專利名稱：線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法及線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種扼流圈或其他電子產(chǎn)品上使用的感應(yīng)器，它涉及一種把線圈封裝入壓粉(粉末壓縮)磁芯中而制成的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯及其制造方法。
近年來，隨著電氣和電子儀器小型化的進展，對小型高效壓粉磁芯的需求也已提到日程上來了。壓粉磁芯中使用了鐵淦氧粉末或強磁性金屬粉末。由于強磁性金屬粉末的飽和磁通密度比鐵淦氧的高因而可以小型化，但其電阻低相應(yīng)地磁芯的渦流損失也大。為此，在壓粉磁芯中，通常在強磁性金屬粒子表面涂覆絕緣層。
為了使備有壓粉磁芯的感應(yīng)器進一步小型化，可采取在磁性粉末中埋入線圈的狀態(tài)下再壓縮成形的方法，這種在壓粉磁芯中封入線圈的感應(yīng)器已經(jīng)公開了。這種結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器，在本說明書中稱之為線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯已在如日本專利特許第2958807號、特開平11-273980號、特公昭54-28577號公報上公開過。它們公開的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯都是把磁性粉末和線圈放在成形模具內(nèi)一次壓縮成形的。
另外，日本專利特許第3108931號公報中，是把線圈夾在上、下兩塊壓粉體中再壓縮成形的，它是一種和內(nèi)嵌式壓粉磁芯相類似的制造感應(yīng)器的方法。
另外，在日本專利特開平3-52204號公報中，公開了一種和線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯相類似的制造電感元件的方法，它是先把中央有凸部和中央有凹部的樹脂鐵淦氧磁芯分別壓縮成形，再在前述凸部的和線圈的每個部位涂布上結(jié)合用樹脂后，把線圈埋入前述凸部和前述凹部間加壓，然后再把結(jié)合用樹脂硬化而成的。
本發(fā)明人根據(jù)上述各公報記載的內(nèi)容把線圈和磁性粉末裝入成形模具內(nèi)一次成形以制造線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯時，發(fā)現(xiàn)磁芯內(nèi)線圈的位置容易發(fā)生偏移。如果磁芯內(nèi)線圈位置有偏的，則感應(yīng)器的磁路長度和磁路截面積也會有偏差，結(jié)果磁性也會有偏差。而且，如果在壓縮成形時磁芯內(nèi)線圈位移有偏移，在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中就容易產(chǎn)生裂縫。另外，如果磁芯內(nèi)線圈位置的偏移使線圈位置偏了，由于局部地區(qū)的磁場飽和，會使電感量下降。另外，一旦線圈偏離側(cè)的磁漏增加，會對近旁的元件產(chǎn)生影響。
在上述日本專利特許第3108931號公報中所記載的制造感應(yīng)器的方法中，如其權(quán)利要求范圍所示，分別準(zhǔn)備加壓成形的第1和第2壓粉體，它們是在線圈被這些壓粉體上、下夾持的狀態(tài)下，且第1壓粉體和第2壓粉體之間的界面間被推開再加壓的條件下成形的。
該日本專利特許第3108931號公報指出也可以用金屬系的磁性粉末，但是，在該公報實施例中只有使用鐵淦氧粉末的記載。如果使用金屬粉末構(gòu)成的壓粉體按照同一公報記載的方法來制造感應(yīng)器，則比起使用鐵淦氧粉末構(gòu)成的壓粉體而言，第1壓粉體和第2壓粉體的結(jié)合就會有困難。具體地說，如果不大大地提高成形壓力，兩個壓粉體就難于結(jié)合，從而在兩壓粉體間會有間隙，裂縫也會隨之產(chǎn)生，除了感應(yīng)器的機械強度差以外，外觀也不好。另一方面，如果用高壓使兩壓粉體間幾乎完全結(jié)合并成形，則封裝的線圈就會毀壞，也會產(chǎn)生絕緣不良現(xiàn)象。
另外，在日本專利特許第3108931號公報的第1實施例中，如同一公報的圖3所示，把罩狀的第1壓粉體6放在同一形狀的上成形模具7內(nèi)，把第2壓粉體11插入下成形模具10內(nèi)，用這兩個壓粉體夾住線圈5再按原樣加壓成形。在第2實施例中，如同一公報圖8所示把斷面呈E字狀的第1壓粉體26放在同一形狀的上成形模具27內(nèi)，把斷面也呈E字形的第二壓粉體34放在同一形狀的下成形模具內(nèi)，用這兩個壓粉體夾住線圈5再按原樣加壓成形。而且，第1壓粉體在未落下前仍分別保留在上成形模具7、27內(nèi)，在按原樣加壓成形后感應(yīng)器要脫模時，就要求下沖壓頭下降并從成形模具中強制地取出感應(yīng)器。但在該公報記載的方法，脫模時作業(yè)數(shù)多、成形率低而且大量生產(chǎn)不適應(yīng)。
在上述特開平3-52204號公報中記載的方法，不是在磁性粉末中封入線圈再壓縮成形，而是把線圈夾在已經(jīng)壓縮成形的一對樹脂鐵淦氧粉末磁芯之間在低壓(約20kg/cm2)下壓縮成形后再用結(jié)合樹脂結(jié)合的一種方法，在兩磁芯間易于產(chǎn)生間隙。因而有必要采用現(xiàn)在這種把感應(yīng)器作為表面實裝元件來使用的方法。而且，該公報所記載的感應(yīng)器，由于樹脂鐵淦氧粉末磁芯彼此間是用樹脂結(jié)合的，因而其耐熱性低。為此，這種感應(yīng)器在表面實裝時要涂上軟釬料但樹脂鐵淦氧粉末磁芯間易于發(fā)生剝離現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于提供一種線圈內(nèi)嵌且其位置偏移小的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯，而且其機械強度和生產(chǎn)效率都很高。
