JP6815214B2 - 高周波で用いる扁平粉末およびこれを含有する磁性シート - Google Patents

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Description

本発明は、各種の電子デバイスなどに用いられる、高周波において優れた磁気特性を有する扁平粉末およびこれを含有する磁性シートに関する。
近年、パソコンやスマートフォンなどの電子機器、情報機器が急速に発達するのに伴い、情報伝達の高速化が進行している。この情報伝達の高速化に伴い、使用周波数帯はＭＨｚ以上の高周波化が進行しつつある。特に小型電子機器であるスマートフォン等では、機器内部の電磁波干渉による誤作動の問題がある。
それら電子機器に一般的に使用される磁性粉末としては、例えば、特開２０１４−２０４０５１号公報（特許文献１）に開示されているようなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金センダストが使用される。ここでは、アスペクト比１５以上を有するＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の扁平粉待つを用いた磁性シートにおいて高い透磁率を実現すると述べている。
また、例えば、特開２０１２−００９７９７号公報（特許文献２）では、１ＧＨｚ以上の高周波帯域で電磁波吸収周波数を任意に調節でき、かつ薄肉で、優れた電磁波吸収性を得ることができる軟磁性樹脂組成物および電磁波吸収体について述べられている。また、特開２０１０−２７２６０８号公報（特許文献３）では、Ｆｅ−Ｃｒ合金またはＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金を用いた５００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ域の扁平状磁性粉末について述べている。しかし、Ｃｒ含有量が高いことから、耐食性も高く、かつ安価であり、高い実透磁率（μ´）と低い虚透磁率（μ´´）を達成している。
このような磁性シートの特性において、要求される特性は、透磁率の実数部である高い実透磁率（μ´）、かつ低い虚透磁率（μ´´）である。また、高周波域では、磁性の共鳴現象によって、実透磁率（μ´）が著しく減少するとともに、虚透磁率（μ´´）が急激に増加し始める。この共鳴現象の評価として、ｔａｎδ（μ´´／μ´）を用いることが有効である。ここで、ｔａｎδが０．１となる周波数を、以下、ＦＲ（ＭＨｚ）とする。このＦＲは一般的に、飽和磁束密度に比例して高くなる傾向がある。
特開２０１４−２０４０５１号公報 特開２０１２−００９７９７号公報 特開２０１０−２７２６０８号公報
上述したような特許文献のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の扁平粉末の飽和磁束密度は一般的に１．０Ｔであり、ＦＲは約２０ＭＨｚである。また、一般的にＦｅ−ＣｒまたはＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金の扁平粉末の飽和磁束密度は１．２Ｔ程度とセンダスト合金よりも高いが、ＦＲは５０ＭＨｚ以下である。したがって、このような合金系では、飽和磁束密度が低いため、ＦＲが低く、広範囲の電磁波吸収が困難であった。
このような問題に対し、発明者らは鋭意開発した結果、Ｃｒを高濃度で含有させる代わりに、Ｃを含有させることで、高い実透磁率（μ´）、かつ高い飽和磁束密度を有し、高いＦＲを兼備した高周波で用いる扁平粉末およびこれを含有する磁性シートの開発を達成することを見出した。
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１％〜３．０％、Ｃｒ：１．０％〜１０％未満であり、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、飽和磁束密度が１．２Ｔ超え、平均粒径Ｄ５０が１０μｍ〜６５μｍを特徴とする高周波で用いる扁平磁性粉末。
（２）前記（１）に加え、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｏ：１０％以下をいずれか１種類もしくは２種類以上を含むことを特徴とする扁平磁性粉末。
