JP2007266031A - 扁平状軟磁性金属粉末及びｒｆｉｄのアンテナ用磁芯部材 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金を用いた磁芯部材の性能指数μ’×Ｑをさらに向上させる。
【解決手段】扁平状軟磁性金属粉末と結合材とからなるＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材に用いられる扁平状軟磁性金属粉末であって、扁平状軟磁性金属粉末が、印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金から構成されることを特徴とする。本発明において、扁平状軟磁性金属粉末が、Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、重量平均粒径Ｄ_５０が５〜３０μｍ、平均厚さが０．１〜１μｍであることが好ましい。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触ＩＣタグ等に用いて好適なアンテナ用磁芯部材に関する。

ＲＦＩＤ技術を用いた非接触ＩＣカード及び識別タグ等の非接触ＩＣタグとして、情報を記録したＩＣチップ及び共振用のコンデンサをアンテナコイルに電気的に接続したものが知られている。この非接触ＩＣタグは、リーダ／ライタの送受信アンテナからアンテナコイルへ所定周波数の電波を発信することにより、非接触ＩＣタグを活性化し、電波のデータ通信による読出しコマンドに応じてＩＣチップに記録された情報を読み取ることにより、または特定周波数の電波に対して共振するか否かにより識別又は監視するようにされている。これに加えて、非接触ＩＣタグの多くは、読み取った情報を更新し、あるいは履歴情報を書込み可能とされている。

識別タグに用いられるアンテナモジュールとしては、平面内に渦巻き状に巻回されたアンテナコイルに、このアンテナコイルの平面と略平行に磁芯部材を挿入したものが、例えば特許文献１に開示されている。このアンテナモジュールにおける磁芯部材は、アモルファスシート又は電磁鋼板といった高透磁率材料を含み、アンテナコイルの平面と略平行となるように磁芯部材を挿入することによって、アンテナコイルのインダクタンスを大きくし、通信距離の向上を図っている。

この磁芯部材に関して、特許文献２は、渦電流の発生を抑制し、渦電流の発生に起因する損失を低減することを課題として、ＲＦＩＤのアンテナ用の磁芯部材に含有される鉄基合金粒状粉末において、この粉末の９０ｗｔ％以上が３０μｍ以下の粒径を有する粉末粒子により構成し、かつこの粉末が８０×１８^−８Ωｍ以上の固有抵抗を有することを提案している。この鉄基合金としては、Ｓｉを６〜１５ｗｔ％含み、さらに１ｗｔ％以下のアルミニウム、３ｗｔ％以下の銅、３ｗｔ％以下のニッケル、５ｗｔ％以下のクロム及び１０ｗｔ％以下のコバルトを少なくとも一種含むことを許容している。この鉄基合金粒状粉末を用いることにより、３０以上のＱ値が得られることを示している。

特許文献３は、モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることができるアンテナモジュール用磁芯部材を提供することを課題として鋭意検討を重ねたところ、使用周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）における磁芯部材の損失係数に着目し、この損失係数の逆数と複素透磁率の実部との積が所定以上となる磁芯部材を構成することにより、モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図れることを見出したことを報告している。そして、使用周波数における磁芯部材の複素透磁率の実部μ’および虚部μ”で表される損失係数（ｔａｎδ＝μ”／μ’）の逆数をＱとしたときに、μ’×Ｑで表される性能指数を３００以上とすることにより、渦電流損失に起因するアンテナモジュールのパワーロスを低減することが可能となり、磁芯部材の層厚を大きくすることなく、通信距離の向上を図ることができるようになることを示している。

特開２０００−４８１５２号公報 特開２００４−５２０９５号公報 特開２００５−３４０７５９号公報

特許文献３にＦｅ−Ｓｉ系合金を用いた磁芯部材が開示されている。その中で、Ｆｅ−１０ｗｔ％Ｓｉ−Ｃｒ合金を用いた磁芯部材の性能指数μ’×Ｑが約２０００程度であることが開示されている。
本発明は、このＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金を用いた磁芯部材の性能指数μ’×Ｑをさらに向上することを目的とする。

以上の本発明の目的は、アンテナ用磁芯部材に用いられる扁平状軟磁性金属粉末のＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）を特定することにより達成できることを見出した。すなわち本発明は、扁平状軟磁性金属粉末と結合材とからなるＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材に用いられる扁平状軟磁性金属粉末であって、印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金から構成されることを特徴とする。
本発明において、扁平状軟磁性金属粉末が、Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、重量平均粒径Ｄ_５０が５〜３０μｍ、平均厚さが０．１〜１μｍである場合に、印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ／Ｈｃを０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）とすることができる。

