JP2009278137A - 電磁波吸収材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計の自由度が高く、このため所望の周波数帯で高い電磁波吸収性能を実現でき、しかも厚さが薄い電磁波吸収材料を提供することである。
【解決手段】 誘電体（カーボンブラックなど、但し黒鉛を除く）および／または磁性体（フェライト、鉄など）と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分９７％以上、灰分が３％以下、揮発分が３％以下の黒鉛を含有した電磁波吸収材料である。これにより材料定数を自由に調整できるようになり、高ε'および低ε''を達成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁波を吸収するための電磁波吸収材料に関する。

最近のパソコンや携帯電話等のデジタル電子機器では、電気信号の高速化及び高周波数化により、機器から発生する不要ノイズ自体もＭＨｚ帯域からＧＨｚ帯域へと高周波数化している。その帯域は１００ＭＨｚ〜３ＧＨｚにも及んでおり、今後はさらなる高周波数化が予想される。一方で、電子機器に対して小型化及び軽量化の要求も大きく、回路部品を高集積化して対応している。これらの状況から、金属筐体での放射ノイズの多重反射や回路基板間の相互干渉などがより頻繁化している。それにもかかわらず、放射ノイズ対策部品を設置するスペースは非常に狭いという問題が生じており、不要ノイズ対策部品にも、高性能且つ一層の薄型化が要求されている。

さらに、近年の情報・通信技術の発達に伴って、室内においてもコンピューターのネットワーク形成に無線ＬＡＮが広く用いられるようになっている。無線ＬＡＮに使用される電波の周波数は、中速無線ＬＡＮで２．４〜２.５ＧＨｚ、高速無線ＬＡＮで５.１５〜５．２５ＧＨｚである。とくに２．４〜２．５ＧＨｚ帯は、工業用途の利用頻度も高く、電磁波が錯綜している帯域となっている。

以上のように不要放射ノイズ対策の深刻化や無線通信分野での需要増大に伴って、システム間の電波の混線、電磁波の相互干渉、遅延分散に伴う混信、誤作動、通信不能といった問題が生じるおそれはますます増大している。

通常、外部から侵入する電波に対しては、電磁波シールド材が使用されている。ところが、電磁波シールド材は入射する電波を反射させるものであるため、室内の壁面や床面で反射する自己電波に対しては有効ではない。このため自己電波の反射波の影響により通信品質が低下してしまうという問題がある。

このため、不要電波や不要放射ノイズを吸収する電磁波吸収材料が種々提案されている。例えば、下記特許文献１には、所定量のフェライトおよびカーボンを塗料用ビヒクルに分散させた電波吸収用塗料組成物が記載されている。また、下記特許文献２には、固定炭素含有率８０％以上、粒子径２００〜８００μｍ、アスペクト比５０以上の鱗片状グラファイトを含有する薄膜型電磁波吸収体組成物が記載されている。
しかしながら、これらの特許文献１および２に開示の技術では、狙い通りの電磁波吸収性能が得られない、言い換えると特許文献１および２には電磁波吸収性能を自由にコントロールするための手段が開示されていない。

さらに、下記特許文献３および４には、樹脂塗料に黒鉛粉末を混入した電磁波の遮蔽塗料が記載されているが、黒鉛を単独で用いており、電磁波吸収性能を自由にコントロールするための手段は開示されていない。
また、下記特許文献５には、アクリル樹脂に金属粉および黒鉛粉を混入させ、板状に成形した電磁波消去板が記載されているが、電磁波の反射率は記載されているものの、吸収性能については記載されていないし、電磁波吸収性能を自由にコントロールするための手段も開示されていない。

一般に電磁波吸収体の性能は、周波数、厚さおよび材料定数（ε'、ε''、μ'、μ''）によって決定される。従って、６つのパラメーターを制御する必要があるが、特に材料の特性として決まる材料定数は各定数が関連を持って変動するため、個別制御の難しいパラメーターである。

すなわち、電磁波吸収量が最大になる、つまり電磁波吸収材の表面から見込んだ入力インピーダンスＺ_inが平面波の波動（特性）インピーダンスＺ₀と等しくなる整合条件を満たすための条件式は下記式で表される。

ここで、電波吸収体の材料として誘電体のみ（カーボンブラックなど）を用いる場合には、複素透磁率は１となる。そして、ｄ／λの変化させて、下記式で求められる複素誘電率の実部ε'と虚部ε''とを求め、横軸を実部ε'とし、縦軸を虚部ε''としたグラフにプロットして設計チャート（無反射曲線）を作成する。

