編集この項目では、電気素子について説明しています。熱交換のための機器については「復水器」を、実験器具については「冷却器」をご覧ください。capacitor)は、電気(電荷)を蓄えたり、放出したりする電子部品である。キャパシタとも呼ばれる。capacitance)である。F)を用いて表される。10−12F)のオーダーのものが多く、ごくわずかな量の電荷しか蓄えることしかできない。代わりに、応答速度が早いため、瞬間的な電流の変化(例えば、雷サージなど)に対する応答を制御する場合や、交流電流を変化させたい場合などに用いられる。電気二重層コンデンサのような、従来のコンデンサと比較すると桁違いに大きな静電容量をもつものも存在し、それらは二次電池として利用することができる。その他の特性としては印加できる電圧(耐圧)が挙げられる。耐圧は用途に応じ、微小電力機器用の2.5ボルト程度のものから、高電圧発生用などに使われる10キロボルト程度のものなど、様々である。理想的な特性からどの程度外れているかを示す、等価回路における、直列の誘導性を示す値[1]と直列並列それぞれの抵抗値[2]などがある。「コンデンサ」の名称は、電気の正体が解明される以前に、「濃縮する(コンデンス)」という印象から名付けられており、「キャパシタ(収容する物)」の名称の方が物理的な実態をよく表している。英語で「コンデンサ(condenser)」と言った場合は、熱機関における復水器などを指すことが殆どであるため注意が必要である。microphone)」など、英語でも「コンデンサ」で定着している単語もある。歴史編集1745年10月に後ポメラニア(英語版)出身のエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストは、手で持ったガラス瓶の中に満たされた水に高圧静電発電機を導線でつなぐと電荷が蓄えられる事を発見した[3]。クライストの手と瓶の中の水が導電体として働き、かつガラス瓶が誘電体として働いたのである。クライストは、発電機を外したあとに、導線に触ると激痛を伴う火花が起きることを見出した。彼はこのことを「フランス王国の二撃目は受けたくない」と手紙で述懐している[4]。3ヶ月後、オランダの物理学者ピーテル・ファン・ミュッセンブルークにより同様なコンデンサが発明され、クライストの物より早く発表されたことで、彼が勤務していたライデン大学に因んでライデン瓶と名付けられた。グダニスクのダニエル・グラートは電荷容量を増やすため、初めていくつかの瓶を並列に結合し"砲兵中隊"を作った。ベンジャミン・フランクリンはライデン瓶の電荷を蓄える効果を増しているのが想定されていた手と水ではなく、ガラスである事を追試し証明した。彼はまた化学電池の組に対してバッテリーの言葉を当てはめた[5][6][7]。このようなライデン瓶を板ガラスに対向させたより強力なコンデンサは、無線電気通信の発明により規格化された容量が要求され、また高周波への移行によりインダクタンスの低いコンデンサが必要になるまで、1900年頃まで専ら使われ続けた。コンデンサの小型化は金属箔の間に油を浸した紙のような柔軟な誘電体膜を挟み、それを巻いたり折りたたんだりして小さな外周器に入れたもの、すなわち油浸紙コンデンサの製造から始まった[要出典]。電気的に絶縁された導体に電圧を印加すると内部に電荷の偏りが生じる。この現象は静電誘導と呼ばれる。理想的な状況では重ね合わせの原理から印加する電圧と偏る電荷には比例関係がある。Q=CV}と表される。静電容量は導体の幾何学的な形状と導体の周囲の絶縁体により決まる。電極板間に符号の異なる電荷が充電されると電極板間に電界が生じる。電気的に絶縁された導体が近接していると、一方に正の電荷が、他方に負の電荷が生じて互いに引き合うので電荷が充電されやすくなり、静電容量が大きくなる。この性質を利用したものがコンデンサであり、コンデンサは誘電体によって電気的に絶縁された複数の電極や電極板の組み合わせによって構成される。