木質系電波吸收材料的製作方法
2023-09-12 15:53:50
專利名稱：木質系電波吸收材料的製作方法
技術領域：
本發明是有關吸收行動電話等的數GHz帶域的電波的性能優越，同時可容易調整性能的木質系是電波吸收材料。
背景技術：
至於電波吸收體的介電損耗材料或導電損耗材料，於10MHz～1GHz的頻率領域內主要以鐵氧體或碳等被使用著。另外，於1GHz以上的頻率帶域，則以導電性的金屬板、金屬網、金屬纖維等被使用著。這些材料通常是被使用作和塑料或橡膠等已複合化的板片狀電波吸收體。
最近特別尤以已對應於GHz頻率帶域的薄型電波吸收體被要求著，各種新材料正予廣泛的開發著，例如有使碳纖維分散於矽酸鈣成型體內者(專利文獻1)，將磁鐵鉛礦(magnetoplumbite)型六方晶鐵氧體的粉體混入由橡膠、樹脂、矽酸鈣等無機材料而成的保持材內者(專利文獻2)，將含有Cr 5～35重量％的Fe基合金而成的軟磁性粉末分散於橡膠或樹脂內者(專利文獻3)，使由不鏽鋼SUS 430而成的軟磁性薄片狀粉體混合、分散於合成樹脂內者(專利文獻4)，含有無機系纖維和樹脂黏結劑和具有導電性或磁性的纖維或粉劑而空隙率35～89％者(專利文獻5)等。
至於已採用一般建材的電波吸收體，有以石膏、石棉水泥或矽酸鈣為主要材材，使含有以電磁波損耗材料的碳粉、鐵氧體粉或金屬化合物粉或這些的混合物的70MHz～3GHz頻率帶域為對象的電磁波吸收內壁材(專利文獻6)等。
至於木質系電波吸收材料，已知有合併使用接著劑並使接合已微小化的電磁波屏蔽材者(專利文獻7)，使碳粉或碳纖維和木片混合者(專利文獻8、9、10)等。本發明人先前已開發出具有磁性吸附強度或電波屏蔽等機能的新建材的磁性木材(專利文獻11、非專利文獻1～3)。
專利文獻1日本特開平9-283971號公報專利文獻2日本特開平11-354972號公報專利文獻3日本特開2000-200990號公報專利文獻4日本特開2001-274587號公報專利文獻5開日本特開2003-60381號公報專利文獻6日本特開平6-209180號公報專利文獻7日本特開昭61-269399號公報專利文獻8日本特開平01-191500號公報專利文獻9日本特公平6-82943號公報專利文獻10日本特公平6-85472號公報
專利文獻11日本特開2001-118711號公報非專利文獻1岡磁性木材的基礎特性，日本應用磁氣學會志，Vol.23，No.3，PP.757-762(1999)非專利文獻2「Journal of Applied Physics」Vol.91，No.10，Parts 2 and 3，15 May pp.7008-7010(2002)非專利文獻3「New Scientist」29，June，p.20(2002)從來作為建築物的電波吸收材料，是於必需吸收電波的房間或區域的天花板，內部牆壁、地板、隔間等採用著貼合具有電波屏蔽特性的金屬板、金屬箔、金屬網或塗布含金屬的塗料的施工方法。但是，金屬板是對電磁波顯示出完全反射、零穿透特性者，較難調整室內空間的電波吸收特性。常用的一般建材用的電波吸收材料雖然以陶瓷或水泥板正予開發著，但卻有高比重、加工性、施工性、價格等各種問題。
如專利文獻7～10所示，合適的建材的電波吸收性木質材料雖正予開發著，但專利文獻7所記載者是以頻率50～500MHz為對象，專利文獻8所記載者是以頻率30kHz～1GHz為對象，專利文獻9所記載者是以頻率10～50MHz為對象。
最近利用行動電話(頻率1.6GHz)、PHS(頻率1.9GHz)、室內的無線LAN(頻率2.4～2.5GHz，5.15～5.25GHz)，產業科學醫療用(ISM)裝置(頻率2.4～2.5GHz)、ITS(高度道路交通系統，頻率5.8GHz)等的1～10GHz附近的電磁波的信息通信機器是正已令人注目的推廣展開著，其對機器的錯誤動作或人身事故、心律調整器受行動電話引起的影響、於音樂廳、餐廳、醫院等建築物內受行動電話類不必要電波侵入的問題亦正日益變大。
