CN115210597A - 树脂片及雷达系统 - Google Patents

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伊藤孝彦
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Abstract

本发明的树脂片(1a)具备多孔结构(10)。多孔结构(10)调整毫米波的透过。多孔结构在树脂片(1a)的厚度方向上具有变化的相对介电常数，以使得具有小于毫米波的波长的特定厚度的相邻两个层状部分(11)的相对介电常数的平均值之差为给定值以下。多孔结构(10)包含边界部分(11b)，该边界部分(11b)是相对介电常数的平均值变为最大的层状部分(11)。相对介电常数从树脂片(1a)的厚度方向上的多孔结构(10)的两端部(12)起朝向边界部分(11b)阶段性地增加。

Description

树脂片及雷达系统
技术领域
本发明涉及树脂片及雷达系统。
背景技术
以往，为了检知对象物而使用了雷达，已知有使雷达的电波透过的调整构件。
例如，专利文献1中记载了一种具备雷达传感器和调整构件的系统。在该系统中，将调整构件以使雷达传感器的电波透过的方式安装于汽车。调整构件包含使电波的一部分反射的至少一层。调整构件包含基于可减弱电波的反射的厚度及介电常数而构成的附加层。调整构件为保险杠。雷达传感器例如为77GHz雷达。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2015/0109162号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1记载的技术中，调整构件包含以减弱电波的反射的方式构成的附加层。另一方面，在专利文献1中，未想到对使用调频连续波(FMCW)的毫米波雷达的毫米波的透过进行调整。
因此，本发明提供一种树脂片，其从调整使用FMCW的毫米波雷达的毫米波的透过的观点考虑是有利的。
解决问题的方法
本发明提供一种树脂片，其具备调整毫米波的透过的多孔结构，
上述多孔结构在该树脂片的厚度方向上具有变化的相对介电常数，以使得具有小于上述毫米波的波长的特定厚度的相邻两个层状部分的相对介电常数的平均值之差为给定值以下，
上述多孔结构包含边界部分，所述边界部分是上述相对介电常数的上述平均值变为最大或最小的上述层状部分，
上述相对介电常数从该树脂片的厚度方向上的上述多孔结构的两端部起朝向上述边界部分阶段性地增加或减少。
另外，本发明提供一种雷达系统，其具备：
使用调频连续波的毫米波雷达、和
使从上述毫米波雷达发送的毫米波透过的上述的树脂片。
发明的效果
上述的树脂片从调整使用FMCW的毫米波雷达的毫米波的透过的观点考虑是有利的。根据上述的雷达系统，能够将使用FMCW的毫米波雷达的毫米波的透过调整为期望的状态。
附图说明
图1是示出本发明的树脂片的一例的剖面图。
图2是示出多孔结构中的相对介电常数的变化的坐标图。
图3是示出本发明的树脂片的另一例的剖面图。
图4是示出多孔结构中的相对介电常数的变化的坐标图。
图5是示出本发明的雷达系统的一例的图。
图6是示出实施例1的树脂片的截面的一例的X射线CT图像。
具体实施方式
为了实现对给定对象物的传感，可考虑使用FMCW的毫米波雷达。在该情况下，为了保护毫米波雷达，可能必须要在毫米波的收发路径中配置框体等给定的结构体。可认为，使在使用了这样的毫米波雷达而对对象物的传感中使用的毫米波的频带变宽，对于提高对象物的传感的精度而言是有利的。因此，本发明人等为了开发出能够在配置于用于保护毫米波雷达的收发路径的结构体中使用、且能够提高宽频带的频率的毫米波的透过的片而反复进行了深入研究。本发明人等经过大量的重复性试验的结果新发现：具备给定的多孔结构的树脂片对于提高宽频带的频率的毫米波的透过而言是有利的，进而完成了本发明。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，下述的说明是对本发明示例地进行的说明，本发明并不限定于以下的实施方式。
如图1所示，树脂片1a具备多孔结构10。多孔结构10调整毫米波的透过。如图2所示，多孔结构10在树脂片1a的厚度方向上具有变化的相对介电常数，以使得具有小于毫米波的波长的特定厚度tL的相邻两个层状部分11的相对介电常数的平均值εL之差Δε为给定值Ve以下。此外，多孔结构10包含边界部分11b。边界部分11b是相对介电常数的平均值εA达到最大的层状部分11。在多孔结构10中，相对介电常数从树脂片1a的厚度方向上的多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加。根据这样的构成，在多孔结构10中，在多孔结构10与空气等其它物质的界面以及多孔结构10的内部，可防止会对毫米波的传播造成影响那样的相对介电常数的急剧变化。其结果是，能够在树脂片1a中抑制毫米波的反射，提高毫米波的透过率。特别是，根据树脂片1a，能够提高使用FMCW的毫米波雷达中的宽频带的毫米波的透过率。树脂片1a与例如不使用树脂片1a的情况相比，能够使垂直入射的60～80GHz的频带的毫米波的透过衰减量[dB]降低例如35％以上、优选40％以上、更优选45％以上、进一步优选50％以上。
