インダクタ及びその製造方法
【目的】 特に、磁性粉末の充填率とともにヤング率を適正化して、高いインダクタンスＬを得ることが出来るインダクタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【解決手段】 コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア部材を、コイルの収納部を有する第１コアと蓋体である第２コアとに分離し、コイルを第１コアに収納した後、第２コアを第１コアに接合して成るインダクタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すコイル封入磁心（インダクタ）１は、圧粉コア２の内部にコイル３を封入した状態で圧縮成形した構造である。圧粉コア２には軟磁気特性に優れたＦｅ基非晶質合金粉末が好ましく使用される。しかしながらＦｅ基非晶質合金粉末は磁歪が大きいことから、非晶質粉末本来の性能を出すために成形圧力を高くして成形密度を上昇させ、また高い温度でアニール処理して、応力緩和を促進することが必要であった。しかし、それによりコイル線被覆材が破れたり熱分解等する問題があった。そのため、コイル線被覆材質により成形圧力及びアニール温度に制約があった。
【０００３】
一方、特許文献に示すようにコア部材を複数にピース化してコイルを収納する構成とすれば、図７に示したコイル封入磁心と異なって、コイル線被覆材質による制約を無くすことができ、コア部材を高圧力及び最適なアニール温度で成形でき、Ｆｅ基非晶質合金粉末本来の性能を引き出すことが可能になる。
【０００４】
ところで、コア部材とコイルとの間に形成される隙間を樹脂で埋めてもギャップになり特性劣化に繋がるため、下記特許文献には、樹脂に磁性粉末を混合して充填する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２１４５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２８４５号公報
【特許文献３】特開２００８−２３５７７３号公報
【特許文献４】特開２００５−１７５１５８号公報
【特許文献５】特開２００８−２１８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末をコア部材に用いたとき、樹脂のヤング率によりインダクタンスＬが低下することがわかった。各特許文献には、樹脂のヤング率について特に言及していない。
【０００７】
そこで本発明は、上記の従来課題を解決するためのものであり、特に、磁性粉末の充填率とともにヤング率を適正化して、高いインダクタンスＬを得ることが出来るインダクタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明におけるインダクタは、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明におけるインダクタの製造方法は、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を３０体積％以上６０体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように本発明は、充填材を第１コアに形成された収納部と第２コアとで略囲まれた空間内でコイルとの隙間に充填させるものであり、このような構成において、高いインダクタンスＬを得るために、本発明では、上記のように充填材に含まれる磁性粉末の含有率と樹脂のヤング率とを規定した。これにより、充填材の流動性を適度に保ちながら、充填材をコア部材とコイル間に適切に流し込むことができるとともに、コア部材とコイル間の隙間に磁性粉末を相当量、介在させることが出来る。そして、磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末をコア部材に用いた場合でも、充填材自体の内部応力を小さくでき、コア部材に作用する応力を小さくできる。以上により、本発明では、インダクタンスＬの向上を図ることができる。特に、本発明では、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１１】
本発明では、前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されることが好ましい。これにより、より効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１２】
また本発明では、前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに本発明では、前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、より効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１３】
前記充填材中に含まれる磁性粉末は、Ｆｅ基非晶質合金粉末であることが好ましい。これにより高い軟磁気特性を確保でき、またより効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１４】
また本発明では、前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基軟磁性合金粉末であることが好ましい。
【００１５】
あるいは本発明は、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上５５体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明においても、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のインダクタ及びその製造方法によれば、高いインダクタンスＬを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態におけるインダクタの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す第１コアにコイルを収納した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の状態から充填材を充填し、更に第１コア上に第２コアを被せた状態のインダクタの斜視図である。
【図４】図４は、図２の状態から充填材を充填した状態を示すインダクタの縦断面図である。
【図５】図５は、図４の状態から第２コアを第１コアの上面に充填材を介して接合した状態を示すインダクタの縦断面図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、充填材を構成する樹脂のヤング率とインダクタンスＬとの関係を示すグラフであり、ヤング率の範囲を０．１ＧＰａ〜３．２ＧＰａに規定した第１の実施例を示す。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、充填材を構成する樹脂のヤング率とインダクタンスＬとの関係を示すグラフであり、ヤング率の範囲を３．２ＧＰａ〜５．２ＧＰａに規定した第２の実施例を示す。
【図７】図７は、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施形態におけるインダクタの分解斜視図である。
図１に示すようにインダクタ１０は、第１コア（成形本体）１１、コイル１２及び第２コア（蓋体）１３とを有して構成される。第１コア１１と第２コア１３とによりコア部材１４が構成される。
【００２０】
コア部材１４は、Ｆｅ基非晶質合金（Ｆｅ基金属ガラス合金）粉末及び結着材を圧縮成形したものである。本実施形態では、Ｆｅ基非晶質合金を例えば、アトマイズ法により粉末状に、あるいは液体急冷法により帯状（リボン状）に製造できる。
【００２１】
Ｆｅ基非晶質合金粉末は、略球状あるいは楕円体状等からなる。前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、コア中に多数個存在し、各Ｆｅ基非晶質合金粉末間が結着材（バインダー樹脂）にて絶縁された状態となっている。
