JP4504212B2 - 電磁信号伝送装置用コアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電磁信号伝送装置用コアの製造方法に係り、例えば、スイッチのオンオフ動作や被検出物の検出等によって得られたセンサー信号を電磁的にリモート伝送する高周波形リモートセンサー装置において、これを構成する電磁信号伝送装置に用いるコア（コア磁心）の製造方法の改良に関する。

従来、被検出物等の接近有無を検出してこれをワイヤレスで電磁的にリモート伝送する高周波形リモートセンサー装置としては、例えば図３に示すような概略構成が知られている。

この高周波形リモートセンサー装置は、出力部３と、これからコイルＬ２、Ｌ１の電磁結合によって供給された第１の高周波信号に基づく駆動電源で動作するセンサー部１とを具備して構成され、センサー部１にてスイッチＳＷで検出されたセンサー信号に基づきその第１の高周波信号とは異なる第２の高周波信号をオン・オフしてこれを電磁的に出力部３へ伝送させ、出力部３にてその第２の高周波信号のオン・オフからそのセンサー信号を検出して発光ダイオードＤなどで出力表示する構成となっている。

このような高周波形リモートセンサー装置では、センサー部１と出力部３の間で電源電力やセンサー信号を電磁的にリモート伝送できる一方、出力部３側から伝送する電源電力を大きくしても、センサー部１からのセンサ信号を確実に出力部３側へ伝送可能となっている。特開平７−３３４７８３号公報（特許文献１）はこの種のものである。

そして、センサー部１と出力部３間における駆動電源やセンサー信号の伝送は、図４および図５に示すような電磁信号伝送装置Ａ、Ｂを用いて行われる。

すなわち、予め、例えば縦断面Ｅ型に成形加工されたフェライト磁心や圧粉磁心からなるコア５、７内の突柱５ａ、７ａの周りに、導線をリング筒状に巻いたコイルＬ１、Ｌ２をはめ込み、合成樹脂からカップ状に成形した本体ケース９、１１内底に対し、そのコア５、７の突柱５ａ、７ａ先端やコイルＬ１、Ｌ２が対面するようにそのコア５、７を収納固定して構成されたものである。

図４中の符号Ｌ１ａ、Ｌ２ａはコイルＬ１、Ｌ２から延びる外部接続用のリード線である。

電磁信号伝送装置Ａを構成するコア５、コイルＬ１および本体ケース９と、電磁信号伝送装置Ｂを構成するコア７、コイルＬ２および本体ケース１１とは、対をなすものであって同形状又は異なる形状となっており、例えばそれら電磁信号伝送装置Ａ、Ｂは本体ケース９、１１の外底面側、すなわちコイルＬ１、Ｌ２を所定の間隔で対面させて使用される。

従来、それらのコア５、７としては、例えば、アモルファス磁性粉体とエポキシ樹脂などのバインダー用合成樹脂粉体とを混合して加圧成型して製造され、３０〜４０μといった高透磁率で一般的に流通販売される通信用の圧粉磁心が流用されている。

また、それらコア５、７として、金属酸化物粉体と添加物粉体とを混合して加圧成型・焼成したフェライト磁心が用いられる場合も多くあり、この場合でも高透磁率で一般的に流通販売される通信用のものが同様に流用されている。

前者の例としては、例えば特開平５−２９９２３２号公報（特許文献２）のように、平均粒径の大きい磁性粉末と小さい磁性粉末とを混合して樹脂成形した樹脂成形磁性材料がある。
特開平７−３３４７８３号 特開平５−２９９２３２号

しかしながら、上述した従来の電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いるコア５、７は、圧粉磁心の場合、アモルファス磁性粉体とバインダー用合成樹脂粉体を９０％と１０％前後の重量比で混合したものを鉄製の成形型に入れ、３００℃〜４００℃の高温雰囲気中で５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの高圧力を加えて成型固化して製造されている。

