(57)【要約】  この発明は、充電回路と放電回路とを有する薄膜キャパシタの放電時の安定定電圧出力を安価な構成で行うことが可能な薄膜キャパシタ装置を提供する。  この薄膜キャパシタ装置は、薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式で薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有することを特徴とする。選択図  図２（ａ）
2013024555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路に用いられる薄膜キャパシタの放電を行う薄膜キャパシタ装置において、
薄膜キャパシタが、導電性材料で形成された第一の電極と、導電性材料で形成され前記第一の電極と向かい合うように位置付けられている第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれるように形成された誘電体層とからなり、前記第一の電極と前記誘電体層との間および前記第二の電極と前記誘電体層との間に、金属、半導体物質又は導電的表面改質されたセラミックスの微粒子などにより構成された集電子体により集電子体層が形成されており、
上記薄膜キャパシタを充電する充電回路と放電する放電回路とを有しており、
放電回路が、蓄電した上記薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式で薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有することを特徴とする薄膜キャパシタ装置。
【請求項２】
薄型キャパシタが、並列又は直列に切換可能に接続された複数の薄型キャパシタ群からなり、該薄型キャパシタ群に充電回路と放電回路とがスイッチ装置により切換可能に接続されており、充電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを並列に接続し、放電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを直列に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ装置。
【請求項３】
薄膜キャパシタの集電子体層が金属の微粒子からなっており、該金属の微粒子が着磁されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気エネルギー蓄積装置。
【請求項４】
誘電体層が、複数の第一の電極同士を接続する配線と、前記複数の第二の電極同士を接続する配線とを備えてなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気エネルギー蓄積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電回路と放電回路を有する薄膜キャパシタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギー蓄積装置として大容量のキャパシタを利用する場合は、電解キャパシタや積層セラミックキャパシタなどが一般的に用いられている。近年電気自動車を代表に大容量バッテリーヘのニーズからリチウムイオン電池の大容量化が進むとともに電解キャパシタを機能拡張した電気二重層電池の開発が盛んに行われている。また、積層セラミックキャパシタも薄膜方式での大容量化の研究が開始されている。【０００３】
しかしながら、積層セラミックキャパシタなどの所謂コンデンサには、総合的な性能を低下させる電流リークの問題があった。また、リチウムイオン電池などの化学変化により電気エネルギーを蓄積する所謂電池は、充電／放電が部分的に行われるとメモリ効果の問題により性能が低下するという問題があった。【０００４】
このような問題を解決するために、例えば、特許文献１〜３に巨大磁気抵抗効果を利用した電気エネルギー蓄積装置が提案されている。【０００５】
巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-resistance Effect）とは、薄い磁性セクションと薄い非磁性セクションとが交互に形成された構造中でみられる量子力学的効果である。外部磁界が印加されると、巨大磁気抵抗効果によりゼロ磁場の高抵抗状態から高磁場の低抵抗状態へと電気抵抗が大幅に変化する。そのため、巨大磁気抵抗効果は、良好な性能を有する絶縁体として利用することができ、巨大磁気抵抗効果を有する装置は、電気エネルギーを蓄積することができる。
特許文献１〜３に記載されたキャパシタは、磁性セクションが薄膜で形成されているため、容量を増大するためには磁性セクションを２次元方向に拡大して面積を増やすことが考えられるが、その場合、装置の小型化が困難になるという問題があった。【０００６】
