JP2007234752A - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル部品近傍に位置して回路基板に実装された他の回路部品へのコイル部品発熱の影響を軽減可能なコイル部品及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】トロイダルコア１にコイル２を巻装してなるコイルアセンブリは、一端開口のコイルカバー４に収容され、このコイルカバー４の開口はヒートシンク板３により閉鎖され、内部にゲル７が注入される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、コイル部品及びその製造方法に関し、好適にはチョークコイルなど比較的小型のコイル部品に関する。

チョークコイルなどのインダクタンス素子として用いられる比較的小型のコイル部品は通常、プリント基板などの回路基板に固定されて用いられる。良透磁率を有する環状コア（トロイダルコア）と、この環状コアに巻装されたコイルとからなるコイルアセンブリを深皿状の樹脂容器（コイルカバー又はコイルケースと呼ぶものとする）に収容し、内部に樹脂を注入して封止するケース収容型コイル部品が、これら従来の樹脂封止型コイル部品では、コイルカバーの開口は、固化した樹脂の表面が露出しているか、又はコイルカバーに固定される樹脂製の蓋板により遮蔽されている。

また、小型のコイル部品は、上記コイルカバーを持たず露出して配置されており、コイルの両端が接続された接続端子ピンを、プリント基板やバスバーに半田付けして固定されている。
特開平７−４５４４２号公報 特開２００４−２７３９９５号公報

ますます回路基板上の実装密度が増大しており、単位面積当たりの発熱量が増大している。回路基板に実装されたコイル部品も有力な発熱部品であり、コイル部品に流れる電流量及び周波数の増大によりその周囲に放散する熱量がますます増大する傾向となっていた。

このことは、回路基板に実装されたコイル部品周辺の他の回路素子や回路部品の温度管理及び冷却対策において、隣接するコイル部品の発熱の影響を考慮する必要を生じさせるが、このような考慮は、設計を複雑とするとともに、装置規模及び製造費用の増大を招いていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、コイル部品近傍に位置して回路基板に実装された他の回路部品へのコイル部品発熱の影響を軽減可能なコイル部品及びその製造方法を提供することを、その目的としている。

上記課題を解決するためになされた本発明のコイル部品は、良透磁率を有する環状コアと、前記環状コアに巻装されたコイルとからなるコイルアセンブリと、一端が開口するとともに良好な熱絶縁性を有して前記コイルアセンブリを収容するコイルカバーと、前記コイルカバーに注入されて前記コイル及びコアを囲覆する電気絶縁樹脂材とを備えるコイル部品において、前記コイルに対して電気絶縁可能に前記コイルアセンブリの環状端面に対面する平坦な受熱面を有して前記コイルアセンブリ及びコイルカバーに対して固定されるヒートシンク板を有し、前記コイルカバーは、前記コイルアセンブリの軸方向長以上の軸方向深さを有する深皿形状を有して前記ヒートシンク板に締結されて前記コイルアセンブリの変位を規制し、前記ヒートシンク板は、前記コイルカバーの開口を閉鎖するための蓋板を兼ねることを特徴としている。

すなわち、この発明のコイル部品は、ケース収容型コイル部品であって、特にこのケース（コイルカバー）の開口にヒートシンク板を一体に設けた点をその特徴としている。

本発明のコイル部品は、良好な遮熱性をもつ深皿状のケースの一端開口をヒートシンク板にて閉鎖する構造をもつため、コイル部品の熱はヒートシンク板方向に選択的に放散され、ヒートシンク板を通じて好適な方向へ良好に放散されることができる。これにより、コイル部品近傍の回路部品のうち、コイルカバーに面し、ヒートシンク板に近接しない部位に実装された他の回路部品へのコイル部品発熱の影響は大幅に軽減され、この他の回路部品とコイル部品とを高密度に実装することが可能となる。

また、この発明では、ヒートシンク板がコイルアセンブリ及び環状コアの環状端面に対面配置しているため、コイル及び環状コアの熱は良好にヒートシンク板に放散されることができる。

更に、このヒートシンク板は、コイルカバーの開口を閉鎖する蓋板としてコイルカバー内を密閉するため、コイルカバー内への電気絶縁及び伝熱用の流動性の電気絶縁部材を注入することが容易となり、特にこの電気絶縁部材が固化しないゲル状材であっても良好にその外部への離脱を防ぐことができる。

