JP4636371B2

JP4636371B2 - 磁気シールド装置の製造方法および磁気シールドシート

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Publication number: JP4636371B2
Application number: JP2005082313A
Authority: JP
Inventors: 弘光板橋; 正裕三田; 光司北村; 崇史吉眞
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: JP2006269536A

Description

本発明は、電子機器等に使用される磁気シールドあるいは電磁波シールドとして用いることができるシールド部材に関するものであり、アモルファス材料を熱処理して得られる軟磁性急冷合金薄帯を接着ロールの外周上において樹脂フィルムに貼付するシールド材の製造方法に関するものである。

優れた磁気特性を有する磁性薄帯として、アモルファス材料やナノ結晶材料が知られている。代表的なアモルファス材料は、溶湯をロール表面で急冷し、厚さ５０μｍ以下のリボンとして得ることができる。このまま使用する場合もあるが、加熱処理を施し、磁気特性の向上を行う場合も多い。
また、ナノ結晶材料は、たとえばＦｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−（Ｓｉ，Ｂ）系のごときナノ結晶組織に調整可能な合金組成を有する溶湯を、上記アモルファス合金と同様にして急冷しアモルファスリボンを製造し、その後加熱処理によりナノ結晶組織に調整して得ることができる。ナノ結晶材料は、たとえば、特公平４−４３９３号に示されるような、組織の少なくとも５０％以上が平均結晶粒径１００ｎｍ以下の微細な結晶粒からなる材料である。

上述した熱処理を施したアモルファス材料あるいはナノ結晶材料の軟磁性急冷合金薄帯は、急冷したままのアモルファス材料に比べて靱性が低下して、脆化する傾向がある。特に、熱処理により結晶化させてナノ結晶組織に調整すると脆化傾向は著しく、ハンドリング時に薄帯が容易に破断する問題がある。
上記のアモルファス材料あるいはナノ結晶材料の用途として、たとえば特公平５−１９１９６号等に記載されるセンサー材料や特開平１−２４１２００号等に記載されるシールド材料がある。このような用途において、脆化した状態の薄帯を用いることは、加工時および使用時のハンドリングにおいて割れ、欠け等を生じ問題となるため、通常は軟磁性急冷合金薄帯の片面若しくは両面に樹脂を貼付することで複合し、積層薄帯としたものを使用することが多い。

軟磁性急冷合金薄帯と樹脂とを複合して上記の積層薄帯とする場合、一般に樹脂の耐熱性は高くても３００℃程度しかなく、たとえば上述したナノ結晶材料への加熱処理のように４００℃を越える温度を適用する場合は、加熱処理の前に樹脂を予め貼付けたり被覆しておくことができず、従って熱処理後に複合し積層薄帯とすることが行われる。
従来、熱処理後の軟磁性急冷合金薄帯と樹脂との複合は、例えば特許文献１に示されるように、二つの接着ロールを用いて磁性薄帯と樹脂とを接着することで製造されている。
また、複数本の急冷合金薄帯を２枚の樹脂に挟み込み、一枚のシート状にする技術として、特許文献２には、アモルファス合金もしくはナノ結晶合金よりなる複数条の磁性薄帯同士が、端部を部分的に重ね合わされ、かつ並行に配置され、樹脂により一体化していることが記載されている。

特開２００４−１６０５１３号公報（（００１５）〜（００１９）、図１）特開平１１−２６９８１号公報（（００１３）〜（００１６）、図１）

しかしながら、両面を樹脂により挟まれたラミネート構造の磁気シールド材を製造し、磁気シールド装置として組み立てた際に、計算上得られるはずのシールド特性が得られないなどの問題が出ていた。

そこで、本発明者らはこの問題を鋭意検討した結果、Ｃｏ系の非晶質合金薄帯を使用し、かつ所定の形状にして使用したときにだけ上記の問題が発生することが解った。よって本発明の課題は、Ｃｏ系非晶質合金薄帯を使用して磁気シールド装置を製造する際に、所望のシールド特性を得ることができる製造方法を提供することである。また、それに適した磁気シールド材を提供することである。

