JP2001185421A - 磁性素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種電子機器の大電流用途に適するインダク
タ、チョークコイル、トランス等の磁性素子を提供す
る。 【解決手段】 金属磁性体粉末５０〜７０体積％および
熱硬化性樹脂５０〜３０体積％を含むコンポジット磁性
部材１と、フェライト焼結体または金属磁性粉末の圧粉
磁性体である磁性部材２と、コイル３とを含み、このコ
イル３の配置によって決定される磁路が、コンポジット
磁性部材１と磁性部材２とを直列に経由し、かつコイル
３がコンポジット磁性部材１に埋設された素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器のインダ
クタ、チョークコイル、トランスその他に用いられる磁
性素子、特に大電流用小型磁性素子とその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型薄型化に伴い、これらに
用いられる部品やデバイスも小型化、薄型化することが
強く求められている。一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高集
積化してきており、これに供給される電源回路には数Ａ
〜数十Ａの電流が供給されることがある。従って、これ
らに用いられるチョークコイル等のインダクタにおいて
も、小型化とともに、これに反することではあるが、コ
イル導体の断面積を大きくして低抵抗化を実現するこ
と、および直流重畳によるインダクタンスの低下が少な
いことが必要とされている。また、使用周波数が高周波
化しており、高周波域での損失の低いことが求められて
いる。さらに、コスト削減のために単純な形状の部品素
子を簡単な工程で組み立てられることが必要となってい
る。すなわち、大電流、高周波で使用可能であり、か
つ、小型、薄型化したインダクタを安価に供給すること
が求められている。

【０００３】インダクタのインダクタンスは、トロイダ
ル形状のコアに巻き線を施した形態の場合、次式で表さ
れる。 Ｌ〜μ×Ｓ×Ｎ²／ｒ ここで、Ｌはインダクタンス、μは透磁率、Ｓは磁路断
面積、Ｎは巻き線数、ｒは磁路長である。

【０００４】この式より、大きなＬ値を得るためには、
透磁率μを高く、磁路断面積Ｓを大きく、巻き線数Ｎを
大きく、磁路長ｒを小さくすればよいことがわかる。し
かしながら、透磁率を大きくすると、わずかな電流値で
も磁束密度が飽和し、それ以上の電流値では透磁率が低
下するため、直流重畳特性（直流電流に対するインダク
タンス（Ｌ値）の依存特性）が劣化する。磁路断面積を
大きくすることは、小型化に反し、また同一巻き線数で
は、導線長さが長くなって、高抵抗となる。これを防ぐ
ために断面積の大きい導線を用いることは、さらに小型
化に反する。巻き線数を増やすことは、小型化に反する
と共に、高抵抗となる。磁路長を短くすることは、小型
化にはつながるが、巻き線数を増やすことができなくな
る。従って、小型で大きなインダクタンスと、良好な直
流重畳特性とを有し、巻き線抵抗が低く、高周波まで使
用可能なインダクタは一般に実現が困難であった。

【０００５】以下、現実に使用されているインダクタに
ついて説明する。まず、最も一般的に使用されている、
ＥＥ型やＥＩ型のフェライトコアとコイルでは、フェラ
イト材料は、比較的透磁率が高く、かつ飽和磁束密度が
金属磁性材料に比べて低いため、そのまま使用すると、
磁気飽和によるインダクタンスの低下が大きく、直流重
畳特性が悪い。そこで、直流重畳特性を改善するため
に、通常、コアの磁路のどこかに空隙を設け、見かけの
透磁率を下げて使用されている。

【０００６】コア材料として、フェライトよりも飽和磁
束密度が大きいＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系
合金等を用いたインダクタでは、これらの金属系材料の
電気抵抗が低いので、最近のように使用周波数が数百ｋ
Ｈｚ〜ＭＨｚと高周波化してくると、渦電流損失が大き
くなって、そのままでは使用できない。このため、薄体
化したものを絶縁層を介して積層化するか、あるいは粉
末化したものを、絶縁しつつ成形した、いわゆるダスト
コアが用いられている。

【０００７】複数の磁性体を組み合わせて用いることも
提案されている。つば付きフェライトコアにコイルを巻
き、これを磁性粉末と樹脂材料の混合液にディップした
ものや（特開昭６１−１３６２１３号公報）、磁性金属
薄体を複数枚積層したものを２枚用意し、この２枚の間
に平面状コイルを配し、磁性粉末を分散した接着剤で固
定したもの（特開平９−２７０３３４号公報）が、イン
ダクタの小型化に有効であるとされている。また、小型
化が目的とはされていないが、漏れ磁束を減少させるた
めに、２枚のフェライト薄板の間に平面状コイルを配
し、フェライト粉末を分散した接着剤で固定したもの
（特開平６−３４２７２５号公報）が提案されている。

【０００８】またインダクタの構成としては、従来はＥ
Ｅ型またはＥＩ型コアとコイルから構成されたものが多
いが、薄型のインダクタを実現するために、コイルをス
パイラル状に平面に巻いたものを使用することが特開平
９−９２５４０号公報に記載されている。また、スパイ
ラル状に巻いたコイルの内周部端子をコアに切欠きを設
けて引き出し、引き出し線の厚み分薄くすることが特開
平９−２０５０２３号公報に記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フェラ
イト材料を用いて磁路のどこかに空隙を設け、見かけの
透磁率を下げて使用すると、交流で駆動した時に、この
空隙部分でコアが振動してノイズ音が発生する問題点が
ある。

