JP4885056B2 - 磁性素子および磁性素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁性素子および磁性素子の製造方法に関する。

従来から、たとえば、コンピュータの電源部を構成するＤＣ／ＤＣコンバータには、磁性素子が使用されている。かかる磁性素子として、四角筒状に形成されたフェライトコア（コア）と、コアに取り付けられた帯状導体とを備える磁性素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された磁性素子では、直流重畳特性を向上させるため、コアにスリットが形成されている。また、磁性素子の直流重畳特性は、このコアに形成されるスリットの幅に応じて変動する。

また、特許文献１に記載の磁性素子を構成するコアはたとえば、以下のように製造される。すなわち、まず、フェライト等の粉体がコアの形状（すなわち、四角筒状）に成型され、焼成される。その後、成型されたコアに、ダイヤモンド製等の薄型の円盤型カッターによってスリットが加工される。

特開２００１−５２９３４号公報

近年、磁性素子は小型化、薄型化しており、この磁性素子の小型化、薄型化に伴い、コアも小型化、薄型化している。また、コアの小型化、薄型化に伴い、コアに形成されるスリットの幅も狭くなってきている。スリットの幅が狭くなると、円盤型カッターの厚さのばらつきや、スリット加工時における円盤型カッターの面振れ等がスリットの幅の精度に大きく影響を及ぼすため、円盤型カッターによって幅の狭いスリットを精度良く形成することが困難な状況が生じつつある。その結果、小型化、薄型化する磁性素子では、スリットの幅にばらつきが生じ、安定した直流重畳特性を得ることが困難になる。

そこで、本発明の課題は、安定した直流重畳特性を得ることが可能な磁性素子を提供することにある。また、本発明の課題は、直流重畳特性を安定させることが可能な磁性素子の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の磁性素子は、一端面から他端面まで貫通し、貫通方向から見たときに、四角形状を成す貫通孔が形成される多角筒状でかつ一体的に形成されたコアと、貫通孔に挿通され、その両端側が折り曲げられることでコアに取り付けられる帯状導体とを備え、コアの１つの側壁となる第１側壁には、一端面から他端面まで貫通し、かつ、コアの内周面から外周面まで貫通するスリットが形成され、スリットの両側に形成される側面の少なくともいずれか一方は、第１側壁に直交する方向に対して傾斜し、コアの第１側壁における内周面および／または外周面が平面研磨された面であるしていることを特徴とする。

本発明の磁性素子では、コアの第１側壁に形成されるスリットの両側面の少なくともいずれか一方は、第１側壁に直交する方向に対して傾斜している。そのため、第１側壁を研磨によって削って、第１側壁の厚さを調整することで、第１側壁の内周面側および／または外周面側のスリットの幅を調整することができる。すなわち、第１側壁の厚さを調整することで、磁性素子の直流重畳特性を調整することができる。その結果、本発明の磁性素子では、安定した直流重畳特性を得ることが可能になる。

また、上記の課題を解決するため、本発明は、一端面から他端面まで貫通し、貫通方向から見たときに、四角形状を成す貫通孔が形成される多角筒状でかつ一体的に形成されたコアと、貫通孔に挿通され、その両端側が折り曲げられることでコアに取り付けられる帯状導体とを備える磁性素子の製造方法であって、プレスによって、コアの原型となるコア原体を粉体から形成する成型工程と、成型工程で形成されたコア原体の１つの側壁である原体側壁を研磨して、一端面から他端面まで貫通しかつコアの内周面から外周面まで貫通するスリットを形成する研磨工程とを備え、成型工程で、コア原体に、貫通孔を形成するとともに、一端面から他端面まで貫通しかつ原体側壁の内周面から外周面まで貫通する孔部、あるいは、一端面から他端面まで貫通しかつ一側壁の内周面および／または外周面から窪む凹部を、孔部および凹部の両側に形成される側面の少なくともいずれか一方が原体側壁に直交する方向に対して傾斜するように形成し、研磨工程で、原体側壁を内周面側および／または外周面側から平面研磨して、スリットを形成することを特徴とする。

