JP2017212239A - 電磁シールド材および電磁シールド材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量な電磁シールド材を実現すること。【解決手段】電磁シールド材は、樹脂層１０と、磁性体層１１と、金属層１２と、によって構成されている。磁性体層１１は、樹脂層１０の一方の面上に接して位置している。図１に示すように、磁性体層１１には複数の孔１３が設けられている。各孔１３は、平面視で正方形であり、等間隔に正方格子状に配列されている。この孔１３によって、磁性体層１１は、正方形の格子状のメッシュパターンとなっている。金属層１２は、磁性体層１１に空けられた孔１３を埋めるようにして設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波を遮断して外部への電磁波の漏れを抑制する電磁シールド材であって、磁性体層を有したものに関する。また、その製造方法である。

電気自動車やハイブリッド車では、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）内部に実装されているインダクタに大電流が流れ、数ｋＨｚから数ＭＨｚの低周波の電磁波が発生する。このような低周波の電磁波が外部に漏れると、ノイズ源となって各種機器に影響を与えてしまうため、漏れないようにシールドする必要がある。そこで、従来はＰＣＵの筐体として金属製のものが採用されており、その金属によって低周波の電磁波をシールドし、外部への漏れを低減していた。

従来の電磁シールド材としては、特許文献１〜４に記載のものがある。特許文献１には、磁性体層と金属層を接着層によって張り合わせた電磁波シールドシートが記載されている。漏洩する電磁波の低周波数域は金属層によってシールドされ、高周波数域は磁性体層によってシールドされるので、広帯域に電磁波を低減できることが記載されている。

特許文献２には、炭素繊維強化プラスチックの両面に金属層を設けた電磁波遮蔽用複合材料が記載されている。

特許文献３には、銅、銀、金、ステンレススチール、アルミニウムなどの金属繊維と、合成繊維、炭素繊維などの非金属繊維との混合織物の表面に、銅、ニッケル、スズなどの金属めっきを施した磁界シールド材が記載されている。この磁界シールド材は、０．１〜１００ＭＨｚの低周波域の磁界シールド性能が高く、軽くて成形加工性に優れていることが記載されている。

特許文献４には、熱可塑性樹脂に、メジアン径が５〜１００μｍ、アスペクト比が１０以上の扁平軟磁性粉末を混合した平板状の射出成形体である磁界シールド材が記載されており、０．１〜１００ＭＨｚの低周波において良好なシールド効果を示す旨が記載されている。

特許第５５８１１６３号公報 特開２０１２−１０９４５２号公報 特開２０１４−４５０４７号公報 特開２０１２−１５１２０５号公報

近年、車の燃費向上などを理由としてＰＣＵの筐体の軽量化が進められている。しかし、単に金属製の筐体とした場合、低周波の磁界をシールドするためには筐体を厚くする必要があり、その結果筐体が重くなってしまうことが問題であった。そこで、低周波の電磁波を効果的にシールドすることができる軽量な電磁シールド材が求められていた。

また、上記特許文献１〜４に記載の電磁シールド材では、以下のような問題がある。

特許文献１では、磁性体層と金属層を接着層により固定しており、磁性体層と金属層の熱膨張係数差による剥離の恐れがあり、信頼性の確保が問題となる。また、磁性体層と金属層が全面に形成されるため、重くなることも問題である。

特許文献２では、金属層の比透磁率が低いため十分な磁界シールドを確保するためには金属層を厚くする必要がある。そのため、シールド材が重くなってしまうことが問題である。たとえば、比透磁率が１のアルミニウムを用いて１０ｋＨｚで１０ｄＢ以上の磁界シールド効果を確保しようとすると、１ｍｍ以上の厚さとする必要がある。

特許文献３では、金属めっきを薄くする必要があり、また金属繊維間の隙間から磁束が漏れるため、磁界シールド効果が十分でなく、たとえば１００ｋＨｚでは最大でも１０ｄＢ程度である。また、周波数が低くなるにつれてシールド効果も低下する傾向があり、１０ｋＨｚではさらにシールド効果が低下してしまう。

特許文献４は、磁性体の内部を磁束が通ることでシールドされるものであるため、軟磁性粉末の各粒子を接触させて磁路を確保する必要がある。接触していないと、その隙間から磁束が漏洩し、シールド効果が急激に低下する。そのため、十分なシールド効果を得るためには大量に軟磁性粉末を混合する必要があり、重くなってしまう問題がある。また、射出成形による作製が困難になることも課題である。

