JP2012009797A

JP2012009797A - 軟磁性樹脂組成物および電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2012009797A
Application number: JP2010161075A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasui; 宏安井; Tetsuya Akamatsu; 哲也赤松; Naoya Yukiyoshi; 直也行吉; Aiko Hida; 愛子日田
Original assignee: MATE Co Ltd
Current assignee: MATE Co Ltd
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: JP5780408B2

Abstract

【課題】ＧＨｚ以上の高周波数帯域で電磁波吸収周波数を任意に調整でき、広帯域かつ薄肉で、優れた電磁波吸収性能を得ることができる軟磁性樹脂組成物及び電磁波吸収体を提供する。
【解決手段】軟磁性金属扁平粉末とＹ型六方晶フェライト粉末と高分子樹脂から成る軟磁性樹脂組成物で、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が０．２〜５．０である軟磁性樹脂組成物とすることで、優れた電波吸収性能を発揮することができる。軟磁性金属扁平粉末として、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅナノ結晶系、Ｆｅ系アモルファスの群より選ばれる、かさ密度／真密度の比が０．０２〜０．１４の軟磁性金属扁平粉末を少なくとも１種類以上用いる。また、Ｂａ_２Ｍ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成で表されるＹ型六方晶フェライト粉末は、Ｍの部分に、２価金属を少なくとも１種類以上使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、１ＧＨｚ以上の高周波数帯域で電磁波吸収周波数を任意に調整でき、かつ薄肉で、優れた電磁波吸収性能を得ることができる軟磁性樹脂組成物および電磁波吸収体に関するものである。

従来から電子機器の誤作動や通信障害を防ぐ方法として、軟磁性金属粉やスピネル型フェライト粉等の軟磁性粉を樹脂に混ぜたタイル状、シート状のものや塗料の使用が知られており、電波障害対策、レーダー偽像防止、その他電磁波の不要輻射防止用などに広く普及している。

近年、情報通信の高速化と大容量化に伴い、パソコン、携帯電話などの電子機器や無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＤＳＲＣなどの情報通信ではＧＨｚ帯域の周波数使用が拡大している。この場合、従来から用いられてきた軟磁性金属やスピネル型フェライトでは効果的な電磁波吸収が困難な場合が生じており、ＧＨｚ帯域の電磁波に対して有効な材料の開発が望まれている。

磁性体を用いた電波吸収体による電磁波吸収は、複素透磁率の虚数部であるμ”による磁気損失が利用されている。このため電磁波吸収性能を高めるためには、材料のμ”を高める必要がある。電子機器は小型化、薄型化しており、これらに用いるためには電波吸収体の厚みを薄くする必要がある。しかし電波吸収体の厚みと性能は比例関係にあるため、電波吸収体の性能を維持するためにはμ”の一層の向上が必要である。また、通信用電波や電子機器から発生する電磁波の周波数は多岐に渡っており、電波吸収効果の広帯域化や任意に周波数特性を調整可能な電波吸収体の開発が望まれている。

ＧＨｚ以上の高周波数帯域において優れた電波吸収性能を発揮するものとして、六方晶フェライトが有望視されている。その１つとしてＹ型六方晶フェライトがある。しかし、Ｙ型六方晶フェライト単体では複素透磁率の虚数部μ”を向上させることには限界があり、より薄厚で不要電磁波を吸収するためには更なる特性向上が望まれる。

特開２００６−３３２６９３号公報

上述した特許文献１に開示されているように、異なる大きさの磁気異方性を有する少なくとも２種の軟磁性金属扁平粉末を混合させることで、磁気共鳴を少なくとも２つ有する複合磁性体を得ることができるが、軟磁性金属扁平粉末同士ではたかだか２ＧＨｚ付近までの周波数にしか対応できず、広帯域化も十分ではない。またカルボニル鉄粉を用いると６ＧＨｚ付近まで対応できるが、１ｍｍ厚で−１０ｄＢ以下となり、吸収性能が低い。また、広帯域化もできない。更に化学的安定性や、重量が重くなる問題もある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ＧＨｚ以上の高周波数帯域で電磁波吸収周波数を任意に調整でき、広帯域かつ薄肉で、優れた電磁波吸収性能を得ることができる軟磁性樹脂組成物及び該材料を用いた電磁波吸収体を提供しようというものである。

