JPH04188705A - 磁性体微粒子の配列格子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、磁性体微粒子の配列格子構造に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、孤立磁気分極波
を構成することのできる新しい磁性体微粒子の配列格子
構造に関するものである。

（従来の技術とその課題） 従来より、磁性材料を微粉末にし、表面を絶縁皮膜で覆
って結合剤を混ぜ合わせたものを加圧成形したダストコ
アという磁芯が用いられている。

通常の金属コアでは周波数が高くなるにつれ渦電流損失
が増大し透磁率が低下し、高周波回路には使用できない
が、ダストコアはこれを改善したものである。このダス
トコアはヒステリシス損失も小さいほか、透磁率や抵抗
率も比較的大きく、磁場に対する直線性が°よく、高周
波磁芯材料としてフェライトと共に重要な位置を占めて
いる。材料としてはＦｅ−ＡＪ−３ｉ系のセンダスト、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系のパーマロイ、カーボニル鉄粉など
が用いられている。しかしながら、透磁率が大きいこと
と、損失が少ないことは両立することが難しく、一般に
どうしても周波数が高くなるにともなって透磁率は低下
する。従来用いられているダストコア材料の周波数と透
磁率の特性を例示すると表１の通りとなる。

〈表　１〉 使用周波数と透磁率の特性 ＊磁性体ハンドブック（朝倉書店、　１９７８）　、　
１０９２本物理学辞典（培風館、　１９８６）　、　１
２０２これらの材料は回転磁化による磁化機構を利用し
ており、磁気異方性が小さく、かつ磁歪が小さいという
両方の条件が満たされたものである。

しかしながら、これら二つの条件はごく限られた特定の
合金組成においてのみ漬だされるものであり、高透磁率
材料の研究開発ではその合金組成を見つけ出すことに多
くの研究努力が費やされてきた。

そこでこの発明は、以上の通りの従来の技術的成果と課
題を踏まえつつ、これまでとは全く異なる観点からの技
術的手法により高い透Ｍｉ率を達成し、磁性体粒子自体
の磁気異方性や磁歪に関する厳しい条件を比較的ゆるや
かなものとし、さらに、高い周波数帯域でも透磁率の低
下が少ないなどの特徴を持つ材料構造を提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、以上の通りの課題を解決するものとして、
一様なサイズの磁性体微粒子が一様な微小間隔を介して
配列してＱることを特徴とする磁性体微粒子の配列格子
構造を提供する。

また、この発明は、媒質中に上記配列を集合状態で分散
させたことを具体的特徴の一つとしてもいる。

すなわち、先に発明者らはアンモニアガスと金属カーボ
ニルを主原料として、窒化金属コロイドあるいは窒化金
属磁性流体を合成する技術を開発している。この方法は
鉄カーボニルＦｅ　（Ｃｏ）＝のような金属カーボニル
と界面活性剤をケロシンなどの無極性有機溶媒に溶解さ
せ、その溶液に、たとえばアンモニアガスＮＨ，のよう
な含窒素化合物を導入しながら加熱し、溶媒中で窒化鉄
のような窒化金属微粒子を発生させ、同時に界面活性剤
の働きにより、窒化金属微粒子を非水溶媒中に分散させ
ることにより、窒化金属微粒子コロイド、あるいは窒化
金属磁性流体を得ることを特徴といている。界面活性剤
分子はその親油基を外側にして窒化金属微粒子表面に吸
着し、その結果、窒化金属微粒子はケロシンに可溶化さ
れる。またこのような界面活性剤分子の被覆層は微粒子
がそれ自身の静磁気力でくっつき合って、凝集すること
を防ぎ、分子的なスペーサーとしての役側をする。その
ため微粒子は一定の距離以上に接近することなく、その
距離はほぼ界面活性剤の構造と分子量で決まる。

この方法では、溶液中で微粒子の核形成と成長が行なわ
れるため、微粒子のサイズの均一性がきわめて良好なこ
とが特徴である。さらに、その粒径を６〜２０ナノメー
ターの範囲で任意に変えることができる。