コンデンサのモデルとして、平行に近接した2つの平面を電極板とする平行板コンデンサがある。A}{d}}}で近似される[9]。電極板間を絶縁する誘電体の誘電率である。{A}}})という条件が必要である。d^{2}})と言い換えることもできる。{C}{2}}\,V^{2}}で表される。容量1ファラドのコンデンサに10ボルトの電圧がかかっている場合、電力量は50ジュール(ワット秒)となる。したがって、この場合における定格出力50ワットの電気製品が1秒間動作することになる。直流の電流を通さないことからカップリングコンデンサに利用されたり、デカップリング用のコンデンサに利用される。その他、平滑回路や、共振回路、フィルタなどにも利用される。実際の電子回路では、同じく受動素子の一つである抵抗器やコイルとともに用いられることが多く、前者はR、後者はLと表現されることが多い。コスト、大きさに合わせて各種の形状、材質の物が幅広く用いられる。低コスト化、小型化の要求の強い民生用小型機器では、チップ積層セラミックコンデンサが幅広く使われている。デジタル電子回路での用途編集バイパスコンデンサ(パスコン)としての用途が圧倒的に多い。他にわずかながら水晶発振器やタイミング回路に使われる。周波数特性がよいチップセラミックコンデンサが使われる。電源回路での用途編集アルミ電解コンデンサを中心として、セラミックコンデンサやタンタルコンデンサ(英語版)が使われる。電気二重層コンデンサをはじめとした1F以上の大容量のものが開発され、蓄電装置として利用されることが多くなりつつある。ノートパソコンの電源としての利用、ハイブリッドカーや電気自動車の始動用電源など。最近では電気自動車の走行用電源そのものとしても使用可能となってきている。構造編集コンデンサの形状例。この写真の中での分類としては、足のあるものが「リード形」、長方体のものが「チップ形」である構造は単純化すると、誘電体(絶縁体)を介した、2枚の電気伝導体平板であり、これに(直流)電圧を加えると、電荷(電気エネルギー)が蓄えられる。実際の製品では、以下に挙げられるものがある。二枚の平行平板からなるもの。誘電体の種類を選ばないが、面積を大きく取れないため、大型になる。旋回型(巻き型)二枚の電気伝導体箔と誘電体膜を交互に重ねて巻き込んだもの。旋回構造自体がインダクタの形となるため概して高周波特性は良くない。巻き方や線の引き出し方を工夫して無誘導化したものもある。極板を形作る導電性の層と誘電体の層とを完成時に所望の容量に成るまで交互に重ね両端に電極を取り付けたもの。層を作る時は二つの極板の端面がそれぞれ別の辺に現れるように極板をずらして作る。出来上がった素子は通常直方体状になる。素子のまま表面実装用に使われる事もあれば、リード線を引き出した後樹脂で封止した物もある。軸の周りに誘電体の管を形成し、その外側にさらに電気伝導体の管を形成して同軸構造としたもの。シールドケースからの線の引出しなど高周波回路で利用される。積層形コンデンサの直方体の平行する二面に一枚の極板へ繋がる電極を設け、残りの任意の面にもう一方の極板に繋がる電極を設けてあるもの。管形に比べるとよりプリント回路基板への実装が容易になっている。表面に化学的に酸化皮膜による誘電体層を形成し、電解液に浸したもの。表面に有機分子を吸着させ、誘電体としたもの。誘電体の厚さを分子長さレベルにまで薄くでき、更に多孔質な活性炭により大面積を確保できるので、極端な大容量が得られる。コンデンサ誘電体として木材パルプを加工したものを使用している。オイルコンデンサ絶縁油を含浸した紙を誘電体としたもの。真空管を使用したオーディオアンプやギターアンプ等でも利用される。真空コンデンサ内部を真空にしたもの。アナログ回路用であるが、高電圧を扱う回路にも使用される。スチロールコンデンサ俗にスチコンと称される。ポリスチレン樹脂はCDケース等にも使用されるポピュラーなプラスチック。成形が容易で安価、諸特性優秀だが、耐熱温度が85°Cと熱に弱く機械的にも脆い。最近になって樹脂分子の並びを制御して結晶化させ、問題点を改善した素材も出ている。