JP4718591B2 - モールドコイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モールドコイルの製造方法に関し、特に小型のモールドコイルの製造方法に関する。

従来から圧縮成形やトランスファ成形やインジェクション成形などのプラスチック成形法を用いて、磁性体粉末と樹脂などで巻線を封止したモールドコイルが広く用いられている。特許文献１には圧縮成形を用いて成形されたモールドコイル、特許文献２にはトランスファ成形とインジェクション成形を用いて成形されたモールドコイルが開示されている。

近年における電子機器の小型化や高機能化の技術革新は著しく、それに伴い、モールドコイルのような電子部品も小型化や低背化、高性能化への要求が高まっている。そこで、本出願人は先に出願した特願２００８−９７８７４や特願２００８−１７０１６１などにおいて、磁性体容積比６５Ｖｏｌ％以上の磁性体モールド樹脂を用いた高性能且つ小型のモールドコイルとその製造方法を提案してきた。
特開平２−６２０１２号 特開２００６−３２８４７号 特開平２−５２７０９号 特開平８−１５６０３７号

ところで、小型や低背なモールドコイルでは、高さ寸法などの形状寸法や成形密度のバラツキによって、インダクタンスなどの特性のバラツキが生じやすい。そのため、特に小型や低背なモールドコイルにおいては、形状寸法や成形密度のバラツキを少なくする必要がある。インジェクション成形やトランスファ成形の場合では、溶融状態の磁性体モールド樹脂を加圧しながら金型へ充填するため、形状寸法や成形密度のバラツキが生じにくい。しかしながら、圧縮成形の場合ではキャビティ内に投入する磁性体モールド樹脂を予め秤量してから投入するため、磁性体モールド樹脂の投入量の制御が必要となる。

ここで、具体的に成形密度５．７５ｇ／ｃｍ^３、２．５×２．０ｍｍ角サイズのモールドコイルの例を示す。表１は磁性体モールド樹脂の投入量とモールドコイルの高さ寸法の関係を示す。表１はＮｏ．６の投入量２８．０ｍｇ、高さ１．２ｍｍを基準として、投入量を０．２ｍｇずつ±１．０ｍｇの範囲で増減させて算出したものである。表１から明らかなように、投入量を±１．０ｍｇの範囲で制御したときモールドコイルの高さのバラツキ範囲Ｒは７０μｍとなる。

近年の小型ＤＣ−ＤＣコンバータ用などのコイルの規格は、最大高さで規定されるなど、形状寸法への要求が厳しくなっている。そのため、このような小型のモールドコイルにおいては高さ寸法のバラツキ範囲Ｒが３０μｍ以下であることが望ましく、表１のようなモールドコイルの場合では磁性体モールド樹脂の投入量を０．５ｍｇ以下の範囲で制御する必要がある。０．５ｍｇ以下での投入量の制御は、装置や技術的に容易ではなく、コストの上昇を招いてしまう。

また、同時に複数のモールドコイルを成形できる複数のキャビティを有する圧縮成形用金型の場合では、磁性体モールド樹脂の充填量にバラツキがあると、個々のモールドコイルの成形圧にバラツキが生じ、成形密度にもバラツキが生じてしまう。そのため、一定のインダクタンスのモールドコイルを同時に複数成形するには、磁性体モールド樹脂の充填量を均一にして成形密度のバラツキを制御する必要がある。

従来から、プラスチック成形において、原料のキャビティへの充填量を均一にする方法として、特許文献３や特許文献４のように余分な原料を成形金型内に設けた隙間から排出させる方法がある。特許文献３の方法でモールドコイルを成形しようとすると、成形金型の突き当てなどを利用して磁性体モールド樹脂の充填量を均一にすることはできる。しかしながら、キャビティ内の磁性体モールド樹脂の充填量を一定にした後にキャビティ内の磁性体モールド樹脂にさらに圧力を加えようとしても、この隙間によってキャビティ内の内圧が低下してしまう。そのため、本出願人が特願２００８−１７０１６１にて提案した、キャビティ内を加圧し微小な隙間からキャビティ内の樹脂を排出させてキャビティ内の磁性体モールド樹脂の磁性体容積比を高める方法は実施できない。

