JP2004319652A

JP2004319652A - 磁心の製造方法およびその磁心

Info

Publication number: JP2004319652A
Application number: JP2003109672A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Arima; 洋有間; Yoshinori Sawai; 佳紀沢井
Original assignee: TAMURA SEIKO KK; Tamura Corp
Current assignee: TAMURA SEIKO KK; Tamura Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】大きな直流電流が重畳されてもインダクタンスが極端に低下することがなく、また、コイルとした場合、雰囲気温度の変化に対してもインダクタンスの変化が少なく、安定して使用できる磁心を提供する。
【解決手段】軟質磁性粉末に有機溶剤の耐熱性を有する絶縁性の樹脂を混合し、かつ過熱する工程と、この工程によって、表面が樹脂によって絶縁被膜された軟質磁性粉末を加圧成形し、熱処理する工程とを備えた構成とした。具体的には、例えば、粒径が５〜７０μｍの異形状の軟質磁性粉末にシリコン樹脂を混合し、１００℃〜１３０℃の範囲で加熱し、軟質磁性粉末に酸化シリコンの絶縁被膜を形成し、これを所定形状に加圧成形し、かつ５００℃〜７００℃で熱処理して作製するようにしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング電源等に用いられる平滑用チョークコイル等の磁心の製造方法およびその磁心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従前の磁心としては、特公昭６３−６１３０、特公昭６３−６１３１に示されるように、磁性合金帯を巻いたいわゆるトロイダル鉄心が用いられていた。この鉄心においては鉄芯の外周に巻線を巻回する際に加わる応力による磁気特性低下を防止するためにワニスを含浸したり、浸漬槽を用いて粉体レジンを付着させたり、また、所望の特性を得るためにギャップを設けたりしており、製造が煩雑であるという問題があった。
【０００３】
しかるに、最近においては、上記鉄心に比べ、製造の容易性や良好な特性が得られるということから、スイッチング電源等に使用される平滑用チョークコイルの多くは、材料名センダストと呼ばれるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系磁性合金の粉圧を加圧成形した圧粉磁心が多く使用されている。
【０００４】
この平滑用チョークコイルには直流電流が重畳されるが、大きな直流電流が重畳された場合、インダクタンスの低下が少ないことが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセンダストからなる磁心においては無負荷時のインダクタンスは高く取れるが、大きな直流電流が重畳されるとその材料の特性に起因してインダクタンスが極端に低下してしまう、という課題があった。
【０００６】
また、近年、各種機器は益々小型化される傾向にあり、限られたスペース内に各種電子部品を高密度的に実装するため、使用に際しての雰囲気温度が高い。このため、温度に対する安定が要求されるが、従来のセンダストからなる磁心では温度の変化に対しても特性が大きく変化してしまう、という課題もあった。
【０００７】
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、大きな直流電流が重畳されてもインダクタンスが極端に低下することがなく、また、コイルとした場合、雰囲気温度の変化に対してもインダクタンスの変化が少なく、安定して使用できる磁心の製造方法およびその磁心を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、軟質磁性粉末に有機溶剤の耐熱性を有する絶縁性の樹脂を混合し、かつ加熱する工程と、
この工程によって、表面が樹脂によって絶縁被覆された軟質磁性粉末を加圧成形し、熱処理する工程と、
