JP2015133416A - 電磁波吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波吸収特性を良好に向上させることが可能な電磁波吸収体を安価に提供する。【解決手段】本発明の電磁波吸収体１の製造方法は、所定形状の電磁波吸収体１を構成する、予め定められた軟磁性金属２３と樹脂基材２４（絶縁性基材）との分散配置に対応する３次元データに基づいて、軟磁性金属２３と樹脂基材２４とを３Ｄプリンター３０（３次元造形機）を用いて積層造形することを特徴とする。電磁波吸収体１は、軟磁性金属２３のアスペクト比が１０〜１００００に設定されている。【選択図】図４

Description

本発明は、電磁波吸収体及びその製造方法に関する。

近年、パソコン等の電子機器から発生する電磁波を遮断するために電磁波吸収体が使用されており、電磁波の吸収率を高めた電磁波吸収体が開発されている。例えば下記特許文献１では、軟磁性合金粉末をアスペクト比５〜５０の扁平形状とした上で、樹脂基材内部に分散状に充填するようにしている。また、下記特許文献２では、軟磁性合金溶湯のガス噴霧により球状の軟磁性合金粉末とした上で、ゴム又は樹脂基材内部に分散状に充填するようにしている。

特開２０００−０６８１１７号公報 特開２００２−１８５１８０号公報

しかし、軟磁性合金粉末を扁平化するためには、通常、合金溶湯を常用の水噴霧法などの方法により得た粉末をアトライター（ボールミル）で潰す工程が必要である一方で、その工程によって得られる粉末のアスペクト比は限界近くに達しており、粉末の扁平化にコストをかけた割に性能の向上を望めないという問題があった。なお、帯状の軟磁性合金をロール圧延することによっても軟磁性合金のアスペクト比を高くすることができるが、この場合もコストに見合った性能が得られないという上記と同様の問題があった。

本発明は以上のような事情を背景としてなされたものであり、その目的は、電磁波吸収特性を良好に向上させることが可能な電磁波吸収体及びその製造方法を安価に提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電磁波吸収体の製造方法は、所定形状の電磁波吸収体を構成する、予め定められた軟磁性金属と絶縁性基材との分散配置に対応する３次元データに基づいて、軟磁性金属と絶縁性基材とを３次元造形機を用いて積層造形することを特徴とする。
この場合、電磁波吸収体の製造方法は、高密度エネルギービームにより軟磁性金属粉末を溶融させることで軟磁性金属を形成する金属層形成工程と、
高密度エネルギービームにより樹脂粉末を溶融させることで絶縁性基材としての樹脂基材を形成する基材層形成工程と、を備え、
金属層形成工程と基材層形成工程とを交互に繰り返すことにより、軟磁性金属を樹脂基材を介して階層状に分散配置する構成とすることができる。
また、本発明の第１の電磁波吸収体は、上記電磁波吸収体の製造方法により製造された電磁波吸収体であって、軟磁性金属のアスペクト比が１０〜１００００（好ましくは１００〜５０００）に設定されていることを特徴とする。
さらに、本発明の第２の電磁波吸収体は、上記電磁波吸収体の製造方法により製造された電磁波吸収体であって、電磁波吸収体における軟磁性金属の充填率が５〜９９％（好ましくは６０〜９５％）に設定されていることを特徴とする。なお、電磁波吸収体が、屈折率が負になるという左手系メタマテリアルに属するものである場合は、電磁波吸収体における軟磁性金属の充填率を５〜５０％に設定することで、有利な効果を奏することが予想される。

本発明の電磁波吸収体の製造方法では、軟磁性金属と絶縁性基材との分散配置を示す３次元データ（３ＤＣＡＤデータ、３ＤＣＧデータ）に基づいて、軟磁性金属と絶縁性基材とを３次元造形機（３Ｄプリンター）を用いて積層造形する。このように３次元造形機を用いることによって、従来機械的な製造方法では実現が困難であった、極めて薄い扁平形状の軟磁性金属を含む電磁波吸収体、又は軟磁性金属の充填率を高めた電磁波吸収体を安価に製造することが可能となる。

本発明の実施例１に係り、電磁波吸収体の一例を示す斜視図。 電磁波吸収体の内部を電磁波が反射しつつ進行していく状態を示す図１の要部断面図。 図１の電磁波吸収体から上層側の反射板及び最上層の樹脂基材を除いた状態を示す斜視図。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図。 図１の電磁波吸収体における吸収層を作成する工程を示す工程図。 図４の最下層を製造する工程を示す説明図。 図１の電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示すグラフ。 本発明の実施例２に係る電磁波吸収体を示す図４に対応する断面図。 図８の最下層を製造する工程を示す説明図。

図１に示されるように、電磁波吸収体１は、一対の反射板１１，１２と、各反射板１１，１２により一体的に挟持された吸収層２０とを備えている。反射板１１，１２は、いずれも金属製（例えばＣｕで形成）であり、電磁波の入射側（吸収層２０の上層側）に配置される反射板１２には、その主表面側から吸収層２０側へと貫通する開口１２ａがＸ−Ｙ方向に沿って規則的に形成されている。開口１２ａは、図２に示されるように、電磁波吸収体１の内部への電磁波の入射口として機能する。