【００２２】
結着材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、アクリル樹脂等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス（Ｎａ2Ｏ−ＳｉＯ2）、酸化物ガラス粉末（Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＰｂＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ、ＣａＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）、ゾルゲル法により生成するガラス状物質（ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を主成分とするもの）等を挙げることができる。
【００２３】
また潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等を添加してもよい。結着材の混合比は５質量％以下、潤滑剤の添加量は０．１質量％〜１質量％程度である。
【００２４】
本実施形態では、第１コア１１及び第２コア１３を夫々、単体にて圧縮成形できる。よって図７に示したコイルをコア内に封入した状態で圧縮成形する構造と異なって、成形圧力及びアニール処理に、コイル線被覆材質による制約が無く、高圧力による成形、コア材料に最適な温度でのアニール処理が可能になりＦｅ基非晶質合金本来の性能を適切に引き出すことが出来る。
【００２５】
図１に示すように第１コア１１にはコイル１２を収納するための有底の収納部１１ａが形成されている。ここで収納部１１ａの平面形状は、コイル１２よりもやや大きく、また収納部１１ａの側壁１１ｂの高さｈ１は、コイル１２の高さｈ２よりもやや大きい。また第１コア１１の裏面には、図４，図５に示すように、コイル１２の端子部１２ｂを収納するための切欠部１１ｃが形成されている。
【００２６】
第２コア１３は、所定厚で形成された蓋体であり、例えば上面１３ａ及び下面１３ｂは平面で形成されている。
【００２７】
コイル１２は、絶縁被膜された導線を螺旋状に巻回して形成されたものである。コイル１２は、巻回部１２ａと、巻回部１２ａから引き出された端子部１２ｂ，１２ｂとを有して構成される。コイル１２の巻き数は必要なインダクタンスＬに応じて適宜設定される。コイル１２は、エッジワイズコイルであり、丸線コイルに比べて各ターンにおける導体の断面積を大きくでき、少ないターン数にて所望の高いインダクタンスＬを得ることが可能になる。なお、より高いインダクタンスＬが必要な場合、狭いスペースにより多くの巻線のターン数が必要となるため、その場合は断面積が小さく、スペースの有効活用が可能な丸線コイルを使用しても良い。
【００２８】
図２は、図１に示すコイル１２を第１コア１１の収納部１１ａ内に設置した状態を示している。図４は図２のＡ−Ａ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見たインダクタの製造途中の縦断面図を示し、特に充填材１６が充填された状態を示している。
【００２９】
図４に示す充填材１６は樹脂１７と磁性粉末１８とを有して構成されている。なお図４，図５では、充填材１６内の磁性粉末１８を黒点で模式的に示した。
【００３０】
第１の実施形態では、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。また充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を３０体積％以上６０体積％以下に設定した。
【００３１】
図４に示すように、充填材１６は、コイル１２と第１コア１１の収納部１１ａを構成する側壁１１ｂとの間の隙間ａに流れ込む。また図４に示すように収納部１１ａ内を充填材１６で満たして、コイル１２の上面及び下面を充填材１６で覆い、さらに第１コア１１の上面１１ｄにも充填材１６を塗布する。このようにコイル１２の周囲を充填材１６で覆うことでインダクタの鳴き、振動を防止することもできる。
【００３２】
樹脂１７には０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を好ましく適用できる。また磁性粉末１８には、フェライト等の結晶性のものを用いることも可能であるが、前記磁性粉末１８は、例えば、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基非晶質合金粉末であることが好適である。
【００３３】
上記に示したＦｅ基非晶質合金粉末は、主成分としてのＦｅと、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉとを上記組成比率内にて添加してなる金属ガラスである。Ｆｅ基非晶質合金粉末は、非晶質で且つガラス転移点（Ｔｇ）を有するとともに、優れた軟磁気特性を備える。
【００３４】
充填材１６に含有される磁性粉末１８は、コア部材１４を構成するＦｅ基非晶質合金と同種であることが好ましい。ここで同種とは、同じ粉末（同じ製造工程で作られたもの、あるいは別の工程であっても組成をほぼ同じとしたもの）か、あるいは、異なる粉末（組成が異なる）であっても飽和磁束密度Ｂｓや透磁率等のインダクタのコアに必要とされる基本特性がほぼ同等であることを指す。但し、充填材１６に含有される磁性粉末１８をＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金のような磁歪の小さい材料とすることも出来る。この場合は温度、湿度等の環境変化に伴う磁気特性の変化を低く抑えることができ、使用する用途によっては好ましいものとすることができる。
【００３５】
図４に示すように、充填材１６を第１コア１１に充填した後、図３及び図５に示すように、第２コア１３を第１コア１１上に充填材１６を介して重ね合わせる。なお図５は図４に示すＢ−Ｂ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面図であり、また図３に示す端子部１２ｂを折り曲げ加工した後の状態を示している。
【００３６】
図５に示すように、充填材１６は、有底の収納部１１ａと、収納部１１ａの開放端１１ａ１側に位置する第２コア１３との間の略囲まれた空間１５内でコイル１２との隙間ａを埋めている。ここで図５に示すように、第１コア１１の上面１１ｄと第２コア１３との間には、充填材１６および樹脂１７が介在しているため多少の隙間があり、また、端子部１２ｂの第１コア１１からの引出部にも多少の隙間がある。従って、「略囲まれた空間」とは、収納部１１ａと第２コア１３との間にて完全に囲まれた空間ではなく、上述したように多少、隙間（第１コア１１の上面１１ｄと第２コア１３との間）を有していてもよいことを意味する。
【００３７】
本実施形態では、第２コア１３を第１コア１１上に充填材１６を介して重ね合わせた後、熱処理を施して、充填材１６を構成する樹脂１７を熱硬化させる。これにより、第１コア１１と第２コア１３間を接合することが出来る。なおここで言う熱処理の温度は、コア部材１４を成形する際に応力緩和のために行うアニール処理温度よりも低い温度であり、コイル線被覆材に悪影響を及ぼさない温度である。またこのようにコイル線被覆材に加わる熱処理の温度を従来よりも低くできることで、コイル線被覆材として使用する材質を耐熱性の低い安価なものに代えることが可能になり生産コストの低減を図ることが可能になる。
【００３８】
更に図３に示す端子部１２ｂを下方向に向けて折り曲げ、図５に示すように第１コア１１の裏面に形成された切欠部１１ｃに端子部１２ｂを収納する。
【００３９】