本発明の磁性素子の製造方法では、成型工程で、コア原体に、貫通孔を形成するとともに、原体側壁の内周面から外周面まで貫通しかつ一端面から他端面まで貫通する孔部、あるいは、一端面から他端面まで貫通しかつ一側壁の内周面および／または外周面から窪む凹部を、孔部および凹部の両側に形成される側面の少なくともいずれか一方を原体側壁に直交する方向に対して傾斜するように形成している。また、研磨工程で、原体側壁を内周面側および／または外周面側から研磨して、スリットを形成している。そのため、研磨工程での原体側壁の研磨量によって、スリットが形成される磁性素子の側壁の厚さを調整することができ、その側壁の内周面側および／または外周面側のスリットの幅を調整することができる。したがって、研磨工程での研磨量によって、磁性素子の直流重畳特性を調整することができる。その結果、本発明の磁性素子の製造方法では、磁性素子の直流重畳特性を安定させることが可能になる。

本発明において、成型工程で、原体側壁を、原体側壁以外の他の側壁に比べて厚く形成することが好ましい。このように構成すると、スリットが形成される側壁の研磨工程後の厚さと、他の側壁の厚さとを均等にすることが可能になり、直流重畳特性を向上させることが可能になる。すなわち、スリットが形成される側壁の研磨工程後の厚さと他の側壁の厚さとが均等になっている場合には、スリットが形成される側壁の研磨工程後の厚さが他の側壁の厚さよりも薄くなっている場合と比較して、スリットが形成される側壁で磁気飽和が起こりにくくなるため、直流重畳特性を向上させることが可能になる。

以上のように、本発明にかかる磁性素子では、安定した直流重畳特性を得ることが可能になる。また、本発明にかかる磁性素子の製造方法では、磁性素子の直流重畳特性を安定させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（磁性素子の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁性素子１の平面図である。図２は、図１に示す磁性素子１の底面図である。図３は、図１のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。図４は、図１のＦ−Ｆ断面を示す断面図である。

本形態の磁性素子１は、たとえば、コンピュータの電源部を構成する高周波のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる素子である。この磁性素子１は、図１〜図４に示すように、磁性材料で形成されるコア２と、コア２に取り付けられた導体３とを備えている。なお、以下では、図１の左を「左」、右を「右」、下を「前」、上を「後（後ろ）」、紙面手前を「上」、紙面奥を「下」とする。

コア２は、上述のように、磁性材料で形成されている。たとえば、コア２は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトやＮｉ−Ｚｎ系フェライト等の磁性材料で形成されている。また、コア２は、四角筒状に形成されている。

具体的には、図１等に示すように、コア２の外形は、扁平な直方体状に形成されるとともに、コア２には、一端面となる左端面２ａから他端面となる右端面２ｂまで貫通する貫通孔２ｃが形成されている。また、貫通孔２ｃは、図４等に示すように、左右方向から見たとき、扁平な四角形状に形成されている。すなわち、コア２は、下側に配置される第１側壁としての下側壁２ｄと、上側に配置される上側壁２ｅと、前側に配置される前側壁２ｆと、後ろ側に配置される後側壁２ｇとの４つの側壁によって構成されている。

下側壁２ｄには、左端面２ａから右端面２ｂまで直線状に貫通するとともに、コア２の内周面から外周面まで貫通する（すなわち、コア２の外周面から貫通孔２ｃまで連通する）スリット２ｈが形成されている。本形態では、下側壁２ｄの前後方向の略中心位置に所定の幅のスリット２ｈが形成されている。

前後方向において、スリット２ｈの両側に形成される２つの側面２ｋは、下側壁２ｄに直交する上下方向に対して傾斜する傾斜面となっている。すなわち、スリット２ｈの側面２ｋはテーパ状に形成されている。本形態では、下側に向かうにしたがって、スリット２ｈの幅（前後方向の幅）が次第に狭くなるように２つの側面２ｋが傾斜している。また、本形態では、２つの側面２ｋは、コア２の前後方向の中心位置に対して略対称に形成されている。

