(57)【要約】【課題】本発明は、製造が容易で常温で安定したギガヘルツ（ＧＨｚ）周波数帯域の電磁波吸収特性を示し、尚且つ、立体構造を形成し得る電磁波吸収体を提供することを可能にすることを目的としている。【解決手段】アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形した後、その成形物を１４００℃以上の還元雰囲気で焼成したセラミックスからなる電磁波吸収体として構成したことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形し、焼成したセラミックスからなることを特徴とする電磁波吸収体。
【請求項２】
前記炭素源の添加量を０．５重量％以上、且つ５重量％以下に設定し、該電磁波吸収体の電気抵抗値を１０ｋΩ以上、且つ１００ＭΩ以下に設定したことを特徴とする電磁波吸収体。
【請求項３】
アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形した後、その成形物を還元雰囲気、真空雰囲気、或いは不活性ガス中雰囲気のうちのいずれかで焼成したことを特徴とする電磁波吸収体の製造方法。
【請求項４】
前記炭素源は、前記成形時に粒子径１０μｍ以下の微粉末を混合したことを特徴とする請求項３に記載の電磁波吸収体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を吸収する特性を有する電磁波吸収体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、信号処理のデジタル化、高速化、高周波数化に伴い、電磁波によるノイズや電子機器の誤動作等の問題が注目されている。これ等の問題を解決するために従来からゴム、プラスティック等を基材として炭素粉末、フェライト粉末等を混合した電磁波吸収特性または電磁波遮蔽特性を有するシート状の材料が電子部品や電子材料、試験用建築部材、建築材料等に使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような電磁波吸収部材は、ゴム、プラスティック等の樹脂類に微粒子炭素、金属粉及び金属フェライトを練り込み、シート状に成形、硬化させたもので、構造体の内側または外側に張り付けて使用している。
【０００４】
また、このような電磁波吸収部材では、吸収した高周波電力を熱変換するため自身が発熱して軟化し、変形するという欠点がある。また、対象となる周波数が数ｋＨｚ或いは数ＭＨｚの周波数帯域で、比較的弱い出力では、それ程の温度上昇は無く、弊害なく使用されているが、よりエネルギーの高い電磁波であるギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域では吸収された電磁波は熱に変換されることから材料の変形、劣化が懸念される。
【０００５】
また、前述した電磁波吸収部材ではギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域では十分な電磁波吸収特性が発揮されないことがある。このようなギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域に対応した電磁波吸収体として表面に多数の凹凸面を形成したもの（例えば、特許文献２参照。）や、多数のセルの集合体であるハニカム構造体からなる電磁波吸収体（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。
【０００６】
一方、本発明者等はアルミナ粉末に微紛炭素を混合してセラミックス原料を成形し、その成形物を焼成して導電性セラミックスを製造する技術を開発している（例えば、特許文献４、５、６参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３３２４８４号公報
【特許文献２】
特開平９−１８１４７４号公報
【特許文献３】
特開２０００−７７８８３号公報
【特許文献４】
特開２００１−２１３６７８号公報
【特許文献５】
特開２００１−１９９７６４号公報
【特許文献６】
特開２００２−２２６２６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１〜３のような技術の電磁波吸収体では、仮にギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域で十分な電磁波吸収効果があったとしても、吸収された電磁波は熱に変換されるために部材自身が軟化することがあり、変形する危険性を持っている。また、特許文献１のような技術では、形状がシート状であることから構造体の内側または外側に張り付ける作業が必要となるため取り付け作業が面倒であり、特許文献２、３のような技術では、構造が複雑であるため製造工程が煩雑となる。
【０００９】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、吸収された電磁波が熱に変換されても変形することがなく、ギガヘルツ（ＧＨｚ）等の高周波帯域でも十分な電磁波吸収効果を発揮することが出来、製造が容易な電磁波吸収体及びその製造方法を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る電磁波吸収体としては、高温度でも変形し難いセラミックスを基材として電磁波を吸収する特性を付与したものである。例えば、以下の数１式に示す電磁波吸収の実験式から電磁波吸収材料の電磁波吸収特性は、電気導電性、誘電性、比透磁性の相互作用から成り立つことが知られている。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
