JP2017059811A - 磁性素子 - Google Patents

Abstract

【課題】作業工数を少なく、部品点数および銅線使用量を削減できる磁性素子を提供する。【解決手段】磁性素子１は、圧縮成形磁性体からなるコア芯２の外周にコイル３を巻回してなるコイルアッシィ４と、このコイルアッシィ４の外周を覆う外周コア５とを備え、外周コアは、コイルを挿入できる開口部５ａと、射出成形磁性体からなる外周コア内にコイルアッシィ４を固定するための固定手段である、柱状コア芯の軸方向両端部を挿入できる一対の溝５ｂとを外周コアの内周面に有する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体の周囲にコイルアッシィを配置した磁性素子であって、インダクタ、トランス、アンテナ（バーアンテナ）、チョークコイル、フィルタ、センサ等として電気機器あるいは電子機器に使用される磁性素子に関する。特に、基板に実装できる磁性素子に関する。

近年、電気・電子機器の高周波数化、大電流化が進む中で、磁性素子にも同様の対応が求められているが、現在磁性体として主流のフェライト材料では材料特性そのものが限界にきており、新たな磁性体材料が模索されている。例えば、フェライト材料は、センダストやアモルファスなどの圧縮成形磁性材料やアモルファス箔帯等に置き換えられつつある。しかし、上記圧縮成形磁性材料は成形性が悪く、焼成後の機械的強度も低い。また、上記アモルファス箔帯は巻線・切断・ギャップ形成から製造コストが高くなる。このため、これら磁性材料の実用化が遅れている。

成形性の悪い磁性粉末を使用してバリエーションのある形状や特性を有する小型で安価な磁性コア部品の製造方法を提供するものとして特許文献１が提案されている。特許文献１では、射出成形に用いる樹脂組成物に含まれる磁性粉末を絶縁材で被覆し、圧縮成形磁性体および圧粉磁石成形体のいずれかを上記樹脂組成物中にインサート成形し、圧縮成形磁性体あるいは圧粉磁石成形体が射出成形温度よりも低い融点を持つ結着剤を含有する、所定の磁気特性を有するコア部品を射出成形により製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。

部品点数および製造工数の削減、製品の低背化、信頼性向上を図ることのできる磁性素子として、磁気コア構造体の磁路の一部を複合磁性成形体の絶縁性ベースにて構成し、コイルの端末を外部端子としてベース側に直接引き出した構成とした磁性素子が知られている（特許文献２参照）。

従来のＥＥＰ形磁性素子を図１７に示す。図１７（ａ）は組み立て方法を示す斜視図であり、図１７（ｂ）は完成斜視図である。磁性素子４１は、コア芯４２ａおよび外周コア４２が一体成形された２個の部品を、コア芯４２ａを対向させながらコイル４３にコア芯４２ａを挿入して組み立てられる。組み立て時に、上記２個の部品は径方向および軸方向に位置決めする必要がある。特に樹脂封止する場合、位置決めを正確にする必要があるため作業工数が増加する。また、コイル４３が内蔵された状態で樹脂封止する必要があるため、封止樹脂を充填するのに時間がかかり、ボイドも発生しやすくなる。
外周コア４２とコア芯４２ａを異なる材質で組み合わせたハイブリッド磁性素子とする場合、コイル外周コア２個とコイル内径側コア１個以上を組み合わせるため部品点数が多くなる。上記したように、従来のＥＥＰ形磁性素子は、製造上、品質上の改善が望まれている。

ＥＥＰ形磁性素子は、インダクタの磁気特性を調整するためのギャップを設ける必要がある。図１８は、コア芯の中間にスペーサを配置してギャップを設けた磁性素子の例である。図１８（ａ）および（ｂ）は組み立て方法を示す斜視図であり、図１８（ｃ）は完成斜視図であり、図１８（ｄ）はＦ−Ｆ方向断面図である。磁性素子４４は、円柱状のコア芯４５の外周にコイル４６を配置したコイルアッシィ４７と、このコイルアッシィ４７の外周を覆う外周コア４８とを備えている。円柱状のコア芯４５の中間にはスペーサ４９が設けられている。磁性素子４４は、コイルアッシィ４７を、外周コア４８に挿入して組み立てられる。

