WO2016194723A1 - 磁性素子 - Google Patents

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WO2016194723A1
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magnetic body
coil
magnetic
magnetic element
outer diameter
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香代 堺
島津　英一郎
祥吾 神戸
貴之 小田
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic element in which a coil is wound around a magnetic body and used as an inductor, a transformer, an antenna (bar antenna), a choke coil, a filter, a sensor, etc. in an electric device or an electronic device.
  • the present invention relates to a pot-type inductor in which a coil is surrounded by a magnetic material.
  • Patent Document 1 has been proposed as a method for producing a small and inexpensive magnetic core component having a variety of shapes and characteristics using magnetic powder having poor formability.
  • magnetic powder contained in a resin composition used for injection molding is covered with an insulating material, and either a compression-molded magnetic body or a compacted magnet molded body is insert-molded into the resin composition, and compression molding is performed.
  • a method of manufacturing a core part having a predetermined magnetic property, which contains a binder having a melting point lower than the injection molding temperature, by a magnetic body or a compacted magnet molded body see Patent Document 1).
  • the shape of the magnetic body constituting the magnetic element includes a toroidal magnetic body, a magnetic body combined with the E and I forms, a magnetic body combined with the U form, and a pot-shaped or drum-shaped magnetic body. Yes.
  • the E-type magnetic material is easy to adjust the characteristics as a magnetic element due to the ease of winding and the gap.
  • a magnetic element using a pot-type magnetic body can be further reduced in size, and is excellent in quietness because a coil portion serving as a noise generation source is also provided inside the magnetic body.
  • the pot-type inductor can also reduce magnetic flux leakage to the outside of the inductor.
  • the pot-type inductor is composed of a soft magnetic material and a coil, and a bobbin or an insulating case is used as necessary.
  • Magnetic elements are required to reduce magnetic flux leakage and to reduce its size.
  • a pot-type inductor that is a closed magnetic circuit with respect to an open magnetic circuit drum-shaped core has a small magnetic flux leakage and a small physique as described above. This is because the pot-shaped inductor has a magnetic path so as to cover the coil, and the thickness of the magnetic body on the coil outer diameter side is smaller than the radius of the magnetic body on the coil inner diameter side.
  • Patent Document 1 since various shapes can be realized, it is possible to form a magnetic body shape that covers the coil.
  • a coil which is one of the main heat sources, is included in the inductor, so cooling for reducing the heat generation temperature of the coil is more important than an inductor using an E-type magnetic material.
  • a gap between the coil and the magnetic body, that is, a so-called core internal space may be sealed with a sealing resin or the like for the purpose of improving heat dissipation of the included coil.
  • the present invention has been made to cope with such a problem.
  • a magnetic element having a shape in which a coil is covered with a magnetic material such as a pot-shaped inductor the magnetic element has excellent cooling performance and can suppress heat generation.
  • An object is to provide an element.
  • when filling with sealing resin, it aims at provision of the magnetic element which is excellent also in the filling workability
  • the magnetic element of the present invention is a magnetic element comprising a coil formed by winding a winding, and a magnetic body in which the coil is disposed and allows a magnetic flux generated by the coil to pass therethrough.
  • a magnetic body outer diameter part covering the outer diameter side of the coil has an air cooling part for air-cooling the magnetic element, and the air cooling part has a hole structure penetrating the magnetic body outer diameter part or the magnetic body outer diameter part. It consists of the uneven structure provided in the outer peripheral part.
  • the magnetic body is formed by combining a compression molded magnetic body disposed on the inner diameter side of the coil and an injection molded magnetic body disposed on the outer diameter side of the coil, and the compression molded magnetic body is the magnetic body. It is exposed on the surface, and the outer diameter part of the magnetic body is made of the injection-molded magnetic body. Further, the injection-molded magnetic body is a combined body in which magnetic bodies divided into two in the axial direction of the coil are combined with each other.
  • the air cooling part has the hole structure, and the two-divided magnetic body has a complementary concave-convex shape that fits on the inner diameter side of each of the magnetic body outer diameter parts when they are coupled. To do. Further, the air cooling part has the hole structure, and a flange part is provided on the outer peripheral part of the outer diameter part of the magnetic body at the position of the coupling part of the two divided magnetic bodies.
  • the air cooling part has the hole structure, and the coil terminal is taken out from the hole structure.
  • the coil is sealed with a sealing resin, and the magnetic body is provided with a flow control path for controlling a resin flow when the sealing resin is filled on a surface facing the coil. To do.
  • the flow control path is a concavo-convex portion along at least one of a coil axial direction and a circumferential direction with respect to the coil.
  • grooved part is a cross-sectional triangle shape, It is characterized by the above-mentioned.
  • the magnetic element of the present invention has a coil disposed inside a magnetic body, and has an air cooling portion for air-cooling the magnetic element on the outer diameter portion of the magnetic body that covers the outer diameter side of the coil. Since the hole structure (slit or window) penetrates the outer diameter part of the magnetic body, it is possible to generate an air flow that connects the inside and outside of the magnetic element, thereby improving the cooling performance. Moreover, since this air cooling part is the uneven structure provided in the outer peripheral part of the magnetic body outer diameter part, the surface area can be increased or the cooling performance of the outer peripheral part can be improved by following the flow of the surrounding air. . As a result, heat generation can be suppressed, and the physique of the inductor, which is a magnetic element, can be reduced.
  • the magnetic body is formed by combining a compression molded magnetic body disposed on the inner diameter side of the coil and an injection molded magnetic body disposed on the outer diameter side of the coil, and the compression molded magnetic body is exposed on the surface. Since the outer diameter portion of the magnetic body is made of the injection-molded magnetic body, it is possible to improve the thermal conductivity on the coil inner diameter side, which is a location where heat generation due to iron loss is large or where heat dissipation is poor.
  • the injection-molded magnetic body is a combined body in which magnetic bodies divided into two in the axial direction of the coil are combined with each other, after the magnetic body (divided body) is formed, the coil is inserted to connect the divided bodies A magnetic element can be manufactured. For this reason, compared with the case where it manufactures by insert molding, reduction of manufacturing equipment cost, improvement of productivity, reduction of manufacturing cost, etc. can be aimed at.
  • the air cooling part has a hole structure, and (1) in the magnetic material divided into two, on the inner diameter side of each magnetic material outer diameter part, there is a complementary uneven shape that fits when they are combined, or (2) Since the flange portion is provided on the outer peripheral portion of the magnetic body outer diameter portion at the coupling portion position (coil insertion side end surface) of the two divided magnetic bodies, the outer diameter of the magnetic body is provided by providing a hole structure such as a slit or a window. It can suppress that a part opens to an outer-diameter direction.
  • positioning at the time of coupling can be performed by providing an concavo-convex shape that rotates 180 degrees around an arbitrary axis on the coil insertion side end surface and meshes with each other.
  • the hole structure such as a slit or a window also serves as a coil terminal outlet, and the degree of freedom in handling the coil is increased. . That is, since the coil terminal can be taken out from any hole, there is no need to set a separate outlet.
  • the magnetic body is a flow control path for controlling the resin flow when the surface facing the coil is filled with the sealing resin. Therefore, the resin flowability when filling the sealing resin is improved. As a result, filling workability is improved. Moreover, the void which generate
  • the sealing resin is increased by increasing the depth of the concavo-convex portion and the cross-sectional area of the groove, etc. Can be filled quickly.
  • the gap between the opposing coil surfaces is narrowed by making the cross-sectional shape of the concavo-convex part a triangular groove, resin sealing is performed in detail by the pulling effect due to the surface tension of the sealing material. It becomes easy.
  • the air reservoir is provided in a part of the resin flow control path, it is possible to suppress the dispersion of voids that are likely to occur during the filling of the sealing resin in the sealing resin. As a result, the heat dissipation of the coil included in the pot-type inductor can be improved.
  • the magnetic element of the present invention is suitable for a pot-shaped magnetic element (inductor) in which a coil is disposed inside a magnetic body.
  • a pot-shaped inductor can (1) provide a magnetic path so as to cover the coil, thereby reducing the leakage magnetic flux. (2) Thickness of the magnetic body on the coil outer diameter side compared to the radius of the magnetic body on the coil inner diameter side. Therefore, there is an advantage that the shape of the magnetic body can be reduced.
