JP4845800B2 - 巻線インダクタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、フェライト製コアを用いたインダクタは、大電流に耐え得るほど飽和磁化値が大きくなく、直流重畳特性に優れたインダクタではなかった。
請求項8に係る発明は、請求項7に記載される巻線インダクタの製造方法であって、前記調整工程は、篩を用いて前記磁性体粉末を、前記粒径が75μm以下の小粒磁性体粉末と、粒径が75μmを超える大粒磁性体粉末とに分級してから、前記小粒磁性体粉末と前記大粒磁性体粉末とを混合し、このとき混合後の前記磁性体粉末の粒度分布において、90%以上が前記小粒磁性体粉末となるように調整することを特徴とする。
請求項10に係る発明は、請求項9に記載される巻線インダクタの製造方法であって、前記調整工程は、篩を用いて前記磁性体粉末を、前記粒径が45μm以下の小粒磁性体粉末と、粒径が45μmを超える大粒磁性体粉末とに分級してから、前記小粒磁性体粉末と前記大粒磁性体粉末とを混合し、このとき混合後の前記磁性体粉末の粒度分布において、80%以上が前記小粒磁性体粉末となるように調整することを特徴とする。
尚、図1は、本発明の実施形態に係る巻線インダクタについての斜視図である。
図2は、本発明の実施形態に係る巻線インダクタの製造工程を示す図である。具体的には、図2(a)は、粉末製造過程工程を示す図である。図2(b)は、磁性体粉末の粒径調整工程を示す図である。図2(c)は、バインダの添加工程を示す図である。図2(d)は、圧縮成形工程を示す図である。図2(e)は、圧縮成形工程にて成形された圧縮成形体の斜視図を示す図である。図2(f)は、研削工程を示す図である。図2(g)は、巻きつけ工程を示す図である。図2(h)は、完成した巻線インダクタの斜視図を示す図である。以下、具体的に説明する。
本発明の実施形態に係る巻線インダクタ1の斜視図を図1に示す。ここで、図1に示された巻線インダクタ1の形状は、円柱形の形状である巻線インダクタ1であるが、本発明は当該形状に限定するものでなく、多角形柱の巻線インダクタであってもよい。また、巻線インダクタ1は、巻線インダクタ用コア2と、金属導線3からなる。巻線インダクタ用コア2に溝部4が形成されており、その溝部4に金属導線3が巻回されている。金属導線3に電流に流れると、電磁誘導によって、巻線インダクタ用コア2内に磁場が発生する。
巻線インダクタ用コア2の原材料は、磁性体粉末10とバインダ11である。磁性体粉末10に5重量%以下のバインダ11を添加し、十分に攪拌した混合磁性体粉末14を圧縮し、製造された圧縮成形体15を研削して、巻線インダクタ用コア2が製造される。これらの原材料および製造工程については、後記にて詳しく述べる。
巻線インダクタ用コア2の形状は、図1等に図示されるように円柱形に限定するものでなく、多角形柱であってもよい。但し、多角形柱の場合は欠けが主に角部分に発生し易くなる。従って、多角形柱の形状である場合には、用いる磁性体粉末10が、Fe−Si−Al系合金粉末、Fe−B−Si系アモルファス粉末であるとき、粒径75μm以下磁性体粉末10の含有率が高ければ高いほど望ましい。
また、巻線インダクタ用コア2は、前記金属導線3が巻回する溝部4を有する。当該溝部4は、圧縮成形体15を機械的に研削し、製作する。そして、研削する溝幅、深さは、特に限定されるものでなく、用途にあわせ適宜調整する。
ただし、前記巻線インダクタ用コア2の幅に対して、溝部4の深さの占める割合が小さいほど、望ましい。機械的研削による巻線インダクタ用コア2の鍔部分等に欠けやヒビが生じにくくなるからである。
磁性体粉末10は、巻線インダクタ用コア2の原材料となるものであって、Fe−Si−Al系合金粉末、Fe−B−Si系アモルファス粉末、Fe−Si系合金粉末である。
ここで、前記したFe−Si−Al系合金粉末を使用する場合にあっては、直流重畳特性の観点から、成分比は、Siが4〜13重量%、Alが4〜7重量%、残部がFeである。
また、前記Fe−Si−Al系合金粉末の粒径は、少なくとも75μm以下のFe−Si−Al系合金粉末を使用することが必要である。粒径75μm以上の粉末を含んでいると、巻線インダクタ用コアの溝を研削する際に、前記巻線インダクタ用コア2の顎部分にヒビやカケが生じ易くなるからである。
前記Fe−B−Si系アモルファス粉末の粒径は、少なくとも75μm以下のFe−B−Si系アモルファス粉末を使用することが必要である。
前記Fe−Si系合金粉末の粒径は、少なくとも45μm以下のFe−Si系合金粉末を使用することが必要である。
ここで、合金12を粉末化する方法は、機械粉砕、またはアトマイズ法が挙げられるが、これに限定はされない。
バインダ11は、磁性体粉末10に添加して圧縮成形し、圧縮成形体15を製造する際に、磁性体粉末10を結合させる役割を果す。従って、バインダ11であれば種類は特段制限されるものではなく、例えばシリコン樹脂、水ガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、パラフィン、ポリビニルアルコール、またこれらの変性体・共重合体・混合物などが挙げられる。
また、添加するバインダ11が5重量%以下であることが望ましい。5重量%以上であると、磁気特性が劣化するからである。
