JP2007096073A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性のより高いコイル装置を提供すること。
【解決手段】巻線部１は、支持部材２に導電線５を巻装して構成される。外装体４は、樹脂成形体でなり、少なくとも巻線部１を覆っている。緩衝層３は、外装体４と、巻線部１との間に介在し、イミドシリコン樹脂からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル装置に関する。

従来のコイル装置は、コアやボビン等の支持部材上に導電線を巻きつけ、全体を外装絶縁樹脂で被覆した構造をとるのが一般的である（特許文献１参照）。導電線としては、銅線をウレタンで被覆したウレタンワイヤなどを用いる。外装絶縁樹脂は、射出成形等により成形される。

更に、外装絶縁樹脂の成形の際に導電線の巻き状態が乱れるのを防止するため、導電線を巻き付けて構成した巻線部と、外装絶縁樹脂との間に、緩衝層となるアンダーコート材として樹脂を塗布することも知られている。
特開平６−３２５９３８号公報

近年、コイル装置は、自動車の制御装置にも利用されつつあり、この場合、ＰＣＴ試験（プレッシャー・クッカー試験）など、かなり厳しい条件での信頼性が要求されてきている。従って、アンダーコート材を、ＰＣＴ試験に適合させることができれば非常に有用である。

アンダーコート材としては、従来は、シリコンアクリレート絶縁樹脂を用いていた。しかし、本出願人が検討したところ、シリコンアクリレート絶縁樹脂は、分子構造内にアクリルエステル基を含んでいるため、ＰＣＴ試験で、加水分解作用を受けてカルボン酸に分解され、導電線の絶縁皮膜に損傷を与える恐れがある。例えば、導電線の絶縁皮膜としてウレタン皮膜を用いた場合、ウレタン皮膜が侵食などの損傷を受ける可能性が極めて高い。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性のより高いコイル装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係るコイル装置は、支持部材と、巻線部と、外装体と、緩衝層とを含む。

前記巻線部は、前記支持部材に導電線を巻装して構成される。前記外装体は、樹脂成形体でなり、少なくとも前記巻線部を覆っている。

前記緩衝層は、前記外装体と、前記巻線部との間に介在し、イミドシリコン樹脂からなる。

本発明に係るコイル装置において、巻線部は、支持部材に導電線を巻装して構成される。外装体は、樹脂成形体でなり、少なくとも巻線部を覆っている。従って、コイル装置の基本的構造が得られる。

更に、緩衝層が、外装体と巻線部との間に介在する。緩衝層は、外装体の樹脂成形の際、導電線の巻き状態が乱れるのを防止する機能を担う。

本発明の重要な特徴として、緩衝層は、イミドシリコン樹脂からなる。イミドシリコン樹脂は、分子構造内にエステル基を含まず、加水分解を起こさない。従って、導電線に損傷を与えることがない。

更に、イミドシリコン樹脂は溶剤タイプであるから、巻線部にイミドシリコン樹脂を塗布した後、溶剤を揮発させ、塗布膜でなる緩衝層の層厚を小さくすることができる。従って、コイル装置のリフロー工程の際、外装体に対する内部応力を低減し、外装体のクラック発生を抑制することができる。

更に、イミドシリコン樹脂を採用することにより、信頼性試験におけるインダクタンスの経時変化、例えば、一定の時間にわたりインダクタンス変化率（ΔＬ／Ｌ）を小さく抑えることができる。

次に、好ましい実施の態様について述べる。

イミドシリコン樹脂としては、シリコンとイミドとの重量組成比が７０：３０〜８０：２０のものを用いることができる。かかる組成比によれば、シリコン１００％の樹脂との対比において、低温硬化性、塗布膜の強度及び耐熱性を改善することができる。

また、イミドシリコン樹脂の塗布の際には、溶剤を加え、固形分と、溶剤との重量組成比を５０：５０〜２０：８０とした溶剤タイプを用いることができる。

導電線は、導電芯線の周りに、ウレタンからなる絶縁皮膜を有していてもよい。この場合、緩衝層の構成材料としてイミドシリコン樹脂を採用することにより、導電線のウレタン絶縁皮膜が侵食を受けない。

外装体の構成材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂の場合、熱硬化性樹脂との対比において柔軟性に優れており、クラック発生の可能性を低減することができる。特に液晶ポリマーは、しなやかで柔らかく、外装体の構成材料として適している。

