JPWO2020111210A1 - 導電性不織布 - Google Patents
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Abstract
Description
不織布は、繊維から構成されるものであれば、特に制限されない。不織布は、本発明の効果が著しく損なわれない限りにおいて、繊維以外の成分、物質等が含まれていてもよい。その場合、不織布中の繊維の合計量は、例えば80質量%以上、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上であり、通常100質量%未満である。
前記不織布の密度であることで、本発明の導電性不織布の密度を上記範囲に調整しやすくなる。この結果、導電性不織布の電波吸収性が向上する。
金属層は、不織布上に配置される、換言すれば不織布の有する2つの主面の少なくとも1方の表面上に配置される。
本発明の導電性不織布は、金属層の少なくとも一方の面上(好ましくは両面上)にバリア層を有することが好ましい。
バリア層の層構成は特に制限されない。バリア層は、1種単独のバリア層から構成されるものであってもよいし、2種以上のバリア層が複数組み合わされたものであってもよい。
本発明の導電性不織布は、少なくとも一方の面におけるシート抵抗が200〜600Ω/□であり、且つ密度が2.0×104〜8.0×105g/m3である。このような特性を備えることによって、表面においてより高い電波透過性を発揮しつつ、内部で電波を吸収することができ、高周波に対してもより高い電波吸収特性(高吸収性、低反射性)を発揮することができる。
抗計(例えば、MITUBISHI CHEMICAL ANALYTECH社製(商品
名:Loresta−EP)、又はその同等品)を用いて4端子法によって測定することができる。測定にはESPプローブ(MCP−TP08P又はその同等品)を使用し、試料に対してプローブの全てのピンが均一になるように押し当てて測定を行う。シート抵抗の下限値は、200Ω/□であり、好ましくは250Ω/□、より好ましくは300Ω/□、さらに好ましくは320Ω/□である。シート抵抗の上限値は、600Ω/□であり、好ましくは500Ω/□であり、より好ましくは450Ω/□である。上記シート抵抗の範囲であることで、電波吸収特性(特に低反射性)が一層向上する。
密度(g/m3)=目付(g/m2)/厚み(m) 式(1)
なお、試料から必要な大きさの試験片が採取できない場合、厚みは試料に対して0.5kPaの荷重を掛けて測定した値を厚みとすることができる。本発明の導電性不織布の密度は、2.0×104〜8.0×105g/m3である。本発明の導電性不織布の密度の下限は、好ましくは1.0×105g/m3であり、より好ましくは1.5×105g/m3であり、さらに好ましくは2.0×105g/m3である。本発明の導電性不織布の密度の上限は好ましくは6.0×105g/m3であり、より好ましくは4.0×105g/m3である。上記導電性不織布の密度であることで、電波吸収特性(特に高吸収性)が一層向上する。
入射した電波は、本発明の導電性不織布を通過する過程で電流に変換され、吸収・減衰される。本発明の導電性不織布の内部では表面に比べ金属付着量が少なく、すなわち、電気抵抗値が大きくなる。これにより、導電性不織布内において多重反射が生じ、吸収・減衰が一層生じやすくなることが考えられる。
金属付着量の勾配は、不織布の密度、金属付着量の調整や、付着方法の調整(例えば、後述のスパッタ法の調整)等により調整することができる。
金属付着量の勾配は、X線CT装置による撮影により確認することができる。金属が付着している領域はX線吸収量が導電性不織布を構成する繊維単体に比べて大きいため、高輝度の領域として撮影像が得られる。
上記の金属分布であることで、導電性不織布の表面から内部にかけて生じる勾配が、導電性不織布の内部の深くまで形成される。このため、電波吸収特性(特に高吸収性)が一層向上する。
