JP2021136399A - シールド部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた特性を有するシールド部材を提供する。【解決手段】シールド部材は、少なくとも磁性層と導電層とを含む複数の層が積層された積層体を備える。磁性層は、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される。導電層は、金属によって構成されており、磁性層の片面又は両面に直接積層されている。【選択図】図１

Description

本開示は、シールド部材及びその製造方法に関する。

アモルファス合金箔の表面にめっき層が設けられた構造を疎なる磁気、電磁波遮へいシートが知られている（例えば、特許文献１参照。）。下記特許文献１には、めっき層を構成する金属の例として、Ｎｉが挙げられている。

特開昭６４−７６８００号公報

本件発明者らは、上述のようなアモルファス合金箔を備えるシールド部材の特性を上回るような特性を備えたシールド部材について検討を重ねた。その結果、ナノ結晶合金を利用することにより、シールド部材の特性が格段に向上することを見いだした。

本開示の一局面は、優れた特性を有するシールド部材を提供することにある。

本開示の一局面におけるシールド部材は、少なくとも磁性層と導電層とを含む複数の層が積層された積層体を備える。磁性層は、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される。導電層は、金属によって構成されており、磁性層の片面又は両面に直接積層されている。

このように構成されたシールド部材によれば、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される磁性層と、金属によって構成される導電層とを、直接積層してなる構造を備えるので、優れた特性を有するシールド部材となる。より具体的には、上記シールド部材であれば、低周波帯域（例えば１００ｋＨｚから１００ＭＨｚまで。）であっても、高周波帯域（例えば２ＧＨｚから２０ＧＨｚまで。）であっても、ノイズ対策が可能となる。このようなシールド部材の特性は、後述する実施形態において例示する実験例を見れば明らかである。

また、上記シールド部材は、磁性層と導電層とを備えるので、導電層のみを備えるシールド部材に比べ、二次放射の低減を図ることができる。また、Ｆｅ基ナノ結晶合金箔は、単独ではアモルファス合金箔以上に脆性が高く、その取り扱いが難しいが、上記シールド部材の場合は、Ｆｅ基ナノ結晶合金の磁性層に加えて、金属の導電層が積層されている。そのため、この導電層が磁性層の脆性を補う補強層として機能し、シールド部材全体としては、Ｆｅ基ナノ結晶合金箔よりも容易に取り扱うことができる。

さらに、上記シールド部材は、金属の導電層を備えるので、この導電層を利用してはんだ付けを実施することができる。そのため、同様なシールド部材を、両面テープや接着剤で固定する場合に比べ、接合箇所の耐熱性及び信頼性を向上させることができる。したがって、例えば自動車のエンジンルームに配設される車載部品のように、高温環境（例えば８５℃以上。）での使用が想定される場合には、両面テープ等での取り付けよりも耐久性及び信頼性の高い取り付け方法を採用することができる。また、両面テープで固定する場合は、平滑性の低い粗面に固定することが困難であるが、はんだ付けであれば粗面への固定も可能となる。また、両面テープでの固定の場合、貼り付け作業において浮きや皺などが発生すると貼り直しが困難であるが、はんだ付けであれば、再加熱を行うことにより、非破壊でのリペアが可能となる。

なお、上記シールド部材は、以下のような構成を備えてもよい。
（Ａ）導電層は、磁性層の片面又は両面に形成された金属のめっき膜によって構成されていてもよい。

（Ｂ）金属がＮｉであってもよい。
（Ｃ）磁性層は、Ｆｅ基アモルファス合金によって構成される磁性層の前駆層を、前駆層の片面又は両面に直接積層される導電層とともに熱処理することによって構成されていてもよい。

本開示の一局面におけるシールド部材の製造方法は、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される磁性層と、金属によって構成される導電層とを、少なくとも備え、導電層が、磁性層の片面又は両面に直接積層されている、シールド部材の製造方法である。このシールド部材の製造方法は、Ｆｅ基アモルファス合金によって構成される磁性層の前駆層の片面又は両面に導電層を直接積層することと、前駆層を導電層とともに熱処理することによって、前駆層を磁性層にすることと、を含む。

