JP5734590B2

JP5734590B2 - 電波暗室用電波吸収体

Info

Publication number: JP5734590B2
Application number: JP2010162695A
Authority: JP
Inventors: 利文九岡; 一男石塚
Original assignee: Riken Corp; Riken Environmental System Co Ltd
Current assignee: Riken Corp; Riken Environmental System Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012028373A

Description

本発明は、電波吸収体に関し、さらに詳しくは、広い周波数帯域において電磁波を効果的に吸収する、難燃性で、且つ小型の電波吸収体に関する。

電子機器が発生した電磁妨害波が他の機器に誤動作を生じさせたり、逆に外来電磁妨害波により電子機器が誤動作することがないように、電子機器には電磁環境両立性（ＥＭＣ：Electro Magnetic Compatibility）が求められている。ＥＭＣ評価を行うためには、電波暗室と呼ばれる測定用の部屋が必要となる。電波暗室の外壁は、外来電磁波の暗室内へ浸入や暗室内の測定装置から発生する電磁波の外部への放射を防止するため、金属板で覆われている。また、不要な電磁波の反射を防止するため、暗室内部には電波吸収体が取り付けられている。電波暗室には、自動車や大型の電子機器等大型製品を評価するための１０ｍ法電波暗室と、比較的小型の製品を評価するための３ｍ法電波暗室や小型暗室がある。３ｍ法暗室や小型暗室では、特に、電波吸収体が小型であることが要求される。
従来、電波暗室内で測定される周波数範囲は３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚであった。しかし、携帯電話、ＲＦタグなど通信機器の多様化と共に、測定周波数の上限も拡大している。このため、３０ＭＨｚから１ＧＨｚを超える広い周波数帯域において優れた電波吸収特性を有する電波吸収体が求められている。
また、電子機器には、電磁耐性（ＥＭＳ：Electro. Magnetic Susceptibility）試験も求められる。この試験は、被検体に電界を照射して行うが、被検体が自動車又は自動車部品の場合には、２００Ｖ／ｍ程度の強い電界を照射することが規格で定められている。このような強電界下では、電波吸収により電波吸収体が発熱し、発火したり、電界が直接照射された被験体が発熱、発火して電波吸収体に飛び火する等の危険性が指摘されている。このため、電波吸収体の難燃化・不燃化に対する要求も強まっている。

一般に、広帯域の周波数に適応するための電波吸収体として、フェライトタイル及びカーボンを含有したピラミッド形状の電波吸収体を組み合わせた複合型電波吸収体が用いられている。このような複合型電波吸収体では、３００ＭＨｚ以上の周波数帯域の電磁波をピラミッド形状の電波吸収体により吸収し、それ以下の周波数帯域の電磁波をフェライトタイルにより吸収するため、３０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの幅広い周波数帯域において電波吸収特性を確保することができる。しかし、上記複合型電波吸収体の高さは８０cm〜３００cmとなるため、３ｍ法電波暗室や小型電波暗室を、省スペースで設計することはできない。

特許文献１には、小型暗室用の電波吸収体として、フェライトタイルと所定の比誘電率を有する汎用樹脂にフェライト粉を分散させた材料からなるピラミッド形状等の吸収体を接合した複合電波吸収体が開示されている。この電波吸収体では、従来の小型のフェライト暗室サイズで、高周波への対応が可能であることが記載されている。しかしながら、特許文献１の電波吸収体は、樹脂を基材とする材料であるため、強電界照射試験においては、安全性が問題となる。
また、特許文献２には、フェライト等の磁性材料、無機繊維、水溶性珪酸カリウムと硼酸亜鉛の２成分タイプの無機バインダー及び水を攪拌、混練して得られた流動性のスラリーを成形型に注入し、硬化させることにより電波吸収体用成形体を形成する方法が開示されている。この方法では、有機材料を含まないため、不燃性を有し、且つ、小型な電波吸収体を容易に製造できると記載されている。しかしながら、特許文献２の製造方法では、化学的硬化反応を用いるため、成形体内及び成形体間における組成及び物性のばらつきが生じやすく、広い周波数帯域において、優れた電波吸収特性を有する電波吸収体を精度よく得ることは困難である。また、硬化処理したままの成形体を使用するため、十分な機械強度が得られず、施工時に破損が生じるおそれがある。さらに、硬化処理後の成形体は吸湿性を有することから、電波吸収体の誘電率等の物性や形状が経時変化することにより、電波吸収特性が低下する可能性がある。

