JP5360889B2 - 特性均一化フェライトプレート及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなるフェライトプレートに関し、詳しくは、その全面に亘ってインダクタンスを均一化した特性均一化フェライトプレート及びその製造方法に関する。

従来より、ＲＦＩＤ用アンテナなどと筐体などの導電物との間にフェライトなどの磁性体を含むプレートを配設することにより、そのアンテナの通信性を向上させることが提案されている。また、フェライトは破損して粉末が飛散すると、周囲の電気回路に悪影響を及ぼす。そこで、板状のフェライトの片面に低粘度の樹脂層と高粘度の樹脂層とを順次積層し、フェライトの粉末が飛散するのを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記特許文献１には、上記フェライトの他面に両面粘着テープを積層することや、フェライトと上記両面粘着テープとを積層したものにローラを通過させることにより、フェライトを粉砕させてプレートの柔軟性を向上させることも提案されている。

特開２００７−１２３５７５号公報

ところが、上記特許文献１では、インダクタンス等の磁気的特性をプレートの全面に亘って均一化することについては全く考慮されていない。一般的に、板状のフェライトでは、周縁部は中央部に比べてインダクタンスが極端に低下する。このため、フェライトの周縁部ぎりぎりまでアンテナを設けることはできず、アンテナの小型化にも支障となっていた。

そこで、本発明は、フェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなるフェライトプレートにおいて、その全面に亘ってインダクタンスを均一化した特性均一化フェライトプレートを提供することを目的としてなされた。

また、本発明は、板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなる特性均一化フェライトプレートであって、上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層した上で圧延を行うことによって、上記フェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させたことを特徴とするものであってもよい。

本願出願人は、板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなるフェライトプレートに対する各種処理を試験的に実行した。その結果、上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層した上で圧延を行うことによって、圧延の条件を適宜設定すればフェライトの密度が圧延前に比べて０．９〜２０％低下し、そのフェライトプレートの全面に亘って良好にインダクタンスを均一化できることを発見した。この原因は、未だ不明な点があるが、圧延によって割れたフェライトの間に隙間ができ、上記板状に焼結されたフェライトが周縁部において有していたインダクタンスに、他部のインダクタンスが近付くためと思われる。

本発明の特性均一化フェライトプレートでは、上記圧延を行うことによってフェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させている。従って、本発明の特性均一化フェライトプレートも、その全面に亘って均一なインダクタンスを有する。なお、密度の低下が０．９％未満であると、インダクタンスを充分に均一化することができない可能性があり、密度の低下が２０％を超えると、フェライト粉末を樹脂にフィラーとして混入したいわゆる磁性シートと同様の低いインダクタンスとなってしまう可能性がある。

また、本発明の特性均一化フェライトプレートの製造方法は、板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層した上で、圧延を行うことによって、上記フェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させることを特徴とするものであってもよい。

本願出願人は、板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなるフェライトプレートに対する各種処理を試験的に実行した。その結果、上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層した上で圧延を行うことによって、圧延の条件を適宜設定すればフェライトの密度が圧延前に比べて０．９〜２０％低下し、そのフェライトプレートの全面に亘って良好にインダクタンスを均一化できることを発見した。この原因は、未だ不明な点があるが、圧延によって割れたフェライトの間に隙間ができ、上記板状に焼結されたフェライトが周縁部において有していたインダクタンスに、他部のインダクタンスが近付くためと思われる。

本発明の特性均一化フェライトプレートの製造方法では、上記圧延を行うことによってフェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させている。従って、本発明の特性均一化フェライトプレートの製造方法では、全面に亘って均一なインダクタンスを有する特性均一化フェライトプレートを、良好に製造することができる。なお、密度の低下が０．９％未満であると、インダクタンスを充分に均一化することができない可能性があり、密度の低下が２０％を超えると、フェライト粉末を樹脂にフィラーとして混入したいわゆる磁性シートと同様の低いインダクタンスとなってしまう可能性がある。

また、上記いずれかに記載の特性均一化フェライトプレートの製造方法において、上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層したものを、２枚のゴムシートで上記積層方向両側から挟んだ上で、ロールによって上記圧延を行ってもよい。

