JP2005347588A - 巻線型コイル - Google Patents

Abstract

【課題】特許文献１に記載の技術の場合には、コイル２に被覆材料をコーティングする工程と、被覆材料を熱処理して空隙４を形成する工程とが必要になるため、製造工程が複雑であり、また、図４の（ｂ）に示すようにコイル２が固定されていないため、コイル２が振動や衝撃によって位置ズレする。特許文献２に記載の技術の場合には、図５の（ｂ）に示すように導電部材４と電極６との間に空隙Ｇが存在するため、熱衝撃により空隙Ｇが膨張、収縮を繰り返す間に、導電部材５から電極６が剥離し、導通不良となる。
【解決手段】本発明の巻線型コイル１０は、巻芯部１１Ａ及びその両端に鍔部１１Ｂを有するコア１１と、巻芯部１１Ａに巻回されたワイヤ１２と、各鍔部１１Ｂ、１１Ｂの下面に形成され且つワイヤ１２の両端が接続された電極１３、１３と、を備え、ワイヤ１２と各鍔部１１Ｂそれぞれの上面に気泡Ｇを含む硬化性樹脂層１４を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻芯部にワイヤ等の巻線が巻回された巻線型コイルに関し、更に詳しくは、信頼性を高めることができる巻線型コイルに関するものである。

従来のこの種の巻線型コイルとしては、例えば、特許文献１に記載のインダクタ及びその製造方法が知られている。このインダクタは、図４の（ａ）に示すように、内部にインダクタンス素子として機能する導体（内部導体）２が配設されたチップ状素子１に、前記内部導体２と導通する外部電極（図示せず）が配設されており、内部導体２が非直線状に成形された金属線からなり、かつ、内部導体２の周囲に空隙４が設けられたものである。このように金属線からなるコイル２を設けたため、コイル２の抵抗が小さく、かつ、空隙４でコイル２を囲んでいるため、素子１を構成するセラミック等の材料とコイル２との間の応力が発生したり、チップ内部に割れを生じたりせず、所望の特性を実現することができ、信頼性を高めている。

また、電子部品の素子（基体）内に空隙を設ける技術が特許文献２において提案されている。この電子部品は、図５の（ａ）に示すように、基体４と、基体４に埋設された導電部材５と、基体４に設けられ、導体部材５と接触した電極６とを備え、基体４と導電部材５との間に空隙Ｇを有することによって基体４と導電部材５が接触する接触領域Ａ１と、基体４と導電部材５が非接触となる非接触領域Ａ２が設けられたものである。このような構成から、基体４と導電部材５との間の空隙Ｇによって基体４と導電部材５間の熱応力等を緩和させると共に基体４と導電部材５の接合を良好に行い、インピーダンス値や直流抵抗値のバラツキを抑えている。

更に、電子部品の素子（基体）内に気孔を設けて機械的衝撃や熱的衝撃を緩和する技術が特許文献３において提案されている。この電子部品は、基体と、基体に設けられた外部電極と、基体中に設けられ外部電極と電気的に接続された導電部材を備え、基体は少なくとも導電部材を取り囲む基体Ａと基体Ａ上に設けられた基体Ｂから構成され、基体Ａと基体Ｂの主結晶相は同一であり、基体Ｂには気孔が内在していると共に、基体Ａには気孔を全く設けないかあるいは、基体Ｂに存在する気孔の気孔率よりも小さな気孔率を有するように基体Ａ中に気孔を設けたものである。このような構成から、基体Ｂの気孔によって機械的衝撃や熱的衝撃を緩和して電気的特性を劣化させることなく機械的特性を向上させている。

特開平１１−１３５３２８号公報 特開２０００−２００７１９号公報 特開２０００−２８９４３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のインダクタの場合には、抵抗が小さく、また、素子１を構成するセラミック等の材料とコイル２との間の応力が発生したり、チップ内部に割れを生じたりせず、所望の特性を実現することができ、信頼性を高めることができるが、コイル２に被覆材料をコーティングする工程と、被覆材料を熱処理して空隙４を形成する工程とが必要になるため、製造工程が複雑で手間もかかるという課題があった。また、図４の（ｂ）に示すようにコイル２が空隙４内にあって固定されていないため、例えばコイル２が振動や衝撃によって同図に矢印で示すように位置ズレする虞があった。