金属導線3は、エナメルコートされた銅線等が挙げられるが、原材料、線径等の形状の点につき、特に限定はされない。
以下、図2を用いて巻線インダクタ1の製造方法について、説明する。
ここで、篩掛け等により粒径を調整した磁性体粉末を磁性体粉末10とし、合金を粉末化して得られた磁性体粉末を磁性体粉末20と、また、篩の中に残った粉末を、磁性体粉末30と分別して説明する。
磁性体粉末20を製造する工程を、図2(a)に例示する。図2(a)は、合金12を機械粉砕し、磁性体粉末20を製造する工程を示す図である。ここで、合金12から、磁性体粉末20を製造する方法は、金属粉砕に限らず、アトマイズ法が挙げることができる。また、機械粉砕する場合には、ジョークラッシャーによる粗粉砕段階と、前記粗粉砕したものをボールミルによる微粉砕段階と、2段階に分けて粉砕しても良い。
また、本工程で製造される磁性体粉末20の粒径は、合金12が、Fe−Si−Al系合金粉末、及びFe−B−Si系アモルファス粉末である場合には、粒径75μm以下であることが必要である。また、合金12が、Fe−Si系合金粉末である場合には、粒径45μm以下であることが必要である。上記粒径以上の磁性体粉末20では、次の調整過程を経ても、上記粒径以下の磁性体粉末10を得ることが出来ず、鍔部分等の欠け、ヒビの少ない巻線インダクタ用コア2を製造することが出来ないからである。
一方で、粉末化された磁性体粉末20の全てが上記粒径以下である必要はない。次の調整工程にて、上記粒径以上の磁性体粉末30を排除することが出来るからである。
また、機械的粉砕において、粉砕する時間が長いほど製造された磁性体粉末20の粒径は、全体的に小さくなるため、粉末化された磁性体粉末20の全てが、製造する巻線インダクタ用コア2に用いる粒径以下である場合には、次の調整工程を省略できる。
磁性体粉末20の粒径を調整する工程を図2(b)に例示する。本工程は、磁性体粉末20を篩掛け等することにより、巻線インダクタ用コア2の製造に用い磁性体粉末10の粒径を例えば75μm以下に調整する工程である。磁性体粉末10の粒径が一定以下の大きさに調整すれば、ヒビや欠けが生じにくい巻線インダクタ用コア2の製造が可能となるからである。従って、磁性体粉末10の粒径を調整することができれば、図2(b)に例示する篩13に掛けることによる分級に限られるものではない。
ここで、篩13に掛けることによって分級する場合には、磁性体粉末10の粒径と同一の大きさである目開き又はメッシュの篩13を用意する。篩13の目開きの大きさを調整することによって、巻線インダクタ用コア2に使用する磁性体粉末10の粒径を選択することができる。
そして、磁性体粉末20を篩13の中に入れ、篩13の目開き以下の磁性体粉末20が篩13の下に落ち、磁性体粉末10が得られる。
ここで、磁性体粉末20がFe−Si−Al系合金粉末、又は、Fe−B−Si系アモルファス粉末である場合には、篩13の目開き又はメッシュは、75μmであることが必要である。また、磁性体粉末20がFe−Si系合金粉末である場合には、篩13の目開き又はメッシュは、45μmであることが必要である。
一方で、篩13中に残った篩13の目開き以上の粒径の磁性体粉末30を、巻線インダクタ用コア2の製造に使用する磁性体粉末10に添加してもよい。但し、磁性体粉末30を磁性体粉末10に添加する際、前記磁性体粉末10の原材料がFe−Si−Al系合金粉末である場合には、90%以上が粒径75μm以下の磁性体粉末10であることが必要である。磁性体粉末10がFe−B−Si系アモルファス粉末である場合には、85%以上が粒径75μm以下の磁性体粉末10であることが必要である。磁性体粉末10がFe−Si系合金粉末である場合には、少なくとも80%以上が粒径45μm以下の磁性体粉末10であることが必要である。
尚、前述したが、粉砕する時間を長くし、磁性体粉末20の全てが、一定以下の粒径である場合には、本工程を省略することができる。
前記磁性体粉末10にバインダ11を添加する工程を、図2(c)に例示する。ここで、使用するバインダ11は前記したとおりであるが、磁性体粉末10に対して、5重量%以下を添加することが望ましい。また、添加した際は、攪拌機において、十分に攪拌し、磁性体粉末10とバインダ11とよく混ぜ合わせる必要がある。以下、磁性体粉末10とバインダ11とを攪拌したものを混合磁性体14という。
混合磁性体14を圧縮成形し、圧縮成形体15を成形する工程を図2(d)に例示する。本工程は、混合磁性体14を加圧することが必要であるが、加圧する力は1000MPa以上あればよい。また、圧縮する方法として、製造しようとする円柱形の巻線インダクタ用コア2の型に、前記混合磁性体14を入れ、一軸式プレス16等により、圧縮する。これにより、図2(e)に示す圧縮成形体15が製造される。また、例えば、多角形柱型のコアを製造する場合、多角形型の穴が設けられている金型に、前記混合磁性体14を入れ、前記穴の大きさと同一形状の部材等の押圧手段にて、加圧することにより、多角形柱の圧縮成形体15が出来上がる。
