JP2007081305A - コイル封入型磁性部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性体部におけるクラックの発生を抑制し、直流重畳特性の低下を減少することのできるコイル封入型磁性部品及びその製造方法を提供することを課題とするものである。
【解決手段】 空芯コイル１と、前記コイルを内包する磁性体粉末と樹脂の混合物からなる磁性体部７を備えたコイル封入型磁性部品１０において、前記磁性体部７は、前記コイルが内包された領域と、前記コイルが内包されていない領域とを有しており、前記磁性体部のコイルが内包された領域の平均密度をＤ１とし、前記磁性体部のコイルが内包されていない領域の平均密度をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２の関係となるようにコイル封入型磁性部品１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空芯コイルとそのコイルを内包する磁性体部とから構成されたコイル封入型の磁性部品に係り、特に電源系回路に実装される大電流対応型のコイル封入型磁性部品及びその製造方法に関する。

近年、電子機器の高性能および小型化に伴い、小型で高性能な磁性部品が要求されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路における磁性部品には、大電流対応の要求が強くなっているとともに、磁性部品の安全性、即ち高信頼性もまた要求されている。

従来、上記の要求を達成し得るコイル封入型磁性部品として、空芯巻回されたコイルを内包するように金属磁性粉末と樹脂との混合物で加圧成型したチップ型インダクタおよびその成形方法が知られている（特許文献１参照）。これによれば、予め下金型内に全体量の７０％程度の金属磁性粉末を充填した後に、コイルとリードフレームからなるワークを上金型および中金型にて挟み込むように設置し、次いで、上方より残りの粉末を充填した後に加圧成型を行うことでチップ型インダクタを得るというものである。

また、コイル封入型磁性部品の磁性体部の圧粉密度を全体的に略均一化させた構成を有し、磁性部品の電気的特性を向上させるとともに、内部的な応力を除去したコイル封入型磁性部品およびその製造方法が知られている（特許文献２参照）。これによれば、コイル封入型圧粉磁芯を製造するにあたり、圧密化工程において用いる金型の円筒状分割体（管状部材）が可動することによって、磁性体部内のコイルおよびリードフレームに亘って対応する箇所と、それ以外の箇所との間の磁性粉末の密度差を解消するよう、適宜可動調整しつつ、コイル封入型圧粉磁芯の成型を行うというものである。

さらに、コイル封入型磁性部品の低背化を達成させるために、コイル部品外装部の上面部および下面部の磁性体部の磁性粉末の密度が、中間部の磁性粉末の密度よりも大きくなるように成型されたコイル封入型磁性部品が知られている（特許文献３参照）。これによれば、磁性体部の寸法的に薄くなりがちな部分の透磁率を向上させ、磁性体部の中間部と同等の特性を確保することができるというものである。

特開２００３−２９０９９２号公報 特開２００３−２８２３４６号公報 特許第３６５４２５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたコイル封入型磁性部品においては、部品を加圧成型する場合に、磁性体部のうちコイルが内包された領域に、コイルが有する弾性により物質を圧縮した際に発生する、物質が元に戻ろうとするスプリングバック現象が生じ、磁性体部に亀裂や割れが発生するという問題が生じる。

また、特許文献２に記載されたコイル封入型磁性部品においては、磁芯内で発生する磁束が透過する部分の断面積が、コイルが内包された領域で小さくなるので、その部分で局部的に磁気飽和が発生しやすくなる。そのため、コイル封入圧粉磁心の直流重畳特性が低下するという問題が生じる。

さらに、特許文献３に記載されたコイル封入型磁性部品においては、上下別に仮成型された圧粉体を作成するための成型工程が必要となり、また、コイル封入型磁性部品の外装面の上下面全体にわたって、磁性粉体の密度を高める必要がある。そのため、コイル封入型磁性部品において、磁性体の密度を高めるべき領域が大きくなるので、一般的な高圧成型を要するコイル封入型磁性部品の製造技術を用いると、加圧プレス装置の大型化や加圧処理時間の増加等によるコストの増大等という問題が生じる。

本発明は、上述の問題点を考慮し、クラックの発生を抑制し、直流重畳特性を向上させることのできるコイル封入型磁性部品及びその製造方法を提供することを課題とするものである。

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するために、本発明に係るコイル封入型磁性部品は、空芯コイルと、前記コイルを内包する磁性体粉末と樹脂の混合物からなる磁性体部を備えたコイル封入型磁性部品であって、前記磁性体部は、前記コイルが内包された領域と、前記コイルが内包されていない領域とを有しており、前記磁性体部のコイルが内包された領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ１とし、前記磁性体部のコイルが内包されていない領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２の関係である構成とする。

好ましくは、前記磁性体部は、前記コイルが内包された領域と前記コイルが内包されていない領域との境界部に段差を有していることが適当である。

本発明に係るコイル封入型磁性部品の製造方法は、 空芯コイルと、前記コイルを内包する磁性体粉末と樹脂の混合物からなる磁性体部を備えたコイル封入型磁性部品を製造する方法であって、前記コイルを覆うように前記磁性体粉末を充填する工程（ａ）と、前記コイルを覆う磁性体粉末を前記コイルの軸方向に圧密化する工程（ｂ）と、を備え、前記工程（ａ）は、前記コイルが内包された領域に充填される前記磁性体粉末の量が、前記コイルが内包されていない領域に充填される前記磁性体粉末の量よりも多くなるように、前記磁性体粉末を充填し、前記磁性体部の前記コイルが内包された領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ１とし、前記磁性体部の前記コイルが内包されていない領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２の関係となるようにするものである。

