JPH0412403A - 複合誘電体材料の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば静電容量式の各種変位センサの検出
部等に用いる複合誘電体材料の製造方法に関する。

（従来の技術） 静電容量式の変位センサは、変位を静電容量の変化に置
き換えて検出するものであり、検出部に誘電体材料を備
えたコンデンサか形成されている。

このような従来の静電容量式変位センサとしては、例え
ば第６図及び第７図に示すようなものがある（［−１産
技報、第２１号、ｐ　１６０〜］６１、昭和６０年１２
Ｊｌ）。この静電容量式変位センサは、車両部品の直線
的な運動をＨｌｌｌするものであり、円筒状のケース１
の内側をロッド２がＺ矢印の方向に変位するようになっ
ている。検出部は、アノード３及び誘電体５等で形成さ
れており、アノード３は絶縁部材４を介してケース１に
固定され、誘電体５はロット２にワッシャー６で固定さ
れている。コンデンサは、グランド電極に相３１１する
ケース１、ロッド２、誘電体５及びアノード３により構
成され、その静電容量Ｃは、次式で表される。

Ｃ−２ｒｔεｏ−ｘ　　（εＤ−１） ［１／　ｎ　ｎ　　（ｄ２／　ｄ＋　）＋１．／Ｉｎ　
　（ｄ、ｓ　／ｄ３））＋２πε０　（εＲ−ａ＋Ｌ） ［１／ｌ　ｎ　　（ｄ２／ｄ＋　） ＋］／斐ｎ　　（ｄ４　／ｄ３）　Ｅ　　　　・・（１
）ここて、ε０は真空誘電率、εＤは誘電体５の誘電率
、εＲは絶縁部材４の比誘電率、ａ、Ｌ、ｘＳｄｌ　　
　ｄ２　、ｄ３　、ｄ４は第６図中に示しである。上記
（１）式において、右辺第１項は可変静電容量部を示し
、第２項は固定静電容量部を示している。

そして、ロッド２が車両部品の運動に応じてＺ矢印方向
に変位すると、上記の静電容量ｃが誘電体５の変位によ
り変化し、この静電容量Ｃの変化をＣＲ発振器の発振周
波数の変化として検出することによりロッド２の変位が
検出されるようになっている。

このような静電容量式変位センサにおける誘電体５の材
料としては、検出感度向上のため誘電率が高く、かつ変
位センサの温度特性の観点から誘電率の温度依存性が極
めて小さいこと、ＣＲ発振器の発振周波数により静電容
量を求めて変位を検出するようにしていることから誘電
率の周波数依存性が極めて小さいことが必要である。ま
た、電極となる円筒形のケース１内をスライドするため
、誘電体５の形状も円筒形に形成する必要があり、この
ため加工性に優れ、しかも寸法の経時変化の小さいこと
が必要である。このような特性を備えた誘電体材料とし
ては、例えばポリアセタールが挙げられる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、例えばポリアセタールは、誘電率が小さいため
、これを静電容量式変位センサの誘電体として用いると
、前記（１）式の第１項から分るように、可変静電容量
が小さくなり、計測上の精度を確保することが難しい。

一方、可変静電容量部に雲母等の誘電率の大きな部材を
挟み込んで可変静電容量の値を大きくしたものの例とし
て、通信機器等に用いられているポリバリコンがある。

しかし、雲母のような特殊な誘電体材料は、加工性、量
産性が悪く、前述のような静電容量式変位センサの誘電
体として用いるには不適当である。

この発明は、上述の如き従来の技術の課題を解決するた
めになされたものであり、誘電率が高く、またその温度
依存性及び周波数依存性が小さく、さらに加工性が良好
で静電容量式変位センサの誘電体等として用いるのに好
適な複合誘電体材料の製造方法を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、ＢａＴｉＯ３系
セラミック粉体とポリアセタール樹脂、ポリプロピレン
樹脂、ポリブチレンテレフタレト樹脂又はポリエチレン
樹脂とを所要の割合で混合してベレットとし、これを射
出成形又は押出成形により複合化することを要旨とする
。

