JP2005286117A - プレーナー型フェライトコア - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルの総延長距離を短くすることが可能であり、流れる電流によって生じるジュール熱の低減と、コイルの小型化によって生じる面積部分に電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度かが可能なプレーナー型フェライトコアを提供すること。
【解決手段】 長方形状の平板部４と、平板部４の両端から平板部４の平面に対して略直角な方向に突出する一対の外脚部６と、一対の外脚部６の間に位置する平板部４から外脚部６と同じ方向に突出する中脚部８とを有するプレーナー型フェライトコア２である。中脚部８の両端には、所定の曲率半径の円弧面１２がそれぞれ形成してある。中脚部８の長手方向の長さＬ１が、平板部４の幅Ｗ０の９０％以上である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コイルパターンが形成してある回路基板などに取り付けられるプレーナー型フェライトコアに関する。

回路基板に、トランスやインダクタなどのコイル素子を実装するために、回路基板のコイルパターンが形成された部分に、いわゆるＥ型のプレーナー型フェライトコアが取り付けられる場合がある（たとえば特許文献１参照）。

Ｅ型のプレーナー型フェライトコアは、一般に、長方形状の平板部と、平板部の両端から平板部の平面に対して略直角な方向に突出する一対の外脚部と、一対の外脚部の間に位置する平板部から外脚部と同じ方向に突出する中脚部とを有する。

このようなＥ型のプレーナー型フェライトコアにおいて、従来では、中脚部のの長手方向の両端部は、直角面となっているものが多かった。回路基板に形成してあるコイルパターンは、中脚部の周囲を囲むパターンで形成される。このため、中脚部の両端部が直角面であると、基板に形成されるコイルパターンは、その直角面の外側を、コイルが遠回りして巻回するパターンになり、デッドスペースが生じることになる。

回路基板を含む電子部品の小型化が、それほど要求されない時代では、そのようなコイルパターンでも問題はなかったが、昨今、電源の小型化が進むにつれて、問題になってきている。すなわち、少しでも電源の出力電流密度を向上させるように開発競争が激しくなっており、電子部品を搭載するスペースの確保が開発の一要素となってきている。

また、プレーナー型フェライトコアを使用する薄型の電源において、その電力効率の改善上、ジュール熱の低減も同様に開発の重要な要素になっている。
特開２００３−１５１８３８号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、コイルの総延長距離を短くすることが可能であり、流れる電流によって生じるジュール熱の低減と、コイルの小型化によって生じる面積部分に電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度かが可能なプレーナー型フェライトコアを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るプレーナー型フェライトコアは、
長方形状の平板部と、
前記平板部の両端から前記平板部の平面に対して略直角な方向に突出する一対の外脚部と、
一対の前記外脚部の間に位置する前記平板部から前記外脚部と同じ方向に突出する中脚部とを有するプレーナー型フェライトコアであって、
前記中脚部の両端には、所定の曲率半径の円弧面がそれぞれ形成してあり、
前記中脚部の長手方向の長さが、前記平板部の幅の９０％以上であることを特徴とする。

本発明に係るプレーナー型フェライトコアでは、中脚部の両端には、所定の曲率半径の円弧面がそれぞれ形成してあることから、中脚部の周囲に形成されるコイルパターンとの間にデッドスペースが無くなる。そのため、コイルパターンの小型化を図ることが可能になり、コイルの総延長距離を短くでき、流れる電流によって生じるジュール熱の低減を図ることができる。また、コイルの小型化によって生じる面積部分に電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度化が可能となる。

また、本発明では、中脚部の長手方向の長さが、平板部の幅の９０％以上であることから、中脚部の長さを従来と同じにすると、平板部の幅を短くすることができる。その結果、コアの全体をコンパクトにすることができ、コアの小型化によって生じる面積部分に電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度化が可能となる。

好ましくは、前記中脚部の長手方向の長さが、前記平板部の幅と略同じである。すなわち、中脚部の長手方向の長さが、平板部の幅の１００％であることが好ましい。この場合には、本発明の作用効果が増大する。