（３）前記（１）または（２）に記載された高周波で用いる磁性粉末を含有することを特徴とする磁性シートにある。
上述したように、Ｃを含有させることで、高い実透磁率（μ´）かつ１．２Ｔ超える飽和磁束密度を有し、高いＦＲを兼備した高周波で用いる扁平粉末およびこれを含有する磁性シートを提供できることにある。
次に、この発明の組成およびその磁気特性を上記のように限定した理由を説明する。
Ｃ：０．１％〜３．０％について
Ｃは、ＦＲを増加させるための必須元素である。Ｃを多く含有するＦｅ基合金粉末を粉砕、加工すると、原料粉末に含有されるオーステナイト相が加工誘起マルテンサイト変態を引き起こす。この加工誘起マルテンサイトにより、ＦＲが増加することが知られている。０．１％以下では加工誘起マルテンサイト変態が生じず、３％越えると、飽和磁束密度が低くなる。したがって、好ましくは、０．２％〜２．８％、さらに好ましくは、０．４％〜２．６％である。
Ｃｒ：１．０％〜１０％未満について
Ｃｒは、マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ（以下、Ｍｓ点とする）を低下させ、かつ耐食性を向上させる。Ｃｒを添加させ、Ｍｓ点を低下させることで、原料粉末の残留オーステナイト相を生成させる。この状態で扁平加工を行うことにより、平均粒径が大きく、扁平度（アスペクト比）の高い扁平粉が得られる。１．０％未満の場合、残留オーステナイトが生成せず、原料粉の硬さが増加し、平均粒径が減少する。１０％を超えると、飽和磁束密度が低くなる、または、硬さが減少し、平均粒径が過度に増加する。したがって、好ましくは、２．０％〜９．０％、さらに好ましくは、３．０％〜８．０％である。
飽和磁束密度が１．２Ｔ超について
飽和磁束密度は、ＦＲを増加させる磁気特性である。高周波域で電磁波吸収に必要なＦＲを得るためには、１．２Ｔ以上要求される。したがって、好ましくは、１．３Ｔ超え、さらに好ましくは、１．４Ｔ超えることである。
平均粒径Ｄ５０が１０μｍ〜６５μｍについて
平均粒径Ｄ５０は磁性シートの成形性に大きく影響する特性である。１０μｍ以下の場合、扁平粉末が凝集しやすく、磁性シートの柔軟性に欠ける。６５μｍ超えるとシート成形時にシート表面に突起が発生しやすく、磁性シートの平面性に欠けるため好ましくない。したがって、好ましくは、１５μｍ〜６０μｍ、さらに好ましくは、２５μｍ〜５５μｍである。なお、ここでの平均粒径Ｄ５０は、レーザー回折方式測定装置を用いて測定した体積分布の積算で５０％になるときの粒径のことである。
Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下について
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉは、Ｍｓ点調整および硬さ調整に適宜含有される。Ｓｉ、Ｍｎは１．５％以上を超えると飽和磁束密度を低下させる。また、硬さを急激に増加させ、扁平化後の平均粒径Ｄ５０を減少させる。Ｎｉに関しては、１．５％を超えると、硬さの減少が著しく、扁平加工後の平均粒径Ｄ５０を過度に増加させる。したがって、好ましくは、０．１％以上０．９％％以下、さらに好ましくは、０．３％〜０．７％である。
Ｃｏ：１０％以下について
Ｃｏは、Ｍｓ点の調整および硬さ調整に使用されるとともに、耐食性を向上させる。ＣｏはＭｓ点を増加させる数少ない元素の１つであり、かつ飽和磁束密度も増加させる。しかし、高価な金属であるため、多量の添加は材料費を急激にあげることになるため、必要最低限の含まれることが望ましい。したがって、好ましくは、１．０％〜８．０％、さらに好ましくは、１．０％〜５．０％である。
本発明における扁平粉末の製造方法は従来提案されている方法で可能である。各種のアトマイズ法により、原料となる合金粉末を作製し、これをボールミルやアトライター装置によって乾式あるいは湿式で扁平加工をおこなう。その後、２００℃以上の熱処理により、扁平加工後にも存在する残留オーステナイト相を分解させ、飽和磁束密度を増加させ、ＦＲを向上させる。
以下に本発明について実施例により具体的に説明する。
［扁平粉末の作製］
まず、表１、２に示す組成について、ガスアトマイズ法により金属粉末を作製し、−１５０μｍに分級した。これらの原料粉末をアトライター装置により、扁平加工をおこなった。アトライターはＳＵＪ２製の直径４．８ｍｍのボールを使用し、原料粉末と工業エタノールとともに撹拌容器に投入し、羽根の回転数２５０ｒｐｍとして実施した。
