JP2001316514A - 複合誘電発泡体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種の誘電体アンテナ等の材料、レーダー電
波反射器及びアンテナなどに応用されるルーネベルグレ
ンズの原理を利用した球状型誘電体レンズ等の素材に用
いられる軽量誘電発泡体を提供する事を課題とする。 【解決手段】 ポリウレタンフォームを切断または粉砕
してチップにしたものと、誘電体セラミックスを均一に
混合し、これを結合剤にて一体化し、嵩比重を０．５〜
０．０４ｇ／ｃｃとしたことを特徴とする複合誘電発泡
体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合誘電発泡体に
係わり、より詳しくは、ウレタンフォームと高誘電セラ
ミックスとを均一に分散させ軽量とした複合誘電発泡体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の誘電体アンテナ等の材料、レーダ
ー電波反射器及びアンテナなどに応用されるルーネベル
グレンズの原理を利用した球状型誘電体レンズ等の素材
に誘電発泡体が使用されている。これらの部材に使用さ
れる誘電発泡体には、幾つかの品質要求がある。重要な
ものとして、例えば以下の品質要求がある。 １）耐熱性及び寸法安定性 各種の誘電体アンテナ、球状型誘電体レンズを利用した
レーダー反射機やアンテナ等の多くは、屋外のあらゆる
場所で長期に渡り使用される事を想定しなければならな
い。この場合、赤道直下での炎天下では誘電体レンズの
内部温度は８０℃を越える事もあり、また高緯度下での
真冬には氷点下以下の温度状態になる。この激しい温度
変化の中で、長期に渡り安定な性能を保持するには、十
分な耐熱性能と寸法安定性能を持ち合わせていなければ
ならない。 ２）温度変化による少ない比誘電率変化 これらの使用条件を考慮した温度範囲（−４０〜８０
℃）において、比誘電率が変化してしまうと、それによ
りアンテナ、レーダー反射機としての役割が果たせなく
なってしまう。従って、これらの温度変化においても比
誘電率の変化が小さくなければ、安定した性能を保持す
る事ができない。 ３）軽量化 高誘電セラミックスと樹脂とにより、これらの複合材料
を作ることは知られているが、これらの複合材料は、無
機物であるセラミックスの比重が大きいこともあり、重
量が大きくなると言った欠点があった。これらの重量が
重い事は、アンテナ、レーダー反射機とした場合、航空
機や小型船舶にはこれを搭載する事が困難であったり、
通常の運搬、設置に関しても多大の労力と費用がかさむ
という事から、小型化、軽量化が望まれている。

【０００３】以上の様な１）〜３）の要求品質を満足す
ることが必要であるが、もう一つの重要な課題として、
製造工程の短縮化が求められている。従来の高誘電複合
発泡体を作る製造工程は、煩雑かつ複雑な方法が多く、
製造コストがかかる。この為に、高誘電複合発泡体とし
ては高価なものになってしまい、汎用品として使用され
る事がなかった。

【０００４】ところで、これまでに、高分子の発泡体に
高誘電材料を添加し、軽量の高誘電材料を提供する試み
が種々行われてきている。例えば、特公昭６１−２１１
４７及び特開平７−３３９０１には、樹脂系として発泡
スチレン系樹脂粒子を用いる方法が開示されている。ま
た、特開平７−３２０５３７では、誘電体セラミックス
粉体を分散させた発泡ウレタン樹脂からなる軽量誘電体
の製造方法が示されている。

【０００５】しかしながら、これら複合誘電発泡体ある
いはその製造方法は、上述した品質要求を満たすものと
は言い難い。

【０００６】すなわち、特公昭６１−２１１４７での方
法では、表面処理した金属泊（アルミフレーク）と発泡
ポリスチレン樹脂を押出機に添加し混練りする事でこれ
らが複合したペレットを得ているが、最終的に発泡体を
得るにはこのペレットを予備発泡装置を用いて、所望す
る発泡倍率に発泡させる工程、その予備発泡粒子を型に
入れて成形する工程が新たに必要になり煩雑になってく
る。さらに、原料として、発泡ポリスチレンを使用する
など、原料自体の価格が高いものとなってしまう。

