JP2016035972A - コイル部品およびそれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】端子電極の汚れが無く高シールド性を呈する外装材を備えたコイル部品の提供する。【解決手段】柱状部３１と、長辺Ｌ、短辺Ｓ及び厚さＴを有する第１及び第２の長方形板部３２・３３と、柱状部３１に絶縁被覆導体を巻回させてなるコイル２１と、コイル２１の両端部と電気的に接続されてなる２つの端子電極４１・４２と、磁性粒子及び樹脂材料を含みコイル２１の少なくとも一部を覆う外装部１１と、を備え、第１及び第２の長方形板部３２・３３のＬＳ平面に柱状部３１の両端部がそれぞれ接続し、柱状部３１ならびに第１及び第２の長方形板部３２・３３は磁性体からなり、端子電極４１・４２は第１の長方形板部３２の２つのＳＴ平面側にそれぞれに形成され、柱状部３１の中心を通りＬＳ平面と平行な断面における外装部１１のＬ方向の厚さＰＬとＳ方向の厚さＰＳについて、ＰＬ＜ＰＳとする。【選択図】図１

Description

本発明はいわゆるドラム型のコアを有するコイル部品およびそれを備える電子機器に関する。

コイル部品の一類型として、磁性材料などからなるドラム型のコアと、そのコアに絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルとを有するドラム型のコイル部品が挙げられる。携帯機器をはじめとする電子機器では高性能化が要求され、高い性能をもつ部品の提供が求められている。コイル部品としては高い飽和電流の用途が広がっている。また、電子機器の小型化に伴い、コイル部品のさらなる小型化への要求は高い。

特許文献１には、巻線のし易さと巻線による特性バラツキを抑えることが容易であるドラム型コアの発明が開示されている。また、よりスペースを有効に使う方法として、巻線の外側にモールド樹脂（フェライト入り）を設ける方法が挙げられている。モールド樹脂を形成することでシールド性が良くなり、インダクタンスを高くできる。つまり、インダクタンスを高くするためには、モールド樹脂の量を増やしシールド性を高くすることが有用である。

特開２０１１−１６５６９６号公報

しかし、上述の特許文献１の技術では、とりわけ、コイル部品の高さが１ｍｍ以下であるような小型のものであるときには、外部電極が汚れてしまい、モールド樹脂の量を増やすことの制約となっていた。

上記をかんがみ、本発明は、小型の部品に対応でき、端子電極の汚れを防ぎつつ高シールド性を呈する外装材を備えたコイル部品ならびにそのようなコイル部品を備える電子機器の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下のような本発明を完成した。
（１）柱状部と、長辺及び短辺を有する長方形状の主面ならびに厚さ方向の辺を有する第１及び第２の長方形板部と、前記柱状部に絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルと、前記コイルの両端部と電気的に接続されてなる２つの端子電極と、磁性粒子及び樹脂材料を含み前記コイルの少なくとも一部を覆う外装部と、を備え、前記第１及び第２の長方形板部のそれぞれの主面に柱状部の両端部がそれぞれ接続し、前記柱状部ならびに第１及び第２の長方形板部は磁性体からなり、前記２つの端子電極は第１の長方形板部の外側の主面の短辺及び厚さ方向の辺で規定される２つの平面側にそれぞれに形成され、前記柱状部の中心を通り主面と平行な断面における外装部の前記長辺方向の厚さＰ_Ｌと前記短辺方向の厚さＰ_Ｓについて、Ｐ_Ｌ＜Ｐ_Ｓである、コイル部品。
（２）前記外装部に含まれる磁性粒子が金属磁性粒子である（１）のコイル部品。
（３）前記柱状部の中心を通り主面と平行な断面における、柱状部の断面積が外装部の断面積より大きい、（１）又は（２）のコイル部品。
（４）前記コイル部の両端は前記第１の長方形板部の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面に引き出され、前記引き出された部分を外装部が覆っている、（１）〜（３）のコイル部品。
（５）前記コイル部の両端は前記第１の長方形板部の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面に接合され、前記接合された部分を外装部が覆っている、（１）〜（３）のコイル部品。
（６）（１）〜（５）のコイル部品を備える電子機器。

本発明によれば、端子電極などを汚すことなく、小型で高インダクタンスを呈するコイル部品が提供される。具体的には、磁性体（柱状部）の長辺側に厚く外装部を形成することでシールド性を確保することができ、短辺側の外装部による短辺側の寸法に対する影響を無くすことができる。結果として、磁性粒子の充填率が高くそれ故に濡れ拡がりの悪い外装材を用いる場合であっても、長辺側に外装部を形成するだけで、シールド性を確保することができるようになり、短辺側の外装材の量を少なくすることにより実装に影響するような端子電極の汚れをなくすことができる。

