JP2012213034A - フェライト・磁石素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークを個別品としてではなく、フェライトや永久磁石と一体的に取り扱うことができ、かつ、製造上の歩留まりが向上するフェライト・磁石素子及びその製造方法を得る。
【解決手段】対向した一対の主面を有するフェライト３２の少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライト３２の一対の主面にそれぞれ永久磁石４１を固着してなるフェライト・磁石素子３０。永久磁石４１のフェライト３２と反対側の主面には緩衝材４５が固着されており、緩衝材４５の表面からフェライト３２と永久磁石４１の側面にわたって磁性体からなる板状のヨーク５０が巻回した状態でかしめられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト・磁石素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に組み込まれるフェライト・磁石素子及びその製造方法に関する。

従来、アイソレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

この種のアイソレータでは、複数の中心電極をフェライトの主面に配置し、該フェライトに永久磁石から直流磁界を印加することで複数の中心電極を結合させている。この場合、永久磁石から発生する磁束の漏れを極力防止することが望ましく、特許文献１に記載のように、板金加工で作製した金属製のヨークをフェライトと永久磁石の周囲に配置していた。しかし、板金加工で作製した金属製のヨークは大型化し、フェライトや永久磁石とは独立した個別品として取り扱う必要があり、回路基板上での組立てなどにも手間がかかり量産性に支障を生じている。

国際公開第２００６／０１１３８２号

そこで、本発明の目的は、ヨークを個別品としてではなく、フェライトや永久磁石と一体的に取り扱うことができ、かつ、製造上の歩留まりが向上するフェライト・磁石素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１形態であるフェライト・磁石素子は、
対向した一対の主面を有するフェライトと、
前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
前記永久磁石の前記フェライトと反対側の主面に固着された緩衝材と、
前記緩衝材の表面から前記フェライトと前記永久磁石の側面にわたって巻回した状態でかしめられた磁性体からなる板状のヨークと、
を備えたことを特徴とする。

本発明の第２形態であるフェライト・磁石素子の製造方法は、
対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
前記永久磁石の前記フェライトとは対向していない主面に緩衝材を固着する工程と、
前記緩衝材を含めて前記集合基板を一単位の短冊状基板にカットする工程と、
前記短冊状基板の表面に、前記緩衝材の表面から前記フェライトと前記永久磁石の側面にわたって磁性体からなる板状のヨークを巻回した状態でかしめる工程と、
を備えたことを特徴とする。

前記フェライト・磁石素子において、一体化されたフェライトと一対の永久磁石はその周囲にかしめられた磁性体からなる板状のヨークにて囲まれ、該ヨークは永久磁石から発生する磁束の漏れを防止する。ヨークは巻回してかしめると金属材の特性であるスプリングバックで緩まるが、永久磁石との間に緩衝材が介在しているので、スプリングバックでの緩み代を緩衝材が埋める状態となり、ヨークが外れるおそれはない。また、緩衝材を介在させることで、かしめ時に永久磁石やフェライトに作用する負荷が緩和され、不良品の発生率が低下（歩留まりが向上）する。

また、ヨークはフェライト・磁石素子の製造工程中にフェライト・磁石素子に組み付けられ、回路基板上での別途組立て工程を必要とすることがなく、非可逆回路素子の量産性が向上する。

本発明によれば、ヨークを個別品としてではなく、フェライトや永久磁石と一体的に取り扱うことができ、ひいては、非可逆回路素子の量産性が向上する。また、製造上の歩留まりが向上する。

一実施例であるフェライト・磁石素子を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はヨークを分離した状態での斜視図である。 前記フェライト・磁石素子の要部の分解斜視図である。 前記フェライト・磁石素子の製造工程（貼り合わせ工程）を示す説明図である。 フープ材に形成されたヨークを示す平面図である。 フープ材に形成されたヨーク上にフェライト・磁石素子を載せた状態を示す斜視図である。 かしめ工程を示す説明図である。 着磁工程を示す説明図である。

