JP3449322B2 - 複合磁性材料およびインダクタ素子 - Google Patents
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Description
と樹脂とを含む複合磁性材料およびそれを用いて構成さ
れるインダクタ素子に関するもので、特に、高周波用途
の電子部品において有利に用いられる複合磁性材料およ
びインダクタ素子に関するものである。
機に備える高周波回路において、インピーダンス・マッ
チング用、共振用、あるいはチョーク用として、数GH
zまでの周波数をカバーする空芯コイル構造のインダク
タ素子、たとえばチップインダクタが使用されている。
を磁芯として巻き線を施すか、非磁性材料の上にコイル
パターンを形成したものであるため、所望のインダクタ
ンスを得るためには、コイルの巻き数を多くしなければ
ならず、小型化を進めるという点で制約となっていた。
また、巻き数に比例して巻き線の抵抗も大きくなるた
め、高いQ(利得)を持つインダクタが得られないとい
う問題も抱えていた。
フェライトを磁芯として用いたインダクタも検討されて
きた。フェライト磁芯を用いることによって、磁芯材料
の透磁率に応じて、コイルの巻き数を減らすことが可能
となり、小型化を実現できるが、フェライト焼結体には
磁壁運動に起因する周波数緩和現象があり、最も高周波
特性に優れていると言われているフェロックスプレーナ
型フェライト焼結体を用いても、高いQを維持できる周
波数は300MHz程度までであった。
的は、数MHzから数GHzの周波数帯において、非磁
性材料と比較して大きな透磁率を持ち、かつ、数GHz
の周波数帯まで比較的高い利得Qを維持し得る、磁性材
料を提供しようとすることである。
を用いることによって、小型でかつ高いQを与え得る、
インダクタ素子を提供しようとすることである。
は、交流磁界において、低周波から高周波に向かって、
磁壁運動緩和を経て回転磁化共鳴に到達する、という磁
化機構を有している。磁性材料のQの周波数特性という
点から見ると、磁壁運動緩和が起こる周波数でQが急激
に低下した後、回転磁化共鳴点に向かってさらに低下し
ていく。
には、まず磁壁運動を完全に止め、その上で回転磁化共
鳴周波数を数GHzよりも高い周波数に移す必要があ
る。
ずつが単磁区粒子となるような粒径のフェライト粉末を
非磁性マトリックス中に分散させることにより、磁壁運
動によるQの劣化を完全に止められることが確認され
た。
していくと、その置換量に応じて回転磁化共鳴周波数が
高くなっていくことを見出した。
ライト粉末を高濃度に樹脂中に分散させた複合フェライ
ト材料とすることによって、これが高周波インダクタ用
磁芯として好適な特性を与え得ることに着目し、この発
明をなすに至ったものである。
単磁区粒子となるような粒径のフェライト粉末と樹脂と
を含む、複合磁性材料に向けられるものであって、この
複合磁性材料は、フェライト粉末と樹脂とを含み、フェ
ライト粉末は、少なくともNiおよびCoを含有するス
ピネル型フェライトからなるものであることを特徴とし
ている。
述のフェライトは、(NiO)x (CoO)y (Me
O)z (Fe2 O3 )1-x-y-z で表わされる組成を有
し、MeはMg、CuおよびZnから選ばれる少なくと
も1種であり、x、yおよびzが、それぞれ、0.10
≦x≦0.550、0.025≦y≦0.200、およ
び0≦z≦0.200であり、かつ、0.400≦(x
+y+z)≦0.600の条件を満足する、スピネル型
フェライトであり、また、フェライト粉末が樹脂中に分
散されていることをさらなる特徴としている。
気的特性に影響しない範囲で、Niの一部をBe、C
a、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn等に置換した
り、また、Feの一部をAl、Ga、In、Tl等に置
換したりしてもよい。
を使用できるが、このような樹脂に対して、樹脂分散剤
等の添加剤を複合材料の磁気的特性に影響しない範囲で
添加してもよい。
ト焼結体とは異なり、磁壁運動緩和のないフェライト粉
末を樹脂に混合したものである。このような複合磁性材
料によれば、フェライト粉末の回転磁化共鳴周波数を数
GHzよりも高い周波数に上げているため、数GHz領
域まで比較的高いQを維持することができる。
性材料からなる磁性体を備える、インダクタ素子にも向
けられる。
よるインダクタ素子1の外観を示す斜視図である。図1
において、インダクタ素子1は、その一部において破断
されて示されている。
構成するもので、円柱状の磁芯2を備えている。磁芯2
の外周面上には、被覆の施された巻き線3が巻回されて
いる。磁芯2の各端部には、金属からなるキャップ状の
端子部材4および5が被せられる。
がされ、このように被覆が剥がされた一方端部が一方の
端子部材4に、同じく他方端部が他方の端子部材5にそ
れぞれ電気的に接続される。
ば、上述したようなインダクタ素子1に備える磁芯2を
構成するための材料として、あるいは、他の構造のイン
ダクタ素子に備える磁性体として有利に用いることがで
きる。
ような組成を有するものであるが、その詳細を、実施例
に基づいて以下に説明する。
ように、原料である各種金属酸化物を調合し、ボールミ
ルにて24時間湿式混合した。
000℃の温度で2時間仮焼した後、ボールミルにて2
4時間湿式粉砕した。
粉体真密度を気体置換法により測定し、この結果を用い
て、フェライト粉末とポリプロピレン樹脂とが容量比で
