JP3664094B2 - 複合誘電体成形物、その製造方法、およびそれを用いたレンズアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複合誘電体成形物、特に高周波部品に用いられる複合誘電体成形物、その製造方法、およびそれを用いたレンズアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代の高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport Systems）の開発が盛んになってきており、クルージング時の安全運転を支援するための機能が次々と開発されている。特に、自動車の目の役割を果たす外部環境検知システムはＩＴＳの中でも重要視され、赤外線やＣＣＤ等を用いた検知システムが開発されている。しかしながら、これらの検知システムの場合、雨中では使用できなかったり、コストが高くなったりといった問題点がある。
【０００３】
そこで、ミリ波（７６GHz）を利用したレーダーを外部環境検知手段として使用することが考えられている。このミリ波アンテナとしては、出射面が平面形状の平面アンテナや、出射面が凸状に湾曲したレンズアンテナ等があるが、中でもレンズアンテナは、アンテナ効率や検知角度の面において優れている。
【０００４】
このようなレンズアンテナとしては、その出射面が凸状となったレンズ本体と、その後方に設けられた１次送波器とからなるものが一般的である。特に、車載用のレンズアンテナのようにレンズ本体の厚みを薄くする必要のあるものには、そのレンズ本体の材質として、厚みが薄くても高誘電率であり、かつ生産性に優れた、誘電体無機フィラーと樹脂とからなる複合誘電体材料が用いられている。レンズ本体の成形については、成形にかかるコスト、成形の精度等から射出成形によることが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複合誘電体材料を成形して得られるレンズ本体（複合誘電体成形物）では、レンズアンテナのアンテナ利得やサイドローブが設計通りの値を達成できなかったり、特性にばらつきが見られたりして、歩溜りがよいとはいえなかった。
【０００６】
本発明の目的は、レンズアンテナとしたときのアンテナ利得やサイドローブ等の特性に優れ、かつ個体内および個体間の特性ばらつきが小さい複合誘電体成形物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような目的に鑑みてなされたものである。本発明に係る複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物であって、前記複合誘電体成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあり、前記有機高分子材料は、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂であることを特徴とする。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【０００８】
このような複合誘電体材料を用い、かつその成形物の誘電率異方性を調整することによって、電気的特性に優れ、かつ特性ばらつきの小さい複合誘電体成形物とすることができる。すなわち本発明者は、使用する複合誘電体材料や成形条件によって、複合誘電体成形物の誘電率が電界方向によって変動することに着目し、この複合誘電体成形物の誘電率の変動が大きいものが、誘電率所望の特性が得られない電界方向があったり、複合誘電体成形物内で特性のばらつきが生じていることを見出した。したがって、電界方向によって誘電率の変動を小さくする、つまり誘電率異方性を１．００〜１．０５に調整すれば、上記のような問題を解決することができるという本発明を成すに至ったものである。
また、有機高分子材料が、熱可塑性樹脂で構成されることにより、射出成形によって容易に複合誘電体材料を成形できるとともに、製造コストを低減し、形状精度を高めることができる。さらに、有機高分子材料が、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂で構成されることにより、樹脂フィラーが誘電体無機フィラーの配向を抑制するため、誘電率異方性を低減できる。
【００１３】
前記誘電体無機フィラーは、 II ａ， IV ａ， III ｂ， IV ｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、または II ａ， IV ａ， III ｂ， IV ｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１４】
このような誘電体無機フィラーにすることによって、複合誘電体成形物の肉厚が薄くても、高誘電率を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る複合誘電体成形物の製造方法は、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物の製造方法であって、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を準備する工程と、前記複合誘電体材料を、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度で射出成形する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
