およびコンデンサ・バッテリの直列
接続の予測において、本発明の基本コンデンサの最適な
電圧を約５〜８ＫＶに設定して、バッテリ仝体のエネル
ギー密度を最高にできる。

本発明を補助的に改良することにより、１Ｊ／ｃｍ３よ
り低いエネルギー密度またはそれより高いエネルギー密
度で、本発明の原理を基にして、８〜２０ＫＶの基本コ
ンデンサを製作することを本発明は排除するものではな
いことが確かである。

その改良は、誘電体２がいくつかの層で作られている場
合には、とくに、２つのそのような層の間に、金属化さ
れていない１つの誘電体層１を挿入することに存する。

たとえば、各極板に対して次のような構造を設けること
ができる。すなわち、誘電体２（金属化）−誘電体１−
誘電体２（非金属化）−誘電体１゜絶縁破壊電界強度の
関数での電界強度分布は、金属化されている誘電体２、
または金属化されていない誘電体２、および種々の層の
任意の配置に対して同様に挙動する。

本発明に従って、二用誘電体を最大限に利用するという
原理は、金属された極板の代りに厚い極板（アルミニウ
ム層）を有する非自己回復コンデンサの場合に応用でき
ることにも注意できる。本発明のコンデンサの有利な応
用は、直列バッテリおよび直−並列バッテリを構成する
ことである。

前記したように、最高エネルギー密度を期待するのであ
るならば、そのコンデンサの電圧はたとえば５〜８ＫＶ
である。コンデンサの基本的な巻き部の直径は１０〜１
００ｍとすることができ、高さは２０〜１００ｍとする
ことができる。非常に好適な値はたとえば直径が５０順
、高さが８０ｍである。しかし、所期の用途の大部分に
対しては、コンデンサは放電中に非常に大きい電流を流
さくＺければならない。ある文献（たとえば、雑誌「ニ
レ’）　トロニク＊　ｔ’　・フイ＋ｊンス（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｑｕｅｄｅ　ｐｕｉｓｓａｎｃｅ）　Ｊ　Ｎ
ｂ、　　１　、および「エレク］−口二’ｙ　・７クチ
ユ７１Ｊ　−ｙ−（［１ｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ　Ａｃｔ
ｕａｌｉｔＣ）　ＪＮｂ、７２４．１９８３年９月９日
号６９ページ）、金属化された極板は、非常に大きい電
流（基本コンデン４）に対して５００〜５００００Ａ）
に対しては、原理的に除外される。一方、本発明におり
Ｘでは、ある場合には、損傷を生ずることなしに約１０
０００Ａの電流を本発明のコンデンサを用（１で繰返し
流すことが可能であることを見て本発明者等はおどろい
た。このことは、極板の単位表面積あたりの抵抗値が高
い（たとえば７．５オーム）ことを考えると、非常にお
どろくべきことである。

この事実を説明するために、発明者は下記の注釈を行っ
た。すなわち、巻かれていない時の長さＬで、幅がｈ（
これは巻いたものの高さに一致する）であるバンドでコ
ンデンサが作られる。また、Ｌ／ｈの二乗のうちで構成
され、直列接続された巻かれた構造でないコンデンサと
して、巻かれた構造のコンデンサを見なすこともできる
。直列接続ノ代すニ、「スクービング（５ｃｈｏｏｐｉ
ｎｏ）Ｊ　　（巻きスライス側面金」化）のレベルで並
列接続もされる。したがって、与えられた膜抵抗値に対
して、内部抵抗の抵抗値はその比Ｌ／ｈに逆比例する。

本発明のコンデンサにおいては、与えられた電圧に対す
る誘電体の厚さは従来のコンデンサに比較して非常に薄
い（１／２以下）から、長さしは、従来のコンデンサと
比較して、与えられた巻り一れている部分の２倍より長
い。これが、本発明のコンデン量１が、計画された範囲
の電圧（５００〜１００００Ｖ）に対してとくに高い、
Ｌ／ｈ比を有し、かつ基本コンデン→ノーに対して５０
００〜１０００００Ａのピーク電流を流すことができる
ようにし、更にインダクタンスが非常に小さｔＩ′％理
由である。最＾Ｌ／ｈ比、したがって最大電流（よ、巻
く直径が大きくて、高さが低い形のコンデンサ（たとえ
ば、直径７０＃ｌＩＩ！１高さ２５履）でえられる。

