JP6571920B2 - 電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテント - Google Patents

Description

本発明は、電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテントに関する。

電子機器からの電磁波漏洩、又は電子機器への電磁波干渉を軽減するために用いられる電磁波シールド材（導電性薄材）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている電磁波吸収体では、抵抗膜層及び電磁波反射膜層が空間を隔てて略平行に設置され、抵抗膜層と電磁波反射膜層との間の距離を、使用する電磁波の波長をλとした場合、λ／１２〜λ／４と規定している。

特許第４９５７４８１号

しかしながら、上記特許文献１に開示されている電磁波吸収体では、抵抗膜層と電磁波反射膜層との間の距離について、電磁波反射層が相互の影響し合う波動インピーダンスに関して、充分に検討されておらず、電磁波障害の軽減効果が不充分であるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電磁波障害の軽減効果が従来の導電性薄材よりも優れている、電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテントを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明に係る電磁シールド部材は、導電性を有し、互いにその主面が対向するように配置されている第１シート及び第２シートと、互いに対向する、第１シートの主面及び第２シートの主面のうち、少なくとも一方の主面と接触するように配置されているスペーサ部材と、を備え、電磁波の波長λとした場合に、前記第１シート及び前記第２シートは、前記第１シートの主面と前記第２シートの主面との間の距離が０．３８λ以上となるように配置されている。

これにより、第１シートと第２シートとの間の距離を小さくしつつ、第１シートの主面及び／又は第２シートの主面の反射損失を大きくすることにより、電磁波に対するシールド効果を向上させることができる。

本発明の電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテントによれば、第１シートと第２シートとの間の距離を小さくしつつ、電磁波に対するシールド効果を向上させることが可能となる。

図１は、本実施の形態１に係る電磁シールドテントの概略構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す電磁シールドテントにおける電磁シールド部材の要部断面図である。 図３は、シート間の距離が１．０λのときのシールド効果を基準にして、２枚のシートを密着した場合のシールド効果よりも高いシールド効果が得られる距離、９９％のシールド効果が得られる距離、及び９９．９％のシールド効果が得られる距離を、スペーサ部材内の特性インピーダンスが真空のとき、特性インピーダンスが真空よりも大きいときに算出した結果を示すグラフである。 図４は、本実施の形態１における変形例１の電磁シールド部材の概略構成を示す模式図である。 図５は、本実施の形態２に係る電磁シールドテントの概略構成を示す模式図である。 図６は、図５に示す電磁シールドテントの要部断面図である。 図７は、２枚のシートを密着した場合のシールド効果と、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果と、を算出した結果を示すグラフである。 図８は、２枚のシートを密着した場合のシールド効果と、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果と、を算出した結果を示すグラフである。 図９は、２枚のシートを密着した場合のシールド効果と、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果と、を算出した結果を示すグラフである。 図１０は、シート間の距離が１．０λのときのシールド効果を基準にして、２枚のシートを密着した場合のシールド効果よりも高いシールド効果が得られる距離、９９％のシールド効果が得られる距離、及び９９．９％のシールド効果が得られる距離を算出した結果を示すグラフである。

［発明者の知見］
一般的に、シールド材のシールド効果（ＳＥ）は、シェルクノフの式（数（１））によって、説明される。

また、数（１）のＲ（シールド材表面における反射損失）、Ａ（シールド材内部における減衰損失）、及びＢ（シールド材の表面と裏面で多重反射する効果）は、それぞれ、数（２）で表される。

本発明者は、シェルクノフの式から、シールド材の厚み（ｄ）とシールド材近傍の波動インピーダンス（Ｚｃ）が、シールド効果に寄与することに着目した。シールド材の厚み（ｄ）は、数（２）の（ｂ）から、厚みが増大すれば、シールド効果は増大するが、厚みの増加に伴い、その改善効果は指数関数的に減少することがわかる。また、シールド材の厚みを増大すると、シールド材を用いたシールドテントの製造コストが増加し、また、シールドテントの設置及び撤去が困難になる等の不具合が生じることになる。

