JP5281504B2 - 電磁波遮蔽体 - Google Patents

Description

本発明は、２次元フォトニック結晶構造による電磁波遮蔽体に関するものである。とりわけ電子レンジの電磁波（２．４５ＧＨｚ）を対象とした遮蔽体およびその製造方法、並びにその用途に関する。

従来から、電波吸収体や電磁波遮蔽体の原理としては、１．導電性物質で電磁波を反射させる、２．金属をアンテナとして作用させ電流に変換しアースに流す、３．導電性物質内部の電流に変換して抵抗で消費する、４．複素比透磁率の大きい材料で磁場を熱に変換させる、５．複素比誘電率の大きい材料を振動させ熱に変換する、等が知られており、具体的には、１．〜３．としては金属やカーボンブラックなどが、４．としてはフェライトやパーマロイなどが、５．としては水、アルミナや酸化チタンなどが用いられている。また、電磁波遮蔽効果を向上させるために、前記複数の原理を組み合わせたものが数多く提案されている。

従来技術では，電磁波シールドとして周波数帯域を広範囲に遮蔽するための提案（特許文献１〜２）がある一方、通信の用途ではあるが特定波長を遮断させる（または通過する）ための提案（特許文献３）もなされている。また、透光性を確保するために透明導電体を塗布すること（特許文献４、５）や、不透明導電体をパターン化すること（特許文献６）も行われている。

一方、フォトニック結晶によって特定の波長の電磁波を閉じ込めたり遮断したりすることが知られている。フォトニック結晶とは、比誘電率（光領域においては屈折率）を周期的に変化させた周期構造体である。これらは電磁波に対する干渉作用を示し、特定の周波数領域の電磁波の通過を禁止する。すなわち、フォトニック結晶は特定の波長の電磁波や光を遮蔽することができる。この場合の禁止帯はフォトニックバンドギャップと呼ばれる。フォトニック結晶の嚆矢はヤブロノバイト（特許文献７および８）であり、その他ウッドパイル構造（特許文献９）、網目構造、ダイヤモンド構造（特許文献１０）、オパール構造及び逆オパール構造などが知られている。これらは何れも三次元周期を有する構造体であり、立体的な周期的構造が結晶にたとえられ、フォトニック結晶と呼ばれている。

しかしながら精緻な三次元周期構造体の製作は容易ではない。そこで、二次元周期構造を持つフォトニック結晶が注目されており、なかでもその作成の容易さからスラブ型二次元フォトニック結晶がよく利用されている。その代表例としては光導波路（特許文献１１）である。スラブ型二次元フォトニック結晶では、比誘電率あるいは屈折率の高い物質で板（スラブ）を作成し、所定の周期で開孔し、比誘電率あるいは屈折率の低い物質を空気としたものが一般的である。これら二次元フォトニック結晶は実際には厚みを有する立体物であるが、該厚み方向に比誘電率の周期的な変化は設けていない。比誘電率の周期的な変化は二次元面のみに設けているために、二次元フォトニック結晶と呼ばれている。

これまで、これら公知のフォトニック結晶はマイクロ波領域より波長の短いミリ波や光を対象に研究されてきた。それは可視光領域で用いるフォトニック結晶の構造周期は波長の半分程度でも数百ｎｍ程度であり、光リソグラフィ法や光造形法、さらにはプレス加工技術を応用したナノインプリントなどの加工技術の発達によって微細構造を容易に作成することが可能になってきたためである。対象となる電磁波がマイクロ波領域では、その波長が１２ｃｍ程度となるために、比誘電率が１００以下の物質を使用する限り、フォトニック結晶の構造周期が波長の４分の１でも約３ｃｍ程度になり、周期構造物はどうしても
巨大化するという欠点を有していた。

本発明では、電子レンジの中で、加熱の為のマイクロ波を遮蔽し、被加熱材料の特定の位置が加熱されないようにすることができる電磁波遮蔽体の提供を試みた。
しかしながら、上記従来の電磁波遮蔽体を用いようとした場合にはさまざまな問題が生じる。
まず、金属やカーボンブラック等の導電性材料を使用する場合は、電子レンジの中で金属部分との間で放電が生じ大変危険である。また、フェライト等の磁性損失材料や水等の誘電損失材料を使用する場合は、被加熱材料自体の発熱は抑えられるものの、損失材料自体が発熱するために本用途には不向きである。
また、公知のフォトニック結晶を使用する場合には、周期構造物を大きくする必要があったため、局所的な電磁波の遮断には不向きである。

