JP2002324714A - コイル封入圧粉磁芯およびその製造方法 - Google Patents
コイル封入圧粉磁芯およびその製造方法Info
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Abstract
及び端子部と磁性粉との絶縁不良が生じにくく、より一
層の小型化、より大きなインダクタンスを達成しうるコ
イル封入圧粉磁芯およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 扁平状の導体3が巻回されたコイル10
0と、絶縁材をコーティングした強磁性金属粒子からな
る圧粉体20とでコイル封入圧粉磁芯を構成する。する
と、コイル封入圧粉磁芯のより一層の小型化を図るとと
もに、より大きなインダクタンスが得られる。扁平状の
導体3として平角線を用いることができる。また本発明
において、コイル100の一部を端子部200とするこ
とができ、この場合、端子部200をコイル100の他
の部分よりも幅広に形成することが有効である。
Description
インダクター、その他の電子部品に用いるコイル封入圧
粉磁芯およびコイル封入圧粉磁芯の製造方法に関する。
小型(低背)で大電流に対応した圧粉磁芯が要求されて
いる。圧粉磁芯の材料としては、フェライト粉末や強磁
性金属粉末が用いられているが、強磁性金属粉末はフェ
ライト粉末に比較して飽和磁束密度が大きく、直流重畳
特性が高磁界まで保たれる。よって、大電流に対応した
圧粉磁芯を作製する際には、圧粉磁芯の材料として強磁
性金属粉末を用いることが主流となってきている。ま
た、コアの小型化(低背)をさらに推進するため、コイ
ルと磁性粉が一体になったコイルが提案されている。こ
の構造のインダクターを、本明細書では、「コイル封入
圧粉磁芯」と呼ぶこととする。
面実装型のインダクターの製造方法が提案されている。
例えば、特開平5−291046号公報には、絶縁被覆
した導線に外部電極を接続し、それらを包み込むように
磁性粉末とともに成形することが、開示されている。こ
の場合、継線部分は、磁性体の内部になるため、成形時
に継線部分に不良が生じやすい。ここで、本明細書にお
いて、継線部分とは、部品同士が電気的に接続される部
分をいい、外部電極と継線される部分を端子部というこ
ととする。特開平11−273980号公報には、扇平
粉と、バインダを用い、コイルとともに圧縮成形するこ
とが開示されており、当該公報の実施例として、アスペ
クト比が約20のFe−A1−Si合金粉末と絶縁材と
してシリコーン樹脂を用いて複合材料を作製し、コイル
とともに圧縮成形することが開示されている。コイルと
端子部の継線に関しては記述はないが、コアとの界面で
磁性体部と電極を接合するため接合が難しく、接合不良
が生じやすい。
材料としてフェライトを用いたインダクターを製造する
方法が開示されている。ここでも、コイルに継線された
端子の一部は、コアの内部にあるため、一体成形時に継
線部分に不良が生じやすい。特許第3108931号公
報には、コイルと端子部をその上下から圧粉体で挟んだ
状態で圧縮成形することにより、インダクターを製造す
る方法が記載されている。この場合も、同様に継線部分
に不良が生じやすい。
入圧粉磁芯は、小型で大きなインダクタンスが得られる
構造である。しかしながら、電気、電子機器の小型化が
急速に進む中、コイル封入圧粉磁芯の品質向上に対する
要求が強い。具体的には、コイルと端子部の接合不良の
防止、コイル及び端子部と磁性粉との絶縁不良の防止、
より一層の小型化、より大きなインダクタンスに対する
要求が生じている。上記した特開平5−291046号
公報、特開平11−273980号公報、特許第295
8807号公報、特許第3108931号公報に記載の
コイル封入圧粉磁芯またはインダクターは、いずれも品
質向上の点で改良の余地がある。すなわち、特開平5−
291046号公報、特開平11−273980号公
報、特許第2958807号公報に記載のコイル封入圧
粉磁芯またはインダクターは、いずれも磁性粉の中にコ
イルと端子部が封入されているため、コイルと端子部の
接合不良もしくは、コイル及び端子部と磁性粉との絶縁
不良が発生しやすくなる。接合不良もしくは絶縁不良が
生じた場合、コイル及び端子部が磁性粉の内部で継線さ
れているため、不良の原因を特定するのが難しく、原因
を究明するのに時間がかかる場合が多い。
のインダクターは、予め端子部を継線したコイルを用い
て圧粉磁芯を作製しているため、成形後に、コイルと端
子部の継線部分で接合不良が生じる可能性が大きい。継
線部分で接合不良が生じた場合、原因究明が難しく時間
がかかる。そこで、本発明は、上記の点に鑑み、コイル
と端子部の接合不良もしくは、コイル及び端子部と磁性
粉との絶縁不良が生じにくく、より一層の小型化、より
大きなインダクタンスを達成しうるコイル封入圧粉磁芯
およびその製造方法を提供することを目的とする。
線が巻回されたコイルを用いることによって、コイル封
入圧粉磁芯のより一層の小型化を図るとともに、より大
きなインダクタンスが得られることを知見した。すなわ
ち、本発明は、絶縁材をコーティングした強磁性金属粒
