金属繊維混紡遮蔽物の効能を分析する。

電磁波は、レーダー、通信、医療産業生産などの電子機器に広く使われている。マイクロ波とは、周波数が約300 MHz～300 GHz、つまり波長が1 m～1 mmの範囲の電磁波のことです。マイクロ波は周波数が高く、周波数帯域幅、波長が短い、ビーム指向性と分解能が高い特性がある。マイクロ波遮蔽物は主に数十MHzから数GHzの範囲の電磁放射を遮断するために用いられる。研究は，金属繊維混紡物がマイクロ波放射に対して良好な遮蔽効果を持つことを示した。ここでは、金属繊維の遮蔽機構を分析した上で、金属繊維の紡糸中の分布、金属繊維の含有量及び織物密着と織物遮蔽の関係を検討した。

1電磁シールドのシールド機構

遮蔽材を含まない織物は、その体積抵抗率は普通1010Ω•cm以上で、自身は電磁シールド機能を持っていません。金属繊維の遮蔽物の保護作用はその中の金属繊維が働いています。金属繊維を含む糸が相互に交差して縦横無尽になった隔離網は電磁波のエネルギーを一定の程度まで減衰させ、防護目的を達成する。電磁波が遮蔽物に伝播すると，その減衰機構は（1）吸収損失；（2）表面反射損失；（3）織物内部の多重反射損失の3つがある。反射は主に媒質と金属の波インピーダンスの不一致に起因し，両者の違いが大きいほど反射損失が大きい。吸収とは、渦効果、すなわち高周波条件で、電磁波が遮蔽体を通過する時に、遮蔽体の表面に渦が発生し、渦が反磁場を発生して元の干渉磁場を相殺すると同時に、熱損失も発生し、電磁波エネルギーを減衰させ、遮蔽効果を達成することをいう。遮蔽織物のシールド効果SEとは、シールドをかけていない時のある測定点の電界強度とシールドをかけた後の同じ測定点の電界強度の比を指し、単位はdBである。遮蔽機能SEと伝送係数Tとの関係は：

SE=20 log 1 T(1)

平面波の場合、完全な金属網の伝送係数は以下の通りである。

T=s｛0•265×10-2 Rf+j[0.265×10-2 Xf+0.33×10-8 flansa-1.5]＝（2）

式（2）において、sは金属網距離（m）、aは金属網糸半径（m）、Rfは金属網網糸単位の長さの交流抵抗（Ω/m）、Xfは金属網糸単位の長さの抵抗（Ω/m）、fは周波数（Hz）である。

式（2）によって遮蔽物のシールド効果SEを計算することができる。理論計算曲線と実測遮蔽曲線は両者の変化傾向が同じで、計算値は実測値よりも大きくなりますが、テスト周波数の増加に伴って両者は収束する傾向があります。これは金属によるものです繊維構成された導電網は周波数の増加と共にその抵抗と抵抗が増大するので電磁波の反射損失が減少する。一方，遮蔽理論によれば，ある深さの穴やすきまを導波路と見なすことができ，導波路はある条件下で伝搬する電磁波を減衰させることができる。遮蔽織物中の穴または縫製は遮断周波数（Fco）以下で動作する導波路に相当する。そのカットオフ周波数は以下の式で求められます。

Fco=3×10112 l(3)

式中：lは穴または縫い目の線経、単位mmです。

遮断周波数は遮蔽物中の穴または縫い目によってサイズが決まるので、面積の大きさではなく周波数が増大するとカットオフ周波数に近づく過程で電磁波の透過量が増加する。Fco/3~Fcoの間では、減衰が低下し、Fcoでは遮蔽が0 dB近くになる。{pageubreak}

2金属繊維分布及び糸構造とシールドの関係

ステンレス鋼の短繊維混紡糸から作った織物は、図1に示すように、ステンレス鋼の長い糸を混紡した織物と実験的に比較した。

W 1は直径50μmのステンレスフィラメント混紡物で、W 2は直径8μm、長さ38~80 m mのステンレス短繊維混紡織物です。W 1とW 2の仕様は表1をご参照ください。

表から分かるように、W 1の金属繊維の含有量はW 2の金属繊維よりもずっと高いが、図1にはW 2の遮蔽機能がW 1の周波数帯よりも著しく優れているものがある。これは異なるステンレス製の織物が異なる周波数帯において、それぞれの最適な遮蔽効果があることを反映している。周波数が比較的低い場合には、図1に示すように500 MHz以下と比較的高い周波数帯で、2000 MHz以上の場合には、ステンレス短繊維混紡糸でできた織物の遮蔽効果は、ステンレス長糸混紡糸で作った織物より優れています。