好適態様によれば、外装部に金属磁性粒子が含まれることにより、飽和電流をさらに高くすることができる。別の好適態様によれば、磁性粒子を高い密度で充填した外装材を用いることができ、外装部の断面積を小さくしても高インダクタンスを得ることができるようになる。しかも、外装部の断面積を小さくした分は磁性体の断面積を大きくでき、飽和電流を高くすることが可能となる。さらに別の好適態様によれば、長方形板部の長辺側にコイル端部の引出を配置することで実装に影響することがなく、長方形板部の側面に外装の一部を存在させることで引き出された導線を保護することができる。さらに別の好適態様によれば、長方形板部の長辺側に接合部を配置することで実装に影響することがなく、長方形板部の側面に外装部の一部を存在させることで接合された導線を保護することができ、高温の環境下においてもコアと外装部との間の剥離を解消できる。本発明のコイル部品を備える電子機器は、さらなる小型化・高性能化が期待される。

本発明のコイル部品の模式図である。 本発明のコイル部品の部分構造の模式図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
本発明のコイル部品はコアとコアの柱状部に巻回されたコイルとを備えるコイル部品である。

図１は本発明のコイル部品の一例の模式図である。図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は側面図であり、そのＡ−Ａ’断面図が図１（Ｃ）である。コアは柱状部３１と第１の長方形板部３２と第２の長方形板部３３とを有する。図２は本発明のコイル部品の一例の部分構造の模式図である。図２（Ａ）はコアの平面図であり、図２（Ｂ）はコアの側面図である。図２（Ｃ）はコア、コイル、端子電極の平面図であり、その側面図が図２（Ｄ）である。

柱状部３１は絶縁被覆導体を巻回させ得る領域を備えていれば形状は特に限定されず、好ましくは、円筒状や角柱状などといった、一方向に長軸を有する立体形状である。第１・第２の長方形板部３２・３３は前記長軸の両端にそれぞれ設けられており、長辺Ｌ及び短辺Ｓをもつ長方形状の主面と所定の厚みＴとを有する。柱状部３１の長軸の両端は、好ましくは第１・第２の長方形板部３２・３３の長方形状の主面の中心部に当接している。なお、柱状部３１と第１・第２の長方形板部３２・３３とは一体的に構成されていてもよい。好適には第１・第２の長方形板部３２・３３の主面は互いに平行に配置される。また、好適には、柱状部３１の長軸と、第１及び第２の長方形板部３２・３３の主面とは垂直である。本発明では、端子電極４１・４２は、一つの長方形板部に形成され、そのように端子電極４１・４２が形成されている長方形板部を第１の長方形板部３２であると定義する。端子電極４１・４２は後述するコイルの端部２２・２３と電気的に接続され、通常は、端子電極４１・４２を介して本発明のコイル部品を基板等に電気的に接続することができる。

以下の説明では、柱状部３１と第１・第２の長方形板部３２・３３とを合わせてコアと記載する場合があり、また、第１及び第２の長方形板部３２・３３の主面、つまり、長辺Ｌ及び短辺Ｓで規定される面を「ＬＳ面」とも呼び、厚みＴと長辺Ｌで規定される面を「ＬＴ面」とも呼ぶ。長方形板部３２・３３は大きさや厚みは同じ寸法であることが好ましい。また、長方形板部は全ての面において完全な平面である必要はなく、角の面取りや引き出しのための溝付けされたものなども含まれる。

柱状部３１と第１・第２の長方形板部３２・３３とは磁性体からなる。磁性体の種類は特に限定なく、フェライト材料や金属磁性粒子などを用いることができる。フェライト材料は、酸化鉄と他の金属酸化物との複合酸化物において磁性が発現するように構成されてなる材料であり、公知のフェライト材料を特に限定なく用いることができる。例えば、透磁率が２００〜２０００程度のＮｉ−ＺｎフェライトやＭｎ−Ｚｎフェライトなどが好適に用いられる。こういったフェライト材料をバインダーと混合し、金型を使い圧力を掛けドラム型を形成し、その後焼成するなどして柱状部３１及び第１・第２の長方形板部３２・３３とを得ることができる。フェライト材料にはガラスコートを施すなどの粉体処理を行ってもよい。フェライト材料からコアを成形する具体的な手法等については従来技術を適宜参照することができる。