為了實施上述目的，本申請?zhí)岢鲆韵聨讉€發(fā)明(1)一種制造線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的方法，在用由涂有絕緣材料的強磁性金屬粒子構(gòu)成的磁性粉末中埋入線圈以制造線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯，包括以下工序首先是下磁芯成形工序，即把磁性粉末填充入成形模具再壓縮成形為下磁芯；第二工序是線圈配置工序，即把線圈放在位于成形模具內(nèi)的下磁芯的上面；第三是線圈填埋工序，即再把磁性粉末充填到成形模具中把線圈埋上；第四是第二次壓縮成形工序，即向下磁芯和線圈的層疊方向加壓以壓縮成形。
(2)根據(jù)上述(1)的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，設(shè)在第一壓縮成形工序中加的壓力為P1，在第二壓縮成形工序中加的壓力為P2，則P2/P1≥1。
(3)根據(jù)上述(1)的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，設(shè)在第一壓縮成形工序中加的壓力為P1，在第二壓縮成形工序中加的壓力為P2，則P2/P1＞1。
(4)根據(jù)上述(1)～(3)中任何一項的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，前述線圈是用扁平截面的導(dǎo)線構(gòu)成的單卷線圈，并以前述導(dǎo)線的扁平的面的長徑方向的對線圈的軸向直交的方式卷繞而成的；前述導(dǎo)線的兩端上分別固定著端子電極，在把線圈放在下磁芯上面的狀態(tài)下，位于離下磁芯較近一側(cè)的端子電極設(shè)在前述導(dǎo)線的上面，位于離下磁芯較遠一側(cè)的端子電極設(shè)在前述導(dǎo)線的下面；(5)根據(jù)上述(1)～(4)中任何一項的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，在下磁芯的上面，設(shè)有至少一個位于線圈的內(nèi)周和外周上的凸部；(6)根據(jù)上述(5)的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，設(shè)前述凸部的高度為Ch，制成的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的高度為Dh，則前述凸部的至少一個其Ch不等于Dh/2。
(7)根據(jù)上述(1)～(6)中任何一項的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，設(shè)下磁芯的線圈載置面的高度為Bh，制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的高度為Dh，則Bh≠Dh/2。
(8)根據(jù)上述(1)～(7)中任何一項的線圈內(nèi)嵌式粉壓磁芯的制造方法，在前述磁性粉末中，根據(jù)下述式1規(guī)定的圓形度在0.5以下的強磁性金屬粒子的個數(shù)占強磁性金屬粒子總數(shù)的20％以下，圓形度＝4πS/L2(式1)，其中，S為粒子投影面積，L為前述投影的周長。
(9)根據(jù)前述(1)～(8)中任何一項的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，前述強磁性金屬粒子主要由以鐵和鎳為主的合金構(gòu)成。
(10)用根據(jù)上述(1)～(9)中任何一種制造方法制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。
本發(fā)明人等在用常規(guī)方法制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中發(fā)現(xiàn)線圈位置有偏移。在探討其原因時發(fā)現(xiàn)在線圈和磁性粉末填入成形模具時，使線圈保持在模具內(nèi)一定位置上是困難的，而且，在壓縮成形時，線圈會沉下去，即使所加壓力是一定的，但其沉入量卻是不定的。
為此，在本發(fā)明中，首先，在第一壓縮成形工序中只把磁性壓粉成形以形成下磁芯。接著，在下磁芯的上面放置線圈并填入余下的磁性粉末，再第二次壓縮成形以形成上磁芯，從而制得線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。這樣，由于下磁芯是預(yù)先形成的，在第二次壓縮成形時，實際上不可能發(fā)生線圈沉入現(xiàn)象，而且，又由于在第二壓縮成形工序前線圈的約定位置是正確的，于是線圈在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中的位置偏移就得以顯著地減少。
在本發(fā)明中，第一壓縮成形工序形成了線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的下磁芯，第二壓縮成形工序形成了線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的上磁芯。如這樣分二次壓縮成形時，上、下磁芯的結(jié)合不充分，會產(chǎn)生裂縫。為此，在本發(fā)明中，如在第一壓縮成形工序中加的壓力為P1，在第二壓縮成形工序中加的壓力為P2，通常P1和P2存在下述關(guān)系P2/P1≥1，若P2/P1＞1則更理想些。若把P2/P1設(shè)在理想范圍內(nèi)，則可顯著抑制兩磁芯間裂縫的產(chǎn)生。


