JP2007027790A - 磁心の製造方法および磁性部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁心のより一層の小型・薄型化を図った製造方法を提供する。
【解決手段】磁心４の製造方法は、磁性合金薄帯２の巻回体または積層体からなる磁心本体１の外周面に、厚さが0.02mm以上0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層３を粉末コーティングにより被覆形成する工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は磁心の製造方法と磁性部品の製造方法に関する。

近年、電源回路や通信回路等を始めとする各種の電気・電子部品に用いられる可飽和インダクタ用磁心、チョークコイル用磁心、トランス用磁心等の構成材料として、透磁率が高く、高周波域での損失が小さく、飽和磁束密度が大きい等の特性を有することから、アモルファス磁性合金が多用されるようになってきている。これは、各種の電気・電子機器に対する小型・薄型化の要求が強まっているのに対して、上記したような特性を有するアモルファス磁性合金は従来の磁性材料に比べて、磁性部品の小型・薄型化等を図ることが可能なためである。

上述したようなアモルファス磁性合金で磁性部品を構成する場合、まず薄帯化したアモルファス磁性合金を巻回または積層して磁心を形成し、この磁心に巻線を施して磁性部品を作製することが一般的である。この際、アモルファス磁性合金薄帯は電気伝導性を有することから、磁心の外周面に樹脂コーティングを施したり、あるいは磁心を樹脂ケースに挿入した後に、巻線を施している。

このような従来の磁心、ひいてはそれを用いた磁性部品に対しては、高密度実装等を可能にするために、より一層の小型・薄型化を図ることが求められている。しかしながら、一般的なエポキシ樹脂を用いた従来の樹脂コーティングでは厚さが不均一になりやすく、特に角部にエポキシ樹脂を十分に付着させるためには、全体の厚さを0.5mm程度以上としたコーティングが必要とされている。このように、従来の樹脂コーティングは、磁心ならびに磁性部品の小型・薄型化を阻害している。樹脂ケースを用いた場合には0.5mm程度のケースの厚みに加えて、ケースに挿入する際のクリアランスが必要であることから、さらに大型化してしまう。

一方、電気・電子機器に対する小型・薄型化要求を満足させる上で、上述したような磁性部品等の要素部品自体の小型・薄型化に加えて、要素部品を表面実装化することが行われている。そして、表面実装技術の進歩によって、多くの要素部品の表面実装化が進められているが、インダクタやトランス等の磁性部品に関しては表面実装対応が十分に進んでおらず、これが要素部品の表面実装化による電気・電子機器の小型・薄型化を妨げている。また、磁性部品の表面実装対応を単に図っても、上記したように磁心や磁性部品自体の小型・薄型化を達成しないことには、表面実装化に伴う電気・電子機器の小型・薄型化効果を十分に得ることはできない。

上述したように、従来のアモルファス磁性合金薄帯等を用いた磁心、並びにそれを用いた磁性部品においては、絶縁被覆として用いられている樹脂コーティングや樹脂ケースが磁心の小型・薄型化を阻害している。また、従来の磁性部品は表面実装化への対応が十分に進められておらず、電気・電子機器の小型・薄型化を妨げている。このようなことから、磁心およびそれを用いた磁性部品、ひいてはそれらを用いた電気・電子機器の小型・薄型化を図る上で、磁心本来の形状からの形状増大を抑制した絶縁被覆が求められており、また表面実装技術への対応を図った磁性部品が求められている。

本発明はこのような課題に対処してなされたもので、磁心および磁性部品のより一層の小型・薄型化を図ることを可能にした磁心の製造方法および磁性部品の製造方法を提供することを目的としており、さらには表面実装への対応を図った磁性部品の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る磁心の製造方法は、磁性合金薄帯の巻回体または積層体からなる磁心本体の外周面に、厚さが0.02mm以上0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層を粉末コーティングにより被覆形成する工程を具備することを特徴としている。

本発明の他の態様に係る磁性部品の製造方法は、磁性合金薄帯の巻回体または積層体からなる磁心本体の外周面に、厚さが0.02mm以上0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層を粉末コーティングにより被覆形成して、磁心を作製する工程と、前記磁心による磁気路と略直交するように電流路を設ける工程とを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係る磁心の製造方法によれば、絶縁被覆による磁心本来の形状からの形状増大を抑制することができる。従って、そのような磁心を用いることによって、小型・薄型化を図った磁性部品を提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による製造方法を適用して作製した磁心の構成を示す断面図である。同図において、１は磁性合金薄帯２の巻回体からなる磁心本体である。この磁心本体１を構成する磁性合金薄帯２としては、特にＣｏ基やＦｅ基のアモルファス磁性合金薄帯、微細結晶粒を有するＦｅ基軟磁性合金（以下、Ｆｅ基微結晶合金と記す）薄帯等を用いることが好ましい。

