JP4748538B2 - 磁性体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、透磁率に優れた磁性体の製造方法に関する。
近年、エレクトロニクス分野において、電子機器の小型化、高周波数化が進んでおり、その結果ＬＳＩやマイクロプロセッサなどは不要ノイズが放射し易くなっている。更に、通信分野での無線ＬＡＮや光ファイバーを用いた高速通信網などはもちろん、高度な道路交通システムとしてＥＴＳ(自動料金収受システム），ＡＨＳ（走行支援道路システム）にもＧＨz帯の周波数が利用される予定であり、今後、高周波利用範囲は更に拡大していくことが予想される。加えて、最近の電子機器の低消費電力化によるノイズマージン低下や電子機器の小型化により、機器内部のノイズ環境はさらに悪化し、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）による誤動作が問題になっている。
上記問題への対策の一つとして、磁性体を電磁波吸収体に利用することが考えられている。例えば、電子機器内部でのＥＭＩを低減させるために、電子機器内部に電波吸収体を配置するなどの対策がとられている。従来、ＧＨｚ帯用電波吸収体としては、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物とスピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料や軟磁性金属材料などの磁性損失材料とを複合化してシート状にしたものが主に使用されている。
軟磁性金属材料については、粒子の厚さを表皮深さ以下の扁平形状とすることによる渦電流の抑制効果及び形状磁気異方性の効果によって電磁波吸収体としての限界周波数は１０ＧＨｚ程度まで伸ばすことができる。
一方、ミリ波領域に対応する電磁波吸収体としては、従来からカーボンブラック粒子やカーボンファイバー等のカーボン系材料を、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物に分散させた電磁波吸収体が知られている。
軟磁性金属材料については、粒子の厚さを表皮深さ以下の扁平形状とすることによる渦電流の抑制効果及び形状磁気異方性の効果によって電磁波吸収体としての限界周波数は１０ＧＨｚ程度まで伸ばすことができる。
一方、ミリ波領域に対応する電磁波吸収体としては、従来からカーボンブラック粒子やカーボンファイバー等のカーボン系材料を、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物に分散させた電磁波吸収体が知られている。
高温の環境下においても使用し得る、耐熱性のある電磁波吸収体として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属および元素周期律表第VIII族に含まれる金属から選ばれた少なくとも１種を担持したカーボンナノチューブを含む電磁波吸収材が開示されている
（特許文献１参照）。
（特許文献１参照）。
しかし、スピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料の比透磁率は、スネークの限界則に従い、ＧＨｚ帯では急激に減少してしまう。そのため、電磁波吸収体としての限界周波数は数ＧＨｚである。さらにカーボン系材料については、電磁波吸収性能としては十分とは言えない。上記特許文献１に開示された電磁波吸収材は、高周波域における電磁波吸収性は必ずしも十分なものとはいえない。そこでＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域まで使用できる電磁波吸収特性に優れた新しい電磁波吸収材の開発が望まれている。
一方、初期透磁率の高いセンダストなどの磁性体金属材料は、アンテナ磁心等の材料として使われてきたが、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域における透磁率の損失が大きく、高周波領域に適用できる材料とはなっていない。このようなセンダストの高周波領域における透磁率の損失の増大の大きな理由のひとつに磁歪が大きいことにあると考えられる。すなわち、高周波領域で磁歪が生じることにより磁壁移動速度が律速になって実効透磁率が低下する。 本発明の目的は、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域まで優れた電磁波吸収特性を有する磁性体の製造方法を提供することにある。
一方、初期透磁率の高いセンダストなどの磁性体金属材料は、アンテナ磁心等の材料として使われてきたが、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域における透磁率の損失が大きく、高周波領域に適用できる材料とはなっていない。このようなセンダストの高周波領域における透磁率の損失の増大の大きな理由のひとつに磁歪が大きいことにあると考えられる。すなわち、高周波領域で磁歪が生じることにより磁壁移動速度が律速になって実効透磁率が低下する。 本発明の目的は、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域まで優れた電磁波吸収特性を有する磁性体の製造方法を提供することにある。
磁性体金属材料の上記高周波領域における損失の増大の大きな理由のひとつに磁歪が大きいことにある。そこで、磁性体金属材料中に添加すると磁歪を緩和して、上記高周波領域での透磁率特性、損失を改善することが可能な無機材料について検討した。
デバイ温度は、各固体に固有な、比熱の温度変化の傾きを示す値であり、デバイ温度が小さい物質は低い温度で比熱の飽和に達し、逆にデバイ温度が大きい物質は、比熱の温度変化の傾きが小さく、飽和するのに高い温度を要する。
デバイ温度が高い磁性材料は振動の伝わりが早く、上記高周波領域での磁歪に対して追従し易くなるので、上記高周波領域での緩和効果を示すことが出来る。本発明において、磁性材料粒子にデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する傾向のあることを確認した。
一方、デバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料であっても、上記向上効果の極めて少ない炭素構造材料が存在することを見出した。そこで鋭意研究した結果、磁歪の追従性が向上効果には、ヤング率の影響も受けることを見出した。すなわち、ヤング率が高い材料は弾性変形領域が広く、磁歪緩和の際に弾性的な挙動を示すことができる。その結果、大きい磁歪を緩和する際にも塑性変形せず、常に同じ緩和効果を示すことが出来る。本発明において、デバイ温度が９００Ｋ以上であっても、ヤング率が９００Ｋ以下の炭素構造材を磁性材料粒子に添加しても磁歪の追従性の向上効果が少ないことを確認できた。上記知見から、ヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に一定割合配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合した後、加熱焼結することにより、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できる磁性体が得られることを見出し、本発明を完成させた。
以下、単層カーボンナノチューブ（Single-Wall Carbon Nanotubess）をＳＷＣＮＴということがある。また、多層カーボンナノチューブ（Multi-Wall Carbon Nanotubess）をＭＷＣＮＴということがある。
デバイ温度は、各固体に固有な、比熱の温度変化の傾きを示す値であり、デバイ温度が小さい物質は低い温度で比熱の飽和に達し、逆にデバイ温度が大きい物質は、比熱の温度変化の傾きが小さく、飽和するのに高い温度を要する。
