JP2011035005A

JP2011035005A - 圧粉コアの製造方法

Info

Publication number: JP2011035005A
Application number: JP2009176923A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kikuchi; 俊秋菊池; Toshiyuki Anpo; 敏之安保; Kazuya Higure; 和也日暮; Kazuki Miura; 和貴三浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを低減することができる圧粉コアの製造方法を提供する。
【解決手段】圧粉コアを製造する場合は、まず金属磁性粉と球状シリカ粉とを混合する（工程Ｓ１１）。次いで、金属磁性粉に対して防錆処理を施した（工程Ｓ１２）後、金属磁性粉と球状シリカ粉との混合物に樹脂バインダを混合する（工程Ｓ１３）。そして、金属磁性粉と球状シリカ粉と樹脂バインダとの混合物を乾燥させて、造粒体を形成する（工程Ｓ１４）。次いで、造粒体に球状シリカ粉を追加混合し（工程Ｓ１５）、更に造粒体にステアリン酸亜鉛等の潤滑材を混合する（工程Ｓ１６）。次いで、圧縮成形を行った（工程Ｓ１７）後、樹脂バインダを硬化させる（工程Ｓ１８）。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属圧粉コイル等に用いられる圧粉コアの製造方法に関するものである。

金属圧粉コイルに用いられる圧粉コアは、金属磁性粉を金型に充填して圧縮成形することによって製造される。このとき、金属磁性粉の流動性が悪いと、金型への金属磁性粉の充填量がばらつくため、結果的にコイル特性が不安定になる。金属磁性粉の流動性を高めるための従来技術としては、例えば特許文献１に記載されているように、金属磁性粉に絶縁材を添加した後に、金属磁性粉にステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を添加、混合するものが知られている。

特開２００７−１６５７７９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、金属磁性粉の流動性を十分高くするために、金属磁性粉に潤滑剤を多量に添加すると、圧縮成形を行ったときに、潤滑剤の固まりが膨張して成形体の表面を盛り上がらせる、いわゆる膨れ現象が発生してしまう。従って、潤滑剤の添加量は、必要以上に多くすることはできない。この場合には、潤滑性が不十分となるため、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを抑えることは困難である。

本発明の目的は、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを低減することができる圧粉コアの製造方法を提供することである。

本発明は、金属磁性粉を含む材料からなる圧粉コアの製造方法であって、金属磁性粉と樹脂とを混合して乾燥させることで、造粒体を形成する工程と、造粒体に金属磁性粉よりも径の小さい球状シリカ粉を混合する工程と、造粒体に潤滑材を混合する工程と、造粒体と球状シリカ粉と潤滑材との混合物を圧縮成形する工程とを有することを特徴とするものである。

このような本発明に係わる圧粉コアの製造方法においては、金属磁性粉と樹脂とを混合して乾燥させることで造粒体を形成し、その造粒体に金属磁性粉よりも径の小さい球状シリカ粉を混合することにより、金属磁性粉と金属磁性粉との間に球状シリカ粉が介在して転がるようになるため、球状シリカ粉が潤滑材としての機能を果たすこととなる。このため、造粒体にステアリン酸亜鉛等の潤滑材を混合することと相俟って、十分な潤滑性が得られるようになる。従って、金属磁性粉の流動性が十分高くなるため、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを抑制することができる。また、球状シリカ粉を造粒体に混合することで、造粒体に混合されるステアリン酸亜鉛等の量が少なくて済むため、圧縮成形後の成形体表面の膨れ現象の発生を防止することができる。

好ましくは、造粒体を形成する工程を実施する前に、金属磁性粉と球状シリカ粉とを混合する工程を更に有する。この場合には、球状シリカ粉の数量が増えることになるので、潤滑性が更に良くなる。従って、金属磁性粉の流動性が更に高くなるため、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを一層抑制することができる。

本発明によれば、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを低減することができる。これにより、成形圧力を低下させることができるため、設備コストの削減及び小型化を図ることが可能となる。また、成形圧力が均等化されるため、成形体へのクラックの発生を防止することが可能となる。

