JP2002141216A - 磁性材料およびインダクタ - Google Patents

磁性材料およびインダクタ

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JP2002141216A JP2000331632A JP2000331632A JP2002141216A JP 2002141216 A JP2002141216 A JP 2002141216A JP 2000331632 A JP2000331632 A JP 2000331632A JP 2000331632 A JP2000331632 A JP 2000331632A JP 2002141216 A JP2002141216 A JP 2002141216A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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とインダクタを提供する。 【解決手段】磁性材料は、Ｆｅ２Ｏ３ ４６．０〜５
１．０mol%、ＣｕＯ０．５〜１５．０mol%、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
部添加してなる。インダクタは、前記磁性材料でなるコ
アを有し、樹脂モールドしてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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５９−１２１
８０４号、特開昭５９−１２１８０６号特開昭５９−１
２１１５５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Ｂｉ２Ｏ ３および０．０５〜４．０w
t%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、Ｆｅ２Ｏ３：３
８．２mol%、ＮｉＯ：５０．３mol%、ＺｎＯ：８．４mo
l%、ＣｕＯ：３．１mol%の基本組成に、Ｂｉ２Ｏ ３：３
wt%、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、−２０〜６
０℃の温度範囲における初透磁率の相対温度係数が±２
０ｐｐｍ/℃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%、Ｃ
ｕＯ 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。
【００２１】請求項２の磁性材料は、請求項１におい
て、前記添加物の酸化マグネシウムと酸化シリコンと
が、タルク〔Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ １０（ＯＨ）２〕に換算し
て、前記主成分１００重量部に対して３．０〜１０．０
重量部添加されてな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。
【００２３】請求項３の磁性材料は、請求項１または２
において、−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。
【００２４】本発明の磁性材料において、初透磁率が−
２０〜６０℃の範囲内において、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。
【００２５】請求項４の磁性材料は、請求項１から３ま
でのいずれかにおいて、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４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５インダクタは、請求項１から４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−Ｆｅ
２Ｏ３、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２ｍ
ｍ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×７ｍ
ｍ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（μ
i）、−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℃、２
０〜６０℃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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｆｅ２Ｏ３ ４６．０〜５１．０mol%、Ｃ
    ｕＯ 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重量部添加してなる
    ことを特徴とする磁性材料。
  2. 【請求項２】請求項１の磁性材料において、 前記添加物の酸化マグネシウムと酸化シリコンとが、タ
    ルク〔Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ １０（ＯＨ）２〕に換算して、前
    記主成分１００重量部に対して３．０〜１０．０重量部
    添加されてなることを特徴とする磁性材料。
  3. 【請求項３】請求項１または２の磁性材料において、 −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。
  4. 【請求項４】請求項１から３までのいずれかの磁性材料
    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。
  5. 【請求項５】請求項１から４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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