JP3726017B2 - 磁性材料およびインダクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンス素子のコア材等として使用する磁性材料とその磁性材料を用いたコアを有するインダクタに係わり、特に樹脂モールドタイプのチップインダクタのコア材として使用するに好適なフェライトとそのコアを用いたインダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インダクタンス素子に用いられるフェライトの透磁率の温度特性は、一般に正の温度係数を持つものが従来より用いられてきた。その理由は、インダクタンス素子と回路を構成する上で組み合わせて用いられるコンデンサの容量が通常負の温度特性を持つことから、組み合わせたものの特性が温度変化に対してなるべく変化しないようにするためである。
【０００３】
しかし、インダクタンス素子とコンデンサとの単純な組み合わせではなく、回路全体の温度係数を考慮した場合、回路を構成するコンデンサ以外の他の部品の温度係数が正であることから、回路全体の温度係数を小さくするために、透磁率に関して負の温度係数を持つインダクタが必要とされ、このような要求を満足する透磁率の温度係数が負であるフェライトが望まれていた。
【０００４】
一方、近年、テレビ、ビデオテープコーダ、移動体通信機器の分野で、急速に需要が拡大しつつあ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、高精度等の要求に応じるべく、これらの部品に対する狭公差化、高信頼性化への要求が大きくなっている。この樹脂モールドタイプの素子では、樹脂モールドすることによって生じる圧縮応力によりインダクタンス値が変化するため、インダクタンス公差の小さい高品質の部品を得ることが困難である。そこで、外部応力に対するインダクタンスの変化の小さい、すなわち抗応力特性の良好なフェライトが望まれていた。
【０００５】
従って、これらの要求に応じるためには、透磁率に関して負の温度係数を持ち、抗応力特性の良好な磁性材料およびこれを用いたインダクタンス素子が必要となる。
【０００６】
透磁率の温度係数が負のフェライトとして、特開昭５９−１２１８０３号、特開昭５９−１２１８０４号、特開昭５９−１２１８０６号特開昭５９−１２１１５５号、特開昭５９−１２１１５６号公報には、いずれも、初透磁率の温度係数が０〜８０℃の範囲で一様に負であるフェライトが開示されている。また、これらの公報の実施例では焼結体密度が向上していることが示され、製品強度の向上に効果があるとしている。しかし、外部応力がかかったときのインダクタンスの変化についての問題を解決しうるものではない。
【０００７】
一方、特開平１−１７９４０２号公報には、ニッケルを必須成分として含有する酸化物フェライト材料に、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５の少なくとも１種を１．５〜５wt%含有させることにより、外部応力に変動があっても、インダクタンス変化の小さいインダクタ用コアが記載さている。しかし、この組成のものでは、透磁率の温度係数を負にするという要求に応じることができない。
【０００８】
特開平３−９３６６７号公報には、２５〜４０mol%のＦｅ２Ｏ３、０〜２０mol%のＺｎＯ、残りがＮｉＯとＣｕＯであり、ＮｉＯのモル比がＣｕＯのモル比よりも多いスピネル型組成物であって、少量成分として０．１〜１２wt%のＢｉ２Ｏ３および０．０５〜４．０wt%のＳｉＯ２を含み、１ＭＨｚ以上でも損失の少ない高周波磁性材料と、さらにこれに０．０１〜１．５wt%のＣｏ３Ｏ４またはこれに相当する量のコバルト酸化物またはコバルト炭酸化物を添加した高周波磁性材料が記載されている。同公報の実施例では加圧によるインダクタンスの変化を測定し、加圧に対するインダクタンスの変化が小さいことを示している。しかし、初透磁率の相対温度係数についてはいずれも正となっており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【０００９】
特開平３−９１２０９号公報には、２５〜４０mol%のＦｅ２Ｏ３、０〜２０mol%のＺｎＯ、残りがＮｉＯとＣｕＯであり、ＮｉＯのモル比がＣｕＯのモル比よりも多いスピネル型組成物であって、少量成分として０．１〜５wt%のＢｉ２Ｏ３および０．０５〜４．０wt%のＳｉＯ２を含むフェライト組成物が記載されている。ただし実施例で示された組成は、Ｆｅ２Ｏ３：３８．２mol%、ＮｉＯ：５０．３mol%、ＺｎＯ：８．４mol%、ＣｕＯ：３．１mol%の基本組成に、Ｂｉ２Ｏ３：３wt%、ＳｉＯ２：０．８wt%を添加したものだけが開示されている。同公報の実施例では加圧によるインダクタンスの変化を測定し、その変化率を求めているが、この変化率は所定の圧力を印加したときの変化率ではなく、樹脂モールド前後のインダクタンスから算出した値である。従って、例えば５０kPaの加圧下でのインダクタンスが±５％以内となるかどうかは不明である。また、インダクタンスの温度係数についても正の値を示しており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【００１０】