边界部分11b也可以是相对介电常数的平均值εA达到最小的层状部分11。在该情况下，在多孔结构10中，相对介电常数从树脂片1a的厚度方向上的多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地减少。根据这样的构成，即使树脂片1a的两端部12与具有较高相对介电常数的物质相接，也可以防止会对毫米波的传播造成影响那样的相对介电常数的急剧变化。其结果是，能够在树脂片1a中抑制毫米波的反射，提高毫米波的透过率。
典型而言，在多孔结构10的整体中满足相邻两个层状部分11的相对介电常数的平均值之差Δε为给定值Ve以下的条件。
如图1所示，多孔结构10的两端部12包含一端部12f及另一端部12s。在图2中，距一端部12f的距离T相当于多孔结构10的厚度。在图2中，设想了多孔结构10的两端部12与空气相接的状态。在图2中，εair表示空气的相对介电常数，εM表示相对介电常数的平均值εL的最大值。两个层状部分11的边界可以是现实的边界，也可以是假想的边界。
例如，通过使空隙率在多孔结构10的厚度方向上阶段性地变化，能够如上所述地调整多孔结构10的相对介电常数。
多孔结构10中的层状部分11的相对介电常数的平均值εL例如可以按照以下的式(1)来确定。式(1)中，εK为形成多孔结构10的骨架的材料的相对介电常数，εair为空气的相对介电常数，p为层状部分11中的空隙率(0＜p＜1)。层状部分11中的空隙率p例如可以基于多孔结构10的X射线CT的测定结果来确定。形成多孔结构10的骨架的材料的相对介电常数例如是按照空洞共振法测定的10GHz下的相对介电常数。
εL＝pεair+(1－p)εK 式(1)
特定的厚度tL只要小于毫米波的波长，就不限定于特定的值。特定的厚度tL例如为100μm。给定值Ve只要能够在树脂片1a中提高毫米波的透过率，就不限定于特定的值。给定值Ve例如为0.3。给定值Ve优选为0.25。
多孔结构10中的Δε的最大值不限定于特定的值。Δε的最大值例如为0.1以上且0.3以下。由此，在以使相对介电常数在树脂片1a的厚度方向上从多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加或减少的方式形成多孔结构10的情况下，能够防止多孔结构10的厚度变厚。
多孔结构10的厚度只要能够在树脂片1a中提高毫米波的透过率，就不限定于特定的值。多孔结构10例如具有1mm以上的厚度。由此，能够在树脂片1a中提高毫米波的透过率，并且能够适当地保护毫米波雷达。
多孔结构10的厚度优选为2mm以上、更优选3mm以上。多孔结构10的厚度例如为10mm以下。由此，容易将树脂片1a轻质化。
就多孔结构10中的相对介电常数而言，只要Δε为0.3以下、并且相对介电常数从多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加或减少，就不限定于特定的值。多孔结构10中的相对介电常数例如为1.01以上且4.99以下。由此，能够在树脂片1a中更切实地提高毫米波的透过率。
形成多孔结构10的骨架的材料的相对介电常数εK只要能够在树脂片1a中提高毫米波的透过率，就不限定于特定的值。相对介电常数εK例如为2.2～5.0。
形成多孔结构10的骨架的材料只要能够在树脂片1a中提高毫米波的透过率，就不限定于特定的材料。其材料的例子为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚丁烯、聚缩醛、聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酰亚胺、氟树脂、乙烯-丙烯树脂、乙烯-丙烯酸乙酯、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、及降冰片烯类树脂。多孔结构10的骨架可以仅包含一种树脂材料，也可以包含多种树脂材料。多孔结构10的骨架可以为聚合物合金，也可以为树脂基体与填料的复合材料。
