(57)【要約】【解決手段】軟磁性金属扁平粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂成型品において、軟磁性金属扁平粉末が、印加された磁場により配向されているものである。【効果】磁場中にて成型加工を行うことにより、配向度が高く、透磁率等の磁気特性の極めて高い軟磁性樹脂成型品を作製すことができる。また、軟磁性金属扁平粉末の配向度を高めることができるので、軟磁性扁平粉末の含有率を抑えることができ、従って、軟磁性扁平粉末の増量に伴う軟磁性樹脂成型品の不良品の増加を抑制することができるとともに、軟磁性樹脂成型品のコストの低減化を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性金属扁平粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂成型品において、軟磁性金属扁平粉末が、印加された磁場により配向されていることを特徴とする軟磁性樹脂成型品。
【請求項２】
軟磁性金属扁平粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂組成物を溶融し成型する過程において、前記溶融している軟磁性樹脂組成物の少なくとも一部に磁場を印加し、前記軟磁性金属扁平粉末を所望の方向に配向させるようにしたことを特徴とする軟磁性樹脂成型品の成型方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の方向に配向された扁平な軟磁性粉末と樹脂等の有機バインダーとからなる軟磁性樹脂成型品及びその成型方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年パソコン、携帯電話等の電子機器、情報機器が急速に普及、発展してきており、軽型、軽量化、高性能化、低コスト化が技術トレンドになっている。これに伴い、トランス、ヨーク、センサー、ノイズフィルター等の部品にも小型化、軽量化が求められている。また、パソコン、携帯電話等の電子機器から発生する電磁波が他の電子機器の誤動作の原因になったり、人体に悪影響を及ぼす等、電磁波による障害が問題視されてきている。
【０００３】
ところで、軟磁性粉末が金属粉末であれば、粉末を扁平化することにより、透磁率等の磁気特性が向上することが知られており、これらは、電磁波吸収シートとして電磁波吸収用の筐体等に利用されている。例えば、特開平１１−２９８１８７号公報には、ナノ結晶軟磁性粉末を、ポリマーバインダーに分散させたＧＨｚ帯用のノイズ干渉シートが開示されている。
【０００４】
また、扁平な軟磁性粉末（以下、軟磁性扁平粉末という。）と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂組成物を成型することで、様々な形状の軟磁性樹脂組成物の製品（軟磁性樹脂成型品）を提供することができる。特に、ロール成型や塗工法（ドクターブレード）等によって成型された２次元的構造を有するシート状の軟磁性樹脂成型品は広く使用されている。これは、軟磁性樹脂組成物をシート状に成型する場合に、軟磁性粉末が扁平なために、成型加工過程中において、軟磁性扁平粉末が、機械的にシートの面方向に揃い易く、従って、軟磁性扁平粉末の充填量が少なくても、軟磁性扁平粉末の高い配向性が実現でき、より高い電磁波の吸収特性を実現することができるという特徴を持っている。このように、軟磁性扁平粉末を、一定方向に高度に配向させることは非常に重要である。
【０００５】
更に、特開２０００−０６８１１７号公報には、射出成型品の薄肉化により、扁平粉末を薄肉面方向に配向させる方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、軟磁性粉末が金属粉末であれば、粉末を扁平化することにより、透磁率等の磁気特性が向上することが知られているが、しかし、その特性は、軟磁性扁平粉末の向きにより大きく異なっており、また、軟磁性粉の扁平な面が並んだ方向に対して平行な方向に対しては、透磁率が高くなるために、結果的に扁平な面が並んだ方向と垂直な方向に対しては吸収特性が高くなる。
【０００７】
また、軟磁性樹脂成型品が、シートのような２次元的構造を有する成型品でなく、成型品の肉厚が厚い場合、つまり、３次元的構造を有する場合には、上述したように、軟磁性扁平粉末を機械的に配向させようとしても、成型品の内部にある軟磁性扁平粉末を所望の方向に配向させることは困難であり、従って、軟磁性樹脂成型品中の軟磁性扁平粉末の配向率を十分に高くすることができず、磁気特性が理論値にから大きくはずれて極度に低下してしまうという問題があった。この解決策として、軟磁性扁平粉末の配向度を高くする検討が行われている。例えば、特開平１１−１２１２６２号公報には、軟磁性樹脂組成物を射出成型することにより、溶融した軟磁性樹脂組成物の流動方向に、軟磁性扁平粉末を配向させるようにした点が開示されているが、しかしながら、この方法では、軟磁性扁平粉末の配向方向が、溶融した軟磁性樹脂組成物の流動方向に限定されるとともに、軟磁性扁平粉末の配向が、溶融した軟磁性樹脂組成物の流動のみにより行われるために、軟磁性扁平粉末の配向度が、透磁率等の磁気特性にとって、実用的に十分でないという問題があった。
