JP2006013126A - Ｅｔｃ用電波吸収シート - Google Patents

Abstract

【課題】 ５.８ＧＨＺに対応する狭域通信システムに使用する電波吸収シートであって、弾性バインダー中に電波吸収材として、電波入射角度に係らず電波吸収特性に優れた低コスト、軽量で薄肉化の工業的にきわめて好適であるＥＴＣ用電波吸収シートを提供すること。
【解決手段】 弾性バインダー中に膨張黒鉛粉である異方性黒鉛が均一分散した電波吸収層表面に、塩化ビニール系素材の耐久性カラーフィルムを施工したＥＴＣ用電波吸収シート。
【選択図】 なし

Description

本発明は、狭域通信の電波周波数５.８ＧＨＺ帯で機能するＥＴＣ（自動料金支払いシステム）誤作動防止用電波吸収シートに関し、さらに詳しくは耐久性、経済性及び軽量で施工性に優れる電波吸収シートに関する。

近年、５.８ＧＨＺ帯の電波を利用した狭域通信（ＤＳＲＣ）システムの用途開発が盛んに行われ、その応用例の一つとしてノンストップ自動料金支払いシステム（ＥＴＣ）が実用化され、料金所付近の渋滞が無くなりドライバーの快適な運転に貢献している。
今後、上記システムは、一般駐車場、ドライブスルー、ガソリンスタンド等の民生分野に応用拡大することが予想されるが、ＥＴＣを含むＤＳＲＣシステムは、送受信アンテナ間における多重乱波によるシステムの誤作動が大きな問題となっており、アンテナ精度改良が進む中、多重乱波を正確に吸収する電波吸収体の開発も盛んに行われている。

電波吸収体の性状は、使用される場所の多様化に伴い、パネルタイプ、シートタイプ、塗料タイプ等に大別できるが、現在の所ＥＴＣ通過ゲート付近に設置されるパネルタイプが一般的で、一部シートが使用されている。
現在使用されているＥＴＣ用パネル型電波吸収体は、軽量化を確保するため、特許文献１に示す様に、バインダーとしてウレタン樹脂を代表とする発泡型樹脂に、電波吸収材（黒鉛、磁性粉及び無機粉混合物）を混合し軽量化と電波吸収の両立を図っている。しかしパネル型電波吸収体は、体積が大きく施工効率を著しく低下させること及び湾曲部の施工が困難であることまた強靭なカバーにより内部を保護するため、コスト高になる等の問題を抱えている。
また、施工性を向上させるためシートタイプの電波吸収体も開発され一部使用されているが、コスト高の磁性粉をバインダーに対し８割以上含有させるため、重量が重く厚くなり、経済性及び施工性の面で完全なものではない。

特開２００２−３４８９８７号公報

本発明は、５.８ＧＨＺに対応する狭域通信システムに使用する電波吸収シートに関し、弾性バインダー中に電波吸収材として、軽量で且つ異方性を有する短繊維の複雑な絡み合いを有する膨張黒鉛を分散させた、表面層に耐久性のカラーフィルムを施した、電波入射角度に係らず電波吸収特性に優れた低コスト、軽量で薄肉化の電波吸収シートを提供するものである。

本発明は、次の発明に関する。
<１> 弾性バインダー中に異方性黒鉛が均一分散した電波吸収層表面に、耐久性カラーフィルムを施工したＥＴＣ用電波吸収シート。
<２> 異方性黒鉛が、膨張黒鉛粉である<１>記載のＥＴＣ用電波吸収シート。
<３> 膨張黒鉛粉が、膨張黒鉛シート粉砕粉である<２>記載のＥＴＣ用電波吸収シート。
<４> 耐久性カラーフィルムの素材が塩化ビニール系である<１>記載のＥＴＣ用電波吸収シート。

本発明の電波吸収シートは、５.８ＧＨＺ帯の電波吸収量が大きく、電波入射角度の変動に係らず安定した電波を吸収する軽量・薄型シートであり、工業的に極めて好適である。

本発明は、耐久性に優れ且つ電波（５.８ＧＨＺ）の入射角度に関係なく電波吸収量が大きく、低コスト及び軽量で肉薄の電波吸収シートを製造するものである。
上記に記した電波吸収シートを得るには、最適設計したバインダー及び膨張黒鉛粉を使用することと、表面層を耐久性カラーフィルムで被うことが重要となる。