このような溶融粘度にすることによって、複合誘電体成形物の誘電率異方性が大きくなりやすい射出成形法であっても、誘電率異方性を１．００〜１．０５の範囲に調整することができる。
【００１７】
本発明に係るレンズアンテナは、出射面が凸状のレンズ本体を含むレンズ部と、前記レンズ部の後方に設けられた１次送波器と、を備えるレンズアンテナであって、前記レンズ本体は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物からなり、前記複合誘電成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあることを特徴とする。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【００１８】
このような構成にすることによって、アンテナ利得が大きく、サイドローブが低く、かつ特性ばらつきの少ないレンズアンテナとすることができる。
【００１９】
本発明に係るレンズアンテナは、前記レンズ本体表面に形成された整合層をさらに備えることが好ましい。また、前記整合層は、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物からなることが好ましい。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【００２０】
このようにレンズ本体に整合層を設けることによって、電磁波の出射時および受波時において、電磁波の反射をより抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと、有機高分子材料とからなる複合誘電体材料を成形し、その成形物を構成する任意の一部の誘電率異方性を１．００〜１．０５の範囲となるようにしたものである。
【００２２】
ここで、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）のことであり、その測定方法としては、上記複合誘電体成形物の任意の一部を１０点以上取ってテストピースとし、このテストピースを回転させながら誘電率を測定する方法を用いる。
【００２３】
また、上記誘電体無機フィラーは、実質的に複合誘電体成形物の誘電率を決定するものであり、誘電体無機フィラーの種類及び添加量を調整することによって、複合誘電体成形物の誘電率を調整することができる。このような誘電体無機フィラーとしては、IIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、具体的には、ＴｉＯ2，ＣａＴｉＯ3，ＭｇＴｉＯ3，Ａｌ2Ｏ3，ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＣａＣＯ3，Ｃａ2Ｐ2Ｏ7，ＳｉＯ2，Ｍｇ2ＳｉＯ4，Ｃａ2ＭｇＳｉ2Ｏ7，Ｂａ(Ｍｇ1/3Ｔａ2/3)Ｏ3等が挙げられる。
【００２４】
なお、上記誘電体無機フィラーが複合誘電体材料に対して添加含有される割合は、好ましくは１．０〜５５．０ｖｏｌ％であり、さらに好ましくは１０．０〜５５．０ｖｏｌ％である。上記誘電体無機フィラーの添加割合が５５．０ｖｏｌ％以下であれば複合誘電体材料を射出成形加工しやすく、１．０ｖｏｌ％以上であれば実用的な誘電率を確保できるためである。
【００２５】
また、上記有機高分子材料は、射出成形が可能であるということから、熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、メチルペンテンポリマー、ノルボルネン樹脂、ポリカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等が挙げられるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイドが高周波におけるＱ値が高く特に好ましい。
【００２６】
また、上記有機高分子材料を、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂で構成する場合は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂には上に列挙した熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂フィラーには上に列挙した熱可塑性樹脂の他に、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。ただし、樹脂フィラーに熱可塑性樹脂を用いる場合は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂として選択した熱可塑性樹脂の成形温度では溶融しない熱可塑性樹脂を選択する。
【００２７】
なお、上記樹脂フィラーが複合誘電体材料に対して添加含有される割合は、好ましくは１．０〜４５．０ｖｏｌ％であり、さらに好ましくは１０．０〜４５．０ｖｏｌ％である。上記樹脂フィラーの添加量が多すぎると複合誘電体材料を射出成形加工するのが困難になり、少なすぎると誘電体無機フィラーの配向を抑制しにくくなるためである。
【００２８】
また、上記複合誘電体材料は、射出成形によって成形しても誘電率異方性を小さくすることができるということから、溶融時の粘度が、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２００Ｐａ・ｓ以上である。なお、粘度の上限については、成形機の性能によるため特に限定はしないが、現在の成形機の性能からみて８００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００２９】
