(57)【要約】【課題】  電波吸収特性を向上させるとともに、強靭性、耐久性に富む電波吸収体を提供する。【解決手段】  電波吸収体１は、複数層の導電紙３，５とその各導電紙間に配されたスペーサ４とを有する電波吸収部２を備える。上記導電紙３，５は、和紙を母材としてこれに炭素繊維が混入され、その炭素繊維が方向性を有するように並んでいるものであり、各導電紙３、５が炭素繊維の方向を異ならせて配置した状態でスペーサ４を介して積層されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層の導電紙とその各導電紙間に配されたスペーサとを有する電波吸収部を備え、上記各導電紙は、和紙に炭素繊維が混入され、その炭素繊維が方向性を有するように並んでいるものであり、各導電紙が互いに炭素繊維の方向を異ならせて配置された状態でスペーサを介して積層されていることを特徴とする電波吸収体。
【請求項２】
請求項１に記載の電波吸収体において、上記電波吸収部は、それぞれの炭素繊維の方向が互いにほぼ直交するように配した２層の導電紙と、これらの間に配された第１スペーサとを有し、上記電波吸収部の電波入射側とは反対側に、第２スペーサを介して反射板が設けられており、上記第１スペーサの厚さが２〜４ｍｍ、上記第２スペーサの厚さが２〜７ｍｍに設定されていることを特徴とする電波吸収体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電波吸収体において、各導電紙に混入されている炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系で、太さ０．５〜３デニール、長さ２〜８ｍｍの短繊維であり、各導電紙の厚さは０．４〜１．０ｍｍであって、２層式湿式抄法により連続的に製造されたものであることを特徴とする電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の影響が懸念されるオフィスや病院等において壁や天井の内装あるいは衝立等に用い、無線ＬＡＮなどにより発生する電波を有効に吸収する電波吸収体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘電率等を調整して電波吸収機能をもたせた層を有する積層構造のシート状の電波吸収体は種々開発されており、例えば特許文献１に示されるように、透明フィルムの一面に透明電波反射膜が形成された第１積層体と、透明フィルムの一面に透明電波吸収膜が形成された第２積層体とを、スペーサを介して積層したもの等が知られている。
【特許文献１】特開２００１−１１１３３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、例えば病院や電子機器が多く設置されているオフィス、実験室等で電波の悪影響を除去すべく壁や天井の内装あるいは衝立等に電波吸収体を用いようとするような場合に、電波吸収体は、比較的薄くしても充分に強靭性、耐久性を有することが要求される。さらに、衝立等に用いる場合の持ち運びの容易性、あるいは壁や天井の内装に用いる場合の施工時の取り扱い性等の面から、できるだけ軽量であることが望まれる。また、電波吸収体の吸収性能が方向により大きく異なるような異方性があると、各種方向から電波が入射されるような場所では充分な電波吸収効果が得られず、あるいは、特定の方向から電波が入射される場所であっても、例えばパーティクルボードとして壁や天井等に組み込まれるような場合に、施工時にボードの縦横を間違って組み付けたときなどに吸収性能が損なわれる可能性があり、このような弊害を避けるため、上記異方性をできるだけなくすことが要求される。これらの要求を満足するために、改善の余地が残されていた。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、軽量であって、かつ、強靭性、耐久性に富み、しかも電波の入射方向に拘わらず高い電波吸収性能を有する電波吸収体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような課題を解決するため、本発明の電波吸収体は、複数層の導電紙とその各導電紙間に配されたスペーサとを有する電波吸収部を備え、上記各導電紙は、和紙に炭素繊維が混入され、その炭素繊維が方向性を有するように並んでいるものであり、各導電紙が互いに炭素繊維の方向を異ならせて配置された状態でスペーサを介して積層されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この電波吸収体によると、電波吸収性のある炭素繊維を含む導電紙が複数設けられているので、電波の反射を抑制した状態で電波の吸収をより向上させ得る。