(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、非円形状の巻磁心の製造方法であって、
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回して積層体を得る工程と、
前記積層体の内周側に熱処理用の内周冶具を挿入して、前記積層体を軸方向に見て非円形状に保持し、前記非円形状に保持された前記積層体に熱処理を施して前記ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯をナノ結晶化する工程と、
前記ナノ結晶化された積層体を、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具で前記非円形状に保持し、前記積層体の層間に樹脂を含浸する工程と、を有し、
前記樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状であることを特徴とする巻磁心の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接する形状であり、
前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の外周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接しない形状であることを特徴とする請求項１に記載の巻磁心の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接する形状であり、
前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の内周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接しない形状であることを特徴とする請求項１に記載の巻磁心の製造方法。
【請求項４】
前記ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回して積層体を得る工程において、得られた積層体は軸方向に見て円形状であり、かつ、前記軟磁性合金薄帯の占積率が７０％以上８５％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理用の内周冶具は、前記積層体の少なくとも曲率が大きな部位の内周面に接する形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理用の内周冶具は、前記積層体の内周面の全周を保持する形状であることを特徴とする請求項５に記載の巻磁心の製造方法。
【請求項７】
前記ナノ結晶化する工程において、
前記積層体の外周側にも熱処理用の外周冶具を用いて前記積層体を保持し、
前記熱処理用の外周冶具は、前記積層体の外周面の少なくとも一部を前記非円形状に保持する形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【請求項８】
前記非円形状は、偏平状であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【請求項９】
前記非円形状は、偏平状、かつ、少なくとも一部が内側に凹む形状であることを特徴とする請求項８に記載の巻磁心の製造方法。
【請求項１０】
前記非円形状の積層体の曲率が大きな部位において、曲率は０．０２以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【請求項１１】
前記巻磁心は、コモンモードチョークコイル用であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の巻磁心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、かつ、層間に樹脂が含浸された、非円形状の巻磁心の製造方法、及び巻磁心に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体デバイスの高性能化に伴うインバータの高周波数化により、電流・電圧制御能力の向上や騒音・振動の抑制が可能となる反面、インバータが発生するコモンモード電圧に起因する高周波漏れ電流などが問題になっている。
その抑制の手段として、コモンモードチョークコイルが用いられており、それに用いられる磁心として、アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性合金等の合金磁性材料が用いられてきた。【０００３】
磁心にアモルファス合金、ナノ結晶軟磁性合金を用いる場合には、これらの合金を単ロール法などにより軟磁性合金薄帯として製造し、この薄帯を層状に巻回し、巻磁心として用いることが一般的である。
巻磁心は、磁気特性の向上のために層間の絶縁を確実に行うことが重要である。層間の絶縁を行う簡便な方法として、薄帯を巻回して巻磁心とする際に、巻回した薄帯間に空隙が出来るように、緩く巻回す手段がある。しかし薄帯間に空隙を設けて巻回したままでは、巻磁心の使用時に外部からの応力により容易に薄帯が変形し、隣接する薄帯同士が接触して層間の絶縁を確保できなくなる。特にナノ結晶化された軟磁性合金薄帯は脆いので変形して層間が部分的に接触し、絶縁を維持することが難しく、また、その脆さから薄帯が破断する場合もある。
そのため巻磁心では、例えば特許文献１や特許文献２で記載されるように、薄帯間に樹脂を含浸し、層間の絶縁が確保された状態で用いられることがある。【０００４】
また、巻磁心は、コイルの巻き付け作業を容易にするため等の理由から、矩形状、レーストラック形状、楕円形状等の非円形状に形成されることがある。例えば、特許文献３では、楕円形状の第１の内周冶具に軟磁性合金薄帯を巻回し、その後、楕円形状の内周冶具を外し、四角柱の形状を有する第２の内周冶具を中空部に挿入して角形磁心を得ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３９７１０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２８６２１４号公報
