JP2006041066A

JP2006041066A - 電磁波吸収シート

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Publication number: JP2006041066A
Application number: JP2004216752A
Authority: JP
Inventors: Masahito Yoshizawa; 聖人吉澤; Shuichi Nakada; 秀一中田; Yukinori Nakayama; 幸紀中山
Original assignee: KANTO KOSEN KK
Current assignee: KANTO KOSEN KK
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】主として屋外で使用する誘電性電磁波吸収体を前提とし、これに改良を加えて、雨など水濡れに対して水切れが良く、電磁波吸収性能を低下させない１０〜１８GHzの広帯域電磁波吸収体を構成する技術を提供する。

【解決手段】本発明の電磁波吸収シートは、繊度が１５〜５０デニール、シートの嵩密度が０.０１〜０.０４ｇ/ccのポリエステル繊維を母材とした不織布に、直径が１０〜２０μmで長さが３０〜６０mm及び含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³のカーボン繊維を含有させて、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を備え、且つ水切れ性を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波帯の電磁波を吸収し、且つ屋外使用を主な目的とする誘電性電磁波吸収体に関する。

パラボラアンテナ用の電磁波吸収体に関して、例えば本発明者らは、特許文献１および特許文献２において切削金属繊維を含有した不織布電磁波吸収体を公開し実用化（信学技報ＥＭＣＪ９９−１００Ｐ．６７）（ＳＥＩテクニカルレビュー第１６４号３月、２００４年）している。
その内容の概略は、電磁波を吸収する切削金属繊維がフェライト系ステンレス鋼などで製作され、この繊維と結合機能を有するバインダー繊維、更にガラス繊維などで構成する無機繊維を均一に混合して不織布層を形成したものである。このような構造に形成された不織布電磁波吸収体の電磁波吸収性能は、主として３GHz以上の周波数域で１０dB以上を有し、該不織布の片面に電波反射性能を有する金属面体を張設して構成されている。
しかし、これらは、母材がグラフファイバーであったため嵩密度が大きく一旦水が内部に浸入すると水切れも悪く、従って、使い方によっては含有される金属繊維が水で発錆しやすくなったり、滞留する水の影響で電磁波吸収性能が低下する恐れがあった。
また、パラボラアンテナはその凹凸状板が地面に垂直に設置されるため、その
表面に貼り付けられる電磁波吸収体も地面に垂直となるので、電磁波吸収体は水切れが良いものが望ましいが、上記のものはそうではなかった。

そこで、これらを解決すべく、本発明者らは電磁波吸収体に関する用途や先行技術について研究を行った。
電磁波吸収体には抵抗皮膜や導電性塗料などを用いる抵抗性電磁波吸収体、カーボン繊維や金属繊維など導電性物質を用いる誘電性電磁波吸収体、フェライトなどの磁性体を用いる磁性電磁波吸収体およびこれらを組み合わせた電磁波吸収体などがある。その中で、ＴＶ電波などのゴースト対策として建築壁材に用いられるフェライトなど磁性体で出来た吸収体を除いては、電波暗室などのように屋内で使用されるものが多かった。
しかし、パラボラアンテナ用等を主な目的とする本発明電磁波吸収体は、屋外で用いられるため、この屋外で使用できる電磁波吸収体は誘電性電磁波吸収体のみである。従って、本発明は誘電性電磁波吸収体に関することとしたが、該誘電性電磁波吸収体で屋外使用を特徴とするものは、従来殆ど見られなかった。

