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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2015

研究論文

高機能性反毛フェルトシートの開発
杉 山 儀 ＊ 1、 堀 場 隆 広 ＊ 2、 藤 田 浩 文 ＊ 3

Development of the High-functional Recycle Felt
Tadashi SUGIYAMA * 1 , Takahiro HORIBA * 2 , Hirofumi FUJITA * 3Owari Textile Research Center * 1 ～ 3
本来別々の機能を備えた自動車内装材の反毛フェルトと金属製パネルを一つに統合した軽量な複合化反毛フェルトシートを開発した。反毛フェルトに軽量 な金属シートを用いて、複合化方法を工夫することにより、高周波電磁波から超低周波磁 界のシールド性能と従来の反毛フェルト以上の難燃性能と吸音性能の3 つの性能を実現した。また開発品は、構造上における 2 性能、電磁波シールド性能と難燃性能 に優位性があることを確認した。

１．はじめにフェルトシートを作製した。

これまで自動車内装材として用いられてきた反毛フアルミ箔に孔を空ける条件は、ニードルパンチ機を用

ェルトは、吸音、難燃機能を備えたものがほとんどであいて 36 番手の針で 40 本/cm2（以下、NP40 と表記）とり、電磁波シールド機能を備えているものはなかった。

した。このとき孔径はおよそ 1.0Φ である。

現在、ハイブリッド（HV）、電気自動車（EV）が普及

2.2 電磁波シールド性能する中で、自動車関連企業から、自動車の車内環境にお・測定方法：KEC 法

いて、モータ、インバータ、ワイヤーハーネスなどから・測定機器：電磁波シールド特性評価装置（KEC 法測定

漏れる電磁波をシールドすることで電子機器の誤動作、冶具）、スペクトルアナライザ及び各種影響を防止するための複合化反毛フェルトシー

・測定周波数：100kHz～1GHz

トの研究開発が求められている。また特に、超低周波域・測定原理：電磁遮蔽効果は電磁波がシールドを透過す

1Hz～数百 Hz の磁界成分をシールドすることはハードる際の減衰量で定義される。S=20log(A/B)

ルの高い技術課題となっており、そのシールド効果測定

S：電磁遮蔽効果（dB）、A：入射波（μV）、方法も確立されていない。

B：透過波（μV）

そこで本研究は、平成 23 年度に超低周波磁界シールド効果測定装置を製作し、このシールド効果測定装置を・目標値：20dB（減衰率 90%）以上※ただし 100kHz では 30dB が測定限界となる。

用いて、超低周波を含めた低周波磁界に重点を置いた電超低周波磁界シールド効果測定装置を用いて、以下の磁波シールド性能（20dB 以上）を備えた複合化反毛フ測定方法で、さらに磁性をもつシールド材を選定した。

ェルトシートを開発した。吸音、難燃性能については、2.3 超低周波磁界シールド性能

従来の反毛フェルトと同等以上の性能を付与した。

・測定機器：磁界測定器、交流電源装置、オシロスコー
プ、ソレノイドコイル（径 0.5mm、巻き数

２．実験方法2.1 試料30、直径 4cm、長さ 2cm）
（図１、２）
・測定周波数、電流、電圧：50～500Hz、1.61A、0.6V

反毛フェルト(主な素材は毛 50%、ポリエステル 30%、・測定原理：磁界遮蔽効果は磁界がシールドを透過する

綿・レーヨン 10%、アクリル 7%、その他 3%、厚さ 5mm、際の減衰量で定義される。S=20log(A/B)

500g/m2)やフェルト(綿 60%、ポリエステル 30%、アクS：磁界遮蔽効果（dB）、A：入射波（μT）、リル 10%、厚さ10mm、500g/m2)に貼り合わせるものとして、市販のポリエチレン、紙、アルミ箔、アルミ板、

B：透過波（μT）
・目標値：20dB（減衰率 90%）以上

銅板、ステンレス板、鉄板、パーマロイ、トタン、真鍮、ナノ結晶軟磁性材（ファインメット）を用いて、複合化＊＊

1 尾張繊維技術センター 素材開発室(現三河技術センター 産業資材開発室) ＊2 尾張繊維技術センター 素材開発室
3 尾張繊維技術センター 素材開発室（現食品工業技術センター 分析加工技術室）

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図１

超低周波磁界シールド効果測定装置概念図（左）と実際に製作した磁界シールド効果測定装置（右）

図３

シールド材及び開発品の超低周波磁界シールド性能

3.2 開発品
図２

超低周波磁界シールド効果測定装置を用いた評

反毛フェルトにナノ結晶軟磁性材またはパーマロイ価方法（ブランク評価時（左）試料評価時（右））を複合化することで、当初目標の 300Hz の超低周波磁界を含んだ 50Hz から 1GHz の磁界シールド性能で 20dB2.4 吸音性能以上を達成した。そして、電磁波シールド性能を付与し・測定方法：JIS A 1405-2

