JP2006310861A - 無線識別アンテナ用磁性シート及びその製造方法、これを利用した無線識別アンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るRFIDアンテナ用磁性シートは、Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含むことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
実施形態1及び2
図2aに図示した第1実施形態と同一の構造を有するように厚さ0.20mmのポリイミドの絶縁層上に銅アンテナコイルを1Oz規格(コイルの厚さ0.04mm)に蝕刻して形成した。
磁性シート用合金の実施形態3と4は、日本Hitach社のFINEMET(登録商標)及びドイツVacuumschmelze社のVitroperm(登録商標)であるFe73.5Cu1Nb3Si13.5B9組成の非晶質合金を使用し、磁性シートの厚さを0.20mm(実施形態3)及び0.25mm(実施形態4)にしたことを除いては、実施形態1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。
磁性シート用合金の製造時に出発物質としてFe-Bを使用し、組成比に合うように電解鉄(Fe)及びZr元素を添加してFe90Zr7B3組成の非晶質合金を製造して磁性シートの厚さを0.25mmにしたことを除いては、実施形態1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。
磁性シート用合金の製造時に出発物質としてCo-Bを使用し、組成比に合うようにCo、Si、Fe、Ni及びCr元素を添加してCo76(Si、B)15Fe4(Cr、Ni)5組成の非晶質合金を製造し、磁性シートの厚さを0.40mmにしたことを除いては、実施形態1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。
MnとZnの組成比が2:1である、直径5μmの微細なフェライト粉末を使用してMn-Zn系フェライトシートにすることにより製造した厚さ0.40mmの磁性シートをRFIDアンテナに付着したことを除き、実施形態1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。
FeとSiを3:1のatomic%比で混合し、混合物を高温の真空熱処理炉で合金化した後に粉砕することにより作ったFe75Si25の組成の粉末を使用して製造した厚さ0.25mmの磁性シートを除いて、実施形1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。
比較例1、2及び実施形態2に対してRFID動作距離を測定した。測定方法は、RFIDリーダーであるSK TELECOM社のモネータを図1のリーダー部のように設置し、比較例1、2及び実施形態2で製作されたアンテナを図6のようにバッテリーパックに設置してRFIDチップが組み込まれた携帯電話を使用して動作距離を測定した。測定結果を下記の表2に示した。
磁性シートの厚さを0.23mmにしたことを除いては実施形態1と同一の方法でRFIDアンテナを製造した。このアンテナに対して13.56MHz領域でインダクタンス性能を測定してその結果を表3に示した。
実施形態1の非晶質合金を利用し、合金粉末を利用した磁性シート及び合金リボンを図3b、図3c及び図3eのように積層したことを除いては、実施形1と同一の方法で実施形態8(図3b)、実施形態9(図3c)及び実施形態10(図3e)のRFIDアンテナを製造した。これらアンテナに対して13.56MHz領域でインダクタンス性能を測定してその結果を表3に示した。
アンテナコイルを形成した絶縁層として部分硬化されたプリプレグ樹脂がコーティングされたフェノール/ポリイミドからなる基板を使用し、絶縁層の厚さをそれぞれ0.080mm(実施形態11)、0.050mm(実施形態12)、0.025mm(実施形態13)、0.013mm(実施形態14)にしたことを除いては実施形態1と同様にRFIDアンテナを製造した。実施形態11乃至14のアンテナに対して13.56MHzにおける空心インダクタンス及び直流抵抗を測定してその結果を下記の表4に示した。
アンテナコイルを形成した絶縁層の厚さをそれぞれ0.17mm及び0.20mmにしたことを除いては実施形態1と同様にRFIDアンテナを製造し、比較例3及び4のアンテナに対して13.56MHzにおける空心インダクタンス及び直流抵抗を下記の表4に示した。
磁性シートの厚さを0.35mmにしたことを除いては比較例1と同一の方法で製造したフェライトシート(比較例5)及び磁性シートの厚さを0.35mmにしたことを除いては実施形態1と同一の方法で製造した非晶質合金粉末シート(実施形態15)の高周波吸収率を測定した。測定方法は、該当の周波数別に電磁波のエネルギーを磁性シートに供給した後、磁性シートの反対側に透過される電磁波のエネルギーと比較して高周波の吸収率を測定した。測定の結果を下記の表5に示した。
