(57)【要約】【課題】  アンテナ部材として樹脂材料を用い、電極として銅箔を貼り付けても接着性に優れ、かつ樹脂アンテナ部材に発生するそりを抑えることができる。【解決手段】  高誘電性エラストマー組成物の成形体と、この成形体の表面に設けられる電極とを備えてなり、上記高誘電性エラストマー組成物の成形体の表面と電極とがプリプレグを介して相互に接着されてなり、このプリプレグがエポキシ樹脂含浸ガラス織布フィルムであり、上記電極がめっき処理を施した銅箔である。【選択図】      図１
2007043236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記成形体の表面と前記電極とがプリプレグを介して相互に接着されてなることを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項２】
前記プリプレグがエポキシ樹脂含浸ガラス織布であることを特徴とする請求項１記載の誘電体アンテナ。
【請求項３】
前記電極がめっき処理を施した銅箔であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体アンテナに関し、特に高誘電性エラストマー組成物の成形体と電極との密着性に優れる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等に用いるパッチアンテナ、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。
上記小型化の要求に対応するため、比重が小さく、かつ、誘電損失が少なく高利得化に有利な誘電体樹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ものなどがある。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、金属めっき処理、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は増幅回路や発信回路等（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。
【０００３】
従来、金属めっき処理による樹脂系アンテナ部材への電極形成方式として、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荒くしてめっ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１参照）や、難めっき性の樹脂と易めっき性の樹脂を併用し、電極形成面には易めっき性の樹脂をアンテナ部材として使用するもの（特許文献２参照）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３参照）がある。
【０００４】
しかしながら、誘電体基板等のアンテナ部材として樹脂材料を用いる場合、一般的に金属めっき処理が困難であり、特許文献１および特許文献２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３のように電極に銅箔を使用した場合では、該電極が酸化し易いので、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。
【０００５】
また、電極に銅箔を使用する場合、その銅箔はエポキシ樹脂系の接着用フィルムを用いて接着されるが、（イ）エポキシ樹脂系の接着用フィルムと銅箔との密着性が弱いため、剥離する場合が多い、（ロ）銅箔を樹脂アンテナ部材に接着させた後に所定形状にエッチングする場合、アンテナの表裏で電極面積が異なるため、銅箔と樹脂アンテナ部材と接着用フィルムとの収縮量の差により、樹脂アンテナ部材にそりが生じる、（ハ）このそりは樹脂アンテナ部材のセラミック配合量が少ない場合に顕著に生じる、という問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１４３５３１号公報
【特許文献２】特開２００３−７８３２２号公報
【特許文献３】特開平７−６６６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、アンテナ部材として樹脂材料を用い、電極として銅箔を貼り付けても接着性に優れ、かつ樹脂アンテナ部材に発生するそりを抑えることができる誘電体アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘電体アンテナは、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り、上記成形体の表面と電極とがプリプレグを介して相互に接着されてなることを特徴とする。
また、上記誘電体アンテナを構成するプリプレグがエポキシ樹脂含浸ガラス織布であることを特徴とする。
また、上記誘電体アンテナを構成する電極がめっき処理を施した銅箔であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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が内部に繊維状物質を含んだ収縮の少ないプリプレグを介して相互に接着されるので、樹脂アンテナ部材のそりの発生を抑えることができる。また、成形体と電極との接着性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、誘電正接が 0.007 以下であるエラストマーに、少なくとも誘電性セラミックスおよびカーボンブラックを配合してなる高誘電性エラストマー組成物であって、上記エラストマー 100 重量部に対して、上記誘電性セラミックスを 600〜1400 重量部および上記カーボンブラックを 5〜40 重量部配合することにより、比誘電率が 10 以上の高誘電性エラストマー組成物を得る。この組成物を成形して得られる電子部品材料内を伝播する波長短縮効果による製品の小型化を考えた場合、比誘電率は 10 以上であればよい。
