JP6339324B2

JP6339324B2 - 電波吸収体

Info

Publication number: JP6339324B2
Application number: JP2013143400A
Authority: JP
Inventors: 利文九岡; 友記則武
Original assignee: Riken Environmental System Co Ltd
Current assignee: Riken Environmental System Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP2015018854A

Description

本発明は電波吸収体に関し、特に、広い周波数帯域において電磁波を効果的に吸収する、不燃性で、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波が他の機器に誤動作を生じさせたり、逆に外来電磁波により電子機器が誤動作したり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。

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。このような高周波化の流れに伴い、規格に記載されている許容値設定周波数も１８ＧＨｚ以下に改定されている。

一般に、広帯域の周波数域に適応するための電波吸収体としては、フェライト焼結体であるフェライトタイルと、カーボンを含有しピラミッド形状に成形した電波吸収体とを組み合せた複合型電波吸収体が用いられる。この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、それ以下の低い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。しかし、カーボン含有量の多い電波吸収体では、数百ＭＨｚ（具体的には３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ程度）の周波数帯域において反射を生じ、電波吸収特性が不十分である。また、この電波吸収体は、広帯域で電波吸収特性を得ようとすると、例えば８０〜３００ｃｍ程度にピラミッドの高さを高くしなければならないため、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。

そこで近年、フェライトタイルと組み合せる電波吸収体として、カーボンを含まない電波吸収体の開発が行われている。特許文献１には、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電波吸収体とを接合した、小型暗室に使用可能な複合電波吸収体が記載されている。

特許文献２には、フェライト粉末、セラミックス粉末（具体的にはアルミナセメント）、ガラス質粉末、有機バインダー、及び分散媒を混合してスラリーを調整し、このスラリーを型に鋳込んで得られた成形体を焼成して得た電波吸収体が記載されている。

特許第３０４１２９５号公報特開２０１２−２８３７３号公報

ところで、電磁耐性（ＥＭＳ：Electro Magnetic Susceptibility）試験を行う際には、被検体に電界を照射して行うが、被検体が自動車また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大きく発熱する。このような試験を行う場合にも電波吸収体が溶融・損傷を受けにくくするために、電波吸収体の不燃化も求められている。しかし、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、電波吸収体の不燃化に対する要求に十分応えるものではなかった。また、特許文献１の電波吸収体は、小型の電波暗室に適用可能であり、カーボンを含まないため数百ＭＨｚの周波数帯域での電波吸収特性は損なわれないが、１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域での電波吸収特性には改善の余地があった。

特許文献２の電波吸収体は、無機材料からなる焼結体であるため不燃性であり、小型の電波暗室に適用可能であり、さらに、カーボンを含まないため数百ＭＨｚの周波数帯域での電波吸収特性は損なわれない。しかしながら、本発明者らの検討によれば、この電波吸収体も、１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域での電波吸収特性には改善の余地があった。

本発明は上記課題に鑑み、小型の電波暗室にも適用可能で、不燃性で、さらに３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚという広帯域で、特に１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性に優れた電波吸収体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するべく、本発明者らは、フェライト粉末を主の電波吸収材料としつつも、高周波数帯域での電波吸収特性の向上に寄与する無機材料の添加剤と、これらを成形体として維持するための成形性に寄与する無機材料の添加剤を種々検討し、以下の４つの成分を採用することによって、上記目的を達成することができる電波吸収体を安定して作製できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電波吸収体は、フェライト粉末、炭化ケイ素粉末、パーライト粉末、および水ガラスを含有する成形体を焼成してなることを特徴とする。

本発明の電波吸収体は、小型の電波暗室にも適用可能で、不燃性で、さらに３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚという広帯域で、特に１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性に優れている。

本発明の一実施形態による電波吸収体１０の斜視図である。

以下、本発明の電波吸収体の実施形態について説明する。

本実施形態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（ウェッジ）形状や、多角錐形状（円錐形状も含む）が挙げられるが、ウェッジ形状や図１に示すピラミッド形状（四角錐）が好ましく用いられる。図１に示すピラミッド形状の電波吸収体１０の場合、底辺は１０〜２０ｃｍ程度、高さは５〜１０ｃｍ程度とする。

本実施形態の電波吸収体は、フェライト粉末、炭化ケイ素粉末、パーライト粉末、および水ガラスを含有する成形体を焼成してなることを特徴とする。

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。フェライト材料は、本実施形態の電波吸収体において、主の電波吸収材料である。広帯域で良好な電波吸収特性を得る観点からは、ＮｉＯ／ＺｎＯ系、ＬｉＯ／ＺｎＯ系を用いることが好ましい。原料段階でのフェライト粉末の粒径は１〜１５０μｍ程度とすることができる。

本実施形態の電波吸収体において、炭化ケイ素は１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性の向上に寄与する成分である。本発明は理論に縛られるものではないが、炭化ケイ素が高周波帯域での電波吸収特性向上に寄与する理由は、高温焼成によって電波吸収体に導電性が付与されるためと考えられる。原料段階での炭化ケイ素粉末の粒径は１〜５μｍ程度とすることができる。

本実施形態の電波吸収体において、パーライト粉末は１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性の向上に寄与する成分である。本発明は理論に縛られるものではないが、パーライト粉末が高周波帯域での電波吸収特性向上に寄与する理由は、高温焼成によってパーライトがガラス化し、電波吸収体内をイオンが移動することで電波吸収体に導電性が付与されるためと考えられる。原料段階でのパーライト粉末は、抗火石、黒曜石、真珠岩などのパーライト原石（火山岩）を粉末にしたものである。パーライト粉末の粒径は５０〜５００μｍ程度とすることができる。