一方、シールド材近傍の波動インピーダンスは、数（２）の（ａ）から、当該波動インピーダンスを大きくし、シールド材の特性インピーダンスをできるだけ小さくすると、シールド表面における反射損失が増大することがわかる。

そこで、本発明者は、シールドテントに用いるシート（シールド材）を多層に配置した場合に、シート間の距離と波動インピーダンスとの関係を検証した。具体的には、周波数を２ＭＨｚ〜４０ＧＨｚの間の任意の周波数で、２枚のシートを密着した場合のシールド効果と、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果と、を算出した。

図７〜図９は、２枚のシートを密着した場合のシールド効果と、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果と、を算出した結果を示すグラフである。なお、図７〜図９において、破線は、２枚のシートを密着した場合のシールド効果を示し、実線は、２枚のシート間の距離を変動させることによるシールド効果を示す。また、図７においては、周波数を２、４、２０、及び４０ＭＨｚにしたときのシールド効果は、ほぼ同じとなり、グラフが重なった状態で示されている。

図７〜図９に示すように、シート間の距離が小さい領域において、シールド効果（反射損失）が、２枚のシートを密着した場合のシールド効果に比して、小さくなっている。これは、シート間の距離が小さく、シートによる波動インピーダンスへの影響が相互に大きくなるほど、シート近傍の波動インピーダンスが小さくなる。このため、シート近傍の波動インピーダンスとシートの特性インピーダンスとの差が小さくなり、反射損失が小さくなったためであると考察している。

一方、シート間の距離が大きい領域では、シールド効果が、２枚のシートを密着した場合のシールド効果に比して、大きくなり、ほぼ一定の反射損失となっている。これは、シート間の距離が大きくなり、シートによる波動インピーダンスへの影響が相互に小さくなることにより、波動インピーダンスがほぼ真空中の波動インピーダンスと同じになり、ほぼ一定の反射損失となったものと考察している。

このように、２枚のシートを所定の距離以上に離して配置することにより、２枚のシートを重ね合わせた場合に比して、シールド効果を向上させることができることがわかった。なお、特許文献１に記載されているように、抵抗膜層と電磁波反射膜層との間の距離をλ／１２〜λ／４と規定すると、図７〜図９からわかるように、シールド効果が、２枚のシートを密着した場合のシールド効果に比して、小さくなる場合がある。このため、特許文献１に開示されている電磁波吸収体では、電磁波障害の軽減効果が不充分となる場合がある。

次に、シート間の距離の閾値を設定するために、図７〜図９で示したデータを基に、シート間の距離が１．０λのときのシールド効果を基準にして、９９％のシールド効果が得られる距離、９９．９％のシールド効果が得られる距離、及び２枚のシートを密着した場合のシールド効果より高いシールド効果が得られる距離を算出した。その結果を示したものが、図１０である。

なお、図１０では、各周波数において、２枚のシートを密着した場合のシールド効果より高いシールド効果が得られる距離を丸印（●）で示し、９９％のシールド効果が得られる距離を三角（▲）で示し、９９．９％のシールド効果が得られる距離を四角（■）で示している。また、近似曲線は、２区間の移動平均を記載している。

図１０に示すように、０．４８λ以上にシート間の距離を設定することにより、９９％のシールド効果が得られることがわかる。また、０．６６λ以上にシート間の距離を設定すると、９９．９％のシールド効果が得られることがわかる。

