WO2005123841A1

WO2005123841A1 - 高誘電性エラストマー組成物および誘電体アンテナ

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Publication number: WO2005123841A1
Application number: PCT/JP2005/010949
Authority: WO
Inventors: Kouya Oohira
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2005-12-29
Also published as: US7678853B2; EP1767582B1; EP1767582A4; EP1767582A1; US20070182640A1

Abstract

　低温から高温度まで広い温度範囲にわたり、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有する高誘電性エラストマー組成物およびこの組成物を用いた誘電体アンテナを提供する。　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る高誘電性エラストマー組成物の成形体と、該成形体に設けられる電極とを備えてなる誘電体アンテナであって、上記高誘電性セラミックス粉末は、－４０°C～１００°Cの温度範囲において、２５°C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／°C）が（－２００～１００）×１０-6の範囲にあり、該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以下であり、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り、上記電極は、ニッケルめっきまたは銀めっきなどのめっき処理を施した銅箔を接着することや、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷によりで形成される。

Description

明細書

高誘電性エラストマ一組成物および誘電体アンテナ

技術分野

[0001] 本発明は高誘電性エラストマ一組成物およびこの組成物の成形体に設けられる電極を備えてなる誘電体アンテナに関し、特に高周波帯で使用される電子電気部品用高誘電性エラストマ一組成物および誘電体アンテナに関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯電話、コードレスフォン、 RFID等に用いるノツチアンテナ、電波望遠鏡やミリ波レーダ等のレンズアンテナ等の目覚しい普及、衛星通信機器の著しい発達に伴い、通信信号の周波数の高周波化および通信機器の一層の小型化が望まれている。

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ィ匕および通信機器の小型化が図れる。

[0003] 従来、高誘電性エラストマ一としては、エラストマ一中に、チタン酸金属塩繊維状物および/または該チタン酸金属塩を非晶質酸ィヒチタンが包み込んだ態様で複合一体化した複合繊維であって金属 Mと Tiとのモル比が 1. 005-1. 5の範囲にある複合繊維を、合計重量を基準として 5〜80重量％配合して高誘電率ィ匕を試みたものが知られている（特許文献 1)。

[0004] また、過酸化物架橋されたエチレンプロピレンゴムなどのゴム 100重量部に、室温力 90°Cにおける比誘電率が 2000以上のチタン酸バリウム系粉末 300〜500重量部を配合し、比誘電率を 10以上、好ましくは 20以上とした高誘電率ゴム組成物が知られている（特許文献 2)。

[0005] し力しながら、エラストマ一に複合繊維等を配合した例 (特許文献 1)では、エラストマーおよび複合繊維等の選定が困難で、かつ繊維状充填材の方向性により、成形体に異方性が生じるため、線膨張や誘電特性が不安定となり、高誘電率かつ低誘電正接の材料を得ることが困難であった。

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、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ヽと、う問題がある。

[0006] さらに、通信機器の使用態様が多様化するにつれ、低温から高温度まで電気的特性の変化の少な、通信機器が求められて、るが、従来の高誘電性エラストマ一組成物を使用温度領域が広い電子部品に使用すると、電気的特性が大きく変化するという問題があった。

[0007] また、上記通信機器の小型化の要求に対応するため、比重が小さぐかつ、誘電損失が少なく高利得ィ匕に有利な誘電体榭脂材料を用いてアンテナ本体を成形し、該成形体に電極を形成した誘電体アンテナなどがある。

従来、金属めつき処理による電極を有する誘電体アンテナとしては、シンジオタクチック構造を有するスチレン系重合体 (SPS)に無機充填材と溶剤に可溶なゴム状弾性体とを混合し、エッチング処理により表面を粗くしてめつき性を改良した複合誘電体材料をアンテナとして使用したもの (特許文献 3)や、難めつき性の樹脂と易めつき性の榭脂を併用し、電極形成面には易めつき性の榭脂をアンテナ部材として使用するもの（特許文献 4)などがある。また、電極を銅箔パターンで形成したもの（特許文献 5 )がある。その他、セラミック製アンテナ材にスクリーン印刷で電極を形成したもの（特許文献 6)等がある。

[0008] また、誘電体基板等のアンテナ部材として榭脂材料を用いる場合、電極の形成が必要になる。この電極の形成方法としては、金属めつきによるもの、金属箔の貼り付けによるもの、またスクリーン印刷によるもの等がある。し力しながら、一般的に金属めつき処理が困難であり、特許文献 3および特許文献 4のような特殊な下地処理を施す必要があるという問題がある。また、めっき処理で電極を形成した場合、下地処理後もアンテナ部材との密着性が悪いので、誘電特性の劣化に繋がるおそれがあり好ましくない。また、特許文献 5のように電極に銅箔を使用した場合では、該電極が酸ィ匕し易いので、使用温度が上昇すると酸化して導電率が低下するなどの問題がある。また、スクリーン印刷については、主としてセラミック製アンテナ材への電極形成に適用されている力エラストマ一系アンテナ材には適用されていない。セラミック製アンテナの電極形成に使用するスクリーン印刷用ペーストはシリカを含んでおり、印刷品を

