JP2020057950A - 周波数選択部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の形状の周波数選択部材を容易かつ精度よく形成する。【解決手段】周波数選択部材１０は、非導電性素材で形成された基材１６と、基材１６の表面に積層され導電性素材で形成された導電層１８とを備え、導電層１８は、周波数選択素子１４の形状に除去加工することにより周波数選択素子１４が形成されている。導電層１８は、例えば炭素繊維強化プラスチックで形成されている。導電層１８の表面に非導電性素材で形成された補強層２０を設けてもよい。【選択図】図５

Description

本発明は、周波数選択部材およびその製造方法に関する。

従来、表面上にＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ，周波数選択板）を配置することによって、透過周波数帯の選択性（選択透過または選択遮蔽）を具備した周波数選択部材が知られている。
下記特許文献１では、平面上に同形状の周波数選択板（周波数選択素子）を配置することによって特定の周波数帯に共鳴する性能を備えたアンテナが開示されている。
また、例えば下記特許文献２は、曲面形状を有する周波数選択部材に対応するため、曲面上への周波数選択素子の配列決定方法について検討している。

米国特許第６８３６２５８号明細書 特開２０１４−１５５１０２号公報

曲面形状に周波数選択素子（ＦＳＳパターン）を加工する際には、例えば以下のような方法が用いられている。
（方法１）薄い銅張積層板にパターンをエッチングして曲面形状に賦形する。
（方法２）曲面形状に導電性インク等で直接パターンを印刷する。
（方法３）曲面形状表面に直接パターンを切削加工して凹凸を設け、凹み部に導電性ペースト等を塗布する。

しかしながら、上記方法１〜３には、以下のような問題点がある。
（方法１）部材形状が二次曲面の場合には曲面形状に賦形するのが不可能である。
（方法２）曲面形状にパターンを直接印刷するのは、品質の安定性等に問題がある。
（方法３）切削加工後に導電性ペーストを塗布した後、更に不要箇所の導電性ペーストを除去するための作業が発生する。パターンの複雑さによっては、不要なペースト部を除去するために切削加工が必要な場合も考えられ、工程が煩雑になるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、任意の形状の周波数選択部材を容易かつ精度よく形成することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる周波数選択部材は、表面に周波数選択素子が配置された周波数選択部材であって、非導電性素材で形成された第１層と、前記第１層の表面に積層され導電性素材で形成された第２層と、を備え、前記第２層を前記周波数選択素子の形状に除去加工することにより前記周波数選択素子が形成されている、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる周波数選択部材は、前記第２層の表面に非導電性素材で形成された第３層を更に備える、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる周波数選択部材は、前記第２層は、炭素繊維強化プラスチックで形成されている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる周波数選択部材は、前記炭素繊維強化プラスチックは、繊維方向が互いに直交する層が少なくとも１対積層されて形成されている、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる周波数選択部材は、前記炭素繊維強化プラスチックは、等方的な短繊維を用いて形成されている、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、表面に周波数選択素子が配置された周波数選択部材の製造方法であって、非導電性素材で形成された第１層と、前記第１層の表面に積層され導電性素材で形成された第２層とを含む部材を形成する部材形成工程と、前記第２層を前記周波数選択素子の形状に除去加工することにより前記周波数選択素子を形成する除去加工工程と、を含んだことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記部材形成工程では、前記第２層の表面に第３層を更に積層する、ことを特徴とする。
請求項８の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記第２層は、炭素繊維強化プラスチックで形成されている、ことを特徴とする。
請求項９の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記炭素繊維強化プラスチックは、繊維方向が互いに直交する層が少なくとも１対積層されて形成されている、ことを特徴とする。
請求項１０の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記炭素繊維強化プラスチックは、等方的な短繊維を用いて形成されている、ことを特徴とする。

請求項１および６の発明によれば、導電性素材で形成された第２層を周波数選択素子の形状に除去加工することにより周波数選択素子を形成するので、従来技術のようなエッチングや印刷、切削加工後に導電性ペーストを塗布する等の方法で周波数素子を形成するのと比較して、工数を低減できるとともに、安定した品質の周波数素子を形成することができ、特に曲面形状に周波数選択素子を形成する場合に有利である。
請求項２および７の発明によれば、第２層の表面に第３層を更に積層するので、除去加工時に周波数素子が変形したり、欠けたりするのを防止する上で有利となる。
請求項３および８の発明によれば、第２層が炭素繊維強化プラスチックで形成されているので、成形を容易に行うことができるとともに、除去加工に耐えうる強度を持たせる上で有利となる。
請求項４および９の発明によれば、繊維方向が互いに直交する層を少なくとも１対積層して炭素繊維強化プラスチックを形成しているので、導電層全体として導電率を方向によらず均一とすることができる。
請求項５および１０の発明によれば、炭素繊維強化プラスチックが等方的な短繊維を用いて形成されているので、導電層全体として導電率を方向によらず均一とすることができる。