吸収層２０は、図２〜図４に示されるように、複数の金属層２１及び基材層２２を含んでいる。各金属層２１は、軟磁性金属粉末２３Ａ（図６Ａ参照）を溶融させた複数の扁平層状の軟磁性金属２３で形成されている。軟磁性金属２３としては、例えばＦｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金や、軟磁性フェライトなどを用いることができる。個々の軟磁性金属２３は、ほぼ同じ厚み、例えば１μｍに設定され、アスペクト比が１００〜１００００、透磁率が１００〜２００００に設定されている。

基材層２２は、樹脂粉末２４Ａ（図６Ｃ参照）を溶融させて絶縁性基材としての樹脂基材２４を形成したものである。樹脂基材２４としては、例えばナイロン１２を用いることができる。各基材層２２は、ほぼ同じ厚み、例えば２μｍに設定されており、対応する金属層２１を覆うように配置され、各金属層２１は、それぞれ直下の基材層２２の水平な上面を同一高さの基準面として配置されるようになっている。

上記のように構成された電磁波吸収体１は、３次元造形機としての３Ｄプリンター、例えば粉末積層造形装置を用いて製造することができる。図５は、電磁波吸収体１の製造方法の一例を概略的に示す工程図である。最初に、吸収層２０を構成する軟磁性金属２３と樹脂基材２４とがそれぞれ所定位置に分散配置されるように電磁波吸収体１の３次元モデル・３次元データを作成する（ステップＳ１）。

次に、電磁波吸収体１の３次元モデルをその厚さ方向（Ｚ方向）に所定厚み（その１枚ずつの厚みは個々の基材層２２の厚みに相当）にスライスした断面データを作成し、３Ｄプリンター３０（図６（Ａ）参照）に入力する。３Ｄプリンター３０は、電磁波吸収体１の厚さ方向に昇降可能なテーブルを備え、そのテーブル上に反射板１１が載置される。

造形が開始されると、軟磁性金属粉末２３Ａが金属粉末供給部３１から供給され、厚みがほぼ均一となるようにレーキ等により反射板１１上の全面にわたって敷き詰められる（図６（Ａ））。その後、最下層の断面データに基づいて、高密度エネルギービームとしてのレーザー３２が照射され（出力は軟磁性金属粉末２３Ａの種類に応じて予め設定）、所定領域の軟磁性金属粉末２３Ａの溶融により軟磁性金属２３からなる金属層２１が形成される（ステップＳ２、図６（Ｂ））。レーザー３２により照射されなかった部分の軟磁性金属粉末２３Ａは、レーキ等により反射板１１の上面から排出される。

次に、樹脂粉末２４Ａが樹脂粉末供給部３３から供給され（図６（Ｃ））、厚みがほぼ均一となるようにレーキ等により金属層２１上、及び金属層２１が形成されていない部位に対応する反射板１１上に敷き詰められる。その後、高密度エネルギービームとしてのレーザー３２が照射され（出力は樹脂粉末２４Ａの種類に応じて予め設定）、最下層の全面における樹脂粉末２４Ａの溶融により樹脂基材２４による基材層２２が形成される（ステップＳ３、図６（Ｄ））。

以後、上記した金属層２１の形成工程（ステップＳ２）と基材層２２の形成工程（ステップＳ３）とが断面データの数だけ交互に繰り返し実行される（ステップＳ４）。この場合、各基材層２２の形成工程が終了する毎に、反射板１１が積層ピッチ分だけ下降するようにテーブルが移動制御される。

造形が終了すると、反射板１１上に吸収層２０が一体的に形成されたモデルが得られる（図４参照）。最後に、吸収層２０の上面に別途用意した反射板１２を固着することで、図１に示すような電磁波吸収体１が完成する。

上記実施例１では、金属層２１の厚さｔをｔ＝１μｍに設定するようにした。これにより、金属層２１を構成する個々の軟磁性金属２３のアスペクト比及び透磁率が高くなり、軟磁性金属２３の全体にわたり磁束が流れやすくなって、入射した電磁波のエネルギーをより良好に吸収することができる。その結果、図７に示されるように、周波数の吸収特性を８〜１０ＧＨｚの範囲に広げることができ、しかも−２０ｄＢ以上の反射係数（反射減衰）を確保できるようになる。

以上の説明からも明らかなように、本実施例１による電磁波吸収体１の製造方法では、軟磁性金属２３と樹脂基材２４との分散配置を示す３次元モデル・３次元データに基づいて、軟磁性金属２３と樹脂基材２４とを３Ｄプリンター３０を用いて積層造形する。このように３Ｄプリンター３０を用いることによって、従来機械的な製造方法では実現が困難であった、厚さが１μｍ程度の扁平形状の軟磁性金属３０を含む電磁波吸収体１を安価に製造することができる。