を備えた構成とし、上記目的を達成している。
【０００９】
例えば、粒径が５〜７０μｍの異形状の軟質磁性粉末にシリコン樹脂を混合し、１００℃〜１３０℃の範囲で加熱し、軟質磁性粉末に酸化シリコンの絶縁被膜を形成し、これを所定形状に加圧成形し、かつ５００℃〜７００℃で熱処理して作製するようにしている。
【００１０】
本発明の磁心は、上記のように、表面が耐熱性を有し絶縁性の樹脂によって被覆された軟質磁性粉末を所定形状に加圧成形し、かつ熱処理してなることを特徴としている。
【００１１】
なお、上記軟質磁性粉末は粒径が５〜７０μｍの異形状からなることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って本発明を説明する。
図１は、本発明の製造工程をブロック図で示すものである。
【００１３】
本発明の製造にあたっては、まず、ａ、ｂに示すように、異形状の粒からなり、また、粒径が５〜７０μｍからなる軟質磁性粉末（Ｆｅ−Ｎｉ合金）に有機溶剤のシリコン樹脂を混合する。粒径５〜７０μｍとしたのは、５μｍ以下では扱いにくく、また、７０μｍ以上では所望の特性が得られないためである。これについては図９を参照しつつ後述する。なお、異形状としたのは、加圧成形時の各粉末の密着性が良く加工性が良好で、よって特性的にも優れるためである。
【００１４】
この過程において、１００℃〜２００℃の範囲内で加熱することにより、軟質磁性粉末の表面に酸化シリコン被膜を生成させ絶縁処理する。加熱するのは、シリコン樹脂を酸化させ、かつ溶融させ粉末の表面を被覆させ粉末間を絶縁処理するためである。
【００１５】
この場合、シリコン樹脂の混合量を調整することにより、透磁率を調整することができる。
【００１６】
次に、ｄに示すように、絶縁処理された粉末を成形金型内に注入し、１０ｔｏｎ／ｃｍ^２以上の成形圧力で押し固めて成形する。
【００１７】
次に、ｅに示すように、約３時間〜４時間熱処理を行うことにより、圧粉磁心を得ることができる（ｅ、ｆ参照）。
【００１８】
【実施例】
パーマロイ合金（Ｆｅ−５０Ｎｉ）の磁性粉末を４５μｍ以下の粒径が７５ｗｔ％以上になるよう粉末の粒度の調整を行う。また、４５μｍより若干大きい粒径の磁性粉末もその他として混入する。このときの粒形状が異形である。
【００１９】
この粉末にシリコン樹脂の有機溶剤を加え混合槽内で粉末を流動させることにより混合を行う。このとき、シリコン樹脂の有機溶剤の混合量は粉末に対して、２ｗｔ％となるようにした。
【００２０】
また、このとき混合しながら１００℃〜２００℃の範囲、好ましくは１３０℃で加熱することにより、図２に示すように、シリコン樹脂を反応させ酸化シリコンとし軟質磁性粉末１の表面に焼き付けることにより強固な絶縁被膜２を形成させる。この場合、次工程の成形において成形金型からの抜けが良くなるよう潤滑材を混合する。
【００２１】
通常の粉末成形において、成形圧力を１６／ｃｍ^２とし加圧して図３に示すように各軟質磁性粉末を結合し、図４に示すような圧粉磁心３を作製した。このときの圧粉磁心３は外形１２．９ｍｍ、内径７．０ｍｍ、厚さ５ｍｍのトロイダル状のものとした。
【００２２】
この成形された圧粉磁心３を窒素雰囲気中で絶縁被覆が破壊されない温度、すなわち５００℃〜７００℃の範囲、好ましくは６５０℃で熱処理を行い圧粉磁心とした。
【００２３】
この圧粉磁心に絶縁カバーを被せるなどし、絶縁処理を行い、巻線４を巻回し、図５（ａ）、（ｂ）に示すようなトロイダルコイル５を作製した。
【００２４】
図６は上記した方法によって作製された圧粉磁心の透磁率の周波数特性を示す。
【００２５】
この方法によって得られた圧粉磁心は、図７に示すように、透磁率の周波数特性が１ＭＨｚまでほぼフラットであり良好な特性が得られた。
【００２６】
また、図８に示すように、コアロス特性においても低損失な特性が得られた。このコアロス特性は、シリコン樹脂の添加量を１〜６ｗｔ％の範囲内で調整することによりコントロールできた。このことに鑑みこの実施例では、上述のように、２ｗｔ％添加した。
【００２７】
