JP2014093496A

JP2014093496A - リアクトル及びその製造方法

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Publication number: JP2014093496A
Application number: JP2012244996A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Ono; 一之小野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: JP6288807B2

Abstract

【課題】２０Ａ〜６０Ａ程度の大電流を通電することが可能なリアクトルを提供すること。
【解決手段】軟磁性コアと、巻導体箔と絶縁セパレータが重ねて巻き回される構造となるコイルと、端子導体箔を積層した細長い板状の引出端子２と、外部接続端子を備え、コイルは軟磁性コアに巻導体箔とセパレータを巻き回したものであり、引出端子２は巻導体箔の巻き回し方向端部に設けられ、巻導体箔より引出された引出端子２の先端部が溶接されることで外部接続端子と導電接続し、先端部における溶接部は凹部を形成し、凹部の中央である溶接中央部２２１は、頂点を有する円錐状若しくは角錐状の窪みを少なくとも１つ有し、前記凹部の周縁である溶接周縁部２２２は曲面により構成されているリアクトルとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、インダクタンスを利用して電圧変換やノイズ対策を行うリアクトルに関する。

リアクトルの技術分野では、丸線を巻き回したコイルが一般的に用いられているが、丸線コイルの巻きずれ防止等を目的として、導体箔をコイルとして用いる試みがなされている。

特許文献１には、導体箔と絶縁フィルムを重ねて巻き回し、導体箔にリード端子を溶接して引出す構成が提案されている。

特開２０００−１３８１２４号公報

特許文献１の構成ではリード端子と導体箔の接合面積が小さいため、２０Ａ〜６０Ａ程度の大電流を通電するリアクトルに適用する上では、リード端子の電気抵抗に起因する発熱や抵抗損失が大きいという課題がある。

従って本発明の目的は、発熱や抵抗損失が小さく、大電流を通電することが可能なリアクトルを提供することにある。

本発明は、軟磁性コアと、前記軟磁性コアに巻導体箔と絶縁セパレータを重ねて巻き回すことにより形成するコイルと、前記巻導体箔の巻き回し方向端部に設ける矩形板状の導体よりなる引出端子と、外部接続端子を備え、前記巻導体箔より引出された前記引出端子の先端部に、前記外部接続端子の一端と導電接続する導電接続部を備え、前記先端部における前記導電接続部は前記外部接続端子の方向に向かって第１の凹部を形成し、前記第１の凹部の中央に前記外部接続端子の方向に頂点を有する円錐状若しくは角錐状の第２の凹部を少なくとも一つ配し、前記第１の凹部の周縁は曲面により構成されるリアクトルにより上記課題を解決する。

さらに、前記引出端子は巻き回しまたは積層した導体箔を備え、前記引出端子の先端部は、前記導体箔の少なくとも一層を除いて構成することが好ましい。

また、前記引出端子の先端部の厚さは、１．５ｍｍよりも薄く、０．１ｍｍより厚いことが好ましい。

また、さらに導電性の固定部材を備え、前記引出端子の先端部の近傍および前記外部接続端子に貫通穴を有し、前記引出端子と前記外部接続端子の前記貫通穴には前記固定部材が挿通され、前記固定部材における両端部の外径が前記貫通穴の内径よりも大きく、前記固定部材における両端部により前記引出端子と前記外部接続端子が挟持されることで、前記固定部材、前記引出端子、及び前記外部接続端子が互いに導電接続され、前記固定部材の一端に前記引出端子の先端部を溶接して構成することが好ましい。

また、前記固定部材の一端の側部を支持し、前記引出端子の先端部とともに超音波溶接することが好ましい。

本発明によって、発熱や抵抗損失が小さく、大電流を通電することが可能なリアクトルを提供することが可能となる。

本発明における実施形態１のリアクトルを示す斜視図である。本発明における実施形態１のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち、図１のＡ面における断面図を示している。本発明における実施形態１のリアクトルの一部である外部接続端子における溶接部の拡大写真を示す図である。本発明におけるリアクトルの外部接続端子部へ接続するリベット頭部に当たるスリーブへ引出端子を超音波溶接する状態の断面図であり、図１におけるＣ面の断面に対応している。本発明における実施形態２のリアクトルの分解模式図である。本発明における実施形態２のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち図６は、図５のＢＢ面における断面図を示している。本発明における実施形態３のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち図７は、図６の変形例を示している。本発明における実施形態４のリアクトルの外部接続端子部の断面図である。すなわち図８は、図２の変形例を示している。本発明における実施形態５のリアクトルの巻導体箔の端部から引出端子を作成する手順を示す模式図である。図９（ａ）〜図９（ｅ）の順に作成手順を示している。本発明における実施形態６のリアクトルの巻導体箔の端部から引出端子を作成する手順を示す模式図であり、図９と相違する手順を示している。

