(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
前記磁性粒子は略球形であり、
前記磁性粒子を樹脂材料に分散させて成形体とした後に着磁処理された高周波用磁性材料。
【請求項２】
前記磁性粒子の内部における磁化分布は、うず状還流構造である請求項１に記載の高周波用磁性材料。
【請求項３】
前記着磁処理は、使用されるデバイスにおける主な作用磁界方向と平行な方向に施される請求項１又は２に記載の高周波用磁性材料。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波用磁性材料を適用したアンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つからなる高周波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用磁性材料及び高周波デバイスに関する。
【０００２】
従来から、磁性材料は、各種磁気応用製品に用いられている。このような磁性材料のうち、弱い磁界で大きな磁化の変化をする材料をソフト磁性材料という。
【０００３】
ソフト磁性材料は、材料の種別から金属系材料、アモルファス材料、酸化物材料に分類される。ソフト磁性材料のうち、周波数がＭＨｚ以上の高周波では、抵抗率が高く、うず電流損失を抑制できる酸化物材料（フェライト材料）が用いられている。例えば、高周波で用いられるフェライト材料として、Ｎｉ−Ｚｎフェライト材料などが知られている。
【０００４】
このようなフェライト材料を含むソフト磁性材料では、１ＧＨｚ程の高周波において、磁気共鳴に伴う複素透磁率実部Ｒｅ（μ）の減衰と複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）の増加が生じる。このうち、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）は、Ｐ＝１／２・ωμ０Ｉｍ（μ）Ｈ２で表されるエネルギー損失Ｐを生じさせるため、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）が高い値であることは磁心あるいはアンテナといった応用の上では好ましくない。ここで、ωは角周波数、μ０は、真空の透磁率、Ｈは磁界の強さを示す。
一方、複素透磁率実部Ｒｅ（μ）は、電磁波を集める効果あるいは電磁波に対する波長短縮効果の大きさを示す値であるため、高い値であることが実用上好ましい。
【０００５】
また、磁性材料のエネルギー損失（磁気損失）を表す指標として、タンジェントデルタ（ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ））が用いられる場合もある。タンジェントデルタが大きい値であると、磁性材料中で磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、必要なエネルギーの伝達効率が悪化する。このため、タンジェントデルタは低い値であることが好ましい。以下、磁気損失をタンジェントデルタ（ｔａｎδ）として説明する。
【０００６】
ソフト磁性材料には、高周波帯（ＧＨｚ帯）においてもｔａｎδの低い薄膜材料が存在する。例えば、Ｆｅ基高電気抵抗軟磁性膜やＣｏ系高電気抵抗膜といった薄膜材料が存在する。しかし、薄膜材料はその体積が小さいがゆえに、適用範囲が制限されてしまう。加えて、薄膜作成のプロセスが複雑であり高価な設備を使用しなければならないという問題がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、樹脂中に磁性材料を分散させた複合磁性材料に対して、樹脂成型技術を適用した例がある。例えば、ナノ結晶軟磁性体材料を粉末として得たものを樹脂と複合することによって、広帯域における電波吸収特性に優れている電磁波吸収体を提供する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３５４９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
樹脂成形技術を用いて高周波用の各種磁気応用製品に適用可能な磁性材料（高周波用磁性材料）を成型する場合において、例えば応用製品が磁性体アンテナの場合は、低いｔａｎδを有する高周波用磁性材料を適用する事で、放射効率を高めることが可能となる。このため、高周波用磁性材料の低損失化を実現する要請があった。
【００１０】
本発明の課題は、樹脂中に孤立分散した磁性粒子を含む複合磁性材料に対して、着磁処理を施す事で高周波用磁性材料としての低損失化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の高周波用磁性材料は、
磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
前記磁性粒子は略球形であり、
前記磁性粒子を樹脂材料に分散させて成形体とした後に着磁処理されている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高周波用磁性材料において、
前記磁性粒子の内部における磁化分布は、うず状還流構造である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の高周波用磁性材料において、
前記着磁処理は、使用されるデバイスにおける主な作用磁界方向と平行な方向に施される。
