携帯電話端末評価のための頭部等価液剤
Tissue-equivalent liquids for safety evaluation of mobile phone handsets.

独立行政法人 通信総合研究所 電磁環境グル−プ

福永香

KAORI FUKUNAGA

渡辺 聡一
SOICHI WATANABEEMC Group, Communications Research Laboratory

いられている。

1. はじめに

防護指針値を強制規格として運用するためには、この携帯電話をはじめとする無線通信端末は、人々の日SARを正確かつ再現性よく測定できる手法を確立する必常生活になくてはならないものとなっている。一方で、電要があり、国際電気標準会議（IEC）をはじめとする国内波が身近に使用されることにより、電波が健康に及ぼす外の機関において、様々な周波数帯や電波利用機器の影響についての関心も増大している。

ための試験法の標準化作業が進められている 3）。

電波の生体影響は数十年以上にわたる膨大な研究成果が蓄積されており、これらの知見に基づいて電波の防2. SAR評価技術

護指針が各国で策定されている。我が国では1990年に郵政省電気通信技術審議会（現総務省情報通信審議1）

携帯電話端末が「局所防護指針」を満足し、安全であ会）から電波防護指針 が答申されている。この電波防るかを評価するための標準試験法では、図1に示すよう

護指針では、電波に曝された場合に、体内に吸収されな頭部形状を模擬した容器に頭部組織と同じ誘電特性た電力による発熱の影響（熱ストレス）に基づいて指針値の液体を満たした、ファントム（模擬人体）が用いられる。

が設定されている。指針値は人体の電力吸収が最大とこのファントムに携帯なる条件（人体全身が電波にばく露する場合）でも、熱端末を配置、通話状的な影響が現われないように十分な安全率を加えた電態とし、内部を小型波の強度レベル（電磁界強度指針）で記述されている。の 等 方 性 電 界プロ

ただし、当時はさほど携帯電話は普及しておらず、携帯ーブで走査すること電話を使用している場合のように身体の一部が近傍からにより電界強度分布

電波に曝される場合（局所ばく露）に対しては必ずしも適を測定する。その測切な指針値が示されていなかった。その後、1997年に定結果からSAR値を2）

電波防護指針の一部改訂 が行われ、携帯電話等の算 出し 、そ の 値 が身体に近接して使用される携帯無線機に対して「局所吸2W/kgを超えなけれ収指針」が新たに追加された。局所吸収指針では、身ば安全とする。頭部

体内に吸収された単位質量あたりの電力（比吸収率また形状や携帯端末のはSAR; Specific Absorption Rate）が2W/kgを超えな

保持位置等は国際いことが勧告されている。そして、2001年に電波法無線的に共通であり、標設備規則の改正（施行は2002年6月1日）により、携帯準 文 書に 詳 細に 規

電話端末等に対して局所吸収指針が強制規格として用定されている 3）4）。

図1 SAR測定システム

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.1（通巻191号）

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い場合もある。これらの液剤の温度特性、当然予想され

3. 人体等価液剤（ファントム液剤）

る蒸発による経時変化等について、標準文書は全く記
前節で述べた「頭部組織と同じ誘電特性の液体」は、載されていない。そのため当所ではこれらの推奨配合に人体等価液剤の頭部のもので、他に筋肉等価液剤などついて温度特性、蒸発による誘電特性の変化、さらにもある。ここでは携帯電話端末を評価対象にしているの変化の補正に有効と考えられる配合比マトリックス（配合で「頭部等価液剤」が用いられ、これらはファントム液剤、比に対する複素比誘電率を示すチャ−ト）を作成した。

液体ファントムなどと呼ばれることもある。

ε、

この液剤に要求される誘電特性（比誘電率の実部r4. 頭部等価液剤の実用誘電特性5）および導電率σ）
は、生体組織の実測値デ−タベ−ス に基づき、さらに均一な液剤で代用できるよう数値解析等を
6）

頭部等価液剤の誘電特性は一般に図2に示すような用いた検討 の結果、表1のように定められた。SAR測

市販の同軸プロ−ブ（アジレントテクノロジー製85070シ定時の液剤の特性は規定されている温度（18℃-25℃、たリ−ズ等）および付属のソフトウェアを用いて行われる。

ε、およびだし測定中の温度変化は±2℃以内）においてr

導電率σの各値が目標値から偏差5%以内に入っていな
ければならない。標準文書中 3）では、誘電特性の測定方法および推奨配合例（表2）が参考資料として紹介されている。この表からわかるように、一般の携帯電話に用いられる900MHzでは、ショ糖、水、セルロ−ス、塩化ナトリウムの混合物、PHS用1450MHz等、さらに高い周波数ではジエチレングルコ−ルモノブチルエ−テル（DGBE）などの多価アルコ−ルが用いられ、最近はDGBEと比較して有害性の低いジアセチンも提案されている。
しかしながら、この推奨配合では偏差5%以内に入らな

