(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に導電性繊維、マイクロバルーンなどの中空ビーズを混入して製造する固体フアントム。
【請求項２】
発泡樹脂に導電性繊維を混入して製造する固体フアントム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波と生体の相互作用の研究をする為に使用される軽量で衝撃等によっても破壊しにくく、腐敗等の心配の無い、使いやすい固体フアントムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンディーの携帯電話などはアンテナが人体に近接して使われるために人体によって電波の放射方向や強度が影響を受ける。また、装置の動作も人体の影響を受ける。このためこれらの装置の性能評価は実際の使用状況を模擬して試験することが望ましい。
【０００３】
人体を試験に使用することも出来るが試験の再現性や長時間同一姿勢を取ることの困難などから人体に類似した誘電率を持つ材料で人体の頭部や胸部を模擬したフアントムと呼ばれる物が試験に使われてきた。これらは医療用機器であるジアテルミーの試験装置に使用されていた技術の延長である▲１▼液体を容器につめたものや、誘電体材料として歴史が永くその性質が良く知られていることから▲２▼セラミックを素材としていた。
【０００４】
これらの従来のフアントムは、（１）１９９０年電子情報通信学会春季全国大会“Ｂ−２８７セラミックを用いた生体フアントム”、（２）１９９１年電子情報通信学会秋期大会“Ｂ−１７１生体の複素誘電率を有する液体フアントム材料”、（３）１９９０年電子情報通信学会春季全国大会“Ｂ−２８７セラミックを用いた生体フアントム”等に説明されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このために容器の破損による液体の漏洩や腐敗、比重が大きく重い、弾力性が小さいことから破損しやすい、固いことから装置が密着しにくい等の不便を持っていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を解決するために合成樹脂を基材として用い必要な誘電率を与えるために導電性繊維繊維を混入した。さらに中空のガラス球であるマイクロバルーンなどの中空ビーズを混入して誘電率の実数部と虚数部の比を調整するとともに軽量化を図った。
【０００７】
この際、マイクロバルーンの代わりに発泡シリコン、発泡ウレタン、発泡ポリエチレン、発泡エポキシなどの発泡樹脂をもちいて内部に存在する気泡によって誘電率の調整と軽量化を図ることも出来る。
【０００８】
一般に人体の誘電率は部位によって値が異なるものの、１ＧＨｚにおいて約５０−ｊ２５が代表値といわれている。これを実現することがフアントムに要求される電気的特性である。
【０００９】
基材として用いる樹脂の条件は丈夫で必要とされる柔軟性があること充填物を容易に混入しやすいことなどが上げられる。これらの要件を満足する合成樹脂は熱可塑性、熱硬化性の区別無く、特別なものではなくシリコン、ウレタン、ポリエチレンなどの一般的に市場に流通するもので十分であり、これらの比重は１．２程度でセラミックに比べると低く軽量化の点でも好都合である。
【００１０】
これらの樹脂は誘電率の実数部が２から８程度で前述のフアントムに要求される誘電率に比べて非常に小さく、また虚数部の絶対値も１以下で非常に小さい。このため、樹脂だけでは必要な誘電率が得られないので誘電率を増加させるために導電材料を混入させる必要がある。混入させる導電材料は材料の導電率、形状によって異なった誘電率の性質を示す。フアントムでは実数部と虚数部の値を同時に満たさなければ成らないので導電材料の選択と混入量の選択は重要な要素である。導電材料の選択、混入量の選択だけでは要求値を満足することは困難であった。
【００１１】
要求値を満足するためにさらに気泡を樹脂に混入した。気泡は主に誘電率の実数部を低下させる働きが有るので誘電率を制御できるパラメーターが増えるのでさらに実現を容易にした。気泡の混入は比重を低下させる働きもある。