すなわち本発明は、磁気シールド装置の製造方法に関するものであり、ロール超急冷により製造されたＣｏ基非晶質合金薄帯を巻き取ってロールとした後、熱処理を施したものを複数並列に並べ、片面もしくは両面に樹脂シートを貼付けたシート形状とした磁気シールド材を用いて製作した磁気シールド装置において、磁気シールド空間を区画する磁気シールド装置の角部、隅部のＲ形状となる部分に前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を前記熱処理したときの湾曲方向とは反対側に、反るように湾曲させて前記Ｒ形状に沿うよう設置することを特徴とするものである。

さらに具体的な製造方法として、この磁気シールド装置に用いるシールド材は、前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を複数並列に並べ、片面もしくは両面に樹脂シートを貼付けたシート形状であり、かつ前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯はロールの外周面が全て同一面側に向くように並べていることを特徴とする。

本来であれば、磁気シールド材は、巻き取った非晶質合金薄帯の内側の面が隣り合う非晶質合金薄帯同士で交互に裏、表、裏となるように並べる方が施工上好ましい。また、磁気特性を考慮しても、薄帯同士の重なる面をロール超急冷の際のロール非接触面同士とすることができる。ロール超急冷の際のロール接触面とロール非接触面では、ロール非接触面の方が面粗さが小さい。よって、ロール非接触面同士を対向させることで接触面積が大きくなり、磁気シールド特性は向上する。しかし、交互に裏、表、裏となるように並べてしまうと、この磁気シールド材をどの方向に曲げても、使用されている非晶質合金薄帯の半分は巻き取った湾曲方向に対して同じ方向にしたまま使用することになり、このままＲ形状の部分で使用すると磁気特性が低下してしまう。

また、本発明は、磁気シールドシートロールに関し、ロール超急冷によりＣｏ基非晶質合金薄帯を作製後、前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を巻き取ってロールとし、熱処理し、その後前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯をロールの外周面が全て同一面側に向く状態で並べ、片面もしくは両面に樹脂シートを貼付け、前記ロールのＣｏ基非晶質合金薄帯の湾曲方向と同じ方向に巻き取ったことを特徴とするものである。ロール形状にする際、心材の径が小さいため、巻き取り始めの合金薄帯も心材と同じ曲率で曲げられる。シートにラミネート加工する際、合金薄帯のロールの湾曲方向に対して逆に反らせるようにシールドシートをロール化してしまうと、合金薄帯の残留応力の関係から樹脂シートとの接着が上手く行かず、また、シールドシートの場所によって磁気特性が変わりやすい。熱処理時のロールの巻きつけ方向とシールドシートの巻きつけ方向を同じにすることでこれらの問題を緩和できる。また、磁気シールド装置に本発明の製造方法で使用した際、シールド特性を向上させることができる。

磁気シールド材は、Ｃｏ基非晶質合金薄帯のリボンの端部同士を重ね合わせたものがこのましい。重ねられたリボンは、磁気的および電気的に接触している。したがって、磁気シールドおよび電磁シールドとして、とらえた磁束あるいは電磁波の漏洩部がなくなるという利点がある。特に厚さ１００μｍ以下の薄帯であるアモルファスおよびナノ結晶材をシート形状にした磁気シールド材は、シート形状にした場合にリボンの端部同士の間に空隙が有ると磁束が漏洩しやすいため，重ね合わせ部分の存在は必要である。なお重ね合わせ形態としては、図７に示すように千鳥状に重ね合わせている。Ｃｏ基非晶質合金薄帯は巻き取り方向に対して同一側の面が一面に配置されるように並べる必要がある。

このＣｏ基非晶質合金薄帯の合金成分は、組成式：（Ｃｏ1-xＦｅx）100-a-b-cＭaＳｉbＢc［ただし、Ｍは、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｙ、希土類元素のうちから選ばれた少なくとも１種以上の元素］で表され、かつ、xが０〜０．１、aが０〜６、(b+c)が１８〜３０、bが８〜１８、cが７〜１８を満足することを特徴とする。ＮｉなどをＣｏに対して20原子％以下含有してもよい。不可避不純物は炭素、Ｐ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｈなどが該当するが、これらの総和は１原子％以下とする。

