JP2000223883A - 電波吸収材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】０．５〜３０ＧＨｚの周波数帯域における電波
に対して−２０ｄＢ以下の電波吸収特性を得ようとする
と、電波吸収材の厚みを薄くすることが難しかった。 【解決手段】カーボン系フィラーと熱硬化性樹脂の粉末
を常温の粉末加圧成形法にて成形したものを加熱硬化す
ることにより、熱硬化性樹脂中に、３０〜７０重量％の
カーボン系フィラーを分散含有するとともに、少なくと
も内部に気孔を３〜３０％の占有率で有する複合材を形
成し、この複合材により電波吸収材を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性、寸法安定
性に優れるとともに、薄い厚さで０．５〜３０ＧＨｚの
周波数帯域における電波に対して優れた電波吸収特性が
得られる電波吸収材に関するものであり、具体的には、
アンテナの不要輻射対策、テレビゴースト対策、レーダ
ーゴースト対策、電波暗室、電波暗箱、医療用機器、デ
ジタル情報機器等のＥＭＣ（ELECTRO MAGNETIC COMPATI
BILITY）対策用部品や反射物によるレーダー偽像の防止
用部品として用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、アンテナの不要輻射対策、テレビ
ゴースト対策、レーダーゴースト対策、電波暗室、電波
暗箱、医療用機器、デジタル情報機器のＥＭＣ対策用部
品や反射物によるレーダー偽像の防止用部品には、電波
吸収体が用いられている。

【０００３】電波吸収体とは、空間を伝搬している電波
を吸収して電波エネルギーを熱エネルギーに変換するも
のであり、電波を使用する設備、機器、及びその周囲に
おいて、電波の不要な反射、散乱、干渉が生じる箇所に
電波吸収体を装着することによって種々のトラブルを抑
制することができるようになっている。

【０００４】このような電波吸収体としては、電波吸収
層の一方の主面に電波反射層を設けたものが知られてお
り、電波吸収層の他方の主面より電波を入射させ、電波
吸収層の表面での反射量と電波反射層からの反射量とを
コントロールして電波の反射波を減衰させるようになっ
ている。

【０００５】そして、上記電波吸収層を構成する材質と
しては、ゴム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂中に、カー
ボンファイバーを所定の比率で配合した複合材が使用さ
れており（特開昭５７−６６６９９号公報、特開平４−
３４０２９９号公報参照）、通常、ドクターブレード
法、圧延法、熱間プレス成形法等により製作されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電波吸収層
の表面にて無反射になる条件は、自由空間を伝搬する平
面波が、透磁率（μr ）＝1 の電波吸収層に垂直入射し
たとすると、数１で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】このように電波吸収特性を高めるために
は、吸収する電波の波長と、その電波の周波数に対する
電波吸収層の複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部（ε
ｒ’’）、及び電波吸収層の厚みｄにより決定すること
ができる。

【０００９】そして、近年、前述した部品において、電
波吸収体の厚みが薄くかつ０．５〜８０ＧＨｚの周波数
帯域における電波を吸収することも求められていた。

【００１０】しかしながら、従来の成形法で作製された
電波吸収層では、複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部
（εｒ’’）の値をカーボンの配合量の調整のみでしか
制御できないため、電波吸収層の複素誘電率の実部（ε
ｒ’）と虚部（εｒ’’）の値が小さくしかも調整範囲
が狭いといった課題があった。

【００１１】その為、従来の電波吸収材は、４０〜８０
ＧＨｚの周波数帯域における電波に対しては、電波吸収
層の厚みが薄くても（約０．５〜１．５ｍｍ程度）優れ
た電波吸収特性が得られるものの、０．５〜３０ＧＨｚ
の周波数帯域における電波を吸収しようとすると、電波
吸収層の厚みが厚くなるといった課題があった。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、従来の電波吸収材よりも薄い
厚みで、０．５〜３０ＧＨｚの周波数帯域における電波
を効率良く吸収することができる電波吸収材を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者は上
記課題を解決するために鋭意研究を繰り返したところ、
熱硬化性樹脂中にカーボン系フィラーを分散含有した複
合材からなる電波吸収材において、複合材の少なくとも
内部に意図的に気孔を存在させ、カーボンの含有量だけ
でなく、気孔の占有率を調整することで、電波吸収材の
複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部（εｒ’’）の値を
大きくできかつ調整範囲を大きくすることができること
を見出し、０．５〜３０ＧＨｚの周波数帯域における電
波に対して、薄い厚みでも優れた電波吸収特性を持った
電波吸収材が得られることを突き止めた。

