JP2004179459A - 電波音波吸収パネル - Google Patents

Abstract

【課題】電波吸収性能と音波吸収性能とを効果的に有し、厚さが薄くかつ剛性の高い電波音波吸収パネルを提供することを目的とする。
【解決手段】凹凸形状の背面板９を有し、電波及び音波の入射側Ａに吸音層２が配設され、背面板９と吸音層２との間の凹部空間部３に電波吸収体４が配設され、かつ、背面板９の凸部５と吸音層２との間の隙間部１２に電波吸収シート６が配設されたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波吸収性能と音波吸収性能とを同時に兼ね備える電波音波吸収パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路の側方には、吸音パネル（防音壁）が布設されており、自動車から発生する騒音を道路外方側周辺へ漏らさないように対策が施されている。従来から使用されている吸音パネルの形態としては、音波が入射する側から、吸音層、空気層、音波反射層の順に構成されており、空気層は、吸音効果（特に低周波の吸音効果）をもたらすためには、必要不可欠な構成要素となっている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
また、近年、道路交通の発達に伴い、ＩＴＳ高度道路システムにおける整備が進められており、例えば、ＥＴＣ（自動料金収受システム）、ＤＳＲＣ（狭域通信）システム、双方向通信システム等がその一例である。これらのシステムには無線（電波）による情報のやり取りが行われるため、道路の側壁等で反射した不要な電波による機器の誤動作を抑制する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１０２４２８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９３０２０号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９３０２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、現在設置されている道路側方の吸音パネルに重ねて電波吸収パネルを備えることが考えられる。この場合、さらに設置スペースが必要となり、自動車の走行空間を縮小させなければならず、ドライバーに圧迫感を与え、さらには、渋滞を引き起こすおそれがある。
そして、この電波吸収パネルを上記吸音パネルに重ねて設置した場合、電波吸収パネルを道路側（電波及び音波の入射側）とすると、道路側からの電波は吸収するが、音は電波吸収パネルにより反射されてしまう。また、吸音パネルを道路側（電波及び音波の入射側）とすると、音は吸音パネルにより吸音されるが、電波が吸音パネルにより反射され電波吸収パネルまで到達しないという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明は、電波吸収性能と音波吸収性能とを効果的に有し、厚さが薄くかつ剛性の高い電波音波吸収パネルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る電波音波吸収パネルは、凹凸形状の背面板を有し、電波及び音波の入射側に吸音層が配設され、該背面板と該吸音層との間の凹部空間部に導電性カーボンを付着させた繊維からなる繊維集合体であって前面から背面に向かって繊維密度が傾斜的にまたは断続的に高くなるように形成された密度勾配型である電波吸収体が配設され、かつ、該背面板の凸部と該吸音層との間の隙間部にバインダーに電波損失材が配合されてなる電波吸収シートが配設されているものである。
また、上記電波吸収体の前面側に、誘電率の実部が２．５ 〜４．５ の層が配設されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
【０００９】
