磁性粒子、高周波用磁性材料及び高周波デバイス
【課題】高周波での磁気損失及び誘電損失を低減することである。
【解決手段】磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、金属磁性体５１の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜５２と、を備える。磁性粒子５０は、疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されている。
【解決手段】磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、金属磁性体５１の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜５２と、を備える。磁性粒子５０は、疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子、高周波用磁性材料及び高周波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁性材料は、各種磁気応用製品に用いられている。このような磁性材料のうち、弱い磁界で大きな磁化の変化をする材料をソフト磁性材料という。
【０００３】
ソフト磁性材料は、材料の種別から金属系材料、アモルファス材料、酸化物材料に分類される。ソフト磁性材料のうち、周波数がＭＨｚ以上の高周波では、抵抗率が高く、うず電流損失を抑制できる酸化物材料（フェライト材料）が用いられている。例えば、高周波で用いられるフェライト材料として、Ｎｉ−Ｚｎフェライト材料などが知られている。
【０００４】
このようなフェライト材料を含むソフト磁性材料では、１ＧＨｚ程の高周波において、磁気共鳴に伴う複素透磁率実部Ｒｅ（μ）の減衰と複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）の増加が生じる。このうち、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）は、磁気エネルギーの損失をもたらす項であり、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）が高い値であることは、磁心あるいはアンテナといった応用の上では実用上好ましくない。
【０００５】
一方、複素透磁率実部Ｒｅ（μ）は、磁束を集める効果あるいは電磁波に対する波長短縮効果の大きさを示す値であるため、高い値であることが実用上好ましい。
【０００６】
また、磁性材料のエネルギー損失（磁気損失）を表す指標として、次式（１）で表されるタンジェントデルタ（ｔａｎδ）が用いられる場合もある。
ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ） …（１）
タンジェントデルタが大きい値であると、磁性材料中で磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、必要なエネルギーの伝達効率が悪化する。このため、タンジェントデルタは低い値であることが好ましい。以下、磁気損失をタンジェントデルタ（ｔａｎδ）として説明する。交流磁界Ｈを印加したときの単位体積あたりのエネルギー損失は、Ｐ＝１／２・ωμ０Ｒｅ（μ）ｔａｎδ・Ｈ２と表される（ω：角周波数）。
【０００７】
ソフト磁性材料には、高周波帯（ＧＨｚ帯）においてもｔａｎδの低い薄膜材料が存在する。例えば、Ｆｅ基高電気抵抗軟磁性膜やＣｏ系高電気抵抗膜といった薄膜材料が存在する。しかし、薄膜材料はその体積が小さいがゆえに、適用範囲が制限されてしまう。加えて、薄膜作成のプロセスが複雑であり高価な設備を使用しなければならないという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するために、樹脂中に磁性材料を分散させた複合磁性材料に対して、樹脂成型技術を適用した例がある。例えば、ナノ結晶軟磁性体材料を粉末として得たものを樹脂と複合することによって、広帯域における電波吸収特性に優れている電磁波吸収体を提供する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、樹脂等の非磁性材料中にフィラーとして分散させることにより、該非磁性材料に磁性を付与する平板状軟磁性金属粒子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３５４９７３号公報
【特許文献２】特開２００８−０６９３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来から良好な磁性材料が具備すべき特性として、高周波（ＭＨｚ−ＧＨｚ帯）における、磁気損失（ｔａｎδ）とともに、誘電体のエネルギー損失（誘電損失）を低減する要請があった。
【００１２】
本発明の課題は、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の磁性粒子は、
金属磁性体と、
前記金属磁性体の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜と、を備える磁性粒子であって、
疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁性粒子において、
疎水化度が５０％以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の磁性粒子において、
前記金属磁性体は、複数の金属元素が含有され、
前記複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性粒子において、
粒径が４０（ｎｍ）以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁性粒子において、
前記被覆膜は、膜厚が１〜１０（ｎｍ）であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明の高周波用磁性材料は、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁性粒子と、
熱可塑性樹脂と、が複合化されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の高周波用磁性材料において、
前記磁性粒子の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明の高周波デバイスは、
請求項６又は７に記載の高周波用磁性材料を有するアンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも一つからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態の磁性粒子の模式構造を示す図である。
【図２】磁性粒子のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope；透過型電子顕微鏡）像を示す図である。
【図３】（ａ）は、ＦＥＳＥＭ（Field Emission-Scanning Electron Microscope；電界放射型走査電子顕微鏡）−ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectrometry；エネルギー分散Ｘ線分光法 ）による磁性粒子の粒子像を示す図である。（ｂ）は、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる（ａ）の磁性粒子の粒子像における酸素の元素分布を示す図である。
【図４】（ａ）は、高周波用磁性材料を適用した第１のアンテナを示す図である。（ｂ）は、高周波用磁性材料を適用した第２のアンテナを示す図である。（ｃ）は、高周波用磁性材料を適用した第３のアンテナを示す図である。（ｄ）は、高周波用磁性材料を適用した第４のアンテナを示す図である。
【図５】高周波用磁性材料を適用した第５のアンテナを示す図である。
【図６】高周波用磁性材料を適用したインダクタを示す図である。
【図７】高周波用磁性材料を適用した回路基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００２４】
図１〜図７を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１〜図３を参照して、本実施の形態の磁性粒子５０の性状について説明する。図１に、本実施の形態の磁性粒子５０の模式構造を示す。図２に、磁性粒子５０のＴＥＭ像を示す。図３（ａ）に、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる磁性粒子５０の粒子像を示す。図３（ｂ）に、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる図３（ａ）の磁性粒子５０の粒子像における酸素の元素分布を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、被覆膜５２と、からなる。図１では、金属磁性体５１が球形状であり、被覆膜５２が金属磁性体５１の周囲を一定の厚さで被覆し、磁性粒子５０が球形状である模式構造としている。実際には、図２に示すように、磁性粒子５０及び金属磁性体５１は、完全な球形状ではない。図２において、色が濃い部分が金属磁性体５１であり、その周囲を覆う色が薄い膜部分が被覆膜５２である。なお、図２のスケールは、８ｎｍである。
