電波吸収体

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【発明の名称】	電波吸収体
【発明者】	【氏名】佐野幸司【氏名】今井功【氏名】入江正樹【氏名】白井宏【氏名】渡辺康夫【氏名】佐々木晃一
【要約】	【課題】従来の電波吸収体より軽く、マイクロ波、ミリ波吸収特性が高く、かつ、不燃性を有する電波吸収体を提供する。【解決手段】電波反射材層４の片面又は両面に誘電体層２を積層した電波吸収体において、前記誘電体層をＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体で形成した。当該誘電体層の骨格に占める当該主成分材料は５０vol％以上であり、また誘電体層の気孔率は５０～９５％である。当該誘電体層の表面には光触媒層を積層している。当該光触媒層は可視光光触媒特性を有する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波反射材層の片面又は両面に誘電体層を積層した電波吸収体において、前記誘電体層をＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体で形成したことを特徴とする電波吸収体。
【請求項２】
前記誘電体層の表面に光触媒層を積層したことを特徴とする請求項１記載の電波吸収体。
【請求項３】
前記誘電体層の表面にＴｉＯ₂よりも誘電率の低いものからなるコーティング層を積層したことを特徴とする請求項１記載の電波吸収体。
【請求項４】
前記誘電体層が１層又は積層した複数層からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項５】
前記誘電体層の骨格に占めるＴｉＯ₂が５０ｖｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項６】
前記誘電体層の気孔率が５０～９５％であることを特徴とする請求項１～５のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項７】
前記誘電体層の気孔率が１層の中で電波反射材層に向って小さくなるように傾斜していることを特徴とする請求項６記載の電波吸収体。
【請求項８】
前記誘電体層の誘電率を気孔率の調整により制御したものであることを特徴とする請求項１～７のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項９】
前記誘電体層の誘電率をＴｉＯ₂の抵抗値の調整により制御したものであることを特徴とする請求項１～７のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項１０】
前記誘電体層の厚さが１～１００ｍｍであることを特徴とする請求項１～９のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項１１】
前記光触媒層の厚さが１０～２００μｍであることを特徴とする請求項２、４～１０のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項１２】
前記光触媒層が可視光光触媒特性を有することを特徴とする請求項２～１１のいずれか記載の電波吸収体。
【請求項１３】
請求項１～１２のいずれか記載の電波吸収体がマイクロ波、ミリ波用であることを特徴とする電波吸収体。
【請求項１４】
請求項１～１２のいずれか記載の電波吸収体が２～１１０ＧＨｚ用であることを特徴とする電波吸収体。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、内外壁、仕切りボード、床、天井等の建材、その他に使用されて電波（周波数が数ＴＨｚ程度以下の電磁波）、特にマイクロ波（３００ＭＨｚ～３０ＧＨｚ）、ミリ波（３０～３００ＧＨｚ）を吸収する電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波需要の急増に伴う周波数の逼迫に対処するため、マイクロ波、ミリ波技術の研究開発が進められている。
マイクロ波、ミリ波技術の早期実用化が期待される分野として、超高速無線ＬＡＮ、自動車レーダ、高速道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）等が挙げられる。
そして、これらのシステムを実現するために、さまざまな電磁波遮蔽技術の研究開発が進められている。
【０００３】
従来、これらの技術の中で、電波吸収材の研究開発が電磁波遮蔽には有効な技術と考えられており、カーボン等の導電性材料をはじめとして、フェライト等の磁性材料やＳｉＣセラミックス等の誘電体材料からなる電波吸収体が知られている。
