(57)【要約】【課題】  安易な工程で製造が可能であり、かつ、耐蝕性が良好で安全性が高い積層体、およびアンテナを提供する。【解決手段】  厚さ１００μｍ以下の金属薄帯を積層した積層体であって、積層方向の上端面と下端面には重量％でＣｏが５０％以上含むＣｏ基金属薄帯が用いられ、かつ、前記上端面と下端面のＣｏ基合金薄帯の間には重量％でＦｅが５０％以上含むＦｅ基金属薄帯の積層部が用いられていることを特徴とする。前記Ｃｏ基金属薄帯の総厚さは、前記積層体の積層厚さに対して１７％以上７０％以下になるように積層されるものが好ましい。また、前記積層体の表面に樹脂が被覆することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１００μｍ以下の金属薄帯を積層した積層体であって、積層方向の上端面と下端面には重量％でＣｏが５０％以上含むＣｏ基金属薄帯が用いられ、かつ、前記上端面と下端面のＣｏ基合金薄帯の間には重量％でＦｅが５０％以上含むＦｅ基金属薄帯の積層部が用いられていることを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記Ｃｏ基金属薄帯の総厚さは、前記積層体の積層厚さに対して１７％以上７０％以下になるように積層されることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記積層体の表面に樹脂が被覆されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の積層体に巻き線を施したことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のキーレスエントリーシステム用などのアンテナ用磁心などに好適な金属薄帯からなる積層体、およびそれを用いたアンテナである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のキーレスエントリーシステムなどに使用されるＲＦＩＤ用のアンテナとして、フェライト磁心を使用したものが用いられていた。しかし、フェライトは脆いためにわずかに変形しただけでも割れが発生する問題があり、キーを地面に落とした場合やズボンのポケット等に入れ持ち歩いたりする場合に衝撃を受けて割れが発生し、特性が低下する問題がある。この問題を解決するために、アンテナ用磁心の材料に非晶質金属薄帯を用い、これを積層して磁心に用いることが行われている。
例えば、特許文献１では、非晶質金属薄帯を板状のボビンに巻きまわし、これにコイルを巻いてアンテナ用磁心とすることが開示されている。これにより、磁心の端部に任意の曲面や厚みが得られ、アンテナ用磁心の送受信性能のバラツキを防止できることが開示されている。
【０００３】
近年のＲＦＩＤ用のアンテナ用磁心には、さらなる薄型化と高磁気特性（低損失、高透磁率、高磁束密度）が要求されている。そのため、前記のような厚みのある芯材を使用するアンテナの他に、特許文献２に開示されるような、金属薄帯を積層した磁心の検討が継続されている。これは、非晶質金属薄帯やナノ結晶金属薄帯等の高磁気特性の金属薄帯同士を積層一体化したものである。
金属薄帯の表面には樹脂等の接着剤を塗布しており、その後、ホットプレスなどを用いて圧着される。これらの積層技術は例えば特許文献３などにも開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６６０７１号公報
【特許文献２】特開平７−２７８７６３号公報
【特許文献３】ＷＯ２００３／０６０１７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アンテナ磁心に要求されるコストとの兼ね合いから、軟磁性の金属薄帯にはＦｅ基の非晶質合金薄帯が用いられることが多い。但し、Ｆｅ基非晶質合金薄帯は非常に酸化しやすいという問題がある。磁心に錆などが発生すると、組み込まれた回路や駆動部材などにその錆が混入して電気信号の導通が阻害されたり、動作不良が起こったりする恐れがある。また、錆の発生が顕著になればアンテナ特性も悪化してしまう。このような問題から磁心の周囲を樹脂などで被覆し、耐蝕性に備える必要がある。
