JP2005260073A - インダクタンス素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インダクタンス素子の特性のばらつきが小さくなるように製造する。
【解決手段】 金属ケース２内に空芯コイル３を収容し、ケース２内に磁性粉末４を充填することによりインダクタンス素子１を製造する。ケース２の開口部２ａは、例えば銅箔付き基板やポッティング材、金属板、絶縁体基板などの封止材５によって封止することが好ましい。
【選択図】 図５

Description

本発明は、チョークコイルやインダクタなどとして好適なインダクタンス素子及びその製造方法に関する。

従来、チョークコイルやインダクタなどとして用いられるインダクタンス素子には、コイルの巻芯（センターコア）や、コイルを収容するケース（ポット形コア等のリングコア）などとして、フェライトコアや圧粉コアが用いられている。
これらのうち、圧粉コアは、磁性粉末をバインダー樹脂と混合し、金型等を用いてプレス成形することにより得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２７４０２９号公報

しかしながら、コアの圧粉成形には、かなりの高温、高圧でプレス成形する必要がある。このため、製造設備が大型化し、費用やコストが掛かるという問題がある。
また、インダクタンス素子は、特性（インダクタンスなど）が用途や目的等に応じた一定の許容誤差の範囲内になるように製造される必要がある。インダクタンス素子の製造工程が圧粉成形を有する場合、磁性粉末とバインダーを含有する組成物を高温高圧でプレス成形する際に特性変化が生じやすく、製品の特性のばらつきが大きくなりがちであり、特性のばらつきの小さい高精度品の製造が困難であり、歩留まりの低下やそれに伴うコストの増大という問題も生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特性のばらつきが小さくなるように製造しうるインダクタンス素子及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、金属ケース内に空芯コイルが収容され、さらにケース内に磁性粉末が充填されていることを特徴とするインダクタンス素子を提供する。
前記磁性粉末は、その外周に自己融着性皮膜を有しており、前記ケース内で前記自己融着性皮膜の自己融着により互いに融着されているものを用いることができる。
前記ケースの開口部は、銅張積層板によって封止することができる。または、前記ケースの開口部は、ポッティング材、金属板、絶縁体基板によって封止することができる。
さらに本発明は、金属ケース内に空芯コイルを収容し、ケース内に磁性粉末を充填することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法を提供する。

本発明によれば、特性（インダクタンスなど）のばらつきが抑制され、用途や目的等に応じた特性を有するインダクタンス素子を容易に製造することができる。従って、歩留まりが向上し、またコストを低減することも可能である。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図４，図５に示すように、本形態例のインダクタンス素子１は、金属ケース２（以下、単にケースという場合がある）と、このケース２内に収容された空芯コイル３とを備える。さらに、ケース２内には磁性粉末４が充填されている。

金属ケース２は、ここでは上方に開口した有底筒状（直方体の形状）を有しており、ケース２の開口部２ａは、銅張積層板やポッティング材、金属板、絶縁体基板等の封止材５によって封止されている。
ケース２の開口部２ａの端縁には、複数（ここでは１対）の舌片６が突設されている。舌片６は、図４に示すようにケース２の開口部２ａの内側に折り込まれることにより封止材５を押さえ込み、封止材５の外れ防止になっている。

金属ケース２の材質としては、銅（高純度銅）や真鍮（黄銅）、アルミニウムなどは、電気伝導性が良好であり、磁気シールド性に優れているので好ましい。また、鉄、パーマロイ等の金属でもよい。
従来のインダクタンス素子においては、コイルをフェライト等からなるポット形コアなどに収容することが広く行われている。この場合、フェライトは強度や耐衝撃性が低く、割れやすい上、厚さを薄く形成しにくいという欠点があった。これに対して、銅や銅合金などの金属からケース２を構成することにより、強度や耐衝撃性等の機械的特性が改善され、肉厚を薄く形成することが容易であり、しかも磁気シールド（電磁波シールド）することが可能である。また、価格も安価にできる。