また、本発明は、扁平状軟磁性金属粉末と結合材とからなるＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材であって、扁平状軟磁性金属粉末が、印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金から構成されることを特徴とするアンテナ用磁芯部材を提供する。そして、扁平状軟磁性金属粉末は、Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、重量平均粒径Ｄ_５０が５〜３０μｍ、平均厚さが０．１〜１μｍであることが好ましいことは上述の通りである。

以上説明したように、本発明によれば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金からなる扁平状軟磁性金属粉末のＭｓ／Ｈｃを０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）とすることにより、２５００以上の性能指数μ’×Ｑを得ることを可能とした。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の磁芯部材を用いる非接触データ通信用のアンテナモジュール１０の構成を示す分解斜視図である。
図１のアンテナモジュール１０において、支持体としての基板１と、磁芯部材２と、金属シールド３とが積層構造をなす。基板１と磁芯部材２、磁芯部材２と金属シールド３とは、例えば両面接着シートを介して積層される。

基板１には、平面内でループ状に巻回されたアンテナコイル４が搭載されている。アンテナコイル４は、非接触ＩＣタグ機能のためのアンテナコイルで、図示しない外部のリーダ／ライタのアンテナ部と誘導結合され通信を行う。このアンテナコイル４は、基板１の上にパターニングされた銅、アルミニウム等の金属パターンで構成される。

基板１の磁芯部材２側表面には、アンテナコイル４と電気的に接続される信号処理回路５が搭載されている。信号処理回路５は、非接触データ通信に必要な信号処理回路および情報を格納したＩＣチップ５ａや同調用コンデンサ等の電気・電子部品で構成されている。信号処理回路５は、基板１に取り付けられる外部接続部６を介して、図示しない携帯情報端末のプリント配線板に接続される。

次に、磁芯部材２は、例えば、合成樹脂材料やゴム等の絶縁性結合材中に、軟磁性金属粉末が混入されてシート状をなしている。本発明は、この軟磁性金属粉末に特徴を有するが、その点については後述する。磁芯部材２は、アンテナコイル４の磁芯（コア）として機能するとともに、基板１と下層の金属シールド３との間に介装されることによって、 アンテナコイル４と金属シールド３との間の電磁干渉を回避する。この磁芯部材２の中央部には、基板１に実装された信号処理回路５を収容するための開口２ａが形成されている。また、磁芯部材２の一側方には、基板１との積層時に外部接続部６が配設される凹部２ｂが形成されている。

金属シールド３は、ステンレス板や銅板、アルミニウム板等で構成することができる。アンテナモジュール１０は、携帯情報端末内の所定位置に収納されるので、金属シールド３は、端末本体内部のプリント配線板上の金属部分（部品、配線）との電磁干渉からアンテナコイル４を保護するために設けられている。

さて、次に磁芯部材２について詳細に説明する。
磁芯部材２は、合成樹脂等の絶縁性結合材と、後述するＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末とから構成されるシート状の部材である。本発明は、磁芯部材２の使用周波数（本発明では１３．５６ＭＨｚ）における複素透磁率（μ＝μ’−ｉ・μ”、ｉは虚数単位）の実部μ’及び虚部μ”で表される損失係数（ｔａｎδ＝μ”／μ’）の逆数をＱ（μ’／μ”）としたときに、μ’×Ｑで定義される性能指数を２５００以上とすることができる。このような磁芯部材２は、３９８ｋＡ／ｍの印加磁界におけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５ｍＴ／Ａｍ^−１の特性を有するＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を用いることにより実現できる。３９８ｋＡ／ｍの印加磁界におけるＭｓ／Ｈｃは、０．９〜１．４５ｍＴ／Ａｍ^−１であることが好ましく、１．０〜１．４ｍＴ／Ａｍ^−１であることがさらに好ましい。好ましい範囲とすることによって、性能指数μ’×Ｑを３０００以上、さらには４０００以上とすることができる。

