JP2014239189A - インダクタ、およびインダクタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したインダクタンス特性を簡易な製法で得る。【解決手段】コア２は、第１部分２１および第２部分２２を有する。コイル３は、コア２に埋設された巻線３ａを含む。第１部分２１は、第１比透磁率を有する第１材料からなる。第２部分２２は、第１比透磁率より低い第２比透磁率を有する第２材料からなる。第１部分２１は、少なくとも巻線３ａの内側に位置する領域を含む。第２部分２２は、第１部分２１の外側に位置する領域を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、インダクタ、およびインダクタの製造方法に関する。

コイルがコアに埋設された構成を備えるインダクタが知られている。この種のコアは、予め形成された空芯コイルをパンチ型内に配置するとともに磁性体粉を含む樹脂材料を充填し、パンチングを行なうことにより圧密成形される（例えば特許文献１を参照）。

特開２００６−３３９５２５号公報

本発明は、この種のインダクタに対する、インダクタンス向上の要求に応える技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第１の態様は、インダクタであって、
第１部分および第２部分を有するコアと、
前記コアに埋設された巻線を含むコイルとを備え、
前記第１部分は、第１比透磁率を有する第１材料からなり、
前記第２部分は、前記第１比透磁率より低い第２比透磁率を有する第２材料からなり、
前記第１部分は、少なくとも前記巻線の内側に位置する領域を含み、
前記第２部分は、前記第１部分の外側に位置する領域を含む。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第２の態様は、インダクタの製造方法であって、
第１比透磁率を有する第１材料でコアの第１部分を成形し、
前記第１コアの周囲に導線を巻き付けて巻線を含むコイルを形成し、
前記コイルが巻き付けられた前記第１部分の少なくとも一部を覆うように、第２比透磁率を有する第２材料で前記コアの第２部分を成形する。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第３の態様は、インダクタの製造方法であって、
導線が巻回された巻線を形成し、
前記巻線の内側に位置する領域に第１比透磁率を有する第１材料でコアの第１部分を形成し、
前記第１部分の少なくとも一部を覆うように、第２比透磁率を有する第２材料で前記コアの第２部分を形成する。

すなわち、本発明に係るインダクタにおいては、コアが比透磁率の異なる材料からなる第１部分と第２部分を有する。第２部分は第１部分の外側に位置しており、第１部分を形成する材料よりも比透磁率の低い材料で形成されている。比透磁率が相対的に高い第１部分は、少なくとも励磁電流により発生する磁界が最も強くなる巻線の内側に配置されている。このような構成により、従来よりもインダクタンスが向上したインダクタが得られる旨の知見を得た。インダクタンスの値を従来のものと等しくするのであれば、インダクタの直流抵抗を低下させることができる。

第１部分がコイルを形成する巻線の内側に配置されている構成の場合、先ず相対的に高い比透磁率を有する第１材料で第１部分を成形し、次いで当該第１部分の周囲に導線を巻き付けて巻線を含むコイルを形成し、その後、コイルが巻き付けられた第１部分を覆うように相対的に低い比透磁率を有する第２材料で第２部分を成形するという簡易な製法で、上記のようにインダクタンスが向上したインダクタを得ることができる。なおコイルを先に形成してから第１部分を成形してもよい。

前記第１材料は、第１体積抵抗率を有し、前記第２材料は、前記第１体積抵抗率より高い第２体積抵抗率を有する構成としてもよい。

このような構成によれば、コアに埋設されたコイルに対する高い体積抵抗率を確保することができる。

前記コアの表面全体が前記第２部分により形成されている構成としてもよい。この場合、コアに埋設されたコイルが予期せず外部と導通する事態を確実に回避できる。

前記第１材料は、扁平形状の磁性体粒子と有機結合剤を含んでなる構成としてもよい。この場合、磁性体粒子の長軸方向を含む面内において高い比透磁率を得ることができ、第１部分の比透磁率向上に寄与する。

ここで前記扁平形状の磁性体粒子が、その長軸方向が前記コイルの軸方向に配向されている構成とすれば、巻線内で発生する磁界の向きと、比透磁率が高くなる向きを一致させることができ、インダクタのインダクタンス向上に寄与する。

上記の製造方法においては、前記コアの前記第１部分と前記第２部分の少なくとも一方は、射出成型またはトランスファー成形にて成形されうる。

本発明によれば、コイルがコアに埋設された構造を有するインダクタにおいて、インダクタンスの向上を簡易な製法で達成できる。

本発明の一実施形態に係るインダクタの外観を示す斜視図である。 上記インダクタの内部構成を示す断面図である。 上記インダクタの製法を説明する図である。 上記インダクタの第１変形例を示す断面図である。 上記インダクタの第２変形例を示す断面図である。 上記インダクタの第３変形例を示す断面図である。