500〜600°Cの高温で焼成し、ガラス化して Ag粉末を固定している。エラストマ一系アンテナ材の場合、 500°Cの高温ではエラストマ一自身が分解するので、上記スクリーン印刷の方法を使用することはできな力つた。

特許文献 1：特開平 09— 031244号公報

特許文献 2 :特開 2003— 138067号公報

特許文献 3：特開 2001— 143531号公報

特許文献 4：特開 2003— 078322号公報

特許文献 5 :特開平 07— 066620号公報

特許文献 6：特開平 06— 029727号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 本発明の目的は、低温力高温度まで広い温度範囲にわたって、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有する誘電体アンテナを提供することにある。他の目的は、このような誘電体アンテナを製造するための高誘電性エラストマ一組成物を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明の高誘電性エラストマ一組成物は、エラストマ一に高誘電性セラミックス粉末を配合してなる高誘電性エラストマ一組成物であって、上記高誘電性セラミックス粉末は、—40°C〜100°Cの温度範囲において、 25°C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： 1Z°C)が（― 200〜100) X 10— ⁶の範囲にあることを特徴とする。

本発明において、比誘電率の温度係数《(1Z°C)は、 α = ( ε (t) - ε (25)) /[( ε (25))(t— 25)]で定義される値をいう。ここで、 ε (t)は、— 40°C〜100°Cの範囲における任意の温度 t°Cでの比誘電率を、 ε (25)は 25°Cでの比誘電率をそれぞれ表す。 [0011] また、高誘電性エラストマ一組成物は、周波数 1GHzおよび温度 25°Cにおいて、該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。この高誘電性エラストマ一組成物は、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り、また、上記エラストマ一が構成単位として非極性ォレフイン単位を含むことを特徴とする。特に、上記エラストマ一がエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする。

[0012] 本発明の誘電体アンテナは、上記高誘電性エラストマ一組成物の成形体と、該成形体に設けられる電極とを備える。特に、上記電極がめっき処理を施した銅箔で形成されることを特徴とする。

また、上記電極が導電性ペーストを用いてスクリーン印刷により形成されていることを特徴とする。

発明の効果

[0013] 本発明の高誘電性エラストマ一組成物は、エラストマ一に、 40°C〜100°Cの温度範囲において、該セラミックス粉末の比誘電率の温度係数 ex (単位： 1Z°C)が（一 200-100) X 10"⁶の範囲にある高誘電性セラミックス粉末を配合する。また、特にチタン酸バリウム ·ネオジム系セラミックス粉末を使用する。これらのことにより、従来の高誘電性エラストマ一組成物に比較して、比誘電率の温度依存性の少なヽェラストマー組成物が得られる。その結果、高周波通信機のアンテナ等高周波帯で広い温度範囲にわたって使用できる電子電気部品が得られる。

本発明の誘電体アンテナは、上記高誘電性エラストマ一組成物の成形体をアンテナ本体とし、これに電極としてめつき処理を施した銅箔を接着すること、または導電性ペーストを用いたスクリーン印刷をすることにより得られる。その結果、アンテナを小型化でき、また、比誘電率が高いので、アンテナが内部に組み込まれた通信機器の高周波化および小型化が図れる。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 高誘電性エラストマ一組成物をアンテナ材料として使用する場合、使用温度の変化に伴いエラストマ一組成物の比誘電率が変化する。その結果、アンテナの共振周波数にズレが生じる。例えば、温度上昇に伴い、エラストマ一組成物の比誘電率が低下した場合、アンテナの共振周波数は高周波側にシフトすることが知られている。このシフト量は、以下に示す式（1)〜（6)を参考にして計算することができる。

[0015] パッチアンテナの場合、使用する波長を λとすれば、送受信部のパターン長さ Αは、下記の式（1)で表せる。

Α=(1/2) Χ λ (1)

アンテナ材料の比誘電率を ε とすれば、アンテナ材料内を通過する波長 λ は、 r 0 波長短縮効果により、下記の式（2)で表せる。

λ =( ε )(— ^1/2)Χ λ (2)

0 r

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。

Α=( ε )^{Η 2)}Χ (1/2) Χ λ (3)

