JP7288294B2 - 磁性部材用粉末 - Google Patents

Description

本発明は磁性部材用粉末に関する。詳細には、磁性シート、磁性リング等の部材中に分散される粉末に関する。

携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器が、近年普及している。最近では、これらの機器の小型化及び高性能化が進んでいる。機器の小型化に伴い、機器内の回路部品にも、小型化及び高性能化の要求が高まっている。小型化及び高性能化された機器では、回路に装着される電子部品の密度が高い。従って、この電子部品から放射される電波ノイズに起因して、電子部品同士間の電波干渉、及び電子回路同士間の電波干渉が生じやすい。電波干渉は、電子機器の誤動作を招来する。

電波干渉の抑制の目的で、電子機器にノイズ抑制シートが挿入されることがある。このノイズ抑制シートは、放出された放射電波（ノイズ）を磁力に変換し、電子回路外への電波放出を防ぐ。ノイズ抑制シートの加工は容易であり、かつこのシートの形状自由度は高い。

典型的な従来のノイズ抑制シートには、フェライトと呼ばれる酸化物が、磁性材料として用いられている。このフェライトの透磁率は、高周波域において小さい。具体的には、周波数が１００ｋＨｚから２０Ｍｚである領域において、透磁率が小さい。従って、この周波数域における電波から磁力への変換効率は、不十分である。

フェライトを含まず、透磁率の高い軟磁性金属粉末を含む磁性シート及び磁性リングが、提案されている。特開２０１７－２０８４１６公報には、ＦｅＭｎ合金粉末が用いられたノイズ抑制シートが開示されている。特開２０１１－１０８７７５公報には、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系の扁平粉末が用いられたノイズ抑制シートが開示されている。

特開２０１７－２０８４１６公報 特開２０１１－１０８７７５公報

特開２０１７－２０８４１６公報に開示された粉末では、反磁界係数低減の目的で、粒子が扁平化されている。この粒子の合金は、球状での使用には適していない。さらにこの粒子は、樹脂との混合による使用には適していない。

特開２０１１－１０８７７５公報に記載されたノイズ抑制シートでは、粉末が扁平化されているので、比較的高い周波数域でも、高い透磁率が達成されうる。しかし、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系の組成を有する粉末では、２０ＭＨｚに近い高周波数域でのノイズ抑制は、十分ではない。

近年の電子機器に用いられる磁性部材には、高周波数域でのノイズ抑制の要請がある。本発明の目的は、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域においてノイズを抑制できる磁性部材に適した粉末の提供にある。

本発明に係る磁性部材用粉末は、複数の粒子からなる。それぞれの粒子の主部の材質は、合金である。この合金の組成は、
Ｂ：５．０質量％以上８．０質量％以下
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である。この合金は、Ｆｅ_２Ｂ相を含む。

他の観点によれば、本発明に係る磁性部材用粉末は、複数の粒子からなる。それぞれの粒子の主部の材質は、合金である。この合金の組成は、
Ｂ：５．０質量％以上８．０質量％以下
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上：０質量％以上２５質量％以下
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である。この合金は、Ｆｅ_２Ｂ相を含む。

好ましくは、合金におけるＦｅ_２Ｂ相の面積率ＰＳは、２０％以上８０％以下である。

好ましくは、合金における、各元素の有する電子の数の加重平均Ｎに対する、ｂＨｃの比（ｂＨｃ／Ｎ）は、５００Ａ／（ｍ・個）以上７００Ａ／（ｍ・個）以下である。

粒子が、主部の表面に位置する絶縁被覆を有してもよい。

本発明に係る粉末が用いられた磁性部材では、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域にて、ノイズが抑制されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁性部材用粉末の粒子が示された断面図である。 図２は、図１の粉末が分散した磁性シートの一部が示された断面図である。 図３は、本発明の他の実施形態に係る磁性部材用粉末の粒子が示された断面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

［第一実施形態］
本発明に係る磁性部材用粉末は、多数の粒子の集合体である。それぞれの粒子は、球形状を有する。図１は、この粒子２の断面図である。図２は、この粉末が分散した磁性部材（磁性シート４）が示された断面図である。

