アンテナ用磁性材料、並びに、アンテナ及び無線通信機器
【課題】高周波数において広帯域で且つ高効率で使用可能であり、生産性及び経済性に優れた小型アンテナ等を実現し得るアンテナ用磁性材料、並びに、これを用いたアンテナ及び無線通信機器を提供する。
【解決手段】一般式（１）：ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９（式中、ＭＡは、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＢは、ＭＣ又はＭＤであり、ＭＣは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＤは、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種との等量混合物であり、Ｘは、１以上５以下の数である。）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上である、アンテナ用磁性材料。
【解決手段】一般式（１）：ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９（式中、ＭＡは、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＢは、ＭＣ又はＭＤであり、ＭＣは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＤは、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種との等量混合物であり、Ｘは、１以上５以下の数である。）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上である、アンテナ用磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ用途に適した磁性材料、並びに、これを用いたアンテナ及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末等の無線通信機器で使用される無線信号周波数の高域化が進行している。例えば、第一世代の携帯電話機では、使用周波数が８００ＭＨｚ帯であったのに対し、２００１年からサービスが開始された第三世代の携帯電話機では、使用周波数が２ＧＨｚ帯となっており、ＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ用途を含めＧＨｚ帯域で使用できるアンテナが求められている。また、無線通信機器の多機能化に伴い、複数の無線方式に対応したマルチバンド・モード化が進展しきており、このような無線通信機器に用いられるアンテナに対しては、広い周波数帯域において使用可能であることも要求されている。さらに、近時、無線通信機器の小型化に伴って、アンテナ自体の更なる小型化も喫緊の課題となっている。このように、近年の無線通信機器に用いられるアンテナには、高周波数における広帯域化と小型化の両立が熱望されている。
【０００３】
かかる技術に関し、例えば、特許文献１には、放射電極と接地電極の形状を適宜選択することにより、小型低背化、高利得、及び広帯域特性を得ることを目的としたマイクロストリップ構造のチップ型アンテナ素子が記載されている。また、特許文献２には、Ｙ型フェライトを主相として含有する六方晶フェライト、及び、それを用いたアンテナが記載されている。さらに、特許文献３には、電磁界結合調整体として、超常磁性を有する磁性ナノ粒子を非磁性のマトリックス中に分散させたナノ複合磁性誘電材料を用いたアンテナが提案されている。またさらに、特許文献４には、Ｃｏ置換型のＷ型六方晶フェライトを主相とする磁性酸化物が樹脂に分散されてなる複合磁性材料、及び、それを用いたアンテナが記載されている。さらにまた、特許文献５には、Ｙ型、Ｚ型、又はＭ型のフェライト化合物からなる酸化物系磁性材料で構成された絶縁体層を備えるアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６２５１９１号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０６４８３９号パンフレット
【特許文献３】特開２００８−２２８２２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３８７４８号公報
【特許文献５】特開２００５−２７８０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、アンテナの小型化に関しては、電磁波の波長短縮率が伝送媒体中の位相速度の低下率に等しく、その位相速度は、理論的に、媒体の比透磁率と比誘電率の積の平方根に反比例することから、一般に、アンテナの基材やマトリックスとして透磁率及び／又は誘電率が真空中のそれらに比してより大きな材料を用いることにより、そのアンテナ中を伝播する電磁波の波長が短縮され、その小型化が図られ得る。具体的には、磁性材料内を通過する電磁波（電波）の波長λは、λ∝１／√（μ’ｒ×ε’ｒ）で表される（波長短縮効果）。ここで、因子μ’ｒは、磁性材料の複素比透磁率μｒの実数部を示し、因子ε’ｒは、磁性材料の複素比誘電率εｒの実数部を示す。なお、ここでの「波長短縮率」とは、「伝送媒体を伝播する電磁波の波長／真空中の電磁波の波長」で表される値であり、この値が小さいほど、波長短縮効果が高いことを示す。
【０００６】
これに関し、例えば、特許文献１には、比誘電率を高めることによるアンテナの小型化に関する記載がある。しかし、特許文献１記載のアンテナにおいて比誘電率が大きい基材を用いた場合、高効率が得られる周波数帯域が狭められてしまい、その結果、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたＹ型六方晶フェライトのような磁性材料を用いると、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失が過大となってしまい、この場合にも、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載されたアンテナにおいては、使用される磁性ナノ粒子の粒子径が、文字どおりナノメートルオーダーであるため、その分散媒である樹脂材料への分散性が不十分であり、また、高充填することが困難なことに起因して、十分なアンテナ性能が得られ難い。加えて、取扱性に劣り、また、製造コストの増大を招くため、このような磁性ナノ粒子が製品の量産に適しているとは言い難い。
【０００９】
一方、本出願人による特許文献４に記載された複合磁性材料は、Ｗ型フェライトが用いられていることから、高周波数における磁気損失及び誘電損失を小さくできるという利点を有する。しかし、Ｗ型フェライトは透磁率が比較的小さく、また、Ｗ型フェライトを樹脂と混合して形成した複合体を採用しているため全体としての透磁率が更に低下してしまうので、特許文献４に記載された複合磁性材料は、上述した波長短縮率を十分に小さくしてアンテナの更なる小型化を図る観点では、不十分な場合があり得る。
【００１０】
他方、特許文献５には、上述の如く、アンテナの材料として種々の組成のフェライトが開示されているものの、それらの詳細な材料物性は不明であり、一般的には、かかる材料を用いたアンテナも、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失が不都合に大きいものと考えられる。
【００１１】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高周波数において広帯域で且つ高効率で使用可能であり、さらに、製造時の取扱性と経済性に優れ、量産に適した小型アンテナを実現し得る、アンテナ用磁性材料、並びに、これを用いたアンテナ及び無線通信機器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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者らは、特定の結晶構造を有するフェライトの組成及び物性等に着目して鋭意研究を重ねた結果、上記課題に対する有効な解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明によるアンテナ用磁性材料は、下記一般式（１）；
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上のものである。
【００１４】
