JP2019169667A

JP2019169667A - 磁性素子

Info

Publication number: JP2019169667A
Application number: JP2018058196A
Authority: JP
Inventors: 香代堺; Kayo Sakai; 島津　英一郎; Eiichiro Shimazu; 英一郎島津
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03
Also published as: CN111712890A; US20200402707A1; WO2019187952A1

Abstract

【課題】封止樹脂の充填量を抑えることができて、生産性の向上および低コスト化を達成できる磁性素子を提供する。【解決手段】コア芯の外周にコイルが配置されたコイルアッシィと、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る。外周コアは、コイルアッシィを挿入できる開口部と、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。コイルが封止樹脂により封止される。外周コアの開口部に、この開口部におけるコイルとの間の隙間を詰めて封止樹脂の充填量を減少させる蓋部材を装着した。【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、インダク夕、トランス、アンテナ(バーアンテナ)、チョークコイル、フィル夕、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、電気機器あるいは電子機器の小型化、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。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。

そこで、「作業工数が少なく、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（特許文献１）が提案されている。すなわち、この磁性素子は、図２１と図２２に示すように、コア芯１０２の外周にコイル１０３が配置されたコイルアッシィ１０４と、コイルアッシィ１０４の外周を覆う外周コア１０５とを備えた磁性素子である。この場合、外周コア１０５は、コイルアッシィ１０４を挿入できる開口部１０５ａと、コイルアッシィ１０４を外周コア１０５内に固定する固定手段としての溝１０５ｂとを有するものである。

特開２０１７−５９８１１号公報

図２１と図２２に示す磁性素子では、外周コア１０５の開口部１０５ａは、コイルの外径との間に比較的大きな空間部位が形成される。このため、封止樹脂を注入する場合、多くの樹脂を必要とし、コスト高を招くとともに、充填時間が大となって生産性に劣ることになる。

そこで、本発明は、封止樹脂の充填量を抑えることができて、生産性の向上および低コスト化を達成できる磁性素子を提供するものである。

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、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し、コイルが封止樹脂により封止された磁性素子であって、前記外周コアの開口部に、この開口部におけるコイルとの間の隙間を詰めて封止樹脂の充填量を減少させる蓋部材を装着したものである。

本発明の磁性素子によれば、外周コアの開口部に蓋部材を装着することによって、開口部におけるコイルとの間の隙間を詰めて封止樹脂の充填量を減少させることができる。

前記蓋部材に外周コアの内部と外部とを連通する空気孔が設けられているのが好ましい。このように空気孔を設けることによって、外周コア内のボイドの発生を抑えることができ、高品質の磁性素子を提供できる。

前記蓋部材にコイル端子を外部に案内する案内部を設けるのが好ましい。このような案内部を設けることによって、外周コアから突出したコイル端子を基板の接続部への接続が安定する。

前記蓋部材にコイルをガイドして、コイルとコア芯とを位置決めするコイル位置決め部を設けたものであってもよい。このように、コイル位置決め部を設けたものでは、蓋部材を外周コアの開口部に装着することによって、コイルとコア芯とで構成されるコイルアッシィを安定して正規位置に固定でき、組立性に優れる。

前記蓋部材と前記外周コアとの間に、前記蓋部材の前記外周コアへの装着状態の位置決めを行う係合手段を設けるのが好ましい。このように係合手段を設けることによって、蓋部材を外周コアの開口部に嵌入することによって、蓋部材は位置決めされた状態で、外周コアに装着される。このため、蓋部材の位置合わせ作業を行う必要がなく、組立作業の簡略化を図ることができる。

前記係合手段は、少なくとも２箇所に配設される凹凸嵌合構造であるのが好ましい。このように設定することによって、簡単な構造で係合手段を構成でき、しかも、係合状態（嵌合状態）が安定する。