以下、本発明のレンズアンテナについて説明する。図１は本発明のレンズアンテナを示す概略説明図である。
本発明のレンズアンテナ１は、レンズ部２と、導波管（１次送波器）３と、レンズ部２および１次送波器３とに係合する支持板４とからなる。
【００３０】
レンズ部２はレンズ本体２ａと整合層２ｂとからなり、このうちレンズ本体２ａは、本発明の複合誘電体成形物からなり、出射面２ａ1が凸状、入射面２ａ2が平板状、出射面２ａ1の垂直断面が円弧状となるように、射出成形によって成形されている。また、整合層２ｂは、レンズ本体２ａと大気との整合をとるためのものであって、レンズ本体２ａと同様に本発明の複合誘電体成形物からなり、レンズ本体２ａの外縁を覆うような形状となるように成形され、レンズ本体２ａと接着されている。なお、整合層２ｂの比誘電率はレンズ本体２ａの比誘電率の平方根あるいはそれに近い値を有していることが好ましい。また、整合層２ｂの厚みは所望のマイクロ波の波長の約１／４であることが好ましい。
【００３１】
１次送波器としては本実施例では導波管３で構成されており、アルミニウム製の直方体形状である。また、導波管３は上面に送波用開口部３ａ、側面に挿入用開口部３ｂが形成されており、これらの開口部３ａ，３ｂは内部で連通している。
【００３２】
支持板４は、導波管３ａの外周部から、レンズ部２の縁部の全周にわたってテーパ状に広がった筒状に構成されており、導波管３ａとレンズ部２との位置関係を固定するために設けられる。また、支持板４の内側には、電磁波を反射するように金属メッキが施されていることが好ましい。
【００３３】
誘電体線路５は、送波用開口部３ａが形成された位置にその端部が来るように挿入用開口部３ｂから挿入されている。また、図示していないが、誘電体線路５には電極が形成されている。
【００３４】
以下、本発明の複合誘電体成形物について、実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の複合誘電体成形物について説明する。図２は本発明の複合誘電体成形物を示す概略斜視図、図３は本発明の複合誘電体の水平断面図である。なお、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ’面の断面、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ’面の断面、図３（ｃ）は図２におけるＣ−Ｃ’面を示す。
【００３６】
まず、誘電体無機フィラーとしてＣａＴｉＯ3粉末、有機高分子材料としてポリプロピレン粉末を用意し、表１に示す混合比となるように秤量した。これらをヘンシェルミキサーで予備混合して混合粉末とした。次に、シリンダー温度を２００℃にした二軸の押出機を用いて、得られた混合粉末を溶融状態で混錬し、複合誘電体材料とした後、ヘッド穴を通して糸状に成形した。この成形物を水中で冷却後、φ２×５ｍｍ程度にカットしてペレットとした。次に、得られたペレットを射出成形機に投入し、溶融後、直径７３．２ｍｍ、最大厚み２０ｍｍの凸レンズ状に射出成形して複合誘電体成形物を得た。このとき、射出成形時において、それぞれの試料の溶融粘度を剪断速度１０００ｓ -1 で測定した。
【００３７】
次に、得られた複合誘電体成形物の誘電率異方性、誘電率を測定した。ここで、誘電率はＴＥ０１δモードの１２ＧＨｚの電界を用いた摂動法で測定した。なお、誘電率異方性は以下のようにして測定した。まず、図２に示すように、Ａ−Ａ’面、Ｂ−Ｂ’面、およびＣ−Ｃ’面で、複合誘電体成形物１０を厚み方向に４等分した後、図３に示すように、それぞれの断面１０ａ、１０ｂ、１０ｃから合計１５点のサンプル１１を切り出した。次に、各サンプル１１をＴＥ１０モードの電界を用いた摂動法において、電界の方向を３０°ずつ回転させて誘電率の測定を行った。そして各サンプルの最大誘電率と最小誘電率との比である誘電率異方性を算出し、最後に各サンプルの誘電率異方性の平均を算出して複合誘電体成形物の誘電率異方性とした。その結果を表１に示す。なお、表１中の※印は本発明の範囲外を示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１に示すように、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあるものは、誘電率を変動させても、誘電率のばらつきが小さいことがわかる。
【００４０】
ここで、誘電率異方性の数値限定の理由について説明する。複合誘電体成形物の誘電率異方性を１．００〜１．０５に限定したのは、試料番号１、２のように、誘電率異方性が１．０５より大きい場合は、誘電率のばらつきが大きく好ましくないからである。
【００４１】
また、複合誘電体材料の射出成形時の溶融粘度を剪断速度１０００ｓ -1 のときに１７０Ｐａ・ｓ以上に限定したのは、試料番号１、２のように、溶融粘度が１７０Ｐａ・ｓより小さい場合には、射出成形時に複合誘電体材料中の誘電体無機フィラーが一定方向に揃いやすくなり、誘電率異方性が１．０５を超えてしまい好ましくないからである。
