JP2003234594A - 高性能な電磁波吸収体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軟磁性材料の粉末をゴムまたはプラスチック
からなるマトリクス中に分散させてシート状に成形して
なり、電磁波吸収体として役立つ複合シート材料におい
て、高い透磁率を有し、従って電磁波吸収性能がすぐれ
たものを提供すること。 【解決手段】 軟磁性材料であって、粉末としたときの
硬さにおいてＨｍｖで２００以上の差のある、硬い合金
粉末と、柔らかい合金粉末とを混合し、マトリクス材料
に混練し、シート状に圧延したものが、異種の軟磁性合
金粉末の組み合わせによる相乗効果を示す。硬い合金粉
末としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の粉末またはＦｅ−
Ｓｉ合金の粉末を、柔らかい合金粉末としてはＦｅ−Ｎ
ｉ合金の粉末を選択し、ほぼ等量づつ配合するとよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性材料の粉末
をゴムまたはプラスチックからなるマトリクス中に分散
させて構成した電磁波吸収体、とくにシート状に成形し
てなる電磁波吸収体の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電子機器におけるノイズ抑制を目的
とする電磁波吸収体として、軟磁性材料の粉末をゴムま
たはプラスチックからなるマトリクス中に分散させ、通
常はシート状に成形してなる電磁波吸収シートが開発さ
れ、実用されている。ノイズ電磁波は、他の電子機器に
影響するだけでなく、その電子機器自身の動作を不安定
にさせるものでもあり、抑制が必要である。

【０００３】とくに近年の電子機器は、いわゆる高クロ
ック化、すなわち使用する周波数がより高周波の側に移
行する傾向にあり、それに伴って、外部へ放射されるノ
イズ電磁波の強度が増し、かつ、より広範囲の周波数成
分を含むようになる。このことは、機器の筐体にある小
さな隙間や、短い配線からもノイズ電磁波が洩れる結果
を招くから、対策を強化する必要がある。一方で、電子
機器は小型化・高密度化される傾向にあり、配線基板間
の干渉を防ぐことは容易でない。

【０００４】ノイズ電磁波の抑制策としては、まず、設
計され組立てられた電子機器の筐体の内側に導電性塗料
を塗ったり、金属をメッキしたり、導体の蒸着を施した
りすることが行なわれる。しかし、導電性のある材料は
電磁波を反射するだけで吸収しないから、ノイズ電磁波
が発生源に舞い戻って悪影響を与え、かえって不都合な
ことがある。このような現象は、金属の板、箔、繊維を
編んだシートなどをシールド材料とした場合に、共通に
みられる。

【０００５】いまひとつの対策は、軟磁性材料の粉末
を、ゴムまたはプラスチックのマトリクス中に分散させ
てシート状に成形した複合材料である、電磁波吸収シー
トを使用することである。この種の電磁波吸収シートは
ノイズ電磁波を反射せず、吸収して内部で熱に変換する
はたらきがあり、電磁波の反射に伴う問題がほぼ解決さ
れる。

【０００６】このようなシートの電磁波吸収性能に最も
大きな影響を与えるのは、シートの透磁率μの大小であ
る。よく知られているように、透磁率μには実数部分
μ’と虚数部分μ”とがあり、高い電磁波吸収性能を得
るためには、実数部分も虚数部分もともに高くすること
が必要であるが、一般に、実数部分が大きくなるように
すれば、虚数部分も大きな値になる。シートの透磁率を
高めるには、シートの保磁力を極力低くしなければなら
ない。それには、軟磁性材料として、保磁力が低いもの
を選択すべきことはいうまでもない。

【０００７】ところが、保磁力が低い軟磁性材料の粉末
を使用したにもかかわらず、シートとしたときに保磁力
が高まってしまうことが多い。この原因は、加工過程
で、すなわち軟磁性材料の粉末をマトリクス材料と混練
するときや、混練した材料をシートに圧延するときに、
軟磁性材料の粉末に応力が加わることにある。そこで、
応力をできるだけ加えないでシートに加工する方策が、
試みられている。

【０００８】しかし、現実の問題として、在来の混練−
圧延法はシート製造技術として捨てがたいものがあり、
この加工法を前提に、応力がもたらす軟磁性材料の粉末
の歪みに起因する保磁力の増大、すなわち透磁率の低下
を、極力抑えることが望ましい。ところで、応力に起因
する歪みの程度、言い換えれば歪みに対する感受性に関
して、常用されている軟磁性材料の粉末の間で、軟磁性
合金の種類によって差があることがわかった。具体的に
は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金やＦｅ−Ｓｉ合金は歪みに対
して比較的鈍感であり、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−
Ｍｏ合金は比較的敏感である。この感受性の差は、合金
の硬さに関係があり、硬い合金の粉末は感受性が低く、
柔らかい合金の粉末は高いといえる。

