專利名稱：磁性部件和電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性部件。
背景技術(shù)：
近來，如下面的專利文獻I中所示，例如提出了由磁性部件構(gòu)成的電子元件(磁性傳感器)，其中在磁性部件中多個超順磁性粒子分散在固體中?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I 第2009-511868號專利申請的PCT國際公開文本的已公開的日語譯文。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題由于在上述磁性部件中以固體形式保持超順磁性粒子中的每ー個的位置，因此即使在使用時，當從外部將交流磁場施加至磁性部件吋，不會發(fā)生超順磁性粒子本身的移位即由布朗機制弓I起的磁化和退磁。在這種情況下，超順磁性粒子的磁響應依賴于存在于粒子內(nèi)部的磁矩的移位，即依賴于Neel機制引起的磁化和退磁。然而，在上述磁性部件中，當使用時從外部施加至磁性部件的交流磁場的周期P短于由Neel機制引起的磁化和退磁所需的時間τ (弛豫時間)時，超順磁性粒子的磁響應無法隨周期P變化。因此，上述磁性部件失去了超順磁性特性，從而在某些情況下產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。因此，本發(fā)明的目的是提供ー種磁性部件，其防止失去超順磁性特性以在使用時產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象解決該技術(shù)問題的技術(shù)方案為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提供了磁性部件，其包括由磁性部件保持的多個超順磁性粒子。多個超順磁性粒子中的每ー個具有粒子尺寸，粒子尺寸被設定成當磁性部件被用作電子元件吋，至少使在超順磁性粒子中的每ー個的Neel弛豫時間τ η短于施加至磁性部件的交流磁場的周期P ( τη〈Ρ)。在如上配置的磁性部件中，多個超順磁性粒子中的每ー個被保持。因此，當使用時信號從外部施加至磁性部件時，超順磁性粒子本身的移位即由布朗機制引起的磁化和退磁受到限制。由此，超順磁性粒子的磁響應依賴于存在于粒子內(nèi)部的磁矩的移位，即依賴于由Neel機制引起的磁化和退磁。此時，由Neel機制引起的磁化和退磁所需的時間τ (弛豫時間)根據(jù)超順磁性粒子的粒子尺寸延遲。在根據(jù)第一方面的結(jié)構(gòu)中，超順磁性粒子中的每ー個的粒子尺寸被設定成至少使超順磁性粒子中的每ー個的Neel弛豫時間τ η短于使用時應用于磁性部件的信號的周期Ρ( τη〈Ρ)。因此，使用時從外部施加至磁性部件的交流磁場的周期P不會短于上述弛豫時間τ，磁響應能夠隨周期P變化。因此，不會發(fā)生磁滯現(xiàn)象。在根據(jù)第一方面的磁性部件中，為了保持超順磁性粒子中的每ー個，例如超順磁性粒子中的每ー個直接或間接粘附至彼此從而抑制移位，或可使用某種基材從而抑制移位。具體地，例如，根據(jù)第一方面的磁性部件可被配置成根據(jù)下面所述的本發(fā)明的第二方面的磁性部件。在根據(jù)第二方面的磁性部件中，通過將超順磁性粒子中的每ー個分散在能夠抑制由布朗機制引起的移位的基材中，超順磁性粒子中的每ー個被保持在由布朗機制引起的移位受到限制的狀態(tài)中。根據(jù)如上所配置的磁性部件，通過將超順磁性粒子中的每ー個分散在基材中，超順磁性粒子中的每ー個可被保持在由布朗機制弓I起的移位受到限制的狀態(tài)。同樣地，在根據(jù)第二方面的磁性部件中，為了將超順磁性粒子中的每ー個分散在固態(tài)基材中，根據(jù)第二方面的磁性部件可被配置成例如根據(jù)第三方面的磁性部件。在根據(jù)第三方面的磁性部件中，基材為非磁性部件。超順磁性粒子中的每ー個分散在液化的基材中。