表1 液剤の誘電特性

表2 推奨配合（IEC CDV文書より抜粋）

周波数(MHz)

比誘電率の実部 εr'

導電率σ (S/m)

周波数(MHz)300
4508359001450
1800
1900
1950
2000
2450
3000

45.3
43.5
41.5
41.5
40.5
40.0
40.0
40.0
40.0
39.2
38.5

0.87
0.87
0.90
0.97
1.20
1.40
1.40
1.40
1.40
1.80
2.40

300
450
835
900

1450
1800

1900
1950
2000
2100
2450
3000

10

図2 液剤の誘電特性測定装置

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.1（通巻191号）

原 材 料 (wt %)*水はイオン交換水を用いる。
水 37.56，砂糖 55.32， 塩 5.95，セルロ−ス 0.98，防腐剤 0.19
水 38.56，砂糖 56.32， 塩 3.95，セルロ−ス 0.98，防腐剤 0.19
水 48.9，ジアセチン 48.9， 塩 1.7，防腐剤 0.5
水 40.45，砂糖 57.00， 塩 1.45，セルロ−ス 1.00，防腐剤 0.10
水 40.92，砂糖 56.50， 塩 1.48，セルロ−ス 1.00，防腐剤 0.10
水 34.40，プロピレングリコ−ル 64.81， 塩 1.48
水 49.2，ジアセチン 49.2， 塩 1.1，防腐剤 0.5
水 53.82，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 45.51， 塩 0.67
水 52.64，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 47.00， 塩 0.36
水 54.90，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 44.92， 塩 0.18
水 55.36，トリトン(X-100) 30.45，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 13.84， 塩 0.35
水 49.43，ジアセチン 49.43， 塩 0.64，防腐剤 0.5
水 54.90，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 44.92， 塩 0.18
水 55.36，トリトン(X-100) 30.45，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 13.84， 塩 0.35
水 55.0，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 45.0
水 50.0，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 50.0
水 50.0，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 50.0
水 71.88，トリトン(X-100) 19.97，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 7.99， 塩 0.16
水 71.88，トリトン(X-100) 19.97，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 7.99， 塩 0.16
水 49.75，ジアセチン 49.75， 塩 0.5
水 71.88，トリトン(X-100) 19.97，ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル 7.99， 塩 0.16

携帯電話端末評価のための頭部等価液剤

周波数範囲200MHzから20GHzでの複素比誘電率が4.2 経時変化

簡易に測定できるため国内外で広く用いられている。導

各配合の頭部等価液剤をポリタンクおよびファントムのεと周波数の積か殻を模擬した20cm四方の立方体容器（一面は全面開ら算出する。当所でもこのプロ−ブを用い、液剤の温度口）に保管し、蒸発量、および誘電特性の変化を測定し調整は恒温水槽で行っている。

た。図4に示すようにポリタンクに保管した場合には、注電率σは，得られた比誘電率の虚部

r4.1 温度特性

700

図3に各配合の液剤の誘電特性の温度依存性を示

(a)

600

やすいように、この図では「目標値からの偏差」で表してε、図3（b）は導電率いる。図3（a）は比誘電率の実部rε は温度依存性がほとんどなくほぼ一定であσである。

r

蒸発量 (g)す。各周波数によって目標値が異なるため、相互比較し開口立方体容器

500
400
300る。図中、目標値の±5%の基準を満たしていない例が200あるが、これは推奨配合そのものの問題である。一方、

100

σの温度依存性は高く、1℃上昇すると約2%減少してい0

ポリタンク（開封）ポリタンク（密閉）る。したがって、25℃で目標値を示す液剤は18℃では使020用できないことになる。携帯電話端末のSAR測定中の温5それに準拠すれば、SAR測定中のσは、ほぼ±5%の変0206080(b)ポリタンク（開封，密閉）-5-10

開口立方体容器-15-20-25020406080時間（日）目標値±5%

18 19 20 21 22 23 24 25
液 剤 温 度 (˚C)(b)

1510MHz
9001450
1800
1800
1900

1950
2000
2100
2450

505

導電率 σ の初期値からの偏差 (%)

比誘電率の実部 εr' の目標値からの偏差 (%)
導電率 σ の目標値からの偏差 (%)

4035302520151050-5-10-15-20MHz
9001450
1800
1800
1900
1950
2000
2100
2450(a)

比誘電率の実部 εr' の初期値からの偏差 (%)

度変化は±2℃以内と標準文書に規定されているので、化に収まると思われる。

40時間（日）(c)0

ポリタンク（開封，密閉）-5-10-15

開口立方体容器-20

目標値±5%-25-5-10020

406080時間（日）-15-20-25

ポリタンク（密閉) ポリタンク（開封)18 19 20 21 22 23 24 25
液 剤 温 度 (˚C)

