JP2004161527A - フェライト組成物、磁心およびインダクタ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛フリーでありながら、温度特性に優れ、しかも、高信頼性の樹脂モールド型インダクタ素子（固定コイル含む）を実現可能で、低初透磁率、高焼結密度で、大きな外部応力に対してもインダクタンスの変化が小さく、外部磁場印加後のインダクタンスの低下が少ないフェライト組成物、磁心およびインダクタ素子を提供すること。
【解決手段】Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２０モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して１０〜２５モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有し、酸化鉛を実質的に含まない。
【選択図】 図２
【解決手段】Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２０モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して１０〜２５モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有し、酸化鉛を実質的に含まない。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばインダクタンス素子の磁心材として好適に使用され、特に樹脂モールドタイプのチップインダクタの磁心材として使用されるフェライト組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビ、ビデオレコーダー、ビデオカメラ、移動体通信機器等の分野で、需要が拡大している樹脂モールドタイプのチップインダクタ、固定コイル等の分野において、小型、軽量、高精度はもちろん更に環境に対する関心が高まってきており、これらの要求に応じるため、部品に対して狭公差化・高信頼化・低環境負荷への要求が高まってきている。このような要求に対し、これらの部品の磁芯として使用されるフェライト磁心材には、以下のような特性が求められる。
【０００３】
▲１▼巻線によるインダクタンス微調整のため、低い初透磁率（μｉ）を有すること、特に縦置き型のフェライト磁心の場合、１／２ターンでの微調整を可能とするため初透磁率が低いことが必要である（μｉ：８以下）。
【０００４】
▲２▼高焼結密度を有すること。
【０００５】
▲３▼モールドされる樹脂による外部応力に対し、インダクタンス変化が少ないこと（以下、外部応力に対するインダクタンス変化率であって、棒状試料に磁化方向と平行に加えた荷重とその際のインダクタンス変化率を抗応力特性という）。つまり、優れた抗応力特性を有すること。
【０００６】
▲４▼さらに、モールドされる樹脂による外部応力と、これに加えられる外部磁場に対して、インダクタンス変化が少ないこと（以下、外部応力と外部磁場に対するインダクタンス変化率であって、棒状試料に磁化方向と平行に加えた荷重と、外部磁場を印加し解除した際のインダクタンス変化率を抗応力抗磁場特性という）。つまり、優れた抗応力抗磁場特性を有すること。
【０００７】
特に、抗応力抗磁場特性は、モールドされたインダクタ素子をアッセンブリする際に、高磁束密度の磁場に曝される場合があり、素子として所定のインダクタンスに調整されていても、実際に製品に組み込まれた段階で初期の特性を維持できるかが重要な課題であった。また、実際に製品に組み込まれた後でも、チップインダクタ自体は磁気シールドされていないため、周囲の電磁部品から生じる磁気による影響を回避する必要もある。
【０００８】
このような要請を満足するために、たとえば下記の特許文献１に示すフェライト組成物が提案されている。
【０００９】
ところが、ここ数年急速に環境に対する関心が高まってきており、欧州の鉛規制などの様に有害物を含まない製品への要求が出てきている。従来の樹脂モールドタイプのチップインダクタ、固定コイル等の部品の磁芯として使用されるフェライト磁心材には有害物である鉛を含んでおり、これらの鉛フリー化が望まれている。
【００１０】
一般に、鉛をビスマスに置換することで鉛フリー化は可能であるが、諸特性が変化してしまい製品として求められる要求特性のバランスが崩れ製品として成り立たなくなるため、単純に置換すればよいわけではない。
【００１１】
下記の特許文献１に記載されている組成で、環境負荷軽減を目的に鉛をビスマスに置換しようとすると、温度特性が悪くなり、製品としてのバランスがとれなくなることが判明した。更に添加物である酸化ビスマスと酸化珪素の添加量を変化させても、製品に要求される特性のバランスがとれる組成は見つからなかった。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３１８１５６０号公報。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、鉛フリーでありながら、温度特性に優れ、しかも、高信頼性の樹脂モールド型インダクタ素子（固定コイル含む）を実現可能で、低初透磁率、高焼結密度で、大きな外部応力に対してもインダクタンスの変化が小さく、外部磁場印加後のインダクタンスの低下が少ないフェライト組成物、磁心およびインダクタ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るフェライト組成物は、
Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２２モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して８〜２７モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、
前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記基本組成１００質量％に対し、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．５〜２質量％含有する。
【００１６】
温度特性を改善する比較的安価な第三添加物の探索を行ったところ、酸化ビスマスと酸化珪素の他に第三添加物として酸化マグネシウムを添加することにより温度特性を改善できることが判明した。しかしながら、酸化マグネシウムの添加は、その添加量に比例して抗応力特性を劣化させることが実験によって確認された。従って、製品として求められる温度特性と抗応力特性のバランスを考慮して、適切な酸化マグネシウムの添加量を精密に制御することが肝要である。また、酸化マグネシウムは単独での添加に限定されるものではなく、コストや製造上の利便性によって珪素とマグネシウムの複合酸化物を用いてもかまわない。その複合酸化物としては、たとえばタルクが用いられる。
【００１７】