そこで本発明の目的は、軽量な電磁シールド材を実現することであり、特に、低周波でのシールド効果が高い電磁シールド材を実現することである。

本発明は、磁性体層を有し、電磁波を遮蔽する電磁シールド材において、磁性体層は、貫通する複数の孔が設けられ、孔により分断されずに一続きの平面パターンとなっている、ことを特徴とする電磁シールド材である。

磁性体層の平面パターンは、分断されずに一続きであれば任意のパターンでよいが、シールド効果をより向上させるためには対称性の高いパターンが望ましい。たとえば、格子状のメッシュパターンとすることができる。また、中心から伸びる複数の直線状の線路である放射部を有するパターンとすることができる。このような放射部を有したパターンでは、インピーダンスの低い磁路が放射状に形成されるため、シールド効果をより向上させることができる。また、放射方向に対して角度を成して前記放射部の線路に接続し、同心円状に配列された接続部をさらに有するパターンとすることがより望ましい。

磁性体層は、比透磁率が１０００以上の材料が望ましい。磁界シールド効果をより向上させることができる。より望ましい比透磁率は５０００以上であり、さらに望ましくは１００００以上である。磁性体層の材料には、軟磁性材料、またはそれを含む混合材料を用いることが好ましい。

孔を埋めて磁性体層に接し、導電率が磁性体層よりも高い金属層をさらに有することが望ましい。高周波でのシールド効果をより向上させることができる。また、金属層は孔の側面の全面に接するようにするとよい。シールド効果をより向上させることができる。また、シールド効果向上のために金属層は導電率の高い材料が好ましく、たとえば導電率が１×１０⁶ Ｓ／ｍ以上の材料が好ましい。より好ましくは５×１０⁶ Ｓ／ｍ以上、さらに好ましくは１×１０⁷ Ｓ／ｍ以上である。金属層の材料には、鉄、銅、アルミニウム、またはそれらを主成分とする合金を用いることが好ましい。

本発明の電磁シールド材は、周波数１０ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の電磁波の遮蔽に好適であるが、特に周波数１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の電磁波の遮蔽に用いるとよい。このような周波数帯では、軽量でシールド効果の高い電磁シールド材は従来実現できていなかったが、本発明はこれを実現することができる。

また、本発明は、磁性体層を有し、電磁波を遮蔽する電磁シールド材の製造方法おいて、磁性体層に貫通する複数の孔を設け、磁性体層の平面パターンは、孔により分断されずに一続きの平面パターンとし、磁性体層と孔の面積の和に対する孔の面積の割合によって、所望のシールド特性となるように設定する、ことを特徴とする電磁シールド材の製造方法である。

本発明によれば、磁性体層は孔によって分断されておらず、一続きであるため、平面方向にインピーダンスの低い磁路が確保されている。その結果、磁界シールド効果をあまり損なわずに十分な磁界シールド効果を保持したまま、孔による電磁シールド材の軽量化を図ることができる。

実施例１の電磁シールド材を上方から見た平面図。 実施例１の電磁シールド材の断面図。 磁性体を配置したときの磁束の流れを示した図。 実施例１の電磁シールド材の変形例を示した断面図。 シミュレーションに用いたモデルを示した図。 実施例１の電磁シールド材の磁界シールド効果の周波数特性を示したグラフ。 実施例１の電磁シールド材の磁界シールド効果のα依存性を示したグラフ。 実施例１の電磁シールド材の電界シールド効果の周波数特性を示したグラフ。 実施例２の電磁シールド材を上方から見た平面図。 実施例２の電磁シールド材の磁界シールド効果の周波数特性を示したグラフ。 金属層１２のパターンの変形例を示した図。 磁性体層の平面パターンの変形例を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の電磁シールドを上方から見た平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。実施例１の電磁シールド材は、図１、２のように、樹脂層１０と、磁性体層１１と、金属層１２と、によって構成されている。以下、各構成について詳しく説明する。

