JP2021111730A - 電磁波選択材、自動車用レーダシステムおよびストレージシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信は可能な電磁波選択材、自動車用レーダシステムおよびストレージシステムを提供する。【解決手段】本発明に係る電磁波選択材１は、電磁波により信号を伝達または計測を実施するシステムに用いられる電磁波選択材１であり、誘電体で形成された誘電体材２と、電界の上昇に対して抵抗値が非線形に低下して特性が誘電性から導電性に変わる非線形導電材３と、を有し、前記誘電体材２の上に前記非線形導電材３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波の選択的透過・反射を可能とする電磁波選択材およびこれを用いた自動車用レーダシステムならびにストレージシステムに関する。

近年、電磁波を選択的に透過・反射させるために、表面に周期的な導体パターンを貼り付けた誘電体材料が提供されている。この誘電体材料は、表面の導体パターンと共鳴する電磁波のみを透過または反射させる特性を持っている。多くの場合、前記で用いる導体には金属、特に電気伝導性の高い銅やアルミニウムが使われる。これらの電気伝導性の高い金属は、通常はオームの法則にほぼ従い、電圧−電流特性は線形となる。なお、これらの電気伝導性の高い金属は、極端に電流が多くなるとジュール熱による発熱のために抵抗が高くなり、ゆるやかな非線形導電性が現れるが、通常の使用範囲内ではそのようなことは起きない。また、電気伝導性の高い金属の抵抗が下がる理由もいわゆる非線形導電材とは異なる。

他方、特許文献１には、非線形電流電圧特性を有する組成物が記載されている。具体的に、この特許文献１には、ポリマー材料と、仮焼されたチタン酸カルシウム銅フィラー材料（ＣＣＴ粒子）と、を含み、可逆的な非線形電流電圧特性を有する組成物が記載されている。特許文献１には、ＣＣＴ粒子を含むことによって非線形電流電圧特性が与えられると記載されている。

特表２０１３−５４３２５３号公報

近年、自動車等の自動運転化技術が進展しつつあり、被害軽減ブレーキシステムや前車追従クルーズコントロールシステムなどが実現されている。これらのシステムではレーダ技術とカメラ技術を用いて、前車や障害物などを探知している。レーダ技術では電磁波を用いて探知効果を発揮しているが、自動車においてはインバータや電子制御ユニットなどから放射される電磁ノイズの強度が高まる傾向にあり、また車載電子機器から放射される電磁ノイズも多い。また、電磁波を使った通信が一般化するにつれて外界からの電磁波侵入も起こる。このようなノイズはレーダなどに対してノイズ源として働き、動作に支障をきたすことがある。また、さらに強い電磁ノイズを発生するものとして落雷、太陽フレア、高強度電磁波パルスなどがある。このような事態に対しても電磁波を用いた探知システムが正常に動作し、なおかつ内部の電子回路は保護される必要がある。また、このような事態になった場合であっても、機器間やネットを介して必要な通信が可能であることが望まれている。これらの電磁ノイズに対する諸問題は自動車に限らず、近年普及が進んでいるクラウド型サーバセンタや様々な情報インフラ拠点においても同様に存在する。

特許文献１には、電磁波を選択的に透過・反射させることやそのための構成について何ら開示されておらず、前記した電磁ノイズに対する諸問題を解決することはできなかった。

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信は可能な電磁波選択材、自動車用レーダシステムおよびストレージシステムを提供することを課題とする。

前記課題を解決した本発明に係る電磁波選択材は、電磁波により信号を伝達または計測を実施するシステムに用いられる電磁波選択材であり、誘電体で形成された誘電体材と、電界の上昇に対して抵抗値が非線形に低下して特性が誘電性から導電性に変わる非線形導電材と、を有し、前記誘電体材の上に前記非線形導電材が形成されている。

