JP2010103266A - Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ケイ酸亜鉛を添加することにより、直流重畳特性に優れたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料からなるインダクタンス素子を提供するものである。
【解決手段】 スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛とを含むＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子であって、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、酸化物換算で、３６．０〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７．０〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５．０〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１．０〜８．０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなり、スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．００５〜０．０６５であることを特徴とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなることを特徴とするインダクタンス素子である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、直流重畳特性に優れたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を用いたインダクタンス素子に関するものである。

近年、携帯機器、情報機器等の電子機器は、急速に小型化、高機能化が求められており、これらに使われるインダクタンス素子等の部品に対しても同様に小型化、高機能化が要求されている。特に、電源回路に使われるインダクタンス素子には、交流電流と直流電流を重ねて流したときの直流重畳特性として、インダクタンスの低下とコア損失の増加が出来るだけ少ないことも求められている。

従来、インダクタンス素子は、材料としてＭｎ−Ｚｎ系フェライト又はＮｉ−Ｚｎ系のフェライトを用いて、その内部に構造的に磁気ギャップを設けることで直流重畳特性を向上させ、また、フェライト組成を調整したり添加物を添加することによりコア損失を低減していた。

特に、積層型インダクタンス素子の場合、フェライト材料と磁気ギャップである非磁性材料を積層して同時に焼成することによって製造するため、両者の密着性、焼成時の収縮率の差、熱膨張率の差により所望の特性が得られにくい等の問題点があった。

これを解決するため、構造的に磁気ギャップを設けなくても、磁性材料自体に優れた直流重畳特性を持たせたフェライト材料の開発が進められおり、酸化ケイ素と酸化ジルコンを添加したＮｉ−Ｚｎ系又はＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト（特許文献１及び特許文献２）、ケイ素を添加したＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト（特許文献３）が知られている。

一方、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトにＺｎ_２ＳｉＯ_４を含有させることにより、応力変化に起因するインダクタンスの変化を制御する技術（特許文献４及び特許文献５）が提案されている。

特開２００３−１１２９６８号公報 特開２００４−１７２３９６号公報 特開２００５−１４５７８１号公報 特開平２−１３７３０１号公報 特開２００４−２９６８６５号公報

前出特許文献１乃至３には、酸化ケイ素、酸化ジルコンをＮｉ−Ｚｎ系又はＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトに添加することにより、直流電流を重畳させた際の透磁率の低下を抑制できることが示されている。しかしながら、コア損失に関しては考慮されておらず、磁性材料自体が優れた直流重畳特性を有するフェライト材料への適用は困難である。

前出特許文献４及び５には、応力変化に起因するインダクタンスの変化を制御する技術が記述されているが、直流重畳特性に関しては考慮されておらず、磁性材料自体が優れた直流重畳特性を有するフェライト材料への適用は困難である。

そこで、本発明は、磁性材料自体が優れた直流重畳特性を有するフェライト材料を用いた直流重畳特性に優れたインダクタンス素子を提供すること技術的課題とする。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。

即ち、本発明は、スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛とを含むＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子であって、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、酸化物換算で、３６．０〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７．０〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５．０〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１．０〜８．０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなり、スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．００５〜０．０６５であることを特徴とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなることを特徴とするインダクタンス素子である（本発明１）。

また、本発明は、本発明１記載のインダクタンス素子を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体において、焼結密度が４．９〜５．２５ｇ／ｃｍ^３であり、直流重畳磁場を印加しない状態で測定した透磁率の実数部μ_０′が２０〜１７０であり、コア損失Ｐ_０が１４００ｋＷ／ｍ^３以下であり、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定した透磁率の実数部μ_１０００′とμ_０′の比μ_１０００′／μ_０′が０．５以上であり、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定したコア損失Ｐ_１０００とＰ_０の比Ｐ_１０００／Ｐ_０が０．７〜２．０であるインダクタンス素子である（本発明２）。

また、本発明は、本発明１又は２記載のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子において、直流重畳電流を流した状態で測定したインダクタンスが直流重畳電流を流していない状態で測定したインダクタンスの９０％になったときの直流重畳電流が、５５〜２６００ｍＡであるインダクタンス素子である（本発明３）。

