(57)【要約】【課題】  従来にない、１．０Ｔを超える飽和磁化を有し、かつ、２００ＭＨｚ以上の高いＦＲを兼備する金属磁性扁平粉末およびこれを用いた磁性シートを提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：１．５〜３．０％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．３０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、平均粒径が２００μｍ以下、平均厚さが５μｍ以下、平均アスペクト比が５以上、飽和磁化が１．０Ｔ超であることを特徴とする高周波で用いる扁平粉末および磁性シート。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：１．５〜３．０％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．３０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、平均粒径が２００μｍ以下、平均厚さが５μｍ以下、平均アスペクト比が５以上、飽和磁化が１．０Ｔ超であることを特徴とする高周波で用いる扁平粉末。
【請求項２】
請求項１に加えて、質量％で、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：７．５％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含むことを特徴とする高周波で用いる扁平粉末。
【請求項３】
請求項１または２に記載された高周波で用いる扁平粉末を含有することを特徴とする磁性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電子デバイスなどに用いられる、高周波においても優れた磁気特性を有する扁平粉末および磁性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スマートフォン、携帯電話、ノート型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューターなど、各種の電子機器が普及し、その小型化による電磁干渉が問題となったり、通信の高速化による高周波化が進むことによって、より高周波で優れた磁気特性を示す磁性シートの要求が高まっている。これら電子機器の中で、磁性シートとして、特開２０１２−００９７９７号公報（特許文献１）に、１ＧＨｚ以上の高周波数帯域で電磁波吸収周波数を任意に調整でき、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が提案されている。
【０００３】
また、特開２００７−２６６０３１号公報（特許文献２）に、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた非接触ＩＣタグ等に用いて好適なアンテナ用磁芯部材について提案されている。また、特開２０１１−２２６６１号公報（特許文献３）に、デジタイザ用シートとして、電磁誘導式デジタイザの位置検出性能を向上させる技術が提案されている。さらには、特開２０１６−３９２２２号公報（特許文献４）に、インダクタ用部材として、磁芯とコイルを備えたインダクタおよびその製造方法が提案されている。これらに、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金などの軟磁性扁平粉末を、ゴムや樹脂と混練し、シート状にしたものが広く用いられている。
【０００４】
このような磁性シートの特性において、要求される磁気特性は、高い飽和磁化の他に、実透磁率（μ’）と虚透磁率（μ”）があり、μ”は低周波ではほとんど検出されず、特定の周波数を超えると急激に増加する。そのため、μ”が急激に増加する周波数が高いほど高周波まで対応できることになり、とくに高周波で用いる場合は、μ’とμ”の比であるｔａｎδ（μ”／μ’）が、より高い周波数まで低く維持されることが重要となる。ここで、ｔａｎδが０．１となる周波数を、以下、ＦＲとする。例えば、本発明における扁平粉末を用いた磁性シートは、μ”が急激に増加する周波数が１００ＭＨｚ以上（ＦＲは２００ＭＨｚ以上）であり、使用できる周波数としては、１００ＭＨｚ（もしくはそれ以上）対応品と言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−００９７９７号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６０３３１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２６６１号公報