【００１０】
本発明に使用するエラストマーとしては、誘電正接が 0.007 以下であれば特に制限されるものではなく、常温でゴム状の弾性を有する物質であれば有機物、無機物を問わず、また天然のものであっても合成されたものであってもよい。
製品としての電子部品材料を軽量化するためには、比重は小さいほうが好ましい。誘電性セラミックスの配合量は、高誘電率のためには高配合が望ましい。ただし、1400 重量部をこえると混練りが困難となるので実用的ではない。誘電正接は小さい方が好ましいが、ベースゴムの特性に大きく依存するので、ベースゴム材の誘電正接を低くする必要がある。誘電正接は 0.007 以下、好ましくは 0.006 以下である。この組成物を成形して得られる電子部品材料は 100 MHz 以上の高周波帯で使用できる。
【００１１】
本発明の高誘電性エラストマー組成物には、天然ゴム系エラストマーおよび合成ゴム系エラストマーを使用できる。
天然ゴム系エラストマーとしては、天然ゴム、塩化ゴム、塩酸ゴム、環化ゴム、マレイン酸化ゴム、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ニ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錬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ーを挙げることができる。
【００１２】
合成ゴム系エラストマーとしては、イソブチレンゴム、エチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）、エチレンプロピレンジエンゴム、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ィン系エラストマー、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−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン−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ー、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、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。
【００１３】
これらのエラストマーは、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、エラストマーの持つ弾力性を損なわない範囲内で熱可塑性樹脂の１種または２種以上を配合して用いることができる。本発明のエラストマーとして天然ゴム系エラストマーおよび合成非極性エラストマーの中から選ばれる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ー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ーとしては、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレンジエンゴム、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ＥＰＤＭ、エチレンプロピレンジエ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。
【００１４】
本発明に使用するカーボンブラックは、ハードカーボン、ソフトカーボン等の顔料、耐摩耗性向上等に使用されるカーボンブラックを使用できる。ただし、導電性の良いアセチレン系のカーボンブラックは、誘電正接の増加量が多いので好ましくない。
カーボンブラックの配合量は 5〜40 重量部が好ましい。5 重量部未満の場合、カーボンブラックを配合した効果による比誘電率の増加は量は少ない。40 重量部をこえる場合、誘電正接が大きくなるため、好ましくない。高誘電率かつ低誘電正接化のための最適な配合量は、10〜35 重量部である。
【００１５】
本発明に使用できる高誘電性セラミックスは、実質的に複合ゴム材料の誘電率を決定するものであり、このような誘電性セラミックス粉末としては、周期律表上で、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種類であることが好ましく、具体的には、ＴｉＯ2、ＣａＴｉＯ3、ＭｇＴｉＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｉＯ2、Ｍｇ2ＳｉＯ4、Ｃａ2ＭｇＳｉ2Ｏ7 等が挙げられる。また、誘電特性を向上させるため、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｃｅ等の各種希土類元素、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のＩａ族元素、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等のＶｂ族元素を単体、もしくは組み合わせて追加することも可能である。これらの中で特にＴｉ系酸化物セラミックが好ましい。
【００１６】
高誘電率かつ低誘電正接セラミックス粉末の平均粒子径は 0.01〜100 μm 程度が好ましい。平均粒子径が 0.01 μm より小さい場合、粉末の取り扱いが困難であり好ましくない。100 μm 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 μm〜20 μm 程度である。
【００１７】
