JP2006013067A - インダクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】直流重畳特性の改善又は直流に対する低抵抗化が可能であるとともに、ギャップ管理が不要でインダクタンス特性を調整可能なインダクタを提供する。
【解決手段】チョークコイル(インダクタ)1は、第1コア11と、第2コア21,22と、コイル3とを具備する。第1コア11は、フェライトより飽和磁束密度が高い磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる。第2コア21,22は、フェライト製であり、第1コア11に接して連続されてこの第1コア11とともに閉磁路を形成する。コイル3を、第1コア11と第2コア21,22との間の環状収容部2aに収容して第1コア11の少なくとも一部を巻くように設けている。
【選択図】 図1
【解決手段】チョークコイル(インダクタ)1は、第1コア11と、第2コア21,22と、コイル3とを具備する。第1コア11は、フェライトより飽和磁束密度が高い磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる。第2コア21,22は、フェライト製であり、第1コア11に接して連続されてこの第1コア11とともに閉磁路を形成する。コイル3を、第1コア11と第2コア21,22との間の環状収容部2aに収容して第1コア11の少なくとも一部を巻くように設けている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、チョークコイルやその他のコイル部品又はディスクリート型部品などに用いられるインダクタに関する。
従来、頂壁及び側壁からなるポット型コアと、底板及びこれから立設された磁芯部からなるリベット型コアとを組合せ、磁芯部にコイルを嵌合するとともに、磁芯部の上端面を頂壁内面に近接対向させて、これらの間に磁路のギャップを形成したチョークコイルが知られている(例えば特許文献1参照。)。
このチョークコイルの磁路をなすポット型コア及びリベット型コアはいずれもフェライト粉末を加圧成形してなる圧粉体であり、前記磁路でのギャップの調整によりチョークコイルのインダクタンス値が決められている。
従来、頂壁及び側壁からなる樹脂フェライト製コアと、底板及びこれから立設された凸部からなる樹脂フェライト製コアとを組合せ、凸部にコイルを嵌合するとともに、凸部の上端面を頂壁内面に接触させて、両コアで閉磁路を形成したインダクタンス素子が知られている(例えば特許文献2参照。)。
特開2002−313631号公報(段落0010−0014、図1−図2)
特開平3−52204号公報(第3頁右上欄第4行−第4頁右上欄第12行、図1−図2)
全てのコアが同一の磁性材料具体的にはフェライト製である特許文献1,2の技術では、コイルの空芯部に配置される磁芯部(凸部)の飽和磁束密度が低いので、この磁芯部(凸部)において磁気飽和し易く、したがって、直流重畳特性がよくない。
この特性を改善するためには、磁芯部(凸部)の断面積を大きくすることで対応できる。しかし、この場合、コイルの外径が大きくなって、それに従い直流抵抗が高くなるので、好ましくない。
所定のインダクタンス特性(直流電流を通電した時のインダクタンス値)を得るために、磁路に調整用のギャップを設けた特許文献1の技術では、そのギャップ管理が必要でコスト高となるので、こうした管理を不要にできる技術が求められている。又、磁路を閉磁路とした特許文献2の技術では、磁芯部(凸部)の長さが一定で磁路にギャップがないため、インダクタンス特性の調整ができない。
本発明の目的は、直流重畳特性の改善又は直流に対する低抵抗化が可能であるとともに、ギャップ管理が不要でインダクタンス特性を調整可能なインダクタを提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、フェライトより飽和磁束密度が高い磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる第1コアと、この第1コアより透磁率が高い磁性材料からなり前記第1コアとともに閉磁路を形成した第2コアと、前記両コア間の環状収容部に収容されて前記第1コアの少なくとも一部を巻くように設けられたコイルと、を具備している。
この発明の好ましい形態では、第1コアの磁性材料に磁性金属粉末を用いるとともに、第2コアをフェライト製とすると良く、又、磁性粉末には、鉄、パーマロイ、センダストの内の1種以上を用いるとよい。
本発明では、フェライトよりも飽和磁束密度が高い磁性粉末を含んだ混合粉末の圧粉体からなる第1コアを備えているので、直流重畳特性を改善できるか、もしくは直流重畳特性を従来と同じにした場合には、コイルが周囲に巻かれるように設けられる第1コアの部分を細くできる分、太い線径のコイルを使用できるに伴い直流に対する低抵抗化を実現できる。又、第1コアをなした混合粉末が含んでいるバインダーは、磁性粉末間に分散された状態となっていて、見かけ上ギャップとしての機能を果たすので、磁路をギャップレスの閉磁路構成とできる。この閉磁路中に第1コアが占める磁路長さを変えることにより、言い換えれば、透磁率が高く、それによりインダクタンス特性を主として担う磁性材料製の第2コアが閉磁路中に占める磁路長さを変えることにより、インダクタンス特性を調整可能である。
