JP2004296630A

JP2004296630A - チョークコイルおよびそれを用いた電子機器

Info

Publication number: JP2004296630A
Application number: JP2003085049A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsutani; 伸哉松谷; Tsuneji Imanishi; 恒次今西; Shusuke Uematsu; 秀典植松
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Also published as: US20040189430A1; CN1534695A; CN1312707C; US7158001B2

Abstract

【課題】従来のケースに被われた巻線形インダクタンス部品では、小型・低背化、高周波・大電流化に対応しきれず、発熱の問題にも充分に対処するものではなかった。
【解決手段】本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイル５と、このコイル５を内部に埋設した磁性体７とからなり、この磁性体７の表面に熱伝導性に優れた材質の放熱体８を設けた構成とした。これによって小型・低背で放熱性能が良く、構造的にも安定したチョークコイルを提供することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータなどに利用可能なチョークコイルおよびそれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ますます電子機器の小型化・薄型化が進むにつれチョークコイル自身の小型化・薄型化が、さらにまたＣＰＵなどのＬＳＩの高速化・高集積化に対応した高周波域で数Ａ〜数十Ａの高電流の供給能力が要望されており、ＣＰＵやチョークコイルなどによる発熱の問題は年々深刻になってきている。
【０００３】
このような熱の問題は、従来の巻線型のインダクタンス部品においてはコアおよび巻線の周囲に放熱性の高い樹脂剤を密着形成し、熱伝導の高い材質のケースで被うことで解決しようとしていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２６７３１３号公報（第７３ページ、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のケースに被われた巻線形インダクタンス部品では、小型・低背化、高周波・大電流化に対応しきれず、発熱の問題にも充分に対処できるものではなかった。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型・低背でも放熱性の良いチョークコイルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に熱伝導性に優れた材質の放熱体を設けたチョークコイルとした。これによって小型・低背でも放熱性が良く、構造的にも安定したチョークコイルを提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に熱伝導性に優れた材質の放熱体を設けたチョークコイルである。これによりチョークコイル自身やチョークコイルの近くに設置されるＣＰＵ、その他搭載部品の発した熱を放熱することができ、電子機器の動作性を損なわないものとすることができる。
【０００９】
また、放熱体を磁性体の上面および／または下面に設けたチョークコイルとすることで、チョークコイルを実装する基板を介して放熱することができる。
【００１０】
また、放熱体を磁性体の上面から側面を通じ下面へと延長して形成したチョークコイルとすることにより放熱性の優れたものとなる。
【００１１】
また、放熱体をコイルの空心部分の直上から放射状に広げるように形成したチョークコイルとすることで、放熱体に温度上昇の原因となる渦電流が発生するのを防ぐことができる。
【００１２】
また、放熱体に複数の平行に並んだスリットを設けたチョークコイルとすることにより、スリットに沿って空気が流れる構造とし、放熱を素早く行なうことができる。
【００１３】
また、可撓性を有する材料で放熱体を構成したことにより、ＣＰＵなどのヒートシンクなどに密着して設置した場合、被密着物の形状に対応して変形することができ、ヒートシンクの熱を確実に吸収して放熱を効果的に行なうことができる。
【００１４】
