(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを形成する導体と絶縁体とを積層してなる積層体を備えた電源回路用積層インダクタにおいて、
前記導体は、絶縁体の積層方向を軸方向とするコイルが形成されるように相互に接続され、
前記積層体は、高透磁率の磁性体からなる複数の第１絶縁体と、積層体の内層に配置され低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる少なくとも１つ以上の第２絶縁体とを積層してなり、
前記第２絶縁体は、積層体内に形成された一つのコイルが該第２絶縁体により積層方向に分割された各領域において異なる大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じるように積層体内に配置されている
ことを特徴とする電源回路用積層インダクタ。
【請求項２】
前記第２絶縁体により分割された一の領域における第１絶縁体は、他の領域における第１絶縁体の透磁率と異なる値の透磁率を有する
ことを特徴する請求項１記載の電源回路用積層インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層インダクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の積層インダクタは、例えばＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料などからなる磁性体シートに、Ａｇ等を主成分とする内部電極用の導電性ペーストを所定パターンに塗布し、この磁性体シートを積層した構造となっている。ここで、各磁性体シートに形成された内部電極は、ビアホールを介して隣り合う層間で相互に接続している。これにより、積層体内にコイルを形成している。また、積層体の両端部には、内部電極に接続する外部電極が形成されている。
【０００３】
従来の積層インダクタは、図７に示すような直流重畳特性を有している。図７は、従来の積層インダクタの直流重畳特性を示すグラフであり、横軸に重畳直流電流、縦軸にインダクタンスをとっている。図７のグラフが示すように、従来の積層インダクタは、直流重畳特性を徐々に大きくしていくと、ある電流値まではほぼ一定又は緩やかに低下するインダクタンス値を有するが、その後は内部に磁気飽和が生じて急激にインダクタンス値が低下し、これによりインダクタとして十分な機能を果たさなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、従来の積層インダクタとは異なり任意の直流重畳特性を有する積層インダクタが望まれている。例えば、省電力モードを有する小型機器のスイッチング電源回路にチョークコイルとして使用されるインダクタは、次のような特性が求められる。すなわち、当該機器が省電力モードで動作すると積層インダクタへの負荷電流値は小さくなるものの使用周波数が下がるので、通常モード時と比較して数倍から数十倍の大きなインダクタンス値を必要とする。しかしながら、従来の積層インダクタは、使用可能な電流範囲ではほぼ一定又は緩やかに低下するインダクタンス値を有するため、このような用途には不向きであった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、任意の直流重畳特性を有する積層インダクタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、コイルを形成する導体と絶縁体とを積層してなる積層体を備えた電源回路用積層インダクタにおいて、前記導体は、絶縁体の積層方向を軸方向とするコイルが形成されるように相互に接続され、前記積層体は、高透磁率の磁性体からなる複数の第１絶縁体と、積層体の内層に配置され低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる少なくとも１つ以上の第２絶縁体とを積層してなり、前記第２絶縁体は、積層体内に形成された一つのコイルが該第２絶縁体により積層方向に分割された各領域において異なる大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じるように積層体内に配置されていることを特徴とするものを提案する。
【０００７】
本発明によれば、積層体の内層には低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる第２絶縁体が少なくとも１つ以上積層されているので、積層体内には、前記第２絶縁体に分割された領域においてそれぞれ閉磁路が形成される。すなわち、従来の積層インダクタでは、積層体内全体で１つの大きな閉磁路が形成されていたが、本発明に係る積層インダクタでは、前記各分割領域間で磁束の結合が無くなり又は大幅に弱まるため、それぞれ各領域において小さな閉磁路が形成される。
【０００８】