また、薄膜キャパシタは、電極材と誘電体との界面に形成される集電体に蓄積される電気エネルギーを利用するもので、数千ファラッドオーダの電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである。
用途としては、メモリバックアップ用の小容量品から、電気自動車のパワーアシスト用としての中容量品、そして電気自動車のパワー供給などの電力貯蔵用蓄電池代替としての大容量品まで幅広く利用可能である。【０００７】
このような薄膜キャパシタの単位キャパシタ（セルともいう）の耐電圧は、その構成要素である誘電体、すなわち電子とホールを分離する絶縁体の耐電圧で決まり、材質、薄膜厚さ、均一度等に依存し、例えば、チタン酸バリウム系誘電体の場合約２００Ｖである。
薄膜キャパシタは、誘電体の耐電圧以上の電圧を印加すると破損する虞があるため、高電圧を要求される用途においては、複数個の単位キャパシタを直列接続して用いる。【０００８】
前出のように単体あるいは複合して蓄電された電荷を放電する場合、高速で放電するのでそのまま放電すれば図３のＡ薄型キャパシタ出力で示す下降形に放電を行う。
これを平坦な出力とするためにインバータを用いるがキャパシタ出力が閾値より低下すれば変換を行えなくなる。
そのため閾値をあげるために少なくとも閾値と同等以上の容量を擁するキャパシタをハイブリッド的に付設して平滑化を行うことにより蓄電キャパシタの蓄電量が０になるまで放電を可能とする。
一般ではキャパシタの充放電に関する技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
薄膜キャパシタの放電を行う際、図１に示すように薄膜キャパシタとインバータとを直接接続すると、インバータの閾値以下の電流では変換が行われなく、無効に放電してしまう状況にあった。【０００９】
本発明は、小型で、かつ、大容量で大きな電気エネルギーを得ることができる薄膜キャパシタであって、その放電時に蓄電量が０となるまでインバータの平滑変換を有効に行うに際し、安価な構成で行うことが可能な薄膜キャパシタ装置を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１７７５３５号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７５３６号公報
【特許文献３】特開２００９−０４９３５１号公報
【特許文献４】特開２００４−２１５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
薄膜キャパシタは、例えば図１の回路に例示するように、スイッチＳＷ１とＳＷ２を切り替えて充電回路Ｃ１のみを閉成し薄膜キャパシタ２０の入出力の端子８、９と電源装置とを接続し、充填を行って電気エネルギーを蓄積し、蓄電後は前記スイッチＳＷ１とＳＷ２を切り替えて充電回路Ｃ１を開放し、放電回路Ｃ２を閉成して放電を行う。
上記放電を行う際に図示のように薄膜キャパシタ２０とインバータ４０とを直接接続すると、インバータ４０の閾値以下の電流では変換が行われなく、無効に放電してしまう状況にあった。【００１２】
本発明は、薄膜キャパシタを充電回路で蓄電し、放電時には放電回路で蓄電量が０となるまでインバータの平滑変換を有効に行うに際し、安価な構成で行うことが可能な薄膜キャパシタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため請求項１に係る発明では、
直流回路に用いられる薄膜キャパシタの放電を行う薄膜キャパシタ装置において、
薄膜キャパシタが、導電性材料で形成された第一の電極と、導電性材料で形成され前記第一の電極と向かい合うように位置付けられている第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれるように形成された誘電体層とからなり、前記第一の電極と前記誘電体層との間および前記第二の電極と前記誘電体層との間に、金属、半導体物質又は導電的表面改質されたセラミックスの微粒子などにより構成された集電子体により集電子体層が形成されており、
上記薄膜キャパシタを充電する充電回路と放電する放電回路とを有しており、
放電回路が、蓄電した上記薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式で薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有することを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
前記薄型キャパシタが、並列又は直列に切換可能に接続された複数の薄型キャパシタ群からなり、該薄型キャパシタ群に充電回路と放電回路とがスイッチ装置により切換可能に接続されており、充電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを並列に接続し、放電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを直列に接続してなることを特徴とする。
更に、請求項３の発明では、
