特許 6405609 インダクタ素子およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6405609

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】インダクタ素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 41/04 20060101AFI20181004BHJP

   H01F 17/04 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   H01F41/04 B

   H01F17/04 F

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-179019(P2013-179019)

(22)【出願日】2013年8月30日

(65)【公開番号】特開2014-90158(P2014-90158A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2016年6月29日

(31)【優先権主張番号】特願2012-221338(P2012-221338)

(32)【優先日】2012年10月3日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山下 保英

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 千緒美

(72)【発明者】

【氏名】会田 智彦

(72)【発明者】

【氏名】石山 茂樹

【審査官】 井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０１０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５８０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５８２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３０５１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０５１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１２３０１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−３２４７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６７１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８１３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８１３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ４１／０４

Ｈ０１Ｆ １７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル状に導体が巻回してある巻線部と、前記巻線部から外側に飛び出している少なくとも一対のリード部と、を有するインサート部材を準備する工程と、
磁性粉体およびバインダを含む顆粒を準備する工程と、
金型のキャビティ内部に、前記巻線部が位置し、前記リード部が前記キャビティの外部に位置するように、前記インサート部材を配置する工程と、
前記インサート部材が配置してあるキャビティ内部を前記顆粒で満たす工程と、
前記巻線部の内周部に存在する前記磁性粉体の密度が、前記巻線部の外周部に位置する前記磁性粉体の密度よりも０．２６ｇ／ｃｍ^３ 以上高くなるように、前記顆粒で満たされたキャビティ内部で、前記巻線部の内周部に位置する前記顆粒を選択的に圧縮して、圧縮成形する工程と、を有し、
前記キャビティの内部に位置する前記顆粒を前記巻線部の巻軸方向の両側から全体的に圧縮する主パンチと
前記巻線部の内径よりも小径で、前記主パンチに対して相対移動可能な副パンチと、を有し、
前記主パンチによる圧縮と同時にまたは、その前後において連続して、前記副パンチを、前記主パンチに対して、前記キャビティの内部に向かう方向に移動させることで、前記巻線部の内周部に位置する前記顆粒を相互に自由に移動可能な状態で、選択的に圧縮することを特徴とするインダクタ素子の製造方法。

【請求項2】

前記キャビティ内部に充填すべき前記顆粒の全量の一部を、前記キャビティ内に充填した後、前記キャビティの内部に、前記インサート部材を配置し、その後に、前記キャビティ内を前記顆粒で満たすことを特徴とする請求項１に記載のインダクタ素子の製造方法。

【請求項3】

前記キャビティ内部に充填すべき前記顆粒の全量の一部と、その後に、前記キャビティ内に充填される前記顆粒とは、同一特性あるいは異なる特性である請求項２に記載のインダクタ素子の製造方法。

【請求項4】

コイル状に導体が巻回してある巻線部と、
前記巻線部の内周部と外周部と巻回軸両側端部とを一体化して覆い、磁性粉体およびバインダを含む顆粒を圧縮成形してあるコア部と、
前記巻線部から前記コア部の外部に引き出され、前記導体に接続してあるリード部と、を有するインダクタ素子であって、
前記コア部における前記巻線部の内周部と外周部とで前記磁性粉体の密度が異なり、
前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度が、前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度よりも０．２６ｇ／ｃｍ^３ 以上高いことを特徴とするインダクタ素子。

【請求項5】

前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体に比較して、前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の平均粒径が小さい請求項４に記載のインダクタ素子。

【請求項6】

前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体に比較して、前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の硬度が高い請求項４または５に記載のインダクタ素子。

【請求項7】

前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の特性が、前記巻線部の巻回軸に沿って両端面のいずれか一方に位置する前記コア部における前記磁性粉体の特性と同じである請求項５または６に記載のインダクタ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル状に巻回してある巻線部が磁性体で構成されたコア部の内部に一体化してあるインダクタ素子と、その製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

インダクタ素子として、たとえばパソコンや携帯型電子機器などに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路素子として使用される表面実装タイプのインダクタンス素子が知られている。

【0003】

このインダクタ素子の一例として、金属磁性粉にバインダを加えて加圧成形して得られるダストコア（金属磁性体粉末の表面を絶縁し、加圧成形したコア）の内部にコイルを埋設しているインダクタ素子が知られている。このインダクタ素子は、端子電極がダストコアに直接に接触する構造となるので、金属磁性粉には絶縁性が要求される。このため、金属磁性粉の粒子の表面に絶縁処理を施し、さらにバインダで被覆した後、この金属磁性粉を加圧成形していた。

【0004】

下記の特許文献１では、高い絶縁性と高い磁気透磁率を両立させるために、コイルの空芯部（巻線部の内周部）に、コア部外側を構成する第１磁性体よりも透磁率が高い第２磁性体を配置する構造が提案されている。

