JPS63272016A - インダクタンス部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 工　発明の背景 技術分野 本発明は、コイルおよびトランス等のインダクタンス部
品に関する。

先行技術とその問題点 従来、コイルおよびトランスとしては、巻線型のものと
１巻線を印刷して形成する積層型のものとがある。　そ
して、これらの巻線材料としては、銅、パラジウム、銀
あるいはこれらの合金等が用いられている。　しかし、
これらは常電導物質であるため、巻線抵抗を持ち、コイ
ルにあっては、（１）銅損および発熱を生じる、（２）
十分高いＱ値が得られない、（３）高いインダクタンス
を得ようとする場合、磁芯を要する、等の問題があり、
またトランスにあフては、（１）銅損および発熱を生じ
る、（２）十分な変換効率を得るには通常磁芯を必要と
する、等の問題がある。

磁心を用いることには、価格の上昇、うず電流損および
ヒステリシス損の発生、騒音の発生、また磁気飽和によ
る特性劣化などといった問題が伴う。

また、従来のコイルおよびトランスには、外部への磁束
漏えいを防ぐため、鉄、パーマロイ、フェライト、ある
いはそれらと樹脂等との複合材料等より成る磁気シール
ドが施されることがあるが、そのシールド効果は決して
十分なものではなく、また、十分広い周波数帯域にわた
ってシールド効果を保つ材料は知られていない。

■　発明の目的 本発明の第１の目的は、従来に比較して極めて巻線抵抗
が小さく、従って銅損のほとんどないインダクタンス部
品を提供することにある。

また第２の目的は極めて高いＱ値をもったインダクタン
ス部品、特にコイルを提供することにある。

また、第３の目的は磁芯をもたないときにも高いインダ
クタンスを持ち、極めて周波数特性等に優れ、小型軽量
で安価なインダクタンス部品を提供することにある。

そして他の発明の目的は極めて広い周波数範囲にわたっ
て磁束漏えいのないインダクタンス部品を提供すること
にある。

■　発明の開示 このような目的は下記の本発明によフて達成される。

すなわち第１の発明は超電導セラミック材料から形成さ
れる巻線を有することを特徴とするインダクタンス部品
である。

また第２の発明は超電導セラミック材から形成される巻
線を有し、この巻線を被うように超電導セラミック材の
シールドを設けたことを特徴とするインダクタンス部品
である。

■　発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明のインダクタンス部品のコイルおよびトランスは
超電導セラミック材料から形成される巻線を有するもの
である。

この超電導セラミック材料としては、特に酸化物セラミ
ックス、例えば、希土類金属元素、アルカリ土類金属元
素および銅の酸化物が好ましい。　このような場合、希
土類金属元素（Ｒ）としては、ＬａＮＬｕ、ＡＣ〜Ｌｒ
。

Ｙ、Ｓｃのいずれか１種以上であればよいが、特にＹお
よびランタノイド元素の１種以上、特にＬａ、Ｙ、Ｎｄ
、Ｅｕ、Ｅｒ等、あるいはこれらの２種以上、さらには
これらと他の希土類金属元素との組合せが好ましい。

また、アルカリ土類金属（Ｍ）としては特にＣａ％Ｓｒ
、Ｂａの１種以上が好ましい。

これらのうちでは、例えば （Ｌａｔ−ｘ　ＭＸ　）２　ＣａＯ２−δ（ｙ＋−８Ｍ
ｘ）３Ｃｕ３０７−δ 等、ＲＭ：Ｃｕが例えばｏ、’ｙ：ｌ　〜３：１程度の
ものが好適である。

このとき、３０に〜１００に程度以上の高い臨界温度が
得られるからである。

本発明では、このような超電導セラミック材料により巻
線を作製し、コイルおよびトランス等のインダクタンス
部品を得るものである。

ここで、巻線の作り方は、目的に応じ次の三つの方法の
いずれかによればよい。

■　コイル状に線状超電導セラミック材を形成する。　
すなわち、超電導セラミックからコイルを直接作製する
他、銅等のさやないしシース内に超電導セラミック材を
充填して線引したり、線状芯材の上に超電導セラミック
層を形成したりする。