前記薄膜キャパシタの集電子体層が金属の微粒子からなっており、該金属の微粒子が着磁されていることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、
前記誘電体層が、複数の第一の電極同士を接続する配線と、前記複数の第二の電極同士を接続する配線とを備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
電気エネルギーを蓄積した薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式であり、薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有するので、直流回路に用いられる薄膜キャパシタの放電時の安定定電圧出力を安価な構成で長く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】薄膜キャパシタへの充電回路と、補助キャパシタを付設しない放電回路とを有する装置の回路図である。
【図２（ａ）】実施例１の薄膜キャパシタ放電回路図である。
【図２（ｂ）】実施例１の薄膜キャパシタ充電及び放電回路図である。
【図３（ａ）】実施例１の薄膜キャパシタを模式的に示した断面図である。
【図３（ｂ）】実施例１の電極と微粒子層を模式的に示した拡大図である。
【図４】図１の比較例と図２の実施例１の放電時のインバータ変換の状態を比較したグラフである。
【図５（ａ）】実施例２の薄膜キャパシタ装置を示す放電回路図である。
【図５（ｂ）】実施例２の薄膜キャパシタを模式的に示した断面図である。
【図６】実施例３の薄膜キャパシタを模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る薄膜キャパシタ装置の好適な実施の形態について、以下に示す実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の薄膜キャパシタ装置１の好適実施例について図２以降の図面を参照しながら説明する。
本実施例１は、薄膜キャパシタ２０の端子の一方８（または９）と他方９（または８）に切換可能に接続される充電回路Ｃ１と放電回路Ｃ２とを有している。
放電回路Ｃ２では、薄膜キャパシタ２０とＤＣ／ＤＣインバータ４０との間に補助キャパシタ３０を付設しており、薄膜キャパシタ２０の蓄電量が０になるまでインバータ変換を行う構成からなっている。
図２（ａ）はＳＷ１、ＳＷ２の操作スイッチにより、充電回路Ｃ１と放電回路Ｃ２を選択して薄膜キャパシタ２０に接続する構成からなっている。
ここで薄型キャパシタ２０は単体でも複数でもよい。
図示例では２つのスイッチを連動する構成としたが、この発明でスイッチは要するに充電回路Ｃ１と放電回路Ｃ２を切り替えて操作することができる構造であれば、１つでも複数でもよく、特にその構造は問わない。【００１８】
図示省略の充電回路Ｃ１は図１と同様に公知の充電回路を用いることができるが、薄膜キャパシタ２０の初期充電の際に直流電源と直接接続すると大電流が流れて許容電流値を超える虞れがあるので、電源装置には定電流制御機能または大電流の入力を制限する電流制限手段を付加することが好ましい。
また、本実施例では、薄膜キャパシタ２０と放電回路Ｃ２は直列に接続されるが、充電回路は複数の薄膜キャパシタの場合、これらを直列に接続するものでも、並列に接続するものでもよい。
図２（ｂ）は、複数の薄膜キャパシタからなる薄膜キャパシタ群２０’と充電回路Ｃ１、放電回路Ｃ２との間にスイッチ装置ＳＷを設けており、該スイッチ装置ＳＷの切換で、前記回路Ｃ１、Ｃ２の切換と同時に複数の薄膜キャパシタ群２０’を並列接続と直列接続とに切換可能となっている。
従って、前記スイッチ装置ＳＷを充電回路Ｃ１に切り替えると、複数の薄膜キャパシタ群２０’を並列に接続して電源装置からの充電が行なわれ、放電回路Ｃ２に切り替えると複数の薄膜キャパシタ群２０’を直列に接続して放電を行うことができる。
前記充電回路Ｃ１の電源装置には前述のように定電流制御機能や大電流の入力を制限する電流制限手段を付加することが好ましい。【００１９】
ここで補助キャパシタ３０は、薄膜キャパシタでもよいが、その他公知のキャパシタを用いることができる。
本実施例の薄膜キャパシタ２０（２０’も同じ）は、図３（ａ）の模式図に示すように、支持基板２と、バッファ層３と、第一電極４と、集電子体層５と、誘電体層６と、第二電極７と、端子８、９とを備えている。【００２０】
支持基板２は、特に限定しないが、例えば、シリコン単結晶、ＳｉＧｅ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、ＳｒＴｉO３単結晶、ＭｇO単結晶、ＬａＡｌO３単結晶、ＺｒO２単結晶、ＭｇＡｌ２O４単結晶、ＮｄＧａO３単結晶、ＮｄＡＩO３単結晶、ＬａＧａO３単結晶あるいはガラス基材などによって、形成することができる。これらの中では、低コストのため、シリコン単結晶が最も好ましい。また、支持基板２の厚さは、電気エネルギー蓄積装置１全体の機械的強度を確保することができれば、とくに限定されるものではなく、例えば、１０ないし１０００μｍ程度に設定すればよい。【００２１】