【００２６】
金属磁性体５１は、少なくとも鉄（Ｆｅ）を含み、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）等、他の金属を含む複数の金属からなる。但し、金属磁性体５１は、複数の金属のうち、Ｆｅが最大の重量比率である。
【００２７】
被覆膜５２は、酸化物としてのマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）とする。Ｆｅ３Ｏ４は、金属磁性体よりも高い比抵抗を有し、うず電流損失や誘電損失を低減する効果がある。また、化学的安定性が優れている為に、製造工程における金属磁性体の酸化防止や長期信頼性を向上させる効果がある。
【００２８】
金属磁性体５１は、液相法により製造される。液相法とは、（金属磁性体５１の）原料を溶液に溶かし、溶液段階で反応させ、化合物（金属磁性体５１）を作る方法である。または、同様に溶液中で金属磁性体の構成元素を含む前駆体を一旦合成し、還元雰囲気中での熱処理によって金属磁性体に転化することとしてもよい。被覆膜５２は、金属磁性体５１に酸化処理を施すことにより形成される。この酸化処理とは、例えば、金属磁性体５１に酸素ガスを送り、自動的に反応させる自然酸化処理である。
【００２９】
ここで、磁性粒子５０の形状に関する各値について説明する。より具体的には、磁性粒子５０の比表面積Ｓ（ｎｍ）と、磁性粒子５０の粒径（直径）ｄ（ｎｍ）と、被覆膜５２の膜厚ｔ（ｎｍ）と、を求める。
【００３０】
磁性粒子５０の微細構造モデルとして、図２に示すＴＥＭ像の観察結果に基づき、金属磁性体５１がＦｅであり、被覆膜５２がＦｅ３Ｏ４であるものとする。Ｆｅの密度ρ＝７．８７（ｇ／ｃｍ３）である。Ｆｅ３Ｏ４の密度ρ＝５．２４（ｇ／ｃｍ３）である。
【００３１】
磁性粒子５０の外観は、黒色を呈している。このため、被覆膜５２がＦｅ３Ｏ４であると考えることは妥当であり、その他の非磁性金属元素の含有量は僅かであり考慮しないものとする。
【００３２】
ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸにより、図３（ａ）に示す磁性粒子５０の粒子像において、図３（ｂ）に示す酸素元素の分布が得られた。図３（ａ）において色が濃い部分が磁性粒子５０である。図３（ｂ）において色が薄くなるほど（白くなるほど）酸素の量が多い。図３（ｂ）によれば、磁性粒子５０の表面近傍に酸素が多く分布しており、金属磁性体５１の表面に被覆膜５２が被覆されていることが確認された。なお、図３（ａ），（ｂ）のスケールは、５０ｎｍである。
【００３３】
図１の球形状の磁性粒子５０において、比表面積Ｓと粒径ｄとは、次式（２）を満たす。
【数１】
但し、式（２）の密度ρは、磁性粒子５０の密度である。
【００３４】
このため、式（２）に代入する密度ρは、次式（３）に示すＦｅとＦｅ３Ｏ４との比率で決まる平均密度ρ’とする必要がある。
【数２】
ここで、ａ：ＦｅとＦｅ３Ｏ４との質量比、ρFe：Ｆｅの密度、ρFe3O4：Ｆｅ３Ｏ４の密度、である。
【００３５】
ＦｅとＯとの質量比ｘは、次式（４）を用いて算出できる。
【数３】
ここで、ＭFe：Ｆｅの原子量、ＭO：酸素（Ｏ）の原子量、である。
【００３６】
式（４）をａについて解き、次式（５）で示されるＦｅとＦｅ３Ｏ４との質量比ａが求められる。
【数４】
粒径ｄは、式（２）に式（３）及び式（５）を代入することにより求められる。ここで、比表面積ＳはＢＥＴ法による測定値を使用し、ＦｅとＯとの質量比ｘは、ＳＥＭ−ＥＤＸによる測定値を使用する。
【００３７】
図１を参照して、次式（６）の関係が成り立つ。
ｄ＝２（ｒ＋ｔ）…（６）
【００３８】
また、金属磁性体５１と被覆膜５２の体積比は次式（７）の関係となる。
【数５】
式（６）および式（７）を用いて、被覆膜５２の膜厚ｔを求める事が出来る。
なお、粒径ｄと膜厚ｔとは、図２に示すような磁性粒子５０のＴＥＭ像から直接に測長して得ることとしてもよい。
【００３９】
上記の性状の磁性粒子５０には、疎水化処理が施される。ここで、磁性粒子５０に施される疎水化処理について説明する。疎水化処理とは、疎水化処理剤（表面剤）としてのカップリング剤を用いて微粒子（磁性粒子５０）に表面処理を施し、カップリング剤を微粒子に付着させて、微粒子の疎水性を高める処理である。
【００４０】
疎水化処理は、スプレー法等の乾式法と、浸漬法、スラリー法等の湿式法と、がある。スプレー法とは、カップリング剤を水、アルコールやその他溶剤で希釈した溶液を、かきまぜを行っている微粒子の粉体中に対してスプレーする方法である。浸漬法とは、カップリング剤に微粒子を浸漬させ、乾燥させる方法である。スラリー法とは、カップリング剤に微粒子を入れてスラリー状にし、乾燥させる方法である。
【００４１】
疎水化処理のカップリング剤は、チタン（Ｔｉ）系、シラン系又はジルコニウム系のカップリング剤とする。チタン系のカップリング剤は、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジ−トリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチル・アミノエチル）チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、ジイソステアロイルエチレンチタネート等のＴｉを有するカップリング剤である。
【００４２】
シラン系のカップリング剤は、基本的にＲ−Ｓｉ−（ＯＸ）３の化学構造を有するカップリング剤である。ここで、Ｒは被処理物質（微粒子）の相手と強い親和性を有する化学的なグループである。（ＯＸ）は、メトキシ基−ＯＣＨ３、エトキシ基−ＯＣ２Ｈ５等である。
【００４３】
ジルコニウム系のカップリング剤は、Zirconium IV 2,2(bis-2-propenolatomethyl)butanolato,trisneodecanolato-O、Zirconium IV,2,2-bis(2-propenyloxymethyl) butanolato,tris(dodecylbenzenesulfonato-O)-、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenplatomethyl) butanolato,tris(dioctyl)phosphato-O、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenplatomethyl) butanolato,tris 2-mehtyl-2-propenoato-O、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenolatomethyl) butanolato,bis(para amino benzoato-O)、neopenthyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyrophosphato zirconate[Zirconium IV,2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato,tris(diisoctyl)pyrophosphato-O] 、Neopenthyl(diallyl)oxy,triacryl zirconate[Zirconium IV,2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato,tris 2-propenoateo-O] 、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenolatomethyl)butanolato,tris(2-ethylenediamino)ethylato等の４価のジルコニウム（Ｚｒ）が中心の金属であるカップリング剤である。
【００４４】
疎水化処理に関し、磁性粒子５０の粉体の疎水性の評価を直裁的に表す値として疎水化度（ｍ値）を測定する。疎水化度（ｍ値）は、粉体濡れ性試験機を使用し、出発溶媒を純水とし、この溶媒に磁性粒子５０を投入した溶液を攪拌しつつ、メタノールを３（ｍｌ／ｍｉｎ）で加え、溶液の透過光強度が初期の９０％に低下した時点のメタノール濃度を疎水化度（％）として定義した。この方法では、測定時間が数秒であるため、重力下でも液と磁性粒子５０との親和性が小さいときには磁性粒子５０は沈降せず、液の極性により疎水性を評価できる。
【００４５】
上記の疎水化処理を施した磁性粒子５０を用いて、高周波用磁性材料（高周波用磁性部材）を作製する。この高周波とは、ＵＨＦ−ＧＨｚ帯の周波数帯であり、２００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲を対象とし、特に７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲に対して最適である。
