JP2005032918A - 磁性素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、損失成分μ”が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ以上を有する磁性フェライトを実現するとともに、その磁性フェライトを用いた１ＧＨｚ以上の周波数での使用が可能な各種磁性素子を提供することを目的とするものである。
【解決手段】酸化鉄と酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とするＧＨｚ帯で優れた性能を有する磁性体フェライトを磁芯とすることにより、高周波特性に優れた磁性素子を実現することができるものである。
【選択図】 図２
【解決手段】酸化鉄と酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とするＧＨｚ帯で優れた性能を有する磁性体フェライトを磁芯とすることにより、高周波特性に優れた磁性素子を実現することができるものである。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に用いられる磁性素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性フェライトは酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化マグネシウムを主成分としたスピネル型フェライト、すなわちＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｇフェライトを基本に主成分の配合比率や副成分の添加量の調整を行うことにより低周波回路から２００ＭＨｚ前後までの電子回路に用いられる磁性素子の磁芯材料として用いられている。これらの電子回路に用いられる磁性素子は磁芯に用いられる磁性フェライトの複素透磁率μ＝μ’−μ”×ｉ（μ’：透磁率、μ”：損失成分）を利用してさまざまな特性を実現している。
【０００３】
さらに、最近では２００ＭＨｚを超える帯域の電子回路には酸化鉄、酸化バリウム、酸化ストロンチウムを主成分とした六方晶フェライトを磁芯とした磁性素子が用いられている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３６５１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記磁性フェライトは損失成分μ”が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ未満であることから、従来の磁性フェライトを磁芯に用いた磁性素子は１ＧＨｚまでの使用が限界である。一方、これらの磁性素子を用いる電子機器のデジタル化に伴う高周波化技術の進展は著しく進化している。これらの高速大容量の信号を処理するためにはより高周波化に対応できる部品の実現が不可欠である。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、損失成分μ”が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ以上を有する磁性フェライトを実現するとともに、その磁性フェライトを用いた１ＧＨｚ以上の周波数での使用が可能な各種磁性素子を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の磁性素子は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、棒状の碍子と、この碍子にらせん状に設けられた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記碍子を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインダクタンス素子を構成した磁性素子であり、１ＧＨｚ以上でもＱが大きく、内部導体ラインを短縮することができるインダクタンス素子を実現することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、磁性絶縁体と、この磁性絶縁体の内部にミアンダ状に設けられた導体コイルと、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記磁性絶縁体を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインピーダンス素子を構成した磁性素子であり、ローパスフィルタのカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上に設計できるとともに大きなインピーダンス値を有することから高周波ノイズを効率よくカットすることができるインピーダンス素子を実現することができる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、リング状コアと、このリング状コアに同一方向に巻かれた二つの導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される四つの外部電極とからなり、前記リング状コアを酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてコモンモードノイズフィルタを構成した磁性素子であり、伝送信号の周波数帯を１ＧＨｚ以上に設計できるとともにＧＨｚ帯で用いる結合係数の大きいコモンモードノイズフィルタを実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、フェライトコアと、このコアにらせん状に巻かれた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層とからなり、前記フェライトコアを酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてアンテナ素子を構成した磁性素子であり、１〜３ＧＨｚにおける小型のアンテナ素子を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁性素子について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１および図１、図２により請求項１に記載の発明について説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１における磁性素子としてのインダクタンス素子に用いる碍子の構造を説明するための斜視図であり、図２はこの碍子を用いたインダクタンス素子の構造を説明するための一部切り欠き斜視図である。図１および図２において、１は（表１）に示した組成を有する磁性フェライトからなる碍子である。この碍子１の表面には銅もしくは銀などからなる導体コイル２を形成し、この導体コイル２の表面には樹脂などからなる絶縁体層３を形成し、この導体コイル２の両端に接続される二つの外部電極４を形成してインダクタンス素子を構成している。
