JP7295619B2 - 電磁波シールド材料及び電磁波シールド材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軽量で優れた電磁波シールド性能を発揮することができる電磁波シールド材料、及び、該電磁波シールド材料の製造方法に関する。

従来、携帯通信機器、電子機器、家庭用電化製品では、電磁波の漏洩や侵入を防止するために、電磁波シールドを施した部材が用いられている。近年では、特に自動車における電磁波シールドの重要性が認識されるようになってきている。

現在の自動車では、エンジン、モーター、メーター、トランスミッション、ブレーキ、エアバッグ、ランプ、パワーステアリング、パワーウィンドウ、カーエアコン、電子キーの車両側受信部、カーオーディオ、カーナビゲーションといったあらゆるシステムの制御がマイクロコントローラー（マイコン）により行われている。そして、これらに対応して数十種もの専用のエレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）が搭載されている。また、車種によっては、サスペンションや騒音低減にもＥＣＵが用いられている。従って、自動車の安全な運行のためには、電磁波の漏洩や侵入によって各種制御が影響されないように、確実にＥＣＵを電磁波シールドすることが極めて重要である。

従来のＥＣＵにおいては、金属からなる筐体等を用いることにより、電磁波シールドを行っていた。しかしながら、近年の激烈な燃費競争のなかで、少しでも軽量化が求められるようになってきた。そこで軽量な電磁波シールド材料として、例えば、特許文献１では金属板をインサート加工してなる電磁波シールドカバーが開示されている。しかしながら、特許文献１のような電磁波シールドカバーは、金属のみを材料とするよりは軽量であるものの、材料に金属板を用いているため、より軽量な電磁波シールド材料が望まれている。

特開２０１３－１１５２３１号公報

本発明は、上記現状に鑑み、軽量で優れた電磁波シールド性能を発揮することができる電磁波シールド材料、及び、該電磁波シールド材料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、金属が付着した繊維基材と、前記繊維基材の片方の面に積層された樹脂層とを有し、前記樹脂層は、前記繊維基材の少なくとも一部に含浸している電磁波シールド材料である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは鋭意検討した結果、繊維からなる基材に金属を付着させ、インサート成型によって少なくとも基材の一部に樹脂が含浸した樹脂層を形成することによって、軽量かつ充分な電磁波シールド性能を有する電磁波シールド材料を得られることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の電磁波シールド材料は、金属が付着した繊維基材と、上記繊維基材の片方の面に積層された樹脂層とを有する。
繊維基材を用いることにより、電磁波シールド材料を様々な形状に自由に成形することができる。また、繊維基材の表面に金属を付着させ、繊維基材の片面に樹脂層を設けることで、電磁波シールド性能を発揮することができる。更に、用いる金属の量を格段に減らすことができるため、従来の金属板に樹脂層を積層した電磁波シールド材料よりも大幅に軽量化を図ることができる。

上記繊維基材の形態は上記樹脂を含浸させることができれば特に限定されず、例えば、不織布、編物、織物、ガーゼ、糸条等が挙げられる。また、これらの形態を複合化したものであってもよい。なかでも、特に断線が起こりにくいことから不織布が好適であり、捲縮加工繊維からなる不織布がより好適である。上記繊維基材の層構成は特に限定されず、１種単独の繊維基材から構成されてもよいし、２種以上の繊維基材が複数組み合わされたものであってもよい。

上記繊維基材を構成する材料は特に限定されず、例えば、エチレン重合体及び共重合体、プロピレン重合体及び共重合体、α－オレフィン重合体及び共重合体等のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。また、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂が挙げられる。更に、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等のポリエーテル樹脂や、ナイロン６樹脂、ナイロン４６樹脂、ナイロン６６樹脂等のポリアミド樹脂等も挙げられる。なかでも、耐熱性が高いことからポリエステルが好ましい。

上記繊維基材を構成する材料の融点は、含浸させる樹脂のガラス転移温度よりも高い融点を持つものであることが好ましい。このような繊維基材を構成する材料と樹脂の組み合わせとすることによって、繊維基材の形状を維持し、かつ、樹脂を確実に繊維基材へ含浸させることができる。