導体３は、銅等の導電性材料で形成されている。本形態の導体３は、薄い板状部材が折り曲げられて形成された帯状導体である。図３等に示すように、導体３は、下側壁２ｄの上面に当接するように貫通孔２ｃに挿通され、配置されている。また、導体３の左端側は、左端面２ａの下側部分および下側壁２ｄの下面の左端側に当接するように折り曲げられ、導体３の右端側は、右端面２ｂの下側部分および下側壁２ｄの下面の右端側に当接するように折り曲げられている。このように、導体３は、貫通孔２ｃに挿通され、その両端側が折り曲げられることで、コア２に取り付けられている。

また、導体３の、下側壁２ｄの下面に当接する部分は、磁性素子１が実装される基板（図示省略）に磁性素子１を実装するための実装端子３ａとなっている。なお、帯状に形成された導体３に代えて、導線がコア２に巻回されて形成されたコイルを導体３としても良い。

（磁性素子の製造方法）
図５は、図１に示す磁性素子１の製造工程を示すフローチャートである。図６は、図１に示す磁性素子１の製造工程の一部を説明するための図であり、（Ａ）は成型工程Ｓ１後の状態を示し、（Ｂ）は研磨工程Ｓ３後の状態を示す。

上述のように構成された磁性素子１は、以下のように製造される。

まず、金型を用いたプレスによって、コア２の原型となるコア原体１２をフェライト等の粉体から形成する（成型工程Ｓ１）。すなわち、粉末プレス成型により、コア原体１２を形成する。具体的には、成型工程Ｓ１で、外形が扁平な直方体状となるようにコア原体１２を形成するとともに、図６（Ａ）に示すように、後述の焼成工程Ｓ２後にコア２の貫通孔２ｃとなる貫通孔１２ｃを、コア原体１２の左端面から右端面まで貫通するように、コア原体１２に形成する。

また、成型工程Ｓ１では、後述の研磨工程Ｓ３後にコア２の下側壁２ｄとなる原体側壁１２ｄの内周面から外周面に向かって窪むとともに、コア原体１２の左端面から右端面まで貫通する凹部１２ｈを形成する。具体的には、凹部１２ｈの前後方向の両側に形成される側面１２ｋが原体側壁１２ｄに直交する上下方向に対して傾斜するように凹部１２ｈを形成する。本形態では、下側（図６（Ａ）では上側）に向かうにしたがって、凹部１２ｈの幅（前後方向の幅）が次第に狭くなるように２つの側面１２ｋが傾斜している。また、コア原体１２の前後方向の中心位置に対して略対称に２つの側面１２ｋが傾斜している。

さらに、成型工程Ｓ１では、原体側壁１２ｄを、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁に比べて厚く形成する。具体的には、図６（Ａ）に示すように、他の側壁を均一な厚みｔ１で形成し、原体側壁１２ｄを厚みｔ１よりも厚い厚みｔ２で形成する。本形態では、後述の研磨工程Ｓ３後に原体側壁１２ｄから下側壁２ｄとなる下側壁２ｄの厚みｔ３が、図６（Ｂ）に示すように、後述の焼成工程Ｓ２後に他の側壁からそれぞれ上側壁２ｅ、前側壁２ｆ、後側壁２ｇとなるこれらの側壁の厚みｔ４とほぼ同じになるように、原体側壁１２ｄの厚みｔ２が設定されている。

その後、コア原体１２を所定の温度で焼成する（焼成工程Ｓ２）。この焼成工程Ｓ２を経ると、コア原体１２の貫通孔１２ｃは、コア２の貫通孔２ｃとなり、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁はそれぞれ、上側壁２ｅ、前側壁２ｆ、後側壁２ｇとなる。

その後、焼成後のコア原体１２の原体側壁１２ｄを研磨して、スリット２ｈを形成する（研磨工程Ｓ３）。具体的には、原体側壁１２ｄを外周面側（図６（Ａ）では上面側）から平面研磨して、スリット２ｈを形成する。本形態では、図６（Ａ）の二点鎖線に示す位置まで、原体側壁１２ｄを研磨して、コア原体１２の内周面から外周面まで貫通するスリット２ｈを形成する。この研磨工程Ｓ３を経ると、原体側壁１２ｄは下側壁２ｄとなり、コア原体１２は、コア２となる。

