JP2016135724A - MnZnフェライトコアの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁路に平行に分割された複数個の分割コアを重ね合わせて一体化した構造になる、MnZnフェライトコアの製造方法において、分割コアの素材として、磁気特性が異なる材質のMnZnフェライトからなる成形体を準備し、準備した成形体を、その間に剥離剤を挿入することなく重ね合わせ、焼成することにより一体化する。
【選択図】図1
Description
コアの形状としては、閉磁路を有するトロイダル形状(リング形状)のものが多く用いられているが、閉磁路を形成できる他の形状としてEE型、EI型、UU型、日の字型、あるいはロの字型のコアも用いられている。
さらに、車載部品の電子化が進み、エンジン周りの高温箇所にもチョークコイルを含む電源等が設置されるようになってきており、室温だけでなく100℃を超える120℃〜150℃の高温域でノイズフィルターとして機能することも要求されるようになってきた。また、車載部品では、寒冷地などで野外に駐車した場合、気温が低下するため室温以下の−20℃といった低温域でも、ノイズフィルターとして機能しなければならないことも考慮する必要がある。
その結果、チョークコイルを組み立てる際に、それぞれ別個に製造したコアを固定するのではなく、コアの製造工程の中で、磁気特性の異なる材質のコアの素材となる成形体を、その間に剥離剤を挿入することなく重ね合わせ、焼成することにより、磁気特性の異なる材質のコアを組み合わた一体化コアを、十分な接着強度を確保して、高い生産性の下、低コストに製造できることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。
1.磁路に平行に分割された複数個の分割コアを重ね合わせて一体化した構造になる、MnZnフェライトコアの製造方法であって、
該分割コアの素材として、磁気特性が異なる材質のMnZnフェライトからなる成形体を準備し、
該成形体を、その間に剥離剤を挿入することなく重ね合わせ、焼成することにより一体化することを特徴とする、MnZnフェライトコアの製造方法。
その際、セットをなす成形体間には剥離剤を挿入することなく、一方各セット間には剥離剤を挿入して、成形体を重ね合わせ、焼成することにより、セットをなす成形体を一体化する一方、各セット間では溶着を防止することを特徴とする、前記1に記載のMnZnフェライトコアの製造方法。
また、特に磁気特性の異なる材質のコアの素材となる成形体を組み合わて一体化するにあたり、一体化する成形体間の接触面における一方の面内に少なくとも一つの凹部を形成し、他方の面内に該凹部と嵌合する凸部を形成することにより、より安定でかつ強固な接着が可能となる。
まず、本発明の製造方法で製造するMnZnフェライトコアについて説明する。
コモンモードノイズのノイズ低減に用いられるチョークコイル用のコアとしては、MnZnフェライトが一般的に使用されている。このノイズ低減用のMnZnフェライトは室温23℃付近で最も比初透磁率とその周波数特性が良くなるように設計された、いわゆる高透磁率材である。MnZnフェライトの高透磁率材は室温付近での比初透磁率を高める組成を選択しているため、キュリー温度が100℃〜150℃と低く、さらにこのキュリー温度に近づくにつれて比初透磁率が10kHz程度の低周波域で急上昇し、その反対に500kHz程度の高周波域で急減するという挙動を示す。したがって高透磁率材は一般的に100℃以上の温度域では低温域でのようなノイズ低減機能は発揮できない。
ここで、磁気特性の異なるMnZnフェライトの組み合わせとしては、いわゆる電源材と高透磁率材との組み合わせが特に好適である。というのは、電源材は高温域での比初透磁率に優れ、一方高透磁率材は低温域での比初透磁率に優れることから、これらを組み合わせることによって幅広い温度域にわたって優れた周波数特性を有するコア(例えば、比初透磁率が、周波数:10kHz〜500kHz、かつ温度:−20℃〜120℃の範囲で、3000以上であるコアや、周波数:10kHz〜500kHz、かつ温度:−20℃〜150℃の範囲で、3000以上であるコア)とすることが可能になるからである。
