JP2006156714A - 電磁信号伝送装置用コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサー信号を伝送する電磁信号伝送装置に用いるコアについて、簡単な成型装置によって低コストで簡単に製造できるようにする。
【解決手段】 第１の工程では、少なくとも重量比にして１％以下の液状バインダー用合成樹脂と９９％以上の磁性粉末を混合したスラリー状コア材料１３を用意する。第２の工程では、そのスラリー状コア材料１３を所定の成形型１７に入れる。第３の工程では、７０℃の低温加熱雰囲気中でそのスラリー状コア材料１３に４ＭＰａ程度の低い圧力を加えてそれを固化させ、コア５、７を成形する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電磁信号伝送装置用コアの製造方法に係り、例えば、スイッチのオンオフ動作や被検出物の検出等によって得られたセンサー信号を電磁的にリモート伝送する高周波形リモートセンサー装置において、これを構成する電磁信号伝送装置に用いるコア（コア磁心）の製造方法の改良に関する。

従来、被検出物等の接近有無を検出してこれをワイヤレスで電磁的にリモート伝送する高周波形リモートセンサー装置としては、例えば図３に示すような概略構成が知られている。

この高周波形リモートセンサー装置は、出力部３と、これからコイルＬ２、Ｌ１の電磁結合によって供給された第１の高周波信号に基づく駆動電源で動作するセンサー部１とを具備して構成され、センサー部１にてスイッチＳＷで検出されたセンサー信号に基づきその第１の高周波信号とは異なる第２の高周波信号をオン・オフしてこれを電磁的に出力部３へ伝送させ、出力部３にてその第２の高周波信号のオン・オフからそのセンサー信号を検出して発光ダイオードＤなどで出力表示する構成となっている。

このような高周波形リモートセンサー装置では、センサー部１と出力部３の間で電源電力やセンサー信号を電磁的にリモート伝送できる一方、出力部３側から伝送する電源電力を大きくしても、センサー部１からのセンサ信号を確実に出力部３側へ伝送可能となっている。特開平７−３３４７８３号公報（特許文献１）はこの種のものである。

そして、センサー部１と出力部３間における駆動電源やセンサー信号の伝送は、図４に示すような電磁信号伝送装置Ａ、Ｂを用いて行われる。

すなわち、予め、例えば縦断面Ｅ型に成形加工されたフェライト磁心や圧粉磁心からなるコア５、７内の突柱５ａ、７ａの周りに、導線をリング筒状に巻いたコイルＬ１、Ｌ２をはめ込み、合成樹脂でカップ状に成形した本体ケース９、１１内底に対し、そのコア５、７の突柱５ａ、７ａ先端やコイルＬ１、Ｌ２が対面するようにそのコア５、７を収納固定して構成されたものである。

図４中の符号Ｌ１ａ、Ｌ２ａはコイルＬ１、Ｌ２から延びる外部接続用のリード線である。

電磁信号伝送装置Ａを構成するコア５、コイルＬ１および本体ケース９と、電磁信号伝送装置Ｂを構成するコア７、コイルＬ２および本体ケース１１とは、対をなすものであって同形状又は異なる形状となっており、例えばそれら電磁信号伝送装置Ａ、Ｂは本体ケース９、１１の外底面側、すなわちコイルＬ１、Ｌ２を所定の間隔で対面させて使用される。

従来、それらのコア５、７としては、例えば、アモルファス磁性粉体とエポキシ樹脂などのバインダー用合成樹脂粉体とを混合して加圧成型して製造され、３０〜４０μといった高透磁率で一般的に流通販売される通信用の圧粉磁心が流用されている。

また、それらコア５、７として、金属酸化物粉体と添加物粉体とを混合して加圧成型・焼成したフェライト磁心が用いられる場合もあり、この場合でも高透磁率で一般的に流通販売される通信用のものが同様に流用されている。

前者の例としては、例えば特開平５−２９９２３２号公報（特許文献２）のように、平均粒径の大きい磁性粉末と小さい磁性粉末とを混合して樹脂成形した樹脂成形磁性材料がある。
特開平７−３３４７８３号 特開平５−２９９２３２号

