JP5553130B2

JP5553130B2 - フェライト・磁石素子及びその製造方法

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Publication number: JP5553130B2
Application number: JP2013507245A
Authority: JP
Inventors: 将三杉山; 貴也和田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-02-13
Also published as: WO2012132584A1; JPWO2012132584A1

Description

本発明は、フェライト・磁石素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に組み込まれるフェライト・磁石素子及びその製造方法に関する。

従来、アイソレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

この種のアイソレータでは、複数の中心電極をフェライトの主面に配置し、該フェライトに永久磁石から直流磁界を印加することで複数の中心電極を結合させている。この場合、永久磁石から発生する磁束の漏れを極力防止することが望ましく、特許文献１に記載のように、軟鉄などの強磁性体に銀めっきを施した金属製のヨークをフェライトと永久磁石の周囲に配置し、これらを接着剤で一体化していた。

しかし、軟鉄などで作製した金属製のヨークは大型化し、フェライトや永久磁石とは独立した個別品として取り扱う必要があり、回路基板上での組立てなどにも手間がかかり量産性に支障を生じている。また、接着剤がヨークの周囲にはみ出してしまうという不具合も生じている。

国際公開第２００８／０８７７８２号

そこで、本発明の目的は、ヨークを個別品としてではなく、フェライトや永久磁石と一体的に取り扱うことができ、かつ、製造上の歩留まりが向上するフェライト・磁石素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１形態であるフェライト・磁石素子は、
対向した一対の主面を有するフェライトと、
前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
前記永久磁石及び前記フェライトの外周面に配置された枠状のヨークと、
前記ヨークの内周面と前記永久磁石及び前記フェライトの外周面との間に配置された接着剤と、
を備え、
前記ヨークは、板状材を一方の開放端面及び他方の開放端面を有する枠状に成形したものであり、一方の開放端面側に外方に折れ曲がった第１のフランジ部を有し、他方の開放端面側に内方に折れ曲がった第２のフランジ部を有し、
前記接着剤は、前記第１及び第２のフランジ部の間に充填されていること、
を特徴とする。

本発明の第２形態であるフェライト・磁石素子の製造方法は、
対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
前記集合基板を短冊状基板にカットする工程と、
長尺状のフープ材にて複数の枠状をなすヨークをつなぎ部で連結した状態で形成する工程と、
長尺状の樹脂製シートと前記フープ材とを重ね合わせる工程と、
前記樹脂製シート上であってそれぞれのヨークの略中央部分に対応する位置に接着剤を供給する工程と、
前記ヨークに前記短冊状基板を挿入し、該短冊状基板の略下半分を前記接着剤に浸漬する工程と、
前記樹脂製シートを前記フープ材から剥離するとともに、前記つなぎ部をカットする工程と、
を備えたことを特徴とする。

前記フェライト・磁石素子において、一体化されたフェライトと一対の永久磁石はその周囲に配置された板状材を枠状に成形したヨークにて囲まれ、該ヨークは永久磁石から発生する磁束の漏れを防止する。ヨークは、一方の開放端面側に外方に折れ曲がった第１のフランジ部を有し、他方の開放端面側に内方に折れ曲がった第２のフランジ部を有しているため、接着剤がヨークから外部へ漏れることが防止され、不良品の発生率が低下（歩留まりが向上）する。

また、ヨークはフェライト・磁石素子の製造工程中にフェライト・磁石素子に組み付けられ、回路基板上での別途組立て工程を必要とすることがなく、非可逆回路素子の量産性が向上する。

本発明によれば、ヨークを個別品としてではなく、フェライトや永久磁石と一体的に取り扱うことができ、ひいては、非可逆回路素子の量産性が向上する。また、製造上の歩留まりが向上する。

一実施例であるフェライト・磁石素子を示し、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は断面図である。前記フェライト・磁石素子の要部の分解斜視図である。前記フェライト・磁石素子の製造工程の要部を示す説明図である。前記フェライト・磁石素子の製造工程（貼り合わせ工程）を示す説明図である。フープ材に形成されたヨークを示す平面図である。前記フェライト・磁石素子の全体的な製造工程を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係るフェライト・磁石素子及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

