本発明の目的は、以下の二つからなる。
一つめは、薄型、軽量でありながら斜入射特性を含む高い電磁波吸収性能を有する電磁波吸収体を提供することである。マイクロ波帯でも、無線LANの周波数を始めとする低周波数帯域(1〜6GHz)では薄型、軽量、および高電磁波吸収性能を満たすことが難しくなる。これらの仕様を満たすことが本発明の電磁波吸収体の発明である。
目的の二つめは、2以上の周波数の電磁波吸収特性を付与し、斜入射特性にも優れた薄型化を実現することができる電磁波吸収体およびそれを用いた電磁波吸収方法を提供することである。たとえば無線LANにおいては、2.4GHz帯と5.2GHz帯の二つの帯域を別々に用いる規格があり、それぞれに特徴を有している。ユーザー側に規格選択の自由を保つためには、無線LANの通信障害改善のための電磁波吸収体においても二つ以上の周波数を吸収できる特性を有していることが望ましくなる。このため二つ以上の吸収周波数の調整方法や、それぞれの吸収特性の斜入射特性の改善方法を提供する。
本発明は、放射形状および方形状の両者を配列して成り、放射形状は、相互に垂直なx方向およびy方向に沿う十文字状であり、x方向およびy方向にそれぞれ間隔をあけて行列状に配列され、方形状は、放射形状に囲まれる領域に、放射形状から間隔をあけて配置される導電性パターンが、同一面上に形成されるパターン層と、
磁性損失材でありかつ誘電損失材である材料から成る電磁波吸収層と、
誘電損失材である材料から成る誘電体層と、
導電性反射層とが、
パターン層および電磁波吸収層が隣接するように、電磁波入射側からパターン層、電磁波吸収層、誘電体層、導電性反射層の順に積層されるか、または電磁波入射側から電磁波吸収層、パターン層、誘電体層、導電性反射層の順に積層されて構成されることを特徴とする電磁波吸収体である。
本発明に従えば、パターン層、電磁波吸収層、誘電体層、導電性反射層が積層されて構成される。具体的構成は、電磁波入射側からパターン層、電磁波吸収層、誘電体層、導電性反射層の順に積層される構成と、電磁波吸収層、パターン層、誘電体層、導電性反射層の順に積層される構成とを含む。またパターン層、電磁波吸収層、および誘電体層はそれぞれ多層にて構成されてもよい。さらにパターン層における導電性パターンの支持体(フィルム)および各層間の接着剤が誘電体層あるいは誘電体層且つ磁性体層(つまり電磁波吸収層)として介在していてもよい。
本発明が先行技術と異なる点は、電磁波吸収体が複素比誘電率(ε’、ε”)および複素比透磁率(μ’、μ”)を必須の成分として有するように設計され、そのための手段として磁性損失材を有する電磁波吸収層および磁性損失材を有しない、誘電損失性のみ有する誘電体層を必要構成要素として有することにある。この構成にてパターン形状の最適化を行い、薄型でありながら高性能なパターン型電磁波吸収体を実現している。
さらに2以上の周波数に対し整合性を与える電磁波吸収体を実現することができる。前述の先行技術は、パターン層を付与することで、電磁波吸収性を維持したまま、電磁波吸収体の薄層化を達成することを可能としている。しかし、パターン電磁波吸収体で得られる共振周波数は単一である場合がほとんどである。本件発明者は、形状および位置関係に規則性を付与した複数のパターン形状から成るパターンを有するパターン層を、磁性を有する電磁波吸収層、誘電体層、および導電性反射層と組合わせて積層した電磁波吸収体とすることにより、2以上の整合周波数が発現することを見いだした。
パターン電磁波吸収体の共振周波数は、まず導電性パターンの長さや周囲長にて特定される。これは特定周波数の電磁波と共振する形で電磁波を受信するため、その特定周波数の電磁波の波長の1/2や1/4の長さに応じて共振長さが決まる。また電磁波吸収層、および誘電体層の複素比誘電率の実部ε’による波長短縮効果、加えて表面層が設けられる場合は、その表面層6の複素比誘電率の実部ε’による波長短縮効果も重なり、共振長およびパターン寸法が決まる。
導電性パターンを受信アンテナとして考えた場合、共振周波数は基本波の整数倍で現れるため、その意味で複数周波数の受信は可能となる。しかし、パターン電磁波吸収体の場合は、単なる受信アンテナと異なり、電磁波吸収層および誘電体層にて形成されるインピーダンス、さらに隣接するパターン同士の結合特性までも加味されて共振周波数が決定されるため、吸収周波数を複数にすることは容易ではない。
本発明でのパターン設計方法は、電磁波吸収層および誘電体層を含めて、複素比誘電率(ε’、ε”)および複素比透磁率(μ’、μ”)、各層の厚みを基にパターン形状、寸法、パターン同士の間隔をシミュレーションにより最適化する方法である。具体的には英国KCC社製シミュレーションソフト「Micro-Stripes」(TLM法による計算)を用い
、各パラメータの独立および相関関係を求めて、最適値(理論値)を算出した。この結果に対して実験による検証を行い、信頼性実験を経て、パターンおよびパターン電波吸収体が決定している。
パターン層、電波吸収層、および誘電体層を同じにして(もちろん複素比誘電率や複素比透磁率の値の周波数依存性はあるが)、複数周波数に対して整合を取ることができて始めて2つ以上の吸収位置(吸収周波数)をとる双峰特性または多峰特性を有する電磁波吸収体1となる。
双峰特性発現のメカニズムは十分明らかではないが、本発明では、ダイポールアンテナ状の線状で両端部を有する構造を単位として、これを交差させた形状、または閉ループ形状の場合に双峰特性が見られた。その二つの吸収周波数の周波数位置の制御は、電磁波吸収層および誘電体層の複素比誘電率の実部ε’を変更することで可能であった。
双峰特性を有する電磁波吸収体の斜入射特性をみると、基本波ではなく高調波側の斜入射特性に問題があった。具体的には、斜入射の場合の電磁波吸収量の低下および吸収周波数のズレ(とくに高周波数側へのズレ)が著しかった。この対策には、上述の対策と同じく電磁波吸収層の複素比透磁率の実部μ’および虚部μ”が大きくすることと、電磁波吸収層および誘電体層の複素比誘電率の実部ε’を大きくして導電性パターンと導電性反射板間の距離を小さくすることが有効であった。この誘電損失材と磁性損失材の併用効果により、薄型、軽量でありながら双峰性を有する斜入射特性を含む高い電磁波吸収性能を達成できることになる。
本発明に従えば、2つ以上の吸収位置をとる双峰特性または多峰特性を有する電磁波吸収体1を具体的に実現することができる。2以上の周波数に対し整合性を与える導電性パターン12が、十字状のパターン形状を部分的に配置され、それ以外の領域には、矩形状のパターン形状が配置される。単一吸収ピークの場合に比べ、2以上の周波数に対し整合性を与える場合は、制御因子が多く、製造に困難が伴うことがある。そのため面状の電磁波吸収体1の必要な箇所にのみ、双峰特性を付与することを意図したものである。
また本発明は、電磁波吸収体の電波入射側の表面に、表面層が設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、図5のように、たとえば電磁波吸収体の電波入射側には、化粧版、防水コート層等のため表面材から成る表面層6と称することができるもう1つの誘電体層に相当する層が敷設される。当該表面層の材料も、樹脂または繊維等より成ってもよく、固有の複素比誘電率を有しているため、図5の電波入射側の表面層6は誘電体層にも相当することなる。
このため本発明の電磁波吸収体では、前述の電磁波吸収体の吸収周波数の整合に加え、さらに表面層6の複素比誘電率(ε’,ε”)、あるいはその厚さの制御で、電磁波吸収体1の整合特性を、低周波領域に変更させることによって、より薄い電磁波吸収層4を用いた電磁波吸収特性を実現している。