封止樹脂の充填量を減少させることができ、生産性の向上および低コスト化を達成できる。

本発明の第１の磁性素子の断面斜視図である。図１の磁性素子の斜視図である。図１の磁性素子の断面平面図である。図１の磁性素子を示し、（ａ）は内面が凹曲面とされた蓋部材が装着された断面図であり、（ｂ）は内面が多角形とされた蓋部材が装着された断面図である。係合手段を示し、（ａ）は凸部が断面扁平半楕円形状であり、凹部がこの凸部が嵌合する断面扁平半楕円形状である凹凸嵌合部の断面図であり、（ｂ）は凸部が断面直角三角形状であり、凹部がこの凸部が嵌合する断面矩形形状である凹凸嵌合部の断面図であり、（ｃ）は凸部が断面直角三角形状であり、凹部がこの凸部が嵌合する断面直角三角形状であるの凹凸嵌合部の断面図である。蓋部材を省略している状態の磁性素子を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は正面図である。組み立て工程図である。図１に示す磁性素子の変形例を示し、（ａ）は外周コアの後壁が平坦壁にて構成された磁性素子の斜視図であり、（ｂ）は外周コアの後壁が断面多角形壁にて構成された磁性素子の斜視図である。蓋部材を省略している状態の第２の磁性素子の斜視図である。図９に示す第２の磁性素子の組み立て工程図である。蓋部材を省略している状態の第３の磁性素子の斜視図である。図１１に示す第３の磁性素子の組み立て工程図である。蓋部材を省略している状態の第４の磁性素子を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は嵌合部の位置を相違させたものの断面図である。図１３に示す第４の磁性素子の組み立て工程図である。蓋部材を省略している状態の第５の磁性素子を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。図１５に示す第５の磁性素子の組み立て工程図である。蓋部材を省略している状態の第６の磁性素子を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。図１７に示す第６の磁性素子の組み立て工程図である。蓋部材を省略している状態の第７の磁性素子を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。図１９に示す第７の磁性素子の組み立て工程図である。従来の磁性素子の斜視図である。従来の磁性素子の組み立て工程図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図２０に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明に係る第１の磁性素子（ＥＥＰ形磁性素子）を示し、この磁性素子は、円柱形状のコア芯２の外周にコイル３が配置されたコイルアッシィ４と、該コイルアッシィ４の外周を覆う外周コア５と、外周コア５の開口部５ａに装着される蓋部材５０とを備える。円柱形状のコア芯２はこの磁性素子の軸に対して垂直に挿入され、コア芯２と外周コア５とが磁気的に一体となっている。

外周コア５は、一対の側壁５ｂ１、５ｂ２と、後壁５ｃと、上下壁５ｄ１、５１ｄ２とからなり、後壁５ｃが円弧形状とされている。そして、上下壁５ｄ１、ｄ２には、それぞれ、開口端に開口する溝５ｅ１、５ｅ２が設けられている。各溝５ｅ１、５ｅ２は、図７に示すように、開口側の直線部６ａと、奥側の半円部６ｂとで構成される。

コイルアッシィ４と、該コイルアッシィ４の外周を覆う外周コア５とは、図７に示す方法で組み立てられる。図７（ａ）に示すように、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。次に、図７（ｂ）に示すように、外周コア５の内周面に設けられた上下の溝５ｅ１、５ｅ２に沿って円柱状のコア芯２の両端部２ａ、２ａが矢印方向に挿入される。これらの溝５ｅ１、５ｅ２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。このため、コイルアッシィ４は、図７（ｃ）に示すように、溝５ｅ１、５ｅ２に沿って挿入されることで、最終的には、コア芯２の両端部２ａ、２ａが溝５ｅ１、５ｅ２の奥側の半円部６ｂに嵌合して、外周コア５内に固定される。つまり、溝５ｅ１、５ｅ２とコア芯２の両端部２ａ、２ａとで、コイルアッシィ４を外周コア２内に固定する固定手段Ｆ（図６（ｂ）参照）を構成することになる。

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。

蓋部材５０は、図１〜図４に示すように、外周コア５の内部側に凹部５１が形成されたブロック体からなり、外周コア５の開口部に嵌入可能な外形形状とされている。すなわち、蓋部材５０は、その外端面５０ａが外周コア５の開口部の外形形状に対応する矩形形状とされる。この場合、図３に示すように、蓋部材５０のコア芯軸方向寸法Ｌ１が外周コア５の開口部のコア芯軸方向寸法Ｌ２と同一乃至わずかに小さい寸法に設定され、蓋部材５０のコア芯軸直交方向寸法Ｌ３が外周コア５の開口部のコア芯軸直交方向寸法Ｌ４と同一乃至わずかに小さい寸法に設定されている。ここで、わずかに小さい寸法とは、蓋部材５０が外周コア５の開口部に嵌入可能であって、嵌入後のガタツキを生じさせない程度の寸法である。なお、蓋部材５０の外端面５０ａとしては、矩形形状であっても、正方形形状であってもよい。

