JP7249481B2 - 電磁波遮蔽吸収性成形体 - Google Patents
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Description
ミリ波レーダー装置は、自動車の前方中央、両側方、後方両側方など各部に取り付けられ、電波を送受信するアンテナが組み込まれた高周波モジュール、該電波を制御する制御回路、アンテナおよび制御回路を収納するハウジング、アンテナの電波の送受信を覆うレドームを備えている(特許文献1の背景技術)。このように構成されたミリ波レーダー装置は、アンテナからミリ波を送受信して、障害物との相対距離や相対速度などを検出することができる。
アンテナは、目的とする障害物以外の路面などに反射したものも受信することがあるため、装置の検出精度が低下するおそれがある。
このような問題を解決するため、特許文献1のミリ波レーダー装置では、アンテナと制御回路との間に電波を遮蔽する遮蔽部材を設けている。
特許文献3には、SUSを使用した樹脂被覆金属長繊維ペレット4~10mmが記載されており、前記ペレット中の金属長繊維の含有量は樹脂100質量部に対して7~40質量部であって、前記範囲を下回ると電磁波シールド性が不十分であることが記載されている。
前記成形体中の前記ステンレス繊維の含有割合が0.01質量%以上、0.5質量%未満であり、
前記成形体が、厚みが0.01~5mmで、59GHz~100GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の反射率が1.5%以下のものである、電磁波遮蔽吸収性成形体を提供する。
ステンレス繊維の材質としては、SUS302、SUS304、SUS316などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
スチレン系樹脂は、ポリスチレン、スチレン単位を含む共重合体(AS樹脂、ABS樹脂、ASA樹脂、AES樹脂、MAS樹脂など)を使用することができる。
(i)ステンレス繊維束の中心部まで樹脂が浸透され(含浸され)、繊維束を構成する中心部の繊維間にまで樹脂が入り込んだ状態のもの(以下「熱可塑性樹脂含浸繊維束」という)。
(ii)ステンレス繊維束の表面のみが樹脂で覆われた状態のもの(以下「熱可塑性樹脂表面被覆繊維束」という)。
(iii)それらの中間のもの(ステンレス繊維束の表面が樹脂で覆われ、表面近傍のみに樹脂が含浸され、中心部にまで樹脂が入り込んでいないもの)(以下「熱可塑性樹脂一部含浸繊維束」という)。
本発明で使用する熱可塑性樹脂付着繊維束は、熱可塑性樹脂含浸繊維束と熱可塑性樹脂表面被覆繊維束が好ましく、熱可塑性樹脂含浸繊維束がより好ましい。
(i)~(iii)の形態の樹脂付着繊維束は、特開2013-107979号公報に記載されている方法により製造することができる。
熱可塑性樹脂付着繊維束は、幅方向の断面形状が円形またはそれに類似する形状であるものが好ましいが、楕円形またはそれに類似する形状や多角形またはそれに類似する形状のようなものでもよい。
前記組成物(前記電磁波遮蔽吸収性成形体)中の上記公知の樹脂添加剤の合計含有割合は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下がさらに好ましい。
本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、平板状のもの、曲面状のもの、平板状部分と曲面状部分を有しているものが好ましく、形状は用途に応じて調整することができる。
たとえばステンレス容器に、熱可塑性樹脂を溶解できる溶剤(メチルエチルケトンなど)、熱可塑性樹脂組成物の溶液(ステンレス繊維は分散状態で含まれている)を入れる。
前記熱可塑性樹脂組成物の溶液は、前記溶液中の樹脂固形分が5~20質量%になるように、熱可塑性樹脂組成物を溶剤に分散させて、前記樹脂分を溶剤に溶解させて調整する。
その後、室温(10~30℃)下、3日~2週間程度放置して溶剤を完全に揮発させ、熱可塑性樹脂組成物を固化させて得ることができる。
また、溶剤を揮発させる間に、前記樹脂組成物中のステンレス繊維が不均一に分散した状態で固化するように、ステンレス繊維と熱可塑性樹脂を含む溶液が入った容器を上下逆さにすることを複数回繰り返してもよい。
前記成形体中のステンレス繊維は、第1面1aから厚さ方向反対側の第2面1bに向かって、連続的にステンレス繊維の含有割合が増加している。
図中の波線の矢印は電磁波を示し、前記成形体1は、ステンレス繊維の含有割合が小さい第1面1aから照射されるようにして使用される。
本発明の第2の電磁波遮蔽吸収性成形体は、ステンレス繊維が均一に分散された状態で含有されている前記の第1の電磁波遮蔽吸収性成形体(第1a成形体)を含む熱可塑性樹脂組成物成形体が、積層・一体化され一つの成形体にされたものである。
