JP2009001702A - ノイズ抑制樹脂複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量、且つ、ノイズ抑制効果の厚み依存性が少ないノイズ抑制樹脂複合材料を提供する。
【解決手段】樹脂、誘電体充填材及び導電性充填材を含むノイズ抑制樹脂複合材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子機器において発生する不要電磁波の外部への漏洩や内部回路間での干渉、また外部電磁波による誤動作等の影響を防止するために装着もしくは塗布するノイズ抑制用樹脂複合材料もしくは電磁干渉抑制樹脂複合材料に関する。

通信機器や各種電子機器から意図せずに電磁波が外部に放射、伝送されたり、外部及び内部干渉による機器自身の誤動作などを起こしたりする、ＥＭＩ やイミュニティに関する問題は、最近の最新技術、ディジタル技術の進化に伴い、ますます高周波帯域へ移行している。

これまでフェライトや軟磁性合金の粉末を高充填した樹脂複合材料が用いられてきたが（例えば、特許文献１参照）、使用電波が３００ＭＨｚ以上のＵＨＦ領域に高周波化するにつれ、透磁率が低下し、吸収特性を発現するのに必要な厚みが増加してしまうという問題が生じている。また比重が大きい粉末を高充填することになるため、樹脂複合材料の比重が大きくなり、特に携帯通信機器の軽量化に適さないという課題もある。特に樹脂複合材料の厚みが３００μｍ以下になるとノイズ抑制効果が低下するという問題が発生する。

また、導電性充填材や誘電体充填材を加えた樹脂シートの表面に磁性金属を蒸着した複合体としてのノイズ抑制シートも提案されているが（例えば、特許文献２参照）、この場合ノイズ抑制体の形状がシート状に制約されるばかりではなく、製造工程が煩雑化する上構造が複雑になりノイズ抑制効果が不安定になってしまう。このため、商業的に製造されず、実際には先に述べたフェライトや軟磁性合金の粉末を高充填する方法が用いられているのが現状である。
特開２００５−２８１７８３号公報 特開２００５−２５１９１８号公報

本発明は、上記課題を解決し、軽量かつ、ノイズ抑制効果の厚み依存性が少ないノイズ抑制樹脂複合材料を提供するものである。本発明によれば、樹脂シートを磁性金属などで蒸着する必要もなくなるので、ノイズ抑制樹脂複合材料をノイズ発生源に塗布することも可能になる。

本発明者らは、鋭意検討の結果、樹脂、誘電体充填材及び導電性充填材を含むノイズ抑制樹脂複合材料が高いノイズ抑制効果を発現することを見出した。すなわち本発明はつぎの通りである。
１． 樹脂、誘電体充填材及び導電性充填材を含むノイズ抑制樹脂複合材料。
２． 前記誘電体充填材と前記導電性充填材の合計と樹脂とを、体積比（（誘電体充填材＋導電性充填材）／樹脂）９０／１０〜４０／６０の範囲で配合して得られる第１項記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
３． 前記誘電体充填材と前記導電性充填材との体積比（誘電体充填材／導電性充填材）９０／１０〜１０／９０の範囲で配合して得られる第２項記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
４． 前記誘電体充填材が組成式ＭＴｉ_１−ｘＺｒ_ｘＯ_３（Ｍは２価の金属元素、ｘは０以上１未満）で表される金属酸化物粉末である第１項記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
５． 前記導電性充填材が炭素材料からなる導電性粉末である第１項記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
６． 比重が３未満である第１項〜第５項のいずれかに記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
７． 第１項〜第６項のいずれかに記載のノイズ抑制樹脂複合材料を筐体内部に用いた電子機器。

本発明によれば、誘電体充填材と導電性充填材を併用した樹脂複合材料を貼付けもしくは塗布することによって、電子機器から外部への不要輻射や内部での回路間の干渉を効果的に抑制することができる。この場合、磁性金属を表面に蒸着するなどの処置は不要となる。

本発明で用いる誘電体充填材とは、単独で樹脂に添加した場合には誘電率を増加させる効果を有する充填材であり金属酸化物により構成される。本発明で用いる誘電体充填材として望ましい金属酸化物としては、単独での誘電率が１００以上の金属酸化物が挙げられる。具体的にはルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ_２）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が挙げられる。特に望ましいのは組成式ＭＴｉ_１−ｘＺｒ_ｘＯ_３（Ｍは２価の金属元素、ｘは０以上１未満）であらわされる金属酸化物であり、具体的にはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（ＢａＴｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｏ_３）が挙げられる。

