專(zhuān)利名稱(chēng)：扁平狀軟磁性金屬粉末以及rfid天線(xiàn)用磁心構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其優(yōu)選在采用了RFID(射頻識(shí)別Radio Frequency Identification)技術(shù)的非接觸IC標(biāo)簽等中使用。
背景技術(shù)：
作為采用了RFID技術(shù)的非接觸IC卡以及識(shí)別標(biāo)簽等非接觸IC標(biāo)簽，為人所知的是將記錄著信息的IC芯片以及共振用電容器與天線(xiàn)線(xiàn)圈進(jìn)行電連接。該非接觸IC標(biāo)簽從讀/寫(xiě)收發(fā)天線(xiàn)向天線(xiàn)線(xiàn)圈發(fā)送預(yù)定頻率的電波，由此使非接觸IC標(biāo)簽激活，然后根據(jù)由電波的數(shù)據(jù)通信發(fā)出的讀出指令，通過(guò)讀取IC芯片所記錄的信息、或者判別對(duì)于特定頻率的電波是否發(fā)生共振來(lái)進(jìn)行識(shí)別或監(jiān)視。除此以外，大多數(shù)非接觸IC標(biāo)簽可以更新所讀取的信息，或?qū)懭肴罩拘畔ⅰ?br> 例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1中已經(jīng)公開(kāi)作為識(shí)別標(biāo)簽所使用的天線(xiàn)組件，是在以螺旋狀卷繞于平面內(nèi)的天線(xiàn)線(xiàn)圈中，與該天線(xiàn)線(xiàn)圈的平面大致平行地插入磁心構(gòu)件。該天線(xiàn)組件中的磁心構(gòu)件含有非晶片材或電磁鋼板這樣的高導(dǎo)磁率材料，通過(guò)與天線(xiàn)線(xiàn)圈的平面大致平行地插入磁心構(gòu)件，天線(xiàn)線(xiàn)圈的電感增大，從而可以謀求通信距離的增加。
關(guān)于該磁心構(gòu)件，專(zhuān)利文獻(xiàn)2以抑制渦流的產(chǎn)生、降低因渦流的產(chǎn)生所引起的損耗為課題，提出了如下的方案，即在RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件所含有的鐵基合金粒狀粉末中，該粉末的90wt％以上由具有30μm以下粒徑的粉末粒子構(gòu)成，而且該粉末具有80×18-8Ωm以上的電阻率。作為該鐵基合金，含有6～15wt％的Si，且容許含有1wt％以下的鋁、3wt％以下的銅、3wt％以下的鎳、5wt％以下的鉻、以及10wt％以下的鈷之中的至少一種。通過(guò)使用該鐵基合金粒狀粉末，顯示出可以獲得30以上的Q值。
據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)3報(bào)道其以提供一種不增大組件厚度、可以謀求提高通信距離的天線(xiàn)組件用磁心構(gòu)件為課題而進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)著眼于磁心構(gòu)件在使用頻率(例如13.56MHz)下的損耗系數(shù)而構(gòu)成磁心構(gòu)件，使得該損耗系數(shù)的倒數(shù)與復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部之積為預(yù)定值以上，由此不增加組件的厚度便可以謀求通信距離的提高。而且當(dāng)設(shè)可以用磁心構(gòu)件在使用頻率下的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ’以及虛部μ”表示的損耗系數(shù)(tanδ＝μ”/μ’)的倒數(shù)為Q時(shí)，將用μ’×Q表示的性能指數(shù)設(shè)定為300以上，藉此可以降低起因于渦流損耗的天線(xiàn)組件的功率損耗，顯示出不增加磁心組件的厚度便可以謀求通信距離的提高。
專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了使用Fe-Si系合金的磁心構(gòu)件。其中公開(kāi)了磁心構(gòu)件使用Fe-10wt％-Si-Cr合金，其性能指數(shù)μ’×Q約為2000左右。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2000-48152號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2004-52095號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3特開(kāi)2005-340759號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步提高使用該Fe-Si-Cr系合金的磁心構(gòu)件的性能指數(shù)μ’×Q。