WO2005027612A1

WO2005027612A1 - 電磁波吸収体

Info

Publication number: WO2005027612A1
Application number: PCT/JP2004/013109
Authority: WO
Inventors: Satoru Kobayashi; Masami Sugasawa; Yoshinobu Nagano; Takashi Ibusuki; Takashi Kawasaki
Original assignee: National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology; Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2005086115A; JP3849786B2

Abstract

　軽量であり、充填性が良好であり、異方性が小さく、かつ比較的高い周波数を有する電磁波を網羅的かつ効率的に吸収できる新規な電磁波吸収体を提供する。　電気伝導度が５×１０−６（Ｓ／ｃｍ）以上の炭化ホウ素粉末を含んでなる電磁波吸収体、及び、かかる炭化ホウ素粉末がマトリックス材料中に５～７０体積％含む複合材料からなる電磁波吸収体。

Description

明細書

電磁波吸収体

技術分野

[0001] 本発明は、各種の電波障害を引き起こす不用な電磁波を低減するための電磁波吸収体に関する。さらに詳細には、特定の電気伝導度を有する炭化ホウ素粉末を用いることによって、特に高いギガへルツ帯域の高周波数の電磁波を効率良く吸収する電磁波吸収体を提供する。

背景技術

[0002] 近年、半導体'エレクトロニクスの分野において、コンピューターや民生用電子機器、さらには携帯電話等の通信用機器に使用される電磁波の高周波化が顕著に進展し、 1秒間に 10億回以上振動するギガへルツ（GHz)帯域の電磁波も頻繁に使用されるようになってきた。このような高周波は、高出力 *高密度の信号搬送を可能にする反面、ノイズとして他の機器に取り込まれると、情報漏洩、誤動作その他各種の電波障害を引き起こす懸念がある。

[0003] この対策として、電子機器や通信機器が外部から侵入する電磁波に干渉されないように、或いはこれらの機器が発生する電磁波が過剰に外部に漏洩しないように、電磁波シールド材ゃ、電磁波吸収体が用いられる。とりわけ電磁波吸収体は、入射してきた電磁波を熱エネルギーに変換して、透過或いは反射する電磁波の強度を大幅に減衰するものである。

[0004] 電磁波吸収体の材料として、従来は主にフェライトやカーボンが使用されている。これらは粉末を樹脂、ゴム或いは塗料等のマトリックス中に分散 ·複合化したものを、電磁波を吸収したい部位に貼付または塗布する形で用いられることが多い。

[0005] し力ながら、フェライトは比重が大きいため、マトリックス中に分散する際に、マトリッタスとの比重差によって沈降が生じやすぐ均一な複合体の成形性に難がある上に、できあがった複合材料が重いため、移動を伴うノート型パーソナルコンピュータや民生用電子機器、通信機器等に使用する場合、機器が重くなり機動性に問題が生じる [0006] 一方、カーボンは、比重が比較的小さいためフェライトに見られるような上記の問題は生じなレ、が、粉末が嵩高いためにマトリックスへの充填量を増大させること困難であり、複合材料の電磁波吸収特性が不充分になってしまう。これを避けるためカーボンとしては充填性が比較的良好な結晶質のグラフアイトが使用されることがあるが、グラフアイト粒子は異方性が大きいうえにマトリックス内で配向しやすいため、やはり複合材料の電磁波吸収性能が損なわれてしまう。

[0007] 上記以外の材料として炭化珪素（SiC)や炭化ホウ素（B C)がマイクロ波を照射し

4

発熱するための発熱体として使用することが知られている（特許文献 1参照）。このマイク口波利用の発熱体として使用される場合には、使用されるマイクロ波の周波数は出力等で発熱量のコントロールをし易くするため一定の数値範囲のものあり、かつ比較的小さい（2450MHz程度）周波数のものである。一方、概して、波長や出力等に分布を有し、かつ比較的高い周波数を有する不用な電磁波を網羅的かつ効率的に吸収することが要求される電磁波吸収体の材料としては、 SiCや B Cが使用されるこ

4

とは従来知られていない。

特許文献 1：特開平 8-106980公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明の目的は、従来の電磁波吸収体が有する上記の諸問題を解決し、軽量であり、充填性が良好であり、異方性が小さぐかつ比較的高い周波数を有する電磁波を網羅的かつ効率的に吸収できる新規な電磁波吸収体を提供することである。課題を解決するための手段

[0009] 本発明者は、上記の目的を達成するため鋭意研究を進めたところ、電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (SZcm)以上を有する炭化ホウ素（B C)粉末が、上記の目的充分に満足