圧縮成形体15を機械的研削する工程を図2(e)に例示する。本工程は、金属導線3を巻回する溝部4を圧縮成形体15に形成する工程である。ここで、研削する砥石としてダイヤモンドカッター17が挙げられる。具体的には、圧縮成形体15が円柱形である場合、まず、モータ等の回転動力源と連結したダイヤモンドカッター17と回転自在の回転体18との間に圧縮成形体15を挟み、ダイヤモンドカッター17を回転させ、研削する方法が挙げられる。この際、ダイヤモンドカッター17の回転速度に比例して、圧縮成形体15にヒビ・カケ等が生じやすい。それため、ヒビ・欠け等は生じにくくするためには、ダイヤモンドカッター17の回転速度が小さい方が望ましい。
具体的には、圧縮成形体15に溝部4を形成する際の研削速度は生産の効率を考えると毎秒0.2mm以上が実用的な範囲であるが、更に生産効率を上げるために溝の研削速度を毎秒0.2mmよりも速くする場合がある。本発明は、生産効率を低くせずに、巻線インダクタ用コア2を製作可能とする発明であるため、磁性体粉末10が、例えば、Fe−Si−Al系合金粉末であるならば、粒径が75μm以下ではなく、さらに小さい例えば、粒径50μm以下の磁性体粉末10のみで、圧縮成形体15を製造するのが望ましい。
ただし、本発明は、研削速度を毎秒0.2mm以上の場合に限ったものではない。また、本発明は、研削速度を毎秒0.2mm以下であれば、ヒビ・欠け等が生じる可能性がさらに低くなることもいうまでもない。
金属導線3を巻線インダクタ用コア2に巻きつける工程は、図2(g)に例示するが、前記金属導線3の一端を固定し、他端を巻線インダクタ用コア2の溝部4に所定回数、回すことによって、金属導線3が溝部4に巻きつき、図2(h)に示す巻線インダクタ1が完成する。
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記説明に限るものではない。
(1−1)
実施例1にかかる巻線インダクタ用コアについて、説明する。
実施例1は、磁性体粉末として、Fe−Si−Al系合金粉末を用いた。この磁性体粉末は、Fe、Si、Alを原料とし、加熱溶解して得られた合金をジョークラッシャーによる粗粉砕し、これをボールミルによる微粉砕を90分間行い、得られたものである。また、Fe−Si−Al系合金粉末の成分比は、Fe:Si:Alの成分比は、85:9.5:5.5である。
Fe−Si−Al系合金粉末を、目開き75μmの篩で篩掛けすることにより、Fe−Si−Al系合金粉末の粒径を全て75μm以下に調整した(以下、磁性体粉末1Aとする)。また、磁性体粉末1Aとは別に、粒径の調整工程にて、篩掛けせずに、ボールミルによる微粉砕を180分間行った磁性体粉末1Bも用意した。
比較例として、磁性体粉末1Aとは、粒径の調整方法が異なる磁性体粉末1C、磁性体粉末1Dを用意した。磁性体粉末1Cは、目開き106μmの篩掛けにより粒径の調整を行った磁性体粉末であり、また、磁性体粉末1Dは篩掛けを行わなかった磁性体粉末である。
表1は、異なる方法で粒径の調整した結果のFe−Si−Al系合金粉末の粒径分布である。
篩掛けにより、粒径を調整した磁性体粉末1Aと磁性体粉末1Cは、各々目開き以下の粒径のFe−Si−Al系合金粉末を得ることができた。一方で、磁性体粉末1Dは、粒径が106μm以上の粉末が10%、粒径75μm以上の粉末が30%と占めた。また、磁性体粉末1Bは、磁性体粉末1Dと同様に篩掛けを行わなかったが、粉砕時間を長くすることによっても、Fe−Si−Al系合金粉末の粒径が全て75μm以下になった。
前記磁性体粉末1Aと1Bと、比較例である磁性体粉末1Cと1Dの4つのFe−Si−Al系合金粉末に対して、添加工程において、シリコン樹脂を3重量%添加し攪拌した。
また、成形工程では、前記シリコン樹脂を添加した混合Fe−Si−Al系合金粉末を47kNにて加圧し(1.6×1030MPa)、6mmφ×4mmHの円柱形の圧縮成形体を製造した。
また、研削工程では、圧縮成形体は側面をダイヤモンドカッターにて毎秒0.2mm、毎秒0.5mm、毎秒1.0mmのそれぞれの速度にて研削することによって、幅3mm、深さ1mmの溝を形成し、巻線インダクタ用コアを製造した。
磁性体粉末1Aを用いて製造されたコアをコア1Aとし、磁性体粉末1Bによって製造されたコアをコア1B、磁性体粉末1C、1Dのそれぞれを用いたコアをコア1C、コア1Dとし、以下説明する。
試験方法は、研削後目視にて外見を確認、鍔部分の欠け、ヒビ、中芯部分の折れ等が見られないものを良品とし、圧縮成形コア100個の研削試験の結果から良品率を求めた。
表2は、コア1A等の試験結果である。粒径75μm以下に調整された磁性体粉末1Aと1Bを用いたコア1A、コア1Bでは、研削速度が実施例では、研削速度が毎秒0.2mm、0.5mm、1.0mmのいずれの場合でも、比較例よりも高い良品率を示し、優れた結果を示した。
研削速度を毎秒0.2mmの場合において、粒径の調整をしないコア1Dの良品率は20%を示した。一方で、粒径を調整したコアA〜Cの良品率が80%以上と高い良品率を示した。従って、磁性体粉末の粒径を調整した方が、優れた良品率を示す結果となった。
また、研削速度が毎秒0.5mmと早くなった場合には、粒径75μm以下の粉末のみで製作されたコア1Aと、コア1Bの良品率が100%を示した。一方で、コア1Cとコア1Dは0%を示し、粉末の粒径を75μm以下に調整することにより、研削速度を上げた場合であっても、巻線インダクタ用コアの製造が可能である結果を示した。