添付の図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態の例について以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。また「前後」「左右」「上下」という表現は、説明の便宜のために用いるものであり、実際の使用状態における姿勢や方向を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るインダクタ１の外観を示す斜視図である。図２の（ａ）は、図１における線IIA−IIAに沿う縦断面図である。図２の（ｂ）は、図１における線IIB−IIBに沿う横断面図である。

インダクタ１は、コア２、コイル３、第１接続端子４、および第２接続端子５を備えている。コイル３は、コア２に埋設された巻線３ａにより形成されている。第１接続端子４は、コア２の前面２ａに設けられ、コア２の下面２ｃまで延びている。第２接続端子５は、コア２の後面２ｂに設けられ、コア２の下面２ｃまで延びている。前面２ａ、後面２ｂ、および下面２ｃは、コア２の表面の一例である。第１接続端子４は、コイル３の一端部と電気的に接続されている。第２接続端子５は、コイル３の他端部と電気的に接続されている。

コア２は、第１部分２１と第２部分２２を有している。第１部分２１は、コイル３の巻線３ａの内側に位置する部分である。第２部分２２は、第１部分２１の外側を包囲し、コア２の外表面を形成している。

第１部分２１は、第１比透磁率および第１体積抵抗率を有する第１材料からなる。具体的には、扁平形状の磁性体粒子と有機結合剤を含む樹脂材料からなる。各磁性体粒子は、その長軸方向がコイル３の軸方向Ａに配向されている。

第２部分２２は、上記第１比透磁率より低い第２比透磁率、および上記第１体積抵抗率より高い第２体積抵抗率を有する第２材料からなる。具体的には、磁性体粒子と有機結合剤を含む樹脂材料からなる。

上記のような構成を有するインダクタ１の製法について、図３を参照しつつ説明する。まず図３の（ａ）に示すように、上記第１材料でコア２の第１部分２１を成形する。成形は、射出成型またはトランスファー成形により行なわれる。同図においては、金型内に流れ込む材料の流れを矢印Ｂで表わしている。同図に拡大して示す各磁性体粒子２１ａは、この材料の流れ方向に扁平形状の長軸を向けるようになる。したがって成形完了後の第１部分２１においては、各磁性体粒子の長軸方向は矢印Ｂの向きに配向される。

次いで図３の（ｂ）に示すように、第１部分２１の周囲に導線を巻き付けて巻線３ａを含むコイル３を形成する。このときコイル３の軸方向Ａが、図３の（ａ）に示した矢印Ｂの向きと一致するように、導線を第１部分２１の周囲に巻きつける。したがって、第１部分２１に含まれる扁平形状の各磁性体粒子は、その長軸方向がコイル３の軸方向Ａに配向される。

次いで図３の（ｃ）に示すように、コイル３が巻き付けられた第１部分２１を覆うように、上記第２材料でコア２の第２部分２２を成形する。成形は、射出成型またはトランスファー成形により行なわれる。

その後適宜の方法で、図２に示すように第１接続端子４と第２接続端子５がコア２の表面に装着され、コイル３との電気的接続が確保される。

上記の構成を有するインダクタ１について具体的な実施例を以下に示す。また従来構成を有するインダクタとの特性比較試験を行なった結果を併せて示す。

（第１実施例）
第１材料として、ＦｅＡｌＳｉ系扁平磁性体粒子および耐熱ナイロンからなるコンパウンドを用い、射出成型により４０ｍｍ×５５ｍｍ×０．６５ｍｍの平板試料を作成した。次いで機械加工により、５ｍｍ×５ｍｍ×０．６５ｍｍのバーコア（第１部分２１に対応）を得た。本試料の比透磁率を、ＢＨアナライザで測定したところ４７であった。

次いで当該バーコアに線径０．３ｍｍの絶縁被覆ワイヤを７ターン巻いた。特性測定のためにワイヤの端部を３０ｍｍ残し、巻線が施されたバーコア全体を覆うように第２材料で第２部分２２の成形を行なった。これにより外径寸法が７ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍのインダクタを得た。

第２材料としては、ガスアトマイズ法で作製されたＦｅＳｉＣｒＢＣ系アモルファス磁性粒子とエポキシ系樹脂を用いた。磁性体粒子の充填率が６０体積％となるように各材料を秤量の上、自転公転ミキサを用いて流動性を有するペーストを作製した。本ペーストの硬化後の比透磁率は１２であった。