特許第４７６３６０９号公報 特開２０００−３３１８４１号公報

開磁路のドラム形コアに対して、例えばポット形コア、ＥＥＲ形コア、ＥＥＰ形コア、ドラム形コアと外周コアとを組み合わせたコア等、閉磁路の磁性素子は磁路におけるエアギャップが小さいため磁束漏れが小さく、開磁路の磁性素子に比べて体格を小さくすることができる。しかしながら、上記した、ポット形コア、ＥＥＲ形コア、ＥＥＰ形コア等は、磁性素子組立時、またはコイルと外周コアとの隙間に樹脂を充填する場合に、コイルが配置されたコイルアッシィのコア芯をコイルの径方向および軸方向に位置決めする必要があるため作業工数が多くなるという問題がある。また、ドラム形コアとコイルと外周コアとを組み合わせたコアは、マグネットワイヤの断面積が大きい場合、コイルの曲げ半径が大きくなり、コイル端子がコア外周に大きく突出することなど、コイル端子の取り回しの自由度が低くなり磁性素子体格が大きくなるという問題がある。

図１８に示す、コア芯の中間にスペーサが配置された磁性素子の場合、円柱状のコア芯４５はスペーサの位置決め時にコア４５とスペーサ４９とを接着剤により接着している。このため、磁性素子組み立て前に接着工程が必要となり、製造作業が煩雑になるという問題がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、作業工数を少なく、部品点数および銅線など導電性に優れた金属の使用量を削減できる磁性素子の提供を目的とする。

本発明の磁性素子は、コア芯の外周にコイルが配置されたコイルアッシィと、該コイルアッシィの外周を覆う外周コアとを備え、上記外周コアは、上記コイルアッシィを挿入できる開口部と、上記コイルアッシィを上記外周コア内に固定する固定手段とを有することを特徴とする。特にコア芯が圧縮成形磁性体であり、外周コアが射出成形磁性体であることを特徴とする。

上記コア芯が柱状コア芯の軸方向両端に一対のフランジ部が設けられたコア芯を有する磁性素子の場合、上記固定手段は、一対のフランジ部の外周形状を外周コアの内周面に密接する形状とすることで、コイルアッシィが外周コア内に固定されることを特徴とする。

上記コア芯が柱状コア芯を有する磁性素子の場合、上記固定手段は、（１）外周コア内部に設けられ、柱状コア芯の軸方向両端部を挿入できる一対の溝を外周コアの内周面に設ける、（２）コア芯を挿入する少なくとも１つの貫通穴を外周コアに設けることのいずれか１つの手段を設けることで、コイルアッシィが外周コア内に固定されることを特徴とする。

上記コア芯が柱状コア芯を有する磁性素子であり、この柱状コア芯の軸方向中間部、軸方向端面部、および軸方向端面近傍の円周部の少なくとも１つの部位に、上記柱状コア芯と嵌合するスペーサが設けられていることを特徴とする。

また、内部に上記コイルアッシィが固定されている外周コアは、該外周コアの少なくとも１つの外周面が電子機器の基板に固定できる形状であることを特徴とする。

本発明の磁性素子は、コイルアッシィを挿入できる開口部と、上記コイルアッシィを外周コア内に固定する固定手段とを有するので、コイルアッシィを外周コア内部に固定するときの作業性が向上する。また、コア芯となる磁性体を熱伝導性に優れた圧縮成形磁性体とし、外周コアとなる磁性体を射出成形磁性体としたハイブリッド磁性素子の場合、コア芯と外周コアとが分割されることで、外周コアを２分割しないので部品点数を削減できる。また、コア芯と嵌合できるスペーサを設けているので、コイルとコアとを組み立ててコイルアッシィとする際にスペーサの接着が不要となり、作業性が向上する。スペーサの有無をコイルとコアを組み立てた後に目視で確認できるため、誤組みを防止できる。さらに、電子機器の基板に磁性素子を固定するとき、開口部と基板を対向させるなどの最適配置を採用できやすくなり、コイルに使用されるマグネットワイヤ使用量と加工費を削減できる。

ＥＥＰ形磁性素子の斜視図である。 図１に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 図１に示すＥＥＰ形磁性素子の他の例を示す斜視図である。 他のＥＥＰ形磁性素子の斜視図である。 図４に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 他のＥＥＰ形磁性素子の斜視図である。 図６に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 スペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の斜視図および断面図である。 図８に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 他のスペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の斜視図および断面図である。 図１０に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 他のスペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の斜視図および断面図である。 図１２に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 他のスペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の斜視図および断面図である。 図１４に示すＥＥＰ形磁性素子の組み立て工程図である。 磁性素子を表面実装用部品として使用する例を示す図である。 従来のＥＥＰ形磁性素子の斜視図である。 スペーサ付き従来のＥＥＰ形磁性素子の図である。