特開平５−８２９９５号公報 特開２００７−３１０２０５号公報 特開平８−３３０７８３号公報 特開平９−１４８７８０号公報 特開平５−３７１７８号公報 特開平５−１６２８１号公報 米国特許第５１７２２６７号 特開２００７−２５６３８２号公報 特開２０００−３４１０３１号公報 特開２００７−２９０２４８号公報 特開２００１−２７２５５５号公報

本発明は、特に電子レンジの中で、加熱の為のマイクロ波を遮蔽し、被加熱材料の特定の位置のみが加熱されないようにすることが可能な電磁波遮蔽体の提供を目的とするものであり、より具体的には、お弁当などを電子レンジで加熱する際、故意に温めたくない食材、例えばサラダ、生野菜、果物、デザート、漬け物、調味料等は加熱されないよう局所的に電磁波を遮断することができる電磁波遮蔽体の提供を目的とするものである。

本発明者らは、電子レンジの中で、加熱の為のマイクロ波を遮蔽し、被加熱材料の特定の位置が加熱されないようにすることが可能な電磁波遮蔽体について鋭意検討した結果、比誘電率が１００を越える材料を用いて、製作が容易な二次元周期構造を形成することによって、電子レンジのマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を局所的に遮蔽することが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、以下に示される二次元フォトニック結晶を有する電磁波遮蔽体、およびその製造方法を提供することにある。

（１）比誘電率ε_Ａが１００〜１００００である高誘電率部位Ａと、比誘電率ε_Ｂが１〜２０である低誘電率部位Ｂが二次元面内に０．５ｍｍ〜２５．０ｍｍの範囲の周期性をもって分布する二次元周期構造部Ｄを有する電磁波遮蔽体であって、該二次元面を１．４ＧＨｚ〜３．４ＧＨｚの電磁波が通過するとき、該周波数領域内の特定周波数に１０ｄＢ以上の透過減衰を示すことを特徴とする電磁波遮蔽体。
（２）前記高誘電率部位Ａがチタン酸カルシウムおよびチタン酸バリウムの少なくとも
一方を含有する上記（１）に記載の電磁波遮蔽体。
（３）前記低誘電率部位Ｂが空気またはプラスチックである上記（１）または（２）に記載の電磁波遮蔽体。

（４）２．４５ＧＨｚの電磁波における透過減衰が２０ｄＢ以上である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電磁波遮蔽体。
（５）二次元周期構造部Ｄが担持体Ｃ上に高誘電率部位Ａおよび低誘電率部位Ｂを交互に二次元配列した構造である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電磁波遮蔽体。
（６）二次元周期構造部Ｄが低誘電率部位Ｂの中に高誘電率部位Ａを二次元配列した構造である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電磁波遮蔽体。
（７）二次元周期構造部Ｄが高誘電率部位Ａの中に低誘電率部位Ｂとして開口部を二次元配列した構造である上記（１）〜（４）に記載の電磁波遮蔽体。
（８）上記（１）〜（７）に記載の電磁波遮蔽体を使用して製造した包装材料。
（９）上記（１）〜（７）に記載の電磁波遮蔽体を使用して製造した電波遮蔽体。
（１０）上記（１）〜（７）に記載の電磁波遮蔽体を使用して製造した帯域フィルター。

本発明によれば、所望の波長の電磁波、特に電子レンジの加熱用マイクロ波を効率的に遮断可能な電磁波遮蔽体を提供することが可能である。本発明の高誘電率部位からなる２次元フォトニック結晶を有する電磁波遮蔽体を用いることによって、安全で局所的な電磁波の遮断を、余分な熱の発生もなく実施できる。また、本発明の高誘電率部位を二次元面に周期的に配置した二次元フォトニック結晶を有する電磁波遮蔽体は、三次元フォトニック結晶に比べ容易にかつ安価に提供することが可能である。