又、最近では、ＴｉＯ₂（酸化チタン（ＩＶ）、二酸化チタン、チタニア）に注目した研究開発もでてきており、今後、マイクロ波、ミリ波吸収材として注目される材料と考えられている。
【０００４】
しかし、フェライトを主成分とする電波吸収体では、かさ密度が５．３ｇ／ｃｍ³であり、面積１ｍ角、肉厚２５ｍｍのボードの場合、１３０ｋｇ／ｐとかなり重量が大きくなることに加えて、単一材料ではマイクロ波、ミリ波を吸収する効果が得られない。
【０００５】
又、ＴｉＯ₂セラミックスからなる電波吸収体は、バルクでは比重が大きく（かさ比重４．２７ｇ／ｃｍ³）、重量が大きくなる。
軽量化のため、合成樹脂との複合化も考えられるが、せっかくのセラミックスの代表的特性である不燃性を生かせず、室内用の建材として使用できない。
【特許文献１】特開２０００－２６１１８１号公報
【特許文献２】特開２００１－２６２７３２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、従来の電波吸収体より軽く、単一材料でマイクロ波、ミリ波吸収特性が高く、かつ、不燃性を有する電波吸収体の提供を主課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の電波吸収体は、電波反射材層の片面又は両面に誘電体層を積層した電波吸収体において、前記誘電体層をＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体で形成したことを特徴とする。
ここで、泡構造とは、球形の多数の気孔が隣接する構造をいい、気孔は、連通気孔、閉気孔、開気孔のいずれであってもよく、又、それらが混じり合ったものでもよい。
【０００８】
第２の電波吸収体は、第１のものにおいて、前記誘電体層の表面に光触媒層を積層したことを特徴とする。
【０００９】
又、第３の電波吸収体は、第１のものにおいて、前記誘電体層の表面にＴｉＯ₂よりも誘電率の低いものからなるコーティング層を積層したことを特徴とする。
【００１０】
一方、前記誘電体層が１層又は積層した複数層からなることが好ましい。
【００１１】
前記誘電体層の骨格に占めるＴｉＯ₂が５０ｖｏｌ％以上であることが好ましい。
【００１２】
前記誘電体層の気孔率が５０～９５％であることが好ましい。
【００１３】
前記誘電体層の気孔率が１層の中で電波反射材層に向って小さくなるように傾斜していることが好ましい。
【００１４】
前記誘電体層の誘電率を気孔率の調整により制御したものであることが好ましい。
【００１５】
前記誘電体層の誘電率をＴｉＯ₂の抵抗値の調整により制御したものであってもよい。
【００１６】
前記誘電体層の厚さが１～１００ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
前記光触媒層の厚さが１０～２００μｍであることが好ましい。
【００１８】
前記光触媒層が可視光光触媒特性を有することが好ましい。
【００１９】
上述した電波吸収体がマイクロ波、ミリ波用であることが好ましい。
【００２０】
又、上述した電波吸収体が２～１１０ＧＨｚ用であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の電波吸収体によれば、誘電体層が泡構造のセラミックス多孔体からなるので、従来の電波吸収体に比べて飛躍的に軽量化することができ、かつ、建材としての強度を確保することができる。
又、誘電体層がセラミックスからなるので、不燃性を有するものとすることができる。
【００２２】
第２の電波吸収体によれば、第１のものの作用効果の他、光触媒の浄化機能により、表面層の清浄度を保持することができる。
【００２３】
又、第３の電波吸収体によれば、第１のものの作用効果の他、誘電体層の表面を保護したり、装飾したりすることができると共に、誘電体層が空気（誘電率：１）と接触するよりも、アルミナ（誘電率：３～４）等のコーティング層と接触する方が境界部で反射が生じ難くなるので、電波吸収効率を向上させることができる。
【００２４】
一方、誘電体層が積層した複数層からなることにより、吸収周波数の広帯域化及び斜入射特性を向上させることができる。
【００２５】
誘電体層の骨格に占めるＴｉＯ₂が５０ｖｏｌ％以上であることにより、軽量かつ高強度で、マイクロ波、ミリ波吸収特性を得ることができる。
【００２６】
誘電体層の気孔率が５０～９５％（５０％以上９５％以下）であることにより、十分に軽量かつ高強度で、マイクロ波、ミリ波吸収特性を得られる。
【００２７】
