(57)【要約】      （修正有）【課題】木材に磁気的機能を積極的に付与し木質機能に加えて電波吸収機能を双方の機能が調和性を有する木質建材用電波吸収技術およびＧＨｚに対応する電波吸収特性の調和法については十分確立されてはいない。【解決手段】本研究では、粉体型磁性木材の木粉と磁性粉の体積含有率および主構成要素である磁性粉体として用いるＮｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライトの混合比率を変化することから木質系電波吸収ボードとしての電波吸収特性と木質面材ボードとしての曲げ強度たわみ量の調和機能を実用性能がえられることができた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木粉又は木質材と磁性粉体又は磁性微粒子を混合して作製し、且つ材質の異なる磁性粉末の混合比率を変えることにより電波吸収特性を調整できる磁性木材。
【請求項２】
木粉と磁性粉体の体積含有率を変えること又はボード厚さを変えることから電波吸収特性を調整できる磁性木材。
【請求項３】
磁性粉と木粉およびバインダーを混合し電波吸収特性および木質面材ボードとしての曲げ強度、たわみ率の調和機能を有する磁性木材。
【請求項４】
磁性木材の木質特性としての曲げ強度を保障した上で、電波吸収特性を調整する手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、木質材と磁性材で構成され、磁気機能、木質機能および電波吸収機能をあわせ有する室内用木質系磁性電波吸収ボードに関する。【０００２】  建材用電波吸収体は主にセラミックやセメント板などが利用されている。また、情報通信機器用としてプラスチック及びゴムなどと複合化された電波吸収シートが開発されている。  従来、木質系電波吸収材としては微細化した電磁波シールド材を接着剤と併用して木質材料を接合させたもの。（特許文献１）カーボン粉末や炭素繊維を木材チップと混合したもの（特許文献２〜４）などが知られている。本発明者は、先に磁気的な吸着力や電波吸収などの機能を有する新しい建材である磁性木材を開発した。（非特許文献１〜３）  これまでに本発明者らが開発した磁性木材としては含浸型磁性木材、粉体型磁性木材、塗布型磁性木材がある。（特許文献５）【０００３】［特許文献１］  特開  昭６１−２６９３９９号公報［特許文献２］  特開  平０１−１９１５００号公報［特許文献３］  特開  平６−８２９４３号公報［特許文献４］  特開  平６−８５４７２号公報［特許文献５］  特開  ２００１−１１８７１１号公報［非特許文献１］  岡：磁性木材の基礎特性  日本応用磁気学会Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．３，ｐｐ．７５７−７６２（１９９９）［非特許文献２］  「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．１０，Ｐａｒｔｓ２  ａｎｄ  ３，１５Ｍａｙ、ｐｐ．７００８−７０１０（２００２）［非特許文献３］  「Ｎｅｗ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ」２９，Ｊｕｎｅ，ｐ．２０（２００２）［発明の開示］［発明が解決しようとする課題］【０００４】    磁性木材は磁気・木質双方の機能を有するため磁気応用・木質建材・電磁環境分野など様々な分野で注目されていうる。従来の磁性木材は主に磁性粉体を木材に付与することにより磁気・木質双方の機能を有する建材・家具材としていた。