JP4176793B2 - レドーム用フッ素樹脂組成物、レドームおよびレドームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レドーム用フッ素樹脂組成物およびレドームに関する。

屋外用のアンテナには、直射日光、雨、雪、鳥などからの保護を目的として、一般に、レドームと称される、誘電体からなるカバーが設けられている。
近年では、通信情報量の増大によって高周波数領域の電波の利用が拡大していることに伴い、アンテナの誘電損失（電波の送受信ロス）を極力低減することが要求されている。このため、アンテナを覆うレドームとしても、誘電損失の低いものが求められている。

レドームの素材としては、従来、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ＡＥＳ樹脂等のエンジニアリングプラスチック材料や、これらを使用した繊維強化プラスチック（ＦＰＲ：Fiber Reinforced Plastics）、セラミックスなどが使用されている。また、特開平８−１８１５
２２号公報（特許文献１）および特開２００４−３６４１９２号公報（特許文献２）には、素材としてフッ素樹脂を使用したレドームが開示されている。
特開平８−１８１５２２号公報 特開２００４−３６４１９２号公報

レドームは屋外のアンテナに使用されるが、景観を損ねないためには、レドームの色は、景観に溶け込みやすいグレー色（灰色）であることが望ましい。レドームの色がグレー色（灰色）であると、たとえばレドームを道路周辺に設置する場合に、運転中のドライバーの視野に入ってもその注意を引くこともなく、夜間の車両のライトを過度に反射して交通安全を妨げることがない点でも好ましい。

フッ素樹脂は、誘電特性に優れる（すなわち、誘電率および誘電正接が低い）点で、レドーム形成材料として好適であるが、白色であることから、フッ素樹脂を用いてグレー色（灰色）のレドームを製造するためには、レドームを着色する必要がある。

フッ素樹脂以外の素材からなるレドームであれば、塗装によりグレー色（灰色）に着色することが可能であるが、フッ素樹脂は濡れ性が低いため、フッ素樹脂からなるレドームにおいては塗装が剥がれ易いという問題がある。また、特にミリ波帯のような高周波数領域では、塗装が電波の送受信ロスを悪化させるという問題もある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ミリ波帯においても好適に使用できる、誘電特性に優れた、グレー色（灰色）のレドームおよびこのようなレドームの製造に用いるフッ素樹脂系材料を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究した結果、フッ素樹脂に少量のカーボン粉末を配合してなる組成物を用いると、誘電特性をほとんど低下させることなく、グレー色（灰色）のレドームを製造できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂およびカーボン粉末を含有することを特徴としている。
前記レドーム用フッ素樹脂組成物は、前記カーボン粉末を、前記フッ素樹脂１００質量
部に対して０．２質量部以下含有することが望ましい。

前記レドーム用フッ素樹脂組成物は、さらに窒化ボロンを１０質量部以下含有していてもよい。
本発明のレドームは、前記レドーム用フッ素樹脂組成物からなることを特徴としている。
本発明のレドームの製造方法は、前記レドーム用フッ素樹脂組成物を成形することを特徴としている。

本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物を用いると、誘電率および誘電正接が低いためミリ波帯においても好適に使用でき、灰色であるため景観にも溶け込みやすく、道路周辺に設置して場合であれば、運転中のドライバーの視野に入ってもその注意を引くこともなく、夜間の車両のライトを過度に反射して交通安全を妨げることもないレドームを製造することができる。

本発明のレドームは、誘電率および誘電正接が低いためミリ波帯においても好適に使用できる。またその色が灰色であるため景観にも溶け込みやすく、道路周辺に設置して場合であれば、運転中のドライバーの視野に入ってもその注意を引くこともなく、夜間の車両のライトを過度に反射して交通安全を妨げることもない。

以下、本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物（以下、単に「組成物」ともいう。）およびレドームについてより詳細に説明する。
［レドーム用フッ素樹脂組成物］
本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂およびカーボン粉末を含有することを特徴としている。

