JP4822385B2 - フェライト材料及びインダクタンス素子 - Google Patents
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Description
【0001】
この発明は、コンピュータ、携帯電話などの各種電子機器のスイッチング電源回路及びインバータ電源回路に用いるインダクタンス素子用のNi−Zn−Cu系フェライト材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話等の小型化が進み、その電源回路に使用されるインダクタンス素子においても小型化、低背化が要求されるとともに、インダクタンス値(L値)の向上、その値の変化を極力少なくするなど、直流重畳特性の向上が要求されている。
【0003】
インダクタンス素子として、巻き線型インダクタンス素子が広く用いられている。例えば、図1に示すように、巻き線型インダクタンス素子は、対向する一対の各辺に設けた外側脚1a,1aに囲まれている凹部1bの中央に円柱状の中央脚1cを立設したフェライト材料からなるE型コア1と、コイル2(図ではエッジワイズコイル)と、フェライト材料からなるI型コア3とから構成され、E型コアの凹部1bにコイル2を収容するとともに、I型コア3でE型コアの凹部1bを閉鎖して形成される。なお、図中4はインダクタンス素子をプリント回路基板に実装する際の実装強度を得るための補助端子である。
【0004】
上記構成からなる巻き線型インダクタンス素子のコア材には、Ni−Zn系フェライト材料が多く用いられている。巻き線型インダクタンス素子は、安価にして製造できる利点を有する。
【0005】
インダクタンス素子として、積層型インダクタンス素子を用いることもできる。例えば、図2A,Bに示すように、積層型インダクタンス素子5は、コイルパターン6が形成されたグリーンシート7等のシート状磁性体を積層してなるコイル層8と、コイル層8を挟む磁性体層(以下、ヨーク層という)9,10とを含む構成からなる。かかるヨーク層9,10は、それぞれコイル層8の上下にシート状磁性体11,12を積層して形成することができる。
【0006】
積層型インダクタンス素子の磁性体には、低温焼成が可能なNi−Zn−Cu系フェライト材料が用いられている。積層型インダクタンス素子は、グリーンシートの積層数を減少させることで、素子全体の小型化及び低背化の実現が可能である。
【0007】
上記の巻き線型インダクタンス素子及び積層型インダクタンス素子に用いられるフェライト材料において、焼結性向上や磁気特性向上を目的として、種々の微量成分を添加する提案が多くなされている。
【0008】
例えば、特許第3147496号では、Ni−Zn−Cu系フェライト材料に、Co3O4、Bi2O3、SiO2、SnO2 を同時添加することにより、樹脂モールド処理工程における樹脂の収縮応力の影響をほとんど受けず、樹脂モールド処理の前後においてL値及びQ値がほとんど変化しない信頼性の高いフェライトコアが提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許発明においては、樹脂モールド処理の問題解決、磁気特性の向上などは達成されているが、直流重畳特性の改善については、何ら考慮されていない。
【0010】
直流重畳特性の改善手段として、巻き線型インダクタンス素子において、図3に示すように、E型コア1の中央脚1cを外側脚1aよりも若干短くし、前記中央脚1cとI型コア3との間の磁路中に磁気ギャップ13を形成したり、中央脚1cとI型コア3との間にスペーサーを介在するなどの手段によって、直流重畳特性の改善を図るものが提案されている。
【0011】
また、積層型インダクタンス素子においても、ヨーク層に非磁性材層を介在させることにより、直流重畳特性の改善を図るものなどが提案されている。
【0012】
しかし、上記のような構造的な改良は、工数の増加、部品点数の増加を伴うためコストアップが避けられず、さらに、構造が複雑になるため、小型化、低背化にも支障を来たすことになる。
【0013】
このように、直流重畳特性の改善については、構造的な改良によるものは提案されているが、添加元素等による材料(組成)的な改良は提案されておらず、特に、直流重畳時のインダクタンス値(L値)の変化を極力少なくすることについての提案はなされていないのが現状である。
【0014】