また、本発明は、弾性バインダー中に、膨張黒鉛粉を均一に分散させることにより、適度に分散した膨張黒鉛粉が入射角度の異なる電波をそれぞれ吸収する機能分担を形成している。また上記電波吸収機構は、密度の高い磁性粉を使用した場合、磁性粉の沈降の問題から達成し得ない。

使用する膨張黒鉛粉に制限はないが、更にコストを重視するならば、原料黒鉛として天然黒鉛、人造黒鉛を使用することが好ましい。使用する黒鉛の粒径に制限はないが、要求特性を考慮し粒径の異なる黒鉛を混合して使用することもできる。また使用する膨張黒鉛粉の形態には制限はなく、得られた膨張黒鉛粉をそのまま使用しても良く、膨張黒鉛をシート状に加工し、それを粉砕した膨張黒鉛シート粉砕粉が使用できる。

なお、バインダー中に、膨張黒鉛粉を分散させる方法として、混錬、混合機を使用する場合、混合時の膨張黒鉛粉破壊による電波吸収量の変化を考慮すると、強度的に優れた膨張黒鉛シート粉砕粉を使用することが好ましい。

膨張黒鉛の製法に付いては特に制限はなく、例えば原料黒鉛を、酸性物質及び酸化剤を含む溶液中に浸漬して黒鉛層間化合物を生成させる工程及び前記黒鉛層間化合物を加熱して黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張させて膨張黒鉛とする工程により製造することができる。これにより膨張した黒鉛が虫状形となり複雑に絡み合った形態となる。

膨張黒鉛の倍率は、特に制限はないが電波吸収特性を考慮すると、１００倍以上が好ましく、１００〜５００倍であることが更に好ましい。膨張倍率が１００倍未満及び５００倍以上の膨張黒鉛を使用すると、電波の吸収領域が変動し易くなる。

必要に応じて、上記膨張黒鉛を更に高い温度で熱処理し、膨張黒鉛中に含まれる不純物を除去して使用される。この膨張黒鉛粉を粉砕、分級することにより所望の膨張黒鉛を分別して使用することが好ましい。更に、膨張黒鉛粉の純度を上げて使用する場合は、高温処理などを行い使用される。

前記の原料としては特に制限はないが、天然黒鉛、キツシユ黒鉛、熱分解黒鉛等の高度に結晶が発達した黒鉛が好ましいものとして挙げられる。得られる特性と経済性のバランスを考慮すると天然黒鉛が好ましい。用いる天然黒鉛としては、特に制限はなく、Ｆ４８（日本黒鉛（株）製の商品名）、Ｈ―５０（中越黒鉛（株）製の商品名）等の市販品を用いることができる。これらは、鱗片状の粉末の形態で使用することが好ましい。

原料黒鉛の処理に用いられる酸性物質は、一般的に硫酸などの黒鉛の層間に進入して十分な膨張能力を有する酸性根（陰イオン）を発生することができるものが使用される。酸性物質の使用量については特に制限はなく、目的とする膨張倍率で決定され、例えば、黒鉛１００重量部に対して１００〜１０００重量部使用するのが好ましい。

また、酸性物質と共に用いられる酸化剤としては、過酸化水素、過塩素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム等の過酸化物、また硝酸などの酸化作用のある酸を用いることができ、良好な膨張黒鉛を得やすいという観点から過酸化水素が特に好ましい。酸化剤として過酸化水素を用いる場合、水溶液として用いることが好ましく、このとき、過酸化水素の濃度については特に制限はないが、２０〜４０重量％の範囲が好ましい。その使用量についても特に制限はないが、黒鉛１００重量部に対して過酸化水素として５〜６０重量部の範囲で配合することが好ましい。

酸性物質及び酸化剤は、水溶液の形態で使用することが好ましい。酸性物質としての硫酸は、適度の濃度で使用されるが、９５重量％以上の濃度のものが好ましく、濃硫酸を使用することが特に好ましい。

