JP5822146B2 - ノイズ抑制用複合磁性粉 - Google Patents

Description

本発明はノイズ抑制用複合磁性粉に関し、詳しくは誘電率の損失が高周波側で小さいので発熱が少なく、かつ低周波から高周波まで広い範囲でノイズ抑制能力を持ったノイズ抑制用複合磁性粉に関する。

従来、パソコンや携帯電話等のデジタル電子機器からの不要な電磁波の外部への漏洩や内部での回路間の電磁波の相互干渉を防止するため、もしくは外部電磁波による誤作動を防止するためノイズ抑制用磁性粉又はこれを用いたシート状等のノイズ抑制体が用いられている。

特に、近年、デジタル電子機器の小型化及び軽量化に伴って、電子部品は高密度で実装されている。このような高密度に実装されると、部品間や回路基板間の電磁波の相互干渉に基づく電磁障害が発生する可能性が高くなっている。

さらには、これらのデジタル電子機器の作動周波数はますます高周波化しており、これらから発せられる不要な電磁波はＭＨｚ帯域からＧＨｚ帯域へと高周波化されており、これらに対応するノイズ抑制用磁性粉又はこれを用いたノイズ抑制体が求められている。

一方で、高密度に実装された状態では機器内部に熱がこもりやすく、放熱も容易でないため、単純に電磁波を吸収して熱に変換するだけのノイズ抑制用磁性粉又はこれを用いたシート状等のノイズ抑制体では不十分であり、より発熱を抑えたノイズ抑制用磁性粉又はこれを用いたシート状等のノイズ抑制体が求められている。

従来、このような要求に対応するため、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１（特開２００３−３３２１１３号公報）には、軟磁性粉末を扁平化処理し、その酸素含有量が１．５重量％以下である扁平状軟磁性粉末、並びにこの軟磁性粉末をゴムマトリックス中に分散させた複合磁性シートが記載されている。これによれば、高い透磁率を有し、電波吸収体として優れた性能を有するとされている。また、特許文献２（特開２００５−２８１７８３号公報）には、アスペクト比が５〜１００の扁平状でありＦｅ−Ｓｉ−Ａｌを含む軟磁性合金粉末の表面に酸化層を有し、Ｘ線回折における格子反射（００２）と格子反射（００１）の回折線が共に存在するノイズ抑制用軟磁性粉末が記載されている。これによれば、従来よりも高い虚部透磁率を有しているため、これまでよりも高いノイズ抑制能力が得られる。

特許文献３（特開２００５−１２３５３１号公報）には、電磁波吸収体用の合金粉末において、扁平加工する前の原料粉末の酸素濃度が０．００１〜０．０８ｍａｓｓ％である粉末を扁平加工によりアスペクト比１０以上、平均粒径２０〜５０μｍにする電磁波吸収体用粉末が開示されている。この電磁波吸収体用粉末によれば、電磁波吸収特性に優れるとされている。さらに、特許文献４（特開２０１０−１９６１２３号公報）には、原料となる軟磁性粉末を準備する粉末準備工程と、前記粉末準備工程にて準備された軟磁性粉末を熱処理する第１の熱処理工程と、前記第１の熱処理工程にて熱処理された軟磁性粉末を扁平化処理する扁平化処理工程と、前記扁平化処理工程にて扁平状にされた軟磁性粉末を熱処理する第２の熱処理工程と、を有する扁平状軟磁性粉末の製造方法が記載されている。この製造方法により高い透磁率特性を有する扁平状軟磁性粉末が得られるとされている。

一方、特許文献５（ＷＯ２００７／０１３４３６号公報）には、少なくとも扁平状軟磁性粉末が、架橋されたポリエステル系樹脂に分散してなる軟磁性材料が示されている。この軟磁性材料により、比重が大きく、良好な磁気特性を示し、高温又は高温高湿環境下においても寸法変化が小さいとされている。特許文献６（特開２００５−１４２２４１号公報）には、センダスト微粒子の表面がフェライトめっき層によって均一に被覆されているフェライトめっきセンダスト微粒子及び成形体が記載されている。このフェライトめっきセンダスト微粒子及び成形体により、大幅に高周波透磁率を増加させ、同時に強磁性共鳴周波数を高めることができるとされている。

これらの中で、金属粉の磁性体を扁平形状にしたものは、上記のように透磁率が大きく、ノイズ抑制用途では広く用いられている反面、導電性が極めて高く、高い周波数では渦電流損に代表されるように発熱が発生しやすい。さらに高周波側では透磁率が低くなりやすくなるため、金属粉のみですべての周波数帯のノイズ抑制が可能となるわけではない。

