JP2007012686A - 磁性素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装基板に対する素子の配置面積を小さくして高密度実装を達成できる磁性素子を提供する。
【解決手段】 コイル６と、平板部２ａ、３ａに外脚部２ｂ、３ｂと前記コイル６に挿入される中脚部２ｃ、３ｃとを有する第１のコア２及び第２のコア３と、前記第１のコア２と前記第２のコア３との間に、前記第１のコア２及び前記第２のコア３と連接するように配置された閉磁路回路を構成する中間コア４と、を有する磁性素子１において、前記第１のコア２の中脚部２ｃの前記外脚部２ｂが延びる方向と垂直方向の断面積をＳ１とし、前記中間コア４の前記外脚部２ｂ、３ｂが延びる方向と平行方向の断面積をＳ２とし、前記第２のコア３の中脚部３ｃの前記外脚部が３ｂ延びる方向と垂直方向の断面積をＳ３としたときに、Ｓ１≦Ｓ３であり、かつＳ１≦Ｓ２の関係を有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁性素子に関連し、特に電源用途に用いられるインダクタンス素子に関する。

近年、高密度実装や多層配列の基板構成等による磁性素子の小型化が強く要求されているとともに、製品の低コスト化が強く要求されている。従来の磁性素子の形態としては、フェライト磁性コアからなる鍔付コアおよびリング型コアを組み合せた構成を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、いわゆるＥ型コアとＩ型コアとを組み合わせた磁性素子も知られている。

さらに、図８に示すように、電気特性または形状が同一又は類似している磁性素子（例えば、インダクタンス素子）１０１を、実装基板上に複数個配置する回路構成１００が知られている。
特開２００２−３１３６３５号

しかしながら、図８に示すように、電気特性または形状が同一又は類似している複数のインダクタンス素子１０１を実装基板上に配置する場合には、実装基板上に、そのインダクタンス素子の配置面積に応じた実装スペースを確保することが必要となり、実装基板が大型になるという問題が生じる。

さらに、インダクタンス素子に限らず、実装基板に実装される実装素子は、実装作業中における素子の破損を防止するために、隣接する実装素子と適宜間隔を空ける必要があり、近年の高密度実装の要求を高い水準で満足させるためには、実装されるインダクタンス素子の配置面積をさらに小さくしなければならないという問題が生じる。

本発明は、上述の点を考慮し、実装基板に対する配置面積を小さくした磁性素子を提供するものである。

本発明に係る磁性素子は、コイルと、平板部に外脚部と前記コイルに挿入される中脚部とを有する第１のコア及び第２のコアと、前記第１のコアと前記第２のコアとの間に、前記第１のコア及び前記第２のコアと連接するように配置された閉磁路回路を構成する中間コアと、を有する磁性素子であって、前記第１のコアの中脚部の前記外脚部が延びる方向と垂直方向の断面積をＳ１とし、前記中間コアの前記外脚部が延びる方向と平行方向の断面積をＳ２とし、前記第２のコアの中脚部の前記外脚部が延びる方向と垂直方向の断面積をＳ３としたときに、Ｓ１≦Ｓ３であり、かつＳ１≦Ｓ２の関係を有する構成とする。

好ましくは、本発明に係る磁性素子は、前記中間コアと前記中脚部の先端部との間にギャップを有していることが適当である。
さらに好ましくは、本発明に係る磁性素子の前記コイルは、平角線のエッジワイズ巻きのコイルであることが適当である。

以上のように、本発明に係る磁性素子は、複数のコイルから生じる磁束を流す共通のコアを用いることにより、実装基板に対する磁性素子の配置面積を小さくする。

本発明に係る磁性素子によれば、実装基板に対する磁性素子の配置面積を小さくすることができるので、実装基板に対して複数の磁性素子を高密度に実装することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の例について図面を参照して説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

図１は、本発明による磁性素子の分解斜視図である。
図１に示すように、磁性素子としてのインダクタンス素子１は、第１のコア２と、第２のコア３と、中間コア４と、端子部材５と、コイル６と、支持ベース７とから構成されている。