この磁性シート４が得られるには、まず粉末が、樹脂及びゴムのような基材ポリマーに、各種薬品と共に混練されてポリマー組成物が得られる。混練には、既知の方法が採用されうる。例えば、密閉式混練機、オープンロール等により、混練がなされうる。薬品として、潤滑材及びバインダーのような加工助剤が例示される。

次に、このポリマー組成物から、磁性シート４が成形される。成形には、既知の方法が採用されうる。圧縮成形法、射出成形法、押出成形法、圧延法等により、成形がなされうる。

磁性部材の形状は、シート状には限られない。リング状、立方体状、直方体状、円筒状等の形状が、採用されうる。加工が容易との観点から、組成物に、潤滑材、バインダー等の加工助剤が配合されてもよい。

磁性部材の性能を表す指標として、透磁率μ、実部透磁率μ’及び虚部透磁率μ”がある。実部透磁率μ’は、電磁波遮蔽特性の優劣を表す。虚部透磁率μ”は、電磁波吸収特性の優劣を表す。透磁率μは、下記数式によって算出されうる。この数式において、「ｊ」は虚数単位を表す。換言すれば、「ｊ」の二乗は－１である。
μ＝μ’＋ｊμ”
なお、本願において、透磁率μ、実部透磁率μ’及び虚部透磁率μ”のそれぞれは、真空透磁率との比である比透磁率で表される。高周波での磁気損失ｔａｎδは、この虚部透磁率μ”と実部透磁率μ’との比で表される。換言すれば、磁気損失ｔａｎδは下記数式によって算出される。
ｔａｎδ ＝ μ” ／ μ’
この数式から明らかな通り、渦電流損失、磁気共鳴等に起因してμ’が低下しμ”が上昇すると、損失ｔａｎδが上昇する。

金属からなる磁性粉末の飽和磁束密度は、フェライトのそれよりも高い。これは、金属粉末の長所である。一方、従来の金属粉末では、フェライトに比べ、磁気共鳴による損失が低周波域で発生する。従ってこの金属粉末は、高周波域（周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲）での損失低減には、適していない。

粉末の扁平化は、高透磁率確保には有用である。しかし、扁平化された粉末は、ポリマーとの混練性に劣る。

発明者らは検討を進めた結果、所定の組成及び組織を有する金属粉末が、磁性部材に適していることを見出した。本発明に係る粉末では、高周波域において損失が抑制されうる。

この粒子２の主部の材質は、合金である。ここで主部とは、粒子２がその表面に絶縁性皮膜を有する場合、この被膜を除いた部分のことである。この合金は、Ｂを含む。この合金におけるＢの含有率は、５．０質量％以上８．０質量％以下である。この合金はさらに、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含みうる。これらの元素の含有率は、０質量％以上２５質量％以下である。この合金の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。以下、各元素の役割が詳説される。

［ホウ素（Ｂ）］
Ｂは、Ｆｅと結合し、金属間化合物を生成する。金属間化合物が生成した合金は、Ｆｅ_２Ｂ相を含む。この合金からなる粒子を含む磁性シート４では、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域における損失が小さい。この磁性シート４では、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域において、ノイズが抑制されうる。ノイズ抑制の観点から、Ｂの含有率は５．０質量％以上が好ましく、５．５質量％以上が特に好ましい。過剰のＦｅ_２Ｂ相は、飽和磁束密度を低下させる。飽和磁束密度の観点から、Ｂの含有率は８．０質量％以下が好ましく、７．５質量％以下が特に好ましい。

［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、Ｆｅ中に固溶し、保磁力の向上に寄与する。保磁力は、磁気共鳴周波数と相関する。保磁力が大きい合金では、磁気共鳴周波数が高い。Ｃｒはさらに、粉末の耐食性にも寄与しうる。これらの観点から、Ｃｒの含有率は１．０質量％以上が好ましく、２．０質量％以上が特に好ましい。保磁力は、透磁率とは負の相関関係にある。Ｃｒの過剰の添加は、透磁率向上に悪影響を及ぼす。この観点から、Ｃｒの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１０．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｒの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、Ｆｅ中に固溶し、保磁力の向上に寄与する。保磁力は、磁気共鳴周波数と相関する。保磁力が大きい合金では、磁気共鳴周波数が高い。この観点から、Ｍｎの含有率は１．０質量％以上が好ましく、２．０質量％以上が特に好ましい。保磁力は、透磁率とは負の相関関係にある。Ｍｎの過剰の添加は、透磁率向上に悪影響を及ぼす。この観点から、Ｍｎの含有率は５．０質量％以下が好ましい。Ｍｎの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

