CN1173376C - 线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械强度高且生产效率高的线圈内嵌式压粉磁芯。还提供该线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其包括以下工序：用压缩成形法形成线圈内嵌式压粉磁芯的下磁芯(2)的第一压缩成形工序；在成形模具内，在下磁芯(2)上载置线圈(3)的线圈载置工序，把磁性粉末再次充填到成形模具中以埋填线圈的线圈埋入工序，在下磁芯(2)和线圈(3)层叠的方向加压以压缩成形的第二压缩成形工序。

Description

线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法
技术领域
本发明是一种扼流圈或其他电子产品上使用的感应器，它涉及一种把线圈封装入压粉(粉末压缩)磁芯中而制成的线圈内嵌式压粉磁芯及其制造方法。
背景技术
近年来，随着电气和电子仪器小型化的进展，对小型高效压粉磁芯的需求也已提到日程上来了。压粉磁芯中使用了铁淦氧粉末或强磁性金属粉末。由于强磁性金属粉末的饱和磁通密度比铁淦氧的高因而可以小型化，但其电阻低相应地磁芯的涡流损失也大。为此，在压粉磁芯中，通常在强磁性金属粒子表面涂覆绝缘层。
为了使备有压粉磁芯的感应器进一步小型化，可采取在磁性粉末中埋入线圈的状态下再压缩成形的方法，这种在压粉磁芯中封入线圈的感应器已经公开了。这种结构的感应器，在本说明书中称之为线圈内嵌式压粉磁芯。线圈内嵌式压粉磁芯已在如日本专利特许第2958807号、特开平11-273980号、特公昭54-28577号公报上公开过。它们公开的线圈内嵌式压粉磁芯都是把磁性粉末和线圈放在成形模具内一次压缩成形的。
另外，日本专利特许第3108931号公报中，是把线圈夹在上、下两块压粉体中再压缩成形的，它是一种和内嵌式压粉磁芯相类似的制造感应器的方法。
另外，在日本专利特开平3-52204号公报中，公开了一种和线圈内嵌式压粉磁芯相类似的制造电感元件的方法，它是先把中央有凸部和中央有凹部的树脂铁淦氧磁芯分别压缩成形，再在前述凸部的和线圈的每个部位涂布上结合用树脂后，把线圈埋入前述凸部和前述凹部间加压，然后再把结合用树脂硬化而成的。
本发明人根据上述各公报记载的内容把线圈和磁性粉末装入成形模具内一次成形以制造线圈内嵌式压粉磁芯时，发现磁芯内线圈的位置容易发生偏移。如果磁芯内线圈位置有偏的，则感应器的磁路长度和磁路截面积也会有偏差，结果磁性也会有偏差。而且，如果在压缩成形时磁芯内线圈位移有偏移，在线圈内嵌式压粉磁芯中就容易产生裂缝。另外，如果磁芯内线圈位置的偏移使线圈位置偏了，由于局部地区的磁场饱和，会使电感量下降。另外，一旦线圈偏离侧的磁漏增加，会对近旁的元件产生影响。
在上述日本专利特许第3108931号公报中所记载的制造感应器的方法中，如其权利要求范围所示，分别准备加压成形的第1和第2压粉体，它们是在线圈被这些压粉体上、下夹持的状态下，且第1压粉体和第2压粉体之间的界面间被推开再加压的条件下成形的。
该日本专利特许第3108931号公报指出也可以用金属系的磁性粉末，但是，在该公报实施例中只有使用铁淦氧粉末的记载。如果使用金属粉末构成的压粉体按照同一公报记载的方法来制造感应器，则比起使用铁淦氧粉末构成的压粉体而言，第1压粉体和第2压粉体的结合就会有困难。具体地说，如果不大大地提高成形压力，两个压粉体就难于结合，从而在两压粉体间会有间隙，裂缝也会随之产生，除了感应器的机械强度差以外，外观也不好。另一方面，如果用高压使两压粉体间几乎完全结合并成形，则封装的线圈就会毁坏，也会产生绝缘不良现象。
另外，在日本专利特许第3108931号公报的第1实施例中，如同一公报的图3所示，把罩状的第1压粉体6放在同一形状的上成形模具7内，把第2压粉体11插入下成形模具10内，用这两个压粉体夹住线圈5再按原样加压成形。在第2实施例中，如同一公报图8所示把断面呈E字状的第1压粉体26放在同一形状的上成形模具27内，把断面也呈E字形的第二压粉体34放在同一形状的下成形模具内，用这两个压粉体夹住线圈5再按原样加压成形。而且，第1压粉体在未落下前仍分别保留在上成形模具7、27内，在按原样加压成形后感应器要脱模时，就要求下冲压头下降并从成形模具中强制地取出感应器。但在该公报记载的方法，脱模时作业数多、成形率低而且大量生产不适应。