金属分布の変化の傾きは、後述するX線CT装置による解析により、厚み位置をX軸(mm)、高輝度面積率((高輝度面積数/全輝度面積数)×100(%))をY軸としてプロットすることで算出される、高輝度面積率と厚みのグラフの傾きを意味する。
(1)X線CTによる測定画像を256階層(8bit)の輝度値を持つ画像とし、再構築して3次元画像を得る。
(2)厚み方向をz軸として、導電性不織布のシート抵抗が200〜600Ω/□である面側から順にx−y平面でのスライス画像を形成する。さらにx−y平面の底面が四角形になるよう画像をカットする。
(3)Auto threshold機能により二値化を行い、導電性不織布部分を選択する。次いでOpening処理によりノイズを除去し、導電性不織布が存在する部分と空気のみが存在する部分とを分ける。
(4)マスク処理により、導電性不織布が存在する部分のみを抽出し、それ以外の部分の輝度値を0となるように調整する。
(5)画像処理ソフトにて、スライス画像ごとに、輝度値が1以上の画素のカウント数(全輝度面積数)及び輝度値が閾値以上の画素のカウント数(高輝度面積数)を取得する。なお、導電性不織布の下側の面から導電性不織布厚みの5%の範囲までにおける輝度値の最大値の平均値を閾値とする。輝度値0の領域は空気層とみなし、以後の解析では用いない。
(6)厚み位置をX軸(mm)、高輝度面積率((高輝度面積数/全輝度面積数)×100(%))をY軸としてプロットし、高輝度面積率と厚みのグラフを作成する。
なお、高輝度面積率の最大値の点が複数ある場合は、導電性不織布の金属層を有する表面に近い点における値を用いる。
また高輝度面積率の最大値の10%の値となる点がない場合、導電性不織布が存在する厚み領域における最小値となる点を用いる。高輝度面積率の最小値が複数ある場合は、最大値の点よりも大きい厚み位置であり、かつ、厚み位置がより小さい点における値を用いる。
なお、導電性不織布が存在する厚み領域とは、全輝度面積数の値が最大値の20%となる最初の点の厚み位置から、全輝度面積数の値が最大値の20%となる最後の点の厚み位置までの区間を意味する。
高輝度面積率の最大値の50%以下となる点を有することで、導電性不織布内の抵抗値が十分大きくなる。これにより、導電性不織布内において多重反射が生じ、吸収・減衰が一層生じやすくなることが考えられる。
導電性不織布は、高輝度面積率の最大値の30%以下となる点を有することがより好ましく、20%以下となる点を有することが更に好ましく、10%以下となる点を有することがさらにより好ましい。
本発明の導電性不織布は、不織布の表面に金属を付着させる工程を含む方法により得ることができる。金属層の他に他の層(例えばバリア層等)を有する場合は、さらに、不織布の表面、金属層の表面等に他の層の構成元素を付着させる工程を含む方法により、得ることができる。
本発明の導電性不織布は、高周波の電波に対してもより高い電波吸収特性(高吸収性、低反射性)を備えるので、電波吸収体として好適に利用することができる。この観点から、本発明は、その一態様において、本発明の導電性不織布を含む、電波吸収体(本明細書において、「本発明の電波吸収体」と示すこともある。)に関する。
本発明の電波吸収体は、導電性不織布のシート抵抗が200〜600Ω/□である面を電波の入射面に向けて、配置することが好ましい。
本発明の電波吸収体は、電波ノイズの発生源から離れた位置に配置し、電波吸収対象物の周囲を覆うように用いられることで、不要な電波ノイズを吸収する性能をより効果的に発揮することができる。また、電波ノイズの発生源から離れた位置に配置することで、LSI等から発生する熱の放熱を妨げにくくなる。本発明の電波吸収体は電波吸収性の観点から、電波ノイズの発生源からλ/2π以上離れた位置に配置することが好ましい。なお、λは対象とする電波の波長を示す。また、筐体内部で電波ノイズが生じた場合、空洞共振現象により筐体自身も電波ノイズ源になりうる。本発明の電波吸収体を筐体内壁に配置することで、空洞共振現象を抑制し、筐体からのノイズ発生を抑制することもできる。