上記したアモルファス磁性合金薄帯としては、例えば
一般式：（Ｍ_1-aＭ′_a）_100-bＸ_b
（式中、ＭはＦｅおよびＣｏから選ばれる少なくとも1種の元素を、Ｍ′はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等から選ばれる少なくとも1種の元素を、ＸはＢ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ等から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ａ、ｂはそれぞれ0≦ａ≦0.15、10≦ｂ≦35を満足する数である）
で組成が実質的に表されるもの等が例示される。

また、Ｆｅ基微細結晶合金薄帯としては、
一般式：Ｆｅ_{100-c-d-e-f-g-h}Ａ_cＤ_dＥ_eＳｉ_fＢ_gＺ_h
（式中、ＡはＣｕおよびＡｕから選ばれる少なくとも1種の元素を、Ｄは４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素および希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素を、ＥはＭｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎおよび白金族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を、ＺはＣ、ＮおよびＰから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇおよびｈは0≦ｃ≦8、0.1≦ｄ≦15、0≦ｅ≦10、0≦ｆ≦25、1≦ｇ≦12、0≦ｈ≦10、1≦ｆ+ｇ+ｈ≦30の各式を満足する数である。ただし、上記式中の全ての数字はat％を示す）
で組成が実質的に表され、平均粒径が例えば50nm以下の微細結晶粒を有するものが挙げられる。

上述したようなアモルファス磁性合金薄帯やＦｅ基微細結晶合金薄帯の組成は、この実施形態の磁心４を用いて構成する磁性部品の使用用途に応じて適宜選択するものとする。例えば、フィルタ用、共振用、マグアンプ用等のインダクタンスコイル（可飽和インダクタ）に適用する場合には、高角形比のＣｏ基アモルファス磁性合金を用いることが好ましい。また、磁心４をチョークコイルやトランス等の構成部品として用いる場合には、直流重畳特性に優れるＦｅ基アモルファス磁性合金を用いることが好ましい。

なお、本発明においては、磁性合金薄帯２として必ずしもパーマロイやセンダスト等の結晶質磁性合金薄帯の使用を除くものではないが、磁性部品の小型・薄型化を達成する上で、上記したようなアモルファス磁性合金薄帯やＦｅ基微結晶合金薄帯（特にアモルファス磁性合金薄帯）を使用することが好ましい。

上述したような磁性合金薄帯２の巻回体からなる磁心本体１の外周面には、フッ素系樹脂からなる絶縁被覆層３が粉体コーティングにより被覆形成されており、これらにより磁心４が構成されている。絶縁被覆層３はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素系樹脂からなるものであり、その厚さは0.2mm以下とされている。絶縁被覆層３の形成工程はフッ素系樹脂を粉体コーティングで被覆形成する。ＰＴＦＥ粉末等のフッ素系樹脂粉末を用いた粉体コーティングを適用することによって、0.2mm以下と絶縁被覆層３の厚さを薄くした場合においても、磁心本体１の外周面全体を均一に被覆することができる。絶縁被覆層３の厚さは0.02mm以上とすることが好ましい。

このようなフッ素系樹脂からなる厚さ0.2mm以下の絶縁被覆層３を用いた磁心４によれば、磁心本体１の形状が同一であれば従来のエポキシ樹脂によるコーティング磁心に比べて、磁心４の外形の小型化および厚みの薄型化、さらには放熱性の向上等を達成することができる。また、磁心本体１の空芯部（空洞部）１ａの大径化に繋がるため、巻線量を増大することができる。さらに、フッ素系樹脂は従来のエポキシ樹脂に比べて耐熱性に優れと共に、磁心本体１に加わる応力を小さくすることができることから、磁心４の磁気特性の向上を図ることが可能となる。また、不良の発生率も削減することができる。

ここで、アモルファス磁性合金薄帯を巻回して作製した外径4mm×内径2mm×高さ6mmの磁心本体を用いて、この磁心本体の外周面にＰＴＦＥ粉末を用いた粉体コーティングで絶縁被覆層を形成した磁心（実施例１）、また本発明との比較例としてエポキシ樹脂でコーティングした磁心（比較例１）および樹脂ケースで絶縁した磁心（比較例２）をそれぞれ作製し、それぞれの外形を比較した。実施例１および比較例１のコーティングは、いずれも磁心本体の外周面が全て覆われるように実施した。

