JP4303388B2 - 電磁波吸収体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波暗室やオフィスビルなどの建築材料、パラボラアンテナの干渉防止、自動車部品、道路の壁材などの用途として使用され、特に、ギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収体としては、馬の尻尾の毛と椰子の繊維を絡ませて接着剤で固定し、これにカーボンを被覆したマット状のもの、有機高分子繊維の表面に導電性塗料を塗布して導電性としたもの（特開平３−２３４０９２号公報参照）、カーボンによって被覆され、かつ互いに絡ませた極性ポリマーからなる繊維の集合体（特公平７−１０５６１６号公報参照）、吸収したい電磁波の周波数の広帯域化を目的として、上記のような繊維の集合体の厚さ方向に繊維密度を変化させているもの（特公平６−３２４１７号公報参照）などがある。
しかしながら、これらの電磁波吸収体は、いずれも有機繊維を基材としていることから、電磁波吸収特性の向上に有効な手段となる繊維径を小さくすることに限界があり、繊維径を１００μｍ以下にすることは困難である。また、繊維径を小さくする代わりに、単位面積当たりの繊維数を増やした場合、電磁波吸収体の重量増加を伴ってしまう場合がある。また、不燃性などへの対応も困難である。さらに、これらの電磁波吸収体では、繊維が単に導電性材料により被覆されているのに過ぎないので、それ以上の導電性材料を担持させることには限界があり、厚さ方向の繊維密度の変化とリンクさせて導電性材料の担持量を変化させることに限界がある。
また、特開昭６０−１３６３００号公報には炭素コーティングされた無機質繊維よりなる電磁波吸収体が記載されている。この電磁波吸収体は無機質繊維の布を使用している。従って、電磁波吸収体の厚さを確保するためには、無機質繊維の布を積層しなければならないが、無機質繊維の布を積層すると、電磁波吸収体における繊維充填密度が高くなってしまい、電磁波吸収性能が落ちてしまう。さらに、この公報には、加熱により炭化される物質を繊維に担持させた後、焼き付けて炭素コーティングする方法が記載されているが、この方法では、繊維が炭素で被覆されるに過ぎないので、それ以上の炭素を担持させることには限界がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電磁波損失材料が効率よく担持されており、優れた電磁波吸収性能を有し、しかも軽量化、不燃化が図られている電磁波吸収体を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、本発明の電磁波吸収体は、請求項１記載の通り、無機質長繊維をカール状に積層した多孔質構造体における繊維間隙を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする。
また、請求項２記載の電磁波吸収体は、請求項１記載の電磁波吸収体において、無機質長繊維の平均繊維径が１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
また、請求項３記載の電磁波吸収体は、請求項１または２記載の電磁波吸収体において、多孔質構造体がその厚さ方向に対して繊維密度勾配を有していることを特徴とする。
また、請求項４記載の電磁波吸収体は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波吸収体において、電磁波損失材料としてグラファイトとカーボンブラックとの混合材を用いたことを特徴とする。
また、本発明の電磁波吸収体の収納体は、請求項５記載の通り、請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁波吸収体を電気的な特性を持たない袋またはケースに収納したことを特徴とする。
また、本発明の電磁波吸収体の製造方法は、請求項６記載の通り、無機質長繊維をカール状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維間隙を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される無機質長繊維は、人工繊維であることから、それぞれの繊維は均一な繊維径を有し、なおかつ製造段階での調整により、様々な繊維径の繊維を容易に得ることができるので、品質的に安定した電磁波吸収体の製造が可能となる。無機質長繊維の材料としては、ガラスやセラミックなどがあるが、作業性やコストなどを勘案すれば、ガラス長繊維が好ましい。
【０００６】
無機質長繊維の平均繊維径は、１μｍ〜５０μｍが好ましく、１０μｍ〜３０μｍがより好ましい。なお、平均繊維径とは、単繊維直径であり、ＪＩＳ Ｒ３４２０により規定されるものである。このような繊維径からなる無機質長繊維の多孔質構造体は公知の方法により製造可能であり、例えば、ガラス長繊維の多孔質構造体は、既に自動車用電池の絶縁体や、換気扇などのフィルタとして一般的に使用されている。なお、多孔質構造体は何の処理も行わなければ繊維同士がほぐれてしまうことがあるので、バインダで繊維同士を結束することが好ましい。結束用のバインダとしては、例えば、アクリル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂などの有機バインダが挙げられるが、無機バインダを使用すればより不燃性などに対応することが可能となる。バインダの選定は、電磁波吸収体の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。