（第２実施例）
第１材料として、ＦｅＳｉＣｒを扁平化した磁性体粒子およびＰＰＳ樹脂を用いた。磁性体粒子の充填率が４０体積％となるように各材料を秤量の上、二軸押出機を用いて混練し、コンパウンドを作製した。当該コンパウンドを用いて射出成型を行なうことにより、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６５ｍｍの平板試料を作成した。次いで機械加工により、５ｍｍ×５ｍｍ×０．６５ｍｍのバーコア（第１部分２１に対応）を得た。本試料の比透磁率は、１４であった。

次いで当該バーコアに線径０．３ｍｍの絶縁被覆ワイヤを７ターン巻いた。特性測定のためにワイヤの端部を３０ｍｍ残し、巻線が施されたバーコア全体を覆うように第２材料で第２部分２２の成形を行なった。これにより外径寸法が７ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍのインダクタを得た。第２材料は、第１実施例と同じものを用いた。

（比較例）
第１実施例と同様の構成を有する空芯コイルを予め作製した。次いで当該空芯コイルが中心部に配置されるように、上記各実施例で用いた第２材料でインサート成型を行なった。これにより外径寸法が７ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍのインダクタを得た。すなわち、比較例に係るインダクタは、コアが単一の複合磁性材料からなり、当該コアにコイルが埋設された周知の構成を有するものである。

上記の第１実施例に係るインダクタ、第２実施例に係るインダクタ、および比較例に係るインダクタについて、インダクタンスの測定を行なった。測定にはＬＣＲメータを用い、条件は測定周波数１ＭＨｚ、励磁電流０．１ｍＡとした。

インダクタンスの測定結果は、比較例に係るインダクタが０．７２μＨであったのに対し、第１実施例に係るインダクタが１．７１μＨ、第２実施例に係るインダクタが１．０１μＨであった。この測定結果から明らかなように、本発明の実施例に係るインダクタにおいては、従来構成を有するインダクタと比較して大幅なインダクタンスの向上が認められる。

すなわち、本実施形態に係るインダクタ１においては、コア２が比透磁率の異なる材料からなる第１部分２１と第２部分２２を有する。第２部分２２は第１部分２１の外側に位置しており、第１部分２１を形成する材料よりも比透磁率の低い材料で形成されている。比透磁率が相対的に高い第１部分２１は、励磁電流により発生する磁界が最も強くなる巻線３ａの内側に配置されている。このような構成により、従来よりもインダクタンスが向上したインダクタが得られる旨の知見を得た。インダクタンスの値を従来のものと等しくするのであれば、インダクタ１の直流抵抗を低下させることができる。

また本実施形態に係るインダクタ１においては、第１部分２１がコイル３を形成する巻線３ａの内側に配置されている。したがって、先ず相対的に高い比透磁率を有する第１材料で第１部分２１を成形し、次いで当該第１部分２１の周囲に導線を巻き付けて巻線３ａを含むコイル３を形成し、その後、コイル３が巻き付けられた第１部分２１を覆うように相対的に低い比透磁率を有する第２材料で第２部分を成形するという簡易な製法で、上記のようにインダクタンスが向上したインダクタを得ることができる。

なお第２部分２２を形成する第２材料は、第１部分２１を形成する第１材料よりも高い体積抵抗率を有する。これにより、コア２に埋設されたコイル３に対する高い体積抵抗率を確保することができる。

特に本実施形態に係るインダクタ１は、コア２の表面全体が、相対的に体積抵抗率の高い第２材料からなる第２部分２２により形成されている。したがって、コア２に埋設されたコイル３が予期せず外部と導通する事態を確実に回避できる。

本実施形態に係るインダクタ１においては、第１部分２１を形成する第１材料が、扁平形状の磁性体粒子２１ａと有機結合剤を含んでなる。このような構成によれば、磁性体粒子２１ａの長軸方向を含む面内において高い比透磁率を得ることができ、上述した第１部分２１の比透磁率向上に寄与する。なお扁平形状の磁性体粒子を含む磁性複合材料は、一般に体積抵抗率が低い。

特に本実施形態に係るインダクタ１においては、扁平形状の磁性体粒子２１ａは、コイル３の軸方向Ａに配向されている。このような構成によれば、巻線３ａ内で発生する磁界の向きと、比透磁率が高くなる向きを一致させることができ、インダクタ１のインダクタンス向上に寄与する。

なお上記のような配向構成を得るにあたっては、複雑な粒子の配向制御を必要としない。射出成型やトランスファー成形に用いる金型内に注入される材料の流れを一方向に規制する構造を設けるのみで、容易に磁性体粒子を配向させることができる。なお必要に応じて金型に磁場印加機構を設け、磁性粒子を配向させてもよい。