■　厚膜技術による。　すなわち、スクリーン印刷等で
、超電導セラミック材料をバターニングし、焼付ける。

■　薄膜技術による。　すなわち、スパッタリングまた
は真空蒸着法等で超電導セラミック材を巻線状にバター
ニングして形成する。

これらの場合、磁性材料の磁芯は用いても用いなくても
よい。　磁芯を用いないいわゆる空芯タイプの場合、磁
芯を用いた場合と同じインダクタンスを得るには、用い
た場合よりもはるかに多くの巻数が必要となる。　これ
を、銅線等の常電導物質を巻線材料として用いて達成し
ようとすると、巻線抵抗が非常に大きくなるか、巻線抵
抗の増大を回避しようとして、巻線断面積を大きくした
場合には、コイルおよびトランスが非常に大きなものと
なり、ともに実用的ではない。　しかし、本発明のよう
に巻線に超電導セラミック材料を用いれば、巻線を極め
て細くしても巻線抵抗は零であるので、十分高いインダ
クタンスをもった、いわゆる空芯タイプのコイルおよび
トランスを実現することができる。

磁芯を用いる場合には、目的に応じて、けい素鋼、パー
マロイやフェライトあるいは非晶質磁性合金等従来公知
のものを適宜選定し、目的に応じた形状等とすればよい
。　また、空芯タイプの場合、芯材ないし巻枠として用
いる非磁性材料にも特に制限はなく、例えば、プラスチ
ック、ガラス等いずれであってもよい。

なお、厚膜法や薄膜法で巻線を形成する場合、なお第１
図に示されるように、巻線層２５は超電導セラミック材
料から形成されており、積層する磁性体３や非磁性体３
５等も通常同じくセラミック系材料を用いるので、構造
体としての機械的強度が高く、またハンダ付の際等の熱
衝撃に対する熱的耐久性も向上する。

次に、上記巻線作製法について詳しく説明する。

まず、コイル状に線状超電導セラミック材を形成する方
法について説明する。　この方法では、通常は、銅等の
管状のさやの中に超電導セラミック材を充填して線引し
たり、線状芯材の上に超電導セラミック層を形成するな
どの方法で、細い線状超電導導体を得、これを必要に応
じ集束し、従来公知のように、絶縁被覆を形成する。　
そして、この線状超電導導体をコイル状に形成する。　
あるいは超電導材を被覆する線状芯材をコイル状に成形
したのち超電導セラミック層を形成する。　これのコイ
ルへの形成に際しては、目的に応じて磁芯を用いても用
いなくてもよく、また、非磁性体の芯や巻枠等を用いて
もよい。　第３図には、非磁性の巻芯３７上に巻線２を
施したコイルが示される。

次に、厚膜技術による作製法について説明する。　説明
の便宜上、積層チップコイルの印刷積層法による作製を
例にとる。　コイルでなくトランスである場合も本質的
な違いはない。

第１図には、積層チップコイルの１例が示される。　積
層チップコイル１は、巻線層２５、磁性体３および１対
の外部電極４１．４５を有する。

積層チップコイル１の磁芯としての磁性体３の材料とし
ては、固有抵抗の高いＮ　１−Ｚｎ系等の各種フェライ
トなどを用いることができる。

このようなフェライト系の磁性体３の材料は、後述する
印刷積層法で製造する場合には酸化物系超電導セラミッ
ク内部導体と同時焼成するので７００〜１１００℃の焼
結温度をもつものであることが好ましい。

積層チップコイル１は、従来公知の構造とすればよく、
外形は通常はぼ直方体状の形状とする。　そして、第１
図に示されるように、巻線層２５は磁性体３内にて、通
常スパイラル状に配置され、その両端部は各外部電極４
１．４５に接続されている。

このような場合、巻線層２５の配線パ ターン、すなわち閉磁路形状は種々のパターンとするこ
とができ、またそのターン数は用途に応じ適宜選定すれ
ばよい。　また、積層チップコイル１の各種寸法等には
制限はなく、用途に応じ適宜選定すればよい。

なお、内部導体２は超電導性を有するので、その膜厚を
２μｍ程度までうすくすることができ、また線巾も１０
０μｍ程度まで微細化できる。

また、外部電極４１．４５の材質については制限はなく
、各種導体材料、例えば Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｕ等の印刷膜、メッキ膜、蒸着な
いしスパッタ膜あるいはこれらの積層膜などいずれも使
用可能である。　　　゛なお、外部電極４１．４５は、
これらの上記の材質と、超電導セラミック材料との積層
体とすることもできる。

