JP2005197307A

JP2005197307A - 立体型電磁波吸収材

Info

Publication number: JP2005197307A
Application number: JP2003435787A
Authority: JP
Inventors: Hajime Miseki; 元三関
Original assignee: Nippon Muki Co Ltd
Current assignee: Nippon Muki Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】本発明は、電磁波損失材料の付着量の調整が比較的容易となる低密度の多孔質板を使用して、単一層で電磁波損失材料の付着勾配を形成できるようにし、単一層で良好な電磁波吸収特性を有する中空型の立体型電磁波吸収材を提供すること目的とする。
【解決手段】本発明の立体型電磁波吸収材は、密度が３２ｋｇ／ｍ³以下の多孔質板に、その厚さ方向において入射側の付着量が少なくなるような付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させて電磁波吸収層を構成し、この電磁波吸収層を所望の立体形状を保つための保持部材に保持させたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電波暗室などに使用される電磁波吸収材に関し、特に、立体型電磁波吸収材に関する。

従来、電波暗室では、カーボン含有の立体型電磁波吸収材が使用されている。前記立体型電磁波吸収材の形状としては、ピラミッド形状や楔形状がある。このような形状とするのは、吸収対象とする周波数の広帯域化を目的としている。即ち、空間を伝わってくる電磁波を高率良く吸収するためには、入射した電磁波を表面部で反射しないように、表面部の電磁波損失材料を少なくし、深層部に伝わるに従って電磁波損失材料が多くなる構造が望ましい。電磁波吸収材をピラミッド形状や楔形状にすると、ピラミッド形状の電磁波吸収材の先端部から奥に行くにつれて徐々に断面積が増加するため、表面部から奥に行くに従って電磁波損失材料が見かけ上徐々に増えていくようになり、入射面での電磁波の反射を低減することができる。また、電磁波吸収材をピラミッド形状等の多面的な立体型とすることにより、特定方向への反射を抑えて、入射した電磁波の拡散効果も有している。
また、電磁波吸収材の形状を立体型とするだけでなく、カーボン等の電磁波損失材料の付着勾配を付けることで、表面での電磁波の反射を低減し、周波数の広帯域化や、高性能の吸収特性を実現できる。
また、特にＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）用の電波暗室等に使用される立体型電磁波吸収材は、電磁波吸収材の裏面側にフェライトが設置されるため、このフェライトとのマッチング性を考慮して、中空型の電磁波吸収材が使用されることが多い。これは充填型の立体型電磁波吸収材では、フェライトで吸収させる低周波域の電磁波を電磁波吸収材に担持されている電磁波損失材料で反射してしまうため、低周波域の電磁波がフェライトまで到達せず、電磁波吸収特性を低下させてしまう場合があるからである。このため、前記中空型の電磁波吸収材を用いて、電磁波の反射を低減し、入射された低周波域の電磁波を立体型電磁波吸収材の内部を透過させて、立体型電磁波吸収材の裏面側に設置したフェライトまで、低周波域の電磁波を到達させて電磁波吸収特性を向上させるようにしている。

このような中空型の立体型電磁波吸収材としては、例えば、特許文献１に、不燃性の基材の所定部位に、電磁波吸収性のガラス短繊維からなる不燃材を固着し、前記基材を折り曲げて組立可能とした電磁波吸収体組立用部材が提案されている。
また、特許文献２には、入射した電磁波の表面での散乱を低減させるため、インピーダンスが外部自由空間に近い低誘電率の誘電体を使用し、内側層に入射した電磁エネルギーを大きく減衰させるための高損失で高誘電率の誘電体を使用した誘電率の異なる多層を積層した多層構造の電磁波吸収材を配設した中空多角錘型電磁波吸収材体が提案されている。
特開２０００−１１４７７４号公報特開平３−６９１９７号公報