また、特開平１１−８７１２６号公報には、少なくとも酸化鉄および酸化ニッケルを含む主成分に、添加物として酸化ビスマス、酸化バナジウム、酸化リン、酸化ホウ素のうちの１種または２種以上を含み、さらに、第１副成分と第２副成分を加えたものが開示されている。そして、前記酸化ビスマス等の添加物の主成分に対する比率を０．５〜１５wt%としている。また、前記第１副成分は酸化シリコンであり、主成分に対する比率を０．１〜１０．０wt%としている。また前記第２副成分は酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムの１種または２種以上であり、主成分に対する比率を０．１〜１０．０wt%含ませている。このフェライトは、５０kPaで加圧したときのインダクタンス変化率が±５％以内であり、−２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が±２０ｐｐｍ/℃である。しかし同公報の実施例では初透磁率の相対温度係数がいずれも正の値となっており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の磁性材料には、初透磁率に関して負の温度係数を持ち、かつ抗応力特性に優れたものは存在しなかった。従って本発明の目的は、初透磁率の相対温度係数が負であり、かつ、抗応力特性に優れた磁性材料を提供することである。また、本発明の他の目的は、この磁性材料を用いることにより、インダクタンスに関して負の温度係数を持ち、かつインダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段と作用、効果】
請求項１の磁性材料は、Ｆｅ２Ｏ３ ４６．０〜５１．０mol%、ＣｕＯ ０．５〜１５．０mol%、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ２Ｏ３換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１．０〜５．０重量部、酸化シリコンをＳｉＯ２換算で２．０〜８．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、
−２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負である
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の磁性材料は、初透磁率の相対温度係数が負となり、かつ優れた抗応力特性が実現できる。このため、この磁性材料を用いることにより、インダクタンスに関して負の温度係数を持ち、かつインダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタが実現できる。
【００１４】
ここで、各組成物を前記のような組成とした理由は下記の通りである。主成分の内、Ｆｅ２Ｏ３が４６．０mol%未満であると、焼結体密度が低下する。そして、Ｆｅ２Ｏ３量が化学量論組成を超えた範囲から、空気中の焼成ではＦｅ３Ｏ４の析出により、焼結体密度の低下と、コアとしての比抵抗の低下が始まる。この析出が顕著に見られるのは、Ｆｅ２Ｏ３が５１．０mol%を超える範囲である。
【００１５】
また、ＣｕＯがＯ．５mol%未満ではフェライトの焼結性が劣化し、焼結体密度が低下する。一方、１５．０mol%を超えるとコアの比抵抗が低下する。
【００１６】
また、本発明においては、主成分の残部としてＮｉＯを含有するが、これは諸特性をその他の成分により調整し、残部とするものである。ここで、ＮｉＯを含有していなければフェライトの比抵抗が低下する。
【００１７】
一方、添加物のうち、酸化ビスマスは粒界に漏れ広がるため、特に抗応力特性が改善される。また、酸化ビスマスの含有量が多くなると、温度特性の改善効果も向上する。酸化ビスマスの組成比が４．０重量部よりも少ないと、抗応力特性の改善効果がほとんどなくなり、初透磁率の温度係数を負とする温度特性も悪化する。一方、酸化ビスマスの組成比が１０．０重量部よりも多くなると、特性のばらつきを生じたり、焼結時に焼結体から浸み出して、他のコアと癒着したりセッター等の焼成用具を汚染したりする。
【００１８】
また、添加物として酸化マグネシウムを含有させることにより、初透磁率の温度係数を負とする温度特性に改善することができる。酸化マグネシウムの組成比が１．０重量部よりも少ないと、前記温度特性の改善効果が得られない。一方、酸化マグネシウムの組成比が５．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００１９】
また、酸化マグネシウムに加えて酸化シリコンを含有させることにより、さらに前記温度特性や抗応力特性が改善され、酸化マグネシウム単独で添加した場合よりも改善効果が著しくなる。酸化シリコンの組成比が２．０重量部よりも少ないと、前記温度特性の改善効果がほとんど得られない。一方、酸化シリコンの組成比が８．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００２０】
また、添加物として酸化コバルトを含有させることにより、前記温度特性を改善でき、Ｑ値も向上させることができる。酸化コバルトの組成比が０．２重量部より少ないと、前記温度特性の改善効果がほとんど得られず、Ｑ値も向上しない。一方、酸化コバルトの組成比が０．５重量部を超えると、Ｑ値は向上するものの、温度特性が悪化する。
本発明の磁性材料において、−２０〜６０℃の範囲内で、２０℃以下、以上のそれぞれの範囲で初透磁率の温度係数が負となる組成とすることにより、前記温度範囲内の一部で初透磁率の温度係数が負となることがなく、温度係数が正となる他の電子部品とを組み合わせた回路において、温度による変化が防止される。
