WO2009128467A1

WO2009128467A1 - 電磁波吸収体

Info

Publication number: WO2009128467A1
Application number: PCT/JP2009/057559
Authority: WO
Inventors: 邦夫羽根; 洋司馬場
Original assignee: 株式会社ジュース; 越後札紙株式会社
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2009-10-22
Also published as: JP2011151047A

Abstract

【課題】簡単な構造で特定周波数の電磁波を確実に遮蔽することができる電磁波吸収体を提供する。【解決手段】金属箔１２の面上に仮想した一つの対称軸１３あるいは直交対称軸に対して線対称に、一つの頂点同士を相対向させた２個又は４個一組の三角形状の打ち抜き部１４を形成することにより、打ち抜いた部分の周りにスロット型ボウタイのアンテナ素子１５を形成する。アンテナ素子１５の給電点同士は短絡状態であってもよく、開放状態であってもよい。

Description

電磁波吸収体

　本発明は、電磁波吸収体に関し、詳しくは、各種電磁波から人体を保護したり、外部から室内への電磁波の入射や室内から外部への電磁波の放射を抑制するための電磁波吸収体に関する。

　電磁波を遮蔽又は遮断するため、導電性の材料で被遮蔽物を覆うことが行われている。導電性の材料が銅やアルミ等の反磁性物質である場合、電界に対する鏡像効果も加わり、磁界、電界共に反発される。このように導電性の材料を使う遮蔽では、電磁波は、遮蔽物を迂回して裏側にまわりこんでしまうため、特に被遮蔽物が人体のように誘電率の大きな場合には電磁波が遮蔽物裏面に誘導され、遮蔽効果は低下する。したがって、導電性の材料で効果的な遮蔽を行うには、隙間のない構造が必要であり、実現は難しい。一方、導電性の材料が強磁性体の場合は、広い周波数範囲で電磁波吸収してしまうため、無線ＬＡＮ等の通信に必要な周波数の電磁波も吸収されて通信障害を起こすことがある。

　また、電磁波を遮蔽するため、Frequency Selective Surface（周波数選択面：ＦＳＳ）を用いることも行われている。この方式は、到来電磁波の波長に応じた特有の形状の導電体（アンテナ素子）を多数配列したもので、特定周波数の電磁波のみを反射又は透過させる機能を有しており、アンテナ素子の形状や配列周期を選択することにより、不要な電磁波がＦＳＳの裏面に達することを防止できる。しかし、銅やアルミ等の導電性の材料を用いたり、ＦＳＳ方式を用いたりして電磁波を遮蔽する方式では、導電材料やＦＳＳのアンテナ素子が欠損すると、その部分から電磁波が漏洩するという問題がある。

　また、給電点をアンテナの特性インピーダンスと同値の純抵抗で短絡し、アンテナの共振周波数に等しい到来電波を受信して到来電波のエネルギーを熱に変換することによって電磁波を遮蔽することも行われている。例えば、携帯電話や電子レンジ、パソコン等の電子機器から放出される電磁波から人体や人体に埋め込まれた心臓ペースメーカー等の機器を防護するため、電磁波により共振して高周波電流を発生する受信アンテナと、該受信アンテナで発生した高周波電流を熱エネルギーに変換する負荷抵抗とを装着した電磁波防護衣服が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５－４２２２３号公報

　特許文献１に記載された電磁波防護衣服のような方式は、電磁波の遮蔽には効果的であるが、アンテナの給電点に電磁波のエネルギーを消費する抵抗が必要であり、製造工程が複雑になり、コスト上昇を招くという問題があった。

　そこで本発明は、簡単な構造で特定周波数の電磁波を確実に遮蔽することができる電磁波吸収体を提供することを目的としている。

　上記目的を達成するため、本発明の電磁波吸収体は、第１の構成として、金属箔の面上に仮想した一つの対称軸に対して線対称に、一つの頂点同士を相対向させた２個一組の三角形状の打ち抜き部を形成することにより、打ち抜いた部分の周りにスロット型ボウタイのアンテナ素子を形成したことを特徴としている。