圧延によって前述のように板状のフェライトが割れて隙間ができるためには、その板状のフェライトに面に沿って広がる方向に応力を与えるのが好ましい。上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層したものを２枚のゴムシートで上記積層方向両側から挟んだ上でロールによって圧延すると、ゴムシートが上記面に沿った方向に広がろうとするので、フェライトにもその面に沿って広がる方向に応力が加わる。従って、このようにゴムシートで挟んでロールによって圧延を行う場合、フェライトを一層良好に低密度化してそのインダクタンスを一層良好に全面に亘って均一化することができる。

そして、この場合更に、上記２枚のゴムシートのタック性が互いに異なってもよい。その場合、上記フェライト側に上記面に沿って加わる応力と、上記プラスチックフィルム側に上記面に沿って加わる応力とに差が生じる。このため、フェライトが一層割れ易くなり、隙間もでき易くなるため、フェライトを一層良好に低密度化してそのインダクタンスを一層良好に全面に亘って均一化することができる。

本発明が適用された特性均一化フェライトプレートの構成及び製造方法を模式的に表す断面図である。 その特性均一化フェライトプレートの特性の測定方法を表す説明図である。 圧延処理の前後における上記特性の変化を表すグラフである。 上記特性の変化の原理を表す説明図である。 上記特性均一化フェライトプレートを利用したＲＦＩＤ用アンテナの構成を表す平面図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面と共に説明する。図１（Ａ）は、本発明が適用された特性均一化フェライトプレート１０の構成を模式的に表す断面図である。図１（Ａ）に示すように、本実施の形態の特性均一化フェライトプレート１０は、軟磁性フェライト（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト）の焼結体によって構成された板状のフェライト１１の片面に、粘着層の一例としての両面粘着テープ１２とプラスチックフィルムの一例としてのＰＥＴフィルム１３とを順次積層し、フェライト１１の他面に両面粘着テープ１５を積層して構成されている。なお、本願に添付した各図では、説明の便宜上、各部を厚さ方向に拡大して描いている。

また、フェライト１１には、次のような加工を施されることによって割れて隙間ができている。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、フェライト１１と両面粘着テープ１２とＰＥＴフィルム１３とを順次積層した積層体１４を、２枚のゴムシート１７で上記積層方向両側から挟んだ上で、ロールによって圧延処理を施すことによって、フェライト１１には割れて隙間ができている。このため、フェライト１１は低密度化され、全面に亘ってインダクタンスが均一化されている。

以下、この圧延処理の効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。本実施例では、先ず、板状に焼結された厚さ０．３ｍｍのフェライト１１（Ｎ−Ｚｎソフトフェライトを使用したが他のフェライトでもよい）と、アクリル系樹脂を基材とする厚さ０．０３５ｍｍの両面粘着テープ１２と、厚さ０．０５ｍｍのＰＥＴフィルム１３とを積層して積層体１４を得た。なお、フェライト１１，両面粘着テープ１２，ＰＥＴフィルム１３の平面形状は、いずれも２２×１４ｍｍの矩形とした。

この積層体１４を、厚さ３ｍｍの２枚のゴムシート１７（アクリルゴム製を使用したが他のゴムでもよい）で上記積層方向両側から挟み、φ５０ｍｍの２軸のロール（図示省略）の間に通すことで水平方向（面に沿った方向）に圧延した。なお、ロール間隔は、上記積層体１４とゴムシート１７との総厚に対して８０％以下（本例では５ｍｍ）とした。また、この圧延処理は、上記矩形の平面形状における縦方向，横方向に対してそれぞれ５回ずつ上記ロールに通して行った。圧延処理後のフェライト１１の、両面粘着テープ１２，ＰＥＴフィルム１３が積層されていない側の面に、厚さ０．０３ｍｍの両面粘着テープ１５を貼着して、特性均一化フェライトプレート１０が得られた。

続いて、上記圧延処理によるフェライト１１の特性の変化を、次のように測定した。すなわち、上記圧延処理の前後において、積層体１４の図２にＡ〜Ｅのいずれかで示す位置に電線５１を配設し、各位置に配設された場合の電線５１周囲のインダクタンスを測定した。なお、図２は、積層体１４を短辺（すなわち上記１４ｍｍの辺）に平行な方向から見た図である。また、インダクタンスの測定には、測定器として、「Ｅ４９９１Ａ」（商品名：アジレントテクノロジー製）を使用した。