本発明によれば、電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信は可能な電磁波選択材、自動車用レーダシステムおよびストレージシステムを提供できる。
前述した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施形態に係る電磁波選択材の構成を示す斜視図である。 第１実施形態で用いることのできる非線形導電材の一例として酸化亜鉛を用いた場合の電界値と抵抗値との関係を示したグラフである。同図中、横軸が電界値であり、縦軸が抵抗値である。なお、同図においては、電界値および抵抗値を単位法で示している（単位はいずれも［ｐ．ｕ．］）。 第１実施形態に係る多セルの電磁波選択材の一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る多セルの電磁波選択材に電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。同図中、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は反射量［ｄＢ］を示す。 第２実施形態に係る電磁波選択材に電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。同図中、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は反射量［ｄＢ］を示す。 第５実施形態に係る電磁波選択材の構成を示す平面図である。同図では、単一のセルの電磁波選択材を示している。 第５実施形態に係る多セルの電磁波選択材に電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。同図中、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は反射量［ｄＢ］を示す。 第６実施形態に係る自動車用レーダシステムを説明する説明図である。 第７実施形態に係るストレージシステムを説明する説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張や変形、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。なお、以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明はこれらの説明に限定されるものではない。本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
また、本明細書において、「上」、「下」などは構成要素間の相対的な位置を示すものであって、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る電磁波選択材１の構成を示す斜視図である。図２は、第１実施形態で用いることのできる非線形導電材３の一例として酸化亜鉛を用いた場合の電界値と抵抗値との関係を示したグラフである。図３は、第１実施形態に係る多セル５の電磁波選択材１の一例を示す斜視図である。図４は、第１実施形態に係る多セル５の電磁波選択材１に電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係る電磁波選択材１は、誘電体材２の上に非線形導電材３を形成したものである。
この電磁波選択材１は、電磁波により信号を伝達または計測を実施するシステムに好適に用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、電磁波により信号を伝達または計測を実施するレーダセンサを備えた自動車用レーダシステムや信号の送受信を電磁波によりまたは電磁波と有線とを併用して実施するストレージを備えたストレージシステムなどが挙げられるが、これらに限定されない。

誘電体材２は、非線形導電材３が形成されるベース材となるものである。誘電体材２は、誘電体で形成されている。すなわち、誘電体材２は、電界内におくと誘電分極が生じて両側の表面に正負の電荷が現れるが、直流電流をほとんど流さない性質を有する。誘電体材２は、このような性質を有する材料を用いて任意の形状に形成されたものを用いることができる。誘電体材２の形状は特に限定されるものではないが、矩形の平板とすることが挙げられる。

誘電体材２を形成する前記性質を有する材料としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂を用いることができるが、これに限定されず、紙、布、ガラス、陶磁器、雲母、石綿、エボナイト、ゴム、パラフィン、油、ワニスなどを用いることもできる。なお、合成樹脂は常温硬化型樹脂や熱可塑性樹脂などを用いることもできる。また、油、ワニスなどは、紙や布に含ませたり、合成樹脂で形成した容器内に収容したりするとよい。

誘電体材２をゴムや合成樹脂などで形成する場合、当該誘電体材２の組成中に無機フィラーを含有させてもよい。無機フィラーとしては、例えば、ガラス繊維、炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウム、マイカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、カオリンクレーなどが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、誘電体材２は、例えば、使用周波数が２０ＧＨｚである場合の比誘電率が４．５程度であるものなどを用いることができる。

非線形導電材３は、図２に示すように、電界の上昇に対して（電気）抵抗値が非線形に低下して特性が誘電性から導電性に変わる導電材である。すなわち、非線形導電材３は、電界が低いと抵抗値が高く、誘電性（絶縁性）を有するが、電界が上昇すると抵抗値が非線形に低下し（つまり、導電率が非線形に向上し）、導電性を有するようになる。図２では、電界値が５［ｐ．ｕ．］以上になると抵抗値が１０^２［ｐ．ｕ．］から急激に低下し、導電性を有するようになる様子が図示されている。ここで、電磁波は、電界と磁界の２成分からなる波であり、電場と磁場が互いに垂直にかつ交互に振動しながら空間を伝播していく。電磁波は、電場の変動が磁場を誘起し、磁場の変動が電場を誘起して互いに誘起し合いながら伝播していく。本実施形態に係る電磁波選択材１は、電界が上昇して非線形導電材３が導電性を有するようになると、電磁波の電界および磁界と、非線形導電材３中の電子の持つ電荷や磁気モーメントとを相互作用させることができるようになる。本実施形態に係る電磁波選択材１はこのようにして入射電磁波のエネルギーを反射もしくは吸収することにより所望の周波数帯の電磁波を減衰（反射・吸収）させ、また、そうでない周波数帯の電磁波を透過させることができる。