（実施例２）誘電体無機フィラーおよび有機高分子材料の種類と混合比とを表２のようにして、複合誘電体成形物としたとき誘電率εｒが約４．０となるような混合粉末を得た。なお、このように各試料の誘電率を一定としたのは、利得およびサイドローブを各試料間で単純比較するためである。次に、得られた混合粉末から実施例１と同様にして複合誘電体成形物を得た。そして、複合誘電体材料の溶融粘度、複合誘電体成形物の誘電率異方性、および誘電率ばらつきを実施例１と同様にして測定した。さらに、利得、サイドローブを電波暗室内においてＴＥ１０モードで７６ＧＨｚの電界を用いて測定した。その結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示すように、誘電体無機フィラー、有機高分子材料の種類を変えても、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある試料番号１４〜２７は、誘電率ばらつきが小さく、利得およびサイドローブの双方において良好な値が得られていることがわかる。一方、誘電率異方性が１．０５より大きい試料番号１１〜１３は、誘電率ばらつきが２倍以上に大きくなり、利得およびサイドローブの双方において良好な値が得られていない。
（実施例３）
誘電体無機フィラーとしてＣａＴｉＯ3粉末、およびＡｌ2Ｏ3粉末、マトリックスとなる熱可塑性樹脂としてポリプロピレン粉末、樹脂フィラーとしてシンジオタクチックポリスチレン粉末を用意し、表３に示す混合比になるように秤量した。次に、これらをヘンシェルミキサーで予備混合して混合粉末とした。次に、得られた混合粉末から実施例１と同様にして複合誘電体成形物を得た。
【００４４】
次に、得られた複合誘電体成形物の誘電率異方性、誘電率を実施例１と同じ測定方法によって測定した。その結果を表３に示す。なお、表３中の※印は本発明の範囲外を示す。
【００４５】
なお、試料２８〜３０は、実施例１の比較例である試料１（表１）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３１〜３３は、実施例１における試料３（表１）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３４〜３６は、実施例２の比較例である試料１１（表２）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３７〜３９は、実施例２における試料１６（表２）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３に示すように、マトリックスとなる熱可塑性樹脂に樹脂フィラーを添加したものは、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあり、誘電率のばらつきが小さいことがわかる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなり、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあるので、電気的特性に優れ、かつ特性ばらつきを小さくすることができる。
【００４９】
また、有機高分子材料として熱可塑性樹脂を選択し、複合誘電体材料の溶融粘度を、剪断速度１０００Ｓ-1において、１７０Ｐａ・ｓ以上とすることによって、射出成形によって複合誘電体材料を成形できるので、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
【００５０】
さらに、有機高分子材料として、樹脂フィラーを添加した熱可塑性樹脂を選択することによって、誘電体無機フィラーの配向を抑制できるので、誘電率異方性を低減できる。
【００５１】
また、本発明に係る複合誘電体成形物の製造方法では、複合誘電体材料の溶融粘度を、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上とすることにより、射出成形によって複合誘電体材料を成形できるので、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
【００５２】
また、本発明に係るレンズアンテナは、アンテナ利得が大きく、サイドローブが低く、かつ特性ばらつきが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズアンテナを示す概略断面図。
【図２】本発明の複合誘電体成形物を示す概略斜視図。
【図３】本発明の複合誘電体の水平断面図。
【符号の説明】
１ レンズアンテナ
２ レンズ部
２ａ レンズ本体
２ｂ 整合層
３ 導波管（１次送波器）
４ 支持板
５ 誘電体線路
１０ 複合誘電体成形物
１１ サンプル
【発明の属する技術分野】
本発明は複合誘電体成形物、特に高周波部品に用いられる複合誘電体成形物、その製造方法、およびそれを用いたレンズアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代の高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport Systems）の開発が盛んになってきており、クルージング時の安全運転を支援するための機能が次々と開発されている。特に、自動車の目の役割を果たす外部環境検知システムはＩＴＳの中でも重要視され、赤外線やＣＣＤ等を用いた検知システムが開発されている。しかしながら、これらの検知システムの場合、雨中では使用できなかったり、コストが高くなったりといった問題点がある。
【０００３】
そこで、ミリ波（７６GHz）を利用したレーダーを外部環境検知手段として使用することが考えられている。このミリ波アンテナとしては、出射面が平面形状の平面アンテナや、出射面が凸状に湾曲したレンズアンテナ等があるが、中でもレンズアンテナは、アンテナ効率や検知角度の面において優れている。
【０００４】