【００１０】飽和磁束密度が大きい金属磁性体の薄体を
絶縁層を介して積層すると、高周波で使用可能な薄体は
十分薄くする必要があるので高コストとなり、かつ複雑
な形状を作製することができないという問題点がある。
またダストコアは、十分高い特性とするためには、成型
時に１０ｔ/ｃｍ²程度の非常に高い圧力をかけて緻密化
させる必要があるために特殊な高強度金型が必要とな
り、また複雑な形状を作製しにくいという問題点があ
る。

【００１１】複数の磁性体を組み合わせて用いる形態の
うち、特開昭６１−１３６２１３号公報および特開平６
−３４２７２５号公報に開示されている形態では、樹脂
にフェライトを分散させたものが用いられているが、フ
ェライトの充填率に限界があるため、この部分の飽和磁
束密度が低く、直流重畳特性が悪い問題点がある。ま
た、特開平９−２７０３３４号公報に開示されている形
態では、樹脂と混合する磁性体の種類が記載されていな
いが、いずれにしても磁性金属の薄体を複数枚積層した
ものを用意する必要があるので高コストとなり、また素
子の上下面が金属磁性体であるために、電気抵抗が低
く、絶縁の必要があり、また複雑な形状が作製できない
という問題点があった。

【００１２】そこで、本発明は、上記問題点を解決し
て、各種電子機器の大電流用途に適するインダクタ、チ
ョークコイル、トランス等の磁性素子を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の磁性素子は、金
属磁性体粉末５０〜７０体積％および熱硬化性樹脂５０
〜３０体積％を含むコンポジット磁性部材Ａと、フェラ
イト焼結体または金属磁性粉末の圧粉磁性体である磁性
部材Ｂと、コイルとを含み、前記コイルの配置によって
決定される磁路が、前記磁性部材Ａと前記磁性部材Ｂと
を直列に経由しており、かつ前記コイルが前記磁性部材
Ａ中に埋設されていることを特徴とする。

【００１４】本発明の磁性素子では、コイルの間隙が磁
性部材Ａで充填されていることが好ましい。また、コイ
ルが磁性部材Ｂの周囲に巻かれていることが好ましい。
また、コイルを埋設する磁性部材Ａの外側に、磁性部材
Ｂが配置されていることが好ましい。この場合は、複数
の板状の磁性部材Ｂを含み、前記複数の磁性部材Ｂが５
００μｍ以下、特に好ましくは３００μｍ以下の間隔で
互いに配置されており、前記間隔にコイルを埋設する磁
性部材Ａが配置されており、前記コイルが平面状に巻か
れた導体からなることがさらに好ましい。

【００１５】また、本発明の磁性素子では、磁性部材Ａ
に含まれる金属磁性体粉末の表面に、酸化物絶縁層が形
成されていることが好ましい。この場合は、磁性部材Ａ
に含まれる金属磁性体粉末が、Ｆｅを主成分とし、さら
にＡｌを含み、前記金属磁性体粉末の表面の酸化物絶縁
層が、酸素存在下の熱処理によって形成された、酸化ア
ルミニウムを主成分とする絶縁層であることがより好ま
しい。なお、本明細書で、主成分とは、５０重量％以上
の比率を占める成分をいう。

【００１６】本発明は、上記磁性素子の製造方法も提供
する。本発明の第１の磁性素子の製造方法は、磁性体粉
と熱硬化性樹脂とを含むペーストを作製する工程と、こ
のペーストをコイルの周辺に充填する工程と、加熱を伴
う処理により前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記ペース
トを磁性部材Ａとする工程とを含むことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の第２の磁性素子の製造方法
は、磁性体粉と熱硬化性樹脂とを含むスラリーを作製す
る工程と、このスラリーから未硬化コンポジットシート
を作製する工程と、加熱および加圧を伴う処理により前
記熱硬化性樹脂を硬化させて前記未硬化コンポジットシ
ートを磁性部材Ａとする工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の磁性素子の一形態では、
コイルによって決定される少なくとも１つの磁路に、コ
イルが埋め込まれた低透磁率の磁性部材Ａと、高透磁率
の磁性部材Ｂとが直列に配列されており、これらの部材
が一体として１つのチップを構成している。磁性部材Ａ
およびＢにより磁路を構成することによって、特にギャ
ップを設けなくとも、直流重畳特性に優れ、かつ通常よ
りインダクタンスを大きくすることができる。また、以
下に例示するような各種構造を選択することにより、同
一の外形サイズでも、磁路断面積、磁路長、巻き線数、
巻き線抵抗を広い範囲で変えることもできる。また、非
常に薄型にすることもできるので、各種用途に応じた特
性のインダクタを得ることができる。さらに、熱硬化性
樹脂を用いた磁性部材Ａで一体成形されているため、交
流を印加してもノイズ音が発生しない。

【００１９】以下、本発明の磁性素子の好ましい形態を
図面を参照しながら説明する。以下では、主にインダク
タとチョークコイルの例について説明するが、本発明は
これに限定される物ではなく、２次巻き線の必要なトラ
ンス等に用いても、その効果を発揮するものである。