一方、周波数 fは、 Vを 300X 10⁶mZsとした場合、下記の式 (4)で表せる。

i=V/ (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 f 、室温

1 での比誘電率を ε 、温度が ΔΤ変化した後の比誘電率を ε とした場合、アンテナの

1 2

共振周波数 f

2は、下記の式（5)で表せる。

f =( ε /ε )(^1/2)Xf (5)

2 1 2 1

温度変化を ΔΤとすれば、共振周波数のズレは、下記の式 (6)で表せる。 △f=f f (6)

2 1

[0016] 式 (5)および式 (6)から温度に対する比誘電率の変化が大き!/、場合、共振周波数のズレも大きくなるため、実用上好ましくない。共振周波数が使用周波数に対して、 ±10%変化した場合、アンテナとしての特性は大きく劣化するため好ましくない。

[0017] 上述したように、アンテナ材料としての高誘電性エラストマ一組成物は、その比誘電率の温度係数 aの小さ!/、ものが好まし!/、。

比誘電率の温度依存性の少な、高誘電性セラミックス粉末をエラストマ一に配合することで、高誘電性エラストマ一組成物の比誘電率の温度係数 OCを小さくすることができる。

本発明は、 200X10— ⁶≤ α≤100Χ10— ⁶の範囲、好ましくは一 100X10— ⁶≤ a ≤ 30 X 10 の範囲、より好ましくは一 50 X 10 ≤ α≤ 30 X 10 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一組成物の比誘電率の温度係数 αを、 1500 X 10— ⁶< α < 100 Χ 10—⁶、好ましくは— 1200 X 10— ⁶く a < 50 X 10— ⁶にすることができる。

高誘電性セラミックス粉末の aが— 200 X 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。

[0018] 本発明の高誘電性エラストマ一組成物には、エラストマ一として、天然ゴム系エラストマ一および Zまたは合成ゴム系エラストマ一を使用できる。

天然ゴム系エラストマ一としては、天然ゴム、塩ィ匕ゴム、塩酸ゴム、環化ゴム、マレイン酸ィ匕ゴム、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ュ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鍊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一を挙げることができる。

[0019] 合成ゴム系エラストマ一としては、イソブチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ェチレンプロピレンジェンゴム、エチレンプロピレンターポリマー、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等のポリオレフイン系エラストマ一、スチレンイソプレンスチレンブロックコポリマー（SIS)、スチレン一ブタジエン一スチレンコポリマー（SBS)、スチレン一エチレンーブチレンスチレンブロックコポリマー（SEBS)等のスチレン系エラストマ一、イソプレンゴム、ウレタンゴム、ェピクロノレヒドリンゴム、シリコーンゴム、ナイロン 12 、ブチルゴム、ブタジエンゴム、ポリノルボルネンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム等を挙げることができる。

[0020] これらのエラストマ一は、 1種類または 2種類以上混合して用いることができる。また、エラストマ一の持つ弾力性を損なわない範囲内で熱可塑性榭脂の 1種または 2種を配合して用いることができる。本発明のエラストマ一として天然ゴム系エラストマ一および Zまたは合成非極性エラストマ一の中力も選ばれる 1種または 2種以上を用いた場合には電気絶縁性に優れた高誘電性エラストマ一を得ることができるので、特に絶縁性の要求される用途に好ましく用いることができる。合成非極性のエラストマ一としてイソブチレンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム等を挙げることができる。特に EPD M、エチレンプロピレンジェンゴムは誘電正接が極めて低いので、アンテナ等の電子部品やセンサーの用途には好ましく用いることができる。

[0021] 本発明に使用できる高誘電性セラミックス粉末としては、チタン酸金属塩で、ネオジム (Nd)、ランタン (La)等の希土類を少なくとも 1種類以上と、ノリウム (Ba)、ストロンチウム（Sr)、カルシウム（Ca)、マグネシウム（Mg)、コノルト（Co)、パラジウム（Pd)、亜鉛 (Zn)、ベリリウム（Be)、カドミウム（Cd)、ビスマス（Bi)等力選ばれた 1種または 2種以上の金属元素を配合したセラミックス粉末が好ましい。 Nd、 La等の希土類は、比誘電率の温度変化を小さくする温度特性の改善に寄与し、 Ba、 Sr等の金属元素は誘電率を高め、誘電正接を小さくするなど、誘電特性の向上に寄与する。好適な高誘電性セラミックス粉末としては、 Ti Ba— Nd— Bi系のチタン酸バリウム ·ネオジム系セラミック粉末である。