このようなレンズアンテナとしては、その出射面が凸状となったレンズ本体と、その後方に設けられた１次送波器とからなるものが一般的である。特に、車載用のレンズアンテナのようにレンズ本体の厚みを薄くする必要のあるものには、そのレンズ本体の材質として、厚みが薄くても高誘電率であり、かつ生産性に優れた、誘電体無機フィラーと樹脂とからなる複合誘電体材料が用いられている。レンズ本体の成形については、成形にかかるコスト、成形の精度等から射出成形によることが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複合誘電体材料を成形して得られるレンズ本体（複合誘電体成形物）では、レンズアンテナのアンテナ利得やサイドローブが設計通りの値を達成できなかったり、特性にばらつきが見られたりして、歩溜りがよいとはいえなかった。
【０００６】
本発明の目的は、レンズアンテナとしたときのアンテナ利得やサイドローブ等の特性に優れ、かつ個体内および個体間の特性ばらつきが小さい複合誘電体成形物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような目的に鑑みてなされたものである。本発明に係る複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物であって、前記複合誘電体成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあり、前記有機高分子材料は、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂であることを特徴とする。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【０００８】
このような複合誘電体材料を用い、かつその成形物の誘電率異方性を調整することによって、電気的特性に優れ、かつ特性ばらつきの小さい複合誘電体成形物とすることができる。すなわち本発明者は、使用する複合誘電体材料や成形条件によって、複合誘電体成形物の誘電率が電界方向によって変動することに着目し、この複合誘電体成形物の誘電率の変動が大きいものが、誘電率所望の特性が得られない電界方向があったり、複合誘電体成形物内で特性のばらつきが生じていることを見出した。したがって、電界方向によって誘電率の変動を小さくする、つまり誘電率異方性を１．００〜１．０５に調整すれば、上記のような問題を解決することができるという本発明を成すに至ったものである。
また、有機高分子材料が、熱可塑性樹脂で構成されることにより、射出成形によって容易に複合誘電体材料を成形できるとともに、製造コストを低減し、形状精度を高めることができる。さらに、有機高分子材料が、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂で構成されることにより、樹脂フィラーが誘電体無機フィラーの配向を抑制するため、誘電率異方性を低減できる。
【００１３】
前記誘電体無機フィラーは、 II ａ， IV ａ， III ｂ， IV ｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、または II ａ， IV ａ， III ｂ， IV ｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１４】
このような誘電体無機フィラーにすることによって、複合誘電体成形物の肉厚が薄くても、高誘電率を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る複合誘電体成形物の製造方法は、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物の製造方法であって、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を準備する工程と、前記複合誘電体材料を、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度で射出成形する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
このような溶融粘度にすることによって、複合誘電体成形物の誘電率異方性が大きくなりやすい射出成形法であっても、誘電率異方性を１．００〜１．０５の範囲に調整することができる。
【００１７】
本発明に係るレンズアンテナは、出射面が凸状のレンズ本体を含むレンズ部と、前記レンズ部の後方に設けられた１次送波器と、を備えるレンズアンテナであって、前記レンズ本体は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物からなり、前記複合誘電成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあることを特徴とする。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【００１８】
このような構成にすることによって、アンテナ利得が大きく、サイドローブが低く、かつ特性ばらつきの少ないレンズアンテナとすることができる。
【００１９】
本発明に係るレンズアンテナは、前記レンズ本体表面に形成された整合層をさらに備えることが好ましい。また、前記整合層は、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物からなることが好ましい。（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
【００２０】