研削速度が毎秒1.0mmと、さらに早くなった場合は、コア1Aと、コア1Bの良品率は、50%と70%を示し、研削速度を上げると良品率が下がる結果を示したが、比較例のコア1C、1Dの良品率は0%を示し、実施例であるコア1Aと、実施例コア1Bは、比較例用コアのコア1C、1Dに比べ優れた良品率を示す結果となった。
比較例用コアである、粒径を調整しない磁性体粉末1Dを用いたコア1Dは、研削速度が遅くても低い良品率を示した。一方で、粒径を調整したとしても、粒径75μm以上の磁性体粉末を含む磁性体粉末1Cでは、研削速度が遅くても、良品率が100%となることはなく、常に実施例よりも低い良品率を示した。
以上より、研削することによるヒビ・欠けの発生することは、原材料となる磁性体粉末の粒径に依存することがわかった。そして、粒径75μm以下の磁性体粉末を用いれば、高い良品率を示す巻線インダクタ用コアの製造が可能であることがわかった。
以上、本実施例1によって、コア1Aのほうが、コア1Dに比べ、優れているのがわかった。コア1Aの方が、カケやヒビが少なく、コアの磁気回路として抵抗が少ないことがわかった。
実施例1として、コア1Aの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。また、比較例としてコア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図5に示す。図5において、破線の比較例は、電流が2〜3Aから急激にインダクタンス値の低下が始まり、電流が1A流れている時、インダクタンス12μHを示していたのが、電流が3A流れている場合にあっては、4μHまで急激に低下した。
一方で、直線が実施例1であるが、電流値が1Aと低い場合には、9.3μHとフェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタより、低いインダクタンス値を示した。しかしながら、電流が大きくなっても、インダクタンス値の変化量は少なく、電流が2〜3A以降から、比較例よりも、高いインダクタンス値を示している。
以上より、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことがわかった。
実施例2では、実施例1にて使用したFe−Si−Al系合金粉末の成分比を変更したFe−Si−Al系合金粉末の実施例を示す。また、成分比を変更したFe−Si−Al系合金粉末毎に、粒径75μm以下の磁性体粉末の含有率をも変化させた。
実施例2においては、実施例1に用いた磁性体粉末1A(Fe−Si−Al系合金粉末、Fe:Si:Alの成分比は、85:9.5:5.5)の成分比を変更した磁性体粉末2Aから2Fを用意した(表3参照)。尚、実施例2におけるFe−Si−Al系合金粉末は実施例粉末1Aと同様に機械粉砕により得られたものである(段落0040参照)。
磁性体粉末2Aから2Fまでの粒径は、実施例1における磁性体粉末1Aと同様な調整工程にて得られた粒径75μm以下の粉末である(段落0039参照)。
また、磁性体粉末2Aから2Fに対して、粒径75μm以上の磁性体粉末を混入し、磁性体粉末2Aから2Fのそれぞれの粉末中、粒径75μm以下の磁性体粉末の含有率を変化させた。ただし、この場合、含有率80%以下は、比較例となる。
添加工程等のコアの製造過程は、実施例1と同様である(段落0042参照)。また、磁性体粉末2A〜2Fを用いて製造されたコアをコア2A〜コア2Fとする(詳しくは、表4を参照)。
試験方法は、実施例1の試験方法と同様である(段落0043参照)。試験結果は、実施例1と成分比、含有率の点を変更したコア2Aから2Fの試験結果は以下の表4で示す結果となった。
Fe−Si−Al系合金粉末を用いた場合において、コア2Aから2Fのいずれの成分比であっても、含有率、研削速度を変化させてみても、似たような良品率を示した。また、全体的に、研削速度が遅くなれば、良品率は高くなった。
具体的に、比較例用コアである含有率が70〜80%の場合、研削速度が0.2mmであっても、良品率は40%を超えることはなかった。また、研削速度が1.0mmの場合には、良品率は0%と全く製造することはできなかった。
一方で、実施例である含有率が90%の場合、研削速度が0.2mmの場合は85〜95%を示し、比較例よりも優れた良品率を示した。
特に、含有率が100%の場合、研削速度が0.2mm、0.5mmの場合、100%と非常に優れた良品率を示し、また、研削速度が1.0mmの場合であっても、コアの製造が可能であることを示した。
以上より、粒径75μm以下の磁性体粉末の含有率が90%以上であると、優れた良品率を示すことがわかった。
そして、実施例2として、磁性体粉末2D(含有率90%)を用いたコア2Dの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図6に示す。また、比較として、実施例1にて引用した比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図6において、実線が実施例2で、破線が比較例であるが、実施例2は電流値が0〜1Aと低い場合、9.0μHを示し、比較例より、インダクタンス値は低い。その後、電流を5Aまで大きくしていくと、インダクタンス値が徐々に減少していった。比較例のように、電流が2〜3A辺で、インダクタンス値が急激に減少することはなかった。
