JP2012038836A - 磁性体コア - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器内の高温になり易い場所や、高温になり易い場所で用いられる電子機器に使用でき、実数部透磁率の調整が容易な磁性体コアを提供する。
【解決手段】球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第１の磁性体シート１１Ａと、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第２の磁性体シート１１Ｂとを積層して磁性体コアを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体粉と有機結合剤を有する磁性体によって形成された磁性体コアに関するものである。

近年、通信端末の小型化、多用途化が進み、低中波帯の電波を利用した小型の端末が多く見られる。この様な低中波帯の送信及び受信に使用するコイルアンテナとして、図１０に示す様に、偏平状又は針状の軟磁性体粉と有機結合剤を有する磁性体によって形成された磁性体シートを複数枚積層して磁性体コア１０１を形成し、この磁性体コア１０１に巻線１０２を巻回して形成したものがある（例えば、特許文献１を参照。）。
また、最近、偏平状又は針状の軟磁性体粉と有機結合剤を有する磁性体によって形成されたシート状の磁性体コアが電磁波抑制部材として用いられる様になってきている。

特開2005-317674号公報

この様な従来のコイルアンテナは、偏平状又は針状の軟磁性体粉を用い、この軟磁性体粉の平らな面が磁性体シートの厚み方向と垂直な方向に配列する様に配向した磁性体シートを複数枚積層しているため、磁性体コアの実数部透磁率を高くすることができ、これにより磁性体コアの形状を小さくでき、コイルの出力も大きくできる。また、この様な従来の電磁波抑制部材は、偏平状又は針状の軟磁性体粉を用い、この軟磁性体粉の平らな面がシート状の磁性体コアの厚み方向と垂直な方向に配列する様に配向しているので、高周波領域で虚数部透磁率が大きくなり、良好な電磁波抑制効果を得ることができる。
一方、コイルアンテナは、設置スペースに余裕があり、形状が大きくても問題がなかったり、実数部透磁率が低くても問題がないものも多い。また、従来のコイルアンテナは、偏平状又は針状の軟磁性体粉の平らな面を磁性体シートの厚み方向と垂直な方向に配列する様に配向した厚手の磁性体シートを複数枚積層しているため、１０５℃以上の高温になると、磁性体粉の熱膨張応力が磁性体シートの厚み方向に集中して磁性体シートが厚み方向に膨張し、この熱膨張の応力が磁性体シート間を押し広げる形で加わって、磁性体コアの強度が劣化したり、実数部透磁率が低下したりするという問題があった。さらに、従来のコイルアンテナや従来の電磁波抑制部材は、偏平状又は針状の軟磁性体粉を用いているために、熱伝導性が悪く、コイルアンテナや電磁波抑制部材の温度が上昇し易いという問題もあった。そのため、電子機器内の高温になり易い場所や、高温になり易い場所で用いられる電子機器に使用できなかった。
また、従来のコイルアンテナや従来の電磁波抑制部材は、単一の軟磁性材料で磁性体コアが形成されるため、材質、軟磁性体粉の粒径、アスペクト比によって実数部透磁率が決まってしまい、必要とされる実数部透磁率に磁性体コアの実数部透磁率を調整するのが困難だった。

本発明は、電子機器内の高温になり易い場所や、高温になり易い場所で用いられる電子機器に使用できる磁性体コアを提供することを目的とする。また、本発明は、実数部透磁率の調整が容易な磁性体コアを提供することを目的とする。

本発明の磁性体コアは、球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第１の磁性体シートと、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第２の磁性体シートを積層して形成される。

本発明の磁性体コアは、球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第１の磁性体シートと、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第２の磁性体シートを積層して形成されるので、電子機器内の高温になり易い場所や、高温になり易い場所で用いられる電子機器に使用できる。また、本発明の磁性体コアは、第１の磁性体シートと第２の磁性体シートによって実数部透磁率を調整することができるので、実数部透磁率の調整が容易になる。