表１から明らかなように、この実施形態の磁心によれば従来のエポキシコーティングやケースに比べて、磁心外形の小型化、内径の大型化、および厚みの薄型化を図ることができる。また、ＰＴＦＥコーティングからなる絶縁被覆層の厚さが0.02mm未満になると、絶縁性が不足する場合があることが分かった。

図１は磁性合金薄帯２の巻回体からなる磁心本体１の外周面を、厚さ 0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層３で被覆した磁心４を示したが、磁性合金薄帯の積層体からなる磁心本体の外周面に同様な絶縁被覆層を被覆形成した磁心によっても、同様な効果を得ることができる。また、磁性合金薄帯の積層体からなる磁心本体を用いた磁心は、磁性合金薄帯２の巻回体からなる磁心本体１を用いた磁心４に比べて製造工程が多少繁雑となるものの、薄型化に適しているため、後述する磁性部品を表面実装部品に適用する場合に好適である。

また、図１は本発明を偏平型（外形／厚さ＞1）のトロイダル形状を有する磁心４に適用した場合を示したが、例えば図２に示すように、長尺型（外形／厚さ≦1）のトロイダル形状を有する磁心５に対しても、本発明の製造方法を適用することが可能であることは言うまでもない。

図１や図２に示すトロイダル形状を有する磁心４、５は、絶縁被覆層３上に巻線を施す等して、磁心本体１による磁気路と略直交するように電流路を設けることによって、インダクタやトランス等の磁性部品として使用される。このような磁性部品は、フィルタ用（フィルタ回路やノイズ抑制素子）、共振用（発振回路や同調回路）、マグアンプ用等のインダクタンスコイル、チョークコイル、電源用や発振用のトランス、通信回路用パルストランス等として使用される。この実施形態による磁性部品によれば、上述した磁心４、５の小型・薄型化に基いて、インダクタンスコイル、チョークコイル、トランス等の小型・薄型化を達成することが可能となる。

ここで、図１や図２に示すトロイダル形状の磁心４、５に対する巻線（電流路）は、通常の磁性部品と同様に、銅線等の導線を巻回して形成してもよいが、図１や図２に示すトロイダル形状の磁心４、５を用いた磁性部品を、表面実装部品として使用する場合には、例えば図３および図４に示す構造や図５、図６に示す構造を採用することが好ましい。図３および図４に示す磁性部品１０は、磁心４が実装された基板１１の裏面側の導体回路１２と、磁心４による磁気路を跨ぐように基板１１に装着され、上記裏面側の導体回路１２と電気的に接続された平板状導体１３とによって、電流路すなわち通常のコイルにおける巻線を構成している。

すなわち、裏面側に所定の導体回路１２が形成された基板１１上に、偏平型（外形／厚さ＞1）のトロイダル形状を有する磁心４を直接実装し、この磁心４に対してその磁気路を跨ぐように断面コ字状とした平板状導体１３を被せる。断面コ字状の平板状導体１３は、その両端部に接続部１３ａをそれぞれ有しており、これら接続部１３ａが裏面側に達するように基板１１に装着し、これら接続部１３ａと導体回路１２とを半田付け等で電気的に接続する。導体回路１２と平板状導体１３とは、導体回路１２の入・出力端１２ａ、１２ｂに対して直列となるように接続する。

上記したように、偏平型トロイダル形状の磁心４に対して、導体回路１２と平板状導体１３とで電流路を構成する、すなわち巻線を施すことによって、一般的な銅線等を巻き付けて巻線を施したコイルに比べて、表面実装が極めて容易となるだけでなく、コイル自体の薄型化を図ることができる。また、偏平型トロイダル形状の磁心４自体は、小型・薄型化を達成したものであるため、磁性部品１０によれば小型・薄型化および表面実装への対応を図ることができる。このような磁性部品１０は、特に2〜20A程度の比較的大きな電流を流すチョークコイルや可飽和リアクトル等に対して有効である。

図５に示す磁性部品２０は、長尺型（外形／厚さ≦1）のトロイダル形状を有する磁心５の空芯部１ａに導体２１を挿通して、磁心本体１による磁気路と略直交する電流路を設けている。導体２１としては、一般的な銅線やそれを複数束ねたものを用いることも可能であるが、絶縁基板２２上に所定ピッチで導体パターン２３を形成したものが好ましい。

また、図６に示すように、平角状のリード２４も好ましく用いられる。図６は、磁心５と1ターンの導体としての平角状リード２４とで構成した磁性部品２１を、フッ素系樹脂より高融点の樹脂材料からなる耐熱ケース２５に内装した状態を示している。図６に示すケース付き磁性部品２０は、表面実装部品への対応を図ったものである。