【００２０】図１〜図４では、導体コイル内の磁路は、
チップ面に垂直方向（チップ短手方向）に生じるように
構成されている。一方、図５〜図８では、導体コイル内
の磁路は、チップ面に平行方向（チップ長手方向）に生
じるように構成されている。図１〜４の構造では磁路断
面積を大きく取りやすいが、巻き線数は増やしにくい。
一方、図５〜８の構造では磁路断面積を大きく取りにく
いが、巻き線数は増やしやすい。

【００２１】図１においては、２枚の平板状の磁性部材
Ｂ２ａ，２ｂが上下に平行に配されており、両者は中心
付近で柱状の磁性部材Ｂ２ｃでつながれ、コイル３はこ
の柱状の磁性部材Ｂ２ｃの周囲に巻かれており、かつ磁
性部材Ａ１中に埋められている。この場合の磁路は、磁
性素子内において、柱状の磁性部材Ｂ２ｃ→板状の磁性
部材Ｂ２ａ→磁性部材Ａ１→板状の磁性部材Ｂ２ｂ→柱
状の磁性部材Ｂ２ｃと形成される。

【００２２】図２においては、１枚の平板状の磁性部材
Ｂ２ｂの中心付近に、垂直に柱状の磁性部材Ｂ２ｃが配
され、コイル３はこの柱状の磁性部材Ｂ２ｃの周囲に巻
かれており、かつ磁性部材Ａ１中に埋められている。平
板状の磁性部材Ｂ２ｂの周辺付近は、垂直に柱状または
板状の磁性部材Ｂ２ａが配される。この場合の磁路は、
柱状の磁性部材Ｂ２ｃ→磁性部材Ａ１→柱状または板状
の磁性部材Ｂ２ａ→底部の板状の磁性部材Ｂ２ｂ→柱状
の磁性部材Ｂ２ｃと形成される。

【００２３】図３においては、２枚の平板状の磁性部材
Ｂ２ａ，２ｂが上下に平行に配されており、両者の間は
磁性部材Ａ１で充填されており、コイル３はこの磁性部
材Ａ１中に埋められている。この場合の磁路は、コイル
内の磁性部材Ａ１→板状の磁性部材Ｂ２ａ→コイル外の
磁性部材Ａ１→板状の磁性部材Ｂ２ｂ→コイル内の磁性
部材Ａ１と形成される。

【００２４】図４の構成は、基本的に図３と同じである
が、２枚の平板状の磁性部材Ｂ２ａ，２ｂは近接して配
され、コイル３が平面的に形成されている。導体は、１
ターンのコイル状か、ミアンダ状に形成されるか、平面
状に巻いた後、その端部を、磁性部材Ｂに切り欠きを設
けることによって、外部へ取り出される。図４では、特
に薄型化するために、箔状のコイル３を１ターン巻いた
場合を示している。この場合の磁路は、図３に示した場
合と同様となる。

【００２５】図５においては、柱状の磁性部材Ｂ２ｂの
周りにコイル３がソレノイド状に巻かれており、かつ磁
性部材Ａ１中に埋められている。別の板状の磁性部材Ｂ
２ａが柱状の磁性部材Ｂ２ｂと平行に配されている。こ
の場合の磁束の大半は、図の素子の上半分において、柱
状の磁性部材Ｂ２ｂ→磁性部材Ａ１→板状の磁性部材Ｂ
２ａ→磁性部材Ａ１→柱状の磁性部材Ｂ２ｂと形成され
る。また一部の磁束は、素子の下半分で、柱状の磁性部
材Ｂ２ｂ→磁性部材Ａ１→柱状の磁性部材Ｂ２ｂと形成
される。

【００２６】図６においては、柱状の磁性部材Ｂ２の周
りにコイル３がソレノイド状に巻かれており、かつ磁性
部材Ａ１中に埋められている。この場合の磁路は、柱状
の磁性部材Ｂ２→磁性部材Ａ１→柱状の磁性部材Ｂ２と
形成される。

【００２７】図７においては、ソレノイド状のコイル３
が磁性部材Ａ１中に埋められており、これを挟むように
２枚の板状の磁性部材Ｂ２ａ，２ｂが配されている。こ
の場合の磁路は、コイル内の磁性部材Ａ１→コイル端部
の磁性部材Ａ１→板状の磁性部材Ｂ２ａ（２ｂ）→コイ
ル端部の磁性部材Ａ１→コイル内の磁性部材Ａ１と形成
される。

【００２８】図８においては、柱状の磁性部材Ｂ２ｃの
周りにコイル３がソレノイド状に巻かれており、かつ磁
性部材Ａ１中に埋められている。別の２枚の板状の磁性
部材Ｂ２ａ，２ｂが、柱状の磁性部材Ｂ２ｃと垂直に配
されている。この場合の磁路は、柱状の磁性部材Ｂ２ｃ
→板状の磁性部材Ｂ２ａ→磁性部材Ａ１→板状の磁性部
材Ｂ２ｂ→柱状の磁性部材Ｂ２ｃと形成される。

【００２９】これらの各構造で得られるインダクタンス
値は、同一サイズで、同種の磁性部材Ａ，Ｂを用いた場
合、図１、図２、図５が比較的大きく、図４、図６、図
７は比較的小さい。図６の素子では、コンポジット磁性
体である磁性部材Ａが表面に露出しているため、表面を
高抵抗化しやすく、実装時に有利である。図４はＬ値は
小さいが、高さを薄くしてもあまりＬ値が減少せず、薄
型化が可能である。直流重畳特性は、Ｌ値の小さいもの
ほど、一般に良好である。