本発明の磁性体コアの実施例を示す分解斜視図である。 本発明の磁性体コアの実施例を示す斜視図である。 本発明の磁性体コアの製造工程を示す斜視図である。 本発明の磁性体コアを用いたコイルアンテナの斜視図である。 本発明の磁性体コアの熱伝導率を示すグラフである。 本発明の磁性体コアにおける第１の磁性体シートの厚みと第２の磁性体シートの厚みの比による透磁率を示すグラフである。 本発明の磁性体コアにおける第１の磁性体シートの厚みと第２の磁性体シートの厚みの比による透磁率の周波数特性を示すグラフである。 本発明の磁性体コアの別の実施例を示す斜視図である。 本発明の磁性体コアを用いた無接点充電装置を示す斜視図である。 従来のコイルアンテナを示す斜視図である。

本発明の磁性体コアは、鉄アルミ珪素合金、鉄ニッケル、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、鉄クロムシリコン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の磁性材料のうち少なくとも１種類以上を含有する球状の磁性体粉と、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは有機系難燃剤であるハロゲン化物、臭素化ポリマーのうち少なくとも１種類以上を含有する有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第１の磁性体シートと、鉄アルミ珪素合金、鉄ニッケル、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、鉄クロムシリコン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の磁性材料のうち少なくとも１種類以上を含有する偏平又は針状の磁性体粉と、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは有機系難燃剤であるハロゲン化物、臭素化ポリマーのうち少なくとも１種類以上を含有する有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第２の磁性体シートを積層して形成される。この磁性体コアは、可撓性を有する様に、第１の磁性体シートにおける球状の磁性体粉と有機結合剤の材質及び比率、第２の磁性体シートにおける球状の磁性体粉と有機結合剤の材質及び比率がそれぞれ選択される。
従って、本発明の磁性体コアは、互いに粉の形状が異なる磁性材料によって形成された２種類の磁性体シートによって形成されているので、互いに磁性体シートの透磁率を異ならせることができ、第１の磁性体シートの厚みと第２の磁性体シートの厚みの比を調整することにより、コアの透磁率を調整することができる。また、本発明の磁性体コアは、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された磁性体シートの厚みを最小限にでき、しかも、球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された磁性体シートによって偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された磁性体シートの熱を放熱できるので、高温時における磁性体粉の熱膨張応力の影響を小さくできる。

以下、本発明の磁性体コアの実施例を図１乃至図９を参照して説明する。
図１は本発明の磁性体コアの実施例を示す分解斜視図、図２は本発明の磁性体コアの実施例を示す斜視図である。
磁性体シート１１Ａは、球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて、厚みが１０μｍ〜１．５ｍｍになる様に形成される。球状の磁性体粉としては、例えば鉄とクロムとシリコンを含有した鉄クロムシリコン合金が用いられる。また、有機結合剤としては、例えばポリウレタン樹脂、硬化剤及び、難燃剤を組み合わせたものが用いられる。この有機結合剤は、鉄クロムシリコン合金に対して、ポリウレタン樹脂が８〜１２重量部添加される。
磁性体シート１１Ｂは、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて、厚みが１０μｍ〜１ｍｍになる様に形成される。偏平又は針状の磁性体粉としては、例えば鉄とクロムとシリコンを含有した鉄クロムシリコン合金が用いられる。また、有機結合剤としては、例えばポリウレタン樹脂、硬化剤及び、難燃剤を組み合わせたものが用いられる。この有機結合剤は、鉄クロムシリコン合金に対して、ポリウレタン樹脂が１５〜２０重量部添加される。
この磁性体シート１１Ａと磁性体シート１１Ｂは、積み重ねられ、圧着されて、図２に示す様な磁性体コア１１が形成される。この時、磁性体コア１１の厚みは例えば０．５ｍｍとなる様に磁性体シート１１Ａの厚みと磁性体シート１１Ｂの厚みが調整される。