金属磁性粒子は、酸化されていない金属部分において磁性が発現するように構成されてなる材料であり、例えば、酸化されていない金属粒子や合金粒子、あるいはそれら粒子の周囲に酸化物等が設けられてなる粒子などが挙げられる。金属磁性粒子としては、例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。具体的には、合金粒子製造の公知の方法を採用してもよいし、例えば、エプソンアトミックス（株）社製ＰＦ−２０Ｆ、日本アトマイズ加工（株）社製ＳＦＲ−ＦｅＳｉＡｌなどとして市販されているものを用いることもできる。金属磁性粒子は、例えば、合金系のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、非晶質のＦｅ―Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ、またはＦｅ、またはこれらの混合させた材料などが挙げられ、これらの粒子から圧粉体を得たものが好適に用いられ、より好適には、熱処理して酸化膜を形成したものが高い飽和電流を呈する。

コアにおける柱状部３１の周囲に絶縁被覆導体を巻くことで、コイル２１を得る。絶縁被覆導体の態様および絶縁被覆導体を柱状部３１に巻回してコイル２１を得る形態や手法等は従来技術を適宜参照することができる。好適には、絶縁被覆導体は柱状部３１にα巻きで巻回させる。別途好適には、絶縁被覆導体として平角線を用い、これにより、コイル２１の表面の段差が少なくなり、薄い外装部１１を安定的に形成することができる。

図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すように、端子電極４１・４２を第１の長方形板部３２に形成する。このとき、端子電極４１・４２は少なくとも第１の長方形板部３２の短辺及び厚さ方向の辺で規定される平面である２つのＳＴ平面側にそれぞれ形成される。第１の長方形板部３２は図２（Ｃ）・（Ｄ）における紙面左側及び右側に２つのＳＴ平面を有し、紙面前側及び後側に２つのＬＴ面を有する。なお、図示される態様では、一方の端子電極４１は長方形板部３２の外側の主面から紙面左側のＳＴ平面に形成されるとともに、ＬＴ平面の一部（左端付近）にまで折れ曲がって延びている。他方の端子電極４２は長方形板部３２の外側の主面から紙面右側のＳＴ平面に形成されるとともに、ＬＴ平面の一部（右端付近）にまで折れ曲がって延びている。好適には、端子電極４１・４２は、長方形板部３２の外側の主面から厚みＴの半分以上まで伸びている。コイル２１の両端は長方形板部３２の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面であるＬＴ面より引き出され、端子電極４１・４２にそれぞれ電気的に接続される。端子電極とコイルの両端の接続は長方形板部３２の外側の主面、または長辺側の側面で行う。図２（Ｃ）・（Ｄ）は長方形板部３２の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面であるＬＴ面での接続を図示しており、ＬＴ面での接続により高さ寸法を低くできる。端子電極４１・４２はコイル２１の両端部２２・２３のそれぞれと電気的に接続し、本発明のコイル部品外との接続点として利用することができる。

本明細書において、「外側の主面」とは、第１の長方形板部３２が２つ有する主面のうち、柱状部３１が当接していない方の主面である。
端子電極が「ＳＴ平面側に」形成されるとは、端子電極が「ＳＴ平面の近傍に」形成され、ＳＴ平面にまで及んでいてもよいし及んでいなくてもよい、という意味である。より具体的には、「ＬＳ平面」を「一方のＳＴ平面側のエリア」と「他方のＳＴ平面側のエリア」と、「両方のＳＴ平面側に挟まれるエリア」の３つのエリアを均等に区切ったとき、「一方のＳＴ平面側のエリア」及び「他方のＳＴ平面側のエリア」に含まれることである。
したがって、「端子電極は第１の長方形板部の外側の主面の短辺及び厚さ方向の辺で規定される２つの平面側にそれぞれに形成される」ということは、以下を含意する。
１）端子電極４１・４２は第１の長方形板部３２の主面のうち、柱状部３１が当接していない方の主面に形成される。
２）端子電極４１は、前記主面のうち「一方のＳＴ平面の近傍に」形成される。
３）端子電極４２は、前記主面のうち「他方のＳＴ平面の近傍に」形成される。
４）端子電極４１・４２は、ＳＴ平面にまで延びていてもよいし、延びていなくてもよい。

端子電極４１・４２の形態や製造法は特に限定なく、好適にはめっきを用いて形成され、より好ましくはＡｇ、Ｎｉ及びＳｎを含有する。例えば、Ａｇペーストを第１の長方形板部３２に塗布、焼付けして下地を形成した後に、Ｎｉ、Ｓｎめっきを施し、この上に半田ペーストを塗布し、次いで、前記半田を溶融させ、コイルの端部を埋め込み、巻線と端子電極を電気的に接合させることができる。

