JP2019106504A - 電子部品の製造方法および電子部品の製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、電子部品10の構成を示す側断面図である。図1に示す電子部品10は、たとえばインダクタであるが、電子部品はインダクタには限られず、トランスであっても良い。この電子部品10は、内部コア20と、コイル30と、外装コア40とを有している。
上述したような構成の電子部品10の製造方法について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、最初に本発明の第1実施形態に係る製造方法について説明し、その後に、現状の製造方法(第1比較例に係る製造方法)について説明し、その後に両者を比較する。次に、本発明の第2実施形態に係る製造方法について説明し、その後に、現状の別の製造方法(第2比較例に係る製造方法)について説明し、その後に両者を比較する。
(E11)半製品および造粒粉末の製作
本発明の第1実施形態に係る電子部品10の製造方法としては、先ず、半製品50(図2参照)および造粒粉末70(図3参照)をそれぞれ別途に製作する。造粒粉末70は、上述のように造粒粉(顆粒)の集合体であるが、その造粒粉末は、鉄を主成分とする鉄系合金の金属系磁性粉末に対して、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を混合したものであり、その混合により、未硬化の熱硬化性樹脂が金属系磁性粉末に対してコーティング状態で付着している。かかる造粒粉末70は、顆粒同士で粘着性がほとんどない粉末状であるので、パテ材60と比較して他の部材に粘着しなく、流動性が高い。したがって、後述するように、内筒部102aの半製品50の外面に存在する隙間に容易に充填される。
図2は、第1実施形態に係る電子部品10の製造方法を説明する図であり、半製品50が内筒部102aにセットされた状態を示す図である。上述した半製品50を製作した後に、半製品50を金型100にセットする。このとき用いられる金型100は、下型101と臼102とを備えている。下型101は、図2に示す構成では、プレート状に設けられている。この下型101に対して、筒状の臼102を突合せ状態で配置することで、金型100が構成されている。そして、臼102の内筒部102aに、上述の半製品50をセットする。このとき、内部コア20は下型101に載置された状態となっている。
上述した半製品50の内筒部102aへのセット後に、規定量の造粒粉末70を内筒部102aに投入する。図3は、図2の後に、造粒粉末70が内筒部102aに投入された状態を示す図である。この造粒粉末70の投入においては、半製品50が造粒粉末70で完全に覆われる状態となる。このとき、50μm〜500μmの粒径を有する細かな造粒粉(顆粒)は、内筒部102aにおいて容易に移動可能であるので、内部コア20とコイル30の微細な隙間や、コイル30の導線の間の隙間といった、半製品50の外面に存在する隙間に移動可能となっている。このとき、金型100に対して、所定の振動数にて振動を加えているが、加えないようにしても良い。
次に、内筒部102aの造粒粉末70に対して、噴射ノズル104から液状の溶剤80を供給する。図4は、図3の後に、造粒粉末70に対して溶剤80を供給するイメージを示す図である。この溶剤80は、造粒粉末70が粘着性を有するような粘度状となって粉末状態が損なわれる程度にまでは供給せず、造粒粉末70の顆粒が膨潤する程度だけ供給して、上記の粉末状態が維持される程度としている。なお、噴射ノズル104は、供給手段に対応する。
上述したように、溶剤80を造粒粉末70に供給した後に、上パンチ103(加圧手段に対応)で上方から蓋をした状態で、溶剤80を造粒粉末70に拡散浸透させる。すなわち、溶剤80の造粒粉末70に対する付着部位から溶剤80が付着部位以外へと行き渡るように、所定の拡散時間だけ待機する。図5は、図4の後に、上パンチ103で上方から蓋をして、溶剤80を造粒粉末70に拡散浸透させるイメージを示す図である。なお、この拡散時間の一例としては、たとえば60秒とするものがあるが、溶剤80の種類や溶剤80の拡散度合によって、適宜の拡散時間に設定することが可能である。
