JP2005209686A

JP2005209686A - 電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2005209686A
Application number: JP2004011597A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yamamoto; 進山本; Satoru Ogino; 哲荻野
Original assignee: Microwave Absorbers Inc
Current assignee: Microwave Absorbers Inc
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】電磁波の吸収性能を十分に向上させることができる電磁波吸収体を提供すること。
【解決手段】パーロマイ等の高透磁性合金粉と塩素化ポリエチレン等の熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又はパーロマイ等の高透磁性合金粉とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれ形成され、かつ周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域における複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値である。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子機器等に設置されて、その電子部品から放出され、もしくは外部から電子部品に入り込む電磁波を吸収するのに用いられる電磁波吸収体に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話端末、デジタルムービーカメラ等の携帯情報端末用電子機器に対して情報処理速度の高速化が求められており、それに伴って回路を動作させるクロック周波数も高くなっている。その結果、回路モジュールや伝送路からの電磁波の輻射が起こりやすくなっている。

また、携帯情報端末用電子機器に対しては小型化も求められており、それに伴って回路の高密度実装化が図られている。その結果、回路間での信号干渉によるノイズが生じやすくなっている。

このような電磁波輻射やノイズの発生は、携帯情報端末用電子機器の周囲にある他の機器に悪影響を与えたり、携帯情報端末用電子機器の快適な使用を妨げる原因となる恐れがある。

従って、これらの機器から外部への電磁波輻射の抑制と、機器内部でのノイズの抑制は、携帯情報端末用電子機器において重要な課題である。

このような課題の解決方法の一つとして、不要電磁波の発生源の近くに、薄いシート状の電磁波吸収体を配置することがよく行われており、例えば非特許文献1には、軟磁性金属粉を含有するハロゲンを含まないポリマー中に、誘電率の高いカーボンを混入した電磁波吸収体が開示されている。

なお、このような電磁波吸収体は、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）対策シートと呼ばれている。
石黒豊、外2名、「伝送線路のノイズ対策用電波吸収体」、工業材料、2002年11月、Ｖｏｌ.50、Ｎｏ.12、ｐ.54−57

ところで、電磁波吸収体における電磁波の吸収量は一般に、下記式：

(上記式(1)中、
Pは、単位体積当たりの電磁波吸収エネルギー〔W/m³〕、
Eは、放射電磁波の電界強度〔V/m〕、
Hは、放射電磁波の磁界強度〔A/m〕、
ωは、電磁波の角速度(=2πf(f:周波数〔Hz〕) )〔rad/sec〕、
ε”_rは、電磁波吸収体の構成材料の複素比誘電率の虚数部、
ε_oは、真空中の誘電率〔F/m〕、
μ”_rは、電磁波吸収体の構成材料の複素比透磁率の虚数部、
μ_oは、真空中の透磁率〔A/m〕
を表す)
で表される。

上記式(1)より、角周波数ωが一定であれば、複素比透磁率の虚数部μ”、電磁波吸収体に入射される近傍磁界H、複素比誘電率の虚数部ε”及び電磁波吸収体に入射される近傍磁界Eの大きさが電波吸収量Pの増加に寄与する。ところが、電磁波吸収体において、複素比透磁率の虚数部μ”、近傍磁界H、近傍電界E及び複素比誘電率の虚数部ε”が大きい方が、電磁波の吸収性能が高いと言える。このため、透磁率がそれほど大きくない電磁波吸収体においては、一般的には複素比誘電率の虚数部ε”を大きくすることが、電磁波の吸収性能を高める上で重要である。

しかしながら、上記非特許文献1に記載の電磁波吸収体は、比誘電率の高いカーボンを含有するものの、複素比誘電率の虚数部ε”は決して高いものではなく、電磁波の吸収性能も十分ではなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、電磁波吸収体において、電磁波の吸収性能が十分ではないという点である。

そこで、本発明者等は、種々の電磁波吸収体の複素比誘電率に着目して鋭意研究を重ねた結果、複素比誘電率の虚数部のみならず、実数部もが電磁波吸収性能の向上に寄与し得ることを見出し、本発明を完成したものである。