高誘電率の粉体は絶縁性が高いものの、電磁波の吸収が起こる周波数は比較的高い側に偏っているため低い周波数帯の電磁波吸収用のノイズ抑制用途には向かない。

金属粉と高誘電体を混合し、成型することでノイズ抑制体として使用することも提案されているが、ノイズ抑制体として使用するためには、ノイズ抑制体として透磁率を大きくする必要があるため、磁性粉の含有率を上げる必要がある。一方で磁性粉の含有率を上げると上記の様に、誘電率の損失による発熱が大きくなってしまうため、ノイズ抑制能力と発熱の抑制が同時に可能なノイズ抑制体は製造が難しい。

このように、上記した各特許文献は、いずれも高透磁率を意図するものであるが、誘電率の損失を抑制することで発熱しにくいノイズ抑制用磁性粉は得られていない。

特開２００３−３３２１１３号公報 特開２００５−２８１７８３号公報 特開２００５−１２３５３１号公報 特開２０１０−１９６１２３号公報 ＷＯ２００７／０１３４３６号公報 特開２００５−１４２２４１号公報

従って、本発明の目的は、誘電率の損失を高周波側で小さくすることで発熱を抑制しつつ、低周波から高周波まで広い範囲でノイズ抑制能力を持ったノイズ抑制体が得られるノイズ抑制用複合磁性粉を提供するものである。

本発明者らは、検討の結果、次の知見を得た。まず、金属粉を用いた磁性体は比較的低い周波数で透磁率が大きく、高い周波数でその値は小さくなるためローパスフィルターとして機能し、高誘電体（高誘電率微粒子）は比較的高い周波数領域において特定の範囲の周波数で共鳴するため、バンドパスフィルターとして機能する。金属粉と高誘電率微粒子のそれぞれのフィルターの能力を生かしつつ、ノイズ抑制体用の磁性粉として使用できるようにするためには、金属粉と高誘電率微粒子を混合するのではなく、あらかじめ金属粉の表面に高誘電率微粒子を被覆し、粒子同士が接触しても導電性にならないようにしたものを使用すれば良い。本発明は、これらの知見に基づきなされたものである。

すなわち、本発明は、金属粉に高誘電率微粒子とバインダー樹脂とを被覆したノイズ抑制用複合磁性粉であって、当該金属粉として鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉又はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉を用い、当該高誘電率微粒子としてＣａＴｉＯ _３ 又はＳｒＴｉＯ _３ を用い、当該バインダー樹脂としてポリメチルメタクリレート樹脂又はスチレンアクリル共重合体を用いたことを特徴とするノイズ抑制用複合磁性粉を提供するものである。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉は、高周波側で誘電率の損失が小さい。このため、このノイズ抑制用複合磁性粉を用いたノイズ抑制体は、高周波での発熱を抑制しつつ、低周波から高周波まで広い範囲でノイズ抑制能力を有する。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉＞
本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉は、金属粉に高誘電率微粒子とバインダー樹脂とを被覆してなる。

ここに用いられる金属粉としては、鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉又はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）粉等が望ましく用いられる。これら金属粉の形状、体積平均粒径等は特に限定されない。

また、本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉に用いられる高誘電率微粒子としては、ＣａＴｉＯ _３ 又はＳｒＴｉＯ _３ から選択される。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉に用いられるバインダー樹脂としては、ポリメチルメタクリレート樹脂又はスチレンアクリル共重合体が望ましく用いられる。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉において、金属粉に対する高誘電率微粒子の被覆割合は、金属粉５０〜９８重量％、高誘電率微粒子２〜５０重量％であることが望ましい。また、バインダー樹脂の被覆割合は、金属粉と高誘電率微粒子の合計量１００重量部に対して１〜１０重量部であることが望ましい。金属粉５０重量％未満、すなわち高誘電率微粒子５０重量％超では、磁性体の含有量が相対的に下がるため、透磁率が低くなり低周波側で電磁波を十分吸収することができず、ノイズ抑制能力が充分でない。金属粉９８重量％超、すなわち高誘電率微粒子２重量％未満では、高誘電体の含有率が相対的に下がるため、高周波側で電磁波を十分吸収することができず、ノイズ抑制能力が充分でない。

また、金属粉と高誘電率微粒子の合計量１００重量部に対するバインダー樹脂の被覆割合が１重量部未満では、高誘電率微粒子の粒径にもよるが、十分に金属粒子の表面に高誘電率微粒子を付着させることができない。バインダー樹脂の被覆割合が１０重量部を超えると、バインダー樹脂が多くなりすぎ、被覆した磁性体粒子同士が凝集し、電波吸収体を成型した際に凝集体粒子が電波吸収体の表面から飛び出し、所望の形状や平滑性が得られないことがある。