【００１６】
以上のように構成されたインダクタンス素子について、以下にその製造方法を説明しながらその構造および得られたインダクタンス素子の電気特性について詳述する。
【００１７】
磁性フェライトの出発原料である市販の酸化鉄粉と酸化亜鉛粉と酸化コバルト粉を（表１）の組成比で配合し、これに純水を適量加えてボールミルを用いて混合した後１２０℃で乾燥して混合粉を得る。この混合粉を９００℃で仮焼した後、遊星ボールミルを用いて最大粒径が８μｍ以下になるまで粉砕してフェライト仮焼粉を得る。このフェライト仮焼粉にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を適量添加して混練することにより平均粒径２００μｍφ程度の造粒粉を作製する。
【００１８】
次に、この造粒粉を金型内に充填した後所定の成形条件にて成形した後、焼成体が緻密になる温度、例えば１２００〜１３００℃で焼成することにより碍子１を得る。
【００１９】
次に、この碍子１に巻線などにより導体コイル２を形成し、その後絶縁性樹脂あるいは絶縁性無機材料を用いて絶縁体層３を形成することにより、図２に示すインダクタンス素子を得る（本発明品１〜１１）。
【００２０】
比較のためにアルミナを碍子１として用いたインダクタンス素子（比較品１）と六方晶フェライトを碍子１として用いたインダクタンス素子（比較品２）を作製した。これらのインダクタンス素子の特性を比較して（表１）に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
（表１）の結果より、本発明品１〜１１は比較品１と比較して用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きくなるためインダクタンス値が大きくなっており、高周波回路におけるインダクタンス素子として大きな特性改善が認められた。
【００２３】
また、比較品２のインダクタンス素子はＱ値の最大を示す周波数が０．８ＧＨｚ前後であり、１ＧＨｚ以上の周波数では損失が大きくなりＧＨｚ帯で使用できないのに対して、本発明品ではＱ値の最大を示す周波数はすべて２〜３ＧＨｚであり、ＧＨｚ帯での使用が可能なインダクタンス素子であることがわかる。
【００２４】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなるとＱ値が減少する傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとインダクタンス値が減少する傾向があるので３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００２５】
また、成分の原料となる酸化物や添加した副成分が価数の異なる酸化物もしくは炭酸物、例えばＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４，ＣｏＣＯ３のいずれであっても同様な効果が得られることを確認している。
【００２６】
また、碍子１は造粒粉体の圧縮成形法以外にもグリーンシートを積層し、所望のサイズに切断もしくは打ち抜きにより作製しても同様の効果が得られる。
【００２７】
また、導体コイル２の形成においても巻線ではなく、全面にめっき技術或いは薄膜技術を用いて形成した後、らせん状にレーザーカットあるいは砥石を用いてスパイラル状のコイルを形成しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、絶縁体層３の中に磁性材料を混合して用いても良く、このような構成とすることによりインダクタンス値をさらに向上することができる。この絶縁体層３の中に入れる磁性材料は本発明による磁性フェライトの粉末を用いることが好ましい。さらに、この磁性フェライトの粉末の粒子径は大きいほどＱ値が大きくなることから、４５μｍ以上とすることが最も好ましい。
【００２９】
このように、碍子１に酸化鉄、酸化コバルトおよび酸化亜鉛を主成分とした磁性フェライトを磁芯として図１に示すインダクタンス素子を構成することにより、ＧＨｚ以上の高周波域で用いることができるインダクタンス素子を実現することができ、所望のインダクタンス値を実現したりあるいはインダクタンス値の増大、素子の小型化を実現することができる。そして、この磁性フェライトの透磁率μ’が大きいほどインダクタンス値を大きく設計したりあるいはサイズを小型化することができる。
【００３０】
また、用いる磁性フェライトの損失成分μ”が小さいほどＱ値を大きくすることができるので使用する周波数帯域でのＱ値が大きいほど優れた高周波用のインダクタンス素子とすることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２および図３、図４により請求項２に記載の発明について説明する。
【００３２】
図３は本発明の実施の形態２における磁性素子としてのインピーダンス素子の構造を説明するための積層の構造図であり、図４はその斜視図である。
【００３３】
図３および図４において、５は白金やパラジウムなどの導体であり、この導体５を上下に挟んで磁性フェライトのグリーンシートなどを積層して磁性フェライト６を形成している。この磁性フェライト６は絶縁体である。この磁性フェライト６の両端には内部に形成された導体５の両端と接続される二つの外部電極７を形成してインピーダンス素子を構成している。
【００３４】