然后，基材被固化以保持超順磁性粒子中的每ー個。根據(jù)如上所配置的磁性部件，超順磁性粒子中的每ー個分散在液化部件中，然后所產(chǎn)生的部件被固化，從而使超順磁性粒子中的每ー個可分散在固態(tài)基材中。同樣地，在根據(jù)第三方面的磁性部件中，與根據(jù)第四方面的磁性部件相同，超順磁性粒子中的每ー個可具有形成于其表面上的非磁性涂層。根據(jù)如上所配置的磁性部件，由于非磁性涂層形成于超順磁性粒子中的每ー個上，當超順磁性粒子中的每ー個分散在液化基材中時，可提高超順磁性粒子與基材之間的親和性。因此,超順磁性粒子中的每ー個可被牢固地保持在固化的基材中。同樣地，本發(fā)明的第五方面為包括磁芯的電子元件。根據(jù)第一方面至第四方面中的任一方面的磁性部件被用于磁芯中。根據(jù)該電子元件，可獲得與第一方面至第四方面中的任一方面的作用和效果相類似的作用和效果。該電子元件可用作磁性傳感器、芯片天線、變壓器和感應器中的任何ー種。


圖I是示出超順磁性粒子的粒子尺寸與弛豫時間之間的關(guān)系的圖表；圖2Α是示出弛豫時間相對于多個溫度中的每ー個，隨粒子尺寸變化的圖表；以及圖2Β是示出弛豫時間相對于多個各向異性常數(shù)中的每ー個，隨粒子尺寸變化的圖表；圖3Α和圖3Β是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的用于檢測電流的磁性傳感器的第一實施例的示意圖，圖3Α是該傳感器的立體圖，圖3Β是沿圖3Α中的線A-A截取的截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的用于檢測電流的磁性傳感器的第二實施例的示意圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的用于檢測電流的磁性傳感器的第三實施例的示意圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的用于檢測電流的磁性傳感器的第四實施例的示意圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的EMI濾波器的示意圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的芯片天線的示意圖；以及圖9A是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件適用的變壓器的實施例的示意圖，圖9B是示出根據(jù)本發(fā)明的磁性部件使用的感應器的實施例的示意圖。參考標記說明
ト··磁性部件，12…勵磁線圈，14…檢測線圈，18…導線，2…磁性部件，22…間隙，24…霍爾兀件,28…導線，3…磁性部件,32…平衡線圈，34…間隙,36…霍爾兀件,38…導線，4…磁性部件,42…聯(lián)接磁路,44…勵磁線圈,46…檢測線圈,48···導線,5…磁性部件，52…導線，7…磁性部件，72…接地導體，74…天線導體，100…變壓器，110…磁性部件，200…感應器，210…磁性部件，LI、L2、L3…繞組線
具體實施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行描述。(I)磁性部件的特性磁性部件為這樣一種部件其保持多個超順磁性粒子中的每ー個粒子并構(gòu)成電子元件的一部分。超順磁性粒子中的每ー個的粒子尺寸根據(jù)磁響應速度來設定。磁響應是由布朗機制(Brownian mechanism)和Neel機制引起的，在布朗機制中粒子自身發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在Neel機制中粒子中的磁自旋發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如圖I所示，磁響應速度依賴于在布朗機制和Neel機制的每ー個中分別發(fā)生翻轉(zhuǎn)所花費的時間τ (弛豫時間)。