JPH1079302A - 複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体 - Google Patents
複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体Info
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Abstract
磁波の干渉の抑制に有効な手段の提供。 【解決手段】 実質的に軟磁性合金粉末と結合剤からな
る複合磁性体であり、前記軟磁性合金粉末のキュリー温
度Tcは、粉末の出発原料となるバルク合金材の結晶異
方性定数が略ゼロになる組成のキュリー温度と略等し
い。また前記軟磁性合金粉末のキュリー温度Tcは、粉
末の出発原料となるバルク合金材の磁歪定数が略ゼロに
なる組成のキュリー温度と略等しくてもよい。前記軟磁
性合金粉末の非酸化物組成を、キュリー温度Tcの測定
を伴って管理することが好ましい。
Description
て優れた複素透磁率特性を有する複合磁性材料およびそ
れを用いた電磁波吸収体に関し、高周波電子回路や装置
に於いて問題となる電磁干渉の抑制に有効な手段を提供
するものである。
を利用する電子機器類の普及が進み、中でも準マイクロ
波帯域を使用する移動通信機器類の普及がめざましい。
それに伴い、インダクタンス部品や電波吸収体に用いら
れる軟磁性体材料にも高周波化への対応が求められてい
る。加えて、その用途が携帯電話機等の小型、軽量な通
信機器の場合には、軟磁性体への要求特性に、軽量、肉
薄、堅牢等が追加される。
つは、渦電流損失であり、その低減化手段として、表皮
深さを考慮した薄膜化及び高電気抵抗化が挙げられ、前
者の例としては、磁性体層と誘電体層を交互に積層製膜
したもの、また後者の代表としては高電気抵抗のNi−
Zn系フェライトを挙げることができる。
は、前述のインダクタンス部品及び電波吸収体が主であ
り、インダクタンス部品には実部透磁率μ′が用いら
れ、電波吸収体には虚数部透磁率μ″が用いられる。
いQ値が要求される場合が多いものの、準マイクロ波帯
域では必要なインダクタンスが極めて小さな値となる為
に、磁芯材料としての用途は限られている。
体としての用途は、高周波機器類の普及と共に拡大しつ
つある。
機器には、とりわけ小型化軽量化の要求が顕著であり、
電子部品の高密度実装化が最大の技術課題の一つとなっ
ている。従って、過密に実装された電子部品類やプリン
ト配線あるいはモジュール間配線等が互いに極めて接近
することになり、更には、信号処理速度の高速化も図ら
れているため、静電及び電磁結合による線間結合の増大
化や放射ノイズによる干渉などが生じ、機器の正常な動
作を妨げる事態が少なからず生じている。
は、主に導体シールドを施す事による対策がなされてき
た。
ールドは空間とのインピーダンス不整合に起因する電磁
波の反射を利用する電磁障害対策であるために、遮蔽効
果は得られても不要輻射源からの反射による電磁結合が
助長され、その結果二次的な電磁障害を引き起こす場合
が少なからず生じている。
の磁気損失、即ち虚数部透磁率μ″を利用した不要輻射
の抑制が有効である。
磁気損失の大きい磁性体を配設する事で不要輻射を抑制
することが出来る。
る関係を満足する周波数帯域にてμ″の大きさに反比例
するので、前記した電子機器の小型、軽量化要求に迎合
する薄い電磁干渉抑制体即ち、シールド体と磁性体から
なる複合体を得るためには、虚数部透磁率μ″の大きな
磁性体が必要となる。
磁率の高周波特性に優れ、磁気損失体として機能する磁
性体即ち、低周波数領域にてμ′の値が大きく、更に
μ″>μ′なる周波数領域に於いてμ″が大きな値を示
す磁性体の検討を行った。
面に酸化被膜を有する軟磁性合金粉末をマトリックス中
に配向配列させた複合磁性体が優れた高周波透磁率特性
を有することを示した(日本応用磁気学会誌20,42
1−424(1996))。ここで用いた扁平状の軟磁
性合金粉末は、略球状ないし不定形状の粗粉末を溶媒中
で機械的に摩砕処理することにより得られるもので、前
記粗粉末は、原料メルトを冷媒中にアトマイズする直接