電気・電子機器の高周波数化、大電流化において、現在主流の圧縮成形法で得られるフェライト材料を用いた磁性素子は透磁率が優れており、インダクタンス値を得やすいが周波数特性や重畳電流特性に劣る。一方、アモルファス材料を含有する射出成形磁性材料を用いた磁性素子は、周波数特性や重畳電流特性に優れているが、透磁率が低い。また、大電流用の磁性素子は銅損による発熱に加えて、鉄損による発熱を無視できない。本発明は、発熱しやすい個所または放熱しにくい個所であるコア芯となる磁性体を熱伝導性に優れた圧縮成形磁性体とし、外周コアとなる磁性体を射出成形磁性体としたハイブリッド磁性素子とすることが好ましい。本発明構造とすることで、部品点数を少なくし、組み立て作業性が向上する。

本発明の磁性素子の一例を図１に示す。図１（ａ）はＥＥＰ形磁性素子の斜視図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ方向断面図である。磁性素子１は、円柱状のコア芯２の外周にコイル３を配置したコイルアッシィ４と、このコイルアッシィ４の外周を覆う外周コア５とを備えている。外周コア５の開口部５ａ側には溝５ｂが設けられ、反対側の裏面５ｃは平面視半円形である。円柱状のコア芯２は磁性素子１の軸に対して垂直に挿入され、コア芯２と外周コア５とは磁気的に一体となっている。

磁性素子１の組み立て方法を図２に示す。図２（ａ）〜（ｃ）は斜視図で示す組み立て工程である。磁性素子１を構成する磁性部品は、コア芯２と外周コア５とに分割された２部品からなる。外周コア５は、コイルアッシィ４を挿入できる開口部５ａと、コイルアッシィ４を外周コア５内に固定するための溝５ｂが開口部の上下方向に設けられている。あらかじめ巻回されたコイル３に円柱状のコア芯２が矢印方向に挿入される（図２（ａ））。外周コア５の内周面に設けられた上下の溝５ｂに沿って円柱状のコア芯２の両端部２ａが矢印方向に挿入される。この溝５ｂは円柱状のコア芯２の軸方向と挿入する１方向を除いた径方向の位置決めを兼ねている（図２（ｂ））。すなわち、アッシィ４は、溝５ｂに沿って挿入されることで外周コア５内に固定される（図２（ｃ））。このように、本発明は、コイル軸方向に対して垂直な方向から円柱状のコア芯２を挿入するため、挿入方向以外の径方向と軸方向の位置決めが不要となり組立が簡便になる。また、外周コア５と円柱状のコア芯２との組み合わせとなるため、部品点数を削減できる。なお、コア芯２は柱状であれば円柱状以外に多角形状であってもよい。

樹脂封止する場合、図１７に示す従来のＥＥＰ形コアは径方向および軸方向に正確に位置決めする必要があるが、本発明の磁性素子は径方向または軸方向に位置決めする必要がないため作業性が向上する。また、封止樹脂を先入れすることで、充填時間の短縮とボイドの低減ができ、信頼性の高い磁性素子となる。

図１に示すＥＥＰ形磁性素子の他の例を図３に示す。図３（ａ）に示す磁性素子１ａは、図１において、反対側の裏面５ｃが直線の場合、すなわち、外周コア５が平面視方形の場合であり、図３（ｂ）に示す磁性素子１ｂは同じく裏面５ｃが平面視多角形の場合である。本願発明はコア芯２の位置決めが不要となるので、外周コア５の形状を磁性素子の仕様、配置方法等に応じて任意にできる。例えば、外周コア５の開口部以外の外周面は表面積を増やすことで放熱性が向上し、磁性素子の温度を下げることができる。

ＥＥＰ形磁性素子の他の例を図４および図５に示す。図４はＥＥＰ形磁性素子の斜視図であり、図５は斜視図で示す組み立て工程である。磁性素子６は、軸方向両端に一対のフランジ部７ａが設けられた円柱状のコア芯７の外周にマグネットワイヤを巻回したコイル８が配置されているコイルアッシィ９と、このコイルアッシィ９の外周を覆う外周コア１０とを備えている。外周コア１０の開口部１０ａ側と反対側の裏面１０ｂは平面視半円形である。