（作用） 高誘電率でかつ誘電率の温度依存性及び周波数依存性の
小さいＢａＴｉＯ３系セラミック粉体と成形性がよく射
出成形又は押出成形が可能でかつ誘電率の温度依存性及
び周波数依存性の小さいポリアセクール樹脂、ポリプロ
ピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂又はポリ
エチレン樹脂とを所要の割合で混合し複合化させること
により、誘電率が樹脂中゛体のものより高く、かつその
温度依存性及び周波数依存性が小さく、さらに樹脂単体
のときと同様に加工性が良好で射出成形又は押出成形に
より複雑な形状にも成形できる複合誘電体材料が製造さ
れる。したがって静電容量式変位センサの誘電体等とし
て用いるのに好適な複合誘電体材料が古られる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、複合誘電体材料をセラミックと熱可塑性樹脂とで
組成した理由から述べる。

複合誘電体材料を静電容量式変位センサ等の誘電体とし
て使用することを考えたとき、複合誘電体材料には次の
ような機能か求められる。

その一つは、加工性に関する機能である。誘電体を例え
ば同心円筒形状という複雑な形状で再現性よく同一寸法
に、かつ安価に製作するためには、合成樹脂の成形に使
用されている射出成形、或いは押出成形により加工する
のが適切である。このため、複合誘電体材料の一つの成
分には成形性に優れた熱可塑性樹脂が選ばれている。

他の一つは、誘電体特性に関するものである。

この特性は、さらに次のような３つの特性に分けて考え
られている。まずその第１は、比誘電率が大きな値を持
つことである。これは、前記（１）式の可変静電容量部
の固定静電容量部に対する比率を高めることになり、静
電容量の計ｉｌｌ精度を高め、ひいては変位計測の精度
を高めることになる。第２は、比誘電率の温度依存性で
ある。自動車用の静電容量式変位センサては、−４０℃
から１２０℃程度まで比誘電率が安定していることが必
要である。第３は、比誘電率の周波数依存性である。

自動車用の静電容量式変位センサでは、ＩＫＨｚからＩ
　Ｍ　Ｈｚまで比誘電率が安定していることか必要であ
る。

このような誘電率特性を実現するためには、次の二つの
考え方が必要となる。その一つは前述の加工性に関する
機能から選択した熱可塑性樹脂の誘電率特性が安定して
いることが必要となる。もう一つは、複合誘電体材料を
組成する他の成分となる材料である。上記の熱可塑性樹
脂では、比誘電率の値には限度があるため、他の成分と
なる材料は比誘電率が比較的大きな値を持ち、かつ誘電
率特性が安定していることか必要であり、このような材
料としてセラミックか選ばれている。

次に、上述のような考え方のもとに選ばれた熱可塑性樹
脂材料及びセラミック材料を、さらに具体的に説明する
。

第１図には、熱可塑性樹脂類の比誘電率の温度特性を示
す。成形性が良好で誘電率特性が安定という前述の目的
に適した樹脂としては、ポリアセタール、ポリプロピレ
ン、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴともい
う）、又はポレエチレンが挙げられる。ポリアセタール
の比誘電率は３６９で、温度係数は４．９ｘｌＯ−４／
’Ｃてあり、周波数依存性は極めて小さい。ＰＢＴ樹脂
の比誘電率は３．７で、温度係数は１．６Ｘ１０−４／
℃てあり、周波数依存性は極めて小さい。ポリプロピレ
ンの比誘電率は２，２てあり、誘電率の温度依存性及び
周波数依存性は他の熱可塑性樹脂に比べると極めて小さ
い。ポレエチレンについても、上記の各樹脂とほぼ同程
度の誘電率特性を有している。

