JP2015103702A - ギャップレス磁芯、これを用いたコイル装置及びコイル装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気特性等の品質にすぐれ、また、これら特性のばらつきが小さく、製造効率にもすぐれるギャップレス磁芯、これを用いたコイル装置及びコイル装置の製造方法を提供する。【解決手段】ギャップレス磁芯１０は、磁性材料からなる環状の磁性体２１を含む環状部材を、外周面と内周面を横断し、互いに環状部材の内周方向に向けて接近する第１切断部と第２切断部で切断し、前記第１切断部で切断された第１端面３２と、前記第２切断部で切断された第２端面３３と、を有する本体３０と、前記第１切断部で切断された第１端面４３と、前記第２切断部で切断された第２端面４４と、を有するセグメント４０を得て、前記本体の第１端面と前記第２端面との間に形成された切欠き部３１に、前記第１端面３２，４２どうし、前記第２端面３３，４３どうしが当接するように前記セグメントを押し込んで形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路やインバータなどの交流機器における整流回路、雑音防止回路、共振回路等に装備されるコイル装置に用いられる磁芯、これを用いたコイル装置及びコイル装置の製造方法に関するものである。

各種交流機器の回路に搭載されるコイル装置は、環状の磁芯にコイルを巻装して構成される。
巻線を容易に行なうために、一部に空隙を形成した磁芯を形成し、この空隙から予め巻線された空芯コイルを挿入し、その後、空隙を磁性又は非磁性の充填材によって埋め戻している（たとえば、特許文献１の図１０参照）。

特開２０１１−１３５０９１号公報

空隙を埋め戻すために、別部材の充填材を準備する必要がある。しかしながら、たとえば、予め圧粉成形した磁芯や積層磁芯などのブロックを充填材として挿入する場合、空隙に嵌め込むためには充填材は、空隙の間隔よりも薄く形成せざるを得ない。

その結果、空隙を形成する磁芯の一方の端面と充填材、また、充填材と磁芯の他方の端面との間に夫々ギャップが形成されることになる。そして、充填材を空隙内で精度よく位置決めし、固定することは困難であるから、充填材を挟んで形成されるギャップどうしの間隔も一定しない。このため、このような磁芯を用いたコイル装置では、インダクタンス特性の低下など、磁気特性等の品質のばらつきが生じてしまう。また、充填材と磁芯は磁気特性等が異なるから、磁気特性等が低下してしまう。

そこで、出願人は、充填材を別途作製するのではなく、予め環状に形成された磁芯を、幅方向に垂直且つ互いに平行に２箇所で切断して、直方体形状のセグメントを切り出し、残されたＣ字状の本体に形成された切欠き部（空隙）にセグメントを嵌め込むことを考案した。これにより、本体とセグメントを同じ磁気特性とすることができ、また、原材料の効率化を図ることができる。

しかしながら、磁芯を切断刃で切り出す際に、切断刃の刃厚に相当する切断代が必要となるから、セグメントは本体の切欠き部よりも薄くなり、セグメントと切欠き部の端面との間にギャップが生じてしまう課題は残っていた。

本発明の目的は、磁気特性等の品質にすぐれ、また、これら特性のばらつきが小さく、製造効率にもすぐれるギャップレス磁芯、これを用いたコイル装置及びコイル装置の製造方法を提供することである。

本発明に係るギャップレス磁芯は、
磁性材料からなる環状の磁性体を含む環状部材を、外周面と内周面を横断し、互いに環状部材の内周方向に向けて接近する第１切断部と第２切断部で切断し、
前記第１切断部で切断された本体側第１端面と、前記第２切断部で切断された本体側第２端面と、を有する本体と、
前記第１切断部で切断されたセグメント側第１端面と、前記第２切断部で切断されたセグメント側第２端面と、を有するセグメントを得て、
前記本体側第１端面と前記本体側第２端面との間に形成された切欠き部に、前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面が当接するように前記セグメントを押し込んで形成される。

前記セグメントは、内周端面が、前記本体の内周面よりも内側に突出している。

前記環状部材は、直線状の第１直線部と第２直線部の一端を曲率半径の小さい曲部で略直角に連繋し、前記第１直線部と前記２第直線部の他端どうしを曲率半径の大きい円弧部で接続した涙滴形状を有しており、
前記第１切断部又は前記第２切断部の少なくとも一方の切断が、前記第１直線部又は第２直線部に実施されることが望ましい。