子からなる圧粉体と、前記圧粉体中に埋め込まれた、周
囲が絶縁被覆された扁平状の導体が巻回されたコイル
と、を備えたことを特徴とするコイル封入圧粉磁芯を提
供する。本発明において、コイルは、平角線が巻回され
たものとすることができる。また本発明において、コイ
ルの一部を端子部とすることができ、この場合、端子部
をコイルの他の部分よりも幅広に形成することが有効で
ある。幅広に形成するためには、平角線の引出端部をつ
ぶし加工すればよい。さらに、本発明において、コイル
の端部における表裏面が、圧粉体の外に露出させること
ができる。また本発明において、圧粉体を、所定の間隔
を持って対向する表裏面と、表裏面の周囲に形成される
側面とを有する形態とし、コイルの端部を、圧粉体の外
部において、圧粉体の側面に沿って延設されることがで
きる。
る表裏面および前記表裏面の周囲に形成される側面とを
有する直方体状の圧粉体と、巻回し部および前記巻回し
部から引出される端部とを有し、少なくとも前記巻回し
部が前記圧粉体中に配置されるコイルと、前記圧粉体の
前記側面に開口するとともに、前記圧粉体から露出した
前記コイルの端部を収容する端部収容室と、を備えたこ
とを特徴とするコイル封入圧粉磁芯を提供する。本発明
のコイル封入圧粉磁芯における端部収容室は、圧粉体の
コーナ部位に形成することができる。
た強磁性金属粒子からなる磁性粉末中に、コイルを埋め
込んだコイル封入圧粉磁芯において、前記コイルと端子
部とを前記磁性粉末を成形してなる圧粉磁芯部の外で継
線するコイル封入圧粉磁芯を提供する。コイルと端子部
とを前記磁性粉末を成形してなる圧粉磁芯部の外で継線
するためには、端子部を圧粉磁芯部側面から底面側に延
在すればよい。この端子部は表面実装用端子部として機
能する。また本発明は、絶縁材をコーティングした強磁
性金属粒子からなる磁性粉末中に、コイルを埋め込んだ
コイル封入圧粉磁芯において、前記コイルと端子部とを
継線しないことを特徴とするコイル封入圧粉磁芯をも提
供する。
造方法として、コイルが圧粉体中に封入されているコイ
ル封入圧粉磁芯の製造方法であって、前記圧粉体を構成
する軟磁性金属粉末および絶縁材を要素とする原料粉末
中に、周囲が絶縁被覆された扁平状の導体を巻回したコ
イルを配置する予備成形体取得工程と、前記原料粉末を
圧密化する圧密化工程と、を備える方法を提供する。以
上の予備成形体取得工程において、前記コイルのうち端
子部を構成する部分を前記原料粉末の外部に位置せしめ
るとともに、前記圧密化工程の後に、前記絶縁材を熱硬
化処理する熱硬化処理工程と、前記コイルの端子部表面
に防錆皮膜を形成する防錆処理工程と、前記端子部表面
にサンドブラスト処理を施すサンドブラスト工程と、を
実施することが有効である。
第2の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明す
る。
は、コイルの引出端部と端子部を圧粉体外で電気的に接
続、つまり継線する実施例を示す。図1は、第1の実施
の形態におけるコイル封入圧粉磁芯の平断面図である。
図2は第1の実施の形態で用いるコイル1の側面図であ
る。図1および図2に示したように、コイル1は扁平状
の導体3が巻回されて積層されている本体部分と、その
本体部分より各々引き出した引出端部2とからなる。圧
粉体20は、コイル1の引出端部2を除き当該コイル1
の周囲を覆っている。
を説明する。図2に示すように、コイル1は絶縁被覆が
施された導体3を例えばエッジワイズ巻きで3ターン巻
回して形成されたものであり、いわゆる空芯コイルであ
る。コイル1を形成する導体3の断面は扁平状となって
いる。ここで、扁平状の断面としては、例えば矩形状、
台形状、楕円状の断面が挙げられるが、矩形状の断面を
有する導体3としては、絶縁被覆銅線である平角線があ
る。平角線を導体3として用いる場合には、その断面寸
法を縦0.1〜1.0mm×横0.5〜5.0mm程度
とすることができる。導体3の絶縁被覆は、通常、エナ
メル被覆とすることができるが、エナメル被覆の厚さは
略3μm程度である。
した場合には、図2に示したようにコイル1を構成する
巻線の各層間を極めて密に接触させることができる。し
たがって、断面が円形の導体を用いる場合よりも、体積
当たりの電気容量を向上させることができる。また、巻
数が同等で断面が円形状である導体を巻回してコイルを
形成した場合に比べて、電線占有率を大幅に向上させる
ことができる。よって、扁平状の導体3を巻回して作製
したコイル1は、大電流用のコイル封入圧粉磁芯を作製
する上で好適である。
前の断面形状、および扁平状の導体3を巻回した後の断
面形状を示す。扁平状の導体3として平角線を用いた場
合には、図3(a)に示すように、導体3を巻回す前の
断面の厚みは均一である。この状態から導体3を巻回す
と、図3(b)に示すように、コイル1の外周側(巻線
の外側)の厚みが内周側(巻線の内側)の厚みよりも薄
くなる。ここで、上述の通り、コイル1は導体3を数タ
ーン巻回すことにより形成される。導体3を巻回す段階
で、巻線同士が接触することとなるが、図3(b)に示
したように、導体3は巻回すことによりコイル1の外周
側の厚みが内周側の厚みよりも薄くなるため、導体3の
