(57)【要約】【課題】直流重畳特性及び保形性に優れたインダクタを製造できる製法を提供する。【解決手段】セット工程と、この工程の次に実行される密度制御工程と、この工程の次に実行される加圧成形工程とを備える。セット工程により、コイル３を加圧成形機１１のダイ１２内の下部に収容した後に、磁性粉末とバインダーとを混合した混合粉末Ｐをダイ１２内に充填してコイル３を埋める。密度制御工程により、ダイ１２に振動を付与して混合粉末Ｐの密度分布を重力方向下側ほど高める。加圧成形工程により、混合粉末Ｐをその密度分布が高くコイル３が埋設された方から密度分布が低い方向に加圧して、コイル３を埋設した一体のコア２を成形する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末を加圧成形してなるとともに厚み方向の一端面に寄せて前記コイルを埋設した一体のコアとを具備し、
前記コイルが埋設された前記コアの一端面側部位の磁性粉末密度を、前記コイルが埋設されていない前記コアの他端面側部位の磁性粉末密度より高くしたインダクタ。
【請求項２】
コイルを加圧成形機のダイ内の下部に収容した後に、磁性粉末とバインダーとを混合した混合粉末を前記ダイ内に充填して前記コイルを埋めるセット工程と、
前記ダイに振動を付与して前記混合粉末の密度分布を重力方向下側ほど高める密度制御工程と、
前記混合粉末を少なくともその密度分布が高く前記コイルが埋設された方から密度分布が低い方向に加圧して、前記コイルを埋設した一体のコアを成形する加圧成形工程と、
を具備するインダクタの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョークコイルや他のコイル部品として用いられるインダクタとその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コイルが圧粉成形されたコアに埋設されている一体成形型のインダクタが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
この文献１に記載のインダクタは、ダイと上下パンチとを有した金型に、磁性金属粉末をバインダーとを混合してなる混合粉末をコイルとともに入れた状態で、上パンチで混合粉末を片押して加圧することによって、コイルが埋設されたコアを圧粉体として成形して製造される。製造された一体成形型インダクタ内のコイルは、成形されたコアの厚み方向の略全域にわたって配置されている。
【特許文献１】特開平１１−２７３９８０号公報（請求項１、段落0026−0028、図１−図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
製造過程で混合粉末の密度制御を行っていない特許文献１に記載のインダクタでは、コイルを埋設したコアの粉末密度を高めることが難しい。このため、コアの飽和磁束密度を向上させて、大電流まで直流重畳特性を良くするには不向きである。なお、引用文献１の段落0026には、加圧成形前にコイルに振動を与える技術が記載されているが、その目的はコイルの線間に混合粉末が十分に入るようにするためであるので、コイルに対する前記加振技術は混合粉末の密度制御を教示するものではない。
【０００５】
特許文献１のインダクタは、ダイ内の混合粉末を加圧してコアとするのに上パンチの片押しで行っている。この加圧成形では、上パンチから遠ざかるほど加圧力が掛かり難く、コアの密度は上パンチからの距離に略比例して減少する。この現象はコアが小さくなるに従って顕著になる。このことに加えて、既述のように密度制御を行っていないので、成形されたコアの保形性がよくない。
【０００６】
本発明の第１の目的は、直流重畳特性に優れたインダクタを提供することにある。本発明の第２の目的は、直流重畳特性及び保形性に優れたインダクタを製造できる製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記第１の目的を達成するために、請求項１の発明に係るインダクタは、コイルと、磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末を加圧成形してなるとともに厚み方向の一端面に寄せて前記コイルを埋設した一体のコアとを具備し、前記コイルが埋設された前記コアの一端面側部位の磁性粉末密度を、前記コイルが埋設されていない前記コアの他端面側部位の磁性粉末密度より高くしている。
【０００８】