しかしながら、上述した従来の電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いるコア５、７は、圧粉磁心の場合、アモルファス磁性粉体とバインダー用合成樹脂粉体を９０％と１０％前後の重量比で混合したものを鉄製の成形型に入れ、３００℃〜４００℃の高温雰囲気中で５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの高圧力を加えて成型固化して製造されている。

そのため、高温、高圧に耐える高価な成形型や、高温、高圧下で使用可能な加圧成型装置等の製造設備を必要とし、コア５、７の製造コストの低減が困難となり、電磁信号電送装置Ａ、Ｂのコスト低減を実現できない欠点があった。特に、小数ロットのコア５、７を製造する場合、その欠点が顕著であった。

コア５、７としてフェライト磁心を用いる場合も、金属酸化物粉体と添加物粉体とを９０％と１０％前後の重量比で混合し、１７０℃の雰囲気下で１８ＭＰａの圧力を加えて成形物を作り、その後この成形物を１２００℃の雰囲気下で６０分間熱処理して樹脂分を焼失させる等して製造するから、同様に、高温、高圧に耐える高価な成形型や、高温、高圧下で使用可能な焼成装置等の製造設備を必要とする難点があった。

そこで、本発明者は、高周波形リモートセンサー装置に用いる電磁信号伝送装置Ａ、Ｂについて鋭意観察検討を加えた結果、高周波形リモートセンサー装置の出力部３とセンサー部１間で電源電力やセンサ信号を電磁的に伝送するには、電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いるコア５、７は、組成が緻密で透磁率が高く、しかも耐久性の良好な従来の圧粉磁心やフェライト磁心を用いる必要がない点に気づき、本発明を完成させた。

本発明はこのような状況の下になされたもので、高周波形リモートセンサー装置を構成する電磁信号伝送装置に用いるコアにおいて、電磁信号の実用的な伝送の確保が可能で、簡単な成型装置によってその形成が可能で、小数ロットでも安価、簡単に製造できる方法の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明は、コイルの周囲に所定の形状に成形されたコアを配置し、センサー信号に基づく高周波電気信号をそのコイルに印加して外部へ電磁信号を送出するか又は外来する電磁信号を当該コイルで高周波電気信号に変換して上記センサー信号を伝送する電磁信号伝送装置に用いるそのコアの製造方法であり、少なくとも重量比にして１％以下のバインダー用合成樹脂と９９％以上の磁性粉末を混合したコア材料を用意する第１の工程と、そのコア材料を所定の成形型に入れる第２の工程と、常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中でその成形型内のそのコア材料に低い圧力を加えてそれを固化させ上記コアを成形する第３の工程とを具備している。

そして、本発明では、上記第３の工程におけるその低い圧力として、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの範囲で選定可能である。

また、本発明では、上記第１の工程を、バインダー用合成樹脂として液状合成樹脂を用いてスラリー状の上記コア材料を用意する工程とすることが可能である。

さらに、本発明では、上記低温加熱雰囲気中で変形し難い合成樹脂から上記成形型を形成することが可能である。

そのような本発明に係るコアの製造方法では、少なくとも重量比にして１％以下のバインダー用合成樹脂と９９％以上の磁性粉末を混合したコア材料を用意し、そのコア材料を所定の成形型に入れ、常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で低い圧力を加えてそのコア材料を固化させて上記コアを成形するから、高温、高圧用の成形型や、高温、高圧下で使用可能で、複雑かつ高価な加圧成型装置、焼成装置等の製造設備が不要となり、簡単な成型装置によって小数ロットでも安価、簡単に製造できるし、そのようなコアを用いても電磁信号の実用的伝送の確保が可能である。

そして、上記第３の工程における低い圧力を、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの範囲で選定すれば、より簡単、安価な成形型の使用が可能となり、確実に安価、簡単に製造できる。

さらに、本発明では、上記第１の工程を、バインダー用合成樹脂として液状合成樹脂を用いてスラリー状の上記コア材料を用意する工程とすることにより、コア材料がある程度の塊となり易くて、その取扱いが容易となる。

また、上記低温加熱雰囲気中で変形し難い合成樹脂から上記成形型を形成する方法では、より簡単、安価な成形型を用いることが可能となり、より一層安価かつ簡単に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。

