JP4832729B2 - 高誘電性エラストマー組成物 - Google Patents
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Description
通信機器は、通信機器内部に組み込まれたアンテナ材料の比誘電率が高くなると、より一層の高周波化および小型化が図れる。比誘電率は、誘電体内部の分極の程度を示すパラメータである。従って、比誘電率の高いアンテナ材料を使用できれば、高周波化ひいては回路の短縮化および通信機器の小型化が図れる。
また、高誘電率ゴム組成物(特許文献2)は、電力ケーブルの接続部、終端部等の電界不整部となりやすい箇所に配置されて電界緩和を行なうために用いられる絶縁物であり、チタン酸バリウム系粉末の特性として、誘電正接が大きいため、アンテナ材等の電子部品に適さないという問題がある。
本発明において、比誘電率の温度係数α(1/℃)は、α=(εr( t )−εr( 25 ))/[( εr( 25 ))( t−25 )] で定義される値をいう。ここで、εr( t )は、−40℃〜100℃の範囲における任意の温度t℃での比誘電率を、εr( 25 )は 25℃での比誘電率をそれぞれ表す。
また、上記高誘電性セラミックス粉末がチタン酸バリウム・ネオジム系セラミックス粉末であることを特徴とする。
また、上記エラストマーが構成単位として非極性オレフィン単位を含むことを特徴とする。特に、上記エラストマーがエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする。
また、周波数 100 MHz 以上の電気信号を取り扱うための電子部品材料に使用することを特徴とする。
A=( 1/2 )×λ ・・・・・(1)
アンテナ材料の比誘電率をεrとすれば、アンテナ材料内を通過する波長λ0 は、波長短縮効果により、下記の式(2)で表せる。
λ0=(εr)(-1/2)×λ ・・・・・(2)
従って、上記アンテナ材料を使用した場合、送受信部のパターン長さAは、下記の式(3)で表せる。
A=(εr)(-1/2)×(1/2)×λ ・・・・・(3)
一方、周波数fは、Vを 300×106m/s とした場合、下記の式(4)で表せる。
f=V/λ ・・・・・(4)
(1)〜(4)の基本式を参考にパッチアンテナを設計した場合、使用周波数をf1、室温での比誘電率をε1、温度が△T変化した後の比誘電率をε2とした場合、アンテナの共振周波数f2は、下記の式(5)で表せる。
f2=(ε1/ε2)(1/2)×f1 ・・・・・(5)
温度変化を△Tとすれば、共振周波数のズレ△fは、下記の式(6)で表せる。
△f=f2−f1 ・・・・・(6)
比誘電率の温度依存性の少ない高誘電性セラミックス粉末をエラストマーに配合することで、高誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数αを小さくすることができる。
本発明は、−200×10-6≦α≦100×10-6の範囲、好ましくは−100×10-6≦α≦30×10-6の範囲、より好ましくは−50×10-6≦α≦30×10-6の範囲にある高誘電性セラミックス粉末を使用することにより、高誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数αを、−1500×10-6<α<100×10-6、好ましくは−1200×10-6<α<50×10-6にすることができる。
高誘電性セラミックス粉末のαが−200×10-6より小さいと、アンテナ材料として用いた場合、使用周波数に対して共振周波数のズレが±10%より大きくなるため好ましくない。
また、高周波域に使用されるアンテナ等の電子部品材料は高誘電率かつ低誘電正接が求められており、周波数 1 GHzおよび温度 25℃において、比誘電率は 7 以上、誘電正接は 0.01 以下の高誘電性エラストマー組成物が好ましい。高誘電性エラストマー組成物の比誘電率が 7 よりも小さい場合、電子部品材料内を伝播する波長の短縮効果が少ないため、製品の小型化ができないので好ましくない。誘電正接が 0.01 よりも大きい場合、電子部品材料内の損失が大きくなるので好ましくない。この電子部品材料は 100 MHz 以上の高周波帯で使用できる。
天然ゴム系エラストマーとしては、天然ゴム、塩化ゴム、塩酸ゴム、環化ゴム、マレイン酸化ゴム、水素化ゴム、天然ゴムの二重結合にメタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリル酸エステル等のビニルモノマーをグラフトさせてなるグラフト変性ゴム、窒素気流中でモノマー存在下に天然ゴムを粗錬してなるブロックポリマー等を挙げることができる。これらは、天然ゴムを原料とするものの他、合成cis−1,4−ポリイソプレンを原料としたエラストマーを挙げることができる。
例えば、エラストマー 100 重量部( phr )に対して、高誘電性セラミックス粉末が 300〜1200 重量部( phr )配合される。
試験法1:25℃での比誘電率および誘電正接の測定
