JP3654254B2 - コイル部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種民生機器等に用いるコイル部品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来のコイル部品について図面を参照しながら説明する。
【0003】
図9は従来のコイル部品の斜視図、図10は同断面図、図11は同製造工程の一部を示す断面図である。
【0004】
図9〜図11に示すように、従来のコイル部品は、貫通孔51を有するコイル部52と、このコイル部52を内包した磁性体からなる外装部53と、コイル部52に接続するとともに、外装部53から突出した端子54とを備え、外装部53は、コイル部52を被覆するように磁性粉末55を金型59によって加圧成形して成形した構成である。
【0005】
外装部53には、全体に渡って一定の成形圧力が加わっており、外装部53の密度も全体に渡って略等しいものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、低背化を図ろうとすると、外装部53に加圧する成形圧力を高め、外装部53を全体に渡って凝縮させる必要がある。
【0007】
しかし、外装部53の凝縮に応じて低背化はされるものの、外装部53の上面部や下面部が薄くなり、コイル部52の貫通孔内を通過する磁束が外装部53の上面部や下面部を通過する際、磁気飽和を生じ易くなって信頼性が劣化するという問題点を有していた。
【0008】
本発明は上記問題点を解決するために、低背化を図るために上面部や下面部を薄くしても、磁気飽和が生じにくく、信頼性を向上したコイル部品の製造方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【0010】
本発明の請求項1記載の発明は、特に、圧粉体の背面部を強硬度部、中脚部と外脚部を 弱硬度部にするとともに、前記圧粉体の背面部でコイル部の上下面を支持し、前記圧粉体の加圧成形時の加圧力よりも再加圧成形時の加圧力を高くして、前記コイル部が内包される前記外装部の内包厚寸法を前記コイル部の貫通孔の直径よりも小さく形成するとともに、前記外装部の上面部および下面部の密度を前記外装部の中間部の密度よりも大きく形成する方法である。
【0011】
上記構成により、コイル部を内包する内包厚寸法(コイル部と外装部の表面との距離)をコイル部の貫通孔の直径よりも小さくなるまで、コイル部の上方部分に対応する外装部の上面部とコイル部の下方部分に対応する外装部の下面部とを薄く形成して全体として低背化を図っても、上面部の密度および下面部の密度を中間部の密度よりも大きくしているので、上面部および下面部において磁気飽和の発生を抑制することができる。
【0012】
すなわち、コイル部の貫通孔の内部は、外装部の中間部に相当するが、この中間部の密度よりも外装部の上面部および下面部の密度の方が大きいので、貫通孔の内部を通過する磁束が、貫通孔の直径よりも小さい上面部および下面部を通過しても、上面部および下面部では中間部よりも密度が大きい分だけ透磁率を大きくすることができ、上面部および下面部において磁気飽和を発生させずに、低背化を図ることができるものである。
【0013】
本発明の請求項2記載の発明は、特に、熱硬化性樹脂は、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂とした方法である。
【0014】
熱硬化性樹脂として、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂を用いているので、硬度と脆さのバランスの取れた強度を有する外装部を形成でき、外装部の不良を減少させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態におけるコイル部品について図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1は本発明の一実施の形態におけるコイル部品の断面図、図2は同斜視図、図3は同製造工程の一部を示す図、図4は同要部である圧粉体の斜視図、図5は同要部である端子を接続したコイル部の斜視図、図6は同要部である端子形成前の斜視図である。