このようにノイズ対策部品として用いられるインピーダンス素子は信号ラインである導体５を磁性フェライト６で覆うことにより実現している。この磁性フェライト６の損失成分μ”の急激に増大する周波数をカットオフ周波数とし、それ以上の周波数でインピーダンス素子のインピーダンス値が選択的に大きくなるため、カットオフ周波数よりも高い周波数成分を持つノイズが除去される。このとき、磁性フェライト６の透磁率μ’が大きいほどインピーダンス値を大きく設計することができ、優れたインピーダンス素子である。
【００３５】
以上のように構成されたインピーダンス素子について、以下にその製造方法を説明しながら本発明のインピーダンス素子の構成について説明する。
【００３６】
酸化鉄、酸化亜鉛および酸化コバルトを（表２）で示す割合で配合し、これに純水を適量加えてボールミルを用いて混合した後１２０℃で乾燥して混合粉を得る。この混合粉を９００℃で仮焼した後、遊星ボールミルを用いて最大粒径が８μｍ以下になるまで粉砕してフェライト仮焼粉を得た。このフェライト仮焼粉に、ブチラール樹脂と酢酸ブチルを適量加えてボールミルを用いて十分に分散させてフェライトスラリーを得る。
【００３７】
このフェライトスラリーをドクターブレード法によりフェライトグリーンシートを得る。このフェライトグリーンシートの上にＰｔペーストを用いて導体５のパターンを印刷形成する。この導体５のパターンを印刷形成したフェライトグリーンシートと導体５を印刷形成していないフェライトグリーンシートを所望の厚みになるように複数枚積層し、その後個片に切断してチップ状の成形品を得る。この成形品を１２００〜１３００℃で焼成することにより、導体５を内層に形成した磁性フェライト６の焼結体を得る。この磁性フェライト６の焼結体の両端に導体５の両端部と接続する二つの外部電極７を形成することにより図４に示すインピーダンス素子を完成することができる（本発明品１２〜２２）。
【００３８】
比較のために、六方晶フェライトを用いてインピーダンス素子を作製した（比較品３）。このようにして得られたインピーダンス素子の電気特性を比較して（表２）に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
（表２）の結果より、本発明品１２〜２２では比較品３に対してカットオフ周波数（＝インピーダンスが１０Ωとなる周波数）が高く、ＧＨｚ帯用のノイズフィルタとして用いることのできるインピーダンス素子であり、用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きくなるためにインピーダンス値が大きくなることから優れたインピーダンス素子であることがわかる。
【００４１】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなるとインピーダンス値が小さくなる傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとインピーダンス値が小さくなる傾向があるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００４２】
また、内部に形成する導体コイル５のＰｔパターンはミアンダ形状以外でもよく、ビアを通じてフェライトグリーンシートを積層することにより、らせん状にコイルを形成してもよい。その場合、らせん状の導体コイル５の端部と外部電極７間の距離が短いとインピーダンス値が低下してしまうので、この間隔を広く取ることが望ましく、この間隔が２００μｍ以上あることが最も好ましい。
【００４３】
また、導体コイル５を形成する材料はＰｄもしくはＰｔとＰｄの合金でもよいが、導電率を大きくするためにはＰｔもしくはＰｄが好ましい。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３および図５、図６により請求項３に記載の発明について説明する。
【００４５】
図５は本発明の磁性素子としてのコモンモードノイズフィルタに用いるリング状コアの外観を示す斜視図であり、図６は本発明のコモンモードノイズフィルタの構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【００４６】
図５および図６において、９は磁性フェライトからなるリング状コアである。このリング状コア９の表面には銅もしくは銀などからなる二つの導体コイル１０を形成し、この二つの導体コイル１０の表面には樹脂などからなる絶縁体層１１を形成し、この二つの導体コイル１０の端子に接続される四つの外部電極１２を形成してコモンモードノイズフィルタを構成しているものである。
【００４７】
一般の電子回路の差動伝送ラインに用いられるコモンモードノイズフィルタは磁性フェライトのリング状コア９に２本の導体コイル１０を同一方向に巻きつけた構造とすることにより、これに用いる磁性フェライトの透磁率μ’を利用して２本の差動伝送ラインの磁気結合を高めてコモンモード成分を除去するものである。このとき用いる磁性フェライトの損失成分μ”が小さいほどディファレンシャルモードの損失すなわち伝えるべき信号レベルの損失が小さくなり、優れたコモンモードノイズフィルタである。この構成において本発明の磁性フェライトをリング状コア９を用いることにより、ＧＨｚ帯で用いることができるコモンモードノイズフィルタを実現することができる。
【００４８】
以上のように構成されたコモンモードノイズフィルタについて、以下にその製造方法を説明しながら本発明のコモンモードノイズフィルタの構成について詳述する。
【００４９】
（表３）で示した割合の配合で、実施の形態１と同様なプロセスを経て、平均粒径２００μｍφのフェライト仮焼粉の造粒粉を得る。この造粒粉をリング状に成形し、１２００〜１３００℃で焼成してリング状コア９を得る。このリング状コア９に同一方向に２重の巻線を施して二つの導体コイル１０を形成した後樹脂モールド成形で絶縁体層１１を形成し、二つの導体コイル１０の端子に接続される外部電極１２を形成することにより図６に示したコモンモードノイズフィルタを実現することができる（本発明品２３〜３３）。比較のために、リング状コア９に六方晶フェライトを用いたコモンモードノイズフィルタを作製した（比較品４）。
【００５０】
得られたコモンモードノイズフィルタの特性を（表３）に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
（表３）の結果より、本発明品２３〜３３では比較品４よりも１ＧＨｚでの透磁率μ’が大きく、損失成分μ”が小さくなるために結合係数が大きくなっていることがわかる。
【００５３】