  • the pot-type inductor does not have sufficient cooling performance as described above. Therefore, in the present invention, an air cooling part for air-cooling the magnetic element is provided in the outer diameter part of the magnetic body that covers the outer diameter side of the coil in order to improve the cooling performance.
  • magnetic elements using ferrite materials obtained by the current mainstream compression molding method have excellent magnetic permeability, and it is easy to obtain inductance values, but frequency characteristics and superposition Inferior current characteristics.
  • a magnetic element using an injection-molded magnetic material containing an amorphous material is excellent in frequency characteristics and superimposed current characteristics, but has a low magnetic permeability.
  • heat generation due to copper loss heat generation due to iron loss cannot be ignored in the magnetic element for large current.
  • the magnetic body on the inner diameter side of the coil which is a part that easily generates heat or is difficult to dissipate heat, is a compression-molded magnetic body that is excellent in thermal conductivity (a part is exposed to the outside), and the outside of the coil
  • a pot-type hybrid inductor in which the radial-side magnetic body is an injection-molded magnetic body in which the air-cooling portion is arranged, a structure that suppresses heat generation and has excellent heat dissipation is realized.
  • FIG. 1A is an axial sectional view of a pot-type inductor
  • FIG. 1B is a plan view of the lower half divided at the axial center portion of the inductor
  • FIG. 3A is a perspective view of the magnetic body
  • FIG. 3B is a perspective view of the lower half divided at the axial center portion of the magnetic body.
  • the inductor 1 includes a coil 5 formed by winding a winding, and a magnetic body in which the coil 5 is disposed and through which a magnetic flux generated by the coil 5 passes. 2 are provided.
  • the magnetic body 2 is disposed so as to cover substantially the entire coil 5.
  • the magnetic body 2 is comprised by the below-mentioned injection molding magnetic body, for example.
  • the magnetic body 2 is divided into two parts by an intermediate line 6 having an axial length, and is a combined body of these divided bodies (see FIG. 3).
  • the two divided magnetic bodies have the same shape and can be manufactured with one mold.
  • the present invention is characterized in that the pot-type inductor 1 having such a structure has a slit 7 which is a hole structure penetrating from the outer peripheral surface of the outer diameter portion to the coil 5 in the outer diameter portion of the magnetic body 2.
  • the coil 5 is inserted into the magnetic body 2 in a state where the magnetic body 2 is divided by the intermediate wire 6, and a resin or the like is not filled in the gap between the coil 5 and the magnetic body 2.
  • the slit 7 can generate an air flow that connects the inside of the inductor (the part of the coil 5) and the outside, thereby improving the cooling performance.
  • the air introduced from the left (upper) slit 7 in FIG. 1 passes through the coil 5 and is also discharged from the right (lower) slit 7 in FIG. obtain.
  • FIG. 2A is an axial sectional view of the pot-type hybrid inductor
  • FIG. 2B is a plan view of the lower half divided at the axial center portion of the inductor
  • FIG. 4A is a perspective view of the magnetic body
  • FIG. 4B is a perspective view of the lower half divided at the axial center portion of the magnetic body.
  • the inductor 1 has a coil 5 formed by winding a coil, and the coil 5 is disposed inside, as in the case of FIG. 5 and a magnetic body 2 through which the magnetic flux generated by 5 passes.
  • the magnetic body 2 is configured by combining a compression molded magnetic body 4 disposed on the inner diameter side of the coil 5 and an injection molded magnetic body 3 disposed on the outer diameter side of the coil 5.
  • both the compression-molded magnetic body 4 and the injection-molded magnetic body 3 are divided into two parts by the intermediate line 6 having an axial length, and are combined bodies of the respective divided bodies.
  • only the injection-molded magnetic body 3 may be a combined body of divided bodies that is divided into two by the intermediate line 6 having an axial length (see FIG. 4).
  • the outer diameter portion (injection-molded magnetic body 3) of the magnetic body 2 has the slit 7 having the same structure as in FIG. 1, and the same effect can be obtained.
  • the end surface of the compression-molded magnetic body 2 is exposed on the surface of the inductor 1 (the center portion of the top surface and the bottom surface). For example, the exposed end surface is brought into contact with a cooling surface such as a substrate. As a result, heat conduction on the inner diameter side of the coil, which is difficult to dissipate heat, can be promoted.
  • FIGS. 5 to 8 are perspective views of an injection-molded magnetic body in which (a) is an outer diameter portion of the magnetic body, and (b) is a perspective view of the lower half divided at the axial center portion of the injection-molded magnetic body. It is.
  • the injection-molded magnetic body 3 shown in FIG. 5 has at least two slits (eight places in the figure) at equal intervals in the circumferential direction.
  • the slit 7 can improve the cooling effect as described above. Further, by making the width of the slit 7 smaller than the width of the adjacent column portion, a continuous magnetic path can be provided and the vertical positioning can be performed by the core instead of the coil. For this reason, the error of the characteristic by the change of magnetic path length can be suppressed.
  • the injection-molded magnetic body 3 shown in FIG. 6 has eight slits 7 equally spaced in the circumferential direction, as in FIG.
  • the flange portion 8 is provided on the outer peripheral portion of the coupling portion position (coil insertion side end surface) of the magnetic body 3 divided into two. Since the magnetic body 3 is reinforced by the flange portion 8 and the slit is provided in the circumferential direction, the injection molded magnetic body can be prevented from opening in the outer diameter direction. Moreover, you may provide the notch for several coil terminal outlets as needed.
  • the slit 7 has four slits 7 equally spaced in the circumferential direction.
  • corrugated shape 3a and 3b which fits in each inner diameter side at the time of these coupling
  • This uneven shape is formed in the inner diameter part of the coupling part position (coil insertion side end face) of the magnetic body 3 divided into two parts, so that the contacted divided body can be positioned in the circumferential direction.
  • the slit 7 at a position where the inner diameter is convex, a continuous magnetic body is arranged on the outer peripheral side when meshed with each other, and since the slit is provided, the injection molded magnetic body opens in the outer diameter direction. Can be suppressed.
  • the injection-molded magnetic body 3 shown in FIG. 8 has one slit 7 in the circumferential direction and a concavo-convex structure 9 on the outer peripheral portion.
  • the concavo-convex shape shown in the figure is a shape suitable for the case where the inductor is arranged so that the axial direction of the inductor coincides with the vertical direction.
  • corrugated shape should just be what can aim at the improvement of cooling performance, and is not limited to what is shown to this figure.
  • each structure of the magnetic element of the present invention is not limited to this.
  • the degree of freedom in handling the coil is increased by using the slit having the hole structure as the coil terminal outlet.
  • the pot-shaped magnetic element is composed of a core magnetic body (such as the above-described compression-molded magnetic body) disposed on the inner diameter portion of the coil and an outer peripheral magnetic body (such as the above-described injection-molded magnetic body) covering the coil.
  • a closed magnetic circuit structure that confines the magnetic flux generated by the coil in the core magnetic body and the outer peripheral magnetic body is formed.
  • the coil is sealed with a sealing resin for the purpose of improving the electrical insulation and heat dissipation of the coil.
  • FIG. 9A is a perspective view of a pot-type inductor filled with sealing resin
  • FIG. 9B is a cross-sectional view in the direction AA
  • FIG. 9C is a cross-sectional view in the direction BB.
  • the inductor 1 includes a coil 5 formed by winding a winding, and a magnetic body 2 in which the coil 5 is disposed and through which a magnetic flux generated by the coil 5 passes.
  • the magnetic body 2 is disposed so as to cover substantially the entire coil 5, and the coil 5 is sealed with a sealing resin 11.
  • the magnetic body 2 includes a core magnetic body 2 a around which a winding is wound and an outer peripheral magnetic body 2 b that covers the outer periphery of the coil 5.
  • the core magnetic body 2a and the outer peripheral magnetic body 2b can be formed as a single magnetic body.
  • the coil inner diameter side becomes the core magnetic body 2a
  • the coil outer diameter side and the coil upper and lower sides are the outer periphery. It becomes the magnetic body 2b.