　この第１の構成の電磁波吸収体において、前記２個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が離間してアンテナ素子の給電点が短絡状態となっていてもよく、前記２個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が接続してアンテナ素子の給電点が開放状態となっていてもよい。さらに、前記２個一組の三角形状の打ち抜き部が１枚の金属箔に複数組み形成することができ、前記２個一組の三角形状の打ち抜き部を形成した複数枚の金属箔を絶縁物を介して前記対称軸を交叉させた状態で重ね合わせることもできる。

　また、本発明の電磁波吸収体の第２の構成は、金属箔の面上に仮想した直交対称軸のそれぞれに対して線対称に、一つの頂点を直交対称軸の交点に向けた４個一組の三角形状の打ち抜き部を形成することにより、打ち抜いた部分の周りにスロット型ボウタイのアンテナ素子を直交させた状態で形成したことを特徴としている。さらに、第２の構成の電磁波吸収体においても、前記４個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が離間してアンテナ素子の給電点が短絡状態となっていてもよく、前記４個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が接続してアンテナ素子の給電点が開放状態となっていてもよい。また、前記４個一組の三角形状の打ち抜き部を１枚の金属箔に複数組み形成することもでき、前記４個一組の三角形状の打ち抜き部を形成した複数枚の金属箔を絶縁物を介して重ね合わせることもできる。

　第１，第２の構成の電磁波吸収体における金属箔には、銅箔、アルミ箔等の反磁性物質の導電性材料を使用することが好ましい。金属箔の厚さは、電磁波吸収体の用途や全体の大きさによって異なるが、０．１～５０μｍの範囲が適当であり、薄すぎると取り扱い性が低下し、厚すぎると重量増を招くため好ましくない。

　さらに、電磁波吸収シートは、前記電磁波吸収体の一面に薄肉で柔軟性を有する表面材を、他面に薄肉で柔軟性を有する裏面材を配置して一体化したことを特徴とし、前記裏面材は、剥離紙を有する粘着層を備えていると好適である。

　本発明の電磁波吸収体によれば、金属箔を所定形状に打ち抜くだけで２個一組又は４個一組のスロット型ボウタイのアンテナ素子を形成することができるので、製造工程が簡略化して大量生産が可能となり、製造コストの低減も図れる。各アンテナ素子の形状と大きさとを適切に設定することにより、各アンテナ素子が特定周波数に共振し、電磁波を吸収して遮蔽することができる。

本発明の電磁波吸収体の第１形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第２形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第３形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第４形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第５形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第６形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の第７形態例を示す説明図である。本発明の電磁波吸収体の一形状例を示す正面図である。図８に示した電磁波吸収体の減衰特性を示す図である。送信電力と危険距離との関係を示す図である。本発明の電磁波吸収体を用いた電磁波吸収シートの一形態例を示す分解斜視図である。

　図１は本発明の電磁波吸収体の第１形態例を示す説明図である。この電磁波吸収体１１は、電磁波吸収構造の基本形状として、金属箔１２の面上に仮想した一つの対称軸１３に対して線対称に、頂点１４ａ同士を相対向させた２個一組の三角形状の一態様である水滴型（ティアドロップ型）の打ち抜き部１４，１４を形成することにより、打ち抜いた部分の周りにスロット型ボウタイのアンテナ素子１５を、その給電点が短絡状態になるように形成したものである。このような構造の電磁波吸収体１１は、通常は、アンテナには電磁波と共振するために特性インピーダンスにあわせた抵抗が必要であるが、アンテナ素子１５の形状と大きさとを、遮蔽すべき電磁波の周波数に合わせて適切に設定することにより、給電点に抵抗を設けなくても特定周波数に共振して電磁波を吸収することができる。

　図２は本発明の電磁波吸収体の第２形態例を示す説明図である。なお、以下の各形態例の説明において、前記第１形態例に示した電磁波吸収体の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

　本形態例に示す電磁波吸収体２１は、前記第１形態例と同様に、金属箔１２の対称軸１３に対して２個一組の水滴型の打ち抜き部１４，１４を線対称に形成し、頂点１４ａ同士を接続させて打ち抜くことにより、アンテナ素子１５の給電点を開放状態としている。このような構造の電磁波吸収体２１は、ボウタイの長手方向の偏波に対して吸収特性を有している。

