JP2011082463A

JP2011082463A - コイル部品及びその製造方法

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Publication number: JP2011082463A
Application number: JP2009235741A
Authority: JP
Inventors: Hisao Tomonari; 寿緒友成; Miki Kusakabe; 三紀日下部; Toshihiro Kuroshima; 敏浩黒嶋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP5141659B2

Abstract

【課題】共振周波数を低周波側にシフトさせ、これにより所望の周波数において高いインピーダンスを得ることが可能なコイル部品を提供する。
【解決手段】コイル部品１０は、ドラムコア１１と、３層以上に重ねてドラムコア１１の巻芯部１１ａに巻回された巻線１２と、ドラムコアの鍔部１１ｂ，１１ｃに設けられた端子電極１３とを備えており、１層目の巻線は第１のターン数で巻回されており、２層目の巻線は前記第１のターン数よりも２ターン以上少ない第２のターン数で巻回されている。２層目の巻線１２のターン数は自己共振周波数に大きく影響しており、２層目のターン数を１層目よりも２ターン以上少ない適切なターン数とすることにより自己共振周波数が所望の周波数帯に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品及びその製造方法に関し、特に、コイル部品の多層巻線構造に関するものである。

コイル部品においてインダクタンスを高める最も基本的な方法は巻線のターン数を増やすことであり、特にコイル部品の小型化の観点から多層巻線構造が好ましく採用されている。例えば特許文献１には、ドラムコアの巻芯部に巻線を多層巻きしたコイル部品が記載されている。また、特許文献２に示すように、巻芯部に多層にバイファイラ巻きされた構造を有するコイル部品が記載されている（特許文献２参照）。また、特許文献３には、多層にバンク巻きされた構造を有するコイル部品が記載されている。従来の多層巻線構造では、１層目に巻ききれない分の巻線を２層目に巻回し、２層目にも巻ききれない分の巻線をさらに３層目に巻回する。よって、最上層を除く２層目以上のターン数は１層目と等しいか１層目よりも１ターン少なく、最上層に残りのターン数が確保されることが一般的である（図７参照）。

特開２００５−４４８５８号公報特開２０００−３０９５２号公報特開２００４−６３６９７号公報

携帯電話において３ＧやＷＬＡＮ等の各通信方式の違いに対応し、ＦＭラジオやワンセグ等、各種の周波数帯の電波を確実に受信するためには、自己共振周波数をそれらの周波数帯に合わせたコイルが必要になる。例えば、ＦＭラジオ等の比較的低い周波数の電波に対して高インピーダンスのコイルを得るためには、コイルの自己共振周波数をＦＭ帯に合わせる必要がある。

しかしながら、上述した従来の多層巻線構造のように、多層巻線構造によって１層目に巻ききれない分の巻線を２層目に１層目とほぼ同じターン数で巻回すると、１層目のワイヤと２層目のワイヤとの間の線間容量が大きくなり過ぎてしまい、所望の自己共振周波数を得ることができないという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、共振周波数を低周波側にシフトさせ、これにより所望の周波数において高いインピーダンスを得ることが可能なコイル部品を提供することにある。また、本発明の目的は、そのようなコイル部品を製造するための製造方法を提供することにある。

本願発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、コイル部品の自己共振周波数には多層巻きされたコイルの２層目のターン数が大きく寄与しており、２層目を適切なターン数とすることにより共振周波数をＦＭ帯等の所望の周波数帯に設定できることを見出した。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明によるコイル部品は、巻芯部及び巻芯部の両端に設けられた鍔部を有するドラムコアと、ドラムコアの鍔部に設けられた電極と、３層以上に重ねて巻芯部に巻回された巻線とを備え、１層目の巻線は第１のターン数で巻回されており、２層目の巻線は前記第１のターン数よりも２ターン以上少ない第２のターン数で巻回されていることを特徴としている。