【特許文献３】特開２０１６−１６３０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気自動車や空調の用途等では、巻磁心が多数の配線や電子部品が配置された装置内に配置される。そのため、巻磁心は、これらと空間的に干渉しない形状に設計されることがある。この場合、要求される寸法公差は、非円形状の複数個所で、かつ、ミクロンオーダーで決定されることが多い。
磁心が圧紛体であれば、ニアネットシェイプでの製造が容易である。しかし、ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回した巻磁心は、精々、薄帯を巻回す際の形状を所望の非円形状にするか、円状に巻き回した積層体を作製し、それを変形させて所望の非円形状にするぐらいしか、ニアネットシェイプでの製造手段がない。しかし、以下の理由により、どちらの製造手段を採用しても、インダクタンスが低下するという問題がある。
先ず、薄帯を巻回す際の形状を所望の非円形状にする製造方法での問題について説明する。この製造方法では、回転する非円形状のボビンに薄帯を巻回す手段が取られる。ボビンが非円形状であるために、回転軸から外周までの距離が一律でなく、この距離が長くなる外周部は回転半径が大きくなるので巻取速度が速くなる。この部位に巻かれる薄帯は、他の部位に巻かれる薄帯よりも張力が大きくなる。張力が大きい状態で巻かれる部位は、薄帯同士の接触が密になる。そのため、この製造方法により得られる巻磁心は、薄帯の層間が接触し、巻磁心の渦電流損が増大する。
また、軟磁性合金薄帯を円形状に巻き回した積層体を作製し、それを変形させて所望の非円形状にする手段を採用する場合も、変形により曲率が大きくなる部分では、上記と同様に、薄帯同士の接触が密になる。その結果、同様に層間が接触し、巻磁心の渦電流損が増大する。
渦電流損が増大すると、コモンモードチョークコイル用の巻磁心においては、磁心の磁路方向の磁束が妨げられる。そのため、コイルを巻いた巻磁心のインピーダンス特性（インダクタンス）が低下してしまう。【０００７】
本発明者等は、この非円形状の巻磁心を製造する上で、薄帯の層間の絶縁性を確保するために、積層体の層間に樹脂を含浸させる工程を取り入れた。
しかし樹脂が含浸された積層体は積層方向に膨らんでしまい、その結果、要求される寸法公差内で巻磁心を製造することが難しくなる、という問題が発生した。
そこで、巻回した積層体の内周側と外周側を全体的に覆う形状の内周冶具と外周冶具を作製し、この冶具で積層方向に保持しつつ樹脂を含浸させた。しかしそれでも、インダクタンスが低下するという問題があった。【０００８】
本発明の目的は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、非円形状の巻磁心の製造方法において、樹脂の含浸によるインダクタンスの低下を抑制することが容易な製造方法、及び巻磁心を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、非円形状の巻磁心の製造方法であって、
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回して積層体を得る工程と、
前記積層体の内周側に熱処理用の内周冶具を挿入して、前記積層体を軸方向に見て非円形状に保持し、前記非円形状に保持された前記積層体に熱処理を施して前記ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯をナノ結晶化する工程と、
前記ナノ結晶化された積層体を、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具で前記非円形状に保持し、前記積層体の層間に樹脂を含浸する工程と、を有し、
前記樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状であることを特徴とする。【００１０】
さらに具体的には、次の２つの条件のどちらかを満たす製造方法を適用することができる。
（１）前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接する形状であり、前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の外周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接しない形状である。
（２）前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接する形状であり、前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の内周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接しない形状である。【００１１】
前記ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回して積層体を得る工程において、得られた積層体は軸方向に見て円形状であり、かつ、前記軟磁性合金薄帯の占積率が７０％以上８５％以下であることが好ましい。
また、前記熱処理用の内周冶具は、前記積層体の少なくとも曲率が大きな部位の内周面に接する形状とすることができる。
また、前記熱処理用の内周冶具は、前記積層体の内周面の全周を保持する形状とすることができる。
また、前記ナノ結晶化する工程において、前記積層体の外周側にも熱処理用の外周冶具を用いて前記積層体を保持し、前記熱処理用の外周冶具は、前記積層体の外周面の少なくとも一部を前記非円形状に保持する形状とすることができる。
また、前記非円形状は、偏平状とすることができる。
また、前記非円形状は、偏平状、かつ、少なくとも一部が内側に凹む形状とすることができる。
また、前記非円形状の積層体の曲率が大きな部位において、曲率は０．０２以上とすることができる。