ここで、積層体内に形成された一つのコイルが各領域において異なる重畳直流電流値により磁気飽和を生じさせるので、すなわち、各領域におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流値により磁気飽和を生じさせるので、積層インダクタに流す重畳直流電流を徐々に大きくしていくと、段階的にインダクタンス値が低下していく。従って、第２絶縁体による分割数や、第２絶縁体により分割された領域における第１絶縁体の透磁率等の組成、枚数、厚さ、コイルの巻回数などを適宜調整することで、任意の直流重畳特性を有する電源回路用積層インダクタを容易に得ることができる。
【０００９】
本発明の好適な態様の一例として、請求項２の発明では、請求項１記載の積層インダクタにおいて、前記第２絶縁体により分割された一の領域における第１絶縁体は、他の領域における第１絶縁体の透磁率と異なる値の透磁率を有することを特徴するものを提案する。
【００１０】
本発明によれば、第２絶縁体により分割された各領域は、第１絶縁体の透磁率が互いに異なっているので、各領域に発生する磁界強度が互いに異なるものとなる。これにより、各領域におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流値で磁気飽和を生じさせる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る積層インダクタについて図１〜図３を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係る積層インダクタの外観斜視図、図２は第１の実施の形態に係る積層インダクタの図１におけるＡ−Ａ’線矢視方向断面図、図３は第１の実施の形態に係る積層体の分解斜視図である。なお、図２と図３とでは、説明の便宜上コイルの巻回数等が異なっている。
【００１２】
積層インダクタ１００は、図１に示すように、磁性又は非磁性の絶縁材料からなる略直方体形状の積層体１１０と、積層体１１０の長手方向両端部に形成された一対の外部電極１２０とを有している。
【００１３】
積層体１１０は、図２に示すように、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり高透磁率を有する第１強磁性体層１１１と、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり前記第１強磁性体層１１１よりも小さい透磁率を有する強磁性体層１１２と、Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなる非磁性（透磁率μ＝１）の非磁性体層１１３とを積層した構造となっている。非磁性体層１１３は、積層体１１０の内層に形成されている。
【００１４】
ここで、第２強磁性体層１１２の透磁率は、第１強磁性体層の透磁率の透磁率の１／２以下であることが好ましい。巻回数が同じ場合、２倍以上の重畳直流電流値が得られるからである。
【００１５】
また、第１強磁性体層１１１，第２強磁性体層１１２は、それぞれ非磁性体層１１３との線膨張係数差が小さいものが好ましい。両者の線膨張係数差が大きいと、積層インダクタの実装時などに積層体１１０にクラックや反りが生じる場合があるからである。具体的には、線膨張係数差が２×１０−７／℃以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、各層は互いに組成が異なるため積層体１１０の側面には層間に段差が形成されるが、該段差は３０μｍ以下であることが好ましい。外部電極１２０形成時の歩留まりが悪化する場合があるからである。
【００１７】
さらに、非磁性体層１１３の層厚は、５〜１００μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１０〜５０μ程度である。５μｍ未満だと結合が不安定となり電気的特性にばらつきが生じる点で好ましくなく、また、１００μｍより大きいと小型化に適さないからである。なお、本実施の形態の積層インダクタは、積層方向の厚みが約１．２ｍｍである。
【００１８】
また、積層体１１０には、図２に示すように、コイルを形成する導体である内部電極１１４が埋設されている。内部電極１１４が形成するコイルは、コイルの軸方向、すなわちコイル内部における磁束の形成方向が積層体１１０の積層方向（図２における紙面の上下方向）となっている。内部電極１１４が形成するコイルの一端側は積層体１１０の一方の端面に引き出され、他端側は積層体１１０の他方の端面に引き出されている。積層体１１０の端面に引き出されている内部電極１１４は、前記外部電極１２０に接続している。内部電極１１４及び外部電極１２０は、それぞれＡｇ又はＡｇを主成分とする金属材料からなる。
【００１９】
積層体１１０のさらに詳細な構造について図３を参照して説明する。積層体１１０は、図３に示すように、複数の絶縁性を有するフェライトシートを積層した構造を有する。すなわち、積層体１１０は、高透磁率を有する多数の第１フェライトシート１１５と、第１フェライトシート１１５よりも透磁率の低い多数の第２フェライトシート１１６と、非磁性の数枚（図では１枚）の第３フェライトシート１１７とを一体に積層している。この第１フェライトシート１１５により前記第１強磁性体層１１１が形成され、第２フェライトシート１１６により前記第２強磁性体層１１２が形成され、第３フェライトシート１１７により前記非磁性体層１１３が形成される。
