JP2016111305A - 磁性体複合材料およびこれを備えるアンテナ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂に対する磁性金属ナノ粒子の充填量を増加させ、電気特性を向上させるとともに、高い機械強度を有する磁性体複合材料を提供する。【解決手段】Ｆｅ又はＦｅ−Ｃｏ系合金を主成分とする磁性金属粒子１及びポリフェニレンサルファイドを含み、磁性金属粒子の平均粒子径（長軸長）が１００ｎｍ以下であり、１ＧＨｚの周波数における磁気損失正接tanδμ（＝μ''/μ'）が０．０５以下、かつ誘電損失正接tanδε（＝ε''/ε'）が０．０５以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体複合材料およびこれを備えるアンテナ素子に関する。

近年、電子・通信機器等においては使用周波数の高周波化が急速に進んでいる。例えば携帯電話等の通信機器においては１ＧＨｚ以上の高周波帯域が使用され、かつ複数の通信方式に対応できるマルチバンド化の需要が増大している。これに伴い、これらの機器に装備される電子部品においても高周波化・広帯域化が望まれている。

従来、高周波電子部品等に使用される複合材料の高周波化の手段としては、誘電体材料に磁性粒子を分散させ、そして、複合材料に含まれる磁性粒子の形状磁気異方性を発現させる方法が知られている。そのような複合材料として、特許文献１および２では、扁平状で、厚さが１μｍ以下、長さが０．２〜１０μｍかつアスペクト比が２以上の磁性粒子を誘電体材料中に混合、分散させた磁性体複合材料が挙げられている。

また、特許文献３では、磁性金属および非磁性金属を含有し、酸化物で被覆された磁性粒子と、酸化物粒子と、磁性粒子および酸化物粒子間に介在された酸化物相とを備える磁性体複合材料が記載されている。

特開２００８−１８１９０５公報 特開２０１２−０７７３１６公報 特開２０１３−０６５８４４公報

上述したように、次世代携帯電話・Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）・ＥＴＣ ｓｙｓｔｅｍ等の急速な普及に伴って、求められる高周波デバイス用磁性材料の駆動帯域は、ＭＨｚ帯からＧＨｚ帯へと移行している。また、これら電子・通信機器の多機能化および小型化の加速により、搭載するアンテナの小型化が強く求められている。

誘電体材料に磁性粒子が分散している系においては、透磁率μと誘電率εとの積の１／２乗（（透磁率μ×誘電率ε）^１／２）が大きければ大きいほど、波長短縮効果が増大し、デバイスを小型化できる。このため、磁性体複合材料において、できる限り高い透磁率と誘電率を維持することが重要になる。

一方、携帯電話などのモバイル機器用のアンテナへ適用するための所望の電気特性を得るためには、磁性金属粒子を誘電体材料中に一定量以上添加する必要がある。

樹脂と磁性粉とを混合させた一般的なプラスチックマグネットのように、樹脂中へ分散させる磁性粉の粒子径が１μｍ以上であれば、磁性粉の添加量が５０体積％以上であっても、樹脂中に分散されている磁性粒子間に占有されている樹脂部分が大きいため、樹脂と磁性粒子との界面密着強度が十分に確保できる。その結果、合成される磁性体複合材料自体の機械強度が確保される。

ところが、磁性金属粒子がナノオーダーの磁性金属ナノ粒子になると、粒子の表面積が非常に大きくなり、樹脂に対する濡れ性が非常に悪くなる。このため、磁性金属ナノ粒子の添加量を増やすことが非常に困難となって、所望の電気特性が得られにくくなる。また同時に、磁性金属ナノ粒子の添加量の増加に伴って、製品として必要な機械強度も悪化することから、磁性金属ナノ粒子の充填量を増加させるとともに、複合材料の機械強度を確保することが困難であった。

そこで本発明は、樹脂に対する磁性金属ナノ粒子の充填量を増加させ、電気特性を向上させるとともに、高い機械強度を有する磁性体複合材料を提供することを目的とする。

本発明の磁性体複合材料は、磁性金属ナノ粒子の誘電体材料としてポリフェニレンサルファイドを用い、磁気損失正接ｔａｎδμ（＝μ''／μ'）が０．０５以下、かつ誘電損失正接ｔａｎδε（＝ε''／ε'）が０．０５以下であることに特徴を有する。

