JP2005223129A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の小型化および製造の容易化を図ることができ、かつインダクタンスを大きくする場合にも好適に対処することが可能なコイル装置を提供する。
【解決手段】基板１と、この基板１に形成された配線パターン２と、基板１に搭載されたコア４と、を備えているコイル装置Ａ１であって、導電性を有する複数のリード線３１がそれらの幅方向に間隔を隔てて並ぶようにして絶縁部材３２により連結され、かつ基板１に搭載されたリード線集合体３を備えており、このリード線集合体３は、各リード線３１の長手方向両端部またはその近傍部分が基板１から立ち上がった屈曲状または湾曲状に形成されていることにより、基板１上にトンネル状の空間部Ｓを形成しており、コア４は、トンネル状の空間部Ｓに配され、配線パターン２は、各リード線３１へのコイル電流の通電が可能に各リード線３１に導通している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の電気回路の構成部品として用いられるコイル装置に関する。

携帯型の電話機やその他の機器に組み込まれる電気回路については、小型化が強く求められており、その構成部品として用いられるコイル装置としても、同様に小型化が求められる場合が多い。そこで、従来においては、いわゆる平面型のコイル装置がある（たとえば、特許文献１を参照）。

図１１は、そのような平面型のコイル装置の一例を示している。このコイル装置は、基板９０の表面に、渦巻き状の配線パターンからなるコイル９１を形成したものである。このコイル９１の中心部分には、強磁性体からなるコア９２が配されている。コア９２の取り付けは、基板９０に孔部９０ａを形成し、かつこの孔部９０ａにコア９２を嵌入することにより行なわれている。

特開平５−１８３２７４号公報

上記したコイル装置において、インダクタンスＬは、Ｌ＝ＡＬ×Ｎ² の式により求められる。ここで、ＡＬはコア固有の定数、Ｎはコイルの巻き数である。上式から理解されるように、コイル装置のインダクタンスＬを大きくするには、コイルの巻き数を多くする必要がある。

しかしながら、上記コイル装置においては、コイル９１の中心にコア９２が位置するために、このコア９２の直径分だけ、コイル９１の直径は大きいものとなる。また、コイル９１は、渦巻き状であるために、コイル９１の巻き数を「１」増加させることによって、コイル９１の半径が配線ピッチＰと同一寸法だけ増加すると、コイル９１の直径としては、その２倍の寸法だけ増加することとなる。このようなことから、上記コイル装置においては、インダクタンスを大きくすることを目的として、コイル９１の巻き数を多くすると、コイル９１の直径が大きくなってしまい、小型化の要請に的確に応えることができなくなる場合があった。

また、上記コイル装置においては、コイル９１の中心にコア９２を配置させるための手段として、基板９０に孔部９０ａを形成し、この孔部９０ａにコア９２を嵌入させる必要がある。したがって、そのような作業が煩雑であり、製造コストが高価になるという不具合もあった。なお、孔部９０ａの加工をできる限り容易にするには、この孔部９０ａを基板９０の厚み方向に貫通させることが望ましい。ところが、そのようにすると、この孔部９０ａからコア９２が抜け落ちないように、たとえば留め具９３を利用してコア９２を保持させる必要があるため、却って部品点数の増加や製造作業工程数の増加を招くという不具合が生じてしまう。

特許文献１においては、いわゆる平面型のコイルを備えた複数の基板を、それらの厚み方向に積層させたコイル装置が提案されている。このような構成によれば、複数の基板のそれぞれに形成されているコイルの直径が大きくなることを抑制しつつ、全体のインダクタンスを大きくすることが可能である。ところが、複数の基板の積層構造を採用したのでは、全体の構造が複雑となり、その製造コストはさらに高くなってしまう。そして、そのような積層構造を採用したとしても、各基板に形成される個々のコイルのインダクタンスを大きくする場合にそのコイルの直径が非常に大きくなったり、あるいはコアの取り付け作業が面倒であるといった平面型コイルに特有の問題点は解消されない。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、全体の小型化および製造の容易化を図ることができ、かつインダクタンスを大きくする場合にも好適に対処することが可能なコイル装置を提供することを課題としている。