特許文献３によれば、渦電流損失が小さい磁性粉末を使用することにより、磁芯部材２の複素透磁率の虚部（損失項）μ”成分の減少をもたらし、損失係数の低減に貢献すると述べているが、本発明者等の検討によれば、磁芯部材２の損失の主要因は磁壁共鳴によるものと解される。そこで、本発明においては、Ｍｓ／Ｈｃを上記範囲とすることにより、高い性能指数μ’×Ｑが得られることに着目した。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃを０．８〜１．５ｍＴ／Ａｍ^−１の範囲とするためにはその合金組成を、Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物とすればよい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金のＳｉ量が７ａｔ％未満になると、Ｍｓ／Ｈｃが０．８ｍＴ／Ａｍ^−１未満になるとともに、性能指数μ’×Ｑが２０００程度にしかならない。一方、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金のＳｉ量が２３ａｔ％を超えると、Ｍｓ／Ｈｃが１．５ｍＴ／Ａｍ^−１を超えるとともに、やはり性能指数μ’×Ｑが２０００程度にしかならない。好ましいＳｉ量は１０〜２０ａｔ％であり、より好ましいＳｉ量は１２〜１７ａｔ％である。

本発明のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金において、Ｃｒは耐食性を付与することができる。しかし、その量が増えると飽和磁化Ｍｓが低下する。ただし、１５ａｔ％以下（０を含まず）であれば、本発明の効果を十分に享受することができる。好ましいＣｒ量は０．５〜５ａｔ％、さらに好ましいＣｒ量は０．５〜３ａｔ％である。

本発明におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、重量平均粒径Ｄ_５０（以下、単にＤ_５０）を５〜３０μｍとする。Ｄ_５０が３０μｍよりも大きくなるとＭｓ／Ｈｃが１．５ｍＴ／Ａｍ^−１を超える虞が大きい。そこで、本発明ではＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＤ_５０の上限を３０μｍとした。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末が小さすぎると、Ｈｃが増大し、Ｍｓ／Ｈｃが０．８ｍＴ／Ａｍ^−１未満になる虞が大きいため、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＤ_５０は５μｍ以上とすることが好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のさらに好ましいＤ_５０は１０〜２５μｍ、より好ましいＤ_５０は１５〜２５μｍである。なお、Ｄ_５０は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を構成する粒子の重量を粒径の小さい方から積算し、この値がＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末全体の重量の５０％に達したときのＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粒子の粒径（長軸の長さ）である。また、この場合の粒径は、光散乱法を用いて測定することができ、測定対象を例えば循環しながらレーザー光やハロゲンランプ等を光源としてフランホーファ回折あるいはミィ散乱の散乱角を測定し、粒度分布を測定するものである。

本発明におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、その厚さを０．１〜１μｍとし、より好ましい範囲を０．３〜０．７μｍとする。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の厚さを０．１μｍ未満とすることは製造が容易でなく、取り扱いも難しくなる。また、その厚さが１μｍを超えると、反磁界が大きくなりみかけのμ’が低下するため好ましくない。
また、本発明によるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、アスペクト比（＝平均粒径Ｄ_５０／平均厚さ）の好ましい範囲を１０〜２００、より好ましい範囲を２０〜１００とする。アスペクト比が１０以下になると反磁界が大きくなり、これをＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末にしたときのみかけの透磁率が低下し、２００以上になると充填率（＝Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の体積／磁芯部材２の体積）が低下し透磁率が低下する。

本発明によるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、上記組成を有する原料合金粉末を作製し、これを扁平化処理して得ることができる。原料合金粉末は、インゴットを粉砕して得たものであっても良いし、水アトマイズ、ガスアトマイズ、ロール急冷法等の溶湯急冷法により得たものであってもよい。原料合金粉末のＤ_５０は１５μｍ以下とすることが好ましい。原料合金粉末のＤ_５０が１５μｍを超えると、扁平化処理によってＤ_５０を３０μｍ以下とすることが容易でなくなる。

原料合金粉末を扁平化処理する手段に特に制限はなく、所望の扁平化が可能であればどのような手段を用いてもよい。例えば、媒体撹拌ミル、転動ボールミル等を用い扁平化処理を行うことができるが、特に媒体撹拌ミルを用いることが好ましい。媒体撹拌ミルは、ピン型ミル、ビーズミルあるいはアジテーターボールミルとも称される撹拌機である。扁平化処理は、トルエン等の有機溶媒を用い、湿式で行うことが好ましい。このときのＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の粒度分布は、必ずしもシャープである必要はなく、２山の分布を有していてもよい。