ある特定周波数λの電磁波を吸収する電磁波吸収材料を設計するには、例えばｄ／λ＝０．１とすると、前記設計チャートから（ｄ／λ＝０．１）に対応する実部ε'と虚部ε''とを求め、前記［数２］に代入して複素誘電率を決定する。また、ｄ／λ＝０．１から電磁波吸収材料の厚さも求まる。この結果、複素誘電率が上記値になる誘電体を使用し、かつ厚さを（ｄ／λ＝０．１）から求めた値にすればよいことがわかる。

しかしながら、誘電体としてカーボンブラックを用いると、実部ε'が高くなると同時に虚部ε''も高くなる（すなわちtanδ＝ε''／ε'が高くなる）という特性がある。虚部ε''またはtanδの増加は、材料の導電性が向上し、抵抗性が低下することを意味する。一方、電磁波吸収のメカニズムは、入射した電磁波のエネルギーを内部で熱エネルギーに変換することであるから、このような導電性向上（抵抗性低下）は、電磁波吸収にとってマイナスであり、むしろ電磁波の反射特性を向上させることになる。

一方、酸化チタンも誘電体として知られている。ところが、酸化チタンを用いると、tanδを低下させることは可能であるが、酸化チタンは比重が４．２と大きく、しかも多量に充填しなければ実部ε'を高くすることができないために、得られる電磁波吸収材料は重くなり、さらに加工性も低下するという問題がある。

さらに、電磁波吸収材料には、狙い通りの電磁波吸収特性の実現に加えて、厚さを薄くすることも求められている。このため、電磁波吸収材料の設計が大変困難になっているのが実情である。
以上の説明は、誘電体を用いる場合であるが、フェライトなどの磁性体を用いる場合も同様の問題がある。誘電体と磁性体を併用する場合は、材料定数における変動パラメーターが増えるため整合条件を満たすことがさらに難しくなる。

特開昭５４‐６１２３９号公報 特開平１−２３０２９９号公報 特開昭６２‐１０９８６６号公報 特開昭６２‐１１１４９９号公報 特開昭６１‐２３２５０１号公報

橋本修著、「電波吸収体のはなし」、日刊工業新聞社、2001年6月29日、ｐ．45-50

本発明の主たる課題は、設計の自由度が高い電磁波吸収材料を提供することである。
本発明の他の課題は、厚さが薄く、しかも高い電磁波吸収性能を有する電磁波吸収材料を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねる過程で、誘電体の中でも特に黒鉛を用いることにより、材料定数を自由に調整でき、高ε'および低ε''を達成できるという新たな知見を得た。従って、黒鉛を除く誘電体および／または磁性体を含有した電磁波吸収材料に誘電率調整剤として黒鉛を含有させることにより、材料定数を自由に調整できる結果、整合条件を満たすことができ、高い電磁波吸収性能を達成できると共に、厚さも薄くできるため、電磁波吸収材料の設計の自由度が広がるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電磁波吸収材料は、以下の構成からなる。
（１）誘電体（但し黒鉛を除く）および／または磁性体と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分９７％以上、灰分が３％以下、揮発分が３％以下の黒鉛を含有したことを特徴とする電磁波吸収材料。
（２）前記誘電体がカーボンブラックである上記（１）記載の電磁波吸収材料。
（３）前記磁性体がフェライトまたは鉄である上記（１）記載の電磁波吸収材料。
（４）前記鉄がＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金である上記（３）記載の電磁波吸収材料。
（５）前記磁性体が長径５〜４００μｍでアスペクト比が５〜１００の扁平形状である上記（３）または（４）記載の電磁波吸収材料。
（６）前記誘電体、磁性体および黒鉛の少なくとも１つが絶縁処理されたものである上記（１）〜（５）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（７）体積抵抗率が１０⁶Ω・ｃｍ以上である上記（１）〜（６）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（８）放熱材料を１〜５０体積％含有する上記（１）〜（７）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（９）放熱材料が窒化ホウ素または窒化アルミニウムである上記（１）〜（８）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（１０）ゴムシートまたは合成樹脂シートである上記（１）〜（９）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（１１）シートの厚みが０．０１〜１０ｍｍである上記（１０）記載の電磁波吸収材料。
（１２）ゴムまたは合成樹脂１００重量部に対して、前記誘電体および／または磁性体１０〜１０００重量部、黒鉛３〜１５０重量部を含有した上記（１０）または（１１）記載の電磁波吸収材料。
（１３）電磁波吸収材料中に、前記誘電体および／または磁性体を１０〜９０体積％、黒鉛を１〜３０体積％含有した上記（１０）または（１１）記載の電磁波吸収材料。
（１４）リン酸系難燃剤、水酸化物系難燃剤、臭素系難燃剤および金属化合物系難燃剤から選ばれる少なくとも一種の難燃剤を含有した上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
（１５）難燃剤がデカブロムジフェニルオキサイドおよび/または３酸化アンチモンである上記（１４）記載の電磁波吸収材料。

