JP5151162B2

JP5151162B2 - ノイズ抑制シート

Info

Publication number: JP5151162B2
Application number: JP2007019004A
Authority: JP
Inventors: 鉄弥砂原; 透菅原; 貴士田上
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: JP2008186997A

Description

本発明は、電子機器等の電磁ノイズ対策に使用されるノイズ抑制シートに関するものである。

近年、電子機器、特に持ち運び可能な小型電子機器は、多機能、高性能化に加えて、小型、軽量化が要求されており、これを受けて、機器内の狭小なスペースに電子部品やプリント配線、基板が高密度に実装されるようになってきている。また、高性能の実現のため、高速化も図られている。これらにより、配線回路内に混入する伝導ノイズや、機器外や隣接する部品に影響を及ぼす放射ノイズ等の電磁ノイズによる障害が発生しやすくなっている。

電磁ノイズを抑制・除去する手段として、強磁性体を含有する層と線状導電体とを有するノイズ抑制シートや、グラファイト化カーボンブラック複合粒子、導電性繊維および磁性粒子を有する有機高分子からなる層を２層以上積層したノイズ抑制シートが開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

しかしながら、これらのノイズ抑制シートは、低周波帯域における伝導ノイズ抑制効果が不十分であり、より高度な伝導ノイズ抑制効果を得るため、ノイズ抑制シートを厚くしたり、磁性材料や導電性繊維を増量したりせねばならず、軽量コンパクト性およびコストの面で問題があった。

また、非晶質磁性合金とともにカーボン繊維を含有したノイズ抑制シートも開示されている（例えば、特許文献３）。

しかしながら、これらのノイズ抑制シートは、カーボン繊維と磁性材料をともに同一の基材に混合することから、磁性材料の添加量が制限されるため、放射ノイズの抑制効果が不十分であった。
特開２００５−３２７８５３号公報（請求項１、図１）特開２０００−２４４１６７号公報（請求項１、図１）特開平２００２−６０５５４号公報（請求項１）

本発明は、伝導ノイズおよび放射ノイズの両方、特に低周波帯域における伝導ノイズを抑制可能であり、かつ、薄型軽量な、電子機器の電磁ノイズ対策に用いるノイズ抑制シートを提供することを目的とする。

電子機器内に実装して電磁ノイズ対策に使用されるノイズ抑制シートであって、コイル状カーボンでない繊維長４〜１５ｍｍの導電性短繊維を０．５〜１５質量％含有する層と磁性材料を含有する層とが積層されてなり、前記導電性短繊維が炭素繊維であり、厚さが４０〜１２００μｍであることを特徴とするノイズ抑制シートである。

本発明によれば、伝導ノイズおよび放射ノイズの両方、特に低周波帯域における伝導ノイズについて高いノイズ抑制効果を有し、かつ薄型軽量なノイズ抑制シートを得ることができる。

本発明のノイズ抑制シートは、導電性短繊維を含有する層（以下、「導電性短繊維含有層」とも呼ぶ。）を有する。導電性短繊維含有層が伝導ノイズの抑制を担う。そして導電性短繊維含有層と後述する磁性材料含有層とが積層されてなることにより、ノイズ抑制シートとして伝導ノイズおよび放射ノイズの両方を抑制することが可能となる。また、磁性材料含有層単体では得られなかった低周波帯域における高度な伝導ノイズ抑制効果がより薄いシートでも発現し、薄型軽量で低コストのノイズ抑制シートを得ることができる。

導電性短繊維としては、炭素繊維、ステンレス、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄等の金属繊維等を挙げることができる。また、非導電性の繊維に金属をメッキ、蒸着、溶射する等して導電性を付与したものを挙げることもできる。中でも炭素繊維は、金属繊維に比べ軽量であり、長期間の使用においてほとんど性能の変化がないため、好ましい。