また電磁波吸収層は、厚さが0.01〜2.5mmに形成されてもよい。
これによって磁性を有する電磁波吸収材料として、電磁波の磁気損失を増大し、電磁波吸収量を効率よく増大することができる。複素透磁率を大きくすることによって、磁界の大きい場所での電磁波吸収の程度を大きくすることができる。こうして本発明の電磁波吸収体は、電界および磁界の大きい場所で、吸収量を常に大きくすることができる。複素比透磁率を有することにより、パターン層5および誘電体層3と積層した際に薄層化が達成しやすくなる。
電磁波吸収層4の厚さを、2.5mmより薄くするには、パターン層5の付与が不可欠である。厚さ0.01mmは、塗工工程で製造できる下限を意味する。厚さ2.5mmを超えると、薄型化の範囲を超えてしまう。
また電磁波吸収層が、有機重合体100重量部に対して、磁性損失材料としてフェライト、鉄合金、鉄粒子の群から選ばれる1または複数の材料を、1〜700重量部の配合量で含んでいてもよい。
これによって複素比透磁率を利用した薄層化が可能であり、薄型の電磁波吸収体を実現することができる。フェライトとしては、たとえばMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Mn−Mgフェライトなどのソフトフェライト、あるいは永久磁石材料であるハードフェライトが挙げられる。鉄合金としては、たとえば磁性ステンレス(Fe−Cr−Al−Si合金)、センダスト(Fe−Si−Al合金)、パーマアロイ(Fe−Ni合金)、ケイ素銅(Fe−Cu−Si合金)、Fe−Si−B(−Cu−Nb)合金が挙げられる。なお、これら合金においては扁平状のものを用いてもよい。鉄粒子としては、たとえばカルボニル鉄粉が挙げられる。カルボニル鉄の場合はできるだけ真球に近いものがよい。好ましくは低コストで複素比透磁率の高いソフトフェライト粉末を使用するのがよい。フェライトが存在しないと、複素比透磁率を利用した薄層化を達成することができず、700部を超すと加工性が著しく損なわれる。
また、電磁波吸収層に含まれる誘電損失材料が、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト繊維の群から選ばれる材料である電磁波吸収体であってもよい。電磁波吸収層4は磁性損失材料を必須の成分として含むが、インピーダンス整合のためには適宜な複素比誘電率を付与することも好ましい。この目的で、電磁波吸収層に充填される誘電損失材料としては、たとえばファーネスブラックやチャンネルブラックなどのカーボンブラック、ステンレス鋼や銅やアルミニウム等の導電粒子、グラファイト、カーボン繊維、グラファイト繊維、酸化チタン等が挙げられる。本発明で好ましく使用する誘電性材料は、カーボンブラックであり、特に窒素吸着比表面積(ASTM(American Society
for Testing and Materials) D3037−93)が100〜1000m2/g、DBP吸油量(ASTM D2414−96)が100〜400mリットル/100gであるカーボンブラック、たとえば昭和キャボット社製の商品名IP1000およびライオン・アクゾ社製商品名ケッチェンブラックECなどを使用するのが好ましい。DBP吸油量というのは、可塑剤の一種であるDBP(dibutyl phthalateの略)の吸収量(単位cm3/100g)である。窒素吸着比表面積が100m2/g未満の場合は充分な複素比誘電率が得られず、1000m2/gを超える場合は誘電損失材料の分散性が著しく悪くなる。DBP吸油量が100cm3/100g未満の場合は充分な複素比誘電率が得られず、400cm3/100gを超える場合は加工性が著しく悪くなる。
また電磁波吸収層は、磁性損失材料と併用して、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト繊維の群から選ばれる1または複数の材料を誘電損失材料として、有機重合体100重量部に対して0〜50重量部の配合量で含んでいてもよい。
これによって電磁波吸収層4が、有機重合体100重量部に誘電損失材料を0〜50(0は含まない)重量部含む。誘電損失材料の種類は上述のとおりであるが、量には制限があり、50重量部を超えると加工性が著しく損なわれることになる。
電磁波吸収層に使用される有機重合体の材料(ビヒクル)としては、合成樹脂、ゴム、および熱可塑性エラストマーを使用している。たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、およびこれらの共重合体、ポリブタジエンおよびこれらの共重合体等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂やビチュメン等が挙げられる。ポリ尿酸などの生分解性を有する樹脂も使用可能である。またガラス繊維などの材料が充填されたFRPとなっていても良い。
前記ゴムとしては、たとえば天然ゴムのほか、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、塩素化ポリエチレンゴム、水素添加ニトリルゴム、シリコンゴムなどの各種合成ゴム単独、もしくはこれらのゴムを各種変性処理にて改質したものが使用できる。
熱可塑性エラストマーとしては、たとえば塩素化ポリエチレン、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの各種熱可塑性エラストマーを用いることができる。
これらのポリマーは単独で使用するほか、複数をブレンドして用いることができる。樹脂および熱可塑性エラストマー材料には、必要に応じて可塑剤、さらには、安定剤、補強用充填剤、流動性改良剤、難燃剤などを適宜添加した樹脂組成物として使用することができる。ゴム材料には、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、着色剤、難燃剤などを配合することができる。
電磁波吸収層は、前記有機重合体以外の、石膏材、セメント材、または不織布や発泡体、紙、段ボール等に磁性を有する塗料等を含浸させたものであってもよく、充填材を配合することが可能な材料を適宜選択することもできる。
導電性反射層は、金、白金、銀、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、タングステン、鉄などの金属であってもよく、樹脂に上記金属の粉末、導電性カーボンブラックの混入された樹脂混合物、あるいは導電性樹脂のフィルム等であってもよい。上記金属等を、板、シート、フィルム、不織布等に加工されたものであってもよい。あるいはまた合成樹脂性フィルム上に、膜厚たとえば600Åの金属層が形成された構成を有してもよい。金属箔をフィルムもしくはクロスなどの基材に転写したものでもよい。また、導電インク(たとえば体積固有抵抗値10Ωcm以下0.5Ωcm以上)を基板上に塗布してもよい。
電磁波吸収体に所望周波数の電波の透過性を付与したい場合、公知技術であるアンテナ原理を応用して、波長から導かれる適宜な形状の非導電性部分を導電性反射層2の中に設けることができる。これによりたとえば2.45GHzおよび5.2GHzの各無線LAN周波数域に対する電磁波吸収性を有しながら、携帯電話(800MHzまたは1.5GHz)は使用可能であるといった電磁波環境を提供することが可能となる。