本発明によれば、誘電体材料に対する磁性金属ナノ粒子の充填量を増加させることができるため、磁性体複合材料の電気特性の向上が図れ、かつ、高い機械強度を付与することが可能となる。

本発明の磁性体複合材料の模式図の一例である。 本発明に用いる磁性金属粒子の模式図の一例である。

本発明の第一実施形態は、ＦｅまたはＦｅ−Ｃｏ系合金を主成分とする磁性金属粒子およびポリフェニレンサルファイドを含み、１ＧＨｚの周波数における磁気損失正接tanδμ（＝μ''/μ'）が０．０５以下、かつ誘電損失正接tanδε（＝ε''/ε'）が０．０５以下であることを特徴とする磁性体複合材料である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。

また、本明細書において、範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０〜２５℃）／相対湿度４０〜５０％の条件で測定する。

図１は磁性体複合材料を示す模式図である。第一実施形態の磁性体複合材料３は、誘電体材料２に、磁性金属粒子１が分散されてなる。磁性金属粒子は、後述するように、特定のアスペクト比を有することが好ましく、この場合、粒子は異方性を有する。

磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数における磁気損失正接tanδμ（＝μ''（虚部透磁率）/μ'（実部透磁率））は０．０５以下である。かような磁気損失正接を有することで、アンテナ素子、特にＧＨｚで用いられるモバイル機器用のアンテナ素子のコアに適用した場合であっても、高周波領域で信号が平滑化され、劣化することを抑制することができる。磁気損失正接tanδμは低ければ低いほどよいが、通常、０．００１以上である。磁気損失正接tanδμは、０．００５〜０．０５であることが好ましく、０．０１〜０．０４であることがより好ましい。磁気損失正接tanδμは、実施例に記載の方法により得られるμ''（虚部透磁率）およびμ'（実部透磁率）から算出する。

また、第一実施形態の磁性体複合材料は、誘電体材料に対する磁性金属粒子の分散性が高いため、磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数におけるμ'（実部透磁率）を高くすることができる。具体的には、磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数におけるμ'（実部透磁率）を好ましくは１．５以上とすることができ、より好ましくは２.０以上とすることができる。さらに、誘電体材料としてポリフェニレンサルファイドを用いているため、磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数における誘電率（ε'）を高くすることができる。具体的には、磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数における誘電率（ε'）を好ましくは７．０以上とすることができ、より好ましくは７．３以上とすることができる。一般的に、高誘電率材料は誘電損失正接が大きいことから、磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数における誘電率（ε'）の上限は、１０以下であることが好ましい。

磁性体複合材料の１ＧＨｚの周波数における誘電損失正接tanδε（＝ε''（誘電損率）/ε'（誘電率））は０．０５以下である。かような誘電損失正接tanδεを有することで、アンテナ素子、特にＧＨｚで用いられるモバイル機器用のアンテナ素子のコアに適用した場合であっても、高周波領域で信号が平滑化され、劣化することを抑制することができる。誘電損失正接tanδεは低ければ低いほどよいが、通常、０．００１以上である。誘電損失正接tanδεは、０．００５〜０．０５であることが好ましく、０．００５〜０．０３であることがより好ましい。誘電損失正接tanδεは、実施例に記載の方法により得られるε''（誘電損率）およびε'（誘電率）から算出する。

磁性体複合材料のＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８（好適には、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８およびＩＳＯ１７８）に準拠した曲げ試験による曲げ強度値は４０ＭＰａ以上であることが好ましく、８０ＭＰａ以上であることがより好ましい。曲げ強度がかような範囲となることで、モバイル機器用のアンテナ素子などに適用することができる。曲げ強度は高ければ高いほど好ましいが、通常１５０ＭＰａ以下である。

なお、上記磁気損失正接tanδμ、誘電損失正接tanδε、および曲げ強度値は、磁性粒子が誘電体材料中に分散されている磁性体複合材料により定まるため、射出成型前であっても、射出成型後の成形体であっても、その特性に変化はない。よって、上記値は、いずれの段階で測定したものであってもよいが、好適には、後述の実施例に記載のとおり、磁性体複合材料を成形した成形物を測定した値を採用する。