コイル２１の少なくとも一部は外装部１１に覆われる。外装部１１は樹脂材料と磁性粒子とを含有する。外装部１１の存在により磁束のシールド性が上がる。好適には外装部１１の重量の７５〜８８ｖｏｌ％を磁性粒子が占め、このように磁性粒子の含有率を高めることで、高インダクタンスが期待されるとともに、低い流動性に起因して、塗布後の濡れ広がりが抑制され、塗布の精度が向上する。

外装部１１に含まれる磁性粒子の種類は特に限定無く、上述したフェライトからなる粒子であってもよく、好ましくは、上述した金属磁性粒子であり、これにより高い飽和電流が得られる。

外装部１１の形成については、例えば、磁性粒子と樹脂材料とを混練したものをコイル２１の外側を覆うことが挙げられる。塗布方法はディスペンサーを使う方法でもよく、好ましくはローラーを使った転写法であり、熱硬化により外装部１１を得てもよいし、外装部１１の形成前の半製品を樹脂の注入された型に入れて硬化させたり、ディップさせるなどして外装部１１を部分的に形成してもよい。外装部１１用の樹脂材料は特に限定なく、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などが非限定的に例示される。

なお、コイル２１に磁性粒子を含まない樹脂材料を塗布して、しかる後に、上述のようにして外装部１１を形成してもよい。これにより、コイル２１の段差をさらに小さくすることができ、結果的に、より薄い外装部１１を形成することができる。その他、磁性粒子及び樹脂材料から外装部１１を得る方法については特に限定なく、被覆技術や塗膜形成技術における公知の手段を適宜取り入れることができる。

本発明においては、外装部１１の形成厚みが重要である。
ここで、柱状部３１の中心を通り第１及び第２の長方形板部３２・３３の主面と平行な断面に着目する。前記断面は図１（Ｃ）に模式的に描写される。当該断面において、外装部１１の第１及び第２の長方形板部３２・３３の長辺Ｌ方向の厚さをＰ_Ｌと定義し、外装部１１の第１及び第２の長方形板部３２・３３の短辺Ｓ方向の厚さをＰ_Ｓと定義する。Ｐ_Ｌ及びＰ_Ｓは、それぞれ、前記断面において、コイル２１から長辺Ｌ方向及び短辺Ｓ方向への外装部１１の最大の形成厚みを指す。本発明では、Ｐ_Ｌ＜Ｐ_Ｓである。つまり、長辺Ｌに沿って厚く外装部１１を形成し、短辺Ｓに沿って薄く外装部１１を形成する。好適には、Ｐ_Ｌは、０〜１５０ｍｍであり、Ｐ_Ｓは３００〜３５０ｍｍと、２倍以上の厚みの差を設けている。

好適には、上記断面における、柱状部３１の断面積が外装部１１の断面積より大きい。外装部１１より磁性体からなる柱状部３１の断面積を大きくすることで、高い飽和電流を得ることができる。

コイル２１の両端は、好ましくは、第１の長方形板部３２の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面であるＬＴ面より引き出され、前記引き出された部分を外装部１１が覆っている。長方形板部の側面に外装の一部を存在させることで引き出された導線を保護することができる。

別途好ましくは、コイル２１の両端は第１の長方形板部３２の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面であるＬＴ平面に接合され、前記接合された部分を外装部１１が覆っている。第１の長方形板部３２の側面に外装部１１の一部を存在させることで接合された導線を保護することができ、高温の環境下においてもコアと外装部１１との間の剥離を解消できる。

本発明のコイル部品は各種電子機器に搭載させることができ、そのような電子機器もまた本発明の実施の一形態である。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。

以下の要領でコイル部品を製造した。
長方形板部：長辺Ｌが２．５２ｍｍ、短辺Ｓが２．０ｍｍ、厚さＴが０．２７５ｍｍ
柱状部（コイル及び外装部を含む寸法）：長辺Ｌ方向が１．２５〜１．８１ｍｍ、短辺Ｓ方向が０．６７〜０．７７mm、長軸方向が０．４ｍｍ
巻線：ポリイミド樹脂で被覆された銅線、φ０．１２ｍｍ
周回数：８．５ターン
端子電極：Ａｇペースト（焼成）+Ａｇペースト（硬化）+Ｎｉ／Ｓｎめっき
外装部の樹脂：エポキシ樹脂

