JP2007189246A - 電源 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型の巻回体の形状を再現性よく維持することを可能とし、樹脂コーティング後の製造歩留りの向上を図った磁性コアを用いることによって、小型・薄型化に対応させた上で信頼性や特性の向上を図った磁性部品を具備する電源を提供する。
【解決手段】電源は、幅５ｍｍ以下の軟磁性合金薄帯２をトロイダル形状に巻回してなる巻回体１と、巻回体１の外周面に被覆形成された樹脂コーティング層とを有する薄型磁性コアに、巻線を施してなる磁性部品を具備する。巻回体１の内径側端部は、複数層の軟磁性合金薄帯にわたって端末溶接５が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は小型・薄型の磁性コアを用いた磁性部品を具備する電源に関する。

近年、電源回路や通信回路等をはじめとする各種の電気・電子部品に用いられるトランス用コアやチョークコイル用コア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。

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して磁性コアを形成し、この磁性コア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導電性を有することから、コアの表面（外周面）を絶縁被覆した後に巻線を施している。

磁性コアの絶縁被覆は、コアの表面に樹脂コーティングを施したり、あるいはコアを樹脂ケースに収納する等により実施されている。磁性コアの樹脂コーティングは、例えばアモルファス磁性合金薄帯の巻回体の表面にコーティング用の樹脂粉末をスプレー等で塗布したり、あるいは樹脂含浸液中に浸漬して塗布した後に、樹脂を熱硬化させることにより実施している。

ところで、磁性コアや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、より一層小型・薄型化を図ることが求められている。例えば、パソコン用のＰＣカードや携帯型情報端末（ＰＤＡ）、また移動体通信機器等に用いられる磁性部品に対しては薄型化を図ることが強く求められており、例えば高さ（磁性合金薄帯の幅）が５ｍｍ以下で、かつ高さに対する外径の比が２を超えるような薄型の磁性コア（巻回体）がパルストランス等として用いられるようになってきている。

上述した薄型の磁性コア（巻回体）では、内径側端部からも形状が崩れやすいことから、アモルファス磁性合金薄帯等の軟磁性合金薄帯を巻回する際に、内径側の端部を０〜１層に対して端末溶接（２枚の薄帯間での溶接）した後、所望のコア形状となるように軟磁性合金薄帯を巻回している。軟磁性合金薄帯の外径側端部も通常は溶接止めしている。

ところで、従来の薄型の磁性コアにおいては、内径側端部を溶接止めしているにもかかわらず、巻回体の外表面を樹脂コーティングする際に内径側端部から剥がれが起こりやすい。これは樹脂コーティング時に生じる応力等に基づくものと考えられ、上述したような薄型磁性コアではコーティング時の応力が内径側端部を剥がす方向に働いてしまう。

上記したような内径側端部からの剥がれによって、従来の薄型磁性コアは製造歩留りが低いという問題があった。このようなことから、内径側端部からの剥がれを防ぐことによって、薄型磁性コアの製造歩留りを向上させることが強く望まれている。

本発明の目的は、薄型の巻回体を用いた場合においても、巻回体形状を再現性よく維持することを可能とし、樹脂コーティング後の製造歩留りの向上を図った磁性コアを用いることによって、小型・薄型化に対応させた上で信頼性や特性の向上を図った磁性部品を具備する電源を提供することにある。

本発明の電源は、幅５ｍｍ以下の軟磁性合金薄帯をトロイダル形状に巻回してなる巻回体と、前記巻回体の外周面に被覆形成された樹脂コーティング層とを有する薄型磁性コアに、巻線を施してなる磁性部品を具備する電源において、前記巻回体の内径側端部は複数層の軟磁性合金薄帯にわたって端末溶接が施されていることを特徴としている。

本発明においては薄型の巻回体を用いた場合においても、巻回体形状を再現性よく維持することできるため、薄型磁性コアを用いた磁性部品の製造歩留りや信頼性を大幅に向上させることが可能となる。従って、小型・薄型化に対応させた上で、信頼性や特性を向上させた磁性部品を具備する電源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は本発明の実施形態による電源に用いられる薄型磁性コアの要部（巻回体）を示す斜視図である。また、図２は薄型磁性コアの全体構造を示す断面図、図３は図１に示す巻回体の内径側端部の溶接状態を模式的に示す図である。

これらの図において、１は軟磁性合金薄帯２の巻回体からなるコア本体である。このコア本体（巻回体）１を構成する軟磁性合金薄帯２としては、例えば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）薄帯等が用いられる。

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およびｂはそれぞれ０≦ａ≦０．１５、１０≦ｂ≦３５原子％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原子％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基微結晶合金薄帯の組成は、薄型磁性コア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、トランス等の構成部品として用いる場合には、Ｃｏ基アモルファス磁性合金やＦｅ基微結晶合金を用いることが好ましい。また、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く、チョークコイルに適用する場合には、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、軟磁性合金薄帯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。