また、本発明において、磁性体複合材料は、成形前であっても成形後であってもよい。

（磁性金属粒子）
本発明においては、鉄またはＦｅ−Ｃｏ系合金を主成分とする磁性金属粒子を用いる。

Ｆｅｒｒｉｔｅに代表される従来の高周波用磁性材料では、Ｓｎｏｅｋの限界則（磁気共鳴周波数ｆ_ｒ×透磁率μ∝飽和磁化Ｍ_ｓ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ）で示されるように、１ＧＨｚ以上の周波数帯域では、急激な磁気損失正接の増加に伴う、透磁率の減少により使用することができない。そのため、ＧＨｚ帯で使用する高周波デバイス用の磁性材料には、このＳｎｏｅｋの限界則を超える特性が要求される。

共鳴周波数ｆｒは、下記式（１）で表される。

上記式（１）において、μは透磁率、γはジャイロ磁気定数、Ｍｓは飽和磁化である。上記式（１）によれば、高周波領域においては共鳴周波数ｆｒが増大し、透磁率μが減少する。したがって共鳴周波数ｆｒと透磁率μとのいずれも高値で維持する場合には、飽和磁化Ｍｓが高い磁性体を用いることが好ましい。かかる観点から、本発明においては飽和磁化Ｍｓが高い鉄またはＦｅ−Ｃｏ系合金を主成分として用いる。これにより高周波数領域において、高透磁率を維持することができる。

ここで、「主成分とする」とは、鉄および／またはＦｅ−Ｃｏ系合金の磁性金属粒子中の含有量が７０体積％以上（上限１００体積％）であることを指し、鉄および／またはＦｅ−Ｃｏ系合金の磁性金属粒子中の含有量は、好ましくは８５体積％以上（上限１００体積％）、より好ましくは１００体積％である。

Ｆｅ−Ｃｏ系合金は、Ｆｅ、Ｃｏおよび不可避的不純物から構成される。Ｃｏの含有量は特に限定されるものではないが、１５〜４０原子％（残部はＦｅおよび不可避的不純物）であることが好ましく、２５〜３５原子％（残部はＦｅおよび不可避的不純物）であることがより好ましい。

上記鉄またはＦｅ−Ｃｏ系合金である磁性金属粒子の他、磁性体複合材料は、他の磁性金属粒子を含んでいてもよい。他の磁性金属粒子としては、ニッケル、銅、コバルト、亜鉛、モリブデンおよびこれらの合金；Ｆｅ−Ｎｉ合金などが挙げられる。

磁性金属粒子の平均粒子径（長軸長）は、１００ｎｍ以下である。平均粒子径を１００ｎｍ以下とすることで、共鳴周波数ｆｒが高くなり、磁気損失正接を低くすることができる。一方、平均粒子径が１００ｎｍ以下のナノ粒子は配合量を増加させるにつれ誘電体材料中での表面積が大きく増大する。本発明においてはポリフェニレンサルファイドを用いることで、かようなナノ粒子を用いても誘電体材料に対する濡れ性が向上し、磁性金属粒子の添加量を増大させることができるとともに、機械的強度も高いものとなる。

なお、本明細書において、磁性金属粒子の平均粒子径は平均長軸径であり、以下、単に平均粒子径と記載する場合もある。

磁性金属粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、磁化の向きが温度の影響でランダムに反転してしまう超常磁性の観点から、１５ｎｍ以上であることが好ましい。また、磁気特性および機械的強度の観点からは、磁性金属粒子の平均粒子径は、３０〜１００ｎｍであることが好ましい。

なお、磁性金属粒子の平均粒子径（＝平均長軸長）、および下記平均アスペクト比は、以下のように求める。電子顕微鏡で観察した明視野像から、無作為に２００個の粒子を抽出する。各々の粒子より算出した長軸長、短軸長およびアスペクト比から平均値を求め、平均長軸長、平均短軸長および平均アスペクト比とする。

磁性金属粒子は、平均アスペクト比が１．５〜５であることが好ましい。

下記式（２）で表されるように、共鳴周波数ｆｒは有効磁界Ｈが大きいほど、大きな共鳴周波数ｆｒを得ることができる。

また、有効磁界Ｈは下記式（３）で表される。

ここで、Ｈｅｘは外部磁界、ｈ（ｔ）は交流磁界、Ｈｄｉｐは磁気双極子磁界、Ｈｄは反磁界、Ｈａは異方性磁界である。

金属粒子の異方性磁界Ｈａは、アスペクト比が大きくなるほど急激に増加する。したがって、上記式（２）で表される有効磁界Ｈは、他の要素が同一条件である場合、アスペクト比が大きくなるほど増大する。

