(57)【要約】【課題】マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れ、大電力の電波照射後もその電波吸収特性が落ちにくい低コストの電波吸収体を提供する。【解決手段】マイクロ波およびミリ波の電波を吸収する本発明の電波吸収体は、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体の基材と、該基材に添加された導電性材料と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波およびミリ波の電波を吸収する電波吸収体であって、
カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体の基材と、
該基材に添加された導電性材料と、
を有することを特徴とする電波吸収体。
【請求項２】
前記多孔質成形体の基材中に酸化カルシウムを含まない請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項３】
前記多孔質成形体の多孔度が１０〜７０％である請求項１または２に記載の電波吸収体。
【請求項４】
前記導電性材料は、アスペクト比が１００以上の繊維状カーボン材料、または、粒径が０．２μｍ以下のカーボン粒子である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電波吸収体。
【請求項５】
前記導電性材料の含有量は、前記繊維状カーボン材料の場合０．５〜１０．０質量％であり、前記カーボン粒子の場合２〜３０質量％である請求項４に記載の電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電波吸収体に関し、特に、例えば電波暗室に使用される、マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れた電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、私たちの身近には、電子機器や通信機器、情報システムなど、多くの電磁波発生源が共存し、様々な電磁波を放射している。これらの機器から発生する電磁波は、周辺の機器に影響を及ぼす可能性があり、また機器自体も周辺の機器から影響を受ける。こういった環境の中で、多種多様な機器を共存させていくためには、周辺機器に影響を及ぼさず、自らも周辺機器から影響を受けないＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）対策が求められている。
【０００３】
電子機器や通信機器は、時代の移り変わりと共に、低周波帯域から高周波帯域を利用する製品へとシフトしてきた。近年は、マイクロ波（周波数が１ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの電波）およびミリ波（周波数が３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの電波）を利用した製品が増えている。例えば、第４世代携帯電話（４ＧＨｚ）や超高速無線ＬＡＮ（６０ＧＨｚ）、車載用ミリ波レーダー（７７ＧＨｚ）などが挙げられる。また、航空宇宙事業や軍事関連で使用される大電力照射用レーダー等でもマイクロ波・ミリ波が利用される状況となってきており、幅広い分野で、マイクロ波・ミリ波の電波が使われ始めている。
【０００４】
利用製品の増加と共に、電磁波妨害に関する規格の整備も進められてきている。これまで規格に示されている許容値設定周波数の多くは、１ＧＨｚ以下であり、ＥＭＣ測定も１ＧＨｚ以下が主流であった。しかし、近年は前述したように、電子機器の高周波化が進み、規格に記載されている許容値設定周波数も１８ＧＨｚ以下に改定されている。今後、本格的なユビキタス社会を迎える前には、より高い周波数帯域での測定が求められていくことは容易に想像が付く状況である。
【０００５】
以上のような背景から、一般的な電子部品から特殊な大電力用途まで、幅広いマイクロ波・ミリ波を利用した製品のＥＭＣ評価が行えるマイクロ波・ミリ波用電波暗室が必要となってきている。そのためには、マイクロ波・ミリ波の電波吸収特性に優れ、大電力の電波照射後もその電波吸収特性が落ちにくい電波吸収体が必要である。
【０００６】
従来から、マイクロ波・ミリ波を吸収する電波吸収体は存在する。これは、発泡ポリウレタン、発泡ポリプロピレンまたは発泡ポリエチレンからなる基材に、カーボンブラックやグラファイトなどカーボン系の導電性材料を混錬または含浸させた材料をピラミッド形状に成形して得た電波吸収体である。