導電性短繊維の繊維長としては、４〜１５ｍｍであることが重要である。繊維長が４ｍｍよりも短いと、繊維同士が接触しにくく、大量に添加しなければ十分なノイズ抑制効果を得ることができない。一方、１５ｍｍよりも長いと、導電性繊維を基材に分散させる際に、繊維が折れたり、繊維同士の絡まりが生じ、均一な性能を得ることが困難になる。また、繊維長の異なる２種類以上の導電性短繊維を用いてもよい。

また、導電性短繊維含有層に含まれる導電性短繊維の含有量は、０．５〜１５質量％であることが重要である。０．５質量％より少なくなると低周波帯域において十分な伝導ノイズ抑制効果が得られない。一方、１５質量％より多くなると伝導ノイズの抑制効果が低下するとともに、基材への均一な分散が困難となる。より均一な分散という点から、１〜１０質量％がより好ましく、５質量％以下がさらに好ましい。

導電性短繊維含有層を形成する材料としては、導電性短繊維含有層が樹脂膜やフィルムである場合には、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等のジエン系ゴムや、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の非ジエン系ゴム等のゴム材料や、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリシロキサン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の樹脂材料が挙げられる。

また、導電性短繊維含有層が織物、編物、不織布等の繊維を主体とする構造体である場合には、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維、合成繊維、綿、麻、ウール、木材パルプといった天然繊維、レーヨン等の半合成繊維が挙げられる。さらに、合成繊維を形成するポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、およびそれらのポリエステルの酸成分にイソフタル酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、アジピン酸等を共重合した共重合ポリエステル等のポリエステルや、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６とナイロン６６とを共重合した共重合ポリアミド等のポリアミドや、ポリビニルアルコールや、芳香族ポリアミドや、ポリエーテルエーテルケトンや、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールや、ポリフェニレンサルファイドや、ポリエチレンや、ポリプロピレン等を挙げることができる。

難燃性向上の観点からは、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維等を用いることが好ましい。

また、導電性短繊維含有層には、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の無機粉体を含有せしめてもよい。

例えば水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等を添加することにより、難燃性を向上させることができる。

これらの無機粉体以外の難燃剤としては、非ハロゲンの難燃剤を使用することが好ましい。

導電性短繊維含有層を形成する方法としては例えば、導電性短繊維を、ニーダーやバンバリーミキサー、ミルミキサー、ロールミル、ジェットミル、ボールミル等でゴムや樹脂材料に混練し含有させ、圧延や溶融押出によりシート化する方法や、導電性短繊維およびパルプ等の繊維材料に必要に応じて水酸化アルミニウム等の無機粉体を加えて、水の中で混合したスラリーを抄きあげ紙とする方法等を採用することができる。

導電性短繊維含有層の形態としては、湿式不織布であることが、ノイズ抑制シートを薄型化、軽量化および柔軟化できること、製造コストを低減できること、導電性短繊維を均一に分散できる点から好ましい。湿式不織布の種類としては、紙やスパンレース不織布等が挙げられる。

導電性短繊維含有層の厚さとしては、２０〜３００μｍであることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。２０μｍ以上とすることにより、十分な強度が得られ高次加工性が向上する。一方、３００μｍ以下とすることで、ノイズ抑制シートを薄型化でき、取扱性が向上する。

本発明のノイズ抑制シートは、磁性材料を含有する層（以下、「磁性材料含有層」とも呼ぶ。）も有する。磁性材料含有層が放射ノイズの抑制を担う。

磁性材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ−フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ−フェライト等のソフトフェライト、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金（センダスト（商標第２７８５０２号））、Ｆｅ−Ｎｉ合金等が挙げられる。

また、磁性材料の形状としては、粒状、鱗片状、扁平状、針状のもの等を使用することができる。

磁性材料含有層を形成する材料としては、磁性材料含有層が樹脂膜やフィルムである場合には、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等のジエン系ゴムや、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の非ジエン系ゴム等のゴム材料や、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリシロキサン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の樹脂材料が挙げられる。