誘電体層の気孔率が１層の中で電波反射材層に向って小さくなるように傾斜していることにより、１層の中で誘電率の傾斜を設けることができ、電波を誘電体層内に取り込み易くすることができる。
【００２８】
誘電体層の誘電率を気孔率の調整により制御したものとすることにより、複素比誘電率を所望の値にすることができる。
【００２９】
一方、誘電体層の誘電率をＴｉＯ₂の抵抗値の調整により制御したものとすることにより、複素比誘電率を所望の値にすることができる。
【００３０】
又、誘電体層の厚さが１～１００ｍｍ（１ｍｍ以上１００ｍｍ以下）であることにより、誘電体層としての効果が得られる。
【００３１】
他方、光触媒層の厚さが１０～２００μｍ（１０μｍ以上２００μｍ以下）であることにより、光触媒としての十分な能力を得ることができる。
【００３２】
又、光触媒層が可視光光触媒特性を有することにより、自然光や電灯光等の紫外線及び可視光範囲の光触媒特性があるため、より光触媒効果がアップし、更に清浄効果を増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
電波反射材層としては、金属板、金属箔のように、全面を覆うことができるような構成（開口部無し）のものでもよいし、孔明き金属板、金属メッシュ、金属被覆したメッシュのように、一部分を覆うことができるような構成（開口部有り）のものでもよい。
【００３４】
コーティング層を形成するものとしては、多孔質のアルミナ、合成樹脂、紙、セメント等が挙げられる。
【００３５】
複数層からなる誘電体層は、個別に成形した成形体を接合用スラリーを介在して積層し、乾燥、焼成（仮焼を含む）して製造される。
【００３６】
誘電体層の骨格に占めるＴｉＯ₂が５０ｖｏｌ％未満であると、重量が重くなり、マイクロ波、ミリ波吸収特性が得られない。
誘電体層の骨格に占めるＴｉＯ₂は、７０ｖｏｌ％以上がより好ましい。
誘電体層の骨格の組成成分としては、ＴｉＯ₂以外に、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）等の誘電物質、フェライト粉等の磁性物質、金属粉、カーボン繊維等の導電性物質が挙げられる。
【００３７】
誘電体層の気孔率が、５０％未満であると、建材としての軽量化が不可能であり、９５％を超えると、建材としての強度を保持できない。
誘電体層の気孔率は、７０～９５％がより好ましく、電波吸収特性及び軽量化の面から７５～９０％が最も好ましい。
【００３８】
誘電体層の気孔率の傾斜は、連続的、断続的のいずれであってもよい。
【００３９】
誘電体層の気孔率の調整は、誘電体層を作製する際における起泡剤の添加割合、攪拌条件を勘案して行う。
【００４０】
又、誘電体層の抵抗値の調整は、誘電体層を形成するＴｉＯ₂以外の成分の割合の他、誘電体層を作製する際における焼成温度又は還元雰囲気におけるアニール処理温度を勘案して行う。
【００４１】
誘電体層の厚さが、１ｍｍ未満であると、十分な強度が得られず、１００ｍｍを超えると、誘電体層として過剰能力であり、不必要な肉厚であるといえる。
誘電体層の厚さは、１～５０ｍｍがより好ましい。
【００４２】
光触媒層の厚さが、１０μｍ未満であると、光触媒として十分な能力を得ることができず、２００μｍを超えると、光触媒層と誘電体層との密着力が低下すると共に、光触媒層自体の強度保持ができない上、表面にでない部分は光触媒としての機能を果たさない。
光触媒層の厚さは、５０～１５０μｍがより好ましい。
可視光光触媒としては、市販されている粉末であればいずれも使用できる。
【実施例１】
【００４３】
図１は、本発明に係る電波吸収体の実施例１を示す概念的な断面図である。
【００４４】
この電波吸収体１は、内外壁、床、天井等のように、電波が一方向から入射する場所に電波吸収建材として使用するためのものであり、ＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体からなる板状の誘電体層２の電波入射面である表面（図１においては左側面）に、可視光光触媒特性を有する光触媒層３を積層すると共に、裏面（図１においては右側面）に、電波反射材層４を積層した３層構造となっている。
【００４５】
上記誘電体層２は、次のようにして作製されたものである。
先ず、平均粒径０．２μｍのＴｉＯ₂１００重量部、イオン交換水３０重量部、及び分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム０．０５重量部をポットミルにて１昼夜混合してスラリーを調製した。
次に、このスラリーに、起泡剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル１重量部、ゲル化主剤としてポリエチレンイミン４重量部、及び硬化剤としてエポキシ樹脂１重量部を攪拌機で混合攪拌しながら空気を導入して泡立て、泡状のスラリーを調製した。