しかし、木材に磁気的機能を積極的に付与し、木質機能に加えて磁気機能と電波吸収機能の双方の機能を調和性を有する木質建材用電波吸収ボード技術については十分確立されてはいない。    また、電波吸収特性を用途に合わせて手軽に調整できることが望まれる。［課題を解決するための手段］【０００５】本発明者は磁性木材の構成要素である磁性粉体又は磁性微粒子を混合し、材質の異なる磁性粉材の混合比率を変えか、又は  木粉と磁性粉体の体積含有率を変えることから任意に磁性木材の電波吸収特性を調整できることを解明した。【０００６】さらに、磁性粉と木粉およびバインダーを混合し、電波吸収特性および木質面材ボードとしての曲げ強度たわみ量の調和機能を有する磁性木材を完成させた。【０００７】また、本発明は、Ｎｉ−Ｚｎフェライト粉にＭｎ−Ｚｎフェライト粉を混合する方法で試料の厚さを変えずに０．９５ＧＨｚ〜２．３８ＧＨｚで２０ｄＢを超える電波吸収特性が得られた。【０００８】これらの結果、本研究は粉体型磁性木材の電波吸収特性を幅広く調整可能となることを明確にした。［発明の効果］【０００９】本発明の粉体型磁性木材の木質系室内用磁性電波吸収ボードは下記のような利点を有する。（ａ）ＧＨｚ帯域の電波吸収特性を磁性粉体積含有率、異なる磁性粉体の材料の��合比率、ボード厚さにより任意に幅広い調整が可能となり用途にあわせた設計が容易になる。［発明を実施するための最良の形態］【００１０】本発明では粉体型磁性木材の作製において磁性粉体の体積含有率・種類・粒径・ボード厚さを変えることによる電波吸収特性の調整でき、また  木質特性であるボードの曲げ強度８Ｎ／ｍｍ２面材ボードとして  日本工業規格ＪＩＳ−Ａ−５９０１を満たしている作製手法である。【００１１】［試料の構成と作製例］  粉体型磁性木材は磁性粉体と木粉とをフェノール樹脂をバインダーとして１００℃、１５Ｎ／ｍ２にて２０分間熱圧締することで得られる材料である。磁性粉体はＮｉ−Ｚｎフェライト１００Ｌ（Ｔｏｋｉｎ製、平均粒径１０６μｍ）とＭｎ−ＺｎフェライトＢＨ２（Ｔｏｋｉｎ製、平均粒径１００μｍ）を、木粉にはタモ材（粒径１ｍｍ以下）を、バインダーにはフェノール樹脂（ショウノールＢＲＰ−５１１、昭和高分子製）を用いた。作製時の形状はフリースペース法用試料として３００ｍｍ×３００ｍｍ×Ｘｍｍ（Ｘ：４ｍｍ−１２ｍｍ）のボード状である。また、導波管法での測定では、外径６．９５ｍｍ、内径３．０５ｍｍで３．５ｍｍ−４．５ｍｍの厚さに加工した試料を用いた。  作製する試料は、磁性粉の体積含有率を変えた試料、Ｎｉ−ＺｎフェライトとＭｎ−Ｚｎフェライトの混合比を変えた磁性粉を用いた試料、磁性粉の粒径を変えた試料、そして試料の厚さを変えた場合の試料である。  作製した試料の詳細は以下のとおりである。ａ）磁性粉の体積含有率を０〜５０ｖｏｌ％まで５段階に変えた試料。（Ｎｉ−Ｚｎを使用，厚さ：１０ｍｍ）ｂ）磁性粉にＮｉ−ＺｎとＭｎ−Ｚｎを用い、それらの混合比をＮｉ−ＺｎとＭｎ−Ｚｎの混合比が５：０，４：１，３：２，２：３，１：４，０：５と変えた磁性粉を用いた試料。（５０ｖｏｌ％，厚さ：１０ｍｍ）ｃ）磁性粉の粒径を４５μｍ〜７５μｍ，７５μｍ〜１０６μｍ，１０６μｍ〜１５０μｍ，２１２μｍ以上に選定した試料。（Ｎｉ−Ｚｎを使用，４０ｖｏｌ％，１０ｍｍ）ｄ）試料の厚さをＮｉ−Ｚｎを用いた場合は、４ｍｍ〜１２ｍｍまで変えたものを、Ｍｎ−Ｚｎを用いた場合は１０ｍｍの試料。（５０ｖｏｌ％，１０ｍｍ）【００１２】［電波吸収特性の測定法］［導波管法］  測定には外径６．９５ｍｍ、内径３．０５ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ〜４．