なお、酸化鉄の配合比はＦｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなると結合係数が小さくなる傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなると結合係数が小さくなるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００５４】
また、面実装を実現するために巻線を施したリング状コア９を絶縁体層１１でモールドしているが、樹脂モールドせずに二つの導体コイル１０を直接基板などに接続しても同様な効果が得られる。
【００５５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４および図７、図８により請求項４に記載の発明について説明する。
【００５６】
図７は本発明の磁性素子としてのアンテナ素子に用いるフェライトコアの斜視図であり、図８はそのアンテナ素子の構造を説明するための一部切り欠き斜視図である。
【００５７】
図７および図８において、１３は磁性フェライトからなるフェライトコアである。このフェライトコア１３の表面には銅もしくは銀などからなる導体コイル１４を形成し、この導体コイル１４の表面には樹脂などからなる絶縁体層１５を形成してアンテナ素子を構成しているものである。
【００５８】
以上のように構成されたアンテナ素子について、以下にその製造方法を説明しながらそのアンテナ素子の構成について詳述する。
【００５９】
（表４）で示した割合の配合で、実施の形態１と同様なプロセスを経て、フェライト仮焼粉の造粒粉を得る。この造粒粉を棒状に成形した後に１２００から１３００℃で焼成し、その後図７に示す形状に切削加工をすることによりアンテナ素子のフェライトコア１３を得る。次に、このフェライトコア１３の全表面を銅あるいは銀などの低抵抗を有する金属をめっき法などにより形成した後、らせん状にレーザーカットを施して導体コイル１４を形成する。
【００６０】
次に、この導体コイル１４を形成したフェライトコア１３を樹脂モールド成形して絶縁体層１５で覆い、図８に示すアンテナ素子を完成することができる（本発明品３４〜４４）。
【００６１】
比較のために、相似形状の樹脂をコアとして用いたアンテナ素子（比較品５）と六方晶フェライトをフェライトコア１３として用いたアンテナ素子（比較品６）を作製した。
【００６２】
得られたアンテナ素子の放射損失および樹脂をコアとしたアンテナ素子のサイズを１００としたときのアンテナ素子のサイズ効果を比較して（表４）に示す。
【００６３】
【表４】
【００６４】
（表４）の結果より、本発明品では用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きいほど樹脂をコアとしたアンテナ素子よりもサイズが小さくなっていることがわかる。
【００６５】
また、六方晶フェライトをフェライトコア１３としたアンテナ素子は放射損失が大きくアンテナ素子のサイズを正確に決定することができなかった。
【００６６】
また、六方晶フェライトを用いたアンテナ素子の放射損失が大きいのに対して、本発明品は２ＧＨｚ帯で実際に使用できるほど放射損失が小さいことがわかる。
【００６７】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなると損失が増大するため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとサイズの小型化の効果が小さくなるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００６８】
また、成分の原料となる酸化物や添加した副成分が価数の異なる酸化物もしくは炭酸物、例えばＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４，ＣｏＣＯ３のいずれであっても同様な効果が得られることを確認している。
【００６９】
また、回路への接続ははんだ付けまたはかしめでも良いが、接続部分をネジ形状にすることによって、接続強度を確保することができるのでより好ましい。
【００７０】
このネジ形状は切削工法以外にも分割金型を用いた粉体プレス工法でも良い。
【００７１】
また、金属めっきはＡｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄなどが用いられるが特に導電率の大きなＡｇ，Ｃｕがより望ましい。
【００７２】
また、導体コイル１４の形成方法はワイヤーを巻きつける方法や金属の板金を打ち抜いてコイルにする方法でも良く、同様な効果が得られる。
【００７３】
また、フェライトコア１３の表面と導体コイル１４の間に薄く非磁性材料の膜が形成されていてもよい。
【００７４】
また、アンテナ素子は樹脂モールドあるいは樹脂成形品のキャップで覆われていてもよい。
【００７５】
また、透磁率μ’による波長短縮の効果を利用していることから、前記ヘリカルタイプのアンテナ素子以外にもパッチアンテナなどのアンテナ素子に対しても同様な効果が得られることはいうまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、酸化鉄と酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とする磁性フェライトを用いた磁性素子であり、ＧＨｚ帯域で使用される電子回路に用いることのできる磁性素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁性素子に用いる碍子の斜視図
【図２】同インダクタンス素子の一部切り欠き斜視図
【図３】本発明の実施の形態２における磁性素子としてのインピーダンス素子の積層の構造図
【図４】同インピーダンス素子の斜視図
【図５】本発明の実施の形態３における磁性素子としてのリング状コアの斜視図
【図６】同コモンモードノイズフィルタの一部切り欠き斜視図
【図７】本発明の実施の形態４における磁性素子としてのフェライトコアの外観図
【図８】同アンテナ素子の一部切り欠き斜視図
【符号の説明】
１ 碍子
２ 導体コイル
３ 絶縁体層
４ 外部電極
５ 導体
６ 磁性フェライト
７ 外部電極
９ リング状コア
１０ 導体コイル
１１ 絶縁体層
１２ 外部電極
１３ フェライトコア
１４ 導体コイル
１５ 絶縁体層