高誘電率微粒子を含有する樹脂被覆層の厚さｄは０．３μｍ〜１０μｍが好ましい。０．３μｍよりも薄い場合は高誘電率微粒子を添加した効果が得られないため、高周波側で誘電率の損失が大きくなり、ノイズ抑制体用途で使用するとノイズ抑制体の発熱が大きくなる可能性がある。１０μｍを超えると実質的に高誘電率微粒子が多くなりすぎ、相対的に金属粒子の体積が小さくなるため、磁性体としては透磁率が下がってしまい、ノイズ抑制能力が得られないことがある。

（高誘電率微粒子を含有する樹脂被覆層の厚さの測定）
高誘電率微粒子を含有する樹脂被覆層の厚さの測定は、次の通りである。得られた磁性体をエポキシ系樹脂に包埋させ、研磨機を使用して磁性体の断面観察用サンプルを作製した。得られた断面観察用サンプルに金蒸着を施した後、ＦＥ−ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ−８０２０）にて倍率５００倍の視野で確認後、同じ倍率でＥＤＸ（堀場製作所社製Ｅ−Ｍａｘ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）で元素マッピングを行い、得られたＴｉ及びＦｅの分布状態の画像を得た。

得られた画像は画像処理ソフト（ＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ）を用いて１粒子ごとにＴｉ、Ｍｎ及びＦｅの元素別の画像を用いて粒子内部を塗りつぶした状態での粒子の投影面積から周囲長を求め、円相当径ＲＴｉ、ＲＭｎ及びＲＦｅを算出した。このとき、高誘電率微粒子がチタン酸化合物又は酸化チタンの場合、ｎ番目に測定した粒子の樹脂被覆層の厚さｄｎ＝（ＲｎＴｉ−ＲｎＦｅ）／２となり、高誘電率微粒子がＭｎを含有するフェライトの場合、ｎ番目に測定した粒子の樹脂被覆層の厚さｄｎ＝（ＲｎＭｎ−ＲｎＦｅ）／２とし、１００粒子についてＲｎを算出できるように視野を変えてＥＤＸによる元素マッピングを繰り返して行い、画像解析を行った後、その平均を樹脂被覆層の厚さｄとした。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉の電界５００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗は１×１０^８Ω・ｃｍ以上であることが望ましく、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であることがさらに望ましい。ノイズ抑制用複合磁性粉の電界５００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗が１×１０^８Ω・ｃｍ未満では、ノイズ抑制体を形成したときに、金属磁性体同士が接触していることを意味しており、高周波側で誘電率の損失が大きくなり、ノイズ抑制体用途で使用するとノイズ抑制体の発熱が大きくなる可能性がある。

ここで言う誘電率の損失とは、磁性粉の誘電率を測定したときの誘電損失（ｔａｎδ）の大きさを示しており、たとえば高誘電体の誘電損や、金属粉の渦電流損、ヒステリシス損といった特定の損失のみについて示しているものではない。

［体積抵抗］
体積抵抗は次のようにして測定される。
断面積が４ｃｍ^２のフッ素樹脂製のシリンダーに高さ４ｍｍとなるように試料を充填した後、両端に電極を取り付け、さらにその上から１ｋｇの分銅を載せて抵抗を測定した。抵抗の測定はケースレー社製６５１７Ａ型絶縁抵抗測定器にて２００Ｖで電圧を印加し、１０秒後の電流値から抵抗を算出し、体積抵抗とした。

＜本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉の製造方法＞
次に、本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉の製造方法について説明する。

金属粉に、高誘電率微粒子及びバインダー樹脂を被覆する方法は、特に制限されず、公知の方法、乾式法でも湿式法でも良い。例えば乾式法を用いる場合には、各成分をサンプルミルに投入し、一定の速度で攪拌混合する。その後、バインダー樹脂を硬化する。硬化は、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば固定式又は流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉でもよく、もしくはマイクロウェーブによる硬化でもよい。ＵＶ硬化樹脂を用いる場合は、ＵＶ加熱器を用いる。硬化温度は使用する樹脂により異なるが、融点又はガラス転移点以上の温度は必要であり、熱硬化性樹脂又は縮合架橋型樹脂等では、充分硬化が進む温度まで上げる必要がある。

