JP2018056524A - コイル部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気飽和を抑制でき、直流重畳特性に優れるコイル部品を提供する。【解決手段】磁性体粉末と樹脂とを有するコア部に円筒状空芯コイル部を埋設したコイル部品であって、空芯コイル部の外径をａ１、内径をａ２とし、巻回軸方向に垂直なコア部の面と空芯コイル部の端部との距離をｈとした場合に、断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下である。ＳＡ１：コア部外周が形成する面積から空芯コイル部外周が形成する面積を引いた面積。ＳＡ２：下記式で表される面積。ＳＡ３：空芯コイル部内周が形成する面積。ＳＡ４：コア部外周が形成する面積から空芯コイル部外周が形成する面積を引いた面積の１／２とπａ１ｈ／２との和。ＳＡ５：空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２とπａ２ｈ／２との和。【選択図】なし
Description
本発明は、空芯コイルと、当該空芯コイルが埋設されたコア部とを有するコイル部品に関する。特に電源系回路に実装されて好適なコイル部品に関する。
近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、これら電子機器を駆動するＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源回路において、高周波数化および大電流化に対応した小型かつ高性能なコイル部品の要求が強くなっている。
従来、上記の要求を達成し得るコイル部品として、ワイヤが巻回された空芯コイルを、磁性粉末と樹脂との混合物を加圧成形した圧粉磁芯（コア）内に埋設したコイル封入型磁性部品が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
小型かつ高性能なコイル部品を得るためには、高いインダクタンスが得られるとともに、大電流領域まで高いインダクタンスを保持することにより、電源駆動時の磁気飽和を抑制することが重要となる。磁気飽和を抑制するためには、磁性体から構成される磁芯内において発生する磁束密度の分布を均一に近づける必要がある。なお、磁気飽和特性を表す指標としては、たとえば、直流重畳特性が例示される。
特許文献１には、コイル部品におけるコイルの貫通孔の径およびコイルと外装部の表面との距離を所定の関係とし、磁芯内の磁性体の密度の関係を規定することで磁気飽和を抑制できることが記載されているものの、実際には、磁気飽和の抑制が不十分であるという問題があった。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、磁気飽和を抑制でき、直流重畳特性に優れるコイル部品を提供することである。
本発明者らは、コア内部で発生する磁束密度がコア内部の場所によって異なることに着目した。これは、主として磁束が通過する箇所の面積がコア内部の場所によって異なることに起因している。その結果、コア内部における磁束密度の分布が均一ではなくなり、磁気飽和が生じやすく、直流重畳特性も悪化してしまう。
そこで、本発明者らは、磁束が通過する箇所の面積を均一に近づければ、コア内部の各部で発生する磁束密度の分布が均一に近づくと考え、コア部の各部において、磁束が通過する箇所を特定して、その面積がなるべく同じ面積となるように、すなわち、各面積のばらつきを抑制することにより、磁気飽和が生じにくくなることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の第１の態様は、
［１］磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
円筒状の空芯コイル部と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも空芯コイル部の全体がコア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
コイル部品において、空芯コイル部の外径をａ１とし、空芯コイル部の内径をａ２とし、空芯コイル部の巻回軸方向に垂直なコア部の面と、空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品である。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ３：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、πａ１ｈ×１／２で表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、πａ２ｈ×１／２で表される面積との和
［１］磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
円筒状の空芯コイル部と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも空芯コイル部の全体がコア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