ながらも、吸音性能と難燃性能は従来の反毛フェルト以・測定機器：垂直入射吸音率測定システム上の性能を備えた柔軟で軽量な高機能性複合化反毛フェ・目標値：従来の反毛フェルトシートの性能以上ルトシートを開発した（図４）。なお開発品は、一般的2.5 難燃性能に使用されている鉄板のシールド材に比べて、10 分の 1・測定方法：JIS D 1201の重量である。

・測定機器：MVSS-3 型燃焼性試験機
・基準：燃焼速度 80mm/min 以下
・目標値：燃焼速度 32mm/min 以下（従来の反毛フェルトシートの燃焼速度）

３．実験結果及び考察
3.1 超低周波磁界シールド素材選定
50Hz から 500Hz の超低周波磁界におけるシールド素材の選定結果は、図３より強磁性体のパーマロイ（厚さ図４開発品0.05mm）、ナノ結晶軟磁性材（ファインメット）（厚さ0.12mm）を選定した。当初の計画で考えていたトタン（厚さ 0.3mm）、真鍮（0.2、0.3mm）、アルミ板（厚さ0.2mm、0.3mm）、アルミ板（厚さ 0.2mm、孔径 0.5Φ、0.7Φ、1.2Φ）、アルミパンチング板（厚さ 0.3mm、孔径3Φ、6Φ）をシールド材として用いて、発生磁界をシールド材内に流すことでシールドするねらいは、期待通り開発品は以下の低周波磁界シールド性能、吸音性能、難燃性能を備えている。
3.3 開発品の 300Hz の磁界シールド性能
300Hz の低周波磁界のブランク評価（図２左）において、磁束密度 15.8μT に対して、開発品を図２右のようの効果を確認することができなかった。特にアルミは、に設置すると 1.4μT まで減少する。つまり磁界減衰率100kHz 以上の周波数帯ではそれなりの効果があるものが 21dB となり目標値の 20dB 以上を達成したことになの、常磁性であるため超低周波磁界では、シールド効果る。また、この 1.4μT は、一般家電製品からでる磁束を確認することができなかった（0dB）。
そこで、選定したパーマロイとナノ結晶軟磁性材を用密度まで減衰されたことにもなる。例えば、ヘアドライ

いて複合化反毛フェルトシートを作製した。

ヤーは 10cm 離れた地点でおよそ 2.9μT である。
図５オシロスコープによりブランク評価時と開発品評価時の磁束密度を可視化したものである。実際、磁界132

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測定器で測定した磁束密度は、X 軸、Y 軸、Z 軸それぞ

開発品の吸音性能については、図７の孔ありアルミ箔

れの波の振幅で表わされている。また上記の数値、例え＋反毛フェルトをそのまま開発品に当てはめることがでばブランク評価の 15.8μT は各軸の磁束密度合成値 BＲきる。これは、開発品の表側、つまり音の入射側に孔をとなっており、各軸の磁束密度 BＸ ＝14.8μT、BＹ ＝空けたアルミ箔を貼り合わせたことで大きく従来品の性2.2μT、BＺ ＝5.1μT に対して、磁束密度合成値は BＲ能を上回る結果に至った。またこの開発品は、従来の反=（BＸ ＋BＹ ＋BＺ

毛フェルトを 2 枚重ねたものと同等の吸音率があること２２２）1/2 で表されている。

も確認した（図７）。
一般的に金属箔を貼り合わせる場合、吸音率を上げるためには、必ず金属箔に孔を空けることが必要となり、また反毛フェルトに対して金属箔を挟む位置と金属箔に空ける孔の大きさで、吸音したい周波数のピークの位置をずらせることも分かってきた。これは、周波数ごとの波長の長さと孔の大きさ、挟む位置との関係によるもの
図５ブランク評価時（左）と開発品評価時（右）の各と考えられる。

軸の磁束密度（縦軸：磁束密度の大きさ、横軸：時間）
また 100kHz から 10MHz の低周波磁界を含む磁界についても、KEC 法により測定すると、図６左のとおり、開発品は目標値 20dB 以上の性能を備えている。なお
10MHz から 1GHz までの高周波磁界シールド性能についても高いシールド性能を有していることが確認できる。
これは開発品の複合化材料のアルミ箔の導電性とナノ結晶軟磁性材料の磁気特性が高いことによるものと考えられる。
図７
表１

開発品の吸音性能

開発品の難燃性能とサンドイッチ構造による難燃性能の差異

試料

図６

開発品の磁界シールド性能（左）とサンドイッチ構造による磁界シールド効果の差異（右）3.4 複合化構造と磁界シールド性能
200kHz から 1GHz の磁界で、アルミ箔を単に二枚重ねただけのものと、反毛フェルトをアルミ箔でサンドイッチ状にしたものとで、シールド効果に優位差が確認された（図６右）。アルミ箔とアルミ箔の間に空間ができることで電気的作用が働いたものと考えられる。しかし、50Hz から 500Hz の超低周波磁界におけるサンドイッチ構造によるシールド効果は確認できなかった。
3.5 開発品の吸音性能評価