4

する優れた電磁波吸収体をあることを見出した。また、この炭化ホウ素（B C)粉末は

4

、比重が比較的小さまた、粉末もさほど嵩高くないため充填性も良好であり、しかも異方性が小さいため、従来の電磁波吸収体であるフェライトやカーボンに見られる上記の問題は有しないことも見出された。

本発明は、上記の知見に基づくものであり、以下の要旨を有するものである。 (1)電気伝導度が 5 X 10— ^b (S/cm)以上の炭化ホウ素粉末を含んでなる電磁波吸収体。

(2)電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (S/cm)以上の炭化ホウ素粉末がマトリックス材料中に 5 一 70体積％含む複合材料からなる電磁波吸収体。

(3)炭化ホウ素粉末が平均粒子径 0. 1— 250 μ mを有する上記（1)又は（2)に記載の電磁波吸収体。

(4)マトリックス材料力熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はセラミックスである上記（2 )又は（3)のレ、ずれかに記載の電磁波吸収体。

(5)形状が、フィルム又はシートである上記（1)一 (4)のいずれかに記載の電磁波吸収体。

(6) 0. 1一 6GHzにかる複素誘電率の実数部が 10以上でありかつ虚数部が 1以上である上記（1)一 (5)のレ、ずれかに記載の電磁波吸収体。

(7)周波数が 0. 1— 110GHzの電磁波を吸収する上記（1)一（6)のいずれかに記載の電磁波吸収体。

(8)移動用電子機器用である上記（1)一（7)のいずれかに記載の電磁波吸収体。発明の効果

[0010] 本発明によれば、軽量であり、充填性が良好であり、異方性が小さぐかつ比較的高い周波数を有する電磁波を網羅的かつ効率的に吸収でき、特に車輛などの移動体に適した新規な電磁波吸収体が提供される。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 本発明は、電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (S/cm)以上の B C粉末を含んでなる電磁波

4

吸収体である。本発明は、本発明者が特定の電気伝導度を有する B C粉末によって

4

のみ電磁波吸収体として好適な効果が得られることを見出したことに基づいている。上記の特定の電気伝導度を有する B C粉末が何故に優れた電磁波吸収特性をゆす

4

るかについては明らかではなレ、が、以下のように推定される。

[0012] 電磁波吸収特性には、材料の有する誘電的性質や磁気的性質が関与するとされているが、電気伝導度が 5 X 10_⁶ (S/cm)以上の B C粉末は、この特定範囲の電

4

気伝導度と B C本来の誘電的性質とが相俟って、電磁波吸収に好適な性質が発現すると考えられる。

[0013] 本発明の B C粉末は B C塊を合成した後これを粉砕、篩い分けすることによって製

4 4

造することができる。 B C塊を合成する具体的な方法としては例えばホウ酸等のホウ

4

素分と石油コータス等の炭素分とを混合した原料を、アーク炉、抵抗加熱炉、高周波加熱炉等を用いて 2200°C程度の高温まで加熱して、下記の反応を生じさせる方法力 ^sある。

4H BO + 7C → B C + 6CO + 6H O

3 3 4 2

[0014] 本発明における B C粉末の電気伝導度は、以下の方法で測定する。直径 16mm、

4

厚さ 3mmのステンレス製円板を、内径 16mm、外径 24mmの樹脂（ポリアセタール）製円筒にはめ込み、その上に B C粉末 1. 0— 1. 5gと、もう 1枚の直径 16mm、厚さ 3

4

mmのステンレス製円板を載せる。上下のステンレス円板の外側に銅箔を敷いた後、油圧プレスを用いて 14. 7MPaの圧力を加えて B C粉末を圧縮する。加圧したまま

4

デジタルマルチメーターで上下の銅箔間の抵抗値を計測し、加圧開始 1分後の抵抗値と、加圧時の B C粉末の充填高さ及び樹脂円筒内径寸法から、 B C粉末の比抵

4 4

抗（ Ω · cm)を算出し、逆数を電気伝導度（S/cm)とする。

[0015] 上記のようにして得られる B C粉末は、電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (S/cm)以上を有

4

することが電磁波吸収特性上必要である。電気伝導度が 5 X 10_⁶ (S/cm)に満たない場合には、上記の優れた電磁波吸収特性は得られない。 B C粉末の電気伝導度