本発明によれば、磁性粉末及びバインダーを混合した粉末の圧粉体からなる第1コアで直流重畳特性を確保するとともに、高透磁率の磁性材料製の第2コアでインダクタンス特性を確保するので、直流重畳特性の改善又は直流に対する低抵抗化が可能であるとともに、ギャップ管理が不要でインダクタンス特性を調整可能なインダクタを提供できる。
図1(A)(B)〜図4を参照して本発明の第1実施形態を説明する。
第1実施形態に係るインダクタはチョークコイル1として使用されるものである。このチョークコイル1は、図1(A)(B)に示すようにコア組立2と、コイル3と、一対の端子4とを備えている。
コア組立2は、磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる第1コア11と、第1コア11より透磁率が高い磁性材料好適にはフェライト製の一対の第2コア21、22とからなり、内部に後述する環状収容部2aを有している。両コア11,21及び22は閉磁路をなして組み合わされる。
第1コア11の主成分をなす磁性粉末は、フェライトよりも高い飽和磁束密度を有する磁性粉末、例えば磁性金属粉末からなり、好適には、鉄、パーマロイ、センダストを例示でき、これらの内の少なくとも1種を用いることができる。第1コア11のバインダーは無機材料又は有機材料からなる絶縁材であって、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂などの絶縁性樹脂材料を好適に例示できる。この第1コア11は、柱状例えば円柱形状をなしていて、磁芯として機能する。
一方の第2コア21は、コア組立2のベース壁として機能するもので、例えば四角形の平板からなる。他方の第2コア22は、例えばポット型の構成である。つまり、一方の第2コア21と同形状をなした平板状の端壁22aと、これと一体に形成されて周部から折れ曲がった側壁22bとからなり、前記一方の第2コア21と対向する面は開口されている。側壁22bの高さは第1コア11の高さに等しい。
第2コア21の一面の例えば中央部には第1コア11の一端面が図示しない接着剤を用いて固定されている。一方の第2コア21の前記一面の周部には、他方の第2コア22の側壁22bの先端面が図示しない接着剤を用いて固定されている。この組立の際に、第1コア11の先端面は第2コア21の端壁22aの内面に図示しない接着剤を用いて固定される。したがって、第1コア11と第2コア21,22とは、互に直接接して連続して、ギャップレスの閉磁路を形成している。前記組立に伴って一対の第2コア21,22間に、第1コア11を中心部に配した環状収容部2aが形成される。
コイル3は、導電性金属線、例えば銅線、好ましくは断面が円形の銅線、又は断面が長方形の平角銅線からなる。このコイル3は絶縁層で被覆されている。コイル3は、その空芯部を第1コア11の外周に嵌めて環状収容部2aに収容されている。第1実施形態では、第1コア11の略全体にコイル3が巻きつくように設けられている。
一対の端子4は第2コア21の互に平行な2辺に嵌め付けられている。これら端子4の一方の端部は環状収容部2aに臨んでおり、この端部にはコイル3の端末部が電気的に接続されている。コア組立2の外部に引き出された端子4の他方の端部4aは第2コア21の裏面に回り込んでいる。この端部4aは図示しない電子機器のプリント配線基板のプリント配線にリフロー半田付けされる。つまり、チョークコイル1は表面実装部品としてプリント基板に実装できる。
前記構成のチョークコイル1の磁路は、その全てがフェライト製ではなく、磁路の一部をなす第1コア11は、その主成分が磁性金属粉末製である。この粉末は、フェライトよりも飽和磁束密度が高いので、大電流まで直流重畳特性を改善できる。
以下に、図1(A)(B)に示した第1実施形態のチョークコイル1に係る本発明サンプルと、図2に示した従来のチョークコイルに係る比較サンプルとの直流重畳特性の比較結果を図3に示す。
図2の比較サンプルは、いずれもフェライト製のコア51,52が互の周壁の先端同士を接着して組立てられ、両コア51,52の中央部内面に夫々一体に突設された凸部53が、相互間にギャップGを形成して近接対向しているとともに、これらの凸部53を巻くようにしてコイル54が両コア51,52間の環状収容部55に収容されている。この図2の比較サンプルと第1実施形態のチョークコイル1との寸法、及びコイルの線径・巻数は同じである。
図3により、図1(A)(B)に示した本発明サンプルの方が図2に示した比較サンプルに対して、電流値が増えてもインダクタンス値が大きく低下しないことが認められた。言い換えれば、直流重畳特性が改善されたことが分かった。