コア（柱状部３１、長方形板部３２・３３）の材質、製法は以下のとおりである。
実施例１、２及び比較例１では、Ｎｉ−Ｚｎフェライト材料を圧縮成形してから大気中で１０００℃にて焼成することにより得た（透磁率４００）。
実施例３では、Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を圧縮成形してから窒素雰囲気中で１１８０℃にて焼成することにより得た（透磁率２０００）。
実施例４では、Ｆｅが９２ｗｔ％、Ｓｉが３ｗｔ％、Ｃｒが５ｗｔ％の金属磁性粒子を圧縮成形してから大気中で７００℃にて焼成することにより得た（透磁率３０）。

柱状部３１の充填率及び断面積は以下のとおりである。
充填率 断面積
比較例１ ９８％ 0.96 mm²
実施例１ ９８％ 1.09 mm²
実施例２ ９８％ 1.11 mm²
実施例３ ９７％ 1.29 mm²
実施例４ ９２％ 1.29 mm²

外装部１１に含まれる磁性粒子は以下のとおりである。
実施例１及び比較例１では、Ｎｉ−Ｚｎフェライト焼結粉を用いた。
実施例２〜４では上述のＦｅＳｉＣｒ粒子とＦｅ粒子（純度９９．６％）との１：１の混合材料を用いた。
いずれの実施例・比較例においても、磁性粒子が下記充填率になるようにエポキシ樹脂と混合して、金属ローラーで混合物を巻き上げ、コイル２１に転写して外装部１１を形成した。

外装部１１における充填率、厚さＰ_Ｌ、Ｐ_Ｓ、断面積は以下のとおりである。
充填率 厚さＰ _Ｌ 厚さＰ _Ｓ 断面積
比較例１ ７０％ 0.29 mm 0.28 mm 1.94 mm²
実施例１ ７５％ 0.15 mm 0.32 mm 1.71 mm²
実施例２ ７５％ 0.09 mm 0.35 mm 1.65 mm²
実施例３ ８５％ 0 mm 0.31 mm 1.23 mm²
実施例４ ８８％ 0 mm 0.30 mm 1.23 mm²

上記において、充填率は、試料断面をＳＥＭで観察し、フェライト材料又は金属磁性粒子の占める割合を求めた。断面積は、柱状部の中心を通り主面と平行な断面において柱状部３１及び外装部１１のＳＥＭ観察像からそれぞれの断面積も求めた。

（評価）
それぞれの試料について、ＬＣＲメータを用いて１ＭＨｚにおけるインダクタンス値を求めた。
さらに、それぞれの試料について、直流電流印加によりインダクタンスを低下させ、０．７μＨになったときの電流値を飽和電流であると評価した。
インダクタンス及び飽和電流の各値は以下のとおりである。

インダクタンス［μＨ］ 飽和電流［Ａ］
比較例１ １．０１ ２．０１
実施例１ １．１０ ２．２２
実施例２ １．０８ ２．８１
実施例３ １．０７ ３．４５
実施例４ ０．９５ ４．０２

なお、実施例においては、外装部１１の材料による長方形板部の短辺側であるＳＴ面の端子電極の汚れは見出されなかった。

１１：外装部 ２１：コイル
２２・２３：コイルの端部 ３１：柱状部
３２・３３：長方形板部 ４１・４２：端子電極

Claims (6)

1. 柱状部と、
   長辺及び短辺を有する長方形状の主面ならびに厚さ方向の辺を有する第１及び第２の長方形板部と、
   前記柱状部に絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルと、
   前記コイルの両端部と電気的に接続されてなる２つの端子電極と、
   磁性粒子及び樹脂材料を含み前記コイルの少なくとも一部を覆う外装部と、
   を備え、
   前記第１及び第２の長方形板部のそれぞれの主面に柱状部の両端部がそれぞれ接続し、
   前記柱状部ならびに第１及び第２の長方形板部は磁性体からなり、
   前記２つの端子電極は第１の長方形板部の外側の主面の短辺及び厚さ方向の辺で規定される２つの平面側にそれぞれに形成され、
   前記柱状部の中心を通り主面と平行な断面における外装部の前記長辺方向の厚さＰ_Ｌと前記短辺方向の厚さＰ_Ｓについて、Ｐ_Ｌ＜Ｐ_Ｓである、
   コイル部品。
2. 前記外装部に含まれる磁性粒子が金属磁性粒子である請求項１記載のコイル部品。
3. 前記柱状部の中心を通り主面と平行な断面における、柱状部の断面積が外装部の断面積より大きい、請求項１又は２記載のコイル部品。
4. 前記コイルの両端は前記第１の長方形板部の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面に引き出され、前記引き出された部分を外装部が覆っている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品。
5. 前記コイルの両端は前記第１の長方形板部の長辺及び厚さ方向の辺で規定される１つの平面に接合され、前記接合された部分を外装部が覆っている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイル部品を備える電子機器。

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