また、ステンレスの長い糸を混紡する構造は、織物のシールド効果にも大きな影響を及ぼします。被覆紗の中で、ステンレスの長い糸は螺旋状に沿って、短い繊維を規則的に被覆しています。ワイヤーの中で、ステンレスの長い糸と短い繊維が絡み合います。コアの糸の中で、ステンレスの長い糸は短い繊維の内部に位置しています。したがって、コアの糸の中で、ステンレスの長い糸から形成された導電網の穴や縫い目が小さいです。電磁遮蔽理論によれば，細孔伝導磁気の重要な原因は，細孔または穴におけるインピーダンスの変化であり，この変化は周波数が高いときに特に顕著である。細孔は金属網上の電力線と磁束密度線の分布に影響を与え，高周波誘導電流路を遮断し，電気的不連続をもたらし，遮蔽エネルギーを低下させた。織物の遮蔽機構から、細孔長方向に分極した電磁波は、その遮断周波数Fcoが短辺の寸法ではなく細孔長辺の大きさに大きく依存することがわかったので、細孔線は最小のクラッドワイヤで遮蔽効果が良く、木綿は劣っていた。これから分かるように、単位面積の上で金属繊維の含有量が多くて、必ずしも遮蔽効果が良いとは限らない。

3金属繊維含有量と密着性がシールド効果に及ぼす影響

金属繊維の含有量が高いほど，金属繊維の混成を含む。糸を紡ぐ配列密度が大きいほど、織物のシールド効果が良いです。しかし、金属繊維の含有量が一定の程度まで増加した後、金属繊維の含有量が更に増加するにつれて、あるテストバンドで織物の遮蔽エネルギーが飽和現象が現れ、あるものは明らかな遮蔽機能が低下することさえある。これは金属繊維の含有量が増加するにつれて遮蔽機能が向上するという結論が一致しない理由として、混紡糸の直径が減少したことにより、経緯密度が等しい条件で織物の密着が減少し、織物中の穴や隙間が増加したため、マイクロ波透過量が増加して織物の遮蔽効果が低下したと説明した。

しかし、この説明は実際の状況に合わない。遮蔽の役割を果たしているのは紡糸中の金属導電繊維だけで、他の繊維は誘電体であるため、研究のテストバンドでは電磁干渉に抵抗する性能を持っていないので、このような解釈は実際には織物中の他の繊維も主観的に電磁作用を受けて考慮に入れて、織物中の糸径が減少し、穴穴や隙間が増加して、電磁波透過量が増加して、遮蔽力が低下するという結論があります。。また、織物の総締め度と織物のシールド効果とは直接関係があるという理解も、実際の状況と一致しない。金属繊維で構成される導電性網間孔は常に金属繊維の含有量または金属繊維の混紡糸配列密度の増加とともに減少するためである。電磁干渉の基本理論と小穴結合理論によれば、近接場（r＜λ／2）において、2つの孔間距離が十分大きい場合、2つの穴の共同結合によって生じる無線周波数エネルギーは無視でき、このとき作用するのはA＝πr 2（r＝λ／2）領域の穴だけを含み、果孔のサイズが小さくなるので、面積πr 2により小さな穴が含まれ、遮蔽効果が低下する。この要因が支配的な役割を果たすと，全体の遮蔽エネルギーが低下し始めた。従って，金属繊維含有量がある程度に増加すると，明らかな遮蔽エネルギーの低下が現れる。

4結論

（1）金属繊維の分布及び糸構造は織物の遮蔽効果に大きな影響を及ぼす。ステンレス繊維の長い糸や短い繊維が分布している混紡物は異なるテストバンドでのシールド効果は違っています。ある周波数帯では前者のシールド効果が高く、ある周波数帯では後者のシールド効果がもっと高いです。糸構造はシールド効果にも大きな影響があります。

（2）織物の総括的な密着度と織物の遮蔽効果は直接的な関係ではなく、織物中の金属繊維の含有量も多ければ多いほど良くないです。含有量が一定の程度に達すると、総括的なシールド効果が低下する可能性があります。金属繊維の混紡糸は疎密の間に最も良い状態があることを示しています。