(57)【要約】【課題】リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間にフェライト焼成体を挿入した携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、良好でしかも安定した通信性能が発現されるフェライト磁性材料及びその製造方法、それを用いたフェライト焼成体並びにアンテナモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含み、前記主成分、及び前記副成分のうち少なくとも１つ以上をスピネル型結晶構造の固溶体とした。【選択図】図１
2013133263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含むことを特徴とするフェライト磁性材料。
【請求項２】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含み、前記主成分、及び前記副成分のうち少なくとも１つ以上がスピネル型結晶構造の固溶体であることを特徴とする請求項１記載のフェライト磁性材料。
【請求項３】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る混合物を所定の温度で仮焼することにより主成分粉末を作製する工程と、ＸＦｅ２Ｏ３と（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）の混合物を所定の温度で仮焼することにより副成分粉末を作製する工程と、前記主成分粉末１００重量部に対して前記副成分粉末を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ配合した後混合する工程を順次行うことを特徴とするフェライト磁性材料の製造方法。
【請求項４】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る混合物を所定の温度で仮焼することにより主成分粉末を作製する工程と、ＸＦｅ２Ｏ３と（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）の混合物を所定の温度で仮焼することにより副成分粉末を作製する工程と、前記主成分粉末１００重量部に対して前記副成分粉末を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ配合した後混合する工程を備え、前記主成分粉末、及び前記副成分粉末のうち少なくとも１つ以上がスピネル型結晶構造の固溶体であることを特徴とする請求項３記載のフェライト磁性材料の製造方法。
【請求項５】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含み、
粒成長進行中の結晶粒子と数μｍ以下の空孔を有する微細構造を備えることを特徴とするフェライト焼成体。
【請求項６】
４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含み、前記粒成長進行中の結晶粒子がスピネル型結晶構造の固溶体であることを特徴とする請求項５記載のフェライト焼成体。
【請求項７】
非接触でデータの通信を行うＲＦＩＤシステム、もしくはＮＦＣシステムにおけるアンテナモジュールにおいて、アンテナモジュールに設置された磁性部材が、請求項５または６記載のいずれかのフェライト焼成体により形成されたものであることを特徴とするアンテナモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナより成る携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、ＲＦＩＤアンテナやＮＦＣアンテナの背面に磁界に影響する金属や電界物質が存在しても、背面に低ロス（高Ｑ値）の磁性体を用いることで通信機能を向上させる磁性体を検討し、背面の磁界の影響物体（渦電流発生）に対して、影響を遮蔽するためのフェライト磁性材料及びその製造方法、それを用いたフェライト焼成体並びにアンテナモジュールに関するものである。
【０００２】
すなわち、ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、良好な通信性能を確保するために、ＲＦＩＤアンテナやＮＦＣアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間に薄板状のフェライト焼成体が挿入されている。本発明は、携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、良好でしかも安定した通信性能を取得するために必要なフェライト磁性材料及びその製造方法、それを用いたフェライト焼成体並びにアンテナモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ユビキタス社会を支えるＲＦＩＤは、さまざまな分野で実用化が進み、その一例として非接触ＩＣカード機能の携帯電話への搭載がある。携帯電話に搭載されている非接触ＩＣカード機能は、１３．５６ＭＨｚで電磁誘導を利用して通信を行っており、内部に設けられたコイル状のアンテナと他の金属製部品の間に磁性体などの部材を実装し、渦電流損などの悪影響を抑え、所望の通信性能を実現しているが、さらなる通信性能の向上と小型・薄型化が望まれている。
【０００４】
例えば、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナより成る１３．５６ＭＨｚ帯ＲＦＩＤシステム（ＩＣタグ、ＩＣカードによる無線通信）は、ＩＣタグを薄い樹脂製カードに組み込んだ構造体としてコンビニエンスストア仕様電子マネーカードや携帯端末に適用されている。そして、次の展開として１３．５６ＭＨｚ帯ＮＦＣシステムに搭載する取り組みが本格化してきた。