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明以上的目的可以通過(guò)特定天線(xiàn)用磁心構(gòu)件所使用的扁平狀軟磁性金屬粉末的Ms(飽和磁化)/Hc(頑磁力)來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，本發(fā)明涉及一種由扁平狀軟磁性金屬粉末與粘結(jié)材料構(gòu)成的RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件所使用的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于由Fe-Si-Cr合金構(gòu)成，在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms(飽和磁化)/Hc(頑磁力)為0.8～1.5(mT/Am-1)。
本發(fā)明在扁平狀軟磁性金屬粉末所具有的組成是Si7～23at％、Cr15at％以下(但不包含0)、余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成、且重量平均粒徑D50為5～30μm、平均厚度為0.1～1μm的情況下，則能夠?qū)?98kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms/Hc設(shè)定為0.8～1.5(mT/Am-1)。
另外，本發(fā)明提供一種由扁平狀軟磁性金屬粉末與粘結(jié)材料構(gòu)成的RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于扁平狀軟磁性金屬粉末由Fe-Si-Cr合金構(gòu)成，在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms(飽和磁化)/Hc(頑磁力)為0.8～1.5(mT/Am-1)。而且如上所述，優(yōu)選扁平狀軟磁性金屬粉末所具有的組成是Si7～23at％、Cr15at％以下(但不包含0)、余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且重量平均粒徑D50為5～30μm，平均厚度為0.1～1μm。
正如以上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將由Fe-Si-Cr合金構(gòu)成的扁平狀軟磁性金屬粉末的Ms/Hc設(shè)定為0.8～1.5(mT/Am-1)，可能得到2500以上的性能指數(shù)μ’×Q。


圖1是表示使用本發(fā)明的磁心構(gòu)件的非接觸數(shù)據(jù)通信用天線(xiàn)組件之構(gòu)成的分解立體圖。
圖2是表示復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ’以及復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”與Si量的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖3是表示Si量與磁心片材的性能指數(shù)(μ’×Q)的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖4是表示不同Si量的磁心片材的導(dǎo)磁率μ的頻率特性的曲線(xiàn)。
圖5是表示磁心片材的臨界頻率fr與損耗系數(shù)tanδ的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖6是表示扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的(Ms·Hc)1/2的值與臨界頻率fr的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖7是表示扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc(飽和磁化/頑磁力)與磁心片材的性能指數(shù)(μ’×Q)的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖8是表示使用了扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的磁性片材的性能指數(shù)(μ’×Q)與通信距離的關(guān)系曲線(xiàn)。
符號(hào)說(shuō)明
1 基板 2 磁心構(gòu)件3 金屬屏蔽板 4 天線(xiàn)線(xiàn)圈5 信號(hào)處理電路 6 外部連接部10 天線(xiàn)組件具體實(shí)施方式