50/50となるように複合材料を調合した。
を混合した後、圧縮プレスにより、直径が8mmで軸線
方向長さが15mmの円柱状テストピースを作製し、旋
盤加工の後、S−パラメータ法にて、周波数500MH
z、1GHzおよび2GHzのそれぞれにおいて、磁気
的特性を評価した。
フェライトの焼結体を作製し、上述した方法と同様の方
法によって、その磁気的特性を評価した。
評価された、表1に示す各試料に係る複合磁性材料およ
び上述の比較例に係る焼結体の各々についての複素透磁
率の実数部μ’および利得Qが示されている。
これら試料8と比較例とについての周波数と透磁率μ’
との関係が図2に示され、また、同じく周波数と利得Q
との関係が図3に示されている。また、Fe2 O3 が4
9.5モル%の系において、CoO量と周波数2GHz
での透磁率μ’との関係が図4に示され、同じくCoO
量と周波数2GHzでの利得Qとの関係が図5に示され
ている。
ば、Coを含まない点でこの発明の範囲外にある試料5
を除いて、試料1〜25によれば、比較例と比較とし
て、大体において、非磁性体である樹脂の影響で透磁率
が低くなるものの、磁壁共鳴に起因する磁気的特性の低
下がなく、GHz領域まで比較的良好な磁気的特性、す
なわち透磁率μ’および利得Qを示す傾向があることが
わかる。
NiOが0.050〜0.575の範囲で変更され、試
料5〜13においては、CoOが0〜0.300の範囲
で変更され、試料14〜19においては、NiOの一部
がMgO、CuOまたはZnOのいずれかで置換され、
かつMgOについては0.050〜0.300の範囲で
変更され、試料20〜25においては、Fe2 O3 が
0.350〜0.650の範囲で変更されている。
ェライトは、(NiO)x (CoO)y (MeO)
z (Fe2 O3 )1-x-y-z で表わされる組成を有し、M
eはMg、CuおよびZnから選ばれる少なくとも1種
であり、x、yおよびzが、それぞれ、0.10≦x≦
0.550、0.025≦y≦0.200、および0≦
z≦0.200であり、かつ、0.400≦(x+y+
z)≦0.600の条件を満足する、スピネル型フェラ
イトである。
から外れるものについては、その試料番号に*が付され
ている。
表1および表2を参照することによって確認することが
できる。
の発明の範囲内にあり、試料1および4がこの発明の範
囲から外れている。これら試料1〜4の間で比較する
と、NiOがモル比で0.10未満である試料1および
0.550を超える試料4では、試料2および3に比べ
て、透磁率μ’が低くなっている。
の発明の範囲内にあり、試料5、6、12および13が
この発明の範囲から外れている。これら試料5〜13の
間で比較すると、試料5および6のように、CoOがモ
ル比で0.025未満になると、比較的高い透磁率μ’
が得られるものの、利得Qが低下する。他方、試料12
および13のように、CoOがモル比で0.200を超
えると、比較的高い利得Qを示すものの、透磁率μ’が
低下している。
認することができる。すなわち、Co量が2.5モル%
以上かつ20モル%以下のとき、透磁率μ’および利得
Qの双方において比較的良好な磁気的特性を示してい
る。
がこの発明の範囲内にあり、試料19がこの発明の範囲
から外れている。試料19のように、置換成分としての
MgOがモル比で0.200を超えると、比較的高い透
磁率μ’が得られるものの、利得Qが低下している。
部をMg、CuまたはZnに置換したことによる効果に
ついて考察するため、NiOとMgO、CuOまたはZ
nOとの合計モル比が等しい、試料8と試料14〜16
との間で比較すると、磁気的特性に大きな低下はなく、
また、試料9と試料17〜19との間で比較すると、利
得Qが低下する傾向が見られるものの、透磁率μ’につ
いては、より高くできることがわかる。
Hzから数GHzの周波数帯において、比較的大きな透
磁率を与えることができ、かつ、GHz領域まで高い利
得Qを維持し得る複合磁性材料を得ることができる。
性体として用いて構成されたインダクタ素子によれば、
小型で高いQを実現することができる。
を示す斜視図であり、その一部を破断して示している。
磁性材料と比較例としてのフェライト焼結体とについて
の周波数と透磁率μ’との関係を示す図である。
磁性材料と比較例としてのフェライト焼結体とについて
の周波数と利得Qとの関係を示す図である。
O量と透磁率μ’との関係を示す図である。
O量と利得Qとの関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 フェライト粒子が単磁区粒子となるよう
な粒径のフェライト粉末と樹脂とを含み、前記フェライ
ト粉末は、少なくともNiおよびCoを含有するスピネ
ル型フェライトからなり、 前記スピネル型フェライトは、(NiO) x (CoO)
y (MeO) z (Fe 2 O 3 ) 1-x-y-z で表わされる組
成を有し、MeはMg、CuおよびZnから選ばれる少
なくとも1種であり、x、yおよびzが、それぞれ、 0.10≦x≦0.550、 0.025≦y≦0.200、および 0≦z≦0.200 であり、かつ、 0.400≦(x+y+z)≦0.600 の条件を満足するものであり、 前記フェライト粉末が前記樹脂中に分散されている、 複
合磁性材料。 - 【請求項2】 請求項1に記載の複合磁性材料からなる
磁性体を備える、インダクタ素子。
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