しかしながら、特許文献１の電磁波吸収体組立用部材は、ガラス短繊維等からなる不燃性材に電磁波損失材料を浸透付着させ、該不燃性材を基材の表面に固着しているだけであるため、電磁波吸収性を有する不燃性材の表面部と深層部において電磁波損失材料の付着勾配を有しておらず、入射面側から１ＧＨｚ以上の周波数の電磁波が入射すると、該電磁波を表面部で反射してしまい、十分な吸収特性を有さないという不都合があった。また、特許文献２のように、誘電率の異なる誘電体を積層した多層構造の電磁波吸収材を用いると、各積層界面でインピーダンスが変化して微妙に入射した電磁波を反射してしまい、やはり十分な吸収特性を示さないという不都合があった。また、特許文献２のように、誘電率の異なる誘電体を積層した多層構造の電磁波吸収材を形成するのは、製品製作の作業効率が悪く、コスト的に不利であるという問題があった。
そこで、本発明は、電磁波損失材料の付着量の調整が比較的容易となる低密度の多孔質板を使用して、単一層で電磁波損失材料の付着勾配を形成できるようにし、単一層で良好な電磁波吸収特性を有する中空型の立体型電磁波吸収材を提供すること目的とする。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、本発明の立体型電磁波吸収材は、請求項１記載のとおり、密度が３２ｋｇ／ｍ³以下の多孔質板に、その厚さ方向において入射側の付着量が少なくなるような付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させて電磁波吸収層を構成し、この電磁波吸収層を所望の立体形状を保つための保持部材に保持させたことを特徴とする
また、請求項２記載の立体型電磁波吸収材は、請求項１記載の立体型電磁波吸収材において、前記多孔質板がカール状のガラス長繊維からなることを特徴とする。
また、請求項３記載の立体型電磁波吸収材は、請求項１又は２記載の立体型電磁波吸収材において、前記保持部材が多孔質材からなることを特徴とする。
また、請求項４記載の立体型電磁波吸収材は、請求項３記載の立体型電磁波吸収材において、前記多孔質材が無機質繊維からなることを特徴とする。
また、請求項５記載の立体型電磁波吸収材は、請求項１乃至４のいずれかに記載の立体型電磁波吸収材において、前記電磁波吸収層の電磁波入射面側に仕上材を積層させたことを特徴とする。

このように本発明の立体型電磁波吸収材は、電磁波吸収層に低密度の多孔質板を使用することで、単一層である電磁波吸収層に容易に厚さ方向に連続した付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させることが可能となり、付着量の少ない側を入射側に配設することにより、入射された電磁波の電磁波吸収層での反射を低減し、吸収する電磁波の広帯域化を図り、マイクロ波帯域で良好な電磁波吸収特性を有する立体型電磁波吸収材を提供することができる。また、本発明の立体型電磁波吸収材は、前記多孔質板からなる前記電磁波吸収層を保持部材に保持させたため、所望の立体形状を維持することができる。
また、本発明の立体型電磁波吸収材は、電磁波損失材料を付着する多孔質板をカール状のガラス長繊維から形成するようにした場合、前記ガラス長繊維の繊維径を一定にすることができるため、品質を安定化することができ、更に、電磁波吸収層を軽量且つ不燃性とすることができる。
また、前記保持部材として多孔質材を用いるようにした場合、前記保持層を吸音層として電磁波吸収材に吸音性能も付加することができる。更に、前記多孔質材として無機質繊維からなるものを使用すると、前記ガラス長繊維からなる多孔質板と合わせて電磁波吸収材を不燃性とすることができる。
また、本発明の立体型電磁波吸収材は、電磁波入射面側に仕上材を積層させるようにした場合、外観を良くすることができるとともに、電磁波損失材料の飛散防止できる。

本発明の立体型電磁波吸収材は、電磁波吸収層として密度が３２ｋｇ／ｍ³以下の多孔質板を用いたため、多孔質板の空隙率が多くなり、電磁波損失材料の付着量の調整が可能となり、比較的容易に多孔質板の厚さ方向に付着勾配を付けて電磁波損失材料を付着させることができる。前記多孔質板の密度は４〜１５ｋｇ／ｍ³であることがより好ましい。
前記多孔質板の密度が３２ｋｇ／ｍ³を超えると、前記多孔質板の空隙率が低下し、電磁波損失材料の付着量を大きくすることができず、また、電磁波損失材料の付着量の調整が困難となるため、厚さ方向に所望の勾配を有するように電磁波損失材料を付着しにくいという不具合がある。
このような低密度の多孔質板としては、繊維からなる多孔質板などを用いることができるが、火災等の際の安全性を考慮して不燃性である無機質繊維からなるものを用いることが好ましく、繊維径を一定にすることができ、品質を安定化することができるためガラス長繊維からなるものを用いることがより好ましい。また、ガラス長繊維からなる多孔質板は、ガラス長繊維が断面においてカール状に積層しているものがより好ましい。このような、カール状のガラス長繊維からなる多孔質板は、低密度でありながら比較的厚さを厚く形成することが可能であり、厚さ方向に電磁波損失材料の付着勾配を付けやすい。前記ガラス長繊維が断面においてカール状に積層している多孔質板は、ノズルを左右に移動させながら連続繊維状に紡糸したガラス長繊維にバインダを吹き付けてドラムに巻き取り、巻き取ったガラス長繊維をドラムから切り出して、ガラス長繊維の配向と直交する方向に繊維を引っ張って展開することによって形成することができる。例えば、カール状のガラス長繊維からなる多孔質板として、既に自動車用電池の絶縁体や、換気扇などのフィルタとして汎用されているものを前記電磁波吸収層の基材として使用することができる。