図５に示す磁性部品２０や図６に示すケース付き磁性部品２０は、内径の大径化を図った磁心５を用いて構成しているため、磁心５の空芯部１ａに挿通する電流路の増大を図ることができる。具体的には、図５に示す絶縁基板２２上に形成した導体パターン２３であれば、パターン数を増加させることができ、また図６に示す平角状リード２４であれば、その断面形状の増大を図ることができる。

例えば、前述した実施例１、比較例１および比較例２の各磁心を用いて、絶縁基板２２上に導体パターン２３（幅0.1mm、ピッチ0.1mm）を形成した導体２１を挿入し、それぞれインダクタを作製した。その結果、実施例１による磁心では、8ターンの導体パターン２３を有する導体２１を挿入することができたのに対して、比較例１では6ターン、比較例２では4ターンの導体パターン２３を有する導体２１しか挿入することができなかった。同様に前述した実施例１、比較例１および比較例２の各磁心を用いて、それぞれに平角状リード２４を挿入して、図６に示すインダクタを作製した。その際に挿入可能であった平角状リード２４の断面形状、対応電流（7A/mm²）、部品高さを表２に示す。

このように、図５や図６に示す磁性部品２１によれば、例えば図５に示す例では磁性部品として重要なインダクタンス値が巻数の二乗に比例することから、この実施形態による磁性部品（実施例１）は比較例１の1.78倍、同様に比較例２の4倍のインダクタンスを得ることができる。また、線を分割配線してコモンモードフィルタやトランスを構成することも容易となる。また、同一コアであればより断面積の大きなリードが使用でき、大きな電流を流すことが可能となる。このような磁性部品２１は、特に高インダクタンスが必要とされるパルストランス、ノイズ抑制部品等に対して有効である。

磁性部品のより一層の薄型化を図るためには、例えば図７に示すように、偏平型トロイダル形状の磁心４を複数個例えば2個用意し、これらにそれぞれ巻線３１を施して2個のコイル３２、３３を作製した後、1ターンの巻線３４で2個のコイル３２、３３間を磁気的に結合することも有効である。このような連結型磁性部品は、高インダクタンスが必要な通信回路用のパルストランス等に特に有効である。

本発明の一実施形態による磁心の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による磁心の構成を示す断面図である。 図１に示す磁心を用いた磁性部品の実施形態を示す斜視図である。 図３に示す磁性部品の平面図、断面図および底面図である。 図２に示す磁心を用いた磁性部品の実施形態を示す斜視図である。 図５に示す磁性部品の変形例を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による磁性部品を示す斜視図である。

符号の説明

１…磁心本体、２…磁性合金薄帯、３…フッ素系樹脂からなる絶縁被覆層、４，５…磁心、１０，２０…磁性部品、１１…基板、１２…導体回路、１３…平板状導体、２１…導体、２３…導体パターン。

Claims (6)

1. 磁性合金薄帯の巻回体または積層体からなる磁心本体の外周面に、厚さが0.02mm以上0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層を粉末コーティングにより被覆形成する工程を具備することを特徴とする磁心の製造方法。
2. 磁性合金薄帯の巻回体または積層体からなる磁心本体の外周面に、厚さが0.02mm以上0.2mm以下のフッ素系樹脂からなる絶縁被覆層を粉末コーティングにより被覆形成して、磁心を作製する工程と、
   前記磁心による磁気路と略直交するように電流路を設ける工程と
   を具備することを特徴とする磁性部品の製造方法。
3. 請求項２記載の磁性部品の製造方法において、
   裏面側に導体回路が設けられた基板上に前記磁心を実装する工程と、前記磁心による磁気路を跨ぐ平板状導体を前記導体回路と電気的に接続するように前記基板に装着し、前記電流路を形成する工程とを有することを特徴とする磁性部品の製造方法。
4. 請求項２記載の磁性部品の製造方法において、
   前記磁心の空芯部に巻線が1ターンとなる導体を挿通し、前記電流路を形成する工程を有することを特徴とする磁性部品の製造方法。
5. 請求項２記載の磁性部品の製造方法において、
   さらに、複数の前記磁性部品を並列配置すると共に、前記複数の磁性部品間を導体で磁気的に結合する工程を具備することを特徴とする磁性部品の製造方法。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれか１項記載の磁性部品の製造方法において、
   前記磁性部品は2〜20Aの電流を流すチョークコイルまたは前記磁性合金薄帯として高角形比の磁性合金を用いた可飽和インダクタであることを特徴とする磁性部品の製造方法。

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