発明の導電性不織布を筐体内面に有する筐体、及び、該筐体を有する電子デバイスもまた、本発明の1つである。
本発明の導電性不織布を筐体の開口部に有する筐体、及び、該筐体を有する電子デバイスもまた、本発明の1つである。
(実施例1)
不織布1として、厚み500μm、目付90g/m2のスパンレース不織布(材質:PET)を用いた。不織布を真空装置内に設置し、5.0×10−4Pa以下となるまで真空排気した。続いて、アルゴンガスを導入しガス圧を0.5Paとして、DCマグネトロンスパッタリング法により、不織布の片面に、ケイ素からなるバリア層1、ハステロイからなる金属層、及びケイ素からなるバリア層2をこの順に積層させ、導電性不織布を得た。
不織布の種類、不織布の厚み、不織布の目付、金属付着量、及びスパッタにより形成させる層の層構成を表に記載の通り変更する以外は、実施例1と同様にして導電性不織布を得た。
不織布10を用いること、不織布を真空装置内に設置し、5.0×10−4Pa以下となるまで真空排気し、続いて、アルゴンガスを導入しガス圧を0.25Paとしてスパッタを行うように変更する以外は、実施例1と同様にして導電性不織布を得た。
不織布11を用いること、不織布を真空装置内に設置し、5.0×10−4Pa以下となるまで真空排気し、続いて、アルゴンガスを導入しガス圧を0.25Paとしてスパッタを行うように変更する以外は、実施例1と同様にして導電性不織布を得た。
不織布を真空装置内に設置し、5.0×10−4Pa以下となるまで真空排気し、続いて、アルゴンガスを導入しガス圧を0.25Paとしてスパッタを行うように変更する以外は、実施例2と同様にして導電性不織布を得た。
不織布1:スパンレース、材質PET 、目付90g/m2、厚み500μm
不織布2:スパンボンド、材質PET 、目付50g/m2、厚み240μm
不織布3:メルトブロー、材質LCP 、目付6g/m2、厚み18μm
不織布4:メルトブロー、材質PBT 、目付120g/m2、厚み178μm
不織布5:メルトブロー、材質PBT 、目付20g/m2、厚み178μm
不織布6:メルトブロー、材質PBT 、目付86g/m2、厚み75μm
不織布7:スパンレース、材質PET 、目付25g/m2、厚み2300μm
不織布8:ニードルパンチ、材質アクリル 、目付35g/m2、厚み250μm
不織布9:ニードルパンチ、材質PET 、目付40g/m2、厚み300μm
不織布10:メルトブロー、材質LCP 、目付70g/m2、厚み154μm
不織布11:ニードルパンチ、材質PET 、目付80g/m2、厚み2000μm。
Pulshut(製品名パルシャット、旭化成株式会社製)をそのまま用いた。Pulshutは、目付45g/m2、厚み86μmであり、導電面の表面を樹脂シートにより絶縁保護されていた。
(比較例10)
PETフィルム(厚み50μm、目付70g/m2)を真空装置内に設置し、5.0×10−4Pa以下となるまで真空排気した。続いて、アルゴンガスを導入して、DCマグネトロンスパッタリング法により、フィルムの片面に、ハステロイからなる金属層を積層させ、導電性フィルムを得た。
得られた導電性不織布及び導電性フィルム(以下、これらをまとめて「導電性基材」と示す。)について、各種性質を評価した。
JIS L 1913:2010に規定の方法に従い測定して得られた試料の厚さを厚み、単位面積当たりの質量を目付とし、次の(1)式から密度を算出した。
密度(g/m3)=目付(g/m2)/厚み(m) 式(1)
なお、試料から必要な大きさの試験片が採取できない場合、厚みは試料に対して0.5kPaの荷重を掛けて測定した値を厚みとした。