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に用いられる磁性素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性フェライトは酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化マグネシウムを主成分としたスピネル型フェライト、すなわちＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｇフェライトを基本に主成分の配合比率や副成分の添加量の調整を行うことにより低周波回路から２００ＭＨｚ前後までの電子回路に用いられる磁性素子の磁芯材料として用いられている。これらの電子回路に用いられる磁性素子は磁芯に用いられる磁性フェライトの複素透磁率μ＝μ’−μ”×ｉ（μ’：透磁率、μ”：損失成分）を利用してさまざまな特性を実現している。
【０００３】
さらに、最近では２００ＭＨｚを超える帯域の電子回路には酸化鉄、酸化バリウム、酸化ストロンチウムを主成分とした六方晶フェライトを磁芯とした磁性素子が用いられている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３６５１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記磁性フェライトは損失成分μ”が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ未満であることから、従来の磁性フェライトを磁芯に用いた磁性素子は１ＧＨｚまでの使用が限界である。一方、これらの磁性素子を用いる電子機器のデジタル化に伴う高周波化技術の進展は著しく進化している。これらの高速大容量の信号を処理するためにはより高周波化に対応できる部品の実現が不可欠である。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、損失成分μ”が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ以上を有する磁性フェライトを実現するとともに、その磁性フェライトを用いた１ＧＨｚ以上の周波数での使用が可能な各種磁性素子を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の磁性素子は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、棒状の碍子と、この碍子にらせん状に設けられた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記碍子を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインダクタンス素子を構成した磁性素子であり、１ＧＨｚ以上でもＱが大きく、内部導体ラインを短縮することができるインダクタンス素子を実現することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、磁性絶縁体と、この磁性絶縁体の内部にミアンダ状に設けられた導体コイルと、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記磁性絶縁体を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインピーダンス素子を構成した磁性素子であり、ローパスフィルタのカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上に設計できるとともに大きなインピーダンス値を有することから高周波ノイズを効率よくカットすることができるインピーダンス素子を実現することができる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、リング状コアと、このリング状コアに同一方向に巻かれた二つの導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される四つの外部電極とからなり、前記リング状コアを酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてコモンモードノイズフィルタを構成した磁性素子であり、伝送信号の周波数帯を１ＧＨｚ以上に設計できるとともにＧＨｚ帯で用いる結合係数の大きいコモンモードノイズフィルタを実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、フェライトコアと、このコアにらせん状に巻かれた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層とからなり、前記フェライトコアを酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてアンテナ素子を構成した磁性素子であり、１〜３ＧＨｚにおける小型のアンテナ素子を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁性素子について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１および図１、図２により請求項１に記載の発明について説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１における磁性素子としてのインダクタンス素子に用いる碍子の構造を説明するための斜視図であり、図２はこの碍子を用いたインダクタンス素子の構造を説明するための一部切り欠き斜視図である。図１および図２において、１は（表１）に示した組成を有する磁性フェライトからなる碍子である。この碍子１の表面には銅もしくは銀などからなる導体コイル２を形成し、この導体コイル２の表面には樹脂などからなる絶縁体層３を形成し、この導体コイル２の両端に接続される二つの外部電極４を形成してインダクタンス素子を構成している。
【００１６】
以上のように構成されたインダクタンス素子について、以下にその製造方法を説明しながらその構造および得られたインダクタンス素子の電気特性について詳述する。
【００１７】
