JP2005310952A - 電磁干渉抑制体 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボイド率が低下した高充填の電磁干渉抑制体を得ること。
【解決手段】 軟磁性粉末を充填材の一部あるいは全量として結合剤に分散させて構成される電磁干渉抑制体において、軟磁性粉末にＳｉ元素を含む表面処理剤を用いて表面処理を施す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、結合剤に軟磁性粉末を分散させた電磁干渉抑制体に関し、詳しくは高周波を用いた電子機器、回路、装置において電磁ノイズレベルの増大による障害や、電磁干渉による信号劣化や誤動作の抑制に有効である電磁干渉抑制体に関する。

近年、コンピュータをはじめとするデジタル機器の高速化に伴い、電磁ノイズレベルの増大による障害、電磁干渉による信号劣化や誤動作の発生頻度が増加している。そこでこれらの電磁ノイズの発生源や発生源近傍および高周波電流の流れる箇所に電磁干渉抑制体を配置することで、電磁ノイズ対策を行う手法がとられるようになってきている。

ここで、「電磁干渉抑制体」とは、主に電磁ノイズにおける高周波電流に応じて発生する磁界のエネルギーを吸収し、熱変換することにより高周波電流を消失させるものをいう。すなわち、電磁干渉抑制体は、近傍界でのノイズを対象領域としている。ここで、近傍界とは、対象となる電磁波の波長をλとしたとき、λ／２πよりも小さい距離の領域をいう。これに対して、「電波吸収体」は、飛来する電波を吸収するものであり、λ／２πよりも大きい距離である遠方界を対象領域としている。従って、電波干渉抑制体と電波吸収体とは全く異なるものであることに注意されたい。

また、この技術分野において周知のように、磁性材料は、μ＝μ’−ｊμ”で表される複素透磁率μを持つ。ここで、ｊは虚数単位（√−１）を表す。μ’は実数部透磁率と呼ばれ、μ”は虚数部透磁率と呼ばれる。尚、虚数部透磁率μ”は、透磁率の損失項に相当する。また、真空の透磁率μ_ｏとの比μ_ｒ＝μ／μ_ｏは比透磁率と呼ばれる。但し、比透磁率と透磁率とは比例関係にあるので、本明細書中では、比透磁率と透磁率とを区別せずに、比透磁率のことを透磁率と呼ぶこともある。

電磁干渉抑制体は虚数部透磁率μ”を用いる。これに対して、インダクタンス部品は実数部透磁率μ’を用いる。従って、電磁干渉抑制体とインダクタンス部品とは全く異なるものである。

さて、電磁干渉抑制体は軟磁性粉末が結合剤に分散された構成をしている。このような電磁干渉抑制体は、主に結合剤に磁性粉末を混練して混練物を得る工程と、その得られた混練物を任意の形状に成形する工程とから作製されている。一般に、混合、混練する製法は、乾式製法と湿式製法との二つの方法に分類される。乾式製法は、結合剤に熱を加えて結合剤を軟化させて、その軟化させた結合剤中に軟磁性粉末を添加して混練し分散させて混練物を得て、電磁干渉抑制体を作製する方法である。一方、湿式製法は、溶剤を用いて結合剤を溶解したものあるいは液状の結合剤に軟磁性粉末を添加してスラリー状の混練物を作製し、その混練物を任意の形状に成形し、その成形体から溶剤を除去するあるいは結合剤を反応硬化させるなどの方法で電磁干渉抑制体を得る方法である。

ところが、近年は上述のデジタル機器をはじめとする多くの電子機器は小型化、薄型化が進んでいる。さらにはカメラ付き携帯電話に代表されるように、機能複合化も進んでいる。その結果、電子機器の筐体内の狭い空間でも電磁ノイズ対策が可能な電磁干渉抑制体への要望が一段と高くなってきている。そこで、電磁干渉抑制体の厚さを薄くすることで、上述の小型薄型化された電子機器の内部に設置できるように工夫されている。

しかしながら、電磁干渉抑制体の電磁ノイズ対策に対する効果、すなわち電磁ノイズ抑制効果は、電磁干渉抑制体に含まれる軟磁性粉末の含有量と軟磁性粉末の透磁率に依存する。そのため、電磁干渉抑制体の厚さを薄くすると、電磁干渉抑制体の電磁ノイズ抑制効果が減少してしまう。

そこで、従来の技術に示したような混練工程において、混練時間を延長させること、回数を増やすこと、混練温度を高く調整すること、混練の応力や剪断力を高めることなどの手法で混練物の分散性を向上させて、均一化させる工夫を行っている。しかしながら、これらの方法でも軟磁性粉末の含有量を増やすことには限界があるという問題点がある。また、結合剤と軟磁性粉末の濡れ性にも限度がある。