このようにして、本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉が得られる。このノイズ抑制用複合磁性粉は、そのままノイズ抑制体として用いてもよいが、必要に応じて扁平化等を行った後、成型してシート状にしたり、もしくは他の成分と積層し、ノイズ抑制体として用いられる。

以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説明する。

平均粒径６０μｍの鉄粉（金属粉）に平均粒径１．２５μｍのＳｒＴｉＯ _３ （高誘電率微粒子）とスチレンアクリル共重合体（バインダー樹脂）とを被覆した。被覆割合は、鉄粉８０重量部に対して、ＳｒＴｉＯ _３ が２０重量部であり、その合計量１００重量部に対してスチレンアクリル共重合体を５重量部となるようにした。

被覆条件は、これら各成分を上記割合でサンプルミルに投入し、回転数２００００ｒｐｍで１５秒攪拌、混合を行い、鉄粉にＳｒＴｉＯ _３ とスチレンアクリル共重合体とを被覆した後、２５０℃で３時間樹脂硬化を行い、ノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

高誘電率微粒子として平均粒径１．４５μｍのＣａＴｉＯ_３を用いた以外は、実施例１と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

金属粉として平均粒径１２０μｍのＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）を用いた以外は、実施例１と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

［参考例１］
被覆割合を、鉄粉９０重量部に対して、ＴｉＯ _２ が１０重量部、その合計量１００重量に対してスチレンアクリル共重合体を３重量部とした以外は、実施例１と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

［参考例２］
被覆割合を、鉄粉８０重量部に対して、ＴｉＯ _２ が２０重量部、その合計量１００重量に対してスチレンアクリル共重合体を５重量部とした以外は、実施例１と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

比較例

［比較例１］
高誘電率微粒子を被覆しなかった以外は、実施例２と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

［比較例２］
実施例で用いた高誘電率微粒子に代えて平均粒径０．０５μｍのＭｎ−Ｍｇ−Ｓｒフェライトを用いた以外は、実施例２と同様にしてノイズ抑制用複合磁性粉を調製した。

実施例１〜５及び比較例１〜２の各成分（金属粉、高誘電率微粒子及びバインダー樹脂）及びその配合割合を表１に示し、金属粉への高誘電率微粒子及びバインダー樹脂の被覆条件（処理条件及び樹脂硬化条件）を表２に示す。また、得られたノイズ抑制用複合磁性粉の粉体特性（平均粒径、見掛け密度、真比重及び高誘電微粒子を含有する樹脂の被覆層の厚さ）、磁気特性（飽和磁化、残留磁化及び保磁力）及び体積抵抗を表３に示し、複素透磁率及び複素誘電率を表４に示し、これら複素透磁率及び複素誘電率の損失を表５に示す。ここにおいて、表３に示す体積平均粒径、見掛け密度及び真比重、並びに表４及び表５に示す複素透磁率、複素誘電率及びこれらの損失の測定方法は下記の通りである。また、高誘電微粒子を含有する樹脂の被覆層の厚さ及び体積抵抗の測定方法は上述の通りである。

（体積平均粒径）
体積平均粒径は、レーザー回折散乱法により測定した。装置として日機装株式会社製マイクロトラック粒度分析計（Ｍｏｄｅｌ９３２０−Ｘ１００）を用いた。屈折率は２．４２とし、２５±５℃、湿度５５±１５％の環境下で測定を行った。ここで言う体積平均粒径（メジアン径）とは、体積分布モード、ふるい下表示での累積５０％粒子径である。分散媒には水を用いた。

（見掛け密度）
見掛け密度は、ＪＩＳ Ｚ ２５０４に準拠して測定した。詳細は次の通りである。
１．装置
粉末見掛密度計は漏斗、コップ、漏斗支持器、支持棒及び支持台から構成されるものを用いる。天秤は、秤量２００ｇで感量５０ｍｇのものを用いる。
２．測定方法
（１）試料は、少なくとも１５０ｇ以上とする。
（２）試料は孔径２．５＋０．２／−０ｍｍのオリフィスを持つ漏斗に注ぎ流れ出た試料が、コップ一杯になってあふれ出るまで流し込む。
（３）あふれ始めたら直ちに試料の流入をやめ、振動を与えないようにコップの上に盛り上がった試料をへらでコップの上端に沿って平らにかきとる。
（４）コップの側面を軽く叩いて、試料を沈ませコップの外側に付着した試料を除去して、コップ内の試料の重量を０．０５ｇの精度で秤量する。
３．計算
前項２−（４）で得られた測定値に０．０４を乗じた数値をＪＩＳ−Ｚ８４０１（数値の丸め方）によって小数点以下第２位に丸め、「ｇ／ｃｍ３」の単位の見掛け密度とする。