この様な磁性体コアは次の様にして製造される。まず、球状の鉄クロムシリコン合金にポリウレタン樹脂８〜１２重量部と、硬化剤及び、難燃剤を添加し、さらに溶媒を添加して攪拌機で混合分散し、脱泡後、ドクターブレード法等で支持フィルム上に塗布することにより、図３（Ａ）に示す様な、厚みが１０μｍ〜１．５ｍｍの磁性体シート２１Ａが形成される。また、偏平又は針状の鉄クロムシリコン合金にポリウレタン樹脂１５〜２０重量部と、硬化剤及び、難燃剤を添加し、さらに溶媒を添加して攪拌機で混合分散し、脱泡後、ドクターブレード法等で支持フィルム上に塗布することにより、図３（Ａ）に示す様な、厚みが１０μｍ〜１ｍｍの磁性体シート２１Ｂが形成される。
この磁性体シート２１Ａと磁性体シート２１Ｂは積み重ねられ、これらに３０〜５０ＭＰｓの圧力を加えて圧着して、図３（Ｂ）に示す様な、磁性体シート積層体２１が形成される。この磁性体シート積層体２１は、刃型、プレス金型、カッターの様な刃物等を用いて、所定の大きさに点線の部分で切断されて、図２に示す様な磁性体コア１１が形成される。
この磁性体コアは、コイルアンテナとして用いられる場合、図４に示される様に、磁性体コア４１の外周に巻線４２が巻回される。

この様に形成された本発明の磁性体コアにおいて、鉄アルミ珪素合金からなる球状の磁性体粉を用いて１ｍｍの厚さにした磁性体シートと、鉄クロムシリコン合金からなる球状の磁性体粉を用いて１．２ｍｍの厚さにした磁性体シートと、鉄アルミ珪素合金からなる偏平状の磁性体粉を用いて１ｍｍの厚さにした磁性体シート及び、それ以外の材質の偏平状磁性体粉を用いて厚さを０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍにした磁性体シートを１２５℃中に９４時間放置したところ、磁性体シートの厚み方向の膨張率はそれぞれ０％、０．６７％、７．１２％、３．１５％、１６．９８％、２８．５４％、３０．３８％と、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚み方向の膨張率が偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚み方向の膨張率よりも小さくなった。そして、本発明の磁性体コアは、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートを積層することにより、偏平状の磁性体粉１種類で形成された磁性体シートを複数枚積層した従来のコアよりも厚み方向の膨張率を小さくできた。
また、本発明の磁性体コアにおいて、鉄アルミ珪素合金からなる球状の磁性体粉を用いて縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１ｍｍに形成された磁性体シート、鉄アルミ珪素合金からなる偏平状の磁性体粉を用いて縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１ｍｍに形成された磁性体シート及び、それ以外の材質の偏平状の磁性体粉を用いて縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１ｍｍに形成された磁性体シートを、それぞれ表面温度が９０℃のホットプレート上に載せてその表面温度を測定したところ、図５に示す様に、鉄アルミ珪素合金からなる球状の磁性体粉を用いた磁性体シートの表面温度５１が、鉄アルミ珪素合金からなる偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの表面温度５２やそれ以外の材質の偏平状磁性体粉を用いた磁性体シートの表面温度５３よりも早く高くなった。そして、本発明の磁性体コアは、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートを積層することにより、偏平状の磁性体粉１種類で形成された磁性体シートを複数枚積層した従来のコアよりも熱伝導率を高くすることができ、これによりコア内部の熱を早く放熱することができた。
さらに、本発明の磁性体コアにおいて、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートを積層して、トロイダル形状のコアを形成した状態で、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みの比率を変えてコアの実数部透磁率を測定したところ、図６に示す様に、偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みが厚くなるほど透磁率が大きくなり、この球状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みの比率を変えることによりコアの透磁率を調整することができた。
またさらに、本発明の磁性体コアにおいて、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートを積層して、トロイダル形状のコアを形成した状態で、球状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みと偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みの比率を変えてコアの透磁率における周波数特性を測定したところ、偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みの比率を１１％、２４％、３３％と変えることにより実数部透磁率と虚数部透磁率が図７に示す様に変化した。実線で示す実数部透磁率、点線で示す虚数部透磁率共に、偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みを大きくするにしたがって大きくなり、偏平状の磁性体粉を用いた磁性体シートの厚みの比率を３３％にすると、１００ＭＨｚにおける虚数部透磁率が１０程度になった。