本発明の電磁波吸収材料によれば、誘電体および／または磁性体と共に、誘電率調整剤として特定の黒鉛を含有することにより、材料定数を自由に調整でき、高ε'および低ε''を達成できるため、設計の自由度が向上し、所望の周波数帯で高い電磁波吸収性能を実現でき、しかも厚さも薄くできるという効果がある。
また、上記（8）、（9）に記載のように、放熱材料を含有することにより、上記電磁波吸収性能に加えて、熱伝導性を付与することができる。さらに、上記（14）、（15）に記載のように、難燃剤を含有することにより、難燃性をも付与することができる。

各種誘電体の複素誘電率の実部ε'と虚部ε''との関係を示すグラフである。 電磁波吸収材料の設計方法を説明するための実部ε'と虚部ε''との関係を示すグラフである。 実施例７および比較例８で使用したマイクロストリップラインの形状を示す概略図である。 実施例７および比較例８のマイクロストリップラインの伝送損失を示すグラフである。

本発明の電磁波吸収材料は、素材材料に誘電体および／または磁性体と共に、誘電率調整剤として特定の黒鉛を含有させたものである。

素材材料としては、例えばゴム、合成樹脂（熱可塑性エラストマー、各種プラスチック）などの高分子材料が挙げられる。前記ゴムとしては、例えば天然ゴムのほか、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンーブタジエンゴム、エチレンープロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、水素添加ニトリルゴム、シリコンゴムなどの合成ゴム単独、もしくはこれらのゴムを各種変性処理にて改質したものが挙げられる。これらのゴム材料は単独でまたは２種以上を混合して使用するほか、他のゴムや樹脂を複数種ブレンドして用いることもできる。ゴムには、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、着色剤などの従来からゴムの配合剤として使用されていたものを適宜配合することができる。

熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの各種熱可塑性エラストマーが挙げられる。

さらに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、アクリル系樹脂、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル、ポリスルホン、ポリウレタン、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂も素材材料として使用可能である。
また、高分子材料以外に、石膏材、セメント材等のように、充填材を配合することが可能な材料も適宜使用することもできる。

誘電体としては、例えばカーボンブラック、酸化チタンなどが挙げられる。前記カーボンブラックには、例えばファーネスブラック、チャンネルブラックなどが挙げられ、具体的にはライオン・アクゾー社製のケッチェンブラックなどを使用するのが好ましい。また、カーボンブラックとしてカーボン繊維、カーボンコイルを用いてもよい。
特に、低ε"の黒鉛と高ε"のカーボンブラックを併用することで、無反射曲線上において複素誘電率を自由にコントロールできるため、整合条件を満たすための設計の自由度が向上するという利点がある。

前記磁性体としては、例えばフェライト、鉄合金、純鉄粒子が挙げられる。これらの磁性材料は、複素透磁率の実部μ'が高くなると同時に虚部μ''も高くなる（すなわちtanδ＝μ''／μ'が高くなる）という特性がある。また磁性材料自身が固有の複素誘電率（実部ε'および虚部ε''）を有していることから、磁性材料の配合量に応じて四つのパラメータ（ε'、ε''、μ'、μ''）が変動することになる。従って、このまま薄膜の条件下で整合条件を満たすことは容易ではない。このような磁性体を含有する電磁波吸収材料に誘電率調整剤としての黒鉛を含有させることにより、整合条件を満たすことができ、電磁波吸収性能を向上させることができる。

フェライトとしては、例えばＭｎ-Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ-Ｍｇフェライト、Ｍｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎフェライトなどのソフトフェライト、あるいは永久磁石材料であるハードフェライトが挙げられる。鉄合金としては、例えば磁性ステンレス（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、パーマアロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、ケイ素銅（Ｆｅ―Ｃｕ―Ｓｉ合金）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ（−Ｃｕ−Ｎｂ）合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金等が挙げられる。なお、これら合金においては扁平状のものを用いてもよい。純鉄粒子としては例えばカルボニル鉄粉が挙げられる。好ましくは低コストで透磁率の高いソフトフェライト粉末を使用するのがよい。近傍電磁界の不要ノイズ対策としては、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金を使用するのが好ましい。

また、磁性体の粒径に関しては、０．０１μｍ〜３０μｍが好ましい。とくに好ましいのは０．１μｍ〜１０μｍである。磁性体の粒径が０．０１μｍ未満であると凝集力が高いため分散させるのが難しく、一方、３０μｍを超えると複素透磁率が低下し、さらに加工性も悪くなる。形状に関しては、カルボニル鉄を用いる場合、そのカルボニル鉄は真球に近いものが望ましい。