ポリエステルコンデンサ(マイラコンデンサ)マイラと略される。諸特性良好だが、誘電吸収がやや大きい。ポリプロピレンコンデンサPPコンと呼ばれる。諸特性優秀で、耐圧も高い(1,000V程度まである)。テフロンコンデンサ諸特性良好。プラスチックフィルムコンデンサとしては比較的高温に耐える。ポリフェニレンスルファイドコンデンサPPSコンと呼ばれる。諸特性良好で耐熱性に優れる。セラミックコンデンサ編集0.5pFから1μFが一般的である。近年は数百μFのチップ型セラミックコンデンサも現れている。デジタル回路のパスコン(高誘電率系および半導体)、アナログ回路の温度補償用(低誘電率系)に用いられる。チップ型など小型のものや大容量のものは内部電極を積層構造にしている。低誘電率系セラミックコンデンサ誘電体に酸化チタンやアルミナの磁器を用いたもの。容量温度係数が低く、かつ直線的。微量元素の導入で任意の温度係数に設定することもできるが、容量の誤差が大きい。高誘電率系セラミックコンデンサ誘電体にチタン酸バリウムを用いたもの。無極性・大容量のコンデンサが得られる。容量温度係数が大きくかつ非線形に変化する。印加電圧によって容量が変動する。交流電圧を印加すると圧電効果により誘電体に伸縮が生じて「音鳴き」または「鳴き」と呼ばれる現象が発生する[10]。半導体セラミックコンデンサチタン酸バリウムに金属化合物を導入して導電性を持たせたものに、化学処理を施して非常に薄い誘電体層を形成し、焼結したものを誘電体としたもの。高誘電率系セラミックコンデンサよりも更に大きな容量が得られるが、その分、容量変動の諸特性も悪化している。電極表面に化学処理することで絶縁体あるいは半導体の薄膜を形成し、これを誘電体としたもの。得られるが、一部を除き極性を持ち、諸特性はかなり悪い。電源系や低周波系に使用される。耐圧や周波数に注意する必要がある。耐圧を守らなかったり極性を間違えたりすると、正常に動作しないばかりか発熱して煙が出たり、電解液が外部に漏れ出す場合がある。ひどい時には破裂する場合もある。破裂するとコンデンサーの破片が四方八方に飛び散り、非常に危険である[11]。一般に固体電解コンデンサと呼ばれるものは、電荷移動錯体や導電性高分子を用いた電子導電性固体を用いており、従来からある電解液を用いたコンデンサに対して、等価直列抵抗(英語版)(ESR)が小さく、周波数特性に優れている為、CPU周辺など高周波系にも使用されているが、電解液タイプに比べて高価でかつ自己修復性が小さいという問題がある。リード線方式の場合は、負(マイナス)極の上に黒い線が記載され、一般タイプの新品では負極のリード線が短く切られていることで判別する。画像の上側の黒いもの(アキシャル型)では、右側のリード線が負極で、下の青いもの(ラジアル型)では下側のリード線が負極である。アキシャル型の場合、負極のリード線がケースと接続されているが、ラジアル型は両極とも接続されていないため、電荷がある場合どちらとも電位差があり、ショートや感電に注意を要する。アルミ電解コンデンサ単に電解コンデンサ、またはケミコン(ケミカルコンデンサ)ともいう。誘電体としては、アルミニウム電極(通常はアルミ箔)表面に形成した酸化被膜(酸化アルミニウム)を用いる。誘電体層が非常に薄いため、大きな容量を得ることが出来る。通常、酸化被膜を形成する前にエッチング処理を施して表面を荒し、微細な凹凸を作製して表面積を稼いでいる。酸化被膜表面に隙間無く対向する電極を密着させることが困難なため、電解液を含浸した紙を挟み、空隙を埋めている。酸化被膜を形成した側の電極を他方の電極より低い電圧(極性を逆)にすると、電気化学反応により誘電体膜が破壊され使用不能になるとともに、素子が破裂・発煙する場合がある。アルミニウム固体電解コンデンサ電解液の代わりに固体電解質として二酸化マンガンや有機半導体(TCNQ錯体などの電荷移動錯体、または、ポリチオフェンなどの導電性高分子)を用いたもの。