　図３は本発明の電磁波吸収体の第３形態例を示す説明図である。本形態例に示す電磁波吸収体３１は、前記第２形態例に示した頂点１４ａ同士を接続させた２個一組の打ち抜き部１４，１４を対称軸１３に沿って並列に形成することにより、給電点を開放状態としたアンテナ素子１５，１５を並列に複数組み配置したものである。このように開放型のアンテナを２個並列に並べることにより、有効周波数帯域は狭くなるが、周波数特性のＱ値が大きくなり、電磁波吸収能力を高くすることができる。

　図４は本発明の電磁波吸収体の第４形態例を示す説明図である。本形態例に示す電磁波吸収体４１は、前記第３形態例に示した電磁波吸収体３１を、シート状の絶縁物を介して２枚を重ね合わせたものであって、２枚の電磁波吸収体３１の各対称軸１３を直交させることにより、電磁波の偏波面にかかわらず電磁波を吸収することができる。

　図５は本発明の電磁波吸収体の第５形態例を示す説明図である。本形態例に示す電磁波吸収体５１は、金属箔１２の面上に仮想した直交対称軸１３Ｘ，１３Ｙのそれぞれに対して線対称になるように、すなわち、平面上のＸＹ直交座標における第１～第４の各象限内に一つずつの水滴型の打ち抜き部１４を、各打ち抜き部１４の頂点１４ａを直交対称軸１３Ｘ，１３Ｙの交点に向けてそれぞれ形成することにより、四つ葉のクローバー状の４個一組の打ち抜き部１４，１４の周りにスロット型ボウタイのアンテナ素子１５，１５を直角方向に二組形成したものである。このように１枚の金属箔１２に二組のボウタイ型アンテナを直角に交叉するように形成することによっても、前記第４形態例と同様に、電磁波の偏波面にかかわらず電磁波を吸収することができる。

　図６は本発明の電磁波吸収体の第６形態例を示す説明図である。本形態例に示す電磁波吸収体６１は、前記第５形態例に示した電磁波吸収体５１では各打ち抜き部１４の頂点１４ａ同士を離間させて給電点を短絡状態としているのに対し、頂点１４ａ同士を接続させることによって各給電点を開放状態としている。

　図７は本発明の電磁波吸収体の第７形態例を示す説明図である。本形態例に示す電磁波吸収体７１は、前記第６形態例に示した頂点１４ａ同士を接続させた４個一組の打ち抜き部１４，１４により形成したアンテナ素子１５，１５からなるアンテナ１６を１枚の金属箔１２に多数配列したものである。このように多数のボウタイ型アンテナを配列することにより、電磁波の吸収帯域は狭くなるが、電磁波の吸収性を強くすることができる。

　このような各形態例に示すようなボウタイ型のアンテナは、通常は電磁波の送受信を行うための電子部品として、その給電点インピーダンスに合わせて整合を取った電子機器を接続して使用されている。しかし、このようなアンテナを電磁波の吸収部品として使用する場合には、この概念は不要となり、さらに、このような広い周波数特性を持つアンテナ構造では、給電点インピーダンスの整合条件がゆるくなり、給電点に抵抗を付加することなく、短絡状態でも、開放状態でも、それぞれの周波数帯で、電磁波吸収体としての機能を持たせることができる。

　また、従来の前記導電性の材料は到来した電磁波を反射することにより、前記ＦＳＳ方式は到来した電磁波の位相を逆転させて反射させることにより、それぞれ遮蔽効果を得ているため、電磁波を十分に遮蔽するためには広い面積を必要とするのに対し、本発明の電磁波吸収体では、電磁波を反射するのではなく、アンテナによって電磁波を吸収するため、アンテナと同じ大きさ程度の狭い面積でも電磁波を部分的に十分に遮蔽することができる。特に、反射方式ではなく吸収方式であるから、アンテナ配置に欠損が生じても、その部分から電磁波が漏洩する量が少ないという効果もある。

　各打ち抜き部１４の大きさ、すなわちボウタイ型形状の大きさは、対象とする電磁波の周波数によって設定されるもので、金属箔１２の厚さは、表皮効果の顕著な１．５ＧＨｚ以上では１μｍ以下にすることができる。さらに、前記第５形態例で示したように、２組のボウタイを角度９０度で配置することで、垂直偏波と水平偏波、あるいはその中間の偏波角度でも電磁波吸収を効果的に行うことができる。