（樹脂層１０の構成）
樹脂層１０は、平板状であり、炭素繊維強化プラスチックからなる。樹脂層１０は、磁性体層１１および金属層１２を支持するためのものである。炭素繊維強化プラスチック以外にも任意の樹脂材料を用いることができ、樹脂以外にも磁性体層１１および金属層１２を支持できる材料であれば任意の材料を用いることができ、たとえば金属層でもよい。ただし、電磁シールドの軽量化などの観点から樹脂材料が望ましく、特に、機械的な強度が高いこと、軽量であることから、実施例１のように炭素繊維強化プラスチックを用いることが望ましい。

なお、実施例１では樹脂層１０を平板としているが、任意の平面形状または立体的形状であってよく、電子機器の筐体とすることもできる。実施例１の電磁シールド材を電子機器の筐体として、電磁波源を筐体により封止することで、軽量かつ電磁波の漏れのない電子機器を実現することができる。たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車のＰＣＵの筐体とすることができる。

（磁性体層１１の構成）
磁性体層１１は、樹脂層１０の一方の面上に接して位置している。図２に示すように、磁性体層１１には、その磁性体層１１を貫通する複数の孔１３が設けられている。各孔１３は、平面視で正方形であり、等間隔に正方格子状に配列されている。その格子周期Ｔは６ｍｍであり、正方形の孔１３の一辺Ｌは４ｍｍである。この孔１３によって、磁性体層１１は、幅Ｗ（＝２ｍｍ）の複数の直線状の線路が正方形の格子状に直交したメッシュ状の平面パターンとなっている。磁性体層１１と孔１３の面積の和に対する孔１３の面積の割合αは、Ｌ² ／Ｔ² であり、４４％である。

磁性体層１１の材料は、ナノ結晶軟磁性材料である日立金属製のファインメット（登録商標）である。他にも、軟磁性材料、またはそれを含む混合材料を用いることができ、ファインメット以外のナノ結晶軟磁性材料や、パーマロイ、フェライト、アモルファス金属磁性材料、ケイ素鋼、およびそれらの混合材料などを用いることができる。特に、ナノ結晶軟磁性材料、パーマロイ、フェライト、またはそれらの混合材料が好ましい。また、比透磁率（直流での初比透磁率の値）が１０００以上の強磁性体材料が好ましい。磁界のシールド効果をより向上させることができ、特に１０ｋＨｚから１００ｋＨｚでの磁界シールド効果を向上させることができる。より望ましい比透磁率は５０００以上、さらに望ましくは１００００以上である。また、磁性体層１１は材料の異なる複数の磁性体の積層であってもよい。比誘電率について特に上限はなく、実際上作製可能な範囲であればよい。また、磁性体層１１は導電率の高い材料であるとさらによい。磁界シールド効果だけでなく、電界シールド効果も向上させることができる。たとえば、磁性体層１１の導電率は１×１０⁴ Ｓ／ｍ以上とするのがよく、より望ましくは１×１０⁵ Ｓ／ｍ以上である。

磁性体層１１の厚さは、１８μｍである。磁性体層１１の厚さはこれに限るものではないが、表皮厚さδ以上では磁界シールド効果が飽和していき、また厚くなることで電磁シールド材が重くなってしまう。ここで、表皮厚さδは、磁性体層１１の比誘電率をμｒ、真空の透磁率をμ０、電磁波の周波数をｆ、磁性体層１１の導電率をσとして、δ＝１／（π＊ｆ＊＊σμｒ＊μ０）^1/2 で表される。また、また、磁性体層１１が表皮厚さδ以下では、磁界シールド効果が低減していく。そこで、磁界シールド効果と厚さによる重量増加とのバランスの観点から、磁性体層１１の厚さは以下のようにすることが望ましい。磁性体層１１の厚さは、最も低減したい電磁波の周波数における表皮厚さδをδ’として、表皮厚さδ’の１．５倍以下とすることが望ましく、より望ましくは１．３倍以下、さらに望ましくは１．１倍以下である。また、磁性体層１１の厚さは、表皮厚さδ’の０．５倍以上とすることが望ましく、より望ましくは０．８倍以上、さらに望ましくは０．９倍以上である。実施例１における磁性体層１１は、１００ｋＨｚにおける比透磁率μｒが１００００であり、導電率σが８．３３×１０⁵ Ｓ／ｍであり、周波数１００ｋＨｚでの表皮厚さδがおよそ１７．４μｍであるため、上記のように１８μｍに設定している。