一実施例であるフェライト・磁石素子３０は、図１に示すように、非可逆回路素子を構成する一つの素子であり、非可逆回路素子としては、この素子以外に、図示していない回路基板や外装樹脂、必要に応じて実装されるインダクタやコンデンサを含んでいる。なお、本発明を用いて製造可能なフェライト・磁石素子３０（非可逆回路素子）としての基本的な構成は従来から種々の態様があり、集中定数型のアイソレータとしては、前述した特許文献１に記載されている２ポート型のアイソレータを挙げることができる。

この２ポート型のアイソレータ（フェライト・磁石素子３０）は、図２に示すように、一対の永久磁石４１により直流磁界が印加されるフェライト３２と、該フェライト３２に互いに絶縁状態で交差して配置された第１中心電極３５及び第２中心電極３６を備えている。第１中心電極３５は、フェライト３２に１ターン巻回されており、一端電極３５ａが入力ポートＰ１とされ、他端電極３５ｂが出力ポートＰ２とされている。第２中心電極３６は、フェライト３２に第１中心電極３５と所定の角度で交差した状態で４ターン（ターン数は任意である）巻回されており、一端電極（前記他端電極３５ｂと共用）が出力ポートＰ２とされ、他端電極３６ａがグランドポートＰ３とされている。なお、図２では煩雑さを避けるためにフェライト３２の背面側の電極は図示を省略している。

さらに、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に図示しない終端抵抗が第１中心電極３５と並列に接続され、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に、図示しない第１整合用コンデンサが接続され、出力ポートＰ２とグランドポートＰ３との間に図示しない第２整合用コンデンサが接続されている。

そして、第１及び第２中心電極３５，３６を設けたフェライト３２はその両主面を一対の永久磁石４１にて接着剤４２を介して挟着されたフェライト・磁石素子３０として構成されている。前記終端抵抗や前記コンデンサはフェライト・磁石素子３０とは別部品として構成されている。

さらに、永久磁石４１とフェライト３２の外周面に枠状のヨーク５０が配置され、ヨーク５０の内周面と永久磁石４１及びフェライト３２の外周面との間に接着剤５５が配置されている。ヨーク５０は、以下に説明するように磁性体からなるフープ材５１（図５参照）を打ち抜いて枠状に成形したもので、上部に外方に折れ曲がった第１のフランジ部５０ａを有し、下部に内方に折れ曲がった第２のフランジ部５０ｂを有している。接着剤５５は第１及び第２のフランジ部５０ａ，５０ｂの間に充填されている。接着剤５５としてはエポキシ系樹脂などを素材として好適に用いることができる。ヨーク５０は、ＮｉやＳＰＣＣなどの磁性体を板状に加工したものであり、永久磁石４１から発生する磁束の漏れを防止する。

なお、フェライト３２、永久磁石４１、接着剤４２は従来周知の材料が用いられている。

ところで、ヨーク５０はその下部がフェライト・磁石素子３０の下面から若干上方に位置して該下面から浮き上がっている。フェライト・磁石素子３０はその下面側が実装面となり、電極３５ａ，３５ｂ，３６ａが図示しない回路基板上の端子電極にはんだ付けされることから、ヨーク５０が下部まで延在されていると接合用はんだと短絡するおそれがある。このような短絡を防止するため、ヨーク５０は実装面に近い部分から離して配置されている。

ここで、フェライト・磁石素子３０の製造工程の要部について図３を参照して説明する。まず、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、樹脂製シート６０上にヨーク５０を配置する。このとき、第１のフランジ部５０ａを樹脂製シート６０に密着させ、第２のフランジ部５０ｂを形成した穴部５０ｃを上方に向けて配置する。次に、図３（Ｃ）に示すように、樹脂製シート６０上であってヨーク５０の略中央部分に対応する位置に接着剤５５をノズル７１から適量塗布する。