[0022] 高誘電率かつ低誘電正接セラミック粉末の粒子径は 0. 01-100 μ m程度が好ましい。平均粒子径が 0. 01 mより小さい場合、秤量時に飛散するなど、その取扱いが困難であり好ましくない。 100 /z mより大きい場合、成形体内での誘電特性のばらつきを引き起こすおそれがあるので好ましくない。より実用的な範囲は 0. 1 μ m~20 μ m程度である。

また、セラミック粉末の特性として比誘電率は 7以上、誘電正接は 0. 01以下であることが好ましい。

[0023] 高誘電性エラストマ一組成物は、周波数 1GHzおよび温度 25°C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一組成物が好ましい。高誘電性エラストマ一組成物の比誘電率が 7よりも小さ、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 100MHz以上の高周波帯で使用できる。

[0024] 高誘電性セラミックス粉末の配合割合は、高誘電性エラストマ一組成物の比誘電率を 7以上、誘電正接を 0. 01以下に維持でき、かつ高誘電性エラストマ一組成物の比誘電率の温度係数 αを— 1500 X 10— ⁶く αく 100 X 10— ⁶の範囲にでき、かつ、ァンテナなどの電子部品とできる成形性を保持できる量である。

例えば、エラストマ一 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。

[0025] 本発明で使用できる高誘電性エラストマ一組成物は、上記の必須成分に加えて本発明の効果を妨げな、範囲で（1)エラストマ一とセラミックス粉末の界面の親和性や接合性を向上させ、機械的強度を改良するために、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコユアアルミネート系カップリング剤等のカップリング剤を、 (2)電極形成のためのめっき性を改良するために、タルク、ピロリン酸カルシウム等の微粒子性充填剤を、（3)熱安定性を一層改善するために酸ィ匕防止剤を、（4)耐光性を改良するために紫外線吸収剤等の光安定剤を、（5)難燃性を一層改善するためにハロゲン系もしくはリン系等の難燃助剤を、（6)耐衝撃性を改良するために耐衝撃性付与剤を、（7)着色するために染料、顔料などの着色剤を、（8)物性を調整するために可塑剤、硫黄やパーオキサイド等の架橋剤を、（9)加硫を進めるための加硫促進剤をそれぞれ配合することができる。

[0026] また、本発明の高誘電性エラストマ一組成物には、本発明の目的を損なわな!/ヽ範囲内でガラスファイバー、チタン酸カリウムウイスカ等のチタン酸アルカリ金属繊維、酸化チタン繊維、ホウ酸マグネシウムウイスカゃホウ酸アルミ-ゥゥムゥイス力等のホウ酸金属塩系繊維、ケィ酸亜鉛ウイスカゃケィ酸マグネシウムウイスカ等のケィ酸金属系繊維、カーボンファイバ,アルミナ繊維、ァラミド繊維等の各種有機または無機の充填剤を併用できる。

[0027] 本発明の高誘電性エラストマ一組成物の製造方法としては、特に制限がなぐ各種の混合成形方法を用いることができる。例えば、 2軸押し出し機で混鍊して製造する方法などが好適に用いられる。直ちに射出成形や押し出し成形等により成形品としてもよいし、ペレットや棒状物、板状物等の成形用材料としてもよい。

[0028] また上記高誘電性エラストマ一組成物を材料として本発明の誘電体アンテナを製造する方法についても、特に制限がなぐ上記のような各種の混合成形方法を用いることができる。また、アンテナ部材とめつき処理を施した銅箔部や導電性ペーストの接着層との密着性を向上させるため、アンテナ部材の表面をサンドペーパー、ブラスト処理などで粗くしたり、溶剤によるエッチング、 UVエッチング、プラズマエッチング、プライマーの塗布などの表面処理を施してもょ、。

[0029] 本発明の誘電体アンテナは、上記高誘電性エラストマ一組成物の成形体をアンテナ本体とし、これに電極としてめつき処理を施した銅箔を接着すること、または導電性ペーストをスクリーン印刷により接着することで得られる。

[0030] このような誘電体アンテナを図 1を参照して説明する。図 1は、誘電体アンテナ (パッチアンテナ）の斜視図である。誘電体アンテナ 1は、誘電体基板 2の上面中央部に放射素子である電極 3が形成されており、該電極 3の所定箇所に給電ピン 5が取り付けられている。電極 3の形成方法としては、金属めつき処理、金属箔の接着などがある。また、誘電体基板 2の下面には接地導体 4が形成されている。給電ピン 5は増幅回路ゃ発信回路等（図示省略)と電気的に接続されており、該給電ピン 5を介して電極 3に高周波信号が給電される。なお、給電ピン 5を用いず、電極 3から延設した給電ライン等を利用する構造もある。