上記したように、第１の実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、３０体積％以上６０体積％以下に設定し、さらに０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。これにより、充填材１６の流動性を適度に保ちながら、充填材１６を第１コア１１とコイル１２間の狭い空間に適切に流し込むことができるとともに、コア部材１４とコイル１２間の隙間に磁性粉末１８を相当量、介在させることが出来る。図５に示すように、充填材１６は、有底の収納部１１ａと、収納部１１ａの開放端１１ａ１側に位置する第２コア１３との間の略囲まれた空間１５内でコイル１２との隙間ａを埋めている。このように囲まれた空間１５内を充填材１６で埋めるからヤング率がかなり低い状態であっても充填材１６を空間１５内で保持でき、０．１ＧＰａを下限値としたヤング率を有する樹脂１７を適用できる。
【００４０】
また、磁性粉末１８の充填量を増やせば、充填材１６の流動性が低下し隙間ａを適切に埋めることができないため、上限値を６０体積％とした。
【００４１】
本実施形態では、コア部材に磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末を用い、さらには充填材１６にもＦｅ基非晶質合金粉末を用いた場合でも、充填材１６自体の内部応力を小さくでき、コア部材１４に作用する応力を小さくできる。
【００４２】
以上により、本実施形態では、インダクタンスＬの向上を図ることができる。特に、本実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、３０体積％以上６０体積％以下に設定し、さらに０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いたことで、後述する実験結果に示すように、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００４３】
充填材１６に含まれる磁性粉末１８の充填率を、好ましくは、４０体積％以上６０体積％以下、より好ましくは、４５体積％以上６０体積％以下、あるいは、４０体積％以上５５体積％以下、さらに好ましくは、４５体積％以上５５体積％以下にする。これにより、より効果的にインダクタンスＬの向上を図ることができる。
【００４４】
また樹脂１７のヤング率を０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下とすることが好ましい。さらに樹脂１７のヤング率を０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下に設定することがより好ましい。またこれにより、より効果的にインダクタンスＬの向上を図ることができる。
【００４５】
また第２の実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、４０体積％以上５５体積％以下に設定し、さらに３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。樹脂１７のヤング率及び磁性粉末１８の充填率が高くなると、コイル１２との間の隙間ａに適切に充填材１６を流し込むことができず、インダクタンスＬの低下を招く。後述する実験では、上記したヤング率及び充填量に調整することで、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例である図５（完成断面図）の構造のインダクタを製造した。
インダクタのコア部材１４及び充填材１６に含まれるＦｅ基非晶質合金粉末には同じ粉末を用いた。実験で使用したＦｅ基非晶質合金粉末は水アトマイズ法で製造されたものであり、組成は、Ｆｅ71.4Ｎｉ6Ｃｒ2Ｐ10.8Ｃ7.8Ｂ2であった。Ｆｅ基非晶質合金粉末に、アクリル樹脂；３質量％、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）；０．３質量％を夫々混合し、プレス圧１４７１ＭＰａ、アニール処理温度を３５０℃程度とし保持時間を1時間として、収納部１１ａを備える第１コア１１及び蓋体の第２コア１３を形成した。出来た第１コア１１の横寸法、縦寸法、及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、３．１９ｍｍであった。また第２コア１３の横寸法、縦寸法及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、０．６１ｍｍであった。第１コア１１を構成する収納部１１ａを、図４に示すようにコイル１２を収納したときにコイル１２よりも側壁１１ｂのほうがやや高くなるように形成した。図４に示すコイル１２と側壁１１ｂ間の隙間ａは０．０３〜０．０７ｍｍ程度であった。
【００４７】
また充填材１６を構成する樹脂には、ヤング率Ｅが０．９ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料１）、ヤング率Ｅが１ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料２）、ヤング率Ｅが１．４ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料３）、ヤング率Ｅが１．５ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料４）、ヤング率Ｅが３．２ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料５）、ヤング率Ｅが４．９ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料６）、ヤング率Ｅが５．１５ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料７）、ヤング率Ｅが５．６ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料８）を用いた。なお、樹脂のヤング率の調整は、上記エポキシ樹脂の他シリコーン樹脂を用いたり、あるいは樹脂に種々の添加剤を添加したり、微細なフィラーを必要に応じて添加すれば適宜調整できる。
【００４８】
実験では、図５の状態で、試料１は１００℃で３時間、試料３は７０℃で１時間の前硬化と１５０℃で５時間の後硬化、試料６は１２０℃で２０分の熱処理を施して充填材１６の樹脂１７を熱硬化させた。その他の試料については５０℃〜１５０℃で２０分〜３時間で熱硬化させ、また、必要に応じて７０℃〜１５０℃で２時間〜５時間の後硬化を適宜行った。
【００４９】
インダクタンスＬの基準値に図７に示すコイル封入磁心のインダクタンスＬを用いた。コイル封入磁心に使用されるＦｅ基非晶質合金粉末には、上記と同様のＦｅ71.4Ｎｉ6Ｃｒ2Ｐ10.8Ｃ7.8Ｂ2の組成のものを用いた。Ｆｅ基非晶質合金粉末に、アクリル樹脂；２質量％、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）；０．３質量％を夫々混合し、プレス圧５９０ＭＰａ、アニール処理温度を３５０℃程度とし保持時間を１時間として、コイル封入磁心を形成した。出来たコイル封入磁心の横寸法、縦寸法、及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、３．８ｍｍであった。
【００５０】
なお、実験で使用したコイルは、図５の実施例及び図７の比較例ともに、同じターン数及び大きさからなるエッジワイズコイルとした。
【００５１】
インダクタンスＬは、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ ４２８５Ａを用い、周波数１００ｋＨｚ、測定信号電流１０ｍＡとして測定した。
【００５２】
図５に示す実施例のインダクタを用いた実験では、上記した複数の樹脂を用いるとともに、充填材中に含有される磁性粉末の充填率ｒを０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、４５体積％、５０体積％、５５体積％及び６０体積％と変化させて、インダクタンスＬを測定した。
その測定結果が以下の表１及び図６に示されている。
【００５３】
【表１】
【００５４】