一方、この誘電性電磁波吸収体に導電性物質としてカーボン繊維を利用している先行技術の例は枚挙にいとまがないが、例えば、マイクロ波対象としては炭素繊維含有複合樹脂層とアラミド繊維含有複合樹脂層を積層し電波暗室の壁材や構造物として用いられる特許文献３や、炭素繊維補強エポキシ樹脂層、炭素含有シリコンゴム層などを同じく積層した特許文献４などがある。しかし炭素繊維を用いるというだけで、その中身（繊維径、含有量など）は明らかでない。
また、長さ０.５〜１０mmのカーボン繊維を錐体型のシリコン発泡体に０.０００１〜０.０２ｇ/cc含有させた特許文献５においては、カーボン繊維長さを規定しているが、これが１０mm以上になると絡まって分散しにくくなり不具合が生じるとしている。
他には長さ４〜１０mmのカーボン繊維を無機質繊維に１〜３０kg/m³含有させた特許文献６もある。しかしながら同報に記載されている吸収性能は２〜３GHzの周波数帯で１０ｄB以上あるものであって、１０〜１８GHz帯での効果はうたわれていない。２〜３GHzの周波数帯は狭く、パラボナアンテナ等の用途には１０〜１８GHz帯での広域帯で周波数帯が必要とされるからである。

特開２０００−２７８０３２ＵＳＰＡＴ６，５２１，８２９特公平１−５６５９９特公平２−９４７７特開平７−８６７８３特開平２００１−７７５８６

そこで本発明は、主として屋外で使用する誘電性電磁波吸収体を前提とし、これに改良を加えて、雨など水濡れに対して水切れが良く、且つ、電磁波吸収性能を低下させない１０〜１８GHzの広帯域電磁波吸収体を構成する技術を提供するものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の電磁波吸収シートは、ポリエステル繊維，アクリル繊維，ポリエチレン繊維のうちいずれか１種を母材とした不織布に、カーボン繊維を含有させて、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を備え、且つ水切れ性を有することを特徴とする。

請求項２記載の電磁波吸収シートは、繊度が１５〜５０デニール、シートの嵩密度が０.０１〜０.０４ｇ/ccのポリエステル繊維を母材とした不織布に、直径が１０〜２０μmで長さが３０〜６０mm及び含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³のカーボン繊維を含有させて、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を備え、且つ水切れ性を有することを特徴とする。

請求項３記載の電磁波吸収シートは、ポリエステル繊維の繊度が３０デニール、シートの嵩密度が０.０１〜０.０４ｇ/ccで、含有されるカーボン繊維の直径が１３μm、長さが３０〜６０mm、含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³であることを特徴とする。

本発明の懸かる電磁波吸収シートは、直径が１０〜２０μmで長さが３０〜６０mmからなる細くて軽い導電性カーボン繊維を使用しているので、誘電性を付与することができる。該カーボン繊維の不織布内含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³で隙間の多い不織布内部に均等に分散しているので、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を有する軽量で安価な電磁波吸収体を形成することができる。
また、不織布は繊度が１５〜５０デニールのポリエステル繊維を使用しているので、その表面は撥水性を示すことができる。更に該不織布はシート状で且つ０.０１〜０.０４ｇ/ccの嵩密度で抜け落ち易い隙間を無数に保有した構造になっているので、その内部に雨水などが含まれても、水切れ性を示すことができる。従って、屋外で水濡れによる電磁波吸収性能の低下を心配することなく使用することができる。

本発明は、目標品質である１０〜１８GHzで１０ｄB以上の電磁波吸収性能と不織布の水切れ性を実現しようとするものである。
以下、カーボン繊維とポリエステル繊維を不織布の構成素材とし、各素材の機能を説明する。
最初に、不織布の構成素材の一つであるカーボン繊維について説明すると、不織布状の誘電性電磁波吸収体を得るには誘電性を付与するための導電性物質を不織布内部に均等に分散させる必要がある。そこで、隙間の多い不織布内部に均一に分散し、水濡れし難くしかも容易に抜け落ちない物質が必要で、これらの要求を満たすものとして細かくて軽いカーボン繊維を用いた。
該カーボン繊維に対し、反射減衰量１０ｄB以上の電磁波吸収が広帯域で実現できるようにするために、シートに含有されるカーボン繊維直径の最適値を検討し、その最適直径は１０〜２０μmと判明した。１０μm未満では繊維が細すぎて折れ易く、規定の繊維長さを維持しづらく、また２０μm超では逆に太すぎて可撓性を維持するのが困難となるからである。
次に、吸収体内部で分散する同繊維の長さについては、１０〜１８GHzの周波数領域における電波吸収には、波長の１/４λが有効であり、これを外れると吸収性能が劣ることになることから、３０〜６０mmを最適値とした。
また、そのカーボン繊維の含有本数は２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³とした。２.６×１０⁷本/ｍ³未満および１.５×１０⁸本/ｍ³超では吸収性能が低下するので、この両者を上、下限とした。

