JP3030068B2

JP3030068B2 - マイクロ波帯における疑似人体用複合誘電体

Info

Publication number: JP3030068B2
Application number: JP2229653A
Authority: JP
Inventors: 俊雄野島; 岳彦小林; 健次山田; 行雄坂部; 俊次郎今川; 博田村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 2000-04-10
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JPH04109508A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波帯で使用される擬似人体用複合
誘電体、すなわち、人体の筋肉や脂肪等と同等の物理特
性を有する擬似人体用複合誘電体に関する。

（従来の技術）近年、医療分野などにおいて、例えば、ハイパーサー
ミアによるガン治療等におけるように、マイクロ波帯を
中心とする高周波領域における電磁界と人体の相互作用
を調査する研究が活発に行なわれている。

マイクロ波が人体に与える影響を調査するのに、人体
を直接測定対象にすることは危険が大きすぎ、したがっ
て、人体の物理特性と同等の特性をもつ擬似人体用材料
を使用するのが一般的である。ちなみに、人体のマイク
ロ波特性は、例えば筋肉では、1GHzで比誘電率（ε_ｓ）
が50、誘電損失（tanδ）が50％程度であり、脂肪で
は、同周波数で比誘電率が６、誘電損失が30％程度であ
る。また、比熱は0.3cal/g・℃程度とされている。

（発明が解決しようとする課題）このような用途に使用できる材料としては、例えば寒
天状の材料等が提供されているが、この材料は時間の経
過とともに形状が崩れてくるなど、耐久性に難がある。

また、これら従来の材料に比較して、より耐久性があ
り特性的にもすぐれた材料として、セラミクス、樹脂、
あるいは炭素粉末などがある。

このうち、セラミクスは高い誘電率を有するものの、
人体に近い６〜100の誘電率をもつ材料では誘電損失が
１％以下で小さくなりすぎる。また、樹脂は一般に誘電
率が小さすぎ、４以下である。さらに、炭素粉末は10^-3
Ω・cm程度の低抵抗率であることから、マイクロ波帯で
大きな誘電損失を有するが、比熱が極端に小さくなりす
ぎる。すなわち、これらの材料は単体では擬似人体用材
料とはなり得ないものである。

一方、セラミクスと樹脂の混合系からなる複合材とし
て、特開昭48−29000号公報や特開昭58−166607号公報
などに示されたものがある。

しかしながら、この従来技術に開示の組成は、いずれ
もマイクロ波帯での誘電損失が小さいという特徴を有す
るもので、もっぱらコンデンサ等の電子部品に用いられ
るものであり、人体と同等の物理特性を有する擬似人体
用複合誘電体について着目したものではなかった。ま
た、セラミクスと樹脂からなる複合材では、比誘電率の
大きな複合材をつくっても、誘電損失が比較的小さく、
擬似人体用複合誘電体としての要求特性を満足するもの
でない。

発明者等は、これら各材料を混合し、その混合材料の
特性を有効に利用することにより、人体と同等の物理特
性を有する擬似人体用の複合材としてすぐれた特性をも
つ材料を見出したものである。

これによりマイクロ波帯を中心とする高周波領域にお
ける電磁界の人体に対する影響を調査することが可能
な、耐久性にすぐれた擬似人体用複合誘電体を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、樹脂が30〜90容量％と、炭素粉末が10〜70
容量％と、からなり、周波数900MHzにおける比誘電率が
８〜102であり、誘電損失が16〜200％であることを特徴
とするマイクロ波帯における疑似人体用複合誘電体であ
る。

また、本発明は、樹脂が30〜90容量％と、比誘電率が
1000以上の高誘電率系セラミクス粉末が60容量％以下
（ただし、０を含まず）と、炭素粉末が10〜70容量％
と、からなり、周波数900MHzにおける比誘電率が８〜10
2であり、誘電損失が16〜200％であることを特徴とする
マイクロ波帯における疑似人体用複合誘電体である。