上述の導電反射層の構成材料を用いて、パターン層の導電性パターンを形成することができる。導電性パターンは、フィルム上にアルミニウムなどの蒸着、エッチング処理、もしくはスクリーン印刷等の方法で形成される。しかしこれらに限定されることはなく、たとえば導電性パターンの各模様のみを電磁波吸収層もしくは誘電体層に直接転写させ、基材となるフィルムを用いずに、利用することも可能である。
誘電体層の材料として、汎用樹脂、たとえば塩化ビニル(PVC)、スチレン-ブタジエン系共重合体(SBS)、またはポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂シートなどであってもよい。また上述の材料に限定されることなく、そのほかの合成樹脂、ゴムなどの材料、またメラミン樹脂、メラミン樹脂バッカー材、紙、不織布、クロス、難燃紙、木材、石膏、セメント、ガラス等であってもよい。厚みについては、0.1〜4mmの範囲が好ましい。電磁波吸収体全体の薄層化のために、より好ましいのは0.1〜2.5mmである。0.1mm未満では、誘電体層を用いる効果が乏しく、4mm超の厚さでは、電磁波吸収体の薄層化の意味がなくなってしまう。誘電体層を発泡体とすることで、電磁波吸収体の軽量化の達成も可能である。
また電磁波吸収層および誘電体層の複素比誘電率を制御することにより、2以上の吸収周波数の位置を個別に制御してもよい。
これによって吸収すべき電磁波の周波数に応じた好適な電磁波吸収体を実現することができる。
また本発明は、難燃性、準不燃性、または不燃性を有することを特徴とする。
本発明に従えば、電磁波吸収体は、難燃性、準不燃性または不燃性が付与されている。難燃性としてはUL94V0の評価を得ることが目安であり、難燃剤および難燃助剤が好適量配合される。以上によって建物内装材として好適に用いることができる。電磁波吸収体1に難燃性、準不燃性、または不燃性を付与するにあたっては、たとえば難燃剤または難燃助剤が、電磁波吸収層4、誘電体層3などに添加される。
難燃剤としては特に限定されることはなく、リン化合物、ホウ素化合物、臭素系難燃剤、亜鉛系難燃剤、窒素系難燃剤、水酸化物系難燃剤等が適宜量使用できる。リン化合物としては、リン酸エステル、リン酸チタンなどが挙げられる。ホウ素化合物としては、ホウ酸亜鉛などが挙げられる。臭素系難燃剤としては、ヘキサブロモベンゼン、デカブロモベンジルフェニルエーテル、デカブロモベンジルフェニルオキサイド、テトラブロモビスフェノール、臭化アンモニウムなどが挙げられる。亜鉛系難燃剤としては、炭酸亜鉛、酸化亜鉛若しくはホウ酸亜鉛等が挙げられる。窒素系難燃剤としては、たとえばトリアジン化合物、ヒンダードアミン化合物、若しくはメラミンシアヌレート、メラミングアニジン化合物といったようなメラミン系化合物などが挙げられる。水酸化物系難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
また本発明は、電磁波反射性能を有する面上に用いられる電磁波吸収体であって、
前記導電性反射層を除く残余の各層が積層されて構成されることを特徴とする。
本発明に従えば、金属等の電磁波遮蔽性能を有する面上に上記電磁波吸収体1を設置する場合には、導電性反射層2を有さない構成の電磁波吸収体であることが可能である。すなわち、電磁波遮蔽性能を有する面は、そのまま電磁波反射板として機能できるため、上記電磁波吸収体1の中の導電性反射層2を有さない構成が使用可能となる。
また本発明は、前述の電磁波吸収体を用いることによる電磁波吸収方法である。
本発明に従えば、前述のように優れた電磁波吸収体1を用いることによって、好適に電磁波を吸収することができる。
前述の各本発明の電磁波吸収体の具体的な用途としては、オフィスなどの電磁波環境空間の形成する床材、壁材、天井材として、あるいは家具や事務機器の金属面の被覆材として、あるいは衝立等として、本発明に従う電磁波吸収体を配置することにより、電磁波環境の改善を行う。具体的には、空間中に存在する電子機器の誤動作防止、無線LAN等の伝送遅延対策である。また電磁波環境については、オフィスだけではなく、家庭内、病院、コンサートホール、工場、研究施設、駅舎、展示場、道路側壁等の屋外施設等でも利用できる。それぞれ想定できる環境での壁、床、天井等において、必要とされる箇所ごとに利用できる。
本発明によれば、特定形状のパターンを有するパターン層、磁性損失材料から成る電磁波吸収層と誘電体層と導電性反射層を設けることによって、電磁波吸収をする周波数の選択制御を制御することができ、結果として斜入射特性の良好な薄型、軽量電磁波吸収体を提供することができる。
さらに本件電磁波吸収体は、双峰特性を有し、二つ以上の吸収周波数を有する電磁波吸収体を提供することができる。双峰特性を有しても、なお且つ薄く、軽く、高い吸収性能(斜入射特性を含む)を実現している。
さらに本件電磁波吸収体は、既存の電磁波吸収体よりも薄く、かつ軽くなっているため、その構成上室内建材と組み合わせることができるという効果がある。たとえば表面層の表面層をビニールクロスや合板材などの木材、既存の壁材、床材、天井材、さらに什器、家具、デスクのボード、パネル、表面材などに置き換えることで、容易に室内壁面材や床材など電磁波吸収可能な機能的な建材を構成でき、かつ複数の周波数に対して選択的な電磁波吸収性を付与できるという効果がある。
図1は、本発明の実施の一形態の電磁波吸収体1の断面図である。この電磁波吸収体1は、図1の上方である電波入射側から、パターン層5と、電磁波吸収層4と、誘電体層3と、導電性反射層2とが、電波入射側からこの順序で積層した構成である。パターン層5は、導電性パターン12を有する。この導電性パターン12を構成する複数の各パターン形状に依存して、整合周波数を調整することができる。
図2は、図1に示される本発明の実施の一形態の電磁波吸収体1を構成するパターン層5を示す正面図である。図3は、図1および図2に示される実施の形態におけるパターン層5の一部の拡大した斜視図である。
このパターン層5は、板状基材11の電磁波入射側の表面上に、導電性パターン12が形成される。板状基材11は、たとえば合成樹脂である誘電体から成っており、この板状基材11もまた誘電性の損失材である。導電性パターン12は、放射形パターン30と、方形パターン31とを有する。
放射形パターン30は、放射形状に形成され、複数の放射形パターン30が、相互に間隔(以下「放射形パターン間隔」という)c2x,c2yをあけて設けられる。さらに具体的に述べると、たとえばこの実施の形態では、放射形パターン30は、相互に垂直なx方向およびy方向に沿う放射状である+字状に形成され、x方向に放射形パターン間隔c2xをあけ、y方向に放射形パターン間隔c2yをあけて、行列状に規則正しく配置されてもよい。
放射形パターン30は、x方向に細長く延びる長方形の形状部分14と、y方向に細長く延びる長方形の形状部分15とが、それらの各形状部分14,15の図心を重ねて、交差部分16で直角に交差する形状である。各形状部分14,15は、交差部分16において垂直な軸線まわりに90度ずれており、同一形状を有する。各形状部分14,15の幅a1y,a1xは、等しく、たとえば2.5mmであり、各形状部分14,15の長さa2x,a1yは、等しく、たとえば16mmである。放射形パターン30の放射形パターン間隔は、x方向の間隔c2xとy方向の間隔c2yが、等しく、たとえば1.0mmである。
