(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する天然木材又は加工木質材からなる板厚２〜３ｍｍの板材を、フェライト粉末を含む接着剤を介して圧着することにより形成された磁性層を挟んでなる積層型磁性木材からなる木質系建材において、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して体積比で３０〜５０％の非磁性ステンレス鋼粉末を含有し、磁性層中のフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率が１０〜４０％であり、磁性層の厚みが１．０〜４．０ｍｍであり、中心周波数が１〜８ＧＨｚ内にあり、周波数２．４５ＧＨｚ帯において２０ｄＢ以上の電波吸収特性を有することを特徴とする木質系電波吸収建材。
【請求項２】
非磁性ステンレス鋼粉末がＳＵＳ３０４ステンレス鋼であることを特徴とす
る請求項１記載の木質系電波吸収建材。
【請求項３】
フェライト粉末が中心粒径で５０〜６０μｍ、粒子径範囲４５〜７５μｍであることを特徴とする請求項２記載の木質系電波吸収建材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
［０００１］
本発明は、携帯電話などの数ＧＨｚ帯域の電波を吸収する性能に優れるとともに、その性能を容易に調整可能な木質系電波吸収建材に関する。
【背景技術】
［０００２］
電波吸収体の誘電損失材料や導電損失材料としては、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数領域では、フェライトやカーボンなどが主に用いられている。また、１ＧＨｚ以上では導電性の金属板、金属網、金属繊維などが用いられる。これらの材料は、通常、プラスチックやゴム等と複合化したシート状の電波吸収体として用いられる。
［０００３］
最近、特に、ＧＨｚ帯に対応した薄型電波吸収体が求められ、種々の新材料が盛んに開発されており、例えば、珪酸カルシウム成形体中に炭素繊維を分散させたもの（特許文献１）、マグネトプランバイト型六方晶フェライトの粉体をゴム、樹脂、珪酸カルシウムなどの無機材料からなる保持材に混合したもの（特許文献２）、Ｃｒ５〜３５重量％を含むＦｅ基合金からなる軟磁性紛末をゴム又は樹脂に分散したもの（特許文献３）、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０からなる軟磁性薄片状粉体を合成樹脂中に混合、分散させたもの（特許文献４）、無機系繊維と、樹脂結合剤と、導電性又は磁性を有する繊維もしくは粉体とを含み、空隙率が３５〜８９％であるもの（特許文献５）などがある。
［０００４］
一般建材を用いた電波吸収体としては、石膏、石綿セメントまたは珪酸カルシウムを主材として、電磁波損失材料であるカーボン粉、フェライト粉、金属粉、もしくは金属化合物粉またはこれらの混合物が含有されている７０ＭＨｚ〜３ＧＨｚ帯域を対象とした電磁波吸収内壁材（特許文献６）などがある。
［０００５］
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７）、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８、９、１０）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遮蔽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（特許文献１１、非特許文献１〜３）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２８３９７１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３５４９７２号公報
【特許文献３】
特開２０００−２００９９０号公報
【特許文献４】
特開２００１−２７４５８７号公報
【特許文献５】
特開２００３−６０３８１号公報
【特許文献６】
特開平６−２０９１８０号公報
【特許文献７】
特開昭６１−２６９３９９号公報
【特許文献８】
特開平０１−１９１５００号公報
【特許文献９】
特公平６−８２９４３号公報
【特許文献１０】
特公平６−８５４７２号公報
【特許文献１１】
特開２００１−１１８７１１号公報
【非特許文献１】
岡：磁性木材の基礎特性、日本応用磁気学会誌、Vol.23,No.3,pp.757-762(1999)
【非特許文献２】
「Journal of Applied Physics」 Vol.91,No.10,Parts2 and 3,15Maypp.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】