発明者らはその後さらに鋭意研究を行った結果、窒化鉄
微粒子を界面活性剤分子に被覆されたままコロイド分散
媒から取り出し、それを熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性
樹脂の中に再分散できることを究胡した。さらに、その
分散系に磁界をかけたまま樹脂を硬化させると、第１図
（ａ）に示すように、窒化鉄微粒子ｉマ一定の間隔をお
いて数珠状に直線的に運なって磁界をかけた方向に長く
延びて配列する。また、その配列が磁界をかけた方向と
垂直な断面において、第１図（ｂ）に示すように、三角
格子を形作って樹脂中に固定されることを電子顕微鏡観
察により確認した。ここで微粒子は界面活性剤の被覆層
のエントロピツクな斥力により、一定の間隔を隔てて並
び、その間隔は使用する界面活性剤の種類と分子量によ
り制御することができる。

このような配向組成を持った材料は、後に述べる孤立磁
気分極波と呼ぶ必然的に高いと透磁率を実現させる磁気
構造を内部に包含し、それに起因する特異ツマ磁気的性
質を有することが明らかになり、この知見に基づいてこ
の発明を完成した。

以下、実施例としてこの発明の構造について説明する。

実施例 ７〜１０ナノメーターの範囲の均一直径を有する窒化鉄
微粒子は、３〜５ナノメーターの均一な隙間を隔てて鎮
状に並んでいるとき、その物質は強磁性を示すが、配向
の方向に関して透磁率が極袷で大きく、かつ抗磁力が極
めて小さい強磁性体になることが確認された。より具体
的には、粒径９ｎｍの窒化鉄微粒子からなる窒化鉄磁性
流体を用いて実験を行ったその結果、抗磁力Ｈｃは０．
１０ｅ以下、比透磁率μｒは１８３であった。第２図は
磁性体粒子配列格子の局在した磁気分極の双極子静磁エ
ネルギーの分布運動の様子とその磁気分極を例示したも
のである。また、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、このよ
うな孤立磁気分極波の伝播状態を模式的に示している。

窒化鉄微粒子コロイド系においては、窒化鉄微粒子粒径
が１２ナノメ一ター以上のとき、微粒子は凝集して沈澱
し、一方、窒化鉄微粒子粒径が１２ナノメーター以下の
とき、微粒子は凝集せず、安定な分散系を形成している
が、後者の様な安定な分散系１００Ｂに対して、例えば
アセトン５０部を添加して振とつすると、窒化鉄コロイ
ドは分散安定性を失って凝集し沈澱する。なおアセトン
以外にも、例えばジオキサン、酢酸アミル、酢酸メチル
など油及び水の両方に溶ける両親媒性液体であれば何で
あってもよい。このような微粒子が凝集した溶液に遠心
分離、あるいは磁界分離を施せば、沈澱成分を分離収集
はより効果的である。