また、本発明によるコイル部品の製造方法は、巻芯部及び巻芯部の両端に設けられた鍔部を有するドラムコアと、ドラムコアの鍔部に設けられた電極と、３層以上に重ねて巻芯部に巻回され、電極に端部が接続され巻線とを備えたコイル部品の製造方法であって、導線を巻芯部に第１のターン数で巻回して、鍔部との間に第１の空きスペースを有する１層目の巻線を形成し、導線を１層目の巻線上に第１のターン数よりも２ターン以上少ない第２のターン数で巻回して、鍔部との間に第１の空きスペースよりも小さな第２の空きスペースを有する２層目の巻線を形成することを特徴とする。

多層巻線構造のコイル部品の線間容量は、単層巻線構造のコイル部品よりも大きくなるため、その自己共振周波数は単層巻線構造のものよりも低下する。したがって、コイルの自己共振周波数を例えばＦＭ帯等の低周波側にシフトしようとする場合、コイル部品を多層巻きすることが有効である。特に本発明によるコイル部品は、１層目に対して２層目の巻きスペースを残しながら３層目を巻いているので、ワイヤの線間容量の増大を抑制することができ、これにより自己共振周波数を極端に低下させることなく、低周波側の適切な周波数にシフトさせることができ、当該周波数においてインピーダンスの急峻なピークを得ることができる。

本発明において、２層目の巻線のターン数は、１層目の巻線のターン数の７０％以下であることが好ましい。２層目のターン数が１層目の７０％以下であれば、１層目に対する２層目のターン数の減少が明確となり、１層目−２層目間の線間容量が十分に低減される。したがって、自己共振周波数を極端に低下させることなく、低周波側の適切な周波数にシフトさせることができ、当該周波数においてインピーダンスの急峻なピークを確実に得ることができる。

本発明において、１層目の巻線のターン数が１４ターンであり、２層目の巻線のターン数が９ターンであり、３層目の巻線のターン数が７ターンであることが好ましい。各層がこのようなターン数であれば、２層目に対する１層目のターン数が７０％という条件を満たし、さらに６０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の比較的低い周波数帯で高いインピーダンスを得ることができる。

本発明において、巻線は巻芯部に中央揃えで巻回され、各層の巻線と鍔部との間には空きスペースが形成されており、２層目の巻線と前記鍔部との間に形成される第２の空きスペースは、１層目の巻線と前記鍔部との間に形成される第１の空きスペースよりも広く、３層目の巻線と鍔部との間に形成される第３の空きスペースは、第２の空きスペースよりも広いことが好ましい。これによれば、ワイヤの線間容量の増大を十分に抑制することができ、共振周波数を低周波側にシフトして急峻なピークを得ることができる。

本発明によれば、共振点を低周波側にシフトさせ、これにより所望の周波数において高いインピーダンスを得ることが可能なコイル部品を提供することができる。また、本発明によれば、そのようなコイル部品を製造するための製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態によるコイル部品１０の構造を示す略斜視図である。図１のＡ−Ａ'線に沿ったコイル部品１０の略断面図である。コイル部品１０の周波数特性を従来のコイル部品と比較して示すグラフである。第１の実施形態によるコイル部品１０の製造工程を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態によるコイル部品２０の構造を示す略斜視図である。図５のＡ−Ａ'線に沿ったコイル部品２０の略断面図である。従来のコイル部品の構造を示す略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品の構造を示す略斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ'線に沿った略断面図である。

図１及び図２に示すように、コイル部品１０は、ドラムコア１１と、ドラムコア１１に巻回された巻線１２とを備えている。ドラムコア１１は、棒状の巻芯部１１ａと、巻芯部１１ａの両端部にそれぞれ設けられた一対の鍔部１１ｂ、１１ｃとを備え、これらが一体化された構造を有している。特に限定されるものではないが、ドラムコア１１の材料としてはアルミナ（非磁性体）やＮｉ−Ｚｎ系フェライト（磁性体、絶縁体）を用いることが好ましい。本実施形態によるコイル部品１０のチップサイズはドラムコア１１の外形寸法とほぼ等しく、例えば２．０×１．２×０．７（ｍｍ）であるが、この寸法に限定されるものではない。ただし、ドラムコア１１の幅Ｗ_０はドラムコア１１の長さＬ_０の０．６倍以下（Ｗ_０≦０．６Ｌ_０）であることが好ましい。

