JP2024009529A - 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、三軸織物からなり、スーパーセル１０を覆うように配置された被覆層５０とを備える。【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、外観および反射特性のいずれも良好であることが好ましい。

上記事情を踏まえ、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、三軸織物からなり、スーパーセルを覆うように配置された被覆層とを備えるミリ波反射建装材である。

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、被服層を除いて示している。 同被覆層の構造を示す部分拡大図である。

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を覆う被覆層５０を備えている。

図２に、被覆層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。

被覆層５０は、３軸織物で形成されている。３軸織物とは、走行方向が異なる３つの糸を織って形成された織物であり、図３に拡大して示すように、走行方向が互いに６０°ずつ異なる糸Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３で形成されたものが典型的である。
糸Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ガラス、アラミド、ケイ素、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、セルロース等からなる繊維を例示できる。これらの材料は、単独で用いられてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。さらに、３つの糸の材質が同一でなくてもよい。

被覆層５０の周縁部は、折り返されることにより、金属層３０が設けられた誘電体２０の第二面２０ｂ側に延びており、第二面２０ｂ側で誘電体２０または金属層３０に固定されている。
固定の方法には特に制限はなく、例えば接着剤や粘着テープ等を例示できる。接着層は、誘電体２０あるいは金属層３０と、被覆層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、被覆層の材料と同一または近いものが好ましい。
また、ホットメルト接着剤を使用すると、熱融着により被覆層５０を誘電体２０または金属層３０に接合することができる。ホットメルト接着剤の主成分（ベース）としては、エチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、オレフィン、合成ゴム、ポリアミド、ポリエステルなどが知られているが、本実施形態においては特に制限はなく、適宜選択できる。

建装材１の平面視においては、被覆層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。

被覆層５０は、三軸織物からなるため、様々な加工を施すことにより、外観や機能等を様々に修飾できる。
まず、被覆層５０には印刷を施すことができるため、所望の絵柄や模様等を付与することができる。インクジェット方式による印刷も可能であるため、多様な絵柄の建装材を少量ずつ生産することも容易である。
次に、被覆層５０が合成樹脂で形成されている場合は、プレス成型や圧空成型等の各種の成型により三軸織物を構成する糸を織物の厚さ方向に屈曲させることで、被覆層５０に立体形状を付与することができる。したがって、印刷によらずに被覆層に所望の絵柄や模様を表現したり、印刷に合わせた立体形状を付与して触感を伴う外観を実現したりすることが可能である。このような立体形状の付与は、直交する糸で形成された一般的な平織物では、伸縮性が不十分であるため不可能である。被覆層を形成する糸がガラス繊維等の合成樹脂でない材質からなる場合は、これらの糸を合成樹脂に含浸する等により、立体形状の付与が可能になる。
さらに、上記材料に様々な物質を添加して形成した糸を用いて被覆層となる三軸織物を作成することにより、被覆層に所望の機能を付与することができる。例えば、ポリエステルに難燃剤を混合した糸で被覆層を形成すると、被覆層に難燃性を付与できる。その結果、被覆層を、消防法に基づく防炎物品とすることも可能となり、建装材１の品質を向上させることができる。

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を被覆層５０側から見ても、多数配置されたスーパーセル１０は視認しにくく、目立たないため、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被覆層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。

被覆層５０側から建装材１にミリ波が入射すると、ミリ波は被覆層５０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。

本実施形態の建装材１においては、被覆層５０が三軸織物からなる。三軸織物は編み目として多数の空隙を有するため、空隙においては、入射したミリ波が直接スーパーセル等に入射する。これにより、空隙のない合成樹脂製のフィルム等で被覆する態様に比べて入射するミリ波の減衰を著しく抑制できる。
以上説明したように、建装材１においては、被覆層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。

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。もう一方の面は、加工せずにそのまま金属層とした。

ポリエステルを主材料とする糸で形成された三軸織物（サカセアドテック社製 ＳＫ５０９）の一方の面にインクジェット印刷により木目柄の印刷層を形成し被覆層とした。被覆層の周縁部を折り曲げて印刷層のない側の面をスーパーセルに対向させ、折り曲げられた周縁部と金属層とを粘着テープで接合した。
以上により、実施例１に係る建装材を得た。

（実施例２）
実施例１と異なる三軸織物（サカセアドテック社製 ＳＧ５０４）を用いた点を除き、実施例１と同様の手順で実施例２に係る建装材を得た。
（実施例３）
実施例１および２と異なる三軸織物（サカセアドテック社製 ＳＧ５０２）を用いた点を除き、実施例１と同様の手順で実施例３に係る建装材を得た。

（実施例４）
印刷層を設けなかった点を除き、実施例１と同様の手順で実施例４に係る建装材を得た。ＳＫ５０９は、ポリエステルに難燃剤を混合した糸で形成されているため、印刷層のない単体の状態では、消防法に基づく防炎物品の基準を満たしている。
（実施例５）
印刷層を設けなかった点を除き、実施例２と同様の手順で実施例５に係る建装材を得た。ＳＧ５０４は、ポリエステルに難燃剤を混合した糸で形成されているため、印刷層のない単体の状態では、消防法に基づく防炎物品の基準を満たしている。
（実施例６）
印刷層を設けなかった点を除き、実施例３と同様の手順で実施例６に係る建装材を得た。ＳＧ５０２は、ポリエステルに難燃剤を混合した糸で形成されているため、印刷層のない単体の状態では、消防法に基づく防炎物品の基準を満たしている。

