JP2021086865A - カーボン繊維含有電波吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、カーボン繊維の有する高周波側の良好な電波吸収性能を得つつ、低周波側の電波吸収特性の悪化を抑え、型による発泡での寸法収縮も抑えた電波吸収体の提供を課題とするものである。【解決手段】本発明は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、フェライトタイル型吸収体と、中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体と、を組み合わせて構成され、前記中実立体型ウレタン吸収体が、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維が立体的均一に分散されている構成を採用した。【選択図】図１

Description

本発明は、電波吸収体の技術に関し、詳しくは、フェライト焼結体にカーボン繊維を分散させた硬質ウレタンと組み合わせることにより、広い周波数帯域での電波吸収性能を付与させる技術に関するものである。

近年、携帯電話の普及が示すように、電波環境は悪化の一途をたどり、「電波洪水」とも呼ぶべき電波環境が身の回りで生じている。係る環境を改善するため、各種電波吸収体の必要性はますます高まってきているといえる。特に、最近では、電子機器のノイズを測定する為の電波暗室は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯までの広い周波数帯域で電波吸収性能を有することが要求されるようになった。

広い周波数帯域での電波吸収性能を付与させる方法として、従来より、フェライト焼結体と、ウレタンやシリコンにカーボン粒子を含有させた整合用電波吸収体を組み合わせるなどの方法が取られている。係る方法では、フェライト焼結体の効果でメガヘルツ帯の電波を吸収し、カーボン粒子を含有した電波吸収体の効果でギガヘルツ帯の電波を吸収するという方法がある。しかしながら、カーボン微粒子の含有量を増加させると、ギガヘルツ帯の吸収性能は高くなるが、その一方でメガヘルツ帯の吸収性能は悪くなる。これは、カーボン微粒子による表面反射の影響で、フェライト焼結体の吸収性能を打ち消してしまう為である。従って、メガヘルツ帯とギガヘルツ帯の電波吸収性能は、カーボン粒子濃度とトレードオフ関係にあり、広い周波数帯域で優れた電波吸収性能を持たせることは困難であった。

そこで、本発明者らは、この課題を解決するために、カーボン微粒子ではなく、カーボン繊維を用いることに着目した。カーボン繊維は、カーボン微粒子と比較すると少量でメガヘルツ帯の電波を吸収できる特徴を持つことが種々の実験の結果から判明したのである。しかしながら、これまでカーボン繊維が均一に分散された電波吸収体を得る有効な方法を見出すことができず、吸収性能にバラ付きが生じるといった問題を解決できずにいた。また、発泡基材とカーボン粒子とを一緒に発泡させると、型抜きの際に収縮が起きやすく寸法安定性に欠けるという問題も生じていた。

係る問題に鑑み、本発明者らは、鋭意検討の結果、硬質ウレタンの原料であるポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合させて発泡させることで、カーボン繊維が均一に分散された電波吸収体が得られることを見出し、ギガヘルツ帯に十分な吸収性能を付与させた場合においても、メガヘルツ吸収体の電波吸収性能を一定水準に維持することを可能とする本発明を完成させたものである。

なお、従来からも、より広範囲な周波数域の電波吸収体に関し、種々の技術提案がなされている。例えば、発明の名称を「電波吸収体」とする技術が開示されている（特許文献１参照）。具体的には、「好適な複素誘電率を有し、屋外においても適切に使用できる電波吸収体を提供すること。」を課題とし、解決手段として「発泡倍率が、１．５〜６．０倍であり、中に長さ０．５〜１０．０ｍｍであるカーボン繊維が、発泡後の単位体積あたり０．０００１〜０．０２ｇ／ｃｍ３で分散されており、空間との整合性を得るように、電波進行方向に横断面積が徐々に増大する部分を有する、発泡シリコンからなる発泡体を具備する。」という発明である。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、シリコンを発泡材として用いているために、明細書の段落番号「００１６」にも記載のある通り、発泡倍率を大きくすることができない（６倍以上では機械的強度が低下して電波吸収体として適さない）。従って、軽量な電波吸収体の提供を可能とする本発明とはその効果において大きく相違している。また、段落番号「００１７」にある通り、カーボン繊維の均一な分散が困難となる理由として、発泡倍率が低いためにカーボン繊維の分散が不十分になるものと考えられる。