本発明のフェライト組成物では、初透磁率μｉが好ましくは８以下で、さらに好ましくは７以下であって、その下限としては特に制限されるものではないが２程度である。また、その焼結密度は、好ましくは４．８ｇ／ｃｍ３ 以上、さらに好ましくは５ｇ／ｃｍ３ 以上であって、その上限としては特に限定されるものではないが６ｇ／ｃｍ３ 程度である。初透磁率が８を越えると、巻線によるインダクタンスの微調整が困難となる。また、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３ に満たないと、抗応力特性が低下するとともにインダクタとして使用した場合、特性にばらつきが生じたり、モールド用樹脂や接着剤が磁心の気孔に染み込んだりする問題が生じる。
【００１８】
本発明では、磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内であるフェライト組成物を、工業的に量産することが可能である。
【００１９】
本発明のフェライト組成物は、好ましくは、非磁性の相に磁性相であるフェライト相が島状に点在している。また、本発明のフェライト組成物は、好ましくは、亜鉛と珪素の複合酸化物、もしくはマグネシウムと珪素の複合酸化物を含む。さらに、本発明のフェライト組成物は、好ましくは、マグネシウム、亜鉛または珪素とは複合酸化物を実質的に形成していない酸化ビスマスが存在する。
【００２０】
本発明に係る磁心は、上記に記載のフェライト組成物で構成してある。本発明に係るインダクタ素子（固定コイル含む）は、上記に記載のフェライト組成物で構成してある磁心の周囲に巻き線が巻回してある。この素子は、樹脂モールドしてあっても良い。
【００２１】
なお、前記の特許文献１に記載されている組成で、環境負荷軽減を目的に、添加物である鉛をビスマスに置換しようとすると、温度特性が悪くなることが確認された。温度特性を改善しようとして添加物である酸化ビスマスと酸化珪素の添加量を変化させてみたが、温度特性は改善されなかった。そこで色々な添加元素を検討した結果、酸化マグネシウムが温度特性の改善に効果があることが判明した。温度特性が改善された酸化マグネシウム添加後のフェライト組成物を、ＥＰＭＡにて元素のマッピングを行ったところ、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｉがほぼ同じ位置にあることからＺｎ−Ｓｉ， Ｍｇ−Ｓｉ，Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉの各種化合物の生成が予想される。更に、酸化マグネシウム添加前後でＸｒａｙ回折にて生成相の定性分析を行ったところ、添加によって新たにＭｇ−Ｓｉ化合物のピークが認められた。Ｍｇ−Ｓｉ化合物が温度特性の改善に寄与しているものと推定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の一部破断斜視図、図２〜図１０は本発明の一実施例に係るフェライト組成物の元素マッピング結果を示す写真である。
【００２３】
図１に示すように、インダクタ素子は、両端部に大径のフランジ部を持つ円柱状の磁心１を有し、その磁心１の胴部には巻き線２が巻回してある。磁心１の両端部には、端子６が接続してあり、巻き線２の両端部を外部回路に接続可能になっている。端子６の先端側一部を除き、磁心１、巻き線２および端子６の基部は、モールド用樹脂５で覆われている。
【００２４】
なお、インダクタ素子の構成は、図示例に制限されるものではなく、種々の態様をとることができ、例えばリード線を磁心の円筒軸の中心部から軸方向に接続するような構成としてもよいし、箱形の樹脂ケース内に、磁心に巻線、リード線等を設けたコイル素体を挿入し、開口部をモールド材で封止するような構成としてもよい。また、磁心１の形状としては特に限定されるものではないが、例えば、外径・長さ共に２ｍｍ以下（例えば径１．８ｍｍ×長さ１．３ｍｍ）のドラム型磁心や、トロイダル磁心、Ｉ型磁心等が挙げられる。
【００２５】
本実施形態では、モールド用樹脂５は、特に限定されるものではないが、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等であり、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。モールド用樹脂をモールドする手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等や、射出成型、流し込み成型等が例示される。
【００２６】
本実施形態では、磁心１が、以下に示すフェライト組成物で構成してある。このフェライト組成物は、Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２２モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して８〜２７モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、
前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有し、酸化鉛を実質的に含まないことを特徴としている。
【００２７】
しかも、このフェライト組成物は、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３ 以上で、かつ磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内である。
【００２８】
基本組成における酸化鉄の含有量は、Ｆｅ２ Ｏ３ 換算で、１２〜２２モル％であり、好ましくは１４〜１９ モル％、特に好ましくは１６〜１９ モル％である。酸化鉄の含有量が２２モル％を超えると、初透磁率を低くすることが困難となり、抗応力抗磁場特性が悪化する。酸化鉄は２２モル％以下であれば微量でも含有されていればよいが、その下限値としては、上記範囲内が好ましい。酸化鉄の含有量が少なくなると、フェライト磁心中の磁性成分が少なくなり、磁性体としての作用が低下してくる。
【００２９】
酸化鉄と置換する２価の金属としては、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化銅、酸化マグネシウム等が挙げられるが、本発明では、特に酸化亜鉛と酸化ニッケルを用いる。酸化亜鉛は、ＺｎＯに換算して、８〜２７ モル％、好ましくは、１４〜２２ モル％、特に、１６〜２０ モル％が好ましい。基本組成中の残部は酸化ニッケルとする。酸化亜鉛の添加量を上記範囲とすることにより、極めて優れた抗応力抗磁場特性が得られる。
【００３０】
また、これらに加えて酸化銅がＣｕＯに換算して０〜１０ モル％、好ましくは０〜６ モル％添加されていてもよい。酸化銅は焼成温度の調整に使用されるが、添加量が多すぎるとＣｕＯｘ が生成され、特性のバラツキが生じる原因となる。
【００３１】