図６は、横軸を樹脂のヤング率、縦軸をインダクタンスＬとした。なお図６を、図６（ａ）と図６（ｂ）とに分けた。図６（ａ）と図６（ｂ）は同じ実験結果を示すグラフであるが、ヤング率の適用範囲を異なる範囲とした。なお以下では図６（ａ）を用いて実験結果を説明する。
【００５５】
図６（ａ）及び表１に示すように、樹脂のヤング率Ｅが１ＧＰａ、及び１．４ＧＰａのとき、磁性粉末の充填率を３０体積％以上にすると、基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることができるとわかった。実験では磁性粉末の充填率の最大値を６０体積％としたが、これよりも充填率が大きくなると充填材の流動性が低下した。
【００５６】
樹脂のヤング率Ｅが４．９ＧＰａのとき、磁性粉末の充填率を６０体積％とすると、インダクタンスＬが急激に低下した。充填率が６０体積％で、樹脂のヤング率Ｅが０．９ＧＰａ〜３．２ＧＰａのときは、磁性粉末の充填率を大きくすることでインダクタンスＬの上昇傾向が見られたが、樹脂のヤング率Ｅを４．９ＧＰａとした実験では、そのような傾向が必ずしも見られなかった。また、樹脂のヤング率Ｅを４．９ＧＰａまで大きくすると、磁性粉末の充填率を０体積％、２０体積％、３０体積％及び６０体積％としたとき、インダクタンスＬが基準値（Ｒｅｆ）よりも下回った。
【００５７】
コアや充填材に含まれるＦｅ基非晶質合金粉末は磁歪が大きい。具体的には、１０×１０-6〜２７×１０-6程度の磁歪λｓを備える。このため、ヤング率の高い樹脂を用いると充填材内での内部応力が大きくなり、またコア部材にかかる応力が大きくなる。図５に示したように、略囲まれた空間１５内に充填材１６を充填する構成であるため、高いインダクタンスＬを得るには充填材１６の流動性を確保し且つ内部応力を低減することが重要である。
【００５８】
そして図６（ａ）に示すように磁性粉末の充填率を３０体積％以上６０体積％以下としたとき、樹脂のヤング率を３．２ＧＰａ以下に設定することで、インダクタンスＬが基準値（Ｒｅｆ）を上回ることがわかった。
【００５９】
また樹脂のヤング率の下限値を、０．１ＧＰａに設定した。ヤング率の下限値を０．１ＧＰａ程度まで小さくしても、図５に示したように、略囲まれた空間１５内にてコイル１２を保持でき、また、図３に示す端子部１２ｂを図５に示すように裏面の切欠部１１ｃまで適切に折り曲げることができた。そこで樹脂のヤング率の下限値を０．１ＧＰａ以上に設定した。
【００６０】
以上により本実施例では、充填材に含有される磁性粉末の充填率を３０体積％以上６０体積％以下とし、且つ樹脂のヤング率を０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下に設定した。これにより基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。
【００６１】
また、磁性粉末の充填率を４０体積％以上とすることで、より確実に、基準値よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。また、磁性粉末の充填率を５５体積％以下、または４５体積％以上とすることで、より効果的に、基準値よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になると推測される。
【００６２】
以上により、磁性粉末の充填率を、好ましくは、４０体積％以上６０体積％以下、より好ましくは、４５体積％以上６０体積％以下、あるいは、４０体積％以上５５体積％以下、さらに好ましくは、４５体積％以上５５体積％以下に設定した。
【００６３】
また、樹脂のヤング率を０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下に設定することが好ましい。また、樹脂のヤング率を０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下とすることがより好ましい。これにより、より効果的に、基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、樹脂のヤング率Ｅを０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下、磁性粉末の充填率を４０体積％以上６０体積％以下とすれば、約０．４７μＨ以上のインダクタンスＬを得ることができ、基準値（Ｅ＝０．３６６μＨ）に比べて０．１μＨ以上の高いインダクタンスＬを得ることができるとわかった。
【００６５】
次に図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）とは異なるヤング率の範囲を規定した。
図６（ｂ）では、樹脂のヤング率を３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下に設定した。さらに磁性粉末の充填率を４０体積％以上５５体積％以下の範囲とした。これにより、基準値（Ｅ＝０．３６６μＨ）に比べて高いインダクタンスＬを得ることができるとわかった。
【符号の説明】
【００６６】
１０ インダクタ
１１ 第１コア
１１ａ 収納部
１２ コイル
１２ａ 巻回部
１２ｂ 端子部
１３ 第２コア
１４ コア部材
１６ 充填材
１７ 樹脂
１８ 磁性粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア部材を、コイルの収納部を有する第１コアと蓋体である第２コアとに分離し、コイルを第１コアに収納した後、第２コアを第１コアに接合して成るインダクタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すコイル封入磁心（インダクタ）１は、圧粉コア２の内部にコイル３を封入した状態で圧縮成形した構造である。圧粉コア２には軟磁気特性に優れたＦｅ基非晶質合金粉末が好ましく使用される。しかしながらＦｅ基非晶質合金粉末は磁歪が大きいことから、非晶質粉末本来の性能を出すために成形圧力を高くして成形密度を上昇させ、また高い温度でアニール処理して、応力緩和を促進することが必要であった。しかし、それによりコイル線被覆材が破れたり熱分解等する問題があった。そのため、コイル線被覆材質により成形圧力及びアニール温度に制約があった。
【０００３】
一方、特許文献に示すようにコア部材を複数にピース化してコイルを収納する構成とすれば、図７に示したコイル封入磁心と異なって、コイル線被覆材質による制約を無くすことができ、コア部材を高圧力及び最適なアニール温度で成形でき、Ｆｅ基非晶質合金粉末本来の性能を引き出すことが可能になる。
【０００４】
ところで、コア部材とコイルとの間に形成される隙間を樹脂で埋めてもギャップになり特性劣化に繋がるため、下記特許文献には、樹脂に磁性粉末を混合して充填する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２１４５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２８４５号公報
【特許文献３】特開２００８−２３５７７３号公報
【特許文献４】特開２００５−１７５１５８号公報
【特許文献５】特開２００８−２１８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末をコア部材に用いたとき、樹脂のヤング率によりインダクタンスＬが低下することがわかった。各特許文献には、樹脂のヤング率について特に言及していない。
【０００７】