以上より、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
実施例3において、実施例1にて使用した磁性体粉末1AであるFe−Si−Al系合金粉末を得る工程を変えた。つまり、合金を機械粉砕ではなく、アトマイズ法によって得た磁性体粉末を使用した。また、実施例3においても、実施例2と同様な成分比によるFe−Si−Al系合金粉末を用意した。
Fe−Si−Al系合金をアトマイズ法によって、Fe−Si−Al系合金粉末を得たが、成分比は、以下の表5で示す通りである。
実施例粉末3Aから3Fを、実施例2と同様な方法により、粒径75μm以下に調整した(段落0039参照))。
実施例2と同様に、粒径75μm以上の磁性体粉末を混入し、Fe−Si−Al系合金粉末中、粒径75μm以下の粉末の含有率を変化させた場合の実施例を示す。ただし、この場合、含有率80%以下は、比較例となる。
コアの製造過程は、実施例1と同様である(段落0042参照)。
試験方法は、実施例1の試験方法と同様である(段落0043参照)。
磁性体粉末3Aから3Fの試験結果は以下の表6で示す通りである。
金属粉砕(実施例2)ではなく、アトマイズ法によって得られたFe−Si−Al系合金粉末を用いたが、コア3Aから3F間の比較において、Siの成分比が大きくなるほど、全体的に良品率は小さくなった。一方で、FeとAlの成分比が大きくなると、全体的に良品率が良くなった。
具体的に、比較例用コアである含有率70%では、コア3A以外のコア3B〜3Fは、製造することができなかった。実施例用コアである含有率90%では、良品率50%以上を示し格段に良品率が上がった。
特に、研削速度が毎秒0.5mm以上の場合にあっては、比較例用コアにおいて、ほとんどが0%を示すところ、含有率が100%であれば、40%以上と、比較例用コアよりも優れた良品率を示した。
金属粉砕ではなく、アトマイズ法によって得られた磁性体粉末でも、粒径75μm以下に調整された磁性体粉末を用い、かつ、含有率が、90%以上であれば、巻線インダクタ用コアの製造が可能であることがわかった。
実施例3として、磁性体粉末3D(含有率100%)を用いたコア3Dの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図7に示す。また、比較として、実施例1にて引用した比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図7において、実線が実施例3で、破線が比較例であるが、実施例3は電流値が0〜1Aと低い場合、10.4μHを示し、比較例より、1μH程度低いインダクタンス値を示した。また、電流が大きくなるにつれて、徐々にインダクタンス値は小さくなっていったが、その変化の度合いが小さかった。また、実施例3において、比較例のようにインダクタンス値が急激に減少するとこはないため、電流が2〜3A以降では、比較例よりも、高いインダクタンス値を示していた。
以上より、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
実施例4は、実施例1〜3にて用いた磁性体粉末であるFe−Si−Al系合金粉末ではなく、Fe−Si−B系アモルファス合金粉末を用いた実施例を示す。
Fe−Si−B系アモルファス合金粉末をアトマイズ法により得た磁性体粉末である。以下の表7で表す成分比にした磁性体粉末4Aから4DのFe−Si−B系アモルファス合金粉末を用いた。
磁性体粉末4Aから4Dは、実施例1で用いた実施例粉末1Aと同様で、目開き75μmの篩掛けにより粒径を整えた(段落0039参照)。
また、実施例粉末4Aから4Dには、実施例2,3と同様に篩掛けした粉末に篩に残った粒径75μm以上の粉末を加え含有率を変更した。ただし、この場合、含有率80%以下は比較例となる。
コアの製造過程は、実施例1と同様である(段落0042参照)。
試験方法は、実施例1の試験方法と同様である(段落0043参照)。
磁性体粉末4Aから4Dの試験結果は以下の表8にて示す。
Fe−Si−B系合金粉末を用いた場合において、コア4Aから4Dの原材料となった磁性体粉末4Aから4D間における成分比の相違は、良品率に与える影響は少ない結果を示した。
具体的に、研削速度毎秒0.2mmの場合、比較例用コアは、含有率が80%の場合には、コア4Aから4Dのいずれもが良品率が30〜50%を示したが、実施例用コアは、含有率が85%の場合には、良品率が70〜80%と飛躍的に上昇した。また、含有率は90%以上になると、良品率は100%となり、優れた良品率を示した。
特に、研削速度毎秒1.0mmの場合には、含有率90%の場合には、良品率が70〜90%と飛躍的に上昇し、含有率100%の場合には、コア4Dにおいては、良品率が80%を示したものの、コア4A、コア4B、コア4Cにおいては、良品率100%と優れた結果を示した。
粒径75μm以下の磁性体粉末の含有率は、85%以上であれば、巻線インダクタ用コアの製造が可能であることがわかった。また、研削速度が1.0mmと速くなっても、含有率が100%であれば、良品率が80〜100%と特段に優れていることがわかった。
