JP2005142263A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁被覆による耐衝撃性、耐振動性、耐久性を損なうことなく、コアサイズを大きくし、電気的特性を向上させるとともに、温度変動によるインダクタンス値の変化量を小さくしたコイル装置を提供する。
【解決手段】コア１はコイル巻回部１１を含み、コイル巻回部１１は長手方向に延びている。絶縁被覆体７は、熱可塑性絶縁樹脂でなり、コア１及びコイル４を被覆している。コア１及びコイル４は、絶縁被覆体７のほぼ中央部に位置決めされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コア及びこのコアを用いたコイル装置に関する。本発明に係るコイル装置には、車載用トランスポンダ等に適用し得るアンテナ、または、通信機器用インダクタもしくはチョークコイル等が含まれる。

コイル装置としては、従来より種々のタイプのものが提案され、実用に供されてきた。そのうちの一つとして、最近、車載用アンテナまたはトランスポンダとして適用可能なコイル装置が提案されている。このような用途に適用されるコイル装置では、一般に、高周波特性の良好なコアが用いられる。そして、このコアに必要巻数のコイルを巻き付けるとともに、コイル端末を、コアの長手方向の両端に備えられた金属端子電極に接続し、全体を、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって被覆した構成をとる。

ところで、車載用コイル装置の場合に限らず、通信機器用インダクタまたはチョークコイルとして用いられるコイル装置では、電気的特性は、コアサイズに大きく依存する。一般には、コアサイズが大きいほど、優れた電気的特性が得られる。

ところが、コイル装置の外形寸法は、その用途に応じて、制限されるから、制限された外形寸法において、コアサイズを大きくすると、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって構成された絶縁被覆体の厚みが、相対的に薄くなり、コア及びコイルの全体又は一部が外部に露出してしまい、絶縁被覆の目的である耐衝撃性、耐振動性、耐久性などを保証し得なくなる。これとは逆に、絶縁被覆体の厚みを増大させ、耐衝撃性、耐振動性、耐久性などを確保しようとすると、今度は、コアサイズが小さくなり、電気的特性が犠牲になる。即ち、この種のコイル装置では、絶縁被覆による耐衝撃性、耐振動性、耐久性を損なうことなく、いかにして、コアサイズを大きくし、高い電気的特性を確保するかが、重要な問題になる。

さらに、絶縁被覆体のコアに及ぼす影響を考慮し、コアの特性を劣化させない構造を採用しなければならない。

このような観点から、公知技術を検討すると、例えば、特許文献１は、コアの長手方向の両端部に備えられたつば部に、射出成型による合成樹脂ベースを装着し、合成樹脂ベースの外周に、金属電極端子を、自己のバネ作用によって装着する構造を開示している。しかし、この先行技術は、上述した問題点を解決する手段を開示していない。

次に、特許文献２では、樹脂などの外装材で、全体を被覆する構造を開示しているが、外装材を構成する樹脂材料についての言及がなく、やはり、上述した問題点を解決する手段を開示していない。
特開２００１−３３９２２４号 特開平７−１３０５５６号

本発明の課題は、絶縁被覆による耐衝撃性、耐振動性、耐久性を損なうことなく、コアサイズを大きくし、電気的特性を向上させたコイル装置を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、温度変動によるインダクタンス値の変化量を小さくしたコイル装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るコイル装置は、コアと、コイルと、絶縁被覆体とを含む。前記コイル巻回部は、長手方向に延びている。前記つば部のそれぞれは、前記コイル巻回部の前記長手方向の両端に、前記コイル巻回部と同体に備えられている。前記コイルは、前記コアの前記コイル巻回部に巻かれている。前記絶縁被覆体は、熱可塑性絶縁樹脂でなり、前記コア及び前記コイルを被覆している。前記コア及び前記コイルは、前記絶縁被覆体のほぼ中央部に位置決めされている。

上述したように、本発明に係るコイル装置は、絶縁被覆体を含み、絶縁被覆体は、前記コア及び前記コイルを被覆している。この構造によれば、絶縁被覆体により、コア及びコイルを保護し、信頼性に優れたコイル装置を実現できる。

本発明において、重要な点の一つは、コア及びコイルが、絶縁被覆体のほぼ中央部に位置決めされていることである。このような構造によると、コア及びコイルの絶縁被覆体の内部に封じ込めて、コア及びコイルの全体的又は部分的な露出を防ぎ、耐衝撃性及び耐振動性に優れた高信頼度のコイル装置を実現することができる。しかも、絶縁被覆体の厚みを、必要最小値に設定できるから、定められたコイル装置の外形寸法に対して、内部のコア及びコイルの外形寸法を、相対的に大きく設定し、優れた電気的特性を得ることができる。