＜熱処理＞
扁平化処理後、熱処理を行う。この熱処理により、扁平状のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を乾燥し、さらには、扁平化に伴う歪みを除去する。この熱処理は、大気中で行うこともできるし、一定量（例えば酸素分圧１％以下）の酸素を含んだ不活性ガス（例えば窒素）中で行うこともできる。
熱処理の温度は、安定温度を２７５〜４５０℃、より好ましくは３００〜４００℃とする。またその安定時間は、３０〜１８０分とするのが好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金は、熱処理が上記の温度範囲を外れると、熱処理後に得られる保磁力Ｈｃが高くなるからである。保磁力Ｈｃが極小値となる温度を含んだ上記温度範囲で熱処理を行うのが好ましい。

上記の安定温度は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の組成により、適宜異ならせ、最適な条件とするのが好ましい。例えば、Ｆｅ_{９８．５−Ｘ}Ｓｉ_ＸＣｒ_１．５合金（ａｔ％）において、ｘ＝１５のときは、安定温度を３２５〜４５０℃とするのが好ましく、３５０〜４００℃とするのがさらに好ましい。また、ｘ＝２１、２４のときは、安定温度を２７５〜３７５℃とするのが好ましく、３００〜３５０℃とするのがさらに好ましい。Ｘ＝２６、２８のときは、安定温度を３００〜４００℃とするのが好ましく、３２５〜３７５℃とするのがさらに好ましい。

以上のようにして得られたＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物の組成を有し、Ｄ_５０が５〜３０μｍ、平均厚さが０．１〜１μｍである。このＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を用いて磁芯部材２を以下のようにして作製することができる。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末と結合材とを混練した後、プレス成形・押出成形によってシート状としたり、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末と結合材とを有機溶媒に分散させ、これをドクターブレード法により所定の厚さに製膜したりした後、乾燥後にカレンダーロールによって圧延してシート状にする。このようにして、厚さ０．０５〜２ｍｍの磁芯部材２を得ることができる。
磁芯部材２の厚さを０．０５〜２ｍｍとするのは以下の理由に基づく。すなわち、磁芯部材２の厚さが０．０５ｍｍよりも薄い場合は、十分な通信距離が得られない。一方、磁芯部材２の厚さが２ｍｍを超えると、電気機器の筐体内部の狭い空間に収めることが困難になるという制約条件からである。

磁芯部材２におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の充填率は、６０〜９５ｗｔ％であることが好ましい。充填率が６０ｗｔ%未満であるとμ’が小さくなり、９５ｗｔ％を超えるとＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末同士が結合材によって強固に結び付くことができず、磁芯部材２の強度が低下する。充填率は７０〜９０ｗｔ％であることがより好ましい。
結合材としては、公知の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂、ゴム系材料等を用いることができる。具体的には、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、二トリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂等である。

なお、磁芯部材２は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末及び結合剤の他、硬化剤、分散剤、安定剤、カップリング剤等を含有してもよい。また、本発明の磁芯部材２を所要の形状に成形あるいは塗布する際に、配向磁界を印加し、あるいは機械的に配向することにより、方向性の高い磁芯部材２とすることができる。

表１に示す組成（Ｓｉ＝４〜２８ａｔ％，Ｃｒ＝１〜１５ａｔ％）のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ原料合金粉末を水アトマイズ法により作製した。原料合金粉末をトルエン溶媒中、媒体攪拌ミルを用いて扁平化処理を行ない、平均厚さが０．１〜１．０μｍの扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を得た。これを熱処理後、振動試料型磁力計（ＶＳＭ、印加磁界３９８ｋＡ／ｍ）を用いて磁気特性（Ｍｓ：飽和磁化、Ｈｃ：保磁力）の測定を行った。熱処理は、Ｈｃ（保磁力）が極小になる温度（３００〜４００℃）で行った。また、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の粒径Ｄ_５０を測定した。なお、Ｄ_５０は光散乱法を用いたＨＥＬＯＳ ＳＹＳＴＥＭ（日本電子製、乾式法）による５０％粒子径である。その結果を表１に併せて示す。

次に、以上の扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を用いて磁芯部材を以下の手順で作製した。
扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末とバインダ１５ｗｔ％とを希釈剤を用いて混合し、得られたスラリをＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）フィルム状に塗布した後に磁場配向した。扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末は、Ｄ_５０が最大となる処理時間で扁平化したものであり、磁場配向は同極を対向させた磁石の間を通過させることで行った。さらに、多層化後、ロール圧延及び熱プレスを行って、厚さが０．５ｍｍ、密度が３．５Ｍｇ／ｍ^３のシート状磁芯部材を得た。このシートから、外径１８ｍｍ、内径１０ｍｍのトロイダル形状の試料を作製し、インピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製 ＨＰ４２８１）を用いて、複素透磁率の実部μ’、複素透磁率の虚部μ”を測定した。また、測定した複素透磁率の実部μ’、複素透磁率の虚部μ”に基づいて、損失係数ｔａｎδ、性能指数μ’×Ｑを求めた。さらに、シートを携帯情報端末に組込んだ状態の通信距離を評価した。以上の結果を表１に示す。なお、表１のｆｒは、複素透磁率の虚部μ”がピークを示す周波数（限界周波数）である。

