アンテナ・センサと照明の融合を低誘電な微細発泡樹脂材料が実現

樹脂は、発泡することにより低誘電化し、比誘電率（Dk）・誘電正接（Df）ともに大きく低下します。さらに、当社独自の超微細発泡（Micro Cellular = MC）技術では、大きさが10μmを下回る超微細な気泡を樹脂の中に均一に形成することができるため、ミリ波電波レベルの高周波の波長に比べても、小さな気泡径を有する材料となります。このことから、電波をほぼ完全に透過する物質として振る舞います。

この2つの特長を同時に利用し、超微細発泡樹脂（MCP）で形成した光拡散反射板の背後に、無線電波を受発信する基板を配置し、無線通信と照明の機能が一体となった、意匠性の高い照明器具用途への利用が可能です。

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移動通信システムは1980年代の音声中心のアナログ方式である1Gから始まり、1990年代には電子メールやWebの閲覧が可能となったデジタル方式である2Gが主流となり、2000年代に画像や映像中心の高速データ通信が可能となった3Gの提供が開始されました。2015年頃からは4Gの提供が開始され、スマートフォンやタブレット端末による動画中心の超高速データ通信が可能となりました。そして、2010年台後半から2020年にかけて、世界中で相次いで5G（第5世代移動通信システム）サービスが開始されました。

5G通信の最大通信速度は4Gの10倍以上になり、スマートフォンでの動画視聴がより手軽になるなど、自動車の自動運転システムの進化、身の回りのあらゆるものがネットワークに繋がるIoT（Internet of things）への貢献が期待されています。

5G通信の主な特長は、高速・大容量、超高信頼・低遅延、多数同時接続といった3点が挙げられる一方、電波の周波数が高くなるほど、減衰しやすく、届く距離が短くなるため、例えば28GHz帯の5G電波が届く距離は約100m程度に留まります。そのため5G通信エリアの拡大には基地局を100m毎に設置する必要があります。

また、直進性が高く、遮蔽物によって電波が届かない領域が多くなるため、特に屋内等では中継機などの補助的な仕組みが必須になると予測されます。

加えて、IoT社会へ向かうに連れ、家電だけでなく、家屋・建造物内の様々なものが測定・データ化され、スマート化していくことが予測され、これに伴い、利用されるセンサも大幅に増えていくと考えられます。その時、問題になるのは、中継機やセンサの電波をどう効率的に届けるか、そして、それらをどう都市空間・生活空間の中にシームレスに導入するか、という点です。

照明器具は、都市空間や生活空間を広く照らすために、見通しの良い場所に、数多く設置されています。また、照明だけでなく、広告や表示を目的とした看板も、街中には数多く存在します。

アンテナやセンサの設置場所にも、同じことが求められます。従って、アンテナやセンサの機能を、照明に一体化できれば、そのために新たに機器を導入するスペースを省くことができ、より洗練された景観・空間を実現することができます。

そして、こういったコンセプトを実現するためには、超微細発泡樹脂（MCP）のように、電波透過性と可視光領域での光反射性/光拡散特性を同時に満たす材料が必要となります。

図2、図3は、無線電波の透過特性を示したものです。発泡していない材料に対し、超微細発泡樹脂（MCP）は、大幅に電波透過特性が向上しています。また、その透過特性に周波数依存性が見られないことも、この材料の大きな特長の１つです。

以上のように、超微細発泡樹脂（MCP）は、高い電波透過性と可視光反射特性を両立するだけでなく、照明形状に合わせた成形も可能な材料です。従って、反射板としての超微細発泡樹脂（MCP）成形体の背後に無線基板を配置することで、照明と一体化し、アンテナやセンサとして能力を発揮させることが可能です。

図8　MCP反射板のコンセプト

ちなみに、このコンセプトは一般的な白色塗装鋼板（反射板）では実現しません。鋼板は電波を透過しないため、その背後にアンテナやセンサを配置すると、無線器として機能しなくなります。

古河電工ではお客様の要望に合わせて、既存のラインナップ以外の樹脂材料の発泡にトライする事が可能です。比誘電率（Dk）・誘電正接（Df）以外にも難燃性や耐熱性、厚みや密度など様々なご希望をお聞かせいただければ、これまでに培ってきた組成開発力と発泡技術によって新たな発泡材料を提案します。