磁性体を扁平形状に加工した場合は、磁性体自体の強度が劣り、歪み易くなり、ポリマー中での一方向への配向が難しくなるが、透磁率（実部μ’及び虚部μ”）を高くし且つ吸収帯域を広げることができるという利点がある。扁平形状の磁性体は長径が５〜４００μｍであるのが好ましく、より好ましくは長径５〜３００μｍであり、更に好ましくは長径１０〜２５０μｍである。磁性体の長径が５μｍ以下であると、透磁率が低く、逆に４００μｍ以上であれば加工性が悪くなる。また、扁平形状の磁性体のアスペクト比は５〜１００が好ましく、１０〜８０であるのが特に好ましい。扁平形状のアスペクト比が５以下では透磁率が低く、逆に１００以上であれば磁性体の形状維持が難しい。

電磁波吸収材料の厚さを薄くするため手段として、磁性体の配合量を多くすることがある。しかし、鉄合金（軟磁性金属等）、純鉄粒子は高い導電性を有しているため、多量に配合することで、素材材料中で充填材同士の接触が生じることがあり、結果として電波吸収材料の導電性が高くなり、虚部ε"が大きくなる傾向がある。前述の通り、虚部ε"が大きくなると、電波吸収性能は損なわれてしまう。他方、誘電体のみを用いる電波吸収材料の場合にも充填量を増すと同様の問題が起こり得る。
電磁波吸収材料は、体積抵抗率の高い方がε”が低くなる傾向があることから、体積抵抗率は１０⁶Ω・ｃｍ以上が好ましく、１０⁸Ω・ｃｍ以上であるのがより好ましい。

この問題を解決する手段として、誘電体、磁性体および黒鉛の少なくとも１つにあらかじめ、あるいは混練と同時に絶縁処理を施す方法が有効である。この結果、誘電体、磁性体、黒鉛などの充填材を多量に配合した場合にも、接触による導通を抑えることが可能となり、虚部ε"の増加を抑えることができ、整合条件を満たし易くなる。絶縁処理の方法として、プラズマ処理法、アルコキシド法、水ガラス処理法、シランカップリング剤又はチタネート系カップリング剤による処理方法、酸化被膜形成、エポキシ樹脂等のコーティング、フェライト等のメッキによる被覆等がある。

電磁波吸収体に放熱特性を付与して使用することができる。放熱材料としては、例えば金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素および炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。とくに好ましいのは、窒化ホウ素と窒化アルミニウムである。純度が高いグレードが放熱材料として良好な特性を示す。導電性の高い添加剤となる磁性粉末、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金等のＦｅ系合金、または誘電体としての黒鉛なども放熱特性改善に寄与するため、これらと併用した場合での熱伝導特性を決定する必要がある。例えばＦｅ系合金および黒鉛は共に扁平度が高いため、ポリマー中に分散した場合、熱伝導性も異方性が発現しやすくなる。この場合、熱伝導性の劣る方向、つまり配向粉末にほぼ垂直な方向にはポリマー内に熱が良好に拡散する経路を確保することが困難である。そこで、導電性が低く粒子径の小さい熱伝導性の微粒子を磁性材や黒鉛の粒子間に分散するように配合設計して、配向粉末にほぼ垂直な方向の熱伝導性を改善することになる。

放熱材料の配合量は、１〜５０体積％、好ましくは１０〜５０体積％が望ましい。放熱材料が５０体積％以上であると、加工性が悪くなる。また、放熱材料の添加にて、上述の体積抵抗が１０⁶未満に下がることがないように、添加量、導電性、サイズ、形状等を決定する。

また、難燃性を付与するために電磁波吸収材料に難燃剤を含有させてもよい。このような難燃剤には、例えば、リン酸系難燃剤、水酸化物系難燃剤、臭素系難燃剤、金属化合物系難燃剤から選ばれる少なくとも１種類が使用される。

リン酸系難燃剤としては、例えば燐酸エステル、ポリ燐酸アンモニウム、赤燐などが挙げられる。水酸化物系難燃剤としては、例えば水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、硫酸カルシウム水和物、ホウ酸亜鉛水和物などが挙げられる。臭素系難燃剤としては、例えばデカブロムジフェニルオキサイド、2，2-ビス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）、1,2,5,6,9,10-ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン、テトラブロモ無水フタル酸、ペンタブロモトルエンなどが挙げられる。金属化合物系難燃剤としては、例えば３酸化アンチモン、酸化モリブデン、酸化マンガン、酸化クロム、酸化鉄などが挙げられる。