本発明に係るコイル封入型磁性部品では、コイルが内包された領域に充填される磁性体粉末の量が、コイルが内包されていない領域に充填される磁性体粉末の量よりも多くなるようにし、即ち、磁性体部の空芯コイルが内包されている領域における圧縮された混合磁性粉末（圧粉体）の平均密度を高くし、当該部分における磁性体部の強度を上げることができる。

また、本発明に係るコイル封入型磁性部品の製造方法では、コイルが内包された領域に充填される磁性体粉末の量が、コイルが内包されていない領域に充填される磁性体粉末の量よりも多くなるように充填することにより、即ち、磁性体部の空芯コイルが内包されている領域における圧縮された混合磁性粉末（圧粉体）の平均密度が高くなるように、磁性体粉末を充填することにより、磁性体部の強度を上げることができる。

本発明に係るコイル封入型磁性部品によれば、磁性体部のコイルが内包された領域において、コイルが有するバネ性により、応力が影響する磁性体部の強度を確保することにより、コイルを圧縮保持することを可能として、磁性体部の空芯コイルが内包されている領域に発生するクラックを抑制することができる。

また、内部に形成された磁路が通過する磁性体の断面積が小さくなる部分の圧粉体の平均密度を大きくすることで、当該部分の磁性体部の最大飽和磁束密度Ｂｍを向上させ、コイル封入型磁性部品の直流重畳特性を向上させることができる。

また、本発明に係るコイル封入型磁性部品によれば、コイルが内包された領域と、コイルが内包されていない領域との間に段差を設けているので、コイルが内包された領域と、コイルが内包されていない領域との間で、圧粉体の平均密度の差を大きくすることができる。また、このような段差を設けることで、所望の平均密度の差を得るためのコイル封入型磁性部品の成型条件を簡素化することができる。

本発明に係るコイル封入型磁性部品の製造方法によれば、コイルが内包された領域において、コイルが有するバネ性による応力が影響する磁性体部の強度を確保することにより、コイルが内包されている領域に発生するクラックを抑制できるコイル封入型磁性部品を製作することができる。

また、内部に形成された磁路が通過する磁性体の断面積が小さくなる部分の圧粉体の平均密度を大きくすることで、当該部分の磁性体の最大飽和磁束密度Ｂｍを向上させ、直流重畳特性の低下を防ぐことができるコイル封入型磁性部品を製作することができる。

以下、本発明に係るコイル封入型磁性部品及びその部品を製造する方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るコイル封入型磁性部品の斜視図である。また、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るコイル封入型磁性部品の内部の様子を示した斜視図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態のコイル封入型磁性部品１０は、上面と下面が略正方形の上面と下面を有する立体の磁性体部７と、磁性体部７の側面部から露出する一対の端子電極４，５とからなる。また、図１（ｂ）に示すように、コイル封入型磁性部品１０の磁性体部７の内部には、端子電極４，５と接続するコイル１が内包されている。このコイル１は、扁平状の導体２が巻回されて積層されている巻回部３と、その巻回部３の終端に設けられた端部３ａ，３ｂとからなる中空部を有する空芯コイルである。このコイル端部３ａ、３ｂには、それぞれ端子電極４，５が接続されている。

図２（ａ）は、図１（ａ）中に示したＡ−Ａ線で切断した際のコイル封入型磁性部品の断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）中に示したＢ−Ｂ線で切断した際のコイル封入型磁性部品の断面図である。

ここで、図２（ａ）に示すように、磁性体部７におけるコイル１が内包された領域、すなわちコイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１とは、コイル１の軸方向（厚さ方向）を基準として、磁性体部７中の巻回部３の上面および下面に対応する部分をいう。また、磁性体部７におけるコイル１が内包されていない領域、すなわちコイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２とは、コイル１の軸方向を基準として、磁性体部７中のコイル１の中空部分を上面および下面まで延長した部分をいう。

また、図２（ａ）に示すように、本実施の形態のコイル封入型磁性部品１０は、コイル１に接続された端子電極４，５の実装端部側が、厚さ方向を基準として、磁性体部７の中央付近から延びている。すなわち、本実施の形態におけるコイル封入型磁性部品１０は、磁性体部７から突出した端子電極４、５から磁性体部７の上面までの距離Ｈ１と、磁性体部７から突出した端子電極４、５から磁性体部７の下面までの距離Ｈ２とが等しくなっている。また、磁性体部７に内包されたコイル１の巻回部３の上面から磁性体部７の上面までの距離Ｈ３と、コイル１の巻回部３の下面から磁性体部７の下面までの距離Ｈ４とも等しくなっている。さらに、後述するように、本実施の形態におけるコイル封入型磁性部品１０は、磁性体部７における圧縮された磁性体粉末の混合物（圧粉体）の平均密度をＤと定義すると、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１の平均密度Ｄ１が、コイル１の中空部分に対応する領域Ｒ２の平均密度Ｄ２よりも高くなっている。