好ましくは、前記中脚部の両端に形成してある各円弧面の曲率半径は、前記中脚部の幅の略１／２であり、前記中脚部の長手方向の長さの１／２よりも小さい。円弧面の曲率半径が中脚部の幅の略１／２である場合には、円弧面が、真円の円柱の外周面の半分の面となる。その場合において、円弧面の曲率半径が、中脚部の長手方向の長さの１／２となる場合には、中脚部が真円の円柱となり、コアの小型化を図ることが困難になる。そのため、円弧面の曲率半径は、中脚部の幅の略１／２であり、中脚部の長手方向の長さの１／２よりも小さいことが好ましい。

好ましくは、前記中脚部の長手方向の長さは、前記中脚部の両端に形成してある各円弧面の曲率半径の３〜９倍である。このような範囲である場合に、本発明の作用効果が大きい。

好ましくは、前記外脚部は、前記平板部の幅方向に沿って形成してある。外脚部は、中脚部を通過する磁力線を閉磁路と成るように戻す部分であり、外脚部の長手方向の長さは、中脚部の長さと同程度が好ましい。

好ましくは、回路基板に形成してあるコイルパターンの中央部に形成してある中脚挿通孔に前記中脚部が挿入され、
前記回路基板におけるコイルパターンの外側に形成してある外脚挿通孔に前記外脚部が挿入される。

本発明のプレーナー型フェライトコアが装着される回路基板の反対側には、同じ形状のＥ型プレーナー型フェライトコア、または単純な平板状のＩ型プレーナー型フェライトコアが取り付けられ、閉磁路のコイル装置が形成される。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプレーナー型フェライトコアの斜視図、
図２は図１に示すII−II線に沿う断面図、
図３（Ａ）は図１に示すコアの平面図、図３（Ｂ）はその右側面図、図３（Ｃ）はその左側面図、図３（Ｄ）はその背面図、図３（Ｅ）はその正面図、
図４は図１に示すコアの底面図、
図５は図１に示すコアの使用状態を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るプレーナー型フェライトコア２は、長方形状の平板部４を有する。この平板部４の長手方向Ｘの両端には、各端から平板部４の平面に対して略直角な方向に突出する一対の外脚部６が一体に形成してある。

一対の外脚部６の間の中間位置に位置する平板部４の平面から外脚部６と同じ方向に中脚部８が平行に形成してある。図３に示すように、外脚部６の高さＨ１は、中脚部８の高さと同じであり、特に限定されないが、一般には、１〜１０mmである。

外脚部６は、平板部４の各端部に沿って形成してあり、その長手方向の長さは、平板部４の幅Ｗ０と同じである。平板部４の幅Ｗ０は、特に限定されないが、一般には、５〜３０mmである。また、平板部４の長手方向の長さＬ０は、特に限定されないが、幅Ｗ０の１００〜４００％の長さである。

また、平板部４の厚みＴ１は、特に限定されないが、一般には、０．５〜５mmである。平板部４における幅Ｗ０方向の両端上面には、面取り部１０が形成してある。

中脚部８の長手方向の両端には、所定の曲率半径Ｒ１の円弧面（半円柱側面）１２がそれぞれ形成してある。この中脚部８の長手方向の長さＬ１が、平板部４の幅Ｗ０の９０％以上であり、本実施形態では、１００％である。すなわち、中脚部８の長手方向の長さＬ１が、平板部４の幅Ｗ０と略同じである。

中脚部８の両端に形成してある各円弧面１２の曲率半径Ｒ１は、中脚部８の幅Ｗ１の略１／２であり、中脚部８の長手方向の長さＬ１の１／２よりも小さい。円弧面１２の曲率半径Ｒ１が中脚部８の幅の略１／２である場合には、円弧面１２が、真円の円柱の外周面の半分の面となる。その場合において、円弧面１２の曲率半径Ｒ１が、中脚部８の長手方向の長さＬ１の１／２となる場合には、中脚部８が真円の円柱となり、コアの小型化を図ることが困難になる。そのため、円弧面１２の曲率半径Ｒ１は、中脚部８の幅Ｗ１の略１／２であり、中脚部８の長手方向の長さＬ１の１／２よりも小さいことが好ましい。

好ましくは、中脚部８の長手方向の長さＬ１は、中脚部８の両端に形成してある各円弧面１２の曲率半径Ｒ１の３〜９倍である。このような範囲である場合に、本発明の作用効果が大きい。曲率半径Ｒ１は、中脚部８の幅Ｗ１の約半分であり、特に限定されないが、好ましくは１．４〜３．２mm程度である。各外脚部６の幅Ｗ２は、特に限定されないが、中脚部８の幅Ｗ１の４０〜８０％程度の幅である。