使用している全屈化部分が非常に薄い（たとえば単位表
面積当り７．５オーム）から、それらの大電流は全くお
どろくべきことである。この結果はこのコンデンサの原
理自体と、コンデン４すの構造および形状に依るもので
ある。しかし、電流の限界を一層拡げるためくまたは寿
命を長く１−るｌこめ）、コンデンサの不活性部分（（
ｌ！！の極板の端）における「スクービング」領域にお
ける金属化０部を２〜５倍（たとえば１〜３オームの表
面抵抗値）にできる。その理由は、電流密度が最も高（
Ｘのはその領域だからである。この平巻形の別の利点は
、それらの素子が積重ねられ、絶縁チューブ内で直列接
続される高電圧コンデンサを製造できることである。

実　　施　　例 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１ａ図は二重誘電体コンデンサの線図である。

ｉｆｆ？体１，２の厚さはそれぞれｅｌ、Ｃ２で、２枚
の極板３，３′の間に含まれる。極板３，３′′　　　
はたとえばコンデンサをそれぞれ十と−の極性で充電し
、かつ放電させるためのものである。誘電体１，２の比
誘電率はそれぞれＣ１，Ｃ２で、このコンデンサがそれ
の公称電圧Ｕまで充電されると、それぞれの内部におけ
る電界の強さはＥｌ。

Ｅ２であり、それらの電界における抵抗値はそれぞれｒ
ｌ、ｒ２である。両方の誘電体の端部に現われる電圧は
Ｕｌ、Ｕ２である。

第１ｂ図は第１ａ図に示すコンデンサの等価回路図であ
る。この等価回路図は通常のものではまったくない。こ
の回路図は本発明を特徴づけるものであって、両方の誘
電体を同じ比で利用する好適な方法を示すものである。

この方法は、コンデンサＣ１，Ｃ２の誘電体１，２を表
す端子における電圧分布ｕ、ｕ２が式 ％式％ に応答するということに存する。

第２図はこのコンデンサを製作する方法の例を承りもの
である。全く同一の２枚の多層シートＡ。

Ｂが示されている。各多層シートは亜鉛金属層４または
４′が設けられている紙５または５′と、２枚のポリエ
チレン・テレフタレートすなわらプラスチック箔６（６
’）および７（７’）とを有する。金属層４（４’）が
設けられている紙５（５′）はいわゆる金属化紙である
。紙５（５’）自体はワニスを被覆された紙である。ワ
ニス被覆はセルローズ・アセテートより成るが、レルロ
ーズ・アセｌ−ブチレートも使用できる。ワニス被覆の
厚さは０．５μｍで、それにより滑らかな表面が得られ
る。金属ｍ４は紙５の右側縁部までば延びないが、左側
縁部までは延びる。また金属層４′は紙５′の左側縁部
までは延びず、右側縁部まで延びる。そのために、両側
に生じた間隙は約４ＩＷＲである。紙５（５’）とプラ
スチック箔６（６’　）、７　（７’　）の幅は等しい
。多層シートＡ、Ｂを巻いて形成されたコンデンサの第
２図における右と左の側面には金ｆｆＪｉ３ｔ８．９が
吹きつけにより付着される。それらの金属層は亜鉛で形
成され、金属層４．４′に接触する。金属層８，９には
接続線がはんだづけされる。非常に大きい電流の場合に
は、それらの「スフ−ピング」にスズめっきすること、
または亜鉛金属層８，９に亜鉛の代りに別の金属を付着
することが可能である。