  • the flow control path 12 for controlling the resin flow when the sealing resin 11 is filled is provided on the surface where the core magnetic body 2 a and the outer peripheral magnetic body 2 b face the coil 5. If the core magnetic body 2a and the outer peripheral magnetic body 2b are surfaces facing the coil 5, the flow control path 12 can be provided in both or either one of the core magnetic body 2a and the outer peripheral magnetic body 2b.
  • these magnetic bodies 2 are intermediate lines 6 having an axial length, and are divided into two parts of an upper magnetic body 21 and a lower magnetic body 22 in the drawing, and are combined bodies of these divided bodies.
  • the two-divided magnetic body 21 and magnetic body 22 have the same shape and can be manufactured with one mold.
  • FIG. 10A is a perspective view of the pot-shaped inductor before filling with the sealing resin
  • FIG. 10B is a cross-sectional view in the direction AA
  • FIG. 10C is a cross-sectional view in the direction BB.
  • the flow control path 12 b is filled with the sealing resin on the surface side where the core magnetic body 2 a faces the coil 5
  • the flow control path 12 a is filled on the surface side where the outer peripheral magnetic body 2 b faces the coil 5.
  • It is provided as a flow control path 12 for controlling the resin flow.
  • a part of the flow control path 12 becomes an air reservoir 13. Since a part of the flow control path 12 becomes the air pool 13, it is possible to suppress the voids from being dispersed in the sealing resin.
  • FIG. 11A shows an example in which a circumferential groove provided near the center of the pot-shaped magnetic body is provided.
  • FIG. 11B shows an example in which an axial groove is provided in addition to the circumferential groove.
  • Examples of the flow control path and the air reservoir include the following forms (1) to (6).
  • a groove 122 provided on the inner surface 2c where the outer peripheral magnetic body 2b contacts the coil and provided in the axial direction of the outer peripheral magnetic body 2b.
  • An air reservoir (not shown) that is provided on a surface 2c on the inner diameter side where the outer peripheral magnetic body 2b comes into contact with the coil and is generated in a part of the outer peripheral magnetic body 2b in the circumferential direction.
  • a groove 123 provided on the outer surface 2d where the core magnetic body 2a comes into contact with the coil, and provided in the axial center and upper and lower circumferential directions of the core magnetic body 2a.
  • a groove 124 provided on the outer surface 2d where the core magnetic body 2a contacts the coil and provided in the axial direction of the core magnetic body 2a.
  • An air pocket (not shown) provided on the outer diameter side surface 2d where the core magnetic body 2a abuts on the coil 5 and provided in the circumferential corner of the core magnetic body 2a.
  • the cross-sectional shape in the flow direction of the flow control path 12 when filling the sealing resin is not particularly limited as long as it is an uneven shape along the axial direction and / or the circumferential direction of the coil.
  • a semicircular or triangular shape is preferred.
  • the triangular groove is preferable because the gap formed between the coil surface and the coil surface is narrowed, and the resin is easily sealed in detail by the pulling effect due to the surface tension of the sealing material.
  • the ease of resin sealing can be controlled by the cross-sectional shape of the flow control path 12 in the flow direction. For example, the larger the cross-sectional area of the groove, the faster the sealing resin can enter.
  • the cross-sectional area is the same, the smaller the total length of the side in contact with the sealing resin in the cross-sectional shape of the groove, the higher the speed.
  • the flow at the time of filling with the sealing resin can be controlled by adjusting the gap between the top of the groove convex portion and the coil together with the cross-sectional shape of the groove.
  • FIG. 12 shows another example of the magnetic element of the present invention.
  • FIG. 12 shows an example in which the inductor having the shape of FIG. 10 is a hybrid inductor
  • FIG. 12 (a) is a perspective view thereof
  • FIG. 12 (b) is a cross-sectional view in the CC direction thereof.
  • a resin flow control path is provided, and the magnetic body 2e on the inner diameter side of the coil, which is a part that easily generates heat or is difficult to dissipate, is a compression-molded magnetic body that has excellent thermal conductivity (a part is exposed to the outside).
  • the magnetic element of this form is excellent in heat dissipation, electrical insulation, and the ease of filling of sealing resin. Details are as follows.
  • the grooves 122 and 124 shown in FIG. 11 serve as a guide for the flow of the sealing resin, and the filling priority is set so that the air remaining in the interior is reduced. Further, by providing an air pool, bubbles remaining inside can be collected in the air pool. For this reason, it becomes easy to fill the sealing resin, and even when evacuation is required, the time required for evacuation can be shortened, which contributes to cost reduction.
  • the pot type inductor when the coil is sealed with the sealing resin has been described with reference to FIGS. 9 to 12.
  • the structure of the flow control path and the like in this embodiment of the present invention is limited to these. It is not something.
  • a higher cooling effect etc. are acquired by combining the above-mentioned air cooling part in the magnetic body outer diameter part which covers the outer diameter side of a coil.
  • Examples of the compression-molded magnetic material that can be used in the present invention include pure iron-based soft magnetic materials such as iron powder and iron nitride powder, Fe-Si-Al alloy (Sendust) powder, super Sendust powder, and Ni-Fe alloy (Permalloy). Magnetic materials such as iron-base alloy soft magnetic materials such as powder, Co—Fe alloy powder, Fe—Si—B alloy powder, ferrite magnetic materials, amorphous magnetic materials, and fine crystal materials can be used as raw materials.
  • pure iron-based soft magnetic materials such as iron powder and iron nitride powder, Fe-Si-Al alloy (Sendust) powder, super Sendust powder, and Ni-Fe alloy (Permalloy).
  • Magnetic materials such as iron-base alloy soft magnetic materials such as powder, Co—Fe alloy powder, Fe—Si—B alloy powder, ferrite magnetic materials, amorphous magnetic materials, and fine crystal materials can be used as raw materials.
  • Ferrite magnetic materials include manganese zinc ferrite, nickel zinc ferrite, copper zinc ferrite, spinel ferrite having a spinel crystal structure such as magnetite, hexagonal ferrite such as barium ferrite and strontium ferrite, and garnet ferrite such as yttrium iron garnet. Can be mentioned.
  • spinel ferrite which is soft magnetic ferrite having high permeability and low eddy current loss in a high frequency region, is preferable.
  • the amorphous magnetic material include iron alloy, cobalt alloy, nickel alloy, and mixed alloy amorphous thereof.
  • oxides of insulating metals or metalloids such as Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, and ZrO 2 , glass, These mixtures are mentioned.
  • a powder coating method such as mechanofusion, a wet thin film manufacturing method such as electroless plating or a sol-gel method, or a dry thin film manufacturing method such as sputtering can be used.
  • the compression-molded magnetic body is formed by compressing the raw material powder having an insulating coating formed on the particle surface, or a powder in which a thermosetting resin such as an epoxy resin is blended into the raw material powder into a green compact. It can be manufactured by firing a green compact.
  • the ratio of the raw material powder is preferably 96 to 100% by mass, where the total amount of the raw material powder and the thermosetting resin is 100% by mass. If it is less than 96% by mass, the blending ratio of the raw material powder may decrease, and the magnetic flux density and permeability may decrease.
  • the average particle diameter of the raw material powder is preferably 1 to 150 ⁇ m. More preferably, it is 5 to 100 ⁇ m.
  • the average particle size is smaller than 1 ⁇ m, the compressibility at the time of pressure molding (a measure indicating the ease with which powder is solidified) is lowered, and the material strength after firing is significantly lowered.
  • the average particle diameter is larger than 150 ⁇ m, the iron loss in the high frequency region increases, and the magnetic characteristics (frequency characteristics) deteriorate.
  • Compressive molding can be performed by filling the above raw material powder into a mold and press molding with a predetermined pressure.
  • the green compact is fired to obtain a fired body.
  • the firing temperature needs to be lower than the crystallization start temperature of the amorphous alloy.
  • the injection-molded magnetic body that can be used in the present invention can be obtained by blending a binder resin with the above-mentioned raw material powder of the compression-molded magnetic body and injection-molding this mixture.
