JP2002076755A - ガイドホーン又は導波管などの立体的導波構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複合材料と一体化して機械的強度を保ち、しか
も電気的特性の優れたガイドホーン又は各種の導波管の
構造。 【解決手段】繊維強化複合材料により附形された導電性
不織布により構成されるガイドホーン又は導波管であ
り、特に、強化繊維の三軸織物２０と導電性不織布３０
とを交互もしくは任意の順序で積層してなる複合材料と
して構成する。導電性不織布はフレキシブルであるた
め、三軸織物などで構成される複合材料からなるガイド
ホーンや各種の導波管としてダイプレクサ、サーキュレ
ータ、ハイブリッド、方向性結合器の立体形状に沿っ
て、容易に一体化して成形することができ、軽量で、か
つ機械的強度と電気的特性を両立させた構造を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、高周波、特にミリ
波帯域の電磁波を対象とするガイドホーンや導波管など
の立体的導波構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガイドホーンや導波管等は、電気的特性
を付与するため金属で構成することが行われているが、
電磁波をその立体的な経路に沿って導くためにその経路
となるガイドホーンや導波管の全体の形状を厳密に維持
する必要があるが、そのためにこれら金属材料のみで必
要な全体の強度・剛性を持たせると、その構造自体の自
重が過大となり、寸法の大きなガイドホーンなどにおい
ては操作上の困難を来すため軽量化が望まれていた。特
に人工衛星などに搭載するガイドホーンなどの機器で
は、軽量化への要請が厳しく金属製の構造物では到底そ
の条件を満たすことはできなかった。

【０００３】このため、最近では強化繊維による複合材
料と金属箔などの金属層とを張り合わせたり、めっきす
るなどした積層構造とし、構造上の強度・剛性を軽量な
複合材料で負担させ、電気的特性を金属の箔などで付与
することが試みられている。このように、ガイドホーン
や導波管としての形状や機械的な強度を複合材料によっ
て保ち、その電気的特性を金属膜で持たせることで、高
い強度・剛性を有していて、軽量かつ電気的特性の優れ
たガイドホーンや導波管を構成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成形さ
れた複合材料面にめっきする場合も、これらの寸法・形
状が成形された状態ですこぶる大きなものであり、湿式
と乾式を問わず処理槽やチャンバーの大きさに制約があ
り、立体的に形状の複雑な導波管などではめっきの付廻
り等も均等にし難く、金属層の厚さを一定とすることは
困難である。また、湿式めっきによる場合にはめっき液
による複合材料の浸蝕やめっき液の複合材料への吸収な
ども生じて好ましくない。また、このような複合材料に
金属膜を貼り合わせ或いは積層した構造は、複合材料と
金属膜との接着性が必ずしも高くないため、機械的負荷
が加わって変形したり、強い振動などを受けると、金属
膜が剥離したり、或いは接着力が劣化する結果、やがて
剥離することが避けられなかった。

【０００５】また、これらのガイドホーンや導波管は電
磁波の経路に沿って立体的な曲面から構成されるが、金
属膜を貼付する場合、金属膜自体をこのような曲面から
なる立体形状にあらかじめ成形できないため、金属膜な
どを貼付する手法ではこれらの曲面全体を電気的に一体
に保つことは困難であった。特に、各種の導波管として
ダイプレクサ、サーキュレータ、ハイブリッド、方向性
結合器などでは電磁波を導く経路となる中空構造が立体
的に配置され、屈曲したり分岐したりする立体的な曲面
構造となるため、このような製法では自ずと限界があっ
た。このため、これらの複合材料と一体化して機械的強
度を保ち、しかもガイドホーンや導波管としての電気的
特性の優れた構造が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するため、繊維強化複合材料として附形された
導電性不織布により構成されるガイドホーン又は導波管
などの立体的導波構造であり、特に、 強化繊維の三軸
織物と導電性不織布とを交互もしくは任意の順序で積層
してなる複合材料として附形された導電性不織布により
構成されるガイドホーン又は導波管などの立体的導波構
造である。