デバイ温度が高い磁性材料は振動の伝わりが早く、上記高周波領域での磁歪に対して追従し易くなるので、上記高周波領域での緩和効果を示すことが出来る。本発明において、磁性材料粒子にデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する傾向のあることを確認した。
一方、デバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料であっても、上記向上効果の極めて少ない炭素構造材料が存在することを見出した。そこで鋭意研究した結果、磁歪の追従性が向上効果には、ヤング率の影響も受けることを見出した。すなわち、ヤング率が高い材料は弾性変形領域が広く、磁歪緩和の際に弾性的な挙動を示すことができる。その結果、大きい磁歪を緩和する際にも塑性変形せず、常に同じ緩和効果を示すことが出来る。本発明において、デバイ温度が９００Ｋ以上であっても、ヤング率が９００Ｋ以下の炭素構造材を磁性材料粒子に添加しても磁歪の追従性の向上効果が少ないことを確認できた。上記知見から、ヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に一定割合配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合した後、加熱焼結することにより、ＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できる磁性体が得られることを見出し、本発明を完成させた。
以下、単層カーボンナノチューブ（Single-Wall Carbon Nanotubess）をＳＷＣＮＴということがある。また、多層カーボンナノチューブ（Multi-Wall Carbon Nanotubess）をＭＷＣＮＴということがある。
すなわち、本発明は、（１）複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料とを加熱焼結して一体化された磁性体の製造方法であって、
該磁性材料粒子と炭素構造材料とをその体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合することを特徴とする磁性体の製造方法に関する発明である。
また、本発明の第１の態様においては、下記（２）〜（９）の態様とすることができる。
（２）前記ボールミルにより混合する時間が１０分以上である。
（３）前記ボールミルが遊星型ボールミルである。
（４）前記磁性体における炭素構造材料の平均間隔が１０μｍ以下である。
（５）前記炭素構造材料が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンの中から選択される１種又は２種以上を含む。
（６）前記磁性材料粒子が（ｉ）Fe、（ii）Ni、（iii）Co、（iv）Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される１種又は２種以上の元素を含む鉄系合金、（ｖ）Mn系合金、及び（vi）Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される１種又は２種以上を含む強磁性材料である。
（７）前記鉄系合金が、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金（センダスト）、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される１種又は２種以上であり、Mn系合金がMn-Zn系合金 (MnZnフェライト)又はMn-Al系合金（MnAl磁石）である。
（８）前記磁性材料粒子がFe-Si-Al系合金（センダスト）を含む強磁性材料である。
（９）前記炭素構造材料が粒子径１〜１００μｍの範囲にある磁性材料粒子間に存在している。
該磁性材料粒子と炭素構造材料とをその体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合することを特徴とする磁性体の製造方法に関する発明である。
また、本発明の第１の態様においては、下記（２）〜（９）の態様とすることができる。
（２）前記ボールミルにより混合する時間が１０分以上である。
（３）前記ボールミルが遊星型ボールミルである。
（４）前記磁性体における炭素構造材料の平均間隔が１０μｍ以下である。
（５）前記炭素構造材料が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンの中から選択される１種又は２種以上を含む。
（６）前記磁性材料粒子が（ｉ）Fe、（ii）Ni、（iii）Co、（iv）Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される１種又は２種以上の元素を含む鉄系合金、（ｖ）Mn系合金、及び（vi）Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される１種又は２種以上を含む強磁性材料である。
（７）前記鉄系合金が、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金（センダスト）、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される１種又は２種以上であり、Mn系合金がMn-Zn系合金 (MnZnフェライト)又はMn-Al系合金（MnAl磁石）である。
（８）前記磁性材料粒子がFe-Si-Al系合金（センダスト）を含む強磁性材料である。
（９）前記炭素構造材料が粒子径１〜１００μｍの範囲にある磁性材料粒子間に存在している。
本発明によれば、従来の磁性体よりも高周波領域において透磁率の低下が相対的に少ない、優れた透磁性を有する磁性体の製造方法を提供できる。
以下、本発明の構成について詳述する。尚、本発明における磁性体は、実質的には磁性材料と記載することもできる。
本発明の「磁性体の製造方法」は、複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料とを加熱焼結して一体化された磁性体の製造方法であって、
該磁性材料粒子と炭素構造材料とをその体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合することを特徴とする。
以下に（１）炭素構造材料、（２）デバイ温度の測定、（３）ヤング率の測定、（４）炭素構造材料の平均間隔の測定、（５）磁性材料粒子、（６）、炭素構造材料と磁性材料粒子との配合割合、（７）炭素構造材料と磁性材料粒子との混合と焼結、及び（８）電磁波吸収材について説明する。
（１）炭素構造材料
炭素構造材料としては、一般に単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノホーン、フラーレン、フラーレン重合物、フラーレン誘導体、カーボンナノファイバー、活性炭素等が挙げられるが、本発明で使用する炭素構造材料としては、これらの中でも単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、フラーレン、フラーレン重合物、及びフラーレン誘導体が好ましい。
（ｉ）カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブとは、グラファイトの１枚面を巻いた筒状形状を有するものをいい、１層に巻かれたものを単層カーボンナノチューブ、２層に巻かれたものを２層カーボンナノチューブ、多層に巻かれたものを多層カーボンナノチューブという。
本発明の「磁性体の製造方法」は、複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料とを加熱焼結して一体化された磁性体の製造方法であって、