【００１４】即ち、本発明は、熱硬化性樹脂中に、３０
〜７０重量％のカーボン系フィラーを分散含有した複合
材からなり、この複合材の少なくとも内部に気孔を設け
るとともに、その気孔占有率が３〜３０％となるように
して電波吸収材を構成したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１６】本発明の電波吸収材は、熱硬化性樹脂中
に、３０〜７０重量％のカーボン系フィラーをほぼ均一
に分散含有した複合材からなり、この複合材の少なくと
も内部に気孔を有することを特徴とする。

【００１７】ここで、カーボン系フィラーは、電波吸収
材の複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部（εｒ’’）を
調整するために含有するもので、その含有量を増やすこ
とで電波吸収材の複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部
（εｒ’’）の値を高めることができる。

【００１８】ただし、カーボン系フィラーの配合量を３
０〜７０重量％としたのは、カーボン系フィラーの配合
量が３０重量％未満では、加熱、硬化時の変形が大き過
ぎ、逆にカーボン系フィラーの配合量が７０重量％より
多くなると、後述する粉末加圧成形後の形状を保持する
ことが困難となるからである。

【００１９】このような電波吸収材を構成する熱硬化性
樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミ
ン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイ
ミド樹脂、フラン樹脂、ポリブタジエン樹脂等の樹脂を
使用することができ、これらの中でも耐熱性、寸法安定
性、高誘電率、高誘電損失等の点からフェノール樹脂が
好適である。

【００２０】一方、カーボン系フィラーとしては、オイ
ルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブ
ラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、天然
黒鉛、人造黒鉛、ＰＡＮ系カーボン繊維、ピッチ系カー
ボン繊維を用いることができ、さらにカーボン系フィラ
ーの表面に金属を被覆することもできる。

【００２１】上記カーボン系フィラーとして繊維状のも
のを用いる時には、最大糸長を２００μｍ以下とするこ
とが好ましい。これは、フィラーの最大糸長が２００μ
ｍより長くなると、樹脂との混合時における分散性が悪
いため、複合材の内部及び表層部においてフィラーの疎
な部分と密な部分ができ、電波吸収材に電波が入射する
位置によって吸収特性がばらつくとともに、後述する粉
末加圧成形後の離型時において欠けが発生し易くなるか
らである。ただし、最大糸長が５μｍよりも短くなると
補強作用が得にくくなるため、フィラーの最大糸長は５
〜２００μｍ、好ましくは５〜１５０μｍとすることが
良い。

【００２２】なお、フィラーの糸長とは、前後、左右、
上下の寸法を測定した時に最も長い部分の長さのことで
あるが、複合材からフィラーの最大糸長を求める時に
は、便宜的に複合材の任意の表面又は断面を画像解析装
置で分析し、その面に存在する繊維状のフィラーの中
で、最も長いフィラーの長さを最大糸長とする。

【００２３】さらに、本発明の電波吸収材によれば、複
合材の少なくとも内部に気孔を具備することが重要であ
る。

【００２４】即ち、本件発明者は上記複合材の構造につ
いて研究を重ねたところ、複合材中に気孔を存在させる
ことで、電波吸収材の複素誘電率の実部（εｒ’）と虚
部（εｒ’’）が小さくなることを知見するとともに、
気孔の存在量が多くなるにしたがって電波吸収材の複素
誘電率の実部（εｒ’）と虚部（εｒ’’）が減少する
ことに着目し、カーボン系フィラーの配合量と、複合材
中の気孔の占有率を制御することにより、電波吸収材の
複素誘電率の実部（εｒ’）と虚部（εｒ’’）の値を
大きくできかつ調整範囲も大きくすることができるため
（例えば、周波数１ＧＨｚに対し、電波吸収材の複素誘
電率の実部（εｒ’）を４〜１００の範囲で、電波吸収
材の複素誘電率の虚部（εｒ’’）を１〜１００の間で
それぞれ調整可）、従来の複合材からなる電波吸収材で
は吸収しきれなかった厚みにおいて０．５〜３０ＧＨｚ
の周波数帯域における電波を効率良く吸収することがで
きる。