そこで本発明は、上記の従来課題を解決するためのものであり、特に、磁性粉末の充填率とともにヤング率を適正化して、高いインダクタンスＬを得ることが出来るインダクタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明におけるインダクタは、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明におけるインダクタの製造方法は、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を３０体積％以上６０体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように本発明は、充填材を第１コアに形成された収納部と第２コアとで略囲まれた空間内でコイルとの隙間に充填させるものであり、このような構成において、高いインダクタンスＬを得るために、本発明では、上記のように充填材に含まれる磁性粉末の含有率と樹脂のヤング率とを規定した。これにより、充填材の流動性を適度に保ちながら、充填材をコア部材とコイル間に適切に流し込むことができるとともに、コア部材とコイル間の隙間に磁性粉末を相当量、介在させることが出来る。そして、磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末をコア部材に用いた場合でも、充填材自体の内部応力を小さくでき、コア部材に作用する応力を小さくできる。以上により、本発明では、インダクタンスＬの向上を図ることができる。特に、本発明では、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１１】
本発明では、前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されることが好ましい。これにより、より効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１２】
また本発明では、前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに本発明では、前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、より効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１３】
前記充填材中に含まれる磁性粉末は、Ｆｅ基非晶質合金粉末であることが好ましい。これにより高い軟磁気特性を確保でき、またより効果的に高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００１４】
また本発明では、前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基軟磁性合金粉末であることが好ましい。
【００１５】
あるいは本発明は、コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上５５体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明においても、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のインダクタ及びその製造方法によれば、高いインダクタンスＬを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態におけるインダクタの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す第１コアにコイルを収納した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の状態から充填材を充填し、更に第１コア上に第２コアを被せた状態のインダクタの斜視図である。
【図４】図４は、図２の状態から充填材を充填した状態を示すインダクタの縦断面図である。
【図５】図５は、図４の状態から第２コアを第１コアの上面に充填材を介して接合した状態を示すインダクタの縦断面図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、充填材を構成する樹脂のヤング率とインダクタンスＬとの関係を示すグラフであり、ヤング率の範囲を０．１ＧＰａ〜３．２ＧＰａに規定した第１の実施例を示す。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、充填材を構成する樹脂のヤング率とインダクタンスＬとの関係を示すグラフであり、ヤング率の範囲を３．２ＧＰａ〜５．２ＧＰａに規定した第２の実施例を示す。
【図７】図７は、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施形態におけるインダクタの分解斜視図である。
図１に示すようにインダクタ１０は、第１コア（成形本体）１１、コイル１２及び第２コア（蓋体）１３とを有して構成される。第１コア１１と第２コア１３とによりコア部材１４が構成される。
【００２０】
コア部材１４は、Ｆｅ基非晶質合金（Ｆｅ基金属ガラス合金）粉末及び結着材を圧縮成形したものである。本実施形態では、Ｆｅ基非晶質合金を例えば、アトマイズ法により粉末状に、あるいは液体急冷法により帯状（リボン状）に製造できる。
【００２１】
Ｆｅ基非晶質合金粉末は、略球状あるいは楕円体状等からなる。前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、コア中に多数個存在し、各Ｆｅ基非晶質合金粉末間が結着材（バインダー樹脂）にて絶縁された状態となっている。
【００２２】
結着材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、アクリル樹脂等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス（Ｎａ2Ｏ−ＳｉＯ2）、酸化物ガラス粉末（Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＰｂＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ、ＣａＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）、ゾルゲル法により生成するガラス状物質（ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を主成分とするもの）等を挙げることができる。
【００２３】
また潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等を添加してもよい。結着材の混合比は５質量％以下、潤滑剤の添加量は０．１質量％〜１質量％程度である。
【００２４】
本実施形態では、第１コア１１及び第２コア１３を夫々、単体にて圧縮成形できる。よって図７に示したコイルをコア内に封入した状態で圧縮成形する構造と異なって、成形圧力及びアニール処理に、コイル線被覆材質による制約が無く、高圧力による成形、コア材料に最適な温度でのアニール処理が可能になりＦｅ基非晶質合金本来の性能を適切に引き出すことが出来る。
【００２５】
図１に示すように第１コア１１にはコイル１２を収納するための有底の収納部１１ａが形成されている。ここで収納部１１ａの平面形状は、コイル１２よりもやや大きく、また収納部１１ａの側壁１１ｂの高さｈ１は、コイル１２の高さｈ２よりもやや大きい。また第１コア１１の裏面には、図４，図５に示すように、コイル１２の端子部１２ｂを収納するための切欠部１１ｃが形成されている。
【００２６】
第２コア１３は、所定厚で形成された蓋体であり、例えば上面１３ａ及び下面１３ｂは平面で形成されている。
【００２７】
コイル１２は、絶縁被膜された導線を螺旋状に巻回して形成されたものである。コイル１２は、巻回部１２ａと、巻回部１２ａから引き出された端子部１２ｂ，１２ｂとを有して構成される。コイル１２の巻き数は必要なインダクタンスＬに応じて適宜設定される。コイル１２は、エッジワイズコイルであり、丸線コイルに比べて各ターンにおける導体の断面積を大きくでき、少ないターン数にて所望の高いインダクタンスＬを得ることが可能になる。なお、より高いインダクタンスＬが必要な場合、狭いスペースにより多くの巻線のターン数が必要となるため、その場合は断面積が小さく、スペースの有効活用が可能な丸線コイルを使用しても良い。
【００２８】
図２は、図１に示すコイル１２を第１コア１１の収納部１１ａ内に設置した状態を示している。図４は図２のＡ−Ａ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見たインダクタの製造途中の縦断面図を示し、特に充填材１６が充填された状態を示している。
