JP2006134907A - 電波吸収体素材および電波吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する磁性粉を変えずに、シートの厚さを変えるだけで種々のＧＨｚ帯周波数に対応できる電波吸収体素材、およびその素材を加工した電波吸収体を提供する。
【解決手段】 体積固有抵抗値が１×１０^-4Ω・ｃｍ以下、飽和磁束密度σsが１０ｅｍｕ／ｇ以上の導電性磁性粉末を含有した電波吸収体素材。その導電性磁性粉末は、例えば金属Ｃu等の非磁性導電層を表面に有するフェライト粉が使用できる。この電波吸収体素材は圧延等により種々の厚さのシート状電波吸収体に加工して使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト磁性粉等の磁性粉末を使用した電波吸収体素材であって、シート状に加工することにより特に１ＧＨｚ以上の高周波帯域において優れた電波吸収特性を示す電波吸収体素材、およびそれを使用した電波吸収体に関する。

近年、情報通信技術の高度化に伴い、１ＧＨｚ以上の高周波帯域の電波が種々の用途で使用されるようになってきた。例えば、携帯電話、ブルートゥース（携帯情報機器向け無線通信技術）、衛生放送、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport Systems）、ノンストップ自動料金徴収システム（ＥＴＣ：Electronic Toll Collection system）、狭域通信（ＤＳＲＣ：Dedicated Short Range Communication）、自動車走行支援システム（ＡＨＳ：Advance crew assist Highway System）などが挙げられる。このように電波利用形態が多様化すると、電子機器から発生する電波の影響で周辺機器が誤動作する「電磁波障害」の問題を解決する方策が重要となってくる。その１つとして、電波吸収体を用いて不要な電波を吸収し、電波の反射および侵入を防ぐ方法が有効である。昨今、ＧＨｚ帯域用の電波吸収体は需要が増大しつつある。

電波吸収体による電波吸収のメカニズムは、電磁波のエネルギーを熱エネルギーに変換する効果を利用するものである。電磁波は、電界成分と磁界成分を一定の比率で合わせ持った波であり、磁気損失は磁界成分、誘電損失は電界成分の吸収に寄与し、いずれか片方を吸収すれば電磁波を吸収することができる。

従来、１ＧＨｚ以上の高周波帯域用のインピーダンス整合型電波吸収体では、導電性のほとんどないフェライト等の酸化物系磁性材料が多く用いられている。フェライトの中でも、ＭＨｚ帯域では主としてスピネル系のものが使用されるが、ＧＨｚ以上の高周波帯域になるとマグネットプランバイト型六方晶フェライトの使用が考えられている。

インピーダンス整合型の電波吸収体では、材料定数が定まると整合周波数と整合厚さが決定される。例えば六方晶フェライトの１種であるＢa(Ｆe，Ｔi，Ｍn)₁₂Ｏ₁₇系の磁性粉末を用いた単層構造の磁性層をもつ電波吸収体では、５ＧＨz近傍の電磁波に対する整合厚さは約３ｍｍとなる。

特開２００２−１５８４８４号公報 特開平１１−３５４９７２号公報 特開平５−３３５７７７号公報

上述のようにＧＨｚ帯域用の電波吸収体は種々の電子機器において需要が増大しつつある。一方、電子機器は小型・軽量化が進みつつあり、そのニーズに対応するには、電波吸収体も薄肉化を図ることが望まれる。例えば特許文献２には、特定の組成を有するマグネットプランバイト型六方晶フェライトを用いることにより、５〜１５ＧＨｚにおいて厚さ２ｍｍ以下のシートで２０ｄＢ以上の吸収特性を実現できることが示されている。

しかし、特許文献２の電波吸収体においても、種々の周波数に対応するには、整合周波数と整合厚さの関係から、周波数に応じて特性の異なる（すなわち組成の異なる）六方晶フェライト粉末を配合させたシートを用意する必要がある。種々の組成のフェライト粉末を製造し、用途に応じて使い分けることは、増大しつつあるＧＨｚ帯域での電波吸収体の需要に迅速に対応する上で煩雑であり、コスト面でも不利である。

むしろ、所望の周波数にきめ細かく且つ迅速に対応するには、予め一定の磁性粉末を配合した電波吸収体素材を作っておき、これを周波数に整合する厚さの電波吸収体に適宜加工して使用する方が生産性向上およびコスト低減に効果的であると考えられる。ところが、同じ材質の電波吸収体シートを使ってシート厚さを変えると、整合周波数と整合厚さの関係から、特定の「シート厚さ−周波数」の組み合わせ以外においては電波吸収特性が低下するため、単にシート厚さを変えるだけで種々の周波数に適用することは困難である。

本発明はこのような問題を解消すべく、シート厚さを変えることによりマイクロ波領域の種々の周波数で高い電波吸収性能を発揮し得る電波吸収体素材、およびそれを使用した電波吸収帯を提供することを目的とする。