【００４６】
高周波用磁性材料は、磁性粒子５０と、熱可塑性樹脂とを、二軸押出機により熱混練することで複合化して作製される複合材料である。この熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いる。
【００４７】
次に、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料における適切な構成と、磁気特性を説明する。
【００４８】
先ず、次表１に示すように、疎水化処理を施した磁性粒子５０の元素の組成（ｗｔ％）、比表面積Ｓ（ｃｍ２／ｇ）、粒径ｄ（ｎｍ）と、被覆膜５２の膜厚ｔ（ｎｍ）と、熱可塑性樹脂の種類と、高周波用磁性材料中の磁性粒子５０の充填率（ｖｏｌ％）と、を変化させた磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、二軸押出機により熱可塑性樹脂と熱混練してシート状に成形し、幅２７×厚さ１ｍｍの複数のシート状試料を作製した。
【表１】
【００４９】
そして、複数のシート状試料を４×４×０．７ｍｍｔの板状に機械的に加工して、本実施の形態の高周波用磁性材料の試料例１〜６と、比較例１と、を作製した。そして、磁気特性としての磁気損失（ｔａｎδ）の評価として、超高周波帯域透磁率測定装置を用いて、７００ＭＨｚにおける試料例１〜６及び比較例１のｔａｎδを測定した。また、表１の比表面積Ｓ、粒径ｄ、膜厚ｔは、式（２）〜（７）を用いて算出した。
【００５０】
表１によると、粒径ｄは、４５ｎｍ以下において小さいｔａｎδが得られる。粒径ｄは、望ましくは１０〜３６ｎｍである。膜厚ｔは、１〜１０ｎｍであれば、混練工程における酸化や発火が生じず、小さいｔａｎδと良好な再現性とが得られる。膜厚ｔは、望ましくは３〜６ｎｍである。
【００５１】
磁気損失の観点から粒径ｄは、小さい方がうず電流損失の発生が抑制される為に好ましい。一方で粒径ｄが小さすぎる場合には、単磁区化や超常磁性などの特異な磁化状態を取り好ましくないとされ、我々が行ったマイクロマグネティックシミュレーションでは、孤立して存在するＦｅの場合には粒径ｄが２０ｎｍでは単磁区構造を取る事が確認されている。しかしながら、試料例１〜６では、磁性粒子５０間の相互作用や表面異方性などの効果によって、粒径ｄが小さくなっても顕著な特性劣化は無い。試料例５では、金属磁性体５１の粒径は８．６ｎｍ（粒径ｄ−膜厚ｔ×２＝１８−４．７×２=８．６ｎｍ)であるが、良好な磁気特性が得られている。
【００５２】
また、高周波用磁性材料としての磁気特性は、製品設計（磁気応用製品の設計）に応じた値が適宜選択され、適当な充填率を選定する事で実現される。高周波用磁性材料の透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））は高いほうが、高周波用磁性材料をアンテナに用いる場合に、波長短縮効果を通じた小型化が可能であり、高周波用磁性材料をインダクタに用いる場合に、インダクタンス値（Ｌ）を大きくできる事から好ましい。一方で、充填率を選ぶ際に、充填率を過剰に高くすることは、混練性及び成形性を悪化させ、また磁気損失（ｔａｎδ）によるエネルギー損失が増加しむしろ製品特性を悪化させる。すなわち、充填率を過剰に高くすることは好ましくない。このため、充填率は、１〜６０ｖｏｌ％が好ましい。特に好ましくは１０〜４０ｖｏｌ％である。
【００５３】
次に、疎水化処理を施した磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料における疎水化処理の効果を説明する。先ず、疎水化処理前の表１の試料例２の構成の磁性粒子５０に対応し、次表２に示す疎水化の条件で疎水化処理を施した。
【表２】
【００５４】
疎水化処理は、疎水化処理剤としてチタン系カップリング剤を用い、トルエンを溶媒とした湿式法（スラリー法）で行った。この疎水化処理剤の濃度が異なる疎水化処理を施した磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、二軸押出機により熱可塑性樹脂としてのＰＰと熱混練してシート状に成形することにより、幅２７×厚さ１ｍｍの複数のシート状試料を作製した。このとき、高周波用磁性材料に対する磁性粒子５０の充填率を２０〜３１．６（ｖｏｌ％）とした。そして、複数のシート状試料を３×７０×０．５ｍｍｔの短冊形状に機械的に加工して、本実施の形態の高周波用磁性材料の試料例７〜９と、比較例２と、を作製した。比較例２の磁性粒子５０には、疎水化処理が施されていない。
【００５５】
また、上記疎水化処理における疎水化度（ｍ値）の評価は、上記疎水化度（％）の測定方法により行った。
【００５６】
そして、試料例７〜９及び比較例２の誘電損失（ｔａｎδ）について、空洞共振器を用いて測定周波数１ＧＨｚにおいて評価を行った。複素誘電率をε＝Ｒｅ（ε）−j・Ｉｍ（ε）とすると、誘電損失（ｔａｎδ）は、Ｉｍ（ε）／Ｒｅ（ε）で定義される。誘電損失（ｔａｎδ）は、誘電体材料によるエネルギー損失の発生に関係する値であり、交流電界Ｅを印加したときの単位体積あたりのエネルギー損失は、Ｐ＝１／２・ωε０Ｒｅ（ε）ｔａｎδ・Ｅ２と表される（ω：角周波数）。
また、試料例７〜９及び比較例２のせん断粘度について、キャピログラフを用いて、せん断速度を１２１６（１／ｓ）として測定を行った。
【００５７】
表２によると、磁性粒子５０に疎水化処理を施した試料例７〜９は、比較例２に対して誘電損失が低下している。その理由は、疎水化処理によって磁性粒子５０と熱可塑性樹脂との濡れ性が向上し、混練時のせん断発熱が抑制され、熱可塑性樹脂の熱劣化が抑制されたためである。本効果を得るには、磁性粒子５０の疎水化度が５０％以上である必要がある。
【００５８】
次に、図４〜図７を参照して、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料（高周波用磁性部材）を高周波デバイス（アンテナ、インダクタ、回路基板）に適用した一例を説明する。図４（ａ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ１を示す。図４（ｂ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ２を示す。図４（ｃ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ３を示す。図４（ｄ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ４を示す。図５に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ５を示す。図６に、高周波用磁性材料を適用したインダクタ１１１を示す。図７に、高周波用磁性材料を適用した回路基板１２１を示す。
【００５９】
図４及び図５を参照して、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を説明する。図４（ａ）に示すアンテナＡＮＴ１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ａと、グランド板２Ａと、電極３Ａと、を備える。アンテナＡＮＴ１は、グランド板２Ａの上に高周波用磁性材料１Ａが形成され、高周波用磁性材料１Ａの上に電極３Ａが形成される構成となる。
【００６０】
図４（ｂ）に示すアンテナＡＮＴ２は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｂと、電極３Ｂと、給電点４と、を備える。給電点４は、アンテナ電流の給電ポイントを示す（図４（ｃ）、図４（ｄ）及び図５に示す給電点４も同様）。アンテナＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂの上に電極３Ｂが形成される構成となる。このとき、高周波用磁性材料１Ｂに電極３Ｂが組み込まれる構成としてもよい。
【００６１】
図４（ｃ）に示すアンテナＡＮＴ３は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｃと、電極３Ｃと、給電点４と、を備える。アンテナＡＮＴ３は、電極３Ｃが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００６２】
図４（ｄ）に示すアンテナＡＮＴ４は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｄと、グランド板２Ｄと、電極３Ｄと、給電点４と、を備える。アンテナＡＮＴ４は、グランド板２Ｄの上に高周波用磁性材料１Ｄが形成され、高周波用磁性材料１Ｄに電極３Ｄが組み込まれる構成となる。また、電極３Ｄが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００６３】
図５に示すアンテナＡＮＴ５は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｅと、グランド板２Ｅと、電極３Ｅと、を備える。アンテナＡＮＴ５は、グランド板２Ｅの少なくとも一面と同じ高さに高周波用磁性材料１Ｅの一面が形成され、高周波用磁性材料１Ｅの上に電極３Ｅが形成される構成となる。