実施例4として、磁性体粉末4D(含有率100%)を用いたコア4Dの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図8に示す。また、比較として、実施例1にて引用した比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図8において、実線が実施例4で、破線が比較例であるが、実施例4は電流値が0〜1Aと低い場合、6.3μHを示し、比較例より5μH程度、低いインダクタンス値を示した。電流が4A、5Aと多くなっていった場合に、インダクタンス値は徐々にだが小さくなっていくが、変化の度合いはとても小さかった。また、実施例4は、比較例のインダクタンス値のように、急激に減少することはなく、電流が2〜3A以降では、比較例よりも、高いインダクタンス値を示している。
以上より、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
実施例5は、アトマイズ法により得たFe−Si系合金粉末を用意した。
前記したように、本実施例はアトマイズ法により得たFe−Si系合金粉末であるが、
成分比は、以下の表9で示す。
磁性体粉末5Aから5Cは粒径調整工程において、目開き45μmの篩掛けを行い、粒径45μm以下に調整した試料である。
磁性体粉末5Aから5Cに篩上にある粒径45μm以上の粉末を混入し、含有率を表10にて示すように変更した。ただし、この場合、含有率60%以下は、比較例となる。
コアの製造過程は、実施例1と同様である(段落0042参照)。
試験方法は実施例1と同様な試験方法である(段落0043参照)。
磁性体粉末5Aから5Cの試験結果は以下の表10にて示す。
Fe−Si系合金粉末を用いた場合において、コア5Aから5C間の比較をすると、Feの成分比が5Cよりも大きいコア5Aの方が、全体的に高い良品率を示した。
また、他の実施例と同様に粒径45μm以下の磁性体粉末の含有率が、高いほど、良品率があがった。
特に、研削速度毎秒1.0mmの場合には、実施例用コアである含有率80%以下でのコア5Aから5Cのいずれもが良品率0%と、全くコアを製造することができなかったが、含有率90%の場合にはすべてのコアが良品率60%を示し、含有率100%の場合にあっては、コア5Aとコア5Bは良品率が70%と、高い良品率を示した。
磁性体粉末が粒径45μm以下の磁性体粉末の含有率が80%以上であれば、巻線インダクタ用コアの製造が可能であることがわかった。
そして、実施例5として、磁性体粉末5B(含有率90%)を用いたコア5Bの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図9に示す。また、比較として、実施例1にて引用した比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図9において、実線が実施例5で、破線が比較例である。実施例5は電流値が0〜1Aと低い場合、8.2μHを示し、比較例より、インダクタンス値は低い。また、電流を増加しても、急激にインダクタンス値が減少しない。そのため、急激にインダクタンス値が小さくなる比較例に比べ、電流が2.5A以降から、比較例よりも、実施例5の方が高いインダクタンス値を示している。
以上より、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
実施例6では、実施例2にて示した、磁性体粉末2Dを用いたコア2Dの製造工程、具体的には、研削工程を変えた実施例を示す。
実施例6の磁性体粉末は、実施例2において用いた実施例粉末2D(Fe−Si−Al系合金粉末、Fe:Si:Alの成分比は、85:9.5:5.5)を使用した。また、磁性体粉末2Dの粒径75μm以下の含有率についても、実施例2と同様に100%〜70%の混合磁性体粉末を用意した。ただし、この場合、含有率80%以下は、比較例となる。
添加工程、圧縮工程は、実施例1と同様な工程により、6mmφ×4mmHの円柱形の圧縮成形体を製造した(段落0042参照)。
しかし、研削工程では、圧縮成形体の研削する深さを、1mm、1.5mm、2mm、2.5mmとした(それぞれをコア6A、6B、6C、6Dとする)。
そのほか、圧縮成形体は側面をダイヤモンドカッターにて毎秒0.2mm、又は、毎秒0.5mm、毎秒1.0mmのそれぞれの速度にて幅3mmを研削する工程は、実施例1と同様である。
試験方法は、実施例1と同様であり(段落0043参照)、試験結果は以下の表11の通りである。
コア6Aから6D間の比較を行うと、コア6Aに対し、研削する溝が深いコア6Dは全体的に良品率が低い。従って、研削する溝が深いほど、良品率が下がることがわかった。
また、研削速度が毎秒0.5mmの場合において、比較例用コアである含有率70%、80%の場合には、良品率は0%を示し全くコアを製造することが出来なかった。
一方で、実施例用コアである含有率90%の場合には、良品率40%を示し、含有率が100%であれば、良品率は90〜100%と格段に優れた良品率を示した。