[0031] めっき処理を施した銅箔を接着して電極を得る場合、銅箔の上に処理するめつき材料は、アンテナとして機能する導電性を保持できれば特に限定されないが、金 (Au) 、白金 (Pt)、銀 (Ag)、ニッケル (Ni)、スズ (Sn)などがある。その中で、耐酸化性、導電性などに優れることから、 Ni、 Agが好ましい。コストが低いこと力も Niが特に好ましい。めっきの厚みは、 0. 1〜5 /ζ πιが好ましぐさらに好ましくは 0. 5〜3 /ζ πιである。めっき厚が 0. l /z m未満では、耐酸化性の向上が少なぐ 5 mより大きい場合、めつき厚が不均一となったり、めっき材料の必要量が増えるので好ましくない。

[0032] めっき処理は、無電解めつき法、電気めつき法、ある、はこれらの併用がある。特に無電解めつき法が簡便であり、めっき層の厚さが均一になるので好ましい。

無電解めつき法は、次亜燐酸塩などの還元浴に硫酸ニッケル、醋化剤、安定剤、 P H緩衝剤、外観調整剤、分散助剤などを分散させて得られるめっき液を約 80°C以上に加熱して、このめつき液に金属板を浸漬することによりめっき層を形成する方法である。なお、無電解めつきは、金属板のめっき形成部分を脱脂、酸洗いした後にめつき処理する。

[0033] 銅箔とエラストマ一成形体との接着には、エポキシ系、ウレタン系などの接着用フィルムゃ液状接着剤を使用することができる。接着層の厚さは 1〜： L00 m程度が好ましい。接着層の厚さが 1 m以下では、接着層が局所的に存在できなくなり、接着面積が減少するため好ましくない。 100 mより大きい場合、誘電特性 (特に誘電正接）が悪化するので好ましくない。より実用的な範囲は、 20〜50 /ζ πιである。

また、エラストマ一を成形する際に、金型内に銅箔を挿入して、成形時の圧力でカロ硫接着することも可能である。

以上のようにエラストマ一系誘電体アンテナの電極として、めっき処理銅箔を用いることにより、密着性が良好であり、耐酸化性に優れる。

[0034] また、導電性ペーストをスクリーン印刷することで電極を得る場合についての実施形態を図 2、図 3と共に説明する。この誘電体アンテナ 1はエラストマ一に高誘電性セラミック粉末を配合した組成物を材料とする誘電体基板 2を形成し、この誘電体基板 2 の上に、導電性ペースト 6を用いてスクリーン印刷により電極 3を形成したものである。上記組成物は、比誘電率が 7以上で誘電正接が 0. 01以下のものとする。電極 3はグランド側および放射側のものを誘電体基板 2の前後面にそれぞれ設け、この誘電体アンテナ 1はパッチアンテナとした。

[0035] 上記スクリーン印刷は、図 2のように、版枠 10で周囲を補強したスクリーン 7を被印刷体である誘電体基板 2に重ねた状態で、スクリーン 7の裏面からスキージ 11により導電性ペースト 6を塗布するものである。スクリーン 7は、選択的に透過部 8aを形成した遮蔽版 8と、この遮蔽版 8の裏面側に全面配置した網目材 9とからなり、スキージ 11 で塗布された導電性ペースト 6が遮蔽版 8の透過部 8aから透過して誘電体基板 2の表面に選択的に印刷されることで電極 3が形成される。

[0036] 使用する導電性ペーストに含まれる導電材は、アンテナとして機能する導電性を保持できれば特に限定されないが、例えば Au、 Pt、 Ag、 Ni、 Sn等力ある。その中で、耐酸化性、導電性などに優れることから、 Agが特に好ましい。コストが低いことからは Niが特に好ましい。配合する導電材の粒子径は、 0. 05〜30 mが好ましぐさらに好ましくは 1〜 10 mである。 0. 05 m未満の微粉末は取扱いが困難であり、 30 mより大きい場合は電極厚さが厚くなり、使用する導電材量が増えるので好ましくない。また肉厚のスクリーン印刷は、厚みが不均一となりやすぐ体積抵抗率が変化するので好ましくない。

[0037] 導電性ペーストに含まれる導電材の配合量は、 50〜97重量％が好ましい。この場合、ノインダ一の配合量は 3〜50重量⁰ /₀となる。より好ましくは、導電材の配合量は 7 0〜90重量％である。残りがバインダーである。導電材の配合量が 50重量％未満の場合、電極として必要な導電性を確保できないので好ましくない。導電材の配合量が 97重量％より大きい場合、バインダー榭脂の配合量が少ないため、焼成後のアンテナ材との密着性が低下したり、電極にクラックが生じる可能性があるので好ましくない

