JP6338350B2 - インダクタの製造法 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタの製造法に関する。

磁性体の粉末を混入させた樹脂でコイルをモールドしたインダクタ装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開平７−３２０９３８号公報 特開２０１０−１４７２７１号公報

コイル素子を樹脂で被覆するインジェクションモールドまたはトランスファーモールド技術においては、樹脂成形の際に樹脂の注入圧によって内部のコイル素子の変形および／または位置ズレを起こし、目標とするインダクタンスおよび／または磁気特性が得られないといった課題がある。そこで特許文献２は、上記課題に鑑み、成形金型のキャビティ内に位置出しピンを配して内部コイルの位置ズレを防ぐ技術を提案している。しかし、その技術では金型構造が複雑で高価になる上、位置出しピンを移動させてからモールド樹脂を加熱硬化させるため、生産タクトが著しく落ちるといった欠点があった。

そこで、本発明の目的は、軟磁性体の粉末が混入された熱硬化性樹脂によってトランスファーモールドによる成形を行っても、内部コイル素子の変形および／または位置ズレを、生産タクトを落とさずに抑制できるインダクタの製造法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のインダクタの製造法は、平角線からなる空芯コイルを軟磁性材料と熱硬化型樹脂との混合材でモールド成形し、モールド成形後の軟磁性材料と熱硬化型樹脂との混合材は磁性成形体となり、磁性成形体が、筒状の空芯コイルの中心の空間である中空部分に挿入する突起部、および筒状の空芯コイルが配置される円環状の溝部を有するようにモールド成形する１次モールド工程と、中空部分を突起部に挿入する挿入工程と、空芯コイルの端子部分とインダクタの端子電極を有する金属板フレームとを接続する接続工程と、筒状の空芯コイルの全体を覆い、且つ磁性成形体の表面の一部または全部を覆うように混合材でさらにモールド成形する２次モールド工程と、を有し、２次モールド工程の際には、溝部の外周と空芯コイルの外周との隙間に、混合材が入り込むようにし、各工程をこの順に行い、１次モールド工程および上記２次モールド工程は、トランスファー方式で行う。

ここで、１次モールド工程は、磁性成形体と、インダクタの端子電極を有する金属板フレームの接続用端子とが固定するようにモールド成形する工程を含むものである。

また、平角線の絶縁被覆は自己融着層を有する。

本発明では、軟磁性体の粉末が混入された熱硬化性樹脂によってトランスファーモールドによる成形を行っても、内部コイル素子の変形および／または位置ズレを、生産タクトを落とさずに抑制できるインダクタの製造法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法のフロー図である。 本発明の実施の形態に係るインダクタを一つ製造するのに必要な金属フレームの部分を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る１次モールド工程の終了後の金属板フレームおよびモールド材を成形して得られる磁性成形体を示す斜視概要図である。 本発明の実施の形態に係る空芯コイルの斜視概要図である。 本発明の実施の形態に係る接続工程終了後の磁性成形体および空芯コイルの斜視概要図である。 本発明の実施の形態に係る２次モールド工程終了後の状態を図３と同様に示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法について、図面を参照しながら説明する。

（本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法）
図１は、本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法のフロー図である。１次モールド工程Ｐ１、挿入工程Ｐ２、接続工程Ｐ３、および２次モールド工程Ｐ４をこの順に行っていく。各工程についての詳細を以下に述べる。

まず、１次モールド工程Ｐ１について説明する。１次モールド工程Ｐ１では、金属板フレーム１を用いる。図２は、本発明の実施の形態に係るインダクタを一つ製造するのに必要な金属板フレーム１の部分を示す平面図である。金属板フレーム１は、１枚の金属板に開口部２を形成することで、開口部２以外の金属板部分が残っているものである。外周の枠部３から内側に突出する端子電極部４の先端部は、Ｔ字状となっていて、図２における上側へ突出する突出部５と、突出部５よりも若干幅広に下側に突出し、後述する接続工程Ｐ３で空芯コイルの両端と接続される溶接部６を有している。