本発明で用いる導電性充填材とは、樹脂に添加した場合には導電性を付与する効果を有する充填材である。このような充填材として、金属、導電性金属酸化物、炭素材料のいずれかからなる粉末が挙げられる。金属粉末としては銅、アルミニウムなどの磁性を示さない金属および鉄などの磁性を示す金属のいずれも本発明に利用できる。導電性金属酸化物としては、いわゆるＡＴＯすなわちアンチモン（Ｓｂ）をドープした二酸化錫（ＳｎＯ_２)、いわゆるＩＴＯすなわち錫（Ｓｎ）をドープした三酸化二インジュウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、アルミニウム（Ａｌ）をドープした酸化亜鉛（ＺｎＯ）が挙げられる。

導電性充填材の中でも、特に望ましいのは炭素材料からなる導電性粉末すなわち導電性炭素材料微粉末である。具体的には天然黒鉛、人造黒鉛、ファーネスカーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの導電性炭素材料が用いられる。炭素材料が比重２．２と小さく、他の導電性物質にはない特長を有しノイズ抑制用樹脂複合材料の軽量化という効果もある。

本発明で用いる導電性炭素材料微粉末としては、粒子直径が１ｎｍ以上１２μｍ以下、望ましくは５ｎｍ以上３μｍ以下、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の球状の炭素材料が挙げられる。このような球状の炭素材料、例えば、カーボンブラックは、炭化水素原料を気相で熱分解することによって得られる。また、黒鉛化カーボンブラックは、Ｈｅ、ＣＯ、またはこれら混合ガスの雰囲気系により内圧２〜１９Ｔｏｒｒに保持された減圧容器内において、炭素材料をアーク放電によって気化させ、気化した炭素蒸気を冷却凝固することによって得られる。具体的には、東海カーボン（株）製のシーストSや導電性カーボンブラック＃５５００、＃４５００、＃４４００、＃４３００や黒鉛化カーボンブラック＃３８５５、＃３８４５、＃３８００、あるいは、三菱化学（株）製の＃３０５０B、＃３０３０B、＃３２３０B、＃３３５０B、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、あるいは、ライオン（株）製のケッチェンブラックＥＣ、ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤなどが例示できる。なお、ここで球状とは必ずしも厳密な球状である必要はなく、等方的な形状であればよい。例えば角が発生した多面体状であってもよい。

また、本発明で用いる導電性炭素材料微粉末としては、断面直径が１ｎｍ以上１２μｍ以下、望ましくは５ｎｍ以上３μｍ以下、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の繊維状の炭素材料が挙げられる。その長さは断面直径の３倍以上３００倍以下であることが好ましい。このような繊維状の炭素材料、例えばカーボンナノファイバーや、カーボンナノチューブは触媒となるコバルトや鉄の有機金属化合物と炭化水素原料を気相で混合し、加熱することによって得られる。また、カーボンナノファイバーはフェノール系樹脂を溶融紡糸し、非活性雰囲気下で加熱することによって得られるものもある。具体的には、昭和電工（株）製のＶＧＣＦおよびＶＧＮＦや、（株）ＧＳＩクレオス製のカルベール、群栄化学工業（株）製のカーボンナノファイバーなどが例示できる。なお、ここで繊維状とは一方向に伸びた形状を意味し、例えば角材状、丸棒状や長球状であってもよい。

さらに、本発明で用いる導電性炭素材料微粉末としては、厚さが１ｎｍ以上１２μｍ以下、望ましくは５ｎｍ以上３μｍ以下、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の板状の炭素材料が挙げられる。その長さおよび幅は、厚さの３倍以上３００倍以下であることが好ましい。このような板状の炭素材料は、例えば天然黒鉛や人造黒鉛を精製・粉砕・分級することによって得られる。例えば、（株）エスイーシー製のＳＮＥシリーズ、ＳＮＯシリーズ等や日本黒鉛製、鱗状黒鉛粉末、薄片化黒鉛粉末等が挙げられる。また、これらをさらに粉砕し、精密分級してもよい。なお、ここで板状とは、一方向が縮んだ形状を意味し、例えば扁平球状や鱗片状であってもよい。

