JP2016219458A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体と結合剤とを混合した磁性材料からなる磁性成型体に、巻線をコイル状に巻回してある巻線部を埋設したコイル部品において、巻線部の内周部に形成された磁性成型体におけるクラックの発生を防止した信頼性に優れたコイル部品を提供する。【解決手段】磁性体と結合剤とを含む磁性材料１を加圧成型した磁性成型体２と、磁性成型体２に埋設され、巻線３をコイル状に巻回してある巻線部５とを有するコイル部品であって、巻線部５が、少なくとも２つ以上のコイルと、互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線６からなり、２つ以上のコイルが、互いに間隔を空けて配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、巻線をコイル状に巻回してある巻線部が磁性材料で構成された磁性成型体の内部に埋設してあるインダクタ素子などのコイル部品に関するものである。

特許文献１には、絶縁被覆を施した巻線からなる巻線部を磁性材料に埋没させた後、適当な加圧手段（たとえば、粉末プレス装置）を用いて、巻線部の巻軸に平行な方向に０．５〜２．０ＧＰａで加圧成型することにより、磁性成型体の内部に巻線部が埋設されたコイル部品とするインダクタが開示されている。

特開２００７−１３１７６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来のコイル部品では、巻線が密着して巻線部を形成しているため、磁性材料に巻線部を埋没させた後、加圧成型することにより作製されたインダクタなどのコイル部品は、加圧成型時に埋設された巻線部の巻線が、巻軸に平行な方向に潰れるように塑性変形してしまう。この塑性変形により巻線部の内周部に形成された磁性成型体の中心へ向かう圧縮応力が生じ、その結果、巻線部の内周部に形成された磁性成型体の中心では巻軸に平行な方向の引張応力が生じる。このため、巻線部の内周部に形成された磁性成型体にクラックが生じてしまうという問題があった。

そこで本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、磁性体と結合剤とを混合した磁性材料で構成される磁性成型体に、巻線をコイル状に巻回してある巻線部を埋設したコイル部品において、巻線部の内周部に形成された磁性成型体におけるクラックの発生を防止した、信頼性に優れたコイル部品を提供することを目的とする。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、本発明に係るコイル部品は、磁性体と結合剤とを含む磁性材料からなる磁性成型体と、前記磁性成型体に埋設された巻線部とを有するコイル部品であって、前記巻線部が少なくとも２つ以上のコイルと、互いに近接する前記コイルを電気的に接続する接続導線からなり、前記２つ以上のコイルが、間隔を空けて配置されていることを特徴とする。

本発明に係るコイル部品は、前記磁性材料を前記２つ以上のコイルの間に配することを特徴とする。

本発明に係るコイル部品は、巻線の巻軸方向に少なくとも前記２つ以上のコイルが前記巻線の巻軸を共有するように離間して積層配置されることを特徴とする。

本発明に係るコイル部品は、前記２つ以上のコイルと、互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線よりなる巻線部が、２種類の巻線ピッチにより形成されることを特徴とする。

本発明に係るコイル部品は、前記２種類の巻線ピッチにおいて、前記互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線を形成する巻線ピッチが、前記２つ以上のコイルを形成する巻線ピッチより大きいことを特徴とする。

本発明に係るコイル部品は、前記互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線が１巻以下の巻線により形成されていることを特徴とする。

本発明により、磁性材料に巻線部を埋没させた後、加圧成型する時に、コイルを形成する巻線に印加されるコイルの巻軸に平行な方向の応力が低減されるため、巻線における巻軸に平行な方向への潰れ（塑性変形）が改善されることにより、巻線部の内周部に形成された磁性成型体の中心へ向かう圧縮応力の発生および、該圧縮応力に起因する巻線部の内周部に形成された磁性成型体の中心における巻軸に平行な方向の引張応力の発生が緩和されるため、巻線部の内周部に形成された磁性成型体のクラック発生を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるコイル部品の上面図である。 本発明の一実施形態におけるコイル部品の側面図である。 本発明の一実施形態におけるコイル部品の、図１におけるＡＡ’面の断面図である。 本発明の他の実施形態におけるコイル部品の上面図である。 本発明の他の実施形態におけるコイル部品の側面図である。 本発明の他の実施形態におけるコイル部品の、図４におけるＡＡ’面の断面図である。 本発明の他の実施形態におけるコイル部品の、図４におけるＢＢ’面の断面図である。 従来のコイル部品の上面図である。 従来のコイル部品の側面図である。 従来のコイル部品の、図８におけるＡＡ’面の断面図である。

