JP2011082278A

JP2011082278A - 複合磁性体

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Publication number: JP2011082278A
Application number: JP2009232053A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Igarashi; 利行五十嵐; Yasuhiro Abe; 泰洋阿部; Eikichi Yoshida; 栄吉吉田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-06
Also published as: JP5453036B2

Abstract

【課題】従来よりも薄い厚みで、かつ、軽量であっても効果的なノイズ対策が可能な虚部透磁率μ”の大きなシート状の複合磁性体を提供すること。
【解決手段】複合磁性体１は、粉末状の軟磁性体からなる軟磁性粉末１１と結合材１２とからなる複合磁性体であって、軟磁性粉末１１は、最大長さＤが６０μｍ以上で厚さｔが１〜１０μｍの偏平状粒子を９０％以上含み、かつ、ＢＥＴ法により求めた粉末比表面積が０．５５ｍ^２／ｇ以下であって、前記軟磁性体の比重に対する当該複合磁性体の比重の比率が０．５２以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器において発生する不要電磁波の外部への漏洩や内部回路での干渉、または外部からの電磁波による誤動作などを防止するために電子機器内に装着するシート状のノイズ抑制部品、もしくは、電磁干渉抑制体として用いられる複合磁性体に関する。

通信機器や各種電子機器から意図せずに電磁波を外部に放射したりノイズ信号を外部に送出してしまうことや、外部からの電磁波や機器内部での電磁干渉により機器自身が誤動作などを起こしたりする問題、すなわち、ＥＭＩやイミュニティに関する問題に対しては、最近の信号処理技術、ディジタル技術の進化に伴い、ますます高周波帯域での対応が必要となっている。また、通信機器、電子機器の軽量化、薄型化及び小型化が急速に進んだ結果、回路への電子部品への実装密度が飛躍的に高くなってきており、部品間や回路基板間の電磁干渉に起因する電磁障害が発生する可能性が極めて高くなっている。

上記のような不要電磁波の発生や漏洩、相互干渉による誤動作の対策として、シールド材により電磁波を遮蔽、吸収したり、ノイズ伝送線路にチョークコイルやフィルタを挿入したりする方法が用いられている。上記のシールド材としては、磁石などの磁場発生源が他の電気回路等に影響を与えないようにするため実部透磁率μ’の高い磁性材料を用いた磁気シールド材が用いられる。

また、この対策の一つとして、特許文献１で示されているように、結合材中に軟磁性体粉末と難燃剤を分散させたシート状の複合磁性体を電磁干渉抑制体として、電子部品や回路の近傍に配置する方法が提案され、実用化されている。この複合磁性体は、透磁率の損失項である磁気共鳴に起因する項、すなわち、虚部透磁率μ”を利用している。このため、ノイズ抑制効果に優れ、また、加工性に優れ、広汎な用途に適合し、極めて実装性が高いという特長がある。

特開平７−２１２０７９号公報

しかしながら、近年の、小型化、軽量化及び多機能化がなされ、高速動作する通信機器や電子機器などの電子回路のノイズ対策においては、電磁干渉抑制体のさらなる薄膜化や軽量化が望まれている。しかし、その薄膜化や軽量化を行うためには従来よりも虚部透磁率μ”の大きなシート状の複合磁性体を実現する必要がある。

そこで、本発明の課題は、従来よりも薄い厚みで、かつ、軽量であっても効果的なノイズ対策が可能な、虚部透磁率μ”の大きな複合磁性体を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による複合磁性体は、粉末状の軟磁性体からなる軟磁性粉末と結合材とからなる複合磁性体であって、前記軟磁性粉末は、最大長さが６０μｍ以上で厚さが１〜１０μｍの偏平状粒子を９０％以上含み、かつ、ＢＥＴ法により求めた粉末比表面積が０．５５ｍ^２／ｇ以下であって、前記軟磁性体の比重に対する当該複合磁性体の比重の比率が０．５２以上であることを特徴とする。

ここで、前記軟磁性体は、キュリー温度が４５０℃以下となる組成を有するＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金であって、かつ、初透磁率が３００００、すなわち０．０３７７Ｈ／ｍ以上で飽和磁束密度が０．９Ｔ（テスラ）未満であってもよい。

本発明は、発明者等が、軟磁性粉末を結合材中に分散させて得られる複合磁性体において、軟磁性粉末の粉末粒度分布、粉末比表面積、複合磁性体の比重などを従来技術で用いられていた範囲外で最適化することによって、複合磁性体の透磁率特性を従来よりも向上できることを見出したことに基づくものである。