（実施形態１）
図１は、本発明における実施形態１のリアクトルを示す斜視図である。

本発明におけるリアクトルは、図示されない軟磁性コアに装着された、図示されない巻導体箔と絶縁セパレータが重ねて巻き回される構造となるコイル１と、コイル１における巻導体箔の最内周端部と最外周端部より引出された複数の引出端子２が、端子板３に取り付けられた複数の外部接続端子４と各々電気的に接続し、外部接続端子４を介して外部の電子回路と接続される。ここで端子板は絶縁体であり、材質としては、樹脂を成型したものや、ガラスエポキシ基板が例示される。

ここで、巻導体箔と絶縁セパレータが重ねて巻き回される構造としては、巻導体箔と絶縁セパレータを重ねつつ巻き回した構造や、巻導体箔上に接着剤層を形成しつつ巻き回して接着剤層を硬化させた構造や、表面に絶縁体を塗布することなどにより絶縁被覆を形成した巻導体箔を巻き回した構造などが例示される。

図２は、本発明における実施形態１のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち図２は、図１のＡ面における断面図を示している。

本実施形態におけるリアクトルは、予め引出端子２、端子板３、及び外部接続端子４を貫通する貫通穴を設けておき、固定部材としてのリベット５１を貫通穴に挿入し、リベットの底部に当たるフランジ５２を固定しつつリベット頭部を潰すことでスリーブ５３を形成することにより、端子板３に引出端子２と外部接続端子４を固定しつつ導電接続を行う構成を例示する。ここで、引出端子２とスリーブ５３の間にワッシャ７１を、引出端子２と端子板３の間にワッシャ７２を予め入れておくことにより、スリーブ５３から端子板３へ加わる圧力を分散して端子板３の変形を防ぐことができるため望ましい。なお、ワッシャ７２とスリーブ５３が一体成型品であってもよい。

なお、図示されない外部回路からのリード線は、外部接続端子４へ溶接もしくは半田付けされることにより本実施形態におけるリアクトルと導電接続することができる。

ここで、リアクトルには大電流が通電されるため、リベット５１と引出端子２の間の接続部における電気抵抗も低いことが望ましい。

そこで、引出端子２の先端部２１をスリーブ５３上に被さるように折り曲げ、スリーブ５３に溶接することにより、接続部の電気抵抗を低くすることができる。

ここで軽量性と耐腐食性の面から巻導体箔、引出端子２、リベット５１の材質はアルミが望ましく、この場合の溶接する手段としては、超音波溶接や、抵抗溶接等が例示されるが、接続部の電気抵抗を引き下げる上では超音波溶接が望ましい。

特に超音波溶接の際は、スリーブ５３の側部を固定しつつ行うことで溶接部２２の接合強度が高く、接続による電気抵抗が低くなるため望ましい。なお、この場合はスリーブ５３の側部には超音波溶接の際に固定されたことに起因する痕跡の残る場合が多い。

なお、リベット５１のかしめのみによる引出端子２との間の電気抵抗は０．１〜０．４ｍΩ程度であるのに対し、超音波溶接を併用することにより、０．０１ｍΩ程度にまで引出端子２との間の電気抵抗を低減することが可能となる。

また、リベット５１と引出端子２をかしめにより接続することで、コイル１などからの引っ張り応力が引出端子２の溶接部２２へ伝わることがなく、接続の信頼性の高い構造を取ることができる。

図３は、本発明における実施形態１の構成を実施したリアクトルの一部である外部接続端子における溶接部の拡大写真を示す図である。

溶接中央部２２１は複数の四角錐を並べたような窪みであり、溶接周縁部２２２は曲面により構成される。

ここで引出端子２は、後述の溶接を行う際の変形に適していることから、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の導体箔を円筒状に巻き回して潰した積層構造とするか、複数枚の導体箔をそのまま積層したものを用いるのが望ましい。