【００１５】
請求項４に記載の高周波デバイスは、
請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波用磁性材料を適用したアンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つからなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、磁性粒子の磁化方向に沿って着磁を施すことで、高周波用磁性材料の低損失化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】磁性粒子内部の磁化分布を示した図である。
【図２】（Ａ）は、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときの透磁率Ｒｅ（μ）を示した図である。（Ｂ）は、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときのｔａｎδを示した図である。
【図３】（Ａ）は、測定系の上面図である。（Ｂ）は測定系の側面図である。
【図４】（Ａ）は、平行着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。（Ｂ）は、垂直着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である
【図５】高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。
【図６】高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。
【図７】高周波用磁性材料を適用したインダクタの一例を示した図である。
【図８】高周波用磁性材料を適用した回路基板の一例を示した図である。
【図９】トロイダルコイルに着磁処理を施す場合、着磁方向を円周方向にしたことを示す図である。
【図１０】個別に着磁処理を施した複数の部材を一体化して製造することを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１９】
先ず、図１を参照して、マイクロマグネティックシミュレーションにより計算した磁性粒子内部の磁化分布について説明する。具体的には、図１は、磁性材料Ｆｅ（鉄）、粒径１μｍ、磁性粒子の形状が略球形である場合において、磁化分布がランダムな状態（ランダム磁化状態）から磁化が安定した状態（安定磁化状態）を求め、ＸＹ面の磁化分布として示したものである。
【００２０】
Ｚ方向は、図１に示すＸ，Ｙ方向に直交する方向を示すものである。具体的には、図１には、（１）Ｚ＝１００μｍ、（２）３００μｍ、（３）５００μｍ、（４）７００μｍ、（５）９００μｍにおける各断面図が示されている。また、図１に示す矢印の方向は、磁化の方向を示す。
【００２１】
図１に示すように、磁性粒子内部の大部分において、磁化はＸＹ平面内でうずを形成する。このため、Ｘ方向及びＹ方向においては正味の磁化は生じていない。また、磁性粒子の中心部ではＺ方向の磁化が存在する。
【００２２】
次に、図２を参照して、磁性粒子（Ｆｅ）に磁界を印加したときの磁性粒子の特性について説明する。ここで、高周波の複素透磁率（高周波複素透磁率）に関しては、μ＝Ｒｅ（μ）−ｊ・Ｉｍ（μ）（ｊは、虚数単位）、ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ）で定義される。通常用いられる意味での比透磁率とは複素比透磁率の実部Ｒｅ（μ）に相当する。以下、本実施の形態では、単に透磁率Ｒｅ（μ）として説明する。
【００２３】
図２（Ａ）は、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときの透磁率Ｒｅ（μ）を示した図である。横軸は周波数を示す。縦軸は透磁率Ｒｅ（μ）を示す。図２（Ｂ）は、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときのｔａｎδを示した図である。横軸は周波数を示す。縦軸はｔａｎδを示す。  
【００２４】
なお、透磁率Ｒｅ（μ）の計算は、マイクロマグネティックシミュレーションを用いた。マイクロマグネティックシミュレーションでは、高周波磁界に対する磁化応答をフーリエ変換し、複素磁化率χ＝Ｒｅ（χ）−ｊ・Ｉｍ（χ）を求め、透磁率Ｒｅ（μ）＝１＋Ｒｅ（χ）として求めた。
【００２５】
また、ｔａｎδは同様のマイクロマグネティックシミュレーションにより、磁気損失成分として求めた。この結果にうず電流損失は含まれない。
【００２６】
図２（Ａ）に示すように、透磁率Ｒｅ（μ）は、Ｘ方向、Ｚ方向それぞれにおいて、７程度である。また、図２（Ｂ）に示すようにｔａｎδは、印加磁界の方向によって、異なる値を示すことがわかる。具体的には、Ｚ方向のｔａｎδはＸ方向よりも小さい。これは、着磁方向のｔａｎδの低減がなされていることを示す。具体的には、磁性粒子の大部分の局所磁化の方向（ＸＹ面内成分のみでありＺ成分を持たない）と磁界の方向（Ｚ方向）とは直交するため、ヒステリシス損失及び磁壁共鳴損失が小さくなることで磁性粒子の残留磁化方向（Ｚ方向）のｔａｎδは低くなる。そして、着磁処理によって磁化うずの回転面および残留磁化方向が切り替えられ、着磁方向のｔａｎδの低減がなされる。
