JP2007245419A

JP2007245419A - 磁性木材

Info

Publication number: JP2007245419A
Application number: JP2006069780A
Authority: JP
Inventors: Hideo Oka; 英夫岡
Original assignee: Iwate University
Current assignee: Iwate University
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】電波吸収機能と共に木質外観性も良好であって、しかも木質材としての強度等の特性に優れ、作製も容易で比較的低コストでもある、新しい磁性木材を提供する。
【解決手段】電波吸収機能を有し、磁性粉と木粉からの磁性木質層と共に、表面もしくは表面と裏面の木粉からの木質層とが圧締一体化されている磁性木材とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電波吸収機能と共に木質材としての外観性や特性をも備えた新しい磁性木材に関するものである。

高度な情報通信技術の発達により、携帯電話、ＰＨＳ等の移動体通信が急激に普及し、これらを利用した情報通信が非常に身近なものとなりつつある。一方で、移動体通信の情報通信の送受信は抑制されるべき場所、例えば、映画館や音楽ホール、病院などの施設が存在するのも事実である。また、移動体通信などの無線の通信手段の普及により、情報の漏洩などに対する不安も高まっている。
特に最近の一般家庭へのパソコンはじめ情報通信機器・無線ＬＡＮなど急速な普及に伴い、ＧＨｚ帯の室内電磁環境が著しく悪化し、人体への影響や情報セキュリティの保護などの様々な問題を生じている。

従来より、通信用電波を制御するための手段として、磁性体などによる電波吸収体を用いた建造物に対する施工が知られているが、従来の電波吸収体は、比重、施工性、また、見た目などの感覚的な特性などの問題が存在することから、広く普及しているとは言いがたい。

一方、木材は加工が容易であり、かつ、その木質感により感覚的に親しみやすい素材として、様々な建造物や工業的製品の材料として用いられている。そこで、前記の問題を解決すべく、木材の持つ特性を活かつつ、電波吸収が可能である複合機能材料の研究開発が行われている。しかしながら、これまで、主に開発が行われているのは、木材の表面に磁性塗料を塗布することにより製造される塗布型磁性木材であり、木材の持つ木質感と電波吸収特性に関して問題がある。すなわち、塗布型磁性木材に、高い電波吸収機能を持たせるためには、塗料を多量に塗布する必要があり、木材の持つ木質感を損なう原因となっている。また、塗布型磁性木材は、表面を磁性塗料でコーティングすることから、衝撃などにより塗料が剥離することも問題となっていた。

このような問題を解決するための方策として、本発明者によって、磁性粉と木粉とを接着剤を用いて圧締成形した粉体磁性木材が開発されてきている。この粉体型磁性木材は、電波吸収機能と木質特性の双方の特徴を有し、しかも広範囲な用途への適用が可能であって、作製も容易であるという利点を有している。

しかしながら、この粉体型磁性木材においても、どうしてもその表面が黒ずみ、木質建材として内装用等に使用するにはやや難点があり、また、電波減衰機能においても必ずしも満足できるものではないという改善すべき点が残されていた。

このため、その用途、機能には制約があった。

また一方で、本発明者は、木質材としての特徴を生かすために、天然木材または加工木材からなる２枚の板材の間に、磁性粉末と接着剤との混合物を介在させて接着し、これを磁性木材とすることも提案している（特許文献１−２）。

この積層型の磁性木材の場合には、確かに表裏面における板材の存在によって木質感は良好となるものの、板材を用いることから形状、寸法の自由度が低く、また、板材であるが故のコストが大きく、作製時の接着剤の硬化乾燥に時間がかかり、磁性粉末と接着剤との磁性層の厚みを大きくすると衝撃などにより剥離しやすくなり、しかもある程度の厚みにしないと所要の電波吸収機能が得られにくくなるという難点があった。このため、その用途や機能には制約がともなっていた。
特開２００１−１１８７１１号公報ＷＯ２００５／０６９７１２Ａ１

本発明は、上記のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、電波吸収機能と共に木質外観性も良好であって、しかも木質材としての強度等の特性に優れ、作製も容易で比較的低コストでもある、新しい磁性木材を提供することを課題としている。