上記した構成のうち、樹脂は、例えばポリフッ化ビニ
リデンなどのフッ素系樹脂である。

また、高誘電率系セラミクス粉末としては、チタン酸
バリウム系セラミクス、鉛系複合ペロブスカイト系セラ
ミクス、ビスマス系セラミクスなどがあり、マイクロ波
帯で大きな誘電損失をもつ材料が望ましい。

さらに、炭素粉末については、粒径の小さいものや大
きなもの、また形状についても球状のものや針状のもの
など、さまざまな種類のものが存在するが、いずれの形
状についても、それぞれの特性を生かして使用すること
ができる。

マイクロ波帯における疑似人体用複合誘電体の各構成
材料の混合割合を上記した範囲に限定した理由は、以下
のとおりである。

すなわち、樹脂が30容量％未満では成形が困難にな
り、90容量％を越えると誘電率が小さくなりすぎる。し
たがって、樹脂については30〜90容量％とした。

また、高誘電率系セラミクス粉末が60容量％を越える
と、誘電率が大きくなるわりには誘電損失が大きくなら
ない。また、高誘電率系セラミクス粉末を混合させなく
ても、比誘電率、誘電損失の特性が擬似人体用複合誘電
体に要求される値を満足させることができる。したがっ
て、高誘電率系セラミクス粉末については０（ゼロ）ま
たは60容量％以下とした。

さらに、炭素粉末が10容量％未満では、誘電損失が小
さすぎて人体と同等の値に近付けることができず、逆に
70容量％を越えると、樹脂の量が30容量％以下となるの
で成形ができなくなる。したがって、炭素粉末について
は10〜70容量％とした。

次に、高誘電率系セラミクス粉末としては、その誘電
率が1000以上のものを用いるのが望ましい。これはその
他の構成成分である樹脂や炭素粉末と一緒に混在させた
とき、上記の混合割合において、人体の物理的特性と同
じ特性にするために必要な値を得るためである。

（作用）本発明にかかる擬似人体用複合誘電体によれば、その
物理特性が、測定周波数1GHzで比誘電率が５〜60、誘電
損失が10〜100％であり、また比熱が0.3cal/g・℃程度
であり、人体の物理的特性と同程度のものが得られる。

（効果）本発明の擬似人体用複合誘電体は、人体の物理特性と
同等の特性を有するものであるため、マイクロ波帯を中
心とする高周波電磁界が人体に与える影響を測定すると
き、この擬似人体用複合誘電体が使用でき、電磁波が人
体に与える影響を正確に測定することができる。

（実施例）以下、本発明を実施例にしたがって詳細に説明する。

誘電率が1000以上でマイクロ波帯での誘電体損失の大
きな高誘電率系セラミクス粉末として、次の組成および
特性からなるものを準備した。

組成：（Ba_0.98Bi_0.02）（Ti_0.95Sn_0.05）O₃ 誘電率（ε）:2500 誘電損失（tanδ）:1％（1KHz）比熱:0.1cal/g・℃ また、樹脂として、フッ素系樹脂のポリフッ化ビニリ
デンを用いた。

このポリフッ化ビニリデンの特性は以下のとおりであ
る。

誘電率（ε） :3 誘電損失（tanδ）:10％（1GHz）比率 :0.3cal/g・℃ さらに、炭素粉末としては、抵抗値が10^-3Ω・cmのも
ので、平均粒径が小（20μｍ）、中（50μｍ）、大（10
0μｍ）の炭素粉末を用いた。

そして、これら各材料を第１表に示すように所定の割
合に秤量して混合した。次に、この混合原料を、熱プレ
スを用い、成形圧力260Kg/cm²の圧力で大きさが外径7mm
φ、内径3mmφ、長さ5mmに成形し、測定試料とした。

試料の測定については、同軸線を使用したＳパラメー
タ法により900MHz近傍での比誘電率（ε_ｓ）、誘電損失
（tanδ）を測定し、その結果を第１表に併せて示し
た。表中、＊印は本発明の範囲外のものである。