本実施形態のフェライト組成物は、前記基本組成に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％（好ましくは０．２〜１０質量％）と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％（好ましくは０．１〜８質量％）と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％（好ましくは０．５〜２質量％）とを含有し、酸化鉛を実質的に含まない。
【００３２】
これらの副成分を添加することにより、抗応力特性が向上し、上記基本組成の好ましい焼成温度を１１００〜１３００℃程度から、９５０〜１１００℃、特に９７０〜１０５０℃程度と、約１００〜３００℃程度低下させることができる。従って、より低温で良好な焼結密度が得られ好ましい。副成分の添加量が少なすぎると、焼結助剤としての効果が得難くなり、添加量が２５質量％を超えると、ガラスが磁心表面に析出し、磁心同士が付着したり、磁心がセッターへ付着する等の炉材、焼成窯具の汚染問題を生じる。
【００３３】
本実施形態のフェライト組成物は、初透磁率μｉが８以下であって、焼結密度が４．８ ｇ／ｃｍ３ 以上である。また、初透磁率は好ましくは７以下、特に６以下が好ましく、その下限値としては、特に制限されるものではないが、２程度である。焼結密度は、好ましくは５ ｇ／ｃｍ３ 以上、特に５．２ ｇ／ｃｍ３ 以上が好ましい。また、その上限としては、特に限定されるものではないが、６ ｇ／ｃｍ３程度である。初透磁率が８を超えると、巻線によるインダクタンスの微調整が困難になる。焼結密度が４．８ ｇ／ｃｍ３ に満たないと、抗応力特性が低下して、インダクタとして使用した場合に特性のバラツキが生じたり、モールド用樹脂や接着剤が磁心の気孔（ポア）へ染み込む等の問題を生じる。
【００３４】
さらに、本実施形態のフェライト組成物は、磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内、さらに好ましくは＋２％〜−３％の範囲内である。また、１５０ｍＴの直流磁場印加時におけるインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌである抗磁場特性は、好ましくは＋２％〜−８％以内、さらに好ましくは＋２％〜−５％以内である。抗磁場特性が上記範囲内であると、外部磁界による電気、磁気特性への影響を受け難く好ましい。なお、前記の直流磁場は、インダクタンス測定時に、測定試料の直近に加えられた（測定される）磁場強度を表す。
【００３５】
また、本実施形態のフェライト組成物では、Ｐ＝約５０ＭＰａの圧縮応力による磁場をかけないインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力特性は、好ましくは＋５％〜−５％以内、さらに好ましくは＋３％〜−３％以内である。
【００３６】
本実施形態のフェライト組成物は、図１に示す磁心１の形状に成形され、必要な巻き線２が巻回された後、端子６が取り付けられ、モールド用樹脂５で樹脂モールドされ、インダクタ素子（固定インダクタ含む）等として、テレビ、ビデオレコーダ、携帯電話や自動車電話等の移動体通信等各種電子機器に使用される。
【００３７】
次に、本実施形態のフェライト組成物の製造方法について説明する。
まず、基本組成原料と、副成分原料とを用意する。基本成分原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ２ Ｏ３ ）、および上記添加金属酸化物、あるいは焼成により上記酸化物となる金属で、好ましくは上記例示金属の酸化物である。各原料は、フェライトの最終組成として前記した量比になるように混合される。
【００３８】
次いで、基本組成の成分原料、必要により副成分原料とを混合し、仮焼する。仮焼は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行えばよく、仮焼温度は８００〜１０００℃、仮焼時間は１〜３時間とすることが好ましい。仮焼物はボールミル等により所定の大きさに粉砕される。仮焼物を粉砕した後、適当なバインダー、例えばポリビニルアルコール等を適当量加えて、所望の形状に成形する。
【００３９】
次いで、成形体を焼成する。焼成は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行えばよく、焼成温度は１１００〜１３００℃、前記副成分を添加した場合には、９５０〜１１００℃程度で、焼成時間は２〜５時間とすることが好ましい。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００４２】
実施例１
原料として、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｂｉ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＭｇＯ粉末を用意した。これら原料粉末を、最終組成が下記の表１に示す組成となるよう混合し、９００℃で、３時間仮焼成し、これを粉砕して、フェライト仮焼粉砕粉とした。さらに、これにバインダーを加え、外径：約３５ｍｍ、内径：約２２ｍｍ、高さ：約１０ｍｍのドーナッツ状のトロイダル磁心に加圧成形し、９５０〜１１００℃で２時間焼成し、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。焼成後の磁心サンプルは、外径：約３０ｍｍ、内径：約１９ｍｍ、高さ：約９ｍｍであった。なお、表１に示す副成分の質量％は、基本成分を１００質量％とした場合の値である。
【００４３】
次に、得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
初透磁率は、ＪＩＳ Ｃ−２５６１により測定した。焼結密度は、寸法と質量を測定して、密度ｄ＝質量Ｗ／体積Ｖにより計算した。相対温度係数αμｉｒは、以下の方法で測定した。すなわち、上記磁心サンプルを使用し、巻線φ０．３５ｍｍ、５０Ｔｓとし、測定周波数を１００ｋＨｚにした以外はＪＩＳ Ｃ−２５６１に準拠して、サンプルを高温槽に入れ、−２０°Ｃ、＋２０°Ｃおよび６０°Ｃにおける透磁率の変化割合を平均化することにより求めた。
【００４５】
抗応力特性ΔＬ／Ｌ（％）は、以下の方法で測定した。すなわち、磁心サンプルの周囲に巻き線を巻回してコイルを構成し、そのコイルにより発生する磁力線と平行な方向に加圧機により圧縮応力（Ｐ＝約５０ＭＰａ）を印加し、その応力を印加する前後におけるインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌ（％）を測定して抗応力特性とした。
【００４６】