また、図２（Ｂ）に示す結果は、少なくとも粒径０．１〜２μｍでも得られることが確認されている。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して、磁性粒子を樹脂材料に分散させて成形体（高周波用磁性材料）を作製し、当該作製後に着磁処理を施した場合の透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδについて説明する。なお、以下に説明する成形体（高周波用磁性材料）は粒径に分布を持っている。このため、本実施の形態では、平均粒径を体積基準の粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）と定義して説明する。粒度分布の測定は、静的光散乱法などによって評価することが可能である。
【００２８】
成形体は、磁性粒子として平均粒径１μｍのＦｅ粒子を用い、樹脂としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を用い、さらに、ニーダーによる熱混錬を行うことで作製されたものである。このとき、混練温度は２７０℃、混練時間は３０分、体積充填率は３０ｖｏｌ％とした。
【００２９】
この成形体を機械的加工によって、１０×１０×１ｍｍｔとし、キーコム社製磁性材料特性測定システムを用いて、着磁方向に応じた透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδを評価した。評価では、着磁磁界の方向が測定磁界の方向と平行（平行着磁）である場合（例えば、着磁の方向がＺ方向である場合）と、着磁磁界の方向が測定磁界の方向と垂直（垂直着磁）である場合（例えば、着磁の方向がＸ方向又はＹ方向である場合）とにおいて着磁を施した。また、着磁は、対向する永久磁石ギャップに試料（成形体）を挿入し、磁界の強さを５ｋＯｅとして行った。
【００３０】
図３は、測定磁界の方向（測定系）と座標軸（ＸＹＺ軸）との関係を示した図である。図３に示す３１はグランド、３２は試料（高周波用磁性材料）、３３は信号線を示す。３４は、測定磁界の矢印を示す。図３（Ａ）は測定系の上面図を示す。図３（Ｂ）は、測定系の側面図を示す。また、ＸＹＺ軸は、図３（Ｂ）の座標軸に対応する。したがって、矢印３４は、Ｚ方向の測定磁界を示す。
【００３１】
図４（Ａ）は、平行着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。図４（Ｂ）は、垂直着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。評価結果のうち、透磁率Ｒｅ（μ）は、着磁方向によらずほぼ同一の値となる。
【００３２】
これに対して、ｔａｎδは、着磁方向により異なる値となる。具体的には、各着磁方向に対して５回の計測を行ったところ、１．５ＧＨｚでのｔａｎδは、平行着磁の場合、０．０７１＋０．００４−０．００２、垂直着磁の場合、０．１０＋０．００８−０．００４であった。すなわち、平行着磁では、垂直着磁よりもｔａｎδが低いことが確認された。
【００３３】
また、着磁処理を行わない等方的試料（透磁率Ｒｅ（μ）やｔａｎδが３軸方向で等方的な高周波磁性体）の場合には、Ｘ／Ｙ／Ｚ方向の平均特性が得られると考えられる。この場合、ｔａｎδは、Ｘ方向で０．１０、Ｙ方向で０．１０、Ｚ方向で０．０７１であるので、等方的試料におけるｔａｎδ＝（０．１０＋０．１０＋０．０７１）／３＝０．０９となる。すなわち、平行着磁を施した高周波用磁性材料は、着磁処理を行わない等方的な高周波用磁性材料よりもｔａｎδが低くなる。
【００３４】
なお、着磁の方向は、高周波用磁性材料が適用される実製品（高周波デバイス）における動作時の主要な作用磁界の方向（ｔａｎδを下げたい方向）により決定される。例えば、実製品がアンテナの場合、アンテナの動作時の主要な作用磁界の方向に着磁処理が施される。
【００３５】
また、図３及び図４では、磁性粒子を樹脂材料に分散させた後に着磁処理を施した場合について説明したが、磁性粒子を樹脂材料に分散させる処理中（成形体の作製中）に着磁処理を施すこととしてもよい。
【００３６】
次に、図５〜図８を参照して、本発明に係る高周波用磁性材料を適用した高周波デバイス（アンテナ、インダクタ、回路基板）の一例を説明する。
【００３７】
図５及び図６は、高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。図５（Ａ）に示すアンテナＡＮＴ１は、高周波用磁性材料１Ａと、グランド板２Ａと、電極３Ａと、を備えて構成される。ＡＮＴ１は、グランド板２Ａの上に高周波用磁性材料１Ａが形成され、高周波用磁性材料１Ａの上に電極３Ａが形成される構成となる。
【００３８】
図５（Ｂ）に示すアンテナＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂと、電極３Ｂと、交流電源４と、を備えて構成される。交流電源４は、交流電源の給電ポイントを示す（図５（Ｃ）（Ｄ）及び図６に示す交流電源４も同様）。ＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂの上に電極３Ｂが形成される構成となる。このとき、高周波用磁性材料１Ｂに電極３Ｂが組み込まれる構成としてもよい。
【００３９】
図５（Ｃ）に示すアンテナＡＮＴ３は、高周波用磁性材料１Ｃと、電極３Ｃと、交流電源４と、を備えて構成される。ＡＮＴ３は、電極３Ｃが高周波用磁性材料1Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００４０】