また引出端子２の厚さは、２０Ａ〜６０Ａ程度の通電を行う場合は、０．１ｍｍより厚いことが望ましく、０．５ｍｍより厚いことがより望ましく、後述の溶接が可能な厚さである１．５ｍｍより薄いことが望ましく、１．３ｍｍより薄ければより望ましい。このような厚い引出端子２を溶接する際は、充分な溶接を行うために、溶接の際、溶接ヘッドを引出端子２の中へ深く沈み込ませる必要がある。

従って、溶接ヘッドとして先端の尖った複数の四角錐を並べたものを用いることで溶接ヘッドの先端部を引出端子２の中へ深く沈み込ませることができるため望ましい。

しかし、このような複数の四角錐を並べた溶接ヘッドを用いて溶接すると、引出端子２における溶接周縁部２２２の角部に溶接ヘッドの圧力が集中し、引出端子２が破れてしまう可能性があるため、溶接ヘッド先端における周縁部の角部を曲面化する加工を施すことで溶接ヘッドの圧力を分散させ、溶接による引出端子２の破れを未然に防止することが望ましい。

なお、溶接ヘッドとしては、任意の角錐や円錐を並べたものを用いてもよい。特に円錐を並べた溶接ヘッドであれば角部の曲面化が既になされていることとなる。

図４は、本発明におけるリアクトルの外部接続端子部へ接続するリベットのスリーブへ引出端子を超音波溶接する状態の断面図であり、図１におけるＣ面の断面に対応している。

リベットのフランジ５２をアンビル６１で支持し、スリーブ５３をホルダー６２１、６２２で挟み込むことで固定し、ホーン６３で引出端子２をスリーブ５３に押し付けた状態でホーン６３を引出端子２面内の方向へ超音波振動させることにより、引出端子２とスリーブ５３の界面が固溶し溶接することができる。

ここで、ホーン６３が引出端子２と接触する部分にはナール加工を施し、超音波溶接の際のホーン６３と引出端子２の間の滑りを防ぐよう構成することが望ましい。

また、スリーブ５３をホルダー６２１、６２２で挟み込むことによりスリーブ５３が特に超音波振動の加わる方向に対して確実に固定されるため、特に０．５ｍｍより厚くなる引出端子２とスリーブ５３の超音波溶接を確実に行うことができる。

なお、超音波溶接の際にスリーブ５３をホルダー６２１、６２２で挟み込むことに起因する痕跡がスリーブ５３の側面に残る場合が多い。

また、図３の溶接中央部及び溶接周縁部の形状は、主に図４におけるホーン６３のナール加工形状に由来するものである。

すなわち本発明は、軟磁性コアと、巻導体箔と絶縁セパレータが重ねて巻き回される構造となるコイル１と、導体箔を積層した細長い板状の引出端子２と、外部接続端子４を備え、コイル１は軟磁性コアに巻導体箔とセパレータを巻き回したものであり、引出端子２は巻導体箔の巻き回し方向端部に設けられ、巻導体箔より引出された引出端子２の先端部が溶接されることで外部接続端子４と導電接続し、先端部における溶接部２２は外部端子４の方向に向かって第１の凹部を形成し、第１の凹部の中央にある溶接中央部２２１は、頂点を有する円錐状若しくは角錐状の第２の凹部を少なくとも１つ有し、第１の凹部の周縁である溶接周縁部２２２は曲面により構成されているリアクトルの実施形態を取り得る。

（実施形態２）
図５は、本発明における実施形態２のリアクトルの分解模式図である。

コイルは巻導体箔１１と絶縁セパレータ１２を重ねつつ巻き回した構造であり、巻導体箔１１と引出端子２は溶接部２３で溶接し、導電接続する構成を例示する。ここで、引出端子２は、複数枚の端子導体箔をそのまま積層して構成することもできる。

溶接部２３についても図３と同様に凹部を形成し、凹部の中央である溶接中央部は、頂点を有する円錐状若しくは角錐状の窪みを少なくとも１つ有し、前記凹部の周縁である溶接周縁部は曲面により構成されていることが望ましい。

なお、溶接部２３を複数設けることにより、巻導体箔１１と引出端子２の間の導電接続の信頼性をより高めることができる。この場合、複数の溶接部２３周辺の引出端子２の強度を確保するため、溶接部２３の周囲には引出端子２の余白のあることが望ましい。引出端子２は端子導体箔を積層したものでもよく、各層の端子導体箔を複数の外部端子に各々接続することにより、巻導体箔１１から複数の外部端子への導電接続を行ってもよい。