バッファ層３は、支持基板２の上層に形成され、支持基板２と第一電極４を構成する電極薄膜との反応を防ぐバリア層としての役割を果たす。バッファ層３を形成するための材料は、例えば、ＺｒO２、ＲｅO２、ＲｅO２−ＺｒO２（Ｒｅはイットリウム（Ｙ）または希土類元素）、ＭｇＡｌO４、γ一Ａ１２O３、ＳｒＴｉO３、ＬａＡｌO３などによって、形成することができる。具体的には、これらの中から、支持基板２との格子整合性に優れ、熱膨張係数が、支持基板２と誘電体層６を構成する薄膜材料の間にある材料を選択して、バッファ層３を形成することが好ましい。また、バッファ層３は単層構造であっても、多層構造であってもよい。そして、バッファ層３の厚さは、支持基板２と第一電極４を構成する電極薄膜との反応を防ぐバリア層としての機能を確保することができれば、特に限定されず、例えば、１ないし１０００ｎｍ程度に設定すればよい。
なお、バッファ層３は設けなくてもよい。バッファ層３を設けない場合は、支持基板２の表面に、第一電極４を形成する。【００２２】
第一電極４は、バッファ層３の上層に薄膜に形成され、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニゥム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電性の金属によって、形成することができる。具体的には、これらの材料の中から、支持基板２あるいはバッファ層３との格子整合性に優れた材料を選択して形成することが好ましい。また、第一電極４の電極薄膜の厚さは、薄膜キャパシタ２０の一方の電極として機能することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、５００〜２０００ｎｍ程度に設定すればよい。【００２３】
集電子体層５は、金属、半導体物質又は導電的表面改質されたセラミックスの微粒子などにより構成されるが、本実施例の集電子体層５は、図３（ｂ）に示すように集電子体の微粒子５ａの積層をスパッタリング法などにより、第一電極４の表面（上層）に粒子径を制御しながら成形する。粒子径は２００〜２０００ｎｍ程度で設定され、積層数は５〜２０層程度で成形され合わせて１μｍ〜２μｍ程度の厚みに複合積層される（図示例では２層である）。微粒子５ａの材料は、磁性材料として、鉄コバルト合金などの軟磁性材料あるいはマンガン酸化物のようにコロッサル効果（超巨大磁気抵抗効果）により磁性抵抗が常温で極めて高い材料を選定する。また、微粒子５ａの材料として、第一電極４と同一の材料、即ち磁性材料ではない導電性の金属を用いてもよい。微粒子５ａの材料として第一電極４と同一の材料の場合は電極の表面積を１００〜１０００倍に増大させることができる。また、磁性材料を用いた場合は磁界の集電効果により電気エネルギーの蓄積量をさらに５０〜１００倍に増大させることができる。【００２４】
誘電体層６は、第一電極４に積層した集電子体層５の上層に形成される。誘電体層６の材料としては高い誘電率を持つ材料、例えばチタン酸バリウムで形成される。誘電体層６は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（metal-organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（metal-organicdeacomposition：ＭＯＤ）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて形成することができる。特に低温で、誘電体層６を形成する必要がある場合には、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ、光ＣＳＤ、レーザーＣＳＤ法を用いることが好ましい。なお、誘電体層６は、図３（ａ）に示したように各層を薄膜で形成して（集電子体層５は微粒子のまま層を形成して）順次積層するため固体に形成される誘電体を用いる。【００２５】
誘電体層６の表面（上層〉には、第一電極４と同様に集電子体層５をスパッタリング法などにより粒子径を制御しながら成形する。粒子系は２００〜２０００ｎｍ程度で設定され、積層数は５層程度で成形され合わせて１μｍ〜２μｍ程度の厚みに複合積層される。【００２６】
第二電極７は、誘電体層６の上層に形成した集電子体層５の上層に薄膜に形成されている。第二電極７は、導電性を有していれば特に限定されるものではなく、第一電極４と同様な材料によって形成することができるが、格子整合性を考慮する必要はなく、また、室温で形成することができるから、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属や、ＷＳｉ、ＭｏＳｉなどの合金を用いて形成することもできる。