上記一般式（１）中、「ＭＡ」は、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＢ」は、ＭＣ又はＭＤを示し、「ＭＣ」は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＤ」は、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素との等モル量混合物を示す。Ｘは、１以上５以下の数（例えば、１、１．５、２、３・・・５等）を示す。
【００１５】
なお、上記において、「主相」とは、磁性粉末に主たる成分（粒子全体に対する比率が、５０質量％を超える成分。）として含まれるものをいう。また、「平均結晶粒子径」とは、後記の実施例において具体的に述べる方法によって測定されるメジアン径Ｄ５０％である。
【００１６】
本発明者らが、かかる構成を有するアンテナ用磁性材料を用いて作製したアンテナの特性を測定したところ、そのアンテナは、従来のものに比して、高周波数における有効な帯域幅及び効率に優れるのみならず、十分に小型化が可能なものであることが確認された。このような有利な効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。但し、作用はそれらに限定されない（以下同様）。
【００１７】
上述した組成のフェライトを含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上のアンテナ用磁性材料においては、主相であるＭ型六方晶フェライトが、主成分金属（上記ＭＡ及びＦｅ）に加えて副成分金属（上記ＭＢ）を含むので、磁気モーメントの方位転換を阻害する結晶磁気異方性エネルギの障壁が低下し、これにより、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）がより低周波数側へシフト（遷移）、すなわち、複素比透磁率の実数部μ‘ｒがより高められる。より具体的には、自然共鳴が５ＧＨｚ程度以上の周波数帯域に出現し、それ未満の周波数における自然共鳴に起因する磁気損失は十分に抑えられる。また、アンテナ用磁性材料は、特に平均結晶粒子径が５μｍ以上となるように十分に結晶成長されているので、磁壁の共鳴がより低い周波数の交流磁界で顕著となり、すなわち、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）がより低周波数側へシフト（遷移）する。より具体的には、磁壁共鳴が１ＧＨｚ程度以下の周波数帯域に出現し、それを超える周波数における磁壁共鳴に起因する磁気損失が十分に抑えられる。これらの結果、１〜５ＧＨｚ程度の広い高周波帯域に亘って、透磁率の損失係数ｔａｎδμ（複素比透磁率μｒの虚数部μ”ｒ／複素比透磁率μｒの実数部μ’ｒ）が効果的に低減され、磁気損失の増大に起因する効率の過度の低下が効果的に抑制されたものと推察される。
【００１８】
またこの際、上述の如く、比透磁率実数部がより大きくされるので、材料全体の透磁率と誘電率との積が従来に比して大きくなり、これにより、波長短縮効果が有効に高められて受信対象の電磁波の波長を短縮させることができ、その結果、アンテナの小型化が図られる。それとともに、材料段階における粉体粒子径が１μｍ程度と十分に大きいので、上記従来の磁性ナノ粒子を用いる場合に比して取扱性に優れ、アンテナ製造時のコストの増大を防止することができ、その結果、製品の量産性及び経済性を格段に向上させることが可能となる。
【００１９】
以上の点において、当該アンテナ用磁性材料は、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であると好ましい。また、当該アンテナ用磁性材料は、例えば２ＧＨｚにおける複素比透磁率の実数部（μ‘ｒ）が１．２以上であり、且つ、同磁気損失（透磁率の損失係数ｔａｎδμ）が０．０１以下であっても好ましい。さらに、当該アンテナ用磁性材料は、２ＧＨｚにおける複素比誘電率の実数部（ε’ｒ）が３０以下であり、且つ、同誘電損失（誘電率の損失係数ｔａｎδε）が０．０５以下であっても好適である。
【００２０】
さらに、本発明によるアンテナ用磁性材料は、０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種を更に含有してもよい。ここで、「質量％」は、磁性成分の合計量に対する含有割合（ＳＩ単位準拠）を示し、重量基準（重量％、ｗｔ％）のものと実質的に同等である（以下同様）。これらの化合物をそのような含有割合で副成分として含むことにより、結晶粒成長を促進、或いは均一化し易くなる利点がある。
【００２１】
また、本発明によるアンテナは、本発明のアンテナ用磁性材料を用いて有効に製造可能なものであり、その磁性材料を含む基体と、その基体の表面又は内部に設けられた導体と、この導体に接続されており、且つ、その導体に電気エネルギを供給するための給電端子とを備える。さらに、アンテナ全体としての誘電率を更に低減させる観点から、アンテナの少なくとも一部（例えば、アンテナ用磁性材料から形成された基体としての焼結体）が多孔質であると有用である。こうすれば、アンテナの基体ひいてはそのアンテナの誘電率が更に低減されて誘電損失をより一層減少させることができ、これにより、アンテナの効率を更に一層向上させることが可能となる。ここで、アンテナ効率を殊に高める観点から、前記基体は、空隙率が１〜４０％の焼結体であることが好ましい。
【００２２】
またさらに、本発明による無線通信機器は、本発明のアンテナを用いて有効に得られるものであって、上述した本発明のアンテナを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のアンテナ用磁性材料によれば、特定のＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上とされているので、高周波数において、帯域幅を十分に広く維持しつつ、受信対象の電磁波の波長を短縮させてアンテナやそれを備える無線通信機器の小型化を図ることができ、さらに、製造工程における取り扱いが平易である（ハンドリング性が高い）ので、量産にも非常に適しており、その結果、これを用いたアンテナ及び無線通信機器の特性、生産性、及び経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態のアンテナ用磁性材料を用いて形成されるアンテナの好適な一実施形態の構成を概念的に示す斜視図である。
【図２】実施形態のアンテナ用磁性材料を用いたアンテナを備える無線通信機器の好適な一実施形態の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００２６】
［アンテナ用磁性材料］
本実施形態のアンテナ用磁性材料は、主相としてＭ型六方晶フェライトを含有しており、且つ、平均結晶粒子径Ｄ５０が５μｍ以上とされている。そのＭ型六方晶フェライトは、下記式（１）；
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
で表され、式中、「ＭＡ」は、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＢ」は、ＭＣ又はＭＤを示し、「ＭＣ」は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＤ」は、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素との等モル量混合物を示し、Ｘは、１以上５以下の数である。
【００２７】
また、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、上記式（１）で表されるＭ型六方晶フェライトの単相からなることが好ましく、但し、上述した作用効果が損なわれない範囲で、そのＭ型六方晶フェライトとは異なる相を含んでいてもよい。さらに、主相としてＭ型六方晶フェライトを含む磁性成分に加えて、ＳｉＯ２、ＣａＯ、及び、Ｂｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種を更に含有してもよく、その場合、それらの含有比率は、特に限定されないが、その順にそれぞれ、０．１〜３質量％、０．５〜５質量％、及び、０．５〜８質量％が好ましい。
【００２８】
このように組成されたアンテナ用磁性材料によれば、主相として含まれるＭ型六方晶フェライトが、主成分金属（上記ＭＡ及びＦｅ）に加えて副成分金属（ＭＢ）を含むことにより、複素比透磁率の実数部がより高められ、平均結晶粒子径が５μｍ以上となるように十分に結晶成長されているので、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）をより低周波数側へシフトさせることができる。これにより、１〜５ＧＨｚ程度の広い高周波帯域に亘って、透磁率の損失係数ｔａｎδμを格段に低下させることが可能となり、その結果、磁気損失の増大に起因する効率の過度の低下を十分に抑止することができる。