また、特許文献２に記載の技術の場合には、空隙Ｇによって基体４と導電部材５との間の熱応力等を緩和させると共に導電部材５と基体４の接合を良好に行うことができるが、図５の（ｂ）に示すように導電部材４と電極６との間に空隙Ｇが存在するため、熱衝撃により空隙Ｇが膨張、収縮を繰り返す間に、導電部材５から電極６が剥離し、導通不良となる虞があった。また、特許文献３に記載の技術の場合には、基体Ｂ内に含まれる気孔によって機械的衝撃や熱的衝撃を緩和する技術であるが、基体を焼成する際にポリエチレン等の気孔形成材を燃焼させて気孔を形成するため、気孔形成材が僅かでも残留すると基体の磁気特性に大きく影響する虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、樹脂によってワイヤを固定すると共に熱衝撃が加わる環境下で樹脂とワイヤ間に働く応力を緩和してワイヤの位置ズレや断線を防止することができ、延いては信頼性を高めることができる巻線型コイルを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の巻線型コイルは、巻芯部及びその両端に鍔部を有するコアと、上記巻芯部に巻回されたワイヤと、上記各鍔部の下面にそれぞれ形成され且つ上記ワイヤの両端にそれぞれ接続された電極と、を備えた巻線型コイルにおいて、少なくとも上記ワイヤと上記各鍔部それぞれの上面に気泡を含む樹脂層を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の巻線型コイルは、請求項１に記載の発明において、上記樹脂層は、磁性体材料を含むことを特徴とするものである。

本発明の請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、樹脂によってワイヤを固定すると共に熱衝撃が加わる環境下で樹脂とワイヤ間に働く応力を緩和してワイヤの位置ズレや断線を防止することができ、延いては信頼性を高めることができる巻線型コイルを提供することができる。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の巻線型コイルの一実施形態を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその巻芯部の長手方向の断面図、（ｃ）はその下面を示す平面図、図２はワイヤが巻回されたコアに樹脂を塗布する状態を説明するための断面図、図３は図１に示す巻線型コイルを示す図で、（ａ）はその巻芯部の長手方向の断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図、（ｃ）はコイルの端部と電極との接合部を拡大して示す断面図である。

本実施形態の巻線型コイル１０は、例えば図１の（ａ）に示すように、巻芯部１１Ａ及びその両端に形成された鍔部１１Ｂ、１１Ｂを有するコア１１と、コア１１の巻芯部１１Ａに巻回された絶縁被膜付きワイヤ（以下、単に「ワイヤ」と称す。）１２と、を備え、巻芯部１１Ａに巻回されたワイヤ１２でコイルを形成している。コア１１は、例えば金型等を用いてフェライト等の磁性体材料（例えば、透磁率μ≧２００）を圧縮成形して形成されている。コア１１は、例えば同図の（ａ）、（ｂ）に示すように、巻芯部１１Ａ及び鍔部１１Ｂがそれぞれ矩形状に形成されている。しかし、コア１１は矩形状に制限されるものではない。コア１１は、圧縮成形されたものに限らず、切削加工されたものであっても良い。

鍔部１１Ｂは、図１の（ａ）〜（ｃ）に示すように巻芯部１１Ａの外周面から突出するフランジを有し、巻芯部１１Ａにワイヤ１２形成されたコイルの外周面が鍔部１１Ａのフランジの範囲内に収まり、鍔部１１Ｂの外周面から突出しないように形成されている。ワイヤ１２の線径としては、例えば２０〜１５０μｍのものが好ましい。

