JP2023123063A - ミリ波反射建装材 - Google Patents

Abstract

【課題】外観および反射特性の良好なミリ波反射建装材を提供する。【解決手段】ミリ波反射建装材１は、面状の誘電体２０と、誘電体の第一面２０ａ上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターン１１、１２、１３を有するスーパーセル１０と、オレフィン系材料を主成分とし、スーパーセルを覆うように配置された保護層５０とを備える。ミリ波反射建装材の平面視において、保護層によりスーパーセルが視認できなくなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、ミリ波帯の電波を反射するミリ波反射建装材に関する。

ミリ波に対応した各種無線機器の実用化に際し、電波の不感地帯の発生が問題となっている。ミリ波帯の電波は普及が進んでいるＶＨＦ波、ＵＨＦ波と比較して著しく減衰しやすく、直進性も高いという特徴がある。この為、ミリ波帯の電波は、回折による障害物背後への回り込みが難しい。

ミリ波帯の電波の不感地帯を解消するものとして、ミリ波帯の電波を反射する反射板（以下、「ミリ波反射板」と称する。）が提案されている。

特許文献１に記載のマルチビームリフレクトアレイは、上記ミリ波反射板として機能し得る。このマルチビームリフレクトアレイは、面状の誘電体の一方の面に所定の角度にミリ波を反射する反射単位を多数有し、他方の面にグランドとして機能とする金属層を有する。各反射単位は、形状の異なる複数の金属パターンで構成される。

反射単位が設けられた側の面に入射したミリ波は、各金属パターンと、金属層との両方で反射される。この反射波どうしが干渉することにより、ミリ波は入射時と異なる位相に反射される。
さらに、異なる金属パターンに基づく干渉波は、位相が異なるため、二次干渉を生じる。したがって、反射単位を構成する複数の金属パターンの形状を適宜設定することにより、入射したミリ波の反射方向を所望の向きに設定できる。

国際公開第２０１３／０３１５３９号

ミリ波反射板は、その原理上、比較的大きい面積の建装材として建造物の内面や外面に取り付けることで、不感地帯を効率よく解消することが期待できる。
しかしながら、特許文献１に記載のリフレクトアレイを建装材に適用するには、外観や反射特性等を良好にする必要がある。

本発明は、外観および反射特性の良好なミリ波反射建装材を提供することを目的とする。

本発明は、面状の誘電体と、誘電体の第一面上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターンを有するスーパーセルと、オレフィン系材料を主成分とし、スーパーセルを覆うように配置された保護層とを備えるミリ波反射建装材である。
このミリ波反射建装材の平面視においては、保護層によりスーパーセルが視認できなくなっている。

本発明に係るミリ波反射建装材は、外観および反射特性のいずれも良好である。

本発明の一実施形態に係るミリ波反射建装材の模式断面図である。 同ミリ波反射建装材の部分拡大平面図であり、保護層および接着層を除いて示している。

本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るミリ波反射建装材（以下、単に「建装材」と称する。）１を示す模式断面図である。図１に示すように、建装材１は、面状の誘電体２０と、誘電体２０上に設けられたスーパーセル１０および金属層３０と、スーパーセル１０を覆う接着層４０および保護層５０を備えている。

図２に、接着層４０および保護層５０を除いた建装材１の部分拡大平面図を示す。スーパーセル１０は、誘電体２０の第一面２０ａ上に複数設けられており、形状の異なる複数の金属パターンを有する。
本実施形態において、スーパーセル１０は、大きさの異なる十字型の金属パターン１１、１２、１３の三つの金属パターンを有しており、金属パターン１１、１２、１３が一方向に並べて配置されている。金属パターンの形状や数、配置等は、図２に示した態様に限られず適宜設定でき、環状や、特許文献１に記載されたマッシュルーム構造のような立体形状等であってもよい。
複数のスーパーセル１０は、平面視四角形の建装材１において、辺に沿った二次元マトリクス状に整列して配置されている。