弛豫時間τ隨著超順磁性粒子的粒子尺寸d變大而變長。然而，Neel機制引起的弛豫時間τη根據(jù)粒子尺寸的波動幅度大于布朗機制引起的弛豫時間Tb根據(jù)粒子尺寸的波動幅度。因此，弛豫時間τη小于弛豫時間Tb，直到粒子尺寸超過特定的粒子尺寸dth，而在粒子尺寸超過粒子尺寸dth之后，弛豫時間τη大于弛豫時間Tb。換言之，只要粒子尺寸不超過粒子尺寸dth，則Neel機制中的磁響應就快于布朗機制中的磁響應，從而使Neel機制引起的磁響應占支配地位。另ー方面，當粒子尺寸超過粒子尺寸dth時，Neel機制中的磁響應慢于布朗機制中的磁響應，從而使布朗機制引起的磁響應占支配地位。Neel機制引起的弛豫時間τ η可通過下面示出的數(shù)學公式I得到，并且依賴于除了常數(shù)(包括被視為常數(shù)的量)之外的溫度Τ、各向異性常數(shù)K以及粒子尺寸R。[數(shù)學公式I]
[..........π.....~( Γ 'm = / ....................... τ 0_ exp -(式 I)
^ I' I
j- _K · VM
""k-T—
κ :各向異性常數(shù)[J/m3]VM :磁性粒子中的磁性體積[m3](通常為4 π ΙΓ3/3)k :波爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant) (I. 38 X 1CT23J/K)T :絕對溫度[K]τ O :基準弛豫時間(=m/ ( β · Y · k · T);依賴于材料的常數(shù))m :粒子的磁矩β :無量綱的阻尼參數(shù)(約O. 01)y :電子的回磁比
圖2Α是示出基于數(shù)學公式1，弛豫時間τη關(guān)于多個溫度T (在本實施方式中為-40° C(約233K)、25。C(約298Κ)、130° C(約403Κ))的每ー個，隨粒子尺寸R變化的圖表。圖2Β是示出弛豫時間τη關(guān)于多個各向異性常數(shù)Κ (在本實施方式中為30、41、50、60和70)中的每ー個，隨粒子尺寸R變化的圖表。在這些示例中，在基于氧化鐵的材料被用作超順磁性粒子的情況下，將10_9秒用作基準弛豫時間τ O。如這些圖表中所示，當溫度T增加時，或當各向異性常數(shù)κ減小時，相同粒子尺寸R的磁響應(頻率響應)性能下降。此外，在粒子尺寸R小到某一程度的區(qū)域中，溫度T和各向異性常數(shù)κ的差異影響減弱。因此，通過使用該區(qū)域中的粒子尺寸R，可以抑制諸如溫度T (外部環(huán)境)和各向異性常數(shù)κ的因素對磁響應的性能的影響。鑒于上述特性，在本實施方式中，超順磁性粒子的粒子尺寸被設定成當磁性部件被用作電子元件時，至少使超順磁性粒子中的Neel弛豫時間τ η變得短于施加至磁性部件的交流磁場的周期P ( τ η〈Ρ)。而且，在根據(jù)本實施方式的磁性部件中，超順磁性粒子中的每ー個都被保持為使得布朗機制引起的移位受到限制(在本實施方式中被抑制)。更具體地，根據(jù)本實施方式的磁性部件可被配置成使超順磁性粒子中的每ー個都通過直接或間接粘附至彼此來被保持。如本文中所使用的術(shù)語“間接粘附”意味著與超順磁性粒子的表面上形成的涂膜粘接或與某種存在于它們之間的介質(zhì)粘接。而且，根據(jù)本實施方式的磁性部件可被配置成使超順磁性粒子中的每ー個分散在能夠抑制布朗機制引起的移位的基材中，從而使超順磁性粒子中的每ー個都以限制由布朗機制引起的移位這樣的方式來被保持。在這種情況下，磁性部件可使用非磁性部件(例如樹脂材料、陶瓷等)作為基材。超順磁性粒子中的每ー個可分散在液化的非磁性部件中，以獲取特定的位置關(guān)系。然后，因此產(chǎn)生的部件可被固化以保持超順磁性粒子。如果布朗機制引起的移位可被抑制，則膠狀或高粘度液體可被用作基材。