在上述特开平3-52204号公报中记载的方法，不是在磁性粉末中封入线圈再压缩成形，而是把线圈夹在已经压缩成形的一对树脂铁淦氧粉末磁芯之间在低压(约20kg/cm2)下压缩成形后再用结合树脂结合的一种方法，在两磁芯间易于产生间隙。因而有必要采用现在这种把感应器作为表面实装元件来使用的方法。而且，该公报所记载的感应器，由于树脂铁淦氧粉末磁芯彼此间是用树脂结合的，因而其耐热性低。为此，这种感应器在表面实装时要涂上软钎料但树脂铁淦氧粉末磁芯间易于发生剥离现象。
本发明的目的在于提供一种线圈内嵌且其位置偏移小的线圈内嵌式压粉磁芯，而且其机械强度和生产效率都很高。
发明内容
为了实施上述目的，本申请提出以下几个发明：
(1)一种制造线圈内嵌式压粉磁芯的方法，在用由涂有绝缘材料的强磁性金属粒子构成的磁性粉末中埋入线圈以制造线圈内嵌式压粉磁芯，包括以下工序：首先是下磁芯成形工序，即把磁性粉末填充入成形模具再压缩成形为下磁芯；第二工序是线圈配置工序，即把线圈放在位于成形模具内的下磁芯的上面；第三是线圈填埋工序，即再把磁性粉末充填到成形模具中把线圈埋上；第四是第二次压缩成形工序，即向下磁芯和线圈的层叠方向加压以压缩成形。
(2)根据上述(1)的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，设：在第一压缩成形工序中加的压力为P1，在第二压缩成形工序中加的压力为P2，则P2/P1≥1。
(3)根据上述(1)的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，设：在第一压缩成形工序中加的压力为P1，在第二压缩成形工序中加的压力为P2，则P2/P1＞1。
(4)根据上述(1)～(3)中任何一项的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，前述线圈是用扁平截面的导线构成的单卷线圈，并以前述导线的扁平的面的长径方向的对线圈的轴向直交的方式卷绕而成的；
前述导线的两端上分别固定着端子电极，在把线圈放在下磁芯上面的状态下，位于离下磁芯较近一侧的端子电极设在前述导线的上面，位于离下磁芯较远一侧的端子电极设在前述导线的下面；
(5)根据上述(1)～(4)中任何一项的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，在下磁芯的上面，设有至少一个位于线圈的内周和外周上的凸部；
(6)根据上述(5)的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，设前述凸部的高度为Ch，制成的线圈内嵌式压粉磁芯的高度为Dh，则前述凸部的至少一个其Ch不等于Dh/2。
(7)根据上述(1)～(6)中任何一项的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，设下磁芯的线圈载置面的高度为Bh，制造的线圈内嵌式压粉磁芯的高度为Dh，则Bh≠Dh/2。
(8)根据上述(1)～(7)中任何一项的线圈内嵌式粉压磁芯的制造方法，在前述磁性粉末中，根据下述式1规定的圆形度在0.5以下的强磁性金属粒子的个数占强磁性金属粒子总数的20％以下，
圆形度＝4πS/L2(式1)，其中，S为粒子投影面积，L为前述投影的周长。
(9)根据前述(1)～(8)中任何一项的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，前述强磁性金属粒子主要由以铁和镍为主的合金构成。
(10)用根据上述(1)～(9)中任何一种制造方法制造的线圈内嵌式压粉磁芯。
本发明人等在用常规方法制造的线圈内嵌式压粉磁芯中发现线圈位置有偏移。在探讨其原因时发现：在线圈和磁性粉末填入成形模具时，使线圈保持在模具内一定位置上是困难的，而且，在压缩成形时，线圈会沉下去，即使所加压力是一定的，但其沉入量却是不定的。
为此，在本发明中，首先，在第一压缩成形工序中只把磁性压粉成形以形成下磁芯。接着，在下磁芯的上面放置线圈并填入余下的磁性粉末，再第二次压缩成形以形成上磁芯，从而制得线圈内嵌式压粉磁芯。这样，由于下磁芯是预先形成的，在第二次压缩成形时，实际上不可能发生线圈沉入现象，而且，又由于在第二压缩成形工序前线圈的约定位置是正确的，于是线圈在线圈内嵌式压粉磁芯中的位置偏移就得以显著地减少。
在本发明中，第一压缩成形工序形成了线圈内嵌式压粉磁芯的下磁芯，第二压缩成形工序形成了线圈内嵌式压粉磁芯的上磁芯。如这样分二次压缩成形时，上、下磁芯的结合不充分，会产生裂缝。为此，在本发明中，如在第一压缩成形工序中加的压力为P1，在第二压缩成形工序中加的压力为P2，通常P1和P2存在下述关系：P2/P1≥1，若P2/P1＞1则更理想些。若把P2/P1设在理想范围内，则可显著抑制两磁芯间裂缝的产生。