高誘電性エラストマー組成物を、加熱圧縮成形した成形体から、1.5mm×1.5mm×80mm の短冊状試験片に加工し、空洞共振器法(1998年7月、Electronic Monthly誌、16〜19頁)により、1GHz 帯で 25℃での比誘電率および誘電正接を測定した。
試験法2:各温度での比誘電率および比誘電率の温度係数αの測定
高誘電性エラストマー組成物の上記成形体をφ25mm×t1.5mm の試験形状に加工し、容量法により、−40℃、25℃、100℃の温度で比誘電率およびその温度係数αを測定した。容量法に用いた測定装置はRF impedance/material analyzer HP4291B(アジレント・テクノロジー社製)、電極はHP16453A(アジレント・テクノロジー社製)をそれぞれ用いた。
EPDMと、比誘電率の温度係数αが −100×10-6のチタン酸バリウム・ネオジム系セラミックス粉末(共立マテリアル社製:HF−120、比誘電率: 120 )と、加硫促進剤および加工助剤等とをそれぞれ表1に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、80mm × 80mm × 1.5mm の成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170℃ × 30 分であり、加硫促進剤および加工助剤等の内容は、ステアリン酸(花王社製;ルナックS−30)を 1 重量部( phr )、酸化亜鉛(井上石炭工業社製;META−Z L−40)を 5 重量部( phr )、加工助剤(花王社製;スプレンダーR−100)を 3 重量部( phr )、加硫促進剤(住友化学社製;ソクシノールM)を 2.5 重量部( phr )、硫黄(鶴見化学工業社製;金華印微粉硫黄)を 1.5 重量部( phr )、それぞれ配合した。
得られた成形体の比誘電率および誘電正接を上記試験法1にて測定した。また、各温度での比誘電率および比誘電率の温度係数αを上記試験法2にて測定した。測定結果をそれぞれ表1に示す。
セラミックス粉末を、比誘電率の温度係数αが −40×10-6のチタン酸バリウム・ネオジム系セラミック粉末(共立マテリアル社製:HF−100、比誘電率: 100 )に代える以外は、実施例1と同一の条件および方法で成形体を得た。
得られた成形体を実施例1と同一の条件で評価した。測定結果を表1に示す。
EPDMと、比誘電率の温度係数αが−1200×10-6のチタン酸ストロンチウム系セラミック粉末(共立マテリアル社製:ST−NAS、比誘電率:180 )と、加硫促進剤および加工助剤等とをそれぞれ表2に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、80mm × 80mm × 1.5mm の成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170℃ × 30 分であり、加硫促進剤および加工助剤等の内容は実施例1と同じである。
得られた成形体の比誘電率および誘電正接を上記試験法1にて測定した。また、各温度での比誘電率および比誘電率の温度係数αを上記試験法2にて測定した。測定結果をそれぞれ表2に示す。
セラミックス粉末を、比誘電率の温度係数αが −2000×10-6のチタン酸バリウム系セラミック粉末(富士チタン工業社製:BT−32、比誘電率: 4000 )に代える以外は、比較例1と同一の条件および方法で成形体を得た。
得られた成形体を比較例1と同一の条件で評価した。測定結果を表2に示す。
Claims (2)
- エチレンプロピレンゴムおよびエチレンプロピレンジエンゴムから選ばれる少なくとも1つのエラストマーに高誘電性セラミックス粉末を配合してなり、アンテナ材料として使用するための高誘電性エラストマー組成物であって、
前記高誘電性セラミックス粉末は、チタン酸バリウム・ネオジム系セラミックス粉末であり、−40℃〜100℃の温度範囲において、25℃を基準とする該セラミックス粉末の比誘電率の温度係数α(単位:1/℃)が(−200 〜 100 )×10-6 の範囲にあり、
前記高誘電性セラミックス粉末は、前記エラストマー 100 重量部に対して、 300〜1200 重量部配合され、
前記高誘電性エラストマー組成物は、−40℃〜100℃の温度範囲において、25℃を基準とする該高誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数(単位:1/℃)が −1500×10-6より大きく、かつ、100×10-6未満であり、
周波数 1 GHzおよび温度 25℃において、前記高誘電性エラストマー組成物の比誘電率が 7 以上、誘電正接が 0.01 以下であることを特徴とする高誘電性エラストマー組成物。 - 請求項1記載の組成物であって、該組成物は、周波数 100 MHz 以上の電気信号を取り扱うためのアンテナ材料に使用されることを特徴とする高誘電性エラストマー組成物。
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