【００３０】以上の図においては、３〜２０ｍｍ角前後
で、厚さ数１〜５ｍｍ程度、一辺の長さ／厚さ＝２／１
〜８／１程度の角板状のインダクタチップを想定してい
るが、ディメンジョンはこれに限定されず、また円板状
等の形状でもかまわない。さらに、以上の図は、本発明
の構造の例を示したもので、本発明はこれに限定される
ものではなく、これら以外の構造、あるいはこれらを一
部変更したり、これらを組み合わせたような構造であっ
てもかまわない。用いるフェライトおよびコンポジット
の形状は、かなり自由度を持たせることが可能であるか
ら、より複雑な形状を作ることも容易であり、磁性部材
ＡとＢが磁路に直列に配されており、導体コイルが磁性
部材Ａに埋め込まれている構造であれば特に制限はな
い。

【００３１】次に、図３、図４と同様の構造を例にとっ
て、実施の形態をより詳しく説明する。図９はこの磁性
素子の組立を示す斜視図であり、図１０はこの磁性素子
を組み立てた状態の断面図である。空芯コイル１１はス
パイラル状に巻かれた、丸銅線、または平角銅線であ
り、表面は絶縁性樹脂で被覆されている。磁性部材Ａと
なる未硬化のコンポジットシート１２，１３は、磁性材
料の粉末５０〜７０体積％と熱硬化性樹脂３０〜５０体
積％との混合物に、有機溶剤を混合してスラリー状態と
し、このスラリーをドクターブレード成形や押し出し成
形によりシート成形し、大部分の有機溶剤を蒸発乾燥さ
せたものである。

【００３２】金型（図示省略）に、第１の磁性部材Ｂ２
１と、少なくとも１枚の未硬化コンポジットシート１３
を設置する。この上に別の少なくとも１枚の未硬化コン
ポジットシート１２の孔１７にコイルの内周側端子１５
を挿入した空芯コイル１１を置く。さらに第２の磁性部
材Ｂ２２のスリット２３に折り曲げられた内周端子１５
を収納する。

【００３３】これらの部材を加圧しながら熱硬化性樹脂
の硬化に必要な時間だけ保持する。加熱加圧の工程で
は、未硬化コンポジットシート１２，１３は一旦低粘度
になるため、空芯コイル１１の間隙およびスリット部２
３の間隙が埋められ、かつ、一体化したコンポジット磁
性体Ａ１４となる。内周端子１５と外周端子１６はそれ
ぞれ引き出し端子１８に接続されて磁性素子が完成す
る。

【００３４】コイルの形状は、丸線、平角線、箔状線な
ど、構造と用途、必要とされるインダクタンス値や抵抗
値に応じて選択すればよい。導体の材質は、低抵抗が望
ましいので、銅または銀が好ましく、通常は特に銅が好
ましい。またその表面は絶縁性樹脂で被覆されているこ
とが望ましい。

【００３５】磁性部材Ａは、金属磁性体粉末と熱硬化性
樹脂との混合物であるが、これに用いる磁性粉末は、高
透磁率で高飽和磁束密度が望ましい。具体的には、Ｆｅ
−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｎｉ系合金等の金属粉末が
使用できる。粉末の粒子径としては５〜１００μｍが望
ましい。粒径が小さすぎると、樹脂との混合比を高くし
難く、また大きすぎると厚さの薄いものとした時の強度
が低下しやすいためである。金属粉末を用いるため、樹
脂との混合のみでは、絶縁性が十分ではない場合があ
る。その場合には、粉末表面に絶縁性皮膜を形成してお
くことが望ましい。この場合、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ等のＡ
ｌを含む金属粉末を用いると、空気中で加熱処理するこ
とで、その表面に容易に酸化アルミニウムを主成分とす
る絶縁皮膜を形成できる。なお、この時の酸化皮膜の厚
さは、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましい。薄すぎる
と絶縁抵抗が低くなり、厚すぎると透磁率が低くなる。

【００３６】熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂などが使用できる。また、金属磁性粉体と
の分散性を改善するために、分散剤を微量添加してもよ
く、適宜、可塑剤や溶剤を添加してもよい。

【００３７】これら磁性粉末と樹脂の混合比は、磁性粉
末が多くなるほど磁性部材Ａの透磁率が高くなる。ま
た、飽和磁束密度は、金属磁性粉末自体が有する飽和磁
束密度に、その体積分率を掛けたものとなる。例えば、
飽和磁束密度が１テスラである、センダスト（Ｆｅ−Ａ
ｌ−Ｓｉ）粉末を用い、その体積分率が５０％である
と、得られる磁性部材の飽和磁束密度は０．５テスラと
なる。しかしながら、この効果は飽和し、逆に樹脂が少
なくなりすぎると、未硬化状態での成形性が低下し、導
体コイルを埋め込みにくくなる、硬化後の強度が低下す
る等の欠点が生じる。このため、磁性体粉末５０〜７０
体積％と、熱硬化製樹脂５０〜３０体積％との混合物と
することが好ましい。