このように構成されたシールド部材の製造方法によれば、本開示のシールド部材を製造することができる。

図１Ａは磁性層の片面に導電層が積層されたシールド部材の斜視図である。図１Ａは磁性層の両面に導電層が積層されたシールド部材の斜視図である。 図２Ａはナノ結晶合金箔とアモルファス合金箔の磁界シールド効果の違いを示すグラフである。図２Ｂは導電層の有無による磁界シールド効果の違いを示すグラフである。 図３Ａはナノ結晶合金箔とアモルファス合金箔の電磁界シールド効果の違いを示すグラフである。図３Ｂは導電層の有無による電磁界シールド効果の違いを示すグラフである。

次に、上述のシールド部材について、例示的な実施形態を挙げて説明する。
［シールド部材の構造］
図１Ａに示すように、シールド部材１は、磁性層１１と、導電層１２とを備える積層体によって構成されている。磁性層１１は、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成されている。磁性層１１を構成するＦｅ基ナノ結晶合金は、Ｆｅ基アモルファス合金を熱処理して、アモルファス合金の一部をナノ結晶化させたものである。磁性層１１の厚さは、約１４μｍ〜２０μｍ程度に構成すると好ましい。本実施形態の場合、磁性層１１の厚さは約２０μｍに構成されている。

導電層１２は、Ｎｉによって構成されている。より詳しくは、導電層１２は、Ｎｉのめっき膜によって構成されている。導電層１２の厚さは、約０．３μｍ〜５．０μｍ程度に構成すると好ましい。本実施形態の場合、導電層１２の厚さは約０．５μｍに構成されている。導電層１２は、磁性層１１の前駆層に対して熱処理を施す前に、その前駆層にＮｉめっきを施すことにより、前駆層の片面に直接積層される。なお、本開示でいう直接積層するとは、積層対象となる２つの層の界面に、両面テープや接着剤などの介在物が存在しない状態で積層することを意味する。

前駆層を熱処理する際には、前駆層の片面に積層された導電層１２も熱処理される。前駆層は、Ｆｅ基アモルファス合金によって構成される。前駆層を構成するＦｅ基アモルファス合金は、上記熱処理を受けてＦｅ基ナノ結晶合金となる。導電層１２は、シールド部材１のように、磁性層１１の片面に形成されていてもよいが、図２に示すシールド部材２のように、磁性層１１の両面に導電層１２が形成されていてもよい。

［シールド部材の製造方法］
まず、磁性層１１の前駆層となるＦｅ基アモルファス合金（原子％で、Ｃｕ：１．４％、Ｎｂ：７．３％、Ｓｉ：８．４％、Ｂ：１．４％、残部Ｆｅ及び不可避不純物。）のリボン（幅１０ｍｍ、厚さ２０μｍ。）に対し、酸洗浄を施す。これにより、前駆層の表面に形成されている酸化皮膜が除去される。

続いて、酸洗浄された前駆層に対して電解めっきにより、導電層１２となるＮｉめっきを施す。これにより、前駆層の表面に導電層１２が直接積層された積層体が構成される。電解めっきの際には、電流密度およびラインスピードなどの条件を調整して、酸化被膜やポーラスがなるべく発生しないようにしている。

続いて、前工程で作製された積層体を磁場中熱処理炉に入れて、磁場中熱処理を施す。より詳しくは、炉内に設置された積層体に対し、磁場を印加しながら炉内の温度をアモルファス合金の結晶化開始温度以上の温度（例えば５００℃以上。ただし、析出する結晶が数百ｎｍ以上まで成長するのを抑制可能な温度（例えば、７００℃以下。）。）まで昇温して、磁性層１１においてナノ結晶を析出させる。磁場中熱処理が完了したら、急冷によって磁性層１１が破損するのを抑制するため、炉内の温度をゆっくりと降温させる。