【０００５】
１３．５６ＭＨｚ帯ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムは、リーダー／ライターと無線タグの双方に備えられたスパイラルアンテナ間に生じる電磁誘導で電力供給と交信を行っている。
【０００６】
しかしながら、当該１３．５６ＭＨｚ帯ＲＦＩＤシステムを携帯端末に搭載するべく多方面において検討が成されていたが、薄い樹脂製カードに組み込む場合と異なり、携帯端末の交信用スパイラルアンテナの近傍に位置する筐体セルの金属面により、その通信性能が著しく損なわれていた。すなわち、スパイラルアンテナに発生した磁束が金属面を貫通すると、ファラデーの法則により磁束を軸とした渦電流が金属面に流れるが、その回転方向はスパイラルアンテナを流れる電流の向きと反対の向きに流れる。つまり、スパイラルアンテナに発生した磁束が金属面に発生した渦電流による反対方向の磁束により打ち消されるためＲＦＩＤシステムの通信性能が大きく減衰していた。
【０００７】
そこで、このような事態を未然防止するためにフェライト等の透磁率を有する磁性材料が適用されている。すなわち、スパイラルアンテナと筐体セルの金属面との間に透磁率を有する磁性材料を挿入することにより、スパイラルアンテナに発生した磁束が金属面を貫通する前に当該磁性材料により磁束を集束させて金属面での渦電流の発生を抑制するものである。
【０００８】
例えば、（特許文献１）にはリーダー／ライターと金属面との間にフレキシブル状の磁性体を配した非接触型ＩＣカードリーダ／ライターが開示されている。これによると、金属面による上記不具合を抑制するためにフレキシブル状の磁性体を適用してＩＣカードリーダ／ライターの安定した読み取りと書き込みを確保している。一方、（特許文献２）には、フェライト材料としてＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、及びＺｎＯからなるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末においてＳｉＯ２を含有したフェライト粉末が開示されており、当該フェライト粉末を１１００〜１３００℃で焼成したフェライト焼成体をインダクタンス素子へ適用する例が記載されている。
【０００９】
また、ＲＦＩＤアンテナやＮＦＣアンテナの通信性能を向上させるためには、先に述べたようにスパイラルアンテナと筐体セルの金属面との間に高透磁率、高Ｑ値の磁性材料を挿入する必要がある。磁性材料のＱ値を向上させるものとして（特許文献３）には、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび酸化銅を主成分とする磁性フェライト材料に、酸化ビスマス、酸化コバルトを添加したものが開示されており、Ｑ値を向上させてインダクタンス素子へ適用する例が開示されている。
【００１０】
さらに、（特許文献４）には、アンテナモジュールの通信性能を向上させるために、透磁率を高くしながら渦電流損失を低減させるものとして、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯにＣｏＯを含有させたフェライト材料、及びそれを用いて透磁率とＱ値の積を３００以上としたアンテナモジュール用磁芯部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２９８０９５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４５７０３号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８２２６号公報
【特許文献４】特開２００５−３４０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来のフレキシブル状の磁性体や、フェライト磁性材料及びそれにより製造したフェライト焼成体や部材等は、透磁率やＱ値の向上を意図したものであるが、副成分や添加物の均一な分散性や選択的反応性と通信性能との関係を考慮して設計されたものであるとは言い難いものであった。すなわち、製造における必然誤差因子等の工程上制御しえない要因により焼成体等の微細構造、透磁率及びＱ値が変動し、その結果場合によっては通信性能やその他の性能が低下する可能性があった。そして、フェライト磁性材料の組成や製造条件、製造方法、フェライト焼成体の組織及び微細構造により通信性能が変動する可能性があった。
【００１３】
また、ＮＦＣやＲＦＩＤの高性能化高機能化に対応するためには、高レベルの通信性能を取得する必要があり、従来レベルの透磁率やＱ値をさらに向上させる必要があった。
【００１４】
例えば、（特許文献１）に開示されているフレキシブルシート状の磁性体は、軟磁性体粉末を有機結合材で練り固めたものをシート状にしたフェライトコンポジットであるが、この場合有機結合材のマトリックス中に軟磁性体粉末が分散された微細構造となるため、高い透磁率が得られない。従って、当該フレキシブルシート状の磁性体を携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムに適用した場合、スパイラルアンテナに発生した磁束の集束効果が十分ではなく、金属筐体による渦電流損失が大きく、良好な通信性能が取得できない懸念があった。
【００１５】