圖1(A)～(D)是表示本發(fā)明的制造方法的工序流程的斷面圖。
圖2是下磁芯的斜視圖。
圖3是表示把線圈載置在下磁芯上的狀態(tài)的平面圖。
圖4是圖3所示下磁芯的IV-IV斷面圖。
圖5(A)～(I)是表示本發(fā)明的制造方法的工序流程的斷面圖。
圖6是表示粒子構(gòu)造的磁性粉末的掃描電子顯微鏡照片。
圖7是壓粉磁芯的斷面圖。
線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法本發(fā)明所述制造方法的流程示于圖1(A)～圖1(D)中。
在本發(fā)明中，當(dāng)向由涂有絕緣材料的強磁性金屬粒子構(gòu)成的磁性粉末中埋填線圈以制造線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯時，設(shè)計有如圖1(A)所示，在向由模型板5、上沖頭6和下沖頭7形成的成形模具內(nèi)充填磁性粉末后再壓縮成形，從而制成線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯的下磁芯2的第一壓縮成形工序；如圖1(B)所示，在成形模具內(nèi)，把線圈3放在下磁芯2上的線圈配置工序；如圖1(C)所示，把磁性粉末10再次充填到成形模具中把線圈埋填好的線圈埋入工序；如圖1(D)所示，向下磁芯2和線圈3的層疊方向加壓并壓縮成形以制出上磁芯4的第二壓縮成形工序。
在第一壓縮成形工序和第二壓縮成形工序中，對成形條件沒有特別的限制，強磁性金屬粒子的種類、形狀和尺寸以及線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的形狀、尺寸和密度應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)決定，但通常最大壓力為100～1000MPa左右，100-600MPa左右更優(yōu)選，最大壓力的保持時間在0.1秒-1分鐘左右。如果成形壓力過低，則難以獲得好的特性和機械強度，另外，如果成形壓力過高，則線圈易于受損。
在本發(fā)明中，第一壓縮成形工序加的壓力為P1，第二壓縮成形工序加的壓力為P2時，通常P2/P1≥1，優(yōu)選為P2/P1＞1；更優(yōu)選為P2/P1≥1.1，進一步優(yōu)選地，P2/P1≥2。
在本發(fā)明中，第一壓縮成形工序中形成線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的下磁芯，第二壓縮成形工序是形成線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的上磁芯。在這種分兩次壓縮成形的情況下，上、下磁芯間的結(jié)合不充分，兩者間易于產(chǎn)生裂縫。又由于線圈兩端連接著端子電極，裂縫特別容易在端子電極附近產(chǎn)生。當(dāng)P1和P2的關(guān)系處于上述理想范圍內(nèi)時，裂縫的產(chǎn)生就能得到顯著的抑制。但是，若P2/P1過大，即P1過低或P2過高時，也難以得到良好的特性和機械強度，而且線圈易于受損，因此，優(yōu)選地，P2/P1≥5。
下磁芯2的厚度也沒有特別限制，通常根據(jù)線圈3在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中要處于基本為中央的位置這一點來確定下磁芯2的厚度。
理想的線圈配置工序如圖1(B)所示，把線圈3固定在模型板5上。這樣，在線圈埋入工序和第二壓縮成形工序中線圈3就難以活動，線圈3在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中的位置誤差能再次減少。如圖所示，采用由上模型板5A和下模型板5B構(gòu)成的兩個分離式模型板5，可把線圈3的端部夾在上、下模型板5A和5B之間加以固定。再者，除了這種固定方法外，還可利用預(yù)先在線圈3的兩端固定上端子電極或者在構(gòu)成端子電極的導(dǎo)體部位固定引線框。然后再把端子電極或引線框固定在模型板上的方法。在采用引線框時，最好在壓粉后切斷框體，只把端子電極留下。
當(dāng)把線圈3、或與其相連的端子電極或引線框夾入一分為二的模型板5中時，若如圖所示把線圈3卷成雙卷，則線圈3的兩端幾乎是同高的。但卷成雙卷時，構(gòu)成線圈的導(dǎo)線一定會發(fā)生交叉。且在導(dǎo)線表面有絕緣層覆蓋，于是，在導(dǎo)線彼此接觸的交叉位置上，上述絕緣層就容易損壞，從而會在導(dǎo)線間誘發(fā)短路。為了防止短路，理想的是如圖3所示，把線圈卷成單卷。
但是，在把線圈3卷成單卷時，其厚度就要加大，而線圈3又是放在下磁芯2上面的，線圈3兩個端部間的高度差就會增大。為此，最好采用長方形或橢圓形等扁平斷面的導(dǎo)線來做線圈，優(yōu)選采用扁平斷面的長徑方向以與線圈的軸向相直交的方式來卷繞。因此，由于確保電流能流過較大的截面積，其直流電阻下降，線圈厚度也能變薄。這時，線圈扁平斷面的尺寸比可根據(jù)所要求線圈的斷面積及線圈的全高來適當(dāng)決定，通常，斷面的長徑/短徑以5～20為優(yōu)選。
另外，在線圈配置工序中，如圖1(B)所示，線圈3的軸向方向要盡量和第二壓縮成形工序時的加壓方向一致，這樣，在第二壓縮成形工序，線圈3就難于歪斜，性能惡化就可得到抑制。