［コバルト（Ｃｏ）］
Ｃｏは、Ｆｅ中に固溶し、保磁力の向上に寄与する。保磁力は、磁気共鳴周波数と相関する。保磁力が大きい合金では、磁気共鳴周波数が高い。この観点から、Ｃｏの含有率は１．０質量％以上が好ましく、２．０質量％以上が特に好ましい。保磁力は、透磁率とは負の相関関係にある。Ｃｏの過剰の添加は、透磁率向上に悪影響を及ぼす。この観点から、Ｃｏの含有率は５．０質量％以下が好ましい。Ｃｏの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、オーステナイト形成元素である。Ｎｉは、δフェライト相の生成を抑制する。さらに、Ｆｅ中のＮｉリッチ相は、透磁率向上に寄与する。この観点から、Ｎｉの含有率は１．０質量％以上が好ましく、２．０質量％以上が特に好ましい。Ｎｉの過剰の添加は、マルテンサイト変態を阻害し、磁気特性に悪影響を及ぼすことがある。この観点から、Ｎｉの含有率は５．０質量％以下が好ましい。Ｎｉの含有率は、「ＪＩＳ Ｇ １２５６」の規定に準拠して測定される。

Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉの合計含有率が過剰であると、十分なＦｅ_２Ｂ相が生成せず、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域においてノイズが抑制され得ない。この観点から、この合計含有率は２５質量％以下が好ましく、２０質量％以下が特に好ましい。Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉの合計含有率は、３．０質量％以上が好ましく、５．０質量％以上が特に好ましい。合計含有率が、ゼロであってもよい。換言すれば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉは、必須の成分ではない。

［残部］
この合金の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。この合金において、不可避的不純物である元素の含有は、許容される。

［Ｆｅ_２Ｂ相の面積率ＰＳ］
合金におけるＦｅ_２Ｂ相の面積率（以下、「面積率ＰＳ」という）は、２０％以上８０％以下が好ましい。この面積率ＰＳが上記範囲内である合金からなる粉末を含む磁性シート４により、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域において、ノイズが抑制されうる。面積率ＰＳが増加すれば、Ｆｅ_２Ｂ相によるノイズ抑制効果が増加する。この観点から、この面積率ＰＳは３０％以上がより好ましく、４０％以上が特に好ましい。過大な面積率ＰＳは、透磁率の低下を招き、ノイズ抑制を阻害する。この観点から、面積率ＰＳは７０％以下がより好ましく、６０％以下が特に好ましい。面積率ＰＳの測定では、まず粒子３の断面がＳＥＭで観察されて、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にてＦｅ_２Ｂ相が特定される。さらにこの断面に画像解析が施されて、面積率ＰＳが算出される。無作為に抽出された１０個の粒子４において面積率が測定され、これが平均される。

［ｂＨｃ／Ｎ］
合金における、各元素の有する電子の数の加重平均Ｎに対する、ｂＨｃの比（ｂＨｃ／Ｎ）は、５００Ａ／（ｍ・個）以上が好ましい。比（ｂＨｃ／Ｎ）が５００Ａ／（ｍ・個）以上である合金からなる粉末を含む磁性シート４により、周波数が１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの領域において、ノイズが抑制されうる。この観点から、比（ｂＨｃ／Ｎ）は５３０Ａ／（ｍ・個）以上がより好ましく、５５０Ａ／（ｍ・個）以上が特に好ましい。比（ｂＨｃ／Ｎ）は、７００Ａ／（ｍ・個）以下が好ましい。

例えば、Ｆｅ－３ｍａｓｓ％Ｂの場合、Ｆｅの電子数は２６であり、Ｂの電子数は５なので、加重平均Ｎは下記の数式によって算出される。
５×０．０３＋２６×（１－０．０３）＝２５．３７