電磁波損失材料としては、カーボンブラック、グラファイト又は金属系の微粒子などを使用することができるが、これらの電磁波損失材料を前記多孔質板に付着させる際の取扱い性やコストを勘案すると、カーボンブラック又はグラファイトを使用することが好ましい。これら電磁波損失材料を前記多孔質板に効率よく付着させるためには、カーボンブラックやグラファイトを水やアルコールに分散させた状態にして前記多孔質板に付着させることが好ましい。また、前記多孔質板に電磁波損失材料を固定させるために電磁波損失材料を分散させた水等の液にガラス等の無機系バインダや、アクリル等の有機系バインダを混合してもよい。

前記電磁波損失材料の付着方法としては、前記多孔質板を、前記電磁波損失材料を分散させた液中に浸漬させた後、前記多孔質板を取り出し、その後前記多孔質板を乾燥させて電磁波損失材料を付着させることができる。電磁波吸収材の電磁波吸収特性は、電磁波損失材料の見かけの誘電率に影響を受け、この誘電率は電磁波損失材料の付着量によって決まる。このため、電磁波損失材料を分散させた液の固形分濃度を調整することによって、前記分散液に浸漬させる多孔質板に付着する電磁波損失材料の付着量を比較的容易に調整することができ、前記多孔質板を所望の誘電率となるように形成することができる。

また、厚さ方向に付着勾配を有すように電磁波損失材料を前記多孔質板に付着させる方法の一つとしては、例えば、ガラス長繊維からなる多孔質板を用いる場合に、厚さ方向にガラス長繊維自体が密度勾配を有するように多孔質板を形成する方法が挙げられる。この方法によれば、ガラス長繊維自体が厚さ方向に密度勾配を有して多孔質板を形成しているため、ガラス長繊維の密度勾配に付随して、前記多孔質板の厚さ方向に付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させることができる。また、他の方法として、多孔質板を電磁波損失材料の分散液に浸漬した後、前記分散液から多孔質板を取り出してしばらく水平に放置し、電磁波損失材料の分散液を重力によって厚さ方向の下側に移行させることにより、前記多孔質板の厚さ方向に付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させることができる。この方法の場合、低密度のガラス長繊維からなる多孔質板を用いることにより、電磁波損失材料の分散液がスムーズに下側に移行し、比較的容易に前記多孔質板の厚さ方向に付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させることができる。

本発明の立体型電磁波吸収材は、厚さ方向に付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させた多孔質板からなる電磁波吸収層を、この電磁波吸収層の所望の立体形状を保つための保持部材に保持させて強度を向上させ、立体化している。
保持部材としては、吸音性能を付加することができるため多孔質材を用いることが好ましい。この多孔質材としては、不燃性を考慮してグラスウールやロックウール等の無機質繊維からなる板状のものを用いることが好ましい。前記保持部材は、密度が３２ｋｇ／ｍ³から９６ｋｇ／ｍ³であるとよい。前記保持部材の密度が３２ｋｇ／ｍ³未満であると、強度的に弱く、電磁波吸収材層の保持に問題があり、９６ｋｇ／ｍ³を超えると、誘電率が大きくなるため、電磁波吸収特性に影響を与えることがあるからである。