一対の鍔部１１Ｂの下面には図１の（ｃ）に示すように電極１３、１３がそれぞれ形成され、これらの電極１３、１３にはワイヤ１２の両端部１２Ａ、１２Ａがそれぞれ接続されている。ワイヤ１２の両端部１２Ａ、１２Ａは、同図に示すようにそれぞれ鍔部１１Ｂの内側面と所定の角度Ａで交差し、接合されている。所定の角度Ａとしては、例えば１０〜７０°の範囲が好ましく、この範囲でワイヤ１２の端部１２Ａと電極１３とを確実に接合することができる。

電極１３は、例えば同図の（ｂ）に示すように、下地層電極１３Ａ及び上層電極１３Ｂを有している。下地層電極１３Ａは、例えばＡｇ、Ｃｕ等の導電性材料によって形成され、上層電極１３Ｂは、例えばＮｉ、Ｓｎ等の導電性材料によって形成されていることが好ましい。電極１３は全体が１０〜４０μｍ厚に形成されていることが好ましく、下地層電極１３Ａは例えば４〜１２μｍ厚に形成されていることが好ましく、上層電極１３Ｂは６〜２８μｍ厚に形成されていることが好ましくい。上層電極１３Ｂは、例えば、１〜３μｍ厚のＮｉ層と、５〜２５μｍ厚のＳｎ層とを有し、Ｎｉ層が下層でＳｎ層が上層として形成されたものが好ましい。最上層をＳｎ層によって形成することで、ワイヤ１２の端部１２ＡがＳｎ層内に埋没し、ワイヤ１２と電極１３との接合強度を高めることができる。

また、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように巻芯部１１Ａに巻回されたワイヤ１２及び巻芯部１１Ａ両端の鍔部１１Ｂ、１１Ｂそれぞれの上面には気泡Ｇを含む樹脂層１４が設けられ、気泡Ｇを含む樹脂層１４によって鍔部１１Ｂ及びワイヤ１２それぞれの上面を被覆すると共にワイヤ１２を巻芯部１１Ａに固着している。気泡Ｇを含む樹脂層１４は、電極１３のある面以外の全ての面を被覆しても良い。気泡Ｇは、熱衝撃や機械的衝撃を吸収して緩和する機能を有し、硬化性樹脂層１４内全体に渡って略均等に分散していることが好ましい。樹脂層１４用の樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂等の硬化性樹脂を用いることができる。そこで、以下では、樹脂層１４を硬化性樹脂層１４として説明する。

また、硬化性樹脂は、フェライト等の磁性体材料粉末を含有するものがより好ましい。硬化性樹脂が磁性体材料粉末を含むことによって硬化性樹脂層１４に磁気シールド効果を付与することができ、巻線型コイル１０からの磁気漏れを防止して所期の電気的特性を発現することができ、信頼性を向上させることができる。磁性体材料粉末の含有量は３０〜７０重量％が好ましい。

ところで、図１の（ａ）では気泡Ｇがラグビーボール形状を呈しているが、略球形状を呈するものが多い。気泡Ｇが略球形状の場合には、気泡Ｇの平均粒径は、例えば２０〜１００μｍで、硬化性樹脂層１４に対する気泡Ｇの含有率は３０〜７０容量％が好ましい。気泡Ｇの平均粒径が２０μｍ未満で、気泡Ｇの含有率が３０容量％未満では熱衝撃や機械的衝撃を緩和することができず、また気泡Ｇの平均粒径が１００μｍを超え、気泡Ｇの含有率が７０容量％を超えると機械的強度が劣化するため好ましくない。

気泡Ｇは、羽付き攪拌機等を用いて液状の硬化性樹脂を攪拌することによって形成することができる。この際、攪拌機の回転速度によって気泡Ｇの大きさを適宜調整することができる。また、液状の硬化性樹脂が保型性を有すると共にその内部に気泡Ｇを保持するためには、液状の硬化性樹脂は１００〜２５０Ｐａ・ｓの粘度に調整されていることが好ましい。液状の硬化性樹脂の粘度が１００Ｐａ・ｓ未満では気泡Ｇを液状の硬化性樹脂内に保持することができず、しかも保型性に欠けるため好ましくない。また、液状の硬化性樹脂の粘度が２５０Ｐａ・ｓを超えると攪拌による気泡Ｇの生成、分散が難しく、しかもコア１１へ塗布し難くなるため好ましくない。

