JP2005108905A

JP2005108905A - 磁性基材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005108905A
Application number: JP2003336588A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Yoshida; 光伸吉田; Nobuhiro Maruko; 展弘丸子; Hiroshi Watanabe; 洋渡辺
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】金属表面もしくは金属表面に塗工された樹脂に凹凸がある場合でも、積層ずれや巻き取りずれを防止する。
【解決手段】磁性金属薄板の表面に高分子化合物が付与されている磁性基材において、ＪＩＳＢ０６５１に基づいて測定される１０点平均粗さＲｔｍについて、磁性基材表面のＲｔｍの高分子化合物層表面に対するＲｔｍの比が１．０未満であることを特徴とする磁性基材を用いる。本発明の方法により、積層ずれや巻取りずれを防止できる磁性基材および、この磁性基材からなる積層ずれの極めて少ない積層体を実現することが可能となった。

Description

本発明は、高分子化合物が付与された磁性基材およびその積層体およびその製造方法に関する。

従来、磁性金属材料を薄板として使用する場合は、単板の薄板を複数枚積層して用いられてきた。たとえば、磁性金属材料として非晶質金属薄帯を用いるような場合には、その厚さが１０〜５０μｍ程度の厚さであるため、非晶質金属薄帯の表面に特定の接着剤を均一に塗布し、これを積層することが行われている。特開昭５８−１７５６５４（特許文献１）には、高耐熱性高分子化合物を主成分とする接着剤を塗布した非晶質金属薄帯を積み重ね、圧下ロールで圧着し、加熱接着することを特徴とする積層体の製造方法について記載されている。

しかしながら、通常金属薄板の表面には凹凸があり、また塗布する高耐熱性高分子の塗布状態が適切に制御されておらず、時として積層ずれや巻き取りずれが生ずることがあった。
特開昭５８−１７５６５４

金属表面もしくは金属表面に塗工された樹脂に凹凸がある場合でも、積層ずれや巻き取りずれを防止することが可能な積層体およびその製造方法を提供する。

本発明者らは、金属薄板表面の凹凸に応じて、金属薄板間の接着のための高分子化合物の塗工膜の凹凸を適切に制御することにより、積層ずれや巻き取りずれを防止できることを見出して本発明にいたった。

すなわち、本発明は、磁性金属薄帯の表面に高分子化合物が付与されている磁性基材において、ＪＩＳＢ０６５１に基づいて測定される１０点平均粗さＲｔｍについて、磁性基材表面のＲｔｍの高分子化合物層表面に対するＲｔｍの比が１．０未満であることを特徴とする磁性基材を提供する。

また、本発明の磁性基材は、金属薄板積層体として用いることができる。

本発明の方法により、積層ずれや巻取りずれを防止できる磁性基材および、この磁性基材からなる積層ずれの極めて少ない積層体を実現することが可能となった。

（金属磁性材料）
磁性金属薄帯は一般にアモルファス金属を指すものと当業者には理解されているが、本発明においては磁性金属薄板の意味に用いることがある。

本発明に用いられる金属磁性材料は、公知の金属磁性体であれば用いることができる。具体的には、ケイ素の含有量が３％から６．５％の実用化されているケイ素鋼板、パーマロイ、ナノ結晶金属磁性材料、非晶質金属磁性材料を挙げることができる。特に発熱が低く、低損失材料である材料が好ましく、ナノ結晶金属磁性材料、非晶質金属磁性材料が好適に用いられる。さらに、本発明においては、これらの材料は、通常数ｍｍ以下の薄板として用いられ、主な用途としては、モータ、発電機用コア、アンテナ用コア、インダクタンス等の様々な電子機器や電子部品の機能を支える材料として用いられる。

（高分子化合物）
本発明に用いられる高分子化合物は、公知のいわゆる樹脂を呼ばれるものが用いられる。本明細書においては、「高分子化合物」の代わりに「樹脂」の語を用いることがある。本発明においては、特に金属磁性材料の磁気特性向上に２００℃以上の熱処理が必要な場合は、弾性率の低い耐熱樹脂を複合することが、優れた性能を発揮する上で効果的である。また非晶質金属磁性材料やナノ結晶金属磁性材料に比べて損失が大きく、発熱温度が高くなるケイ素鋼板などの材料では、モータやトランス等のパワーエレクトロニクス用途において、耐熱樹脂を適用することで、定格温度を向上でき、定格出力の向上、機器の小型化につながる。本発明に用いられる耐熱性樹脂は、非晶質金属薄帯やナノ結晶金属磁性薄帯の磁気特性を向上させる最適熱処理温度で熱処理される場合があるので、当該熱処理温度で熱分解の少ない材料を選定することが必要になる。例えば非晶質金属薄帯の熱処理温度は、非晶質金属薄帯を構成する組成および目的とする磁気特性により異なるが、良好な磁気特性を向上させる温度は概ね２００〜７００℃の範囲にあり、さらに好ましくは３００℃〜６００℃の範囲である。