従って、本発明の目的は、電磁波の吸収性能を十分に向上させることができる電磁波吸収体を提供することにある。

この目的のため、本発明の請求項1に記載の電磁波吸収体は、磁性粉と熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又は磁性粉と熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれ形成され、かつ周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域における複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値であることを特徴とするものである。

本発明の請求項2に記載の電磁波吸収体は、前記磁性粉がパーミンパー、イソパーム、センダスト、パーロマイ等の高透磁性合金粉であり、前記熱可塑性樹脂が塩素化ポリエチレン、ポリウレタン、ポリエステルの何れかであり、前記ゴム材料が合成ゴム又は天然ゴムであり、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂の何れかであることを特徴とするものである。

本発明の請求項3に記載の電磁波吸収体は、前記磁性粉の含有率が60〜85重量％の範囲内から選ばれる含有率であることを特徴とするものである。

本発明の請求項4に記載の電磁波吸収体は、全体が薄いフィルム状又はシート状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の請求項5に記載の電磁波吸収体は、周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域における複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値を有し、かつ磁性粉と熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又は磁性粉と熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれシート状に形成された電磁波吸収体と、該電磁波吸収体シートのいずれか一方の面に設けられた電磁波を反射する金属箔等の反射層から成ることを特徴とするものである。

本発明に係る電磁波吸収体によれば、電磁波の吸収性能を十分に向上させることができるが、これは、複素比誘電率の虚数部が電磁波の吸収性能の向上に寄与することに加え、複素比誘電率の実数部が主として以下の二つの理由により電磁波の吸収性能の向上に寄与するためと考えられる。

即ち、一つの理由は、複素比誘電率の実数部が100以上であることにより、電磁波吸収体において、電磁波について十分な波長短縮効果が得られ、電磁波吸収体の厚さを増大させる場合と同様に近傍電界の吸収量が大きく増加することであり、もう一つの理由は、原理は明らかではないが、実数部が大きくなることにより、電磁波吸収体に入射される近傍電界の強度が増大することであると考えられる。

なお、複素比誘電率の実数部が100未満では、虚数部を十分に増大させても、電磁波の吸収性能を向上させることが困難となり、複素比誘電率の虚数部が20未満では、実数部を十分に増大させても、電磁波の吸収性能を向上させることが困難である。

又、本発明に係る電磁波吸収体によれば、複素比透磁率の虚数部が小さい場合、例えば10以下である場合であっても、複素比誘電率の虚数部が十分に高いため、十分高い電磁波吸収性能を得ることができる。

このように、本発明に係る電磁波吸収体によれば、電磁波の吸収性能を十分に向上させることができる。

以下に図面を参照して、本願に係る発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明に係る電磁波吸収体の一例を示す一部省略の斜視図、図2は、種々の電磁波吸収体についての複素比誘電率の実数部、虚部及び電磁波吸収量間の関係を示すグラフ、図3は、実施例1における電磁波吸収体フィルムの電磁波吸収性能を測定するときの形態を示す平面図、図4は、図3の4-4線に沿った断面図、図5は、本発明の他例を示す一部省略の断面図である。

図1において、本電磁波吸収体1は、誘電損失及び磁性損失を併せ持つものであり、全体薄いフィルム状又はシート状に形成されている。そして、電磁波吸収体1においては、0.2〜6GHzの周波数における複素比誘電率の実数部が100以上であり、かつ虚数部が20以上となっている。

電磁波吸収体1によれば、上記範囲の周波数において、複素比誘電率の虚数部が20以上で、かつ実数部が100以上であることにより、電磁波の吸収性能を十分に向上させることができる。このことは、図2からも明らかである。

図2は、2.5GHzの周波数で種々の複素比誘電率を有する厚さ0.1mmの電磁波吸収体(μ’_r=5、μ”_r=4)について、複素比誘電率の実数部ε’_r 、虚数部ε”_r及び電磁波吸収量の関係を示すグラフである。図2に示すように、複素比誘電率の実数部ε’_rが100未満の場合、虚数部ε”_rをいくら増大させても、電磁波吸収量を15dBにすることが困難であることが分かる。
このことは、ε’_r=100の直線が、ε”_rをいくら増大させても、電磁波吸収量15dBの曲線と交差しないことが明らかである。

