JP7207706B2 - 磁気シールド材 - Google Patents

Description

本発明は、磁界遮蔽効果を有する磁気シールド材に関する。

従来から、例えば、スイッチング電源等の低周波（特に、３ＭＨｚ以下の周波数）の電磁波を発生させる装置が増えてきている。これらの装置から発生した低周波の電磁波（ノイズ）は、例えばディジタルカメラのＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）センサに影響を与えて、撮影画像にノイズが現れるといった問題を起こす。このため、低周波の電磁波を遮蔽する必要性が高まっている。ここで、低周波の電磁波を遮蔽するためには、電磁波シールド材のうち、磁界遮蔽効果の高い磁気シールド材を用いる必要がある。

上記の磁気シールド材による磁界遮蔽（磁界シールド）効果は、一般的に、磁気シールド材に用いられるパーマロイ等の高透磁率材料の比透磁率と厚みで決定される。けれども、従来の磁気シールド材に用いられてきたパーマロイ等の高透磁率材料は、製造時に熱処理する必要性があることや、Ｎｉを含有することから、高価である。このため、例えば、特許文献１に示すように、（軟）磁性材料を含む磁性層と導電材料（電気抵抗率が小さい材料）を含む導電層とを積層することで、比較的安価に、磁界遮蔽効果を高めた磁気シールド材がある。

特開２０１８－６７６２９号公報

ところが、上記特許文献１に記載されたような、従来の磁性材料を含む磁性層と導電材料を含む導電層とを積層しただけの磁気シールド材では、遮蔽対象となる電磁波（磁気シールド材周辺の装置から発生する電磁波）の周波数帯において、必ずしも大きな磁界遮蔽効果を得ることができるとは限らない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、良好な磁界遮蔽効果を得ることが可能な磁気シールド材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の磁気シールド材は、磁性材料を含む磁性層と、導電材料を含む導電層とを備える磁気シールド材であって、前記導電層が、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みを有するものである。

この磁気シールド材において、前記導電層の厚みは、前記遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、前記磁気シールド材による磁界遮蔽効果を最大にする厚みであることが好ましい。

この磁気シールド材において、前記導電材料は、アルミニウムであることが好ましい。

この磁気シールド材において、前記導電層は、金属箔を含む板金であってもよい。

この磁気シールド材において、前記磁性材料は、軟磁性材料であることが好ましい。

この磁気シールド材において、前記磁性材料は、アモルファス金属であることが好ましい。

この磁気シールド材において、前記磁性層は、金属箔を含む板金であることが好ましい。

本発明によれば、導電層が、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みを有するものとした。ここで、本発明の磁気シールド材のように、磁性材料を含む磁性層と導電材料を含む導電層とを備える磁気シールド材においては、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯によって、磁界遮蔽効果を最大にする導電層の厚みが異なる。従って、上記のように、導電層を、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みにしたことにより（遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じて、導電層の厚みを変えることにより）、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、良好な磁界遮蔽効果を得ることが可能になる。

本発明の一実施形態の磁気シールド材の断面図。 同磁気シールド材の使用例の周辺における部材の断面図。 図２に示す磁気シールド材におけるアルミ箔の厚みが、６．５μｍ、１１μｍ、３０μｍ、及びアルミ箔がない場合における磁界シールド効果の測定結果を示すグラフ。 図２に示す磁気シールド材におけるアルミ箔の厚みを変更した場合における、ピーク値周波数の変化を示すグラフ。 同磁気シールド材を、電磁波発生源に対して、図２に示すように配置した場合と、図６に示すように配置した場合における磁界シールド効果の測定結果を示すグラフ。 同磁気シールド材を、図２の場合と上下反対にして、電子部品に配置した場合の磁気シールド材と電子部品の断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態による磁気シールド材について、図面を参照して説明する。

（磁気シールド材の構成と材料について）
図１は、本実施形態による磁気シールド材の断面図である。図１に示すように、磁気シールド材１は、磁性材料を含む磁性層２と、導電材料を含む導電層３とを備えている。より具体的に言うと、磁気シールド材１は、磁性材料を含む磁性層２と、導電材料を含む導電層３とを積層したものである。この磁気シールド材１では、導電層３が、遮蔽対象となる電磁波（磁気シールド材周辺の装置から発生する電磁波）の周波数帯に応じた厚みを有している。本実施形態では、導電層３の厚みは、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、磁気シールド材１による磁界遮蔽効果を最大にする厚みに設定されている。