図１は、本発明に係る電波音波吸収パネルの側面断面図であり、この電波音波吸収パネルは、電波及び音波の入射側Ａから吸音層２（音波吸収層）と電波吸収層１３と、を有し、これらを筐体１により包囲したパネル体である。さらに説明すると、このパネルは、側面視による断面が凹凸形状の背面板９を有し、電波及び音波の入射側Ａに吸音層２が配設され、背面板９と吸音層２の背面２ｂとの間の凹部空間部３に（後述する）密度勾配型の繊維集合体からなる電波吸収体４が配設され、かつ、背面板９の凸部５の頂部と吸音層２の背面２ｂとの間の隙間部１２に電波吸収シート６が配設されたものである。即ち、電波吸収層１３は、電波吸収体４と電波吸収シート６とから成る。
【００１０】
パネル背面板９は、筐体１の電波及び音波の入射側Ａと反対側の外方側Ｂの部材であり、入射側Ａから見て凹部１４及び凸部５が形成された断面凹凸波形である。凹部１４及び凸部５は一枚の平板部材を所定角度にて複数回交互に折り曲げて連続的に形成されており、このパネルを鉛直状に立設させると（図１の姿勢）凹部１４の底面は鉛直平面部１４ａを有し、凸部５の頂部（頂面）は鉛直平面部５ａを有する。なお、この背面板９の断面において、凹部１４を形成する割合（凹部１４の断面積）は、凸部５を形成する割合（凸部５の断面積）より大きい。
【００１１】
さらに、このパネルは、図２の正面図及び図３の背面図に示すように、横長の矩形パネル体であり、凹部１４がパネル体の（立設状態で）上方部位及び下方部位にパネル体の長手方向に沿って２条（２ケ所）形成され、凸部５がその間にその長手方向に沿って１条（１ケ所）形成されている。
また、この図の電波音波吸収パネルの大きさは約幅２０００ｍｍ×高さ ５００ｍｍ×厚さ１００ｍｍとしているが、その大きさは自由であり、凹部１４及び凸部５の数量はパネルの大きさに応じて自由に設定すればよい。
つまり、この凹凸断面変化により、パネルの長手方向の曲がりに対する剛性を高めており、一枚のパネルの拡大を図っている。
【００１２】
筐体１について説明すると、筐体１は、図２及び図３に示すように、背面板９と、吸音層２及び電波吸収層１３の両側方に位置する一対の側面板１０，１０と、吸音層２及び電波吸収層１３を挟んで背面板９に対面する正面板１１とから成り、主に金属製の板部材から製作される。背面板９及び側面板１０は、アルミニウム板や、アルミニウム合金板、ステンレス板、鋼板等とされ、正面板１１は、背面板９等と同じ金属製またはＦＲＰ製で貫通孔（パンチング孔）が多数形成されており、表面保護材として作用すると共に音波の透過性を向上させ吸音作用をより一層向上させている。そして、この筐体１には、防錆処理（塗装やメッキ）が施されており、例えば、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられる。
【００１３】
吸音層２は、パネル状に構成された吸音パネル体から成るものであり、ガラスウールを主体材料としてマット状にされたものや、ロックウール等の多孔質材料や、合板や石膏ボード等の建築用ボード類に貫通孔を設けた成形吸音板等が使用され、電波的に透明（電波を透過させるもの）であれば音波吸収性能を有する公知の材料を使用することができる。特に、空気層を設けることで吸音率が良好となる周波数領域を広げることができるよう、ガラスウールによる吸音層とするのが好ましい。また、これによれば軽量化も図れる。
ガラスウールにより吸音層を構成する場合、例えば、ガラス繊維化（遠心法）によって、溶融したガラスを綿状の繊維（短繊維）にし、その綿状の繊維を結合剤とにより所望する大きさに固めて層状に形成する。また、吸音層２は、防汚、防水を目的に樹脂製の袋、シートで保護しても良い。例えば、厚さ１０μｍ〜３０μｍのポリフッ化ビニルフィルムで、挟んだり、ポリフッ化ビニルフィルムの袋で包み込めばよい。
【００１４】
凹部空間部３に配設される電波吸収体４は、導電性カーボンを付着させた繊維からなる繊維集合体であって、前面４ａから背面４ｂに向かって繊維密度が傾斜的（連続的）または断続的（段階的）に高くなるように形成された密度勾配型であれば良い。
