(57)【要約】【解決課題】電波の吸収帯域幅や到来電波の角度特性に優れ、しかも、低コストで製造できる電波吸収体を提供する。【解決手段】電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートを、複数枚、かつ、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じた間隔で層状に配置してなる電波吸収層の表面にインピーダンス整合層を配し、裏面に電波反射層を配してなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートを、複数枚、かつ、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じた間隔で層状に配置してなる電波吸収層を有する電波吸収体。
【請求項２】
シートがただ１種類のシートである、請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項３】
シートが導電性繊維と非導電性繊維とを含む混抄紙である、請求項１または２に記載の電波吸収体。
【請求項４】
導電性繊維が炭素繊維である、請求項３に記載の電波吸収体。
【請求項５】
炭素繊維は、平均繊維長が１〜６０ｍｍの範囲内にあり、かつ、混抄紙中に０．０８〜５重量％の範囲内で含まれている、請求項４に記載の電波吸収体。
【請求項６】
シートの間隔がシート間に介在せしめられたスペーサによって保たれている、請求項１〜５のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項７】
スペーサが難燃性材料から構成されている、請求項６に記載の電波吸収体。
【請求項８】
スペーサが繊維と樹脂との複合材料から構成されている、請求項６に記載の電波吸収体。
【請求項９】
シートの間隔をｄ、吸収したい電波の周波数をｆ、到来する電波の入射角度をθ、シート間に介在する媒体の誘電率をε、光速をｃとしたとき、ｄが１／４０（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）〜１／８（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）の範囲内にある、請求項１〜８のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項１０】
電波吸収層の表面にインピーダンス整合層を配し、裏面に電波反射層を配してなる、請求項１〜９のいずれかに記載の電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、電波暗室や、船舶、航空機等の移動体や、橋梁、鉄塔等の構造物や、無線通信のための装置、設備等に貼り付けたり装着したりして用いたり、オフィス、病院等の内装材として用いたりして電波障害を防止するのに好適な電波吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波吸収体は、到来した電波を取り込んで減衰させるもので、表面からみた規格化インピーダンスを１または可能な限り１に近くして到来電波の反射を防止するとともに、取り込んだ電波を自身の電気的損失や磁気的損失を利用して吸収するものである。
【０００３】
そのような電波吸収体には多種多様なものがあるが、電波の吸収帯域幅や到来電波の角度特性に優れるものとして、多層型電波吸収体がある。この多層型電波吸収体としては、カーボン粉を含む、カーボン粉濃度の異なるガラスウールマットの複数枚を積層してなる電波吸収層と、この電波吸収層の裏面に設けた電波反射層とを有するようなものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。ガラスウールマットは、電波の到来側から電波反射層側に向かってカーボン粉濃度が段階的に高くなるように、カーボン粉濃度の低いものから高いものへと順に積層されている。また、磁性粉を含む、磁性粉濃度の異なるゴムシート等の複数枚を積層してなる電波吸収層と、この電波吸収層の裏面に設けた電波反射層とを有するようなものも知られている（たとえば、特許文献２参照）。ゴムシート等は、同様に、電波の到来側から電波反射層側に向かって磁性粉濃度が段階的に高くなるように、磁性粉濃度の低いものから高いものへと順に積層されている。これら従来の電波吸収体は、いずれも、電波吸収層中の、電気的損失を呈するカーボン粉や磁気的損失を呈する磁性粉の濃度が電波の到来側から電波反射層側に向かって段階的に高くなるように（濃度勾配ができるように）することによって電波の吸収帯域幅や到来電波の角度特性を向上させようというものである。しかしながら、そうするためには、複数種類の、カーボン粉濃度の異なるガラスウールマットや磁性粉濃度の異なるゴムシート等を用意しなければならない。また、それらを所定の順序で積層することもやっかいなことであり、従来の電波吸収体は製造コストが高い。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１８９６９９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３１６８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の電波吸収体の上述した問題点を解決し、電波の吸収帯域幅や到来電波の角度特性に優れ、しかも、低コストで製造できる電波吸収体を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートを、複数枚、かつ、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じた間隔で層状に配置してなる電波吸収層を有する電波吸収体を提供する。