しかし、上記のように樹脂を被覆しただけでは顧客の要求する塩水噴霧テストなどで合格するだけの耐蝕性を持たせることは難しい。樹脂の種類や樹脂の被覆方法なども検討されているが、それ以外の手段でも対応を検討する必要がある。
従って、本発明は、安易な工程で製造が可能であり、かつ、耐蝕性が良好で安全性が高い積層体、およびアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、厚さ１００μｍ以下の金属薄帯を積層した積層体であって、積層方向の上端面と下端面には重量％でＣｏが５０％以上含むＣｏ基金属薄帯が用いられ、かつ、前記上端面と下端面のＣｏ基合金薄帯の間には重量％でＦｅが５０％以上含むＦｅ基金属薄帯の積層部が用いられていることを特徴とする。
【０００７】
前記Ｃｏ基金属薄帯の総厚さは、前記積層体の積層厚さに対して１／５以下になるように積層されることが好ましい。前記積層体の表面には樹脂を被覆して、耐蝕性を高めることが出来る。樹脂は、エポキシ系樹脂を用いることが出来る。
【０００８】
これらの積層体に巻き線を施し、アンテナとすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、積層磁心の端面側にＣｏ基の金属薄帯を用いたため、腐食されにくいアンテナ用磁心を得ることができる。また、積層体の中心部はＦｅ基の金属薄帯を用いたため、Ｃｏ基のみの積層体よりも安価である。これにより安全性が高く、経年劣化に強い積層体、特にアンテナ用磁心に好適なものを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
Ｃｏ基金属薄帯として、合金組成がＣｏaＳｉｂＢｃＭｄ（但し、ＭはCr,Mo,Mn,Zr,Hfの1種以上の元素であり、原子％で、５０≦ａ≦８０、５≦ｂ≦３０、２≦ｃ≦１５、１≦ｄ≦１０）で表されるものが好ましい。Ｃｏ量は、好ましくは原子％で６０％以上７０％以下が好ましい。この合金組成のＣｏ基金属薄帯を積層体の最上面と最下面に使用することで、耐蝕性に優れたアンテナ用磁心を得ることが出来る。
Ｃｏ量aは５０原子％（以下、％と記載のものは原子％を表す）より少ないと耐蝕性が低下してしまい、長期安定性に優れた積層体を得ることが出来ない。また、８０％超では後述するＳｉ、Ｂなどが不足するため、非晶質金属薄帯を得ることが工業的に難しくなる。Ｃｏ量aが５０原子％以上となる範囲で、Ｃｏ量の１0%以下をＦｅ,Ｎｉの１種または2種で置換してもよい。Ｆｅ,Ｎｉは、Ｃｏ量の５％以下であれば、なお好ましい。
Si量bは非晶質形成能に寄与する元素として必須であり、５％以上添加する。但し、飽和磁束密度を向上させるためには30％以下とする必要がある。
B量cは非晶質形成能に最も寄与しする元素として必須である。２％未満では熱安定性が低下してしまい、15%より多いと添加しても非晶質形成能などの改善効果が見られない。
Ｍは軟磁気特性の改善に有効な元素である。１％未満であるとその効果が得られない。また、10％超だと飽和磁束密度が低下してしまう。好ましくは8％以下とする。
【００１１】
Ｆｅ基の非晶質薄帯として、合金組成がFeaSibBcＭd（但し、ＭはCr,Mo,Mn,Zr,Hfの1種以上の元素であり、原子％で、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３０、２≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０）で表されるものが好ましい。Ｆｅ量は、好ましくは原子％で６０％以上８０％以下が好ましい。この合金組成のＣｏ基金属薄帯を積層体の最上面と最下面に使用することで、耐蝕性に優れたアンテナ用磁心を得ることが出来る。
Ｆｅ量aは５０原子％（以下、％と記載のものは原子％を表す）より少ないと耐蝕性が低下してしまい、長期安定性に優れたアンテナ用磁心を得ることが出来ない。また、９０％超では後述するＳｉ、Ｂなどが不足するため、非晶質金属薄帯を得ることが工業的に難しくなる。Ｃｏ量aが５０原子％以上となる範囲で、Ｆｅ量の１0%以下をＣｏ,Ｎｉの１種または2種で置換してもよい。Ｃｏ,Ｎｉは、Ｆｅ量の５％以下であれば、なお好ましい。
Si量bは非晶質形成能に寄与する元素として必須であり、５％以上添加する。但し、飽和磁束密度を向上させるためには30％以下とする必要がある。