実施の形態にかかる周波数選択部材１０の構成を示す図である。 周波数選択部材１０の断面図である。 周波数選択部材１０の他の構成を示す図である。 周波数選択部材１０の製造工程を示す説明図である。 炭素繊維強化プラスチックの積層例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる周波数選択部材およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる周波数選択部材１０の構成を示す図である。
図１では、図示の便宜上、周波数選択部材１０を平板状としているが、周波数選択部材１０を任意の曲面形状（例えば航空機のレドームのような略円錐形状など）に形成してもよい。
周波数選択部材１０は、基板１２の表面に周波数選択素子１４が配置されている。
周波数選択素子１４は、周波数選択部材１０に要求される周波数特性に基づいて、形状や配列周期等が設計されている。図１の例では、周波数選択素子１４をクロスダイポール型としているが、リング型や正方形型など、従来公知の様々な形状を適用可能である。

図２は、周波数選択部材１０の断面図（図１に示すＡ−Ａ断面図）である。
周波数選択部材１０は、基材１６および導電層１８を備える。なお、図２では各層の厚みを均一に図示しているが、実際には各層への強度要求などに合わせて各層の厚みは適宜調整されている。
基材１６は、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ：Ａｒａｍｉｄ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の非導電性素材で形成され、誘電体層として機能する。

導電層１８は、基材１６の表面に積層され、導電性素材で形成されている。
本実施の形態では、導電層１８は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）で形成されている。炭素繊維強化プラスチックは、炭素（カーボン）を含んでいるため導電性を有する。
導電層１８を炭素繊維強化プラスチックで形成することによって、後述する除去加工に耐えうる強度を持たせることができる。
また、導電層１８として、炭素繊維強化プラスチックの他、例えばステンレスメッシュ、表面にメッキしたガラス繊維や有機繊維などを用いてもよい。

ここで、導電層１８は、周波数選択素子１４の形状に除去加工されており、その部分（開口１９）に基材１６が露出している。これにより、基板１２上に周波数選択素子１４のパターンが配置されることになる。
すなわち、図１および図２に示す周波数選択部材１０は、非導電性素材で形成された第１層である基材１６と、基材１６（第１層）の表面に積層され導電性素材で形成された第２層である導電層１８と、を備え、導電層１８（第２層）は、周波数選択素子１４の形状に除去加工され、基材１６（第１層）を露出させることにより周波数選択素子１４が形成されている。
このようにすることによって、部材上における周波数選択素子１４の形成を容易に行うことができる。

なお、図１および図２に示す周波数選択部材１０は、基材１６および導電層１８の２層構造としているが、例えば図３に示すような３層構造としてもよい。
図３に示す周波数選択部材１０では、導電層１８の表面に補強層２０が積層されている。
補強層２０は、周波数選択素子１４の形成のための加工時に周波数選択素子１４のパターンが変形したり、加工機械の刃物等の力に負けてパターンがなくなってしまうのを防止するために設けられている。
補強層２０は、基材１６と同様に、例えばガラス繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック等の非導電性素材で形成され、誘電体層として機能する。補強層２０と基材１６とは、同一の素材で形成されていてもよいし、異なる素材で形成されていてもよい。

また、導電層１８に炭素繊維強化プラスチックを用いた場合、その繊維方向により導電率に方向依存性が生じる。
このため、例えば図５に示すように、繊維方向が互いに直交する層を少なくとも１対積層させて炭素繊維強化プラスチック層（導電層１８）を形成し、導電率を方向によらず均一にするようにしてもよい。図５の例では、紙面縦方向に繊維方向が伸びる第１の炭素繊維強化プラスチック層１８Ａに、紙面横方向に繊維方向が伸びる第２の炭素繊維強化プラスチック層１８Ｂを積層することにより炭素繊維強化プラスチック層（導電層１８）を形成している。なお、第１の炭素繊維強化プラスチック層１８Ａと第２の炭素繊維強化プラスチック層１８Ｂとの組を更に複数積層して炭素繊維強化プラスチック層（導電層１８）を形成してもよい。
また、炭素繊維強化プラスチック層（導電層１８）を、等方的な短繊維を用いて形成し、導電率を方向によらず均一にするようにしてもよい。