本発明により提供されるコイル装置は、基板と、この基板に形成された配線パターンと、上記基板に搭載されたコアと、を備えているコイル装置であって、導電性を有する複数のリード線がそれらの幅方向に間隔を隔てて並ぶようにして絶縁部材により連結され、かつ上記基板に搭載されたリード線集合体を備えており、上記リード線集合体は、上記各リード線の長手方向両端部またはその近傍部分が上記基板から立ち上がった屈曲状または湾曲状に形成されていることにより、上記基板上にトンネル状の空間部を形成しており、上記コアは、上記トンネル状の空間部に配されており、上記配線パターンは、上記各リード線へのコイル電流の通電が可能に上記各リード線に導通していることを特徴としている。

このような構成によれば、リード線集合体の複数のリード線の本数を多くすることにより、インダクタンスを大きくすることができる。ここで、上記複数のリード線は、上記従来技術におけるコイルとは異なり、コアを中心とする渦巻き状ではなく、コアに対して覆い被さった位置関係にあり、かつ一定方向に間隔を隔てて並んでいる。したがって、コアの分だけリード線集合体のサイズが大きくなるようなことはなく、またリード線の本数を増加しても、本数の２倍のピッチで全体のサイズが大きくなるようなこともない。このようなことから、コイル装置全体の大型化を抑制しつつ、インダクタンスを大きくすることが可能となる。

また、本発明によれば、コアは、リード線集合体によって基板上に形成されたトンネル状の空間部に配されているために、従来技術とは異なり、基板にコアを配置させるための孔部を形成する必要はない。したがって、その分だけコイル装置の製造作業が容易化され、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記リード線集合体は、上記各リード線の端部を上記配線パターンにハンダ付けすることにより上記基板に実装されている。このような構成によれば、上記リード線集合体の実装作業が容易化され、製造コストを低減するのにより好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記コアは、平板状である。このような構成によれば、上記コアは転動などを生じ難く、上記コアがチップマウンタやその他の機械装置によって取り扱い易いものとなり、上記コアの組み付け作業の容易化を図ることができる。また、上記コアの高さが低く抑えられるために、上記コアを覆うリード線集合体の高さも低くすることが可能となり、コイル装置全体を偏平状に形成し、薄型化を図るのにより好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記絶縁部材は、合成樹脂製のフィルムであり、このフィルムは、上記複数のリード線のそれぞれの長手方向中間部を、それらの厚み方向の両側から挟み込んでいる。このような構成によれば、上記フィルムによって上記複数のリード線の絶縁保護を図りつつ、それら複数のリード線を確実に保持させておくことができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のリード線は、第１のリード線群と、この第１のリード線群に対して上記リード線の幅方向に間隔を隔てた第２のリード線群とに区分されており、上記配線パターンは、上記第１のリード線群の各リード線に導通した第１の配線パターンと、上記第２のリード線群の各リード線に導通した第２の配線パターンとに区分されている。このような構成によれば、上記第１のリード線群に電流を流すことによって、上記第２のリード線群に誘導電流を流れさせることが可能となり、本発明に係るコイル装置を変圧器として機能させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記リード線集合体としては、上記基板の表面に配された第１のリード線集合体と、上記基板の裏面に配された第２のリード線集合体とがあり、上記コアとしては、上記基板の表面に配された第１のコアと、上記基板の裏面に配された第２のコアとがあり、上記配線パターンとしては、上記第１のリード線集合体の各リード線に導通するようにして上記基板の表面に形成された第１の配線パターンと、上記第２のリード線集合体の各リード線に導通するようにして上記基板の裏面に形成された第２の配線パターンとがある。このような構成によれば、上記第１のリード線集合体の複数のリード線に電流を流すことによって、上記第２のリード線集合体の複数のリード線に誘導電流を流れさせることが可能となり、変圧器として機能させることができる。また、上記構成によれば、上記基板の表裏両面が有効に利用されており、基板の面方向におけるコイル装置全体のサイズを小さくするのに好適である。