【００２０】
第１フェライトシート１１５及び第２フェライトシート１１６には、積層体１１０の外層側の数枚（図では上層側の３枚及び下層側の２枚）を除き、所定パターンの内部電極１１４が形成されている。また、第３フェライトシート１１７にも内部電極１１４が形成されている。各シートに形成された内部電極１１４の端部は、積層体１１０全体で１つのコイルを形成するように、ビアホール（図示省略）を介して隣り合うシートの内部電極１１４と接続している。また、コイルの巻き始め又は巻き終わりに相当する内部電極１１４の端部は、シートの縁部に形成された引出部１１４ａと接続している。
【００２１】
第３フェライトシート１１７は、積層体１１０の内層に配置されている。具体的には、第３フェライトシート１１７は、複数枚の第１フェライトシート１１５と、複数枚の第２フェライトシート１１６との間に配置されている。これにより、第１フェライトシート１１５が形成する第１強磁性体層１１１と第２フェライトシート１１６が形成する第２強磁性体層１１２との間における磁界の結合を抑えている。この結果、図の実線矢印に示すように、第１強磁性体層１１１と第２強磁性体層１１２とではそれぞれ異なる強度の磁界が形成される。従って、第３フェライトシート１１７により積層方向に分割された積層体１１０の各領域においては、すなわち、前記第１強磁性体層１１１及び第２強磁性体層１１２においては、該領域におけるインダクタ素子が異なる大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じさせる。
【００２２】
次に、この積層インダクタ１００の製造方法について説明する。なお、ここでは多数の積層インダクタ１００をまとめて製造する場合について説明する。
【００２３】
まず、第１フェライトシート，第２フェライトシート及び第３フェライトシートを作成する。具体的には、ＦｅＯ２，ＣｕＯ，ＺｎＯ，ＮｉＯからなる仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エチルセルロース、テルピネオールを加え、これを混練してフェライトペーストを得る。このフェライトペーストをドクターブレード法等を用いてシート化して第１フェライトシートを得る。第２フェライトシートは、前記第１フェライトシートと同材料について混合比を変更して用いることにより、第１フェライトシートよりも透磁率が低くなるように作成する。第２フェライトシートの作成方法は、第１フェライトシートと同様である。さらに、ＦｅＯ２，ＣｕＯ，ＺｎＯを主材料とするフェライト微粉末を原料として、同様に非磁性の第３フェライトシートを作成する。
【００２４】
次に、これら第１〜第３フェライトシートに金型による打ち抜きやレーザ加工などの手段を用いてビアホールを形成する。次いで、第１〜第３フェライトシートに導電性ペーストを所定パターンで印刷する。ここで、導電性ペーストとしては、例えばＡｇを主成分とした金属ペーストを用いる。
【００２５】
次に、これら第１〜第３フェライトシートを、シート間の導体性ペーストが互いにビアホールで接続されるように積層圧着してシート積層体を得る。ここで、第１〜第３フェライトシートは、図３を参照して前述したように所定の順序で積層する。
【００２６】
次に、シート積層体を単位寸法となるように切断して積層体１１０を得る。次いで、この切断された積層体を空気中にて約５００℃で１時間加熱してバインダ成分を除去する。さらにこの積層体を空気中にて約８００〜９００℃で２時間焼成する。
【００２７】
次いで、この積層体１１０の両端部にディップ法などを用いて導電性ペーストを塗布する。さらに積層体１１０を空気中にて約６００℃で１時間焼成することにより、外部電極１２０を形成する。ここで、導電性ペーストとしては、内部電極形成用のものと同じ組成のものを用いた。最後に、外部電極１２０にメッキ処理を施し積層インダクタ１００が得られる。
【００２８】
このような積層インダクタ１００では、積層体１１０の内層に、第３フェライトシート１１７により形成された非磁性体層１１３が形成されている。これにより、積層体１１０内には、該非磁性体層１１３により分割された領域である第１強磁性体層１１１及び第２強磁性体層１１２においてそれぞれ閉磁路が形成される。すなわち、従来の積層インダクタ１００では、積層体内全体で１つの大きな磁界が形成されていたが、本発明に係る積層インダクタ１００では、第１強磁性体層１１１及び第２強磁性体層１１２間で磁束の結合が無くなり又は大幅に弱まるため、それぞれ各領域において異なる強度の磁界が形成される。これにより、各領域におけるインダクタンス素子は異なる直流重畳特性を有することになる。
【００２９】