磁性素子６を構成する磁性部品は、ドラム形コアに分割した形状のコア芯７と外周コア１０とからなる。外周コア１０は図１に示す溝を設けることなく、フランジ部７ａの外周形状を外周コアの内周面１０ｂに密接する形状とし、この内周面１０ｂにフランジ部７ａの外周が密接することでコイルアッシィ９が外周コア１０内に固定される。なお、図１に示す磁性素子１の場合と同様に、外周コア１０内にドラム形コア芯の最外径部を挿入する溝があってもよい。

あらかじめマグネットワイヤが巻回されたコイル８の軸方向に、２分割されたドラム形コア芯７が矢印方向に挿入される（図５（ａ））。なお、コイル８はドラム形コア芯７にマグネットワイヤを直接巻回してもよく、この場合はドラム形コア芯７を２分割しなくてもよい。外周コア１０の内周面に設けられた内周面１０ｂに密接するようにドラム形コア芯７が矢印方向に挿入される（図５（ｂ））。すなわち、コイルアッシィは、フランジ７ａの外周面が外周コア１０の内周面１０ｂに密接することで外周コア１０内に固定される（図５（ｃ））。

樹脂封止型の磁性素子とする場合、上記図１、図３、図４および図５で示す形状、また、下記図８、図１０であることが好ましい。組み立て時に封止樹脂をコイル挿入工程の前にあらかじめ先入れすることができる。また、外周コアのコイル挿入口以外の外径面は、磁気特性が低下しない範囲で表面積を大きく取るのが好ましい。表面積を大きく取ることで磁性素子の温度上昇を抑えることができる。

ＥＥＰ形磁性素子の他の例を図６および図７に示す。図６はＥＥＰ形磁性素子の斜視図であり、図７は斜視図で示す組み立て工程である。磁性素子１１は、円柱状のコア芯１２の外周にマグネットワイヤが巻回されたコイル１３を備えてなるコイルアッシィ１４と、このコイルアッシィ１４の略外周を覆う外周コア１５とを備えている。外周コア１５はコア芯１２を挿入できる貫通穴１５ｂを外周コア１５に設けてある。この貫通穴１５ｂはコア芯１２の挿入方向に２個設けてもよく、一方を貫通穴１５ｂとし、他方を非貫通の穴としてもよい。一方を貫通させないことで軸方向の片側の抜け止めとすることができる。
あらかじめ巻回されたコイル１３を外周コア１５の開口部１５ａから矢印方向に挿入し（図７（ａ））、外周コア１５の端面に設けた貫通穴１５ｂからコア芯１２を矢印方向に挿入する（図７（ｂ））。コイル１３とコア芯１２とから構成されるコイルアッシィ１４が外周コア１５内に固定される（図７（ｃ））。また、熱伝導率に優れたコア芯１２が外周コア１５表面に存在するので磁性素子１１の放熱性が向上する。

本発明のスペーサ付き磁性素子の一例を図８に示す。図８（ａ）はＥＥＰ形磁性素子の斜視図であり、図８（ｂ）および（ｃ）はＢ−Ｂ方向断面図である。磁性素子１６は、円柱状のコア芯１７の外周にコイル１８を配置したコイルアッシィ１９と、このコイルアッシィ１９の外周を覆う外周コア２０とを備えている。外周コア２０の開口部２０ａ側には溝２０ｂが設けられ、反対側の裏面２０ｃは平面視半円形である。円柱状のコア芯１７は磁性素子１６の軸に対して垂直方向から挿入され、コア芯１７と外周コア２０とは磁気的に一体となっている。また、円柱状のコア芯１７は中間部にスペーサ２１を有し、このスペーサ２１はコア芯１７と嵌合部２１ａを有している。嵌合部２１ａは、図８（ｂ）に示すように、コア芯１７の円周部に設けてもよく、また、図８（ｃ）に示すように、コア芯１７の軸方向中心部に設けてもよい。スペーサ２１の嵌合部２１ａが嵌合する対応部にコア芯１７の嵌合部１７ａが設けられている。嵌合部２１ａおよび嵌合部１７ａはいずれか一方が凸であれば他方が凹であり、両者は接着剤等を設けることなく相互に嵌合することで一体化できる。