本発明は、上述した従来の軟磁性樹脂組成物及び該材料を用いた電磁波吸収体が有する課題を解決することにある。

本発明は、上述した目的を達成するために、第１には、軟磁性金属扁平粉末とＹ型六方晶フェライト粉末と高分子樹脂から成る軟磁性樹脂組成物で、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が０．２〜５．０であることを特徴とする軟磁性樹脂組成物を形成したものである。

第２には、軟磁性金属扁平粉末としてＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅナノ結晶系、Ｆｅ系アモルファスの群より選ばれる、かさ密度／真密度の比が０．０２〜０．１４の軟磁性金属扁平粉末を少なくとも１種類以上用いることを特徴とする請求項１記載の軟磁性樹脂組成物を形成したものである。

第３には、Ｂａ_２Ｍ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成で表されるＹ型フェライト粉末において、Ｍの部分にＺｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｒａの群より選ばれる少なくとも１種類以上の２価の金属元素を用いることを特徴とする請求項１および２記載の軟磁性樹脂組成物を形成したものである。

第４には、軟磁性樹脂組成物を電波吸収体としたものである。

本発明は、Ｙ型六方晶フェライト粉末と軟磁性金属扁平粉末を混合し、樹脂に混ぜることで、ＧＨｚ以上の高周波数帯域で電磁波吸収周波数を任意に調整でき、広帯域かつ薄肉で、優れた電磁波吸収性能を得ることができる軟磁性樹脂組成物及び該材料を用いた電磁波吸収体を提供しようというものである。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系金属扁平粉末とＺｎ系Ｙ型フェライト粉末を用い、それぞれ単独で使用した場合と１／１で混合した場合の１ｍｍ厚みでの反射減衰量の値を示した図である。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系金属扁平粉末とＺｎ系Ｙ型フェライト粉末を用い、それぞれ単独で使用した場合と１／１で混合した場合の整合厚みでの反射減衰量の値を示した図である。

以下、本発明について具体的な最良の形態について説明する。

本発明で使用する軟磁性金属扁平粉末は、ガスアトマイズ法で作製された平均粒径２０〜３０μｍの合金粉末を用い、アトライターで所定のかさ密度／真密度になるように炭化水素系有機溶媒中で扁平状に加工した。次いでこの扁平粉末を所定温度で歪み取り処理を行い、軟磁性金属扁平粉末を得た。

本発明で使用するＹ型六方晶フェライト粉末は、Ｂａ_２Ｍ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成であり、Ｙ型六方晶フェライトを形成するのであれば、この組成から多少ずれてもよい。Ｙ型六方晶フェライトはＸ線回折ピークで結晶構造を知ることができる。また、Ｍの部分にはＺｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｒａの群から選ばれる２価金属を少なくとも１種類以上使用する。

Ｙ型六方晶フェライト粉末は、従来の一般的なフェライトの製造法に準じて製造することができる。即ち、Ｂａ、Ｍ、Ｆｅが所定の割合で含まれるように金属酸化物や金属塩（例えば炭酸塩）などを配合し、混合、造粒したのち、これを焼成することにより固溶系Ｙ型六方晶フェライトを合成することができる。焼成温度は概ね１１００〜１３００℃、焼成雰囲気は大気、焼成時間は１〜４時間程度とすればよい。またその原料に、フラックスとして金属塩化物を使用してもよい。

焼成後にはボールミル、振動ミル、ピンミルなどを用いて解砕を行うことにより、Ｙ型六方晶フェライト粉末を得る。平均粒径Ｄ５０が６μｍを越えると凝集粒子が残存するために、３μｍ程度であることが好ましい。

軟磁性金属扁平粉末とＹ型六方晶フェライト粉末の混合比は、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比で０．２〜５．０が望ましい。０．２未満の場合は、Ｙ型六方晶フェライト粉末を単独使用した時と周波数は概ね一緒で、吸収性能も同等になる。また、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が５．０を超える場合は、軟磁性金属扁平粉末を単独使用したときの周波数と吸収性能がほぼ同じになる。