【0017】
図1〜図6に示すように、本発明の一実施の形態におけるコイル部品は、高さ2〜5mmで10mm角形状の大きさであって、貫通孔1を有したコイル部2と、このコイル部2を内包した外装部3と、コイル部2に接続するとともに、外装部3から突出した端子4とを備えている。
【0018】
また、外装部3は、磁性粉末を含有した圧粉磁芯(ダストコア)であって、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂である熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを熱硬化性樹脂が完全硬化しない非加熱状態で混合するとともに0.5〜2.0t/cm2で加圧成形した圧粉体5を、コイル部2を被覆するように3.0〜5.0t/cm2で再加圧成形するとともに熱硬化性樹脂が完全硬化するように100〜180℃で加熱して形成している。
【0019】
この圧粉磁芯(ダストコア)は、磁性粉末として、熱処理を施した軟磁性合金粉末を用い、この平均粒径を1μm〜100μmとし、この組成を、1wt%≦成分A≦7wt%(成分Aは、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)の内、少なくとも1つを含む)、2wt%≦クロム(Cr)≦8wt%、0.05wt%≦酸素(O)≦0.6wt%、0.01wt%≦マンガン(Mn)≦0.2wt%、0.005wt%≦カーボン(C)≦0.2wt%、そして残部を鉄(Fe)としている(成分Aの替わりに、2wt%≦ニッケル(Ni)≦15wt%としてもよい)。
【0020】
さらに、圧粉体5は2個用いており、この圧粉体5には再加圧成形する際に圧粉体5の形状がくずれない硬度の強硬度部と再加圧成形する際に圧粉体5の形状がくずれる硬度の弱硬度部とを設け、圧粉体5の形状を背面部6に中脚部7と外脚部8とを有した断面E字形状のポット型にし、背面部6を強硬度部にするとともに、中脚部7と外脚部8を弱硬度部にしている。この弱硬度部および強硬度部は、圧粉体の密度を小さくした部分(弱硬度部)と密度を大きくした部分(強硬度部)とにより形成している。弱硬度部は数kg/cm2の加圧により形状がくずれる硬度にしている。
【0021】
ここで、圧粉体5の形状がくずれる硬度とは、磁性粉末の粒子サイズでくずれることであり、圧粉体5の形状がくずれない硬度の強硬度部において、ブロック的(団塊になって)にくずれた状態は、磁性粉末の粒子サイズでくずれてないので、くずれる硬度の範囲には含まないものとしている。
【0022】
そして、外装部3は一方の圧粉体5および他方の圧粉体5の両方の圧粉体5の強硬度部がコイル部2の一面(上下面)を互いに支持するとともに、弱硬度部がコイル部2の他面(外周面および貫通孔1の内壁面)を被覆するように圧粉体を再加圧成形し、かつ熱硬化性樹脂が完全硬化するように加熱したものである。
【0023】
このとき、外装部3は、コイル部2を内包する内包厚寸法(W)をコイル部2の貫通孔1の直径よりも小さくし、コイル部2の上方部分に対応する外装部3の上面部11と、コイル部2の下方部分に対応する外装部3の下面部12と、コイル部2の高さ部分に対応する外装部3の中間部13とにおいて、上面部11の密度および下面部12の密度を中間部13の密度よりも大きくしている。
【0024】
特に、中間部13は、コイル部2の貫通孔1内に対応する内側中間部15と、コイル部2の外周面の外側部分に対応する外側中間部14とにおいて、外側中間部14の密度を内側中間部15の密度よりも大きくしている。
【0025】
これらの密度については、上面部11の密度および下面部12の密度を5.0〜6.0g/cm3とし、中間部13の密度をその85%〜98%の密度としている。
【0026】
上記コイル部品の製造方法では、コイル部2を磁性体からなる外装部3で内包する外装部形成工程と、コイル部2に接続するとともに、外装部3から突出した端子4とを形成する端子形成工程とを設けている。