以下、本発明に係るフェライト・磁石素子及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

一実施例であるフェライト・磁石素子３０は、図１に示すように、非可逆回路素子を構成する一つの素子であり、非可逆回路素子としては、この素子以外に、図示していない回路基板や外装樹脂、必要に応じて実装されるインダクタやコンデンサを含んでいる。なお、本発明を用いて製造可能なフェライト・磁石素子３０（非可逆回路素子）としての基本的な構成は従来から種々の態様があり、集中定数型のアイソレータとしては、前述した特許文献１に記載されている２ポート型のアイソレータを挙げることができる。

この２ポート型のアイソレータ（フェライト・磁石素子３０）は、図２に示すように、一対の永久磁石４１により直流磁界が印加されるフェライト３２と、該フェライト３２に互いに絶縁状態で交差して配置された第１中心電極３５及び第２中心電極３６を備えている。第１中心電極３５は、フェライト３２に１ターン巻回されており、一端電極３５ａが入力ポートＰ１とされ、他端電極３５ｂが出力ポートＰ２とされている。第２中心電極３６は、フェライト３２に第１中心電極３５と所定の角度で交差した状態で４ターン（ターン数は任意である）巻回されており、一端電極（前記他端電極３５ｂと共用）が出力ポートＰ２とされ、他端電極３６ａがグランドポートＰ３とされている。なお、図２では煩雑さを避けるためにフェライト３２の背面側の電極は図示を省略している。

さらに、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に図示しない終端抵抗が第１中心電極３５と並列に接続され、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に、図示しない第１整合用コンデンサが接続され、出力ポートＰ２とグランドポートＰ３との間に図示しない第２整合用コンデンサが接続されている。

そして、第１及び第２中心電極３５，３６を設けたフェライト３２はその両主面を一対の永久磁石４１にて接着剤４２を介して挟着されたフェライト・磁石素子３０として構成されている。前記終端抵抗や前記コンデンサはフェライト・磁石素子３０とは別部品として構成されている。

さらに、永久磁石４１の外側面には緩衝材４５が固着され、該緩衝材４５の表面からフェライト３２と永久磁石４１の側面にわたって磁性体からなる板状のヨーク５０が巻回した状態でかしめによって取り付けられている。緩衝材４５はそれ自体が弾性を有する板状材であり、例えば、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂又はフッ素ゴムなどを素材として好適に用いることができる。ヨーク５０は、ＮｉやＳＰＣＣなどの磁性体を板状に加工したものであり、永久磁石４１から発生する磁束の漏れを防止する。このヨーク５０は以下の製造工程で説明するように、フープ材５１（図４参照）に形成されており、緩衝材４５の表面にかしめることによって固着される。

なお、フェライト３２、永久磁石４１、接着剤４２は従来周知の材料が用いられている。

ここで、フェライト・磁石素子３０の製造工程について図３〜図７を参照して説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、表面に１単位ごとの中心電極３５，３６をマトリクス状に形成したフェライト３２を永久磁石４１で挟着した集合基板３０Ａを作製する。この集合基板３０Ａは、例えば、ひとつの素子３０を縦横に７０×３０個、計２１００個をマトリクス状に形成したものである。

次に、図３（Ｂ）に示すように、一対の永久磁石４１の外側面（下段の磁石４１の下面及び上段の磁石４１の上面）にシート状の緩衝材４５を固着する。緩衝材４５は熱プレスによってそれ自身が有する粘着力で永久磁石４１に固着させてもよく、あるいは、接着材を用いて永久磁石４１に接着してもよい。

次に、図３（Ｃ）に示すように、前記集合基板３０Ａを一点鎖線に沿って一単位の素子３０ごとにカットする。カットは円盤状ダイサーを用いて表裏面から２工程で行われる。

一単位に切り出された素子３０（一単位の短冊状基板）は、図４及び図５に示すフープ材５１に形成されたヨーク５０上に載せられる。ここで用いられるフープ材５１は、図４の上下方向に延在する長尺状をなし、両側には搬送／位置決め用のパイロット穴５２が形成されている。板状のヨーク５０はつなぎ部５３によってフープ材５１の連結部５４に結合されている。

図５は、ヨーク５０に載せられた一単位の素子３０を示しており、この状態でヨーク５０の両側を上方に折り曲げることにより、素子３０はヨーク５０によって外周面を囲まれることになる。ここで、つなぎ部５３が切断され、ヨーク５０がフープ材５１から切り離される。