  • the magnetic powder is preferably an amorphous metal powder because of easy injection molding, easy shape maintenance after injection molding, and excellent magnetic properties of the composite magnetic material.
  • the amorphous metal powder the above-described iron alloy series, cobalt alloy series, nickel alloy series, mixed alloy series amorphous, or the like can be used.
  • the insulating coating described above is formed on the surface of these amorphous metal powders.
  • thermoplastic resin capable of injection molding
  • Thermoplastic resins include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer, polyether ether ketone (PEEK), polyimide, polyether imide, polyacetal, polyether sulfone, and polysulfone.
  • polyphenylene sulfide which is excellent in fluidity at the time of injection molding when mixed with amorphous metal powder, can cover the surface of the molded article after injection molding with a resin layer, and has excellent heat resistance, etc. Is more preferable.
  • the ratio of the raw material powder is preferably 80 to 95% by mass, where the total amount of the raw material powder and the thermoplastic resin is 100% by mass. If it is less than 80% by mass, magnetic properties cannot be obtained, and if it exceeds 95% by mass, the injection moldability may be inferior.
  • Injection molding can be performed by, for example, a method of injecting and molding the raw material powder in a mold in which a movable mold and a fixed mold are abutted.
  • the injection molding conditions vary depending on the type of thermoplastic resin.
  • the resin temperature is preferably 290 to 350 ° C. and the mold temperature is preferably 100 to 150 ° C.
  • the compression-molded magnetic body and the injection-molded magnetic body are separately manufactured by the above-described method and bonded to each other.
  • Each shape is a shape that can be easily assembled by dividing the magnetic body, and is also suitable for compression molding and injection molding.
  • a cylindrical magnetic body without a central shaft hole is manufactured, a columnar shape on the coil inner diameter side is formed as a compression molded magnetic body by compression molding, and a coil outer diameter side is manufactured as an injection molded magnetic body by injection molding.
  • a cylindrical magnetic body is obtained by inserting or fitting a cylindrical compression molded magnetic body into a hole provided in the center of the injection molded magnetic body.
  • a cylindrical magnetic body can be manufactured by disposing the compression molded magnetic body in a mold and insert molding the injection molded magnetic body.
  • At least the injection-molded magnetic body among the magnetic bodies coupled to each other is preferably a magnetic body divided into two in the axial direction in which the coil is inserted, as shown in the respective drawings. Any two-division method may be used as long as the coil can be inserted, and equal division in the axial direction is preferable. The number of molds can be reduced by equal division. When an adhesive is used, a solventless epoxy adhesive that can adhere to each other is preferable.
  • the compression molded magnetic body is preferably amorphous or pure iron powder
  • the injection molded magnetic body is preferably an amorphous metal powder and a thermoplastic resin. More preferably, the amorphous metal is Fe—Si—Cr-based amorphous, and the thermoplastic resin is polyphenylene sulfide (PPS).
  • Examples of the sealing resin when the coil is resin-sealed include epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, etc., which are excellent in heat resistance and corrosion resistance.
  • the curing agent for the epoxy resin a latent epoxy curing agent, an amine curing agent, a polyamide curing agent, an acid anhydride curing agent, or the like can be used as appropriate.
  • the phenol resin for example, a novolac type phenol resin or a resol type phenol resin can be used as a resin component.
  • the inductor which is the magnetic element of the present invention can have an inductor function by, for example, forming a coil by winding a winding around the compression-molded magnetic body.
  • This magnetic element is incorporated in an electric / electronic device circuit.