【０００８】
上記において、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートは、ただ１種類のシートであるのが好ましい。
【０００９】
また、電気的損失を呈するシートは、導電性繊維と非導電性繊維とを含む混抄紙であるのが好ましい。導電性繊維は、炭素繊維であるのが好ましい。その場合、炭素繊維は、平均繊維長が１〜６０ｍｍの範囲内にあり、かつ、混抄紙中に０．０８〜５重量％の範囲内で含まれているのが好ましい。
【００１０】
磁気的損失を呈するシートは、フェライト粉や磁性金属粉等を含むゴムや合成樹脂のシートのようなものである。
【００１１】
電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートの間隔は、シート間に介在せしめられたスペーサによって保たれているのが好ましい。その場合、スペーサは難燃性材料から構成されているのが好ましく、また、繊維と樹脂との複合材料から構成されているのが好ましい。
【００１２】
また、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートの間隔は、好ましくは、シートの間隔をｄ、吸収したい電波の周波数をｆ、到来する電波の入射角度をθ、シート間に介在する媒体の誘電率をε、光速をｃとしたとき、ｄが１／４０（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）〜１／８（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）の範囲内にあるようにする。
【００１３】
上述したような電波吸収体は、通常、電波吸収層の表面にインピーダンス整合層を有し、裏面に電波反射層を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、電波吸収体は、電波の到来側から順に、インピーダンス整合層１と、電波吸収層２と、電波反射層３との層状構成を有する。電波吸収層２は、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシート２ａ、２ｂを、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じてスペーサ２ｃ、２ｄ、２ｅによって間隔をおいて層状に配置してなる。
【００１５】
上記において、電気的損失を呈するシートは、電気的損失を担う材料、すなわち、電気的損失材を内包するシートである。電気的損失材は、それに流れる微少な電流によって電波エネルギーを熱エネルギーに変換するもので、たとえば、カーボンブラック粉、カーボンマイクロコイル粉、グラファイト粉等の導電性粉体や、炭素繊維、金属繊維、金属メッキ繊維等の導電性繊維のようなものである。炭素繊維や炭化ケイ素繊維を製造する際の焼成温度を制御することによって得られる半導体繊維であってもよい。
【００１６】
また、磁気的損失を呈するシートは、磁気的損失を担う材料、すなわち、磁気的損失材を内包するシートである。磁気的損失材は、スピンの共鳴によって電波エネルギーを熱エネルギーに変換するもので、フェライト粉が代表的なものである。フェライトとしては、結晶構造により六方晶型、ガーネット型、スピネル型等があるが、いずれであってもよい。
【００１７】
そのような電気的損失、磁気的損失を呈するシートは、いろいろな方法によって製造することができるが、製造の容易さから、導電性繊維と非導電性繊維とを含む混抄紙を用いるのが好ましい。導電性繊維としては、炭素繊維、金属繊維、金属メッキ繊維等を用いることができる。また、非導電性繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキザゾール繊維、ポリ乳酸繊維等を用いることができる。非導電性繊維は、なかでも、体積抵抗率が用いる導電性繊維のそれよりも２桁以上大きいものを選択するのが好ましい。
【００１８】