次に、上パンチ103により、造粒粉末70を下側(下型101側)に向けて所定の加圧力で押圧する加圧成形を行う。このときの加圧力は、10kg/cm2 〜100kg/cm2 の範囲内が好適となっている。図6は、図5の後に、上パンチ103によって造粒粉末70を加圧成形するイメージを示す図である。この加圧成形により、電子部品10の外形を有する成形体11が得られる。
上述した加圧成形の後に、成形体11を内筒部102aから取り出し、その取り出しの後に、成形体11を恒温槽に設置して、所定の恒温(たとえば150℃)にて所定の時間(たとえば1時間)だけ加熱する熱硬化処理を行う。この熱硬化処理により、成形体11が硬化して、電子部品10が得られる。
(C11)半製品およびパテ材の製作
次に、第1比較例に係る電子部品10の製造方法について述べる。現状の電子部品10の製造方法の一例としては、先ず、半製品50Cおよびパテ材60C(図7参照)をそれぞれ別途に製作する。半製品50Cは、内部コア20Cの脚部21Cにコイル30Cが取り付けられた状態のものである。また、パテ材60Cは、金属磁性粉末と、常温で液状のエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂と、トルエンのような溶剤を混合して形成されたものであり、粘着性が高い粘度状に設けられている。
図7は、第1比較例に係る電子部品10の製造方法を説明する図であり、半製品50Cが内筒部102Caにセットされた状態を示す図である。上述した半製品50Cを製作した後に、半製品50Cを、臼102Cおよび下型101Cを有する金型100Cにセットする。なお、この半製品50Cのセットは、上述した(E12)の工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
上述した半製品50Cの内筒部102Caへのセット後に、パテ材60Cを内筒部102Caに投入する。図8は、図7の後に、パテ材60Cが内筒部102Caに投入された状態を示す図である。このとき、金型100Cに対して、所定の振動数にて振動を加えているが、加えないようにしても良い。
次に、上パンチ103Cを内筒部102Caの上側(内筒部102Caのうち下型101Cから離れる側)から挿入し、パテ材60Cを下側(下型101C側)に向けて所定の加圧力で押圧する加圧成形を行う。このときの加圧力は、10kg/cm2 となっており、後述する第2比較例の場合よりも低圧で成形される。図9は、図8の後に、上パンチ103Cをセットする状態を示す図である。また、図10は、図9の後に、上パンチ103Cを内筒部102Caに挿入して、パテ材60Cを加圧成形するイメージを示す図である。図10に示すような加圧成形により、電子部品10の外形を有する成形体11Cが得られる。
上述した加圧成形の後に、成形体11Cを内筒部102aから取り出し、その取り出しの後に、成形体11Cを恒温槽に設置して、所定の恒温(たとえば150℃)にて所定の時間(たとえば1時間)だけ加熱する熱硬化処理を行う。この熱硬化処理により、成形体11Cが硬化して、電子部品10が得られる。
上述した第1比較例に係る電子部品10の製造方法と、第1実施形態に係る電子部品10の製造方法とを比較すると、次のような相違がある。すなわち、第1比較例に係る電子部品10の製造方法では、粘着性が高く粘度状であり空気を通し難いパテ材60Cを用いている。これに対して、第1実施形態に係る電子部品10の製造方法では、パテ材60Cと比較して粘着性が低く粉末として流動性が高く、かつ空気を通し易い造粒粉末70が用いられ、その造粒粉末70の投入後に溶剤80を供給している。したがって、両者を比較すると、パテ材60Cと造粒粉末70に、それぞれ同じ加圧力を与えた場合、パテ材60Cにおいては内部に気泡のような空隙が生じ易く加圧しても気泡が抜け難いが、造粒粉末70においては内部に気泡のような空隙が生じ難く空隙が生じても加圧時に空気が抜け易い、という相違がある。
次に、上述した第1実施形態に係る電子部品10の製造方法とは異なる第2実施形態に係る電子部品10の製造方法について説明する。
(E21)半製品および造粒粉末の製作
本発明の第2実施形態に係る電子部品10の製造方法の一例としては、先ず、コイル30(図11参照)および造粒粉末70(図12参照)をそれぞれ別途に製作する。