特許第３０４１２９５号公報特許第４３７５９８７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、優れた機械強度と耐久性を有し、広い周波数帯域において効果的に電磁波を吸収する、不燃性で、且つ小型の電波吸収体を提供することを目的とする。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、フェライト粉末、セラミックス粉末、ガラスフリット及び有機バインダーを含有する成形体を焼成することにより製造される電波吸収体では、広い周波数帯域に亘り優れた電波吸収特性が得られ、且つ電波吸収体間の物性のばらつきが小さいことを見出し、本発明に想到した。即ち、本発明の電波暗室用電波吸収体はフェライト粉末、セラミックス粉末としてのアルミナセメント、ガラスフリット及び有機バインダーを含有する成形体から製造される電波暗室用電波吸収体であって、前記成形体を焼成する工程を経て製造されることを特徴とする。

本発明の電波暗室用電波吸収体は、フェライト粉末、セラミックス粉末、ガラスフリット及び有機バインダーを含有する成形体を焼成する工程を経て製造されるため、電波吸収体内部には、有機バインダーが燃焼して消失することにより生じた微細な細孔が分散している。この細孔は空気層となり、電波吸収体内を透過する電磁波を乱反射して減衰させる機能を発揮するため、本発明の電波暗室用電波吸収体では、３０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの広い周波数帯域で優れた電波吸収特性が得られる。また、本発明の電波暗室用電波吸収体は無機材料からなる焼結体であり、機械強度が高いため、施工時の破損等が防止され、不燃性であるため、強電界照射試験における安全性も高い。さらに、本発明の電波暗室用電波吸収体は、吸湿性が低く、誘電特性等の物性や成形体の形状が経時変化しないため、長期に亘り、優れた電波吸収特性を維持することができる。

本発明の電波吸収体の一態様を示す斜視図である。。実施例１及び比較例１の電波吸収体の電波吸収特性を示すグラフである。

以下に本発明の電波吸収体について詳細に説明する。
本発明の電波吸収体の形状は特に限定されないが、電磁波到来側の端部から他方の端部に向かって単位体積に占める電波吸収体の体積の割合が大きくなる形状であることが好ましい。例えば、楔（ウエッジ）形状や、多角錐形状（円錐形状も含む）が挙げられるが、ウエッジ形状や図１に示すピラミッド形状（四角錐）が好ましく用いられる。

本発明の電波吸収体は、フェライト及びセラミックスを主成分とする焼結体である。フェライト材料は、特に限定されず、ＮｉＯ／ＺｎＯ系、ＬｉＯ／ＺｎＯ系、ＮｉＯ／ＺｎＯ／ＣｕＯ系、ＭｎＯ／ＺｎＯ系等が用いられる。また、セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、セメント（アルミナセメント、ポルトランドセメント、マグネシアセメント等）等が用いられる。これらの中でも、価格や取扱の容易さを考慮するとアルミナ、アルミナセメントが好ましい。
上記のフェライト粒子及びセラミックス粒子の結合を強固にするために、ガラス質材料を添加するのが好ましい。ガラス質材料としては、ガラスフリット、水ガラス等が用いられる。ガラス質材料を添加する場合、電波吸収体の全質量を１００としてフェライト、セラミックス、及びガラス質材料の質量比は、それぞれ、８５％〜９５％、２％〜１４．７％、及び０．３％〜３％とするのが好ましい。

本発明の電波暗室用電波吸収体は以下の方法により製造される。
まず、フェライト粉末、セラミックス粉末、ガラスフリット及び有機バインダーを含有する成形体を作製する。有機バインダーとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロース、アクリル樹脂等が用いられる。後の焼成工程（脱脂工程も含む）で、有機バインダーが燃焼して消失することにより、電波吸収体内に微細な細孔が生成する。この細孔が空気層となり、電波吸収体内を透過する電磁波を乱反射して減衰させるため、本発明の電波吸収体では、広い周波数帯域において、優れた電波吸収特性が得られる。有機バインダーの添加量は焼成後の電波吸収体の質量、すなわち、出発原料中、乾燥、焼成等により蒸発又は燃焼しない無機材料の質量の総和を１００として、１％〜１０％添加するのが好ましい。この範囲で有機バインダーを添加することにより、電波吸収体中に分散する細孔の細孔径及び細孔分布がより均一となり、さらに優れた電波吸収特性が得られる。また、有機バインダーの添加量により、細孔分布を制御することにより、特定の周波数帯域において、優れた電波吸収特性を有する電波吸収体を得ることもできる。
出発原料として、フェライト粉末、セラミックス粉末及び有機バインダーの他、前記のガラス質材料を添加する。また、電波吸収体の強度を向上させるため、ガラスファイバー、アルミナファイバー等の無機繊維を添加することもできる。