＜フッ素樹脂＞
前記フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレンエチレン共重合樹脂（ＦＥＰ）および四フッ化エチレン−パーフロロアルキル共重合樹脂（ＰＦＡ）など、従来公知のフッ素樹脂を用いることができる。

これらのフッ素樹脂を用いると、耐侯性および撥水性に優れ、野外での使用に好適なレドームを製造することができる。
またミリ波帯での電波送受信ロスが小さいレドームを製造する観点からは、これらのフッ素樹脂の中でも、誘電特性に優れた（すなわち、誘電率および誘電正接が小さい）四フッ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」ともいう。）、変性ＰＴＦＥ、四フッ化エチレン−パーフロロアルキル共重合樹脂（以下「ＰＦＡ」ともいう。）および四フッ化エチレン−六フッ化プロピレンエチレン共重合樹脂（以下「ＦＥＰ」ともいう。）が好ましい。

さらに、カーボンを配合して透明性が低いグレー色（灰色）のアンテナレドームを製造する観点からは、これらのフッ素樹脂の中でも、特に白色の四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が好ましい。

前記フッ素樹脂は１種単独で使用してもよく２種以上を併用してもよい。たとえば、主成分として比較的透明度の高いＰＦＡおよび／またはＦＥＰを使用する場合において、比較的透明度の低いＰＴＦＥを併用することで、ＰＦＡおよび／またはＦＥＰを主成分とする本発明の組成物およびレドームの透明度を抑制することができる。

原料としての前記フッ素樹脂の態様としては、ＰＴＦＥの場合はモールディングパウダー、ファインパウダー、水にフッ樹脂微粒子を分散させてなるディスパージョン、ＰＦＡおよびＦＥＰの場合は、ペレット、粉末などが挙げられる。ＰＦＡおよび／またはＦＥＰを使用する場合において併用するＰＴＦＥとしては、溶融混練りする際に高分散し易い点で、焼成された粉末ＰＴＦＥ（たとえば、日本バルカー工業（株）社製のユノンＰ−３００、ユノンＰ−３１０など）が望ましい。ＰＦＡおよびＦＥＰは、ＰＴＦＥと同等の誘電率（２．１）、誘電正接（０．０００２以下）を有するため、それぞれをどのような比率で混合してもＰＴＦＥを用いた場合と同等の誘電特性を有するレドームを製造することができる。

ただし溶融押し出し成型やインジェクション成型などを行ってレドーム得る場合は、溶融時の成型性を考慮してＰＴＦＥ（ＰＴＦＥ焼成パウダー（バルカー製ユノンＰ−３００またはユノンＰ−３１０等））は９０％以下とすることが望ましい。

＜カーボン粉末＞
本発明においては、前記フッ素樹脂に黒色顔料としてカーボン粉末が少量添加されてなる組成物を用いることにより、グレー色（灰色）のレドームが製造される。

一方、アニリンブラックなどの有機系の黒色顔料は、フッ素樹脂（組成物）の成形温度に耐えることができず、金属系の黒色顔料はシールド効果を有するためレドーム用途には適さず、いずれも本発明では用いることができない。

前記カーボン粉末（カーボン粒子）の平均粒子径（日機装（株）社製：マイクロトラック粒度分布測定装置によって測定された平均粒子径）は、分散性に優れる点で小さいことが望ましく、好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは１〜０．１μｍである。

前記カーボン粉末の吸油量（ＤＢＰ吸油量（Ａ法）によって測定された吸油量）は、好ましくは１〜３００ｃｍ³／１００ｇである。吸油量がこのように少ないことは、アンテ
ナレドームの汚れ防止の観点から好ましい。このようなカーボン粉末としては、ＡＳＴＭ分類：Ｎ−９９０（吸油量：３０〜５０ｃｍ³／１００ｇ）のカーボン粉末が挙げられる
。