（特許文献２）に開示されているフェライト焼成体は、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、及びＺｎＯからなるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末にＳｉＯ２を含有させたものを成形してグリーンシートにした後、１１００〜１３００℃で焼成したものであり、ＳｉＯ２添加と高い焼成温度により焼結が進行して結晶粒子が大きく成長した緻密質な微細構造を有する高透磁率の焼成体となる。従って、当該焼成体を携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムに適用した場合、過度に成長した結晶粒子から成る緻密質微細構造のために高い透磁率が取得されるものの、１３．５６ＭＨｚの高周波帯域において導電率が高くなると同時に、焼成体自体の渦電流損失が高くなりＱ値が低下して、スパイラルアンテナに発生した磁束の集束効果が発揮されず、パワーロスが顕著になり上記同様十分な通信性能が取得できない恐れがあった。
【００１６】
また、（特許文献３）に開示されている磁性フェライト材料は、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、及びＣｕＯより成る主成分に対して、副成分としてＢｉ２Ｏ３を２ｗｔ％未満、Ｃｏ３Ｏ４を０．１ｗｔ％未満添加したものである。しかしながら、その製造方法において、上記主成分と副成分の混合物の一括仮焼方式であるためＱ値改善効果や焼成温度低下効果のある副成分の選択的反応性が大きく損なわれるため、高透磁率を維持しながら十分なＱ値向上を図ることが困難であった。
【００１７】
さらに、（特許文献４）に開示されているフェライト材料は、Ｆｅ２Ｏ３を４７．０〜４９．８モル％、ＮｉＯを１６．０〜３３．０モル％、ＺｎＯを１１．０〜２５．０モル％、ＣｕＯを７．０〜１２．０モル％含むバルク状フェライトであり、これに適宜ＣｏＯを０．１〜１．０ｗｔ％含ませている。
【００１８】
高透磁率を維持しながら十分なＱ値向上を図るためのポイントはＣｏＯの添加であるが、上記同様にＣｏＯの選択的反応性と通信性能との関係を十分考慮したものではなく、材料プロセス上、改善の余地があった。
【００１９】
この様に従来の技術は、高周波帯域での透磁率とＱ値の向上を意図したものであるが、通信性能向上の必須成分である添加剤の均一分散性、選択的反応性等を考慮した材料設計ではなかった。同時に、ＮＦＣやＲＦＩＤの高性能化高機能化に対応するためには、主成分や副成分より成る材料組成系において、改善の余地が十分あった。
【００２０】
また、従来の技術におけるフェライト焼成体を携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムに適用する場合において、所定のフェライト材料組成より構成される焼成体の微細構造と通信性能との関連が詳細に把握されていなかった。すなわち、スパイラルアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間にフェライト焼成体を挿入して構成されるＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、最大の通信性能が発現されるフェライト焼成体の微細構造が確立されていなかった。
【００２１】
そこで、本発明は以上のような課題を解決するものであり、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間にフェライト焼成体を挿入した携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、良好でしかも安定した通信性能が発現されるフェライト磁性材料及びその製造方法、それを用いたフェライト焼成体並びにアンテナモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的を達成するために、本発明のフェライト磁性材料は、４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含むものであり、前記主成分、及び前記副成分のうち少なくとも１つ以上がスピネル型結晶構造の固溶体であることを特徴とするものである。また、本発明のフェライト磁性材料の製造方法は、４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る混合物を所定の温度で仮焼することにより主成分粉末を作製する工程と、ＸＦｅ２Ｏ３と（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）の混合物を所定の温度で仮焼することにより副成分粉末を作製する工程と、前記主成分粉末１００重量部に対して前記副成分粉末を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ配合した後混合する工程を順次行うものであり、前記主成分粉末、及び前記副成分粉末のうち少なくとも１つ以上がスピネル型結晶構造の固溶体であることを特徴とするものである。これにより、高透磁率を維持しながらＱ値を向上させるための必須成分であるＣｏＯの選択的反応性が達成される。
【００２３】
すなわち、一般的なソフトフェライト材料の場合、一般式ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３（但し、Ｆｅ２Ｏ３は、５０モル％以下、Ｍは２価の金属）で表示されるスピネル型結晶構造を有している。正八面体構造の中心に位置する３価のＦｅ３＋においては、平衡式Ｆｅ３＋＋ｅ−⇔・Ｆｅ２＋により、電子が動き易い状態にあり、通信性能を左右するＱ値の低下を招く可能性がある。そこで、Ｆｅ３＋とイオン半径が近いＣｏ２＋を固溶させることにより、Ｃｏ２＋がＦｅ３＋に置換して正八面体構造の中心位置に入り込み、上記の電子交換反応を抑制してＱ値の向上を図るものである。特に、本発明は、ＣｏＯとＦｅ２Ｏ３とを予め選択的に反応させた副成分である化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を適用することにより、正八面体構造の中心位置においてＣｏ２＋によるＦｅ３＋の置換を確実に発生させてフェライト磁性材料の性能改善を図るものである。