また、磁性体をフェライト磁性体、フェライト磁性粉末と絶縁樹脂との複合体あるいは軟磁性体合金粉末と絶縁性樹脂との複合体のうち少なくとも一種類以上により構成することにより、高周波に対応可能なチョークコイルとすることができる。
【００１５】
以上に挙げたチョークコイルはいずれも小型・大電流に対応した電子機器を実現することとなる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施例１）
まず端子一体型のコイルは図１（ａ）に示すように、銅や銀などの金属平板をエッチングまたは打ち抜きにより形成され、リング状に切り抜いた３つの円弧状部１およびそこから延長される２つの端子２からなる。
【００１８】
この打ち抜き平板は、各円弧状部１がつながっている折りたたみ部３にて互いに中心点が重なるように折り曲げられる。これにより図１（ｂ）のように、複数の円弧状部１はコイル部４となり、２つの端子２はコイル部４の中心に対して放射状に設けられた形となることで、端子一体型のコイル５を形成する。
【００１９】
なお、端子一体型のコイル５の巻数は特に整数となるわけではなく、従来のコイル同様、１．５ターン、１．７５ターン等と自由にでき、サイズやインダクタンス値等に関しても同様である。
【００２０】
コイル部４を形成する円弧状部１には短絡の防止を目的とした絶縁皮膜層６が設けられる。そのため折りたたむ際に隙間を設けること無く重ねていくことができ、小型化、低背化、また占積率の良いコイルの実現が可能である。
【００２１】
これに対し、折りたたみ部３には絶縁皮膜層６を設けないこととする。円弧状部１を重ねる際に、折曲された折りたたみ部３の外側と内側における膨張伸縮具合の違いによって絶縁皮膜層６の破れが発生する恐れがあるからである。
【００２２】
次に磁性体７は、軟磁性体合金粉末にシリコーン樹脂を３．３重量部加えて混合し、メッシュを通して整粒粉末とした複合磁性体を用いる。軟磁性体合金粉末は、水アトマイズ法にて作成した平均粒径１３μｍのＦｅ（５０）Ｎｉ（５０）軟磁性体合金粉末とする。
【００２３】
なお、本発明の実施例１の磁性体７は軟磁性体合金粉末の一粒一粒がそれぞれ絶縁性樹脂で被われているものである。この軟磁性体合金粉末は優れた飽和磁束密度を有する反面、抵抗が低く渦電流損失が大きくなってしまう。よって軟磁性体合金粉末の粉末粒子を絶縁性樹脂で被った複合体とすることでこの問題を解決し、高周波に対応できるものとした。
【００２４】
さらに、この磁性体７はコイル部４となる複数の円弧状部１どうしの間に入ることとなってもそれ自身絶縁が確保されているので、ショートの心配も少なく、占積率の高い低背なコイル部４とすることができる。また磁性体７の中に複数個の端子一体型のコイル５を埋設する場合は端子一体型のコイル５間のショートや、実装後の他の部品とのショートなどを低減することができる。
【００２５】
また、軟磁性体合金粉末の組成はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏを合計量で９０重量％以上含み、かつこの軟磁性体合金粉末の充填率が６５から９０体積％とすることにより、飽和磁束密度が高く、かつ透磁率の高い複合磁性体である磁性体７を得ることができる。また、この軟磁性体合金粉末の平均粒径を１〜１００μｍとすると、渦電流の低減に効果的である。
【００２６】
磁性体７はフェライト磁性体、もしくはフェライト磁性粉末と絶縁性樹脂との複合体でも同様の効果が得られるものとする。軟磁性体合金粉末よりも抵抗は高くなるが、その抵抗でもって渦電流の発生を防ぐものなので、高周波への対応が可能である。
【００２７】
さて、チョークコイルは、上記磁性体７の中に上記端子一体型のコイル５を配置することによって構成される。まず上記端子一体型のコイル５の空心部やコイル部４を被うこととなる磁性体７が、コイル部４の形に沿うように上下に分かれて形作られる。この半硬化の磁性体７でコイル部４を挟み、圧力３ｔｏｎ／ｃｍ^２を加え、１５０℃にて１時間ほど加熱処理をして磁性体７をさらに硬化させる。
【００２８】
さらに、硬化させた磁性体７の上部表面および下部表面に平板状の放熱体８を設ける。放熱体８は銅板からなり、表面には酸化防止のためニッケルの層をスパッタ、メッキ、蒸着などにより形成する。また磁性体７の下部表面に設ける放熱体８の端部には、磁性体７の側面から突出した端子２を折り込むための凹部８ａを設ける。
【００２９】
また、端子２の露出部には銅や銀の金属平板の酸化防止剤としてＮｉの下地層９が形成される。さらにそのＮｉの下地層９の酸化防止とハンダ濡れを良くするために、ハンダまたはＳｎの表面層１０が構成される。このように表出された全ての端子２は、チョークコイルの底面および底面に隣接する面に沿って折り曲げるので、端子２を外側に引き出したものに比べ、高密度な実装が可能となる。
