JP6934660B2 - 電磁波抑制シート - Google Patents
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Description
本発明は、電磁波抑制シートに関する。
従来、携帯機器やデジタルカメラ等に使用される電磁波抑制シートとして、透磁性を有する金属磁性粉を有機系の結合材と混練し、例えばロールで圧延してシート状としたものがある。有機系の結合材としては、アクリルゴム、ウレタンゴム、塩素化ポリエチレン、ＥＰＤＭ等のエラストマー・ゴムや、ポリエチレン、アクリル、ナイロン等の樹脂を使用することができるが、難燃性や成形性、および高充填性の面から、塩素化ポリエチレンが多く使用されている。
しかし、結合材として塩素化ポリエチレンを使用した電磁波抑制シートにおいては、高温環境下で連続使用すると塩素化ポリエチレンと金属磁性粉とが反応し、ガスを発生することがある。このようにガスが発生するとシートが膨らみ、シートが配されている電子機器の筐体や筐体内部の基板等を圧迫して機器を故障させてしまう虞がある。
本発明は、高温環境下で使用した場合でも膨らみが生じ難く、かつ、電磁波抑制効果にも優れる電磁波抑制シートを得ることを目的とするものである。
本発明は、（Ａ）塩素化ポリエチレン１００重量部と、（Ｂ）表面に酸化被膜が形成された金属磁性粉４００〜６００重量部と、（Ｃ）キレート剤１〜１５重量部と、を含有している電磁波抑制シートである。
上記（Ｂ）金属磁性粉の酸素含有量は０．４〜１．１重量％であることが好ましく、さらに、老化防止剤を１〜１０重量部含んでいることが好ましい。
本発明によれば、高温環境下で使用した場合でも膨らみが生じ難く、かつ、電磁波抑制効果にも優れる電磁波抑制シートが得られる。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、塩素化ポリエチレンに金属磁性粉を混練してシート状にする電磁波抑制シートにおいて、使用する金属磁性粉に酸化被膜を設けるとともにキレート剤を添加したものが、長時間高温環境下に晒した場合でも膨らみを生じ難く、なおかつ、透磁性にも優れることを見出したことに基づく。
その原理を推察すると、従来の電磁波抑制シートを高温環境下で使用した場合に膨らみが生じる原因は、塩素化ポリエチレンと金属磁性粉とが反応し、ガスが発生するためだと考えられる。
そこで、金属磁性粉が塩素化ポリエチレンと反応するのを阻害するために、金属磁性粉を酸化被膜で覆うこととする。酸化被膜により金属のイオン化が抑制され、もって、高温環境下において金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとが反応してガスが発生することが抑制されると推測される。
ところで、酸化被膜の厚さが薄い場合、金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとの反応の阻害を十分に行うことができず、一方、厚さが厚くなり過ぎると、シートの透磁率が下がるという問題がある。すなわち、酸化被膜の厚さを調整するだけでは、シートの膨らみと透磁率の双方に対して十分な効果を得ることが困難であった。
そこで本願発明では、さらにキレート剤を添加する構成とした。酸化被膜の厚さが十分でなく、金属イオンが発生した場合でも、キレート剤が金属錯体を形成するから、これにより塩素化ポリエチレンの反応が抑制され、その結果、ガスの発生を抑制することができると推測される。
ところで、キレート剤だけで金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとの反応の抑制効果を得るためには、キレート剤を金属磁性粉と相当量添加しなければならない。しかしそのようにした場合には、シート全体中の金属磁性粉の配合割合が低下するため、透磁率が低下するという問題が生じる。
このような問題に対し、本発明によれば、金属磁性粉の表面に酸化被膜を設けるとともに、キレート剤を併用することにより、高温環境下においてガスの発生を抑制しつつ、高い透磁率を維持することができる電磁波抑制シートが得られる。
金属磁性粉の添加量は、塩素化ポリエチレン１００重量部に対して４００〜６００重量部の範囲内とすることが好ましい。この配合割合で金属磁性粉を添加することにより、耐熱性に優れ、かつ、膨らみが生じ難い電磁波抑制シートを得ることができる。