【００２９】
また、複素比透磁率の実数部をより高めることができるので、材料全体の透磁率と誘電率との積を従来に比して増大させることが可能となり、これにより、波長短縮効果を向上させてアンテナの小型化をも図り得る。しかも、材料粉体の取扱性を向上させることができることから、アンテナ製造時の経済性及び量産性を格段に向上させることも可能となる。
【００３０】
なお、それらの点を考慮すると、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であると好適である。また、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、例えば２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部が１．２以上であり、且つ、磁気損失が０．０１以下であると殊に有用である。さらに、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部が３０以下であり、且つ、誘電損失が０．０５以下であると殊に有用である。
【００３１】
またさらに、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を更に含有していると、磁性材料としての結晶粒成長を促進又は制御し易くなるので、より一層有効に且つ簡便に、磁性材料の平均結晶粒子径を５μｍ以上に調整することができる。
【００３２】
［アンテナ］
次に、図１は、本発明のアンテナ用磁性材料を用いて形成されるアンテナの好適な一実施形態の構成を概念的に示す斜視図である。アンテナ１は、基体２の表面及び／又は内部に少なくとも１つの導体４が形成されたものである。この基体２は、上述した本実施形態のアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、その形状は、特に限定されず、無線通信機器に搭載する際に求められる種々の形状を採用することができ、一般的には、例えば、図１に示すような直方体ブロック状のもの等が好ましく用いられる。
【００３３】
かかる基体２が例えば焼結体（セラミック焼結体）である場合、それは通常のセラミック作製プロセスで製造することができる。その一例について説明すると、まず、焼結後の組成が所望の組成となるように各原料を秤量し、所定の時間湿式混合し、Ｍ型六方晶フェライトを構成する金属元素を含有する金属化合物からなるフェライト前駆体を調製する。当該金属化合物は、鉄（Ｆｅ）化合物と他の金属（ＭＡ、ＭＢ）化合物を含むものであり、素材料としては、例えば、鉄化合物としてＦｅ２Ｏ３といった酸化物、また他の金属化合物としてＢａＣＯ３（ＳｒＣＯ３）、ＴｉＯ２、Ｍｎ３Ｏ４等の酸化物を用いることができる。また、これらに代えて或いはこれらに加えて、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ等を含む酸化物も用いることができる。
【００３４】
なお、湿式混合処理には、例えば、鉄鋼製のメディアを用いたボールミルやビーズミル等の他、混合機、攪拌機、或いは分散機等を適宜適用することができる。
【００３５】
次に、そのフェライト前駆体を、例えば、大気中、適宜の温度且つ時間熱処理（仮焼）し、さらに、必要に応じて所定の添加物（先述した含有割合のＳｉＯ２、ＣａＯ（添加形態は（ＣａＣＯ３））、及び、Ｂｉ２Ｏ３の少なくとも１種）を所定量添加した後、適宜の時間粉砕処理を行い、Ｍ型六方晶フェライトの粉末（粉体）を得る。一方、この粉末に対して、必要に応じて、後の焼成処理において消失する焼失剤や、分散材、潤滑剤、成形助剤等の当業界において公知の添加剤を添加してもよい。焼失剤を用いた場合には、焼結体である基体２の内部に微細な空隙を形成せしめて基体２を多孔質化することができるので、基体２ひいてはアンテナ１全体の誘電率を低下させて誘電損失を減少させることができ、アンテナ１の効率を一層向上させることが可能となる。すなわち、空隙率が高いほど、誘電率・透磁率が下がる傾向にあり、誘電率が下がることによる上述した作用効果の増強効果が高められる傾向にある。かかる観点で、焼結体である基体２は適度に空隙を有することが好ましく、より具体的には。焼結体である基体２の空隙率が、１〜４０％程度が好ましく、５〜３５％であることがより好ましい。
【００３６】
そして、調製された原料粉末を適宜の方法で造粒し、それを所定の圧力で所望の形状に成形した後、その成形体を、例えば、大気中、適宜の温度且つ適宜の時間熱処理（焼成）し、焼結体である基体２を得る。この焼結体の平均結晶粒子径は、焼成条件を適宜制御することにより、１μｍ以下の微細な結晶粒子径から５μｍ以上に成長するように形成することができる。この場合、焼結体の平均結晶粒子径は、焼成の処理温度及び処理時間によって増減させることができる。例えば、処理温度を高くする程、また、処理時間が長くなる程、焼結体の平均結晶粒子径が大きくなる傾向にある。また、上述した副成分の添加によって、結晶粒子の成長を促進、均一化しやすくなる傾向がある。
【００３７】
なお、フェライト前駆体の粉砕処理にも、例えば、上述した各種装置、すなわち、鉄鋼製ボールミル等のメディアを用いたボールミルやビーズミル等の他、混合機、攪拌機、或いは分散機等を適宜用いることができる。
【００３８】
また、基体２の一面に形成された導体４は、例えば、銅や銅合金を、印刷、蒸着、貼合、又はメッキ等の適宜の方法によって形成することができ、図１においては、その導体４に、基体２の他面に設けられた給電端子６が電気的に接続されている。この導体４の形状も、特に制限されず、図１に記載されているような平面シート状又は平面フィルム状のほか、例えば、ミアンダ状、ヘリカル状等の様々な形状とすることができる。また、給電端子６は、導体４と外部の給電線とを電気的に接続するための端子であり、所定の給電線から供給された電圧が、その給電端子６を経由して導体４に印加される。
【００３９】
［無線通信機器］
図２は、本発明のアンテナ用磁性材料を用いたアンテナを備える無線通信機器の好適な一実施形態の概略構成を示す平面図（正面図）である。無線通信機器である携帯電話機１０は、第１筐体１０ＣＡと第２筐体１０ＣＢとがヒンジ１３で連結された折り畳み式の携帯端末の一種であり、その使用周波数帯域が、例えば２ＧＨｚ帯のものである。第２筐体１０ＣＢの内部において、ヒンジ１３側の反対側に位置する端部には、第１アンテナ１１（アンテナ）が配置されている。この第１アンテナ１１は、携帯電話機１０の無線通信に供される送受信アンテナであり、携帯電話機１０と基地局との間で、通話や電子メール等のデータ交換を行うための電波の送受信に用いられる。
【００４０】
また、第２筐体１０ＣＢの内部において、ヒンジ１３側の反対側の部位には、第２アンテナ１２（アンテナ）が配置されている。この第２アンテナ１２は、例えば、ＧＰＳ無線信号の受信に用いられる受信アンテナであり、ＧＰＳ衛星から発信される電波の受信に用いられ、その周波数帯域は、例えば１．５ＧＨｚ帯である。
【００４１】
かかる構成を有する携帯電話機１０においては、第１アンテナ１１の基体が、本発明によるアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、これにより、第１アンテナ１１を小型化することができるとともに、携帯電話機１０の無線通信に用いる周波数（上記の例では２ＧＨｚ帯）において、第１アンテナ１１を広帯域（例えば数十ＭＨｚ）で使用することができる。また、第１アンテナ１１を小型化することができるので、携帯電話機１０の内部に設けられる機器、部品、配線等の配置自由度が高められ、これにより、携帯電話機１０の筐体の小型化を図ることもできる。
【００４２】
また、第２アンテナ１２の基体も、本発明によるアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、これにより、第２アンテナ１２の小型化も図ることができるとともに、ＧＰＳ無線信号の受信に用いる周波数帯域において、第２アンテナ１２を広帯域（例えば数十ＭＨｚ）で使用することができる。さらに、第２アンテナ１２は、通常、携帯電話機１０の筐体内における配置が制限される傾向にあるものの、本実施形態によれば、第２アンテナ１２を小型化することができるので、筐体内における第２アンテナ１２の配置自由度を向上させることも可能である。
【００４３】
なお、上述したとおり、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、本発明によるアンテナ用磁性材料は、アンテナ１、及び、携帯電話機１０のアンテナに制限されず、ＧＨｚ帯、殊に２〜５ＧＨｚ帯を使用する無線通信機器全般に対して適用することができる。また、本発明による無線通信機器は、携帯機器の他にも、例えば、携帯電話機用の室内外アンテナ、無線ＬＡＮ用の送受信機（親機、子機）等が挙げられ、本発明は、これらの中でも、特に小型化が要求されるものに対して極めて有用である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１〜２７及び比較例１〜５）