まず、コイル封入型磁性部品１０の磁性体部７について説明する。磁性体部７は、磁性金属粉末に絶縁材を添加、混合し、しかる後所定の条件で加圧することにより作製される。また、絶縁材を添加した磁性金属粉末を作製した後、さらに潤滑剤を添加、混合してもよい。なお、潤滑剤は、例えば、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸ストロンチウム等から適宜選択すればよい。

磁性体部７に用いる磁性金属粉末としては、単一の金属粉末、組成が異なる二種以上の金属粉末、もしくは金属合金粉末が挙げられる。金属粉末は、軟磁性を示す遷移金属元素のいずれか、あるいは遷移金属元素と他の金属元素とからなる合金により構成することができる。軟磁性金属の具体的な例としては、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの一種以上を主成分とする合金があり、例えば、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｐ合金等が好適である。

本実施の形態では、磁性体粉末としてＳｉ−Ｆｅ系の粉末を用いた。また、磁性体部７に用いる強磁体粉末の粒子の形状は特に制限はないが、球状の粉末もしくは楕円状の粉末を用いることが好ましい。なお、磁性体粉末は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法等によって得ることができる。

また、絶縁材との混合によって、磁性体粉末の粒子が絶縁コートされる。絶縁材は、必要とされる磁芯の特性に応じて適宜選択されるものであるが、例えば各種有機高分子樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、水ガラス等を絶縁材として用いることができ、さらにこれらの樹脂と無機物を組み合わせて使用してもよい。本実施の形態では、エポキシ樹脂を用いて磁性体粉末を絶縁コートする。

次に、図１（ｂ）を用いて、本実施の形態で使用するコイル１の構造を説明する。図１（ｂ）に示すように、コイル１は、絶縁性被膜を有する断面扁平状の帯状の導体２をエッジワイズ巻きで所望の電気特性より特定された巻数にて巻回したものである。ここで、扁平状の断面としては、例えば矩形、台形、楕円形の断面が挙げられるが、矩形状の断面を有する導体２としては、絶縁被覆銅線である平角線がある。また、導体２の絶縁被覆は、通常、エナメル被覆とすることができるが、被膜融着処理により空芯巻回したコイルの形状を保持することが可能な自己融着被膜を採用しても良く、この場合、高圧加圧成型を行ってもコイルの形状が崩れ難いという利点を有する。

扁平状の導体２を巻回してコイル１を形成した場合には、コイル１を構成する巻線の各層間を極めて密に接触させることができる。したがって、断面が円形の導体を用いる場合よりも低背化に有利であるのみならず、体積当たりの電流容量を向上させることができる。また、巻回数が同等で断面が円形状である導体を巻回してコイル１を形成した場合に比べて、電線占有率を大幅に向上させることができる。よって、扁平状の導体２を巻回して作製したコイル１は、大電流用のコイル封入型磁性部品を作製する上で好ましい。

次に、図３を用いて、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品１０で使用する端子電極４，５の構造を説明する。

図３は、本実施の形態のコイル封入型磁性部品に使用する端子電極の斜視図である。
図３に示すように、端子電極４，５の一方の端部には、溶接等により、コイル１の端部３ａ，３ｂへ接続するための一対の二股接続端部４ａ、５ａが形成されている。また、端子電極４，５の他方の端部には、半田等により、基板等へ接続するための実装端部４ｃ、５ｃが形成されている。なお、端子電極４，５は、０ｍｍ＜厚み寸法≦０．５ｍｍの金属板のリードフレームを打ち抜いて、曲げ加工等することにより作成する。

前述したエッジワイズ巻きコイル１の端部３ａ，３ｂのうち、厚さ方向を基準として下方に位置する端部３ａと接続する端子電極４には、接続端部４ａと実装端部４ｃとの間に２段階の折曲部４ｂが形成されている。そして、接続端部４ａ側の折曲部４ｂによって、接続端部４ａが、対になる端子電極５の接続端部５ａよりも低い位置になるように形成されている。すなわち、端子電極４，５が磁性体部７に内包された場合には、端子電極４の接続端部４ａと端子電極５の接続端部５ａとの高さが互いに異なるように配置されることになる。そして、端子電極４の一方の接続端部４ａの上面とコイル１の端部３ａの下面とを溶接や導電性の接着剤等で接続する。また、端子電極５の一方の接続端部５ａの下面と、コイル１の端部３ｂの上面とを溶接や導電性の接着剤等で接続する。

本実施の形態のコイル封入型磁性部品１０では、このように磁性体部７に配置された場合に、接続端部の高さが互いに異なるように形成された一対の端子電極４，５を使用する。従って、コイル１のコイル端部３ａ，３ｂの位置の高さが異なるエッジワイズ巻きコイル１を使用する場合であっても、磁性体部７内のコイル１と端子電極との接続を確実に行うことができる。また、このように構成された端子電極４，５を用いることで、後述するコイル封入型磁性部品１０の成型工程において、厚さ方向を基準として、磁性体部７の中央から、端子電極４，５の実装端部側を水平方向に引き出して保持することができる。このため、磁性体粉末の加圧成型時において、コイル封入型磁心の上下方向より圧密化を行う際のバランスに優れ、磁性体部の側周部を小さく、薄くしてもクラック等の不具合が発生し難いという利点を有する。

