JP2005057093A - 電波吸収体、および電波吸収体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炭化ケイ素繊維を用いる場合よりも低コストで製造でき、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）における電波吸収特性に優れている電波吸収体を提供すること。
【解決手段】 本発明の電波吸収体は、金属体の表面に電波吸収層を積層した構造とされた電波吸収体であって、電波吸収層が、炭化ケイ素粉末をマトリクス樹脂中に分散させてなる電波吸収材料によって形成されている。炭化ケイ素粉末の平均粒子径は４〜４０μｍとされ、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率は１５〜４５体積％とされ、電波吸収層の厚さは、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされている。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電波吸収体の技術分野に属するものであり、さらに詳しくは、高度道路情報システム（Intelligent Transport Systems：ITS）における自動車レーダー（特定小電力）で用いられる周波数帯（７５〜７７ＧＨｚ：以下、この周波数帯のことを７６ＧＨｚ帯と称す。）用の電波吸収体に関する。

従来、整合型の電波吸収体が知られている。整合型の電波吸収体は、電波吸収材料で形成された電波吸収層を、金属板などの電波反射材の表面に積層した構造になっていて、電波吸収層側から入射する電波の電波吸収層表面での反射量と電波反射材表面での反射量とをコントロールすることにより、両者を相殺して反射波を減衰させるようにしたものである。

また、この種の整合型の電波吸収体において、電波吸収層を形成する際に用いられる電波吸収材料として、炭化ケイ素繊維を含有する電波吸収材料は公知である。例えば、下記特許文献１には、電気抵抗比が１０⁰〜１０⁵Ω・ｃｍの炭化ケイ素繊維を含有する電波吸収材料が開示されている。
特開平３−３５８４０号公報

ところで、高度道路情報システム（Intelligent Transport Systems：ITS）においては、７６ＧＨｚ帯の電波が自動車レーダー用として利用されることになっている。したがって、今後、ITSの普及に伴って、７６ＧＨｚ帯の電波を吸収できるような電波吸収体の需要が高まるものと考えられる。

しかしながら、従来の電波吸収体は、７６ＧＨｚ帯の電波を十分に吸収できないものか、軍事用途などで利用される非常にコストのかかるものばかりであった。

例えば、上記特許文献１に記載された電波吸収体の場合、８〜１６ＧＨｚの周波数帯であれば電波吸収体としての性能を発揮するものの、７５ＧＨｚ以上の周波数帯に関しては、期待するような電波吸収性能が得られないものであった。また、炭化ケイ素繊維は、比較的限られた用途にしか用いられない高価な材料なので、電波吸収体を大量生産するに当たって原料の調達が容易ではなく、電波吸収体の製造コストが増大してしまう要因になるものであった。

以上のことから、一般的な民生用途での採算性も十分な程度のコストで、７６ＧＨｚ帯の電波を十分に吸収できる電波吸収体を開発することが急務となっていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、炭化ケイ素繊維を用いる場合よりも低コストで製造でき、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）における電波吸収特性に優れている電波吸収体を提供することにある。

上述の目的を達成するために、上記請求項１に記載の電波吸収体は、
金属体の表面に電波吸収層を積層した構造とされた電波吸収体であって、
前記電波吸収層が、炭化ケイ素粉末をマトリクス樹脂中に分散させてなる電波吸収材料によって形成されており、
前記炭化ケイ素粉末の平均粒子径が、４〜４０μｍとされ、
前記電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が、１５〜４５体積％とされ、
前記電波吸収層の厚さが、７５〜７７ＧＨｚの周波数帯で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされている
ことを特徴とする。

また、上記請求項２に記載の電波吸収体は、上記請求項１に記載の電波吸収体において、
前記電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が、２６〜４５体積％とされ、
前記電波吸収層の厚さが、７５〜７７ＧＨｚの周波数帯で２０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされている
ことを特徴とする。

さらに、上記請求項３に記載の電波吸収体は、上記請求項１または請求項２に記載の電波吸収体において、
前記マトリクス樹脂が、エチレンプロピレンゴムである
ことを特徴とする。

