CN106816261A

CN106816261A - 线圈装置

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Publication number: CN106816261A
Application number: CN201610989437.1A
Authority: CN
Inventors: 殿山恭平; 佐藤直树; 工藤孝洁; 须贝正则; 北岛保彦; 森田诚; 千叶和规
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: CN106816261B; JP2017098326A; KR101899660B1; JP6784014B2; KR20170058852A

Abstract

本发明提供一种能够防止冲击造成的裂纹的产生，并且能够容易地控制直流叠加特性的线圈装置。所述线圈装置具有：线圈部，其将绝缘被覆电线以中空筒状卷绕而成；含磁性材料部，其含有磁性材料和接合该磁性材料的粘接材料，并且覆盖所述线圈部；和树脂层，其具有第一部分和第二部分，且树脂含有率比所述含磁性材料部高，所述第一部分被夹持于所述线圈部和所述含磁性材料部之间，所述第二部分的两侧在对应于所述绝缘被覆电线中流通的电流而产生于所述含磁性材料部的磁通的流向上被夹持于所述含磁性材料部。

Description

线圈装置

技术领域

本发明涉及一种可以用作电感元件等的线圈装置。

背景技术

在各种电子、电气设备中，作为电感元件等搭载有大量的线圈装置。例如，作为该线圈装置的一个例子，已知有利用混合了含有热固性树脂的粘接材料和磁性粉末的压坯被覆线圈部而成的线圈装置(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-203731号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在现有的线圈装置中，存在在落下时的冲击或热冲击时，在含有磁性材料的含磁性材料部产生裂纹的问题，特别是存在在如线圈部的外周侧那样的含磁性材料部的厚度薄的部分产生冲击造成的裂纹的问题。

另外，在现有的线圈装置中，产生形成于构成线圈部的电线的表面的绝缘被覆由于成型时所施加的压力而被含磁性材料部所含的磁性材料等损伤，从而难以确保电线表面的绝缘性的问题。作为避免这样的问题的方法，考虑将成型时的压力限制得较低，但在进行这样的限制的情况下，产生不能充分提高含磁性材料部的密度，难以提高含磁性材料部的导磁率的问题。

另外，在现有的线圈装置中具有下述问题：由于线圈装置的磁饱和特性由线圈装置的外部形状及线圈部的内径等决定，所以在使用同样的线圈部的情况下，难以制造具有相同的外部形状并且具有不同的直流叠加特性的线圈装置。即，在现有的线圈装置中，在设计具有相同外部形状且具有不同的直流叠加特性的线圈装置的情况下，存在需要分别设计、制造线圈部，从而开发、制造成本增加的问题。

本发明鉴于这样的实际状况，其目的在于提供一种可以防止冲击造成的裂纹的产生，并且能够容易地控制直流叠加特性的线圈装置。

用于解决课题的技术手段

为了实现上述目的，本发明所涉及的线圈装置具有：

线圈部，其将绝缘被覆电线以中空筒状卷绕而成；

含磁性材料部，其含有磁性材料和接合该磁性材料的粘接材料，并且覆盖所述线圈部；和

树脂层，其具有第一部分和第二部分，且树脂含有率比所述含磁性材料部高，所述第一部分被夹持于所述线圈部和所述含磁性材料部之间，所述第二部分的两侧在对应于所述绝缘被覆电线中流通的电流而产生于所述含磁性材料部的磁通的流向上被夹持于所述含磁性材料部。

树脂层中，特别是第二部分在对线圈装置施加了冲击的情况下作为缓冲部起作用，可以防止在含磁性材料部产生冲击造成的裂纹的问题。另外，本发明所涉及的线圈装置通过变更树脂层的特别是第二部分的厚度，从而即使不变更外部形状或线圈部的内径等，也能够容易地控制线圈装置的磁饱和特性及直流叠加特性。进一步，在成型时压力被施加于线圈部时，通过第一部分变形，吸收从含磁性材料部向线圈部施加的压力，可以防止电线的绝缘被覆损伤的问题。因此，使成型时的压力比现有的线圈装置高，可以提高含磁性材料部的导磁率。另外，在第一部分还具有缓和施加于线圈装置的冲击，防止裂纹的产生的效果。