成形体の作製方法は特に限定されず、原料の混合粉末に水やアルコール等の分散媒を添加して攪拌、混合することにより得られたスラリーを型に流し込んで硬化させる方法や、原料の混合粉末を加圧成形する方法等により作製される。
成形体を必要に応じて、乾燥及び脱脂した後、焼成することにより、本発明の電波吸収体は製造される。ここで、乾燥温度は、特に限定されず、分散媒の種類等により、適宜定められるが、通常、２０℃〜８０℃で行われる。また、脱脂温度は、有機バインダーの種類等により適宜定められるが、通常、４００℃〜７００℃で行われる。焼成は、脱脂工程で残存した有機バインダーを完全に燃焼し、且つ原料粉を焼結するために行われる。焼成温度は、有機バインダー、セラミックス材料、ガラス質材料等の種類や添加量等により定められるが、通常、１１００℃〜１３００℃で行われる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例の記載における「％」は、特に断わりのない限り、「質量％」を表すものとする。
（実施例１）
ＮｉＯ／ＺｎＯ系フェライト粉末（粒径１〜１５０μｍ）、アルミナセメント及びガラスフリットを、質量比でそれぞれ、９０％、９．５％、及び０．５％秤量し、容器に入れた。前記粉末の総質量１００に対して、５％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と２５％のイオン交換水を加え、ボールミルにて混合してスラリーとした。得られたスラリーを鋳型に流し込み鋳込み、室温で硬化させた。これにより、平板（底面：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）の上に、ピラミッド（底面：５０ｍｍ×５０ｍｍ、高さ：７０ｍｍ）が縦横２個ずつ（合計４個）配列した形状の成形体が得られた。鋳型から取り外した成形体を、７０℃で乾燥し、７００℃で２時間脱脂した後、１２００℃で４時間焼成して電波吸収体を得た。

（比較例１）
ポリプロピレン樹脂にＮｉＯ／ＺｎＯ系フェライト粉（粒径１〜１５０μｍ）を得られる電波吸収体質量に対して９０％分散した。この樹脂材料を射出成形することにより実施例１と同様の形状の電波吸収体を得た。

（比較例２）
ポリビニルアルコールを加えなかった他は実施例１と同様にして、電波吸収体を得た。

（比較例３）
ＮｉＯ／ＺｎＯ系フェライト粉末（粒径１〜１５０μｍ）、ガラス繊維、及び水溶性アルカリ珪酸塩と硼酸亜鉛を含有する無機バインダーを質量比でそれぞれ、９０％、８％、及び２％秤量し、容器に入れ、イオン交換水を加え、攪拌、混練し、スラリーを調整した。得られたスラリーを実施例１と同様の鋳型に流し込み、室温下で硬化させて、電波吸収体を得た。

（電波吸収特性の評価）
得られた電波吸収体の３０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの電波吸収特性を測定した。測定は、ピラミッド形状が縦横２個ずつ配置した前記電波吸収体を縦横６ピースずつ並べ、底面積６００ｍｍ×６００ｍｍとした試料を用い、誘電体レンズを使用した反射量測定装置により行った。
実施例１の電波吸収体では、３０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの全周波数帯域において、２０ｄＢ以上の反射減衰量が得られることが確認された。図２に、実施例１と比較例１の電波吸収体の１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ（１ＧＨｚ）の周波数帯域における電波吸収特性を評価した結果を示す。比較例１に比べ、実施例１の電波吸収体の反射減衰量が高く、本発明の電波吸収体では、従来の樹脂系電波吸収体に比べ、低周波数帯域において電波吸収特性が向上することがわかった。また、実施例１の電波吸収体では、比較例２及び３の電波吸収体に比べ、ほとんど全ての測定周波数帯域において、電波吸収特性が向上した。これは、本発明の電波吸収体中に存在する微細な細孔による効果と考えられる。さらに、実施例１の電波吸収体では、比較例３の電波吸収体と比べ、電波吸収体個体間の電波吸収特性のばらつきが少なく、本発明においては、優れた電波吸収特性を有する電波吸収体を品質のばらつきなく製造できることがわかった。

１電波吸収体

Claims

フェライト粉末、セラミックス粉末としてのアルミナセメント、ガラスフリット及び有機バインダーを含有する成形体から製造される電波吸収体であって、前記成形体を焼成する工程を経て製造されることを特徴とする電波暗室用電波吸収体。