また、各導電紙の炭素繊維が方向性を有し、その炭素繊維が並んだ方向に振幅方向が揃った入射電波を効率よく吸収することが可能になるとともに、各導電紙の炭素繊維の方向を異ならせているため、電波吸収の異方性を解消し、各種方向の入射波に対して良好な吸収性能を発揮する。更に、導電紙の素材として和紙を用いているので、一般の洋紙に比べ、薄くても強靭で、耐久性に富み、しかも炭素繊維の方向性を確保することが容易である。そして、和紙を用いることで薄くて軽量になるため、持ち運びや取り扱いが容易になる。
【０００７】
この発明において、上記電波吸収部は、それぞれの炭素繊維の方向が互いにほぼ直交するように配した２層の導電紙と、これらの間に配された第１スペーサとを有し、上記電波吸収部の電波入射側とは反対側に、第２スペーサを介して反射板が設けられており、上記第１スペーサの厚さが２〜４ｍｍ、上記第２スペーサの厚さが２〜７ｍｍに設定されていることが好ましい。
【０００８】
このようにすると、少ない導電紙で効率よく電波吸収特性を向上させ得、かつ、反射板により反射した電波を電波吸収部によってさらに吸収することができる。そして、上記のようにスペーサの厚さが設定されることにより、無線ＬＡＮなどにより発生する特定周波数の電波の吸収性能及び等方性が向上される。
【０００９】
また、各導電紙に混入されている炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系で、太さ０．５〜３デニール、長さ２〜８ｍｍの短繊維であり、各導電紙の厚さは０．４〜１．０ｍｍであって、２層式湿式抄法により連続的に製造されたものであることが好ましい。
【００１０】
このようにすると、製造が容易で、かつ、電波吸収性能にすぐれた電波吸収体が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電波吸収体によると、一定方向に並んだ炭素繊維を含む導電紙を用いながら、全体として電波吸収の異方性を解消して、各種方向の入射波に対して良好な吸収性能を発揮させることができ、しかも、導電紙の素材として和紙を用いているので、充分に強靭性及び耐久性を持たせつつ薄くて軽量にすることができ、持ち運びや取り扱いが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を具体的に説明する。
【００１３】
図１は本実施形態に係る電波吸収体を示す分解斜視図であり、図２は上記電波吸収体の断面図である。これらの図に示すように、電波吸収体１は、２枚の導電紙３、５の間に第１スペーサ４が配された電波吸収部２を有し、この電波吸収部２の片側、図示例では導電紙５の下側に、第２スペーサ６を介して反射板７が設けられた構造となっている。なお、各導電紙３、５と第１、第２スペーサ４、６との間、及び第２スペーサ６と反射板７との間は、バインダーにより接着されている。また、この電波吸収体１は、反射板７が電波入射側とは反対側になるように用いられる。
【００１４】
上記各導電紙３，５は、和紙を素材とし、これに炭素繊維を混入したもので、和紙に対する炭素繊維の混入割合は０．１〜０．５ｗ％（ｗ％は重量百分率）とされており、とくに好ましい例として、電波入射側の導電紙３は炭素繊維が０．３ｗ％程度混入され、他の導電紙５は炭素繊維が０．２ｗ％程度混入されている。これら導電紙３，５は、和紙に対して、炭素繊維（短繊維）を、炭素繊維の長手方向を１方向に揃えて混合させたもので、導電紙３における炭素繊維の長手方向をＡとし、導電紙５における炭素繊維の長手方向をＢとすると、ＡとＢとがほほ直交するように導電紙３と５が配される。図３は、導電紙３と５の配置状態（ＡとＢとがほほ直交する状態）を示す図である。
【００１５】
また、導電紙３，５は、例えば２層式湿式抄法で連続的に製造するのが好ましい。その理由は、炭素繊維の長手方向を製造ラインに沿って容易に製造でき、大量生産に適するからである。炭素繊維は、例えばポリアクリロニトリル系で、太さが０．５〜３デニール（好ましくは１デニール程度）、長さが２〜８ｍｍ（好ましくは６ｍｍ程度）とされている。また、２層式湿式抄法による製造において、和紙は厚さが０．４〜１．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ程度とされ、目付けが１５０ｇ／ｍ2程度とされている。なお、導電紙３、５の母材として和紙を用いるのは、一般の洋紙に比べて強く、しかも炭素繊維の方向性を確保することが容易であるからである。また、上記２層式湿式抄法は、以下のような工程を経る。即ち、原料パルプを煮熟し、水洗して打解し、その後に炭素繊維を配合して抄紙となし、得られた和紙を二枚重ねて目付け量を調整（合紙）し、最後に乾燥させることで製造される。