本発明によれば、先ず、従来と同様にシート状の複合磁性体に用いる軟磁性粉末を偏平形状に加工することで、形状磁気異方性の効果で、外部磁場に対し、偏平形状の長手方向に磁化されやすくなるため、粉末の長手方向の透磁率を向上させることができる。ここで、従来技術では、反磁界係数を低減させる目的で、複合磁性体を構成する軟磁性粉末の形状を、その厚さに対する最大長さ（長さが最大となる方向の長さ）の比、すなわちアスペクト比が３０〜４０となるような偏平状に加工していたが、ビッカース硬度５００以上の金属磁性材料では、薄くしていくと割れやすい傾向があり、厚さｔを小さくし、アスペクト比を大きくすることによって粉末の最大長さが必然的に小さくなってしまっていた。

一方、本発明の複合磁性体においては、軟磁性粉末の形状は、アスペクト比は３０以下であるが、粉末の最大長さを大きくすることによって、複合磁性体中の軟磁性粉末間の間隙が低減され、複合磁性体中の軟磁性体の磁極の数が減少するため、これを面内配向し得られたシート状の複合磁性体の面内方向の透磁率を向上させることができる。

以上のように、本発明により、従来よりも薄い厚みで、かつ、軽量であっても効果的なノイズ対策が可能な、虚部透磁率μ”の大きな複合磁性体が得られる。

本発明による複合磁性体の実施の形態を示す図であり、図１（ａ）は複合磁性体の断面構造を模式的に示す図、図１（ｂ）は軟磁性粉末の平面形状を模式的に示す図。本発明による複合磁性体の実施例および比較例に用いた軟磁性粉末の粒度分布の測定結果を示す図。作製した複合磁性体の断面写真を示す図であり、図３（ａ）は本発明による複合磁性体の実施例１を示す図、図３（ｂ）は比較例１を示す図、図３（ｃ）は比較例２を示す図。本発明による複合磁性体の実施例および比較例の透磁率の周波数特性の測定結果を示す図。本発明による複合磁性体の伝導性ノイズ抑制効果の評価系を示す側面図。

以下、図面を参照して本発明による複合磁性体の実施の形態を説明する。
図１は本発明による複合磁性体の実施の形態を示す図であり、図１（ａ）は複合磁性体の断面構造を模式的に示す図、図１（ｂ）は軟磁性粉末の平面形状を模式的に示す図である。なお、実際には軟磁性粉末の平面形状は図１（ｂ）のように円形のみでなく、長円形、楕円形、その他様々な形状を取り得る。

図１において、本実施の形態の複合磁性体１は、粉末状の軟磁性体からなる軟磁性粉末１１と結合材１２とからなる複合磁性体であって、軟磁性粉末１１は、最大長さＤが６０μｍ以上で厚さｔが１〜１０μｍの偏平状粒子を９０％以上含み、かつ、ＢＥＴ法により求めた粉末比表面積が０．５５ｍ^２／ｇ以下であって、前記軟磁性体の比重に対する当該複合磁性体の比重の比率が０．５２以上である。

なお、上記の軟磁性粉末の最大長さおよびその含有率は粉末形状の粒子の粒度分布の測定に通常用いられる粒度分布測定装置により測定された値に基づいて決定される値である。

複合磁性体１は、複素透磁率の磁気損失成分を決定する虚部透磁率μ”を利用したものであるため、複合磁性体１を構成する軟磁性粉末１１の材料である軟磁性体は、高透磁率材料でなければならない。このような高透磁率材料として金属軟磁性材料を用いることができ、具体的には、電磁軟鉄、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、アルパームを含むＦｅ−Ａｌ系合金、センダスト（登録商標）を含むＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、パーメンジュールなどの鉄系合金、または、７８パーマロイ、スーパーマロイ、ミューメタル、ハードパームなどのパーマロイ系合金、または、メタグラスなどの金属系アモルファスなどを用いることができる。また、フェライト材料も用いることができ、具体的には、軟磁気特性を示すＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトなどを用いることができる。

上記の軟磁性体を粉砕、延伸、引裂加工、またはアトマイズ造粒等を行うことにより粗大な粉末を作製し、これをボールミル、アトライタ、ピンミルなどのメディア攪拌型粉砕機により微粉砕し、または、偏平状に加工し、その後焼鈍処理して偏平状の軟磁性粉末１１を得る。偏平化の条件を制御することで、軟磁性粉末の最大長さおよびその含有率が本発明の範囲内となるように粒度分布を調整することができる。

上記の軟磁性体がセンダスト（登録商標）を含むＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金である場合、偏平状の軟磁性粉末の熱処理温度は５００℃以上で行なうことが好ましいが、粉末比表面積が０．５〜１．０ｍ^２／ｇの領域では表面エネルギーが高くなっているため、８００℃より高い温度領域では、粉末の一部が焼結されてしまう。よって、５００℃〜８００℃の温度範囲で熱処理することがより望ましい。

