JP2007115761A - 巻線型コイル及びその巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狙いのインダクタンスを容易に取得可能で、しかも、インダクタンスのバラツキが極めて少ない巻線型コイル及びその巻線方法を提供する。
【解決手段】巻線型コイル１は、コア２と電極３と巻線４とコーティング樹脂７とを具備する。具体的には、巻芯５に巻回された巻線４を、密巻部分４Ａと粗巻部分４Ｂとで構成し、粗巻部分４Ｂの巻数を３ターン、密巻部分４Ａの巻数を８ターンに設定した。
好ましくは、粗巻部分４Ｂの巻数を２ターン又は３ターンに設定し、密巻部分４Ａの巻数を巻線４全体の４０％〜９４％に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、コアに導線を巻回してなる巻線型コイル及びその巻線方法に関するものである。

従来、巻線型コイルとしては、例えば、特許文献１に開示のインダクタがある。
この巻線型コイルは、アルミナ等の材料で形成したコアに導線を巻回したもので、導線の始端及び終端から１ターン目と２ターン目の導線間に隙間を設け、当該２ターン目以降の導線を密に巻回した構成になっている。これにより、ショート不良の発生抑制等を行うようにしている。

特開２００２−３３４８０７号公報

しかし、上記した従来の巻線型コイルでは、コアに巻回された導線のうち、粗巻の部分は、導線の始端及び終端から１ターン目のみであるので、狙いのインダクタンスを有した巻線型コイルを得ることが困難である。かといって、粗巻部分の巻数を多くして、狙いのインダクタンスを容易に取得可能な構造にすると、製造される巻線型コイルのインダクタンスに大きなバラツキが生じてしまう。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、狙いのインダクタンスを容易に取得可能で、しかも、インダクタンスのバラツキが極めて少ない巻線型コイル及びその巻線方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、巻芯及びこの巻芯の長さ方向両端部に設けられた１対の鍔を有してなるコアと、各鍔にそれぞれ形成された電極と、一方端部が１対の鍔のうちの一方の鍔に形成された電極に接合された状態で巻芯に巻回され且つ他方端部が他方の鍔に形成された電極に接合された導線とを具備する巻線型コイルであって、巻芯に巻回された導線を、導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに形成した粗巻部分と、残りの密巻部分とで構成し、粗巻部分の巻数を、２ターン又は３ターンのいずれかに設定した構成とする。
かかる構成により、高周波電流を、コアの鍔に形成された電極を通じて巻芯に巻回された導線に導通させると、巻線型コイルがインダクタンスを発揮し、チョークコイルやフィルタ等のコイルとして機能する。このとき、粗巻部分が、導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに形成され、しかも、粗巻部分の巻数が、２ターン又は３ターンのいずれかに設定されているので、この巻線型コイルは、狙いのインダクタンスを有しており、しかも、各巻線型コイル毎のインダクタンスのバラツキが極めて少ない。

請求項２の発明は、請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、密巻部分の巻数は、導線の全巻数の４０％〜９４％に設定した構成とする。
かかる構成により、密巻部分の巻数を全巻数の４０％〜９４％の範囲で変化させることで、インダクタンスのバラツキを抑制することができる。

また、請求項３の発明は、長さ方向両端部に１対の鍔を有したコアの巻芯に、導線を巻回する巻線型コイルの巻線方法であって、導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに、２ターン又は３ターンの粗巻部分を形成する粗巻工程と、粗巻部分を除く部分に、密巻部分を形成する密巻工程と、巻芯に巻回された導線の両端部を、１対の鍔にそれぞれ形成された電極に接合して、切断する切断工程とを具備する構成とした。
かかる構成により、粗巻工程において、２ターン又は３ターンの粗巻部分が導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに形成され、密巻工程において、密巻部分が粗巻部分を除く部分に形成される。そして、切断工程によって、巻芯に巻回された導線の両端部が、１対の鍔にそれぞれ形成された電極に接合されて切断される。
を具備する

