JP5125713B2

JP5125713B2 - 磁性シートの製造方法

Info

Publication number: JP5125713B2
Application number: JP2008105448A
Authority: JP
Inventors: 恭高稗田; 邦昭清末; 徳次西野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP2009259933A

Description

本発明は、無線通信用アンテナ等の通信性能を向上させるために、磁界の影響を遮蔽する磁性シートの製造方法に関するものである。

携帯電話等の無線通信機器に用いられる無線通信用アンテナにおいて、部品の小型化や高密度実装化に伴い、受発信される電磁波が、密接した電子部品、基板および筐体等の影響により、通信特性の劣化が起こるという障害があった。そこで、それらの影響を防止するために、磁性シートが使用されるようになってきている。

携帯電話等の小型無線通信機器のように、内部に極めて僅かな空間しかない場合、磁性シートには、扁平状金属磁性粉末を樹脂に分散させた磁性シートが用いられてきた。しかし、これらの磁性シートでは十分な透磁率を得ることができず、通信特性の改善効果も不十分であった。

そこで、近年、磁性体にフレキシブル性を持たせた磁性シートをアンテナの底面や、側面に設置するものが提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
特開２０００−２４４１７１号公報特開２００６−１７３４４３号公報

（特許文献１）あるいは（特許文献２）に示すような磁性シートに用いられる薄板形状の磁性シートは、一般にドクターブレード法によりグリーンシートが作製され、プッシャー式トンネル炉を用いて焼成される。この際、グリーンシートは台板等に積載され、炉の入り口側から間欠的に１台板ずつ挿入して入炉させ、炉内を台板が出口に向かって送られ、焼成を終えて炉の出口に出てくる。ただし、この方法では、焼成を行うグリーンシートの形状が大きくなるほど台板１枚当りの積載数が少なくなり、その結果、製品１個当りの製造コストが上昇してしまう。また、製造コストの低下を図るため、グリーンシートを複数枚重ねた状態で焼成を行うこともあるが、この場合、図７に示すようなグリーンシートでは、グリーンシート同士の焼結反応による接着が起こり、歩留まりが大きく低下するという問題がある。

本発明は、磁性シートとして必要限の磁気特性を確保しながら、多層に積み重ねて焼成することができる磁性シートの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、磁性シートの製造方法であって、第１の磁性粉体原料を９００〜１０００度で焼成して生成された焼成磁性粉体と、第２の磁性粉体原料を７００〜９００度で仮焼して生成された仮焼磁性粉体と、を生成する工程と、前記焼成磁性粉体と、前記仮焼磁性粉体と、少なくとも有機結合剤を含む添加物と、溶剤とを混練してスラリーとする工程と、前記スラリーを乾燥して得られたグリーンシートを焼成する工程と、を備え、前記焼成磁性粉体と前記仮焼磁性粉体との総量に対して、前記焼成磁性粉体は３０重量％以下であり、前記焼成磁性粉体と前記仮焼磁性粉体と前記添加物との総量に対して、前記添加物は４〜１０重量％であることを特徴とする磁性シートの製造方法である。

本発明の磁性シートおよびその製造方法は、焼成磁性粉体が、予め焼成を行ったことで焼結反応が進行しているため、本焼成における焼結反応が小さいまたは起こらないため、本焼成時におけるグリーンシート間の焼結反応を妨げることから、多層に積み重ねて焼成することが可能となり、生産性を向上することができる。

また、焼成磁性粉体を使用しない場合と比較して、焼成後、収縮率が小さく、反り等の変形の発生を抑制することが可能となる。

本発明の請求項１に記載の発明は磁性シートの製造方法であって、第１の磁性粉体原料を９００〜１０００度で焼成して生成された焼成磁性粉体と、第２の磁性粉体原料を７００〜９００度で仮焼して生成された仮焼磁性粉体と、を生成する工程と、焼成磁性粉体と、仮焼磁性粉体と、少なくとも有機結合剤を含む添加物と、溶剤とを混練してスラリーとする工程と、スラリーを乾燥して得られたグリーンシートを焼成する工程と、を備え、焼成磁性粉体と仮焼磁性粉体との総量に対して、焼成磁性粉体は３０重量％以下であり、焼成磁性粉体と仮焼磁性粉体と添加物との総量に対して、添加物は４〜１０重量％であることを特徴とする磁性シートの製造方法である。