第１のコア２は、矩形状の平板２ａと、平板２ａの両端部に形成された外脚２ｂと、平板２ａの中央部に付近に設けられた中脚２ｃとからなっている。平板２ａの長手方向における一方の端部には、インダクタンス素子１が完成した際にコイル６の端部６ａを逃がすための切欠部２ｆ（図２参照）が形成されている。

平板２ａの短手方向の両端部には、平板２ａに対して垂直方向に延びる方向に外脚２ｂが形成されており、外脚２ｂの先端部には、平板２ａと平行な平面を有する先端面２ｄが形成されている。

平板２ａの略中央付近には、外脚２ｂが延びる方向と同じ方向に延びる円柱状の中脚２ｃが形成されており、中脚２ｃの先端部には、平板２ａと平行な平面を有する先端面２ｅが形成されている。また、中脚２ｃの長さは、中脚の先端面２ｅと中間コア４との間にギャップを形成するために、外脚２ｂの長さよりも短くなるように設定されている。なお、本例においては、中脚２ｃの形状を円柱形としたが、中脚２ｃの形状はこれに限定されることなく、例えば矩形状のものであってもよい。

第１のコア２と同様に、第２のコア３は、矩形状の平板部３ａと、平板部３ａの両端部に形成された外脚３ｂと、平板３ａの中央部に付近に設けられた中脚３ｃとから構成されている。また、第２のコア３は、第１のコア２と同一の構造を有するように成型されている。平板３ａの短手方向の両端部には、平板３ａに対して垂直方向に延びる方向に外脚３ｂが形成されており、外脚３ｂの先端部には、平板３ａと平行な平面を有する先端面３ｄが形成されている。

平板３ａの略中央付近には、外脚３ｂが延びる方向と同じ方向に延びる円柱状の中脚３ｃが形成されており、中脚３ｃの先端部には、平板３ａと平行な平面を有する先端面３ｅが形成されている。また、中脚３ｃの長さは、中脚の先端面３ｅと中間コア４との間にギャップを形成するために、外脚３ｂの長さよりも短くなるように設定されている。

なお、本例では第１のコア２と第２のコア３は同一の構造を有するように形成したが、第１のコア２と第２のコア３の構造はこれに限定されることなく、互いに異なる構造で成型されてもよい。また、第１のコア２及び第２のコア３は、Mn-Zn系フェライトを用いた磁性材料で形成されている。

中間コア４は、矩形状の平板で構成されており、第１のコア２の外脚２ｂに形成された先端面２ｄ、中脚２ｃに形成された先端面２ｅ及び第２のコア３の外脚３ｂに形成された先端面３ｄ、中脚３ｃに形成された先端面３ｅと対向する平面４ａを有している。また、中間コア４は、中間コア４の長手方向の長さと第１のコア２及び第２のコア３の長手方向の長さとが同じになるように形成されている。さらに、中間コア４は、中間コア４の短手方向の長さと第１のコア２及び第２のコア３の短手方向の長さとが同じになるように形成されている。なお、中間コア４は、Mn-Zn系フェライトを用いた材料で形成され、例えば、金型プレスによって矩形状にプレスして成型される。

コイル６は、平角線のエッジワイズ巻きのコイルで、空芯を有するように成型されている。すなわち、絶縁層を被覆した平角線をエッジワイズに巻回することによって成型されている。また、コイル６には、インダクタンス素子１が実装される実装基板から供給される電流をコイルへ流すためのコイル端部６ａが形成されている。

ベース部材７は、略正方形の形状を有する平板状の部材で成型されている。また、ベース部材７には、コイル６の端部６ａを保持するため支持部を有する端子部材５が取り付けられており、ベース部材７の実装基板に実装される側に、端子部材５の一部が露出するように形成されている。

図２は、本発明による磁性素子の斜視図である。
図２に示すように、組み立てられたインダクタンス素子１には、第１のコア２の外脚２ｂ及び中脚２ｃと、第２のコア３の外脚３ｂ及び中脚３ｃとが、中間コア４を挟んで互いに向き合うように、第１のコア２及び第２のコア３が配置されている。また、中間コア４と第１のコア２の平板２ａとの間には、コイル６が配置されている。このとき、コイル６の空芯には、第１のコア２の中脚２ｃが挿入されている。同様に、中間コア４と第２のコア３の平板３ａとの間にもコイル６が配置されており、コイルの空芯には中脚３ｃが挿入されている。