以上より、粒径75μm以下のFe−Si−Al系合金粉末が、90%以上であれば、巻線インダクタ用コアの製造が可能であることがわかった。
そして、実施例6として、磁性体粉末6C(含有率100%)を用いたコア6Cの溝部(深さ2mm)に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図10に示す。比較として、実施例1にて用いた比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部(深さ1mm)に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図10において、実線が実施例6で、破線が比較例である。
実施例6は電流値が0〜1Aと低い場合、8.7μHを示し、比較例より低いインダクタンス値を示した。そして、3A、4A、5Aと電流を多くした場合、インダクタンス値は徐々に減少しているものの、比較例のように、急激な減少という変化はない。そのため、電流が2.5Aでは、比較例よりも実施例6の方が比較例に比べて、高いインダクタンス値を示した。
以上より、溝部が深い場合であっても、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
実施例7においては、実施例2において用いた磁性体粉末2Dの圧縮工程及び研削工程を、変えた実施例を示す。
(磁性体粉末の準備及び粒径の調整)
実施例6の磁性体粉末は、実施例2において用いた磁性体粉末2D(Fe−Si−Al系合金粉末、Fe:Si:Alの成分比は、85:9.5:5.5)を使用した。また、磁性体粉末2Dの粒径75μm以下の含有率についても、実施例2と同様に100%〜70%の混合磁性体粉末を用意した。ただし、この場合、含有率80%以下は、比較例となる。
添加工程は実施例1と同様であるが、成形工程において、6mmφ×4mmHの円柱形(コア7A)、4mmφ×3mmHの円柱形(コア7B)、3mmφ×2mmHの円柱形(コア7C)、6mm角×4mmHの四角柱(コア7D)、一辺3mm×4mmHの六角柱(コア7E)の圧縮成形体を製造した。
研削工程においては、実施例1とほぼ同様であるが、研削する溝幅を各コア毎に変えた(表12を参照)。
試験方法は、実施例1と同様であり(段落0043参照)、試験結果は以下の表12の通りである。
多角形柱の形状のコアは、円柱形のコアと比較して、研削速度が毎秒0.2mmで、含有率が100%であっても良品率が100%を示すことはなかった。
一方で、円柱形のコアであるコア7A〜7Cにおいて、含有率が100%の場合、研削速度毎秒0.5mmであっても、良品率は100%を示し、円柱形のコアのほうが欠け、ヒビが生じにくいことがわかった。
しかし、多角形柱の形状であっても、研削速度が毎秒0.2mmの場合、含有率が100%であれば、良品率が90%を示し、比較例である含有率70%の場合に比べ、良品率が75〜80%向上した。
一方で、含有率が80%となると、研削速度が毎秒0.5mmとなると、良品率が0%を示し、全くコアを製造することが出来なかったが、含有率90%であれば、良品率が20%を示し、コアを製造することができた。
従って、コアの形状が多角形柱の場合、粒径75μm以下の磁性体粉末の含有率が90%以上であれば、研削速度が速くなっても製造可能であることわかった。
そして、実施例7として、磁性体粉末7E(含有率100%)を用いたコア7Eの溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタの直流重畳特性を測定した。測定結果を図11に示す。また、比較例として、実施例1にて用いた比較例(コア1Aと同一形状のNi−Cu−Znフェライト焼結体の溝部に銅線を20回巻いた巻線インダクタ)の直流重畳特性も図示した。図11において、実線が実施例7で、破線が比較例であるが、実施例7は、電流値が0〜1Aと低い場合、9.2μHを示し、比較例より、インダクタンス値は低い。また、電流を増加しても、急激にインダクタンス値が減少しない。そのため、急激にインダクタンス値が小さくなる比較例に比べ、電流が2.5A以降から、比較例よりも、実施例7の方が高いインダクタンス値を示している。
以上より、本発明に係る巻線インダクタ用コアの形状が多角柱の場合であっても、実施例である巻線インダクタは、フェライト焼結体によるコアを用いた巻線インダクタよりも、優れた直流重畳特性を示すことを証明できた。
2 巻線インダクタ用コア
3 金属導線
4 溝部
10 磁性体粉末
11 バインダ
12 合金
13 篩
14 混合磁性体粉末
15 圧縮成形体
16 一軸式プレス
17 ダイヤモンドカッター
18 回転体
20 磁性体粉末
30 磁性体粉末
Claims (14)