更に、このヒートシンク板は、コイルカバーの開口を閉鎖する蓋板としてコイルカバー内への水分侵入防止に有効であり、コイルの電気絶縁確保に優れた効果を奏する。また、剛性が高いヒートシンク板を回路基板に実装することにより、コイル部品の耐振性も向上することもできる。

なお、ヒートシンク板の受熱面に熱伝導良好なシート又は層を形成することが好適であることは周知の技術事項である。

好適な態様において、前記コイルカバーは、樹脂成形品により構成されている。これにより、コイルとの電気絶縁性の確保及び遮熱性の確保を容易に行うことができる。

好適な態様において、前記コイルカバーは、前記コイルに触れることなく前記環状コアの外周面に直接接触して前記環状コアの変位を規制するコア押さえ部を有する。このようにすれば、ヒートシンク板に固定されたコイルカバーがコイルを介することなくコアを機械的に支持するため、コアとヒートシンク板との相対変位を良好に防止することができ、振動がコイルに悪影響を与えるのも抑止することができる。

好適な態様において、前記環状コアは、略方形の磁路直角断面形状を有し、前記環状コアの一端面は、前記ヒートシンク板の前記受熱面に平行に対面している。このようにすれば、環状コア及びそれに巻装されたコイルとヒートシンク板との間の平均距離を短縮できるため、電気絶縁部材の量を減らせるとともに、コイルアセンブリからヒートシンク板への放熱性向上が可能となる。

好適な態様において、前記コイルの両端部は、前記コイルカバーの環状底面に貫設された端子孔から軸方向に引き出されている。このようにすれば、組み立て時に簡単にコイル両端部を外部に引き出すことが可能となる。

好適な態様において、前記コイルカバーの中央部は、前記環状コアの中央孔を貫通する螺子が貫通する孔を有し、前記螺子は、前記コイルカバーの孔及び前記環状コアの中央孔を貫通して前記ヒートシンク板に螺入されている。これにより、体格増大を抑止しつつコイルカバーとヒートシンク板との一体化を実現することができる。

好適な態様において、前記コイルカバーの中央部は、前記環状コアの中央孔に向けて窪んでいる。これにより、この窪みに上記締結用の螺子を配置することができるため、体格縮小が可能となる。

好適な態様において、前記電気絶縁樹脂材は、ゲル状の形態を有する。これにより、コイルアセンブリからヒートシンク板への熱伝達性能を向上することができるとともに、コイルのターン間の電気絶縁性能やコイルとヒートシンク板との間の電気絶縁性能を向上することができる。

好適な態様において、前記コイルカバーは、前記コイルカバーと前記ヒートシンク板とに区画された密閉空間に前記電気絶縁部材を注入するための注入孔及び空気抜き孔を有する。このようにすれば、内部に空気を残留させることなく、電気絶縁部材を素早く注入することができる。

本発明のコイル部品の製造方法は、前記コイルカバーが、前記コイルアセンブリの軸方向長より大きな軸方向深さを有する深皿形状を有し、前記コイルカバー及び前記ヒートシンク板により前記コイルアセンブリを密閉した後、前記ヒートシンク板と前記コイルとの間に隙間を確保した状態にて前記コイルカバー及び前記ヒートシンク板との間の密閉空間に液状又はゲル状の前記電気絶縁部材を注入することを特徴としている。ただし、この場合には、所定の樹脂スペーサを用いるかあるいは電気絶縁部材を固化させることにより、注入後もコイルアセンブリとヒートシンク板との間の上記隙間が確保される必要がある。すなわち、この発明では、電気絶縁部材がコイルとヒートシンク板との間に配置されるため、ヒートシンク板の受熱面に熱伝導性シートを配置することを省略することができる。

既述した本発明のコイル部品の好適な実施形態を以下に説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定解釈されるべきではなく、本発明の技術思想をその他の技術の組み合わせにより実現してもよいことはもちろんである。

（実施形態１）
実施形態１のコイル部品を図１及び図２を参照して説明する。図１はコイルカバーの筒部を切断した模式平面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視模式断面図である。

