JPH08239513A - 複合誘電体及びこれを用いたファントムモデル - Google Patents

複合誘電体及びこれを用いたファントムモデル

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JPH08239513A
JPH08239513A JP6475495A JP6475495A JPH08239513A JP H08239513 A JPH08239513 A JP H08239513A JP 6475495 A JP6475495 A JP 6475495A JP 6475495 A JP6475495 A JP 6475495A JP H08239513 A JPH08239513 A JP H08239513A
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JP
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dielectric
carbon fiber
composite dielectric
composite
carbon
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Yoshihisa Futagawa
佳央 二川
Masaru Chino
勝 千野
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Tokimec Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 少量でも生体と同等の誘電特性を実現させ
る。 【構成】 本発明に係る複合誘電体は、高分子誘電体に
炭素繊維を分散してなるものである。前記高分子誘電体
としては、ゴムが好ましくは、シリコーンゴムであれば
さらに好ましい。前記炭素繊維としては、誘電率又は導
電率の少なくとも一方が異なる二種類以上の炭素繊維を
混合したものが好ましく、繊維長が長く導電率が高い第
一の炭素繊維と、繊維長が短く導電率が低い第二の炭素
繊維とを混合したものであればさらに好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、異なる材料により誘電
体を構成した複合誘電体、及び、この複合誘電体を用い
て生体の誘電特性を実現したファントムモデルに関す
る。
【0002】
【従来の技術】ファントムモデルは、生体電磁環境,マ
イクロ波ハイパーサーミア等の分野において、生体が電
磁波に照射されたときの、生体による散乱・吸収量を実
験的に求めるためのものである。したがって、ファント
ムモデルには、生体と同等の誘電特性が要求される。
【0003】従来のファントムモデルの多くは、塩水を
含む寒天を主成分としたもの(以下「第一従来例」とい
う)であった。これは、生体が塩水の誘電特性に近いこ
とを利用したものである。この第一従来例には、時間
とともに水が分離してくるため電気的な特性が変化しや
すい、細菌,カビ等が繁殖しやすい、容器が必要で
あるため取扱いに不便である、等の問題があった。これ
に対して、合成樹脂に炭素粉末及びセラミックス粉末を
分散させた複合誘電体からなるもの(以下「第二従来
例」という)が知られている(例えば、特開平4-114631
号公報等)。これは、炭素粉末によって導電率を、セラ
ミックス粉末によって誘電率を持たせて、生体に近い誘
電特性を得ようとするものである。この第二従来例によ
れば、水分を含む寒天を用いないので、前述の第一従来
例の問題が解消される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第二従
来例には、次のような別の問題があった。生体と同等
の誘電特性を得るためには、炭素粉末及びセラミックス
粉末の割合を多くする必要がある。そのため、合成樹脂
の割合が少なくなることにより、いわゆるボソボソの状
態となり、形状を保てない場合がある。例えば、炭素粉
末の混合体積比が40vol.%以上なければ、ファントムモ
デルに要求される特性を十分に実現できない。合成樹
脂を用いるため、高温・高圧を要する成形機(例えば射
出成形機,押出成形機)等が必要となる。そのため、製
造工程が複雑化するとともに、製造コストも高くついて
いた。合成樹脂は落下等により破損しやすい。
【0005】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、少量でも生体
と同等の誘電特性を実現でき、かつ製造が容易であり、
しかも破損しにくい、複合誘電体及びこれを用いたファ
ントムモデルを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するために、各種の材料を用いて複合誘電体を試作
したところ、ある特定の材料について顕著な効果が認め
られた。本発明は、この結果に基づきなされたものであ
る。
【0007】すなわち、本発明に係る複合誘電体は、高
分子誘電体に炭素繊維を分散してなるものである。前記