一方、複素比誘電率の虚数部ε”_rが20未満の場合、実数部ε’_rをいくら増大させても、電磁波吸収量を15dBにすることが困難であることが分かる。
このことは、ε”_r=20の直線が、ε’_rをいくら増大させても、電磁波吸収量15dBの曲線と交差しないことから明らかである。

これに対し、複素比誘電率の実数部ε’_rが100以上で、かつ虚数部ε”_rが20以上である場合には、電磁波吸収量を15dBにすること、即ち電磁波吸収性能を十分に向上させることが可能であることが分かる。

このように電磁波吸収性能を十分に向上させることができるのは、複素比誘電率の虚数部が電磁波吸収性能の向上に寄与することに加え、複素比誘電率の実数部が以下の理由により電磁波吸収性能の向上に寄与するためと考えられる。

即ち、この理由は、誘電体である電磁波吸収体1の波長短縮効果によるものである。つまり、電磁波吸収体1内では空気中の場合に比べて波長がε’_r ^-1/2に短縮される。

一方、近傍電磁界の吸収率は、電磁波吸収体1の厚さが増せば増大する。したがって、電磁波吸収体1において、複素比誘電率の実数部が大きくなるということは、電磁波吸収体1の厚さが増大することと等価となり、電磁波の吸収性能が向上することを意味する。

電磁波吸収体1は、周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域において複素比誘電率の実数部が100以上であり、かつ、複素比誘電率の虚数部が20以上である限り特に限定されないが、複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値であることが好ましい。

電磁波吸収体1は、磁性粉と熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又は磁性粉と熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれ形成されている。

このような磁性粉としては、例えばパーミンパー、イソパーム、センダスト、パーロマイ等の高透磁性合金粉が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、塩素化ポリエチレン、ポリウレタン、ポリエステル等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

又、ゴム材料としては、EPDM、シリコーン樹脂等が挙げられる。

電磁波吸収体1は、塩素化ポリエチレンとパーマロイとの組み合わせ、ポリウレタンとパーマロイとの組み合わせで形成され、磁性粉の含有率は60〜85重量％であることが好ましく、磁性粉の含有率が60重量％未満では電磁波吸収量が6dB以下となる傾向がある。

電磁波吸収体1は、電子部品が高密度実装された電子機器内で使用される場合には、スペース、重量、コスト等の観点から、好ましくは1mm以下の厚さ、より好ましくは0.5mm以下の厚さを有する。

電磁波吸収体1は、熱可塑性樹脂又はゴム材料中に磁性粉を混合させた混合樹脂組成物を用いて製造する場合は、金型に混合樹脂組成物を溶融状態で流し込んだ後、冷却させることにより得ることができる。

又、熱硬化性樹脂中に磁性粉を混合させた混合樹脂組成物を用いて製造する場合は、金型に混合樹脂組成物を溶融状態で流し込んだ後、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させ、冷却することによって得ることができる。

図5に示した電磁波吸収体10は、シート状に形成された上記電磁波吸収体1のいずれか一方の全面に、例えば接着剤層11を介して電磁波を反射する反射層12が貼り付けられて構成されたものである。

反射層12は、入射する電波の反射機能を有し、合金板等も用いられるが、通常は加工性の点、軽量化の観点からアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。

以下に本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

(実施例1)
塩素化ポリエチレン(塩素含量36重量％、電線グレード)とパーマロイとを加熱下に溶融混錬し、厚さ100μｍの電磁波吸収体フィルム(40mm×40mm)を作製した。このとき、パーマロイの含有率が80重量％となるようにした。

こうして得られた電磁波吸収体フィルムについて、マイクロストリップライン法を用いて電磁波の吸収性能を測定するとともに、同軸導波管法にて複素比誘電率の実数部と虚数部とを測定した。