本発明における電磁波遮蔽体の一実施態様である。 本発明における電磁波遮蔽体の他の実施態様である。 フォトニック結晶中において、電磁波のブラッグ回折が起こるときに形成される二種類の定在波を示す。 実施例１において観測された特定周波数域における透過スペクトルを示す。 実施例１に関連し、ＴＬＭシミュレーションより得られた透過スペクトルを示す。 実施例１で得た電磁波遮蔽体のＴＬＭシミュレーションより得られた電磁波遮断効果の模式図を示す。 実施例1において観察されたマイクロ汲遮蔽効果を示す。 ａ．実施例１において、冷蔵庫で保冷した米飯の上に二次元周期構造体Ｄ１をかぶせた 状態。 ｂ．上記ａ．の状態で、500Ｗ設定の家庭用電子レンジで１分加熱した直後の状態。 ｃ．上記ｂ．の状態で、二次元周期構造体Ｄ１を取り去った状態。 ｄ．実施例1において、冷蔵庫で保冷した米飯の上に二次元周期構造体Ｄ１をかぶせな い状態。 ｅ．上記ｄ．の状態で、500Ｗ設定の家庭用電子レンジで１分加熱した直後の状態。

以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において下記高誘電率部位Ａおよび低誘電率部位Ｂのそれぞれの誘電率は比誘電率を示す。
［高誘電率部位Ａ］
本発明における高誘電率部位Ａとは、下記のインピーダンス測定法で測定される比誘電
率ε_Ａが、１００〜１０，０００であることを特徴とするものである。同比誘電率ε_Ａは１２０〜５，０００であることが好ましく、１４０〜１，０００であることがより好ましい。
インピーダンス測定法とは、電極間に充填層として固体試料を入れた状態と、充填層として空気を介在させた状態とでそれぞれインピーダンスを実測し、それらの値から正確な誘電率を求めるものである。
一般的に光領域においてフォトニックバンドギャップ効果を発現する物体をフォトニック結晶と称する。
電磁波の波長λは、ｋＣ／ｆで表される。ここで、ｋは定数、Ｃは電磁波の伝播する速さ、ｆは電磁波の周波数である。波長λの電磁波に対してフォトニックバンドギャップ効果を発現する周期構造体の周期ｄはλ／２ｎに比例する。ｎは周期構造体の単位構成要素の材質の光学的屈折率である。この屈折率ｎは材質の比誘電率εの平方根に比例するので、周期ｄはλ／２√εに比例する。光と同様にマイクロ波帯域においても、周期構造体が有する固有の比誘電率を選択するとともに周期を調整することにより、特定の波長に対応したフォトニックバンドギャップ効果を得ることが可能となる。この際、光領域における屈折率とマイクロ波領域における比誘電率が対応する。

本発明の遮蔽体のターゲットの一つである電子レンジのマイクロ波は波長が約１２ｃｍであるため、構造体の周期は実用上非常に大きくなりやすい。周期ｄはλ／２√εに比例するため、本発明に用いる構造体の周期を小さくするためには高誘電率部位の比誘電率が少なくとも１００以上である必要がある。高誘電率部位の比誘電率はできるだけ大きいことが望ましい。特定波長の電磁波の遮蔽にあたり、比誘電率は大きいほどその周期性を小さく設定することができ、局所的な遮蔽に有効であるが、比誘電率が１０，０００を超える材料は入手しにくい。
同時に、本発明に用いる高誘電率部位の誘電損率はできるだけ低いことが望ましい。それは電磁波を照射したときに電磁波遮蔽体自身が発熱することを防ぐためである。本発明の目的は、電子レンジで食品を加熱する際に本発明の電磁波遮蔽体を被覆した部分のみの加熱の抑制にあるので、電磁波遮蔽体自身が発熱することは本発明の目的に反する。同様な理由で、高磁性損失材料も使用することができない。金属等の導電性材料もまた内部抵抗によって発熱するため使用することができない。更に、金属は金属探知機で検知される欠点もあるので、弁当等出荷時の異物検知の観点から望ましくない。以上のことから、本発明で用いる高誘電率部位としては、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、酒石酸カリウムナトリウム（ロッシェル塩）等が好ましい。
これらの高誘電率部位を構成する成分は、２種以上を混合して用いることもできる。混合物の比誘電率は、混合する成分の比誘電率と体積分率との積の総和として算出することができる。