前記成形体の形状および厚み、前記成形体中のステンレス繊維の長さは、第1の電磁波遮蔽吸収性成形体と同様のものにすることができる。
第2の電磁波遮蔽吸収性成形体は、第1面と、前記第1面と厚さ方向反対側の第2面とで、ステンレス繊維の濃度が異なる。
式(I):成形体中の全ステンレス繊維の含有量(g)/成形体の質量(g)×100
第2の電磁波遮蔽吸収性成形体は、ステンレス繊維の含有割合が小さい側から電磁波が照射されるようにして使用される。
前記成形体2は、本発明の第1の電磁波遮蔽吸収性成形体(第1a成形体)である成形体21、22の2枚が重なって熱融着されて一体化されて一つの成形体になっているもので、第1面2aと第2面2bを有する。
成形体21はステンレス繊維が均一に分散されて含有しており、成形体22よりもステンレス繊維の含有割合が小さい。そのため、前記成形体2における成形体21側の第1面2aから成形体22側の第2面2bに向かって、段階的に、ステンレス繊維の含有割合が増加している。
前記成形体2中でステンレス繊維含有割合が連続的になるようにするには、熱プレスするときの温度、圧力、時間を調整して積層させて一体化させ、隣接する成形体同士の界面において、ステンレス繊維の含有割合の大きい成形体22から、隣接する前記含有割合の小さい成形体21に、ステンレス繊維の一部を移動させる方法を適用することができる。
成形体21、22ともに、本発明の第1の電磁波遮蔽吸収性成形体(第1a成形体)であってもよい。
電磁波遮蔽吸収性成形体3は、本発明の第1の電磁波遮蔽吸収性成形体(第1a成形体)を含む成形体31~34の4枚が重なって熱融着されて一体化しているもので、第1面3aと第2面3bを有する。
成形体31は隣り合う成形体32よりもステンレス繊維の含有割合が小さく、前記含有割合が小さい成形体31から、成形体32、33、34に向かって順に、段階的に、前記含有割合が増加するように積層されて一つの成形体になっている。
前記成形体3中でステンレス繊維含有割合が連続的になるようにするには、熱プレスするときの温度、圧力、時間を調整して積層させて一体化させ、隣接する成形体同士の界面において、ステンレス繊維の含有割合の大きい成形体34から、前記成形体34よりも前記含有割合の小さい成形体33に、また前記成形体33から前記成形体32に、また前記成形体32から前記成形体31に、となるように、前記成形体ステンレス繊維の一部を移動させる方法を適用することができる。
成形体31~34の全部が、本発明の第1の電磁波遮蔽吸収性成形体(第1a成形体)であってもよい。
また、本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、第1、第2の電磁波遮蔽吸収性成形体とは異なる、第3の電磁波遮蔽吸収性成形体として、
ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体であって、
前記成形体が、厚みが0.01~5mmであって、
前記成形体が、第1面と、第1面と厚さ方向反対側の第2面を有しているものであり、
前記第1面から第2面に向かって、ステンレス繊維の含有割合が、段階的にまたは連続的に、増加または減少されているものであり、
下記式(I)から算出される前記成形体のステンレス繊維の含有割合が、0.01質量%以上、0.5質量%未満である、電磁波遮蔽吸収性成形体を含む。
式(I):電磁波遮蔽吸収性成形体中の全ステンレス繊維の含有量(g)/電磁波遮蔽吸収性成形体の質量(g)×100
前記成形体4は、ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体である成形体41、42の2枚が重なって熱融着されて一体化しているもので、第1面4aと第2面4bを有する。
成形体41は成形体42よりもステンレス繊維の含有割合が小さい。そのため、前記成形体4中のステンレス繊維の含有割合は、成形体41側の第1面4aから成形体42側の第2面4bに向かって段階的に増加している。
前記成形体4中でステンレス繊維含有割合が連続的になるようにするには、熱プレスするときの温度、圧力、時間を調整して積層させて一体化させ、隣接する電磁波遮蔽吸収性成形体同士の界面において、ステンレス繊維の含有割合の大きい成形体42から、隣接する前記含有割合の小さい成形体41に、ステンレス繊維の一部を移動させる方法を適用することができる。
前記成形体5は、ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体51~54の4枚が重なって熱融着されて一体化しているもので、第1面5aと第2面5bを有する。
成形体51は隣り合う成形体52よりもステンレス繊維の含有割合が小さく、前記含有割合が小さい成形体51から、成形体52、53、54に向かって順に、段階的に、前記含有割合が増加するように積層されている。