また、発明の名称を「電波吸収体」とする技術が開示されている（特許文献２参照）。具体的には、「薄い厚さで、１００〜９００ＭＨｚ程度の周波数の電波を吸収することが可能な、軽量でかつ準不燃性の電波吸収体を提供する。」ことを課題とし、解決手段として、「フェノール樹脂発泡体中に炭素繊維が分散されている誘電体と該誘電体の一方の面に貼着される導電体とからなることを特徴とする。また、さらに、誘電体中の炭素繊維の含有率が０．５〜１０重量％であることを特徴とする。また、さらに、導電体が金属板であることを特徴とする。」とするものである。従って、フェノール発泡樹脂中にカーボン繊維が分散されている点で本発明と共通する。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、１００〜９００ＭＨｚというメガヘルツ帯の電波吸収体であって、薄い板状で軽量且つ準不燃性を得ることを目的とするものであり、本発明のようなメガヘルツ帯からギガヘルツ帯までの広範囲な周波数領域の電波吸収体を提供するという課題を解決するには至っていない。

また、発明の名称を「電波吸収体及びその製造方法」とする技術が開示されている（特許文献３参照）。具体的には、「軽量であってしかも燃焼しても有毒ガスを発生しない電波吸収体を提供する。」ことを課題とし、解決手段として「電波吸収体は、原料ゴムであるニトリルゴムに電波吸収材料である導電性カーボンブラックが混合されたゴム組成物によって多孔質構造が形成されている。ゴム組成物にはカーボン繊維、難燃性付与充填材、架橋剤、発泡剤などが混合されている。多孔質構造体は導電性カーボンブラックの構造を再構築させる加熱処理がされる。」というものである。従って、マトリクス中にカーボン繊維が分散されている点で本発明と共通する。しかしながら、特許文献３に記載の技術は、５．８ＧＨｚというＥＴＣの通信周波数に特化した電波吸収体であって、薄い板状で軽量且つ準不燃性を得ることを目的とするものであり、本発明のようなメガヘルツ帯からギガヘルツ帯までの広範囲な周波数領域の電波吸収体を提供するという課題を解決するものではない。また、未架橋のゴム組成物にカーボン繊維を混入し、架橋によって成形するため、分散に関しては均一性が得られないと考えられる。

特開平７−８６７８３号 特開平９−９２９９６号 特開２００６−７３７６０号

本発明は、中実の発泡硬質ウレタンとカーボン繊維の有する高周波側の良好な電波吸収性能を得つつ、フェライトタイル型吸収体における低周波側の電波吸収特性の悪化を抑え、型による発泡での均一な分散と、寸法収縮も抑えた電波吸収体の提供を課題とするものである。

本発明は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、フェライトタイル型吸収体と、中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体と、を組み合わせて構成され、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体が、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維が立体的均一に分散される構成を採用する。

また、本発明は、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体が、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維の他更に粉体の磁性材料を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維と粉体の磁性材料が立体的均一に分散される構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する形状の整合体を複数有する構成を採用することもできる。

また、本発明は、井桁形状のカーボン繊維被膜吸収体の隙間領域の一部または全部に前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を配置させた構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記カーボン繊維の長さが５ｍｍ〜７ｍｍであるカーボン繊維含有電波吸収体とすることもできる。

また、本発明は、電波の進行方向に垂直な平面を平行に有するメガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体で構成される中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層と誘電損失の無い発泡スチロール材で構成される発泡スチロール材の層とからなり、前記発泡スチロール材の層の形状に係合する形状となるように前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を発泡硬化させ、該発泡硬化する過程で前記発泡スチロールの層と一体化させた構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記発泡スチロール材の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に減少する形状を複数有し、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する整合体を複数有する構成を採用することもできる。

また、本発明は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体の製造方法であって、フェライトタイル型吸収体と、中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体と、を組み合わせて構成し、
前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維を立体的均一に分散させる構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維の他更に粉体の磁性材料を混合して発泡させる構成を採用することもできる。

また、本発明は、電波の進行方向に垂直な平面を平行に有するメガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体の製造方法であって、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体で構成される中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層と誘電損失の無い発泡スチロール材で構成される発泡スチロール材の層を成形する過程において、前記発泡スチロール材の層の形状に係合する形状となるように前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を発泡硬化させ、該発泡硬化する工程で前記発泡スチロールの層と一体化させる構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記カーボン繊維の長さが５ｍｍ〜７ｍｍを用いる構成のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法とすることもできる。