【０００９】複合シートの電磁波吸収性能は、結局のと
ころ、マトリクス中に分散させる軟磁性材料の粉末がも
つ磁気特性によって決定されるところ、従来は、もっぱ
ら単独の軟磁性材料の粉末をマトリクス材料に混合した
複合シートしか製造されていなかった。発明者らは、上
記した、軟磁性材料の粉末が合金の種類によって歪みに
対する感受性に差があるという事実に着目し、異種の、
すなわち磁気特性が異なる複数の軟磁性材料の粉末を混
合して複合シートを製造したときに、シートが示す電磁
波吸収体としての性能を調べた結果、当初予想された、
軟磁性材料の特性が加成的ないし平均的に現れた性能で
なく、相乗的な効果が得られる場合があることを見出し
た。さらに発明者らは、そのような相乗的な効果は、軟
磁性材料の粉末が示す硬さに大きな差がある異種の軟磁
性合金を組み合わせた場合に、確実に得られることを突
き止めた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した発明者らの新しい知見を活用して、軟磁性材料の粉
末をゴムまたはプラスチックからなるマトリクス中に分
散させてシート状に成形してなる複合シート材料におい
て、軟磁性材料の粉末を複数種類組み合わせて使用する
ことにより、そのどちらを単独で使用した場合よりも電
磁波吸収性能がすぐれた複合シートの形態をした、高性
能な電磁波吸収体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の高性能な電磁波吸収体は、軟磁性合金の粉末をゴ
ムまたはプラスチックからなるマトリクス中に分散させ
てなる電磁波吸収体において、合金組成を異にする２種
以上の軟磁性合金の粉末を混合して使用したことを特徴
とする。

【００１２】

【発明の実施形態】前述のように、本発明の電磁波吸収
体における異種の軟磁性合金の粉末を混合使用した場合
に、その相乗的な効果が確実に得られるのは、２種以上
の軟磁性合金の粉末が、シートに加工する前の硬さに大
きな差を示す場合であり、「大きな差」とは、具体的に
は、Ｈｍｖにして２００以上の差があることを意味す
る。

【００１３】そのような硬さの差を実現するには、いう
までもなく、なるべく硬い粉末となるべく軟らかい粉末
とを組み合わせることであり。常用の軟磁性合金におい
て相対的に硬いものは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（Ｈｍｖ
６００）およびＦｅ−Ｓｉ合金（Ｈｍｖ４５０）である
から、これらの粉末を、一方の材料として使用し、相手
に相対的に軟らかい軟磁性合金の粉末を使用することが
推奨される。

【００１４】これに対し、相対的に柔らかいものの代表
は、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｈｍｖ２００）であるから、これ
を一方の材料として使用し、相手に相対的に硬い軟磁性
合金の粉末を使用することもまた、推奨される。両者を
組み合わせた、すなわち、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金または
Ｆｅ−Ｓｉ合金と、Ｆｅ−Ｎｉ合金とを組み合わせた態
様は、もちろん好ましい。

【００１５】相対的に硬い軟磁性合金の粉末と、相対的
に軟らかい軟磁性合金の粉末との混合割合は、両方をほ
ぼ等量ずつにしたときに、相乗効果は最も高く得られ、
一方が他方に対して圧倒的に多量であると、相乗効果は
低い。上記の好ましい組み合わせについていえば、実用
上有意義な混合割合は、重量にして、つぎのとおりであ
る。 Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金：Ｆｅ−Ｎｉ合金＝２５：７５〜
７５：２５ Ｆｅ−Ｓｉ合金：Ｆｅ−Ｎｉ合金＝３０：７０〜７０：
３０

【００１６】前述のように、本発明の電磁波吸収体中に
分散させる軟磁性材料の粉末としては、扁平度が１０以
上であるフレーク状の粉末を使用することが好ましい。
少なくとも一方が十分な扁平度を有していれば意味があ
るが、両方が十分な扁平度を有することが、より好まし
い。粉末が扁平であることにより、複合シートの電磁波
吸収体性能が高く得られる。

【００１７】ここで、「扁平度」の値は、つぎのように
定義され、測定される。まず、図１に示した形状の軟磁
性材料の粉末を面方向からＳＥＭ観察し、長軸Ｌと短軸
Ｓとを測定して、その平均値（Ｌ＋Ｓ）／２を平均径Ｌ
_ａとする。つぎに、粉末を樹脂に埋め込んで研磨し、粉
末の厚さ方向を光学顕微鏡で観察して最大厚さｄ_maxと
最小厚さｄ_minとを求め、その平均値（ｄ_max＋ｄ_min）
／２を平均の厚さｄ_ａとする。Ｌ_ａ／ｄ_ａの値が、その
フレーク状粉末の扁平度である。

