JP4893403B2 - インダクタ装置及びこのインダクタ装置のインダクタンス調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、インダクタ装置及びこのインダクタ装置のインダクタンス調整方法に関するものである。
インダクタには、磁性体コアに巻かれた導体線からなるインダクタや、複数の磁性体層が積層された素体内に導体配線が形成されてなるインダクタなどがある。特許文献１には、後述したインダクタの一例として積層型インダクタ素子が記載されている。
特開平９−６３８４９号公報
インダクタは、フィルタや発振器などの様々な回路素子に用いられている。フィルタでは、周波数特性を調整したいという要望がある。また、発振器では、発振周波数を調整したいという要望がある。そこで、インダクタンスを調整することが可能なインダクタが望まれている。
そこで、本発明は、インダクタンスを調整することが可能なインダクタ装置及びこのインダクタ装置のインダクタンス調整方法を提供することを目的としている。
本発明のインダクタ装置は、第１の導体と該第１の導体に信号が入力されることにより生じる磁束が作用する位置に配置された磁性体とを有するインダクタ部と、磁性体における磁束の大きさを制御するための第２の導体を有する磁束制御部とを備え、磁束制御部は、第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって磁性体における磁束の大きさを制御し、第１の導体のインダクタンスを調整する。
このインダクタ装置によれば、磁束制御部が、第２の導体に流す電流を増加することによってインダクタ部の磁性体における磁束を増加すると、磁性体では磁気飽和の方向に向かうので、第１の導体のインダクタンスを低下させることができる。したがって、このインダクタ装置によれば、第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって磁性体における磁束の大きさを制御し、第１の導体のインダクタンスを調整することができる。
上記した磁束制御部は、第２の導体に供給する電流の大きさを変更する電流制御部を更に有することが好ましい。
本発明のインダクタ装置のインダクタンス調整方法は、第１の導体と、第２の導体と、磁性体とを備えるインダクタ装置において、第１の導体に信号が入力されることにより生じる磁束が作用する位置に磁性体を第１の導体に対して配置し、磁性体における磁束の大きさを制御するように第２の導体を磁性体に対して配置し、第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって磁性体における磁束の大きさを制御し、第１の導体のインダクタンスを調整する。
このインダクタ装置のインダクタンス調整方法によれば、第２の導体に流す電流を増加することによって磁性体における磁束を増加すると、磁性体では磁気飽和の方向に向かうので、第１の導体のインダクタンスを低下させることができる。したがって、このインダクタ装置のインダクタンス調整方法によれば、第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって磁性体における磁束の大きさを制御し、第１の導体のインダクタンスを調整することができる。
本発明によれば、インダクタンスを変更することが可能なインダクタ装置及びこのインダクタ装置のインダクタンス調整方法を得ることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、説明中、「上」及び「下」なる語を使用することがあるが、これは各図の上下方向に対応したものである。
図１〜図３を参照して、本実施形態に係るインダクタ装置１００の構成を説明する。図１は、本実施形態に係るインダクタ装置を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係るインダクタ装置を分解して示した分解斜視図である。また、図３は、本実施形態に係るインダクタ装置の回路図である。
インダクタ装置１００は、図１〜図３に示されるように、積層型インダクタ素子１１０と、電流制御部１２０とを備えており、積層型インダクタ素子１１０は、直方体形状の素体１と、第１及び第２の導体１１，２１と、素体１の側面に形成された第１〜第４の端子電極３〜６とを備えている。
第１及び第２の導体１１，２１は、素体１内に配されている。第１の導体１１は、第１の端子電極３と第２の端子電極４とに電気的に接続される。第２の導体２１は、第３の端子電極５と第４の端子電極６とに電気的に接続される。
素体１は、図２に示すように、複数の磁性体３１〜３５と非磁性体４１〜４５とが積層されることにより構成される積層体である。実際の積層型インダクタ素子は、磁性体３１〜３５及び非磁性体４１〜４５間の境界が視認できない程度に一体化されている。磁性体３１〜３５及び非磁性体４１〜４５は、グリーンシートが焼成されることにより、構成される。