【００６４】
図６に示すように、インダクタ１１１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｆと、端子１１と、巻線１２と、を備える。この構成により、高周波用磁性材料１Ｆは、インダクタ１１１に適用される。
【００６５】
図７に示すように、回路基板１２１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｇと、ランド２１と、ビアホール２２と、内部電極２３と、実装部品２４，２５と、を備える。図７は全層に高周波用磁性材料１Ｇが用いられているが、この内の少なくとも１層に高周波用磁性材料１Ｇを用いるとしても良い。この構成により、高周波用磁性材料１Ｇは回路基板１２１に適用される。
【００６６】
以上、本実施の形態によれば、磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、金属磁性体５１の周囲を覆う酸化物の被覆膜５２と、を備え、疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されている。また、高周波用磁性材料は、疎水化処理が施された磁性粒子５０と、熱可塑性樹脂と、が複合化されている。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。
【００６７】
また、磁性粒子５０の疎水化度が５０％以上である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、高周波での誘電損失をより低減できる。
【００６８】
また、金属磁性体５１は、複数の金属元素が含有され、当該複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））を高くすることができる。
【００６９】
また、磁性粒子５０の粒径が４５（ｎｍ）以下である。また、被覆膜５２の膜厚ｔが１〜１０（ｎｍ）である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、混練工程における酸化や発火を防ぐことができ、磁気損失の低減と良好な再現性とを得ることができる。膜厚ｔは、望ましくは３〜６（ｎｍ）である。
【００７０】
また、高周波用磁性材料における磁性粒子５０の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））を高くすることができるとともに、混練性及び成形性を良好にでき、また磁気損失によるエネルギー損失を低減し製品特性を良好にできる。
【００７１】
また、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、アンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも１つに適用した高周波デバイスとする。これにより、高周波デバイスにおける高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。高周波デバイスがアンテナである場合に、磁気損失及び誘電損失の低い高周波用磁性材料を適用することで、アンテナの放射効率を高めることができ、装置の小型化を実現できる。高周波デバイスがインダクタである場合に、インダクタンス値（Ｌ）を高めることができる。高周波デバイスが回路基板である場合について、高周波回路でよく用いられる分布定数回路では、信号の１／４波長を基本単位として回路レイアウトが設計される。この回路基板に本実施の形態の高周波用磁性材料を用いる事で、波長短縮効果により信号の伝播波長が短くなり、配線の物理長を短縮できることから回路基板の小型が可能となる。
【００７２】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る磁性粒子、高周波用磁性材料、高周波デバイスの一例であり、これに限定されるものではない。
【００７３】
上記実施の形態では、被覆膜５２が、酸化物としてのマグネタイトＦｅ３Ｏ４である例を説明したが、これに限定されるものではない。被覆膜５２は、他の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物としてもよい。他の酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｈＯ２、ＴｉＯ２、ＵＯ２、ＺｒＯ２、ＣｒＯ２、ＭｎＯ２、ＭｏＯ２、ＮｂＯ２、ＯｓＯ２、ＰｔＯ２、ＲｅＯ２（β）、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ４Ｏ７、Ｔｉ５Ｏ９、ＷＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ５Ｏ９、Ｖ６Ｏ１１、Ｖ７Ｏ１３、Ｖ８Ｏ１５、ＶＯ２、Ｖ６Ｏ１３がある。窒化物としては、ＢＮ、ＮｂＮ、Ｔａ２Ｎ、ＶＮがある。炭化物としては、ＨｆＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＳｉＣ（β）、ＴｉＣ、ＵＣ、ＶＣ、ＷＣ、ＺｒＣがある。フッ化物としては、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＢｉＦ３、ＣａＦ２、ＣｅＦ３、ＤｙＦ２、ＧｄＦ３、ＨｏＦ３、ＬａＦ３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＮａＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５Ａｌ３Ｆ１４、ＮｄＦ３、ＰｂＦ２、ＳｒＦ２、ＴｈＦ４、ＹＦ３、ＹｂＦ３がある。但し、被覆膜５２について、渦電流損失や誘電損失を低減するために、高い比抵抗が必要であるが、高周波デバイスでの使用周波数又は応用形態によっては必ずしも絶縁性である必要は無い。
【００７４】
また、上記実施の形態では、磁性粒子５０と複合化する熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル、ナイロン（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、変性ポリフェニレンエーテル（変形ＰＰＥ）等を用いてもよい。
【００７５】
また、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂との混練装置として、二軸押出機を用いることに限定されるものではない。この混練装置として、二軸押出機以外の押出機、ニーダー、ビーズミル等を用いることとしてもよい。
【００７６】
また、高周波用磁性材料の成形方法として、押出機による押出成形に限定されるものではない。この成形方法として、射出成形、圧縮成形等を用いることとしてもよい。
【００７７】
その他、上記実施の形態における磁性粒子、高周波用磁性材料、高周波デバイスの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
５０ 磁性粒子
５１ 金属磁性体
５２ 被覆膜
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４，ＡＮＴ５ アンテナ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 高周波用磁性材料
２Ａ，２Ｄ，２Ｅ グランド板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 電極
４ 給電点
１１１ インダクタ
１１ 端子
１２ 巻線
１２１ 回路基板
２１ ランド
２２ ビアホール
２３ 内部電極
２４，２５ 実装部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子、高周波用磁性材料及び高周波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁性材料は、各種磁気応用製品に用いられている。このような磁性材料のうち、弱い磁界で大きな磁化の変化をする材料をソフト磁性材料という。
【０００３】
ソフト磁性材料は、材料の種別から金属系材料、アモルファス材料、酸化物材料に分類される。ソフト磁性材料のうち、周波数がＭＨｚ以上の高周波では、抵抗率が高く、うず電流損失を抑制できる酸化物材料（フェライト材料）が用いられている。例えば、高周波で用いられるフェライト材料として、Ｎｉ−Ｚｎフェライト材料などが知られている。
【０００４】
このようなフェライト材料を含むソフト磁性材料では、１ＧＨｚ程の高周波において、磁気共鳴に伴う複素透磁率実部Ｒｅ（μ）の減衰と複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）の増加が生じる。このうち、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）は、磁気エネルギーの損失をもたらす項であり、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）が高い値であることは、磁心あるいはアンテナといった応用の上では実用上好ましくない。