［低誘電率部位Ｂ］
本発明における低誘電率部位Ｂとは、上記インピーダンス測定法で測定される比誘電率ε_Ｂが、１〜２０であることを特徴とするものである。該比誘電率ε_Ｂは１．２〜１０であることが好ましく、１．４〜５であることがより好ましい。
本発明に用いる低誘電率部位の比誘電率はできるだけ低いことが望ましい。一般にフォトニック結晶中において、電磁波のブラッグ回折が起こるときには、二種類の定在波が形成される。図３はその二種類の定在波を示している。定在波Ａは、波の振動が低誘電率領域で高いエネルギーを有し、定在波Ｂは、波の振動が高誘電率領域で高いエネルギーを有する。この２つの異なるモードにスプリットした定在波間のエネルギーを有する波は結晶中に存在できないので、バンドギャップが生じる。バンドギャップを広げたいのであれば、２つの定常波のエネルギー差を広げてやればよい。そのためには、２つの媒質で比誘電率のコントラストを強くすることが効果的である。以上のことから製造の容易さ等を鑑みて低誘電率部位Ｂとしては、空気、ガラス、陶器、プラスチック（樹脂）等から適宜選択
される。
低誘電率部位にプラスチックを用いれば、低誘電率部位をマトリクスとして高誘電率部位を一定周期に配置し包埋した二次元周期構造部を作成することができる。高誘電率の材料は人体等の有害な場合もあるので、樹脂で包埋した二次元周期構造部はこの有害性の問題も解決できる。該プラスチックとしては、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、アニリン樹脂、アニリンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキル樹脂、アルキッド樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、エチレン系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩素化ポリエーテル樹脂、カゼイン樹脂、ゴム、フッ化エチレン系樹脂、シリコン樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン系樹脂、ＳＢＲ、スチロール樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、ブチルゴム、不飽和ポリエステル系樹脂、ベークライト、ポリアセタール樹脂、ポリウレタン、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリブチレン系樹脂、ポリプロピレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、メタクリル系樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。

[基本構造]
本発明における電磁波遮蔽体は、二次元面内に高誘電率部位と低誘電率部位を一定のピッチ（周期）で交互に配置した二次元周期構造部を有するものである。ここで「二次元」とは単に平面や平坦面に限定されるものではなく、例えば二次元面は若干の曲率があっても良く、波打っていても良く、凹凸があっても良い。該二次元面が１層構成である限り二次元周期構造体とみなしてよい。同一形状の二次元周期構造体をその形状を合致させるように重ね合わせて積層構造を形成した場合であっても、電磁波入射方向に有意な誘電率コントラストがない限り１層構成とみなしてよく、二次元周期構造体とみなされる。

本発明において周期性とは、高誘電率部位と低誘電率部位を一定のピッチ（周期）で交互に配置した状態を指すものである。特定の周波数、たとえば２．４５ＧＨｚに透過減衰の谷を持ってくるには、高誘電率部位と低誘電率部位のそれぞれの比誘電率を適当な値に選択し、かつ高誘電率部位と低誘電率部位を最適な周期で配置することが必要となる。交互配置の様式はピッチが一定である場合、平行配置（格子状配置）、４５°千鳥配置、６０°千鳥配置、１２０°千鳥配置等のいずれでもよい。ピッチが乱れると、特許文献２に記載されている通り周波数依存性が低下するが、これらは使用目的に応じて使い分けることができる。例えば電子レンジで温める被加熱物が、部分的には加熱させずに、部分的には僅かに温めたい様な内容の場合は、二次元周期構造部はピッチを変更しながら高誘電率部位を配置するようなデザインもあり得る。

また、高誘電率部位が二次元面内に点在している構成であれば、該高誘電率部位を構成する物体の形状は、円柱、三角柱、三角錐、直方体、球、円錐台形、不定形のいずれでもよく、各々の形状が異なっていてもよい。即ち高誘電率部位の二次元面に並行方向での断面形状は円、楕円、多角形、不定形のいずれでもよく、各々の形状が異なっていてもよい。
高誘電率部位を二次元面に配列するにあたり、担持体Ｃを用いて、これの上に配置することが可能である。担持体Ｃとしては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、アクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、紙、板紙、ポリエチレンラミネート紙等を用いることができる。
担持体Ｃの厚さは電磁波の波長に対して殆んど無視できる。例えば、厚さ６ｍｍ、比誘電率１．２の基板は実施例のマイクロ波透過スペクトル測定装置で透過強度の減衰がなく無視できるものである。基板の厚さに関しても、λ／２√εと比例関係にあるので、比誘電率が低いほど基板の厚さが厚くなる。

上記構成の電磁波遮蔽体の製造方法は、上記高誘電率部位からなる物体を焼結・ペレッ
ト化したものを担持体Ｃの上に配列したものでもよく、さらに高誘電率部位間に樹脂を流し込んで包埋したものでもかまわない。
また上記構成は、上記高誘電率部位からなる板状体に二次元配列した開口部を設けたものでもよく、さらに同開口部に樹脂を流し込んで樹脂包埋したものでもかまわないし、或いは、低誘電性のセラミック材料板の中に高誘電率部位からなる材料を焼結したペレットを埋め込んで、外観上は低誘電体セラミック板となっていてもかまわない。