【特許文献４】特開２０１６−３９２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような、特許文献では、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の扁平粉末は飽和磁化が１．０Ｔであり、ＦＲ（周波数）は２０ＭＨｚ以下程度である。また、一般的にＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金の扁平粉末は飽和磁化が１．２Ｔ程度と高いもののＦＲは５０ＭＨｚ以下程度である。このように、従来の扁平粉末においては、ＦＲ（周波数）が２００ＭＨｚを超えるような高周波帯域に対応できるものはなく、また、１．０Ｔを超える飽和磁化を兼備するものもないのが実情であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意検討した結果、高い飽和磁化は、印加される外部磁場に対し、磁性シートが許容できる最大の磁束密度が高くなるため、磁性シートを薄くできたり、いわゆる直流重畳特性を改善できるなどのメリットがある。
そこで本発明の目的は、従来にない、１．０Ｔを超える飽和磁化を有し、かつ、２００ＭＨｚ以上の高いＦＲを兼備する金属磁性扁平粉末およびこれを用いた磁性シートを提供することにある。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：１．５〜３．０％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０３〜０．３０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、平均粒径が２００μｍ以下、平均厚さが５μｍ以下、平均アスペクト比が５以上、飽和磁化が１．０Ｔ超であることを特徴とする高周波で用いる扁平粉末。
【０００９】
（２）前記（１）に加えて、質量％で、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：７．５％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含むことを特徴とする高周波で用いる扁平粉末。
（３）前記（１）または（２）に記載された高周波で用いる扁平粉末を含有することを特徴とする磁性シートにある。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、１．０Ｔを超える飽和磁化を有し、かつ、２００ＭＨｚ以上の高いＦＲを兼備する金属磁性扁平粉末およびこれを用いた磁性シートを提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：１．５〜３．０％
本発明においてＣは、ＦＲを上昇させるための必須元素である。Ｃを多く含むＦｅ基合金を粉砕、扁平加工すると、Ｃおよび転位を多量に含有するマルテンサイト相が誘起され、この相を多く含む粉末のＦＲが極めて高いことを見出した。１．５％未満ではＦＲが低く、３．０％を超えると飽和磁化が低下する。好ましい範囲は、１．８を超え２．７％未満、より好ましくは２．０％を超え２．４％未満である。
【００１２】
また、アトマイズ法のような急冷法により作製された原料粉末にもこのようなマルテンサイト相は多く生成する。したがって、原料粉末の製造方法としては、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法のような各種アトマイズ法が好ましい。
【００１３】
Ｃｒ：１０〜２０％
本発明においてＣｒは、マルテンサイト変態開始温度（以下、Ｍｓ点と示す）を低下し、原料粉末に残留オーステナイト相を生成させるための必須元素である。本発明のような高濃度のＣを含むＦｅ合金のマルテンサイト相は、著しく高硬度であるため、扁平化処理の際に、原料粉末の延性が乏しく、扁平状に加工されずに、粉砕のみされてしまう。したがって、原料粉末に比較的軟質な残留オーステナイト相を生成し、より高いアスペクト比の扁平粉末を得るためにＣｒは必須である。また、Ｃｒは耐食性改善およびＮの固溶量増大にも大きく寄与する重要な元素である。しかし、１０％未満では扁平加工の際に高いアスペクト比が得られず、２０％を超えると飽和磁化が低下する。好ましくは、１２％を超え１９％未満、より好ましくは１６％を超え１８％未満である。
【００１４】
Ｎ：０．０３〜０．３０％
本発明においてＮは、Ｃｒと同様に、原料粉末に残留オーステナイト相を生成させるための必須元素であり、特にＣｒよりも飽和磁化の低下が小さく抑えられつつ、この効果が得られるため、重要な元素である。しかし、０．０３％未満ではこれら効果が得られず、０．３０％を超えると飽和磁化が低下する。さらに、Ｃと同様にＦＲを上昇させる効果も著しく高い。好ましくは０．０４％を超え０．２０％未満、より好ましくは０．０５％を超え０．１５％未満である。
【００１５】
平均粒径が２００μｍ以下、平均厚さが５μｍ以下、平均アスペクト比が５以上