【０００７】
しかし、発泡ポリウレタンのような有機系の材料は耐熱性に乏しい。電波吸収体は、電波を受けると内部で電波を熱に変換し、発熱する。そのため、有機系の材料を基材とした電波吸収体は、軍事レーダーなどから大電力の電波照射を受けると、基材が損傷を受け、電波吸収特性が大きく低下するため、大電力用として使用することが難しい。
【０００８】
そこで、近年では耐熱性の高い無機材料を基材に用いた大電力用の電波吸収体が提案されている。特許文献１には、セピオライト、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムの各水和物などの含水無機化合物をピラミッド形状に成形してなる基材を用意し、該基材をカーボンブラックの塗料に浸漬して導電性を付与した電波吸収体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１１５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１では、熱が加えられた際に含水無機化合物から発生する結晶水によって一時的に熱の勢いを抑えるだけであり、大電力に十分対応できるものではない。また、加熱後は基材が脆くなる。そのため、含水無機化合物を基材に用いた電波吸収体は、大電力を照射するレーダー用途には適用できない。
【００１１】
さらに、無機材料として一般的なアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素などを基材の材料として用いることも考えられるが、これらの材料は有機材料にくらべ非常に高価であり、製造コストが高くなってしまう。そのため、これらの材料からなる基材を用いた大電力用の電波吸収体の実用化は進んでいない。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑み、マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れ、大電力の電波照射後もその電波吸収特性が落ちにくい低コストの電波吸収体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するべく、本発明者らは、安価に入手可能な無機材料として炭酸カルシウムに着目した。炭酸カルシウムは、焼成することにより耐熱性の高い酸化カルシウムの焼結体を得ることができる。しかし、酸化カルシウムは吸湿性が高いことから、該材料のみからなる基材は、その形状を経時的に安定して維持することができず、この基材を用いた電波吸収体は実用に耐えるものではなかった。そこで本発明者らは、基材を構成する焼結体をカルシウムとアルミニウムとの複合酸化物の形態にすることを着想した。そして、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体の基材を用いた電波吸収体は、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の電波吸収体は、マイクロ波およびミリ波の電波を吸収する電波吸収体であって、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体の基材と、該基材に添加された導電性材料と、を有することを特徴とする。
【００１５】
前記多孔質成形体の基材中に酸化カルシウムを含まないことが好ましい。また、前記多孔質成形体の多孔度は１０〜７０％であることが好ましい。
【００１６】
前記導電性材料は、アスペクト比が１００以上の繊維状カーボン材料、または、粒径が０．２μｍ以下のカーボン粒子であることが好ましい。前記導電性材料の含有量は、前記繊維状カーボン材料の場合０．５〜１０．０質量％であり、前記カーボン粒子の場合２〜３０質量％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電波吸収体は低コストであり、マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れ、大電力の電波照射後もその電波吸収特性が落ちにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による電波吸収体１０の斜視図である。
