(57)【要約】【課題】アンテナ利得に優れ、かつ固体内および個体間の特性ばらつきが小さいレンズアンテナ、及び表面実装型アンテナ等に好適な複合誘電体材料、複合誘電体成形物を提供することにある。【解決手段】誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料であって、前記誘電体無機フィラーは、誘電率が１０４〜１８０である高誘電率セラミック粉末と誘電率が６〜１８である低誘電率セラミック粉末とからなり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍であ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】
誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料であって、前記誘電体無機フィラーは、誘電率が１０４〜１８０である高誘電率セラミック粉末と誘電率が６〜１８である低誘電率セラミック粉末とからなり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍であることを特徴とする複合誘電体材料。
【請求項２】
前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２μｍ〜２．３μｍであり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４μｍ〜３２．６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複合誘電体材料。
【請求項３】
前記複合誘電体材料のうち、前記誘電体無機フィラーが１２ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であり、
前記有機高分子材料が５０ｖｏｌ％〜８８ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項４】
前記誘電体無機フィラーのうち、前記高誘電率セラミック粉末が５０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項５】
前記有機高分子材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項６】
前記高誘電率セラミック粉末が、チタン酸カルシウム及び／または酸化チタンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項７】
前記低誘電率セラミック粉末が、アルミナ及び／または炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項８】
前記有機高分子材料がポリプロピレンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の複合誘電体材料。
【請求項９】
誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物であって、
前記誘電体無機フィラーは、誘電率が１０４〜１８０である高誘電率セラミック粉末と誘電率が６〜１８である低誘電率セラミック粉末とからなり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍であることを特徴とする複合誘電体成形物。
【請求項１０】
前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２μｍ〜２．３μｍであり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４μｍ〜３２．６μｍであることを特徴とする請求項９に記載の複合誘電体成形物。
【請求項１１】
前記複合誘電体材料のうち、前記誘電体無機フィラーが１２ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であり、
前記有機高分子材料が５０ｖｏｌ％〜８８ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の複合誘電体成形物。
【請求項１２】
前記誘電体無機フィラーのうち、前記高誘電率セラミック粉末が５０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の複合誘電体成形物。
【請求項１３】
前記有機高分子材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の複合誘電体成形物。
【請求項１４】
前記高誘電率セラミック粉末が、チタン酸カルシウム及び／または酸化チタンであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の複合誘電体成形物。
【請求項１５】
前記低誘電率セラミック粉末が、アルミナ及び／または炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の複合誘電体成形物。
【請求項１６】
前記有機高分子材料がポリプロピレンであることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の複合誘電体成形物。
【請求項１７】
出射面が凸状のレンズ部と、前記レンズ部の後方に設けられ、１次送波器とで少なくとも構成されたレンズアンテナであって、前記レンズ部は、請求項９〜１６のいずれかに記載の複合誘電体成形物であることを特徴とするレンズアンテナ。