【0005】

しかしながら、この従来の構造では、第２磁性体を成形した後に、第１磁性体をコイルの空芯部に配置し、その後に、第１磁性体および巻線部を囲むように、第１磁性体を成形してある。このため、従来の構造では、第２磁性体を第１磁性体とは別に成形するために、工程コスト、部材コストが上がるという問題がある。

【0006】

また、この従来例では、第２磁性体と第１磁性体との境界面から剥離が生じたり、クラックが発生するという問題もある。その問題の原因としては、次の点が考えられる。
１）第２磁性体は、金属磁性粉を加圧成形し得られることから、表面が比較的平滑となり、第一磁性体との密着性に劣る。
２）第２磁性体は、透磁率の異なる異材質であることから第１磁性体との膨張係数が異なる。
また、下記に示す特許文献２では、加圧成形する工程において、異なる金型を用いて成形工程が二段階となっており、上記の例と同様に、第１成形工程と第２成形工程でそれぞれ得られる面の境界において、磁性材料の密着不足が発生し、境界面における剥離やクラックが発生するおそれがある。

【0007】

また、少なくともコイル内部への選択的加圧が行なわれていないため、十分にコイル内部に加圧されることがない。このため、コイル内部でクラックが発生しやすい。また、第２成形工程においては、コアの内部に存在するコイルに直接に加圧力が印加され、コイルがつぶされることによってコイル絶縁被覆破壊が発生し、ショート不良が発生するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平２００３−１６８６１０号公報

【特許文献2】特開２０１０−１０４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、クラックなどの発生が少なく、しかも初透磁率が高く、ショート不良も発生しにくいインダクタ素子と、そのインダクタ素子を低コストで容易に製造することができるインダクタ素子の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係るインダクタ素子の製造方法は、
コイル状に導体が巻回してある巻線部と、前記巻線部から外側に飛び出している少なくとも一対のリード部と、を有するインサート部材を準備する工程と、
磁性粉体およびバインダを含む顆粒を準備する工程と、
金型のキャビティ内部に、前記巻線部が位置し、前記リード部が前記キャビティの外部に位置するように、前記インサート部材を配置する工程と、
前記インサート部材が配置してあるキャビティ内部を前記顆粒で満たす工程と、
前記巻線部の内周部に存在する磁性粉体の密度が、前記巻線部の外周部に位置する磁性粉体の密度よりも高くなるように、前記キャビティ内部に圧力を加えて圧縮成形する工程と、を有する。

【0011】

本発明に係るインダクタ素子の製造方法では、巻線部の内周部と外周部とに位置する顆粒は、キャビティ内部において、顆粒が相互に自由に移動可能な状態で圧縮成形されるため、内周部と外周部との間に明確な界面が存在せず、クラックが発生し難い。また、本発明の方法では、いったん圧縮成形体を形成した後に、再度、その圧縮成形体の形状を変化させる工程を有さないため、この点でも、クラックを発生させにくい。

【0012】

また本発明の方法では、コアの内部に存在するコイル状の導体に過度な加圧力が印加されず、コイル状の導体が潰されるおそれが少なく、したがって、コイル絶縁被覆破壊が発生するおそれが少なく、ショート不良が発生し難い。さらに、本発明の方法により得られたインダクタ素子では、巻線部の内周部に存在する磁性粉体の密度が、巻線部の外周部に位置する磁性粉体の密度よりも高くなり、その結果として、初透磁率が向上することが本発明者等により見出された。

【0013】

好ましくは、前記キャビティ内部に充填すべき前記顆粒の全量の一部を、前記キャビティ内に充填した後、前記キャビティの内部に、前記インサート部材を配置し、その後に、前記キャビティ内を前記顆粒で満たす。このような順序で顆粒をキャビティ内に充填することで、スペーサなどを用いること無く、巻線部を有するインサート部材をキャビティ内に配置しやすくなり、製造コストの低減に寄与する。

【0014】

なお、インサート部材をキャビティ内部に配置する前に充填する顆粒の種類と、キャビティ内部にインサート部材を配置した後に、キャビティ内部に充填する顆粒の種類は、同一種類であっても良いが、特性などを異ならせても良い。たとえば最初に充填する顆粒における磁性粉体の粒径を、後で充填する顆粒における磁性粉体の粒径よりも小さくしても良い。あるいは、最初に充填する顆粒の弾性を、後で充填する顆粒の弾性よりも高くしても良い。あるいは、最初に充填する顆粒におけるバインダ量を、後で充填する顆粒におけるバインダ量よりも少なくしても良い。あるいは、最初に充填する顆粒におけるバインダの硬度を、後で充填する顆粒におけるバインダの硬度よりも大きくしても良い。これらのように構成することで、巻線部の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して高めることができる。

【0015】

好ましくは、前記顆粒で満たされたキャビティ内部で、前記巻線部の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮する。その前後、または同時に、キャビティ内部の全体に位置する顆粒に圧力を加える。巻線部の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮することで、巻線部の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して高めることができる。また、選択的な圧縮と全体的な圧縮とは、同時または連続して行われるために、成形体中にクラックなどを生じさせ難い。