また、図２（ａ）に示すように、本実施の形態におけるコイル封入型磁性部品１０は、コイル１の巻軸方向を基準として、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２の高さＨ６が、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１の高さＨ５よりも高くなるように形成されている。すなわち、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２と、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１との間には、段差ｈが形成されている。また、この段差ｈは、端子電極４，５が屈曲加工されて実装端部４ｃ、５ｃが配置される側、すなわちコイル封入型磁性部品１０の実装面側に形成されている。

本実施の形態では、巻回部３に対応しない領域Ｒ２の軸方向の高さＨ６が、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２の高さＨ５よりも、約０．１ｍｍ程度高くなるように形成されている。すなわち、段差ｈの高さが０ｍｍ＜ｈ≦０．４ｍｍとなるように設定され、端子電極４，５は、０．１ｍｍ≦軸方向の高さ≦０．５ｍｍとなるように設定されている。なお、使用する端子電極４，５の高さ方向の寸法を上記の寸法とすることで、実装端子部を形成する際の屈曲加工に対する強度を確保することができる。また、厚さ方向の端子電極４，５の断面積を所定の大きさにすることで、磁性部品に大きな電流を流すために必要な電圧を端子電極に印加することができる。

また、軸方向を基準として、端子電極４，５の下面が位置する高さを、巻回部３に対応しない領域Ｒ２の下面が位置する高さよりも、低くなるように設定することで、クリーム半田等によって、端子電極の４，５を基板に実装する際に、誤ってクリーム半田等が、巻回部３に対応しない領域Ｒ２に過度に付着することを防止することができる。すなわち、基板に対するコイル封入型磁性部品１０の取り付け精度を高くすることができる。

さらに、段差ｈの高さを端子電極４，５の高さ方向の寸法よりも小さい値に設定することで、コイル封入型磁性部品１０を基板に実装した際に、基板とコイル磁性部品との間にできる隙間を小さくすることができ、基板に対するコイル封入型磁性部品の実装性を向上させることができる。

このように、本実施の形態のコイル封入型磁性部品１０によれば、コイルが内包された領域Ｒ１と、コイルが内包されていない領域Ｒ２との間に段差ｈを設けているので、両領域における圧粉体の平均密度の差を大きくすることができるとともに、基板に磁性部品を装着する際の作業の効率をよくすることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態のコイル封入磁性部品１０の内部には、矢印で示した方向に磁束Φが通る磁路ｌが形成されている。

ここで、磁性体部７の巻回部３に対応する領域Ｒ１における磁束Φが貫く部分の断面積をＳ１とし、巻回部３に対応しない領域Ｒ２における磁束Φが貫く部分の断面積をＳ２とすると、通常のコイル封入磁性部品では、Ｓ１≦Ｓ２の関係となるため、先にＳ１部分で磁気飽和が生じてしまう。このため、コイル封入磁性部品の直流重畳特性が低下するという問題が生じてしまう。

本実施の形態のコイル封入磁性部品１０では、巻回部３に対応する領域Ｒ１における磁性体粉末の充填量を増やすことにより、磁束Φが貫く断面積Ｓ１が形成される部分の磁性体部の平均密度Ｄが高くなるように形成している。これにより、Ｒ１における磁性体の最大飽和磁束密度Ｂｍが高くなるので、コイル封入型磁性部品の直流重畳特性を向上させる、 あるいは、領域Ｒ１における寸法が小さい（軸方向の高さが小さい）状態であっても、領域Ｒ２の寸法・密度条件により得られる直流重畳特性を保つことが可能となるとともに、領域Ｒ１における磁性体部の強度が向上するために、空芯コイルのバネ性によって生じた応力が影響して、コイル側周部に発生し得るクラックを抑制することが可能となる。

図４は、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品の底面図である。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、その他の実施の形態に係るコイル封入型磁性部品の底面図である。

図４に示すように、コイル封入型磁性部品の実装面側の磁性体部７には、端子電極４，５の実装端部４ｃ、５ｃを屈曲させる部位が形成されており、この部位には、段差ｈに連接するように段差ｈ’が形成されている。すなわち、磁性体部７の底部には、実装端部４ｃ、５ｃに沿うように凹部が形成されている。このような凹部を設けることにより、コイル封入型磁性部品の高さ方向の寸法を増加させることなく、コイル封入型磁性部品１０を低背化することが可能である。

さらに、本実施の形態では、磁性体部７に設けられた段差ｈは、コイルが内包されている領域Ｒ１と、コイルが内包されていない領域Ｒ２との境界に沿うように形成されているが、段差ｈの形状はこれに限られることはなく、コイルと端子電極の接続手段や、応力の発生状態等により、例えば、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示されるような段差ｈに適宜変更しても良い。また、その際は後述の成形工程に用いられる金型における下パンチと可動パンチの形状を変更することで、段差ｈの形状を特定することが可能である。