アスペクト比を１．５以上とすることで、有効磁界Ｈが大きくなり、得られる磁性体複合材料の共鳴周波数を高くすることができる。このため、磁気損失正接が低い傾向となる。また、アスペクト比を５以下とすることで、形状異方性が適切であり、所望の透磁率が得られやすい。

図２は磁性金属粒子の形状を示す模式図である。図２においてＸは金属粒子の長軸長を示し、Ｙは短軸長を示す。長軸長Ｘは粒子の長さが最も長くなる方向の粒子の寸法であり、短軸長は、長軸長方向に対して垂直な方向で粒子の長さが最も長くなる粒子の寸法を指す。アスペクト比＝Ｘ／Ｙである。

磁性金属粒子の粒子形状は特に限定されず、扁平状、針状などいずれの形状であってもよいが、磁気特性の観点から、針状であることが好ましい。なお、扁平状とは、特定の２次元方向に広くそれに直交する方向の粒径が小さいものを言い、針状とは、特定の１次元方向に長く、それに直交する面の径が短いものを言う。

また、ポリフェニレンサルファイドとの親和性（濡れ性）を向上させる目的で、磁性金属粒子の表面にカップリング剤による処理を施してもよい。この際用いられるカップリング剤としては特に限定されるものではなく、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などが挙げられる。

シランカップリング剤としては、例えば、ビニルエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。

チタネート系カップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチルトリブチル）ビス（トリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルバイロホスフェート）オキシアネートチタネート、ビス（ジオクチルバイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリンイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリアミルチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネートなどが挙げられる。

アルミニウム系カップリング剤としては、例えば、アセトアセテートアルミニウムジイソプロピレートなどの（アルキルアセトアセタト）アルミニウムが挙げられる。

カップリング剤による磁性金属粒子の表面処理は、磁性金属粒子と、液状のカップリング剤（場合により有機溶剤で希釈したもの）と、を混合することにより行うことができる。

磁性体複合材料中の磁性金属粒子の含有量は、電気特性向上の観点から、磁性体複合材料に対して１５体積％以上であることが好ましく、電気特性および機械的強度の両立の観点から、２０〜６０体積％であることがより好ましく、２５〜５０体積％であることがさらに好ましく、３０〜４０体積％であることが最も好ましい。

磁性金属粒子の製造方法は特に限定されるものではなく、例えば、針状オキシ水酸化物（または、これにＣｏを含有させたもの）、またはこのオキシ水酸化物を加熱して得た針状酸化鉄を還元性ガス中で還元する方法；磁性金属の有機酸塩を加熱分化し、還元性基体で還元する方法；金属カルボニル化合物を熱分解する方法；磁性金属を低圧の不活性ガス中で蒸発させる方法；金属塩水溶液中で還元性物質を用いて還元する方法などが挙げられる。中でも、ナノオーダーの粒子径を製造できることから、特開平１１−２２９００５号公報に記載のように、針状オキシ水酸化物、該針状オキシ水酸化物粒子を２５０℃以上３００℃未満で加熱脱水して得られる針状ヘマタイト粒子（酸化鉄）、または針状ゲータイト粒子を非還元性雰囲気下３００〜８５０℃の温度範囲で加熱して高密度化された針状ヘマタイト粒子を出発原料とし、かような出発原料を水素ガス等の還元性ガス流下で加熱還元する方法を用いることが好ましい。出発原料である、針状オキシ水酸化物は、第一鉄塩水溶液または第一鉄塩と第二鉄塩との混合物水溶液をアルカリで中和し、次いで酸化性ガス等による酸化反応によって得られ、Ｆｅ−Ｃｏ合金の場合には、Ｃｏを反応前、反応中、または反応終了後のいずれかの段階で添加すればよい。

磁性金属粒子の形状、粒径、およびアスペクト比は、出発原料の形状、粒径、およびアスペクト比、ならびに加熱還元における温度、時間などで制御することができる。

（誘電体材料）
誘電体材料としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いる。ＰＰＳを用いることで、磁性金属粒子の充填量を増加させることができ、電気特性の向上が図れるとともに、機械的強度も確保される。