【０００５】
一方、複素透磁率実部Ｒｅ（μ）は、磁束を集める効果あるいは電磁波に対する波長短縮効果の大きさを示す値であるため、高い値であることが実用上好ましい。
【０００６】
また、磁性材料のエネルギー損失（磁気損失）を表す指標として、次式（１）で表されるタンジェントデルタ（ｔａｎδ）が用いられる場合もある。
ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ） …（１）
タンジェントデルタが大きい値であると、磁性材料中で磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、必要なエネルギーの伝達効率が悪化する。このため、タンジェントデルタは低い値であることが好ましい。以下、磁気損失をタンジェントデルタ（ｔａｎδ）として説明する。交流磁界Ｈを印加したときの単位体積あたりのエネルギー損失は、Ｐ＝１／２・ωμ０Ｒｅ（μ）ｔａｎδ・Ｈ２と表される（ω：角周波数）。
【０００７】
ソフト磁性材料には、高周波帯（ＧＨｚ帯）においてもｔａｎδの低い薄膜材料が存在する。例えば、Ｆｅ基高電気抵抗軟磁性膜やＣｏ系高電気抵抗膜といった薄膜材料が存在する。しかし、薄膜材料はその体積が小さいがゆえに、適用範囲が制限されてしまう。加えて、薄膜作成のプロセスが複雑であり高価な設備を使用しなければならないという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するために、樹脂中に磁性材料を分散させた複合磁性材料に対して、樹脂成型技術を適用した例がある。例えば、ナノ結晶軟磁性体材料を粉末として得たものを樹脂と複合することによって、広帯域における電波吸収特性に優れている電磁波吸収体を提供する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、樹脂等の非磁性材料中にフィラーとして分散させることにより、該非磁性材料に磁性を付与する平板状軟磁性金属粒子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３５４９７３号公報
【特許文献２】特開２００８−０６９３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来から良好な磁性材料が具備すべき特性として、高周波（ＭＨｚ−ＧＨｚ帯）における、磁気損失（ｔａｎδ）とともに、誘電体のエネルギー損失（誘電損失）を低減する要請があった。
【００１２】
本発明の課題は、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の磁性粒子は、
金属磁性体と、
前記金属磁性体の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜と、を備える磁性粒子であって、
疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁性粒子において、
疎水化度が５０％以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の磁性粒子において、
前記金属磁性体は、複数の金属元素が含有され、
前記複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性粒子において、
粒径が４０（ｎｍ）以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁性粒子において、
前記被覆膜は、膜厚が１〜１０（ｎｍ）であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明の高周波用磁性材料は、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁性粒子と、
熱可塑性樹脂と、が複合化されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の高周波用磁性材料において、
前記磁性粒子の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明の高周波デバイスは、
請求項６又は７に記載の高周波用磁性材料を有するアンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも一つからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態の磁性粒子の模式構造を示す図である。
【図２】磁性粒子のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope；透過型電子顕微鏡）像を示す図である。
【図３】（ａ）は、ＦＥＳＥＭ（Field Emission-Scanning Electron Microscope；電界放射型走査電子顕微鏡）−ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectrometry；エネルギー分散Ｘ線分光法 ）による磁性粒子の粒子像を示す図である。（ｂ）は、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる（ａ）の磁性粒子の粒子像における酸素の元素分布を示す図である。
【図４】（ａ）は、高周波用磁性材料を適用した第１のアンテナを示す図である。（ｂ）は、高周波用磁性材料を適用した第２のアンテナを示す図である。（ｃ）は、高周波用磁性材料を適用した第３のアンテナを示す図である。（ｄ）は、高周波用磁性材料を適用した第４のアンテナを示す図である。
【図５】高周波用磁性材料を適用した第５のアンテナを示す図である。
【図６】高周波用磁性材料を適用したインダクタを示す図である。
【図７】高周波用磁性材料を適用した回路基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００２４】
図１〜図７を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１〜図３を参照して、本実施の形態の磁性粒子５０の性状について説明する。図１に、本実施の形態の磁性粒子５０の模式構造を示す。図２に、磁性粒子５０のＴＥＭ像を示す。図３（ａ）に、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる磁性粒子５０の粒子像を示す。図３（ｂ）に、ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸによる図３（ａ）の磁性粒子５０の粒子像における酸素の元素分布を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、被覆膜５２と、からなる。図１では、金属磁性体５１が球形状であり、被覆膜５２が金属磁性体５１の周囲を一定の厚さで被覆し、磁性粒子５０が球形状である模式構造としている。実際には、図２に示すように、磁性粒子５０及び金属磁性体５１は、完全な球形状ではない。図２において、色が濃い部分が金属磁性体５１であり、その周囲を覆う色が薄い膜部分が被覆膜５２である。なお、図２のスケールは、８ｎｍである。
【００２６】
金属磁性体５１は、少なくとも鉄（Ｆｅ）を含み、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）等、他の金属を含む複数の金属からなる。但し、金属磁性体５１は、複数の金属のうち、Ｆｅが最大の重量比率である。
【００２７】
被覆膜５２は、酸化物としてのマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）とする。Ｆｅ３Ｏ４は、金属磁性体よりも高い比抵抗を有し、うず電流損失や誘電損失を低減する効果がある。また、化学的安定性が優れている為に、製造工程における金属磁性体の酸化防止や長期信頼性を向上させる効果がある。
【００２８】
金属磁性体５１は、液相法により製造される。液相法とは、（金属磁性体５１の）原料を溶液に溶かし、溶液段階で反応させ、化合物（金属磁性体５１）を作る方法である。または、同様に溶液中で金属磁性体の構成元素を含む前駆体を一旦合成し、還元雰囲気中での熱処理によって金属磁性体に転化することとしてもよい。被覆膜５２は、金属磁性体５１に酸化処理を施すことにより形成される。この酸化処理とは、例えば、金属磁性体５１に酸素ガスを送り、自動的に反応させる自然酸化処理である。
【００２９】
ここで、磁性粒子５０の形状に関する各値について説明する。より具体的には、磁性粒子５０の比表面積Ｓ（ｎｍ）と、磁性粒子５０の粒径（直径）ｄ（ｎｍ）と、被覆膜５２の膜厚ｔ（ｎｍ）と、を求める。
【００３０】
磁性粒子５０の微細構造モデルとして、図２に示すＴＥＭ像の観察結果に基づき、金属磁性体５１がＦｅであり、被覆膜５２がＦｅ３Ｏ４であるものとする。Ｆｅの密度ρ＝７．８７（ｇ／ｃｍ３）である。Ｆｅ３Ｏ４の密度ρ＝５．２４（ｇ／ｃｍ３）である。
【００３１】
磁性粒子５０の外観は、黒色を呈している。このため、被覆膜５２がＦｅ３Ｏ４であると考えることは妥当であり、その他の非磁性金属元素の含有量は僅かであり考慮しないものとする。