また、磁性材料含有層が織物、編物、不織布等の繊維を主体とする構造体である場合には、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維、合成繊維、綿、麻、ウール、木材パルプといった天然繊維、レーヨン等の半合成繊維が挙げられる。さらに、合成繊維を形成するポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、およびそれらのポリエステルの酸成分にイソフタル酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、アジピン酸等を共重合した共重合ポリエステル等のポリエステルや、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６とナイロン６６とを共重合した共重合ポリアミド等のポリアミドや、ポリビニルアルコールや、芳香族ポリアミドや、ポリエーテルエーテルケトンや、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールや、ポリフェニレンサルファイドや、ポリエチレンや、ポリプロピレン等を挙げることができる。難燃性の点からは、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が好ましい。また、難燃剤を添加したポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂等を用いても良い。

磁性材料含有層に添加する難燃剤としては、非ハロゲンの難燃剤を使用することが好ましい。また、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等の無機粉体も好ましい。

また、磁性材料含有層の形態としては、薄型化、軽量性、柔軟性および磁性材料の混合のしやすさの点から、その形態は樹脂膜もしくはフィルムであることが好ましい。

磁性材料含有層を形成する方法としては例えば、磁性材料を、ニーダーやバンバリーミキサー、ミルミキサー、ロールミル、ジェットミル、ボールミル等でゴムや樹脂材料に混練し含有させ、導電性短繊維含有層の少なくとも一方面にコートする方法や、圧延や溶融押出によりシート化したものをラミネートする方法等を採用することができる。

本発明のノイズ抑制シートの厚さは、４０〜１２００μｍが好ましく、９００μｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。４０μｍ以上とすることにより、十分な伝導ノイズ抑制および放射ノイズ抑制の効果が得られる。一方、１２００μｍ以下とすることで、軽量化できるとともに、電子機器内への実装がしやすくなる。

［測定方法］
（１）ノイズ抑制シートの伝導ノイズ抑制効果
ＩＥＣ規格６２３３３−２「Ｎｏｉｓｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｓｈｅｅｔｆｏｒｄｉｇｉｔａｌｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ」中の４．３項「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｐｏｗｅｒｒａｔｉｏ：Ｒ_ｔｐ」に準じて評価した。この評価方法は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）治具を用いて実施し、このＭＳＬ上にノイズ抑制シートを置いて、伝導ノイズ抑制度Ｒｔｐ（ｄＢ）を測定するものである。ネットワークアナライザーとしては、アジレント・テクノロジー（株）製、ベクトルネットワークアナライザー８７１９ＥＳを用いて、４０ＭＨｚ〜８ＧＨｚの周波数において測定を行った。また、ノイズ抑制シートサンプルの大きさは１０ｃｍ×５ｃｍで、導電性短繊維含有層の一方面に磁性材料含有層を積層したものに関しては、導電性短繊維含有層側がＭＳＬサイドになるように置いて測定を実施した。

（２）ノイズ抑制シートの放射ノイズ抑制効果
上記（１）の伝導ノイズ抑制効果の測定で使用したＭＳＬを用いて評価した。ＭＳＬの一端とネットワークアナライザーのｐｏｒｔ１を接続し、他端には５０Ωの終端抵抗を接続した。また、ネットワークアナライザーのｐｏｒｔ２には、アンリツ（株）製、ＥＭＩプローブＭＡ２６０１Ｂ／Ｃを接続した。このプローブ測定部下端がＭＳＬの長手方向の中央部上方５ｍｍの位置となるよう固定し、ＭＳＬから漏れ出る放射ノイズをプローブにて検出した。また、ネットワークアナライザーとしては、上記の伝導ノイズ抑制効果の測定と同じく、アジレント・テクノロジー（株）製、ベクトルネットワークアナライザー８７１９ＥＳを用いて、５００ＭＨｚの周波数において測定を行った。