本発明に用いられる耐熱性樹脂としては、熱可塑性、非熱可塑性、熱硬化性樹脂を挙げることができる。中でも熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。

また、非晶質金属磁性材料や、ナノ結晶金属磁性材料に用いる耐熱樹脂のガラス転移温度Ｔｇが４２０℃以下が良く、更に、望ましくは、ガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上４２０℃以下のものが良く、更に望ましくは、ガラス転移温度Ｔｇが６０℃以上３５０℃以下のものが良い。更に望ましくは、ガラス転移温度Ｔｇが１００℃以上３００℃以下のものが良い。

本発明に用いられる耐熱性樹脂としては、前処理として１２０℃で４時間乾燥を施し、その後、窒素雰囲気下、３００℃で２時間保持した際の重量減少量を、ＤＴＡ−ＴＧを用いて測定され、通常１％以下、好ましくは０．３％以下であるものが用いられる。具体的な樹脂としては、ポリイミド系樹脂、ケイ素含有樹脂、ケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、液晶ポリマー，ニトリル系樹脂，チオエ−テル系樹脂，ポリエステル系樹脂，アリレ−ト系樹脂，サルホン系樹脂，イミド系樹脂，アミドイミド系樹脂を挙げることができる。これらのうちポリイミド系樹脂，スルホン系樹脂、アミドイミド系樹脂を用いるのが好ましい。

また本発明において２００℃以上の耐熱性を必要としない場合、これに限定されないが、本発明に用いられる熱可塑性樹脂を具体的に挙げるとすれば、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン等々あるが、この中でも、望ましくは、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ゴム系樹脂（クロロプレンゴム、シリコンゴム）等を用いることができる。

また本発明の樹脂層の厚みは０．１μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜１０μｍが良く、さらに好ましくは２μｍ〜６μｍが良い。

(１０点平均粗さＲｔｍ)
本発明では鋭意研究の結果、巻き取りずれし易いかが左右する因子として、金属薄板の表面の凹凸を表す１０点平均粗さＲｔｍが重要な因子であることが明らかなった
ここで１０点平均粗さＲｔｍとは、ＪＩＳＢ０６５１で規定される触針式表面粗測定機により測定できる粗さ曲線から、その中心線方向に測定長さＬの部分を抜き取り、その測定長さＬを５等分し、５等分された各々の区間の最大高さＺを平均した値で定義される。本発明での評価には、東京精密株式会社製の３次元表面粗さ形状測定機サーフコム５７０Ａにより計測した。計測機の設定を、カットオフ設定値を０．８０ｍｍ、測定長さを２．５０ｍｍ、計測スピードを０．３ｍｍ／秒として測定した。

本発明者らは、樹脂を塗工した後の樹脂層の１０点平均粗さＲｔｍがと巻き取りずれや積層ずれに相関があることを見出した。実際には樹脂を塗工前の磁性金属薄板の１０点平均粗さＲｔｍの1倍未満であるときに、樹脂が磁性金属薄帯の凹凸を緩和し、樹脂を塗工した磁性基材の巻き取りずれや積層ずれを著しく改善できることが明らかになった。好ましくは樹脂を塗工した後の樹脂層の１０点平均粗さＲｔｍが、樹脂を塗工前の磁性金属薄板の１０点平均粗さＲｔｍの０．５倍未満であるときが良く、さらに好ましくは樹脂を塗工した後の樹脂層の１０点平均粗さＲｔｍが、樹脂を塗工前の磁性金属薄板の１０点平均粗さＲｔｍの０．１倍未満であるときが良い。

（塗工方法）
本発明では磁性金属薄板に樹脂層を付与する場合、まず磁性金属薄板の原反にロールコータなどのコーティング装置で、薄板上に有機溶剤に樹脂を溶解させた樹脂ワニスにより塗膜を作り，これを乾燥させる方法で作製することができる。ここでいう樹脂ワニスとは樹脂もしくは樹脂の前駆体が有機溶剤に分散または溶解した状態の液体を指す。