図８は本発明の磁性体コアの別の実施例を示す斜視図である。
磁性体シートは、球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて、厚みが１０μｍ〜１．５ｍｍになる様に形成された第１の磁性体シートと、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて、厚みが１０μｍ〜１ｍｍになる様に形成された第２の磁性体シートで構成される。
第１の磁性体シートは、球状の磁性体粉として、例えば鉄クロムシリコン合金が用いられる、有機結合剤として、例えばポリウレタン樹脂、硬化剤及び、難燃剤を組み合わせたものが用いられる。この時、有機結合剤は、鉄クロムシリコン合金に対して、ポリウレタン樹脂が８〜１２重量部添加される。
第２の磁性体シートは、偏平又は針状の磁性体粉として、例えば鉄クロムシリコン合金が用いられ、有機結合剤として、例えばポリウレタン樹脂、硬化剤及び、難燃剤を組み合わせたものが用いられる。この時、有機結合剤は、鉄クロムシリコン合金に対して、ポリウレタン樹脂が１５〜２０重量部添加される。
この第１の磁性体シートと第２の磁性体シートは積み重ねられ、圧着されて、図８に示す様な磁性体コア８１が形成される。
この様な磁性体コアは前述の実施例と同様に、まず、鉄クロムシリコン合金にポリウレタン樹脂８〜１２重量部を添加し、さらに溶媒を添加して攪拌機で混合分散し、脱泡後、ドクターブレード法等で支持フィルム上に塗布することにより、厚みが１０μｍ〜１．５ｍｍの第１の磁性体シートが形成される。また同様に、鉄クロムシリコン合金にポリウレタン樹脂８〜１２重量部を添加し、さらに溶媒を添加して攪拌機で混合分散し、脱泡後、ドクターブレード法等で支持フィルム上に塗布することにより、厚みが１０μｍ〜１ｍｍの第２の磁性体シートが形成される。この第１の磁性体シートと第２の磁性体シートは積み重ねられ、これらに３０〜５０ＭＰｓの圧力を加えて圧着して、磁性体シート積層体が形成される。この磁性体シート積層体は、刃型、プレス金型、カッターの様な刃物等を用いて、所定の大きさに切断されて形成される。
この磁性体コアは、無接点充電装置として用いられる場合、図９に示される様に、磁性体コア９１の表面に、巻線を巻回した空芯コイル９２が配置される。

以上、本発明の磁性体コアの実施例を述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、球状の磁性体粉としては、鉄アルミ珪素合金、鉄ニッケル、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の磁性材料のうち少なくとも１種類以上を含有する磁性材料を用いてもよい。また、偏平又は針状の磁性体粉としては、鉄アルミ珪素合金、鉄ニッケル、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の磁性材料のうち少なくとも１種類以上を含有する磁性材料を用いてもよい。さらに、有機結合剤としては、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは有機系難燃剤であるハロゲン化物、臭素化ポリマーのうち少なくとも１種類以上を含有するものを用いてもよい。またさらに、第１の磁性体シートの球状の磁性体粉と第２の磁性体シートの偏平又は針状の磁性体粉は、同じ磁性材料が用いられてもいいし、異なった磁性材料が用いられてもよい。
また、本発明の磁性体コアは、複数の第１の磁性体シートと複数の第２の磁性体シートを積層してコアを形成してもよい。
さらに、本発明の磁性体コアは、シート状に形成して電磁波抑制部材として用いてもよい。

１１Ａ、１１Ｂ 磁性体シート
１１ 磁性体コア

Claims (6)

1. 球状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第１の磁性体シートと、偏平又は針状の磁性体粉と有機結合剤を有する絶縁性磁性体を用いて形成された第２の磁性体シートを積層して形成されたことを特徴とする磁性体コア。
2. 前記磁性体粉は、鉄アルミ珪素合金、鉄ニッケル、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、鉄クロムシリコン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の磁性材料のうち少なくとも１種類以上を含有する請求項１に記載の磁性体コア。
3. 前記有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは有機系難燃剤であるハロゲン化物、臭素化ポリマーのうち少なくとも１種類以上を含有する請求項１又は請求項２に記載の磁性体コア。
4. 前記第１の磁性体シートと前記第２の磁性体シートの積層体はシート状に形成され、電磁波抑制部材として用いられる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁性体コア。
5. 前記第１の磁性体シートと前記第２の磁性体シートの積層体はシート状に形成され、少なくとも一方の面にコイルが配置される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁性体コア。
6. 前記第１の磁性体シートと前記第２の磁性体シートの積層体は可撓性を有する様に形成され、外周に巻線が巻回された請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁性体コア。

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