前記第１切断部又は前記第２切断部の他方の切断は、前記曲部から第１直線部又は第２直線部の端部との間に実施することが望ましい。

また、前記第１切断部と前記第２切断部のなす角度は、９０°以下とすることが好適であり、７５°以下とすることが望ましい。

前記第１切断部と前記第２切断部のなす角度は、２０°以上とすることが好適である。

前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面は、接着又はクランプにより固定することができる。

前記環状部材は、環状の磁性体と、前記磁性体を覆う絶縁性の樹脂被覆部と、を含んだ構成とすることができる。

前記磁性体は、磁性材料の圧粉成形体であり、前記樹脂被覆部は、インサート成型工法又は樹脂粉体コーティング工法により形成することが望ましい。

本発明のコイル装置は、
上記に記載のギャップレス磁芯の本体に、前記切欠き部から予め巻線した空芯コイルを挿入した後、前記切欠き部に前記セグメントを押し込んで構成される。

本発明のコイル装置の製造方法は、
磁性材料からなる環状の磁性体を含む環状部材を、外周面と内周面を横断し、互いに環状部材の内周方向に向けて接近する第１切断部と第２切断部で切断し、
前記第１切断部で切断された本体側第１端面と、前記第２切断部で切断された本体側第２端面と、を有する本体と、
前記第１切断部で切断されたセグメント側第１端面と、前記第２切断部で切断されたセグメント側第２端面と、を有するセグメントを得て、
前記本体側第１端面と前記本体側第２端面との間に形成された切欠き部に、予め巻線した空芯コイルを挿入し
前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面が当接するように前記セグメントを押し込んで、コイル装置を形成する。

本発明によれば、本体の切欠き部にセグメントを押し込むだけで、本体とセグメントは、ギャップを存することなく密着して当接するから、ギャップによる磁束の漏洩もなく、また、ギャップの大小による磁気特性等のばらつきもないから、磁気特性等が安定したすぐれたギャップレス磁芯及びこれを用いたコイル装置を提供することができる。

また、本発明のギャップレス磁芯は、同じ環状部材からを本体とセグメントを作製しているから、これらの磁気特性等は同じであり、作製されたギャップレス磁芯やこれを用いたコイル装置は、安定した磁気特性等を発揮できる。

また、本体とセグメントを別個に作製する必要はなく、また、切り出されたセグメントをそのまま利用できるので、原材料のロスも殆んどなく、製造効率を可及的に高めることができる。

図１は、本発明のギャップレス磁芯の一実施形態を示す平面図（角度αは６０°）である。 図２は、図１の丸囲み部を高さ方向に切断したギャップレス磁芯の拡大断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る環状部材の切断前の平面図である。 図４は、図３の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図５は、図３の環状部材を切断して得られた本体とセグメントの平面図である。 図６は、図５の本体からセグメントを取り出した状態を示す平面図である。 図７は、図６の本体に空芯コイルを挿入する過程を示す斜視図である。 図８は、図７に続き、本体に空芯コイルを挿入する過程を示す斜視図である。 図９は、空芯コイルの挿入された本体にセグメントを装着する過程を示す斜視図である。 図１０は、図９の平面図である。 図１１は、セグメントを装着して得られたコイル装置の斜視図である。 図１２は、図１１のコイル装置の平面図である。 図１３は、角度αが７５°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１４は、角度αが４５°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１５は、角度αが３０°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１６は、角度αが２０°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１７は、角度αが７５°であるギャップレス磁芯の平面図であって、樹脂被複層の抜止め形状を変えた実施形態を示している。 図１８は、角度αが６０°であるギャップレス磁芯の平面図であって、樹脂被複層の抜止め形状を変えた実施形態を示している。 図１９は、第１実施例の直流重畳特性を示すグラフである。 図２０は、第２実施例の角度αと初期インダクタンス値の比較結果を示すグラフである。 図２１は、第３実施例の本体とセグメントの対向面積Ｐと初期インダクタンス値の比較結果を示すグラフである。 図２２は、涙滴状と円環状の環状部材の開口幅の比較する説明図（ａ）（ｂ）と、その特性を比較する表（ｃ）である。

以下、まず、本発明に係るギャップレス磁芯１０について図面を参照して説明した後、このギャップレス磁芯１０を用いたコイル装置５０の一実施形態について説明を行なう。

図１は、本発明の一実施形態に係るギャップレス磁芯１０の平面図である。ギャップレス磁芯１０は、一部に切欠き部３１が形成された本体３０と、本体３０の切欠き部３１に嵌まるセグメント４０から構成される。