[0038] 導電材として Agを用いた導電性ペーストの場合、使用するノインダ一は、エポキシ榭脂、プチラール榭脂、ポリエステル榭脂等、一般的に使用されるバインダーであれば特に限定されな、が、その中でも特にエポキシ変性した榭脂がアンテナ材との密着性カゝら好ましい。電極の体積抵抗率は、アンテナとしての機能を損なわない範囲内であれば特に限定されないが、 10— ² Ω 'cm未満であることが好ましい。 10"² Q -cm 以上の場合、電極の導電性が著しく低下し、アンテナの共振周波数が大幅にずれたり、 VSWR (定在波比）が悪ィ匕するので好ましくない。より好ましくは 10—³ Ω 'cm未満である。

実施例

[0039] 各実施例および比較例にて得られる高誘電性エラストマ一組成物の成形体につ!ヽて、比誘電率、誘電正接および比誘電率の温度係数 αの測定を以下の方法にて行なった。

試験法 1： 25°C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一組成物を、加熱圧縮成形した成形体から、 1. 5mm X I. 5m m X 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）〖こより、 1GHz帯で 25°C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 0Lの測定高誘電性エラストマ一組成物の上記成形体を Φ 25mm X tl . 5mmの試験形状に加工し、容量法により、 40°C、 25°C、 100°C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 analyz er HP4291B (アジレント'テクノロジ一社製）、電極は HP16453A (アジレント'テクノロジ一社製)をそれぞれ用いた。

[0040] 実施例 1〜実施例 3

EPDMと、比誘電率の温度係数 αが—100 X 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 X 80mm X 1. 5mmの成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170 °C X 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)、酸ィ匕亜鉛 (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 a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。

[0041] 実施例 4〜実施例 6

セラミックス粉末を、比誘電率の温度係数 αが—40 X 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。

[0042] [表 1]

実施例 1〜実施例 3に示すように、成形体の 25°Cでの比誘電率は 7以上、誘電正接は 0. 01以下、比誘電率の温度係数が— 1200 X 10—⁶であった。また、実施例 4 実施例 6に示すように、 25°Cでの比誘電率は 7以上、誘電正接は 0. 01以下、比誘電率の温度係数が 1067 X 10— ⁶であった。これらの値は、高誘電率かつ低誘電正接であり、かつ成形体の比誘電率の温度係数は— 1500 X 10— ⁶より大きいことから、アンテナ材料として用いた場合の共振周波数のずれが使用周波数の ± 10%以内に抑えることができ、アンテナ材として優れている。

[0043] 比較例 1〜比較例 3

EPDMと、比誘電率の温度係数 αが— 1200 X 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、 80 mm X 80mm X I . 5mmの成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170°C X 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 a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。

[0044] 比較例 4〜比較例 6

セラミックス粉末を、比誘電率の温度係数 αが— 2000 X 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: ΒΤ— 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。 [0045] [表 2]

比較例 1〜比較例 3に示すように、成形体の 25°Cでの比誘電率は 7以上、誘電正接は 0. 01以下である力比誘電率の温度係数が— 2667 X 10— ⁶であり、— 1500 X 10— ⁶より小さいことから、アンテナ材として用いた場合の共振周波数のずれを使用周波数の士 10%以内に抑えることができな、。

また、比較例 4〜比較例 6に示すように、 25°Cでの比誘電率は 7以上である力誘電正接は 0. 01より大きく、かつ比誘電率の温度係数が— 3333 X 10— ⁶であり、—15 00 X 10— ⁶より小さいことから、アンテナ材として用いた場合の共振周波数のずれを使用周波数の士 10%以内に抑えることができな、。

[0046] 以下に示す各実施例および比較例にて得られる誘電体アンテナのアンテナ特性を以下の方法にて行なった。

試験法 3 (空洞共振器法）： 25°Cでの比誘電率および誘電正接の測定

上記試験法 1と同様の方法で行なった。

試験法 4：アンテナ特性の測定

得られたパッチアンテナを用いて、ネットワークアナライザにより共振周波数および VSWR (定在波比）、利得のわ力つている基準アンテナとの比較により、各共振周波数での利得を測定した。ここで、（VSWRく 2)かつ (利得〉 2dBi)の場合、判定：〇、それ以外の場合、判定： Xとした。

試験法 5：アンテナ特性の変化の測定

得られたパッチアンテナについて、 100°C X 500時間のエージングを行ない、アンテナ特性 (共振周波数、 VSWR、利得)の変化を測定した。 [0047] 実施例 7〜実施例 9