下面基于實(shí)施方案，就本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示使用本發(fā)明的磁心構(gòu)件的非接觸數(shù)據(jù)通信用天線(xiàn)組件10的構(gòu)成的分解立體圖。
在圖1的天線(xiàn)組件10中，作為支持體的基板1、磁心構(gòu)件2以及金屬屏蔽板3構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)?；?和磁心構(gòu)件2、磁心構(gòu)件2和金屬屏蔽板3例如通過(guò)雙面粘貼片材進(jìn)行層疊。
在基板1上，裝載著以環(huán)狀卷繞于平面內(nèi)的天線(xiàn)線(xiàn)圈4。天線(xiàn)線(xiàn)圈4是用于發(fā)揮非接觸IC標(biāo)簽功能的天線(xiàn)線(xiàn)圈，它與圖中未示出的外部讀/寫(xiě)天線(xiàn)部產(chǎn)生感應(yīng)耦合而進(jìn)行通信。該天線(xiàn)線(xiàn)圈4由在基板1上布圖的銅、鋁等金屬圖案構(gòu)成。
在基板1位于磁心構(gòu)件2側(cè)的表面上，裝載著與天線(xiàn)線(xiàn)圈4進(jìn)行電連接的信號(hào)處理電路5。信號(hào)處理電路5由非接觸數(shù)據(jù)通信所必要的信號(hào)處理電路和存儲(chǔ)信息的IC基片5a、以及調(diào)諧用電容等電氣-電子部件構(gòu)成。信號(hào)處理電路5通過(guò)安裝于基板1上的外部連接部6，與圖中未示出的便攜信息終端的印刷電路板進(jìn)行連接。
其次，磁心構(gòu)件2例如在合成樹(shù)脂材料或橡膠等絕緣性粘結(jié)材料中混入軟磁性金屬粉末而構(gòu)成片材狀。本發(fā)明的該軟磁性合金粉末有其特點(diǎn)，關(guān)于這一點(diǎn)容后敘述。磁心構(gòu)件2作為天線(xiàn)線(xiàn)圈4的磁心(core)發(fā)揮作用，同時(shí)通過(guò)夾設(shè)于基板1與下層的金屬屏蔽板3之間，以避免天線(xiàn)線(xiàn)圈4與金屬屏蔽板3之間的電磁干擾。在該磁心構(gòu)件2的中心部，形成有開(kāi)口2a，借以收納安裝于基板1上的信號(hào)處理電路5。另外，在磁心構(gòu)件2的一側(cè)面形成有凹部2b，以便在與基板1層疊時(shí)配設(shè)外部連接部6。
金屬屏蔽板3可以由不銹鋼板、銅板以及鋁板等構(gòu)成。天線(xiàn)組件10收納于便攜信息終端內(nèi)的預(yù)定位置，因此設(shè)置金屬屏蔽板3，借以保護(hù)天線(xiàn)線(xiàn)圈4免受終端主體內(nèi)部的印刷電路板上的金屬部分(部件、配線(xiàn))的電磁干擾。
其次，就磁心構(gòu)件2進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
磁心構(gòu)件2為片材狀構(gòu)件，由合成樹(shù)脂等絕緣性粘結(jié)材料與后述的Fe-Si-Cr合金粉末構(gòu)成。本發(fā)明當(dāng)設(shè)可以用磁心構(gòu)件2在使用頻率(本發(fā)明為13.56MHz)下的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率(μ＝μ’-i·μ”，i為虛數(shù)單位)的實(shí)部μ’以及虛部μ”表示的損耗系數(shù)(tanδ＝μ”/μ’)的倒數(shù)為Q時(shí)，能夠?qū)⒂忙獭罳定義的性能指數(shù)設(shè)定為2500以上。這樣的磁心構(gòu)件2通過(guò)使用如下的Fe-Si-Cr合金粉末便能夠?qū)崿F(xiàn)該合金粉末所具有的特性是在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms(飽和磁化)/Hc(頑磁力)為0.8～1.5(mT/Am-1)。在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms/Hc優(yōu)選為0.9～1.45mT/Am-1，更優(yōu)選為1.0～1.4mT/Am-1。通過(guò)設(shè)定為優(yōu)選的范圍，則能夠?qū)⑿阅苤笖?shù)μ’×Q設(shè)定為3000以上，進(jìn)而設(shè)定為4000以上。
據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)3記載，通過(guò)使用渦流損耗較小的磁性粉末，導(dǎo)致磁心構(gòu)件2的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部(損耗項(xiàng))μ”分量減小，這有助于損耗系數(shù)的降低，但根據(jù)本發(fā)明人的研究，磁心構(gòu)件2產(chǎn)生損耗的主要原因可以理解為是由于磁躊壁共振引起的。于是，本發(fā)明著眼于通過(guò)將Ms/Hc設(shè)定為上述范圍，可以得到高性能指數(shù)μ’×Q。