上記圧延処理前の積層体１４のインダクタンス（ｎＨ）を表１に、上記圧延処理後の積層体１４のインダクタンス（ｎＨ）を表２に、それぞれ示す。また、フェライト粉末を樹脂にフィラーとして混入したいわゆる磁性シートのインダクタンス（ｎＨ）を、表３に示す。なお、この樹脂シートは、本実施例と同様のフェライトを粉砕したフェライト粉末を塩素化ポリエチレン樹脂に９０ｗｔ％混合してニーダにて混練し、粉砕した後、ロールを用いてシート化したものである。このシートの大きさも、積層体１４と同様とした。

また、この表１，２，３のデータをグラフに書き表したものが、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。各表及び図３に示すように、圧延処理前の積層体１４は、中央部の位置Ｃ等におけるインダクタンスが最も高く、両端部の位置Ａ，Ｅではインダクタンスが低下した。

これに対して、圧延処理後の積層体１４では、中央部の位置Ｃ等におけるインダクタンスが両端部の位置Ａ，Ｅ等におけるインダクタンス近辺まで低下し、位置Ａ〜Ｅの全体に亘ってインダクタンスが均一化された。このため、中央部の位置Ｃにおけるインダクタンスが両端部の位置Ａ，Ｅにおける各インダクタンスに挟まれる値となった。また、上記インダクタンスの測定方法では、測定器確度及び電線５１の取り付け位置再現性による誤差が±２％程度生じる。このため、圧延処理後の積層体１４におけるインダクタンスのバラツキは測定誤差の範囲内で、実質的に積層体１４の全面に亘ってインダクタンスが均一になっていると考えることもできる。また、上記磁性シートでは、インダクタンスが均一であったが、いずれの位置Ａ〜Ｅにおいても圧延処理前後の積層体１４のインダクタンスに大きく及ばなかった。

更に、圧延処理後のフェライト１１の密度は、圧延処理前のフェライト１１の密度に比べて、０．９％低下していた。上記磁性シートの密度は、圧延処理前のフェライト１１の密度に比べて、２３．７％小さかった。なお、上記圧延処理前後の密度は、積層体１４に対して測定した重量等からフェライト１１のみの密度に換算した値である。

このように、本実施例では、圧延処理によってフェライト１１の密度を０．９％低下させることによって、中央部の位置Ｃにおけるインダクタンスを両端部の位置Ａ，Ｅにおける各インダクタンスに挟まれる値として、全面に亘ってインダクタンスを均一にすることができた。なお、以下に説明するように密度の低下がインダクタンスの均一化に大きく寄与していると考えられ、密度を０．９％以上低下させても上記均一化の効果は生じると考えられるが、密度の低下が２０％を超えると、上記磁性シートと同様の低いインダクタンスとなってしまうと考えられる。

このように圧延処理によってフェライト１１のインダクタンスが均一化される原因は未だ不明な点があるが、圧延によって割れたフェライトの間に隙間ができ、板状に焼結されたフェライト１１が周縁部において有していたインダクタンスに他部のインダクタンスが近付くためと思われる。

すなわち、図４（Ａ）に示すように、板状のフェライト１１の片面に電線５１が配設されている場合、フェライト１１内部の磁束φ（Ｗｂ）は、φ＝Ｆｍ／（Ｒｍｃ＋Ｒｍａ）なる式で表される。

但し、Ｒｍｃはフェライト１１の磁気抵抗（ＡＴ／Ｗｂ）で、フェライト１１中の磁路長，透磁率，磁路の断面積をＬｃ，μｃ，Ｓｃとすると、Ｒｍｃ＝Ｌｃ／μｃＳｃで表される。また、Ｒｍａは空気中の磁気抵抗（ＡＴ／Ｗｂ）で、空気中の磁路長，透磁率，磁路の断面積をＬａ，μａ，Ｓａとすると、Ｒｍａ＝Ｌａ／μａＳａで表される。なお、μｃはμａの数百倍であり、フェライト１１の隙間Ｓが図４（Ａ）のＡに示す状態からＡ’に示す状態に広がると磁路長Ｌａが増加するため、磁束φは図４（Ｂ）に示すように反比例的に減少する。一方、フェライト１１の端部では、図４（Ａ）のＢに示すように元々空気中の磁路長Ｌａが大きかったため、Ｂ’に示すように隙間Ｓが広がってもそれ程磁束φは減少しない。なお、図４（Ｂ）には、図４（Ａ）のＡ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’の各状態に対応する磁束φの値を示したので参照されたい。