図11は、第2実施形態に係る電子部品10の製造方法を説明する図であり、コイル30が内筒部205にセットされた状態を示す図である。上述のようにコイル30を製作した後に、そのコイル30を金型200にセットする。このとき用いられる金型200は、上側臼201と、下側臼202と、上パンチ203と、下パンチ204とを備えている。
上述したコイル30の内筒部205へのセット後に、規定量の造粒粉末70を内筒部205に投入する。図12は、図11の後に、造粒粉末70が内筒部205に投入された状態を示す図である。この造粒粉末70の投入においては、下パンチ204が造粒粉末70を下側(Z2側)から受け止める状態で投入され、またコイル30が造粒粉末70で完全に覆われる状態となる。このとき、上述の造粒粉末70の造粒粉(顆粒)は、内筒部205において容易に移動可能であるので、内部コア20とコイル30の微細な隙間や、コイル30の導線の間の隙間といった、半製品50の外面に存在する隙間に移動可能となっている。
次に、内筒部205の造粒粉末70に対して、噴射ノズル206から液状の溶剤80を供給する。図13は、図12の後に、造粒粉末70に対して溶剤80を供給するイメージを示す図である。この(E24)の工程においても、(E14)の工程と同様に、溶剤80は、造粒粉末70が粘着性を有するような粘度状となって粉末状が損なわれる程度にまでは供給せず、造粒粉末70の顆粒が膨潤する程度だけ供給して、造粒粉末70の粉末状態が維持される程度としている。なお、溶剤80を供給するタイミングは、上述した(E14)の工程と同様に行うことが可能である。したがって、溶剤80の供給タイミングに関する詳細な説明は省略する。
次に、(E15)の工程と同様に、上パンチ203を上側(Z1側)から内筒部205に挿入し、上パンチ203で上方から蓋をした状態で、溶剤80を造粒粉末70に拡散浸透させる。すなわち、溶剤80の造粒粉末70に対する付着部位から溶剤80が付着部位以外へと行き渡るように、所定の拡散時間だけ待機する。図14は、図13の後に、上パンチ203で上方から蓋をして、溶剤80を造粒粉末70に拡散浸透させるイメージを示す図である。なお、上記の拡散時間としては、上述した(E15)の工程と同様に、たとえば60秒とするものがあるが、それよりも長くても(たとえば120秒)、短くても良い。
次に、上パンチ203を上側(Z1側)から内筒部205に挿入する。その後に、上パンチ203および下パンチ204により、造粒粉末70を上下両側から所定の加圧力で押圧する加圧成形を行う。このときの加圧力は、10kg/cm2 〜100kg/cm2 の範囲内が好適となっている。図15は、図14の後に、上パンチ203および下パンチ204によって造粒粉末70を加圧成形するイメージを示す図である。この加圧成形により、電子部品10の外形を有する成形体11が得られる。
上述した加圧成形の後に、成形体11を内筒部205から取り出し、その取り出しの後に、成形体11を恒温槽に設置して、所定の恒温(たとえば150℃)にて所定の時間(たとえば1時間)だけ加熱する熱硬化処理を行う。この熱硬化処理により、成形体11が硬化して、電子部品10が得られる。
次に、現状の製造方法のうち、第1比較例に係る電子部品10の製造方法とは異なる第2比較例に係る電子部品10の製造方法について説明する。
(C21)半製品およびパテ材の製作
現状の電子部品10の製造方法の他の一例としては、先ず、コイル30C(図16参照)および造粒粉末70C(図17参照)をそれぞれ別途に製作する。
次に、(E22)の工程と同様に、コイル30Cを金型200Cにセットする。図16は、第2比較例に係る電子部品10の製造方法を説明する図であり、コイル30Cが内筒部205Cにセットされた状態を示す図である。このとき、(E22)の工程と同様に、コイル30Cの端末31Cが上側臼201Cと下側臼202Cとで挟持された状態で、内筒部205Cにコイル30Cがセットされる。なお、(E22)の工程と同様に、コイル30Cをセットするのに前後して、下パンチ204Cを内筒部205Cの下側(Z2側)から挿入するようにしても良い。