抗応力抗磁場特性ΔＬ／Ｌ（％）は、以下の方法で測定した。すなわち、磁心サンプルの周囲に巻き線を巻回してコイルを構成し、そのコイルにより発生する磁力線と平行な方向に加圧機により圧縮応力（Ｐ＝約５０ＭＰａ）を印加し、しかも、応力印加時に応力の印加方向と直角方向に、外部磁界１００ｍＴを５秒間印加した後解放し、そのときのインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌ（％）を測定して抗応力抗磁場特性とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
また、本実施例の焼結後のフェライト組成物の所定断面について、ＥＰＭＡにて元素のマッピングを行った結果を図２〜図１０に示す。図２は、ＳＥＭ像であり、図３はＭｇ元素のマッピング写真であり、図４はＯ元素のマッピング写真であり、図５はＰｂ元素のマッピング写真であり、図６はＺｎ元素のマッピング写真であり、図７はＢｉ元素のマッピング写真であり、図８はＳｉ元素のマッピング写真であり、図９はＦｅ元素のマッピング写真であり、図１０はＮｉ元素のマッピング写真である。なお、図２〜図１０は、同じ断面についての元素マッピングの写真であり、白い領域ほど、その元素が多く存在することを示す。
【００４９】
図２〜図１０に示すように、非磁性の相に磁性相であるフェライト相が島状に点在していることが確認できた。また、図２〜図１０に示すように、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｉがほぼ同じ位置にあることから、亜鉛と珪素の複合酸化物、もしくはマグネシウムと珪素の複合酸化物が形成されていることが確認できた。さらに、図２〜図１０に示すように、Ｂｉと、ＺｎまたはＳｉまたはＭｇとは、同じ位置にないことから、マグネシウム、亜鉛または珪素とは複合酸化物を実質的に形成していない酸化ビスマスが存在することが確認できた。さらにまた、図５に示すように、鉛は実質的に含まれていないことが確認できた。
【００５０】
さらに、酸化マグネシウム添加前後でＸｒａｙ回折にて生成相の定性分析を行ったところ、添加によって新たにＭｇ−Ｓｉ化合物のピークが認められた。Ｍｇ−Ｓｉ化合物が温度特性の改善に寄与しているものと推定される。
【００５１】
実施例２〜６および比較例１および２
酸化マグネシウムの含有量を０．００５〜７質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
表１に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％、特に０．５〜２質量％とすることが良いことが確認できた。
【００５３】
なお、本発明者等の実験によれば、酸化マグネシウムの添加量の増加に伴い、Ｓｉ−Ｍｇ複合酸化物の生成量が増加することも確認された。この化合物が温度特性の改善と、インダクタンス変化率ΔＬ／Ｌで示される抗応力特性及び抗応力抗磁場特性の低下に起因しているものと推定される。製品に要求される特性に応じて酸化マグネシウムの添加量を適切に制御する必要があることが確認できた。
【００５４】
実施例７〜１１および比較例３〜５
酸化ビスマスの含有量を０．００５〜１２質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
表１に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化ビスマスをＢｉ２Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％（好ましくは０．２〜１０質量％）とすることが良いことが確認できた。なお、酸化ビスマスの含有量が１０質量％を超えると、異常粒成長が起こりやすくなると共に、コスト高となる。
【００５６】
実施例１２〜１５および比較例６および７
酸化珪素の含有量を０．００５〜１３質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００５７】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％（好ましくは０．１〜８質量％）とすることが良いことが確認できた。
【００５８】
【表２】
【００５９】
実施例１６〜２１および比較例８および９
酸化鉄のモル％を、１１〜２４モル％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００６０】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化鉄の含有量は、Ｆｅ２ Ｏ３ 換算で、１２〜２２モル％であり、好ましくは１４〜１９ モル％、特に好ましくは１６〜１９ モル％とすることが良いことが確認できた。酸化鉄の含有量が１２モル％より少なくなると、異常粒成長をまねく傾向にある。
【００６１】
実施例２２〜２８および比較例１０および１１
酸化亜鉛のモル％を、６〜２９モル％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００６２】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化亜鉛の含有量は、ＺｎＯに換算して、８〜２７ モル％、好ましくは、１４〜２２ モル％、特に、１６〜２０ モル％とすることが良いことが確認できた。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、鉛フリーでありながら、温度特性に優れ、しかも、高信頼性の樹脂モールド型インダクタ素子（固定コイル含む）を実現可能で、低初透磁率、高焼結密度で、大きな外部応力に対してもインダクタンスの変化が小さく、外部磁場印加後のインダクタンスの低下が少ないフェライト組成物、磁心およびインダクタ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の一部破断斜視図である。
【図２】図２は本発明の一実施例に係るフェライト組成物の一断面におけるＳＥＭ像である。
【図３】図３は図２と同じ断面のＭｇ元素マッピング結果を示す写真である。
【図４】図４は図２と同じ断面のＯ元素マッピング結果を示す写真である。
【図５】図５は図２と同じ断面のＰｂ元素マッピング結果を示す写真である。
【図６】図６は図２と同じ断面のＺｎ元素マッピング結果を示す写真である。
【図７】図７は図２と同じ断面のＢｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【図８】図８は図２と同じ断面のＳｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【図９】図９は図２と同じ断面のＦｅ元素マッピング結果を示す写真である。
【図１０】図１０は図２と同じ断面のＮｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【符号の説明】
１… 磁心
２… 巻き線
５… モールド用樹脂