図3 液剤の誘電特性の温度依存性

900 MHz1450 MHz
1950 MHz

900 MHz1450 MHz
1950 MHz

開口立方体容器
900 MHz1450 MHz
1950 MHz

図4 液剤の誘電特性の経時変化（蒸発の影響）

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.1（通巻191号）

11

ぎ口（面積7cm 2 ）を開けていてもほとんど蒸発はなく、

5. まとめ84日後でも誘電特性の偏差は±5%以内である。しかし立方体容器の場合には1週間で500g蒸発し、誘電特性携帯電話端末の安全性評価試験に用いられる模擬人も15%以上変化している。したがってSAR測定中にファ体、および頭部等価液剤を紹介させていただいた。物

ントム殻内に液剤を入れ、蓋なしで実験を続けた場合に質の誘電特性は温度に影響される。液体は蒸発するとは液剤の誘電特性の変化に充分注意する必要がある。

いう材料開発にたずさわる技術者には当然のことでも、異分野のユ−ザ−は重要視していないことがある。今回

4.3 誘電特性の調整

紹介した配合の中には一般的なファントム殻の表面を各頭部等価液剤の誘電特性が、規定された目標値徐々に劣化させるものも含まれており、さらにどのようなの±5%を越えた場合には、原材料（水、DGBE等）を加経緯でこれらの配合が提案されてきたのか不明な点がえることにより調整する必要がある。この際、混合熱に多い。今後は温度依存性が低く、広い周波数帯域に適より温度が上昇するので「混合、冷却、測定、確認」
を用でき、さらに環境への影響に配慮した頭部等価液剤繰り返すことになる。この作業の負担をできるだけ軽減の開発が望まれる。これには化学者の助力が不可欠でできるよう、原材料の配合比を変化させて誘電特性を測あり、この紹介記事で少しでも興味を持っていただけれε ）の関係を示す配ε、定し、配合比と複素比誘電率（rrば幸いである。

合マトリックスを作成した。このマトリックスの縦軸の比誘最後に詳細な実験デ−タの取得はNTTアドバンステク

εを、標準文書内に用いられている導電率ノロジ、EMCセンタの麻生博之氏、石井義人氏、佐藤σに書き表すことができるが、実際の測定値は比誘電率賢一氏の多大な貢献によるものであり、ここに深謝の意

電率の虚部rε であり、調整作業中には、直読できるε の方の虚部rrが便利である。一例として1450MHz用、水、DGBE、を表する。
通信総合研究所 電磁環境グル−プ：http://www.crl.go.jp/mt/b186/

塩化ナトリウムの例を図5に示す。目標値は図中の二重丸にあり、調整しなければいけない液剤の誘電特性をプ

参考文献ロットした点と比較することにより、どの成分をどれだけ加えれば良いか容易に求めることができる。
当所では現在IECより推奨されているすべての配合例
について、900MHz、1450MHz、1950MHz、2450
MHzに対する最適な配合比を求めるとともに、それぞれについて図5のようなマトリックスを作成したので、近日中に参考資料として公開する予定である。

1）電気通信技術審議会答申 諮問第38号 「電波利用における人体の防護指針」, 1990.
2）電気通信技術審議会答申 諮問第89号 「電波利用における人体防護の在り方」, 1997.
3）IEC, 106/61/CDV, "Procedure to measure the SpecificAbsorption Rate (SAR) in the frequency range of 300
MHz to 3 GHz - Part 1: hand-held mobile wirelesscommunication devices", August, 2003.

比誘電率の虚部 εr''25

DGBE:ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル単位（%)，その他の成分はイオン交換水

ARIB STD-T56 2.0版 「携帯型無線端末の比吸収率測定法」, 2002

DGBE: 30
NaCl: 1.0
DGBE: 40
NaCl: 0.8
DGBE: 50
NaCl: 0.6
DGBE: 60
NaCl: 0.4
15
DGBE: 70
NaCl: 0.2
NaCl: 0.1

2010目標値5）C. Gabriel: "Compilation of the dielectric properties ofbody tissues at RF and microwave frequencies",
Brooks Air Force Technical Report AL/OE-TR-19960037, 1996.
6）A. Drossos, V. Santomaa, and N. Kuster: "Thedependence of electromagnetic energy absorption
upon human head tissue composition in the frequency

520304050

比誘電率の実部 εr'
図5 配合マトリックス例（1450MHz用）

124）電波産業会

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.1（通巻191号）

range of 300-3,000 MHz", IEEE Trans. Microwave
Theory Tech., Vol. 48, No. 11 (2000) 1988 - 1995.