それぞれ表１及び表２に示すＭＡ及びＭＢを同表にｘで示す組成比で含むＭ型六方晶フェライト粉と、必要に応じて同表に示す含有割合の添加物（ＳｉＯ２、ＣａＯ、及び、Ｂｉ２Ｏ３の少なくとも１種）とを含むアンテナ用磁性材料としての各原料粉末を調製し、各実施例及び各比較例の物性及び特性評価用試料（焼結体）を作製した。なお、原料粉末は、各材料の湿式混合を鋼鉄製ボールミルで１６時間かけて行い、その混合粉を大気中、１２００℃で２時間仮焼してから、それに上記添加物を加えた後、鉄鋼製ボールミルで１６時間粉砕することにより調製した。また、原料粉末の焼成処理は、原料粉末を造粒したものを１００ＭＰａの圧力で所定の形状に成形した後、その成形体を大気中、１１００〜１３８０℃の温度（実施例１では１２００℃、実施例２では１２５０℃、実施例３では１３５０℃とし、他のものはこれらを指標として目的とする平均結晶粒子径に応じて微調整した。）で２時間行った。なお、実施例１３および実施例２５〜２７においては、実施例５の原料粉末を用い、さらに、焼失剤（平均粒径１０μｍのポリスチレン）を用いて所望の空隙率に調整した。
【００４６】
（参考例１及び２）
式ＣａＴｉＯ３をベースとした誘電粉、及び、式Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２で表されるＹ型六方晶フェライト粉を原料粉末として用いたこと以外は、上記の実施例及び比較例と同様にして、参考例１及び２の物性及び特性評価用試料（焼結体）を作製した。
【００４７】
（物性及び特性評価）
＜平均結晶粒子径＞
平均結晶粒子径は、濃塩酸でエッチング後の焼結体試料表面を、走査型電子顕微鏡にて観察し、Ｎ＝５０個の平均から求めた。
【００４８】
＜材料定数＞
調製した各原料粉末の焼結体からリング状試料（外径７ｍｍ×内径３．０４ｍｍ×厚さ１〜２ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各リング状試料の室温２５℃における複素比透磁率μｒの実数部μｒ’、虚数部μｒ’’、及び、磁気損失ｔａｎδμを、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製：ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて測定した周波数０．１〜１８ＧＨｚにおけるＳパラメーターの結果から導出した。また、調製した各原料粉末の焼結体から棒状試料（１ｍｍ×１ｍｍ×８０ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各棒状試料の室温２５℃における複素比誘電率εｒの実数部εｒ’、虚数部εｒ’’、及び、誘電損失ｔａｎδεを、同ネットワークアナライザを用いて、周波数２ＧＨｚにおいて空洞共振器摂動法により測定した。
【００４９】
さらに、各リング状試料の複素比透磁率の虚数部μｒ’’の周波数依存性から、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）（５ＧＨｚ以上の周波数帯域において虚数部μ’’の値がピークを示す周波数）、及び、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）（１ＧＨｚ以下の周波数帯域において虚数部μ’’の値がピークを示す周波数）を同定した。
【００５０】
＜アンテナ特性＞
調製した各原料粉末の焼結体から直方体ブロック状試料（１０ｍｍ×３ｍｍ×４ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各直方体ブロック状試料の表面に電極を形成して（なお、それぞれの試料によって電極パターンを適宜調整した。）、図１に示すものと略同等の構成を有する、共振周波数が１．５ＧＨｚである各チップ型アンテナを作製した。得られたチップ型アンテナをそれぞれ平面基板に実装し、電極の一端を給電電極に接続した状態で、小型３Ｄ放射指向性測定機（ＳＡＴＩＭＯ社製：ＳＴＡＲＬＡＢ）を用いて測定した放射効率から、最大放射効率と帯域幅（放射効率が５０％以上となる１．５ＧＨｚを中心とした周波数の範囲）を評価した。
【００５１】
＜空隙率＞
空隙率は、濃塩酸でエッチング後の焼結体試料表面を走査型電子顕微鏡にて観察し、空隙の占有する面積を画像解析処理にて算出した後、空隙形状を球形と見なした上で２／３を乗じで体積占有率に換算した。
【００５２】
得られた測定評価結果を表１及び表２にまとめて示す。これらの結果より、本発明による実施例の原料粉末及びアンテナは、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であること、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であること、２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部μ‘ｒが１．２以上であること、同磁気損失が０．０１以下であること、２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部ε’ｒが３０以下であること、及び、同誘電損失が０．０５以下であることの全てを満足することが判明し、比較例及び参考例のものに比して、その優位性が確認された。
また、実施例５、実施例１３及び実施例２５〜２７の比較から、空隙率が１〜４０％に調整されたものは、そうでないものに比して、最大放射効率と帯域幅が格別に高められており、アンテナ効率に殊に優れることが確認された。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したとおり、本発明のアンテナ用磁性材料によれば、特定のＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上とされていることにより、高周波数において、高効率で且つ帯域幅を十分に広く維持しつつ、アンテナやそれを備える無線通信機器の小型化を図ることができ、さらに、生産性と経済性をも向上させることが可能であるので、本発明によるアンテナ用磁性材料、並びに、それを用いたアンテナ及び無線通信機器は、例えば１ＧＨｚ以上といった高周波信号を対象とするアンテナ用途における広帯域化及び小型化に有用であり、携帯電話機、ゲーム機、ＰＤＡ、パーソナルコンピュータ、室内アンテナ、無線ＬＡＮ用の送受信機、情報通信用カード等の各種無線通信機器や携帯通信機器、及びそれらを備えるシステムや設備等に、広く且つ有効に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…アンテナ、２…基体、４…導体、６…給電端子、１０…携帯電話機（無線通信機器）、１０ＣＡ…第１筐体、１０ＣＢ…第２筐体、１１…第１アンテナ（アンテナ）、１２…第２アンテナ（アンテナ）、１３…ヒンジ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ用途に適した磁性材料、並びに、これを用いたアンテナ及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末等の無線通信機器で使用される無線信号周波数の高域化が進行している。例えば、第一世代の携帯電話機では、使用周波数が８００ＭＨｚ帯であったのに対し、２００１年からサービスが開始された第三世代の携帯電話機では、使用周波数が２ＧＨｚ帯となっており、ＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ用途を含めＧＨｚ帯域で使用できるアンテナが求められている。また、無線通信機器の多機能化に伴い、複数の無線方式に対応したマルチバンド・モード化が進展しきており、このような無線通信機器に用いられるアンテナに対しては、広い周波数帯域において使用可能であることも要求されている。さらに、近時、無線通信機器の小型化に伴って、アンテナ自体の更なる小型化も喫緊の課題となっている。このように、近年の無線通信機器に用いられるアンテナには、高周波数における広帯域化と小型化の両立が熱望されている。
【０００３】