【0016】

好ましくは、前記金型が、
前記キャビティの内部に位置する顆粒を前記巻線部の巻軸方向の両側から全体的に圧縮する主パンチと
前記巻線部の内径よりも小径で、前記主パンチに対して相対移動可能な副パンチと、を有し、
前記副パンチを、前記主パンチに対して、前記キャビティの内部に向かう方向に移動させることで、前記巻線部の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮する。

【0017】

このように選択的な圧縮を行うことで、巻線部の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して容易に高めることができる。

【0018】

前記キャビティ内部に充填すべき前記顆粒の全量の一部と、その後に、キャビティ内に充填される前記顆粒とは、同一特性あるいは異なる特性であってもよい。

【0019】

本発明に係るインダクタ素子は、
上記のいずれかに記載の製造方法により製造され、
前記巻線部の内周部に存在する磁性粉体の密度が、前記巻線部の外周部に位置する磁性粉体の密度よりも高いことを特徴とする。

【0020】

また、本発明に係るインダクタ素子は、
コイル状に導体が巻回してある巻線部と、
前記巻線部の内周部と外周部と巻回軸両側端部とを一体化して覆い、磁性粉体およびバインダを含む顆粒を圧縮成形してあるコア部と、
前記巻線部から前記コア部の外部に引き出され、前記導体に接続してあるリード部と、を有するインダクタ素子であって、
前記コア部における前記巻線部の内周部と外周部とで前記磁性粉体の密度が異なり、
前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度が、前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度よりも高いことを特徴とする。

【0021】

好ましくは、前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度よりも、前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の密度が、０．１ｇ／ｃｍ^３ 以上に高い。このような関係にある時に、インダクタ素子の初透磁率が向上する。

【0022】

前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体に比較して、前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の平均粒径を小さくしても良い。あるいは、前記巻線部の外周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体に比較して、前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の弾性を高くしてもよい。

【0023】

前記巻線部の内周部に位置する前記コア部における前記磁性粉体の特性が、前記巻線部の巻回軸に沿って両端面のいずれか一方に位置するコア部における前記磁性粉体の特性と同じであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の全体斜視図である。

【図2】図２は図１に示すII−II線に沿う概略断面図である。

【図3】図３は本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の製造過程を示すフローチャート図である。

【図4A】図４Ａは図３に示す製造過程における充填前の金型の概略断面図である。

【図4B】図４Ｂは図４Ａの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図4C】図４Ｃは図４Ｂの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図4D】図４Ｄは図４Ｃの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図5】図５は金型から取り出したインサート成形体の概略断面図である。

【図6A】図６Ａは本発明の他の実施形態に係るインダクタ素子の製造過程を示す金型の概略断面図である。

【図6B】図６Ｂは図６Ａの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図6C】図６Ｃは図６Ｂの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図6D】図６Ｄは図６Ｃの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図6E】図６Ｅは図６Ｄの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図7A】図７Ａは本発明の比較例に係るインダクタ素子の製造過程を示す金型の概略断面図である。

【図7B】図７Ｂは図７Ａの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図7C】図７Ｃは図７Ｂの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図7D】図７Ｄは図７Ｃの続きの工程を示す金型の概略断面図である。

【図8】図８は本発明の実施例に係るインダクタ素子の内外密度差と直流重畳特性との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態におけるインダクタ素子２は、圧縮成形体としてのコア部４と、コア部４の内部でコイル状に導体６ａが巻回してある巻線部６とを有する。導体６ａは、たとえば、導線と、必要に応じて導線の外周を被覆してある絶縁被覆層とで構成してある。

【0026】

導線は、たとえばＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ａｇ、Ａｕ、リン青銅などで構成してある。絶縁被覆層は、たとえばポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエステル−イミド、ポリエステル−ナイロンなどで構成してある。導体６ａの横断面形状は、特に限定されず、円形、平角形状などが例示される。

【0027】

コア部４は、磁性粉体およびバインダを含む顆粒を圧縮成形して形成してある。磁性粉体としては、特に限定されないが、Ｍｎ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎなどのフェライト、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ；鉄−シリコン−アルミニウム）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ（鉄−シリコン−クロム）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）などが例示される。バインダとしては、特に限定されないが、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコン樹脂、これらを組み合わせたものなどが例示される。

【0028】

図２に示すように、巻線部６は、１本以上の導体６ａがコイル状に巻回してある部分であり、巻線部６からは導体６ａの両端である少なくとも一対のリード部６ｂが、コア部４の外部に引き出される。図示する実施形態では、巻線部６からは、Ｘ軸方向に沿って一対のリード部６ｂが引き出され、コア部４の外部に位置するリード部６ｂの先端がコア部４の外面に沿って折り曲げられ、一対の端子電極８に、溶接または導電性接着剤の手段でそれぞれ接続してある。各端子電極８は、本実施形態では、断面Ｌ字形状の導電性板材で構成してあり、コア部４の側面および下面に密着して接合してある。