方形パターン31は、放射形パターン30に囲まれる領域に、放射形パターン30から間隔(以下「放射−方形間隔」という)c1x,c1yをあけて配置され、放射形パターン30に囲まれる領域を塗潰すように設けられる。さらに詳細には、放射形パターン部に囲まれる領域に対応する形状に形成される。さらに具体的に述べると、たとえばこの実施の形態では、放射形パターン部30が前述のような+字状であり、放射形パターン30に囲まれる領域は長方形であり、これに対応する形状、つまり放射−方形間隔c1x,c1yが全周にわたって同一となる形状に形成される。各形状部分14,15が前述のように同一形状である場合、放射形パターン30に囲まれる領域は、正方形となり、方形パターン31は、正方形となる。方形パターン31は、縁辺部が、x方向およびy方向のいずれかに延びるように配置されている。
方形パターン31は、x方向の寸法b1xとy方向の寸法b1yとが、等しく、たとえば12.5mmである。放射形パターン30と方形パターン31との放射−方形間隔は、x方向の間隔c1xとy方向の間隔c1yとが、等しく、たとえば1.0mmである。
放射形パターン30、方形パターン31は、それぞれ折れ曲がり部(外向き、内向き)にエッジのある構成であるが、電磁波を受信したときの共振電流がスムーズに流れる様に、そのコーナー部の一部または全てにRを付けることができる。
またパターン単位19は、それぞれ折れ曲がり部にエッジのある構成であるが、電磁波を受信したときの共振電流がスムーズに流れる様に、そのコーナー部の一部または全てにRを付けることができる。
このように電磁波吸収体1では、パターン層5によって、各導電性パターン19,30,31の共振周波数の電磁波を、効率よく受信することができる。ただし、最終的な共振周波数はパターン寸法だけでなく、導電性パターン12同士の結合特性、電磁波吸収層4、誘電体層3から決定されるインピーダンスの影響を受けて決まる。このパターン層5に近接して、電磁波吸収層4、誘電体層3が設けられており、パターン層5によって受信される電磁波のエネルギが損失される。言い換えるならば電磁波のエネルギを熱エネルギに変換して吸収することができる。このようにパターン層5を用いることによって電磁波を効率よく受信して吸収することができる。
このように電磁波の吸収効率を高くすることができるので、高い電磁波吸収性能を得ることができ、薄型化および軽量化を図ることができる。たとえば本実施の形態では、電磁波吸収体1は、全体の厚さが、0.1mm以上6mm以下であり、単位面積あたりの質量が、0.2kg/m2以上10kg/m2以下であるシート状に形成される。
また電磁波吸収体1は、電磁波遮蔽板としての導電性反射板2を設ける構成とする。この導電性反射板2を設けない場合には、電磁波遮蔽性能を有する物体の面上に設置するよう構成とする。これによって、パターン層5の形状および寸法などの決定、つまり設計が容易に成る。この場合電磁波反射板2を用いる構成では、電磁波吸収体1の設置場所の影響を受けて、導電性パターン19,30,31の共振周波数が変化することが防がれる。たとえば電磁波吸収体1を、建物内装材の上に設けても、その内装材の複素比誘電率などの影響を受けて、アンテナ素子の共振周波数が変化してしまうことがあるが、それを防ぐことができる。
また導電性パターン12において、放射形パターン30は、前述のように放射状に延びる部分を相互に突合せるように配置され、方形パターン31は、放射形パターン30に囲まれる領域に対応する形状に形成される。このような配置は、受信原理の異なる、放射形パターン30と形パターン31を組み合わせることで、受信効率が最適(高くなる)組み合わせである。したがって吸収効率の高い、電磁波吸収体を実現することができる。また放射形パターン30がx方向およびy方向に沿って放射する配置であるとともに方形パターン31の縁辺部がx方向およびy方向に延びるように配置されており、x方向およびy方向に偏波する電磁波の受信効率が高くすることができる。
図4は、本発明の実施の他の形態の電磁波吸収体1の断面図である。この実施の形態は、前述の図1〜図3の実施の各形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実施の形態では、電波入射側から、電磁波吸収層4、パターン層5、誘電体層3と、導電性反射層2とが、この順序で積層して構成される。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
図5は、本発明の実施の他の形態の電磁波吸収体1の断面図である。この実施の形態は、前述の図1〜3の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実施の形態では、パターン層5の電波入射側(図11の上方)には、前述のようにさらに表面層6が形成されてもよい。
本発明の実施のさらに他の形態では、電磁波吸収体は、図1〜図5の実施の各形態における導電性反射層2を含まず、このような導電性反射層2を含まない電磁波吸収体が、誘電体層3の電波入射側(図1、図4および図5の上方)とは反対側(図1、図4および図5の下方)で、電磁波遮蔽性能を有する面上に設置されるように構成されてもよい。こうして電磁波吸収性能を達成することができる。電磁波遮蔽性能を有する面は、たとえば導電性反射層2と同様な構成を有してもよく、たとえば金属板などによって実現されてもよい。
以下に、表1および表2ならびに図6〜図11を参照して、本件発明者の実験結果を述べる。図6〜図11において、横軸は周波数であり、縦軸は電磁波の吸収量である。
実施例1
図1、図4、図5に示される電磁波吸収体1において、導電性反射層2はアルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムである。誘電体層3は、PET樹脂を使用し、その2.45GHzにおける複素比誘電率の実部=3.1、同の虚部=0、厚みは2mmである。電磁波吸収層4は、PVC樹脂100重量部と、誘電損失材料としてカーボンブラック(昭和キャボット製商品名IP1000)が50重量部、磁性損失材料としてフェライト(戸田工業製商品名KNS−415)粉末340重量部とを混練し、シート状(1mm厚)に押出成形して用いる。同軸管法(Sパラメータ法)により求められた電磁波吸収層4の2.45GHzにおける複素比誘電率の実部は11.6、同の虚部は2.0、複素比透磁率の実部は1.4、同の虚部は0.4である。電磁波吸収層4を押し出す際の加熱された状態で誘電体層3と貼り合わせ、パターン層5と電磁波吸収層4との間、誘電体層3と導電性反射層2の間は接着剤により積層した。
電磁波吸収性能はフリースペース法による。フリースペース法は、自由空間に置かれた測定試料である電磁波吸収体1に平面波を照射し、そのときの反射係数、透過係数を、周波数、入射角度、偏波を変化させて測定し、材料の複素比誘電率および複素比透磁率を得る測定方法であり、こうして得られた複素比誘電率および複素比透磁率とから、電磁波吸収体1の電磁波吸収量を計算して求める。このときTE波とTM波での測定を行っている。使用した測定機器は、ネットワークアナライザ(アジレントテクノロジー社製商品名HP8720ES)であり、アンテナはダブルリジッドアンテナである。電磁波吸収体1である測定試料の矩形の各辺のサイズは500×500(mm)および1,000×1,000(mm)である。
導電性パターン12の形状は、図2および図3に示した放射形状と方形状の組合せで、各サイズは、放射形状が幅a1y=a1x=2.5mm、長さa2x=a1y=16mm、方形状が一辺b1x=b1y=12.5mmの正方形であり、放射−方形間隔c1x=c1y=1.0mmである。PETフィルムに対するアルミ蒸着により導電性パターン12を作製した。この電磁波吸収体1のフリースペース法による斜入射特性(10°、30°、45°)の測定結果を表1および表2ならびに図6に示す。