発明者らは詳細な検討の結果、導電性を持たせた磁性粉を使用することにより、シート厚さを変えるだけで種々のＧＨｚ帯周波数で優れた電波吸収性能を発揮する電波吸収体素材（磁性粉末を合成ゴム等の高分子材料中に混合したもの）が得られることを見出した。例えば、本来導電性のほとんどないフェライト磁性粉の表面にＣu等の非磁性の金属層を形成した粉末を使用して電波吸収体素材を作り、これを加工して周波数に応じた厚さの電波吸収体シートに成形すればよい。

従来、特許文献３に示されるように、Ｃo系アモルファスフレークのような金属合金針状粉末の表面にＣu等の金属めっきを施したものを使用した電波吸収体が知られている。しかし、このような合金粉末を用いた電波吸収体素材では、粉末の磁気特性が不十分であるため、シート厚さを変えることにより種々のＧＨｚ帯周波数に対応させることはできない。本発明では、粉末の「導電性」と「特定の磁気特性」とを組み合わせることにより、上記目的を達成したものである。

すなわち、本発明で提供される電波吸収体素材は、体積固有抵抗値が１×１０^-4Ω・ｃｍ以下、飽和磁束密度σsが１０ｅｍｕ／ｇ以上の導電性磁性粉末を含有したものである。その導電性磁性粉末は、例えば金属Ｃu等の非磁性導電層を表面に有するフェライト粉が使用できる。
ここで、前記体積固有抵抗値は、当該粉末２ｇを２５.４ｍｍ径の円筒状金型に入れ１トンでプレスして錠剤形状とした圧粉体について測定した値が採用される。

また本発明では、上記電波吸収体素材をシート状に加工した電波吸収体が提供される。

本発明によれば、一定の磁性粉末原料を含有する電波吸収体用の素材を用意することにより、その素材を加工してシート厚さを変えるだけで、それぞれの電子機器のニーズに合致する周波数、特にＧＨｚ帯域の周波数において優れた電波吸収性能を呈する電波吸収体を提供することが可能になった。すなわち、従来のように特性の異なる磁性粉末を周波数ごとに配合する必要がなく、ニーズに合わせてきめ細かく且つ迅速に所望の電波吸収体シートを提供できる。電子機器の設計変更等にも対応しやすい。したがって本発明の電波吸収体素材は、昨今、用途展開が目覚ましいＧＨｚ帯域での電波障害防止に寄与するものである。また、その電波吸収体素材は汎用性が高いことから、それを加工して得た電波吸収体は、個々の周波数に応じて磁性粉の種類を変えていた従来のものと比べ、コスト面でも有利となる。

本発明では、電波吸収体に混ぜ込む磁性粉末として、表面に導電層を形成した磁性粉を使用する。この導電層の存在と、磁性粉自体のもつ磁気特性との相乗作用によって、種々の「シート厚さ−周波数」の組み合わせにおいて電波吸収能を減衰させない性質が付与される。そのメカニズムについては不明な点も多いが、磁気損失と誘電損失を合わせ持った電波吸収体素材が得られるためであると考えられる。

本発明で使用する導電性粉末の特性としては、体積固有抵抗値が１×１０^-4Ω・ｃｍ以下、飽和磁束密度σsが１０ｅｍｕ／ｇ以上であることが必要である。ここで、体積固有抵抗値は前記の圧粉体を作って測定される値が採用される。体積固有抵抗値が１×１０^-4Ω・ｃｍを超えるような粉末では、導電層自体が抵抗となって目的を達成できない。また飽和磁束密度σsが１０ｅｍｕ／ｇ未満の粉末は磁気損失を十分利用することができない。飽和磁束密度σsは例えば６０ｅｍｕ／ｇ程度と高くても構わないが、実用上、３０ｅｍｕ／ｇ以下で通常十分である。なお、保磁力については特に制限されない。

このような特性を得るための粉末としては、Ｂa系フェライト、ボンド磁石用Ｂa系フェライト、Ｓr系フェライトなどが使用できる。Ｆeの一部をＴiやＣoで置換したタイプのマグネットプランバイト型六方晶フェライトも使用できる。平均粒径は１〜３μｍ程度とすればよい。

このようなフェライト粉末は、そのままではほとんど導電性を有しないが、粉末粒子表面に非磁性導電層を形成することにより、所望の特性が付与できる。導電層が磁性を有すると、基材粒子の磁気特性が隠蔽され好ましくない。このため導電層は非磁性とする必要がある。非磁性導電層としては、例えば、適度な耐食性と高い導電性を有し比較的安価である金属Ｃuが好適である。金属Ｃuの導電層は、無電解めっき等の手法によって形成できる。めっき厚は、上記所望の導電性が得られる限り特に制限はないが、例えばＣuめっきの場合０.０５〜１μｍの範囲で調整すればよい。

このような導電性磁性粉末を混ぜ込む電波吸収体の基材としては、一般的に電波吸収体シートに使用されている物質が採用できる。例えば合成ゴム、熱可塑性樹脂等の高分子材料が利用できる。電波吸収体中における導電性磁性粉末の含有量は、概ね７０質量％以上、好ましくは８５〜９５質量％とすればよい。