蓋部材５０の凹部５１の内面５２が、図１と図４（ａ）に示すように、螺旋状に巻設されたコイル３の外径面の曲率半径に対応する曲率半径の凹曲面とされている。このため、蓋部材５０が外周コア５の開口部５ａに嵌合した状態で、蓋部材５０の凹部５１の内面５１ａがコイル３の外径面に接触する。すなわち、この蓋部材５０の凹部５１が、コイルをガイドして、コイル３とコア芯２とを位置決めするコイル位置決め部Ｍを構成する。なお、蓋部材５０の凹部５１の内面５２の凹曲面の曲率半径として、図４（ａ）の実線で示すようなコイル３の外径面の曲率半径と同一に限るものではなく、仮想線５２ａで示すように、コイル３の外径面の曲率半径よりも大きい場合であっても、仮想線５２ｂで示すように、コイル３の外径面の曲率半径よりも小さい場合であってもよい。

ところで、この蓋部材５０の凹部５１として、図４（ｂ）に示すように、その内面５３を多角形（台形状）にて構成してもよい。すなわち、この場合の凹部５１の内面５３は、蓋部材５０の外端面５０ａと平行な平行面５３ａと、平行面５３ａの両端部から内部側に向かって広がるテーパ面５３ｂ、５３ｂとからなる。このため、蓋部材５０が外周コア５の開口部５ａに嵌合した状態で、内面５３のテーパ面５３ｂ、５３ｂがコイル３の外径面に接触する。すなわち、この蓋部材５０の凹部５１が、コイル３をガイドして、コイル３とコア芯２とを位置決めするコイル位置決め部Ｍを構成する。

また、蓋部材５０は、外周コア５の内部と外部とを連通する空気孔５５を備える。空気孔５５は、蓋部材５０の外端面５０ａの中央部に開口する矩形孔である。また、この蓋部材５０には、外周コア５の上壁５ｄ１側の一方の側壁５ｂ２側に、コイル３の一方のコイル端子３ａを外部へ導出する案内部Ｇ１を構成するための切欠き５６が形成される。また、外周コア５の下壁５ｄ２側の他方の側壁５ｂ１側にコイル３の他方のコイル端子３ｂを外部へ導出する案内部Ｇ２を構成するための切欠き５７が形成される。各案内部Ｇ１、Ｇ２の大きさとしては、各コイル端子３ａ、３ｂを案内（挿通）できて、コイル端子３ａ、３ｂががたつかない程度が好ましい。

また、蓋部材５０と外周コア５との間に、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、蓋部材５０の外周コア５への装着状態の位置決めを行う係合手段Ｋが設けられる。係合手段Ｋとしては、凹凸嵌合構造６０にて構成される。図５（ａ）では、凸部６１が断面扁平半楕円形状であり、凹部６２がこの凸部６１が嵌合する断面扁平半楕円形状である。図５（ｂ）は凸部６１が断面直角三角形状であり、凹部６２がこの凸部６１が嵌合する断面矩形形状である。図５（ｃ）は凸部６１が断面直角三角形状であり、凹部６２がこの凸部６１が嵌合する断面直角三角形状である。

また、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）では、蓋部材５０側に凸部６１を設け、外周コア５側に凹部６２を設けている。この凸部６１は蓋部材５０の４辺（５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ）のいずれかに設けられ、凹部６２は、設けられた凸部６１に対応する部位、外周コア５の４辺（５ｄ１、５ｂ２、５ｄ２、５ｂ１）の内面のいずれかに設けられる。この場合、凹凸嵌合構造６０を少なくとも一対設けるのが好ましい。設ける一対としては、図１に示す状態において、同一水平面内において、その水平面中心点に関して対象位置に設けるのが好ましい。

図５（ａ）では、蓋部材５０を外周コア５に対して矢印Ａ方向に挿入させることによって、蓋部材５０側の凸部６１が外周コア５側の凹部６２に嵌合し、蓋部材５０が外周コア５に位置決めされた状態で装着される。また、図５（ｂ）では、蓋部材５０を外周コア５に対して矢印Ａ方向に挿入させることによって、凸部６１の段差面６１ａが、凹部６２の開口側の端面６２ａに係止した状態で、蓋部材５０側の凸部６１が外周コア５側の凹部６２に嵌合し、蓋部材５０が外周コア５に位置決めされた状態で装着される。また、図５（ｂ）では、蓋部材５０を外周コア５に対して矢印Ａ方向に挿入させることによって、凸部６１の段差面６１ａが、凹部６２の段差面６２ｂに係止した状態で、蓋部材５０側の凸部６１が外周コア５側の凹部６２に嵌合し、蓋部材５０が外周コア５に位置決めされた状態で装着される。