また、混練工程で時間を延長させることや、回数を増やすことで、加工時間が長くなり、加工費が増加するという問題も生じる。

更に、混練温度を高く調整すると電力量も増加するが、それ以上に結合剤への熱的な負荷がかかり、電磁干渉抑制体の劣化が早まる恐れがあるという欠点もある。

従って、電磁干渉抑制体の厚さを薄くしても、電磁ノイズ抑制効果の減少が極力少ない、あるいは同等の効果を維持できる電磁干渉抑制体が望まれている。

特に、電磁干渉抑制体の軟磁性粉末を高充填することによって、電磁ノイズ抑制効果の向上が強く望まれている。

そこで本発明の技術的課題は、電磁干渉抑制体における結合剤および軟磁性粉末の分散性を改善することができる電磁干渉抑制体を提供することにある。

本発明の他の技術的課題は、軟磁性粉末が結合剤中に高充填化される電磁干渉抑制体を提供することにある。

本発明の更に他の技術的課題は、ボイド率が低下した電磁干渉抑制体を提供することにある。

本発明によれば、軟磁性粉末を電磁干渉抑制体の構成材としての充填材の一部あるいは全量として結合剤に分散させて構成される電磁干渉抑制体において、軟磁性粉末にＳｉ元素を含む表面処理剤を用いて表面処理が施されていることを特徴とする電磁干渉抑制体が得られる。

上記電磁干渉抑制体において、Ｓｉ元素を含む表面処理剤は反応性の表面処理剤であって良い。また、Ｓｉ元素を含む表面処理剤の添加量は軟磁性粉末の重量部に対して５％未満の範囲であることが好ましい。Ｓｉ元素を含む表面処理剤はカチオン系の表面処理剤であることが好ましい。Ｓｉ元素を含む表面処理剤は側鎖あるいは末端の官能基に少なくてもアミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基のいずれか１つを有するものが望ましい。Ｓｉ元素を含む表面処理剤は炭素数１〜１８のアルキル基あるいは水素からなる四級アンモニウム塩で構成される官能基を有することが望ましい。

本発明によれば、Ｓｉ元素を含む表面処理剤を用いて表面処理をした軟磁性粉末を充填材とすることで、濡れ性が改善し結合剤に対する結合力が高くなる。その結果、充填率が向上して透磁率が高くなり電磁ノイズ抑制効果が高くなる。

また、Ｓｉ元素を含む表面処理剤を用いて表面処理をした軟磁性粉末を充填材とすることで、分散性が向上し、凝集されずに均一な分散体が得られることでボイド率が減少する。その結果として、軟磁性粉末を高充填することができ、電磁ノイズ抑制効果を高めることができる。

特に、カチオン系のＳｉ元素を含む表面処理剤を使用した電磁干渉抑制体であれば、さらに電磁干渉抑制体を高充填化させることができる。

以上から電磁ノイズ抑制効果の優れた電磁干渉抑制体を得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

電磁干渉抑制体の試料の作製は、結合剤として塩素化ポリエチレン樹脂、軟磁性粉末としては軟磁性合金粉末の一つであるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を使用した。使用したＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は偏平形状の粉末であり、平均粒径は３５μｍである。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は粉末の表面に数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の酸化被膜を有している。

高充填化した電磁干渉抑制体の配合処法は、一例としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末９３wt％、塩素化ポリエチレン樹脂７wt％とした。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末量は限定されない。

軟磁性粉末を結合剤に高充填する方法として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末に対してＳｉ元素を含む表面処理剤で表面処理を施した。この方法により軟磁性粉末と結合剤との間の結合力を向上させ、ボイド率が少ない電磁干渉抑制体を作製した。Ｓｉ元素を含む表面処理剤として、シランカップリング剤やその縮合体がある。その一例として、シランカップリング剤では、ビニル系、クロル系、アミノ系、メタクリロキシ系、エポキシ系およびカチオン系を使用した。カチオン系は、イオン性相互作用と有機性の相互作用がともに発生する化合物であることから選定した。また比較のためチタネート系のカップリング剤およびカップリング剤を未使用の試料を作製した。

尚、シランカップリング剤とは、有機重合体と無機材料（ガラス、無機充填材、金属、金属酸化物）とを化学的に結合する能力をもっているシランおよびその他の珪素化合物をいう。