本実施形態では、非線形導電材３として、例えば、酸化亜鉛を用いたものを好適に挙げることができる。酸化亜鉛を用いた非線形導電材３は、電界が上昇して所定値以上となると抵抗値が大幅に低下する（つまり、導電率が大幅に向上する）。従って、当該非線形導電材３を用いた電磁波選択材１は、高強度電磁波パルスなどによる高強度の電磁波が発生する高電界状態になった場合は通信に必要な電磁波帯だけを透過させ、他の帯域の電磁波は反射または吸収することができる。なお、当該非線形導電材３を用いた電磁波選択材１は、電界が上昇していない通常時においては、電磁波の反射特性は高電界時より低いため、様々な周波数での通信または電磁波による探知が可能である。

酸化亜鉛を用いた非線形導電材３は、例えば、接着剤を使用して酸化亜鉛結晶の粉体を誘電体材２の表面に貼り付けることで成し得る。この場合、非線形導電材３の厚さは５０μｍ程度あれば、所望の効果を得ることができる。酸化亜鉛結晶の粉体の大きさに限定はないが、平均粒子径が１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。例えば、平均粒子径が２０μｍのグレードのものや３０μｍのグレードのものを好適に用いることができる。接着剤は任意のものを用いることができるが、誘電体材２をエポキシ樹脂などの合成樹脂を用いて形成する場合はそれと同種の樹脂を用いた接着剤（エポキシ樹脂の接着剤）を用いることが好ましい。このようにすると、誘電体材２と接着剤との接着性を良好なものとすることができるため、誘電体材２と非線形導電材３とをより強力に接着させることが可能となる。

そして、非線形導電材３は、例えば、図１に示すように、正方形の平板に形成された誘電体材２の少なくとも一方の面の上に、所定幅の長方形の形状で誘電体材２の上辺から下辺に亘るようにして形成することができる。なお、誘電体材２上に形成される非線形導電材３の形状は長方形に限定されない。非線形導電材３の形状は、例えば、円形や格子状などとすることができる。また、非線形導電材３の形成寸法も特定のものに限定されない。非線形導電材３の形状や形成寸法は、電界が上昇したときに反射・吸収させたい周波数帯、および透過させたい周波数帯に応じて任意に変更することができる。ただし、本実施形態においては、誘電体材２において非線形導電材３が形成される側の全面積Ｓ１と非線形導電材３の面積Ｓ２との関係が、Ｓ１＞Ｓ２となっていることが好ましい。つまり、非線形導電材３が誘電体材２の表面全てを覆わないようにすることが好ましい。このようにすると、電磁波選択材１は、電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信をより確実に行うことができる。

また、本実施形態においては、図１に示す電磁波選択材１を単一のセル４とし、これを複数用いて図３に示すように隙間なく平面方向に繋げた多セル５からなる板材（集合体）などとすることができる。この多セル５からなる板材の電磁波選択材１は、非線形導電材３の形状パターンが誘電体材２上に周期的に配置されたものとなる。このようにすると、形状パターンが誘電体材２上に周期的に配置されているため、電磁波選択材１は、電磁波の選択性が非常に強く現れるようになり、高電界下にあるときのみ特定の電磁波のみを透過させることができるようになる。なお、図３では、一例として３行３列の多セル５からなる板材の電磁波選択材１を例示しているが、さらに多くのセルを用いてもよいし、少ないセルを用いてもよいし、多セル５からなる板材の形状をより複雑なものにしてもよい。電磁波選択材１は単一のセル４や多セル５で自在に構成することができるので、使用対象となるシステムの大きさ・形状に応じて形状を適宜変更することができる。

そして、本実施形態においては、誘電体材２上に形成される非線形導電材３の形状、大きさ、隣り合う非線形導電材３間の距離Ｄ（図３参照）などを変更することで、電界が上昇したときに反射・吸収させたい周波数帯、および透過させたい周波数帯の調整を行うことができる。なお、電界が上昇したときに反射・吸収させたい周波数帯、および透過させたい周波数帯は、非線形導電材３に用いる酸化亜鉛結晶の製造法や含有される不純物などでも変化する。