また、本発明は、前記カーボン繊維の含有率を調整することによって吸収する周波数帯域を変更する構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記発泡スチロール材の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に減少する形状を複数有するように成形し、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体で構成される前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する整合体を複数有して構成されるように成形する手段を採用することもできる。

また、本発明は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体の製造方法であって、フェライトタイル型吸収体と、中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体と、を組み合わせて構成し、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体を、ポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維を立体的均一に分散させる構成を採用することもできる。

また、本発明は、前記カーボン繊維の長さが５ｍｍ〜７ｍｍを用いる構成の製造方法とすることもできる。

前記カーボン繊維の含有率を調整することによって吸収する周波数帯域を変更する構成の製造方法とすることもできる。

前記発泡スチロール材の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に減少する形状を複数有するように成形し、前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する整合体を複数有して構成されるように成形する構成の製造方法とすることもできる。

本願発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体及びその製造方法によれば、カーボン繊維の有する高周波側の良好な電波吸収性能を得ながら、低周波側の電波吸収特性の悪化を抑え、型による発泡での寸法収縮も抑えた電波吸収体の提供を図れるという優れた効果を発揮するものである。

また、本願発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体によれば、その整合形状における内部構造が硬質ウレタンによる中実構造であることから、中空構造に比べて内部の電波吸収効果により、より優れた電波吸収特性を持たせることができるという優れた効果を発揮するものである。

また、本願発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体によれば、高誘電損失を生ずるカーボン繊維が三次元的で均一に分散され、嵩減等を生じないことから、従来技術で問題となっていた吸収性能にバラつきが生じるといった問題を解決できる。また、係る問題については、粉体の磁性材料をカーボン繊維と供に、基材となるポリオール、若しくはポリイソシアネートに一緒に染み込ませて発泡させる構成とした場合には、カーボン繊維がマトリクス的な役割を果たし、粉体の磁性材料の沈殿を抑え、電波吸収特性のバラつきを更に小さくすることが可能になるという優れた効果を発揮する。

本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体によれば、整合体が硬質発泡ウレタンであることから、軽量、高剛性、及び低コストでの製造が可能であるという優れた効果を発揮する。

また、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体において、カーボン繊維の長さを５ｍｍ〜７ｍｍとする構成を採用する場合には、一般に市販されているカーボン繊維を用いることが出来るため、入手の容易性やコストの問題が少ないという優れた効果を発揮する。

また、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体において、電波の進行方向に垂直な平面を平行に有し、中実立体型ウレタン吸収体の層と誘電損失の無い発泡スチロール材の層とからなる構成を採用した場合には、床や壁に使用する際、従来のような整合体による凹凸がなくなり、人が接触する部分を平面化できるという優れた効果を発揮するものである。

また、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体では、硬質発泡ウレタンを素材として用いていることから他の発泡材料にはない自己接着性という優れた特徴があるため、発泡スチロール材の層と中実立体型ウレタン吸収材の層との結合においても強い接着効果が得られるという優れた効果を発揮するものである。

本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体の基本構成を説明する基本構成説明図である。 従来フェライトタイル型吸収体と従来ウレタン型吸収体の反射減衰量を示す図である。 従来カーボン繊維被膜型吸収体の反射減衰量を示す図である。 従来ウレタン型吸収体と本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体の反射減衰量を示す図である。 本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体における整合体の形状の相違による反射減衰量の差を示す比較図である。 本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体に粉体の磁性材料を含有させた場合における反射減衰量を示す図である。 本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体において電波の進行方向に垂直な平面を平行に有する構成の実施例を示す実施例説明図である。

本発明は、硬質ウレタンの原料であるポリオールとポリイソシアネートにカーボン繊維を混合させて発泡させることで、カーボン繊維が均一に分散された整合形状の電波吸収体と、フェライト焼結体に組み合わせるとこで、広範囲で有効な電波吸収体としたことを最大の特徴とするものである。以下、図面に基づいて説明する。但し、係る図面に記載された形状や構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の創作として発揮する効果の得られる範囲内で変更可能である。

図１は、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体の基本構成を説明する基本構成説明図である。本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体１は、メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、フェライトタイル型吸収体１０と、中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体２０とを組み合わせて構成され、前記中実立体型ウレタン吸収体２０が、ポリオール２１とポリイソシアネート２２にカーボン繊維３０を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維３０が立体的均一に分散されていることを基本構成とするものである。特徴とするカーボン繊維含有電波吸収体（１）。