本発明の磁性素子によれば、外周コア５の開口部５ａに蓋部材５０を装着することによって、開口部５ａにおけるコイル３との間の隙間を詰めて封止樹脂の充填量を減少させることができる。これによって、生産性の向上および低コスト化を達成できる。

蓋部材５０に外周コア５の内部と外部とを連通する空気孔５５を設けることによって、外周コア５内のボイドの発生を抑えることができ、高品質の磁性素子を提供できる。

蓋部材５０にコイル端子３ａ、３ｂを外部に案内する案内部Ｇ１，Ｇ２を設けることによって、外周コア５から突出したコイル端子３ａ、３ｂを基板（図示省略）の接続部への接続が安定する。

コイル位置決め部Ｍを設けたものでは、蓋部材５０を外周コア５の開口部５ａに装着することによって、コイル３とコア芯２とで構成されるコイルアッシィ４を安定して正規位置に固定でき、組立性に優れる。

蓋部材５０と外周コア５との間に、蓋部材５０の外周コア５への装着状態の位置決めを行う係合手段Ｋを設けることによって、蓋部材５０を外周コア５の開口部５ａに装着することによって、蓋部材５０は位置決めされた状態で、外周コア５に装着される。このため、蓋部材５０の位置合わせ作業を行う必要がなく、組立作業の簡略化を図ることができる。

係合手段Ｋは、少なくとも２箇所に配設される凹凸嵌合構造６０で形成でき、簡単な構造で係合手段Ｋを構成でき、しかも、係合状態（嵌合状態）が安定する。

ところで、外周コア５として、前記実施形態では、後壁５ｃが円弧形状とされていたが、図８（ａ）に示すように、平坦壁であっても、図８（ｂ）に示すように、断面多角形壁であってもよい。

また、図９及び図１０に示す磁性素子では、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一対のコア芯７、７を使用するものである。このため、一対のコア芯７、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、コイルアッシィ９が構成される。

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１０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。このため、外周コア１０の上下壁１０ｅ１、１０ｅ２と、コア芯７，７のフランジ部７ａ、７ａとで、コイルアッシィ９を外周コア１０内に固定する固定手段Ｆを構成することになる。なお、図１に示す磁性素子の外周コア５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目されたコイル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１０（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１０（ｂ）)。すなわち、コイルアッシィ９は、フランジ部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１１及び図１２に示す磁性素子では、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を備えている。また、外周コア１５はコア芯１２を挿入できる貫通穴１５ｂ、１５ｂを外周コア１５の上下壁１５ｄ１，１５ｄ２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１２（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１２（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１２（ｃ）)。このため、この場合、貫通穴１５ｂと、この貫通穴１５ｂに嵌入されるコア芯１２の端部とで、コイルアッシィ１４を外周コア１５内に固定する固定手段Ｆを構成することになる。

図１３及び図１４に示す磁性素子では、コア芯１７は、軸方向中間部にスペーサ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１３（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１３（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。

この場合、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２０ｅ１、２０ｅ２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１４（ａ）)。外周コア２０の内周面に設けられた上下壁２０ｄ１、ｄ２の溝２０ｅ１、２０ｅ２（溝５ｅ１、５ｅ２と同様、開口側の直線部６ａと奥側の半円部６ｂとを有する）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２０ｅ１、２０ｅ２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１４（ｂ）)。すなわち、アッシィ１９は、溝２０ｅ１、２０ｅ２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１４（ｃ）)。このため、この場合、溝２０ｅ１、２０ｅ２とコア芯１７の両端部とで、コイルアッシィ１９を外周コア２０内に固定する固定手段Ｆを構成することになる。

図１５と図１６に示す磁性素子では、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を形成している。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、上下壁２６ｄ１、２６ｄ２の溝２６ｅ１、２６ｅ２（溝５ｅ１、５ｅ２と同様、開口側の直線部６ａと奥側の半円部６ｂとを有する）が形成され、スペーサ２７の外周がこの溝２６ｅ１、２６ｅ２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イ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１６（ａ）および図１６（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１６（ｃ）および（ｄ）)。このため、この場合、溝２６ｅ１、２６ｅ２と、スペーサ２７が嵌合されるコア芯２３の両端部とで、コイルアッシィ２５を外周コア２６内に固定する固定手段Ｆを構成することになる。