ところで、シート間の距離を大きくすると、シールドテントの設置スペースが大きくなり、設置場所が制限される、及び材料コストが増加することになる。そこで、本発明者は、シート間の距離を大きい領域では、波動インピーダンスがほぼ真空（空気）中の波動インピーダンスと同じになることに着目し、シート間の距離を保持するために配置するスペーサ部材の特性インピーダンスを空気の特性インピーダンスよりも大きくすることで、シート間の距離を小さくしても、同等のシールド効果が得られることを見出し、本発明を想到した。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る電磁シールド部材は、導電性を有し、互いにその主面が対向するように配置されている第１シート及び第２シートと、互いに対向する、第１シートの主面及び第２シートの主面のうち、少なくとも一方の主面と接触するように配置されているスペーサ部材と、を備え、電磁波の波長λとした場合に、第１シート及び第２シートは、第１シートの主面と第２シートの主面との間の距離が０．３８λ以上となるように配置されている。

これにより、第１シートと第２シートとの間の距離を小さくしつつ、第１シートの主面及び／又は第２シートの主面の反射損失を大きくすることにより、電磁波に対するシールド効果を向上させることができる。

また、本実施の形態１に係る電磁シールド部材では、スペーサ部材が、その特性インピーダンスが、空気の特性インピーダンスよりも大きくなるように構成されていてもよい。

また、本実施の形態１に係る電磁シールド部材では、スペーサ部材が、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる金属元素群より選ばれる１以上の金属元素を含有していてもよい。

また、本実施の形態１に係る電磁シールド部材では、電磁波の波長が、２ＭＨｚ〜４０ＧＨｚであってもよい。

さらに、本実施の形態１に係る電磁シールド部材では、航空機に関連する電界を基準とする試験で電磁シールド部材を使用する観点から、電磁波の波長が、４００ＭＨｚ〜１８ＧＨｚであってもよい。

また、本実施の形態１に係る電磁シールドテントは、前記電磁シールド部材と、第１シートを保持するためのフレームと、を備える。

さらに、本実施の形態１に係る電磁シールドテントでは、サスペンダー部材をさらに備え、第１シートは、サスペンダー部材によりフレームに吊り下げられて保持されていてもよい。

以下、本実施の形態１に係る電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテントの一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。

［電磁シールドテントの構成］
まず、図１を参照しながら、本実施の形態１に係る電磁シールドテントの構成について説明する。

図１は、本実施の形態１に係る電磁シールドテントの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る電磁シールドテント２００は、電磁シールド部材１００と、フレーム２０１と、サスペンダー部材２０２と、を備えていて、直方体状に形成されている。また、電磁シールドテント２００は、フレーム２０１にサスペンダー部材２０２を介して、電磁シールド部材１００が保持されるように構成されている。

なお、本実施の形態１においては、電磁シールドテント２００が、直方体状に形成されている形態を採用したが、これに限定されず、例えば、円柱状に形成されていてもよく、四角錐状に形成されていてもよい。

図１に示すように、フレーム２０１は、複数のポール部材２０１ａとソケット部材２０１ｂを備えている。複数の差込口（ここでは、３又は４つの差込口）を有するソケット部材２０１ｂにポール部材２０１ａの端部が差し込まれて、複数のポール部材２０１ａが連結されることで、フレーム２０１は、直方体状に形成されている。

具体的には、フレーム２０１の下部では、直線状に連結された２本のポール部材２０１ａを一辺とする、矩形状の枠が形成されている。フレーム２０１の上部では、フレーム２０１の下部と同様に矩形状の枠が形成されていて、互いに対向する２辺の中央部分が、直線状に連結された２本のポール部材２０１ａで接続されている。そして、上下の矩形状の枠の各頂点間、及び各辺の中央部分間が、ポール部材２０１ａによって接続されている。

なお、ソケット部材２０１ｂの差込口には、ポール部材２０１ａを固定するための適宜な手段（例えば、スペーサー等）を配置してもよい。また、ポール部材２０１ａ及びソケット部材２０１ｂは、ステンレス等の金属、又はプラスチック等の合成樹脂で構成されていてもよい。

