JP7323708B2 - 反射型の電磁波吸収体 - Google Patents
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Description
d=λ/(4(εr)1/2)
式中、λは低減すべき電磁波の波長(単位:m)を示し、εrは誘電体層を構成する材料の比誘電率、dは誘電体層の厚さ(単位:m)を示す。入射する電磁波の位相と反射した電磁波の位相がπずれることで反射減衰が得られる。従来、十分な反射減衰量を達成するためには、誘電体層を厚くせざるを得なかった。このため、誘電体層の作製効率や省スペース化の点において、未だ改善の余地があった。
図1は第一実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す電磁波吸収体10はフィルム状又はシート状であり、電磁波透過層1と誘電体層3と反射層4とをこの順序で備える積層構造を有する。なお、フィルム状の電磁波吸収体は、例えば、全体の厚さが24~250μmである。他方、シート状の電磁波吸収体は、例えば、全体の厚さが0.25~7.1mmである。
電磁波透過層1は外側から入射してきた電磁波を誘電体層3へと至らしめるための層である。すなわち、電磁波透過層1は、電磁波吸収体10が使用される環境や層構成に応じたインピーダンスマッチングをするための層であり、これにより反射減衰量が大きい電磁波吸収体10が得られる。電磁波吸収体10が空気(インピーダンス:377Ω/□)中で使用される場合、誘電体層3の比誘電率に応じて電磁波透過層1のシート抵抗を設定すればよく、例えば、3.7GHzにおける誘電体層3の比誘電率が10より大きい場合、電磁波透過層1のシート抵抗は200~800Ω/□の範囲に設定すればよく、350~400Ω/□の範囲に設定してもよい。90GHzにおける誘電体層3の比誘電率が10より大きい場合、電磁波透過層1のシート抵抗は200~800Ω/□の範囲に設定すればよく、350~400Ω/□の範囲に設定してもよい。
誘電体層3は、入射する電磁波と反射した電磁波を干渉させるための層である。誘電体層3は、以下の式で表される条件を満たすように厚さ等が設定されている。
d=λ/(4(εr)1/2)
式中、λは抑制すべき電磁波の波長(単位:m)を示し、εrは誘電体層3を構成する材料の比誘電率、dは誘電体層3の厚さ(単位:m)を示す。入射する電磁波の位相と反射した電磁波の位相がπずれることで反射減衰が得られる。
複素誘電率ε=ε’-iε”
複素誘電率の実部は比誘電率(真空の誘電率ε0に対する比)である。複素誘電率の虚部ε”の値は、誘電正接tanδ(=ε”/ε’)の値から導き出される。比誘電率及び誘電正接は誘電率測定装置を使用して求めることができる。
反射層4は誘電体層3から入射してきた電磁波を反射させ、誘電体層3へと至らしめるための層である。反射層4の厚さは、例えば、4~250μmであり、4~12μm又は50~100μmであってもよい。
電磁波吸収体10は、例えば、以下の工程を経て製造される。まず、ロール状の誘電体層を作製し、次いで、ロールtoロール方式によって誘電体層を含むロール状の積層体を作製する。この積層体を所定のサイズに切断することで電磁波吸収体10が得られる。ロール状の誘電体層は、(A)上記樹脂組成物を調製する工程と、(B)この樹脂組成物からなる誘電体層をロールtoロール方式によって形成する工程とを経て製造される。適用対象の周波数帯が高い場合(例えば、60GHz以上)、誘電体層の厚さが十分に薄いため、ロールtoロール方式によって電磁波吸収体10を製造できる。これに対し、適用対象の周波数帯が低い場合(例えば、28GHz未満)、誘電体層を厚く形成する必要があるため、ロールtoロール方式での製造が困難となる傾向にある。この場合、例えば、押出し成形によって誘電体層を形成することができる。つまり、適用対象の周波数帯(換言すれば、誘電体層の厚さ)に応じて作製方法を適宜選択すればよい。
図2は第二実施形態に係る反射型の電磁波吸収体を模式的に示す断面図である。この図に示す反射型の電磁波吸収体20はフィルム状又はシート状であり、電磁波透過層1と抵抗層5と誘電体層3と反射層4とをこの順序で備える積層構造を有する。電磁波吸収体20は、電磁波透過層1と誘電体層3との間に、抵抗層5を備えることの他は、第一実施形態に係る電磁波吸収体10と同様の構成である。以下、抵抗層5について説明する。
