JP2007096269A

JP2007096269A - 近傍界電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2007096269A
Application number: JP2006188005A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Nakagome; 貴光中込; Masahiro Kono; 正博河野
Original assignee: Nisca Corp
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20070052575A1

Abstract

【課題】導電性材料を用いて電磁波の電場成分に導通作用することにより広範囲な周波数帯域で有効な電磁波吸収特性を発現させることができる近傍界電磁波吸収体の提供。
【解決手段】導電性材料のみから本質的になる近傍界電磁波吸収体であって、該導電性材料が電磁波の電場成分に導通作用することにより、該電磁波の波源から一波長以内における電磁波を吸収する近傍界電磁波吸収体により、上記課題を解決する。
【選択図】なし

Description

本発明は、近傍界電磁波吸収体に関する。本発明は、特に、数百ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超の周波数帯域の電磁波に対して、十分な吸収特性を有する近傍界電磁波吸収体に関する。

従来、通信機器や各種電子機器から、意図しないノイズとしての不要電磁波が放出されることによる電子機器の誤動作等を防止するために、このノイズ源からの不要電磁波を吸収して電磁波の干渉抑制を図るための電磁波吸収体が各種提案されており実用化されている。
これらの電磁波吸収体の電磁波吸収材料としては、磁性体を用いるもの（例えば、特許文献１参照）、誘電体や磁性体と誘電体とを併用するもの（例えば、特許文献２参照）、導電体を用いるもの（例えば、特許文献３参照）等、使用される環境や用途等により各種選定されて利用されている。

一方、近年において、通信技術やデジタル技術の進歩に伴い、例えば、送信データの大容量化・高速化が望まれている。この要望に応えるため、携帯電話やコンピュータのＣＰＵのクロック周波数の高周波数化が進んでおり、それに伴い、ノイズ源からの不要電磁波もＭＨｚ帯域からＧＨｚ帯域へと高周波数化してきている。また、これらの機器は、小型化・軽量化も同時に進展しているため、様々な電磁波発生源が近接し合う小スペース環境において、ノイズ源からの不要電磁波を効率的に吸収する近傍界電磁波吸収体が望まれている。

ところで、遠方電磁界と近傍電磁界とでは、その波動インピーダンスが異なり、近傍電磁界では磁界が支配的（磁界成分が強い電磁界）であることから、これまでは近傍界電磁波吸収体としては、その材料に磁性体を用いたもの（例えば、特許文献１参照）が一般的であり、例えば、透磁率を調整する等して磁界に作用させて所定周波数帯域の電磁波を吸収するようにしていた。
なお、最近では、近傍界電磁波吸収体として、上記の磁性体（磁性粉）に代えて導電粉を用いる技術も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００１−１２６９０４号公報。特開２００４−３３６０２８号公報。特開２００５−８５９６６号公報。特開２００５−１１８７８号公報。

しかしながら、磁性体を用いた特許文献１の技術は、３ＧＨｚ前後の周波数帯域に存在する不要電磁波に対しては、十分な吸収特性を発揮するが、現状のＥＭＩ対策として最も希求されている周波数帯域である数百ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超に対して、十分な吸収特性を発揮することができなかった。また、磁性体粒子を基材中に均一に分散させて電磁波吸収体を得る製法は容易ではなく、製造コストも高くならざるを得なかった。さらに、近傍電磁界においては、透磁率の高い金属磁性体を使用する必要があることから、安価ながら透磁率の低いフェライト等を採用することが困難であり、結果として材料自体も高価である等の問題があった。

また、特許文献４開示の電磁波吸収体は、磁性体（磁性粉）に代えて導電粉を用いている。該吸収体は、誘電体として電界へ作用する手法を採るが、その電磁波吸収特性が不十分であるか又は不明であった。

そこで、本発明の目的は、導電性材料を用いて電磁波の電場成分に導通作用することにより広範囲な周波数帯域で有効な電磁波吸収特性を発現させることができる近傍界電磁波吸収体を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、安価な近傍界電磁波吸収体を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記目的に加えて、製造方法が容易で製造コストを低減した近傍界電磁波吸収体を提供することにある。