又、図1(A)(B)に示した本発明サンプルの直流重畳特性を、図2に示した比較サンプルの直流重畳特性と同等となるように調整した上で、両者の直流抵抗値を調べた場合の比較結果を図4に示す。
この場合、本発明サンプルと比較サンプルとの外形形状は同じとして、本発明サンプルの第1コア11の直径を比較サンプルの凸部53の直径より10%細くした。又、コイル3、54の巻数は同じとしたが、本発明サンプルでは第1コア11の細径化に伴いコイル3に、その外径、高さ、及び内径が比較サンプルのコイル54に対して0.2mm小さい寸法となる太い線径のものを用いた。更に、本発明サンプルの直流重畳特性が比較サンプルの直流重畳特性と同等となるように、第1コア11の磁性金属粉末の粒径及びこの粉末に対するプレス圧を調整した。
図4により、直流重畳特性は同等であるが、図1(A)(B)に示した本発明サンプルの方が図2に示した比較サンプルよりも直流抵抗値が低いことが認められた。すなわち、磁路の全てがフェライトコア製のものと直流重畳特性を同じにした場合には、コイルが周囲に設けられる第1コア11の部分を細くできる分、太い線径のコイル3を使用できるに伴い直流に対する低抵抗化を実現できることが分かった。
又、前記構成のチョークコイル1は、その第1コア11をなした混合粉末がバインダーを含んでいる。このバインダーは、磁性粉末間に分散された状態となっているので、見かけ上ギャップとしての機能を果たすことができる。このため、コア組立2の磁路をギャップレスの閉磁路構成とできる。したがって、ギャップ調整を要しないので、組立て易く、低コストのチョークコイル1を提供することが可能である。
更に、前記構成のチョークコイル1は、その磁路の一部が磁性金属粉末を含む第1コア11からなり、その他の磁路部分をなす第2コア21,22はフェライト製である。フェライトは磁性金属粉末を含んだ第1コア11より透磁率が高いので、第2コア21,22によって所定のインダクタンス値を得ることができる。したがって、前記構成のチョークコイル1は、第1コア11により直流重畳特性を確保しつつ、第2コア21,22によりインダクタンス特性を確保できる。
この構成は次の点で有利である。つまり、磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなるコアのみで閉磁路を形成した場合、磁性金属粉末の透磁率がフェライトに比較して低いために、所定のインダクタンス値を確保するためには、コイルの巻数を多くする必要がある。なぜなら、インダクタンス値は、透磁率、及びコイルの巻数の2乗に比例するので、既述のようにコイルの巻数を増やすことでインダクタンス値を確保できる。その反面、コイルの巻数を増加すると、直流抵抗の増大を招くという不都合が生じます。しかし、図1(A)(B)に示した構成では、磁性金属粉末より透磁率が高い第2コア21,22によってインダクタンス特性を確保しているので、コイル3の巻数を増やす必要がなく、したがって、直流抵抗が増えることを抑制できる。
図5は本発明の第2実施形態を示している。この第2実施形態では、第1実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
フェライト製の一方の第2コア21は、平板状のベース壁21aと、これと一体に形成されて周部から折れ曲がった側壁21bとからなり、側壁21bの高さは第1コア11の高さより短い。フェライト製の他方の第2コア22も同様である。つまり、第2コア22は、平板状の端壁22aと、これと一体に形成されて周部から折れ曲がった側壁22bとからなり、側壁22bの高さは第1コア11の高さより短い。これら一対の第2コア21,22は、その突き合わされた側壁21b,22bの先端同士を接着剤で固定してコア組立2をなしており、ベース壁21aと端壁22aとの間にはこれらに接着剤で固定された第1コア11が挟設されている。したがって、第1コア11と第2コア21,22とは、互に直接接して連続して、ギャップレスの閉磁路を形成し、コア組立2内には第1コア11を中心部に配した環状収容部2aが形成される。この環状収容部2aに収容されたコイル3の端末が接続された端子4は、第2コア21の側壁21bからベース壁21aの裏面にわたって設けられている。以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。
図6は本発明の第3実施形態を示している。この第3実施形態では、第1実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
コア組立2は、第1コア11と一個のフェライト製第2コア22とを組立ててなる。第1コア11は、磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなり、平板状のベース壁11a及びこのベース壁11aの例えば中央部に一体に突設された柱状例えば円柱状の凸部11bを有して、リベット型をなしている。したがって、コア組立2がなす閉磁路において第1コア11が占める磁路長さは、第1実施形態に比較して長い。凸部11bは磁芯として機能する。