また、前記巻磁心は、コモンモードチョークコイル用として用いることができる。
また、これらの製造方法により巻磁心を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、非円形状の巻磁心の製造方法において、樹脂の含浸によるインダクタンスの低下を抑制することが容易な製造方法を提供できる。また、それにより、インダクタンスが十分に大きな巻磁心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】樹脂を含浸する際の、積層体１ａ、内周冶具２ａ、外周冶具４ａ１，４ａ２を組み合わせた状態の一例を示す斜視図である。
【図２】ナノ結晶化後の積層体１ａの斜視図である。
【図３】樹脂含浸用の内周冶具２ａの一例を示す斜視図である。
【図４】樹脂含浸用の外周冶具４ａの一例を示す斜視図である。
【図５】軟磁性合金薄帯を巻回した状態の積層体１’の一例を示す斜視図である。
【図６】熱処理用の内周冶具５ａの一例を示す斜視図である。
【図７】ナノ結晶化を行う際の、積層体１ａ、内周冶具５ａ１，５ａ２を組み合わせた状態の一例を示す斜視図である。
【図８】熱処理用の外周冶具６ａの一例を示す斜視図である。
【図９】ナノ結晶化を行う際の、内周冶具５ａ１（５ａ２は図示せず）、外周冶具６ａ１，６ａ２を組み合わせた状態の一例を示す斜視図である。
【図１０】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ａ、内周冶具２ｂ、外周冶具４ｂ１，４ｂ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図１１】図１０で用いた内周冶具２ｂの斜視図である。
【図１２】別の実施形態での積層体１ｃを軸方向に見た平面図である。
【図１３】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ｃ、内周冶具２ｃ、外周冶具４ｃ１，４ｃ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図１４】ナノ結晶化の際の、別の実施形態での、積層体１ｃ、内周冶具５ｃ、外周冶具６ｃ１，６ｃ２の状態の一例を示す図である。
【図１５】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ｃ、内周冶具２ｄ、外周冶具４ｄ１，４ｄ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図１６】別の実施形態での積層体１ｅを軸方向に見た平面図である。
【図１７】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ｅ、内周冶具２ｅ、外周冶具４ｅ１，４ｅ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図１８】ナノ結晶化の際の、別の実施形態での、積層体１ｅ、内周冶具５ｅ、外周冶具６ｅ１，６ｅ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図１９】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ｅ、内周冶具２ｆ、外周冶具４ｆ１，４ｆ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図２０】別の実施形態での積層体１ｇを軸方向に見た平面図である。
【図２１】樹脂を含浸する際の、別の実施形態での、積層体１ｇ、内周冶具２ｇ、外周冶具４ｇ１，４ｇ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【図２２】ナノ結晶化の際の、別の実施形態での、積層体１ｇ、内周冶具５ｇ、外周冶具６ｇ１，６ｇ２を組み合わせた状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者等は、非円形状の巻磁心に樹脂を含浸するとインダクタンスが低下しやすくなる原因を検討した。そして、その原因は、曲率が大きい部位においては、薄帯が積層方向に密集するため、層間の隙間が小さく、樹脂が十分に含浸されずに薄帯同士が接触し、渦電流損の発生を十分に抑制できていないためであることを、知見した。
【００１５】
そこで本発明者等は、積層体に樹脂の含浸を行う際、次のことを行った。まず、積層体が積層方向に膨らんで寸法が狙った範囲から外れることがないよう、樹脂含浸用の外周冶具と内周冶具で積層方向に挟んだ状態として、ナノ結晶化された積層体を非円形状に保持した。但し、積層体の曲率が大きな部位においては、樹脂が十分に含浸されるよう、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具は、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状のものを用いた。
これにより、積層体の曲率が大きな部位は、薄帯の層間が広がりやすい状態となるため、樹脂が十分に含浸されやすくなった。また、その部位に樹脂が含浸されても、それ以外の部分は内周冶具と外周冶具により非円形状に保持されているので、ナノ結晶化された軟磁性合金薄帯の剛性により、曲率が大きい部位の形状がほぼ保たれた。その結果、要求される寸法誤差内の非円形状状態を維持でき、その上で、インダクタンスの低下を抑制することができた。
【００１６】
つまり、本発明の一実施形態の製造方法は、
ナノ結晶軟磁性合金薄帯からなり、非円形状の巻磁心の製造方法であって、
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回して積層体を得る工程と、
前記積層体の内周側に熱処理用の内周冶具を挿入して、前記積層体を軸方向に見て非円形状に保持し、前記非円形状に保持された前記積層体に熱処理を施して前記ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯をナノ結晶化する工程と、