就多孔结构10的两端部12的相对介电常数而言，只要Δε为0.3以下、并且相对介电常数从多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加或减少，就不限定于特定的值。在相对介电常数从多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加的情况下，多孔结构10的两端部12的相对介电常数例如为1.8以下。由此，例如在以多孔结构10的两端部12与空气等具有较低相对介电常数的物质接触的方式使用树脂片1a的情况下，能够抑制毫米波的反射，提高毫米波的透过率。多孔结构10的两端部12的相对介电常数可以为1.75以下，也可以为1.7以下，还可以为1.65以下。
如图1所示，多孔结构10具有空穴13。就空穴13的孔径而言，只要Δε为0.3以下、并且相对介电常数从多孔结构10的两端部12起朝向边界部分11b阶段性地增加或减少，就不限定于特定的值。空穴13的孔径例如具有毫米波波长的10％以下的孔径。由此，能够在树脂片1a中更切实地抑制毫米波的反射，提高毫米波的透过率。空穴13的孔径例如是指多孔结构10的截面的扫描电子显微镜(SEM)的图像中的最大直径。空穴13的孔径也可以基于多孔结构10的X射线CT的测定结果来确定。
空穴13的孔径优选为毫米波的波长的7％以下。
多孔结构10中所含的具有毫米波波长的10％以下的孔径的空穴13的数量相对于空穴13的数量之比例如为80％以上、优选85％以上、更优选90％以上、进一步优选95％以上、特别优选98％以上。多孔结构10也可以仅具备具有毫米波波长的10％以下的孔径的空穴13作为空穴。
多孔结构10例如具有20～500μm孔径的空穴13。由此，能够在树脂片1a中更切实地抑制毫米波的反射，提高毫米波的透过率。空穴13的孔径可以为450μm以下，也可以为400μm以下，还可以为350μm以下。多孔结构10例如可以具有20～550μm孔径的空穴13。
多孔结构10中所含的20～500μm孔径的空穴13的数量相对于空穴13的数量之比例如为80％以上、优选85％以上、更优选90％以上、进一步优选95％以上、特别优选98％以上。多孔结构10也可以仅具有20～500μm孔径的空穴13作为空穴。多孔结构10还可以仅具有20～550μm孔径的空穴13作为空穴。
如图2所示，多孔结构10的相对介电常数例如以在树脂片1a的厚度方向上可视为离散的方式变化。这样的多孔结构10例如可以通过将具有不同空隙率的多个均质的多孔层层叠而形成。另外，也可以通过3D打印来形成这样的多孔结构10。
树脂片1a例如可以具备形成树脂片1a的一面或树脂片1a的两面的表层(省略图示)。表层例如具有毫米波波长的10％以下的厚度。表层的厚度为毫米波波长的10％以下时，即使在表层具有较高的相对介电常数的情况下，也容易抑制由表层对毫米波的透过造成的影响。
表层典型地为实心的层。表层的厚度例如为550μm以下、优选500μm以下、更优选450μm以下、进一步优选400μm以下。
也可以提供图3所示的树脂片1b。树脂片1b除了特别进行说明的部分以外与树脂片1a同样地构成。对与树脂片1a的构成要素相同或对应的树脂片1b的构成要素标记相同的符号，省略详细的说明。关于树脂片1a的说明只要在技术上不矛盾，则也适用于树脂片1b。
图4示出在树脂片1b的厚度方向上距一端12f的距离与相对介电常数的关系。在树脂片1b中，多孔结构10的相对介电常数例如以在树脂片1b的厚度方向上可视为连续的方式变化。这样的多孔结构10例如可以通过注塑发泡成型而形成。另外，也可以通过3D打印形成这样的多孔结构10。
使用树脂片1a及树脂片1b，可以提供例如雷达系统。如图5所示，雷达系统100具备毫米波雷达50和树脂片1a。在毫米波雷达50中可使用FMCW。树脂片1a使从毫米波雷达50发送的毫米波透过。如上所述，树脂片1a能够提高宽频带的毫米波的透过率。因此，在雷达系统100中，对象物的传感的精度容易变高。
如图5所示，雷达系统100例如具备框体30。通过框体30来保护毫米波雷达50。例如，框体30的至少一部分由树脂片1a形成。
如图5所示，在雷达系统100中，多孔结构10的两端部12例如与空气相接。在该情况下，相对介电常数的平均值εA在边界部分11b最大。
雷达系统100也可以具备树脂片1b来代替树脂片1a。
实施例
以下，通过实施例对本发明更详细地进行说明。然而，本发明不限定于以下的实施例。首先，对实施例的评价方法进行说明。
＜透过衰减量的改善率＞