造粒や、原料インゴットを出発原料とし、これを機械粉
砕することで得られるものである。このような製法にて
代表的な軟磁性材料であるFe−Si−Al合金(セン
ダスト)を扁平状の粉末に加工し、その磁気特性につい
て、粉末化および扁平化プロセスとの関連を調べたとこ
ろ、粉末の比表面積の増大化と共に前記Fe−Si−A
l合金組成中のSiおよびAlの選択的な酸化、即ち合
金の組成ずれが進行することが判明した。Fe−Si−
Al合金においては、Fe85%、Si9.6%、Al
5.4%近傍に透磁率μが極めて大きくなる領域が存在
し、このときの結晶異方性定数及び磁歪定数は共に殆ど
ゼロとなっている(この領域のFe−Si−Al合金は
一般にセンダストとよばれる)。
i−Al合金粉末では、特定組成(SiおよびAl)の
選択的酸化によって合金組成のずれが生じ、この為に結
晶異方性定数及び磁歪定数が共にゼロでは無くなり透磁
率μの大幅な劣化が生じることになる。
元素分析により行われるが、この方法では、構成元素が
メタル状態で存在するのか或いは酸化物となっているの
かの区別が不能である。別の分析手段、例えば原子間の
結合エネルギーの違いを利用してメタル状態と酸化物状
態を分別する手法もあるが、被分析試料が微細な粉末で
あるため定量性に高い精度が望めないという問題があ
る。
合金組成の選択的欠乏を予め出発原料の段階で補ってお
き、粉末化された軟磁性合金の有効組成がバルク合金の
設計組成と略同一となる様にすることで、優れた透磁率
特性を実現するものであり、更には粉末の有効組成をキ
ュリー温度Tcの測定により精度良く検証可能とするも
のである。バルク軟磁性合金の設計組成は、通常結晶異
方性定数が略ゼロの組成または/及び磁歪定数が略ゼロ
となる組成であることが多く、本発明の組成基準となる
出発原料の合金組成は、通常結晶異方性定数又は/及び
磁歪定数が略ゼロの合金組成とした。これらを実現する
ことで高い透磁率と、応力歪みの影響を受けない安定し
た磁気特性が得られる。
組成により一義的に定まるものであり、磁気天秤等をも
ちいて磁化の温度変化を測定することにより粉末状態で
も容易に精度良く求めることができるので、本発明の目
的である粉末状態での合金組成の最適化を判定する手段
として極めて適している。
金粉末と結合剤からなる複合磁性体であって、前記軟磁
性合金粉末のキュリー温度Tcが、粉末の出発原料とな
るバルク合金材の結晶異方性定数が略ゼロになる組成の
キュリー温度と略等しいことを特徴とする複合磁性体が
得られる。
金粉末と結合剤からなる複合磁性体であって、前記軟磁
性合金粉末のキュリー温度Tcが、粉末の出発原料とな
るバルク合金材の磁歪定数が略ゼロになる組成のキュリ
ー温度と略等しいことを特徴とする複合磁性体が得られ
る。
末は、少なくとも表面が酸化されていることを特徴とす
る複合磁性体が得られる。
末は、扁平状の形状を有し、前記複合磁性体中において
配向配列されていることを特徴とする複合磁性体が得ら
れる。
導電性材料とから実質的になる電磁干渉抑制体が得られ
る。
む軟磁性合金粉末の製造方法であって、前記軟磁性合金
粉末の非酸化物組成を、キュリー温度Tcの測定を伴っ
て管理することを特徴とする軟磁性合金粉末の製造方法
が得られる。
む軟磁性合金粉末及び結合剤から実質的になる複合磁性
体の製造方法であって、前記軟磁性合金粉末の非酸化物
組成を、キュリー温度Tcの測定を伴って管理すること
を特徴とする複合磁性体の製造方法が得られる。
の大きなFe−Si−Al合金(センダスト)、Fe−
Si合金或いは各種アモルファス合金等の金属軟磁性材
料を原料素材として用いることが出来る。
〜引裂加工等により扁平化し、そのアスペクト比を概ね
10以上とする。所望のアスペクト比を得るには、例え
ば溶媒中で摩砕処理する方法が挙げられ、具体的には、
ボールミル、アトライタ、ピンミル等を用いることがで
き、前記した条件を満足するアスペクト比が得られれば
扁平化手段に制限はない。また、原料メルトを、回転す
る冷却コーン上に噴霧し直接扁平粒子を得る方法を用い
ても良い。
同士の電気的な隔離、即ち複合磁性体の非良導性を磁性