為了將Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc設(shè)定在0.8～1.5mT/Am-1的范圍，其合金組成可以設(shè)定為Si7～23at％、Cr15at％以下(但不包含0)、余量Fe以及不可避免的雜質(zhì)。當(dāng)Fe-Si-Cr合金的Si量不足7at％時(shí)，則Ms/Hc不足0.8～1.5mT/Am-1，同時(shí)性能指數(shù)μ’×Q只有2000左右。另一方面，當(dāng)Fe-Si-Cr合金的Si量超過(guò)23at％時(shí)，則Ms/Hc超過(guò)1.5mT/Am-1，同時(shí)性能指數(shù)μ’×Q仍然只有2000左右。優(yōu)選的Si量為10～20at％，更優(yōu)選的Si量為12～17at％。
在本發(fā)明的Fe-Si-Cr合金中，Cr能夠賦予其以耐蝕性。但是，當(dāng)其含量增加時(shí)，則飽和磁化降低。但是，當(dāng)為15at％以下(不含0)時(shí)，則能夠充分獲得本發(fā)明的效果。優(yōu)選的Cr量為0.5～5at％，更優(yōu)選的Cr量為0.5～3at％。
本發(fā)明的Fe-Si-Cr合金粉末將其重量平均粒徑D50(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為D50)設(shè)定為5～30μm。當(dāng)D50大于30μm時(shí)，則Ms/Hc很有可能超過(guò)1.5mT/Am-1。于是，本發(fā)明將Fe-Si-Cr合金粉末的D50的上限設(shè)定為30μm。另外，當(dāng)Fe-Si-Cr合金粉末過(guò)分細(xì)小時(shí)，則Hc增大，Ms/Hc很有可能不足0.8mT/Am-1，因此，F(xiàn)e-Si-Cr合金粉末的D50優(yōu)選設(shè)定為5μm以上。Fe-Si-Cr合金粉末更優(yōu)選的D50為10～25μm，進(jìn)一步優(yōu)選的D50為15～25μm。此外，D50是將構(gòu)成Fe-Si-Cr合金粉末的粒子的重量從小粒徑一側(cè)開(kāi)始進(jìn)行累積，當(dāng)該值達(dá)到Fe-Si-Cr合金粉末總重量的50％時(shí)的Fe-Si-Cr合金粉末粒子的粒徑(長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度)。另外，此時(shí)的粒徑可以采用光散射法進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)定對(duì)象例如一邊循環(huán)、一邊以激光和鹵素?zé)舻葹楣庠?，測(cè)定Fraunhofer衍射或Mie散射的散射角，從而測(cè)定其粒度分布。
本發(fā)明的Fe-Si-Cr合金粉末將其厚度設(shè)定為0.1～1μm，將更優(yōu)選的范圍設(shè)定為0.3～0.7μm。當(dāng)Fe-Si-Cr合金粉末的厚度設(shè)定為不足0.1μm時(shí)，則不容易制造，而且也難以操作。另外，當(dāng)其厚度超過(guò)1μm時(shí)，則退磁增大，表觀(guān)的μ’降低，因而是不優(yōu)選的。
另外，本發(fā)明的Fe-Si-Cr合金粉末將縱橫尺寸比(＝平均粒徑D50/平均厚度)優(yōu)選的范圍設(shè)定為10～200，更優(yōu)選的范圍設(shè)定為20～100。當(dāng)縱橫尺寸比不足10時(shí)，則退磁增大，將其作為Fe-Si-Cr合金粉末時(shí)的表觀(guān)導(dǎo)磁率降低；當(dāng)超過(guò)200時(shí)，則充填率(＝Fe-Si-Cr合金粉末的體積/磁心構(gòu)件2的體積)下降，從而導(dǎo)磁率降低。
本發(fā)明的Fe-Si-Cr合金粉末可以通過(guò)制作具有上述組成的原料合金粉末、并對(duì)其進(jìn)行扁平化處理而得到。原料合金粉末可以通過(guò)粉碎鑄塊而得到，也可以采用水霧化法、氣霧化法、輥急冷法等熔體急冷法而獲得。原料粉末的D50優(yōu)選設(shè)定為15μm以下。當(dāng)原料粉末的D50超過(guò)15μm時(shí)，通過(guò)扁平化處理將D50設(shè)定為30μm以下是不大容易的。
對(duì)原料合金粉末進(jìn)行扁平化處理的手段并沒(méi)有特別的限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)所期望的扁平化，則無(wú)論采用何種手段都可以。例如，可以使用介質(zhì)攪拌磨機(jī)、滾動(dòng)球磨機(jī)等進(jìn)行扁平化處理，其中特別優(yōu)先使用介質(zhì)攪拌磨機(jī)。介質(zhì)攪拌磨機(jī)是也可以稱(chēng)之為銷(xiāo)孔型磨機(jī)、玻璃珠磨機(jī)或攪拌球磨機(jī)的攪拌機(jī)。扁平化處理優(yōu)選使用甲苯等有機(jī)溶劑，且以濕式的方式來(lái)進(jìn)行。此時(shí)的Fe-Si-Cr合金粉末的粒度分布未必是尖銳的，也可以是2個(gè)峰的分布。