EPDMに、チタン酸バリウム ·ネオジゥム系セラミック粉末（共立マテリアル社製： HF 120 比誘電率： 120)、加硫促進剤および力卩工助剤等の微量添加物をそれぞれ表 3に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、 80mm X 80mm X 2mmの成形体を得た。なお、加硫条件はそれぞれ 170°C X 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)、酸ィ匕亜鉛 (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 (アンテナ部材)の比誘電率および誘電正接を上記試験法 3にて測定した。結果を表 3に示す。

[0048] また、該成形体の両面にニッケルめっき処理銅箔をエポキシ系接着フィルム（40 μ m)でカ卩熱 '加圧接着し、 60mm X 60mm X 2mmのシートを成开した。このアンテナ部材を用いて 2450MHz用のノツチアンテナを製作した。給電位置および放射面のアンテナ電極形状はそれぞれ材料の比誘電率に合わせて選定し、エッチングにより、不要な部分を除去した。エッチングは、電極パターンのレジストを印刷し、塩化第二鉄溶液を用いて行なった。

各アンテナの電極の種類、めっき厚さ、銅箔厚さを表 3に併記する。このアンテナの特性を試験法 4により測定した。結果を表 4に示す。また、該アンテナ特性の変化を試験法 5により測定した。結果を表 4に併記する。

また実施例 7〜実施例 9において、該成形体の両面にニッケルめっき処理に代えて、同条件のもとで、 Agペースト（福田金属箔社製：シルコート RF200)のスクリーン印刷を施した。所定の形状で前面の印刷を行なった後、 80°C X 30分の乾燥を行なつた後、 150°C X 30分の焼成を行なった。該アンテナの電極の厚さ、体積抵抗率を表 3に併記する。このアンテナの特性を試験法 3により測定した。結果を表 4に示す。また、該アンテナ特性の変化を試験法 4により測定した。結果を表 4に併記する。

[0049] 実施例 10〜実施例 12 EPDMに、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— NA S 比誘電率： 180)、加硫促進剤および加工助剤などの微量添加物をそれぞれ表 3 に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、 80mm X 80mm X 2mmの成形体を得た。なお、加硫条件はそれぞれ 170°C X 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 7と同じである。

また、該成形体の両面に銀めつき処理銅箔をエポキシ系接着フィルム（40 μ m)で加熱'加圧接着し、 60mm X 60mm X 2mmのシートを成形した。このアンテナ部材を用いて 2450MHz用のパッチアンテナを製作した。給電位置および放射面のアンテナ電極形状はそれぞれ材料の比誘電率に合わせて選定し、エッチングにより、不要な部分を除去した。エッチングは、電極パターンのレジストを印刷し、塩化第二鉄溶液を用いて行なった。

また実施例 10〜実施例 12において、該成形体の両面に銀めつき処理に変えて、同条件のもとで、 Agペースト（福田金属箔社製：シルコート RF200)のスクリーン印刷を施した。所定の形状で前面の印刷を行なった後、 80°C X 30分の乾燥を行なった後、 150°C X 30分の焼成を行なった。該アンテナの電極の厚さ、体積抵抗率を表 3 に併記する。このアンテナの特性を試験法 3により測定した。結果を表 4に示す。また、該アンテナ特性の変化を試験法 5により測定した。結果を表 4に併記する。

[表 3] セラミック加硫促進剤部材のめっき銅箔積抵抗率実施例電極膜厚厚さ電極形成法膜厚体配合量粉末の配合量加工助剤等

比誘電率誘電正接

名称

めっき処理銅箔スクリーン印刷めっき処理銅箔スクリーン印刷 [表 4]

[0051] 実施例 7〜実施例 12のすベてのアンテナについて、エージング前、エージング後ともにアンテナ特性の判定が〇であり、アンテナとして十分使用可能である。

[0052] 比較例 7〜比較例 9

EPDMに、チタン酸バリウム ·ネオジゥム系セラミック粉末（共立マテリアル社製： HF 120 比誘電率： 120)、加硫促進剤および力卩工助剤などの微量添加物をそれぞれ表 5に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、 80mm X 80mm X 2mmの成形体を得た。なお、加硫条件はそれぞれ 170°C X 30分であり、加硫促進剤および加ェ助剤等の内容は実施例 7と同じである。

得られた成形体 (アンテナ部材)の比誘電率および誘電正接を上記試験法 3にて測定した。結果を表 5に示す。

また、該成形体の両面にめっき処理を施して!/、な、銅箔をエポキシ系接着フィルム (40 m)でカ卩熱 '加圧接着し、 60mm X 60mm X 2mmのシートを成形した。このァンテナ部材を用いて 2450MHz用のノツチアンテナを製作した。給電位置および放射面のアンテナ電極形状はそれぞれ材料の比誘電率に合わせて選定し、エツチングにより、不要な部分を除去した。エッチングは、電極パターンのレジストを印刷し、塩ィ匕第二鉄溶液を用いて行なった。