被覆の剥がれ、損傷を防止しつつ導体3を巻回して空芯
コイルを作製することができる。仮に、導体3の被覆の
剥がれまたは損傷が生じたコイル1を圧粉体20中に封
入したとすれば、コイル封入圧粉磁芯のインダクタンス
が著しく低下してしまう。
導体3を巻回して、コイル1の外周側の厚みが内周側の
厚みよりも薄くなった状態でプレス加工を施した場合に
は、コイル1の外周側の絶縁被覆に傷が生じにくいとい
う効果を奏する。仮に、図3(d)に示すように、コイ
ルの外周側の厚みと内周側の厚みが略均一である状態で
プレス加工を行うと、コイルの外周側の絶縁被覆に傷が
つきやすい。
イル1の断面形状に基づき、導体3の断面形状を台形状
等に適宜選定してもよい。
ンスに応じて適宜設定されるが、1〜6ターン程度、好
ましくは2〜4ターンとすることができる。扁平状の導
体3を巻き回して、コイル1を作製することにより、少
ないターン数で高いインダクタンスを得ることができ、
コアの小型化(低背)をより一層推進することができ
る。
体20は、強磁性金属粉末に絶縁材を添加、混合し、し
かる後所定の条件で絶縁材を添加した強磁性金属粉末を
乾燥し、乾燥後の磁性粉末に潤滑剤を添加、混合するこ
とにより作製される。圧粉体20に用いる強磁性金属粉
末としては、Fe、Fe−Ni−Mo(スーパーマロ
イ)、Fe−Ni(パーマロイ)、Fe−Al−Si
(センダスト)、Fe−Co、Fe−Si、Fe−P等
の少なくとも1種類であり、必要な磁気特性に応じて適
宜選択すればよい。粒子の形状は特に制限はないが、高
磁界までインダクタンスを大きく保つには、球状の粉末
もしくは楕円状の粉末を用いる。
トを振動ミル等で粗粉砕し、この粗粉砕粉をボールミル
等の粉砕機で粉砕することによって得ることができる。
なお、インゴットを粉砕する代わりに、ガスアトマイズ
法、水アトマイズ法、回転ディスク法等によって粉末を
得ることもできる。
磁性金属粉末が絶縁コートされる。絶縁材は、必要とさ
れる磁芯の特性に応じて適宜選択されるものであるが、
例えば各種有機高分子樹脂、シリコーン樹脂、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、水ガラス等を絶縁材として用い
ることができ、さらにこれらの樹脂と無機物を組み合わ
せて使用してもよい。必要とされる磁芯の特性に応じて
絶縁材の添加量は異なるが、1〜10wt%程度添加す
ることができる。絶縁材の添加量が10wt%を超える
と透磁率が低下し、損失が大きくなる傾向にある。一
方、絶縁材の添加量が1wt%未満の場合には、絶縁不
良の可能性がでてくる。絶縁材の好ましい添加量は、
1.5〜5wt%である。
度とすることができ、望ましい潤滑剤の添加量は0.2
〜0.8wt%、さらに望ましい潤滑剤の添加量は0.
4〜0.8wt%である。潤滑剤の添加量が0.1wt
%未満の場合には、成形後の脱型がしにくく、成形クラ
ックが生じやすい。一方、潤滑剤の添加量が1.0wt
%を超えると、密度の低下を招き、透磁率が減少してし
まう。潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニ
ウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウ
ム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びス
テアリン酸ストロンチウム等から適宜選択すればよい。
いわゆるスプリングバックが小さいという点から、潤滑
剤としてステアリン酸アルミニウムを用いることが好ま
しい。
を添加することができる。架橋剤を添加することによ
り、圧粉体20の磁気特性を劣化させることなく、強度
を増加させることができる。架橋剤の好ましい添加量
は、シリコーン樹脂等の絶縁材に対して10〜40wt
%である。架橋剤としては、有機チタン系のものを用い
ることができる。
形態における圧粉体20は、その対角部(コーナ部位)
に凹部(端部収容室)21が形成された構造となってい
る。そして、引出端部2は、この凹部21内に露出する
ようになっている。引出端部2は端子部4と電気的に接
続、つまり継線される部分である。引出端部2と端子部
4とを継線した状態を図4〜図7に示す。図4は、コイ
ル封入圧粉磁芯の平断面図である。図5はコイル封入圧
粉磁芯を正面から見た半断面図である。図6はコイル封
入圧粉磁芯を側面から見た半断面図である。図7はコイ
ル封入圧粉磁芯の底面図である。
圧粉体20の両側面にそれぞれ装着される。上述の通
り、本実施の形態における圧粉体20は、その対角部に
凹部21が形成された構造となっており、引出端部2は
この凹部21内に露出するようになっている。このよう
な構造としたことにより、引出端部2および端子部4が
圧粉体20に触れることなく、つまり圧粉体20の外
で、引出端部2と端子部4を継線することが可能とな
る。圧粉体20の外で引出端部2と端子部4とを継線す
ることによって、コイル1と端子部4の接合不良もしく
は、コイル1および端子部4と磁性粉との絶縁不良を防
止することができる。
折曲部4aおよび底面側延長部4bを有している。折曲
部4aは凹部21側に折り曲げられている。引出端部2