空芯コイル３の個数や構造は特に限定されるものではなく、用途や目的等に応じて適当なものを採用することができるが、ここではトロイダルコイルが２個用いられている。この場合、インダクタンス素子１は、例えばデジタルアンプ用のローパスフィルタ等として用いることができる。
コイルを構成する導線の材質や断面形状などは特に限定されないが、例えば銅等の良導体からなる丸線や平角線などが挙げられる。空芯コイル３の両端末部３ａは、ケース２の開口部２ａから外側に引き出されている。空芯コイル３の端末部３ａには、必要に応じて端子（図示せず）を接続してもよい。

磁性粉末４としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェライトなどの磁性体の粉末を用いることができる。上記フェライトとしては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−フェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト等が挙げられる。パーマロイ等も磁性粉末として適している。

また、磁性粉末４として、自己融着性皮膜を有する磁性粉末を用いることもできる。自己融着性皮膜を有する磁性粉末としては、例えば、加熱により自己融着性を呈する皮膜をフェライトや鉄（例えばカーボニル）等の磁性体粉末の外面に薄く均一に形成したものが用いられる。自己融着性皮膜は、ポリプロピレン、アクリル、ポリウレタンなど、熱溶融性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。これらの樹脂皮膜を設けた場合、例えば２００〜２５０℃に加熱することで粒子同士を自己融着させることができる上、自己融着の際に加圧は不要であり、常圧で実施可能である。
自己融着性皮膜の厚さは、好ましくは１μｍ以下である。これによりケース２内において磁性粉末の比率を高くし、より優れた閉磁路特性を得ることができる。磁性粉末の粒子径は、好ましくは５０〜２００μｍが望ましい。
自己融着性皮膜を有する磁性粉末を用いた場合、磁性体が導電性を有する場合でも自己融着性皮膜によって磁性体がケース２やコイル３から電気的に絶縁されるので、ケース２等が接地された場合にショート等の不都合が起こることを防止でき好ましい。

封止材５は、例えばシリコーンなどのポッティング材、基板（例えばガラス布基材エポキシ樹脂基板などの積層板）の片面または両面に銅箔を張った銅張積層板、銅板、真鍮板、アルミニウム板などの金属板、あるいは絶縁体基板を用いることができる。封止材５に銅張積層板や銅板、真鍮板など、導電性の高い金属層を有する板材を用いた場合、ケース２の開口部２ａの方向を含めた磁気シールド性を確保できるので、漏洩磁束を低減し、インダクタンス素子の特性をより向上することができる。
封止材５が板状である場合には、空芯コイル３の端末部３ａが挿通される挿通孔（図示略）を設けることができる。この場合、空芯コイル３の端末部３ａを挿通孔に位置決めして挿通させることができるので、端末部３ａの位置の調整が容易に行える。

封止材５が銅張積層板である場合、空芯コイル３の端末部３ａをリードとして用いるのであれば、空芯コイル３の端末部３ａを銅箔と導通させる必要はない。
銅張積層板の銅箔層をパターン形成して配線を設けた場合、空芯コイル３の端末部３ａを前記配線と導通させることができる。この場合、銅張積層板の配線をインダクタンス素子のリードとして用いることができる。

次に、本形態例のインダクタンス素子１の製造方法について説明する。
まず図１，図２に示すように、空芯コイル３をケース２の開口部２ａからケース２内に入れ、空芯コイル３をケース２内に収容する。この際、空芯コイル３の端末部３ａは、ケース２の外側に引き出しておく。ここでは空芯コイル３を２個、ケース２の上下に並べて配置している。空芯コイル３の端末部３ａがケース２の外側に引き出されるように、下側の空芯コイル３では端末部３ａを上側の空芯コイル３よりも長く引き出している。
なお、空芯コイル３の端末部３ａは必要量よりも長めに設けておいて、後で不要な分を切断して除去してもよい。