そのため、高温、高圧に耐える高価な成形型や、高温、高圧下で使用可能な加圧成型装置等の高価な製造設備を必要とし、コア５、７の製造コストの低減が困難となり、電磁信号電送装置Ａ、Ｂのコスト低減を実現できない欠点があった。特に、小数ロットのコア５、７を製造する場合、その欠点が顕著であった。

コア５、７としてフェライト磁心を用いる場合も、金属酸化物粉体と添加物粉体とを９０％と１０％前後の重量比で混合し、１７０℃の雰囲気下で１８ＭＰａの圧力を加えて成形物を作り、その後この成形物を１２００℃の雰囲気下で６０分間熱処理して樹脂分を焼失させる等して製造するから、同様に、高温、高圧に耐える高価な成形型や、高温、高圧下で使用可能な高価な焼成装置等の製造設備を必要とする難点があった。

そこで、本発明者は、高周波形リモートセンサー装置に用いる電磁信号伝送装置Ａ、Ｂについて鋭意観察検討を加えた結果、高周波形リモートセンサー装置の出力部３とセンサー部１間で電源電力やセンサ信号を電磁的に伝送するには、電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いるコア５、７は、組成が緻密で透磁率が高く、しかも耐久性の良好な従来の圧粉磁心やフェライト磁心を用いる必要がない点に気づき、本発明を完成させた。

本発明はこのような状況の下になされたもので、高周波形リモートセンサー装置を構成する電磁信号伝送装置に用いるコアにおいて、電磁信号の実用的な伝送の確保が可能で、簡単な成型装置によってその形成が可能で、小数ロットでも安価、簡単に製造できる方法の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明は、コイルの周囲に所定の形状に成形されたコアを配置し、センサー信号に基づく高周波電気信号をそのコイルに印加して外部へ電磁信号を送出するか又は外来する電磁信号を当該コイルで高周波電気信号に変換して上記センサー信号を伝送する電磁信号伝送装置に用いるそのコアの製造方法であり、常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で溶融するとともに冷却によって固化する成形用合成樹脂を成形型の内壁に付着する第１の工程と、その成形用合成樹脂を付着させたその成形型内に磁性粉末を主成分としたコア材料を充填するとともに成形型の開口部を塞ぐ第２の工程と、そのコア材料を充填したその成形型を低温加熱雰囲気中で加熱してその成形用合成樹脂を溶融させてから冷却固化し、そのコア材料にてその成形型の内形状に形成された上記コアを成形する第３の工程と、成形されたそのコアを成形型から取り出す第４の工程とを具備している。

そして、本発明では、上記第１の工程で付着する成形用合成樹脂を、液状合成樹脂とすることも、その成形型の内壁に塗布された液体に付着する粉末又は顆粒状樹脂とすることも可能である。

また、本発明では、上記第２の工程においては、上記成形用合成樹脂でその成形型の開口部を塞ぐことも、バインダー合成樹脂として上記成形用合成樹脂の粉末を混入した上記コア材料を用いることも可能である。

さらにまた、本発明では、上記成形型を複数の分割型から構成することも可能であるし、上記コア材料をその成形型内に充填する前段階で、上記コイルを成形型内に配置することも可能である。

そのような本発明に係るコアの製造方法では、常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で溶融するとともに冷却によって固化する成形用合成樹脂を成形型の内壁に付着し、磁性粉末を主成分としたコア材料をその成形型内に充填するとともに成形型の開口部を塞ぎ、その成形型を低温加熱雰囲気中で加熱してその成形用合成樹脂を溶融させてから冷却固化し、その成形型の内形状に形成された上記コアを成形し、成形されたそのコアを成形型から取り出すから、高温、高圧用の成形型や、高温、高圧下で使用可能で複雑かつ高価な加圧成型装置又は焼成装置等の製造設備が不要となり、簡単な成型装置によって小数ロットでも安価、簡単に製造できるし、そのようなコアを用いても電磁信号の実用的伝送の確保が可能である。