前記成形体4中でステンレス繊維含有割合が連続的になるようにするには、熱プレスするときの温度、圧力、時間を調整して積層させて一体化させ、隣接する成形体同士の界面において、ステンレス繊維の含有割合の大きい成形体54から、前記成形体54よりも前記含有割合の小さい成形体53に、また前記成形体53から前記成形体52に、また前記成形体52から前記成形体51に、となるように、前記成形体ステンレス繊維の一部を移動させる方法を適用することができる。
そして、本発明において、電磁波遮蔽率は電磁波吸収率および電磁波反射率の両方を合わせた性能である。そのため、本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、特定周波数の電磁波遮蔽性が高い。
また、本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、ステンレス繊維の含有割合が小さいことから、軽量で特定周波数の電磁波遮蔽性が高い。
ステンレス繊維(直径11~12μm、約7000本集束)からなる繊維束を、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機,シリンダー温度300℃)から溶融状態のポリプロピレン(サンアロマーPMB60A[サンアロマー社製ブロックPP]とモディックP908[三菱化学社製酸変性PP]の97:3(質量比)混合物)を供給し、繊維束にポリプロピレンを含浸させた。
その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより所定長さに切断し、長さ7mmのペレット(円柱状成形体)を得た。
ステンレス繊維長さは前記ペレット長さと同一となる。このようにして得たペレットは、ステンレス繊維が長さ方向にほぼ平行になっていた。
PP1(製造例1で得たステンレス繊維50質量%含有ペレット)と、PP2(PMB60A,サンアロマー社製)の各ペレットをドライブレンドし、射出成形機(α-150iA;ファナック(株)製)により、成形温度230℃、金型温度50℃で成形して、本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体(150×150mm)を得た。
得られた電磁波遮蔽吸収性成形体を使用して、表1に示す各測定を実施した。
本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体(150×150mm)の中心部分(対角線の交わる部分)の厚さを測定した。
図3に示す測定装置(ネットワークアナライザ)を使用した。
水平方向に対向させた1対のアンテナ(コルゲートホーンアンテナ)11、12の間に測定対象となる成形体10(縦150mm、横150mm、表に示す厚み)を保持した。アンテナ12と成形体10の間隔は0mm、成形体10とアンテナ11との間隔は0mmである。
この状態にて、下側のアンテナ12から電磁波(65~110GHz)を放射して、測定対象となる成形体10を透過した電磁波を上側のアンテナ11で受信した。
ネットワークアナライザ20により測定できるSパラメータ(S21、S11)を用いて、下記式1~6から表1に示す遮蔽率、吸収率および反射率を算出した。
S21=(透過電界強度)/(入射電界強度) (式2)
透過率、反射率、吸収率は、電力基準として、下記式のように百分率で表記した。
透過率(%)=S212×100 (式3)
反射率(%)=S112×100 (式4)
吸収率(%)=100-透過率-反射率 (式5)
遮蔽率(%)=反射率+吸収率 (式6)
本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、特に90~100GHzの周波数範囲における電磁波反射率が1.0%以下と低いことが確認できた。
図1に示す電磁波遮蔽吸収性成形体1を製造した。
10×20×3cmのステンレス容器に熱可塑性樹脂組成物のメチルエチルケトン溶液(ステンレス繊維は分散状態で含まれている)を流し入れた。
前記熱可塑性樹脂組成物の溶液は、前記溶液中の樹脂固形分が20質量%になるように調整した。
その後、ドラフト内に室温(10~30℃)下、1週間程度放置して溶剤を完全に揮発させて固化させて、第1面1aと第2面1bを有する成形体1(100×200mm)を得た。得られた成形体1の厚みは、実施例1と同様に測定して、約1mmであった。
前記成形体1は、電磁波照射面となる第1面1aから厚み方向反対側の第2面1bに向かって、ステンレス繊維の含有割合は連続的に増加していた。前記式(I)より算出される前記成形体1中のステンレス繊維含有割合は、0.25質量%であった。