作為已對應於吸收這些不必要的電波的GHz頻率帶域的電波吸收材料，上述的習知技術的各種電波吸收材料雖被開發著、但為得最適的電波吸收特性而用的參數，僅是混合於保持材料內的介電材料或導電材料的形狀或含量，自由度較少。再者以這些頻率帶域為對象的習用電電波吸收材料幾乎全為以單一頻率為對象者，但在最近的無線LAN 2.45GHz頻率帶域和5.2GHz頻率帶域的兩個頻率帶域等複數頻率帶域的不必要電波可同時對應的電波吸收體也被期盼著。
發明內容
本發明人至目前為止開發的已賦予磁性特性的磁性木材的一種厚度約1cm的混有鐵氧體粉末和接著劑的1～4mm的磁性層經以木材挾持成三明治狀的木質材，由於具有木質材料的特性和電波吸收性的二種機能，以保持木質建材或家具類原狀的可使用作電波吸收體的材料而令人注目的。磁性木材是除電波吸收機能以外，可賦予低比重、容易加工性、溫暖性等木質感、吸音性、調溼性、隔熱感等。於已使用此種磁性木材於內牆材料等的音樂廳，餐廳或醫院內，即無法使用行動電話。
本發明人已開發的此種磁性木材，是採用Mn-Zn鐵氧體等磁性材料的磁力損耗者，通過調整磁性層的厚度或磁性材料的含量，雖可調整電波吸收能至某程度，但在2.45GHz頻率帶域的電波吸收量約為7dB，在被指需要於無線LAN、ISM頻率帶區域內的帶域，可提高電波吸收能，同時有提高設計參數的自由度的必要。
本發明人先以鐵氧體粉末的混合比例或磁性層的厚度，對其他磁性粉末或導電粉末的利用進行重複的實驗的過程，通過和鐵氧體粉末配合併利用不鏽鋼粉末，發現在無線LAN、ISM頻率帶域具有更優越的電波吸收特性，同時可得在被指需要的頻率帶域可容易的調整必要吸收能的木質是電波吸收材料。
也就是說，本發明是(1)以通過介經含有鐵氧體粉末的接著劑壓著由對向的天然木材或加工木質材料而成的板材所形成的磁性層經挾持而得的層合型磁性木材，對鐵氧體粉末含有體積比20～80％的非磁性不鏽鋼粉末，磁性層中的鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率為10～40％，磁性層的厚度為0.5～5.0mm，中心頻率為1～8GHz，在頻率2.45GHz頻率帶域或5.2GHz頻率帶域具有10dB以上的電波吸收特性為特徵的木質系電波吸收材料。
另外，本發明是(2)以鐵氧體粉末為Mn-Zn是鐵氧體，非磁性不鏽鋼粉末為SUS 304不鏽鋼為特徵的上述(1)的木質系電波吸收材料。
另外，本發明是(3)以鐵氧體粉末是中心粒徑在50～60μm，粒子直徑範圍在45～75μm為特徵的上述(2)的木質系電波吸收材料。
本發明是通過控制鐵氧體粉末的體積含有率、磁性層厚度和鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的混合比，可調整電波吸收特性。第1圖是表示出電波吸收體的電波吸收特性的設計參數經予圖標者，表示出中心頻率(fo)、中心頻率(fo)時的最大吸收量(Smax)和半值寬度ΔW(-6dB)者。
本發明的電波吸收材料，是電波吸收特性的最大吸收量(Smax)的波峰隨著磁性層厚度的增加而漂移至低頻帶域。電波吸收特性的中心頻率(fo)是鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率越增加，則以些小的內部比率(非磁性不鏽鋼粉末鐵氧體粉末)和磁性層厚度的變化越大大地漂移。電波吸收特性是通過使磁性層增加，且使鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率減少，而於低頻領域具有高且陡峭的特性。另外，電波吸收特性是通過使磁性層厚度增加，且使磁性層內的非磁性不鏽鋼粉末的比率增加，而於低頻領域具有高且陡峭的特性。