本発明において用いる樹脂成分としては、ＰＶＣ樹脂、フェノキシ樹脂、フッ化炭素系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、あるいはこれらの混合系樹脂を挙げることができる。

また、樹脂成分は、重合体の形態としてのみならず重合性化合物の形態として、すなわち、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂のモノマーやオリゴマーなどの重合性化合物として配合しておいて、後で重合させてもよい。

本発明のノイズ抑制樹脂複合材料は、ノイズ抑制効果以外の目的で、必要に応じて充填材をさらに添加して用いることができる。充填材としては、弾性率改善のためのガラス繊維、成形収縮率を低下させるための炭酸カルシウム、表面平滑性や耐摩耗性の改善に用いられるタルク、寸法安定性を改善するために用いられるマイカが挙げられる。また、難燃性を付与する充填材すなわち難燃剤としてハロゲン系またはリン系難燃剤、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが挙げられる。さらには難燃剤としての効果を有する導電性充填材である膨張黒鉛粉末も挙げられる。

本発明において、誘電体充填材と導電性充填材の合計と樹脂との体積比（（誘電体充填材＋導電性充填材）／樹脂）としては、９０／１０〜４０／６０である。この範囲より樹脂分が多いと、充分なノイズ抑制効果が得られない。一方、これより少ないと、樹脂組成物本来の加工性などが損なわれてしまう。

本発明において、誘電体充填材と導電性充填材との体積比（誘電体充填材／導電性充填材）９０／１０〜１０／９０である。望ましい範囲は誘電体充填材と導電性充填材の合計と樹脂との体積比にもよるが、８０／２０〜２０／８０である。この範囲より導電性充填材が多くても少なくても、１００ＭＨｚ以上の高周波数域でノイズ抑制効果が得られない。

本発明のノイズ抑制樹脂複合材料は、従来技術で用いられた磁性金属を用いず誘電体充填材および導電性充填材を用いる。特に導電性充電剤として炭素材料からなる微粉末を用いることで、その比重を３以下に軽量化できる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。

なお、ノイズ抑制効果については、ＩＥＣ規格（Ｎｏ．：ＩＥＣ６２３３３−１，ＩＥＣ６２３３３−２）に従い、図１に示したマイクロストリップラインに、ノイズ抑制樹脂複合材料からなるシートを載せて、ネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製８７２２ＥＳ）ノイズ抑制効果を測定した。
また、比重の測定については、樹脂複合材料を３０ｍｍφ、厚さ３ｍｍのディスクに成形し、この重量を測定し、さらに水をはったメスシリンダーに入れ体積を測定することにより求めた。

実施例１
四チタン酸カリウム繊維（平均繊維長１６μｍ）を、ポリエチレングリコール中、ボールミル型連続粉砕機で１０分間粉砕したところ、これを１Ｎ／リットル濃度の硝酸水溶液中にて２時間攪拌後、充分に水洗し、乾燥後、分級し、チタニア繊維状物を得た。この繊維状物１０ｇを１０％酢酸バリウム水溶液２６０ｍｌ中に分散させ、攪拌しながら、更に２０％炭酸アンモニウム水溶液７０ｇを約１時間要して滴下し、反応させた。脱水濾過した後、水洗して、乾燥した。更にこのもの１０ｇをアルミナ製るつぼに入れ、電気炉中にて酸化雰囲気下９７０℃で２時間加熱した。空冷後、このものをＸ線回折した結果、チタン酸バリウムのピークのみが検出された。電子顕微鏡観察の結果、平均繊維長１．５μｍ、平均繊維径０．４μｍ、平均アスペクト比３．７の繊維状物であった。
このようにして作製した繊維状チタン酸バリウム粉末とカーボンブラック (粒子直径６０〜８０ｎｍ、平均直径６６ｎｍの球状)を、体積比（繊維状チタン酸バリウム／カーボンブラック）が８０／２０となるように混合した。この混合粉末とポリフェンサルファイドを、体積比（混合粉末／ポリフェンサルファイド）が５５／４５で溶融混練した。熱プレスにより１５８μｍ厚のシートを作製した。
このシートをＩＥＣ規格（Ｎｏ．：ＩＥＣ６２３３３−１，ＩＥＣ６２３３３−２）に従い、図１に示したマイクロストリップラインに乗せて、ノイズ抑制効果を測定した。１ＧＨｚにおいて、３７％であった。比重は２．９であった。