とくに好ましい難燃剤は、デカブロムジフェニルオキサイドと３酸化アンチモンを加えた難燃剤であり、少量で高い難燃効果が得られる。この場合は、デカブロムジフェニルオキサイドと３酸化アンチモンとを混合した難燃剤製品、例えば味の素ファインテクノロジー社から販売されている商品名「ポリセーフＦＣＴ−５」を使用しても良い。

誘電率調整剤として使用される黒鉛は、純度を表す固定炭素分が９７％以上、好ましくは９９％以上、灰分が３％以下、好ましくは１％以下、揮発分が３％以下、好ましくは１％以下であるのがよい。黒鉛の固定炭素分が９７％未満であると、該当黒鉛を多量に配合しないと複素誘電率が大きくならないため、加工性が悪くなる。黒鉛の灰分が３％未満であると該当黒鉛を多量に配合しないと複素誘電率が大きくならないため、加工性が悪くなる。さらに、黒鉛の揮発分も３％未満であると該当黒鉛を多量に配合しないと複素誘電率が大きくならないため、加工性が悪くなる。

また、黒鉛は、平均粒径（長片状の黒鉛にあっては最大粒径）が０．１〜６５０μｍ、好ましくは５〜１００μｍの範囲のものが使用可能である。０．１μｍ未満だと分散が難しく、６５０μｍを超えると磁性体の粒径との乖離が大きく、性能が不安定になる傾向にある。黒鉛の見掛け密度は０．０３〜１．０ｇ／ｃｍ³、好ましくは０．０３〜０．５ｇ／ｃｍ³であるのがよい。黒鉛の見掛け密度はＪＩＳ Ｍ８５１１に記載の方法にて測定したものである。
このような黒鉛としては、人造黒鉛；鱗状黒鉛、薄片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛、球状黒鉛、膨張黒鉛などの天然黒鉛などが挙げられる。また、黒鉛繊維を使用してもよい。また膨張黒鉛を用いる場合、膨張黒鉛自体が難燃剤としての性質を有しており、難燃性も同時に付与することができる。

黒鉛は、前記したように高ε'および低ε''を同時に達成できるという特質を有する。このような特質は黒鉛の形状や粒径に影響されないので、いかなる黒鉛を用いてもよいが、本件発明では特に少量で高い効果が得られる鱗状黒鉛を使用するのが好ましく、少量であるため加工作業や配合設計が容易になる。

本発明の電磁波吸収材料は、前記した材料素材に、あらかじめ設計した配合処方に従って、所定量の誘電体および／または磁性体、さらに黒鉛を含有させ、所定厚さのシートないしフイルムその他の任意な形状に成形することによって製造される。任意の形状とは、ＩＣパッケージや基板、ＦＰＣ、ケーブル被覆層などである。また、電磁波吸収材料の厚さが薄い場合（例えば０．３ｍｍ以下の場合）は、塗布、スプレー、４本ロール、ナイフコーティングといった公知の技術を用いて作製することも可能である。

配合設計は以下のようにして行う。設計の目標として周波数、電磁波吸収材料の厚さ、および電磁波吸収性能（ｄＢ）を決定する。磁性体の配合量を一定にして複素透磁率（実部μ'および虚部μ''）を固定すると、上記［数１］に示すような設計式に基づいて、目的の電磁波吸収性能を示す範囲（実部ε'および虚部ε''の好適範囲）が求められる。そこで、黒鉛の配合量を調整することで、複素誘電率（実部ε'および虚部ε''）を狙い通りのところにもって行くことができる。

磁性体に代えて誘電体（カーボンブラックなど）を使用する場合も、黒鉛の配合量を調整することで、複素誘電率（実部ε'および虚部ε''）を狙い通りのところにもって行くことができる。

不要ノイズ対策シートは、１００ＭＨｚ〜３ＧＨｚまでの広範囲の周波数のノイズを低減する目的で用いられるため、本発明でいう整合条件を満たすような材料設計は必ずしもとられていない。しかし、マイクロ波のような高周波のノイズ対策を空間で受ける場合、整合による電磁波吸収という考え方は有効であり、高い虚部μ''を保ったまま、任意周波数に整合周波数を持つノイズ吸収シートが提供できることになる。つまり、ノイズ吸収シートの高い実部μ'および虚部μ''は、添加する磁性体の種類、量、配向状態により定まるが、複素誘電率（とくに実部ε'）を黒鉛にて制御することで、任意厚さでの任意周波数（例えば１〜５ＧＨｚ）に整合性を与えたノイズ吸収シートとすることができる。

