JP2002374091A

JP2002374091A - 電波吸収材料およびそれを用いた電波吸収体

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Publication number: JP2002374091A
Application number: JP2001180342A
Authority: JP
Inventors: Kimiki Kobayashi; 公樹小林; Shinan Ou; 士楠汪; Osamu Tanda; 修丹田; Yuki Kobayashi; 由紀小林
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に無反射条件を達成することができ製造安
定性のある電波吸収材料を提供する。【解決手段】バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂に
分散されたカーボンブラックとを含む電波吸収材料にお
いて、カーボンブラックとしてＡＳＴＭ規格番号Ｄ1765
-94ａで定義されるＡＳＴＭコードがＮ500以上、平均粒
子径が３５μｍ以上低ストラクチャーのカーボンブラッ
クを用いる。低ストラクチャーのカーボンブラックは、
その配合量の変動に対する複素比誘電率の変化が少ない
ため、製造上、配合量にバラツキを生じても安定した電
波吸収特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、外部からの電磁
波により電子通信機器等に与える障害（ＥＭＣ）を低減
するための電波吸収材料およびそれを用いた電波吸収体
に関し、特に誘電損失型の電波吸収材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電波暗室の製作や野外・室内にお
ける電波環境の改善のために各種の電波吸収体が開発、
利用されている。このうち、ＧＨｚ領域における電波吸
収材料としては、カーボン分散ゴム材料等の誘電性損失
材料が広く用いられており、吸収特性、反射特性を向上
するための技術が種々提案されている。

【０００３】例えば、特開平10-27986号には、カーボン
ブラックと炭素繊維を樹脂に配合した電波吸収材料であ
って、カーボンブラックとして非晶質のカーボンブラッ
クと結晶質のグラファイトからなる複合粒子を用いたも
のが提案されている。また特開平11-354974号には、バ
インダー中にカーボンブラック又は黒鉛とマイクロバル
ーンを配合した電波吸収材料が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、誘電性電波
吸収材料では、図３に示すように、複素比誘電率の虚部
（ε”）と実部（ε’）との関係が所定の関係を満たす
ときに無反射条件を実現することができる。現実的に
は、電波吸収量が実用的な範囲（25ｄＢ）になるように
複素比誘電率を設計している。このような複素比誘電率
は、カーボンブラックを配合した電波吸収体の場合、適
切なバインダー樹脂にカーボンブラックの配合量を適切
に選択することによって達成できる。また無反射条件は
電波吸収体の厚さ（正確には厚さｄと電波の波長λとの
比：ｄ/λ）によって異なり、複素比誘電率の絶対値が
大きいほど電波吸収体の薄型化を図ることができる。

【０００５】従って、理想的な電波吸収特性は、所定の
ｄ/λのときの無反射条件の複素比誘電率を有する材料
をその厚さｄの層に形成することにより得られる。しか
し、実際に樹脂にカーボンブラックを配合して電波吸収
体を製造する場合、目的とする複素比誘電率となるよう
に設計された配合量と実際の製品における配合量とで
は、原料となるカーボンブラックの品質や製造上のバラ
ツキ、カーボンブラック分布の不均一性等に起因してず
れを生じ、必ずしも所定の条件を達成できない場合があ
った。

【０００６】また一般にカーボンブラックの配合量が多
いほど、複素比誘電率は高くなり、従って理論的には配
合量を多くすることにより電波吸収体の厚さを薄くする
ことが可能であるが、配合量が多すぎると、樹脂中に分
散させて成型する場合に、混練りや成型ができなくなる
という問題もあった。

【０００７】そこで本発明は、容易に無反射条件を達成
することができ製造安定性のある電波吸収材料を提供す
ることを目的とする。また本発明は、電波吸収特性の優
れた電波吸収体を比較的薄い層で形成することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは、カーボンブラックの各特性と複素比
誘電率との関係およびバインダー樹脂との関係について
鋭意研究した結果、１）カーボンブラックのストラクチ
ャーによって複素比誘電率の変動の仕方が全く異なるこ
と、即ち、高ストラクチャーのカーボンブラックでは、
無反射条件となる配合量の近傍において、配合量の変化
に対し複素比誘電率が大きく変動するのに対し、低スト
ラクチャーのカーボンブラックでは配合量の変化に伴う
複素比誘電率の変動が小さいこと、２）低ストラクチャ
ーのカーボンブラックでは高複素比誘電率を得るために
比較的多量を要するが、バインダー樹脂の種類によって
無反射条件の実現性が異なること、を見出し、本発明に
至ったものである。