また、第二電極７の電極薄膜の厚さは、薄膜キャパシタの他方の電極として機能することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、１０００〜１００００ｎｍ程度に設定すればよい。【００２７】
端子８は、第一電極４から引き出され、入出力回路（本実施例では充電回路又は放電回路）と接続するための一方の端子であり、端子８を引き出すために第一電極４は表出してマスキングで部分露出が行われている。端子９は、第二電極７から引き出され、前記入出力回路と接続するための他方の端子である。
上述したように形成することで、第一電極４と誘電体層６および第２電極７と誘電体層６の間に集電子体層５が形成される。【００２８】
上述した薄膜キャパシタ２０は、充電回路に端子８、９を接続することで、電荷（電気エネルギー）を充電（蓄積）する。この際に集電子体層５の微粒子５ａが磁性材料で構成されていれば、（超）巨大磁気抵抗効果により電流のリークを防止して誘電体層６により多くの電荷を蓄積することができる。そして、端子８、９を充電回路から、図１の放電回路に切り替えることで充電した電荷を放電して負荷に電気エネルギーを供給し薄膜キャパシタとして動作する。【００２９】
本実施例によれば、第一電極４と誘電体層６との間および第二電極７と誘電体層６との間に、集電子体の微粒子５ａにより構成された集電子体層６が形成されているので、第一電極４および第二電極７の表面積を拡大することができ、そのために蓄積できる電気エネルギーを増大させることができる。
また、微粒子５ａが非カーボン基材で形成されているので、大電圧や大電流を取り出すことができ、大きな電気エネルギーを得ることができる。【００３０】
また、集電子体層５の微粒子５ａが、磁性材料で形成されているので、第一電極４と第二電極７との間に電圧を印加した場合に、電界により微粒子５ａの磁性性能による集電率の向上が可能になり、より多くの電気エネルギーを蓄積することができる。【００３１】
なお、上述した集電子体層５の微粒子５ａを磁性材料で形成する際は、予め着磁された状態で微粒子層を形成してもよいし、電気エネルギー形成装置１として製造して当該電気エネルギー形成装置１使用前に外部から磁界をかけて着磁してもよい。予め着磁すれば、後から着磁する必要が無く、そのための回路や装置等も必要ない。【００３２】
上記薄膜キャパシタ２０の放電に際しては、前述のように、補助キャパシタ３０を付設し、薄膜キャパシタ２の蓄電量が０になるまでインバータ変換を行う（図２参照）。
図中、符号４はＤＣ／ＤＣインバータである。【００３３】
図４は、前記補助キャパシタを付設しない参考例(図１参照）の放電回路Ｃ２におけるインバータ変換の状態と、図２示した補助キャパシタ３０を付設した本実施例のインバータ変換の状態を比較したものである。
これにより本実施例のように補助キャパシタ３０を付設することで、付設しない場合に比べて一層長く薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで安定定電圧出力による放電効果を有することが確認できた。【００３４】
これは、薄膜キャパシタ２０より電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータ４にベース電圧のある状態で直流電流を供給する薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有するからである。
【実施例２】
【００３５】
図５（ａ）は、実施例２の薄膜キャパシタ群２０’にスイッチ装置ＳＷにより切換可能に接続される充電回路Ｃ１と放電回路Ｃ２の模式図を示し、図５（ｂ）は単体の薄膜キャパシタ２０を示す。
この薄膜キャパシタ２０は、支持基板２、バッファ層３の上層に、第一電極４、集電子体層５、誘電体層６、集電子体層５、第二電極７、集電子体層５、誘電体層６、集電子体層５、第一電極４、…、というように第一電極４または第二電極７のいずれかと集電子体層５および誘電体層６さらにその上に形成される集電子体層５が順次交互に奇数層を積層する。【００３６】
積層にあたり各電極は交互にボンディングされ一対の対極を構成するために、１層おきに交互にボンディングを可能とするようにマスキングにより部分露出を行う。本実施例では積層数（形成される薄膜キャパシタの積層数、つまり誘電体層６の数）を例えば５〜１００程度を設定する。【００３７】
第一電極４と第２電極７は、交互に第一の積層電極接合用縦層電極１０、第２の積層電極接合用縦層電極１１のボンディング線によりそれぞれ結合されることで、最下位の電極から数えて奇数電極を第一電極４、偶数電極を第２電極７として分離される。即ち、前記ボンディング線が複数の第一の電極同士を接続する配線および複数の第二の電極同士を接続する配線となる。そして、第一電極４、第２電極７それぞれから端子８、９を引き出し、充電回路または放電回路（図１参照）に接続される。【００３８】
このようにすることで、複数の第一電極４と複数の第２電極７と複数の誘電体層６とを備え、第一電極４（集電子体層５）と第二電極７（集電子体層５）に挟まれた誘電体層６が順次積層された薄膜キャパシタ２０を構成することができる。【００３９】