誘電率調整剤としての黒鉛は、整合条件を満たすように配合量は適宜決定されるが、通常、材料素材１００重量部に対して３〜１５０重量部、好ましくは５〜８０重量部の範囲で含有されるのがよい。また、前記誘電体および／または磁性体は、材料素材１００重量部に対して１０〜１０００重量部、好ましくは８０〜６００重量部の範囲で含有されるのがよい。言い換えれば誘電体および／または磁性体を１０〜９０体積％、黒鉛を１〜３０体積％含有の各範囲で用いるのが良い。黒鉛および誘電体および／または磁性体の配合量が前記範囲を超えると、加工性が悪くなるおそれがある。また、黒鉛の配合量が前記範囲を下回ると、複素誘電率を設計通りに調整できなくなるおそれがある。

本発明の電磁波吸収材料はシートなどの任意な形状に成形することができる。この場合、本発明によれば、黒鉛によって誘電率調整をなすことができるので、厚さの下限は０．０１ｍｍ、好ましくは０．０３ｍｍ程度まで薄くすることが可能である。なお、厚さの上限は約１０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ程度まであるのがよい。ここでの厚さの下限値は、塗工により近傍電磁界用ノイズ対策電波吸収体を作製した場合の製造上の下限値を示している。

材料素材としてゴムを用いた場合、本発明の電磁波吸収材料は、原料ゴムにカーボンブラック、カルボニル鉄、フェライト等の誘電体や磁性体及び黒鉛を含む各種配合剤を加え、混練した後、シートなどに成形し、所定形状に加硫を行って製造される。また、本発明の電磁波吸収材料は常温液状物で、常温硬化または熱を加えることで硬化する形態でも使用することができる。

また、熱可塑性エラストマーやプラスチックの場合、本発明の電磁波吸収材料は、原料となる熱可塑性エラストマーやプラスチックにカーボンブラック、カルボニル鉄、フェライト等の誘電体や磁性体及び黒鉛を含む各種配合剤を加え、射出成形、押出成形などの任意な成形手段にて所定形状に成形して製造される。

本発明にかかる電磁波吸収材料は、例えば屋内無線ＬＡＮ対応の床材、壁材及び天井材等のＯＡ、ＦＡ関連用途、若しくは屋外の無線基地局等に好適に使用することができ、さらに近傍電磁界用ノイズ対策電波吸収体としても応用可能である。本発明の電磁波吸収材料は、シートなどの形態でそのまま単独で使用してもよく、あるいは基材上に貼り合わせ、塗布などにより積層した形態で使用してもよい。

以下、参考例、実施例および比較例を挙げて本発明の電磁波吸収材料を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の表に示す配合量は全て重量部である。

[参考例１]
（黒鉛の特性）
下記表１に示す配合にて、熱可塑性エラストマーである塩素化ポリエチレン（昭和電工（株）製のエラスレン３０２ＮＡ）に黒鉛（日本黒鉛工業（株）製のＣＢ１００）を加え、混練した後、シート状に成形し、厚さ２．０ｍｍの試料１〜９を得た。
また、下記表２に示す配合にてクロロプレンゴム（昭和電工社製のショウプレンＧＷ）に黒鉛および各種配合剤を加え、混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ２．０ｍｍの試料１０〜１２を得た。

得られた試料１〜１２について、周波数２．４５ＧＨｚでの複素誘電率（実部ε'および虚部ε''）を、円形同軸管を用いたＳパラメーター法によって求め、さらにｔａｎδ（＝ε''／ε'）を計算した。その結果を表１および表２に各試料の比重と共に示す。

一方、比較のため、黒鉛に代えてカーボンブラック（昭和キャボット社製のＩＰ１０００）を使用したほかは、表１の試料１〜６と同様にして比較試料１〜６を得た。比較試料１〜６の配合量および上記と同様にして求めた複素誘電率、ｔａｎδを表３に示す。
また、誘電体として酸化チタン（堺化学工業社製のＲ３１０）を使用し、表４に示す配合量で使用したほかは、表１の試料と同様にして比較試料７〜１１を得た。比較試料７〜１１の配合量および上記と同様にして求めた複素誘電率、ｔａｎδを表４に示す。

表１〜表４で得られた各試料の実部ε'および虚部ε''の関係を図１に示す。図１から、カーボンブラックは実部ε'の増加と共に虚部ε''も急激に増加するのに対して、黒鉛は実部ε'が増加しても虚部ε''は殆ど増加せず低い値を維持していることがわかる。また、酸化チタンも黒鉛と同様に虚部ε''は低いが、表４に示すように多量に配合する必要があることから密度も大きくなっている。