実施例２
酢酸バリウムの替わりに酢酸カルシウムを、ポリフェニレンサルファイドの替わりに液晶ポリマーをそれぞれ用いた以外は、実施例１と同様にした。ノイズ抑制効果は１ＧＨｚにおいて３４％であった。比重は２．６であった。

実施例３
チタン酸ストロンチウム粉末（１０μｍφ）と天然黒鉛（厚さ１００〜２００ｎｍ、平均厚さ１５０ｎｍ、１〜３μｍ角、平均２μｍ角の板状）を体積比（チタン酸ストロンチウム粉末／天然黒鉛）が５０／５０となるように混合した。この混合粉末とシンジオタクチックポリスチレンが体積比（混合粉末／シンジオタクチックポリスチレン）が７５／２５にて、溶融混練した。熱プレスにより１２０μｍ厚のシートを作成した。実施例１と同様にノイズ抑制効果を測定した。１ＧＨｚにおいて、３１％であった。比重は２．８であった。

実施例４
実施例３で用いた混合粉末とイミダゾール系硬化触媒を添加したビスフェノールＡ型エポキシモノマーとを、体積比（混合粉末／エポキシモノマー）を６５／３５で、メチルエチルケトンに分散・溶解し、ワニスを調合した。このワニスを図１にしめしたマイクロストリップラインに、ドクターブレードを用いて塗布し、１２０℃・１時間で硬化し８７μｍ厚の塗膜層を形成した。１ＧＨｚにおいて、２７％であった。ワニスを乾燥し得られたペーストを３０ｍｍφ、３ｍｍ厚のタブレットを作製し、比重を測定したところ、２．５であった。

比較例１
水アトマイズ法により作製した平均粒径４ ５ μ ｍ の鉄アルミニウム珪素（１０ ｗｔ％Ｓｉ−５．５ｗｔ％ Ａ ｌ − 残部Ｆ ｅ 及び不可避不純物）合金粉末を用意し、この粉末をｎ − ヘキサンと共にサンドグラインドミルに投入して１ ２ 時間摩砕した後、酸化処理を施し、Ａ ｒ ガス雰囲気下にて８５０℃ で３時間焼鈍処理し、扁平状粉末を得た。この扁平粉末と塩化ポリエチレンを体積比５０／５０で、トルエンに分散および溶解し、ペーストを調製した。
このペーストを用いて、ドクターブレード法により製膜し、熱処理を施した後に８５℃ にて２４時間キュアリングし、２００μｍ厚のシートを作成した。
このシートのノイズ抑制効果は２７％であった。また比重は３．５であった。

比較例２
カーボンブラックを用いない以外は、実施例１と同様にした。ノイズ抑制効果は０．５％であった。

比較例３
繊維状チタン酸バリウムを用いない以外は実施例１と同様にした。ノイズ抑制効果は６％であった。

ノイズ抑制効果の測定に用いた装置の概略図

符号の説明

１ マイクロストリップラインの信号ライン
２ マイクロストリップラインのポリテトラフルオロエチレン製絶縁層
３ マクロストリップラインのグランド面
４ ５０Ωの同軸ケーブル
５ ネットワークアナライザ

Claims (7)

1. 樹脂、誘電体充填材及び導電性充填材を含むノイズ抑制樹脂複合材料。
2. 前記誘電体充填材と前記導電性充填材の合計と樹脂とを、体積比（（誘電体充填材＋導電性充填材）／樹脂）９０／１０〜４０／６０の範囲で配合して得られる請求項１記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
3. 前記誘電体充填材と前記導電性充填材との体積比（誘電体充填材／導電性充填材）９０／１０〜１０／９０の範囲で配合して得られる請求項２記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
4. 前記誘電体充填材が組成式ＭＴｉ_１−ｘＺｒ_ｘＯ_３（Ｍは２価の金属元素、ｘは０以上１未満）であらわされる金属酸化物粉末である請求項１記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
5. 前記導電性充填材が炭素材料からなる導電性粉末である請求項１記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
6. 比重が３未満である請求項１〜５のいずれかに記載のノイズ抑制樹脂複合材料。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のノイズ抑制樹脂複合材料を筐体内部に用いた電子機器。

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