（実施例７）
高低差約１０ｍｍの凹凸版を用いた成型により、最大高低差約１０ｍｍの立体形状を付与した点を除き、実施例１と同様の手順で実施例７に係る建装材を得た。
（実施例８）
高低差約１０ｍｍの凹凸版を用いた成型により、最大高低差約１０ｍｍの立体形状を付与した点を除き、実施例２と同様の手順で実施例８に係る建装材を得た。
（実施例９）
高低差約１０ｍｍの凹凸版を用いた成型により、最大高低差約１０ｍｍの立体形状を付与した点を除き、実施例３と同様の手順で実施例９に係る建装材を得た。

（実施例１０）
実施例１から３のいずれとも異なる三軸織物（サカセアドテック社製 ＳＧ１００３）を用いた点を除き、実施例１と同様の手順で実施例１０に係る建装材を得た。
（実施例１１）
印刷層を設けなかった点を除き、実施例１０と同様の手順で実施例１１に係る建装材を得た。ＳＫ１００３は、不燃材料（ガラス繊維）の糸で形成されているため、印刷層のない単体の状態では、消防法に基づく防炎物品の基準を満たしている。
（実施例１２）
高低差約１０ｍｍの凹凸版を用いた成型により、最大高低差約１０ｍｍの立体形状を付与した点を除き、実施例１０と同様の手順で実施例１２に係る建装材を得た。

（比較例１）
三軸織物に代えて、一方の面に木目柄の印刷層を有するオレフィンシート（凸版印刷社製 ＴＥ－２０４０、厚さ０．１３ｍｍ）でスーパーセルを覆い、比較例１に係る建装材を得た。誘電体とオレフィンシートとは、両面テープ（基材：不織布、粘着剤：アクリル系）を用い、第一面側の平面視周縁部で接合した。
（比較例２）
ＴＥ－２０４０と誘電体とを粘着剤で接合した点を除き、比較例１と同様の手順で比較例２に係る建装材を得た。
（比較例３）
被覆層を取り付けずにスーパーセルをむき出しにしたものを、反射特性の基準となる比較例３の建装材とした。

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。
（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。スーパーセルが覆われていない比較例３の値を基準（１００％）とし、各例の測定値をこれに対する割合に換算した。
評価は以下の２段階とし、〇を合格とした。
〇（ｇｏｏｄ）：基準の７０％以上
△（ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）：基準の７０％未満

併せて、各例の外観を目視により評価した。各実施例においては、いずれもスーパーセルがほとんど視認できなくなっており、空隙を有しつつも建装材として違和感のない外観を有していた。比較例１および２も、建装材として違和感のない外観を有していた。比較例３では、スーパーセルがはっきりと視認でき、かつ反射も生じていたため、多くの場合、そのまま建装材として用いることは困難であると推測された。
反射特性評価の結果を表１に示す。表１には、スーパーセルを被覆する構成の厚みや重量、空隙率等の各種物性も併せて示す。

いずれの実施例も、スーパーセルが露出している比較例３と遜色のない反射特性を示した。一方、スーパーセルが樹脂フィルムで覆われた比較例１では、不十分なレベルではないものの、実施例に比してやや劣る反射特性を示した。

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。

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。

・本発明に係る建装材において、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。

・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、被覆層とスーパーセルとの間には、電波減衰抑制の観点から接着剤等の他の部材が存在しないことが好ましい。上述した、被覆層の周縁部を折り返して金属層のある第二面側で誘電体に接合する態様は、これを実現する一つの手段であるが、被覆層が第二面側で誘電体に接合されることは本発明において必須ではない。例えば、被覆層の周縁部を折り返さずに、接着剤の塗布等により、被覆層と誘電体とをスーパーセルのある第一面側で接合してもよい。このような構成では被覆層とスーパーセルとの間に接着剤が存在することになるが、被覆層が三軸織物からなることで、空隙のない樹脂フィルム等でスーパーセルを被覆する態様に比べると入射する電波の減衰は抑制されており、一定の効果を奏する。また、第一面側の全部でなく、周縁部等の一部のみで接合を行う等によっても、電波減衰の抑制が可能である。

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
５０ 被覆層
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 糸

Claims (5)

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、
   三軸織物からなり、前記スーパーセルを覆うように配置された被覆層と、
   を備える、
   ミリ波反射建装材。
2. 前記被覆層は、一方の面に印刷層を有する、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
3. 前記三軸織物を構成する糸が厚さ方向に屈曲しており、前記被覆層が立体形状を有する、
   請求項１に記載のミリ波反射建装材。
4. 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。
5. 前記被覆層の周縁部が折り返されて前記第二面側で前記誘電体と接合されている、
   請求項４に記載のミリ波反射建装材。

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