本実施の形態に係る積層インダクタ１００の直流重畳特性について図４のグラフを参照して説明する。図４は、第１の実施の形態に係る積層インダクタの直流重畳特性を示すグラフであり、横軸に重畳直流電流、縦軸にインダクタンスをとっている。また、図４では、実線は本実施の形態に係る積層インダクタ１００の直流重畳特性であり、点線は第１強磁性体層１１１におけるインダクタンス素子の直流重畳特性であり、一点鎖線は第２強磁性体層１１２におけるインダクタンス素子の直流重畳特性である。
【００３０】
図４から分かるように、本実施の形態に係る積層インダクタ１００では、重畳直流電流が十分に小さい範囲では高いインダクタンス値を有している。このインダクタンス値は、第１強磁性体層１１１におけるインダクタンス素子の値と、第２強磁性体層１１２におけるインダクタンス素子の値の和である。重畳直流電流を徐々に大きくしていくと、第１強磁性体層１１１におけるインダクタンス素子が磁気飽和を起こしてインダクタンス値が急激に下がる。しかし、第２強磁性体層１１２におけるインダクタンス素子は磁気飽和を起こしていないため、積層インダクタ１００のインダクタンス値は主として第２強磁性体層１１２におけるインダクタンス素子の値となる。さらに重畳直流電流を大きくしていくと、第２強磁性体層１１２におけるインダクタンス素子も磁気飽和を起こして、積層インダクタ１００のインダクタンス値は急激に低下する。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る積層インダクタ１００は、従来の積層インダクタとは異なる直流重畳特性を有する。すなわち、重畳直流電流の大きさに応じて２つのインダクタンス値を有するものとなる。具体的には、重畳直流電流が小さいときにはインダクタンス値が大きく、重畳直流電流が大きいときにはインダクタンス値が小さくなるという特性を有する。従って、例えば前述したような省電力モードを有する小型機器のスイッチング電源回路におけるチョークコイルのような用途に好適なものとなる。なお、非磁性体層１１３により分割された各領域における磁界強度が従来なものと比較して小さくなるため、積層インダクタ１００のインダクタンス値は小さなものとなる。しかしながら、積層体の分割数や内部電極の形成パターン等を調整することにより所望のインダクタンスを有するとともに、必要電流値まで任意の直流重畳特性を有する積層インダクタを得ることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図５及び図６を参照して説明する。図５は第２の実施の形態に係る積層インダクタの断面図、図６は第２の実施の形態に係る積層体の分解斜視図である。なお、図５と図６とでは、説明の便宜上コイルの巻回数等が異なっている。
【００３３】
本実施の形態に係る積層インダクタ２００が、第１の実施の形態に係る積層インダクタ１００と相違する点は、積層体２１０の積層構造にある。他の構成については第１の実施の形態と同様なので、ここでは相違点のみ説明する。
【００３４】
この積層インダクタ２００の積層体２１０は、図５に示すように、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり高透磁率を有する第１強磁性体層２１１と、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり前記第１強磁性体層２１１よりも小さい透磁率を有する強磁性体層２１２と、Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなる非磁性（透磁率μ＝１）の非磁性体層２１３を積層した構造となっている。ここで第１の実施の形態と相違する点は、非磁性体層２１３は、積層体２１０の内層に形成されているとともに外層側にも形成されている点にある。
【００３５】
すなわち積層体２１０は、図６に示すように、高透磁率を有する第１フェライトシート２１５と、第１フェライトシート２１５よりも透磁率の低い第２フェライトシート２１６と、非磁性の第３フェライトシート２１７を一体に積層した構造となっている。これにより、第１フェライトシート２１５が前記第１強磁性体層２１１を形成し、第２フェライトシート２１６が第２強磁性体層２１２を形成し、第３フェライトシート２１７が非磁性体層２１３を形成する。ここで、積層体２１０の外側の数枚（図では上層側の３枚及び下層側の２枚）は、低透磁率の第３フェライトシート２１７である。
【００３６】
このような積層インダクタ２００は、第３フェライトシート２１７により形成された非磁性体層２１３を積層体２１０の外層に有しているので、第１強磁性体層２１１及び第２強磁性体層２１２に生じる磁束が積層インダクタ１００の外側に漏れにくくなる。これにより、確実に任意の直流重畳特性を有する積層インダクタ２１０を得ることができる。他の作用及び効果並びに製造方法については第１の実施の形態と同様である。
【００３７】
なお、第１及び第２の実施の形態では、積層体の内層に形成する非強磁性体層を非磁性（μ＝１）のものとしたが、本発明はこれに限定されるものでなはい。すなわち、強磁性体層間の磁束の結合を抑える程度に透磁率の低い磁性体により構成してもよい。例えば、強磁性体層と同系のフェライト材料からなる低透磁率の磁性体を用いてもよい。この場合には、低透磁率の磁性体は、最も透磁率の低い強磁性体層の１／３以下の透磁率を有するのが好ましい。透磁率が１／３以下であれば、巻回数が２倍以上の差になったときに磁界強度の差が１０倍以上になるので、ここで他の磁界との結合を抑えることができるからである。