図６は、本発明における実施形態２のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち図６は、図５のＢＢ面における断面図を示している。

引出端子はリベット５１のスリーブ５３によってかしめられる部分では端子導体箔２０１、２０２、２０３、２０４を積み重ねた４層構造となっているが、溶接部２２へ引き回す間に端子導体箔２０２、２０３が除かれ、端子導体箔２０１、２０４を積み重ねた２層構造に減らした場合を例示する。

このような層構造を取ることにより引出端子を引き回す際の柔軟性が向上し、さらに、スリーブ５３でのかしめによる導電接続部までは引出端子の断面積を大きくすることで引出端子の電気抵抗を削減し、溶接部２２で溶接可能な厚さに引出端子の厚さを減らすことで溶接部２２における接続不良を防止することができるため、大電流通電に適したリアクトルとすることができる。

すなわち、溶接部２２付近の引出端子の厚さは溶接可能な厚さで制約されるが、上記構成によりスリーブ５３でのかしめ部はこのような厚みの制約を受けず、引出端子の厚さを大きく取ることで巻導体箔からリベット５１までの電気抵抗を削減することができる。

（実施形態３）
図７は、本発明における実施形態３のリアクトルの一部である外部接続端子部の断面図である。すなわち図７は、図６の変形例を示している。

実施形態２における図６とは、リベット５１のスリーブ５３によってかしめられる部分では引出端子が端子導体箔２０１乃至２０７を積み重ねた７層構造であり、溶接部２２へ引き回す間に端子導体箔２０２、２０３、２０５、２０６が除かれ、端子導体箔２０１、２０４、２０７を積み重ねた３層構造に減らしている点が異なる。

このような実施形態２よりも多くの層を積み重ねた構成を取る場合には、例えば本実施形態のように２層を間引き、次の層を溶接部２２に引き回す構成を周期的に繰り返すことで引出端子の積層構造の形態保持性が高まるため、望ましい。

なお、１層、もしくは３層以上間引き、次の層を溶接部２２に引き回す構成を周期的に繰り返してもよい。

（実施形態４）
図８は、本発明における実施形態４のリアクトルの外部接続端子部の断面図である。すなわち図８は、図２の変形例を示している。

実施形態１における図２とは、端子板３をリベット５１と一体成型することで突出部５４が端子板３に埋め込まれ、フランジ５２に雄ねじ５２１と雌ねじ５２２を設けることにより外部接続端子４を不要とした構成としている点で相違している。

また、図示されない外部回路からのリード４１を雄ねじ５２１と雌ねじ５２２に挟み込むことで外部回路と本発明におけるリアクトルを導電接続している点でも相違している。ここで、リード４１と雄ねじ５２１の間にスプリングワッシャ７３とワッシャ７４を入れておくことで、雄ねじ５２１の巻き緩みを防ぐことができるため、望ましい。

なお、リード４１を雄ねじ５２１と雌ねじ５２２に挟み込む際、溶接や半田付けを併用しても良い。また、引出端子２、リベット５１、ワッシャ７１の材質をアルミとした場合、雄ねじ５２１を黄銅ニッケルメッキ、スプリングワッシャ７３及びワッシャ７４をリン青銅ニッケルメッキ、リード４１を錫メッキをした銅または、錫メッキをした圧着端子とすることにより、接合部からの腐食を防ぐことができるため、望ましい。ここで、スプリングワッシャ７３がメッキ皮膜を傷つけることを防ぐため、雄ねじ５２１とスプリングワッシャ７３の間にワッシャ７４を挟み込むよう構成するのが望ましい。また、リード４１がメッキ皮膜を有している場合には、スプリングワッシャ７３との間にワッシャを追加するのが望ましい。図８では、リード４１がアルミを材質とするターミナルを有する圧着端子であるため、メッキ皮膜があったとしても保護する必要はないため、スプリングワッシャ７３との間のワッシャを省略している。

（実施形態５）
図９は、本発明における実施形態４のリアクトルの巻導体箔の端部から引出端子を作成する手順を示す模式図である。

巻導体箔の端部から引出端子を作成する手順を図と共に説明する。

図９（ａ）は、巻導体箔１１の巻き回し端部を示している。巻導体箔１１の端部より長さＬの部分を折り線２００１に沿って折り返す。ここで、長さＬは巻導体箔１１の幅Ｗよりも大きくする。