図１は、本発明に係る電磁信号伝送装置用コアの製造方法の実施の形態を示す概略工程図である。

まず、図１Ａに示すように、上述したコア５、７の元となるコア材料１３を用意する（第１の工程）。図中符号１５は容器である。

このコア材料１３は、少なくとも、重量比にして１％以下の液状バインダー合成樹脂と９９％以上の磁性粉末を容器１５内で３分間程度、均一になるよう混合練成してスラリー状（粘土状）コア材料にしたものである。

なお、目的に応じてバインダー合成樹脂および磁性粉末以外の粉末材料を少量混入させることは差し支えない。

磁性粉末としては、例えば所望の使用周波数が１００ＫＨｚより高いときは平均粒径４５μｍ程度で、周波数が低いときは１５０μｍ程度のアモルファス軟磁性材料が好適する。

バインダー合成樹脂は、液状エポキシ合成樹脂や、更に、エポキシ合成樹脂粉末を例えばメチルエチルケトン（ＭＥＫ）のような溶剤に入れたものである。

一方、コア材料１３を入れる所定の成形型１７を用意し、コア材料を成形型１７内に充填する（第２の工程）。

この成形型１７は、図１Ｂおよび図２に示すように、金属材料例えばアルミニウムから円筒カップ状に形成されるとともに、その内底部から開口部に向けて同軸状に円筒部１７ａを一体的に立設されて構成されている。円筒部１７ａは、成形型１７の開口部から１／３程度内底に寄って低く形成されている。

成形型１７に入れるコア材料１３の充填量は目的に応じて任意であるが、図１Ｃに示すように、円筒部１７ａの先端が十分隠れ、円筒部１７ａの内外空間部分のコア材料１３が一体化されるように充填する。

その後、図１Ｄのように成形型１７の内側に円板状の加圧板１９をはめ込み、この加圧板１９に３ＭＰａ〜４ＭＰａの圧力を加えてコア材料１３を加圧しながら、約７０℃程度の低温雰囲気中で成形型１７ごと１時間程度放置してコア材料１３を固化させ（第３の工程）、成形型１７から取り出し、同図Ｅのようにコア５、７を得る。

第３の工程では、加圧しながら７０℃程度の低温雰囲気中で放置する他、加圧した後、低温雰囲気中で放置することも可能である。

このようなコア５、７は、図５に示したように、外形が円筒状で縦断面Ｅ型になっており、コア５、７内の突柱５ａ、７ａの周りに、導線を巻いてリング筒状に形成したコイルＬ１、Ｌ２をはめ込み、カップ状の本体ケース９、１１内底に対し、そのコア５、７の突柱５ａ、７ａ先端やコイルＬ１、Ｌ２が対面するようにそのコア５、７を収納固定して電磁信号伝送装置Ａ、Ｂが構成される点は、従来例と同様である。

このような本発明で製造されたコア５、７は、低温、低圧下で成形固化されたので、従来の圧粉磁心やフェライト磁心に比べて、組成的には密度が低くあまり緻密ではなく、硬くもない。

しかも、コア５、７の透磁率μも７〜８程度であるが、高周波形リモートセンサー装置の出力部３やセンサー部１を構成する電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いても、センサ信号を確実に伝送可能であり、十分実用に供し得る。

さらに、何らかの理由で、コア５、７にヒビが入いるなどして損傷を受けても、センサ信号の伝送を確保できる。

ところで、本発明のコアの製造方法に用いるコア材料１３は、アモルファス軟磁性材料や液状エポキシ合成樹脂材料の組合せに限定されず、コイルＬ１、Ｌ２の磁束集中を向上させることの可能な任意の粉末磁性材料、例えば成分が鉄、シリコン、アルミニウムからなるダスト粉末、更にはフェライト粉末と、低い温度、低い圧力の下でその粉末磁性材料の固化を助けるバインダー用合成樹脂、例えばシリコン樹脂との組合せで実施可能である。

しかも、バインダー用合成樹脂は液状に限らず粉末状でも良いが、液状のものを用いると、コア材料１３がスラリー状すなわち粘土状となって塊となるから、移動や持ち運びに容器などが不要となり、充填作業も容易となる。

また、実用的な透磁率μ（５〜１５）を確保する観点から、バインダー用合成樹脂および粉末磁性材料の平均粒径は、周波数が１００ＫＨｚより高いときは４５μｍで、周波数が低いときは１５０μｍで、重量比にして１％以下の合成樹脂粉末と９９％以上の磁性粉末を混合したものが好ましい。なお、固化確保の観点から０．１％程度は必要であろう。