本発明のその他の特徴および利点については、以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係るコイル装置の一例を示している。本実施形態のコイル装置Ａ１は、基板１、配線パターン２、リード線集合体３、およびコア４を備えている。

基板１は、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料により形成されており、チップ状である。ただし、基板１はチップ状でなくてもよく、たとえばコイル装置Ａ１とは別の電気部品あるいは電子部品などが搭載されている基板を利用して、コイル装置Ａ１を構成してもかまわない。

配線パターン２は、基板１の表面（上面）に形成されており、銅箔やその他の金属膜などの導体からなる。この配線パターン２は、図２に示すように、複数のコイル配線部２１と、一対の接続用配線部２２Ａ，２２Ｂとを有している。複数のコイル配線部２１は、後述するようにコイル電流がスパイラル状に流れる経路を構成する部分であり、同図のＸ方向に一定間隔で並び、かつＸ方向と直交するＹ方向に対して小さい角度で斜めに傾くようにしてＹ方向に延びた帯状である。一対の接続用配線部２２Ａ，２２Ｂは、複数のコイル配線部２１やリード線集合体３の後述する複数のリード線３１に通電を行なわせるための部分である。各コイル配線部２１の長手方向（Ｙ方向）の両端部と、接続用配線部２２Ａ，２２Ｂの各一端部とは、リード線集合体３を実装するための端子部２１ａ，２２ａとなっており、これらはＸ方向に一定のピッチＰ１で並んでいる。

図３および図４に示すように、リード線集合体３は、導電性を有する複数本のリード線３１と、電気絶縁性を有する２枚の樹脂製のフィルム３２とを備えている。各リード線３１は、たとえば細長な金属製の線材からなる。２枚のフィルム３２は、これらの間に各リード線３１の長手方向中間部を挟み込むようにして、互いに重ね合わされ、かつ接合している。各リード線３１の長手方向両端部およびその近傍部分は、２枚のフィルム３２から露出している。複数本のリード線３１は、それらの幅方向にピッチＰ１で等間隔で並んでおり、かつ２枚のフィルム３２により連結されている。また、各リード線３１は、その複数箇所が折り曲げられた構造を有しており、その長手方向両端は、水平状に形成された面実装用の端子部３１ａとして形成されている。また、この端子部３１ａに繋がった部分は、端子部３１ａから起立した起立部３１ｂとして形成されており、一対の起立部３１ｂ間の部分は、水平部３１ｃとして形成されている。

図５は、上記したリード線集合体３の原型品としてのリード線集合体３’を示している。このリード線集合体３’は、複数のリード線３１が折り曲げられていないものの、それら複数のリード線３１が一定間隔で並び、かつ２枚のフィルム３２によって保持された構成を有している。このリード線集合体３’は、回路基板どうしを接続するためのフレキシブル性を備えた配線用部材として、本出願人が先に提案したものである（特公表ＷＯ００／６５８８８を参照）。リード線集合体３は、このリード線集合体３’を利用し、各リード線３１を折り曲げることにより、簡単に作製することが可能である。

図１に示すように、リード線集合体３は、複数の端子部３１ａが配線パターン２の複数の端子部２１ａ，２２ａ上に位置するようにして基板１上に搭載されており、それら端子部３１ａと端子部２１ａ，２２ａとはハンダ（図示略）を用いて接合されている。リード線集合体３は、各リード線３１の各端子部３１ａの近傍部分が基板１の上方に立ち上がった屈曲状を有しているため、基板１上には、リード線集合体３によって囲まれたトンネル状の空間部Ｓが形成されている。

