JP2009059726A

JP2009059726A - 電波吸収体

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Publication number: JP2009059726A
Application number: JP2007223076A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kurihara; 弘栗原; Koji Takizawa; 幸治滝沢
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: JP5218727B2

Abstract

【課題】周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性を保ちつつ、より薄型の電波吸収体を提供する。
【解決手段】電波吸収体は、鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する。前記鉄粉の粒子径はd50の値で4μm以下である。また、前記電波吸収材に占める前記鉄粉の体積比率は45％以上である。さらに、鉄粉をマトリックスに混合することにより、少なくとも電波吸収の対象となる周波数範囲において前記電波吸収層の複素比誘電率の実部を13.5以上とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体に関する。

平板状の電波吸収体においては、特定の周波数または周波数範囲において良好な電波吸収特性となるように電波吸収体が設計されている。良好な電波吸収特性の基準としては、一般に、20dB以上とされる場合が多い。広帯域通信に用いられる電波やレーダー波の反射を抑制する目的で用いられる電波吸収体の中には、周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性となるように設計されているものがある。このような用途では、10dB以上の電波吸収特性を有していれば十分な場合もある。ある程度の柔軟性を有する電波吸収体として、ゴムやプラスチックなどのマトリックスに電波吸収素材を混合した電波吸収体が知られている。また、電波吸収素材として特定のフェライトの粉体を混合した電波吸収体は、周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性を有することが知られている。

下記特許文献１は、8〜12GHzの周波数では広帯域化および薄型化が実現でき、かつ12GHz以上の周波数でも使用できる電波吸収体の提供を目的とし（第２頁左欄第7〜10行）、Ｗ型ないしＹ型フェライト粉末とマトリックスとを含有する電波吸収材料と、反射板とを有する電波吸収体を開示している（第２頁左欄第14〜24行）。
特公平５−１６６７９号公報

特許文献１の図４には、試料４のＷ型フェライトを用いた電波吸収体として、周波数10GHz付近で電波吸収特性が最大となり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有することが示され、同文献第８欄第１８行には、その厚さが2.6mmであることが示されている。

また、同文献の図５には、試料５のＹ型フェライトを用いた電波吸収体として、周波数10〜11GHz付近で電波吸収特性が最大となり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有することが示され、同文献第９欄第２行には、その厚さが2.3mmであることが示されている。

さらに、同文献の図３には、試料１のNi-Znフェライトを用いた電波吸収体として、周波数9〜10GHz付近で電波吸収特性が最大となり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有することが示され、同文献第８欄第１行には、その厚さが3.0mmであることが示されている。

特許文献１に示された電波吸収体のように、ゴムやプラスチックなどのマトリックスに電波吸収素材として特定のフェライトの粉体を混合した電波吸収体は、周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性を有しているが、その電波吸収体の厚さは2mm以上であり、装着するためのスペースが不足する場合や装着によって対象物の本来の機能を損なう場合には装着できない場合ある。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性を保ちつつ、より薄型の電波吸収体を提供することにある。

本発明のある態様は、電波吸収体である。この電波吸収体は、
鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有し、前記電波吸収層の厚さが1mm以下であり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有することを特徴とする。

本発明の別の態様も、電波吸収体である。この電波吸収体は、
鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有し、前記鉄粉の粒子径がd50の値で4μm以下であることを特徴とする。

別の態様の電波吸収体において、前記電波吸収材に占める前記鉄粉の体積比率が45％以上であるとよい。

別の態様の電波吸収体において、少なくとも電波吸収の対象となる周波数範囲において前記電波吸収層の複素比誘電率の実部が13.5以上であってもよい。

本発明によれば、周波数8〜12GHzにおいて良好な電波吸収特性を保ちつつ、より薄型の電波吸収体を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電波吸収体は、鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる厚さ1mm以下の電波吸収層を有する。前記鉄粉の粒子径はd50の値で4μm以下である。また、前記電波吸収材に占める前記鉄粉の体積比率は45％以上である。さらに、鉄粉をマトリックスに混合することにより、少なくとも電波吸収の対象となる周波数範囲（8〜12GHz）において前記電波吸収層の複素比誘電率の実部を13.5以上とする。そして上記周波数範囲において10dB以上の電波吸収特性を実現する。

鉄粉は、カルボニル鉄粉とも称される。鉄粉は、不純物を取り除き、鉄の純度を高めるべく、還元処理を施した鉄粉であってもよい。この場合、鉄粉の硬度が軟化するためソフトタイプなどと称される。また、鉄粉は、還元処理を施さない鉄粉であってもよい。この場合、鉄粉の硬度が軟化しないためハードタイプなどと称される。

マトリックスは、ゴム、樹脂、無機バインダー、無機・有機ハイブリッドバインダーからなってよい。ゴムは、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、塩素化ポリエチレンゴムなどから選ばれた少なくとも１種を含むものであってよい。樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合）樹脂、AES（アクリロニトリル・エチレンプロピレン・スチレン共重合）樹脂、EVA（エチレン酢酸ビニル共重合）樹脂などから選ばれた少なくとも１種を含むものであってもよい。