磁性素子１６の組み立て方法を図９に示す。図９（ａ）〜（ｃ）は斜視図で示す組み立て工程である。磁性素子１６を構成する磁性部品は、スペーサ２１を有するコア芯１７と外周コア２０とに分割された２部品からなる。外周コア２０は、コイルアッシィ１９を挿入できる開口部２０ａと、コイルアッシィ１９を外周コア２０内に固定するための溝２０ｂが開口部の上下方向に設けられている。あらかじめ巻回されたコイル１８に円柱状のコア芯１７が矢印方向に挿入される（図９（ａ））。外周コア２０の内周面に設けられた上下の溝２０ｂに沿って円柱状のコア芯１７の両端部１７ｂが矢印方向に挿入される。この溝２０ｂは円柱状のコア芯１７の軸方向と挿入する１方向を除いた径方向の位置決めを兼ねている（図９（ｂ））。すなわち、アッシィ１９は、溝２０ｂに沿って挿入されることで外周コア２０内に固定される（図９（ｃ））。このように、本発明は、コイル軸方向に対して垂直な方向から円柱状のコア芯１７を挿入するため、また、このコア芯１７があらかじめ嵌合されたスペーサを備えているので、挿入方向以外の径方向と軸方向の位置決めが不要となり組立が簡便になり、磁気特性の調整が容易である。また、外周コア２０と円柱状のコア芯１７との組み合わせとなるため、部品点数を削減できる。なお、コア芯１７は柱状であれば円柱状以外に多角形状であってもよい。

スペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の他の例を図１０および図１１に示す。図１０（ａ）はＥＥＰ形磁性素子の斜視図、および図１０（ｂ）はＣ−Ｃ方向断面図であり、図１１（ａ）〜（ｄ）は斜視図で示す組み立て工程である。磁性素子２２は、軸方向両端に一対のフランジ部状のスペーサ２７が設けられた円柱状のコア芯２３の外周にマグネットワイヤを巻回したコイル２４が配置されているコイルアッシィ２５と、このコイルアッシィ２５の外周を覆う外周コア２６とを備えている。外周コア２６の開口部２６ａ側に対して反対側になる裏面２６ｂは平面視半円形である。スペーサ２７は、磁性体からなる円柱状のコア芯２３の軸方向両端面部に２つ設けられている。スペーサ２７の直径はコア芯２３の直径よりも大きく、両者は同心に設けられている。スペーサ２７は平皿円筒状に形成され、この平皿円筒状の内部にコア芯２３の軸方向端面が嵌合する。
外周コア２６は、内周面に溝２６ｃが形成され、スペーサ２７の外周がこの溝２６ｃに沿って挿入され、スペーサ２７の外周が密接することでコイルアッシィ２５が外周コア２６内に固定される。

コア芯２３の軸方向の両端面部２３ａにスペーサ２７があらかじめ嵌合されると共に、コイル２４が準備される。コイル２４はコア芯２３にマグネットワイヤを直接巻回してもよく、あらかじめマグネットワイヤが巻回されたコイル２４をコア芯２３に挿入していてもよい（図１１（ａ）および（ｂ））。コイルアッシィ２５は、スペーサ２７の外周面が外周コア２６の内周面２６ｃに密接することで外周コア２６内に固定される（図１１（ｃ）および（ｄ））。

スペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の他の例を図１２および図１３に示す。図１２（ａ）はＥＥＰ形磁性素子の斜視図、および図１２（ｂ）はＤ−Ｄ方向断面図であり、図１３（ａ）〜（ｃ）は斜視図で示す組み立て工程である。
磁性素子２８は、円柱状のコア芯２９の外周にマグネットワイヤが巻回されたコイル３０を備えてなるコイルアッシィ３１と、このコイルアッシィ３１の略外周を覆う外周コア３２とを備えている。外周コア３２はコア芯２９を挿入できる貫通穴３２ｂを外周コア３２に設けてある。
円柱状のコア芯２９の軸方向端面近傍の円周部２９ａにスペーサ３３が嵌合される。スペーサ３３は円筒状であり、コア芯２９の軸方向端面近傍に設けられた軸小径部である円周部２９ａに嵌合する。