コイル部品において、空芯コイル部の外径をａ１とし、空芯コイル部の内径をａ２とし、空芯コイル部の巻回軸方向に垂直なコア部の面と、空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品である。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、πａ１ｈ×１／２で表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、πａ２ｈ×１／２で表される面積との和
本発明の第２の態様は、
［２］磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
正四角形筒状の空芯コイル部と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも空芯コイル部の全体がコア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
コイル部品において、空芯コイル部の外周を形成する一辺の長さをｂ１とし、空芯コイル部の内周を形成する一辺の長さをｂ２とし、空芯コイル部の巻回軸方向に垂直なコア部の面と、空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品である。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ３：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、２ｂ１ｈで表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、２ｂ２ｈで表される面積との和
［２］磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
正四角形筒状の空芯コイル部と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも空芯コイル部の全体がコア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
コイル部品において、空芯コイル部の外周を形成する一辺の長さをｂ１とし、空芯コイル部の内周を形成する一辺の長さをｂ２とし、空芯コイル部の巻回軸方向に垂直なコア部の面と、空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品である。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、２ｂ１ｈで表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、２ｂ２ｈで表される面積との和
上記の断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が上記の範囲内であるコイル部品は、コア部の各部における磁束に垂直な断面積が均一に近い。したがって、磁気飽和を抑制し、直流重畳特性に優れる。
［３］ＣＶ値が０．３５以下である［１］または［２］に記載のコイル部品である。
ＣＶ値をさらに限定することにより、上記の効果をさらに高めることができる。
［４］下記に示すＲが０．５２以上０．９５以下である［１］から［３］のいずれかに記載のコイル部品である。
Ｒ：５×（ＳＡ２）／（ＳＡ１＋ＳＡ２＋ＳＡ３＋ＳＡ４＋ＳＡ５）
Ｒ：５×（ＳＡ２）／（ＳＡ１＋ＳＡ２＋ＳＡ３＋ＳＡ４＋ＳＡ５）
Ｒを上記の範囲内とすることにより、設計の自由度を確保しつつ、良好な直流重畳特性を得ることができる。
［５］Ｒが０．６３以上０．９５以下である［４］に記載のコイル部品である。
Ｒをさらに限定することにより、上記の効果をさらに高めることができる。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．コイル部品
１．１ 第１実施形態
１．２ 第２実施形態
２．実施形態の効果
１．コイル部品
１．１ 第１実施形態
１．２ 第２実施形態
２．実施形態の効果
（１．コイル部品）
（１．１ 第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１実施形態に係るコイル部品１０は、圧縮成形体としてのコア部２と、ワイヤが巻回されて形成される空芯コイル部４１と、空芯コイル部４１から引き出された引出部（図示省略）と、引出部に電気的に接続され、コア部２の外周に設けられた端子部（図示省略）とを有し、空芯コイル部４１の全体がコア部２の内部に埋設されている。したがって、実際のコイル部品１０においては、空芯コイル部４１を外部から観察することはできない。
（１．１ 第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１実施形態に係るコイル部品１０は、圧縮成形体としてのコア部２と、ワイヤが巻回されて形成される空芯コイル部４１と、空芯コイル部４１から引き出された引出部（図示省略）と、引出部に電気的に接続され、コア部２の外周に設けられた端子部（図示省略）とを有し、空芯コイル部４１の全体がコア部２の内部に埋設されている。したがって、実際のコイル部品１０においては、空芯コイル部４１を外部から観察することはできない。