また、上記軟磁性体がセンダスト（登録商標）を含むＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金である場合、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析装置）の分析値で組成範囲が、９．４８ｍａｓｓ％≦Ｓｉ≦１０．２３ｍａｓｓ％、５．９２ｍａｓｓ％≦Ａｌ≦６．８４ｍａｓｓ％の範囲にあり、母材のキュリー温度が５００℃以下、飽和磁束密度が０．９Ｔ（テスラ）未満であり、不純物が０．１ｍａｓｓ％以下で製造できる高周波誘導溶解で製造されることが望ましい。さらには、組成範囲が９．７８ｍａｓｓ％≦Ｓｉ≦９．９２ｍａｓｓ％、６．２４ｍａｓｓ％≦Ａｌ≦６．４０ｍａｓｓ％の範囲にあり、センダストのＫ１＝０、λｓ＝０となるキュリー温度が４５０℃以下となる高周波誘導溶解で製造されたＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金であることがより望ましい。このキュリー温度が４５０℃以下となるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金は、初透磁率３００００以上の特性である。

上記の理由は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金を粉末化するにあたり、粉末の比表面積を増加させると、１．０ｍ^２／ｇあたりキュリー温度が２２．６℃上昇し、Ｋ１＝０の組成から外れるため、数１で表されるように、粉末の実部透磁率μ’に対応する磁気共鳴周波数ｆ_ｒ’が０．２７ＭＨｚ高周波側へ移り、粉末の透磁率特性が劣化するという事実があるからである。数１において、ｆ_ｒは磁気共鳴周波数、Ｋ_１は結晶磁気異方性定数、Ｍ_ｓは飽和磁化、λ_ｓは磁歪定数、σは応力、Ｎ_ｚは粉末の扁平面に垂直な方向の反磁界係数である。

したがって、上記のように、母材の初透磁率が３００００以上、キュリー温度４５０℃以下となる上記の組成範囲のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金を本発明の複合磁性体に用いることが望ましい。

また、複合磁性体１を構成する結合材１２は、電子回路近傍での利用を考慮し、優れた可とう性及び難燃性を得ることができる塩素化ポリエチレンが好適であるが、それ以外に用いることができる有機結合材としては、樹脂、エラストマーがある。より具体的には、ポリエステル系樹脂、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、シリコーンゴム、アクリルゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂及びイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂等をあげることができる。

軟磁性粉末の比表面積から、軟磁性粉末と結合材の配合比を決定し、軟磁性粉末と結合材を分散させた塗液を作製し、この塗液をドクターブレード法で成膜し、その後、樹脂またはエラストマーのガラス転位温度Ｔｇに対しＴｇ±５０℃の温度範囲で、９．８×１０^５Ｐａ（Ｎ／ｍ^２）以上の成形圧で被成形体に均一に熱がかかるように熱間成形を行うことによって、本実施の形態の複合磁性体を得ることができる。

以下、本発明の効果を確認するため、本発明の複合磁性体の具体的な実施例、および従来の複合磁性体の比較例をそれぞれ作製し、評価を行った結果を説明する。

軟磁性体としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金であるセンダスト（登録商標）を用い、偏平加工の条件を制御することで３種類の軟磁性粉末を得、それらを、本発明の実施例１、および比較例１、２に用いた。図２は、それらの偏平状の軟磁性粉末を株式会社日本レーザー社製レーザー回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳＳＹＳＴＥＭのＲ５レンジ（０．５〜０．８７５μｍ）によって測定した粒度分布の測定結果を示す図である。図２において、測定結果２１、２２、２３はそれぞれ実施例１、比較例１、比較例２の複合磁性体に用いた軟磁性粉末の測定値である。

表１に図２の粒度分布の測定結果より求めた実施例１および比較例の軟磁性粉末の粒度分布の代表値と、粉末比表面積を示す。図２より長さ６０μｍ以上の粒子の割合は実施例１では９０％以上であるが、比較例１および２では９０％未満であることがわかる。

製作においては、実施例１および比較例の軟磁性粉末を不活性ガス雰囲気中で熱処理し、線源ＣｕのＸＲＤ（Ｘ線回折装置）によりＤＯ３規則相が生成していることを確認した後、下記の表２の配合比でアクリルゴムの結合材中に分散して塗液を作製し、この塗液をドクターブレード法で成膜して、グリーンシートと称する、軟磁性粉末と結合材で構成されるシートを作製し、このグリーンシートを９枚積層し２３０〜３００℃、９．８×１０^５〜９．８×１０^６Ｐａの温度と圧力が被成形体に均一にかかるようにして熱間成形を行い、粉末体積充填率４７．７％、厚さ２５０μｍの実施例１、比較例１、２の複合磁性体のシートを得た。