在圖1(A)中，在第一壓縮成形工序中，下磁芯2的上端面是平坦的，此時如圖1(B)所示，若把線圈3固定在模型板5上時，線圈3在水平面內(nèi)方向的移動受到充分的抑制。但是，在下磁芯2的上面，線圈3的內(nèi)圈和外圈位置上至少要設(shè)置一個凸部，如果利用這個凸部來決定線圈3的位置，則在抑制線圈3在下磁芯2上面面內(nèi)方向移動的同時，還能在把線圈3放在下磁芯2的上面時防止其位置的偏移。結(jié)果，就可獲得性能偏差較小的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。
下面，說明在下磁芯2的上面設(shè)置凸部的實施例。
圖2是下磁芯2的斜視圖，圖3是在下磁芯2的上面設(shè)置線圈3時的平面圖。下磁芯2的平面形狀是正方形，在它的上面有一個載置面21，在這個線圈載置面21上有內(nèi)周凸部22和外周凸部23。內(nèi)周凸部22是一個其外徑/比線圈3內(nèi)徑稍微小一些的圓柱，外周凸部23是一個其內(nèi)徑比線圈外周稍大一些的筒狀物，線圈3就僅在內(nèi)周凸部22和外周凸部23之間一個接近環(huán)狀的溝內(nèi)(線圈載置面21上)。
線圈3是一個2.6匝的繞成一圈的線圈，用扁平截面的導(dǎo)線構(gòu)成。在線圈3的兩端固定著端子電極30A和30b。離下磁芯2較遠一端的端子電極30A固定在導(dǎo)線的下面，離下磁芯2較近一端的端子電極30B固定在導(dǎo)線的上面，端子電極30A和端子電極30B間的高度差比線圈3的厚度要小一些。在外周凸部23上相對于端子電極30A、30B的引出位置，要分別設(shè)置凹陷部23A和23B。
凹陷部23A、23B的高度要設(shè)得和端子電極30A和端子電極30B的中間位置的高度一致，而端子電極30A、30B又都是分別設(shè)在凹陷部23A、23B之上的。為此，要把端子電極30A、30B圓滑而不折彎地引出到下磁芯2的外側(cè)。而且，如果做成這種結(jié)構(gòu)，由于在形成上磁芯時，會形成一部分沒有被磁性粉末充填的區(qū)域，因而就可獲得強度和性能上都較好的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。還有，凹陷部23A、23B的高度也可以設(shè)定為分別與端子電極30A、30B的高度一致。
本發(fā)明所述的線圈為嵌式壓粉磁芯通常作為表面安裝的元件使用，因而，端子電極30A、30B在線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯形成后呈彎曲狀，它的兩端可以和磁芯的上、下兩面緊密結(jié)合。
圖4就是圖3所示下磁芯2的IV-IV斷面圖。設(shè)Ch是內(nèi)周凸部22上面和外周凸部23上面的高度，Dh是線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的高度，在本發(fā)明中，使凸部高度Ch不等于Dh/2為優(yōu)選。而且，若磁芯載置面21的高度為Bh，也優(yōu)選使載置面高度Bh不等于Dh/2。這樣設(shè)定的理由將在下面說明。
在前述第二壓縮成形工序中，磁性粉末是在被下磁芯和上沖頭兩者挾持狀態(tài)下被壓縮的。這時，壓力最小的現(xiàn)象不會發(fā)生在下磁芯和上沖頭的中間位置，而是發(fā)生在上、下沖頭的中間位置。因此，在加壓結(jié)束時，如下磁芯2和下上磁芯4的邊界附近成為上沖頭和下沖頭的中間位置，則兩磁芯間的結(jié)合性就不會很好。結(jié)果兩磁芯的邊界附近容易產(chǎn)生裂縫。而且在端子電極受折彎時，兩磁芯間也容易產(chǎn)生裂縫。為此，如果使凸部高度Ch和磁芯載置面的高度Bh設(shè)定得不等于線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯高度Dh的一半，則在第二壓縮成形工序時，壓力處于最低位置，下磁芯2和上磁芯4的邊界就不存在，因而就可防止裂縫的發(fā)生。
如圖4所示，內(nèi)周凸部22的高度和外周凸部23的高度是一致的，也可以不一致。在不一致時，內(nèi)周凸部和外周凸部的高度至少有一方最好是雙方都不等于Dh/2。
線圈載置面的高度Bh、凸部的高度Ch以及線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的高度Dh的關(guān)系，可以從抑制裂縫發(fā)生的角度適當(dāng)確定。具體而言，在線圈載置面上不設(shè)計凸部時，0.2≤Bh/Dh≤0.4，或者0.6≤Bh/Dh≤0.7為優(yōu)選，但為了使線圈3處于接近線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中央的位置，以0.2≤Bh/Dh≤0.4為優(yōu)選。在線圈載置面上設(shè)計凸部時，0.2≤Bh/Dh≤0.4和0.6≤Ch/Dh≤0.8是優(yōu)選的。
就上面有凸部的下磁芯而言，所設(shè)凸部的形狀和尺寸可以用成形模具來制造。理想的是，用伺服沖床作二級以上的多級壓縮成形，其磁芯的密度就比較均勻。圖5(A)～圖5(I)中，是它在作二級壓縮成形時的流程圖。
在這種方法中，如圖5(A)所示，其上模型板5A和下模型板5B是分離的，使用了一種由裝有上內(nèi)沖頭61的上沖頭6和裝有下內(nèi)沖頭71的下沖頭構(gòu)成的成形裝置。上內(nèi)沖頭61、下內(nèi)沖頭71都呈平面形以便與設(shè)在下磁芯上的凸部形狀相對應(yīng)。
首先，如圖5(A)所示，把磁性粉末10充填到由下模型板5B和下沖頭7形成的成形空間內(nèi)。此時，下內(nèi)沖頭71處于抬起狀態(tài)。
接著，如圖5(B)所示，裝有上內(nèi)沖頭61的上沖頭6下降直至和磁性粉末10的上平面相接觸。
再次如圖5(C)所示，上內(nèi)沖頭61和下內(nèi)沖頭71同步下降。