【００２１】
請求項２の磁性材料は、
Ｆｅ ２ Ｏ ３ ４６．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ ０．５〜１５．０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ ２ Ｏ ３ 換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムおよび酸化シリコンをタルクとして３．０〜１０．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、 −２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負であることを特徴とする。
【００２２】
請求項２の磁性材料は、酸化マグネシウムと酸化シリコンとをタルクとして同時に加えるものである。タルクとして添加することにより、少量で初透磁率の温度係数を負とする温度特性が得られかつ抗応力特性が改善される。タルクの組成比が３．０重量部より少ないと、温度特性の改善効果がほとんど得られない。一方、タルクの組成比が１０．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００２５】
請求項３の磁性材料は、請求項１または２において、
５０kPaの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が±５％以内であることを特徴とする。
【００２６】
請求項３の磁性材料は、５０kPaの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が±５％以内とすることにより、実用上十分な抗応力特性とすることができる。
【００２７】
請求項４のインダクタは、請求項１から３までのいずれかの磁性材料からなるコアを有し、かつ該コアが樹脂モールドされていることを特徴とする。
【００２８】
このように、本発明の磁性材料からなるコアを樹脂モールドするインダクタに適用した場合、インダクタンスについて負の温度係数を持ち、抗応力特性が高く、インダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタが実現できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明による磁性材料は、前記の主成分および添加物からなるものであり、つぎのように製造される。主成分の原料には、酸化鉄α−Ｆｅ２Ｏ３、酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化胴ＣｕＯを用いる。添加物としてあげた酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化コバルトは、焼成によってこれらの酸化物となる各種化合物を用いることができるが、好ましくは酸化物、特に組成比算出の説明において挙げた前記各種酸化物を用いることが好ましい。各原料は、最終組成として前記した組成比となるように混合される。
【００３０】
次いで混合物を仮焼する。仮焼は通常は空気中で行えばよく、仮焼温度は８００〜１１００℃、仮焼温度は１〜３時間とすることが好ましい。
【００３１】
次に、得られた仮焼物をボールミル等により所定の粒径となるまで粉砕する。仮焼物を粉砕した後、ポリビニルアルコール等の適当なバインダーを適量加えて所定の形状に成形する。
【００３２】
次に成形体を焼成する。焼成は通常空気中で行えばよく、焼成温度は９００〜１２００℃程度で、焼成温度は２〜５時間とすることが好ましい。
【００３３】
本発明のフェライトは、所定形状のコアとして加工され、必要な巻線が巻回された後、樹脂モールドされ、固定インダクタ、チップインダクタ等として、テレビ、ビデオテープレコーダ、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器等の各種機器に使用される。コア形状は特に限定されないが、例えば外径、長さが共に２ｍｍ以下（例えば１．８ｍｍ×１．５ｍｍ）のドラム型コア等が挙げられる。
【００３４】
モールド材（被覆材）として用いられる樹脂は特に限定されないが、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂であり、具体的にはポリオレフィン樹脂、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。モールド材をモールドする手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等を用いることができ、また、射出成形、流し込み成形等を用いてもよい。
【００３５】
図１は本発明のフェライトを用いたチップインダクタの構成例を示した一部透視斜視図である。この例のチップインダクタは、本発明のフェライトを用い、両端に径の大きな鍔部を有するドラム型コア１と、このコア１の胴部に巻回された巻線２と、巻線２の端部と外部電気回路とを接続し、かつ、コア１を樹脂（モールド材）内に固定するための端子電極３と、これらの外部を覆うように設けられたモールド材４とを有する。
【００３６】