按照日本工业标准(JIS)R1679:2007中的喇叭天线法，对各实施例及各比较例的树脂片测定使60～80GHz频率的毫米波垂直入射至各树脂片时的透过系数S21，确定了60～80GHz频率下的平均透过衰减量TA S[dB]。此外，测定使60～80GHz频率的毫米波垂直入射至未粘贴树脂片的树脂基板A时的透过系数S21，确定了60～80GHz频率下的平均透过衰减量TA R[dB]。按照下述的式(2)确定了各树脂片的透过衰减量的改善率R。将结果示于表1。需要说明的是，60Hz频率的毫米波的波长为5mm，80GHz频率的毫米波的波长为3.75mm。作为测定装置，使用了KEYCOM公司制造的毫米波/微波/透过衰减量测定系统Model No.RTS01或KEYCOM公司制造的毫米波用30mmΦ透过衰减量/反射衰减量测定系统Model No.RTS06。
改善率R＝|TA S－TA R|/|TA R| 式(2)
＜空穴的孔径＞
使用Bruker公司制造的X射线CT扫描装置SKYSCAN 1272，对各实施例及各比较例的树脂片的截面进行X射线CT扫描测定，使用美国国立卫生研究所提供的图像解析软件Image J，再构筑树脂片的多孔结构的截面图像并求出了最小孔径和最大孔径。在树脂片的一个表层与多孔结构的界面、与从该界面起朝向树脂片的另一个表层在树脂片的厚度方向上远离200μm的位置之间的截面图像中，确定与空穴相切的内切圆的直径的平均值作为最小孔径。另一方面，在从树脂片的厚度方向的中心起朝向一个主面在树脂片的厚度方向上远离250μm的位置、与从该中心起朝向另一个主面在树脂片的厚度方向上远离250μm的位置之间的截面图像中，将与空穴相切的内切圆的直径的平均值确定为最大孔径。将结果示于表1。
＜相对介电常数＞
按照空洞共振法，在10GHz的条件下测定了各实施例及各比较例的树脂片中的形成多孔结构的骨架的树脂的相对介电常数。将结果示于表1。使用Bruker公司制造的X射线CT扫描装置SKYSCAN 1272进行了各实施例及各比较例的树脂片的X射线CT扫描测定。基于该测定结果，确定在树脂片的厚度方向上分割成100μm厚度的多孔结构的多个层状部分各自中的空隙率p。基于这样确定的空隙率p、如上所述地测定的树脂的相对介电常数εK、及空气的相对介电常数εair(＝1.0)，按照上述的式(1)求出了多个层状部分各自中的相对介电常数的平均值εL。求出在多个层状部分中相邻两个层状部分的相对介电常数的平均值εL之差Δε。将结果示于表1。此外，将在多个层状部分中形成多孔结构的两端部的层状部分的相对介电常数的平均值示于表1。
＜厚度＞
使用测微计测定了各实施例及各比较例的树脂片的厚度。将结果示于表1。
＜实施例1＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的氮与聚丙烯的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例1的树脂片。实施例1的树脂片具有形成树脂片的两个主面的350μm厚度的实心表层。利用实施例1的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。具有从一个主面向另一个主面阶段性地增加的相对介电常数。将实施例1的树脂片的X射线CT扫描图像的例子示于图6。
＜实施例2＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的氮与聚丙烯的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例2的树脂片。聚丙烯的相对介电常数为2.2。实施例2的树脂片具有形成树脂片的两个主面的300μm厚度的实心表层。利用实施例2的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜实施例3＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的氮与聚丙烯的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例3的树脂片。实施例3的树脂片具有形成树脂片的两个主面的150μm厚度的实心表层。利用实施例3的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜实施例4＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的氮与聚酰胺6的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例4的树脂片。聚酰胺6的相对介电常数为4.9。实施例4的树脂片具有形成树脂片的两个主面的400μm厚度的实心表层。利用实施例4的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜实施例5＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的二氧化碳与聚丙烯的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例5的树脂片。实施例5的树脂片具有形成树脂片的两个主面的510μm厚度的实心表层。利用实施例5的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜实施例6＞