スラブ型電磁波遮蔽体については、上記高誘電率部位と低誘電率部位が反転したものと捉えることができるが、原理的には同じである。スラブの厚さは電磁波の波長に対して基本的に無視できるものであるが、比誘電率が高いほど基板の厚さを薄くできる。スラブにあける穴の形状も円筒形状、球状などいずれでもよく、テーパーがあってもかまわない。なお、スラブにあける穴のピッチが乱れると周波数依存性が低下することも前述の通りである。
スラブにあける穴は、高誘電率部位からなるスラブ１枚毎に開孔してもよいし、スラブを複数枚重ねて開孔してもよい

［透過減衰の測定方法］
本発明における電磁波遮蔽体による透過減衰の測定は、後述する実施例に記載の測定方法によって測定した。
本発明の電磁波遮蔽体は、その二次元面内を１．４ＧＨｚ〜３．４ＧＨｚの電磁波が通過するとき、該周波数領域内で１０ｄＢ以上の透過減衰を示すことを特徴とする。該周波数領域内で１２ｄＢ以上の透過減衰を示すことが好ましい。
特に本発明の電磁波遮蔽体は、その二次元面内を２．４５ＧＨｚの電磁波が通過するとき、同周波数における透過減衰が２０ｄＢ以上であることが好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。
以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の技術的な範囲は以下に示す具体例により何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
［高誘電率部位Ａ１の作成］
（１）チタン酸カルシウム焼結原料の調製：
フラックス成分として炭酸カリウム（和光純薬(株)製、試薬）結晶２５ｇ、成形助剤としてメチルセルロース粉末（和光純薬(株)製、試薬）２５ｇを水１５００ｇに溶解し、これにアナターゼ型二酸化チタン粉末（和光純薬(株)製、試薬）６００ｇおよび炭酸カルシウム粉末（和光純薬(株)製、試薬）１０００ｇを加え、ニーダー（(株)井上製作所製、ＫＨ−１０−Ｆ）を用いて攪拌混合してスラリーを調製した。このスラリーを乾燥温度７５℃で8時間加熱乾燥し、チタン酸カルシウム焼結原料を得た。
（２）加圧成形：
得られたチタン酸カルシウム焼結原料を、真空土練機（(株)林田鉄工製、ＶＭ−０５）を用いて水を添加しながら混練し、湿式ラバープレス（油研工業（株）製、ＹＳＲＰ４−１０Ｗ）を用いて２００ＭＰａで３０秒間加圧して直径１０．５ｍｍ、高さ８．５ｍｍの円柱形状物に成形した。
（３）焼結処理：
得られた円柱形状の成形体を電気炉内で１２００℃、２時間焼結処理し、そのまま放冷し、高誘電率部位Ａ１を得た。得られた高誘電率部位Ａ１の直径は９．６ｍｍ、高さ８ｍｍ、密度４．０であった。

［二次元周期構造部Ｄ１の作成］
担持体Ｃとしてポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ(株)製、ルミラーＳ１０、厚さ７５μｍ）を用いて、担持体Ｃ上に１ｍｍの間隔をあけて高誘電率部位Ａ１を格子状に縦１０列×横５列に配置し、エポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で固定して二次元周期構造部Ｄ１を得た。この場合、低誘電率部位Ｂ１は空気である。
［マイクロ波透過スペクトル測定装置の製作］
断面形状が１０９．２２ｍｍ×５４．６１ｍｍの長方形である直線導波管（日本高周波(株)製）の両端に同軸導波管変換器（日本高周波(株)製）を取り付け、同軸ケーブルの一方をネットワークアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製、Ｅ８３６４Ｂ）の出力側に接続し、他方を同機器の入力側に接続し、直線導波管と同軸導波管変換器の接合面にサンプルシートを挟みこんで透過スペクトルが測定可能な装置を製作した。

［マイクロ波透過スペクトルの測定］
上記で製作したマイクロ波透過スペクトル測定装置に、二次元周期構造部Ｄ１を挟み込み、１．４〜３．４ＧＨｚの範囲で透過スペクトルを測定したところ、２．２３ＧＨｚに−６０ｄＢ、２．５７ＧＨｚに−３２ｄＢの２つの谷を持ち、２．４２ＧＨｚに−１４．７ｄＢの極大値を持つ透過スペクトルが観測された。２．４５ＧＨｚでの透過強度は−１５．２ｄＢであった。