〔発明例〕
Ｆe₂Ｏ₃とＢaＣＯ₃のモル比が６となり、ただし上記Ｆeのうち１８.３％がＣoとＴiで置換されるように、Ｆe₂Ｏ₃、ＢaＣＯ₃、Ｃo₃Ｏ₄、ＴiＯ₂を秤量し、混合し、造粒したものを１２９０℃で２時間焼成した。この焼成品をハンマーミルで粉砕し、更に振動ミルを用いて平均粒径１.８μｍまで粉砕することによりＴi−Ｃo置換マグネットプランバイト型六方晶バリウムフェライト磁性粉を作製した。

この磁性粉に以下のようにして無電解Ｃuめっきを施した。上記磁性粉１００ｇを塩酸でエッチング後、ＳnＣl₂０.１ｇ／Ｌ、ＰdＣl₂０.０１ｇ／Ｌの溶液により触媒を付与し、還元、水洗、乾燥し、触媒活性処理磁性粉を作製した。この触媒活性処理磁性粉１００ｇを硫酸銅溶液に添加し、３０分攪拌し、ヒドラジンを連続添加し、液の色が透明になるまで還元してＣuめっき厚約０.２μｍのＣuめっきを施し、導電性磁性粉末を得た。

この導電性磁性粉末について、体積固有抵抗および飽和磁化を測定した。
体積固有抵抗は、当該粉末２ｇを２５.４ｍｍ径の円筒状金型に入れ１トンでプレスして錠剤形状とした圧粉体について、低抵抗率計（三菱化学製、ロレスターＧＰ）を用いて４端子法によりＪＩＳ Ｋ７１９４に準拠して測定した。
飽和磁束密度σsは、粉体をセル詰めして、振動試料型磁力計ＶＳＭ（東英工業製、ＶＳＭ−Ｐ７）を用いて測定磁場１０ｋＧで測定した。
その結果、体積固有抵抗値は４×１０^-5Ω・ｃｍ、飽和磁束密度σsは１２ｅｍｕ／ｇであった。

上記Ｃuめっき後の導電性磁性粉末の含有量が８５質量％となるように、当該粉末と合成ゴム（ＪＳＲ（日本合成ゴム）製、Ｎ２１５ＳＬ）を混練して電波吸収体素材（混練物）を作製した。この電波吸収体素材を圧延ロールにより厚さ２ｍｍに圧延し、電波吸収特性測定用の電波吸収体シートを得た。

得られた電波吸収体シートについてＳパラメーター法により電波吸収特性を調べた。シートから切り出した小片を外径７ｍｍ、内径３ｍｍの円筒状測定ピースに成形し、これをφ７ｍｍ×φ３.０４ｍｍの同軸管に挿入し、同軸管の端をショートホルダーで短絡し、ネットワークアナライザー（ヒュレットパッカード社製、ＨＰ８７２０Ｄ）を用いて１〜２０ＧＨｚにおける反射量（Ｓ１１）を測定した。試料を挿入した場合の反射量から、試料を挿入しない場合の反射量を引いた値を吸収量（反射減衰量）と定義し、これにより電波吸収特性を評価した。測定されたＳパラメーターから、１〜４ｍｍの種々の厚さのシートにおける電波吸収特性をシミュレートした。結果を図１に示す。

図１から判るように、この電波吸収体素材を用いると、シート厚さを変えることにより、各周波数において−１５ｄＢ以上の優れた吸収量が実現できる。

〔比較例〕
上記実施例のＣuめっき前の段階におけるＴi−Ｃo置換マグネットプランバイト型六方晶バリウムフェライト磁性粉を使用して電波吸収体素材を作製した以外、実施例と同様の実験を行った。
この磁性粉は、体積固有抵抗値が１×１０⁺⁸Ω・ｃｍ以上、飽和磁束密度σsが５５ｅｍｕ／ｇであった。
Ｓパラメーター法による電波吸収特性のシミュレート結果を図２に示す。
図２から判るように、この粉末は導電性を有しないため、シート厚さを変えると吸収量が大幅に変化し、本発明の目的を達成できない。

本発明例の電波吸収体素材を用いたシートにおけるＳパラメーター法による電波吸収特性を示すグラフ。 比較例の電波吸収体素材を用いたシートにおけるＳパラメーター法による電波吸収特性を示すグラフ。

Claims (4)

1. 体積固有抵抗値が１×１０^-4Ω・ｃｍ以下、飽和磁束密度σsが１０ｅｍｕ／ｇ以上の導電性磁性粉末を含有した電波吸収体素材。
2. 前記導電性磁性粉末は、非磁性導電層を表面に有するフェライト粒子で構成されるものである請求項１に記載の電波吸収体素材。
3. 前記導電性磁性粉末は、金属Ｃuからなる非磁性導電層を表面に有するフェライト粒子で構成されるものである請求項１に記載の電波吸収体素材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電波吸収体素材をシート状に加工した電波吸収体。

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