フェライトタイル型吸収体１０は、特にメガヘルツ帯域において電波吸収の良い吸収体であり、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に２価の酸化金属（ＮｉＯ、ＺｎＯなど)を混合し、千数百度の高温で焼結したフェライト焼結体から成る固体であって、タイル形状に加工して用いられる。フェライトタイル型の電波吸収体は、１９６０年代に研究開発されて以降、ＴＶ放送、各種無線および各種レーダーなどの通信分野、電気電子機器のノイズ対策やノイズ評価のＥＭＣ分野で実用化され、発展してきたもので、今日では電気電子機器のノイズ評価に用いられる電波暗室において欠かせない存在となっており、本発明においても、主としてメガヘルツ帯の電波吸収を目的として用いるものである。

中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体２０は、ＮＣＯ（イソシアネート）基を2個以上有するポリイソシアネートとＯＨ（ヒドロキシル）基を2個以上有するポリオールを、触媒（アミン化合物等）、発泡剤（水、炭化水素等）、整泡剤（シリコーンオイル）などと一緒に混合して、泡化反応と樹脂化反応を同時に行わせて得られる、均一なウレタン樹脂発泡体である。なお、軟質ウレタンでは発泡後、柔軟性が残るため形状の維持や寸法安定性の面で不利であり、原材料のコスト高となるという欠点がある。また、発泡ポリスチレンではビーズの隙間にカーボンのような材料が存在すると型から外した時に収縮が起きやすいという問題がある。

ポリオール２１は、ポリエーテルポリオール、およびポリエステルポリオールがあり、目標とするポリウレタンの性能に合わせて任意に組み合わせて使用されるものである。本発明では硬質発泡ウレタンとするために、ポリエステルポリオールを用いることとなる。係るポリエステルポリオールは、断熱性能や燃焼特性を改善する効果もある。

ポリイソシアネート２２は、ポリオール２１と反応してできるウレタン結合から中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体２０を成形するものである。なお、フォーム中のイソシアヌレート結合の比率を高くし、特定の触媒を用いることで、イソシアネートの三量化反応からイソシアヌレート環が生成され、このイソシアヌレート環はウレタン結合に比べて、結合の熱安定性が高く、このイソシアヌレート環を含む硬質ウレタンフォームは、高い難燃性を有することから、係る通常の硬質ウレタンフォームと比較して、一定の割合以上にイソシアヌレート環を含む「ポリイソシアヌレートフォーム」の整合体を電波暗室の壁や床材に用いることも有効である。

発泡倍率については、２５倍から３５倍の範囲内とすることが望ましく、より望ましくは３０倍とするとよい。その理由としては、強度及びコストの問題があるからである。１０倍から２０倍程度では重くなってしまい、１００倍では安全面を考慮すると使用しないほうが良いからである。また、倍率を高くすると大気圧に負けてしまうという問題もある。実験の結果、３５倍が限界であった。

次に、難燃剤については、下記の表１に難燃試験結果を示す。表１に示すように、難燃剤添加量が０％の場合は自己消火性が無く、１０秒ほど燃え続けるという結果となった。これに対し、難燃剤添加量を２．５％、５％、７．５％と増加すると２．５％では３秒ほどで消火し、５％及び７．５％ではすぐに消火した。従って、難燃剤は少なくとも５％以上添加することが望ましいといえる。係る実験は、１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの硬質ウレタンを使用してガスバーナーを用いて接炎を行ったものである。

カーボン繊維３０は、硬質発泡ウレタンである中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体２０に立体的均一に分散され、特にギガヘルツ帯の電波吸収を担うオーム損失を利用した電波吸収材である。繊維長については５ｍｍから７ｍｍの範囲が有効であり、更に望ましくは６ｍｍとすることがより有効である。係る繊維長については、４ｍｍ以下であると電波吸収特性が良くなく、７ｍｍを超えると均一な分散が困難となる。なお、カーボン繊維３０の含有量を増減させることにより、特に高周波のギガヘルツ帯の吸収特性が変わるため、カーボン繊維３０の含有率を調整することによって吸収する周波数帯域を変更することが可能である。