本発明に係るインダクタンス素子は、直流重畳特性が優れているので、ＤＣパワーライン用のインダクタンス素子として好適である。

本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。

本発明においては、フェライト材料の直流重畳特性の指標として、直流重畳磁場を印加しない状態で測定した透磁率の実数部μ_０′と直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定した透磁率の実数部μ_１０００′との比μ_１０００′／μ_０′を用いた。この比μ_１０００′／μ_０′は、直流重畳磁場が０Ａ／ｍの場合の透磁率を基準として、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍとしたときの透磁率の低下の程度を示すものである。この値は、通常、１以下であるが、この値が１に近いほど直流重畳磁場を印加した場合に透磁率の実数部が低下しにくいことを意味し、そのような材料は、磁性材料自体が直流重畳特性に優れていることを表している。

更に、本発明においては、フェライト材料の直流重畳特性の指標として、直流重畳磁場を印加しない状態で測定したコア損失Ｐ_０と直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定したコア損失Ｐ_１０００との比Ｐ_１０００／Ｐ_０を用いた。この比Ｐ_１０００／Ｐ_０は、直流重畳磁場が０Ａ／ｍの場合のコア損失を基準として、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍとしたときのコア損失の変化の程度を示すものである。この値が１より大きくなると、直流重畳磁場を印加した場合にコア損失が大きくなることを示している。

更に、本発明においては、インダクタンス素子の直流重畳特性の指標として、２ＭＨｚの周波数において直流重畳電流を流した状態で測定したインダクタンスが直流重畳電流を流していない状態で測定したインダクタンスＬ_０の９０％になったときの直流重畳電流Ｉ_９０を用いた。このＩ_９０が大きい程、インダクタンスの低下を招かないで大きな直流重畳電流を流せることになり、直流重畳特性が優れているといえる。

本発明に係るインダクタンス素子について述べる。

本発明に係るインダクタンス素子のインダクタンスＬ_０は、０．４〜５５μＨが好ましい。より好ましくは０．５〜５０μＨである。インダクタンスＬ_０が０．４未満の場合は、値が小さいので電子回路において利用しづらい。本発明の方法では、５５μＨを越えるインダクタンス素子は得られない。

本発明に係るインダクタンス素子において、直流重畳電流を流した状態のインダクタンスがＬ_０の９０％になるときの直流重畳電流Ｉ_９０は、５５〜２６００ｍＡである。好ましくは、６０〜２４００ｍＡである。より好ましくは６５〜２３００ｍＡである。

次に、本発明に係るインダクタンス素子の製造方法について述べる。

本発明に係るインダクタンス素子は、特性の組成を有するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を製造した後、前記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を用いてグリーンシートを製造し、得られたグリーンシートを用いて積層体を形成し、当該積層体を所定の温度で焼結させることでインダクタンス素子を得ることができる。

まず、本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末について述べる。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末は、スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛からなるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末であって、酸化物換算で３６．０〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７．０〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５．０〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１．０〜８．０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなる組成を有し、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末のＸ線回折において、スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比（ケイ酸亜鉛の１１３面／スピネル型フェライトの３１１面）が０．０１〜０．１２である。

Ｆｅ_２Ｏ_３の組成が上記範囲外である場合は、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなる。好ましいＦｅ_２Ｏ_３の組成は３６．０〜４８．０ｍｏｌ％、より好ましくは３７．０〜４７．５ｍｏｌ％である。

ＮｉＯの組成が７．０ｍｏｌ％未満の場合は、該フェライト粉末を焼結体としたときにμ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。ＮｉＯの組成が３８ｍｏｌ％を越える場合には、該フェライト粉末を焼結体としたときにμ_０′が小さくなるのでインダクタンス素子とした場合に大きなインダクタンス値を得にくくなる。好ましいＮｉＯの組成は７．０〜３７ｍｏｌ％、より好ましくは８．０〜３７ｍｏｌ％である。

ＺｎＯの組成が４．５ｍｏｌ％未満の場合は、該フェライト粉末を焼結体としときにμ_０′が小さくなるのでインダクタンス素子としたときに大きなインダクタンス値を得にくくなる。ＺｎＯの組成が４０ｍｏｌ％を越える場合は、該フェライト粉末を焼結体としたときにμ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。好ましいＺｎＯの組成は５．０〜３９ｍｏｌ％である。