実施例１の電磁シールド材では、比透磁率の高い磁性体層１１を設けることにより、低周波、特に１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの磁界シールド効果を高めている。そして、磁性体層１１に孔１３を空けて軽量化を図っているが、磁性体層１１が個々に分離されずに一続きであるため、低周波の磁界シールド効果の低減量は小さく、十分な磁界シールド効果が得られている。その理由を図３を参照に説明する。

送受信コイルの間に磁性体を置いた場合の磁束の流れについて考える。図３（ａ）のように、磁性体が板状に全面に形成されている場合、面内のどの方向にも磁性体が存在しており、磁性体の磁路のインピーダンスはどの方向にも低く、送信コイルを出た磁束は磁性体の内部を面内に沿って流れ送信コイルに戻る。そのため、受信コイル側に磁束は漏れず、磁界シールド効果が高い。

一方、図３（ｂ）のように、磁性体が個々に分離して配列された正方形のパターンである場合、各磁性体の隙間は比透磁率が低く、磁路のインピーダンスが高くなる。そのため、送信コイルから磁性体に達した磁束は、磁性体内部を面内に沿って流れずに、磁性体間の隙間を通って裏側へと抜け、受信コイル側へと磁束が漏れる。そのため、磁界シールド効果は低い。

これに対して図３（ｃ）のように、正方形の各磁性体を同じく磁性体の線路によって接続したパターンでは、磁性体が設けられていない隙間はあるものの、各磁性体が線路で接続されており、全体としては分断されずに一続きであるため、正方形の磁性体から線路を通って他の正方形の磁性体へとインピーダンスの低い経路が確保されている。したがって、送信コイルから磁性体に達した磁束は、そのインピーダンスの低い磁路に集中し、インピーダンスの高い磁性体間の隙間へは磁束が向かいにくくなる。その結果、磁性体間に隙間を設けているにもかかわらず隙間からの磁束の漏れは少なく、十分な磁界シールド効果が得られる。なお、その隙間からの磁束の漏れをより少なくするためには、正方形の各磁性体を接続する線路部分の線路幅を太くして磁路のインピーダンスをより低減すればよい。そして、その接続部分の線路を太くして正方形の一辺の長さと等しくしたパターンが、実施例１の磁性体層１１の正方格子状のメッシュパターンとなっている。

（金属層１２の構成）
金属層１２は、図１、２に示すように、磁性体層１１に空けられた孔１３を埋めるようにして設けられている。金属層１２は、孔１３の側面１３ａの全面に接している。このように、金属層１２は磁性体層１１上の全面に設けられているわけではなく、孔１３の側面１３ａでのみ磁性体層１１に接しており、その接触面積は小さい。そのため、磁性体層１１上全面に金属層１２を設けていた従来に比べて、磁性体層１１と金属層１２との間の線膨張係数差に起因する剥離の問題が軽減されている。

なお、金属層１２は、孔１３を完全に埋めるのではなく、孔１３の側面１３ａに一部接していなくともよい。たとえば図１１のように、正方形の孔１３の角部において金属層１２が孔１３の側面１３ａに接触せず、隙間が設けられた構成とすることもできる。ただし、磁界シールド効果をより向上させるためには、実施例１のように金属層１２が孔１３の側面１３ａに全面的に接していることが望ましい。孔１３の側面１３ａに全面的に接する構造とすることで、磁性体層１１と金属層１２の複合体の実効的な導電率がより向上し、渦電流発生による磁界シールドの効果がより向上するためである。特に、１００ｋＨｚ以上の高周波での磁界シールド効果の向上に有効である。

金属層１２の材料は、銅である。他にも、磁性体層１１よりも導電率の高い材料であれば任意の材料を用いることができ、たとえば、鉄、アルミニウム、銀、金、ニッケル、スズ、およびそれらを主成分とする合金などを用いることができ、特に鉄、銅、アルミニウム、またはそれらを主成分とする合金が好ましい。また、磁界シールド効果および電界シールド効果の向上のためには導電率が１×１０⁶ Ｓ／ｍ以上の材料が好ましい。より望ましくは５×１０⁶ Ｓ／ｍ以上、さらに望ましくは１×１０⁷ Ｓ／ｍ以上である。導電率について特に上限はないが、実際に実現可能な範囲であればよい。また、金属層１２は材料の異なる複数の金属層の積層であってもよい。また、金属層１２は比透磁率が１より大きな材料であってもよい。