附图说明
图1(A)～(D)是表示本发明的制造方法的工序流程的断面图。
图2是下磁芯的斜视图。
图3是表示把线圈载置在下磁芯上的状态的平面图。
图4是图3所示下磁芯的IV-IV断面图。
图5(A)～(I)是表示本发明的制造方法的工序流程的断面图。
图6是表示粒子构造的磁性粉末的扫描电子显微镜照片。
图7是压粉磁芯的断面图。
具体实施方式
线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法
本发明所述制造方法的流程示于图1(A)～图1(D)中。
在本发明中，当向由涂有绝缘材料的强磁性金属粒子构成的磁性粉末中埋填线圈以制造线圈内装式压粉磁芯时，设计有：
如图1(A)所示，在向由模型板5、上冲头6和下冲头7形成的成形模具内充填磁性粉末后再压缩成形，从而制成线圈内装式压粉磁芯的下磁芯2的第一压缩成形工序；
如图1(B)所示，在成形模具内，把线圈3放在下磁芯2上的线圈配置工序；
如图1(C)所示，把磁性粉末10再次充填到成形模具中把线圈埋填好的线圈埋入工序；
如图1(D)所示，向下磁芯2和线圈3的层叠方向加压并压缩成形以制出上磁芯4的第二压缩成形工序。
在第一压缩成形工序和第二压缩成形工序中，对成形条件没有特别的限制，强磁性金属粒子的种类、形状和尺寸以及线圈内嵌式压粉磁芯的形状、尺寸和密度应根据情况适当决定，但通常最大压力为100～1000MPa左右，100-600MPa左右更优选，最大压力的保持时间在0.1秒-1分钟左右。如果成形压力过低，则难以获得好的特性和机械强度，另外，如果成形压力过高，则线圈易于受损。
在本发明中，第一压缩成形工序加的压力为P1，第二压缩成形工序加的压力为P2时，通常P2/P1≥1，优选为P2/P1＞1；更优选为P2/P1≥1.1，进一步优选地，P2/P1≥2。
在本发明中，第一压缩成形工序中形成线圈内嵌式压粉磁芯的下磁芯，第二压缩成形工序是形成线圈内嵌式压粉磁芯的上磁芯。在这种分两次压缩成形的情况下，上、下磁芯间的结合不充分，两者间易于产生裂缝。又由于线圈两端连接着端子电极，裂缝特别容易在端子电极附近产生。当P1和P2的关系处于上述理想范围内时，裂缝的产生就能得到显著的抑制。但是，若P2/P1过大，即P1过低或P2过高时，也难以得到良好的特性和机械强度，而且线圈易于受损，因此，优选地，P2/P1≥5。
下磁芯2的厚度也没有特别限制，通常根据线圈3在线圈内嵌式压粉磁芯中要处于基本为中央的位置这一点来确定下磁芯2的厚度。
理想的线圈配置工序如图1(B)所示，把线圈3固定在模型板5上。这样，在线圈埋入工序和第二压缩成形工序中线圈3就难以活动，线圈3在线圈内嵌式压粉磁芯中的位置误差能再次减少。如图所示，采用由上模型板5A和下模型板5B构成的两个分离式模型板5，可把线圈3的端部夹在上、下模型板5A和5B之间加以固定。再者，除了这种固定方法外，还可利用预先在线圈3的两端固定上端子电极或者在构成端子电极的导体部位固定引线框。然后再把端子电极或引线框固定在模型板上的方法。在采用引线框时，最好在压粉后切断框体，只把端子电极留下。
当把线圈3、或与其相连的端子电极或引线框夹入一分为二的模型板5中时，若如图所示把线圈3卷成双卷，则线圈3的两端几乎是同高的。但卷成双卷时，构成线圈的导线一定会发生交叉。且在导线表面有绝缘层覆盖，于是，在导线彼此接触的交叉位置上，上述绝缘层就容易损坏，从而会在导线间诱发短路。为了防止短路，理想的是如图3所示，把线圈卷成单卷。
但是，在把线圈3卷成单卷时，其厚度就要加大，而线圈3又是放在下磁芯2上面的，线圈3两个端部间的高度差就会增大。为此，最好采用长方形或椭圆形等扁平断面的导线来做线圈，优选采用扁平断面的长径方向以与线圈的轴向相直交的方式来卷绕。因此，由于确保电流能流过较大的截面积，其直流电阻下降，线圈厚度也能变薄。这时，线圈扁平断面的尺寸比可根据所要求线圈的断面积及线圈的全高来适当决定，通常，断面的长径/短径以5～20为优选。
另外，在线圈配置工序中，如图1(B)所示，线圈3的轴向方向要尽量和第二压缩成形工序时的加压方向一致，这样，在第二压缩成形工序，线圈3就难于歪斜，性能恶化就可得到抑制。
在图1(A)中，在第一压缩成形工序中，下磁芯2的上端面是平坦的，此时如图1(B)所示，若把线圈3固定在模型板5上时，线圈3在水平面内方向的移动受到充分的抑制。但是，在下磁芯2的上面，线圈3的内圈和外圈位置上至少要设置一个凸部，如果利用这个凸部来决定线圈3的位置，则在抑制线圈3在下磁芯2上面面内方向移动的同时，还能在把线圈3放在下磁芯2的上面时防止其位置的偏移。结果，就可获得性能偏差较小的线圈内嵌式压粉磁芯。