ＣｕＯの組成が５．０ｍｏｌ％未満の場合は、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなる。ＣｕＯの組成が１７ｍｏｌ％を越える場合には、焼結体に変形が生じやすくなる為、所望の形状の焼結体を得ることが困難になる。好ましいＣｕＯの組成は６．０〜１７ｍｏｌ％、より好ましくは６．０〜１６ｍｏｌ％である。

ＳｉＯ_２の組成が１．０ｍｏｌ％未満の場合は、該フェライト粉末を焼結体としたときにμ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。ＳｉＯ_２の組成が８．０ｍｏｌ％を越える場合には、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなる。好ましいＳｉＯ_２の組成は１．０〜７．０ｍｏｌ％である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末の組成が、Ｆｅ_２Ｏ_３が３６〜４８ｍｏｌ％、ＮｉＯが７．０〜２５．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが１６〜３６ｍｏｌ％、ＣｕＯが７．０〜１７ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２が１．０〜８．０ｍｏｌ％の範囲である場合には、９５０℃以下での焼結、所謂低温焼結が可能であることから、Ａｇなどとの同時焼結により、焼結体内部に簡単に回路を形成することが出来る。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末は、スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３のＸ線回折強度の比が０．０１未満の場合は、該フェライト粉末を焼結体としたときにμ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．１２０を越える場合には、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなる。スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比は、好ましくは０．０１〜０．１１５である。

スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比（ケイ酸亜鉛の１１３面／スピネル型フェライトの３１１面）を０．０１〜０．１２の範囲にする方法としては、例えば、あらかじめ作成したフェライト粉末に、後述するようなケイ酸亜鉛を２〜１５ｗｔ％添加する方法がある。

ケイ酸亜鉛の組成は、ＺｎＯが５５〜７０ｍｏｌ％であってＳｉＯ_２が３０〜４５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。この範囲外の場合は、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなることがある。より好ましいケイ酸亜鉛の組成は、ＺｎＯが６０〜６７ｍｏｌ％であり、ＳｉＯ_２が３３〜４０ｍｏｌ％である。また、ケイ酸亜鉛の化学量論組成は、ＺｎＯが６６．７ｍｏｌ％、ＳｉＯ_２が３３．３ｍｏｌ％であるが、これから組成がずれることによって、ケイ酸亜鉛の中にＺｎＯ又はＳｉＯ_２が混在していても良い。

ケイ酸亜鉛の平均粒子径は０．１〜３０μｍが好ましい。平均粒子径が上記範囲外である場合は、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなることがある。好ましい平均粒子径は０．２〜２０μｍである。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末のＢＥＴ比表面積は、４〜１２ｍ^２／ｇが好ましい。ＢＥＴ比表面積が４ｍ^２／ｇ未満の場合は、該フェライト粉末の焼結性が悪く、焼結密度が低くなる。ＢＥＴ比表面積が１２ｍ^２／ｇを越える場合には、後述するグリーンシート製造過程において溶剤に該フェライト粉末を均一に分散できない。好ましいＢＥＴ比表面積は６〜１１ｍ^２／ｇである。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末は、常法により、フェライトを構成する各元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩等の原料を混合して得られた原料混合物を、大気中において６５０〜９００℃の温度範囲で１〜２０時間仮焼成した後、下記の方法で作製したケイ酸亜鉛を添加した仮焼成物を粉砕することによって得ることができる。または、仮焼成物を単独で粉砕した後に、下記の方法で作製したケイ酸亜鉛を混合することによって得ることができる。

本発明におけるケイ酸亜鉛は、ケイ素と亜鉛の酸化物、炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩等の原料を混合して得られた原料混合物を、大気中において１０００〜１３００℃の温度範囲で１〜２０時間焼成することにより得ることができる。

次に、本発明におけるグリーンシートについて述べる。

グリーンシートとは、上記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を結合材料、可塑剤及び溶剤等と混合することによって塗料とし、該塗料をドクターブレード式コーター等で数μｍから数百μｍの厚さに成膜した後、乾燥してなるシートである。

本発明におけるグリーンシートは、本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を１００重量部に対して結合材料を２〜２０重量部、可塑剤を０．５〜１５重量部含有する。好ましくは、結合材料を４〜１５重量部、可塑剤を１〜１０重量部含有する。また、成膜後の乾燥が不十分なことにより溶剤が残留していても良い。更に、必要に応じて粘度調整剤等の公知の添加剤を添加しても良い。