後述の比較例1との比較から、本形状のパターン層5を用いることで、大きく薄型化しており、また斜入射特性においても周波数のズレが少なく、高い吸収性能を示すことがわかる。比較例2と比べても、とくに斜入射特性の向上が見られ、比較例3との比較では、高い電磁波吸収性能が得られていることがわかる。
実施例3
電磁波吸収体1を、図5のように表面層6、パターン層5、電磁波吸収層4、誘電体層3、および導電性反射層2の積層体とした。表面層6としてメラミン化粧板(2.45GHzにおける複素比誘電率の実部=3.9、同の虚部=0.35)の厚みを0.8mmとして用い、電磁波吸収層4の配合および厚みは実施例2と同じで、誘電体層3をSBS樹脂(2.45GHzにおける複素比誘電率の実部=3.4、同の虚部=0.1)の2.5mm厚とした、また導電性反射層2としてアルミ箔をガラスクロスで補強したものを使用した、さらにパターン形状12を実施例1の形状を導電性インクによるスクリーン印刷にてパターンを作製した。以外は実施例1と同じである。ノンハロゲン系からなる構成としている。フリースペース法の結果を表1および表2ならびに図7に示す。ノンハロ系ポリマーによる構成で、斜入射特性に優れた薄型の電磁波吸収体1が得られている。
比較例1
電磁波入射方向から抵抗被膜(約377Ω)、誘電体層、および導電性反射層から形成される、いわゆるλ/4型電磁波吸収体を作製した。2.45GHzを吸収するための誘電体層の厚みは12mm必要であった。誘電体層はベニヤ板(複素比誘電率の実部=2)で構成している。このフリースペース法による測定結果を表1および表2ならびに図8に示す。10°入射に対しては高吸収性能を示すものの、斜入射時(30°入射および45°入射)の吸収周波数のズレおよび吸収量の低下が著しいものであった。
比較例2
導電性パターン12の形状を、各導線部の長さが等しい放射形状(+字形)で、幅b1=a2=2.5mm、長さa1=b2=16mm、間隔c1=c2=1mmである。この導電性パターン12から成るパターン層5に、電磁波吸収層4の2mm厚を積層し、誘電体層3を用いずに導電性反射層2を貼り合わせた。電磁波吸収層4の配合は、電磁波吸収層4は、クロロプレン100重量部と、誘電損失材料としてカーボンブラック(ライオン・アクゾ製商品名ケッチェンブラックEC)8重量部、磁性損失材料としてフェライト(戸田工業製商品名KNS−415)粉末100重量部とを混練し、シート状に加硫成型して作成している。このフリースペース法による測定結果を表1および表2ならびに図9に示す。10°入射においても電磁波吸収性能が非常に低かった。
比較例3
導電性パターン12の形状を、閉ループ構造とし、その閉ループ(正方形)のサイズは、外周部の一辺a5=b6=10mm、閉ループの導体部の線幅a6=b5=1mm、各ループの間隔c5=c6=12mmである。さらに誘電体層3としてPET樹脂(複素比誘電率の値は上記と同じ)の厚み3mmを用い、それ以外は実施例1と同じである。この導電性パターン12から成るパターン層5に、電磁波吸収層4の3mm厚を積層し、誘電体層3を発泡ポリエチレン(2.45GHzにおける複素比誘電率の実部=1.3、同の虚部=0)に導電性反射層2を貼り合わせた。電磁波吸収層4の配合は、電磁波吸収層4は、クロロプレン100重量部と、誘電損失材料としてカーボンブラック(ライオン・アクゾ製商品名ケッチェンブラックEC)8重量部、磁性損失材料としてフェライト(戸田工業製商品名KNS−415)粉末100重量部とを混練し、シート状に加硫成型して作成している。このフリースペース法による測定結果を表1および表2ならびに図10に示す。斜入射特性が悪く、とくに吸収周波数の角度依存性が大きかった。
比較例4
単層型電磁波吸収体をPVC樹脂を用いて作成した。PVC樹脂100重量部に対して誘電損失材料としてカーボンブラック(昭和キャボット製商品名IP1000)60重量部、磁性損失材料としてフェライト(戸田工業製商品名KNS−415)粉末430重量部とを混練し、プレス成形(4mm厚)した。5.2GHzに吸収位置が来るように設計している。このフリースペース法による測定結果を表1および表2ならびに図11に示す。吸収性能は良好であるが、斜入射特性に劣ることがわかる。また重量も重く、実際の使用には耐えないものであった。
本発明は、次の実施の形態が可能である。
(1)導電性パターン12が互いに連結しない態様で、複数個、配列して形成されるパターン層5と、磁性損失材でありかつ誘電損失材である材料から成る電磁波吸収層4と、誘電損失材から成る誘電体層3と、導電性反射層2とを積層して構成され、導電性パターンを備えるとともに、複素比誘電率(ε’、ε”)および複素比透磁率(μ’、μ”)を有することを特徴とする電磁波吸収体。
パターン層、電磁波吸収層、誘電体層、導電性反射層が積層されて構成される。具体的構成は、たとえば電磁波入射側からパターン層、電磁波吸収層、誘電体層、導電性反射層の順に積層される構成と、電磁波吸収層、パターン層、誘電体層、導電性反射層の順に積層される構成とを含む。またパターン層、電磁波吸収層、および誘電体層はそれぞれ多層にて構成されてもよい。さらにパターン層における導電性パターンの支持体(フィルム)および各層間の接着剤が誘電体層あるいは誘電体層且つ磁性体層(つまり電磁波吸収層)として介在していてもよい。
先行技術と異なる点は、電磁波吸収体が複素比誘電率(ε’、ε”)および複素比透磁率(μ’、μ”)を必須の成分として有するように設計され、そのための手段として磁性損失材を有する電磁波吸収層および磁性損失材を有しない、誘電損失性のみ有する誘電体層を必要構成要素として有することにある。この構成にてパターン形状の最適化を行い、薄型でありながら高性能なパターン型電磁波吸収体を実現している。
(2)パターン層5に近接して電磁波吸収層4が配置され、斜入射特性に優れていることを特徴とする電磁波吸収体。
電磁波吸収体は、次のような電磁波吸収原理と斜入射特性改善とを実現している。電磁波吸収体は、パターン層中の不連続に形成される導電性パターンが特定周波数の電磁波を受信する機能を有することに特徴がある。その導電性パターンの長さや周囲長にて特定周波数の電磁波と共振する形で電磁波を受信する。導電性パターンが共振した場合、パターン自体や周囲に電流が発生する。導電体に電流が発生するとその周りに磁束が発生することになる。その磁束密度は導電体に近いほど大きく、離れていくと減衰することになる。捉えた電磁波を熱に変えることでいわゆる電磁波吸収を実現するのであるが、電磁界のエネルギを減衰するために、まず磁界エネルギに変換した分を効率良く捉えることを目的として磁性を有する電磁波吸収層を用いる。具体的には、導電性パターン12に近接する電磁波吸収層4の複素比透磁率の実部μ’が大きく、さらに磁束を熱に変換するには複素比透磁率の虚部μ”が大きくする必要がある。これにより効率的に磁束を集め、熱に変換することが可能となる。
また導電性パターンと導電性反射層の間にはコンデンサーが形成される。導電性パターンに電荷が付与された場合、電極板間に電気力線が流れる。この場合、電磁波吸収層および誘電体層の複素比誘電率の実部ε’が大きいと極板間の距離を小さくでき、また虚部ε”が大きいと熱変換性が高くなる。この機能によりまた電磁波エネルギを減衰できる。ただし、虚部ε”が大きすぎると導電性が発現することがあり、この場合電磁波吸収体として機能しなくなる。
このように磁界成分と電界成分にそれぞれに熱変換機能を持たせたことで、従来よりも薄型の電磁波吸収体が達成できた理由の1つである。
(3)略垂直入射される場合に吸収可能な電磁波の周波数と、斜入射される場合に吸収可能な電磁波の周波数との差が、1GHz以内に収まることを特徴とする電磁波吸収体。