本実施形態の一実施例を説明する。本実施例では、エポキシ樹脂に無機フィラーを添加して形成した誘電体材２を使用した。この誘電体材２は、使用周波数が２０ＧＨｚである場合の比誘電率が４．５程度である。そして、エポキシ樹脂を主剤とする接着剤を使用して酸化亜鉛結晶の粉体を誘電体材２の表面に貼り付けて非線形導電材３を作製した。そして、図３に示す３行３列の多セル５からなる板材の電磁波選択材１を作製した。なお、当該電磁波選択材１は、２５ＧＨｚにおいて反射抑制効果が−２５ｄＢ程度発生されるように非線形導電材３の形状および形成寸法を設計した。図４は、そのように設計した電磁波選択材１の非線形導電材３が形成されている面に向けて電磁波パルスを当てた場合の反射特性をグラフに示したものである。

図４に示すように、前記設計の電磁波選択材１は、電磁波パルスの電界が１０ｋＶ／ｍ以下の場合は曲線４１の反射特性を示し、電磁波パルスの電界が１２ｋＶ／ｍ以上になると曲線４２の反射特性を示した。つまり、前記設計の電磁波選択材１は、図４に示すように、電界が１２ｋＶ／ｍ以上になると目的とした周波数の電磁波における反射特性が低くなり、他の領域では反射特性が高くなることがわかった。電界がかかっていないときの特性は曲線４１であるから、広い周波数帯の電磁波が容易に透過することができ、各種の通信が可能である。一方、高強度の電界がかかった場合には、電磁波選択材１は、必要最低限の周波数帯のみ透過させ、他は反射することで内部を電磁波パルスから守ることができる。このような反射特性は、誘電体材２や非線形導電材３、多セル５の構造を変えるなどすることで柔軟に変えることができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る多セル５の電磁波選択材１に電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。
第２実施形態に係る電磁波選択材１は、非線形導電材３として、例えば、炭化ケイ素を用いたものである。炭化ケイ素は、前述と同様、粉体を使用することが好ましく、接着剤を用いて誘電体材２の表面に貼り付けるとよい。

炭化ケイ素は、電界に対する抵抗値の減少が酸化亜鉛よりゆるやかである。そのため、非線形導電材３として炭化ケイ素を用いた第２実施形態に係る電磁波選択材１は、前記と同様、３行３列の多セル５の構成とした場合、図５に示す反射特性を得ることができる。すなわち、前記構成の電磁波選択材１は、電界が１０ｋＶ／ｍ以下のときの反射特性はゆるやかな曲線５２で現されるものとなる。前記構成の電磁波選択材１は、電界が１５ｋＶ／ｍとなってもその反射特性に鋭い変化は見られず、曲線５２とほぼ同じである。そして、前記構成の電磁波選択材１は、電界が２０ｋＶ／ｍ以上になると反射特性に鋭い変化が見られ、曲線５３で現されるものとなる。つまり、前記構成の電磁波選択材１は、図５に示すように、電界が２０ｋＶ／ｍ以上になると目的とした周波数の電磁波における反射特性が低くなり、他の領域では反射特性が高くなることがわかった。電界がかかっていないときの特性は曲線５１であるから、広い周波数帯の電磁波が容易に透過することができ、各種の通信が可能である。

非線形導電材３として炭化ケイ素を用いる電磁波選択材１は、電界強度に対する応答性が高すぎては困る場合に適している。例えば、徐々に通信・探知できる周波数強度を変えていき、一定以上の電界に到達したときに、目的の周波数だけを透過させたい、といった場合に好適に用いることができる。

また、本実施形態においては、酸化亜鉛と炭化ケイ素とを併用することもできる。本実施形態においては、これらの混合比率を適宜調節するなどして、所望の反射特性を有する電磁波選択材１を具現することもできる。例えば、酸化亜鉛と炭化ケイ素とを同量混合し、第１実施形態で示した反射特性と第２実施形態で示した反射特性との中間の反射特性を示す電磁波選択材１とすることもできる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る電磁波選択材１は、非線形導電材３にガリウムおよびインジウムをドーピングしたものである。非線形導電材３にこれらの元素をドーピングすると非線形導電材３の導電率が変化し、また、電界に対する抵抗減少をより低電界で発揮させることが可能となる。この態様の一例を表１に示す。表１は、非線形導電材３として酸化亜鉛を用いるとともに、インジウムおよびガリウムを添加した電磁波選択材１について、インジウムおよびガリウムの添加量と、電磁波選択材１の作動電界とをまとめた表である。なお、電磁波選択材１の構成は、これらの元素をドーピングした以外は第１実施形態において図３を使用して説明したものと同様である。