次に、本発明に係るコイル封入型磁性部品の製造方法の実施の形態について、図６〜図１０を用いて説明する。なお、本発明に係るコイル封入型磁性部品の製造方法は、以下の実施の形態に限られるものではない。

図６は、コイル封入型磁性部品１０の磁性体部７に内包されるコイル１及び端子電極となるリードフレームの製造工程を示すフローチャートである。図６に示すように、コイル及び端子電極を作製するにあたっては、巻き線工程（ステップＳ１０１），コイル端部の被膜剥離工程（ステップＳ１０２），リードフレームの作成工程（ステップＳ１０３），コイルとリードフレームとの接続工程（ステップＳ１０４）とを含んでいる。

まず、ステップＳ１０１では、図１（ｂ）に示すように扁平状の導体２を巻回してコイル１の巻回部３を形成する。導体２の巻回数は、必要とされるインダクタンス値に応じて適宜設定される。次に、ステップＳ１０２では、上述により得られたコイル端部の被膜を剥離する。次に、ステップＳ１０３では、金属板を打ち抜いて、コイルとの接続をとるための接続部を有したリードフレームを作成する。さらに、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で被膜を剥離したコイル端部とリードフレームの接続部との接続を、溶接等の手段により行う。

図７は、本実施の形態のコイル封入型磁性部品の製造工程を示すフローチャートである。なお、端子電極４，５が接続された扁平状の導体２を巻回したコイル１は、予め作製しておくものとする。まず、必要な磁気特性に応じて磁性金属粉末および絶縁材を選択し、これらをそれぞれ秤量する（ステップＳ２０１）。秤量後、磁性金属粉末に絶縁材をコーティングすると同時に造粒する（ステップＳ２０２）。

必要に応じて潤滑剤を添加した後、成形工程に進む（ステップＳ２０３）。以下、図８〜図１０を用いて、ステップＳ２０３における成形工程を説明する。図８は、成形工程の各ステップを示すフローチャートである。また、図９〜図１０は、金型を用いた成形工程の様子を示している。

まず、図９（ａ）を用いて本実施の形態における成形工程に用いられる金型について説明する。図９（ａ）に示すように、金型は、上側部金型１５ａと下側部金型１５ｂ、上パンチ１６と下パンチ１７とで構成される。上側部金型１５ａと下側部金型１５ｂ、上パンチ１６と下パンチ１７とはそれぞれ対向する位置に設けられており、上側部金型１５ａと当該上側部金型１５ａ内を昇降する上パンチ１６とで上金型が構成され、また下側部金型１５ｂと当該下側部金型１５ｂ内を昇降する下パンチ１７とで下金型が構成される。また、下パンチ１７は、下パンチ１７ａと、コイル１の平面形状と略同一形状の頂部を有する下パンチ（可動パンチ）１７ｂとに分割されており、下パンチ１７ａと可動パンチ１７ｂは、下側部金型１５ｂ内を昇降自在に移動する。また、下パンチ１７ａは、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２と、コイル封入型磁性部品１０の側周部にあたる領域を圧密化するように連動して移動する構造となっている。従って、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２と、コイル封入型磁性部品１０の側周部のうち主として端子電極４の接続端部４ａ，５ａが埋設される領域以外の部位については、その平均密度（Ｄ２）は略等しい状態である。

このように、下パンチ１７に可動パンチ１７ｂを備えている理由は、磁性体部７におけるコイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１と、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２との間の平均密度Ｄを異ならせるためである。つまり、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１には、コイル１の巻回部３に対応しない領域Ｒ２よりも多くの磁性粉末を充填するための工夫である。

成形工程（ステップＳ２０３）を開始する前は、金型は図９（ａ）に示す状態にある。以下に説明するように、上側部金型１５ａ、上パンチ１６、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂは、成形工程（ステップＳ２０３）の各ステップにおいて図９（ａ）に示す状態からその位置を変更するが、下側部金型１５ｂはいずれのステップにおいても所定の基準面から移動しない。

以下、下側部金型１５ｂの上面を基準面（以下、「基準面」という）として、成形工程（ステップＳ２０３）における上側部金型１５ａ、下側部金型１５ｂ、上パンチ１６、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂの相対的な動きを説明する。ここで、図９〜図１０では、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線で切断した断面を用いた説明を行うこととする。また、本発明においては、使用する粉末材料の物性により、加圧成型された磁性体部の密度にバラつきを生じることがあることから、平均密度として扱うこととした。

（ステップＳ３０１ 一次充填）基準面から、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂをそれぞれ所定の位置まで同時に下降させて、下側部金型１５ｂ内にキャビティを形成する（図９（ａ））。ここで、図に示すように、下パンチ１７ａの移動距離よりも、可動パンチ１７ｂの移動距離の方が大きいため、下パンチ１７ａと可動パンチ１７ｂは、可動パンチ１７ｂを下方に位置するようにして、互いに段違いの配置になる。

下パンチ１７ａおよび可動パンチ１７ｂの位置決めが完了すると、所定量の混合磁性粉末２０（絶縁処理した磁性粉末、例えば、Ｓｉ−Ｆｅ系の合金粉末にエポキシ樹脂をコーティングすると同時に造粒したものであり、流動性が良好なものが好ましい）を下側部金型１５ｂのキャビティ内に充填する（図９（ｂ））。なお、擦り切り充填を行うため、一次充填量と下側部金型１５ｂのキャビティの容積はほぼ一致することとなる。また、最終的に得たいコイル封入磁性部品の厚さおよびコイル１の巻回数に基づき、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂの位置を予め正確に制御しておく必要がある。