本発明者らは、以下の発明により、上記目的を達成できることを見出した。
＜１＞導電性材料のみから本質的になる近傍界電磁波吸収体であって、該導電性材料が電磁波の電場成分に導通作用することにより、該電磁波の波源から一波長以内における電磁波を吸収する近傍界電磁波吸収体。
＜２＞上記＜１＞において、近傍界電磁波吸収体が基材をさらに有し、該基材の表面又は内部に導電性材料が形成されるのがよい。
＜３＞上記＜２＞において、基材は、非金属性材料から成るのがよい。

＜４＞上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、導電性材料の表面部位の表面抵抗率が３〜１９０Ω／□であるのがよい。
＜５＞上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、導電性材料の表面部位の表面抵抗率が４〜７０Ω／□であるのがよい。
＜６＞上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、導電性材料の表面部位の表面抵抗率が１０〜１９０Ω／□であるのがよい。
＜７＞上記＜１＞〜＜４＞及び＜６＞のいずれかにおいて、導電性材料の表面部位の表面抵抗率が１０〜８０Ω／□であるのがよい。
＜８＞上記＜１＞〜＜７＞のいずれかにおいて、導電性材料は、カーボン系材料から成るのがよい。
＜９＞上記＜１＞〜＜８＞のいずれかにおいて、導電性材料は、粉体状、微粉体状、塊状、ウイスカー状、扁平状、及び繊維状のいずれかの形状を有するのがよい。

＜１０＞上記＜１＞〜＜９＞のいずれかにおいて、導電性材料は、少なくともカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブのいずれかを一方を有するのがよい。
＜１１＞上記＜１０＞において、導電性材料は、カーボンブラックまたはカーボングラファイトのいずれか一方をさらに有するのがよい。
＜１２＞上記＜１＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、導電性材料は、少なくともカーボンナノファイバーを有し、該カーボンナノファイバーの表面密度が０．３〜９ｍｇ／ｃｍ^２であるのがよい。

本発明により、導電性材料を用いて電磁波の電場成分に導通作用することにより広範囲な周波数帯域で有効な電磁波吸収特性を発現させることができる近傍界電磁波吸収体を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、安価な近傍界電磁波吸収体を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果に加えて、製造方法が容易で製造コストを低減した近傍界電磁波吸収体を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、導電性材料のみから本質的になる近傍界電磁波吸収体であって、該導電性材料が電磁波の電場成分に導通作用することにより、該電磁波の波源から一波長以内における電磁波を吸収する近傍界電磁波吸収体を提供する。

「導電性材料のみから本質的になる」とは、導電性材料を有し、該「導電性材料による電磁波の電場成分への導通作用」を阻害しない限り、その他の成分・要素を有してもよいことを意味する。
なお、ここで、「電磁波の電場成分に作用する」とは、電磁波の電場成分への働きかけにより電場の空間分布を変化させることであり、これには、導通（通電）作用と誘電作用とがある。特に、本発明においては、導電性材料の粒子同士が接触状態の下で導通（通電）作用により電場の強度を減衰させることをいう。また、本発明の作用とは異なる作用として上記誘電作用があるが、該作用は、導電性材料の粒子同士が離間した絶縁状態の下で誘電作用により電場の強度を減衰させることをいう。

一方、「電磁波の電場成分」への作用とは異なる作用として、「電磁波の磁場成分」への作用がある。「電磁波の磁場成分に作用する」とは、電磁波の磁場成分への働きかけにより磁場の空間分布を変化させることであり、例えば、磁性材料によって磁場の強度を減衰させることをいう。

導電性材料は、電磁波吸収体の表面部位にあり、該表面部位が電磁波方向に対向して配置されるのがよい。
電磁波吸収体は、基材を有し、該基材の表面又は内部に導電性材料が形成されていてもよい。また、電磁波吸収体は、導電性材料自体により形成されていてもよい。
電磁波吸収体が基材を有する場合、該基材は、電磁波に作用を及ぼさない基材であれば制限されない。基材として、非金属材料から成るのがよく、例えば、各種の紙、各種の樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されない。