上記の磁性層２には、パーマロイ、珪素鋼、鉄、ステンレス、センダスト等の比透磁率の高い金属を板状に成形した板金、アモルファス金属の金属箔、板状に焼成したフェライト系材料、及び上記の各磁性材料（パーマロイ、珪素鋼、鉄、ステンレス等の比透磁率の高い金属、アモルファス金属、及びフェライト系材料）を粉末化し、樹脂、ゴム等にコンパウンドして（混ぜて）シート化したものが、使用可能である。なお、上記の磁性層２に用いられる各磁性材料は、基本的に、軟磁性材料である。この理由は、一般に、軟磁性材料は、保磁力が小さく、透磁率が高いという性質を有しているからである。なお、後述する磁界シールド効果の測定では、磁性層２として、アモルファス合金を結晶化させることにより生成したナノ結晶軟磁性材料の金属箔を用いた。

また、上記の導電層３には、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム等の導電性を有する（電気抵抗率が小さい）金属を板状に成形した板金、上記の導電性を有する金属を、めっき、スパッタリング、蒸着等の方法で、フィルムや布等に付着させて、（付着させた）面で導通が取れる（面上を電流が流れることができる）ようにしたもの、及び上記の導電性を有する金属を粉末化し、樹脂、ゴム等にコンパウンドして（混ぜて）シート化したものが、使用可能である。なお、後述する磁界シールド効果の測定では、導電層３として、アルミ箔を用いた。

（磁気シールド材の使用方法の例）
次に、図２を参照して、本実施形態の磁気シールド材１の使用方法の一例について説明する。図２の例では、磁気シールド材１の磁性層として、Ｆｅ基ナノ結晶軟磁性材料の金属箔である磁性箔１２を用い、導電層として、アルミニウムの金属箔であるアルミ箔１３を用いた。この例では、磁気シールド材１は、上記の磁性箔１２とアルミ箔１３の層に加えて、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ ）フィルム１１の層と、両面粘着テープ１４、１５の層を備えている。上記のＰＥＴフィルム１１の下面は、アクリル樹脂系の接着剤を用いて、磁性箔１２の上面に接着されている。磁気シールド材１の最上層にＰＥＴフィルム１１の層を設けた理由は、磁気シールド材１の表面保護と、磁気シールド材１の耐熱性強化のためである。また、両面粘着テープ１４の上面と下面は、それぞれ、磁性箔１２の下面とアルミ箔１３の上面に貼り付けられており、両面粘着テープ１５の上面と下面は、それぞれ、アルミ箔１３の下面と、電磁波（ノイズ）の発生源となる電子部品１６の上面に貼り付けられている。上記の電子部品１６には、ＩＣ等の回路は勿論、スイッチング電源も含まれる。

（磁界シールド効果の測定）
次に、上記図２に示す構成の磁気シールド材１による磁界シールド効果の測定結果について、図３を参照して説明する。この測定では、ＫＥＣ法を用いて、磁気シールド材１による磁界シールド効果を測定した。ＫＥＣ法は、ＫＥＣ（関西電子工業振興センター）で開発された測定方法である。ＫＥＣ法の測定システムは、シールド材のない状態における近傍界（電磁波発生源から近い空間）の磁界又は電界の強度から見た、シールド材がある時の近傍界の磁界又は電界の強度の減衰量を、シールド効果として、デシベル単位で測定する。ここで、シールド効果（ＳＥ：Ｓｈｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ）は、下記の式（１）で求められる。
ＳＥ（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ_１０（Ｅ_０／Ｅ_１）・・・（１）
（ただし、Ｅ_０：シールド材がない時の近傍界の磁界強度又は電界強度、Ｅ_１：シールド材がある時の近傍界の磁界強度又は電界強度）

図３におけるＡ、Ｂ、Ｃのグラフは、図２に示す磁気シールド材１におけるアルミ箔１３の厚みが、それぞれ、６．５μｍ、１１μｍ、及び３０μｍの場合における磁界シールド効果の測定結果のグラフである。また、図３におけるＤのグラフは、図２に示す磁気シールド材１からアルミ箔１３を除去した場合における磁界シールド効果の測定結果のグラフである。これらの測定に用いた磁気シールド材１の磁性箔１２は、その厚みが２０μｍであり、比透磁率（μ／μ０）が、約９，０００であった。なお、図２に示す磁気シールド材１を構成する各層のうち、磁界シールド性能に関わるのは、磁性箔１２とアルミ箔１３だけであるので、磁気シールド材１を磁性箔１２とアルミ箔１３のみから構成して、アルミ箔１３の厚みを、６．５μｍ、１１μｍ、及び３０μｍにした場合にも、上記のＡ、Ｂ、Ｃのグラフと同様な磁界シールド効果の測定結果を得ることができる。また、これと同様な理由から、磁性箔１２のみの磁界シールド効果の測定結果のグラフは、実質的に、上記のＤのグラフと同じである。