4

は、なかでも 8 X 10— ⁶ (S/cm)以上であるのが好ましい。 B C粉末の電気伝導度に

4

ついて上限はないが、電気伝導度が極端に大きくなると、電磁波吸収に好適な性質が発現しにくくなるということからして、 5 X 10— ³ (SZcm)以下好ましい。 B C粉末の

4 電気伝導度の制御は、例えば、原料加熱時における、保持温度の調整などにより製造段階にぉレ、て行うことができる。

本発明で使用される B C粉末は、その平均粒径が好ましくは 0. 1— 250 x m、特に

4

好ましくは 0. 1— 45 x mであるのが好適である。平均粒径が 0. l x mより小さレヽ場合には、 B C粉末が嵩高くなりマトリックスへの充填量を増大させることが困難になり、逆

4

に 250 z mを超えると、特に複合材料とする場合、樹脂、ゴム或いは塗料等のマトリツタス中へ分散しにくくなり、いずれも好ましくはなレ、。なお、ここで、平均粒径はレーザ一回折 ·散乱法により測定した粒度の、積算分布における 50%に相当する粒子径（ D )と定義される。

50

本発明において、 B C粉末は、粉末の形態にて、電磁波吸収体として用いても良

4

レ、が、適用時の便宜を考慮して、樹脂、ゴム或いは塗料等のマトリックス中に分散 4复合化した複合材料として用いても良レ、。マトリックスとして使用可能な材料は、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビスフエノール型エポキシ樹脂、フエノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジノレアミン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、ポリべンズイミダゾール、ポリべンズォキサゾール、ポリべンズチアゾール、ポリオキサジァゾール、ポリピラゾール、ポリキノキサリン、ポリキナゾリンジォン、ポリべンズォキサジノン、ポリインドロン、ポリキナゾロン、ポリインドキシル、シリコン樹脂、シリコン一エポキシ樹脂、フエノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリアミノビスマレイミド、ジァリルフタレート樹脂、フッ素樹脂、 TPX樹脂（メチルペンテンポリマー、三井石油化学社商品名）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエ一テルイミド、 66—ナイロンおよび MXD—ナイロン、アモルファスナイロン等のポリアミド、ポリブチレンテレフタレート若しくはポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリフエ二レンスルフイド、変性ポリフエ二レンエーテル、ポリアリレート、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスノレホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、 ABS樹脂、 AAS (アクリロニトリル'ァクリルゴム.スチレン）樹脂、 AES (アクリロニトリル一エチレン 'プロピレン'ジェンゴム— スチレン）樹脂等の樹脂類、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ポリエステノレエラストマ一、ポリブタジエン、クロ口プレン、天然ゴム、ポリイソプレン等のエラストマ一類などである。また、これらに必要に応じ、硬化剤、硬化促進剤、触媒、加硫剤、滑剤 ·離型剤、安定剤、光安定剤、着色剤、難燃剤、カップリング剤等を添加したものも使用できる。さらに、ソーダガラス、 Eガラス、ホウケィ酸ガラス、石英ガラス等のガラス類や、蛙目粘土、木節粘土等の粘土類、セメント、アルミナセメント、モルタル、石膏等の無機材料も使用可能である。なかでも、取扱いが簡便なアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂が好適に用いられる。 [0017] これらのマトリックス材料に対して本発明の B C粉末を添加'混合し、用途に応じフ

4

イルム状、シート状、或いは膜状、板状等の成形品や、液状のままで塗料、充填材等の多用な形態の複合材料として使用される。混合は少量の場合、手混合も可能である力プラネタリーミキサー、ハイブリッドミキサー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサ一、ニーダー、ボールミル、ミキシングロール等の一般的な混合機が用いられる。また、成形は形状に応じてドクターブレード等の成膜機、押出成形、射出成形、プレス成形等の各種成形機や、鎳込み成形法等が用いられる。

[0018] 本発明のマトリックス複合材料の電磁波吸収体における B C粉末の含有量は、 5—

4

70体積％が好ましい。含有量が 5体積％よりも少ないと、充分な電磁波吸収性能が得られない。また、含有量が 70体積％を超えると、複合材料としての成形'保形が困難になる。このため何れも本発明には適さない。なかでも、 B C粉末の含有量は 10

4

一 65体積％が好ましぐ特には 20— 60体積％が好適である。

[0019] 本発明の電磁波吸収体は、上記のように、優れた特性を有する。例えば、複素誘電率（ ε ' +j ε ' ' )はマイクロインピーダンスアナライザーを用いて測定される力 S、誘電的性質によって電磁波を吸収する材料の性能の指標となる特性値であり、実数部 ( ε ' )、虚数部（ ε ' ' )共に大きな数値を示す程、電磁波吸収性能が高いとされる。本発明の電磁波吸収体の複素誘電率は、周波数 0. 1— 6GHzの帯域において、実数部は、好ましくは 10以上、特に好ましくは 15以上を有し、また虚数部は、好ましくは 1以上、特に好ましくは 2以上を有する。