（ステップＳ３０２ コイル１挿入）次いで、図９（ｃ）に示すように、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂを、コイル高さ寸法の１／２の分だけ基準面から下方に下降させる。このことにより、充填した磁性粉末の上面もまたコイル高さ寸法の１／２の分だけ基準面から下方に下降することとなる。その後、予め端子電極となるリードフレーム（図示せず）が接続されたコイル１を下側部金型１５ｂ内に挿入する。なお、コイル１は上述した手順により予め作製された中空部を有する空芯コイルである。なお、下側部金型１５ｂの上面には、図示しないリードフレームの形状に合わせて彫り込み（溝）が形成されている。ステップＳ３０２では、この彫り込みにリードフレームを挿入するようにして、下側部金型１５ｂ内にコイル１を配置する。リードフレームは同一平面上となるようにコイル１に接続されているため、例えば下側部金型１５ｂの彫り込みに嵌め合わせて挿入すると、コイル１は斜めになることなく下側部金型１５ｂ内に水平に位置するとともに、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂを、コイル高さ寸法の１／２の分だけ基準面から下方に下降させているために、コイル１の下底面は充填された磁性粉末の上面にて互いに接触圧力を発生させない状態にて接触するよう配置される。つまり、上述の制御によって、水平方向を基準として、コイル１を最終的に磁性体部７の中央かつ水平に位置させることができる。

（ステップＳ３０３ コイル１の固定およびキャビティ形成）ステップＳ３０３においてコイル１を下側部金型１５ｂ内に挿入した後、図９（ｄ）に示すように、上側部金型１５ａを下側部金型１５ｂまで降下させる。この上側部金型１５ａの降下により、コイル１に接続されたリードフレームは、上側部金型１５ａおよび下側部金型１５ｂに挟まれて固定される。これにより、コイル１の縦横方向の動きが制御される。また、図９（ｄ）に示したように、上側部金型１５ａの降下に伴い、コイル１の上面側には、上側部金型１５ａによる新たなキャビティが形成される。

（ステップＳ３０４ 二次充填）図９（ｅ）に示すように、ステップＳ３０３において新たに形成されたキャビティ内に、所定量の混合磁性粉末２０がコイル１の上面を覆うように充填される。二次充填される混合磁性粉末２０の充填量は、キャビティ内に既に充填された混合粉末の可動パンチ１７ｂの上面からコイル１の下面までの距離Ｈ７と、コイル１の上面から二次充填された混合磁性粉末２０の上面までの距離Ｈ８が略等しくなるように制御される。このとき、流動性が良好な混合磁性粉末２０を使用することによって、容易に上述の充填を達成することが可能となる。このように混合粉末の二次充填量を設定することで、後述するようにコイル封入磁性部品が生成された際に、厚さ方向を基準として、磁性体部７に内在するコイル１を、磁性体部７の中央に正確に配置させることができる。

（ステップＳ３０５ 上パンチ１６降下）ステップＳ３０４において充填を終えると、それと略同時に、図１０（ａ）に示すように、上パンチ１６が降下する。なお、上パンチ１６による加圧が始まる前のキャビティ内に充填された混合磁性粉末２０の充填密度は、すべての部位で略等しい状態となっている。

（ステップＳ３０６ 一次加圧）ステップＳ３０５において上パンチ１６が降下して混合磁性粉末２０におけるＲ１の部位に圧力を加えると同時に、下パンチ１７ａが降下する。この際には、上パンチ１６の降下する距離と、下パンチ１７ａの降下する距離が等しくなるように制御される。また、これと略同時に、可動パンチ１７ｂが上昇を開始して、混合磁性粉末２０におけるＲ１の部位に圧力を加える。これにより、上パンチ１６および可動パンチ１７ｂに挟まれた混合磁性粉末２０の巻回部３に対応する領域Ｒ１は、上下方向から等しく加圧され、コイル１の下面と可動パンチ１７ｂの上面との距離と、コイル１の上面と混合磁性粉末の上面との距離が等しくなるように、コイル１の軸方向（厚さ方向）に圧密化される（図１０（ｂ））。

図１０（ａ）及び１０（ｂ）に示すように、本実施の形態では、上パンチ１６の先端と下パンチ１７ａの上面との距離Ｈ９が、等間隔を保つように制御されている。従って、上パンチ１６及び下パンチ１７ａに挟まれた巻回部３に対応しない領域Ｒ２の混合磁性粉末２０の平均密度Ｄは変化しない。すなわち、領域Ｒ２の磁性粉末２０は、コイル１の軸方向に密圧化されることはない。