ビニル系のシランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシランを使用した。クロル系のシランカップリング剤としては、３−クロロプロピルトリメトキシシランを使用した。アミノ系のシランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシランを使用した。メタクリロキシ系のシランカップリング剤としては、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを使用した。エポキシ系のシランカップリング剤としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを使用した。カチオン系のシランカップリング剤としては、N-トリメトキシシリルプロピル−Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライドと、Ｎ−［２−ビニルベンジルアミノ）エチル］−３アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩およびオクタデシルジメチル［３−（トリメトキシシリル）プロピル］アンモニウムクロライドを使用した。また、ビニル系、クロル系、アミノ系、メタクリロキシ系、エポキシ系、カチオン系のシランカップリング剤は上記のもの以外のものでも適用することができる。

チタネート系のカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートを使用した。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を表面処理する方法は、乾式のミキサーでＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を撹拌させながらカップリング剤を滴下する方法で行った。カップリング剤の添加量は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の重量に対して１％とし、滴下時間も含め３０分間撹拌させた後、温度１００℃で１５分間、乾燥させて表面処理した粉末を得た。

電磁干渉抑制体の試料の作製は、結合剤としての塩素化ポリエチレン樹脂と、得られた表面処理した粉末とを二軸混練機で混合、混練して均一に分散させ、混練物を得て、さらに、この混練物を加熱プレス成形機で厚さ１mmのシート状に加工した。

得られた電磁干渉抑制体の物性評価はアルキメデス法による比重測定と理論密度からボイド率を算出した。ここで、「ボイド率」とは、複合材料の見かけの体積に対する空孔の体積割合をいう。磁気特性については、インピーダンスマテリアルアナライザーで透磁率を測定した。電磁ノイズ抑制効果は、近傍界における評価として減衰レベルを透過レベルと結合レベルで評価した。

図１は実施例１〜８、従来例、及び未処理での比重とボイド率のグラフである。実施例１〜８は、それぞれ、表面処理剤による結果が異なる。なお、表面処理は全て上述の方法で行った。

実施例１は、シランカップリング剤として、ビニル系のシランカップリング剤であるビニルトリエトキシシランを用いた例である。

実施例２は、シランカップリング剤として、クロル系のシランカップリング剤である３−クロロプロピルトリメトキシシランを用いた例である。

実施例３は、シランカップリング剤として、エポキシ系のシランカップリング剤である３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いた例である。

実施例４は、シランカップリング剤として、メタクリロキシ系の３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いた例である。

実施例５は、シランカップリング剤として、アミノ系の３−アミノプロピルトリエトキシシランを用いた例である。

実施例６は、シランカップリング剤として、カチオン系のN-トリメトキシシリルプロピル−Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライドを用いた例である。

実施例７は、シランカップリング剤として、カチオン系のＮ−［２−ビニルベンジルアミノ）エチル］−３アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩を用いた例である。

実施例８は、シランカップリング剤として、カチオン系のオクタデシルジメチル［３−（トリメトキシシリル）プロピル］アンモニウムクロライドを用いた例である。

従来例は、チタネート系のカップリング剤として、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートを用いたものである。

そしてカップリング剤による表面処理を行わなかった未処理のものも示してある。

図１から、シランカップリング剤は、従来例および未処理のものよりも高い比重を示していることが分かる。ボイド率については、シランカップリング剤で表面処理したものは、従来例および未処理のものよりも低く２５％未満を示していることが分かる。特に、カチオン系のシランカップリング剤を用いたものは、ボイド率が２０％未満を示していることが分かる。

電磁干渉抑制体の高充填化の指標として、軟磁性粉末の体積分率などでも評価できる。

図２は実施例１〜８、従来例での透磁率特性を示すグラフである。図２において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は透磁率（μ’、μ”）を示している。尚、実際には縦軸は比透磁率を示している。周波数が低いときに高く、周波数が高くなるについて低下している特性は、実数部透磁率μ’の特性を示している。一方、周波数が低いときに低く、周波数が高くなるについて高くなっている特性は、虚数部透過率μ”の特性を示している。

図２から、透磁率については、実数部透磁率μ’、虚数部透磁率μ”とも、実施例１〜８の方が、従来例および未処理のものよりも高い値を示していることが分かる。このように実施例１〜８の方が従来例および未処理のものより透磁率が高い理由は、シランカップリング剤で表面処理をされた軟磁性粉末を使用した電磁干渉抑制体の方がボイド率が低いので、透磁率特性も向上したものと考えられる。特に、未処理の場合の実数部透磁率μ’の最大透磁率が２４であるのに対し、実施例６，８のカチオン系のカップリング剤で処理された試料の実数部透磁率μ’の最大透磁率が２９という高い値を示した。