請求項４の発明は、請求項３に記載の巻線型コイルの巻線方法において、密巻工程は、密巻部分の巻数が導線の全巻数の４０％〜９４％になるように、導線を巻回する構成とした。
かかる構成により、密巻工程においては、密巻部分の巻数が導線の全巻数の４０％〜９４％になるように、導線が巻回される。

以上詳しく説明したように、請求項１ないし請求項４の発明によれば、粗巻部分を、導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに形成し、しかも、粗巻部分の巻数を、２ターン又は３ターンのいずれかに設定したので、狙いのインダクタンスを有した巻線型コイルを取得することができると共に、インダクタンスのバラツキが極めて少ない巻線型コイルを大量生産することができるという優れた効果がある。
特に、請求項２及び請求項４の発明によれば、密巻部分の巻数を全巻数の４０％〜９４％の範囲で変化させることで、インダクタンスのバラツキを抑制することができるという効果がある。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施例に係る巻線型コイルを示す斜視図であり、図２は、巻線型コイルの側面図であり、図３は、巻線型コイルの下面図である。
図１に示すように、この実施例の巻線型コイル１は、チップ型の微小コイル部品であり、コア２と、電極３と、導線である巻線４と、コーティング樹脂７とを具備する。

コア２は、例えばアルミナ等の材料で形成されており、四角柱状の巻芯５と、この巻芯５の両端部に設けられた鍔６，６とを有している。
１対の鍔６，６は、巻芯５よりも大径の矩形板状をなし、図２に示すように、巻芯５の長さ方向（図２の左右方向）の両端部に形成されている。これにより、コア２は、鍔６，６の上面６０が巻芯５の上面５０から突出したボビン形状をなす。

電極３は、図３に示すように、１対の鍔６，６の下面部にそれぞれ形成されている。この電極３は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等による膜層とその上に形成されたＮｉ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ等によるメッキ膜層とによって構成されている。

巻線４は、その一方端部４１が一方の鍔６の電極３に接合され、他方端部４２が他方の鍔６の電極３に接合された状態で巻芯５に巻回されている。
具体的には、図２及び図３に示すように、巻芯５に巻回された巻線４を、巻線４の巻終わり部分（図の左側部分）に形成した粗巻部分４Ｂと、粗巻部分４Ｂを除いた部分に形成した密巻部分４Ａとで構成した。そして、この実施例では、粗巻部分４Ｂの巻数を３ターンに設定し、密巻部分４Ａの巻数を８ターンに設定した。すなわち、密巻部分４Ａの巻数を巻線４の全巻数の約７３％に設定した。

このように、密巻部分４Ａと粗巻部分４Ｂとの巻数を設定した理由は次の通りである。
図４は、実験データを示す表図である。
発明者等は、狙いのインダクタンスが２７ｎＨ（ナノヘンリ）で、巻線４の直径が３０μｍ（ミクロン）である全巻数９ターンの巻線型コイルについて、密巻部分４Ａ，粗巻部分４Ｂの巻数比を異ならしめて、９種類の巻線型コイルＣ１〜Ｃ９を用意した。そして、各種類の巻線型コイルＣ１（Ｃ２〜Ｃ９）について、複数ロット毎のインダクタンス平均（ｎＨ）とインダクタンスの相対的なバラツキを示す変動係数ＣＶ（Coefficient of Variation）（％）とを実測したところ、図４に示すような結果を得た。
図４に示すように、密巻部分４Ａの巻数「９」，粗巻部分４Ｂの巻数「０」の完全密巻品である巻線型コイルＣ１のインダクタンスの変動係数ＣＶが「０．８０％」であり、変動係数ＣＶが最も小さい。そして、巻線型コイルＣ２〜Ｃ９のように、粗巻部分４Ｂの巻数が多くなるに従って、変動係数ＣＶが大きくなってしまう。したがって、変動係数ＣＶの点だけを考慮すると、密巻部分４Ａの巻数が多く、しかも粗巻部分４Ｂの巻数が少ないほど良好といえる。