【００１６】
また、第１スペーサ４は樹脂製のもので、厚さが２〜４ｍｍ、好ましくは３ｍｍ程度に設定されており、第２スペーサ６も樹脂製のもので、厚さが２〜７ｍｍ、好ましくは５ｍｍ程度に設定されている。更に、反射板７は、金属製のものが用いられるが、この実施形態では、例えば厚さ４ミクロン程度のアルミニウム箔をラミネートしたフィルムを用いている。
【００１７】
図４は、導電紙３、５における炭素繊維の方向と電波吸収方向との関係を説明するための図である。
【００１８】
和紙１０に混入された炭素繊維１１は、長手方向Ｃが１方向に揃っていて、その炭素繊維１１の長手方向Ｃが電波吸収効率の高い方向Ｄと一致し、炭素繊維１１の長手方向と振幅方向とを平行にして入射する電波を高い効率で吸収する。
【００１９】
次に、このように構成された本実施形態の電波吸収体１における電波吸収作用につき説明する。
【００２０】
電波吸収体１は、反射板７が電波入射側とは反対側になるように配され、電波吸収部２の導電紙３，５で入射した電波を吸収し、更に反射板７で反射した電波を再度電波吸収部２の導電紙３，５で吸収する。このとき、導電紙３、５のそれぞれによる電波吸収特性は、上述したように炭素繊維１１の長手方向と振幅方向とを平行にして入射する電波を高い効率で吸収する特性である。そして、炭素繊維１１が一定方向に並んだ導電紙が１層だけであれば、電波吸収に異方性（方向による吸収性能の相違）を生じるが、当実施形態では２層の導電紙３，５を有して、それぞれの炭素繊維１１の長手方向をほぼ直交するように異ならせているため、電波吸収の等方性（吸収性能が方向により違わないこと）が高められ、つまり入射電波の方向を選ばない状態で電波吸収特性を向上させ得る。
【００２１】
次に、本実施形態の電波吸収体１につき、導電紙の炭素繊維混入割合及びスペーサの厚さを種々変えて、電波吸収特性をシミュレーションで分析する手法と、そのためのサンプルの測定の手法とを説明する。
【００２２】
図５（ａ）は複数の電波吸収層ＬＡと反射層ＬＢとを有する電波吸収体のモデルと、この電波吸収体に対して斜め方向から電波を投射した場合の入射波及び反射波を示しており、また、同図（ｂ）は上記モデルの等価回路を示している。これらの図において、εr(1)，εr(2)……εr(i)は各層の複素比誘電率、ｄ1，ｄ2……ｄiは各層の厚さ、Ｚc1，Ｚc2……Ｚciは各層の特性インピーダンス、β1，β2……βiは各層の位相定数である。また、Γ0は吸収体表面での反射係数である。
【００２３】
上記反射係数Γ0は、次の（１）式のように表される。
【００２４】
Γ0＝（Ｚ1−Ｚ0）／（Ｚ1＋Ｚ0）        （１）
ここで、Ｚ0は真空の固有インピーダンスである。また、Ｚ1は第１層の表面での入力インピーダンスであり、これと第２層のインピーダンスＺ2とは次のような関係を有する。
【００２５】
Ｚ1＝Ｚc1｛Ｚ2＋ｊＺc1tan（β1ｄ1）｝／｛Ｚc1＋ｊＺ2tan（β1ｄ1）｝    （２）
この式中のＺc1，β1は、第１層の特性インピーダンス及び位相定数であり、入射波がＴＥ波であれば次のようになる。
【００２６】
Ｚc1＝（μ0／εr(1)ε0）1/2cosθ  ，  β1＝ω（εr(1)ε0μ0）1/2cosθ
ただし、εr(1)は第１層の複素比誘電率、μ0は真空の透磁率、ε0は真空の誘電率、θは入射角である。
【００２７】
なお、第２層目以降の各層のインピーダンスと次の層のインピーダンスとの関係も上記（２）式に準じたものとなり、複数の電波吸収層を有する場合に、各層の複素比誘電率が解れば上記（２）式を繰り返し用いることで各層のインピーダンスが求められ、反射係数Γ0を求めることができる。
【００２８】
導電紙を用いた電波吸収層の複素比誘電率は、図６に示すような測定装置２０による電波吸収量の測定に基づいて求められる。
【００２９】
この測定装置２０は、アーチ形のフレームに送信用アンテナ２３と受信用アンテナ２４とを対象的に配置するとともに、被測定用のサンプルＳを上記アーチの略中心に配置し得るように、金属板２２を介してサンプルＳを支持する支持台２１を設けている。そして、図外の発振器により与えられる特定周波数の電波を上記送信用アンテナ２３から支持台２１上のサンプルＳに所定の入射角で入射し、その反射波を受信用アンテナ２４で受信し、受信用アンテナ２４に接続された図外の測定器により吸収特性を測定するようになっている。