【０００７】
従来、建物内における電波吸収材としては、電波吸収が必要な部屋や区域の天井、内壁、床、パーティションなどに電波の遮蔽特性を有する金属板、金属箔、または金属メッシュを貼り付けたり、または金属含有塗料を塗布する工法が採用されている。しかしながら、金属板は電磁波に対して完全反射、ゼロ透過特性を示すものであり、室内空間の電波吸収特性の調整が難しい。従来の一般建材用の電波吸収材は、セラミックスやセメント板などが開発されてはいるが、高比重、加工性、施工性、価格など様々な問題を有している。
【０００８】
特許文献７〜１０に示されるように、建材として適する電波吸収性木質材が開発されているが、特許文献７記載のものは周波数５０〜５００MHzを対象とし、特許文献８記載のものは周波数３０ｋＨｚ〜１GHzを対象とし、特許文献９、１０記載のものは、周波数１０〜５０MHzを対象としている。
【０００９】
最近、携帯電話（周波数1.6GHz）、ＰＨＳ（周波数1.9GHz）、室内無線ＬＡＮ（周波数2.4〜2.5GHz,5.15〜5.25GHz）、産業科学医療用（ISM）装置（周波数2.4〜2.5GHz）、ＩＴＳ（高度道路交通システム、周波数5.8GHz）等の１〜１０GHz付近での電磁波を利用する情報通信機器は目覚しい普及展開がなされており、機器の誤作動や人身事故、携帯電話によるペースメーカーへの影響、音楽ホール、レストラン、病院など建物内における携帯電話の電波侵入など不要電波の問題も大きくなっている。
【００１０】
これらの不要電波を吸収するGHz帯に対応した電波吸収体として、上記の従来技術のような各種の電波吸収体が開発されているが、最適の電波吸収特性を得るためのパラメータは保持材中に混合する誘電材料や導電材料の形状や含有量のみであり自由度が少なかった。さらに、これらの周波数帯域を対象とした従来の電波吸収体は単一周波数のみを対象にしたものがほとんどであるが、最近の無線ＬＡＮでは２．４５GHz帯と５．２GHz帯の２つの周波数帯域など複数の帯域の不要電波に同時に対応可能な電波吸収体も望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らがこれまでに開発してきた磁性特性を付与した磁性木材の一つである厚さ約１ｃｍでフェライト粉末と接着剤を混合した１〜４ｍｍの磁性層を木材でサンドイッチ状に挟んだ木質材は、木質材の特性と電波吸収性、双方の機能を有するため木質建材や家具類をそのまま電波吸収体として使用できる材料として注目されている。磁性木材は、電波吸収機能の他に、低比重・加工容易性・ぬくもりなど木質感・吸音性・調湿性・断熱性などを付与できる。この磁性木材を内壁材などに使った音楽ホール、レストランや病院では、携帯電話が使えなくなる。
【００１２】
本発明者らが開発したこの磁性木材は、Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどの磁性材料の磁気損失を用いたものであり、磁性層の厚みや磁性材料の含有量の調整によって電波吸収能のある程度の調整は可能であるが、２．４５GHz帯での電波吸収量は７ｄB程度であり、無線ＬＡＮ、ＩＳＭ周波数帯域内の必要とされる帯域でさらに電波吸収能を高めるとともに、設計パラメータの自由度を高める必要があった。
［００１３］
本発明者は、フェライト粉末の混合割合や磁性層の厚みをはじめ、その他の磁性粉末や導電粉末の利用についての実験を繰り返す過程で、フェライト粉末と組み合わせて非磁性ステンレス鋼粉末を利用することによって無線ＬＡＮ、ＩＳＭ周波数帯でさらに優れた電波吸収特性を有するとともに、必要とされる帯域で必要とする吸収能を容易に調整できる木質系電波吸収材が得られることを見出した。
［００１４］
すなわち、本発明は、（１）対向する天然木材又は加工木質材からなる板厚２〜３ｍｍの板材を、フェライト粉末を含む接着剤を介して圧着することにより形成された磁性層を挟んでなる積層型磁性木材からなる木質系建材において、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して体積比で３０〜５０％の非磁性ステンレス鋼粉末を含有し、磁性層中のフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率が１０〜４０％であり、磁性層の厚みが１．０〜４．０ｍｍであり、中心周波数が１〜８ＧＨｚ内にあり、周波数２．４５ＧＨｚ帯において２０ｄＢ以上の電波吸収特性を有することを特徴とする木質系電波吸収建材、である。
［００１５］
また、本発明は、（２）非磁性ステンレス鋼粉末がＳＵＳ３０４ステンレス鋼であることを特徴とする上記（１）の木質系電波吸収建材、である。
［００１６］