【0029】

本実施形態では、コア部４の下面は、相互に垂直なＸ軸およびＹ軸を通る平面と略平行に形成してあり、巻線部６の巻軸が、Ｘ軸およびＹ軸を通る平面と垂直なＺ軸に対して略平行になっている。本実施形態では、コア部４の上面は、その下面に対して略平行であり、４つの側面は、これらの上面および下面に対して略垂直となっている。ただし、本発明では、コア部４の形状は、特に限定されず、６面体に限らず、円柱形、楕円柱、多角柱などであっても良い。

【0030】

図２に示すように、本実施形態では、コア部４は、巻線部６の内周部と外周部と巻回軸両側端部とを一体化して覆うようになっている。しかも、巻線部６の内周部４ａと外周部４ｂとでは、磁性粉体の密度が異なり、巻線部の内周部４ａに位置するコア部４における磁性粉体の密度が、巻線部６の外周部４ｂに位置するコア部４における磁性粉体の密度よりも高い。

【0031】

好ましくは、巻線部６の外周部４ｂに位置するコア部４における磁性粉体の密度Doutよりも、巻線部６の内周部４ａに位置するコア部４における磁性粉体の密度Dinが、０．１ｇ／ｃｍ^３ 以上、さらに好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３ 以上に高い。すなわち、Dd＝Din−Doutの式にて定義される内外密度差Dd（＝Din−Dout）は、０．１ｇ／ｃｍ^３ 以上、さらに好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３ 以上である。このような関係にある時に、インダクタ素子の初透磁率が向上する。また、インダクタ素子の直流重畳特性を向上させる観点からは、内外密度差Ddは、０．２５ｇ／ｃｍ^３ 以上が好ましい。なお、直流重畳特性とは、インダクタ素子に直流電流を流した場合に、インダクタンスの下がり難さを示す指標であり、一般的には、素子に直流電流を０から印加していき、電流０の時のインダクタンス（μＨ）に対して、８０％に低下する時に流れる電流の値（Ｉｄｃ１／アンペア）で評価することができる。この値が大きい程、直流重畳特性が良い。

【0032】

本実施形態のインダクタ素子２のサイズは、特に限定されないが、たとえばＸ軸方向幅が１．０〜２０ｍｍ、Ｙ軸方向幅が１．０〜２０ｍｍ、高さ１．０〜１０ｍｍである。

【0033】

このインダクタ素子２は、たとえばパソコンや携帯型電子機器などに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路素子などとして用いることができる。

【0034】

次に、図１および図２に示すインダクタ素子２の製造方法について、図３、図４Ａ〜４Ｄおよび図５に基づき説明する。
図４Ａは、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１の状態における金型１０の概略断面図である。図４Ａに示すように、本実施形態の金型１０は、下側主パンチ１２と上側下パンチ１４とを有する。これらの主パンチ１２および１４は、下外枠１５および上外枠１６に対してＺ軸方向の上下に相対移動自在に配置してある。しかも、図４Ａに示すように、下主パンチ１２の上側外周に下外枠１５が組み合わされ、下外枠１５の上に上外枠１６が配置されることで、下主パンチ１２の上で外枠１５および１６の内側には、キャビティ２０が形成される。

【0035】

下主パンチ１２におけるＸ軸およびＹ軸平面の中央部には、下副パンチ１８が、Ｚ軸方向の上下に相対移動可能に配置してある。図４Ａでは、下副パンチ１８のＺ軸方向の上端面が、下主パンチ１２のＺ軸方向の上端面に対して、深さｄｘの段差で引き込んで配置してある。深さｄｘは、図１および図２に示すインダクタ素子２のサイズ、特にＺ軸方向の高さ厚みｔ０などに応じて決定され、ｄｘ／ｔ０＝０．０５〜０．６となるように決定されることが好ましい。

【0036】

次に、本実施形態では、図３に示すステップＳ２に示すように、顆粒の第一充填を行う。顆粒の第一充填では、図４Ｂに示すように、キャビティ２０の内部に充填すべき顆粒の全量の一部４Ａを、キャビティ２０内に充填する。その後、キャビティ２０の内部に、インサート部材としての巻線部６を、巻線部６の巻軸芯が下副パンチ１８の移動軸芯に対して略一致するように、顆粒の全量の一部４Ａの上に配置する。巻線部６からのリード部６ｂは、外枠１５および１６の割面に挟まれるように構成しても良く、成形後には、リード部６ｂは成形体と共に取り出される。

【0037】

巻線部６の内径ｄ０に対して、下副パンチ１８の外径ｄ１は、所定の関係にあることが好ましく、たとえばｄ０／ｄ１は、１以上であることが好ましく、さらに好ましくは、１より大きく５以下、特に好ましくは１．１〜５である。ｄ０／ｄ１が１より小さいと、内部クラック発生率が高くなりショート発生率も高くなる傾向にあり、ｄ０／ｄ１が大きすぎると、本発明の効果が小さくなる傾向にある。