ドラムコア１１の表面はパラキシリレン等の絶縁材料によってコーティングされており、ドラムコア１１の鍔部１１ｂ，１１ｃの底面、外側側面及び上面には絶縁コートを介して端子電極１３が形成されている。巻線１２の一端は、一方の鍔部１１ｂ側に形成された端子電極１３に接続されており、巻線１２の他端は、他方の鍔部１１ｃ側に形成された端子電極１３に接続されている。詳細には、巻線１２の一端及び他端は、コイル部品１０の実装面とは反対側に位置する鍔部上面側の端子電極１３に継線されている。

巻線１２は巻芯部１１ａに多層巻きされている。多層巻きと同一ターン数で巻線１２を単層巻きする場合には十分に長い巻芯部１１ａを用意しなければならず、チップサイズが大型化するが、巻線１２を多層巻きする場合には、非常にコンパクトなチップ部品を構成することができる。巻線１２の層数は２層以上であれば何層であっても構わないが、通常求められるインダクタンスの大きさ（５０〜４４０ｎＨ）や巻崩れの防止を考慮すれば３層が特に好ましい。

特に限定されるものではないが、巻線１２の材料としては導電率の高いＣｕ等を用いることが好ましい。また、巻線１２の直径は２０〜５０μｍであることが好ましく、３０μｍ程度であることが特に好ましい。

３層構造の巻線１２は巻芯部１１ａの軸方向に中央揃えされて整列巻きされ、２層目の巻線１２のターン数Ｔ２は１層目の巻線１２のターン数Ｔ１よりも２ターン以上少なく（Ｔ_２≦Ｔ_１−２）、好ましくは１層目の巻線１２のターン数の７０％以下（Ｔ_２≦０．７Ｔ_１）である。また、３層目の巻線１２のターン数は２層目よりも小さく、好ましくは２層目の巻線１２のターン数の７０％以下（Ｔ_３≦０．７Ｔ_２）である。このような条件を満たす多層巻線構造の具体的を挙げると、巻線１２の総ターン数を３０ターンとするとき、１層目が１４ターン、２層目が９ターン、３層目が７ターンである。

このような多層巻線構造により、巻線１２の各層と一方の鍔部１１ｂとの間には空きスペースＳ１〜Ｓ３が形成されおり、巻線１２の各層と他方の鍔部１１ｃとの間には空きスペースＳ４〜Ｓ６が形成されている。特に、２層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第２の空きスペースＳ２は、１層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第１の空きスペースＳ１よりも広くなっており、３層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第３の空きスペースＳ３は、第２の空きスペースＳ２よりも広くなっている。また空きスペースＳ１〜Ｓ３と同様、２層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第５の空きスペースＳ５は、１層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第４の空きスペースＳ４よりも広くなっており、３層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第６の空きスペースＳ６は、第５の空きスペースＳ５よりも広くなっている。

図３は、コイル部品１０の周波数特性を従来のコイル部品と比較して示すグラフである。

図３において、曲線Ｇ１は３０ターンを単層巻きしたコイル部品のインピーダンス特性、曲線Ｇ２は１層目を１４ターン、２層目を１３ターン、３層目を３ターンとした３層巻線構造のコイル部品のインピーダンス特性、曲線Ｇ３は１層目を１４ターン、２層目を９ターン、３層目を７ターンとした３層構造のコイル部品のインピーダンス特性である。なお巻線の直径はＧ１〜Ｇ３共に３０μｍである。このグラフから明らかなように、巻線１２を単層巻きしたＧ１の場合にはインピーダンスのピークが４５０ＭＨｚ付近に存在し、Ｇ２の場合にはインピーダンスのピークが５０ＭＨｚ付近に存在するが、Ｇ３の場合にはそれらの周波数の中間である１００ＭＨｚ付近に存在することが分かる。

従来の多層巻線構造のように、例えば総ターン数を３０ターンとし、１層目を１４ターンとし、２層目を１４ターン（または巻き易さを考慮して１３ターン）とし、さらに３層目を残りの４ターン（または５ターン）とする場合には、１層目と２層目の巻線間の線間容量が大きくなりすぎてしまい、自己共振周波数の調整が難しかった。しかし、２層目のターン数を１層目よりも適度に減らした巻線構造により、自己共振周波数を６０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の適切な周波数までシフトさせることができ、例えばＦＭ帯等、所望の周波数帯において自己共振周波数の急峻なピークを得ることができる。