積層チップコイル１を製造するには従来公知の第２ａ図
〜第２ｆ図の印刷積層法によればよい。　この方法では
、フェライトペーストと導体ペーストとを交互に印刷積
層する。

より具体的に説明するならば、まず第２ａ図で示される
ように磁性材料ペースト３ｏを印刷する。　次に、この
上に５第２ｂ図に示されるように＠線層材料２５０の一
端側の部分を所定の形状に印刷する。　この一端は後に
外部電極４１と接続される。　次に第２ｃ図に示される
ように、巻線層ペースト２５０の先端部を残すように、
巻線層ペースト２５０の上に磁性材料ペースト３０′を
半面だけ印刷する。　さらに第２ｄ図に示されるように
、この磁性材料ペースト３０′上に巻線層ペースト２５
０′を印刷する。　次に、再び、第２Ｃ図〜第２ｄ図の
印刷をくりかえす。

そして、所定の巻数に達すると、第２ｅ図に示されるよ
うに、巻線層の上部側に位置する端部２５０　”を印刷
する。　これは後に、外部電極４５と接続される。　そ
して、第２ｆ図に示されるように磁性材料ペースト３０
″を最上層として印刷し、これを焼成し、それに外部電
極４１．４５を塗布・焼き付し第１図に示される積層チ
ップコイル１が作製される。

以上では、積層チップコイルについて説明してきたが、
積層チップトランスの場合も本質的に同じであり、用い
る各種材料および各製造工程に違いはない。　ただ、積
層チップコイルの場合と異なるのは、積層チップトラン
スにあっては、単巻トランスを除き一般に巻線層が２っ
以上あり、それらが磁気的に結合するように配置される
構造となっていること、また、外部電極の対の数が、２
つ以上になるということだけである。　また、積層チッ
プトランスにおける複数の巻線層の磁気的結合を図るた
めの配置構造のとり方は従来公知の積層チップトランス
のものと同じであってよい。

また、上記では、磁性体３を有する構造となっているが
、磁性体３を各種セラミックスやガラス材料の非磁性体
とすることもできる。これは、巻線層２５の抵抗が極め
て小さいので細線化して巻数を増すことができ、コアを
設けなくても十分高いインダクタンスを得ることができ
るからである。

第４図には、磁性体３を用いず、非磁性絶縁体３５を用
いて第１図に示されるものと同様に作製した積層チップ
コイルが示される。

次に、薄膜技術による作製法について説明する。　これ
には、スパッタリングと真空蒸着とがある。

例えば、スパッタリングを用いる場合１通常超電導セラ
ミック材料の焼結体等をターゲットとすればよい。　ス
パッタリングの方式は種々のものであってよく、その形
成条件は常法に従えばよい。

スパッタリングあるいは、真空蒸着によって超電導セラ
ミック材の薄膜を形成した後、ドライエツチングまたは
ケミカルエツチングにより巻線パターニングを行なうか
、選択デポジションにより、直接パターニングを行なっ
てもよい。　この時、巻線形状は従来公知のように、ス
パイラル型、積層型あるいはジグザグ型とすることがで
きる。　スパイラル型もしくは、積層型と組み合せて、
スパイラル積層型とすることにより、巻数を多きくとる
ことができ、磁芯を用いずに比較的高いインダクタンス
をもったインダクタンス部品を実現することができる。

また、この方法で、トランスを作製するには、巻線形状
をスパイラル積層型とし、例えば１次と２次の巻線を交
互の層に配置すれば、１次側と２次側の回路の磁気的結
合を強くすることができる。

以上に述べた方法で作製した、超電導セラミック材料か
ら形成される巻線を有するインダクタンス部品に対し、
超電導セラミック材のシールドを施してもよい。　この
とき、超電導セラミック材自体の厚さは、数１００人の
磁界侵入度以上あればよく、極めて薄いものでよい。

超電導セラミック材料のシールドを巻線を被うように設
けるには、以下のような態様がある。

１）インダクタンス部品のケーシングを超電導セラミッ
ク材料を用いて形成する。　例えば、ケーシング基体に
超電導セラミック材料の焼結体を一体化する。　あるい
は、超電導セラミック材料を各種無機または有機マトリ
ックス内に分散した層をケーシング基体に一体化する。