と端子部4を継線する際には、図4〜図7に示したよう
に、引出端部2をそれぞれ折曲部4aに重ねた状態でス
ポット溶接、はんだ付け等の処理を施し、引出端部2と
折曲部4aとを電気的に接続する。また、底面側延長部
4bが圧粉体20の側面から底面側に延在していること
により、端子部4は表面実装用端子として機能する。
圧粉磁芯の製造方法について図8〜図11を用いて説明
する。図8は、本発明のコイル封入圧粉磁芯の製造工程
を示すフローチャートである。なお、扁平状の導体3を
巻回したコイル1は予め作製しておくものとする。ま
ず、必要な磁気特性に応じて強磁性金属粉末および絶縁
材を選択し、これらをそれぞれ秤量する(ステップS1
01)。なお、架橋剤を添加する場合には、ステップS
101において架橋剤についても秤量しておく。秤量
後、強磁性金属粉末と絶縁材を混合する(ステップS1
02)。また、架橋剤を添加する場合には、ステップS
102において強磁性金属粉末と絶縁材と架橋剤を混合
する。混合は加圧ニーダー等を用い、好ましくは室温で
20〜60分間混合する。得られた混合物を、好ましく
は100〜300℃程度で20〜60分間乾燥する(ス
テップS103)。次いで、乾燥した混合物を解砕し、
圧粉磁芯用強磁性粉末を得る(ステップS104)。続
くステップS105では、圧粉磁芯用強磁性粉末に潤滑
剤が添加される。潤滑剤を添加した後、10〜40分間
混合することが望ましい。
(ステップS106)。以下、図9〜図11を用いてス
テップS106における成形工程を説明する。図9〜図
11は、潤滑剤を添加、混合した圧粉磁芯用強磁性粉末
を金型を用いて成形する様子を示している。なお、図9
〜図11に示すように、上型5Aと下型5B、上パンチ
6と下パンチ7はそれぞれ対向する位置に設けられてい
る。また、上パンチ6には上側の円筒状分割体61が備
えられており、同様に下パンチ7には下側の円筒状分割
体71が備えられている。
上記の絶縁処理した圧粉磁芯用強磁性粉末に潤滑剤を混
合した混合粉末10を下型5Bのキャビティ内に充填
し、同図(B)のように上パンチ6を降下する。さらに
同図(C)のように下側の円筒状分割体71を下降させ
るとともに上側の円筒状分割体61を下降させる。さら
に、図10(D)のように上パンチ6全体を下降させて
加圧し、圧粉体20の底部20Aを成形する(ポット形
状とする)。なお、加圧の条件は100〜600MPa
とすることが望ましい。この工程では、圧粉体20の厚
さ及びコイル1の巻数により底部20Aの厚さは異なる
が、コイル1の位置が圧粉体20の中央になるように底
部20Aの厚さを選定し、所望の厚さになるように成形
する。
よび上パンチ6を上昇させた状態で、扁平状の導体3を
巻回したコイル1を底部20A内の溝内に挿入する。さ
らに同図(F)のように上型5Aを下型5Bまで下降し
た後、前記混合粉末10を上型5A内に投入する。そし
て、図11(G),(H)のように、上パンチ6を降下
することによって、加圧成形する。その後、同図(I)
で示すように、上型5Aおよび上パンチ6を上昇させ、
コイル封入圧粉磁芯を得る。本発明のコイル封入圧粉磁
芯の製造方法によれば、縦5〜15mm×横5〜15m
m×厚さ2〜5mm程度の小型(低背)のコイル封入圧
粉磁芯を得ることができる。
て図9〜図11に示した。圧粉体20における凹部21
を形成するにあたっては、上型5A、下型5Bのキャビ
ティ形状を適宜設計すればよい。
キュア工程(熱硬化処理工程)に進む(ステップS10
7)。キュア工程では、成形工程(ステップS106)
で得られたコイル封入圧粉磁芯を150〜300℃の下
で15〜45分間保持する。これにより、コイル封入圧
粉磁芯中の樹脂が硬化する。キュア工程後、防錆処理工
程に進む(ステップS108)。防錆処理は、例えばエ
ポキシ樹脂等をコイル封入圧粉磁芯にスプレーコートす
ることによって行う。スプレーコートによる膜厚は、1
5μm程度である。防錆処理を施した後、120〜20
0℃で15〜45分間熱処理を行うことが望ましい。
ている引出端部2と端子部4とを継線する。継線をする
にあたり、まず引出端部2の絶縁被覆を剥離する(ステ
ップS109)。次いで、例えば、スポット溶接、はん
だ付け等により、引出端部2と端子部4とを継線する
(ステップS110)。
に底面側延長部4bを有していて、圧粉体20の側面か
ら底面側に延在しているから、表面実装用端子として機
能する。これら端子部4の圧粉体20側への固定は、圧
粉体20に両側に嵌合する構造あるいは、一部が圧粉体
20の内部に入り込んでいる構造等とすることができ
る。
得ることができる。 (1) 扁平状の導体3を巻回したコイル1を用いるた
め、少ない巻数で大きなインダクタンスを得ることがで
きる。 (2) 巻枠を用いずにコイル1を圧粉体20内に封入
する。したがって、コイル1と磁芯との間に隙間がない
ため、小型(低背)でインダクタンスが大きいインダク
ター等の電子部品が得られる。 (3) 従来の圧粉体内部で継線する場合に比べて、接
合もしくは絶縁の不良の低減を図ることができる。 (4) 圧粉体20を用いるため、大電流に対応した直
流重量特性に優れ、磁気特性も安定している。
ある。また、コイル1の引出端部2をつぶし加工し、引