本実施例によれば、第一電極４（集電子体層５）と第二電極７（集電子体層５）に挟まれた誘電体層６が複数積層されて、それぞれが第一の積層電極接合用縦層電極１０、第２の積層電極接合用縦層電極１１のボンディング線によって並列に接続されるので、単層よりもさらに蓄積できる電気エネルギーを増大させることができる。【００４０】
本実施例では、薄膜キャパシタ２０は単体でも複数でもよく、スイッチ装置ＳＷは充電時には薄膜キャパシタ群２０’を並列に接続し、放電時には薄膜キャパシタ群２０’を直列に接続するものとしたが、充電時も放電時も薄膜キャパシタ２０を直列に接続するものでもよい。
上記単体又は複数の薄膜キャパシタの放電に際しては、実施例１の図２に示したように、補助キャパシタ３０を付設し、薄膜キャパシタ２の蓄電量が０になるまでインバータ変換を行う点は前記実施例と同様であるので、同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。
【実施例３】
【００４１】
本実施例３は、図６に示すように、支持基板２、バッファ層３の上層に、第一電極４、集電子体層５、誘電体層６、集電子体層５、第二電極７、集電子体層５、誘電体層６、集電子体層５、第一電極４、…、というように第一電極４または第二電極７のいずれかと集電子体層５および誘電体層６さらにその上に形成される集電子体層５が順次交互に奇数層を積層する。
積層にあたり各電極は交互に積層電極接合用縦層電極に接合され一対の対極を構成するために、１層おきに交互に接合を可能とするようにマスキングにより部分露出を行いかつ絶縁誘電体層１２を積層する。本実施例では積層数（形成される薄膜キャパシタの積層数、つまり誘電体層６の数）を例えば５〜１００程度を設定する。【００４２】
第一電極４と第２電極７は、交互に１０、１１によりそれぞれ結合されることで、最下位の電極から数えて奇数電極を第一電極４、偶数電極を第２電極７として分離される。即ち、第一及び第二の積層電極接合用縦層電極１０、１１が複数の第一の電極同士を接続する電極および複数の第二の電極同士を接続する電極となる。そして、第一電極４、第２電極７それぞれから端子８、９を引き出し、充電回路または放電回路（図１参照）に接続される。【００４３】
このようにすることで、複数の第一電極４と複数の第２電極７と複数の誘電体層６とを備え、第一電極４（集電子体層５）と第二電極７（集電子体層５）に挟まれた誘電体層６が順次積層された薄膜キャパシタ２０’を構成することができる。【００４４】
本実施例によれば、第一電極４（集電子体層５）と第二電極７（集電子体層５）に挟まれた誘電体層６が複数積層されて、それぞれが第一及び第二の積層電極接合用縦層電極１０、１１によって並列に接続されるので、単層よりもさらに蓄積できる電気エネルギーを増大させることができる。【００４５】
なお、上述した３つの実施例では、薄膜キャパシタ２０’の各層は矩形平型の形状で積層していくが、マスキングの方式、薄膜成形方式により自由な形状を選択することが出来る。
薄膜キャパシタ２０’の放電については前記実施例と同様であるので、その説明を省略する。【００４６】
上記実施例の薄膜キャパシタは一例を示すものであり、本発明は上記実施例の構成に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうる。
【符号の説明】
【００４７】
１      薄膜キャパシタ装置
４      第一電極（第一の電極）
５      集電子体層（金属、半導体又は表面改質セラミックからなる集電子体層）
５ａ    集電子体層の微粒子
６      誘電体層
７      第２電極（第二の電極）
１０    第一の積層電極接合用縦層電極（複数の第一の電極同士を接続する電極）
１１    第二の積層電極接合用縦層電極（複数の第二の電極同士を接続する電極）
１２    積層電極接合用縦層電極で第一の電極と第二の電極が交互に接合される様にマスキングで埋められた誘電体層
２０、２０’  薄膜キャパシタ
３０    補助キャパシタ
４０    ＤＣ／ＤＣインバータ
Ｃ１    充電回路
Ｃ２    放電回路
ＳＷ１、ＳＷ２  操作スイッチ
ＳＷ    スイッチ装置
【図１】
2013024555.tif 000003
【図２（ａ）】
2013024555.tif 000004
【図２（ｂ）】
2013024555.tif 000005
【図３（ａ）】
2013024555.tif 000006
【図３（ｂ）】
2013024555.tif 000007
【図４】
2013024555.tif 000008
【図５（ａ）】
2013024555.tif 000009
【図５（ｂ）】
2013024555.tif 000010
【図６】
2013024555.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月2日(2012.3.2)
【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】