しかし、粗巻部分４Ｂの巻数があまり少ないと、インダクタンス平均が狙いのインダクタンス（２７ｎＨ）から大きく外れてしまう。例えば、完全密巻品である巻線型コイルＣ１では、インダクタンス平均が「２９．５４６ｎＨ」であり、巻線型コイルＣ２では、「２７．５５９ｎＨ」である。
これに対して、巻線型コイルＣ３〜Ｃ９、即ち粗巻部分４Ｂの巻数が２ターン以上の巻線型コイルでは、インダクタンス平均が狙いのインダクタンス２７ｎＨの前後になり、好ましい結果を得ている。

このように、粗巻部分４Ｂの巻数が１ターン以下の場合に、インダクタンス平均が狙いのインダクタンスから大きく外れる理由は、次の通りである。
図５は、粗巻部分４Ｂの巻数が１ターンの巻線型コイルのインダクタンスが狙いのインダクタンスから外れる理由を説明するための概略図であり、図５（ａ）は粗巻部分４Ｂが３ターンの巻線型コイルＣ４を示し、図５（ｂ）は粗巻部分４Ｂが２ターンの巻線型コイルＣ３を示し、図５（ｃ）は粗巻部分４Ｂが１ターンの巻線型コイルＣ２を示し、図５（ｄ）は両端が１ターンの粗巻部分４Ｂを有する巻線型コイルを示す。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、粗巻部分４Ｂの巻数が３ターンの巻線型コイルＣ４に巻回された巻線４の左側巻幅を示す点Ｐ４−Ｐ４′間距離と、２ターンの巻線型コイルＣ３に巻回されている巻線４の左側巻幅を示すＰ３−Ｐ３′間距離とは等しい。また、巻線型コイルＣ４の巻線４の右側巻幅を示すＱ４−Ｑ４′間距離と、巻線型コイルＣ３の巻線４の右側巻幅を示すＱ３−Ｑ３′間距離もほぼ等しい。このため、巻線型コイルＣ３，Ｃ４のインダクタンス平均には差がさほど生じない。
そして、粗巻部分４Ｂの巻数が１ターンの巻線型コイルＣ２においても、図５（ｃ）に示すように、巻線４の左側巻幅を示す点Ｐ２−Ｐ２′間距離は、巻線型コイルＣ３，Ｃ４のＰ４−Ｐ４′間距離，Ｐ３−Ｐ３′間距離と等しい。しかしながら、巻線４の右側巻幅を示すＱ２−Ｑ２′間距離は、巻線型コイルＣ３，Ｃ４のＱ４−Ｑ４′間距離，Ｑ３−Ｑ３′間距離よりも著しく短くなってしまう。そして、巻線型コイルＣ２の巻線４のＱ２−Ｑ２′間距離が、巻線型コイルＣ３，Ｃ４のＱ４−Ｑ４′間距離，Ｑ３−Ｑ３′間距離と等しくなるように、巻線４を巻芯５に巻回することは構造上不可能である。この結果、巻線型コイルＣ２のインダクタンスが巻線型コイルＣ３，Ｃ４のインダクタンスと異なってしまい、巻線型コイルＣ３，Ｃ４が狙いのインダクタンスに近いインダクタンスを取得しているにも拘わらず、巻線型コイルＣ２のインダクタンスが狙いのインダクタンスから大きく外れてしまうという事態が生じるのである。
図５（ｄ）は、上記従来の巻線型コイルと同構造の巻線型コイルを示している。
この巻線型コイルでは、巻線４の右側巻幅を示す点Ｑ−Ｑ′間距離が巻線型コイルＣ３，Ｃ４のＱ４−Ｑ４′間距離，Ｑ３−Ｑ３′間距離と等しいが、巻線４の左側巻幅を示す点Ｐ−Ｐ′間距離が巻線型コイルＣ３，Ｃ４のＰ４−Ｐ４′間距離，Ｐ３−Ｐ３′間距離よりも短くなってしまう。このため、巻線型コイルＣ２と同様に、狙いのインダクタンスを取得することができない。
なお、図示していないが、完全密巻品である巻線型コイルＣ１においては、巻線４の左側巻幅も右側巻幅も、巻線型コイルＣ３，Ｃ４のそれらに比べて遙かに短くなるので、この巻線型コイルＣ１のインダクタンスは、狙いのインダクタンスから巻線型コイルＣ２よりも大きく外れてしまうものと推考することができる。