粉の高充填状態においても確保出来る様、軟磁性粉末
は、その表面に誘電体層が形成されている必要がある。
この誘電体層は、金属磁性粉末の表面を酸化させること
により得られる構成元素と酸素からなる金属酸化物層で
あり、例えばFe−Si−Al合金(センダスト)の場
合には、主にAlOx 及びSiOx であると推察され
る。金属粉末の表面を酸化させる手段の一例として、特
に粉末の大きさが比較的小さく、活性度の高いものにつ
いては、炭化水素系有機溶媒中あるいは不活性ガス雰囲
気中にて酸素分圧の制御された窒素−酸素混合ガスを導
入する液相徐酸法或いは気相徐酸法により酸化処理する
事が酸化反応制御の容易性、安定性及び安全性の点で好
ましい。
しては、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウ
レタン樹脂、セルロース系樹脂、ABS樹脂、ニトリル
−ブダジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系
樹脂或いはそれらの共重合体を挙げることが出来る。
し複合磁性体を得る手段には特に制限はなく、用いる結
合剤の性質や工程の容易さを基準に好ましい方法を選択
すればよい。
性粒子を配向・配列させる手段としては、せん断応力に
よる方法と磁場配向による方法があり、いずれの方法を
用いても良い。
説明する。
共にほぼゼロであるセンダスト中心組成(Fe85%、
Si9.4%、Al5.6%)を有する原料インゴット
(バルク合金材)を用意し、これを溶解して水アトマイ
ズ法によりFe−Si−Al合金の粗粉末を作製した。
次にアトライタを用いて摩砕加工を行い、摩砕処理時間
の異なる複数の試料を作製した。ここで得られた各試料
に関し、炭化水素系有機溶媒中で酸素分圧35%の窒素
−酸素混合ガスを導入しながら8時間撹拌し液相徐酸処
理した後、表面に酸化被膜を有する粉末の試料を得た。
得られた粉末を表面分析した結果、金属酸化物の生成が
明確に確認され、試料粉末の表面に於ける酸化被膜の存
在が認められた。
異なる扁平形状で表面に酸化被膜を有する粉末試料につ
いて、外部磁界5kエルステッドにて磁気天秤により飽
和磁化の温度変化を測定し、得られた飽和磁化の温度特
性より各粉末試料のキュリー温度Tcを求めた。図1に
各粉末試料のキュリー温度Tcのアトライタ摩砕処理時
間依存性を示す。
が、アトライタ摩砕処理時間の進行と共に単調に上昇し
ていることが分かる。
料である原料インゴット(バルク合金材)のキュリー温
度が約450℃であること、及び純鉄のキュリー温度が
約770℃であることから、アトライタによる摩砕処理
の進行により、試料粉末の合金組成がFe過剰となる、
言い換えればSi及び/又はAlの選択的欠落が生じる
と推定できる。その理由は、Si及び/又はAlの金属
→酸化物変化における標準生成Gibbsエネルギー
値、および合金中での移動度がFeに比べて大きいこと
により、Si及び/又はAlが選択的に粉末表面にて酸
化される為と考えられる。従って、粉末の表面積が大き
い程、Si及び/又はAlの酸化が促進され、その結果
としてキュリー温度Tcの変化も大きくなると予想され
る。図2は、アトライタ摩砕時間の異なる各試料につい
て、キュリー温度TcをBET比表面積の関数として示
した図であり、キュリー温度TcがBET比表面積に略
比例すること、即ち、Fe−Si−Al合金において
は、Si及び/又はAlの選択的な酸化が粉末の表面積
の大きさに応じて生じ、その結果合金組成が変化し、キ
ュリー温度の上昇がおこることが分かる。
成の異なる出発バルク原料から作製した各種の粉末試料
を用いて以下に述べる複合磁性体を作製し、μ−f特性
及び電磁干渉抑制効果を調べた。
加工された複合磁性体試料を用いた。これを1ターンコ
イルを形成するテストフィクスチャに挿入し、インピー
ダンスを計測することによりμ′及びμ″を求めた。
示される評価系により行い、試料となる電磁干渉抑制体
10としては、複合磁性体1に銅板2を裏打ちしてなる
厚さ2mmで一辺の長さが20cmのものを用いた。こ
こで波源用素子及び受信用素子としては、ループ径1.