【0038】

次に、本実施形態では、図３に示すステップＳ３に示すように、顆粒の第二充填を行う。顆粒の第二充填では、図４Ｃに示すように、キャビティ２０の内部に充填すべき顆粒の全量のうちの残り４Ｂを充填する。その結果、キャビティ２０の内部は、顆粒４Ａおよび４Ｂで満たされる。

【0039】

本実施形態では、顆粒４Ａおよび４Ｂは、相互に同じ磁性粉体およびバインダで構成してあり、磁性粉体の種類、粒径、構造および含有割合が同じであり、バインダの種類および含有割合も同じである。本実施形態では、磁性粉体は、金属磁性粒子であり、その粒子外周は、絶縁被膜してあることが好ましい。絶縁被膜としては、金属酸化物被膜、樹脂被膜などが例示される。磁性粉体の粒径は、好ましくは０．５〜５０μｍである。

【0040】

磁性粉体に対するバインダの含有割合は、磁性粉体１００重量部に対して、バインダが２．０〜５．０重量部程度が好ましい。また、キャビティ２０の内部に充填される顆粒には、磁性粉体およびバインダ以外に、溶剤、可塑剤、滑材、酸化防止剤、難燃剤、熱安定剤などが含まれていても良い。

【0041】

次に本実施形態では、図３に示すステップＳ４に示すように、上主パンチ１４による低圧加圧を行う。上主パンチ１４と下主パンチ１２との間の加圧力は、好ましくは０．１〜１ton ／ｃｍ^２ （１〜１０ＭＰａ）である。その後、または同時に、図３に示すステップＳ５の下副パンチの上昇を行う。その状態を図４Ｄに示す。

【0042】

図４Ｄに示すように、本実施形態では、下副パンチ１８の上面が下主パンチ１２の上面に一致する位置まで、下副パンチ１８を下主パンチ１２に対してＺ軸方向の上方向（キャビティ２０内に入り込む方向）に移動させる。この実施形態の場合には、下主パンチ１２に対する下副パンチ１８のＺ軸方向の相対移動量は、図４Ａに示す段差の深さｄｘに一致する。

【0043】

また、この移動量に応じて、巻線部６の内周部４ａに位置する顆粒が、巻線部６の外周部４ｂに位置する顆粒に比較して、より大きく圧縮される。その結果として、巻線部の内周部４ａに位置するコア部４における磁性粉体の密度が、巻線部６の外周部４ｂに位置するコア部４における磁性粉体の密度よりも高くなる。

【0044】

なお、上述した実施形態では、図４Ｄに示すように、下副パンチ１８の上面が下主パンチ１２の上面に一致するように移動させ、成形体の下面が面一の平面になるように巻線部６の内周部に位置する顆粒を圧縮させたが、必ずしも一致させる必要はない。また、上述した実施形態では、下主パンチ１２に対してのみ下副パンチを具備させたが、上主パンチ１４にも、同様な上副パンチを具備させても良い。いずれにしても、キャビティ２０の内部において、顆粒の自由な流動性が確保された状態で、キャビティ２０の内部に配置してある巻線部６の内周部に位置する顆粒に対して、外周部に位置する顆粒よりも圧力が高くなるようにキャビティ２０の内部を加圧すれば良い。

【0045】

その後に、図３に示すステップＳ６に示すように、上下の主パンチ１２および１４を相互に近接する方向に、キャビティ２０の内部に存在する顆粒を高圧で加圧する。その高圧プレス時には、図４Ｄに示すように、下副パンチ１８は、下主パンチ１２と連動して上主パンチに向けて加圧される。高圧プレス時の加圧力は、好ましくは２〜１０ton ／ｃｍ^２ （２０〜１００ＭＰａ）である。

【0046】

その後に、図３に示すステップＳ７では、図４Ｄに示す下外枠を、下主パンチ１２および下副パンチ１８と共に、Ｚ軸方向に下降させ、図５に示すように、コア部４が圧縮成形されたインサート成形体を取り出す。その後、このインサート成形体は、熱処理され、熱硬化性樹脂で構成してあるバインダ樹脂を硬化させる。その後に、図５に示すリード部６を、必要に応じて切断して所定の長さとし、図２に示す端子電極８に接続し、端子電極８を折り曲げて、コア部４の外面に密着させて表面実装可能な端子電極とする。このようにして図１および図２に示すインダクタ素子２を製造することができる。

【0047】

本実施形態に係るインダクタ素子２の製造方法では、巻線部６の内周部と外周部とに位置する顆粒は、キャビティ２０内部において、顆粒が相互に自由に移動可能な状態で圧縮成形されるため、内周部と外周部との間に明確な界面が存在せず、クラックが発生し難い。また、本実施形態の方法では、いったん圧縮成形体を形成した後に、再度、その圧縮成形体の形状を変化させる工程を有さないため、この点でも、クラックを発生させにくい。