<熱處理>
扁平化處理后進(jìn)行熱處理。通過(guò)熱處理，將扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末進(jìn)行干燥，并且消除伴隨扁平化帶來(lái)的應(yīng)變。該熱處理可以在大氣中進(jìn)行，也可以在含有一定量氧(例如氧分壓為1％以下)的不活潑氣體(例如氮?dú)?中進(jìn)行。
熱處理溫度將穩(wěn)定溫度設(shè)定為275～450℃，優(yōu)選設(shè)定為300～400℃。另外，該穩(wěn)定時(shí)間優(yōu)選設(shè)定為30～180分鐘。這是因?yàn)镕e-Si-Cr合金的熱處理在偏離上述溫度范圍時(shí)，熱處理后得到的頑磁力Hc升高。優(yōu)選在上述溫度范圍進(jìn)行熱處理，其中上述溫度范圍包括使頑磁力Hc成為極小值的溫度。
上述的穩(wěn)定溫度可以根據(jù)Fe-Si-Cr合金粉末組成的不同而適當(dāng)?shù)赜兴煌?，但?yōu)選設(shè)定為最佳條件。例如對(duì)于Fe98.5-xSixCr1.5合金(at％)，當(dāng)x＝15時(shí)，穩(wěn)定溫度優(yōu)選設(shè)定為325～450℃，更優(yōu)選設(shè)定為350～400℃。另外，當(dāng)x＝21時(shí)，穩(wěn)定溫度優(yōu)選設(shè)定為275～375℃，更優(yōu)選設(shè)定為300～350℃。
如以上那樣得到的Fe-Si-Cr合金粉末所具有的組成是Si7～23at％、Cr15at％以下(但不包含0)、余量Fe以及不可避免的雜質(zhì)，D50為5～30μm、平均厚度為0.1～1μm。使用該Fe-Si-Cr合金粉末可以如以下那樣制作磁心構(gòu)件2。
將Fe-Si-Cr合金粉末與粘結(jié)材料進(jìn)行混煉之后，采用壓力成形、擠壓成形將其制成片材狀；或者使Fe-Si-Cr合金粉末與粘結(jié)材料分散在有機(jī)溶劑中，用刮刀法將其制成預(yù)定厚度的膜后進(jìn)行干燥，然后采用壓延機(jī)進(jìn)行壓延，將其制成片材狀。這樣，可以得到厚度為0.05～2mm的磁心構(gòu)件2。
將磁心構(gòu)件2的厚度設(shè)定為0.05～2mm是基于以下的理由。也就是說(shuō)，是基于以下的制約條件當(dāng)磁心構(gòu)件2薄于0.05mm時(shí)，不能得到充分的通信距離；另一方面，當(dāng)磁心構(gòu)件2的厚度超過(guò)2mm時(shí)，難以收納在電氣設(shè)備的框體內(nèi)部的狹窄空間內(nèi)。
磁心構(gòu)件2中的Fe-Si-Cr合金粉末的充填率優(yōu)選為60～95wt％。當(dāng)充填率不足60wt％時(shí)，μ’減?。划?dāng)超過(guò)95wt％時(shí)，由于Fe-Si-Cr合金粉末彼此之間不能通過(guò)粘結(jié)材料而牢固地粘結(jié)在一起，導(dǎo)致磁心構(gòu)件2的強(qiáng)度下降。充填率更優(yōu)選為70～90wt％。
作為粘結(jié)材料，可以使用公知的熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂、放射線(xiàn)固化樹(shù)脂、以及橡膠類(lèi)材料等。具體地為聚酯類(lèi)樹(shù)脂、聚乙烯樹(shù)脂、聚氯乙烯類(lèi)樹(shù)脂、聚乙烯醇縮丁醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、纖維素類(lèi)樹(shù)脂、ABS樹(shù)脂、丁腈類(lèi)橡膠、丁苯類(lèi)橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、酰胺類(lèi)樹(shù)脂等。
此外，磁心構(gòu)件2除了Fe-Si-Cr合金粉末以及粘結(jié)材料以外，也可以含有固化劑、分散劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑等。另外，本發(fā)明的磁心構(gòu)件2在成形為所期望的形狀或在涂布磁心構(gòu)件2時(shí)，通過(guò)外加取向磁場(chǎng)或進(jìn)行機(jī)械的取向，便能夠設(shè)定為高取向性的磁心構(gòu)件2。