また、特許文献４のように圧縮コアのキャビティに対する相対位置を検出して隙間を閉塞させる方法を用いるのは制御が難しく、コストの上昇を招いてしまう。そのため、従来の方法を用いてキャビティ内の磁性体モールド樹脂の充填量を制御したとしても、特願２００８−１７０１６１の方法を容易には実施できない。

そこで、本発明は寸法精度が高く、高性能且つ生産性の良好な小型のモールドコイルの製造方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のモールドコイルの製造方法は、圧縮成形法を用いて、樹脂と磁性体粉末を混練させた磁性体モールド樹脂でコイルを封止したモールドコイルの製造方法において、キャビティと、キャビティの開口部側に所定の深さの溝を有する雌型と、キャビティと嵌合し上下方向に摺動可能な雄型とを有する成形金型を用いる。キャビティの開口部から磁性体モールド樹脂をキャビティへ投入して溶融し、雄型を雌型のキャビティと嵌合させる。雄型を所定の位置まで下降させてキャビティ内を所定の容積で締め切り、キャビティ内が締め切られるまでの間に溝からキャビティ内の余分な磁性体モールド樹脂を排出させることを特徴とする。

本発明のモールドコイルの製造方法は成形金型中に設けられたキャビティと繋がる溝を利用し、キャビティ内に投入された磁性体モールド樹脂の余剰分のみを排出させる。そのため、磁性体モールド樹脂の投入量を厳密に制御せずとも、非常に寸法精度の優れた小型のモールドコイルを製造することができる。また、キャビティと繋がる溝は、雄型を下降させることによって自動的に閉塞されるため、操作や制御が容易であり、コストの上昇を抑制することができる。

本発明のモールドコイルの製造方法はキャビティ内の磁性体モールド樹脂の充填量を調整した後に、さらにキャビティ内の磁性体モールド樹脂へ加圧を与えることができる。そのため、成形金型中に設けられたクリアランスなどの微小な隙間を利用し、キャビティ内の磁性体モールド樹脂の磁性体容積比を高めることができる。これにより、非常に良好な磁気特性を得ることができるため、高性能な小型のモールドコイルを得ることができる。

図１〜図９を参照しながら、本発明のモールドコイルの製造方法の実施例を説明する。図中の参照符号はそれぞれ、１はコイル部材、２は空芯コイル、３は外部電極、４は第１の雌型、４ａは溝、５は第２の雌型、５ａは位置出しピン、５ｂは支持ピン、６は雄型、７はキャビティ、８は磁性体モールド樹脂を示す。

まず、本実施例で用いるコイル部材について説明する。図１に本発明の実施例で用いるコイル部材の斜視図を示す。幅が０．２５ｍｍで厚さが０．０６ｍｍの自己融着性の平角線を芯径１．０ｍｍの芯材を用いて、外外巻きで１２ターン巻き、空芯コイル２を得る。空芯コイル２と外部電極３をスポット溶接し、図１に示すコイル部材１を得る。外部電極３は、リン青銅や電解金属箔などで作製すればよい。

次に、第１の実施例で用いる成形金型について説明する。図２に本発明の第１の実施例で用いる圧縮成形用の成形金型を示す。図２に示すように、本実施例で用いる成形金型は第１の雌型４と第２の雌型５と雄型６を有する。第１の雌型４はキャビティの一部となる貫通口と貫通口と繋がる溝４ａを有する。第１の雌型４と第２の雌型５は組み合わせることによって雌型として機能する。溝４ａは、第１の雌型４の上面から底面方向へ所定の深さを有し、溝４ａの底部が半円状の曲面になるように形成されている。第２の雌型５は、位置出しピン５ａと支持ピン５ｂを有する。

図３と図４は本実施例で用いる第１の雌型と第２の雌型を組み合わせた状態を示し、図３は上面図、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ’断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ’断面図を示す。図３、図４に示すように、第１の雌型４と第２の雌型５を組み合わせることによってキャビティ７が形成される。図３と図４（ａ）に示すように、第１の雌型４と第２の雌型５は、キャビティ７の開口部側に溝４ａを有するようにセットする。図４（ｂ）に示すように、第２の雌型５はキャビティ７の底部側を構成し、キャビティ７の開口部方向に突出し、キャビティ７の上下方向に昇降可能な位置出しピン５ａと支持ピン５ｂを有し、図３に示す配置で設けられている。