チップインダクタの構成としては、図示例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。例えばリード線をコア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。また、箱形の樹脂ケース内に、コアに巻線、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。
【００３７】
【実施例】
各主成分原料および添加物原料を表１に示した組成比となるように秤量し、ボールミルにて５時間混合した。なお、表１における各添加物の組成比は主成分１００重量部に対するものである。サンプル１〜７は本発明の組成範囲にある実施例であり、サンプル８〜１０は本発明の組成範囲外にある比較例である。
【００３８】
上述のようにして得られた混合物を空気中において９００℃で２時間仮焼した後、ボールミルにて２０時間混合、粉砕した。粉砕後の混合物を乾燥し、ポリビニルアルコールを１．０wt%加えた後、１００kPaの圧力で加圧成形して、寸法が５０ｍｍ×１０ｍｍ×７ｍｍの角形成形体と、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル状成形体とを得た。これらの成形体を、空気中において、表１に示す温度で２時間焼成して、フェライトからなる角形コアサンプルおよびトロイダルコアサンプルを得た。
【００３９】
前記角形コアサンプルの中央部にワイヤを１４回巻回した後、これに一定速度で一軸圧縮力を印加し、このときのインダクタンス値を連続的に測定し、得られた測定値からインダクタンス変化率を算出した。表１に、５０kPaの一軸圧縮力を印加したときのインダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌを示す。ここで、Ｌは加圧前のインダクタンス、ΔＬは加圧によるインダクタンスの変化量、すなわち加圧時のインダクタンスから加圧前のインダクタンスを減じた値である。
【００４０】
なお、一軸加圧は、アイコーエンジニアリング社製荷重試験機（計測スタンドMODEL1321、計測アンプMODEL1011CREEP、ロードセルMODEL3800）にて行い、インダクタンス値の測定はヒューレットパッカード社製プレシジョンＬＣＲメータ4284Aにて行った。
【００４１】
また、トロイダルコアサンプルにワイヤを４０回巻回した後、前記ＬＣＲメータによりインダクタンス値を測定し、１００ｋＨｚにおける初透磁率（μi）、−２０〜２０℃および２０〜６０℃における相対温度係数αμirを数１により求めた。ただし数１において、Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ透磁率を測定した低温側、高温側温度、μi１、μi２はそれぞれ温度Ｔ１、Ｔ２における初透磁率である。
【００４２】
【数１】
【００４３】
また、一部のサンプルについては、ワイヤを３回巻回し、２００ＭＨｚにおけるＱをヒューレットパッカード社製ネットワーク／スペクトラムアナライザ4195Aにて測定し、Ｑ２００を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１から分かるように、本発明の組成範囲にあるサンプル１〜７においては、−２０〜２０℃、２０〜６０℃の温度範囲において、インダクタンスの相対温度係数αμirはいずれも負となる。また、インダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌは−５.０以下であり、良好な抗応力特性が得られた。一方サンプル８の比較例のように、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２の組成比が本発明の範囲以下であり、かつ、ＣｏＯが無い場合は、インダクタンスの相対温度係数αμirは正となりかつその値が大きい上、インダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌも非常に大となり、抗応力特性が悪い。また、ＣｏＯの組成比が本発明の範囲以上となるサンプル９、１０においては、インダクタンスの相対温度係数αμirは正となる。
【００４６】
また、上述のように、抗応力特性が良好となり、インダクタンスの圧縮力による変化が少ないことから、樹脂モールドによるインダクタンスの変化が小さくなり、インダクタンス公差の小さいインダクタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインダクタの一実施の形態を示す一部透視斜視図である。
【符号の説明】
１：コア、２：巻線、３：端子電極、４：モールド材
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンス素子のコア材等として使用する磁性材料とその磁性材料を用いたコアを有するインダクタに係わり、特に樹脂モールドタイプのチップインダクタのコア材として使用するに好適なフェライトとそのコアを用いたインダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インダクタンス素子に用いられるフェライトの透磁率の温度特性は、一般に正の温度係数を持つものが従来より用いられてきた。その理由は、インダクタンス素子と回路を構成する上で組み合わせて用いられるコンデンサの容量が通常負の温度特性を持つことから、組み合わせたものの特性が温度変化に対してなるべく変化しないようにするためである。
【０００３】