コア４は、平板状であり、フェライトなどの強磁性体からなる。ただし、好ましくは、コア４の外表面は電気絶縁層（図示略）により覆われており、このコア４が配線パターン２や各リード線３１に接触しても、この接触部分に電気的導通が生じないように構成されている。このコア４は、トンネル状の空間部Ｓ内に配されており、基板１の表面にたとえば接着剤（図示略）を用いて接着されている。

次に、上記した構成のコイル装置Ａ１の作用について説明する。

まず、配線パターン２の一対の接続用配線部２２Ａ，２２Ｂを利用して通電を行なうことにより、複数のコイル配線部２１と複数のリード線３１とには、コイル電流を流すことができる。図６に示すように、接続用配線部２２Ａを流れる電流Ｉは、端子部２２ａを経た後に、矢印Ｎａ〜Ｎｃに示すように、リード線集合体３のうち、最端部のリード線３１を流れる。次いで、この電流Ｉは、矢印Ｎｄに示すように、上記最端部のリード線３１に一端が繋がった最端部のコイル配線部２１を流れてから、矢印Ｎｅに示すように、次のリード線３１を流れることとなる。それ以降は、上記と同様に、電流Ｉは、リード線３１とコイル配線部２１とを交互に流れ、接続用配線部２２Ｂに向けてコア４の周囲をスパイラル状の経路で進行していく。したがって、このコイル装置Ａ１は、コイル装置本来の機能を発揮する。

図１に示したとおり、リード線集合体３、コア４、および複数のコイル配線部２１は、基板１の厚み方向において重なっており、とくにコア４はリード線集合体３により形成されたトンネル状の空間部Ｓにスペース効率良く配されている。このコイル装置Ａ１においては、上記従来技術とは異なり、リード線集合体３や複数のコイル配線部２１の平面視におけるサイズが、コア４のサイズ分だけ余分に大きくなるといったことはない。したがって、コイル装置Ａ１の全体の小サイズ化が可能である。

このコイル装置Ａ１においては、リード線３１やコイル配線部２１の数を多くすることにより、インダクタンスを大きくすることができる。この場合、リード線３１の数をたとえば１つ増加させると、リード線集合体３はリード線３１の１ピッチＰ１に相当する寸法だけ長くなる。これに対し、螺旋状のコイルを備えた従来技術においては、２ピッチ分の寸法だけ全体のサイズが大きくなっていたことは既述したとおりであり、上記従来技術と比較すると、リード線３１の数を多くしてインダクタンスを大きくする場合にコイル装置Ａ１全体の大型化が抑制されることとなる。

コイル装置Ａ１を製造するには、まず配線パターン２を形成した基板１上にコア４を載せ、その後このコア４をリード線集合体３によって覆うようにして、リード線集合体３を基板１に実装すればよい。コア４の固定を確実に行なうには、たとえば接着剤を用いて基板１の表面に接着させればよく、基板１にコア４の位置決め収容を行なうための孔部を設ける必要はない。したがって、基板１に孔部を設けるための加工を施す必要がない分だけ、従来技術と比較すると、コイル装置Ａ１の製造の容易化が図られる。コア４は、平板状であるため、基板１上に載せた際に基板１上において転がる虞れがなく、また半導体製造プロセスにおいて多用されている既存のチップマウンタなどにより簡単に取り扱うことが可能である。したがって、コア４を基板１上に搭載して固定させる作業も容易に行なうことができる。さらに、コア４が偏平であるのに対し、リード線集合体３もそれに対応したやや偏平な形状に形成されているために、コイル装置Ａ１全体が基板１の厚み方向に大きく嵩張らないようにすることもできる。リード線集合体３の実装作業は、ハンダリフローの手法を利用することにより簡単に行なうことが可能である。このように、コイル装置Ａ１の複数の構成部品を基板１に組み付ける作業はいずれも容易であり、コイル装置Ａ１の製造コストの低減化を適切に達成可能である。