軟磁性金属扁平粉末としてはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅナノ結晶系、Ｆｅアモルファス系が好適であり、この中から選ばれる少なくとも１種類以上の軟磁性金属扁平粉末を用いる。扁平化度の指標であるかさ密度／真密度は０．０２〜０．１４であることが好ましい。０．０２より小さくなると比表面積が増大し、樹脂との混合が困難となり、生産性が著しく低下する。また、扁平加工が過度に進むために歪み取り処理で加工歪みの除去が困難であり、微粉末も多く発生するために、磁気特性が低下する。一方、０．１４を越えると扁平化が不十分なために反磁界係数が大きく、表皮効果の影響もあり磁気特性が低下する。

Ｙ型六方晶フェライト粉末と軟磁性金属扁平粉末の混合粉末（以下、軟磁性混合粉末と記載）を高分子樹脂と混合する場合、前記軟磁性混合粉末の含有量が１０体積％以上であることが好ましい。１０体積％未満の場合は、磁気特性が低下して電波吸収性能が劣ることになる。成形方法としては、射出成形、押出成形、熱プレス成形、プレス成形、カレンダーロール成形、コーティング、スプレーコーティングなど特に限定するものではない。

高分子樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ウレタン、エチレンエチルアクリレート等の熱可塑性樹脂を使用できる。また塩素化ポリエチレン、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ等の熱可塑性エラストマーやネオプレン系、クロロプレン系ゴム等の合成ゴムや天然ゴムを使用することができる。更に、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、尿素系樹脂等を使用することができるが、これらに限定するものではない。また本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、カップリング剤、分散剤、防錆剤等による各種表面処理や酸化防止剤、熱安定化剤、顔料、非磁性充填剤、可塑剤、補強剤、熱伝導性充填剤、粘着剤等の各種添加剤を、１種又は２種以上添加することができる。カップリング剤については他成分との混和性を改良するためにシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等で表面処理し用いても良い。

本発明の軟磁性粉末と高分子樹脂とからなる軟磁性樹脂組成物の製造方法については、特に限定されるものではなく、公知の種々の方法で行うことができる。例えば、万能ミキサーで原料を分散させた後に、単軸或いは２軸の押し出し混練機で溶融混練する方法や加圧ニーダーを用いて混練しても良い。

実施例１〜３、及び比較例１、２で使用した軟磁性金属扁平粉末は、ガスアトマイズ法で製造した平均粒径３０μｍのＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金（Ｓｉ＝９ｗｔ％、Ｃｒ＝１．５ｗｔ％）を粉末を用い、アトライターで所定のかさ密度／真密度になるように扁平化処理を行って得た。かさ密度の測定はＪＩＳＺ２５０４に基づいて実施した。また真密度は株式会社島津製作所製のＡｃｃｕＰｙｃ１３３０を用いて測定を行った。

実施例１〜３、及び比較例３、４で使用したＹ型六方晶フェライト粉末は、Ｂａ_２Ｚｎ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成になるように原料を混合し、１２００℃で４時間焼成してＹ型六方晶フェライト焼結体を生成した。このＹ型六方晶フェライト焼結体を、ボールミルを用いて解砕して平均粒径Ｄ５０が３μｍのＹ型六方晶フェライト粉末を得た。

実施例１は、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が５．０となるように混合し、軟磁性混合粉末を得た。この軟磁性混合粉末と、塩素化ポリエチレン樹脂を１：１（質量％）で混合、混練し、圧延ロールにより厚さ１ｍｍに圧延後、１４０℃で熱プレスを行い、シートを形成した。得られたシートについて、外径７ｍｍ、内径３ｍｍ、厚み１ｍｍの形状に打ち抜き、これを、ネットワークアナライザー（Ａｎｒｉｔｓｕ製３７２２５Ｂ）を用いて、Ｓ１１、Ｓ２１のＳパラメータを反射法で、５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲で測定し、複素透磁率と複素誘電率を算出した。反射減衰量は、Ｓパラメータから算出した複素透磁率、複素誘電率の値を基にシミュレーションを行った結果である。反射減衰量はマイナスに大きい程、電波吸収性能が高いことを示す。シートが１ｍｍ厚のときに、反射減衰量が−１０ｄＢ以上の周波数幅と反射減衰量のピーク値が表１に示されている。