また、本発明の電磁波吸収体は、特に高い周波数の電磁波の吸収に優れており、周波数が 0. 1 GHz以上、特には 1一 1 10GHzの電磁波に対して効果できである。実施例

[0020] 以下、実施例及び比較例をあげて、さらに本発明を説明する。

[0021] 実施例 1

ホウ酸粉末と石油コータス粉末を混合した後、抵抗加熱炉を用い 2200°Cで 5時間加熱して B C塊を合成した。これを鉄製ボールのボールミルで粉砕し、篩網を用いて

4

粒径 45 μ ΐη以下に篩分け、更に硝酸水溶液で洗浄して鉄分を除去後、濾過'乾燥して B C粉末を作製した。この B C粉末の電気伝導度は、 8 X 10— ⁶ (S/cm)であつた。

[0022] この B C粉末を、樹脂分に対して 30体積％になるように、アクリルェマルジヨン（高

4

圧ガス工業製 FX_851、樹脂分 55%) 100重量部、分散剤 (サンノプコ製 SNデイスノーサント 2060) 2重量部及び消泡剤（サンノプコ製 SNデフォーマー 314) 0. 2重量部からなる液状マトリックスに添カ卩した後、ハイブリッドミキサー（キーエンス製 HM— 500)を用いて混合し、スラリーを作製した。

次いでこのスラリーを lmm厚さのシート形状に成形した後、 70°Cで 3時間加熱して固化させて、 B C粉末とアクリル樹脂の複合体を得た。

4

[0023] 複合体の複素誘電率を、 0. 1— 6GHz帯域における複素誘電率は、 ε ' = 16— 1

9、 ε ' ' = 2— 3であった。

[0024] 実施例 2

実施例 1と同様にして B C塊を合成し、粉砕し、粒径 45 / m以下に篩分けを行い、

4

洗浄、濾過及び乾燥は行わなかった B C粉末 1. 0gを用い、電気伝導度を実施例 1

4

と同じ方法で測定したところ 2 X 10— ⁴ (S/cm)であった。これをゴム（エラストマ一）分に対して 50体積⁰ /₀になるように、トルエンに溶解させたシリコーンゴムに微量の難燃剤、シラン力ップリング剤及び加硫剤を添加して調製したマトリックスに分散させてスラリーを得た。

[0025] このスラリーをドクターブレード成膜機を用いて厚さ lmmのシート状に成形した後、 80°Cで 1時間加熱してトルエンを揮発させ、温度 170°C、圧力 9. 8MPaで 10分間プレス加硫を行い、さらに大気圧下 200°Cで 5時間二次加硫を行い B C粉末とシリコー

4

ンゴムの複合体を得た。複合体の複素誘電率を、実施例 1と同様に測定したところ、 0. 1一 6GHz帯域における複素誘電率は、 ε ，= 28— 32、 ε ' ' = 3— 5であった。

[0026] 実施例 3

実施例 1と同様にして B C塊合成、粉砕し、粒径 710— 1680 x mに篩分けを行い

4

、さらに乾式脱鉄を行った B C粉末 1. 5gを用レ、、電気伝導度を実施例 1と同じ方法

4

で測定したところ 9 X 10— ⁴ (S/cm)であった。これを石膏に対して 30体積％になるように石膏粉末及び水と混合して型に流し込んだ後、静置 ·硬化させて厚さ 2mmの板状成形体を得た。成形体の複素誘電率を、実施例 1と同様に測定したところ、 0. 1一 6GHz帯域における複素誘電率は、 ε ' = 31— 42、 ε ' ' =4— 6であった。

[0027] 実施例 4、 5、及び比較例 1、 2

実施例 1のアクリルェマルジヨン、分散剤及び消泡剤を含む液状マトリックスに対して、実施例 1の B C粉末を、樹脂分に対する B C粉末の割合 (体積％)が表 1に示す

4 4

値になるようにハイブリッドミキサーを用いて混合し、スラリーを作製した。次いで実施例 1と同様に成形、加熱して厚さ lmmの B C粉末とアクリル樹脂の複合体を作製し、