PP1(製造例1で得たステンレス繊維50質量%含有ペレット)と、PP2(PMB60A,サンアロマー社製)の各ペレットをドライブレンドし、射出成形機(α-150iA;ファナック(株)製)により、実施例1と同じ条件で成形して、ステンレス繊維割合0.01質量%の成形体21(150×150mm)およびステンレス繊維割合0.49質量%の成形体22(150×150mm)を得た。得られた成形体21、22の厚みは、実施例1と同様に測定して、約2mmであった。
図2(a)に示すように成形体21と成形体22を重ねて熱プレスして、厚さ約2mmの電磁波遮蔽吸収性成形体2を得た。前記成形体中のステンレス繊維の含有割合の小さい成形体21側を、電磁波照射面である第1面2aとして、第1面2aから厚み方向反対側の第2面2bに向かって、ステンレス繊維の含有割合は段階的に増加していた。
前記式(I)より算出される前記成形体2中のステンレス繊維含有割合は、0.25質量%であった。
熱プレス時間:20~60秒
熱プレス圧力:100Mpa
実施例2-2と同様、ステンレス繊維割合0質量%、0.1質量%、0.5質量%および1.0質量%の成形体(いずれも150×150mm)31、32、33、34をそれぞれ得た。得られた成形体31~34の厚みは、実施例1と同様に測定して、約1mmであった。
図2(b)に示すように、成形体31、32、33、34を順に重ねて熱プレスして、厚さ約2mmの電磁波遮蔽吸収性成形体3を得た。前記成形体中のステンレス繊維の含有割合の小さい成形体31側を、電磁波照射面である第1面3aとして、第1面3aから厚み方向反対側の第2面3bに向かって、ステンレス繊維の含有割合は段階的に増加していた。
前記式(I)より算出される前記成形体3中のステンレス繊維含有割合は、0.40質量%であった。
熱プレス時間:20~60秒
熱プレス圧力:100Mpa
また本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、無線LANや広帯域無線アクセスシステム、通信衛星、簡易無線、車載レーダ、位置認識システムなどの保護部材として使用することができ、さらに具体的には、基地局アンテナ、RRH(無線送受信装置)、BBU(べースバンド装置)、基地向けGaNパワーアンプ、光トランシーバーなどの電波を遮蔽する保護部材として使用することができる。
2、3 第2の電磁波遮蔽吸収性成形体
1a、2a、3a 第1面
1b、2b、3b 第2面
Claims (6)
- ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体であって、
前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体およびそれらの変性物、スチレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネートから選ばれるものであり、
前記成形体中の前記ステンレス繊維の含有割合が0.01質量%以上、0.5質量%未満であり、
前記成形体が、厚みが0.01~5mmで、59GHz~100GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の反射率が1.5%以下のものである、電磁波遮蔽吸収性成形体。 - 前記電磁波遮蔽吸収性成形体が、第1面から厚さ方向反対側の第2面に向かって前記ステンレス繊維の含有割合が、段階的または連続的に、増加または減少されているものである、請求項1記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
- さらに85GHz~100GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の反射率が1.5%以下のものである、請求項1または2記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
- 前記熱可塑性樹脂組成物に含まれるステンレス繊維の繊維長が1~30mmである、請求項1~3のいずれか1項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
- 前記熱可塑性樹脂組成物が、ステンレス繊維が長さ方向に揃えて束ねられたものに熱可塑性樹脂が付着されて一体化された、ステンレス繊維の含有割合が1~80質量%である、長さ1~30mmの熱可塑性樹脂付着繊維束を含んでいるものである、請求項1~4のいずれか1項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
- 送受信アンテナ用保護部材である、請求項1~5のいずれか1項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
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