導電性材料の表面は、その表面抵抗率が、３〜１９０Ω／□、好ましくは１０〜１９０Ω／□、例えばより好ましくは４〜７０Ω／□、又はより好ましくは１０〜８０Ω／□であるのがよい。
表面抵抗率が低すぎると、電磁波シールドとして作用する、即ち、ほぼ全ての電磁波を反射する傾向が生じるため、上記範囲であるのがよい。
また、表面抵抗率が高すぎると、電磁波への干渉が減少する傾向が生じるため、上記範囲であるのがよい。

導電性材料は、上記作用を生じる材料、特に上記表面抵抗率をもたらす材料であれば、特に制限されないが、好ましくはカーボン系材料から成るのがよい。
導電性材料の形状は、上記作用を生じる形状、特に上記表面抵抗率をもたらす形状であれば、特に制限されない。導電性材料の形状として、粉体状、微粉体状、塊状、ウイスカー状、扁平状、及び繊維状を挙げることができるが、これらに限定されない。

導電性材料がカーボン系材料である場合、その例として、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、カーボングラファイト、フラーレンなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
特に、導電性材料は、カーボンナノファイバー又はカーボンナノチューブのいずれか一方を、又は双方を有するのがよい。また、これらのカーボンナノファイバ及び／又はカーボンナノチューブに加えて、カーボンブラック又はカーボングラファイトを有するのがよい。

導電性材料は、電磁波吸収体の表面部位において、１．４〜２７ｍｇ／ｃｍ^２となる量で有するのがよい。導電性材料は、カーボンナノファイバーと、カーボンブラックまたはカーボングラファイトとを有して構成することができる。特に、導電性材料は、カーボンナノファイバーを少なくとも有し、該カーボンナノファイバーの表面密度が０．３〜９ｍｇ／ｃｍ^２であるのがよい。

本発明の近傍界電磁波吸収体は、導電性材料が形成される表面部位のさらに上部に接着層を有してもよい。接着層を有する近傍界電磁波吸収体は、該接着層を介して所望の器具・製品に接着し、不要電磁波を吸収するように、用いることもできる。

上述の本発明の近傍界電磁波吸収体は、例えば次のような作製方法により作製することができる。
即ち、上述の紙などの基材を準備する。基材とは別に、導電性材料を分散させた分散液、例えばカーボンナノファイバーの分散液を準備する。基材上に、得られる電磁波吸収体が所望の特性を示すように、その塗布量をコントロールして、分散液を塗布する。その後、塗布された液を乾燥させることにより、所望の近傍界電磁波吸収体を得ることができる。なお、上述の方法は、一例であるので、これに限定されない。
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

＜電磁波吸収体の作製＞
基材として、表１に記載した種類のものを用いた。カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）とカーボンブラック（ＣＢ）との質量比を表２に記載した分散液を調製した。表２に記載した分散液を、その塗布量をコントロールしながら、表１に記載した基材に塗布し、その後、乾燥させることにより、電磁波吸収体を作製した。得られた電磁波吸収体の表面部位における導電性材料、即ちカーボン成分の表面密度を測定した。

得られた電磁波吸収体の伝送減衰率を、ＩＥＣＴＣ５１ＷＧ１０の規格案に準拠して、測定した。なお、測定装置は、図１に示すように、ネットワークアナライザ（以下、「ＮＡ」と略記する）と５０Ωのマイクロストリップライン（以下、「ＭＳＬ」と略記する）とで構成された。
ＭＳＬ基板と同じ大きさ（５０ｍｍ×１００ｍｍ）に作製した電磁波吸収体を、分散液塗布面がＭＳＬ側となるように、両面テープ（厚さ：８０μｍ）でＭＳＬ上に貼り付け密着させた。この状態で、ＮＡによりＭＳＬのＳ_１１及びＳ_２１を測定した。測定結果Ｓ_１１及びＳ_２１から、以下の式により、伝送減衰率Ｒ_ｔｐを導出した。