  • a copper enameled wire can be used as the winding, and the types thereof are urethane wire (UEW), formal wire (PVF), polyester wire (PEW), polyesterimide wire (EIW), polyamideimide wire (AIW), A polyimide wire (PIW), a double coated wire combining these, a self-bonding wire, a litz wire, or the like can be used.
  • Polyamideimide wire (AIW), polyimide wire (PIW) and the like excellent in heat resistance are preferred.
  • a round wire or a square wire can be used as the cross-sectional shape of the copper enamel wire.
  • a coil with improved winding density can be obtained by winding the short axis of the cross-sectional shape of the flat wire in contact with the periphery of the compression-molded magnetic body.
  • helical winding can be preferably employed as a method of winding the coil.
  • the coil when the coil is sealed with a resin, it is preferable that the coil is subjected to an annealing treatment that is heated at a predetermined temperature after the coil is wound and before the sealing resin is filled. Thereby, the crack etc. of the film at the time of resin sealing can be prevented.
  • the magnetic element of the present invention is used as a magnetic element used in power circuits, filter circuits, switching circuits, etc. of automobiles, industrial devices and medical devices including motorcycles, such as inductors, transformers, antennas, choke coils, filters, etc. it can. It can also be used as a surface mounting component.
  • the magnetic element of the present invention is excellent in cooling performance, can suppress heat generation, and is excellent in filling workability when filled with a sealing resin, so it is suitable as a magnetic element for various electric and electronic devices.

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Abstract

ポット形のインダクタ等のようにコイルを磁性体で覆う形状の磁性素子において、冷却性能に優れ、発熱を抑えることができる磁性素子を提供する。磁性素子であるインダクタ１は、巻線を巻回してなるコイル５と、コイル５が内部に配置され、コイル５によって生じる磁束を通す磁性体２とを備え、磁性体２は、コイル５の外径側を覆う磁性体外径部に、磁性素子を空冷するための空冷部を有し、この空冷部は磁性体外径部を貫通する孔構造であるスリット７からなる。また、コイルが封止樹脂により封止される場合は、磁性体は、コイルと対向する面に、封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路が設けられている。

Description

磁性素子
　本発明は、磁性体の周囲にコイルを巻回した磁性素子であって、インダクタ、トランス、アンテナ（バーアンテナ）、チョークコイル、フィルタ、センサ等として電気機器あるいは電子機器に使用される磁性素子に関する。特に、コイル周囲を磁性体で囲んだポット形インダクタに関する。
　近年、電気・電子機器の高周波数化、大電流化が進む中で、磁性素子にも同様の対応が求められている。現在磁性体として主流のフェライト材料では材料特性そのものが限界にきており、新たな磁性体材料が模索されている。例えば、フェライト材料は、センダストやアモルファスなどの圧縮成形磁性材料やアモルファス箔帯等に置き換えられつつある。しかし、上記圧縮成形磁性材料は成形性が悪く、焼成後の機械的強度も低い。また、上記アモルファス箔帯は巻線・切断・ギャップ形成から製造コストが高くなる。このため、これら磁性材料の実用化が遅れている。
　成形性の悪い磁性粉末を使用してバリエーションのある形状や特性を有する小型で安価な磁性コア部品の製造方法を提供するものとして特許文献１が提案されている。特許文献１では、射出成形に用いる樹脂組成物に含まれる磁性粉末を絶縁材で被覆し、圧縮成形磁性体および圧粉磁石成形体のいずれかを上記樹脂組成物中にインサート成形し、圧縮成形磁性体あるいは圧粉磁石成形体が射出成形温度よりも低い融点を持つ結着剤を含有する、所定の磁気特性を有するコア部品を射出成形により製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。
　磁性素子を構成する磁性体の形状には、トロイダル形磁性体、Ｅ形およびＩ形と組み合わせた磁性体、Ｕ形を組み合わせた磁性体の他、ポット形やドラム形の磁性体が多用されている。
　磁性体の形状の中で、Ｅ形磁性体は、巻線のしやすさ、ギャップ等による磁性素子としての特性の調整が容易である。これに対して、ポット形磁性体を用いた磁性素子は、より小型化が可能であり、騒音の発生源となるコイル部分も磁性体の内部に設けられることから静粛性にも優れる。また磁性素子としてのインダクタ表面が磁性体で覆われていることから、ポット形インダクタはインダクタ外部への磁束漏れも低減できる。ポット形インダクタは、軟磁性材の磁性体とコイルで構成されており、必要に応じてボビンや絶縁ケースを用いる。
特許第４７６３６０９号公報
　磁性素子は、磁束漏れを小さくすることや、その体格を小さくすることが要求されている。例えば、開磁路のドラム形コアに対して、閉磁路となるポット形インダクタは、上述のように、磁束漏れが小さく体格も小さくすることができる。これは、ポット形インダクタが、コイルを覆うように磁路を設けていること、および、コイル内径側の磁性体の半径に比べてコイル外径側の磁性体の肉厚が薄くなること等による。特許文献１では、種々の形状を実現できるため、コイルを覆うような磁性体形状も形成可能である。
　ポット形インダクタは、主な発熱源の１つであるコイルがインダクタに内包されることから、コイルの発熱温度を低減するための冷却がＥ形磁性体を用いたインダクタよりもより重要になる。このため、ポット形インダクタでは、例えば、内包されるコイルの放熱性の向上を目的として、コイルと磁性体間の隙間、いわゆるコア内部空間を封止樹脂などで封止する場合がある。
　しかしながら、コイルを磁性体内部に収容した後、コイルの電気絶縁性や放熱性の向上を目的として、磁性体外周面に設けられたコイル端子引き出し口などから封止樹脂を充填するとき、その充填作業性が悪くなる場合がある。
　また、上記のような閉磁路となるポット形インダクタにおいて、コア内部空間に樹脂を充填しない場合、コイル周辺に空気の流れがほとんど発生しないため、冷却面で不利となる。
　本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、ポット形のインダクタなどのようにコイルを磁性体で覆う形状の磁性素子において、冷却性能に優れ、発熱を抑えることができる磁性素子の提供を目的とする。また、封止樹脂の充填する場合には、その充填作業性にも優れる磁性素子の提供を目的とする。
　本発明の磁性素子は、巻線を巻回してなるコイルと、該コイルが内部に配置され、該コイルによって生じる磁束を通す磁性体とを備えた磁性素子であって、上記磁性体は、上記コイルの外径側を覆う磁性体外径部に、該磁性素子を空冷するための空冷部を有し、該空冷部は該磁性体外径部を貫通する孔構造、または、該磁性体外径部の外周部に設けられた凹凸構造からなることを特徴とする。
　上記磁性体は、上記コイルの内径側に配置される圧縮成形磁性体と、上記コイルの外径側に配置される射出成形磁性体とを結合してなり、上記圧縮成形磁性体が上記磁性体表面に露出しており、上記磁性体外径部が該射出成形磁性体からなることを特徴とする。また、上記射出成形磁性体は、上記コイルの軸方向に２分割された磁性体を相互に結合させた結合体であることを特徴とする。
　上記空冷部として上記孔構造を有し、上記２分割された磁性体において、それぞれの上記磁性体外径部の内径側に、これらの結合時に嵌合する相補的な凹凸形状を有することを特徴とする。また、上記空冷部として上記孔構造を有し、上記２分割された磁性体の結合部位置の、該磁性体外径部の外周部にフランジ部を有することを特徴とする。
　上記空冷部として上記孔構造を有し、該孔構造から上記コイルの端子を外部に取り出すことを特徴とする。
　上記コイルが封止樹脂により封止され、上記磁性体は、上記コイルと対向する面に、上記封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路が設けられていることを特徴とする。