另外，例如，所述第一部分和所述第二部分也可以相互连续，形成一个所述树脂层。

通过第一部分和第二部分连续，可以利用树脂层整体有效地吸收施加于含磁性材料部的冲击，可以有效地防止含磁性材料部的裂纹的产生。

另外，例如，所述线圈部的表面也可以含有内周侧面、外周侧面、上表面及底面，所述第一部分也可以配置于所述上表面及所述底面中的任一方与所述含磁性材料部之间。

通过将第一部分配置于线圈部的上表面或底面，可以防止因成型时施加的压力而造成的电线的绝缘被膜损伤的问题。另外，通过将第一部分配置于上表面和底面的任一方，这样的含有第一部分的树脂层不仅保护线圈部不受冲击影响，还能够有效地防止在含磁性材料部产生裂纹的问题。

另外，例如，所述树脂层也可以连续至所述含磁性材料部的外表面。

具有这样的树脂层的线圈装置通过使树脂层连续至含磁性材料部的外表面附近这样的较易产生裂纹的位置，从而可以有效地防止因冲击而在含磁性材料部产生裂纹的问题。另外，通过使树脂层连续至外表面，可以将树脂层作为磁隙适当起作用。

另外，例如，所述含磁性材料部含有作为所述粘接材料的树脂，作为所述粘接材料的树脂也可以是与所述树脂层所含的树脂相同的树脂。

作为粘接材料含有于含磁性材料部的树脂或含有于树脂层的树脂没有特别地限定，从使含磁性材料部与树脂层的材质近似以提高粘合性的观点、或使热膨胀、收缩特性与含磁性材料部近似以提高耐热冲击性的观点出发，作为粘接材料的树脂优选是与树脂层所含的树脂相同的树脂。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所涉及的线圈装置的立体图。

图2是图1所示的线圈装置的截面立体图。

图3是图1所示的线圈装置的一部分透明立体图。

图4是表示图1所示的线圈装置的制造工序的概念图。

图5是本发明第二实施方式所涉及的线圈装置的截面图。

图6是本发明第三实施方式所涉及的线圈装置的截面图。

符号说明：

10、200、300…线圈装置

20…线圈部

20a…绝缘被覆电线

20aa…端部

21d…底面

30、230、330…含磁性材料部

31、331…外表面

33…上部

34、234、334…底部

35、235、335…外周部

330a…凹状部

330b…凸状部

40、240、340…树脂层

41、241、341…第一部分

42、242、243、342、343、344…第二部分

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式来说明本发明。

如图1所示，第一实施方式所涉及的线圈装置10具有覆盖线圈部20(参照图3)的含磁性材料部30和被夹持于线圈部20及含磁性材料部30的树脂层40。线圈装置10例如作为搭载于个人电脑或便携式电子设备等的电路元件(电感元件)使用，对于线圈装置10的用途或搭载线圈装置10的设备没有特别地限定。

如图1的局部透视图即图3所示，在含磁性材料部30的内部收容有线圈部20。线圈部20将绝缘被覆电线20a以中空筒状卷绕而成。绝缘被覆电线20a具有用于流通电流的导线和被覆导线的绝缘被覆。线圈部20所采用的绝缘被覆电线20a是导线相对于电流方向的正交截面形状为矩形的扁平导线，与具有圆形的截面的导线相比，具有可以提高线圈部的线密度并且降低直流电阻的优点。但是，作为线圈部20采用的绝缘被覆电线20a不限定于此，也可以是具有圆形的截面的导线。