図１及び図２に示すように、セグメント４０と、セグメント４０の切り出された本体３０の切欠き部３１は、夫々当接面が本体３０の内周面に向けて接近する形状、すなわち、略扇形状であり、セグメント４０の内周面は、磁性体２１が、本体３０の内周面よりも内側に突出（突出量Ｓ）している。

上記構成のギャップレス磁芯１０は、以下の要領で作製することができる。

まず、図３に示すように、磁性体２１を含む環状部材２０を作製する。
図示の環状部材２０は、図４の断面図に示すように、磁性材料からなる磁性体２１の外周を絶縁性の樹脂被覆部２２で覆ったものである。なお、樹脂被覆部２２は必要に応じて設ければよく、磁性体２１のみにより環状部材２０を形成することもできる。

図４の環状部材２０は、磁性体２１の断面を略矩形に形成しているが、磁性体２１の断面形状は、円形、楕円形等としてもよい。

環状部材２０の形状は、涙滴状や円環状、楕円環状、長円環状、矩形環状等を採用できる。図３は、涙滴状の環状部材２０であり、環状部材２０は、直線状の第１直線部２３と第２直線部２４の一端を曲率半径の小さい曲部２５で略直角に連繋し、これらの他端どうしを曲率半径の大きい円弧部２６で接続している。

磁性体２１に採用される磁性材料として、鉄系、鉄−ケイ素系、鉄−アルミニウム−ケイ素系、鉄−ニッケル系の材料、鉄系やＣｏ系のアモルファス材料などを例示できる。磁性体２１は、磁性材料からなる粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、磁性材料からなる粉末を焼結してなるフェライト磁芯の成形体、磁性材料からなる薄板を積層又は巻回した積層磁芯とすることができる。

上記種々の磁性材料の中で、磁性体２１として圧粉成形体を採用することが好適である。圧粉成形体は、寸法精度が高く、また、設計自由度も高いためである。

一方、圧粉成形体からなる磁性体２１は、切断刃（砥石）を用いて切断すると、切断刃を当てたときに周面が崩れてしまうことがある。そこで、圧粉成形体からなる磁性体２１を絶縁性樹脂によりインサート成型し、磁性体２１の外周に樹脂被覆部２２を形成することで環状部材２０を得ることが好適である。これにより、切断の際に磁性体２１が崩れてしまうことを防止できる。なお、環状部材２０は、樹脂粉体コーティング工法によって作製することもできる。

作製された環状部材２０を、図３及び図５に示すように、その内周面と外周面を横断し、互いに環状部材２０の内周方向に向けて接近する第１切断部２７と第２切断部２８によって切断する。第１切断部２７と第２切断部２８は、図５に示すように、環状部材２０の内周方向に向けて接近するよう切断を実施する。すなわち、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度をαとすると、０°＜α≦９０°とする。この理由は後述する。

環状部材２０の切断は、回転する切断刃などによって行なうことができる。切断刃として、メタルボンドされたダイヤモンド砥石を例示することができる。環状部材２０は、切断刃の逃げを防止するために、直線部２３，２４にて切断することが好適である。

環状部材２０の切断に際し、切断代２９をゼロとして切断を行なうことはできず、図５に示すように、切断刃の厚さに応じた切断代２９が必要となる。つまり、環状部材２０を切断し、セグメント４０を切り出した本体３０の切欠き部３１に対して、セグメント４０は、切断代２９，２９分だけ小さくなる。切断代２９を小さくするために、切断刃の刃厚は、薄くすることが望まれる。たとえば、切断刃は、０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの刃厚又は０．７ｍｍよりも刃厚の薄いものを用いることが好適である。

環状部材２０が、上記した図３のような涙滴状である場合、第１切断部２７又は第２切断部２８の少なくとも一方の切断を、第１直線部２３又は第２直線部２４に実施し、第１切断部２７又は第２切断部２８の他方の切断は、曲部２５から第１直線部２３又は第２直線部２４の端部との間に実施することが望ましい。

これにより、セグメント４０の切り出された本体３０の切欠き部３１に、図６に示すように、空芯コイル５１（後述する図７等）を挿入するための広い開口幅３６を確保することができる。開口幅３６については、第４実施例にて詳述する。