均一な混入については、種々の方法を試みたが、基材となるポリオール、若しくはポリイソシアネートにカーボン繊維３０を染み込ませて発泡させることにより分散させることが有効であった。なお、カーボン繊維３０が、混抄された紙をシュレッダーでチップ状に加工したものでは、体積に応じた最適な添加量で箱に詰めることにより、良好な電波吸収特性を得ることができた。しかしながら、時間の経過により、自重による嵩減が発生してしい電波吸収特性を維持できないことが確認できた。そこで、箱に充填した後の嵩減を防ぐため、前記チップにスプレー糊を塗布して箱に充填してみた。係る構成でも良好な電波吸収特性を確認できたが、やはり自重による嵩減が発生してしまった。

粉体の磁性材料３１は、カーボン繊維３０と供に、基材となるポリオール、若しくはポリイソシアネートに一緒に染み込ませて発泡させることにより分散させるものである。特に誘電材料のみでメガヘルツ帯の電波吸収特性を良くしようとすると、吸収体の背の高さを高くする必要があり、磁性材料を併用することで、背の高さはそのままで数ｄB性能の向上を図ることが可能となる（図６参照）。係る粉体の磁性材料３１をカーボン繊維３０と併せて分散させることにより、カーボン繊維３０がマトリックス的な役割を果たし、粉体の磁性材料３１についての分散性の向上にも寄与し、沈殿を抑えることで電波吸収特性のバラつきを小さくすることが可能となる。

図２から図４は、従来からの電波吸収体と、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体１又はカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法２により得られた電波吸収体による電波吸収特性を比較するものであり、縦軸の値がグラフの下側、すなわち電波吸収が大きいほど良好な特性といえる評価手法である。一般的に計測する全周波数帯域において変化の少ない電波吸収特性が望ましい。

図２は、従来フェライトタイル型と従来ウレタン型の反射減衰量を示す図である。図２（ａ）は従来フェライトタイル型のメガヘルツ帯における反射減衰特性を示し、図２（ｂ）は従来ウレタン型のギガヘルツ帯における反射減衰特性を示し、図２（ｃ）は従来フェライトタイル型の形状構成を示し、図２（ｄ）は従来ウレタン型のメガヘルツ帯における反射減衰特性を示し、図２（ｅ）は従来ウレタン型のギガヘルツ帯における反射減衰特性を示し、図２（ｆ）は従来ウレタン型の形状構成を示している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される通り、従来フェライトタイル型ではメガヘルツ帯の吸収特性が良いが、ギガヘルツ帯での吸収特性が悪く、広範囲な電波吸収特性が得られない。

また、図２（ｄ）及び図２（ｅ）に示される通り、従来ウレタン型ではフェライトタイル型と比較してメガヘルツ帯の吸収特性がやや低いが、ギガヘルツ帯での電波吸収特性は優れている。しかし、更にギガヘルツ帯での吸収特性を良くするために、カーボン濃度を高くしていくと矢印で示される方向に変化し、特にメガヘルツ帯での吸収特性が著しく悪化してしまう。

図３は、従来カーボン繊維被膜型の反射減衰量を示す図であり、図３（ａ）は、カーボン繊維被服型のメガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図３（ｂ）は、カーボン繊維被服型のギガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図３（ｃ）は、カーボン繊維被服型の構成を示し、図３（ｄ）は、カーボン繊維被服型に従来ウレタン型を組み合わせたメガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図３（ｅ）は、カーボン繊維被服型に従来ウレタン型を組み合わせたギガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図３（ｆ）は、カーボン繊維被服型に従来ウレタン型の整合体を組み合わせた構成を示している。

図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示す通り、カーボン繊維被膜型ではメガヘルツ帯では−２０ｄＢ以下と良好であるが、ギガヘルツ帯では高周波に向かって反射減衰量が低下し、高周波帯における電波吸収性能が急激に低下する。これに対し、図３（ｄ）及び図３（ｅ）に示すカーボン繊維被膜型に従来ウレタン型の吸収体を組み合わせる構成では、メガヘルツ帯では、−２０ｄＢ前後に平均的に推移し、また、ギガヘルツ帯においても−２０ｄＢから−４０ｄＢと安定している。但し、理想的な値としては、メガヘルツ帯も−２０ｄＢ以下にしたいところである。