混抄紙は、これらの導電性繊維と非導電性繊維とのそれぞれ少なくとも１種と水とを混合し、スラリーにして抄きあげる湿式抄紙法や、これらの導電性繊維と非導電性繊維とのそれぞれ少なくとも１種を空気中で攪拌、混合し、シート状に捕集する乾式抄紙法によって得ることができる。必要に応じて、水酸化アルミニウム等の無機結合材や、澱粉、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、パラフィン、アクリル繊維等の有機結合材を添加してもよい。湿式抄紙法による場合、導電性繊維としては、低比重であるために混抄しやすく、また、アスペクト比を大きくとれるために使用量が少なくてすむ炭素繊維を用いるのが好ましい。その場合、炭素繊維は、あまり短いと繊維同士が重なりにくくなって接点の数が減少するようになり、接点の減少を補おうとして使用量を増やすと製造コストが高くなる。また、平均繊維長が長くなると、一見、繊維同士の重なり合いが多くなって使用量が少なくてすむように思えるが、逆に折れやすくなるのでそれほど少量化できるわけでもないので、平均繊維長が１〜６０ｍｍの範囲内にあるものを使用するのが好ましい。また、混抄紙中における炭素繊維の量は、電波吸収層の電気的損失に影響を与える。極端に少ないと電気的損失が低くなって電波吸収性能が低下するようになるし、極端に多いと電気的損失は高くなるものの反射される電波も増えるようになるので、０．０８〜５重量％の範囲内とするのが好ましい。
【００１９】
電気的損失、磁気的損失を呈するシートは、また、上述した損失材をゴムや合成樹脂等のバインダと混ぜてシートとしたり、損失材を含む塗料を紙やフィルム、繊維等の基材に塗布したり含浸したりすることによっても得ることもできる。
【００２０】
電波吸収層の表面には、通常、インピーダンス整合層が設けられる。インピーダンス整合層は、表面からみた規格化インピーダンスを１または可能な限り１に近くして到来電波の反射を防止し、到来電波が電波吸収層により多く取り込まれるように作用するものである。すなわち、電波吸収体と空気との整合作用を受け持っている。そのため、到来電波を反射させにくく、また、最も外側に位置することから耐候性に優れた材料で構成するのが好ましい。たとえば、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス材料で構成することができる。また、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維やガラス繊維、アルミナ繊維、アルミナシリカ繊維、ジルコニア繊維等の無機繊維と、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂やポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂等の熱可塑性樹脂との複合材料で構成することができる。上述の繊維と、ＣＴＢＮ（カルボニル末端基ブタジエン−ニトリル共重合体）、イソプレン、シリコーン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体等のゴム系またはエラストマー系の樹脂との複合材料で構成することもできる。繊維の形態は、短繊維であっても長繊維であってもよく、また、織物、編物、不織布等の布帛形態であってもよい。熱可塑性樹脂を使用すると、複雑な形状のものでも容易に成形できるようになる。また、航空機等、耐熱性を必要とする用途には、ポリイミド樹脂やポリビスマレイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を用いるのが好ましい。さらに、ゴム系やエラストマー系の樹脂を用いると、これらの樹脂は可とう性に優れるゆえに複雑な形状の面に対しても容易に貼り付けることができるようになる。なお、インピーダンス整合層は、インピーダンスの整合がとれているのであれば必要なものではない。
【００２１】
電波反射層は、電波吸収層を通過した電波を電波吸収層に反射し、１回の通過では吸収しきれなかった電波を電波吸収層で再び吸収させるように作用するものである。そのような電波反射層は、たとえば、アルミニウム、銅、銀等の金属や、炭素繊維と樹脂との複合材料からなる板、シート、薄膜等で構成される。厚みは任意でよい。もっとも、この電波反射層は、電波吸収体を貼り付けたり装着したりする、いわゆる相手材が導電性をもっている場合には、それが電波反射層として作用するので、必須のものではない。
【００２２】
さて、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートは、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じた間隔で層状に配置される。この間隔は、シートの間隔をｄ、吸収したい電波の周波数をｆ、到来する電波の入射角度をθ、シート間に存在する媒体の誘電率をε、光速をｃとしたとき、ｄが１／４０（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）〜１／８（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）の範囲内にあるようにするのが好ましい。間隔が小さすぎると、積層作業が煩わしくなる。また、間隔が大きすぎると、電波吸収体の全体厚みが増大する。さらに、間隔が上述の範囲内にあると、電波吸収層の厚みが薄くても高い電波吸収作用が得られる傾向が見られる。その理由は、電波吸収層の損失材は層状に局在化していて全体としてみると均一ではないが、シートの間隔ｄを適当に選ぶと、全体として均一な電波吸収層とみなし得るためではないかと推定される。すなわち、上式中、（ｆ・ｃｏｓθ／ｃ・ε1/2）は、到来電波がシート間に介在する媒体中を進むときの波長である。間隔ｄがこの波長に対して適切であるならば、あたかも、上述した、従来の、電気的損失材や磁気的損失材が濃度勾配を有している多層型電波吸収体中を電波が進んでいるときと同じような現象が起こるためではないかと推定される。