誘電体２０の材質は、誘電体であれば特に制限はない。誘電体２０の好適な例として、ガラスクロスに合成樹脂を含浸させたものや、各種合成樹脂からなるフィルム等を挙げることができる。中でも、低損失な電気特性を有する誘電体がより好適であり、高純度ガラス（石英ガラス）、フッ素系樹脂、液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、等が例示できる。これらは単体で使用してもよく複数種類を混合したり積層したりして使用してもよい。

金属層３０は、誘電体２０において第一面２０ａと反対側の第二面２０ｂに設けられ、第二面２０ｂの概ね全体を覆っている。
誘電体２０、スーパーセル１０、および金属層３０は、例えば、誘電体の両面に金属箔が接合された材料を用いて、金属箔をエッチング等でパターニングして複数のスーパーセルを形成することにより製造できる。

本実施形態において、スーパーセル１０および金属層３０は、銅からなるが、材質は銅には限られず、金や銀、アルミニウム等も使用できる。さらに、本実施形態における金属層は、金属を主成分としていればよく、抵抗値として１０^－６Ω・ｍ以下程度の導電性を保持する範囲で金属以外の物質を含んでもよい。例えば、銀混入ペースト、銅混入ペースト、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物等も用途に応じて適用可能である。

保護層５０は、オレフィン系の材料からなる。材料の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー等を例示できる。
詳細は後述するが、オレフィン系の材料は、建装材に汎用される塩化ビニル等と比べて誘電率εｒが低いため、建装材１に適用することにより、良好な反射特性を実現できる。また、比重が小さいため、保護層を設けつつ、建装材１の重量を１平方メートル当たり２３００ｇ以下にすることも可能である。これにより、建装材１を施工性高く構成できるという利点もある。

接着層４０の材料は、誘電体２０やスーパーセル１０を構成する金属層と、保護層５０とを充分な強度で接着できるものであれば特に制限はない。接合性の観点からは、保護層５０と同様にオレフィン系材料が好ましく、反射特性の観点からは、誘電率εｒが２．７以下のものが好ましい。

建装材１の平面視においては、接着層４０および保護層５０がスーパーセル１０を覆っていることによりスーパーセル１０が視認できなくなっており、外観が良好に保たれている。スーパーセルを視認できなくする具体的態様については特に制限はなく、例えば以下のように例示できる。
・接着層および保護層の少なくとも一方に顔料や染料を含有させて不透明にする。
・保護層の少なくとも一方の面に不透明な印刷層を設ける。
・保護層として、多数の空孔を有する多孔質のフィルムを使用し、入射光の乱反射を生じさせる。
・保護層の少なくとも一方の面をサンドブラストや転写等により粗面化し、粗面化した面において入射光の乱反射を生じさせる。例えば表面ヘイズ９０％以上とすると、充分にスーパーセルを視認できなくすることができる。

上述した態様は適宜組み合わせてもよい。例えば、保護層として多孔質構造を有するフィルムを用い、さらに不透明な木目調の印刷層を設けることにより、建装材１を触感の柔らかい木目調の壁紙として構成できる。
また、接着層４０および保護層５０の着色や乱反射が、単独ではスーパーセルを完全に視認できなくするのに十分でなくても、接着層４０と保護層５０とを重ねた状態で視認できなくなっていれば問題ない。

上記のように構成された本実施形態に係る建装材１の使用時の動作について説明する。
建装材１は、金属層３０上に接着剤やモルタル等の接合材を層状に配置することにより、建造物の内部や外部の壁面に取り付けることができる。取り付ける面が金属で形成されている場合、この金属面が金属層として機能するため、金属層３０が省略されてもよい。

建装材１を保護層５０側から見ても、多数配置されたスーパーセル１０は視認できないため、見る者に違和感を与えることはない。また、スーパーセル１０を構成する金属パターンが保護層５０により保護されるため、損傷や劣化が抑制され、良好な状態が長期間維持される。