この発明の一体成形型インダクタでは、コイルを埋設したコアの一端面側部位の磁性粉末密度が他の部位より高く、そこでの磁性材料の飽和磁束密度が向上されているので、直流重畳特性を向上できる。
【０００９】
前記第２の目的を達成するために、請求項２の発明に係るインダクタの製法は、コイルを加圧成形機のダイ内の下部に収容した後に、磁性粉末とバインダーとを混合した混合粉末を前記ダイ内に充填して前記コイルを埋めるセット工程と、前記ダイに振動を付与して前記混合粉末の密度分布を重力方向下側ほど高める密度制御工程と、前記混合粉末を少なくともその密度分布が高く前記コイルが埋設された方から密度分布が低い方向に加圧して、前記コイルを埋設した一体のコアを成形する加圧成形工程と、を具備している。
【００１０】
この発明では、密度制御工程での加振により、ダイ内に収容した混合粉末の充填密度を全体的に高めるとともに、充填密度の分布を相対的にダイのコイルが埋設されている下部側ほど高くする。この後の混合粉末をコアに成形する加圧成形工程によって、コイルが埋設されている高密度分布の混合粉末を更に高密度化できる。したがって、請求項１記載の一体成形型インダクタを製造できるとともに、このインダクタの保形性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した発明によれば、コアのコイルが埋設されている一端側部位の磁性材料の飽和磁束密度が他の部位より高いので、直流重畳特性に優れたインダクタを提供できる。
【００１２】
又、以上説明した発明に係るインダクタの製法によれば、ダイ内での混合粉末の充填密度を全体的に高めるとともに、その充填密度の分布をコイルが埋設されているダイの下部側ほど高くした上で、混合粉末を少なくともその密度分布が高い方から低い方向に加圧してコアとする成形を行うことによって、少なくともコイルが埋設されている部分を更に高密度化するので、直流重畳特性及び保形性に優れたインダクタを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１４】
一実施形態に係るインダクタは例えば大電流が流れるチョークコイル１として使用されるものである。このチョークコイル１は、図１及び図２に示すように各面が互いに直角に連続する六面体状をなして一体成形されたコア２と、このコア２の厚み方向の一端面２ａに寄せて埋設されたコイル３と、コア２の外面に沿って装着された一対の端子４とを備えている。なお、コア２は円柱形状であってもよい。
【００１５】
コア２の側面から一端面２ａに沿って折り曲げられた端子４の端部４ａは、コア２の一端面２ａに導出されたコイル３の両端末部と電気的に接続されている。端子４の端部４ａは図示しない各種電子機器のプリント基板のプリント配線にリフロー半田付けされる。つまり、チョークコイル１は表面実装部品としてプリント基板に実装できる。
【００１６】
コア２は、磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末を加圧成形してなる単一の圧粉体である。コア２の厚み方向の一端面側部位２Ｄ（図２参照）の磁性粉末密度は、コア２の厚み方向の他端面側部位２Ｕ（図２参照）の磁性粉末密度より高い。磁性粉末には、磁性金属粉末、例えば鉄系の磁性金属粉末、好ましくはカルボニル鉄粉末若しくはこれを主成分とする合金粉末を例示できる。バインダーは無機材料又は有機材料からなる絶縁材であって、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂などの絶縁性樹脂材料を好適に例示できる。
【００１７】
図２に示すようにコイル３全体は、コア２の一端面２ａに近づくとともにコア２の他端面２ｂから遠ざかって配置され、したがって、コア２の一端面側部位２Ｄに片寄せした状態に埋設されている。一端面側部位２Ｄをなす高密度の磁性材料と、これに包容されるように埋設されたコイル３との間には，空隙がない。コイル３としては、導電性金属線、例えば銅線、好ましくは平角銅線を例示できる。このコイル３は図２に示すように絶縁層３ａで被覆されている。コイル３は単層巻きであっても図２に示すように複層巻きであってもよい。
【００１８】
図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に基づいてチョークコイル１の製法を説明する。
【００１９】
図３の各図において、符号１１は加圧成形機を示し、この成形機１１は、ダイ１２と、第１パンチ１３と、第２パンチ１４と、これらのパンチ１３,１４を上下動させる図示しないパンチ駆動機構と、加振装置１５と、図示しない粉末充填機構などを備えている。この加圧成形機１１のダイセット（ダイ１２及びパンチ１３,１４等）は上下に反転できるようになっている。