該磁性材料粒子と炭素構造材料とをその体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合することを特徴とする。
以下に（１）炭素構造材料、（２）デバイ温度の測定、（３）ヤング率の測定、（４）炭素構造材料の平均間隔の測定、（５）磁性材料粒子、（６）、炭素構造材料と磁性材料粒子との配合割合、（７）炭素構造材料と磁性材料粒子との混合と焼結、及び（８）電磁波吸収材について説明する。
（１）炭素構造材料
炭素構造材料としては、一般に単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノホーン、フラーレン、フラーレン重合物、フラーレン誘導体、カーボンナノファイバー、活性炭素等が挙げられるが、本発明で使用する炭素構造材料としては、これらの中でも単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、フラーレン、フラーレン重合物、及びフラーレン誘導体が好ましい。
（ｉ）カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブとは、グラファイトの１枚面を巻いた筒状形状を有するものをいい、１層に巻かれたものを単層カーボンナノチューブ、２層に巻かれたものを２層カーボンナノチューブ、多層に巻かれたものを多層カーボンナノチューブという。
（ii）カーボンナノホーン
カーボンナノホーンとはグラファイトの１枚面が円錐状に巻かれた形状を有しており、１層に巻かれたものを単層カーボンナノホーンといい、２層に巻かれたものを２層カーボンナノホーンといい、３層以上の多層に巻かれたものを多層カーボンナノホーンという。
（iii）フラーレン
フラーレンとは炭素原子からなるクラスターで、炭素の同素体であり、通常はＣ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４などから選ばれる。フラーレン重合物とは、２個のＣ60が結合して出来た二量体や、さらに密に結合した落花生型などのＣ120、３個が結合したトリマーのＣ180やｎ個が結合したポリマーなども合成されている。
フラーレン誘導体とは前記フラーレンが官能基化修飾されたものであれば特に限定しないが、本発明では−ＯＨ、−ＯＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＯＰＯ（ＯＨ）３の官能基の内、少なくとも１つ以上含むものが好ましい。
（iv）カーボンナノファイバー
カーボンナノファイバーとは直径が１〜５００ｎｍであり、長さが１μｍ以上の成分組成が炭素５０％以上であるものとし、ロッド状でも中空状でもよい。
カーボンナノホーンとはグラファイトの１枚面が円錐状に巻かれた形状を有しており、１層に巻かれたものを単層カーボンナノホーンといい、２層に巻かれたものを２層カーボンナノホーンといい、３層以上の多層に巻かれたものを多層カーボンナノホーンという。
（iii）フラーレン
フラーレンとは炭素原子からなるクラスターで、炭素の同素体であり、通常はＣ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４などから選ばれる。フラーレン重合物とは、２個のＣ60が結合して出来た二量体や、さらに密に結合した落花生型などのＣ120、３個が結合したトリマーのＣ180やｎ個が結合したポリマーなども合成されている。
フラーレン誘導体とは前記フラーレンが官能基化修飾されたものであれば特に限定しないが、本発明では−ＯＨ、−ＯＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＯＰＯ（ＯＨ）３の官能基の内、少なくとも１つ以上含むものが好ましい。
（iv）カーボンナノファイバー
カーボンナノファイバーとは直径が１〜５００ｎｍであり、長さが１μｍ以上の成分組成が炭素５０％以上であるものとし、ロッド状でも中空状でもよい。
（２）デバイ温度の測定
ナノカーボンのデバイ温度は、参考文献２（J. Hone, B. Batlogg, Z. Benes, A. T. Johnson, J. E. Fischer Science 289 1730 (2000)）の記載に基き求めた温度である。すなわち、フォノンＤＯＳを用いて測定材料について１〜３００Ｋの範囲における比熱Ｃを測定し、その測定点を縦軸に比熱Ｃ、横軸に測定温度の３乗値にして、図にプロットして第一次近似直線を引き、その傾きを算出してデバイ温度を決定した。
測定材料は、上記に記載したと同じ炭素構造材料、貴金属のナノチューブであるＡｇチューブ及びＰｔチューブを用いた。その結果、下記の値が得られた。
尚、上記したように、磁性材料粒子にデバイ温度が９００Ｋ以上の下記炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する効果が得られる。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）：２０００Ｋ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）：１０００Ｋ
（ｃ）カーボンナノホーン：１２００Ｋ
（ｄ）フラーレン：１８００Ｋ
（ｅ）カーボンファイバー：２２３０Ｋ
（ｆ）カーボンウィスカー：１８００Ｋ
（ｇ）Ａｇチューブ：２２５Ｋ
（ｈ）Ｐｔチューブ：２４０Ｋ
上記測定値から、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンは高いヤング率、すなわち高い弾性率を有していることがわかる。
ナノカーボンのデバイ温度は、参考文献２（J. Hone, B. Batlogg, Z. Benes, A. T. Johnson, J. E. Fischer Science 289 1730 (2000)）の記載に基き求めた温度である。すなわち、フォノンＤＯＳを用いて測定材料について１〜３００Ｋの範囲における比熱Ｃを測定し、その測定点を縦軸に比熱Ｃ、横軸に測定温度の３乗値にして、図にプロットして第一次近似直線を引き、その傾きを算出してデバイ温度を決定した。
測定材料は、上記に記載したと同じ炭素構造材料、貴金属のナノチューブであるＡｇチューブ及びＰｔチューブを用いた。その結果、下記の値が得られた。
尚、上記したように、磁性材料粒子にデバイ温度が９００Ｋ以上の下記炭素構造材料を添加することにより、磁歪の追従性が向上する効果が得られる。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）：２０００Ｋ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）：１０００Ｋ
（ｃ）カーボンナノホーン：１２００Ｋ
（ｄ）フラーレン：１８００Ｋ
（ｅ）カーボンファイバー：２２３０Ｋ
（ｆ）カーボンウィスカー：１８００Ｋ
（ｇ）Ａｇチューブ：２２５Ｋ
（ｈ）Ｐｔチューブ：２４０Ｋ
上記測定値から、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンは高いヤング率、すなわち高い弾性率を有していることがわかる。
尚、上記測定に用いた炭素構造材料は、以下の通りである。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：ＳＷＣＮＴ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）（＊層数は２〜１０層）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：Ｂ−ＭＷＮＴ
（ｃ）カーボンナノホーン
ＮＥＣ（株）製、カーボンナノホーン
（ｄ）フラーレン