4

さらに実施例 1と同様に複素誘電率の測定を行った。これらの結果を表 1にまとめて示した。

[0028] 比較例 3、 4

市販の B C粉末 (Wacker製グレード名 3000F及び Starck製グレード名 HS)をそ

4

れぞれ 1. Ogずつ用い、電気伝導度を実施例 1と同じ方法で測定したところそれぞれ 2 X 10— ⁶ (S/cm)及び 4 X 10— ⁶ (S/cm)であった。これらの B C粉末が樹脂分に対

4

して 30体積％になるように、実施例 1のアクリルェマルジヨン、分散剤及び消泡剤を含む液状マトリックスとハイブリッドミキサーを用いて混合し、スラリーを作製した。次いで実施例 1と同様に成形、加熱して厚さ lmmの B C粉末とアクリル樹脂の複合体を

4

作製し、さらに実施例 1と同様に複素誘電率の測定を行った。これらの結果を表 1にまとめて示した。

[0029] 比較例 5

B C粉末の代わりにカーボン粉末（日本カーボン製グレード名二力ビーズ)を用レ、、

4

樹脂分に対するカーボン粉末の割合が 8体積％になるようにした以外は実施例 1と同様にしてカーボン粉末とアクリル樹脂の複合体を作製して複素誘電率の測定を行い、結果を表 1に示した。

[0030] 比較例 6

B C粉末の代わりに SiC粉末（昭和電工製グレード名デンシック C_# 16)を用いた

4

以外は、実施例 3と同様にして SiC粉末を石膏と混合 '硬化させ、厚さ 2mmの板状成形体を作製して複素誘電率の測定を行い、結果を表 1に示した。

[0031] [表 1] 圍複合体

材質電気伝導度マトリックス粉末充填量 0. l〜6GHzにおける複素锈電率 (S/cm) 材質〈体稍％) 実数部 ') 虚数部（）実施例 1 B₄C 8X 10一⁶ アクリル樹脂 30 16〜19 2〜3 実施例 2 B₄C 2 10一⁴ シリコ一ンゴム 50 28— 32 3〜5 実施例 3 B₄C 9X 10— ⁴ 石 30 31-42 4〜6 実施例 4 B₄C 8X 10—⁶ アクリル樹脂 65 35—40 5〜7 実施例 5 B₄C 8X 10一⁶ アクリル樹脂 8 10— 12 1〜2 比較例 1 B₄C 8X 10一⁶ アクリル榭脂 72 成开体が壊れやすぐ測定不可。比較例 2 B₄C 8X 10一⁶ アクリル榭脂 4 6〜7 0. 4〜0. 5 比較例 3 B₄C 4X 10一⁶ アクリル榭脂 30 7〜8 0. 6〜0. 7 比較例 4 B₄C 2X 10 -⁶ アクリル榭脂 30 7〜9 0. 6〜0. 7 比較例 5 カーボン ― アクリル榭脂 30 6〜7 0. 4—0. 5 比較例 6 SiC - 石青 30 5〜9 0. 7〜0. 8 産業上の利用可能性

本発明の電磁波吸収体は、軽量であり、充填性が良好であり、異方性が小さぐかつ比較的高い周波数を有する電磁波を網羅的かつ効率的に吸収できなど電磁波吸収特性が優れている。このため、装着する機器や設備の機動性を損なうことなく電磁波を吸収することができるので、とりわけ移動を伴うノート型パーソナルコンピュータ、民生用電子機器、通信機器、家屋の壁材、カーテン等に用いる電磁波吸収体として産業上有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (S/cm)以上の炭化ホウ素粉末を含んでなる電磁波吸収体。

[2] 電気伝導度が 5 X 10— ⁶ (S/cm)以上の炭化ホウ素粉末がマトリックス材料中に 5—

70体積％含む複合材料からなる電磁波吸収体。

[3] 炭化ホウ素粉末が平均粒子径 0. 1— 250 μ ηを有する請求項 1又は 2に記載の電磁波吸収体。

[4] マトリックス材料が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はセラミックスである請求項 2 又は 3のレ、ずれかに記載の電磁波吸収体。

[5] 形状が、フィルム又はシートである請求項 1一 4のいずれかに記載の電磁波吸収体

[6] 0. 1一 6GHzにおける複素誘電率の実数部が 10以上でありかつ虚数部が 1以上である請求項 1一 5のいずれかに記載の電磁波吸収体。

[7] 周波数が 0. 1— 110GHzの電磁波を吸収する請求項 1一 6のいずれかに記載の電磁波吸収体。

[8] 移動用電子機器用である請求項 1一 7のいずれかに記載の電磁波吸収体。