【０００７】特開平７−３３９０１では、高誘電体であ
るセラミックス粉末を含んだビニル系樹脂粒子を押出し
て大きさの揃った非発泡粒子を作り、次いでこの粒子を
水性媒体中に懸濁させて後、この粒子の表面にビニル系
単量体を付着させ、重合させて粒子上に薄膜を作り、そ
の後粒子に発泡剤を含浸させる方法が開示されている。
しかし、この発泡性粒子を作る迄に、押出〜重合〜発泡
剤含浸の３工程が必要になる他、さらに予備発泡、成形
の２工程が加わらないと、成形品としての物は得られな
いなど、極めて多くの工程を必要とする。

【０００８】特開平７−３２０５３７では、これらの欠
点を補うべく、樹脂系として発泡ウレタン樹脂を用いた
軽量誘電体の製造法を開示されているが、この方法によ
れば、高誘電体セラミックスと発泡ウレタンの主原料の
一つであるポリオールを撹拌混合して後、定法に従って
発泡すれば良い事から、かなりの工程が短縮できる。し
かしながら、この方法では、液体のポリオール中に粉体
の高誘電体セラミックスを混合するため、混合する高誘
電体セラミックスの量が多いと、同液体は極めて高粘度
になり、その後のイソシアネートとの反応が均一に進ま
ず、発泡むら、ボイドの発生が多く見られる様になる。
これらが発生すると、発泡体の密度も一定でなくなり、
比誘電率も均一にならない。また、この粘度の上昇は、
セラミックスの粒子径が小さいほど顕著になるが、ポリ
オールに対して、通常２０重量％以上の高誘電体セラミ
ックスを混合する時にこの傾向が見られてくる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、各種
の誘電体アンテナ等の材料、レーダー電波反射器及びア
ンテナなどに応用されるルーネベルグレンズの原理を利
用した球状型誘電体レンズ等の素材に用いられる、上述
した要求品質を満足する、軽量誘電発泡体を提供する事
を課題とする。

【００１０】また、本発明の別の課題としては、廃棄処
分されたポリウレタンフォ−ム製品やポリウレタンフォ
ーム製造時の裁断屑等のポリウレタンフォームを再利用
する事により、ポリウレタンフォームのリサイクルと言
った観点からも環境に配慮した製品となるものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めの本発明の請求項１に記載の発明は、ポリウレタンフ
ォームを切断または粉砕してチップにしたものと、誘電
体セラミックスを均一に混合し、これを結合剤にて一体
化し、嵩比重を０．５〜０．０４ｇ／ｃｃとしたことを
特徴とする複合誘電発泡体である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、結合剤にて一体
化した後に、熱プレス成形にて圧縮したことを特徴とす
る請求項１記載の複合誘電発泡体である。

【００１３】請求項３に記載の発明は、誘電体セラミッ
クが、粉末またはウイスカーであり、ポリウレタンフォ
ームのチップの５〜５０重量％以下である事を特徴とす
る請求項１または２記載の複合誘電発泡体である。

【００１４】

【発明の実施の形態】合成樹脂製から誘電体は、通常に
おいて樹脂を発泡体とすると、比誘電率は低下するが、
これは、発泡によって樹脂の間に空気層が入ることによ
る。空気の比誘電率は、１．０である為、発泡倍率が高
くなればなるほど（嵩比重が小さくなればなるほど）、
比誘電率は、１．０に近ずく結果となる。この様な発泡
体とした場合でも、所望する高い比誘電率にする為に
は、高誘電物質を樹脂に添加しなければならない。従っ
て、所望する比誘電率に対する発泡体の嵩比重とは密接
な関係がある。

【００１５】したがって、本発明者らの検討によれば、
嵩比重０．０４ｇ／ｃｃ以下になると、相当量の高誘電
物質を添加しても比誘電率があまり高くならない事か
ら、この嵩比重以上の発泡倍率とする事が望ましいこと
が判明した。また、軽量化を一つの目的とする上では、
嵩比重は、０．５ｇ／ｃｃ以下が望ましいのである。し
たがって、本発明においては、嵩比重が０．０４〜０．
５ｇ／ｃｃの範囲内にある発泡体であることが、必要で
ある。

【００１６】本発明において、高誘電物質を均一に分散
させた複合誘電発泡体を製造する方法は、次の工程から
なる。 １）既存のウレタンフォームを粉砕してチップフォーム
とする工程。 ２）チップフォームに所定量の高誘電物質、バインダー
としてのウレタン系接着剤等を混合する工程。 ３）これらの混合物を一定比率で圧縮した後、水蒸気に
より硬化反応させる工程。 ４）必要に応じて比重を０．２６〜０．５に調整する場
合には、熱プレスする工程。