前記カーボン粉末は、前記レドーム用フッ素樹脂組成物中に、フッ素樹脂１００質量部に対して通常０．２質量部以下、好ましくは０．００１〜０．１質量部、より好ましくは０．００５〜０．０５質量部含まれる。カーボン粉末の含有量が上記範囲にあると、誘電特性に優れ、所望の（たとえば、マンセルＮ６〜Ｎ９近似）グレー色（灰色）のレドームを製造することができる。一方、カーボン量が多すぎると、レドームの誘電損失が高くなってしまう。

レドームのグレー色（灰色）の程度は、カーボン粉末量を増減させることによって調整することができる。
＜その他の成分＞
窒化ボロン粉末；
本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物は、さらに窒化ボロン粉末を含有していてもよい。この窒化ボロン粉末によって、本発明の組成物およびレドームの透明度を抑制することができる。

前記窒化ボロン粉末の平均粒子径（日機装（株）社製：マイクロトラック粒度分布測定装置によって測定された平均粒子径）は、たとえば７〜１２μｍである。
前記窒化ボロン粉末は、前記レドーム用フッ素樹脂組成物中に、フッ素樹脂１００質量
部に対して好ましくは１０質量部以下、さらに好ましくは０．１〜１質量部含まれる。窒化ボロン粉末の含有量が多すぎると、前記組成物の誘電率が高くなるため、電波透過特性が良好なレドームを製造することができない。

［レドーム］
本発明のレドームは、前記レドーム用フッ素樹脂組成物からなることを特徴としている。

本発明のレドームは、誘電率および誘電正接とも小さく、具体的には、ＪＩＳ Ｒ１６４１に準拠して測定される３３ＧＨｚでの誘電率はたとえば２．１〜２．６であり、ＪＩＳ Ｒ１６４１に準拠して測定される３３ＧＨｚでの誘電正接はたとえば０．０００２〜０．００５以下である。したがって、本発明のレドームは、特にミリ波帯対応のレドームとして好適に用いることができる。

また本発明のレドームの色は、グレー色（灰色）、たとえばマンセルＮ６〜Ｎ９近似である。したがって、本発明のレドームは、景観に溶け込みやすく、また道路周辺に設置された場合であれば、運転中のドライバーの視野に入ってもその注意を引くこともなく、または夜間に車両のライトを過度に反射して交通安全を妨げることもない。

［レドームの製造方法］
本発明のレドームの製造方法は、前記レドーム用フッ素樹脂組成物を成形することを特徴としている。

前記レドーム用フッ素樹脂組成物をレドームに成形する方法を、ベースとするフッ素樹脂ごとに、以下に例を挙げて説明する。
○ＰＴＦＥ（モールディングパウダー）がベースの場合
前記レドーム用フッ素樹脂組成物を所定の金型に詰めて圧縮し、プレフォーム品を作成する。次に、このプレフォーム品をＰＴＦＥの融点以上で焼成し、成形品を得る。

焼成された成形品がブロックの場合は、これを任意の形状に切削加工し、レドームとする。
また、焼成された成形品（円筒状のブロック）からシート、フィルム状に切削したものに固定用のネジ穴などを開けて、レドームとしても良い。また、このシートを熱加工により任意の形状に曲げてレドームとしても良い。

○ＰＴＦＥ（ファインパウダー）がベースの場合
前記レドーム用フッ素樹脂組成物にアルコール等の有機溶剤を加えてペーストを調製し、これを押し出してシート状またはフィルム状とし、次いで加熱乾燥により前記有機溶剤を飛ばした（除去した）後、フッ素樹脂の融点以上で焼成してシートまたはフィルムを作成する。

また、前記のシートまたはフィルムと、ＰＴＦＥ（モールディングパウダー）から得られるシートやフィルムとを熱圧着させて、レドームを製造しても良い。このＰＴＦＥ（モールディングパウダー）は、カーボンなどが添加されていない白色の純ＰＴＦＥであっても良い。