【００２５】ただし、気孔の占有率が３％未満では、電
波吸収材の複素誘電率の実部（εｒ’）と複素誘電率の
虚部（εｒ’’）の制御範囲を大きくする効果が殆ど得
られず、０．５〜３０ＧＨｚの周波数帯域における電波
を効率良く吸収するにあたり、電波吸収材の厚みを薄く
することができないからであり、逆に、気孔の占有率が
３０％を越えると、製作時の加熱硬化後に複合材が発泡
して所定の寸法形状を得ることができないからである。

【００２６】その為、複合材における気孔の占有率は３
〜３０％、好ましくは８〜２０％とすることが良く、こ
れらの範囲で気孔を存在させることにより、０．５〜３
０ＧＨｚの周波数帯域における電波に対し、従来の電波
吸収材よりも薄い厚みで−２０ｄＢ以下の優れた電波吸
収特性を有する電波吸収材とすることができる。

【００２７】なお、本発明において、複合材の少なくと
も内部とは、電波吸収材の表面より１０〜５０μｍの表
層部を除いた部分のことを指し、この部分における気孔
の占有率が３〜３０％の範囲にあれば良いが、複合材の
表層部に気孔が存在していても構わない。

【００２８】また、複合材の強度を維持する観点から複
合材中に存在する気孔の平均気孔径は１０〜１５０μｍ
の範囲にあるものが良い。

【００２９】気孔占有率の測定は、電波吸収材の表面か
ら１０〜５０μｍの表層部を除いて電波の入射面と平行
な平面で切断した時の断面を画像解析し、気孔の占有面
積率を占有率として算出した。ただし、画像解析におい
て、最大径が２μｍ以上有するものを気孔として判断し
た。

【００３０】次に、本発明の電波吸収材の製造方法につ
いて説明する。

【００３１】熱硬化性樹脂の粉末とカーボン系フィラー
を、複合材とした時の配合量が前述した範囲となるよう
にそれぞれ添加するとともに、加熱時に熱硬化性樹脂を
硬化させるための硬化剤を添加して混合する。

【００３２】熱硬化性樹脂とカーボン系フィラーとを均
一に混合する手段としては、例えば、熱硬化性樹脂に、
カーボン系フィラーと硬化剤をミキサーで混合し、ブラ
ベンダーで混練したあと粉砕したり、カーボン系フィラ
ーと硬化剤を配合した熱硬化性樹脂を加熱ロールで溶
融、混練したあと粉砕すれば良い。

【００３３】また、硬化剤は熱硬化性樹脂粉末１００容
量％に対して８〜１４容量％の割合で加えることが好ま
しく、さらに必要に応じて、着色剤、滑剤、可塑剤、分
散剤、離型剤等の公知の添加剤を１種又は２種以上添加
しても良い。

【００３４】次に、それぞれの割合でほぼ均一に配合し
た原料を金型に充填し、常温にて０．５〜４ｔｏｎ／ｃ
ｍ² の圧力で粉末加圧成形したあと成形体を金型から離
型し、これを熱硬化性樹脂の性状、フィラーの配合量、
製品の寸法等に合わせて８０〜２５０℃の温度で加熱硬
化させる。この時、成形体中の硬化剤は分解され、熱硬
化性樹脂と反応して樹脂を硬化させるとともに、硬化剤
の分解に伴って生成されたガスが複合材の内部から抜
け、気孔として残り、複合材の表層部（表面から１０〜
５０μｍまでの領域）では、樹脂部分の軟化に伴って気
孔が埋められることになる。

【００３５】その為、得られた複合材は表層部に気孔が
殆どなく、内部に多数の気孔備えたものとなる。

【００３６】そして、上記加熱硬化時の昇温速度、最高
温度でのキープ時間、冷却速度等を適宜制御して複合材
中の気孔の占有率が３〜３０％、気孔の平均気孔径が１
０〜１５０μｍとなるようにする。ここで、加熱硬化時
の温度を８０〜２５０℃としたのは、８０℃未満では樹
脂の硬化が不十分であり、逆に、２５０℃より高くなる
と樹脂が炭化されるからである。