磁性フェライトの出発原料である市販の酸化鉄粉と酸化亜鉛粉と酸化コバルト粉を（表１）の組成比で配合し、これに純水を適量加えてボールミルを用いて混合した後１２０℃で乾燥して混合粉を得る。この混合粉を９００℃で仮焼した後、遊星ボールミルを用いて最大粒径が８μｍ以下になるまで粉砕してフェライト仮焼粉を得る。このフェライト仮焼粉にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を適量添加して混練することにより平均粒径２００μｍφ程度の造粒粉を作製する。
【００１８】
次に、この造粒粉を金型内に充填した後所定の成形条件にて成形した後、焼成体が緻密になる温度、例えば１２００〜１３００℃で焼成することにより碍子１を得る。
【００１９】
次に、この碍子１に巻線などにより導体コイル２を形成し、その後絶縁性樹脂あるいは絶縁性無機材料を用いて絶縁体層３を形成することにより、図２に示すインダクタンス素子を得る（本発明品１〜１１）。
【００２０】
比較のためにアルミナを碍子１として用いたインダクタンス素子（比較品１）と六方晶フェライトを碍子１として用いたインダクタンス素子（比較品２）を作製した。これらのインダクタンス素子の特性を比較して（表１）に示す。
【００２１】
【表１】
（表１）の結果より、本発明品１〜１１は比較品１と比較して用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きくなるためインダクタンス値が大きくなっており、高周波回路におけるインダクタンス素子として大きな特性改善が認められた。
【００２３】
また、比較品２のインダクタンス素子はＱ値の最大を示す周波数が０．８ＧＨｚ前後であり、１ＧＨｚ以上の周波数では損失が大きくなりＧＨｚ帯で使用できないのに対して、本発明品ではＱ値の最大を示す周波数はすべて２〜３ＧＨｚであり、ＧＨｚ帯での使用が可能なインダクタンス素子であることがわかる。
【００２４】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなるとＱ値が減少する傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとインダクタンス値が減少する傾向があるので３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００２５】
また、成分の原料となる酸化物や添加した副成分が価数の異なる酸化物もしくは炭酸物、例えばＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４，ＣｏＣＯ３のいずれであっても同様な効果が得られることを確認している。
【００２６】
また、碍子１は造粒粉体の圧縮成形法以外にもグリーンシートを積層し、所望のサイズに切断もしくは打ち抜きにより作製しても同様の効果が得られる。
【００２７】
また、導体コイル２の形成においても巻線ではなく、全面にめっき技術或いは薄膜技術を用いて形成した後、らせん状にレーザーカットあるいは砥石を用いてスパイラル状のコイルを形成しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、絶縁体層３の中に磁性材料を混合して用いても良く、このような構成とすることによりインダクタンス値をさらに向上することができる。この絶縁体層３の中に入れる磁性材料は本発明による磁性フェライトの粉末を用いることが好ましい。さらに、この磁性フェライトの粉末の粒子径は大きいほどＱ値が大きくなることから、４５μｍ以上とすることが最も好ましい。
【００２９】
このように、碍子１に酸化鉄、酸化コバルトおよび酸化亜鉛を主成分とした磁性フェライトを磁芯として図１に示すインダクタンス素子を構成することにより、ＧＨｚ以上の高周波域で用いることができるインダクタンス素子を実現することができ、所望のインダクタンス値を実現したりあるいはインダクタンス値の増大、素子の小型化を実現することができる。そして、この磁性フェライトの透磁率μ’が大きいほどインダクタンス値を大きく設計したりあるいはサイズを小型化することができる。
【００３０】
また、用いる磁性フェライトの損失成分μ”が小さいほどＱ値を大きくすることができるので使用する周波数帯域でのＱ値が大きいほど優れた高周波用のインダクタンス素子とすることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２および図３、図４により請求項２に記載の発明について説明する。
【００３２】
図３は本発明の実施の形態２における磁性素子としてのインピーダンス素子の構造を説明するための積層の構造図であり、図４はその斜視図である。
【００３３】
図３および図４において、５は白金やパラジウムなどの導体であり、この導体５を上下に挟んで磁性フェライトのグリーンシートなどを積層して磁性フェライト６を形成している。この磁性フェライト６は絶縁体である。この磁性フェライト６の両端には内部に形成された導体５の両端と接続される二つの外部電極７を形成してインピーダンス素子を構成している。
【００３４】
このようにノイズ対策部品として用いられるインピーダンス素子は信号ラインである導体５を磁性フェライト６で覆うことにより実現している。この磁性フェライト６の損失成分μ”の急激に増大する周波数をカットオフ周波数とし、それ以上の周波数でインピーダンス素子のインピーダンス値が選択的に大きくなるため、カットオフ周波数よりも高い周波数成分を持つノイズが除去される。このとき、磁性フェライト６の透磁率μ’が大きいほどインピーダンス値を大きく設計することができ、優れたインピーダンス素子である。
【００３５】
以上のように構成されたインピーダンス素子について、以下にその製造方法を説明しながら本発明のインピーダンス素子の構成について説明する。
【００３６】
酸化鉄、酸化亜鉛および酸化コバルトを（表２）で示す割合で配合し、これに純水を適量加えてボールミルを用いて混合した後１２０℃で乾燥して混合粉を得る。この混合粉を９００℃で仮焼した後、遊星ボールミルを用いて最大粒径が８μｍ以下になるまで粉砕してフェライト仮焼粉を得た。このフェライト仮焼粉に、ブチラール樹脂と酢酸ブチルを適量加えてボールミルを用いて十分に分散させてフェライトスラリーを得る。
【００３７】