绝缘被覆电线20a的二个端部20aa在含磁性材料部30的外表面31露出，在外表面31上形成有与端部20aa连接的端子部(未图示)。如图1所示，在绝缘被覆电线20a的端部20aa导线从绝缘被覆露出，确保与形成于外表面31的端子部的电连接。端子部通过电镀等在含磁性材料部30的外表面31形成金属被膜、或者通过接合金属板材而形成，但对于端子部的种类或形成方法没有特别地限定。绝缘被覆电线20a和端子部的接合方法可以列举焊接或使用导电性粘接剂的粘接等，但没有特别地限定。

如图3所示，中空圆筒状的线圈部20的表面21具有朝向线圈部20的中心轴的内周侧面21a、朝向线圈部20的外周方向的外周侧面21b、与内周侧面21a及外周侧面21b垂直且相互相对的上表面21c及底面21d。此外，在实施方式的说明中，将离在基板等上安装线圈装置10时的安装面近的一侧设定为底面21d，将与底面21d相对的面设定为上表面21c。

绝缘被覆电线20a的导线例如由Cu、Al、Fe、Ag、Au、磷青铜等构成。绝缘被覆层例如由聚氨酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺、聚酯-尼龙等构成。

如表示线圈装置10的截面的图2所示，含磁性材料部30规定线圈装置10的概略外部形状，具有大致矩形的外形。含磁性材料部30含有磁性材料和接合该磁性材料的粘接材料，如后所述，将含有磁性材料的粉体及粘接材料的颗粒压缩成型或注塑成型等而形成。作为含磁性材料部30所含的磁性材料，没有特别地限定，可以列举Mn-Zn、Ni-Cu-Zn等铁氧体、铝硅铁粉(Fe-Si-Al；铁-硅-铝)、Fe-Si-Cr(铁-硅-铬)、坡莫合金(Fe-Ni)、坡莫合金(PB系、PC系)、羰基铁类、羰基Ni类、无定形粉末、纳米结晶粉末等。作为粘接材料，没有特别限定，例如可以列举环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅酮树脂等树脂、及将它们组合而成的组合物等。

含磁性材料部30在线圈装置10中作为磁芯发挥功能。含磁性材料部30具有轴部32、上部33、底部34、外周部35。轴部32是配置于线圈部20的内部的部分，被线圈部20的内周侧面21a包围。上部33位于线圈部20的上方，与线圈部20的上表面21c接触。底部34位于线圈部20的下方，以在其与线圈部20的底面21d之间夹持后述的树脂层40的状态配置。外周部35配置于线圈部20的外周，与线圈部20的外周侧面21b接触。在含磁性材料部30的轴部32、上部33、底部34及外周部35，对应于绝缘被覆电线20a流通的电流，产生图2中用箭头A所示的方向或其相反方向的磁通的流动。

如图2所示，线圈装置10具有树脂含有率比含磁性材料部30高的树脂层40。树脂层40具有被夹持于线圈部20的底面21d与含磁性材料部30的底部34之间的第一部分41、和两侧在含磁性材料部30中流通的磁通的流向上被夹持于含磁性材料部30的第二部分42。

如图2及图3所示，第一部分41和第二部分42沿着相同的平面相互连续，形成一个树脂层40。因此，线圈装置10中的树脂层40具有形成有插入含磁性材料部30的轴部32的贯通孔的矩形薄板状的形状。树脂层40的外周缘与含磁性材料部30的外周缘一致，树脂层40连续到含磁性材料部30的外表面31。

含磁性材料部30中的外周部35与底部34经由树脂层40连接，相对于此，轴部32与上部33、轴部32与底部34及上部33与外周部35未经由树脂层40而直接连接。

树脂层40的厚度没有特别限定，例如优选为0.1～3μm，进一步优选为0.1～1μm。树脂层40的树脂含有率只要比含磁性材料部30高即可，没有特别限定，但以重量率计优选为20％以上，进一步优选为40％以上。

树脂层40所含的树脂没有特别限定，作为粘接材料，优选为与含磁性材料部30所含的树脂相同的树脂。作为树脂层40所含的树脂，例如可以列举环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅酮树脂、耐热性橡胶等树脂、及将它们组合而成的组合物等。另外，树脂层40作为粘接材料，也可以仅由与含磁性材料部30所含的树脂相同的树脂构成。