【００３０】
図２（ａ）はこのように完成されたチョークコイルの斜視図、図２（ｂ）はその断面図である。また図３は斜めからみたチョークコイルの透視図である。
【００３１】
なお、上記磁性体７は、四角柱とすることが好ましい。これは自動実装のための吸引を確実にしたいためである。なお、実装の向きや端子の極性を示すこともあるので、角を落としたり、多角形、円柱などとしてもよい。また少なくとも上面が平坦であれば吸着が容易となる。
【００３２】
本発明の実施例１のチョークコイルは、その上面および下面に放熱体８を設けたものである。チョークコイルの上面の放熱体８は、チョークコイル自身の発した熱を上部へと放出したり、逆にＣＰＵなどから熱をもらって周囲へと逃がす効果を有する。この際、ヒートシンクなどと密着して設置すると、より熱を逃しやすくなる。
【００３３】
また下面の放熱体８はチョークコイル自身の発した熱、または隣接するＣＰＵからの熱も実装基板へと逃がす効果を有する。なお、放熱体８は実装基板の構造によって好みの場所に形成することができ、異なる放熱の経路にも対応できるものである。
【００３４】
また本発明の実施例１では放熱体８は銅板としたが、銅に限らずアルミニウムなどその他熱伝導性に優れた材質を用いることで、更なる効果が期待できるものであり、その形成方法に関しても、貼付け、埋め込み、スパッタ、蒸着、めっきなどで形成することで構造的に安定した、外部からの力にも耐え得るものとすることができる。
【００３５】
また、その形状に関しても磁性体７の一つの表面全てを被う必要はなく、円形や磁性体７の表面積よりも小さな四角形など好みの形に成形可能である。
【００３６】
（実施例２）
図４（ａ）は本発明の実施例２のチョークコイルの斜視図であり、図４（ｂ）はその断面図である。中間タップおよび端子一体型のコイル１１を内蔵する磁性体７の表面にコイル１１の空心部に対応する位置から放射状に広がり、磁性体７の側面へと延長されるように放熱体８を埋め込んで形成したものである。
【００３７】
中間タップおよび端子一体型のコイル１１は図５に示すように、本発明の実施例１の端子一体型のコイル５の複数の円弧状部１のうちの１つから中間タップ１２を突出させて形成したものである。
【００３８】
その他の構成は本発明の実施例１と同様である。
【００３９】
以下上記構成による効果を説明する。
【００４０】
本発明の実施例２のチョークコイルは磁性体７の上面のコイル１１の空心部に対応する部分から側面を通って底面へと延長されるように放射状に放熱体８が形成されており、自然対流によって周囲に放熱しやすい構造となっている。またチョークコイルの近傍に配置されているＣＰＵの熱も吸収して基板へと逃がすことが可能となる。
【００４１】
さらに、上記放射状に広がる放熱体８とすることにより、発熱を防止する効果も得ることができる。通常コイル１１に電流を流した場合、そのコイル１１の中心を貫くような磁束が存在する。この磁束は中央から放射状に広がり、コイル１１の側面を通って再度コイル１１の中心へと戻る磁気回路を形成するが、放熱体８に金属材料を用いた場合は渦電流が発生しやすくなり、発熱の抑制が難しい。しかしながら上記のように渦電流を分断するように放射状に広がる放熱体８とすれば、発熱の少ないチョークコイルとすることができる。なお放射状に形成した放熱体８の長さを短くして上面だけ、あるいは下面だけとしてもよい。
【００４２】
（実施例３）
図６（ａ）は本発明の実施例３におけるチョークコイルの斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。２つの端子一体型のコイル５を横に並べて内部に埋設した磁性体７には、上部表面およびその面に隣接する二つの側面に放熱体８を形成し、その放熱体８には複数のスリット１３を一定の間隔をあけて設けた。その他の構成は本発明の実施例１と同様である。
【００４３】
この構成とすることにより、スリット１３に沿って空気が流れるようにし、空冷によって熱を素早く下げて行くことができる。
【００４４】
なお本発明の実施例３では放熱体８を上面およびその面に隣接する２つの面のみにスリット１３を設け、その間隔を一定としたが、基板や搭載機器の配置などに応じて磁性体７のいずれの面に形成してもよい。
【００４５】
またスリット１３の方向、間隔に関しても一定にせずともよく、放熱方向やその他の電子部品との位置関係によって決めてよいものである。
【００４６】
（実施例４）