図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、コア部２の外形は、正方形状の第１主面２ａおよび第２主面２ｂが、長方形状の４つの外周面（第１外周面２ｃ、第２外周面２ｄ、第３外周面２ｅ、第４外周面２ｆ）を介して連結されて構成される正四角柱状を有している。第１主面２ａおよび第２主面２ｂの１辺の長さはＬであり、第１主面２ａと第２主面２ｂとの距離、すなわち、コア部２の高さはＨＣである。
コア部２は、磁気特性を発揮する磁性体部であり、磁性体粉末と、磁性体粉末に含まれる磁性体粒子を結合するバインダとしての樹脂と、を含む顆粒を圧縮成形または射出成形し、必要に応じて熱処理を行い、形成してある。磁性体粉末の材質としては、所定の磁気特性を発揮するものであれば特に限定されないが、たとえば、Ｆｅ−Ｓｉ（鉄−シリコン）、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）、カルボニル鉄系などの鉄系の金属磁性体が例示される。また、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどのフェライトであってもよい。
バインダとしての樹脂は、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、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコン樹脂、これらを組み合わせたものなどが例示される。
空芯コイル部および引出部を構成するワイヤは、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してある。導線は、たとえば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ａｇ、Ａｕ、リン青銅などで構成してある。絶縁被覆層は、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−ナイロンなどで構成してある。ワイヤの横断面形状は、特に限定されず、円形、平角形状などが例示される。
図２に示すように、空芯コイル部４１は、ワイヤ４ａが巻回されて形成され、引出部４２は、空芯コイル部４１から引き出されている。本実施形態では、空芯コイル部４１は、ワイヤ４ａを中空円筒状に巻回してある部分である。円筒の外周は径ａ１の円形であり、円筒の内周は径ａ２の円形である。また、円筒の高さはＨＷである。この空芯コイル部４１は、巻回軸Ｏがコア部２の両主面２ａ、２ｂと垂直となるようにコア部２の内部に埋め込まれている。
通常、空芯コイルが埋設されるコイル部品においては、発生する磁束を最大限利用するために、空芯コイル部は、巻回軸がコア部の中心を通り、空芯コイル部の高さ方向の中点とコア部の高さ方向の中点とが一致するように配置される。本実施形態においても、図１（ｃ）に示すように、空芯コイル部４１の巻回軸Ｏはコア部の中心を通り、コア部の第１主面２ａから空芯コイル部４１の端部までの距離ｈ１と、コア部の第２主面２ｂから空芯コイル部４１の端部までの距離ｈ２とは同じ距離ｈとなる。したがって、本実施形態では、ｈは、ｈ＝ｈ１＝ｈ２＝１／２×（ＨＣ−ＨＷ）と表すことができる。
また、空芯コイル部４１からはワイヤ４ａの両端である少なくとも一対の引出部４２がコア部２の外部に引き出される。引き出されたワイヤ４ａ（引出部４２）は、コア部２の外周面に設けられる一対の端子部に電気的に接続されることとなる。なお、端子部は、特に限定されず、公知の構成を適用することができる。
端子部に電圧が印加されると、以下に詳述するように、空芯コイル部を構成するワイヤに電流が流れ、コア部２の内部において磁束が生じることにより、コイル部品が所定の磁気特性を発揮する。
空芯コイル部を構成するワイヤ４ａに電流が流れると、発生する磁束が合成され、所定の方向に向かう磁束が発生する。このとき、図３（ａ）に示すように、空芯コイル部４１の内部（中空部）においては、磁束ＭＦは中空部を貫通する向きに生じる。空芯コイル部４１の一方の端部Ｅ１では、磁束ＭＦは空芯コイル部４１の外部に向かう方向に曲げられ、図３（ｂ）に示すように、空芯コイル部４１の外形状に応じて放射状に広がる。そして、図３（ａ）に示すように、空芯コイル部４１の外周に沿って、空芯コイル部４１の一方の端部Ｅ１から他方の端部Ｅ２に向かう。空芯コイル部４１の他方の端部Ｅ２では、図３（ｃ）に示すように、磁束ＭＦは空芯コイル部４１の内部に向かう方向に曲げられ、空芯コイル部４１の外周のあらゆる方向から空芯コイル部４１の内部に向かう。
磁束密度は、磁場の方向に垂直な単位面積当たりの磁束の密度を表しており、コア部２を構成する磁性体の透磁率はコア部においてほぼ同じなので、コア部内の各箇所における磁束密度は、磁束が通過する箇所の面積に影響される。そのため、磁束密度の分布を均一に近づけるためには、コア部内の各箇所において、磁束が通過する面積を同じ値となるように近づければよい。換言すれば、コア部内の各箇所における磁場の方向に垂直な面積のバラツキを小さくすればよい。