（真比重）
真比重は、ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−１に準拠して、ピクノメーターを用いて測定した。ここで、溶媒としてメタノールを用い、温度２５℃にて測定を行った。

（磁気特性）
磁気特性は、振動試料型磁気測定装置（型式：ＶＳＭ−Ｃ７−１０Ａ（東英工業社製））を用いた。測定試料（複合磁性粉）は、内径５ｍｍ、高さ２ｍｍのセルに詰めて上記装置にセットした。測定は、印加磁場を加え、１Ｋ・１０００／４π・Ａ／ｍまで掃引した。次いで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製した。このカーブのデータより印加磁場が１Ｋ・１０００／４π・Ａ／ｍにおける磁化、残留磁化及び保磁力を読み取った。

（複素誘電率及び複素透磁率の測定）
複素誘電率及び複素透磁率の測定は下記のようにして行った。
アジレントテクノロジー社製Ｅ４９９１Ａ型ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ、１６４５３Ａ誘電体測定電極及び１６４５４Ａ磁性材料測定電極を用いて測定した。

複素誘電率測定用サンプルの調製は下記の通りである。すなわち、ノイズ抑制用複合磁性粉９．７ｇ及びバインダー樹脂（Ｋｙｎａｒ３０１Ｆ：ポリフッ化ビニリデン）０．３ｇ秤量し、５０ｃｃのガラス瓶に入れて、１００ｒｐｍのボールミルで３０ｍｉｎ間撹拌混合した。

撹拌終了後、１．２ｇ程度を秤量し、直径１３ｍｍのダイスに投入し、プレス機で３ｍｉｎ間、４０ＭＰａの圧力で加圧する。得られた成型体を熱風乾燥機で１４０℃、２時間静置し、複素誘電率測定用サンプルとした。複素透磁率測定用サンプルは複素誘電率測定用サンプルと同様にして成型体を作製後、中心部に４．５ｍｍの穴を開けて複素透磁率測定用サンプルとした。事前に測定用サンプル成型体の直径、厚さ、内径を測定し、測定装置に入力する。測定は振幅１０ｍＡとし、１ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲で対数スケールで掃引し、複素透磁率（実数部透磁率：μ′、虚数部透磁率：μ″）、複素誘電率（実数部誘電率：ε′、虚数部誘電率：ε″）、並びに透磁率損失及び誘電率損失（ｔａｎδ）を測定した。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉の誘電率の損失は１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚでは０．１１以下であることが望ましい。ノイズ抑制用複合磁性粉の誘電率の損失が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚでは０．１１よりも大きい場合は、ノイズ抑制体を形成したときに、誘電率の損失が大きくなり、ノイズ抑制体用途で使用するとノイズ抑制体の発熱が大きくなる可能性がある。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉の誘電率の損失は１ＧＨｚ０．２２以下であることが望ましい。ノイズ抑制用複合磁性粉の誘電率の損失が１ＧＨｚでは０．２２よりも大きい場合は、ノイズ抑制体を形成したときに、誘電率の損失が大きくなり、ノイズ抑制体用途で使用するとノイズ抑制体の発熱が大きくなる可能性がある。

実施例１〜３のノイズ抑制用複合磁性粉は、高周波における誘電率の損失が小さい。これに対して、比較例１は高誘電率微粒子を被覆しなかったため、抵抗が低く、抵抗測定時に測定不能となっただけでなく、高周波側における誘電率の損失が大きくなり、低周波から高周波まで広い範囲でノイズ抑制能力はあるものの、発熱が懸念される磁性粉となった。比較例２は概ね良好な特性を有するものの、体積抵抗が小さいため、樹脂と混合し樹脂成型物としたときの絶縁性に劣ることが懸念される。

本発明に係るノイズ抑制用複合磁性粉は、高周波側での誘電率の損失が小さいことから、発熱を抑制しながら低周波から高周波まで広い範囲でノイズ抑制能力を持ったノイズ抑制体が得られる。そして、このノイズ抑制体は、パソコンや携帯電話等のデジタル電子機器のノイズ抑制に好適に用いられる。

Claims (1)

1. 金属粉に高誘電率微粒子とバインダー樹脂とを被覆したノイズ抑制用複合磁性粉であって、
   当該金属粉として鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉又はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉を用い、
   当該高誘電率微粒子としてＣａＴｉＯ _３ 又はＳｒＴｉＯ _３ を用い、
   当該バインダー樹脂としてポリメチルメタクリレート樹脂又はスチレンアクリル共重合体を用いたことを特徴とするノイズ抑制用複合磁性粉。