インジウムおよびガリウムは、酸化亜鉛の電子構造を変える性質を持っており、いずれか一方でも微量添加することで電気抵抗に対する性質を変えることができる。表１に示す結果から、インジウムおよびガリウムは同程度の作動電界低下効果があることがわかった。また、これらの結果から、アルミニウムや希土類元素にも同様の効果があると考えられる。さらに、インジウムおよびガリウムによる作動電界低下効果は、非線形導電材３として炭化ケイ素を用いた電磁波選択材１に対しても同様に得られると考えられる。そして、これらのことから、本実施形態では、非線形導電材３にインジウムやガリウムなどの電気抵抗に対する性質を変える成分を添加することによって、電磁波の反射特性を目的に見合ったものに調整できると考えられる。

なお、本実施形態においては、希土類元素として、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムを用いることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る電磁波選択材１は、非線形導電材３が、酸化亜鉛および炭化ケイ素のうちの少なくとも一種の粉体が樹脂塗膜中に分散している塗膜材として設けられている。電磁波選択材１は、このような態様としても第１実施形態で述べた態様と同様の効果を得ることができる。また、電磁波選択材１は、本実施形態に係る態様とすると、非線形導電材３と誘電体材２との接着性を向上させることができ、耐衝撃性、耐候性が向上する。樹脂塗膜を形成するための樹脂は、前述した合成樹脂を用いることができる。本実施形態の具体例として、酸化亜鉛結晶の粉体をアミン硬化型エポキシ樹脂塗料と混合させることが例示できる。酸化亜鉛結晶の粉体の平均粒子径は２０μｍのグレードのものを好適に用いることができる。

ここで、本実施形態の一実施例とその反射特性について説明する。
本実施例は、まず、５０重量部のアミン硬化型エポキシの主剤に、２０重量部の酸化亜鉛結晶の粉体（平均粒子径のグレード：２０μｍ）を加え、ディスパー型攪拌機によって混合した。次いで、混合後に混合樹脂材中に塊粒などがないことを確認したのち、硬化剤を５０重量部投入し、これらをよく混合させた。このようにして作製した酸化亜鉛混合樹脂材（非線形導電材３）のパターンを厚さ０．５ｍｍのエポキシ系基板材（誘電体材２）の表面に形成し、図１に示したのと同様の電磁波選択材１を作製した。なお、樹脂の硬化は温度を５０℃に保ち、１２時間程度保持することで実施した。そして、作製した電磁波選択材１を隙間なく繋げて３行３列の多セル５からなる板材の電磁波選択材１を作製した。このようにして作製された電磁波選択材１は、非線形導電材３の形状パターンが誘電体材２上に周期的に配置されている。

次に、作製した多セル５からなる板材の電磁波選択材１に対して第１実施形態で述べたのと同様に電磁波パルスを与え、反射特性を測定した。その結果、１５ｋＶ／ｍ以上の電界になると目的とした周波数の電磁波における反射特性が低くなり、他の領域では反射特性が高くなっていること（電磁波選択効果が得られること）がわかった。
なお、酸化亜鉛結晶の粉体のエポキシ樹脂に対する濃度を検討したところ、当該濃度は１０重量部以上５０重量部以下が望ましいことがわかった。当該濃度がこの範囲にあれば、目的とする反射特性を得ることができるとともに、混合樹脂材の粘度が好適であり、取扱いが容易であった。
上記に述べたとおり、電磁波選択材１は、酸化亜鉛結晶の粉体を樹脂中に分散させ、それを誘電体材２の表面に塗布し、硬化して得られた塗膜材として形成された非線形導電材３であっても、第１実施形態で説明した電磁波選択材１と同様の効果を得ることができた。

