特開 2021-40020 鉄粒子、成形体及び鉄粒子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-40020(P2021-40020A)

(43)【公開日】2021年3月11日

(54)【発明の名称】鉄粒子、成形体及び鉄粒子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 1/24 20060101AFI20210212BHJP

   C01G 49/08 20060101ALI20210212BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20210212BHJP

   H01F 1/147 20060101ALI20210212BHJP

   B22F 1/02 20060101ALI20210212BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20210212BHJP

   B22F 8/00 20060101ALI20210212BHJP

   B22F 9/04 20060101ALI20210212BHJP

   B22F 3/00 20210101ALI20210212BHJP

【ＦＩ】

   H01F1/24

   C01G49/08 Z

   H05K9/00 W

   H01F1/147

   B22F1/02 E

   B22F1/00 W

   B22F8/00

   B22F9/04 A

   B22F9/04 E

   B22F3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-160173(P2019-160173)

(22)【出願日】2019年9月3日

(71)【出願人】

【識別番号】598046572

【氏名又は名称】株式会社明菱

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100162259

【弁理士】

【氏名又は名称】末富 孝典

(74)【代理人】

【識別番号】100133592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100168114

【弁理士】

【氏名又は名称】山中 生太

(72)【発明者】

【氏名】西口 秀和

(72)【発明者】

【氏名】河本 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】川津 謙太

(72)【発明者】

【氏名】安藤 義人

【テーマコード（参考）】

4G002

4K017

4K018

5E041

5E321

【Ｆターム（参考）】

4G002AA04

4G002AB01

4G002AD04

4G002AE05

4K017AA02

4K017AA06

4K017BA06

4K017CA07

4K017DA02

4K018BA14

4K018BB04

4K018BC28

4K018BD01

4K018KA43

5E041AA01

5E041BB03

5E041BC01

5E041CA13

5E041HB14

5E041HB17

5E041NN05

5E041NN06

5E321BB32

5E321BB60

5E321GG05

(57)【要約】

【課題】反射波を生じさせないようにしつつ、電磁波を効率的に遮蔽することができる鉄粒子、成形体及び鉄粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】鉄粒子１は、鉄２と、鉄２を覆う四酸化三鉄で構成される酸化皮膜３と、を備える。鉄粒子１は、合成樹脂の成形体内に充填される。鉄粒子１の製造方法は、鉄加工で生成される鉄粒子１を回収する回収ステップと、回収ステップで回収された鉄粒子１を皮膜する三酸化二鉄を四酸化三鉄に変換する変換ステップと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄と、
前記鉄を覆う四酸化三鉄で構成される酸化皮膜と、
を備える鉄粒子。

【請求項2】

直径が３μｍ以下である、
請求項１に記載の鉄粒子。

【請求項3】

前記酸化皮膜の厚みは、１μｍ以下である、
請求項２に記載の鉄粒子。

【請求項4】

合成樹脂と、
前記合成樹脂に充填された請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄粒子と、
を備える成形体。

【請求項5】

鉄加工で生成される鉄粒子を回収する回収ステップと、
前記回収ステップで回収された鉄粒子を皮膜する三酸化二鉄を四酸化三鉄に変換する変換ステップと、
を含む鉄粒子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄粒子、成形体及び鉄粒子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

第５世代移動通信システムという新しい無線通信方式が導入され、モノのインターネット化、すなわちＩｏＴ（Internet of Things）技術の導入が進んでいる。ＩｏＴ技術により、家庭内の家電及び自動車などの移動体に搭載された電子機器の多くは、無線通信によってつながれるようになってきている。

【0003】

このような背景から、電子機器が使用される環境では、ミリ波帯の電磁波など、様々な電磁波が飛び交うようになってきている。このような電磁波は電子機器にとってノイズとなり、このノイズにより誤動作が引き起こされる可能性もある。したがって、このようなノイズから電子機器を守る必要がある。そこで、特許文献１に開示された電磁波遮蔽フィルムなど、電磁波を遮蔽する部材が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９−１１０２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示された電磁波遮蔽フィルムを電子機器の筐体に貼り付けることにより、金属層によって電磁波を遮蔽することが可能である。しかしながら、この金属層では、入射する電磁波によりうず電流が生じ、そのうず電流により反射波が発生してしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、上記実情の下になされたものであり、反射波を生じさせないようにしつつ、電磁波を効率的に遮蔽することができる鉄粒子、成形体及び鉄粒子の製造方法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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る鉄粒子は、
鉄と、
前記鉄を覆う四酸化三鉄で構成される酸化皮膜と、
を備える。