軟磁性合金薄帯２の巻回体１からなるコア本体の外周面は、図２に示すように、フッ素系樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性絶縁樹脂からなる樹脂コーティング層（外装）３で覆われており、これらにより薄型磁性コア４が構成されている。樹脂コーティング層３には、特に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を用いることが好ましい。フッ素系樹脂によれば、コーティング層３の厚さを薄くした場合においても、コア本体（巻回体）１の外周面全体を均一に被覆することができる。

上述したような薄型磁性コア４において、コア本体を構成する巻回体１の内径側端部は端末溶接（溶接固定部５）により固着されている。この内径側端部の端末溶接は、図３に示すように、溶接固定部５が複数層の軟磁性合金薄帯２にわたるように施されている。すなわち、最も内側に位置する軟磁性合金薄帯２ａを０層とすると、その上に巻回された１層目の軟磁性合金薄帯２ｂと２層目の軟磁性合金薄帯２ｃに少なくとも到達するように、溶接固定部５が設けられている。

このように、複数層の軟磁性合金薄帯にわたって端末溶接を施す、言い換えると３枚以上の軟磁性合金薄帯（２ａ〜２ｃ）にわたって端末溶接を施すことによって、巻回体１の内径側端部の固着状態を強固にかつ安定したものとすることができる。従って、巻回体１の外表面に樹脂コーティング層３を形成する際に応力が生じても、内径側端部から剥がれが生じることを防ぐことができ、薄型磁性コア４の製造歩留まりを大幅に高めることが可能となる。

上述した巻回体１の内径側端部の端末溶接は、０層目の軟磁性合金薄帯を除いて２〜５層の軟磁性合金薄帯、言い換えると３〜６枚の軟磁性合金薄帯にわたって施すことが好ましい。０層目と１層目の軟磁性合金薄帯に対して端末溶接を施しただけでは従来の磁性コアと同様であり、内径側端部から剥がれが生じやすい。

一方、５層目の軟磁性合金薄帯を超えて端末溶接を施してもそれ以上の効果が得られないばかりか、逆に最内周の軟磁性合金薄帯２ａの固着力が低下するおそれがある。また、溶接は熱を伴う処理であるため、軟磁性合金薄帯２に悪影響を与えやすい。例えば、アモルファス合金薄帯に関しては、溶接を施した箇所が溶接の熱により結晶化してしまうことがあり、溶接枚数をあまり増やしすぎると特性等に悪影響を及ぼすおそれがある。

さらに、６層以上（例えば２０枚以上）の軟磁性合金薄帯２を溶接する場合、溶接パワー（例えばスポット溶接の通電量）を上げる必要があり、これにより磁性コアが破壊するといった問題が生じるおそれがある。従って、溶接処理を施す軟磁性合金薄帯２の層数は２〜５層（３〜６枚の軟磁性合金薄帯）とすることが好ましい。

上述した端末溶接は、例えばスポット溶接（通電溶接）により実施される。なお、同様な固着構造を得ることができれば、レーザ溶接等の他の溶接法を適用してもよい。また、端末溶接５は複数箇所（例えば３〜８箇所）に対して実施することが好ましい。これによって、巻回体１の内径側端部の固着状態をより一層安定化させることができる。この際の溶接箇所は端部近傍に集中させてもよいし、全周にわたって分散させてもよい。

内径側端部の安定化効果は、幅が５ｍｍ以下というような軟磁性合金薄帯２を用いた薄型磁性コアに対して顕著となる。軟磁性合金薄帯２の幅がさらに２ｍｍ以下の場合に、本発明はより一層効果的である。さらに、軟磁性合金薄帯２の幅ｔに対する巻回体１の外径Ｄの比（Ｄ／ｔ）が３以上である薄型磁性コアに対して、本発明は特に効果を発揮する。また、軟磁性合金薄帯２の巻数が５０巻以上、さらには１００巻以上の多数巻きした巻回体１を用いる場合に、本発明は特に効果的である。

Ｄ／ｔ比が３以上である薄帯幅に対する外径の比が大きい薄型磁性コアや、巻数が５０巻以上の巻回体１を有する薄型磁性コアは、樹脂コーティングを行った際の応力により巻回体１が内側からばらけやすいため、本発明による効果をより有効に得ることができる。

また、本発明は表面性の高い軟磁性合金薄帯２を用いる場合により一層の効果を発揮する。すなわち、表面性の高い軟磁性合金薄帯２を用いると、特に内径側端部から剥がれが生じやすい。このような巻回体１に対して、複数層の軟磁性合金薄帯２にわたる端末溶接を実施すると、巻回体１の形状維持能を高めることが可能となる。ここで言う表面性の高い軟磁性合金薄帯２とは、例えばＫｓ値（＝マイクロ板厚／重量板厚）が１．２以下の薄帯を示すものである。

上述したような薄型磁性コア４は、例えば以下のようにして作製される。すなわち、巻芯の表面に軟磁性合金薄帯２を巻きはじめるが、巻数が２〜５層（軟磁性合金薄帯２の積層数で３〜６枚）となったところで、例えばスポット溶接して内径側端部を端末溶接する。端末溶接の具体的な条件は前述した通りである。