實(shí)施例采用水霧化法制作表1所示組成(Si＝4～28at％、Cr＝1～15at％)的Fe-Si-Cr原料合金粉末。于甲苯溶劑中將原料合金粉末運(yùn)用介質(zhì)攪拌磨機(jī)進(jìn)行扁平化處理，得到平均厚度為0.1～1.0μm的扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末。將其進(jìn)行熱處理后，用振動(dòng)試料型磁力計(jì)(VSM、施加磁場(chǎng)398kA/m)進(jìn)行磁特性(Ms飽和磁化、Hc頑磁力)的測(cè)定。熱處理在使Hc(頑磁力)成為極小的溫度(300～400℃)下進(jìn)行。另外，測(cè)定了扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的粒徑D50。此外，D50是采用光散射法并通過(guò)HELOS SYSTEM(日本電子公司生產(chǎn)，干式法)得到的50％粒子的粒徑。其結(jié)果一并示于表1中。
其次，使用以上的扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末，按照以下的步驟制作磁心構(gòu)件。
使用稀釋劑將扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末與15wt％粘結(jié)劑進(jìn)行混合，并將得到的料漿涂布于PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)薄膜上，然后進(jìn)行磁場(chǎng)取向。扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末以使D50成為最大的處理時(shí)間進(jìn)行扁平化，磁場(chǎng)取向是使其通過(guò)同極對(duì)置的磁體之間而進(jìn)行的。進(jìn)而使其多層化，然后進(jìn)行輥壓或熱壓，便得到厚度為0.5mm、密度3.5Mg/m3的片材狀磁心構(gòu)件。由該片材制作外徑為18mm、內(nèi)徑為10mm的螺旋管形的試料，運(yùn)用阻抗分析儀(ヒユ一レツトパツカ一ド公司生產(chǎn)，HP4281)測(cè)定復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ’以及復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”。另外，根據(jù)測(cè)定的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ’以及復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”，求出損耗系數(shù)tanδ、以及性能指數(shù)μ’×Q。然后，評(píng)價(jià)片材在裝入便攜信息終端的狀態(tài)下的通信距離。以上的結(jié)果如表1所示。此外，表1的fr是復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”表現(xiàn)為峰值時(shí)的頻率(臨界頻率)。
圖2是表示比較例1(Si＝28.0at％)、比較例2(Si＝25.9at％)、比較例3(Si＝23.8at％)、實(shí)施例2(Si＝21.4at％)、實(shí)施例6(Si＝15.3at％)、實(shí)施例8(Si＝13.5at％)、實(shí)施例10(Si＝8.0at％)、以及比較例9(Si＝4.0at％)的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ’以及復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”與Si量的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖2可知，Si量減少時(shí)，損耗系數(shù)tanδ(＝μ”/μ’)減小，而以Si＝13.5at％為分界，損耗系數(shù)tanδ(＝μ”/μ’)轉(zhuǎn)為增加。
此外，比較例1、比較例2、比較例3、實(shí)施例2、實(shí)施例6、實(shí)施例8、實(shí)施例10、以及比較例9的共同點(diǎn)是Cr量為1.5at％左右，D50為20μm左右。
圖3是表示比較例1(Si＝28.0at％)、比較例2(Si＝25.9at％)、比較例3(Si＝23.8at％)、實(shí)施例2(Si＝21.4at％)、實(shí)施例6(Si＝15.3at％)、實(shí)施例8(Si＝13.5at％)、實(shí)施例10(Si＝8.0at％)、以及比較例9(Si＝4.0at％)的Si量與磁心片材的性能指數(shù)(μ’×Q)的關(guān)系曲線(xiàn)。由該曲線(xiàn)可知通過(guò)將Si量控制在預(yù)定的范圍，可以得到高的性能指數(shù)μ’×Q。