但し、上記数１式の中で透磁性に係わる項（数１式の右辺第３項）では、真空の透磁率μ０が非常に小さいことから材料は相当大きな透磁率でなければならないことが理解出来、相当大きな透磁率を持つ材料の代表的なものは金属である。電磁波を遮断する材料としては金属が適しているが、逆に金属は電磁波を反射する特性を有することから、電磁波が内側の回路に入りこむことが予想されるため金属は好ましくない。本発明では、金属は対象外としたため数１式の右辺第３項は無視した。
【００１３】
次に、材料の導電率は、材料の電気抵抗値の逆数であることから、例えば、アルミナセラミックス単体では、電気抵抗値が高いことから導電率は非常に小さく電磁波吸収効果は期待出来ない。
【００１４】
導電率のみで考えれば各種の金属が有利であることは明白である。しかしながら、誘電率の面から考えると、金属単体では誘電効果はほとんど期待出来ない。このことから、アルミナセラミックスに電磁波吸収特性を付与する条件として、該アルミナセラミックスに電気伝導性を付与し、尚且つ材料に誘電効果を持たせることが欠かせないことが解かる。
【００１５】
一方、本発明者等は、前述したように、アルミナ粉末に微紛炭素を混合してセラミックス原料を成形し、その成形物を焼成して導電性セラミックスを製造する技術を開発した経験から電磁波吸収特性に乏しいアルミナ系セラミックスの原料と電気伝導性を有する材料とを混合して成形し、その成形物を焼成することでアルミナ系セラミックスの物理的、化学的な特性を保持したシート状或いは立体形状のアルミナ系セラミックスに電磁波吸収特性を付与することが出来ると確信し、本願発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明に係る電磁波吸収体は、アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形し、焼成したセラミックスからなることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上述の如く構成したので、アルミナ系セラミックスの物理的、化学的な特性を保持しつつ電気伝導性を有する炭素を含有することでアルミナ系セラミックスに電磁波吸収特性を付与することが出来る。炭素はアルミナ系セラミックスを焼成する際の１４００℃以上の高温度にも耐えることが出来、有害性もなく安全で安定な物質であるため有利である。吸収された電磁波が熱に変換されても熱に強いセラミックスにより電磁波吸収体を構成したことで熱変形することがない。
【００１８】
また、前記炭素源の添加量を０．５重量％以上、且つ５重量％以下に設定し、該電磁波吸収体の電気抵抗値を１０ｋΩ以上、且つ１００ＭΩ以下に設定した場合には、ギガヘルツ（ＧＨｚ）等の高周波帯域でも十分な電磁波吸収効果を発揮することが出来る。電磁波吸収体のより好ましい電気抵抗値は１０ｋΩ以上、且つ５００ｋΩ以下である。
【００１９】
また、本発明に係る電磁波吸収体の製造方法は、アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形した後、その成形物を還元雰囲気、真空雰囲気、或いは不活性ガス中雰囲気のうちのいずれかで焼成したことを特徴とする。
【００２０】
上記製造方法によれば、炭素は高温度条件では酸化して炭酸ガスとして大気中に放出されてしまうことから、焼成を還元雰囲気、真空雰囲気、或いは不活性ガス中雰囲気のうちのいずれかで行うことで炭素源の酸化を防止することが出来、電磁波を吸収する特性を有するセラミックスからなる電磁波吸収体を容易に製造することが出来る。
【００２１】
アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形する際に加圧成形すれば好ましい。そして、その成形物をシート状或いは立体形状に成形し、その成形物を焼成することでシート状或いは立体形状等の所望の形状の電磁波吸収体を容易に製造することが出来る。立体形状の電磁波吸収部材であればシート状の場合と比較して張り付ける等の作業が省略出来る。焼成温度は１４００℃以上が好ましい。
【００２２】
また、前記炭素源は、成形時に粒子径１０μｍ以下の微粉末を混合すれば好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る電磁波吸収体及びその製造方法の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る電磁波吸収体の各周波数での電磁波吸収特性を示す図、図２は本発明に係る電磁波吸収体の材料厚さの異なる試料の発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示す図、図３は本発明に係る電磁波吸収体の電気抵抗値の異なる試料の発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示す図である。
【００２４】
先ず、アルミナ系セラミックスの原料として、アルミナ粉末原料と水からなるアルミナスラリーと、炭素源となるカーボンブラックスラリーとを混合した原料スラリーをスプレードライヤーを使用して原料顆粒を製造する。
【００２５】
この際、カーボンブラックは微細であるために水とのなじみが悪く界面活性剤を併用しなければならない。また、アルミナスラリーに直接カーボンブラックを添加すると凝集することから原料スラリーはアルミナスラリーとカーボンブラックスラリーを個別に作成した後、両者を混合しなければ均一に混合された原料は得られない。
【００２６】
製造した原料顆粒を使ってシート状或いは立体形状を作るための成形を行なう。この際、加圧成形すれば好ましい。セラミックスの焼成では通常行なわれている１０００℃以下での脱脂を行なわず、直接、所定の温度（例えば、１４００℃以上）の還元雰囲気で成形物の焼成を行なって電磁波吸収セラミックスが得られる。