ただし、実施例１に示したように金属層２１の厚さを一定にする場合に限らず、例えば図８に示されるように、軟磁性金属２３が種々の厚さを有するように設定し、電磁波吸収体２における軟磁性金属２３の充填率を５〜９９％に設定してもよい。このように軟磁性金属２３の充填率を高く設定することによっても、入射した電磁波のエネルギーをより良好に吸収することができる。なお、以下の実施例２の説明では、上記実施例１と同じ機能を果たす部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図９を参照して、電磁波吸収体２の最下層を形成する場合を代表して説明する。図６（Ｂ）の金属層形成工程と同様にして１回目の金属層２１が形成された後、軟磁性金属粉末２３Ａが金属粉末供給部３１から供給され（図９（Ａ））、厚みがほぼ均一となるようにレーキ等により金属層２１及び反射板１１上の全面にわたって敷き詰められる。その後、最下層の断面データに基づいて、高密度エネルギービームとしてのレーザー３２が照射され、所定領域の軟磁性金属粉末２３Ａの溶融により、厚くしようとする軟磁性金属２３のみが厚くされる（図９（Ｂ））。レーザー３２により照射されなかった部分の軟磁性金属粉末２３Ａは、レーキ等により反射板１１の上面から排出される。

最下層の断面データに基づいて、厚くしようとする軟磁性金属２３が残ってていれば、図９（Ａ）に示すような金属層２１の追加形成工程が繰り返し実行される。厚くする必要のある軟磁性金属２３がなくなった時点で、図６（Ｃ）と同様にして基材層２２の形成工程が実行される。

上記実施例２による電磁波吸収体２の製造方法においても、軟磁性金属２３と樹脂基材２４とを３Ｄプリンター３０を用いて積層造形することによって、従来機械的な製造方法では実現が困難であった、充填率が５〜９９％程度の軟磁性金属２３を含む電磁波吸収体２を安価に製造することができる。

なお、上記実施例１と実施例２の両者の考えを取り入れ、金属層２１の厚さはほぼ同じ厚み（ｔ＝１μｍ）としつつ、各層毎に軟磁性金属２３が占める充填率が高くなるように設定された電磁波吸収体を製造することもできる。

また、上記実施例１、２では、反射板１１上に吸収層２０を形成するようにしたが、３Ｄプリンター３０により吸収層２０のみを造形し、その造形後に別途用意した反射板１１、１２を吸収層２０の上下面に固着するようにしてもよい。あるいは、反射板１１，１２及び吸収層２０からなる電磁波吸収体の全体を３Ｄプリンター３０により積層造形することも可能である。

なお、反射板１２の開口１２ａの形状や開口１２ａの間隔を変える（近接させる）ことによって、左手系メタマテリアルが実現されることもあり、この場合には通常とは異なる電磁波吸収特性を得ることが可能である。

また、上記実施例１、２等では、レーザーを高密度エネルギービームとする粉末積層造形装置を用いて実施したが、これ以外にも、例えばインクジェット式の積層造形装置等を用いて実施することも可能である。

また、上記実施例１、２では、軟磁性金属２３が、同一層及び上下の層にわたって連結されていないモデルである場合について説明したが、軟磁性金属２３が同一層及び上下の全ての層にわたって立体的に連結されるように形成することも可能である。この場合には、上記実施例１、２において基材層形成工程を省略し、金属層形成工程の実行のみによって軟磁性金属２３からなる３次元モデルを３Ｄプリンターにより作成した後、この３次元モデルの隙間に液状の樹脂（ナイロン１２以外のものを含む）又は合成ゴムを充填させる樹脂充填工程又はゴム充填工程を実行することで、上記実施例１、２とは異なる態様の吸収層を形成することができる。

１、２ 電磁波吸収体
１１、１２ 反射板
１２ａ 開口
２０ 吸収層
２１ 金属層
２２ 基材層
２３ 軟磁性金属
２３Ａ 軟磁性金属粉末
２４ 樹脂基材（絶縁性基材）
２４Ａ 樹脂粉末
３０ ３Ｄプリンター（３次元造形機）

Claims (4)

1. 所定形状の電磁波吸収体を構成する、予め定められた軟磁性金属と絶縁性基材との分散配置に対応する３次元データに基づいて、前記軟磁性金属と前記絶縁性基材とを３次元造形機を用いて積層造形することを特徴とする電磁波吸収体の製造方法。
2. 前記電磁波吸収体の製造方法は、高密度エネルギービームにより軟磁性金属粉末を溶融させることで前記軟磁性金属を形成する金属層形成工程と、
   高密度エネルギービームにより樹脂粉末を溶融させることで前記絶縁性基材としての樹脂基材を形成する基材層形成工程と、を備え、
   前記金属層形成工程と前記基材層形成工程とを交互に繰り返すことにより、前記軟磁性金属を前記樹脂基材を介して階層状に分散配置することを特徴とする請求項１に記載の電磁波吸収体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の電磁波吸収体の製造方法により製造された電磁波吸収体であって、前記軟磁性金属のアスペクト比が１０〜１００００に設定されていることを特徴とする電磁波吸収体。
4. 請求項１又は２に記載の電磁波吸収体の製造方法により製造された電磁波吸収体であって、前記電磁波吸収体における前記軟磁性金属の充填率が５〜９９％に設定されていることを特徴とする電磁波吸収体。

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