將磁性木材應用於電波吸收時較重要的問題是磁力損耗。木材本身是介電體，可透過電波。於對向的木材板的間挾持磁性層成三明治狀的際，由電場和磁場射出的電波觸和木材時，磁性層即有磁力損耗的特性，故磁場消滅而被轉換成熱且被吸收。作為構成磁性木材的磁性材料，雖優選為鐵氧體，但鐵氧體是低磁力損耗材料。非磁性不鏽鋼雖是導電材料，但和通常被使用作電波吸收材料的軟磁性材料不鏽鋼是不同的非磁性，在磁力上可被同樣的視作空隙。因此，鐵氧體粉末的粒子間距離擴大，結果反磁場增加，複數導磁率實數部μ′被視作會降低。另外，非磁性不鏽鋼和導電是數較高的其它金屬，例如銅的導電是數(5.8×107[/Ω·m])相比，導電是數較低(1.3×104[/Ω·m])，不致引起複數導磁率虛數部μ″的增加。但是，通過合併使用非磁性不鏽鋼粉末，可得僅以鐵氧體粉末未能獲得的電波吸收特性。另外，銅是較易氧化，並不適用於具有吸溼性的木材。SUS 304不鏽鋼是耐蝕性方面較優越的。
發明的功效因可使木質系材料本身具有優越的電波吸收特性，故不需附加至習用的普通建築材料或木質製品等並施工至電波吸收體，可保持原狀的使用作建築物材料等，即可得所希望的電波吸收特性。另外，通過調整加入磁性層的非磁性不鏽鋼粉末的比率、磁性層厚度，可控制吸收帶域或吸收波峰的大小和半值寬度，故可提高電波吸收材料的設計自由度。僅調整磁性層的厚度和加入磁性層的非磁性不鏽鋼粉末的比率，即可容易的製造出各自對應於2.45GHz頻率帶域和5.2GHz頻率帶域的電波吸收體。
圖1是表示電波吸收體的設計參數圖。
圖2是表示電波吸收測量用的試樣形狀和尺度的正視和側視圖(A)和表示環狀試樣經予挾持於試樣支持架的狀態的截面圖(B)。
圖3是表示實施例1的各試樣的電波吸收特性圖。
圖4是表示實施例2的各試樣的電波吸收特性圖。
圖5是表示實施例3的各試樣的電波吸收特性圖。
圖6是表示實施例4的各試樣的電波吸收特性圖。
圖7是表示實施例和比較例試樣的電波吸收特性的分布圖。
具體實施例方式
挾持磁性層而成的層合型磁性木材，是配設於對向已混合鐵氧體粉末的接著劑的二片天然木材或加工木質材的板材的間，其次壓著這些二片木板材，再予乾燥而製作。木材的板厚，優選為2～3mm程度。
至於鐵氧體粉末，例如可舉出Mn-Zn鐵氧體、Ni-Zn鐵氧體等。鐵氧體粉末的大小以中心粒徑在50～60μm程度，粒子直徑範圍優選為45～75μm程度。
至於接著劑，如果在黏結木材時具有足夠的接著強度者，不論何種種類均可。例如，由酚醛樹脂系、氨酯樹脂系、丙烯酸酯類樹脂系、氰基丙烯酸酯系、環氧樹脂系等各種者選出即可。
另外，經予混入接著劑內的鐵氧體粉末的混合比越高，則層合型磁性木材雖越具有電波吸收機能，但若混合比過高時即未能獲得足夠的接著強度，使構成層合型磁性木材的至少二片木板有剝離的危險性。因此，經予混入接著劑內的鐵氧體粉末的混合比，需有不損和接著強度的必要。
於層合型磁性木材的製作方法，是將已混合鐵氧體粉末的接著劑塗布於對向的二片木板的間。由於層合型磁性木材的部位的不同，接著劑優過為予以塗布至使厚度均勻，使電波吸收機能或質量不致產生差異。
已塗布接著劑後，進行二片木板的壓著，其次進行接著劑的乾燥，完成層合型磁性木材。此時由於層合型磁性木材的部位的不同，接著劑宜為予以塗布至使厚度均勻，使電波吸收機能或質量不致產生差異。
另外，於本發明中的板材亦可不一定為平板。彎曲板或較有厚度的塊狀者，有突起或溝狀的異形形狀等各種者亦可。
因此，於本發明，對鐵氧體粉末，通過使含有以體積比宜為20～80％，較宜為30～50％的非磁性不鏽鋼粉末，使於2.4～2.5GHz的ISM頻率帶域成為10dB以上，較宜為20dB以上的最大吸收量的電波吸收特性。含有Ni大約4wt％以上、Cr大約12～30wt％的不鏽鋼已知雖為非磁性不鏽鋼，但至於代表性非磁性不鏽鋼是SUS 304(鉻鎳是不鏽鋼大約18wt％Cr，大約8wt％Ni)，優選為採用SUS 304粉末。非磁性不鏽鋼粉末的大小，宜為中心粒直徑大約80～100μm者。