すなわち、インダクタンス素子１においては、第１のコア２と、第２のコア３と、中間コア４によって、閉磁路回路が形成されている。さらに詳細に言えば、第１のコア２が有する中脚２ｃ、平板２ａ、外脚２ｂと、中間コア４と、後述するギャップｇ、及び第２のコア３が有する中脚３ｃ、平板３ａ、外脚３ｂと、中間コア４と、後述するギャップｇとで、閉磁路回路が形成されている。

インダクタンス素子１においては、第１のコアの外脚２ｂの先端面２ｄ及び第２のコアの外脚３ｂの先端面３ｄと、中間コア４の平面４ａとが合致するように、第１のコア２及び第２のコア３と、中間コア４とが組み付けられている。本例では、第１のコア２の平板２ａ及び第２のコア３の平板３ａの短手方向の長さと、中間コア４の短手方向の長さとが同じになるように、第１のコア２、第２のコア３及び中間コア４が形成されているため、第１のコア２、第２のコア３及び中間コア４とが組み立てられた際には、短手方向において上下に二つの平面が形成される。この二つの平面のうち、第１のコア２の切欠部２ｆ、第２のコア３の切欠部３ｆが設けられている側に形成される平面に対して、支持ベース７が取り付けられている。

支持ベース７には、４個の端子部材５が取り付けられており、この端子部材５は、コイル６が中脚２ｃ、３ｃに挿入された状態を保ちながら、コイルの端部６ａを保持している。また、コイルの端部６ａは、平板２ａの切欠部２ｆ、平板３ａの切欠部３ｆによって形成された空間に位置するように配置されている。なお、第１のコア２，第２のコア３と中間コア４とを組み付ける際は、外脚２ｂの先端面２ｄ及び外脚３ｂの先端面３ｄと、その面に対応する中間コアの平面４ａに接着剤を塗布して固定する。

組み立てられたインダクタンス素子１は、半田付けによって、支持ベース７の裏側に露出している端子部材５と実装基板（図示せず）との接触が保たれた状態で、実装基板に実装される。これにより、実装基板から供給される電流は、端子部材５を介して、インダクタンス素子１に供給される。

本例のインダクタンス素子１によれば、第１のコア２，第２のコア３及び中間コア４とも簡素な構成で成型されているので、インダクタンス素子の製造を容易にすることができる。

また、図５に示すように、本例のインダクタンス素子１と、インダクタンス素子１０１を２つ密接した従来の構成と比較すると、長さｄ分だけ、本例のインダクタンス素子１の方が配置面積を小さくすることができる。すなわち、本例のインダクタンス素子１によれば、従来２つ用いていたインダクタンス素子１０１を１つにまとめることで、インダクタンス素子自体の実装基板に対する配置面積を小さくすることができる。さらに、本例のインダクタンス素子１は、磁気結合を持たせることなく、１つの素子中に２つのコイル６を設けることができる。

図３は、本発明による磁性素子の図２に示したＡ−Ａ線上の概略断面図である。
図３に示すように、コイル６の空芯には、それぞれ第１のコア２の中脚２ｃと第２のコア３の中脚３ｃが挿入されている。中脚２ｃの先端面２ｅと中間コアの平面４ａとの間、及び中脚３ｃの先端面３ｅと中間コアの平面４ａとの間には、それぞれ間隔ｘでギャップｇが形成されている。

なお、他に磁路中にギャップを設ける方法としては、中間コア４と第１のコア２及び第２のコア３との間に、ギャップ形成用のスペーサ部材を配置することで、ギャップを設けるようにしてもよい。また、別の方法としては、中間コア４の実効透磁率を、第１のコア２，第２のコア３の実効透磁率よりも低く設定することで、実質的にギャップとしての作用を奏させることができる。なお、その方法を用いる場合には、透磁率の低い磁性材料を用いたり、樹脂と磁性粉を混合したものをコア材としたり、種々変更が可能である。