第１図は、第１表の結果から比誘電率（ε_ｓ）と誘電
損失（tanδ）の関係を図示したものである。

このようにこの混合物を用いれば、筋肉の特性である
比誘電率＝50、誘電損失＝50％を中心に、図の実線で囲
まれた任意の比誘電率と誘電損失の関係をもつ擬似人体
用複合誘電体を得ることができる。また、人体の筋肉と
同等の誘電特性をもつ試料番号９の比熱を測定したとこ
ろ、0.2cal/g・℃であった。

なお、図中の試料番号１は樹脂のみのもので、比誘電
率が４以上にならないことから、特許請求の範囲から除
外したものである。また、試料番号11は炭素粉末を含ま
ない樹脂とセラミックの混合体からなるもので、比誘電
率の増大に見合うだけの誘電損失の増大が見込めないこ
とから、これも特許請求の範囲から除外したものであ
る。

第２図は、本発明の実施例にかかる擬似人体用複合誘
電体の各成分である樹脂と、高誘電率系セラミクス粉末
と、炭素粉末の混合領域を示したものであり、実線で囲
まれた領域が特許請求の範囲である。

以上の実施例から、本発明の擬似人体用複合誘電体
は、測定周波数1GHzで、誘電率（ε）が５〜100程度の
ものが得られ、誘電損失（tanδ）が15〜200％のものが
得られており、人体の物理特性と同等の特性を示す。し
たがって、この擬似人体用複合誘電体を用いることによ
り、マイクロ波帯を中心とする高周波領域における電磁
波と人体の相互作用を調査することが可能となる。ま
た、本発明の擬似人体用複合誘電体によれば、耐久性に
もすぐれており、時間の経過とともに形状がくずれると
いうおそれもない。

なお、高誘電率系セラミクス粉末として、誘電率が20
000のものを使用したが、上記した実施例とほぼ同程度
の特性が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例における高誘電率系セラミクス粉末、
ポリフッ化ビニリデン、および炭素粉末の混合割合を変
化させたときの比誘電率（ε）と誘電損失（tanδ）の
相互関係を示したものである。第２図は、高誘電率系セラミクス粉末、ポリフッ化ビニ
リデン、および炭素粉末の混合割合を示した三元状態図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂部行雄京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者今川俊次郎京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者田村博京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内審査官小川進 (56)参考文献特開昭63−150808（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−100785（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−259903（ＪＰ，Ａ) 特開平１−202683（ＪＰ，Ａ) 特開平１−112786（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会春季全国大会講演論文集、「Ｂ−287 セラミックを用いた生体ファントム」（平成２年３月５日) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 3/00 A61N 5/10 A61B 6/00 G01T 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂が30〜90容量％と、炭素粉末が10〜70容量％と、からなり、周波数900MHzにおける比誘電率が８〜102であり、誘電
損失が16〜200％であることを特徴とするマイクロ波帯
における疑似人体用複合誘電体。
【請求項２】樹脂が30〜90容量％と、比誘電率が1000以上の高誘電率系セラミクス粉末が60容
量％以下（ただし、０を含まず）と、炭素粉末が10〜70容量％と、からなり、周波数900MHzにおける比誘電率が８〜102であり、誘電
損失が16〜200％であることを特徴とするマイクロ波帯
における疑似人体用複合誘電体。
【請求項３】樹脂はフッ素系樹脂である特許請求の範囲
第（１）または第（２）に記載のマイクロ波帯における
疑似人体用複合誘電体。
【請求項４】高誘電率系セラミクス粉末は、チタン酸バ
リウム系セラミクス、鉛系複合ペロブスカイト系セラミ
クス、ビスマス系セラミクスのいずれかからなる粉末で
ある特許請求の範囲第（１）または第（２）に記載のマ
イクロ波帯における疑似人体用複合誘電体。