あらかじめ巻回されたコイル３０を外周コア３２の開口部３２ａから矢印方向に挿入し（図１３（ａ））、外周コア３２の端面に設けた貫通穴３２ｂからスペーサ付きコア芯２９を矢印方向に挿入する（図１３（ｂ））。コイル３０とコア芯２９とから構成されるコイルアッシィ３１が外周コア３２内に固定される（図１３（ｃ））。また、熱伝導率に優れたコア芯２９の端面が外周コア３２表面に存在するので磁性素子２８の放熱性が向上する。

スペーサ付きＥＥＰ形磁性素子の他の例を図１４および図１５に示す。図１４（ａ）はＥＥＰ形磁性素子の斜視図、および図１４（ｂ）はＥ−Ｅ方向断面図であり、図１５（ａ）〜（ｄ）は斜視図で示す組み立て工程である。
磁性素子３４は、円柱状のコア芯３５の外周にマグネットワイヤが巻回されたコイル３６を備えてなるコイルアッシィ３７と、このコイルアッシィ３７の外周を覆う外周コア３８とを備えている。外周コア３８はコア芯３５を挿入できる貫通穴３８ｂを外周コア３８に設けてある。
円柱状のコア芯３５の軸方向両端面近傍の円周部および端面にスペーサ３９が設けられている。スペーサ３９の直径はコア芯３５の直径と同じであり、両者は同心に設けられている。スペーサ３９は平皿円筒状に形成され、この平皿円筒状の内部にコア芯３５の軸方向端面の凸部３５ａが嵌合する。

コア芯３５の両端面側からスペーサ３９を嵌合し、あらかじめ巻回されたコイル３６を外周コア３８の開口部３８ａから矢印方向に挿入し、外周コア３８の端面に設けられた貫通穴３８ｂからコア芯３５を矢印方向に挿入する（図１５（ａ）〜（ｃ））。コイル３６とコア芯３５とから構成されるコイルアッシィ３７が外周コア３８内に固定される（図１５（ｄ））。

本発明において、コア芯および外周コアは、圧縮成形磁性体および射出成形磁性体を含む、成形磁性体であることが好ましく、より好ましくは上述したコア芯が圧縮成形磁性体であり、外周コアが射出成形磁性体である。

本発明において、コア芯として使用できる圧縮成形磁性体は、例えば、鉄粉、窒化鉄粉等の純鉄系軟磁性材料、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）粉末、スーパーセンダスト粉末、Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ）粉末、Ｃｏ−Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金粉末等の鉄基合金系軟磁性材料、フェライト系磁性材料、アモルファス系磁性材料、微細結晶材料などの磁性材料を原料とできる。

フェライト系磁性材料としては、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、銅亜鉛フェライト、磁鉄鉱等のスピネル型結晶構造を有するスピネルフェライト、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の六方晶フェライト、イットリウム鉄ガーネットなどのガーネットフェライトが挙げられる。これらフェライト系磁性材料の中でも透磁率が高く、高周波数領域での渦電流損失が小さい軟磁性フェライトであるスピネルフェライトが好ましい。また、アモルファス系磁性材料としては、鉄合金系、コバルト合金系、ニッケル合金系、これらの混合合金系アモルファスなどが挙げられる。

原料となる軟磁性金属粉末材料の粒子表面に絶縁被覆を形成する酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂等の絶縁性金属または半金属の酸化物、ガラス、これらの混合物が挙げられる。絶縁被覆の形成方法としては、メカノフュージョン等の粉末コーティング法や、無電解メッキやゾル−ゲル法等の湿式薄膜作製法、またはスパッタリング等の乾式薄膜作製法等を用いることができる。

圧縮成形磁性体は、粒子表面に絶縁被覆が形成された上記原料粉末単体、または上記原料粉末にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が配合された粉末を加圧成形して圧粉体とし、この圧粉体を焼成して製造できる。原料粉末の割合は、原料粉末と熱硬化性樹脂との合計量を１００質量％として、９６〜１００質量％であることが好ましい。９６質量％未満であると、原料粉末の配合割合が低下し、磁束密度や透磁率が低下するおそれがある。

原料粉末の平均粒子径は１〜１５０μｍであることが好ましい。より好ましくは５〜１００μｍである。平均粒子径が１μｍよりも小さくなると、加圧成形時の圧縮性（粉末の固まり易さを示す尺度）が低下し、焼成後の材料強度が著しく低下する。平均粒子径が１５０μｍよりも大きくなると、高周波数領域での鉄損が大きくなり、磁気特性（周波数特性）が低下する。