このようにレンズ本体に整合層を設けることによって、電磁波の出射時および受波時において、電磁波の反射をより抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと、有機高分子材料とからなる複合誘電体材料を成形し、その成形物を構成する任意の一部の誘電率異方性を１．００〜１．０５の範囲となるようにしたものである。
【００２２】
ここで、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）のことであり、その測定方法としては、上記複合誘電体成形物の任意の一部を１０点以上取ってテストピースとし、このテストピースを回転させながら誘電率を測定する方法を用いる。
【００２３】
また、上記誘電体無機フィラーは、実質的に複合誘電体成形物の誘電率を決定するものであり、誘電体無機フィラーの種類及び添加量を調整することによって、複合誘電体成形物の誘電率を調整することができる。このような誘電体無機フィラーとしては、IIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、具体的には、ＴｉＯ2，ＣａＴｉＯ3，ＭｇＴｉＯ3，Ａｌ2Ｏ3，ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＣａＣＯ3，Ｃａ2Ｐ2Ｏ7，ＳｉＯ2，Ｍｇ2ＳｉＯ4，Ｃａ2ＭｇＳｉ2Ｏ7，Ｂａ(Ｍｇ1/3Ｔａ2/3)Ｏ3等が挙げられる。
【００２４】
なお、上記誘電体無機フィラーが複合誘電体材料に対して添加含有される割合は、好ましくは１．０〜５５．０ｖｏｌ％であり、さらに好ましくは１０．０〜５５．０ｖｏｌ％である。上記誘電体無機フィラーの添加割合が５５．０ｖｏｌ％以下であれば複合誘電体材料を射出成形加工しやすく、１．０ｖｏｌ％以上であれば実用的な誘電率を確保できるためである。
【００２５】
また、上記有機高分子材料は、射出成形が可能であるということから、熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、メチルペンテンポリマー、ノルボルネン樹脂、ポリカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等が挙げられるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイドが高周波におけるＱ値が高く特に好ましい。
【００２６】
また、上記有機高分子材料を、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂で構成する場合は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂には上に列挙した熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂フィラーには上に列挙した熱可塑性樹脂の他に、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。ただし、樹脂フィラーに熱可塑性樹脂を用いる場合は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂として選択した熱可塑性樹脂の成形温度では溶融しない熱可塑性樹脂を選択する。
【００２７】
なお、上記樹脂フィラーが複合誘電体材料に対して添加含有される割合は、好ましくは１．０〜４５．０ｖｏｌ％であり、さらに好ましくは１０．０〜４５．０ｖｏｌ％である。上記樹脂フィラーの添加量が多すぎると複合誘電体材料を射出成形加工するのが困難になり、少なすぎると誘電体無機フィラーの配向を抑制しにくくなるためである。
【００２８】
また、上記複合誘電体材料は、射出成形によって成形しても誘電率異方性を小さくすることができるということから、溶融時の粘度が、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２００Ｐａ・ｓ以上である。なお、粘度の上限については、成形機の性能によるため特に限定はしないが、現在の成形機の性能からみて８００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００２９】
以下、本発明のレンズアンテナについて説明する。図１は本発明のレンズアンテナを示す概略説明図である。
本発明のレンズアンテナ１は、レンズ部２と、導波管（１次送波器）３と、レンズ部２および１次送波器３とに係合する支持板４とからなる。
【００３０】
レンズ部２はレンズ本体２ａと整合層２ｂとからなり、このうちレンズ本体２ａは、本発明の複合誘電体成形物からなり、出射面２ａ1が凸状、入射面２ａ2が平板状、出射面２ａ1の垂直断面が円弧状となるように、射出成形によって成形されている。また、整合層２ｂは、レンズ本体２ａと大気との整合をとるためのものであって、レンズ本体２ａと同様に本発明の複合誘電体成形物からなり、レンズ本体２ａの外縁を覆うような形状となるように成形され、レンズ本体２ａと接着されている。なお、整合層２ｂの比誘電率はレンズ本体２ａの比誘電率の平方根あるいはそれに近い値を有していることが好ましい。また、整合層２ｂの厚みは所望のマイクロ波の波長の約１／４であることが好ましい。
【００３１】
１次送波器としては本実施例では導波管３で構成されており、アルミニウム製の直方体形状である。また、導波管３は上面に送波用開口部３ａ、側面に挿入用開口部３ｂが形成されており、これらの開口部３ａ，３ｂは内部で連通している。
【００３２】
支持板４は、導波管３ａの外周部から、レンズ部２の縁部の全周にわたってテーパ状に広がった筒状に構成されており、導波管３ａとレンズ部２との位置関係を固定するために設けられる。また、支持板４の内側には、電磁波を反射するように金属メッキが施されていることが好ましい。