金属層４，４′の表面抵抗値は７．５オーム、厚さは１
５ｎｍ（ナノメートル）である。亜鉛層の下に０．２〜
０．５ｎｍの銀層が付着される。乾燥している紙の比絶
縁抵抗値は１００００メグオームＸマイクロフアラド（
低い電界強度において測定）である。シリコン油を含浸
された紙の比絶縁抵抗値は約１５０００メグオームＸマ
イクロフアラドで、最高電極すなわち絶縁破壊電界強度
は約２００Ｖ／μｍである。使用するポリエステルの比
絶縁抵抗値は５００００メグオームＸマイクロフアラド
で、絶縁破壊電界強度は約６００Ｖ／μｍである。紙層
５（５’）とプラスチック層（６’）。

７（７’）のそれぞれの厚さは７μｍであり、第２図に
示されている例における紙層とプラスチック層の幅は８
０１１ｕＲであり、長さは１ｏＯ＃である。

それらの層は絶縁心棒１０の周囲に巻きつけられ、各層
は互いに密着させられ、完成されたコンデンサは金属層
８，９により接続されて、シリコン油を含浸される。こ
のコンデンサの容量は２２．５μ「である。厚さが約７
０μｍの自己接着性ポリエステルテープがコンデンサ・
ロールの周囲に巻きつけられて、ロールがゆるまないよ
うにする。

コンデンナを巻いて作っている間は、龍は２０〜２５Ｎ
の力で引きのばされる。ポリエチレン・プレフタレート
の誘電率は３．２、液状誘電体を含浸させた紙の誘電率
は４．８である。このようにして形成された二重誘電体
の平均誘電率は４．２である。

この基本コンデンサの定格電圧は７０００Ｖで、それの
容量が２２．５μＦであるから、エネルギーレベルは５
５１Ｊである。このコンデンサの体積は３４４ｃｍ３で
あるから、それのエネルギー密度は１．６Ｊ／ｃｍ”で
ある。このコンデンサが７０００Ｖまで充電されると、
誘電体中の平均電界強度は３３３Ｖ／μｍである。この
コンデンサのＬ／ｈ値は１２５０で、約２００００Ａの
放電電流に耐える。それらの基本コンデンサの見本が製
造ラインから定期的に抽出されて、試験を受けさせられ
る。オッシロスコープとレコーダを用いて、７０００Ｖ
（７）定格ｓ圧マｔ−と、７７００ｖの試験電圧までの
コンデンサの充電曲線を測定する。

自己回復作用が生ずると、それらを低くすると次の充電
中に消失する。次に放電曲線を記録し、第３の手続どし
て、得られた曲線のグラフと基準基本コンデンサの基準
グラフとを比較する。放電曲線を解析し、曲線上におけ
る所定の点に対して時定数と絶縁抵抗値を計算し、かつ
各誘電体の利用率を計算する。正常な場合には、各誘電
体の利用率は７０〜８０％である。それらを調べること
により誘電体の質、とくに油の質と含浸状態を監視して
、最終的にはそれらの質や含浸状態を改良できることに
４ヱる。実際に、両方の誘電体を等しく利用する原理と
、前記した高電界強度に４５ける絶縁抵抗値の影響とを
知る前に、予測される電界強度Ｊ３よびエネルギー密度
に到達するコンデンサの再現性と直列製造を達成するこ
とが不可能であった。ｂらろ／ｖ、そのような使用を満
す試作品を作ることはできたが、それは単なる偶然で得
られたもので、考察されるパラメータを系統的にマスタ
ーさせるここで述べた諸原理を発明者等が発見するまで
、それらの結果を再び得ることは不可能であった。たと
えば、含浸温度は１００℃、真空度は１０−２〜１０’
ｓ＋＋Ｈシおよび含浸時間は２４〜４８時間である。し
かし、それらの条件は絶えず再調整され、かつある種の
コンデンサと別の種類のコンデンサとで異なることがあ
る。製造方法を先に説明したコンデンサは、個々に、あ
るいはバッテリとして結合されて、はとんど缶の中に組
込まれる。コンデンサ・バッテリの一例は、前記した種
類の巻かれたコンデンサ素子２個より成り、直径７５履
、高さ１８０ｒＩｕｎのアルミニウム缶の中に積重ねら
れる。缶に入れる前または入れた後で含浸を行うことが
できる。そのための好適な技術は、含浸されていないが
、乾燥されている巻かれたコンデンサ素子を缶の中に入
れ、端子用の穴を残して缶の上部をかしめることである
。それらの穴は処理のために使用される。それから、缶
の中の巻かれたコンデンサ素子を真空中で４８時間乾燥
し、それから真空中で２４時間含浸を行う。それと同時
に、缶の内部を充ず。この作業が終ると、真空を解浦し
てから、コンデンサを含浸浴から引きあげることなしに
、オイルはんだづけで穴を閉じることができる。１ｑら
れたコンデンサの容洛は４５μＦで、定格電圧は７００
０Ｖである。このコンデンサはたとえばレーザボンピン
ク用閃光電灯の放電コンデンサとして使用される。放電
繰返えし率が１１−Ｉ　Ｚより低いか、それに等しいと
、このコンデンサは定格電圧またはそれより少し低い電
圧で動作できる。放電繰返えし率が、たとえば２０〜３
０Ｈｚと高いと、コンデンサは２０００〜３０００Ｖと
定格を下げたモードで使用できる。