結合材料の種類は、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレート、塩化ビニル、ポリメタクリル酸エステル、エチレンセルロース、アビエチン酸レジン等である。好ましい結合材料は、ポリビニルブチラールである。

結合材料が２重量部未満の場合はグリーンシートが脆くなり、また、強度を持たす為には２０重量部を越える含有量は必要ない。

可塑剤の種類は、フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル、ブチルフタリルグリコール酸ブチル、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、ポリエチレングリコール、フタル酸エステル、ブチルステアレート、メチルアジテート等である。

可塑剤が０．５重量部未満の場合はグリーンシートが固くなり、ひび割れが生じやすくなる。可塑剤が１５重量部を越える場合はグリーンシートが軟らかくなり、扱いにくくなる。

本発明におけるグリーンシートの製造においては、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末１００重量部に対して１５〜１５０重量部の溶剤を使用する。溶剤が上記範囲外である場合は、均一なグリーンシートが得られないので、これを焼結して得られるインダクタンス素子は特性にバラツキのあるものとなりやすい。

溶剤の種類は、アセトン、ベンゼン、ブタノール、エタノール、メチルエチルケトン、トルエン、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、酢酸ｎ−ブチル、３メチル−３メトキシ−１ブタノール等である。

積層圧力は、０．２×１０^４〜０．６×１０^４ｔ／ｍ^２が好ましい。

次に、本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体について述べる。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛からなるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体であって、酸化物換算で３６〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７．０〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５．０〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１．０〜８．０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなる組成を有し、スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比（ケイ酸亜鉛の１１３面／スピネル型フェライトの３１１面）が０．００５〜０．０６５である。

Ｆｅ_２Ｏ_３の組成が上記範囲外である場合は、焼結密度が低くなる。好ましいＦｅ_２Ｏ_３の組成は３７〜４７．５ｍｏｌ％である。

ＮｉＯの組成が７ｍｏｌ％未満の場合は、μ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。ＮｉＯの組成が３８ｍｏｌ％を越える場合には、μ_０′が小さくなるのでインダクタンス素子としたときに大きなインダクタンス値を得にくくなる。好ましいＮｉＯの組成は８．０〜３７ｍｏｌ％である。

ＺｎＯの組成が４．５ｍｏｌ％未満の場合は、μ_０′が小さくなるのでインダクタンス素子としたときに大きなインダクタンス値を得にくくなる。ＺｎＯの組成が４０ｍｏｌ％を越える場合には、μ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。好ましいＺｎＯの組成は５．０〜３９ｍｏｌ％である。

ＣｕＯの組成が５．０ｍｏｌ％未満の場合は、焼結密度が低くなる。ＣｕＯの組成が１７ｍｏｌ％を越える場合には、焼結体に変形が生じやすくなる為、所望の形状の焼結体を得ることが困難になる。好ましいＣｕＯの組成は６．０〜１６ｍｏｌ％である。