【図２】本発明の電波吸収体に用いる、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体のＸ線回折スペクトルであり、（Ａ）は多孔質成形体を作製するための原料中で酸化アルミニウムの比率を１５．７質量％とした場合、（Ｂ）は２７．３質量％とした場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の電波吸収体の実施形態について説明する。
【００２０】
本発明の一実施形態による電波吸収体１０は、図１に示すように、多孔質成形体の基材１１と、この基材１１に添加された導電性材料と、を有する。電波吸収体１０は電波を照射されると、基材１１内において、導電性材料と誘電体材料（基材１１の材料や基材１１内の空隙）の組み合わせにより導電損失および誘電損失が生じ、電波が熱に変換される。本実施形態の電波吸収体１０は、このような原理によりマイクロ波およびミリ波の電波を吸収することができる。
【００２１】
本実施形態において、基材１１は、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む多孔質成形体である。酸化カルシウム単体では、吸湿性が非常に高く、空気中に含まれている水分でも反応を起こし、水酸化カルシウムとなってしまうため、安定した電波吸収体を得ることができない。また、アルミナ単体では、有機材料にくらべ非常に高価であり、製造コストが高くなってしまう。本発明者らは、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物を含む基材１１を用いて、マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れた、安定した電波吸収体を得ることができることを見出した。この基材１１を用いた電波吸収体１０は、安価な炭酸カルシウムを主原料とするため低コストである。また、基材１１が無機材料であることから、耐熱性が高く、大電力照射にも損傷を受けにくいため、大電力の電波照射後も電波吸収特性が落ちにくい。
【００２２】
マイクロ波およびミリ波の周波数帯域の電波を幅広く吸収するために、基材１１に添加する導電性材料は、単体で高い導電性を有し、かつ少量で導電ネットワークを形成することができる材料が好ましい。さらには、耐熱性の高い材料であるとより好ましい。導電性の高い材料の代表としては、カーボンや炭化珪素が挙げられる。特にカーボン系の材料は、電波吸収体の導電性材料として広く使用されており、最も相応しい材料である。カーボン系の材料には、繊維状のカーボン材料と、粒子状のカーボン材料があり、どちらを使用してもよい。
【００２３】
繊維状カーボン材料としては、カーボンファイバーやカーボンナノチューブなどが挙げられる。特にカーボンナノチューブは、カーボンファイバーと比べ嵩密度が非常に小さいため、カーボンファイバーよりもより少量で高い導電性を得ることができるため、有効な材料であるといえる。
【００２４】
粒子状のカーボン材料（カーボン粒子）としては、カーボンブラックやグラファイトなどが挙げられる。特にカーボンブラックは、比表面積が非常に大きいため、グラファイトよりもより少量で高い導電性を得ることができる。
【００２５】
ここで、電波吸収体１０の製造方法の一例を示す。まず、炭酸カルシウム粉末、酸化アルミニウム粉末、有機バインダー、消失ビーズ（ポリスチレンビーズ）および水からスラリーを作製する。有機バインダーとしては、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。このスラリーを、石膏ボードなどを使用した型によるスリップキャスト法によって、ピラミッド形状やウェッジ形状に成形する。得られた成形体を焼成し、多孔質成形体の基材１１を得る。焼成条件としては、焼成温度は１０００℃〜１５００℃が好ましく、焼成時間は２〜５時間が好ましい。また、雰囲気は大気焼成とすることができる。
【００２６】
次に、多孔質成形体の基材１１に導電性材料を添加する。具体的には、カーボンナノチューブなど導電性材料が分散されている溶液に多孔質成形体を浸漬し、その後、低温焼成する。焼成条件としては、焼成温度は２００℃〜５００℃が好ましく、焼成時間は２〜５時間が好ましい。また、雰囲気は大気焼成とすることができる。これにより、多孔質成形体に導電性材料が練りこまれる。このようにして、電波吸収体１０を得ることができる。
【００２７】
なお、導電性材料の添加は、ピラミッド形状の多孔質成形体を作成する際に、カーボンナノチューブなどの導電性材料をスラリーに加え、多孔質成形体中に直接カーボンナノチューブなどの導電性材料を混入させてもよい。この場合は、カーボンナノチューブなどの導電性材料の酸化（燃焼）を防止するため、焼成を還元雰囲気またはＮ２などの不活性ガス雰囲気にて行う。