このフェライトスラリーをドクターブレード法によりフェライトグリーンシートを得る。このフェライトグリーンシートの上にＰｔペーストを用いて導体５のパターンを印刷形成する。この導体５のパターンを印刷形成したフェライトグリーンシートと導体５を印刷形成していないフェライトグリーンシートを所望の厚みになるように複数枚積層し、その後個片に切断してチップ状の成形品を得る。この成形品を１２００〜１３００℃で焼成することにより、導体５を内層に形成した磁性フェライト６の焼結体を得る。この磁性フェライト６の焼結体の両端に導体５の両端部と接続する二つの外部電極７を形成することにより図４に示すインピーダンス素子を完成することができる（本発明品１２〜２２）。
【００３８】
比較のために、六方晶フェライトを用いてインピーダンス素子を作製した（比較品３）。このようにして得られたインピーダンス素子の電気特性を比較して（表２）に示す。
【００３９】
【表２】
（表２）の結果より、本発明品１２〜２２では比較品３に対してカットオフ周波数（＝インピーダンスが１０Ωとなる周波数）が高く、ＧＨｚ帯用のノイズフィルタとして用いることのできるインピーダンス素子であり、用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きくなるためにインピーダンス値が大きくなることから優れたインピーダンス素子であることがわかる。
【００４１】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなるとインピーダンス値が小さくなる傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとインピーダンス値が小さくなる傾向があるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００４２】
また、内部に形成する導体コイル５のＰｔパターンはミアンダ形状以外でもよく、ビアを通じてフェライトグリーンシートを積層することにより、らせん状にコイルを形成してもよい。その場合、らせん状の導体コイル５の端部と外部電極７間の距離が短いとインピーダンス値が低下してしまうので、この間隔を広く取ることが望ましく、この間隔が２００μｍ以上あることが最も好ましい。
【００４３】
また、導体コイル５を形成する材料はＰｄもしくはＰｔとＰｄの合金でもよいが、導電率を大きくするためにはＰｔもしくはＰｄが好ましい。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３および図５、図６により請求項３に記載の発明について説明する。
【００４５】
図５は本発明の磁性素子としてのコモンモードノイズフィルタに用いるリング状コアの外観を示す斜視図であり、図６は本発明のコモンモードノイズフィルタの構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【００４６】
図５および図６において、９は磁性フェライトからなるリング状コアである。このリング状コア９の表面には銅もしくは銀などからなる二つの導体コイル１０を形成し、この二つの導体コイル１０の表面には樹脂などからなる絶縁体層１１を形成し、この二つの導体コイル１０の端子に接続される四つの外部電極１２を形成してコモンモードノイズフィルタを構成しているものである。
【００４７】
一般の電子回路の差動伝送ラインに用いられるコモンモードノイズフィルタは磁性フェライトのリング状コア９に２本の導体コイル１０を同一方向に巻きつけた構造とすることにより、これに用いる磁性フェライトの透磁率μ’を利用して２本の差動伝送ラインの磁気結合を高めてコモンモード成分を除去するものである。このとき用いる磁性フェライトの損失成分μ”が小さいほどディファレンシャルモードの損失すなわち伝えるべき信号レベルの損失が小さくなり、優れたコモンモードノイズフィルタである。この構成において本発明の磁性フェライトをリング状コア９を用いることにより、ＧＨｚ帯で用いることができるコモンモードノイズフィルタを実現することができる。
【００４８】
以上のように構成されたコモンモードノイズフィルタについて、以下にその製造方法を説明しながら本発明のコモンモードノイズフィルタの構成について詳述する。
【００４９】
（表３）で示した割合の配合で、実施の形態１と同様なプロセスを経て、平均粒径２００μｍφのフェライト仮焼粉の造粒粉を得る。この造粒粉をリング状に成形し、１２００〜１３００℃で焼成してリング状コア９を得る。このリング状コア９に同一方向に２重の巻線を施して二つの導体コイル１０を形成した後樹脂モールド成形で絶縁体層１１を形成し、二つの導体コイル１０の端子に接続される外部電極１２を形成することにより図６に示したコモンモードノイズフィルタを実現することができる（本発明品２３〜３３）。比較のために、リング状コア９に六方晶フェライトを用いたコモンモードノイズフィルタを作製した（比較品４）。
【００５０】
得られたコモンモードノイズフィルタの特性を（表３）に示す。
【００５１】
【表３】
（表３）の結果より、本発明品２３〜３３では比較品４よりも１ＧＨｚでの透磁率μ’が大きく、損失成分μ”が小さくなるために結合係数が大きくなっていることがわかる。
【００５３】
なお、酸化鉄の配合比はＦｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなると結合係数が小さくなる傾向があるため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなると結合係数が小さくなるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００５４】
また、面実装を実現するために巻線を施したリング状コア９を絶縁体層１１でモールドしているが、樹脂モールドせずに二つの導体コイル１０を直接基板などに接続しても同様な効果が得られる。
【００５５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４および図７、図８により請求項４に記載の発明について説明する。
【００５６】
図７は本発明の磁性素子としてのアンテナ素子に用いるフェライトコアの斜視図であり、図８はそのアンテナ素子の構造を説明するための一部切り欠き斜視図である。
【００５７】
図７および図８において、１３は磁性フェライトからなるフェライトコアである。このフェライトコア１３の表面には銅もしくは銀などからなる導体コイル１４を形成し、この導体コイル１４の表面には樹脂などからなる絶縁体層１５を形成してアンテナ素子を構成しているものである。
【００５８】