上記の測定において、磁気シールド材１の磁性箔１２には、Ｆｅ基ナノ結晶軟磁性材料の金属箔を用いた。このＦｅ基ナノ結晶軟磁性材料の組成（重量比）は、下記の表１に示すように、鉄（Ｆｅ）８３ｗｔ％，珪素（Ｓｉ）９ｗｔ％、ニオブ（Ｎｂ）６ｗｔ％、ホウ素（ボロン）（Ｂ）１ｗｔ％、銅（Ｃｕ）１ｗｔ％であった。

上記のＫＥＣ法の測定システムでは、信号発生器からの周波数を変更することにより、様々な周波数の電磁波に対するシールド材の磁界（又は電界）シールド効果を測定することができる。本願の発明者は、上記のＫＥＣ法の測定システムを用いて、遮蔽（シールド）対象となる電磁波の周波数帯を変えながら、磁性箔１２に異なる厚みのアルミ箔１３を積層した場合における各磁気シールド材１の磁界シールド効果の測定値の違いを観察していた時に、図３中のＡ、Ｂ、Ｃのグラフに示すように、アルミ箔１３（導電層）の厚みによって、最大の磁界シールド効果を得ることができる（電磁波の）周波数帯が異なる（シフトする）ことを発見した。具体的には、他の条件（特に、磁気シールド材１における磁性箔１２の厚みや比透磁率）が同じであれば、図３のＡ、Ｂ、Ｃのグラフに示すように、アルミ箔１３の厚みが大きくなる程、（磁気シールド材１が）最大の磁界シールド効果を得ることができる（電磁波の）周波数が低周波側にシフトするということを発見した。

そして、本願の発明者は、上記の発見に基づいて、遮蔽（シールド）対象となる電磁波の周波数帯に応じて、アルミ箔１３の厚みを変更することで、電磁波の各周波数帯において、磁気シールド材１の磁界シールド効果（磁界遮蔽効果）を最大にするという技術的思想に想到した。なお、以下の説明において、ある厚みのアルミ箔１３を用いた磁気シールド材１が最大の磁界シールド効果を得ることができる（電磁波の）周波数を、（その厚みのアルミ箔１３を用いた磁気シールド材１の）「ピーク値周波数」という。

なお、上記のＫＥＣ法の測定システムでは、０．３ＭＨｚ以下の周波数の電磁波に対するシールド効果を測定することが難しいため、図３に示す測定では、磁気シールド材１における各アルミ箔１３の厚みに、上記のピーク値周波数が０．３ＭＨｚ以下になると思われる厚み（例えば、５０μｍ）を含まなかった。

図４は、図２に示す磁気シールド材１において、アルミ箔１３の厚みを変更した場合における、上記のピーク値周波数の変化を示すグラフである。言い換えると、図４は、アルミ箔１３の厚みと、その厚みのアルミ箔１３を用いた磁気シールド材１のピーク値周波数との対応関係（組み合わせ）を示すグラフである。図４では、図３に示すＡ、Ｂ、Ｃのグラフと同様に、アルミ箔１３の厚みが、６．５μｍ、１１μｍ、及び３０μｍの場合におけるピーク値周波数だけをプロットしたが、実際には、図４に示す近似直線のグラフＥは、アルミ箔１３の厚みとピーク値周波数との組み合わせの測定データを多数用いて求めたものである。

上記の近似直線のグラフＥから、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯の中間値（平均値）が上記のピーク値周波数である時のアルミ箔１３（導電層３）の厚みを求めて、磁気シールド材１におけるアルミ箔１３の厚みを、上記のグラフＥから求めた厚みにする。これにより、アルミ箔１３が、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みを有するものとすることができる。