その後、コア２に導体３を取り付ける（導体取付工程Ｓ４）。具体的には、導体３を、下側壁２ｄの上面に当接するように貫通孔２ｃに挿通し、配置した後に、導体３の両端側を図３等に示すように折り曲げて、導体３をコア２に取り付ける。この導体取付工程Ｓ４が終了すると、磁性素子１の製造が終了する。

なお、研磨工程Ｓ３での研磨量は、たとえば、生産ロットごとに設定される。たとえば、あるロットで生産された１個あるいは少数のコア２を用いて製造した磁性素子１で、直流重畳特性の試験を行い、所定の直流重畳特性を得ることができる原体側壁１２ｄの研磨量を算出する。そして、研磨工程Ｓ３において、そのロットで生産されたコア原体１２は、この算出された研磨量で研磨される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、成型工程Ｓ１で、コア原体１２に、原体側壁１２ｄの内周面から外周面に向かって窪む凹部１２ｈを、凹部１２ｈの両側に形成される側面１２ｋが原体側壁１２ｄに直交する上下方向に対して傾斜するように形成するとともに、研磨工程Ｓ３で、原体側壁１２ｄを外周面側から研磨して、スリット２ｈを形成している。すなわち、本形態では、コア２の下側壁２ｄに形成されるスリット２ｈの側面２ｋは、下側壁２ｄに直交する上下方向に対して傾斜している。

そのため、研磨工程Ｓ３での原体側壁１２の研磨量によって、スリット２ｈが形成される下側壁２ｄの厚さを調整することができ、下側壁２ｄの外周面側のスリット２ｈの幅を調整することができる。したがって、研磨工程Ｓ３での研磨量によって、磁性素子１の直流重畳特性を調整することができる。その結果、本形態では、磁性素子１の安定した直流重畳特性を得ることが可能になる。すなわち、磁性素子１の直流重畳特性を安定させることが可能になる。

また、本形態では、成型工程Ｓ１で凹部１２ｈを形成するとともに、研磨工程Ｓ３で原体側壁１２ｄを研磨して、スリット２ｈを形成している。そのため、焼成工程Ｓ２後には、従来のような円盤型カッターでの加工が不要となる。したがって、コア２が薄型化しても、損傷が生じないように、コア２を製造することができる。

本形態では、成型工程Ｓ１で、原体側壁１２ｄを、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁に比べて厚く形成している。また、本形態では、研磨工程Ｓ３後の下側壁２ｄの厚みｔ３が、焼成工程Ｓ２後の上側壁２ｅ、前側壁２ｆ、後側壁２ｇの厚みｔ４と同じになるように、原体側壁１２ｄの厚みｔ２が設定されている。そのため、下側壁２ｄで磁気飽和が起こりにくくなり、直流重畳特性を向上させることが可能になる。

すなわち、原体側壁１２ｄを、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁以下の厚みで形成した場合には、研磨工程Ｓ３後の下側壁２ｄの厚みｔ３が、焼成工程Ｓ２後の上側壁２ｅ、前側壁２ｆ、後側壁２ｇの厚みｔ４よりも薄くなる。そのため、この場合には、下側壁２ｄで最初に磁気飽和が起こり、直流重畳特性が低下するが、本形態ではかかる問題は生じることがなく、直流重畳特性を向上させることが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、成型工程Ｓ１で、原体側壁１２ｄに形成される凹部１２ｈの側面１２ｋは、下側に向かうにしたがって、凹部１２ｈの幅が次第に狭くなるように傾斜しており、コア２のスリット２ｈの幅が下側に向かうにしたがって、次第に狭くなるように２つの側面２ｋが傾斜している。この他にもたとえば、図７（Ａ）に示すように、コア２の下側壁２ｄとなるコア原体２２の原体側壁２２ｄに成型工程Ｓ１で形成される凹部２２ｈの側面２２ｋは、下側（図７（Ａ）では上側）に向かうにしたがって、凹部２２ｈの幅が次第に広くなるように傾斜しても良い。すなわち、コア２のスリット２ｈの幅が下側に向かうにしたがって、次第に広くなるように２つの側面２ｋが傾斜しても良い。なお、この場合には、研磨工程Ｓ３で、図７（Ａ）の二点鎖線に示す位置まで、原体側壁２２ｄを外周面側から研磨して、コア原体２２の内周面から外周面まで貫通するスリット２ｈを形成する。