以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本実施形態のコイル部品の構造の一例を図１、図２および図３に示す。本実施形態のコイル部品は、磁性成型体２と磁性成型体２に埋設された巻線部５より構成されている。

また本実施形態はこれに限定することなく、たとえば、図４、図５、図６および図７に示す構成とすることもできる。

巻線部５は、巻線３を巻回して形成される少なくとも２つ以上のコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））と、少なくとも２つ以上のコイル４の間（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ）の間）を電気的に接続する接続導線６とからなる。少なくとも２つ以上のコイル４のうちの１つのコイル４の端部より接続導線６が導出され、近接する他のコイル４の端部より導入されている（たとえば、コイル４（ａ）の端部より導出され、コイル４（ｂ）の端部より導入されている）。すなわち、少なくとも２つ以上のコイル４のうちの１つのコイル４（たとえば、コイル４（ａ））を巻回した後、巻線３を切断せずそのまま間隔を空けて近接する他のコイル４（たとえば、コイル４（ｂ））を巻回すことで、少なくとも２つ以上のコイル４の間（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ）の間）に接続導線６が形成される。同時に、少なくとも２つ以上のコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の各々の間には隙間８が形成される。
もちろん、前記少なくとも２つ以上のコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））のそれぞれを別々に作製し、各々のコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））における巻線３の端部同士を別途用意した接続導線６で接続することもできる。

また、図４、図５、図６および図７に示すように、前記２つ以上のコイル４と、互いに近接するコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を電気的に接続する接続導線６よりなる巻線部５を、２種類の巻線ピッチにより形成することもできる。この時、互いに近接するコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を電気的に接続する接続導線６を形成する巻線ピッチＰ２を、２つ以上のコイル４を形成する巻線ピッチＰ１より大きくすることにより、２つ以上のコイル４各々の間（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ）の間）に隙間８を形成することができる。
ここで、図７に示すように、巻線ピッチＰ１とは、コイル４を形成する巻線３の間隔、巻線ピッチＰ２とは、コイル４（ａ）の端部、接続導線６、コイル４（ｂ）の端部の間隔である。

２つ以上のコイル４を形成する巻線ピッチＰ１は、巻線３を限られたサイズの中に多く巻回すため巻線３の線径と同じ大きさとすることが好ましい。よって、この場合のコイル４は近接する巻線３が互いに接触することになる。

互いに近接するコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を電気的に接続する接続導線６を形成する巻線ピッチＰ２は、２つ以上のコイル４を形成する巻線ピッチＰ１より大きく、２つ以上のコイル４各々の間（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ）の間）に隙間８が形成される大きさであれば良く、好ましくは、巻線３の線径の２倍以上の大きさがあれば良い。

また、コイル部品の低背化のために、互いに近接するコイル４（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を電気的に接続する接続導線６は、近接するコイル４同士（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を１巻以下の巻き数で接続することが好ましい。

巻線３および接続導線６は、たとえば、導線と必要に応じて導線の外周を被覆してある絶縁被覆層とで構成することができる。

導線の材料としては、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、リン青銅などの金属などの導電性材料を用いることができる。絶縁被覆層は特に限定されないが、たとえば、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエステル―イミド、ポリエステル―ナイロンなどを用いることができる。巻線３の断面形状は特に限定されず、円形、平角形状などとすることができ、外径は用いる材料によっても異なるが、通常は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすればよい。

磁性成型体２は、磁性体と結合剤とを含む磁性材料１を加圧成型することにより形成される。磁性体としては特に限定されないが、Ｍｎ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎなどのフェライト、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ；鉄―シリコン―アルミニウム）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ（鉄―シリコン―クロム）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）などを用いることができる。結合剤として特に限定されないが、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコン樹脂、または、これらを組み合わせたものなどを用いることができる。

２つ以上のコイル４各々の間（たとえば、コイル４（ａ）とコイル４（ｂ）の間）に磁性材料１（ａ）を配した隙間８を形成することにより、磁性材料１に巻線部５を埋没させた後、加圧成型した時に隙間８が緩衝機能を発揮し、コイル４を形成する巻線３へ印加されるコイル４の巻軸に平行な方向の応力が低減されるため、巻線３におけるコイル４の巻軸に平行な方向への潰れ（塑性変形）が改善されることにより、巻線部５の内周部７に形成された磁性成型体２の中心へ向かう圧縮応力の発生および、該圧縮応力に起因する巻線部５の内周部７における巻軸に平行な方向の引張応力の発生が緩和されるため、巻線部５の内周部７に形成された磁性成型体２のクラック発生を防止することが可能となる。ここで隙間８に配した磁性材料１（ａ）が加圧成型されることにより、隙間８に磁性成型体２（ａ）が形成される。