出端部2を薄肉として端子部4との継線をいっそう容易
にすることも可能である。
は、コイルの一部を端子部として構成する例を示す。以
下、図面を用いて、第1の実施の形態と異なる、第2の
実施の形態に特有の部分について説明する。なお、第1
の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付してあ
る。
ル封入圧粉磁芯の平断面図である。図13は第2の実施
の形態で用いるコイル100の平面図であり、図14は
コイル100の側面図である。図12〜図14に示すよ
うに、コイル100は、導体3が積層されている本体部
分と、その本体部分より各々引き出した引出端部とから
なる空芯コイルである。圧粉体20は、コイル100の
引出端部を除き当該コイル100の周囲を覆っている。
また、詳細な説明については後述するが、本実施の形態
では、コイル100の引出端部が端子部200として機
能するため、コイル100はいわゆる端子一体型構造と
なっている。
コイル100の構造を説明する。図13および図14に
示すように、コイル100は導体3をエッジワイズ巻き
で3ターン巻回したものであり、導体3の引出端部はコ
イル100の本体部分より逆フォーミングで各々引き出
された構造となっている。つまり、コイル100は継ぎ
目なしに一体に形成されている。引出端部を端子部20
0として機能させるため、引出端部の平面は導体3の平
面よりも幅広かつ薄肉に形成されている。この加工は、
例えば金型を用いたプレス加工(つぶし加工)によって
行うことができる。このプレス加工は、導体3の厚みが
0.1〜0.3mmになる程度まで行うことが望まし
い。プレス加工は、上述の通り、引出端部の平面を導体
3の平面よりも幅広かつ薄肉に形成するために行うもの
であるが、プレス加工により、端子部200の強度が増
すという効果も期待できる。
ジング処理が施される。このサイジング処理は、例えば
抜き型を用いて行うことができる。端子部200の形状
は特に限定されるものではないが、コイル封入圧粉磁芯
を装着する基板のランドパターンに合わせるために矩形
状とすることが好ましい。例えば、コイル封入圧粉磁芯
をノートパソコンに用いる場合には、端子部200の形
状を矩形状とし、かつ寸法を20×30mm〜50×6
0mm程度とすることができる。
端部を端子部200として構成しているため、独立した
端子部を設ける必要がない。つまり、第2の実施の形態
におけるコイル封入圧粉磁芯によれば、コイルと端子部
との継線部分は無くなる。そして継線部分が無くなるこ
とによって、コイルと端子部の接合不良もしくは、コイ
ル及び端子部と磁性粉との絶縁不良という従来生じてい
た問題が生じないこととなる。
圧粉磁芯の製造方法について説明する。上述の第1の実
施の形態に係るコイル封入圧粉磁芯の製造方法と同様の
工程については説明を割愛または簡略化し、第2の実施
の形態に係るコイル封入圧粉磁芯の製造方法特有の部分
を重点的に説明する。まず、上述の通り、導体3の巻回
し、フォーミング、導体3の引出端部のプレス加工、サ
イジングという工程を経て、幅広の端子部200を有す
るコイル100を作製する。次いで、図15に示すフロ
ーチャートに基づき、第2の実施の形態に係るコイル封
入圧粉磁芯を製造する。第1の実施の形態と同様に、秤
量工程(ステップS101)、混合工程(ステップS1
02)、乾燥工程(ステップS103)、解砕工程(ス
テップS104)、潤滑剤添加、混合工程(ステップS
105)を経た後、成形工程(ステップS106)に進
む。
1の実施の形態と同様に、図9〜図11に示した工程に
より行うことができる。つまり、図10(E)におい
て、金型に挿入されるのがコイル1ではなくコイル10
0、すなわち、幅広の端子部200が形成されているコ
イル100が挿入される点を除き、第1の実施の形態と
同様の成形工程を採用することができる。
は、図16に示す形態を採用することもできる。まず、
図16(A)の状態で上記の絶縁処理した圧粉磁芯用強
磁性粉末に潤滑剤を混合した混合粉末10を下型5Bの
キャビティ内に充填する。次いで、同図(B)のように
下パンチ7を下げ、幅広の端子部200が形成されてい
るコイル100を下型5B内に挿入する。さらに同図
(C)のように下型5B上に上型5Aを下降した後、前
記混合粉末10を上型5A内に投入する。次いで、同図
(D)のように上パンチ6を下降させるとともに下パン
チ7を上昇させた状態で加圧することによって、コイル
100が封入されたコイル封入圧粉磁芯を得ることがで
きる。なお、加圧の条件は100〜600MPaとする
ことが望ましい。また、コイル100の位置が圧粉体2
0の中央になるように、下型5B内に充填する混合粉末
10の量および上型5A内に充填する混合粉末10の量
を定めることが望ましい。
キュア工程(ステップS107)、防錆処理工程(ステ
ップS108)を経て、サンドブラスト工程(ステップ
S201)に進む。このステップS201におけるサン
ドブラスト工程は、第2の実施の形態に係るコイル封入
圧粉磁芯を作製するにあたり、特徴的な工程である。
ル封入圧粉磁芯では、コイル100の一部を端子部20
0としている。ところが、そもそも導体3としてエナメ
