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【発明の名称】 電磁波遮蔽吸収材
【発明者】 【氏名】熊本 忠司

【氏名】平沢 剛
【要約】 【課題】高周波帯域における電磁波遮蔽吸収効果が高く、また低周波帯域についても、同効果の高い電磁波遮蔽吸収材を提供せんとするものである。

【解決手段】粉末状炭素をシート状にした炭素材シート１ａと、該炭素材シート１ａの一面に貼着された金属含有集電体２ａとを有している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物をシート状にした炭素材シートと、該炭素材シートの少なくとも一面に貼着された金属含有集電体とを有することを特徴とする電磁波遮蔽吸収材。
【請求項２】 請求項１記載の電磁波遮蔽吸収材において、前記金属含有集電体として、金属板、金属箔、基材に金属をメッキしたものや金属を蒸着させたもの、或いは布を除く金属粒子を含浸させた繊維質で構成されるもの又は複数の間隙をおいて張設される金属製部材を用いることを特徴とする請求項１記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項３】 請求項２記載の電磁波遮蔽吸収材において、複数の間隙をおいて張設される金属製部材で構成された前記金属含有集電体として、金属メッシュ、エキスパンドメタル又はメタルラスを用いることを特徴とする請求項２記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項４】 請求項３記載の電磁波遮蔽吸収材において、遮蔽吸収しようとする周波数帯域に応じて、前記間隙のピッチの異なるものを用いることを特徴とする請求項３記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項５】 多数の空隙で構成されるポーラスな金属含有集電体と、少なくともその空隙に充填された粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物とを有することを特徴とする電磁波遮蔽吸収材。
【請求項６】 請求項５記載の電磁波遮蔽吸収材において、ポーラスな前記金属含有集電体として、ハニカム構造のものを用いることを特徴とする請求項５記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項７】 請求項６記載の電磁波遮蔽吸収材において、ハニカム構造の前記金属含有集電体における、その内壁面に導通部を設けて、各空隙に充填されている粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物が隣接する間でブリッジ結合できるようにしたことを特徴とする請求項６記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項８】 請求項５記載の電磁波遮蔽吸収材において、金属を含有する導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって得られる格子状のものを、前記金属含有集電体として用いることを特徴とする請求項５記載の電磁波遮蔽吸収材。
【請求項９】 請求項５乃至８記載の電磁波遮蔽吸収材において、遮蔽吸収しようとする周波数帯域に応じて、前記空隙のピッチの異なるものを用いることを特徴とする請求項５乃至８記載の電磁波遮蔽吸収材。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波に対しての顕著なシールド効果のある電磁波遮蔽吸収材に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁波の人体への影響が報告され、該電磁波をシールドするための技術開発も近年盛んになっているが、上記報告が携帯電話等の発する高周波帯域における電界によるものを主としており、従ってそのシールド技術も、その帯域のものを中心とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、携帯電話等の高周波帯域の電磁波を放出する機器を使用した場合の人体への影響が数多く報告されているため、シールド技術もその帯域におけるものが中心であり、その場合、電磁波のうちの電界による影響のみを問題にしている。