各アンテナの電極の種類、めっき厚さ、銅箔厚さを表 5に併記する。このアンテナの特性を試験法 4により測定した。結果を表 6に示す。また、該アンテナ特性の変化を試験法 5により測定した。結果を表 6に併記する。

また比較例 7〜比較例 9において、該成形体の両面にめっき処理に代えて、同条件のもとで、 Agペースト（福田金属箔社製:シルコート RF200)のスクリーン印刷を施した。所定の形状で前面の印刷を行なった後、 80°C X 30分の乾燥を行なった後、 1 50°C X 30分の焼成を行なった。該アンテナの電極の厚さ、体積抵抗率を表 3に併記する。このアンテナの特性を試験法 3により測定した。結果を表 4に示す。また、該アンテナ特性の変化を試験法 4により測定した。結果を表 4に併記する。

[0053] [表 5]

[表 6]

[0054] 比較例 7〜比較例 9のエージング前のアンテナは、全て判定が〇である力エージング後には (VSWR > 2)かつ (利得く 2dBi)となり、アンテナ特性が著しく劣化しており、好ましくない。

産業上の利用可能性

[0055] エラストマ一に比誘電率の温度依存性が少な、誘電性セラミックス粉末を配合することで、比誘電率の温度依存性の少な、高周波通信機のアンテナ等の電子部品用複合材として、好適に利用できる。また、エラストマ一成形体にめっき処理を施した銅箔を接着することや導電性ペーストをスクリーン印刷することでアンテナ電極を形成することでも、比誘電率の温度依存性の少ない、耐エージング性に優れた、高周波通信機のアンテナとして好適に利用できる。

図面の簡単な説明 [図 1]誘電体アンテナ（パッチアンテナ）の斜視図である。

[図 2]誘電体アンテナの製造工程におけるスクリーン印刷による電極形成の説明図である。

[図 3]誘電体アンテナの断面図である。

符号の説明

1 誘電体アンテナ

2 誘電体基板

3 電極

4 接地導体

5 給電ピン

6 導電性ペースト

7 スクリーン

8 遮蔽板

8a 透過部

9 網目部

10 版枠

11 スキージ

Claims

請求の範囲

[1] エラストマ一に高誘電性セラミックス粉末を配合してなる高誘電性エラストマ一組成物であって、

前記高誘電性セラミックス粉末は、— 40°C〜100°Cの温度範囲において、 25°C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 (X (単位： 1Z°C)が（一 200〜 100) X 10—⁶の範囲にあることを特徴とする高誘電性エラストマ一組成物。

[2] 周波数 1GHzおよび温度 25°Cにおいて、前記高誘電性エラストマ一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請求項 1記載の高誘電性エラストマ一組成物。

[3] 前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請求項 1記載の高誘電性エラストマ一組成物。

[4] 前記エラストマ一が構成単位として非極性ォレフィン単位を含むことを特徴とする請求項 1記載の高誘電性エラストマ一組成物。

[5] 前記エラストマ一がエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする請求項 4記載の高誘電性エラストマ一組成物。

[6] 請求項 1記載の組成物であって、該組成物は、周波数 100MHz以上の電気信号を取り扱うための電子部品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一組成物。

[7] 高誘電性エラストマ一組成物の成形体と、該成形体に設けられる電極とを備えてなる誘電体アンテナであって、

前記組成物が請求項 1記載の高誘電性エラストマ一組成物であることを特徴とする誘電体アンテナ。

[8] 前記組成物がエラストマ一に高誘電性セラミックス粉末を配合してなり、周波数 1G Hzおよび温度 25°Cにおいて、前記高誘電性セラミックス粉末の比誘電率が 7以上、誘電正接が 0. 01以下であることを特徴とする誘電体アンテナ。

[9] 前記電極は、めっき処理を施した銅箔で形成されていることを特徴とする請求項 8 記載の誘電体アンテナ。

[10] 前記めつき処理がニッケルめっきまたは銀めつき処理であることを特徴とする請求項 9記載の誘電体アンテナ。

[11] 前記電極は、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷により形成されることを特徴とする請求項 8記載の誘電体アンテナ。

[12] 前記導電性ペーストが、導電性粉末を 50〜97重量％、バインダーを 3〜50重量％配合したものである請求項 11記載の誘電体アンテナ。

[13] 請求項 8記載の誘電体アンテナであって、該誘電体アンテナは、周波数 lOOMHz 以上の電気信号を取り扱う電子部品に使用されることを特徴とする誘電体アンテナ。