【００３８】なお、ペーストを用いる製法を採用する場
合、溶剤を含むと硬化中に気孔が残りやすいので無溶剤
系とするほうがよい。また、スラリーを用いる製法を採
用する場合、シート成形するために若干の溶剤を含んで
いることが望ましい。この溶剤は、シート乾燥時に大部
分が蒸発し、残ったものも成型時に加圧すれば気孔発生
を抑制できる。

【００３９】磁性部材Ｂには、透磁率が高く、飽和磁束
密度が大きく、かつ、高周波特性に優れた材料が好まし
い。実際に使用可能な材料としては、ＭｎＺｎフェライ
ト、ＮｉＺｎフェライト等のフェライト焼結体、Ｆｅ−
Ｓｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等の金属磁性粉末
をシリコーン樹脂やガラス等の結着剤で固めて緻密化し
たダストコア（圧粉磁性体）が挙げられる。このうちフ
ェライト焼結体は、透磁率が高く、高周波特性に優れ、
低コストでもあるが、飽和磁束密度は低い。ダストコア
は飽和磁束密度が高く、高周波特性もある程度は確保で
きるが、透磁率は低い。これらの材料は用途に応じて選
択すればよいが、磁性部材Ｂはインダクタの外面を構成
することがあるために電気抵抗率が高いことが望まし
く、この点からはダストコアよりもフェライトが好まし
い。なお、１つのインダクタで、２種類以上の磁性部材
Ｂ、たとえばＮｉＺｎフェライト焼結体とダストコアと
を組み合わせて用いてもよい。

【００４０】磁性部材Ａ，Ｂの組み合わせについては、
両者の飽和磁束密度が共に高く、かつほぼ等しい値とな
ることが望ましい。これは、片方の飽和磁束密度が低い
と、その部材のみが先に磁気飽和してしまい、直流重畳
特性が劣化するためである。

【００４１】図４の構造では、薄型化のために平面コイ
ルを用いるのでターン数を増やしにくい。このような場
合は、少ないターン数でインダクタンス値を大きくとる
ためには、実効透磁率を高めにする必要があり、より透
磁率の高い磁性部材Ｂ中の磁路長Ｌｂを、透磁率の低い
磁性部材Ａ中の磁路長Ｌａよりも長くする必要がある。
この構造では、Ｌａは２枚磁性部材Ｂの間隔で決定され
るため、この間隔は５００μｍ以下、さらに３００μｍ
以下が好ましい。このように狭い間隔に挟まれるコイル
導体は箔状体を用いることが好ましい。

【００４２】以上のように、従来よりも高透磁率、高飽
和磁束密度な新材料を用いずに、得られるインダクタン
ス素子の特性を従来よりも改善できる。この理由は、
Ａ、Ｂ２種の異なる特性の磁性部材を組み合わせ、かつ
用いる磁性体の種類を限定することによって、 （１）実効透磁率の最適化が可能である （２）磁性部材ＡとＢの飽和磁束密度をほぼ等しい値と
することによって、どちらか一方の磁性体が先に飽和
し、特性劣化してしまうのを防いでいる （３）磁性部材Ａ中に導体コイルが埋め込まれている点
が挙げられる。（１）と（２）によって、使用条件に合
わせた最適化がなされ、（３）によって、従来無駄とな
っていた、コイルと磁性部材との間隔が、磁性体として
使用され、これによって実質上磁路断面積が増加するこ
とになったからと考えられる。

【００４３】

【実施例】以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。

【００４４】（実施例１）まず、磁性部材Ａとなる未硬
化コンポジットシートの作製方法を述べる。センダスト
合金組成である、Ｆｅ８５重量％、Ｓｉ９重量％、Ａｌ
６重量％のアトマイズ粉（平均粒径２５μｍ）とエポキ
シ樹脂を（表１）に従って秤量した。

【００４５】 （表１） ―――――――――――――――――――――――――――― シート 磁性粉 エポキシ樹脂 磁性粉 記号 (wt％) (固形分：wt％) (vol.％) ―――――――――――――――――――――――――――― ａ ８２.０ １８.０ ４４ ｂ ８５.０ １５.０ ５０ ｃ ９０.０ １０.０ ６１ ｄ ９１.５ ８.５ ６５ ｅ ９３.０ ７.０ ７０ ――――――――――――――――――――――――――――

【００４６】エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型樹脂
をメチルエチルケトンを溶媒として固形分が７０重量％
の溶液としたものを用い、粘度を調整するためメチルエ
チルケトンを加えた。表１にはセンダスト合金の比重を
６．９とし、エポキシの比重を１．２としたときの磁性
粉体の体積％を併せて示した。秤量した磁性粉体とエポ
キシ樹脂溶液をポリエチレン容器に入れ、容器が自公転
する混合器内で５分間混合してスラリーを作製した。得
られたスラリーを、表面をシリコーン離形処理したポリ
エチレンテレフタレートフィルム上にドクターブレード
を用いてシート成形し、５０〜１００℃で乾燥させ、未
硬化コンポジットシートとした。磁性粉体の体積％を７
０％超とすると粘度が高く、シート成形できなかった。

【００４７】このシートを一辺が１２mmの正方形に切断
した。２枚のシートの一方には、パンチングにより直径
１．５mmの孔を開けた。

【００４８】（表１）のｄ組成のコンポジットシートを
リング状に切り出し、室温で加圧して成形し、１５０℃
で１時間硬化させた試料と、１５０℃で１５分間加熱加
圧し、さらにプレスから取り出し後１５０℃で１時間熱
処理した試料を作製し、それぞれトロイダルコイルにし
て比透磁率を測定した。室温で加圧した試料の比透磁率
は１５であり、加熱加圧した試料では２２となった。