そして、上記第１の工程で付着する成形用合成樹脂を液状合成樹脂とする方法では、成形用合成樹脂を成形型の内壁に付着し易い利点がある。

また、その成形型の内壁に塗布された液体に粉末又は顆粒状樹脂を付着する方法では、液状合成樹脂よりその成形用合成樹脂の保管や取り扱いが容易である。

さらに、上記第２の工程において、上記成形用合成樹脂でその成形型の開口部を塞ぐ方法では、コア全周を包めるので、形状保持が確実である。

しかも、バインダー合成樹脂として上記成形用合成樹脂の粉末を混入した上記コア材料を用いる方法では、コア全体の機械的強度を向上させることが可能である。

また、複数の分割型からなる上記成形型を用いる方法では、その成形型からコアを取り出し易くなる利点がある。

さらにまた、上記コア材料をその成形型内に充填する前段階において、上記コイルを成形型内に配置する方法では、コイルを具備した状態のコアを成形できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。

図１は、本発明に係る電磁信号伝送装置用コアの製造方法の実施の形態を示す概略工程図である。

まず、図１Ａに示すように、後述するコア材料１３を入れる所定の成形型１５を用意する。

この成形型１５は、図１Ａおよび図２に示すように、金属材料例えばアルミニウムから円筒カップ状に形成されるとともに、その内底部から開口部に向けて同軸状に円筒部１５ａを一体的に立設されて構成されている。

なお、円筒部１５ａは、成形型１５の開口部から１／３程度内底に寄って低く形成されている。

次いで、図１Ｂに示すように、成形型１５の内壁全体に液状の成形用合成樹脂１７を、常温又は後述する低温雰囲気中で、均一にまんべんなく塗布、付着する（第１の工程）。

この液状の成形用合成樹脂１７は、例えば成型用ホットメルト（接着剤）であり、常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で溶融するとともに冷却によって固化するものであり、例えば予め加熱して溶融させた状態で塗布、付着される。

さらに、図１Ｃに示すように、上述したコア５、７の元となる主に磁性粉末からなるコア材料１３を、成形型１５内に充填する（第２の工程）。

コア材料１３は、磁性粉末として所望の使用周波数が１００ＫＨｚより高いときは平均粒径４５μｍ程度で、周波数が低いときは１５０μｍ程度のアモルファス軟磁性材料が好適する。

成形型１５に入れるコア材料１３の充填量は目的に応じて任意であるが、図１Ｃに示すように、円筒部１５ａの先端が十分隠れ、円筒部１５ａの内外空間部分のコア材料１３が一体化されるように充填する。

その後、図１Ｄのように、成形型１５に充填されたコア材料１３の上から成形型１５の開口部を塞ぐように上述した液状合成樹脂１７を配置し、更に、その上に円板状の加圧板１９をはめ込み、この加圧板１９に３ＭＰａ〜４ＭＰａの圧力を加えてコア材料１３を加圧する。

次いで、加圧板１９を加圧しながら、約７０℃程度の低温雰囲気中で成形型１５ごと１時間程度放置してから常温中で放置し、成形型１５の内形状を転写した状態の外皮層２１を有するコア５、７を形成する（第３の工程）。すなわち、液状の成形用合成樹脂１７が固化された外皮層２１に変わる訳である。

なお、加圧した後、低温雰囲気又は常温中で放置することも可能である。

その後、成形型１５を叩いたり外部から若干変形させるなどしてそれから取り出し、同図Ｅのようにコア５、７を得る。図１Ｅでは、コア５、７を同図Ａ〜Ｄと上下逆に示している。

成形型１５をアルコールその他の溶剤や潤滑液を溜めた容器に一時的に浸したり、それらを成形型１５の開口部から垂らしたりして、成形型１５と外皮層２１間に浸み込ませても取り出し易くなる。

このようなコア５、７は、図４および図５に示したように、外形が円筒状で縦断面Ｅ型になっており、コア５、７内の突柱５ａ、７ａの周りに、導線を巻いてリング筒状に形成したコイルＬ１、Ｌ２をはめ込み、カップ状の本体ケース９、１１内底に対し、そのコア５、７の突柱５ａ、７ａ先端やコイルＬ１、Ｌ２が対面するようにそのコア５、７を収納固定して電磁信号伝送装置Ａ、Ｂが構成される点は、従来例と同様である。