具体的には、金属磁性粉が４００重量部以上で、所期の透磁率を得ることかできる。なお、本発明において所期の透磁率とは、７５以上を指す。一方、金属磁性粉が６００重量部以下で、完成品をシート形状とし得る。
また、キレート剤の添加量は、塩素化ポリエチレン１００重量部に対して１〜１５重量部の範囲内とすることが好ましい。この配合割合でキレート剤を添加することにより、耐熱性に優れ、かつ、膨らみが生じ難い電磁波抑制シートを得ることができる。
具体的には、キレート剤が１重量部以上で膨らみが生じず、従って金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとの反応が抑制される。一方、キレート剤が１５重量部以下で、完成品をシート形状とし得る。
更にキレート剤を上述の１〜１５重量部の範囲とすることで、塩素化ポリエチレンの劣化を防止し、これにより本発明に係る電磁波抑制シートの柔軟性を長期間に亘って保持し得る効果も奏する。
酸化被膜の厚さは、金属磁性粉中の酸素含有量により評価する。金属磁性粉の酸素含有量は、０．４〜１．１重量％であることが好ましい。
具体的には、酸素含有量が０．４重量％以上で、金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとの反応が抑制される。一方、酸素含有量が１．１重量％以下で、所期の透磁率を得ることができる。なお、数字が大きいほど、酸化被膜の膜厚が厚いことを示す。
また金属磁性粉としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）等、透磁率の高いものを選択することができる。
また、酸化被膜は、金属磁性粉を酸素存在雰囲気下でその焼結温度に至らない温度で加熱することにより形成することができる。その膜厚は、加熱温度と時間を管理することにより調整可能である。この加熱は、従来公知の方法を用いることで達成され、加熱温度、加熱時間は、当該方法によって、得るべき膜厚によって、適宜設定される。
この設定による酸化皮膜は、金属磁性粉表面から形成され、順次表面側から厚くなる(酸化される)ため、「膜厚＝(金属磁性粉の)重量％」と一意的に示すことが可能となっている。また、両者の関係は正の比例関係となることから、酸化皮膜の膜厚を(金属磁性粉の)重量％で示すこととした。
さらに、キレート剤としてはリン系のものを使用することが好ましい。
またさらに、老化防止剤を添加してもよい。老化防止剤としては、リン系、フェノール系、アミン系、イオウ系、イミダゾール系等が挙げられるが、この中でもリン系老化防止剤を使用することが好ましい。リン系老化防止剤としては、亜リン酸系としてトリス（ノリルフェニル）ホスファイトが挙げられる。なお老化防止剤は、複数種を混合して使用することもできる。老化防止剤は、塩素化ポリエチレン１００重量部に対して１〜１０重量部の範囲内で添加することが好ましい。
またさらに、その他添加剤として、難燃剤や安定剤等を加えてもよい。
不活性ガスによりアトマイジングするとともに扁平化処理したＤ５０（５０％累積頻度）：３３〜５５μmのセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）を、酸素存在雰囲気中において約６００度の温度で１時間、２時間、４時間、５時間加熱処理（脱脂処理を含む）し、表面に厚みが異なる酸化被膜が形成された４種の金属磁性粉を得た。これらの金属磁性粉をそれぞれ下記の配合割合で結合材その他と混練し、その混合物を厚さ０．５ｍｍのシート状に成形した電磁波抑制シートを作製した（比較例１〜４）。
塩素化ポリエチレン １００重量部
金属磁性粉 ５００重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
金属磁性粉 ５００重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
得られた４種のシートから外径１８×内径６（ｍｍ）のリング状に測定用のサンプルを切り出し、各サンプルの１ＭＨｚにおける透磁率をＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のインピーダンスアナライザーＥ４９９１Ａ磁性材料フィクスチャ（型番：１６４５４Ａ）を用いて測定した。その後、１０５度の高温雰囲気中で耐熱試験を行い、試験前後の各サンプルの厚みの変化率を調べた。