この同じ基本コンデンサは、直列または並列に結合する
ことにより、非常に高電圧か、非常に高いエネルＡ！−
か、電圧とエネルギーが同時に非常に高いコンデンサ・
バッテリを構成するためにも使用できる。この場合には
、電圧は数百ＫＶ、エネルギーは数メガジュールに達す
ることができる。

マルクス発電機（Ｈａｒｘ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を構
成するためにはある種のコンデンサが適当である。

第２の例は同じ種類および同じ厚さの誘電体を用い、長
い円筒状の形（第３ａ図）の代りに、２５８幅の膜を用
いて平らな形く第３ｂ図）の基本コンアン１ノを構成す
るものである。そうすると、巻く＾さは２５ｍ＋に達し
、直径は７４ｍ、体積は１０７．５０３であり、容品は
４．５μＦ、定格Ｉ圧Ｇ、ｔ７０００Ｖ、工し／Ｌ、キ
ー１．ｔ　１１０　Ｊ　、　Ｉｌルギー密瓜１Ｊ／ｃｍ
３、平均電界強度が３３３Ｖ／μｍである。膜の長さが
１００ｍ、Ｌ／ｈの１直が／１００Ｏである。

この１５本コンデンサにより５０００〜１０００００Ａ
の電流を流すことができる。このコンデンサのエネルギ
ー密度は、ナツプ（ｎａｐｐｅ）の幅から２回差し引か
れる縁部の割合が一層大きいから、先の実施例と比較し
て低い。

この実施例の大ぎな興味のある点はＬ／ｈ比が大きく、
大電流を流せること、高さが低いことである。実際に、
この実施例は、直径７５ｆｆｉｌｌ＋のチューブの中で
それらの平形円筒を８！ｉ重ねることにより、バッテリ
を合成するようにされる。したがって、８個の素子を積
車ねて高さ約２００Ｍのバッテリを形成することにより
、約５０ＫＶのコンデンサが１９られる。このコンデン
サ・バッテリはガスレーザに適する。１００ＫＶのコン
デンサ・バッテリも可能で、それの１つの用途はマルク
ス発電機を実現することである。しかし、縁部割合のた
めに、巻き高さが２５ｍのコンデンサのエネルギー密度
が低いから、高さが２５〜８０Ｍの別の基本モデル・コ
ンデンサも計画した。

第３の応用例は第１の実施例（第２．３ａ図）と同様に
つくられた基本コンデンサにある。しかし、紙の厚さは
６μ′ｒｒＬ（５，５’　）で、各層６゜６’　、７．
７’の厚さは５μｍである。巻き直径は４９＃ｌＩＩ＋
、体Ｍ１５０ｃｍ”、容ｆｆ１１５μＦ、定格電圧５０
００Ｖ、エネルギー１８７ジユール、エネルギー密度１
　、２５　Ｊ／ｃｍ３、平均電界強度３１２．５Ｖ／μ
ｍである。膜の長さ５３ｍ、Ｌ／　ｈ　ｉｔ　６６２で
ある。この基本コンデンサは１００００Δの電流を流す
ことができる。このコンデンサは、直径５０ｍ、高さ１
８０ｍの缶の中にバッテリとして組込むことができる。