次のようなメカニズムによって、斜入射特性が改善される。誘電損失材による電波吸収性能は導電性パターンと導電性反射層間のコンデンサーによるインピーダンスにより空気中の電磁波のインピーダンス(377Ω)と整合をとられることになり、その厚みの影響が直接効くことになる。共振する周波数も厚み差によるインピーダンス変化を受け、電磁波の斜入射の場合に吸収特性の変化と周波数のズレが現れやすい傾向にある。
これに対して、磁性損失材は厚みの効果もあるが、それよりも電流に近接する電磁波吸収層4の複素比透磁率の実部μ’および虚部μ”が大きい場合には距離の因子に強く依存することなく効率的にエネルギ減衰できる傾向があるため、電磁波の斜入射の場合に吸収特性の変化と周波数のズレが現れ難い傾向にある。この誘電損失材と磁性損失材の併用効果により、薄型、軽量でありながら斜入射特性を含む高い電磁波吸収性能を達成できることになる。
ここで、略垂直入射は、電磁波吸収体の入射面に垂直な方向である電磁波吸収体の厚み方向に対して0°〜10°程度の角度での入射を含む。斜入射は、基本的には略垂直入射以外の入射である。したがって斜入射は、電磁波吸収体の厚み方向に対して45°またはそれ以上の角度での入射を含む。
(4)特定周波数の電磁波に対する電磁波吸収層の複素比透磁率の虚部μ”と、パターン層から電磁波吸収層までの厚さLとが、0.15<μ”/L<7の関係にあることを特徴とする電磁波吸収体。
導電性パターン周辺に発生する磁束は導電性パターンの電流が流れる部分に近い程大きくなるため、近接して複素比透磁率の虚部μ”の大きい材料、したがって電磁波吸収層があれば効率的にエネルギを減衰できる。さらに複素比透磁率の実部μ’の大きい材料である電磁波吸収層であれば磁束を電磁波吸収層の中に導きやすくなるが、損失項tanδと複
素透磁率との間にtanδ=μ”/μ’の関係があり、μ”=μ’×tanδの関係にあるため、熱変換として特に複素比透磁率の虚部μ”に着目している。複素比透磁率の虚部μ”を高くし、パターン層から電磁波吸収層までの厚さLを小さくする方向が高性能且つ薄型を達成する方向であり、前記関係式を満たすことによって優れた電磁波吸収体を実現することができる。
(5)特定周波数fの電磁波に対する電磁波吸収層4と誘電体層3の各層における複素比誘電率の実部ε’と、電磁波吸収層の厚さと誘電体層の厚さとを合計した厚さdとが、2<Σ{ε’/(f×d)}<25の関係にあることを特徴とする電磁波吸収体。
薄型の電磁波吸収体を実現することができる。薄型であるためには、パターン層の導電性パターンと導電性反射層間が近接している必要があるが、そのためにはコンデンサー内の特定周波数での複素比誘電率の実部値ε’を上げる必要がある。前記式を満たすようにすることによって、複素比誘電率の実部値ε’を大きくして、電磁波吸収体を薄型化することができる。前記式中の「Σ{ε’/(f×d)}」は、電磁波吸収層における複素比誘電率の実部ε’で算出される{ε’/(f×d)}の値と、誘電体層における複素比誘電率の実部ε’で算出される{ε’/(f×d)}の値の総和である。
(6)特定周波数fの電磁波に対する電磁波吸収層4および誘電体層3の各層における複素比誘電率の実部ε’と、電磁波吸収層の厚さと誘電体層の厚さとを合計した厚さdと、電磁波吸収層および誘電体層の各層の比重Dとが、5<Σ{(ε’×D)/(f×d)}<70の関係にあることを特徴とする電磁波吸収体。
薄型の電磁波吸収体を実現することができる。複素比誘電率の実部ε’を上げるためには、誘電損失材料や磁性損失材料の充填量を増す必要があり、軽量化を達成するためには薄型化効果や電磁波吸収性能とのバランスをとりながら最適化を図る必要がある。そのため充填量を増し過ぎることのない様に比重との関係式を用いることによって好適な薄型化された電磁波吸収体を実現することができる。前記式中の「Σ{(ε’×D)/(f×d)}」は、電磁波吸収層における複素比誘電率の実部ε’で算出される{(ε’×D)/(f×d)}の値と、誘電体層における複素比誘電率の実部ε’で算出される{(ε’×D)/(f×d)}の値の総和である。
(7)導電性パターン12が金属よりなることを特徴とする電磁波吸収体。
上記のようにパターンは導電性が必要であるので、そのためには導電性金属を使用することが最も好ましく、その所望の電磁波吸収体を実現することができる。導電性パターンは、金属(導電性反射層2)と同程度の導電性を持てば、どのような構成であってもよい。たとえば導電性が不足する場合や、経時による性能低下の問題からインピーダンスが初期設計時から変わってしまうことがあるが、導電性インクでも使用可能である。
(8)特定周波数の電磁波に対する誘電体層3の複素比誘電率の実部ε’が、2〜5であり、誘電体層3の厚さが0.1〜4mmであることを特徴とする電磁波吸収体。
軽量な電磁波吸収体を実現することができる。軽量化のために発泡体等の比重の低い、複素比誘電率の実部ε’が1に近い(2〜5)材料による誘電体層が用いられる。斜入射特性に関しては、複素比誘電率の実部ε’を上げて、できるだけ導電性パターンと導電性反射層の距離を近接させた方が、良好な結果が得られているので、0.1〜4mmの誘電体層が用いられる。厚さに関しては、0.1mm未満では誘電体層としての効果が期待できず、4mmより厚い場合には薄型化の意味がなくなってしまう。したがって複素比誘電率の実部ε’および誘電体層の厚さを前記範囲に決定することによって、軽量かつ斜入射特性に優れた電磁波吸収体を実現することができる。
(9)前記の特定周波数が無線LAN対応周波数であることを特徴とする電磁波吸収体。
無線LAN(ローカルエリアネットワーク)で用いられる周波数の電磁波を効率良く吸収することができる。無線LANで用いられる周波数は、たとえば、2.4GHz、5.2GHz、またはその両方、さらにはより高周波数での無線LAN利用可能な帯域(19GHz帯)であり、これらの周波数帯の電磁波を効率良く吸収することが可能となる。
もちろん無線LANに限定されることなく、マイクロ波帯域およびミリ波帯域の特定周波数帯域(単一周波数および複数周波数)の電磁波吸収体として使用可能であることは言うまでも無い。
(10)導電性パターン12が、線状で両端部を有する構造を単位として、その両端部を除いた箇所で、2つ以上の単位が交差する構成として1つのパターン形状とし、または閉ループ形状を1つのパターン形状として形成し、そのパターン形状が互いに連結しない態様で複数個、配列して形成されるパターン層5と、電磁波吸収層4と、誘電体層3と、導電性反射層2とを、積層して構成され、2以上の周波数に対し整合性を与えることを特徴とする電磁波吸収体。
2以上の周波数に対し整合性を与える電磁波吸収体を実現することができる。前述の先行技術は、パターン層を付与することで、電磁波吸収性を維持したまま、電磁波吸収体の薄層化を達成することを可能としている。しかし、パターン電磁波吸収体で得られる共振周波数は単一である場合がほとんどである。本件発明者は、図1のように、形状および位置関係に規則性を付与した複数のパターン形状から成るパターンを有するパターン層5を、磁性を有する電磁波吸収層4、誘電体層3、および導電性反射層2と組合わせて積層した電磁波吸収体1とすることにより、2以上の整合周波数が発現することを見いだした。
パターン電磁波吸収体の共振周波数は、まず導電性パターン12の長さや周囲長にて特定される。これは特定周波数の電磁波と共振する形で電磁波を受信するため、その特定周波数の電磁波の波長の1/2や1/4の長さに応じて共振長さが決まる。また電磁波吸収層4、および誘電体層3の複素比誘電率の実部ε’による波長短縮効果、加えて表面層6が設けられる場合は、その表面層6の複素比誘電率の実部ε’による波長短縮効果も重なり、共振長およびパターン寸法が決まる。