次に、図３（Ｄ）に示すように、フェライト・磁石素子３０を穴部５０ｃからヨーク５０内に挿入する。このとき、図３（Ｅ）に示すように、接着剤５５はフェライト・磁石素子３０によって押圧されてヨーク５０の内周面に沿って押し広げられる。接着剤５５を仮硬化させた後、図３（Ｆ）に示すように、素子３０及びヨーク５０を樹脂製シート６０から剥離し、図３（Ｇ）に示すように、カッタ７２にて第１のフランジ部５０ａをカットする。なお、フェライト・磁石素子３０は、ヨーク５０と一体化させる工程において、下面（実装面）を上方に向けた状態で取り扱われる。

図４には、フェライト・磁石素子３０の製造工程を示す。まず、図４（Ａ）に示すように、表面に１単位ごとの中心電極３５，３６をマトリクス状に形成したフェライト３２を永久磁石４１で挟着した集合基板３０Ａを作製する。この集合基板３０Ａは、例えば、１素子３０を縦横に７０×３０個、計２１００個をマトリクス状に形成したものである。

次に、図４（Ｂ）に示すように、前記集合基板３０Ａを一点鎖線に沿って１単位の素子３０ごとにカットする。カットは円盤状ダイサーを用いて表裏面から２工程で行われる。このように、１単位に切り出された素子３０（１単位の短冊状基板）が図３（Ｄ），（Ｅ）に示したようにヨーク５０に挿入される。

また、ヨーク５０は、図５に示すように、磁性体からなる長尺状のフープ材５１にその長手方向に例えば２列に形成される。フープ材５１の両側には搬送／位置決め用のパイロット穴５２が形成されており、枠状のヨーク５０はつなぎ部５３によってフープ材５１の基部に結合されている。

次に、フェライト・磁石素子３０の全体的な製造工程を模式的に描いた図６を参照して説明する。

図６（Ａ）に工程（１）として示すように、上下に配置したローラ８１，８２の間を搬送されるコンベアベルト６１上に、下部に長尺状樹脂製シート６０を、上部にヨーク５０を形成した長尺状フープ材５１を配置して重ねて貼り合わせ、矢印Ａ方向に搬送する。貼り合わせにはローラ８１，８２を用いたのはあくまで一例であり、他の機構を用いてもよいことは勿論である。次に、工程（２）として、ノズル７１から適量の接着剤５５を樹脂製シート６０上に塗布する。塗布位置は図３（Ｃ）に示されている。

次に、工程（３）として、前述のごとく短冊状基板として切り出され、かつ、図示しないパーツフィーダに整列された１単位の素子３０を図示しないマウンタを用いて各ヨーク５０に穴部５０ｃから挿入する（図３（Ｅ）参照）。なお、パーツフィーダやマウンタは周知であり、その説明は省略する。次に、工程（４）として、接着剤５５を仮硬化させる。接着剤５５としてエポキシ系樹脂を使用した場合、仮硬化は、例えば、１５０℃で３０分間加熱することによって行われる。

次に、工程（５）として、樹脂製シート６０から仮硬化した接着剤５５を剥がす。即ち、一体化されたヨーク５０と素子３０を樹脂製シート６０から剥離する。さらに、工程（６）として、素子３０を台座６２上に載置し、カッタ７２にて第１のフランジ部５０ａをつなぎ部５３から切断し、フープ材５１から切り離す。さらに、工程（７）として接着剤５５を本硬化させる。接着剤５５としてエポキシ系樹脂を使用した場合の本硬化は、例えば、１５０℃で３０分間加熱することによって行われる。以上のごとく作製されたフェライト・磁石素子３０は、工程（８）として、着磁装置の着磁ヘッド７５の間にセットされ、永久磁石４１に必要な着磁が行われる。