【0008】

この場合、直径が３μｍ以下である、
こととしてもよい。

【0009】

前記酸化皮膜の厚みは、１μｍ以下である、
こととしてもよい。

【0010】

本発明の第２の観点に係る成形体は、
合成樹脂と、
前記合成樹脂に充填された本発明の第１の観点に係る鉄粒子と、
を備える。

【0011】

本発明の第３の観点に係る鉄粒子の製造方法は、
鉄加工で生成される鉄粒子を回収する回収ステップと、
前記回収ステップで回収された鉄粒子を皮膜する三酸化二鉄を四酸化三鉄に変換する変換ステップと、
を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る鉄粒子では、鉄が、四酸化三鉄で構成される酸化皮膜で覆われている。四酸化三鉄で構成される酸化皮膜は、電気抵抗が鉄に比べて高いので、入射した電磁波に対するうず電流の発生を防止し、鉄粒子表面での電磁波の反射を抑制することができる。反射されなかった電磁波はそのまま内部に進むが、四酸化三鉄及び鉄は、入射した電磁波によって磁化され共鳴する。この共鳴の結果、電磁波エネルギーは熱エネルギーに変換される。このように、本発明の鉄粒子によれば、電磁波の反射波を生じさせないようにしつつ減衰させることができるので、電磁波を効率的に遮蔽することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る鉄粒子の構造を示す図である。（Ｂ）は、酸化皮膜を有しない鉄粒子の構造を示す図である。

【図2】図１（Ａ）の鉄粒子の複素透磁率の電磁波に対する周波数特性を示すグラフである。

【図3】図１（Ａ）の鉄粒子を含有する成形体の断面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る鉄粒子の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。

【0015】

図１（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る鉄粒子１は、鉄２と、酸化皮膜３と、を備える。図１（Ａ）では、鉄２は、球状として示しているが、針状又は鱗片状のようなものであってもよい。酸化皮膜３は、鉄２を覆う四酸化三鉄（マグネタイト）で構成される。四酸化三鉄は、フェリ磁性体である。

【0016】

このように、鉄粒子１は、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）で皮膜されている。実際には、鉄の酸化物には、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４、黒さびともいう）と、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３、赤さびともいう）とがある。本実施の形態では、鉄粒子１においては、酸化皮膜３は、三酸化二鉄ではなく、四酸化三鉄である必要がある。三酸化二鉄は、磁界を通さないので、本実施の形態の酸化皮膜３として用いることができない。

【0017】

鉄粒子１は、好ましくは、直径３μｍ以下であるが、それ以上であってもよい。また、酸化皮膜３の厚みは、好ましくは、１μｍ以下であるが、それ以上であってもよい。

【0018】

図１（Ａ）に示すように、電磁波は、酸化皮膜３に入射する。酸化皮膜３は、絶縁体であり、鉄２に比べて高い電気抵抗を有する。この高い電気抵抗により、酸化皮膜３でうず電流は発生せず、反射波は発生しない。

【0019】

これに対して、図１（Ｂ）に示すように、酸化皮膜３が形成されていない鉄２のみの鉄粒子１’に電磁波が入射すると、鉄２の表面には、うず電流が形成される。そのうず電流により、反射波が生じ、鉄２の外部に放射される。

【0020】

さらに、図１（Ａ）に示す鉄粒子１では、入射した電磁波が反射することなく内部に入り込む。電磁波が内部に入り込むと、酸化皮膜３を構成する四酸化三鉄及び鉄２が磁化する。電磁波の磁界は一定の周波数で正弦波状に変化しているため、四酸化三鉄及び鉄２がその磁界に磁気共鳴して、それらの磁化方向がその磁界の変化に追従するように変化する。

【0021】

ここで、鉄粒子１の複素透磁率μを考える。鉄粒子１の複素透磁率μは、次式で表される。
μ＝μ’＋ｉμ”
ここで、μ’は、複素透磁率μの実数部であり、ｉは虚数であり、μ”は、複素透磁率の虚数部である。

【0022】

図２に示すように、複素透磁率μの実数部μ’は、電磁波の周波数が上がるにつれて減少する一方、複素透磁率μの虚数部μ”は、電磁波の周波数が上がるにつれて増加する。このような特性により、入射する電磁波の周波数が上がるにつれ、電磁波における磁界の変化に対して鉄粒子１の磁化が遅れ始める。入射する電磁波の周波数が、複素透磁率μの実数部μ'と虚数部μ”とがクロスする共鳴周波数Ｇ１近傍である場合、鉄粒子１では、磁気共鳴が誘起される。これにより、入射する電磁波のエネルギーは、鉄粒子１内部において、熱エネルギーに変換され、電磁波が鉄粒子１内部で減衰する。共鳴周波数Ｇ１は、例えば２０ＧＨｚである。

【0023】

このように、本実施の形態に係る鉄粒子１は、１つ１つでも、電磁波を減衰させる機能を有している。鉄粒子１は、例えば、図３に示すように、合成樹脂の成形体１０に含まれるフィラーとして用いられる。

【0024】

上述のように、鉄粒子１では、電磁波の入射により磁気共鳴が誘起され、その誘起により電磁波のエネルギーが熱エネルギーに変換される。これにより、電磁波エネルギーは、成形体１０内で減衰し、消滅する。