　このような電磁波吸収体を、電磁波からの遮蔽を要する部屋の壁や物体、あるいは人体の場合はバッグや衣服等に貼り付けることにより、電磁波からの影響を減じることができる。また、ボウタイの形状と大きさ及び周囲の金属の大きさを選ぶことにより、電磁波の吸収周波数を選択し、有用な周波数の電磁波は通過させることができ、無線ＬＡＮ等における通信障害の発生を防止できる。例えば、２．５ＧＨｚを中心とした電磁波吸収特性を有する電磁波吸収体を、壁、天井、床に並べて貼り付けることにより、携帯電話の通信は可能なままで、無線ＬＡＮの２．５ＧＨｚ帯域だけを選択的に吸収してコンピュータ情報の盗聴を防ぐことができ、あるいは、近隣からの電磁波による無線ＬＡＮの妨害や混信を防ぐことができる。逆に、劇場やホール、病院の待合室や診察室、学校等、携帯電話の使用が禁止されている建物の場合には、携帯電話の制御周波数帯域を遮断して携帯電話の使用を不可能にすることもできる。

　さらに、図７の第７形態例に示す電磁波吸収体７１は、開放型の直交ボウタイアンテナを平面に敷き詰めたアンテナ素子であり、いわゆるアレイアンテナである。このような形状の電磁波吸収体を防火用建材の２枚のプラスターボードの間に挟み込み、接着あるいはステープラーで固定して１枚のボードとして取り扱えるようにすることにより、従来と同じ工法で電磁波吸収特性を有する壁を施工することができる。また、このような電磁波吸収体を壁紙を貼る下地として用いることもでき、改装工事に使用する場合は、ボードの裏面に電磁波吸収体を貼り、これを既設のボードの上に被せてから化粧の壁紙を貼るようにすることもできる。同様に、衣服の場合も、表地と裏地との間に電磁波吸収体をあらかじめ挟み込んでおいたり、衣服の表面や裏面に電磁波吸収体をあらかじめ接着したり、縫合したりしておくことができる。

　また、第１乃至第６形態例に示す電磁波吸収体を多数配列する場合や、第７形態例に示すように１枚の金属箔に多数のアンテナを配列する場合は、隣り合うアンテナ同士の距離を短くすることで、いわゆるアレイアンテナの特性を強く出せる。このことから、隣接するアンテナ同士の間隔を狭くすることにより、吸収する周波数帯域幅は狭くなるが、電磁波の吸収量を増やすことができる。したがって、電磁波吸収体の間隔を調整することで、電磁波吸収体を並べた壁面を透過する電磁波の透過特性を制御することができ、例えば、前記同様に、無線ＬＡＮの２．５ＧＨｚ帯域だけを吸収して室内からの信号電波の漏洩を防ぎ、携帯電話等の電波を透過させることができる。さらに、アンテナの大きさや形状を選択して吸収周波数特性が異なる電磁波吸収体を複数使用することで、複数の周波数帯域や、より広い周波数帯域での電磁波吸収特性を持たせることができる。

　また、基材が金属箔であるから、電磁波吸収体を薄く、また、軽く形成することができるので、身体に付けて身体への電磁波の影響を低減することができる。例えば、図８に示すように、第５形態例で示した２組のボウタイを角度９０度で配置した形状の電磁波吸収体５１において、厚さ１８μｍで、一辺の長さＳが１１０ｍｍの正方形の金属箔１２に、アンテナ幅Ｗを３０ｍｍ、ボウタイ長さＬを１１３ｍｍのアンテナ素子１５を形成したものでは、図９に示すように、８００ＭＨｚ～１．１ＧＨｚの範囲で１／１００以下、即ち、２０ｄＢ以上の減衰能力を得ることができ、特に、１ＧＨｚ前後では３０ｄＢの減衰能力を有していることがわかる。