ここで、図１および３からも明らかなように、磁束が通過する箇所の形状は、コア部内において刻々と変化する。そこで、本実施形態では、磁束が通過する箇所の形状が大きく変化する箇所を特定し、その箇所の面積のバラツキを抑制している。具体的には、以下のＳＡ１〜ＳＡ５の５箇所の断面積のバラツキを抑制している。
ＳＡ１は、磁束が空芯コイル部の一方の端部から他方の端部に向かう際に、空芯コイル部の外周に位置するコア部を通過する断面積であり、図４（ａ）における斜線部分である。ＳＡ１は、コア部の高さ方向における１／２×ＨＣの位置におけるコア部２の外周が示す面積から同位置における空芯コイル部４１の外径ａ１が示す円の面積を引いた面積である。本実施形態では、ＳＡ１は以下の式で表される。
空芯コイル部の外周に位置するコア部から空芯コイル部４１の端部の下部に位置するコア部に回り込んだ磁束が空芯コイル部の内部に向かう際には、磁束は放射状に広がるので、通過する磁束に垂直な断面積も徐々に変化する。そこで、徐々に変化する断面積を考慮して、その中間的な値をＳＡ２とする。本実施形態では、ＳＡ２は以下の式で表される。
なお、上述したように、ＳＡ２は徐々に変化する断面積を考慮したものであるため、ＳＡ２を図において正確に示すことは困難であるが、たとえば、図５（ａ）〜（ｃ）に示す部分である。ＳＡ２は、空芯コイル部の外周と内周との間に存在し（図５（ａ）〜（ｃ）においては、外周と内周との中点近傍に存在している）、高さがコア部の第２主面から空芯コイル部の端部Ｅ２までの距離ｈである円筒の側面の面積である。
ＳＡ３は、空芯コイル部４１の内部（中空部）に存在するコア部を磁束が通過する断面積であり、図６（ａ）における斜線部分である。ＳＡ３は、コア部の高さ方向における１／２×ＨＣの位置における空芯コイル部の内径ａ２が示す円の面積である。本実施形態では、ＳＡ３は以下の式で表される。
ＳＡ４は、磁束が空芯コイル部の外周から空芯コイル部の他方の端部に進入する際に通過する断面積であり、図７（ａ）〜（ｃ）に示す部分である。ＳＡ４は、空芯コイル部の高さ方向における空芯コイル部の端部Ｅ２の位置におけるコア部の外周が示す面積から同位置における空芯コイル部４１の外径ａ１が示す円の面積を引いた面積の１／２と、空芯コイル部の外径を通り、高さがコア部の第２主面から空芯コイル部の端部Ｅ２までの距離ｈである円筒の側面の面積の１／２と、を足し合わせた面積である。本実施形態では、ＳＡ４は以下の式で表される。
なお、本実施形態では、空芯コイル部の高さ方向における空芯コイル部の端部Ｅ２の位置におけるコア部の外周が示す面積から同位置における空芯コイル部４１の外径ａ１が示す円の面積を引いた面積と、コア部の高さ方向における１／２×ＨＣの位置におけるコア部の外周が示す面積から同位置における空芯コイル部４１の外径ａ１が示す円の面積を引いた面積と、は同じである。したがって、ＳＡ４はＳＡ１を用いて表すことができる。
ＳＡ５は、磁束が空芯コイル部の他方の端部から空芯コイル部の内部に進入する際にコア部を通過する断面積であり、図８（ａ）〜（ｃ）に示す部分である。ＳＡ５は、空芯コイル部の内径を通り、高さがコア部の第２主面から空芯コイル部の端部Ｅ２までの距離ｈである円筒の側面の面積の１／２と、空芯コイル部の高さ方向における端部Ｅ２の位置における空芯コイル部の内径が示す円の面積の１／２と、を足し合わせた面積である。本実施形態では、ＳＡ５は以下の式で表される。
なお、本実施形態では、空芯コイル部の高さ方向における端部Ｅ２の位置における空芯コイル部の内径ａ２が示す円の面積と、コア部の高さ方向における１／２×ＨＣの位置における空芯コイル部の内径ａ２が示す円の面積と、は同じである。したがって、ＳＡ５はＳＡ３を用いて表すことができる。
本実施形態では、上記のように定義されるＳＡ１〜ＳＡ５についてＣＶ値（変動係数）を算出する。算出されたＣＶ値は０．５５以下であり、０．３５以下であることが好ましい。ＣＶ値は、下記の式に示すように、ＳＡ１〜ＳＡ５の５つの値について標準偏差σおよび平均値を求めて、標準偏差σを平均値Ａｖで除した値（σ／Ａｖ）として求めることができる。
ＣＶ値が上述した範囲内である場合には、磁束が通る箇所の面積のバラツキが小さく、当該箇所の面積が大きく変化しないことを意味する。したがって、コア部の各箇所における磁束密度の分布が均一に近づき、磁気飽和を抑制することができる。その結果、直流重畳特性に優れるコイル部品を得ることができる。
コイル部品を設計する場合、実装上の問題等から、ＳＡ１からＳＡ５に関して、ＣＶ値が上述した範囲内となるようにすることが困難な場合がある。このような場合、ＳＡ１からＳＡ５のうち、ＳＡ２については、他の４つの断面積（ＳＡ１、ＳＡ３、ＳＡ４およびＳＡ５）に対してある程度小さくしてもよい。
すなわち、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４およびＳＡ５の平均値に対するＳＡ２の割合を示すＲが、１よりも小さい範囲内であればよい。Ｒは下記の式で表すことができる。