Ｒ_ｔｐ＝−１０×ｌｏｇ｛１０^{Ｓ２１／１０}／（１−１０^{Ｓ１１／１０}）｝

（比較例１）
特開２００１―２８４１０８の実施例１に開示される、非磁性層の両面が軟磁性層によってサンドウィッチ状に配置されて形成される複合磁性体を比較試料として用いた。具体的には、非磁性層として黒鉛粉末１００重量部と有機結合剤であるブチルゴム１００重量部とからシートを用い、軟磁性層としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の粉末２７３重量部とブチルゴム１００重量部とからなるシートを用いた。比較試料についても、実施例１同様（両面テープ厚：８０μｍ）に、伝送減衰率を測定した。

得られた結果を図２〜図４及び表３〜表５に示す。
図２は、基材Ｂ及び分散剤４を用いた電磁波吸収体であって表面抵抗率が５．１６Ω／□の電磁波吸収体（図２中、「本発明吸収体」として示す）と、比較例１の比較試料（図２中、「従来技術吸収体」として示す）とに関する、電磁波の周波数による吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。
図３は、基材Ｂ及び分散剤４を用いた電磁波吸収体であって、表面抵抗率を変化させた電磁波吸収体（表面抵抗率は３．３〜１９０Ω／□）の、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。
図４は、表面抵抗率が約３．３〜約２７Ω／□である電波吸収体の、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。

表３〜表５は、電磁波吸収体作製に用いた基材と分散体との組合せ、及び表面抵抗率との組合せにおける、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示す表である。なお、表３及び表４には、用いたカーボン成分の表面密度も示す。

図２から、本発明の電磁波吸収体は、周波数域：約４０ＭＨｚ〜約２．２ＧＨｚにおいて、従来の吸収体よりも、高い吸収特性を有することがわかる。特に、本発明の電磁波吸収体は、十分な吸収特性が望まれている約７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超の周波数帯域に対して、伝送減衰率８ｄＢ〜１１ｄＢという値を有することがわかる。このことから、本発明の電磁波吸収体が、約７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超の周波数帯域に対して、十分な吸収特性を有することがわかる。なお、一般に、近傍電磁界において伝送減衰率が６ｄＢ以上である場合、該吸収体が十分な吸収特性を有すると認められる。

図３から、表面抵抗率が３．３〜１９０Ω／□の電磁波吸収体は、１ＧＨｚの電磁波に対して、伝送減衰率が６ｄＢ以上を有することがわかる。また、表面抵抗率が４〜７０Ω／□の電磁波吸収体は、１ＧＨｚの電磁波に対して、伝送減衰率が８ｄＢ以上を有することがわかる。同様に、図４からも、表面抵抗率が４〜２８Ω／□の電磁波吸収体は、１ＧＨｚの電磁波に対して、伝送減衰率が８ｄＢ以上を有することがわかる。このことから、本発明の電磁波吸収体が、１ＧＨｚの電磁波に対して、十分な吸収特性を有することがわかる。

＜電磁波吸収体の作製＞
基材として表１記載のＢ（アドバンテック東洋社製、生産用ろ紙Ｎｏ．２）を、且つ分散液として表２記載の４（ＣＢ／ＣＮＦ（質量比）＝１）を用いた以外、実施例１と同様に、電磁波吸収体を作製した。

得られた電波吸収体の伝送減衰率を、実施例１と同様に、測定した。なお、測定の際に用いた両面テープの厚さは、表６に示す通り、２０、３０、５０、８０μｍであった。
表６は、得られた電波吸収体の表面抵抗率及び伝送減衰率を、測定の際に用いた両面テープの厚さと共に示す表である。
また、表７は、１ＧＨｚの電磁波に対する伝送減衰率を、測定の際に用いた両面テープの厚さに依存して示した表である。
さらに、表８は、１〜３．８ＧＨｚの電磁波に対する反射Ｓ_１１（ｄＢ）の最大値を、測定の際に用いた両面テープの厚さに依存して示した表である。なお、Ｓ_１１は、電磁波吸収体を伝送線路上に近接した際又は貼り付けた際に生じる電気信号の反射であり、その値が少ない程、電磁波吸収体として好ましい。特に、Ｓ_１１は、−６ｄＢ以下であることが好ましい。