［第５実施形態］
図６および図７を用いて第５実施形態に係る電磁波選択材１Ａについて説明する。図６は、第５実施形態に係る電磁波選択材１の構成を示す平面図である。同図では、単一のセル４の電磁波選択材１Ａを示している。図７は、第５実施形態に係る多セル５の電磁波選択材１Ａに電磁波パルスを当てた場合の反射特性を示すグラフである。

図６に示すように、第５実施形態に係る電磁波選択材１Ａは、線形導電材６が非線形導電材３に隣接して設けられている。具体的には、電磁波選択材１Ａは、誘電体材２の一方の面の上に、所定幅の長方形の形状で誘電体材２の上辺から下辺に亘るようにして線形導電材６が設けられている。そして、この電磁波選択材１Ａは、線形導電材６の両側に、線形導電材６と隣接して、所定幅の長方形の形状で誘電体材２の上辺から下辺に亘るように非線形導電材３、３が設けられている。なお、線形導電材６は、電圧−電流特性が線形であり、かつ電界が上昇していない通常時の導電性が非線形導電材３よりも高いものである。このようにすると、低電界では線形導電材６の導電性により所定の周波数帯の電磁波を透過させることができ、高電界になった場合に線形導電材６に加えて非線形導電材３も導電性を持つようになる。つまり、電磁波選択材１Ａは、高電界になると、線形導電材６に加えて、導電性を持つようになった非線形導電材３、３の合計した幅に相当する波長の電磁波を透過させることができるようになる。従って、電磁波選択材１Ａは、高電界にさらされた場合に透過させる周波数帯が変わり、高電界下という条件で良好に通信・探知ができる周波数帯を優先して利用することが可能となる。なお、前記した線形導電材６としては、例えば、銅箔やアルミニウム箔などが挙げられるが、これらに限定されない。線形導電材６は、任意の接着剤などを用いて誘電体材２上に貼り付けるとよい。なお、電磁波選択材１Ａにおいては、誘電体材２上に形成された線形導電材６と非線形導電材３との高さ寸法は異なっていてもよい。

また、本実施形態においては、誘電体材２において非線形導電材３が形成される側の全面積Ｓ１と、非線形導電材３の面積Ｓ２と、線形導電材６の面積Ｓ３との関係が、Ｓ１＞Ｓ２＋Ｓ３となっていることが好ましい。この関係において、非線形導電材３が図６に示すように誘電体材２上に複数に分割されて形成されている場合、面積Ｓ２は非線形導電材３の合計面積である。また、図示はしないが、線形導電材６が誘電体材２上に複数に分割されて形成されている場合、面積Ｓ３は線形導電材６の合計面積である。つまり、非線形導電材３および線形導電材６が誘電体材２の表面全てを覆わないようにすることが好ましい。このようにすることで、電磁波選択材１Ａは、電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信をより確実に行うことができる。

本実施形態の一実施例とその反射特性について説明する。
本実施例では、誘電体材２としてエポキシ樹脂製の厚さ１ｍｍの板材を用いた。そして、この誘電体材２の上に、線形導電材６である銅箔を設け、この銅箔の両側に、銅箔と隣接して非線形導電材３である酸化亜鉛塗布膜を設けた。このような２種の導電材を設けた単一のセル４を隙間なく繋げて３行３列の多セル５からなる板材の電磁波選択材１Ａを作製した。なお、このようにして作製された電磁波選択材１Ａは、線形導電材６および非線形導電材３、３の形状パターンが誘電体材２上に周期的に配置されている。

そして、作製した多セル５からなる板材の電磁波選択材１Ａに対して第１実施形態で述べたのと同様に電磁波パルスを与え、反射特性を測定した。その結果、本実施例では、銅箔が低電界でも導電性を持つために、低電界では図７の曲線７１に示すような２６ＧＨｚ付近に反射特性が低くなる電磁波選択材１Ａとして動作した。そして、電界が１０ｋＶ／ｍを超えると、銅箔に隣接して設けた酸化亜鉛塗布膜も導電材として機能し始めるため、周期的に並べた多セル５の板材上では導電材間の距離Ｄ（図３参照）が狭くなる。導電材間の距離Ｄが狭くなった結果、通過できる電磁波はこの誘電体材２の幅に相当する波長に相当するものとなり、通過できる電磁波の周波数帯は曲線７２に示すように高周波側に移った（通過できる電磁波の周波数帯が２９ＧＨｚ付近に移った）。