ＳｉＯ_２の組成が１．０ｍｏｌ％未満の場合は、μ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。ＳｉＯ_２の組成が８．０ｍｏｌ％を越える場合には、焼結密度が低くなる。好ましいＳｉＯ_２の組成は１．０〜７．０ｍｏｌ％である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成が、Ｆｅ_２Ｏ_３が３６〜４８ｍｏｌ％、ＮｉＯが７．０〜２５．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが１６〜３６ｍｏｌ％、ＣｕＯが７．０〜１７ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２が１．０〜８．０ｍｏｌ％の範囲である場合には、９５０℃以下での焼結、所謂低温焼結が可能であることから、Ａｇ等との同時焼結により、焼結体内部に簡単に回路を形成することが出来る。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体において、スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比が０．００５未満の場合は、μ_１０００′／μ_０′が小さくなり、直流重畳特性が悪くなる。スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．０６５を越える場合には、焼結密度が低くなる。スピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比は、好ましくは０．００５〜０．０６０である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の焼結密度は、４．９〜５．２５ｇ／ｃｍ^３である。焼結密度が４．９ｇ／ｃｍ^３未満の場合は、焼結体の機械的強度が低い為、使用時に破損する可能性がある。焼結密度は高い方が良いが、本発明で得られる焼結密度の上限は５．２５ｇ／ｃｍ^３である。好ましい焼結密度は４．９５〜５．２ｇ／ｃｍ^３である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の透磁率の実数部μ_０′は、２０〜１７０である。透磁率の実数部μ_０′が２０未満の場合は、インダクタンス素子とした場合に大きなインダクタンス値を得にくくなる。透磁率の実数部μ_０′が１７０を超える場合には、直流重畳特性が劣化する。好ましい透磁率の実数部μ_０′は３０〜１６０である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体のμ_１０００′／μ_０′は０．５以上である。μ_１０００′／μ_０′が０．５未満であると、直流重畳特性の劣るインダクタンス素子しか得られない。上限値は１．０である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体のコア損失Ｐ_０は、１４００ｋＷ／ｍ^３以下である。コア損失Ｐ_０が１４００ｋＷ／ｍ^３を越える場合は、焼結体としての損失が大きくなることから、効率の悪いインダクタンス素子しか得られない。好ましいコア損失Ｐ_０は１３００ｋＷ／ｍ^３以下であり、より好ましくは１２００ｋＷ／ｍ^３以下であり、更により好ましくは１０００ｋＷ／ｍ^３以下である。下限値は１００ｋＷ／ｍ^３程度である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体のＰ_１０００／Ｐ_０は、０．７〜２．０である。この範囲を外れる場合には、直流重畳特性が悪くなる。好ましいＰ_１０００／Ｐ_０は、０．８〜１．９である。

本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を金型を用いて、０．３〜３．０×１０^４ｔ／ｍ^２の圧力で加圧する、所謂、粉末加圧成型法により得られた成型体、又は、本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を含有するグリーンシートを積層して得られた、所謂、グリーンシート法により得られた積層体を８８０〜１０５０℃で１〜２０時間、好ましくは１〜１０時間焼結することによって得ることができる。成型方法としては、公知の方法を使用できるが、上記粉末加圧成型法やグリーンシート法が好ましい。

焼結温度が８８０℃未満であると、焼結密度が低下する為、焼結体の機械的強度が低くなる。焼結温度が１０５０℃を越える場合には、焼結体に変形が生じやすくなる為、所望の形状の焼結体を得ることが困難になる。

本発明に係るインダクタンス素子は、まず、上記で得られたグリーンシートに導電性ペーストで巻回配線を形成し、これらを積層・加圧した後、所定の大きさに切断する。その後、得られた積層体を８８０〜１０５０℃で１〜２０時間、好ましくは１〜１０時間焼結することによって得ることができる。

導電性ペーストの種類は、焼結温度に応じて適宜選択することができる。例えば、９００℃程度ではＡｇペースト、１０００℃前後では貴金属含有Ａｇペースト又は貴金属ペーストを使用することができる。

焼結温度が８８０℃未満であると、焼結密度が低下する為、焼結体の機械的強度が低くなる。焼結温度が１０５０℃を越える場合には、焼結体に変形が生じやすくなる為、所望の形状の焼結体を得ることが困難になる。

＜作用＞
本発明において最も重要な点は、スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛からなり、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ及びＳｉＯ_２が特定の組成範囲にあるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を焼結して得られるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、磁性材料自体が優れた直流重畳特性を有するという事実である。この直流重畳特性が向上する理由は、未だ明らかではないが、ケイ酸亜鉛が特定のフェライト組成範囲のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトの粒界に存在することにより、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の磁化曲線が、緩やかな傾斜で直線的な変化をすることに起因するものであると本発明者は推定している。

また、上記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を用いたインダクタンス素子は、磁気的なギャップを設けなくても直流重畳特性に優れた特性を示す。これは、磁気的なギャップがないことにより、漏れ磁束を少なくすることが可能になった為と推定している。