【００３２】
ＦＥＳＥＭ−ＥＤＸにより、図３（ａ）に示す磁性粒子５０の粒子像において、図３（ｂ）に示す酸素元素の分布が得られた。図３（ａ）において色が濃い部分が磁性粒子５０である。図３（ｂ）において色が薄くなるほど（白くなるほど）酸素の量が多い。図３（ｂ）によれば、磁性粒子５０の表面近傍に酸素が多く分布しており、金属磁性体５１の表面に被覆膜５２が被覆されていることが確認された。なお、図３（ａ），（ｂ）のスケールは、５０ｎｍである。
【００３３】
図１の球形状の磁性粒子５０において、比表面積Ｓと粒径ｄとは、次式（２）を満たす。
【数１】
但し、式（２）の密度ρは、磁性粒子５０の密度である。
【００３４】
このため、式（２）に代入する密度ρは、次式（３）に示すＦｅとＦｅ３Ｏ４との比率で決まる平均密度ρ’とする必要がある。
【数２】
ここで、ａ：ＦｅとＦｅ３Ｏ４との質量比、ρFe：Ｆｅの密度、ρFe3O4：Ｆｅ３Ｏ４の密度、である。
【００３５】
ＦｅとＯとの質量比ｘは、次式（４）を用いて算出できる。
【数３】
ここで、ＭFe：Ｆｅの原子量、ＭO：酸素（Ｏ）の原子量、である。
【００３６】
式（４）をａについて解き、次式（５）で示されるＦｅとＦｅ３Ｏ４との質量比ａが求められる。
【数４】
粒径ｄは、式（２）に式（３）及び式（５）を代入することにより求められる。ここで、比表面積ＳはＢＥＴ法による測定値を使用し、ＦｅとＯとの質量比ｘは、ＳＥＭ−ＥＤＸによる測定値を使用する。
【００３７】
図１を参照して、次式（６）の関係が成り立つ。
ｄ＝２（ｒ＋ｔ）…（６）
【００３８】
また、金属磁性体５１と被覆膜５２の体積比は次式（７）の関係となる。
【数５】
式（６）および式（７）を用いて、被覆膜５２の膜厚ｔを求める事が出来る。
なお、粒径ｄと膜厚ｔとは、図２に示すような磁性粒子５０のＴＥＭ像から直接に測長して得ることとしてもよい。
【００３９】
上記の性状の磁性粒子５０には、疎水化処理が施される。ここで、磁性粒子５０に施される疎水化処理について説明する。疎水化処理とは、疎水化処理剤（表面剤）としてのカップリング剤を用いて微粒子（磁性粒子５０）に表面処理を施し、カップリング剤を微粒子に付着させて、微粒子の疎水性を高める処理である。
【００４０】
疎水化処理は、スプレー法等の乾式法と、浸漬法、スラリー法等の湿式法と、がある。スプレー法とは、カップリング剤を水、アルコールやその他溶剤で希釈した溶液を、かきまぜを行っている微粒子の粉体中に対してスプレーする方法である。浸漬法とは、カップリング剤に微粒子を浸漬させ、乾燥させる方法である。スラリー法とは、カップリング剤に微粒子を入れてスラリー状にし、乾燥させる方法である。
【００４１】
疎水化処理のカップリング剤は、チタン（Ｔｉ）系、シラン系又はジルコニウム系のカップリング剤とする。チタン系のカップリング剤は、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジ−トリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチル・アミノエチル）チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、ジイソステアロイルエチレンチタネート等のＴｉを有するカップリング剤である。
【００４２】
シラン系のカップリング剤は、基本的にＲ−Ｓｉ−（ＯＸ）３の化学構造を有するカップリング剤である。ここで、Ｒは被処理物質（微粒子）の相手と強い親和性を有する化学的なグループである。（ＯＸ）は、メトキシ基−ＯＣＨ３、エトキシ基−ＯＣ２Ｈ５等である。
【００４３】
ジルコニウム系のカップリング剤は、Zirconium IV 2,2(bis-2-propenolatomethyl)butanolato,trisneodecanolato-O、Zirconium IV,2,2-bis(2-propenyloxymethyl) butanolato,tris(dodecylbenzenesulfonato-O)-、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenplatomethyl) butanolato,tris(dioctyl)phosphato-O、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenplatomethyl) butanolato,tris 2-mehtyl-2-propenoato-O、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenolatomethyl) butanolato,bis(para amino benzoato-O)、neopenthyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyrophosphato zirconate[Zirconium IV,2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato,tris(diisoctyl)pyrophosphato-O] 、Neopenthyl(diallyl)oxy,triacryl zirconate[Zirconium IV,2,2(bis 2-propenolatomethyl)butanolato,tris 2-propenoateo-O] 、Zirconium IV,2,2(bis-2-propenolatomethyl)butanolato,tris(2-ethylenediamino)ethylato等の４価のジルコニウム（Ｚｒ）が中心の金属であるカップリング剤である。
【００４４】
疎水化処理に関し、磁性粒子５０の粉体の疎水性の評価を直裁的に表す値として疎水化度（ｍ値）を測定する。疎水化度（ｍ値）は、粉体濡れ性試験機を使用し、出発溶媒を純水とし、この溶媒に磁性粒子５０を投入した溶液を攪拌しつつ、メタノールを３（ｍｌ／ｍｉｎ）で加え、溶液の透過光強度が初期の９０％に低下した時点のメタノール濃度を疎水化度（％）として定義した。この方法では、測定時間が数秒であるため、重力下でも液と磁性粒子５０との親和性が小さいときには磁性粒子５０は沈降せず、液の極性により疎水性を評価できる。
【００４５】
上記の疎水化処理を施した磁性粒子５０を用いて、高周波用磁性材料（高周波用磁性部材）を作製する。この高周波とは、ＵＨＦ−ＧＨｚ帯の周波数帯であり、２００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲を対象とし、特に７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲に対して最適である。
【００４６】
高周波用磁性材料は、磁性粒子５０と、熱可塑性樹脂とを、二軸押出機により熱混練することで複合化して作製される複合材料である。この熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いる。
【００４７】
次に、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料における適切な構成と、磁気特性を説明する。
【００４８】
先ず、次表１に示すように、疎水化処理を施した磁性粒子５０の元素の組成（ｗｔ％）、比表面積Ｓ（ｃｍ２／ｇ）、粒径ｄ（ｎｍ）と、被覆膜５２の膜厚ｔ（ｎｍ）と、熱可塑性樹脂の種類と、高周波用磁性材料中の磁性粒子５０の充填率（ｖｏｌ％）と、を変化させた磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、二軸押出機により熱可塑性樹脂と熱混練してシート状に成形し、幅２７×厚さ１ｍｍの複数のシート状試料を作製した。
【表１】
【００４９】
そして、複数のシート状試料を４×４×０．７ｍｍｔの板状に機械的に加工して、本実施の形態の高周波用磁性材料の試料例１〜６と、比較例１と、を作製した。そして、磁気特性としての磁気損失（ｔａｎδ）の評価として、超高周波帯域透磁率測定装置を用いて、７００ＭＨｚにおける試料例１〜６及び比較例１のｔａｎδを測定した。また、表１の比表面積Ｓ、粒径ｄ、膜厚ｔは、式（２）〜（７）を用いて算出した。
【００５０】
表１によると、粒径ｄは、４５ｎｍ以下において小さいｔａｎδが得られる。粒径ｄは、望ましくは１０〜３６ｎｍである。膜厚ｔは、１〜１０ｎｍであれば、混練工程における酸化や発火が生じず、小さいｔａｎδと良好な再現性とが得られる。膜厚ｔは、望ましくは３〜６ｎｍである。
【００５１】
磁気損失の観点から粒径ｄは、小さい方がうず電流損失の発生が抑制される為に好ましい。一方で粒径ｄが小さすぎる場合には、単磁区化や超常磁性などの特異な磁化状態を取り好ましくないとされ、我々が行ったマイクロマグネティックシミュレーションでは、孤立して存在するＦｅの場合には粒径ｄが２０ｎｍでは単磁区構造を取る事が確認されている。しかしながら、試料例１〜６では、磁性粒子５０間の相互作用や表面異方性などの効果によって、粒径ｄが小さくなっても顕著な特性劣化は無い。試料例５では、金属磁性体５１の粒径は８．６ｎｍ（粒径ｄ−膜厚ｔ×２＝１８−４．７×２=８．６ｎｍ)であるが、良好な磁気特性が得られている。