以上のように構成されたアンテナ素子について、以下にその製造方法を説明しながらそのアンテナ素子の構成について詳述する。
【００５９】
（表４）で示した割合の配合で、実施の形態１と同様なプロセスを経て、フェライト仮焼粉の造粒粉を得る。この造粒粉を棒状に成形した後に１２００から１３００℃で焼成し、その後図７に示す形状に切削加工をすることによりアンテナ素子のフェライトコア１３を得る。次に、このフェライトコア１３の全表面を銅あるいは銀などの低抵抗を有する金属をめっき法などにより形成した後、らせん状にレーザーカットを施して導体コイル１４を形成する。
【００６０】
次に、この導体コイル１４を形成したフェライトコア１３を樹脂モールド成形して絶縁体層１５で覆い、図８に示すアンテナ素子を完成することができる（本発明品３４〜４４）。
【００６１】
比較のために、相似形状の樹脂をコアとして用いたアンテナ素子（比較品５）と六方晶フェライトをフェライトコア１３として用いたアンテナ素子（比較品６）を作製した。
【００６２】
得られたアンテナ素子の放射損失および樹脂をコアとしたアンテナ素子のサイズを１００としたときのアンテナ素子のサイズ効果を比較して（表４）に示す。
【００６３】
【表４】
（表４）の結果より、本発明品では用いる磁性フェライトの透磁率μ’が大きいほど樹脂をコアとしたアンテナ素子よりもサイズが小さくなっていることがわかる。
【００６５】
また、六方晶フェライトをフェライトコア１３としたアンテナ素子は放射損失が大きくアンテナ素子のサイズを正確に決定することができなかった。
【００６６】
また、六方晶フェライトを用いたアンテナ素子の放射損失が大きいのに対して、本発明品は２ＧＨｚ帯で実際に使用できるほど放射損失が小さいことがわかる。
【００６７】
なお、酸化鉄の配合比は、Ｆｅ２Ｏ３換算下で５０ｍｏｌ％よりも多くなると損失が増大するため５０ｍｏｌ％以下が望ましく、また酸化亜鉛の配合比は、３ｍｏｌ％よりも少なくなるとサイズの小型化の効果が小さくなるため３ｍｏｌ％以上が望ましい。
【００６８】
また、成分の原料となる酸化物や添加した副成分が価数の異なる酸化物もしくは炭酸物、例えばＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４，ＣｏＣＯ３のいずれであっても同様な効果が得られることを確認している。
【００６９】
また、回路への接続ははんだ付けまたはかしめでも良いが、接続部分をネジ形状にすることによって、接続強度を確保することができるのでより好ましい。
【００７０】
このネジ形状は切削工法以外にも分割金型を用いた粉体プレス工法でも良い。
【００７１】
また、金属めっきはＡｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄなどが用いられるが特に導電率の大きなＡｇ，Ｃｕがより望ましい。
【００７２】
また、導体コイル１４の形成方法はワイヤーを巻きつける方法や金属の板金を打ち抜いてコイルにする方法でも良く、同様な効果が得られる。
【００７３】
また、フェライトコア１３の表面と導体コイル１４の間に薄く非磁性材料の膜が形成されていてもよい。
【００７４】
また、アンテナ素子は樹脂モールドあるいは樹脂成形品のキャップで覆われていてもよい。
【００７５】
また、透磁率μ’による波長短縮の効果を利用していることから、前記ヘリカルタイプのアンテナ素子以外にもパッチアンテナなどのアンテナ素子に対しても同様な効果が得られることはいうまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、酸化鉄と酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とする磁性フェライトを用いた磁性素子であり、ＧＨｚ帯域で使用される電子回路に用いることのできる磁性素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁性素子に用いる碍子の斜視図
【図２】同インダクタンス素子の一部切り欠き斜視図
【図３】本発明の実施の形態２における磁性素子としてのインピーダンス素子の積層の構造図
【図４】同インピーダンス素子の斜視図
【図５】本発明の実施の形態３における磁性素子としてのリング状コアの斜視図
【図６】同コモンモードノイズフィルタの一部切り欠き斜視図
【図７】本発明の実施の形態４における磁性素子としてのフェライトコアの外観図
【図８】同アンテナ素子の一部切り欠き斜視図
【符号の説明】
１ 碍子
２ 導体コイル
３ 絶縁体層
４ 外部電極
５ 導体
６ 磁性フェライト
７ 外部電極
９ リング状コア
１０ 導体コイル
１１ 絶縁体層
１２ 外部電極
１３ フェライトコア
１４ 導体コイル
１５ 絶縁体層
Claims (4)
- 棒状の碍子と、この碍子にらせん状に設けられた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記碍子を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインダクタンス素子を構成した磁性素子。
- 磁性絶縁体と、この磁性絶縁体の内部にミアンダ状に設けられた導体コイルと、この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、前記磁性絶縁体を酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてインピーダンス素子を構成した磁性素子。
- リング状コアと、このリング状コアに同一方向に巻かれた二つの導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、この導体コイルに接続される四つの外部電極とからなり、前記リング状コアを酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてコモンモードノイズフィルタを構成した磁性素子。
- フェライトコアと、このコアにらせん状に巻かれた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層とからなり、前記フェライトコアが酸化鉄と、酸化コバルトと、酸化亜鉛とを主成分とした磁性フェライトとしてアンテナ素子を構成した磁性素子。
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