しかし、インダクタンス素子とコンデンサとの単純な組み合わせではなく、回路全体の温度係数を考慮した場合、回路を構成するコンデンサ以外の他の部品の温度係数が正であることから、回路全体の温度係数を小さくするために、透磁率に関して負の温度係数を持つインダクタが必要とされ、このような要求を満足する透磁率の温度係数が負であるフェライトが望まれていた。
【０００４】
一方、近年、テレビ、ビデオテープコーダ、移動体通信機器の分野で、急速に需要が拡大しつつあ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、高精度等の要求に応じるべく、これらの部品に対する狭公差化、高信頼性化への要求が大きくなっている。この樹脂モールドタイプの素子では、樹脂モールドすることによって生じる圧縮応力によりインダクタンス値が変化するため、インダクタンス公差の小さい高品質の部品を得ることが困難である。そこで、外部応力に対するインダクタンスの変化の小さい、すなわち抗応力特性の良好なフェライトが望まれていた。
【０００５】
従って、これらの要求に応じるためには、透磁率に関して負の温度係数を持ち、抗応力特性の良好な磁性材料およびこれを用いたインダクタンス素子が必要となる。
【０００６】
透磁率の温度係数が負のフェライトとして、特開昭５９−１２１８０３号、特開昭５９−１２１８０４号、特開昭５９−１２１８０６号特開昭５９−１２１１５５号、特開昭５９−１２１１５６号公報には、いずれも、初透磁率の温度係数が０〜８０℃の範囲で一様に負であるフェライトが開示されている。また、これらの公報の実施例では焼結体密度が向上していることが示され、製品強度の向上に効果があるとしている。しかし、外部応力がかかったときのインダクタンスの変化についての問題を解決しうるものではない。
【０００７】
一方、特開平１−１７９４０２号公報には、ニッケルを必須成分として含有する酸化物フェライト材料に、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５の少なくとも１種を１．５〜５wt%含有させることにより、外部応力に変動があっても、インダクタンス変化の小さいインダクタ用コアが記載さている。しかし、この組成のものでは、透磁率の温度係数を負にするという要求に応じることができない。
【０００８】
特開平３−９３６６７号公報には、２５〜４０mol%のＦｅ２Ｏ３、０〜２０mol%のＺｎＯ、残りがＮｉＯとＣｕＯであり、ＮｉＯのモル比がＣｕＯのモル比よりも多いスピネル型組成物であって、少量成分として０．１〜１２wt%のＢｉ２Ｏ３および０．０５〜４．０wt%のＳｉＯ２を含み、１ＭＨｚ以上でも損失の少ない高周波磁性材料と、さらにこれに０．０１〜１．５wt%のＣｏ３Ｏ４またはこれに相当する量のコバルト酸化物またはコバルト炭酸化物を添加した高周波磁性材料が記載されている。同公報の実施例では加圧によるインダクタンスの変化を測定し、加圧に対するインダクタンスの変化が小さいことを示している。しかし、初透磁率の相対温度係数についてはいずれも正となっており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【０００９】
特開平３−９１２０９号公報には、２５〜４０mol%のＦｅ２Ｏ３、０〜２０mol%のＺｎＯ、残りがＮｉＯとＣｕＯであり、ＮｉＯのモル比がＣｕＯのモル比よりも多いスピネル型組成物であって、少量成分として０．１〜５wt%のＢｉ２Ｏ３および０．０５〜４．０wt%のＳｉＯ２を含むフェライト組成物が記載されている。ただし実施例で示された組成は、Ｆｅ２Ｏ３：３８．２mol%、ＮｉＯ：５０．３mol%、ＺｎＯ：８．４mol%、ＣｕＯ：３．１mol%の基本組成に、Ｂｉ２Ｏ３：３wt%、ＳｉＯ２：０．８wt%を添加したものだけが開示されている。同公報の実施例では加圧によるインダクタンスの変化を測定し、その変化率を求めているが、この変化率は所定の圧力を印加したときの変化率ではなく、樹脂モールド前後のインダクタンスから算出した値である。従って、例えば５０kPaの加圧下でのインダクタンスが±５％以内となるかどうかは不明である。また、インダクタンスの温度係数についても正の値を示しており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【００１０】
また、特開平１１−８７１２６号公報には、少なくとも酸化鉄および酸化ニッケルを含む主成分に、添加物として酸化ビスマス、酸化バナジウム、酸化リン、酸化ホウ素のうちの１種または２種以上を含み、さらに、第１副成分と第２副成分を加えたものが開示されている。そして、前記酸化ビスマス等の添加物の主成分に対する比率を０．５〜１５wt%としている。また、前記第１副成分は酸化シリコンであり、主成分に対する比率を０．１〜１０．０wt%としている。また前記第２副成分は酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムの１種または２種以上であり、主成分に対する比率を０．１〜１０．０wt%含ませている。このフェライトは、５０kPaで加圧したときのインダクタンス変化率が±５％以内であり、−２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が±２０ｐｐｍ/℃である。しかし同公報の実施例では初透磁率の相対温度係数がいずれも正の値となっており、透磁率の温度係数を負にするという要求には応じることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の磁性材料には、初透磁率に関して負の温度係数を持ち、かつ抗応力特性に優れたものは存在しなかった。従って本発明の目的は、初透磁率の相対温度係数が負であり、かつ、抗応力特性に優れた磁性材料を提供することである。また、本発明の他の目的は、この磁性材料を用いることにより、インダクタンスに関して負の温度係数を持ち、かつインダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段と作用、効果】