図２は、比較例１（Ｓｉ＝２８．０ａｔ％）、比較例２（Ｓｉ＝２５．９ａｔ％）、比較例３（Ｓｉ＝２３．８ａｔ％）、実施例２（Ｓｉ＝２１．４ａｔ％）、実施例６（Ｓｉ＝１５．３ａｔ％）、実施例８（Ｓｉ＝１３．５ａｔ％）、実施例１０（Ｓｉ＝８．０ａｔ％）及び比較例９（Ｓｉ＝４．０ａｔ％）における複素透磁率の実部μ’及び複素透磁率の虚部μ”とＳｉ量との関係を示すグラフである。図２より、Ｓｉ量が少なくなると損失係数ｔａｎδ（＝μ”／μ’）が小さくなるが、Ｓｉ＝１３．５ａｔ％を境に損失係数ｔａｎδ（＝μ”／μ’）が増加に転じることがわかる。
なお、比較例１、比較例２、比較例３、実施例２、実施例６、実施例８、実施例１０及び比較例９は、Ｃｒ量が１．５ａｔ％程度、Ｄ_５０が２０μｍ程度である点で共通している。

図３は、比較例１（Ｓｉ＝２８．０ａｔ％）、比較例２（Ｓｉ＝２５．９ａｔ％）、比較例３（Ｓｉ＝２３．８ａｔ％）、実施例２（Ｓｉ＝２１．４ａｔ％）、実施例６（Ｓｉ＝１５．３ａｔ％）、実施例８（Ｓｉ＝１３．５ａｔ％）、実施例１０（Ｓｉ＝８．０ａｔ％）及び比較例９（Ｓｉ＝４．０ａｔ％）におけるＳｉ量と磁性シートの性能指数（μ’×Ｑ）の関係を示すグラフである。このグラフより、Ｓｉ量を所定の範囲にすることにより、高い性能指数μ’×Ｑが得られることがわかる。

以上の通り、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金のＳｉ量を所定の範囲に設定すれば、高い性能指数μ’×Ｑを得ることができるが、例外がある。表１の比較例５、比較例６及び比較例７である。これらの磁芯部材は、Ｓｉ量が１８．５ａｔ％、２１．４ａｔ％と図３では高い性能指数μ’×Ｑが得られている組成であるにも係らず、性能指数μ’×Ｑが２０００〜２３００に留まっている。つまり、Ｓｉ量を特定したのみでは、高い性能指数μ’×Ｑを得ることはできない。そこで、さらに検討を進める。

図４は、比較例１（Ｓｉ＝２８．０ａｔ％）、実施例２（Ｓｉ＝２１．４ａｔ％）、実施例８（Ｓｉ＝１３．５ａｔ％）及び比較例９（Ｓｉ＝４．０ａｔ％）の透磁率μの周波数特性を示すグラフである。図４より、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金のＳｉ量が少ないほど、限界周波数ｆｒ（複素透磁率の虚部μ”のピークの位置）が高周波にシフトすることがわかる。
図５は、表１に示される全ての実施例、比較例における限界周波数ｆｒと損失係数ｔａｎδの関係を示すグラフである。限界周波数ｆｒが大きくなるほど損失係数ｔａｎδが小さくなる傾向にあるが、１５０ＭＨｚ近傍を境に損失係数ｔａｎδが上昇に転じることがわかる。