このようにして得られた３０μＦ、５０００Ｖのコンデ
ンサを定格電圧で心臓細動除去器のために使用できる。

固体レーザまたは写真複写様などの他の用途のためには
、このコンデンサは動作条件に従って公称電圧、または
それより低い電圧で動作できる。それらの基本コンアン
４ノは電圧またはエネルギーが非常に高いバッテリのた
めにも使用できる。

このコンデンサの第４の実施例は厚さが４μｍの新規な
金属化紙（４，５，４’　、５’　）と、１枚のポリエ
ステル膜６，７．６’　、７’を用いる。

幅が８０厘のナツプを直径３履の２部分心棒に巻ぎつけ
る。巻き終ったら心棒を引きぬく。このコンデンサ゛の
巻き直径は２０ＭＲ１体積２５Ｃ／ＩＩ３、容量１２μ
Ｆ、定格電圧３ＫＶ、エネルギ−５４Ｊ１平均電界強度
３７５Ｖ／μｍ、エネルギー書度２．１５Ｊ／ｃｍ３で
ある。これは埋込み型心臓細動除去器用のコンデンサで
ある。そのような装置においてはコンデンサはあまり頻
繁には使用されず、非常に短時間負荷されるだけである
から、工業用に採用されている限界以上に誘電体を使用
できる。したがって、そのような条件においては、この
実施例は指定された電界とエネルギー密度をこえて使用
できる。第５の例は第４の例におけるのと同じ誘電体を
用いるが、直径７４％の円筒状に巻く。この実施例の容
量は１７２μＦ、定格電圧は２．５ＫＶである。このコ
ンデンサの動作電圧は使用条件に従って２〜３ＫＶの間
で変化し、その電圧は１〜２．２５Ｊ／Ｃｍ３のエネル
ギー密度に対応する。このコンデンサの用途はレーザ、
心臓細動除去器など種々である。

この最後の例においては、４μｍ厚さの紙の代りに２．
５μｍの細繊雑紙を使用し、２．５〜４μｍ厚のエチレ
ン・ポリテレフタレート膜を使用する。膜の幅４０〜８
０ＩｎＩｉ、巻き径１５〜２０ｍで、容Ｅ１１０〜３０
μＦ、エネルギー密度２〜３Ｊ／ｃｍ３を有し、埋込み
用心臓細動除去器に用いるコンデンサを作ることができ
る。要するに、使用条件および予測寿命に応じて、種々
の電極および種々のエネルギー密度に同じ誘電体の集合
体を使用できる。

一平均平均動作電力が高く、または長寿命を求められる
ろ波、スイッチング、放電用には１５０〜３００Ｖ／μ
ｍおよび０．４〜１．２Ｊ／ｃｍ　３゜それらの実施例
は、より厳しい条件に対しては定格を下げて使用するこ
ともできる。

−低動作定格たとえば埋込み可能な心臓細動除去器のた
め、最高５００回の′ｆＪ撃、１１５よび負荷をかけた
ほぼ直後の１１ｉ電などのために４００〜５００Ｖ／μ
ｍおよび２〜３Ｊ／Ｃｍ　０本発明の原１１ｐを変える
ことなしに他のｌ１１を使用できる。

−金属化のために他の金属または元素、アルミニウム、
金、銀、パラジウム、または純粋なアモルファス炭素を
使用できる。

一誘電体１の代りにポリプロピレン、ポリカーボネ−１
−、ポリズルフオン、ポリスチレンなどの他の誘電体を
使用できる。

一誘電体２の代りに他の繊維構造体も可能である。

一本発明の基準に従って他の含浸油も可能である。

第４図は紙金属化法を示すもので、真空室１００の中に
母リール１０２と、受はリール１０４が設けられている
。母リール１０２にｔよコンデンサ紙が巻かれており、
受はリール１０４には紙１０６−が巻き取られる。コン
デンサ紙１０６はそらせブーりに沿って進み、真空室１
００の上部においてダイアフラム１１０．１１２により
ふさがれる。