（磁気シールド材の電磁波発生源に対する配置の相違が磁界シールド効果に及ぼす影響について）
次に、図５と図６を参照して、磁気シールド材１の電磁波発生源に対する配置の相違が磁界シールド効果に及ぼす影響について、説明する。図６では、図２に示す場合と磁気シールド材１の上下の向きが反対になっており、上から下に向けて、両面粘着テープ１５、アルミ箔１３、両面粘着テープ１４、磁性箔１２、ＰＥＴフィルム１１の順に、積層されている。図５における実線のグラフＦは、図２に示すように、電子部品１６の上に、アルミ箔１３（導電層）を配し、さらにその上に、磁性箔１２（磁性層）を配した時の磁界シールド効果の測定結果のグラフである。また、図５における破線のグラフＧは、図６に示すように、電子部品１６の上に、磁性箔１２を配し、さらにその上に、アルミ箔１３を配した時の磁界シールド効果の測定結果のグラフである。これらの測定では、５０μｍの厚みのアルミ箔１３を用いた。図５におけるグラフから分かるように、本実施形態の磁気シールド材１は、図２に示すように、電磁波発生源（電子部品１６）の上に、導電層（アルミ箔１３）を配し、さらにその上に、磁性層（磁性箔１２）を配するようにした方が、図６に示すように、電磁波発生源（電子部品１６）の上に、磁性層（磁性箔１２）を配し、さらにその上に、導電層（アルミ箔１３）を配した場合よりも、より大きな磁界シールド効果を得ることができる。

上記のように、本実施形態の磁気シールド材１によれば、アルミ箔１３（導電層３）が、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みを有するものとした。ここで、本実施形態の磁気シールド材１のように、磁性材料を含む磁性層２と導電材料を含む導電層３とを備える（積層した）磁気シールド材１においては、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯によって、磁界遮蔽効果（磁界シールド効果）を最大にする導電層３の厚みが異なる。従って、上記のように、導電層３（アルミ箔１３）を、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みにしたことにより（遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じて、導電層３（アルミ箔１３）の厚みを変えることにより）、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、良好な磁界遮蔽効果を得ることが可能になる。

また、本実施形態の磁気シールド材１によれば、導電層３（アルミ箔１３）の厚みを、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、磁気シールド材１による磁界遮蔽効果（磁界シールド効果）を最大にする厚みとした。これにより、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、磁気シールド材１による磁界遮蔽効果を最大にすることができる。

また、本実施形態の磁気シールド材１の図２に示す使用例では、導電層３として、電気伝導率が高いアルミ箔１３を用いるようにしたので、磁気シールド材１の電磁波遮断能力を高めることができる。

また、本実施形態の磁気シールド材１では、磁性層２の磁性材料として、上記のように、保磁力が小さく、透磁率が高い軟磁性材料（Ｆｅ基ナノ結晶軟磁性材料を含む）を用いるようにしたので、磁気シールド材１による磁界遮蔽効果（磁界シールド効果）を高めることができる。

変形例：
なお、本発明は、上記の実施形態に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。次に、本発明の変形例について説明する。

変形例１：
上記の実施形態では、導電層３（アルミ箔１３）の厚みが、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、磁気シールド材１による磁界遮蔽効果（磁界シールド効果）を最大にする厚みである場合の例を示した。けれども、導電層の厚みは、これに限られず、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚み（遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、磁気シールド材による磁界遮蔽効果を大きくする厚み）であればよい。

変形例２：
上記の実施形態では、図１において、磁気シールド材１が、磁性層２と導電層３とから構成される例を示し、図２において、磁気シールド材１が、ＰＥＴフィルム１１と、磁性層（磁性箔１２）と、両面粘着テープ１４、１５と、導電層（アルミ箔１３）とから構成される例を示したが、本発明の磁気シールド材の構成は、これらに限られず、磁性材料を含む磁性層と、導電材料を含む導電層とを備えるものであればよい。

１ 磁気シールド材
２ 磁性層
３ 導電層
１２ 磁性箔（磁性層）
１３ アルミ箔（導電層）

Claims (7)

1. 磁性層と、
   導電層と
   を備える磁気シールド材であって、
   前記導電層は、一層のみであって、この一層の導電層が、遮蔽対象となる電磁波の周波数帯に応じた厚みを有し、
   前記導電層の導電材料は、アルミニウムである
   ことを特徴とする磁気シールド材。
2. 前記導電層の厚みは、前記遮蔽対象となる電磁波の周波数帯において、前記磁気シールド材による磁界遮蔽効果を最大にする厚みであることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド材。
3. 前記導電層は、金属箔を含む板金であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気シールド材。
4. 前記磁性層の磁性材料は、軟磁性材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の磁気シールド材。
5. 前記磁性層の磁性材料は、アモルファス金属であることを特徴とする請求項４に記載の磁気シールド材。
6. 前記磁性層は、金属箔を含む板金であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の磁気シールド材。
7. 前記遮蔽対象となる電磁波の発生源の上に、前記導電層を配し、さらにその上に、前記磁性層を配するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の磁気シールド材
   

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