図４は、周波数選択部材１０の製造工程を示す説明図である。
まず、図４Ａに示すように、基材１６を任意の形状（例えば航空機のレドームのような曲面形状）に成形する。なお、図４では図示の便宜上、基材１６を平板状としている。
つぎに、図４Ｂに示すように、基材１６の表面に導電層１８を積層し、周波数選択部材１０の基板１２を形成する。また、必要に応じて導電層１８の表面に補強層２０を積層する。なお、基材１６、導電層１８、補強層２０を積層した状態で任意の形状に一体成型することにより、基板１２を形成してもよい。
また、基材１６に代えて導電層１８（炭素繊維強化プラスチック）を任意の形状に成形し、その背面（裏面）側に補強層２０を積層することにより、基板１２を形成してもよい。
ここまでが、請求項における部材形成工程となる。

つづいて、図４Ｃに示すように、補強層２０および導電層１８を周波数選択素子１４の形状に除去加工する。
図４Ｃの例ではエンドミル３０を用いた切削加工により、補強層２０および導電層１８を除去している。除去加工の方法として、切削加工の他、例えばレーザー加工、ウォータージェット加工などを行ってもよい。
除去加工により、図４Ｄに示すように開口１９が形成され、この部分に基材１６が露出する。これにより、基板１２に周波数選択素子１４のパターンが形成される。
ここまでが、除去加工工程となる。基板１２に所望の数のパターンが形成するまで除去加工工程を繰り返す。

以上説明したように、実施の形態にかかる周波数選択部材１０によれば、導電性素材で形成された導電層１８を周波数選択素子１４の形状に除去加工することにより周波数選択素子１４を形成するので、従来技術のようなエッチングや印刷、切削加工後に導電性ペーストを塗布する等の方法で周波数素子を形成するのと比較して、工数を低減できるとともに、安定した品質の周波数素子を形成することができ、特に曲面形状に周波数選択素子を形成する場合に有利である。

１０ 周波数選択部材
１２ 基板
１４ 周波数選択素子
１６ 基材
１８ 導電層
１９ 開口
２０ 補強層

Claims (10)

1. 表面に周波数選択素子が配置された周波数選択部材であって、
   非導電性素材で形成された第１層と、
   前記第１層の表面に積層され導電性素材で形成された第２層と、を備え、
   前記第２層を前記周波数選択素子の形状に除去加工することにより前記周波数選択素子が形成されている、
   ことを特徴とする周波数選択部材。
2. 前記第２層の表面に非導電性素材で形成された第３層を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数選択部材。
3. 前記第２層は、炭素繊維強化プラスチックで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の周波数選択部材。
4. 前記炭素繊維強化プラスチックは、繊維方向が互いに直交する層が少なくとも１対積層されて形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の周波数選択部材。
5. 前記炭素繊維強化プラスチックは、等方的な短繊維を用いて形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の周波数選択部材。
6. 表面に周波数選択素子が配置された周波数選択部材の製造方法であって、
   非導電性素材で形成された第１層と、前記第１層の表面に積層され導電性素材で形成された第２層とを含む部材を形成する部材形成工程と、
   前記第２層を前記周波数選択素子の形状に除去加工することにより前記周波数選択素子を形成する除去加工工程と、
   を含んだことを特徴とする周波数選択部材の製造方法。
7. 前記部材形成工程では、前記第２層の表面に第３層を更に積層する、
   ことを特徴とする請求項６記載の周波数選択部材の製造方法。
8. 前記第２層は、炭素繊維強化プラスチックで形成されている、
   ことを特徴とする請求項６または７記載の周波数選択部材の製造方法。
9. 前記炭素繊維強化プラスチックは、繊維方向が互いに直交する層が少なくとも１対積層されて形成されている、
   ことを特徴とする請求項８記載の周波数選択部材の製造方法。
10. 前記炭素繊維強化プラスチックは、等方的な短繊維を用いて形成されている、
    ことを特徴とする請求項８記載の周波数選択部材の製造方法。

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