これに対し、商用電源用の高圧線付近等で発生する低周波帯域の電磁波では、電界のみならず磁界による人体への影響も大きいと言われており、従って高周波帯域におけるシールド技術をそのまま用いることはできない。本発明は従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、高周波帯域における電磁波遮蔽吸収効果が高く、また低周波帯域についても、同効果の高い電磁波遮蔽吸収材を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そのため本発明に係る電磁波遮蔽吸収材は、粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物をシート状にした炭素材シートと、該炭素材シートの少なくとも一面に貼着された金属含有集電体とを有することを基本的特徴としている。上記炭素材シートは、例えば炭等を粉砕して粉末状にしたものや更にこれらの粉末を微粒子状にしたもの（粉末同士を高速に衝突させる等して得ることができる）等に、特殊接着剤（導電性ボンド等）を混合させて圧縮加工し、シート状にしたものを用いることができる。もちろん炭等以外にも炭素を含有しているものであれば、高周波帯域及び低周波帯域における高い電磁波シールド効果を得ることができる。上記金属含有集電体は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄等の導電性の金属乃至これらの合金を用い、例えば金属板、金属箔、基材に金属メッキしたものや金属蒸着させたもの、或いは該金属粒子を含浸させた繊維質のもの（例えば紙）等を用いることもできる。但し布は、後述するように、湿度の吸収・乾燥の履歴を重ねるうちに体積の変化を起こし、この時の布の体積変化（動き）に伴って、含浸させた上記金属粒子相互の界面に亀裂分離を生じ、部分的に絶縁状態を生ずること、上記の布の体積変化に伴って炭素材シートとの密着面に剥離を生ずること、また湿度の吸収・乾燥の上記履歴により繊維質が細り、その隙間から、上記のようにして剥離した炭素材シートの炭素乃至炭素含有物が次第に離脱して、電磁波シールド効果が漸次失われる経時変化を起こすこと、及び特に人工繊維布を用いた場合は、その本体から発生すると見られる電子的エネルギによって電磁波遮蔽吸収能力の極端な低下が見られること等を理由に、金属含有集電体には含まれないものとする。他方金属含有集電体として、複数の間隙をおいて張設された金属製部材を用いることもできる。そのようなものとしては、一方向に各平行に金属製部材が配設される平行パターンのような構成（このような構成は遮蔽吸収しようとする電磁波が低周波帯域の場合に特に有効である）や、間隙を開けながら金属製部材が渦巻き状に配設されたもの、或いは各平行に並べられた２方向から互いに交わるように配設された金属メッシュ、エキスパンドメタル又はメタルラスなどがある（アルミ等の場合、圧着によるメッシュ、グリッド、平行パターン等でも良い）。更にこれらの間隙のピッチを調整することで、後述するように、遮蔽吸収する周波数帯域を変化させることができる。
【０００５】また上記構成とは別に、次のような構成も本発明の電磁波遮蔽吸収材として用いることもできる。即ち、本発明に係る他の電磁波遮蔽吸収材として、多数の空隙で構成されるポーラスな金属含有集電体と、少なくともその空隙に充填された粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物とを有することを特徴としている。この構成における金属含有集電体としては、内部に多数の空隙を有するポーラスなものが良く、発泡金属、レジストの露光及び感光により得られる導電性金属パターン（平行パターンや渦巻きパターン等形状は自由）で構成されるもの、金属を含有する導電性インクを用いたスクリーン印刷や超厚盛り印刷（株式会社ヒルタコーポレーションにより特許出願中のもの等がある）によって得られる平行パターン乃至格子状のもの（特にハニカム構造のもの）等を用いることができる。