磁性シートのμ’は、これに用いる扁平粉末のアスペクト比（扁平粉末の長手方向の長さ／扁平粉末の厚さ）が大きいほど高くなることが一般に知られている。したがって、平均粒径が大きく、厚さが小さいものが良い。しかしながら、平均粒径が大きいと磁性シートの表面の滑らかさが劣化する傾向がある。この観点から、２００μｍを超える場合、磁性シートの表面の凹凸が顕著であり、好ましくは７０μｍ未満、より好ましくは２５μｍ未満である。一方、扁平粉末の平均厚さが５μｍを超える場合、アスペクト比が小さくなりμ’が劣化する。より好ましくは３μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満である。また、平均アスペクト比が５未満ではμ’が低く、好ましくは１０を超え、より好ましくは２０を超えることである。
【００１６】
飽和磁化が１．０Ｔ超
磁性シートの薄肉化および直流重畳特性の観点から、１．０Ｔを超える高い飽和磁化が必要である。好ましくは１．１０Ｔを超え、より好ましくは１．２５Ｔを超えるものである。また、他の磁気特性として、扁平粉末の長手方向に磁場を印加して測定した保磁力はＦＲを高める効果があり、２４００Ａ／ｍを超えるものが好ましい。なお、保磁力には結晶磁気異方定数や転位密度の影響が複雑に影響すると考えられる。ここで、２４００Ａ／ｍを超える保磁力を有することから、従来の軟磁性という表記ではなく、単に磁性との表記を用いているが、ここでいう磁性は軟磁性を含む。
【００１７】
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下
本発明においてＳｉ、Ｍｎは、原料粉末のＭｓ点調整や硬さ調整のために必要に応じて適宜添加でき、扁平加工により得られるアスペクト比を高くできる効果がある。１．０％を超えると飽和磁化が低下する。好ましくは０．１０％を超え０．７０％未満、０．２０％を超え０．５０％未満である
【００１８】
Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：７．５％以下
本発明においてＭｏ，Ｖは、ＦＲを上昇させる効果とともに、原料粉末の硬さ調整のために必要に応じて適宜添加できる。Ｍｏは、１．０％を超えると飽和磁化を低下させる。好ましくは０．１％を超え０．７％未満、より好ましくは０．３％を超え０．５％未満である。一方、Ｖは、７．５％を超えると飽和磁化を低下させる。好ましくは０．１％を超え７．０％未満、より好ましくは４．０％を超え６．０％未満である。
【００１９】
第１熱処理：１２００℃以下
本発明において扁平加工前の原料粉末への熱処理は、原料粉末の硬さを調節することで、扁平加工により得られるアスペクト比を高くできる。１２００℃を超えると原料粉末が焼結してしまう。好ましくは３００℃を超え１１００℃未満、より好ましくは７５０℃を超え１０００℃未満である。
【００２０】
第２熱処理：９００℃以下
本発明において扁平加工後の扁平粉末への、第２熱処理は、残留オーステナイト相の低減による飽和磁化増加と、いわゆる２次時効硬化に相当する変態にともなうＦＲの上昇に効果的である。９００℃を超えるとマルテンサイト相がフェライト相に変態し、ＦＲが低下してしまう。好ましくは、３００℃を超え８５０℃未満、より好ましくは５００℃を超え８００℃未満である。
【００２１】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
なお、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。
【００２２】
（扁平粉末の作製）
水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法または溶融による合金化後の粉砕法（鋳造粉砕法）のいずれかにより所定の成分の粉末を作製し１５０μｍ以下に分級した。各種アトマイズは従来提案されている一般的な方法で可能であり、アルミナ製坩堝を溶解に用い、坩堝下の直径２ｍｍのノズルから合金溶湯を出湯し、これに高圧水を噴霧し溶湯を分断、高圧ガス（アルゴンまたは窒素）を噴霧し溶湯を分断、または回転ディスクにより遠心力で溶湯を分断することで実施した。
【００２３】
なお、Ｎ量は高濃度のＮを含む原料を選定すること、もしくは／および、アトマイズに高圧窒素ガスを選定することが可能である。これら粉末の一部には、次に続く扁平加工の前に熱処理を施した。これらを原料粉末として、扁平加工を実施した。扁平加工は従来提案されている一般的な方法で可能であり、アトライタ加工を用い、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攪拌容器に投入し、羽根の回転数を３００ｒｐｍとして実施した。
【００２４】
工業エタノールの添加量は、原料粉末１００質量部に対し、１００質量部とした。扁平化加工時間とともにタップ密度は低下していくが、扁平化加工中に少量の粉末をサンプリングし、所定のタップ密度が得られた時点で扁平加工を完了とした。扁平加工後に攪拌容器から取り出した扁平粉末と工業エタノールをステンレス製の皿に移し、８０℃で２４時間乾燥させた。このようにして得た扁平粉末の一部は真空中、アルゴン中または窒素中で熱処理し、各種の評価に用いた。
【００２５】
（扁平粉末の評価）