上記捲縮加工繊維からなる不織布は、捲縮加工繊維を含むものであれば、特に限定されない。捲縮加工繊維からなる不織布は、捲縮加工繊維以外の成分が含まれていてもよい。その場合、不織布中の捲縮加工繊維の合計量は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、更に好ましくは９５質量％以上、特に好ましくは９９質量％以上であり、通常１００質量％未満である。

上記捲縮加工繊維は、捲縮部位を有する繊維である限り、特に制限されない。捲縮加工繊維の捲縮数は２山／２５ｍｍ以上であることが好ましい。捲縮数が２山／２５ｍｍ以上である捲縮加工繊維を用いることにより、本発明の優れた効果をより発揮することができる。上記捲縮数は５山／２５ｍｍ以上であることがより好ましく、２５山／２５ｍｍ以上であることが更に好ましく、５０山／２５ｍｍ以上であることが特に好ましく、７５山／２５ｍｍ以上であることが最も好ましい。上記捲縮数の上限は特に限定されないが、３００山／２５ｍｍ程度が実質的な上限である。

上記捲縮加工繊維は、通常、潜在捲縮繊維を加熱処理して捲縮させることにより、得ることができる。潜在捲縮繊維は、熱処理により立体捲縮を発現する繊維である。潜在捲縮繊維としては、例えば、融点の異なる複数の樹脂からなる複合繊維、単一成分からなる偏心中空繊維や繊維の一部に特定の熱履歴を施した繊維が使用される。複合繊維には、例えば、偏心型の芯鞘構造のものや、サイドバイサイド型の繊維が好適に用いられる。融点の異なる樹脂の組合せとして、ポリエステル－低融点ポリエステル、ポリアミド－低融点ポリアミド、ポリエステル－ポリアミド、ポリエステル－ポリプロピレン、ポリプロピレン－低融点ポリプロピレン、ポリプロピレン－ポリエチレンなど種々の合成樹脂を組み合わせたものが使用できる。特に、ポリエステル－低融点ポリエステル若しくはポリプロピレン－低融点ポリプロピレンの組合せからなる潜在捲縮繊維は、化学的な耐性と伸度特性の点で優れており好ましい。また、偏心中空繊維としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレンやポリエチレンなどが使用できるが、特にポリエステル若しくはポリプロピレンが化学的な耐性と伸度特性の点で優れており好ましい。繊維の一部に特定の熱履歴を施した潜在捲縮繊維としては、例えば熱刃などにポリエステル、ポリアミド、ポリアクリルなどの熱可塑性樹脂からなる繊維の一側面をあてながら通過させたものが使用できる。

上記繊維基材の厚さは特に限定されず、好ましい下限は５μｍ、好ましい上限は５０ｍｍである。上記繊維基材の厚さがこの範囲内であると、強度と取り扱い性とに優れた電磁波シールド材料とすることができる。上記繊維基材の厚さのより好ましい下限は１０μｍ、より好ましい上限は４０ｍｍである。

上記繊維基材に付着させる金属としては、充分な電磁波シールド性を発揮できるものであれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、アルミニウム、チタン、白金、鉄又は、これらの金属を含む合金等が挙げられる。なかでも、高い電磁波シールド性を発揮でき、かつ、安価で取り扱い性にも優れることから、銅、銅－ニッケル合金、銀、アルミニウム、ステンレスが好適であり、銅又は銅－ニッケル合金がより好適である。

金属層の層構成は特に制限されない。金属層は、１層からなる単層であってもよいし、同一又は異なる組成を有する複数の層であってもよい。また、防錆のために、ニッケル等の防錆性に優れる金属を最外層とする積層構造としてもよい。金属層は、本発明の好ましい一態様においては、電磁波シールド特性の観点から選択される上記金属を主成分とする金属層（金属層ａ）と、該金属層の片側又は両側に配置される耐腐食性の観点から選択される金属（例えば、ニッケル、チタン、クロム、シリコン、アルミ等）を主成分とする金属層（金属層ｂ）とを含む複数の層から構成されていることが、耐久性の観点から望ましい。また、金属層は、その２つの主面の一方或いは両方において、表面が酸化皮膜等の皮膜で構成されていてもよい。金属は、１種単独であってもよいし、２種以上の組み合わせであってもよい。