　このような優れた減衰能力を得られることから、例えば、図１０に示すように、携帯電話の送信電力と危険距離との関係において、電磁波遮蔽物や電磁波吸収体が介在しない場合には、図１０の線Ａに示すように、送信電力が２００ｍＷの場合、安全のためには携帯電話から１０ｃｍ程度の距離を必要とするが、図８に示した形状の電磁波吸収体５１を介在させることにより、図１０の線Ｂに示すように、危険距離を１ｃｍ程度にすることができる。したがって、バッグの中に携帯電話を入れて携帯する場合、バッグの中の携帯電話の周囲、あるいは、バッグが近接する腹部や腰部等の衣服部分に前記電磁波吸収体５１を配置することにより、携帯電話が発する電磁波から人体を保護することができる。

　図１１は、本発明の電磁波吸収シートの一形態例を示している。この電磁波吸収シート８０は、薄肉で柔軟性を有する樹脂製のフィルムや布等からなる基材８１の一面に銅箔やアルミ箔からなるアンテナ８２を設けた電磁波吸収体８３の両面に、一面には薄肉で柔軟性を有する樹脂製のフィルムや布等からなる表面材８４を、他面には、同じく薄肉で柔軟性を有する樹脂製のフィルムや布等の反電磁波吸収体側に剥離紙を備えた粘着層を設けた裏面材８５をそれぞれ配置し、これらを接着等によって一体化することによって形成されている。

　このような電磁波吸収シート８０は、前記剥離紙を剥離した粘着層によってバッグや衣服の所定位置に電磁波吸収体８３を配置することができ、携帯電話等からの電磁波を電磁波吸収体８３に吸収させることができる。さらに、表面材８４に装飾性を付与することにより、ワッペンのように衣服やバッグの表面に貼り付けて使用することもできる。また、剥離紙を剥離せずに、そのままの状態でバッグや衣服のポケット等に入れたり、衣服の間等に挟んだりした状態で使用することもでき、裏面材に剥離紙及び粘着層を設けずに、表裏ともに装飾性を付与するようにしてもよい。

　なお、打ち抜き部の形状は、各形態例に示したように、給電点を一つの頂点とし、他の二つの頂点とその間の一辺とを円弧状とした水滴型（ティアドロップ型）の三角形状に限らず、ボウタイ型のアンテナを構成できれば任意の三角形状で形成することができる。また、金属箔の外側の形状も、正方形や長方形、これらの各角部をカットしたもの、各辺を含めて各角部を円弧状としたものなど、任意に選択することができる。

　１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…電磁波吸収体、１２…金属箔、１３…対称軸、１３Ｘ，１３Ｙ…直交対称軸、１４…打ち抜き部、１４ａ…頂点、１５…アンテナ素子、１６…アンテナ、８０…電磁波吸収シート、８１…基材、８２…アンテナ、８３…電磁波吸収体、８４…表面材、８５…裏面材

Claims

金属箔の面上に仮想した一つの対称軸に対して線対称に、一つの頂点同士を相対向させた２個一組の三角形状の打ち抜き部を形成したことを特徴とする電磁波吸収体。
　前記２個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が離間していることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収体。
　前記２個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が接続していることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収体。
　前記２個一組の三角形状の打ち抜き部が１枚の金属箔に複数組み形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の電磁波吸収体。
　前記２個一組の三角形状の打ち抜き部を形成した複数枚の金属箔を、絶縁物を介して前記対称軸を交叉させた状態で重ね合わせたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電磁波吸収体。
金属箔の面上に仮想した直交対称軸のそれぞれに対して線対称に、一つの頂点を直交対称軸の交点に向けた４個一組の三角形状の打ち抜き部を形成したことを特徴とする電磁波吸収体。
　前記４個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が離間していることを特徴とする請求項５記載の電磁波吸収体。
　前記４個一組の三角形状の打ち抜き部の頂点同士が接続していることを特徴とする請求項５記載の電磁波吸収体。
　前記４個一組の三角形状の打ち抜き部が１枚の金属箔に複数組み形成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の電磁波吸収体。
　請求項１乃至９のいずれか１項記載の電磁波吸収体の一面に薄肉で柔軟性を有する表面材を、他面に薄肉で柔軟性を有する裏面材を配置して一体化したことを特徴とする電磁波吸収シート。
　前記裏面材は、剥離紙を有する粘着層を備えていることを特徴とする請求項１０記載の電磁波吸収シート。