前記ナノ結晶化された積層体を、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具で前記非円形状に保持し、前記積層体の層間に樹脂を含浸する工程と、を有し、
前記樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状であることを特徴とするものである。
なお、「前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状」とは、冶具と、積層体の曲率が大きな部位における内周面または外周面とが、部分的に接触しているものも含むものである。また、「接する形状」とは、冶具と積層体の内周面または外周面とが、その曲率部分の全体で完全に接している状態である必要はなく、クリアランスをもった状態で近接して対向していても良い。換言すれば、その冶具の形状が積層体の曲率部分の形状に沿った形状となっておれば良く、積層体の変形を抑制する形態となっていれば良い。
さらに具体的には、次の２つの条件のどちらかを満たす製造方法を適用することができる。ただし、この２つの条件に限定されるものではない。
（１）前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接する形状であり、前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の外周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接しない形状である。
（２）前記樹脂含浸用の外周冶具は、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の外周面に接する形状であり、前記樹脂含浸用の内周冶具は、前記積層体の内周面の少なくとも一部に接して前記積層体を前記非円形状に保持するが、前記積層体の曲率が大きな部位において、前記積層体の内周面に接しない形状である。
積層体に曲率が大きな部位が複数ある場合、樹脂含浸用の冶具は、積層体の少なくとも内周側または外周側で、曲率が大きな部位の全ての周面に接しない形状とすることが更に好ましい。
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１７】
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯について説明する。
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯は、主にアモルファス状態の合金薄帯である。
この合金薄帯の組成は、例えば、一般式：（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成の合金を使用することができる。
前記組成の合金を、融点以上に溶融し、単ロール法等により、急冷凝固することで、長尺状のナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を得ることができる。この軟磁性合金薄帯の製造方法は、アモルファス合金薄帯やナノ結晶軟磁性合金薄帯の製造方法として、周知の技術を利用することができる。
【００１８】
厚さが１５μｍ以下の軟磁性合金薄帯を用いることで、インダクタンスが高い巻磁心を得ることができる。特に、コモンモードチョークコイル用の巻磁心においては、厚さが１５μｍ以下の軟磁性合金薄帯を用いることは、高周波領域（１００ｋＨｚ以上）のインピーダンスを向上させやすいため、有用である。尚、軟磁性合金薄帯の厚さは、５μｍ以上であればよく、７μｍ以上であればさらに良い。
【００１９】
単ロール法等で得られた長尺の軟磁性合金薄帯を、必要によりスリット加工し、所定形状のボビンに巻回して、図５に示す環状の積層体１’を得る。
積層体を得る工程において、軟磁性合金薄帯の積層体を、軸方向に見て円形状で、かつ、占積率が７０％以上８５％以下になるように巻回すことが好ましい。さらに好ましい占積率の上限は８０％であり、さらに好ましくは７８％である。また、さらに好ましい占積率の下限は７２％である。
軟磁性合金薄帯を巻回して得た環状の積層体１’は、軸方向にみて円形状のものとすることが好ましい。その理由は、次のとおりである。非円形状の積層体１ａを得る場合、非円形状のボビンに軟磁性合金薄帯を巻回して製造することになる。だが、非円形状のボビンは、回転軸とその周の各部で距離が異なり、つまりは各部での周速が異なる。そのため、供給側の巻出しロールから巻き出される薄帯は、複雑な張力制御を行わない限り、一定の張力で巻き出すことができない。変動する張力下で薄帯が巻回された場合、巻回された積層体は、薄帯の層間の距離もばらつくので、樹脂の充填量がばらつく。そのため、巻磁心はインダクタンスが変わりやすくなる。また、張力の変動により、巻出される薄帯が破断しやすくなり、薄帯をボビンへ巻回すことが難しくなることがある。
次に占積率について説明する。占積率が高いと、樹脂で含浸を行った場合でも層間の絶縁が困難となり、インダクタンスの低下が起きやすい。この理由は、次のとおりである。樹脂の含浸により確実な層間絶縁を得るためには、樹脂が巻磁心の内部まで浸透していることが好ましい。しかし、占積率が高すぎると、樹脂が磁心の内部まで浸透させることが困難となるためと推察される。軟磁性合金薄帯の占積率が８５％以下であれば、積層体が変形されて非円形状になっても、樹脂が巻磁心の内部まで浸透されやすくなり、層間の絶縁性が確保されやすい。
一方で、占積率が７０％以上であれば、同一巻磁心寸法で比較した場合の巻磁心の有効断面積が確保されやすいため、高い飽和磁束密度が得られやすい。そのため、軟磁性合金薄帯が本来有する優れた磁気特性が十分に活用される。
なお、本発明で占積率とは、巻軸を含む面で巻磁心を切断し、切断面を観察した際の全断面積（巻磁心の表面に付着した樹脂を除く）Ｓｔｏｔａｌと軟磁性合金薄帯の断面積Ｓｒｉｂｏｎから算出する両者の割合、Ｓｒｉｂｏｎ／Ｓｔｏｔａｌである。
【００２０】