【０００８】
更に、上述した特開２０００−０６８１１７号公報に開示されている、射出成型品の薄肉化により、扁平な粉末を薄肉面方向に配向させる方法では、３次元形状の成型体を製造する場合において、扁平な粉末を、製品内部まで十分に配向させることが困難であった。
【０００９】
単に、軟磁性扁平粉末の充填率を高めることにより、透磁率等の磁気特性を高めるという方法も考えられるが、軟磁性扁平粉末の充填率を高めると、溶融した軟磁性樹脂組成物の流動性が低下して、軟磁性樹脂成型品に多くの不良品ができたり、また、比較的高価な軟磁性扁平粉末の含有率が高くなることは、軟磁性樹脂成型品のコストアップを惹起することになり、従って、軟磁性樹脂組成物に含まれる軟磁性扁平粉末の配向度を高くすることが強く求められる。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来の軟磁性樹脂成型品及びその成型方法が有する課題を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、軟磁性金属扁平粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂成型品において、軟磁性金属扁平粉末が、印加された磁場により配向されているものであり、また、軟磁性樹脂成型品の成型方法において、第１には、軟磁性金属扁平粉末と有機バインダーを複合化した軟磁性樹脂組成物を溶融し成型する過程において、前記溶融している軟磁性樹脂組成物の少なくとも一部に磁場を印加するようにしたものである。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明の趣旨を越えない限り何ら、本実施例に限定されるものではない。
【００１３】
本発明は、軟磁性樹脂組成物の成型加工中に磁場を印加することにより、軟磁性扁平粉末を、所望の方向に高度に配向させるようにした軟磁性樹脂成型品の成型方法及び軟磁性扁平粉末を、所望の方向に高度に配向させることにより、透磁率等の磁気特性が向上した軟磁性樹脂成型品に関するものであり、以下、その詳細について説明する。
【００１４】
本発明において用いられる軟磁性材料としては、カルボニル鉄、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系合金等が挙げられるが、これに限定されるものではなく、軟磁性を示し、物理的又は化学的な処理により、扁平な形状の粉末に形成できるものであればよい。また、これらは１種或いは２種以上の混合物として使用してもよい。
【００１５】
本発明において使用される有機バインダーとしては、成型中に金型内で十分な流動性を示す樹脂であれば何でもよく、例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド等を使用することができる。また、ゴムとしては、塩素化ポリエチレン、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ等の熱可塑性エラストマーやネオプレン系、クロロプレン系ゴム等の合成ゴムや天然ゴムを使用することができる。更に、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、尿素系樹脂等を使用することができる。勿論、必要に応じて、これらの１種類又は２種類以上を混合して使用してもよい。射出成型用或いは押し出し成型用としては、ポリアミドやポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂が、特に適している。
【００１６】
本発明の軟磁性粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、カップリング剤、分散剤、防錆剤等による各種表面処理や酸化防止剤、熱安定化剤、顔料、非磁性充填剤等の各種添加剤を、１種又は２種以上添加することができる。
【００１７】
本発明の軟磁性粉末と有機バインダーとからなる軟磁性樹脂組成物の製造方法については、特に限定されるものではなく、公知の種々の方法で行うことができる。例えば、万能ミキサーで原料を分散させた後に、単軸或いは２軸の押し出し混練機で溶融混練する方法等が挙げられる。
【００１８】