上述した形態では、成型工程Ｓ１で、原体側壁１２ｄの内周面から外周面に向かって窪むとともに、コア原体１２の左端面から右端面まで貫通する凹部１２ｈを形成している。この他にもたとえば、成型工程Ｓ１で、図７（Ｂ）に示すように、コア２となるコア原体３２に、下側壁２ｄとなる原体側壁３２ｄの内周面から外周面まで貫通するとともに、コア原体３２の左端面から右端面まで貫通する孔部３２ｈを形成しても良い。具体的には、孔部３２ｈの前後方向の両側に形成される側面３２ｋが原体側壁３２ｄに直交する上下方向に対して傾斜するように孔部３２ｈを形成しても良い。この場合には、図７（Ｂ）に示すように、下側（図７（Ｂ）では上側）に向かうにしたがって、孔部３２ｈの幅が次第に狭くなるように、側面３２ｋが傾斜しても良いし、下側に向かうにしたがって、孔部３２ｈの幅が次第に広くなるように、側面３２ｋが傾斜しても良い。なお、この場合には、研磨工程Ｓ３で、図７（Ｂ）の二点鎖線に示す位置まで、原体側壁３２ｄを外周面側から研磨して、コア原体３２の内周面から外周面まで貫通するスリット２ｈを形成する。

また、成型工程Ｓ１で、図７（Ｃ）に示すように、コア２となるコア原体４２に、下側壁２ｄとなる原体側壁４２ｄの外周面から内周面に向かって窪むとともに、コア原体４２の左端面から右端面まで貫通する凹部４２ｈを形成しても良い。具体的には、凹部４２ｈの前後方向の両側に形成される側面４２ｋが原体側壁４２ｄに直交する上下方向に対して傾斜するよう凹部４２ｈを形成しても良い。この場合には、図７（Ｃ）に示すように、下側（図７（Ｃ）では上側）に向かうにしたがって、凹部４２ｈの幅が次第に狭くなるように、側面４２ｋが傾斜しても良いし、下側に向かうにしたがって、凹部４２ｈの幅が次第に広くなるように、側面４２ｋが傾斜しても良い。なお、この場合には、研磨工程Ｓ３で、図７（Ｃ）の二点鎖線に示す位置まで、原体側壁４２ｄを内周面側から研磨して、コア原体４２の内周面から外周面まで貫通するスリット２ｈを形成する。

また、成型工程Ｓ１で、原体側壁の内周面から外周面に向かって窪む凹部および原体側壁の外周面から内周面に向かって窪む凹部の２つの凹部を形成することも可能である。

上述した形態では、成型工程Ｓ１で形成される凹部１２ｈの２つの側面１２ｋはともに、コア原体１２の前後方向の中心位置に対して略対称に傾斜している。この他にもたとえば、凹部１２ｈの２つの側面１２ｋは、コア原体１２の前後方向の中心位置に対して非対称に傾斜しても良い。

また、図７（Ｄ）に示すように、コア２の下側壁２ｄとなるコア原体５２の原体側壁５２ｄに成型工程Ｓ１で形成される凹部５２ｈの一方の側面５２ｋ１のみが原体側壁５２ｄに直交する上下方向に対して傾斜し、他方の側面５２ｋ２が上下方向と平行であっても良い。すなわち、コア２に形成されるスリット２ｈの側面２ｋの一方のみが上下方向に対して傾斜しても良い。この場合には、図７（Ｄ）に示すように、下側（図７（Ｄ）では上側）に向かうにしたがって、凹部５２ｈの幅が次第に狭くなるように、側面５２ｋ１が傾斜しても良いし、下側に向かうにしたがって、凹部５２ｈの幅が次第に広くなるように、側面５２ｋ１が傾斜しても良い。なお、この場合には、研磨工程Ｓ３で、図７（Ｄ）の二点鎖線に示す位置まで、原体側壁５２ｄを外周面側から研磨して、コア原体５２の内周面から外周面まで貫通するスリット２ｈを形成する。