図４は、本実施形態によるコイル部品１０の製造工程を示すフローチャートである。

図４に示すように、コイル部品１０の製造では、まず端子電極１３が形成されたドラムコア１１及び導線を用意し（ステップＳ１１）、ドラムコア１１の巻芯部１１ａに導線を第１のターン数（例えば１４ターン）且つ中央揃えで巻回して１層目の巻線を形成する（ステップＳ１２）。これにより、１層目の巻線と鍔部１１ｂとの間には第１の空きスペースＳ１が形成され、また鍔部１１ｃとの間には第４の空きスペースＳ４が形成される。

次に、導線を１層目の巻線上に重ねて第２のターン数且つ中央揃えで巻回するが、このときのターン数は一層目のターン数の７０％以下（例えば９ターン）とする（ステップＳ１３）。このように、２層目のターン数を第１のターン数よりも少ない第２のターン数で巻回することにより、２層目の巻線と鍔部１１ｂとの間に第１の空きスペースＳ１よりも大きな第２の空きスペースＳ４が形成され、鍔部１１ｃとの間に第４の空きスペースＳ４よりも大きな第５の空きスペースＳ５が形成される。

さらに、導線を２層目の巻線上に重ねて第３のターン数且つ中央揃えで巻回するが、このときのターン数は２層目のターン数よりも少ないターン数（例えば７ターン）とする（ステップＳ１４）。これにより、３層目の巻線と鍔部１１ｂとの間に第２の空きスペースＳ２よりも大きな第３の空きスペースＳ３が形成され、鍔部１１ｃとの間に第５の空きスペースＳ５よりも大きな第６の空きスペースＳ６が形成される。その後、巻線１２の端末を対応する端子電極１３に熱圧着することにより（ステップＳ１５）、本実施形態によるコイル部品１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、１層目の巻線と鍔部１１ｂ、１１ｃとの間にある空きスペースが上層に向かうほど大きくなるので、線間容量を小さくすることができ、共振周波数を高くすることができる。したがって、ＦＭ帯等の所望の周波数帯において高いインピーダンスを有するコイル部品を提供することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品の構造を示す略斜視図である。また、図６は、図５のＡ−Ａ'線に沿った略断面図である。

図５及び図６に示すように、このコイル部品２０は、２本の巻線１２ａ，１２ｂを多層バイファイラ巻きしたものである。「バイファイラ巻き」とは２本の巻線を一緒に巻くことによって巻線間の磁気結合を向上させる巻回方式のことをいう。本実施形態において、一方の巻線１２ａの一端は鍔部１１ｂ側の一方の端子電極１４ａに接続され、他端は鍔部１１ｃ側の一方の端子電極１４ｃに接続されている。また、他方の巻線１２ｂの一端は鍔部１１ｂ側の一方の端子電極１４ｂに接続され、他端は鍔部１１ｃ側の他方の端子電極１４ｄに接続されている。

巻線１２ａ、１２ｂは共に３層構造であり、総ターン数は３０ターン、１層目は１４ターン、２層目は９ターン、３層目は７ターンとなっている。そしてこのような巻線構造により、巻線１２の各層と一方の鍔部１１ｂとの間には空きスペースＳ１〜Ｓ３が形成されており、巻線１２の各層と他方の鍔部１１ｃとの間には空きスペースＳ４〜Ｓ６が形成されている。特に、２層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第２の空きスペースＳ２は１層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第１の空きスペースＳ１よりも広くなっており、３層目の巻線１２と鍔部１１ｂとの間に形成される第３の空きスペースＳ３は、第２の空きスペースＳ２よりも広くなっている。また空きスペースＳ１〜Ｓ３と同様、２層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第４の空きスペースＳ５は１層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第５の空きスペースＳ４よりも広くなっており、３層目の巻線１２と鍔部１１ｃとの間に形成される第６の空きスペースＳ６は、第５の空きスペースＳ５よりも広くなっている。