【００４９】一方、コイルとして、直径０．８５mmの銅
線を角形スパイラル状に４．５ターン巻いたものを準備
した。コイルは、外形の一辺が約１０mm、隣接する銅線
が密着しないよう形成した。このコイルの直流抵抗は約
３mΩであった。

【００５０】次に、一辺が１２mmの正方形板形状を有す
る第１の磁性部材と、同形で開口部を設けた第２の磁性
部材とを準備した。これらの磁性部材は、センダスト合
金にシリコーン樹脂を３重量％添加し加熱加圧により得
られたダストコア、あるいは４９Ｆｅ₂Ｏ₃−３０ＺｎＯ
−１０ＮｉＯ−１１ＣｕＯで表される組成のフェライト
焼結体とした。

【００５１】図１１に示すように、下金型３４の底部に
第１の磁性部材２１を置き、その上に未硬化コンポジッ
トシート、空芯コイル１１、別の未硬化コンポジットシ
ートの順に重ねて置いた。図１１では、未硬化コンポジ
ットシートは図示を省略している。なお、空芯コイルの
内周端子は上方の未硬化コンポジットシートのパンチ孔
に通した後、外周端子と反対方向に折り曲げ、中金型３
２の空間３３に設置した。

【００５２】さらに、第２の磁性部材２２をこれらの上
に重ねる。このとき、曲げ加工された内周端子は第２の
磁性部材に開けられたスリットに収納する。その後、上
金型３１、中金型３２および下金型３４間に設置した上
記各部材を、１５０℃、５００ｋｇ／ｃｍ²の条件で１
５分間加熱加圧することにより、未硬化コンポジットシ
ートを流動化させ、空芯コイルの間隙、コイルと第１お
よび第２の磁性部材との間隙、スリット部と内周端子の
間隙に流れ込ませ、かつ、両磁性体を接着して全体を一
体とした。金型から取り出した後、１５０℃で１時間熱
処理を行い、エポキシ樹脂の熱硬化を充分進行させた。
さらに、外周端子と内周端子はそれぞれ引き出し端子に
接続して、チョークコイルとした。

【００５３】作製したチョークコイルの平板状磁性体の
材質と厚み、および得られたチョークコイルのインダク
タンス（Ｌ）を１００ｋＨｚにて測定した。また、直流
重畳電流の変化率を０Ａおよび１６Ａの直流重畳電流下
にて測定した。結果を（表２）に示す。

【００５４】 （表２） ―――――――――――――――――――――――――――――――― 磁性部材Ｂ 厚さ Ｌ 直流重畳 No. シート記号 変化 材質 厚さ(mm) (mm) (μH) (％) ―――――――――――――――――――――――――――――――― １ ａ ダストコア ０.９ ３.１ ０.６５ −２８ ２ ｂ ダストコア ０.９ ３.１ １.３ −３４ ３ ｃ ダストコア ０.９ ３.１ １.５ −３３ ４ ｄ ダストコア ０.９ ３.１ １.６ −３６ ５ ｄ ダストコア ０.６５ ２.５ １.２ −３６ ６ ｄ ダストコア ０.５ ２.３ ０.９２ −３４ ７ ｄ ダストコア ０.３ ２.０ ０.８４ −３４ ８ ｅ ダストコア ０.９ ３.１ １.４ −３３ ９ ｄ フェライト ０.５ ２.５ １.８ −４９ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００５５】（表２）から明らかなように、磁性粉の含
有量の少ないａシートを用いた場合のみ、Ｌ値が小さか
ったが、それ以外では薄型のチョークコイルが得られる
ことが示された。

【００５６】（実施例２）（表１）のｃ組成となるよう
センダスト合金粉末とエポキシ樹脂を秤量して混錬し、
コンポジットペーストを作製した。次に実施例１と同様
の方法で、コンポジットシートのかわりにペーストを用
い、素子の全厚が３．０ｍｍとなるように、金型中に、
第１の磁性部材、適量のコンポジットペースト、コイ
ル、適量のコンポジットペースト、第２の磁性部材の順
で入れ、そのまま無加圧で１２５℃で３０分間加熱し
た。金型から取り出し、引き出し端子を接続して、チョ
ークコイルとした。完成したチョークコイルのＬ値は
１．２μＨで、直流重畳低下率は−３１％であり、Ｌ値
が（表２）のものより若干低かったが、ほぼ同等のもの
が得られた。

【００５７】（実施例３）実施例１と同様に、センダス
ト組成のアトマイズ粉末（平均粒径３０μｍ）を用意
し、これを空気中で７５０℃で１時間熱処理して、その
表面に絶縁酸化皮膜を形成した。この粉末に、実施例１
と同じ比率により、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
と、硬化剤少量とを加え、混合器内で５分間混合して、
磁性粉末含有ペーストを作製した。

【００５８】次にドラム状のＮｉＺｎフェライトコアを
磁性部材として用意した。このコアは、上下の円板を円
柱でつなぐ構造をとっており、円板の直径８ｍｍ、厚さ
０．８ｍｍ、円柱の直径２．５ｍｍ、全体の厚さ３ｍｍ
である。このコアに、０．５ｍｍ径の被覆銅線を用いて
巻き線を５ターン施した。