上記金属層ｂを構成する金属としては、例えば、ニッケル、クロム、チタン、シリコン、アルミニウム等が挙げられる。なお、上記金属層ｂを構成する金属がニッケルを含む場合、上記金属層ｂにおけるニッケルの含有率は、防錆等の耐久性向上の観点から、好ましくは２０重量％以上、より好ましくは４０重量％以上であり、好ましくは９５重量％以下、より好ましくは６０重量％以下である。

金属層の厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上、更に好ましくは２００ｎｍ以上、特に好ましくは３００ｎｍ以上、最も好ましくは３００である。耐久性の観点からは、より厚い（例えば２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上等である）ことが好ましい。上記金属層の厚みの上限は、好ましくは１０００ｎｍ、より好ましくは６００ｎｍ、更に好ましくは５００ｎｍである。上記厚みの上限以下であることで、成形性が向上する。この結果、電磁波シールドのシールド性が一層向上する。
金属層において、上記した金属層ａの厚みは、好ましくは５０～３００ｎｍ、より好ましくは８０～２００ｎｍである。また、上記した金属層ｂの厚みは、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは３０ｎｍ以上、特に好ましくは５０ｎｍ以上である。上記金属層ｂの厚みの上限は、好ましくは２００ｎｍ、より好ましくは１５０ｎｍ、更に好ましく１００ｎｍである。

金属層の厚みは、蛍光Ｘ線分析により求めることができる。具体的には、以下の方法で測定することができる。
走査型蛍光Ｘ線分析装置（例えば、リガク社製走査型蛍光Ｘ線分析装置 ＺＳＸ ＰｒｉｍｕｓＩＩＩ＋もしくは、同等品）を用いて加速電圧は５０ｋＶ、加速電流は５０ｍＡ、積分時間は６０秒として分析する。測定対象の成分のＫα線のＸ線強度を測定し、ピーク位置に加えてバックグラウンド位置での強度も測定し、正味の強度が算出できるようにする。あらかじめ作成した検量線から、測定した強度値を厚みに換算することができる。同一のサンプルに５回分析を行い、その平均値を平均厚みとする。

上記繊維基材は、上記繊維基材の上記樹脂層と接する側とは反対側の面の抵抗値が５００Ω以下であることが好ましい。抵抗値が５００Ω以下であることで充分な電磁波シールド性能を発揮することができる。抵抗値のより好ましい上限は１００Ωである。なお、上記抵抗値は、後述するように繊維基材の少なくとも一部に樹脂を含浸させた樹脂層を形成することによって達成することができる。繊維基材の抵抗値は、例えば、表面抵抗計（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＥＣＨ 社製、商品名：Ｌｏｒｅｓｔａ－ＥＰ、又はその同等品）を用いて４端子法により測定することができる。

上記繊維基材の表面に金属を付着させる方法は特に限定されず、無電解金属メッキ、金属蒸着、スパッタリング加工等の従来公知の方法を用いることができる。なかでも、膜厚制御性の観点及び電磁波シールド性能をより向上させることができることから、スパッタリングが好適である。スパッタリング法としては、特に限定されないが、例えば、直流マグネトロンスパッタ、高周波マグネトロンスパッタ及びイオンビームスパッタ等が挙げられる。また、スパッタ装置は、バッチ方式であってもロール・ツー・ロール方式であってもよい。

上記樹脂層は、上記繊維基材の少なくとも一部に含浸している。
本発明の電磁波シールド材料は、上記樹脂層を上記繊維基材の少なくとも一部に含浸させるように形成することではじめて電磁波シールド性能を発揮する。樹脂層を形成せず、単に繊維基材に金属を付着させた場合や、樹脂層を形成していても繊維基材に樹脂が含浸していない場合は、電磁波シールド材料として用いるのに充分な抵抗値を達成することができない。樹脂層を繊維基材の少なくとも一部に含浸させることで電磁波シールド性能を発揮する原因は不明であるが、繊維基材の厚さ方向全体に分散している金属が樹脂を介して圧縮されることで、繊維基材の表面付近に金属が凝集して抵抗値が下がることと、その後樹脂が硬化することで凝集した状態が固定されことが原因ではないかと考えられる。樹脂が繊維基材の少なくとも一部に含浸している樹脂層を形成する方法としては、インサート成型が挙げられる。なお、本明細書中で「含浸している」とは、上記繊維基材中の繊維間の空間に上記樹脂層を構成する樹脂が浸入している状態を意味する。