６… 端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばインダクタンス素子の磁心材として好適に使用され、特に樹脂モールドタイプのチップインダクタの磁心材として使用されるフェライト組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビ、ビデオレコーダー、ビデオカメラ、移動体通信機器等の分野で、需要が拡大している樹脂モールドタイプのチップインダクタ、固定コイル等の分野において、小型、軽量、高精度はもちろん更に環境に対する関心が高まってきており、これらの要求に応じるため、部品に対して狭公差化・高信頼化・低環境負荷への要求が高まってきている。このような要求に対し、これらの部品の磁芯として使用されるフェライト磁心材には、以下のような特性が求められる。
【０００３】
▲１▼巻線によるインダクタンス微調整のため、低い初透磁率（μｉ）を有すること、特に縦置き型のフェライト磁心の場合、１／２ターンでの微調整を可能とするため初透磁率が低いことが必要である（μｉ：８以下）。
【０００４】
▲２▼高焼結密度を有すること。
【０００５】
▲３▼モールドされる樹脂による外部応力に対し、インダクタンス変化が少ないこと（以下、外部応力に対するインダクタンス変化率であって、棒状試料に磁化方向と平行に加えた荷重とその際のインダクタンス変化率を抗応力特性という）。つまり、優れた抗応力特性を有すること。
【０００６】
▲４▼さらに、モールドされる樹脂による外部応力と、これに加えられる外部磁場に対して、インダクタンス変化が少ないこと（以下、外部応力と外部磁場に対するインダクタンス変化率であって、棒状試料に磁化方向と平行に加えた荷重と、外部磁場を印加し解除した際のインダクタンス変化率を抗応力抗磁場特性という）。つまり、優れた抗応力抗磁場特性を有すること。
【０００７】
特に、抗応力抗磁場特性は、モールドされたインダクタ素子をアッセンブリする際に、高磁束密度の磁場に曝される場合があり、素子として所定のインダクタンスに調整されていても、実際に製品に組み込まれた段階で初期の特性を維持できるかが重要な課題であった。また、実際に製品に組み込まれた後でも、チップインダクタ自体は磁気シールドされていないため、周囲の電磁部品から生じる磁気による影響を回避する必要もある。
【０００８】
このような要請を満足するために、たとえば下記の特許文献１に示すフェライト組成物が提案されている。
【０００９】
ところが、ここ数年急速に環境に対する関心が高まってきており、欧州の鉛規制などの様に有害物を含まない製品への要求が出てきている。従来の樹脂モールドタイプのチップインダクタ、固定コイル等の部品の磁芯として使用されるフェライト磁心材には有害物である鉛を含んでおり、これらの鉛フリー化が望まれている。
【００１０】
一般に、鉛をビスマスに置換することで鉛フリー化は可能であるが、諸特性が変化してしまい製品として求められる要求特性のバランスが崩れ製品として成り立たなくなるため、単純に置換すればよいわけではない。
【００１１】
下記の特許文献１に記載されている組成で、環境負荷軽減を目的に鉛をビスマスに置換しようとすると、温度特性が悪くなり、製品としてのバランスがとれなくなることが判明した。更に添加物である酸化ビスマスと酸化珪素の添加量を変化させても、製品に要求される特性のバランスがとれる組成は見つからなかった。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３１８１５６０号公報。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、鉛フリーでありながら、温度特性に優れ、しかも、高信頼性の樹脂モールド型インダクタ素子（固定コイル含む）を実現可能で、低初透磁率、高焼結密度で、大きな外部応力に対してもインダクタンスの変化が小さく、外部磁場印加後のインダクタンスの低下が少ないフェライト組成物、磁心およびインダクタ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るフェライト組成物は、
Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２２モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して８〜２７モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、
前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記基本組成１００質量％に対し、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．５〜２質量％含有する。
【００１６】
温度特性を改善する比較的安価な第三添加物の探索を行ったところ、酸化ビスマスと酸化珪素の他に第三添加物として酸化マグネシウムを添加することにより温度特性を改善できることが判明した。しかしながら、酸化マグネシウムの添加は、その添加量に比例して抗応力特性を劣化させることが実験によって確認された。従って、製品として求められる温度特性と抗応力特性のバランスを考慮して、適切な酸化マグネシウムの添加量を精密に制御することが肝要である。また、酸化マグネシウムは単独での添加に限定されるものではなく、コストや製造上の利便性によって珪素とマグネシウムの複合酸化物を用いてもかまわない。その複合酸化物としては、たとえばタルクが用いられる。
【００１７】
本発明のフェライト組成物では、初透磁率μｉが好ましくは８以下で、さらに好ましくは７以下であって、その下限としては特に制限されるものではないが２程度である。また、その焼結密度は、好ましくは４．８ｇ／ｃｍ３ 以上、さらに好ましくは５ｇ／ｃｍ３ 以上であって、その上限としては特に限定されるものではないが６ｇ／ｃｍ３ 程度である。初透磁率が８を越えると、巻線によるインダクタンスの微調整が困難となる。また、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３ に満たないと、抗応力特性が低下するとともにインダクタとして使用した場合、特性にばらつきが生じたり、モールド用樹脂や接着剤が磁心の気孔に染み込んだりする問題が生じる。
【００１８】
本発明では、磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内であるフェライト組成物を、工業的に量産することが可能である。
【００１９】
本発明のフェライト組成物は、好ましくは、非磁性の相に磁性相であるフェライト相が島状に点在している。また、本発明のフェライト組成物は、好ましくは、亜鉛と珪素の複合酸化物、もしくはマグネシウムと珪素の複合酸化物を含む。さらに、本発明のフェライト組成物は、好ましくは、マグネシウム、亜鉛または珪素とは複合酸化物を実質的に形成していない酸化ビスマスが存在する。
【００２０】
本発明に係る磁心は、上記に記載のフェライト組成物で構成してある。本発明に係るインダクタ素子（固定コイル含む）は、上記に記載のフェライト組成物で構成してある磁心の周囲に巻き線が巻回してある。この素子は、樹脂モールドしてあっても良い。
【００２１】