フロンティアカーボン（株）製、商品名：フラーレンＣ６０−ＳＵＨ
（ｅ）カーボンファイバー
昭和電気工業（株）製、商品名：気相成長炭素繊維
（ｆ）カーボンウィスカー
東海カーボン（株）製、商品名：トーカブラック
（ｇ）Ａｇチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ａｇコロイド
（ｈ）Ｐｔチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ｐｔファイバー
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：ＳＷＣＮＴ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）（＊層数は２〜１０層）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：Ｂ−ＭＷＮＴ
（ｃ）カーボンナノホーン
ＮＥＣ（株）製、カーボンナノホーン
（ｄ）フラーレン
フロンティアカーボン（株）製、商品名：フラーレンＣ６０−ＳＵＨ
（ｅ）カーボンファイバー
昭和電気工業（株）製、商品名：気相成長炭素繊維
（ｆ）カーボンウィスカー
東海カーボン（株）製、商品名：トーカブラック
（ｇ）Ａｇチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ａｇコロイド
（ｈ）Ｐｔチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ｐｔファイバー
（３）ヤング率の測定
本発明において、炭素構造材料のヤング率は、参考文献１（ Wong E W, Sheehan P E and Lieber C M 1997 Science 277 1971）の記載に基づき、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope; AFM）を用いて得られる測定値である。ＭｏＳ基板に炭素構造材料の一端を固定し、他端をＡＦＭの探針のスキャンモードにより接触させ、振動させてナノカーボンが元の状態に回復することからヤング率を求めた。また参考として貴金属のナノチューブであるＡｇチューブとＰｔチューブをそれぞれ準備し、同様にヤング率を測定した。各無機材料のヤング率の測定結果、は以下の通りである。
尚、上記したように、下記のヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に添加することにより、高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できる。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）：５０００ＧＰａ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）：１０００ＧＰａ
（ｃ）カーボンナノホーン：４２００ＧＰａ
（ｄ）フラーレン：１１００ＧＰａ
（ｅ）カーボンナノファイバー：６８０ＧＰａ
（ｆ）カーボンウィスカー：８００ＧＰａ
（ｇ）Ａｇチューブ：８２．７ＧＰａ
（ｈ）Ｐｔチューブ：１６８ＧＰａ
本発明において、炭素構造材料のヤング率は、参考文献１（ Wong E W, Sheehan P E and Lieber C M 1997 Science 277 1971）の記載に基づき、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope; AFM）を用いて得られる測定値である。ＭｏＳ基板に炭素構造材料の一端を固定し、他端をＡＦＭの探針のスキャンモードにより接触させ、振動させてナノカーボンが元の状態に回復することからヤング率を求めた。また参考として貴金属のナノチューブであるＡｇチューブとＰｔチューブをそれぞれ準備し、同様にヤング率を測定した。各無機材料のヤング率の測定結果、は以下の通りである。
尚、上記したように、下記のヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料粒子に添加することにより、高い周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制できる。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）：５０００ＧＰａ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）：１０００ＧＰａ
（ｃ）カーボンナノホーン：４２００ＧＰａ
（ｄ）フラーレン：１１００ＧＰａ
（ｅ）カーボンナノファイバー：６８０ＧＰａ
（ｆ）カーボンウィスカー：８００ＧＰａ
（ｇ）Ａｇチューブ：８２．７ＧＰａ
（ｈ）Ｐｔチューブ：１６８ＧＰａ
（４）炭素構造材料の平均間隔の測定
（ｉ）炭素構造材料の平均間隔について
上記したように、ヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料に添加することにより、高周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制することができる。
一方、炭素構造材料を磁性材料に添加する際に、混合方法により分散状態が相違し、高周波領域における透磁率の低下抑制効果も異なってくることを見出した。前記分散状態は、炭素構造材料と磁性材料の混合時間の影響を受ける。本発明において、磁性材料に添加した炭素構造材料の平均が10μｍ以下の距離で分散している場合には、高周波領域における透磁率の低下を更に抑制できることを見出した。
これは磁歪の緩和を行うに際して緩和効果を示す炭素構造材料が弾性変形するときに、距離が10μｍ以下の領域では磁歪のほとんどを緩和できるためと推定される。
（ii）炭素構造材料の平均間隔の測定
炭素構造材料の平均間隔の測定を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）観察にて行う。
ＳＥＭ写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を１０個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に１０個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ４５本の直線の長さを足し合わせた後、４５で割って平均化して平均間隔を得た。
（ｉ）炭素構造材料の平均間隔について
上記したように、ヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料を磁性材料に添加することにより、高周波領域においても透磁率の低下を顕著に抑制することができる。
一方、炭素構造材料を磁性材料に添加する際に、混合方法により分散状態が相違し、高周波領域における透磁率の低下抑制効果も異なってくることを見出した。前記分散状態は、炭素構造材料と磁性材料の混合時間の影響を受ける。本発明において、磁性材料に添加した炭素構造材料の平均が10μｍ以下の距離で分散している場合には、高周波領域における透磁率の低下を更に抑制できることを見出した。
これは磁歪の緩和を行うに際して緩和効果を示す炭素構造材料が弾性変形するときに、距離が10μｍ以下の領域では磁歪のほとんどを緩和できるためと推定される。
（ii）炭素構造材料の平均間隔の測定
炭素構造材料の平均間隔の測定を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）観察にて行う。