請求項１の磁性材料は、Ｆｅ２Ｏ３ ４６．０〜５１．０mol%、ＣｕＯ ０．５〜１５．０mol%、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ２Ｏ３換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１．０〜５．０重量部、酸化シリコンをＳｉＯ２換算で２．０〜８．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、
−２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負である
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の磁性材料は、初透磁率の相対温度係数が負となり、かつ優れた抗応力特性が実現できる。このため、この磁性材料を用いることにより、インダクタンスに関して負の温度係数を持ち、かつインダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタが実現できる。
【００１４】
ここで、各組成物を前記のような組成とした理由は下記の通りである。主成分の内、Ｆｅ２Ｏ３が４６．０mol%未満であると、焼結体密度が低下する。そして、Ｆｅ２Ｏ３量が化学量論組成を超えた範囲から、空気中の焼成ではＦｅ３Ｏ４の析出により、焼結体密度の低下と、コアとしての比抵抗の低下が始まる。この析出が顕著に見られるのは、Ｆｅ２Ｏ３が５１．０mol%を超える範囲である。
【００１５】
また、ＣｕＯがＯ．５mol%未満ではフェライトの焼結性が劣化し、焼結体密度が低下する。一方、１５．０mol%を超えるとコアの比抵抗が低下する。
【００１６】
また、本発明においては、主成分の残部としてＮｉＯを含有するが、これは諸特性をその他の成分により調整し、残部とするものである。ここで、ＮｉＯを含有していなければフェライトの比抵抗が低下する。
【００１７】
一方、添加物のうち、酸化ビスマスは粒界に漏れ広がるため、特に抗応力特性が改善される。また、酸化ビスマスの含有量が多くなると、温度特性の改善効果も向上する。酸化ビスマスの組成比が４．０重量部よりも少ないと、抗応力特性の改善効果がほとんどなくなり、初透磁率の温度係数を負とする温度特性も悪化する。一方、酸化ビスマスの組成比が１０．０重量部よりも多くなると、特性のばらつきを生じたり、焼結時に焼結体から浸み出して、他のコアと癒着したりセッター等の焼成用具を汚染したりする。
【００１８】
また、添加物として酸化マグネシウムを含有させることにより、初透磁率の温度係数を負とする温度特性に改善することができる。酸化マグネシウムの組成比が１．０重量部よりも少ないと、前記温度特性の改善効果が得られない。一方、酸化マグネシウムの組成比が５．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００１９】
また、酸化マグネシウムに加えて酸化シリコンを含有させることにより、さらに前記温度特性や抗応力特性が改善され、酸化マグネシウム単独で添加した場合よりも改善効果が著しくなる。酸化シリコンの組成比が２．０重量部よりも少ないと、前記温度特性の改善効果がほとんど得られない。一方、酸化シリコンの組成比が８．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００２０】
また、添加物として酸化コバルトを含有させることにより、前記温度特性を改善でき、Ｑ値も向上させることができる。酸化コバルトの組成比が０．２重量部より少ないと、前記温度特性の改善効果がほとんど得られず、Ｑ値も向上しない。一方、酸化コバルトの組成比が０．５重量部を超えると、Ｑ値は向上するものの、温度特性が悪化する。
本発明の磁性材料において、−２０〜６０℃の範囲内で、２０℃以下、以上のそれぞれの範囲で初透磁率の温度係数が負となる組成とすることにより、前記温度範囲内の一部で初透磁率の温度係数が負となることがなく、温度係数が正となる他の電子部品とを組み合わせた回路において、温度による変化が防止される。
【００２１】
請求項２の磁性材料は、
Ｆｅ ２ Ｏ ３ ４６．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ ０．５〜１５．０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ ２ Ｏ ３ 換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムおよび酸化シリコンをタルクとして３．０〜１０．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、 −２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負であることを特徴とする。
【００２２】