本発明の代表的な実施の形態は、次の通りである。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、蛍光Ｘ線分析装置ＲＩＸ２１００（理学電機工業（株）製）を用いて測定した。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末及び焼結体を構成する結晶相と、スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比は、Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２５００（理学電機工業（株）製）を用いて測定した。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の焼結密度は、試料の外径寸法から求めた体積と重量から算出した。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の透磁率μ_０′は、リング状焼結体に巻線を施し、周波数を１ＭＨｚ、磁束密度を２５ｍＴとし、直流重畳磁場を印加しない状態でＢ−Ｈ／ＺアナライザーＥ５０６０Ａ（アジレントテクノロジー（株）製）を用いて測定した透磁率の実数部の値とした。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の透磁率μ_１０００′は、リング状焼結体に巻線を施し、周波数を１ＭＨｚ、磁束密度を２５ｍＴ、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態でＢ−Ｈ／ＺアナライザーＥ５０６０Ａ（アジレントテクノロジー（株）製）を用いて測定した透磁率の実数部の値とした。μ_１０００′／μ_０′は、μ_０′とμ_１０００′から計算で求めた。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体のコア損失Ｐ_０は、リング状焼結体に巻線を施し、周波数を１ＭＨｚ、磁束密度を２５ｍＴとし、直流重畳磁場を印加しない状態でＢ−Ｈ／ＺアナライザーＥ５０６０Ａ（アジレントテクノロジー（株）製）を用いて測定したＰ_ｃｖの値とした。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体のコア損失Ｐ_１０００は、リング状焼結体に巻線を施し、周波数を１ＭＨｚ、磁束密度を２５ｍＴ、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態でＢ−Ｈ／ＺアナライザーＥ５０６０Ａ（アジレントテクノロジー（株）製）を用いて測定したＰ_ｃｖの値とした。Ｐ_１０００／Ｐ_０は、Ｐ_０とＰ_１０００から計算で求めた。

インダクタンス素子のインダクタンスは、Ｅ４９９１Ａ ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ（アジレントテクノロジー（株）製）を用いて、２ＭＨｚの周波数において直流重畳電流を流さない状態で測定したインダクタンスＬ_０で評価した。また、インダクタンスの直流重畳特性は、同測定器にて２ＭＨｚの周波数において直流重畳電流を流したとき、インダクタンスがＬ_０の９０％になったときの直流重畳電流Ｉ_９０で評価した。これらの測定においては、Ｅ４９９１Ａの交流電流を２ｍＡに設定した。

実施例１
＜Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末の製造＞
Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトの組成が、所定の組成になるように各酸化物原料を秤量し、ボールミルを用いて２０時間湿式混合を行った後、混合スラリーを濾別・乾燥して原料混合粉末を得た。該原料混合粉末を７２０℃で４時間仮焼成して得られた仮焼成物をアトマイザーで粉砕し、フェライト粉砕粉末を得た。

一方、ケイ酸亜鉛の組成が、所定の組成になるように酸化亜鉛と酸化ケイ素を秤量し、ボールミルを用いて２０時間湿式混合を行った。混合スラリーを濾別・乾燥した後、１２００℃で３時間焼成してケイ酸亜鉛を得た。得られたケイ酸亜鉛の組成は、ＺｎＯ＝６６．５ｍｏｌ％、ＳｉＯ_２＝３３．５ｍｏｌ％であり、平均粒径は、５．２μｍであった。

次に、所定の組成となるように、前記フェライト粉砕粉末に前記ケイ酸亜鉛を添加し、ボールミルで混合及び粉砕することによって本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を得た。

得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末の組成は、Ｆｅ_２Ｏ_３＝４７．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝１４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２７．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ＝１０．５ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２＝１．０ｍｏｌ％であった。スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比は０．０１０であった。ＢＥＴ比表面積は８．８ｍ^２／ｇであった。

＜グリーンシートの製造＞
得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末１００重量部に対して結合材料としてポリビニルブチラール８重量部、可塑剤としてフタル酸ベンジル−ｎ−ブチル３重量部、溶剤として３メチル−３メトキシ−１ブタノール５０重量部を加えた後、十分混合してスラリーを得た。このスラリーをドクターブレード式コーターによってＰＥＴフィルム上に塗布して塗膜を形成した後、乾燥することにより厚さ４５μｍのグリーンシートを得た。これを縦１００ｍｍ×横１００ｍｍの大きさに切断して１２枚を積層した後、０．３５×１０^４ｔ／ｍ^２の圧力で加圧して、厚さ０．５３ｍｍのグリーンシート積層体を得た。