以上から、発明者等は、インダクタンスの変動係数ＣＶが１％前後で且つ狙いのインダクタンスに近いインダクタンス平均を得ることができる巻線型コイルとして、巻線型コイルＣ３，Ｃ４が好ましいと判断した。そこで、巻線４の粗巻部分４Ｂの巻数が２ターン又は３ターンの巻線型コイルを発明の対象とした。そして、この実施例では、粗巻部分４Ｂが３ターンの巻線型コイル１を例示した。また、インダクタンスのバラツキを考慮して、巻線４全体に対する密巻部分４Ａの割合を４０％〜９４％の範囲内に設定することとし、この実施例では、密巻部分４Ａの巻線４に対する割合を約７４パーセントに設定した巻線型コイル１を例示した。

図１において、コーティング樹脂７は、例えば、エポキシ系の樹脂であり、巻線４を覆うように巻芯５の上面５０と鍔６，６の上面６０，６０とに塗布されている。これにより、巻線４がコーティング樹脂７によって保護される。

次に、この実施例の巻線型コイル１の巻線方法について説明する。
なお、この巻線方法は、この発明に係る巻線型コイルの巻線方法を具体的に実行するものである。
図６は、密巻工程を示す工程図であり、図７は、粗巻工程を示す工程図であり、図８は、切断工程を示す概略図である。
この巻線方法は、密巻工程と粗巻工程と切断工程とを備えている。
密巻工程は、巻線４に密巻部分４Ａを形成するための工程である。
具体的には、図６（ａ）に示すように、ノズル１００で導線４′を引っ張って、その先端部分を図面上方の電極３に当接する。そして、ノズル１００を巻芯５側に位置させた状態で、図６（ｂ）に示すように、電極３が左側に回転するように、コア２全体を中心線Ｌの周りで回転させる。すると、導線４′が電極３に係合すると共に、コア２の側面に当接する。図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、さらに、コア２を回転させると、導線４′が巻芯５の周りに巻き付いて１ターン目が作られる。しかる後、ノズル１００を導線４′のほぼ太さ分だけ、下方に移動させて、コア２全体を１回転させることで、２ターン目が作られる。以後同様に、図６（ｅ）に示すように、ノズル１００を狭ピッチで移動させながらコア２を回転させることで、８ターンの密巻部分４Ａを形成する。

密巻工程を終了後、粗巻工程を実行する。
粗巻工程は、巻線４に粗巻部分４Ｂを形成するための工程である。
具体的には、図７（ａ）に示すように、コア２の巻芯５に密巻部分４Ａを形成した後、図７（ｂ）に示すように、ノズル１００を広ピッチで、図面下方に移動させながら、コア２を回転させ、導線４′を広ピッチで巻芯５の周りに巻き付けることで、３ターンの粗巻部分４Ｂを形成する。

粗巻工程を終了後、切断工程を実行する。
上記密巻工程及び粗巻工程を終了すると、図８に示すように、コア２の巻芯５に密巻部分４Ａと粗巻部分４Ｂとで構成された巻線４が形成される。そこで、ノズル１００をコア２の下方に位置させて、ノズル１００側の導線４′を下方の電極３（図８の下側の電極）に当接する。かかる状態で、両側の電極３，３上に当接している導線部分を電極３，３に圧着した後、導線４′を圧着部分から切断することで、一方端部４１及び他方端部４２が電極３，３に接続され、且つ密巻部分４Ａ及び粗巻部分４Ｂで構成された巻線４が導線４′から分離される。これにより、当該切断工程が終了する。
かかる切断工程終了後、コーティング樹脂７（図１参照）を塗布することで、巻線型コイル１が完成する。