請求項２の磁性材料は、酸化マグネシウムと酸化シリコンとをタルクとして同時に加えるものである。タルクとして添加することにより、少量で初透磁率の温度係数を負とする温度特性が得られかつ抗応力特性が改善される。タルクの組成比が３．０重量部より少ないと、温度特性の改善効果がほとんど得られない。一方、タルクの組成比が１０．０重量部を超えると抗応力特性が悪化する。
【００２５】
請求項３の磁性材料は、請求項１または２において、
５０kPaの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が±５％以内であることを特徴とする。
【００２６】
請求項３の磁性材料は、５０kPaの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が±５％以内とすることにより、実用上十分な抗応力特性とすることができる。
【００２７】
請求項４のインダクタは、請求項１から３までのいずれかの磁性材料からなるコアを有し、かつ該コアが樹脂モールドされていることを特徴とする。
【００２８】
このように、本発明の磁性材料からなるコアを樹脂モールドするインダクタに適用した場合、インダクタンスについて負の温度係数を持ち、抗応力特性が高く、インダクタンス公差の小さい樹脂モールド型インダクタが実現できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明による磁性材料は、前記の主成分および添加物からなるものであり、つぎのように製造される。主成分の原料には、酸化鉄α−Ｆｅ２Ｏ３、酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化胴ＣｕＯを用いる。添加物としてあげた酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化コバルトは、焼成によってこれらの酸化物となる各種化合物を用いることができるが、好ましくは酸化物、特に組成比算出の説明において挙げた前記各種酸化物を用いることが好ましい。各原料は、最終組成として前記した組成比となるように混合される。
【００３０】
次いで混合物を仮焼する。仮焼は通常は空気中で行えばよく、仮焼温度は８００〜１１００℃、仮焼温度は１〜３時間とすることが好ましい。
【００３１】
次に、得られた仮焼物をボールミル等により所定の粒径となるまで粉砕する。仮焼物を粉砕した後、ポリビニルアルコール等の適当なバインダーを適量加えて所定の形状に成形する。
【００３２】
次に成形体を焼成する。焼成は通常空気中で行えばよく、焼成温度は９００〜１２００℃程度で、焼成温度は２〜５時間とすることが好ましい。
【００３３】
本発明のフェライトは、所定形状のコアとして加工され、必要な巻線が巻回された後、樹脂モールドされ、固定インダクタ、チップインダクタ等として、テレビ、ビデオテープレコーダ、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器等の各種機器に使用される。コア形状は特に限定されないが、例えば外径、長さが共に２ｍｍ以下（例えば１．８ｍｍ×１．５ｍｍ）のドラム型コア等が挙げられる。
【００３４】
モールド材（被覆材）として用いられる樹脂は特に限定されないが、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂であり、具体的にはポリオレフィン樹脂、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。モールド材をモールドする手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等を用いることができ、また、射出成形、流し込み成形等を用いてもよい。
【００３５】
図１は本発明のフェライトを用いたチップインダクタの構成例を示した一部透視斜視図である。この例のチップインダクタは、本発明のフェライトを用い、両端に径の大きな鍔部を有するドラム型コア１と、このコア１の胴部に巻回された巻線２と、巻線２の端部と外部電気回路とを接続し、かつ、コア１を樹脂（モールド材）内に固定するための端子電極３と、これらの外部を覆うように設けられたモールド材４とを有する。
【００３６】
チップインダクタの構成としては、図示例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。例えばリード線をコア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。また、箱形の樹脂ケース内に、コアに巻線、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。
【００３７】
【実施例】
各主成分原料および添加物原料を表１に示した組成比となるように秤量し、ボールミルにて５時間混合した。なお、表１における各添加物の組成比は主成分１００重量部に対するものである。サンプル１〜７は本発明の組成範囲にある実施例であり、サンプル８〜１０は本発明の組成範囲外にある比較例である。
【００３８】
上述のようにして得られた混合物を空気中において９００℃で２時間仮焼した後、ボールミルにて２０時間混合、粉砕した。粉砕後の混合物を乾燥し、ポリビニルアルコールを１．０wt%加えた後、１００kPaの圧力で加圧成形して、寸法が５０ｍｍ×１０ｍｍ×７ｍｍの角形成形体と、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル状成形体とを得た。これらの成形体を、空気中において、表１に示す温度で２時間焼成して、フェライトからなる角形コアサンプルおよびトロイダルコアサンプルを得た。