このコイル部品は、チョークコイルであって、電気絶縁性かつ軟磁性を有するトロイダルコア（環状コア）１と、トロイダルコア１に巻装されたコイル２とからなるコイルアセンブリと、このコイルアセンブリが載置されたアルミ製のヒートシンク板３と、コイルアセンブリに被せられてヒートシンク板３に締結された樹脂製のコイルカバー４とを有している。５はヒートシンク板３の受熱面６に敷設された電気絶縁性かつ良熱伝導性の熱伝導シートであり、コイルアセンブリは熱伝導シート５を介して受熱面６に載置されている。ヒートシンク板３とコイルカバー４とにより密閉されるコイルアセンブリ収容空間にはゲル（電気絶縁部材）７が充填されている。以下、各部材について更に詳しく説明する。

トロイダルコア１は、磁路直角方向断面が略正方形に形成されており、そのヒートシンク板側の平坦な環状端面はコイル２を介して熱伝導シート５に対面している。トロイダルコア１の略正方形の磁路直角方向断面において角部は円弧状に面取りされている。

コイルカバー４は、底付き円筒形状の筒部４１と、この筒部４１の開口縁から互いに逆方向かつヒートシンク板３の受熱面６に沿って延在する鍔板部４２とを有している。鍔板部４２は、螺子８によりヒートシンク板３に締結されている。コイルカバー４の筒部４１の深さは、コイルカバー４をヒートシンク板３に締結した際に、コイルカバー４の内底面がコイル２を所定の力で熱伝導シート５に押しつけることができる寸法に設定されており、この際の寸法ばらつきは熱伝導シート５の弾性圧縮や筒部４１の撓みにより吸収可能となっている。これにより、コイルアセンブリのヒートシンク板３の厚さ方向（トロイダルコア１の軸方向）における変位が防止されている。また、コイルカバー４の筒部４１の内径は、コイルアセンブリを所定の押し込み力でコイルカバー４内に押し込める寸法に形成されており、寸法誤差はコイルカバー４の筒部４１の撓みなどにより吸収可能となっている。コイルカバー４は、コイル２やトロイダルコア１の熱が反ヒートシンク板側及び軸直角方向へ放散されるのを防止して、コイルカバー４近傍の他の電子部品が加熱されるのを防止する機能と、コイルアセンブリを機械的に保護する機能と、ゲル７を保持する機能と、コイルアセンブリの防水機能とを奏している。

ヒートシンク板３は、コイルカバー４の筒部４１の開口を閉鎖する蓋板としての機能と、コイル２やトロイダルコア１の熱を選択的に吸収する機能と、コイルカバー４を通じてコイルアセンブリを機械的に支持し、外力から保護する機能とを有している。

２１、２２は、コイルカバー４の底面に設けられた端子孔４３、４４を通じて外部に引き出されたコイル２の先端部分であり、図示しない一対の端子に個別に接続されている。なお、この一対の端子はインサート成形などにより、コイルカバー４に一体に形成されることができる。端子孔４３、４４は軸方向に開口しているため、コイルアセンブリをコイルカバー４内に押し込む際に容易に端子孔４３、４４から引き出すことができる。コイル２の先端部分２１、２２を端子孔４３、４４から引き出した後、端子孔４３、４４は接着剤などにより封止されることが好適である。

（実施形態２）
実施形態２のコイル部品を図３〜図５を参照して説明する。図３はコイル部品の模式内部透視平面図、図４は図３のＡ−Ａ線矢視模式透視図、図５は図３のＡ−Ａ線矢視模式断面図である。

この実施形態は、既述した実施形態１のコイルカバー４から鍔板部４２を省略し、コイルカバー４の中央部に窪み部４５を設け、窪み部４５を螺子８によりヒートシンク板３に締結した点にその特徴を有する。更に詳しく説明すると、コイルカバー４の筒部４１の底面中央から軸方向へ窪んだ窪み部４５は、コイルアセンブリの中央孔を貫通して熱伝導シート５に密着している。底付き円筒形状の窪み部４５の底面は熱伝導シート５に密着し、底付き円筒形状の窪み部４５の底面は螺子８により熱伝導シート５を貫通してヒートシンク板３に締結されている。

この実施形態では、コイルアセンブリはコイルカバー４の筒部４１と窪み部４５とに挟まれて配置されるため、コイル部品の体格を実施形態１の鍔板部４２の分だけ縮小することが可能となる。また、コイルアセンブリをコイルカバー４内に押し込む際、筒部４１の側壁と、窪み部４５の側壁とが弾性変形することができるため、コイルアセンブリはコイルカバー４に強固に固定されることができ、コイルアセンブリがヒートシンク板３の受熱面６と平行方向へずれるのを一層良好に防止することができる。