このような本発明で製造されたコア５、７は、成形型１５の内壁全体に付着された液状の成形用合成樹脂１７が低温、低圧下で成形型１５の内形状を外形として成形固化されるとともにその外形形状を保持しているものの、その内部は磁性粉末からなるコア材料１３が充填された状態なので、圧粉磁心やフェライト磁心に比べて組成的には密度が低く、あまり緻密ではないうえ内部まで硬くもない。

しかし、コア材料１３として磁性粉末のみとすることが可能で、単に充填させた状態であっても、バインダー合成樹脂を混入したコア材料１３に比べてコア５、７の透磁率μも１０以上にすることが可能で、高周波形リモートセンサー装置の出力部３やセンサー部１を構成する電磁信号伝送装置Ａ、Ｂに用いても、センサ信号を確実に伝送可能であり、十分実用に供し得る。

しかも、何らかの理由で、コア５、７の外皮層２１に若干ヒビが入いるなどして損傷を受けても、センサ信号の伝送を確保できる。

ところで、本発明に係るコアの製造方法に用いる成形用合成樹脂１７は、液状に限らず、粉末状又は顆粒状であってもよい。

もっとも、粉末状又は顆粒状の成形用合成樹脂１７を用いる場合、例えば液状接着剤を成形型１５の内壁全体に塗布し、これに粉末状又は顆粒状の成形用エポキシ合成樹脂１７などを密接した状態でまんべんなくを付着させ、加熱固化の過程でその液体を飛散又は固化させ、成形型１５から分離可能であれば良い。

また、コア材料１３は、アモルファス軟磁性材料などの粉末状磁性材料に限らず、コイルＬ１、Ｌ２の磁束集中を向上させることの可能な任意の粉末磁性材料、例えば成分が鉄、シリコン、アルミニウムからなるダスト粉末、更にはフェライト粉末などで実施可能である。

さらに、コア材料１３は、上述した成形用合成樹脂１７と同材料粉末をバインダー合成樹脂として混合しておけば、透磁率が若干下がるものの、これと外皮層２１が融合してコア５、７の機械的強度が向上する。

また、実用的な透磁率μ（５〜１５）を確保する観点から、粉末磁性材料の平均粒径は、周波数が１００ＫＨｚより高いときは４５μｍで、周波数が低いときは１５０μｍが好ましく、バインダー用合成樹脂を混入させる場合、重量比にして１％以下の合成樹脂粉末と９９％以上の磁性粉末を混合したものが好ましい。

なお、粉末状磁性材料の個々の粒についてバインダー用合成樹脂でコーティングしたものを、全体の重量比にして１％以下にして用いることも可能である。

さらに、成形に用いる成形型１５も、図２のように内底部から同軸状に円筒部１５ａを立設させたカップ状に限定されず、目的の構成に合わせて任意の形状、例えばトロイダル状その他で実施可能である。

もっとも、成形型１５は、図２中の破線で示すように、半割状又は複数に分割可能なものを用いれば、成形後のコア５、７の取り出しが容易となる。

さらに、本発明では、成形用合成樹脂１７を付着させた後であってコア材料１３を成形型１５内に充填する前段階において、コイルＬ１、Ｌ２を成形型１５内に配置してからコア材料１３を充填する方法も可能であり、この方法ではコイルＬ１、Ｌ２を埋設した状態のコア５、７を成形できる。

さらにまた、成形用合成樹脂１７を付着させる前にコイルＬ１、Ｌ２を配置しても、コイルＬ１、Ｌ２が外皮層２１に接着されるから、コイルＬ１、Ｌ２を具備したコア５、７が得られる。

そして、成形型１５に入れたコア材料１３に加える圧力も、一定の成形形が保てる圧力であれば良く、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの低い圧力であれば任意である。

また、固化雰囲気温度も７０℃より高ければ固化放置時間が短縮され、例えば１４０℃程度であれば約１０分で実用上差し支えない程度に固化できる。もっとも、１５０℃を超える温度では、成形用合成樹脂１７として使用に好ましくない合成樹脂があったり、成形型１５や固化雰囲気温度を得る装置（図示せず。）に高温対策が必要となり好ましくない。