図６に示すように、セグメント４０の切り出された本体３０は、第１切断部２７で切断された本体側第１端面３２と、第２切断部２８で切断された本体側第２端面３３を有しており、本体側第１端面３２と本体側第２端面３３との間には、切り出されたセグメント４０と切断代２９，２９分の間隔を有する切欠き部３１が形成された略Ｃ字状の部材である。切欠き部３１は、本体側第１端面３２と本体側第２端面３３が内周方向に向けて接近しており、本体側第１端面３２と本体側第２端面３３とのなす角度は、環状部材２０の内周側に向けて、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度と同じαである。

なお、本体３０に後述するとおり空芯コイル５１を挿入する場合、空芯コイル５１の挿入を容易に行なうために、本体３０の空芯コイル５１の挿入側となる端面（たとえば本体側第１端面３２）は、端面に連続する本体３０の先端が平坦となるように切断することが望ましい。また、前記端面とは逆側の端面（たとえば本体側第２端面３３）は、空芯コイル５１の挿入を阻害しないように、図３切欠き部３１を空芯コイル５１の挿入方向（後述する図７中矢印で示す）に対して平行に形成することが望ましい。

また、同様に図６に示すように、セグメント４０も、第１切断部２７で切断されたセグメント側第１端面４２と、第２切断部２８で切断されたセグメント側第２端面４３を有し、セグメント側第１端面４２とセグメント側第２端面４３が内周方向に向けて接近する略扇形状の部材である。セグメント４０のセグメント側第１端面４２とセグメント側第２端面４３とのなす角度は、環状部材２０の内周側に向けて、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度と同じαである。

得られたセグメント４０は、本体３０の切欠き部３１に外周側から押し込んで固定することで、切欠き部３１は埋め戻されて、ギャップレス磁芯１０を得ることができる。

本体３０へのセグメント４０の固定は、本体側第１端面３２とセグメント側第１端面４２との間、本体側第２端面３３とセグメント側第２端面４３との間を接着したり、本体３０とセグメント４０とをクランプすることで容易に行なうことができる。

環状部材２０からセグメント４０を切断刃により切り出すと、切断代２９が必要となるから、本体３０の切欠き部３１にセグメント４０を押し込んで、本体側第１端面３２とセグメント側第１端面４２、本体側第２端面３３とセグメント側第２端面４３を夫々密着して当接させると、図１及び拡大断面図２に示すように、切断代２９，２９の厚さ分だけセグメント４０が切欠き部３１よりも内側に入り、本体３０の内周側に突出量Ｓだけ突出する。

しかしながら、セグメント４０は、本体３０の幅方向となる押込み方向に、本体側第１端面３２とセグメント側第１端面４２、本体側第２端面３３とセグメント側第２端面４３が夫々密着するまで押し込めばよいので、切欠き部３１に対するセグメント４０の押し込み量の微調整は不要である。つまり、切欠き部３１に対して、セグメント４０を高さ方向のみに位置調整すればよいので、ギャップレス磁芯１０の作製が非常に簡便となる。

作製されたギャップレス磁芯１０について、磁性体２１内を通過する磁束は、最短の磁路長である磁性体２１の内周側に磁路を取ることとなり、最も磁束密度が高くなる。本発明においては、本体３０の切欠き部３１の内周側の、磁路Ｍが、図２に示すように、ギャップを存することなくセグメント４０側に通じて確保されているから、外周側の断面積が欠損しても実質的な断面積の減少は少なく、安定したインダクタンス特性を発揮でき、磁気特性等の低下は殆んどないことがわかる。

また、セグメント４０は、本体３０から切り出しているから、本体３０とセグメント４０は、同じ磁気特性等を具備する。従って、別部材からセグメントを形成する場合に比べて極めて安定した磁気特性等を発揮できる。

さらに、環状部材２０から切り出されたセグメント４０を本体３０の切欠き部３１に戻しているから、別部材からセグメントを形成する工程を不要とすることができ、加えて原材料のロスも殆んどなく、製造効率を可及的に高めることができる。

上記ギャップレス磁芯１０を利用したコイル装置５０の製造方法について説明する。
まず、環状部材２０からセグメント４０を切り出した後（図６）、図７乃至図１０に示すように、本体３０に切欠き部３１から予め導線を巻回した空芯コイル５１を挿入される。空芯コイル５１は、本体３０の外周形状に合わせて巻回して作製される。そして、空芯コイル５１を本体３０に挿入した後、図１１及び図１２に示すように、本体３０の切欠き部３１にセグメント４０を上記と同様の要領で押し込んで固定することで、コイル装置５０が作製される。