【００２４】
一方、仮焼なしの主成分混合物や副成分を適用した場合、均一なスピネル型結晶構造の固溶体が形成され難くなり、またＣｏＯの選択的反応性が達成され難くなる。したがって、透磁率が小さく、しかもＱ値が低い、Ｆｅ２Ｏ３の単相であるヘマタイト相が生成したフェライト焼成体となるため、良好な通信性能が取得されない。
【００２５】
さらに、上記フェライト磁性材料により製造されるフェライト焼成体は、その微細構造が粒成長進行中の結晶粒子と数μｍ以下の空孔よりなることを特徴とするものであり、これにより、フェライト焼結体を備えたアンテナモジュールの通信周波数１３．５６ＭＨｚにおいて高い透磁率を維持しながら高Ｑ値で、しかも透磁率の温度変化率が小さいフェライト焼成体が得られ、透磁率とＱ値の積は１００００以上となる。そして、当該フェライト焼成体をＲＦＩＤシステムや、ＮＦＣシステムに適用することにより１３．５６ＭＨｚにおける通信距離が１１０ｍｍを超える良好で安定した通信性能を有するアンテナモジュールが得られる。
【発明の効果】
【００２６】
以上の様に本発明によれば、透磁率が高く、良好なＱ値を有するフェライト磁性材料及びその製造方法を提供するものである。当該フェライト磁性材料により製造したフェライト焼成体を、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間に挿入した携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムに適用することにより良好な通信性能を有するアンテナモジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】フェライト磁性材料の製造方法を示す図
【図２】Ｆｅ２Ｏ３−Ｃｏ２Ｏ３系副成分仮焼生成物の粉末Ｘ線回折図
【図３】フェライト磁性材料の粉末Ｘ線回折図
【図４】フェライト焼成体の焼成温度に対する微細構造を示す図
【図５】フェライト焼成体を搭載していないＲＦ−ＩＤシステムの概略図
【図６】フェライト焼成体を搭載したＲＦ−ＩＤシステムの概略図
【図７】フェライト焼成体を搭載したＮＦＣシステムの断面斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のフェライト磁性材料は、４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を０．２〜１．２重量部、ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、それぞれ含むものである。（表１）は、本発明のフェライト磁性材料を得るために検討した組成表であり、（表２）は各々の組成に対する特性を示している。※印を付したＲｕｎＮｏ．は、本発明の範囲内のフェライト磁性材料である。
【００２９】
以下、（表１）および（表２）のＲｕｎＮｏ．１〜３０について説明する。ＲｕｎＮｏ．１〜５において、主成分を構成するＦｅ２Ｏ３が４８．７モル％を超えると、透磁率は高くなるがＱ値の低下が大きく、１３．５６ＭＨｚでの通信距離が短くなり、透磁率の温度変化率が大きくなり、一方、４６．７モル％未満になると、透磁率が小さくなり、いずれも好ましくない。ＲｕｎＮｏ．６〜９において、ＮｉＯが２１．３モル％を超えると、Ｑ値の低下が著しく通信距離が短くなり、一方、１９．３モル％未満になると、透磁率の温度変化率は小さくなるが、透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、通信距離が短くなり、いずれも好ましくない。ＲｕｎＮｏ．１０〜１３において、ＣｕＯが１２．０５モル％を超えると、透磁率、Ｑ値ともに小さくなり、通信距離が短くなる傾向にあり、一方、１０．０５モル％未満になると、同様に透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、いずれも好ましくない。ＲｕｎＮｏ．１４〜１７において、ＺｎＯが２１．９５モル％を超えると、透磁率の温度変化率は小さくなるが、Ｑ値の低下が著しく、一方、１９．９５モル％未満になると、透磁率は高くなるが、透磁率の温度変化率が大きくなり、Ｑ値が低下して、通信距離が短くなり、いずれも好ましくない。
【００３０】
ＲｕｎＮｏ．２６〜３０において、副成分を構成する化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）の分率Ｘが０．５４モルを超えると、透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、通信距離が短くなり、一方、０．４８モル未満になると、透磁率が低下して、いずれも好ましくない。ＲｕｎＮｏ．１８〜２１において、主成分１００重量部に対する化合物（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）の添加量が１．２重量部を超えると、透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、通信距離が短くなり、一方、０．２重量部未満になると、Ｑ値が大きく低下して、通信距離が大幅に短くなり、いずれも好ましくない。ＲｕｎＮｏ．２２〜２５において、主成分１００重量部に対するＣｕＯの添加量が１．５重量部を超えると、Ｑ値が低下し、一方、０．５重量部未満になると、透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、通信距離が短くなり、いずれも好ましくない。
【００３１】