上記の方法で作製された実施例１および比較例１、２の複合磁性体の断面写真をそれぞれ図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図３より得られるそれらの軟磁性粉末の平均アスペクト比（Ｄ／ｔ）を表３に示す。

同様に、図３の複合磁性体の断面写真を計測して得られる、実施例１、比較例１、比較例２の複合磁性体を構成する偏平状の軟磁性粉末の厚さｔは、それぞれ、１０μｍ、５μｍ、１μｍ程度であり、また、軟磁性粉末の最大長さＤはそれぞれ１２０μｍ、７０μｍ、４０μｍ程度であった。

図４に実施例および比較例の複合磁性体の透磁率の周波数特性を測定した結果を示す。表３に示す軟磁性粉末のアスペクト比が大きくなるにしたがって、複素透磁率の実数成分である実部透磁率μ’が減衰し始める磁気共鳴周波数ｆ_ｒ’が高くなっているのがわかる。

表４に図４から得られる磁気共鳴周波数ｆ_ｒ’、１ＭＨｚにおける実部透磁率μ’、虚部透磁率μ”の最大値、および複合磁性体の比重、軟磁性体の比重に対する複合磁性体の比重の比率ａをまとめて示す。

一般に、アスペクト比が大きい軟磁性粉末の方が反磁界係数が小さいため透磁率が高くなると考えられており、表３のように、実施例１よりもアスペクト比が大きい比較例１、２の方が、透磁率が高くなると推定される。しかし、実際は表４に示すように、複合磁性体として高い透磁率を得られるのは、反磁界係数の観点から不利と判断される実施例１の形状の軟磁性粉末を用いた場合であった。また、この実験、評価により、実施例１で得られた粉末を使用することで、従来の比較例１、２に比べて、１．３〜２．１倍の実部透磁率μ'または虚部透磁率μ"が得られることが明らかとなった。

本実施例１に用いた偏平状の軟磁性粉末の形状と近い形状の軟磁性粉末を作製し、これを用いて３種類の同様な複合磁性体の実施例（実施例２〜４）を作製し、これらの複合磁性体の透磁率特性などを上記と同様な方法で測定した結果を表５に示す。

表５のように、実施例２〜４の複合磁性体においても、実施例１と同程度の高い透磁率特性が得られることを確認した。

以上のように、本発明により、従来よりも効果的なノイズ対策が可能な、虚部透磁率μ”の大きな複合磁性体が得られることが確認できた。

さらに、本発明による複合磁性体の伝導性ノイズ抑制効果の評価を行った。図５はその評価系の側面図である。実施例１、比較例１、２の複合磁性体を５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズに切断し、図５に示す２ｍｍ×７０ｍｍの形状のマイクロストリップライン５２の上に厚さ２５μｍ、５０ｍｍ×５０ｍｍの形状のＰＥＴフィルム５１を置き、その上に前記の切断したシート状の複合磁性体５０を置き、複合磁性体５０の上から５００ｇｆの加重５３で押さえつけた。この状態でネットワークアナライザを用いてストリップライン５２の透過パラメータＳ２１、反射パラメータＳ１１を測定し、伝導性ノイズ抑制効果を評価した。この結果、実施例１の複合磁性体は、比較例１および２の複合磁性体に比べて５％以上の伝導性ノイズ抑制効果の改善が得られた。

本発明は、電子機器内のノイズ対策の用途のみでなく、磁気ヨークとしてＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムの用途にも利用できる。

なお、本発明は上記の実施の形態や実施例に限定されるものではないことはいうまでもなく、上述のように、軟磁性体の材料や結合材としての樹脂、エラストマーの材料は様々な選択が可能である。

１、５０複合磁性体
１１軟磁性粉末
１２結合材
２１、２２、２３測定結果
５１ＰＥＴフィルム
５２マイクロストリップライン
５３おもり

Claims

粉末状の軟磁性体からなる軟磁性粉末と結合材とから構成される複合磁性体であって、前記軟磁性粉末は、最大長さが６０μｍ以上で厚さが１〜１０μｍの偏平状粒子を９０％以上含み、かつ、ＢＥＴ法により求めた粉末比表面積が０．５５ｍ^２／ｇ以下であって、前記軟磁性体の比重に対する比率が０．５２以上であることを特徴とする複合磁性体。
前記軟磁性体は、キュリー温度が４５０℃以下となる組成を有するＦｅ-Ｓｉ-Ａｌ合金であって、かつ、初透磁率が３００００以上で飽和磁束密度が０．９Ｔ（テスラ）未満であることを特徴とする請求項１に記載の複合磁性体。