また、電源材コア1と高透磁率材コア2の積層構造については、図1(a)に示した2層構造に限るものではなく、図1(b)に示すように、例えば高透磁率材コア2をその両側から電源材コア1で挟んだ3層構造としても良い。さらに、磁気特性の異なる材質のMnZnフェライトを用いさえすれば、積層数は4層、5層、あるいはそれ以上であっても良い。
本発明の製造方法は、上述した磁路に平行に分割された複数個の分割コアを重ね合わせて一体化した構造になる、MnZnフェライトコアを製造するものである。
ここで、異なる材質のコアを組み合わせてチョークコイル等として使用する場合、通常は別々に焼結体コアを製造し、その後、チョークコイル等に組み上げる際にボビンに入れて固定したり、接着剤やテープで固定したあと、コイルを巻くことになる。このため、上記した方法により、それぞれ別個に製造したコアを固定する場合には、煩雑さとともに、生産性の低下やコストの上昇を招いていた。
特に、MnZnフェライトコアを複数セット製造する場合には、セットをなす成形体間には剥離剤を挿入することなく、一方各セット間には剥離剤を挿入して、成形体を重ね合わせ、焼成することが好ましい。これにより、セットをなす成形体を一体化する一方、各セット間の成形体で焼結したあとに溶着しないようにすることが可能となるので、大量生産を行う場合には、生産性・製造コストの面で非常に有利になる。
なお、上記した焼成前のMnZnフェライト粉末の平均粒径は、比初透磁率の向上の観点から、電源材では1.2〜1.4μm程度、高透磁率材では1.1〜1.3μm程度とすることが好ましい。
また、同心円状溝・壁の断面形状は特に限定されず、例えば、図4(c)に示す四角形や図5に示すような三角形、図6に示すような半円形などが挙げられる。
さらに、凹部の最大深さは、成形体焼成の際の一体化を強化する観点から、一体化後の成形体厚みの1/20〜1/10程度とすることが好ましい。
なお、この一体化する成形体間の接触面に形成される凹部および凸部は、例えば、これらの凹部および凸部に応じた形状をあらかじめ金型に加工をしておくことで容易に形成できる。
組み合わせに用いる分割コアの素材の1つを電源材とし、この電源材として、その組成がFe2O3=52.7mol%、ZnO=12.1mol%、CoO=0.5mol%、残部MnOで、比初透磁率の極大値温度Tsが80℃、キュリー温度Tcが230℃である材質(電源材A)を使用した。なお、この電源材における焼成前の粉末の平均粒径は1.3μmであった。この電源材Aを用いて、外径:31mm、内径:19mm、高さ:15mmのリング形状コアとした場合の比初透磁率μri(周波数:10kHzおよび500kHz、温度:−20℃〜150℃)を表1に示す。
そして、セラミックス台板上に、台板面内で縦横8列の配置で電源材Aと高透磁率材aを交互に高さ12段まで積層した焼成用台板を2台準備した。2台の台板の内、一方の台板に載置した成形体では、図7(a)に示すように成形体間全てにZrO2粉の剥離剤を散布・挿入した。また、他方の台板に載置した成形体では、図7(b)に示すように、一体化する各セットの電源材Aと高透磁率材aの間には剥離剤を散布・挿入しない一方、各セット間には剥離剤を散布・挿入した。
焼成体コアの分離状態を調査すると、成形体間全てに剥離剤を散布・挿入した台板上のコアはすべて分離しており、一体化したコアは零であった。これに対し、一体化する各セットの電源材Aと高透磁率材aの間には剥離剤を散布・挿入しない一方、各セット間には剥離剤を散布・挿入した台板上のコアは、各セットで電源材Aと高透磁率材aが接着して一体化し、かような一体化コアが384個得られた。また、これらの一体化コアは、各セット間でいずれも分離していた。この一体化したコアのうち、台板面内縦横8列の配置の中から最も比初透磁率の高い中央分の4個、最も比初透磁率の低い4角の4個、計8個をそれぞれの段から採取して、それら全体のコアの比初透磁率μriの平均値を、温度が−20℃〜150℃の範囲で、周波数が10kHz、500kHzの場合について調べた。結果を表3に示す。