図６は、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の（Ｍｓ・Ｈｃ）^１／２の値（Ｍｓ：飽和磁化、Ｈｃ：保磁力）と限界周波数ｆｒの関係を示すグラフである。ここで、残留損失の一つである磁壁共鳴周波数はＭｓ／μ^１／２に比例するとされている（例えば、磁気工学の基礎II Ｐ３１３〜３１７：共立全書）が、Ｍｓ／Ｈｃを当該材料の透磁率μの代用特性とすると、Ｍｓ／μ^１／２は（Ｍｓ・Ｈｃ）^１／２に比例することになる。図６によると、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の（Ｍｓ・Ｈｃ）^１／２と限界周波数ｆｒが比例関係にあることから、限界周波数ｆｒは磁壁共鳴周波数であると解される。
一般に、損失係数ｔａｎδは、ヒステリシス損失（ｔａｎδｈ）、渦電流損失（ｔａｎδｅ）、残留損失（ｔａｎδｒ）の和で表され、残留損失は全損失からヒステリシス損失（ｔａｎδｈ）、渦電流損失（ｔａｎδｅ）を除いたものとされる。残留損失は磁壁共鳴及び自然共鳴を含むが、自然共鳴はさらに高周波側に現れるであろうことを考慮すると、その周波数から限界周波数ｆｒは磁壁共鳴によるものと解すべきである。

そこで図７に、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃ（飽和磁化／保磁力）と磁芯シートの性能指数μ’×Ｑの関係を示した。ＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材はその性能指数μ’×Ｑが大きいほど、通信距離は大きくなるとされているが、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃを０．８〜１．５の範囲とすることにより、２５００以上の性能指数μ’×Ｑを得ることができる。
Ｓｉ量が１８．５ａｔ％、２１．４ａｔ％である比較例５、比較例６及び比較例７は、その扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃが１．５を超えている。そして、比較例５、比較例６及び比較例７は、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＤ_５０が３０μｍを超え、また比較例８は扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の平均厚さが１μｍを超えているから、Ｍｓ／Ｈｃを０．８〜１．５の範囲とするためには、扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の粒径も重要であることが判明した。

図８に扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を用いた磁性シートの性能指数μ’×Ｑと通信距離の関係を示すグラフを示す。性能指数μ’×Ｑを２５００以上とすることにより、１１０ｍｍ以上の通信距離を得ることができる。
以上の通りであり、本発明は、性能指数μ’×Ｑを制御する指針として用いる扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃを０．８〜１．５の範囲に特定することを新たに見出した。そして、Ｍｓ／Ｈｃを０．８〜１．５の範囲に特定するためには、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金のＳｉ量、軟磁性金属粉末の粒径及び厚さを所定の範囲にすることが重要である。

本発明の磁芯部材を用いる非接触データ通信用のアンテナモジュールの構成を示す分解斜視図である。 複素透磁率の実部μ’及び複素透磁率の虚部μ”とＳｉ量との関係を示すグラフである。 Ｓｉ量と磁芯シートの性能指数（μ’×Ｑ）の関係を示すグラフである。 Ｓｉ量の異なる磁芯シートの透磁率μの周波数特性を示すグラフである。 磁芯シートの限界周波数ｆｒと損失係数ｔａｎδの関係を示すグラフである。 扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末の（Ｍｓ・Ｈｃ）^１／２の値と限界周波数ｆｒの関係を示すグラフである。 扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末のＭｓ／Ｈｃ（飽和磁化／保磁力）と磁芯シートの性能指数（μ’×Ｑ）との関係を示すグラフである。 扁平状Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末を用いた磁性シートの性能指数（μ’×Ｑ）と通信距離の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…基板、２…磁芯部材、３…金属シールド、４…アンテナコイル、５…信号処理回路、６…外部接続部、１０…アンテナモジュール

Claims (4)

1. 扁平状軟磁性金属粉末と結合材とからなるＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材に用いられる前記扁平状軟磁性金属粉末であって、
   印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金から構成されることを特徴とする扁平状軟磁性金属粉末。
2. 前記扁平状軟磁性金属粉末が、
   Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、
   重量平均粒径Ｄ_５０が５〜３０μｍ、
   平均厚さが０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の扁平状軟磁性金属粉末。
3. 扁平状軟磁性金属粉末と結合材とからなるＲＦＩＤのアンテナ用磁芯部材であって、
   前記扁平状軟磁性金属粉末が、印加磁界：３９８ｋＡ／ｍにおけるＭｓ（飽和磁化）／Ｈｃ（保磁力）が０．８〜１．５（ｍＴ／Ａｍ^−１）であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金から構成されることを特徴とするアンテナ用磁芯部材。
4. 前記扁平状軟磁性金属粉末が、
   Ｓｉ：７〜２３ａｔ％、Ｃｒ：１５ａｔ％以下（ただし、０を含まず）、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、
   重量平均粒径Ｄ_５０が５〜３０μｍ、
   平均厚さが０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ用磁芯部材。

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