【0027】
外装部形成工程では、まず、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂である熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを熱硬化性樹脂が完全硬化しないように非加熱状態で混合するとともに加圧成形して2個の圧粉体5を成形する工程を設けている。
【0028】
このとき、圧粉体5は、その形状を背面部6に中脚部7と外脚部8とを有した断面E字形状のポット型にし、さらに、背面部6は再加圧成形する際に圧粉体5の形状がくずれない硬度の強硬度部にするとともに、中脚部7および外脚部8は再加圧成形する際に圧粉体の形状がくずれる硬度の弱硬度部にしている。
【0029】
次に、2個の圧粉体5の強硬度部がコイル部2の一面(上下面)を互いに支持するとともに、弱硬度部がコイル部2の他面(外周面および貫通孔1の内壁面)を被覆するように圧粉体5を再加圧成形し、かつ熱硬化性樹脂が完全硬化するように加熱成形して外装部3を成形する工程を設けている。
【0030】
このとき、2個の圧粉体5の背面部6がコイル部2を支持しつつ、2つの金型9が圧粉体5の弱硬度部の中脚部7と外脚部8を押圧して、圧粉体5の弱硬度部をくずしつつコイル部2の他面(外周面および貫通孔1の内壁面)を被覆させて加圧している。
【0031】
特に、この場合では、コイル部2の他面(貫通孔1の内壁面)に対向した圧粉体5の背面部6(強硬度部)が、コイル部2の貫通孔1の中にブロック的に埋没するとともに、端子4に対向した圧粉体5の背面部6(強硬度部)が、端子4に向かってブロック的に埋没しつつ、圧粉体5の中脚部7(弱硬度部)および外脚部8(弱硬度部)がくずれて、コイル部2の他面(外周面および貫通孔1の内壁面)を被覆している。
【0032】
また、この外装部形成工程では、コイル部2を内包する内包厚寸法(W)をコイル部2の貫通孔1の直径よりも小さくするとともに、コイル部2の上方部分に対応する外装部3の上面部11の密度およびコイル部2の下方部分に対応する外装部3の下面部12の密度をコイル部2の高さ部分に対応する外装部の中間部13の密度よりも大きくする工程を設けている。
【0033】
さらに、中間部13には、コイル部2の貫通孔1内に対応する内側中間部15と、コイル部2の外周面の外側部分に対応する外側中間部14とを設け、外側中間部14の密度を内側中間部15の密度よりも大きくする工程も設けている。
【0034】
そして、外装部3は、上面部11の密度および下面部12の密度を5.0〜6.0g/cm3とし、中間部13の密度をその85%〜98%の密度となるようにしている。
【0035】
上記構成および方法により、コイル部2を内包する内包厚寸法(W)(コイル部2と外装部3の表面との距離)をコイル部2の貫通孔1の直径よりも小さくなるまで、コイル部2の上方部分に対応する外装部3の上面部11とコイル部2の下方部分に対応する外装部3の下面部12とを薄く形成して全体として低背化を図っても、上面部11の密度および下面部12の密度を中間部13の密度よりも大きくしているので、上面部11および下面部12において磁気飽和の発生を抑制することができる。
【0036】
すなわち、コイル部2の貫通孔1の内部は、外装部3の中間部13に相当するが、この中間部13の密度よりも外装部3の上面部11および下面部12の密度の方が大きいので、貫通孔1の内部を通過する磁束が、貫通孔1の直径よりも小さい上面部11および下面部12を通過しても、上面部11および下面部12では中間部13よりも密度が大きい分だけ透磁率を大きくすることができ、上面部11および下面部12において磁気飽和を発生させずに、低背化を図ることができるものである。
【0037】
このとき、中間部13は、コイル部2の貫通孔1に対応する内側中間部15と、コイル部2の外周面の外側部分に対応する外側中間部14とを有し、外側中間部14の密度を内側中間部15の密度よりも大きくしているので、外側中間部14は内側中間部15よりも密度が大きい分だけ透磁率を大きくすることができ、外側中間部14において磁気飽和を発生させずに横方向の寸法を低減し、実装時における省スペース化を図ることができる。