燃焼速度(mm/min)

反毛フェルト(毛 50%)_5mm

32

紙

336

紙＋反毛フェルト＋紙

0ポリエチレンフィルム

738

フィルム＋反毛フェルト＋フィルム

33

フェルト(綿 60%)_10mm372

紙＋フェルト＋紙

87

ナノ結晶軟磁性材_120μ143

パーマロイ_50μアルミ箔_7μアルミ箔＋反毛フェルト＋アルミ箔
ナノ結晶軟磁性材＋反毛フェルト＋アルミ箔
パーマロイ＋反毛フェルト＋アルミ
箔0196
000133
3.6 複合化構造と吸音性能マロイ単体での性能を考えた場合、ナノ結晶軟磁性材料

反毛フェルトの片側だけに孔の空いたシートを貼りは非常に燃えやすかったのに対して、パーマロイは熱に合わせた場合も、サンドイッチ状に貼り合わせた場合も、非常に強く、燃焼速度 0mm/min、つまり不燃であった。

吸音効果においての優位差は確認できなかった。

しかし、この結果から燃焼性が高いものでもサンドイッ3.7 開発品の難燃性能評価

チ構造にすることで燃えにくくなることが分かり、また表１に難燃性能の結果を示す。開発品の難燃性能につ電磁波シールド性能についても優位差を確認することがいては、表、裏ともに燃焼速度 0mm/min で従来の反毛できた。現在、このサンドイッチ構造をもつ複合化反毛フェルト以上の性能となり目標を達成した。しかし、開フェルトシートの貼り合わせるものをニーズに合わせて発品に貼り合わせたアルミ箔、ナノ結晶軟磁性材料とも変えることを検討している。に単体では非常に燃え易く、従来の反毛フェルトの燃焼

当初は、高周波側で電磁波を吸収する作用や、不燃効

速度 32mm/min どころか基準値 80mm/min よりも大幅果を見込んで、開発品の反毛フェルトに炭素繊維を混紡に下回ってしまうが、反毛フェルトを挟み貼り合わせるすることも考えていたが、孔を空けたアルミ箔を貼り合ことで燃焼速度 0mm/min となり、不燃につながることわせた場合、燃焼速度が目標 32mm/min を大幅に下回っを確認した。これは貼り合せによる、熱の移動分散と空てしまうことが確認されたことや、炭素繊維の作業効率気の遮断によるものと考えられる。の悪さ、導電性による機器短絡の影響を危惧したため使3.8 複合化構造と難燃性能用するには至らなかった。

開発品がアルミ箔、ナノ結晶軟磁性材という燃焼性の今後の課題としては、開発品のコスト面が挙げられ、高いものでありながら、反毛フェルトをサンドイッチ状コストを下げる方法としては、シールド材の量を減らすに貼り合わせることで、不燃効果が確認された。
しかし、ために形状を工夫する（例えば、分割して貼り合わせる燃焼性が高いものならばどんなものでもサンドイッチ状など）ことが必要になると考えられる。また本研究で製に貼り合わせれば不燃となる訳ではなく、貼り合わせる作した超低周波磁界シールド効果測定装置は簡易のもの

ものの燃焼速度の限界があると考えられる。また反毛フであるため、より精密なものを製作する必要があると考ェルトの難燃材である毛を除いたものをサンドイッチ状える。にしたものを測定したところ、燃焼速度は遅くなり、難燃性となるが不燃性を確認することはできなかった。よ

付記って難燃性において、サンドイッチ構造の優位性を確認

本研究は、「平成 21 年度戦略的基盤技術高度化支援事したが、片側だけに貼るものではもちろん確認すること

業補完研究」1)及び「平成 24 年度研究成果展開事業研究はできない。

成果最適展開支援プログラム（A-STEP）フィージビリ
ティスタディ【FS】ステージ探索タイプ（独）科学技術

４．結び振興機構」により実施した。

本研究の結果をまとめると、以下のとおりである。

謝辞

本研究では、本来別々の機能を備えた反毛フェルトと金属製パネルを一つにした軽量な複合化反毛フェルトシ

最後に、開発品に至るまでに沢山の試料を試作し多大ートを開発した。反毛フェルトを軽量な金属シートでサなる協力をしていただきました寺田タカロン㈱の本多氏

ンドイッチ状に貼り合わせることで、高周波電磁波からに感謝致します。

超低周波磁界のシールド性能と不燃性能を付与した。また、金属シートに孔を空けることで吸音性能の 3 つの性能を実現した。
開発品として、ナノ結晶軟磁性材またはパーマロイを用いたが柔軟性、重量、コスト面を考慮するとナノ結晶軟磁性材料を用い易い。しかしナノ結晶軟磁性材、パー

文献
1）堀田好幸，藤田浩文，青井昌子，中田絵梨子，杉山儀：平成 21 年度戦略的基盤技術高度化支援事業成果
報告書，3，1-50(2010)