【請求項１８】
前記レンズ部は、レンズ本体と、前記レンズ本体の表面に形成され、前記レンズ本体と大気との整合をとる整合層からなり、前記レンズ本体および前記整合層は、請求項９〜請求項１６に記載の複合誘電体成形物であることを特徴とする請求項１７に記載のレンズアンテナ。
【請求項１９】
少なくとも放射電極を備えた誘電体基板からなるアンテナ素子を、給電手段を備えた基板に実装してなる表面実装型アンテナであって、前記アンテナ素子が請求項９〜請求項１６に記載の複合誘電体成形物からなることを特徴とする表面実装型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合誘電体材料、複合誘電体成形物、これを用いたレンズアンテナ、並びにこれを用いた表面実装型アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アンテナ材料として、誘電体無機フィラーと樹脂とからなる複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物を用いることが知られている。この複合誘電体成形物は、たとえば高度道路交通システム（ＩＴＳ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）において、クルージング時の安全運転を支援するための機能として注目される、ミリ波レーダーを用いたレンズアンテナに用いられることが知られている。
【０００３】
レンズアンテナは、その射出面が凸状となったレンズ本体と、その後方に設けられた１次送波器とからなり、１次送波器から出射される点波源の電磁波が、レンズを介して平面波に変換する。そしてレンズを介して出射された平面波は、対象物に反射し、反射して戻ってきた平面波をレンズを介して、点波に再度変換して、１次送波器から対象物までの距離を測定する。このようなレンズアンテナは、レンズ本体の厚みを薄くする必要があるものにはそのレンズ本体の材質として、誘電率の高い複合誘電体材料が好適に用いられる。
【０００４】
また複合誘電体成形物の別の用途として、携帯電話、及びパソコン等の移動用通信手段に搭載される表面実装タイプのアンテナが知られている。
【０００５】
この表面実装タイプのアンテナは、複合誘電体材料からなるアンテナ素子と、電極とからなり、アンテナ素子の誘電率、及び電極パターンによって、共振周波数が決まり、その周波数の電磁波を送受信することができる。このようなアンテナ素子においても、含有する誘電体セラミックによってアンテナ素子固体の誘電率を調整でき、成形しやすいという利点から、複合誘電体材料が好適に用いられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１２８１６
【特許文献２】
特開平７−２４９９２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の複合誘電体材料を成形して得られる複合誘電体成形物を、アンテナ素子として用いる場合、例えばレンズアンテナの場合、アンテナ利得が設計どおりの値を達成できなかったり、特性にばらつきが見られたりして、歩溜りがよいとはいえなかった。また、表面実装型アンテナのような小型化の進んでいるアンテナ素子であっても、アンテナ素子固体内の誘電率のばらつきだけでなく、アンテナ素子固体間でも誘電率のばらつきが生じ、表面実装型アンテナ等は共振周波数のずれ幅が大きくなることがわかった。
【０００８】
本発明の目的は、アンテナ利得に優れ、かつ固体内および個体間の特性ばらつきが小さい複合誘電体材料、複合誘電体成形物、及びこれを用いたレンズアンテナ、並びに表面実装型アンテナを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような目的に鑑みてなされたものである。
【００１０】
本願発明の複合誘電体材料は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを含む複合誘電体材料であって、前記誘電体無機フィラーは、誘電率が１０４〜１８０である高誘電率セラミック粉末と誘電率が６〜１８である低誘電率セラミック粉末とからなり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が前記高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍であることを特徴とする。また、上記複合誘電体材料を用いて成形された複合誘電体材料成形物を特徴とする。
【００１１】
上記のような誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを混合してなる複合誘電体材料は、誘電体無機フィラーと有機高分子材料とが均一に混合分散された混合物の状態になっている。このような複合誘電体材料を用いて射出成形することによって得られた複合誘電体成形物は、複合誘電体成形物の固体内および固体間の誘電率ばらつきを小さくすることができる。その結果、これらの複合誘電体材料を用いて成形された複合誘電体成形物を、アンテナ素子として用いた場合、アンテナ利得の優れたアンテナを得ることができる。
【００１２】