磁気シールド材は、Ｃｏ基非晶質合金薄帯を複数列並べ、樹脂にて一体化する。厚さ１００μｍ以下の薄帯においては、重ね合わせ部分があっても、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や塩化ビニルなどの熱可塑性の樹脂で覆うことによって、重ね合わせの段差を緩和して、十分な可撓性を有することができる。もちろん、磁性薄帯と樹脂の間に接着剤を介しても良い。また、本発明で使用する樹脂の厚さは、可撓性を確保するためには、５００μｍ以下の厚さであることが好ましい。

本発明のシールド部材は、次のような方法で製造することができる。まず、単ロール法などの液体急冷法によりアモルファス薄帯を作製する。次いでアモルファス合金はこのままの状態で使用することができるが、より優れた軟磁性を得るために、結晶化温度以下で熱処理しても良い。一方、ナノ結晶材では、アモルファス薄帯を作製した後、結晶化温度以上で熱処理し微結晶化させる。このようにして得られたアモルファス合金もしくはナノ結晶合金の磁性薄帯を磁気的および電気的に結合できるように、端部を部分的に重ね合わせて、並列に複数条ならべ、その少なくとも一方に樹脂製のシートを接着する。また、本発明において樹脂は一層である必要はなく、接着剤となる樹脂と補強用の樹脂と組み合わせるなど、多層化しても良い。

本発明の磁気シールド板は金属軟磁性体薄帯がロールと接触した側の面と、支持板との間に、接着剤を付けて貼り付けた構造をしている。この接着剤としては、熱可塑性樹脂からなるいわゆるホットメルト接着剤や、熱硬化性樹脂例えばエポキシ系接着剤を使用してもよいし、通常の常温で粘着性を持つものを用いてもよい。

樹脂のシートとしては、本発明の磁気シールド板の用途によって適当なものを選択すればよい。ポリマーシートは可撓性があり、水や空気を遮断する効果があり、また容易に成形体にもすることができる利点がある。ポリマーシートからなる支持板材料としては、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂（例えばポリエチレン樹脂、ポリブチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂など）、ビニル系樹脂（例えばポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂など）、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、合成ゴム（例えばＮＢＲ、ＳＢＲなど）、などの熱可塑性樹脂、あるいはそれらの共重合体、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。また、導電性の良い銅薄帯やアルミニウム薄帯を用いることができる。

本発明によれば、Ｃｏ系の非晶質合金薄帯を用い、超急冷で薄帯を製造する際に巻きつけてロールとし、熱処理することを考慮し、この巻きつけた際の湾曲方向に対して反るように磁気シールド装置に使用することで、磁気シールド特性を悪化させない磁気シールド装置を得ることができた。

（実施例１）
単ロール法により幅２５ｍｍ、平均厚さ２３μｍのＦｅ_ｂａｌＣｕ₁−Ｎｂ₃−Ｓｉ₁₅−Ｂ₆（ａｔ％）、残部Ｆｅからなるアモルファスリボンを作製し、連続的に製造されるＣｏ基非晶質合金薄帯を、単ロールとの接触面が内周側になるように心材に巻きつけロールとした。このロールを４２０℃で１時間熱処理し、磁気特性を向上させた。この熱処理による結晶化はなく、合金は非晶質のままである。ついで、磁気的、電気的に結合するように、図６に示すようにロールを段違いに配し、単ロールとの接触面が全て片方の側を向くようにＣｏ基非晶質合金薄帯を引き出した。Ｃｏ基非晶質合金薄帯は端部が重ね合わさるように並列に並べられた。各ロールから同じスピードで非晶質合金薄帯を引き出し、同スピードで引き出される塩化ビニル製のポリマーシートを両側から挟み込んだ。ポリマーシートの片側には接着剤が塗布されており、この非晶質合金薄帯の両面に密着させ、その後圧着用双ロールで全体を密着させ、磁気シールドシートを得た。この磁気シールドシートを最初のロールのＣｏ基非晶質合金薄帯湾曲方向と同じ方向になるように心材に巻きつけて磁気シールドシートロールを得た。
この磁気シールドシートを、図８に示す、磁気シールド装置のコーナーのＲ形状となる部分に使用した。磁気シールド材は、非晶質合金薄帯をロール状に巻きつけて熱処理した時の湾曲方向に対し、反るように湾曲させてシールドシートを設置した。