本発明の磁性木材は、上記の課題を解決するものとして、以下のことを特徴としている。

第１：電波吸収機能を有し、磁性粉と木粉からの磁性木質層と共に、表面もしくは表面と裏面の木粉からの木質層とが圧締一体化されている磁性木材。

第２：曲げ強度が、同一の圧締条件での木粉のみからの木材に比べて少くとも１．２倍であり、１〜１０ＧＨｚ周波数域での最大減衰量（自由空間法）並びに最大反射減衰量（ニコルソン・ロス法）がいずれも１０ｄＢ以上で、１０ｄＢ以上帯域幅が１．５ＧＨｚ以上である上記の磁性木材。

第３：帯域幅０．８ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚにおいて、減衰量１０ｄＢ以上の割合が５０％以上である上記の磁性木材。

第４：以上いずれかの磁性木材が少くともその構成の一部とされている磁性木材物品。

上記のとおりの本発明によれば、形状の選択自由度が大きく、広範囲な用途への適用性に優れ、しかも作製が容易で低いコストでもあるという粉体磁性木材の特徴を生かしつつ、表面木質層の存在による温もりのある木質外観性や保温断熱性、吸音性、吸湿性等の木質特性が良好であり、かつ、厚み方向での磁性粉の密度に勾配を持たせることで高い電波吸収機能とその制御を容易とし、木質材としての機械的強度においても良好な、これまでにない磁性木材とこれを用いた各種の物品が提供されることになる。

本発明は上記のとおりの特徴を持つもものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

本発明の磁性木材においては、磁性粉は各種のものであってよく、たとえばＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、センダスト、各種のアモルファス磁性粉、各種の複合磁性粉等であってよい。これらは、その粒径については特に限定的ではないが、磁性木材の強さや圧締成形性、入手しやすさ等を考慮すると、通常は、平均粒径として１０〜２００μｍの範囲のものが好適に考慮される。一方、木粉についても特にその種類については制限はなく、磁性木材の用途に応じて、その外観性、成形性、入手しやすさ等を考慮し、たとえば、タモ材、スギ材、アカマツ材、ヒノキ材、ヒバ材等の各種のものであってよい。木粉の平均粒径については、通常は、長径が５０〜１２００μｍ、短径が２０〜４００μｍの範囲のものが好適に考慮される。この場合の長径／短径の比は、好ましくは、１．２〜１２の範囲であり、木粉の短径と磁性粉の平均粒径の比は、短径／平均粒径として０．２〜２．０の範囲とすることが好適に考慮される。

磁性粉と木粉、そして木粉の圧締のためにはバインダーが用いられるが、このバインダーとしては熱硬化性樹脂粉が好適に使用される。たとえばフェノール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等である。磁性粉や木粉との混合時のこれらの樹脂粉の粒径は、均一混合のための範囲として適宜であってよい。

圧締成形は、たとえば熱圧締として、１１０℃〜１８０℃の温度範囲で、２〜２０ＭＰａの範囲の加圧として行うことができる。圧締のための時間は、通常は５〜６０分間程度であってよい。もちろん、これらの条件は適宜に定めることができる。

そして、本発明においては、電波吸収機能は、１〜１０ＧＨｚ周波数域での最大減衰量（自由空間法）並びに最大反射減衰量（ニコルソン・ロス法）がいずれも１０ｄＢ以上で、しかも１０ｄＢ以上の帯域幅が１．５ＧＨｚ以上であることを好適に考慮することができる。また、磁性木材の曲げ強度については、同一の圧締条件で木粉のみで成形された木材に比べて少くとも１．２倍であることも好適に考慮される。

さらに好ましくは、本発明においては、帯域幅０．８ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚにおいて、減衰量１０ｄＢ以上の割合が５０％以上である磁性木材が考慮される。

これらの好ましい形態については、実施例にも示したように、たとえばＭｎ−Ｚｎフェライトを磁性粉の主体とすることや、複数種のものを混合すること、そして磁性粉の体積率を、強度バランスさせつつ最適化すること等によって実現される。

上記のような特徴は、本発明の磁性木材が実用的な電波吸収木質材として具現化するために望ましいものである。

このため、本発明の磁性木材においては、木粉とともに磁性粉が含有されている磁性木質層での磁性粉の含有量については、磁性木材としての強度、特に曲げ強度と、電波吸収機能とのバランスを考慮して定めることができるが、通常は、磁性木材の全体に対して１０〜４０体積％の範囲となるように、磁性木質層においては、４０〜８０体積％の範囲になるようにすることが考慮される。

以上のことを考慮して、本発明の磁性木材では、磁性木質層の厚みと、表面もしくは表裏面の木質層の厚みとが定められる。もちろん、本発明の磁性木材の形状は適宜であってよい。板状体、柱状体、あるいは曲面体やさらなる異形体であってもよい。