【００２８】
多孔質成形体の基材１１中には酸化カルシウムを含まないことが好ましい。すなわち、多孔質成形体の基材１１は、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物のみからなることが好ましい。そのためには、複合酸化物を作製する際の酸化カルシウムの質量（炭酸カルシウムを酸化カルシウムに換算した質量）および酸化アルミニウムの質量の合計に対する、酸化アルミニウムの質量の割合を２５質量％以上とする必要がある。酸化アルミニウムの割合が２５質量％未満であると、基材１１中に酸化アルミニウムと未反応の酸化カルシウムが残存し、その残存した酸化カルシウムが空気中の水分を吸収する。その結果、基材１１の耐湿性が十分ではない。酸化アルミニウムの割合を２５質量％以上とすることにより、高湿環境下でも優れた電波吸収特性を経時的に維持することができる。
【００２９】
例として、上記酸化アルミニウムの割合を１５．７質量％にした場合と、２７．３質量％にした場合の多孔質成形体のＸ線回折結果をそれぞれ図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す。図２（Ａ）は後述の実施例３で作製した多孔質成形体、図２（Ｂ）は後述の実施例１で作製した多孔質成形体についてのＸ線回折スペクトルである。図２（Ａ）では、酸化カルシウムのピークが検出され、多孔質成形体内に酸化カルシウムが残存していた。一方、図２（Ｂ）では、酸化カルシウムのピークが検出されず、複合酸化物のみが検出された。酸化アルミニウムの割合が２５質量％以上であれば、酸化カルシウムは酸化アルミニウムと全て反応し、多孔質成形体には生成した複合酸化物と残ったアルミナ成分が含まれる。
【００３０】
多孔質成形体中に酸化アルミニウム成分が残存する分は、成形体にとって機能的な支障はないが、低コスト化の観点から、アルミナを余分に配合することは好ましくない。この観点から、上記酸化アルミニウムの割合は５０質量％以下とすることが好ましく、最も好ましくは２５質量％である。
【００３１】
多孔質成形体の多孔度は１０〜７０％であることが好ましい。１０％以上とすれば、使用する材料が多すぎてコスト増となることがなく、多孔質成形体の質量が増えすぎずに、取扱いも容易である。また、７０％以下であれば、成形体の強度が低下することがない。このような観点から、多孔質成形体の多孔度は３０〜６０％がより好ましい。成形体の多孔度は、消失ビーズの添加量を制御することによって調整することができる。
【００３２】
なお、本明細書において「多孔質成形体の多孔度」とは、多孔質成形体の体積（孔も含んだ、外寸法から得られる体積）のうち、孔（空隙）の割合を意味するものである。多孔度は以下のようにして算出できる。まず、測定対象の多孔質成形体の質量Ａを測定する。次に、消失ビーズを添加しない以外は同じ条件で作製した、多孔度が０％の多孔質成形体の質量Ｂを測定する。１００−質量Ａ／質量Ｂ（％）が多孔度である。なお、多孔質成形体の多孔度は、導電性材料添加後の多孔質成形体について測定する。
【００３３】
導電性材料が繊維状カーボン材料の場合、アスペクト比は１００以上とすることが好ましく、カーボン粒子の場合、粒径は０．２μｍ以下とすることが好ましい。同質量添加した場合、アスペクト比が大きい方が繊維同士のつながりが得やすい。また、粒径が小さい方が個数をかせげるため、導電ネットワークを形成しやすい。なお、本明細書において「アスペクト比」は、ＳＥＭにて観察したときの、各繊維状カーボンの長さ／幅の比の値を、視野中の１０個の粒子について平均した値を意味するものとし、「粒径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（５０％累積粒径：Ｄ５０）を意味するものとする。
【００３４】
導電性材料の含有量は、電波吸収体の質量（基材＋導電性材料の質量）に対して、繊維状カーボン材料の場合０．５〜１０．０質量％とし、カーボン粒子の場合２．０〜３０．０質量％とすることが好ましい。これら下限値以上とすれば、多孔質成形体に十分な導電性を付与することができ、良好な電波吸収性能を得ることができる。これら上限値以下とすれば、多孔質成形体の導電性が高くなりすぎて成形体表面での反射が大きくようなことがないため、やはり良好な電波吸収性能を得ることができる。より好ましくは、繊維状カーボン材料の場合２．０〜５．０質量％であり、カーボン粒子の場合５．０〜１５．０質量％である。
【実施例】
【００３５】