金属層１２の厚さは１８μｍであり、磁性体層１１と同じ厚さである。そのため、磁性体層１１の表面と金属層１２の表面は同一の面を成している。なお、金属層１２の厚さを磁性体層１１と同一にする必要はなく、磁性体層１１より薄くしてもよいし、厚くしてもよい。ただし、磁性体層１１と同様の理由で、最も低減したい電磁波の周波数における表皮厚さδ’以上とすることが望ましい。

なお、実施例１では磁性体層１１と孔１３の面積の和に対する孔１３の面積の割合αを４４％に設定しているが、所望の磁界シールド特性に応じてαを設定することができる。αを減少させると、孔１３の面積が減少して磁性体層１１の面積が増えるため、１００ｋＨｚ以下の低周波での磁界シールド効果が向上するが、金属層１２の面積が減少するため、１００ｋＨｚより高い高周波での磁界シールド効果や電界シールド効果は低減する。一方、αを増加させると、孔１３の面積が増加して磁性体層１１の面積が減少するため、低周波での磁界シールド効果は減少するが、金属層１２の面積は増加するため、高周波での磁界シールド効果や電界シールド効果は向上する。そこで、αを制御することで、所望の周波数におけるシールド効果が最大となるように調整することができる。

また、金属層１２は必ずしも設ける必要はない。金属層１２を設けない場合、１００ｋＨｚ以上の高周波での磁界シールド効果、および電界シールド効果は低減するが、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの低周波についてはさほど磁界シールド効果に影響はない。そのため、低周波について磁界シールドできれば十分な用途については、金属層１２を省いて磁性体層１１のみとしてよい。

実施例１の電磁シールドは、３Ｄプリンタ、めっき、蒸着、スパッタなどの方法によって、樹脂層１０上に磁性体層１１および金属層１２を形成することで作製できる。ここで、製造方法の都合などにより、金属層１２が磁性体層１１上に部分的に連続してもよいし（図４（ａ）参照）、逆に磁性体層１１が金属層１２上に部分的に連続していてもよい（図４（ｂ）参照）。

以上、実施例１の電磁シールド材によれば、磁性体層１１および金属層１２が設けられていることにより広帯域な電磁シールド効果が得られる。なかでも１０ｋＨｚから１ＧＨｚの帯域において高い電磁シールド効果が実現されており、特に１０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの低周波において優れた電磁シールド効果が実現されている。また、磁性体層１１の平面パターンが個々に分離されていない一続きのメッシュ状のパターンとしているため、磁界シールド効果をさほど低減させずに軽量化されている。また、金属層１２は孔１３の側面でのみ磁性体層１１に接しており、接触面積が小さいため、磁性体層１１と金属層１２との線膨張係数の違いによる剥離が生じにくい。そのため実施例１の電磁シールド材は耐環境性が高く、信頼性が高い。

なお、実施例１の電磁シールド材は、磁性体層１１または金属層１２の少なくとも一部が金属製の筐体に接するように配置するとよい。静電遮蔽の効果によって電界シールド効果も向上させることができる。

次に、実施例１の電磁シールド材についての各種シミュレーション結果について説明する。

実施例１の電磁シールドの磁界シールド効果について、アドバンテスト法を想定してシミュレーションにより評価した。シミュレーションに用いたモデルを図５に示す。図５のように、金属筐体の中に直径２０ｍｍの円形コイルである送信コイルと受信コイルを相対して配置し、その送信コイルと受信コイルとの間に垂直に実施例１の電磁シールド材を配置した場合を想定した。実施例１の電磁シールド材は、一辺が１３０ｍｍの正方形の平板とし、その側面で金属筐体と接するよう配置した。磁界シールド効果は、実施例１の電磁シールド材がある場合とない場合における送信コイルと受信コイル間の透過係数の差から求めた。また、実施例１の電磁シールド材として、金属層１２がある場合（実施例１−１とする）と、金属層１２がない場合（実施例１−２とする）の双方で磁界シールド効果を評価した。

図６は、実施例１の電磁シールド材の磁界シールド効果の周波数特性について、アドバンテスト法を想定して、上記図５のモデルによりシミュレーションした結果を示したグラフである。