これにより、焼成磁性粉体が、予め焼成を行ったことで焼結反応が進行しているため、本焼成における焼結反応が小さいまたは起こらないため、本焼成時にグリーンシートを積載する台板との反応性が小さいため、台板の使用回数が増し、製造コストを低減できる。

さらに、焼結反応性を向上させた仮焼磁性粉体を使用することで、本焼成温度を低下させ、製造コストを低減できる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例におけるセラミックスグリーンシートの断面図、図２はセラミックス系焼成磁性粉体の比率と通信距離の関係を表したグラフ、図３はセラミックス系焼成磁性粉体の比率とセラミックスグリーンシート間の接着発生頻度の関係を表したグラフである。

図１において、１はセラミックスグリーンシート、２はセラミックス系焼成磁性粉体、３はセラミックス系磁性粉体、４は少なくとも有機結合剤を含んだ添加物である。

最初に、各部の詳細について説明する。まず、セラミックス系焼成磁性粉体２について説明する。

セラミックス系焼成磁性粉体２は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＭｎ−Ｚｎ系フェライトであり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでは、具体的には、Ｆｅ₂Ｏ₃を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＣｕＯを１０．４０ｍｏｌ％の組成比率である。前述した組成比率のセラミックス系磁性粉体原料を、９００℃から１０００℃で焼成することで得られる。

さらに、粉砕および分級を行い、平均粒子径を０．１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜３０μｍとする。０．１μｍ以下では、微粉砕するのに時間がかかり不経済となり、１００μｍ以上では、一般的なセラミックスグリーンシートの厚さが５０μｍ〜８０μｍであるため、セラミックスグリーンシート１の表面粗さが粗くなり好ましくない。

また、セラミックス系焼成磁性粉体２とセラミックス系磁性粉体３の総重量に対するセラミックス系焼成磁性粉体２の比率は、図２に示すセラミックス系焼成磁性粉体の比率とセラミックスグリーンシート間の接着発生頻度の関係より、セラミックスグリーンシート間の接着発生頻度が減少する１０重量％以下が良く、さらに、１０重量％〜３０重量％の間で急激にセラミックスグリーンシート間の接着発生頻度が減少する。従って、発生頻度のみに着目すると、セラミックス系焼成磁性粉体２の比率は、３０重量％以上が好ましい。

しかし、図３に示すセラミックス系焼成磁性粉体の比率と携帯電話−リーダーライター間の通信距離の関係より、セラミックス系焼成磁性粉体２の比率が増加すると、携帯電話−リーダーライター間の通信距離が悪くなるため、セラミックス系焼成磁性粉体２の比率として、１０重量％〜５０重量％が良く、特に２０重量％〜４０重量％が好ましい。例えば、ＪＲの改札機では、携帯電話−リーダーライター間は、半径１００ｍｍの半球上が処理エリアとなっているため、携帯電話−リーダーライター間では、１００ｍｍ以上の通信距離が必要であり、この場合、セラミックス系焼成磁性粉体２の比率として３０重量％以下となる。

このように、これらを見ると、セラミックス系焼成磁性粉体２の比率の増加と共に、通信距離およびセラミックスグリーンシート間の接着発生頻度は減少しており、通信特性とセラミックスグリーンシート間の接着防止を共に満足するためには、上述した比率が好ましい。