（ステップＳ３０７ 二次加圧）ステップＳ３０６において、可動パンチ１７ｂが上昇して、巻回部３に対応しない領域Ｒ２に充填された混合磁性粉末２０の平均密度Ｄ２よりも、巻回部３に対応する領域Ｒ１に充填された混合磁性粉末２０の平均密度Ｄ１が高い状態になると、下パンチ１７ａが上昇を開始して、領域Ｒ２の混合磁性粉末２０に圧力を加える（図１０（ｃ））。また、上パンチ１６はさらに下降を続け、下パンチ１７ａはさらに上昇を続け、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の混合磁性粉末２０に圧力を加える。これにより、さらに上下方向から加圧され、上パンチ１６および可動パンチ１７ｂに挟まれた巻回部３に対応する領域Ｒ１の混合磁性粉末２０は、コイル１の軸方向にさらに圧密化される。また、上パンチ１６及び下パンチ１７ａに挟まれた巻回部３に対応しない領域Ｒ２の混合磁性粉末２０にも、上下方向から圧力が加わり、領域Ｒ２の混合磁性粉末２０もコイル１の巻軸方向に密圧化される。

また、混合磁性粉末２０に圧力を加える際に、下パンチ１７ａの上面の位置が、可動パンチ１７ｂの上面の位置よりも下方になるように、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂを制御することにより、成型されるコイル封入型磁性部品１０の実装面側の底面には、段差ｈが形成される。すなわち、コイルが内包された領域Ｒ１と、コイルが内包されていない領域Ｒ２との間に段差が形成される。このように、段差ｈが形成されることは、磁性体部におけるＲ１およびＲ２の各々の領域の平均密度を所望の値とする際に、密度調整の簡略性を実現する手段として有効となる。

一般に、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１に充填された混合磁性粉末２０は、コイル１が存在するため、巻回部３に対応しない領域Ｒ２に充填された混合磁性粉末２０よりも圧密化されやすいことが知られている。ここで、本実施の形態では、下パンチ１７ｂをコイル１の平面形状と略同一形状とし、巻回部３に対応する領域Ｒ１に、巻回部３に対応しない領域Ｒ２よりも、より多くの混合磁性粉末２０の充填を行っている。これにより、最終的に、巻回部３に対応しない領域Ｒ２、具体的にはコイル１の中空部分、さらには、コイル封入型磁性部品の側周部のうち主として端子電極４の接続端部４ａ，５ａが埋設される領域以外の部位の平均密度Ｄよりも、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１の平均密度Ｄ１をより高くすることできる。

また、本実施の形態では、図１０（ｂ）に示すように、一旦巻回部３に対応する領域Ｒ１の混合磁性粉末２０の平均密度Ｄ１が、巻回部３に対応しない領域Ｒ２の混合磁性粉末２０の平均密度Ｄ２よりも高い状態を実現させた後に、図１０（ｃ）に示すように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の混合磁性粉末２０全体に圧力を加えるようにしている。従って、確実に巻回部３に対応する領域Ｒ１における混合磁性粉末２０の平均密度Ｄ１が、巻回部３に対応しない領域Ｒ２の平均密度Ｄ２よりも高い状態を実現することができる。

（ステップＳ３０８ 抜き出し）ステップＳ３０７における加圧成形後、図１０（ｄ）に示すように、上側部金型１５ａおよび上パンチ１６を上昇させるとともに、下側部金型１５ｂおよび下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂを基準面まで上昇させる。そして、金型から成形体を抜き出し、これにより成形工程の１サイクルが終了する。また、ステップＳ３０８における抜き出しの際には、上側部金型１５ａおよび上パンチ１６についても元の位置まで上昇させ、下パンチ１７ａ及び可動パンチ１７ｂを元の位置まで下降させることによって、金型は、図９（ａ）に示した状態に復帰する（図１０（ｅ））。

以上のステップＳ３０１〜ステップＳ３０８に示した工程を経ることにより小型の成形体を得ることができる。なお、下側部金型１５ｂの上面を基準面として、金型の動作を説明したが、金型が相対的に同様の動きをするのであれば基準面は上述したものに限定されるものではない。

さて、図７に示したステップＳ２０３における成形工程の後、加熱硬化工程に進む（ステップＳ２０４）。加熱硬化工程では、成形工程（ステップＳ２０３）で得られた成形体を所定温度の下で所定時間保持する。これにより、成形体中の樹脂が硬化する。加熱硬化工程後、防錆処理工程に進む（ステップＳ２０５）。防錆処理は、例えば特定の原料からなる防錆処理液に成型体を含侵処理することによって行う。

次に、リードフレームを切断して端子電極４，５の実装端部４ｃ，５ｃを形成するリードフレームの切断工程に進む（ステップＳ２０６）。さらに、ステップＳ２０７の端子電極の折り曲げ加工工程において、ステップＳ２０６のリードフレーム工程で形成された実装端部４ｃ、５ｃを磁性体部７に沿うように折り曲げ加工する。最後に、外観・特性検査工程（ステップＳ２０８）において、ステップＳ２０７で形成されたコイル封入型磁性部品１０の外観や特性のチェックを行い、コイル封入型磁性部品を完成させる。