また、上記請求項４に記載の電波吸収体は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電波吸収体において、
前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層と接着剤からなる接着層と前記電波吸収層とを積層して一体成形した構造とされている
ことを特徴とする。

加えて、上記請求項５に記載の電波吸収体の製造方法は、
上記請求項４に記載の電波吸収体を製造する方法であって、
前記電波吸収材料をシート状に成形することにより、前記電波吸収層を形成し、
前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層の表面に接着剤を塗布して焼付け処理を行うことにより、前記接着層を形成し、
該接着層を挟んで前記電波反射層、前記接着層、および前記電波吸収層を積層し、加熱および加圧することによって、これら複数の層を一体成形する
ことを特徴とする。

上記請求項１に記載の電波吸収体において、電波吸収層を形成する電波吸収材料は、平均粒子径４〜４０μｍの炭化ケイ素粉末をマトリクス樹脂中に分散させたものである。このような炭化ケイ素粉末は、研磨剤として用いられるものが工業的に量産されている。したがって、例えば、限られた特殊な用途にしか用いられない炭化ケイ素繊維などに比べると、比較的入手しやすく安価でもあるので、電波吸収体を工業的に生産する上で材料の調達が容易になり、コスト的にも有利なものとなる。

また、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率は１５〜４５体積％とされ、しかも、電波吸収層の厚さが、７５〜７７ＧＨｚの周波数帯で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされているので、７５〜７７ＧＨｚの電波が入射した際に、その反射波を効果的に減衰させることができる。したがって、高度道路情報システム（ITS）における自動車レーダー（特定小電力）で用いられる７６ＧＨｚ帯用の電波吸収体としてきわめて有望であり、その厚さも十分に薄く設計することが可能なので、小型化された機器への組み込みも容易である。

７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で１０ｄＢ以上の反射減衰量を達成するには、上記炭化ケイ素粉末の平均粒子径、および電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率の双方について、上記数値条件を満足させ、さらに上記数値条件を選定したら、それに応じて電波吸収層の厚さを、１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとなるように調節することが重要である。この事実は、発明者らが数多くの実験を重ねるとともに、その結果を統計的に処理することによって見いだしたものである。

これら炭化ケイ素粉末の平均粒子径、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率、および電波吸収層の厚さのうち、一つでも上記数値条件からはずれるものがあると、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す電波吸収体を得られないことがある。

より具体的には、例えば、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が１５〜４５体積％とされ、且つ、炭化ケイ素粉末の平均粒子径が４〜４０μｍとされている場合であっても、それだけでは、必ずしも所期の反射減衰量を示す電波吸収体を得ることができず、電波吸収層の厚さを調節することにより、１０ｄＢ以上の反射減衰量を示すような厚さにしなければならない。また、電波吸収層の厚さをある数値範囲内に調節した結果、１０ｄＢ以上の反射減衰量を示すようになったとしても、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率か炭化ケイ素粉末の平均粒子径のいずれかが変われば、それに応じて１０ｄＢ以上の反射減衰量を示すような厚さも変わる。さらに、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が１５〜４５体積％とされている場合であっても、炭化ケイ素粉末の平均粒子径が４〜４０μｍの範囲外であったり、逆に、炭化ケイ素粉末の平均粒子径が４〜４０μｍとされている場合であっても、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が１５〜４５体積％の範囲外であったりすると、電波吸収層の厚さを適宜調整しても、所期の反射減衰量を示す電波吸収体を得られないことがある。

つまり、上記炭化ケイ素粉末の平均粒子径、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率、および電波吸収層の厚さは、相互に影響を及ぼしあう一体不可分のパラメータ群なのである。

ところで、上記請求項１に記載の電波吸収体は、さらに上記請求項２に記載のごとく物性を絞り込むことにより、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で２０ｄＢ以上の反射減衰量を示す電波吸収体とすることもできる。

すなわち、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が、２６〜４５体積％とされ、電波吸収層の厚さが、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で２０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされていると、より電波吸収能の高い電波吸収体となる。