図４は、従来ウレタン型と、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体における反射減衰量を比較するためのグラフであり、図４（ａ）は、カーボン繊維皮膜型に従来のウレタン型による整合体を組み合わせたメガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図４（ｂ）は、カーボン繊維皮膜型に従来のウレタン型による整合体を組み合わせたギガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図４（ｃ）は、カーボン繊維皮膜型に従来のウレタン型による整合体を組み合わせた立体構成を示し、図４（ｄ）は、カーボン繊維皮膜型に本発明に係るカーボン繊維を含有させた硬質発泡ウレタンによる直方型の整合体を組み合わせたメガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図４（ｅ）は、カーボン繊維皮膜型に本発明に係るカーボン繊維を含有させた硬質発泡ウレタンによる直方型の整合体を組み合わせたギガヘルツ帯における反射減衰量を示し、図４（ｆ）は、カーボン繊維皮膜型に、本発明に係るカーボン繊維を含有させた硬質発泡ウレタンによる直方型の整合体を組み合わせた立体構成を示している。なお、図４（ａ）は、図３（ｄ）と、図４（ｂ）は図３（ｅ）と、図４（ｃ）は図３（ｆ）と同内容である。これらは比較のために示したものである。

図４に示されるように、カーボン繊維皮膜型吸収体４０に従来のウレタン型を組み合わせた電波吸収体は、図４（ｂ）に示すようにギガヘルツ帯においては−２０ｄＢ以下と良好であるが、図４（ａ）に示すように、メガヘルツ帯では−２０ｄＢ以下とならない領域が発生している。これに対し本発明では、メガヘルツ帯とギガヘルツ帯の何れの周波数帯においても−２０以下となっていることから広範囲の電波吸収を実現していることが現れている。

図５は、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体における整合体の形状による性能差を示す比較図であり、図５中に示す三角印で繋いでいるデータは、整合体の形状が直方体である場合を示し、四角印で繋いでいるデータは角錐体による山加工が施された場合を示し、これらの相違による反射減衰量を表している。図５に示す通り、整合体の形状が相違すると電波吸収特性が変化することは従来からも知られているが、本発明の完成に至るまでには、図５に示すような一般的な直方体や山形のみならず、多種多様な形状に基づく実験を行っている。例えば、ウレタンシートとカーボン繊維混抄紙を重ね合わせて中実のサンドイッチ状にしたものや、カーボン含浸なしのウレタンシートとカーボン繊維混抄紙用を重ね合わせて、これを丸めることによって得られる円筒とするなどの形状では、良好な電波吸収特性を得ることができなかった。更に、カーボン繊維混抄紙をハニカム状に加工した形状についても実験を行ったが、電波吸収特性としては、良好な特性を得ることができたものの、量産性に課題を残す結果となった。

図６は、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体に、粉体の磁性材料を含有させた場合と、粉体の磁性材料を含まない他の構成との反射減衰量を比較するためのグラフである。三角印で繋いでいるデータは、フェライトタイル型吸収体１０における反射減衰量を示し、丸印で繋いでいるデータは、フェライトタイル型吸収体１０と本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体との組合せにおける反射減衰量を示し、四角印で繋いでいるデータは、フェライトタイル型吸収体１０と本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体に更に粉体の磁性材料３１とを組合せた場合における反射減衰量を示している。なお、組み合わせた整合体の形状及び高さは同じものである。図6に表されている通り、粉体の磁性材料３１を併用することで、数ｄBではあるものの、性能の向上が図られることが分かる。

図７は、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体において、電波の進行方向に垂直な平面５０を平行に有する構成の実施例を示す実施例説明図である。より具体的には、中実立体型ウレタン吸収体の層２３と誘電損失の無い発泡スチロール材の層２４とから成り、前記発泡スチロール材の層の形状に係合する形状となるように前記中実立体型ウレタン吸収体２０を発泡硬化させ、該発泡硬化する過程で前記発泡スチロールの層２４と一体化させた構成のカーボン繊維含有電波吸収体１及びその製造方法を説明する説明図である。図７（ａ）は誘電損失の無い発泡スチロール材の層２４を示し、図７（ｂ）は中実立体型ウレタン吸収体の層２３を示し、図７（ｃ）は中実立体型ウレタン吸収体の層２３と誘電損失の無い発泡スチロール材の層２４とが組み合わされた状態を示している。

図７に示す通り、中実立体型ウレタン吸収体の層２３と誘電損失の無い発泡スチロール材の層２４とを組み合わせ、電波の進行方向に垂直な平面５０を平行に有することにより、床や壁に突起状物を生じさせることなく電波吸収体を配置できる。また、本発明に係るカーボン繊維含有電波吸収体１では、整合体に硬質発泡ウレタンを素材として用いていることから、対象物表面に直接発泡することにより、対象物に強く接着するという、他の発泡材料にはない自己接着性という優れた特徴があるため、溶剤によって溶けやすい発泡スチロール材の層２４にも強固に結合可能であり、接着剤を使わなくともフェライトタイル型吸収体１０に強く接着させることができる。