【００２９】
図４に示す充填材１６は樹脂１７と磁性粉末１８とを有して構成されている。なお図４，図５では、充填材１６内の磁性粉末１８を黒点で模式的に示した。
【００３０】
第１の実施形態では、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。また充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を３０体積％以上６０体積％以下に設定した。
【００３１】
図４に示すように、充填材１６は、コイル１２と第１コア１１の収納部１１ａを構成する側壁１１ｂとの間の隙間ａに流れ込む。また図４に示すように収納部１１ａ内を充填材１６で満たして、コイル１２の上面及び下面を充填材１６で覆い、さらに第１コア１１の上面１１ｄにも充填材１６を塗布する。このようにコイル１２の周囲を充填材１６で覆うことでインダクタの鳴き、振動を防止することもできる。
【００３２】
樹脂１７には０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を好ましく適用できる。また磁性粉末１８には、フェライト等の結晶性のものを用いることも可能であるが、前記磁性粉末１８は、例えば、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基非晶質合金粉末であることが好適である。
【００３３】
上記に示したＦｅ基非晶質合金粉末は、主成分としてのＦｅと、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉとを上記組成比率内にて添加してなる金属ガラスである。Ｆｅ基非晶質合金粉末は、非晶質で且つガラス転移点（Ｔｇ）を有するとともに、優れた軟磁気特性を備える。
【００３４】
充填材１６に含有される磁性粉末１８は、コア部材１４を構成するＦｅ基非晶質合金と同種であることが好ましい。ここで同種とは、同じ粉末（同じ製造工程で作られたもの、あるいは別の工程であっても組成をほぼ同じとしたもの）か、あるいは、異なる粉末（組成が異なる）であっても飽和磁束密度Ｂｓや透磁率等のインダクタのコアに必要とされる基本特性がほぼ同等であることを指す。但し、充填材１６に含有される磁性粉末１８をＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金のような磁歪の小さい材料とすることも出来る。この場合は温度、湿度等の環境変化に伴う磁気特性の変化を低く抑えることができ、使用する用途によっては好ましいものとすることができる。
【００３５】
図４に示すように、充填材１６を第１コア１１に充填した後、図３及び図５に示すように、第２コア１３を第１コア１１上に充填材１６を介して重ね合わせる。なお図５は図４に示すＢ−Ｂ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面図であり、また図３に示す端子部１２ｂを折り曲げ加工した後の状態を示している。
【００３６】
図５に示すように、充填材１６は、有底の収納部１１ａと、収納部１１ａの開放端１１ａ１側に位置する第２コア１３との間の略囲まれた空間１５内でコイル１２との隙間ａを埋めている。ここで図５に示すように、第１コア１１の上面１１ｄと第２コア１３との間には、充填材１６および樹脂１７が介在しているため多少の隙間があり、また、端子部１２ｂの第１コア１１からの引出部にも多少の隙間がある。従って、「略囲まれた空間」とは、収納部１１ａと第２コア１３との間にて完全に囲まれた空間ではなく、上述したように多少、隙間（第１コア１１の上面１１ｄと第２コア１３との間）を有していてもよいことを意味する。
【００３７】
本実施形態では、第２コア１３を第１コア１１上に充填材１６を介して重ね合わせた後、熱処理を施して、充填材１６を構成する樹脂１７を熱硬化させる。これにより、第１コア１１と第２コア１３間を接合することが出来る。なおここで言う熱処理の温度は、コア部材１４を成形する際に応力緩和のために行うアニール処理温度よりも低い温度であり、コイル線被覆材に悪影響を及ぼさない温度である。またこのようにコイル線被覆材に加わる熱処理の温度を従来よりも低くできることで、コイル線被覆材として使用する材質を耐熱性の低い安価なものに代えることが可能になり生産コストの低減を図ることが可能になる。
【００３８】
更に図３に示す端子部１２ｂを下方向に向けて折り曲げ、図５に示すように第１コア１１の裏面に形成された切欠部１１ｃに端子部１２ｂを収納する。
【００３９】
上記したように、第１の実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、３０体積％以上６０体積％以下に設定し、さらに０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。これにより、充填材１６の流動性を適度に保ちながら、充填材１６を第１コア１１とコイル１２間の狭い空間に適切に流し込むことができるとともに、コア部材１４とコイル１２間の隙間に磁性粉末１８を相当量、介在させることが出来る。図５に示すように、充填材１６は、有底の収納部１１ａと、収納部１１ａの開放端１１ａ１側に位置する第２コア１３との間の略囲まれた空間１５内でコイル１２との隙間ａを埋めている。このように囲まれた空間１５内を充填材１６で埋めるからヤング率がかなり低い状態であっても充填材１６を空間１５内で保持でき、０．１ＧＰａを下限値としたヤング率を有する樹脂１７を適用できる。
【００４０】
また、磁性粉末１８の充填量を増やせば、充填材１６の流動性が低下し隙間ａを適切に埋めることができないため、上限値を６０体積％とした。
【００４１】
本実施形態では、コア部材に磁歪の大きいＦｅ基非晶質合金粉末を用い、さらには充填材１６にもＦｅ基非晶質合金粉末を用いた場合でも、充填材１６自体の内部応力を小さくでき、コア部材１４に作用する応力を小さくできる。
【００４２】
以上により、本実施形態では、インダクタンスＬの向上を図ることができる。特に、本実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、３０体積％以上６０体積％以下に設定し、さらに０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いたことで、後述する実験結果に示すように、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【００４３】
充填材１６に含まれる磁性粉末１８の充填率を、好ましくは、４０体積％以上６０体積％以下、より好ましくは、４５体積％以上６０体積％以下、あるいは、４０体積％以上５５体積％以下、さらに好ましくは、４５体積％以上５５体積％以下にする。これにより、より効果的にインダクタンスＬの向上を図ることができる。
【００４４】
また樹脂１７のヤング率を０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下とすることが好ましい。さらに樹脂１７のヤング率を０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下に設定することがより好ましい。またこれにより、より効果的にインダクタンスＬの向上を図ることができる。
【００４５】
また第２の実施形態では、充填材１６に含有される磁性粉末１８の充填量を、充填材１６中、４０体積％以上５５体積％以下に設定し、さらに３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂１７を用いた。樹脂１７のヤング率及び磁性粉末１８の充填率が高くなると、コイル１２との間の隙間ａに適切に充填材１６を流し込むことができず、インダクタンスＬの低下を招く。後述する実験では、上記したヤング率及び充填量に調整することで、コイルを封入した状態でコアを圧縮成形して成るコイル封入磁心に比べて高いインダクタンスＬを得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例である図５（完成断面図）の構造のインダクタを製造した。