なお、前記の特許文献１に記載されている組成で、環境負荷軽減を目的に、添加物である鉛をビスマスに置換しようとすると、温度特性が悪くなることが確認された。温度特性を改善しようとして添加物である酸化ビスマスと酸化珪素の添加量を変化させてみたが、温度特性は改善されなかった。そこで色々な添加元素を検討した結果、酸化マグネシウムが温度特性の改善に効果があることが判明した。温度特性が改善された酸化マグネシウム添加後のフェライト組成物を、ＥＰＭＡにて元素のマッピングを行ったところ、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｉがほぼ同じ位置にあることからＺｎ−Ｓｉ， Ｍｇ−Ｓｉ，Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉの各種化合物の生成が予想される。更に、酸化マグネシウム添加前後でＸｒａｙ回折にて生成相の定性分析を行ったところ、添加によって新たにＭｇ−Ｓｉ化合物のピークが認められた。Ｍｇ−Ｓｉ化合物が温度特性の改善に寄与しているものと推定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の一部破断斜視図、図２〜図１０は本発明の一実施例に係るフェライト組成物の元素マッピング結果を示す写真である。
【００２３】
図１に示すように、インダクタ素子は、両端部に大径のフランジ部を持つ円柱状の磁心１を有し、その磁心１の胴部には巻き線２が巻回してある。磁心１の両端部には、端子６が接続してあり、巻き線２の両端部を外部回路に接続可能になっている。端子６の先端側一部を除き、磁心１、巻き線２および端子６の基部は、モールド用樹脂５で覆われている。
【００２４】
なお、インダクタ素子の構成は、図示例に制限されるものではなく、種々の態様をとることができ、例えばリード線を磁心の円筒軸の中心部から軸方向に接続するような構成としてもよいし、箱形の樹脂ケース内に、磁心に巻線、リード線等を設けたコイル素体を挿入し、開口部をモールド材で封止するような構成としてもよい。また、磁心１の形状としては特に限定されるものではないが、例えば、外径・長さ共に２ｍｍ以下（例えば径１．８ｍｍ×長さ１．３ｍｍ）のドラム型磁心や、トロイダル磁心、Ｉ型磁心等が挙げられる。
【００２５】
本実施形態では、モールド用樹脂５は、特に限定されるものではないが、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等であり、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。モールド用樹脂をモールドする手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等や、射出成型、流し込み成型等が例示される。
【００２６】
本実施形態では、磁心１が、以下に示すフェライト組成物で構成してある。このフェライト組成物は、Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２２モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して８〜２７モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、
前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有し、酸化鉛を実質的に含まないことを特徴としている。
【００２７】
しかも、このフェライト組成物は、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３ 以上で、かつ磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内である。
【００２８】
基本組成における酸化鉄の含有量は、Ｆｅ２ Ｏ３ 換算で、１２〜２２モル％であり、好ましくは１４〜１９ モル％、特に好ましくは１６〜１９ モル％である。酸化鉄の含有量が２２モル％を超えると、初透磁率を低くすることが困難となり、抗応力抗磁場特性が悪化する。酸化鉄は２２モル％以下であれば微量でも含有されていればよいが、その下限値としては、上記範囲内が好ましい。酸化鉄の含有量が少なくなると、フェライト磁心中の磁性成分が少なくなり、磁性体としての作用が低下してくる。
【００２９】
酸化鉄と置換する２価の金属としては、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化銅、酸化マグネシウム等が挙げられるが、本発明では、特に酸化亜鉛と酸化ニッケルを用いる。酸化亜鉛は、ＺｎＯに換算して、８〜２７ モル％、好ましくは、１４〜２２ モル％、特に、１６〜２０ モル％が好ましい。基本組成中の残部は酸化ニッケルとする。酸化亜鉛の添加量を上記範囲とすることにより、極めて優れた抗応力抗磁場特性が得られる。
【００３０】
また、これらに加えて酸化銅がＣｕＯに換算して０〜１０ モル％、好ましくは０〜６ モル％添加されていてもよい。酸化銅は焼成温度の調整に使用されるが、添加量が多すぎるとＣｕＯｘ が生成され、特性のバラツキが生じる原因となる。
【００３１】
本実施形態のフェライト組成物は、前記基本組成に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％（好ましくは０．２〜１０質量％）と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％（好ましくは０．１〜８質量％）と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％（好ましくは０．５〜２質量％）とを含有し、酸化鉛を実質的に含まない。
【００３２】
これらの副成分を添加することにより、抗応力特性が向上し、上記基本組成の好ましい焼成温度を１１００〜１３００℃程度から、９５０〜１１００℃、特に９７０〜１０５０℃程度と、約１００〜３００℃程度低下させることができる。従って、より低温で良好な焼結密度が得られ好ましい。副成分の添加量が少なすぎると、焼結助剤としての効果が得難くなり、添加量が２５質量％を超えると、ガラスが磁心表面に析出し、磁心同士が付着したり、磁心がセッターへ付着する等の炉材、焼成窯具の汚染問題を生じる。
【００３３】
本実施形態のフェライト組成物は、初透磁率μｉが８以下であって、焼結密度が４．８ ｇ／ｃｍ３ 以上である。また、初透磁率は好ましくは７以下、特に６以下が好ましく、その下限値としては、特に制限されるものではないが、２程度である。焼結密度は、好ましくは５ ｇ／ｃｍ３ 以上、特に５．２ ｇ／ｃｍ３ 以上が好ましい。また、その上限としては、特に限定されるものではないが、６ ｇ／ｃｍ３程度である。初透磁率が８を超えると、巻線によるインダクタンスの微調整が困難になる。焼結密度が４．８ ｇ／ｃｍ３ に満たないと、抗応力特性が低下して、インダクタとして使用した場合に特性のバラツキが生じたり、モールド用樹脂や接着剤が磁心の気孔（ポア）へ染み込む等の問題を生じる。