従来の電波吸収体として用いられていた、フェライト焼結体と整合用電波吸収体を組み合わせる構成では、カーボン微粒子による表面反射の影響で、フェライト焼結体の吸収性能を打ち消してしまうトレードオフ関係を改善することが困難であった。本発明はこれを解決し、広い周波数帯域で優れた電波吸収性能を持たせることを可能にしたことから、電波暗室はもとより、ＥＴＣなどの電子機器への電波障害回避等に貢献するなど、産業上利用性は高いと思料されるものである。

１ メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体
１０ フェライトタイル型吸収体
２０ 中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体
２１ ポリオール
２２ ポリイソシアネート
２３ 中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層
２４ 発泡スチロール材の層
３０ カーボン繊維
３１ 粉体の磁性材料
４０ カーボン繊維皮膜型吸収体
５０ 平面

Claims (13)

1. メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、
   フェライトタイル型吸収体（１０）と、
   中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）と、
   を組み合わせて構成され、
   前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）が、ポリオール（２１）とポリイソシアネート（２２）にカーボン繊維（３０）を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維（３０）が立体的均一に分散されていることを特徴とするカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
2. 前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）が、ポリオール（２１）とポリイソシアネート（２２）にカーボン繊維（３０）の他更に粉体の磁性材料（３１）を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維（３０）と粉体の磁性材料（３１）が立体的均一に分散されていることを特徴とする請求項１に記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
3. 前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する形状の整合体（２５）を複数有して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
4. 井桁形状のカーボン繊維被膜吸収体（４０）の隙間領域の一部または全部に前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）を配置させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
5. 前記カーボン繊維（３０）の長さが５ｍｍ〜７ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
6. 電波の進行方向に垂直な平面（５０）を平行に有するメガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体であって、
   前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）で構成される中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層（２３）と誘電損失の無い発泡スチロール材で構成される発泡スチロール材の層（２４）とからなり、
   前記発泡スチロール材の層（２４）の形状に係合する形状となるように前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）を発泡硬化させ、該発泡硬化する過程で前記発泡スチロールの層（２４）と一体化させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
7. 前記発泡スチロール材の層（２４）が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に減少する形状を複数有し、
   前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層（２３）が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する整合体（２５）を複数有して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン繊維含有電波吸収体（１）。
8. メガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体の製造方法であって、
   フェライトタイル型吸収体（１０）と、
   中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）と、
   を組み合わせて構成し、
   前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）を、ポリオール（２１）とポリイソシアネート（２２）にカーボン繊維（３０）を混合して発泡させることで、前記カーボン繊維（３０）を立体的均一に分散させることを特徴とするカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
9. 前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）を、ポリオール（２１）とポリイソシアネート（２２）にカーボン繊維（３０）の他更に粉体の磁性材料（３１）を混合して発泡させることを特徴とする請求項８に記載のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
10. 電波の進行方向に垂直な平面（５０）を平行に有するメガヘルツ帯からギガヘルツ帯の電波吸収体の製造方法であって、
    前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）で構成される中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層（２３）と誘電損失の無い発泡スチロール材で構成される発泡スチロール材の層（２４）を成形する過程において、
    前記発泡スチロール材の層（２４）の形状に係合する形状となるように前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）を発泡硬化させ、該発泡硬化する工程で前記発泡スチロールの層（２４）と一体化させることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
11. 前記カーボン繊維（３０）の長さが５ｍｍ〜７ｍｍを用いることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか１つに記載のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
12. 前記カーボン繊維（３０）の含有率を調整することによって吸収する周波数帯域を変更することを特徴とする請求項８から請求項１１の何れか１つに記載のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
13. 前記発泡スチロール材の層（２４）が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に減少する形状を複数有するように成形し、
    前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体（２０）で構成される前記中実立体型発泡硬質ウレタン吸収体の層（２３）が、電波の進行方向に向かって垂直方向の断面の面積が徐々に増加する整合体を複数有して構成されるように成形することを特徴とする請求項１０に記載のカーボン繊維含有電波吸収体の製造方法（２）。
    
    
    

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