以下に具体的に述べると、例えばレンズアンテナの場合、複合誘電体成形物の特性にばらつきが見られる原因について検討したところ、レンズアンテナの複合誘電体成形物固体内の誘電率に異方性が生じることに起因することを見出した。レンズアンテナの場合は、射出成形機を用いて、レンズアンテナを形成する複合誘電体材料を金型の所定の注入口に射出することによって成形される。本発明者は、この複合誘電体材料に含まれる誘電体無機フィラーが、もともと固有の誘電率を有しており、金型の樹脂注入口から一方向に射出成形した場合、樹脂のミクロな流動方向に沿って誘電体無機フィラーの粒子が一定の方向性をもって配列することを見出した。これにより、レンズアンテナにおいて、誘電率の高くなる部分と誘電率の低くなる部分とがそれぞれ方向性をもって存在していることが判明した。ここで、本発明者はさらに検討を重ねたうえ、レンズアンテナ固体において、誘電率が最大となる方向での誘電率Ａと、誘電率が最低となる方向での誘電率Ｂとの誘電率の比Ａ／Ｂ（誘電率異方性）を小さくした場合、レンズアンテナの誘電率のばらつきを防ぐことができることに想到した。
【００１３】
そこで、本発明のような複合誘電体成形材料を用いることによって、高誘電率セラミック粉末の平均粒径よりも０．２７〜１２５倍の平均粒径を有し、誘電率異方性にはほとんど影響のない低誘電率セラミック粉末が、誘電率異方性を生じさせる原因となる高誘電率セラミック粉末の粒子の配列間に入り込み、配列を乱すことができる。これにより、高誘電率セラミック粉末の粒子の配列に起因する誘電率の方向性がなくなり、誘電率異方性が低い複合誘電体成形物が形成されることになる。
【００１４】
また、このような複合誘電体材料を用いて、例えば表面実装型アンテナ素子のような、そのままアンテナとして機能するアンテナ素子を、ゲートが小径の金型に射出成形して形成する際、各アンテナ素子固体間にて誘電率のばらつきが大きくなっていたが、本願発明の複合誘電体材料を用いることによって各アンテナ素子固体間のばらつきを小さくすることができる。具体的に述べると、表面実装型アンテナの場合も、射出成形機を用いて、複合誘電体材料を金型の所定の注入口に射出することによって成形される。従来、表面実装型アンテナの各アンテナ素子の個体間のばらつきは、複合誘電体成形物中に含まれるセラミック粉末の誘電率と、セラミック粉末の充填量によって生じることは知られていた。しかし、本願発明者らは鋭意検討した結果、複合誘電体成形物に含まれるセラミック粉末の各粒子の配置にも影響されることを見出した。そこで、本願発明者らは、高誘電率セラミック粉末に、低誘電率セラミック粉末を上記の範囲で添加することによって、高誘電率セラミック粉末の粒子配置を、低誘電率セラミック粉末によって配列を乱して配置状態を変えることによって、複合誘電体材料の射出成形による誘電率のばらつきを安定化させることを可能とした。その結果、アンテナ素子個体間のばらつきを防ぐことができる。これにより、どのようなロットで作製したとしても、アンテナ素子個体間の誘電率ばらつきの少ない表面実装型アンテナを得ることができる。
【００１５】
また、本願発明の複合誘電体材料は、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２〜２．３μｍであり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４〜３２．６μｍであることが好ましい。
【００１６】
このような高誘電率セラミック粉末及び低誘電率セラミック粉末を誘電体無機フィラーとして用いることによって、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲であり、特性のばらつきが低く、アンテナ利得が優れている複合誘電体成形物を得ることができる。また、この複合誘電体成形物を表面実装型アンテナのアンテナ素子として用いた時も、アンテナ素子固体間の誘電率のばらつきを防ぎ、共振周波数のズレを小さくすることができる。
【００１７】
また、本願発明の複合誘電体材料は、複合誘電体材料のうち、誘電体無機フィラーが１２ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であり、有機高分子材料が５０ｖｏｌ％〜８８ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００１８】
さらに、本願発明の複合誘電体材料は、誘電体無機フィラーのうち、高誘電率セラミック粉末が５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。このような誘電体無機フィラーと有機高分子材料とを用いることによって、射出成形に適しており、アンテナ利得の優れた複合誘電体成形物を得ることができる。また、表面実装型アンテナのアンテナ素子として用いた場合、アンテナ素子間の共振周波数のズレの小さい複合誘電体成形物を得ることができる。
【００１９】
また、本願発明の複合誘電体材料は、有機高分子材料が熱可塑性樹脂であることが好ましい。このような有機高分子材料とすることによって、射出成形に適しており、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
【００２０】
本願発明の複合誘電体は、高誘電率セラミック粉末がチタン酸カルシウム及び／または酸化チタンであることが好ましい。このような高誘電率セラミック粉末を用いて複合誘電体成形物を形成した場合、複合誘電体成形物の誘電率を低コストで高めることができる。レンズアンテナとして用いた場合は、複合誘電体成形物固体の誘電率を高くすることができ、レンズ厚みを薄くすることが可能となる。その結果、レーダーモジュールの奥行方向のサイズを短くできる。また、表面実装型アンテナとして用いた場合も、複合誘電体成形物単体の誘電率が高くなることで、従来のものよりも体積を小さくできる。このため、別途機能を付加してもサイズが大きくならず、今後のマルチバンド化に適した小型化を図ることが可能となる。特にチタン酸カルシウムは、Ｑが高いため、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られる。