図６のように、実施例１−１、１−２の電磁シールド材は、周波数が高くなるにつれて磁界シールド効果が徐々に低減してはいるが、１００ｋＨｚあたりまでは磁界シールド効果低減の幅は小さく、実施例１−１、１−２ともにほぼ同様の高い磁界シールド効果を有していることがわかり、１５ｄＢ以上の磁界シールド効果が得られている。１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの低い周波数において実施例１−１と実施例１−２とで磁界シールド効果にあまり違いが見られないのは、そのような低い周波数では磁界シールド効果は磁性体層１１の材料（比透磁率）、磁性体層１１と孔１３の面積の和に対する孔１３の面積の割合α、および磁性体層１１のパターンによって決まるためである。

１００ｋＨｚ以上の周波数では、実施例１−２の電磁シールド材は周波数の増加による磁界シールド効果の低減幅がやや大きく、１０００ｋＨｚで５．９ｄＢとなっている。これは、磁性体層１１の比透磁率は周波数が高くなるにつれて低くなる特性を有しており、１００ｋＨｚあたりから低減幅が大きくなっていることに起因している。つまり、１００ｋＨｚを超える周波数では磁性体層１１内部を通る磁路のインピーダンスが高くなり、磁性体層１１に設けられた孔１３からの磁束の漏れが大きくなることに起因している。

一方、実施例１−１の電磁シールド材は、周波数の増加による磁界シールド効果の低減幅が小さく、１０００ｋＨｚで１２．２ｄＢとなっていて、実施例１−２に比べて６．３ｄＢ改善している。これは、金属層１２を設けたことで電磁シールド材の実効的な導電率が高くなり、電磁シールド材中に大きな渦電流が発生し、その渦電流によって磁界が打ち消されるため磁界シールド効果が向上したと考えられる。

図７は、実施例１−２の電磁シールド材について、１００ｋＨｚにおける磁界シールド効果のα依存性を示したグラフである。αは、磁性体層１１と孔１３の面積の和に対する孔１３の面積の割合（％）である。他のシミュレーション条件は図３の場合と同様である。

図７のように、αが増加すると磁界シールド効果はほぼ線形に低下していくことがわかる。この結果から、αを制御することによって１０ｋＨｚから１００ｋＨｚでの低周波での磁界シールド効果を制御できることがわかる。また、αが減少すると金属層１２の面積は増加するので、１００ｋＨｚ以上の高周波での磁界シールド効果は向上させることができる。つまり、αによって低周波での磁界シールド効果と高周波での磁界シールド効果のバランスを制御することができ、用途に応じたシールド効果の設定が可能である。

図８は、実施例１−１、１−２の電磁シールド材の電界シールド効果をシミュレーションにより評価した結果を示すグラフである。シミュレーションの条件は、図８における場合において送受信コイルに替えてダイポールアンテナである送受信アンテナを用い、実施例１の電磁シールド材を金属筐体に接続して接地した場合であり、他の条件は図３の場合と同様である。

図８のように、孔１３を埋める金属層１２を設けた実施例１−１の電磁シールド材は、孔１３を金属層１２により埋めていない実施例１−２の電磁シールド材に比べて、電界シールド効果が向上していることがわかる。孔１３を金属層１２により埋めたことで、磁性体層１１および金属層１２を合わせた全体としての実効的な導電率が向上しているためと考えられる。

図９は、実施例２の電磁シールド材を上方から見た平面図である。実施例２の電磁シールド材は、実施例１の電磁シールド材の磁性体層１１に替えて磁性体層２１を設け、金属層１２を省いた構造である。他の構成については実施例１の電磁シールド材と同様であり、説明を省略する。

磁性体層２１は、磁性体層１１の平面パターンを変えたものである。磁性体層２１の材料や厚さなどは磁性体層１１と同様である。磁性体層２１には、図９のように、その磁性体層２１を貫通する複数の孔２３が、中心Ｏとして同心円状に離間して形成されており、周方向には８等分されている。各孔２３は、中心Ｏに隣接するものは中心角がおよそ４５°の扇形であり、それ以外は中心角がおよそ４５°で幅３ｍｍの円弧状である。