かかる技術に関し、例えば、特許文献１には、放射電極と接地電極の形状を適宜選択することにより、小型低背化、高利得、及び広帯域特性を得ることを目的としたマイクロストリップ構造のチップ型アンテナ素子が記載されている。また、特許文献２には、Ｙ型フェライトを主相として含有する六方晶フェライト、及び、それを用いたアンテナが記載されている。さらに、特許文献３には、電磁界結合調整体として、超常磁性を有する磁性ナノ粒子を非磁性のマトリックス中に分散させたナノ複合磁性誘電材料を用いたアンテナが提案されている。またさらに、特許文献４には、Ｃｏ置換型のＷ型六方晶フェライトを主相とする磁性酸化物が樹脂に分散されてなる複合磁性材料、及び、それを用いたアンテナが記載されている。さらにまた、特許文献５には、Ｙ型、Ｚ型、又はＭ型のフェライト化合物からなる酸化物系磁性材料で構成された絶縁体層を備えるアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６２５１９１号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０６４８３９号パンフレット
【特許文献３】特開２００８−２２８２２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３８７４８号公報
【特許文献５】特開２００５−２７８０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、アンテナの小型化に関しては、電磁波の波長短縮率が伝送媒体中の位相速度の低下率に等しく、その位相速度は、理論的に、媒体の比透磁率と比誘電率の積の平方根に反比例することから、一般に、アンテナの基材やマトリックスとして透磁率及び／又は誘電率が真空中のそれらに比してより大きな材料を用いることにより、そのアンテナ中を伝播する電磁波の波長が短縮され、その小型化が図られ得る。具体的には、磁性材料内を通過する電磁波（電波）の波長λは、λ∝１／√（μ’ｒ×ε’ｒ）で表される（波長短縮効果）。ここで、因子μ’ｒは、磁性材料の複素比透磁率μｒの実数部を示し、因子ε’ｒは、磁性材料の複素比誘電率εｒの実数部を示す。なお、ここでの「波長短縮率」とは、「伝送媒体を伝播する電磁波の波長／真空中の電磁波の波長」で表される値であり、この値が小さいほど、波長短縮効果が高いことを示す。
【０００６】
これに関し、例えば、特許文献１には、比誘電率を高めることによるアンテナの小型化に関する記載がある。しかし、特許文献１記載のアンテナにおいて比誘電率が大きい基材を用いた場合、高効率が得られる周波数帯域が狭められてしまい、その結果、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたＹ型六方晶フェライトのような磁性材料を用いると、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失が過大となってしまい、この場合にも、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載されたアンテナにおいては、使用される磁性ナノ粒子の粒子径が、文字どおりナノメートルオーダーであるため、その分散媒である樹脂材料への分散性が不十分であり、また、高充填することが困難なことに起因して、十分なアンテナ性能が得られ難い。加えて、取扱性に劣り、また、製造コストの増大を招くため、このような磁性ナノ粒子が製品の量産に適しているとは言い難い。
【０００９】
一方、本出願人による特許文献４に記載された複合磁性材料は、Ｗ型フェライトが用いられていることから、高周波数における磁気損失及び誘電損失を小さくできるという利点を有する。しかし、Ｗ型フェライトは透磁率が比較的小さく、また、Ｗ型フェライトを樹脂と混合して形成した複合体を採用しているため全体としての透磁率が更に低下してしまうので、特許文献４に記載された複合磁性材料は、上述した波長短縮率を十分に小さくしてアンテナの更なる小型化を図る観点では、不十分な場合があり得る。
【００１０】
他方、特許文献５には、上述の如く、アンテナの材料として種々の組成のフェライトが開示されているものの、それらの詳細な材料物性は不明であり、一般的には、かかる材料を用いたアンテナも、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失が不都合に大きいものと考えられる。
【００１１】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高周波数において広帯域で且つ高効率で使用可能であり、さらに、製造時の取扱性と経済性に優れ、量産に適した小型アンテナを実現し得る、アンテナ用磁性材料、並びに、これを用いたアンテナ及び無線通信機器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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者らは、特定の結晶構造を有するフェライトの組成及び物性等に着目して鋭意研究を重ねた結果、上記課題に対する有効な解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明によるアンテナ用磁性材料は、下記一般式（１）；
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上のものである。
【００１４】
上記一般式（１）中、「ＭＡ」は、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＢ」は、ＭＣ又はＭＤを示し、「ＭＣ」は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＤ」は、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素との等モル量混合物を示す。Ｘは、１以上５以下の数（例えば、１、１．５、２、３・・・５等）を示す。
【００１５】
なお、上記において、「主相」とは、磁性粉末に主たる成分（粒子全体に対する比率が、５０質量％を超える成分。）として含まれるものをいう。また、「平均結晶粒子径」とは、後記の実施例において具体的に述べる方法によって測定されるメジアン径Ｄ５０％である。
【００１６】
本発明者らが、かかる構成を有するアンテナ用磁性材料を用いて作製したアンテナの特性を測定したところ、そのアンテナは、従来のものに比して、高周波数における有効な帯域幅及び効率に優れるのみならず、十分に小型化が可能なものであることが確認された。このような有利な効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。但し、作用はそれらに限定されない（以下同様）。
【００１７】
上述した組成のフェライトを含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上のアンテナ用磁性材料においては、主相であるＭ型六方晶フェライトが、主成分金属（上記ＭＡ及びＦｅ）に加えて副成分金属（上記ＭＢ）を含むので、磁気モーメントの方位転換を阻害する結晶磁気異方性エネルギの障壁が低下し、これにより、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）がより低周波数側へシフト（遷移）、すなわち、複素比透磁率の実数部μ‘ｒがより高められる。より具体的には、自然共鳴が５ＧＨｚ程度以上の周波数帯域に出現し、それ未満の周波数における自然共鳴に起因する磁気損失は十分に抑えられる。また、アンテナ用磁性材料は、特に平均結晶粒子径が５μｍ以上となるように十分に結晶成長されているので、磁壁の共鳴がより低い周波数の交流磁界で顕著となり、すなわち、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）がより低周波数側へシフト（遷移）する。より具体的には、磁壁共鳴が１ＧＨｚ程度以下の周波数帯域に出現し、それを超える周波数における磁壁共鳴に起因する磁気損失が十分に抑えられる。これらの結果、１〜５ＧＨｚ程度の広い高周波帯域に亘って、透磁率の損失係数ｔａｎδμ（複素比透磁率μｒの虚数部μ”ｒ／複素比透磁率μｒの実数部μ’ｒ）が効果的に低減され、磁気損失の増大に起因する効率の過度の低下が効果的に抑制されたものと推察される。
【００１８】
またこの際、上述の如く、比透磁率実数部がより大きくされるので、材料全体の透磁率と誘電率との積が従来に比して大きくなり、これにより、波長短縮効果が有効に高められて受信対象の電磁波の波長を短縮させることができ、その結果、アンテナの小型化が図られる。それとともに、材料段階における粉体粒子径が１μｍ程度と十分に大きいので、上記従来の磁性ナノ粒子を用いる場合に比して取扱性に優れ、アンテナ製造時のコストの増大を防止することができ、その結果、製品の量産性及び経済性を格段に向上させることが可能となる。
【００１９】
