(57)【要約】【課題】フェライト材料自体の組成的な改良によって、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し、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系または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。【解決手段】Ｎｉ−Ｚｎ系または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、素子の構造上の変更等がなく、該素子の小型化、低背化を実現できる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒＯ２  ０．０１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％、ＳｉＯ２  １．０ｗｔ％以下（０を含まず）、Ｂｉ２Ｏ３  ０〜１．５ｗｔ％以下、ＳｎＯ２  ０〜１．０ｗｔ％以下を含有することを特徴とするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料。
【請求項２】
ＺｒＯ２  ０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、ＳｉＯ２  １．０ｗｔ％以下（０を含まず）、Ｂｉ２Ｏ３  ０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％以下、ＳｎＯ２  ０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％以下を含有することを特徴とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料。
【請求項３】
Ｃｏ３Ｏ４  を０．５ｗｔ％以下含有す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４】
Ｆｅ２Ｏ３  の含有量が５０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフェライト材料。
【請求項５】
請求項１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。
【請求項６】
コイルパターンが形成されたシート状磁性体を積層してなるコイル層と、コイル層を挟む磁性体層とを含む積層型インダクタンス素子において、シート状磁性体が請求項２に記載のフェライト材料からなることを特徴とする積層型インダクタンス素子。
【請求項７】
コイル層の厚みが、全体の厚みの７〜６０％の厚みであることを特徴とする請求項６に記載の積層型インダクタンス素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【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系または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、インダクタンス値（Ｌ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、巻き線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に巻き線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系または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系または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系または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。
【００１６】
すなわち、第１の発明によるフェライト材料は、所謂Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料において、ＺｒＯ２  ０．０１〜１．０ｗｔ％、ＳｉＯ２  １．０ｗｔ％以下（０を含まず）含有することを特徴とする材料であって、さらに必要に応じてＢｉ２Ｏ３  を１．５ｗｔ％以下、ＳｎＯ２  を１．０ｗｔ％以下を含有することを特徴とする。
【００１７】
また、第２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、ＺｒＯ２  ０．０５〜０．５ｗｔ％、ＳｉＯ２  １．０ｗｔ％以下（０を含まず）、Ｂｉ２Ｏ３  ０．５〜１．５ｗｔ％以下、ＳｎＯ２  ０．１〜１．０ｗｔ％以下を含有することを特徴とする。
【００１８】
上記の第１と第２の発明によるフェライト材料は、それぞれＣｏ３Ｏ４  を０．５ｗｔ％以下含有することができる。また、この発明によるいずれのフェライト材料も、Ｆｅ２Ｏ３  の含有量が５０ｍｏｌ％以下であることを特徴とすることができる。
【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。
【００２０】
この発明のよる積層型インダクタンス素子は、コイルパターンが形成されたシート状磁性体を積層してなるコイル層と、コイル層を挟む磁性体層とを含む積層型インダクタンス素子において、シート状磁性体が特定量のＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｎＯ２  を含有するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料からなることを特徴とする。またさらに、上記積層型インダクタンス素子は、コイル層の厚みが、全体の厚みの７〜６０％の厚みであ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、磁器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。
【００３５】
特に、この発明によるフェライト材料を、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場合、コイル層の厚みを、全体厚みの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可能になる。
【００３６】
【実施例】
実施例１
表１に示す実施例１〜８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系及びＮｉ−Ｚｎ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１〜８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】
2004172396.tif 000002
【００４０】
実施例２
表２に示す実施例９、比較例５及び比較例６のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を用いて、図２に示す積層型インダクタンス素子を作製した。実施例９は全厚みに対するコイル層厚みの比率を４５％とし、比較例６は６５％とした。
【００４１】
また、比較例５は、実施例９とコイル層厚みは同様であるが、組成が本発明の範囲外である。得られた積層型インダクタンス素子のＩｄｃ＝１０ｍＡ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２に示す。
【００４２】
表２から明らかなように、この発明によるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を積層型インダクタンス素子に適用した場合においても、比較例による同系フェライト材料に比べて透磁率の変化が少ないことが分かる。
【００４３】
【表２】
2004172396.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
この発明によるＮｉ−Ｚｎ系または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。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。
【００４６】
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。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
【図１】
2004172396.tif 000004
【図２】
2004172396.tif 000005
【図３】
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【図４】
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