また、本発明の軟磁性樹脂成型品の成型方法は、特に限定されるものではなく、成型加工工程の一部分又は全行程を磁場中で行い、その磁場によって、加工中に、軟磁性扁平粉末が配向するという条件を満たせばよい。例えば、軟磁性樹脂成型品の成型装置としては、磁場印加装置が配設された射出成型機、磁場印加装置が配設された押し出し成型機、磁場印加装置が配設された圧縮成型機等が挙げられる。磁場印加装置が配設された射出成型機（以下、磁場射出成型機という。）の場合には、磁場印加装置の磁場印加タイミングを、射出タイミング、型締めタイミング等の磁場射出成型機の種々の動きに、容易に連動させることが可能である。
【００１９】
成型加工中にかける磁場印加のタイミングや印加位置等のパターンを適当に設計することにより、軟磁性樹脂成型品の各部分における配向度を調整することができるとともに、軟磁性樹脂成型品の一部だけに磁気特性を発現させたり、或いは、軟磁性樹脂成型品の一部分だけに磁気特性を低くする等、軟磁性樹脂成型品の磁気特性制御の自由度が高くなるという利点もある。
【００２０】
発生させる磁場は、金型に巻着付けたコイルに電流を印加した際に発生する磁場を利用したり、金型内に埋め込んだ磁石により発生する磁場を利用してもよい。
【００２１】
以下に、より具体的な実施例について説明する。
【００２２】
水アトマイズ法により作製された平均粒径約２０μｍのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系軟磁性合金を、アトライター内で、１８０ｒｐｍ、３〜１２時間粉砕することにより、扁平化された軟磁性金属粉末を得た。
【００２３】
上述したようにして得られた扁平な軟磁性金属粉末（以下、軟磁性金属扁平粉末という。）を分散剤で表面処理した後、軟磁性金属扁平粉末の充填率が、５０体積％となるように、軟磁性金属扁平粉末と市販の１２ナイロン（平均分子量２２，０００）とを万能ミキサで混合して、２軸押し出し混練機で溶融混練し、軟磁性樹脂組成物ペレットを作製した。
【００２４】
次に、上述したようにして作製された軟磁性樹脂組成物ペレットを、軟磁性樹脂成型品に成型するための一例としての磁場射出成型機を、図１を用いて説明する。
【００２５】
１は、公知の射出成型機であり、２は、金型であり、金型２は、固定金型２ａと可動金型２ｂとにより構成されている。固定金型２ａと可動金型２ｂとにより構成される金型２内には、成型される軟磁性樹脂成型品の形状に応じて、キャビティー３が形成されている。４ａ、４ｂは、それぞれ、金型２に設置された磁場発生用コイルである。溶融された軟磁性樹脂組成物ペレットの金型２に形成されたキャビティー３への射出タイミングに合わせて、金型２に配設された磁場発生用コイル４ａ、４ｂに電流を流すことにより、キャビティー３に射出された溶融状態の軟磁性樹脂組成物ペレットに磁場を印加するとともに、磁場を印加したままの状態で、射出成型された軟磁性樹脂組成物を冷却し、その後、磁場発生用コイル４ａ、４ｂへの電流を遮断し、金型から、成型された軟磁性樹脂成型品を取り出す。
【００２６】
本発明の軟磁性樹脂成型品が、従来の軟磁性樹脂成型品に比べて、十分な配向度を有するものであることを示すために、本実施例においては、上述した磁場射出成型機を用いて、磁場印加方向（図１に示されている、溶融された軟磁性樹脂組成物ペレットの射出成型機１内における流動方向であるＸ方向）を径方向として、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤形状の試料を射出成型した。磁場中で射出成型して得たサンプルを試料１（本発明の実施例）とし、磁場なしで射出成型したサンプルを試料２（比較例）とした。
【００２７】
試料１について、配向磁場に沿った方向（円盤形状の試料の径方向）に断面を切り出して、走査顕微鏡により、その表面を観察し撮影した。試料２についても、試料１と同じ位置関係になるように試料断面をを切り出して、同様に、走査顕微鏡により、その表面を観察し撮影を行った。
【００２８】
上述したようにして得られた試料１の写真から、任意に抽出したエリアの状態が、図２に模擬的に示されており、また、上述したようにして得られた試料２の写真から、任意に抽出したエリアの状態が、図３に模擬的に示されている。なお、図２及び図３において、Ｂは、熱可塑性樹脂やゴムや熱硬化性樹脂等からなる有機バインダー領域であり、Ｐは、有機バインダー領域Ｂ内に散在する軟磁性金属扁平粉末である。
【００２９】
図４に示されているように、上述した磁場印加方向Ｘに対して、両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数を、所定のエリア内において計測し、該エリア内の全体の軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数に対する、上記の両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数の割合を、試料１の配向度（％）の評価として用いた。また、試料２については、配向度が、成型時における溶融状態の軟磁性樹脂組成物の流動方向に依存するため、上記の磁場印加方向Ｘに相当する配向方向を、溶融状態の軟磁性樹脂組成物の流動方向とし、流動方向に対して、両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数を、所定のエリア内において計測し、該エリア内の全体の軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数に対する、上記の両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数の割合を、試料２の配向度（％）の評価として用いた。