第１の導体１１は、導体１２，１３とスルーホール導体５１とを有する。導体１２は、磁性体３１上に位置する。導体１２は、スパイラル形状を呈している。導体１２の外側端部は、素体１の側面まで引き出されて当該側面に露出しており、第１の端子電極３に接続される。導体１２の外側端部は、引き出し導体として機能する。
磁性体３１及び導体１２上には磁性体３２が位置する。磁性体３２における導体１２の内側端部に対応する位置には、磁性体３２を厚み方向に貫通するスルーホール導体５１が形成されている。スルーホール導体５１は、磁性体３１，３２が積層された状態で導体１２の内側端部と電気的に接続されている。
磁性体３２上には、導体１３が位置している。導体１３の一端部は、素体１の側面（導体１２の外側端部が引き出される側面に対向する側面）まで引き出されて当該側面に露出しており、第２の端子電極４に接続される。導体１３の一端部は、引き出し導体として機能する。導体１３の他端部は、スルーホール導体５１が形成された位置、すなわち導体１２の内側端部に対応する位置まで延びている。
導体１３の他端部は、磁性体３１，３２が積層された状態でスルーホール導体５１と電気的に接続される。これにより、導体１２及び導体１３は、相互に電気的に接続され、第１の導体１１を構成することとなる。
第２の導体２１は、導体２２，２３とスルーホール導体５２とを有する。導体２２は、非磁性体４１上に位置する。導体２２は、スパイラル形状を呈している。導体２２の外側端部は、素体１の側面（導体１２の外側端部が引き出される側面）まで引き出されて当該側面に露出しており、第３の端子電極５に接続される。導体２２の外側端部は、引き出し導体として機能する。
非磁性体４１における導体２２の内側端部に対応する位置には、非磁性体４１を厚み方向に貫通するスルーホール導体５２が形成されている。スルーホール導体５２は、非磁性体４１，４２が積層された状態で導体２２の内側端部と電気的に接続される。
非磁性体４２上には、導体２３が位置している。導体２３の一端部は、素体１の側面（導体１２，２２の外側端部が引き出される側面に対向する側面）まで引き出されて当該側面に露出しており、第４の端子電極６に接続される。導体２３の一端部は、引き出し導体として機能する。導体２３の他端部は、スルーホール導体５２が形成された位置、すなわち導体２２の内側端部に対応する位置まで延びている。
導体２３の他端部は、非磁性体４１，４２が積層された状態でスルーホール導体５２と電気的に接続される。これにより、導体２２及び導体２３は、相互に電気的に接続され、第２の導体２１を構成することとなる。
第１の導体１１と第２の導体２１とは、磁性体３１〜３５及び非磁性体４１〜４５の積層方向（以下、単に「積層方向」と称する。）から見て互いに重なるように延びている。
磁性体３１と非磁性体４１との間には、非磁性体４５が位置している。非磁性体４５は、導体２２と磁性体３１とを離間するためのものである。なお、本実施形態では非磁性体４５を積層したが、非磁性体４５は積層されなくてもよい。
磁性体３２の上には、磁性体３３〜３５が位置している。磁性体３３〜３５は、導体１３を保護するためのベース層として機能する。非磁性体４１の下には、非磁性体４３，４４が位置している。磁性体３３〜３５及び非磁性体４３，４４は、素体１の厚みを所定の寸法に調整するためのものでもある。磁性体３３〜３５の数は３層に限られるものではなく、１層でも２層でもよく、また４層以上であってもよい。非磁性体４３，４４も、２層に限られることなく、積層しなくてもよい。
電流制御部１２０は、積層型インダクタ素子１１０の第４の端子電極６に接続されると共に接地されており、積層型インダクタ素子１１０の第３の端子電極５も接地されている。電流制御部１２０は、可変電流源を有しており、第４の端子電極６へ、すなわち第２の導体２１へ直流電流を供給すると共に、この直流電流の大きさを変更することができる。
ここで、積層型インダクタ素子１１０における第１の導体１１と、第１及び第２の端子電極３，４と、磁性体３１〜３５とが、特許請求の範囲に記載したインダクタ部１３０として機能し、積層型インダクタ素子１１０における第２の導体２１と、第３及び第４の端子電極５，６と、非磁性体４１〜４５と、電流制御部１２０とが、特許請求の範囲に記載した磁束制御部１４０として機能する。
上記したように、第１の導体１１は、磁性体３１〜３５内に配されているので、第１の導体１１に信号が入力されることにより生じる磁束は、磁性体３１〜３５を通過することとなる。換言すれば、磁性体３１〜３５は、第１の導体１１に信号が入力されるとことにより生じる磁束が作用する位置に配置されることとなる。
また、第２の導体２１は、第１の導体１１と積層方向に重なる位置に配されているので、第２の導体２１に信号が入力されることにより生じる磁束は、磁性体３１〜３５を通過することとなり、第１の導体１１に作用することとなる。
続いて、積層型インダクタ素子１１０の作製方法について説明する。
まず、磁性体３１〜３５を構成することとなる磁性体グリーンシートを用意する。磁性体グリーンシートは、例えばフェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、又は、Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト等）粉末を原料としたスラリーをフィルム上にドクターブレード法により塗布して形成したものを用いることができる。磁性体グリーンシートの厚みは、例えば２０μｍ程度である。