【０００７】
電磁波吸収特性は、電磁波吸収体の中で電磁波損失材料がどのように分布しているかに大きな影響を受ける。本発明においては、電磁波損失材料を担持する多孔質構造体を、無機質長繊維をカール状に積層して構成する。多孔質構造体をこのように構成することで、電磁波吸収体における繊維充填密度が高くなることなくその厚さを確保することができるので、電磁波吸収性能が落ちてしまうことを抑制することができる。また、多孔質構造体の厚さ方向に対して繊維密度勾配を形成することで、電磁波の吸収特性を変化させることが可能となる。多孔質構造体の厚さ方向に対して繊維密度勾配を形成する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、後述する実施例に記載の方法などが挙げられる。電磁波吸収体の厚さは任意に設定でき、目的に応じて、電磁波吸収体を２枚に重ねて使用してもよい。
【０００８】
電磁波損失材料としては、グラファイト、カーボンブラック、酸化チタン、これらの混合材などがあるがこれらに限定されるものではない。しかし、コストなどを考慮すると、グラファイトやカーボンブラックを使用することが好ましい。特にグラファイトに対してカーボンブラックを１０％〜４０％程度混合した混合材を使用すると、電磁波吸収性能を向上させることができる。
【０００９】
本発明の電磁波吸収体は、多孔質構造体における繊維間隙を利用して電磁波吸収材料が効率よく担持されている。このような電磁波吸収体を製造するには、電磁波損失材料を分散させた分散液に多孔質構造体を浸漬した後、乾燥する方法を採用することが好ましい。この方法を採用することにより、無機質長繊維の表面だけでなく、繊維と繊維の隙間にも電磁波損失材料を担持させることが可能となるが、これは分散液の表面張力の作用によるものであると考えられる。繊維と繊維の隙間に電磁波損失材料を担持させることで、繊維表面のみに損失材料を担持させる場合と比較して、繊維数当たりの損失材料の担持量を極端に大きくすることが可能となるだけでなく、多孔質構造体が厚さ方向に繊維密度勾配を有している場合、損失材料の担持勾配を形成することが可能となる（繊維と繊維の隙間の大きい部分、即ち、繊維密度が疎な部分には電磁波損失材料は担持されにくく、隙間の小さい部分、即ち、繊維密度が密な部分には電磁波損失材料は担持されやすい）。
【００１０】
電磁波損失材料の担持量は、分散液中の損失材料の固形分濃度と、分散液の粘度によって調整が可能である。分散液の粘度を高くすると、表面張力が大きくなり、繊維と繊維の隙間が大きい部分にも電磁波損失材料が担持されやすくなるが、分散液中の損失材料の固形分濃度は１重量％〜３０重量％、分散液の粘度は５０ｍＰａ・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓの範囲で調整することが好ましい。
【００１１】
なお、無機質長繊維に担持させた電磁波損失材料の落下を防ぐために予め分散液にバインダを混合してもよい。バインダの種類としては、前述の繊維同士の結束用のバインダとして挙げられた有機バインダや無機バインダなどがある。これらの選定も、電磁波吸収体の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。分散液中のバインダの固形分濃度は０．１重量％〜２０重量％の範囲で調整することが好ましい。
【００１２】
上記の方法で製造される電磁波吸収体は、そのままでも使用可能であるが、さらに電気的な特性を持たない袋やケースに収納することで、様々な用途への展開が可能となる。電気的な特性を持たない袋としては、ポリフッ化ビニール製、ポリエチレン製、ポリプロピレン製、塩化ビニール製などの袋があるが、例えば、電磁波吸収体を屋外で使用する場合には耐候性が要求されることから、ポリフッ化ビニール製の袋などに収納するのがよい。また、電気的な特性を持たないケース、例えば、ポリプロピレン製、アクリル製、塩化ビニール製などのケースに収納することで、電磁波吸収体の寸法精度や外観向上を図ることができる。例えば、電波暗室の内室に設置される電磁波吸収体は、その寸法精度を厳しく要求されるが、電磁波吸収体の寸法精度は収納ケースの寸法性能に依存する。上記のようなケースの成形精度は比較的良いので、これに本発明の電磁波吸収体を収納することで、十分に厳しい寸法精度にも耐えることが可能となる。また、収納する袋やケースに着色を施すことで様々なユーザーニーズに対して容易に対応することができる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の電磁波吸収体の実施例を図面に基づき説明する。
（実施例１）