ヨーク５０が巻回された素子３０は、図６（Ａ）に示すように、ダイス６０に収容され、上方からかしめ治具６１の突部６２によって押圧されることにより、素子３０の外周部にかしめられる。図６（Ｂ）に示すように、かしめ時において、ヨーク５０の両端部は上段の緩衝材４５に食い込んだ状態まで変形される。また、上段及び下段の緩衝材４５は治具６１による押圧力で圧縮される。かしめ治具６１による押圧を解除した後、ヨーク５０のかしめ部はスプリングバックの作用で図１（Ａ）に示す状態となり、永久磁石４１とヨーク５０との間に圧縮された緩衝材４５が介在することになる。

即ち、ヨーク５０は磁性体からなる板状材であるため、素子３０の外周面に巻回してかしめると金属材の特性であるスプリングバックで緩まる。しかし、永久磁石４１との間に緩衝材４５が介在しているので、スプリングバックでの緩み代を緩衝材４５が埋める状態となり、ヨーク５０が外れるおそれはない。また、緩衝材４５を介在させることで、かしめ時に永久磁石４１やフェライト３２に作用する負荷が緩和され、不良品の発生率が低下（歩留まりが向上）する。

以上の工程で作製されたフェライト・磁石素子３０は、図７に示すように、着磁装置の着磁ヘッド７０の間にセットされ、永久磁石４１に必要な着磁が行われる。

フェライト・磁石素子３０は、以上のごとく完成された状態で、ヨーク５０がフェライト３２や永久磁石４１と一体化されている。換言すれば、ヨーク５０はフェライト・磁石素子３０の製造工程中にフェライト・磁石素子３０に組み付けられ、別途組立て工程を必要とすることがない。よって、非可逆回路素子の製造工程が簡略化され、量産性が向上する。

ところで、図１（Ａ）に示すように、ヨーク５０はフェライト・磁石素子３０の下部には巻回されていない。フェライト・磁石素子３０はその下面側が実装面となり、電極３５ａ，３５ｂ，３６ａが図示しない回路基板上の端子電極にはんだ付けされることから、ヨーク５０が下部まで巻回されていると接合用のはんだと短絡するおそれがある。このような短絡を防止するため、ヨーク５０は実装面に近い部分から離して配置されている。

なお、本発明に係るフェライト・磁石素子及びその製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、フェライトに形成される中心電極は種々の形態を採用でき、非可逆回路素子としては、実施例として示した２ポート型のアイソレータ以外に、３ポート型、あるいは、磁気共鳴型のアイソレータなどであってもよい。

以上のように、本発明は、フェライト・磁石素子及びその製造方法に有用であり、特に、ヨークをフェライトや永久磁石と一体的に扱うことができ、製造上の歩留まりが向上する点で優れている。

３０…フェライト・磁石素子
３０Ａ…集合基板
３２…フェライト
３５，３６…中心電極
４１…永久磁石
４５…緩衝材
５０…ヨーク
５１…フープ材
５３…つなぎ部

Claims (5)

1. 対向した一対の主面を有するフェライトと、
   前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
   前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
   前記永久磁石の前記フェライトと反対側の主面に固着された緩衝材と、
   前記緩衝材の表面から前記フェライトと前記永久磁石の側面にわたって巻回した状態でかしめられた磁性体からなる板状のヨークと、
   を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子。
2. 前記ヨークは、展開状態で短冊状をなし、両端部が前記緩衝材の表面で対向した状態でかしめられていること、を特徴とする請求項１に記載のフェライト・磁石素子。
3. 前記緩衝材はポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂又はフッ素ゴムのいずれかからなること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェライト・磁石素子。
4. 対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
   フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
   前記永久磁石の前記フェライトとは対向していない主面に緩衝材を固着する工程と、
   前記緩衝材を含めて前記集合基板を一単位の短冊状基板にカットする工程と、
   前記短冊状基板の表面に、前記緩衝材の表面から前記フェライトと前記永久磁石の側面にわたって磁性体からなる板状のヨークを巻回した状態でかしめる工程と、
   を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の製造方法。
5. 前記ヨークはつなぎ部で連結されたフープ材からなり、前記かしめ工程の後、前記つなぎ部を切断すること、を特徴とする請求項４に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。

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