本発明の立体型電磁波吸収材の構造としては、中空型のピラミッド形状、四角錐等の多角形状、楔型形状、多波形状等が使用される。

立体型電磁波吸収材は、例えば、厚さ方向に付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させた多孔質板と、グラスウール等の板状の保持部材とを、四角錘等の所望の立体型を構成する多面体の各面の形状となるように前記多孔質板と保持部材とを加工する。即ち、ピラミッド形状の四角錘を形成する場合は、電磁波が入射する面の形状となる二等辺三角形の形状に前記多孔質材と保持部材とを加工し、前記多孔質材に保持部材を接着剤等を介して保持させて、電磁波吸収材層と保持層を形成する。そして、前記積層された多孔質板と保持部材とを互いに連結させて所望の立体型電磁波吸収材を形成する。即ち、ピラミッド形状等の四角錘を形成する場合、四つの前記二等辺三角形状に形成され、接着剤等により積層された多孔質板と保持部材とを互いに四角錘を構成するように連結させるとともに、四角錘の底面となる一つの四角形状に形成した部材を連結させて立体化させ、ピラミッド形状の電磁波吸収材を形成することができる。
この時、電磁波損失材料の付着勾配を有する電磁波吸収層は、電磁波損失材料の付着が少ない面を電磁波の入射面とする。電磁波の入射面側から、電磁波吸収層、保持層の順に積層した場合は、電磁波は電磁波吸収層で吸収され、音波は低密度の電磁波吸収層を通過して、前記電磁波吸収層の裏側の保持層で吸収される。また電磁波入射面側から、保持層、電磁波吸収層の順に積層した場合は、電磁波は保持層を通過して、次層の電磁波吸収層で吸収され、音波は保持層で吸収される。尚、グラスウールなどの無機質繊維からなる多孔質材は、密度が９６ｋｇ／ｍ³以下であれば、誘電率が１に近いので、電磁波は通過する。

更に、電磁波吸収材層又は保持層の表面に外観の向上や、電磁波損失材料の飛散防止を目的として、仕上材を積層することが好ましい。仕上材としては、電磁波や音波を通過させる材料である必要があり、誘電率が２以下であり、通気性のある材料を選定する。このような材料としては、ポリエステル系の不織布や、ガラス繊維からなるクロスやペーパー等を用いることができるが、不燃性を考慮すると、ガラス繊維からなるクロスやペーパーを用いることが好ましい。

次に本発明の立体型電磁波吸収材の実施例を図面に基づき説明する。
（実施例）
図１（ａ）は、本発明の立体型電磁波吸収材に用いる多孔質板１の全体斜視図を示すもので、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図である。前記多孔質板１は、寸法６００ｍｍ×６００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、密度４.８ｋｇ／ｍ³、重量５０ｇであり、平均繊維径２０μｍのガラス長繊維を断面においてカール状に積層させたものである。尚、この多孔質板１は、日本無機（株）製のコスモ（登録商標）フィルタを用いており、前記フィルタは、一般的には換気扇用フィルタとして使用されているものである。
次に、前記多孔質板１を、重量比で、水：グラファイト：水ガラス：アンモニア水をそれぞれ９５：３：１：１の割合で混同した分散液に浸漬した後、多孔質板１を取り出して、多孔質板１を水平にして１分間放置させた。この間、前記分散液は、重力によって多孔質板１の厚さ方向の下側に徐々に移行するのが観察された。この１分間の放置後、多孔質板１を雰囲気温度が１３０℃の乾燥機内で１０分間放置して、多孔質板１の全体に電磁波損失材料であるグラファイト３を付着させた。この結果、図１（ｃ）の部分拡大図に示す通り、多孔質板１の厚さ方向に、一方の面から対向する面に向けて徐々に付着量が増えるように勾配を付けてグラファイト３が付着された。グラファイト３が付着された多孔質板２の重量は５２ｇであった。
次に、多孔質板２を電磁波吸収層として、立体型電磁波吸収材を形成する工程を説明する。
図２（ａ）に示す通り、前記多孔質板２を底辺が３００ｍｍ、高さが６００ｍｍの二等辺三角形の電磁波吸収層用構造体４’に加工し、これを四枚準備した。
次に、厚さ１２ｍｍ、密度９６ｋｇ／ｍ³の保持部材を構成する多孔質材であるグラスウール板を準備し、底辺が２６０ｍｍ、高さが５１０ｍｍの二等辺三角形の保持層用構造体５’に加工し、これも同様に四枚準備した。
この電磁波吸収層用構造体４’と保持層用構造体５’をゴム系の接着剤を介して積層して固定し、電磁波吸収層４と保持層５からなる積層板６を四組準備した。積層板６は、電磁波吸収層用構造体４’のカーボン付着量が大きい側の面を保持層用構造体５に固定している。
次に、図２（ｂ）に示す通り、ガラス短繊維を抄紙した厚さ０.５ｍｍｍの不燃紙７を仕上材として準備し、底辺が３００ｍｍ、高さが６００ｍｍの二等辺三角形が四枚連なった扇状に加工し、両端部を接着固定して、高さが５８０ｍｍのピラミッド形状体８を形成した。
そして、積層板６の四枚を、電磁波吸収４層が不燃紙７側となるように、積層板６の四枚をピラミッド形状体８の内側面にゴム系の接着剤で固定し、最後に２７０ｍｍ×２７９ｍｍの厚さ１２ｍｍ、密度９６ｋｇ／ｍ³の正方形状のグラスウール板９をピラミッド形状体８の底面部に固定してピラミッド形状の立体型電磁波吸収材１０を完成した。
本発明の立体型電磁波吸収材１０は、図３（ａ）の断面図及び図３（ｂ）の図３（ａ）の部分拡大断面図に示す通り、電磁波入射面側から、不燃紙７、電磁波吸収層４、保持層５の順に配設した構成となっている。