本発明のコイル部品のサイズは特に限定されないが、たとえば、幅が１．０ｍｍ〜２０ｍｍ、奥行きが１．０ｍｍ〜２０ｍｍ、高さが１．０ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすれば良い。また、本実施形態においては、コイル４が２個の事例について説明したが、同様に、コイル４を３個以上有する、本発明のコイル部品を構成することもできる。

本発明のコイル部品は、たとえば、パソコンや携帯型電子機器などに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路素子などとして用いることができる。

以下、本発明のコイル部品の一実施例について、具体的に説明を行う。当然のことながら、本発明のコイル部品は下記実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１、図２および図３は、本発明の一実施例におけるコイル部品である。

まず、金型のキャビティ内に充填すべき顆粒状の磁性材料１を準備した。磁性体としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の粉末（平均粒径２．０μｍ）を準備した。この磁性体１００ｇに、ＩＰＡ１００ｇ中のポリシロキサン樹脂を１．０質量％とした溶液を添加して２０分撹拌した。撹拌後、撹拌物を１５０℃で１時間の乾燥を行った。また、乾燥は撹拌しながら行った。乾燥後、ポリシロキサン樹脂で被覆された材料を解砕してから、ステアリン酸カルシウムを潤滑剤として０．１質量％添加して顆粒状の磁性材料１を作製した。ここで、磁性材料１に必要な条件として、磁性体のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の粉末の平均粒径は０．５〜１０μｍの範囲であり、この磁性体１００ｇに対し、ＩＰＡ１００ｇ中のポリシロキサン樹脂を０．１〜４．０質量％とした溶液を添加して２０分撹拌し、撹拌後、撹拌物を１４０〜２５０℃で１時間乾燥するか、若しくは、１４０〜２００℃で１時間の乾燥後に温度を変えて更に１８０〜２５０℃で１時間の合計２時間の乾燥を、撹拌しながら行い、乾燥後、ポリシロキサン樹脂で被覆された材料を解砕してから、ステアリン酸カルシウムを潤滑剤として０．１〜０．４質量％添加して顆粒状にすればよい。

このように作製した磁性材料１を、Ｃｕからなる導線をエナメル層からなる絶縁被膜で被覆した直径０．３ｍｍの円形断面を持つ巻線３を巻回した２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））と、Ｃｕからなる導線をエナメル層からなる絶縁被膜で被覆した直径０．３ｍｍの円形断面を持ち、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））同士を電気的に接続する接続導線６からなり、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の隙間８が０．３ｍｍ形成された巻線部５がセットされた金型キャビティ内に充填し、コイル４の巻軸に平行な方向に０．３ＧＰａの加圧力で加圧成型した後に金型から磁性成型体２を取り出し、２００℃で１時間の加熱処理を行い、ポリシロキサン樹脂を硬化させ、実施例１のコイル部品を得た。ここで加熱処理の温度は、１４０〜２５０℃の範囲にあればよい。
磁性成型体２の寸法は、幅７．０ｍｍ×奥行き７．０ｍｍ×高さ５．２ｍｍであった。

得られたコイル部品の断面観察を行ったところ、図３に示すように２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の隙間には磁性成型体２が形成され、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の隙間は０．１ｍｍとなっていたが、巻線３の潰れ及び巻線部５の内周部７に形成された磁性成型体２のクラックは確認されなかった。

［実施例２］
図４、図５、図６および図７は、本発明の他の実施例におけるコイル部品である。

実施例１と同様に、金型キャビティ内に充填すべき顆粒状の磁性材料１を準備した。磁性体としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の粉末（平均粒径２．０μｍ）を準備した。この磁性体１００ｇと、ＩＰＡ１００ｇ中のポリシロキサン樹脂を１．０質量％添加して２０分撹拌した。撹拌後、撹拌物を１５０℃で１時間の乾燥を行った。また、乾燥は撹拌しながら行った。乾燥後、ポリシロキサン樹脂で被覆された材料を解砕してから、ステアリン酸カルシウムを潤滑剤として０．１質量％添加して顆粒状の磁性材料１を作製した。