また、図６に示したように、シリコン樹脂の添加量を１〜３．０ｗｔ％と変化させることにより、透磁率のコントロールも行えることが確認できた。すなわち、混合量を少なくすれば透磁率を高くすることができ、また、混合量を増やせば量が多くなることから透磁率を下げることができ、また、軟質磁性粉末の粒径を適宜選択することなどによって透磁率をコントロールすることができる。
【００２８】
従来のセンダストからなる圧粉磁心と本発明による圧粉磁心とを使用して同寸法で作製したトロイダルコイル５に直流電流を重畳したときのインダクタンスの変化（直流重畳特性）を図９に示す。この結果から本発明品Ａによる圧粉磁心は従来品Ｂに比べ大きな直流電流を印加した場合でも比較的インダクタンスの低下が少ないことが確認できる。これは粉末が持っている固有の特性の飽和磁末密度特性が高く、また、粒径を異形状とし、粒形の長手方向に反磁界を生じさせることによって、重畳される直流電流によって生ずる磁界を妨げられる効果のためである。
【００２９】
また、図１０は軟磁性金属粉末の粒度によるＡＬ値の変化率に対する印加磁界の変化を示す。４４μｍから６３μｍの範囲、６３μｍから７４μｍの範囲だと変化が少ない。このことに鑑み、この実施例では上述のように、４５μｍ以下の粒径のものを７５ｗｔ％以上用い、かつこれより若干粒度の大きいものを混入し、図９に示す特性を有するトロイダルコイルを得た。なお、図１０に示すように、１０５μｍ以上になると変化が大きく、実用的には好ましくない。図１０中、ＡＬ_０は印加磁界が０ｋＡ／ｍのときの値、ＡＬ_Ｉは印加磁界がＩｋＡ／ｍのときの値を意味する。
【００３０】
図１１は雰囲気温度におけるインダクタンスの変化率を示す。
【００３１】
この結果から今回の提案方法による圧粉磁心は従来のセンダストコアに比べ低温から高温にわたっての広い雰囲気温度においてインダクタンスの変化が小さいことが確認できる。
【００３２】
なお、上記実験例ではトロイダルコイル用の磁心について説明したが、その他としていわゆるＥＲタイプ等の磁心にも本発明を適用しても良いことは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、大きな直流電流が重畳されてもインダクタンスが極端に低下せず、また、雰囲気温度に対してインダクタンスの変化が小さく安定して使用でき信頼性の高い磁心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法のブロック説明図を示す。
【図２】本発明で用いられる絶縁被覆された軟質磁性粒末の模式図を示す。
【図３】加圧して固められた状態の模式図を示す。
【図４】（ａ）は成形された磁心の正面図、（ｂ）はその側面図を示す。
【図５】（ａ）は作製されたトロイダルコイルの正面図、（ｂ）はその側面図を示す。
【図６】本発明の磁心のシリコン樹脂添加量に対する透磁率の特性図を示す。
【図７】本発明の磁心の周波数に対する透磁率の特性図を示す。
【図８】本発明の磁心のシリコン樹脂添加量に対するコアロスの変化率を示す説明図である。
【図９】本発明の磁心を用いたトロイダルコイルの直流重畳電流に対するインダクタンスの特性図を示す。
【図１０】本発明で用いられる軟質磁性粒末の粒度と直流重畳電流の変化との関係を示す説明図を示す。
【図１１】本発明の磁心を用いたトロイダルコイルの雰囲気温度に対するインダクタンスの変化率の特性図を示す。
【符号の説明】
１軟質磁性粉末
２絶縁被覆
３圧粉磁心
４巻線
４ａリード線
５トロイダルコイル

Claims

軟質磁性粉末に有機溶剤の耐熱性を有する絶縁性の樹脂を混合し、かつ加熱する工程と、
この工程によって、表面が樹脂によって絶縁被覆された軟質磁性粉末を加圧成形し、熱処理する工程と、
を備えてなることを特徴とする磁心の製造方法。
請求項１記載において、粒径が５〜７０μｍの異形状の軟質磁性粉末にシリコン樹脂を混合し、１００℃〜１３０℃の範囲で加熱し、軟質磁性粉末に酸化シリコンの絶縁被膜を形成し、これを所定形状に加圧成形し、かつ５００℃〜７００℃で熱処理して作製することを特徴とする磁心の製造方法。
表面が耐熱性を有し絶縁性の樹脂によって被覆された軟質磁性粉末を所定形状に加圧成形し、かつ熱処理してなることを特徴とする磁心。
請求項３記載において、軟質磁性粉末は粒径が５〜７０μｍの異形状からなることを特徴とする磁心。