以上の工程により、磁性層１１と導電層１２とが直接積層された構造のシールド部材１を得ることができる。なお、シールド部材１に対して、別の機能を付与するための層を更に積層してもよい。例えば、シールド部材１の用途によっては、樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴフィルムなど。）を積層して、シールド部材１の機械的強度を増強してもよい。また、樹脂フィルムを積層する際には、磁性層１１又は導電層１２と樹脂フィルムとの間に両面テープや接着剤の層を介在させてもよい。

［性能試験１］
以下のような手法で、シールド部材１について、性能試験を実施した。また、比較のため、磁性層１１相当物がＦｅ基アモルファス合金で構成されているシールド部材（図２Ａ参照。）と、磁性層１１のみ（すなわち、ナノ結晶合金箔のみ）が存在するシールド部材（すなわち、導電層１２が設けられていないシールド部材、図２Ｂ参照。）についても、同様の性能試験を実施した。性能試験１では、周知のＫＥＣ法による測定を実施した。ＫＥＣ法は、近傍界を対象とした電磁波シールド材の評価法である。

測定結果を図２Ａ及び図２Ｂに示す。図２Ａに表れるように、シールド部材１は、磁性層１１相当物がＦｅ基アモルファス合金で構成されている場合に比べ、１００ｋＨｚから１００ＭＨｚにわたる周波数帯域全体で、良好な磁界シールド効果を示すことが示唆された。

また、図２Ｂに表れるように、シールド部材１は、磁性層１１のみ（すなわち、ナノ結晶合金箔のみ）が存在する場合に比べ、１００ｋＨｚから１００ＭＨｚにわたる周波数帯域全体で、良好な磁界シールド効果を示すことが示唆された。

［性能試験２］
以下のような手法で、シールド部材１について、性能試験を実施した。また、比較のため、磁性層１１相当物がＦｅ基アモルファス合金で構成されているシールド部材（図３Ａ参照。）と、磁性層１１のみ（すなわち、ナノ結晶合金箔のみ）が存在するシールド部材（すなわち、導電層１２が設けられていないシールド部材、図３Ｂ参照。）についても、同様の性能試験を実施した。性能試験２では、周知の同軸管法による透過減衰量（Ｓ２１）の測定を実施した。同軸管法は、遠方界における電磁波シールド材に適した評価法である。

結果を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａに表れるように、シールド部材１は、磁性層１１相当物がＦｅ基アモルファス合金で構成されている場合に比べ、２ＧＨｚから２０ＧＨｚにわたる周波数帯域全体で、良好な電磁界シールド効果を示すことが示唆された。

また、図３Ｂに表れるように、シールド部材１は、磁性層１１のみ（すなわち、ナノ結晶合金箔のみ）が存在する場合に比べ、２ＧＨｚから２０ＧＨｚにわたる周波数帯域全体で、良好な電磁界シールド効果を示すことが示唆された。

［効果］
以上説明した通り、上記シールド部材１，２によれば、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される磁性層１１と、金属によって構成される導電層１２とを、直接積層してなる構造を備えるので、優れた特性を有するシールド部材となる。より具体的には、上記シールド部材１，２であれば、低周波帯域（例えば１００ｋＨｚから１００ＭＨｚまで。）であっても、高周波帯域（例えば２ＧＨｚから２０ＧＨｚまで。）であっても、ノイズ対策が可能となる。

また、上記シールド部材１，２は、磁性層１１と導電層１２とを備えるので、導電層１２のみを備えるシールド部材に比べ、二次放射の低減を図ることができる。また、Ｆｅ基ナノ結晶合金箔は、単独ではアモルファス合金箔以上に脆性が高く、その取り扱いが難しいが、上記シールド部材１，２の場合は、Ｆｅ基ナノ結晶合金の磁性層１１に加えて、金属の導電層１２が積層されている。そのため、この導電層１２が磁性層１１の脆性を補う補強層として機能し、シールド部材全体としては、Ｆｅ基ナノ結晶合金箔よりも容易に取り扱うことができる。