ＳＥＭ写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を１０個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に１０個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ４５本の直線の長さを足し合わせた後、４５で割って平均化して平均間隔を得た。
（５）磁性材料粒子
本発明で使用する磁性材料粒子の磁性材料は、軟磁性材料であり、（ｉ）Fe、（ii）Ni、（iii）Co、（iv）Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む鉄系合金、（ｖ）Mn系合金、及び（vi）Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される１種又は２種以上含む強磁性材料である。
前記鉄系合金の中で好ましいのは、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金（センダスト）、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される１種又は２種以上である。また、Mn系合金としては、Mn-Zn系合金 (MnZnフェライト)及びMn-Al系合金（ＭｎＡｌ磁石）が例示できる。
本発明で使用する磁性材料粒子の磁性材料は、軟磁性材料であり、（ｉ）Fe、（ii）Ni、（iii）Co、（iv）Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む鉄系合金、（ｖ）Mn系合金、及び（vi）Sm-Co化合物(サマリウム磁石)から選択される１種又は２種以上含む強磁性材料である。
前記鉄系合金の中で好ましいのは、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金（センダスト）、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される１種又は２種以上である。また、Mn系合金としては、Mn-Zn系合金 (MnZnフェライト)及びMn-Al系合金（ＭｎＡｌ磁石）が例示できる。
上記酸化鉄は、酸化鉄系磁性体粒子であれば特に限定されるものではないが、例えば、Fe2 O3 にMnO、ZnO、NiO、MgO、CuO、Li2 O等を組み合わせたフェライト；NiO-MnO-ZnO-Fe2 O3 、MnO-ZnO-Fe2 O3 、NiO-ZnO-Fe2 O3 等のスピネル型フェライト；ガーネット型フェライト；スピネル型（立方晶）のγ-Fe2 O3 、Fe3 O4 等の粒子を挙げることができる。これらのうち、本発明においては、Li、Mg、Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Sn、Sr、Ba等を含有する鉄酸化物を使用することが好ましい。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
これらのうち、好ましくはSi、B、Al、Co、Ni、Cr、V、Sn、Zn、Pb、Mn、Mo及びAgからなる群より選択される少なくとも１種を含むFe磁性合金粒子、Fe、Co又はNiの磁性金属単体粒子である。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中で特に好ましいのは、Fe-Si-Al系合金（センダスト）を含む強磁性材料粒子である。
磁性材料粒子の粒子径範囲は、０．１〜３００μｍであるものが使用される。
上記磁性粒子のうち、粒子径が１００μｍ以上のものは、例えば、上記金属磁性体、金属酸化物磁性体等の磁性体塊を、スタンプミル等を用いて粉砕した後に、機械的湿式分級、乾式篩い分け法、湿式篩い分け法、気流分気流分級等により分級して得ることができる。
または、研削などによる削り出しにより、同様の粒子を得ることができる。
上記粒子径が１００μｍ以上の磁性粒子を含有する磁性粉体層（Ｂ）は、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波を磁性損失により効率的に吸収することができる。
上記磁性粒子のうち、粒子径が１００μｍ以上のものは、例えば、上記金属磁性体、金属酸化物磁性体等の磁性体塊を、スタンプミル等を用いて粉砕した後に、機械的湿式分級、乾式篩い分け法、湿式篩い分け法、気流分気流分級等により分級して得ることができる。
または、研削などによる削り出しにより、同様の粒子を得ることができる。
上記粒子径が１００μｍ以上の磁性粒子を含有する磁性粉体層（Ｂ）は、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの電磁波を磁性損失により効率的に吸収することができる。
（６）炭素構造材料と磁性材料粒子との配合割合
前記磁性体中の磁性材料と炭素構造材料の体積割合（磁性材料／炭素構造材料）は、７０〜９９％／１〜３０％からなる。
前記炭素構造材料の体積割合が１％未満では、磁性材料粉末の間に十分に行渡らないという不都合を生じ、３０％を超えると透磁率が低下するという不都合を生じる。
より好ましい体積割合（磁性材料／炭素構造材料）は、８０〜９０％／１０〜２０％である。
前記磁性体中の磁性材料と炭素構造材料の体積割合（磁性材料／炭素構造材料）は、７０〜９９％／１〜３０％からなる。
前記炭素構造材料の体積割合が１％未満では、磁性材料粉末の間に十分に行渡らないという不都合を生じ、３０％を超えると透磁率が低下するという不都合を生じる。
より好ましい体積割合（磁性材料／炭素構造材料）は、８０〜９０％／１０〜２０％である。
（７）炭素構造材料と磁性材料粒子との混合と焼結
本発明の磁性体の製造方法において、前記磁性材料粒子と、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料の体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が前記７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合する。
前記磁性材料粒子と炭素構造材料とを前記割合に配合後、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率が１０以上になる場合には本願明細書の実施例２〜５に示すように５００Ｈｚから１ＧＨｚ間の透磁率も顕著に向上することが確認されている。
前記ボールミルにより１０分間以上の混合を行うことが好ましい。
このような混合により、後述する焼結後に得られる磁性体のＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域での透磁率が顕著に向上するのは、本明細書の実施例において確認されているように前述の少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料である。一方、ヤング率が９００ＧＰａ未満及び／又はデバイ温度が９００Ｋ未満であるカーボンナノファイバー、カーボンウィスカー、Ａｇチューブ、及びＰｔチューブにおいては、このような透磁率の向上効果は得られない。
ボールミルとして、広く使用されている遊星型ボールミルを使用して微粒子を混合することが好ましい。尚、前記ボールミル回転数は２００ｒｐｍ程度以上が好ましい。
前記混合された磁性材料粒子と炭素構造材料とは加熱処理して焼結させることにより一体化される。粒子径範囲が０．１〜３００μｍ程度の磁性材料粒子と、炭素構造材料粒子をよく混合して加熱焼結させる。前記焼結の温度条件は、金属、合金又は金属酸化物等が焼結する温度にまで加熱することにより、金属、合金又は金属酸化物が融着現象を生じて炭素構造材料に焼結する温度である。