【００５２】
また、高周波用磁性材料としての磁気特性は、製品設計（磁気応用製品の設計）に応じた値が適宜選択され、適当な充填率を選定する事で実現される。高周波用磁性材料の透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））は高いほうが、高周波用磁性材料をアンテナに用いる場合に、波長短縮効果を通じた小型化が可能であり、高周波用磁性材料をインダクタに用いる場合に、インダクタンス値（Ｌ）を大きくできる事から好ましい。一方で、充填率を選ぶ際に、充填率を過剰に高くすることは、混練性及び成形性を悪化させ、また磁気損失（ｔａｎδ）によるエネルギー損失が増加しむしろ製品特性を悪化させる。すなわち、充填率を過剰に高くすることは好ましくない。このため、充填率は、１〜６０ｖｏｌ％が好ましい。特に好ましくは１０〜４０ｖｏｌ％である。
【００５３】
次に、疎水化処理を施した磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料における疎水化処理の効果を説明する。先ず、疎水化処理前の表１の試料例２の構成の磁性粒子５０に対応し、次表２に示す疎水化の条件で疎水化処理を施した。
【表２】
【００５４】
疎水化処理は、疎水化処理剤としてチタン系カップリング剤を用い、トルエンを溶媒とした湿式法（スラリー法）で行った。この疎水化処理剤の濃度が異なる疎水化処理を施した磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、二軸押出機により熱可塑性樹脂としてのＰＰと熱混練してシート状に成形することにより、幅２７×厚さ１ｍｍの複数のシート状試料を作製した。このとき、高周波用磁性材料に対する磁性粒子５０の充填率を２０〜３１．６（ｖｏｌ％）とした。そして、複数のシート状試料を３×７０×０．５ｍｍｔの短冊形状に機械的に加工して、本実施の形態の高周波用磁性材料の試料例７〜９と、比較例２と、を作製した。比較例２の磁性粒子５０には、疎水化処理が施されていない。
【００５５】
また、上記疎水化処理における疎水化度（ｍ値）の評価は、上記疎水化度（％）の測定方法により行った。
【００５６】
そして、試料例７〜９及び比較例２の誘電損失（ｔａｎδ）について、空洞共振器を用いて測定周波数１ＧＨｚにおいて評価を行った。複素誘電率をε＝Ｒｅ（ε）−j・Ｉｍ（ε）とすると、誘電損失（ｔａｎδ）は、Ｉｍ（ε）／Ｒｅ（ε）で定義される。誘電損失（ｔａｎδ）は、誘電体材料によるエネルギー損失の発生に関係する値であり、交流電界Ｅを印加したときの単位体積あたりのエネルギー損失は、Ｐ＝１／２・ωε０Ｒｅ（ε）ｔａｎδ・Ｅ２と表される（ω：角周波数）。
また、試料例７〜９及び比較例２のせん断粘度について、キャピログラフを用いて、せん断速度を１２１６（１／ｓ）として測定を行った。
【００５７】
表２によると、磁性粒子５０に疎水化処理を施した試料例７〜９は、比較例２に対して誘電損失が低下している。その理由は、疎水化処理によって磁性粒子５０と熱可塑性樹脂との濡れ性が向上し、混練時のせん断発熱が抑制され、熱可塑性樹脂の熱劣化が抑制されたためである。本効果を得るには、磁性粒子５０の疎水化度が５０％以上である必要がある。
【００５８】
次に、図４〜図７を参照して、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料（高周波用磁性部材）を高周波デバイス（アンテナ、インダクタ、回路基板）に適用した一例を説明する。図４（ａ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ１を示す。図４（ｂ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ２を示す。図４（ｃ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ３を示す。図４（ｄ）に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ４を示す。図５に、高周波用磁性材料を適用したアンテナＡＮＴ５を示す。図６に、高周波用磁性材料を適用したインダクタ１１１を示す。図７に、高周波用磁性材料を適用した回路基板１２１を示す。
【００５９】
図４及び図５を参照して、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を説明する。図４（ａ）に示すアンテナＡＮＴ１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ａと、グランド板２Ａと、電極３Ａと、を備える。アンテナＡＮＴ１は、グランド板２Ａの上に高周波用磁性材料１Ａが形成され、高周波用磁性材料１Ａの上に電極３Ａが形成される構成となる。
【００６０】
図４（ｂ）に示すアンテナＡＮＴ２は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｂと、電極３Ｂと、給電点４と、を備える。給電点４は、アンテナ電流の給電ポイントを示す（図４（ｃ）、図４（ｄ）及び図５に示す給電点４も同様）。アンテナＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂの上に電極３Ｂが形成される構成となる。このとき、高周波用磁性材料１Ｂに電極３Ｂが組み込まれる構成としてもよい。
【００６１】
図４（ｃ）に示すアンテナＡＮＴ３は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｃと、電極３Ｃと、給電点４と、を備える。アンテナＡＮＴ３は、電極３Ｃが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００６２】
図４（ｄ）に示すアンテナＡＮＴ４は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｄと、グランド板２Ｄと、電極３Ｄと、給電点４と、を備える。アンテナＡＮＴ４は、グランド板２Ｄの上に高周波用磁性材料１Ｄが形成され、高周波用磁性材料１Ｄに電極３Ｄが組み込まれる構成となる。また、電極３Ｄが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
【００６３】
図５に示すアンテナＡＮＴ５は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｅと、グランド板２Ｅと、電極３Ｅと、を備える。アンテナＡＮＴ５は、グランド板２Ｅの少なくとも一面と同じ高さに高周波用磁性材料１Ｅの一面が形成され、高周波用磁性材料１Ｅの上に電極３Ｅが形成される構成となる。
【００６４】
図６に示すように、インダクタ１１１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｆと、端子１１と、巻線１２と、を備える。この構成により、高周波用磁性材料１Ｆは、インダクタ１１１に適用される。
【００６５】
図７に示すように、回路基板１２１は、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂とを複合化した高周波用磁性材料１Ｇと、ランド２１と、ビアホール２２と、内部電極２３と、実装部品２４，２５と、を備える。図７は全層に高周波用磁性材料１Ｇが用いられているが、この内の少なくとも１層に高周波用磁性材料１Ｇを用いるとしても良い。この構成により、高周波用磁性材料１Ｇは回路基板１２１に適用される。
【００６６】
以上、本実施の形態によれば、磁性粒子５０は、金属磁性体５１と、金属磁性体５１の周囲を覆う酸化物の被覆膜５２と、を備え、疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されている。また、高周波用磁性材料は、疎水化処理が施された磁性粒子５０と、熱可塑性樹脂と、が複合化されている。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。
【００６７】
また、磁性粒子５０の疎水化度が５０％以上である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、高周波での誘電損失をより低減できる。
【００６８】
また、金属磁性体５１は、複数の金属元素が含有され、当該複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））を高くすることができる。
【００６９】
また、磁性粒子５０の粒径が４５（ｎｍ）以下である。また、被覆膜５２の膜厚ｔが１〜１０（ｎｍ）である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、混練工程における酸化や発火を防ぐことができ、磁気損失の低減と良好な再現性とを得ることができる。膜厚ｔは、望ましくは３〜６（ｎｍ）である。
【００７０】
また、高周波用磁性材料における磁性粒子５０の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）である。このため、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料において、透磁率（複素透磁率実部Ｒｅ（μ））を高くすることができるとともに、混練性及び成形性を良好にでき、また磁気損失によるエネルギー損失を低減し製品特性を良好にできる。