（実施例１〜４）
酸化カルシウムと酸化アルミニウムの割合が表１となるように、原料となる炭酸カルシウムおよび酸化アルミニウムを秤量した。更に有機バインダー（ポリビニルアルコール）、消失ビーズ（ポリスチレンビーズ）を、それぞれ基材に対して２．０質量部、１．０質量部添加した。それらの混合物を水で６７質量％に希釈して、ボールミル（ジルコニアボール）にてスラリーを調製した。次に、底面１５０ｍｍ角、高さ１００ｍｍのピラミッド形状ができるような石膏ボード金型を用意した。その金型に上記スラリーを注入し、常温・常湿で５日間乾燥させ、スラリー中の水分を飛ばし、ピラミッド型の成形体を実施例１〜４でそれぞれ１６体作製した。乾燥させた成形体を大気中、１３００℃で５時間焼成し、ピラミッド形状の多孔質成形体を作製した。
【００３６】
その後、カーボンナノチューブの含有量が表２に記載の値となるように、カーボンナノチューブ（昭和電工株式会社製）の溶液（溶媒：水）を作り、その溶液に多孔質成形体を浸漬して、カーボンナノチューブを添加した。なお、カーボンナノチューブのアスペクト比は、２００であった。その後、カーボンナノチューブを添加した多孔質成形体をさらに大気中、３００℃の低温で５時間焼成し、電波吸収体とした。多孔質成形体の多孔度は表１に記載した。
【００３７】
【表１】
2014187134.tif 000003
【００３８】
【表２】
2014187134.tif 000004
【００３９】
（評価方法）
実施例１〜４において、電波吸収量測定、耐電力試験、吸湿性試験を実施した。
【００４０】
（１）電波吸収量の測定
実施例１〜４において、１６体の電波吸収体を、図１に示すように４体×４体で設置し、６０ｃｍ×６０ｃｍの試験体を準備した。電波吸収量の測定は、キーコム株式会社製のホーンアンテナ（２．６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ、８本）とアジレントテクノロジー株式会社製のベクトルネットワークアナライザを用いて、垂直入射法によって行った。測定結果を表３の「（Ａ）電波吸収量」の欄に示す。
【００４１】
（２）耐電力試験
電波吸収体の先端に向けて７００Ｖ／ｍの強電界を１０分間照射した後、上記（１）と同様にして電波吸収量を測定した。測定結果を表３の「（Ｂ）大電力照射後の電波吸収量」に欄に示す。照射前（Ａ）と照射後（Ｂ）の電波吸収量の変化により、耐電力特性を把握することができる。
【００４２】
（３）吸湿性試験
吸湿性試験は、タバイエスペック株式会社製の恒温恒湿機（ＥＹ−１０１）を用いて実施した。試験条件は、最も高温多湿となる時期の使用を想定し、それよりも負荷のかかる温度４０℃、湿度９５％の状態で１ヶ月間電波吸収体を放置した。試験後に、上記（１）と同様にして電波吸収量を測定した。測定結果を表３の「（Ｃ）吸湿試験後の電波吸収量」に欄に示す。試験前（Ａ）と試験後（Ｃ）の電波吸収量の変化により、耐湿性を把握することができる。また、試験前後の電波吸収体の質量変化に基づく吸湿の有無を表３の「（Ｄ）吸湿の有無」欄に示した。
【００４３】
（評価結果）
表３から明らかなように、実施例１〜４では、マイクロ波およびミリ波の周波数帯域において優れた電波吸収特性を得ることができ、カーボンナノチューブの含有量を２．０質量％以上とした実施例１〜３では特に優れた電波吸収特性を得ることができた。また、いずれの実施例においても、大電力の電波照射後も電波吸収特性が落ちなかった。
【００４４】
さらに、複合酸化物を作製する際の酸化カルシウムの質量（炭酸カルシウムを酸化カルシウムに換算した質量）および酸化アルミニウムの質量の合計に対する酸化アルミニウムの質量の割合が２７．３質量％である実施例１および実施例４では、多孔質成形体内に酸化カルシウムが残存しなかった。このため、電波吸収体に吸湿は見られず、吸湿試験後も電波吸収特性も落ちなかった。
【００４５】
【表３】
2014187134.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、マイクロ波およびミリ波の電波吸収特性に優れ、大電力の電波照射後もその電波吸収特性が落ちにくい低コストの電波吸収体を提供することができる。そのため、従来特殊用途でしか使用できなかった大電力用の電波吸収体を幅広く展開することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  電波吸収体
１１  基材
【図１】
2014187134.tif 000006
【図２】
2014187134.tif 000007