さらに、上記シールド部材１，２は、金属の導電層１２を備えるので、この導電層１２を利用してはんだ付けを実施することができる。そのため、同様なシールド部材を、両面テープや接着剤で固定する場合に比べ、接合箇所の耐熱性及び信頼性を向上させることができる。したがって、例えば自動車のエンジンルームに配設される車載部品のように、高温環境（例えば８５℃以上。）での使用が想定される場合には、両面テープ等での取り付けよりも耐久性及び信頼性の高い取り付け方法を採用することができる。また、両面テープで固定する場合は、平滑性の低い粗面に固定することが困難であるが、はんだ付けであれば粗面への固定も可能となる。また、両面テープでの固定の場合、貼り付け作業において浮きや皺などが発生すると貼り直しが困難であるが、はんだ付けであれば、再加熱を行うことにより、非破壊でのリペアが可能となる。

［他の実施形態］
以上、シールド部材について、例示的な実施形態を挙げて説明したが、上述の実施形態は本開示の一態様として例示されるものにすぎない。すなわち、本開示は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。

例えば、上記実施形態では、導電層１２を構成する金属の例としてＮｉを例示したが、Ｎｉ以外の金属又は合金を利用してもよい。Ｎｉ以外の金属の例としては、Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｌ等を挙げることができる。

また、上記実施形態では、特定組成のＦｅ基アモルファス合金を例示したが、Ｆｅ基アモルファス合金の組成は上述の例に限定されない。Ｆｅ基アモルファス合金の例としては、例えば、一般式：（Ｆｅ_1-aＭ_a）_{100-x-y-z-α-β-γ}Ｃｕ_xＳｉ_yＢ_zＭ’_αＭ”_βＸ_γ（原子％）により表される組成の合金であれば利用可能である。

上記一般式において、ＭはＣｏ及び／又はＮｉである。Ｍの組成比ａは、０≦ａ≦０．５を満たす値であればよい。Ｃｕの組成比ｘは、０．１≦ｘ≦３を満たす値であればよく、好ましくは０．５≦ｘ≦３を満たす値であるとよい。Ｓｉの組成比ｙは、０≦ｙ≦３０を満たす値であればよく、好ましくは５≦ｙ≦１５を満たす値であるとよい。Ｂの組成比ｚは、０≦ｚ≦２５を満たす値であればよく、好ましくは０．５≦ｚ≦３を満たす値であるとよい。

Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である。Ｍ’の組成比αは、０≦α≦２０を満たす値であればよく、好ましくは３≦α≦１０を満たす値であるとよい。Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である。Ｍ”の組成比βは、０≦β≦２０を満たす値であればよい。ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である。Ｘの組成比γは０≦γ≦２０を満たす値であればよい。

１，２…シールド部材、１１…磁性層、１２…導電層。

Claims (5)

1. 少なくとも磁性層と導電層とを含む複数の層が積層された積層体を備え、
   前記磁性層は、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成され、
   前記導電層は、金属によって構成されており、前記磁性層の片面又は両面に直接積層されている、
   シールド部材。
2. 請求項１に記載のシールド部材であって、
   前記導電層は、前記磁性層の片面又は両面に形成された前記金属のめっき膜によって構成されている、
   シールド部材。
3. 請求項１又は請求項２に記載のシールド部材であって、
   前記金属がＮｉである、
   シールド部材。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のシールド部材であって、
   前記磁性層は、Ｆｅ基アモルファス合金によって構成される前記磁性層の前駆層を、前記前駆層の片面又は両面に直接積層される前記導電層とともに熱処理することによって構成されている、
   シールド部材。
5. Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される磁性層と、金属によって構成される導電層とを、少なくとも備え、前記導電層が、前記磁性層の片面又は両面に直接積層されている、シールド部材の製造方法であって、
   Ｆｅ基アモルファス合金によって構成される前記磁性層の前駆層の片面又は両面に前記導電層を直接積層することと、
   前記前駆層を前記導電層とともに熱処理することによって、前記前駆層を前記磁性層にすることと、
   を含むシールド部材の製造方法。

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