【００３０】
サンプルＳとしては、前述のように和紙に炭素繊維を混入させた導電紙であって、炭素繊維の混入割合を種々変えた複数種類の導電紙を用意し、それらの中から選択したサンプルＳに対し、特定周波数（例えば５ＧＨｚ）のＴＥ波を入射し、その際に図７（ａ）のように入射波の電界Ｅに対して炭素繊維１１の配列方向が平行となるようにサンプルを配置した場合と、図７（ｂ）のように入射波の電界Ｅに対して炭素繊維１１の配列方向が垂直となるようにサンプルを配置した場合とについてそれぞれ、上記測定装置２０による測定によって反射係数を求め、これに基づいて複素比誘電率を求める。数例につき、このような方法で求めた複素比誘電率を次の表１に示す。
【００３１】
【表１】
2006205524.tif 000003
【００３２】
この表１を見ると、炭素繊維が一定方向に配列された導電紙は、単体で用いられると、炭素繊維の配列方向が入射波の電界に対して平行となる場合と垂直となる場合とで、複素比誘電率が大きく相違し、異方性を有することが解る。なお、表１では炭素繊維混入割合が０．１ｗ％、０．３ｗ％、０．５ｗ％、１．０ｗ％の４種類をサンプルとして例示しているが、これ以外の炭素繊維混入割合のものについても、サンプルを作製して上記測定装置による測定に基づき複素比誘電率を求めておくことができ、あるいは表１に示すようなデータから補間演算等で推定することができる。
【００３３】
このように、炭素繊維の混入割合を種々変えた導電紙の単体について測定に基づき複素比誘電率を求めておくと、これをデータベースとして、上記式（１）（２）等を用い、本実施形態の電波吸収体１において各導電紙３，５の炭素繊維混入割合及び各スペーサ４，６の厚さを種々変えた実施例の電波吸収特性をシミュレーションで求めることができる。なお、スペーサ４，６の電気的特性は空気と同等とみなすことができるので、その比誘電率としては空気のそれを適用すればよい。
【００３４】
このようにシミュレーションで求めた次の実施例１〜９についての電波吸収特性を図８〜図１６に示す。なお、次の実施例１〜９の説明中の数値は、導電紙については炭素繊維混入割合（ｗ％）を導電紙３，５の順に示し、スペーサについては厚さ（ｍｍ）をスペーサ４，６の順に示している。導電紙の厚さは０．５ｍｍである。
【００３５】
実施例１（図８）  ：導電紙０．１ｗ％、０．３ｗ％。スペーサ２ｍｍ、６ｍｍ。
【００３６】
実施例２（図９）  ：導電紙０．１ｗ％、０．３ｗ％。スペーサ２ｍｍ、７ｍｍ。
【００３７】
実施例３（図１０）：導電紙０．２ｗ％、０．２ｗ％。スペーサ２ｍｍ、６ｍｍ。
【００３８】
実施例４（図１１）：導電紙０．３ｗ％、０．１ｗ％。スペーサ３ｍｍ、５ｍｍ。
【００３９】
実施例５（図１２）：導電紙０．３ｗ％、０．２ｗ％。スペーサ３ｍｍ、５ｍｍ。
【００４０】
実施例６（図１３）：導電紙０．３ｗ％、０．２ｗ％。スペーサ４ｍｍ、５ｍｍ。
【００４１】
実施例７（図１４）：導電紙０．３ｗ％、０．３ｗ％。スペーサ４ｍｍ、４ｍｍ。
【００４２】
実施例８（図１５）：導電紙０．５ｗ％、０．１ｗ％。スペーサ４ｍｍ、２ｍｍ。
【００４３】
実施例９（図１６）：導電紙０．４ｗ％、０．２ｗ％。スペーサ３ｍｍ、３ｍｍ。
【００４４】
図８〜１５は、横軸に周波数（ＧＨｚ）、縦軸に反射減衰量（ｄＢ）をとって各実施例の電波吸収体の電波吸収特性を示したものである。上記反射減衰量は、２０logΓ0であり、電波吸収体１の吸収量に対応するものであって、その値がマイナス方向に大きくなるほど電波吸収量が多いことを意味する。また、図８〜１６の各図（ａ）は、炭素繊維の配列方向が入射波の電界に対して平行となる場合の特性、各図（ｂ）は、炭素繊維の配列方向が入射波の電界に対して垂直となる場合の特性である。各図（ａ）（ｂ）において実線は入射角が１５°の場合、破線は入射角が３０°の場合、一点鎖線は入射角が４０°の場合である。なお、入射波はＴＥ波とし、周波数３．９５〜５．７ＧＨｚの範囲でシミュレートしている。
【００４５】
これらの図から理解されるように、導電紙３，５の炭素繊維混入割合が少なくとも０．１〜０．５ｗ％程度であって、第１スペーサの厚さが２〜４mm、第２スペーサの厚さが２〜７mmの範囲にあれば、無線ＬＡＮなどで発生する電波の周波数である５．２ＧＨｚ乃至その近傍の周波数（４．５ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚの範囲内の周波数）で、電波の吸収量（反射減衰量）を−２０ｄＢ程度もしくはそれ以上にすることができ、かつ、種々の方向及び種々の入射角度に対しても良好な吸収性能が発揮され、電波吸収の異方性が軽減される。