また上記粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物は、その空隙に充填されるだけでなく、更に上記金属含有集電体の外面を覆う場合（該金属含有集電体が外部に露出しない状態の場合）でも、後述するように、所定の電磁波遮蔽吸収効果が得られる。本構成では、金属含有集電体と上記状態の炭素乃至炭素含有物との間に欠落のない密着状態が確保されることで、電磁波遮蔽吸収効果はより高いものとなる（請求項１乃至４の構成についても同じ）が、上記ハニカム構造の金属含有集電体を用いると、金属含有集電体と粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物との接触面積が増え、後述するように、電磁波シールド効果が更に向上することになる。このハニカム構造の場合、その内壁面に導通部を設けて、各空隙に充填されている粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物が隣接する間でブリッジ結合できるようにした構成のものが使用されると、粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物の電磁波を吸収遮蔽する容量が増大し、前記電磁波シールド効果の向上が顕著になる。また金属を含有する導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって得られる格子状のもの（もちろん上記ハニカム構造のものも含む）が用いられた場合、アスペクト比の高い金属含有集電体の壁面が形成されることになるため、上記と同様に、金属含有集電体と粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物との接触面積が増え、結果的に電磁波シールド効果が向上することになる。本構成の場合も、遮蔽吸収しようとする周波数帯域に応じて、前記空隙のピッチの異なるものを用いると、特定の周波数の電磁波遮蔽吸収効果を一段と高めることができるようになる。
【０００６】
【作用】以上詳述した本発明の構成では、後述する実験から明らかなように、金属含有集電体に間隙乃至空隙のない構成の場合でも、５０ＭＨｚ付近からそれ以上の帯域において電磁波のシールド効果が高く、他方それに間隙乃至空隙のある構成の場合は、後述するように、そのピッチによって、それよりも低い帯域においても電磁波シールド効果を維持することができる。また金属板単体で得られる電磁波シールド効果や炭素乃至炭素含有物単体で得られる同効果或いはこれらの粉末や微粒子状の構成単体で得られる同効果と比べても、格段にその効果は高くなる。この違いは、金属含有集電体自身が、電磁波の集電部としてのみ作用し、更に炭素乃至炭素含有物は負荷抵抗として作用するからであると推測される。即ち、粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物は、粉末状乃至微粒子状であるが故に比表面積が大きく且つ振動し易い状態になっており、これらが電磁波を吸収した場合、隣接する間で互いに振動しつつ熱エネルギに変換する機能を本来的に有しており、特に上記集電部がある場合は、その機能（負荷抵抗としての機能）が何十倍にも増幅されて作用するからと推測される（従って集電部には、そのようなエネルギ変換による電磁波遮蔽吸収効果があるわけではない）。そのため炭素乃至炭素含有物は、接地しなくても、高いシールド効果が得られるようになる（もちろん接地した方がその効果が高くなる）。またこのような効果は、集電部が外部に露出していなくても内部に充填されていさえすれば得られ、更に炭素材シートの少なくとも一面に金属含有集電体が貼着せしめられていれば、同様に得られることができる。本構成のもう一つの特徴は、遮蔽吸収できる電磁波のレンジが高周波帯域に限られないことである。即ち上述のように、上記金属含有集電体における間隙乃至空隙のピッチの調整によっては、１ＭＨｚのような低周波帯域においても、効率的に電磁波の遮蔽吸収が行われることになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の電磁波遮蔽吸収材の一実施形態構成を示す断面図である。図中１ａは炭素材シート、２ａは金属含有集電体を示している。前記炭素材シート１ａは、備長炭を粉砕機で粉砕し、接着剤を混ぜて圧縮加工機により圧縮加工してシート状にしたものからなる。前記金属含有集電体２ａは、０.３ｍｍ厚のアルミニウム箔で構成されており、炭素材シート１ａの片面に貼着されている。