【００２１】
本願発明の複合誘電体材料は、低誘電率セラミック粉末がアルミナ及び／または炭酸カルシウムであることが好ましい。このような低誘電率セラミック粉末を有する複合誘電体材料を用いて複合誘電体成形物を形成した場合、低コストであり、固体内部、もしくは固体間の誘電率ばらつきを大幅に低減できる。特に炭酸カルシウムは、アルミナと同等でＱが高いため、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られるだけでなく、セラミック粉末そのものの比重が軽いため、複合誘電体成形物の軽量化を図れる。
【００２２】
本願発明の複合誘電体材料は、有機高分子材料がポリプロピレンであることが好ましい。このような有機高分子材料を用いた場合、Ｑが高いためアンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られるだけでなく、耐熱性の高い複合誘電体成形物を得られる。また、表面実装型アンテナとして用いた場合、低比重のアンテナ素子が得られ、かつ複雑な形状であっても対応可能である。
【００２３】
上記のような複合誘電体材料を用いて成形して得られた複合誘電体成形物は、Ｑが高く、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物が得られる。特に、レンズアンテナのような一方方向から射出され、アンテナ素子固体内の誘電率ばらつきが、特性のばらつきに影響するようなものにおいては、誘電率異方性を１．００〜１．０５の範囲に抑えることができ、アンテナ利得の高い。また、表面実装型アンテナのような小型のものでは、共振周波数のばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
本願発明のレンズアンテナは、出射面が凸状のレンズ部と、前記レンズ部の後方に設けられ、１次送波器とで少なくとも構成されたレンズアンテナであって、レンズ部は、本願発明のいずれかの発明の複合誘電体成形物であることを特徴とする。このような構成にすることによって、アンテナの利得が大きく、かつ特性のばらつきの少ないレンズアンテナとすることができる。
【００２５】
本願発明のレンズアンテナは、レンズ部は、レンズ本体と、レンズ本体の表面に形成され、レンズ本体と大気との整合をとる整合層からなり、レンズ本体および整合層は、本願発明のいずれかの発明の複合誘電体絶縁物からなることが好ましい。このようにレンズ本体に整合層を設けることによって、電磁波の出射時及び受波時において、電磁波の反射をより抑制することができる。
【００２６】
本願発明の表面実装型アンテナは、少なくとも放射電極を備えた誘電体基板からなるアンテナ素子を、給電手段を備えた基板に実装してなる表面実装型アンテナであって、前記アンテナ素子が本願発明のいずれかに記載の複合誘電体成形物からなることを特徴とする。このように、表面実装型アンテナのアンテナ素子として、本願発明の複合誘電体成形物を用いることによって、誘電率のばらつきを防ぎ、共振周波数のずれ幅を小さくできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の複合誘電体成形物は、誘電体無機フィラーと、有機高分子材料とからなる複合誘電体材料を成形してなる複合誘電体成形物であって、誘電体無機フィラーとして、１０４〜１８０の高誘電率セラミック粉末と、６〜１８の低誘電率セラミック粉末とを用い、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍でありることを特徴としている。
【００２８】
ここで、誘電体無機フィラーは、実質的に複合誘電体成形物としての誘電率を決定するものであり、誘電体無機フィラーの種類及び添加量を調整することによって、複合誘電体成形物の誘電率を調整することができる。このような誘電体無機フィラーとしては、ＩＩａ、ＩＶａ、ＩＩＩｂ、ＩＶｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはＩＩａ、ＩＶａ、ＩＩＩｂ、ＩＶｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
上記誘電体無機フィラーのうち高誘電率セラミック粉末は誘電率が１０４〜１８０である。この高誘電率セラミック粉末が複合誘電体成形物中に誘電率のばらつきを生じさせ、誘電率異方性が大きくなる原因となる。高誘電率セラミック粉末の誘電率が１０４よりも小さい場合、複合誘電体成形物として必要な誘電率を得るために高誘電率セラミック粉末の充填量を増やす必要があり、組成のばらつきが増加する。また、高誘電率セラミック粉末の誘電率が１８０よりも大きい場合、Ｑが低下するため、所望のアンテナ利得が得られない。
【００２９】
高誘電率セラミック粉末として有用なものは、ルチル型酸化チタン（１０４）、チタン酸カルシウム（１８０）等が挙げられる。なかでも、ルチル型酸化チタンは価格が安く、量産に向いているという利点がある。また、チタン酸カルシウムはＱ値が高いため、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得ることができてより好ましい。この誘電率は、必ずしもセラミック粉末単体の誘電率である必要はなく、複数のセラミック粉末を混合して、この混合粉末の誘電率が１０４〜１８０の範囲であればよい。
【００３０】