本発明に係わる圧粉コアの製造方法の一実施形態により成形される圧粉コアを備えた金属コイル部品を示す斜視図である。図１に示した圧粉コアの製造工程を示すフローチャートである。図１に示した圧粉コアにおいて金属磁性粉に球状シリカ粉が吸着される状態のイメージ図である。実際に成形時の圧縮圧力を変化させたときのインダクタンス値の変動量を表したグラフである。図１に示した圧粉コアの製造工程の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係わる圧粉コアの製造方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる圧粉コアの製造方法の一実施形態により成形される圧粉コアを備えた金属コイル部品を示す斜視図である。図１において、金属コイル部品１は、圧粉コア２と、この圧粉コア２内に埋設されたコイル部３と、圧粉コア２の両側に設けられた１対の端子電極４とを備えている。一方の端子電極４には、コイル部３の一端が溶接接合され、他方の端子電極４には、コイル部３の他端が溶接接合されている。

圧粉コア２は、金属磁性粉とシリカ粉（ＳｉＯ_２粉）と樹脂バインダとを含む材料を金型により圧粉成形したものである。金属磁性粉としては、カルボニール鉄（純鉄）や、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）等の鉄基合金が用いられる。シリカ粉としては、球状のシリカ粉（図３参照）が用いられる。これにより、破砕状のシリカ粉を使用する場合のようにコイル部３の絶縁被膜に損傷を与えることが防止される。樹脂バインダとしては、フェノール樹脂、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂等が用いられる。

図２は、そのような圧粉コア２の製造工程を示すフローチャートである。図２において、まず金属磁性粉と球状シリカ粉とを混合する（工程Ｓ１１）。金属磁性粉としては、上述したものが用いられる。金属磁性粉の外径（直径）は、例えば平均５μｍ程度である。

球状シリカ粉としては、好ましくは静電気除去（除電）された疎水性を有する溶融シリカフィラーが用いられる。なお、シリカの純度が高ければ、合成シリカフィラーを用いても良い。球状シリカ粉の外径は、金属磁性粉の外径の１／１０以下（例えば平均２０ｎｍ程度）となっている。

ここでは、例えばＶ字状の回転容器（容量５Ｌ）内に金属磁性粉１ｋｇ及び球状シリカ粉１５ｇを入れ、その状態で回転容器を３０分程度回転させて、金属磁性粉と球状シリカ粉とを攪拌させる。

これにより、図３に示すように、球状シリカ粉５の単一体（シリカ粉単一体５）と複数の球状シリカ粉５同士が凝集してなるシリカ粉凝集体６とが混在するようになる。そして、引力により金属磁性粉７にシリカ粉単一体５及びシリカ粉凝集体６が付着（吸着）し、金属磁性粉７の表面がシリカ粉単一体５及びシリカ粉凝集体６で覆われるようになる。なお、一部の球状シリカ粉５は、金属磁性粉７から遊離した状態となる。

このとき、球状シリカ粉は除電されているので、球状シリカ粉同士が静電気によって凝集することは殆ど無い。このため、シリカ粉単一体と適正寸法のシリカ粉凝集体とが適度の割合で混在するようになる。

次いで、金属磁性粉と球状シリカ粉との混合物にリン酸等の防錆剤を添加することで、金属磁性粉に対して防錆処理を施す（工程Ｓ１２）。ここでは、例えば金属磁性粉と球状シリカ粉との混合物に対して防錆剤をスプレー塗布する。

次いで、金属磁性粉と球状シリカ粉との混合物に樹脂バインダを混合する（工程Ｓ１３）。ここでは、例えばニーダー、攪拌混合造粒機（ＶＧ）、流動層により樹脂バインダをコーティングする。このとき、シリカ粉単一体及びシリカ粉凝集体は、樹脂バインダにより金属磁性粉の表面に吸着されるようになる。