次に、巻線型コイル１０の製造方法について図２をも参照しながら説明する。まず、所定の金型を用いてフェライト粉末（例えば、透磁率μ≧２００）を圧縮成形して巻芯部１１Ａ及び一対の鍔部１１Ｂからなるコア１１を作製する。コア１１の巻芯部１１Ａは、例えばＬ３．２ｍｍ×Ｗ３．２ｍｍ×Ｈ０．５５ｍｍの大きさに形成する。

また、気泡Ｇを含む液状の硬化性樹脂を調製する。まず、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用い、エポキシ樹脂に磁性体材料粉末と有機溶剤を添加して粘度が１００〜２５０Ｐａ・ｓの液状の硬化性樹脂を調製する。次いで、羽付き攪拌機等を用いて液状の硬化性樹脂を高速攪拌して硬化性樹脂内に気泡を含ませる。この際、気泡Ｇの平均粒径を２０〜１００μｍで、気泡Ｇの含有率を３０〜７０容量％に調整する。

次いで、コア１１の両鍔部１１Ｂの下面に電極１３を設ける。電極１３を形成する場合には、まず下地層電極１３Ａとして、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性材料粉末を含む導電性ペーストを浸漬法、印刷法等によって両鍔部１１Ｂの下面に塗布した後、コア１１を７００〜１０００℃の高温で処理して４〜１２μｍ厚の下地層電極１３Ａを両鍔部１１Ｂ、１１Ｂにそれぞれ焼き付ける。これによって下地層電極１３Ａが各鍔部１１Ｂに強力に固着される。引き続き、電解バレルメッキ法によって下地層電極１３Ａ上にＮｉ、Ｓｎの順番でＮｉ層及びＳｎ層を積層して上層電極１３Ｂを形成する。Ｎｉ層は半田耐熱性が高く、Ｓｎ層はワイヤ１２との接合強度に優れている。この際、Ｎｉ層の厚さは１〜３μｍ、Ｓｎ層の厚さは５〜２５μｍにする。

コア１１の鍔部１１Ｂに電極１３を形成した後、所定の線径を有するワイヤ１２を巻芯部１１Ａに巻回する。ワイヤ１２は電気的特性に即して単層または多層に巻回する。次いで、ワイヤ１２の両端部１２Ａ、１２Ａを両鍔部１１Ｂ、１１Ｂと所定の角度Ａで交差させて電極１３の上層電極１３Ｂに対して熱圧着して固定する。この熱圧着によってワイヤ１２の端部１２Ａは上層電極１３Ｂに埋没して電極１３に対して確実に接合することができる。これによって巻線型コイル１０の半製品１０Ａを得ることができる。

然る後、図２に示すように半製品１０Ａを所定の基板２０上に配列する。この際、電極１３を基板２０側にして半製品１０Ａを基板２０に取り付ける。一方、例えば図２に示すようにドクターブレード３０を用いて、予め準備しておいた気泡Ｇを含む液状の硬化性樹脂Ｒを他の基板４０上に塗布して液状の硬化性樹脂層Ｒを形成する。次いで、同図に示すように半製品１０Ａを液状の硬化性樹脂層Ｒに対向させた状態で、基板２０と基板４０を相対的に移動させて半製品１０Ａを液状の硬化性樹脂層Ｒに浸漬して半製品１０Ａの上面（コイル上面及び鍔部１１Ｂの上面）（同図では下面）に液状の硬化性樹脂Ｒを塗布する。この操作によって半製品１０Ａの上面に気泡Ｇを含む液状の硬化性樹脂層が形成される。

気泡Ｇを含む液状の硬化性樹脂層は所定の粘度を有するため、その硬化性樹脂層はその形態を保持すると共に気泡Ｇを内包した状態を保持することができる。引き続き、基板２０上の複数の半製品１０Ａを熱処理し、気泡を含む液状の硬化性樹脂を、気泡Ｇを含む硬化性樹脂層１４として硬化させ巻線型コイル１０を得る。