＜Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の製造＞
得られたグリーンシート積層体を８９０℃、２時間で焼結し、厚さ０．４４ｍｍのＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。
得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、Ｆｅ_２Ｏ_３＝４７．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝１４．２ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２７．１ｍｏｌ％、ＣｕＯ＝１０．２ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２＝１．０ｍｏｌ％であった。該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体におけるスピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比は０．００５であった。また、焼結密度は５．０１ｇ／ｃｍ^３であった。
更に、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体から超音波加工機により外径１４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ０．４８ｍｍのリング状焼結体を切り出し、磁気特性を評価した。この焼結体のμ_０′は１５２、μ_１０００′／μ_０′は０．５０、コア損失Ｐ_０は３８０ｋＷ／ｍ^３、Ｐ_１０００／Ｐ_０は１．８８であった。

＜インダクタンス素子の製造＞
前述の方法で得られたグリーンシートを縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍの大きさに切断し、貫通孔を開けＡｇペーストを充填した後、Ａｇペーストでインダクタの巻回配線を２０μｍの厚さで印刷した。このグリーンシートを、インダクタの配線が個片の一方の端から入り、巻回した後もう一方の端から外に出る構成になる順番で積層した後、０．３５×１０^４ｔ／ｍ^２の圧力で加圧して、厚さ１．２ｍｍのグリーンシート積層体を得た。この時、グリーンシートの積層枚数は、全部で２７枚であり、巻回配線は１５．５ターンとした。得られたグリーンシート積層体を、縦２．４ｍｍ×横１．９ｍｍの大きさに切断し、８９０℃、２時間で焼結して、縦２ｍｍ×横１．６ｍｍ×高さ１ｍｍのインダクタンス素子を得た。得られたインダクタンス素子のインダクタンスＬ_０は５５．２μＨであり、Ｉ_９０は８６ｍＡであった。

実施例２〜実施例７
実施例１と同様の方法で、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。このときの製造条件及び得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の諸特性を表１、２、３に示す。更に、実施例１と同様の方法で、インダクタンス素子を製造した。このときの製造条件及び得られたインダクタンス素子の諸特性を表４に示す。

実施例８
実施例１と同様のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を作製し、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末１００重量部に対してポリビニルアルコール６％水溶液１０重量部を混合して得られた混合粉末７．０ｇを金型を用いて１．０×１０^４ｔ／ｍ^２の成型圧力で外径３０ｍｍ、厚さ２．９ｍｍの円盤状に成型した。この成型体を焼結温度９００℃、５時間で焼結し、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。

得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成、Ｘ線回折強度比、焼結密度を測定した後、超音波加工機により外径１４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状焼結体を切り出し、磁気特性を評価した。

このときの製造条件及び得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の諸特性を表１、２、３に示す。

更に、実施例１と同様にしてグリーンシートを経由してインダクタンス素子を製造した。このときの製造条件及び得られたインダクタンス素子の特性を表４に示す。

実施例９〜実施例１０
実施例８と同様の方法で、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。このときの製造条件及び得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の諸特性を表１、２、３に示す。

更に、実施例１と同様にしてグリーンシートを経由してインダクタンス素子を製造した。このときの製造条件及び得られたインダクタンス素子の特性を表４に示す。

比較例１〜比較例３
実施例１と同様の方法で、Ｎｉ−Ｚｎ系−Ｃｕフェライト焼結体を得た。このときの製造条件及び得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の諸特性を表１、２、３に示す。

比較例４〜比較例５
実施例８と同様の方法で、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。このときの製造条件及び得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の諸特性を表１、２、３に示す。

更に、実施例１と同様にしてグリーンシートを経由してインダクタンス素子を製造した。このときの製造条件及び得られたインダクタンス素子の特性を表４に示す。

比較例６
フェライトの組成が、Ｆｅ_２Ｏ_３＝４９．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝２０．７ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２２．８ｍｏｌ％、ＣｕＯ＝７ｍｏｌ％となるように各酸化物原料を秤量し、ボールミルを用いて２０時間湿式混合を行った後、混合スラリーを濾別・乾燥して原料混合粉末を得た。該原料混合粉末を７５０℃で４時間仮焼成して得られた仮焼成物をアトマイザーで粉砕し、フェライト粉砕粉末を得た。