ポット型の構成をなした第2コア22の平板状の端壁22aの中央部内面には第1コア11の凸部11bの先端面が図示しない接着剤を用いて固定されている。第2コア22の側壁22bの先端面は、第1コア11のベース壁11aの周部に図示しない接着剤を用いて固定されている。したがって、第1コア11と第2コア22とは、互に直接接して連続して、ギャップレスの閉磁路を形成している。前記組立に伴ってコア組立2内には、第1コア11の凸部11bを中心部に配した環状収容部2aが形成される。
コイル3は、その空芯部を第1コア11の一部、つまり、凸部11b外周に嵌めて環状収容部2aに収容されている。一対の端子4は第1コア11が有したベース壁11aの互に平行な2辺に嵌め付けられている。これら端子4の一方の端部は環状収容部2aに臨んでおり、この端部にはコイル3の端末部が電気的に接続されている。コア組立2の外部に引き出された端子4の他方の端部4aは、表面実装を可能とするために第1コア11のベース壁11aの周部裏面に回り込んで設けられている。以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。
図7(A)(B)は本発明の第4実施形態を示している。この第4実施形態では、第3実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
ポット型をなす第2コア22の平板状の端壁22aに接続孔23を設けている。この接続孔23は、第1コア11の凸部11bに対応する位置、具体的には端壁22aの中央部に設けられている。第1コア11の凸部11bは、第3実施形態で示したものよりも長く形成されていて、接続孔23に密に嵌入されている。つまり、凸部11bの先端部は接続孔23に直接接しており、これにより、第1コア11と第2コア22とは、互に連続してギャップレスの閉磁路を形成している。この閉磁路において、第1コア11が占める磁路長さは、第1〜第3の各実施形態に比較して長い。なお、凸部11bと接続孔23との嵌合部は接着剤を介して固定してもよい。以上説明した事項以外は第3実施形態と同じである。
図8(A)(B)は本発明の第5実施形態を示している。この第5実施形態では、第1実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
コア組立2は、第1コア11と一個のフェライト製第2コア22とを組立ててなる。第1コア11は、磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなり、平板状のベース壁11aと、これに平行な平板状の端壁11cと、これら壁11a、11cの例えば中央部を一体に連結した柱状部11dを有して、ドラム型をなしている。したがって、コア組立2がなす閉磁路において第1コア11が占める磁路長さは、第1〜第4の各実施形態に比較して最も長い。ベース壁11aは四角形状であり、端壁11cは円板状であり、その直径はベース壁11aより小さい。柱状部11dは、例えば円柱状で、磁芯として機能する。
第2コア22はリング状をなしている。この第2コア22の一端面は、ベース壁11aの周部に図示しない接着剤を用いて固定されている。第2コア22の他端部内周面には、第1コア11の端壁11cが嵌合されているとともに図示しない接着剤を用いて固定されている。したがって、第1コア11と第2コア22とは、互に直接接して連続して、ギャップレスの閉磁路を形成している。前記組立に伴ってコア組立2内には、第1コア11の柱状部11dを中心部に配した環状収容部2aが形成される。
コイル3は、第1コア11の一部、つまり、柱状部11dの外周に巻きつけて環状収容部2aに収容されている。一対の端子4は第1コア11が有したベース壁11aの互に平行な2辺に嵌め付けられている。これら端子4の一方の端部は環状収容部2aに臨んでおり、この端部にはコイル3の端末部が電気的に接続されている。コア組立2の外部に引き出された端子4の他方の端部4aは、表面実装を可能とするためにベース壁11aの周部裏面に回り込んで設けられている。以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。
前記第2〜第5の各実施形態に係るチョークコイル1では、第1実施形態と同じ理由により図2に例示した比較サンプルに比較して、直流重畳特性を大電流まで向上できる。その比較の結果を図9に示す。
この場合、各第2〜第5の各実施形態に係るサンプルを、本発明サンプルB〜Eとする。これらの本発明サンプルB〜Eと比較サンプルAとは、いずれも同じ形状(幅及び奥行き各10mm、高さ4mm)でコイルの巻数は15.5ターンとした。又、本発明サンプルB〜Eの第1コア11の磁性金属粉末にはセンダストを用いた。又、比較サンプルAについては初期インダクタンス値が約10μHになるようにギャップ調整をした。
図9から図5〜図8に示した構成の本発明サンプルB〜Eの方が図2に示した比較サンプルAに対して、電流値が増えてもインダクタンス値が大きく低下しないことが認められた。言い換えれば、直流重畳特性が改善されたことが分かった。