【００２３】
シートの間隔は、シート間にスペーサを介在させることによって保つようにするのが好ましい。スペーサとしては、上述したインピーダンス整合層に使用したのと同様の繊維と合成樹脂との複合材料で構成することができる。ただし、電気的損失や磁気的損失を伴わない材料の組み合わせを選ぶことが必要である。また、繊維を織物、編物、不織布、紙等のシートの形態にして用いることができる。また、合成樹脂をフィルムの形態で用いることもできる。さらに、繊維やフィルムを用いたハニカム体やコルゲート体であってもよいが、強度を高くできる、ガラス繊維やアラミド繊維等の難燃性繊維とエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂との複合材料であるのが好ましい。そのようなスペーサは、多種類の厚みのものを用意して使い分けることもできるが、製造コストを下げるという観点から、ただ１種類の厚みのものを用意しておき、所望の枚数を重ねて用いるようにするのが好ましい。
【００２４】
電波吸収層は、電気的損失を有するシートのみで構成されても、磁気的損失を有するシートのみで構成されても、いずれでもよいが、両者を組み合わせて使用すれば、吸収帯域幅がより広帯域化するので好ましい。
【００２５】
【実施例】
平均繊維長が３ｍｍの炭素繊維と、平均繊維長が７ｍｍのガラスチョップドファイバーと、アラミドパルプとを、重量がそれぞれ０．８重量％、７９．２重量％、２０重量％になるよう湿式抄紙し、厚み０．２５ｍｍ、目付１５０ｇ／ｍ2の電気的損失を呈するシートを得た。また、ガラス繊維の織物とエポキシ樹脂との複合材料からなる、厚みが０．１ｍｍ、０．２ｍｍおよび０．３ｍｍのスペーサ用意した。さらに、アラミド繊維の織物とエポキシ樹脂との複合材料からなる、厚みが３．２ｍｍのインピーダンス整合層を用意した。また、厚みが１ｍｍのアルミニウム板からなる電波反射層を用意した。
（実施例１）
電波の到来側から順に、上述のインピーダンス整合層、０．１ｍｍ厚スペーサ、電気的損失を呈するシート、０．３ｍｍ厚スペーサ、電気的損失を呈するシート、０．３ｍｍ厚スペーサ、電波反射層の順に積層し、接着剤で一体化し、電波吸収体を得た。
【００２６】
この電波吸収体について、７〜１３．５ＧＨｚにおける反射損失を測定した結果を図２に、反射係数の曲座標表示を図３にそれぞれ示す。なお、反射損失は、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム板に垂直に電波を当てたときの反射レベルを測定し、同面積の電波吸収体に同様に電波を当てたときの反射レベルの差から求めた。
（実施例２）
電波の到来側から順に、上述のインピーダンス整合層、０．３ｍｍ厚スペーサ、電気的損失を呈するシート、０．２ｍｍ厚スペーサ、電気的損失を呈するシート、０．２ｍｍ厚スペーサ、電波反射層の順に積層し、接着剤で一体化し、電波吸収体を得た。
【００２７】
この電波吸収体について、実施例１と同様に７〜１３．５ＧＨｚにおける反射損失を測定した結果を図４に、反射係数の曲座標表示を図５にそれぞれ示す。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の電波吸収体は、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートを、複数枚、かつ、吸収したい電波の周波数および／または入射角度に応じた間隔で層状に配置してなる電波吸収層を有するものであるから、実施例からも明らかなように、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートの間隔を変えるだけで電波吸収特性を簡単に変えることができ、所望の吸収帯域幅や到来電波の角度特性が容易に得られる。たとえば、実施例１と実施例２では、同じ電気的損失を呈するシートを用いているが、異なる電波吸収特性を示している。しかも、電気的損失および／または磁気的損失を呈するシートは、ただ１種類のものを用意するだけで対応でき、上述した従来の技術のように、複数種類のシートを用意することをあえて必要とせず、また、それらを所定の順序で積層することもあえて必要としないから、製造コストを低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電波吸収体の概略側面図である。
【図２】実施例１に係る電波吸収体の反射損失を示すグラフである。
【図３】実施例１に係る電波吸収体の反射係数の極座標表示を示すグラフである。
【図４】実施例２に係る電波吸収体の反射損失を示すグラフである
【図５】実施例２に係る電波吸収体の反射係数の極座標表示を示すグラフである。
【符号の説明】
１：インピーダンス整合層
２：電波吸収層
２ａ：電気的損失および／または磁気的損失を呈するシート
２ｂ：電気的損失および／または磁気的損失を呈するシート
２ｃ：スペーサ
２ｄ：スペーサ
２ｅ：スペーサ
３：電波反射層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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