【００３７】かくして得られた複合材を必要に応じて研
削することにより本発明の電波吸収材を得ることができ
る。

【００３８】このように、電波吸収材を構成する複合材
の成形にあたり、粉末加圧成形法を採用することで、カ
ーボン系フィラーを７０重量％まで配合することが可能
となり、電波吸収材にとって重要な複素誘電率の実部と
虚部の値を大きくすることができるとともに、複合材の
内部に気孔を存在させることができるため、電波吸収材
の複素誘電率の実部と虚部の値の調整幅を大きくするこ
とができ、さらには電波吸収材の耐熱性や寸法安定性を
向上させることができる。

【００３９】その為、本発明の電波吸収材を用いれば、
アンテナの不要輻射対策、テレビゴースト対策、レーダ
ーゴースト対策、電波暗室、電波暗箱、医療用機器、デ
ジタル情報機器のＥＭＣ対策用部品や反射物によるレー
ダー偽像の防止用部品に好適に用いることができる。

【００４０】

【実施例】カーボン系フィラーの配合量と複合材中の気
孔の占有率をそれぞれ異ならせた電波吸収材を製作し、
１ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１５ＧＨｚの周波数帯域におけ
る電波を効率良く吸収するのに要する電波吸収材の厚み
について調べる実験を行った。

【００４１】本実験にあたり、複合材を形成する熱硬化
性樹脂にはノボラック型フェノール樹脂を、カーボン系
フィラーには炭素繊維を用いた。そして、フェノール樹
脂と炭素繊維の配合比を種々変化させて配合し、常温で
粉末加圧成形したあと、８０℃〜２５０℃で加熱硬化し
て試料片を作製した。

【００４２】なお、得られた試料片について、適用周波
数帯域における試料片の複素誘電率の実部（εｒ’）と
虚部（εｒ’’）は高周波電流電圧法により測定し、電
波吸収特性は、導波管を使用して試料片の一方の面を金
属で短絡させた状態とし、他方の面に各適用周波数の電
波を入射させて行った。

【００４３】また、ゴムに炭素繊維を分散含有した従来
の電波吸収材も用意して同様に実験を行った。

【００４４】それぞれの結果は表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】この結果、まず、試料Ｎｏ．４，５に見ら
れるように、炭素繊維の含有量が７０重量％を越える
と、粉末加圧成形法にて成形することができず、炭素繊
維の含有量が３０重量％未満では、粉末加圧成形法にて
成形できたとしても加熱硬化時にフェノール樹脂が軟化
して変形し易いため、所定の寸法に形成することができ
なかった。

【００４７】また、試料Ｎｏ．３は、炭素繊維の含有量
が３０〜７０重量％の範囲にあるものの、複合材中にお
ける気孔の占有率が３０％より大きいため、加熱硬化時
に複合材が発砲して変形し、所定の寸法に形成すること
ができなかった。

【００４８】さらに、試料Ｎｏ．１と６及び試料Ｎｏ．
２と７をそれぞれ比較すると、本発明品の電波吸収材
（試料Ｎｏ．６，７）はいずれも複合材中の炭素繊維量
が多くかつ内部に気孔を有することから、複合材の複素
誘電率の実部と虚部を従来品の試料Ｎｏ．１，２と比較
して大きくすることができ、電波吸収材の厚みを薄くす
ることができた。

【００４９】また、試料Ｎｏ．８〜１２に見られるよう
に、適用周波数が１０ＧＨｚの電波に対しては、炭素繊
維の含有量が３０〜７０重量％の範囲にあれば、複合材
中の気孔の占有率を３〜３０％の範囲で調整することに
より、２ｍｍ以下の厚みで−２０ｄＢ以下の優れた電波
吸収特性を得ることができた。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱硬化
性樹脂中に、３０〜７０重量％のカーボン系フィラーを
分散含有した複合材からなり、この複合材の少なくとも
内部に気孔を設けるとともに、その気孔占有率が３〜３
０％となるようにして電波吸収材を構成したことによっ
て、０．５〜３０ＧＨｚの周波数帯域における電波に対
し、薄い厚みで−２０ｄＢ以下の優れた電波吸収特性を
得ることができるとともに、耐熱性、寸法安定性にも優
れたものとすることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱硬化性樹脂中に、３０〜７０重量％のカ
   ーボン系フィラーを分散含有した複合材からなり、該複
   合材の少なくとも内部には気孔を有するとともに、その
   気孔占有率が３〜３０％の範囲にあることを特徴とする
   電波吸収材。