また、図１に示すように、フレーム２０１の上面外周の適所には、サスペンダー部材２０２が配設されている。サスペンダー部材２０２は、接着剤、両面テープ、縫製、又は面ファスナー、フック等の適宜な手段により、第１シート１０１（電磁シールド部材１００）を保持している。換言すれば、第１シート１０１は、サスペンダー部材２０２を介して、フレーム２０１に保持されている。

サスペンダー部材２０２は、フレーム２０１に対して第１シート１０１を保持することができれば、取り付け箇所は任意であり、どのような形状であってもよく、例えば、短冊状に形成されていてもよく、帯状に形成されていてもよい。また、サスペンダー部材２０２は、ゴム、紐、スプリング等で構成されていてもよい。

［電磁シールド部材の構成］
次に、図１〜図３を参照しながら、本実施の形態１に係る電磁シールド部材の構成について説明する。

図２は、図１に示す電磁シールドテントにおける電磁シールド部材の要部断面図である。

図１及び図２に示すように、電磁シールド部材１００は、第１シート１０１、第２シート１０２、及びスペーサ部材１０３を備えていて、第１シート１０１と第２シート１０２の間に、スペーサ部材１０３が配置されている。具体的には、第２シート１０２が第１シート１０１の内方に配置されていて、互いに対向する、第１シート１０１の主面（内面）及び第２シート１０２の主面（外面）との間には、スペーサ部材１０３が配置されている。

第１シート１０１及び第２シート１０２は、袋状に形成されていて、開口が下方を向くように配置されている。また、第１シート１０１及び第２シート１０２は、導電性を有する布で構成されていて、直方体状になるように、各面が形成されている。導電性を有する布としては、例えば、金属メッシュ、金属メッキされた繊維布、又は金属を繊維と共に織り上げた布等を用いることができる。

また、第１シート１０１と第２シート１０２は、電磁波の波長λとした場合に、第１シート１０１の主面（内面）と第２シート１０２の主面（外面）との間の距離が０．４λ以上となるように配置されている。

ここで、図２及び図３を参照しながら、第１シート１０１と第２シート１０２との間の距離と、シールド効果と、の関係について、詳細に説明する。

図２に示すように、電磁波が、第１シート１０１の外面から第２シート１０２の内面に向かって入射するものとする。このとき、スペーサ部材１０３が配置されている、第２シート１０２の外面近傍の波動インピーダンスは、第１シート１０１と第２シート１０２との間の距離と、スペーサ部材１０３を構成する材料の特性と、により変化する。

そして、上記シェルクノフの式の数（２）より、第２シート１０２に入射する電磁波の反射損失は、第２シート１０２の特性インピーダンス（Ｚｓ）と、第２シート１０２近傍の波動インピーダンス、すなわち、スペーサ部材１０３の特性インピーダンス（Ｚｃ）と、により変化する。

ここで、第２シート１０２の特性インピーダンス（Ｚｓ）が一定である場合、第２シート１０２の反射損失を大きくするためには、スペーサ部材１０３の特性インピーダンス（Ｚｃ）を空気の特性インピーダンスよりも大きくする必要がある。スペーサ部材１０３の特性インピーダンス（Ｚｃ）は、数（３）で示される。

そして、数（３）から、スペーサ部材１０３の特性インピーダンス（Ｚｃ）を大きくするためには、スペーサ部材１０３の導電率及び比誘電率を小さく、もしくは比透磁率を大きくすればよいことがわかる。導電率及び比誘電率を空気よりも小さくすることは困難なため、特性インピーダンスを大きくするには、比透磁率を大きくする方法が適当である。

そこで、２枚のシート間の距離を変動させ、スペーサ部材１０３の比透磁率を空気の透磁率の１０倍としたときのシールド効果を算出し、シート間の距離が１．０λのときのシールド効果を基準にして、９９％のシールド効果が得られる距離、９９．９％のシールド効果が得られる距離、及び２枚のシートを密着した場合のシールド効果より高いシールド効果が得られる距離を算出した。その結果を示したものが、図３である。