ル等の絶縁皮膜が表面に形成されたものを用いている。
そして、本発明者等の観察によると、ステップS107
のキュア工程において、この絶縁皮膜の直下に銅の酸化
皮膜が形成される。さらに、絶縁皮膜の上には、防錆処
理(ステップS108)による塗装皮膜が形成される。
この端子部200に形成された皮膜を除去するのが、サ
ンドブラスト工程(ステップS201)である。
膜を除去する方法としては、薬品で腐食する方法があ
る。ところが、それぞれの皮膜を除去するために要する
薬品が異なるため、3層の皮膜を除去するにあたっては
複数回の処理を行わなければならない。また、薬品によ
る腐食方法によれば、薬品を加熱する必要があり、加熱
の際にアルカリ微粒子または酸微粒子が端子部200の
塗装皮膜や絶縁皮膜上に付着するおそれがある。このよ
うな付着があると、長期間にわたり塗装皮膜や絶縁皮膜
への経時的な腐食が進行し、防錆性能の低下やコイルの
層間短絡などの原因となりやすい。こうした危険性を避
けるためには、工具を用いた機械的除去方法があるが、
本実施の形態に係るコイル封入圧粉磁芯の端子部200
の厚みは約5mm以下(0.1〜0.3mm程度)と薄
いため、導体3の銅部分に損傷が生じるおそれのある工
具を使用することはできない。したがって、本実施の形
態においてはサンドブラストを用いて3層の皮膜を除去
する方法を採用する。
研磨材の種類、粒径、噴射条件によって変動する。以
下、端子部200に形成されている複数の皮膜を一度に
除去するにあたって、どのように研磨材を選定すべき
か、また研磨材をどういった条件で噴射すべきかについ
て説明する。 (研磨材の種類および研磨材の粒径)研磨材としては破
砕性が大きいものが好ましい。ここで、破砕性が大きい
とは、研磨材としてのアルミナの破砕性を基準とし、ア
ルミナの破砕性よりも大きな破砕性を有する場合に破砕
性が大きいということとする。また、同様にアルミナの
破砕性よりも小さな破砕性を有する場合に破砕性が小さ
いということとする。破砕性が大きな研磨材としては、
炭化珪素、ダイヤモンド、窒化珪素等があるが、コスト
の面から炭化珪素を用いることが好ましい。一方、破砕
性が小さな研磨材としては、樹脂、炭酸カルシウム等が
あるが、これらを用いて被膜を除去する場合には、除去
に時間がかかり、また除去された部分にも粒子があたる
ため、導体3の銅部分が延びてしまい、反りが生じるこ
ととなる。
ず、粒子径が小さなものが好ましい。破砕性が大きくか
つ粒子径の小さなものを使うことにより、粒子1個あた
りの衝撃を小さくすることができる。これにより、粒子
径の大きな研磨材を用いた場合と比較して、端子部30
に均一に研磨材があたり、反りを生じることなく皮膜を
剥離することができる。研磨材の好ましい粒子径の範囲
は800#〜2000#である。
しては噴射時の圧力、噴射時間、噴射角度が挙げられ
る。噴射時の圧力は、0.1〜1MPaの範囲とするこ
とができるが、噴射時の圧力を0.2〜0.8MPa、
さらには0.2〜0.6MPaとすることが好ましい。
噴射時間は20秒未満とし、好ましくは1〜18秒、よ
り好ましくは3〜15秒とする。好ましい研磨材、すな
わち、破砕性が大きくかつ粒子径の小さな粒子を使用し
たとしても、噴射時間が20秒以上になると端子部20
0に反りが生じてしまう。噴射角度は、10度〜60度
とすることが望ましい。
合には、端子部200にはんだ付けがなされる(ステッ
プS202)。その後、つぶし加工をして幅広となって
いる端子部200を必要に応じて折り曲げると、コイル
封入圧粉磁芯を基板に装着する際に便利である。
磁芯よれば、以下の効果を得ることができる。 (1) 扁平状の導体3を巻回したコイル100を用い
るため、少ない巻数で大きなインダクタンスを得ること
ができる。 (2) コイル100の一部を端子部200として構成
するため、コイル100を端子部と継線する必要がな
い。よって、継線に起因する接合不良や、絶縁不良の問
題を解消できる。 (3) コイル100の一部を端子部200として構成
するため、別途、端子部を準備する必要がない。よっ
て、部品点数を削減することができる。 (4) 巻枠を用いずにコイル100を圧粉体20内に
封入する。したがって、コイル100との磁芯との間に
隙間がないため、小型(低背)でインダクタンスが大き
いインダクター等の電子部品が得られる。 (5) 圧粉体20を用いるため、大電流に対応した直
流重量特性に優れ、磁気特性も安定している。
述する。第1の実施の形態で示した本発明のコイル封入
圧粉磁芯およびその製造方法を実施例1として、第2の
実施の形態で示した本発明のコイル封入圧粉磁芯および
その製造方法を実施例2として、説明する。 (実施例1)以下の手順で、コイル封入圧粉磁芯サンプル
を作製した。 磁性粉末:アトマイズ法により製造したパーマロイ粉末
(45%Ni−Fe)(平均粒子径25μm) 絶縁材:シリコーン樹脂(東レダウコーニングシリコー
ン(株)製SR2414LV) 潤滑剤:ステアリン酸アルミニウム(堺化学製 SA−
1000) を用意した。
量%)の絶縁材を添加し、これらを加圧ニーダーにより
室温で30分間混合した。ついで、空気中において15