次に、(E23)の工程と同様に、コイル30Cの内筒部205Cへのセット後に、規定量の造粒粉末70Cを内筒部205Cに投入する。この工程は、図12で説明したのと同様である。図17は、図16の後に、造粒粉末70Cが内筒部205Cに投入された状態を示す図である。この造粒粉末70Cの投入により、コイル30Cが造粒粉末70Cで完全に覆われる状態となる。このとき、上述の造粒粉末70Cの粒子は、内筒部205Cにおいて容易に移動可能であるので、内部コア20Cとコイル30Cの微細な隙間や、コイル30Cの導線の間の隙間といった、半製品50Cの外面に存在する隙間に移動可能となっている。
次に、(E26)の工程と同様に、上パンチ203Cおよび下パンチ204Cにより、造粒粉末70Cを上下両側から所定の加圧力で押圧する加圧成形を行う。このときの加圧力は、第2実施形態と同様に10kg/cm2 〜100kg/cm2 の範囲内で行った。図18は、図17の後に、上パンチ203Cおよび下パンチ204Cによって造粒粉末70Cを加圧成形するイメージを示す図である。この加圧成形により、電子部品10の外形を有する成形体11Cが得られる。
上述した加圧成形の後に、上述した(E27)の工程と同様に、成形体を内筒部205Cから取り出し、その取り出しの後に、成形体11Cを恒温槽に設置して、所定の恒温(たとえば150℃)にて所定の時間(たとえば1時間)だけ加熱する熱硬化処理を行う。この熱硬化処理により、成形体11Cが硬化して、電子部品10が得られる。
上述した第2比較例に係る電子部品10の製造方法と、第2実施形態に係る電子部品10の製造方法とを比較すると、次のような相違がある。すなわち、第2比較例に係る電子部品10の製造方法では、造粒粉末70Cの投入後に造粒粉末70Cの加圧成形を行っている。これに対し、第2実施形態に係る電子部品10の製造方法では、造粒粉末70の投入後に、造粒粉末70に対して溶剤80を供給している。したがって、第2比較例に係る電子部品10の製造方法においては、造粒粉末70Cの顆粒が硬いままで、加圧成形される。これに対し、第2実施形態に係る電子部品10の製造方法においては、溶剤80の供給により造粒粉末70の顆粒が膨潤して柔らかくなり、その柔らかな状態で加圧成形される。
次に、上述した第1比較例、第1実施形態、第2比較例および第2実施形態のそれぞれの電子部品10の製造方法により製作された電子部品10について、実験を行った。その実験結果について、以下に説明する。
先ず、第1実施形態に係る電子部品10の製造方法を用いて、電子部品10を第1条件で製作すると共に、第1比較例に係る電子部品10の製造方法を用いて、電子部品10を第2条件で製作した。ここで、第1条件により作製される電子部品10は、実施例1に対応する。この実施例1では、造粒粉末70を内筒部102aに投入しているが、その造粒粉末70は、鉄を主成分とする合金系の金属磁性粉に、バインダ樹脂を溶解する有機溶剤(トルエン)と共に熱硬化型のエポキシ樹脂を4wt%(質量%)添加して混合し、撹拌しながら溶剤を蒸発させ、造粒粉末70を作製した。なお、金属磁性粉の組成は、具体的には、Fe-Si-Cr、Fe-Al-Cr、Fe-Ni等の合金である。また、半製品50としては、幅2.0mm、厚みが0.3mmの平角線を、内部コア20の脚部21の周囲に5ターン巻回し、縦および横の寸法がそれぞれ8.0mmである矩形状で、かつ高さが2.0mmとなるように形成した。なお、内部コア20は、上記と同様のFeを主成分とした合金粉末を材質として圧縮成形しかつ焼成したものであり、脚部21の寸法は直径2.0mm、高さが4.0mm、フランジ部22の寸法は、直径が8.0mm、厚みが0.8mmとなっている。
次に、上述した実施例1において、溶剤の添加量と成形圧力を変更した場合の実験結果について説明する。この実験では、3種類の溶剤(イソプロピルアルコール、トルエン、ブチルセロソルブ)について実験を行った。また、それぞれの溶剤を用いた場合において、成形圧力と分量を変更した。なお、その他の実験条件は、上述した第1条件と同じ条件とした。これらの中で、溶剤をイソプロピルアルコールとした実験結果を示すものが表3である。
以上のような電子部品10の製造方法においては、金型100,200の内筒部102a,205にコイル30を設置するコイル設置工程と、この内筒部102a,205に、金属系磁性粉にバインダ樹脂を混合して形成される顆粒が集合した造粒粉末70を投入する投入工程と、投入工程と同時または投入の後に、バインダ樹脂を軟化または膨潤させる溶剤80を噴射する噴射工程と、噴射工程の後に、造粒粉末70を加圧成形する加圧成形工程と、を備えている。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。