もう一つの構成素材であるポリエステル繊維は不織布の撥水性に係わっている。不織布母材には撥水性があり軽量で尚且つ隙間の多い構造体を支え、容易に型崩れしない極太繊維として繊度１５〜５０デニールのポリエステル繊維を選択した。１５デニール未満では嵩密度が０.０１ｇ/ｃｃを達成し難いためこれを下限とし、上限は製品の最大径である５０デニールとした。
更に、構成するシートの嵩を上げて軽くし、且つ型崩れしにくいものとして嵩密度を重視し、該シートの嵩密度は、含水した後の水切れ性が屋外使用時のポイントとなり、その値が小さければ小さいほど空隙の多いシートになって水切れが良くなるので、その値を０.０１〜０.０４ｇ/ccとした。０.０１ｇ/ｃｃ未満ではシートの型崩れが起こり易くなることからこれを下限とし、０.０４ｇ/ｃｃを超えると水切れ性が低下する事からこの数値を上限とした。
また、ポリエステル繊維はパラボラアンテナの湾曲面への追従性が良く、可撓性を保持しているので、貼り付けが容易となっている。
以上のように、各素材の品質とその機能に勘案して、１０ｄB以上の電磁波吸収性能と不織布の水切れ性を実現しようとするものである。
但し、該不織布母材は、ポリエステル繊維に限定されず、アクリル繊維，ポリエチレン繊維でも可能である。

この発明の実施例を、上記の形態に基づいて製作し、各種性能の確認を行った。その実施状況を図１、図２、図３、図４および写真１、写真２、更に表１、表２、表３、表４、表５に従って説明する。
（実施例１）
上記の形態に基づいた不織布シートは、３０デニールのポリエステル繊維と４デニールの融着用ポリエステル繊維および直径１３μm、長さ５０mmを有するカーボン繊維を不織布製造機で混合した後、加熱プレスして厚さ６mm、３０cm角でカーボン繊維７.４０×１０⁴本（１.３７×１０⁸本/ｍ³に相当）を含み、質量１３.５ｇ、嵩密度０.０２５ｇ/ccに製作した。

図１に不織布シートの外観状況を示す。写真１、写真２には同じくシート外観写真とその一部の拡大写真を示す。写真２で見ると白いポリエステル繊維と一緒に黒いカーボン繊維の分散している状態が確認できる。

図２には電磁波吸収測定装置の概略を示す。これは自由空間アーチ法と呼ばれるもので金属製反射板の上に置かれた被測定体に送信アンテナから入射角θで送信された電波の反射波を受信アンテナで受け取り、便宜的にそれぞれの送受信電力量から次式により反射減衰量として電磁波吸収性能を測定するものである。
反射減衰量（ｄB）＝−１０１ｏｇ（Ｐo/Ｐ１）
ただしＰo：入射電力量，Ｐ１：反射電力量

図３に本発明シートの１０〜１８GHzにおける反射減衰量（θ＝１０°）を示す。この周波数領域ではすべて１０ｄB以上の性能を有している。

上記の形態に基づいた不織布シートのその他の実施例を表１にて一覧で示す。一覧表の実施例２〜７においても水切り５秒後の吸収性能は表１と同様元に回復しており、１０〜１８GHzでの吸収性能も図３と同様すべて１０ｄBを上回っていた。

従って、嵩密度０．０１〜０．０４g/cc、及びカーボン繊維長３０〜６０、含有本数２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³とした範囲で満足する性能の得られることが確認された。