これら複数の孔２３によって、磁性体層２１は次のようなパターンとなっている。中心Ｏから放射状に伸び、等角度に配列された８本の直線状の線路である放射部２１ａと、放射部２１ａに接続しする円弧状の線路であって、中心Ｏとして等間隔の同心円状に配列された円弧部２１ｂとを有するパターンである。ただし、最外周の孔２３よりも外側の領域では、正方形から扇形を除いた形状となっていて、放射部２１ａに接続している。放射部２１ａおよび円弧部２１ｂの線路の幅は、ともに３ｍｍである。磁性体層２１と孔２３の面積の和に対する孔２３の面積の割合αは、およそ５０％である。

実施例２の電磁シールド材は、中心Ｏが電磁波源であるコイル２５の中心と平面視で重なるように配置する。電磁波源から実施例２の電磁シールド材の中心Ｏ付近に到達した磁束は、磁性体層２１内部において面内に中心Ｏから放射状に等方的に広がる。ここで、磁性体層２１は、中心Ｏから放射状に広がる放射部２１ａを有しているため、インピーダンスの低い磁路も放射状に形成される。このように、磁束の広がる方向と、インピーダンスの低い磁路の方向が一致しているため、孔２３からの磁束の漏れは少なくなる。

さらに、磁性体層２１は円弧部２１ｂを有しているため、周方向にもインピーダンスの低い磁路が形成されている。そのため、磁性体層２１の内部において、円弧部２１ｂから放射部２１ａへと向かうインピーダンスの低い磁路が確保されており、磁性体層２１のどのような場所に到達した磁束に対しても、インピーダンスの低い磁路が確保されており、孔２３から漏れる磁束は少ない。したがって、実施例１の電磁シールド材は、低周波、特に１０ｋＨｚから１００ｋＨｚにおいて高い磁界シールド効果を有している。

なお、実施例２では孔２３を金属層により埋めていないが、実施例１と同様に金属層によって埋めるようにしてもよい。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。つまり、１００ｋＨｚ以上における磁界シールド効果を向上させることができる。

図１０は、実施例２の電磁シールド材の磁界シールド効果の周波数特性について、図３の場合と同様のシミュレーションにより評価したグラフである。比較のため、実施例１−２の電磁シールド材の磁界シールド効果の周波数特性についてもグラフに示している。図１０のように、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの低周波において、実施例２の電磁シールド材は高い磁界シールド効果を有しており、実施例１−２の電磁シールド材よりもおよそ５ｄＢ高いシールド効果を有している。これは、磁性体層２１の平面パターンによって、インピーダンスの低い磁路がより効率的に形成されているためである。また、１００ｋＨｚから１０００ｋＨｚにおいても実施例１−２の電磁シールド材と同等の磁界シールド効果が得られている。

（変形例）
磁性体層の平面パターンとして、実施例１は格子状のメッシュパターン、実施例２は、同心円状のメッシュパターンとしたが、本発明はこれらのパターンに限定されるものではない。磁性体層が孔によって分断されずに一続きとなっているようなパターンであれば任意のパターンを採用することができ、周期性のあるパターンだけでなく、周期性のないパターンや準周期的なパターンとすることもできる。

図１２は、磁性体層の平面パターンの変形例を示した図である。図１２のように、ストライプ状に配列された直線状の複数の孔３３が設けられており、これによって磁性体層３１は櫛歯状の一続きの平面パターンとなっている。このような平面パターンにおいても、インピーダンスの低い磁路が形成されるため、孔３３からの磁束の漏れは少なく、高い磁界シールド効果を有している。ただし、図１２の場合、磁性体層３１はストライプの一方の端部のみで接続されているため、その端部以外の領域ではストライプに垂直方向にインピーダンスの低い磁路が形成されていない。その結果、実施例１や実施例２の電磁シールド材に比べると１００ｋＨｚ以下における磁界シールド効果は低くなる。

このように、磁界シールド効果をより向上させるためにはインピーダンスの低い磁路が等方的に形成されることが望ましく、そのためには磁性体層は回転対称性の高いパターンが望ましい。たとえば４回以上の回転対称性を有したパターンが望ましい。実施例１の磁性体層１１は４回対称性、実施例２の磁性体層２１は８回対称性であり、いずれも高い対称性を有している。他の回転対称性の高いパターンは、たとえばハニカム状、三角格子状などのメッシュ状のパターンである。