本実施形態（本実施例）によれば、以上のように高電界が発生した場合に通信周波数帯を切り替えて非常用の通信が可能となる。また、本実施形態（本実施例）によれば、低電界および高電界のいずれの場合も、それぞれ所定の周波数帯以外の周波数の通信を遮断できる効果が得られる。なお、電磁波選択材１Ａにおいては、線形導電材６が非線形導電材３に積層して設けられていてもよい。この態様であっても、前記した効果を同様に得ることができる。

［第６実施形態］
図８は、第６実施形態に係る自動車用レーダシステム８１を説明する説明図である。
本実施形態に係る自動車用レーダシステム８１は、これまでに述べた電磁波選択材１（１Ａ）で被覆されたレーダセンサ８２を備えたものである。このレーダセンサ８２は、図８に示すように、自動車８３に取り付けて使用される。
レーダセンサ８２は、例えば、自動車８３の前後のバンパー裏側８４、サイドスカート８５、ガラス面内部８６または外部、グリル８７、通信アンテナ８８の周囲などに設けることができる。このようにすると、自動車用レーダシステム８１は、レーダセンサ８２によって前方車両探索や周辺障害物探知に用いることができ、また、各機器間の通信機能を発揮することができる。そして、レーダセンサ８２を備える自動車用レーダシステム８１は、例えば、高電界下にさらされた場合においてもレーダに使用される帯域の電磁波のみを透過させ、障害物への衝突を回避したり、前車に追従したりすることができる。

なお、反射または吸収したい電磁波の強度にもよるが、誘電体材２と非線形導電材３とを樹脂で形成し、厚さを薄くしたフィルム型の電磁波選択材１であれば、レーダセンサのみならず自動車が備える様々な機器に使いやすく、電磁波選択性を付与することができる。このようにして施工される電磁波選択材１は、強電界のもとでのみ作動するため、普段は様々に必要な周波数帯の電磁波通信・探査が可能であるが、ひとたび強電界の下にさらされると、レーダなど、障害物検知に必須な周波数帯のみを透過させ、残りの周波数帯を反射する。これにより、フィルム型の電磁波選択材１を使用した機器は、内部の電子回路の破壊が抑制されるとともに必要な通信が可能であるので、車両動作の安全性をより向上させることが可能となる。

本実施形態によれば、自動車用レーダシステム８１に対応した電磁波選択材１を用いることで、落雷・太陽フレアまたはその他の高強度電磁波パルスに対して内部回路を保護しつつ、車両安全装置を動作させることが可能となる。

［第７実施形態］
図９は、第７実施形態に係るストレージシステム９１を説明する説明図である。
本実施形態に係るストレージシステム９１は、これまでに述べた電磁波選択材１（１Ａ）で被覆されたストレージ９２を備えたものである。
ストレージシステム９１は、容量の確保の他、データの多重化保存のため、複数のストレージ９２からなるストレージアレイ９３で構成されている。そして、ストレージアレイ９３は電磁波選択材１を用いた筐体９４によって周囲が保護されている。なお、ストレージアレイ９３も用途や重要性などにより、複数に分割されていてもよい。複数のストレージアレイ９３を有する場合、各ストレージアレイ９３は筐体９４によって周囲を保護する。複数のストレージアレイ９３を有する場合、ストレージアレイ９３同士は連結され、通信システム９５によって外部と接続されている。なお、通信システム９５も筐体９４によって周囲を保護することが好ましい。そして、この場合、複数のストレージアレイ９３と通信システム９５とは、電磁波選択材１を用いた外周壁９６によって保護されていることがさらに好ましい。

このような構成のストレージシステム９１は、通常、通信の安定性のため有線通信装置を使用するとともに、通信確保の多重化の面から無線通信も使用する。そして、ストレージシステム９１は、高電界パルスがかかった場合であっても、各ストレージアレイ９３間では所定の周波数帯の電磁波を使用して必要な通信を確保することができるとともに、各ストレージアレイ９３を高電界から保護することができる。電磁波選択材１を用いた外周壁９６および筐体９４は、高電界が解除されれば広い帯域での電磁波を通すため、高速な通信を回復することが可能である。