一方、ケイ酸亜鉛の組成が、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４となるように酸化亜鉛と酸化ケイ素を秤量し、ボールミルを用いて２０時間湿式混合を行った。混合スラリーを濾別・乾燥した後、１２００℃で３時間焼成してケイ酸亜鉛を得た。得られたケイ酸亜鉛の組成は、ＺｎＯ＝６６．７ｍｏｌ％、ＳｉＯ_２＝３３．３ｍｏｌ％であり、平均粒径は５．０μｍであった。

次に、前記フェライト粉砕粉末に前記ケイ酸亜鉛を１．５ｗｔ％添加し、ボールミルで混合及び粉砕することによって本発明におけるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を得た。

得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末の組成は、Ｆｅ_２Ｏ_３＝４８．４ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝２０．４ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２３．６ｍｏｌ％、ＣｕＯ＝６．８ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２＝０．８ｍｏｌ％であった。スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比は、０．００６であった。ＢＥＴ比表面積は、７．５ｍ^２／ｇであった。

得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末１００重量部に対してポリビニルアルコール６％水溶液１０重量部を混合して得られた混合粉末７．０ｇを金型を用いて１．０×１０^４ｔ／ｍ^２の成型圧力で外径３０ｍｍ、厚さ２．９ｍｍの円盤状に成型した。この成型体を焼結温度１０００℃、２時間で焼結し、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得た。

得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、Ｆｅ_２Ｏ_３＝４８．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝２０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２３．３ｍｏｌ％、ＣｕＯ＝６．９ｍｏｌ％及びＳｉＯ_２＝０．８ｍｏｌ％であった。該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体におけるスピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比は０．００３であった。また、焼結密度は５．１９ｇ／ｃｍ^３であった。更に、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体から超音波加工機により外径１４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状焼結体を切り出し、磁気特性を評価した。この焼結体のμ_０′は２４２、μ_１０００′／μ_０′は０．２８、コア損失Ｐ_０は１９８ｋＷ／ｍ^３、Ｐ_１０００／Ｐ_０は２．９７であった。

比較例６では、スピネル型フェライトに対するケイ酸亜鉛の添加量が少量であるため、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末におけるスピネル型フェライトの３１１面のＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面のＸ線回折強度の比が小さくなり、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末を用いて作成した焼結体は、優れた直流重畳特性を有するとは言い難いものであった。

更に、実施例１と同様にしてグリーンシートを経由してインダクタンス素子を製造した。このときの製造条件及び得られたインダクタンス素子の特性を表４に示す。

前記実施例から明らかな通り、スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛からなるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体であって、酸化物換算で３６〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１〜８ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなる組成を有し、スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．００５〜０．０６５であるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子は、優れた直流重畳特性を有することから、インダクタンス素子用として好適である。

また、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を用いたインダクタンス素子は、優れた直流重畳特性を示すことから、ＤＣパワーライン用のインダクタンス素子として好適である。

Claims (3)

1. スピネル型フェライトとケイ酸亜鉛とを含むＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子であって、該Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、酸化物換算で、３６．０〜４８．５ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、７．０〜３８ｍｏｌ％のＮｉＯ、４．５〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ、５．０〜１７ｍｏｌ％のＣｕＯ、１．０〜８．０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２からなり、スピネル型フェライトの３１１面からのＸ線回折強度に対するケイ酸亜鉛の１１３面からのＸ線回折強度の比が０．００５〜０．０６５であることを特徴とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなることを特徴とするインダクタンス素子。
2. 請求項１記載のインダクタンス素子を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体において、焼結密度が４．９〜５．２５ｇ／ｃｍ^３であり、直流重畳磁場を印加しない状態で測定した透磁率の実数部μ_０′が２０〜１７０であり、コア損失Ｐ_０が１４００ｋＷ／ｍ^３以下であり、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定した透磁率の実数部μ_１０００′とμ_０′の比μ_１０００′／μ_０′が０．５以上であり、直流重畳磁場を１０００Ａ／ｍ印加した状態で測定したコア損失Ｐ_１０００とＰ_０の比Ｐ_１０００／Ｐ_０が０．７〜２．０であるインダクタンス素子。
3. 請求項１又は２記載のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体からなるインダクタンス素子において、直流重畳電流を流した状態で測定したインダクタンスが直流重畳電流を流していない状態で測定したインダクタンスの９０％になったときの直流重畳電流が、５５〜２６００ｍＡであるインダクタンス素子。