抵抗層5は電磁波透過層1から入射してきた電磁波を誘電体層3へと至らしめるための層である。すなわち、抵抗層5は、電磁波吸収体20が使用される環境や、電磁波透過層1の特性に応じてインピーダンスマッチングをするための層である。例えば、電磁波吸収体20が空気(インピーダンス:377Ω/□)中で使用され、且つ誘電体層3の複素誘電率の実部(比誘電率)が2.9であり、厚さが50μmの場合、抵抗層5のシート抵抗値を270~500Ω/□の範囲に設定すると高い反射減衰を得ることができる。
(1)樹脂成分
・アクリル樹脂:OC-3405(サイデン化学社製、3.7GHzにおける比誘電率:4.2)
・シリコーン樹脂:MHM-SI500(日榮加工社製、3.7GHzにおける比誘電率:3.2)
・ウレタン樹脂:C60A10WN(BASFジャパン社製、3.7GHzにおける比誘電率:4.5)
(2)誘電性化合物
・チタン酸バリウム粉末:BT-01(堺化学工業社製)
・酸化チタン粉末:CR-60(石原産業社製)
表1に示す組成の樹脂組成物をそれぞれ調製した。実施例及び比較例に係る樹脂組成物について、以下の項目について評価を行った。
JIS C2138:2007に記載の方法に準拠し、空洞共振器法誘電率測定装置を用いて、周波数1MHzから1GHzの範囲で樹脂組成物の比誘電率を温度25℃、相対湿度50%の条件下で測定した。各水準にて5つの試料を準備し、測定を5回行った。周波数1MHz、500MHz及び1GHzの3つの比誘電率の測定値を片対数グラフにプロットして近似直線を引いた。なお、周波数を横軸(ログスケール)とし、比誘電率の値を縦軸をとした。この近似直線から3.7GHz及び90GHzにおける比誘電率を算出した。5回の測定から算出された比誘電率の値を表1に記載した。
JIS Z0237:2009に記載の方法に準拠し、樹脂組成物の粘着力を評価した。実施例及び比較例に係る樹脂組成物を厚さ0.2mmのフィルムに加工した後、これを切断して幅25mmの試料を得た。他方、一方の面が鏡面仕上げされたステンレス304鋼板を準備した。この面上に試料を配置した後、2kgのローラーを2往復させて圧着した。30分静置させた後、引張試験機を用いて試料をステンレス304鋼板に対して180°の角度で剥離して剥離強度を測定した。剥離速度は300mm/分とした。結果を表1に示した。
アクリル樹脂(OC-3405)は粘着性を有するものの、表1の実施例2,3の結果に示されたとおり、誘電性化合物の体積分率増加に伴って樹脂組成物の粘着力が低くなった。そのため、実施例2,3に係る樹脂組成物で作製したフィルムの片面に誘電性化合物未添加のアクリル樹脂(OC-3405)をワイヤーバー#5にて積層した試料を別途作製した。このアクリル樹脂からなる粘着層の粘着力を上記と同様にして評価した。結果を表1に示した。
表1に示す厚さの誘電体層をダイ塗工によって形成した。表1に示す厚さは、90GHz移動通信を想定したものである。なお、1回の塗工で形成可能な誘電体層の厚さは200μm程度であるため、実施例1~3では2回の塗工で済むのに対し、比較例1,2では3回の塗工が必要である。
最大巻径700mmの装置にて、巻径内径3インチ、肉厚4mm(外径84.2mm)のコアに巻取を行うことを想定した場合の巻メートル数を表1に示す。実施例1~3では一つのロールに1450mを超える誘電体を巻くことができるのに対し、比較例1,2では一つのロールに1000m以下の誘電体を巻けるにとどまる。
表2に示す組成の樹脂組成物をそれぞれ調製した。これらの樹脂組成物について、実施例1と同様にして上記(1)~(3)及び(5)の評価を行った。なお、樹脂成分として使用したウレタン樹脂は粘着性を有しないため、樹脂組成物で作製したフィルムの片面に誘電性化合物未添加のアクリル樹脂(OC-3405)をワイヤーバー#5にて積層した試料を別途作製した。このアクリル樹脂からなる粘着層の粘着力を上記と同様にして評価した。また、(4)の評価は以下のとおり実施した。
(4)誘電体層の厚さについての評価
表2に示す厚さの誘電体層をカレンダー製膜によって形成した。表2に示す厚さは、3.7GHz通信を想定したものである。なお、1回のカレンダー製膜で形成可能な誘電体層の厚さは800μm程度である。