【００２０】
ダイ１２のキャビティ１２ａは垂直方向に貫通している。このキャビティ１２ａはコア２の外側形状に対応している。加圧成形前の状態でキャビティ１２ａの下端部は、キャビティ１２ａに摺動自在に挿入されたプレス用の第１パンチ１３で仕切られている。又、加圧成形の際に混合粉末を受ける被プレス用の第２パンチ１４は、加圧成形前の状態でキャビティ１２ａの上方に離れて配置されている。第２パンチ１４はキャビティ１２ａに挿脱自在に設けられている。
【００２１】
図３（Ａ）はセット工程を示している。このセット工程では、第１パンチ１３がキャビティ１２ａの底をなした状態にある。この状態で、ダイ１２内の下部、つまりキャビティ１２ａの下部中央位置にコイル３を収容し、この後に、磁性粉末とバインダーとを混合した所定量の混合粉末Ｐを、ダイ１２のキャビティ１２ａ内に粉末充填機構により充填する。この場合、混合粉末Ｐはキャビティ１２ａの上端部まで充填され、充填された混合粉末Ｐ内の下部にコイル３が包容されるように埋められる。この充填完了状態を図３（Ｂ）に示す。
【００２２】
次に、図３（Ｂ）に示す密度制御工程を実施する。この工程では、加振装置１５を動作させてダイ１２に振動を付与する。加振装置１５としては例えば超音波振動をダイ１２に付与するものを例示できる。この加振により、混合粉末Ｐの密度分布を高めるとともに重力方向下側ほど密度分布が高められる。
【００２３】
つまり、粉末は所定の粒度であっても、この粒度は平均値であって、個々の粉末粒子の粒子径にはばらつきがあることは知られている。このため、加振により、ダイ１２内の混合粉末のうちで粒子径の小さい粒子が、粒子径が大きい粉末間の隙間にこれを埋めるように入り込むので、混合粉末Ｐの充填密度が全体的に高められる。それだけではなく、粒子径が小さい粒子が重力の作用方向に従ってダイ１２の下部側に寄せられるので、充填密度分布は相対的にコイル３が埋設されているダイ１２の下部側ほど高くなる。
【００２４】
この後、図３（Ｃ）（Ｄ）に示す閉じ込み工程を実施する。この工程では、まず、図３（Ｃ）に示すように第２パンチ１４を、降下させてダイ１２のキャビティ１２ａに挿入して、混合粉末Ｐをキャビティ１２ａに封じ込める。次に、この状態を維持したまま加圧成形機１１のダイセット（ダイ１２及びパンチ１３,１４等）を上下に１８０°反転させる。これにより、図３（Ｄ）に示すように第２パンチ１４がキャビティ１２ａの底をなすとともに、第１パンチ１３が下向きとなる。
【００２５】
次に、図３（Ｅ）に示す加圧成形工程を実施する。この工程では、上向きの第２パンチ１４を静止状態に維持したままで、下向きの第１パンチ１３をパンチ駆動機構により下降させる。これにより、キャビティ１２ａに封じ込められた混合粉末Ｐが、例えば下向きの片押し状態で加圧されて、コア２が一体に成型される。
【００２６】
この片押し成型では、第１パンチ１３から遠ざかるほど加圧力が掛かり難く、コア２の粉末密度が第１パンチ１３からの距離に略比例して減少する。しかし、コイル３は片押しするための第１パンチ１３に近い側に位置しているので、混合粉末Ｐはその密度分布の高い方から低い方向に向けて加圧されてコア２となる。このため、コイル３が一体に埋設されている高密度分布の混合粉末を更に高密度化できる。
【００２７】
最後に、以上により得たコイル入り圧粉体である一体成形型コア２に、数百度で数時間の熱処理を施した後、コア２の両側部に夫々端子４を装着して、図１及び図２に示したチョークコイル１を得る。
【００２８】
こうした製法によれば、一体成形型チョークコイル１の生産性がよい。すなわち、既述の密度制御工程によって混合粉末Ｐの充填密度を高めた上でコア２を加圧成形して得るので、コア２の加圧成形を１回の片押しによって済ますことができる。
【００２９】
これに対して、混合粉末Ｐの密度を高める手段として、混合粉末Ｐの加圧成形を複数回実施する多段式の加圧成形機、又は、混合粉末をその厚み方向両側から加圧する両押し式の加圧成形機を用いる場合には、これらの加圧成形機はその設備費が高いことに加えて、加圧に時間がかかるので、生産性が悪い。このため、製品であるチョークコイル１のコストが高くなるという点で好ましくない。しかし、本発明の好ましい実施形態では、既述のように多段式又は両押し式の加圧成形機を用いないで、１回の片押しにより一体成形型チョークコイル１のコア２を加圧成形できるので、生産性がよく、低コストでチョークコイル１のコア２を加圧成形できる。