また、上記誘電体無機フィラーのうち低誘電率セラミック粉末は誘電率が６〜１８である。低誘電率セラミック粉末の誘電率が６よりも小さい場合、有機高分子材料が有する誘電率と変わらないため、誘電率付与効果が得られない。また、低誘電率セラミック粉末の誘電率が１８よりも大きい場合、低誘電率セラミック粉末自体の誘電率を無視できなくなるため、複合誘電体成形物としての誘電率のばらつきが大きくなる。低誘電率セラミック粉末として、有用なものは、アルミナ（９．８）、炭酸カルシウム（８）、フォルステライト（６．４）等が挙げられる。なかでも、アルミナは誘電率が低いものの中でも安定しており、コストが安くＱが高いという利点がある。また、炭酸カルシウムも、コストが安くＱが高い上、比重が軽いため、複合誘電体成形物そのものも軽量にすることができて好ましい。この誘電率は、必ずしもセラミック粉末単体の誘電率である必要はなく、複数のセラミック粉末を混合して、この混合粉末の誘電率が６〜１８の範囲であればよい。
【００３１】
なお、上記誘電体無機フィラーが複合誘電体材料に対して添加含有される割合は、好ましくは１２ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％である。ここで、上記誘電体無機フィラーの添加割合が１２ｖｏｌ％よりも小さい場合、実質的に複合誘電体成形物の誘電率を示す誘電体無機フィラーの含有量が少なすぎるため、レンズアンテナ、または表面実装型アンテナとして必要な誘電率が得られない。また、上記誘電体無機フィラーの添加割合が５０ｖｏｌ％よりも大きい場合、複合誘電体材料としたときの粘度が高くなるため、射出成形が困難になる。
【００３２】
また、上記高誘電率セラミック粉末が、上記誘電体無機フィラーに対して添加含有される割合は、５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。ここで、誘電体無機フィラーのうち高誘電率セラミック粉末が５０ｖｏｌ％よりも大きい場合、誘電率異方性の原因となる高誘電率セラミックの誘電体無機フィラーに占める割合が多くなるため、誘電率異方性を低く抑えることができない。また、表面実装型アンテナのアンテナ素子として用いた場合は、アンテナ素子間の誘電率のばらつきが大きくなるため、好ましくない。
【００３３】
また、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍であることを特徴とする。ここで、高誘電率セラミック粉末の粒子の配列を乱すことができればよいため、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の平均粒径よりも必ずしも大きくある必要はない。特に、レンズアンテナのアンテナ素子として用いる場合には、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の０．３〜１２５倍であることが好ましい。
【００３４】
ここで、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２μｍ〜２．３μｍであることが好ましい。高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２μｍよりも小さい場合、セラミック粒子成長が不十分であるため、Ｑが低下してしまい、アンテナ利得が得られない。一方、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が２．３μｍよりも大きい場合、粒子間の相互作用が低下し、流動しやすくなるため誘電率異方性が大きくなる。また、アンテナ素子固体間の誘電率のばらつきを十分に抑制できない。
【００３５】
また、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４μｍ〜３２．６μｍであることが好ましい。なかでも低誘電率セラミックの平均粒径が１．４μｍ〜７．０μｍであることがより好ましい。これをレンズアンテナとして用いた場合、誘電率異方性を１．００〜１．０２に抑えられ、かつ複合誘電体成形物の誘電率のばらつきを、０．１２以下にすることができる。一方、表面実装型アンテナとして用いた場合、誘電率ばらつきを５％未満にすることができる。低誘電率セラミックの平均粒径が０．６４μｍよりも小さい場合、高誘電率セラミック粉末の粒子配列を十分に下げることができない。一方、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が３２．６μｍよりも大きい場合、低誘電率セラミック粉末により射出成形機のスクリューが磨耗され、複合誘電体成形物に異物が混入し、アンテナ利得が低下したり、アンテナ素子固体間の誘電率ばらつきが大きくなるため好ましくない。
【００３６】
また、有機高分子材料は、射出成形に適していることから、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレン、ポリピロピレン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、メチルペンテンポリマー、ノルボルネン樹脂、ポリカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等が挙げられるが、特にポリプロピレンは高周波におけるＱ値が高く、耐熱性に優れており、軽量な成形物を作ることができるため好ましい。
【００３７】