直流回路に用いられる薄膜キャパシタの放電を行う薄膜キャパシタ装置において、
薄膜キャパシタが、導電性材料で形成された第一の電極と、導電性材料で形成され前記第一の電極と向かい合うように位置付けられている第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれるように形成された誘電体層とからなり、前記第一の電極と前記誘電体層との間および前記第二の電極と前記誘電体層との間に、金属の微粒子により構成された集電子体により集電子体層が形成され、前記金属の微粒子が着磁されており、
上記薄膜キャパシタを充電する充電回路と放電する放電回路とを有しており、
放電回路が、蓄電した上記薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式で薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有することを特徴とする薄膜キャパシタ装置。
【請求項２】
薄型キャパシタが、並列又は直列に切換可能に接続された複数の薄型キャパシタ群からなり、該薄型キャパシタ群に充電回路と放電回路とがスイッチ装置により切換可能に接続されており、充電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを並列に接続し、放電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを直列に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ装置。
【請求項３】
誘電体層が、複数の第一の電極同士を接続する配線と、前記複数の第二の電極同士を接続する配線とを備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の電気エネルギー蓄積装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記の課題を解決するため請求項１に係る発明では、
直流回路に用いられる薄膜キャパシタの放電を行う薄膜キャパシタ装置において、
薄膜キャパシタが、導電性材料で形成された第一の電極と、導電性材料で形成され前記第一の電極と向かい合うように位置付けられている第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれるように形成された誘電体層とからなり、前記第一の電極と前記誘電体層との間および前記第二の電極と前記誘電体層との間に、金属の微粒子により構成された集電子体により集電子体層が形成され、前記金属の微粒子が着磁されており、
上記薄膜キャパシタを充電する充電回路と放電する放電回路とを有しており、
放電回路が、蓄電した上記薄膜キャパシタより電圧下降しながらの直流電流を受けて一時的に電荷を蓄積しＤＣ／ＤＣインバータにベース電圧のある状態で直流電流を供給するハイブリッド式で薄膜キャパシタ蓄電量が完全になくなるまで放電効果を有することを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
前記薄型キャパシタが、並列又は直列に切換可能に接続された複数の薄型キャパシタ群からなり、該薄型キャパシタ群に充電回路と放電回路とがスイッチ装置により切換可能に接続されており、充電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを並列に接続し、放電回路が接続された場合には複数の薄型キャパシタを直列に接続してなることを特徴とする。
また、請求項３の発明では、
前記誘電体層が、複数の第一の電極同士を接続する配線と、前記複数の第二の電極同士を接続する配線とを備えてなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
集電子体層５は、金属の微粒子により構成されるが、本実施例の集電子体層５は、図３（ｂ）に示すように集電子体の微粒子５ａの積層をスパッタリング法などにより、第一電極４の表面（上層）に粒子径を制御しながら成形する。粒子径は２００〜２０００ｎｍ程度で設定され、積層数は５〜２０層程度で成形され合わせて１μｍ〜２μｍ程度の厚みに複合積層される（図示例では２層である）。微粒子５ａの材料は、磁性材料として、鉄コバルト合金などの軟磁性材料あるいはマンガン酸化物のようにコロッサル効果（超巨大磁気抵抗効果）により磁性抵抗が常温で極めて高い材料を選定する。また、微粒子５ａの材料として、第一電極４と同一の材料、即ち磁性材料ではない導電性の金属を用いてもよい。微粒子５ａの材料として第一電極４と同一の材料の場合は電極の表面積を１００〜１０００倍に増大させることができる。また、磁性材料を用いた場合は磁界の集電効果により電気エネルギーの蓄積量をさらに５０〜１００倍に増大させることができる。
【国際調査報告】
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