またコーティングするワニス塗膜厚は０．１μｍから１ｍｍ程度が好ましいがこれに限定されるものではない。

また樹脂ワニスの粘度は０．００５〜２００Ｐａ・ｓの濃度範囲が好ましい。さらには，０．０１〜５０Ｐａ・ｓの濃度範囲が好ましく，より好ましくは，０．０５〜５Ｐａ・ｓの範囲にある方が良い。

塗工した樹脂を平滑化する方法としては、超音波振動による方法と、温風を吹き付ける方法等がある。

超音波振動による方法は、外力を強制的に印加し、塗工した樹脂表面の凹凸の平滑化を図るものであり、超音波振動をさせながら赤外線等により加熱してコーティングに用いられた溶剤を除去してもよい。

また、温風を吹き付ける方法も外力を強制的に印加する方法の１方法であると考えることができるが、樹脂表面の凹凸の平滑化をすると同時に溶剤除去にも寄与させることできるので効率的である。用いるワニス等の粘度等を考慮し、塗工面が波打たないように温風の金属薄板に当てる角度を調節することができ、例えば、１．０Ｐａ・ｓ以下の場合であれば、温風の薄板に対する角度として０〜８０度とすることが好ましい。

（積層一体化）
非晶質金属薄帯に耐熱性樹脂を付与した多層構造の磁性基材を作製する場合，例えば熱プレスや熱ロールなどにより積層一体化することができる。加圧時の温度は耐熱樹脂の種類により異なるが，概ね，耐熱樹脂硬化物のガラス転移温度以上で軟化もしくは溶融する温度近傍で積層接着することが好ましい。高分子化合物は、金属薄板上塗布後、乾燥させた後金属薄板を複数枚積層する。

本発明の積層体は金属薄板間において、樹脂が流動する状態で加圧保持して一体化することにより得られる。熱可塑性樹脂であれば、加熱後、冷却過程においても流動状態を保っている間は加圧状態が好ましい。熱硬化性樹脂を使用する場合、所望の熱硬化が終了するまでは加圧することが好ましい。

（熱処理方法）
本発明の磁性基材は、磁性基材が熱処理することにより鉄損や透磁率などの磁気的特性が改善できる場合、熱処理することが好ましい。このとき、塗布した樹脂が、熱処理により金属間の接着力を失わない範囲で熱処理することが重要である。このような熱処理することで著しく磁気特性向上する磁性基材としては、非晶質磁性金属薄帯や、ナノ結晶金属磁性薄帯材料などがある。磁気特性向上のための熱処理温度としては通常、不活性ガス雰囲気下もしくは真空中で行われ、良好な磁気特性を向上させる温度は概ね３００〜7００℃であり、好ましくは３５０℃から６００ ℃で行わる。また、目的に応じて磁場中で行っても良い。

（実施例１）
金属薄帯として、ハネウェル社製、Ｍｅｔｇｌａｓ：２７１４Ａ（商品名）、幅約５０ｍｍ，厚み約１５μｍであるＣｏ_６６Ｆｅ_４Ｎｉ_１（ＢＳｉ）_２９（原子％）の組成を持つ非晶質金属薄帯を使用した。１０点平均表面粗さＲｔｍは４．０４μｍであった。この薄帯の片面全面にＥ型粘度計で測定したときに、２５℃で、約０．３Ｐａ・ｓの粘度のポリアミド酸溶液をロールコータで塗工し，１４０℃で乾燥後、２６０℃でキュアし、非晶質金属薄帯の片面に約６ミクロンの耐熱樹脂（ポリイミド樹脂）を付与した。但しグラビア版径３０ｍｍとし、平均塗布厚５μｍで１５００ｍ塗工した。また、ポリイミド樹脂は、３，３’−ジアミノジフェニルエーテルと３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物を１：０．９８の割合で混合し、ジメチルアセトアミド溶媒中で室温にて縮重合して得られたものである。通常は、ポリアミド酸としてジアセチルアミド溶液として用いた。

乾燥キュア後、巻とりずれがなく巻とりできた。塗工後、金属表面に塗工され樹脂面の１０点平均表面粗さＲｔｍは２．８０であった。さらに３０ｍｍ角に切断し、５０枚積層した後、２５０℃３０ｍｉｎ圧力５ＭＰａで加圧積層し一体化した。その結果、積層ずれはなかった。また積層体の層間に気泡はなく、ＪＩＳ６８５４−３に規定されるＴ形はく離強度が２００ｇ／ｃｍであった。