本例のインダクタンス素子１によれば、インダクタンス素子を大電流を流す電源用途として用いる場合であっても、第１のコア２と中間コア４との間、及び第２のコア３と中間コア４との間にギャップｇを有しているので、外脚２ｂ、外脚３ｂと中間コア４との間に改めてギャップを設ける必要がなく、第１のコア２及び第２のコア３と、中間コア４との組み付け強度を維持したまま、インダクタンス素子１に大きな電流を流すことができる。

また、本例のインダクタンス素子１によれば、コイル６として平角線のエッジワイズ巻きコイルを用いているので、コイルの断面積が大きくなるので抵抗を低くすることができ、また、コイルに不要な隙間がなくなるので、インダクタンス素子を小型にすることができる。

コイル６に電流を流すと、図３において実線で示した矢印の方向に、第１のコア２の中脚２ｃ、平板２ａ、外脚２ｂと中間コア４を貫く磁束Φ１、及び第２のコア３の中脚３ｃ、平板３ａ、外脚３ｂと中間コア４を貫く磁束Φ２が発生する。なお、閉磁路中に発生する磁束Φ１、Φ２の向きは、コイル６に印加する電流の種類や、コイルの巻回される向きによって変化する。

ここで、第１のコア２の中脚２ｃにおいて、外脚２ｂが延びる方向と垂直方向の断面積をＳ１とし、中間コア４において、外脚２ｂ、３ｂが延びる方向と平行方向の断面積Ｓ２とし、第２のコア３の中脚３ｃにおいて、外脚３ｂが延びる方向と垂直方向の断面積をＳ３とそれぞれ定義する。なお、図３において一点鎖線で示された矢印Ｘは、第１のコア２に設けられた外脚２ｂ及び第２のコア３に設けられた外脚３ｂが延びる方向を示している。

図４は、本発明による磁性素子の分解斜視図であり、図３に示した断面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を斜視的に表したものである。なお、図４において、図１と対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、第１のコア２の中脚２ｃにおける断面積Ｓ１は、中脚２ｃの先端面２ｅと同じ面積を有しており、同様に第２のコア３の中脚３ｃにおける断面積Ｓ３は、中脚３ｃの先端面３ｅと同じ面積を有している。本例では、断面積Ｓ１と断面積Ｓ３は、同じ面積を有するように形成されているが、例えば、断面積Ｓ３が、断面積Ｓ１よりも大きくなるように中脚２ｃ、中脚３ｃを形成してもよい。

中間コア４における断面積Ｓ２は、中間コア４の長手方向の中央部における断面積である。なお、中間コア４の形状が、本例のように均一の断面積を有する形状でない場合には、二つのコイル６の空芯の中心点を結んだ線で、中間コア４を平行方向に切断した際にできる断面積をＳ２とする。

本例のインダクタンス素子１によれば、第１のコア２の中脚２ｃの断面積をＳ１、第２のコア３の中脚３ｃの断面積をＳ３とし、中間コア４の断面積をＳ２とした時に、Ｓ１≦Ｓ３であり、かつＳ１≦Ｓ２と規定しているので、種々の用途に対して、第１のコア２，第２のコア３および中間コア４の総合的な磁気飽和における均衡を保つことができる。

また、Ｓ１≦Ｓ３でありＳ１＝Ｓ２の場合は、第１のコア２のコイル６または第２のコア３のコイル６のいずれか一方のコイルに対して電流を印加する場合に、磁気飽和を生じさせることがなく、また、インダクタンス素子１の配置面積を小さくすることができる。さらに、Ｓ２＝Ｓ１＋Ｓ３の場合には、第１のコア２及び第２のコア３のコイル６に同時に電流を流して、２つのインダクタを動作させることができる。

なお、Ｓ１≦Ｓ３でありＳ１＞Ｓ２の場合は、中間コア４の断面積Ｓ２は、実質的に第１のコア２の中脚２ｃの断面積Ｓ１よりも小さくなるため、少なくとも一方のコイル６に過電流が印加されると、先ず中間コア４に磁気飽和が生じることになり、インダクタンス素子１の電気的特性（代表的にはインダクタンス値）の急激な低下を招く虞がある。また、中間コア４の断面積Ｓ２が小さくなるために、インダクタンス素子１の機械強度・剛性が低下する虞がある。