以上のようにして得られた巻線型コイル１０（図３の（ａ）参照）は、使用時等に急激な昇降温による熱衝撃を受けると、同図の（ｂ）に矢印で示すように気泡Ｇを含む硬化性樹脂層１４が膨張、収縮を繰り返すが、この際硬化性樹脂層１４の膨張、収縮を気泡Ｇによって吸収してその膨張、収縮を緩和し、硬化性樹脂層１４とワイヤ１２からなるコイルとの間の膨張、収縮差に起因する硬化性樹脂層１４のクラックやワイヤ１２の断線を防止することができる。ワイヤ１２の両端部１２Ａ、１２Ａが接続された電極１３、１３は、同図の（ｃ）に示すように気泡を含む硬化性樹脂層１４によって被覆されていないため、ワイヤ１２と電極１３の接続部は硬化性樹脂層１４内の気泡Ｇの影響を受けることがなく、電極１３との間で断線を起こすこともない。

以上説明したように本実施形態によれば、巻芯部１１Ａに巻回されたワイヤ１２及び巻芯部１１Ａ両端の鍔部それぞれの上面に気泡Ｇを含む硬化性樹脂層１４を設け、気泡Ｇを含む硬化性樹脂層１４によってワイヤ１２及び両鍔部１１Ｂ、１１Ｂそれぞれの上面を被覆しているため、巻線型コイル１０が繰り返し熱衝撃を受ける環境下にあっても、熱衝撃による硬化性樹脂層１４の膨張、収縮を内部の多数の気泡Ｇによって吸収し、緩和することができ、硬化性樹脂層１４にクラックを生じたり、ワイヤ１２の断線を生じたりする虞がない。しかも、ワイヤ１２が硬化性樹脂層１４によって巻芯部１１Ａに固着されているため、ワイヤ１２が巻芯部１１Ａにおいて位置ズレすることがなく、電気的特性を劣化させる虞もなく、信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、硬化性樹脂層１４が磁性体材料粉末を含むことにより、巻線型コイル１０に磁気シールド効果を付与することができ、巻線型コイル１０からの磁気漏れを防止して所期の電気的特性を発現することができ、信頼性を更に向上させることができる。

尚、上記実施形態では樹脂層として熱硬化性樹脂及び紫外線硬化性樹脂を例に挙げて説明したが、気泡を含ませることができる樹脂であれば特に制限されるものではない。要は、本発明の巻線型コイルは、少なくとも上記各鍔部及びワイヤそれぞれの上面に気泡を含む樹脂層を設けたものであれば良く、ワイヤ及び各鍔部の下面を除く部分を気泡を含む樹脂層で被覆したものであっても良い。

本発明は、例えば移動体機器等に用いられる巻線型コイルに好適に利用することができる。

本発明の巻線型コイルの一実施形態を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその巻芯部の長手方向の断面図、（ｃ）はその下面を示す平面図である。 ワイヤが巻回されたコアに樹脂を塗布する状態を説明するための断面図である。 図１に示す巻線型コイルを示す図で、（ａ）はその巻芯部の長手方向の断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図、（ｃ）はコイルの端部と電極との接合部を拡大して示す断面図である。 従来の巻線型コイルの一例の要部を示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。 従来の電子部品の一例を示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１０ 巻線型コイル
１１ コア
１１Ａ 巻芯部
１１Ｂ 鍔部
１２ ワイヤ
１３ 電極
１４ 硬化性樹脂層（樹脂層）
Ｇ 気泡

Claims (2)

1. 巻芯部及びその両端に鍔部を有するコアと、上記巻芯部に巻回されたワイヤと、上記各鍔部の下面にそれぞれ形成され且つ上記ワイヤの両端がそれぞれ接続された電極と、を備えた巻線型コイルにおいて、少なくとも上記各鍔部及びワイヤそれぞれの上面に気泡を含む樹脂層を設けたことを特徴とする巻線型コイル。
2. 上記樹脂層は、磁性体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の巻線型コイル。

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