（比較例）
実施例１と同様の多孔質板を準備し、実施例同様にグラファイト分散液に浸漬させた。その後、前記多孔質板を前記分散液から取り出した後放置せずに直ぐに乾燥機に投入してグラファイトを付着させた。このようにして得られた電磁波損失材料が付着勾配を有していない多孔質板を用いたこと以外は、実施例１と同様に、ピラミッド形状の立体型電磁波吸収材１０を完成した。

次に、前記実施例と比較例の電磁波吸収特性を試験した。
電磁波吸収特性の試験方法は、図５に示した測定系により測定した。図５（ａ）は、サンプルを設置していない測定系を示し、送信用ホーンアンテナ１６から電磁波１１が送信され、該電磁波はレンズ１２を通過することで平面波１３となって、完全反射板１４に到達し、完全反射板１４で反射されて、反射された平面波が再びレンズ１２を通過して受信用ホーンアンテナ１７で受信されるようにしたものである。一方、図５（ｂ）はサンプル１５を設置した測定系を示し、完全反射板１４の手前に測定したいサンプル１５を設置すると、送信用ホーンアンテナ１６から送信された電磁波１１はサンプル１５に吸収され、吸収されなかった電磁波１１が完全反射板１４に到達して反射され、再びサンプル１５を通って受信用ホーンアンテナ１７で受信されるようにしたものである。受信用ホーンアンテナ１７で受信されたサンプルがないときの受信レベルをａとし、サンプルがあるときの受信レベルをｂとした場合、次の（１）式により、前記サンプルの電磁波吸収量ｃ（ｄＢ）として測定する。
ｃ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ（ａ／ｂ）（１）

前記方法で実施例と比較例の立体型電磁波吸収材を試験した結果を、図４に示す。
上記測定方法で測定した結果、図４に示すように、１ＧＨｚを超えるマイクロ波帯域で、実施例の電磁波吸収材は、比較例の電磁波吸収材と比べて、電磁波吸収特定が数ｄＢ程度向上しており、単一層で電磁波損失材料の付着勾配を有する電磁波吸収材は、優れた電磁波吸収特性を発揮することが確認できた。

（ａ）本発明のガラス長繊維多孔質板の全体斜視図、（ｂ）前記（ａ）の部分拡大断面図、（ｃ）前記（ａ）の部分拡大断面図（ａ）本発明の立体型電磁波吸収材の加工状態を示す全体斜視図、（ｂ）本発明の仕上材の形状を示す全体斜視図（ａ）本発明の立体型電磁波吸収材の断面図、（ｂ）（ａ）の部分拡大断面図実施例と比較例の立体型電磁波吸収材の電磁波吸収特性電磁波吸収特性の試験方法の測定系を示す図

符号の説明

１多孔質板
２グラファイトを付着した多孔質板
３グラファイト
４’ 電磁波吸収層用構造体
４電磁波吸収層
５’ 保持層用構造体
５保持層
６積層板
７不燃紙
８ピラミッド形状体
９ガラスウール板
１０立体型電磁波吸収材
１１電磁波
１２レンズ
１３平面波
１４完全反射板
１５サンプル
１６送信用ホーンアンテナ
１７受信用ホーンアンテナ

Claims

密度が３２ｋｇ／ｍ³以下の多孔質板に、その厚さ方向において入射側の付着量が少なくなるような付着勾配を有するように電磁波損失材料を付着させて電磁波吸収層を構成し、この電磁波吸収層を所望の立体形状を保つための保持部材に保持させたことを特徴とする立体型電磁波吸収材。
前記多孔質板がカール状のガラス長繊維からなることを特徴とする請求項１記載の立体型電磁波吸収材。
前記保持部材が多孔質材からなることを特徴とする請求項１又は２記載の立体型電磁波吸収材。
前記多孔質材が無機質繊維からなることを特徴とする請求項３に記載の立体型電磁波吸収材。
電磁波入射面側に仕上材を積層させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立体型電磁波吸収材。