本発明の磁性体の製造方法において、前記磁性材料粒子と、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料の体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が前記７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合する。
前記磁性材料粒子と炭素構造材料とを前記割合に配合後、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率が１０以上になる場合には本願明細書の実施例２〜５に示すように５００Ｈｚから１ＧＨｚ間の透磁率も顕著に向上することが確認されている。
前記ボールミルにより１０分間以上の混合を行うことが好ましい。
このような混合により、後述する焼結後に得られる磁性体のＭＨｚ帯から１ＧＨｚの高周波領域での透磁率が顕著に向上するのは、本明細書の実施例において確認されているように前述の少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料である。一方、ヤング率が９００ＧＰａ未満及び／又はデバイ温度が９００Ｋ未満であるカーボンナノファイバー、カーボンウィスカー、Ａｇチューブ、及びＰｔチューブにおいては、このような透磁率の向上効果は得られない。
ボールミルとして、広く使用されている遊星型ボールミルを使用して微粒子を混合することが好ましい。尚、前記ボールミル回転数は２００ｒｐｍ程度以上が好ましい。
前記混合された磁性材料粒子と炭素構造材料とは加熱処理して焼結させることにより一体化される。粒子径範囲が０．１〜３００μｍ程度の磁性材料粒子と、炭素構造材料粒子をよく混合して加熱焼結させる。前記焼結の温度条件は、金属、合金又は金属酸化物等が焼結する温度にまで加熱することにより、金属、合金又は金属酸化物が融着現象を生じて炭素構造材料に焼結する温度である。
（８）電磁波吸収材
本発明の磁性体の製造方法により製造された磁性体の用途である「電磁波吸収材」は、前記加熱焼結して得られた磁性体が、該磁性体を構成する磁性材料粒子及び炭素構造材料よりも高電気抵抗率を有する結合材に混在している材料である。上記磁性体は、そのままでは層状化が困難であるので、通常上記磁性体を結合材内に分散させた電磁波吸収材として使用される。
上記結合材としては、上記磁性材料粒子との濡れ性、混練加工時の粘度、耐熱性、耐化学性、耐水性、フィルムの物性等を考慮して熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のうちから適宜選択することができる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体から選択される１種又は２種以上が好ましい。上記結合材として熱可塑性樹脂を使用する場合は、例えば上記磁性材料粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混練して、シート化した電磁波吸収材として使用される。
なお、上記磁性体は上記結合材と混在していればよく、前記態様に限定されるものではない。
本発明の磁性体の製造方法により製造された磁性体の用途である「電磁波吸収材」は、前記加熱焼結して得られた磁性体が、該磁性体を構成する磁性材料粒子及び炭素構造材料よりも高電気抵抗率を有する結合材に混在している材料である。上記磁性体は、そのままでは層状化が困難であるので、通常上記磁性体を結合材内に分散させた電磁波吸収材として使用される。
上記結合材としては、上記磁性材料粒子との濡れ性、混練加工時の粘度、耐熱性、耐化学性、耐水性、フィルムの物性等を考慮して熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のうちから適宜選択することができる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、及びエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体から選択される１種又は２種以上が好ましい。上記結合材として熱可塑性樹脂を使用する場合は、例えば上記磁性材料粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混練して、シート化した電磁波吸収材として使用される。
なお、上記磁性体は上記結合材と混在していればよく、前記態様に限定されるものではない。
上記結合材は、上記磁性材料粒子１００重量部に対して、４〜８０重量部配合されることが好ましい。前記４重量部未満であると、透磁率が低くなりすぎ、前記８０重量部を超える場合には粒子の充填が難しくなるという問題がある。
上記磁性粉体層（Ｂ）の厚さは、０．１５〜２０ｍｍであることが好ましい。０．１５ｍｍ未満であると、磁界ノイズを充分に吸収することができず、２０ｍｍを超えると、不要電磁波の吸収に対する効果に問題はないが、その厚さにより使用範囲が限定され、筐体形状に合わせた設置が難しくなる。好ましくは、０．２〜１０ｍｍである。
上記磁性粉体層（Ｂ）の厚さは、０．１５〜２０ｍｍであることが好ましい。０．１５ｍｍ未満であると、磁界ノイズを充分に吸収することができず、２０ｍｍを超えると、不要電磁波の吸収に対する効果に問題はないが、その厚さにより使用範囲が限定され、筐体形状に合わせた設置が難しくなる。好ましくは、０．２〜１０ｍｍである。
前記電磁波吸収材は、電磁波吸収性ハウジング、電磁波吸収用フィルム又はシートとして、筐体内の変動磁界又は電磁波の発生源に設けてなる電子機器、例えば、携帯電話機等の通信機器、テレビ、コンピュータ機等の家電機器器、心臓ペースメーカー等の医療機器、ＮＭＲ分析装置の分析機器等に使用できる。
以下に実施例により本発明をより具体的に説明する。
尚、本実施例において、透磁率は、ＪＩＳ Ｃ２５６１に準拠して測定した。
すなわち、高周波における試料の透磁率を測定する場合、空胴共振器に試料を挿入して、その試料の有無によって変化する共振周波数およびＱを測定して、これらから透磁率を求めた。
[実施例１、比較例１]
磁性材料粒子に本発明で使用する特定の炭素構造材料を配合して得られる磁性体は、高周波領域において透磁率の低下が抑制されることを確認するために、以下の実験を行った。
磁性材としてセンダスト（Fe-Si-Al系合金、古河テクノマテリアル（株）製、商品名：フタバロイ−Ｒ、以下、「センダスト」と記載する）をボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。
上記センダストとの複合粉末を得るために、実施例１として下記炭素構造材料（ａ）〜（ｄ）、比較例１として、下記無機材料（ｅ）〜（ｈ）を使用した。
尚、本実施例において、透磁率は、ＪＩＳ Ｃ２５６１に準拠して測定した。
すなわち、高周波における試料の透磁率を測定する場合、空胴共振器に試料を挿入して、その試料の有無によって変化する共振周波数およびＱを測定して、これらから透磁率を求めた。
[実施例１、比較例１]
磁性材料粒子に本発明で使用する特定の炭素構造材料を配合して得られる磁性体は、高周波領域において透磁率の低下が抑制されることを確認するために、以下の実験を行った。
磁性材としてセンダスト（Fe-Si-Al系合金、古河テクノマテリアル（株）製、商品名：フタバロイ−Ｒ、以下、「センダスト」と記載する）をボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。
上記センダストとの複合粉末を得るために、実施例１として下記炭素構造材料（ａ）〜（ｄ）、比較例１として、下記無機材料（ｅ）〜（ｈ）を使用した。
（ａ）単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：ＳＷＣＮＴ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）（＊層数は２〜１０層）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：Ｂ−ＭＷＮＴ