【０００７】

【発明の実施の形態】このように、繊維強化複合材料と
導電性不織布とを積層して、ガイドホーン又は導波管と
して成形することにより、機械的強度を複合材料によっ
て付与し、導波構造としての電気的特性を導電性不織布
によって確保することができる。その積層構造は、強化
繊維による織物に樹脂を含浸させたプリプレグと導電性
不織布とを交互もしくは任意の順序、組み合わせで積層
し、加熱圧着して成形することによって得ることができ
る。

【０００８】導電性不織布は、細い繊維を漉いて形成し
たその構造からフレキシブルであって、複合材料と共に
ガイドホーン又は導波管を構成するための複雑な形状に
成形する際にもそのメッシュ状の構造を保って容易に附
形することができる。また、そのメッシュ状の構造であ
るため、強化繊維に含浸された樹脂によっていわば同時
に含浸された状態となって、一体化された構造となる。
更にこの構造は、導電性不織布を強化繊維プリプレグに
よってサンドイッチ状に挟んでなる構造においても、そ
の表裏面の強化繊維プリプレグと共に一体化されるた
め、このような繰り返し構造においても剥離することな
く、複合材料としての強度を保つことができる。

【０００９】このような導電性不織布として、金属繊維
やメタライズした繊維から成る不織布、あるいは不織布
に金属蒸着などしてメタライズした不織布を使用するこ
とができる。ガイドホーン又は導波管として求められる
導電性などの電気的特性は、これらの金属の種類、繊維
の線径等を選択し、或いは対象とする波長に応じてその
空隙や厚さなどによりその密度を調整すればよい。

【００１０】繊維強化複合材料の構造には格別の制約は
ないが、強化繊維織物を骨格とする構造がよく、特に強
化繊維の三軸織物から構成することにより、機械的特性
や熱膨張に対して異方性がなく、ガイドホーンや導波管
としての成形に際しても歪のない精密な成形体とするこ
とができる。これらの積層構造は、例えば、三軸織物／
不織布／三軸織物、或いは不織布／三軸織物／不織布の
順に積層した不織布を含む対称積層構造としたり、不織
布を間に挟むなどの方法により、熱歪を最小化すること
ができ、また、三軸織物からなる適宜の層の間に導電性
不織布を挟むことにより、高い密着強度を得ることがで
きる。これら三軸織物の織り構造には、表裏面を通ずる
六角形の通孔があるため、その織り方によってこの通孔
の大きさを調整するなどすることにより、三軸織物を挟
んで表裏面に配置した導電性不織布の間を電気的に導通
させることができる。このような構造においては、強化
繊維からなる三軸織物と導電性不織布とを適宜の数重ね
合わせて、機械的特性と電気的特性の両者を共に調整・
向上することができる。これらの導電性不織布は、フレ
キシブルであって強化繊維のプリプレグと同様に扱うこ
とができるため、これらの導電性不織布と複合材料とを
加熱圧着してガイドホーン又は導波管を成形する工程
は、繊維強化複合材料において広く行われているもので
よい。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明をガイドホーン１に適用した
１実施例であって、（Ａ)は斜視図でその外観を示す。
導波路断面は、端面（Ｂ）の拡大図（Ｂ）に示すように
強化繊維の三軸織物２０、２０によって導電繊維３０を
サンドイッチ状に挟んで加熱圧着した構造からなる。強
化繊維の三軸織物２０は、導波路側面を露出して拡大し
た図１（Ｃ）に示すように、織り構造に表裏面に通じる
通孔があり、導電性不織布３０はその間で隣接する導電
性不織布と接触できるからこれらの積層構造を繰り返し
ても各層間の密着性はよく保たれている。

【００１２】本発明の立体的導波構造は、その導電性不
織布の構造上複合材料と一体化されていることから当然
であるが、１８０度はく離試験において、銅繊維不織布
の材料破壊で剥離は生じなかった。＋１８０℃のオーブ
ン中から‐１９５℃の液体窒素中へのサ−マルショック
試験においても、三軸織物複合材料と銅繊維不織布の間
に剥離は生じなかった。また、表１に、銅繊維からなる
導電性不織布と炭素繊維強化複合材料からなる成型品に
ついて、剥離試験の結果を示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】本発明のＣＦＲＰ（炭素繊維強化複合材）
からなるガイドホーンについて、その電気的特性の測定
結果を図２（Ａ）、（Ｂ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）に示
す。これらの特性曲線から明らかなように、いずれも、
それぞれの周波数帯において、オリジナルの真鍮（黄
銅）製のものにおける特性と変わらず、これらの電気的
特性においても優れていることが分る。