上述した形態では、研磨工程Ｓ３で、原体側壁１２ｄを外周面側から研磨している。この他にもたとえば、研磨工程Ｓ３で、原体側壁１２ｄを外周面側および内周面側の両面側から研磨しても良い。また、図７に示すコア原体２２、３２、４２、５２においても、研磨工程Ｓ３で、原体側壁２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ、５２ｄを外周面側および内周面側の両面側から研磨しても良い。

上述した形態では、成型工程Ｓ１で、原体側壁１２ｄを、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁に比べて厚く形成している。この他にもたとえば、成型工程Ｓ１で、原体側壁１２ｄを、原体側壁１２ｄ以外の他の側壁以下の厚みで形成しても良い。

本発明の実施の形態にかかる磁性素子の平面図である。 図１に示す磁性素子の底面図である。 図１のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。 図１のＦ−Ｆ断面を示す断面図である。 図１に示す磁性素子の製造工程を示すフローチャートである。 図１に示す磁性素子の製造工程の一部を説明するための図であり、（Ａ）は成型工程後の状態を示し、（Ｂ）は研磨工程後の状態を示す。 本発明の他の実施の形態にかかる成型工程後のコア原体を示す図である。

符号の説明

１ 磁性素子
２ コア
２ａ 左端面（一端面）
２ｂ 右端面（他端面）
２ｃ 貫通孔
２ｄ 下側壁（第１側壁）
２ｈ スリット
２ｋ 側面
３ 導体
１２、２２、３２、４２、５２ コア原体
１２ｄ、２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ、５２ｄ 原体側壁
１２ｈ、２２ｈ、４２ｈ、５２ｈ 凹部
１２ｋ、２２ｋ、３２ｋ、４２ｋ、５２ｋ１、５２ｋ２ 側面
３２ｈ 孔部
Ｓ１ 成型工程
Ｓ３ 研磨工程

Claims (3)

1. 一端面から他端面まで貫通し、貫通方向から見たときに、四角形状を成す貫通孔が形成される多角筒状でかつ一体的に形成されたコアと、上記貫通孔に挿通され、その両端側が折り曲げられることで上記コアに取り付けられる帯状導体とを備え、
   上記コアの１つの側壁となる第１側壁には、上記一端面から上記他端面まで貫通し、かつ、上記コアの内周面から外周面まで貫通するスリットが形成され、
   上記スリットの両側に形成される側面の少なくともいずれか一方は、上記第１側壁に直交する方向に対して傾斜し、
   上記コアの上記第１側壁における内周面および／または外周面が平面研磨された面であることを特徴とする磁性素子。
2. 一端面から他端面まで貫通し、貫通方向から見たときに、四角形状を成す貫通孔が形成される多角筒状でかつ一体的に形成されたコアと、上記貫通孔に挿通され、その両端側が折り曲げられることで上記コアに取り付けられる帯状導体とを備える磁性素子の製造方法であって、
   プレスによって、上記コアの原型となるコア原体を粉体から形成する成型工程と、上記成型工程で形成された上記コア原体の１つの側壁である原体側壁を研磨して、上記一端面から上記他端面まで貫通しかつ上記コアの内周面から外周面まで貫通するスリットを形成する研磨工程とを備え、
   上記成型工程で、上記コア原体に、上記貫通孔を形成するとともに、上記一端面から上記他端面まで貫通しかつ上記原体側壁の内周面から外周面まで貫通する孔部、あるいは、上記一端面から上記他端面まで貫通しかつ上記一側壁の内周面および／または外周面から窪む凹部を、上記孔部および上記凹部の両側に形成される側面の少なくともいずれか一方が上記原体側壁に直交する方向に対して傾斜するように形成し、
   上記研磨工程で、上記原体側壁を内周面側および／または外周面側から平面研磨して、上記スリットを形成することを特徴とする磁性素子の製造方法。
3. 前記成型工程で、前記原体側壁を、前記原体側壁以外の他の側壁に比べて厚く形成することを特徴とする請求項２記載の磁性素子の製造方法。

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