更に、この実施形態では、コイルカバー４の開口縁に近接して軸方向ヒートシンク向きに突出する位置決め用のピン９０を有している。ヒートシンク板３の受熱面６にはこのピン９が嵌入される位置決め穴３１が凹設されている。このピン９０を位置決め穴３１に嵌入することにより、コイルカバー４の周方向位置決めを行うことができ、コイル２の先端部分２１、２２を端子孔４３、４４から容易に引き出すことができる。

（変形態様）
実施形態２のコイル部品の変形態様を図６〜図７を参照して説明する。図６はコイル部品の模式平面図、図７は図６の模式側面図である。

この変形態様は、実施形態２のコイル部品において、コイルカバー４に位置決め穴をもつ輪状突起４６を設け、ヒートシンク板３にピン状突起３２を立設したものである。コイルカバー４の輪状突起４６にピン状突起３２を嵌入させることにより、実施形態２と同様の周方向における位置決めを行うことができる。

（実施形態３）
実施形態３のコイル部品を図８〜図９を参照して説明する。図８はコイル部品の模式平面図、図９は図８の模式側面断面図である。

この実施形態は、実施形態２のコイルカバー４の底板外周部に樹脂注入孔４７と、空気逃がし孔４８とを貫孔したものである。コイルカバー４をヒートシンク板３に締結した後、樹脂注入孔４７からゲルを注入する。これにより、コイルカバー４の内部の空気は空気逃がし孔４８から排出され、容易にゲル注入を行うことができる。

製造工程を具体的に説明すると、コイルアセンブリをコイルカバー４に収容してヒートシンク板３に締結した後、樹脂注入孔４７と空気逃がし孔４８とを水平に保って樹脂注入孔４７からゲル７を注入すればよい。

（変形態様）
この変形態様は、上記した樹脂注入孔４７と空気逃がし孔４８を省略したものである。

コイルアセンブリをコイルカバー４に収容し、コイルカバー４の開口を上方としてゲル７又は液状樹脂をコイルカバー４内に注入する。この時、コイルカバー４の開口端はコイルアセンブリよりも高くなっている。次に、ゲルを用いる場合には、この姿勢で、ヒートシンク板３をコイルカバー４の開口に載せ、締結を行う。液状樹脂を用いる場合には、その固化後に熱伝導グリスを塗ってからコイルカバー４をヒートシンク板３に締結すればよい。このようにすれば、コイル２とヒートシンク板３との間に隙間を確保することができ、かつ、この隙間にゲル又は硬化した樹脂層を介在させることができるので、熱伝導シート５を省略することができる。なお、ゲルを用いる場合には、コイル２とヒートシンク板３との間の隙間を確保する必要がある。この隙間確保には樹脂スペーサを用いることが好適である。

（実施形態４）
実施形態４のコイル部品を図１０〜図１１を参照して説明する。図１０はコイル部品の模式平面図、図９は図８の模式側面断面図である。

この実施形態は、実施形態２のトロイダルコア１の一部領域にはコイル２を巻かず、断面がコ字状の樹脂スペーサ９を２個配置し、更に、これらスペーサ９の開口を塞ぐ樹脂スペーサ１０を２つ配置したものである。

各樹脂スペーサ９はそれぞれ、円弧状の底板部９０と、この底板部９０の両端からトロイダルコア１の外周面と内周面に接触しつつヒートシンク板３側に延在する側板部９１、９２とからなる。側板部９１、９２の先端は熱伝導シート５に当接している。樹脂スペーサ１０は、側板部９１、９２の間にて熱伝導シート５とトロイダルコア１の間に配置されている。

これにより、トロイダルコア１は、コイル２を介在することなく、コイルカバー４及びヒートシンク板３により当接することができ、コイルカバー４をヒートシンク板３に締結した時、コイル２が押圧されたり、トロイダルコア１が、径方向へ摺動変位するのが防止される。なお、樹脂スペーサ１０の省略も可能である。

また、二つの樹脂スペーサ９は、トロイダルコア１の外周面におけるコイル巻装領域を二つに分割するため、コイル２を二つに分割される。これら二つに分割されたコイル２は、外部で直列又は並列に接続されることができ、あるいは別々の端子に接続されることができる。あるいは、樹脂スペーサ９又は１０の表面に設けた溝を通じてこれ二つのコイルを連ねても良い。