なお、図３において、各周波数において、２枚のシートを密着した場合のシールド効果より高いシールド効果が得られる距離を丸印（●）で示し、９９％のシールド効果が得られる距離を三角（▲）で示し、９９．９％のシールド効果が得られる距離を四角（■）で示している。また、図３において、第１シート１０１と第２シート１０２の間にスペーサ部材１０３を配置した場合の算出結果を実線で示し、第１シート１０１と第２シート１０２の間が空気である場合の算出結果を破線で示している。

図３に示すように、スペーサ部材１０３の比透磁率を空気の透磁率の１０倍としたときに、９９％のシールド効果が得られるシート間の距離は、周波数が４０ＧＨｚでは、０．３８λであり、２０ＧＨｚ以下の周波数では、０．４０λ以上である。また、スペーサ部材１０３の比透磁率を空気の透磁率の１０倍としたときに、９９．９％のシールド効果が得られるシート間の距離は、周波数が４０ＧＨｚのとき、０．５７λであり、２０ＧＨｚ以下の周波数では、０．５８λ以上である。

このため、第１シート１０１の主面（内面）と第２シート１０２の主面（外面）との間の距離が０．３８λ以上となるように配置してもよく、０．４０λ以上となるように配置してもよく、０．５７λ以上となるように配置してもよく、０．５８λ以上となるように配置してもよい。

スペーサ部材１０３は、ここでは、円柱状に形成されており、複数のスペーサ部材１０３が、第１シート１０１の主面（内面）及び第２シート１０２の主面（外面）の少なくとも一方の主面と接触するように配置されている。

なお、複数のスペーサ部材１０３のうち、あるスペーサ部材１０３は、第１シート１０１の内面と接触し、かつ、第２シート１０２の外面とは接触しないように配置されていてもよく、また、あるスペーサ部材１０３は、第１シート１０１の内面とは接触せず、かつ、第２シート１０２の外面と接触するように配置されていてもよく、他のスペーサ部材１０３は、第１シート１０１の内面と接触し、かつ、第２シート１０２の外面と接触するように配置されていてもよい。

また、スペーサ部材１０３は、その特性インピーダンスが、空気の特性インピーダンスよりも大きくなるように構成されている。具体的には、比透磁率が１よりも大きい材料が、スペーサ部材１０３を構成する材料として、使用されている。

スペーサ部材１０３は、発泡材（例えば、発泡プラスチック、又はスポンジ等）で構成されていてもよく、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる金属元素群より選ばれる１以上の金属元素を含有していてもよい。前記金属元素を含有する場合には、発泡材を構成する材料に、コバルト、ニッケル、又は鉄の金属粒子を分散させて、スペーサ部材１０３を製造してもよい。また、前記金属元素を含有する金属箔をスペーサ部材１０３内部に配置してもよく、スペーサ部材１０３の外面を覆うように配置してもよい。

［電磁シールド部材及び電磁シールドテントの作用効果］
このように構成された、本実施の形態１に係る電磁シールド部材１００及びそれを備える電磁シールドテント２００では、電磁波の波長λとした場合に、第１シート１０１と第２シート１０２が、第１シート１０１の主面（内面）と第２シート１０２の主面（外面）との間の距離が０．３８λ以上となるように配置されているので、第１シート１０１と第２シート１０２との間の距離が大きくなるのを抑制しつつ、電磁波に対するシールド効果を向上させることができる。

ところで、第１シート１０１及び／又は第２シート１０２のシールド効果を高めるためには、シートを構成する布に含有される金属の重量を増加させればよいが、金属量が増加すると、シートの重量が増大し、また、布の柔軟性が損なわれる。このため、単にシートを構成する布に含有される金属の重量を増加させると、電磁シールドテント２００の組み立て及び撤去が困難となる。