なお、粉末状磁性材料の個々の粒についてバインダー用合成樹脂でコーティングしたものを、全体の重量比にして１％以下にして用いることも可能である。

さらに、成形に用いる成形型１７も、内底部から同軸状に円筒部１７ａを立設させたカップ状に限定されず、目的の構成に合わせて任意の形状、例えばトロイダル状その他で実施可能である。

そして、成形型１７に入れたコア材料１３に加える圧力も、一定の成形形が保てる圧力であれば良く、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの低い圧力であれば任意である。

また、固化雰囲気温度も７０℃より高ければ固化放置時間が短縮され、例えば１４０℃程度であれば約１０分で実用上差し支えない程度に固化できる。もっとも、１５０℃を超える温度では、使用に好ましくない合成樹脂があったり、成形型１７や固化雰囲気温度を得る装置（図示せず。）に高温対策が必要となり好ましくない。

従って、本発明においてコア材料１３を固化させる低温加熱温度は、常温より高く１５０℃より低い加熱温度が適することとなる。

さらにまた、本発明の製造方法では、１５０℃より低い低温雰囲気中で固化させないから、成形型１７は、上述したように金属材料に限らず、低温加熱雰囲気中で変形し難い耐熱性の合成樹脂、例えば熱硬化型エポキシ樹脂やシリコン樹脂で形成することが可能であり、樹脂製型を用いれば、金属材料の成形型に比べ、より簡単、安価に製造することができる。

さらに、コア材料１３を固化させる第３の工程では、成形型１７に充填したコア材料１３全体を固化させる必要はなく、少なくとも表面すなわち成形型１７に接する面近傍が固化されていれば、実用に供し得る。

本発明に係る製造方法によって製造されたコア５、７を用いる電磁信号伝送装置Ａ、Ｂで構成する高周波形リモートセンサー装置は、例えば上述した図３に示すように、センサー部１および出力部３からなる構成以外で実施可能である。

要は、出力部又はメイン部と、このメイン部から電磁的にワイヤレス伝送された電源信号によって動作して検出センサー信号をその出力部へ電磁的にワイヤレス伝送するセンサー部又はリモート部とを有し、このリモート部からの検出センサー信号を出力部で出力する高周波形リモートセンサー装置に用いて好適する。

本発明に係る電磁信号伝送装置用コアの製造方法の実施の形態を示す概略工程図である。 図１に示す成形型の斜視図である。 本発明の参考となる高周波形リモートセンサー装置を示す概略ブロック回路図である。 図３の電磁信号伝送装置を示す要部縦断面図である。 コアを含む電磁信号伝送装置の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ センサー部
３ 出力部
５、７ コア
５ａ、７ａ 突柱
９、１１ 本体ケース
１３ コア材料（スラリー状コア材料）
１５ 容器
１７ 成形型
１７ａ 円筒部
１９ 加圧板
Ａ、Ｂ 電磁信号伝送装置
Ｄ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｌ１ａ、Ｌ２ａ リード線
ＳＷ スイッチ

Claims (4)

1. コイルの周囲に所定の形状に成形されたコアを配置し、センサー信号に基づく高周波電気信号を前記コイルに印加して外部へ電磁信号を送出するか又は外来する電磁信号を当該コイルで高周波電気信号に変換して前記センサー信号を伝送する電磁信号伝送装置に用いる前記コアの製造方法において、
   少なくとも重量比にして１％以下のバインダー用合成樹脂と９９％以上の磁性粉末を混合したコア材料を用意する第１の工程と、
   前記コア材料を所定の成形型に入れる第２の工程と、
   常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で前記成形型内の前記コア材料に低い圧力を加えてこれを固化させ前記コアを成形する第３の工程と、
   を具備することを特徴とする電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
2. 前記第３の工程における前記低い圧力は、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａである請求項１記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
3. 前記第１の工程は、前記バインダー用合成樹脂として液状合成樹脂を用いてスラリー状の前記コア材料を用意するものである請求項１又は２記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
4. 前記成形型は、前記低温加熱雰囲気中で変形し難い合成樹脂から形成されてなる請求項１〜３のいずれか１項記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。

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