次いで、この泡状のスラリーを型に鋳込み、３時間ほど経過すると、ゲル化が十分に進行しゲル化体となった。
次に、ゲル化体を型から取り出し、６０℃の温度で一昼夜乾燥して成形体（乾燥体）を得た。得られた成形体は、球形状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して互いに連通する三次元網目状の骨格構造を有していた。
次いで、成形体を空気中において１３００℃の温度で４時間焼成して泡構造のＴｉＯ₂セラミックス多孔体を得た。
得られた泡構造のＴｉＯ₂セラミックス多孔体は、寸法が縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ２５ｍｍであり、気孔率が８５％、かさ密度が０．６４ｇ／ｃｍ³、平均気孔径が約２００μｍで、気孔の最大径が約７００μｍであり、曲げ強さが約４ＭＰａであった。
【００４６】
前記光触媒層３は、次のようにして誘電体層２の表面に積層されたものである。
先ず、平均粒径１．０μｍで、可視光光触媒特性を有するＴｉＯ₂粉末（東芝セラミックス（株）製）と市販の無機系接着剤（Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系）を適量混合し、必要に応じて希釈溶剤や添加剤も混入することにより、光触媒層３を形成する塗料を調製した。
次に、この塗料を所定の厚さで誘電体層２の表面に塗布し、大気中において５０℃の温度で、３時間程度乾燥後、やはり大気中において１５０℃の温度で１時間程度加熱処理した。
積層された光触媒層３の厚さは、約１００μｍであった。
【００４７】
又、電波反射材層４は、次のようにして誘電体層２の裏面に積層されたものである。
先ず、厚さ０．０５ｍｍのアルミ箔を用意した。
次に、光触媒層３の調製に使用したのと同じ無機系接着剤を用い、アルミ箔を誘電体層２の裏面に接合した。
次いで、乾燥、加熱処理を光触媒層３の積層と同等の条件で行った。
実際は、光触媒層３と電波反射材層４の積層における乾燥、加熱処理を同時に行った。
【実施例２】
【００４８】
図２は、本発明に係る電波吸収体の実施例２を示す概念的な断面図である。
【００４９】
この電波吸収体５は、仕切りボード等のように、電波が二方向から入射する場所に電波吸収建材として使用するためのものであり、ＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体からなる板状を呈し、電波の入射面である表面に可視光光触媒特性を有する光触媒層６を積層した２枚の誘電体層７を、裏面間に電波反射材層８を介在して積層した５層構造となっている。
【００５０】
誘電体層７、光触媒層６、及び電波吸収材層８の構成及び積層手段は、実施例１のものとほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
実施例１、２の電波吸収体１，５は、図３に示すように、５０～７０ＧＨｚのミリ波帯域で２０ｄＢ以上の電波吸収能力を示し、図３に併記したＡｌ₂Ｏ₃セラミックスからなる電波吸収体の１０倍以上の電波吸収能力があることが分る。
このような高い電波吸収特性を示した理由として、誘電体層２，７の主成分であるＴｉＯ₂に高い電波吸収能力があることと、泡構造をなす気孔中の大気が誘電体として機能することで、更に電波吸収特性を高めたものと考えられる。
又、フェライトを主成分とした電波吸収体では、かさ密度が５．３ｇ／ｃｍ³であるのに対し、本発明品では、かさ密度が０．６４ｇ／ｃｍ³であり、ほぼ１０分の１の軽量化が達成された。
【００５２】
ここで、Ｗ－ｂａｎｄ（７０～１１０ＧＨｚ）においてＴｉＯ₂を主成分とする誘電体層の気孔率を変化させたときの複素比誘電率との関係を調べたところ、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするもののそれを併記する図４に示すようになった。
図４から、いずれのものも気孔率の増加に伴い、複素比誘電率の実部が減少することが分かる。
【実施例３】
【００５３】
図５は、本発明に係る電波吸収体の実施例３を示す概念的な断面図である。
【００５４】
この電波吸収体９は、内外壁、床、天井等のように、電波が一方向から入射する場所に電波吸収建材として使用するためのものであり、ＴｉＯ₂を主成分とする泡構造のセラミックス多孔体からなる板状の誘電体層１０の裏面（図５においては右側面）に、電波反射材層１１を積層した２層構造となっている。
【００５５】