しかしながら、本実施の形態１に係る電磁シールド部材１００及びそれを備える電磁シールドテント２００では、第１シート１０１及び第２シート１０２を構成する布の金属量を増加させることなく、充分なシールド効果を奏することができるので、シートの重量の増加を抑制し、また、布の柔軟性を維持できるので、電磁シールドテント２００を容易に組み立て、撤去することができる。

なお、本実施の形態１においては、電磁シールドテント２００の底面部分に、第１シート１０１及び第２シート１０２を配置しない形態を採用したが、これに限定されず、電磁シールドテント２００の底面部分に、第１シート１０１及び第２シート１０２を配置する形態を採用してもよい。また、第１シート１０１及び第２シート１０２の下端部は、接地するように形成されていてもよく、接地しないように形成されていてもよい。

［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る電磁シールド部材の変形例について説明する。

図４は、本実施の形態１における変形例１の電磁シールド部材の概略構成を示す模式図である。

図４に示すように、本変形例１の電磁シールド部材１００は、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００と基本的構成は同じであるが、スペーサ部材１０３が板状に形成されている点が異なる。

このように構成された、本変形例１の電磁シールド部材１００であっても、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００と同様の作用効果を奏する。

また、本変形例１の電磁シールド部材１００では、スペーサ部材１０３が板状に形成されているので、第１シート１０１の内面と第２シート１０２の外面との間のスペースに、スペーサ部材１０３が占める割合が、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００に比して、大きくなる。このため、本変形例１の電磁シールド部材１００は、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００に比して、シールド効果が大きい領域を増加させることができる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２に係る電磁シールドテントの概略構成を示す模式図である。図６は、図５に示す電磁シールドテントの要部断面図である。

図５及び図６に示すように、本実施の形態２に係る電磁シールド部材は、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００と基本的構成は同じであるが、第１シート１０１が直接フレーム２０１に保持されている点が異なる。

このように構成された、本実施の形態２に係る電磁シールドテント２００であっても、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００と同様の作用効果を奏する。

なお、本実施の形態２に係る電磁シールドテント２００では、実施の形態１に係る電磁シールド部材１００を備える形態を採用したが、これに限定されず、変形例１の電磁シールド部材１００を備える形態を採用してもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の電磁シールド部材及びそれを備える電磁シールドテントは、第１シートと第２シートとの間の距離を小さくしつつ、電磁波に対するシールド効果を向上させることができるため、有用である。

１００ 電磁シールド部材
１０１ 第１シート
１０２ 第２シート
１０３ スペーサ部材
２００ 電磁シールドテント
２０１ フレーム
２０１ａ ポール部材
２０１ｂ ソケット部材
２０２ サスペンダー部材

Claims (7)

1. 導電性を有し、互いにその主面が対向するように配置されている第１シート及び第２シートと、
   互いに対向する、前記第１シートの主面及び前記第２シートの主面のうち、少なくとも一方の主面と接触するように配置されているスペーサ部材と、を備え、
   電磁波の波長λとした場合に、前記第１シート及び前記第２シートは、前記第１シートの主面と前記第２シートの主面との間の距離が０．５７λ以上となるように配置されている、電磁シールド部材。
2. 前記スペーサ部材は、その特性インピーダンスが、空気の特性インピーダンスよりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載の電磁シールド部材。
3. 前記スペーサ部材は、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる金属元素群より選ばれる１以上の金属元素を含有している、請求項２に記載の電磁シールド部材。
4. 前記電磁波の波長が、２ＭＨｚ〜４０ＧＨｚである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁シールド部材。
5. 前記電磁波の波長が、４００ＭＨｚ〜１８ＧＨｚである、請求項４に記載の電磁シールド部材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁シールド部材と、
   前記第１シートを保持するためのフレームと、を備える、電磁シールドテント。
7. サスペンダー部材をさらに備え、
   前記第１シートは、前記サスペンダー部材により前記フレームに吊り下げられて保持されている、請求項６に記載の電磁シールドテント。
   
   
   

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