実施例１で得た電磁波遮蔽体の１．８〜３ＧＨｚの範囲における透過スペクトルを図４に示す。図４では電磁波遮蔽の程度を強調するために、縦軸を透過強度（ｄＢ）では無くこれを換算した透過率（％）としている。透過率Ｔ（％）と透過強度比Ｌ（ｄＢ）の関係は、下記式（１）で表される。
［数１］
Ｌ ＝ １０ｌｏｇ_１０Ｔ／１００ ・・・ （１）

［ＴＬＭシミュレーション］
実施例１で得た電磁波遮蔽体の電磁波遮蔽効果を追確認するために、ＴＬＭ３次元電磁界解析ソフトウエア（商品名：ＣＳＴ ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰＥＳ、株式会社エーイーティー製）を用いて、ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍａｔｒｉｘ：伝送線路行列）法によるシミュレーションを行った。
ＴＬＭ法とは、電磁界解析手法の一つで、空間の離散点間を１次元線路と仮定し、各格子点でホイヘンスの原理に基づく波動伝播（Ｍａｘｗｅｌｌ方程式）を計算により逐次的に解くものである。高誘電率部位Ａの比誘電率を１６６．５と仮定し、下記条件でシミュレーションモデルを作成したところ、得られた透過スペクトルは実測の透過スペクトルに対してよく近似するものであった。シミュレーションより得られた透過スペクトルを図５に示す。

・ペレット直径：１０ｍｍ
・厚み：８ｍｍ
・ペレット間の距離：１ｍｍ
・ユニットセル：縦１０列×横５列配置
・寸法：１０９×５４×８ｍｍ
・高誘電率部位Ａの比誘電率：１６６．５
・低誘電率部位Ｂの比誘電率：１．０
また同シミュレーションからは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、二次元周期構造部Ｄ１に隣接した部位においてその電場強度が２０％程度まで減衰しており、二次元周期構造部Ｄ１を殆ど透過しないという結果が得られた。結果の模式図を図６に示す。同図下部の
四角形がペレットを示している。

［マイクロ波遮蔽効果の測定］
あらかじめ冷蔵庫で保冷した米飯を縦１２０ｍｍ×横８０ｍｍ×深さ２０ｍｍの容器に入れ、米飯の上に実施例１の二次元周期構造部Ｄ１をかぶせ、５００Ｗ設定の家庭用電子レンジで１分間加熱した。その際の米飯の表面温度は赤外線カメラによって撮影した。結果を図７に示す。該図７中、左側が電磁波遮蔽体有りであり、右側が電磁波遮蔽体無しである。米飯の加熱前の表面温度は２０℃以下で、二次元周期構造部Ｄ１がない部分の加熱後の表面温度は６０℃に達していたのに対し、二次元周期構造部Ｄ１で保護された部分の加熱直後の表面温度は３０℃であった。また、二次元周期構造部Ｄ１を構成する高誘電率部位Ａ１の表面温度は３５℃であった。

＜実施例２＞
［高誘電率部位Ａ２の作成］
（１）加工成形：
高誘電材料としてチタン酸バリウム粉末（和光純薬(株)製、試薬）５００ｇと成形助剤としてメチルセルロース粉末（和光純薬(株)製、試薬）２５ｇと水約１００ｇを真空混練押出成形機（三庄インダストリー(株)製、Ｖ−２０）に仕込み、直径５ｍｍのチューブ状に押し出した。押し出したチューブを５ｍｍの長さに切断し、７５℃で２時間乾燥して円柱形状の成形体を得た。
（２）焼結処理：
得られた円柱形の成形体を電気炉内で１２００℃で２時間の焼結処理し、そのまま放冷し高誘電率部位Ａ２を得た。高誘電率部位Ａ２の直径は４．６ｍｍ、高さ４．５ｍｍ、密度４．２であった。

［二次元周期構造部Ｄ２の作成］
実施例１と同様に担持体Ｃとしてポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ(株)製、ルミラーＳ１０、厚さ７５μｍ）上に１ｍｍの間隔をあけて高誘電率部位Ａ２を格子状に縦１９列×横９列に配置し、エポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で固定して二次元周期構造部Ｄ２を得た。この場合、低誘電率部位Ｂ２は空気である。