【００１８】使用する軟磁性材料の粉末としては、それ
自体の保磁力が低いものが好ましいことはいうまでもな
い。そのような観点から好適な材料は、上記したＦｅ−
Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金
の粉末である。粉末の製造法は、溶湯噴霧法が有利であ
る。粉末の酸素含有量が高まると、保磁力も高くなって
しまうから、酸素の混入を極力防ぐことが必要であり、
噴霧は窒素、アルゴンなどの酸素を含まないガスを用い
て行ない、粉末製造後も、空気を遮断しておくことが望
ましい。

【００１９】上記したガス噴霧法により得た粉末は、ほ
ぼ球形の粉末であるから、これをアトライタまたはボー
ルミルにより処理して、扁平な粉末を得る。高い扁平度
を実現するには、ある長さの時間にわたって処理するこ
とが必要であるが、あまり長い時間処理しても、かえっ
て扁平度が低下する傾向がある。これは、扁平になった
粉末が切断され細分化されるためと考えられる。したが
って、扁平化処理にはある最適な時間が存在する。最適
時間は、合金の硬さなどの因子によって多少異なる。

【００２０】高い透磁率をもたらす低い保磁力を実現す
るためには、粉末を焼鈍処理することが効果的である。
上記合金の粉末を適切な条件で熱処理することにより、
粉末として２Ｏｅ以下、さらには１．５Ｏｅ以下の保磁
力を実現することが容易である。焼鈍は、粉末が焼結す
るに至らない限度で、高い温度で行なうことにより、そ
の効果が高まる。通常は、前記の好適な軟磁性材料の粉
末に関して、８００℃程度の温度で、アルゴンガス雰囲
気中、１〜２時間の加熱を行なうのが適切である。

【００２１】軟磁性材料の粉末を分散させるマトリクス
の材料としては、従来からこの種の複合シートの製造に
用いられて来たものが任意に選択できるが、とくに、塩
素化ポリエチレン、アクリル系ゴムまたはエチレンアク
リルゴムが好適である。

【００２２】本発明に従って、異種の、とくに粉末とし
ての硬さに大きな差のある軟磁性材料粉末を組み合わせ
てマトリクス材料中に分散させた電磁波吸収体が、相乗
効果を発揮する理由は、発明者らも十分解明するに至っ
ていないが、前記したように、硬い軟磁性合金の粉末は
加工過程で歪みにくく、それが柔らかい軟磁性合金の粉
末がと共存することにより、後者が加工により歪むこと
を緩和することにあると考えている。

【００２３】

【実施例】下記３種の軟磁性合金の溶湯を窒素ガスで噴
霧して、粉末を得た。それらの粉末をアトライタに入
れ、それぞれ記載した時間にわたって扁平化処理した。 Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金 ２４時間 Ｆｅ−Ｓｉ合金 １５時間 Ｆｅ−Ｎｉ合金 ８時間 アトライタ処理における配合は、つぎのとおりである。 粉末量：１．８kg 媒 体：１．８Ｌ（トルエン） ボール：１８kg（ＳＵＪ２ 径４．８mm） 潤滑剤：１８ｇ（ステアリン酸亜鉛）

【００２４】得られた扁平粉末を、アルゴンガス雰囲気
下に、８００℃で２時間、焼鈍処理した。粉末の硬さを
マイクロビッカース硬度計で測定し、扁平度を、前記の
方法で測定した。３種の粉末の硬さおよび扁平度は、そ
れぞれ下記のとおりである。

【００２５】トルエン３００重量部に塩素化ポリエチレ
ンを１０重量部投入して溶液を用意し、この溶液と、上
記３種の扁平粉を、とまたはとの組み合わせ
で、重量割合にして、２５：７５，５０：５０または７
５：２５の比で混合した混合粉を用意し、各混合粉の９
０重量部を上記の溶液３１０重量部に投入して撹拌し、
塗料を製造した。この塗料を、ドクターブレードを用い
て塗膜とした。塗装に当たって、乾燥後に得られるシー
トの厚さが０．１mmとなるように、ブレード間隙を調節
した。乾燥後、軟磁性金属粉末の配向性を高めるため、
温度１３０℃、圧力１５ＭＰａでプレスして、複合シー
トを得た。

【００２６】得られた電磁波吸収体である複合シートに
ついて、その透磁率の実数部分および虚数部分を、つぎ
のようにして測定した。 ［透磁率の実数項］ 複合シートを外径７mm×内径３mm
のリングに打ち抜いて１２ターンの巻き線を施した試験
片をつくり、アジレントテクノロジー社製のインピーダ
ンス測定器「プレシジョンインピーダンスアナライザー
ＨＰ４２９４Ａ」を用い、１０ＭＨｚにおけるインピー
ダンスにより算出した。 ［透磁率の虚数項］ 上記の試験片を対象に、やはりア
ジレントテクノロジー社製の高周波インピーダンス測定
器「ＲＦインピーダンス／マテリアルアナライザーＨＰ
４２９１Ｂ」を用いて１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲にお
いて損失項を測定し、その最大値を採用した。結果を、
表１に示す。