図５（Ｄ）に示すアンテナＡＮＴ４は、高周波用磁性材料１Ｄと、グランド板２Ｄと、電極３Ｄと、交流電源４と、を備えて構成される。ＡＮＴ４は、グランド板２Ｄの上に高周波用磁性材料１Ｄが形成され、高周波用磁性材料１Ｄに電極３Ｄが組み込まれる構成となる。また、電極３Ｄが高周波用磁性材料1Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００４１】
図６に示すアンテナＡＮＴ５は、高周波用磁性材料１Ｅと、グランド板２Ｅと、電極３Ｅと、を備えて構成される。ＡＮＴ５は、グランド板２Ｅの少なくとも一面と同じ高さに高周波用磁性材料１Ｅの一面が形成され、高周波用磁性材料１Ｅの上に電極３Ｅが形成される構成となる。
【００４２】
次に、図７を参照して、高周波用磁性材料を適用したインダクタ７１の一例について説明する。図７に示すように、インダクタ７１は、高周波用磁性材料１Ｆと、端子１１と、巻線１２と、を備えて構成される。図７に示す構成により、高周波用磁性材料１Ｆはインダクタ７１に適用される。
【００４３】
次に、図８を参照して、高周波用磁性材料を適用した回路基板８１の一例について説明する。図８に示すように、回路基板８１は、高周波用磁性材料１Ｆと、ランド２１と、ビアホール２２と、内部電極２３と、実装部品２４，２５と、を備えて構成される。図８は全層に高周波磁性材料１Ｆが用いられているが、この内の少なくとも１層に高周波磁性材料１Ｆを用いるとしても良い。この構成により、高周波用磁性材料１Ｆは回路基板８１に適用される。
【００４４】
以上、本実施の形態によれば、略球形の磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波磁性材料に着磁処理を施すことにより、ｔａｎδを低下させることができる。このため、高周波用磁性材料の低損失化を実現することができる。
【００４５】
また、磁性粒子を樹脂材料に分散させるための処理中又は処理後に着磁処理を施すことができる。
【００４６】
また、高周波用磁性材料を、アンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つに適用することができる。これにより、例えば、アンテナにｔａｎδの低い高周波用磁性材料を適用することで、アンテナの放射効率を高めることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る高周波用磁性材料及び高周波デバイスの一例であり、これに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、磁性粒子の表面に非磁性材料（リン酸塩、シリカ等）がコーティングされており、当該コーティングされた磁性粒子を用いて高周波用磁性材料を形成することとしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、磁性材料と樹脂との複合材料を高周波用磁性材料としたがこれに限定されるものではない。例えば、磁性材料と無機物質（無機誘電体、ガラスフィラー、導電材料）との複合材料を高周波用磁性材料としてもよい。
【００５０】
また、樹脂として、各種熱硬化性樹脂又は各種熱可塑性樹脂を用いることとしてもよい。
【００５１】
また、混錬装置として、押出機、ビーズミル等を用いることとしてもよい。
【００５２】
また、着磁方向は、一方向でなく非直線としてもよい。例えば、図９に示すようなトロイダルコイル９１に高周波用磁性材料を適用し、当該トロイダルコイル９１に着磁処理を施す場合、着磁方向を円周方向としてもよい。
【００５３】
また、個別に着磁処理を施した複数の部材を一体化することとしてもよい。例えば、図１０に示すように、部材１０１と部材１０２とについて個別に矢印の方向に着磁を施し、部材１０１と部材１０２とを一体化してアンテナＡＮＴ１００を構成することとしてもよい。ここで、部材１０１及び１０２は、高周波用磁性材料１０３と、電極１０４とを備える。部材１０１と部材１０２とを一体化することでアンテナＡＮＴ１００を製造することが可能となる。この場合、電極１０４は、高周波用磁性材料１０１及び１０２の上に形成される構成としてもよいし、高周波用磁性材料１０１及び１０２の内部を貫通する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ        高周波用磁性材料
２Ａ，２Ｄ，２Ｅ     グランド板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ       電極
【図２】
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【図５】
0005568944.tif 000003
【図６】
0005568944.tif 000004
【図７】
0005568944.tif 000005
【図８】
0005568944.tif 000006
【図９】
0005568944.tif 000007
【図１０】
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【図１】
0005568944.tif 000009
【図３】
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【図４】
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