例えば、Ｆｅ－２ｍａｓｓ％Ｃｒ－５ｍａｓｓ％Ｂの場合、Ｆｅの電子数は２６であり、Ｃｒの電子数は２４であり、Ｂの電子数は５なので、加重平均Ｎは下記の数式によって算出される。
２４×０．０２＋５×０．０５＋２６×（１－０．０２－０．０５）＝２４．９１

ｂＨｃは、振動試料型磁力計によって測定される。測定時の印加磁場は、１２０，０００Ａ／ｍである。磁性体のヒステリシスループを解析することにより、ｂＨｃが導出される。振動試料型磁力計の一例としては、Lake Shore社のAGM 2900が挙げられる。

［平均粒径］
この粉末の平均粒径Ｄ５０は、２０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。平均粒径Ｄ５０が２０μｍ以上である粉末は、流動性に優れており、従ってバインダー等と容易に混合されうる。この観点から、平均粒径Ｄ５０は２５μｍ以上がより好ましく、３０μｍ以上が特に好ましい。平均粒径Ｄ５０が１５０μｍ以下である粉末から、厚さが小さな磁性シート４が得られうる。この磁性シート４は、小型の電子機器に適用されうる。この観点から、平均粒径Ｄ５０は１２０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。

平均粒径Ｄ５０は、粉体の全体積を１００％として累積カーブが求められたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒子径である。粒子径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置により測定される。この装置のセル内に、粉末が純水と共に流し込まれ、粒子２の光散乱情報に基づいて、平均粒径が検出される。この装置の一例として、日機装社の「マイクロトラックＭＴ３０００」が挙げられる。

この粉末は、アトマイズによって製造されうる。好ましいアトマイズとして、ガスアトマイズ法及び水アトマイズ法が挙げられる。

［第二実施形態］
図３は、本発明の他の実施形態に係る磁性部材用粉末の粒子６が示された断面図である。この粒子６は、球状の主部８と絶縁性皮膜１０とを有している。主部８の材質、性状、サイズ等は、図１に示された粒子２のそれらと同じである。この粒子６は、図１に示された粒子２の表面に絶縁性皮膜１０が付着することで得られうる。

粒子６の主部８と、この粒子６に隣接する他の粒子６の主部８との直接の接触が、絶縁性皮膜１０によって防止される。これにより、渦電流損失が抑制される。この観点から、皮膜１０の厚みは２０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上が特に好ましい。主部８が有する磁気特性が阻害されにくいとの観点から、皮膜１０の厚みは５００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下が特に好ましい。

絶縁性皮膜１０を有さない粒子で作製したシートの体積抵抗値αに対する、絶縁性皮膜１０を有する粒子６で作製したシートの体積抵抗値βの比（β／α）は、１００以上である。

図３に示されるように、皮膜１０は主部８の全体を覆っている。皮膜１０が、主部８を部分的に覆ってもよい。

粒子６が、主部８と皮膜１０との間に他の皮膜を有してもよい。粒子６が、皮膜１０の外側に他の皮膜を有してもよい。

皮膜１０の好ましい材質は、チタンアルコキシド類及びケイ素アルコキシド類を含む重合体である。この重合体はチタンアルコキシド類とケイ素アルコキシド類との混合物の重合反応によって得られうる。チタンアルコキシド類は、１つの分子中にあるチタン原子に少なくとも１つのアルコキシド基が結合している化合物である。ケイ素アルコキシド類は、１つの分子中にあるケイ素原子に少なくとも１つのアルコキシド基が結合している化合物である。アルコキシド基は、有機基が負の電荷を持つ酸素と結合した化合物である。有機基は、有機化合物からなる基である。

チタンアルコキシド類には、チタンアルコキシドのモノマー、このモノマーが複数重合されて形成されたオリゴマー、及びチタンアルコキシドが生成する前の段階の化合物（前駆体とも称される。）が含まれる。ケイ素アルコキシド類には、ケイ素アルコキシドのモノマー、このモノマーが複数重合されて形成されたオリゴマー、及びケイ素アルコキシドが生成する前の段階の化合物（前駆体とも称される。）が含まれる。

チタンアルコキシドの具体例として、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、チタンテトラ－２－エチルヘキソキシド及びイソプロピルトリドデシルベンゼンスフォニルチタネートが挙げられる。