その結果、周波数が0.2〜6GHzの高周波領域において、複素比誘電率の実数部は240〜300で、虚数部は60〜110であり、電磁波吸収量は最大で17dBであった。

なお、マイクロストリップライン法は、図3及び図4に示すように、フッ化樹脂基板20の上に形成した幅2.2mm、長さ80mm、特性インピーダンス50Ωの鋼箔から成るマイクロストリップライン21上に、測定対象となる電磁波吸収体フィルム1を絶縁薄膜シート22を介して密着させ、マイクロストリップライン21の両端子21a、21b間にネットワークアナライザ23によって交流電圧を印加し、マイクロストリップライン21の伝送特性の変化(伝送損失)を測定することによって行った。

(比較例1)
パーマロイの含有率を50重量％とした以外は実施例1と同様にして電磁波吸収体フィルムを作製した。

この比較例1について、実施例1と同様にして電磁波吸収性能を測定するとともに、複素比誘電率の実数部と虚数部とを測定した。

その結果、周波数が0.2〜6GHzの高周波領域において、複素比誘電率の実数部は80〜140で、虚数部は5〜12であり、電磁波吸収量は最大でも5dBであり、実施例1に比べて電磁波吸収量がかなり小さくなることが分かった。

(実施例2)
塩素化ポリエチレンに代えて、EPDM(ゴム材料)を用いた以外は実施例1と同様にして電磁波吸収体フィルムを作製した。

実施例2について、実施例1と同様にして電磁波吸収性能を測定するとともに、複素比誘電率の実数部と虚数部とを測定した。

その結果、周波数が0.2〜6GHzの高周波領域において、複素比誘電率の実数部は180〜250で、虚数部は45〜80であり、電磁波吸収量は最大でも16dBであった。

(比較例2)
パーマロイの含有率を90重量％とした以外は実施例1と同様にして電磁波吸収体フィルムを作製した。

この比較例2について、実施例1と同様にして電磁波吸収性能を測定するとともに、複素比誘電率の実数部と虚数部とを測定した。

その結果、周波数が0.2〜6GHzの高周波領域において、複素比誘電率の実数部は90〜150で、虚数部は8〜15であり、電磁波吸収量は最大でも5.5dBであり、実施例1に比べて電磁波吸収量がかなり小さくなることが分かった。

本発明に係る電磁波吸収体の一例を示す一部省略の斜視図である。種々の電磁波吸収体についての複素比誘電率の実数部、虚部及び電磁波吸収量間の関係を示すグラフである。実施例1における電磁波吸収体フィルムの電磁波吸収性能を測定するときの形態を示す平面図である。図3の4-4線に沿った断面図である。本発明の他例を示す一部省略の断面図である。

符号の説明

1、10 電磁波吸収体
11 接着剤層
12 反射層

Claims

磁性粉と熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又は磁性粉と熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれ形成され、かつ周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域における複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値であることを特徴とする電磁波吸収体。
前記磁性粉がパーミンパー、イソパーム、センダスト、パーロマイ等の高透磁性合金粉であり、前記熱可塑性樹脂が塩素化ポリエチレン、ポリウレタン、ポリエステルの何れかであり、前記ゴム材料が合成ゴム又は天然ゴムであり、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂の何れかであることを特徴とする請求項1の電磁波吸収体。
前記磁性粉の含有率が60〜85重量％の範囲内から選ばれる含有率であることを特徴とする請求項1の電磁波吸収体。
全体が薄いフィルム状又はシート状に形成されている請求項1の電磁波吸収体。
周波数が0.2〜6ＧＨｚの高周波領域における複素比誘電率の実数部が80〜700、複素比誘電率の虚数部が5〜500のそれぞれの範囲内から選ばれる数値を有し、かつ磁性粉と熱可塑性樹脂又はゴム材料との混合樹脂組成物、又は磁性粉と熱硬化性樹脂との混合樹脂組成物でそれぞれシート状に形成された電磁波吸収体シートと、該電磁波吸収体シートのいずれか一方の面に設けられた電磁波を反射する金属箔等の反射層から成ることを特徴とする電磁波吸収体。