0℃で30分間乾燥した。乾燥後の磁性粉末に、0.4
wt%の潤滑剤を添加し、Vミキサーにより15分間混
合した。
づき、コイル封入圧粉磁芯を成形した。なお、図10
(D)の第1の圧縮成形工程の加圧は、140MPa、
図11(H)の第二の圧縮成形工程の加圧は、440M
Paとした。コイル1は、図2に示したように、断面が
矩形(0.45mm×2.5mm)の導体3をエッジワ
イズ巻きで2.8ターン巻いたものを用いて作製した。
なお、導体3は絶縁被覆銅線である。圧縮成形後、20
0℃で15分間熱処理することにより、絶縁材としての
熱硬化性樹脂のシリコーン樹脂を硬化した。その後、エ
ポキシ樹脂をコイル封入圧粉磁芯にスプレーコートし、
厚さ15μmのエポキシコートを形成した。次いで、引
出端部2に形成されている絶縁皮膜を剥離した。
1の引出端部2を圧粉体20の外側2箇所で引出端部2
と端子部4とを継線した。その結果、従来の圧粉体20
内部で継線した場合と比較して、接合もしくは絶縁の不
良が著しく低減した。このような構成により、小型(低
背)で、インダクタンスが大きく、接合不良や、絶縁不
良のないコイル封入圧粉磁芯が得られた。
磁芯サンプルを作製した。 磁性粉末:アトマイズ法により製造したパーマロイ粉末
(45%Ni−Fe)(平均粒子径25μm) 絶縁材:シリコーン樹脂(東レダウコーニングシリコー
ン(株)製SR2414LV) 架橋剤:有機チタネート(日曹(株)製 TBT B−
4) 潤滑剤:ステアリン酸アルミニウム(堺化学製 SA−
1000) を用意した。
量%)の絶縁材、0.8wt%(重量%)の架橋剤を添
加し、これらを加圧ニーダーにより室温で30分間混合
した。ついで、空気中において150℃で30分間乾燥
した。乾燥後の磁性粉末に、0.4wt%の潤滑剤を添
加し、Vミキサーにより15分間混合した。
りコイル封入圧粉磁芯を作製した。図16(D)におけ
る加圧は、140MPaとした。コイル100は、図1
3及び図14に示すように断面が矩形(0.5mm×
0.8mm)の導体3をエッジワイズ巻きで1.5ター
ン巻いたものを用いた。導体3は絶縁被覆銅線である。
圧縮成形後、285℃で30分間熱処理することによ
り、絶縁材としての熱硬化性樹脂のシリコーン樹脂を硬
化した。その後、エポキシ樹脂をコイル100の端子部
200にスプレーコートし、厚さ15μmのエポキシコ
ートを端子部200に形成した。
された3層の皮膜をサンドブラストで剥離し、剥離状態
および反りが生じたか否かを観察した。サンドブラスト
の条件、剥離状態、および反りの有無を表1に示す。ま
た、表1に示すように、研磨材としては炭化珪素(鉄粉
含有)、樹脂、アルミナ、を用いた。粒径は表1に示し
た通りである。
(鉄粉含有)を用いたサンプル1〜サンプル3は、反り
を生じることなく、端子部200上の3層皮膜を剥離で
きた。ここで、サンプル1とサンプル2を比較すると、
粒径がサンプル1(粒径:800#)よりも小さいサン
プル2(粒径:1500#)は、わずか3秒という短時
間の噴射時間においても反りを生じることなく、剥離状
態も良好であることが注目される。
として炭化珪素および鉄粉を用いているにも拘わらず、
反りが生じた。よって、皮膜剥離にあたっては、研磨材
の種類のみならず、粒径、サンドブラスト噴射条件につ
いても重要な要素であるといえる。ここで、上述の通
り、サンプル1(粒径:800#)、サンプル2(粒
径:1500#)、サンプル3(粒径:2000#)は
反りを生じることなく、良好な剥離状態を示したことか
ら、研磨材として炭化珪素および鉄粉を用いる場合には
400#よりも小さい粒径のものを用いることが好まし
いと推測される。
ンドブラスト噴射条件は圧力0.3MPa、噴射時間1
0秒)は、剥離状態が不良であった。また、研磨材とし
て樹脂を用いたサンプル5(サンドブラスト噴射条件は
圧力0.4MPa、噴射時間20秒)は、剥離状態が良
好であるものの、反りが生じた。サンプル4およびサン
プル5はともに粒径が60#と等しいことから、サンド
ブラスト噴射圧力および噴射時間が増すにしたがって、
反りが生じやすいことがわかる。研磨材としてアルミナ
を用いたサンプル6およびサンプル7は、ともに剥離状
態は良好なものの、反りが生じた。以上の結果から、研
磨材としては炭化珪素(鉄粉含有)を用いて、サンドブ
ラスト噴射条件を適切な範囲とすることにより、反りを
生じることなく端子部200上の3層皮膜を剥離できる
ことがわかった。しかも、サンプル2およびサンプル3
については、サンドブラストの噴射時間はわずかに3秒
であるにもかかわらず、反りを生じることなく剥離状態
が良好という結果を得られた。よって、サンドブラスト
の処理時間は3〜15秒程度でよいと考えられる。
による皮膜剥離によれば、酸化皮膜、絶縁皮膜、および
塗装皮膜を端子部200の銅部分に変形や大きな損傷を
与えることなく、一度で剥離することができ、はんだ付
けが容易となるため、高性能なコイル封入圧粉磁芯を得
ることができる。コイル100の端子部200にはんだ
付けを行った後、端子部200を圧粉体20の側面に接
するように折り曲げると、コイル封入圧粉磁芯を基板に
装着する際に便利である。