【0038】
特に、外装部3は、上面部11の密度および下面部12の密度を5.0〜6.0g/cm3とし、中間部13の密度をその密度の85%〜98%の密度としているので、コイル部2への応力を必要以上に与えず、コイル部2の破壊を抑制しつつ、内部応力等に起因した外装部3自体の破壊を抑制できる。また、磁気飽和の発生も抑制し、小型化を図ることができる。
【0039】
この外装部3は、圧粉磁芯であって、その材質を特有の組成にしているので、直流重畳特性に有利であり(鉄(Fe)成分の割合が多いため)、しかも、鉄(Fe)成分の含有による錆の発生を抑制し(クロム(Cr)成分の含有により)、100kHz以上の高周波領域での損失を抑制でき(クロム(Cr)≦8wt%のため)、磁気特性を損ねることなく、かつ耐腐食性に優れた複合磁性材料を実現できる。
【0040】
また、一般的に加圧成形には通常金型を用いて成形するが、圧粉体5が固形物となるので、金型9とコイル部2との間で圧粉体5の量が再加圧成形時に変動しにくく、外装部3の被覆厚さがコイル部2の周囲全体に渡って均一になりやすく、インダクタンス値およびインダクタンス値の直流重畳時の飽和特性および磁気損失等の特性バラツキを抑制できるとともに、圧粉体5自体によってコイル部2を支持できるのでコイル部2の位置決めが的確になり外装部3の不良成形を防止できる。このとき、圧粉体5には、磁性粉末と熱硬化性樹脂を含有した結合剤とを混合加圧するが、熱硬化性樹脂として、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂を用いているので、硬度と脆さのバランスの取れた強度を有する外装部を形成でき、外装部の不良を減少させることができる。
【0041】
さらに、圧粉体5は再加圧成形してコイル部2を被覆するので、コイル部2を的確に被覆することができ、圧粉体5とコイル部2との間を隙間なく充填することもでき、磁気ギャップを減少させて磁気効率を向上することができる。
【0042】
特に、圧粉体5の強硬度部はコイル部2の一面を強固に支持するので、再加圧成形時にコイル部2の位置ずれが生じにくく、圧粉体5の弱硬度部がその形をくずしながらコイル部2の他面を容易に被覆することができ、外装部3の被覆厚さをコイル部2の周囲全体に渡って均一にさせやすく、特性バラツキを抑制できる。
【0043】
そして、圧粉体5の形状は背面部6に中脚部7と外脚部8とを有したE字形状にし、背面部6を強硬度部にするとともに、中脚部7および外脚部8を弱硬度部にしているので、より一層、圧粉体5の強硬度部に対して位置ずれが生じにくく、コイル部の他面を容易に被覆することができ、特性バラツキを抑制できる。
【0044】
このように本発明の実施の形態によれば、外装部3の被覆厚さがコイル部2の周囲全体に渡って均一になりやすく、特性バラツキを抑制できるだけでなく、外装部3の上面部11および下面部12では中間部13よりも密度が大きい分だけ透磁率を大きくすることができ、上面部11および下面部12において磁気飽和を発生させずに、低背化を図ることができるものである。
【0045】
なお、本発明の実施の形態では、圧粉体5の形状をE字形状にしたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、中脚部7の長さを外脚部8の長さよりも長くしたり、短くしたり、それ以外の形状でもよい。特に、背面部6に中脚部7のみを形成したT字形状や外脚部8のみを形成したコ字形状は略E字形状とみなしている。
【0046】
また、コイル部2と圧粉体5との位置関係も、2個の圧粉体5の強硬度部がコイル部2の一面を支持しなくても、少なくとも一方の圧粉体5の強硬度部がコイル部2の一面を支持するようになっていればよい。このとき、E字形状の圧粉体5の強硬度部の密度を弱硬度部の密度よりも大きくしてもよい。
【0047】
さらに、コイル部2は、丸線の他に、平角線を巻回したエッジワイズ巻線としてもよく、この場合、占積率を向上するとともに、大電流に対応させることができ、特に、隣接する平角線間に外装部3を非形成するように、隣接する平角線を密着すれば、平角線間に外装部3が形成されず、平角線を周回する磁束の発生を抑制して、損失を低減できる。