只要相鄰的超順磁性粒子的每ー個之間的超順磁性特性不降低至預定的閾值或以上，超順磁性粒子中的每ー個之間的位置關(guān)系就可以是任何關(guān)系。因此，超順磁性粒子中的每ー個分散在基材中，從而不會超過位置關(guān)系得以維持的濃度。因此，當超順磁性粒子分散在基材中吋，非磁性涂層期望地形成于超順磁性粒子中的每ー個的表面上，從而提高了超順磁性粒子與基材之間的親和性并實現(xiàn)了穩(wěn)固的保持。可以想到，使用表面活性剤、氧化膜、有機材料、非磁性無機材料或類似材料作為涂層。(2)具體的適用結(jié)構(gòu)可以想到例如下面示出的電子元件作為上述磁性部件適用的電子元件。
首先，如圖3A和圖3B所示，可以想到，用于檢測電流的磁性傳感器包括多個磁性部件I、多個勵磁線圈12以及檢測線圈14。多個磁性部件I彼此平行布置并被形成為環(huán)形。多個勵磁線圈12中的每ー個纏繞每個磁性部件I的整個圓周。檢測線圈14纏繞多個磁性部件I以跨越每個磁性部件I。該磁性傳感器檢測流過導線18的電流，導線18通過多個磁性部件I中的環(huán)狀部分。同樣地，如圖4所示，可以想到，用于檢測電流的磁性傳感器包括磁性部件2和霍爾元件24。磁性部件2被形成為環(huán)形，并具有形成于磁性部件2的一部分中的間隙22?；魻栐?4布置在間隙22中。該磁性傳感器檢測流過導線28的電流，導線28通過磁性部件2中的環(huán)狀部分。同樣地，如圖5所示，可以想到，用于檢測電流的磁性傳感器包括磁性部件3、平衡線圈32以及霍爾元件36。磁性部件3被形成為環(huán)形并具有形成于磁性部件3的一部分中的間隙34。平衡線圈32纏繞磁性部件3的整個圓周。霍爾元件36布置在磁性部件3中的間隙34中。該磁性傳感器檢測流過導線38的電流，導線38通過磁性部件3中的環(huán)狀部分。同樣地，如圖6所示，可以想到，用于檢測電流的磁性傳感器包括磁性部件4、聯(lián)接磁路42、勵磁線圈44以及檢測線圈46。磁性部件4被形成為環(huán)形。聯(lián)接磁路42以分割磁性部件4中的環(huán)狀部分的方式提供聯(lián)接。勵磁線圈44纏繞磁性部件4的整個圓周。檢測線圈46纏繞聯(lián)接磁路42的整個長度。該磁性傳感器檢測流過導線48的電流，導線48從由聯(lián)接磁路42分割的ー個區(qū)域到另一區(qū)域通過磁性部件4的環(huán)狀部分。 同樣地，如圖7所示，可以想到由被形成為管狀的磁性部件5構(gòu)成的鐵氧體磁環(huán)，并通過使導線52穿過管狀部分來使用鐵氧體磁環(huán)。根據(jù)鐵氧體磁環(huán)，通過使用對高頻具有高導磁率的磁性部件5，即使在導體52中發(fā)生諸如急峻尖峰的高頻噪聲，鐵氧體磁環(huán)呈現(xiàn)由針對高頻噪聲的磁性部件5的導磁率引起的高阻抗，從而抑制這種高頻噪聲向?qū)w52的傳輸?？色@得與上述類似的作用和效果的結(jié)構(gòu)并不限于如上所述使導體52穿過管狀磁性部件5的結(jié)構(gòu)，而是可包括例如導體纏繞環(huán)狀磁性部件的結(jié)構(gòu)、螺旋導體安裝至柱狀磁性部件的結(jié)構(gòu)。同樣地，如圖8所示，可以想到，芯片天線包括矩形的板狀磁性部件7。在左右方向擴展的接地導體72設置在板狀表面的下部區(qū)域，在左右方向延伸的天線導體74設置在該表面的其它區(qū)域。在該實施方式中，盡管天線導體74被形成為“F”形，但天線導體的形狀并不限于“F”形。同樣地，盡管天線導體74的一端側(cè)與接地導體72連接，但一端側(cè)并不一定要與接地導體72連接。可以理解，除了上述電子元件之外，上述磁性部件適用的電子元件還可例如包括變壓器、感應器以及除了磁性傳感器之外的其它電子元件。具體地，上述磁性部件適用的變壓器可形成為例如圖9A所示的變壓器100，從而使繞組線LI和繞組線L2纏繞具有四邊形平面形狀的環(huán)狀磁性部件100。 同樣地，上述磁性部件適用的感應器可形成為例如圖9B所示的感應器200，從而使繞組線L3纏繞環(huán)狀磁性部件210。(3)作用和效果