て説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく
請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能
なことは当業者には自明であろう。
コイル封入圧粉磁芯のより一層の小型化を図るととも
に、より大きなインダクタンスを得ることができる。
芯の平断面図である。
ある。
巻回した後の断面形状を示す図である。
芯の平断面図である。
芯を正面から見た半断面図である。
芯を側面から見た半断面図である。
芯の底面図である。
芯の製造工程を示すフローチャートである。
成形工程を説明する図である。
する図である。
する図である。
磁芯の平断面図である。
である。
である。
磁芯の製造工程を示すフローチャートである。
る他の成形工程を説明する図である。
部、10・・・混合粉末、20・・・圧粉体、21・・・凹部
(端部収容室)、100・・・コイル、200・・・端子部
Claims (14)
- 【請求項1】 絶縁材をコーティングした強磁性金属粒
子からなる圧粉体と、 前記圧粉体中に埋め込まれた、周囲が絶縁被覆された扁
平状の導体が巻回されたコイルと、を備えたことを特徴
とするコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項2】 前記コイルは、平角線が巻回されたもの
であることを特徴とする請求項1に記載のコイル封入圧
粉磁芯。 - 【請求項3】 前記コイルの一部が端子部として機能す
ることを特徴とする請求項1または2に記載のコイル封
入圧粉磁芯。 - 【請求項4】 前記コイルの端部における表裏面が、前
記圧粉体の外に露出していることを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載のコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項5】 前記端子部が前記コイルの他の部分より
も幅広に形成されていることを特徴とする請求項1〜4
のいずれかに記載のコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項6】 前記平角線の引出端部がつぶし加工によ
り幅広の端子部に形成されていることを特徴とする請求
項2に記載のコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項7】 前記圧粉体は、所定の間隔を持って対向
する表裏面と、前記表裏面の周囲に形成される側面とを
有し、 前記コイルの端部は、前記圧粉体の外部において、前記
側面に沿って延設されることを特徴とする請求項1〜6
のいずれかに記載のコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項8】 所定の間隔を持って対向する表裏面およ
び前記表裏面の周囲に形成される側面とを有する直方体
状の圧粉体と、 巻回し部および前記巻回し部から引出される端部とを有
し、少なくとも前記巻回し部が前記圧粉体中に配置され
るコイルと、前記圧粉体の前記側面に開口するととも
に、前記圧粉体から露出した前記コイルの端部を収容す
る端部収容室と、を備えたことを特徴とするコイル封入
圧粉磁芯。 - 【請求項9】 前記端部収容室は、前記圧粉体のコーナ
部位に形成されたことを特徴とする請求項8に記載のコ
イル封入圧粉磁芯。 - 【請求項10】 絶縁材をコーティングした強磁性金属
粒子からなる磁性粉末中に、コイルを埋め込んだコイル
封入圧粉磁芯において、前記コイルと端子部とを前記磁
性粉末を成形してなる圧粉磁芯部の外で継線することを
特徴とするコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項11】 前記端子部が前記圧粉磁芯部側面から
底面側に延在している表面実装用端子部である請求項1
0に記載のコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項12】 絶縁材をコーティングした強磁性金属
粒子からなる磁性粉末中に、コイルを埋め込んだコイル
封入圧粉磁芯において、前記コイルと端子部とを継線し
ないことを特徴とするコイル封入圧粉磁芯。 - 【請求項13】 コイルが圧粉体中に封入されているコ
イル封入圧粉磁芯の製造方法であって、 前記圧粉体を構成する軟磁性金属粉末および絶縁材を要
素とする原料粉末中に、周囲が絶縁被覆された扁平状の
導体を巻回したコイルを配置する予備成形体取得工程
と、前記原料粉末を圧密化する圧密化工程と、を備える
ことを特徴とするコイル封入圧粉磁芯の製造方法。 - 【請求項14】 予備成形体取得工程において、前記コ
イルのうち端子部を構成する部分を前記原料粉末の外部
に位置せしめるとともに、前記圧密化工程の後に、前記
絶縁材を熱硬化処理する熱硬化処理工程と、 前記コイルの端子部表面に防錆皮膜を形成する防錆処理
工程と、 前記端子部表面にサンドブラスト処理を施すサンドブラ
スト工程と、を実施することを特徴とする請求項13に
記載のコイル封入圧粉磁芯の製造方法。
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