第３図には、非磁性の巻芯３７上に超電導セラミック材
料製の巻線２を施したコイルを超電導セラミック製のシ
ールドケース６１内に収納した例が示される。

２）超電導セラミック材料の焼結体をタイル状ないしシ
ート状にしてインダクタンス部品を被う位置に貼る。

３）超電導セラミック材料を無機または有機マトリック
ス内に分散したシートをインダクタンス部品を被う位置
に貼る。

４）超電導セラミック材料を無機または有機マトリック
スに分散したペイントをインダクタンス部品を被う位置
に塗布する。

５）巻線またはインダクタンス部品上に通常絶縁層を介
して、超電導セラミック材料を無機または有機マトリッ
クスに分散したペイントを塗布する。

６）巻線またはインダクタンス部品上に通常絶縁層を介
して、超電導セラミック材料のペーストを塗布焼成した
りして、厚膜ないし薄膜として形成したりする。

第４図には、いわゆる空芯タイプの積層チップコイル上
に絶縁層５を介して、超電導セラミック材料のシールド
層６５を形成した例が示される。

なお上記において、超電導セラミック材料をマトリック
中に分散する場合、材料は０．５〜５００μｍ程度の粒
径とすればよく、また５〜６０容量％の含有量として、
超電導セラミック材料が互いに接触することが好ましい
。

また、これら超電導セラミック材料のシールドの厚さは
、１μｍ程度以上あれば十分である。

■　発明の具体的作用効果 本発明のインダクタンス部品は、巻線に超電導セラミッ
ク材料を用いるので、極めて銅損および発熱の少ないコ
イルおよびトランスを実現することができる。

また、極めて高いＱ値をもったコイルを実現することが
できる。　また、巻線を極めて細くしても、抵抗は零の
ままなので、巻線を細くすることによって限７られたス
ペースに極めて多くの巻数で巻線を構成することができ
、従って磁芯をもたずに十分高いインダクタンスをもっ
たコイルおよびトランスを実現することができる。

また、磁芯をもたないときには、磁性材料の磁気飽和等
の問題がなくなり、極めて周波数特性等にすぐれ、また
、磁芯を用いた時に生じるヒステリシス損やうず電流積
等の損失を回避でき、軽量、安価で低騒音なコイルおよ
びトランスが実現する。

また、磁芯をもたない、コイルおよびトランスを本発明
のように超電導セラミック材でシールドすれば、外部へ
の磁束漏えいを防ぐことができ、また超電導体による磁
気シールドは、直流から、１０１２Ｈｚまでの極めて広
い周波数範囲にわたって効果があり、銅あるいはアルミ
ニウム等の常電導体によるシールドが、おのおの比較的
狭い周波数領域にわたってしかシールド効果がなかった
のに比べすぐれたものである。

また超電導体によるシールド効果は完全なものであり、
一般に数１００人の磁界侵入度以上の厚さがあれば発現
し、従って極めて薄いものであってよく、鉄、パーマロ
イ等の磁性金属と比較しても極めて優れている。

このように、超電導体によるシールドは、常電導体によ
るシールドに比べ、極めて著しい特長をもっており、従
って、臨界温度Ｔｃの高い超電導セラミック材料でコイ
ルおよびトランスをシールドすれば、極めて薄い層で、
完全に、しかも極めて広範囲の周波数領域にわたって、
外部への磁束漏えいを防ぐことができる。

本発明者らは、本発明の効果を確認するために種々実験
を行なった。　以下にその一例を示す。

実験例１ 巻線材料としてＹｏ、４　Ｂａａ、６　Ｃｕ、Ｏ。

（ミツドポイント８５Ｋ）を用い、銅のさやに充填し、
線引し、内径６１、長さ１５ＩＩＩＩ１１の空芯コイル
を作製した。　巻線の直径は０．２ｍｍ、　巻数は１０
０回である。　このコイルの、Ｑ値は８０Ｋにて３４５
であった。

一方、比較のため、従来技術のように、巻線材料として
、銅を用いた他は、巻線の直径、各サイズ等は同じとし
て空芯コイルを作製した。

このもののＱ値は上記と同じ条件にて、６５であった。

また、従来技術のように、巻線を銅とし、フェライトの
磁芯を用いてコイルを作製した。

ただし、巻線直径および各サイズは、同じままとした。

　磁芯を用いたことにより、前の例とほぼ等しいインダ
クタンス値２０μＨを達成するのに必要な巻数は１１回
でよくなった。

上記の本発明による空芯コイルと、フェライトを磁芯と
する上記従来のコイルのインダクタンスの、直流励磁電
流に対する変化を測定した。　表１に、その結果を示す
。

表　　１ １０ｍＡ　　　ＩＡ これより、本発明の磁芯をもたないコイルは、磁気飽和
を起さず、インダクタンスが、一定であることがわかる
。

また、上の実験に用いた、本発明に基く、超電導セラミ
ック材料であるＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０の巻線をもつ空芯コ
イルを用いて、超電導セラミック材のシールド効果を調
べた。