上記樹脂は特に限定されないが、成形性の観点から、熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂としてはポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン、ポリカーボネート、ポリフェニルサルファイド又はこれらのうち少なくとも２種の共重合体等が挙げられる。なかでも、成形性が良好であることから、ポリオレフィンが好ましい。また、ポリオレフィンのなかでも、融点が低く、成形性に優れることからポリプロピレン樹脂が好ましい。なお、上述のように本発明では繊維基材に樹脂を含浸させるため、上記樹脂は上記繊維基材の融点よりも低いガラス転移温度を持つものを選択することが好ましい。

本発明の電磁波シールド材料を用いることで、軽量かつ優れた電磁波シールド性能を有する電磁波シールド部材を得ることができる。なかでも、エレクトロニックコントロールユニット等の電子デバイスを周囲から発せられる電磁波から遮蔽するための筐体として好適に用いることができる。

ドライプロセスで繊維基材に金属を付着させる金属付着繊維基材作成工程と、前記金属付着繊維基材をインサート成型するインサート成型工程とを有する電磁波シールド材料の製造方法もまた本発明の１つである。

本発明の電磁波シールド材料の製造方法は、まず、ドライプロセスで繊維基材に金属を付着させる金属付着繊維基材作成工程を行う。
上記繊維基材は、上述の繊維基材と同様の材料及び形態のものを用いることができる。また、上記ドライプロセスとしては、上述の上記繊維基材の表面に金属を付着させる方法と同様の方法を用いることができる。

本発明の電磁波シールド材料の製造方法は、次いで、上記金属付着繊維基材をインサート成型するインサート成型工程を行う。
本発明ではインサート成型が重要であり、インサート成型によって材料を成形することで金属付着繊維基材表面の抵抗値が低下し、金属付着繊維基材に電磁波シールド性能を付与することができる。インサート成型によって金属付着繊維基材表面の抵抗値が下がる理由は不明であるが、インサート成型時の熱と圧力によって、金属付着繊維基材の厚み方向に分布した金属が金属付着繊維基材表面に凝集し、含浸、硬化した樹脂によって凝集状態が固定されるためではないかと考えられる。そのため、単に熱プレスによって熱と圧力をかけるだけでは金属付着繊維基材表面の抵抗値は低下せず、インサート成型でなければ金属付着繊維基材に電磁波シールド性能を付与することができない。

上記インサート成型は上記金属付着繊維基材の上記ドライプロセスを施された側とは反対側の面から行われることが好ましい。金属付着繊維基材のドライプロセスを施された側とは反対側から溶融した樹脂を含浸させることによって金属付着繊維基材の表面により多くの金属を凝集させることができる。その結果、金属付着繊維基材表面の抵抗値をより下げることができるため、得られる電磁波シールド材料は優れた電磁波シールド性能を発揮することができる。

本発明によれば、軽量で優れた電磁波シールド性能を発揮することができる電磁波シールド材料、及び、該電磁波シールド材料の製造方法を提供できる。

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
（１）繊維基材の製造
以下の方法により、繊維基材を得た。
単繊維状態にて１８０℃、３分間の熱処理を行うと捲縮数が平均５０山／２５ｍｍとなる繊度２．５デニール、繊維長５１ｍｍの高潜在捲縮性ポリエチレンテレフタレート繊維（ユニチカ社製、ポリエステルＣ－８１、初期捲縮数１０山／２５ｍｍ）を用い、該高潜在捲縮性ポリエチレンテレフタレート繊維を用いて７５ｇ／ｍ^２の編物を調製した。得られた編物の一方面よりニードリング（針密度２８２本／ｃｄ、針深さ１１ｍｍ）を行い、不織布を得た。得られた不織布に加熱収縮機を用いて温度１８５℃で熱処理して、不織布を構成する繊維の潜在捲縮を発現させると同時に繊維シートの縦及び横の長さを約１３％収縮させて繊維基材を得た。厚み測定器（尾崎製作所社製、ダイヤルシックネスゲージ）を用いて得られた繊維基材の厚みを測定したところ、１ｍｍであった。