前記樹脂製シート６０はその上で接着剤５５を仮硬化させるため、仮硬化温度に耐え得る耐熱性を有することが必要となる。さらに、素子３０をマウンタでヨーク５０に挿入する際、素子３０を強い力で圧接しないように、樹脂製シート６０は弾性を有することが好ましい。樹脂製シート６０はこのような性質を備えた素材として、シリコーン系、ポリイミド系、セルロース系、アクリル系の樹脂材又は発泡樹脂を用いることができる。また、これらは仮硬化させた接着剤５５と剥離しやすい点で好ましい素材である。

ヨーク５０は、上部に外方に折れ曲がった第１のフランジ部５０ａを有し、下部に内方に折れ曲がった第２のフランジ部５０ｂを有しているため、接着剤５５がヨーク５０から外部へ漏れることが防止され、不良品の発生率が低下（歩留まりが向上）する。また、フェライト・磁石素子３０は、以上のごとく完成された状態で、ヨーク５０がフェライト３２や永久磁石４１と一体化されている。換言すれば、ヨーク５０はフェライト・磁石素子３０の製造工程中にフェライト・磁石素子３０に組み付けられ、別途組立て工程を必要とすることがない。よって、非可逆回路素子の製造工程が簡略化され、量産性が向上する。

なお、本発明に係るフェライト・磁石素子及びその製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、フェライトに形成される中心電極は種々の形態を採用でき、非可逆回路素子としては、実施例として示した２ポート型のアイソレータ以外に、３ポート型、あるいは、磁気共鳴型のアイソレータなどであってもよい。

以上のように、本発明は、フェライト・磁石素子及びその製造方法に有用であり、特に、ヨークをフェライトや永久磁石と一体的に扱うことができ、製造上の歩留まりが向上する点で優れている。

３０…フェライト・磁石素子
３０Ａ…集合基板
３２…フェライト
３５，３６…中心電極
４１…永久磁石
５０…ヨーク
５０ａ…第１のフランジ部
５０ｂ…第２のフランジ部
５１…フープ材
５３…つなぎ部
５５…接着剤
６０…樹脂製シート

Claims

対向した一対の主面を有するフェライトと、
前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
前記永久磁石及び前記フェライトの外周面に配置された枠状のヨークと、
前記ヨークの内周面と前記永久磁石及び前記フェライトの外周面との間に配置された接着剤と、
を備え、
前記ヨークは、板状材を一方の開放端面及び他方の開放端面を有する枠状に成形したものであり、一方の開放端面側に外方に折れ曲がった第１のフランジ部を有し、他方の開放端面側に内方に折れ曲がった第２のフランジ部を有し、
前記接着剤は、前記第１及び第２のフランジ部の間に充填されていること、
を特徴とするフェライト・磁石素子。
前記接着剤はエポキシ系の樹脂材からなること、を特徴とする請求項１に記載のフェライト・磁石素子。
前記永久磁石及び前記フェライトはそれらの外周面とは直交する第１の端面及び第２の端面を有し、
前記第２のフランジ部は前記永久磁石及び前記フェライトの第１の端面よりも第２の端面側にわずかに片寄って位置すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェライト・磁石素子。
対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
前記集合基板を短冊状基板にカットする工程と、
長尺状のフープ材にて複数の枠状をなすヨークをつなぎ部で連結した状態で形成する工程と、
長尺状の樹脂製シートと前記フープ材とを重ね合わせる工程と、
前記樹脂製シート上であってそれぞれのヨークの略中央部分に対応する位置に接着剤を供給する工程と、
前記ヨークに前記短冊状基板を挿入し、該短冊状基板の略下半分を前記接着剤に浸漬する工程と、
前記樹脂製シートを前記フープ材から剥離するとともに、前記つなぎ部をカットする工程と、
を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の製造方法。
前記樹脂製シートを前記フープ材から剥離する前に前記接着剤を仮硬化させること、を特徴とする請求項４に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
前記樹脂製シートは耐熱性を有する樹脂材からなること、を特徴とする請求項４又は請求項５に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
前記樹脂製シートは、シリコーン系、ポリイミド系、セルロース系、アクリル系の樹脂材又は発泡樹脂からなり、前記接着剤はエポキシ系樹脂材からなること、を特徴とする請求項４、請求項５又は請求項６に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。