シリコーンゴムシートの誘電特性の測定

所 哲郎 （岐阜高専）

長尾雅行 （豊橋技術科学大学）

小﨑正光 （豊橋技術科学大学）

The Measurement of Dielecrtic Property of Silicone Rubber Sheets

Tetsuro Tokoro, Member (Gifu National College of Technology)

Masayuki Nagao, Member & Masamitsu Kosaki, Member (Toyohashi University of Technology)

 １．まえがき
　筆者らは屋外用絶縁材料として広く用いられているシリコーンゴムなどの、高電界誘電特性と撥水性などの表面物性の関係について研究を進めている。試料として厚さ数mmのシート状のものを用いる場合、数十mm厚のフィルム状試料と比べて、その単位面積当たりの容量は2桁程度小さくなり、相対的に誘電特性の測定は困難となる。また、シート状試料を対象とする場合、電極端部での電気力線の漏れによる影響も相対的に無視できなくなる。更には、試料の片側表面のみに電極系を接触させて誘電特性を測定する場合には、表面漏れ電流と漏れ電気力線に関係した成分のみによる誘電特性を測定することとなる。 一方、これらの測定技術が構築されれば、屋外用がいしなどに用いられる絶縁材料の非破壊劣化診断に関して、表面に電極を接触させた状態での電気的測定結果からも有益な知見を得られる可能性がある。今回、シート状試料に対して平行平板同心円状３端子電極系を用いた場合の、電極端部での電気力線の漏れ成分の影響について考察した。

２．電極系の形状とその端部の影響
　今回用いた平行平板同心円状３端子電極系の形状を図１に示す。Hは高圧電極、Mは主電極、Gはガード電極であり、通常、HとM,G間に試料を挟んで誘電特性の測定を行う。この場合、主電極直下の円形平行平板とその円周外端部に、測定結果に影響する電気力線が存在する。また、ガード電極に関しても、直下部分のリング状平行平板と、内・外周端部の漏れ成分が存在する。交流ブリッジで各電極間の静電容量を測定する場合にも、直下分に加えてこの漏れ成分も測定することになる。MH間など、半径R、厚さd（<√πＲ２ ）の円形電極系を用いる場合、電極端部の影響を考慮した容量Cは、
　　　　　　　　　　・・(1)

と表せる(1)。GH間やGM間に対しても、この式を変形して、それぞれの漏れ成分を予想することが可能である。

３．実験結果および検討
　図１の電極系にHTVシリコーンゴムを挟み、交流印加電圧1200[V], 50[Hz]における試料容量を測定した結果を表1に示す。MH測定に関しては(1)式が誤差5%以下で成り立っている。測定結果からも、漏れ成分は厚さに反比例しないことが確認できる。また、GH測定に関しては、漏れの項がより大きく影響するが、内側端部の漏れの半径としてM電極の半径を用いるとほぼ(1)式で評価できることが確認できた。実際の応用に際しては、電界解析により漏れ成分の割合をより詳細に検討する必要があるが、電極端部の漏れ容量に関係した誘電特性を分離・測定可能であることが示唆される。なお、本研究の一部は平成9年度文部省科学研究費（基盤（C））の援助によって行われた。

図1. シート状試料の誘電特性測定用３端子電極系

Fig. 1. Used three terminal electrode system.

　
　

表1. HTVの主電極－高電圧電極間の静電容量

Table 1. Measured and calculated capacitance values

of HTV silicone rubber sheet. (Main-High Voltage)

厚さ
[mm]

測定値
[pF]

計算値 = 直下 + 漏れ
[pF] [pF] [pF]

誤差率
[%]

6

18.35

18.82 = 14.13 + 4.69

-2.52

3

34.92

33.70 = 28.26 + 5.44

3.63

2

49.99

48.27 = 42.39 + 5.88

3.57

　

文 献

(1) ランダウ リフシッツ,「電磁気学１」,東京図書, 25-26 (1966)