５ｍｍに加工した環状試料を用い、ネットワークアナライザＨＰ８７２０ＤのＰｏｒｔ１とＰｏｒｔ２間の同軸管に試料を挿入しＳパラメータＳ１１，Ｓ２１を測定した。ＳパラメータからＮｉｃｏｌｓｏｎ−Ｒｏｓｓ法により周波数０．３ＧＨｚ〜１２ＧＨｚでの材料定数（複素誘電率・複素透磁率）を導出した。求めた材料定数から、試料裏面を反射板で裏打ちした単層型電波吸収体として厚さを任意に設定し、電波吸収量の周波数特性を算出した。（測定時の気温：２０±２℃，湿度３０−４５％）［．フリースペース法］  試料は反射板を設置しない状態で、電波を試料に対し垂直に入射して測定した。タイムドメイン法を用いて、０．５ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの周波数帯域で電波吸収特性を測定した。測定ポイントは１６０１点、出力は−２０ｄＢｍである。試料の位置は対向に設置したホーンの送信側から１５０ｍｍ、受信側からは２５０ｍｍの間隔で設置した。（測定時の気温：２０±２℃，湿度３０−４５％）【００１３】［電波吸収特性の測定結果］  図１は  磁性木材の電波吸収特性（電波吸収量のピーク値Ｓｍａｘ，ピーク周波数ｆｏ，半値幅Ｗ）の説明図である。ａ）磁性粉の体積含有率  図２と図３にＮｉｃｏｌｓｏｎ−Ｒｏｓｓ法にて算出した材料定数を示す。複素誘電率の実部は木粉よりもフェライトの方が高いため体積含有率の高い試料が順当に高い値を示している。また、虚部はいずれの試料ともほぼ０であるため誘電損による電波吸収は考えられない。複素透磁率の実部・虚部ともに測定周波数域においてピーク値を確認できないものの、体積含有率の高い試料が順当に高い値を示した。  図４は材料定数より算出した電波吸収特性である。傾向として、体積含有率が高い試料ほど低い周波数に高いピーク値を持つ。ピーク値のシフト幅は２．０３ＧＨｚ（２．９２ＧＨｚ〜４．９５ＧＨｚ）である。また、５０ｖｏｌ％の試料では２．９２ＧＨｚにて１９．８ｄＢの良好な吸収量を示した。２．４ＧＨｚでは５０ｖｏｌ％の試料で１５．７ｄＢの吸収量を得られた。  図５にはフリースペース法での測定結果を示す。いずれの試料とも吸収量のピーク値は５０ｖｏｌ％で６．９９ｄＢと低くなるものの、曲線は非常に緩やかになり広帯域な電波吸収特性となる傾向が見られた。【００１４】ｂ）磁性粉の種類  図６と図７には材料定数を示す。Ｍｎ−Ｚｎフェライトは誘電損が大きい材料であるため、Ｍｎ−Ｚｎの混合比の大きい試料ほど複素誘電率の実部・虚部ともに高い値を示した。複素透磁率の実部・虚部ともＭｎ−Ｚｎの混合比の高い試料ほど高い値を示すが、誘電率ほどの明確な差とはなっていない。  図８には材料定数より算出した電波吸収量を示す。吸収量を２０ｄＢに維持した状態でシフトされる良好な傾向が見られた。ピーク値のシフト幅は１．４４ＧＨｚ（０．９５ＧＨｚ〜２．３８ＧＨｚ）でＮｉ−Ｚｎの混合比が高いほど、ピーク周波数ｆ０は高くなった。また、Ｎｉ−Ｚｎの混合比が高いＮｉ−ＺｎとＭｎ−Ｚｎの混合比が５：０と４：１の試料では半値幅Ｗが０．６ＧＨｚとなり、他試料と比較して広帯域な特性を示した。図９にはフリースペース法での測定結果を示す。Ｍｎ−Ｚｎの混合比の高い試料ほどピーク値が高くなる傾向が見られた。特にＮｉ−ＺｎとＭｎ−Ｚｎの混合比が０：５と１：４の試料では測定周波数０．５ＧＨｚ−２０ＧＨｚにて２０ｄＢを超える特性が得られた。ピーク周波数ｆ０はＭｎ−Ｚｎの混合比の高い試料ほど高い周波数にシフトする傾向が見られた。【００１５】ｃ）磁性粉の粒径  図１０と図１１には材料定数を示す。複素透磁率については２１２μｍ以上の磁性粉を使用した試料が若干高い値を示したが、他のパラメータはほぼ同程度の値を示しており明確な規則性は見られない。  図１２には材料定数より算出した電波吸収特性を示す。