【0048】

また本実施形態の方法では、コアの内部に存在するコイル状の導体に過度な加圧力が印加されず、コイル状の導体が潰されるおそれが少なく、したがって、コイル状の導体における絶縁被覆破壊が発生するおそれが少なく、ショート不良が発生し難い。さらに、本実施形態の方法により得られたインダクタ素子では、巻線部６の内周部４ａに存在する磁性粉体の密度が、巻線部６の外周部４ｂに位置する磁性粉体の密度よりも高くなり、その結果として、初透磁率が向上することが本発明者等により見出された。

【0049】

さらに本実施形態では、キャビティ内部に充填すべき顆粒の全量の一部を、キャビティ２０内に充填した後、金型の内部に、インサート部材としての巻線部６を配置し、その後に、キャビティ２０内を前記顆粒で満たす。このような順序で顆粒をキャビティ内に充填することで、スペーサなどを用いること無く、巻線部６を有するインサート部材をキャビティ内に配置しやすくなり、製造コストの低減に寄与する。

【0050】

また本実施形態では、顆粒で満たされたキャビティ内部で、巻線部の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮し、その後に、キャビティ内部の全体に位置する顆粒に圧力を加える。巻線部の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮することで、巻線部の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して高めることができる。また、選択的な圧縮と全体的な圧縮とは、連続して行われるために、成形体中にクラックなどを生じさせ難い。

【0051】

また本実施形態では、金型１０が、キャビティ２０の内部に位置する顆粒を巻線部６の巻軸方向の両側から全体的に圧縮する主パンチ１２，１４と、巻線部６の内径よりも小径で、主パンチ１２に対して相対移動可能な副パンチ１８と、を有し、副パンチ１８を、主パンチ１２に対して、キャビティ２０の内部に向かう方向に移動させることで、巻線部６の内周部に位置する顆粒を選択的に圧縮する。このように選択的な圧縮を行うことで、巻線部６の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して容易に高めることができる。

【0052】

第２実施形態
上述した実施形態では、図３に示すステップＳ２で行う第一充填における顆粒と、ステップＳ３で行う第二充填における顆粒とが同じものであったが、本実施形態では、異なる顆粒を用いる。それ以外は、本実施形態は、前述した第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。以下、異なる部分について詳細に説明し、共通する部分についてはその説明を一部省略する。

【0053】

本実施形態では、図６Ａに示すように、インサート部材としての巻線部６をキャビティ２０内部に配置する前に充填する第１顆粒４Ａａと、キャビティ２０内部に巻線部６を配置した後に、キャビティ２０内部に充填する第２顆粒とを異ならせてある。

【0054】

その後に、図６Ｂに示すように、上主パンチ１４による低圧加圧を行う。上主パンチ１４と下主パンチ１２との間の加圧力は、前述した第１実施形態と同様である。その前後、または同時に、下副パンチ１８の上昇を行う。その状態を図６Ｃに示す。

【0055】

図６Ｃに示すように、本実施形態では、下副パンチ１８の上面が下主パンチ１２の上面に一致する位置まで、下副パンチ１８を下主パンチ１２に対してＺ軸方向の上方向（キャビティ２０内に入り込む方向）に移動させる。この移動により、第１顆粒４Ａａが巻線部６の内周部に入り込むと共に、内周部に位置する顆粒が、巻線部６の外周部に位置する顆粒に比較して、より大きく圧縮される。

【0056】

その後に、図６Ｄに示すように、上下の主パンチ１２および１４を相互に近接する方向に、キャビティ２０の内部に存在する顆粒を高圧で加圧する。その後に、図６Ｅに示すように、コア部４’が圧縮成形されたインサート成形体を取り出す。その後の工程は、第１実施形態と同様である。

【0057】

バインダを含む金属粉体（顆粒）の成形時における圧力伝達と流動挙動は、顆粒の物性に依存する。顆粒の弾性が高い場合は、顆粒弾性が低い場合に比較して、加圧パンチ面が最大圧力（最大密度）となり、成形体内部への圧力伝達が徐々に低下していく。そのため、巻線部６の内周部を高密度にするためには、第一充填で用いられる顆粒４Ａａは、第二充填で用いられる顆粒４Ｂｂに比較して、高弾性の材料が望ましい。顆粒４Ａａを高弾性にするための方策としては、１）金属粉に対するバインダ量を減らすか、２）滑剤（ステアリン酸亜鉛など）を減らすなどの手段がある。

【0058】

あるいは、最初に充填する顆粒４Ａａにおける磁性粉体の粒径（平均粒径）を、後で充填する顆粒４Ｂｂにおける磁性粉体の粒径（平均粒径）よりも小さくしても良い。あるいは、最初に充填する顆粒４Ａａにおける磁性粉体の硬度が、後で充填する顆粒４Ｂｂにおける磁性粉体の硬度よりも高くなるように、磁性体の種類を選択しても良い。あるいは、最初に充填する顆粒４Ａａにおけるバインダの硬度を、後で充填する顆粒４Ｂｂにおけるバインダの硬度よりも大きくしても良い。