インダクタのコア部材１４及び充填材１６に含まれるＦｅ基非晶質合金粉末には同じ粉末を用いた。実験で使用したＦｅ基非晶質合金粉末は水アトマイズ法で製造されたものであり、組成は、Ｆｅ71.4Ｎｉ6Ｃｒ2Ｐ10.8Ｃ7.8Ｂ2であった。Ｆｅ基非晶質合金粉末に、アクリル樹脂；３質量％、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）；０．３質量％を夫々混合し、プレス圧１４７１ＭＰａ、アニール処理温度を３５０℃程度とし保持時間を1時間として、収納部１１ａを備える第１コア１１及び蓋体の第２コア１３を形成した。出来た第１コア１１の横寸法、縦寸法、及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、３．１９ｍｍであった。また第２コア１３の横寸法、縦寸法及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、０．６１ｍｍであった。第１コア１１を構成する収納部１１ａを、図４に示すようにコイル１２を収納したときにコイル１２よりも側壁１１ｂのほうがやや高くなるように形成した。図４に示すコイル１２と側壁１１ｂ間の隙間ａは０．０３〜０．０７ｍｍ程度であった。
【００４７】
また充填材１６を構成する樹脂には、ヤング率Ｅが０．９ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料１）、ヤング率Ｅが１ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料２）、ヤング率Ｅが１．４ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料３）、ヤング率Ｅが１．５ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料４）、ヤング率Ｅが３．２ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料５）、ヤング率Ｅが４．９ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料６）、ヤング率Ｅが５．１５ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料７）、ヤング率Ｅが５．６ＧＰａのエポキシ樹脂（以下の表１では、試料８）を用いた。なお、樹脂のヤング率の調整は、上記エポキシ樹脂の他シリコーン樹脂を用いたり、あるいは樹脂に種々の添加剤を添加したり、微細なフィラーを必要に応じて添加すれば適宜調整できる。
【００４８】
実験では、図５の状態で、試料１は１００℃で３時間、試料３は７０℃で１時間の前硬化と１５０℃で５時間の後硬化、試料６は１２０℃で２０分の熱処理を施して充填材１６の樹脂１７を熱硬化させた。その他の試料については５０℃〜１５０℃で２０分〜３時間で熱硬化させ、また、必要に応じて７０℃〜１５０℃で２時間〜５時間の後硬化を適宜行った。
【００４９】
インダクタンスＬの基準値に図７に示すコイル封入磁心のインダクタンスＬを用いた。コイル封入磁心に使用されるＦｅ基非晶質合金粉末には、上記と同様のＦｅ71.4Ｎｉ6Ｃｒ2Ｐ10.8Ｃ7.8Ｂ2の組成のものを用いた。Ｆｅ基非晶質合金粉末に、アクリル樹脂；２質量％、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）；０．３質量％を夫々混合し、プレス圧５９０ＭＰａ、アニール処理温度を３５０℃程度とし保持時間を１時間として、コイル封入磁心を形成した。出来たコイル封入磁心の横寸法、縦寸法、及び高さ寸法は、夫々１０ｍｍ、１０ｍｍ、３．８ｍｍであった。
【００５０】
なお、実験で使用したコイルは、図５の実施例及び図７の比較例ともに、同じターン数及び大きさからなるエッジワイズコイルとした。
【００５１】
インダクタンスＬは、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ ４２８５Ａを用い、周波数１００ｋＨｚ、測定信号電流１０ｍＡとして測定した。
【００５２】
図５に示す実施例のインダクタを用いた実験では、上記した複数の樹脂を用いるとともに、充填材中に含有される磁性粉末の充填率ｒを０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、４５体積％、５０体積％、５５体積％及び６０体積％と変化させて、インダクタンスＬを測定した。
その測定結果が以下の表１及び図６に示されている。
【００５３】
【表１】
【００５４】
図６は、横軸を樹脂のヤング率、縦軸をインダクタンスＬとした。なお図６を、図６（ａ）と図６（ｂ）とに分けた。図６（ａ）と図６（ｂ）は同じ実験結果を示すグラフであるが、ヤング率の適用範囲を異なる範囲とした。なお以下では図６（ａ）を用いて実験結果を説明する。
【００５５】
図６（ａ）及び表１に示すように、樹脂のヤング率Ｅが１ＧＰａ、及び１．４ＧＰａのとき、磁性粉末の充填率を３０体積％以上にすると、基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることができるとわかった。実験では磁性粉末の充填率の最大値を６０体積％としたが、これよりも充填率が大きくなると充填材の流動性が低下した。
【００５６】
樹脂のヤング率Ｅが４．９ＧＰａのとき、磁性粉末の充填率を６０体積％とすると、インダクタンスＬが急激に低下した。充填率が６０体積％で、樹脂のヤング率Ｅが０．９ＧＰａ〜３．２ＧＰａのときは、磁性粉末の充填率を大きくすることでインダクタンスＬの上昇傾向が見られたが、樹脂のヤング率Ｅを４．９ＧＰａとした実験では、そのような傾向が必ずしも見られなかった。また、樹脂のヤング率Ｅを４．９ＧＰａまで大きくすると、磁性粉末の充填率を０体積％、２０体積％、３０体積％及び６０体積％としたとき、インダクタンスＬが基準値（Ｒｅｆ）よりも下回った。
【００５７】
コアや充填材に含まれるＦｅ基非晶質合金粉末は磁歪が大きい。具体的には、１０×１０-6〜２７×１０-6程度の磁歪λｓを備える。このため、ヤング率の高い樹脂を用いると充填材内での内部応力が大きくなり、またコア部材にかかる応力が大きくなる。図５に示したように、略囲まれた空間１５内に充填材１６を充填する構成であるため、高いインダクタンスＬを得るには充填材１６の流動性を確保し且つ内部応力を低減することが重要である。
【００５８】
そして図６（ａ）に示すように磁性粉末の充填率を３０体積％以上６０体積％以下としたとき、樹脂のヤング率を３．２ＧＰａ以下に設定することで、インダクタンスＬが基準値（Ｒｅｆ）を上回ることがわかった。
【００５９】
また樹脂のヤング率の下限値を、０．１ＧＰａに設定した。ヤング率の下限値を０．１ＧＰａ程度まで小さくしても、図５に示したように、略囲まれた空間１５内にてコイル１２を保持でき、また、図３に示す端子部１２ｂを図５に示すように裏面の切欠部１１ｃまで適切に折り曲げることができた。そこで樹脂のヤング率の下限値を０．１ＧＰａ以上に設定した。
【００６０】
以上により本実施例では、充填材に含有される磁性粉末の充填率を３０体積％以上６０体積％以下とし、且つ樹脂のヤング率を０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下に設定した。これにより基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。
【００６１】
また、磁性粉末の充填率を４０体積％以上とすることで、より確実に、基準値よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。また、磁性粉末の充填率を５５体積％以下、または４５体積％以上とすることで、より効果的に、基準値よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になると推測される。
【００６２】
以上により、磁性粉末の充填率を、好ましくは、４０体積％以上６０体積％以下、より好ましくは、４５体積％以上６０体積％以下、あるいは、４０体積％以上５５体積％以下、さらに好ましくは、４５体積％以上５５体積％以下に設定した。