本实施方式的线圈装置10的尺寸没有特别限定，例如宽度为10～20mm、深度为10～20mm、高度为1～10mm。

使用图4说明图1～图3所示的线圈装置10的制造方法的一个例子。

在线圈装置10的制造中，首先，准备线圈装置10的含磁性材料部30的底部34的材料即底部材料134(参照图4(a))。底部材料134将含有磁性材料的粉体及粘接材料的颗粒压缩成型而形成。

接着，如图4(a)所示，在底部材料134的一个面上形成树脂层40的材料即树脂层材料140。树脂层材料140通过在底部材料134的一个面上喷涂含有构成树脂层40的树脂的树脂溶液而形成。此时，底部材料134的一个面中未形成有树脂层材料140的中央部分在喷涂前由掩模覆盖。

接着，如图4(b)所示，在形成于底部材料134的表面的树脂层材料140上设置以空芯线圈的状态准备的线圈部20。进一步，将如图4(b)所准备的底部材料134、树脂层材料140及线圈部20设置在模具内，从其上将含有磁性材料的粉体及粘接材料的颗粒放入模具内并加压。由此，在图4(b)所示的底部材料134、树脂层材料140及线圈部20上成型了作为含磁性材料部30的轴部32、上部33及外周部35的材料的轴部材料132、上部材料133、外周部材料135，得到如图4(c)所示的线圈装置材料100。

为了进行树脂层材料140所含的挥发成分的除去及含磁性材料部30所含的作为粘接材料的树脂的固化，将图4(c)所示的线圈装置材料100进行加热处理。进一步，通过滚镀等在加热处理后的线圈装置材料100的表面形成与端部20aa(参照图1)导通的端子部，得到线圈装置10。此外，也可以在形成端子部之前，通过溅镀或导电膏等在图1所示的含磁性材料部30的外表面31的一部分形成电连接端部20aa和端子部的基底层。

在图3等所示的线圈装置10中，树脂层40在对线圈装置10施加碰撞产生的冲击或热冲击的情况下作为缓冲部起作用，可以防止在含磁性材料部30上产生冲击造成的裂纹的问题。特别是两侧被夹持于含磁性材料部30的第二部分42适于作为缓冲施加在含磁性材料部30上的冲击的缓冲部起作用。另外，由于第一部分41和第二部分42连续，从而可通过树脂层40整体有效地吸收冲击，可以防止由于冲击而含磁性材料部30损伤的问题。

另外，通过使树脂层40的第二部分42连续至含磁性材料部30的外表面31，对于如含磁性材料部30中位于线圈部20的外周侧的外周部35那种厚度薄且较易产生裂纹的部分，也能够有效地防止冲击造成的裂纹的产生。

另外，树脂层40的第一部分41起到吸收因在成型时施加压力时变形而对线圈部20施加的压力的缓冲物的作用，可以防止构成线圈部20的绝缘被覆电线20a的绝缘被覆损伤的问题。因此，在这样的线圈装置10的制造中，可以比现有的线圈装置增大成型时的压力，在比现有高的压力下成型的线圈装置10中，含磁性材料部30的导磁率提高，可以实现具有高L值的线圈装置10。

另外，线圈装置10通过变更树脂层40的特别是第二部分42的厚度，即使不变更外部形状或线圈部20的内径等，也能够容易地控制线圈装置10的磁饱和特性及直流叠加特性。

图1～图3所示的线圈装置10的形状及图4所示的线圈装置10的制造不过是本发明所涉及的线圈装置的一个实施方式，本发明的技术范围不限定于此。

图5是第二实施方式所涉及的线圈装置200的截面图。线圈装置200除了没有在树脂层240形成有贯通孔、并且含磁性材料部230的间隙的形成状态不同之外，与第一实施方式所涉及的线圈装置10相同。