使用Labo Plastomill将三井化学株式会社制造的聚丙烯树脂ABSORTOMEREP1001、和松本油脂工业株式会社制造的热膨胀性微囊Matsumoto Microsphere FN-180S在100℃下混合15分钟得到混合物，使用调整为100℃的加热板对得到的混合物进行热压，制作了具有50mm平方的主面及1000μm厚度的片。Labo Plastomill是株式会社东洋精机制作所的注册商标。然后，以使该片的厚度达到2000μm的方式在150℃下花费10分钟使片膨胀，得到了实施例6的树脂片。使用具有2000μm尺寸的黄铜制的间隔件对树脂片的厚度进行了调整。利用实施例6的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜实施例7＞
使用Mucell注塑发泡成型装置对超临界状态的二氧化碳与聚丙烯的混合物进行注塑发泡成型，得到了实施例7的树脂片。实施例7的树脂片具有形成树脂片的两个主面的320μm厚度的实心表层。利用实施例7的树脂片的除表层以外的部分形成了多孔结构。该多孔结构具有从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加的相对介电常数。
＜比较例1＞
将聚乙烯制的均质的发泡体切取成给定的尺寸，得到了比较例1的树脂片。比较例1的树脂片从一个主面向另一个主面具有恒定的相对介电常数。
如表1所示，在各实施例的树脂片中，改善率R为35％以上。另一方面，在比较例1的树脂片中，改善率R小于35％。因此表明：在树脂片的多孔结构中，以使Δε达到0.3以下的方式使相对介电常数从树脂片的厚度方向上的两端部起朝向中央部阶段性地增加是有利的。
Figure BDA0003826461220000111

Claims (13)

1.一种树脂片，其具备调整毫米波的透过的多孔结构，
所述多孔结构在该树脂片的厚度方向上具有变化的相对介电常数，以使得具有小于所述毫米波的波长的特定厚度的相邻两个层状部分的相对介电常数的平均值之差为给定值以下，
所述多孔结构包含边界部分，所述边界部分是所述相对介电常数的所述平均值变为最大或最小的所述层状部分，
所述相对介电常数从该树脂片的厚度方向上的所述多孔结构的两端部起朝向所述边界部分阶段性地增加或减少。
2.根据权利要求1所述的树脂片，其中，
所述相对介电常数的所述平均值在所述边界部分最大，
所述相对介电常数从该树脂片的厚度方向上的所述多孔结构的两端部起朝向所述边界部分阶段性地增加。
3.根据权利要求2所述的树脂片，其中，
所述相对介电常数在所述两端部为1.8以下。
4.根据权利要求2所述的树脂片，其中，
所述相对介电常数在所述两端部为1.75以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的树脂片，其中，
所述特定的厚度为100μm，并且所述给定值为0.3。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的树脂片，其中，
所述多孔结构具有1mm以上的厚度。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的树脂片，其中，
所述多孔结构具有1.01以上且4.99以下的相对介电常数。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的树脂片，其中，
所述多孔结构具有空穴，所述空穴具有所述毫米波的波长的10％以下的孔径。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的树脂片，其中，
所述多孔结构具有20～550μm孔径的空穴。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的树脂片，其中，
所述多孔结构具有20～500μm孔径的空穴。
11.一种雷达系统，其具备：
使用调频连续波的毫米波雷达、和
使从所述毫米波雷达发送的毫米波透过的权利要求1～10中任一项所述的树脂片。
12.根据权利要求11所述的雷达系统，其进一步具备至少一部分由所述树脂片形成的框体。
13.根据权利要求11或12所述的雷达系统，其中，
所述树脂片中的所述多孔结构的所述两端部与空气相接。
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