【００６３】
また、樹脂のヤング率を０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下に設定することが好ましい。また、樹脂のヤング率を０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下とすることがより好ましい。これにより、より効果的に、基準値（Ｒｅｆ）よりも大きいインダクタンスＬを得ることが可能になるとわかった。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、樹脂のヤング率Ｅを０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下、磁性粉末の充填率を４０体積％以上６０体積％以下とすれば、約０．４７μＨ以上のインダクタンスＬを得ることができ、基準値（Ｅ＝０．３６６μＨ）に比べて０．１μＨ以上の高いインダクタンスＬを得ることができるとわかった。
【００６５】
次に図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）とは異なるヤング率の範囲を規定した。
図６（ｂ）では、樹脂のヤング率を３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下に設定した。さらに磁性粉末の充填率を４０体積％以上５５体積％以下の範囲とした。これにより、基準値（Ｅ＝０．３６６μＨ）に比べて高いインダクタンスＬを得ることができるとわかった。
【符号の説明】
【００６６】
１０ インダクタ
１１ 第１コア
１１ａ 収納部
１２ コイル
１２ａ 巻回部
１２ｂ 端子部
１３ 第２コア
１４ コア部材
１６ 充填材
１７ 樹脂
１８ 磁性粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有される請求項１記載のインダクタ。
【請求項３】
前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下である請求項１又は２に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下である請求項１又は２に記載のインダクタ。
【請求項５】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上５５体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【請求項６】
前記充填材中に含まれる磁性粉末は、Ｆｅ基非晶質合金粉末である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基軟磁性合金粉末である請求項１ないし６のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項８】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を３０体積％以上６０体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするインダクタの製造方法。
【請求項９】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を４０体積％以上５５体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするインダクタの製造方法。
【請求項１】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、３０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上６０体積％以下の範囲で含有される請求項１記載のインダクタ。
【請求項３】
前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下である請求項１又は２に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記樹脂のヤング率は、０．９ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下である請求項１又は２に記載のインダクタ。
【請求項５】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
前記コア部材は、Ｆｅ基非晶質合金粉末及び結着材を圧縮成形したものであり、
前記充填材は、樹脂と磁性粉末とを有して構成され、
前記樹脂のヤング率は、３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下であり、
前記磁性粉末は、前記充填材中、４０体積％以上５５体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするインダクタ。
【請求項６】
前記充填材中に含まれる磁性粉末は、Ｆｅ基非晶質合金粉末である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記Ｆｅ基非晶質合金粉末は、組成式がＦｅ100-a-b-c-x-y-z-tＮｉaＳｎbＣｒcＰxＣyＢzＳｉtで示され、０ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、０ａｔ％≦ｂ≦３ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦６ａｔ％、６．８ａｔ％≦ｘ≦１０．８ａｔ％、２．０ａｔ％≦ｙ≦９．８ａｔ％、０ａｔ％≦ｚ≦８．０ａｔ％、０ａｔ％≦ｔ≦５．０ａｔ％であるＦｅ基軟磁性合金粉末である請求項１ないし６のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項８】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
０．１ＧＰａ以上３．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を３０体積％以上６０体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするインダクタの製造方法。
【請求項９】
コイルと、前記コイルに対する有底の収納部が形成された第１コア及び前記収納部の開口側を覆う第２コアを有して構成されるコア部材と、前記収納部と前記収納部の開放端側に位置する前記第２コアとの間の略囲まれた空間内で前記コイルとの隙間を埋める充填材と、を有し、
Ｆｅ基非晶質合金粉末と結着材とを圧縮成形して前記コア部材を形成し、
３．２ＧＰａ以上５．２ＧＰａ以下のヤング率を有する樹脂に磁性粉末を４０体積％以上５５体積％以下の範囲で混合して前記充填材を生成し、
前記コイルを前記第１コアの前記収納部内に収納し、前記充填材を前記収納部の開口側に充填した後、前記第２コアを前記第１コアの前記開口側に被せて前記第１コアと前記第２コア間を接合することを特徴とするインダクタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５１３９９（Ｐ２０１３−５１３９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４１８２２（Ｐ２０１２−１４１８２２）
【出願日】平成２４年６月２５日（２０１２．６．２５）
【出願人】（３１００１４３２２）アルプス・グリーンデバイス株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２５日（２０１２．６．２５）
【出願人】（３１００１４３２２）アルプス・グリーンデバイス株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
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