また、マトリクス樹脂としては、炭化ケイ素粉末を混合・分散させるのに適した合成樹脂材料を任意に利用できるが、中でも、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ；エチレン・プロピレン・ジエンモノマー三元共重合体）は、電波吸収層の厚さをごく薄く（例えば、０．３ｍｍ〜２．５ｍｍ程度に）形成した際に十分な強度を発揮し、電波吸収層を形成する際の加工性も良好なので、マトリクス樹脂として好適なものである。エチレンプロピレンゴム以外には、例えば、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）、液状シリコーン、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどを利用し得る。

さらに、本発明の電波吸収体は、前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層と接着剤からなる接着層と前記電波吸収層とを積層して一体成形した構造とされていると望ましい。

このような構造の電波吸収体であれば、金属体が存在しない場所に配設する場合でも、単に配設するだけで電波反射層および電波吸収層の双方を備えた構造になるので、所期の電波吸収性能を発揮させることができる。また、接着層の厚さも考慮して電波吸収層の厚さを最適化しておくことができるので、現場で接着剤を適宜塗布して電波吸収層を固着するようなものに比べ、電波吸収性能のばらつきが発生しにくくなり、より高い電波吸収性能を容易に発揮させることができるようになる。

このような電波吸収体は、前記電波吸収材料をシート状に成形することにより、前記電波吸収層を形成し、前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層の表面に接着剤を塗布して焼付け処理を行うことにより、前記接着層を形成し、該接着層を挟んで前記電波反射層、前記接着層、および前記電波吸収層を積層し、加熱および加圧することによって、これら複数の層を一体成形する、という製造方法で製造可能である。

なお、電波吸収層とともに積層構造とされる金属体は、上記金属板または金属層のような、電波吸収体を構成するために設けられた専用のものであってもよいが、電波吸収層を設ける部分に金属製の部材（例えば、金属製の筐体やパネル）などが存在するのであれば、その金属製の部材に対して電波吸収層を設けて、その金属製の部材とともに電波吸収体を構成してもよい。

また、電波吸収体は、電波吸収層を挟んで電波が到来する方向とは反対側に金属体が存在するような向きに配置されるが、電波吸収体の両方の面から電波が入射するような場合には、二つの電波吸収層で一つの金属体を挟むように積層してもよい。

上述したように、本発明の電波吸収体は、炭化ケイ素繊維を用いる場合よりも低コストで製造でき、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）における電波吸収特性に優れている電波吸収体を提供できる。

次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
（１）電波吸収体の製造
（１．１）材料の調製
エチレンプロピレンゴム（三井化学工業株式会社、商品名：三井ＥＰＴ）と、炭化ケイ素粉末（昭和電工株式会社製、商品名：グリーンデンシック）とを、加圧ニーダーあるいはオープンロールにより混練を行い、その後オープンロールにて分散性を高めつつ、所定寸法にシーティングする。

（１．２）接着剤塗布
接着剤処理を行う工程としては、所定の形状に切られたＳＵＳ板（好ましくは接着性向上のため酸処理により表面を荒らしたもの）にフェノール系接着剤（好ましくはノボラック型）をスプレーあるいはディッピングにて塗布した後、室温下０．５〜５ｍｉｎ乾燥後、１５０℃〜２００℃で５〜１５ｍｉｎ焼付け処理を行う。次に一層目の処理を行った金属板の接着層上にプライマー（シランカップリング剤）を塗布し、一層目同様に焼付け処理を行う。２層目での処理温度としては１３０℃〜１８０℃が好ましい。以上の方法により芯金へ２コートの接着剤塗布を行う。

（１．３）成形
シーティングされたゴム生地を芯金より若干小さく切断し、接着剤処理を行った金属板上にのせる。それを金型に投入し１７０℃〜１９０℃で３ｍｉｎ〜７ｍｉｎプレスにて一体成形（加硫）させる。

以上（１．１）〜（１．３）の手順により、ＳＵＳ製の電波反射層と炭化ケイ素粉末含有エチレンプロピレンゴム製の電波吸収層とを積層してなる電波吸収体を得た。
（２）電波吸収性能の測定
上記電波吸収体の電波吸収性能を調べるため、炭化ケイ素粉末の平均粒子径と、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率と、電波吸収層の厚さとを変更して、複数の試料を作成し、各試料の電波吸収性能を測定した。