次にナノ結晶化のための熱処理工程について説明する。
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯は、主にアモルファス状態の薄帯であり、結晶化開始温度以上で熱処理されることで、組織の５０％以上が平均結晶粒径１００ｎｍ以下のナノ結晶構造となるものである。前記の組成の軟磁性合金薄帯であれば、通常４５０℃以上６００℃以下の範囲で、ナノ結晶化の熱処理が施される。
但し、ナノ結晶化後は自由に変形できない。その理由は、アモルファス状態の薄帯は弾性を有するので、ある程度の曲率まで曲げても復元するが、ナノ結晶構造の薄帯は脆性が大きいためである。そのため、巻回した積層体は、ナノ結晶化を行う前に、所望の形状に変形され、その形状を保持した状態で、ナノ結晶化の熱処理が施される。
ナノ結晶化の際、アモルファス状態の薄帯からなる積層体は、形状を保持するために、熱処理用の冶具で形状を保持される。
熱処理用の冶具は、内周冶具だけを用いることもできるが、外周冶具を用いても良い。
【００２１】
熱処理用の内周冶具は、積層体の少なくとも曲率が大きな部位の内周面に接する形状とすることが好ましい。
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯は、ナノ結晶化される際、結晶構造が変化することで体積が数％小さくなる。曲率が大きな部位は変形しやすいが、この部位の内周面に少なくとも接する熱処理用の内周冶具を用いることで、熱処理工程後も、積層体の寸法を所望の形状に保持しやすい。また、内周面は全体的に縮むように変形するので、熱処理用の内周冶具として、積層体の内周面の全周を保持する形状のものを用いることが、所望の形状を保つために、さらに好ましい。
【００２２】
また、ナノ結晶化の工程において、積層体を、前記熱処理用の内周冶具と、外周側に配置する熱処理用の外周冶具とで保持し、熱処理用の外周冶具は、積層体の外周面の少なくとも一部を前記非円形状に保持する形状とすることが好ましい。また、熱処理用の外周冶具は、積層体の外周面の全周を保持する形状としても良い。
熱処理用の内周冶具だけでなく外周冶具も用いることで、熱処理工程の後においても積層体を所望の形状に保持しやすい。
【００２３】
積層体は非円形状に変形されるが、偏平状、特に最大径と最小径の比が２以上、さらには３以上の偏平状であるときに、本発明を適用することが好ましい。環状の積層体は、偏平になるほど曲率が大きい部位ができやすいが、本発明を適用することで、この曲率が大きい部位においても樹脂の含浸が十分に行われる。積層体は、偏平状、かつ、少なくとも一部が内側に凹む形状であると、曲率が大きい部位がさらに形成されやすくなる。そのため、本発明を適用することがさらに好ましい。
【００２４】
本発明の製造方法は、非円形状の積層体の曲率が大きな部位において、その内周面側の曲率が０．０２以上の場合に、適用することが好ましい。さらには、曲率が０．０３以上、さらには０．０５以上の場合に、適用することが好ましい。
なお、曲率は曲率半径Ｒの逆数であり、１／Ｒ（1/ｍｍ）で表される。曲率半径は、巻磁心を軸方向に見た場合の内周面の輪郭で決定される。もし内周面において内周面の輪郭が完全に円弧となる部分を持たない場合でも、十分に微小な長さ（本発明では曲線部で長さ３ｍｍ）を取れば円弧に近似できる。そして、その近似された円弧での曲率半径Ｒから曲率が算出できる。
【００２５】
巻軸方向の高さが２０ｍｍ以上である巻磁心に、本発明の製造方法を適用することが好ましい。
高さが高い巻磁心ほど、樹脂の含浸を十分に行うことが難しいが、本発明の製造方法を適用することで、インダクタンスの低下を抑制することが容易になる。巻軸方向の高さが３０ｍｍ以上である巻磁心に本発明の製造方法を適用することがさらに好ましい。
【００２６】
積層方向の厚みが２ｍｍ以上である巻磁心に、本発明の製造方法を適用することが好ましい。積層方向の厚みが厚いほど、樹脂の含浸を十分に行うことが難しいが、本発明の製造方法を適用することで、インダクタンスの低下を抑制することが容易になる。積層方向の厚みが３ｍｍ以上である巻磁心に本発明の製造方法を適用することがさらに好ましい。
【００２７】
ナノ結晶化する工程の後、樹脂の含浸が行われる。なお、この樹脂の含浸は、薄帯の層間の絶縁性を確保するためであるが、その他に、積層体の形状維持や薄帯の脱落防止の役割も含む。
ナノ結晶化された積層体は、樹脂の含浸の工程において、変形を防ぐために、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具で、非円形状に保持される。
樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具は、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない形状とする。
この理由は、前記の通りである。
なお、樹脂含浸用の内周冶具および外周冶具が、「非円形状に保持する」とは、樹脂の含浸によって、積層体の各部を±５００μｍ以下の変形量に抑えることが可能な形状であればよい。変形量は±３００μｍ以下、さらには±２００μｍ以下の変形量に抑えることが可能な形状であればなお良い。
【００２８】
樹脂の含浸の工程において、樹脂は、粘度が０．３ｍＰａ・ｓ以上１０ｍＰａ・ｓ以下のものが好ましい。この樹脂は、有機溶媒等の溶液で希釈して粘度を上記範囲にしたものも含む。
樹脂の粘度は、層間への樹脂の進入し易さに影響を与える。粘度が０．３ｍＰａ・ｓ未満の樹脂は、溶液の含有率が多すぎるので、積層体の層間に樹脂を十分含浸させても、溶液が揮発した後では、後述の樹脂充填率を高めることが難しい。一方、１０ｍＰａ・ｓより高いと、層間に樹脂を十分に含浸することが難しい。また、含浸させるための時間が長くなり、製造コストが増大する。
本発明で使用する樹脂としては、エポキシ系、ポリイミド系等が考えられるが、耐熱性、温度特性の点でエポキシ系が好ましい。また、樹脂は、熱硬化性のものを用いることができる。
【００２９】