本実施形態によれば、落雷・太陽フレア・高強度電磁波パルスなどの高電界下にさらされた場合でも電磁波選択材１で囲まれた内部ではストレージ９２を保護することができ、なおかつ外部との無線通信も可能なストレージシステム９１およびストレージ拠点を具現できる。

以上、本発明に係る電磁波選択材、自動車用レーダシステムおよびストレージシステムについて実施形態および実施例により詳細に説明したが、本発明の主旨はこれに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本実施形態の一変形例を幾つか説明する。例えば、第１実施形態では、多セル５からなる板材の電磁波選択材１によって非線形導電材３の形状パターンが誘電体材２上に周期的に配置される旨説明したが、これに限定されない。これに対する変形例として、例えば、１つの誘電体材２の表面に周期的に配置される所定の形状パターンが形成された非線形導電材３とすることができる。また、第１実施形態等では、誘電体材２の形状が平板である場合について説明したが、これに限定されない。ここで説明した前記一変形例を適用すれば、立方体状、直方体状、球体状などの立体的な形状を有する誘電体材２に非線形導電材３を形成することが可能である。これらによっても、誘電体材２と非線形導電材３とを用いているので、電磁ノイズに起因する急激な電界上昇に対して不要な電磁波を遮断しつつ、必要な通信は可能である。
また、本発明に係る電磁波選択材１は、ストレージシステム９１と同様の構成とすることで、銀行基幹システムや防衛関係設備に適用することができる。

１、１Ａ 電磁波選択材
２ 誘電体材
３ 非線形導電材
６ 線形導電材
８１ 自動車用レーダシステム
８２ レーダセンサ
９１ ストレージシステム
９２ ストレージ

Claims (10)

1. 電磁波により信号を伝達または計測を実施するシステムに用いられる電磁波選択材であり、
   誘電体で形成された誘電体材と、
   電界の上昇に対して抵抗値が非線形に低下して特性が誘電性から導電性に変わる非線形導電材と、を有し、
   前記誘電体材の上に前記非線形導電材が形成されている
   ことを特徴とする電磁波選択材。
2. 請求項１に記載の電磁波選択材において、
   前記非線形導電材が酸化亜鉛および炭化ケイ素のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする電磁波選択材。
3. 請求項１に記載の電磁波選択材において、
   前記非線形導電材が、ガリウム、インジウム、アルミニウムおよび希土類元素のうちの少なくとも一種をドーピング材として用いていることを特徴とする電磁波選択材。
4. 請求項１に記載の電磁波選択材において、
   前記非線形導電材と前記誘電体材とが接しており、前記非線形導電材の形状パターンが前記誘電体材上に周期的に配置されていることを特徴とする電磁波選択材。
5. 請求項２に記載の電磁波選択材において、
   前記非線形導電材は、前記酸化亜鉛および前記炭化ケイ素のうちの少なくとも一種の粉体が樹脂塗膜中に分散している塗膜材として設けられていることを特徴とする電磁波選択材。
6. 請求項１に記載の電磁波選択材において、
   電圧−電流特性が線形であり、かつ電界が上昇していない通常時の導電性が前記非線形導電材よりも高い線形導電材が、前記非線形導電材に隣接して、または積層して設けられていることを特徴とする電磁波選択材。
7. 請求項１に記載の電磁波選択材において、
   前記誘電体材の面積Ｓ１と前記非線形導電材の面積Ｓ２との関係が、Ｓ１＞Ｓ２となっていることを特徴とする電磁波選択材。
8. 請求項６に記載の電磁波選択材において、
   前記誘電体材の面積Ｓ１と前記非線形導電材の面積Ｓ２と前記線形導電材の面積Ｓ３との関係が、Ｓ１＞Ｓ２＋Ｓ３となっていることを特徴とする電磁波選択材。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電磁波選択材と、
   前記電磁波選択材で被覆されたレーダセンサと、
   を備えていることを特徴とする自動車用レーダシステム。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電磁波選択材と、
    前記電磁波選択材で被覆されたストレージと、
    を備えていることを特徴とするストレージシステム。

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