また、マトリックスは未硬化樹脂であってもよく、この場合、電波吸収材は未硬化電波吸収材となる。未硬化樹脂としては、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂が挙げられる。熱硬化型樹脂としては、エポキシ系樹脂が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、エポキシ系樹脂が挙げられる。マトリックスが未硬化樹脂である場合には、硬化剤の添加や熱照射、紫外線照射によって、未硬化電波吸収材を硬化させて電波吸収体を製作する。この場合、未硬化電波吸収材を任意の形状にした後に電波吸収体を製作できるので、複雑な形状の電波吸収体を製作することも可能である。

さらに、鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材は、電波吸収塗料であってもよい。この場合、電波吸収材は、塗布後に硬化するものである。

電波吸収材は、さらに強化繊維を含有していてもよい。強化繊維は、誘電体からなるものが好ましく、ガラス繊維、樹脂繊維（ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（PBO）繊維）から選ばれた１種または２種以上であってもよい。電波吸収材は、強化繊維からなる布の片側または両面に電波吸収材料（鉄粉、マトリックスを含む）からなる層を設けたものであってもよい。強化繊維からなる布は、不織布や織布の布状であってもよい。また、強化繊維からなる布と電波吸収材料からなる層状の電波吸収材を複数重ね合わせて電波吸収層を構成してもよい。

前記電波吸収材を平板状あるいはシート状等の所定形状にした電波吸収層を有する電波吸収体は、電波反射体で裏打ちされたものであってもよい。電波反射体としては、金属板、金属メッシュ、金属被覆樹脂製クロス、カーボン繊維クロス、金属または金属酸化物被覆フィルム、金属または金属酸化物被覆ガラスなどが挙げられる。金属板としては、鉄板、アルミ板、銅板、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス板、チタン板などが挙げられる。金属メッシュは、織布状であっても、不織布状であってもよく、その材質は、鉄、銅、ステンレスなどであってもよい。カーボン繊維クロスは、織布状であっても、不織布状であってもよい。金属被覆樹脂製クロスは、織布状であっても、不織布状であってもよく、樹脂製クロスをなす樹脂繊維の表面にニッケル、銅、銀、金、パラジウムなどの金属薄膜を形成したものであってもよい。金属または金属酸化物被覆フィルムは、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂からなるフィルムの表面に、アルミ、金、銀、銅などの金属やITO（酸化インジウム錫）、酸化錫などの金属酸化物からなる薄膜を形成したものであってもよい。金属または金属酸化物被覆ガラスは、ガラスの表面に、アルミ、金、銀、銅などの金属やITO（酸化インジウム錫）、酸化錫などの金属酸化物からなる薄膜を形成したものであってもよい。

また、電波反射体は、金属被覆樹脂製クロスまたはカーボン繊維クロスに未硬化樹脂を含浸した未硬化樹脂含浸金属被覆樹脂製クロスまたは未硬化樹脂含浸カーボン繊維クロスであってもよく、マトリックスが未硬化樹脂からなる未硬化電波吸収材を用いて電波吸収体を製作する場合に好適に用いられる。この場合、未硬化樹脂含浸金属被覆樹脂製クロスまたは未硬化樹脂含浸カーボン繊維クロスの未硬化樹脂と、未硬化電波吸収材の未硬化樹脂は、同一であることが好ましい。なお、電波反射体の形状は、板状のものに限らず、円筒、角柱、球面、楕円球面やさらに複雑な形状のものであってもよい。

裏打ちは、接着層を介してなされてもよく、接着層は、接着剤や両面テープであってよい。また、裏打ちは、粘着層付金属箔テープを貼り付けることによってなされてもよい。
電波吸収体が電波反射体で裏打ちされない場合や、裏打ちが不完全な場合には、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の状態（図１参照）を考慮して電波吸収体を設計する必要がある。到来電波を遠方界として取り扱える場合には、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の電波透過方向の入力インピーダンス（図１参照）を用いて電波吸収体を設計すればよい。

以下、電波吸収特性の設計と、電波吸収体の実施例について説明する。ここでは、下記表１に示される鉄粉試料１〜６を用いる。

図２(a)〜(c)および図３(a)〜(c)は、順に表１に示される鉄粉試料１〜６をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を10〜60%の範囲で変化させ、電波吸収層の厚さを0〜2.5mmの範囲で変化させた場合の、周波数8〜12GHzにおける垂直入射時の電波吸収特性の下限値を計算した設計チャートである。ここで、電波吸収体は平板状であり、金属板（電波反射体）で裏打ちされているものである。

図４は、表１に示される鉄粉試料２をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体について、図２と同様に計算した設計チャートである。ここで、電波吸収体は平板状であり、厚さ0.16mmの接着層（両面テープ）を介して金属板（電波反射体）で裏打ちされているものである。

図２(a)〜(c)においては、厚さ1mm以下で、周波数8〜12GHzの全域において反射減衰量が10dB以上となる設計値（すなわち電波吸収材に占める鉄粉の体積比率および電波吸収層の厚さ）が存在することがわかる。一方、図３(a)〜(c)においては、厚さ1mm以下で、周波数8〜12GHzの全域において反射減衰量が10dB以上となる設計値が存在しないことがわかる。したがって、試料３のd50スペック値より、鉄粉の粒子径はd50の値で4μm以下であることが好ましいとわかる。

