JP4420235B2 - 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
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Description
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。
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D50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。
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。
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。
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D50/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。
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。
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。
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。
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、D50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/m3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。
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、D50が20μm程度である点で共通している。
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。
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。
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D50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。
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。
Claims (4)
- 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。 - 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D50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。 - 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。 - 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D50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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