（２）電磁波シールド材料の製造
得られた繊維基材の片面に、マグネトロンスパッタリングにより、アルゴン流量３５０ＳＣＣＭにて銅－ニッケル合金（金属層１、Ｃｕ：４０％、Ｎｉ：６０％）、銅（金属層２）、及び銅－ニッケル合金（金属層３、Ｃｕ：４０％、Ｎｉ：６０％）を、出力をそれぞれ８ｋＷ、１１ｋＷ、８ｋＷにて堆積させ、金属付着繊維基材を得た。蛍光Ｘ線分析によって金属層１～３の厚みを求めたところ、それぞれ５０ｎｍ、２００ｎｍ、５０ｎｍであった。次いで、得られた金属付着繊維基材に熱プレスを行い成形した。その後、金属付着繊維基材のマグネトロンスパッタリングを施さなかった面から、ポリプロピレン樹脂を用いてインサート成型し、半径８ｃｍ，厚さ３ｃｍの円盤状の電磁波シールド材料を得た。

（実施例２～４）
表１に記載の通り、金属の種類、厚みを変える以外は、実施例１と同様にして、電磁波シールド材料を得た。

（比較例１）
実施例１と同様にして得られた金属付着繊維基材に熱プレスを行った後、樹脂をインサート成型せずに電磁波シールド材料を製造した。

（比較例２）
実施例１と同様にして金属付着繊維基材を製造し、得られた金属付着繊維基材について、熱プレスと樹脂のインサート成型を行わずに電磁波シールド材料を製造した。

（３）抵抗値の測定
得られた電磁波シールド材料の金属付着繊維基材について、ポリプロピレン樹脂をインサートした面とは反対側の面の抵抗値を表面抵抗計（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＥＣＨ社製、商品名：Ｌｏｒｅｓｔａ－ＥＰ）を用いて４端子法により測定した。なお、比較例においては、金属が付着している面の抵抗値を測定した。

（評価）
実施例及び比較例で得られた電磁波シールド材料について、以下の方法により評価を行った。結果を表１に示した。

（電磁波シールド性の評価）
得られた電磁波シールド材を切り出して１５ｃｍ四方の試験片を作製した。その後、ＫＥＣ法に準拠して、ＫＥＣ法シールド材測定システム（日本テクノシステム社製）にて、周波数０．１ＭＨｚ～１０００ＭＨｚにおける電磁波シールド特性（電界シールド特性）を測定し、以下の基準により評価した。
◎：各周波数でシールド効果（単位：ｄＢ）が３０ｄＢ以上
○：各周波数でシールド効果（単位：ｄＢ）が２０ｄＢ以上、３０ｄＢ未満
×：各周波数、又は一部の周波数でシールド効果（単位：ｄＢ）が２０ｄＢ未満
なお、ＫＥＣ法とは、関西電子工業振興センター（Ｋａｎｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ）で開発した電磁波シールド効果測定装置を用いて、材料の電磁波シールド効果を測定評価する方法である。

本発明によれば、軽量で優れた電磁波シールド性能を発揮することができる電磁波シールド材料、及び、該電磁波シールド材料の製造方法を提供できる。

Claims (5)

1. 金属層と、繊維基材と、前記繊維基材の片方の面に積層された樹脂層とを有し、前記樹脂層は、前記繊維基材の少なくとも一部に含浸しており、前記金属層は、前記繊維基材の前記樹脂層が積層された面とは反対側の面に積層されており、前記金属層は前記繊維基材の厚さ方向全体に分散して付着した前記金属層を構成する金属が前記樹脂層を介して圧縮されてなることを特徴とする電磁波シールド材料。
2. 繊維基材は不織布であることを特徴とする請求項１記載の電磁波シールド材料。
3. 繊維基材の樹脂層と接する側とは反対側の面の抵抗値が５００Ω以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波シールド材料。
4. 金属層の厚みが５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電磁波シールド材料。
5. ドライプロセスで繊維基材に金属を付着させ金属層を形成する金属付着繊維基材作成工程と、前記金属付着繊維基材をインサート成型するインサート成型工程とを有し、前記インサート成型は前記金属付着繊維基材の前記ドライプロセスを施された側とは反対側の面から行われることを特徴とする電磁波シールド材料の製造方法。