実施例２は軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が１．０となるように混合したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

実施例３は軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が０．２となるように混合したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

比較例１は軟磁性金属扁平粉末のみを使用したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

比較例２は軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が６．０となるように混合したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

比較例３は軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が０．１となるように混合したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

比較例４はＹ型六方晶フェライト粉末のみを使用したこと以外は、実施例１と同様にシートを形成した。評価方法も実施例１と同様で、その結果が表１に示されている。

表１より、実施例は比較例よりも−１０ｄＢ以上の反射減衰量を維持する周波数範囲が広く、軟磁性金属扁平粉末のみを用いた比較例１と同等の反射減衰量を示している。

実施例２と比較例１、４の１ｍｍ厚のときの反射減衰量の周波数特性が、図１に示されている。軟磁性金属扁平粉末とＹ型フェライト粉末を混合して使用すると、反射減衰量が−１０ｄＢ以上の周波数領域が広くなることが判る。

実施例１〜３と比較例１，４の整合厚のときの反射減衰量の周波数特性が図２に示されている。軟磁性金属扁平粉末とＹ型六方晶フェライト粉末を混合使用すると、周波数の調整ができることが判る。

軟磁性金属扁平粉末として、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅナノ結晶系、Ｆｅ系アモルファスの群より選ばれる、かさ密度／真密度の比が０．０２〜０．１４の軟磁性金属扁平粉末を用いることで、成型性、電波吸収性能の優れた材料として使用できる。

実施例４、５、及び比較例５，６で使用した軟磁性金属扁平粉末は、実施例１と同様の方法で扁平化し、かさ密度／真密度が所定の比率になるように、扁平化時間を変更して軟磁性金属扁平粉末を得た。

実施例４、５、及び比較例５，６で使用したＹ型六方晶フェライトは、実施例１と同様の方法でＹ型六方晶フェライト粉末を得た。

実施例４は、かさ密度／真密度が０．０２の軟磁性金属扁平粉末を使用したこと以外は、実施例２と同様にシートを形成した。評価方法は、実施例１と同様で、その結果が表２に示されている。

実施例５は、かさ密度／真密度が０．１０の軟磁性金属扁平粉末を使用したこと以外は、実施例２と同様にシートを形成した。評価方法は、実施例１と同様で、その結果が表２に示されている。

比較例５は、かさ密度／真密度が０．０１の軟磁性金属扁平粉末を使用したこと以外は、実施例２と同様にシートを形成したが、成型不可能であったため、成型不可能であったことが、表２に示されている。

比較例６は、かさ密度／真密度が０．１５の軟磁性金属扁平粉末を使用したこと以外は、実施例２と同様にシートを形成した。評価方法は、実施例１と同様で、その結果が表２に示されている。

表２より、比較例と実施例を比較すると、実施例は成型性に優れ、反射減衰量が−１０ｄＢ以上になっていることが判る。

産業上の利用の可能性

本発明は、電磁波等のノイズ対策機器、電波障害対策製品などに利用できるものである。

Claims

軟磁性金属扁平粉末とＹ型六方晶フェライト粉末と高分子樹脂から成る軟磁性樹脂組成物で、軟磁性金属扁平粉末／Ｙ型六方晶フェライト粉末の体積比が０．２〜５．０であることを特徴とする軟磁性樹脂組成物。
軟磁性金属扁平粉末としてＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅナノ結晶系、Ｆｅ系アモルファスの群より選ばれる、かさ密度／真密度の比が０．０２〜０．１４の軟磁性金属扁平粉末を少なくとも１種類以上用いることを特徴とする請求項１記載の軟磁性樹脂組成物。
Ｂａ_２Ｍ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成で表されるＹ型フェライト粉末において、Ｍの部分にＺｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｒａの群より選ばれる少なくとも１種類以上の２価の金属元素を用いることを特徴とする請求項１および２記載の軟磁性樹脂組成物。
請求項１から３記載の軟磁性樹脂組成物を用いて得ることを特徴とする電波吸収体。