（ｃ）カーボンナノホーン
ＮＥＣ（株）製、カーボンナノホーン
（ｄ）フラーレン
フロンティアカーボン（株）製、商品名：フラーレンＣ６０−ＳＵＨ
（ｅ）カーボンファイバー
昭和電気工業（株）製、商品名：気相成長炭素繊維
（ｆ）カーボンウィスカー
東海カーボン（株）製、商品名：トーカブラック
（ｇ）Ａｇチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ａｇコロイド
（ｈ）Ｐｔチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ｐｔファイバー
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：ＳＷＣＮＴ
（ｂ）多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）（＊層数は２〜１０層）
Sun Nanotech Co Ltd製、商品名：Ｂ−ＭＷＮＴ
（ｃ）カーボンナノホーン
ＮＥＣ（株）製、カーボンナノホーン
（ｄ）フラーレン
フロンティアカーボン（株）製、商品名：フラーレンＣ６０−ＳＵＨ
（ｅ）カーボンファイバー
昭和電気工業（株）製、商品名：気相成長炭素繊維
（ｆ）カーボンウィスカー
東海カーボン（株）製、商品名：トーカブラック
（ｇ）Ａｇチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ａｇコロイド
（ｈ）Ｐｔチューブ
田中貴金属工業（株）、商品名：Ｐｔファイバー
上記したセンダスト粉末と無機材料とをそれぞれ９０：１０（体積比率）の割合で配合して、遊星回転ポットミル（伊藤製作所製）を用い、２００ｒｐｍで１０分間混合して混合物を得た。該混合物を６００℃で１時間焼結した後、再度粉砕して平均粒子径φ１０μｍの複合粉末を得た。得られた各サンプルについて複合粉末とエポキシ系樹脂（ストルアス社製、商品名：エポフィクス）を９：１の割合で混合後、ドーナツ形状（外形：７ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚み：１ｍｍ）が得られる金型内で常温で１日間かけて硬化させて、該硬化成形物の透磁率を測定した。
尚、透磁率の測定には、アジテントテクノロジー社製、インピーダンスアナライザーを使用した。
測定結果を表１に示す。また、表１の数値を図１にプロットする。
図１において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図１から実施例１におけるカーボンナノホーン、ＳＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴ、及びフラーレンは、比較例１におけるブランク（無機材料添加無し）又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
尚、透磁率の測定には、アジテントテクノロジー社製、インピーダンスアナライザーを使用した。
測定結果を表１に示す。また、表１の数値を図１にプロットする。
図１において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図１から実施例１におけるカーボンナノホーン、ＳＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴ、及びフラーレンは、比較例１におけるブランク（無機材料添加無し）又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
[実施例２〜５、比較例２〜４]
実施例１で使用したセンダスト粉末と、実施例２〜５として、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンをそれぞれ９０：１０（体積比率）の割合で混合し、比較例２として炭素材料の添加なし、比較例３、４として比較例１で使用したカーボンファイバー、カーボンウィスカーとをそれぞれ９０：１０（体積比率）の割合で混合した。混合処理には遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、２００ｒｐｍで１分、１０分、１時間、３時間、８時間、２０時間の処理をそれぞれ行った。処理時間毎に６００℃で１時間焼結した後、再度粉砕して平均粒子径φ１０μｍの複合粉末とエポキシ系樹脂（ストルアス社製、商品名：エポフィクス）（複合粉末／エポキシ系樹脂）を９／１（重量比）の割合で混合後、ドーナツ形状（外形：７ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚み：１ｍｍ）が得られる金型内で常温で１日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例１に記載したと同様に透磁率を測定し、また下記方法により炭素材料間の平均間隔を測定した。
炭素構造材料の平均間隔の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察にて行った。すなわち、ＳＥＭ写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を１０個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に１０個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ４５本の直線の長さを足し合わせた後、４５で割って平均化して平均間隔を得た。
実施例２〜５の測定結果を表２〜５に、比較例２〜４の測定結果を表６〜８に示した。また、表２〜８の数値を図２〜８にそれぞれプロットした。
図２〜８において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図２〜８から実施例２〜５におけるカーボンナノホーン、ＳＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴ、及びフラーレンは、ブランク又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、さらに炭素構造材料の平均間隔が１０μｍ以下になると効果が増大していることが観察されている。特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
実施例１で使用したセンダスト粉末と、実施例２〜５として、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンをそれぞれ９０：１０（体積比率）の割合で混合し、比較例２として炭素材料の添加なし、比較例３、４として比較例１で使用したカーボンファイバー、カーボンウィスカーとをそれぞれ９０：１０（体積比率）の割合で混合した。混合処理には遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、２００ｒｐｍで１分、１０分、１時間、３時間、８時間、２０時間の処理をそれぞれ行った。処理時間毎に６００℃で１時間焼結した後、再度粉砕して平均粒子径φ１０μｍの複合粉末とエポキシ系樹脂（ストルアス社製、商品名：エポフィクス）（複合粉末／エポキシ系樹脂）を９／１（重量比）の割合で混合後、ドーナツ形状（外形：７ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚み：１ｍｍ）が得られる金型内で常温で１日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例１に記載したと同様に透磁率を測定し、また下記方法により炭素材料間の平均間隔を測定した。