なお、本実施例では溝４ａの幅が０．５ｍｍ、溝４ａの底面が直径０．５ｍｍの半円状の曲面になるように形成し、溝４ａの底面の最深部とキャビティ７の底部との距離ｈ１が１．２５ｍｍになるように設定した。また、位置出しピン５ａに直径０．９７ｍｍ、支持ピン５ｂに直径０．４ｍｍの円柱状の金属棒を用いた。位置出しピン５ａはキャビティ７の底部から突出する高さｈ２を初期状態として０．７５ｍｍに設定し、支持ピン５ｂはキャビティ７の底部から突出する高さｈ３を初期状態として０．３８ｍｍに設定した。

次に、第１の実施例のモールドコイルの製造方法について説明する。図５〜図８に本実施例のモールドコイルの製造工程の主要部分を示す。図９に本実施例のモールドコイルの斜視図を示す。なお、図５〜図８の（ａ）、（ｂ）は、（ａ）が図３中のＡ−Ａ’、（ｂ）が図３中のＢ−Ｂ’と同じ位置の各段階での断面を示している。

図５に示すように、コイル部材１をキャビティ７内に配置し、成形金型を１８０℃で予熱する。コイル部材１は、位置出しピン５ａが空芯コイル２の中空部分に挿入され、さらに支持ピン５ｂ上に空芯コイル２の底面が載るように配置される。そうしてコイル部材１は、位置出しピン５ａによってキャビティ７内における水平方向が固定され、支持ピン５ｂによって中空保持される。また、予熱温度は磁性体モールド樹脂が軟化できる温度以上（磁性体モールド樹脂中の樹脂の軟化温度以上の温度）に設定すればよく、本実施例では１８０℃に設定した。

次に、第１の雌型４の開口部からコイル部材１の上に３０〜４０ｍｇの磁性体モールド樹脂８をキャビティ７内に投入し、成形金型の予熱で磁性体モールド樹脂８を溶融させる。本実施例では磁性体モールド樹脂８として、最大粒径が６０μｍのアモルファス合金粉末とノボラック型エポキシ樹脂とを混練分散し、その混練物を冷却後粉砕した粉末状のものを用いた。

次に、図６に示すように、雄型６をセットし、雄型６を用いて３ｋｇｆで５秒間加圧する。このとき、溶融状態の磁性体モールド樹脂８がキャビティ７内の位置出しピン５ａと支持ピン５ｂ以外の部分に充填されるとともに、溝４ａから余分な磁性体モールド樹脂が排出される。雄型６はキャビティ７の開口部から溝４ａよりも下の所定の位置まで下降させ、キャビティ７が締め切られて溝４ａからの磁性体モールド樹脂の排出は終了する。

次に、図７に示すように、位置出しピン５ａをキャビティ７の底部の位置まで下降させた後、雄型６を用いて５ｋｇｆで２０秒間加圧する。このようにすると、位置出しピン５ａのあった部分に磁性体モールド樹脂８が充填される。次に、雄型６からの加圧をやめて雄型６をフリー状態とした上で、図８に示すように支持ピン５ｂをキャビティ７の底部の位置まで下降させる。続いて再び雄型６を用いて１０ｋｇｆで２０秒間加圧する。このようにすると、支持ピン５ｂのあった部分に磁性体モールド樹脂８が充填される。また、このときキャビティ７内に充填された磁性体モールド樹脂８中の樹脂の一部は、クリアランスｃを通じてキャビティ７の外へと排出させる。本実施例では第１の雌型４と雄型６とのクリアランスｃを片側クリアランスが０．０２ｍｍなるように設定しており、磁性体モールド樹脂８中の磁性体粉末の最大粒径はクリアランスｃの幅よりも大きいため、キャビティ７内に留まり易い。そのため、キャビティ７内の磁性体モールド樹脂の磁性体容積比を高めることができる。その後、１８０℃で１０分間加熱放置して磁性体モールド樹脂８を硬化させる。

磁性体モールド樹脂８を硬化させて得た成形体を成形金型から取り出してサンドブラストでバリ取りを行い、モールドコイルを得る。本実施例では図９に示すようなモールドコイルの端面と底面に外部電極３の少なくとも一部が露出するモールドコイルを１０個作成し、高さと測定周波数１００ｋＨｚでインダクタンス値を測定して表２にまとめた。