保護層５０側から建装材１にミリ波が入射すると、ミリ波は保護層５０および接着層４０を通って建装材1の内部を進む。その一部はスーパーセル１０で反射され、他の一部は、誘電体２０を通り金属層３０で反射される。これらの反射波の位相差と、スーパーセル１０における金属パターンの態様とにより、入射したミリ波は設定された反射特性に従った反射波として建装材１から出射される。
この一連の動作において、ミリ波は、入射する際と反射波として出射される際との２回、保護層および接着層を通過する。したがって、保護層および接着層の誘電率が高いと、ミリ波は保護層および接着層を通過する間に大きく減衰するため、保護層や接着層が存在しない状態に比して反射特性が大きく低下する。

本実施形態の建装材１においては、保護層５０がオレフィン系材料からなるため、他の添加剤を含んだり印刷が施されたりした場合でも、保護層５０におけるオレフィン系材料が９５％以上を占める。その結果、保護層５０全体としては誘電率の低い層とでき、入射したミリ波の減衰を抑制できる。
このように、建装材１においては、保護層５０により良好な外観と良好な反射特性とが両立されている。保護層５０の主成分となるオレフィン系材料として、εｒが２．５以下であるような、より誘電率の低いものを用いたり、接着層４０についても誘電率の低い材料を用いたりすることにより、この効果をさらに向上させることもできる。
保護層が接着層等の他の層を介して誘電体２０に接合されている場合は、保護層と当該他の層とのトータルの誘電率εｒを２．５以下とすることが好ましい。

本実施形態に係るミリ波反射建装材について、実施例を用いてさらに説明する。本発明に係る技術的思想は、実施例の具体的な内容のみによって何ら限定されない。

（実施例１）
誘電体の両面に銅箔が設けられた４００ｍｍ×３００ｍｍの銅張積層板（中興化成工業社製ＣＧＰ－５００）を準備した。誘電体はフッ素樹脂含浸ガラスクロス（厚さ７６４μｍ）であり、銅箔の厚さはいずれも１８μｍ、総厚は０．８ｍｍである。

銅張積層板の一方の面にエッチングを施し、二次元マトリクス状に配列されたスーパーセルを複数形成した。スーパーセルは、十字型の３つの金属パターンで構成される。小パターンは、幅１．１ｍｍ、縦横寸法１．４ｍｍである。中パターンは、幅１．４ｍｍ、縦横寸法３．０ｍｍである。大パターンは、幅１．４ｍｍ、縦横寸法３．７ｍｍである。３つのパターンを小、中、大の順に等ピッチで５ｍｍ×１５ｍｍの区画内に配置し、これをスーパーセルの単位とした。このスーパーセルは、垂直に入射した２８ＧＨｚ帯のミリ波を、小パターンから大パターンに向かう方向に４５°傾けて反射するよう設計されている。
上記構成のスーパーセルを、８０行２０列の二次元マトリクス状に形成した。

ポリオレフィンを主材とする厚さ４００μｍの多孔質フィルム（ユポ・コーポレーション社製 アルファユポＱＪＪ４００）を準備した。この多孔質フィルムは、不透明の白色を呈しており、比重は０．９９、１０ＧＨｚにおける誘電率εrは２．３０（誘電正接０．０００５）である。誘電率、誘電正接はベクトルネットワークアナライザ（Ｎ５２２４Ｂ；キーサイトテクノロジー製）および、スプリットシリンダ共振器（ＣＲ７１０；ＥＭラボ製）を用いて行った。

離型フィルム上にポリオレフィン系接着剤（クラレ社製 セプトン２００７ ポリスチレン－ポリ（エチレン－プロピレン）－ブロックポリスチレン）をトルエンで２５ｗｔ%となるよう溶解した。これを離形フィルム上にナイフコーターで塗工し、乾燥して、厚さ２５μｍの透明な接着層を形成した。
接着層の比重は０．９１、１０ＧＨｚにおける誘電率εrは２．２０（誘電正接０．００１３）である。

スーパーセルを覆うように接着層のついた離型フィルムを誘電体に貼り合わせ、離型フィルムのみを除去して接着層を配置した。その後、多孔質フィルムを接着層に貼り合わせ、２００℃、１ＭＰａの条件で１０秒間加熱および加圧を行った。
以上により、実施例１に係る建装材を得た。この建装材の１平方メートルあたりの重量は、２２８５ｇであった。
実施例１に係る建装材において、多孔質フィルムと接着層を合わせたトータルの比重は０．９９、１０ＧＨｚにおけるトータルの誘電率εrは２．３（誘電正接０．０００５）であった。