吸収量のピーク周波数ｆ０は粒径２１２μｍ以上の試料が２．６２ＧＨｚで最も低いものの、全試料とも明確な違いは見られない。また、粒径２１２μｍ以上の試料は他の３種の試料より大きい電波吸収量のピーク値を有している。これは、複素誘電率がいずれの試料も低く同程度の値を示し、電波吸収量に効果的に影響する���は思われず、複素透磁率の虚部が大きいことが影響したためと考えられる。  ピーク周波数ｆ０のシフト幅は０．４２ＧＨｚ（２．６２ＧＨｚ〜３．０４ＧＨｚ）であり、磁性粉の体積含有率・磁性粉の材料を変える方法（それぞれ１．４４ＧＨｚ，２．０３ＧＨｚ）に比べて大きく下回る値となり、効果的なシフトが得られなかった。【００１６】ｄ）試料の厚さ  図１３にはＮｉ−Ｚｎを用いた試料の厚さを５ｍｍ〜１１ｍｍの間で変えた場合の電波吸収特性（導波管法）である。特徴として、厚さが小さくなるほどピーク周波数ｆ０は２０ｄＢの吸収量を維持したまま高い周波数にシフトした。このときのシフト幅は５．３２ＧＨｚ（２．０２ＧＨｚ〜７．３４ＧＨｚ）となり、磁性粉の体積含有率、磁性粉の種類、磁性粉の粒径を変えた場合の測定結果より大きい値となった。  図１４には同様にＭｎ−Ｚｎを用いた試料の厚さを６ｍｍ〜１８ｍｍの間で変えた試料の電波吸収特性（導波管法）を示した。Ｎｉ−Ｚｎの場合よりもシフト幅は小さく１．３７ＧＨｚ（０．４７ＧＨｚ〜１．８４ＧＨｚ）となった。全体的に２０ｄＢの吸収量を得られる周波数帯は０．５ＧＨｚ〜１ＧＨｚ程度となり、Ｎｉ−Ｚｎの場合よりも低い周波数である。また、Ｍｎ−Ｚｎでの半値幅Ｗの平均はＮｉ−Ｚｎの約１／４倍程度となった。    図１５には、Ｎｉ−Ｚｎを用いた試料の厚さを変えた場合での電波吸収特性をフリースペース法により測定した結果を示す。半値幅Ｗは反射板を用いた状態よりも一様に大きく、吸収量の曲線はなだらかとなった。しかし、電波吸収量のピーク値は反射板を使用した場合に比べ低く、最も高いピーク値は体積含有率５０ｖｏｌ％、厚さ１２ｍｍで得られた１０．３ｄＢ（ｆ０＝５．３ＧＨｚ）である。【００１７】［．曲げ強さ・最大たわみ量の測定と結果］  ＵＴＭ−１０Ｔ型強度試験機（ＴＯＹＯ  ＢＡＬＤＷＩＮ製）を用い支持台に設置された試料（２００ｍｍ×１５０ｍｍ×１０ｍｍ）に対し、載荷棒を０．５（ｍｍ／ｍｉｎ）で降下させて試料面中心に集中荷重を加えた。集中荷重し試料が破壊された時の最大荷重を測定し、曲げ強さσｂを算出した。また、破壊された時の試料のたわみ量を最大たわみ量として測定した。  図１６、図１７はそれぞれ曲げ強さ、最大たわみ量で、磁性粉の体積含有率との関係を示す。  曲げ強さは磁性粉の増加にともない減少の傾向を示したが、いずれの試料とも基準とした８Ｎ／ｍｍ２を超える性能が得られた。最大たわみ量は磁性粉の体積含有率の増加にともなって減少する傾向を示した。磁性粉の増加にともなって曲げ強さ・最大たわみ量が減少するのは、木粉が絡み合うことで得られていた強度が、磁性粉を混入することで木粉同士の接着面が減少したためと考えられる。また、強度減少の程度から磁性粉の体積含有率が５０ｖｏｌ％を超える粉体型磁性木材は好ましくないと考えられる。【００１８】［電波吸収・木質調和機能］  図１８には目標電波吸収量２０ｄＢにおける達成状況を示す。反射板有りの場合、厚さを変える方法・磁性粉の材料を変える方法を組み合わせることで、２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚを含み０．５ＧＨｚ〜８ＧＨｚ程度にかけて比較的広い範囲で吸収量を示した。一方、反射板なしの場合でも磁性粉の材料をＭｎ−Ｚ��とすることで著しく広い帯域に吸収量を示した。  