表面抵抗計(MITUBISHI CHEMICAL ANALYTECH社製、商品名:Loresta−EPを用いて4端子法によって測定した。測定にはESPプローブ(MITUBISHI CHEMICAL ANALYTECH社製、商品名:MCP−TP08P)を用いた。なお、導電面の表面を樹脂シートなどで絶縁保護を施している試料(比較例9)については、非接触式抵抗測定器(ナプソン株式会社製、商品名:EC−80P)を用いて渦電流法によって測定した。
蛍光X線分析により求めた。具体的には、走査型蛍光X線分析装置(リガク社製走査型蛍光X線分析装置 ZSX PrimusIII+)を用いて加速電圧は50kV、加速電流は50mA、積分時間は60秒として分析した。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した。あらかじめ作成した検量線から、測定した強度値を付着量に換算した。同一のサンプルに5回分析を行い、その平均値を平均付着量とした。
PNAマイクロ波ネットワーク・アナライザ N5227A(キーサイト社製)、PNA−Xシリーズ2ポート用ミリ波コントローラ N5261A(キーサイト社製)、ホーンアンテナ FSS−07(HVS社製)を用いて電波吸収測定装置を構成した。この電波吸収測定装置を用いて、Sパラメータ法により、Sパラメータの反射減衰量(S11)と、透過減衰量(S21)とを各周波数で測定し、次の式(2)からloss率を算出した。
電波吸収性について、各周波数におけるloss率を基に、以下の基準で評価した。
◎:loss率0.45以上
○:loss率 0.40より大きく、0.45未満。
×:loss率 0.40以下。
電波反射性について、各周波数におけるS11を基に、以下の基準で評価した。
◎:S11が、0.16未満。
○:S11が、0.16以上、0.25以下。
×:S11が0.25を超える。
導電性基材を温度85℃、湿度85%下で200時間放置する高温高湿試験を行い、その後シート抵抗を測定した。得られた抵抗の値から試験前後でのシート抵抗の変化率(|試験後の抵抗−試験前の抵抗|/試験前の抵抗)を求め、以下の基準で耐久性を評価した。
○:15%以下
△:15%より大きく、30%以下
×:30%より大きい。
実施例1及び12の導電性不織布の下側に、厚み160μm粘着テープ(積水化学工業社製、商品名:#575F)を介して、厚さ30μmの銅からなる反射層を貼付し、電波吸収体をそれぞれ作製した。
PNAマイクロ波ネットワーク・アナライザ N5227A(キーサイト社製)、PNA−Xシリーズ2ポート用ミリ波コントローラ N5261A(キーサイト社製)、ホーンアンテナ FSS−07(HVS社製)を用いて電波吸収測定装置を構成した。この電波吸収測定装置を用いて、得られた電波波吸収体のKa(26.5〜45GHz)およびWバンド(75〜110GHz)での電波吸収量をJIS R1679に基づいて測定した。なお、電波吸収体は、電波入射方向が金属層側となるようにセットした。
電波吸収性について、各周波数における吸収量(dB)よりloss率を算出し、以下の基準で評価した。
◎:loss率:0.75以上
○:loss率 0.75未満、0.50以上。
△:loss率:0.50未満、0.25以上
×:loss率 0.25未満。
高輝度面積率の変化の傾きの算出はX線CT装置により得られる断面像の解析により求めた。導電性不織布を約3mm角にカットして測定用サンプルとし、X線顕微鏡(株式会社リガク製 nano3DX)により3次元画像を取得した。
[実施例11撮影条件]
投影数:1200枚
ビニング:2
露光時間:40秒/枚
空間解像度:0.54μm/ピクセル
[実施例12撮影条件]
投影数:1200枚
ビニング:2
露光時間:15秒/枚
空間解像度:2.16μm/ピクセル。
[実施例2及び13撮影条件]
投影数:1200枚
ビニング:2
露光時間:40秒/枚
空間解像度:0.54μm/ピクセル。
なお(1)〜(4)はAvizo9.7を、(5)はImage J Fijiを使用する。
(1)X線CTによる測定画像を256階層(8bit)の輝度値を持つ画像とし、再構築して3次元画像を得た。