また、本発明のフェライト磁性材料において、４６．７〜４８．７モル％のＦｅ２Ｏ３、１９．３〜２１．３モル％のＮｉＯ、１０．０５〜１２．０５モル％のＣｕＯ、１９．９５〜２１．９５モル％のＺｎＯより成る主成分は、スピネル型結晶構造の固溶体であることが好ましく、副成分としての（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）は、Ｃｏ２Ｏ３とＦｅ２Ｏ３の混合物ではなく、化合物であることが必須条件であり、スピネル型結晶構造の固溶体であることが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３とＣｏ２Ｏ３の化合物生成が不十分であり、未反応分が少量でも残存していると、本発明の意図するフェライト材料は得られない。ここで、副成分粉末を構成するＣｏ２Ｏ３は、その一部がＣｏＯであっても差し支えなく、上記同様のスピネル型結晶構造の固溶体が得られるため、本発明の意図するフェライト磁性材料となる。
【００３２】
図１は、フェライト磁性材料の製造方法を示す図である。本発明のフェライト磁性材料の製造方法について、そのフローを図１に示した。これによると、前記組成より成る主成分の仮焼生成物、前記組成より成る副成分の仮焼生成物、及びＣｕＯを共に混合することによりフェライト磁性材料を作製するものである。
【００３３】
図２は、Ｆｅ２Ｏ３−Ｃｏ２Ｏ３系副成分仮焼生成物の粉末Ｘ線回折図である。図３は、フェライト磁性材料の粉末Ｘ線回折図である。副成分の仮焼生成物と、作製したフェライト磁性材料の粉末Ｘ線回折図を図２と図３にそれぞれ示した。図２によると、Ｆｅ２Ｏ３とＣｏ２Ｏ３の副成分混合物の仮焼により形成されたＣｏ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ４系のスピネル型固溶体の回折ピークが析出していた。また、図３によると、作製したフェライト磁性材料は、（Ｎｉ・Ｚｎ・Ｃｕ）Ｆｅ２Ｏ４のスピネル型固溶体の結晶相により構成されていた。一方、（表１）および（表２）のＲｕｎＮｏ．３１〜４２は、副成分としての（１−Ｘ）Ｃｏ２Ｏ３・ＸＦｅ２Ｏ３（但しＸ：０．４８〜０．５４モル）を仮焼なしのＣｏ２Ｏ３とＦｅ２Ｏ３の混合物として適用したものである。ここで、仮焼なしのＲｕｎＮｏ．３１〜４２の組成は、仮焼有りのＲｕｎＮｏ．２、４、７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０、２３、２４と同一である。これより明らかな様に、仮焼なしのＲｕｎＮｏ．３１〜４２の組成は、仮焼有りに比べて、透磁率、Ｑ値ともに低下傾向にあり、通信距離が短く、好ましいものではなかった。
【００３４】
本発明のフェライト焼成体は、上記した本発明の範囲内のフェライト磁性材料により得られるものであり、その微細構造は粒成長進行中の結晶粒子と数μｍ以下（０．５〜２μｍ程度）の空孔より成り、好ましくは、前記粒成長進行中の結晶粒子がスピネル型結晶構造の固溶体である。
【００３５】
図４は、フェライト焼成体の焼成温度に対する微細構造を示す図である。図４に、ＲｕｎＮｏ．３の４７．７モル％のＦｅ２Ｏ３、２０．３０モル％のＮｉＯ、１１．０５モル％のＣｕＯ、２０．９０モル％のＺｎＯより成る主成分１００重量部に対して、少なくとも副成分として化合物０．４９Ｃｏ２Ｏ３・０．５１Ｆｅ２Ｏ３を０．６５重量部、ＣｕＯを１．０重量部、それぞれ含む組成を有するフェライト磁性材料により作製された成形体を焼成した場合の焼成温度と微細構造との関係を示した。なお、微細構造は、各焼成体の破断面を走査型電子顕微鏡で撮影したものである。図４において、本発明のフェライト焼成体は、９１０〜１０００℃の焼成温度で焼成した微細構造を有するものである。すなわち、粒成長進行中の結晶粒子と数μｍ以下の空孔より成るものである。図４において、８８０℃の温度で焼成した微細構造を有するフェライト焼成体は、透磁率発現の要因となる結晶粒子の成長がなく、そのために透磁率が小さく、Ｑ値も小さく、良好な通信性能が得られない。さらに、機械的強度の小さいものとなり、製造の組み立て工程においてフェライト焼成体に割れやカケ等の不具合が発生する。また、１０２０℃の温度で焼成した微細構造を有するフェライト焼成体は、粗大な結晶粒子が発生しており、結晶粒子の成長が完了して飽和された状態にあり、透磁率は大きいが、Ｑ値の低下が著しく、高周波帯での導電率が増加するため十分な磁束の集束効果が得られず、ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにおいて、良好な通信性能が得られるものではない。９３５℃の温度で焼成した焼成体の粉末Ｘ線回折図によると、図３に示したフェライト磁性材料と同様の典型的な（Ｎｉ・Ｚｎ・Ｃｕ）Ｆｅ２Ｏ４のスピネル型固溶体の単一相を形成しており、これにより、格段の通信性能の向上が図れるものである。
【００３６】
本発明のフェライト焼成体を、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナと携帯端末筐体セルの金属面との間に挿入した携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムにより、良好な通信性能を有するアンテナモジュールが実現できる。
【００３７】
図５は、フェライト焼成体を搭載していないＲＦ−ＩＤシステムの概略図である。図６は、フェライト焼成体を搭載したＲＦ−ＩＤシステムの概略図である。
【００３８】
すなわち、図５及び図６は、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナ５２、６２より成る携帯端末用ＲＦ−ＩＤシステムの概略図である。携帯端末筐体セル５１と交信用スパイラルアンテナ５２により構成された図５のＲＦーＩＤシステムにおいて、交信用スパイラルアンテナ５２に侵入する磁束５３は携帯端末筐体セル５１の金属表面に発生した渦電流による反対方向の磁束５４により打ち消されて通信機能が大きく減衰する。これに対して、図６の携帯端末用ＲＦ−ＩＤシステムは、リーダー／ライター交信用スパイラルアンテナ６２と携帯端末筐体セル６１の金属面との間にフェライト焼成体６４が挿入されたものである。これにより、交信用スパイラルアンテナ６２に侵入する磁束６３が当該フェライト焼成体６４により集束されて携帯端末筐体セル６１の金属表面の渦電流が抑制されるものである。本発明の携帯端末用ＲＦ−ＩＤシステムは、前記フェライト焼成体６４の微細構造を、図４の焼成温度と微細構造との関係において、９１０〜１０００℃の焼成温度で焼成した微細構造としたものである。これにより、良好な通信性能を有するアンテナモジュールが実現できるものである。