作製されたコイル装置５０は、本発明のギャップレス磁芯１０と同様に、ギャップがなく、磁性体２１内を通る内周側の磁路Ｍと実質的な断面積が確保されているから、安定した磁気特性等を具備している。また、上述した種々の効果を有している。

ところで、上記ギャップレス磁芯１０及びコイル装置５０において、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αは、０°＜α≦９０°とすることが好適である。図１の実施形態では、角度αは６０°である。また、図１３は、角度αが７５°、図１４は、角度αが４５°、図１５は、角度αが３０°、図１６は、角度αが２０°の実施形態である。

第１切断部２７と第２切断部２８とのなす角度αの下限は、上記のとおり、０°より大きくなる、すなわち、第１切断部２７と第２切断部２８が平行とならないように設定されるが、上記した図１、図１３乃至図１６を参照すると、角度αが小さくなるほど、セグメント４０の内周側への突出量Ｓが大きくなることがわかる。その結果、突出量Ｓが大きくなると、本体３０の磁性体２１とセグメント４０の磁性体２１との対向面積Ｐが小さくなり、断面積が狭められて、磁気特性等が低下する虞がある。

そして、角度αが０°に至ると、第１切断刃と第２切断刃で生じる切断代に相当するギャップが、本体３０とセグメント４０との間に形成されてしまい、切欠き部３１にセグメント４０を挿入しても、第１端面３２と４２、第２端面３３と４３の両方を同時に当接させることはできなくなる。

このため、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αは、２０°以上とすることが好適であり、３０°以上とすることがより望ましい。その理由は、実施例にて説明する。

また、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αの上限は、９０°とすることが望ましい。角度αが９０°を越えるセグメント４０を形成することは可能であるが、角度αが大きくなるにつれて、セグメント４０自体も大きくなってしまい、挿入できる空芯コイル５１のストロークが短くなって、磁気特性等が低下する虞があるためである。
望ましくは、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αの上限は、７５°とする。

なお、上述したが、環状部材２０を切断する切断刃は、切断代２９を薄くするために、刃厚が薄いものを使用することが望ましい。切断代２９が厚くなる程、セグメント４０の内周側への突出量Ｓが大きくなって、本体３０の磁性体２１とセグメント４０の磁性体２１との対向面積Ｐが小さくなり、磁路が狭められて、磁気特性等が低下してしまうからである。

磁路Ｍを確保するために、本体３０とセグメント４０の磁性体２１どうしの対向面積Ｐは、磁性体２１の断面積Ｃ（図２参照）の５０％以上を確保することが望ましい。より望ましくは、対向面積Ｐは、断面積Ｃの８０％以上である。

図７乃至図１２に示した実施形態では、樹脂被覆部２２には、本体３０の一方の端面２８と、セグメント４０に夫々抜止め３４，４４となる突起を形成している。空芯コイル５１を本体３０の一方の端面２７から挿入したときに、空芯コイル５１が抜止め３４に当たるから、その脱落を防止できる。また、コイル装置５０を作製した後、これら抜止め３４，４４によって、空芯コイル５１がギャップレス磁芯１０上で移動することを阻止することができ、空芯コイル５１の引き出し端子の位置決めを行なうことができる。

また、抜止め３４，４４を形成することで、図５に示す環状部材２０の切断の際に切断刃を入れる目印とすることができる。

図１７及び図１８は、抜止め３４の異なる実施例であり、本体３０の抜止め３４を内周側と外周側の両方に突設している。なお、図１７と図１８で、セグメント４０の突出量Ｓは同じになっているが、これは、図１７の切断代２９を０．５ｍｍ、図１８の切断代２９をそれよりも厚い０．７ｍｍとしたからである。図１７及び図１８より、切断代２９が厚くなる程、突出量Ｓは大きくなることがわかる。

磁性体２１としてセンダスト粉（組成：Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）から圧粉成形体を複数作製し、インサート成型により樹脂被覆部２２を形成した環状部材２０を得た。磁性体２１は、幅９．８ｍｍ、高さ２５ｍｍの断面を有する涙滴状とし、内周長が８４ｍｍ、平均磁路長が１１４ｍｍである。また、樹脂被覆部２２の厚さは０．６ｍｍである。