また、図２(a)〜(c)及び図４において、周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上となる設計値において、厚さ1mm以下となるための電波吸収材に占める鉄粉の体積比率は、図２(a)で48％以上、図２(b)で46%以上、図２(c)で47％以上、図４で45%以上であり、電波吸収材に占める鉄粉の体積比率が45％以上であることが好ましいことがわかる。なお、図２(a)においては、電波吸収材に占める鉄粉の体積比率が60％においても周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上となる設計値（電波吸収層の厚さは0.75mm）が存在するものの、体積比率が60％を超える部分では生産性を確保することは困難と推察される。

下記表２は、表１の試料１〜３について、電波吸収材に占める鉄粉の体積比率と電波吸収層の複素比誘電率の関係を示したものである。

表２より、周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上となる設計値において、電波吸収材に占める鉄粉の体積比率が45％（厚さ1mm以下となるための境界値）の場合には、電波吸収層の複素比誘電率の実部が13.8以上である。また、電波吸収材に占める鉄粉の体積比率40％（この場合、周波数8〜12GHzの全域において反射減衰量が10dB以上となる設計値の厚さは1.3〜1.4mm程度である）では、電波吸収層の複素比誘電率の実部が13.3以下であることがわかる。そのため、周波数8〜12GHzの全域において、反射減衰量が10dB以上となる設計値において、厚さ1mm以下となるためには、電波吸収層の複素比誘電率の実部が13.5以上であることが好ましいとわかる。

図５及び図６は、図２(a)〜(c)及び図４における、周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上かつ電波吸収層の厚さが1mm以下となる設計値において、実施例１〜５として、垂直入射時の電波吸収特性の計算値を示した周波数特性図である。

実施例１は、表１の鉄粉試料１をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる平板状の電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を51%とし、電波吸収層の厚さを1mmとし、金属板（電波反射体）で裏打したものである。

実施例２は、表１の鉄粉試料２をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる平板状の電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を47%とし、電波吸収層の厚さを1mmとし、金属板（電波反射体）で裏打したものである。

実施例３は、表１の鉄粉試料３をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる平板状の電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を49%とし、電波吸収層の厚さを1mmとし、金属板（電波反射体）で裏打したものである。

実施例４は、表１の鉄粉試料１をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる平板状の電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を57%とし、電波吸収層の厚さを0.8mmとし、金属板（電波反射体）で裏打したものである。

実施例５は、表１の鉄粉試料２をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる平板状の電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を45%とし、電波吸収層の厚さを1mmとし、厚さ0.16mmの接着層（両面テープ）を介して金属板（電波反射体）で裏打したものである。

図５及び図６より、実施例１〜５の電波吸収体は何れも、その電波吸収層の厚さが1mm以下であり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有した電波吸収体であることがわかる。

このように本実施の形態によれば、適切な粒子径の鉄粉をマトリックスに適当量混合することにより、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有し、かつ電波吸収層の厚さが1mm程度もしくはそれ以下の薄型の電波吸収体を実現することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施の形態に関し、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の電波透過方向の入力インピーダンスに配慮して設計する場合の説明図である。 (a)〜(c)は順に、表１に示される鉄粉試料１〜３をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体において、電波吸収材に占める鉄粉の体積混合比を10〜60%の範囲で変化させ、電波吸収層の厚さを0〜2.5mmの範囲で変化させた場合の、周波数8〜12GHzにおける垂直入射時の電波吸収特性の下限値を計算した設計チャートである。 (a)〜(c)は順に、表１に示される鉄粉試料４〜６をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体について、図２と同様に計算した設計チャートである。表１に示される鉄粉試料２をクロロプレンゴムからなるマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体について、図２と同様に計算した設計チャートである（ただし、電波吸収体は厚さ0.16mmの接着層を介して裏打ちされている）。図２(a)〜(c)における、周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上かつ電波吸収層の厚さが1mm以下となる設計値において、実施例１〜３として、垂直入射時の電波吸収特性の計算値を示した周波数特性図である。図２(a)及び図４における、周波数8〜12GHzの全域で反射減衰量が10dB以上かつ電波吸収層の厚さが1mm以下となる設計値において、実施例４〜５として、垂直入射時の電波吸収特性の計算値を示した周波数特性図である。

Claims

鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有し、前記電波吸収層の厚さが1mm以下であり、少なくとも周波数8〜12GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を有することを特徴とする電波吸収体。
鉄粉をマトリックスに混合した電波吸収材からなる電波吸収層を有し、前記鉄粉の粒子径がd50の値で4μm以下であることを特徴とする電波吸収体。
請求項２に記載の電波吸収体において、前記電波吸収材に占める前記鉄粉の体積比率が45％以上であることを特徴とする電波吸収体。
請求項２又は３に記載の電波吸収体において、少なくとも電波吸収の対象となる周波数範囲において前記電波吸収層の複素比誘電率の実部が13.5以上であることを特徴とする電波吸収体。