下面，说明在下磁芯2的上面设置凸部的实施例。
图2是下磁芯2的斜视图，图3是在下磁芯2的上面设置线圈3时的平面图。下磁芯2的平面形状是正方形，在它的上面有一个载置面21，在这个线圈载置面21上有内周凸部22和外周凸部23。内周凸部22是一个其外径比线圈3内径稍微小一些的圆柱，外周凸部23是一个其内径比线圈外周稍大一些的筒状物，线圈3就仅在内周凸部22和外周凸部23之间一个接近环状的沟内(线圈载置面21上)。
线圈3是一个2.6匝的绕成一圈的线圈，用扁平截面的导线构成。在线圈3的两端固定着端子电极30A和30B。离下磁芯2较远一端的端子电极30A固定在导线的下面，离下磁芯2较近一端的端子电极30B固定在导线的上面，端子电极30A和端子电极30B间的高度差比线圈3的厚度要小一些。在外周凸部23上相对于端子电极30A、30B的引出位置，要分别设置凹陷部23A和23B。
凹陷部23A、23B的高度要设得和端子电极30A和端子电极30B的中间位置的高度一致，而端子电极30A、30B又都是分别设在凹陷部23A、23B之上的。为此，要把端子电极30A、30B圆滑而不折弯地引出到下磁芯2的外侧。而且，如果做成这种结构，由于在形成上磁芯时，会形成一部分没有被磁性粉末充填的区域，因而就可获得强度和性能上都较好的线圈内嵌式压粉磁芯。还有，凹陷部23A、23B的高度也可以设定为分别与端子电极30A、30B的高度一致。
本发明所述的线圈为嵌式压粉磁芯通常作为表面安装的元件使用，因而，端子电极30A、30B在线圈内装式压粉磁芯形成后呈弯曲状，它的两端可以和磁芯的上、下两面紧密结合。
图4就是图3所示下磁芯2的IV-IV断面图。设Ch是内周凸部22上面和外周凸部23上面的高度，Dh是线圈内嵌式压粉磁芯的高度，在本发明中，使凸部高度Ch不等于Dh/2为优选。而且，若磁芯载置面21的高度为Bh，也优选使载置面高度Bh不等于Dh/2。这样设定的理由将在下面说明。
在前述第二压缩成形工序中，磁性粉末是在被下磁芯和上冲头两者挟持状态下被压缩的。这时，压力最小的现象不会发生在下磁芯和上冲头的中间位置，而是发生在上、下冲头的中间位置。因此，在加压结束时，如下磁芯2和上磁芯4的边界附近成为上冲头和下冲头的中间位置，则两磁芯间的结合性就不会很好。结果两磁芯的边界附近容易产生裂缝。而且在端子电极受折弯时，两磁芯间也容易产生裂缝。为此，如果使凸部高度Ch和磁芯载置面的高度Bh设定得不等于线圈内嵌式压粉磁芯高度Dh的一半，则在第二压缩成形工序时，压力处于最低位置，下磁芯2和上磁芯4的边界就不存在，因而就可防止裂缝的发生。
如图4所示，内周凸部22的高度和外周凸部23的高度是一致的，也可以不一致。在不一致时，内周凸部和外周凸部的高度至少有一方最好是双方都不等于Dh/2。
线圈载置面的高度Bh、凸部的高度Ch以及线圈内嵌式压粉磁芯的高度Dh的关系，可以从抑制裂缝发生的角度适当确定。具体而言，在线圈载置面上不设计凸部时，
0.2≤Bh/Dh≤0.4，或者0.6≤Bh/Dh≤0.7为优选，但为了使线圈3处于接近线圈内嵌式压粉磁芯中央的位置，以0.2≤Bh/Dh≤0.4为优选。在线圈载置面上设计凸部时，
0.2≤Bh/Dh≤0.4和0.6≤Ch/Dh≤0.8是优选的。
就上面有凸部的下磁芯而言，所设凸部的形状和尺寸可以用成形模具来制造。理想的是，用伺服冲床作二级以上的多级压缩成形，其磁芯的密度就比较均匀。图5(A)～图5(I)中，是它在作二级压缩成形时的流程图。
在这种方法中，如图5(A)所示，其上模型板5A和下模型板5B是分离的，使用了一种由装有上内冲头61的上冲头6和装有下内冲头71的下冲头构成的成形装置。上内冲头61、下内冲头71都呈平面形以便与设在下磁芯上的凸部形状相对应。
首先，如图5(A)所示，把磁性粉末10充填到由下模型板5B和下冲头7形成的成形空间内。此时，下内冲头71处于抬起状态。
接着，如图5(B)所示，装有上内冲头61的上冲头6下降直至和磁性粉末10的上平面相接触。
再次如图5(C)所示，上内冲头61和下内冲头71同步下降。
接着，再如图5(D)所示，装有上内冲头61的上冲头6下降进行第一次压缩成形工序。但是，此时整个上冲头6不能都下降相同的量，为了要使上内冲头61直降的区域和除此以外的其他区域具有相同的压缩率，就需要对上内冲头61的下降量实行单独控制。采用这种操作，磁性粉末整体的压缩率才能达到均匀化。结果，在上面有凸部的下磁芯2的密度才能均匀。