【００３３】
誘電体線路５は、送波用開口部３ａが形成された位置にその端部が来るように挿入用開口部３ｂから挿入されている。また、図示していないが、誘電体線路５には電極が形成されている。
【００３４】
以下、本発明の複合誘電体成形物について、実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の複合誘電体成形物について説明する。図２は本発明の複合誘電体成形物を示す概略斜視図、図３は本発明の複合誘電体の水平断面図である。なお、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ’面の断面、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ’面の断面、図３（ｃ）は図２におけるＣ−Ｃ’面を示す。
【００３６】
まず、誘電体無機フィラーとしてＣａＴｉＯ3粉末、有機高分子材料としてポリプロピレン粉末を用意し、表１に示す混合比となるように秤量した。これらをヘンシェルミキサーで予備混合して混合粉末とした。次に、シリンダー温度を２００℃にした二軸の押出機を用いて、得られた混合粉末を溶融状態で混錬し、複合誘電体材料とした後、ヘッド穴を通して糸状に成形した。この成形物を水中で冷却後、φ２×５ｍｍ程度にカットしてペレットとした。次に、得られたペレットを射出成形機に投入し、溶融後、直径７３．２ｍｍ、最大厚み２０ｍｍの凸レンズ状に射出成形して複合誘電体成形物を得た。このとき、射出成形時において、それぞれの試料の溶融粘度を剪断速度１０００ｓ -1 で測定した。
【００３７】
次に、得られた複合誘電体成形物の誘電率異方性、誘電率を測定した。ここで、誘電率はＴＥ０１δモードの１２ＧＨｚの電界を用いた摂動法で測定した。なお、誘電率異方性は以下のようにして測定した。まず、図２に示すように、Ａ−Ａ’面、Ｂ−Ｂ’面、およびＣ−Ｃ’面で、複合誘電体成形物１０を厚み方向に４等分した後、図３に示すように、それぞれの断面１０ａ、１０ｂ、１０ｃから合計１５点のサンプル１１を切り出した。次に、各サンプル１１をＴＥ１０モードの電界を用いた摂動法において、電界の方向を３０°ずつ回転させて誘電率の測定を行った。そして各サンプルの最大誘電率と最小誘電率との比である誘電率異方性を算出し、最後に各サンプルの誘電率異方性の平均を算出して複合誘電体成形物の誘電率異方性とした。その結果を表１に示す。なお、表１中の※印は本発明の範囲外を示す。
【００３８】
【表１】
表１に示すように、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあるものは、誘電率を変動させても、誘電率のばらつきが小さいことがわかる。
【００４０】
ここで、誘電率異方性の数値限定の理由について説明する。複合誘電体成形物の誘電率異方性を１．００〜１．０５に限定したのは、試料番号１、２のように、誘電率異方性が１．０５より大きい場合は、誘電率のばらつきが大きく好ましくないからである。
【００４１】
また、複合誘電体材料の射出成形時の溶融粘度を剪断速度１０００ｓ -1 のときに１７０Ｐａ・ｓ以上に限定したのは、試料番号１、２のように、溶融粘度が１７０Ｐａ・ｓより小さい場合には、射出成形時に複合誘電体材料中の誘電体無機フィラーが一定方向に揃いやすくなり、誘電率異方性が１．０５を超えてしまい好ましくないからである。
（実施例２）誘電体無機フィラーおよび有機高分子材料の種類と混合比とを表２のようにして、複合誘電体成形物としたとき誘電率εｒが約４．０となるような混合粉末を得た。なお、このように各試料の誘電率を一定としたのは、利得およびサイドローブを各試料間で単純比較するためである。次に、得られた混合粉末から実施例１と同様にして複合誘電体成形物を得た。そして、複合誘電体材料の溶融粘度、複合誘電体成形物の誘電率異方性、および誘電率ばらつきを実施例１と同様にして測定した。さらに、利得、サイドローブを電波暗室内においてＴＥ１０モードで７６ＧＨｚの電界を用いて測定した。その結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
表２に示すように、誘電体無機フィラー、有機高分子材料の種類を変えても、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある試料番号１４〜２７は、誘電率ばらつきが小さく、利得およびサイドローブの双方において良好な値が得られていることがわかる。一方、誘電率異方性が１．０５より大きい試料番号１１〜１３は、誘電率ばらつきが２倍以上に大きくなり、利得およびサイドローブの双方において良好な値が得られていない。
（実施例３）
誘電体無機フィラーとしてＣａＴｉＯ3粉末、およびＡｌ2Ｏ3粉末、マトリックスとなる熱可塑性樹脂としてポリプロピレン粉末、樹脂フィラーとしてシンジオタクチックポリスチレン粉末を用意し、表３に示す混合比になるように秤量した。次に、これらをヘンシェルミキサーで予備混合して混合粉末とした。次に、得られた混合粉末から実施例１と同様にして複合誘電体成形物を得た。
【００４４】
次に、得られた複合誘電体成形物の誘電率異方性、誘電率を実施例１と同じ測定方法によって測定した。その結果を表３に示す。なお、表３中の※印は本発明の範囲外を示す。
【００４５】