表２に本実施例のモールドコイルの高さとインダクタンス値を示し、さらに高さとインダクタンス値の平均値、バラツキ範囲Ｒ、標準偏差を算出して併記した。なお、表２中のサンプル１〜サンプル１０は、磁性体モールド樹脂の投入量を３０〜４０ｍｇの範囲で制御した。表２から明らかなように、サンプル１〜サンプル１０の高さのバラツキ範囲Ｒは０．０２２ｍｍ（２２μｍ）だった。よって、本実施例では磁性体モールド樹脂の投入量を０．５ｍｇ以下の厳密な制御をせずとも、バラツキ範囲Ｒを３０μｍ以下にすることができた。また、標準偏差を見ると、０．００７４ｍｍと非常に小さく、サンプル１〜サンプル１０は非常に高さのバラツキが小さいことがわかる。同様に、サンプル１〜サンプル１０のインダクタンス値についてみると、インダクタンス値のバラツキ範囲Ｒは０．２６μＨ、標準偏差は０．０８６μＨであり、インダクタンス値に関しても非常にバラツキが小さいことが分かる。

以上より、本発明のモールドコイルの製造方法を用いれば、磁性体モールド樹脂の投入量を厳密に制御せずとも、非常に寸法精度の優れた小型のモールドコイルを製造することができる。また、本発明の方法では、雄型をキャビティの所定の深さまで下降させることによってキャビティと繋がる溝が徐々に塞がれて、磁性体モールド樹脂の溝への流れ出しが自動的に終了する。そのため、従来のように雄型のキャビティに対する相対位置を検出して、隙間や溝を塞ぐ必要が無く、操作や制御が容易なためコストの上昇も抑制することができる。

また、本発明の方法はキャビティ内の磁性体モールド樹脂の充填量を調整した後に、さらにキャビティ内の磁性体モールド樹脂へ加圧を与えることができる。そのため、成形金型中に設けられたクリアランスなどの微小な隙間を利用して、キャビティ内の磁性体モールド樹脂の磁性体容積比を高めることができる。これにより、非常に良好な磁気特性を得ることができるため、高性能な小型のモールドコイルを得ることができる。

上記実施例では、第１の雌型と第２の雌型に分割されている雌型を用いたが、これに限らず第１の雌型と第２の雌型が一体となった雌型や位置出しピンや支持ピンを有さない雌型を用いても実施できる。また、キャビティ内の磁性体モールド樹脂の磁性体容積比を高めるための微小な隙間は、雄型と雌型のクリアランスに限ることなく、スペーサなどを利用して成形金型内に設けても良い。

本発明の実施例で用いるコイル部材を示す斜視図である。 本発明の実施例で用いる成形金型を示す斜視図である。 本発明の実施例で用いる成形金型の上面図である。 本発明の実施例で用いる成形金型の断面図であり、（ａ）は図３中のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の実施例のモールドコイルの製造方法の一部を示す断面図である。 本発明の実施例のモールドコイルの製造方法の一部を示す断面図である。 本発明の実施例のモールドコイルの製造方法の一部を示す断面図である。 本発明の実施例のモールドコイルの製造方法の一部を示す断面図である。 本発明の実施例のモールドコイルを示す斜視図である。

符号の説明

１：コイル部材、２：空芯コイル、３：外部電極、４：第１の雌型、４ａ：溝、５：第２の雌型、５ａ：位置出しピン、５ｂ：指示ピン、６：雄型、７：キャビティ、８：磁性体モールド樹脂、ｃ：クリアランス

Claims (2)

1. 圧縮成形法を用いて、樹脂と磁性体粉末などを混練させた磁性体モールド樹脂でコイルを封止したモールドコイルの製造方法において、
   キャビティと、該キャビティの開口部側に所定の深さの溝を有する雌型と、該キャビティと嵌合し上下方向に摺動可能な雄型とを有する成形金型を用い、
   該キャビティの開口部から該磁性体モールド樹脂を該キャビティへ投入して溶融し、
   該雄型を該雌型のキャビティと嵌合させ、
   該雄型を所定の位置まで下降させて該キャビティ内を所定の容積で締め切り、
   該キャビティ内を締め切るまでの間に該溝から該キャビティ内の余分な該磁性体モールド樹脂を排出させることを特徴とするモールドコイルの製造方法。
2. 前記成形金型が前記キャビティ内の投入された前記磁性体モールド樹脂中の樹脂が磁性体粉末よりも優先的に排出できる隙間をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のモールドコイルの製造方法。

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