【００１７】以上の１）〜４）の工程により製造できる
が、比重が０．０４〜０．２５の範囲においては、熱プ
レスの工程４）は使用するポリウレタンフォームチップ
の比重や高誘電率物質の種類や添加量によって調整する
ことが可能であるので、必要としない場合がある。

【００１８】使用されるポリウレタンフォームチップと
しては、比重０．０１４〜０．０４程度のウレタンフォ
ームが用いられるが、ポリウレタンフォームブロックを
使用する場合には、均一な比重を得る観点より、ブロッ
ク周囲の上皮および下皮をのぞいたコア層が望ましい。
また、環境に配慮したリサイクルの点で、既に使用済み
のウレタンフォームを使用する事も可能であるが、可能
な限り同比重のものを使用する事が好ましい。

【００１９】本発明に使用されるポリウレタンフォーム
チップの大きさは特別な制限はなく、製造する複合誘電
発泡体の特性に合わせて各種変えられるが、一辺の長さ
が２．０〜３０ｍｍ、好ましくは、混合される時の均一
性等及び成形型への充填性等を考慮すると３．０〜５．
０ｍｍの大きさがより好ましい。

【００２０】一方、本発明に使用されるウレタン系接着
剤としては、一液性又は二液性接着剤を用いることがで
きる。更に、目的とする複合誘電発泡体の特性に応じ
て、発泡型二液性接着剤を用いることもできる。

【００２１】ウレタン系接着剤の原料であるポリオール
としては、水及びエチレングリコール、プロピレングリ
コール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコー
ル、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロー
ルプロパン、ソルビトール、ショ糖等の多価アルコール
類を開始剤としたアルキレンオキシド付加物、ビスフェ
ノールＡのような多価フェノール類のアルキレンオキシ
ド付加物、リン酸、ポリリン酸（例えばトリポリリン酸
およびテトラポリリン酸）などの多価ヒドロキシ化合
物、フェノール−アニリン−ホルムアルデヒド三元縮合
生成物、アニリン−ホルムアルデヒド縮合生成物、エチ
レンジアミン、ジエチレントリアミイン、トリエチレン
テトラミン、メチレンビスオルソクロルアニリン、４，
４’−および２，４−ジフェニルメタンジアミン、２，
４−トリレンジアミン、２，６−トリレンジアミンなど
のポリアミン類、トリエタノールアミン、ジエタノール
アミンなどのアルカノールアミン類にエチレンオキシ
ド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレン
オキシドなどの１種または２種以上を付加して得られる
エーテルポリオール類またはポリテトラメチレンエーテ
ルグリコールである。また、エチレングリコール、ジエ
チレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレ
ングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレン
グリコール、１，３−および１，４−ブタンジオール、
テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、
ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、
グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリ
ット、ソルビットなどの少なくとも２個のヒドロキシル
価を有する化合物の１種または２種以上とマロン酸、マ
レイン酸、コハク酸、アジピン酸、酒石酸、セバシン
酸、シュウ酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット
酸、へメリット酸などの少なくとも２個のカルボキシル
基を有する化合物の１種または２種以上から得られたポ
リエステルポリオール、またはポリカプロラクトンなど
の環状エステルの開環重合体類も用いられる。

【００２２】ポリオールとしては、これらの１種を単独
で或いは２種以上を混合して用いることができる。

【００２３】また、ウレタン系接着剤の原料であるポリ
イソシアネートは公知のものが使用でき、特に限定はな
く、芳香族系、脂環族系、脂肪族系のポリイソシアネー
ト、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシア
ネートの１種または２種以上が適宜に混合されて用いら
れる。芳香族ポリイソシアネートとしては、２，４−ト
リレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシア
ネート、２，４−トリレンジイソシアネートと２，６−
トリレンジイソシアネートの混合物、ジフェニルメタン
ジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、トリ
フェニルメタントリイソシアネート、キシリレンジイソ
シアネート、ポリメチレンポリフェニルジイソシアネー
ト、などが挙げられる。脂環族系ポリイソシアネートと
しては、シクロヘキシルメタンジイソシアネート、シク
ロヘキサンジイソシアネートなどが挙げられる。脂肪族
系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソ
シアネート、シクロヘキサメタンジイソシアネートなど
が挙げられる。