シールド体としては、コイルより少し大きい、直径９　
Ｉｌｍ、長さ２０　ｌ１ｍ、厚さｉ　　ｏｈｍのプラス
チック容器の内面に、２０１．ＬＬ！Ｉの厚さで、Ｙｏ
　４　Ｂａｏ、ａ　ＣｕＯ３を２０容量％含むエポキシ
樹脂をマトリックスとしたペーストを塗布した、第３図
に示されるシールドケース６１を用いた。　そして、全
体を７０にとしてシールドケースの軸上、１０Ｌｏｌの
距離のところでシールド材の無い場合に対するシールド
効果を測定した。　電流は２ｍＡで、一定とした。

比較例として、同じサイズ、構造の厚さ０．５ｍｍのシ
ールドケースを従来技術のように、フェライト粉末を樹
脂と複合化して構成し、同じ測定を行なった。

以上の測定結果を表２に示す。

表　　２ 本発明　　　　　　２２ 比較例　　　　　　　に の結果から、本発明の超電導セラミック材で、コイルお
よびトランスをシールドすれば、従来技術によるシール
ドに比へ、優れたシールド効果が得られることがわかる
。

実験例２ 内部導体として Ｙ、４Ｂａｏ、６　Ｃｕ、Ｏ磁性体としてδ・ Ｎ　１−Ｚｎ系フェライトを用い、印刷積層法によって
３　、２ｍｍＸ　１　、６ｍｍＸ　０　、８ｍｍの第１
図に示される積層チップコイル１を作製した。

第２図における各磁性材料３０′の厚さは２５μｍ５巻
線層２５′の厚さは５μｍ１その線巾は１５０μｍ、巻
線は長径２．０ｍｍ、短径１．１ｍｍの楕円形とした。

　外部電極はＡｇ−Ｐｄペーストで構成した。

本発明のコイルのＩＯＭ）ＩｚにおけるＱ値を７０Ｋに
て測定したところ６００であった。

一方、Ｐｄを巻線層とする従来例では常温で３５であっ
た。

さらに、第４図に示されるように、本発明の積層チップ
コイルの全体を被うように、上記のＹｏ４Ｂａ０．、Ｃ
ｕ、０．５のシールド層６５を２０μｍの絶縁層を介し
て、印刷焼結した。

この場合、絶縁体３５はガラスとした。　この結果、す
ぐれたシールド効果が実現した。

このような効果は、巻線層２５およびシールド層６５を
薄膜法で形成する場合も同じように実現した。

以上より、本発明の効果は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明における積層チップコイルの実施例を
説明するための一部を切欠いて示す、平面図である。 第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図、第２ｄ図、第２ｅ図お
よび第２ｆ図は、本発明における積層チップコイルの製
造過程を説明するための平面図である。 第３図は、本発明におけるコイルの実施例を説明するた
めの一部を切欠いて示す斜視図である。 第４図は、本発明における積層チップコイルの実施例を
説明するための一部を切欠いて示す平面図である。 符号の説明 １・・・積層チップコイル、 ２・・・巻線、 ２５−・・巻線層、 ３・・・磁性体、 ３５・・・絶縁体、 ３７・・・巻芯、 ４１．４５−・・外部電極、 ５・・・絶縁層、 ６１・・・シールドケース、 ６５−・・シールド層 ＦＩＧ、１ ＦＩ　Ｇ、　２ａ　　　　　　　Ｆ［Ｇ、２ｂＦｆＧ、
２ｃ　　　　　　　ＦＩＧ、２ｄＦ　ｆ　Ｇ、　３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導セラミック材料から形成される巻線を有す
   ることを特徴とするインダクタンス部品。
2. （２）超電導セラミック材から形成される巻線を有し、
   この巻線を被うように超電導セラミック材のシールドを
   設けたことを特徴とするインダクタンス部品。