【0059】

上述したように構成することで、巻線部６の内周部での磁性粉体の密度を、外周部に比較して、さらに高めることができる。また、インダクタ素子における初透磁率が高くなり、ショート不良も発生しにくくなる。

【0060】

図６Ｅに示すように、本実施形態に係るインダクタ素子では、巻線部６の内周部に位置するコア部４’における磁性粉体の特性が、巻線部６の巻回軸に沿って両端面のいずれか一方（図６Ｅでは底面）に位置するコア部４’における磁性粉体の特性と同じになる。第１顆粒４Ａａが、巻線部６の内周部と、コア部４'の底面とにわたり存在することになるからである。

【0061】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、上述した実施形態では、金型の主パンチ１２および１４をＺ軸方向に沿って鉛直方向の上下に配置したが、Ｚ軸方向に沿って水平方向、あるいは鉛直と水平との間の角度方向に配置しても良い。

【実施例】

【0062】

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

【0063】

実施例１
まず、図４Ａに示す金型１０のキャビティ２０内に充填すべき顆粒を準備した。磁性粉としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金（平均粒径０．５〜１０μｍ）１００ｇに、水に溶解したシランカップリング剤を加え、１１０℃で３０分加熱し、磁性粉表面に絶縁被膜を形成した。上記磁性粉にアセトンに希釈したエポキシ樹脂を磁性粉重量に対して３重量％加え攪拌した後、２５０ミクロンの目開きのメッシュをパスさせ、室温で２４時間乾燥させ、磁性粉顆粒を得た。

【0064】

図４Ｂに示すように、金型１０内にバインダを含む磁性粉を、金型深さ（下側主パンチ１２の上面までのキャビティの全深さ）に対し、１／３のところまで入れた。このとき、金型下部中央の下副パンチ１８を下主パンチ１２に対して３ｍｍ程度下げ、巻線部６の内周中心部付近に磁性粉が多くなるようにした。次に巻線部６を金型のキャビティ２０内にセットした。

【0065】

具体的には、下副パンチ１８の外径は３．５ｍｍであり、１０ｍｍ×１０ｍｍ×９ｍｍ（金型深さ）の箱型の金型に、内径４ｍｍ、高さ３ｍｍの巻線部６を設置し、上記磁性粉顆粒を、下主パンチ１２の上面（キャビティ２０の金型底面）より３ｍｍの高さまで充填した。その上に巻線部６を配置した後、図４Ｃに示すように、上記の磁性粉顆粒を、巻線部６が顆粒で完全に埋まるまで、金型底面から９ｍｍの高さまで充填した。

【0066】

次に、図４Ｄに示すように、上主パンチ１４を下げると同時に下副パンチ１８を上昇させ、加圧成形した。成形圧力は４ｔｏｎ／ｃｍ^２ （約４０ＭＰａ）であった。その後に、図５に示すように、金型から成形体を取り出し、１８０℃で１時間の加熱処理を行い、熱硬化性樹脂（エポキシバインダ）を硬化させた。コア部４の寸法は、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ５．４ｍｍであった。

【0067】

その後に、巻線部６からコア部４の外側に引き出されたリード部６ｂに、図２に示すニッケル製端子電極８を溶接で接合し、端子部分を折り曲げ、表面実装可能な端子電極８を形成し、ＳＭＤ型のインダクタ素子２のサンプルを得た。

【0068】

このようにして得られたインダクタ素子２のサンプルについて、初透磁率、クラック発生数、ショート不良発生数、巻線部の内周部の密度、および巻線部の外周部の密度の測定を行った。結果を表１に示す。

【0069】

初透磁率の測定は、測定周波数１００ＫＨｚ、測定電流０．５ｍＡで、ＬＣＲメーター（ヒューレットパッカード（株）製）を用いて行った。２０個のサンプルの平均を算出した。

【0070】

クラック発生数の測定は、２０個のサンプルについて、Ｘ線解析（ＣＴスキャン）によって内部状態を観察し、クラックが発生している個数を調べることにより行った。

【0071】

ショート不良発生数の測定は、２０個のサンプルについて、ＬＣＲメーターで１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚまでインダクタンスを測定し、周波数が１０ＭＨｚのときのインダクタンスが、１００ｋＨｚのときのインダクタンスに比較して、１０％以上低減しているときをショートと判定した。

【0072】

巻線部の内周部の密度と、巻線部の外周部の密度とは、以下のようにして測定した。作製したサンプルを破壊し、巻き線部の内周部と外周部をそれぞれ切り出してサンプリングした後、重量と体積を測定し、密度を測定した。体積は物体の質量を水中に没したときの質量差から浮力を求めることで体積を求めた。

【0073】

【表1】

【0074】

実施例２
実施例１では、巻線部を金型のキャビティ内に配置する前にキャビティ内に充填する顆粒と、その後に充填される顆粒として、同じものを用いたが、実施例２では異なるものを用い、以下に示す以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表１に示す。