［マイクロ波透過スペクトルの測定］
実施例１と同様に二次元周期構造部Ｄ２の、１．４〜３．４ＧＨｚの範囲における透過スペクトルを測定したところ、３．１２ＧＨｚに−４０ｄＢ、３．３０ＧＨｚに−２５ｄＢの２つの谷を持ち、３．２３ＧＨｚに−４．６ｄＢの極大を持つ透過スペクトルが観測された。２．４５ＧＨｚでの透過強度は−２．５ｄＢであった。シミュレーションより高誘電率部位Ａ２の比誘電率は８８０と見積もられた。

＜実施例３＞
［高誘電率部位Ａ３の作成］
（１）加工成形：
実施例1で作成したチタン酸カルシウム焼結原料を真空押出成形機（高浜工業(株)製、ＳＳＥ３３０）を用いて水を添加しながら混練し、ダイスから押し出し７ｍｍ厚の板状物を得た。得られた板状物にパンチングメタル（奥谷金網製作所(株)製、Ｎｏ．１０４２、開孔径６ｍｍ、ピッチ９ｍｍ、６０°千鳥配置）をかぶせて、けがき針で上記板状物をくりぬき、板状物に開孔を形成して室温で乾燥させた。

（２）焼結処理：
上記の開孔を成形した板状物を８００℃で２時間予備焼結した後、１１５０℃まで加熱
して２時間焼結させて厚さ６．１ｍｍ、開孔径５．３ｍｍ、配列周期７．９ｍｍ、密度３．９の高誘電率部位Ａ３を得た。
［二次元周期構造部Ｄ３の作成］
上記で得られた高誘電率部位Ａ３の２枚を穴の位置が一致するように重ねあわせ、両面テープを介して貼り合わせて二次元周期構造部Ｄ３を作成した。この場合、低誘電率部位Ｂ３は空気である。

［マイクロ波透過スペクトルの測定］
上記二次元周期構造部Ｄ３の片面に、補強材としてポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ(株)製、ルミラーＳ１０、厚さ７５μｍ）をエポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で貼り合わせ、マイクロ波透過スペクトル測定装置に二次元周期構造部Ｄ３を挟み込み、１．４〜３．４ＧＨｚの範囲で透過スペクトルを測定したところ、１．５３ＧＨｚに−３５ｄＢ、１．８７ＧＨｚに−２２ｄＢの２つの谷を持ち、１．７１ＧＨｚに−１２．３ｄＢの極大を持つ透過スペクトルが観測された。２．４５ＧＨｚでの透過強度は−６．４ｄＢであった。

＜実施例４＞
［高誘電率部位Ａ４の作成］
実施例１で作成した高誘電率部位Ａ１を用いた。
［低誘電率部位Ｂ４の作成］
アクリル酸メチル（和光純薬(株)製、試薬）１０ｇ、メタクリル酸メチル（和光純薬(株)製、試薬）７０ｇ、アクリロニトリル（和光純薬(株)製、試薬）２０ｇ、２，２−アゾビスイソブチロニトリル（和光純薬(株)製、試薬）０．０５ｇを混合し、低誘電率部位Ｂ４の材料となるＭＭＡ（メタクリル酸メチル）系モノマー混合液を調製した。

［二次元周期構造部Ｄ４の作成］
３ｍｍ厚のアクリル樹脂板を用いて内寸が長さ１０５ｍｍ×幅５０ｍｍ×高さ１０ｍｍの箱状容器を作成し、容器内に実施例1で得られた高誘電率部位Ａ１を１ｍｍの間隔をあ
けて格子状に縦９列×横４列に配置し、エポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で固定した。
次いで、作成した容器内に上記で調整したＭＭＡ系モノマー混合液を充填し、１２０ｍｍ×６０ｍｍ×厚さ３ｍｍのアクリル樹脂版を用いて容器内に空気が混入しないように塞ぎ、６０℃でＭＭＡ系モノマー混合液を重合させ、低誘電率部位Ｂ４がＭＭＡ系樹脂よりなり、高誘電率部位Ａ４と低誘電率部位Ｂ４が一体化した二次元周期構造部Ｄ４を作成した。従来公知の文献より低誘電率部位Ｂ４の比誘電率は約３．０と見積もられた。
［マイクロ波透過スペクトルの測定］
マイクロ波透過強度測定装置に二次元周期構造部Ｄ４を挟み込み、１．４〜３．４ＧＨｚの範囲で透過強度を測定したところ、２．４８ＧＨｚに−４３ｄＢ、２．６１ＧＨｚに−２８ｄＢの２つの谷を持ち、２．５５ＧＨｚに−８ｄＢの極大を持つ透過スペクトルが観測された。２．４５ＧＨｚでの透過強度は−３６ｄＢであった。