【０００８】図２は、備長炭のみ（備長炭固体）、備長炭を粉砕して接着剤を混ぜて圧縮加工しシート状にしたもの（炭素シート）、０.３ｍｍ厚のアルミニウム箔のみ（ＡＬシート）、備長炭を粉砕せずその一面に０.３ｍｍ厚のアルミニウム箔を貼り付けたもの（ＡＬシート＋備長炭固体）、及び本実施形態構成に係る上記電磁波遮蔽吸収材（ＡＬシート＋炭素シート）における電磁波のシールド実験を行なった結果を示すグラフである。これらの実験結果から明らかなように、備長炭のみ及び備長炭を粉砕して接着剤を混ぜて圧縮加工しシート状にしたものは、殆どどの波長でも遮蔽吸収効果はないと言って良い。またアルミニウム箔のみの構成及び備長炭を粉砕せずその一面にアルミニウム箔を貼り付けた構成の場合、以上のものよりシールド効果は高くなっているが、どの帯域でも、５０ｄＢ以上のシールド効果は得られていない。これに対し、本構成の電磁波遮蔽吸収材では、１３０ＭＨｚ付近からそれ以上の帯域において、５０ｄｂ以上と高いシールド効果が得ていることが分かる。
【０００９】次に本構成の金属含有集電体の構成として、３ｃｍピッチの銅製メッシュ及び３０ｃｍの間隔をおいて銅線を平行に配設した銅線平行パターンを用い、１ＧＨｚ及び１ＭＨｚの各帯域における電磁波シールド効果を調べる実験を行なった。またその比較例として、０.３ｍｍ厚の銅箔を用いて同じ帯域における電磁波シールド効果を調べる実験も併せて行なった。
【００１０】その結果、１ＧＨｚの高周波帯域において銅製メッシュの構成のものは、４３ｄＢ、銅箔の構成のものは３５ｄＢであり、また１ＭＨｚの低周波帯域において銅線平行パターンの構成のものは、４０ｄＢ、銅箔の構成のものは２５ｄＢであった。
【００１１】以上の結果から、メッシュ乃至平行パターンのピッチを調整することで、効率良く遮蔽吸収できる周波数帯域を変化させることができ、しかもそのピッチの調整の仕方によっては、１ＭＨｚのような低周波帯域でも電磁波の遮蔽吸収効果を維持することができることが分かる。
【００１２】以上のアルミニウム箔や銅製メッシュの他、鋼製のメッシュ、亜鉛、Ａｌ、亜鉛及びＡｌ合金がメッキされたメッシュ、銅製又は鋼製のエキスパンドメタルやメタルラス或いは亜鉛、Ａｌ、亜鉛及びＡｌ合金がメッキされたエキスパンドメタルやメタルラス等が、金属含有集電体２として用いられても、同様な効果を得ることが可能なことが、本発明者等の他の実験により確認された。
【００１３】また金属含有集電体２ａに、銅箔を用いたもの（銅箔＋炭素シート）や、該金属粒子を含浸させたポリエステル等の化学繊維質のもの（化学繊維＋炭素シート）、更に該金属粒子を含浸させた木綿布を用いたもの（木綿布を用いた金属含有集電体＋炭素シート）を利用して、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯域における電磁波遮蔽吸収効果の変化を調べる実験を行った。尚、木綿布を用いた構成の場合については、繊維の乾燥と吸湿（湿度３５％〜１００％）の交互の履歴５００サイクル（６ｈ／サイクル）を加えてテストすることを併せて行った（乾湿５００サイクル経時後）。図３はその時の実験結果を示している。それによれば、上記銅箔の場合は、時間が経過しても特にその効果に変化は見られなかった。これに対し、化学繊維質のものは、最初から電磁波遮蔽吸収効果が小さく、また木綿布の場合は、経時変化による電磁波遮蔽吸収性能の低下が見られた。これは、化学繊維質のものの場合、そのものから発せられると見られる電子的エネルギにより、電磁波遮蔽吸収する能力が大幅に低下するからと考えられる。また木綿布を用いた金属含有集電体の場合は、湿潤・乾燥を繰り返すうちに繊維組織の変化及び各方向（縦方向、横方向、対角線方向）に作用させた荷重のために繊維質が細り、その隙間から、剥離していた炭素材シートの炭素乃至炭素含有物が次第に離脱して、経時変化を起こすからと考えられる。