Claims (10)
- 絶縁被覆を有する導線が巻回されたコイルを備える電子部品の製造方法であって、
金型の内筒部に前記コイルを設置するコイル設置工程と、
前記内筒部に、金属系磁性粉にバインダ樹脂を混合して形成される顆粒が集合した造粒粉末を投入する投入工程と、
前記投入工程における前記造粒粉末の投入中または投入の後に、前記バインダ樹脂を溶解、軟化または膨潤させる溶剤を供給する溶剤供給工程と、
前記溶剤供給工程の後に、前記造粒粉末を加圧成形して成形体を形成する加圧成形工程と、
前記加圧成形工程の後に前記成形体を熱処理して前記バインダ樹脂を熱硬化させる熱硬化工程と、
を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項1記載の電子部品の製造方法であって、
前記溶剤供給工程の後に、前記溶剤を前記造粒粉末に所定の拡散時間を経過するように拡散浸透させる拡散浸透工程を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項1または2記載の電子部品の製造方法であって、
前記投入工程では、前記造粒粉末の投入を間欠的に行うと共に、
前記溶剤供給工程では、間欠的な前記造粒粉末の投入中断タイミングにおいて前記溶剤の供給を行う、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の電子部品の製造方法であって、
前記加圧成形工程では、前記造粒粉末への成形圧力を2kg/cm2 から200kg/cm2 の間としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の電子部品の製造方法であって、
前記溶剤供給工程では、前記バインダ樹脂に対する前記溶剤の供給量を15wt%から150wt%の範囲内としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項5記載の電子部品の製造方法であって、
前記加圧成形工程では、前記溶剤供給工程における前記溶剤の供給量を100wt%から150wt%の範囲内としたときには前記造粒粉末への成形圧力を5kg/cm2 から200kg/cm2 の間としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項5または6記載の電子部品の製造方法であって、
前記加圧成形工程では、前記溶剤供給工程における前記溶剤の供給量を50wt%から100wt%の範囲内としたときには前記造粒粉末への成形圧力を50kg/cm2 から200kg/cm2 の間としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項5から7のいずれか1項に記載の電子部品の製造方法であって、
前記加圧成形工程では、前記溶剤供給工程における前記溶剤の供給量を30wt%から50wt%の範囲内としたときには前記造粒粉末への成形圧力を100kg/cm2 から200kg/cm2 の間としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項5から8のいずれか1項に記載の電子部品の製造方法であって、
前記加圧成形工程では、前記溶剤供給工程における前記溶剤の供給量を15wt%から30wt%の範囲内としたときには前記造粒粉末への成形圧力を200kg/cm2 としている、
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 絶縁被覆を有する導線が巻回されたコイルを備える電子部品を製造する電子部品の製造装置であって、
前記コイルを配置可能な内筒部を備える金型と、
前記内筒部に投入された、金属系磁性粉末にバインダ樹脂を混合して形成される顆粒が集合した造粒粉末に対して、前記バインダ樹脂を溶解、軟化または膨潤化する溶剤を供給する供給手段と、
前記溶剤が噴射された前記造粒粉末を加圧する加圧手段と、
を備えることを特徴とする電子部品の製造装置。
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