導電性パターン12を受信アンテナとして考えた場合、共振周波数は基本波の整数倍で現れるため、その意味で複数周波数の受信は可能となる。
しかし、パターン電磁波吸収体の場合は、単なる受信アンテナと異なり、電磁波吸収層4および誘電体層3にて形成されるインピーダンス、さらに隣接するパターン同士の結合特性までも加味されて共振周波数が決定されるため、吸収周波数を複数にすることは容易ではない。
パターン設計方法は、電磁波吸収層4および誘電体層3、または表面層6の全ての複素比誘電率(ε’、ε”)および複素比透磁率(μ’、μ”)、各層の厚みを基にパターン形状、寸法、パターン同士の間隔をシミュレーションにより最適化する方法である。具体的には英国KCC社製シミュレーションソフト「Micro-Stripes」(TLM法による計算
)を用い、各パラメータの独立および相関関係を求めて、最適値(理論値)を算出した。この結果に対して実験による検証を行い、信頼性実験を経て、パターンおよびパターン電波吸収体が決定している。
パターン層5、電波吸収層4、および誘電体層3を同じにして(もちろん複素比誘電率や複素比透磁率の値の周波数依存性はあるが)、複数周波数に対して整合を取ることができて始めて2つ以上の吸収位置(吸収周波数)をとる双峰特性または多峰特性を有する電磁波吸収体1となる。
双峰特性発現のメカニズムは十分明らかではないが、ダイポールアンテナ状の線状で両端部を有する構造を単位として、これを交差させた形状、または閉ループ形状の場合に双峰特性が見られた。
その二つの吸収周波数の周波数位置の制御は、電磁波吸収層4および誘電体層3の複素比誘電率の実部ε’を変更することで可能であった。
双峰特性を有する電磁波吸収体1の斜入射特性をみると、基本波ではなく高調波側の斜入射特性に問題があった。具体的には、斜入射の場合の電磁波吸収量の低下および吸収周波数のズレ(とくに高周波数側へのズレ)が著しかった。この対策には、上述の対策と同じく電磁波吸収層4の複素比透磁率の実部μ’および虚部μ”が大きくすることと、電磁波吸収層4および誘電体層3の複素比誘電率の実部ε’を大きくして導電性パターン12と導電性反射板2間の距離を小さくすることが有効であった。この誘電損失材と磁性損失材の併用効果により、薄型、軽量でありながら双峰性を有する斜入射特性を含む高い電磁波吸収性能を達成できることになる。
(11)電磁波吸収層4は、複素比透磁率の実部が、1.01〜10であり、厚さが0.01〜2.5mmであることを特徴とする電磁波吸収体。
磁性を有する電磁波吸収材料として、電磁波の磁気損失を増大し、電磁波吸収量を効率よく増大することができる。複素透磁率を大きくすることによって、磁界の大きい場所での電磁波吸収の程度を大きくすることができる。こうして前述の電磁波吸収体は、電界および磁界の大きい場所で、吸収量を常に大きくすることができる。複素比透磁率を有することにより、パターン層5および誘電体層3と積層した際に薄層化が達成しやすくなる。
電磁波吸収層4の厚さを、2.5mmより薄くするには、パターン層5の付与が不可欠である。厚さ0.01mmは、塗工工程で製造できる下限を意味する。厚さ2.5mmを超えると、薄型化の範囲を超えてしまう。
(12)電磁波吸収層4が、有機重合体100重量部に対して、磁性損失材料としてフェライト、鉄合金、鉄粒子の群から選ばれる1または複数の材料を、1〜700重量部の配合量で含むことを特徴とする電磁波吸収体。
複素比透磁率を利用した薄層化が可能であり、薄型の電磁波吸収体を実現することができる。フェライトとしては、たとえばMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Mn−Mgフェライトなどのソフトフェライト、あるいは永久磁石材料であるハードフェライトが挙げられる。鉄合金としては、たとえば磁性ステンレス(Fe−Cr−Al−Si合金)、センダスト(Fe−Si−Al合金)、パーマアロイ(Fe−Ni合金)、ケイ素銅(Fe−Cu−Si合金)、Fe−Si−B(−Cu−Nb)合金が挙げられる。なお、これら合金においては扁平状のものを用いてもよい。鉄粒子としては、たとえばカルボニル鉄粉が挙げられる。カルボニル鉄の場合はできるだけ真球に近いものがよい。好ましくは低コストで複素比透磁率の高いソフトフェライト粉末を使用するのがよい。フェライトが存在しないと、複素比透磁率を利用した薄層化を達成することができず、700部を超すと加工性が著しく損なわれる。
また、電磁波吸収層4に含まれる誘電損失材料が、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト繊維の群から選ばれる材料である電磁波吸収体である。電磁波吸収層4は磁性損失材料を必須の成分として含むが、インピーダンス整合のためには適宜な複素比誘電率を付与することも好ましい。この目的で、電磁波吸収層4に充填される誘電損失材料としては、たとえばファーネスブラックやチャンネルブラックなどのカーボンブラック、ステンレス鋼や銅やアルミニウム等の導電粒子、グラファイト、カーボン繊維、グラファイト繊維、酸化チタン等が挙げられる。誘電性材料は、カーボンブラックであり、特に窒素吸着比表面積(ASTM(American Society for Testing and Materials) D3037−93)が100〜1000m2/g、DBP吸油量(ASTM D2414−96)が100〜400ml/100gであるカーボンブラック、たとえば昭和キャボット社製の商品名IP1000およびライオン・アクゾ社製商品名ケッチェンブラックECなどを使用するのが好ましい。DBP吸油量というのは、可塑剤の一種であるDBP(dibutyl phthalateの略)の吸収量(単位cm3/100g)である。窒素吸着比表面積が100m2/g未満の場合は充分な複素比誘電率が得られず、1000m2/gを超える場合は誘電損失材料の分散性が著しく悪くなる。DBP吸油量が100cm3/100g未満の場合は充分な複素比誘電率が得られず、400cm3/100gを超える場合は加工性が著しく悪くなる。
(13)電磁波吸収層4は、磁性損失材料と併用して、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト繊維の群から選ばれる1または複数の材料を誘電損失材料として、有機重合体100重量部に対して0〜50重量部の配合量で含むことを特徴とする電磁波吸収体。
電磁波吸収層4が、有機重合体100重量部に誘電損失材料を0〜50(0は含まない)重量部含む。誘電損失材料の種類は上述のとおりであるが、量には制限があり、50重量部を超えると加工性が著しく損なわれることになる。
電磁波吸収層4に使用される有機重合体の材料(ビヒクル)としては、合成樹脂、ゴム、および熱可塑性エラストマーを使用している。たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、およびこれらの共重合体、ポリブタジエンおよびこれらの共重合体等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂やビチュメン等が挙げられる。ポリ尿酸などの生分解性を有する樹脂も使用可能である。またガラス繊維などの材料が充填されたFRPとなっていても良い。
前記ゴムとしては、たとえば天然ゴムのほか、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、塩素化ポリエチレンゴム、水素添加ニトリルゴム、シリコンゴムなどの各種合成ゴム単独、もしくはこれらのゴムを各種変性処理にて改質したものが使用できる。