樹脂を含浸する際の圧力は、大気圧に対し−０．０５ＭＰａ以上０ＭＰａ以下が好ましい。圧力が低すぎると溶媒が著しく気化してしまう。気化による溶媒の消費を抑え、作業効率を上げるためには大気圧に対し−０．０５ＭＰａ以上が望ましい。逆に大気圧より高いと加圧されてしまい、層間の空気が押し出されず、樹脂の層間への進入を妨げやすい。
【００３０】
樹脂を含浸した巻磁心は、巻線が、直接又はコアケースに装入した後のコアケースごと、巻かれる。巻磁心に直接巻線を巻いた場合、含浸後の巻磁心のエッジにより電線にキズが発生したり、含浸した巻磁心のエッジが十分樹脂で被覆されていない場合には絶縁が不十分となることがある。この場合、火災などの重大な事故につながる可能性がある。それらの問題は、巻磁心をコアケースに装入した後に巻線を巻くことで解消できる。
【００３１】
本発明の巻磁心は、コモンモードチョークコイル用として用いることが好ましい。特に自動車に用いられるコモンモードチョークコイル用の巻磁心は、耐衝撃性、耐振動性が求められる。本発明の巻磁心は、曲率が大きい部分でも樹脂が含浸されやすく、破壊や薄帯の剥がれが起こりづらいので信頼性に優れる。
【００３２】
以下本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例）
先ず、図５に示すように、ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を巻回し、円形状の積層体１’を用意した。
ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯は、組成がＦｅｂａｌＣｕ１Ｎｂ２．５Ｓｉ１３．５Ｂ７（ａｔ％）で、幅４０ｍｍ、厚さ１４μｍのものを用いた。
この積層体１’は、ナノ結晶化が可能な軟磁性合金薄帯を、外径６３ｍｍの円筒状のボビンに巻回し、外径１１７ｍｍ、内径１１３ｍｍ、高さ４０ｍｍ、積層方向の厚み４ｍｍ、占積率が７５％としたものである。なお、本明細書において、各図は、形状を概略的に説明するものであり、寸法は適宜変更されていることがある。
【００３３】
次に、図６に示す内周冶具を用いて、積層体１’を偏平状に変形した。本実施形態においては、偏平状に変形した積層体１ａの最大径と最小径の比は３である。
図６（ａ）は、熱処理用の内周冶具５ａの斜視図である。図６（ｂ）は、別角度から見た斜視図である。内周冶具５ａは、積層体の内周面に接触し、所望の形状に保持するための接触面５１ａが形成される。また、本実施形態では、内周冶具５ａは、積層体１’の軸方向の端部と当接するためのフランジ５２ａが形成される。
この内周冶具５ａを用いた実施形態では、積層体１’を偏平状にしながら、接触面５１ａを積層体１’の内周側に挿入し、積層体１’を、接触面５１ａの周側面に沿った、所望の非円形状に変形した。
図７は、積層体１’の内部に内周冶具５ａ１，５ａ２を挿入した状態を示す斜視図である。内周冶具５ａ１，５ａ２は、同一形状とし、積層体１’の内周側に両側から挿入した。内周冶具５ａの接触面５１ａは、積層体１’の内周面の全周に接する形状である。これにより内周冶具５ａは、積層体１’の内周面全体を所望の非円形状に保持する。
【００３４】
なお、積層体１’を非円形状にする際、内周冶具５ａ以外に、図８に示すような外周冶具６ａを用いることができる。以下に、外周冶具を用いた時の製造工程を説明する。
図８（ａ）は、熱処理用の外周冶具６ａの斜視図である。図８（ｂ）は、外周冶具６ａを別角度から見た斜視図である。外周冶具６ａは、積層体の外周面に接触し、所望の非円形状に保持するための接触面６１ａを形成した。この外周冶具６ａを２つ（外周冶具６ａ１，６ａ２）使用し、積層体１’に、外周冶具６ａ１，６ａ２の接触面６１ａを当接した。その後、徐々に外周冶具６ａ１，６ａ２の距離を狭めて、積層体１’を接触面６１ａに沿った形状に変形した。その後、図６の内周冶具５ａを、非円形状に変形された積層体１’に挿入した。
【００３５】
図９は、図７の状態に対し、さらに外周冶具６ａ１，６ａ２を用いた状態を示す。積層体１’を、内周冶具５ａ１，５ａ２と外周冶具６ａ１，６ａ２により、非円形状に保持した。
【００３６】
図７または図９の状態で、積層体１’にナノ結晶化の熱処理を施す。ナノ結晶化の熱処理として、窒素雰囲気中５８０℃で１時間加熱する手段を採用した。但し、本発明はこの実施形態に限らず、熱処理は磁場中で行うこともできる。
ナノ結晶化後の薄帯は弾性が低下するため、積層体１ａは、内周冶具や外周冶具を外しても変形せず、図２に示すような非円形状を維持する。なお、本実施形態では、図２の破線の円で示す部分Ｒが、非円形状の積層体における曲率が大きな部位である。
なお、本実施形態において、どちらも積層体１ａにおける曲率が最大となる部位の内周面側の曲率半径は７ｍｍであり、最大の曲率は約０．１４（＝１／７ｍｍ）である。
【００３７】
このナノ結晶化の工程の後、樹脂の含浸の工程を行った。
図２の積層体１ａに、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具を配置した。これによって、積層体１ａは非円形状に保持されるが、これらの冶具は積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面か外周面の少なくとも一方に接しない状態とされる。以下に詳述する。
図３は、本実施形態で用いた樹脂含浸用の内周冶具２ａを示す図である。内周冶具２ａは、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接する形状であり、本実施形態では、積層体の内周面の全周を保持するための、接触面２１ａを有する。なお、本実施形態の接触面２１ａは、熱処理用の内周冶具５ａ１，５ａ２を突き合わせた状態における、上下の接触面５１ａと同じ形状である。
図４は、本実施形態で用いた樹脂含浸用の外周冶具４ａを示す図である。図４（ａ）は、樹脂含浸用の外周冶具４ａの斜視図である。図４（ｂ）は、外周冶具４ａを別角度から見た斜視図である。外周冶具４ａは、積層体の外周面の少なくとも一部に接して積層体を非円形状に保持するが、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の外周面に接しない形状である。樹脂含浸用の外周冶具４ａは、積層体の外周面に接触し、所望の非円形状に保持するための接触面４１ａを有する。