１次モールド工程Ｐ１で用いるモールド材料は、ケイ素鋼からなる軟磁性材料の略球形粉末と、その軟磁性材料粉末の表面に付着しているエポキシ樹脂との混合材である。それらの配合比は、軟磁性体材料が９０〜９５重量％、エポキシ樹脂が１０〜５重量％である。このモールド材は、トランスファー方式によって、金属板フレーム１のうち端子電極４の突出部５および溶接部６の一部を埋設固定するように成形する。上述の配合比の範囲内にすれば、成形性、インダクタのＬ値（インダクタンス値）や磁気特性を悪化させることなくトランスファー方式による成形が可能となる。

図３は、１次モールド工程Ｐ１の終了後の金属板フレーム１およびモールド材を成形して得られる磁性成形体１０を示す斜視概要図である。ここで、１次モールド工程Ｐ１は、後述する空芯コイルの挿入部がある磁性成形体１０が、インダクタの端子電極となる金属板フレーム１を埋設し固定するようにモールド成形する工程である。そのため、端子電極部４の先端部、突出部５の全部および溶接部６の一部が磁性成形体１０によって覆われている。また、溶接部６の先端部は磁性成形体１０から露出している。

図３に示す磁性成形体１０は、後述する筒状の空芯コイルが配置される円環状の溝部１１と、空芯コイルの中心の空間である中空部分に挿入する円柱状の突起部１２とを有している。また、溶接部６側の溝部１１には、その溝部１１の側面が開口している開口部１３が形成されている。

次に、
挿入工程Ｐ２について説明する。図４は、空芯コイル２１の斜視概要図である。挿入工程Ｐ２は、この空芯コイル２１を図３に示す磁性成形体１０に配置する工程である。空芯コイル２１は、エッジワイズ巻線された平角線からなり、幅１．５ｍｍ、板厚０．４３ｍｍの平角線材で、中空部分２２の径が５ｍｍ、空芯コイルの外径が８ｍｍ、ターン数が７のものを用いた。また平角線は、その表面に絶縁層および自己融着層（図示省略）をこの順に有している。

挿入工程Ｐ２は、この空芯コイル２１の中空部分２２を磁性成形体１０の突起部１２に挿入することで終了する。挿入工程Ｐ２において、空芯コイル２１の中空部分２２と磁性成形体１０の突起部１２との隙間は０．２ｍｍ以下となるように密に挿入されている。また挿入工程Ｐ２において、磁性成形体の溝部１１の外周寸法が空芯コイル２１の外周の寸法より０．２ｍｍ以下の範囲で大きくされている。そのため、挿入工程Ｐ２の後の空芯コイル２１と磁性成形体１０とは、突起部１２の突起方向に対して直交する方向への相対移動が大きく制限されている。

次に、
接続工程Ｐ３について説明する。図４に示す空芯コイル２１の平角線材の両端２３，２４を、空芯コイル２１が図３に示す磁性成形体１０に配置された状態で、磁性成形体１０からその開口部１３を経由して、露出している溶接部６，６の先端部を接触させ、それぞれ溶接により接続する。すなわち接続工程Ｐ３は、挿入工程Ｐ２が終了した状態で、空芯コイル２１の平角線材の両端２３，２４を、溶接部６，６の先端部にそれぞれ溶接することで終了する。図５は、接続工程Ｐ３終了後の磁性成形体１０および空芯コイル２１の斜視概要図である。

接続工程Ｐ３が終了した状態では、上述のように空芯コイル２１と磁性成形体１０との相対移動が大きく制限されているため、溶接した溶接部分（両端２３，２４と溶接部６，６の先端部との接続部分）への応力の付与はほとんど発生しない。