线圈装置200的树脂层240具有矩形片状的形状，未形成有用于插入轴部332的贯通孔。树脂层240具有被夹持于线圈部20的底面21d与含磁性材料部230的底部234之间的第一部分241、被夹持于含磁性材料部230的外周部235与底部234之间的第二部分242、和被夹持于含磁性材料部230的轴部232与底部234之间的第二部分243。树脂层240的第二部分242、243的两侧在形成于含磁性材料部230的磁通的流向上被夹持于含磁性材料部230，作为设置于作为磁芯的含磁性材料部230的磁隙起作用。

线圈装置200的制造方法除了树脂层材料形成于底部材料134的一个面整体之外，与图4所示的线圈装置10的制造方法相同。此外，树脂层材料的形成方法可以采用喷涂法，也可以采用旋涂法。

线圈装置200起到与第一实施方式所涉及的线圈装置10相同的效果。另外，线圈装置200具有被夹持于含磁性材料部230的轴部232和底部234之间的第二部分243，因此，可以更有效地防止在轴部232等线圈装置200的中央部分产生冲击造成的裂纹的问题。

另外，如线圈装置10及线圈装置200所示，线圈装置10、200的磁饱和特性及直流叠加特性不仅可以通过变更树脂层40、240的厚度控制，还可以通过第二部分243的有无或宽度进行控制。

图6是第三实施方式所涉及的线圈装置300的截面图。线圈装置300除了树脂层340具有从线圈装置300的中央部朝向线圈部20并向下方倾斜的第二部分343，含磁性材料部330利用树脂层340隔成凹状部330a和凸状部330b之外，与第二实施方式所涉及的线圈装置200相同。

树脂层340具有被夹持于线圈部20的底面21d与含磁性材料部330的底部334之间的第一部分341、被夹持于含磁性材料部330的外周部335与底部334之间的第二部分342、和被夹持于含磁性材料部330的轴部332的凹状部330a与凸状部330b之间的第二部分343、344。被夹持于凹状部330a与凸状部330b之间的第二部分343、344中的位于线圈装置300的中央部的第二部分344相对于外表面331平行或垂直，包围第二部分344的第二部分343从第二部分344的外周缘朝向线圈部20的底面21d的内周缘向下方倾斜。

在线圈装置300的制造方法中，将含有磁性材料的粉体及作为粘接材料的树脂的颗粒装入模具，对成型为凸状部330b的形状的凸状部材料进行加压成型。另外，在该将凸状部材料成型时，在与模具中凸状的突起接触的面上安装树脂制的脱模膜。由此，在成型后的凸状部材料中与脱模膜接触的面上集中作为粘接材料含有于颗粒中的树脂，形成成为树脂层340的树脂层材料。

接着，在形成有树脂层材料的凸状部材料上安装线圈部20。进一步，通过将含有磁性材料和粘接材料的颗粒成型为凹状部330a的形状，将另外准备的凹状部材料以夹持线圈部20的方式与凸状部材料组合。其后，与线圈装置10同样地实施加热处理后，形成端子部，得到线圈装置300。

线圈装置300产生与第二实施方式所涉及的线圈装置200相同的效果。另外，线圈装置300不仅具有相对于含磁性材料部330的外表面331平行或垂直的第二部分342、344，还具有相对于外表面331倾斜的第二部分343。具有这样的第二部分342、343、344的线圈装置200可以更有效地降低在含磁性材料部330的内部产生的应力，可以防止因冲击在含磁性材料部330产生裂纹的问题。

以下，基于详细的实施例进一步说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。

(试样制作)

如图4所示，通过含有磁性体和粘接材料的颗粒将底部材料134成型后，通过喷涂在其表面形成树脂层材料140(图4(a))，在树脂层材料140之上设置线圈部20并装入模具内(图4(b))。进一步将含有磁性体和粘接材料的颗粒装入模具内并加压成型，得到线圈装置材料100，之后，对线圈装置材料进行加热处理，由此得到线圈装置10。此外，在制作比较例的试样1及试样2时省略了形成树脂层材料140的工序。试样的条件如下所述。