本発明においては、本発明の効果を妨げない範囲で（１）エラストマー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、ジルコニ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）電極形成のためのメッキ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化防止剤を、（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）潤滑性を改良するために滑剤、摺動性改良剤（固体潤滑剤、液体潤滑剤）を、（８）着色するために染料、顔料などの着色剤を、（９）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、（１０）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。
【００１８】
また、本発明の高誘電性エラストマー組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内でガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ等のチタン酸アルカリ金属塩系繊維、酸化チタン繊維、ホウ酸マグネシウムウィスカやホウ酸アルミニウウムウィスカ等のホウ酸金属塩系繊維、ケイ酸亜鉛ウィスカやケイ酸マグネシウムウィスカ等のケイ酸金属塩系繊維、カーボンファイバ、アルミナ繊維、ア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。
【００１９】
本発明の高誘電性エラストマー組成物の製造方法としては、特に制限がなく、各種の混合成形方法を用いることができる。例えば、２軸押し出し機で混錬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。
【００２０】
高誘電性エラストマー組成物の成形体の表面に設けられる電極は、銅箔であることが好ましく、より好ましくはめっき処理を施した銅箔である。
銅箔としては、 35 μm 程度の厚さの電解銅箔を用いるのが好ましい。
銅箔の上に処理するめっき材料は、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。コスト的に有利で工業的に利用しやすいことからＮｉが特に好ましい。めっきの厚みは、0.1〜5 μm が好ましく、さらに好ましくは 0.5〜3 μm である。めっき厚が 0.1 μm 未満では、耐酸化性の向上が少なく、5 μm より大きい場合、めっき厚が不均一となったり、めっき材料の必要量が増えたりするので好ましくない。
【００２１】
めっき処理は、無電解めっき法、電気めっき法、あるいはこれらの併用がある。特に無電解めっき法が簡便であり、めっき層の厚さが均一になるので好ましい。
無電解めっき法は、次亜燐酸塩などの還元浴に硫酸ニッケル、醋化剤、安定剤、ＰＨ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℃以上に加熱して、このめっ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、無電解めっきは、金属板のめっき形成部分を脱脂、酸洗いした後にめっき処理する。
【００２２】
成形体の表面と電極とを相互に接着させるプリプレグとしては、基材に熱硬化性樹脂を含浸させたものであれば使用することができる。基材としては、紙、ガラス織布、ガラス不織布、ポリエステルフィルム、ポリエステル織布、ポリエステル不織布、芳香族ポリアミド紙（デュポン社商品名、ノーメックス）、またはこれらの組み合わせ等を挙げることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド変性エポキシ樹脂、アラルキルエーテル樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂などを挙げることができる。
これらのなかでも、電極として銅箔を貼り付けても接着性に優れ、かつ樹脂アンテナ部材に発生するそりを抑えることができるプリプレグとしては、基材としてガラス織布を、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いたプリプレグが好ましい。
【００２３】
また、プリプレグの厚さは、 25 μm〜400 μm が好ましく、より好ましい範囲は 50 μm〜200 μm である。具体的な例としては、ガラスプリプレグにおいて樹脂含有率 35〜75 重量％程度で 100 μm 程度の厚さのプリプレグを好適に使用することができる。プリプレグの厚さが 25 μm 未満では樹脂アンテナ部材に発生するそりを抑えることが困難であり、400 μm をこえると誘電特性（特に誘電正接）が悪化するので好ましくない。
【００２４】
高誘電性エラストマー組成物の成形体表面と、電極との間にプリプレグを挟んで接着させる方法としては、プリプレグが硬化する条件で、成形体とプリプレグと電極とを順に積層して熱圧着させる方法などを採用できる。
また、エラストマーを成形する際に、金型内に銅箔およびプリプレグを挿入して、成形時の圧力で加硫接着することも可能である。
なお、本発明は、接着層としてプリプレグを使用するので密着性に優れるが、成形体とプリプレグとの密着性をより向上させるため、成形体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よい。
【実施例】
【００２５】
各実施例および各比較例にて得られる誘電体アンテナの構成部材である高誘電性エラストマー組成物の成形体についての比誘電率と誘電正接、および誘電体アンテナのアンテナ特性を以下のそれぞれの方法にて行なった。