この発明は、巻き線型インダクタンス素子及び積層型インダクタンス素子のかかる現状において、フェライト材料自体の組成的な改良によって、前記素子の直流重畳特性、特に、直流重畳時のインダクタンス値(L値)の変化を極力少なくすることができ、工数や部品点数の増加を伴うことなく、容易に該素子の小型化、低背化を実現できる、Ni−Zn−Cu系フェライト材料及びインダクタンス素子を安価に提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、フェライト材料の組成的な改良によって、直流重畳特性の改善、特に、直流重畳時のインダクタンス値(L値)の変化を極力少なくするために、Ni−Zn−Cu系フェライト材料の組成について種々検討の結果、Ni−Zn−Cu系フェライト材料に特定量のZrO2 、SiO2 を同時に添加することにより、インダクタンス素子のL値に相当するフェライト材料の透磁率において、直流重畳時の変化が小さくなり、目的が達成できることを知見し、この発明を完成した。
【0017】
すなわち、この発明によるフェライト材料は、所謂Ni−Zn−Cu系フェライト材料において、ZrO20.2wt%〜0.5wt%、SiO21.0wt%以下(0を含まず)、Bi2O30.5wt%〜1.5wt%、SnO20.1wt%〜1.0wt%を含有し、直径14mmのリング状フェライト材料に巻き線15ターンを施して、Idc=0.5Aの直流電流を重畳した時の透磁率の変化率が3%以下であることを特徴とする。
【0018】
上記フェライト材料は、Co3O4を0.5wt以下を含有することができる。また、この発明によるフェライト材料はFe2O3の含有量が50mol%以下であることを特徴とする。
【0019】
この発明のよるインダクタンス素子は、少なくとも特定量のZrO2、SiO2を同時に添加した上記構成のフェライト材料からなるコアを備えることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
この発明のフェライト材料は、特定量のZrO2、SiO2 を同時に添加することにより、直流重畳時の透磁率の変化が少なくなり、当該フェライト材料をインダクタンス素子に用いることにより、直流重畳時のインダクタンス値(L値)の変化を極力少なくすることができ、大電流にも対応でき、かつ安定した性能を発揮するインダクタンス素子を得ることができる。
【0022】
しかも、この発明のよるインダクタンス素子は、構造的な改善が不要となるため、工数の削減や部品点数の削減を図ることができ、安価にして提供することが可能になるとともに、さらなる小型化、低背化を図ることが可能となる。
【0023】
また、この発明の積層型インダクタンス素子は、コイル層の厚みを、全体の厚みの7〜60%の厚みに減少させることにより、ヨーク層の厚みを増加し、高いインダクタンス値を得ることができる。
【0024】
さらに、この発明の積層型インダクタンス素子は、磁気回路的に閉磁路構成であり、特に、ヨーク層の厚みを増加した上記インダクタンス素子では、漏洩磁束はほとんど発生しないので、インダクタンス素子からの漏洩磁束が他の機器に与える影響が懸念される用途、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、車載用CCDカメラ等のスイッチング電源回路及びインバータ電源回路として最適である。
【0025】
以下、この発明によるフェライト材料の組成の限定理由を説明する。
ZrO2 は必須元素であって、直流重畳特性の改善効果を有する。Ni−Zn系フェライト材料の場合は0.01wt%〜1.0wt%、Ni−Zn−Cu系の場合は0.05wt%〜0.5wt%が好ましい範囲である。いずれの系においても、下限値未満では直流重畳特性の改善効果が少なく、上限値を超えると焼結性、磁気特性が低下するので好ましくない。
【0026】
SiO2 は必須元素であって、フェライト材料の直流重畳時の透磁率変化を少なくする効果を有する。Ni−Zn系、Ni−Zn−Cu系いずれの場合も1.0wt%以下(0を含まず)の添加が好ましく、1.0wt%を超えると焼結性が低下するので好ましくない。
【0027】
この発明は、上記特定量のZrO2 とSiO2 を同時に添加することが特徴であり、それによって優れた直流重畳特性を発揮することができる。なお、上記好ましい範囲の添加は、焼結までの製造工程中、例えば配合工程、粉砕工程などいずれの工程においても可能である。
【0028】
Bi2O3 は焼結性改善のために添加されるが、Ni−Zn系フェライト材料に添加し、該材料を巻き線型インダクタンス素子に用いる場合は、添加なしでもかまわない。添加する場合は、1.5wt%を超えると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【0029】
一方、Bi2O3 はNi−Zn−Cu系に添加する場合は、焼結性を向上させるために、0.5wt%〜1.5wt%添加することが好ましい。0.5wt%未満では添加効果が少なく、1.5wt%を超えると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【0030】
SnO2 は、温度特性改善、焼結性改善のために添加されるが、主成分組成(NiO、ZnO、CuO、Fe2O3 )によって所望の温度特性、焼結性が得られる場合は、添加しなくてもよい。添加する場合は1.0wt%以下が好ましく、1.0wt%を超えると透磁率が低下するため好ましくない。なお、積層型インダクタンス素子用のNi−Zn−Cu系フェライト材料の場合は、0.1〜1.0wt%添加することが好ましい。