【0075】

なお、最初に充填する顆粒は、次のようにして作製した。すなわち、磁性粉としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金（平均粒径０．５〜１０μｍ）１００ｇに、水に溶解したシランカップリング剤を加え、１１０℃で３０分加熱し、磁性粉表面に絶縁被膜を形成した。上記磁性粉にアセトンに希釈したエポキシ樹脂を磁性粉重量に対して２重量％加え攪拌した後、２５０ミクロンの目開きのメッシュをパスさせ、室温で２４時間乾燥させ、磁性粉顆粒を得た。

【0076】

また、次に充填される顆粒は、次のようにして作製した。磁性粉としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金（平均粒径０．５〜１０μｍ）１００ｇに、水に溶解したシランカップリング剤を加え、１１０℃で３０分加熱し、磁性粉表面に絶縁被膜を形成した。上記磁性粉にアセトンに希釈したエポキシ樹脂を磁性粉重量に対して４重量％加え攪拌した後、２５０ミクロンの目開きのメッシュをパスさせ、室温で２４時間乾燥させ、磁性粉顆粒を得た。

【0077】

また、実施例２では、実施例１と異なり、図６Ｂに示すように、上主パンチ１４を金型上部に固定した状態で、下主パンチ１２に対して、下副パンチ１８（φ３．５ｍｍ）を、キャビティ底面まで上昇させ、その後に、上下パンチ圧４トン／ｃｍ^２ でキャビティ２０の内部を加圧した。

【0078】

上記以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表１に示す。

【0079】

比較例１
比較例１では、下副パンチ１８を有さない下主パンチ１２、すなわち上主パンチ１４と同様な下主パンチを用いた以外は、実施例１と同様にして、サンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表１に示す。

【0080】

比較例２
比較例２では、以下に示すようにして加圧成形した以外は、実施例１と同様にして、サンプルを作製し、同様な測定を行った。結果を表１に示す。すなわち、比較例２では、まず、図７Ａに示すように、外枠１５，１６の内側に、キャビティ２０側に中央凹部１２ｂおよび１４ｂをそれぞれ有する下主パンチ１２ａおよび上主パンチ１４ａを、プレス方向に移動自在に配置した。

【0081】

キャビティ２０の内部に、実施例１と同様にして顆粒４０および巻線部６を配置した後、図７Ｂに示すように、圧縮加圧成形を行った。成形圧力は、実施例１と同様に、４ｔｏｎ／ｃｍ^２ （約４０ＭＰａ）であった。その後に、図７Ｃに示すように、金型から成形体を取り出した。顆粒４０の圧縮成形体には、金型の凹部１２ｂおよび１４ｂに対応する凸部４０ａが形成される。

【0082】

その後に、図７Ｄに示すように、凹部１２ｂおよび１４ｂを有さない平坦な別の主パンチ１２Ａおよび１４Ａを有する別の金型装置を用いて、特開２０１０−１０４２５号に示す発明と同様にして、凸部４０ａが無くなるように、顆粒４０の圧縮成形体を再度加圧して、実施例１と同様な寸法の成形体を得た。その後は実施例１と同様にしてインダクタ素子のサンプルを得て、実施例１と同様な測定を行った。結果を表１に示す。

【0083】

評価
表１に示すように、実施例１および２では、比較例１および２と異なり、巻線部の外周部の密度に比較して巻線部の内周部の密度が向上することが確認できた。さらに、実施例１および２では、比較例１および２に比較して、クラックなどの発生が少なく、しかも初透磁率が高く、ショート不良も発生しにくいことが確認できた。

【0084】

実施例３
金型下部中央の下副パンチ１８を下主パンチ１２に対して下げる寸法を調整し、図８の横軸に示すように、内外密度差Ddを変化させた以外は、実施例１と同様にして、インダクタ素子のサンプルを作製した。そして、そのサンプルの直流重畳特性を調べた結果を図８に示す。図８に示すように、インダクタ素子の直流重畳特性を向上させる観点からは、内外密度差Ｄｄは、０．２５ｇ／ｃｍ^３ 以上、好ましくは０．２６ｇ／ｃｍ^３ 以上であることが確認された。

【0085】

なお、直流重畳特性は、各インダクタ素子のサンプルに直流電流を０から印加していき、電流０の時のインダクタンス（μＨ）に対して、８０％に低下する時に流れる電流の値（アンペア）をＩｄｃ１とし、Ｉｄｃ１の数値で評価した。インダクタンスは、１００ｋＨｚにおいてＬＣＲメータにより測定した。

【符号の説明】

【0086】

２… インダクタ素子
４，４’… コア部
４ａ… 内周部
４ｂ… 外周部
６… 巻線部
６ａ… 導体
６ｂ… リード部
８… 端子電極
１０… 金型
１２… 下主パンチ
１４… 上主パンチ
１５，１６… 外枠
１８… 下副パンチ
２０… キャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】