以上の考察により、本例のインダクタンス素子１においては、第１のコア２の中脚２ｃの断面積をＳ１、中間コア４の断面積をＳ２、第２のコアの中脚３ｃの断面積をＳ３としたときに、Ｓ１≦Ｓ３であり、かつＳ１≦Ｓ２の関係となるように構成したものである。

図６は、本発明による磁性素子の他の形態例の分解斜視図である。なお、図６において、図１と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
図６に示すように、本例のインダクタンス素子１１においては、第１のコア２、第２のコア３、及び中間コア４の上方に、磁気シールド板８が設けられている。磁気シールド板８は、例えば、高透磁率の磁性板、樹脂と磁性粉を混合した板状部材で形成される。

図７は、本発明による磁性素子の他の形態例の斜視図である。なお、図７において、図１と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
図７に示すように、本例のインダクタンス素子１１では、第１のコア２の上面と、第２のコア３の上面と、中間コア１４の上面とが隣接し、１つの面を形成するように組み立てられているが、この面に、第１のコア２と中間コア４、第２のコア３と中間コア４との間に配置されたコイル６を覆うように、磁気シールド板８が取り付けられている。そして、半田付けにより、インダクタンス素子１１が実装基板に実装される。

本例のインダクタンス素子１１によれば、素子の上部に磁気シールド板８を備えているので、インダクタンス素子１１の上部から磁束が漏洩するといった不具合を抑制することができ、実装された他の磁性素子に影響を与えることが少ない信頼性の高いインダクタンス素子１１を提供することができる。

なお、第１のコア、第２のコア、及び中間コアの形成に用いる磁性材料は、Mn-Zn系フェライトに限られるものではなくNi-Zn系フェライトや、金属系磁性材料、アモルファス系磁性材料等を用いることが可能である。

図１は、本発明による磁性素子の分解斜視図である。 図２は、本発明による磁性素子の斜視図である。 図３は、本発明による磁性素子の断面図である。 図４は、本発明による磁性素子の分解斜視図である。 図５は、従来の磁性素子と本発明による磁性素子とを比較した際の断面図である。 図６は、本発明による磁性素子の他の形態例の分解斜視図である。 図７は、本発明による磁性素子の他の形態例の斜視図である。 図８は、複数の磁性素子を配置した従来の回路構成を示す図である。

符号の説明

１、１１・・インダクタンス素子、２・・第１のコア、２ａ・・平板部、２ｂ・・外脚、２ｃ・・中脚、２ｄ・・先端面、２ｅ・・先端面、３・・第２のコア、３ａ・・平板部、３ｂ・・外脚、３ｃ・・中脚、３ｄ・・先端面、３ｅ・・先端面、４・・中間コア、４ａ・・平面、５・・端子部材、６・・コイル、６ａ・・コイル端部、７・・支持ベース、８・・磁気シールド板、Ｓ１・・第１のコアの中脚部の断面積、Ｓ２・・中間コアの断面積、Ｓ３・・第２のコアの中脚部の断面積、Φ１、Φ２・・磁束線、ｇ・・ギャップ

Claims (3)

1. コイルと、
   平板部に外脚部と前記コイルに挿入される中脚部とを有する第１のコア及び第２のコアと、
   前記第１のコアと前記第２のコアとの間に、前記第１のコア及び前記第２のコアと連接するように配置された閉磁路回路を構成する中間コアと、
   を有する磁性素子であって、
   前記第１のコアの中脚部の前記外脚部が延びる方向と垂直方向の断面積をＳ１とし、
   前記中間コアの前記外脚部が延びる方向と平行方向の断面積をＳ２とし、
   前記第２のコアの中脚部の前記外脚部が延びる方向と垂直方向の断面積をＳ３としたときに、
   Ｓ１≦Ｓ３であり、かつＳ１≦Ｓ２
   の関係であること
   を特徴とする磁性素子。
2. 前記中間コアと前記中脚部の先端部との間にギャップを有していることを特徴とする請求項１に記載の磁性素子。
3. 前記コイルは、平角線のエッジワイズ巻きのコイルであることを特徴とする請求項１に記載の磁性素子。

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