【００１５】本発明の立体的導波構造を構成する導電性
不織布及び繊維強化複合材料として上記の例に限らず、
下記の組み合わせからなる構成によって同様の効果を発
揮することができる。導電性不織布を構成する素材とし
て、たとえば、銅、銀、金、ステンレス繊維燒結不織布
（金属繊維の腐食による性能低下を防ぐ目的で、適宜の
金属繊維上に金や銀を湿式めっき、真空蒸着やスパッタ
リングによって形成してもよい。）などの金属繊維、或
いはアラミド、ＰＢＯ、ガラス、炭素繊維等の適宜の材
質の繊維に金属めっきを施したものでよく、また、アラ
ミド、ＰＢＯ、ガラス、炭素繊維からなる不織布に金属
めっきを行ったものでもよい。このように、導電性を有
する繊維であって不織布に形成可能なものであれば繊維
の素材は問わない。

【００１６】また、成形体の機械的性質を付与する繊維
強化複合材料として、広く一般に知られた繊維強化複合
材料が適用可能であるが、特に長繊維を使用した三軸織
物からなる繊維強化樹脂複合材料が好適であって、三軸
織物の構造とすることによりその構造上の対称性によっ
て温度変化や機械的な応力の負荷などに対しても成形さ
れた形状の変形を生じ難く、また、これらの負荷が除か
れれば、設計どおりの原形に復元することができ、形状
の安定性に優れたものとすることができる。三軸織物に
用いる繊維として、アラミド、ＰＢＯ、ガラス、炭素繊
維などが挙げられ、その構造は、１６〜６４ゲージ Ba
sic Bi-plain組織、三軸織物の構造を採用できる。ま
た、マトリックス樹脂としてエポキシ、シアネートエス
テル樹脂などが挙げられるが、強化繊維との組み合わせ
の適否や目的によって選定されるものであって、無論、
これらに限定されるものではない。導電性不織布と繊維
強化樹脂複合材料との組み合わせ構造は、繊維樹脂強化
材料に導電性不織布を貼った構造でも、あるいは繊維樹
脂強化材料で導電性不織布を挟んで積層した構造のいず
れでもよく、２種以上の異なる素材の繊維樹脂強化材料
で導電性不織布を挟んで積層してもよい。また、これら
の三軸織物と不織布とを積層して後、めっきしても良
い。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の導波構造
は、その優れた機械的特性と電気的特性を兼ね備えるこ
とにより、多くの分野に応用する事ができるが、このよ
うな導波構造の適用例として、ガイドホーンの外、各種
の導波管としてダイプレクサ、サーキュレータ、ハイブ
リッド、方向性結合器などが挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明のガイドホーン斜視図、（Ｂ）端
面部拡大図、（Ｃ）側面拡大図

【図２】本発明のガイドホーンの電気的特性（Ａ）、
（Ｂ）

【図３】本発明のガイドホーンの電気的特性（Ａ）、
（Ｂ）

【符号の説明】

１ ガイドホーン ２０ 強化繊維の三軸織物 ３０ 導電性不織布

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 秋人 福井県坂井郡丸岡町下安田14−10 サカ セ・アドテック株式会社内 Ｆターム(参考） 4L032 AA08 AB02 AB04 AC05 BA00 BA04 DA00 EA06 5J014 DA03 DA05 5J045 AA05 AB01 AB02 AB06 DA01 EA12 HA01 LA06 MA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化複合材料として附形された導電
   性不織布により構成されるガイドホーン又は導波管など
   の立体的導波構造。
2. 【請求項２】 強化繊維の三軸織物と導電性不織布と
   を交互もしくは任意の順序で積層してなる複合材料とし
   て附形された導電性不織布により構成されるガイドホー
   ン又は導波管などの立体的導波構造。