一方、図４および表２に本発明電磁波吸収シートに対する比較例を示す。
（比較例１）
直径１３μm、長さ３０mmのカーボン繊維を１.５７×１０⁸本/ｍ³含有し、母材が３０デニールのポリエステル繊維（バインダー繊維含む）で嵩密度が０.０２ｇ/ｃｃの不織布シートを製作し、前項同様水切り後の１１，１３，１５GHzでの電磁波吸収性能と１０〜１８GHzでの電磁波吸収性能を測定した。その結果を、表４及び図４に示す。
いずれのデータをみても水切り後の電磁波吸収性能は５秒後で元に戻っており、本シートの水切れ性能は屋外で使用する電磁波吸収体としては満足できるものであるが、通常の電磁波吸収性能は１０ｄBに到達しておらず、電磁波吸収能に欠けるものとなっている。

その他の比較例を表２に揚げる。
表中、比較例２、３および５は比較例１と同じように水切り５秒後の吸収性能は低下していないが、そもそもの吸収性能が１０ｄBに至らず吸収体としては不満足なものである。これは、含有本数が２.６×１０⁷本/ｍ³未満および１.５×１０⁸本/ｍ³超となると、このシートが保有している電磁波吸収性能が低下することを示している。

他方、比較例４は、同じく３０デニールのポリエステル繊維を母材として、これに６０ｍｍ長のカーボン繊維１.２９×１０⁸本/ｍ³を含有した嵩密度０.０５ｇ/ｃｃの電磁波吸収シートである。これによると通常の電磁波吸収性能は１０ｄB以上であるが、後述する表５に示す如く、嵩密度が0.05 g/ccと0.04 g/ccより大きいのでポリエステル繊維同士が密着するため水切れ性が低下し、含水時には水切り５秒後での性能が回復できていない。従って屋外での使用は難しいものとなる。

次に、本発明品及び比較例の電磁波吸収性能を検討する。
先ず、本発明品の電磁波吸収性能（θ＝１０°）の水による影響を表３に示す。測定時の周波数はそれぞれ１１，１３，１５GHzとした。これによると本発明品の各周波数での反射減衰量は１７〜３０ｄBであるが、含水状態で測定すると一様に２ｄBまで低下する。しかし、一旦含水させた本発明シートを縦にして水切り経過時間後の反射減衰量は５秒後ですでに元の性能に戻っていることから、水切れは５秒以内に完了している事がわかる。

ついで、比較例１及び比較例４における電磁波吸収性能（θ＝１０°）の水による影響を示したのが表４、表５である。

この結果、嵩密度を０．０５ｇ／ｃｃとした比較例４においては水切れが悪いのに対し、本発明シートの水切れの良さが確認された。

本発明は、屋外で使用されるパラボラアンテナに装着することにより水切れ性の良い誘電性電磁波吸収体としての応用が可能である。また、屋外を主とするが、その有する性能により屋内でも水切れ性の要求される物や箇所に広く応用が可能である。

図１は、本発明シートの概略図。図２は、電磁波吸収性能測定装置概略図。図３は、実施例１の電磁波吸収性能を示すグラフ。図４は、比較例１の電磁波吸収性能を示すグラフ。図５は、本発明シートの平面を示す写真。図６は、本発明シートの平面を示す拡大写真。

Claims

ポリエステル繊維，アクリル繊維，ポリエチレン繊維のうちいずれか１種を母材とした不織布に、カーボン繊維を含有させて、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を備え、且つ水切れ性を有することを特徴とする電磁波吸収シート。
繊度が１５〜５０デニール、シートの嵩密度が０.０１〜０.０４ｇ/ccのポリエステル繊維を母材とした不織布に、直径が１０〜２０μmで長さが３０〜６０mm及び含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³のカーボン繊維を含有させて、１０〜１８GHzの電磁波を受けたとき１０ｄB以上の電磁波吸収性能を備え、且つ水切れ性を有することを特徴とする電磁波吸収シート。
ポリエステル繊維の繊度が３０デニール、シートの嵩密度が０.０１〜０.０４ｇ/ccで、含有されるカーボン繊維の直径が１３μm、長さが３０〜６０mm、含有本数が２.６×１０⁷〜１.５×１０⁸本/ｍ³であることを特徴とする請求項１，２いずれか記載の電磁波吸収シート。