（実施例２）
シクロオレフィンポリマーを主材とする厚さ１００μｍの樹脂フィルム（日本ゼオン社製 ゼオノアＺＦ１６）を準備した。この樹脂フィルムは、透明であり、比重は１．１、１０ＧＨｚにおける誘電率εrは２．３３（誘電正接０．０００３９）である。
実施例１と同一のスーパーセル付き誘電体に接着層を配置し、樹脂フィルムを貼り合わせた後、さらに接着層および樹脂フィルムの積層を２度行ってから実施例１と同様の加熱および加圧を行った。さらに、最上層の樹脂フィルムの上面に、長辺長さ30μｍの不定形シリカ粉を用いたサンドブラストを施し、処理後に表層の水洗浄と温風乾燥を行った。
以上により、実施例２に係る建装材を得た。この建装材の１平方メートルあたりの重量は、２２３９ｇであった。
実施例２に係る建装材は、保護層及び接着層を複数有し、表面ヘイズは９２％である。
実施例２に係る建装材において、樹脂フィルムと接着層を合わせたトータルの比重は１．１、１０ＧＨｚにおけるトータルの誘電率εrは２．３（誘電正接０．０００６）であった。

（比較例１）
塩化ビニルを主材とする厚さ４００μｍの樹脂フィルムを準備した。この樹脂フィルムは、白色であり、比重は１．８、１０ＧＨｚにおける誘電率εrは３．００（誘電正接０．０２０）である。
離型フィルム上に塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体接着剤（日信化学工業社製 ソルバインＣＮ）をメチルエチルケトンとトルエンとを質量比１対１で混合した混合溶媒で２５ｗｔ％となるよう溶解した。これを離形フィルム上にナイフコーターで塗工し、乾燥して、厚さ２５μｍの透明な接着層を形成した。
比較例に係る接着層の比重は１．３２、１０ＧＨｚにおける誘電率εrは３．２９（誘電正接０．０２５）である。
これらを用いて、実施例１と同様の手順により、比較例１に係る建装材を得た。この建装材の１平方メートルあたりの重量は、２６３３ｇであった。
比較例１に係る建装材において、樹脂フィルムと接着層を合わせたトータルの比重は１．７、１０ＧＨｚにおけるトータルの誘電率εrは３．０（誘電正接０．０２０６）であった。

（比較例２）
接着層および保護層を取り付けない点を除き、実施例１と同様の手順で、比較例２に係る建装材を得た。この建装材の１平方メートルあたりの重量は、１８６８ｇであった。

各例に係るミリ波反射建装材に対して、以下の評価を行った。
（外観評価）
各例の建装材を、アクリル系接着剤を用いてスチール製のパーティションに貼り付けた。１０人の試験員が各例の建装材を目視し、化粧シートあるいは壁材として違和感を覚えるか否か評価した。違和感なしと評価した試験員が６名以上の場合を合格とし、５名以下の場合を不合格とした。

（スーパーセルの保護性能評価）
各例の建装材を６５℃、６５％ＲＨ（相対湿度）の環境に１００時間静置した。静置後に保護層および接着層を剥離し、スーパーセルの各金属パターンに錆や変色を生じているか否かを目視により評価した。

（反射特性評価）
各例の建装材を、金属層３０が接するように平坦な木の板に取り付け、電波暗室環境内に固定した。
ホーンアンテナからの送信波を曲面形状の反射鏡で反射して２８ＧＨｚの平面波を生成し、建装材に対して垂直に照射した。
建装材に対して遠方界となる位置に設置した受信アンテナで、建装材からの反射波を計測した。この受信アンテナは、ロボット上に設置され、建装材から一定の遠方界距離を保ったまま周回できるよう構成されており、広い角度範囲で反射波を計測できる。この評価では、設計内容である、法線に対して４５°方向のＲＣＳ（レーダー反射断面積）を評価値とした。