従って、本発明において外皮層２１となる成形用合成樹脂１７を固化させる低温加熱温度は、常温より高く１５０℃より低い加熱温度が適することとなる。

さらにまた、本発明の製造方法では、１５０℃より高い高温雰囲気中で固化させないから、成形型１５は、上述したように金属材料に限らず、低温加熱雰囲気中で変形し難い耐熱性の合成樹脂、例えば熱硬化型エポキシ樹脂やシリコン樹脂で形成することが可能であり、樹脂製型を用いれば、金属材料の成形型に比べ、より簡単、安価に製造することができる。

本発明に係る製造方法によって製造されたコア５、７を用いる電磁信号伝送装置Ａ、Ｂで構成する高周波形リモートセンサー装置は、例えば上述した図３に示すように、センサー部１および出力部３からなる構成以外で実施可能である。

要は、出力部又はメイン部と、このメイン部から電磁的にワイヤレス伝送された電源信号によって動作して検出センサー信号をその出力部へ電磁的にワイヤレス伝送するセンサー部又はリモート部とを有し、このリモート部からの検出センサー信号を出力部で出力する高周波形リモートセンサー装置に用いて好適する。

本発明に係る電磁信号伝送装置用コアの製造方法の実施の形態を示す概略工程図である。 図１に示す成形型の斜視図である。 本発明の参考となる高周波形リモートセンサー装置を示す概略ブロック回路図である。 図３の電磁信号伝送装置を示す要部縦断面図である。 コアを含む電磁信号伝送装置の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ センサー部
３ 出力部
５、７ コア
５ａ、７ａ 突柱
９、１１ 本体ケース
１３ コア材料
１５ 成形型
１５ａ 円筒部
１７ 成形用合成樹脂（液状の成形用合成樹脂）
１９ 加圧板
２１ 外皮層
Ａ、Ｂ 電磁信号伝送装置
Ｄ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｌ１ａ、Ｌ２ａ リード線
ＳＷ スイッチ

Claims (7)

1. コイルの周囲に所定の形状に成形されたコアを配置し、センサー信号に基づく高周波電気信号を前記コイルに印加して外部へ電磁信号を送出するか又は外来する電磁信号を当該コイルで高周波電気信号に変換して前記センサー信号を伝送する電磁信号伝送装置に用いる前記コアの製造方法において、
   常温より高く１５０℃より低い低温加熱雰囲気中で溶融するとともに冷却によって固化する成形用合成樹脂を成形型の内壁に付着する第１の工程と、
   前記成形用合成樹脂を付着させた前記成形型内に磁性粉末を主成分としたコア材料を充填するとともに前記成形型の開口部を塞ぐ第２の工程と、
   前記コア材料を充填した前記成形型を前記低温加熱雰囲気中で加熱して前記成形用合成樹脂を溶融させてから冷却固化し、前記成形型の内形状に形成された前記コアを成形する第３の工程と、
   成形された前記コアを前記成形型から取り出す第４の工程と、
   を具備することを特徴とする電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
2. 前記第１の工程で付着する前記成形用合成樹脂は、液状合成樹脂である請求項１記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
3. 前記第１の工程における前記成形用合成樹脂は、粉末又は顆粒状樹脂であり、前記成形型の内壁に塗布された液体に前記粉末又は顆粒状樹脂を付着する請求項１記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
4. 前記第２の工程は、前記成形用合成樹脂で前記成形型の開口部を塞ぐ請求項１〜３のいずれか１項記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
5. 前記コア材料は、バインダー合成樹脂として前記成形用合成樹脂の粉末を混入してなる請求項１〜４のいずれか１項記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
6. 前記成形型は、複数の分割型からなる請求項１〜５のいずれか１項記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。
7. 前記コア材料を前記成形型内に充填する前段階で、前記コイルを前記成形型内に配置してなる請求項１〜６のいずれか１項記載の電磁信号伝送装置用コアの製造方法。

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