フランジ１０１が真空室を真空ポンプへ連結する。

真空室内には亜鉛を蒸発させる融解なべが設けられる。

負電圧が印加されてリール１０２と１０６を遮へいして
いる電極１２０，１２２が、それらに亜鉛蒸気が困者す
ることを防ぐ。それらの電極が存在しない時に蒸気が７
ｊどる経路が破線で示されている。正電圧が印加される
別の電極１２４が、ダイアフラム１１０，１１２の穴１
６のうしろの紙１０６のうしろに配置される。穴１２６
は、融解なべから出た金属蒸気がその穴を通って、４５
度の入射角度で紙１０６に当るように配置される。

その入射は必要に応じて変えることができる。

この実施例においては、タンタルｌｋｌ融解なべと、穴
１２６のうしろで金属蒸気により加熱される紙１０６の
部分との距離が１５〜３０　ｃｍである。金属の温度は
４００〜８００℃である。紙の１線速度は２〜４ｍ／分
である。なべの電圧Ｕ。と電（へ１２４の電圧Ｕ＋どの
電位差は４００〜８００Ｖである。

電極１２０．１２２はなべに対して−１００〜−２００
Ｖの負電位に保たれる。真空室１００の圧力は約１０−
２〜１０−５トルである。紙への金属の付着は金属の温
度、入射角、紙の速度、電圧、真空室内の圧力、なべと
紙の間の距離に関係する。

第５．６図は、軸が同一平面内にある３個の金属ローラ
２００．２０２．２０４を有する装置の図である。中間
ローラ２００は駆動されて、摩擦により回転運動を他の
ローラへ伝える。中間ローラ２００の円周に幅８５＃、
深さ４μ７ｎの切りこみ２０６が設けられる。厚さが６
μｍの市販のコンデン１す紙リボン２０８が母リール２
１０から繰り出されて、水蒸気ノズル２１２の前を通っ
て湿らされる。コンデンサ紙リボン２０８は上側ローラ
２０２と中間ローラ２００も通り、更に中間ローラと下
側ローラ２０４の間も通る。紙リボンは切りこみ部２０
６だけを通る。通った紙は受はリール２１４に巻きとら
れる。中間ローラ２００の近くに第２のノズル２１６が
設けられる。このノズルは付着させたい物質に応じて水
、ワニスその他の物質を蒸発さけるために使用できる。

ノズル２１２は紙を２５〜３５％の相対湿度で湿らせる
。ローラ２００と２０４は赤外線加熱器により８０〜１
００℃まで加熱される。ローラ２００゜２０４の直径は
同じで、３０ｃｍである。したがって、中間１コーラは
シ１１−シー２２２に固定されている軸を中心として回
り、上側ローラ２０２と五側ローラ２０４は、油圧ポン
プ２２６により駆動される油圧ビス１−ンにより上方へ
押されてローラ２００に押しつけられる。調節装置が圧
力を制御して、ローラが押し合う力を最適にする。図示
の実施例においては、その圧力は、１０００〜１５００
ｄＮ／Ｃ２であった。紙の速さは８〜１０７７Ｌ／分で
ある。処１！１！後の紙の厚さは４〜４．２μｍであり
、密度は約１．４９〜１．５ｇ／　ｃｔｔｒ　”である
。細い繊維のみで作られた紙は同じ密度を右する。シリ
コン油を含浸すると、紙の絶縁破壊電界強度は４００Ｖ
／μｍまで上背ずろ。