圧縮成形は、上記原料粉末を金型内に充填し、所定の加圧力でプレス成形する方法を用いることができる。この圧粉体を焼成して焼成体を得る。なお、原料に非晶質合金粉末を用いる場合には、焼成温度を非晶質合金の結晶化開始温度より低温とする必要がある。また、熱硬化性樹脂が配合された粉末を用いる場合には、焼成温度を樹脂の硬化温度範囲とする必要がある。

本発明において、外周コアとして使用できる射出成形磁性体は、上記圧縮成形磁性体の原料粉末に結着樹脂を配合して、この混合物を射出成形することにより得られる。射出成形がしやすいこと、射出成形後の形状維持が容易であること、複合磁性体の磁気特性に優れること等から、磁性粉末がアモルファス金属粉末であることが好ましい。アモルファス金属粉末は上述した鉄合金系、コバルト合金系、ニッケル合金系、これらの混合合金系アモルファスなどを使用できる。これらアモルファス金属粉末表面に上述した絶縁被覆が形成されている。

結着樹脂としては、射出成形が可能な熱可塑性樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフタールアミド、ポリアミド、これらの混合物が挙げられる。これらの中で、アモルファス金属粉末に混合したときの射出成形時の流動性に優れ、射出成形後の成形体の表面を樹脂層で覆うことができると共に、耐熱性などに優れるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）がより好ましい。

原料粉末の割合は、原料粉末と熱可塑性樹脂との合計量を１００質量％として、８０〜９５質量％であることが好ましい。８０質量％未満であると磁気特性が得られず、９５質量％をこえると射出成形性に劣るおそれがある。

射出成形は、例えば可動型および固定型が衝合された金型内に上記原料粉末を射出して成形する方法を用いることができる。射出成形条件としては熱可塑性樹脂の種類によっても異なるが、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の場合、樹脂温度が２９０〜３５０℃、金型温度が１００〜１５０℃であることが好ましい。

好ましい形態としてのコア芯となる圧縮成形磁性体および外周コアとなる射出成形磁性体は、上述した方法によりそれぞれ別々に作製される。また、圧縮成形磁性体および射出成形磁性体を接着する場合、相互に密着できる無溶剤型のエポキシ系接着剤が好ましい。

圧縮成形磁性体および射出成形磁性体の好ましい材料の組み合わせとしては、圧縮成形磁性体がアモルファスまたは純鉄粉であり、射出成形磁性体がアモルファス金属粉末および熱可塑性樹脂であることが好ましい。より好ましくは、アモルファス金属がＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系アモルファスであり、熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。

樹脂封止する場合の封止樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましく、耐熱性や耐食性に優れる、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂としては、上記樹脂バインダで列挙したものと同様の樹脂成分を有し、一液型または二液型のエポキシ樹脂などを使用できる。また、このエポキシ樹脂における硬化剤としては、上記潜在性エポキシ硬化剤以外に、アミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、酸無水物系硬化剤などを適宜使用でき、硬化温度範囲や硬化時間は上記樹脂バインダと同様とすることが好ましい。フェノール樹脂としては、例えば、樹脂成分としてノボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂を、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンなどを使用できる。

本発明に使用できるスペーサは非磁性体であれば使用することができ、例えば上記した結着樹脂としての熱可塑性樹脂、封止樹脂としての熱硬化性樹脂、セラミックス、非磁性金属等、これら材料の発泡体等を使用できる。スペーサは、例えば射出成形などの方法で円筒状、平皿円筒状に形成できる。

本発明の磁性素子は、例えば、上記圧縮成形磁性体の周囲に、マグネットワイヤが巻回されたコイルを配置して、コイルアッシィを形成し、インダクタ機能を持たせることができる。この磁性素子は電気・電子機器回路に組み込まれる。マグネットワイヤとしてはエナメル線を使用することができ、その種類としてはウレタン線（ＵＥＷ）、ホルマール線（ＰＶＦ）、ポリエステル線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）、これらを組み合わせた二重被複線、または自己融着線、リッツ線等を使用できる。耐熱性に優れるポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）等が好ましい。マグネットワイヤの断面形状としては丸線や角線を使用できる。特に、平角線の断面形状の短径側を圧縮成形磁性体の周囲に接して重ね巻きすることにより、コイル密度を向上させたコイルアッシィが得られる。マグネットワイヤの導体としては、導電性に優れた金属であればよく、銅、アルミニウム、金、銀等が挙げられる。