【０００９】即ち、本発明の電波吸収材料は、バインダ
ー樹脂と、前記バインダー樹脂に分散されたカーボンブ
ラックとを含む電波吸収材料において、カーボンブラッ
クとして低ストラクチャーのカーボンブラックを用いた
ことを特徴とする。

【００１０】カーボンブラックのストラクチャーとは、
ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量、比表面積等の指
標によって表現される粒子構造の発達の度合いを意味
し、ＤＢＰ吸油量、比表面積の数値が高いほどストラク
チャーが発達している。逆にこれら数値が低いほど低ス
トラクチャーである。本発明の電波吸収体では、具体的
にはＡＳＴＭ規格番号Ｄ1765-94ａで定義されるＡＳＴ
ＭコードでＮ500以上、好ましくはＮ600以上、平均粒子
径で35nm以上、好ましくは40nm以上、より好ましくは50
nm以上のカーボンブラックを用いる。

【００１１】このような低ストラクチャーのカーボンブ
ラックは、１種または２種以上を混合して用いることが
できる。

【００１２】一般に高ストラクチャーのカーボンブラッ
クの方が少ない配合量で高い無反射条件を達成できる
が、無反射条件を達成可能な配合量の範囲が非常に狭
い。これに対し、低ストラクチャーのカーボンブラック
では、比較的広い範囲で無反射条件を達成することがで
きる。このことを図１に示す。

【００１３】図１（a）、（b）は、それぞれストラクチ
ャー（平均粒子径）の異なる３種のカーボンブラックに
ついて、その最適配合量における比誘電率の実部ε’の
変動量および虚部ε”の変動量をプロットしたものであ
る。図１からわかるように、平均粒子径が40nm未満の高
ストラクチャーでは、急速に変動量が大きくなり、平均
粒子径が40nm以上の低ストラクチャーでは、変動量は小
さく、約40nmを境として、比誘電率の変動量の挙動が大
きく異なっている。

【００１４】既に述べたように実用的な電波吸収量を得
るために複素比誘電率はある程度の範囲であることが許
容される。その範囲は、電波吸収量25dBについて、複素
比誘電率の絶対値（√（ε’²+ε”²））が±0.5の範囲
であり、これは実部、虚部については、それぞれ±√
（0.5²/2）＝0.36の範囲となる。通常想定されるカーボ
ンブラックの配合量のバラツキは0.5phr（Parts per Hu
ndred Rubber）程度であるので、このバラツキに対し複
素比誘電率の実部と虚部の変動量が１phr当たり0.72以
下であれば、実用的な無反射条件を達成できることにな
る。

【００１５】これを図１でみると、平均粒子径が35nm以
上の低ストラクチャーカーボンを用いることにより、配
合量の変化1phr当たりの比誘電率の変化を0.72以内にす
ることができることがわかる。特に、平均粒子径40nm以
上とすることにより、配合量の変化1phrの範囲で比誘電
率の変化を0.3程度にすることができ、最適配合量に0.5
phr程度のバラツキがあっても安定した吸収特性を得る
ことができる。

【００１６】本発明の電波吸収材料は、上記低ストラク
チャーカーボンブラックの効果を阻害しない範囲で、高
ストラクチャーのカーボンブラックやその他の導電物質
を配合することができる。

【００１７】本発明の電波吸収材料において、上記カー
ボンブラックを分散するバインダー樹脂としては、クロ
ロプレンゴム、イソプレンゴム、ＡＢＳゴム等のゴム、
ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミ
ド系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の酢酸ビニ
ル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系
樹脂等の公知の材料を用いることができるが、成型しや
すさ、薄型化の観点から、ポリエチレン等のポリオレフ
ィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体が好適であ
り、特に低密度ポリエチレン等のポリオレフィンが好適
である。

【００１８】一般に無反射条件を得るために低ストラク
チャーのカーボンブラックは、高ストラクチャーのカー
ボンブラックよりも配合量を多くする必要があり、樹脂
によっては、混練りや成型が困難になる場合があるが、
ポリオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体
等の特定の樹脂をバインダーとした場合、比較的配合量
が少なくても無反射条件を達成できるので、容易に成
型、成層することができる。