【００３８】
図１は、図２の積層体１ａに、図３の内周冶具２ａ、及び図４の外周冶具４ａを２つ配置した状態を示す図である。
この状態において、積層体１ａは、曲率が大きな部位において、内周面が内周冶具２ａにより保持されるが、外周面は外周冶具４ａ１，４ａ２と接しない。
【００３９】
図１の状態で、積層体１ａに樹脂の含浸を施す。
本実施形態においては、樹脂はエポキシ系のものを用い、有機溶媒（アセトン）により希釈して、粘度が０．５ｍＰａ・ｓのものを用いた。希釈したエポキシ樹脂に積層体を浸漬し、樹脂を含浸した。樹脂を含浸する際の圧力は、大気圧とした。樹脂を含浸した後、熱を付与して樹脂を硬化させた。
【００４０】
得られた巻磁心は、冶具と接する部分と接しない部分で、樹脂含浸の際に付着した樹脂の厚さが異なるので、両者の境目が目視できる。そのため、本発明の適否を見極める際、この境目の有無を参考にできる。
【００４１】
なお、本実施形態により得られた巻磁心は、積層体の曲率が大きな部位において、内周面と外周面の両方を、樹脂含浸用の内周冶具と外周冶具により保持して製造された巻磁心に対し、インダクタンスが高い値を示した。
なお、インダクタンスは、１００ｋＨｚ、０．５Ａ／ｍの条件でＬＣＲメータにて測定した。
【００４２】
図１０は、積層体１ａの形状は図２と同じであるが、樹脂含浸用の冶具として、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面と外周面のどちらにも接しない部分を持つ実施形態を示す図である。
【００４３】
ナノ結晶化の工程までは、前記と同様に行った。ナノ結晶化の工程の後、樹脂の含浸の工程を行った。
図２の積層体１ａに、樹脂含浸用の内周冶具２ｂと外周冶具４ｂ１，４ｂ２を配置した。これによって、積層体１ａは非円形状に保持されるが、これらの冶具は積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面と外周面の両方に接しない状態とされる。以下に詳述する。
図１１は、本実施形態で用いた樹脂含浸用の内周冶具２ｂを示す図である。内周冶具２ｂとして、積層体の内周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、曲率が大きな部位においては積層体の内周面に接しない、接触面２１ｂを有する。
樹脂含浸用の外周冶具として、図８に示す熱処理用の外周冶具と同じ形状のものを用いた(図示せず)。この外周冶具は、積層体の外周面の少なくとも一部に接して、積層体を非円形状に保持するが、曲率が大きな部位では積層体の外周面に接しない形状である。
【００４４】
図１０は、図２の積層体１ａに、図１１の内周冶具２ｂ、及び図８と同じ形状である２個の外周冶具（４ｂ１，４ｂ２）を配置した状態を示す図である。
この状態において、積層体１ａは、曲率が大きな部位において、積層体の内周面が内周冶具２ｂに接しない。また、積層体の外周面も、部分的には保持されるが、曲率が大きな部位では外周冶具４ｂ１，４ｂ２と接しない部分を有する。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【００４５】
図１２は、別の本実施形態での積層体１ｃの形状を示すものである。なお、図１２の積層体は、非円形状の積層体を軸方向に見たものである。本実施形態では、積層体１ｃは、偏平状、かつ、少なくとも一部が内側に凹む形状にしたものである。なお、曲率が最大となる部位の曲率半径は２０ｍｍであり、最大の曲率は約０．０５（＝１／２０ｍｍ）である。また、最大径（図面水平方向の径）と最小径（図面縦方向の径）の比は４．８である。
図１４は、積層体１ｃが、熱処理用の外周冶具６ｃ１，６ｃ２、及び内周冶具５ｃにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｃにナノ結晶化の熱処理が施される。内周冶具５ｃは、積層体１ｃの内周面全体に接する形状である。また、本実施形態においては、外周冶具６ｃ１，６ｃ２も、両者を組み合わせられた状態において、積層体１ｃの外周面全体に接する形状である。
図１３は、積層体１ｃが、樹脂含浸用の外周冶具４ｃ１，４ｃ２、及び内周冶具２ｃにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｃに樹脂の含浸を施した。内周冶具２ｃは、積層体１ｃの曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接する形状である。この実施形態では、内周冶具２ｃは、積層体１ｃの内周面全体に接する形状である。一方、外周冶具４ｃ１，４ｃ２は、積層体１ｃの外周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、曲率が大きな部位において、積層体の外周面に接しない形状である。この実施形態では、外周冶具４ｃ１，４ｃ２は、積層体の曲率が大きな部位の外周面に部分的に接触はするが、その殆どで接しておらず、積層体の曲率が大きな部位の外周側は空間３が存在する。
なお、ここで記述されない、合金薄帯、ナノ結晶化の熱処理の方法、樹脂含浸の方法等は、前記と同様の物や方法が採用可能である。この本実施形態の巻磁心は高さが４０ｍｍ、積層方向の厚みが４ｍｍである。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【００４６】
図１５は、積層体の形状は図１２と同じであるが、樹脂含浸用の冶具の形状が異なる実施形態を示すものである。樹脂含浸用の外周冶具４ｄ１，４ｄ２は、積層体１ｃの曲率が大きな部位において、積層体１ｃの外周面に接する形状である。一方、樹脂含浸用の内周冶具２ｄは、積層体１ｃの内周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接しない形状である。