また、本発明は、（３）フェライト粉末が中心粒径で５０〜６０μｍ、粒子径範囲４５〜７５μｍであることを特徴とする上記（２）の木質系電波吸収建材、である。
［００１７］
本発明では、フェライト粉末の体積含有率、磁性層厚、およびフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の混合比の制御による電波吸収特性を調整できる。図１は、電波吸収体の電波吸収特性の設計パラメータを図示して示したものであり、中心周波数（ｆ０）、中心周波数（ｆ０）の時の最大吸収量（Ｓｍａｘ）及び半値幅ΔＷ（−６ｄＢ）を示したものである。
［００１８］
本発明の木質系電波吸収建材は、電波吸収特性の最大吸収量（Ｓｍａｘ）のピークは磁性層厚の増加に伴い低周波帯域にシフトする。電波吸収特性の中心周波数（ｆ０）はフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率が増加するほどわずかな内部比率（非磁性ステンレス鋼粉未：フェライト粉末）と磁性層厚の変化で大きくシフトできる。電波吸収特性は磁性層厚を増加させ、且つ、フェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率を減少させることにより低周波領域で高く鋭い特性を有する。また、電波吸収特性は磁性層厚を増加させ、且つ、磁性層内の非磁性ステンレス鋼粉末の比率を増加させることにより、低周波領域で高く鋭い特性が得られる。
【００１９】
磁性木材を電波吸収に応用する場合に重要になるのが磁気損失である。木材自体は誘電体であり電波を透過する。対向する木材板の間に磁性層をサンドイッチ状に挟んだ際に電界と磁界でできている電波が木材に当たると、磁性層に磁気損失の特性があるため磁界が消滅して熱に変換され、吸収される。磁性木材を構成する磁性材料としてはフェライトが好ましいが、フェライトは低損失材料である。非磁性ステンレス鋼は導電材料であるが、電波吸収材として通常使用される軟磁性材料ステンレス鋼とは違い非磁性なので磁気的には空隙と同様に考えられる。そのため、フェライト粉末の粒子間距離が広がり、その結果反磁界が増加し、複素透磁率実数部μ’が低下すると考えられる。また、非磁性ステンレス鋼は、導電率の高い他の金属、例えば、銅の導電率（5.8×107[/Ω・ｍ]）に比べて導電率が低く（1.3×104[/Ω・ｍ]）、複素透磁率虚数部μ’’の増加は起こらない。しかし、非磁性ステンレス鋼粉末を併用することによってフェライト粉末のみでは得られない電波吸収特性を得ることができる。また、銅は酸化しやすいため、吸湿性を有する木材には不向きである。ＳＵＳ304ステンレス鋼は耐食性に優れている。
【発明の効果】
【００２０】
木質系材料自体に優れた電波吸収特性を持たせることができるので、従来の一般的な建築材や木質製品等に付加して電波吸収体を施工することなく、そのまま建築材等として用いて、所望の電波吸収特性を得ることができる。また、磁性層に加える非磁性ステンレス鋼粉末の比率、磁性層厚を調整することによって吸収する帯域や吸収ピークの大きさならびに半値幅を制御できるので電波吸収材の設計の自由度が高まる。磁性層の厚みと磁性層に加える非磁性ステンレス鋼粉末の比率を調整するだけで２．４５GHz帯と５．２GHz帯のそれぞれに対応する電波吸収体を容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
磁性層を挟んでなる積層型磁性木材は、フェライト粉末を混合した接着剤を対向する２枚の天然木材または加工木質材である板材の間に配設し、次いで、これらの２枚の板を圧着し、さらに乾燥させることにより作製される。木材の板厚は、２〜３ｍｍ程度が好ましい。
【００２２】
フェライト粉末としては、例えば、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライトなどが挙げられる。フェライト粉末の大きさは、中心粒径で５０〜６０μｍ程度、粒子径範囲４５〜７５μｍ程度が好ましい。
【００２３】
Ｍｎ−ＺｎフェライトとＮｉ−Ｚｎフェライトは単独で使用してもよいが、２種類を混合して使用する方法で、電波吸収量の最大値を示す周波数をシフトすることができる。Ｍｎ−Ｚｎフェライトの混合比が高くなるに従い、電波吸収量を高いレベルに維持した状態で電波吸収量の最大値を示す周波数を低い周波数にシフトすることができる。
【００２４】
接着剤としては、木材を接着するのに十分な接着力を持つものであればどのような種類であってもよい。例えば、フェノール樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系、シアノアクリレート系、エポキシ樹脂系等の各種のものから選択されてよい。
【００２５】