如上所述，如果將Fe-Si-Cr合金的Si量設(shè)定為預(yù)定的范圍，則能夠得到高的性能指數(shù)μ’×Q，但也有例外，它們是表1的比較例5、比較例6以及比較例7。這些磁心構(gòu)件盡管是Si量為18.5at％、21.4at％和圖3中可以得到高性能指數(shù)μ’×Q的組成，但性能指數(shù)μ’×Q卻停留在2000～2300。也就是說(shuō)，只是特定Si量，不能夠得到高的性能指數(shù)μ’×Q。于是，就其進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。
圖4是表示比較例1(Si＝28.0at％)、實(shí)施例2(Si＝21.4at％)、實(shí)施例8(Si＝13.5at％)、以及比較例9(Si＝4.0at％)的導(dǎo)磁率μ的頻率特性的曲線(xiàn)。由圖4可知，F(xiàn)e-Si-Cr合金的Si量越少，臨界頻率fr(復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ”的峰位置)越向高頻側(cè)移動(dòng)。
圖5是表示表1所示的全部實(shí)施例、比較例的臨界頻率fr與損耗系數(shù)tanδ的關(guān)系曲線(xiàn)。由此可知臨界頻率fr越大，則損耗系數(shù)tanδ越具有減小的傾向，但以150MHz附近為分界，損耗系數(shù)tanδ轉(zhuǎn)為上升。
圖6是表示扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的(Ms·Hc)1/2的值(Ms飽和磁化、Hc頑磁力)與臨界頻率fr的關(guān)系曲線(xiàn)。在此，作為殘余損耗之一的磁疇壁共振頻率被認(rèn)為是與Ms/μ1/2成正比(例如，磁気工學(xué)の基礎(chǔ)II，P313～317共立全書(shū))，如果將Ms/Hc作為該材料的導(dǎo)磁率μ的代用特性，則Ms/μ1/2與(Ms·Hc)1/2成正比。根據(jù)圖6，由于扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的(Ms·Hc)1/2與臨界頻率fr成正比關(guān)系，因而臨界頻率fr可以理解為磁疇壁共振頻率。
一般地說(shuō)，損耗系數(shù)tanδ可以用磁滯損耗(tanδh)、渦流損耗(tanδe)、殘余損耗(tanδr)之和來(lái)表示，殘余損耗被認(rèn)為是從全部損耗中減去磁滯損耗(tanδh)與渦流損耗(tanδe)而得到的。殘余損耗包括磁疇壁共振以及自然共振，但考慮到自然共振還出現(xiàn)在高頻側(cè)，則從該頻率開(kāi)始極限頻率fr應(yīng)理解為取決于磁疇壁共振。
于是，圖7表示了扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc(飽和磁化/頑磁力)與磁心片材的性能指數(shù)μ’×Q的關(guān)系曲線(xiàn)。RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件被認(rèn)為是其性能指數(shù)μ’×Q越大，通信距離就越遠(yuǎn)，通過(guò)將扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc設(shè)定為0.8～1.5的范圍，便能夠得到2500以上的性能指數(shù)μ’×Q。
Si量為18.5at％和21.4T％的比較例5、比較例6以及比較例7，其扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc超過(guò)1.5。另外，比較例5、比較例6以及比較例7的扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的D50超過(guò)30μm，并且比較例8的扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的平均厚度超過(guò)1μm，因此已經(jīng)判明為了將Ms/Hc設(shè)定為0.8～1.5的范圍，扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的粒徑也是重要的。
圖8是表示使用了扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的磁性片材的性能指數(shù)μ’×Q與通信距離的關(guān)系曲線(xiàn)。通過(guò)將性能指數(shù)μ’×Q設(shè)定為2500以上，便能夠得到110mm以上的通信距離。
如上所述，本發(fā)明新近發(fā)現(xiàn)作為控制性能指數(shù)μ’×Q的指針，將使用的扁平狀Fe-Si-Cr合金粉末的Ms/Hc特定在0.8～1.5的范圍。另外，為了將Ms/Hc特定在0.8～1.5的范圍，重要的是將Fe-Si-Cr合金的Si量、軟磁性金屬粉末的粒徑以及厚度控制在預(yù)定的范圍。
表1

權(quán)利要求