ＰＰＳを用いることでかような効果が得られるメカニズムは以下のように推定される。なお、本発明は以下のメカニズムに何ら拘束されない。

平均粒子径が１００ｎｍ以下の磁性金属粒子は配合量を増加させるにつれ誘電体材料中での表面積が大きく増大する。ＰＰＳを用いることで、平均粒子径が１００ｎｍ以下の磁性金属粒子を用いても誘電体材料に対する濡れ性が向上し、磁性金属粒子の添加量を増大させることができるとともに、機械的強度も高いものとなる。ＰＰＳは、結晶性樹脂であるため、融点以上では液体と同じような流動状態になり、磁性金属粒子の樹脂への濡れ性が大幅に向上し、その結果、表面積の大きいナノ粒子の添加量が比較的容易に増加させることが可能となる。

ＰＰＳの磁性金属粒子に対する含有比は特に限定されるものではないが、磁性金属粒子が均質に分散され、かつ、複合材料の電気特性および機械的強度を向上させる観点から、磁性金属粒子およびＰＰＳの合計に対して、ＰＰＳが８５体積％以下であることが好ましく、４０〜８０体積％であることが好ましく、５０〜７５体積％であることがより好ましく、６０〜７０体積％であることが最も好ましい。

ＰＰＳの溶融粘度は、ＪＩＳ Ｋ６９９９：２００４に準拠して３１０℃の温度で、せん断速度を１０００／秒として測定したとき、１００〜６００Ｐａ・ｓであることが好ましい。

ＰＰＳとしては、直鎖型であっても架橋型であってもよいが、機械的強度の観点から、直鎖型のＰＰＳが好ましい。

また、ＰＰＳとしては、ガラス繊維強化型ＰＰＳや、ガラス繊維・無機フィラー強化型ＰＰＳを用いてもよい。ただし、ガラス繊維の添加量を増やすと、誘電率と誘電損失が増加する傾向となり、また磁性粉が添加できる量も減ることから、ガラス繊維を入れる場合は、電気特性と機械特性のバランスを考慮する必要がある。

ポニフェニレンサルファイドは市販品を用いてもよく、市販品としては、例えば、ジュラファイド（登録商標）ＰＰＳ型番０２２０Ａ９（ポリプラスチック社製）、ＦＺ−２１０（ＤＩＣ社製）などが挙げられる。

誘電体材料としては、ＰＰＳ以外の樹脂を併用してもよい。誘電体材料として用いられうる樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリベンゾシクロブテン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、ポリシクロヘキサン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂などが挙げられる。

誘電体材料中のＰＰＳの含有量は本発明の効果が奏される限り特に限定されるものではないが、８０〜１００体積％であることが好ましく、９０〜１００体積％であることがより好ましい。

（その他の成分）
磁性体複合材料は、本発明の磁気・電気特性を損なわない範囲で、上記の磁性金属粒子および誘電体材料のほかにその他の成分を含みうる。

その他の成分としては、ＰＰＳとの親和性（濡れ性）を向上させるための分散剤、強度を補強するため、ガラスファイバーなどが挙げられる。

その他、造核剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、触媒失活剤等の添加剤を添加することができる。

（磁性体複合材料の製造方法）
磁性体複合材料の製造方法としては特に限定されるものではないが、通常、磁性金属粒子および誘電体材料を混合することによって得られる。

混合装置としては、押出機または、ラボプラストミルなどの小型押出機等、公知の混合装置を用いて行うことができる。原料成分の混合は、磁性金属ナノ粒子が誘電体材料中に均質に分散されるまで行われる。この際、磁性金属粒子と、ポリフェニレンサルファイド（を含む誘電体材料）とを、溶融混合することが好ましい。すわなち、本発明の好適な一実施形態は、上記磁性体複合材料の製造方法であって、磁性金属粒子と、ポリフェニレンサルファイドとを、溶融混合することを有する、磁性体複合材料の製造方法である。ポリフェニレンサルファイドは結晶性樹脂であるために、誘電体材料の融点を超えて混合する溶融混練により、流動性が高まり、磁性金属粒子への濡れ性が非常に高くなる。これにより、得られる複合材料の電気特性が高まる。

溶融混練する際の温度は、用いる誘電体材料の融点を考慮して、該融点を超える温度において、誘電体材料の取扱性等を考慮して適宜調整されるが、２８５℃以上であることが好ましく、２９０〜３４０℃であることがより好ましい。

得られた混合体は、好適には、成形体を作製し、磁性体複合材料となる。成形の方法は特に限定されず、加熱下でのプレス成形や射出成形などが挙げられる。上述のように、磁性金属粒子とポリフェニレンサルファイドの混合物は、流動性が高く、射出成形に適していること、また、アンテナ素子のような複雑形状の成形も容易に行うことができるので、成形は射出成形で行うことが好ましい。