然后，如图5(E)所示，上冲头6整体上升，在已形成的下磁芯2上面，把固定着图中未示的端子电极(或者带端子电极的引线框)的线圈3放上去。此时，下模型板5B的上面要下降到和端子电极的高度相一致。
其次，如图5(F)所示，上模型板5A下降把位于上模型板5A和下模型板5B之间的端子电极夹住并固定。然后，再向由下磁芯2和上模型板5A形成的成形空间内充填磁性粉末10。
接着，如图5(G)及图5(H)所示，上冲头6整体下降以压缩磁性粉末10形成上磁芯4，从而得到线圈内嵌式压粉磁芯(前面所说的第二压缩工序)。
此后，如图5(I)所示随着上模型板5A和上冲头6的整体上升，下模型板5B下降，以便把线圈内嵌式压粉磁芯从成形装置中取出。
用这种多段成形法制造的线圈内嵌式压粉磁芯，通常，上、下磁芯的表面形状是要和内冲头的轮廓相对应的。而且，如前所述，把本发明所述的线圈内装式压粉磁芯作为表面安装元件使用时，端子电极和上、下磁芯的表面是处于结合状态的。此时，在上磁芯表面和下磁芯表面上设计凹部，端子电极收纳到该凹部内，因而在结构上以端子电极不从磁芯表面突出为优选。
在本发明中，上述压缩成形工艺以分二次进行为优选，在这方面，条件上没有特定的限制。但是，若优选条件不具备，可按下述方式进行。
在本发明中，用铁粉作磁性粉末时，在涂敷绝缘材料前，为了消除铁粉中的应力最好进行热处理。同样，在涂敷前，也可对铁粉作氧化处理。进行氧化处理便可在铁粒子表面附近形成厚达数十毫微米的薄层氧化膜，有望提高其绝缘性。这种氧化处理可以在空气等氧化性氛围中在150～300℃下加热0.1～2小时进行。作氧化处理时，为了改善铁粒子表面的湿润性也可以混入乙基纤维素等分散剂。
就绝缘材料而言，可以从下述各种无机材料和有机材料中适当选择至少一种。对于涂敷的条件没有特别的限制。例如可用加压搅拌机、自动研磨机等在室温下进行20～60分钟的混合。混合后，最好在100～300℃间干燥20～60分钟。用热硬化性树脂作绝缘材料时，在干燥的同时作硬化处理。
干燥后，根据需要弄碎，然后最好添加润滑剂。添加润滑剂的作用是提高成形时粒子间的润滑性，同时又提高对金属模的易脱模性。
在前述第二压缩成形工序后，通常用热处理的方法使树脂绝缘材料硬化以提高磁芯的机械强度。由此，才能在前述端子电极受折弯时防止线圈为嵌式压粉磁芯受损。这时的热处理可以是在100～300℃间进行10～30分钟。
前述第二压缩成形工序后，根据需要要把线圈内嵌式压粉磁芯用树脂溶液浸泡，接着，要对其所含的树脂进行硬化以提高磁芯的机械强度。作为浸泡用树脂，可以列举出苯酚树脂、环氧树脂、硅酮树脂、丙烯树脂等，其中以苯酚树脂为优选。制备树脂溶液用的溶剂没有特定的限制，可以从乙醇、丙酮、甲醛、吡咯烷酮等常用的几种有机溶剂中根据所用的树脂适当选择。在用热处理方法对含浸的树脂进行硬化时，热处理温度最好在150～400℃之间。如果热处理温度过低，线圈内嵌式压粉磁芯在机械强度提高上不明显。另一方面，若热处理温度过低，绝缘性能差。
根据本发明制造的线圈内嵌式压粉磁芯适用于流过大电流的磁芯，例如扼流圈等各种感应元件以及电源用磁芯等各种电磁产品。也可用于气囊传感器。使用频率可以在10Hz～1MHz，更优选地在500Hz～500KHz之间。
磁芯
本发明对所用的磁芯没有特别的限制，可以使用和常规线圈内嵌式压粉磁芯相同的磁芯，但是，如前所述，最好使用扁平断面的单卷线圈。线圈的断面积和匝数可根据所要的特性适当决定，在线圈表面通常涂有用树脂和无机材料制的绝缘膜。
强磁性金属粉末
本发明对所用的强磁性金属粉末没有特别限制。但是，例如用于在高磁场下要求有良好的直流叠加特性且有大电流通过的扼流圈等时，希望用圆形度在0.5以下的粒子数占粒子总数的20％以下，最好占15％以下的强磁性金属粉末。本发明中的圆形度可用式1决定：
圆形度＝4πS/L2   (式1)
在上述式1中，S是粒子的投影面积，L是前述投影面积的轮廓长度(周长)。这里的投影是指把立体的粒子投影在平面上而得的二次图像。在本发明中，先拍摄粒子的显微照片，再根据需要对其进行图像处理后，再把出现在照片上的粒子图像作为前述投影并从中求出S和L。还有，这种测定不必对构成粉末的全部粒子进行，只要抽取一部分粉末即可。测定用的粒子数要在50个以上，最好在100以上。
上述圆形度小的粒子的投影形状大多是轮廓突起且不定形的，上述圆形度大的粒子的投影形状呈圆状、椭圆形、阵列形等等，而轮廓的形状是光滑的。