次に、内径側端部の端末溶接を起点として、軟磁性合金薄帯２を所望の断面積となるまで通常の方法で巻回した後、軟磁性合金薄帯２の終端部をテープ止めや溶接止め等で固定する。軟磁性合金薄帯２の巻回量、すなわち軟磁性合金薄帯２の巻回体１の断面積は、目的とする磁性部品に対する要求特性に応じて設定するものとする。

この後、巻回体１の外表面を樹脂コーティングして外装とすることで、目的とする薄型磁性コア４が得られる。樹脂コーティングは、粉末樹脂の塗布、熱硬化や樹脂液の含浸、熱硬化等により実施される。樹脂コーティングに用いる樹脂は上述した通りである。

上述したようなトロイダル形状を有する薄型磁性コア４は、樹脂コーティング層（外装用絶縁被覆層）３上に巻線を施す等して、コア本体（巻回体）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、トランスやチョークコイル等の磁性部品として使用される。このような磁性部品は電源用として使用される。また、場合によってはチョークコイルやインダクタンスコイルとして用いられる。本発明の電源はこのような磁性部品を具備するものである。そして、本発明に用いられる磁性部品は、上述した薄型磁性コア４に基づいて小型・薄型化を達成することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
まず、Ｋｓ値が１．１、板厚１６μｍ、幅１ｍｍのＣｏ基アモルファス磁性合金薄帯（組成：Ｃｏ₆₉Ｆｅ₄Ｎｂ₁Ｃｒ₁Ｓｉ₁₄Ｂ₁₁）を用意し、これを直径４ｍｍの巻芯（断面円形）に巻回した。この際、Ｃｏ基アモルファス磁性合金薄帯の巻数が２層（軟磁性合金薄帯２の積層数で３枚）となったところでスポット溶接を３箇所に施して、Ｃｏ基アモルファス磁性合金薄帯の内径側端部を固定した。

次に、内径側端部の端末溶接を起点として、巻き数が１３０巻（外径約１０ｍｍ）となるまでＣｏ基アモルファス磁性合金薄帯を巻回した。Ｃｏ基アモルファス磁性合金薄帯の外径側端部（終端部）を溶接固定した後に、樹脂コーティングを施して外装とした。樹脂コーティングは液体噴霧（スプレー）方式により実施した。このような薄型磁性コアを１００個作製して、樹脂コーティング後の歩留りを評価した。その結果を表１に示す。

（実施例２〜４）
上記した実施例１において、内径側端部の端末溶接を３層の軟磁性合金薄帯（積層数で４枚：実施例２）、４層の軟磁性合金薄帯（積層数で５枚：実施例３）、５層の軟磁性合金薄帯（積層数で６枚：実施例４）とする以外は、それぞれ同様にして薄型磁性コアを作製した。これらについても１００個の薄型磁性コアを作製して、樹脂コーティング後の歩留りを評価した。その結果を表１に示す。

（比較例１〜２）
上記した実施例１において、内径側端部の端末溶接を０層の軟磁性合金薄帯（比較例１）、１層の軟磁性合金薄帯（積層数で２枚：比較例２）とする以外は、それぞれ同様にして薄型磁性コアを作製した。これらについても１００個の薄型磁性コアを作製して、樹脂コーティング後の歩留りを評価した。その結果を表１に併せて示す。ここで言う０層の軟磁性合金薄帯に対する端末溶接とは、端末を溶接しないで作製したコアのことである。

表１から明らかなように、各実施例による薄型磁性コアは巻回体形状の維持性に優れており、これにより樹脂コーティング後においても優れた歩留りが得られることが分かる。

本発明の実施形態による電源に用いられる薄型磁性コアの要部（巻回体）を示す斜視図である。 図１に示す薄型磁性コアの全体構造を示す断面図である。 図１に示す巻回体の内径側端部の溶接状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１…コア本体（巻回体）、２…軟磁性合金薄帯、３…樹脂コーティング層、４…薄型磁性コア、５…溶接固定部。

Claims (6)

1. 幅５ｍｍ以下の軟磁性合金薄帯をトロイダル形状に巻回してなる巻回体と、前記巻回体の外周面に被覆形成された樹脂コーティング層とを有する薄型磁性コアに、巻線を施してなる磁性部品を具備する電源において、
   前記巻回体の内径側端部は、複数層の軟磁性合金薄帯にわたって端末溶接が施されていることを特徴とする電源。
2. 請求項１記載の電源において、
   前記端末溶接は２〜５層の前記軟磁性合金薄帯にわたって施されていることを特徴とする電源。
3. 請求項１または請求項２記載の電源において、
   前記端末溶接は複数箇所に施されていることを特徴とする電源。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電源において、
   前記軟磁性合金薄帯は２ｍｍ以下の幅を有することを特徴とする電源。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電源において、
   前記巻回体は、前記軟磁性合金薄帯の幅ｔに対する前記巻回体の外径Ｄの比（Ｄ／ｔ）が３以上であることを特徴とする電源。
6. 請求項１ないし請求項５いずれか１項記載の電源において、
   前記軟磁性合金薄帯は、アモルファス磁性合金薄帯またはＦｅ基微結晶合金薄帯からなることを特徴とする電源。

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