【００３０】
上述した試験結果が、表１に示されている。なお、試料２については、樹脂流動方向と直交する方向（非流動方向という。）に対して、両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数を、所定のエリア内において計測し、該エリア内の全体の軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数に対する、上記の両側１０度以内の角度に配向している軟磁性金属扁平粉末Ｐの個数の割合が、試料２の非流動方向の配向度（％）の評価として示されている。
【００３１】
また、上述したように、射出成型により得られた円盤形状の軟磁性樹脂成型品に、内径１０ｍｍの穴をあけてリング形状に加工するとともに、厚さ１ｍｍに切り出して透磁率測定用試料を作製し、この透磁率測定用試料の１ＭＨｚにおける透磁率を、インピーダンスアナライザーを用いて測定した結果が、同じく、表１に示されている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
磁場中で射出成型された試料１の実施例では、透磁率が１３０であるのに対して、磁場なしで射出成型された試料２の比較例では、透磁率が１００であり、本発明により３０％以上、その特性が向上した。
【００３４】
実施例では、上述した配向度が、平均値で７６％であるのに対して、比較例では、配向方向がまちまちで、溶融状態の軟磁性樹脂組成物の流動方向に依存した配向状態であり、その配向度の平均値は、４０％程度であった。
【００３５】
また、比較例に示す通り、磁場中で成型しなくでも、溶融状態の軟磁性樹脂組成物の流動方向に、軟磁性金属扁平粉末が配向しやすい傾向にあるため、非流動方向では、その配向度の平均値が４％であり、更に、流動方向であっても、上述したように、その配向度は、高々４６％であった。このように、射出成型過程における溶融状態の軟磁性樹脂組成物の流動方向のみによる軟磁性金属扁平粉末の配向では、３次元構造での流動方向を１方向に限定することは極めて困難であり、５０％以上の配向度を得ることはできなかった。
【００３６】
上述したように、溶融状態の軟磁性樹脂組成物の成型加工中に、所望方向の磁場を印加することにより、軟磁性金属扁平粉末の配向度を大きくすることができ、従って、透磁率等の磁気特性のより高い軟磁性樹脂成型品を作製すことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３８】
磁場中にて成型加工を行うことにより、配向度が高く、透磁率等の磁気特性の極めて高い軟磁性樹脂成型品を作製すことができる。
【００３９】
軟磁性金属扁平粉末の配向度を高めることができるので、軟磁性扁平粉末の含有率を抑えることができ、従って、軟磁性扁平粉末の増量に伴う軟磁性樹脂成型品の不良品の増加を抑制することができるとともに、軟磁性樹脂成型品のコストの低減化を実現することができる。
【００４０】
所望の位置に配置可能な磁場発生用コイルを配設することにより、軟磁性樹脂成型品中の軟磁性金属扁平粉末の配向方向を、適宜、制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軟磁性樹脂成型品を作製するための一例としての磁場射出成型機の概略側断面図である。
【図２】図１に示されている磁場射出成型機により作製された本発明の軟磁性樹脂成型品中の軟磁性金属扁平粉末の配向状態を示す模擬図である。
【図３】磁場なし状態で射出成型された軟磁性樹脂成型品中の軟磁性金属扁平粉末の配向状態を示す模擬図である。
【図４】図４は配向度の定義を説明するための印加された磁場方向等を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｂ・・・・・・・・・・・・・有機バインダー領域
Ｐ・・・・・・・・・・・・・軟磁性金属扁平粉末
１・・・・・・・・・・・・・磁場射出成型機
２・・・・・・・・・・・・・金型
４ａ、４ｂ・・・・・・・・・磁場発生用コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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