【００３４】
さらに、本実施形態のフェライト組成物は、磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内、さらに好ましくは＋２％〜−３％の範囲内である。また、１５０ｍＴの直流磁場印加時におけるインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌである抗磁場特性は、好ましくは＋２％〜−８％以内、さらに好ましくは＋２％〜−５％以内である。抗磁場特性が上記範囲内であると、外部磁界による電気、磁気特性への影響を受け難く好ましい。なお、前記の直流磁場は、インダクタンス測定時に、測定試料の直近に加えられた（測定される）磁場強度を表す。
【００３５】
また、本実施形態のフェライト組成物では、Ｐ＝約５０ＭＰａの圧縮応力による磁場をかけないインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力特性は、好ましくは＋５％〜−５％以内、さらに好ましくは＋３％〜−３％以内である。
【００３６】
本実施形態のフェライト組成物は、図１に示す磁心１の形状に成形され、必要な巻き線２が巻回された後、端子６が取り付けられ、モールド用樹脂５で樹脂モールドされ、インダクタ素子（固定インダクタ含む）等として、テレビ、ビデオレコーダ、携帯電話や自動車電話等の移動体通信等各種電子機器に使用される。
【００３７】
次に、本実施形態のフェライト組成物の製造方法について説明する。
まず、基本組成原料と、副成分原料とを用意する。基本成分原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ２ Ｏ３ ）、および上記添加金属酸化物、あるいは焼成により上記酸化物となる金属で、好ましくは上記例示金属の酸化物である。各原料は、フェライトの最終組成として前記した量比になるように混合される。
【００３８】
次いで、基本組成の成分原料、必要により副成分原料とを混合し、仮焼する。仮焼は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行えばよく、仮焼温度は８００〜１０００℃、仮焼時間は１〜３時間とすることが好ましい。仮焼物はボールミル等により所定の大きさに粉砕される。仮焼物を粉砕した後、適当なバインダー、例えばポリビニルアルコール等を適当量加えて、所望の形状に成形する。
【００３９】
次いで、成形体を焼成する。焼成は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行えばよく、焼成温度は１１００〜１３００℃、前記副成分を添加した場合には、９５０〜１１００℃程度で、焼成時間は２〜５時間とすることが好ましい。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００４２】
実施例１
原料として、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｂｉ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＭｇＯ粉末を用意した。これら原料粉末を、最終組成が下記の表１に示す組成となるよう混合し、９００℃で、３時間仮焼成し、これを粉砕して、フェライト仮焼粉砕粉とした。さらに、これにバインダーを加え、外径：約３５ｍｍ、内径：約２２ｍｍ、高さ：約１０ｍｍのドーナッツ状のトロイダル磁心に加圧成形し、９５０〜１１００℃で２時間焼成し、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。焼成後の磁心サンプルは、外径：約３０ｍｍ、内径：約１９ｍｍ、高さ：約９ｍｍであった。なお、表１に示す副成分の質量％は、基本成分を１００質量％とした場合の値である。
【００４３】
次に、得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
初透磁率は、ＪＩＳ Ｃ−２５６１により測定した。焼結密度は、寸法と質量を測定して、密度ｄ＝質量Ｗ／体積Ｖにより計算した。相対温度係数αμｉｒは、以下の方法で測定した。すなわち、上記磁心サンプルを使用し、巻線φ０．３５ｍｍ、５０Ｔｓとし、測定周波数を１００ｋＨｚにした以外はＪＩＳ Ｃ−２５６１に準拠して、サンプルを高温槽に入れ、−２０°Ｃ、＋２０°Ｃおよび６０°Ｃにおける透磁率の変化割合を平均化することにより求めた。
【００４５】
抗応力特性ΔＬ／Ｌ（％）は、以下の方法で測定した。すなわち、磁心サンプルの周囲に巻き線を巻回してコイルを構成し、そのコイルにより発生する磁力線と平行な方向に加圧機により圧縮応力（Ｐ＝約５０ＭＰａ）を印加し、その応力を印加する前後におけるインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌ（％）を測定して抗応力特性とした。
【００４６】
抗応力抗磁場特性ΔＬ／Ｌ（％）は、以下の方法で測定した。すなわち、磁心サンプルの周囲に巻き線を巻回してコイルを構成し、そのコイルにより発生する磁力線と平行な方向に加圧機により圧縮応力（Ｐ＝約５０ＭＰａ）を印加し、しかも、応力印加時に応力の印加方向と直角方向に、外部磁界１００ｍＴを５秒間印加した後解放し、そのときのインダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌ（％）を測定して抗応力抗磁場特性とした。
【００４７】
【表１】
また、本実施例の焼結後のフェライト組成物の所定断面について、ＥＰＭＡにて元素のマッピングを行った結果を図２〜図１０に示す。図２は、ＳＥＭ像であり、図３はＭｇ元素のマッピング写真であり、図４はＯ元素のマッピング写真であり、図５はＰｂ元素のマッピング写真であり、図６はＺｎ元素のマッピング写真であり、図７はＢｉ元素のマッピング写真であり、図８はＳｉ元素のマッピング写真であり、図９はＦｅ元素のマッピング写真であり、図１０はＮｉ元素のマッピング写真である。なお、図２〜図１０は、同じ断面についての元素マッピングの写真であり、白い領域ほど、その元素が多く存在することを示す。
【００４９】
図２〜図１０に示すように、非磁性の相に磁性相であるフェライト相が島状に点在していることが確認できた。また、図２〜図１０に示すように、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｉがほぼ同じ位置にあることから、亜鉛と珪素の複合酸化物、もしくはマグネシウムと珪素の複合酸化物が形成されていることが確認できた。さらに、図２〜図１０に示すように、Ｂｉと、ＺｎまたはＳｉまたはＭｇとは、同じ位置にないことから、マグネシウム、亜鉛または珪素とは複合酸化物を実質的に形成していない酸化ビスマスが存在することが確認できた。さらにまた、図５に示すように、鉛は実質的に含まれていないことが確認できた。
【００５０】