ここで、携帯電話−リーダーライター間の通信距離の測定方法について説明する。図４に示しているのが、携帯電話−リーダーライター間の通信距離の測定方法であり、５はセラミックス磁性シート、６は保護層、７は粘着層、８は複合磁性シート、９は金属板、１０は携帯電話側アンテナ、１１はリーダーライター側アンテナ、１２はリーダーライターである。セラミックス磁性シート５の一面に粘着層７を貼り付け、セラミックス磁性シート５の対向面に保護層６を貼り付け、ローラー等によりセラミックス磁性シート５を加圧破砕し、柔軟性を有する複合磁性シート８を作製する。次に、複合磁性シート８を４０ｍｍ×３５ｍｍに加工し、外形３２ｍｍ×３０ｍｍ、線幅０．８ｍｍ、線間０．１ｍｍ、ターン数４ターンのアンテナに貼り付け、リーダーライター側アンテナ１１と周波数１３．５６ＭＨｚにおける通信距離を測定する。ここで用いたリーダーライターは、ソニー製リーダーライターＲＣ−Ｓ４６０（標準ソフト）である。

次に、セラミックス系磁性粉体３について説明する。

セラミックス系磁性粉体３は、セラミックス系焼成磁性粉体２同様、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＭｎ−Ｚｎ系フェライトであり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでは、具体的には、Ｆｅ₂Ｏ₃を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＣｕＯを１０．４０ｍｏｌ％の組成比率である。

また、セラミックス系磁性粉体３は、セラミックス系磁性粉体原料を本焼成温度以下の温度で仮焼されたセラミックス系仮焼磁性粉体であり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでは、７００℃から９００℃で仮焼し、原料に含まれる炭酸や硝酸を離脱させて、原料を酸化させることで焼結反応性を向上させる。

さらに、粉砕および分級を行い、平均粒子径を０．１μｍから１００μｍ、好ましくは１μｍから３０μｍとする。０．１μｍ以下では、微粉砕するのに時間がかかり不経済となり、１００μｍ以上では、一般的なセラミックスグリーンシートの厚さが５０μｍ〜８０μｍであるため、セラミックスグリーンシートの表面粗さが粗くなり好ましくない。

次に、添加物４について説明する。

添加物４は、有機結合剤、可塑剤および分散剤よりなり、可塑剤および分散剤は必要に応じて添加される。有機結合剤としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、メチルセルロース、エチルセルロース等があるが、特に接着性からポリビニルアルコールやポリビニルブチラールが好ましい。可塑剤は結合剤によって選択されるが、フタル酸系、グリコール系、グリセリン系等が用いられる。また、分散剤はセラミックス系焼成磁性粉体２やセラミックス系磁性粉体３によって、高分子分散剤または無機系分散剤より選択される。

ここで、添加物４は、セラミックス系焼成磁性粉体２、セラミックス系磁性粉体３および添加物４の総量に対して、４から１０重量％が望ましい。４重量％以下では、形状保持性が十分確保できず、１５重量％以上では、セラミックス磁性シート５の磁気特性が悪くなるので好ましくない。

次に、図５のセラミックス磁性シート５の製造方法について、図６のセラミックス磁性シートの製造工程図に沿って詳細に説明する。

焼成粉体生成工程では、Ｆｅ₂Ｏ₃を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＣｕＯを１０．４０ｍｏｌ％からなるセラミックス系磁性粉体を、９００℃から１０００℃で３時間焼成し、粉砕・分級工程で平均粒子径が１μｍから３０μｍとなるように粉砕および分級する。

仮焼粉体生成工程では、焼成粉体生成工程と同様に、Ｆｅ₂Ｏ₃を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０．５５ｍｏｌ％、ＣｕＯを１０．４０ｍｏｌ％からなるセラミックス系磁性粉体を、７００℃から９００℃で３時間焼成し、粉砕・分級工程で平均粒子径が１μｍから３０μｍとなるように粉砕および分級する。

スラリー化工程では、前記焼成粉体生成工程で作製したセラミックス系焼成磁性粉体を１６．５重量％、前記仮焼粉体生成工程で作製したセラミックス系仮焼磁性粉体を３８．５重量％、ポリビニルブチラール８重量％とフタル酸系可塑剤６．５重量％が酢酸ブチル等の溶剤に溶解しているビークル２５重量％を、ボールミルにて２４時間混練してスラリー化する。その後、スラリーを真空脱泡してスラリー中の気泡を除去する。

塗布工程および乾燥工程では、スラリー工程で得られたスラリーを、ドクターブレード法を用いてＰＥＴフィルム上に連続的に塗工し、８５℃から９５℃の温度にて乾燥する。乾燥後の厚みは、０．０５ｍｍから０．０７ｍｍとする。