熱可塑性エラストマーとしては、たとえば塩素化ポリエチレン、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの各種熱可塑性エラストマーを用いることができる。
これらのポリマーは単独で使用するほか、複数をブレンドして用いることができる。樹脂および熱可塑性エラストマー材料には、必要に応じて可塑剤、さらには、安定剤、補強用充填剤、流動性改良剤、難燃剤などを適宜添加した樹脂組成物として使用することができる。ゴム材料には、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、着色剤、難燃剤などを配合することができる。
電磁波吸収層4は、前記有機重合体以外の、石膏材、セメント材、または不織布や発泡体、紙、段ボール等に磁性を有する塗料等を含浸させたものであってもよく、充填材を配合することが可能な材料を適宜選択することもできる。
導電性反射層2は、金、白金、銀、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、タングステン、鉄などの金属であってもよく、樹脂に上記金属の粉末、導電性カーボンブラックの混入された樹脂混合物、あるいは導電性樹脂のフィルム等であってもよい。上記金属等を、板、シート、フィルム、不織布等に加工されたものであってもよい。あるいはまた合成樹脂性フィルム上に、膜厚たとえば600Åの金属層が形成された構成を有してもよい。金属箔をフィルムもしくはクロスなどの基材に転写したものでもよい。また、導電インク(たとえば体積固有抵抗値10Ωcm以下0.5Ωcm以上)を基板上に塗布してもよい。
電磁波吸収体1に所望周波数の電波の透過性を付与したい場合、公知技術であるアンテナ原理を応用して、波長から導かれる適宜な形状の非導電性部分を導電性反射層2の中に設けることができる。これによりたとえば2.45GHzおよび5.2GHzの各無線LAN周波数域に対する電磁波吸収性を有しながら、携帯電話(800MHzまたは1.5GHz)は使用可能であるといった電磁波環境を提供することが可能となる。
上述の導電反射層2の構成材料を用いて、パターン層5の導電性パターン12を形成することができる。導電性パターン12は、フィルム上にアルミニウムなどの蒸着、エッチング処理、もしくはスクリーン印刷等の方法で形成される。しかしこれらに限定されることはなく、たとえば導電性パターン12の各模様のみを電磁波吸収層4もしくは誘電体層3に直接転写させ、基材となるフィルムを用いずに、利用することも可能である。
誘電体層3の材料として、汎用樹脂、たとえば塩化ビニル(PVC)、スチレン−ブタジエン系共重合体(SBS)、またはポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂シートなどであってもよい。また上述の材料に限定されることなく、そのほかの合成樹脂、ゴムなどの材料、またメラミン樹脂、メラミン樹脂バッカー材、紙、不織布、クロス、難燃紙、木材、石膏、セメント、ガラス等であってもよい。厚みについては、0.1〜4mmの範囲が好ましい。電磁波吸収体全体の薄層化のために、より好ましいのは0.1〜2.5mmである。0.1mm未満では、誘電体層3を用いる効果が乏しく、4mm超の厚さでは、電磁波吸収体の薄層化の意味がなくなってしまう。誘電体層3を発泡体とすることで、電磁波吸収体の軽量化の達成も可能である。
(14)電磁波吸収層および誘電体層の複素比誘電率を制御することにより、2以上の吸収周波数の位置を個別に制御することを特徴とする電磁波吸収体。
これによって吸収すべき電磁波の周波数に応じた好適な電磁波吸収体を実現することができる。
(15)難燃性、準不燃性、または不燃性を有することを特徴とする電磁波吸収体。
電磁波吸収体は、難燃性、準不燃性または不燃性が付与されている。難燃性としてはUL94V0の評価を得ることが目安であり、難燃剤および難燃助剤が好適量配合される。以上によって建物内装材として好適に用いることができる。電磁波吸収体1に難燃性、準不燃性、または不燃性を付与するにあたっては、たとえば難燃剤または難燃助剤が、電磁波吸収層4、誘電体層3などに添加される。
難燃剤としては特に限定されることはなく、リン化合物、ホウ素化合物、臭素系難燃剤、亜鉛系難燃剤、窒素系難燃剤、水酸化物系難燃剤等が適宜量使用できる。リン化合物としては、リン酸エステル、リン酸チタンなどが挙げられる。ホウ素化合物としては、ホウ酸亜鉛などが挙げられる。臭素系難燃剤としては、ヘキサブロモベンゼン、デカブロモベンジルフェニルエーテル、デカブロモベンジルフェニルオキサイド、テトラブロモビスフェノール、臭化アンモニウムなどが挙げられる。亜鉛系難燃剤としては、炭酸亜鉛、酸化亜鉛若しくはホウ酸亜鉛等が挙げられる。窒素系難燃剤としては、たとえばトリアジン化合物、ヒンダードアミン化合物、若しくはメラミンシアヌレート、メラミングアニジン化合物といったようなメラミン系化合物などが挙げられる。水酸化物系難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
(16)電磁波反射性能を有する面上に用いられる電磁波吸収体であって、前記導電性反射層を除く残余の各層が積層されて構成されることを特徴とする電磁波吸収体。
金属等の電磁波遮蔽性能を有する面上に上記電磁波吸収体1を設置する場合には、導電性反射層2を有さない構成の電磁波吸収体であることが可能である。すなわち、電磁波遮蔽性能を有する面は、そのまま電磁波反射板として機能できるため、上記電磁波吸収体1の中の導電性反射層2を有さない構成が使用可能となる。
(17)前述の電磁波吸収体を用いることによる電磁波吸収方法。
前述のように優れた電磁波吸収体1を用いることによって、好適に電磁波を吸収することができる。
前述の電磁波吸収体の具体的な用途としては、オフィスなどの電磁波環境空間の形成する床材、壁材、天井材として、あるいは家具や事務機器の金属面の被覆材として、あるいは衝立等として、前述の電磁波吸収体を配置することにより、電磁波環境の改善を行う。具体的には、空間中に存在する電子機器の誤動作防止、無線LAN等の伝送遅延対策である。また電磁波環境については、オフィスだけではなく、家庭内、病院、コンサートホール、工場、研究施設、駅舎、展示場、道路側壁等の屋外施設等でも利用できる。それぞれ想定できる環境での壁、床、天井等において、必要とされる箇所ごとに利用できる。
特定形状のパターンを有するパターン層、磁性損失材料から成る電磁波吸収層4と誘電体層3と導電性反射層2を設けることによって、電磁波吸収をする周波数の選択制御を制御することができ、結果として斜入射特性の良好な薄型、軽量電磁波吸収体1を提供することができる。
さらに本件電磁波吸収体1は、双峰特性を有し、二つ以上の吸収周波数を有する電磁波吸収体1を提供することができる。双峰特性を有しても、なお且つ薄く、軽く、高い吸収性能(斜入射特性を含む)を実現している。
さらに本件電磁波吸収体1は、既存の電磁波吸収体よりも薄く、かつ軽くなっているため、その構成上室内建材と組み合わせることができるという効果がある。たとえば表面層の表面層6をビニールクロスや合板材などの木材、既存の壁材、床材、天井材、さらに什器、家具、デスクのボード、パネル、表面材などに置き換えることで、容易に室内壁面材や床材など電磁波吸収可能な機能的な建材を構成でき、かつ複数の周波数に対して選択的な電磁波吸収性を付与できるという効果がある。