高分子誘電体としては、ゴムが好ましくは、シリコーン
ゴムであればさらに好ましい。前記炭素繊維としては、
誘電率又は導電率の少なくとも一方が異なる二種類以上
の炭素繊維を混合したものが好ましく、繊維長が長く導
電率が高い第一の炭素繊維と、繊維長が短く導電率が低
い第二の炭素繊維とを混合したものであればさらに好ま
しい。
【0008】本発明に係るファントムモデルは、本発明
に係る複合誘電体を用いて人体の全部又は一部を形成し
てなるものである。
【0009】
【作用】炭素繊維は、高分子誘電体に対する混合比が少
なくても生体の誘電特性が得られる。その理由について
は、現在不明な点もあるが、一本の炭素繊維自身が高等
価誘電率,高損失の複素誘電率を有するためであると考
えられる。例えば、混合体積比が6vol.%以下で、ファ
ントムモデルに要求される特性を十分に実現できる。
【0010】次に、炭素繊維として、繊維長が長く導電
率が高い第一の炭素繊維と、繊維長が短く導電率が低い
第二の炭素繊維とを混合したものを用いた場合の作用に
ついて説明する。高周波において、複素誘電率の虚部
(誘電損率)のみを効率よく上昇させるためには、(す
なわち、より少ない炭素繊維の含有量に対して誘電損率
を上昇させるためには)、導電率が高く繊維長が長いも
のが実験的に有効である。もし、導電率が高く繊維長が
短いものの混合比を増加させると、誘電損率及び誘電率
がともに上昇してしまう。炭素繊維の混合とともに簡単
に誘電損率が上がりそうであるが、実際には誘電損率を
カーボンの量のみで上げることは、多くの量を必要とす
るため困難である。そこで、より誘電損率が上昇しやす
いように繊維長を長くしたのである。これに対して誘電
率は、繊維長が短いものの含有率を増やした方がより上
昇する。これは、人工誘電体等において少量の混合物で
誘電率が大きく変化することからも明らかなことであ
る。
【0011】生体のモデルで特に筋肉等の高含水率媒質
の場合は、誘電率と誘電損率がほぼ一対一(VHF,U
HF帯において)である。この特性は、液体であれば簡
単に実現できるが、固体材料は誘電損率が非常に大きい
ため、固体で実現することは難しい。ところが、繊維長
が長く導電率が高い第一の炭素繊維と、繊維長が短く導
電率が低い第二の炭素繊維とを混合したものを用いる
と、このような特性も容易に実現できるのである。
【0012】
【実施例】本発明に係る誘電複合体の製造方法について
説明する。
【0013】炭素繊維は、A,Bの二種類を用いた。炭
素繊維Aは、繊維長3.0mm ,繊維径9μm,直流比抵抗
1.5 ×10-3Ω・cmである。炭素繊維Bは、繊維長0.7mm
,繊維径13μm,直流比抵抗1.0 ×10-6Ω・cmであ
る。
【0014】シリコーンゴムは、信越化学株式会社製
「KE-1308 」である。硬化剤は、信越化学株式会社製
「Cat1300-L4」,「Cat1300-L3」,「Cat1300 」の三種
類を用いた。
【0015】まず、炭素繊維,シリコーンゴム及び硬化
剤をそれぞれ計量した後、混合する。シリコーンゴムと
硬化剤との重量比は100 :6としたが、シリコーンゴム
と炭素繊維との重量比はいろいろに変化させた。混合方
法としては例えば、炭素繊維,シリコーンゴム及び硬化
剤を容器に入れて撹拌棒でかき回す等の簡単な方法で
も、炭素繊維はシリコーンゴム内に均一に分散する。続
いて、混合したものを例えば真空ポンプによって脱泡す
る。シリコーンゴムは一般の合成樹脂に比べて気泡を含
みにくいので、脱泡も容易である。最後に、脱泡したも
のを型に流し込み、硬化させる。型は、成形のような高
圧・高温を要しないので、簡単なものでよい。また、シ
リコーンゴムは室温でも硬化するので、硬化方法も容易
である。
【0016】次に、本発明に係る誘電複合体の誘電特性
について説明する。
【0017】図1は、炭素繊維Aのシリコーンゴムに対
する重量比と複素比誘電率との関係を示すグラフであ
る。図2は、炭素繊維Bのシリコーンゴムに対する重量
比と複素比誘電率との関係を示すグラフである。図1及
び図2から、炭素繊維Aは媒質の導電率を高めるのに適
しており、炭素繊維Bは媒質の誘電率を高めるのに適し
ていることがわかる。
【0018】図3及び図4は炭素繊維A,Bのシリコー
ンゴムに対する重量比と複素比誘電率との関係を示すグ
ラフであり、図3が430MHzであり、図4が2450MHz であ
る。図1及び図2の関係に基づき、炭素繊維Aと炭素繊
維Bとを組み合わせると、図3及び図4に示すような種
々の誘電特性が得られる。
【0019】また、三種類の硬化剤「Cat1300-L4」,
「Cat1300-L3」,「Cat1300 」ごとのシリコーンゴムの
硬さは、それぞれJIS-A で0,7,15、アスカ-Cで5,25,35
であった。このように、硬化剤の種類・量を選択するこ
とにより、多種多様な柔軟性を有する複合誘電体を形成
できる。
【0020】次に、本発明に係る複合誘電体を用いたフ
ァントムモデルについて説明する。
【0021】UHF帯(300MHz〜3000MHz )におけるフ