炭素構造材料の平均間隔の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察にて行った。すなわち、ＳＥＭ写真中の炭素構造材料において炭素構造材料の最小寸法以下の間隔で接している凝集体、もしくは単体で存在する炭素構造材料を１０個選定する。選定はSEM写真の中央から4隅に直線を引き、その直線状にある炭素構造材料を、中央に近い順番に１０個を選ぶという方法で行う。選定された炭素構造材料の凝集体もしくは単体の中心を相互に直線で結び、結んだ４５本の直線の長さを足し合わせた後、４５で割って平均化して平均間隔を得た。
実施例２〜５の測定結果を表２〜５に、比較例２〜４の測定結果を表６〜８に示した。また、表２〜８の数値を図２〜８にそれぞれプロットした。
図２〜８において、縦軸は透磁率であり、横軸は周波数である。図２〜８から実施例２〜５におけるカーボンナノホーン、ＳＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴ、及びフラーレンは、ブランク又は他の無機材料と比較して透磁率が高く、さらに炭素構造材料の平均間隔が１０μｍ以下になると効果が増大していることが観察されている。特に高周波領域において透磁率の低下が相対的に少なく、優れた性質を有していることが確認された。
[実施例９]
炭素構造材料を磁性体に配合する場合に顕著な効果が生ずる配合割合を調べるために、炭素構造材料の１つである、ＳＷＣＮＴについて、以下の実験を行った。
使用したＳＷＣＮＴとセンダスト粉末サンプルは実施例１に使用した同じものである。センダストを実施例１と同様にしてボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。
ＳＷＣＮＴ（嵩密度：０．０２g／ｃｍ３）の体積をＶｓ、前記粉砕したセンダスト粉末（嵩密度：１．３０g／ｃｍ３）の体積をＶｍとして、ＳＷＣＮＴの体積混合割合（[Ｖｓ／（Ｖｓ＋Ｖｍ）]×１００）（体積％）がそれぞれ０．１体積％、１体積％、５体積％、１０体積％、２０体積％、３０体積％、３５体積％となるように遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、２００ｒｐｍで１０分間混合した後に、６００℃で１時間焼結し、更に再度ボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。得られた平均粒子径φ１０μｍの複合粉末とエポキシ系樹脂（ストルアス社製、商品名：エポフィクス）を（複合粉末／エポキシ系樹脂）９：１（重量比）の割合で混合後、ドーナツ形状（外形：７ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚み：１ｍｍ）が得られる金型内で常温で１日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例１に記載したと同様に透磁率を測定した。
測定結果を表９に示す。また、表９の数値を図９プロットした。図９に示すように、１体積％、５体積％、１０体積％、３０体積％の範囲で顕著な効果が確認された。
炭素構造材料を磁性体に配合する場合に顕著な効果が生ずる配合割合を調べるために、炭素構造材料の１つである、ＳＷＣＮＴについて、以下の実験を行った。
使用したＳＷＣＮＴとセンダスト粉末サンプルは実施例１に使用した同じものである。センダストを実施例１と同様にしてボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。
ＳＷＣＮＴ（嵩密度：０．０２g／ｃｍ３）の体積をＶｓ、前記粉砕したセンダスト粉末（嵩密度：１．３０g／ｃｍ３）の体積をＶｍとして、ＳＷＣＮＴの体積混合割合（[Ｖｓ／（Ｖｓ＋Ｖｍ）]×１００）（体積％）がそれぞれ０．１体積％、１体積％、５体積％、１０体積％、２０体積％、３０体積％、３５体積％となるように遊星回転ポットミル(伊藤製作所製)を用い、２００ｒｐｍで１０分間混合した後に、６００℃で１時間焼結し、更に再度ボールミルにて粉砕し、平均粒子径φ１０μｍの粉末を得た。得られた平均粒子径φ１０μｍの複合粉末とエポキシ系樹脂（ストルアス社製、商品名：エポフィクス）を（複合粉末／エポキシ系樹脂）９：１（重量比）の割合で混合後、ドーナツ形状（外形：７ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚み：１ｍｍ）が得られる金型内で常温で１日間かけて硬化させ、該硬化成形物について、実施例１に記載したと同様に透磁率を測定した。
測定結果を表９に示す。また、表９の数値を図９プロットした。図９に示すように、１体積％、５体積％、１０体積％、３０体積％の範囲で顕著な効果が確認された。
Claims (9)
- 複数の磁性材料粒子と、該磁性材料粒子間に存在する、少なくともヤング率が９００ＧＰａ以上でかつデバイ温度が９００Ｋ以上の炭素構造材料とを加熱焼結して一体化された磁性体の製造方法であって、
該磁性材料粒子と炭素構造材料とをその体積割合（磁性材料粒子／炭素構造材料）が７０〜９９％／３０〜１％（体積％の合計は１００体積％である）となるように配合し、加熱焼結して一体化される磁性体の透磁率（ＪＩＳ Ｃ２５６１に基づいた、測定周波数：１（ＧＨｚ）における透磁率）が１０以上になるまでボールミルにより混合することを特徴とする磁性体の製造方法。 - 前記ボールミルにより混合する時間が１０分以上であることを特徴とする、請求項１に記載の磁性体の製造方法。
- 前記ボールミルが遊星型ボールミルであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁性体の製造方法。
- 前記磁性体における炭素構造材料の平均間隔が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。
- 前記炭素構造材料が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、及びフラーレンの中から選択される１種又は２種以上を含むことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。
- 前記磁性材料粒子が（ｉ）Fe、（ii）Ni、（iii）Co、（iv）Al、Mg、Co、Ni、Mo、B、Si、Sr及びNbからなる群より選択される１種又は２種以上の元素を含む鉄系合金、（ｖ）Mn系合金、及び（vi）Sm-Co化合物（サマリウム磁石）から選択される１種又は２種以上を含む強磁性材料であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。
- 前記鉄系合金が、Fe-Ni系合金(パーマロイ)、Fe-Si系合金(ケイ素鉄)、Fe-Si-Al系合金（センダスト）、Fe-Ni-Mo(スーパーマロイ)、Fe-Co系合金(パーメンジュール)、Fe-C-B系合金(アモルファス)、Fe-Ni-Cr系合金(ステンレス)、Fe-Ni-Co-Al系合金(アルニコ磁石)、Nd-Fe-B化合物(ネオジウム磁石)、酸化鉄、Fe-Pt系合金から選択される１種又は２種以上であり、Mn系合金がMn-Zn系合金 (MnZnフェライト)又はMn-Al系合金（MnAl磁石）である、請求項６に記載の磁性体の製造方法。
- 前記磁性材料粒子がFe-Si-Al系合金（センダスト）を含む強磁性材料であることを特徴とする、請求項６項に記載の磁性体の製造方法。
- 前記炭素構造材料が粒子径１〜１００μｍの範囲にある磁性材料粒子間に存在していることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。
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