对构成强磁性金属粉末的金属(单体或合金)的种类没有特别的限制，例如可从铁、铁硅化物、永磁合金(Fe-Ni)、超合金(Fe-Ni-Mo)、铁硅铝磁合金，氮化铁，铁铝合金，铁钴合金，磷铁等中选择一或两种以上即可。对强磁性金属粉末的制造方法也没有特别限制，雾化法、电解法、电解铁的机械粉碎法、羰基铁的热分解法等都可以，只要从这些方法中能获得所需形状粒子就可以，但是为了得到圆形度高的粒子，最好用雾化法或热分解法。
但是，通过把羰基铁热分解而得到的铁粉的损失较大。另外，为了提高强度，铁硅铝磁合金必须在高压下压缩成形，因而在压缩成形时线圈容易变形。为此，本发明优选采用以Fe和Ni为主成分的合金构成的Fe-Ni系材料。
强磁性金属粉末的平均粒径以1～50μm为优选，若为3～40μm则更好。如平均粒径过小，则矫顽力就太难以处理。另一方面，如平均粒径过大，则涡流损失增加。
绝缘材料
本发明对所用的绝缘材料没有特别的限制，从各种无机材料和有机材料中适当选择至少一种就可以。具体而言，从水玻璃、苯酚树脂、硅酮树脂、环氧树脂、金属氧化物粒子等材料中选择即可，但是，最好用树脂，尤其以苯酚树脂和/或硅酮树脂为优选。
苯酚树脂是由苯酚类和醛类反应合成的。合成时使用的盐基催化剂是可溶酚醛树脂(Resol)，使用的酸催化剂是酚醛清漆树脂(Novolak)。可溶酚醛树脂可通过加热或酸催化剂进行硬化，成为既不溶解又不熔融的。酚醛清漆树脂是一种自身不能硬化的可溶解可熔融树脂，要和乌洛托品之类的交联剂同时加热才能硬化。作为苯酚树脂而言，以可溶性酚醛树脂为优选。在可溶酚醛树脂中，从其耐热性好的角度看，尤以含有N的三胺形式的为优选。另一方面，在使用酚醛清漆树脂时，由于压粉体的强度弱，成形以后的工序较难进行。当使用酚醛清漆树脂时，边加热边成形(热压等)为优选。这时的成形温度一般为150～400℃左右。若在酚醛清漆树脂中加入交联剂则更好。
合成苯酚树脂的原料中，苯酚类可从如苯酚、甲酚、二甲苯酚、双酚A、间苯二酚中至少取一种，醛类可从如甲醛、仲甲醛、乙醛、苯并醛中至少取一种。
苯酚树脂的重量平均分子量以300～7000为优选，500～7000则更优选，最优选为500～6000。重量平均分子量小时，压粉体的强度大而且压粉体边缘落粉现象会少一些。但是，如重量平均分子量在300以下，由于在高温退火时，树脂的减少量会增多，在线圈内嵌式压粉磁芯中强磁性金属粒子间的绝缘性不能得到保证。
苯酚树脂可用市售的，如可使用日本公司昭和高分子(株)制的BR5-3801，ELS-572、577、579、580、582、583(以上是可溶性酚醛树脂型)，BRP-5417(酚醛清漆树脂型)等。
硅酮树脂的重量平均分子量以700～3300为优选。
作为绝缘材料使用的树脂的量，相对于强磁性金属粉末，以占前者体积的1～30体积％为优选，2～20体积％则更好。如树脂量过少，线圈内嵌式压粉磁芯的机械强度低，绝缘性也差。另一方面，如树脂量过多，在线圈内嵌式压粉磁芯中非磁性部分的比率就高，导磁率及磁通密度就低。
绝缘材料树脂和强磁性金属粉末混合时，可以把固体状或液体状树脂进行溶液化以后再混合，也可以把液状树脂直接混合。液状树脂的粘度在25℃时以10～10000CPS为优选，50～9000CPS则更好。如粘度过低或过高，则在强磁性金属粒子表面难以形成均匀的覆盖膜。
另外，上述绝缘树脂也有粘合剂的功能，有助于提高线圈内嵌式压粉磁芯的机械强度。
用金属氧化物粒子作绝缘材料时，以使用氧化钛液胶和/或氧化锆液胶为优选。氧化钛液胶、氧化锆液胶中的带负电的无定形的氧化钛粒子和氧化锆粒子，在水或有机分散剂中可以分散而且又形成胶状，这些粒子表面带-TiOH基、-ZrOH基。通过把其中微小粒子可在溶剂中均匀分散的这种如氧化钛液胶、氧化锆液胶，加到强磁性金属粉末中，由于能形成少量且均匀的绝缘覆盖膜，便可实现高磁通密度和高绝缘性。
液胶中的氧化钛粒子、氧化锆粒子的平均粒径以10～100mm为优选，10～80mm更好，20～70mm则最好。液胶中粒子的含量以占15～40重量％为优选。
相对于强磁铁金属粉末，氧化钛液胶、氧化锆液胶在换算成固体成分时，其添加量也即氧化锆粒子和氧化钛粒子的合计添加量以占15体积％以下为优选，5.0％以下更好。如合计添加量过多，在线圈内嵌式压粉磁芯中非磁性部分就多，导磁性和磁通密度就低。再有，为了充分发挥这些液胶添加后的效果，上述合计添加量优选为0.1体积％以上，0.2体积％以上更好，0.5体积％以上则最好。
氧化钛液胶、氧化锆液胶可以单独使用也可合并使用。在合并使用时其比例是任意的。
这些液胶可以用市售品[日产化学工业(株)NZS-20A、NZS-30A、NZS-30B等]。得到的液胶有可能pH值太低，以调到pH值为7左右为优选。如pH值低，强磁性金属粉末在氧化后会增加非磁性的氧化物，导磁率和磁通密度会下降，从而其矫顽力会发生劣化。