本発明の磁性素子は、二輪車を含む自動車や産業用機器および医療用機器の電源回路、フィルタ回路やスイッチング回路等に使用される磁性素子、例えばインダクタ、トランス、アンテナ、チョークコイル、フィルタなどとして使用できる。また、表面実装用部品として使用できる。特に、高効率のＤＣ／ＤＣコンバータ、充電装置、インバータで、これらの用途が太陽光発電用や車載用の場合には小型化や低背化が求められるため、本発明のインダクタは好適に用いることができる。

本願発明の磁性素子を表面実装用部品として使用する場合の例を図１６に示す。図１６（ａ）は磁性素子の好ましい実装例を示す一部切欠き斜視図であり、図１６（ｂ）は同じく他の実装例である。
図１６（ａ）に示すように、外周コア５の開口部５ａを電子部品の基板４０と対向させることで、コイル巻回部から基板４０までの距離が短くなり、マグネットワイヤの使用量を抑制できる。また、コイル端子３ａはコイル３の接線方向に取り出し、最小限の曲げ加工で基板４０に面実装が可能となり、加工コスト削減に寄与する。さらに、図１６（ｂ）に示す磁性素子に比べて曲げ加工が少なくなるため、直流抵抗を減らし、加工費を削減できる。なお、図１６（ｂ）に示す磁性素子であっても、外周コア５の開口部５ａを開放面にすると共に、外周コア５の少なくとも１つの外周面を基板４０に密着させて固定できる形状とすることにより、磁性素子の体格は大きくなるが放熱性に優れた磁性素子となる。

本発明の磁性素子は、部品点数および製造工数を少なくできるので、生産性に優れ、各種の電気・電子機器用の磁性素子として好適に利用できる。

１、６、１１、１６、２２、２８、３４ 磁性素子
２、７、１２ １７、２３、２９、３５ コア芯
３、８、１３、１８、２４、３０、３６ コイル
４、９、１４、１９、２５、３１、３７ コイルアッシィ
５、１０、１５、２０、２６、３２、３８ 外周コア
２１、２７、３３、３９ スペーサ
４０ 基板
４１、４４ 従来例の磁性素子
４２、４８ 従来例の外周コア
４３、４６ 従来例のコイル
４５ 従来例のコア芯
４７ 従来例のコイルアッシィ
４９ 従来例のスペーサ

Claims (7)

1. コア芯の外周にコイルが配置されたコイルアッシィと、該コイルアッシィの外周を覆う外周コアとを備えた磁性素子であって、
   前記外周コアは、前記コイルアッシィを挿入できる開口部と、前記コイルアッシィを前記外周コア内に固定する固定手段とを有することを特徴とする磁性素子。
2. 前記コア芯は柱状コア芯の軸方向両端に一対のフランジ部が設けられたコア芯であり、前記固定手段は、前記フランジ部の外周形状を前記外周コアの内周面に密接する形状とすることで、前記コイルアッシィが前記外周コア内に固定されることを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
3. 前記コア芯は柱状コア芯であり、前記固定手段は、前記外周コア内部に設けられ、前記柱状コア芯の軸方向両端部を挿入できる一対の溝を前記外周コアの内周面に設けることで、前記コイルアッシィが前記外周コア内に固定されることを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
4. 前記コア芯は柱状コア芯であり、前記固定手段は、前記コア芯を挿入する少なくとも１つの貫通穴を前記外周コアに設けることで、前記コイルアッシィが前記外周コア内に固定されることを特徴とする請求項１または請求項３記載の磁性素子。
5. 前記コア芯は柱状コア芯であり、この柱状コア芯の軸方向中間部、軸方向端面部、および軸方向端面近傍の円周部の少なくとも１つの部位に、前記柱状コア芯と嵌合するスペーサが設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
6. 内部に前記コイルアッシィが固定されている外周コアは、該外周コアの少なくとも１つの外周面が電子機器の基板に固定できる形状であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の磁性素子。
7. 前記コア芯が圧縮成形磁性体であり、前記外周コアが射出成形磁性体であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項記載の磁性素子。