【００５９】次に、このドラムコアを、側面にペースト
注入用の小穴の開いた、ほぼ同一直径の円筒形容器に入
れ、ペースト注入穴より、磁性粉末含有ペーストを注入
し、１５０℃で１５分間加熱することによって、ペース
トを硬化させ、コンボジット磁性体とした。

【００６０】比較のため、コンポジット磁性体を用いな
い、ドラムコアに巻き線を施しただけの素子も作製し
た。得られたインダクタのＬ値を、１００ｋＨｚにて、
直流重畳電流０Ａ、および４Ａで測定したところ、本発
明のインダクタでは、それぞれ２．２μＨ、１．７μＨ
であったのに対し、比較例のインダクタでは、１．３μ
Ｈ、１．２μＨと小さかった。なお、上記コンポジット
磁性体における磁性体粉末の体積分率は約５７％であっ
た（以下の実施例においても同様）。

【００６１】（実施例４）図１２に示すように、平角導
体をソレノイド状に巻き、絶縁被覆処理を施したエッジ
ワイズコイル４３を用意した。このコイルは外径１１ｍ
ｍ、内径６ｍｍ、高さ２ｍｍで、ターン数は５とした。
また、磁性部材Ｂとして、このコイルが丁度収納できる
ようにリング状の空間を設けたＭｎＺｎフェライトコア
４２を用意した。コアは外形が１２×１２×３ｍｍで、
中心柱は５ｍｍ径、底部の厚さは０．７ｍｍとした。コ
イル４３をコア４２に挿入した後、残りの空隙を、実施
例１と同じ磁性粉末ペーストで充填した。この時、コイ
ルの上面は、完全に磁性粉末ペースト中に埋没されて、
見えない状態とし、コイルの足部は、図１２のコア右側
の切り欠き部４４より外部へ取り出した。

【００６２】このコイルと磁性ペーストを充填したコア
を１６０℃で加熱して、ペーストを硬化させて磁性部材
Ａとし、図２と同様の構造を有する１２×１２×３ｍｍ
のインダクタとした。比較のため、磁性粉末を含まない
ペーストを用いて、同様のものを作製した。得られたイ
ンダクタのＬ値を、１００ＫＨｚにて、直流重畳電流０
Ａ、および１４Ａで測定したところ、本発明のインダク
タでは、それぞれ１．５μＨ、１．２μＨであったのに
対し、比較例のインダクタでは、０．５μＨ、０．４μ
Ｈと小さかった。

【００６３】（実施例５）実施例１と同様の方法で、セ
ンダスト組成のアトマイズ粉末（平均粒径１０μm）を
用意した。この粉末に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂と、溶媒として少量のメチルエチルケトンを加え、混
合器内で５分間混合して、磁性粉末含有ペーストを作製
した。

【００６４】厚さ５０μｍの銅箔よりなり、外径８ｍ
ｍ、内径６ｍｍの１ターンの平面コイルを用意した。ま
た磁性部材Ｂとして、１０ｍｍ角で厚さ０．８ｍｍの板
状ＮｉＺｎフェライトコアを２枚用意した。このフェラ
イト板の１枚の片面に、磁性粉末含有ペーストを薄く塗
り、その上に平面コイルを置き、その上から、もう１枚
のフェライト板を置いて、２枚のフェライト板の間に、
平面コイルとペーストが挟まれる形とした。この状態
で、５０ｋｇ/ｃｍ²の圧力で加圧しながら、１６０℃で
加熱して、ペーストを硬化させて磁性部材Ａとし、図４
と同様の構造を有するインダクタとした。比較のため、
磁性粉末を含まないペーストを用いて、同様のものを作
製した。得られたインダクタのＬ値を、１００ｋＨｚに
て、直流重畳電流０Ａおよび４Ａで測定したところ、本
発明のインダクタでは、それぞれ１．２μＨ、１．０μ
Ｈであったのに対し、比較例のインダクタでは、０．４
μＨ、０．４μＨと小さかった。

【００６５】（実施例６）実施例１と同様の方法で、セ
ンダスト組成のアトマイズ粉末を含む約０．３ｍｍ厚の
未硬化コンポジットシートを作製し、７×７ｍｍのサイ
ズに切断した。次に、磁性部材Ｂとして、パーマロイ
（Ｆｅ−Ｎｉ）組成のダストコアを用意し、これを５×
７×１．５ｍｍのサイズに切断した。このコアの周囲
に、表面を絶縁被覆した直径０．５mmの銅線を、角形ソ
レノイド状に１０ターン巻いた。また第２の磁性部材と
して、７×７×０．７ｍｍの板状ＮｉＺｎフェライト焼
結体を用意した。

【００６６】次に、一辺７ｍｍの正方形の開口部と、巻
き線取り出しのための２ヶ所の開口部を有する金型内
に、フェライト焼結体を入れ、その上に、未硬化コンポ
ジットシートを１枚敷き、その上に巻き線を施した磁性
部材を置き、その上に未硬化シートを３枚敷いた。この
状態で、１５０℃、２００ｋｇ/ｃｍ²の温度、圧力条件
で１５分間加熱圧縮した。この時、エポキシ樹脂は温度
が上がるとともに一旦粘度低下し、加熱しながら加圧す
ることにより、未硬化シート中の気孔が排出され磁性体
粉の充填密度が高くなると共に、磁性粉体とエポキシ樹
脂の混合物が流動化してコイルの間隙を埋める。この工
程の後半にはエポキシ樹脂が熱硬化してコンポジット磁
性体となり、２種類の磁性部材とコイルとコンポジット
磁性体（磁性部材Ａ）が一体成形される。金型から取り
出した後、１５０℃で１時間熱処理を行い、エポキシ樹
脂の熱硬化を充分進行させ、７×７×３．５ｍｍサイズ
のインダクタとした。