【0048】
他の例としては、図7、図8に示すように、一方の圧粉体5は強硬度部の背面部6がコイル部2の一面を支持するように、他方の圧粉体5はコイル部2の貫通孔1に中脚部7を挿入するようにして、再加圧成形したり、2つの圧粉体5の中脚部7および外脚部8の先端に微小凹凸部10を設けるとともに、2つの圧粉体5の中脚部7および外脚部8が互いに対向するようにして、再加圧成形したり、圧粉体5の背面部6に分割用の分割溝を設けて、再加圧成形したりしてもよく、ともに、より一層、コイル部2の他面を容易に被覆することができ、特性バラツキを抑制できる。
【0049】
この際、本発明の実施の形態では、再加圧成形前、または再加圧成形中において、圧粉体5の強硬度部がコイル部2の一面を支持しているが、再加圧成形後においても、圧粉体の強硬度部がコイル部2の一面を支持するようにすることが望ましい。
【0050】
【発明の効果】
以上のように本発明は、コイル部を内包する内包厚寸法(コイル部と外装部の表面との距離)をコイル部の貫通孔の直径よりも小さくなるまで、コイル部の上方部分に対応する外装部の上面部とコイル部の下方部分に対応する外装部の下面部とを薄く形成して全体として低背化を図っても、上面部の密度および下面部の密度を中間部の密度よりも大きくしているので、上面部および下面部において磁気飽和の発生を抑制することができる。
【0051】
すなわち、コイル部の貫通孔の内部は、外装部の中間部に相当するが、この中間部の密度よりも外装部の上面部および下面部の密度の方が大きいので、貫通孔の内部を通過する磁束が、貫通孔の直径よりも小さい上面部および下面部を通過しても、上面部および下面部では中間部よりも密度が大きい分だけ透磁率を大きくすることができ、上面部および下面部において磁気飽和を発生させずに、低背化を図ったコイル部品を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態におけるコイル部品の断面図
【図2】 同斜視図
【図3】 同製造工程の一部を示す図
【図4】 同要部である圧粉体の斜視図
【図5】 同要部である端子を接続したコイル部の斜視図
【図6】 同要部である端子形成前の斜視図
【図7】 本発明の一実施の形態における他のコイル部品の製造工程の一部を示す図
【図8】 本発明の一実施の形態におけるさらに他のコイル部品の製造工程の一部を示す図
【図9】 従来のコイル部品の斜視図
【図10】 同断面図
【図11】 同製造工程の一部を示す断面図
【符号の説明】
1 貫通孔
2 コイル部
3 外装部
4 端子
5 圧粉体
6 背面部
7 中脚部
8 外脚部
9 金型
10 微小凹凸部
11 上面部
12 下面部
13 中間部
14 外側中間部
15 内側中間部
Claims (2)
- 熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを前記熱硬化性樹脂が完全硬化しない非加熱状態で混合し、背面部に中脚部と外脚部とを有する形状に加圧成形した圧粉体を、貫通孔を有するコイル部が被覆されるように再加圧成形するとともに前記熱硬化性樹脂が完全硬化するように加熱して、前記コイル部が内包された外装部を形成する外装部形成工程を備え、前記圧粉体の背面部を強硬度部、中脚部と外脚部を弱硬度部にするとともに、前記圧粉体の背面部で前記コイル部の上下面を支持し、前記圧粉体の加圧成形時の加圧力よりも再加圧成形時の加圧力を高くして、前記コイル部が内包される前記外装部の内包厚寸法を前記コイル部の貫通孔の直径よりも小さく形成するとともに、前記外装部の上面部および下面部の密度を前記外装部の中間部の密度よりも大きく形成するコイル部品の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂は、高硬度樹脂成分と弾性樹脂成分とを有するシリコン樹脂とした請求項1記載のコイル部品の製造方法。
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