次に、各種ＢａＴｉＯ３系セラミックの比誘電率の温度
特性等を示す。

第２図の表には、ＢａＴｉＯ３系セラミックとしてＢａ
Ｏ−ＴｉＯ２−Ｎｄ２０３系の各種成分比における比誘
電率、損失（ｔａｎδ）及び温度係数を示す。このデー
タは、Ｂｅｒ、Ｄｔ　　Ｋｅｒａｍ、Ｇｅｓ、５５　（
１９７８）Ｎｒ、７によるもので、誘電体セラミックス
材料の中で誘電率の温度依存性が比較的安定なセラミッ
クス材料である。また、第３図の表には、ＢａＴｉＯ３
系セラミックとしてＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２０３Ｔ　ｉ
　０２系の各種成分比における比誘電率特性を示す。こ
れらのデータにより、誘電率が高く、かつその特性が安
定しているという前述のｌ」的に適したセラミックとし
て比誘電率ε−８８のＢａ０Ｐ　ｂ　Ｏ−Ｎ　ｄ２０３
−　Ｔ　ｉ　０２或いは（Ｂ　ａ　Ｏ）０．２８　　（
Ｔｉ０２）０．６１　　（Ｎｄ２０＋）０．１１力（挙
げられる。

上述のようにして選ばれたＢａＴｉＯ３系セラミックと
熱可塑性樹脂との混合割合は、得られる複合誘電体材料
の誘電率を高く保持し、かつ加二Ｉ性を良好に保つとい
う両観点から、Ｖｏｌ比でＢａＴｉＯ３系セラミック、
熱可塑性樹脂−５〔］５０が限度であり、実際にはＢａ
ＴｉＯ３系セラミック：熱可塑性樹脂−４（１：　６０
程度が選ばれる。

次に、第４図の処理工程図を用いて上述のようにして選
ばれたＢａＴｉＯ３系セラミックと熱可塑性樹脂による
複合誘電体材料の製造方法を述べる。

ＢａＴｉＯ３系セラミックとしてはＢａ０Ｐ　ｂ　Ｏ−
Ｎ　ｄ　２０３−　Ｔ　ｉ　Ｏ２、熱可塑性樹脂として
はポリアセクールがそれぞれ選ばれている。

セラミックは、ますＮｄ２０３　　ＢａＣ０３Ｐ　ｂ３
０４　、Ｔ　ｉ　０２を蒸留水とともにボールミルによ
り混合し、乾燥させた後焼成する（工程１１．１２）。

次に再度ボールミルにより粉砕し、これを焼結すること
によりＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２０３−Ｔ　ｉ　０２のセ
ラミ・ツク体を形成する（工程１３．１４）。これを再
度粉砕しセラミ、ツク粉体とする。このときセラミ・ツ
ク粉体は、数μｍから数１０μｍの大きさにコントロー
ルされる（工程１５）。

一方、ポリアセタール樹脂は、直径約１ｍｍ。

長さ２〜３　ｍ　ｍの円柱のペレット状に形成したもの
が用いられる（工程１６）。

次いで、セラミック粉体とペレット状ポリアセタール樹
脂とをＶｏ、ｌ比で４０：６０に混合し、約２００℃の
温度で溶融混練し、押出成形により直径約１〜２ｍｍの
大きさに押出した。この過程でセラミック粉体とポリア
セタール樹脂が複合化される（工程１７）。その後、冷
却してから力・ツタ−にて長さ約３ｍｍにカットして円
柱状の複合材射出成形用ペレットとした（工程１８）。

これを射出成形機にて約２００℃の温度で溶融して金型
に射出して成形物を得た。

静電容量式変位センサの誘電体等として用いる際は、準
備されたペレット状の複合誘電体材料の所要量を使用し
て上述のように射出成形することにより同心円筒形等の
所要形状の誘電体とする。