また、非磁性体４１〜４５を構成することとなる非磁性体グリーンシートを用意する。非磁性体グリーンシートは、例えばＦｅ２Ｏ３とＺｎＯとＣｕＯとの混合粉を原料としたスラリーをフィルム上にドクターブレード法により塗布して形成したものを用いることができる。非磁性体グリーンシートの厚みは、例えば１８μｍ程度に設定することができる。Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＣｕＯとの混合粉の代わりに、誘電体材料（ＴｉＯ２とＣｕＯとＮｉＯとＭｎＣＯとの混合粉等）や、酸化物セラミック材料（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、フォルステライト、ステアタイト、コージライト等、またはこれらの混合粉）を用いてもよい。
次に、磁性体３２及び非磁性体４１を構成することとなる各グリーンシートの所定の位置、すなわちスルーホール導体５１，５２を形成する予定位置に、レーザー加工等によってスルーホールを形成する。
次に、磁性体３１，３２及び非磁性体４１，４２を構成することとなる各グリーンシートに、導体１２，１３，２２，２３に対応する導体パターンを形成する。各導体パターンは、例えば、銀もしくはニッケルを主成分とする導体ペースト（導電体材料）をスクリーン印刷した後、乾燥することによって形成される。各スルーホールには、各導体パターンを形成する際に、導体ペーストが充填されることとなる。
次に、各グリーンシートを順次積層して圧着し、チップ単位に切断した後に所定温度（例えば、８００〜９００度）にて焼成する。これにより、素体１が形成されることとなる。素体１は、例えば、完成後における長手方向の長さが１．２５ｍｍ、幅が１．０ｍｍ、高さが０．５ｍｍとなるようにする。導体１２，１３，２２，２３の焼成後における幅は、例えば５０μｍ程度に設定される。導体１２，１３，２２，２３の焼成後における厚みは、例えば１２μｍ程度に設定される。
次に、この素体１に第１〜第４の端子電極３〜６を形成する。これにより、積層型インダクタ素子１１０が得られることとなる。第１〜第４の端子電極３〜６は、素体１の外面に銀、ニッケルもしくは銅を主成分とする電極ペーストを転写した後に所定温度（例えば、７００℃程度）にて焼き付け、更に電気めっきを施すことにより、形成される。電気めっきには、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｇ、又は、Ｎｉ／Ａｇ等を用いることができる。
続いて、本発明の実施形態に係るインダクタ装置のインダクタ調整方法について説明する。まず、上記した積層体インダクタ素子１１０の製造方法に従って、第１の導体１１に信号が入力されることにより生じる磁束が作用する位置に磁性体３１〜３５を第１の導体１１に対して配置し、磁性体３１〜３５における磁束の大きさを制御するように第２の導体２１を磁性体３１〜３５に対して配置する。次に、電流制御部１２０を第２の導体２１に接続し、電流制御部１２０によって第２の導体２１に流す電流の大きさを変更することによって磁性体３１〜３５における磁束の大きさを制御し、第１の導体１１のインダクタンスを調整する。
続いて、本実施形態のインダクタ装置１００の動作及びインダクタ装置のインダクタ調整方法を詳細に説明する。まず、積層型インダクタ素子１１０の第１及び第２の端子電極３，４間、すなわち第１の導体１１に交流信号が入力されると、この交流信号に応じた磁束が磁性体３１〜３５に発生し、第１の導体１１にインダクタンスが生じる。なお、第１の導体１１に入力される交流信号に応じた磁束は、非磁性体４１〜４５に比べて透磁率が大きい磁性体３１〜３５に閉じ込められることとなる。
ここで、電流制御部１２０によって、積層型インダクタ素子１１０の第４の端子電極６へ、すなわち第２の導体２１へ直流電流が供給されると、この直流電流に応じた磁束が非磁性体４１〜４５及び磁性体３１〜３５に発生する。すなわち、磁性体３１〜３５には、第１の導体１１に入力される交流信号に応じた磁束に加えて、第２の導体２１に流れる直流電流に応じた磁束も発生することとなる。電流制御部１２０によって、直流電流の値を大きくすると、磁性体３１〜３５における直流電流に応じた磁束が増加し、磁性体３１〜３５では磁気飽和の方向に向かうこととなる。又は、磁性体３１〜３５では磁気飽和が生じることとなる。すると、第１の導体に生じるインダクタンスが低下する。
このように、本実施形態のインダクタ装置１００及びインダクタ装置のインダクタンス調整方法によれば、第２の導体２１に流す電流の大きさを変更することによって磁性体３１〜３５における磁束の大きさを制御し、第１の導体１１のインダクタンスを調整することができる。