試験法１（空洞共振器法）：25℃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ー組成物を、加熱圧縮成形した成形体（アンテナ部材）から、1.5 mm×1.5 mm×80 mm 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）により、1 GHz 帯で 25℃での比誘電率および誘電正接を測定した。
試験法２：アンテナ特性の測定
得られたアンテナを用いて、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）、利得のわかっ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＜２） かつ （利得＞２ｄＢｉ）の場合、判定：○、それ以外の場合、判定：×とした。
試験法３：誘電体アンテナのピール強度およびそり量の測定
得られたアンテナについて、成形体と銅箔との接着力をピール強度（ＪＩＳ Ｃ ５０１７、９０度方向引きはがし方法）により測定した。その値が 20 N/cm 以上の場合、判定：○、 20 N/cm 未満の場合、判定：×とした。
また、そり量を以下に記す方法により測定した。
そり量の測定：
縦 60 mm×横 60 mm×厚み 2 mm のシ−トを試験片として用い、エッチング処理後、平板上に試験片を載せ、３次元レーザ変位計を用いて、試験片の二つの対角線上でのそり量を測定し、各対角線上のそり量の最大値をそれぞれ求めた。二つの最大値の内、大きい方を試験片のそり量として採用した。
そり量の判定：
試験片のそり量の値が 100 μm 以下の場合、判定：○、 100 μm をこえる場合、判定：×とした。
【００２６】
実施例１〜実施例３
ＥＰＤＭに、チタン酸バリウム・ネオジウ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 ）、カーボンブラック（東海カーボン社製：シーストＳ）、加硫促進剤および加工助剤等の微量添加物をそれぞれ表１に示す配合割合で混合し、加熱圧縮成形にて、80 mm×80 mm×2 mm の成形体を得た。なお、加硫条件はそれぞれ170℃×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 ）、酸化亜鉛（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１にて測定した。結果を表１に示す。
また、該成形体の両面に、銅箔（実施例１）、ニッケルめっき処理銅箔（実施例２）、銀めっき処理銅箔（実施例３）をそれぞれエポキシ樹脂含浸ガラス織布（三菱ガス化学社製プリプレグＧＥＰＬ−２３０、厚さ；100 μm ）で加熱・加圧接着し、60 mm×60 mm×2 mm のシートを成形した。このアンテナ部材を用いて 2450 MHz 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。
各アンテナの電極の種類、めっき厚さ、銅箔厚さを表１に併記する。このアンテナの特性を試験法２により測定した。結果を表２に示す。また、ピール強度およびそり量を試験法３により測定した。結果を表２に併記する。
【００２７】
【表１】
2007043236.tif 000003
【表２】
2007043236.tif 000004
【００２８】
比較例１〜比較例３
ＥＰＤＭに、チタン酸バリウム・ネオジウ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 ）、カーボンブラック（東海カーボン社製：シーストＳ）、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、80 mm×80 mm×2 mm の成形体を得た。なお、加硫条件はそれぞれ 170℃×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（アンテナ部材）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。結果を表３に示す。
また、該成形体の両面に、銅箔（比較例１）、ニッケルめっき処理銅箔（比較例２）、銀めっき処理銅箔（比較例３）をそれぞれエポキシ樹脂フィルム（三菱ガス化学社製ＧＥＰＬ−２３０、厚さ；100 μm ）で加熱・加圧接着し、60 mm×60 mm×2 mm のシートを成形した。このアンテナ部材を用いて 2450 MHz 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。
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２により測定した。結果を表４に示す。また、ピール強度およびそり量を試験法３により測定した。結果を表４に併記する。
【００２９】
【表３】
2007043236.tif 000005
【表４】
2007043236.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の誘電体アンテナは、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が内部に繊維状物質を含んだプリプレグを介して相互に接着されるので、樹脂アンテナ部材のそりの発生を抑えることができ、また、成形体と電極との接着性に優れるので、高い比誘電率および低誘電正接を有するアンテナが安定して得られる。このため、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】
【００３１】
【図１】誘電体アンテナ（パッチアンテナ）の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
【図１】
2007043236.tif 000007