次に、２次モールド工程Ｐ４について説明する。２次モールド工程Ｐ４は、筒状の空芯コイル２１の全体を覆い、且つ磁性成形体１０の表面の全部を覆うように磁性成形体１０をさらにモールド材で成形する工程である。図６は、２次モールド工程Ｐ４終了後の状態を図３と同様に示す図である。図３に示す溶接部６，６と、図４に示す空芯コイル２１が２次モールド工程Ｐ４で成形した磁性成形体３０によって完全に覆われ磁気シールドされた状態となる。挿入工程Ｐ２でできた空芯コイル２１の中空部分２２と磁性成形体１０の突起部１２との隙間、および磁性成形体の溝部１１の外周と空芯コイル２１の外周との隙間にも材料が入り込むことでコイルは固定され、所定の磁気特性を出すことが出来る。また、空芯コイル２１の平角線の絶縁層に自己融着層を形成することで、熱または溶剤処理によりエッジワイズ巻線された線間を自己融着層が塞ぐため、モールド材が入り込むことが無くなり、高精度のインダクタの製造が可能となる。

２次モールド工程Ｐ４で成形した磁性成形体３０の組成は、１次モールド工程Ｐ１で用いたモールド材と同一のモールド材を使用するため、磁性成形体１０の組成と同一である。また、２次モールド工程Ｐ４で成形した磁性成形体３０は、磁性成形体１０と同様にトランスファー方式で成形している。なお、磁性成形体３０は、磁性成形体１０を包含した成形体全体を指している。

２次モールド工程Ｐ４の終了後、端子電極部４，４の所定位置を切断する。そして、金属フレーム１から切り離された物について、端子電極部４，４を所定形状に折り曲げる工程を経て、本発明の実施の形態に係るインダクタが製造される。ここで、端子電極部４，４はインダクタの一対の端子電極となる。

本発明の実施の形態に係るインダクタは、空芯コイル２１が平角線からなり、磁性成形体３０の表面には、トランスファー方式による成形を行った際のゲート口の痕跡を１ヶ所以上有することとなる。インダクタの外形寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６．０ｍｍである。

（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法では、磁性体の粉末が混入された熱硬化性樹脂によってトランスファーモールドによる成形を行ってもコイル（空芯コイル２１）の変形や位置ズレを抑制できる。その理由は、１次モールド工程Ｐ１および挿入工程Ｐ２を行った後に２次モールド工程Ｐ４を行っているためである。すなわち、空芯コイル２１の中空部分２２と磁性成形体１０の突起部１２とを密に挿入し、磁性成形体の溝部１１の外周寸法が空芯コイル２１の外周の寸法を僅かに大きくし、空芯コイル２１と磁性成形体１０との突起部１２の突起方向に対して直交する方向への相対移動を極力制限した状態で２次モールド工程Ｐ４を行っているためである。

なお、空芯コイル２１の位置決めは、その中空部分２２を突起部１２に挿入する挿入工程Ｐ２で行われるため、精度の高い配置が可能となり、また作業効率も高くなる。

また本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法は、１次モールド工程Ｐ１および２次モールド工程Ｐ４において、略球形の軟磁性材料の表面をエポキシ樹脂で包み込んだ構造の流動性に優れたモールド材を使用しているため、成形金型内の全域にモールド材が行き渡りやすく、成形不良を低減できる。

また本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法では、トランスファー方式による成形を行っている。トランスファー方式は、プランジャー内で一旦加熱軟化させた成形材をスプルー、ランナー、ゲートを通してキャビティ内に押し込んで硬化させる方法であるが、金属板フレームを連続させてフープ状に形成することで、一度に多数個を精度良くモールド成形することが出来る。圧縮成形と比較して、金型を閉じた状態で加熱軟化させた成形材料を投入するためキャビティ内に均一に行き渡り、バリの薄い寸法精度に優れた成形が可能となる。その結果、寸法精度が高く、磁気特性にバラツキの無いインダクタを安価且つ生産タクトを落とさずに製造できることとなる。