電波吸収性能の測定は、ＨＶＳテクノロジーズ社(HVS Technologies, Inc.)製のフリー・スペース・マイクロ波測定システム(HVS Free Space Microwave Measurement System)を利用して、７５〜７７ＧＨｚの電波を試料に入射させ、その反射減衰量を測定した。

電波吸収体の評価は、吸収性能を表す反射減衰量を基準にして行った。具体的には、減衰量が、２０ｄＢ以上を「◎」、１０ｄＢ以上を「○」、５ｄＢ以上を「△」、５ｄＢ未満を「×」とした。

測定結果および評価結果を、下記表１，および表２に示す。

以上の評価結果において、評価が「◎」または「○」のいずれかになっている試料に着目すると、炭化ケイ素粉末の平均粒子径が４〜４０μｍとされ、且つ、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が１５〜４５体積％とされている場合、電波吸収層の厚さを０．３〜２．５ｍｍの範囲内において調整することにより、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚの周波数帯）で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さに調整できることがわかる。

また、これらの中から、評価が「◎」になっている試料のみを抽出すると、炭化ケイ素粉末の平均粒子径が４〜４０μｍとされ、且つ、電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が２６〜４５体積％とされている場合、電波吸収層の厚さを０．３〜１．２ｍｍの範囲内において調整することにより、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚ）で２０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さに調整できることがわかる。

このことから、評価が「◎」または「○」のいずれかになっている試料、特に評価が「◎」になっている試料については、７６ＧＨｚ帯（７５〜７７ＧＨｚ）の電波が入射した際に、その反射波を効果的に減衰させることができると考えられる。

したがって、高度道路情報システム（ＩＴＳ）における自動車レーダー（特定小電力）で用いられる７６ＧＨｚ帯用の電波吸収体としてきわめて有望であり、その厚さも０．３〜２．５ｍｍの範囲内となっているので、小型化された機器への組み込みも容易である。

また、電波吸収層を形成する電波吸収材料に含まれる炭化ケイ素粉末は、平均粒子径４〜４０μｍ程度の研磨剤としても用いられるものなので、限られた特殊な用途にしか用いられない炭化ケイ素繊維などに比べると、比較的入手しやすく安価である。したがって、電波吸収体を工業的に生産する上で材料の調達が容易になり、コスト的にも有利なものとなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。

Claims (5)

1. 金属体の表面に電波吸収層を積層した構造とされた電波吸収体であって、
   前記電波吸収層が、炭化ケイ素粉末をマトリクス樹脂中に分散させてなる電波吸収材料によって形成されており、
   前記炭化ケイ素粉末の平均粒子径が、４〜４０μｍとされ、
   前記電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が、１５〜４５体積％とされ、
   前記電波吸収層の厚さが、７５〜７７ＧＨｚの周波数帯で１０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされている
   ことを特徴とする電波吸収体。
2. 前記電波吸収材料の炭化ケイ素粉末含有率が、２６〜４５体積％とされ、
   前記電波吸収層の厚さが、７５〜７７ＧＨｚの周波数帯で２０ｄＢ以上の反射減衰量を示す厚さとされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
3. 前記マトリクス樹脂が、エチレンプロピレンゴムである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電波吸収体。
4. 前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層と接着剤からなる接着層と前記電波吸収層とを積層して一体成形した構造とされている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電波吸収体。
5. 請求項４に記載の電波吸収体の製造方法であって、
   前記電波吸収材料をシート状に成形することにより、前記電波吸収層を形成し、
   前記金属体である金属板または金属層を電波反射層として、該電波反射層の表面に接着剤を塗布して焼付け処理を行うことにより、前記接着層を形成し、
   該接着層を挟んで前記電波反射層、前記接着層、および前記電波吸収層を積層し、加熱および加圧することによって、これら複数の層を一体成形する
   ことを特徴とする電波吸収体の製造方法。