【実施例】
【００３９】
次に本発明の具体例を説明する。
【００４０】
（実施例１）
実施例１においては、本発明のフェライト磁性材料、およびその製造方法について述べる。
【００４１】
（表１）において、※印を付したＲｕｎＮｏ．は本発明の範囲内のフェライト磁性材料である。また、図１は、フェライト磁性材料の製造方法を示す図である。すなわち、出発原材料として酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３が４６．７〜４８．７モル％、酸化ニッケルＮｉＯが１９．３〜２１．３モル％、酸化銅ＣｕＯが１０．０５〜１２．０５モル％、酸化亜鉛ＺｎＯが１９．９５〜２１．９５モル％の比率になるように、電子天秤を使用して各々秤量した後、ボールミル等を使用して所定時間混合した。混合は湿式で実施して、混合媒体としてはジルコニア球やステンレス球等を適用した。混合物のスラリーを１１０〜１３０℃の温度で乾燥した後、解砕して８００〜９１０℃の温度で仮焼することにより主成分粉末を作製した。仮焼には、ロータリーキルン、連続式トンネル炉、バッチ式箱型炉等が適用できる。仮焼の条件は、主成分粉末の反応性を左右するものであり、最終のフェライト磁性材料におけるスピネル型結晶構造の固溶体生成を完璧なものにするために、工程条件の厳密な管理が必要となる。
【００４２】
一方、上記した主成分粉末の製造方法と同様の方法により酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３が０．４８〜０．５４モル、酸化コバルトＣｏ２Ｏ３が０．５２〜０．４６モルの比率より成る副成分粉末を作製した。すなわち、所定の比率より成るＦｅ２Ｏ３とＣｏ２Ｏ３の混合物を作製した後、７００〜９００℃の温度で仮焼して、粉砕することにより副成分粉末を作製した。図２にその粉末Ｘ線回折図を示した。副成分粉末も主成分粉末と同様に、Ｆｅ２Ｏ３とＣｏ２Ｏ３が仮焼中に固相反応して形成されたスピネル型結晶構造の固溶体であり、未反応分は確認されなかった。
【００４３】
次に、前記主成分粉末の１００重量部に対して、前記副成分粉末を０．２〜１．２重量部、添加剤としての酸化銅ＣｕＯを０．５〜１．５重量部、電子天秤を使用して各々秤量した後、アトラクションミルやボールミル等で湿式での混合粉砕を実施した。ここでの混合粉砕は、最終粉末であるフェライト磁性材料の粒度分布、平均粒子径、およびＢＥＴの比表面積を制御するものであり、後工程の条件や製品性能を左右する重要な操作である。なお、目的とする粒子径を得るために、場合によっては数十時間の混合粉砕を実施することもある。そして、混合粉砕した後のスラリーを１１０〜１３０℃の温度で乾燥した後、乾燥塊状物を解砕することにより、本発明のフェライト磁性材料を得た。
【００４４】
作製した本発明のフェライト磁性材料の粉末Ｘ線回折図を図３示した。すなわち、仮焼中に出発原材料同士の固相反応が進行してスピネル型結晶構造の固溶体が形成されていた。また、得られた本発明のフェライト磁性材料は、レーザ回折散乱法による粒度分布測定によると、０．５〜１．６μｍの平均粒子径を有していた。また、窒素ガス吸着法によるＢＥＴの比表面積測定によると、３．０００〜５．５００ｍ２／ｇの値を有していた。
【００４５】
以上の様に、本発明のフェライト磁性材料は、その製造方法においてモル比率の限定されたＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯより成る主成分粉末、およびモル比率の限定されたＣｏ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３より成る副成分粉末をそれぞれ仮焼して反応させたものであり、前記主成分、及び前記副成分のうち少なくとも１つ以上をスピネル型結晶構造の固溶体としたものである。
【００４６】
（実施例２）
実施例２においては、（表１）の組成表に基づいて作製されたフェライト磁性材料より成るフェライト焼成体について、その製造方法、および透磁率、Ｑ値等の磁気特性評価について述べる。
【００４７】
（表１）の組成表に基づいて、実施例１に記載の方法により作製されたフェライト磁性材料の１００重量部に対して、ポリビニルブチラール系樹脂を４．０〜６．０重量部、フタル酸エステル系の可塑剤を３．５〜６．０重量部及び有機溶剤を４０〜６０重量部の割合で配合した後、専用のミルで混合してスラリーを作製した。作製したスラリーの粘度は２０℃で１５００〜２５００Ｐａ・ｓｅｃであり、シート成形用として適切な粘度を有していた。なお、ポリビニルブチラール系樹脂、フタル酸エステル系の可塑剤、および有機溶剤の重量は、出発原材料のロット間変動、仮焼における固相反応状態の変動、混合粉砕後の平均粒子径の変動、および次工程における成形シートの設定厚み等により、前記した範囲内で適宜加減できるものである。
【００４８】