B量cは非晶質形成能に最も寄与しする元素として必須である。２％未満では熱安定性が低下してしまい、15%より多いと添加しても非晶質形成能などの改善効果が見られない。
Ｍは軟磁気特性の改善に有効な元素である。また、10％超だと飽和磁束密度が低下してしまう。好ましくは8％以下とする。
【００１２】
Ｃｏ基、Ｆｅ基のどちらでも、Cは角形性および飽和磁束密度の向上に効果があり、3％以下であれば含有してもよい。
また不可避な不純物としてS, P, Sn, Cu, Al, Ti, から少なくとも1種以上の元素を0.50％以下含有してもよい。
【００１３】
積層体を被覆するための一般的なエポキシ樹脂やポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂などの樹脂は、乾燥の際の収縮が激しい。樹脂は積層体の面の中央に向かって全体的に引っぱられるため、アンテナ用磁心の稜部で樹脂が破損しやすく、積層体がさびやすい。端面がＣｏ系金属薄帯であるため、多少樹脂が破損しても耐蝕性は十分であり、回路基板などに組み込んでも十分なアンテナ特性を長期間維持することができる。
【００１４】
用いるＣｏ基金属薄帯、Ｆｅ基金属薄帯として、厚さ１００μｍ以下の非晶質薄帯が好ましい。ケイ素鋼板よりも薄いため、渦電流損失が非常に小さく、小さな体積で高いアンテナ特性を得るための材料として最適である。
【００１５】
また、Ｆｅ系金属薄帯としてＦｅＳｉＣｕＢ系などに代表されるナノ結晶金属薄帯も用いることができる。ただし、ナノ結晶金属薄帯は金属薄帯を共晶温度以上で熱処理して製造する為、薄帯が脆化するので取扱いに注意する必要がある。
【００１６】
積層体をアンテナ用磁心として用いる場合、アンテナの短辺方向、換言すると幅方向もしくは厚み方向に磁気異方性を付与することが好ましい。磁気異方性を付与することで、アンテナ特性Ｑが高まる。
誘導磁気異方性を付与する方法としては、例えば、磁場を印加しながらキュリ−温度以下で熱処理する。アンテナ用としては３００℃以下で、かつ材料のキュリ−温度以下の比較的低い温度で磁場中熱処理する方法が、脆化も少なく特性もむしろ改善されるため好ましい。材料の比初透磁率は、あまり高くない方が１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚのＱ値改善には効果があり、用いられる用途により適宜選択すればよい。
また、アンテナ用磁心として用いる場合、金属薄帯は、特に厚さが３０μｍ以下のものがよい。３０μｍを越えるとＱ値が著しく低下しアンテナとしての感度が低下する、出力信号のレベルが低下する等実用的でなくなるためである。
【００１７】
金属薄帯同士は、樹脂により層間を接着してもよいし、カシメにより一体化してもよい。樹脂による接着であれば、金属薄帯同士の層間を電気的に絶縁できる。樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂などが使用できる。樹脂は、液体状のものを塗布するのが生産性の点から良好である。
【００１８】
（実施例１）
Ｃｏ系金属薄帯として、平均厚さ２５μｍ、幅５０ｍｍ、長さ１０００ｍのＭｅｔｇｌａｓ社製の非晶質金属薄帯である２７１４Ａ材を、Ｆｅ系金属薄帯として、平均厚さ２５μｍ、幅５０ｍｍ、長さ１０００ｍのＭｅｔｇｌａｓ社製の非晶質金属薄帯である２６０５ＳＡ１材を用いた。
このＣｏ系金属薄帯、Ｆｅ系金属薄帯を、幅１．５ｍｍにスリット加工し、内径３インチの紙巻に巻き取ってロール状にした。
接着剤としてポリアミド酸溶液を用いた。次に、グラビアロール塗布装置の排出タンクに、先に準備したポリアミド酸溶液を注入した。その後、グラビアロール塗布装置に、ロール状にしたＣｏ系金属薄帯、Ｆｅ系金属薄帯を取り付け、各々の薄帯を引き出しながらポリアミド酸溶液を連続的に塗布した。グラビアロールは、１８０メッシュ、深さ４０ミクロンのものを使い、塗布速度は毎分１０ｍで行った。また、ロールは非晶質金属薄帯に対して、塗布速度と同じ周速で回転させ、ポリアミド酸溶液を転写塗布した。
ポリアミド酸溶液を塗布したＣｏ系金属薄帯、Ｆｅ系金属薄帯を積層し、熱圧着により積層体とした。Ｆｅ系金属薄帯を２０枚重ね、Ｃｏ系金属薄帯をこの積層したＦｅ系金属薄帯の上面側と下側に１０枚づつ重ねた。この積層体の積層方向に５ＭＰａの圧力をかけながら３００℃で１０分間の熱圧着を行い、幅１．５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍ、長さ１４ｍｍのアンテナ用積層磁心を得た。