本発明の実施の形態に係るインダクタの効果を表１に示す。本発明の実施の形態に係る２次モールド工程を経たインダクタ（本実施形態品）と、１次モールド工程Ｐ１を省略した以外は本実施形態品と同条件で製造した１回成形品それぞれ５個について、インダクタンス値を測定した。ここでいう１回成形とは、本発明の実施の形態が有する１次、２次モールド工程を有さず、１回成形用の金型に空芯コイルを設置しモールド材を注入することによって成形することをいう。１回成形品には、断線して測定できないものがあった。また、１回成形品のインダクタンス値は、本実施形態品に比べてバラツキが大きい上に値が小さいことがわかる。本実施形態品は空芯コイル２１がモールド圧によって変形および位置ズレを起こし難いため、インダクタンス値のばらつきが小さい。空芯コイル２１の変形および位置ズレがあると、巻線ピッチが部分的に広くなり磁芯及びシールド材としてのモールド材料それぞれの配置バランスが悪化するため、損失が大きくなりインダクタンス値が低くなる。本実施形態品は、そのような損失が小さいことがわかる。

（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法およびインダクタは、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。

本発明の実施の形態に係るインダクタの製造法は、平角線からなる空芯コイルを軟磁性材料と熱硬化性樹脂との混合材（モールド材）を用いてトランスファー方式でモールド成形するインダクタの製造法である。ここで、モールド成形後の軟磁性材料と熱硬化性樹脂との混合材は磁性成形体１０，３０となる。そして、磁性成形体１０が、筒状の空芯コイル２１の中心の空間である中空部分２２に挿入する突起部１２を有するようにモールド成形する１次モールド工程Ｐ１を有している。そして、空芯コイル２１の両端２３，２４と金属フレームの接続端子６，６とを接続する接続工程を有している。そして、空芯コイル２１の中空部分２２を突起部１２に挿入する挿入工程Ｐ２を有している。そして、筒状の空芯コイル２１の全体を覆い、且つ磁性成形体１０の表面の一部又は全部を覆うようにモールド材でさらにモールド成形する２次モールド工程Ｐ４を有している。そして、各工程をこの順に行い、接続工程Ｐ３終了時には、２次モールド工程Ｐ４時にキャビティ内の空芯コイル２１が受ける樹脂成形圧で変形や位置ズレが発生しない様に空芯コイルの動きを制限している。

上述の軟磁性材料として、ケイ素鋼を使用しているが、他の軟磁性体材料を使用しても良い。軟磁性体材料として好適に使用できるものとしては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｇ系、純鉄、Ｎｉ＋Ｆｅ、Ｃｏ＋Ｆｅ、ＭｎＺｎフェライト等がある。

また、上述の樹脂にはエポキシ樹脂を用いているが、熱硬化性樹脂であれば不飽和ポリエステル樹脂など他の樹脂を用いることができる。また、上述のモールド材は、主として、ベース樹脂と硬化剤、軟磁性材料から成るが、硬化促進剤、カップリング剤、可とう剤、離型剤、着色剤、難燃助剤から選ばれる１つ以上を微量加えても良い。

また、モールド材は、軟磁性材料が９０重量％、樹脂が１０重量％のものを用いている。トランスファー方式に用いることができる流動性とインダクタの磁気特性に優れるモールド材を得る観点からは、モールド材の５から１０重量％を樹脂分とすることが好ましい。

また、１次モールド工程Ｐ１に使用するモールド材と、２次モールド工程Ｐ４に使用するモールド材とは、同一の組成のものであるが、これらのモールド材は工程毎硬化しているので異なる組成のものを用いても問題は無い。