とくに、既存の紙または新しい紙、もしくはこの新規な
金属化法を用いることにより、与えられた表面抵抗値２
〜３０オームをその値以上に高くできる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は二重誘電体コンデンサの略図、第１ｂ図１よ
第１ａ図に示すコンデンサ゛の本発明に従う等価回路図
、第２図は本発明のコンデンサの膜構造のれいを示す断
面図、第３ａ、３ｂ図は本発明のコンデンサの巻く形を
示す斜視図、第４図は紙金属化装置の略図、第５図はコ
ンデン号紙を圧縮する装置の側面図、第６図は第５図の
■−■線に沿う縦断面図である。 １．２・・・誘電体、３．３′・・・極板、４，４′・
・・金属層、５．５′・・・紙、６．６’　、７．７’
・・・プラスチック箔、１０２，１０４・・・ロール、
２００゜２０２．２０４・・・ローラ、２０６・・・切
りこみ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも１つの誘電体層により分離された２つの導
   電性極板を備え、エネルギー蓄積、エネルギー放出、転
   流またはろ波のための高電圧・高エネルギー密度コンデ
   ンサにおいて、各極板には少くとも１つの第１の誘電体
   層（１）が組合され、コンデンサが再生（自己回復）す
   るようにして再生を援助する繊維質の支持体で作られた
   第２の誘電体（２）に付着される、単位表面積当りの抵
   抗値が２〜３０オームである金属層により形成され、コ
   ンデンサは液状誘電体が含浸され、各誘電体および液状
   誘電体の厚さおよび性質は、定格電圧が加えられた時に
   支配的な電界の強さと誘電体層を破壊する電界の強さと
   の比が各誘電体に対してほぼ等しいように選択されるこ
   とを特徴とする高電圧・高エネルギー密度コンデンサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のコンデンサであつて、
   コンデンサがそれの定格電圧に充電されると、誘電体中
   で支配的な電界の平均的な強さは約２００Ｖ／μｍから
   ４００Ｖ／μｍより高い値の範囲であり、体積エネルギ
   ー密度は約０．５Ｊ／ｃｍ＾３から２Ｊ／ｃｍ＾３より
   高い値の範囲であることを特徴とするコンデンサ。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のコンデン
   サであつて、含浸された各誘電体に対して、それの抵抗
   値と破壊電界強度との比が、コンデンサの定格電圧の少
   くとも＋／−１０％の電圧範囲にほぼ等しいように２種
   類の誘電体層（１）と（２）および液状誘電体が選択さ
   れることを特徴とするコンデンサ。 ４、特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載のコン
   デンサであつて、２つの多層ナップＡ、Ｂを巻くことに
   より得られ、各多層ナップは誘電体１に一致する１つの
   プラスチック膜、なるべくポリエステル、好ましくはエ
   チレン、ポリテレフタレート（６、７、６′、７′）お
   よび誘電体２に一致する金属化紙（４、５、４′、５′
   ）により構成され、巻かれたものの側面は誘電性被覆に
   より覆われて、巻かれたものの全てのターンが極板へ接
   続されるようにし、液状誘電体がそれに含浸されること
   を特徴とするコンデンサ。 ５、特許請求の範囲第４項記載のコンデンサであつて、
   ６μｍより厚いか、６μｍに等しい厚さの紙（５、５′
   ）を利用し、誘電体（５＋６＋７）の全厚さに対するそ
   の厚さの割合は３０〜４５％変化し、公称電圧における
   エネルギー密度は１Ｊ／ｃｍ＾３より高いか、それに等
   しいことを特徴とするコンデンサ。 ６、特許請求の範囲第４項記載のコンデンサであって、
   誘電体（５＋６＋７）の厚さに対する紙（５、５′）の
   厚さの割合は４５〜６０％変化し、公称電圧におけるエ
   ネルギー密度は０．８５Ｊ／ｃｍ＾３より高いか、それ
   に等しいことを特徴とするコンデンサ。 ７、特許請求の範囲第４項記載のコンデンサであつて、
   ６μｍより薄い厚さの紙（５、５′）を利用し、誘電体
   （５＋６＋７）の全厚さに対するその厚さの割合は１０
   〜５０％変化し、公称電圧におけるエネルギー密度は１