また、本実施形態のインダクタ装置１００及びインダクタ装置のインダクタンス調整方法によれば、磁束制御部１４０の第２の導体２１が非磁性体４１〜４５の間に位置しているので、第１の導体１１に入力される交流信号によって第２の導体２１のインダクタンスが変動することを低減することができ、第２の導体２１に流す電流の制御を容易とすることができる。
本実施形態のインダクタ装置１００及びインダクタ装置のインダクタンス調整方法は、無線通信機器における局発信号発生回路、例えば、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するミキサ回路における局発信号発生回路に好適に適用可能である。
無線通信機器では、チャンネルを高速に切り換える必要があり、局発信号発生回路には、発振周波数を高速に切り換えられることが要求されている。一般に、局発信号発生回路は、印加電圧によってキャパシタンスを変更することが可能なバリアブルキャパシタを有し、発振周波数を変更する。しかしながら、バリアブルキャパシタでは、性質上反応速度が遅く、反応速度を上げることが困難であった。そこで、本願発明者は、反応速度が速い受動部品の製品化を研究し、インダクタのインダクタンスを調整することを見出した。
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
本実施形態では、磁束制御部１４０に非磁性体４１〜４５が用いられたが、非磁性体４１〜４５に代えて磁性体が用いられてもよい。
また、本実施形態では、スパイラル形状の第１及び第２の導体１１，２１を例示したが、第１及び第２の導体１１，２１の形状は本実施形態に限られるものではない。例えば、第１及び第２の導体１１，２１は、１巻きだけのロの字状であってもよいし、３／４巻きのコの字状であってもよいし、１／２巻きのＬ字状であってもよいし、直線形状であってもよい。また、第１及び第２の導体１１，２１は、磁性体間又は非磁性体間に設けられた複数の導体がスルーホール導体によって直列に接続されたヘリカル形状（螺旋形状）であってもよい。この場合、第２の導体２１に流す直流電流に応じて第１の導体１１の周囲の磁束を変更することができるように、第１及び第２の導体１１，２１は、積層方向から見て互いに重なっていることが好ましい。
また、本実施形態では、インダクタ部１３０の第１の導体１１と磁束制御部１４０の第２の導体２１とが積層方向に重なるように異なる磁性体間及び非磁性体間に設けられたが、第１の導体１１と第２の導体２１とは同一磁性体上に設けられてもよい。この場合、第２の導体２１に流す直流電流に応じて第１の導体１１の周囲の磁束を変更することができるように、第１及び第２の導体１１，２１は、同一磁性体上に隣接していることが好ましい。
また、本実施形態では、第２の導体２１を第１の導体１１と共に素体１内に配置したが、樹脂又は磁性材料でモールドされた第１の導体を有するインダクタ素子（例えば、特許文献１に記載の積層型インダクタ素子）の外周に第２の導体を巻きつけてもよい。
また、本実施形態では、積層型インダクタ素子１１０を用いたインダクタ装置を例示したが、積層型インダクタ素子１１０に代えて、磁性体コア（例えば、トロイダルコア）に巻かれた第１及び第２の導体線からなるインダクタ素子が用いられてもよい。
１…素体、３〜６…第１〜第４の端子電極、１１…第１の導体、１２，１３…導体、２１…第２の導体、２２，２３…導体、３１〜３５…磁性体、４１〜４５…非磁性体、５１，５２…スルーホール導体、１００…インダクタ装置、１１０…積層型インダクタ素子、１２０…電流制御部、１３０…インダクタ部、１４０…磁束制御部。
Claims (3)
- 第１の導体と該第１の導体に信号が入力されることにより生じる磁束が作用する位置に配置された磁性体とを有するインダクタ部と、
前記磁性体における磁束の大きさを制御するための第２の導体と非磁性体とを有する磁束制御部と、
を備え、
前記第１の導体は、前記磁性体の間に位置しており、
前記第２の導体は、前記非磁性体の間に位置しており、
前記磁束制御部は、前記第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって前記磁性体における磁束の大きさを制御し、前記第１の導体のインダクタンスを調整する、
インダクタ装置。 - 前記磁束制御部は、前記第２の導体に供給する電流の大きさを変更する電流制御部を更に有する、
請求項１に記載のインダクタ装置。 - 第１の導体と、第２の導体と、磁性体と、非磁性体とを備えるインダクタ装置において、
前記第１の導体を前記磁性体の間に配置すると共に、前記第１の導体に信号が入力されることにより生じる磁束が作用する位置に前記磁性体を前記第１の導体に対して配置し、
前記第２の導体を前記非磁性体の間に配置すると共に、前記磁性体における磁束の大きさを制御するように前記第２の導体を前記磁性体に対して配置し、
前記第２の導体に流す電流の大きさを変更することによって前記磁性体における磁束の大きさを制御し、前記第１の導体のインダクタンスを調整する、
インダクタ装置のインダクタンス調整方法。
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