更に、本発明サンプルB〜E同士の比較によって、第1コア11が磁路に占める磁路長さが長い本発明サンプル(前記磁路長さはB<C<D<Eの関係にある。)ほど、直流重畳特性が良好に改善されたことも分かった。すなわち、コア組立2に占める第1コア11の磁路長さを変えることで、ギャップ調整によらずして、所望とする直流重畳特性のチョークコイル1を得ることができるものである。
図10(A)(B)は本発明の第6実施形態を示している。この第6実施形態では、第1実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
一方の第2コア21の例えば中央部に接続孔13が設けられていると共に、これに対応して他方の第2コア22の端壁22aの中央部にも接続孔23が設けられている。磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる柱状例えば円柱状の第1コア11は、コア組立2の厚み、つまり、チョークコイル1の厚みと略同じ長さを有していて、その両端部が夫々接続孔13,23に密に嵌入されている。つまり、第1コア11と一対の第2コア21,22とは直接接しており、これにより、第1コア11と第2コア21,22とは、互に連続してギャップレスの閉磁路を形成している。この閉磁路において、第1コア11が占める磁路長さは、第1実施形態に比較して長い。なお、第1コア11の端部と接続孔13,23との嵌合部は接着剤を介して固定してもよい。以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第6実施形態でも第1実施形態と同じ理由により、本発明の課題を解決できる。
図11(A)(B)は本発明の第7実施形態を示している。この第7実施形態では、第1実施形態と同様な構成部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
コア組立2は、第1コア11と一個のフェライト製第2コア22とを組立ててなる。第1コア11は、磁性金属粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなり、平板状のベース壁11aと、これに平行な平板状の端壁11cと、これら壁11a、11cの例えば中央部を一体に連結した柱状部11dとを有して、ドラム型をなしている。したがって、コア組立2がなす閉磁路において第1コア11が占める磁路長さは、第1の実施形態に比較して最も長い。ベース壁11aと端壁11cは同径の円板状である。柱状部11dは、例えば円柱状であって、磁芯として機能する。
第2コア22はリング状をなしている。この第2コア22の一端部内周面22cには、ベース壁11aが嵌合されているとともに図示しない接着剤を用いて固定されている。第2コア22の他端部内周面22dには、第1コア11の端壁11cが嵌合されているとともに図示しない接着剤を用いて固定されている。したがって、第1コア11と第2コア22とは、互に直接接して連続して、ギャップレスの閉磁路を形成している。前記組立に伴ってコア組立2内には、第1コア11の柱状部11dを中心部に配した環状収容部2aが形成される。
コイル3は、第1コア11の一部、つまり、柱状部11dの外周に巻きつけて環状収容部2aに収容されている。一対の端子4は第1コア11が有したベース壁11aの周部に180°離れて嵌め付けられている。これら端子4の一方の端部は環状収容部2aに臨んでおり、この端部にはコイル3の端末部が電気的に接続されている。コア組立2の外部に引き出された端子4の他方の端部4aは、表面実装を可能とするためにベース壁11aの周部裏面に回り込んで設けられている。以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第6実施形態でも第1実施形態と同じ理由により、本発明の課題を解決できる。
1…チョークコイル(インダクタ)、2…コア組立、2a…環状収容部、3…コイル、4…端子、11…第1コア、11a…ベース壁、11b…凸部(磁芯)、11c…端壁、11d…柱状部(磁芯)、13…接続孔、21,22…第2コア、21a…ベース壁、21b…側壁、22a…端壁、22b…側壁、23…接続孔
Claims (3)
- フェライトより飽和磁束密度が高い磁性粉末及びバインダーを混合した混合粉末の圧粉体からなる第1コアと、
この第1コアより透磁率が高い磁性材料からなり前記第1コアとともに閉磁路を形成した第2コアと、
前記両コア間の環状収容部に収容されて前記第1コアの少なくとも一部を巻くように設けられたコイルと、
を具備したインダクタ。 - 前記第1コアの磁性材料に磁性金属粉末を用いるとともに、前記第2コアをフェライト製とした請求項1に記載のインダクタ。
- 前記磁性粉末に、鉄、パーマロイ、センダストの内の1種以上を用いた請求項1又は2記載のインダクタ。
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