（アンテナ素子）
第一実施形態の磁性体複合材料は、ＧＨｚ帯の高周波領域で機能する高周波電子部品に用いることができる。

本発明の他の実施形態は、第一実施形態の磁性体複合材料を備えてなるアンテナ素子である。

第一実施形態の磁性体複合材料は、高周波領域での電気・磁気特性に優れるため、携帯電話などのモバイル機器用アンテナ素子に適用することができる。また、第一実施形態の磁性体複合材料は、曲げ強度も高いことから、携帯電話などのモバイル機器の筺体と一体化されたアンテナ素子にも適用することができる。さらに、第一実施形態の磁性体複合材料は、流動性が高く、射出成形に適しているため、複雑な形状のアンテナ素子の製造も可能となる。

また、第一実施形態の磁性体複合材料は、透磁率μ’および誘電率ε’のいずれも高いため、第一実施形態の磁性体複合材料をアンテナ素子に適用した場合にデバイスの小型化を図ることができる。

アンテナ素子としては、特に限定されるものではないが、所望の形態に成形した磁性体複合材料の表面又は内部に導体を配してなる形態が挙げられる。

成形体の表面又は内部に配する導体としては、ワイヤー状や打ち抜き金属状の導体を用いることができる。さらには、（多層）プリント配線基板のように、成形体の表面又は内部に導電性金属を直接被着又は埋設してなるパターン状の導体と、各導体間を接続するスルーホールとを組み合わせたものを用いることもできる。表面にらせん状に巻回して配しヘリカルアンテナとする場合には、熱融着線等の被覆導線を用いることができる。また、パッチアンテナ等の形状としてもよい。さらに、成形体と導体の間に非磁性材料の薄膜が形成されていてもよい。

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。

（実施例１）
平均粒子径が４０ｎｍ、アスペクト比が１．５であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））と、誘電体材料としてＰＰＳ樹脂（商品名：ＰＰＳ、型番：０２２０Ａ９、ポリプラスチック社製、溶融粘度５００Ｐａ・ｓ）とを、磁性粒子およびＰＰＳ樹脂の合計に対して、磁性粒子が３０体積％となるように秤量した。上記の材料を小型押出機（ラボプラストミル）に入れ、ＰＰＳの融点以上の温度となる３０５℃で混練し、ＰＰＳ樹脂と磁性粒子とからなる混合物を作製した。

続いて、混合物を細かく粉砕し、ペレット状の磁性複合体材料を作製し射出成形用のペレットとした。これらペレットを射出成形機に投入し、下記評価用の試料を射出成形して磁性体複合材料を得た。

（実施例２）
平均粒子径が４０ｎｍ、アスペクト比が２であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（実施例３）
磁性粒子およびＰＰＳ樹脂の合計に対して、磁性粒子を４０体積％としたこと以外は、実施例２と同様にして磁性体複合材料を得た。

（実施例４）
磁性粒子およびＰＰＳ樹脂の合計に対して、磁性粒子を５０体積％としたこと以外は、実施例２と同様にして磁性体複合材料を得た。

（実施例５）
平均粒子径が４０ｎｍ、アスペクト比が４であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（実施例６）
平均粒子径が１００ｎｍ、アスペクト比が２であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（実施例７）
平均粒子径が１００ｎｍ、アスペクト比が５であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例１）
平均粒子径が４０ｎｍ、アスペクト比が１であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例２）
平均粒子径が４０ｎｍ、アスペクト比が６であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例３）
平均粒子径が１３０ｎｍ、アスペクト比が５であるＦｅ−Ｃｏ合金磁性粒子（Ｆｅ、Ｃｏ、および不可避的不純物を含み、Ｆｅ：Ｃｏ＝７０：３０（元素比））の磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例４）
実施例１において、ＰＰＳ樹脂の代わりにポリカーボネート樹脂（商品名：ポリカーボネート、型番：パンライト Ｌ−１２２５ＬＭ、帝人社製）を用い、磁性粒子および樹脂の合計に対して、磁性粒子を１０体積％としたこと以外は、実施例２と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例５）
実施例１において、ＰＰＳ樹脂の代わりにナイロン樹脂（商品名：ナイロン１２、型番：ダイアミド Ｌ１６４０Ｐ、ダイセル・エボニック社製）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして磁性体複合材料を得た。