ァントムモデルに要求される誘電特性を有する複合誘電
体は、図3の結果から次のものが該当する。筋肉等価フ
ァントムモデル(高含水率媒質)用としては、炭素繊維
A,Bがそれぞれ3wt%,2wt%のものである。脂肪等
価ファントムモデル(低含水率媒質)用としては、炭素
繊維A,Bがそれぞれ0.5 wt%,0.5 wt%のものであ
る。
【0022】図5は、炭素繊維A,Bが3wt%,2wt%
の複合誘電体を用いた筋肉等価ファントムモデルの誘電
特性を示すグラフである。
【0023】図5における筋肉の値は、「M.A.Stuchly
and S.S.Stuchly,^Dielectric properties of biologic
al substances - Tabulated",J.Microwave Power,15,1,
pp.19-26,1989.」によるものである。このように、本実
施例の筋肉等価ファントムモデルの誘電特性は、実際の
筋肉とかなり良く一致した。また、図5に示す筋肉の誘
電特性は、炭素繊維A,Bが例えば2〜3wt%,1〜4
wt%の範囲であれば十分に実現できる。さらに、脂肪の
誘電特性(図示せず)は、炭素繊維A,Bが例えば0.2
〜0.5 wt%,0〜0.5 wt%の範囲であれば十分に実現で
きる。
【0024】なお、本発明は、いうまでもなく、上記実
施例に限定されるものではない。例えば、高分子誘電体
としては、合成樹脂,パラフィン,ゴム等でもよい。ゴ
ムは、合成ゴムが好ましいが、天然ゴムでもよい。合成
ゴムとしては、シリコーンゴムの他に、例えばニトリル
系ゴム,フッ素ゴム等が好ましい。
【0025】また、本発明に係る複合誘電体は、ファン
トムモデルのみならず、電波吸収体等への適用も可能で
ある。
【0026】
【発明の効果】請求項1記載の複合誘電体によれば、高
分子誘電体に炭素繊維を分散してなるものとしたので、
少量の炭素繊維でも生体に近い誘電特性を得ることがで
きる。
【0027】請求項2記載の複合誘電体によれば、高分
子誘電体をゴムとしたので、柔軟性を付与できることに
より、落下等に対しても破損しにくく、取扱性及び製品
寿命を向上できる。
【0028】請求項3記載の複合誘電体によれば、高分
子誘電体をシリコーンゴムとしたので、成形機等を必要
とせずに注型法で製造できることにより、製造工程を簡
略化できるとともに、製造コストも低減できる。
【0029】請求項4記載の複合誘電体によれば、誘電
率又は導電率の少なくとも一方が異なる二種類以上の炭
素繊維を混合して用いたので、これらの炭素繊維の組み
合わせにより幅広い誘電特性を得ることができる。
【0030】請求項5記載の複合誘電体によれば、繊維
長が長く導電率が高い第一の炭素繊維と、繊維長が短く
導電率が低い第二の炭素繊維とを混合して用いたので、
誘電損率のみを少量で増大でき、筋肉等の高含水率媒質
の誘電特性を容易に実現できる。
【0031】請求項6記載のファントムモデルによれ
ば、本発明に係る複合誘電体を用いたことにより、極め
て幅広い誘電特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る複合誘電体における、第一の炭素
繊維のシリコーンゴムに対する重量比と複素比誘電率と
の関係を示すグラフである。
【図2】本発明に係る複合誘電体における、第二の炭素
繊維のシリコーンゴムに対する重量比と複素比誘電率と
の関係を示すグラフである。
【図3】本発明に係る複合誘電体における、第一及び第
二の炭素繊維のシリコーンゴムに対する重量比と複素比
誘電率との関係を示すグラフである。
【図4】本発明に係る複合誘電体における、第一及び第
二の炭素繊維のシリコーンゴムに対する重量比と複素比
誘電率との関係を示すグラフである。
【図5】本発明に係るファントムモデルにおける誘電特
性を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子誘電体に炭素繊維を分散してなる
    複合誘電体。
  2. 【請求項2】 前記高分子誘電体がゴムである請求項1
    記載の複合誘電体。
  3. 【請求項3】 前記高分子誘電体がシリコーンゴムであ
    る請求項1記載の複合誘電体。
  4. 【請求項4】 前記炭素繊維は、誘電率又は導電率の少
    なくとも一方が異なる二種類以上の炭素繊維を混合した
    ものである請求項1記載の複合誘電体。
  5. 【請求項5】 前記炭素繊維は、繊維長が長く導電率が
    高い第一の炭素繊維と、繊維長が短く導電率が低い第二
    の炭素繊維とを混合したものである請求項1記載の複合
    誘電体。
  6. 【請求項6】 請求項1,2,3,4又は5記載の複合
    誘電体を用いて人体の全部又は一部を形成してなるファ
    ントムモデル。
JP6475495A 1995-02-28 1995-02-28 複合誘電体及びこれを用いたファントムモデル Withdrawn JPH08239513A (ja)

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