【００４６】
とくに、第１スペーサの厚さを２〜３mm、第２スペーサの厚さを５〜６mmとした場合に５．２ＧＨｚ付近での吸収量及び等方性が向上される（図１１〜図１３参照）。導電紙３，５の炭素繊維混入割合は０．１〜０．３ｗ％程度が適当である。
【００４７】
ところで、上述した電波吸収部２では、２枚の導電紙３，５を用いているが、電波吸収特性をより向上させるためには、３枚以上の導電紙を用い、各導電紙における炭素繊維の長手方向を異ならせ、各導電紙の間にスペーサを介装するような構成とすることができる。但し、多数の導電紙及びスペーサを用いる場合には、高コストになるとともに、電波吸収体全体の厚さが増大する。これに対し、上述した実施形態のように２枚の導電紙を、炭素繊維の長手方向がほぼ直交するように積層する構成とすると、少ない導電紙で、電波吸収体全体を比較的薄くしつつ、効率よく電波吸収特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電波吸収体を示す分解斜視図である。
【図２】電波吸収体の断面図である。
【図３】２枚の導電紙の配置状態（ＡとＢとがほほ直交する状態）を示す図である。
【図４】導電紙における炭素繊維の方向と電波吸収方向との関係を説明するための図である。
【図５】（ａ）は複数の電波吸収層と反射層とを有する電波吸収体のモデルとこれに対する入射波及び反射波を示し、また、（ｂ）は上記モデルの等価回路を示す図である。
【図６】電波吸収体の電波吸収量を測定する測定装置の概略図である。
【図７】入射波の電界と導電紙の炭素繊維の配列方向とを平行とした場合と垂直とした場合とを示す説明図である。
【図８】電波吸収体の実施例１の電波吸収特性を示すグラフである。
【図９】電波吸収体の実施例２の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１０】電波吸収体の実施例３の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１１】電波吸収体の実施例４の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１２】電波吸収体の実施例５の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１３】電波吸収体の実施例６の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１４】電波吸収体の実施例７の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１５】電波吸収体の実施例８の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１６】電波吸収体の実施例９の電波吸収特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１    電波吸収体
２    電波吸収部
３、５    導電紙
４    第１スペーサ
６    第２スペーサ
７    反射板
１０    和紙
１１    炭素繊維
Ａ、Ｂ、Ｃ    炭素繊維の長手方向
Ｄ    電波吸収効率の高い方向
【図１】
2006205524.tif 000004
【図２】
2006205524.tif 000005
【図３】
2006205524.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006205524.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006205524.tif 000012
【図１０】
2006205524.tif 000013
【図１１】
2006205524.tif 000014
【図１２】
2006205524.tif 000015
【図１３】
2006205524.tif 000016
【図１４】
2006205524.tif 000017
【図１５】
2006205524.tif 000018
【図１６】
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