繊維は、無機繊維やポリマー繊維等が挙げられる。無機繊維としては、ガラス繊維やセラミック繊維、ポリマー繊維としては、極性を有する繊維（極性ポリマー繊維）等が挙げられる。中でも、曲げやすい点（加工しやすい点）、導電性カーボンが付着しやすい点、太さの異なる繊維を得やすい点で極性ポリマー繊維が好ましい。極性ポリマー繊維としては、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン、ポリエステル、アクリル等が例示される。
【００１５】
また、導電性カーボンの付着は、カーボン及びバインダーとしてのポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等の接着剤を適当な溶媒、例えば、トルエン、キシレン等の炭化水素やメタノール、エタノール等のアルコールに溶解または分散させたものをスプレー塗布等の手段にて塗布することによって行われる。なお、絡ませた繊維は、そのままの状態ではほぐれてしまう可能性があるので、例えば、接着剤等で解離しないよう結合させておく必要がある。接着方法は任意であるが、好適な方法としては、例えば繊維を絡ませた状態のマット体にスプレー接着剤を噴射し、繊維同士の重合部において接着を図る方法等が挙げられる。
カーボン被覆の厚さは、通常５μｍ〜５０μｍ、好ましくは、１０μｍ〜３０μｍとすれば良い。
【００１６】
一方、広帯域に優れた電波吸収特性を得るためには、電波吸収体４に入射する電波を、電波吸収体４の入射面において反射させないようにする必要がある。そこで、本発明においては、マット状繊維集合体の厚さ方向の繊維密度を変化させることにより、広帯域の電波が吸収し得るようにしている。即ち、マット状繊維集合体の一面側の繊維密度を粗として減衰を少なくし、他面側を密として減衰を大きくし、前記粗面を電波入射側に向けて配設することにより、電波の入射面における反射を少なくして電波を電波吸収体の内部へ取り込み易くすると共に、その内部において電波が良好に吸収し得るようにしている。一般に、電波が空間を伝搬する場合、急激に導電度が変化する点に遭遇すると電波はその点で反射され易くなる。電波吸収体４も導電体であるため、電波を反射する作用も有すると考えられる。
【００１７】
よって、繊維密度が一定な吸収体であると、電波を反射してしまう度合いは大きくなる。そこで、本発明では、電波入射面側の導電度を低くして（繊維密度を粗として）、空気との導電度の差を小さくし、電波の反射を極力抑制するようにしたものである。
具体的には、太さが１０００ｄ（デニール）〜４０００ｄ（デニール）の繊維、太さが１００ｄ（デニール）〜９００ ｄ（デニール）の繊維、太さが１ｄ（デニール）〜９０ｄ（デニール）の繊維から選ばれる少なくとも２種類の繊維からなる繊維集合体が、密度勾配がつけやすい点で好ましい。
なお、本発明の電波吸収体４の厚さは任意であるが、通常厚みは最下限吸収周波数の１／２とされる。例えば、３ＧＨｚ 以上の電波を吸収させる場合は、その減衰は１００ ｍｍであるので、厚さを５０ｍｍとすればよい。
【００１８】
即ち、電波吸収体４は、厚さ方向に密度傾斜させた繊維集合体であり、表面側部で繊維密度を粗とすることにより電波を取り込み易くし、背面側部において繊維密度を密とすることにより取り込んだ電波を密の部位で反射させ、入射してくる電波と相殺させることができる。即ち、従来必要であった別部材としての電波反射層を不要とし、繊維集合体自体が（繊維集合体の内部において）電波反射層としての作用を有する。さらに、繊維集合体は、空隙率が大きく音波に対して透過性を有しており、この繊維集合体からなる電波吸収体４を吸音層２の外方側Ｂ（背面２ｂ側）に配置させることにより、電波吸収体４が、吸音作用として効果ある空気層としての作用をそのまま発揮することができ、この電波吸収体４である空気層により低周波の音を吸収できる。従って、吸音層２と、この電波吸収体４からなる仮想空気層とにより、低周波数から高周波数までの音波に対する吸音効果を発揮させることができる。
【００１９】
電波吸収層１３のうち電波吸収シート６は、バインダーに（樹脂やゴム）電波損失剤（導電性カーボン、金属粉、フェライト）を配合し、プレス加工やロール圧延加工によって １．０ｍｍ〜 ５．０ｍｍの厚さに成形したものである。そして、本発明においては、電波損失剤としてカルボニル還元鉄粉が配合されたものとしている。