このように、本実施形態によるコイル部品２０は、バイファイラ巻きである点以外は第１の実施形態と同じであり、１層目の巻線と鍔部との間にある空きスペースが上層ほど大きくなっているので、線間容量を小さくすることができ、共振周波数を高くすることができる。したがって、ＦＭ帯等の所望の周波数帯において高いインピーダンスを有するコイル部品を提供することができる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、ドラムコア１１のみを用いた場合について説明したが、コアの形状は特に限定されず、例えばドラムコアと板状コアとを組み合わせて構成してもよい。板状コアをドラムコアの鍔部１１ｂ、１０ｃの上面に固定することにより、ドラムコア及び板状コアを一つの閉磁路として構成することができるので、コイルのインダクタンスをさらに高めることができる。

また、上記実施形態においては、巻線のターン数を３０ターンとしたが、本発明は３０ターンに限定されず、目的とするインダクタンスに応じて適宜設定することができる。例えば、全ターン数を３６ターンとするとき、１層目が１８ターン、２層目が１２ターン、３層目が６ターンとすることもできる。また、総ターン数を２８ターンとするとき、１層目が１４ターン、２層目が８ターン、３層目が６ターンとすることもできる。

また、上記実施形態では、ドラムコア１１の材料としてアルミナやＮｉ−Ｚｎ系フェライトを挙げたが、本発明はこれらの材料に限定されるものではなく、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを用いることも可能である。

また、上記実施形態においては、コイル部品１０の上面側に設けられた巻線１２の両端や巻芯部１１ａに巻回された巻線１２の上部が露出しているが、コイル部品１０の上部に非磁性樹脂のコーティング層を設けてもよい。コーティング層を形成することにより、コイル部品１０の上面、特に熱圧着された巻線１２の両端部及びそれらが接続された鍔部１１ｂ、１１ｃの上面側の電極面を電気的且つ機械的に保護することができる。また、巻芯部１１ａに巻回された巻線１２を接着固定することができ、巻崩れを防止することができる。さらに、コーティング層の上面を平坦化することにより、実装ノズルの吸着面を提供することができる。コーティング層の材料としては紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂を用いることができる。

１０コイル部品
１１ドラムコア
１１ａ巻芯部
１１ｂ，１１ｃ鍔部
１２，１２ａ，１２ｂ巻線
１３端子電極
１４ａ〜１４ｄ端子電極
２０コイル部品
Ｓ１〜Ｓ６空きスペース

Claims

巻芯部及び巻芯部の両端に設けられた鍔部を有するドラムコアと、
前記ドラムコアの前記鍔部に設けられた電極と、
３層以上に重ねて前記巻芯部に巻回された巻線とを備え、
１層目の巻線は第１のターン数で巻回されており、２層目の巻線は前記第１のターン数よりも２ターン以上少ない第２のターン数で巻回されていることを特徴とするコイル部品。
前記２層目の巻線のターン数は、前記１層目の巻線のターン数の７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記１層目の巻線のターン数が１４ターンであり、前記２層目の巻線のターン数が９ターンであり、前記３層目の巻線のターン数が７ターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
前記巻線は前記巻芯部に中央揃えで巻回され、
各層の巻線と前記鍔部との間には空きスペースが形成されており、
前記２層目の巻線と前記鍔部との間に形成される第２の空きスペースは、前記１層目の巻線と前記鍔部との間に形成される第１の空きスペースよりも広く、
３層目の巻線と前記鍔部との間に形成される第３の空きスペースは、前記第２の空きスペースよりも広いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
自己共振周波数が６０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル部品。
巻芯部及び巻芯部の両端に設けられた鍔部を有するドラムコアと、前記ドラムコアの前記鍔部に設けられた電極と、３層以上に重ねて前記巻芯部に巻回され、前記電極に端部が接続され巻線とを備えたコイル部品の製造方法であって、
導線を前記巻芯部に第１のターン数で巻回して、前記鍔部との間に第１の空きスペースを有する１層目の巻線を形成し、
前記導線を前記１層目の巻線上に前記第１のターン数よりも２ターン以上少ない第２のターン数で巻回して、前記鍔部との間に前記第１の空きスペースよりも小さな第２の空きスペースを有する２層目の巻線を形成することを特徴とするコイル部品の製造方法。