そして、金属磁性粉と球状シリカ粉と樹脂バインダとの混合物を乾燥させて、造粒体を形成する（工程Ｓ１４）。ここでは、例えばオーブンにより６０〜８０℃程度の温度で熱乾燥させたり、或いは自然乾燥させる。

次いで、造粒体に球状シリカ粉を追加混合する（工程Ｓ１５）。球状シリカ粉としては、上記の工程Ｓ１１と同様のものを使用する。この時の球状シリカ粉の添加量は、工程Ｓ１１における球状シリカ粉の添加量よりも少なくする。例えば、工程Ｓ１１における球状シリカ粉の添加量は１．５ｗｔ％程度であり、本工程における球状シリカ粉の添加量は０．５ｗｔ％程度である。このように造粒体に球状シリカ粉を加えることで、樹脂バインダに取り込まれない自由な球状シリカ粉が存在するようになる。

次いで、球状シリカ粉が追加添加された造粒体に潤滑材を混合する（工程Ｓ１６）。潤滑材としては、例えばステアリン酸亜鉛、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等が用いられる。

次いで、圧縮成形（プレス成形）を行う（工程Ｓ１７）。具体的には、金属磁性粉と球状シリカ粉と樹脂バインダと潤滑材との混合物を金型のキャビティ内に導入し、その混合物に上記コイル部３を埋設させる。そして、金型により高圧プレスをかけることで、成形体を得る。このとき、キャビティ内に導入された材料中には適切な寸法のシリカ粉凝集体が存在しているので、金型の擦れや成形圧に対して強くなっている。

次いで、その成形体を金型から取り出し、樹脂バインダを硬化させる（工程Ｓ１８）。以上により、コイル部３が埋設された圧粉コア２が完成する。

なお、図２に示すフローチャートでは、造粒体に球状シリカ粉を追加混合してから、造粒体に潤滑材を混合するようにしたが、特にその手法には限られず、造粒体に潤滑材を混合してから、造粒体に球状シリカ粉を追加混合しても良いし、或いは球状シリカ粉の追加混合と潤滑材の混合とを同時に行っても良い。

以上において、工程Ｓ１３，Ｓ１４は、金属磁性粉と樹脂とを混合して乾燥させることで、造粒体を形成する工程に相当する。工程Ｓ１５は、造粒体に金属磁性粉よりも径の小さい球状シリカ粉を混合する工程に相当する。工程Ｓ１６は、造粒体に潤滑材を混合する工程に相当する。工程Ｓ１７は、造粒体と球状シリカ粉と潤滑材との混合物を圧縮成形する工程に相当する。また、工程Ｓ１１は、造粒体を形成する工程を実施する前に、金属磁性粉と球状シリカ粉とを混合する工程に相当する。

ところで、圧縮成形を行う際に、金属磁性粉の流動性が悪いと、金型への金属磁性粉の充填量がばらつき易くなるため、金属コイル部品のコイル特性が不安定になる。また、金型への金属磁性粉の充填量がばらつくと、成形時に圧縮圧力が均等に加わらないため、特にコイル部の内側領域は密度が低い状態となり、樹脂バインダの硬化後に成形体にクラックが発生しやすくなる。さらに、成形時に金属磁性粉がスムーズに圧縮されていかないので、所望の充填密度を得るために圧縮圧力を必要以上に高くせざるを得ない。

金属磁性粉の流動性を高め、圧縮圧力を減少させるためには、造粒体に添加するステアリン酸亜鉛等の潤滑材の量を増やすことが考えられる。しかし、この場合には、潤滑材の固まりが膨張するため、成形体の表面が盛り上がる膨れ現象が発生してしまい、金属コイル部品のインダクタンス値（Ｌ値）等を悪化させることとなる。また、金型への金属磁性粉の充填量のばらつきを抑えるために、金型やフィーダを振動させて造粒体を分散させるという方法もあるが、金型やフィーダの構造及び工程の複雑化、設備コストの上昇につながる。