以上の点において、当該アンテナ用磁性材料は、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であると好ましい。また、当該アンテナ用磁性材料は、例えば２ＧＨｚにおける複素比透磁率の実数部（μ‘ｒ）が１．２以上であり、且つ、同磁気損失（透磁率の損失係数ｔａｎδμ）が０．０１以下であっても好ましい。さらに、当該アンテナ用磁性材料は、２ＧＨｚにおける複素比誘電率の実数部（ε’ｒ）が３０以下であり、且つ、同誘電損失（誘電率の損失係数ｔａｎδε）が０．０５以下であっても好適である。
【００２０】
さらに、本発明によるアンテナ用磁性材料は、０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種を更に含有してもよい。ここで、「質量％」は、磁性成分の合計量に対する含有割合（ＳＩ単位準拠）を示し、重量基準（重量％、ｗｔ％）のものと実質的に同等である（以下同様）。これらの化合物をそのような含有割合で副成分として含むことにより、結晶粒成長を促進、或いは均一化し易くなる利点がある。
【００２１】
また、本発明によるアンテナは、本発明のアンテナ用磁性材料を用いて有効に製造可能なものであり、その磁性材料を含む基体と、その基体の表面又は内部に設けられた導体と、この導体に接続されており、且つ、その導体に電気エネルギを供給するための給電端子とを備える。さらに、アンテナ全体としての誘電率を更に低減させる観点から、アンテナの少なくとも一部（例えば、アンテナ用磁性材料から形成された基体としての焼結体）が多孔質であると有用である。こうすれば、アンテナの基体ひいてはそのアンテナの誘電率が更に低減されて誘電損失をより一層減少させることができ、これにより、アンテナの効率を更に一層向上させることが可能となる。ここで、アンテナ効率を殊に高める観点から、前記基体は、空隙率が１〜４０％の焼結体であることが好ましい。
【００２２】
またさらに、本発明による無線通信機器は、本発明のアンテナを用いて有効に得られるものであって、上述した本発明のアンテナを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のアンテナ用磁性材料によれば、特定のＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上とされているので、高周波数において、帯域幅を十分に広く維持しつつ、受信対象の電磁波の波長を短縮させてアンテナやそれを備える無線通信機器の小型化を図ることができ、さらに、製造工程における取り扱いが平易である（ハンドリング性が高い）ので、量産にも非常に適しており、その結果、これを用いたアンテナ及び無線通信機器の特性、生産性、及び経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態のアンテナ用磁性材料を用いて形成されるアンテナの好適な一実施形態の構成を概念的に示す斜視図である。
【図２】実施形態のアンテナ用磁性材料を用いたアンテナを備える無線通信機器の好適な一実施形態の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００２６】
［アンテナ用磁性材料］
本実施形態のアンテナ用磁性材料は、主相としてＭ型六方晶フェライトを含有しており、且つ、平均結晶粒子径Ｄ５０が５μｍ以上とされている。そのＭ型六方晶フェライトは、下記式（１）；
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
で表され、式中、「ＭＡ」は、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＢ」は、ＭＣ又はＭＤを示し、「ＭＣ」は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を示し、「ＭＤ」は、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素との等モル量混合物を示し、Ｘは、１以上５以下の数である。
【００２７】
また、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、上記式（１）で表されるＭ型六方晶フェライトの単相からなることが好ましく、但し、上述した作用効果が損なわれない範囲で、そのＭ型六方晶フェライトとは異なる相を含んでいてもよい。さらに、主相としてＭ型六方晶フェライトを含む磁性成分に加えて、ＳｉＯ２、ＣａＯ、及び、Ｂｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種を更に含有してもよく、その場合、それらの含有比率は、特に限定されないが、その順にそれぞれ、０．１〜３質量％、０．５〜５質量％、及び、０．５〜８質量％が好ましい。
【００２８】
このように組成されたアンテナ用磁性材料によれば、主相として含まれるＭ型六方晶フェライトが、主成分金属（上記ＭＡ及びＦｅ）に加えて副成分金属（ＭＢ）を含むことにより、複素比透磁率の実数部がより高められ、平均結晶粒子径が５μｍ以上となるように十分に結晶成長されているので、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）をより低周波数側へシフトさせることができる。これにより、１〜５ＧＨｚ程度の広い高周波帯域に亘って、透磁率の損失係数ｔａｎδμを格段に低下させることが可能となり、その結果、磁気損失の増大に起因する効率の過度の低下を十分に抑止することができる。
【００２９】
また、複素比透磁率の実数部をより高めることができるので、材料全体の透磁率と誘電率との積を従来に比して増大させることが可能となり、これにより、波長短縮効果を向上させてアンテナの小型化をも図り得る。しかも、材料粉体の取扱性を向上させることができることから、アンテナ製造時の経済性及び量産性を格段に向上させることも可能となる。
【００３０】
なお、それらの点を考慮すると、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であると好適である。また、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、例えば２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部が１．２以上であり、且つ、磁気損失が０．０１以下であると殊に有用である。さらに、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部が３０以下であり、且つ、誘電損失が０．０５以下であると殊に有用である。
【００３１】
またさらに、本実施形態のアンテナ用磁性材料は、０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３のうちの少なくとも１種を更に含有していると、磁性材料としての結晶粒成長を促進又は制御し易くなるので、より一層有効に且つ簡便に、磁性材料の平均結晶粒子径を５μｍ以上に調整することができる。
【００３２】
［アンテナ］
次に、図１は、本発明のアンテナ用磁性材料を用いて形成されるアンテナの好適な一実施形態の構成を概念的に示す斜視図である。アンテナ１は、基体２の表面及び／又は内部に少なくとも１つの導体４が形成されたものである。この基体２は、上述した本実施形態のアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、その形状は、特に限定されず、無線通信機器に搭載する際に求められる種々の形状を採用することができ、一般的には、例えば、図１に示すような直方体ブロック状のもの等が好ましく用いられる。
【００３３】
かかる基体２が例えば焼結体（セラミック焼結体）である場合、それは通常のセラミック作製プロセスで製造することができる。その一例について説明すると、まず、焼結後の組成が所望の組成となるように各原料を秤量し、所定の時間湿式混合し、Ｍ型六方晶フェライトを構成する金属元素を含有する金属化合物からなるフェライト前駆体を調製する。当該金属化合物は、鉄（Ｆｅ）化合物と他の金属（ＭＡ、ＭＢ）化合物を含むものであり、素材料としては、例えば、鉄化合物としてＦｅ２Ｏ３といった酸化物、また他の金属化合物としてＢａＣＯ３（ＳｒＣＯ３）、ＴｉＯ２、Ｍｎ３Ｏ４等の酸化物を用いることができる。また、これらに代えて或いはこれらに加えて、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ等を含む酸化物も用いることができる。
【００３４】
なお、湿式混合処理には、例えば、鉄鋼製のメディアを用いたボールミルやビーズミル等の他、混合機、攪拌機、或いは分散機等を適宜適用することができる。
【００３５】