1.一種扁平狀軟磁性金屬粉末，其用于由所述扁平狀軟磁性金屬粉末與粘結(jié)材料構(gòu)成的RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，所述扁平狀軟磁性金屬粉末的特征在于由Fe-Si-Cr合金構(gòu)成，在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的飽和磁化Ms與頑磁力Hc之比為0.8～1.5mT/Am-1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于所述扁平狀軟磁性金屬粉末所具有的組成是Si7～23at％、Cr大于0at％但不超過(guò)15at％、余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且重量平均粒徑D50為5～30μm，平均厚度為0.1～1μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于Si為10～20at％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于Si為12～17at％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于Cr為0.5～5at％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于Cr為0.5～3at％。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于所述重量平均粒徑D50為10～25μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于所述重量平均粒徑D50為15～25μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于所述平均厚度為0.3～0.7μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平狀軟磁性金屬粉末，其特征在于飽和磁化Ms與頑磁力Hc之比為0.9～1.45mT/Am-1。
11.一種天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其是由扁平狀軟磁性金屬粉末與粘結(jié)材料構(gòu)成的RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，所述扁平狀軟磁性金屬粉末的特征在于由Fe-Si-Cr合金構(gòu)成，在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的飽和磁化Ms與頑磁力Hc之比為0.8～1.5mT/Am-1。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于所述扁平狀軟磁性金屬粉末所具有的組成是Si7～23at％、Cr大于0at％但不超過(guò)15at％、余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且重量平均粒徑D50為5～30μm，平均厚度為0.1～1μm。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于Ms飽和磁化Ms與頑磁力Hc之比為0.9～1.45mT/Am-1。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于所述天線(xiàn)用磁心構(gòu)件是厚度為0.05～2mm的片材狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于所述天線(xiàn)用磁心構(gòu)件中的所述金屬粉末的粉末充填率為60～95wt％。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，其特征在于所述天線(xiàn)用磁心構(gòu)件中的所述金屬粉末的粉末充填率為70～90wt％。
全文摘要
本發(fā)明使采用Fe－Si－Cr系合金的磁心構(gòu)件的性能指數(shù)μ’×Q得以更加提高。本發(fā)明提供一種扁平狀軟磁性金屬粉末，其用于由扁平狀軟磁性金屬粉末與粘結(jié)材料構(gòu)成的RFID天線(xiàn)用磁心構(gòu)件，所述扁平狀軟磁性金屬粉末的特征在于由Fe－Si－Cr合金構(gòu)成，在398kA/m的外加磁場(chǎng)下的Ms(飽和磁化)/Hc(頑磁力)為0.8～1.5(mT/Am
文檔編號(hào)B22F1/00GK101064207SQ200710088729
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者松川篤人, 若山勝?gòu)? 平井義人 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社