図７〜図９は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図７に示すコイル装置Ａ２は、基板１の表面に、第１および第２の配線パターン２Ａ，２Ｂが形成された構成を有している。リード線集合体３Ａの複数のリード線３１は、第１および第２のリード線群３１１，３１２に区分されている。同図においては、第１および第２のリード線群３１１，３１２どうしの間隔が、複数のリード線３１の配列ピッチよりも大きく示されているが、この間隔は上記配列ピッチと同一とすることができる。

図８に示すように、第１の配線パターン２Ａは、Ｘ方向に並んだ複数のコイル配線部２１Ａと、これらに対応する一対の接続用配線部２２Ｃ，２２Ｄとを有している。同様に、第２の配線パターン２Ｂも、Ｘ方向に並んだ複数のコイル配線部２１Ｂと、これらに対応する一対の接続用配線部２２Ｅ，２２Ｆとを有している。図７に示すように、第１の配線パターン２Ａの複数の端子部２１ａ，２２ａ上には、第１のリード線群３１１の各リード線３１の端子部３１ａが載せられてハンダ付けされている。また、第２の配線パターン２Ｂの複数の端子部２１ａ，２２ａ上には、第２のリード線群３１２の各リード線３１の端子部３１ａが載せられてハンダ付けされている。

このコイル装置Ａ２においては、第１の配線パターン２Ａおよび第１のリード線群３１１にコイル電流Ｉａを流すと、誘電作用により、第２の配線パターン２Ｂおよび第２のリード線群３１２にコイル電流が流れることとなる。このように、このコイル装置Ａ２は、変圧器として機能させることができる。一方、このコイル装置Ａ２は、既述したコイル装置Ａ１と比較すると、配線パターンの形状が相違するに過ぎず、それ以外の構成は共通している。したがって、既述したコイル装置Ａ１と同様な簡易な構成により、変圧器として機能が得られる点において合理的である。

図９に示すコイル装置Ａ３は、基板１の表面１ａに、第１の配線パターン２Ｃと、これに導通する複数のリード線３１をもつ第１のリード線集合体３Ｃとが設けられた構成を有している。第１のリード線集合体３Ｃによって形成されたトンネル状の空間部Ｓｃには、第１のコア４Ｃが設けられている。基板１の裏面１ｂには、第２の配線パターン２Ｄと、これに導通する複数のリード線３１をもつ第２のリード線集合体３Ｄとが設けられている。第２のリード線集合体３Ｄによって形成されたトンネル状の空間部Ｓｄには、第２のコア４Ｄが設けられている。

このコイル装置Ａ３においては、第１の配線パターン２Ｃおよび第１のリード線集合体３Ｃの各リード線３１にコイル電流を流すと、誘電作用により、第２の配線パターン２Ｄおよび第２のリード線集合体３Ｄの各リード線３１にコイル電流が流れることとなる。したがって、このコイル装置Ａ３においても、コイル装置Ａ２と同様に、変圧器として機能させることができる。このコイル装置Ａ３は、第１および第２のリード線集合体３Ｃ，３Ｄが基板１を挟んで基板１の厚み方向に重なった構造を有しているため、コイル装置Ａ３全体が基板１の面方向に大きく嵩張らないようにすることができる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るコイル装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明においては、たとえば図１０に示すような構成のリード線集合体３Ｅを用いることもできる。このリード線集合体３Ｅは、複数のリード線３１が、合成樹脂などの一定方向に延びるバー状部材３３によって連結された構成を有している。このようなリード線集合体３Ｅであっても、本発明が意図する作用を得ることが可能である。

リード線集合体は、偏平な形状に屈曲されていなくてもかまわない。たとえば、断面視においてアーチ状に湾曲した形態に形成されていてもよい。リード線集合体は、要は、コアを配置させるためのトンネル状の空間部を形成できるように屈曲または湾曲した形態を有していればよい。

基板は、既に述べたとおり、チップ状であるか否かを問わない。本発明においては、チップ状の基板を利用することにより、全体がチップ状をなすコイル装置として構成されていてもよいし、あるいは電子機器などの適当な基板を利用してこの基板に造り込まれたタイプのコイル装置として構成されていてもよく、いずれであってもかまわない。