本発明において、もう一つの重要な点の１つは、絶縁被覆体が熱可塑性絶縁樹脂でなることである。絶縁被覆体を、熱可塑性絶縁樹脂材料で構成すると、熱硬化性絶縁樹脂材料で構成した場合と比較して、温度変動によるインダクタンス値の変化量を小さくし得る。これは、絶縁被覆体を、熱可塑性絶縁樹脂材料で構成すると、熱硬化性樹脂材料で構成した場合よりも、コアに対する絶縁被覆体の熱膨張、収縮の影響が軽減され、コアにおける熱応力が低減され、コアが本来有する磁気特性を発揮させることができるためと推測される。絶縁被覆体は、好ましくは、液晶ポリマーで構成する。

本発明のコイル装置の具体的適用例は、アンテナ、特に車載用アンテナ、トランスポンダ、電子機器のインダクタ等である。

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）絶縁被覆による耐衝撃性、耐振動性、耐久性を損なうことなく、コアサイズを大きくし、電気的特性を向上させたコイル装置を提供することができる。
（ｂ）温度変動によるインダクタンス値の変化量を小さくしたコイル装置を提供することができる。

図１は本発明に係るコイル装置の断面図、図２は図１に示したコイル装置において、端子を曲げる前の状態を示す斜視図である。図示実施例のコイル装置は、アンテナ、車載用アンテナ、トランスポンダ、電子機器のインダクタ等に用いることもできる。図示されたコイル装置は、コア１と、コイル４と、２つの端子５１、５２と、絶縁被覆体７とを含む。
コア１は、コイル巻回部１１と、２つのつば部２１、２２とを含む。図示実施例のコア１は、フェライトでなり、フェライト粉末の焼結体、フェライト棒材の機械加工または両者の組み合わせによって得ることができる。

コイル巻回部１１は、長手方向Ｘに延びている。図示実施例において、コイル巻回部１１は、四角形断面である。この他、他の多角形断面、円形断面または楕円形断面等、任意の断面形状を採用することができる。コイル巻回部１１は、長手方向Ｘに長く延びる細長い形状を有している。

つば部２１、２２のそれぞれは、コイル巻回部１１の長手方向Ｘの両端に、コイル巻回部１１と同体に備えられ、長手方向Ｘの外端面に、溝３１、３２を有している。つば部２１、２２は、溝３１、３２の存在しない位置における断面が四角形断面である。つば部２１、２２の外側エッジ部分及び内側角部は、丸みを持たせ、または、微少の面取りをしてあることが好ましい。

溝３１、３２のそれぞれは、深さ方向が長手方向Ｘと一致し、厚さ方向Ｚの溝幅を有し、幅方向Ｙに延びており、溝幅Ｚ３が底部に向かって狭くなっている。この構造によれば、つば部２１、２２の長手方向Ｘの寸法に対する溝３１、３２の深さ選定によって、耐衝撃性及び耐振動性に優れた高信頼度のコア及びコイル装置を得ることができる。

溝３１、３２は、図示では、両傾斜面が底部で交わり、深さ方向が長手方向Ｘと一致するほぼ完全なＶ状である。この他、底部が平坦面となっている形状または円弧面となっている形状等であってもよい。また、図示では、つば部２１、２２の全幅にわたって形成されているが、全幅よりも短く、両端で閉じているような構造であってもよい。

コア１には、コイル４及び端子５１、５２が組み合わされている。コイル４は、コア１のコイル巻回部１１に巻かれている。コイル４の巻数、線径等は得ようとするコイル装置によって異なる。

端子５１、５２のそれぞれは、金属板材でなり、内側に折り曲げられた２箇所の折り曲げ部分を有し、一端がコア１の溝３１、３２に挿入され、かつ、固定され、コイル４の端末４１、４２が接続されている。端子５１、５２を構成する金属板材としては、非磁性で、バネ性のあるもの、例えば、燐青銅板またはＳＵＳ ３０４−ＣＳＰ等のステンレス系金属板を用いることができる。

端子５１、５２のそれぞれは、一端がコア１の溝３１、３２に挿入されている。溝３１、３２は、既に述べたように、溝幅が底部に向かって狭くなるから、端子５１、５２のそれぞれは、板厚によって定まる一定の位置で、溝３１、３２の内部に位置決めされる。このため、コア１に対する端子５１、５２の位置が、一義的に定まり、端子５１、５２の位置変動に伴う周波数−インダクタンス特性の変動、及び、周波数−Ｑ特性の変動を生じなくなる。

つば部２１、２２のそれぞれの溝３１、３２は、両傾斜面が底部で交わり、深さ方向が長手方向Ｘと一致し、厚さ方向Ｚの溝幅を有し、幅方向Ｙに延びている。したがって、端子５１、５２のそれぞれは、コア１のつば部２１、２２に対して、厚さ方向Ｚで見て、板面が互いに平行になるように、溝３１、３２に固定される。

端子５１、５２は、溝３１、３２に充填された接着剤６１、６２により、溝３１、３２の内部に固定される。図示実施例において、端子５１、５２は、溝３１、３２の内部に挿入される一端に切欠を有している。このような構造であると、切欠の内部に接着剤６１、６２が充填されので、コア１に対する端子５１、５２の取り付け強度が向上する。