このため、前述のように圧延処理を施すと、中央部の位置Ｃ等におけるインダクタンスが両端部の位置Ａ，Ｅにおける各インダクタンスに近付き、フェライト１１の全面に亘ってインダクタンスが均一化されるものと考えられる。なお、フェライト１１の隙間Ｓには両面粘着テープ１２の粘着剤が進入することも考えられるが、その粘着剤の透磁率も空気中の透磁率と同様、フェライト１１の透磁率に比べて極めて小さいため、上記同様の考察が可能である。

このように、本実施例では、特性均一化フェライトプレート１０のインダクタンスを全面に亘って良好に均一化することができた。また、ゴムシート１７の表面はタック性（微粘着性）を有し、圧延処理時には積層体１４の面に沿った方向に広がろうとする。このため、フェライト１１に上記面に沿った力が加わってそのフェライト１１が一層割れ易くなり、隙間もでき易くなるため、フェライト１１を一層良好に低密度化してそのインダクタンスを一層良好に全面に亘って均一化することができる。

このため、本実施例の特性均一化フェライトプレート１０を、例えばＲＦＩＤ用アンテナ１の通信性向上のために応用する場合、図５に示すように、ループ状のアンテナパターン２０を特性均一化フェライトプレート１０の周縁部ぎりぎりまで設けることができる。従って、ＲＦＩＤ用アンテナ１の小型化も良好に推進することができる。なお、アンテナパターン２０の中心部２１には、ＩＣチップ（図示省略）が配設される。アンテナパターン２０と図示しない他の導電性物質（例えば筐体）との間に本実施例の特性均一化フェライトプレート１０が配設されることにより、ＲＦＩＤ用アンテナ１の通信距離を良好に確保することができる。このような構成は、例えば、ＵＨＦ帯（９５０ＭＨｚ帯）、２．４ＧＨｚ帯域用のＲＦＩＤ用アンテナ１にも適用可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、２枚のゴムシート１７のタック性に差をつければ、圧延処理時に上記面に沿った方向に加わる力にＰＥＴフィルム１３側とフェライト１１側とで差が生じる。このため、フェライト１１が一層割れ易くなり、隙間もでき易くなるため、フェライト１１を一層良好に低密度化してそのインダクタンスを一層良好に全面に亘って均一化することができる。また、ＰＥＴフィルム１３の代わりにウレタン、エラストマー材を用いることで圧延による移動促進を行ってもよい。

また、表面がゴムでコートされたロールを用いて圧延を行えば作業性が向上する。更に、ロールに温度をかければ圧延回数を減らすことができ、その場合、ロールをコートするゴムに熱伝導材料をフィラーとして混入すれば一層効率的である。また、ロールに細かい凹凸を設ければ、フェライト１１にその凹凸が食い込むことで、フェライト１１が一層割れ易くなり、隙間もでき易くなるため、フェライト１１を一層良好に低密度化してそのインダクタンスを一層良好に全面に亘って均一化することができる。また更に、ロール以外の他の圧延方法も適用可能である。但し、圧延によって却ってフェライト１１の密度が上昇するような条件を設定した場合は、前述のような効果が得られない可能性がある。

１…ＲＦＩＤ用アンテナ １０…特性均一化フェライトプレート
１１…フェライト １２，１５…両面粘着テープ
１３…ＰＥＴフィルム １４…積層体
１７…ゴムシート ２０…アンテナパターン

Claims (4)

1. 板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層してなる特性均一化フェライトプレートであって、
   上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層した上で圧延を行うことによって、上記フェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させたことを特徴とする特性均一化フェライトプレート。
2. 板状に焼結されたフェライトと、粘着層と、プラスチックフィルムとを順次積層した上で、圧延を行うことによって、上記フェライトの密度を圧延前に比べて０．９〜２０％低下させることを特徴とする特性均一化フェライトプレートの製造方法。
3. 上記フェライトと上記粘着層と上記プラスチックフィルムとを順次積層したものを、２枚のゴムシートで上記積層方向両側から挟んだ上で、ロールによって上記圧延を行うことを特徴とする請求項２に記載の特性均一化フェライトプレートの製造方法。
4. 上記２枚のゴムシートのタック性が互いに異なることを特徴とする請求項３記載の特性均一化フェライトプレートの製造方法。