在如上配置的磁性部件中，由于超順磁性粒子中的每ー個都被保持，所以在使用時當從外部將信號應用于磁性部件時，超順磁性粒子本身的移位即由布朗機制引起的磁化和退磁受到限制。因此，超順磁性粒子的磁響應依賴于存在于粒子內(nèi)部的磁矩的移位，即依賴于Neel機制引起的磁化和退磁。此時，由Neel機制引起的磁化和退磁所需的時間τ (弛豫時間)根據(jù)超順磁性粒子的粒子尺寸而延遲。在上述結(jié)構(gòu)中，超順磁性粒子中的每ー個的粒子尺寸被設定成至少使超順磁性粒子的Neel弛豫時間短于使用時應用的信號的周期P (τη〈Ρ)。因此，使用時從外部施加的交流磁場的周期P不會 短于弛豫時間τ，磁響應能夠隨著周期P變化。因此，不會發(fā)生磁滯現(xiàn)象。而且，在上述實施方式中，在超順磁性粒子中的每ー個分散在能夠抑制布朗機制引起的移位的基材中的情況下，超順磁性粒子中的每ー個可被保持在這樣ー種狀態(tài)下超順磁性粒子中的每ー個分散在基材中并且由布朗機制引起的移位受到限制。而且，在上述實施方式中，在由非磁性部件構(gòu)成的基材被液化的狀態(tài)下超順磁性粒子中的每ー個分散，然后非磁性部件被固化，超順磁性粒子中的每ー個可分散在固態(tài)基材中。而且，在上述實施方式中，在非磁性涂層形成于超順磁性粒子中的每ー個的表面上的情況下，當超順磁性粒子中的每ー個分散在液化基材中時，非磁性涂層的存在可提高超順磁性粒子與基材之間的親和性。因此，超順磁性粒子中的每ー個可牢固地保持在固化的基材中。
權(quán)利要求
1.磁性部件，包括 多個超順磁性粒子，由所述磁性部件保持； 其中，所述多個超順磁性粒子中的每ー個被形成為具有粒子尺寸，所述粒子尺寸被設定成當所述磁性部件被用作電子元件時，至少使所述超順磁性粒子中的每ー個的Neel弛豫時間τ η短于施加至所述磁性部件的交流磁場的周期P (τη〈Ρ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁性部件，其中，所述超順磁性粒子中的每ー個分散在能夠抑制由布朗機制引起的移位的基材中，從而使所述超順磁性粒子中的每ー個被保持在由布朗機制弓I起的移位受到限制的狀態(tài)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性部件，其中，所述基材為非磁性部件；在所述非磁性部件被 液化的狀態(tài)下，使所述超順磁性粒子中的每ー個分散在所述非磁性部件中，然后所述非磁性部件被固化，以保持所述超順磁性粒子中的每ー個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁性部件，其中，所述超順磁性粒子中的每ー個具有形成于所述超順磁性粒子中的每ー個的表面上的非磁性涂層。
5.電子元件，包括磁芯，其中，根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的磁性部件被用作所述磁芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子元件，其中，所述電子元件被用作磁性傳感器、芯片天線、變壓器和感應器中的任何ー種。
全文摘要
提供了一種磁性部件，其包括由磁性部件保持的多個超順磁性粒子，多個超順磁性粒子中的每一個被形成為具有粒子直徑，所述粒子直徑被設定成當磁性部件被用作電子元件時，至少使超順磁性粒子中的每一個的Neel弛豫時間τn短于施加至磁性部件的交流磁場的周期P(τn<P)。
文檔編號B22F1/02GK102687214SQ20108005037
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者八田貴幸, 廣岡正剛, 廣田泰丈, 羯磨賢一 申請人:磁性流體技術(shù)株式會社