【0025】

合成樹脂４は絶縁体であり、鉄粒子１は、導電体である。鉄粒子１の間には、合成樹脂４が存在しているので、成形体１０は、全体として絶縁材料となっている。また、巨視的に見ても、鉄粒子１を含有する成形体１０全体が、合成樹脂４で構成されているため、うず電流が発生することはなく、反射波が発生することもない。

【0026】

なお、電磁波遮蔽性を高めようとすれば、成形体１０中における鉄粒子１の含有率を高める必要がある。鉄粒子１の含有率を高めれば、鉄粒子１同士が接触するような状態となる。しかしながら、鉄粒子１は、酸化皮膜３で被膜されているため、導電性はなく、やはりうず電流の発生が防止される。

【0027】

また、成形体１０では、鉄粒子１の含有率を小さくすれば、熱を伝えにくくすることができる一方、鉄粒子１の含有率を大きくすれば、熱を伝え易くすることができる。したがって、成形体１０を、断熱材又は熱伝導材として用いることができる。すなわち、成形体１０では、鉄粒子１の含有量によって熱伝導を制御することが可能となる。

【0028】

次に、本実施の形態に係る鉄粒子１及び成形体１０の製造方法について説明する。

【0029】

図４に示すように、まず、鉄加工で生成される鉄粒子１を回収する（ステップＳ１；回収ステップ）。例えば、複数の工場での鉄部品の切削加工等により排出された鉄粒子１が回収される。この時点で、回収された鉄粒子１のほとんどは、その表面が、三酸化二鉄又は四酸化三鉄で酸化しており、酸化皮膜３が形成されている。

【0030】

次に、回収ステップで回収された鉄粒子１において、鉄粒子１を皮膜する酸化皮膜３の一部に残る三酸化二鉄を四酸化三鉄に変換する（ステップＳ２；変換ステップ）。具体的には、以下の［１］、［２］に示す還元反応を行って、鉄粒子１を皮膜する三酸化二鉄が四酸化三鉄に変換される。

【0031】

［１］水素による還元
３Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｈ_２→２Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｈ_２Ｏ
［２］ＣＯによる還元
３Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣＯ→２Ｆｅ_３Ｏ_４＋ＣＯ_２
なお、水素とＣＯとを組み合わせて還元に用いるようにしてもよいし、これ以外の還元方法を用いるようにしてもよい。

【0032】

次に、変換ステップを経た鉄粒子１をフィラーとして合成樹脂４に含有し、鉄粒子１を含有する合成樹脂４で成形体１０の成形を行う（ステップＳ３；成形ステップ）。これにより、図３に示す鉄粒子１を含有する成形体１０が成形される。

【0033】

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る鉄粒子１では、鉄２が、四酸化三鉄で構成される酸化皮膜３で覆われている。四酸化三鉄で構成される酸化皮膜３は、電気抵抗が鉄に比べて高いので、入射した電磁波に対するうず電流の発生を防止し、鉄粒子１の表面での電磁波の反射を抑制することができる。反射されなかった電磁波はそのまま内部に進むが、四酸化三鉄の酸化皮膜３及び鉄２は、入射した電磁波によって磁化され共鳴する。この共鳴の結果、電磁波エネルギーは熱エネルギーに変換される。このように、本実施の形態に係る鉄粒子１によれば、電磁波の反射波を生じさせないようにしつつ、減衰させることができるので、電磁波を効率的に遮蔽することができる。

【0034】

なお、上記実施の形態では、鉄粒子１を成形体１０を成形する合成樹脂４に混入するフィラーとして用いる場合について説明した。しかしながら、本発明はこれには限られない。鉄粒子１を粉体とする焼結体を形成し、この焼結体を電磁波を送受信するアンテナ等に用いるようにしてもよい。

【0035】

なお、合成樹脂４としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプレポリマーを用いることができる。熱可塑性樹脂は、研削屑との複合化が可能なものであれば何ら制限なく用いることができる。好適に用いられる熱可塑性樹脂を例示すると、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリスチレンやアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン（ＭＢＳ）樹脂などのスチレン系樹脂類、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの芳香族ポリエステル類、ポリ乳酸や、ポリカプロラクトン、ポリ（３−ヒロドキシ酪酸）、ポリテトラメチルグリコリド、ポリグリコール酸などの脂肪族ポリエステル類等を挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂の中でも、成形の容易さの観点から、ポリオレフィン類が特に好適である。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても良く、あるいは２種以上を用いてもよい。

【0036】

熱可塑性樹脂以外にも、熱硬化性樹脂のプレポリマーを用いることができる。代表的な熱硬化性樹脂のプレポリマーとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シラン架橋ポリエチレン、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、架橋ゴムなどのプレポリマーである。これらの熱硬化性樹脂のプレポリマーの中でも、本実施の形態に係る研削屑との複合化（混合）の容易さなどから、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル樹脂などのプレポリマーが好適である。

【0037】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽材又は電磁波として適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１，１’ 鉄粒子、２ 鉄、３ 酸化皮膜、４ 合成樹脂、１０ 成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】