上記に示す方法で得られた酸処理黒鉛を更に、大量の水で洗浄し余分な酸性物質を除去し、乾燥して水分を除き膨張黒鉛の原料である酸処理黒鉛が得られ、次いで酸処理黒鉛を、１０００℃以上の温度で加熱し膨張黒鉛が得られる。

上記で得られる膨張黒鉛も本発明の電波吸収材として使用可能であるが、弾性バインダーの混合性、混合時の黒鉛の破壊などを考慮すると、膨張黒鉛を一度シート（高密度）化して、粉砕したものを使用するのが好ましい。膨張黒鉛をシート化する方法に特に制限はないが、一般的には上記で得た膨張黒鉛を、プレス、ロール等で圧力を加えてシート化することが好ましい。膨張黒鉛をシート化したときのシートの厚さ及び嵩密度については特に制限はないが、厚さが０.５〜１.５ｍｍの範囲及び嵩密度が０.２〜１.７ｇ/ｃｍ³の範囲のものが好ましい。厚さが０.５ｍｍ未満であると粉砕工程での作業低下（ハンドリング中にシートが脆く崩れる）を招く傾向があり、１.５ｍｍを超えると粉砕が難しい傾向がある。

また、嵩密度が０.２ｇ/ｃｍ³未満であると得られる電波吸収シートの電波吸収特性が低下する傾向があり、１.７ｇ/ｃｍ³を超えると電波吸収シートの柔軟性が低下する傾向がある。なお嵩密度の大きさは、加圧量、ロールギャップ等の調整により、調整することができる。また、膨張黒鉛シートの粉砕は、粗粉砕及び微粉砕により行うことが好ましく、この後、必要に応じて分級を行う。

前記、電波吸収材として機能する膨張黒鉛粉と併用して使用される弾性バインダーの種類に特に制限はなく、液状合成ゴム（固形ゴムを有機溶媒に溶解した物も含む）、変性高分子材料等が使用されるが、合成ゴムの使用の場合最適物性を得るためには、殆どの場合加硫が必要となる。加硫剤としては、硫黄及び硫黄変性物が使用され、その強烈な臭気から安全衛星面及び環境問題等の問題を抱えているのが現状である。

また、過酸化物による合成ゴムの物性向上も行なわれるが、発火し易い過酸化物の取り扱い及び保管に十分な注意が必要であり、作製時熟練した作業者に頼らざるを得ない。上記問題を考慮すると、本発明で使用する弾性バインダーとしては、安全で誰でも取り取り扱うことのできる変性高分子材料が好ましい。

前記した膨張黒鉛粉と弾性バインダーは、均一に混合されペースト状（電波吸収ペースト）に加工して、使用される。混合する方法に特に制限は無く、一般的なライカイ機や高粘度物質混合機が使用できる。また、混合時に巻き込んだ空気を排除できる装置を有した混合機を使用することは、特性の安定化、ロット間のバラツキを低減する上で好ましい。

混合作製されたペーストをシート状に加工する方法に特に制限はないが、電波反射材として機能する薄手の金属板上に、前記ペーストを均一に塗工し、熱処理により使用溶媒の除去と使用弾性バインダーの物性を向上させ、電波吸収シートを得ることは工業的に優れた方法と言える。

最終的な電波吸収シートの形態は、前記して得られたシート（片面は、電波反射用金属板）の、電波吸収層面に、耐候性に優れたカラーフィルム貼ることで完成する。前記フィルムを電波吸収層表面に貼って使用することは、吸収層の保護及び美観を含めた安全性に繋がり好ましい。

使用されるフィルムに特に制限はないが、耐候性を有し且つ電波吸収を妨げないフィルム構造と、接着剤（フィルムを電波吸収層と密着させる働き）から、構成されるフィルムを使用することが好ましい。

使用するカラーフィルムとしては、屋外タイプのファンタックＦＤフィルム（カンペファンタック（株）製、商品名：厚み０.０８ｍｍ）等の市販品から、例えば、道路公団殿ＥＴＣ指定色（マンセル値：１０Ｂ５/１０）を選択して使用できる。