【００２７】Ｆｅ−Ｓｉ合金の粉末と、Ｆｅ−Ｎｉ合金
の粉末とを混合した場合（No.９〜１１）について、そ
れぞれ単独の場合（No.２およびNo.３）と比較して透磁
率の実数項および虚数項のデータが、配合割合のよって
どう変化するかを一覧するため、プロットした。それが
図２のグラフである。図２の左端の線はＦｅ−Ｓｉ合金
粉末が１００％であり、右端の線はＦｅ−Ｎｉ合金粉末
が１００％である。本来、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の透磁率
は、もっと高い値を有するが、加工過程で生じた歪みの
ために、シートの透磁率としては低い値となっている。
Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末をＦｅ−Ｓｉ合金粉末と配合するこ
とにより、どちらかを単独で使用するよりも高い透磁率
が達成できることが、このグラフからわかる。

【００２８】表 １

【００２９】

【発明の効果】本発明の高性能な電磁波吸収体は、軟磁
性材料の粉末をゴムまたはプラスチックからなるマトリ
クス中に分散させ、シート状に成形してなる電磁波吸収
体において、異種の軟磁性材料粉末、とくに粉末として
の硬さに差異のあるものを組み合わせて使用したことに
より、どちらか一方を単独で使用した場合よりも、透磁
率が、実数項および損失項の両方において高いシート、
従って電磁波吸収性能がより高いシートが得られる。本
発明により、ニーダ混練−カレンダ圧延という、シート
形成手段として確立された、しかし軟磁性材料粉末が本
来有する透磁率をどうしても減殺する成形方法を利用し
ながらも、電磁波吸収体の性能を、向上させることがで
きた。

【００３０】このようにして高性能を示す本発明の電磁
波吸収体は、携帯電話、デジタルカメラ、ＣＤ−ＲＷな
どの電子機器において、筐体やケーブル、またＩＣその
他の部品からの輻射ノイズの抑制、ケーブルや基板にお
ける伝導ノイズの防止、発振される電波の乱反射の防止
など、広い用途に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で使用する軟磁性材料の粉末がもつべ
き「扁平度」の定義を説明する図面。

【図２】 本発明の実施例のデータであって、Ｆｅ−Ｓ
ｉ合金粉末とＦｅ−Ｎｉ合金粉末とを混合使用して製造
した電磁波吸収体において、透磁率の実数項および虚数
項が、粉末の混合割合によって変化する模様を示したグ
ラフ。

【符号の説明】

Ｌ 長軸 Ｓ 短軸 ｄ_min 最小厚さ
ｄ_max 最大厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 喜代志 愛知県名古屋市港区竜宮町10番地 大同特 殊鋼株式会社築地工場内 (72)発明者 矢萩 慎一郎 愛知県名古屋市港区竜宮町10番地 大同特 殊鋼株式会社築地工場内 Ｆターム(参考） 5E040 AA11 CA13 5E041 AA04 BB03 CA06 HB19 5E321 BB32 BB53 GG05 GH10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟磁性合金の粉末をゴムまたはプラスチ
   ックからなるマトリクス中に分散させてなる電磁波吸収
   体において、合金組成を異にする２種以上の軟磁性合金
   の粉末を混合して使用したことを特徴とする高性能な電
   磁波吸収体。
2. 【請求項２】 ２種以上の軟磁性合金の粉末として、シ
   ートに加工する前の粉末の硬さに、Ｈｍｖにして２００
   以上の差がある２種の合金の粉末を組み合わせて使用し
   た請求項１の電磁波吸収体。
3. 【請求項３】 ２種以上の軟磁性合金の粉末として、そ
   の一方にＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金またはＦｅ−Ｓｉ合金の
   粉末を使用した請求項１または２の電磁波吸収体。
4. 【請求項４】 ２種以上の軟磁性合金の粉末として、そ
   の一方にＦｅ−Ｎｉ合金の粉末を使用した請求項１また
   は２の電磁波吸収体。
5. 【請求項５】 ２種以上の軟磁性合金の粉末として、そ
   の少なくとも一方に扁平度１０以上のフレーク状粉末を
   使用した請求項１または２の電磁波吸収体。
6. 【請求項６】 マトリクス材料として、塩素化ポリエチ
   レン、アクリルゴムまたはエチレンアクリルゴムを使用
   した請求項１または２の電磁波吸収体。
7. 【請求項７】 適宜の難燃剤を添加して難燃化処理した
   請求項１ないし６のいずれかの電磁波吸収体。