这些液胶中可用水系也可用非水系的溶剂，但以能够和合并使用的树脂相容的溶剂为优选，尤其是以使用乙醇、丁醇、甲苯、二甲苯等非水系溶剂为优选。当买到的液胶采用水系溶剂时，也可根据需要更换溶剂。
在液胶中也可以含有作为稳定剂的氯离子和氨。
这些液胶通常呈白色胶状。
润滑剂
为了在成形时，提高粒子间的润滑性和对金属模的易脱模性，有必要添加润滑剂。可以从硬脂酸铝，硬脂酸镁，硬脂酸钙、硬脂酸锶，硬脂酸钡和硬脂酸锌中选择至少一种使用。
这些硬脂酸金属盐的含量，相对于强磁性金属粉末，以0.2～1.5重量％为优选，0.2～1.0重量％更好。如其含量过少，在线圈内嵌式压粉磁芯中强磁性金属粒子间的绝缘就不充分，而且，成形后把线圈内装式压粉磁芯从模具中拔出也较困难，这就不方便了。另一方面，如其含量过多，在线圈内装式压粉磁芯中非磁性部分增多，导磁率和磁通密度变小，另外，磁圈内嵌式压粉磁芯的强度也易于变差。
除上述硬脂酸金属盐外，润滑剂也可用其他高级脂肪酸金属盐，尤其是十二酸金属盐。但是，其使用量以不超过上述硬脂酸金属盐使用量的30％重量为优选。
实施例1
按以下步骤制作线圈内嵌式压粉磁芯样品。
准备以下材料：
磁性粉末：使用由羰基铁热分解法制得的铁粉[日本GAF社制，平均粒径5μm、圆形度0.5以下的粒子数占总数的1％]，
绝缘材料：可溶性酚醛树脂型的苯酚树脂[日本昭和高分子(株)制ELS-582，重量平均分子量1500]，
润滑剂：硬脂酸锶[日本界化学社制]。
磁性粉末的圆形度用扫描电子显微镜(SEM)照片测定。测定用的粒子数为100。这种磁性粉末的扫描电子显微镜照片如图6所示。
其次，添加占磁性粉末8体积％的绝缘材料，用加压搅拌机在室温下混合30分钟，再在空气中在150℃下干燥30分钟，得到用绝缘材料涂敷的粒子形成的磁性粉末。在干燥后的混合物中，添加占磁性粉末0.8重量％的润滑剂，用V搅拌器混合15分钟。
然后，如图1(A)所示，在成形模具(金属模具)中加入磁性粉末，在150MPa的压力P1下进行第一压缩成形工序，以形成下磁芯2。接着，准备用直径0.7mm的铜线绕4.5匝而成的双卷的线圈3，把该线圈3放在下磁芯2的上面，同时用分成二块的模型板5把该线圈3的两端固定住，如图1(B)所示。再向金属模型中投入磁性粉末10，把该线圈3埋住，如图1(C)所示。接着，在200MPa的压力(P2)下进行第二压缩成形工序，在200℃下热处理10分钟使树脂绝缘材料硬化，得到直径为12mm、高为3mm的圆柱形线圈内嵌式压粉磁芯样品。成形压力的比值P2/P1为1.33。
对这个样品拍摄X射线投影照片，观察样品内线圈的位置。结果，大体上认为线圈未沉下去，在与加压方向垂直的平面内也认为线圈没有位置偏移。再把样品切断，观察其断面，在上、下磁芯的全部结合面上确认只有少许间隙。
实施例2
按以下步骤制作线圈内嵌式压粉磁芯。
准备以下材料：
磁性粉末：用雾化法制造的坡莫合金粉末(平均粒径25μm、圆形度0.5以下的粒子数占总数的18％)，
绝缘材料：硅酮树脂[东丽唐康宁(株)制的SR2414LV]
润滑剂：硬脂酸铝[日本堺化学社制]。
磁性粉末的圆形度用扫描电子显微镜(SEM)照片测定。测定用的粒子数是100个。
接着，添加相对于磁性粉末体积为8％的绝缘材料，在室温下用加压搅拌机混合30分钟。在空气中在150℃下干燥30分钟，得到由凝结的绝缘材料的粒子组成的磁性粉末。在干燥后的混合物中加入占磁性粉末重量0.4％的润滑剂，再在V搅拌器中混合15分钟。
然后，按图5(A)～图5(I)所示的前述步骤制作线圈内嵌式压粉磁芯。在第一压缩成形工序中压力P1为140MPa，在第二压缩成形工序中压力P2为440MPa。成形压力的比值P2/P1为3.1 4。线圈3是用断面为矩形(0.3mm×2.5mm)的铜线绕2.6匝而成的一卷卓圈。在20℃下热处理10分钟使树脂绝缘材料硬化。制得的样品是平面尺寸为12.5mm×12.5mm、厚Dh为3.3mm的长方体。作为本发明的样品。对于下磁芯2，线圈载置面2 1的高Bh设计为0.9mm，内周凸部22和外周凸部23的上面Ch高为2.4mm，从而Bh/Dh＝0.27，Ch/Dh＝0.73。
在这个样品中，确认下磁芯和上磁芯间没有裂缝。而且，制完样品后，把端子电极折曲时也没有裂缝出现。
另一方面，除了P1＝P2＝440MPa外，按与上述本发明相同的方法制作第二个样品。在这个第二个样品中，在上、下磁芯的整个结合面上发现了裂缝。