【００３９】
前記角形コアサンプルの中央部にワイヤを１４回巻回した後、これに一定速度で一軸圧縮力を印加し、このときのインダクタンス値を連続的に測定し、得られた測定値からインダクタンス変化率を算出した。表１に、５０kPaの一軸圧縮力を印加したときのインダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌを示す。ここで、Ｌは加圧前のインダクタンス、ΔＬは加圧によるインダクタンスの変化量、すなわち加圧時のインダクタンスから加圧前のインダクタンスを減じた値である。
【００４０】
なお、一軸加圧は、アイコーエンジニアリング社製荷重試験機（計測スタンドMODEL1321、計測アンプMODEL1011CREEP、ロードセルMODEL3800）にて行い、インダクタンス値の測定はヒューレットパッカード社製プレシジョンＬＣＲメータ4284Aにて行った。
【００４１】
また、トロイダルコアサンプルにワイヤを４０回巻回した後、前記ＬＣＲメータによりインダクタンス値を測定し、１００ｋＨｚにおける初透磁率（μi）、−２０〜２０℃および２０〜６０℃における相対温度係数αμirを数１により求めた。ただし数１において、Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ透磁率を測定した低温側、高温側温度、μi１、μi２はそれぞれ温度Ｔ１、Ｔ２における初透磁率である。
【００４２】
【数１】
また、一部のサンプルについては、ワイヤを３回巻回し、２００ＭＨｚにおけるＱをヒューレットパッカード社製ネットワーク／スペクトラムアナライザ4195Aにて測定し、Ｑ２００を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
表１から分かるように、本発明の組成範囲にあるサンプル１〜７においては、−２０〜２０℃、２０〜６０℃の温度範囲において、インダクタンスの相対温度係数αμirはいずれも負となる。また、インダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌは−５.０以下であり、良好な抗応力特性が得られた。一方サンプル８の比較例のように、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２の組成比が本発明の範囲以下であり、かつ、ＣｏＯが無い場合は、インダクタンスの相対温度係数αμirは正となりかつその値が大きい上、インダクタンス値変化率ΔＬ／Ｌも非常に大となり、抗応力特性が悪い。また、ＣｏＯの組成比が本発明の範囲以上となるサンプル９、１０においては、インダクタンスの相対温度係数αμirは正となる。
【００４６】
また、上述のように、抗応力特性が良好となり、インダクタンスの圧縮力による変化が少ないことから、樹脂モールドによるインダクタンスの変化が小さくなり、インダクタンス公差の小さいインダクタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインダクタの一実施の形態を示す一部透視斜視図である。
【符号の説明】
１：コア、２：巻線、３：端子電極、４：モールド材
Claims (4)
- Ｆｅ２Ｏ３ ４６．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ ０．５〜１５．０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ２Ｏ３換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１．０〜５．０重量部、酸化シリコンをＳｉＯ２換算で２．０〜８．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、
−２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負である
ことを特徴とする磁性材料。 - Ｆｅ ２ Ｏ ３ ４６．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ ０．５〜１５．０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯからなる主成分１００重量部に対し、添加物として、酸化ビスマスをＢｉ ２ Ｏ ３ 換算で４．０〜１０．０重量部、酸化マグネシウムおよび酸化シリコンをタルクとして３．０〜１０．０重量部、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．２〜０．５重量部添加してなり、
−２０〜２０℃および２０〜６０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が負である
ことを特徴とする磁性材料。 - 請求項１または２の磁性材料において、
５０kPaの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が±５％以内である
ことを特徴とする磁性材料。 - 請求項１から３までのいずれかの磁性材料からなるコアを有し、かつ該コアが樹脂モールドされている
ことを特徴とするインダクタ。
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