＜第１実施例：直流重畳特性の比較＞
この環状部材２０から、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αが、０°（比較例：第１切断部と第２切断部は平行）、２０°（発明例１１）、３０°（発明例１２）、４５°（発明例１３）、７５°（発明例１４）となるようにセグメント４０を切り出した。切断刃として０．７ｍｍの刃厚を有する回転刃を使用した。切断代２９は切断刃の刃厚よりも大きく、夫々０．７５ｍｍである。

セグメント４０の切り出された本体３０に空芯コイル５１を挿入し、セグメント４０を埋め戻して固定し、コイル装置５０を作製した。比較例については、セグメント４０は、２つのギャップが同じ幅になるように調整した。

得られた各コイル装置５０について、０〜２４ＡのＤＣバイアス電流を流し、直流重畳特性を調べた。結果を図１９に示す。図を参照すると、発明例は、比較例に比して、インダクタンス値が高いことがわかる。特に、ＤＣバイアス電流が０Ａ〜１２Ａの範囲では、何れも比較例に比して高いインダクタンス値を呈している。

これは、ギャップが形成されることなく、セグメント４０を切欠き部３１に押し込むことで、本体側第１端面３２とセグメント側第１端面４２、本体側第２端面３３とセグメント側第２端面４３が、ギャップを存することなく当接されたためである。一方、比較例は、本体とセグメントとの間に切断代によるギャップが形成されることで、磁束が漏洩し、高いインダクタンス値を確保できなかったことがわかる。

発明例どうしを比較すると、角度αが７５°である発明例４が最も高いインダクタンス値を呈し、角度αが小さくなる程、インダクタンス値が低くなっている。これは、角度αが大きいほど、セグメント４０の内周側への突出量Ｓが小さく、本体側第１端面３２とセグメント側第１端面４２の対向面積、本体側第２端面３３とセグメント側第２端面４３の対向面積を大きくでき、磁路Ｍを確保できたためである。

＜第２実施例：初期インダクタンス値の比較＞
また、上記環状部材２０から、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αが、０°（比較例：第１切断部と第２切断部は平行）、１０°（発明例２１）、２０°（発明例２２）、３０°（発明例２３）、４５°（発明例２４）、７５°（発明例２５）となるようにセグメント４０を切り出し、同様にコイル装置５０を作製し、これらの初期インダクタンス値を測定した。結果を図２０に示す。

図２０に示すように、発明例と比較例を比較すると、角度αが２０°である発明例２２は、比較例に比して約１４％初期インダクタンス値が向上しており、角度αが７５°である発明例２５は、比較例に比して約２９％初期インダクタンス値を向上することができた。

一方で、図２０より、角度αが１０°である発明例２１は、比較例とほぼ同等の初期インダクタンス値となっている。これは、セグメント４０の内周側への突出量Ｓが大きくなった結果、十分な磁路を確保できなかったためである。しかしながら、本発明では、セグメント４０を切欠き部３１に押し込むだけでギャップのない磁路Ｍを確保できるから、角度αが１０°であったとしても、複数のコイル装置５０を作製したときに、一定のインダクタンス値を確保できる利点がある。一方、比較例では、２つのギャップの幅の調整が困難であるから、複数のコイル装置を作製したときに、一定のインダクタンス値を得ることは難しく、発明例の方がすぐれる。

また、発明例どうしを比較すると、図２０より、角度αが７５°から３０°までの範囲においては、初期インダクタンス値は僅かではあるがリニアに減少している。ところが、角度αが３０°から２０°になると、初期インダクタンス値の減少量は大きくなり、さらに、角度αが２０°から１０°になると、初期インダクタンス値が大きく低下していることがわかる。

これは、角度αが小さくなるにつれて、セグメント４０の内周側への突出量Ｓが大きくなる結果、ギャップレス磁芯１０の内周側の磁路Ｍは確保されるが、本体３０の磁性体と、セグメント４０の磁性体２１との対向面積が小さくなって、全体として十分な磁路を確保できなかったためである。

上記実施例より、第１切断部２７と第２切断部２８とのなす角度αの下限は、２０°以上とすることが好ましく、３０°以上とすることがより好適であることがわかる。

また、角度αの上限は９０°以下とすることが好ましいことがわかる。一方で、角度αが大きくなると、セグメント４０が大きくなってしまい、本体３０に挿入できる空芯コイル５１のストロークが短くなるため、角度αの上限は、７５°以下とすることがより好適である。