【００２４】本発明で使用されるウレタン系接着剤のう
ち、一液性接着剤としては、ＮＣＯ末端ポリオール変性
イソシアネートが広く使われている。即ち、前記イソシ
アネートに、上記ポリオール、好ましくはポリヒドロキ
シ化合物、又はそれらにポリアルキレンオキシドを付加
したポリエーテルポリオール、又は上記ポリエステルポ
リオールを反応して得られるＮＣＯ含有率５〜３０重量
％のポリオール変性イソシアネートが使われる。この場
合、必要に応じて、キシレン、トルエン、ヘキサン、ジ
クロロメタン、トリクロロエチレン等の有機溶剤で希釈
して、或いは、着色剤、界面活性剤、有機金属系触媒、
可塑剤等を添加して用いることができる。

【００２５】二液性接着剤としては、前記ポリイソシア
ネート又はポリオール変性イソシアネートと前記ポリオ
ールの組合せで使用され、必要に応じて、上記有機溶
剤、添加剤、及びトリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモ
ルホリン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチ
ルヘキサメチレンジアミン等のアミン触媒、スタナスオ
クトエート、ジブチルチンジアセテート等、有機金属
錫、水銀、鉛化合物等の触媒を添加して使用される。

【００２６】本発明で樹脂に均一に分散される高誘電物
質としての誘電体セラミックスは、ウレタン系樹脂の比
誘電率を高くする作用を有するものである。単に比誘電
率を高くするのであれば、金属粉、金属箔（アルミフレ
ーク）等においても可能であるが、これらは、温度変化
に伴う比誘電率の変化が見られることから、本発明には
望ましくない。

【００２７】本発明で使用する誘電体セラミックスとし
ては、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン
酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛
等があり、これらを単独または適宜混合して用いる事が
できる。 本発明で使用するこれら誘電体セラミックス
を添加する事で、発泡体の比重が小さい状態で所望する
比誘電率の素材を得る事ができるのである。これらの誘
電体セラミックスは、粉末状であるか、あるいはウィス
カーであることが望ましい。通常セラミックス粉末は分
散性などを考慮して、平均粒子径１０μｍ以下のものを
使用するのが好ましい。またウィスカーでは繊維径０．
１〜１０μｍ、および長さ１〜１００μｍ程度の範囲の
ものが使用できる。

【００２８】この誘電体セラミックスは、ポリウレタン
フォームチップに対して５〜５０重量％以下である事が
望ましい。５０重量％を越えて添加されると、物性的に
も脆くなり使用に耐えられない。また、５重量％以下で
は、比誘電率の向上効果があまりなく、従って発泡体の
比重を小さくする事ができない。

【００２９】これらウレタンチップ、ウレタン系接着
剤、誘電体セラミックスの混合〜反応の手順としては、
大きく分けて二つの方法がある。 １）ウレタン系接着剤に、誘電体セラミックスを混合
し、系の粘度をメチレンクロライド、クロロホルム、ト
リクロルエチレン等のハロゲン化炭化水素系の溶媒で希
釈し低下させた後、この混合物をウレタンチップへ添加
し、ミキシングを２〜１０分間行い均一に分散させた
後、この分散体を金属型、樹脂型、木型等の型に投入
し、圧縮の程度を調節する事により、製品の比重をコン
トロールした後、加熱水蒸気を加えて、反応させ硬化さ
せる方法。 ２）ウレタンチップと誘電体セラミックスを混合した系
へ、ウレタン系接着剤をスプレーにより定量噴射して均
一混合を行い、これら混合物を金属型、樹脂型、木型等
の型に投入し、圧縮の程度を調節する事により、製品の
比重をコントロールした後、加熱水蒸気を加えて、反応
させ硬化させる方法。 これら２つの方法のいずれにお
いても本発明の複合誘電発泡体を得る事はできるが、溶
剤を使用せず、環境等へ及ぼす負荷が少ない２）の方法
がより望ましい。