接著，再如圖5(D)所示，裝有上內(nèi)沖頭61的上沖頭6下降進行第一次壓縮成形工序。但是，此時整個上沖頭6不能都下降相同的量，為了要使上內(nèi)沖頭61直降的區(qū)域和除此以外的其他區(qū)域具有相同的壓縮率，就需要對上內(nèi)沖頭61的下降量實行單獨控制。采用這種操作，磁性粉末整體的壓縮率才能達到均勻化。結(jié)果，在上面有凸部的下磁芯2的密度才能均勻。
然后，如圖5(E)所示，上沖頭6整體上升，在已形成的下磁芯2上面，把固定著圖中未示的端子電極(或者帶端子電極的引線框)的線圈3放上去。此時，下模型板5B的上面要下降到和端子電極的高度相一致。
其次，如圖5(F)所示，上模型板5A下降把位于上模型板5A和下模型板5B之間的端子電極夾住并固定。然后，再向由下磁芯2和上模型板5A形成的成形空間內(nèi)充填磁性粉末10。
接著，如圖5(G)及圖5(H)所示，上沖頭6整體下降向以壓縮磁性粉末10形成上磁芯4，從而得到線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯(前面所說的第二壓縮工序)。
此后，如圖5(I)所示隨著上模型板5A和上沖頭6的整體上升，下模型板5B下降，以便把線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯從成形裝置中取出。
用這種多段成形法制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯，通常，上、下磁芯的表面形狀是要和內(nèi)沖頭的輪廓相對應(yīng)的。而且，如前所述，把本發(fā)明所述的線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯作為表面安裝元件使用時，端子電極和上、下磁芯的表面是處于結(jié)合狀態(tài)的。此時，在上磁芯表面和下磁芯表面上設(shè)計凹部，端子電極收納到該凹部內(nèi)，因而在結(jié)構(gòu)上以端子電極不從磁芯表面突出為優(yōu)選。
在本發(fā)明中，上述壓縮成形工藝以分二次進行為優(yōu)選，在這方面，條件上沒有特定的限制。但是，若優(yōu)選條件不具備，可按下述方式進行。
在本發(fā)明中，用鐵粉作磁性粉末時，在涂敷絕緣材料前，為了消除鐵粉中的應(yīng)力最好進行熱處理。同樣，在涂敷前，也可對鐵粉作氧化處理。進行氧化處理便可在鐵粒子表面附近形成厚達數(shù)十毫微米的薄層氧化膜，有望提高其絕緣性。這種氧化處理可以在空氣等氧化性氛圍中在150～300℃下加熱0.1～2小時進行。作氧化處理時，為了改善鐵粒子表面的濕潤性也可以混入乙基纖維素等分散劑。
就絕緣材料而言，可以從下述各種無機材料和有機材料中適當(dāng)選擇至少一種。對于涂敷的條件沒有特別的限制。例如可用加壓攪拌機、自動研磨機等在室溫下進行20～60分鐘的混合?；旌虾?，最好在100～300℃間干燥20～60分鐘。用熱硬化性樹脂作絕緣材料時，在干燥的同時作硬化處理。
干燥后，根據(jù)需要弄碎，然后最好添加潤滑劑。添加潤滑劑的作用是提高成形時粒子間的潤滑性，同時又提高對金屬模的易脫模性。
在前述第二壓縮成形工序后，通常用熱處理的方法使樹脂絕緣材料硬化以提高磁芯的機械強度。由此，才能在前述端子電極受折彎時防止線圈為嵌式壓粉磁芯受損。這時的熱處理可以是在100～300℃間進行10～30分鐘。
前述第二壓縮成形工序后，根據(jù)需要要把線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯用樹脂溶液浸泡，接著，要對其所含的樹脂進行硬化以提高磁芯的機械強度。作為浸泡用樹脂，可以列舉出苯酚樹脂、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、丙烯樹脂等，其中以苯酚樹脂為優(yōu)選。制備樹脂溶液用的溶劑沒有特定的限制，可以從乙醇、丙酮、甲醛、吡咯烷酮等常用的幾種有機溶劑中根據(jù)所用的樹脂適當(dāng)選擇。在用熱處理方法對含浸的樹脂進行硬化時，熱處理溫度最好在150～400℃之間。如果熱處理溫度過低，線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯在機械強度提高上不明顯。另一方面，若熱處理溫度過低，絕緣性能差。
根據(jù)本發(fā)明制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯適用于流過大電流的磁芯，例如扼流圈等各種感應(yīng)元件以及電源用磁芯等各種電磁產(chǎn)品。也可用于氣囊傳感器。使用頻率可以在10Hz～1MHz，更優(yōu)選地在500Hz～500KHz之間。
磁芯本發(fā)明對所用的磁芯沒有特別的限制，可以使用和常規(guī)線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯相同的磁芯，但是，如前所述，最好使用扁平斷面的單卷線圈。線圈的斷面積和匝數(shù)可根據(jù)所要的特性適當(dāng)決定，在線圈表面通常涂有用樹脂和無機材料制的絕緣膜。
強磁性金屬粉末本發(fā)明對所用的強磁性金屬粉末沒有特別限制。但是，例如用于在高磁場下要求有良好的直流疊加特性且有大電流通過的扼流圈等時，希望用圓形度在0.5以下的粒子數(shù)占粒子總數(shù)的20％以下，最好占15％以下的強磁性金屬粉末。本發(fā)明中的圓形度可用式1決定圓形度＝4πS/L2(式1)在上述式1中，S是粒子的投影面積，L是前述投影面積的輪廓長度(周長)。這里的投影是指把立體的粒子投影在平面上而得的二次圖像。在本發(fā)明中，先拍攝粒子的顯微照片，再根據(jù)需要對其進行圖像處理后，再把出現(xiàn)在照片上的粒子圖像作為前述投影并從中求出S和L。還有，這種測定不必對構(gòu)成粉末的全部粒子進行，只要抽取一部分粉末即可。測定用的粒子數(shù)要在50個以上，最好在100以上。