本発明に係るフェライトコア２の材質は、特に限定されず、たとえばＮｉ−Ｚｎ系フェライト、またはＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライトなどが例示される。このフェライトコア２は、たとえば以下のようにして製造される。

まず、最終的に得られるフェライトコアの用途によって適宜選択された各種のフェライト原料粉末（出発原料）を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合法としては、たとえば、ボールミルを用いる湿式混合と、乾式ミキサーを用いる乾式混合とが挙げられる。

次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼きは、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常１〜３時間程度行う。仮焼きは、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。なお、フェライト中に副成分を含める場合には、主成分原料と副成分原料との混合は、仮焼きの前に行なってもよく、仮焼後に行なってもよい。

次に、仮焼き材料を所定の平均粒径、粒度分布となるように粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体を製造するために行われる。仮焼き材料の粉砕は、従来より公知の手段、例えばボールミル、アトライター、湿式メディア撹拌型粉砕機を用いて行うことができる。粉砕方法は、湿式粉砕方法、乾式粉砕方法のいずれでも良い。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行うことが好ましい。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは０．５〜２μｍ程度となるまで行う。

次に、粉砕材料（フェライト粉末）の造粒（顆粒）を行い、造粒物（フェライト顆粒）を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。造粒法としては、たとえば、噴霧乾燥造粒法やオシレーティング押出し造粒法などが挙げられる。具体的には、粉砕材料、バインダーおよび所望に応じて各種添加剤を水に分散させたスラリーを調製し、この調製されたスラリーを噴霧乾燥装置（スプレードライヤー）等で噴霧乾燥することによって、あるいは粉砕材料、バインダーおよび所望に応じて各種添加剤を攪拌造粒機にて混合造粒して造粒粉を作製し、この造粒粉をオシレーティング造粒機により押出し造粒と乾燥を繰り返して適用することで、フェライト顆粒が作製される。

これらの造粒方法は、フェライト顆粒の造粒量、目的とするフェライト成形体の性状等に依存して適宜選択することが可能である。なお、オシレーティング押出し造粒法とは、例えば数ｍｍ程度の粒径に造粒された粒子を網上で押し潰して細かくした粒子を落下させる作業を、編み目を順次細かくした数段の工程を行うことにより、所定の粒径以下の粒子を得る方法である。

造粒されたフェライト顆粒の平均粒径は、造粒方法や、目的とする成形体の形状等に依存して適宜選択することができる。通常は、平均粒径が小さすぎると、フェライト顆粒の流動性および金型への充填性が悪くなり、得られる成形体の寸法及び成形体の質量のバラツキが大きくなる場合がある。また、金型への微粉付着（スティッキング）が発生しやすくなる傾向にある。逆に、平均粒径が大きすぎると、成形体中に顆粒粒界を多く残し、成形不良を発生する場合や、成形体の寸法および単質量のバラツキが大きくなる場合がある。従って、この成形体を焼成して得られるフェライトコアは、顆粒粒界に起因する欠陥が少なくなり、焼結体強度も比較的高いものとなる。

フェライト顆粒の造粒に使用されるバインダーは、フェライト顆粒を造粒するために使用してきたバインダーから使用目的に合わせて適宜選択することができる。代表的には、たとえば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアセタール、ポリアクリル系樹脂、セルロース系樹脂、アクリルアミド系樹脂などが挙げられる。これらのバインダーは、単独であるいは二種類以上の混合物として使用することができる。

フェライト顆粒への造粒に際し、粉砕材料（フェライト粉末）及びバインダーの他に、所望に応じて本発明の目的・効果を損なわれない範囲で従来公知の各種添加物を含有させることができる。このような添加物の例として、ポリカルボン酸塩、縮合ナフタレンスルホン酸等の分散剤、グリセリン、グリコール類、トリオール類等の可塑剤、ワックス、ステアリン酸（塩）等の滑剤、ポリエーテル系、ウレタン変性ポリエーテル系、ポリアクリル酸系、変性アクリル酸系高分子等の有機系高分子凝集剤、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等の無機系凝集剤等が挙げられる。