（変形態様）
この実施形態４では、樹脂スペーサ９をコイルカバー４と別体に作製したが、これら両者を一体に作製してもよいことは明白である。つまり、この実施形態及びその変形態様は、コイルカバー４がトロイダルコア１をその軸方向及び径方向に押圧する構造を採用した点にその特徴を有する。上記樹脂スペーサ９は、複数のコイルの空間分離機能も果たす。

実施形態１のコイルカバーの筒部を切断した模式平面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視模式断面図である。 実施形態２のコイル部品の模式内部透視平面図である。 図３のＡ−Ａ線矢視模式透視図である。 図３のＡ−Ａ線矢視模式断面図である。 変形態様のコイル部品の模式平面図である。 図６の模式側面図である。 実施形態３のコイル部品の模式平面図である。 図８の模式側面断面図である。 実施形態４のコイル部品の模式平面図である。 図８の模式側面断面図である。

符号の説明

１ トロイダルコア
２ コイル
３ ヒートシンク板
４ コイルカバー
５ 熱伝導シート
６ 受熱面
７ ゲル
８ 螺子
９ 樹脂スペーサ
１０ 樹脂スペーサ
２１ 先端部分
３１ 位置決め穴
３２ ピン状突起
４１ 筒部
４２ 鍔板部
４３ 端子孔

Claims (10)

1. 良透磁率を有する環状コアと、前記環状コアに巻装されたコイルとからなるコイルアセンブリと、一端が開口するとともに良好な熱絶縁性を有して前記コイルアセンブリを収容するコイルカバーと、前記コイルカバーに注入されて前記コイル及びコアを囲覆する電気絶縁樹脂材とを備えるコイル部品において、
   前記コイルに対して電気絶縁可能に前記コイルアセンブリの環状端面に対面する平坦な受熱面を有して前記コイルアセンブリ及びコイルカバーに対して固定されるヒートシンク板を有し、
   前記コイルカバーは、前記コイルアセンブリの軸方向長以上の軸方向深さを有する深皿形状を有して前記ヒートシンク板に締結されて前記コイルアセンブリの変位を規制し、
   前記ヒートシンク板は、前記コイルカバーの開口を閉鎖するための蓋板を兼ねることを特徴とするコイル部品。
2. 請求項１記載のコイル部品において、
   前記コイルカバーは、樹脂成形品により構成されているコイル部品。
3. 請求項２記載のコイル部品について、
   前記コイルカバーは、前記コイルに触れることなく前記環状コアの外周面に直接接触して前記環状コアの変位を規制するコア押さえ部を有するコイル部品。
4. 請求項２記載のコイル部品において、
   前記環状コアは、略方形の磁路直角断面形状を有し、前記環状コアの一端面は、前記ヒートシンク板の前記受熱面に平行に対面しているコイル部品。
5. 請求項２記載のコイル部品において、
   前記コイルの両端部は、前記コイルカバーの環状底面に貫設された端子孔から軸方向に引き出されているコイル部品。
6. 請求項２記載のコイル部品において、
   前記コイルカバーの中央部は、前記環状コアの中央孔を貫通する螺子が貫通する孔を有し、前記螺子は、前記コイルカバーの孔及び前記環状コアの中央孔を貫通して前記ヒートシンク板に螺入されているコイル部品。
7. 請求項６記載のコイル部品において、
   前記コイルカバーの中央部は、前記環状コアの中央孔に向けて窪んでいるコイル部品。
8. 請求項２記載のコイル部品において、
   前記電気絶縁樹脂材は、ゲル状の形態を有するコイル部品。
9. 請求項２記載のコイル部品において、
   前記コイルカバーは、前記コイルカバーと前記ヒートシンク板とに区画された密閉空間に前記電気絶縁部材を注入するための注入孔及び空気抜き孔を有するコイル部品。
10. 請求項２記載のコイル部品の製造方法において、
    前記コイルカバーは、前記コイルアセンブリの軸方向長より大きな軸方向深さを有する深皿形状を有し、
    前記コイルカバー及び前記ヒートシンク板により前記コイルアセンブリを密閉した後、前記ヒートシンク板と前記コイルとの間に隙間を確保した状態にて前記コイルカバー及び前記ヒートシンク板との間の密閉空間に液状又はゲル状の前記電気絶縁部材を注入することを特徴とするコイル部品の製造方法。

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