接著劑在固化後所形成的磁性層中的磁性粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率優選為10～40％，較佳為10～30％。另外，磁性層的厚度雖優選為於0.5～5.0mm的範圍內選擇，但以4.0mm的厚度可得足夠大的電波吸收量，較佳為1.0～4.0mm。
以下以實施例進一步詳細說明本發明。
如表2所示，準備鐵氧體粉末Mn-Zn(日本TOKIN公司製造的BH2；中心粒徑58μm)單獨的試樣、不鏽鋼粉末(日本太平洋金屬公司製造的SUS 304；中心粒徑91μm)單獨的試樣(10S，20S，30S)、鐵氧體粉末和不鏽鋼的混合試樣(SF14，FS23，FS32，FS41)使於磁性層上的體積含有率＝粉末所佔的體積/(粉末所佔的體積+接著劑的體積)，成為10vol％、20vol％、30vol％。
電波吸收特性的測量，是混合鐵氧體粉末和不鏽鋼粉末和接著劑，並挾持於二片纖維板的間使予乾燥，製作層合型磁性木材試樣後，分離試樣成磁鐵層和木質量層後，如圖2(A)所示，將磁性層加工成內徑3.00mm，外徑7.00mm，厚度h mm的環狀，以此作為試樣S，將的收容於網狀分析儀(network analyzer)HP8720D(未予圖標)附屬的單埠(port)電纜A和二埠電纜B的間的試樣支持架H內予以測量。表1是表示出電波吸收特性的測量和計算條件。纖維板的材料特性是對複數介電常數、複數導磁率和測量頻率均是不變的。
表1
實施例1於已合計鐵氧體粉末和不鏽鋼粉末的體積含有率Vs＝20vol％，將以二者的比(體積)為表2所示的比率者和醋酸乙烯酯樹脂系乳膠接著劑(木工用接著劑)混合併挾持於-二片板厚2.5mm的纖維板(比重0.9g/cm3)的間，使其乾燥大約96小時，以製作層合型磁性木材試樣。磁性層的厚度為4.0mm。
表2
圖3(A)，(B)是表示於測量頻率0.05～12GHz的範圍的電波吸收量的測量結果。由圖3，於磁性層dm＝4.0mm，僅鐵氧體粉末的試樣(20F)雖然在1.5GHz附近可得大約11dB的電波吸收量，但對不鏽鋼的比率為20vol％(20FS 14)，60vol％(20FS32)，80vol％(20FS41)的試樣各自於2.5GHz附近可得大約18dB、26dB、25dB的電波吸收量。另一方面，僅不鏽鋼粉末的試樣(20S)在2.6GHz附近可得大約12dB的電波吸收量。
實施例2除磁性層的厚度為1.0mm以外，其他以和實施例1相同的條件製作層合型磁性木材試樣。圖4(A)、(B)是表示測量頻率0.05～12GHz的範圍內的電波吸收量的測量結果。對僅鐵氧體粉末(20F)、不鏽鋼粉末比率40vol％(20FS23)的試樣，各自於約7GHz、6GHz附近，可得30dB、25dB的電波吸收量。不鏽鋼粉末的內部比率越低，表示出越有較高的電波吸收量的傾向。又，隨著內部比率的增加，電波吸收量有降低，同時中心頻率漂移至低頻的趨向。
實施例3除鐵氧體粉末和不鏽鋼粉末的內部比率(S∶F)為2∶3，磁性層厚度各自設為0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、4.0mm外，餘以和實施例1相同條件製作層合型磁性木材試樣。第5圖表示於測量頻率0.05～12GHz的範圍內的電波吸收量的測量結果。磁性層厚度1.5mm時，於大約4.5GHz附近可得約30dB的最大電波吸收量。可知隨著磁性層厚度的增加，中心頻率會漂移至低頻帶域。另外，於不鏽鋼粉末的內部比率較低的情況，磁鐵層厚度越薄則有越成高電波吸收量的趨勢。