表3に示す組成の樹脂組成物をそれぞれ調製した。これらの樹脂組成物について、実施例4と同様にして上記(1)~(3)及び(5)の評価を行った。(4)の評価は以下のとおり実施した。
(4)誘電体層の厚さについての評価
表3に示す厚さの誘電体層をカレンダー製膜によって形成した。表3に示す厚さは、28GHz通信を想定したものである。ただし、28GHzにおける誘電体層の比誘電率のデータがないため、3.7GHzにおける比誘電率をもとに誘電体層の厚さを設定した。
表4に示す組成の樹脂組成物をそれぞれ調製した。これらの樹脂組成物について、実施例4と同様にして上記(1)~(3)及び(5)の評価を行った。(4)の評価は以下のとおり実施した。
(4)誘電体層の厚さについての評価
表4に示す厚さの誘電体層をカレンダー製膜によって形成した。表4に示す厚さは、60GHz通信を想定したものである。ただし、60GHzにおける誘電体層の比誘電率のデータがないため、90GHzにおける比誘電率をもとに誘電体層の厚さを設定した。
表5に示す組成の樹脂組成物をそれぞれ調製した。これらの樹脂組成物について、実施例4と同様にして上記(1)~(3)及び(5)の評価を行った。(4)の評価は以下のとおり実施した。
(4)誘電体層の厚さについての評価
表5に示す厚さの誘電体層をカレンダー製膜によって形成した。表5に示す厚さは、350GHz通信を想定したものである。ただし、350GHzにおける誘電体層の比誘電率のデータがないため、90GHzでの比誘電率をもとに誘電体層の厚さを設定した。
Claims (7)
- 厚さ0.1~2.0μmの電磁波透過層と、無機材料を含む抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順序で備える積層構造を有し、
前記電磁波透過層は、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリアニリン誘導体及びポリピロール誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種の導電性有機材料を含有し、
前記誘電体層は、少なくとも一種の誘電性化合物と、粘着性を有する樹脂成分とを含有する樹脂組成物で構成されており、
前記樹脂組成物は、周波数3.7GHz及び周波数90GHzの少なくとも一方における比誘電率が10.0よりも高く且つJIS Z0237:2009に記載の方法に準拠して測定されるステンレス304鋼板に対する粘着力が1.0N/25mm以上10N/25mm以下である、反射型の電磁波吸収体。 - 厚さ0.1~2.0μmの電磁波透過層と、無機材料を含む抵抗層と、誘電体層と、反射層とをこの順序で備える積層構造を有し、
前記電磁波透過層は、ポリエチレンジオキシチオフェンを含む導電性ポリマーを含有し、
前記誘電体層は、少なくとも一種の誘電性化合物と、粘着性を有する樹脂成分とを含有する樹脂組成物で構成されており、
前記樹脂組成物は、周波数3.7GHz及び周波数90GHzの少なくとも一方における比誘電率が10.0よりも高く且つJIS Z0237:2009に記載の方法に準拠して測定されるステンレス304鋼板に対する粘着力が1.0N/25mm以上10N/25mm以下である、反射型の電磁波吸収体。 - 前記誘電体層は、周波数90GHzにおける比誘電率が10.0よりも高い樹脂組成物で構成されており、
前記誘電体層の厚さが20~80μmである、請求項1又は2に記載の電磁波吸収体。 - 前記誘電性化合物の比誘電率が前記樹脂成分の比誘電率よりも高い、請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁波吸収体。
- 前記誘電性化合物が金属化合物である、請求項1~4のいずれか一項に記載の電磁波吸収体。
- 前記金属化合物が酸化チタン及びチタン酸バリウムの少なくとも一方である、請求項5に記載の電磁波吸収体。
- 前記樹脂成分の周波数90GHzにおける比誘電率が2.5~9.5である、請求項1~6のいずれか一項に記載の電磁波吸収体。
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