図７はマルチフェーズ方式を用いた電子機器の電源回路であり、チョークコイル１４とコンデンサ１５で積分回路が形成されている。そこに、入力端子１６、スイッチング素子１７と、電源回路の出力にはＣＰＵなどの負荷１８が接続される。
【００４７】
本発明の実施例４のチョークコイル１４には２つの端子一体型のコイル５が埋設されており、これら２つのコイル５により複数個のＤＣ／ＤＣコンバータを位相制御し並列に運転する。この回路構成とすることにより高周波・大電流化が可能となり、特に本発明のチョークコイル１４を搭載することにより熱問題が低減される。
【００４８】
図８は本発明の実施例４のチョークコイル１４の斜め上方からみた斜視図である。チョークコイル１４は、縦に重ねた２つの端子一体型のコイル５と磁性体７とからなり、上部表面および下部表面に放熱体８を設けてある。この放熱体８は金属の粉や繊維が混在した弾性体からなるので、熱伝導性が良く、可撓性を有するものである。なお下部表面の放熱体８には端子２との短絡を防ぐための凹部８ａを設ける。その他の構成は本発明の実施例１と同様である。
【００４９】
チョークコイル１４は上部に形成した放熱体８がＣＰＵのヒートシンクの下部に接するように設ける。このため、可撓性を有する放熱体８はヒートシンクの形状に沿うこととなり、常に接触表面積が最大になる。つまり、上記構成とすることにより放熱効果の高いチョークコイル１４の提供が可能となる。
【００５０】
また、上記本発明の実施例１から４によらず、放熱体８はその他の電子部品の配置に応じて、磁性体７のどの面に設けても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
またその形状にしても、平板と放射状のものや、可撓性を持ったものと一定の間隔をあけてスリットを形成したものなど、様々な目的に応じて組み合わせが可能である。
【００５２】
さらに、磁性体７の中に埋設されるコイルの種類も、複数の端子一体型のコイル５や複数の端子およびタップ一体型のコイル１１を組み合わせて用いることができる。そして横並び、縦並び、Ｖ字並びやコイル部分の噛み合わせなどの配置が可能である。
【００５３】
なお、本発明のチョークコイルは上記のマルチフェーズ方式を用いた電源回路に限らず、その他高周波化・大電流化に対応可能な電源回路に用いることでも同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、本発明のチョークコイルはパソコンや、携帯電話などの電子機器に用いることが好ましい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に熱伝導性に優れた材質の放熱体を設けることで、小型・低背でも放熱性能が良く、構造的にも安定したチョークコイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）折りたたみ前の端子一体型のコイル上面図
（ｂ）同斜視図
【図２】（ａ）本発明のチョークコイルの斜視図
（ｂ）同断面図
【図３】本発明のチョークコイルの斜め上方から見た透視図
【図４】（ａ）本発明のその他のチョークコイルの斜視図
（ｂ）同断面図
【図５】本発明の中間タップおよび端子一体型のコイルの斜視図
【図６】（ａ）本発明のその他のチョークコイルの斜視図
（ｂ）同断面図
【図７】本発明のチョークコイルを用いた電子機器の電源回路図
【図８】本発明のその他のチョークコイルの斜め上方から見た透視図
【符号の説明】
１円弧状部
２端子
３折りたたみ部
４コイル部
５端子一体型のコイル
６絶縁皮膜層
７磁性体
８放熱体
９下地層
１０表面層

Claims

金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に熱伝導性に優れた材質の放熱体を設けたチョークコイル。
放熱体を磁性体の上面および／または下面に設けた請求項１記載のチョークコイル。
放熱体を磁性体の上面から側面を通じ下面へと延長して形成した請求項２記載のチョークコイル。
放熱体をコイルの空心部分の直上から放射状に広げるように形成した請求項１記載のチョークコイル。
放熱体に複数の平行に並んだスリットを設けた請求項１記載のチョークコイル。
放熱体を可撓性を有する材料で構成した請求項１〜５のいずれか１つに記載のチョークコイル。
磁性体を、フェライト磁性体、フェライト磁性粉末と絶縁樹脂との複合体あるいは軟磁性体合金粉末と絶縁性樹脂との複合体のうち少なくとも一種類以上により構成した請求項１〜６のいずれか１つに記載のチョークコイル。
請求項１〜７のいずれか１つに記載のチョークコイルを用いたＤＣ／ＤＣコンバータを搭載した電子機器。