これに対し本実施形態では、造粒後の金属磁性粉に球状シリカ粉を混合するようにしたので、樹脂バインダから遊離した自由な球状シリカ粉（特にシリカ粉単一体）が、金属磁性粉と金属磁性粉との間に介在して転がるようになり、潤滑材として働く。このため、造粒体にステアリン酸亜鉛等の潤滑材を混合することと相俟って、良好な潤滑性が得られるようになる。従って、金属磁性粉の流動性が十分高くなるため、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを抑制することができる。その結果、金属コイル部品のコイル特性を安定化させることができる。また、成形時の圧縮圧力を低下させることが可能となるため、設備の小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、造粒後の金属磁性粉に球状シリカ粉を混合することで、上記のように球状シリカ粉の一部が潤滑材として機能することとなるので、造粒体へのステアリン酸亜鉛等の添加量を少なくすることができる。従って、成形体の表面に膨れが発生することが防止されるため、金属コイル部品のインダクタンス値の悪化を防ぐことができる。

さらに、金型に対する金属磁性粉の充填量が均一化されるので、成形時に圧縮圧力がほぼ均等に加わるようになる。これにより、樹脂バインダの硬化後における成形体へのクラックの発生を防止することができる。また、成形体の重量ばらつきが抑えられるため、金属コイル部品のインダクタンス値や直流重畳特性を安定化させることができる。

図４は、実際に成形時の圧縮圧力（プレス圧力）を変化させたときのインダクタンス値の変動量を表したグラフである。本データは、金属磁性粉への球状シリカ粉の添加量を種々変えて行ったものである。なお、球状シリカ粉としては、外径が平均２０ｎｍのものを使用している。

図４から分かるように、成形時の圧縮圧力を上げると、金属磁性粉の密度が高くなるため、インダクタンス値が高くなる。また、金属磁性粉への球状シリカ粉の添加量を増やすことで、所望のインダクタンス値を得るための圧縮圧力を低くすることができる。

また、表１に示すように、金属磁性粉への球状シリカ粉の添加量を増やすに従い、成形体の重量ばらつきが減少するのが明らかである。

さらに、表２に示すように、金属磁性粉への球状シリカ粉の添加量を増やすに従い、成形体のクラック発生率が減少するのが明らかである。特に球状シリカ粉の添加量を１．０ｗｔ％とした場合には、成形体のクラック発生率が０に近くなる。

以上により、造粒後の金属磁性粉に球状シリカ粉を添加することの有効性が実証されたこととなる。

図５は、圧粉コア２の製造工程の変形例を示すフローチャートである。図中、図２に示すものと同様または同等の工程には同じ符号を付している。

図５においては、最初に金属磁性粉と球状シリカ粉とを混合するという工程（図２に示す工程Ｓ１１）は実施せず、工程Ｓ１２〜Ｓ１８を順に実施する。従って、金属磁性粉への球状シリカ粉の添加は、造粒体に対してのみ行われることとなる。この場合でも、樹脂バインダから遊離した自由な球状シリカ粉が潤滑材として働くため、金属磁性粉の流動性が十分高くなり、金型に対する金属磁性粉の充填量のばらつきを抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態に係わる圧粉コアの製造方法は、圧粉コア２内にコイル部３を埋設してなる金属コイル部品１に適用したものであるが、本発明は、例えば圧粉コアの巻芯部にコイル部を巻回してなる金属コイル部品等にも適用可能である。

２…圧粉コア、５…球状シリカ粉、７…金属磁性粉。

Claims

金属磁性粉を含む材料からなる圧粉コアの製造方法であって、
前記金属磁性粉と樹脂とを混合して乾燥させることで、造粒体を形成する工程と、
前記造粒体に前記金属磁性粉よりも径の小さい球状シリカ粉を混合する工程と、
前記造粒体に潤滑材を混合する工程と、
前記造粒体と前記球状シリカ粉と前記潤滑材との混合物を圧縮成形する工程とを有することを特徴とする圧粉コアの製造方法。
前記造粒体を形成する工程を実施する前に、前記金属磁性粉と前記球状シリカ粉とを混合する工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の圧粉コアの製造方法。