【００３０】
なお、本発明では、図３（Ｅ）の加圧成形工程を、多段式又は両押し式の加圧成形機を用いて実施することも可能である。こうした場合には、コア２のコイルが埋め込まれていない他端面側部位２Ｕも高密度化できるので、全体の高密度化が更に促進されて、より高性能なチョークコイル１を得ることが可能である。
【００３１】
そして、既述のようにして製造された一体成形型チョークコイル１は、コア２全体の磁性粉末密度が上がり、特に、コイル３を埋設したコア２の一端面側部位２Ｄの磁性粉末密度が高くなっている。このため、保形性が高められるとともに、磁性材料の飽和磁束密度が向上して、大電流まで直流重畳特性を向上できる。
【００３２】
以下に、粒子径が異なる３種類の混合粉末イ、ロ、ハを用いて図３（Ａ）〜図３（Ｅ）の工程を得て製造した本発明サンプルのコイル部分を除いた部分（つまりコアの他端面側部位２Ｕ）の密度と、前記混合粉末イ、ロ、ハを用いて従来の製法で製造した比較サンプルのコイル部分を除いた部分の密度との比較結果（充填密度評価）を表１に示す。
【表１】
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【００３３】
この充填密度評価での各サンプル及びそのプレス圧は以下の通りである。コイルには、幅1.0ｍｍ、厚さ0.4ｍｍの平角銅線を、コイル巻径３.６φｍｍで、2.5ターン巻いたものを用いた。コアサイズは、幅及び奥行き各７.５ｍｍ、厚さ5.0ｍｍとした。混合粉末には、磁性材料粉末として1.6ｇのカルボニル鉄粉末を用い、バインダーとして３ｗｔ％のエポキシ系樹脂を用いた。片押し式の加圧成形機でのプレス圧は５ｔｏｎとした。又、前記混合粉末イ、ロ、ハの粒径と度数との関係を図４に示す。
【００３４】
表１により、粒子径が異なる３種類の混合粉末イ、ロ、ハの夫々について、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）の工程を得て製造した本発明サンプルの方が、比較サンプルより充填密度が高いことが認められ、これにより製品の直流重畳特性を向上できたことが分かった。
【００３５】
又、前記諸元の本発明サンプルと比較サンプルとを用いて、コア落下試験をした結果を表２に示す。
【表２】
2006013065.tif 000004
【００３６】
このコア落下試験では、厚さ10ｍｍのベニヤ板に対して、その上方１ｍの高さから、各サンプルを３回連続して落下させて、サンプルに対する割れの発生の有無と、脱粒の有無とを調べた。なお、表２で×印は割れや脱粒があったこと意味し、○は割れや脱粒がなかったこと意味し、◎は更に試験を繰返しても割れや脱粒がなかったこと意味している。
【００３７】
表２により、本発明サンプルの方が、比較サンプルより割れや脱粒に強く，これにより保形性が優れていることが認められた。
【００３８】
本発明は、チョークコイル以外の用途に使用される一体成形型インダクタに適用できる。又、本発明で混合粉末を片押し式に加圧してコアを成形する場合、図３（Ｄ）に示す反転処理を省略して、図３（Ｃ）の状態で上向きとなっている第１パンチを、上方に移動させることによって混合粉末を加圧して成形することもできる。このようにすれば、加圧成形機の構成が簡単になるだけではなく、製造の手間も簡素化されるので、より生産性を向上できて製品を安価に製造できる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るチョークコイルを示す斜視図。
【図２】図１のチョークコイルを示す断面図。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は図１のチョークコイルの製造工程を示す図。
【図４】充填密度評価での各サンプルを得る混合粉末の粒径と度数との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…チョークコイル（インダクタ）、２…コア、２ａ…コアの一端面、２Ｄ…コアの一端面側部位、２Ｕ…コアの他端面側部位、３…コイル、４…端子、１１…加圧成形機、１２…ダイ、１２ａ…ダイのキャビティ、１３…第１パンチ、１４…第２パンチ、１５…加振装置、Ｐ…混合粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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