なお、試料２８〜３０は、実施例１の比較例である試料１（表１）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３１〜３３は、実施例１における試料３（表１）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３４〜３６は、実施例２の比較例である試料１１（表２）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。また、試料３７〜３９は、実施例２における試料１６（表２）と同じ量の誘電体無機フィラーが添加され、かつ、熱可塑性樹脂に樹脂フィラーが添加されているものである。
【００４６】
【表３】
表３に示すように、マトリックスとなる熱可塑性樹脂に樹脂フィラーを添加したものは、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあり、誘電率のばらつきが小さいことがわかる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなり、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあるので、電気的特性に優れ、かつ特性ばらつきを小さくすることができる。
【００４９】
また、有機高分子材料として熱可塑性樹脂を選択し、複合誘電体材料の溶融粘度を、剪断速度１０００Ｓ-1において、１７０Ｐａ・ｓ以上とすることによって、射出成形によって複合誘電体材料を成形できるので、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
【００５０】
さらに、有機高分子材料として、樹脂フィラーを添加した熱可塑性樹脂を選択することによって、誘電体無機フィラーの配向を抑制できるので、誘電率異方性を低減できる。
【００５１】
また、本発明に係る複合誘電体成形物の製造方法では、複合誘電体材料の溶融粘度を、剪断速度１０００ｓ -1 において１７０Ｐａ・ｓ以上とすることにより、射出成形によって複合誘電体材料を成形できるので、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
【００５２】
また、本発明に係るレンズアンテナは、アンテナ利得が大きく、サイドローブが低く、かつ特性ばらつきが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズアンテナを示す概略断面図。
【図２】本発明の複合誘電体成形物を示す概略斜視図。
【図３】本発明の複合誘電体の水平断面図。
【符号の説明】
１ レンズアンテナ
２ レンズ部
２ａ レンズ本体
２ｂ 整合層
３ 導波管（１次送波器）
４ 支持板
５ 誘電体線路
１０ 複合誘電体成形物
１１ サンプル
Claims (6)
- 誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物であって、
前記複合誘電体成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあり、
前記有機高分子材料は、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂であることを特徴とする複合誘電体成形物。
（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。） - 前記誘電体無機フィラーは、IIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ，IVａ，IIIｂ，IVｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の複合誘電体成形物。
- 誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物の製造方法であって、
誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を準備する工程と、
前記複合誘電体材料を、剪断速度１０００ｓ-1において１７０Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度で射出成形する工程と、
を備えることを特徴とする、複合誘電体成形物の製造方法。
（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。） - 出射面が凸状のレンズ本体を含むレンズ部と、前記レンズ部の後方に設けられた１次送波器と、を備えるレンズアンテナであって、
前記レンズ本体は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物からなり、
前記複合誘電成形物は、その誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にあることを特徴とする、レンズアンテナ。
（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。） - 前記レンズ本体表面に形成された整合層をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載のレンズアンテナ。
- 前記整合層は、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲にある複合誘電体成形物からなることを特徴とする、請求項５に記載のレンズアンテナ。
（ただし、誘電率異方性とは、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を示す。）
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