【００３８】
さらに、第１及び第２の実施の形態では、積層体の内層に１つの非強磁性体層を形成したが、すなわち、１枚の第３フェライトシートを内層に積層することにより積層体内の強磁性体領域を２分割したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、積層体の内層に２以上の非強磁性体層を形成し、換言すれば、２枚以上の第３フェライトシートを内層に積層することにより積層体内の強磁性体領域を３つ以上に分割してもよい。この場合には、さらに複雑な特性曲線となる直流重畳特性の積層インダクタを得ることができる。
【００３９】
さらに、第１及び第２の実施の形態では、非磁性体層により分割された第１強磁性体層及び第２強磁性体層を、それぞれ同じ枚数の第１フェライトシート及び第２フェライトシートにより構成するとともに両者の透磁率を異なるものとすることにより、前記両磁性体層におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流で磁気飽和を生じさせるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、透磁率の同じ第１及び第２フェライトシートをそれぞれ異なる枚数積層することにより、非磁性体層により分割された各領域におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流で磁気飽和を生じさせるようにしてもよい。さらに、ヒステリス曲線の異なる磁性体を用いたりコイルの巻回数を調整することにより、各領域におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流で磁気飽和を生じさせるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、第１及び第２の実施の形態では、積層インダクタの一例としてコイルを１つ有するものを示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コイルを複数有する積層インダクタアレイなどであってもよい。さらに、積層体内にインダクタ以外の他の素子（例えばコンデンサ）を有する積層ＬＣ複合部品、積層フィルタなどであってもよい。
【００４１】
さらに、第１及び第２の実施の形態では、積層体をシート積層法により形成したが印刷法により形成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、積層体の内層には低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる第２絶縁体が少なくとも１つ以上積層されているので、積層体内には、前記第２絶縁体に分割された領域においてそれぞれ閉磁路が形成される。すなわち、従来の積層インダクタでは、積層体内全体で１つの大きな閉磁路が形成されていたが、本発明に係る積層インダクタでは、前記各分割領域間で磁束の結合が無くなり又は大幅に弱まるため、それぞれ各領域において小さな閉磁路が形成される。
【００４４】
ここで、積層体内に形成された一つのコイルが各領域において異なる重畳直流電流値により磁気飽和を生じさせるので、すなわち、各領域におけるインダクタンス素子が異なる重畳直流電流値により磁気飽和を生じさせるので、積層インダクタに流す重畳直流電流を徐々に大きくしていくと、段階的にインダクタンス値が低下していく。従って、第２絶縁体による分割数や、第２絶縁体により分割された領域における第１絶縁体の透磁率等の組成、枚数、厚さ、コイルの巻回数などを適宜調整することで、任意の直流重畳特性を有する電源回路用積層インダクタを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る積層インダクタの外観斜視図
【図２】第１の実施の形態に係る積層インダクタの図１におけるＡ−Ａ’線矢視方向断面図
【図３】第１の実施の形態に係る積層体の分解斜視図
【図４】第１の実施の形態に係る積層インダクタの直流重畳特性を示すグラフ
【図５】第２の実施の形態に係る積層インダクタの断面図
【図６】第２の実施の形態に係る積層体の分解斜視図
【図７】従来の積層インダクタの直流重畳特性を示すグラフ
【符号の説明】
１００，２００…積層インダクタ、１１０，２１０…積層体、１１１，２１１…第１強磁性体層、１１２，２１２…第２強磁性体層、１１３，２１３…非磁性体層、１１４，２１４…内部電極、１１５，２１５…第１フェライトシート、１１６，２１６…第２フェライトシート、１１７，２１７…第３フェライトシート、１２０，２２０…外部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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