JP2006100335A - コイル埋込型インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気特性及び信頼性を低下させることなく、インダクタの外形を小型化すること、しかも部品点数と工数の増加を伴わないようにすること、などである。
【解決手段】 空芯のコイル１０が、磁性粉と結合剤の混合物からなるほぼ直方体状のプレス成形体１２中に埋め込まれ、コイルの巻軸が前記成形体の上下面に垂直であって、巻き端１４が成形体の側面から引き出されているコイル埋込型インダクタである。成形体のコイル引き出し箇所を、成形体の上面から下面に至る切欠き形状１８の側面とし、且つその切欠き形状の側面部分とコイルとの最短の距離をａ、切欠き形状の側面部分以外の成形体側面とコイルとの最短の距離をｂとしたとき、ａ≧ｂとなるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空芯コイルが磁性成形体中に埋め込まれ、巻き端が成形体の側面から引き出されている構造のインダクタに関し、更に詳しく述べると、成形体側面のコイル引き出し箇所を切欠き形状としてインダクタ全体として小型化を図ると共に、必要な磁気特性と十分な強度を確保できるようにしたコイル埋込型インダクタに関するものである。このコイル埋込型インダクタは、例えば車載製品や家電製品など、大電流を供給する電気回路などに有用である。

大電流用インダクタとして、金属圧粉中にコイルを埋め込んだ一体成形構造のコイル埋込型インダクタが製品化されている（例えば、特許文献１参照）。コイル線材としては、丸導線及び平角導線のどちらの場合もあるが、平角導線でエッジワイズコイル（平角導線を、断面の長辺が巻線の中心軸と垂直となるように巻き回したコイル）を構成した場合には、コイルと一体の端子、もしくは巻き端に接続した端子が引き出され実装端子となる。

この種のコイル埋込型インダクタは、フェライトや金属磁性体のコアとボビンを使用して平角導線をエッジワイズ巻きした一般的なインダクタに比べて、部品点数が少なく、磁性体以外の部材が占める割合が小さく、磁気特性に優れているなどの利点がある。

ところで、コイル埋込型インダクタにおける成形体の外観形状は、通常、ほぼ直方体状である。即ち、平面的に見ると正方形状あるいは長方形状になっている。そのため、成形体の側面から引き出された巻き端を実装端子として折り返した場合には、その厚み分だけ外形が大きくなってしまう。それを防ぐために成形体の外形を単に小さくしてコイルと成形体側面の距離を短くすると、磁気特性が低下する他、プレス成形時における金属圧粉の結合力がコイルのスプリングバックに耐えきれず、成形体の側面に亀裂が発生する虞があるなど信頼性が低下する。側面の端子の厚みを減少するために、薄い実装端子やリードフレームをコイル巻き端に接続する方法もあるが、これらの方法は部品点数及び工数の増加を伴う。その他、巻き端をプレス加工により薄くする方法もあるが、これも工数の増加を伴う。
特開２００３−３０９０２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、磁気特性及び信頼性を低下させることなくインダクタの外形を小型化すること、しかも部品点数と工数の増加を伴わないようにすること、などである。

本発明は、表面絶縁処理した平角導線を巻いた空芯のコイルが、磁性粉と結合剤の混合物からなるほぼ直方体状のプレス成形体中に埋め込まれ、前記コイルの巻軸は前記成形体の上下面に垂直であって、巻き端が成形体の側面から引き出されている構造のインダクタにおいて、前記成形体のコイル引き出し箇所を、成形体の上面から下面に至る切欠き形状の側面とし、且つその切欠き形状の側面部分とコイルとの最短の距離をａ、切欠き形状の側面部分以外の成形体側面とコイルとの最短の距離をｂとしたとき、ａ≧ｂに設定されていることを特徴とするコイル埋込型インダクタである。

ここで、成形体外周部分の厚みが中央部分の厚みよりも薄くなっている段差構造が、成形体の上面及び／又は下面の全周にわたって形成されている構造が好ましい。

コイルとしては、エッジワイズコイルを用いるのが最適である。その場合、コイルの巻き端が実装端子となるように、成形体の外面に沿ってフォーミング（折り曲げ成形）するのがよい。

なお、磁性粉と結合剤の混合物としては、金属磁性粉と、絶縁性を有する熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂の混合物を用いて、コイルを内蔵した状態でプレス成形し、プレス成形後に熱処理を施すのが好ましい。