以上述べたように、本発明によれば、信頼性のより高いコイル装置を提供することができる。

図１は本発明に係るコイル装置の一実施形態を示す部分破断斜視図、図２は図１に示したコイル装置の正面断面図である。図示のように、本発明に係るコイル装置は、巻線部１と、支持部材２と、緩衝層３と、外装体４とを含む。支持部材２は、コア、ボビンまたはそれらの組み合わせ等であり、任意の形状及び構造をとることができる。実施例に示す支持部材２は、フェライト磁性材料等を用いて成型されたコアであり、中間部２０を細くし、その両端につば部２１、２２を設けた棒状の形状を有する。

つば部２１、２２には、Ｖ字状の溝２１１、２２１が形成されている。溝２１１、２２１には、端子７１、７２が係合され、接着剤６１、６２によって固定されている。端子７１、７２は、ほぼＵ字状に湾曲した金属製板状部材である。より詳細には、非磁性で、バネ性のあるもの、例えば、燐青銅板又はＳＵＳ ３０４−ＣＳＰ等のステンレス系金属板を用いることができる。

巻線部１は、支持部材２の中間部２０に導電線５を巻装して構成される。導電線５は、巻線部１からつば部２１、２２の表面を通って端子７１、７２へと導かれ、導電線５の端末５１、５２が端子７１、７２に半田付け等の手段で接合される。導電線５は、導電芯線を、絶縁皮膜によって被覆した構造のものが用いられる。導電芯線は、例えば銅線である。絶縁皮膜の構成材料としては、ポリウレタンを挙げることができる。

外装体４は、巻線部１、緩衝層３及び支持部材２を覆っている。外装体４は、熱可塑性絶縁樹脂または熱硬化性樹脂を用い、射出成形等により形成することができる。熱可塑性絶縁樹脂の例としては、液晶ポリマーを挙げることができる。液晶ポリマーは、溶融温度が高く、耐熱性に優れている。熱硬化性樹脂の例としては、ジアリルフタレートを挙げることができる。

緩衝層３は、イミドシリコン樹脂から構成される。緩衝層３は、外装体４と巻線部１との間に介在し、巻線部１を覆っている。図示実施形態の場合、緩衝層３は、巻線部１の導電線５の間に生じる隙間を埋めており、巻線部１が、イミドシリコン樹脂でなる緩衝層３と一体化されている。更に、緩衝層３は、巻線部１から端子７１、７２までの領域で導電線５を覆っている。このような緩衝層３は、外装体４の樹脂成形前に、巻線部１及び導電線５の該当部分にイミドシリコン樹脂を塗布することにより形成することができる。

上述したコイル装置において、外装体４と巻線部１との間には、緩衝層３が介在する。緩衝層３は、外装体４の樹脂成形の際、導電線５の巻き状態が乱れるのを防止する機能を担う。

仮に、緩衝層３を、シリコンアクリレート絶縁樹脂から構成した場合、シリコンアクリレート絶縁樹脂は、分子構造内にエステル基を含んでいるため、ＰＣＴ試験で、加水分解作用を受けてカルボン酸に分解され、導電線５の絶縁皮膜に損傷を与える恐れがある。例えば、導電線の絶縁皮膜が侵食を受け、導体芯線が腐食する恐れがある。

これに対し、本発明では、緩衝層３は、イミドシリコン樹脂から構成される。イミドシリコン樹脂は、分子構造内にエステル基を含まず、加水分解を起こさない。従って、導電線５に損傷を与えることがない。

更に、イミドシリコン樹脂は溶剤タイプであるから、巻線部１にイミドシリコン樹脂を塗布した後、溶剤を揮発させ、塗布膜でなる緩衝層３の層厚を小さくすることができる。従って、コイル装置のリフロー工程の際、外装体４に対する内部応力を低減し、クラックの発生を抑制することができる。

更に、イミドシリコン樹脂を採用することにより、信頼性試験におけるインダクタンスの経時変化、例えば、一定の時間にわたりインダクタンス変化率（ΔＬ／Ｌ）を小さく抑えることができる。

図示実施形態の場合、巻線部１がイミドシリコン樹脂でなる緩衝層３と一体化されているから、外装体４の樹脂成形の際に導電線５が動くことがない。このため、巻線部１の巻き姿態を良好に保ち、安定したインダクタンス値を確保し得る。

更に、図示実施形態のコイル装置は、他の回路素子、例えばキャパシタや抵抗などを備えていない構成となっているが、本発明は、そのような構成に限定されることはなく、キャパシタや抵抗などを備えたコイル装置にも適用することができる。