図８には、本発明によりコーナー部にＲ形状を付した磁気シールド装置の角部一部拡大断面図を示す。２層に重ねた磁性積層板1により磁気シールド空間６５を画定する。コーナー部Ｒ形状は２つの稜線が交差する角部９１においては、直交する２つのＲ部を複合したものとする。図示するように、２つの磁性積層板1と強化材と充当材によりコーナー部材１７を予め作製しておいたものを他のパネル部材に嵌合して磁気シールド装置の壁とすることができる。磁気シールド装置のコーナー部にパネル材を使用する場合には、パネルの強度部材のコーナー部には、Ｒを形成しておき、その上で磁性積層部材をコーナー部でＲを形成するように張り合わせ、コーナー部パネル部材として、これを設置すればよい。図中５３はアルミニウム製の骨組部材５３であり、内周壁を形成すると共に、これに複数の磁気シールドパネルを固定して壁を形成することができる。

磁気シールド性能を計るため、別途比較実験を行った。上記で用いたＣｏ基非晶質合金薄帯のロールと同方向にＣｏ基非晶質合金薄帯を湾曲させた磁気シールドシートロールを用意した。この磁気シールドシートを図３に示すような装置で磁気シールド特性を測定した。
磁気シールドシートを、直径１４０ｍｍ、軸長４７０ｍｍの円筒にシートロールの湾曲方向に対して反るように湾曲させ（逆巻き）１０周巻き回し磁気シールド円筒を作成した。表１は本発明で検討した４つの状態（巻き付け方向／リボン方向）を纏めたものである。２３μｍの厚みの磁性体を１０回巻き回しているため、このシールド円筒の総体磁性体厚みは0.23mmに相当する。この円筒に円筒外部に設置した直径１８００ｍｍ、コイル間隔６００ｍｍのヘルムホルツコイルを用いて磁場を印加し、磁気シールド円筒の有無による、中央点における磁場強度の比較を行った。この磁場シールド円筒の有無により観測された磁場強度比をシールド率と定義した。磁場強度は、周波数５０Ｈｚの磁界を０〜２００μＴまで印加した。図１に測定した結果を示す。図中、逆巻き有利と記載した白丸線が本発明の製造方法で得られる磁気シールド円筒のシールド率である。

また、比較例１として、上記の実施例とは逆に、シートロールの湾曲方向に対して同方向に湾曲させ、１０周巻き回して磁気シールド円筒を作成した。図中、順巻き有利と記載した白三角線が本発明の製造方法で得られる磁気シールド円筒のシールド率である。
両者を比較すると、本発明により製造された磁気シールド円筒のシールド率が比較の磁気シールド円筒のものより向上していることが解る。特に印加磁界が５μＴｒｍｓ以下の時に顕著な効果が見られる。心磁計や脳波形などの人体の微弱電流を測定する磁気シールドルームなどでは、この印加磁界の低い領域で使用されるため、これに用いることで本発明の効果が特に期待される。

また、比較例２、３として、シールドシートの製法を変え、シート化する際に薄帯を心材に対して平行にして隙間無く並べ、樹脂シートで挟み、心材に巻きつけたシールドシートロールを作製した。このシールドシートの湾曲方向に対して、上記と同様に同じ方向に湾曲させたものと逆方向に反らせて湾曲させた磁気シールド円筒を作製した。その他の製造条件および実験条件は上記の本発明のものと同様に行った。図１中、順巻き不利と記載した黒菱線、および逆巻き不利と記載した黒三角線がその磁気シールド率の測定値である。