次に、図９（ｂ）に示すように余白Ｘを残して巻き回し方向に対して４５度の傾きを持つ折り線２００２に沿って折り返す。折り返しによって図９（ｃ）に示すように巻導体箔よりはみ出した部分が引出端子２となり、その長さをＹとすると、Ｌ−Ｗ＝Ｘ＋Ｙの関係式が成立する。

なお、余白は必ずしも設けなくともよいが、余白Ｘを設けると、引出端子２に引張り力が働いた場合に図示されない絶縁セパレータとの間の摩擦力が余白Ｘの部分からも生じるため、巻導体箔１１端部の巻きずれを防ぐことができるため望ましい。

次に、引出端子２の端部に切り欠き２００３を設け、さらに図９（ｄ）に示すように折り返した部分を巻き回し方向端部に向かって巻導体箔１１の幅方向に平行な折り線２００４に沿って折り畳んでゆくと、図９（ｅ）のように引出端子が完成する。

ここで、引出端子の引き回し部２４は４層構造となり、先端部２１は２層構造となる。

さらに、実施形態２の図６のようにリベットへかしめ、溶接することができる。この際、図６の端子導体箔２０１、２０２、２０３、２０４は図９（ｄ）と対応することになる。

（実施形態６）
図１０は、本発明における実施形態６のリアクトルの巻導体箔の端部から引出端子を作成する手順を示す模式図であり、図９と相違する手順を示している。

本実施形態の図１０（ａ）は、実施形態５における図９（ｃ）に対応し、本実施形態の図１０（ｂ）は、実施形態５における図９（ｄ）に対応する。

すなわち本実施形態では、実施形態５における図９（ａ）、図９（ｂ）までは同じ手順であるが、次の手順では図１０（ａ）、図１０（ｂ）のように折り曲げされた部分まで切り欠き２００５を設ける点が異なる。

１コイル
２引出端子
３端子板
４外部接続端子
１１巻導体箔
１２絶縁セパレータ
２１先端部
２２、２３溶接部
２４引き回し部
４１リード線
５１リベット（固定部材）
５２フランジ
５３スリーブ
５４突出部
６１アンビル
６３ホーン
７１、７２、７４ワッシャ
７３スプリングワッシャ
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７端子導体箔
２２１溶接中央部
２２２溶接周縁部
５２１雄ねじ
５２２雌ねじ
６２１、６２２ホルダー
２００１、２００２、２００４折り線
２００３、２００５切り欠き
Ｌ、Ｙ長さ
Ｗ幅
Ｘ余白

Claims

軟磁性コアと、
前記軟磁性コアに巻導体箔と絶縁セパレータを重ねて巻き回すことにより形成するコイルと、
前記巻導体箔の巻き回し方向端部に設ける矩形板状の導体よりなる引出端子と、
外部接続端子を備え、
前記巻導体箔より引出された前記引出端子の先端部に、前記外部接続端子の一端と導電接続する導電接続部を備え、
前記先端部における前記導電接続部は前記外部接続端子の方向に向かって第１の凹部を形成し、
前記第１の凹部の中央に前記外部接続端子の方向に頂点を有する円錐状若しくは角錐状の第２の凹部を少なくとも一つ配し、
前記第１の凹部の周縁は曲面により構成されることを特徴とするリアクトル。
前記引出端子は巻き回しまたは積層した導体箔を備え、
前記引出端子の先端部は、前記導体箔の少なくとも一層を除いて構成することを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記引出端子の先端部の厚さは、１．５ｍｍよりも薄く、０．１ｍｍより厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
さらに導電性の固定部材を備え、
前記引出端子の先端部の近傍および前記外部接続端子に貫通穴を有し、
前記引出端子と前記外部接続端子の前記貫通穴には前記固定部材が挿通され、
前記固定部材における両端部の外径が前記貫通穴の内径よりも大きく、
前記固定部材における両端部により前記引出端子と前記外部接続端子が挟持されることで、前記固定部材、前記引出端子、及び前記外部接続端子が互いに導電接続され、
前記固定部材の一端に前記引出端子の先端部を溶接して構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトルの製造方法。
前記固定部材の一端の側部を支持し、前記引出端子の先端部とともに超音波溶接することを特徴とする請求項４に記載のリアクトルの製造方法。