次に、そのフェライト前駆体を、例えば、大気中、適宜の温度且つ時間熱処理（仮焼）し、さらに、必要に応じて所定の添加物（先述した含有割合のＳｉＯ２、ＣａＯ（添加形態は（ＣａＣＯ３））、及び、Ｂｉ２Ｏ３の少なくとも１種）を所定量添加した後、適宜の時間粉砕処理を行い、Ｍ型六方晶フェライトの粉末（粉体）を得る。一方、この粉末に対して、必要に応じて、後の焼成処理において消失する焼失剤や、分散材、潤滑剤、成形助剤等の当業界において公知の添加剤を添加してもよい。焼失剤を用いた場合には、焼結体である基体２の内部に微細な空隙を形成せしめて基体２を多孔質化することができるので、基体２ひいてはアンテナ１全体の誘電率を低下させて誘電損失を減少させることができ、アンテナ１の効率を一層向上させることが可能となる。すなわち、空隙率が高いほど、誘電率・透磁率が下がる傾向にあり、誘電率が下がることによる上述した作用効果の増強効果が高められる傾向にある。かかる観点で、焼結体である基体２は適度に空隙を有することが好ましく、より具体的には。焼結体である基体２の空隙率が、１〜４０％程度が好ましく、５〜３５％であることがより好ましい。
【００３６】
そして、調製された原料粉末を適宜の方法で造粒し、それを所定の圧力で所望の形状に成形した後、その成形体を、例えば、大気中、適宜の温度且つ適宜の時間熱処理（焼成）し、焼結体である基体２を得る。この焼結体の平均結晶粒子径は、焼成条件を適宜制御することにより、１μｍ以下の微細な結晶粒子径から５μｍ以上に成長するように形成することができる。この場合、焼結体の平均結晶粒子径は、焼成の処理温度及び処理時間によって増減させることができる。例えば、処理温度を高くする程、また、処理時間が長くなる程、焼結体の平均結晶粒子径が大きくなる傾向にある。また、上述した副成分の添加によって、結晶粒子の成長を促進、均一化しやすくなる傾向がある。
【００３７】
なお、フェライト前駆体の粉砕処理にも、例えば、上述した各種装置、すなわち、鉄鋼製ボールミル等のメディアを用いたボールミルやビーズミル等の他、混合機、攪拌機、或いは分散機等を適宜用いることができる。
【００３８】
また、基体２の一面に形成された導体４は、例えば、銅や銅合金を、印刷、蒸着、貼合、又はメッキ等の適宜の方法によって形成することができ、図１においては、その導体４に、基体２の他面に設けられた給電端子６が電気的に接続されている。この導体４の形状も、特に制限されず、図１に記載されているような平面シート状又は平面フィルム状のほか、例えば、ミアンダ状、ヘリカル状等の様々な形状とすることができる。また、給電端子６は、導体４と外部の給電線とを電気的に接続するための端子であり、所定の給電線から供給された電圧が、その給電端子６を経由して導体４に印加される。
【００３９】
［無線通信機器］
図２は、本発明のアンテナ用磁性材料を用いたアンテナを備える無線通信機器の好適な一実施形態の概略構成を示す平面図（正面図）である。無線通信機器である携帯電話機１０は、第１筐体１０ＣＡと第２筐体１０ＣＢとがヒンジ１３で連結された折り畳み式の携帯端末の一種であり、その使用周波数帯域が、例えば２ＧＨｚ帯のものである。第２筐体１０ＣＢの内部において、ヒンジ１３側の反対側に位置する端部には、第１アンテナ１１（アンテナ）が配置されている。この第１アンテナ１１は、携帯電話機１０の無線通信に供される送受信アンテナであり、携帯電話機１０と基地局との間で、通話や電子メール等のデータ交換を行うための電波の送受信に用いられる。
【００４０】
また、第２筐体１０ＣＢの内部において、ヒンジ１３側の反対側の部位には、第２アンテナ１２（アンテナ）が配置されている。この第２アンテナ１２は、例えば、ＧＰＳ無線信号の受信に用いられる受信アンテナであり、ＧＰＳ衛星から発信される電波の受信に用いられ、その周波数帯域は、例えば１．５ＧＨｚ帯である。
【００４１】
かかる構成を有する携帯電話機１０においては、第１アンテナ１１の基体が、本発明によるアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、これにより、第１アンテナ１１を小型化することができるとともに、携帯電話機１０の無線通信に用いる周波数（上記の例では２ＧＨｚ帯）において、第１アンテナ１１を広帯域（例えば数十ＭＨｚ）で使用することができる。また、第１アンテナ１１を小型化することができるので、携帯電話機１０の内部に設けられる機器、部品、配線等の配置自由度が高められ、これにより、携帯電話機１０の筐体の小型化を図ることもできる。
【００４２】
また、第２アンテナ１２の基体も、本発明によるアンテナ用磁性材料を用いて形成されており、これにより、第２アンテナ１２の小型化も図ることができるとともに、ＧＰＳ無線信号の受信に用いる周波数帯域において、第２アンテナ１２を広帯域（例えば数十ＭＨｚ）で使用することができる。さらに、第２アンテナ１２は、通常、携帯電話機１０の筐体内における配置が制限される傾向にあるものの、本実施形態によれば、第２アンテナ１２を小型化することができるので、筐体内における第２アンテナ１２の配置自由度を向上させることも可能である。
【００４３】
なお、上述したとおり、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、本発明によるアンテナ用磁性材料は、アンテナ１、及び、携帯電話機１０のアンテナに制限されず、ＧＨｚ帯、殊に２〜５ＧＨｚ帯を使用する無線通信機器全般に対して適用することができる。また、本発明による無線通信機器は、携帯機器の他にも、例えば、携帯電話機用の室内外アンテナ、無線ＬＡＮ用の送受信機（親機、子機）等が挙げられ、本発明は、これらの中でも、特に小型化が要求されるものに対して極めて有用である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１〜２７及び比較例１〜５）
それぞれ表１及び表２に示すＭＡ及びＭＢを同表にｘで示す組成比で含むＭ型六方晶フェライト粉と、必要に応じて同表に示す含有割合の添加物（ＳｉＯ２、ＣａＯ、及び、Ｂｉ２Ｏ３の少なくとも１種）とを含むアンテナ用磁性材料としての各原料粉末を調製し、各実施例及び各比較例の物性及び特性評価用試料（焼結体）を作製した。なお、原料粉末は、各材料の湿式混合を鋼鉄製ボールミルで１６時間かけて行い、その混合粉を大気中、１２００℃で２時間仮焼してから、それに上記添加物を加えた後、鉄鋼製ボールミルで１６時間粉砕することにより調製した。また、原料粉末の焼成処理は、原料粉末を造粒したものを１００ＭＰａの圧力で所定の形状に成形した後、その成形体を大気中、１１００〜１３８０℃の温度（実施例１では１２００℃、実施例２では１２５０℃、実施例３では１３５０℃とし、他のものはこれらを指標として目的とする平均結晶粒子径に応じて微調整した。）で２時間行った。なお、実施例１３および実施例２５〜２７においては、実施例５の原料粉末を用い、さらに、焼失剤（平均粒径１０μｍのポリスチレン）を用いて所望の空隙率に調整した。
【００４６】
（参考例１及び２）
式ＣａＴｉＯ３をベースとした誘電粉、及び、式Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２で表されるＹ型六方晶フェライト粉を原料粉末として用いたこと以外は、上記の実施例及び比較例と同様にして、参考例１及び２の物性及び特性評価用試料（焼結体）を作製した。
【００４７】
（物性及び特性評価）
＜平均結晶粒子径＞
平均結晶粒子径は、濃塩酸でエッチング後の焼結体試料表面を、走査型電子顕微鏡にて観察し、Ｎ＝５０個の平均から求めた。
【００４８】
＜材料定数＞
調製した各原料粉末の焼結体からリング状試料（外径７ｍｍ×内径３．０４ｍｍ×厚さ１〜２ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各リング状試料の室温２５℃における複素比透磁率μｒの実数部μｒ’、虚数部μｒ’’、及び、磁気損失ｔａｎδμを、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製：ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて測定した周波数０．１〜１８ＧＨｚにおけるＳパラメーターの結果から導出した。また、調製した各原料粉末の焼結体から棒状試料（１ｍｍ×１ｍｍ×８０ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各棒状試料の室温２５℃における複素比誘電率εｒの実数部εｒ’、虚数部εｒ’’、及び、誘電損失ｔａｎδεを、同ネットワークアナライザを用いて、周波数２ＧＨｚにおいて空洞共振器摂動法により測定した。
【００４９】
さらに、各リング状試料の複素比透磁率の虚数部μｒ’’の周波数依存性から、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）（５ＧＨｚ以上の周波数帯域において虚数部μ’’の値がピークを示す周波数）、及び、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）（１ＧＨｚ以下の周波数帯域において虚数部μ’’の値がピークを示す周波数）を同定した。