上述圓形度小的粒子的投影形狀大多是輪廓突起且不定形的，上述圓形度大的粒子的投影形狀呈圓狀、橢圓形、陣列形等等，而輪廓的形狀是光滑的。
對構(gòu)成強磁性金屬粉末的金屬(單體或合金)的種類沒有特別的限制，例如可從鐵、鐵硅化物、永磁合金(Fe-Ni)、超合金(Fe-Ni-Mo)、鐵硅鋁磁合金，氮化鐵，鐵鋁合金，鐵鈷合金，磷鐵等中選擇一或兩種以上即可。對強磁性金屬粉末的制造方法也沒有特別限制，霧化法、電解法、電解鐵的機械粉碎法、羰基鐵的熱分解法等都可以，只要從這些方法中能獲得所需形狀粒子就可以，但是為了得到圓形度高的粒子，最好用霧化法或熱分解法。
但是，通過把羰基鐵熱分解而得到的鐵粉的損失較大。另外，為了提高強度，鐵硅鋁磁合金必須在高壓下壓縮成形，因而在壓縮成形時線圈容易變形。為此，本發(fā)明優(yōu)選采用以Fe和Ni為主成分的合金構(gòu)成的Fe-Ni系材料。
強磁性金屬粉末的平均粒徑以1～50μm為優(yōu)選，若為3～40μmm則更好。如平均粒徑過小，則矯頑力就太難以處理。另一方面，如平均粒徑過大，則渦流損失增加。
絕緣材料本發(fā)明對所用的絕緣材料沒有特別的限制，從各種無機材料和有機材料中適當(dāng)選擇至少一種就可以。具體而言，從水玻璃、苯酚樹脂、硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂、金屬氧化物粒子等材料中選擇即可，但是，最好用樹脂，尤其以苯酚樹脂和/或硅酮樹脂為優(yōu)選。
苯酚樹脂是由苯酚類和醛類反應(yīng)合成的。合成時使用的鹽基催化劑是可溶酚醛樹脂(Resol)，使用的酸催化劑是酚醛清漆樹脂(Novolak)?？扇芊尤渲赏ㄟ^加熱或酸催化劑進行硬化，成為既不溶解又不熔融的。酚醛清漆樹脂是一種自身不能硬化的可溶解可熔融樹脂，要和烏洛托品之類的交聯(lián)劑同時加熱才能硬化。作為苯酚樹脂而言，以可溶性酚醛樹脂為優(yōu)選。在可溶酚醛樹脂中，從其耐熱性好的角度看，尤以含有N的三胺形式的為優(yōu)選。另一方面，在使用酚醛清漆樹脂時，由于壓粉體的強度弱，成形以后的工序較難進行。當(dāng)使用酚醛清漆樹脂時，邊加熱邊成形(熱壓等)為優(yōu)選。這時的成形溫度一般為150～400℃左右。若在酚醛清漆樹脂中加入交聯(lián)劑則更好。
合成苯酚樹脂的原料中，苯酚類可從如苯酚、甲酚、二甲苯酚、雙酚A、間苯二酚中至少取一種，醛類可從如甲醛、仲甲醛、乙醛、苯并醛中至少取一種。
苯酚樹脂的重量平均分子量以300～7000為優(yōu)選，500～7000則更優(yōu)選，最優(yōu)選為500～6000。重量平均分子量小時，壓粉體的強度大而且壓粉體邊緣落粉現(xiàn)象會少一些。但是，如重量平均分子量在300以下，由于在高溫退火時，樹脂的減少量會增多，在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中強磁性金屬粒子間的絕緣性不能得到保證。
苯酚樹脂可用市售的，如可使用日本公司昭和高分子(株)制的BR5-3801，ELS-572、577、579、580、582、583(以上是可溶性酚醛樹脂型)，BRP-5417(酚醛清漆樹脂型)等。
硅酮樹脂的重量平均分子量以700～3300為優(yōu)選。
作為絕緣材料使用的樹脂的量，相對于強磁性金屬粉末，以占前者體積的1～30體積％為優(yōu)選，2～20體積％則更好。如樹脂量過少，線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的機械強度低，絕緣性也差。另一方面，如樹脂量過多，在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中非磁性部分的比率就高，導(dǎo)磁率及磁通密度就低。
絕緣材料樹脂和強磁性金屬粉末混合時，可以把固體狀或液體狀樹脂進行溶液化以后再混合，也可以把液狀樹脂直接混合。液狀樹脂的粘度在25℃時以10～10000CPS為優(yōu)選，50～9000CPS則更好。如粘度過低或過高，則在強磁性金屬粒子表面難以形成均勻的覆蓋膜。
另外，上述絕緣樹脂也有粘合劑的功能，有助于提高線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的機械強度。
用金屬氧化物粒子作絕緣材料時，以使用氧化鈦液膠和/或氧化鋯液膠為優(yōu)選。氧化鈦液膠、氧化鋯液膠中的帶負電的無定形的氧化鈦粒子和氧化鋯粒子，在水或有機分散劑中可以分散而且又形成膠狀，這些粒子表面帶-TiOH基、-ZrOH基。通過把其中微小粒子可在溶劑中均勻分散的這種如氧化鈦液膠、氧化鋯液膠，加到強磁性金屬粉末中，由于能形成少量且均勻的絕緣覆蓋膜，便可實現(xiàn)高磁通密度和高絕緣性。
液膠中的氧化鈦粒子、氧化鋯粒子的平均粒徑以10～100mm為優(yōu)選，10～80mm更好，20～70mm則最好。液膠中粒子的含量以占15～40重量％為優(yōu)選。
相對于強磁鐵金屬粉末，氧化鈦液膠、氧化鋯液膠在換算成固體成分時，其添加量也即氧化鋯粒子和氧化鈦粒子的合計添加量以占15體積％以下為優(yōu)選，5.0％以下更好。如合計添加量過多，在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中非磁性部分就多，導(dǎo)磁性和磁通密度就低。再有，為了充分發(fā)揮這些液膠添加后的效果，上述合計添加量優(yōu)選為0.1體積％以上，0.2體積％以上更好，0.5體積％以上則最好。
氧化鈦液膠、氧化鋯液膠可以單獨使用也可合并使用。在合并使用時其比例是任意的。