また、上記有機高分子材料を、樹脂フィラーが添加された熱可塑性樹脂で構成することもできる。このような有機高分子材料とすることによって、樹脂フィラーが誘電体無機フィラーの配向を抑制するため、低比重で、高誘電率セラミックの粒子の配列を乱すことができる。具体的には、マトリックスとなる熱可塑性樹脂には上に列挙した熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂フィラーには上に列挙した熱可塑性樹脂のほかに、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化樹脂を用いることができる。ただし、樹脂フィラーに熱可塑性樹脂を用いる場合は、マトリックスとなる熱可塑性樹脂として選択した熱可塑性樹脂の成形温度では溶融しない熱可塑性樹脂を選択する。
【００３８】
また、上記複合誘電体材料は、溶融時の粘度がせん断速度１０００Ｓ−１において１７０Ｐａ・ｓ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２００Ｐａ・ｓ以上である。なお、粘度の上限については、射出成形機の性能によるため特に限定はしないが、現在の射出成形機の性能からみて８００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００３９】
以下、本発明のレンズアンテナについて説明する。図１は本発明のレンズアンテナを示す概略説明図である。
本発明のレンズアンテナ１は、レンズ部２と、導波管（１次送波器）３と、レンズ部２および１次送波器３とに係合する支持板４とからなる。
レンズ部２はレンズ本体２ａと整合層２ｂとからなり、このうちレンズ本体２ａは、本発明の複合誘電体成形物からなり、出射面２ａ１が凸状、入射面２ａ２が平板状、出射面２ａ１垂直断面が円弧状となるように、射出成形によって成形されている。また、整合層２ｂは、レンズ本体２ａと大気との整合を取るためのものであって、レンズ本体２ａと同様に本発明の複合誘電体成形物からなり、レンズ本体２ａの外縁を覆うような形状となるように形成され、レンズ本体２ａと接着されている。なお、整合層２ｂの比誘電率はレンズ本体２ａの比誘電率の平方根あるいはそれに近い値を有していることが好ましい。また、整合層２ｂの厚みは所望のマイクロ波の波長の約１／４であることが好ましい。
【００４０】
１時波送器としては本実施例では導波管３で構成されており、アルミニウム製の直方体系状である。また、導波管３は上面に送波用開口部３ａ、側面に挿入用開口部３ｂが形成されており、これらの開口部３ａ、３ｂは内部で連通している。
【００４１】
支持板４は、導波管３ａの外周部から、レンズ部２の縁部の全周にわたってテーパ状に広がった筒状に構成されており、導波管３ａとレンズ部２との位置関係を固定するために設けられる。また、支持板４の内側には、電磁波を反射するように金属メッキが施されていることが好ましい。
【００４２】
誘電体線路５は、送波用開口部３ａが形成された位置にその端部が来るように挿入用開口部３ｂから挿入されている。また図示していないが、誘電体線路５には電極が形成されている。
【００４３】
以下、本発明の表面実装型アンテナについて説明する。図４は本発明の表面実装型アンテナの一実施形態であるメインアンテナを示す概略斜視外観図である。本発明のメインアンテナ２１は、アンテナ素子２２と放射電極２３と給電電極２４と、基板２５とからなる。
アンテナ素子２２の一方主面、及び側面の一部には放射電極２３が形成されている。そして、給電電極２４は放射電極２３ａの一端から、アンテナ素子２２の側面に形成された給電電極２３ｂを通じて接続されており、給電電極２４は基板２５と接続されている。その結果、アンテナ素子２２と基板２５とが固定され、実装されたことになる。
【００４４】
ここでは、アンテナ素子２２は射出成形によって、直方体の他方主面が開口されたケース形状に形成されている。これは機能に不要な複合誘電体成形物の扶養部分を削り、軽量化を図ったものであり、このような形状に限るものではない。例えば、通常の円板、平板、積層体等を用いることができる。
【００４５】
また、放射電極２３は、低コスト、及び工程数を減らすことができるため、インサート成形もしくはアウトサート成形されることが好ましい。この放射電極２３の形状により、アンテナ素子２２との共振周波数を調整することになるため、放射電極の形状及び配置は適宜調整することができる。なお、放射電極２３としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びその合金等の材料を用いることができるが、Ｃｕ及びその合金が最も好ましい。経時安定性などの点から、複数層のめっき品を用いる場合もある。なお、アンテナ素子２２と基板とは、電気的には給電点で接続するが、物理的な固定は、ねじ止め、はんだ、接着剤等で実装してもよい。
【００４６】
以上のように構成されたメインアンテナ２１は、基板２５の給電電極２４から放射電極２３に対して高周波電力が供給される。これにより、高周波電磁界を発生し、電波を送信する。また、放射電極２３は、電波を受信したとき、高周波電流を誘起し、ＲＦ回路　へと伝達する。このような表面実装型アンテナ２１において、本願発明の複合誘電体成形物をアンテナ素子２２として用いることにより、アンテナ素子２２固体間の誘電率ばらつきを小さく抑えられているので、メインアンテナ２１としても共振周波数のずれを小さくすることができる。
【００４７】
以下、本名発明の複合誘電体成形物について、実施例に基づき、さらに詳細な説明をする。
（実施例１）