- 磁性体粉末とバインダとを含む混合磁性体粉末を圧縮成形した圧縮成形体からなり、前記圧縮成形体を全周にわたり、回転動力源により回転する砥石を用いて研削して溝部が形成された巻線インダクタ用コアと、前記巻線インダクタ用コアの前記溝部を巻回する金属導線とから構成される巻線インダクタであって、前記磁性体粉末の成分比は、Siが4〜13重量%、Alが4〜7重量%、残部がFeと不可避的不純物からなり、前記磁性体粉末の粒径分布は、90%以上が粒径75μm以下であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 磁性体粉末とバインダとを含む混合磁性体粉末を圧縮成形した圧縮成形体からなり、前記圧縮成形体を全周にわたり、回転動力源により回転する砥石を用いて研削して溝部が形成された巻線インダクタ用コアと、前記巻線インダクタ用コアの前記溝部を巻回する金属導線とから構成される巻線インダクタであって、前記磁性体粉末の成分比は、Siが4〜8重量%、残部がFeと不可避的不純物からなり、前記磁性体粉末の粒径分布は、80%以上が粒径45μm以下であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 請求項1または請求項2に記載された巻線インダクタにおいて、前記巻線インダクタ用コアの形状が、円柱形、或いは、多角形柱であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 請求項1から請求項3のいずれか一つに記載された巻線インダクタにおいて、前記巻線インダクタ用コアに形成される溝部の深さが、前記巻線インダクタ用コアの幅に対し2/3以下であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 前記請求項1から請求項4のいずれか一つに記載された巻線インダクタにおいて、前記磁性体粉末が、金属粉砕、或いは、アトマイズ法によって得られた磁性体粉末であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 前記請求項1から請求項5のいずれか一つに記載された巻線インダクタにおいて、前記添加するバインダが、5重量%以下であることを特徴とする巻線インダクタ。
- 巻線インダクタ用コアを製造する工程と、前記巻線インダクタ用コアに対し金属導線を巻回する工程とを含んでなる巻線インダクタの製造方法において、前記巻線インダクタ用コア製造工程は、成分比が、Siが4〜13重量%、Alが4〜7重量%、残部がFeと不可避的不純物からなる磁性体粉末を製造する工程と、前記磁性体粉末の粒径を調整する工程と、前記磁性体粉末に対して、バインダを添加する工程と、前記添加された磁性体粉末を圧縮し、圧縮成形体を成形する工程と、前記圧縮成形体を機械的研削する工程とを含む工程を有し、前記調整工程は、前記粒径が75μm以下の小粒磁性体粉末が90%以上となるように前記磁性体粉末の粒度分布を調整し、前記機械的研削工程は、回転動力源により回転する砥石を用いて、前記圧縮成形体を研削する
ことを特徴とする巻線インダクタの製造方法。 - 前記調整工程は、篩を用いて前記磁性体粉末を、前記粒径が75μm以下の小粒磁性体粉末と、粒径が75μmを超える大粒磁性体粉末とに分級してから、前記小粒磁性体粉末と前記大粒磁性体粉末とを混合し、このとき混合後の前記磁性体粉末の粒度分布において、90%以上が前記小粒磁性体粉末となるように調整する
ことを特徴とする請求項7に記載された巻線インダクタの製造方法。 - 巻線インダクタ用コアを製造する工程と、前記巻線インダクタ用コアに対し金属導線を巻回する工程とを含んでなる巻線インダクタの製造方法において、前記巻線インダクタ用コア製造工程は、成分比が、Siが4〜8重量%、残部Feと不可避的不純物からなる磁性体粉末を製造する工程と、前記磁性体粉末の粒径を調整する工程と、前記磁性体粉末に対して、バインダを添加する工程と、前記添加された磁性体粉末を圧縮し、圧縮成形体を成形する工程と、前記圧縮成形体を機械的研削する工程とを有し、前記調整工程は、前記粒径が45μm以下の小粒磁性体粉末が80%以上となるように前記磁性体粉末の粒度分布を調整し、前記機械的研削工程は、回転動力源により回転する砥石を用いて、前記圧縮成形体を研削する
ことを特徴とする巻線インダクタの製造方法。 - 前記調整工程は、篩を用いて前記磁性体粉末を、前記粒径が45μm以下の小粒磁性体粉末と、粒径が45μmを超える大粒磁性体粉末とに分級してから、前記小粒磁性体粉末と前記大粒磁性体粉末とを混合し、このとき混合後の前記磁性体粉末の粒度分布において、80%以上が前記小粒磁性体粉末となるように調整する
ことを特徴とする請求項9に記載された巻線インダクタの製造方法。 - 前記成形工程において、成形される圧縮成形体の形状が、円柱形、或いは、多角形柱であることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一つに記載される巻線インダクタの製造方法。
- 前記研削工程において、前記圧縮成形体の幅に対して2/3以下に研削することを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか一つに記載される巻線インダクタの製造方法。
- 前記磁性体粉末を製造する工程において、合金を金属粉砕又はアドマイズ法によって、前記磁性体粉末を製造することを特徴とする前記請求項7から請求項12のいずれか一つに記載される巻線インダクタの製造方法。
- 前記添加工程において、添加されるバインダが、5重量%以下であることを特徴とする請求項7から請求項13のいずれか一つに記載される巻線インダクタの製造方法。
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