なお、本発明に係るコイル封入型磁性部品は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品１０の製造方法によれば、コイル１の巻回部３に対応する領域Ｒ１において、コイル１の巻回部３が有するバネ性による応力が影響する磁性体部７の強度を確保することができる。これにより、磁性体部７内でコイル１を圧縮保持することを可能とし、磁性体部７のコイルの巻回部３に対応する領域に発生するクラックを抑制できるコイル封入型磁性部品１０を製造することができる。また、磁性体部７の内に形成される磁路ｌが通過する部分のうち、磁性体部７の断面積が小さくなる部位の磁性体粉の平均密度Ｄを、その他の部位よりも局部的に高密度にすることにより、コイル１の最大飽和磁束密度Bｍを向上させ、直流重畳特性の低下を防ぐことができるコイル封入型磁性部品１０を得ることができる。

本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品１０の製造方法によれば、下パンチ１７ｂをコイル１の平面形状と略同一形状とし、巻回部３に対応する領域Ｒ１には、巻回部３に対応しない領域Ｒ２よりも多くの混合磁性粉末２０を充填した上で加圧するので、磁性体部７の各領域における平均密度Ｄを確実に異ならせることができる。

また、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品１０の製造方法によれば、巻回部３に対応する領域Ｒ１に充填される磁性粉末の量を正確に制御するので、封入されるコイル１を磁性体部７の中央に正確に位置させることができる。これにより、巻軸方向を基準として、コイル１が偏ることを防ぐことができ、磁性体部７内に局部的に磁気飽和が生じることを抑えることができる。従って、このような製造方法により成型されたコイル封入型磁性部品１０によれば、大きなインダクタンス値を得ることができるとともに、インダクタンス値のばらつきを大幅に低減して所望のインダクタンス値を得ることができる。

さらに、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品１０の製造方法によれば、巻回部３に対応する領域Ｒ１と、巻回部３に対応しない領域Ｒ２との間に段差ｈを設けるので、領域間で平均密度の差が大きいコイル封入型磁性部品を容易に得ることができる。さらには、基板に対する装着性に優れたコイル封入型磁性部品を得ることができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るコイル封入型磁性部品の斜視図である。また、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るコイル封入型磁性部品の内部の様子を示した斜視図である。 図２（ａ）は、図１（ａ）中に示したＡ−Ａ線で切断した際のコイル封入型磁性部品の断面図である。また、図２（ｂ）は、図１（ａ）中に示したＢ−Ｂ線で切断した際のコイル封入型磁性部品の断面図である。 図３は、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品に使用する端子電極の斜視図である。 図４は、本実施の形態に係るコイル封入型磁性部品の底面図である。 図５は、その他の実施の形態に係るコイル封入型磁性部品の底面図である。 図６は、本実施の形態におけるコイル・端子電極の製造工程を示すフローチャートである。 図７は、本実施の形態におけるコイル封入型磁性部品の製造工程を示すフローチャートである。 図８は、図７のステップＳ２０３における成型工程の各ステップを示すフローチャートである。 図９は、図７のステップＳ２０３における成型工程を説明するための図である。 図１０は、図７のステップＳ２０３における成型工程を説明するための図である。

符号の説明

１・・コイル、２・・導体、３・・巻回部、４，５・・端子電極、４ａ、５ａ・・接続端部、４ｂ、５ｂ・・折曲部、４ｃ，５ｃ・・実装端部、７・・磁性体部、１０・・コイル封入型磁性部品、１５ａ・・上側部金型、１５ｂ・・下側部金型、１６・・上パンチ、１７・・下パンチ、１７ａ・・可動パンチ、２０・・混合磁性粉末、Ｒ１・・コイルが内包された領域、Ｒ２・・コイルが内包されていない領域ｈ・・段差、Ｈ・・高さ、Ｓ・・断面積、Ｄ・・平均密度、Φ・・磁束、ｌ・・磁路

Claims (3)

1. 空芯コイルと、前記コイルを内包する磁性体粉末と樹脂の混合物からなる磁性体部を備えたコイル封入型磁性部品であって、
   前記磁性体部は、前記コイルが内包された領域と、前記コイルが内包されていない領域とを有しており、
   前記磁性体部のコイルが内包された領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ１とし、
   前記磁性体部のコイルが内包されていない領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ２としたときに
   Ｄ１＞Ｄ２
   の関係であること
   を特徴とするコイル封入型磁性部品。
2. 前記磁性体部は、前記コイルが内包された領域と前記コイルが内包されていない領域との境界部に段差を有していること
   を特徴とする請求項１に記載のコイル封入型磁性部品。
3. 空芯コイルと、前記コイルを内包する磁性体粉末と樹脂の混合物からなる磁性体部を備えたコイル封入型磁性部品を製造する方法であって、
   前記コイルを覆うように前記磁性体粉末を充填する工程（ａ）と、
   前記コイルを覆う磁性体粉末を前記コイルの軸方向に圧密化する工程（ｂ）と、を備え、
   前記工程（ａ）は、前記コイルが内包された領域に充填される前記磁性体粉末の量が、前記コイルが内包されていない領域に充填される前記磁性体粉末の量よりも多くなるように、前記磁性体粉末を充填し、
   前記磁性体部の前記コイルが内包された領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ１とし、
   前記磁性体部の前記コイルが内包されていない領域に位置する圧粉体の平均密度をＤ２としたときに
   Ｄ１＞Ｄ２
   の関係となるようにすること
   を特徴とするコイル封入型磁性部品の製造方法。

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