這些液膠可以用市售品[日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)(株)NZS-20A、NZS-30A、NZS-30B等]。得到的液膠有可能pH值太低，以調(diào)到pH值為7左右為優(yōu)選。如pH值低，強磁性金屬粉末在氧化后會增加非磁性的氧化物，導(dǎo)磁率和磁通密度會下降，從而其矯頑力會發(fā)生劣化。
這些液膠中可用水系也可用非水系的溶劑，但以能夠和合并使用的樹脂相容的溶劑為優(yōu)選，尤其是以使用乙醇、丁醇、甲苯、二甲苯等非水系溶劑為優(yōu)選。當(dāng)買到的液膠采用水系溶劑時，也可根據(jù)需要更換溶劑。
在液膠中也可以含有作為穩(wěn)定劑的氯離子和氨。
這些液膠通常呈白色膠狀。
潤滑劑為了在成形時，提高粒子間的潤滑性和對金屬模的易脫模性，有必要添加潤滑劑?？梢詮挠仓徜X，硬脂酸鎂，硬脂酸鈣、硬脂酸鍶，硬脂酸鋇和硬脂酸鋅中選擇至少一種使用。
這些硬脂酸金屬鹽的含量，相對于強磁性金屬粉末，以0.2～1.5重量％為優(yōu)選，0.2～1.0重量％更好。如其含量過少，在線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯中強磁性金屬粒子間的絕緣就不充分，而且，成形后把線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯從模具中拔出也較困難，這就不方便了。另一方面，如其含量過多，在線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯中非磁性部分增多，導(dǎo)磁率和磁通密度變小，另外，磁圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的強度也易于變差。
除上述硬脂酸金屬鹽外，潤滑劑也可用其他高級脂肪酸金屬鹽，尤其是十二酸金屬鹽。但是，其使用量以不超過上述硬脂酸金屬鹽使用量的30％重量為優(yōu)選。
實施例1按以下步驟制作線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯樣品。
準(zhǔn)備以下材料磁性粉末使用由羰基鐵熱分解法制得的鐵粉[日本GAF社制，平均粒徑5μm、圓形度0.5以下的粒子數(shù)占總數(shù)的1％]，絕緣材料可溶性酚醛樹脂型的苯酚樹脂[日本昭和高分子(株)制ELS-582，重量平均分子量1500]，潤滑劑硬脂酸鍶[日本堺化學(xué)社制]。
磁性粉末的圓形度用掃描電子顯微鏡(SEM)照片測定。測定用的粒子數(shù)為100。這種磁性粉末的掃描電子顯微鏡照片如圖6所示。
其次，添加占磁性粉末8體積％的絕緣材料，用加壓攪拌機在室溫下混合30分鐘，再在空氣中在150℃下干燥30分鐘，得到用絕緣材料涂敷的粒子形成的磁性粉末。在干燥后的混合物中，添加占磁性粉末0.8重量％的潤滑劑，用V攪拌器混合15分鐘。
然后，如圖1(A)所示，在成形模具(金屬模具)中加入磁性粉末，在150MPa的壓力P1下進行第一壓縮成形工序，以形成下磁芯2。接著，準(zhǔn)備用直徑0.7mm的銅線繞4.5匝而成的雙卷的線圈3，把該線圈3放在下磁芯2的上面，同時用分成二塊的模型板5把該線圈3的兩端固定住，如圖1(B)所示。再向金屬模型中投入磁性粉末10，把該線圈3埋住，如圖1(C)所示。接著，在200MPa的壓力(P2)下進行第二壓縮成形工序，在200℃下熱處理10分鐘使樹脂絕緣材料硬化，得到直徑為12mm、高為3mm的圓柱形線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯樣品。成形壓力的比值P2/P1為1.33。
對這個樣品拍攝X射線投影照片，觀察樣品內(nèi)線圈的位置。結(jié)果，大體上認為線圈未沉下去，在與加壓方向垂直的平面內(nèi)也認為線圈沒有位置偏移。再把樣品切斷，觀察其斷面，在上、下磁芯的全部結(jié)合面上確認只有少許間隙。
實施例2按以下步驟制作線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。
準(zhǔn)備以下材料磁性粉末用霧化法制造的坡莫合金粉末(平均粒徑25μm、圓形度0.5以下的粒子數(shù)占總數(shù)的18％)，絕緣材料硅酮樹脂[東麗唐康寧(株)制的SR2414LV]潤滑劑硬脂酸鋁[日本堺化學(xué)社制]。
磁性粉末的圓形度用掃描電子顯微鏡(SEM)照片測定。測定用的粒子數(shù)是100個。
接著，添加相對于磁性粉末體積為8％的絕緣材料，在室溫下用加壓攪拌機混合30分鐘。在空氣中在150℃下干燥30分鐘，得到由凝結(jié)的絕緣材料的粒子組成的磁性粉末。在干燥后的混合物中加入占磁性粉末重量0.4％的潤滑劑，再在V攪拌器中混合15分鐘。
然后，按圖5(A)～圖5(I)所示的前述步驟制作線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。在第一壓縮成形工序中壓力P1為140MPa，在第二壓縮成形工序中壓力P2為440MPa。成形壓力的比值P2/P1為3.14。線圈3是用斷面為矩形(0.3mm×2.5mm)的銅線繞2.6匝而成的一卷卓圈。在20℃下熱處理10分鐘使樹脂絕緣材料硬化。制得的樣品是平面尺寸為12.5mm×12.5mm、厚Dh為3.3mm的長方體。作為本發(fā)明的樣品。對于下磁芯2，線圈載置面21的高Bh設(shè)計為0.9mm，內(nèi)周凸部22和外周凸部23的上面Ch高為2.4mm，從而Bh/Dh＝0.27，Ch/Dh＝0.73。
在這個樣品中，確認下磁芯和上磁芯間沒有裂縫。而且，制完樣品后，把端子電極折曲時也沒有裂縫出現(xiàn)。
另一方面，除了P1＝P2＝440MPa外，按與上述本發(fā)明相同的方法制作第二個樣品。在這個第二個樣品中，在上、下磁芯的整個結(jié)合面上發(fā)現(xiàn)了裂縫。