（比較例６）
実施例１において、ＰＰＳ樹脂の代わりにポリエチレン樹脂（商品名：ポリエチレン、型番：フローセンＵＦ２０Ｓ、住友精化社製）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして磁性体複合材料を得た。

（高周波特性）
実施例１〜７および比較例１〜６で得られた磁性体複合材料を外形７ｍｍ，内径３ｍｍのトロイダル状の金型で成形し、Ａｇｉｌｅｎｔ社製ネットワークアナライザー（型番：ＨＰ８７５３Ｅ）を用いて、１ＧＨｚにおけるμ'（実部透磁率）、μ''（虚部透磁率）、ε'（誘電率）およびε''（誘電損率）を測定し、磁気損失正接tanδμおよび誘電損失正接tanδεを算出した。結果を表１に示す。

（曲げ強度）
実施例１〜７および比較例１〜６で得られた磁性体複合材料を、３５×５×１ｍｍの試験片に成形した。ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８およびＩＳＯ１７８に準拠した評価法により、島津製作所製ＡＵＴＯＧＲＡＰＨを使用し、試験条件は速度２ｍｍ／ｍｉｎ 支点間距離：３０ｍｍとして曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。

上記結果より、ＰＰＳ樹脂を用いた実施例１〜７の磁性体複合材料は、磁気特性および機械的強度の両立が実現されている。使用する誘電体材料（樹脂）として、ＰＰＳを用いることにより、表面積の大きいナノ粒子であっても、添加量として５０体積％まで混合した磁性体複合材料が作製でき、電気特性と機械特性とを両立することが可能となった。

一方、高強度樹脂として一般的であるポリカーボネートを用いた比較例４では、融点以上では、ポリカーボネート樹脂そのものは柔らかくなるが、粘性を有したペースト状であるため、ナノ粒子の樹脂への濡れ性が悪く、磁性ナノ粒子が僅か１０体積％までしか添加できず、所望の電気特性を得ることができなかった。

また、ＰＰＳと同じ結晶性樹脂であるナイロン樹脂を用いた比較例５およびポリエチレン樹脂を用いた比較例６については、金属磁性ナノ粒子に対しては比較的濡れ性が良く、磁性粉を３０体積％まで添加した磁性体複合材料を合成することが可能であった。しかしながら、樹脂自体の強度が低く、更に磁性粉を添加することで、強度も更に低下するため、十分な機械強度が得られなかった。更に、ナイロンは、その分子構造の極性が大きい樹脂であるため、誘電損失正接が他の樹脂よりも大きく、その結果、作製した磁性体複合材料において、所望の電気特性も満たすことができなかった。

ＰＰＳは、ＰＣやナイロンよりも、ＧＨｚ帯での誘電損失正接が非常に小さいため、単体では誘電損失が大きいＦｅまたはＦｅ−Ｃｏ系合金粒子を添加しても、合成した磁性体複合材料自体の誘電損失正接値を、小さくすることができると考えられる。

１ 磁性金属粒子、
２ 誘電体材料、
３ 磁性体複合材料、
Ｘ 磁性金属粒子の長軸長、
Ｙ 磁性金属粒子の短軸長。

Claims (6)

1. ＦｅまたはＦｅ−Ｃｏ系合金を主成分とする磁性金属粒子およびポリフェニレンサルファイドを含み、
   前記磁性金属粒子の平均粒子径（長軸長）が１００ｎｍ以下であり、
   １ＧＨｚの周波数における磁気損失正接tanδμ（＝μ''/μ'）が０．０５以下、かつ誘電損失正接tanδε（＝ε''/ε'）が０．０５以下である、磁性体複合材料。
2. 前記磁性金属粒子の平均アスペクト比（長軸長/短軸長）が１．５〜５である、請求項１に記載の磁性体複合材料。
3. 前記磁性金属粒子の含有量が、磁性体複合材料に対して１５体積％以上である、請求項１または２に記載の磁性体複合材料。
4. ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８に準拠した曲げ試験による曲げ強度値が８０ＭＰａ以上である、請求項１〜３のいずれか１項の磁性体複合材料。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の磁性体複合材料の製造方法であって、
   前記磁性金属粒子と、前記ポリフェニレンサルファイドとを、溶融混合することを有する、磁性体複合材料の製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性体複合材料を備える、アンテナ素子。