＜比較例１＞
［高誘電率部位Ａ５の作成］
高誘電率部位材料としてチタン酸カルシウム粉末を酸化チタン粉末に置き換えた以外は、実施例１と同様にして高誘電率部位Ａ５を得た。この高誘電率部位Ａ５の直径は９．７ｍｍ、高さ７．９ｍｍ、密度３．８であった。
なお、用いた酸化チタンの比誘電率は９５で本発明の範囲外であった。
［二次元周期構造部Ｄ５の作成］
実施例１の二次元周期構造部Ｄ１の作成と同様に、二次元周期構造部Ｄ５を作成した。しかしながら、実施例１と配列周期を合わせるため、０．９ｍｍ間隔で高誘電率部位Ａ５
を格子状に縦１０列×横５列に配置し、エポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で固定して二次元周期構造部Ｄ５を得た。
［マイクロ波透過スペクトルの測定］
実施例１と同様に、二次元周期構造部Ｄ５の１．４〜３．４ＧＨｚの範囲における透過スペクトルを測定したが、フォトニックバンドギャップに由来する明確な遮蔽効果は観察されなかった。

＜比較例２＞
［二次元周期構造部Ｄ６の作成］
実施例１で得られた高誘電率部位Ａ１を用い、担持体Ｃとしてポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ(株)製、ルミラーＳ１０、厚さ７５μｍ）を用い、担持体Ｃ上に高誘電率部位Ａ１と低誘電率部位（空気）の配列周期が遮蔽対象の電磁波（２．４５ＧＨｚ）の波長の４分の１を下回るように、１７．０ｍｍの間隔をあけて高誘電率部位Ａ１を格子状に縦４列×横２列に配置し、エポキシ系接着剤（ニチバン社製、アラルダイトＡＲ−Ｒ３０）で固定して二次元周期構造部Ｄ６を得た。
［マイクロ波透過スペクトルの測定］
実施例１と同様に、二次元周期構造部Ｄ６の１．４〜３．４ＧＨｚの範囲における透過スペクトルを測定したが、フォトニックバンドギャップに由来する明確な遮蔽効果は観察されなかった。

各実施例および比較例で結果について下記の表１に示す。

本発明の電磁波遮蔽体により、所望の波長の電磁波、特に電子レンジの加熱用マイクロ波を効率的に遮断することが可能であり、該電磁波遮蔽体を用いる余分な熱の発生もなく、また、本発明の二次元フォトニック結晶を有する電磁波遮蔽体は、三次元フォトニック結晶に比べ容易にかつ安価に提供することができる。

Claims (10)

1. 比誘電率ε_A が１００〜１００００である高誘電率部位Ａと、比誘電率ε_B が１〜２０である低誘電率部位Ｂが二次元面内に０．５ｍｍ〜２５．０ｍｍの範囲の周期性をもって分布する二次元周期構造部Ｄを有する電磁波遮蔽体であって、該二次元面を１．４ＧＨｚ〜３．４ＧＨｚの電磁波が通過するとき、該周波数領域内に１０ｄＢ以上の透過減衰を示すことを特徴とする電磁波遮蔽体。
2. 前記高誘電率部位Ａがチタン酸カルシウムおよびチタン酸バリウムの少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１記載の電磁波遮蔽体。
3. 前記低誘電率部位Ｂが空気またはプラスチックであることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波遮蔽体。
4. ２．４５ＧＨｚにおける透過減衰が２０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体。
5. 二次元周期構造部Ｄが担持体Ｃ上に高誘電率部位Ａおよび低誘電率部位Ｂを交互に二次元配列した構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体。
6. 二次元周期構造部Ｄが低誘電率部位Ｂの中に高誘電率部位Ａを二次元配列した構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体。
7. 二次元周期構造部Ｄが高誘電率部位Ａに低誘電率部位Ｂとして二次元配列した開口部を有する構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体。
8. 請求項１〜７記載の電磁波遮蔽体を使用してなることを特徴とする包装材料。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体を使用してなることを特徴とする電波遮蔽体。
10. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽体を使用してなることを特徴とする帯域フィルター。