【００５０】
＜アンテナ特性＞
調製した各原料粉末の焼結体から直方体ブロック状試料（１０ｍｍ×３ｍｍ×４ｍｍ）を各々成形加工し、得られた各直方体ブロック状試料の表面に電極を形成して（なお、それぞれの試料によって電極パターンを適宜調整した。）、図１に示すものと略同等の構成を有する、共振周波数が１．５ＧＨｚである各チップ型アンテナを作製した。得られたチップ型アンテナをそれぞれ平面基板に実装し、電極の一端を給電電極に接続した状態で、小型３Ｄ放射指向性測定機（ＳＡＴＩＭＯ社製：ＳＴＡＲＬＡＢ）を用いて測定した放射効率から、最大放射効率と帯域幅（放射効率が５０％以上となる１．５ＧＨｚを中心とした周波数の範囲）を評価した。
【００５１】
＜空隙率＞
空隙率は、濃塩酸でエッチング後の焼結体試料表面を走査型電子顕微鏡にて観察し、空隙の占有する面積を画像解析処理にて算出した後、空隙形状を球形と見なした上で２／３を乗じで体積占有率に換算した。
【００５２】
得られた測定評価結果を表１及び表２にまとめて示す。これらの結果より、本発明による実施例の原料粉末及びアンテナは、自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であること、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下であること、２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部μ‘ｒが１．２以上であること、同磁気損失が０．０１以下であること、２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部ε’ｒが３０以下であること、及び、同誘電損失が０．０５以下であることの全てを満足することが判明し、比較例及び参考例のものに比して、その優位性が確認された。
また、実施例５、実施例１３及び実施例２５〜２７の比較から、空隙率が１〜４０％に調整されたものは、そうでないものに比して、最大放射効率と帯域幅が格別に高められており、アンテナ効率に殊に優れることが確認された。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したとおり、本発明のアンテナ用磁性材料によれば、特定のＭ型六方晶フェライトを主相として含み、且つ、平均結晶粒子径が５μｍ以上とされていることにより、高周波数において、高効率で且つ帯域幅を十分に広く維持しつつ、アンテナやそれを備える無線通信機器の小型化を図ることができ、さらに、生産性と経済性をも向上させることが可能であるので、本発明によるアンテナ用磁性材料、並びに、それを用いたアンテナ及び無線通信機器は、例えば１ＧＨｚ以上といった高周波信号を対象とするアンテナ用途における広帯域化及び小型化に有用であり、携帯電話機、ゲーム機、ＰＤＡ、パーソナルコンピュータ、室内アンテナ、無線ＬＡＮ用の送受信機、情報通信用カード等の各種無線通信機器や携帯通信機器、及びそれらを備えるシステムや設備等に、広く且つ有効に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…アンテナ、２…基体、４…導体、６…給電端子、１０…携帯電話機（無線通信機器）、１０ＣＡ…第１筐体、１０ＣＢ…第２筐体、１１…第１アンテナ（アンテナ）、１２…第２アンテナ（アンテナ）、１３…ヒンジ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
（式中、ＭＡは、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＢは、ＭＣ又はＭＤであり、ＭＣは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＤは、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種との等量混合物であり、Ｘは、１以上５以下の数である。）
平均結晶粒子径が５μｍ以上である、
アンテナ用磁性材料。
【請求項２】
０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有する、
請求項１記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項３】
自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下である、
請求項１又は２に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項４】
２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部が１．２以上であり、且つ、２ＧＨｚにおける磁気損失が０．０１以下である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項５】
２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部が３０以下であり、且つ、２ＧＨｚにおける誘電損失が０．０５以下である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料を含む基体と、
前記基体の表面又は内部に設けられた導体と、
前記導体に接続されており、且つ、該導体に電気エネルギを供給する給電端子と、
を備えるアンテナ。
【請求項７】
前記基体は、空隙率が１〜４０％の焼結体である、
請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のアンテナを備える、
無線通信機器。
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として含み、
ＭＡ・Ｆｅ１２−ｘ・ＭＢｘ・Ｏ１９ ・・・（１）
（式中、ＭＡは、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＢは、ＭＣ又はＭＤであり、ＭＣは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＭＤは、Ｔｉ、Ｓｎ及びＺｒからなる群より選択される少なくとも１種と、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種との等量混合物であり、Ｘは、１以上５以下の数である。）
平均結晶粒子径が５μｍ以上である、
アンテナ用磁性材料。
【請求項２】
０．１〜３質量％のＳｉＯ２、０．５〜５質量％のＣａＯ、及び、０．５〜８質量％のＢｉ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有する、
請求項１記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項３】
自然共鳴周波数ｆ０（ｎ）が５ＧＨｚ以上であり、且つ、磁壁共鳴周波数ｆ０（ｄ・ｗ）が０．８ＧＨｚ以下である、
請求項１又は２に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項４】
２ＧＨｚにおける複素比透磁率実数部が１．２以上であり、且つ、２ＧＨｚにおける磁気損失が０．０１以下である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項５】
２ＧＨｚにおける複素比誘電率実数部が３０以下であり、且つ、２ＧＨｚにおける誘電損失が０．０５以下である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ用磁性材料を含む基体と、
前記基体の表面又は内部に設けられた導体と、
前記導体に接続されており、且つ、該導体に電気エネルギを供給する給電端子と、
を備えるアンテナ。
【請求項７】
前記基体は、空隙率が１〜４０％の焼結体である、
請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のアンテナを備える、
無線通信機器。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１９０９２０（Ｐ２０１２−１９０９２０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１８２９（Ｐ２０１１−５１８２９）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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