バインダーを樹脂とする場合、その種類は公知の樹脂を適用すればよく、中でも電波損失剤を多量に配合できるという点で、塩素化ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が好ましく、電波吸収特性を向上させることができる。また、ゴムとした場合、公知のゴムを適用すれば良いが、電波損失剤を多量に配合できる点で、シリコンゴムが好ましく、電波吸収特性を向上させることができる。
【００２０】
シート状の電波吸収シート６の製作は、上記バインダーに上記電波損失剤を配合し、混練して得られた組成物をプレス加工やロール圧延加工等によって、引き延ばし、厚さを １．０ｍｍ〜 ５．０ｍｍのシート状に成形すればよい。
配合割合は、バインダー １００重量部に対して、（バインダー及び電波吸収剤の種類によって多少異なるが）電波損失剤の配合は１０重量部〜１０００重量部とすればよい。下限値未満であると、十分な電波吸収特性を得ることが困難となり、上限値を超えると、シート状に加工することが困難となる傾向にある。
また、電波吸収特性に影響しない範囲で、充填剤、可塑剤、着色剤等を適宜配合してもよい。
【００２１】
電波吸収シート６は、背面板９の凸部５の鉛直平面部５ａに直接その背面６ｂが貼付けられている。背面板９は、上述のとおり金属製の板部材により形成されているため、背面板９が電波反射層として作用し、電波音波吸収パネルの外方側Ｂへ電波を漏らすことがない。
また、電波吸収体４においても、背面板９の凹部１４の鉛直平面部１４ａに直接その背面４ｂを貼付けてもよく、背面板９を電波反射層として作用させ、より一層電波吸収特性を向上させることができる。
【００２２】
また、図１に示すように、電波吸収体４の前面４ａ側へ入射する電波の吸収性能において、斜入射特性を向上させる点で、５．８ＧＨｚ帯に対する誘電率（実部）が２．５ 〜４．５ （好ましくは３．０ 〜４．０ ）の層７を設けることが好ましい。具体的な材料としてポリカーボネイト（誘電率：２．７３）、アクリル（誘電率：２．６ ）、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ポリ塩化ビニル、およびこれら樹脂材料のＦＲＰ（繊維強化樹脂）からなる板部材が適用され、板厚が薄くても強度がある点で、フェノール樹脂系ＦＲＰ（誘電率：３．１ ）、不飽和ポリエステル系ＦＲＰ（誘電率３．９ ）が好ましい。層厚は、０．３ ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。また、前記層には、吸音効果および斜入射特性のバランスを考慮して開口孔を設けてもよい。また、誘電率の測定は、公知の方法で測定すればよく、例えば、Ｓパラメータ法（直接測定）、自由空間法（間接測定）等を適用して測定できる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の電波音波吸収パネルの電波と音波の吸収性能の測定試験結果について説明する。性能試験を行った電波音波吸収パネルの実施例は、電波及び音波の入射側Ａから、ＦＲＰ製パンチング板（孔空き板）からなる正面板１１、ポリフッ化ビニルフィルム（吸音層保護フィルム、厚さ：２１μｍ）、吸音層２（ガラスウール、厚さ：５０ｍｍ）、ポリフッ化ビニルフィルム（吸音層保護フィルム、厚さ：２１μｍ）、電波吸収体４の前面４ａにフェノール樹脂系ＦＲＰ（厚さ：０．６ ｍｍ）、電波吸収体４（厚さ：３０ｍｍ）、電波吸収シート６、亜鉛メッキ鋼板製の背面板（厚さ：２ｍｍ）としたものである。電波吸収体４は、太さが１０００デニール、１２０ デニール、５０デニールのカーボンを極性ポリマーに付着させたものを使用した。１０００デニール：１２０ デニール：５０デニール＝７０重量％：１５重量％：１５重量％とした。電波吸収シート６は、塩素化ポリエチレン １００重量部にカルボニル還元鉄粉（電波損失材）を ６７０重量配合した組成物を ２．０ｍｍの厚さにロール圧延し、電波吸収シート６の背面６ｂに電波反射層としてアルミニウム箔を貼付けている。
【００２４】