本発明の磁性木材によれば、これを用いた以下のような各種の物品が提供されることになる。

１）ＧＨｚ帯域用木質系電波吸収ボード（電波吸収・木質調和機能）
２）介護・医療・ロボット電波防護対策用
３）デジタル家電・情報機器漏洩電磁波対応（家庭用・オフィス用）
４）音楽ホール用木質系電磁波ボード（携帯電話対策、吸音機能）
５）病院用木質系電波吸収建材ボード（医療機器電磁波防護対策）
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。

もちろん以下の例によって本発明が限定されることはない。

＜１＞原材料として以下のものを用いた。

磁性粉：平均粒径８０μｍの、表１に示したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト（実施例１、比較例１）、Ｍｎ−Ｚｎフェライ、（実施例２）、これらフェライトの混合粉（実施例３、４）の磁性粉（ＴＤＫ製）
なお、フェライト混合粉についての表１での表示は、Ｎｉ：Ｍｎ＝２：１は、Ｎｉ−Ｃｕ−ＺｎフェライトとＭｎ−Ｚｎフェライとの体積比が２：１であることを示し、Ｎｉ：Ｍｎ＝１：２はこの逆であることを示している。

木粉：平均長径２００μｍ、平均短径８０μｍのヤチダモ粉。

バインダー：フェノール樹脂粉（ショウノールＢＲＰ−５１１）。

＜２＞１５０℃、２０分間、１０ＭＰａの条件で上記原材料を用いて熱圧締し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍの寸法の木質ボードを作製した。

この場合、実施例１−４では、中間に、磁性粉、木粉およびバインダーによる磁性木質層を形成し、その表裏面には、木質粉とバインダーによる木質層を形成した。この３層の構成は、熱圧締により同時に一体化成形した。

また、比較例１では、このような層構成とはせずに、全体について、磁性粉、木粉を均一分散するようにして圧締したものを示している。

表１には、磁性粉の木質ボード全体に占める体積率と磁性木質層に占める体積率、比重、並びに、磁性粉が含有されている層の厚みを示している。

なお、同一寸法の木粉のみのボードの場合の比重は０．７９（ｇ／ｃｍ³）であった。

＜３＞成形された各々の木質ボード試料について、まず、ネットワークアナライザＨＰ８７２０Ｄにより試料に反射板を付けて複素誘電率、複素透磁率を測定し、ニコルソン・ロス法により反射減衰特性を算出した。その結果を図１に示した。

また、より実用的な自由空間法によっても同測定器を用いて、減衰量を測定した。その結果を図２に示した。

図３は、この自由空間法による減衰特性の測定の概要図である。電波無響暗室において、ホーンアンテナＥＭＣＯ３１１５を用いる。

さらに、各試料について、ＵＴＭ−１０Ｔ型強度試験機を用い、ＪＩＳ−Ａ−１４０８に従って曲げ強度〔Ｎ／ｍｍ²〕を測定した。その結果を表２に示した。

なお、同一寸法の木粉のみのボードの場合の曲げ強度は１２．９３Ｎ／ｍｍ²であった。また、建築用のＪＩＳ規格（ＪＩＳ−Ａ−５９０８）によれば、８Ｎ／ｍｍ²以上であることが要請されている。
＜４＞以上の結果から、表３には、減衰特性や強度等について比較例１と実施例１とを対比して示した。

この表３からも、本発明の実施例において優れた効果が得られることがわかる。

ニコルソン・ロス法による反射減衰特性を算出した例を示した図である。自由空間法による減衰特性を例示した図である。自由空間法による測定の概要図である。

Claims

電波吸収機能を有し、磁性粉と木粉からの磁性木質層と共に、表面もしくは表面と裏面の木粉からの木質層とが圧締一体化されていることを特徴とする磁性木材。
曲げ強度が、同一の圧締条件での木粉のみからの木材に比べて少くとも１．２倍であり、１〜１０ＧＨｚ周波数域での最大減衰量（自由空間法）並びに最大反射減衰量（ニコルソン・ロス法）がいずれも１０ｄＢ以上で、１０ｄＢ以上帯域幅が１．５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１記載の磁性木材。
帯域幅０．８ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚにおいて、減衰量１０ｄＢ以上の割合が５０％以上であることを特徴とする請求項２記載の磁性木材。
請求項１から３のいずれかに記載の磁性木材が少くともその構成の一部とされていることを特徴とする磁性木材物品。