さらに、酸化マグネシウム添加前後でＸｒａｙ回折にて生成相の定性分析を行ったところ、添加によって新たにＭｇ−Ｓｉ化合物のピークが認められた。Ｍｇ−Ｓｉ化合物が温度特性の改善に寄与しているものと推定される。
【００５１】
実施例２〜６および比較例１および２
酸化マグネシウムの含有量を０．００５〜７質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
表１に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％、特に０．５〜２質量％とすることが良いことが確認できた。
【００５３】
なお、本発明者等の実験によれば、酸化マグネシウムの添加量の増加に伴い、Ｓｉ−Ｍｇ複合酸化物の生成量が増加することも確認された。この化合物が温度特性の改善と、インダクタンス変化率ΔＬ／Ｌで示される抗応力特性及び抗応力抗磁場特性の低下に起因しているものと推定される。製品に要求される特性に応じて酸化マグネシウムの添加量を適切に制御する必要があることが確認できた。
【００５４】
実施例７〜１１および比較例３〜５
酸化ビスマスの含有量を０．００５〜１２質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
表１に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化ビスマスをＢｉ２Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％（好ましくは０．２〜１０質量％）とすることが良いことが確認できた。なお、酸化ビスマスの含有量が１０質量％を超えると、異常粒成長が起こりやすくなると共に、コスト高となる。
【００５６】
実施例１２〜１５および比較例６および７
酸化珪素の含有量を０．００５〜１３質量％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００５７】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％（好ましくは０．１〜８質量％）とすることが良いことが確認できた。
【００５８】
【表２】
実施例１６〜２１および比較例８および９
酸化鉄のモル％を、１１〜２４モル％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００６０】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化鉄の含有量は、Ｆｅ２ Ｏ３ 換算で、１２〜２２モル％であり、好ましくは１４〜１９ モル％、特に好ましくは１６〜１９ モル％とすることが良いことが確認できた。酸化鉄の含有量が１２モル％より少なくなると、異常粒成長をまねく傾向にある。
【００６１】
実施例２２〜２８および比較例１０および１１
酸化亜鉛のモル％を、６〜２９モル％に変化させた以外は、実施例１と同様にして、フェライト組成物の磁心サンプルを得た。得られたトロイダル形状の磁心サンプルについて、初透磁率μｉ、焼結密度ｄ、温度特性（相対温度係数αμｉｒ）、抗応力特性および抗応力抗磁場特性を測定した。結果を表２に示す。
【００６２】
表２に示すように、初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３以上で、温度特性が３５ｐｐｍ／°Ｃ以内で、抗応力特性が±５％以内で、抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内とするためには、酸化亜鉛の含有量は、ＺｎＯに換算して、８〜２７ モル％、好ましくは、１４〜２２ モル％、特に、１６〜２０ モル％とすることが良いことが確認できた。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、鉛フリーでありながら、温度特性に優れ、しかも、高信頼性の樹脂モールド型インダクタ素子（固定コイル含む）を実現可能で、低初透磁率、高焼結密度で、大きな外部応力に対してもインダクタンスの変化が小さく、外部磁場印加後のインダクタンスの低下が少ないフェライト組成物、磁心およびインダクタ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の一部破断斜視図である。
【図２】図２は本発明の一実施例に係るフェライト組成物の一断面におけるＳＥＭ像である。
【図３】図３は図２と同じ断面のＭｇ元素マッピング結果を示す写真である。
【図４】図４は図２と同じ断面のＯ元素マッピング結果を示す写真である。
【図５】図５は図２と同じ断面のＰｂ元素マッピング結果を示す写真である。
【図６】図６は図２と同じ断面のＺｎ元素マッピング結果を示す写真である。
【図７】図７は図２と同じ断面のＢｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【図８】図８は図２と同じ断面のＳｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【図９】図９は図２と同じ断面のＦｅ元素マッピング結果を示す写真である。
【図１０】図１０は図２と同じ断面のＮｉ元素マッピング結果を示す写真である。
【符号の説明】
１… 磁心
２… 巻き線
５… モールド用樹脂
６… 端子
Claims (6)
- Ｆｅ２ Ｏ３ に換算して１２〜２２モル％の酸化鉄と、ＺｎＯに換算して８〜２７モル％の酸化亜鉛と、残部が酸化ニッケルである基本組成を有するフェライト組成物であって、
前記基本組成１００質量％に対し、副成分として、酸化ビスマスをＢｉ２ Ｏ３ 換算で０．１〜１０質量％と、酸化珪素をＳｉＯ２ 換算で０．０１〜１０質量％と、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０．１〜５質量％とを含有することを特徴とするフェライト組成物。 - 初透磁率が８以下であって、焼結密度が４．８ｇ／ｃｍ３ 以上で、かつ磁化方向に平行なＰ＝約５０ＭＰａの圧縮応力下で１００ｍＴの磁場印加条件によるインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌである抗応力抗磁場特性が＋２％〜−５％の範囲内である請求項１に記載のフェライト組成物。
- 亜鉛と珪素の複合酸化物、もしくはマグネシウムと珪素の複合酸化物を含む請求項１または２に記載のフェライト組成物。
- マグネシウム、亜鉛または珪素とは複合酸化物を実質的に形成していない酸化ビスマスが存在する請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト組成物。
- 請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト組成物で構成してある磁心。
- 請求項５に記載の磁心の周囲に巻き線が巻回してあるインダクタ素子。
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