また、空芯コイル２１は、幅１．５ｍｍ、板厚０．４３ｍｍの平角線材で、中空部分２２の径が５ｍｍ、空芯コイル２１の外径が８ｍｍ、ターン数が７の平角線からなるものを用いた。しかし、これら各寸法は適宜変更することができる。たとえば、幅１．５ｍｍ、板厚０．１ｍｍの平角線材で、中空部分２２の径が５ｍｍ、空芯コイル２１の外径が８ｍｍ、ターン数が２０の空芯コイル２１を用いても良い。また、平角線は、自己融着層を有さなくても良いが、自己融着層を有することが好ましい。空芯コイル２１の板厚が薄い場合は成形圧で変形や位置ズレがより発生しやすくなるが、本発明の実施の形態に係るモールド成形を行うことで、インダクタンスが所定の値となりばらつきの少ないインダクタが提供できる。

また、本発明の実施の形態では、溶接による接続工程Ｐ３を設けている。しかし、両端２３，２４と溶接部６との電気接続に、熱圧着や超音波接合等の他の方法の採用が好ましい場合には、接続工程Ｐ３は溶接以外の方法を採用することができる。

また、金属板フレーム１の形状は、図２に示す形状だが、それ以外の形状としても良い。たとえば、端子電極部４の先端部はモールド成形後端子が抜けない形状であればＴ字状となっていなくても良い。また、突出部５は溶接部６同じ形状であっても良いし、突出部５の方が溶接部６よりも幅広であっても良い。

また、磁性体１０の形状は、図３に示す形状だが、それ以外の形状としても良い。たとえば、磁性体１０の外形は直方体に近い形状をしているが、溝部１１の外周に沿った円柱形としても良い。同様に磁性体３０の形状は、図３に示す形状だが、それ以外の形状としても良い。また、磁性体１０の突起部１２の高さは、空芯コイル２１を溝部１１に配置したとき、空芯コイル２１の高さよりも高くなっていても良い。

また、挿入工程Ｐ２によって、空芯コイル２１の中空部分２２と磁性成形体１０の突起部１２との隙間は０．２ｍｍ以下となるように密に挿入されている。しかし、その隙間は、適宜変更することができる。また、磁性成形体の溝部１１の外周寸法は、空芯コイル２１の外周の寸法より０．２ｍｍ以下の範囲で大きくされているが、他の寸法に適宜変更することができる。

また、インダクタの外形寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍであるが、他の外形寸法とすることができる。

１ 金属フレーム
５ 電極部（端子電極）
６ 溶接部（金属板フレームの接続用端子）
１０,３０ 磁性成形体
１２ 突起部
２１ 空芯コイル
２２ 中空部分
２３，２４ 両端（端子部分）
Ｐ１ １次モールド工程
Ｐ２ 挿入工程
Ｐ３ 接続工程
Ｐ４ ２次モールド工程

Claims (3)

1. 平角線からなる空芯コイルを軟磁性材料と熱硬化型樹脂との混合材でモールド成形するインダクタの製造法であって、
   上記モールド成形後の軟磁性材料と熱硬化型樹脂との混合材は磁性成形体となり、
   上記磁性成形体が、筒状の上記空芯コイルの中心の空間である中空部分に挿入する突起部、および筒状の上記空芯コイルが配置される円環状の溝部を有するようにモールド成形する１次モールド工程と、
   上記中空部分を上記突起部に挿入する挿入工程と、
   上記空芯コイルの端子部分と上記インダクタの端子電極を有する金属板フレームとを接続する接続工程と、
   筒状の上記空芯コイルの全体を覆い、且つ上記磁性成形体の表面の一部または全部を覆うように上記混合材でさらにモールド成形する２次モールド工程と、
   を有し、
   上記２次モールド工程の際には、上記溝部の外周と上記空芯コイルの外周との隙間に、上記混合材が入り込むようにし、
   各工程をこの順に行い、
   上記１次モールド工程および上記２次モールド工程は、トランスファー方式で行うことを特徴とするインダクタの製造法。
2. 前記１次モールド工程は、前記磁性成形体と、前記インダクタの端子電極を有する金属板フレームの接続用端子とが固定するようにモールド成形する工程であることを特徴とする請求項１記載のインダクタの製造法。
3. 前記平角線の絶縁被覆は自己融着層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のインダクタの製造法。