＜第３実施例：本体とセグメントの対向面積Ｐと初期インダクタンス値の比較＞
本体３０とセグメント４０の断面積Ｃに対する対向面積Ｐによる初期インダクタンス値の変化を調べるために、環状部材２０から、第１切断部２７と第２切断部２８のなす角度αが、２０°（発明例３１）、３０°（発明例３２）、４５°（発明例３３）、６０°（発明例３４）、７５°（発明例２５）となるようにセグメント４０を切り出し、同様にコイル装置５０を作製し、これらの初期インダクタンス値を測定した。結果を図２１に示す。

図２１を参照すると、断面積Ｃに対する対向面積Ｐの割合が高くなるにつれて、初期インダクタンス値が高くなっていることがわかる。

＜第４実施例：空芯コイルを挿入する開口幅の比較＞
図２２（ａ）及び（ｂ）に示すように、環状部材２０を涙滴状と円環状（トロイダルコア）とし、同じ開口幅３６を有する切欠き部３１の形成に必要なセグメント４０の大きさを比較した。涙滴状の環状部材２０（図２２（ａ））については、第１切断部２７が曲部２５、第２切断部２８が第２直線部２４に位置するように切断を行なった。

図を参照すると、涙滴状の環状部材２０は、円環状の環状部材２０に比して、切り出されるセグメント４０の大きさが小さくなっている。これは、曲率半径の小さい曲部２５を含むように切欠き部３１を形成したことによるものである。

図２２（ｃ）に、涙滴状と円環状の環状部材２０の特性を比較した表を示している。表を参照すると、涙滴状の環状部材２０は、円環状の環状部材２０に比べて、セグメント４０を小さくすることができたことで、本体３０に挿入することのできる空芯コイルのストロークを長くことができる。

また、第１切断部２７及び第２切断部２８での切断作業についても、涙滴状の環状部材２０は、切断の際に治具等で環状部材２０をチャックする必要があるが、直線部２３又は２４を基準として安定して広い面積をチャックすることができ、切断を行なうことができるから、位置決めが容易である。また、直線部２４に切断部２８を位置させることで、直線部２８に対して切断刃を直交させて切断を行なうことできるため、切断刃の逃げも小さく、切断作業を簡便に行なうことができる。

従って、涙滴状の環状部材２０と円環状の環状部材２０を比較した場合、本発明は特に涙滴状の環状部材２０への適用に好適であることがわかる。

さらには、本体３０にセグメント４０を戻す際の作業性についても、涙滴状の環状部材２０の場合、高さのみを調整するだけで後はセグメント４０を切欠き部３１に押し込むだけであり、押込み方向は１方向で済むが、円環状の環状部材２０の場合、高さ方向の調整に加えて、第１端面３２，４２どうし、第２端面３３，４３どうしが当接するよう２方向の調整が必要となる。このため、涙滴状環状部材２０の方が、位置決め精度及び作業性にすぐれる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、同じ形状の環状部材２０を複数作製する場合、セグメント４０は、セグメント４０を切り出した本体３０に戻さずに、他の本体３０に戻すこともできる。また、セグメント４０は、セグメント側第１端面４２が本体側第２端面３３と当接し、セグメント側第２端面４３が本体側第１端面３２と当接するよう配置することもできる。

１０ ギャップレス磁芯
２０ 環状部材
２７ 第１切断部
２８ 第２切断部
３０ 本体
３１ 切欠き部
３２ 本体側第１端面
３３ 本体側第２端面
４０ セグメント
４２ セグメント側第１端面
４３ セグメント側第２端面
５０ コイル装置
５１ 空芯コイル
α 第１切断部と第２切断部のなす角度
Ｓ セグメントの内周側の突出量