実施例３の電波吸収体において、反射率が零になる複素比誘電率を結んだ線（無反射曲線）上に気孔率８４％、８５％、８７％及び９１％のＴｉＯ₂を主成分とする誘電体の測定値をプロットした結果は、気孔率８０％のＡｌ₂Ｏ₃を主成分とする誘電体のそれを併記する図６に示すようになった。
図６から、気孔率８５％のＴｉＯ₂を主成分とする誘電体が、無反射曲線の３次の解近傍にプロットできることが分る。
【００５６】
又、気孔率８５％のＴｉＯ₂を主成分とする誘電体の厚みを変化させたときの反射減衰量は、気孔率８０％のＡｌ₂Ｏ₃を主成分とする誘電体のそれを併記する図７に示すようになった。
図７から、厚み１．７ｍｍのとき、２５ｄＢを超える吸収を示すことが分る。
【００５７】
一方、ＴｉＯ₂を主成分とする誘電体の焼成温度を１２００℃、１３００℃及び１５００℃と変えたときの気孔率と導電率との関係を調べたところ、図８に示すようになった。
図８から、焼成温度が高くなると、導電率が大きくなることが分る。
【００５８】
又、同一誘電体を１３００℃及び１５００℃の２条件で焼成したときの複素比誘電率（５．８ＧＨｚ）は、図９に示すようになった。
図９から、焼成温度を変えることにより、複素比誘電率も変化できることが分る。
【００５９】
更に、１３００℃及び１５００℃の２条件で焼成した誘電体の厚みを変化させたときの反射減衰量をシミュレートした結果、図１０に示すようになった。
図１０から、無反射曲線に近い位置に複素比誘電率がプロットされた１３００℃の温度で焼成した誘電体は、厚み３３．５ｍｍのとき、２５ｄＢを超える吸収を示すことが分る。
【００６０】
更に又、１３００℃の条件で焼成した気孔率８５％の誘電体をＮ₂（窒素ガス）雰囲気において温度を変えてアニール処理したときの抵抗率は、図１１に示すようになった。
図１１から、アニール処理温度をコントロールすることにより、ＴｉＯ₂を主成分とする誘電体の抵抗率を制御可能であることが分る。
【００６１】
以上のことから、ＴｉＯ₂を主成分とする誘電体は、高温焼成又は還元焼成により酸素欠陥を生成し、ｎ型半導体化する。
そして、上記欠陥量を制御することにより、抵抗値（複素比誘電率）を可変し得ることが分る。
【００６２】
なお、上述した各実施例においては、電波吸収体１，５，９を板状の電波吸収建材として使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、棒状、柱状、その他の形状の電波吸収建材として使用してもよい。
又、電波吸収体１，５，９は、建材以外のものとして使用してもよい。
更に、電波吸収体１，５，９は、誘電体層２，７の電波入射面に光触媒層３，６を積層する場合に限らず、誘電体層２，７の電波入射面に多孔質のアルミナ、合成樹脂、紙、セメント等のコーティング層を積層するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る電波吸収体の実施例１を示す概念的な断面図である。
【図２】本発明に係る電波吸収体の実施例２を示す概念的な断面図である。
【図３】本発明に係る電波吸収体の実施例３を示す概念的な断面図である。
【図４】本発明に係る電波吸収体の実施例１，２の電波吸収能力を示す説明図である。
【図５】気孔率を変化させたときの複素比誘電率との関係を示す説明図である。
【図６】無反射曲線上に誘電体の測定値をプロットした結果を示す説明図である。
【図７】誘電体の厚みを変化させたときの反射減衰量をシミュレートした結果を示す説明図である。
【図８】焼成温度を変化させた誘電体の気孔率と導電率との関係を示す説明図である。
【図９】焼成温度を変えた誘電体の複素比誘電率を示す説明図である。
【図１０】誘電体の厚みを変化させたときの反射減衰量をシミュレートした結果をす説明図である。
【図１１】誘電体をＮ２雰囲気において温度を変えてアニール処理したときの抵抗率を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
２誘電体層
３光触媒層
４電波反射材層
６光触媒層
７誘電体層
８電波反射材層
１０誘電体層
１１電波反射材層

【出願人】	【識別番号】０００２２１１２２【氏名又は名称】東芝セラミックス株式会社
【出願日】	平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【代理人】	【識別番号】１００１０１８７８【弁理士】【氏名又は名称】木下茂【識別番号】１０００６４２９６【弁理士】【氏名又は名称】高雄次郎
【公開番号】	特開２００５－２４４１６０（Ｐ２００５－２４４１６０Ａ）
【公開日】	平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【出願番号】	特願２００４－２６３５５０（Ｐ２００４－２６３５５０）