まず、何も置かない状態のＭＳＬにおける放射ノイズの大きさを表すＳ_２１Ｒ（ｄＢ）を測定した後、ＭＳＬ上に５５．２ｍｍ×４．７ｍｍの大きさのノイズ抑制シートを導電性短繊維含有層側がＭＳＬサイドになるように置いて、放射ノイズの大きさを表すＳ_２１Ｓ（ｄＢ）を測定した。これらの値より、放射ノイズ抑制度Ａｒを下式にて算出した。
Ａｒ（ｄＢ）＝Ｓ_２１Ｒ−Ｓ_２１Ｓ
Ａｒが大きいほど放射ノイズ抑制効果が高いことを示している。

［実施例１］
（導電性短繊維含有層）
炭素短繊維（東レ（株）製、“トレカカットファイバー” Ｔ０１０、繊維長６ｍｍ）、チョップドガラス繊維（繊維長６ｍｍ、繊維径７μｍ）、木質パルプ、芯鞘型熱融着ポリエステル短繊維（東レ（株）製“サフメット” 平均繊維長３ｍｍ）、水酸化アルミニウム粉末を、それぞれ１．６質量％、１８．４質量％、７質量％、３質量％、７０質量％の割合で混合して湿式抄紙し、厚さ１２８μｍ、米坪量１０２ｇ／ｍ^２の導電性短繊維含有層を得た。

（磁性材料含有層の積層）
Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金（質量組成比率、Ｆｅ：Ａｌ：Ｓｉ＝８５：５．５：９．５）で、平均粒径が３５μｍ、平均アスペクト比が１５の軟磁性粉末７８質量％をシリコーン樹脂（東レダウコーニング（株）製）に混練し、磁性材料含有樹脂を作成した。
これを上記導電性短繊維含有層に、ナイフコーターで乾燥後の厚さが３００μｍとなるようにコーティングした後、１９０℃で１０分間養生することで、導電性短繊維含有層の片面に磁性材料含有層を積層し、総厚さが４３２μｍのノイズ抑制シートを得た。

このノイズ抑制シートは、伝導ノイズおよび放射ノイズ抑制度ともに高い効果を有していた。特に、後述の厚さ３０７μｍの磁性材料含有層単層からなるノイズ抑制シート（比較例２）と比較すると、低周波におけるノイズ抑制度が向上している。厚さが４３２μｍ、米坪量が１０５５ｇ／ｍ^２と薄型軽量でも、比較例３に示す厚さが１００４μｍと厚い磁性材料含有層単層からなるノイズ抑制シートに比肩する伝導ノイズ抑制度を有するものであった。

［実施例２］
（導電性短繊維含有層）
実施例１で用いたのと同様の炭素短繊維、チョップドガラス繊維、木質パルプ、芯鞘型熱融着ポリエステル短繊維、水酸化アルミニウム粉末を用い、混合割合をそれぞれ０．８質量％、１９．２質量％、７質量％、３質量％、７０質量％とした以外は実施例１と同様にして湿式抄紙し、厚さ１２５μｍ、米坪量１００ｇ／ｍ^２の導電性短繊維含有層を得た。

（磁性材料含有層の積層）
上記導電性短繊維含有層を用いた以外は実施例１と同様にして、導電性短繊維含有層の片面に磁性材料含有層を積層し、総厚さが４２１μｍのノイズ抑制シートを得た。

このノイズ抑制シートは、実施例１よりも伝導ノイズ抑制度が若干低下するものの、伝導ノイズ、放射ノイズ抑制度ともに、十分な効果を有するものであった。

［実施例３］
（導電性短繊維含有層）
実施例１で用いたのと同様の炭素短繊維、チョップドガラス繊維、木質パルプ、芯鞘型熱融着ポリエステル短繊維、水酸化アルミニウム粉末を用い、混合割合をそれぞれ１０．０質量％、１０．０質量％、７質量％、３質量％、７０質量％とした以外は実施例１と同様にして湿式抄紙し、厚さ１２６μｍ、米坪量１０１ｇ／ｍ^２の導電性短繊維含有層を得た。