然后，先充填磁性粉末，待磁性粉末表面平坦化后，把引线框夹在上、下模型板内，之后再充填磁性粉末，在440MPa压力下一次成形，制得和上述本发明有相同尺寸的线圈内装式压粉磁芯。用作比较样品。
把这两个样品切断并对断面拍照。从所拍照片观察在各样品内线圈的位置。线圈的位置可根据图7所示的离磁芯断面的距离决定。结果如表1所示。
表I
    本发明的样品     比较用的样品
L1(mm)     1.111     1.110
L2(mm)     1.088     0.8610
根据表1可知，在本发明的样品中，线圈靠近样品的中央配置，而在比较样品中，线圈在样品中是偏置的。也就是说，在比较样品中，可以确认在加压方向有大的误差(垂直误差)。
接着，按与本发明样品相同的条件制作10个样品，并构成本发明样品群，也按与上述比较样品相同的条件制作10个样品，构成比较样品群，两者都在0.5V、100kHz条件下，当10A或20A直流电流相叠加时和不相叠加时测定其电感量。而且，从各样品中群由电感量的最大值和最小值求出其平均值以及最大值和最小值之差。其结果如表2所示。另外，在表2中还示出直流叠加电流值。
表2
电感(μH)
0A  10A  20A
平均 差  平均  差  平均  差
本发明例 0.784 0.015  0.723  0.014  0.652  0.009
比较例 0.650 0.137  0.615  0.137  0.588  0.134
从表2可知，本发明的效果是明显的。也就是说，在本发明的样品群中，电感量的最大值和最小值之差约为比较样品群的1/10，是很小的。而且，可以看示，根据本发明的方法，电感量偏移有了明显的改善。本发明样品群中，电感量的平均值也比比较样品群大。由于在比较样品群中线圈在压粉磁芯内偏向一方，在局部地区会发生磁场饱和现象。

Claims (8)

1.一种线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，是在用涂敷有绝缘材料的强磁性金属粒子构成的磁性粉末中内置线圈以制造线圈内嵌式压粉磁芯的方法，其特征在于包括以下工序：
把磁性粉末充填到成形模具内，再压缩成形为下磁芯的第一压缩成形工序；
在成形模具内把线圈放置在下磁芯上面的线圈配置工序；
再次把磁性粉末充填到成形模具内，把线圈埋入的线圈埋入工序；
向下磁芯和线圈相层叠的方向加压以压缩成形的第二压缩成形工序，
其中，设P1为第一压缩成形工序中加的压力，P2为第二压缩成形工序中加的压力，则P2/P1≥1。
2.根据权利要求1所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：设P1为第一压缩成形工序中加的压力，P2为第二压缩成形工序中加的压力，则P2/P1＞1。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：前述线圈是用扁平断面的导线绕成的单卷线圈，并以前述导线的扁平断面的长径方向和线圈的轴向直交的方式进行缠绕，
前述导线的两个端部上分别固定着端子电极，在已把线圈载置在下磁芯之上的状态下，将离下磁芯较近的端子电极配置在前述导线的上面，将离下磁芯较远的端子电极配置在前述导线的下面。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：在所述的下磁芯上面设置至少一个位于线圈内周和/或外周的凸部。
5.根据权利要求4所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：设前述凸部的高为Ch，制造的线圈内嵌式压粉磁芯的高为Dh时，前述凸部中的至少一个的Ch不等于Dh/2。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：设下磁芯的线圈载置面的高为Bh，制造的线圈内嵌式压粉磁芯的高为Dh时，Bh不等于Dh/2。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：所述磁性粉末中，圆形度为0.5以下的弱磁性金属粒子的个数占全部强磁性金属粒子的20％以下，其中圆形度由下式1决定：
圆形度＝4πS/L2
在上述式1中，S为粒子的投影面积，L为前述投影面积的轮廓长度。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的线圈内嵌式压粉磁芯的制造方法，其特征在于：所述强磁性金属粒子是由以Fe和Ni为主要成分的合金构成的。
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