【００１４】図４は、本発明の他の実施形態に係る電磁波遮蔽吸収材の構成を示す断面図である。図中１ｂは微粒子状の炭素、２ｂは金属含有集電体を各示している。上記炭素１ｂは、備長炭の粉末同士を、更に高速に衝突させて微粒子状になったもので構成されている。この微粒子状の炭素１ｂは、後述するように、金属含有集電体２ｂの空隙に充填される。上記金属含有集電体２ｂは、多数の空隙で構成されるポーラスな金属乃至金属含有物からなる。本構成では、導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって格子状又は平行線状に成形されたもの（図面上は格子状のものが示されている）が用いられている。即ち、水溶性紙、不燃紙、樹脂板、炭素粒シート等の平面上に導電性インクを使用して導電金属部を超厚盛り印刷し、格子状又は平行線状に金属含有集電体２ｂを形成する。この格子状又は平行線状の金属含有集電体２ｂに、炭素粒１ｂを導電性接着剤と混合して加圧挿入し、金属含有集電体２ｂと結合させる。他の製造方法としては、超厚盛り印刷により準備された金属含有集電体２ｂを、別途に準備された炭素シートの片面に、導電性接着剤を用いて接着して積層加工する（もちろん両面に貼り付けても良い）。尚、水溶性紙を使用した場合には、金属含有集電体を形成させた後に水洗いによって水溶性紙を溶解除去し、金属含有集電体のみを残して超精密金属含有集電体を形成し、これに炭素シート又は導電性炭素ペーストを接着又は加圧挿入して製品化が可能となる。このように超厚盛り印刷による場合は、格子状又は平行線状の金属含有集電体が１ｃｍの高さのものも形成することができる。また印刷による場合は、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、金、銀等の微粉末を目的に合わせて調合することで、金属含有集電体２ｂを形成することができる。更に上記インクに調合される導電性接着剤の種類によっては硬度の高いものから柔軟性の高いものが印刷可能で、可撓性のある電磁波遮蔽吸収材の生産が可能となる。
【００１５】図５は、微粒子状の備長炭を更にシート状にしたもの（炭素シート）、銅粉とニッケル粉を混合して作成された導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって、厚み１５０μｍ、アスペクト比８〜１０程度の格子状に成形された金属含有集電体２ｂ単体を用いたもの（超厚盛印刷金属含有集電体）、及び本実施形態に係る上記電磁波遮蔽吸収材（超厚盛印刷金属含有集電体＋炭素微粒子）を用いて行った電磁波シールド実験の結果を示すグラフである。これらの実験結果から明らかなように、微粒子状の備長炭をシート状にしたものの場合は、殆どどの波長でも電磁波遮蔽吸収効果はないと言って良い。他方導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって成形された格子状の金属含有集電体２ｂ単体の構成の場合、５０ＭＨｚ以上であれば、２０ｄｂ〜２３ｄｂ程度のシールド効果が得られている。これに対し、本構成の電磁波遮蔽吸収材では、５０ＭＨｚ付近からそれ以上の帯域において、５０ｄｂ以上と高いシールド効果を得ていることが分かる。これは、集電部を構成する金属含有集電体２ｂと負荷抵抗となる微粒子状の炭素１ｂとの組み合わで、電磁波遮蔽吸収効果が得られるが、更に超厚盛り印刷によって、アスペクト比の高い金属含有集電体２ｂの壁面からなる格子が形成されることで、該金属含有集電体２ｂと微粒子状の炭素１ｂとの接触面積が増えることになり、電磁波シールド効果がより一層向上することになるからと考えられる。
【００１６】次に本構成における金属含有集電体２ｂの構成として、銅粉とニッケル粉を混合して含む導電性インクを用いた超厚盛り印刷によって３ｃｍピッチの格子状に形成された構成及び同様に超厚盛り印刷によって３０ｃｍの間隔をおいて平行に配設された平行パターンの構成を用い、１ＧＨｚ及び１ＭＨｚの各帯域における電磁波シールド効果を調べる実験を行なった。またその比較例として、０.３ｍｍ厚の銅箔を用いて同じ帯域における電磁波シールド効果を調べる実験も併せて行なった。
