JPS63181204A

JPS63181204A - 誘電体材

Info

Publication number: JPS63181204A
Application number: JP1247887A
Authority: JP
Inventors: 博小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1988-07-26

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】〔発明の利用分野〕本発明は、静電容量方式の各種センサ等に用いられる誘
電体材に関するものである。

〔従来技術〕

従来の静電容量方式のセンサとしては１例えば第１図に
示すごとき変位センサがある（例えば日産技報、第２１
号、昭和６０年１２月発行の第１６０〜１６１頁に記載
）、第１図において、（Ａ）は車両部品の直線的な運動を計
測する変位センサの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ
−Ｙ’断面図である。

第１図の装置は、円筒状のケース１の内側に外側絶縁体
４を介して円筒状のシリンダ２が設けられ、さらにその
内に内側絶縁体５を介してロッド３が設けられている。

このロッド３が車両部品の運動に応じて矢印方向に変位
すると、シリンダ２とロッド３との間の静電容量が変化
するので、この静電容量の変化をＣＲＯＩＩ！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３の
変位。

ひいては車両部品の変位を検出することが出来る。

上記の変位センサにおける静電容量Ｃは下記（１）式で
示される。

Ｃ＝２ｘｔ　Ｑｘ／Ｉｎ（ｂ／ａ）＋２ｃｔ　Ｑ／１ｎ
（ｄ／ｃ）　−（１）なお、ａはロッド径、ｂはシリン
ダ内径、Ｃはシリンダ外径、ｄはケース内径、Ｘはロッ
ドのシリンダ内への挿入長さ、Ｑはシリンダの長さ、ε
は絶縁体材の誘電率である。

上記（１）式において、右辺の第１項は可変静電容量部
を示し、右辺の第２項は固定静電容量部を示す。

上記のごとき、変位センサにおける絶縁体として用いら
れる誘電体材としては、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、及び静電容
量発振器を構成してその発振周波数から静電容量を求め
て変位を検出するため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、前記（１）式から判るように、静電容量Ｃには固
定静電容量部があり、変位センサとしての精度を向上さ
せるためには出来るだけ固定静電容量を小さくする必要
があるため、誘電体材の誘電率が小さいことが必要とな
る。

上記のごとき誘電率特性を兼ね備えた材料として、ポリ
プロピレンが挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のごとき従来の変位センサに用いられていた誘電体
材１例えばポリプロピレンは誘電率が小さいため、これ
を第１図の内側絶縁体５として用いると、（１）式の右
辺第１項から判るように、可変静電容量が小さくなり、
そのため計測上の精度を確保し難くなるという問題があ
る。

一方、上記の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
例としては、例えば通信機器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は加
工性や量産性が悪いので、自動車用センサ等に用いられ
る低コストで過酷な使用環境で使用する計測器には不適
当である。

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するために
なされたものであり、誘電率が大きく、かつ温度特性等
が良好であり、しかも加工性、量産性に優れた誘電体材
を提供することを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため本発明においては、合成樹脂
をベースとしてこれに高誘電率の無機物を混合させて複
合誘電体材とし、上記合成樹脂及び無機物としてそれら
の誘電率の温度特性が相互に逆極性の温度特性を有する
物質を用い、かつ両者の混合比を誘電率の温度特性を相
殺する値とすることにより、誘電率の温度依存性を小さ
くすると共に全体の誘電率を上記合成樹脂単体の誘電率
より大きくするように構成している。

上記のように本発明においては、誘電率の小さな合成樹
脂に誘電率の大きな無機物を混合させることによって全
体としての誘電率を大きくし、かつ誘電率の温度特性が
相互に逆極性の温度特性を有する物質を用いることによ
って誘電率の温度依存性を大幅に低下させることが出来
る。

以下、詳細に説明する。

まず、前記第１図に示した変位センサの精度について説
明する。

変位計測の分解能を確保するためには、前記（１）式に
おける右辺第１項の可変静電容量部を大きくすることが
必要である。そのためには、ロッド径ａとシリンダ内径
すとの比を出来るだけ１に近づけることが必要であるが
、これは加工性と取付は性から限度がある。

また、可変静電容量部の値を大きくするために現実性の
ある方法としては、誘電率εを高めることが考えられる
。この誘電率を高める方法として本発明においては、合
成樹脂と高誘電率の無機物との複合化を用いている。す
なわち、内側絶縁体５はシリンダ２と一体化させるため
製法上の容易さと寸法精度の確保ならびにコストを考慮
すると、複合体のベースの材質としては合成樹脂を用い
るのが好ましい。

また、この合成樹脂の誘電率特性とこの合成樹脂に混合
する無機物との相容性を考慮すると、内側絶縁体５とし
て用いる合成樹脂の材質は限定され、ポリプロピレン、
ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフ
ェニレンサルファイド（ｐ　ｐ　ｓ）等の熱可塑性樹脂
が適当である。

次に、混合させる無機物として用゛いるセラミックスと
個々の熱可塑性樹脂との組み合わせにおける誘電率の温
度特性について説明する。

（１）ポリプロピレンポリプロピレンは比誘電率が２．３であり、比較的小さ
い誘電率を有する。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ものであ
る。このため複合化する相手のセラミックス粉体に要求
される誘電率特性としては、第１に誘電率が比較的大き
な値を有すること、第２に誘電率の温度依存性及び周波
数依存性が出来るだけ小さいものであることが要求され
る。