前記実施形態1と同様にFe79(Si、B)21組成の非晶質合金リボンを0.02mmの厚さで製作して該製作された非晶質リボンを、ハンマーミルにより粉末に製造した。製造した粉末を、320℃で7時間の間熱処理した。その後、前記のように製造された合金粉末をウレタン樹脂と7:1の割合で混合し、これを基板にコーティングした後、乾燥して基材を分離することで、混合シートを製造した。混合シートを70℃で熱間圧延を実施することで、厚さ0.2mm(実施形態16)及び0.1mm(実施形態17)の1次圧縮成形した磁性シートを製造した。
実施形態18及び19では、磁性シート用合金として実施形態3と同様に日本Hitachi社のFINEMET(登録商標)及びドイツVacuumschmelze社のVitroperm(登録商標)であるFe73.5Cu1Nb3Si13.5B9組成の非晶質合金を使用し、混合粉末を実施形態16と同様に製作し、製造した粉末を540℃で3時間の間熱処理を実施した。1次圧縮成形された磁性シートの製造方法は、実施形態16と同様に行って磁性シートの厚さを0.2mm(実施形態18)及び0.1mm(実施形態19)で製作した。
1次圧縮成形された磁性シートを実施形態16と同様の方法で製造した後、1次圧縮成形された磁性シート2枚の間にFe73.5Cu1Nb3Si13.5B9組成の非晶質合金リボンを混合シートの大きさと同一に切断した後、バインダー用樹脂と同一の成分の粘着剤を使用するか、または粘着剤なしに図9のように結合させる。1次圧縮成形された磁性シートと非晶質合金リボンを結合させた多層シートを70℃で熱間圧延して0.2mmの厚さの2次圧縮成形された単一体の磁性シート(実施形態20)に製造した。
1次圧縮成形された磁性シートの間に挿入される非晶質合金リボンの製造時に出発物質として実施形態6と同様にCo-Bを使用し、組成比に合うようにCo、Si、Fe、Ni及びCr元素を添加してCo76(Si、B)15Fe4(Ni、Cr)5組成の非晶質合金を製造したことを除いては実施形態20と同一の方法、同一の構造で0.2mmの厚さで製造した。
1次圧縮成形された磁性シートを実施形態17と同一の方法で製造し、2次圧縮成形された多層磁性シートを実施形態21と同一の方法、同一の構造で0.2mmの厚さで製造した。
実施形態5と同様にFe90Zr7B3組成の非晶質合金を製造し、1次圧縮成形された磁性シートの製造方法は実施形態16と同様にし、多層シートの間に挿入する非晶質合金リボン及び製作方法は実施形態21と同様にして2次圧縮成形された磁性シートを0.2mmの厚さで製作した。
1次圧縮成形された磁性シートの製造方法は実施形態16と同様にし、多層シートの間に挿入される非晶質合金リボンは実施形態18と同様に製作し、得られた非晶質合金リボン2個を挿入して磁性シートの間に非晶質合金リボンが存在するようにする。多層化する方法は実施形態20と同様にして0.3mmの厚さにし、その形態は図10のようである。
磁性シートの原材料にMPP粉末を使用し、MPP粉末はNi81Fe17Mo2の組成比に合うように混合して溶融させた後、アトマイジング法で製造した。球状で製造されたMPP粉末を、ボールミルを利用して扁平にした後、直径が5μm以下の粉末を分級して使用し、厚さが0.4mmの磁気シートを製造した。
実施形態16乃至24、実施形態3及び比較例6で製造された磁性シートを利用して図11のような構造のRFIDアンテナを製作した後、13.56MHz領域でインダクタンス性能を測定してその結果を表6に示した。
Claims (29)
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含むことを特徴とするRFIDアンテナ用磁性シート。
- 前記非晶質合金は、300℃乃至600℃の温度で10時間以下の時間で熱処理されたことを特徴とする請求項1記載のRFIDアンテナ用磁性シート。
- 前記磁性シートは、前記非晶質合金の粉末と樹脂の混合物からなる磁性シート層と、
該磁性シート層に積層された、前記非晶質合金のうち少なくとも1種からなる非晶質合金リボンを含むことを特徴とする請求項1記載のRFIDアンテナ用磁性シート。 - 前記非晶質合金リボンは、スリッティングされた多数の合金リボンであることを特徴とする請求項3記載のRFIDアンテナ用磁性シート。
- 前記磁性シートの厚さは、0.35mm以下であることを特徴とする請求項1記載のRFIDアンテナ用磁性シート。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む非晶質合金粉末と、
シートの形態で成形するために前記非晶質合金粉末と混合されるバインダー用樹脂を含むことを特徴とするRFIDアンテナ用磁性シート。 - 前記非晶質合金粉末とバインダー用樹脂は、重量比で5:1乃至9:1の範囲で混合されることを特徴とする請求項6記載のRFIDアンテナ用磁性シート。
- 前記バインダー用樹脂は、ゴム、ポリイミド、ポリアミド、ウレタン、シリコーン及びフェノール樹脂からなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項6記載のRFIDアンテナ用磁性シート。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む磁性シートと、
絶縁層上に導電性の金属材でパターン形成されたアンテナコイルと、
前記磁性シートと絶縁層を接合させるための接合層から構成されることを特徴とするRFIDアンテナ。 - 前記絶縁層は、少なくとも一つの表面に部分硬化されたプリプレグ樹脂がコーティングされていることを特徴とする請求項9記載のRFIDアンテナ。