また、接着剤中に混合されるフェライト粉末の混合比が高いほど、積層型磁性木材は高い電波吸収機能を持つが、混合比が高すぎると十分な接着強度が得られないことから、積層型磁性木材を構成する少なくとも２枚の木板が剥離する危険性がある。したがって、接着剤中に混合されるフェライト粉末の混合比は、接着力を損なわない程度とする必要がある。
【００２６】
積層型磁性木材の作製方法においては、フェライト粉末を混合した接着剤を対向する２枚の木板の間に塗布する。積層型磁性木材の部位によって電波吸収機能や質量に差異が生じないように、接着剤は、厚さが均一になるように塗布されることが好ましい。
【００２７】
接着剤を塗布した後、２枚の木板の圧着がなされ、次いで、接着剤の乾燥が行われ、積層型磁性木材が完成する。このとき、積層型磁性木材の部位によって電波吸収機能や質量に差異が生じないように、厚さが均一になるように圧着が行われることが好ましい。
【００２８】
また、この発明における板材は、必ずしも平板でなくてもよい。湾曲板、あるいはより厚みのあるブロック状のもの、突起や溝のある異形形状のもの等の各種であってよい。
【００２９】
そして、この発明においては、フェライト粉末に対して体積比で２０〜８０％、より好ましくは３０〜５０％の非磁性ステンレス鋼粉末を含有させることによって、周波数２．４〜２．５GHｚのISM周波数帯域において１０ｄB以上、より好ましくは２０ｄＢ以上の最大吸収量の電波吸収特性を有するようにする。Ｎｉ約４ｗｔ％以上、Ｃｒ約１２〜３０ｗｔ％を含むステンレス鋼は、非磁性ステンレス鋼として知られているが、非磁性ステンレス鋼として代表的なものはＳＵＳ304（クロム−ニッケル系ステンレス鋼：約18wt%Cr,約8wt%Ni)であり、好ましくはこのＳＵＳ304粉末を用いる。非磁性ステンレス鋼粉末の大きさは中心粒径で８０〜１００μｍ程度のものが好ましい。
【００３０】
接着剤の固化後に形成される磁性層中の磁性粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率は１０〜４０％、より好ましくは１０〜３０％とする。また、磁性層の厚みは０．５〜５．０ｍｍの範囲で選択するが、４．０ｍｍの厚みで十分大きな電波吸収量が得られるので、より好ましくは１．０〜４．０ｍｍである。
【００３１】
以下に、実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。
【００３２】
表１に示すように、磁性層における体積含有率＝粉末の占める体積/（粉末の占める体積＋接着剤の体積）が１０Vol%、２０Vol%、３０Vol%となるように、フェライト粉末Mn-Zn（TOKIN社製BH2；中心粒径５８μｍ）単独の試料(10F,20F,30F)、ステンレス鋼粉末（太平洋金属社製ＳＵＳ304；中心粒径９１μｍ)単独の試料(10S,20S,30S)、フェライト粉末とステンレス鋼粉末の混合試料(SF14,FS23,FS32,FS41)を用意した。
【００３３】
【表１】
0004298706.tif 000002
【００３４】
電波吸収特性の測定は、フェライト粉末とステンレス鋼粉末を接着剤と混合してファイバーボード２枚の間に挟み込み乾燥させ、積層型磁性木材試料を作製した後、試料を磁性層と木質層に分離した後、図２（Ａ）に示すように、磁性層を、内直径３．００ｍｍ、外直径７．００ｍｍ、厚みｈｍｍの環状に加工し、これを試料Ｓとして、ネットワークアナライザHP8720D（図示せず）付属の１portケーブルＡと2portケーブルＢ間のサンプルホルダＨに収めて測定した。表２に電波吸収特性の測定および算出条件を示す。ファイバーボードの材料特性は、複素誘電率、複素透磁率ともに測定周波数に対して不変的である。
【００３５】
【表２】
0004298706.tif 000003
【実施例１】
【００３６】
フェライト粉末とステンレス鋼粉末を合わせた体積含有率Ｖｓ＝２０Ｖｏｌ％において、両者の比（容積）を表１に示す割合としたものを酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤（木工用ボンド）と混合して板厚２．５ｍｍのファイバーボード（比重０．９g/cm3）２枚の間に挟み込み約９６時間乾燥させ、積層型磁性木材試料を作製した。磁性層の厚みは４．０ｍｍとした。
【００３７】
図３（Ａ）、（Ｂ）に測定周波数０．０５〜１２GHzの範囲での電波吸収量の測定結果を示す。図３より、磁性層ｄｍ＝４．０ｍｍにおいて、フェライト粉末のみの試料（20F)では１．５GHｚ付近で約１１ｄBの電波吸収量であるが、ステンレス鋼の比率が２０Vol%(20FS14)、６０Vol%(20FS32)、８０Vol%(20FS41)の試料ではそれぞれ２．５GHｚ付近で約１８ｄB,２６ｄB,２５dBの電波吸収量が得られる。一方、ステンレス鋼粉末のみの試料（20S)では２．６GHｚ付近で約１２ｄBの電波吸収量であった。