いう商標[12]のものがあり、低ESR、低等価直列インダクタンス(英語版)(ESL)を実現している[13]。アルミニウム非固体電解コンデンサ上述。電解液として、溶媒を水、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル(英語版)、グリセリン、γ-ブチロラクトンあるいはN-メチルホルムアミド(英語版)などとし、電解質としてホウ酸、アジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、アンモニア、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウムなどにしたものが用いられる。逆極性接続による誘電体膜の破壊に対し自己修復能を持つため、極短時間の逆電圧印加が可能とされるが、この用法は推奨はされない。故障時のモードがオープンである(電極間の抵抗値が高くなる)ことも特長のひとつだが、素子の破裂による二次被害がでることもあるので注意すること。両極性電解コンデンサ(ノンポーラ)酸化被膜の形成を対向する二つの電極双方にほどこしたもの。コンデンサの直列接続となるため、単位体積当りの容量は半減するが、極性がないため扱い易い。高速に極性が反転する条件(交流回路)での利用は出来ない点には注意すること。負極側の表示の代わりにB.P.またはN.P.表示がある。タンタル電解コンデンサアルミ電解コンデンサより小型で周波数特性がよく、電源平滑用やノイズ除去のバイパスコンデンサとして用いられる。欠点はタンタルが希少金属であるため、コスト高や供給不安につながりやすいこと。大容量を得る原理はアルミ電解コンデンサに似ている。金属タンタル粉体を焼結してこれを陽極とし、電気化学反応で表面に酸化タンタル薄膜を形成する。アルミ電解コンデンサと異なり、パッケージの陽極側に印がある。逆電圧に弱く、故障モードはショートである点に注意を要する。そのため故障前の極間に電位差があると大電流が流れ、発熱、発火につながる。ショートによる機器への被害を防ぐため、タンタルコンデンサのモールド内にヒューズを内蔵しているものもある。タンタル固体電解コンデンサ高温条件下で誘電体表面に二酸化マンガンを析出させて空隙をうめ、焼結体表面に黒鉛を吹き付けた後、銀パラジウム等を用いて電極を引き出したもの。タンタル非固体電解コンデンサ金属ケースに電解液を充填し、これを陰極としたもの。ここに陽極となる焼結体を浸漬する。ニオブコンデンサ金属ニオブ粉体を焼結してこれを陽極とした固体電解コンデンサ。ニオブの埋蔵量はタンタルの100倍程度と見積もられており、供給の安定化と低価格化が期待される。タンタルコンデンサより逆電圧耐性が高く大容量化できる可能性があることから、将来的にはタンタルコンデンサを置き換えることが期待されている。50%までで使用するが、ニオブコンデンサは耐圧の80%までで使用できる。酸化ニオブコンデンサ焼結体として金属ニオブの代わりに酸化ニオブを用いたもの。故障モードがオープンで安全性が高い。電気二重層キャパシタ、ウルトラキャパシタ(主に米国で用いられる用語)、スーパーキャパシタ(日本電気の商標)、ゴールドキャパシタ(パナソニックの商標)、電気化学キャパシタ、あるいは単にキャパシタと称される。電解液-電極界面において電解液中のイオン及び電極中の電荷担体(電子またはホール)が互いに引き合う格好で整列する現象(電気二重層)を用いて蓄電するコンデンサ。イオンと電荷担体が互いに隔てられた部分(ナノオーダーの距離)が誘電体に相当する。電気二重層コンデンサの静電容量は理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。そのため、非常に大きい静電容量を実現することが可能である。実用化されている電気二重層コンデンサでは、比表面積が極めて大きい活性炭を電極として用いている例が多く数F/cm3級の静電容量が得られている。電気二重層は正負両極に生じるため、一つの電気二重層コンデンサは二つのコンデンサ(正・負極に生じた電気二重層)の直列接続に相当する。