　上記流れ制御路は、上記コイルに対して、コイル軸方向および円周方向の少なくとも１つの方向に沿った凹凸部であることを特徴する。また、上記凹凸部が断面三角形状であることを特徴とする。
　上記流れ制御路の一部に空気だまりを設けたことを特徴する。
　本発明の磁性素子は、コイルを磁性体内部に配置してなり、コイルの外径側を覆う磁性体外径部に、該磁性素子を空冷するための空冷部を有し、この空冷部が該磁性体外径部を貫通する孔構造（スリットや窓）であるので、磁性素子内部と外部とを繋ぐ空気の流れを発生させることができ、冷却性能の向上が図れる。また、この空冷部が、磁性体外径部の外周部に設けられた凹凸構造であるので、表面積が増加や、周囲の空気の流れに沿わせることで、この外周部の冷却性能の向上が図れる。これらの結果、発熱を抑制でき、磁性素子であるインダクタ等の体格を小さくできる。
　上記磁性体は、コイルの内径側に配置される圧縮成形磁性体と、コイルの外径側に配置される射出成形磁性体とを結合してなり、圧縮成形磁性体が表面に露出しており、磁性体外径部が該射出成形磁性体からなるので、鉄損による発熱が大きくなる箇所または放熱性の悪い箇所であるコイル内径側の熱伝導性を向上できる。
　上記射出成形磁性体はコイルの軸方向に２分割された磁性体を相互に結合させた結合体であるので、磁性体（分割体）を形成後に、コイルを挿入して分割体を結合することで磁性素子を製造できる。このため、インサート成形により製造する場合に比較して、製造設備費の低減、生産性の向上、製造コストの低減などが図れる。
　上記空冷部として孔構造を有し、（１）２分割された磁性体において、それぞれの磁性体外径部の内径側に、これらの結合時に嵌合する相補的な凹凸形状を有するので、または、（２）２分割された磁性体の結合部位置（コイル挿入側端面）の該磁性体外径部の外周部にフランジ部を有するので、スリットや窓などの孔構造を設けたことにより磁性体外径部が外径方向へ開くことを抑制できる。また、例えば、（１）の凹凸形状として、コイル挿入側端面上の任意の軸を中心に１８０度回転させて相互にかみ合うような凹凸形状を持たせることで、結合時の位置決めができる。
　上記空冷部として孔構造を有し、該孔構造からコイルの端子を外部に取り出すので、スリットや窓などの孔構造が、コイル端子取り出し口を兼ねることになり、コイルの取り回しの自由度が上がる。すなわち、いずれの孔からもコイル端子を取り出せるので、別途取り出し口を設定する必要がない。
　本発明の他の形態として、上記コイルを封止樹脂により封止している構造において、磁性体は、コイルと対向する面に、封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路が設けられているので、封止樹脂を充填するときの樹脂流れ性が向上する。その結果、充填作業性が向上する。また、充填作業時に封止樹脂に発生するボイドを低減し、磁性素子としての放熱性および電気絶縁性を向上できる。
　また、上記樹脂流れ制御路がコイルに対して軸方向および円周方向の少なくとも１つの方向に沿った凹凸部であるので、凹凸部の深さや溝等の断面積を大きくすることで封止樹脂の充填を速めることができる。また、凹凸部の断面形状を三角形状の溝とすることで、対向するコイル表面との間にできる隙間が狭まっていくことから、封止材の表面張力による引き込み効果により細部まで樹脂封止しやすくなる。
　また、上記樹脂流れ制御路の一部に空気だまりを設けたので、封止樹脂の充填時に発生しやすいボイドが封止樹脂内に分散することを抑制できる。その結果、ポット形インダクタに内包されるコイルの放熱性を向上できる。
ポット形インダクタの一例である。 ポット型インダクタの他の例である。 図１のインダクタにおける磁性体を示す図である。 図２のインダクタにおける磁性体を示す図である。 磁性体外径部のみの他の例（複数スリット）である。 磁性体外径部のみの他の例（複数スリットとフランジ部）である。 磁性体外径部のみの他の例（相補的な凹凸形状）である。 磁性体外径部のみの他の例（外周部凹凸構造）である。 封止樹脂を充填したポット形インダクタの一例である。 封止樹脂を充填する前のポット型インダクタの例である。 流れ制御路および空気だまりが設けられたポット形磁性体である。 ポット形ハイブリッドインダクタの一例である。
　本発明の磁性素子は、コイルが磁性体内部に配置されているポット形の磁性素子（インダクタ）に好適である。一般にポット形のインダクタは、（１）コイルを覆うように磁路を設けるため漏れ磁束を小さくできる、（２）コイル内径側の磁性体の半径に比べてコイル外径側の磁性体の肉厚が薄くなるため、磁性体の形状を小さくできる等の利点がある。しかし、ポット形のインダクタは、上述のとおり、冷却性能が十分とはいえない。そこで、本発明では、コイルの外径側を覆う磁性体外径部に、該磁性素子を空冷するための空冷部を設けて、冷却性能の向上を図っている。
　また、電気・電子機器の高周波数化、大電流化において、現在主流の圧縮成形法で得られるフェライト材料を用いた磁性素子は透磁率が優れており、インダクタンス値を得やすいが周波数特性や重畳電流特性に劣る。一方、アモルファス材料を含有する射出成形磁性材料を用いた磁性素子は、周波数特性や重畳電流特性に優れているが、透磁率が低い。また、大電流用の磁性素子は銅損による発熱に加えて、鉄損による発熱を無視できない。そこで、本発明の好ましい形態では、発熱しやすい個所または放熱しにくい個所であるコイル内径側の磁性体を熱伝導性に優れた圧縮成形磁性体（一部を外部に露出させる）とし、コイル外径側の磁性体を上記空冷部が配置された射出成形磁性体としたポット形ハイブリッドインダクタとすることで、発熱を抑制し放熱性に優れた構造を実現している。
　本発明の磁性素子の一例を図１および図３に示す。図１（ａ）はポット形インダクタの軸方向断面図であり、図１（ｂ）はこのインダクタの軸方向中心部分で分割された下半分の平面図である。また、図３（ａ）は磁性体の斜視図であり、図３（ｂ）は該磁性体の軸方向中心部分で分割された下半分の斜視図である。
　図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、このインダクタ１は、巻線を巻回してなるコイル５と、コイル５が内部に配置され、該コイル５によって生じる磁束を通す磁性体２とを備えている。磁性体２は、コイル５の略全体を覆う形で配置されている。磁性体２は、例えば、後述の射出成形磁性体で構成される。また、磁性体２は、軸方向長さの中間線６で２分割形状とされており、これら分割体の結合体である（図３参照）。この２分割された磁性体は同形状であり、１つの金型での製造が可能である。
　本発明では、このような構造のポット形インダクタ１において、磁性体２の外径部に、この外径部外周面からコイル５まで貫通した孔構造であるスリット７を有することを特徴としている。コイル５は、磁性体２を中間線６で分割した状態において、この磁性体２の内部に挿入するものであり、コイル５と磁性体２との隙間に樹脂等は充填されていない。スリット７により、インダクタの内部（コイル５の部分）と外部とを繋ぐ空気の流れを発生させることができ、冷却性能の向上が図れる。例えば、図１中の左側（上部）のスリット７から導入された空気が、コイル５の周囲を通り、図１中の右側（下部）のスリット７から排出されるような空気の流れも発生させ得る。
　本発明の磁性素子の他の例を図２および図４に示す。図２（ａ）はポット形ハイブリッドインダクタの軸方向断面図であり、図２（ｂ）は、このインダクタの軸方向中心部分で分割された下半分の平面図である。また、図４（ａ）は磁性体の斜視図であり、図４（ｂ）は該磁性体の軸方向中心部分で分割された下半分の斜視図である。
　図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、このインダクタ１は、図１のものと同様に、巻線を巻回してなるコイル５と、コイル５が内部に配置され、該コイル５によって生じる磁束を通す磁性体２とを備えている。この形態では、磁性体２が、コイル５の内径側に配置される圧縮成形磁性体４と、コイル５の外径側に配置される射出成形磁性体３とを結合して構成されている。磁性体２において、圧縮成形磁性体４と射出成形磁性体３のいずれもが、軸方向長さの中間線６で２分割形状とされており、それぞれの分割体の結合体である。また、射出成形磁性体３のみが、軸方向長さの中間線６で２分割形状とされた分割体の結合体であってもよい（図４参照）。
　この形態では、磁性体２の外径部（射出成形磁性体３）に、図１と同構造のスリット７を有しており、同様の効果が得られる。また、圧縮成形磁性体２の端面はインダクタ１の表面（上面および底面の中央部）に露出している。例えば、この露出している端面を基板などの冷却面に当接させる。これにより放熱が難しいコイル内径側の熱伝導を促進できる。
　本発明の磁性素子の磁性体外径部（射出成形磁性体等）の他の例を図５～図８に示す。図５～図８は、（ａ）が磁性体外径部である射出成形磁性体の斜視図であり、（ｂ）がこの射出成形磁性体の軸方向中心部分で分割された下半分の斜視図である。
　図５に示す射出成形磁性体３は、円周方向に等配に少なくとも２か所以上（該図では８か所）のスリット７を有する。このスリット７により、上述のとおり、冷却効果の向上が図れる。また、スリット７の幅は、隣り合う柱部分の幅に比べて細くすることで、連続した磁路を設けるとともに上下方向の位置決めをコイルではなくコアによって行なうことができる。このため、磁路長の変化による特性の誤差を抑制できる。
　図６に示す射出成形磁性体３は、図５と同様に、円周方向に等配に８か所のスリット７を有する。この形態では、２分割された磁性体３の結合部位置（コイル挿入側端面）の外周部にフランジ部８を有する。このフランジ部８により磁性体３が補強され、円周方向にスリットを設けたために射出成形磁性体が外径方向に開いてしまうことを抑制できる。また、必要に応じて、何箇所かコイル端子取り出し口のための切欠きを設けてもよい。
　図７に示す射出成形磁性体３は、円周方向に等配に４か所のスリット７を有する。この形態では、２分割された状態において、それぞれの内径側に、これらの結合時に嵌合する相補的な凹凸形状３ａと３ｂを有する。この凹凸形状は、２分割された磁性体３の結合部位置（コイル挿入側端面）の内径部に形成されており、これにより、当接させた分割体の周方向の位置決めができる。また、内径が凸になっている位置にスリット７を設けるによって、相互にかみ合わせたときに外周側に連続した磁性体が配置され、スリットを設けたために射出成形磁性体が外径方向に開いてしまうことを抑制できる。