剥離工程、積層工程および圧着工程では、乾燥して得られたセラミックスグリーンシートをＰＥＴフィルム上から剥離し、剥離したセラミックスグリーンシートを複数枚積層し、加熱および圧着することで、同じ厚みに成形したセラミックスグリーンシートを用いて所望の厚みにする。

焼成工程では、セラミックスグリーンシートまたは積層したセラミックスグリーンシートを９００℃で焼成し、セラミックス磁性シートを作製する。

ここで、セラミックス系焼成磁性粉体２は、焼成温度より高い９００℃〜１０００℃で焼成しているため、上記焼成工程で焼結反応が起こらず、セラミックス系磁性粉体３は、焼成温度より低い７００℃〜９００℃で焼成しているため、上記焼成工程で焼結反応起こる。

これにより、セラミックス系焼成磁性粉体２が、予め焼成を行ったことで焼結反応が進行しているため、本焼成における焼結反応が小さいまたは起こらないため、本焼成時におけるセラミックスグリーンシート間の焼結反応を妨げることから、多層に積み重ねて焼成することが可能となり、生産性を向上することができる。

また、セラミックス焼成磁性粉体２において、焼結反応が起こらないため、セラミックス焼成磁性粉体２を使用しない場合と比較して、焼成後、収縮率が小さく、反り等の変形の発生を抑制することが可能となる。

なお、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトとをセラミックス系焼成磁性粉体２とセラミックス系磁性粉体３とそれぞれ使用する場合には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは焼成することにより導通するため、予め焼結し粉砕するセラミックス系焼成磁性粉体２がＭｎ−Ｚｎ系フェライト、セラミックス系磁性粉体３がＮｉ−Ｚｎ系フェライトの方が、セラミックス磁性シートとして導通せず好ましい。

本発明にかかる磁性シートおよびその製造方法は、予め焼成を行い、焼結反応を進行させたセラミックス形焼成磁性粉体を使用しているため、多層に積み重ねて焼成することができると共に、焼成時の変形を抑制することができ、生産ラインの簡素化ならびに生産性の向上が実現できる。

本発明の実施例におけるセラミックスグリーンシートの断面図セラミックス系焼成磁性粉体の比率と通信距離の関係を表したグラフセラミックス系焼成磁性粉体の比率とセラミックスグリーンシート間の接着発生頻度の関係を表したグラフ携帯電話−リーダーライター間の通信距離の測定装置の説明図本発明の実施例におけるセラミックス磁性シートの断面図本発明の実施例におけるセラミックス磁性シートの製造工程図従来の技術におけるセラミックスグリーンシートの断面図

符号の説明

１セラミックスグリーンシート
２セラミックス系焼成磁性粉体
３セラミックス系磁性粉体
４添加物
５セラミックス磁性シート
６保護層
７粘着層
８複合磁性シート
９金属板
１０携帯電話側アンテナ
１１リーダーライター側アンテナ
１２リーダーライター
１３本焼成後のセラミックス系焼成磁性粉体
１４本焼成後のセラミックス系磁性粉体
１００セラミックスグリーンシート
１０１セラミックス系磁性紛体
１０２添加物

Claims

磁性シートの製造方法であって、
第１の磁性粉体原料を９００〜１０００度で焼成して生成された焼成磁性粉体と、第２の磁性粉体原料を７００〜９００度で仮焼して生成された仮焼磁性粉体と、を生成する工程と、
前記焼成磁性粉体と、前記仮焼磁性粉体と、少なくとも有機結合剤を含む添加物と、溶剤とを混練してスラリーとする工程と、
前記スラリーを乾燥して得られたグリーンシートを焼成する工程と、を備え、
前記焼成磁性粉体と前記仮焼磁性粉体との総量に対して、前記焼成磁性粉体は３０重量％以下であり、前記焼成磁性粉体と前記仮焼磁性粉体と前記添加物との総量に対して、前記添加物は４〜１０重量％であることを特徴とする磁性シートの製造方法。