図１は本発明の電磁波吸収体の基材となる、平均繊維径が２０μｍ、厚さが２５ｍｍ、寸法５００ｍｍ×５００ｍｍのガラス長繊維がカール状に積層した多孔質構造体１を２枚重ねた状態を示す。この２枚重ねの多孔質構造体２の重量は６０ｇである。この多孔質構造体は、厚さ方向に対して繊維密度勾配を有していない。その製造方法は次の通りである。即ち、左右に微動するガラス長繊維の巻き取りドラムの幅の範囲で、溶融ガラスを引き出すためのノズルを左右に移動させながら、ドラムにガラス長繊維を巻き付けることにより、コンデンスマットを得る。なお、ガラス長繊維をドラムに巻き付ける際、得られる多孔質構造体における繊維同士がほぐれてしまわないように繊維同士を結束するためのバインダを吹き付けてある。こうして得られたコンデンスマットをドラムから切り出し、ドラムに巻き付けた円周方向に対して、垂直方向に引っ張り、ガラス長繊維同士を展開することで、繊維がほぐれ、これがカール状に積層した多孔質構造体が得られる。この多孔質構造体は、一般的にはフィルタとして使用されているものである。
【００１４】
次に、水：グラファイト：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水を９０．５：５：１：３：０．５の割合（重量比）で混合した分散液を準備した。この分散液の粘度は１５０ｍＰａ・ｓであった。図２のように、この分散液３が深さ６０ｍｍに満たされている容器４に、２枚重ねの多孔質構造体２を１０秒間浸漬した。その後、分散液中からこれを取り出し、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。
【００１５】
こうして得られた電磁波吸収体５とこの電磁波吸収体における損失材料の担持状態を示す拡大図を図３に示す。拡大図に示したように、電磁波損失材料であるグラファイトとカーボンブラックは、繊維の表面６および繊維と繊維の隙間７に担持されていた。この電磁波吸収体の重量は９５ｇであり、３５ｇの電磁波損失材料を担持していた。
【００１６】
この電磁波吸収体を図４に示すように、ポリフッ化ビニール製のシート８に挟み、周辺を熱融着９させて密封した。
【００１７】
こうして得られた電磁波吸収体の収納体の電磁波吸収性能を図５に示した測定系により測定した。図５において、ホーンアンテナ１０から送信された電磁波１１はレンズ１２を通過することで平面波１３となって測定サンプル１４に到達する。測定サンプルおよび金属板１５から反射した電磁波は再びホーンアンテナに受信され、送信に対する受信の電磁波の減衰量（反射減衰量）から測定サンプルの電磁波吸収性能を評価する。図６に図５の測定系で測定した電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す。図６から明らかなように、得られた電磁波吸収体は５ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの周波数帯域で、反射減衰量が２０ｄＢ以上と良好な電磁波吸収特性を示した。
【００１８】
（実施例２）
図７は本発明の他の電磁波吸収体の基材となる、平均繊維径が２０μｍ、厚さが５０ｍｍ、寸法５００ｍｍ×５００ｍｍのガラス長繊維がカール状に積層した多孔質構造体１６を示す。この多孔質構造体の重量は６０ｇである。図７に示したように、この多孔質構造体は厚さ方向に対して繊維密度勾配を有している。その製造方法は、実施例１に記載した多孔質構造体の製造方法において、ノズルを左右に移動させるスピードやドラムの回転数を一定に保つのではなく変化させることで、厚さ方向に対して繊維密度勾配を有するコンデンスマットを得、このコンデンスマットから実施例１に記載した方法と同様にして得るというものである。
【００１９】
この多孔質構造体に、実施例１と同じ分散液を用い、同じ工程で、グラファイトとカーボンブラックを担持させ、図８に示す電磁波吸収体１７を得た。得られた電磁波吸収体は、電磁波損失材料であるグラファイトとカーボンブラックが繊維の表面および繊維と繊維の隙間に担持されており、しかも、厚さ方向に対して損失材料の担持量勾配を有していた。この電磁波吸収体の重量は９５ｇであり、３５ｇの電磁波損失材料を担持していた。
【００２０】
この電磁波吸収体１７を実施例１と同様にポリフッ化ビニール製のシートに挟み、周辺を熱融着させて密封した。
【００２１】
図９に図５の測定系で測定した電磁波吸収体１７の電磁波吸収特性を示す。なお、電磁波は繊維密度が疎な疎面１８から入射するようにした。つまり、電磁波吸収体１７は、電磁波の入射面である疎面１８から裏面１９に従って、徐々に電磁波損失材料の担持量が増える構造となっている。実施例１と実施例２の比較から、厚さ方向に電磁波損失材料の担持勾配を有する方が、より優れた電磁波吸収特性を示すことがわかった。
【００２２】
（実施例３）