得られた扁平粉末の一部を、扁平加工中に導入された歪み除去および残留オーステナイト相を除去するため、Ａｒまたは窒素中雰囲気中で熱処理をおこなった。温度は粉末の焼結温度を考慮して、２００℃〜９００℃で３時間保持の熱処理を行った。
［扁平粉末の評価］
得られた扁平粉末について、平均粒径Ｄ５０、飽和磁束密度の評価をおこなった。平均粒径Ｄ５０はレーザー回折方式測定装置、飽和磁束密度はＶＳＭ装置を使用し測定した。
［磁性シートの作製および評価］
トルエンに塩素化ポリエチレンを溶解し、この溶液に得られた扁平粉末を混合した。出来上がったスラリーをポリエステル樹脂に塗布し、ドクターブレード法によりシート成形をおこなった。成形後、常温常湿環境で１日乾燥させた。その後、５０℃、１５〜６０ＭＰａの圧力でプレス加工し、磁性シートを得た。いずれの磁性シートも扁平粉の充填率を５０％に揃えて評価をおこなった。
次に、この磁性シートを外形：７ｍｍ、内径：３ｍｍのドーナッツ状に切り出し、インピーダンスアナライザーにより、透磁率（μ´，μ´´）をそれぞれ測定した。ここで、実透磁率μ´は１〜５ＭＨｚにおける平均値、ＦＲはμ´´／μ´を求め、磁性シートの評価をおこなった。
表１のＮｏ．１〜２４は本発明例であり、表２のＮｏ．２５〜４６は比較例である。
比較例Ｎｏ．２５〜２７は、Ｃ含有量が低いために、平均粒径Ｄ５０が大きい。比較例Ｎｏ．２８〜３１は、Ｃ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が小さく、かつ飽和磁束密度が低い。
比較例Ｎｏ．３２〜３３は、Ｃｒ含有量が低いために、平均粒径Ｄ５０が小さい。比較例Ｎｏ．３４〜３６は、Ｃｒ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が大きい。比較例Ｎｏ．３７〜３８は、Ｃｒ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が大きく、かつ飽和磁束密度が小さい。
比較例Ｎｏ．３９、Ｓｉ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が小さい。比較例Ｎｏ．４０は、ＣｒおよびＳｉ含有量が高いために、平均粒径が小さい。比較例Ｎｏ．４１〜４２は、Ｍｎ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が小さい。比較例Ｎｏ．４３〜４５は、Ｎｉ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が大きい。比較例Ｎｏ．４６は、ＳｉおよびＭｎ含有量が高いために、平均粒径Ｄ５０が小さい。なお、比較例Ｎｏ．２５〜４６は、いずれも平均粒径が目的値からはずれていることから、磁性シートとして使用不可とし、実透磁率（μ´）とＦＲについて評価していない。
これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜２４は、いずれも本発明条件を満足していることから、平均粒径Ｄ５０、飽和磁束密度は目的の特性を有していることが分かる。
以上のように、本発明は、Ｃ含有させることで、高実透磁率（μ´）および高飽和磁束密度かつ高ＦＲを兼備した高周波で用いる扁平粉末およびこれを含有する磁性シートを提供するものである。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (3)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．１％〜３．０％、Ｃｒ：１．０％〜１０％未満であり、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、飽和磁束密度が１．２Ｔ超え、平均粒径Ｄ５０が１０μｍ〜６５μｍを特徴とする高周波で用いる扁平磁性粉末。
  2. 請求項１に加え、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｏ：１０％以下をいずれか１種類もしくは２種類以上を含むことを特徴とする高周波で用いる扁平磁性粉末。
  3. 請求項１または２項に記載された高周波で用いる磁性粉末を含有することを特徴とする磁性シート。
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