コアとしては、平板状以外のたとえば角柱状、円柱状などの種々の形状のものを用いることもできる。また、コアの具体的な材質も限定されない。配線パターンは、リード線集合体の各リード線にコイル電流を流すことが可能であればよく、その具体的な形状も特定されない。

本発明に係るコイル装置の一例を示す斜視図である。 図１に示すコイル装置の基板に形成された配線パターンを示す平面図である。 図１に示すコイル装置を構成するリード線集合体を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３に示すリード線集合体の原型品を示す斜視図である。 図１に示すコイル装置において電流が流れる状態を示す要部説明図である。 本発明に係るコイル装置の他の例を示す斜視図である。 図７に示すコイル装置の基板に形成された配線パターンを示す平面図である。 本発明に係るコイル装置の他の例を示す断面図である。 本発明において用いられるリード線集合体の他の例を示す斜視図である。 （ａ）は、従来技術の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸＩ−ＸＩ断面図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ３ コイル装置
Ｓ 空間部
Ｓｃ，Ｓｄ 空間部
１ 基板
１ａ 表面（基板の）
１ｂ 裏面（基板の）
２ 配線パターン
２Ａ，２Ｃ 第１の配線パターン
２Ｂ，２Ｄ 第２の配線パターン
３，３Ａ リード線集合体
３Ｃ 第１のリード線集合体
３Ｄ 第２のリード線集合体
４ コア
４Ｃ 第１のコア
４Ｄ 第２のコア
３１１ 第１のリード線群
３１２ 第２のリード線群
３２ フィルム（絶縁部材）

Claims (6)

1. 基板と、この基板に形成された配線パターンと、上記基板に搭載されたコアと、を備えているコイル装置であって、
   導電性を有する複数のリード線がそれらの幅方向に間隔を隔てて並ぶようにして絶縁部材により連結され、かつ上記基板に搭載されたリード線集合体を備えており、
   上記リード線集合体は、上記各リード線の長手方向両端部またはその近傍部分が上記基板から立ち上がった屈曲状または湾曲状に形成されていることにより、上記基板上にトンネル状の空間部を形成しており、
   上記コアは、上記トンネル状の空間部に配されており、
   上記配線パターンは、上記各リード線へのコイル電流の通電が可能に上記各リード線に導通していることを特徴とする、コイル装置。
2. 上記リード線集合体は、上記各リード線の端部を上記配線パターンにハンダ付けすることにより上記基板に実装されている、請求項１に記載のコイル装置。
3. 上記コアは、平板状である、請求項１または２に記載のコイル装置。
4. 上記絶縁部材は、合成樹脂製のフィルムであり、
   このフィルムは、上記複数のリード線のそれぞれの長手方向中間部を、それらの厚み方向の両側から挟み込んでいる、請求項１ないし３のいずれかに記載のコイル装置。
5. 上記複数のリード線は、第１のリード線群と、この第１のリード線群に対して上記リード線の幅方向に間隔を隔てた第２のリード線群とに区分されており、
   上記配線パターンは、上記第１のリード線群の各リード線に導通した第１の配線パターンと、上記第２のリード線群の各リード線に導通した第２の配線パターンとに区分されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のコイル装置。
6. 上記リード線集合体としては、上記基板の表面に配された第１のリード線集合体と、上記基板の裏面に配された第２のリード線集合体とがあり、
   上記コアとしては、上記基板の表面に配された第１のコアと、上記基板の裏面に配された第２のコアとがあり、
   上記配線パターンとしては、上記第１のリード線集合体の各リード線に導通するようにして上記基板の表面に形成された第１の配線パターンと、上記第２のリード線集合体の各リード線に導通するようにして上記基板の裏面に形成された第２の配線パターンとがある、請求項１ないし４のいずれかに記載のコイル装置。

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