測定結果を表１に示す。
上記表１に示す酸素含有量（重量％）は、加熱処理した各金属磁性粉（酸化被膜が形成された金属磁性粉）についての測定値であり、透磁率は、作製した耐熱試験前の電磁波抑制シートについての測定値である。
なお酸素含有量は、不活性ガス溶解−非分散型赤外線吸収法（ＥＭＧＡ−９２０：堀場製作所株式会社製）にて測定した。
表１からわかるように、酸素含有量が夫々０．４重量％、０．７重量％の金属磁性粉を含む比較例１、比較例２については、何れも透磁率は７５と高かったものの、耐熱試験前後の厚みの変化率が、比較例１では１６０時間で＋９．２％、比較例２では６４時間で＋２６．４％と、非常に大きかった。
なお、本願発明においては、酸素含有量(酸化皮膜の厚さ)が大きくなれば、耐熱性を示す試験前後の厚みの変化率は小さくなるが(後述の表３参照)、キレート剤が１重量部未満であって、酸素含有量が０．７重量％程度を下回る場合、酸素含有量(酸化皮膜の厚さ)が大きくなる程、耐熱性を示す試験前後の厚みの変化率とは小さくなる傾向があることが確認された。
なお、本願発明においては、酸素含有量(酸化皮膜の厚さ)が大きくなれば、耐熱性を示す試験前後の厚みの変化率は小さくなるが(後述の表３参照)、キレート剤が１重量部未満であって、酸素含有量が０．７重量％程度を下回る場合、酸素含有量(酸化皮膜の厚さ)が大きくなる程、耐熱性を示す試験前後の厚みの変化率とは小さくなる傾向があることが確認された。
一方、酸素含有量が１．２重量％、１．５重量％の金属磁性粉を夫々含む比較例３、比較例４については、透磁率は夫々６５、６０と低かったものの、１０００時間の耐熱試験でもシートの厚みの変化率が夫々＋１．０％、＋０．６％と非常に低く、耐熱性に優れていることが確認できた。
この実験から、酸化被膜が比較的厚い場合には、透磁率は低くなるものの、金属磁性粉と塩素化ポリエチレンとの反応が抑制され、ガスの発生を抑制することができたため、長時間高温環境下に晒された場合でも厚みの変化率を低く抑えることができる、すなわち耐熱性に優れていると推察することができる。
次に、同じく不活性ガスによりアトマイジングしたＤ５０（５０％累積頻度）：３２〜５２μmのセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）を酸素存在雰囲気中において約６００度の温度で３．５時間加熱処理（脱脂処理を含む）した金属磁性粉を、上記比較例１ないし４と同様に、塩素化ポリエチレンおよびリン系老化防止剤とともに混練するとともに、さらに、リン系キレート剤を下記の配合割合で添加、混練し、その混合物をシート状に成形した電磁波抑制シートを作製した（実施例１）。
塩素化ポリエチレン １００重量部
金属磁性粉 ５００重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
リン系キレート剤 １２重量部
金属磁性粉 ５００重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
リン系キレート剤 １２重量部
作製したシートの透磁率を測定し、その後、１０５度の高温雰囲気中で１０００時間耐熱試験を行った。また、酸化処理を行っていない従来の金属磁性粉（不活性ガスによりアトマイジングしたＤ５０（５０％累積頻度）：３３〜５５μmのセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金））を含み、かつ、キレート剤を含んでいない従来品のサンプル（比較例５）を作製し、透磁率を測定するとともに、同様の耐熱試験を行った。さらに、実施例１および比較例５のサンプルについて、引張強度の測定を行った。
測定結果を表２および図１に示す。
表２に示すように、金属磁性粉に酸化被膜を設けるとともに、キレート剤を配合した実施例１のものは、比較例５（従来品）と同等の透磁率が確保できている。一方、耐熱試験１０００時間後のシートの厚みの変化率は、比較例５（従来品）の＋３２％に対し、＋４．２％と大幅に低減させることができた。