次に、フェライト磁性材料より成るスラリーをＰＥＴフィルム上に製膜して５０〜３００μｍの厚みを有するグリーンシートを作製した。すなわち、粘度が調整されたスラリーを塗工機に供給しながら、ローラー間のギャップとライン速度を調節してＰＥＴフィルム上に製膜、乾燥した後、巻き上げてグリーンシートを作製した。ローラー間のギャップを調節することによりグリーンシートの厚みは５０〜３００μｍに制御できるものである。また、グリーンシート同士の積層密着性に影響を及ぼす乾燥温度は、６０〜９０℃に調節した。ライン速度は作製するグリーンシートの表面状態や乾燥状態に応じて調節する必要があり、０．５〜２．０ｍ／ｍｉｎの範囲内で制御した。スラリー粘度と、グリーンシートの厚み、ライン速度、及び乾燥温度のバランスが悪くなると、作製されたグリーンシートの表面に亀裂が発生するため、適切な制御が必要となる。
【００４９】
次に積層体作製工程において、上記グリーンシートをラミネート機により所定の層数に積層した。すなわち、ＰＥＴフィルム上に製膜したグリーンシートをラミネート機の加温ローラー圧着により２〜６層に積層して所定の厚みを有する積層体を作製した。加温ローラーの表面温度は、前記ポリビニルブチラール系樹脂のガラス転移温度よりも高い１００〜１２０℃に制御して、良好な積層密着性を確保した。
【００５０】
次に切断工程において、積層したグリーンシートを所定の形状に切断した。すなわち、積層したグリーンシートをＲＦＩＤやＮＦＣの交信用スパイラルアンテナの形状に適合するように設計された専用の金型を用いて打ち抜き切断して所定の形状と厚みを有する成形体を作製した。グリーンシートが良好な積層密着性を有しているため、当該工程において層間剥離等の不具合は発生しなかった。なお、最終製品の品種構成上、積層の必要性がない品番の場合、成形したグリーンシートを積層工程を経由せずに所定の形状に切断するものである。
【００５１】
次に、所定の形状を有する成形体をサヤ詰めした後、脱脂及び焼成してフェライト焼成体を作製した。フェライト焼成体は、３０〜２５０μｍの厚みを有していた。すなわち、フェライト磁性材料より成る成形体をアルミナ質の薄板上にサヤ詰めした後、ポリビニルブチラール系樹脂及びフタル酸エステル系の可塑剤を燃焼させるため脱脂を実施した。脱脂の条件は、３５０〜６００℃であり、良好な脱脂を実現するためには、炉内に打ち込む空気の量と排ガスブロワーの排気量をバランスさせる必要がある。また、急激な昇温は、最終焼成体の亀裂の原因となるため避ける必要がある。次に、本焼成炉により９３０℃（９１０〜１０００℃が好ましい）の最高温度で焼成してフェライト焼成体を作製した。脱脂、及び本焼成は、連続式トンネル炉、バッチ式箱型炉、ベルト式トンネル炉等により実施した。通常、脱脂と本焼成は同一炉により連続して実施するが、脱脂と本焼成を別々の炉で実施しても差し支えない。なお、焼成の最高温度に関して、最終製品の品種構成上、目標とする品番により適宜加減できる。さらに、焼成炉の構造や披焼成体の量等により適宜調節が必要となる。
【００５２】
図４に走査型電子顕微鏡により撮影したフェライト焼成体の破断面の一例を示した。９３０℃の最高温度で焼成した本実施例のフェライト焼成体は、粒成長進行中の結晶粒子と数μｍ以下の空孔より形成されていた。また、本実施例のフェライト焼成体の粉末Ｘ線回折によると、主結晶相が（Ｎｉ・Ｚｎ・Ｃｕ）Ｆｅ２Ｏ４系のスピネル型固溶体である単一相を形成していた。
【００５３】
次に、（表１）の組成表に基づいて作製した各々のフェライト焼成体について、磁気特性としてその透磁率、Ｑ値（損失係数の逆数）、及び透磁率の温度変化率を測定した。まず、１００〜１１０μｍの厚みを有するフェライト焼成体について、形状を保護するため、その両面に耐水性のテープを貼り付けた後、焼成体にフレキシブル性を持たせるためブレイク加工した。そして、ピナクル金型を用いて外径が２２ｍｍ、内径が１３ｍｍのトロイダル体を作製した。トロイダル体に直径が０．２５ｍｍの銅線をスパイラル状に２０ターン巻きつけて、磁気特性測定用の供試体とした。ヒューレットパッカード社製ＬＣＲメータを使用して、１３．５６ＭＨｚでのＬ値（リアクタンス）とＱ値を測定して、Ｌ値により換算して透磁率を求めた。透磁率の温度変化率は、恒温槽中に放置した供試体とＬＣＲメータとを専用ケーブルで接続して、−４０℃〜１００℃の温度範囲でのＬ値を測定して求めた。Ｌ値を透磁率に換算した後、２０℃の透磁率を基準として２０〜１００℃の変化率を求めた。一連の磁気特性の結果を（表２）に示した。
【００５４】
これによると、ＲｕｎＮｏ．に※印を付した本発明の範囲内のフェライト磁性材料より成るフェライト焼成体は、通信性能の指標となる透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）が１００００以上と高く、また透磁率の温度変化率が安定していた。
【００５５】
以上のように、本発明のフェライト焼成体は、実施例１に記載の製造方法により作製されたフェライト磁性材料より成るものであり、スピネル型結晶構造の固溶体である結晶粒子が粒成長進行中である微細構造を有するものである。そして、良好な磁気特性を有するものであり、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率とＱ値の積が１００００以上を有していた。
【００５６】
（実施例３）
本発明のフェライト磁性材料より成るフェライト焼成体は、主として非接触でデータの通信を行うＲＦＩＤシステム、もしくはＮＦＣシステムにおけるアンテナモジュールにおいて良好な通信性能を得るために適用されるものである。
【００５７】
図７は、フェライト焼成体を搭載したＮＦＣシステムの断面斜視図である。これによると、ＮＦＣアンテナ７３とＮＦＣシステム筐体セル７２との間にフェライト焼成体７４が挿入された構成となる。
【００５８】
図７と類似の構成により通信機能を測定した。すなわち、（表１）の組成表に基づいて実施例２において作製した１００〜１１０μｍの厚みを有するフェライト焼成体について、その形状を保護するために両面に耐水性のテープを貼り付けた後、フレキシブル性を持たせるためブレイク加工した。そして、ピナクル金型により、３０ｍｍ×２５ｍｍの寸法を有する長方形を打ち抜いて通信機能測定用の供試体とした。供試体の一方の面に筐体セルに見立てた銅版を、そして他方の面にＮＦＣシステム用のスパイラルアンテナを貼り付けて測定用のタグとした。タグとＮＦＣ用リーダー／ライターとの間でアンテナモジュールを構成して１３．５６ＭＨｚの共振周波数における通信距離を測定した。測定結果を（表２）に示した。