なお、この実施形態において、外周冶具４ｄ１，４ｄ２は、積層体１ｃの外周面の全周を保持する形状である。積層体１ｃの曲率が大きな部位の内周面側は空間３が存在する。
この状態で、積層体１ｃに樹脂を含浸した。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【００４７】
図１６は、別の本実施形態での積層体１ｅの形状を示すものである。なお、図１６の積層体１ｅは、非円形状の積層体を軸方向に見たものである。本実施形態では、積層体１ｅは、偏平状、かつ、少なくとも一部が内側に凹む形状である。なお、曲率が最大となる部位の曲率半径は２０ｍｍであり、最大の曲率は約０．０５（＝１／２０ｍｍ）である。また、最大径（図面水平方向の径）と最小径（図面縦方向の径）の比は４．４である。
図１８は、積層体１ｅが、熱処理用の外周冶具６ｅ１，６ｅ２、及び内周冶具５ｅにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｅにナノ結晶化の熱処理を施した。内周冶具５ｅは、積層体１ｅの内周面全体に接する形状である。また、本実施形態においては、外周冶具６ｅ１，６ｅ２も、両者を組み合わせられた状態において、積層体１ｅの外周面全体に接する形状である。
図１７は、積層体１ｅが、樹脂含浸用の外周冶具４ｅ１，４ｅ２、及び内周冶具２ｅにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｅに樹脂の含浸を施した。内周冶具２ｅは、積層体１ｅの曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接する形状であり、外周冶具４ｅ１，４ｅ２は、積層体の外周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の外周面に接しない形状である。この実施形態では、外周冶具４ｅ１，４ｅ２は、積層体の曲率が大きな部位の外周面に部分的に接触するが、その殆どでは接しない。そして、積層体１ｅの曲率が大きな部位の外周側は空間３が存在する。
なお、ここで記述されない、合金薄帯、ナノ結晶化の熱処理の方法、樹脂含浸の方法等は、前記と同様の物や方法が採用可能である。この本実施形態の巻磁心は高さが４０ｍｍ、積層方向の厚みが４ｍｍである。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【００４８】
図１９は、積層体の形状は図１６と同じであるが、樹脂含浸用の冶具の形状が異なる実施形態を示すものである。樹脂含浸用の外周冶具４ｆ１，４ｆ２は、積層体１ｅの曲率が大きな部位において、積層体の外周面に接する形状である。一方、樹脂含浸用の内周冶具２ｆは、積層体１ｅの内周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接しない形状である。
なお、この実施形態において、外周冶具４ｆ１，４ｆ２は、積層体１ｅの外周面の全周を保持する形状である。積層体１ｅの曲率が大きな部位の内周面側は空間３が存在する。
この状態で、積層体１ｅに樹脂を含浸した。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【００４９】
図２０は、別の本実施形態での積層体１ｇの形状を示すものである。なお、図２０の積層体は、非円形状の積層体を軸方向に見たものである。本実施形態では、積層体１ｇは、略２等辺三角形の偏平状である。なお、曲率が最大となる部位の曲率半径は１０ｍｍであり、最大の曲率は約０．１（＝１／５．５ｍｍ）である。また、最大径（図面水平方向の径）と最小径（図面縦方向の径）の比は５である。
図２２は、積層体１ｇが、熱処理用の外周冶具６ｇ１，６ｇ２、及び内周冶具５ｇにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｇにナノ結晶化の熱処理を施した。内周冶具５ｇは、積層体１ｇの内周面全体に接する形状である。また、本実施形態において、外周冶具６ｇ１，６ｇ２は、積層体１ｇの曲率が大きな部位以外は、積層体１ｇの外周面に接する形状である。
図２１は、積層体１ｇが、樹脂含浸用の外周冶具４ｇ１，４ｇ２、及び内周冶具２ｇにより、その形状を保持されている状態を示す図である。この状態で積層体１ｇに樹脂を含浸した。これによって、積層体１ｇは非円形状に保持されるが、これらの冶具は積層体１ｇの曲率が大きな部位において、積層体の内周面と外周面の両方に接しない状態とされる。
この実施形態では、内周冶具２ｇは、積層体の内周面の少なくとも一部に接して非円形状に保持するが、積層体の曲率が大きな部位において、積層体の内周面に接しない。また、積層体１ｇの曲率が大きな部位の内周側は空間３が存在する。また、外周冶具４ｇ１，４ｇ２は、積層体の曲率が大きな部位の外周面において、軸方向に見てその両側で部分的に接触はするが、その殆どで接しない。
なお、ここで記述されない、合金薄帯、ナノ結晶化の熱処理の方法、樹脂含浸の方法等は、実施例１と同様の物や方法が採用可能である。この本実施形態の巻磁心は高さが４０ｍｍ、積層方向の厚みが４ｍｍである。
本実施形態の樹脂含浸用の冶具を用いても、上記で示した別の実施形態と同様に、製造された巻磁心のインダクタンスは実用に供し得る値である。
【符号の説明】
【００５０】
１’、１ａ、１ｃ、１ｅ、１ｇ：積層体
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ：樹脂含浸用の内周冶具
３：空間
４ａ、４ａ１、４ａ２、４ｂ１、４ｂ２、４ｃ１、４ｃ２、４ｄ１、４ｄ２、４ｅ１、４ｅ２、４ｆ１、４ｆ２、４ｇ１、４ｇ２：樹脂含浸用の外周冶具
５ａ、５ａ１、５ａ２、５ｃ、５ｅ、５ｇ：熱処理用の内周冶具
６ａ、６ａ１、６ａ２、６ｃ１、６ｃ２、６ｅ１、６ｅ２、６ｇ１、６ｇ２：熱処理用の外周冶具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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