こうして出来た積層磁心に液体窒素からの窒素雰囲気炉にて、３６０℃、１．５時間の磁場焼鈍熱処理を行った。磁場の印加方向は積層磁心の幅方向とした。また、この積層磁心の周囲をエポキシ樹脂で被覆した。
このエポキシ樹脂で被覆した積層体に塩水噴霧(濃度5%, pH=7) ６０℃×１０ｈ、乾燥８０℃×２ｈ、高温高湿８５℃８５％ＲＨ×１０ｈ、乾燥８０℃×２ｈを1サイクルとした条件で複合試験を行ったところ、試験開始後６５サイクルが経過しても、樹脂内部で錆の発生はないことが確認できた。
比較のため、全ての金属薄帯にＦｅ系金属薄帯を用いたものは、上記と同様の条件で複合試験を行ったところ、試験開始後５サイクルで錆が発生した。
【００１９】
（実施例２）
積層体の上下面に設けたＣｏ系金属薄帯の枚数を変えてアンテナ用積層磁心を作成した。
実施例１で行った複合試験を行い、錆の発生するまでのサイクルを測定した。結果を表１と図１，図２に示す。
ここで、層比とは、積層体に占めるFeを主元素とする安価な2605SA1材とCoを主元素とする高価な2714A材の比を表し、０のときは全てを安価なＦｅ基の2605SA1材が、０から１へ値が増えるにつれＣｏ基の2714A材の割合が増え、1のときは全てを高価な2714A材が占める。なお、積層基材の上下は、Ｆｅ基の2605SA1材の錆びを防ぐために、2714A材が、積層体上下に同じ層数、もしくは、積層体上もしくは下が、他方(積層体下もしくは上より)より1枚だけ多い層数を占めていることとする。
表１の耐錆びサイクル数とは、光学顕微鏡(×500倍)により確認できる錆が発生したサイクル数を意味し、50サイクルをクリアすると、実用上耐錆びを有すると判定する。最大７０サイクルまで複合試験を行い、７０サイクルでも錆が発生しなかったものは便宜上７０とした。
耐錆びコスト指数とは、基材コストと複合試験のクリア数の比を表したものである。層比が1に近づくほど、Co基の2714A材の割合が増えるため耐錆び能力は上がるが、基材コストも上がる。そこで、耐錆び能力と基材コストを定量的に比較できるように、耐錆び能力を分子、基材コストを分母にした値を、耐錆びコスト指数として定義した。具体的には、分子には複合試験をクリアしたサイクル数について、70サイクルを1と規定した値を示した。分母には基材コストについて、層比０つまり26025SA1材だけの積層体の基材コストを１と規定した値を示した。以上より、耐錆びコスト指数が高ければ、その層比の積層体は、コストメリットを有する耐錆び能力があることを示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
層比が0から0.1に増える場合は、Co基の2714Aを使うことにより基材コストは上がるが、耐錆びクリアサイクルは変化がなく、耐錆びコスト指数は減少し、コストデメリットとなった。
層比が0.1を超えると耐錆びコスト指数を増加し、層比0.25にて極大値を示した。
層比が0.25を超えると耐錆びコスト指数は減少する。これはCo基の2714A材の占める割合が増え、基材コストは単調に上がるが、耐錆びクリアサイクルの向上が抑えられるためである。層比0.3にて耐錆びクリアクリアサイクルが50に達し、実用耐錆びレベルに達した。層比0.5では耐錆びクリアサイクルは65に達し、その後はあまり増加しない。むしろ0.6を超えると耐錆びコスト指数が層比0のときよりも低下し、コストメリットが無くなる。
以上の理由より、耐錆びコスト指数からは層比0.17〜0.7のアモルファス積層体がよいが、実用上の耐錆びレベル、ならびにコスト優位性を保つアモルファス積層体は、層比0.18〜0.6、さらには層比0.2〜0.5が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ｃｏ基金属薄帯の層の厚さと耐蝕性との関係を示す図である。
【図２】Ｃｏ基金属薄帯の層の厚さと、耐蝕性並びにコストの関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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