乙のようにして窒化鉄微粒子の粒径がいずれであっても
、窒化鉄コロイドの中から窒化鉄微粒子分散層を分散媒
から分離し、固体成分のみを取り出すことができる。こ
のようにして溶媒から沈澱分離され、乾燥させた微粒子
はその表面に分散剤のアミン分子が吸着しているたｔｌ
それ自身でポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリエステル、
ボリメタパクリル酸メチル、等の極性の小さいポリマー
に対し親和性を示す。したがって乾燥させた窒化鉄微粒
子に上記のポリマーを添加し、加熱損はんする′ことに
より、容易に微粒子はポリマー中に分散し、解こうして
粘性の大きいゾルが形成される。窒化＃微粒子のポリマ
ーに対する割合を増加させていくと粘性係数もそれに伴
って増大し、ゾルからゲルに変化するが、窒化鉄微粒子
の濃度を８０重量％以下ではゾル状態を保つ。いったん
これを冷却硬化させた後、粉砕したものを例えば押し出
し機を用い、加熱溶融、混練し、目的の断面形状をもつ
グイから連続的に押し出し、空洞をうがった電磁石のな
かを通したのち冷却硬化させることにより、シートの長
手方向に配向組織を作ることができる。またエポキシや
ポリスチレンのような極性が大きいポリマーに分散させ
ようとするときには、さらに別の界面活性剤、例えば脂
肪酸の燐酸エステル、燐酸塩、スルホン酸エステル、ス
ルホン酸塩、またはエチレンオキサオド、プロピレンオ
キサイド、アミンなどを添加すると効果的である。特に
エポキシに対しては、トリオレイルフォスフェートや２
−エチルへキシルホスホン酸モノ−２−エチルヘキシル
等が好適である。なおエポキシ樹脂の場合にはアミンな
どの重合開始剤を添加し、鋳型に注入後磁界をかけなが
らゆっくり重合硬化させて製品を得ることも可能である
。もちろんこれらの加工法だけでなく、射出整形法、圧
Ｎ整形法、押出し整形法、吹込み整形法などの加工手段
を用いることもできる。

第３図は、高周波インダクターのトロイダルコアを例示
したものであり、磁性体微粒子配列格子による複合磁性
材料（１）を使用している。

ま−た、第４図は、チップ型インダクターを例示し、磁
性体微粒子配列格子複合磁性材料（２）、コイル（３）
および電極（４）を示している。

第５図は、高周波インダクターのコアを例示している。

フェライトコアまたはダストコア（５）および隙間の充
填剤（６）を示している。

これに限られることなく、この発明の配列格子構造の様
々な応用が考えられる。

”（発明の効果） 以上詳しく説明したように、この発明により、以下の通
りの優れた効果が実現される。

〈１〉　微粉末を絶縁して圧縮成形したダストコアと比
較して、より高い周波数領域まで高い透磁率を実現する
ことができる。

〈２〉　個々の微粒子が電気的に絶縁されるため、交流
または高周波磁芯として用いたとき、渦電流損失が小さ
い。

〈３〉　磁化はヒステリシスをもたないため、、交流ま
たは高周波磁芯として用いたとき、ヒステリシス損失が
ない。

く４〉　軟質で、可とう性に富んだ高透磁率材料を得る
ことができる。

く５〉　射出成形法、圧縮成形法、押畠し成形法、吹込
み成形法などの加工成形技術により、シート、板、管状
など様々な形状の高透磁率磁性体を容易に製造すること
ができる。

く６〉　表面実装インダクター（チップ型インダクター
に応用すると、その製造が極めて容易となり、またイン
ダクターの形状を自由に変えることができる。

く７〉　安価であり、かつ、多量生産が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は、この発明の格子構造を例示した
拡大側断面図と正断面図である。 第２図は、磁性体微粒子配列格子の局在した磁気分極の
双極子静磁エネルギーの分布とその磁気分極の運動の様
子を示した模式図である。 第３図、第４図および第５図は、各々、高周波インダク
ターのトロイダルコア、チップ型インダクター、および
高周波インダクターのコアを示した斜視図である。 １・・・配列格子複合磁性材料 ２・・・配列格子複合磁性材料 ３・・・コイル ４・・・電極 ５・・・フェライトコアまたはダストコア６・・・充填
剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様なサイズの磁性体微粒子が一様な微小間隔を
   介して配列してなることを特徴とする磁性体微粒子の配
   列格子構造。
2. （２）媒質中に配列を集合状態で分散させてなる請求項
   （１）記載の格子構造。
3. （３）微粒子が超常磁性を示す程度に小さい請求項（１
   ）または（２）記載の格子構造。
4. （４）磁性流体または媒質中に分散硬化させた磁性流体
   からなる請求項（１），（２）または（３）記載の格子
   構造。
5. （５）磁性流体が気相液相反応法によって製造された窒
   化鉄磁性流体である請求項（４）記載の格子構造。