以上の結果より、粉体型磁性木材の電波吸収特性はＩＳＭバンドの２．４ＧＨｚや無線ＬＡＮの５．２ＧＨｚといった主要な周波数帯に電波吸収量２０ｄＢで対応できることが明らかとなった。また、反射板を使用しない状態でも有効な電波吸収特性を示し、木質特性を損なわない形で利用できる可能性を確認できた。また、曲げ強さは体積含有率５０ｖｏｌ％以下の試料で基準８Ｎ／ｍｍ２を満たした。  表１には、本発明で作製した試料を用いた一例として、２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚにおいて２０ｄＢ以上の吸収量が得られ、なおかつ最も軽量に作製可能な試料を示す。【００１９】［粉体型磁性木材の構成手法］▲１▼  磁性粉の体積含有率を変える方法は電波吸収量のピーク周波数ｆ０をシフトせずに電波吸収量・木質特性を調節する方法として最適である。▲２▼  磁性粉の材料を変える方法は試料の形状寸法を変えない状態で電波吸収特性を調節する方法として有効である。▲３▼  磁性粉の粒径を変える方法では大きなシフト幅と電波吸収量のピーク値の向上は難しいが、さらに粒径の選定範囲を拡げることで明確な特性の現れる可能性がある。▲４▼  試料の厚さを変える方法では電波吸収量のピーク値を維持しつつ大きなシフト幅が得られるとともに粉体型磁性木材の質量を調整することが可能である。  以上より、本研究では粉体型磁性木材の木質特性として曲げ強さ・最大たわみ量を実用性の面で保障した上で、電波吸収特性を効果的に調整する手法を示すと共に、本発明で作製した試料で２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚの木質系電波吸収ボードとして利用可能であることを示した。［産業上の利用可能性］【００２０】本発明の磁性木材で作製した木質系室内用電波吸収ボードは下記のような各種の用途に適用可能である。音楽ホール用（携帯電話対策、吸音機能）病院用（医療機器電磁波防護対策）情報セキュリティー（無線ＬＡＮ，ブルーツース対策）木質建材用（介護、医療、ロボット防護対策、デジタル家電対応）デジタル家電・情報機器用（デジタル家電機器、情報機器ボード、キャビネット）オフィス用（パーティション、家具）文具用（木質系パネル）
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電波吸収特性の説明図
【図２】複素誘電率  実部・虚部
【図３】複素透磁率  実部・虚部
【図４】電波吸収量（体積含有率、導波管法）
【図５】電波吸収量（体積含有率、フリースペース法）
【図６】複素誘電率  実部・虚部
【図７】複素透磁率  実部・虚部
【図８】電波吸収量（磁性粉の種類、導波管法）
【図９】電波吸収量（磁性粉の種類、フリースペース法）
【図１０】複素誘電率  実部・虚部
【図１１】複素透磁率  実部・虚部
【図１２】電波吸収量（磁性粉の粒径、導波管法）
【図１３】電波吸収量（Ｎｉ−Ｚｎ、試料の厚さ、導波管法）
【図１４】電波吸収量（Ｍｎ−Ｚｎ，試料の厚さ、導波管法）
【図１５】電波吸収量（Ｎｉ−Ｚｎ、試料の厚さ、フリースペース法）
【図１６】曲げ強さと体積含有率との関係
【図１７】最大たわみ量と体積含有率との関係
【図１８】各項目の目標吸収量達成状況（２０ｄＢ）［表１］周波数２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚにおける最適な構成法
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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