【００６７】比較のため、磁性粉末を含まないペースト
を用いて、同様のものを作製した。得られたインダクタ
のＬ値を、１００ＫＨｚにて、直流重畳電流０Ａ、およ
び４Ａで測定したところ、本発明のインダクタでは、そ
れぞれ４．３μＨ、３．５μＨであったのに対し、比較
例のインダクタでは、１．７μＨ、１．７μＨと小さか
った。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属磁性体粉末５０〜７０体積％および熱硬化性樹脂５
０〜３０体積％を含むコンポジット磁性部材Ａと、フェ
ライト焼結体または金属磁性粉末の圧粉磁性体である磁
性部材Ｂと、コイルとを含み、このコイルの配置によっ
て決定される磁路が、磁性部材Ａと磁性部材Ｂとを直列
に経由し、かつコイルが磁性部材Ａ中に埋設された素子
とすることにより、各種電子機器の大電流用途に適する
インダクタ、チョークコイル、トランス等の磁性素子を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の磁性素子の一形態の断面図である。

【図２】 本発明の磁性素子の別の一形態の断面図であ
る。

【図３】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図４】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図５】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図６】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図７】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図８】 本発明の磁性素子のまた別の一形態の断面図
である。

【図９】 本発明の磁性素子の一形態の分解斜視図であ
る。

【図１０】 図９に示した磁性素子の断面図である。

【図１１】 本発明の磁性素子の製造方法の例の一工程
を説明するための斜視図である。

【図１２】 本発明の磁性素子の製造方法の別の例の一
工程を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１ 磁性部材Ａ ２ａ，２ｂ，２ｃ 磁性部材Ｂ ３ コイル １１ 空芯コイル １２，１３ 未硬化コンポジットシート １４ コンポジット磁性体 １５ 内周端子 １６ 外周端子 １８ 引き出し端子 ２１，２２ 磁性部材Ｂ ３１，３２，３４ 金型 ４２ ＭｎＺｎフェライトコア ４３ エッジワイズコイル

フロントページの続き (72)発明者 中谷 誠一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 朝日 俊行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平野 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E041 AA03 BB05 5E070 AA01 AB01 BA06 BA11 BA14 BB01 CA13 CA16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属磁性体粉末５０〜７０体積％および
   熱硬化性樹脂５０〜３０体積％を含むコンポジット磁性
   部材Ａと、フェライト焼結体または金属磁性粉末の圧粉
   磁性体である磁性部材Ｂと、コイルとを含み、前記コイ
   ルの配置によって決定される磁路が、前記磁性部材Ａと
   前記磁性部材Ｂとを直列に経由しており、かつ前記コイ
   ルが前記磁性部材Ａ中に埋設されていることを特徴とす
   る磁性素子。
2. 【請求項２】 コイルの間隙が磁性部材Ａで充填されて
   いる請求項１記載の磁性素子。
3. 【請求項３】 コイルが磁性部材Ｂの周囲に巻かれてい
   る請求項１記載の磁性素子。
4. 【請求項４】 コイルを埋設する磁性部材Ａの外側に、
   磁性部材Ｂが配置されている請求項１記載の磁性素子。
5. 【請求項５】 複数の板状の磁性部材Ｂを含み、前記複
   数の磁性部材Ｂが５００μｍ以下の間隔で互いに配置さ
   れており、前記間隔にコイルを埋設した磁性部材Ａが配
   置されており、前記コイルが平面状に巻かれた導体から
   なる請求項４記載の磁性素子。
6. 【請求項６】 磁性部材Ａに含まれる金属磁性体粉末の
   表面に、酸化物絶縁層が形成されている請求項１記載の
   磁性素子。
7. 【請求項７】 磁性部材Ａに含まれる金属磁性体粉末
   が、Ｆｅを主成分とし、さらにＡｌを含み、前記金属磁
   性体粉末の表面の酸化物絶縁層が、酸素存在下の熱処理
   によって形成された、酸化アルミニウムを主成分とする
   絶縁層である請求項６記載の磁性素子。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の磁性素子の製造方法で
   あって、 磁性体粉と熱硬化性樹脂とを含むペーストを作製する工
   程と、このペーストをコイルの周辺に充填する工程と、
   加熱を伴う処理により前記熱硬化性樹脂を硬化させて前
   記ペーストを磁性部材Ａとする工程とを含むことを特徴
   とする磁性素子の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の磁性素子の製造方法で
   あって、 磁性体粉と熱硬化性樹脂とを含むスラリーを作製する工
   程と、このスラリーから未硬化コンポジットシートを作
   製する工程と、前記未硬化コンポジットシートをコイル
   の周辺に配置する工程と、加熱および加圧を伴う処理に
   より前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記未硬化コンポジ
   ットシートを磁性部材Ａとする工程とを含むことを特徴
   とする磁性素子の製造方法。