【００１７】その結果、１ＧＨｚの高周波帯域において格子状構成のものは、５８ｄＢ、銅箔の構成のものは３５ｄＢであり、また１ＭＨｚの低周波帯域において平行パターンの構成のものは、５２ｄＢ、銅箔の構成のものは２５ｄＢであった。
【００１８】以上の結果から、格子ピッチ乃至平行パターンピッチを調整することで、効率良く遮蔽吸収できる周波数帯域を変化させることができ、しかもそのピッチの調整の仕方によっては、１ＭＨｚのような低周波帯域でも電磁波の遮蔽吸収効果を維持することができることが分かる。
【００１９】以上の他、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄等の導電性の金属乃至これらの合金を用い、これらの発泡金属、レジストの露光及び感光により得られる上記金属のパターンで構成されるもの、上記金属を含有する導電性インクを用いたスクリーン印刷によって得られる格子状のもの等が、金属含有集電体２ｂとして用いられても、同様な効果を得ることが可能なことが、本発明者等の実験により確認された。
【００２０】また図６に示されるように、上記微粒子状の炭素１ｂ（粉末状の炭素や粉末状乃至微粒子状の炭素含有物も同じものと推測される）は、図７(ａ)(ｂ)に示されるように、金属含有集電体２ｂの空隙に充填されるだけでなく、更に同図(ｃ)(ｄ)に示されるように、上記金属含有集電体２ｂの外面を覆う場合（該金属含有集電体が外部に露出しない状態の場合）でも、電磁波のシールド効果に、殆ど差違が見られない。
【００２１】更に本発明者等は、超厚盛り印刷により、金属含有集電体２ｂをハニカム構造に成形し、その空隙に微粒子状の炭素１ｂを充填した電磁波遮蔽吸収材を作成し、その電磁波シールド効果について調べる実験を行った。図８は、その場合の実験結果を示している。同図によれば、金属含有集電体２ｂをハニカム構造とすることで、金属含有集電体２ｂと微粒子状炭素１ｂとの接触面積が増えとことにより、電磁波シールド効果がより高くなっていることが分かる。
【００２２】以上の他、本構成は、金属含有集電体の集電による静電気防除効果、炭素材による放電機能を持ち、更に炭素素材として備長炭を用いれば、備長炭から強力なマイナスイオンを発生し、空気を清浄化する効果を持つ。また備長炭による臭気を吸収する脱臭効果、湿度を吸収する効果もある。
【００２３】また本電磁波遮蔽吸収材の用途としては、家電や電子機器等から発生する電磁波の人体への影響をなくすために、これらのケース等に張り付けたり、エプロン等のように保護すべき人体に直接まとったりして、使用すると良い。またこれらの機器から発生する電磁波が他の機器へ影響することを防止する（誤動作防止）観点より、例えば飛行機内の航行用電子機器等を設置する空間と客室を仕切る空間の内装材として、或いは医療用機器と一般病室を仕切る病院の内装材として使用しても良い。もちろん建築用内装材や自動車用内装材として用いることにより、上記の効果と、空気の清浄化効果、脱臭効果、吸湿効果等も得られる。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述した本発明の電磁波遮蔽吸収材の構成によれば、粉末状乃至微粒子状の炭素乃至炭素含有物が、電磁波を受けた際に、隣接する間で互いに振動しつつ熱エネルギに変換する機能を本来的に有しており、それに金属含有集電体による集電部が組み合わされて、その機能が何十倍にも増幅されて作用するため、接地しなくても、５０ＭＨｚ付近からそれ以上の帯域の電磁波について、これまでになく高い率で、吸収・遮蔽することが可能になる。また請求項４乃至９項に示した構成のように、間隙乃至空隙のピッチの調整の仕方によっては、上記のような高周波帯域だけでなく、低周波帯域における電磁波の遮蔽吸収が高いレベルで行われることになる。
【出願人】 【識別番号】５９７１４６０６４
【氏名又は名称】ジェイティーエストレーディング株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）９月３０日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 英世
【公開番号】 特開平１１−１１２１８８
【公開日】 平成１１年（１９９９）４月２３日
【出願番号】 特願平９−２８２４９７