前記のシートまたはフィルムに固定用のネジ穴などを開けてレドームを製造しても良く、このシートを熱加工により任意の形状に曲げてレドームとしても良い。
○ＰＴＦＥ（ディスパージョン）がベースの場合
前記レドーム用フッ素樹脂組成物を、ガラスクロスやガラス不織布等の補強材に含浸さ
せ乾燥させ（水分を飛ばし）、次いで焼成して、シートまたはフィルムを得る。

このシートまたはフィルムと、ＰＴＦＥ（モールディングパウダー）から得られるシートやフィルムとを熱圧着させて、レドームを製造しても良い。このＰＴＦＥ（モールディングパウダー）は、カーボンなどが添加されていない白色の純ＰＴＦＥであっても良い。

○ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥ，ＰＣＴＦＥまたはＥＣＴＦＥがベースの場合
前記レドーム用フッ素樹脂組成物をインジェクション成形することにより、レドームを得ることができる。

また、溶融押し出し成形することにより、シートやフィルムが得られる。この場合は固定用のネジ穴などを明けレドームとしても良く、このシートを熱加工により任意の形状に曲げてレドームとしても良い。

このシート、フィルムに固定用のネジ穴などを開けてレドームを製造しても良く、このシートを熱加工により任意の形状に曲げてレドームとしても良い。
このシートまたはフィルムと、ＰＴＦＥ（モールディングパウダー）から得られるシートやフィルムとを熱圧着させて、レドームを製造しても良い。このＰＴＦＥ（モールディングパウダー）は、カーボンなどが添加されていない白色の純ＰＴＦＥであっても良い。

上記の方法の他にも、特許文献１（特開平８−１８１５２２号公報）、または特許文献２（特開２００４−３６４１９２号公報）に記載されたレドームの製造方法において、フッ素樹脂に代えて本発明のレドーム用フッ素樹脂組成物を用いてレドームを製造することもできる。

［実施例］
以下、本発明の製造方法を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

［実施例１］
ＰＴＦＥ粉末（Ｍ１２、ダイキン社製）１００質量部、および
カーボン粉末（ＭＴカーボン、Cancarb社製）０．０５質量部
をミキサー（粉砕機ＳＣＭ−４０、石崎電製作所製）で混合して組成物を調製し、この組成物を金型（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×深さ１０ｍｍ）に充填し、熱プレス（圧力：２ＭＰａ、温度：３５０℃）にて、厚み１ｍｍのシートを成形した。

レドームに代えて、このシートの色を、およびこのシートからφ２０ｍｍに打ち抜いた試験片について、以下の方法で誘電特性を評価した。結果を表１に示す。
色：
熱プレスにより得られたシートをマンセル色見本帳に照らし合わせ、目視にて判断した。

誘電特性：
試験片について、３３ＧＨｚで、ＪＩＳ Ｒ１６４１に準拠して誘電率および誘電正接を測定した。

［実施例２〜４、比較例１］
表１に示すように配合成分およびその量を変更した以外は実施例１と同様の方法で試験片を作成し、評価した。結果を表１に示す。なお、ボロン粉末としてはデンカボロンナイトライド（電気化学工業社製）を使用した。

実施例１〜４の試験片はグレー色（灰色）であり、かつ比較例１の試験片と比較して誘電特性をほとんど損ねていなかった。

Claims (4)

1. フッ素樹脂および該フッ素樹脂１００質量部に対して０．００１〜０．２質量部のカーボン粉末を含有することを特徴とするレドーム用フッ素樹脂組成物。
2. さらに窒化ボロン粉末を前記フッ素樹脂１００質量部に対して１０質量部以下含有することを特徴とする請求項１に記載のレドーム用フッ素樹脂組成物。
3. 請求項１または２に記載のレドーム用フッ素樹脂組成物からなるレドーム。
4. 請求項１または２に記載のレドーム用フッ素樹脂組成物を成形することを特徴とするレドームの製造方法。