このようにして製造された（ＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２０
３−Ｔ　ｉ　０２　）４０％ＶＯ１＋ポリアセクール６
０％Ｖｏｌの複合誘電体材料は、静電容量式変位センサ
の検出部材料として要求される条件を満足すべく、以下
のような優れた特性を有している。

ａ１上記混合比により射出形成或いは押出成形を可能と
すべく良好な加工性を有している。

ｂ１誘電率はε−１２，１である。

ｃ１誘電率の温度特性は、−４０〜１２０℃で１２．１
±０．１であり、極めて良好な特性を有している。

ｄ１誘電率の周波数特性は１ＫＨｚ〜１０ＭＨ２で１２
．１±０．１であり、極めて良好な特性を有している。

ｅ、誘電損失は１％以下であり極めて少ない。

第５図には、上述の方法で製造した複合誘電体材料を静
電容量式変位センサの検出部に用いたときの変位−静電
容量特性を比較例とともに示す。

同図中、ａ特性線がこの実施例で製造したものを用いた
場合であり、ｂ特性線はポリアセタール樹脂単体を検出
部材に用いた場合のものである。この実施例で製造した
ものを用いると、ポリアセクール樹脂単体を用いた場合
に比べて感度が約２倍になっている。

なお、上述の実施例では、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３系セラ
ミツクとしてＢａＯＰｂＯ−Ｎｄ２０３−Ｔｉ０２を使
用し、また熱可塑性樹脂としてポリアセクールを使用し
た場合について述べたが、ＢａＴｉＯ３系セラミックと
してＢａＯ−Ｔｉ０２Ｎｄ２０３系を使用し、また熱可
塑性樹脂としてポリプロピレン、ポリブチレンテレフタ
レート又はポリエチレンの何れかを用いても、静電容量
式変位センサの検出部材料等として要求される条件を満
足し得る優れた特性を得ることができる。

［発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、ＢａＴｉＯ３
系セラミック粉体とポリアセタール樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂又はポリエチ
レン樹脂とを所要の割合で混合し複合化させるようにし
たため、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３系セラミック粉体が有す
る高誘電率でかつ誘電率の温度依存性及び周波数依存性
の小さい特性と、樹脂類が有する成形性が良好でかつ誘
電率の温度依存性及び周波数依存性が小さい特性とによ
り、誘電率が樹脂単体のものより高く、かつその温度依
存性及び周波数依存性が小さく、さらに樹脂単体のとき
と同様に加工性が良好で射出成形又は押出成形により複
雑な形状にも成形できる複合誘電体材料を製造すること
ができるという利点がある。

したがって静電容量式変位センサの誘電体等として用い
るのに極めて好適な複合誘電体材料を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱可塑性樹脂類の比誘電率の温度特性を示す特
性図、第２図はＢａＴｉＯ３系セラミックであるＢａＯ
−ＴｉＯ２−Ｎｄ２０３系の各種成分比における比誘電
率等の値を示す図、第３図はＢ　ａ　Ｔ　ｉ　０３系セ
ラミツクであるＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎ　ｄ２０３−　Ｔ　
ｉ　０２系の各種成分比における比誘電率等の値を示す
図、第４図はこの発明に係る複合誘電体材料の製造方法
の実施例を示す１゜程図、第５図はこの実施例で製造し
た複合誘電体材料を静電容量式変位センサの検出部に用
いたときの変位−静電容量特性を比較例とともに示す特
性図、第６図は従来の静電容量式変位センサの断面図、
第７図は第６図のＹ−Ｙ線断面図である。 代臥弁理士三好秀和 第３図 温度（”Ｃ） ）図 Ｗ、２　図 第４ １７一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＢａＴｉＯ＿３系セラミック粉体とポリアセタール樹
   脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート
   樹脂又はポリエチレン樹脂とを所要の割合で混合してペ
   レットとし、これを射出成形又は押出成形により複合化
   することを特徴とする複合誘電体材料の製造方法。