また、表4に示すように、通常の作業でコアが落下した時の状況を再現した、30cm、70cmの高さからの落下では分離するコアは零であり、1個のコアとして十分扱える状態になっていることがわかる。なお、さらに高い150cmからの落下では、分離するコアも出るが、衝撃で割れるコアも同程度あり、このことからも通常の1個のコアと同等であると言える。
以上のことから、周波数:10kHz〜500kHzの範囲で、広い温度範囲にわたり高い比初透磁率を実現するコアを製造することができ、しかも通常の1個のコアと同等に取り扱うことができるMnZnフェライトコアを、コアの組合せをコイル作製段階で行うこなく、容易かつ低コストに製造できることがわかる。
実施例1で使用した電源材Aのリング状成形体に、図2(a)に示すような直径1mmの半球状突起を凸部として形成した。また、高透磁率材aの成形体には、図2(b)に示すような直径1mmの半球状窪みを凹部として形成し、両者を重ねた時に凹部と凸部が嵌合してコアが動かないような構造とした。なお、これらの凹部および凸部は、成形体の加圧成形の際に使用する金型をあらかじめ加工しておくことで形成できる。また、このような凹部および凸部は一箇所だけでなく、図3(a)および(b)に示すように、例えば3箇所に形成すれば、コアがより動きにくく、より安定に積層することができる。
焼成後のコアは、各セットで電源材Aと高透磁率材aが接着して一体化し、かような一体化コアが384個得られた。また、これらの一体化コアは、各セット間でいずれも分離していた。なお、得られたコアの比初透磁率μriは、実施例1で得られたコアとほぼ同じであった。
実施例1で使用した電源材Aのリング状成形体に、図4(b)に示すような幅1mm、深さ1mmの同心円状溝を凹部として形成した。また、高透磁率材aの成形体には、図4(a)に示すような幅1mm、高さ1mmの同心円状壁を凸部として形成し、両者を重ねた時に凹部と凸部が嵌合してコアが動かないような構造とした。なお、これらの凹部および凸部は、成形体の加圧成形の際に使用する金型をあらかじめ加工しておくことで簡単に形成できる。また、このような同心円状溝・壁は、断面が四角形のものだけでなく、図5(a)および(b)に示すような断面が三角形のものや、図6(a)および(b)に示すような断面が半円状のものとすることもできる。こうした凹部および凸部を同心円状溝・壁の構造とすることで、コアが動きにくくより安定に積層できる。
焼成後のコアは、各セットで電源材Aと高透磁率材aが接着して一体化し、かような一体化コアが384個得られた。また、これらの一体化コアは、各セット間でいずれも分離していた。なお、得られたコアの比初透磁率μriは、実施例1で得られたコアとほぼ同じであった。
2 高透磁率材コア
Claims (4)
- 磁路に平行に分割された複数個の分割コアを重ね合わせて一体化した構造になる、MnZnフェライトコアの製造方法であって、
該分割コアの素材として、磁気特性が異なる材質のMnZnフェライトからなる成形体を準備し、
該成形体を、その間に剥離剤を挿入することなく重ね合わせ、焼成することにより一体化することを特徴とする、MnZnフェライトコアの製造方法。 - 磁路に平行に分割された複数個の分割コアを重ね合わせて一体化した構造になる、MnZnフェライトコアを複数セット製造するものとし、
その際、セットをなす成形体間には剥離剤を挿入することなく、一方各セット間には剥離剤を挿入して、成形体を重ね合わせ、焼成することにより、セットをなす成形体を一体化する一方、各セット間では溶着を防止することを特徴とする、請求項1に記載のMnZnフェライトコアの製造方法。 - 一体化する成形体間の接触面における一方の面内に少なくとも一つの凹部を形成し、他方の面内に該凹部と嵌合する凸部を形成することを特徴とする請求項1または2に記載のMnZnフェライトコアの製造方法。
- 前記コアが、チョークコイル用であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のMnZnフェライトコアの製造方法。
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