本実施形態の電波吸収体において、水ガラス（ケイ酸ナトリウムの水溶液）は成形性に寄与する成分である。水ガラスは、後述する成形時のスリップキャストで鋳込む時に解膠剤となるとともに、焼結工程によってガラス質化が促進し、電波吸収体の形状を維持し強度を与える材料である。本実施形態では、ケイ酸ナトリウム水溶液として、ＪＩＳＫ１４０８３号相当の水ガラスを使用することができる。

これらの成分の添加量は、原料の全質量に対して、フェライト粉末は７０〜８８質量％、炭化ケイ素粉末は１〜５質量％、パーライト粉末は１０〜２０質量％、水ガラスは１〜１０質量％とすることが好ましい。
フェライト粉末が７０質量％未満、または、８８質量％超えの場合、ＭＨｚ帯、ＧＨｚ帯の電波吸収特性が十分でなくなるおそれがあるからである。
炭化ケイ素粉末が１質量％未満の場合、高周波帯域での電波吸収特性向上の効果を十分に得ることができず、５質量％超えの場合、成形性に問題が発生するおそれがあるからである。
パーライト粉末が１０質量％未満の場合、高周波帯域での電波吸収特性向上の効果を十分に得ることができず、２０質量％超えの場合、成形性に問題が発生するおそれがあるからである。
水ガラスが１質量％未満の場合、成形体として形状を維持することができず、１０質量％超えの場合も、焼成すると過剰のソーダ分によって、成形体としての形状を維持することが難しいからである。

ここで、本実施形態の電波吸収体の製造方法の一例を示す。まず、上記の質量比でフェライト粉末、炭化ケイ素粉末、パーライト粉末、および水ガラスを混合し、これに水や有機バインダーであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の分散媒を添加して撹拌、混合することによりスラリーを作製する。このスラリーを、石膏ボードなどの型を用いたスリップキャスト法によって、ピラミッド形状やウェッジ形状に成形する。原料の混合物を加圧成形する方法を用いてもよい。こうして得られた成形体を焼成することにより、本実施形態の電波吸収体を得る。焼成条件としては、焼成温度は１０００〜１２００℃が好ましく、焼成時間はその温度で２〜３時間保持することが好ましい。また、雰囲気は大気焼成とすることができる。

本実施形態の電波吸収体は、カーボンを含まないため数百ＭＨｚの周波数帯域での電波吸収特性は損なわれず、３００ＭＨｚ以上の周波数帯域で概ね高い電波吸収特性を示し、特に、従来は不十分であった１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性に優れている。そのため、図１に示すように公知のフェライトタイル１２と組み合わせて複合電波吸収体とすることによって、３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚという広帯域で優れた電波吸収特性を得ることができる。また、本実施形態の電波吸収体は、フェライトと無機材料からなるので不燃性であり、吸湿がないため水に濡れても劣化しない。さらに、既述のとおり、高さは５〜１０ｃｍ程度としても良好な電波吸収特性を得ることができるため、小型の電波暗室にも適用可能である。なお、本実施形態の電波吸収体の用途は限定されず、１０ｍ法電波暗室にも適用可能である。

（Ｎｏ．１〜１２）
フェライト粉末、炭化ケイ素粉末、パーライト粉末、および水ガラスを表１に示す質量比で混合し、これに分散媒としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）３質量％とイオン交換水２０質量％を加え、ボールミルにて混合してスラリーを調製した。このスラリーを石膏ボードの鋳型に流し込み、常温・常湿で３日間乾燥させ、スラリー中の分散媒を飛ばした。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、大気中１１００℃で２時間保持する条件で焼成して、電波吸収体を得た。

（Ｎｏ．１３）
炭化ケイ素粉末、パーライト粉末、および水ガラスに替えて、アルミナセメント１０質量％、ガラスフリット２質量％を添加した以外は、Ｎｏ．１〜１２と同様にして電波吸収体を作製した。

（Ｎｏ．１４）
ポリプロピレン樹脂２０質量％にＬｉＯ／ＺｎＯ系フェライト粉末８０質量％を分散した。この樹脂材料を射出成形することにより、Ｎｏ．１〜１２と同様の形状の電波吸収体を作製した。

＜電波吸収特性の測定＞
各試験例の電波吸収体をフェライトタイルの上に置き、３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚの電波吸収特性の測定を行った。測定は、同軸管および誘電帯レンズを使用した反射量測定装置により行った。結果を表２に示す。

表２から明らかなとおり、本発明例では比較例（Ｎｏ．１３，１４）に比べて特に１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性に優れているので、３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚという広帯域でバランス良く十分な電波吸収特性を有する電波吸収体を得ることができた。

本発明によれば、小型の電波暗室にも適用可能で、不燃性で、さらに３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚという広帯域で、特に１０〜１８ＧＨｚの高周波数帯域で電波吸収特性に優れた電波吸収体を提供することができる。そのため、この電波吸収体は、幅広い用途に適用可能である。

１０電波吸収体
１２フェライトタイル

Claims

ＮｉＯ／ＺｎＯ系、ＬｉＯ／ＺｎＯ系、ＮｉＯ／ＺｎＯ／ＣｕＯ系、およびＭｎＯ／ＺｎＯ系の少なくとも一種を含むフェライト粉末を７０〜８８質量％で、炭化ケイ素粉末を１〜５質量％で、パーライト粉末を１０〜２０質量％で、および水ガラスを１〜１０質量％で含有し、かつ樹脂を含有しない成形体を焼成してなることを特徴とする電波吸収体。