以下、本発明の複合誘電体成形物について、レンズアンテナをもとにより具体的に説明する。図２は本発明のレンズアンテナの複合誘電体成形物を示す概略斜視図、図３は本発明の複合誘電体の水平断面図である。なお、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ’面の断面、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ’面断面、図３（ｃ）は図２におけるＣ−Ｃ’面を示す。
【００４８】
まず、誘電体無機フィラーの高誘電率セラミック粉末と低誘電率セラミック粉末と、有機高分子材料とを表１に示す材料、粒径、及び混合比となるように秤量した。これらをヘンシェルミキサーで予備混合して複合誘電体材料とした。次に、シリンダー温度を２００℃にした二軸の押出機を用いて、得られた混合粉末を溶融状態で混練し、複合誘電体材料とした後、ヘッド穴を通して糸状に成形した。この成形物を水中で冷却後、φ２×５ｍｍ程度にカットしてペレットとした。次に、得られたペレットを射出成形機に投入し、溶融後、凸レンズ状の金型のφ３ｍｍのサイドゲートに射出し、直径７３．２ｍｍ、最大厚み２０ｍｍの凸レンズ状に射出成形して複合誘電体成形物を得た。
【００４９】
次に、得られた複合誘電体成形物の誘電率異方性、材料誘電率を測定した。ここで、材料誘電率はＴＥ０１δモードの１２Ｇｈｚの電界を用いた摂動法で測定した。なお、誘電率異方性は以下のようにして測定した。まず、図１に示すようにＡ−Ａ’面、　Ｂ−Ｂ’面　、およびＣ−Ｃ’面で、複合誘電体成形物１０を厚み方向に４等分した後、図２に示すように、それぞれの断面１０ａ、１０ｂ、１０ｃから合計１５点のサンプル１１を切り出した。次に、各サンプル１１をＴＥ１０モードの１４．５Ｇｈｚの電界を用いた摂動法において、電界の方向を３０℃ずつ回転させて固体内の誘電率ばらつきの測定を行った。そして各サンプルの最大誘電率と最小誘電率との比である誘電率異方性を算出し、最後に各サンプルの誘電率異方性の平均を算出して複合誘電体成形物の誘電率異方性とした。また、アンテナ利得を電波暗室内においてＴＥ１０モードで７６Ｇｈｚの電界を用いて測定した。これらの結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2004006316.tif 000003
【００５１】
表１に示すように、誘電体無機フィラーとして、１０４〜１８０の高誘電率セラミックと、６〜１８の低誘電率セラミック粉末とを用い、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．３〜１２５倍である試料は、誘電率異方性が低く、誘電率のばらつきも０．３未満に抑えることができ、アンテナ利得が３１以上にできることがわかる。
【００５２】
特に、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２〜２．３あり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４〜３２．６μｍである場合、誘電率異方性が１．００〜１．０５と低くすることが可能となる。また、さらに低誘電率セラミック粉末の平均粒径が１．４〜７．０μｍの場合、誘電率異方性を１．００〜１．０２となり、誘電率ばらつきも０．１２以下とすることができ、特性のばらつきの少ない複合誘電体成形物を得ることができる。
【００５３】
なお、試料１は樹脂の含有量が高く、試料１４は低誘電率セラミック粉末の誘電率が６よりも低いため、複合誘電体成形物としての誘電率が低くなることがわかった。また、試料８は低誘電率セラミック粉末の含有量が多いため、射出成形できず、複合誘電体成形物が形成できなかった。
【００５４】
（実施例２）
以下、本発明の複合誘電体成形物について、表面実装型アンテナをもとにより具体的に説明する。
まず、誘電体無機フィラーの高誘電率セラミック粉末と低誘電率セラミック粉末と、有機高分子材料とを表２に示す材料、粒径、及び混合比となるように秤量した。これらをヘンシェルミキサーで予備混合して複合誘電体材料とした。次に、シリンダー温度を２００℃にした二軸の押出機を用いて、得られた混合粉末を溶融状態で混練し、複合誘電体材料とした後、ヘッド穴を通して糸状に成形した。この成形物を水中で１５ｓｅｃ冷却後、φ２×５ｍｍ程度にカットしてペレットとした。これとは別に一方主面が開口したケース形状の金型を用意した。次に、得られたペレットを油圧式射出成形機（日精ＴＨ３０−２ＶＳＥ）に投入し、溶融後、シリンダー温度２３０℃、射出圧力１９０ＭＰａで、金型の裏面に設けられているφ３ｍｍのセンターゲートに射出成形して、４０ｍｍ×２０ｍｍ×６．５ｍｍの凹部を有する直方体状にアンテナ素子を得た。
【００５５】
次に、アンテナ素子の一主面、及び側面にインサート成形によって放射電極を形成した。上記のようにして得られたアンテナ素子を、はんだによって基板に物理的に固定し、電気的には放射電極のうちアンテナ素子側面に形成された部分と給電電極をはんだで接続して形成した。このようにして得られた表面実装型アンテナを試料３３〜試料５８とし、各試料について２０個用意した。
【００５６】
次に、得られたアンテナ素子固体間の誘電率のばらつき、及び表面実装型アンテナ素子の共振周波数のばらつきを測定した。ここで、アンテナ素子固体間の誘電率のばらつきはＴＥ０１δモードの３Ｇｈｚの電界を用いた摂動法で測定した。また、共振周波数のばらつきは、表面実装型アンテナをネットワークアナライザで共振周波数を測定した。
【００５７】
【表２】
2004006316.tif 000004
【００５８】
表２から分かるように、誘電体無機フィラーとして、１０４〜１８０の高誘電率セラミックと、６〜１８の低誘電率セラミック粉末とを用い、低誘電率セラミック粉末の平均粒径が高誘電率セラミック粉末の平均粒径の０．２７〜１２５倍である試料は、誘電率のばらつきも５．０未満に抑えることができ、共振周波数のズレ幅を２５以下と低くすることができる。