ケイ素アルコキシドの具体例として、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン及びＮ－（β－アミノエチル）－γ－アミノプロピルメチルジメトキシシランが挙げられる。

主部８への皮膜１０の付着には、種々のコーティング方法が採用されうる。コーティング方法の具体例として、混合法、ゾル・ゲル法、スプレードライヤー法及び転動流動層法が挙げられる。

チタンアルコキシド類及びケイ素アルコキシド類を含む重合体が溶剤で希釈されて、コーティングに供されてもよい。好ましい溶剤として、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブタノール、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、酢酸エチル、プロピオン酸エチル及びテトラヒドロフランが例示される。

皮膜１０が、チタンアルコキシド類及びケイ素アルコキシド類を含む重合体と共に、他の化合物を含んでもよい。皮膜１０が、チタンアルコキシド類及びケイ素アルコキシド類を含む重合体以外の化合物から形成されてもよい。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実験１］
［実施例１］
アトマイズにより、下記の表１に示された組成を有する実施例１の粉末を製作した。この粉末における各粒子の形状は、球であった。この粉体を、小型ミキサーを用いて１００℃の温度下でエポキシ樹脂と混練し、粉末が樹脂マトリクス中に均一に分散した樹脂組成物を得た。エポキシ樹脂と粉末との体積比は、５対２とされた。この樹脂組成物を、圧力が４ＭＰａであり、温度が２００℃であるの条件で５分間熱プレス処理し、厚みが０．１ｍｍである磁性シートを得た。

［実施例２－３０及び比較例１－１６］
組成を下記の表１－３に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－３０及び比較例１－１６の粉末を製作した。これら粉末から、実施例１と同様にして、磁性シートを得た。

［磁性シートの評価］
温度が２５℃である条件下で周波数を変動させて、磁性シートの透磁率及びｔａｎδを、測定した。測定は、アジレント・テクノロジー（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）社製の商品名「ベクトル・ネットワーク・アナライザーＮ５２４５Ａ」によって行った。この１０ＭＨｚにおける実透磁率μ‘及びｔａｎδが０．０２を超える周波数域の下限値ＦＬを、求めた。さらに、この実透磁率μ’及び下限値ＦＬに基づき、下記の基準に従って、各粉末をランク付けした。
Ａ：μ‘が４．０以上かつ、ＦＬが１００ＭＨｚ以上
Ｂ：μ‘が４．０以上かつ、ＦＬが４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ未満
Ｃ：μ‘が４．０以上かつ、ＦＬが１０ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ未満
Ｆ：μ‘が４．０未満または、ＦＬが１０ＭＨｚ未満
これらの結果が、下記の表１－３に示されている。

表１－３に示された評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明に係る粉末は、種々の磁性部材に適している。

２、６・・・粒子
４・・・磁性シート
８・・・主部
１０・・・皮膜

Claims (4)

1. 複数の粒子からなる磁性部材用粉末であって、
   それぞれの粒子の主部の材質が合金であり、
   上記合金の組成が、
   Ｂ：５．０質量％以上８．０質量％以下
   残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
   であり、
   上記合金がＦｅ_２Ｂ相を含み、
   上記合金における、各元素の有する電子の数の加重平均Ｎに対する、ｂＨｃの比（ｂＨｃ／Ｎ）が、５００Ａ／（ｍ・個）以上７００Ａ／（ｍ・個）以下である磁性部材用粉末。
2. 複数の粒子からなる磁性部材用粉末であって、
   それぞれの粒子の主部の材質が合金であり、
   上記合金の組成が、
   Ｂ：５．０質量％以上８．０質量％以下
   Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上：０質量％以上２５質量％以下
   残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
   であり、
   上記合金がＦｅ_２Ｂ相を含み、
   上記合金における、各元素の有する電子の数の加重平均Ｎに対する、ｂＨｃの比（ｂＨｃ／Ｎ）が、５００Ａ／（ｍ・個）以上７００Ａ／（ｍ・個）以下である磁性部材用粉末。
3. 上記合金におけるＦｅ_２Ｂ相の面積率ＰＳが、２０％以上８０％以下である請求項１又は２に記載の磁性部材用粉末。
4. 上記粒子が、上記主部の表面に位置する絶縁被覆を有する請求項１から３のいずれかに記載の磁性部材用粉末。

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