水：グラファイト：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水を８３：９：２：５：１の割合（重量比）で混合した分散液を準備した。この分散液中の電磁波損失材料であるグラファイトとカーボンブラックの固形分濃度は、実施例１のそれの約２倍となっている。また、この分散液の粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。実施例２と同じ多孔質構造体をこの分散液に実施例１と同様に浸漬し、その後、乾燥して電磁波吸収体を得た。得られた電磁波吸収体の重量は１０３ｇであり、４３ｇの電磁波損失材料を担持していた。
【００２３】
図１０に図５の測定系で測定した電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す。実施例２と３の比較から、電磁波損失材料の担持量の多い方が、特に高い周波数帯域でよい吸収特性を示すことがわかった。
【００２４】
なお、実施例１〜実施例３の電磁波吸収体は、いずれもＵＬ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）９４Ｖ０規格に定めた難燃性試験の合格品である。
【００２５】
（比較例）
実施例１と同じ多孔質構造体に対し、実施例１と同じ分散液をスプレー塗布した後、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。得られた電磁波吸収体は、繊維の表面には電磁波損失材料が担持されていたが、繊維と繊維の隙間には担持されていなかった。その重量は８０ｇであり、電磁波損失材料の担持量はわずか２０ｇであった。
【００２６】
図１１に図５の測定系で測定した電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す。電磁波損失材料の担持量が少ないことから、実施例１〜実施例３の電磁波吸収体と比較して、その電磁波吸収特性は劣っていた。
【００２７】
実施例１〜実施例３および比較例の電磁波吸収体の１０ＧＨｚ、２０ＧＨｚ、３０ＧＨｚの反射減衰量を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【発明の効果】
このように、本発明の電磁波吸収体は、繊維径が一定で、なおかつ繊維径の調整が可能な無機質長繊維を基材とすることで、品質的に安定なものであり、なおかつ軽量化、不燃化を図ることができる。従って、建築材料や道路の壁材などへの採用も可能である。本発明の電磁波吸収体は軽量であることから、これを取り付ける作業が簡単なことや、これを施工、保持するためのコストアップを防ぐことが可能である。さらに、収納する袋やケースに着色を施すことで様々なユーザーニーズに対して容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用される多孔質構造体を示す図。
【図２】 分散液が満たされた容器を示す図。
【図３】 本発明の電磁波吸収体とその拡大した一部分を示す図。
【図４】 本発明の電磁波吸収体の収納体を得る方法を示す図。
【図５】 電磁波吸収性能の測定系を示す図。
【図６】 本発明の電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す図。
【図７】 本発明に使用される他の多孔質構造体を示す図。
【図８】 本発明の他の電磁波吸収体を示す図。
【図９】 本発明の他の電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す図。
【図１０】 本発明の他の電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す図。
【図１１】 比較例となる電磁波吸収体の電磁波吸収特性を示す図。
【符号の説明】
１、２、１６ 多孔質構造体
５、１７ 電磁波吸収体
６ 繊維の表面に担持された電磁波損失材料
７ 繊維と繊維の隙間に担持された電磁波損失材料

Claims (6)

1. 無機質長繊維をカール状に積層した多孔質構造体における繊維間隙を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする電磁波吸収体。
2. 無機質長繊維の平均繊維径が１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収体。
3. 多孔質構造体がその厚さ方向に対して繊維密度勾配を有していることを特徴とする請求項１または２記載の電磁波吸収体。
4. 電磁波損失材料がグラファイトとカーボンブラックとの混合材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁波吸収体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁波吸収体を電気的な特性を持たない袋またはケースに収納したことを特徴とする電磁波吸収体の収納体。
6. 無機質長繊維をカール状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維間隙を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする電磁波吸収体の製造方法。

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