次いで、図３に示すように、ケース２に磁性粉末４を投入し、ケース２内の空芯コイル３の外側や空芯コイル３の導線間などに磁性粉末４をまんべんなく充填する。磁性粉末４を充填する際、ＬＲＣメータなどの測定器を空芯コイル３の端末部３ａに接続してインダクタンスを測定し、目標とするインダクタンス値を目安にして磁性粉末４の充填量などを加減するとよい。また、充填する磁性粉末の粒径を変えることでインダクタンス値を調整できる。磁性粉末４の充填後、加熱炉内で加熱することにより磁性粉末４を自己融着させる。

さらにケース２の開口部２ａを覆うように、必要に応じて封止材５を設ける。封止材５をポッティングにより行う場合には、ポッティング材を塗布して空芯コイル３の端末部３ａの位置を矯正した後、ポッティング材を硬化させて封止する。
また、封止材５が板材である場合には、ケース２の開口部２ａを覆うように配置した後、舌片６を折り込むことにより固定する。また、封止材５の固定には、接着剤等を用いてもよい。

上述のインダンクタンス素子およびその製造方法によれば、磁性粉末の充填量や粒径を個別に調整することが容易であり、特性（インダクタンスなど）のばらつきの小さいインダクタンス素子を得ることができる。従って、歩留まりが向上し、またコストを低減することも可能である。
磁性粉末の周囲の六面のうち五面が金属ケースにより囲まれているので、コイルからの磁気をシールドすることができる。さらに、ケースの開口部を導電性の高い金属層を有する封止材で封止した場合、磁性粉末の周囲を六面とも磁気シールドできるので、漏洩磁束を低減し、特性の一層優れたインダクタンス素子を得ることができる。

磁性粉末が空芯コイルの内外に充填されているので、それぞれがセンターコアおよびリングコアとして機能し、閉磁路を構成することにできる。このため、特性の優れたインダンクタンス素子を得ることができる。
既製のコアを用意する必要がなく、コイル形状に合わせてコアを形成することができるので、コイル形状の設計の自由度が向上する。このため、小型化により省スペース化したインダクタンス素子や、各種用途に応じた多様な製品を提供することが可能になる。

図６に、磁性粉末の粒径とインダクタンス素子のインダクタンスとの関係の一例を示す。ここで、金属ケースとしては銅製ケースを、磁性粉としてはＣｕ−Ｚｎフェライトを用いた。
図６に示す結果から、充填する磁性粉末の粒径を変えることでインダクタンス値を容易に調整できることがわかる。

本発明のインダクタンス素子は、チョークコイル、ローパスフィルタ等のフィルタやインダクタなどとして用いることができる。

本発明のインダクタンス素子の製造工程を説明する図である。 本発明のインダクタンス素子の製造工程を説明する図である。 本発明のインダクタンス素子の製造工程を説明する図である。 本発明のインダクタンス素子の製造工程を説明する図である。 本発明のインダクタンス素子の一例を示す断面図である。 磁性粉末の粒径とインダクタンス素子のインダクタンスとの関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１…インダクタンス素子、２…ケース、２ａ…ケースの開口部、３…空芯コイル、４…磁性粉末、５…封止材。

Claims (7)

1. 金属ケース内に空芯コイルが収容され、さらにケース内に磁性粉末が充填されていることを特徴とするインダクタンス素子。
2. 前記磁性粉末は、その外周に自己融着性皮膜を有しており、前記ケース内で前記自己融着性皮膜の自己融着により互いに融着されていることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子。
3. 前記ケースの開口部は、銅張積層板によって封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインダクタンス素子。
4. 前記ケースの開口部は、ポッティング材によって封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインダクタンス素子。
5. 前記ケースの開口部は、金属板によって封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインダクタンス素子。
6. 前記ケースの開口部は、絶縁体基板によって封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインダクタンス素子。
7. 金属ケース内に空芯コイルを収容し、前記ケース内に磁性粉末を充填することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。

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