【００７１】
また、疎水化処理が施された磁性粒子５０を含む高周波用磁性材料を、アンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも１つに適用した高周波デバイスとする。これにより、高周波デバイスにおける高周波での磁気損失及び誘電損失を低減できる。高周波デバイスがアンテナである場合に、磁気損失及び誘電損失の低い高周波用磁性材料を適用することで、アンテナの放射効率を高めることができ、装置の小型化を実現できる。高周波デバイスがインダクタである場合に、インダクタンス値（Ｌ）を高めることができる。高周波デバイスが回路基板である場合について、高周波回路でよく用いられる分布定数回路では、信号の１／４波長を基本単位として回路レイアウトが設計される。この回路基板に本実施の形態の高周波用磁性材料を用いる事で、波長短縮効果により信号の伝播波長が短くなり、配線の物理長を短縮できることから回路基板の小型が可能となる。
【００７２】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る磁性粒子、高周波用磁性材料、高周波デバイスの一例であり、これに限定されるものではない。
【００７３】
上記実施の形態では、被覆膜５２が、酸化物としてのマグネタイトＦｅ３Ｏ４である例を説明したが、これに限定されるものではない。被覆膜５２は、他の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物としてもよい。他の酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｈＯ２、ＴｉＯ２、ＵＯ２、ＺｒＯ２、ＣｒＯ２、ＭｎＯ２、ＭｏＯ２、ＮｂＯ２、ＯｓＯ２、ＰｔＯ２、ＲｅＯ２（β）、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ４Ｏ７、Ｔｉ５Ｏ９、ＷＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ５Ｏ９、Ｖ６Ｏ１１、Ｖ７Ｏ１３、Ｖ８Ｏ１５、ＶＯ２、Ｖ６Ｏ１３がある。窒化物としては、ＢＮ、ＮｂＮ、Ｔａ２Ｎ、ＶＮがある。炭化物としては、ＨｆＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＳｉＣ（β）、ＴｉＣ、ＵＣ、ＶＣ、ＷＣ、ＺｒＣがある。フッ化物としては、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＢｉＦ３、ＣａＦ２、ＣｅＦ３、ＤｙＦ２、ＧｄＦ３、ＨｏＦ３、ＬａＦ３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＮａＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５Ａｌ３Ｆ１４、ＮｄＦ３、ＰｂＦ２、ＳｒＦ２、ＴｈＦ４、ＹＦ３、ＹｂＦ３がある。但し、被覆膜５２について、渦電流損失や誘電損失を低減するために、高い比抵抗が必要であるが、高周波デバイスでの使用周波数又は応用形態によっては必ずしも絶縁性である必要は無い。
【００７４】
また、上記実施の形態では、磁性粒子５０と複合化する熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル、ナイロン（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、変性ポリフェニレンエーテル（変形ＰＰＥ）等を用いてもよい。
【００７５】
また、疎水化処理を施した磁性粒子５０と熱可塑性樹脂との混練装置として、二軸押出機を用いることに限定されるものではない。この混練装置として、二軸押出機以外の押出機、ニーダー、ビーズミル等を用いることとしてもよい。
【００７６】
また、高周波用磁性材料の成形方法として、押出機による押出成形に限定されるものではない。この成形方法として、射出成形、圧縮成形等を用いることとしてもよい。
【００７７】
その他、上記実施の形態における磁性粒子、高周波用磁性材料、高周波デバイスの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
５０ 磁性粒子
５１ 金属磁性体
５２ 被覆膜
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４，ＡＮＴ５ アンテナ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 高周波用磁性材料
２Ａ，２Ｄ，２Ｅ グランド板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 電極
４ 給電点
１１１ インダクタ
１１ 端子
１２ 巻線
１２１ 回路基板
２１ ランド
２２ ビアホール
２３ 内部電極
２４，２５ 実装部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性体と、
前記金属磁性体の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜と、を備える磁性粒子であって、
疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されたことを特徴とする磁性粒子。
【請求項２】
疎水化度が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性粒子。
【請求項３】
前記金属磁性体は、複数の金属元素が含有され、
前記複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粒子。
【請求項４】
粒径が４５（ｎｍ）以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性粒子。
【請求項５】
前記被覆膜は、膜厚が１〜１０（ｎｍ）であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁性粒子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁性粒子と、
熱可塑性樹脂と、が複合化されたことを特徴とする高周波用磁性材料。
【請求項７】
前記磁性粒子の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）であることを特徴とする請求項６に記載の高周波用磁性材料。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の高周波用磁性材料を有するアンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも一つからなることを特徴とする高周波デバイス。
【請求項１】
金属磁性体と、
前記金属磁性体の周囲を覆う酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物の被覆膜と、を備える磁性粒子であって、
疎水化処理剤を用いて疎水化処理が施されたことを特徴とする磁性粒子。
【請求項２】
疎水化度が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性粒子。
【請求項３】
前記金属磁性体は、複数の金属元素が含有され、
前記複数の金属元素のうち、鉄が最大の重量比率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粒子。
【請求項４】
粒径が４５（ｎｍ）以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性粒子。
【請求項５】
前記被覆膜は、膜厚が１〜１０（ｎｍ）であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁性粒子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁性粒子と、
熱可塑性樹脂と、が複合化されたことを特徴とする高周波用磁性材料。
【請求項７】
前記磁性粒子の充填率が１〜６０（ｖｏｌ％）であることを特徴とする請求項６に記載の高周波用磁性材料。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の高周波用磁性材料を有するアンテナ、インダクタ及び回路基板の少なくとも一つからなることを特徴とする高周波デバイス。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３０９５８（Ｐ２０１２−２３０９５８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６９９７（Ｐ２０１１−９６９９７）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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