得られた扁平粉末の平均粒径、タップ密度、飽和磁化、透磁率を評価した。平均粒径はレーザー回折法、タップ密度は、約２０ｇの扁平粉末を、容積１００ｃｍ3のシリンダーに充填し、落下高さ１０ｍｍタップ回数２００回の時の充填密度、飽和磁化はＶＳＭ装置で評価した。
【００２６】
（磁性シートの作製および評価）
扁平粉末以外の磁性シートの構成としては、従来提案されている一般的な構成が適用可能であり、磁性シート作製も従来提案されている一般的な方法で可能である。また、磁性シトの他、磁性フイルム、磁性コンパウンド、磁性塗料など、各種の磁性樹脂組成物としても、従来提案されている一般的な方法で製造し、用いることができる。トルエンに塩素化ポリエチレンを溶解し、これに得られた扁平粉末を混合、分散した。この分散液をポリエステル樹脂に厚さ１００μｍ程度に塗布し、常温常湿で乾燥させた。その後、１３０℃、１５ＭＰａの圧力でプレス加工し、磁性シートを得た。磁性シートのサイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍで厚さは５０μｍである。なお、磁性シート中の扁平粉末の体積充填率はいずれも約５０％であった。
【００２７】
次に、この磁性シートを、外径７ｍｍ、内径３ｍｍのドーナツ状に切り出し、インピーダンス測定器により、室温でインピーダンス特性の周波数特性を測定し、その結果から透磁率（μ’およびμ”）を算出した。ここで、μ’の評価として１〜５ＭＨｚの平均値、高周波特性の評価としてＦＲを用いた。なお、以下および表１〜３においては、ＦＲを単に「周波数」と示している。さらに、得られた磁性シートの厚さ方向が観察できる樹脂埋め研磨試料を作製し、ＳＥＭ観察により無作為に選んだ５０粉末について、画像解析から平均厚さと平均アスペクト比を算出した。なお、アスペクト比は、「扁平粉末の長手方向長さ／扁平粉末の厚さ」である。
【００２８】
【表１】
2018070929.tif 000002
【００２９】
【表２】
2018070929.tif 000003
【００３０】
【表３】
2018070929.tif 000004
表１〜３に示すＮｏ．１〜１００は本発明例であり、Ｎｏ．１０１〜１２２は比較例である。
【００３１】
比較例Ｎｏ．１０１は、Ｃ含有量が高いために、飽和磁化が低下し、実透磁率（μ’）が低下した。比較例Ｎｏ．１０２は、Ｃ含有量が低いために、周波数が低い。比較例Ｎｏ．１０３は、Ｃｒ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１０４は、Ｃｒ含有量が低く、かつ平均アスペクト比が低いために、実透磁率（μ’）が低下すると共に、周波数が低い。比較例Ｎｏ．１０５は、Ｎ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１０６は、Ｎ含有量が低く、平均アスペクト比が低いために、実透磁率（μ’）が低下した。
【００３２】
比較例Ｎｏ．１０７は、Ｃ含有量が高いために、飽和磁化が低下し、実透磁率（μ’）が低下した。比較例Ｎｏ．１０８は、Ｃ含有量が低いために、周波数が低い。比較例Ｎｏ．１０９は、Ｃｒ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１１０は、Ｃｒ含有量が低いために、実透磁率（μ’）が低下し、かつ周波数が低い。比較例Ｎｏ．１１１は、Ｎ含有量が高いために、飽和磁化が低い。
【００３３】
比較例Ｎｏ．１１２は、Ｎ含有量が低く、かつ平均アスペクト比が低いために、実透磁率（μ’）が低く、かつ周波数が低い。  比較例Ｎｏ．１１３は、Ｓｉ含有量が高く、かつ飽和磁化が低いために、周波数が低い。比較例Ｎｏ．１１４は、Ｍｎ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１１５は、Ｍｏ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１１６は、Ｖ含有量が高いために、飽和磁化が低い。比較例Ｎｏ．１１７は、平均粒径が大きいために、シート表面の凹凸が激しく発生した。
【００３４】
比較例Ｎｏ．１１８は、平均厚さが大きく、かつ平均アスペクト比が低いために、実透磁率（μ’）が低下した。比較例Ｎｏ．１１９は、平均アスペクト比が低いために、実透磁率（μ’）が低下した。比較例Ｎｏ．１２０は、飽和磁化が低いために、実透磁率（μ’）が低下した。比較例Ｎｏ．１２１は、第１の熱処理が高いために、製造不可能となった。比較例Ｎｏ．１２２は、第２の熱処理温度が高いために、周波数が低い。
これに対して、本発明例Ｎｏ．１〜１００は、いずれも本発明の条件を満足していることから、保磁力メータにより測定した実施例扁平粉末の長手方向の保磁力は、いずれも２４００Ａ／ｍ超で、測定上限範囲以上であったことから、目的とするいずれの効果をも十分達成していることが分かる。
【００３５】
以上述べたように、高Ｃのマルテンサイト相とＮ添加により、高保磁力を実現し、高ＣｒによるＭｓ点低下で、扁平加工前の状態に軟質な残留オーステナイト相を生成し、扁平化で高いアスペクト比を実現した高周波で用いる扁平粉末および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