このように作製した磁性材料１を、Ｃｕからなる導線をエナメル層からなる絶縁被膜で被覆した直径０．３ｍｍの円形断面を持つ巻線３を２種類の巻線ピッチで巻回し、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））と２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））同士を電気的に接続する接続導線６とを形成した巻線部５がセットされた金型キャビティ内に充填した。
巻線部５を形成するコイル４（コイル（ａ）とコイル４（ｂ））は巻線ピッチＰ１が０．３ｍｍで形成され、接続導線６は巻線ピッチＰ２が０．９ｍｍ、且つ巻き数が１／２で形成されている。
これにより、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の間に０．３ｍｍの隙間８が形成される。
磁性材料１を金型キャビティ内に充填した後、コイル４の巻軸に平行な方向に０．３ＧＰａの加圧力で加圧成型した後、金型から磁性成型体２を取り出し、２００℃で１時間の加熱処理を行い、ポリシロキサン樹脂を硬化させ、実施例２のコイル部品を得た。
磁性成型体２の寸法は、幅７．０ｍｍ×奥行き７．０ｍｍ×高さ５．２ｍｍであった。

得られたコイル部品の断面観察を行ったところ、図６、図７に示すように２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の隙間には磁性成型体２が形成され、２つのコイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））の隙間８は０．１ｍｍとなっていたが、コイル４（コイル４（ａ）とコイル４（ｂ））を形成する巻線３および接続導線６の潰れ及び巻線部５の内周部７に形成された磁性成型体２のクラックは確認されなかった。

［比較例］
図８、図９および図１０は、従来のコイル部品の一例である。

実施例１、実施例２と同様に、金型のキャビティ内に充填すべき顆粒状の磁性材料１を準備した。磁性体としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の粉末（平均粒径２．０μｍ）を準備した。この磁性体１００ｇと、ＩＰＡ１００ｇ中のポリシロキサン樹脂を１．０質量％とした溶液を添加して２０分撹拌した。撹拌後、撹拌物を１５０℃で１時間の乾燥を行った。また、乾燥は撹拌しながら行った。乾燥後、ポリシロキサン樹脂で被覆された材料を解砕してから、ステアリン酸カルシウムを潤滑剤として０．１質量％添加して顆粒状の磁性材料１を作製した。

このように作製した磁性材料１を、Ｃｕからなる導線をエナメル層からなる絶縁被膜で被覆した直径０．３ｍｍの円形断面を持つ巻線３を巻回した巻線部５がセットされた金型キャビティ内に充填し、巻線部５の巻軸に平行な方向に０．３ＧＰａの加圧力で加圧成型した後に金型から磁性成型体２を取り出し、２００℃で１時間の加熱処理を行い、ポリシロキサン樹脂を硬化させ、コイル部品を得た。
磁性成型体２の寸法は、幅７．０ｍｍ×奥行き７．０ｍｍ×高さ５．２ｍｍであった。

得られたコイル部品の断面観察を行ったところ、図１０に示すように、巻線３が巻線部５の巻軸に平行な方向に潰れており、特に、巻線部５の中央の巻線３（ａ）は、巻線部５の上下両端の巻線３（ｂ）より大きく潰れていた。また、大きく潰れた巻線３（ａ）に挟まれた磁性成型体２にクラック９が確認された。

本発明に係るコイル部品は、磁性成型体の内部に埋設された巻線部を形成する巻線の潰れ（塑性変形）を抑制すると同時に巻線部の内周部に形成された磁性成型体のクラックを防止することができ、電気的特性および信頼性に優れたコイル部品を得ることが、産業上有用である。

１・・・磁性材料
１（ａ）・・・隙間８に配された磁性材料
２・・・磁性成型体
２（ａ）・・・隙間８に形成された磁性成型体
３・・・巻線
３（ａ）・・・コイル中央の巻線
３（ｂ）・・・コイル上下の巻線
４・・・コイル
４（ａ）・・・上部のコイル
４（ｂ）・・・下部のコイル
５・・・巻線部
６・・・接続導線

７・・・内周部
８・・・隙間
９・・・クラック

Claims (6)

1. 磁性体と結合剤とを含む磁性材料からなる磁性成型体と、前記磁性成型体に埋設され、巻線をコイル状に巻回してある巻線部とを有するコイル部品であって、
   前記巻線部が少なくとも２つ以上のコイルと、互いに近接する前記コイルを電気的に接続する接続導線からなり、前記２つ以上のコイルが、間隔を空けて配置されていることを特徴とするコイル部品。
2. 前記磁性材料を前記２つ以上のコイルの間に配することを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 巻線部の巻軸方向に少なくとも前記２つ以上のコイルが前記巻線部の巻軸を共有するように離間して積層配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル部品。
4. 前記２つ以上のコイルと、互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線よりなる巻線部が、２種類の巻線ピッチにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のコイル部品。
5. 前記２種類の巻線ピッチにおいて、前記互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線を形成する巻線ピッチが、前記２つ以上のコイルを形成する巻線ピッチより大きいことを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記互いに近接するコイルを電気的に接続する接続導線が１巻以下の巻線により形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のコイル部品。

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