絶縁被覆体７は、コア１と、コイル４と、端子５１、５２の一部とを被覆する。この構造によれば、絶縁被覆体７により、コア１及びコイル４を保護するとともに、コア１に対する端子５１、５２の結合強度を向上させ、機械的信頼性に優れたコイル装置を実現できる。

コア１及びコイル４は、絶縁被覆体７のほぼ中央部に位置決めされている。即ち、図１において、コア１の上面及び下面を被覆する絶縁被覆体７の厚みｔ１、t２がほぼ等しい。図示はされていないが、上面及び下面に垂直な断面で見て、上面及び下面に連なる両側面においても、絶縁被覆体７の厚みは、上面及び下面における被覆の厚みｔ１、t２とほぼ等しくなる。このような構造によると、コア１及びコイル４の絶縁被覆体７の内部に封じ込めて、コア１及びコイル４の全体的又は部分的な露出を防ぎ、耐衝撃性及び耐振動性に優れた高信頼度のコイル装置を実現することができる。

しかも、コア１及びコイル４を、絶縁被覆体７のほぼ中央部に位置決めしてあるから、絶縁被覆体７の厚みt１、t２を、必要最小値に設定できる。このため、定められたコイル装置の外形寸法に対して、内部のコア１及びコイル４の外形寸法を、相対的に大きく設定し、優れた電気的特性を得ることができる。

図３は、コア１及びコイル４を、絶縁被覆体７のほぼ中央部に位置決めするのに適したモールド工程を示す図である。図３の例では、下型A及び上型Bのキャビティ内に、ほぼ同一高さの突起A1、B1を設け、突起A1、B1によって、コア１及びコイル４を、下型A及び上型Bの内部の所定位置に、正確に位置決めする。突起A1、B1は、その先端が、コア１の表面から僅かに離れていることが好ましい。これにより、コア１及びコイル４は、絶縁被覆体のほぼ中央部に位置決めされ、絶縁被覆体７から外部に露出することなく、絶縁被覆体７よって完全に被覆される。

また、上記モールド工程によれば、突起A1、B1によるコア１及びコイル４の位置規制により、下型A及び上型Bとコア１及びコイル４との間の空隙G1、G2を一定に保つことができるので、絶縁被覆体７の厚みt１、t２（図１参照）を、必要最小値に設定できる。このため、定められたコイル装置の外形寸法に対して、内部のコア１及びコイル４の外形寸法を、相対的に大きく設定し、優れた電気的特性を得ることができる。

絶縁被覆体７は、熱可塑性絶縁樹脂でなる。絶縁被覆体７を、熱可塑性絶縁樹脂で構成すると、熱硬化性絶縁樹脂で構成した場合と比較して、コア１に対する絶縁被覆体の熱膨張、収縮の影響が軽減される。このため、コア１における熱応力が低減され、温度変動によるインダクタンス値の変化量を小さくし得る。

図４は温度−L変化率特性データを示す図である。図において、横軸に温度（℃）をとり、縦軸にインダクタンスの変化率であるL変化率（％）をとってある。曲線Crは絶縁被覆体７を持たない場合の特性、曲線C1は、絶縁被覆体７として、熱可塑性樹脂（液晶ポリマー）を用いた本発明に係るコイル装置の特性、曲線C2は、絶縁被覆体７として、熱硬化性樹脂（ジアリル樹脂）を用いたコイル装置の特性を示している。特性曲線Cr、C1、C2のいずれも、絶縁被覆体７の点を除いて、図１、図２に示した構造を持つコイル装置によって得られたものである。

図４を参照すると、絶縁被覆体７として、熱硬化性樹脂を用いた場合、特性曲線C2として示すように、温度―L変化率特性が、基準となる特性曲線Crから大きく乖離する。これに対して、本発明に係るコイル装置は、基準となる特性曲線Crにきわめて近似した温度―L変化率特性を示す。これは、絶縁被覆体７を、熱可塑性絶縁樹脂で構成すると、熱硬化性樹脂で構成した場合（特性曲線C2）よりも、コア１に対する熱膨張、収縮作用の影響が小さくなり、コア１の応力が低減され、コア１が本来有する磁気特性（特性曲線Cr）を発揮させることができるためと推測される。

本発明に係るコイル装置の断面図である。 図１に示したコイル装置において、端子を曲げる前の状態を示す斜視図である。 熱可塑性樹脂でなる絶縁被覆体のモールド工程を示す図である。 温度−L変化率特性データを示す図である。

符号の説明

１ コア
１１ コイル巻回部
４ コイル
７ 絶縁被覆体

Claims (2)

1. コアと、コイルと、絶縁被覆体とを含むコイル装置であって、
   前記コアはコイル巻回部を含み、前記コイル巻回部は長手方向に延びており、
   前記絶縁被覆体は、熱可塑性絶縁樹脂でなり、前記コア及び前記コイルを被覆しており、
   前記コア及び前記コイルは、前記絶縁被覆体のほぼ中央部に位置決めされている
   コイル装置。
2. 請求項１に記載されたコイル装置であって、前記絶縁被覆体は、液晶ポリマーでなるコイル装置。

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