本発明に係るコイル埋込型インダクタは、コイルが埋設されている成形体のコイル引き出し箇所を、成形体の上面から下面に至る切欠き形状としたことにより、インダクタの外形が平角導線の厚み分だけ大きくなるのを防ぐことができ、小型化できる。また、その際に、コイルと成形体側面の距離が一定値以下にならないように外形から削り落としたことにより、磁気特性及び信頼性（機械的強度）が低下することもない。更に、コイルの巻き端を実装端子として利用することで、部品点数と工数の増大を防ぐことができる。

表面絶縁処理されているエッジワイズコイルが、金属磁性粉と絶縁性を有する熱硬化性樹脂の混合物からなるほぼ直方体状のプレス成形体中に埋め込まれ、巻き端が成形体の側面から引き出されている構造とし、前記成形体のコイル引き出し箇所のみを、成形体の上面から下面に至る切欠き形状の側面とする。しかも、その切欠き形状の側面部分とコイルとの最短の距離をａ、切欠き形状の側面部分以外の成形体側面とコイルとの必要最短距離をｂとしたとき、ａ≧ｂを満たすような切欠き形状にする。このように、ａ≧ｂを満たすように設定すると、コイルと成形体側面の距離は、どの位置でもｂ（一定値）以上となるため、磁気特性が極端に低下することはないし、成形による結合力がコイルスプリングバックに十分に耐えることができ信頼性が低下することもない。ここで、コイルの巻き端が実装端子となるように、成形体の外面に沿ってフォーミングする。これによって、部品点数と工数を最少化できる。なお、切欠き形状の深さは、コイル巻き端の厚みに一致するように設定する。

また、成形体外周部分の厚みが中央部分の厚みよりも薄くなっている段差構造が、成形体の上下両面の全周にわたって形成されている構造が、より一層好ましい。このようにすると、全周にわたって段差分だけより一層圧縮され（圧縮密度が高くなり）、その分だけ成形体における機械的な結合力が向上する。そのため、スプリングバックに耐える力が増え、信頼性はより一層向上する。

図１は本発明に係るコイル埋込型インダクタの一実施例を示す平面図であり、図２はその外観斜視図である。表面に絶縁コーティング処理した平角導線をエッジワイズ巻きした（平角導線を、その断面の長辺が巻線の中心軸と垂直となるように巻き回した）コイル１０を、金属磁性粉（例えば、センダスト粉、ケイ素鋼粉、カルボニル鉄粉など）と結合剤（例えばエポキシ樹脂）との混合物（エポキシ樹脂の含有量４．０ｗｔ％）中に埋め、プレス成形法（成形圧：６トン／ｃｍ² ）によって、ほぼ直方体状（上面がほぼ正方形状）の成形体１２とする。成形時、潤滑剤としてステアリン酸を０．５ｗｔ％程度添加混合してもよい。そして、成形体１２をオーブンなどを用いて熱処理（例えば１５０℃程度での樹脂の硬化）を施す。その後、引き出されているコイル巻き端１４をフォーミングして実装端子を形成する。このようにしてコイル埋込型インダクタを製造する。

コイル１０は、数ターンほぼ密着状態で円形に巻き付けられ、両方の巻き端１４が成形体１２の同じ側面から引き出されるようにする。本発明では、成形体１２は、そのコイル巻き端１４の引き出し箇所のみを、成形体１２の上面から下面に至る切欠き形状１６の側面とする。その際、切欠き形状１６の側面部分とコイル１０との最短の距離をａ、切欠き形状１６の側面部分以外の成形体側面とコイル１０との最短の距離をｂとしたとき、ａ≧ｂを満たすように設定している。但し、成形体側面とコイルとの最短の距離ｂは、磁気特性及び信頼性（機械的な結合力など）が損なわれないように設定する。なお、切欠き形状１６の深さｃは、コイル１０の平角導線の厚みとほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。

この実施例では、図２に示すように、コイルの巻き端１４が実装端子となるように、成形体１２の外面に沿ってフォーミングする端子化処理をしている。これによって、必要な部品点数は、コイルと成形体の２点のみで済む。

インダクタにおけるインダクタンスの大きさは、磁性体の透磁率μ、実効断面積、及び磁路長によって決定される。コイル埋込型インダクタの内部では、図３に示すように、コイル１０の近傍では磁束密度は密であるが、コイル１０から離れるほど磁束密度は疎となる。従って、成形体１２の外側は、コイル１０との間で必要最小限の距離を確保すれば、ある程度削り落としても、磁気特性は殆ど劣化しない。