これらの誘電率特性に適合したセラミックス粉体材料と
しては、まずＣａＴｉ０．−Ｂｉ４Ｔｉ、Ｏ，、系の混
晶系が挙げられる。この材料は誘電率が１００以上と比
較的大きな数値を有し、かつ温度係数が±３０ｐｐｍ／
”Ｃと極めて小さく、また周波数依存性も極めて小さい
。

上記の組合せにおける好ましい実施例としては、ポリプ
ロピレンとＣａＴｉ０．−Ｂｉ、Ｔｉ、０１．とを約１
対９の体積割合で混合した複合誘電体材が挙げられる。

上記以外のセラミックス粉体材料としては、例えばＴｘ
Ｏ２ＣａＴｉ５ｘＯ，、系の混晶系が挙げられる。この
材料は誘電率が８０〜９０でセラミック材としては比較
的大きな値をもち、また誘電率の温度係数は±２０ｐｐ
ｍ＋／’Ｃと極めて小さく、周波数依存性も小さい。

上記の組合せにおける好ましい実施例としては、ポリプ
ロピレンとＴｉｅ、−ＣａＴｉＳｉＯ，とを約１対９の
体積割合で混合した複合誘電体材が挙げられる。

（２）ポリアセタールポリアセタールの誘電率は３．７と比較的小さい。

また、誘電率の温度依存性はほぼ直線的に変化し、温度
係数は＋４．９ＸＩＯ’−’／”Ｃであり、ポリプロピ
レンを除く他の熱可塑性プラスチックよりは小さな値を
持つ、また、周波数依存性は極めて小さい。

上記のポリアセタールに複合化させるセラミックス粉体
としては、まず、ＴｉＯ□系セラミックスが挙げられる
。Ｔｉｅ、の誘電率は９０程度であり、また、温度係数
は一８×１０−４７℃程度であり、周波数依存性は小さ
い。

上記のごとく、ポリアセタールとＴｉｅ、の誘電率の温
度特性は符号が逆であり、それらの値の比は４．９　：
　８である。したがって、ポリアセタールとＴｉＯ□と
を所定の割合で混合することにより。

誘電率の温度特性に相殺し、温度依存性の極めて小さい
誘電体材を形成することが出来る。

上記の組合せにおける好ましい実施例としては、ポリア
セタールとＴｉｅ、とを約２対８の体積割合で混合した
複合誘電体材が挙げられる。

また、チタン酸ストロンチウム系セラミックスも誘電率
が１７０〜４３０と高く、温度係数は−２２００〜−４
６００ｐｐｍ／　’Ｃであるので、これもポリアセター
ルと所定の割合で混合することにより、誘電率の温度特
性を相殺して温度依存性を小さくすることが出来る。

上記の組合せにおける好ましい実施例としては、ポリア
セタールとチタン酸ストロンチウム系セラミックスとを
約２対８の体積割合で混合した複合誘電体材が挙げられ
る。

（３）ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）ＰＢＴ樹
脂の誘電率は３．７と比較的小さく、温度係数は＋１６
２０　Ｘ　１０−”　／　”Ｃである。この樹脂に適当
なセラミックス粉体としては、前記のポリアセタールと
同様のセラミック材が考えられる。ただし、誘電率の温
度係数がポリアセタールとＰＢＴとでは異なるため合成
樹脂とセラミックスとの配合割合は異なる。

上記の組合せにおける好ましい実施例としては、ＰＢＴ
樹脂とＴ　ｉ　Ｏ２とを約１対９の体積割合で混合した
複合誘電体材が挙げられる。

（４）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）ポリフェ
ニレンサルファイドの誘電率は３．９と比較的小さい、
また誘電率の温度依存性はほぼ直線的に変化し、温度係
数は＋７．５　Ｘ　１０−’　／　’Ｃであってポリア
セタールと同等の小さな値をもっている。また周波数依
存性は極めて小さい。このようなＰＰＳとセラミックス
粉体との複合化の際には、前記のポリアセタールと同等
の配合比が好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明においては、加工性や成形性
に優れた熱可塑性樹脂をベースとし、これに高い誘電率
を有し、かつ誘電率の温度特性が合成樹脂と逆極性の特
性を有する無機物を混合して複合化させるように構成し
ているので、全体の誘電率をベースとなる合成樹脂単体
の誘電率より大幅に大きくすることが出来、また、誘電
率の温度特性及び周波数特性が安定な誘電体材を実現す
ることが出来るので、静電容量方式の変位センサ等に用
いた場合に測定精度を向上させることが出来ると共に量
産が容易で低コスト化を実現することが出来る、という
優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の変位センサの断面図である。く符号の説明〉１・・・ケース　　　　　　２・・・シリンダ３・・・
ロッド　　　　　　４・・・外側絶縁体５・・・内側絶
縁体代理人弁理士　　中　村　純之助１゛１　　図（Ａ）（Ｂ）ＩＹ′

Claims

【特許請求の範囲】

　合成樹脂をベースとしてこれに高誘電率の無機物を混
合させて複合誘電体材とし、上記合成樹脂及び上記無機
物としてそれらの誘電率の温度特性が相互に逆極性の温
度特性を有する物質を用い、かつ両者の混合比を誘電率
の温度特性を相殺する値とすることにより、誘電率の温
度依存性を小さくすると共に全体の誘電率を上記合成樹
脂単体の誘電率より大きくしたことを特徴とする誘電体
材。