特に好ましいパターンは、実施例２のように中心から放射状に伸びる複数の線路（放射部）を有したパターンである。その放射状に伸びる線路は直線でも曲線でもよいが、実施例２のように直線とするのが好ましい。磁路のインピーダンスがより低減し、磁界シールド効果がより向上するためである。また、同様の理由により、これら線路は等角度に放射状に配置されていることが望ましく、線路の本数は４本以上が望ましい。また、より磁路のインピーダンスを低減するために、各線路の幅は、０．１〜３０ｍｍとすることが望ましく、より望ましくは１〜１０ｍｍである。

また、放射部を有したパターンとする場合、等方的にインピーダンスの低い磁路を形成する点から、実施例２の円弧部２１ｂのように、放射方向に対して角度を成す線路を設けて放射部と接続させることが望ましい。その接続部の線路は、実施例２のように円弧状としてもよいし、楕円弧状の線路としたり、直線状の線路としてもよい。その場合、円弧状または楕円弧状の線路は同心円状に配置することが好ましい。同心円状に配置する場合、間隔は一定としてもよいし、変化させてもよい。また、同心円状の配列ではなくらせん状に一続きとしてもよい。また、この接続部の線路の幅は、０．１〜３０ｍｍとすることが望ましい。より磁路のインピーダンスを低減するためである。より望ましくは１〜１０ｍｍである。

実施例１では各孔の平面パターンを正方形とし、実施例２では扇形ないし円弧状としているが、磁性体層の平面パターンとして上記のパターンを実現するものであれば、各孔のパターンは任意でよい。たとえば、円、楕円、多角形、長方形、菱形、楕円弧状、などであってもよい。ただし、インピーダンスの低い磁路を確保して各孔からの磁束の漏れをより低減するために、各孔の面積は１００ｍｍ² 以下とすることが望ましく、より望ましくは２５ｍｍ² 以下、さらに望ましくは１０ｍｍ² 以下である。また、孔を設けることによる電磁シールド材の軽量化の観点からは、各孔の面積は１ｍｍ² 以上とするのが望ましく、より望ましくは４ｍｍ² 以上である。

本発明の電磁シールド材は、１０ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の広帯域で電磁波のシールド効果が高い。特に、１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の低周波のシールドに有効である。このような低周波では、従来軽量でシールド効果の高い電磁シールド材が存在していなかったためである。

本発明の電磁シールド材は、各種の電子機器から漏れる電磁場のシールドに適している。特に１０ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の電磁場のシールドに効果的であり、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車のＰＣＵからの電磁場の漏れをシールドすることに利用できる。

１０：樹脂層
１１、２１、３１：磁性体層
１２：金属層
１３、２３、３３：孔

Claims (12)

1. 磁性体層を有し、電磁波を遮蔽する電磁シールド材において、
   前記磁性体層は、貫通する複数の孔が設けられ、前記孔により分断されずに一続きの平面パターンとなっている、
   ことを特徴とする電磁シールド材。
2. 前記平面パターンは、格子状のメッシュパターンである、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁シールド材。
3. 前記平面パターンは、中心から放射状に伸びる複数の線路である放射部を有するパターンである、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁シールド材。
4. 放射方向に対して角度を成して前記放射部の線路に接続し、同心円状に配列された接続部をさらに有する、ことを特徴とする請求項３に記載の電磁シールド材。
5. 前記磁性体層は、比透磁率が１０００以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
6. 前記磁性体層は、軟磁性材料、またはそれを含む混合材料である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
7. 前記孔を埋めて前記磁性体層に接する金属層をさらに有し、前記金属層は前記磁性体層よりも導電率が高い、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
8. 前記金属層は、前記孔の側面の全面に接する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７に記載の電磁シールド材。
9. 前記金属層は、導電率が１×１０⁶ Ｓ／ｍ以上である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
10. 前記金属層は、鉄、銅、アルミニウム、またはそれらを主成分とする合金である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
11. 周波数１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の電磁波の遮蔽に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電磁シールド材。
12. 磁性体層を有し、電磁波を遮蔽する電磁シールド材の製造方法おいて、
    前記磁性体層に貫通する複数の孔を設け、前記磁性体層の平面パターンは、前記孔により分断されずに一続きの平面パターンとし、
    前記磁性体層と前記孔の面積の和に対する前記孔の面積の割合によって、所望のシールド特性となるように設定する、
    ことを特徴とする電磁シールド材の製造方法。

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