5mmの電磁界送信用微小ループアンテナ3及び電磁界
受信用微小ループアンテナ4を用い、結合レベルの測定
にはネットワークアナライザを使用した。なお5は電磁
界波源用発信器、6は電磁界強度測定器である。
e85%、Si9.6%、Al5.4%)よりもSi及
びAl過剰の組成(Fe84%、Si10%、Al6
%)からなる原料インゴットを作製し、これを粗粉砕
後、扁平状に加工し粉末試料を得た。この粉末試料を用
いて、表1に示した配合からなる軟磁性体ペーストを調
合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレ
スを施した後に85℃にて24時間キュアリングを行い
検証用試料1を得た。
を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方
向に配向配列されていた。
e85%、Si9.6%、Al5.4%)からなる原料
インゴットを作製し、これを粗粉砕後、扁平状に加工し
粉末試料を得た。この粉末試料を用いて、表2に示した
配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクタ
ーブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に85
℃にて24時間キュアリングを行い比較用試料2を得
た。
を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方
向に配向配列されていた。
e85%、Si9.6%、Al5.4%)からなる原料
インゴットを作製し、これを粗粉砕後、扁平状に加工し
粉末試料を得た。この粉末試料を用いて、表3に示した
配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクタ
ーブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に85
℃にて24時間キュアリングを行い比較用試料3を得
た。
を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方
向に配向配列されていた。
共鳴周波数fr を表4に示す。
比較例である試料2のμ−f特性であり、磁気共鳴周波
数fr は、試料2が高く、実部透磁率μ′の値は試料1
が大きな値を示している。また、表4から明らかな様に
試料3の磁気共鳴周波数fr、及び実部透磁率μ′の値
は、共に試料1と試料2の中間に位置している。
粉末化による特定組成の選択的欠落を予め補った合金組
成からなる粉末を用いた検証用試料1は、ほぼセンダス
ト中心組成を有する出発原料からなる原料磁性粉末を用
いた比較用試料である試料2乃至試料3に比べて実部透
磁率μ′および虚数部透磁率μ″が共に大きく、その差
は歴然である。
リー温度Tcが粉末の出発原料となるバルク合金材の結
晶異方性定数又は/及び磁歪定数が略ゼロになる組成の
キュリー温度と略等しくなるようにすることで、高周波
域にて高い透磁率が得られることが明白である。
合磁性体に於いて、軟磁性合金の粉末化に伴って生じる
特定合金組成の選択的欠乏を予め出発原料の段階で補っ
ておき、粉末化された軟磁性合金の有効組成がバルク合
金の設計組成と略同一となる様にする。これと共に、粉
末化された状態でのキュリー温度Tcを測定することで
軟磁性合金粉末のメタル組成をモニターし、これを出発
原料組成配合にフィードバックさせる。具体的には、軟
磁性合金粉末の非酸化物組成を、キュリー温度Tcの測
定を伴って管理する。これにより、優れた透磁率特性を
実現することが出来る。
歪定数をほぼ0とすることが出来るので、第1表中に示
した粉末のアニール処理によるμ′の変化率が小さいこ
とから推察出来るように、粉末に加工時の応力歪みが残
留している場合でも磁気特性の劣化は殆ど生じず、粉末
の焼鈍処理が不要となる。
ンス素子用磁芯として用いる場合でも、巻線、樹脂モー
ルド等による歪みの影響を受けないので、温度特性の良
好なインダクタンス素子を実現することも可能となる。
面抵抗、及び電磁干渉抑制効果を表5に示す。