（比較例）
また、Ｃｏ基非晶質合金薄帯ではなく、Ｆｅ基のナノ結晶合金薄帯を用いて同様の実験を行った。Ｆｅ基ナノ結晶合金薄帯として、単ロール法により幅２５ｍｍ、平均厚さ２３μｍのＦｅ_ｂａｌＣｕ₁−Ｎｂ₃−Ｓｉ₁₅−Ｂ₆（ａｔ％）からなるアモルファスリボン（日立金属製：ファインメット材）を作製し、連続的に製造されるFe基非晶質合金薄帯を、単ロールとの接触面が内周側になるように心材に巻きつけロールとした。このロールを５５０℃で１時間熱処理し、１００ｎｍ以下のｂｃｃＦｅの微細結晶からなるナノ結晶材薄帯を得た。
以降は実施例１での本発明で行った実施例、比較例と同様にして実験を行った。その測定した磁気シールド率を図２に示す。薄帯の長さ方向を磁気シールド円筒の軸に平行に設置する、順巻き不利と記載した黒菱線と、逆巻き不利と記載した黒三角線の磁気シールド率は、印加磁界が１０μＴｒｍｓ以下の領域でほぼ同じシールド率(１５ｄＢ)を示した。また、Ｆｅ基ナノ結晶合金薄帯を周方向に巻き回した順巻き有利と記載した白丸線と逆巻き有利と記載した白三角線は前記の不利方向（薄帯の長さ方向を磁気シールド円筒の軸に平行に設置して巻いたもの）よりほぼ低いシールド率である。さらに、順巻きと逆巻きでは順巻き（薄帯のロールの湾曲方向に対して同じ方向に湾曲させたもの）でのシールド率より逆巻き（薄帯のロールの湾曲方向に対して逆方向に反らせて湾曲させたもの）でのシールド率の方が、印加磁界が低い領域において高くなり、Ｃｏ基非晶質合金薄帯を使用した本実施例の傾向と全く逆の現象が起きることがわかった。

本発明の製造方法を用いた磁気シールド装置のシールド特性を比較したものである。Ｆｅ基ナノ結晶薄帯を用いた場合のシールド特性である。シールド特性を測定した装置の概略図である。磁気シールド装置への薄帯の巻き方を説明した図である。磁気シールド装置への薄帯の巻き方を説明した別の図である。シールドシートの作製状況を示す模式図である。合金薄帯の重ね合わせの状態を示す図である。磁気シールド装置の一例を示す図である。

符号の説明

１…磁気シールド積層板、２接着ロール、３磁性薄帯巻出機、４非拘束磁性薄帯、５シールドシートロール、６樹脂フィルムロール、７合金薄帯ロール、８圧着ロール、９シールドシート、１５…アルミニウム骨組部材、５３…アルミニウム骨組部材、６５…磁気シールド空間、９１…コーナー部

Claims

ロール超急冷により製造されたＣｏ基非晶質合金薄帯を巻き取ってロールとした後、熱処理を施したものを複数並列に並べ、片面もしくは両面に樹脂シートを貼付けたシート形状とした磁気シールド材を用いて製作した磁気シールド装置において、前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯の合金成分が、組成式：（Ｃｏ1-xＦｅx）100-a-b-cＭaＳｉbＢc［ただし、Ｍは、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｙ、希土類元素のうちから選ばれた少なくとも１種以上の元素］で表され、かつ、xが０〜０．１、aが０〜１０、(b+c)が１８〜３０、bが８〜１８、cが７〜１８を満足し、不可避不純物が１原子％以下含むものであって、磁気シールド空間を区画する磁気シールド装置の角部、隅部のＲ形状となる部分に前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を前記熱処理したときの湾曲方向とは反対側に、反るように湾曲させて前記Ｒ形状に沿うよう設置することを特徴とする磁気シールド装置の製造方法。
前記磁気シールド装置のシールド材は、前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を複数並列に並べ、片面もしくは両面に樹脂シートを貼付けたシート形状であり、かつ前記Ｃｏ基非晶質合金薄帯はロールの外周面が全て同一面側に向くように並べられることを特徴とする請求項１の磁気シールド装置の製造方法。