【００３０】

【実施例】以下に実施例により、本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 （実施例１）比重０．０２５ｇ／ｃｃのウレタンフォー
ムを粉砕機を用いて、３ｍｍ以下のチップフォームに粉
砕した。同フォーム１００重量部に対して、チタン酸バ
リウム４０重量部（１９重量％）を加え、混合した後、
ウレタン系接着剤として官能基数３，分子量約３０００
のプロピレンオキサイドベースのポリオールとポリイソ
シアネートとして、２，４−トルエンジイソシアネート
と２，６−トルエンジイソシアネートの混合物（８０：
２０）より作られたプレポリマー７０重量部をスプレー
にて均一混合した。この混合物を１０ｃｍ×４５ｃｍ×
６０ｃｍの大きさの木型に入れ、表ー１に示した比重に
なるように圧縮後、水蒸気により３０分成形した。その
後、成形品は脱型され、比重を測定し、比誘電率の測定
を行った。 （実施例２）実施例１）で得られた比重０．２３ｇ／ｃ
ｃのフォームを１８０〜２００℃、１〜２分間、０．０
１〜５ｋｇ／ｃｍ² にて熱プレスする事で、表ー１に
示した比重にした後、比誘電率の測定を行った。 （実施例３）実施例１）において、チタン酸バリウム１
２０重量部（４０重量％）、プレポリマー８０重量部に
代え、表ー１に示した比重にした以外は同じで行った。 （実施例４）実施例３）で得られた比重０．２２ｇ／ｃ
ｃのフォームを１８０〜２００℃、１〜２分間、０．０
１〜５ｋｇ／ｃｍ² にて熱プレスする事で、表ー１に
示した比重にした後、比誘電率の測定を行った。 （比較例１）実施例１）において、チタン酸バリウムを
添加せずに表ー１の比重にした以外は、同一で行った。 （比較例２）比較例１）で得られた比重０．２４ｇ／ｃ
ｃのフォームを１８０〜２００℃、１〜２分間、０．０
１〜５ｋｇ／ｃｍ² にて熱プレスする事で、表ー１に
示した比重にした後、比誘電率の測定を行った。

【００３１】各例で得られた成形品は、５×５×０．１
ｃｍの寸法にカットした後、空洞共振法により１２ＧＨ
ｚの周波数にて比誘電率を測定した。この結果について
も表ー１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】１）実施例ー１の場合、チタン酸バリウム
が１９重量％入った例であるが、嵩比重０．０５〜０．
２３ｇ／ｃｃの範囲で比誘電率が１．９６まであげる事
ができた。 ２）実施例ー２の場合、熱プレスにより嵩比重を０．３
８〜０．４８ｇ／ｃｃの範囲で重くした例であるが、比
誘電率が３．００まであげる事ができた。 ３）実施例ー３の場合、チタン酸バリウムが４０重量％
入った例であるが、嵩比重０．０８〜０．２２ｇ／ｃｃ
の範囲で比誘電率が２．３５まであげる事ができた。 ４）実施例ー４の場合、熱プレスにより嵩比重を０．３
６〜０．４９ｇ／ｃｃの範囲で重くした例であるが、比
誘電率が３．９７まであげる事ができた。 ５）比較例ー１は、チタン酸バリウムを添加しなかった
例であるが、嵩比重を０．２４ｇ／ｃｃの範囲では、比
誘電率は、１．３０と低い値しか示さなかった。 ６）比較例ー２は、熱プレスにより嵩比重を０．３９〜
０．４９ｇ／ｃｃの範囲で重くした例であるが、比誘電
率は１．６１までしか上がらなかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の複合誘電発泡体は、軽量である
ので、航空機や小型船舶等のレダー戸に使用することが
でき、しかも、温度変化の大きな環境で使用しても、比
誘電率の変化が少ないために安定した性能を保持するこ
とができるものである。さらに、製造設備等のコストも
最小限にすることができ、ポリウレタンフォームのリサ
イクルとしても有効なものである。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 15/08 Ｈ０１Ｑ 15/08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリウレタンフォームを切断または粉砕し
   てチップにしたものと、誘電体セラミックスを均一に混
   合し、これを結合剤にて一体化し、嵩比重を０．５〜
   ０．０４ｇ／ｃｃとしたことを特徴とする複合誘電発泡
   体。
2. 【請求項２】結合剤にて一体化した後に、熱プレス成形
   にて圧縮したことを特徴とする請求項１記載の複合誘電
   発泡体。
3. 【請求項３】誘電体セラミックが、粉末またはウイスカ
   ーであり、ポリウレタンフォームのチップの５〜５０重
   量％以下である事を特徴とする請求項１または２記載の
   複合誘電発泡体。