法による測定値であり、電磁干渉抑制効果の値は、銅板
を基準(0dB)としたときの信号減衰量である。
である。
失項μ″の値が大きいことにより、信号減衰量が磁気損
失項μ″の小さな比較用試料に比べて大きな値を示して
おり、高周波不要輻射の抑制を目的とする電磁干渉抑制
体として好適である。
抵抗の値が107 〜108 Ωとなっており、少なくとも
表面が酸化された磁性粉末を用いる事によって、複合磁
性体を非良導性とする事が出来、導体やバルクの金属磁
性体等にてみられるようなインピーダンス不整合による
電磁波の表面反射を抑制出来る。
e−Si−Al合金を例に取り上げたが、本発明の効果
は無論これに限定されるものではなく、例えば鉄珪素合
金や、各種アモルファス合金にも適応することが可能で
あり、磁性体の種類に限定されない。
動体通信機器をはじめとする高周波電子機器類内部での
電磁波の干渉抑制に有効な複合磁性体および電磁干渉抑
制体を得ることが出来る。この複合磁性体及び電磁干渉
抑制体によると、優れた透磁率特性を実現することが出
来、高周波領域にて大きな磁気損失が得られるので、優
れた電磁干渉抑制効果が実現される。
干渉抑制体は、その構成要素から判るように容易に可撓
性を付与することが可能であり、複雑な形状への対応や
厳しい耐振動、衝撃要求への対応が可能である。
l合金粉末試料のキュリー温度Tcのアトライタ摩砕処
理時間依存性を示した図。
合金粉末試料におけるキュリー温度TcのBET比表面
積依存性を示した図。
す概略図。
料のμ−f特性図。
Claims (7)
- 【請求項1】 実質的に軟磁性合金粉末と結合剤からな
る複合磁性体であって、前記軟磁性合金粉末のキュリー
温度Tcが、粉末の出発原料となるバルク合金材の結晶
異方性定数が略ゼロになる組成のキュリー温度と略等し
いことを特徴とする複合磁性体。 - 【請求項2】 実質的に軟磁性合金粉末と結合剤からな
る複合磁性体であって、前記軟磁性合金粉末のキュリー
温度Tcが、粉末の出発原料となるバルク合金材の磁歪
定数が略ゼロになる組成のキュリー温度と略等しいこと
を特徴とする複合磁性体。 - 【請求項3】 前記軟磁性合金粉末は、少なくとも表面
が酸化されていることを特徴とする請求項1又は2記載
の複合磁性体。 - 【請求項4】 前記軟磁性合金粉末は、扁平状の形状を
有し、前記複合磁性体中において配向配列されているこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の複合磁性体。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の複合
磁性体と導電性材料とから実質的になる電磁干渉抑制
体。 - 【請求項6】 酸化性の組成を含む軟磁性合金粉末の製
造方法であって、前記軟磁性合金粉末の非酸化物組成
を、キュリー温度Tcの測定を伴って管理することを特
徴とする軟磁性合金粉末の製造方法。 - 【請求項7】 酸化性の組成を含む軟磁性合金粉末及び
結合剤から実質的になる複合磁性体の製造方法であっ
て、前記軟磁性合金粉末の非酸化物組成を、キュリー温
度Tcの測定を伴って管理することを特徴とする複合磁
性体の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP23520496A JP3722391B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1079302A true JPH1079302A (ja) | 1998-03-24 |
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ID=16982629
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JP23520496A Expired - Lifetime JP3722391B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体 |
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