本実施形態では、Ｒは０．５２以上０．９５以下であることが好ましく、０．６３以上０．９５以下であることがより好ましい。Ｒを上記のように定義し、その値を上記の範囲内とすることにより、ＳＡ２に関しては、他のＳＡ１、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５よりも小さく設定できるので、コイル部品の設計に関する自由度を高めつつ、良好な直流重畳特性を実現できる。
本実施形態に係るコイル部品は、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コンバータ等の電源回路、パソコンや携帯型電子機器などに搭載される電源ラインにおけるチョークコイル等の、高周波化および大電流化が求められるコイル部品として好適である。
（１．２ 第２実施形態）
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、第２実施形態に係るコイル部品１０ａは、空芯コイル部４１が中空部を有する正四角形筒状である以外は、第１実施形態のコイル部品１０と同様であり、重複する説明は省略する。
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、第２実施形態に係るコイル部品１０ａは、空芯コイル部４１が中空部を有する正四角形筒状である以外は、第１実施形態のコイル部品１０と同様であり、重複する説明は省略する。
第２実施形態に係るコイル部品１０ａについても、断面積ＳＡ１〜ＳＡ５についてＣＶ値を上述した範囲内とすることにより、第１実施形態に係るコイル部品１０と同様の作用効果を奏することができる。図９（ａ）および（ｂ）に示す寸法を用いて、第２実施形態に係るコイル部品１０ａにおけるＳＡ１〜ＳＡ５を表すと、以下のようになる。
なお、図９に示す空芯コイル部の角部は、必要に応じて、面取りされた形状（Ｒ面取り、Ｃ面取り等）としてもよい。
（２．実施形態の効果）
上記の実施形態では、コア部の各部において磁束が通る箇所を特定し、その箇所の面積のバラツキを抑制している。すなわち、磁束に垂直な断面積がコア部内において均一に近づくように、特定の箇所の面積のＣＶ値を上述した範囲内に制御している。このようにすることにより、磁束密度の分布が均一に近づき、磁気飽和を効果的に抑制され、直流重畳特性を良好とすることができる。
上記の実施形態では、コア部の各部において磁束が通る箇所を特定し、その箇所の面積のバラツキを抑制している。すなわち、磁束に垂直な断面積がコア部内において均一に近づくように、特定の箇所の面積のＣＶ値を上述した範囲内に制御している。このようにすることにより、磁束密度の分布が均一に近づき、磁気飽和を効果的に抑制され、直流重畳特性を良好とすることができる。
ＣＶ値を小さくし、上述した範囲内とするには、ＣＶ値が算出される箇所の面積（本実施形態では、ＳＡ１からＳＡ５）が同じ値に近づくようにすることが望ましい。しかしながら、コイル部品の実装上の制約等に起因して、ＳＡ１からＳＡ５を等しく同じ値に近づくように（バラツキが生じないように）設計することは困難な場合がある。
このような場合、ＳＡ２を、他の４つの断面積（ＳＡ１、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５）に対して小さくしてもよい。具体的には、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５の平均値に対するＳＡ２の値を上述した範囲内とすることにより、設計の自由度を確保しつつ、ＣＶ値を上述した範囲内とすることができ、良好な直流重畳特性を実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。
（３．変形例）
上述した実施形態では、空芯コイル部は、ワイヤが複数回巻回されて構成されているが、中空部を有するように構成されていれば特に制限されず、たとえば、１巻きのリング状の導体から構成されていてもよい。
上述した実施形態では、空芯コイル部は、ワイヤが複数回巻回されて構成されているが、中空部を有するように構成されていれば特に制限されず、たとえば、１巻きのリング状の導体から構成されていてもよい。
（実験例１）
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
磁性体粉末としての鉄を主成分とした金属磁性材料粉末と、樹脂としてのエポキシ樹脂とを混合し、顆粒状に造粒した。続いて、絶縁皮膜銅線を用いて作製した中空円筒状の空芯コイルと、造粒により得られた顆粒とを、金型内に投入して、所定の圧力により加圧成形を行い、空芯コイルが埋設された成形体を得た。これらの試料について、所定の温度条件で熱処理を行い、コイル部品を得た。なお、実験例１において作製したコイル部品の寸法は、１辺が３ｍｍの正方形状であって、高さが１ｍｍであった。
実験例１では、空芯コイルの外周の径および内周の径と空芯コイルの高さとを変化させることにより、ＣＶ値が異なるコイル部品を作製した。なお、空芯コイルの巻回軸に垂直な断面が占める面積と、巻回される巻線の巻数とは一定とし、変化させなかった。
得られたコイル部品の試料に対して、初期インダクタンス値およびインダクタンス値の直流重畳時の飽和特性の評価を行った。インダクタンス値の測定はＬＣＲメータ（アジレント・テクノロジー社製４２８４Ａ）を用い、直流バイアス電源（アジレント・テクノロジー社製４２８４１Ａ）を用いて直流電流を印加した。