[参考例２]
（配合設計）
厚さ５ｍｍの電磁波吸収材料を用いて、周波数２．４５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の電磁波吸収を達成することを目標とする。

まず、磁性体としてフェライト（戸田工業社製ＫＮＳ４１５）の配合量を１００重量部に固定したとき、複素透磁率はμ'が１．３１、μ''が０．３４となる。このμ'およびμ''の各値および上記周波数２．４５ＧＨｚ、厚さ５ｍｍの数値を前記［数１］で示した設計式に代入して、２０ｄＢ以上の電磁波吸収を達成する条件を計算した。その結果、図２に示す範囲Ａが２０ｄＢ以上の電磁波吸収を達成するために必要な複素誘電率の実部ε'および虚部ε''であることが判明した。

次に、誘電体の配合量を調整して、複素誘電率（実部ε'、虚部ε''）が目標の範囲Ａ内に入るようにする。このとき、誘電体として黒鉛（日本黒鉛社製ＣＢ１００）またはカーボンブラック（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ）を使用し、表５に示す範囲内で黒鉛とカーボンブラックの配合量を変化させた。得られた複素誘電率（実部ε'、虚部ε''）を表６および図２に示す。
なお、表５に示す配合組成の電磁波吸収材料の難燃性をプラスチック材料の難燃試験規格（ＵＬ９４）に記載の方法に従って測定した。その結果は表５に示した通りであり、いずれも良好な難燃性であることを示す「ＵＬ９４ＶＯ」の評価が得られた。

図２から明らかなように、黒鉛はカーボンブラックよりも虚部ε''が小さいために目標を容易に達成できることがわかる。

[実施例１および比較例１]
（黒鉛―フェライト）
表７に示す配合量で塩素化ポリエチレン（昭和電工社製のエラスレン３０２ＮＡ）にフェライト（戸田工業社製のＫＮＳ４１５）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ）を加え、さらに可塑剤（谷口石油社製のＮＣＬ２２）を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ５ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の２．４５ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を測定した。結果を表７に併せて示す。なお、複素透磁率、複素誘電率は円形同軸管を用いたＳパラメーター法によって測定した。電磁波吸収量は、その複素透磁率及び複素誘電率を用いて、算出した。

実施例２および比較例２
（黒鉛―フェライト）
表８に示す配合量でクロロプレンゴム（昭和電工社製のショウプレンＧＷ）にフェライト（戸田工業社製のＫＮＳ４１５）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ）を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ４ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の５．２ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表８に併せて示す。また、参考例２と同様にして測定した難燃性の測定結果も表８に示した。

[実施例３および比較例３]
（黒鉛―フェライト）
表９に示す配合量でクロロプレンゴム（昭和電工社製のショウプレンＧＷ）にフェライト（戸田工業社製のＫＮＳ４１５）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ）を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ３．３ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の５．８ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表９に併せて示す。また、参考例２と同様にして測定した難燃性の測定結果も表９に示した。

[実施例４および比較例４]
（黒鉛―カルボニル鉄）
表１０に示す配合量で塩素化ポリエチレン（昭和電工社製のエラスレン３０２ＮＡ）にカルボニル鉄（ＢＡＳＦ社製のＥＳ）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ）を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ２．５ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の２．４５ＧＨｚ帯における透磁率、誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１０に併せて示す。

[実施例５および比較例５]
（黒鉛―カルボニル鉄）
表１１に示す配合量で塩素化ポリエチレン（昭和電工社製のエラスレン３０２ＮＡ）にカルボニル鉄（ＢＡＳＦ社製のＥＳ）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（昭和キャボット社製のＩＰ１０００）を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ２ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の５．２ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１１に併せて示す。

[実施例６および比較例６]
（黒鉛―鉄粉）
表１２に示す配合量で天然ゴムに鉄粉（同和鉄粉社製のＤＳＰ１０００）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（前出のケッチェンブラックＥＣ）を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ３ｍｍの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の５．８ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１２に併せて示す。

これらの実施例および比較例から、黒鉛を配合することにより、高ε'でも低ε''を実現し、高い電磁波吸収を可能にしていることがわかる。

[実施例７、８および比較例７、８]
表１３に示す配合量でＨ−ＮＢＲ（水添アクリロニトリル-ブタジエンゴム、以下同じ）に扁平軟磁性体（三菱マテリアル社製ＪＥＭ粉）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（昭和キャボット社製のＩＰ１０００）を加え、さらに他の配合剤と溶剤を配合して塗料を作製し、バーコーターにより厚さ約１００μｍのシート状の電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の１．２５ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１３に併せて示す。