【００１２】
混入する導電材料は導電性を持つ材料の粉末や繊維が考えられるが粉末は実数部が大きくなりすぎる傾向があるので使用に適さない。導電性の短繊維は適度な誘電率を得るのに好都合であった。試験の結果、短いものは粉体に近い性質を示し、また長いものは虚数部が大きくなりすぎる傾向があるのと、混入のときに方向性がでやすいなどの点で問題があった。このことから繊維の長さは０.５−１５ｍｍ程度が適切であることが判った。導電性繊維としてはガラス繊維などの絶縁体に金属を蒸着したものや金属繊維を用いることが出来るがカーボン繊維が酸化等に対して安定であること、安価であることなどの理由で好適である。また、導電性繊維の混入量は樹脂に対する重量比で１／１０から１／２００の範囲に最適値があることが判った。
【００１３】
気泡を混入させる方法は樹脂に発泡材料を選択する方法とマイクロバルーンや発泡スチロールなどの気体を多く含んだビーズを混入する方法を試みたがビーズを混入する方法の方が再現性が良い製作が可能であった。また、これらのビーズの混入量は樹脂に対する重量比で１／１から１／２０の間に最適値があることが判った。さらに、発泡樹脂では発泡倍率が１.１から５倍の範囲に最適値がある事が判った。また、気泡を含ませる為のビーズには上記の他にシラスバルーンなどの中空ビーズや低誘電率の樹脂ビーズを用いることができる。
【００１４】
ここでは、実現する誘電率として、一般に言われる１ＧＨｚにおいて５０−ｊ２５を用いたが、参考文献が示すとおり、詳細に見ると、この値は、身体の部位や周波数によって異っていることがわかる。本技術を用いると、樹脂、マイクロバルーン、カーボン繊維の種類や配合比を調節することにより、様々な誘電率を実現することができ様々な用途たとえば使用周波数や頭部のみならず、異った部位をシュミレートするフアントムを実現可能である。
【００１５】
【実施例】
実施例−１（マイクロバルーンを使用するもの）
液状ウレタン樹脂及び硬化剤、マイクロバルーン、長さ３ｍｍのカーボン繊維を１７０：４５：３.１２５の重量比で混合して球形の型に注型して硬化させ頭部を模擬したフアントムを製作した。
【００１６】
（１）比重  ０.６９
（２）誘電率
同一材料でドーナツ状サンプルを製作して同軸管で測定した誘電率
【００１７】
【表１】
0003663264.tif 000002
【００１８】
実施例−２（マイクロバルーンを使用するもの）
液状ウレタン樹脂及び硬化剤、マイクロバルーン、長さ３ｍｍのカーボン繊維を１７０：４５：４の重量比で混合して球形の型に注型し、硬化させ頭部を模擬したフアントムを製作した。
【００１９】
（１）比重  ０.６９
（２）誘電率
同一材料でドーナツ状サンプルを製作して同軸管で測定した誘電率
【００２０】
【表２】
0003663264.tif 000003
【００２１】
実施例−３（マイクロバルーンを使用するもの）
液状ウレタン樹脂及び硬化剤、マイクロバルーン、長さ３ｍｍのカーボン繊維を１７０：４５：３.０３４の重量比で混合して球形の型に注型し、硬化させ頭部を模擬したフアントムを製作した。
【００２２】
（１）比重  ０.６９
（２）誘電率
同一材料でドーナツ状サンプルを製作して同軸管で測定した誘電率
【００２３】
【表３】
0003663264.tif 000004
【００２４】
実施例−４（発泡樹脂を使用するもの）
液状発泡シリコン及び硬化剤、長さ３ｍｍのカーボン繊維を２４０：６の割合で混合硬化させフアントムを製作した。
【００２５】
（１）比重  ０.４
（２）誘電率
同一材料でドーナツ状サンプルを製作して同軸管で測定した誘電率
【００２６】
【表４】
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【００２７】
実施例−５（発泡樹脂を使用するもの）
液状発泡シリコン及び硬化剤、長さ３ｍｍのカーボン繊維を２４０：５の割合で混合硬化させフアントムを製作した。
【００２８】
（１）比重  ０.４
（２）誘電率
同一材料でドーナツ状サンプルを製作して同軸管で測定した誘電率
【００２９】
【表５】
0003663264.tif 000006