·颗粒：在作为磁性材料的Fe-Si-Cr合金(平均粒径0.5～10μm)100g中添加溶解于水中的硅烷偶联剂，在110℃下加热30分钟，在磁性材料表面形成绝缘被膜。在上述磁性材料中加入相对于磁性粉重量为3重量％的稀释于丙酮中的环氧树脂并搅拌后，使其通过250微米的目径的筛孔，在室温下干燥24小时，得到颗粒。

·线圈部：使用了用绝缘被覆电线(线材：AIW(截面0.06×0.3mm)、绝缘被膜：聚酰胺酰亚胺)制作的空芯线圈(10T、内径1.3mm)。

·树脂层材料：使用了稀释于丙酮中的环氧树脂。

·成型压力：2t～6t(参照表1)

·加热条件：170℃1.5小时

·线圈装置尺寸：2.0×1.6×0.7mm(2016尺寸)

树脂层厚度：0μm、0.1μm、1.0μm、3.0μm

(试验)

对于如上所述得到的No.1～No.6试样，实施冲击试验、有效μi的测定、被膜损伤试验、直流叠加特性的测定。将结果示于表1中。此外，各试验的条件如以下所示。

冲击试验：进行从低温(-55℃)至高温(+125℃)的温度变化的循环1000次，确认试验前后的各试样的特性值(电感值)的变化是否在容许范围内。将电感值的变化为10％以内的水平判断为合格品。

直流叠加特性：频率1.000kHz、施加电压0.5V、温度23℃、直流电流0～5A(1kHz的电感)

有效μi：测定直流叠加(上述)时的有效初始导磁率。

被膜损伤试验：通过各试样的特性值(电感值)的测定确认不因绝缘被膜的损伤在线圈部发生短路的情况。将在1000kHz的电感值的变化为10％以内，并且使频率变化并测定电感值时发现有规定的共振峰的水平判断为合格品。

表1：

树脂层厚度

成型压力

冲击试验

有效μi

被膜损伤

直流叠加

No.1

0

△

32

OK

2.2A

No.2

0

△

-

NG

-

No.3

0.1μm

○

36

OK

2.6A

No.4

0.1μm

○

40

OK

2.6A

No.5

1.0μm

○

40

OK

2.5A

No.6

3.0μm

○

38

OK

2.4A

(评价)

具有树脂层的试样No.3～No.6在冲击试验中发现有提高，可以确认比没有树脂层的试样No.1耐冲击性更高。在无树脂层的情况下，在成型压力4t/cm²(试样No.2)中产生线圈部的被膜损伤，判明难以增大其以上的成型压力，但在具有树脂层的情况下(试样No.2～试样No.6)，即使在成型压力6t/cm²下也不会产生被膜损伤，与无树脂层的情况相比，可以确认增大了成型压力。另外，根据具有树脂层的试样No.3、试样No.4可以确认，通过增大成型压力，使有效μi提高。进一步，根据使树脂层的厚度在0.1～3.0μm之间变化的试样No.4～试样No.6的比较可以确认，通过树脂层的厚度可以变更线圈装置的直流叠加特性。

Claims

1.一种线圈装置，其特征在于，

具有：

线圈部，其将绝缘被覆电线以中空筒状卷绕而成；

2.根据权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，

所述第一部分和所述第二部分相互连接，形成一个所述树脂层。

3.根据权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，

所述线圈部的表面包含内周侧面、外周侧面、上表面及底面，

所述第一部分配置于所述上表面及所述底面中的任一方与所述含磁性材料部之间。

4.根据权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，

所述树脂层连续至所述含磁性材料部的外表面。

5.根据权利要求3所述的线圈装置，其特征在于，

所述树脂层连续至所述含磁性材料部的外表面。

6.根据权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，

所述含磁性材料部含有作为所述粘接材料的树脂，作为所述粘接材料的树脂是与所述树脂层所含的树脂相同的树脂。

7.根据权利要求3所述的线圈装置，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的线圈装置，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的线圈装置，其特征在于，