然后，先充填磁性粉末，待磁性粉末表面平坦化后，把引線框夾在上、下模型板內(nèi)，之后再充填磁性粉末，在440MPa壓力下一次成形，制得和上述本發(fā)明有相同尺寸的線圈內(nèi)裝式壓粉磁芯。用作比較樣品。
把這兩個樣品切斷并對斷面拍照。從所拍照片觀察在各樣品內(nèi)線圈的位置。線圈的位置可根據(jù)圖7所示的離磁芯斷面的距離決定。結(jié)果如表1所示。
表I
根據(jù)表1可知，在本發(fā)明的樣品中，線圈靠近樣品的中央配置，而在比較樣品中，線圈在樣品中是偏置的。也就是說，在比較樣品中，可以確認在加壓方向有大的誤差(垂直誤差)。
接著，按與本發(fā)明樣品相同的條件制作10個樣品，并構(gòu)成本發(fā)明樣品群，也按與上述比較樣品相同的條件制作10個樣品，構(gòu)成比較樣品群，兩者都在0.5V、100kHz條件下，當(dāng)10A或20A直流電流相疊加時和不相疊加時測定其電感量。而且，從各樣品中群由電感量的最大值和最小值求出其平均值以及最大值和最小值之差。其結(jié)果如表2所示。另外，在表2中還示出直流疊加電流值。
表2
從表2可知，本發(fā)明的效果是明顯的。也就是說，在本發(fā)明的樣品群中，電感量的最大值和最小值之差約為比較樣品群的1/10，是很小的。而且，可以看示，根據(jù)本發(fā)明的方法，電感量偏移有了明顯的改善。本發(fā)明樣品群中，電感量的平均值也比比較樣品群大。由于在比較樣品群中線圈在壓粉磁芯內(nèi)偏向一方，在局部地區(qū)會發(fā)生磁場飽和現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，是在用涂敷有絕緣材料的強磁性金屬粒子構(gòu)成的磁性粉末中內(nèi)置線圈以制造線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的方法，其特征在于包括以下工序把磁性粉末充填到成形模具內(nèi)，再壓縮成形為下磁芯的第一壓縮成形工序；在成形模具內(nèi)把線圈放置在下磁芯上面的線圈配置工序；再次把磁性粉末充填到成形模具內(nèi)，把線圈埋入的線圈埋入工序；向下磁芯和線圈相層疊的方向加壓以壓縮成形的第二壓縮成形工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于設(shè)P1為第一壓縮成形工序中加的壓力，P2為第二壓縮成形工序中加的壓力，則P2/P1≥1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于設(shè)P1為第一壓縮成形工序中加的壓力，P2為第二壓縮成形工序中加的壓力，則P2/P1＞1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于前述線圈是用扁平斷面的導(dǎo)線繞成的單卷線圈，并以前述導(dǎo)線的扁平斷面的長徑方向和線圈的軸向直交的方式進行纏繞，前述導(dǎo)線的兩個端部上分別固定著端子電極，在已把線圈載置在下磁芯之上的狀態(tài)下，將離下磁芯較近的端子電極配置在前述導(dǎo)線的上面，將離下磁芯較遠的端子電極配置在前述導(dǎo)線的下面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于在所述的下磁芯上面至少設(shè)置一個位于線圈內(nèi)周和/或外周的凸部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于設(shè)前述凸部的高為Ch，制造的線圈內(nèi)嵌式粉壓磁芯的高為Dh時，前述凸部中的至少一個的Ch不等于Dh/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于設(shè)下磁芯的線圈載置面的高為Bh，制造的線圈內(nèi)嵌式粉壓磁芯的高為Dh時，Bh不等于Dh/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于所述磁性粉末中，圓形度為0.5以下的強磁性金屬粒子的個數(shù)占全部強磁性金屬粒子的20％以下，其中圓形度由下式1決定圓形度＝4πS/L2(式1)在上述式1中，S為粒子的投影面積，L為前述投影的輪廓長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法，其特征在于所述強磁性金屬粒子是由以Fe和Ni為主要成分的合金構(gòu)成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項所述的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法制造的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機械強度高且生產(chǎn)效率高的線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯。還提供該線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的制造方法,其包括以下工序:用壓縮成形法形成線圈內(nèi)嵌式壓粉磁芯的下磁芯(2)的第一壓縮成形工序;在成形模具內(nèi),在下磁芯(2)上載置線圈(3)的線圈載置工序,把磁性粉末再次充填到成形模具中以埋填線圈的線圈埋入工序,在下磁芯(2)和線圈(3)層疊的方向加壓以壓縮成形的第二壓縮成形工序。
文檔編號H01F41/00GK1304145SQ0110126
公開日2001年7月18日 申請日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月12日
發(fā)明者茂呂英治, 鈴木常雄, 長勤, 田村純悅, 佐藤貞樹 申請人:Tdk株式會社