【００５９】
これによると、ＲｕｎＮｏ．に※印を付した本発明の範囲内のフェライト磁性材料より成るフェライト焼成体で構成されたアンテナモジュールは、１１０ｍｍ以上の通信距離を有しており、実施例２において測定した透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）と正の相関があった。
【００６０】
以上の様に、本発明のアンテナモジュールは高い透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）を有するフェライト焼成体により構成されるものであり、良好な通信性能を有するＲＦＩＤシステム、もしくはＮＦＣシステムを実現できる。
【００６１】
【表１】
2013133263.tif 000003
【００６２】
【表２】
2013133263.tif 000004
【００６３】
（比較例）
比較例においては、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３が０．５１モル、酸化コバルトＣｏ２Ｏ３が０．４９モルの比率より成る副成分粉末が、スピネル型結晶構造の固溶体ではなく、単なる混合物である場合について述べる。
【００６４】
すなわち、（表３）の組成表に基づいて、実施例１に記載した方法でＲｕｎＮｏ．３１〜４２の組成に対応したフェライト磁性材料を作製した。特に、実施例１と異なる点は、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３が０．５１モル、酸化コバルトＣｏ２Ｏ３が０．４９モルの比率より成る副成分粉末について、仮焼による固相反応によりスピネル型結晶構造の固溶体を形成することなく、単なる混合物として適用したことである。すなわち、（表３）のＲｕｎＮｏ．３１〜４２の組成より成るフェライト磁性材料は、（表１）のＲｕｎＮｏ．２、４、７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０、２３、２４と同組成であり、副成分を単なる混合物としたものである。次に、作製したＲｕｎＮｏ．３１〜４２の組成を有するフェライト磁性材料を用いて、実施例２と同様の製造方法でフェライト焼成体を作製した後、磁気特性としてその透磁率、Ｑ値（損失係数の逆数）、及び透磁率の温度変化率を測定した。
【００６５】
一連の磁気特性の結果を（表４）のＲｕｎＮｏ．３１〜４２に示した。そして、組成は同じであるが仮焼による固相反応によりスピネル型結晶構造の固溶体を形成した結果である（表２）のＲｕｎＮｏ．２、４、７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０、２３、２４と比較した。それによると、副成分を混合物の形態で適用した本比較例のフェライト焼成体は、副成分をスピネル型結晶構造の固溶体として適用した実施例２のフェライト焼成体に比べて、特にＱ値が低下したために通信性能の指標となる透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）が低くなり、概ね１００００以下であった。
【００６６】
次に、実施例３と同様の方法で、ＲｕｎＮｏ．３１〜４２のフェライト磁性材料より成る各々のフェライト焼成体を用いて測定用のタグを試作した後、１３．５６ＭＨｚの共振周波数でリーダー／ライターとの通信距離を測定した。その結果を（表４）に示した。これによると、透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）と連動しており、（表２）のＲｕｎＮｏ．２、４、７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０、２３、２４の結果と比べて、通信距離が短く１１０ｍｍ以下であった。
【００６７】
以上の様に、本発明の磁性材料において、Ｆｅ２Ｏ３とＣｏ２Ｏ３より成る副成分粉末の形態がスピネル型結晶構造の固溶体ではなく、単なる混合物である場合、透磁率とＱ値の積（μ×Ｑ）が小さく、通信距離が短くなり、本発明の意図する結果は得られなかった。
【００６８】
【表３】
2013133263.tif 000005
【００６９】
【表４】
2013133263.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明のフェライト磁性材料及びその製造方法、それを用いたフェライト焼成体並びにアンテナモジュールは、フェライト磁性材料組成とその製造方法、それによるフェライト焼成体の形態を規定したものであり、良好な通信性能を得ることができるため、特にリーダー／ライター交信用スパイラルアンテナより成る携帯端末用ＲＦＩＤシステムやＮＦＣシステムに有用である。
【符号の説明】
【００７１】
５１，６１    携帯端末筐体セル
５２，６２    交信用スパイラルアンテナ
５３，６３    交信用スパイラルアンテナに侵入する磁束
５４    渦電流による反対方向の磁束
６４    フェライト焼成体
７２    ＮＦＣシステム筐体セル
７３    ＮＦＣアンテナ
７４    フェライト焼成体
【図１】
2013133263.tif 000007
【図２】
2013133263.tif 000008
【図３】
2013133263.tif 000009
【図４】
2013133263.tif 000010
【図５】
2013133263.tif 000011
【図６】
2013133263.tif 000012
【図７】
2013133263.tif 000013