- 前記絶縁層の部分硬化されたプリプレグ樹脂がコーティングされた一つの表面に積層された、前記非晶質合金のうち少なくとも1種からなる非晶質合金リボン層を更に含むことを特徴とする請求項10記載のRFIDアンテナ。
- 前記磁性シートの下面に積層された、前記非晶質合金のうち少なくとも1種からなる非晶質合金リボン層を更に含むことを特徴とする請求項9記載のRFIDアンテナ。
- 前記非晶質合金リボン層は、スリッティングされた多数の合金リボンから構成されることを特徴とする請求項12記載のRFIDアンテナ。
- 前記アンテナは、携帯電話のバッテリーに内蔵されることを特徴とする請求項9記載のRFIDアンテナ。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択された少なくとも1種の非晶質合金を含む合金粉末で製造された第1及び第2磁性シート層と、
前記非晶質合金のうち1種からなり、前記第1及び第2磁性シート層の間に積層された第1非晶質合金リボンから構成され、多層構造を有することを特徴とするRFID用磁性シート。 - 前記第1及び第2磁性シート層のうち何れか一つの表面に積層された、前記非晶質合金のうち1種からなる第2非晶質合金リボンと、
該第2非晶質合金リボンの表面に積層された、前記非晶質合金を1種以上含む合金粉末で製造された第3磁性シート層を更に含むことを特徴とする請求項15記載のRFID用磁性シート。 - 前記多層構造のシートの厚さは、0.2mm以下であることを特徴とする請求項15または16記載のRFID用磁性シート。
- 前記非晶質合金は、熱処理によってnm単位の結晶粒の大きさを有することを特徴とする請求項15記載のRFID用磁性シート。
- 前記第1及び第2磁性シート層の間に積層された第1非晶質合金リボンは、圧縮成形によって微細クラックが存在することを特徴とする請求項15記載のRFID用磁性シート。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む合金粉末で製造された多数の磁性シート層と、
前記非晶質合金のうち少なくとも1種からなり、前記多数の磁性シート層の間に積層された多数の非晶質合金リボンから構成されることを特徴とするRFID用磁性シート。 - Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む合金粉末で製造された多数の磁性シート層と、前記非晶質合金のうち少なくとも1種からなり、前記多数の磁性シート層の間に積層された多数の非晶質合金リボンを含む多層構造の磁性シートと、
該磁性シートの表面に形成された絶縁層と、
該絶縁層の表面に導電体でパターン形成されたアンテナコイルパターンで構成されることを特徴とするRFIDアンテナ。 - 前記アンテナは、携帯電話のバッテリーに内蔵されることを特徴とする請求項21記載のRFIDアンテナ。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む非晶質合金粉末とバインダー用樹脂を混合して混合物を得る段階と、
前記混合物を基材に薄膜の形態で塗布した後、乾燥して磁性シートを得る段階を含むことを特徴とするRFIDアンテナ用磁性シートの製造方法。 - 後続工程として前記磁性シートを圧縮成形する段階を更に含むことを特徴とする請求項23記載のRFIDアンテナ用磁性シートの製造方法。
- Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及びCo-Fe-Si-Bからなる群から選択される少なくとも1種の非晶質合金を含む合金粉末で製造された第1及び第2磁性シート層を準備する段階と、
前記非晶質合金のうち1種からなる第1非晶質合金リボンを準備する段階と、
前記第1及び第2磁性シート層の間に前記第1非晶質合金リボンを積層した後、該積層されたシートの相対密度を増加させると同時に、前記第1非晶質合金リボンに微細亀裂を形成するために積層された多層シートを圧縮成形する段階から構成されることを特徴とするRFID用磁性シートの製造方法。 - 前記非晶質合金のうち1種からなる第2非晶質合金リボンと、前記非晶質合金を1種以上含む合金粉末で製造された第3磁性シート層を準備する段階と、
前記積層された多層シートを圧縮成形する前に前記第1及び第2磁性シート層のうち何れか一つの表面に第2非晶質合金リボンを積層し、該第2非晶質合金リボンの表面に第3磁性シート層を積層する段階を更に含むことを特徴とする請求項25記載のRFID用磁性シートの製造方法。 - 前記積層された多層シートを圧縮成形する段階は、熱間圧延、熱間プレス、冷間圧延及び冷間プレスのうち何れか一つの方法で実施されることを特徴とする請求項25記載のRFID用磁性シートの製造方法。
- 前記圧縮成形された多層シートの厚さは、0.2mm以下であることを特徴とする請求項25記載のRFID用磁性シートの製造方法。
- 前記非晶質合金を300℃乃至600℃の温度で10時間以下の時間で熱処理する段階を更に含むことを特徴とする請求項25記載のRFID用磁性シートの製造方法。
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