實施例4除鐵氧體粉末和不鏽鋼粉末的內部比率(S∶F)為4∶1，磁性層厚度各自設為0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、4.0mm外，其他以和實施例1相同條件製作層合型磁性木材試樣。圖6表示於測量頻率0.05～12GHz的範圍內的電波吸收量的測量結果。磁性層厚度4.0mm時，於大約2.4GHz附近可得約25dB的最大電波吸收量。可知隨著磁性層厚度的增加，中心頻率會漂移至低頻帶域。另外，於不鏽鋼粉末的內部比率較高的情況，磁鐵層厚度越後則有越成高電波吸收量的趨勢。
表3是比較鐵氧體粉末單獨、不鏽鋼粉末單獨時並對中心頻率fo、最大吸收量Smax、半值寬度ΔW表示出以上的實施例的測定結果。另外，第7圖是通過濃淡表示出對磁性層中的鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率各為10vol％、20vol％、30vol％由鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的體積比和磁性層的厚度而得的電波吸收特性的分布。以分布圖的右方下面的點數為中心以於同心圓上分布著較高的最大吸收量，隨著體積含有率的增加的同心圓的半徑有增加的趨勢。
表3
如表3所示，電波吸收特性以體積含有率Vs＝20vol％、內部比率不鏽鋼粉末∶鐵氧體粉末＝2∶3、磁性層厚度在4.0mm時，中心頻率f。[GHz]2.62、最大吸收量Smax[GHz]45.18、半值寬度ΔW[GHz]0.120以下，可得最大電波吸收量。
產業上的可利用能性本發明的木質系電波吸收材料，是具有用作木質材的機能，同時具有優越的電波吸收特性，故通過用作(a)音樂廳、餐廳、醫院、護理設施、木造的建築物、學校等所用的建材(木質牆面材料、天花板材料、木質門材料、地板材料、隔間)，(b)信息家電器具用安全機能材料、(c)家具、(d)辦公用品、文具等，可防止電波幹擾，能減輕不需的電波，提高生活環境品質。
權利要求
1.一種木質系電波吸收材料，其特徵在於，通過介經含有鐵氧體粉末的接著劑壓著由對向的天然木材或加工木質材料而成的板材所形成的磁性層經挾持而得的層合型磁性木材，對鐵氧體粉末含有體積比20～80％的非磁性不鏽鋼粉末，磁性層中的鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率為10～40％，磁性層的厚度為0.5～5.0mm，中心頻率為1～8GHz，在頻率2.45GHz帶域或5.2GHz帶域具有10dB以上的電波吸收特性。
2.如權利要求1所述的木質系電波吸收材料，其特徵在於，前述鐵氧體粉末為Mn-Zn是鐵氧體，前述非磁性不鏽鋼粉末為SUS 304不鏽鋼。
3.如權利要求2所述的木質系電波吸收材料，其特徵在於，前述鐵氧體粉末是以重量比計算Mn-Zn鐵氧體∶Ni-Zn鐵氧體是1∶4～4∶1的混合物。
全文摘要
已對應於GHz帶域的各種電波吸收體雖被開發著、但為了獲得最適的電波吸收特性而用的參數，僅是介電材料或導電材料的形狀或含量，自由度較少。再者在最近的無線LAN 2.45GHz頻率帶域和5.2GHz頻率帶域的兩個頻率帶域等複數的帶域的不必要的電波可同時對應的電波吸收體也被期盼著。提供一種木質系電波吸收材料，其特徵在於，通過介經含有鐵氧體粉末的接著劑壓著由對向的天然木材或加工木質材料而成的板材所形成的磁性層經挾持而得的層合型磁性木材，對鐵氧體粉末含有體積比20～80％非磁性不鏽鋼粉末，磁性層中的鐵氧體粉末和非磁性不鏽鋼粉末的合計體積含有率為10～40％，磁性層的厚度為0.5～5.0mm，中心頻率為1～8GHz，在頻率2.45GHz頻率帶域或5.2GHz頻率帶域具有10dB以上的電波吸收特性。
文檔編號H01F1/37GK1906989SQ20048004043
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月20日 優先權日2004年1月19日
發明者岡英夫 申請人:獨立行政法人科學技術振興機構