【００５９】
特に、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２〜２．３あり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４〜３２．６μｍである場合、また、さらに低誘電率セラミック粉末の平均粒径が１．４〜７．０μｍの場合、表面実装型アンテナにおいて、アンテナ素子個体間の誘電率ばらつきを５％以下に低減でき、共振周波数のずれを低減できるという効果がある。しかし、本願発明の範囲をはずれる試料５０〜試料５８の複合誘電体成形物は、固体間の誘電率のばらつきが５．０よりも大きく、共振周波数のズレ幅も２５よりも大きいため、好ましくない。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の複合誘電体成材料を用いて得られた複合誘電体成形物は、誘電体成形物の誘電率異方性による複合誘電体成形物単体の誘電率のばらつきが小さく、かつ、複合誘電体成形物固体間の誘電率のばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
また、高誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．３２〜２．３あり、前記低誘電率セラミック粉末の平均粒径が０．６４〜３２．６μｍとすることにより、レンズアンテナの場合、誘電率異方性が１．００〜１．０５の範囲となり、特性のばらつきが低く、アンテナ利得が優れている複合誘電体成形物を製造することができる。また、表面実装型アンテナに用いた場合、アンテナ素子間の誘電率のばらつきを５％以下と小さくすることができ、かつ共振周波数のばらつきも小さくすることができる。
【００６２】
また、複合誘電体材料のうち、前記誘電体無機フィラーが１２ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であり、前記有機高分子材料が５０ｖｏｌ％〜８８ｖｏｌ％であるとし、誘電体無機フィラーのうち、高誘電率セラミック粉末が５０ｖｏｌ％以下とすることによって、射出成形に適しており、アンテナ利得が高く、共振周波数のばらつきを低減できる複合誘電体成形物を作製することができる。
【００６３】
また、複合誘電体材料は、有機高分子材料が熱可塑性樹脂であることによって、射出成形に適しており、製造コストが低減できるとともに、形状精度が高く、かつ容易に成形することができる。
また、高誘電率セラミック粉末として、チタン酸カルシウムが及び／または酸化チタンを用いることによって、低コストで、安定した誘電率異方性を得られる。特にチタン酸カルシウムは、Ｑ値が高いため、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られる。
また、低誘電率セラミック粉末として、アルミナ及び／または炭酸カルシウムを用いることによって、低コストで安定した誘電率異方性を得られる。特に炭酸カルシウムは、Ｑ値が高いため、アンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られるだけでなく、セラミック粉末そのものの比重が軽いため、複合誘電体成形物の軽量化を図れる。
また、有機高分子材料がポリプロピレンを用いることによって、Ｑ値が高いためアンテナ利得の高い複合誘電体成形物を得られるだけでなく、耐熱性の高い複合誘電体成形物を得られる。
【００６４】
また、このような本願発明の複合誘電体材料を用いて形成された複合誘電体成形物は、複合誘電体成形物固体内、及び固体間の誘電率ばらつきが小さいので、Ｑが高く、アンテナ利得に優れている。
【００６５】
また、このような複合誘電体成形物をレンズに用いることによって、アンテナの利得が大きく、かつ特性のばらつきの少ないレンズアンテナを得ることができる。
また、レンズ部は、レンズ本体と、レンズ本体の表面に形成され、レンズ本体と大気との整合をとる整合層からなり、レンズ本体および整合層は、本願第１〜９のいずれかの複合誘電体絶縁物からなることが好ましい。
このようにレンズ本体に整合層を設けることによって、電磁波の出射時及び受波時において、電磁波の反射をより抑制することができる。
また、本願発明の表面実装型アンテナにおいて、アンテナ素子が本願第１〜第９の発明のいずれかの複合誘電体成形物を用いることによって、アンテナ素子固体間の誘電率のばらつきを防ぎ、共振周波数のずれ幅を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズアンテナを示す概略断面図。
【図２】本発明の複合誘電体成形物を示す概略断面図。
【図３】本発明の複合誘電体の水平断面図。
【図４】本発明の表面実装型アンテナを示す概略斜視外観図。
【符号の説明】
１　　　　レンズアンテナ
２　　　　レンズ部
２ａ　　　レンズ本体
２ｂ　　　整合層
３　　　　導波管（１次送波器）
４　　　　支持板
５　　　　誘電体線路
１０　　　複合誘電体成形物
１１　　　サンプル
２１　　　メインアンテナ
２２　　　アンテナ素子
２３　　　放射電極
２４　　　給電電極
２５　　　基板
２６　　　設置電極
【図１】
2004006316.tif 000005
【図２】
2004006316.tif 000006
【図３】
2004006316.tif 000007
【図４】
2004006316.tif 000008