【0031】
Co3O4 は温度特性などの改善目的で添加する。0.5wt%を超えると磁気特性が劣化するため、0.5wt%以下での添加が好ましい。
【0032】
この発明のフェライト材料の主成分である、NiO、ZnO、CuO、Fe2O3 の含有量は、NiO 5.0〜40.0mol%、ZnO 0〜35.0mol%、CuO 0〜20mol%(但し、Ni−Zn−Cu系の場合は3.0〜15.0mol%)、残部Fe2O3 が好ましい。特に好ましくは、NiO10.0〜30.0mol%、ZnO 2〜30.0mol%、CuO 0〜15mol%(但し、Ni−Zn−Cu系の場合は3.0〜15.0mol%)、残部Fe2O3 である。
【0033】
また、この発明のフェライト材料において、Fe2O3 は50.0mol%以下が好ましく、さらに45.0〜50.0mol%が好ましい範囲である。
【0034】
上述した組成からなるこの発明によるフェライト材料は、図1に示す如きの巻き線型インダクタンス素子、あるいは図2に示す如きの積層型インダクタンス素子に適用することができる。
【0036】
【実施例】
表1に示す実施例5、7、参考例1〜4、6、8、及び比較例1〜4の組成になるように、配合、仮焼、粉砕、成形、焼結の各工程を実施してNi−Zn−Cu系フェライト材料を作製した。
【0037】
得られた直径14mmのリング状フェライト材料に巻き線15ターンを施して、Idc=0.5Aの直流電流を重畳した時の透磁率の変化を測定した。その測定結果を表1に示す。
【0038】
表1から明らかなように、実施例5、7に示すこの発明によるフェライト材料は、比較例によるフェライト材料に比べ、透磁率の変化が少ないことが分かる。
【0039】
【表1】
【0044】
【発明の効果】
この発明によるNi−Zn−Cu系フェライト材料は、特定量のZrO2 、SiO2 を同時に添加することにより、直流重畳時の透磁率の変化が少なくなり、この発明のフェライト材料をインダクタンス素子に用いることにより、直流重畳時のインダクタンス値(L値)の変化を極力少なくすることができ、大電流にも対応でき、かつ、安定した性能を発揮するインダクタンス素子を得ることができる。
【0045】
また、この発明によるインダクタンス素子は、構造的な改善が不要となるため、工数の削減や部品点数の削減を図ることができ、安価にして提供することが可能になるとともに、さらなる小型化、低背化を図ることが可能となる。
【0046】
さらに、積層型インダクタンス素子は、電気回路的に閉磁路構成であり、特にヨーク層の厚みを増加した上記インダクタンス素子では、漏洩磁束はほとんど発生しない。従って、インダクタンス素子からの漏洩磁束が他の機器に与える影響が懸念される用途、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、車載用CCDカメラ等のスイッチング電源回路及びインバータ電源回路として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】巻き線型インダクタンス素子の構成の概略を示す分解斜視説明図である。
【図2】Aは積層型インダクタンス素子の構成の概略を示す分解斜視説明図であり、Bは積層した状態でA図のb−b線位置の断面説明図である。
【図3】巻き線型インダクタンス素子の構成の概略を示す断面説明図である。
【図4】巻き線型インダクタンス素子の他の構成の概略を示す断面説明図である。
【符号の説明】
1 E型コア
2 コイル
3 I型コア
4 補助端子
5 積層型インダクタンス素子
6 コイルパターン
7 グリーンシート
8 コイル層
9,10 ヨーク層
11,12 シート状磁性体
13 磁気ギャップ
Claims (4)
- ZrO20.2wt%〜0.5wt%、SiO21.0wt%以下(0を含まず)、Bi2O30.5wt%〜1.5wt%、SnO20.1wt%〜1.0wt%を含有するNi−Zn−Cu系フェライト材料であって、直径14mmのリング状フェライト材料に巻き線15ターンを施して、Idc=0.5Aの直流電流を重畳した時の透磁率の変化率が3%以下であることを特徴とするNi−Zn−Cu系フェライト材料。
- Co3O4を0.5wt%以下含有することを特徴とする請求項1に記載のフェライト材料。
- Fe2O3の含有量が50mol%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフェライト材料。
- 請求項1乃至請求項3に記載のフェライト材料からなるコアを備えることを特徴とするインダクタンス素子。
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