【００２７】
図１は本発明に係る電磁波吸収体の一例として、アルミナにカーボンブラックを含有率３．０重量％で混合して成形し、焼成した厚さ５．０ｍｍの板状の電磁波を吸収する特性を有するセラミックスの電磁波吸収試験による１．０ＧＨｚ〜４０．０ＧＨｚの周波数帯域における電磁波吸収特性を示したものである。
【００２８】
図１において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は減衰量（電磁波吸収量；ｄＢ）で示した。図１に示すように電磁波を吸収する特性を有するセラミックスは発信周波数約１０ＧＨｚから３５ＧＨｚの周波数帯域で最大約１８ｄＢの電磁波の吸収が確認出来る。
【００２９】
また、図２は本発明に係る電磁波吸収体の一例として、アルミナにカーボンブラックを含有率３．０重量％で混合して成形し、焼成した厚さで８．０ｍｍ、５．０ｍｍ、３．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍに夫々調整した厚さの異なる電磁波を吸収する特性を有するセラミックスの発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示した。但し、厚さ８．０ｍｍでは電磁波の透過を観測出来ず、図２には表示していない。
【００３０】
図２に示すように、電磁波を吸収する特性を有するセラミックスは、その厚さ５ｍｍ程度までは厚さに比例して電磁波吸収量（ｄＢ）が増加することを示している。
【００３１】
図３は本発明に係る電磁波吸収体の一例として、アルミナにカーボンブラックの含有率を１．０重量％、２．５重量％、５．０重量％で夫々混合して成形し、焼成温度を調整し、電気抵抗値の異なる試料の発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示したものである。
【００３２】
図３に示すように、電磁波吸収量は、試料の電気抵抗値が８ｋΩから１２００ｋΩ程度の範囲で電磁波吸収量（ｄＢ）が高いことを示しており、電気抵抗値が１００ｋΩ付近で最大の電磁波吸収量（ｄＢ）を示している。
【００３３】
尚、炭素源の添加量は０．５重量％以上、且つ５重量％以下に設定し、該電磁波吸収体の電気抵抗値を１０ｋΩ以上、且つ１００ＭΩ以下に設定することが出来る。電磁波吸収体のより好ましい電気抵抗値は１０ｋΩ以上、且つ５００ｋΩ以下である。これにより、ギガヘルツ（ＧＨｚ）等の高周波帯域でも十分な電磁波吸収効果を発揮することが出来る。
【００３４】
また、アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合して成形した成形物を焼成する際に還元雰囲気以外にも真空雰囲気、或いは不活性ガス中雰囲気で焼成することが出来る。その際の焼成温度も１４００℃以上が好ましい。
【００３５】
また、炭素源は成形時に粒子径１０μｍ以下の微粉末を混合すれば好ましい。
【００３６】
上記構成により、立体構造でも製造が容易で常温で安定し、ギガヘルツ（ＧＨｚ）周波数帯域の電磁波吸収特性を示し、熱による変形も無く、安全性の高いセラミックスからなる電磁波吸収体を提供することが出来る。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、吸収された電磁波が熱に変換されても変形することがなく、ギガヘルツ（ＧＨｚ）等の高周波帯域でも十分な電磁波吸収効果を発揮することが出来、製造が容易な電磁波吸収体及びその製造方法を提供することが出来る。
【００３８】
即ち、本発明に係る電磁波吸収体によれば、アルミナ系セラミックスの物理的、化学的な特性を保持しつつ電気伝導性を有する炭素を含有することでアルミナ系セラミックスに電磁波吸収特性を付与することが出来る。
【００３９】
炭素はアルミナ系セラミックスを焼成する際の１４００℃以上の高温度にも耐えることが出来、有害性もなく安全で安定な物質であるため有利である。吸収された電磁波が熱に変換されても熱に強いセラミックスにより電磁波吸収体を構成したことで熱変形することがない。
【００４０】
また、炭素源の添加量を０．５重量％以上、且つ５重量％以下に設定し、該電磁波吸収体の電気抵抗値を１０ｋΩ以上、且つ１００ＭΩ以下に設定した場合には、ギガヘルツ（ＧＨｚ）等の高周波帯域でも十分な電磁波吸収効果を発揮することが出来る。
【００４１】
また、本発明に係る電磁波吸収体の製造方法によれば、炭素は高温度条件では酸化して炭酸ガスとして大気中に放出されてしまうことから、焼成を還元雰囲気、真空雰囲気、或いは不活性ガス中雰囲気のうちのいずれかで行うことで炭素源の酸化を防止することが出来、電磁波を吸収する特性を有するセラミックスからなる電磁波吸収体を容易に製造することが出来る。
【００４２】
アルミナ系セラミックスの原料と炭素源とを混合してシート状或いは立体形状に成形し、その成形物を焼成することでシート状或いは立体形状等の所望の形状の電磁波吸収体を容易に製造することが出来る。立体形状の電磁波吸収部材であればシート状の場合と比較して張り付ける等の作業が省略出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁波吸収体の各周波数での電磁波吸収特性を示す図である。
【図２】本発明に係る電磁波吸収体の材料厚さの異なる試料の発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示す図である。
【図３】本発明に係る電磁波吸収体の電気抵抗値の異なる試料の発信周波数２０．０ＧＨｚでの電磁波吸収量を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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