次に、実験データを挙げて説明する。

＜実験１＞
緩衝層の各種構成材料についてＰＣＴ試験での耐久性を調べた。実際には、緩衝層構成材料と、導電線の絶縁皮膜との相互作用を考慮し、実仕様に近い状態のサンプルを作製した。詳細は次の通りである。

まず、スライドガラス板の表面にポリイミド両面粘着テープを貼り付けた後、粘着テープ上に５つのフェライト基板を一列に配置し、フェライト基板上に２本の導電線を載置した。このようなスライドガラス板を５つ用意し、サンプル１〜５とした。フェライト基板及び導電線は、次のものを用いた。
（１）フェライト基板
材質：Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ材
寸法：２．９×２．９×１．０ｍｍ
（２）導電線
径０．０５０ｍｍのＵＥＷ

次に、各サンプル１〜５について、フェライト基板上に２本の導電線を載置した状態で樹脂を塗布し、所定の硬化条件に従って硬化させた。樹脂及び硬化条件は次の通りとした。

なお、サンプル１について、イミドシリコン樹脂としては、シリコンとイミドとの重量組成比が８０：２０のものを用いた。更に、塗布にあたっては溶剤を加え、固形分と、溶剤との重量組成比を４３：６７とした溶剤タイプを用いた。

次に、各サンプル１〜５を、ＰＣＴ条件（１２１℃、湿度９８％、２気圧）に曝し、サンプルの評価を行った。評価方法としては、外観により導電線の変色を調べた。また、評価結果は次の通りである。

サンプル４では、導電線が茶色または黒色に変色していた。これは、導電線の絶縁皮膜が侵食され、導電芯線が腐食していることを意味する。

また、サンプル５では、エポキシ樹脂の白濁現象が生じた。

これに対し、サンプル１〜３では、導電線に変色はなかった。従って、絶縁皮膜の侵食や導電芯線の腐食がないものと推定される。

次に、サンプル１〜３について塗布膜の膜厚を調べた。

サンプル２、３で用いたシリコン樹脂では、その物性上、粘度を下げることが難しく、塗布膜の膜厚を小さくすることができなかった。塗布膜の膜厚が大きいと、コイル装置の外装体に対する内部応力が増大し、外装体にクラックが生じる恐れがある。

これに対し、サンプル１で用いたイミドシリコン樹脂では、塗布膜の膜厚を小さくすることができた。塗布膜の膜厚が小さいと、コイル装置の外装体に対する内部応力を低減し、外装体のクラック発生を抑制することができる。

従って、発明者らは、イミドシリコン樹脂がＰＣＴ試験に適合していると判断した。

＜実験２＞
次に、図１及び図２に示した構成に従い、緩衝層をイミドシリコン樹脂で構成したコイル装置を用意し、ＰＣＴ試験におけるインダクタンスの経時変化率を調べた。

図３は、ＰＣＴ試験におけるインダクタンスの経時変化率を示すデータである。図３において横軸に投入時間（時間）をとり、縦軸にインダクタンスの変化率（％）をとってある。但し、測定個数ｎは３０である。図３を参照すると、緩衝層をイミドシリコン樹脂で構成したコイル装置は、インダクタンスの変化率ΔＬ／Ｌが±０．５％の範囲に抑えられることがわかる。

本発明に係るコイル装置の一実施形態を示す部分破断斜視図である。 図１に示したコイル装置の正面断面図である。 ＰＣＴ試験におけるインダクタンスの経時変化率を示すデータである。

符号の説明

１ 巻線部
２ 支持部材
３ 緩衝層
４ 外装体
５ 導電線

Claims (6)

1. 支持部材と、巻線部と、外装体と、緩衝層とを含むコイル装置であって、
   前記巻線部は、前記支持部材に導電線を巻装して構成され、
   前記外装体は、樹脂成形体でなり、少なくとも前記巻線部を覆っており、
   前記緩衝層は、前記外装体と、前記巻線部との間に介在し、イミドシリコン樹脂からなる、
   コイル装置。
2. 請求項１に記載されたコイル装置であって、
   前記イミドシリコン樹脂は、シリコンとイミドとの重量組成比が７０：３０〜８０：２０である、
   コイル装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたコイル装置であって、
   前記導電線は、導電芯線の周りに絶縁皮膜を有する、
   コイル装置。
4. 請求項３に記載されたコイル装置であって、
   前記絶縁皮膜は、ウレタンからなる、
   コイル装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載されたコイル装置であって、
   前記外装体は、熱可塑性樹脂からなる、
   コイル装置。
6. 請求項５に記載されたコイル装置であって、
   前記熱可塑性樹脂は、液晶ポリマーである、
   コイル装置。