耐圧は電解液の分解電圧以下に制限されるため約1V(水系電解液の場合)、約3V(非水系電解液の場合)と非常に低く、複数個を直列接続することで必要な電圧を得ることが多いが、接続された個々のコンデンサの特性ばらつきによって電圧が完璧に均等に分配されることはない。そのため、あるコンデンサだけが過充電になることを防ぐための工夫が必要になる。単純な方法としては、各コンデンサに抵抗を並列接続させることがある。通常のコンデンサと比較して漏れ電流が非常に大きく、イオンが動くために周波数特性が悪いことには留意する必要がある。直流回路で用いられることが多い。電子機器のメモリーや時計回路におけるバックアップ電源として用いられて来たが、電力貯蔵用にも使用され始めている。近年、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としても注目されており、製品化された例ではコピー機の急速立ち上げ用電源や無停電電源装置などがある。鉄道用の電車でも実験的に電源として使用して起動力約2%の電力を確保するなど、様々な分野で小型化・大容量化の研究開発が進められている。二次電池と異なり電気化学反応を従わないため、充放電回数の制限が無いこと、大電流の充放電に強く温度条件の厳しい環境下でも利用できることなどの利点を持つ。このため、燃料電池自動車であるホンダ・FCXにパワーアシスト用として搭載されたり、はやぶさに搭載されたローバーにも採用された。ハイブリッドカーへの搭載も予定されている。静電容量を加減することができるコンデンサのことをさし、軸を回転させる極板の対向面積や電極同士の距離を変えられるようにしたバリアブルコンデンサと各容量の固定コンデンサを切り換えスイッチにより断続的に変えられるようにした可変雲母コンデンサに大別される。回転軸を回すことで静電容量を可変できるコンデンサ。送信機や受信機(ラジオ)などの同調回路などに使われる。ラジオの同調回路(周波数ダイアル)のようにもともと頻繁に回すことを目的に作られているものと、回路の定数の微調整用として、出荷前やメインテナンス等、調整するときしか回さない目的に作られたもの(トリマーバリコン、半固定可変コンデンサ)とがある。エアバリコン空気を誘電体とする可変コンデンサ。固定した電極と、回転軸に取り付けられた電極とで空気を挟み、静電容量を可変できる。高電圧に耐えられることから、1970年代までの真空管を使ったラジオ受信機やアマチュア無線機などに使われていたが、現在はあまり生産されていない。タイトバリコンエアバリコンの一種であるが、電極を保持する絶縁体に磁器(ステアタイト)を使用した製品。重量は増すが絶縁性に優れ送信機などの大電力の同調を取る場合などに使用される。ポリバリコン薄いポリエチレンフィルムを誘電体とする可変コンデンサ。固定した電極と、回転軸に取り付けられた電極とでポリエチレンフィルムを密着して挟み、静電容量を可変できる。小型携帯ラジオの周波数ダイヤルに使われている。セラミックトリマコンデンサセラミックを誘電体とする可変コンデンサ。回路で補償しきれない精度の特性が必要な場合、組み立て後に微調整可能な回路にしておき、製品出荷前に工場で微調整を行うために用いられる。バリキャップ半導体中に形成された空乏層を誘電体として用いる可変コンデンサ。逆電圧の大きさによって空乏層の厚さを制御する事が可能で、このため電子的に容量を可変できる。可変雲母コンデンサ編集この節の加筆が望まれています。呼ばれるものである[14]。使用するような無茶なことをするときに役立つ素子である。いう形の3桁の数字を使った特有の表記(抵抗器のカラーコードを数字で置き換えた形)で記載されている場合がほとんどである(抵抗器に形状が似たものでは、カラーコードで表示している場合がある)。pF(ピコファラド)である。チップコンデンサの場合、極小な本体に容量の表記を印刷することが困難であるため、チップマウンターに装填するためのリールに印刷する型番に、容量の記載が含まれていることが多い。