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。

上記の実施形態においては、相対的に比透磁率の高い第１材料からなる第１部分２１は、コイル３を形成する巻線３ａの内側に配置されている。しかしながら、巻線３ａの内側に位置する領域を含む限りにおいて、第１部分２１の配置および形状は上記実施形態に示した通りに限定されるものではない。

図４にそのような第１変形例に係るインダクタ１Ａを示す。図４は、図２の（ａ）に対応する縦断面図である。本例において第１部分２１は、コイル３を形成する巻線３ａの径方向外側に位置する領域も含み、コア２の下面２ｃに露出している。第２部分２２は、コア２の表面のうち、第１接続端子４と第２接続端子５の内側に位置する前面２ａと後面２ｂ、上面２ｄ、右側面２ｅ、および左側面２ｆを形成している。

このような構成によっても従来よりも高いインダクタンスを得ることができる。またコア２に埋設されたコイル３が予期せず外部と導通する事態を確実に回避できる。

図５に第２変形例に係るインダクタ１Ｂを示す。また図６に第３変形例に係るインダクタ１Ｃを示す。これらの図は、図２の（ｂ）に対応する横断面図である。第１部分２１が少なくともコイル３を形成する巻線３ａの内側に位置する領域を含み、第２部分２２が第１部分の外側に位置する領域を含む限りにおいて、第１部分２１と第２部分２２の配置および形状は、求められる仕様や特性に応じて適宜に定められる。

また上記の実施形態においては、成形された第１部分２１の周囲に導線を巻き付けて巻線３ａを含むコイルを形成している。しかしながら、第１部分２１と第２部分２２の配置および形状に応じて、エッチングやプレス成型などの適宜の技術を用いて導線が巻回された巻線３ａを先に形成してもよい。この場合、その後に巻線３ａの内側に位置する部分に第１部分２１をインサート成型することにより、コイル３が形成される。

上記の実施形態においては、第２部分２２の成形に用いられる第２材料として、磁性体粒子を含む樹脂材料を用いている。しかしながら、第１部分２１の成形に用いられる第１材料よりも比透磁率が低く、体積抵抗率が高い材料である限りにおいて、適宜のものを用いることができる。例えば、樹脂材料のみや酸化物等の無機材料で第２部分２２を成形してもよい。

インダクタの絶縁抵抗値は、例えば３５Ｖの直流電圧を接続端子とコア間に印加した後で電圧を印加したときに１０ｋΩ以上であることが求められる。この要求を満足するために、例えば、第１部分２１の成形に用いられる第１材料に含まれる磁性体粒子２１ａの表面に、リン酸処理により絶縁膜を形成してもよい。

１：インダクタ、２：コア、３：コイル、３ａ：巻線、４：第１接続端子、５：第２接続端子、２１：第１部分、２１ａ：磁性体粒子、２２：第２部分、Ａ：コイルの軸方向

Claims (8)

1. 第１部分および第２部分を有するコアと、
   前記コアに埋設された巻線を含むコイルとを備え、
   前記第１部分は、第１比透磁率を有する第１材料からなり、
   前記第２部分は、前記第１比透磁率より低い第２比透磁率を有する第２材料からなり、
   前記第１部分は、少なくとも前記巻線の内側に位置する領域を含み、
   前記第２部分は、前記第１部分の外側に位置する領域を含む、インダクタ。
2. 前記第１材料は、第１体積抵抗率を有し、
   前記第２材料は、前記第１体積抵抗率より高い第２体積抵抗率を有する、請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記コアの表面全体が前記第２部分により形成されている、請求項１または２に記載のインダクタ。
4. 前記第１材料は、扁平形状の磁性体粒子と有機結合剤を含んでなる、請求項１から３のいずれか一項に記載のインダクタ。
5. 前記扁平形状の磁性体粒子は、その長軸方向が前記コイルの軸方向に配向されている、請求項４に記載のインダクタ。
6. 第１比透磁率を有する第１材料でコアの第１部分を成形し、
   前記第１コアの周囲に導線を巻き付けて巻線を含むコイルを形成し、
   前記コイルが巻き付けられた前記第１部分の少なくとも一部を覆うように、第２比透磁率を有する第２材料で前記コアの第２部分を成形する、インダクタの製造方法。
7. 導線が巻回された巻線を形成し、
   前記巻線の内側に位置する領域に第１比透磁率を有する第１材料でコアの第１部分を形成し、
   前記第１部分の少なくとも一部を覆うように、第２比透磁率を有する第２材料で前記コアの第２部分を形成する、インダクタの製造方法。
8. 前記コアの前記第１部分と前記第２部分の少なくとも一方は、射出成型またはトランスファー成形にて成形される、請求項６または７に記載の製造方法。

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