　図８に示す射出成形磁性体３は、円周方向に１か所のスリット７と、外周部に凹凸構造９を有する。外周部に空気の流れに沿った凹凸面を設けることで、この外周部の冷却性能の向上が図れる。該図に示す凹凸形状は、インダクタの軸方向と鉛直方向が一致するようにインダクタを配置する場合に好適な形状である。なお、凹凸形状は、冷却性能の向上が図れるものであればよく、該図に示すものに限定されない。
　以上、図１～図８を用いて本発明の磁性素子としてポット形インダクタを説明したが、本発明の磁性素子の各構造はこれに限定されるものではない。また、図１～図８のいずれの場合においても、孔構造であるスリットをコイル端子取り出し口とすることで、コイルの取り回しの自由度が上がる。
　本発明の別の形態として、コイルを封止樹脂により封止している構造について説明する。ポット形の磁性素子（インダクタ）は、コイル内径部に配置される芯磁性体（上記の圧縮成形磁性体など）と、コイルを覆う外周磁性体（上述の射出成形磁性体など）で構成され、コイルによって生じる磁束をこれら芯磁性体および外周磁性体に閉じ込める閉磁路構造が形成されている。この形態では、コイルの電気絶縁性や放熱性の向上を目的として、コイルは封止樹脂により封止されている。封止する樹脂の流動性や、磁性体またはコイルを形成するエナメル線の絶縁被膜との相性、磁性体－コイル間のクリアランスなどによって封止樹脂の充填に時間がかかる場合があり、樹脂封止の作業性が悪くなる。また、封入時に発生したボイドを除去する工程が長くなる場合があり、この場合にも樹脂封止の作業性が悪くなる。しかしながら、コイルと対向する面に、封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路を設けることで、樹脂封止の作業性を向上することができた。本発明のこの形態は、このような知見に基づくものである。
　この形態の磁性素子の一例を図９に示す。図９（ａ）は封止樹脂を充填したポット形インダクタの斜視図であり、図９（ｂ）はＡ－Ａ方向断面図であり、図９（ｃ）はＢ－Ｂ方向断面図である。図９に示すように、このインダクタ１は、巻線を巻回してなるコイル５と、コイル５が内部に配置され、該コイル５によって生じる磁束を通す磁性体２とを備えている。磁性体２はコイル５の略全体を覆う形で配置され、コイル５は封止樹脂１１により封止されている。磁性体２は、その周囲に巻線が巻回されている芯磁性体２ａと、コイル５の外周を覆っている外周磁性体２ｂとから構成されている。芯磁性体２ａおよび外周磁性体２ｂは、図９に示すように、単一の磁性体として形成することができ、その場合コイル内径側が芯磁性体２ａとなり、コイル外径側およびコイル上下側が外周磁性体２ｂとなる。
　芯磁性体２ａおよび外周磁性体２ｂがコイル５と対向する面に、封止樹脂１１を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路１２が設けられている。この流れ制御路１２は、芯磁性体２ａおよび外周磁性体２ｂがコイル５と対向する面であれば、芯磁性体２ａおよび外周磁性体２ｂの両方、またはいずれか一方に設けることができる。また、これら磁性体２は軸方向長さの中間線６で、図面上、上部磁性体２１および下部磁性体２２に２分割形状とされており、これら分割体の結合体である。この２分割された磁性体２１および磁性体２２は同形状であり、１つの金型での製造が可能である。
　封止樹脂１１を充填する前の断面形状を図１０に示す。図１０（ａ）は封止樹脂を充填する前のポット形インダクタの斜視図であり、図１０（ｂ）はＡ－Ａ方向断面図であり、図１０（ｃ）はＢ－Ｂ方向断面図である。磁性体２は、芯磁性体２ａがコイル５と対向する面側に流れ制御路１２ｂが、外周磁性体２ｂがコイル５と対向する面側に流れ制御路１２ａが、それぞれ封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路１２として設けられている。また、流れ制御路１２は、その一部が空気だまり１３となる。流れ制御路１２の一部が空気だまり１３となることで、ボイドが封止樹脂内に分散することを抑制できる。
　流れ制御路および空気だまりが設けられている磁性体２の斜視図を図１１に示す。図１１（ａ）はポット形磁性体の中央付近に設けた円周溝を設けた例であり、図１１（ｂ）は円周溝に加えて軸方向溝を設けた例である。
　流れ制御路および空気だまりとして以下の（１）～（６）の形態が挙げられる。
（１）外周磁性体２ｂがコイルと当接する内径側の面２ｃに設けられ、外周磁性体２ｂの軸方向中央部および上下部の円周方向に設けられる溝１２１。
（２）外周磁性体２ｂがコイルと当接する内径側の面２ｃに設けられ、外周磁性体２ｂの軸方向に設けられる溝１２２。
（３）外周磁性体２ｂがコイルと当接する内径側の面２ｃに設けられ、外周磁性体２ｂの円周方向の一部に生じる空気だまり（図示を省略）。
（４）芯磁性体２ａがコイルと当接する外径側の面２ｄに設けられ、芯磁性体２ａの軸方向中央部および上下部の円周方向に設けられる溝１２３。
（５）芯磁性体２ａがコイルと当接する外径側の面２ｄに設けられ、芯磁性体２ａの軸方向に設けられる溝１２４。
（６）芯磁性体２ａがコイル５と当接する外径側の面２ｄに設けられ、芯磁性体２ａの円周方向の隅部に設けられる空気だまり（図示を省略）。
　封止樹脂を充填するときの流れ制御路１２の流れ方向断面形状は、コイルの軸方向および／または円周方向に沿った凹凸形状であれば、特に制限を受けるものではないが、矩形よりも半円形や三角形状が好ましい。特に三角形状の溝はコイル表面との間にできる隙間が狭まっていくことから、封止材の表面張力による引き込み効果により細部まで樹脂封止しやすくなるため好ましい。
　樹脂封止のしやすさは、流れ制御路１２の流れ方向断面形状により制御可能である。例えば、上述した溝の断面積が大きいほど封止樹脂の侵入を速めることができる。また断面積が同じ場合は、溝の断面形状のうち封止樹脂が接触する辺の総長さが小さいほど速めることができる。
　また、溝の断面形状と共に、溝凸部の頂部とコイル間の隙間を調整することで、封止樹脂充填時の流れを制御することができる。
　本発明の磁性素子の他の例を図１２に示す。図１２は、図１０の形状のインダクタをハイブリッドインダクタとした場合の例であり、図１２（ａ）はその斜視図であり図１２（ｂ）はそのＣ－Ｃ方向断面図である。磁性素子において、樹脂流れ制御路を設けるとともに、発熱しやすい個所または放熱しにくい個所であるコイル内径側の磁性体２ｅを熱伝導性に優れた圧縮成形磁性体（一部を外部に露出させる）とし、コイル外径側の磁性体２ｆを射出成形磁性体としたポット形ハイブリッドインダクタとすることで、発熱を抑制し放熱性に優れた構造を実現できる。
　流れ制御路や空気だまりを設けなかったものと比較して、この形態の磁性素子は、放熱性、電気絶縁性、および封止樹脂の充填のしやすさに優れている。詳細には以下のとおりである。
＜放熱性について＞
　特に封止樹脂の流れ制御を行わない従来品では、コイル端子引出口から封入した封止樹脂がインダクタ内にランダムに充填されていくことで、内部の空気が抜けずに気泡として閉じ込められやすい。また封止材等の流体は、壁面に近いほど流れが遅くなる。このため、封止樹脂に含まれるボイドがコア内の壁面や巻線表面の、特に隅部に滞留しやすくなる。気泡が滞留すると封止樹脂との接触面が少なくなり、熱伝達係数が悪化することで封止樹脂を介したコイルの放熱を妨げる。これを避けるために隅部に設けた流れ制御路の一部を空気だまりとすることで、コイル近傍の封止樹脂の熱伝達係数の悪化を回避する。
＜電気絶縁性について＞
　コイル－コア間の封止樹脂内に大きなボイドが生じた場合、ボイドがない場合に比べて絶縁材料である封止樹脂の厚さを十分に確保できない。これにより絶縁耐力が低下し、絶縁破壊が生じる。
＜封止樹脂の充填のしやすさについて＞
　図１１に示す溝１２２や溝１２４が、封止樹脂の流れのガイドとなり、内部に残留する空気が少なくなるよう充填の優先順位がされている。また、空気だまりを設けることで、内部に残留する気泡は空気だまりに集めることができる。このため、封止樹脂を充填しやすくなり、また、真空引きが必要になる場合でも真空引きに要する時間を短縮でき、コスト低減に寄与する。
　以上、図９～図１２を用いて、コイルを封止樹脂により封止している場合のポット形インダクタを説明したが、本発明のこの形態における流れ制御路などの構造は、これらに限定されるものではない。また、コイルの外径側を覆う磁性体外径部における上述の空冷部を組み合わせることで、より高い冷却効果などが得られる。
　本発明で使用できる圧縮成形磁性体は、例えば、鉄粉、窒化鉄粉等の純鉄系軟磁性材料、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金（センダスト）粉末、スーパーセンダスト粉末、Ｎｉ－Ｆｅ合金（パーマロイ）粉末、Ｃｏ－Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系合金粉末等の鉄基合金系軟磁性材料、フェライト系磁性材料、アモルファス系磁性材料、微細結晶材料などの磁性材料を原料とできる。
　フェライト系磁性材料としては、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、銅亜鉛フェライト、磁鉄鉱等のスピネル型結晶構造を有するスピネルフェライト、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の六方晶フェライト、イットリウム鉄ガーネットなどのガーネットフェライトが挙げられる。これらフェライト系磁性材料の中でも透磁率が高く、高周波数領域での渦電流損失が小さい軟磁性フェライトであるスピネルフェライトが好ましい。また、アモルファス系磁性材料としては、鉄合金系、コバルト合金系、ニッケル合金系、これらの混合合金系アモルファスなどが挙げられる。