【００１９】バインダー樹脂に対する低ストラクチャー
カーボンブラックの配合量は、50〜150phr、好ましくは
80〜120phrとする。

【００２０】本発明の電波吸収材料は、上述したバイン
ダー樹脂に最適配合量のカーボンブラックと必要に応じ
てその他の添加剤を加えて混練したコンパウンドをシー
ト状に成型することにより電波吸収体とすることができ
る。或いは上記コンパウンドに必要に応じて適当な溶剤
を加えることにより調製した塗料を、所望の基材上に塗
工して電波吸収層を形成することも可能である。

【００２１】次に本発明の電波吸収体について説明す
る。本発明の電波吸収体は、少なくとも１層の電波吸収
層を備えた電波吸収体であって、電波吸収層として上述
した電波吸収材料を用いたものであり、好適には、電波
が入射される面と反対の面に電波を反射する反射層を有
するものである。

【００２２】本発明の電波吸収体の構造は、図２
（a）、(b)に示すように、反射層12と単一の電波吸収層
11からなるものでも、同図（c）に示すようにその他の
整合層13〜15を積層したものでもよい。

【００２３】反射層12は、電波吸収材料を透過する電波
が裏面側（電波の入射側と反対の側）に透過するのを防
止するための層で、アルミニウム、銅等の金属箔からな
る。整合層13〜15は、電波吸収体10の外側の空気層から
電波吸収層10までの比誘電率を連続的に変化させること
により、吸収特性を向上するための層である。最も外側
の層（表面層）15は、例えば発泡プラスチック等からな
る層で、比誘電率は最も空気に近く、小さく設定され
る。整合層14、13の比誘電率は、電波吸収層11に近づく
につれ順に高く、電波吸収層11の比誘電率に近づくよう
に設定される。なお、図では３層からなる整合層を示し
たが、整合層は１層のみでも４層以上であってもよく、
用途により要求される厚みや電波吸収特性を考慮して選
択される。

【００２４】本発明の電波吸収体は、単一層の場合に
は、例えば電波吸収材料を構成するコンパウンドをシー
ト状に成型した後、これにアルミ箔等の反射層12を、必
要に応じて接着剤や接着剤シート16を介してラミネート
することにより製造することができる。なお、図２
（a）に示すように、接着剤層１６はなくてもよい。多
層の場合には、上述のように反射層１２を設けた電波吸
収体の、反射層と反対側に、整合層となるシートをラミ
ネートしたり、整合層を形成する材料を順次、塗工乾燥
することにより製造することができる。

【００２５】電波吸収層11の厚みは、対象とする電波の
波長λと電波吸収材料の複素比誘電率ε’、ε”によっ
て決まり、図３に示す無反射曲線から、その複素比誘電
率において（ｄ/λ）を満たす厚みｄとする。尚、厚み
（ｄ/λ）についても、実用的な吸収特性25dBとするた
めに、所定の許容範囲を設けることができる。

【００２６】本発明の電波吸収体によれば、低ストラク
チャーカーボンブラックを用いた電波吸収材料を用いた
ことにより、安定した電波吸収特性が得られる。またバ
インダー樹脂として、ポリエチレン等のポリオレフィン
を用いることにより、比較的少ない配合量で必要な電波
吸収特性を得ることができ、またシートや多層体の成型
を容易に行うことができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２８】実施例１エチレン−酢酸ビニル共重合体とカーボンブラック（Ａ
ＳＴＭコード：Ｎ800）とをカーボンブラックの配合量
を10phr、25phr、40phr、70phr、100phrと変えて配合し
たものを、それぞれオープンロールで混合し、70tonプ
レスを用い、150℃で10分の予熱した後、150℃で５分間
加圧し、その後水冷して成型し、150ｍｍ×110ｍｍ×2.
0ｍｍのコンパウンドシートを得た。カーボンブラック
配合量の異なる５種のコンパウンドシートより、10.2ｍ
ｍ×22.9ｍｍのテストピースを打ち抜き、導波管定在波
法により複素比誘電率を測定した。測定周波数帯域は10
ＧＨｚとした。その結果を図４（a）、（b）に示す。

【００２９】実施例２カーボンブラックとしてＡＳＴＭコード：Ｎ500のもの
を用い、配合量を2phr、10phr、50phr、67phr、70phrと
変えて配合し、それ以外は実施例１と同様にして５種の
コンパウンドシートを得た。このコンパウンドシートに
ついても、実施例１と同様に複素比誘電率を測定した。
その結果を図４に示す。