(2)厚み方向をz軸としてx−y平面でのスライス画像を形成し、さらにx−y平面の底面が四角形になるよう画像をカットした。
(3)Auto threshold機能(moment)により二値化を行い、導電性不織布部分を選択した。次いでOpening処理によりノイズを除去し、導電性不織布が存在する部分と空気のみが存在する部分とを分けた。
(4)マスク処理により、得られた3次元画像のうち導電性不織布が存在する部分のみを抽出し、それ以外の部分の輝度値を0となるように調整した。
(5)画像処理ソフトにて、スライス画像ごとに、輝度値が1以上の画素のカウント数(全輝度面積)及び輝度値が閾値以上の画素のカウント数(高輝度面積)を取得した。なお、導電性不織布の下側の面から導電性不織布厚みの5%の範囲までにおける、各厚み位置の輝度値最大値の平均値を閾値とした。
(6)厚み位置(mm)をX軸、高輝度面積率(%)をY軸としてプロットし、高輝度面積率と厚みのグラフを作成した。なお高輝度面積率は、全輝度面積に占める高輝度面積の割合を意味する。
(7)作成したグラフより、高輝度面積率と厚みをプロットしたグラフの傾き、高輝度面積率の最大値の50%以下となる点の厚み位置、導電性不織布の表面からの金属付着範囲を求めた。
導電性基材の構成及び評価結果を表1〜3に示す。表中、ハステロイは、組成:モリブデン16.4重量%、ニッケル55.2重量%、クロム18.9重量%、鉄5.5重量%、タングステン3.5重量%、シリカ0.5重量%)の合金である。ステンレスは、組成:鉄54重量%、クロム26重量%、ニッケル19重量%、マンガン1重量%の合金である。モネルは、組成:ニッケル65重量%、銅33重量%、鉄2重量%の合金である。
2 バリア層
3 不織布
4 金属筐体
5 導電性不織布(金属筐体内壁に配置)
6 導電性不織布(開口部に配置)
7 ICチップ
8 導電性不織布
9 樹脂筐体
10 導電性不織布(筐体内部に配置)
11 誘電体層
12 粘着剤層
13 反射層
Claims (13)
- 少なくとも一方の面における金属層を有する導電性不織布であって、シート抵抗が200〜600Ω/□であり、且つ密度が2.0×104〜8.0×105g/m3である、導電性不織布。
- 金属元素及び/又は半金属元素付着量が5〜150μg/cm2である、請求項1に記載の導電性不織布。
- 前記金属層の少なくとも一方の面上に、ニッケル、ケイ素、チタン、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有するバリア層を有する、請求項1又は2に記載の導電性不織布。
- 前記金属層が、ニッケル、モリブデン、クロム、チタン、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性不織布。
- X線CT装置により測定される高輝度面積率の変化の傾きが、−3000以上−10以下である、請求項1〜4いずれかに記載の導電性不織布。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の導電性不織布を含む、電波吸収体。
- 前記導電性不織布が、更に接着剤層を備える、請求項6記載の電波吸収体。
- 前記導電性不織布の厚みdが、式(1):λ/16≦d(式中、λは対象とする電波の波長を示す。)を満たす、請求項6又は7に記載の電波吸収体。
- 前記導電性不織布と反射層を有し、前記導電性不織布のシート抵抗が200〜600Ω/□である面とは他方の面に反射層を有する、請求項8記載の電波吸収体。
- 請求項6〜9いずれか記載の電波吸収体を有する、筐体。
- 前記導電性不織布を前記筐体内面に有する、請求項10記載の筐体。
- 前記導電性不織布が、前記筐体の開口部に有する、請求項10記載の筐体。
- 請求項6〜9いずれか記載の電波吸収体、又は、請求項10〜12いずれか記載の筐体を有する、電子デバイス。
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