【実施例２】
【００３８】
磁性層の厚みを１．０ｍｍとした以外は実施例１と同じ条件で積層型磁性木材試料を作製した。図４（Ａ），（Ｂ）に、測定周波数０．０５〜１２GHzの範囲での電波吸収量の測定結果を示す。フェライト粉末のみ(20F)、ステンレス鋼粉末比率４０Vol%(20FS23)の試料ではそれぞれ約７GHｚ、６GHｚ付近で約３０ｄB、２５ｄBの電波吸収量が得られた。ステンレス鋼粉末の内部比率が低いほど高い電波吸収量が表れる傾向がある。また、内部比率が増加するにしたがい、電波吸収量は低下し、同時に中心周波数は低周波にシフトする傾向がある。
【実施例３】
【００３９】
フェライト粉末とステンレス鋼粉末の内部比率（Ｓ：Ｆ）を２：３とし、磁性層厚をそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、４．０ｍｍとした以外は実施例１と同じ条件で積層型磁性木材試料を作製した。図５に、測定周波数０．０５〜１２GHzの範囲での電波吸収量の測定結果を示す。磁性層厚１．５ｍｍのとき約４．５GHz付近において約３０ｄBの最大電波吸収量が得られた。磁性層厚の増加に伴い低周波帯域に中心周波数がシフトすることがわかる。また、ステンレス鋼粉末の内部比率が低い場合、磁性層厚が薄いほど高い電波吸収量となる傾向があることが分かる。
【実施例４】
【００４０】
フェライト粉末とステンレス鋼粉末の内部比率（Ｓ：Ｆ）を４：１とし、磁性層厚をそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、４．０ｍｍとした以外は実施例１と同じ条件で積層型磁性木材試料を作製した。図６に、測定周波数０．０５〜１２GHzの範囲での電波吸収量の測定結果を示す。磁性層厚４．０ｍｍのとき約２．４GHｚ付近において約２５ｄBの最大電波吸収量が得られた。磁性層厚の増加に伴い低周波帯域に中心周波数がシフトすることがわかる。また、ステンレス鋼粉末の内部比率が高い場合、磁性層厚が厚いほど高い電波吸収量となる傾向があることが分かる。
【００４１】
表３に、以上の実施例の測定結果を中心周波数ｆ０、最大吸収量Ｓｍａｘ、半値幅ΔＷについてフェライト粉末単独、ステンレス鋼粉末単独の場合と比較して示す。
【００４２】
【表３】
0004298706.tif 000004
［００４３］
また、図７に、磁性層中のフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の合計体積含有率が１０Ｖｏｌ％，２０Ｖｏｌ％，３０Ｖｏｌ％のそれぞれについてフェライト粉末と非磁性ステンレス鋼粉末の体積比と磁性層の厚みによる電波吸収特性の分布を濃淡により示す。分布図の右下の点を中心に同心円上に比較的高い最大吸収量が分布しており、体積含有率の増加にともない同心円の半径が増加する傾向があった。
［００４４］
表３に示すように、電波吸収特性は体積含有率Ｖｓ＝２０Ｖｏｌ％で、内部比率ステンレス鋼粉末：フェライト粉末＝２：３、磁性層厚４．０ｍｍの場合、中心周波数ｆ０［ＧＨｚ］が、２．６２、最大吸収量Ｓｍａｘ［ｄＢ］が４５．１８、半値幅ΔＷ［ＧＨｚ］が０．１２０以下で最も大きい電波吸収量が得られた。
【産業上の利用可能性】
［００４５］
本発明の木質系電波吸収建材は、木質材としての機能を備えるとともに優れた電波吸収特性を有するので、（ａ）音楽ホール、レストラン、病院、介護施設、木造建築物、学校などに用いる建材（木質壁面材、天井材、木質ドア材、床材、パーティション）、（ｂ）情報家電器機用セキリティー機能材、（ｃ）家具、（ｄ）事務用品、文具などとして用いることによって、電波障害を防止し、不要電波を軽減して生活環境を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
［００４６］
［図１］電波吸収体の設計パラメータを示すグラフである。
［図２］電波吸収特性の側定用の環状試料の形状及び寸法を示す正面及び側面図（Ａ）及び環状試料をサンプルホルダに挟んだ状態を示す断面図（Ｂ）である。
【図３】実施例１の各試料の電波吸収特性を示すグラフである。
【図４】実施例２の各試料の電波吸収特性を示すグラフである。
【図５】実施例３の各試料の電波吸収特性を示すグラフである。
【図６】実施例４の各試料の電波吸収特性を示すグラフである。
【図７】実施例および比較例試料の電波吸収特性の分布図である。
【図１】
0004298706.tif 000005
【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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