図１７と図１８に示す磁性素子では、外周コア３２はコア芯２９を挿入できる貫通穴３２ｂ、３２ｂを外周コア３２の上下壁３２ｄ１、３２ｄ２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。

あらかじめマグネットワイヤが巻回されたコイル３０を外周コア３２の開口部３２ａから矢印方向に挿入し(図１８（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１８（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１８（ｃ）)。このため、貫通穴３２ｂ、３２ｂと、この貫通穴３２ｂ、３２ｂに嵌入されたスペーサ３３付きのコア芯２９の端部とで、コイルアッシィ３２を外周コア３２内に固定する固定手段Ｆを構成する。

図１９と図２０に示す磁性素子では、コア芯３５を挿入できる貫通穴３８ｂを、外周コア３３の上下壁３３ｄ１、３８ｄ２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、あらかじめマグネットワイヤが巻回されたコイル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，３８ｂからコア芯３５を矢印方向に挿入する(図２０（ａ）〜図２０（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２０（ｄ）)。このため、貫通穴３８ｂ、３８ｂと、この貫通穴３８ｂ、３８ｂに嵌入されたスペーサ３９付きのコア芯３５の端部とで、コイルアッシィ３２を外周コア３２内に固定する固定手段Ｆを構成する。

図８〜図２０に示す磁性素子では、図１等に示す蓋部材５０を省略しているが、これらの外周コアに蓋部材５０が装着される。このため、これらの磁性素子においても、図１〜図７に示す磁性素子と同様の作用効果を奏する。

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。

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-AI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、微細結品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品構造を有するスヒネルフェライト、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ヒネルブエライトが好ましい。また、アモるファス系磁性材料としては、鉄合金系、コバるト合金系、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ー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、原料に非品質合金粉末を用いる場合には、焼成温度を非品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。

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ブア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、ポリピニルアルコール、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、ポジアセタール、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレブタレート、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、アモルブア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ブアイド(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ブアスまたは純鉄粉であり、射出成形磁性体がアモルブア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、アモルブアス金属が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、ブェノール樹脂、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、上記樹脂パ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。封止樹脂を充填する場合、コイルを外周コアに挿入工程前であっても、挿入工程後であってもよい。

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、例えばインダク夕、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コンパー夕、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。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、係合手段Ｋを構成する凹凸嵌合構造６０としては、前記実施形態では、蓋部材５０側に凸部６１を設けるとともに、外周コア５側に凹部６２を設けていたが、逆に、蓋部材５０側に凹部６２を設けるとともに、外周コア５側に凸部６１を設けたものであってもよい。また、各凹凸嵌合部６０の上下方向位置が相違するものであってもよい。また、凹凸嵌合構造６０の数としても、３個以上あってもよい。

凸部６１及び凹部６２の形状として、図５に示すものに限らず、断面二等辺三角形状、断面台形状、断面半円形状、断面半長円形状等の種々の形状を採用できる。また、空気孔として、図例では矩形孔であったが、円孔、楕円孔、又は多角形孔であってもよい。空気孔の数としても、１個に限るものではない。コイル端子案内部Ｇ１、Ｇ２として、コイル端子が嵌入される貫通路を設けるようにしてもよい。

２、７、１２、１７、２３、２９、３５コア芯
３、８、１３、１８、２４、３０、３６コイル
３ａコイル端子
３ｂコイル端子
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
５ａ、１０ａ、１５ａ、２０ａ、３２ａ、３８ａ開口部
５０蓋部材
５１凹部
５５空気孔
６０凹凸嵌合構造
Ｇ１、Ｇ２コイル端子案内部
Ｋ係合手段
Ｍコイル位置決め部

Claims

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、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し、コイルが封止樹脂により封止された磁性素子であって、
前記外周コアの開口部に、この開口部におけるコイルとの間の隙間を詰めて封止樹脂の充填量を減少させる蓋部材を装着したことを特徴とする磁性素子。
前記蓋部材に外周コアの内部と外部とを連通する空気孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁性素子。
前記蓋部材にコイル端子を外部に案内する案内部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁性素子。
前記蓋部材にコイルをガイドして、コイルとコア芯とを位置決めするコイル位置決め部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の磁性素子。
前記蓋部材と前記外周コアとの間に、前記蓋部材の前記外周コアへの装着状態の位置決めを行う係合手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁性素子。
前記係合手段は、少なくとも２箇所に配設される凹凸嵌合構造であることを特徴とする請求項５に記載の磁性素子。