コンデンサの端の効果に関して

質問

平行平板型のコンデンサはその２枚の板の端では電気力線が直線ではないため、平行平板の面積と距離から求めた容量と実際の容量は異なり、これを端の効果と呼ぶということはよく知られていますが、
結局これは実用面ではどういう弊害があるのでしょうか？
手元にある本には、リード線の寄生インダクタンス以外にこの端の効果のせいで正確なインピーダンス測定が、難しいと書かれているのですが、本当にそうなのでしょうか？
設計したものと実際で作製された容量が違ってきたとしても、実際に作った容量は一定であれば問題はないと思うのですがどうなのでしょうか？
この端の効果による容量は例えば、電圧値や周波数によって変化するということなのでしょうか？
いろいろと調べてみたのですが、ほとんどどこにも解説されていませんでしたのでよろしくお願い致します。

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

常のコンデンサでは、電極間距離に比べて電極面積がはるかに大きいので端効果による影響はほとんどないと思います。あったとしても電磁界シミュレーションで静電容量を正確に知ることができますから現実には問題にならないと思います（それよりも製造バラツキのほうが大きいはず）。

端効果が問題となるのは、電極間距離に比べて電極面積がはるかに大きいとは言えない場合、例えば、今は現物を見ることもなくなった エアーバリコン（http://www.k5.dion.ne.jp/~radio77/guide/parts2.htm） でしょう。端効果がなければ、静電容量は回転角に比例するはずですが、電極板の重なりが小さくなると、相対的に端効果による容量成分が増えてくるので、回転角と静電容量の直線性が悪化（回転角が変化しても容量が小さくならない）します。

＞この端の効果による容量は例えば、電圧値や周波数によって変化するということなのでしょうか？
端効果は向き合った電極の内部でなく、外部の漏れ電界によるものなので、その電界の分布が変化するようなことがあれば端効果による容量も変化します。通常は外部というのはコンデンサの外部（大気）になるので、電圧や周波数によって変わることはないと思います。コンデンサの近くに導電体があると電界分布が変わるので、静電容量が変化することはあり得ます。容量の小さなコンデンサに指を近づけると容量が変化するはずです。

端効果を利用した典型例は「静電型の指紋センサ」でしょう。これは向き合った電極でなく、同一平面上に並べられた電極間の漏れ電界が、指紋の有無で変化する（電極間容量が変化する）ことを利用して指紋（皮膚の凹凸）を検出するものです。ここ（http://edevice.fujitsu.com/jp/catalog/find/et2003j/pdf/32-34.pdf）の図１にその構造が出ていますが、指紋のあるところ（下に凸の白い部分）では、指と電極（ＴＴＴ）との距離が小さくなります。指紋があるところでは、指に対する静電容量が大きく、指紋の間では静電容量が小さくなります。そのため、図の静電容量は C1 > C2 > C3 となります。隣接する電極間の静電容量を測定することで、どの電極の近くに指紋がありかが分かります。

回答No.3

noname#244477

当方はプラズマエッチング装置の電極を設計するときにこの問題に直面したことがあります。電極は平行平板型の配置になっており、端効果があるために、電気力線は２枚の板のギャップ内に全部閉じ込められず、端の部分は力線が外へ漏れてしまいます。漏れた力線はコンデンサ以外の近傍の金属や誘電体に静電誘導を起こすため、キャパシタンスが物の配置によって少し変化してしまいます。また、接地電位が変化すると漏れ力線の分布も変わってしまいますので、この場合もキャパシタンスが変化してしまいます。

回答No.1

tetsumyi

製品となった物では問題はありません。
製造段階で設計通りの平板型のコンデンサを作ることは難しいと言うことです。
平板型のコンデンサの一種でマイカコンデンサがありますがこの種のコンデンサは容量精度0．２％以下が要求される場合があります。
この場合は薄いマイカに金属メッキした物を積層して製造しますが設計に従って積み重ねて実際にモールドする前に容量を測定ながら調整します。
実際にはモールドによる容量変化を推定して容量調整を行います。
これらはメーカーのノーハウですから公開すことはありません。