かかる構成により、巻線型コイル１を図示しない基板等に実装し、高周波電流を、巻線型コイル１の電極３，３を通じて、巻線４に導通させると、巻線型コイル１が、チョークコイルやフィルタ等のコイルとして機能する。このとき、巻線４が８ターンの密巻部分４Ａと３ターンの粗巻部分４Ｂとで構成されているので、巻線型コイル１が、狙いのインダクタンスに近いインダクタンスを発揮する。しかも、量産された巻線型コイル１のどの巻線型コイル１を使用しても、狙いのインダクタンスに近いインダクタンスを発揮し、巻線型コイル１毎のインダクタンスのバラツキが極めて少ない。
このように、この実施例の巻線型コイル１によれば、狙いのインダクタンスを取得することができる。しかも、量産時に、インダクタンスのバラツキが極めて少ない。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第実施例では、粗巻部分４Ｂを巻線４の巻終わり部分に形成したが、巻初め部分に形成しても良い。かかる場合における巻線方法は、粗巻工程を最初に実行し、しかる後、密巻工程を実行することとなる。
また、上記実施例では、粗巻部分４Ｂを３ターンに設定したが、２ターンに設定することもできることは勿論である。
また、上記実施例では、密巻部分４Ａを８ターンに設定したが、これに限定されるものではなく、ターン数は任意である。但し、密巻部分４Ａの巻数は、巻線４の全巻数の４０％〜９４％に設定することが好ましい。
また、上記実施例では、コア２の鍔６，６を巻芯５より大径にして、各鍔６の上面及び下面だけでなく、側面も巻芯５の側面から突出した形状にしたが、鍔６，６の側面が巻芯５の側面と面一な巻線型コイル１をこの発明の範囲から除外する意ではない。

この発明の一実施例に係る巻線型コイルを示す斜視図である。 巻線型コイルの側面図である。 巻線型コイルの下面図である。 実験データを示す表図である。 粗巻部分の巻数が１ターンの巻線型コイルのインダクタンスが狙いのインダクタンスから外れる理由を説明するための概略図であり、図５（ａ）は粗巻部分が３ターンの巻線型コイルを示し、図５（ｂ）は粗巻部分が２ターンの巻線型コイルを示し、図５（ｃ）は粗巻部分が１ターンの巻線型コイルを示し、図５（ｄ）は両端が１ターンの粗巻部分を有する巻線型コイルを示す。 密巻工程を示す工程図である。 粗巻工程を示す工程図である。 切断工程を示す概略図である。

符号の説明

１…巻線型コイル、 ２…コア、 ３…電極、 ４…巻線、 ４′…導線、 ４Ａ…密巻部分、 ４Ｂ…粗巻部分、 ５…巻芯、 ６…鍔、 ７…コーティング樹脂、 ４１…一方端部、 ４２…他方端部、 ５０，６０…上面、 １００…ノズル。

Claims (4)

1. 巻芯及びこの巻芯の長さ方向両端部に設けられた１対の鍔を有してなるコアと、上記各鍔にそれぞれ形成された電極と、一方端部が上記１対の鍔のうちの一方の鍔に形成された電極に接合された状態で上記巻芯に巻回され且つ他方端部が他方の鍔に形成された電極に接合された導線とを具備する巻線型コイルであって、
   上記巻芯に巻回された導線を、導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに形成した粗巻部分と、残りの密巻部分とで構成し、
   上記粗巻部分の巻数を、２ターン又は３ターンのいずれかに設定した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
2. 請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、
   上記密巻部分の巻数は、導線の全巻数の４０％〜９４％に設定した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
3. 長さ方向両端部に１対の鍔を有したコアの巻芯に、導線を巻回する巻線型コイルの巻線方法であって、
   上記導線の巻初め部分又は巻終わり部分のいずれかに、２ターン又は３ターンの粗巻部分を形成する粗巻工程と、
   上記粗巻部分を除く部分に、密巻部分を形成する密巻工程と、
   上記巻芯に巻回された導線の両端部を、上記１対の鍔にそれぞれ形成された電極に接合して、切断する切断工程と
   を具備することを特徴とする巻線型コイルの巻線方法。
4. 請求項３に記載の巻線型コイルの巻線方法において、
   上記密巻工程は、上記密巻部分の巻数が導線の全巻数の４０％〜９４％になるように、導線を巻回する、
   ことを特徴とする巻線型コイルの巻線方法。

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