外観評価においては、実施例１、２、および比較例１は、いずれも白色の外観を有する保護層によりスーパーセルが視認できなくなっており、合格であった。比較例２では、スーパーセルがむき出しであったため、違和感を覚える試験員が多く、不合格であった。

スーパーセルの保護性能評価について、実施例１、２、および比較例１では、いずれもスーパーセルに変色や錆等を認めず、良好に保護されていた。比較例２では、金属パターンに錆が生じており、劣化が認められた。

反射特性評価の結果は、以下の通りであった。
実施例１ －０．２９ｄＢｓｍ（デシベル・スクエアメーター） 反射率８２％
実施例２ －１．０７ｄＢｓｍ 反射率７８％
比較例１ －１．８７ｄＢｓｍ 反射率６５％
比較例２ －０．２７ｄＢｓｍ 反射率９４％
実施例１および２では、スーパーセルが保護層で覆われているにもかかわらず、良好な反射特性を示した。一方、保護層が塩化ビニル製である比較例１では、反射の損失が見られた。
比較例２の上記測定値は、製造直後のものである。比較例２の建装材をスーパーセルの保護性能評価後に測定したところ、ミリ波反射能を失っており測定不能であった。

以上より、実施例に係る建装材では、外観および反射特性のいずれも良好であることが確認できた。また、保護層により、良好な反射特性が長期間持続することも期待できる。

以上、本発明について、実施形態および実施例を用いて説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。以下にいくつか変更を例示するが、これらはすべてではなく、それ以外の変更も可能である。これらの変更は自由に組み合わせることができる。

・本発明に係るミリ波反射板において、金属層は、必ずしも第二面上に隙間なく設けられなくてもよい。たとえば、小さな開口を有するメッシュ状であったり、スーパーセルの区画に対応した線状の欠損部位などを有したりしてもよい。ただし、金属層のない部分においては、入射したミリ波が反射されずに透過するため、金属層のない部分が多すぎると反射性能に影響する可能性があるため、金属層のない部分の最大連続長を、反射対象周波数の１／４λ未満とすることが好ましい。メッシュ状とする場合は、開口の寸法を調節することで、所定波長の電波を反射せずに透過させることも可能である。

・金属層上に接着層およびセパレータを設け、セパレータを剥がすことによりそのまま壁面等に貼り付けられるように建装材を構成してもよい。

・誘電体上におけるスーパーセルの配置態様は、上述した内容に限定されず、適宜設定できる。

・本発明において、接着層は必須ではない。例えばビス止め等により保護層を誘電体に固定したり、高周波、超音波、レーザー等により誘電体や保護層の一部を融解して接合したりしてもよい。接着層を設ける場合も、通常の接着剤には限られず、ホットメルト接着剤やヒートシール層を用いた熱融着等も適用できる。

１ ミリ波反射建装材
１０ スーパーセル
１１、１２、１３ 金属パターン
２０ 誘電体
２０ａ 第一面
２０ｂ 第二面
３０ 金属層
４０ 接着層
５０ 保護層

Claims (8)

1. 面状の誘電体と、
   前記誘電体の第一面上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターンを有するスーパーセルと、
   オレフィン系材料を主成分とし、前記スーパーセルを覆うように配置された保護層と、
   を備え、
   平面視において、前記保護層により前記スーパーセルが視認できなくなっている、
   ミリ波反射建装材。
2. 前記誘電体と前記保護層との間、および前記スーパーセルと前記保護層との間に位置する接着層をさらに備える、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
3. 前記誘電体において、前記第一面と反対側の第二面上に設けられた金属層をさらに備える、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
4. 前記オレフィン系材料の誘電率εｒが２．７以下である、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
5. 前記保護層が多孔質構造を有する、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
6. 前記保護層の表面ヘイズが９０％以上である、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
7. 前記接着層がオレフィン系材料を主成分とする、
   請求項２に記載のミリ波反射建装材。
8. １平方メートルあたりの重量が２３００ｇ以下である、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。

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