   Ｊ／ｃｍ＾３より高いか、それに等しいことを特徴とす
   るコンデンサ。 ８、特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載のコン
   デンサであって、誘電体２はセルローズまたはセルロー
   ズの誘電体より成ることを特徴とするコンデンサ。 ９、特許請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載のコン
   デンサであって、誘電体２の厚さは６μｍより薄いこと
   を特徴とするコンデンサ。 １０、特許請求の範囲第１〜９項のいずれかに記載のコ
   ンデンサであつて、液状誘電体はシリコン油であること
   を特徴とするコンデンサ。 １１、特許請求の範囲第１〜１０項のいずれかに記載の
   コンデンサであつて、金属層の表面抵抗地は５〜１０オ
   ームの範囲で変化することを特徴とするコンデンサ。 １２、特許請求の範囲１〜１１項のいずれかに記載のコ
   ンデンサであつて、金属層は接続のために必要な非活性
   領域により厚い強化された部分を形成することを特徴と
   するコンデンサ。 １３、特許請求の範囲第１〜１２項のいずれかに記載の
   コンデンサであって、シカトリゼーションにより消費さ
   れるエネルギーはコンデンサに蓄積されているエネルギ
   ーの１０％より少く、かつなるべく１％より少いことを
   特徴とするコンデンサ。 １４、特許請求の範囲第２〜１３項のいずれかに記載の
   コンデンサであつて、多層ナップＡ、Ｂの長さと幅の比
   は５００〜１０００の間であり、このコンデンサが流す
   ことができる最大電流は５００〜２００００Ａであるこ
   とを特徴とするコンデンサ。 １５、特許請求の範囲第２〜１３項のいずれかに記載の
   コンデンサであつて、多層ナップＡ、Ｂの長さと幅の比
   は１０００〜少くとも５０００の間であり、このコンデ
   ンサが流すことができる最大電流は５０００〜少くとも
   ２００００Ａであることを特徴とするコンデンサ。 １６、特許請求の範囲第１〜１５のいずれかに記載のコ
   ンデンサを直列または並列あるいは直列および並列に接
   続することによることを特徴とするコンデンサのバッテ
   リ。 １７、特許請求の範囲第１〜１６項のいずれかに記載の
   条件を満すために誘電体１、２の品質と含浸の質および
   含浸条件を予見し、制御することを特徴とするコンデン
   サを製造する方法。 １８、特許請求の範囲第１〜１６項のいずれかに記載の
   コンデンサまたはコンデンサのバッテリを、電界強度が
   ２００Ｖ／μｍ〜少くとも４００Ｖ／μｍの電界をコン
   デンサ内に発生する高電圧を発生する装置において利用
   する技術。 １９、厚さが６μｍより薄く、なるべく２．５〜５μｍ
   であることを特徴とするコンデンサ用紙。 ２０、６μｍ厚の紙から非常に薄い（約四μｍ）セルロ
   ーズ遷移の紙を製造する方法において、６μｍ幅の紙を
   圧縮して高密度にすることを特徴とするセルローズ遷移
   の紙を製造する方法。 ２１、密に接触して互いに逆向きに回転する少くとも２
   個のローラを備え、それらのローラのうちの１個は加熱
   され、かつその周辺部はくぼまされ、そのくぼみの深さ
   は、２個のローラの間に挿入される繊維から作られた紙
   の厚さより浅く、前記挿入の前にその紙を湿らせるため
   の手段を更に備えることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２０項記載の方法により圧縮および高密度にされた紙を
   得る装置。 ２２、繊維から作られた動いている紙の上に、７５度よ
   り小さく、なるべく２０〜４５度の角度で金属の微粒子
   を真空中で吹きつけることより成ることを特徴とする繊
   維から作られた紙に金属層を付着する方法。 ２３、特許請求の範囲第１〜１７項のいずれかに記載の
   コンデンサであつて、身体の外部に設け、または身体内
   に埋込むことができる心臓細動除去器の放電回路内に、
   特許請求の範囲第１〜１７項のいずれかに記載のコンデ
   ンサを用いる技術。 ２４、特許請求の範囲１〜１７項のいずれ かに記載のコンデンサを工業用装置とくに固体レーザ、
   気体レーザ、写真複写機、フラッシュ電球、マルクス・
   ゼネレータ、核融合装置、磁気成型装置および高電圧発
   生器の回路内に使用する技術。