さらに引張強度については、図１に示すように、実施例１のものは、耐熱試験開始後１０００時間では比較例５（従来品）とあまり差がなかったが、その途中の特に４００時間から１０００時間の間においては、比較例５が急激に高くなるのに対し、緩やかに上昇しており、長時間にわたって柔軟性を確保できることが確認できた。
この表２に示す比較例５に係る引張強度は、ピークに達するまではサンプルの劣化によって柔軟性が損なわれて硬度が増すために増加し、その後は劣化によって脆くなるために減少している。すなわち、１００時間経過後において、実施例１の引張強度と比較例５の引張強度とは、数値的に同じであっても、その性状は全く異なり、比較例５に係るサンプルは形状を保持し得ない状態となっている。
次に、同じく不活性ガスによりアトマイジングしたＤ５０（５０％累積頻度）：３３〜５５μmのセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）を酸素存在雰囲気中において約６００度の温度で、２時間加熱処理（脱脂処理を含む）した所定量の金属磁性粉を、上記各比較例１ないし４と同様に、塩素化ポリエチレンおよびリン系老化防止剤とともに混練するとともに、さらに、所定量のリン系キレート剤を表３の配合割合で添加、混練し、その混合物をシート状に成形した電磁波抑制シートを作製した（実施例２〜７、比較例６〜１９）。
塩素化ポリエチレン １００重量部
金属磁性粉 ３５０〜６５０重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
リン系キレート剤 ０．８〜１５．５重量部
金属磁性粉 ３５０〜６５０重量部
リン系老化防止剤 １〜１０重量部
リン系キレート剤 ０．８〜１５．５重量部
作製したシートの透磁率を測定し、その後、１０５度の高温雰囲気中で１０００時間耐熱試験を行った結果を表３に併記する。
表３に示すように、塩素化ポリエチレン１００重量部に対し、酸化被膜を設けた金属磁性粉を４００または６００重量部の割合で配合するとともに、キレート剤を１〜１５重量部の割合で配合した実施例２ないし７は、７５と高い透磁率が確保できている。また、これらの実施例２ないし７の耐熱試験１０００時間後のシートの厚みの変化率は、比較例５（従来品）の＋３２％に対し、＋０．６〜＋４．８％と大幅に低減させることができた。
なお、金属磁性粉の配合割合が３５０重量部と少なめな比較例６、１０、１２、１４は、透磁率６０と、実施例２ないし７より明らかに低かった。また、キレート剤の配合割合が０．８重量部と少なかった比較例６ないし８では、耐熱試験前後の厚みの変化率が＋９．５〜＋３０．５％と大きくなってしまった。さらに、金属磁性粉の配合割合が６５０重量部と多い比較例９、１１、１３、１５、１９や、キレート剤が１５．５重量部と多い比較例１６ないし１９では、そもそもシート状への成形が不可能であった。
以上の実験結果より、塩素化ポリエチレン１００重量部に対し、酸化被膜付き金属磁性粉は４００〜６００重量部、キレート剤は１〜１５重量部の割合で含まれていることが好ましいことがわかる。
本発明の電磁波抑制シートによれば、耐熱性および透磁性の双方に優れる電磁波抑制シートを得ることができた。このような本発明の電磁波抑制シートは、携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器に使用することができる。
Claims (3)
- （Ａ）塩素化ポリエチレン１００重量部と、
（Ｂ）表面に酸化被膜が形成された金属磁性粉４００〜６００重量部と、
（Ｃ）リン系キレート剤１〜１５重量部と、
を含有し、前記金属磁性粉の酸素含有量が０．４〜１．１重量％であり、
厚み０．５ｍｍのシート状に成形した状態において、１０５度で１０００時間加熱したときの前記厚みの変化率が４．８％以下である電磁波抑制シート。 - さらにリン系老化防止剤を１〜１０重量部含んでいる請求項１に記載の電磁波抑制シート。
- 前記電磁波抑制シートは、１０５度で１０００時間加熱したときのシート厚みの変化率が＋０．６％から＋４．８％の範囲であり、１ＭＨｚにおける透磁率が７５以上である、請求項１または２に記載の電磁波抑制シート。
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