図５は、実施例２で得た電磁波吸収体であって表面抵抗率が２５Ω／□の電磁波吸収体（両面テープ厚：２０μｍ）（図５中、「本発明吸収体」として示す）と、比較例１の比較試料（図５中、「従来技術吸収体」として示す）とに関する、電磁波の周波数による吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。
図５から、本発明の電磁波吸収体は、周波数域：約４０ＭＨｚ〜約２．４ＧＨｚ及び約３．１ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚにおいて、従来の吸収体よりも、高い吸収特性を有することがわかる。特に、本発明の電磁波吸収体は、十分な吸収特性が望まれている約７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超の周波数帯域に対して、伝送減衰率１０ｄＢ〜１６ｄＢという値を有することがわかる。このことから、本発明の電磁波吸収体が、約７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ超の周波数帯域に対して、十分な吸収特性を有することがわかる。なお、一般に、近傍電磁界において伝送減衰率が６ｄＢ以上である場合、該吸収体が十分な吸収特性を有すると認められる。

図６は、表面抵抗率［Ω／□］を縦軸に、測定の際に用いた両面テープの厚さ［μｍ］を横軸にとり、１ＧＨｚの電磁波に対する伝送減衰率の値を明度で示したグラフである。明度が高い、即ち白ければ、伝送減衰率が高く、電磁波吸収体として高性能であることを示す一方、明度が低い、即ち黒ければ、伝送減衰率が低く、電磁波吸収体としての性能を有しないことを示す。
図６から、表面抵抗率が２０Ω／□付近且つ両面テープ厚さ２０μｍ付近で、伝送減衰率が高く、そこから放射状に低くなることがわかる。したがって、表面抵抗率が２０Ω／□付近且つ両面テープ厚さ２０μｍ付近で、またはその近傍で、伝送減衰率が高い、高性能の電磁波吸収体を提供できることがわかる。

電磁波吸収体の伝送減衰率測定装置の概略図である。実施例１の電磁波吸収体と比較例１の比較試料についての、電磁波の周波数による吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。実施例１の電磁波吸収体（表面抵抗率は３．３〜１９０Ω／□）の、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。表面抵抗率を約３．３〜約２７Ω／□にした実施例１の電波吸収体の、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。実施例２の電磁波吸収体と比較例１の比較試料についての、電磁波の周波数による吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。実施例２の電磁波吸収体（表面抵抗率が５〜８０Ω／□，両面テープの厚さが２０〜８０μｍ）の、周波数１ＧＨｚの電磁波に対する吸収特性（伝送減衰率）を示したグラフである。

Claims

導電性材料のみから本質的になる近傍界電磁波吸収体であって、該導電性材料が電磁波の電場成分に導通作用することにより、該電磁波の波源から一波長以内における電磁波を吸収する近傍界電磁波吸収体。
前記近傍界電磁波吸収体が基材をさらに有し、該基材の表面又は内部に前記導電性材料が形成される請求項１記載の近傍界電磁波吸収体。
前記基材は、非金属性材料から成る請求項２記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料の表面部位の表面抵抗率が３〜１９０Ω／□である請求項１〜３のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料の表面部位の表面抵抗率が４〜７０Ω／□である請求項１〜４のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料の表面部位の表面抵抗率が１０〜１９０Ω／□である請求項１〜４のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料の表面部位の表面抵抗率が１０〜８０Ω／□である請求項１〜４及び請求項６のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料は、カーボン系材料から成る請求項１〜７のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料は、粉体状、微粉体状、塊状、ウイスカー状、扁平状、及び繊維状のいずれかの形状を有する請求項１〜８のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料は、少なくともカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブのいずれかを一方を有する請求項１〜９のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料は、カーボンブラックまたはカーボングラファイトのいずれか一方をさらに有する請求項１０記載の近傍界電磁波吸収体。
前記導電性材料は、少なくともカーボンナノファイバーを有し、該カーボンナノファイバーの表面密度が０．３〜９ｍｇ／ｃｍ^２である請求項１〜１１のいずれか１項記載の近傍界電磁波吸収体。