（磁性材料含有層の積層）
上記導電性短繊維含有層を用いた以外は実施例１と同様にして、導電性短繊維含有層の片面に磁性材料含有層を積層し、総厚さが４２５μｍのノイズ抑制シートを得た。

このノイズ抑制シートは、低周波における伝導ノイズ抑制度が実施例１よりも更に向上している。また、放射ノイズ抑制度は実施例１と同等の十分な効果を有するものであった。

［比較例１］
（導電性短繊維含有層）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。

（磁性材料含有層）
磁性材料含有層は用いなかった。

このノイズ抑制シートは、伝導ノイズ抑制度は実施例と同程度の効果を有するものの、放射ノイズ抑制度が実施例よりも低く劣っていた。

［比較例２］
（導電性短繊維含有層）
導電性短繊維含有層は用いなかった。

（磁性材料含有層）
実施例１で用いたのと同様の磁性材料含有樹脂を離型フィルム（東洋クロス（株）製ＳＰ１０２０）にナイフコーターで、乾燥後の厚さが３００μｍとなるようにコーティングし、１９０℃で１０分間養生した後、離型フィルムを剥離させて、磁性材料含有層単層からなる、総厚さが３０７μｍのノイズ抑制シートを作成した。

このノイズ抑制シートは、放射ノイズ抑制には十分な効果を有するものの、低周波帯域における伝導ノイズ抑制度が実施例よりも低く劣っていた。

［比較例３］
（導電性短繊維含有層）
導電性短繊維含有層は用いなかった。

（磁性材料含有層）
実施例１で用いたのと同様の磁性材料含有樹脂を離型フィルム（東洋クロス（株）製ＳＰ１０２０）にナイフコーターで、乾燥後の厚さが１０００μｍとなるようにコーティングし、１９０℃で１０分間養生した後、離型フィルムを剥離させて、磁性材料含有層単層からなる、総厚さが１００４μｍのノイズ抑制シートを作成した。

このノイズ抑制シートは、伝導ノイズおよび放射ノイズ抑制度ともに高い効果を有するものの、総厚さが１００４μｍと厚く、また米坪量が３１４３ｇ／ｍ^２と重いことから、取扱性が実施例よりも劣っている。

［比較例４］
（導電性材料含有層）
炭素短繊維（東レ（株）製、繊維長１ｍｍ）、チョップドガラス繊維（繊維長６ｍｍ、繊維径７μｍ）、木質パルプ、平均繊維長３ｍｍの芯鞘型熱融着ポリエステル短繊維（東レ（株）製“サフメット”）、水酸化アルミニウム粉末を、それぞれ１０．０質量％、１０．０質量％、７質量％、３質量％、７０質量％の割合で混合して湿式抄紙し、厚さ１３２μｍ、米坪量１０６ｇ／ｍ^２の導電性材料含有層を得た。

（磁性材料含有層）
上記導電性短繊維含有層を用いた以外は実施例１と同様にして、導電性短繊維含有層の片面に磁性材料含有層を積層し、総厚さが４３３μｍのノイズ抑制シートを得た。

以上の結果を纏めたのが次の表１，２である。

実施例１〜３で製作された本発明のノイズ抑制シートの一例を示す断面概念図である。本発明のノイズ抑制シートの他の一例を示す断面概念図である。

符号の説明

１ノイズ抑制シート
２導電性短繊維含有層
３磁性材料含有層

Claims

電子機器内に実装して電磁ノイズ対策に使用されるノイズ抑制シートであって、コイル状カーボンでない繊維長４〜１５ｍｍの導電性短繊維を０．５〜１５質量％含有する層と磁性材料を含有する層とが積層されてなり、前記導電性短繊維が炭素繊維であり、厚さが４０〜１２００μｍであることを特徴とするノイズ抑制シート。
前記導電性短繊維を含有する層が湿式不織布である、請求項１記載のノイズ抑制シート。
前記導電性短繊維を含有する層の厚さが２０〜３００μｍである、請求項１または２に記載のノイズ抑制シート。