さらに、本発明の性能試験の比較のため、上記の実施例の構成から電波吸収シート６を省略したもの（比較例１）、及び、上記の実施例の構成から電波吸収シート６と電波吸収体４を省略したもの（比較例２）についても試験を行った。
【００２５】
電波（電磁波）吸収性能確認試験は、周波数が５．８ＧＨｚ帯の円偏波を用い、入射角（斜入射角度）を１０°〜５０°の範囲で反射減衰量特性をアーチ法（反射電力法）により行った。なお、入射角は、１０°、３０°、５０°の場合の結果を表１に挙げた。また、評価は、反射減衰量が２０ｄＢ以上を○とし、反射減衰量が２０ｄＢ未満を×とした。
【００２６】
吸音率の測定は、ＪＩＳ Ａ １４０５に基づく２マイクロホン法によるもので行い、測定周波数を １００〜１６００Ｈｚの範囲で吸音率を測定した。なお、周波数が ４００Ｈｚと１０００Ｈｚの場合の結果を表１に挙げた。評価は、 ４００Ｈｚの吸音率が０．７ 以上でかつ１０００Ｈｚの吸音率が０．８ 以上であるものを○とし、 ４００Ｈｚの吸音率が０．７ 未満又は１０００Ｈｚの吸音率が０．８ 未満であるものを×とした。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示すように、電波吸収シート６と電波吸収体４とを吸音層２の背面側に配設することで、電波及び音波両者ともの良好な吸収特性が発揮できることがわかる。従って、実施例の電波音波吸収パネルは、従来からある音波吸収パネル（比較例２）と同じ厚さでありながら、電波の吸収特性を有し、かつ、音波の吸収特性も低減させることなく十分にその効果を発揮するものを得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような効果を奏する。
【００３０】
（請求項１によれば）電波及び音波とも優れた吸収性能を発揮でき、さらに、パネルの厚さを薄くしても、断面凹凸形状の背面板によりパネル全体の剛性を高くすることができる。
従来の吸音層と空気層とからなる吸音パネルと同等の薄い厚さで電波音波吸収パネルを構成することができる。
繊維密度勾配型の電波吸収体４により、表面側で電波を取り込み易くし、取り込んだ電波を背面側の密の部位で反射させ、入射してくる電波と相殺させることができ、電波吸収特性を向上させることができる。
また、電波吸収体４を繊維集合体とすることで、電波吸収体４が吸音作用として効果ある空気層としての作用をそのまま発揮させることができ、この層により低周波の音を効果的に吸収できる。さらに、軽量の電波音波吸収パネルとすることができ、一枚のパネルを大きくできかつ剛性のあるものとできる。
【００３１】
（請求項２によれば）電波吸収体４及び電波吸収シート６へ入射される電波の吸収性能において、斜入射特性をより一層向上させることができ、広い範囲から入射してくる電波に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電波音波吸収パネルの実施の一形態を示す側面断面図である。
【図２】電波音波吸収パネルの正面図である。
【図３】電波音波吸収パネルの背面図である。
【図４】電波吸収体の斜視図である。
【符号の説明】
２ 吸音層
３ 凹部空間部
４ 電波吸収体
４ａ 前面
４ｂ 背面
５ 凸部
６ 電波吸収シート
９ 背面板
１２ 隙間部
Ａ 入射側

Claims (2)

1. 凹凸形状の背面板（９）を有し、電波及び音波の入射側（Ａ）に吸音層（２）が配設され、該背面板（９）と該吸音層（２）との間の凹部空間部（３）に導電性カーボンを付着させた繊維からなる繊維集合体であって前面（４ａ）から背面（４ｂ）に向かって繊維密度が傾斜的にまたは断続的に高くなるように形成された密度勾配型である電波吸収体（４）が配設され、かつ、該背面板（９）の凸部（５）と該吸音層（２）との間の隙間部（１２）にバインダーに電波損失材が配合されてなる電波吸収シート（６）が配設されていることを特徴とする電波音波吸収パネル。
2. 上記電波吸収体（４）の前面（４ａ）側に、誘電率の実部が２．５ 〜４．５ の層が配設される請求項１記載の電波音波吸収パネル。

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