初期インダクタンス値は、直流電流を印加しない状態でのインダクタンス値とし、インダクタンス値の直流重畳時の飽和特性は、直流重畳時に初期インダクタンス値から２０％低下したときの印加直流電流値（Ｉｄｃ１）により評価した。
初期インダクタンス値が大きいほど、コイル部品としての性能に優れていることを示し、Ｉｄｃ１が大きいほど、大電流領域まで高いインダクタンス値を保持することができ、磁気飽和特性を表す指標となる直流重畳特性に優れていることを示す。結果を表１に示す。
表１より、実施例１〜９は、比較例１から３と比較して、ＣＶ値が上述した範囲内であるため、初期インダクタンス値、インダクタンス値の直流重畳時の飽和特性のいずれも、比較例１〜３よりも良好であることが確認できた。
また、ＳＡ２を小さく設定した場合であっても、Ｒが上述した範囲内である場合には、初期インダクタンス値、インダクタンス値の直流重畳時の飽和特性のいずれも、比較例１〜３よりも良好であることが確認できた。
（実験例２）
空芯コイルの形状を中空正四角形筒状とした以外は実験例１と同様にしてコイル部品を作製し、実験例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。
空芯コイルの形状を中空正四角形筒状とした以外は実験例１と同様にしてコイル部品を作製し、実験例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。
表２より、空芯コイルの形状が中空正四角形筒状である場合にも、ＣＶ値を上述した範囲内とすることにより、直流重畳特性が良好であることが確認できた。また、ＳＡ２を小さく設定した場合であっても、Ｒを上述した範囲内とすることにより、直流重畳特性が良好であることが確認できた。
１０、１０ａ…コイル部品
２…コア部
４ａ…ワイヤ
４１…空芯コイル部
４２…引出部
２…コア部
４ａ…ワイヤ
４１…空芯コイル部
４２…引出部
Claims (5)
- 磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
円筒状の空芯コイル部と、前記空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも前記空芯コイル部の全体が前記コア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
前記コイル部品において、前記空芯コイル部の外径をａ１とし、前記空芯コイル部の内径をａ２とし、前記空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な前記コア部の面と、前記空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、πａ１ｈ×１／２で表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、πａ２ｈ×１／２で表される面積との和 - 磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
正四角形筒状の空芯コイル部と、前記空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも前記空芯コイル部の全体が前記コア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
前記コイル部品において、前記空芯コイル部の外周を形成する一辺の長さをｂ１とし、前記空芯コイル部の内周を形成する一辺の長さをｂ２とし、前記空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な前記コア部の面と、前記空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部と、の距離をｈとした場合に、下記に示す断面積ＳＡ１〜ＳＡ５のＣＶ値が０．５５以下であるコイル部品。
ＳＡ１：空芯コイル部の巻回軸方向におけるコア部の長さの１／２の位置における当該巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積
ＳＡ２：下記式で表される面積
ＳＡ４：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、コア部の外周が形成する面積から、空芯コイル部の外周が形成する面積を引いた面積の１／２と、２ｂ１ｈで表される面積との和
ＳＡ５：空芯コイル部の巻回軸方向における空芯コイル部の端部の位置における空芯コイル部の巻回軸方向に垂直な断面において、空芯コイル部の内周が形成する面積の１／２と、２ｂ２ｈで表される面積との和 - 前記ＣＶ値が０．３５以下である請求項１または２に記載のコイル部品。
- 下記に示すＲが０．５２以上０．９５以下である請求項１から３のいずれかに記載のコイル部品。
Ｒ：５×（ＳＡ２）／（ＳＡ１＋ＳＡ２＋ＳＡ３＋ＳＡ４＋ＳＡ５） - 前記Ｒが０．６３以上０．９５以下である請求項４に記載のコイル部品。
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