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１
弾性バインダー（変性ポリアミドイミド樹脂）
ＳＮ−９０００ＣＳＥＮ（日立化成工業（株）製、商品名）、樹脂分４６％：使用溶媒；γ-ブチロラクトンを使用した。
電波吸収粉（膨張黒鉛粉）の製造
板厚が１.０ｍｍ及び嵩密度が１.０ｇ/ｃｍ³の膨張黒鉛シート（カーボフィットＨＧＰ−１０５）（日立化成工業（株）製、商品名）を粗粉砕及び微粉砕機で粉砕し、得られた粉砕粉を分級し、数平均粒径が１００μｍの膨張黒鉛シート粉砕粉を得た。
混合ペーストの製造
の弾性バインダー２００ｇと（２）で得た数平均粒径１００μｍの膨張黒鉛シート粉砕粉４５ｇ及びγ-ブチロラクトン４０ｇと少量の消泡剤を混合用乳鉢に計り取り、スプーンで軽く混ぜ合わせた。このものを更に自動混合機（ニットー工業（株）製、商品名ＡＮＭ２００ＷＥＳ型）を使用し、３０分間混合した。得られた混合ペーストを更に７０℃に加熱した真空乾燥機に入れ、２０分間減圧し混合時に巻き込んだ空気を除去し、電波吸収シート用混合ペーストを得た。

比較例１
実施例１（２）の使用黒鉛を、平均粒径１２μｍの天然黒鉛（日本黒鉛（株）製、商品名ＣＳＰ）に替えた以外は、実施例１と同じ配合及び方法で混合ペーストを作製した。

次に、厚さ０.１ｍｍ、縦及び横の寸法が３００ｍｍのアルミ板（反射板）を予め、減圧吸着型のスクリーン印刷用卓上ボード（ミノ社製）にセットし、ナイフコータ（塗工ギヤップ：２.３ｍｍ）を使用し、実施例１ペーストと比較例１ペーストを用い、それぞれアルミ板に均一に塗工した。得られた各アルミ板塗工ペーストを、１００℃に昇温した乾燥機に３０分間入れ更に１５０℃に昇温し、１時間熱処理を行った。
上記で得られたシートを冷却後、厚みを測定した結果、厚みは０.９９ｍｍであり、シートは大きな弾性を示した。更に得られたアルミ板シートを前記と同様に減圧ボードに固定させ、塗工ギャップを３.２９ｍｍにしたナイフコータを用い、同じペーストをそれぞれのシート面に重ね塗工した。このものを上記乾燥及び硬化条件で熱処理を行い、厚み約２ｍｍのアルミ板塗工弾性シートを得た（以下電波吸収シートと称する）。

上記で得られた、電波吸収シートとの吸収層表面に、マンセル値；１０Ｂ５/１０（水色）のファンタックＦＤフィルム（厚み：０.０８ｍｍ）（カンペファンタック（株）製、商品名）を貼り、フィルム上を、コットンを用い軽く全体を擦り、空気を逃がし電波吸収層にフィルムを密着させた。上記で得られた、フィルム塗工電波吸収シートを用い、５.８ＧＨＺの電波吸収量を測定した。
電波吸収量測定方法
測定機：キーコム株式会社製 電波吸収材料測定システム（レンズアンテナタイプフリースペース法）ホーンアンテナ：同軸導波管変換器付 WR159タイプ
測定波：円偏波
測定範囲：４５ＭＨＺ〜２０ＧＨＺ （ベクトルネットワークアナライザ）
測定周波数：５.８ＧＨＺ （リターンロス）

測定結果を表１に示した。

また、カラーフィルムを貼らない実施例１のシートの電波吸収量は、表１の結果と同等であった。

表１に示されるように、実施例１で得た電波吸収シートは、比較例１で得た電波吸収シートと比較し、周波数５.８ＧＨＺにおける電波吸収量が大きくまた、電波入射角度の変動に係らず優れていることが明らかである。

Claims (4)

1. 弾性バインダー中に異方性黒鉛が均一分散した電波吸収層表面に、耐久性カラーフィルムを施工したＥＴＣ用電波吸収シート。
2. 異方性黒鉛が、膨張黒鉛粉である請求項１記載のＥＴＣ用電波吸収シート。
3. 膨張黒鉛粉が、膨張黒鉛シート粉砕粉である請求項２記載のＥＴＣ用電波吸収シート。
4. 耐久性カラーフィルムの素材が塩化ビニール系である請求項１記載のＥＴＣ用電波吸収シート。