　原料となる軟磁性金属粉末材料の粒子表面に絶縁被覆を形成する酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｒＯ2等の絶縁性金属または半金属の酸化物、ガラス、これらの混合物が挙げられる。絶縁被覆の形成方法としては、メカノフュージョン等の粉末コーティング法や、無電解メッキやゾル－ゲル法等の湿式薄膜作製法、またはスパッタリング等の乾式薄膜作製法等を用いることができる。
　圧縮成形磁性体は、粒子表面に絶縁被覆が形成された上記原料粉末単体、または上記原料粉末にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が配合された粉末を加圧成形して圧粉体とし、この圧粉体を焼成して製造できる。原料粉末の割合は、原料粉末と熱硬化性樹脂との合計量を１００質量％として、９６～１００質量％であることが好ましい。９６質量％未満であると、原料粉末の配合割合が低下し、磁束密度や透磁率が低下するおそれがある。
　原料粉末の平均粒子径は１～１５０μｍであることが好ましい。より好ましくは５～１００μｍである。平均粒子径が１μｍよりも小さくなると、加圧成形時の圧縮性（粉末の固まり易さを示す尺度）が低下し、焼成後の材料強度が著しく低下する。平均粒子径が１５０μｍよりも大きくなると、高周波数領域での鉄損が大きくなり、磁気特性（周波数特性）が低下する。
　圧縮成形は、上記原料粉末を金型内に充填し、所定の加圧力でプレス成形する方法を用いることができる。この圧粉体を焼成して焼成体を得る。なお、原料に非晶質合金粉末を用いる場合には、焼成温度を非晶質合金の結晶化開始温度より低温とする必要がある。また、熱硬化性樹脂が配合された粉末を用いる場合には、焼成温度を樹脂の硬化温度範囲とする必要がある。
　本発明で使用できる射出成形磁性体は、上記圧縮成形磁性体の原料粉末に結着樹脂を配合して、この混合物を射出成形することにより得られる。射出成形がしやすいこと、射出成形後の形状維持が容易であること、複合磁性体の磁気特性に優れること等から、磁性粉末がアモルファス金属粉末であることが好ましい。アモルファス金属粉末は上述した鉄合金系、コバルト合金系、ニッケル合金系、これらの混合合金系アモルファスなどを使用できる。これらアモルファス金属粉末表面に上述した絶縁被覆が形成されている。
　結着樹脂としては、射出成形が可能な熱可塑性樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフタールアミド、ポリアミド、これらの混合物が挙げられる。これらの中で、アモルファス金属粉末に混合したときの射出成形時の流動性に優れ、射出成形後の成形体の表面を樹脂層で覆うことができると共に、耐熱性などに優れるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）がより好ましい。
　原料粉末の割合は、原料粉末と熱可塑性樹脂との合計量を１００質量％として、８０～９５質量％であることが好ましい。８０質量％未満であると磁気特性が得られず、９５質量％をこえると射出成形性に劣るおそれがある。
　射出成形は、例えば可動型および固定型が衝合された金型内に上記原料粉末を射出して成形する方法を用いることができる。射出成形条件としては熱可塑性樹脂の種類によっても異なるが、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の場合、樹脂温度が２９０～３５０℃、金型温度が１００～１５０℃であることが好ましい。
　圧縮成形磁性体および射出成形磁性体は、上述した方法によりそれぞれ別々に作製して相互に結合される。それぞれの形状は、磁性体を分割して組み立て易い形状であると共に、圧縮成形、射出成形に適した形状とする。例えば、中心軸孔がない円筒磁性体を作製する場合には、コイル内径側となる円柱形状を圧縮成形による圧縮成形磁性体とし、コイル外径側を射出成形による射出成形磁性体として作製する。その後、射出成形磁性体の中心部に設けられた孔部に円柱形状の圧縮成形磁性体を挿入または嵌合することで円筒磁性体が得られる。また、圧縮成形磁性体を金型内に配置し、射出成形磁性体をインサート成形することにより、円筒磁性体を製造できる。
　また、相互に結合される磁性体のうち少なくとも射出成形磁性体は、上記各図で示したように、コイルが挿入される軸方向に２分割された磁性体であることが好ましい。２分割の方法は、コイルを挿入できる２分割であればよく、軸方向に等分割であることが好ましい。等分割とすることにより金型点数を減らすことができる。接着剤を用いる場合、相互に密着できる無溶剤型のエポキシ系接着剤が好ましい。
　圧縮成形磁性体および射出成形磁性体の好ましい材料の組み合わせとしては、圧縮成形磁性体がアモルファスまたは純鉄粉であり、射出成形磁性体がアモルファス金属粉末および熱可塑性樹脂であることが好ましい。より好ましくは、アモルファス金属がＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系アモルファスであり、熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。
　コイルを樹脂封止する場合の封止樹脂としては、耐熱性や耐食性に優れる、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂の硬化剤としては、潜在性エポキシ硬化剤、アミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、酸無水物系硬化剤などを適宜使用できる。フェノール樹脂としては、例えば、樹脂成分としてノボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂などを使用できる。
　本発明の磁性素子であるインダクタは、例えば、上記圧縮成形磁性体の周囲に巻線を巻回してコイルを形成し、インダクタ機能を持たせることができる。この磁性素子は電気・電子機器回路に組み込まれる。巻線としては銅エナメル線を使用することができ、その種類としてはウレタン線（ＵＥＷ）、ホルマール線（ＰＶＦ）、ポリエステル線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）、これらを組み合わせた二重被複線、または自己融着線、リッツ線等を使用できる。耐熱性に優れるポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）等が好ましい。銅エナメル線の断面形状としては丸線や角線を使用できる。特に、平角線の断面形状の短径側を圧縮成形磁性体の周囲に接して重ね巻きすることにより、巻線密度を向上させたコイルが得られる。また、コイルの巻き方としてはヘリカル巻を好ましく採用できる。
　また、コイルを樹脂封止する場合、コイル巻き後、封止樹脂を充填する前に所定温度で加熱するアニール処理をコイルに施すことが好ましい。これにより、樹脂封止時の被膜のクラック等を防ぐことができる。
　本発明の磁性素子は、二輪車を含む自動車や産業用機器および医療用機器の電源回路、フィルタ回路やスイッチング回路等に使用される磁性素子、例えばインダクタ、トランス、アンテナ、チョークコイル、フィルタなどとして使用できる。また、表面実装用部品として使用できる。
　本発明の磁性素子は、冷却性能に優れ、発熱を抑えることができ、また封止樹脂の充填する場合にはその充填作業性にも優れるので、各種の電気・電子機器用の磁性素子として好適に利用できる。
　１　インダクタ
　２　磁性体
　３　圧縮成形磁性体
　４　射出成形磁性体
　５　コイル
　６　中間線
　７　スリット
　８　フランジ部
　９　凹凸構造
　１１　封止樹脂
　１２　流れ制御路
　１３　空気だまり

Claims (10)

  1. 　巻線を巻回してなるコイルと、該コイルが内部に配置され、該コイルによって生じる磁束を通す磁性体とを備えた磁性素子であって、
    　前記磁性体は、前記コイルの外径側を覆う磁性体外径部に、該磁性素子を空冷するための空冷部を有し、該空冷部は該磁性体外径部を貫通する孔構造、または、該磁性体外径部の外周部に設けられた凹凸構造からなることを特徴とする磁性素子。
  2. 　前記磁性体は、前記コイルの内径側に配置される圧縮成形磁性体と、前記コイルの外径側に配置される射出成形磁性体とを結合してなり、前記圧縮成形磁性体が前記磁性体表面に露出しており、前記磁性体外径部が前記射出成形磁性体からなることを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
  3. 　前記射出成形磁性体は、前記コイルの軸方向に２分割された磁性体を相互に結合させた結合体であることを特徴とする請求項２記載の磁性素子。
  4. 　前記空冷部として前記孔構造を有し、
    　前記２分割された磁性体において、それぞれの前記磁性体外径部の内径側に、これらの結合時に嵌合する相補的な凹凸形状を有することを特徴とする請求項３記載の磁性素子。
  5. 　前記空冷部として前記孔構造を有し、
    　前記２分割された磁性体の結合部位置の、該磁性体外径部の外周部にフランジ部を有することを特徴とする請求項３記載の磁性素子。
  6. 　前記空冷部として前記孔構造を有し、該孔構造から前記コイルの端子を外部に取り出すことを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
  7. 　前記コイルが封止樹脂により封止され、
    　前記磁性体は、前記コイルと対向する面に、前記封止樹脂を充填するときの樹脂流れを制御する流れ制御路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁性素子。
  8. 　前記流れ制御路は、前記コイルに対して、コイル軸方向および円周方向の少なくとも１つの方向に沿った凹凸部であることを特徴する請求項７記載の磁性素子。
  9. 　前記凹凸部が断面三角形状であることを特徴とする請求項８記載の磁性素子。
  10. 　前記流れ制御路の一部に空気だまりを設けたことを特徴する請求項７記載の磁性素子。
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