【００３０】比較例１カーボンブラックとしてＡＳＴＭコード：Ｎ300のもの
を用い、配合量を1phr、8phr、10phr、12phr、15phr、20
phr、25phrと変えて配合し、それ以外は実施例１と同様
にして７種のコンパウンドシートを得た。このコンパウ
ンドシートについても、実施例１と同様に複素比誘電率
を測定した。その結果を図４に示す。

【００３１】図４からわかるように、比較例１の電波吸
収材料では、配合量の増加に対し、急激に複素比誘電率
が変化するのに対し、実施例１、２の電波吸収材料で
は、配合量に対する複素比誘電率の変化が緩やかで、製
造時の配合量のバラツキに対する特性変化が小さいこと
が示された。

【００３２】実施例３低密度ポリエチレン（比重0.90）と、実施例１で用いた
のと同じカーボンブラック（ＡＳＴＭコード：Ｎ800、
カーボンブラック配合量：80phr）を用いて、70トンプ
レスを用い、150℃で１０分間アルミ箔（15μｍ）と張
り合わせ、300ｍｍ×300ｍｍ×0.3〜0.4ｍｍの電波吸収
体を得た。この電波吸収体について、反射電力法により
電波吸収量を求めた。即ち、測定試料とそれと等しい幾
何学的投影面積を有する金属板からの反射レベルをそれ
ぞれ測定し、これらの差から吸収量を求めた。結果を図
５に示す。なお、図５には、測定値の他、設計した厚さ
（0.37ｍｍ）における電波吸収量の計算値（設計値）お
よび実際の厚さにおける電波吸収量の計算値（理論値）
を併せて表示した。

【００３３】比較例２低密度ポリエチレン（比重0.90）と、比較的高ストラク
チャーのカーボンブラック（ＡＳＴＭコード：Ｎ300、
カーボンブラック配合量：30phr）を用いて、それ以外
は実施例３と同様にして反射層（アルミ箔）と積層した
電波吸収体を得、その電波吸収量を求めた。結果を併せ
て図６に示す。ここでも設計値と理論値を併せて表示し
た。

【００３４】図５および図６の結果の比較からわかるよ
うに、実施例３の電波吸収体では、設計値および理論値
とよく一致する測定値が得られ、ピーク周波数76ＧＨｚ
において設計値である25ｄＢが得られたのに対し、比較
例２の電波吸収体では設計値および理論値とのずれが大
きく、ピーク周波数が高周波側にシフトしていた。比較
例３におけるずれは、一部は設計値との厚みのずれに起
因すると思われるが、比誘電率の変動に起因するものと
推定される。

【００３５】

【発明の効果】本発明の電波吸収材料によれば、安定し
た吸収特性の電波吸収体を容易に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電波吸収材料の特性を説明する図

【図２】本発明の電波吸収体の実施形態を示す図

【図３】無反射条件を示す曲線を示す図

【図４】実施例の電波吸収材料におけるカーボンブラッ
ク配合量と複素比誘電率との関係を示す図

【図５】実施例の電波吸収体における周波数特性の測定
値及び理論値を示すグラフ。

【図６】比較例の電波吸収体における周波数特性の測定
値及び理論値を示すグラフ。

【符号の説明】

10・・・電波吸収体 11・・・電波吸収層 12・・・反射層 13〜15・・・整合層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹田修神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者小林由紀神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内Ｆターム(参考） 2E001 DH01 GA12 5E321 BB32 BB60 GG11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂に
分散されたカーボンブラックとを含む電波吸収材料にお
いて、カーボンブラックとして低ストラクチャーのカー
ボンブラックを用いたことを特徴とする電波吸収材料。
【請求項２】前記カーボンブラックは、ＡＳＴＭ規格番
号Ｄ1765-94ａで定義されるＡＳＴＭコードがＮ500以上
であることを特徴とする請求項１記載の電波吸収材料。
【請求項３】前記カーボンブラックは、平均粒子径が３
５μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の電波
吸収材料。
【請求項４】前記バインダー樹脂が、ポリオレフィン系
樹脂およびエチレン−酢酸ビニル共重合体から選択され
る1種または2種以上の混合物であることを特徴とする請
求項１ないし３記載の電波吸収材料。
【請求項５】少なくとも１層の電波吸収層を備えた電波
吸収体であって、前記電波吸収層は、請求項１ないし４
いずれか１項記載の電波吸収材料からなることを特徴と
する電波吸収体。
【請求項６】請求項５記載の電波吸収体であって、電波
が入射される面と反対の面に電波を反射する反射層を有
することを特徴とする電波吸収体。