次に、造粒物（フェライト顆粒）を各種圧縮成形法、たとえば片押し法、両押し法、フローティング・ダイ法、ウィズドロアル法などにより、図１に示す形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。プレス機としては、機械プレス、油圧プレス、サーボプレスなど大きさや形状および数量によって適宜選択される。

次に、成形体の本焼成を行い、焼結体（本実施形態のフェライトコア２）を得る。本焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。焼成に用いる炉としては、バッチ式、プッシャー式、台車式などが挙げられる。焼成温度は、好ましくは１０００〜１３００℃、より好ましくは１０００〜１２００℃である。焼成時間は、好ましくは２０〜２４時間程度である。焼成は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。

こうして得られたフェライトコア２は、たとえば、図５に示すように、回路基板２０に取り付けられる。すなわち、回路基板２０に形成してあるコイルパターン２２の中央部に形成してある中脚挿通孔２４に中脚部８が挿入され、回路基板２０におけるコイルパターン２２の外側に形成してある外脚挿通孔２６に各外脚部６が挿入される。

本実施形態のフェライトコア２が装着される回路基板２０の反対側には、同じ形状のＥ型プレーナー型フェライトコア２、または単純な平板状のＩ型プレーナー型フェライトコア３０が取り付けられ、閉磁路のコイル装置が形成される。

本実施形態に係るプレーナー型フェライトコア２では、中脚部８の両端には、所定の曲率半径Ｒ１の円弧面１２がそれぞれ形成してあることから、中脚部８の周囲に形成されるコイルパターン２２との間にデッドスペースが無くなる。そのため、コイルパターン２２の小型化を図ることが可能になり、コイルの総延長距離を短くでき、流れる電流によって生じるジュール熱の低減を図ることができる。また、コイルの小型化によって生じる回路基板２０上の面積部分に、他の電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度化が可能となる。

また、本実施形態では、中脚部８の長手方向の長さＬ１が、平板部４の幅Ｗ０の９０％以上であることから、中脚部８の長さＬ１を従来と同じにすると、平板部４の幅Ｗ０を短くすることができる。その結果、コア２の全体をコンパクトにすることができ、コア２の小型化によって生じる回路基板２０上の面積部分に、他の電子部品の実装を可能とし、電源の小型化および高密度化が可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るプレーナー型フェライトコアの斜視図である。 図２は図１に示すII−II線に沿う断面図である。 図３（Ａ）は図１に示すコアの平面図、図３（Ｂ）はその右側面図、図３（Ｃ）はその左側面図、図３（Ｄ）はその背面図、図３（Ｅ）はその正面図である。 図４は図１に示すコアの底面図である。 図５は図１に示すコアの使用状態を示す断面図である。

符号の説明

２… プレーナー型フェライトコア
４… 平板部
６… 外脚部
８… 中脚部
１２… 円弧面
２０… 基板
２２… コイルパターン

Claims (6)

1. 長方形状の平板部と、
   前記平板部の両端から前記平板部の平面に対して略直角な方向に突出する一対の外脚部と、
   一対の前記外脚部の間に位置する前記平板部から前記外脚部と同じ方向に突出する中脚部とを有するプレーナー型フェライトコアであって、
   前記中脚部の両端には、所定の曲率半径の円弧面がそれぞれ形成してあり、
   前記中脚部の長手方向の長さが、前記平板部の幅の９０％以上であることを特徴とするプレーナー型フェライトコア。
2. 前記中脚部の長手方向の長さが、前記平板部の幅と略同じであることを特徴とする請求項１に記載のプレーナー型フェライトコア。
3. 前記中脚部の両端に形成してある各円弧面の曲率半径は、前記中脚部の幅の略１／２であり、前記中脚部の長手方向の長さの１／２よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のプレーナー型フェライトコア。
4. 前記中脚部の長手方向の長さは、前記中脚部の両端に形成してある各円弧面の曲率半径の３〜９倍である請求項１〜３のいずれかに記載のプレーナー型フェライトコア。
5. 前記外脚部は、前記平板部の幅方向に沿って形成してある請求項１〜４のいずれかに記載のプレーナー型フェライトコア。
6. 回路基板に形成してあるコイルパターンの中央部に形成してある中脚挿通孔に前記中脚部が挿入され、
   前記回路基板におけるコイルパターンの外側に形成してある外脚挿通孔に前記外脚部が挿入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレーナー型フェライトコア。
   

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