図１は、本発明のギャップレス磁芯の一実施形態を示す平面図（角度αは６０°）である。 図２は、図１の丸囲み部を高さ方向に切断したギャップレス磁芯の拡大断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る環状部材の切断前の平面図である。 図４は、図３の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図５は、図３の環状部材を切断して得られた本体とセグメントの平面図である。 図６は、図５の本体からセグメントを取り出した状態を示す平面図である。 図７は、図６の本体に空芯コイルを挿入する過程を示す斜視図である。 図８は、図７に続き、本体に空芯コイルを挿入する過程を示す斜視図である。 図９は、空芯コイルの挿入された本体にセグメントを装着する過程を示す斜視図である。 図１０は、図９の平面図である。 図１１は、セグメントを装着して得られたコイル装置の斜視図である。 図１２は、図１１のコイル装置の平面図である。 図１３は、角度αが７５°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１４は、角度αが４５°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１５は、角度αが３０°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１６は、角度αが２０°であるギャップレス磁芯の平面図である。 図１７は、角度αが６０°であるギャップレス磁芯の平面図であって、樹脂被複層の抜止め形状を変えた実施形態を示している。 図１８は、角度αが８０°であるギャップレス磁芯の平面図であって、樹脂被複層の抜止め形状を変えた実施形態を示している。 図１９は、第１実施例の直流重畳特性を示すグラフである。 図２０は、第２実施例の角度αと初期インダクタンス値の比較結果を示すグラフである。 図２１は、第３実施例の本体とセグメントの対向面積Ｐと初期インダクタンス値の比較結果を示すグラフである。 図２２は、涙滴状と円環状の環状部材の開口幅の比較する説明図（ａ）（ｂ）と、その特性を比較する表（ｃ）である。

Claims (12)

1. 磁性材料からなる環状の磁性体を含む環状部材を、外周面と内周面を横断し、互いに環状部材の内周方向に向けて接近する第１切断部と第２切断部で切断し、
   前記第１切断部で切断された本体側第１端面と、前記第２切断部で切断された本体側第２端面と、を有する本体と、
   前記第１切断部で切断されたセグメント側第１端面と、前記第２切断部で切断されたセグメント側第２端面と、を有するセグメントを得て、
   前記本体側第１端面と前記本体側第２端面との間に形成された切欠き部に、前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面が当接するように前記セグメントを押し込んで形成される、
   ことを特徴とするギャップレス磁芯。
2. 前記セグメントは、内周端面が、前記本体の内周面よりも内側に突出している、
   請求項１に記載のギャップレス磁芯。
3. 前記環状部材は、直線状の第１直線部と第２直線部の一端を曲率半径の小さい曲部で略直角に連繋し、前記第１直線部と前記２第直線部の他端どうしを曲率半径の大きい円弧部で接続した涙滴形状を有しており、
   前記第１切断部又は前記第２切断部の少なくとも一方の切断が、前記第１直線部又は第２直線部に実施される、
   請求項１又は請求項２に記載のギャップレス磁芯。
4. 前記第１切断部又は前記第２切断部の他方の切断は、前記曲部から第１切断部又は第２直線部の端部との間に実施される、
   請求項３に記載のギャップレス磁芯。
5. 前記第１切断部と前記第２切断部のなす角度は、９０°以下である、
   請求項１乃至請求項４に記載のギャップレス磁芯。
6. 前記第１切断部と前記第２切断部のなす角度は、７５°以下である、
   請求項１乃至請求項４に記載のギャップレス磁芯。
7. 前記第１切断部と前記第２切断部のなす角度は、２０°以上である、
   請求項１乃至請求項６の何れかに記載のギャップレス磁芯。
8. 前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面は、接着剤により固定される、
   請求項１乃至請求項７の何れかに記載のギャップレス磁芯。
9. 前記環状部材は、環状の磁性体と、前記磁性体を覆う絶縁性の樹脂被覆部と、を含んでいる、
   請求項１乃至請求項８の何れかに記載のギャップレス磁芯。
10. 前記磁性体は、磁性材料の圧粉成形体であり、前記樹脂被覆部は、インサート成型工法又は樹脂粉体コーティング工法により形成される、
    請求項９に記載のギャップレス磁芯。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れかに記載のギャップレス磁芯の本体に、前記切欠き部から予め巻線した空芯コイルを挿入した後、前記切欠き部に前記セグメントを押し込んで構成されるコイル装置。
12. 磁性材料からなる環状の磁性体を含む環状部材を、外周面と内周面を横断し、互いに環状部材の内周方向に向けて接近する第１切断部と第２切断部で切断し、
    前記第１切断部で切断された本体側第１端面と、前記第２切断部で切断された本体側第２端面と、を有する本体と、
    前記第１切断部で切断されたセグメント側第１端面と、前記第２切断部で切断されたセグメント側第２端面と、を有するセグメントを得て、
    前記本体側第１端面と前記本体側第２端面との間に形成された切欠き部に、予め巻線した空芯コイルを挿入し
    前記本体側第１端面と前記セグメント側第１端面、前記本体側第２端面と前記セグメント側第２端面が当接するように前記セグメントを押し込んで形成される、
    ことを特徴とするコイル装置の製造方法。

Images