リン酸エステル：味の素ファインテクノロジー社製のレフォロスＲＤＰ
赤燐：燐化学工業社製のノーバエクセル１４０
水酸化マグネシウム：堺化学工業社製のＭＧＺ−２
ＥＶＡ：東ソー社製のエチレン−酢酸ビニル共重合体（商品名：ウルトラセン７５０）
また、黒鉛を添加した実施例７のシート状電磁波吸収材料（厚さ約１００μｍ）と、添加していない比較例８のシート状電磁波吸収材料（厚さ約１１０μｍ）とについて伝送損失を測定した。測定にはインピーダンスＺ＝５０Ωのマイクロストリップラインを使用した。マイクロストリップライン線路は、面実装部品の実装に適した構造と作成のしやすさによって、広く使われている近傍ノイズの伝送損失測定方法である。図３は、使用したマイクロストリップラインの形状を示す。このものは、絶縁体基板１の表面に直線状の導体路２を設け、この導体路２上にシート状の電磁波吸収材料４を載置したものである。導体路２の両端はネットワークアナライザー（図示せず）に接続される。そして、矢印Ａで示す入射波に対して、電磁波吸収材料４の載置部位からの反射量（ｄＢ）（矢印Ｓ11で示す）および透過量（ｄＢ）（矢印Ｓ21で示す）を測定し、それらの差をロス量とし、伝送損失を下記式から求めた。

マイクロストリップラインの伝送損失は電磁波吸収材料の厚みが厚くなるほど高くなる。一般的には、厚みが薄く、しかし高伝送損失の電磁波吸収材料が望まれている。
試験結果を図４に示す。図４から、実施例７の電磁波吸収材料は、厚さが１１０μｍと薄いにもかかわらず、高い伝送損失を示していることがわかる。

[実施例９および比較例９]
表１４に示す配合量でＨ−ＮＢＲに窒化ホウ素（電気化学工業社製のＳＰ−２）に扁平軟磁性体（三菱マテリアル社製ＪＥＭ粉）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（昭和キャボット社製のＩＰ１０００）を加え、さらに他の配合剤と溶剤を配合して塗料を作製し、バーコーターにより厚さ約１００μｍのシート状電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の１．２５ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１４に併せて示す。

[実施例１０および比較例１０]
表１５に示す配合量でＨ−ＮＢＲに窒化アルミ（東洋アルミニウム社製のトーヤルナイトＵＭ）に扁平軟磁性体（三菱マテリアル社製ＪＥＭ粉）と、黒鉛（日本黒鉛社製のＣＢ１００）またはカーボンブラック（昭和キャボット社製のＩＰ１０００）を加え、さらに他の配合剤と溶剤を配合して塗料を作製し、バーコーターにより厚さ約１００μｍのシート状電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の１．２５ＧＨｚ帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例１と同様にして求めた。その結果を表１５に併せて示す。

Claims (15)

1. 誘電体（但し黒鉛を除く）および／または磁性体と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分９７％以上、灰分が３％以下、揮発分が３％以下の黒鉛を含有したことを特徴とする電磁波吸収材料。
2. 前記誘電体がカーボンブラックである請求項１記載の電磁波吸収材料。
3. 前記磁性体がフェライトまたは鉄である請求項１記載の電磁波吸収材料。
4. 前記鉄がＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金である請求項３記載の電磁波吸収材料。
5. 前記磁性体が長径５〜４００μｍでアスペクト比が５〜１００の扁平形状である請求項３または４記載の電磁波吸収材料。
6. 前記誘電体、磁性体および黒鉛の少なくとも１つが絶縁処理されたものである請求項１〜５のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
7. 体積抵抗率が１０⁶Ω・ｃｍ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
8. 放熱材料を１〜５０体積％含有する請求項１〜７のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
9. 放熱材料が窒化ホウ素または窒化アルミニウムである請求項８記載の電磁波吸収材料。
10. ゴムシートまたは合成樹脂シートである請求項１〜９のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
11. シートの厚みが０．０１〜１０ｍｍである請求項１０記載の電磁波吸収材料。
12. ゴムまたは合成樹脂１００重量部に対して、前記誘電体および／または磁性体１０〜１０００重量部、黒鉛３〜１５０重量部を含有した請求項１０または１１記載の電磁波吸収材料。
13. 前記誘電体および／または磁性体を１０〜９０体積％、黒鉛を１〜３０体積％含有した請求項１０または１１記載の電磁波吸収材料。
14. リン酸系難燃剤、水酸化物系難燃剤、臭素系難燃剤および金属化合物系難燃剤から選ばれる少なくとも一種の難燃剤を含有した請求項１〜１３のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
15. 難燃剤がデカブロムジフェニルオキサイドおよび/または３酸化アンチモンである請求項１４記載の電磁波吸収材料。

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