（実施例２）
金属薄帯として、日立金属(株）製、ファインメット（商品名）、ＦＴ−１幅約３５ｍｍ，厚み約１８μｍであるＦe、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｂの元素組成を持つナノ結晶磁性金属薄帯を使用した。金属単体の１０点平均表面粗さＲｔｍは２．８４であった。実施例１と同様の樹脂をコートした。

樹脂を乾燥キュア後、巻とりずれがなく巻とりできた。塗工後、金属表面に塗工され樹脂面の１０点平均表面粗さＲｔｍは１．４２であった。さらに３０ｍｍ角に切断し、５０枚積層した後、２５０℃ ３０ｍｉｎ圧力５ＭＰａで加圧積層し一体化した。その結果、積層ずれはなかった。また積層体の層間に気泡はなく、ＪＩＳ６８５４−３に規定されるＴ形はく離強度が２１０ｇ／ｃｍであった。

（実施例３）
金属薄帯として、新日本製鉄、薄手ハイライトコア（商品名）、２０ＨＴＨ１５００幅約１５０ｍｍ，厚み約２００μｍである珪素鋼板を使用した。金属単体の１０点平均表面粗さＲｔｍは２．２μｍであった。実施例１と同様の樹脂をコートした。

樹脂を乾燥キュア後、巻とりずれがなく巻とりできた。塗工後、金属表面に塗工され樹脂面の１０点平均表面粗さＲｔｍは１．２であった。さらに３０ｍｍ角に切断し、５０枚積層した後、２５０℃３０ｍｉｎ圧力５ＭＰａで加圧積層し一体化した。その結果、積層ずれはなかった。また積層体の層間に気泡はなく、ＪＩＳ６８５４−３に規定されるＴ形はく離強度が２２０ｇ／ｃｍであった。

（比較例１）
金属薄帯として、ハネウェル社製、Ｍｅｔｇｌａｓ：２７１４Ａ（商品名）、幅約５０ｍｍ，厚み約１５μｍであるＣｏ_６６Ｆｅ_４Ｎｉ１（ＢＳｉ）_２９（原子％）の組成を持つ非晶質金属薄帯を使用した。１０点平均表面粗さＲｔｍは４．００μｍであった。この薄帯の片面全面にＥ型粘度計で測定したときに、２５℃で、約２０Ｐａ・ｓの粘度のポリアミド酸溶液をロールコータで塗工し，１４０℃で乾燥後、２６０℃でキュアし、非晶質金属薄帯の片面に約６ミクロンの耐熱樹脂（ポリイミド樹脂）を付与した。ポリイミド樹脂は、３，３’−ジアミノジフェニルエーテルと３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物を１：０．９８の割合で混合し、ジメチルアセトアミド溶媒中で室温にて縮重合して得られたものである。通常は、ポリアミド酸としてジアセチルアミド溶液として用いた。

乾燥キュア後、巻とりずれがなく巻とりできた。塗工後、金属表面に塗工され樹脂面の１０点平均表面粗さＲｔｍは４．８μｍであった。さらに３０ｍｍ角に切断し、５０枚積層した後、２５０℃３０ｍｉｎ圧力５ＭＰａで加圧積層し一体化した。その結果、積層ずれがおき、５ｍｍすべりが生じ、積層体の作製が困難であった。また積層体の層間に気泡が生じ、ＪＩＳ６８５４−３に規定されるＴ形はく離強度が平均８０ｇ／ｃｍで、ばらつきが大きかった。

本発明は、軟磁性材料が用いられる多くの用途に適用することが可能である。例えば、インダクタンス、チョークコイル、高周波トランス、低周波トランス、リアクトル、パルストランス、昇圧トランス、ノイズフィルター、変圧器用トランス、磁気インピーダンス素子、磁歪振動子、磁気センサ、磁気ヘッド、電磁気シールド、シールドコネクタ、シールドパッケージ、電波吸収体、モータ、発電器用コア、アンテナ用コア、磁気ディスク、磁気応用搬送システム、マグネット、電磁ソレノイド、アクチュエータ用コア、プリント配線基板磁気コアなどの様々な電子機器や電子部品の機能を支える材料として用いられる。

Claims

磁性金属薄板の表面に高分子化合物が付与されている磁性基材において、ＪＩＳＢ０６５１に基づいて測定される１０点平均粗さＲｔｍについて、磁性基材表面のＲｔｍの高分子化合物層表面に対するＲｔｍの比が１．０未満であることを特徴とする磁性基材。
上記請求項１記載の磁性基材の積層体。