図３は、近傍界測定系の概略構成図であって、ａ）は透過レベルの評価系を示し、ｂ）は結合レベルの評価系を示している。波源および検出用素子に誘導性素子である直径１．５ｍｍのマイクロループアンテナを用い、自由空間でのアンテナ結合レベルを基準として、近傍界における透過および結合特性を測定した。図３ａ）に示されるように、透過レベルの評価系では、試料を間に挟んで、波源のマイクロループアンテナと検出用素子のマイクロループアンテナとの間の距離を２ｍｍとした。一方、図３ｂ）に示されるように、結合レベルの評価系では、試料上に、その表面から０．１ｍｍだけのギャップを空けて、波源のマイクロループアンテナと検出用のマイクロループアンテナとの間を互いに１０ｍｍの距離だけ離した。

図４は透過レベルのグラフを示し、図５は結合レベルのグラフを示す。図４において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は透過レベル（ｄＢ）を示す。図５において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は結合レベル（ｄＢ）を示す。図４および図５では、試料として、実施例１〜３、６〜８、従来例を使用した。

図４および図５から、従来例よりも、シランカップリング剤で表面処理した試料（実施例１〜３、６〜８）の方が、電磁ノイズの抑制効果が高いことが分かる。特に、カチオン系のシランカップリング剤で表面処理した試料（実施例６〜８）が、最も電磁ノイズの抑制効果が高い値を示していることが分かる。

また、上述した実施例１〜８では、Ｓｉ元素を含む表面処理剤としてシランカップリング剤を用いた場合の例のみを述べているが、Ｓｉ元素を含む表面処理剤としてシランカップリング剤の縮合体を用いた場合でも同様の効果が得られたことを、本発明者らは確認している。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能なのはいうまでもない。例えば、上述した実施の形態では、Ｓｉ元素を含む表面処理剤の添加量は、軟磁性粉末の重量部に対して１％であるが、０．５％〜２．０％でも同様に高充填化できた。また、０．１％〜４．５％においても、従来例と未処理と比較して、電磁干渉抑制体における軟磁性粉末の高充填化を確認できた。

なお、Ｓｉ元素を含む表面処理剤の添加量が５．０％を超えると、適度な可撓性を有した電磁干渉抑制体が得られなくなったり、混練時において均一に分散させることができなくなり、高い透磁率等の所望の特性を得ることができなかった。可撓性が必要であるのは、電子機器の筐体に電磁干渉抑制体を配置させる際に、筐体や部品の形状に合わせることができるようにするためである。

また、上述した実施の形態では、結合剤として塩素化ポリエチレン樹脂を使用した例のみを挙げているが、他の結合剤を使用しても良いのは勿論である。また、軟磁性粉末として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を使用した例のみを挙げているが、他の軟磁性粉末を使用しても良いのは勿論である。更に、表面処理した軟磁性粉末を結合剤中に分散させる方法は、上述した二軸混練機を使用した方法に限定されず、他の方法を採用しても良いのは勿論である。

表面処理剤による電磁干渉抑制体の比重とボイド率のグラフである。 表面処理剤による電磁干渉抑制体の透磁率特性を示すグラフである。 近傍界における透過レベル、結合レベルの評価系を示す概略構成図である。 表面処理剤による電磁干渉抑制体の透過レベルを示すグラフである。 表面処理剤による電磁干渉抑制体の結合レベルを示すグラフである。

Claims (6)

1. 軟磁性粉末を電磁干渉抑制体の構成材としての充填材の一部あるいは全量として結合剤に分散させて構成される電磁干渉抑制体において、前記軟磁性粉末にＳｉ元素を含む表面処理剤を用いて表面処理が施されていることを特徴とする電磁干渉抑制体。
2. 前記Ｓｉ元素を含む表面処理剤は反応性の表面処理剤であることを特徴とする請求項１記載の電磁干渉抑制体。
3. 前記Ｓｉ元素を含む表面処理剤の添加量が前記軟磁性粉末の重量部に対して５％未満の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁干渉抑制体。
4. 前記Ｓｉ元素を含む表面処理剤はカチオン系の表面処理剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電磁干渉抑制体。
5. 前記Ｓｉ元素を含む表面処理剤は側鎖あるいは末端の官能基に少なくてもアミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基のいずれか１つを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電磁干渉抑制体。
6. 前記Ｓｉ元素を含む表面処理剤は炭素数１〜１８のアルキル基あるいは水素からなる四級アンモニウム塩で構成される官能基を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電磁干渉抑制体。
   
   

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