そこで、切欠き形状を有しない従来構造の２種類の比較例を作製し、本発明品と比較した。比較例１は成形体の４側面でのコイルとの最短の距離がいずれもｂとした例であり、比較例２は成形体の３側面でのコイルとの最短の距離がいずれもｂで、残りの巻き端を引き出す側面では平角導線の厚みだけ前記ｂよりも小さく設定した例である。それぞれについてインダクタンスを測定した結果、本発明品は、形状的に平角導線の厚み分だけ大きい比較例１と同等の磁気特性が得られた。また本発明品と外形寸法が同じ比較例２を比べたところ、本発明品の方がインダクタンスが大きく、且つ比較例２では成形体側面に内部のコイルに沿って亀裂が生じていることが確認できた。

図４は、本発明に係るコイル埋込型インダクタの他の実施例を示す平面図である。この実施例では、コイル巻き端１４を成形体１２の相対向する側面から引き出すように構成している。この場合にも、成形体１２のコイル巻き端１４の引き出し箇所のみを、成形体１２の上面から下面に至る切欠き形状１６の側面とし、且つその切欠き形状１６の側面部分とコイル１０との最短の距離をａ、切欠き形状１６の側面部分以外の成形体側面とコイル１０との最短の距離をｂとしたとき、ａ≧ｂとなるように設定する。切欠き形状１６の深さｃは、コイルの平角導線の厚みにほぼ一致させる。

図５は、本発明に係るコイル埋込型インダクタの更に他の実施例を示す平面図である。基本的な構成は、図１に示すものと同様であるので、詳細な説明は省略する。この実施例では、成形体１０の外周部分の厚みが中央部分の厚みよりも薄くなっている段差構造１８が、成形体の上下両面の全周にわたって形成されている。断面で示すと、図６のようになっている。

プレス成形法によって成形体を製造する場合、熱処理時に、コイルを埋設した部分の粉体量と外周部分の粉体量が異なることから、収縮量に差が発生し、より収縮する外周部分に亀裂が発生しやすい。しかし、上記のような段差構造１８とすることで外周部分の成形密度が高くなり、強度が向上する。また、成形体の外周部分の高さが低くなることで、熱処理時の収縮量も減少するため、応力の発生が抑えられる。コイルのスプリングバックによる応力は、外周部分よりも内側の成形密度の低い部分により吸収され、成形密度が高い外周部分には亀裂が発生せずに、且つ強度が高くなる。

また、前述したように、コイルの近傍での磁束密度は密であるが、コイルから離れるほど磁束密度は疎となる。従って、成形体の外側は、コイルとの間で必要最小限の距離を確保すれば、ある程度削り落としても、磁気特性は殆ど劣化しない。図６に示すように、最外周の上下両縁に段差部を設けて磁性材料を無くしても、最も磁束が通り難いところでもあり、磁気特性に悪影響は殆ど生じない。

本発明に係るコイル埋込型インダクタの一実施例を示す平面図。 その外観斜視図。 そのコイルからの距離と磁束密度の疎密との関係を示す説明図。 本発明に係るコイル埋込型インダクタの他の実施例を示す平面図。 本発明に係るコイル埋込型インダクタの更に他の実施例を示す平面図。 そのコイルからの距離と磁束密度の疎密との関係を示す説明図。

符号の説明

１０ コイル
１２ 成形体
１４ 巻き端
１６ 切欠き形状
１８ 段差構造

Claims (5)

1. 表面絶縁処理した平角導線を巻いた空芯のコイルが、磁性粉と結合剤の混合物からなるほぼ直方体状のプレス成形体中に埋め込まれ、前記コイルの巻軸は前記成形体の上下面に垂直であって、巻き端が成形体の側面から引き出されている構造のインダクタにおいて、
   前記成形体のコイル引き出し箇所を、成形体の上面から下面に至る切欠き形状の側面とし、且つその切欠き形状の側面部分とコイルとの最短の距離をａ、切欠き形状の側面部分以外の成形体側面とコイルとの必要最短距離をｂとしたとき、ａ≧ｂに設定されていることを特徴とするコイル埋込型インダクタ。
2. 成形体外周部分の厚みが中央部分の厚みよりも薄くなっている段差構造が、成形体の上面及び／又は下面の全周にわたって形成されている請求項１記載のコイル埋込型インダクタ。
3. コイルが、エッジワイズコイルである請求項１又は２記載のコイル埋込型インダクタ。
4. コイルの巻き端が実装端子となるように、成形体の外面に沿ってフォーミングされている請求項３記載のコイル埋込型インダクタ。
5. 磁性粉と結合剤の混合物が、金属磁性粉と、絶縁性を有する熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂の混合物であって、プレス成形後に熱処理が施されている請求項１乃至４のいずれかに記載のコイル埋込型インダクタ。
   

Images