JP2018133354A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ギャップからの磁束の漏洩が低減されたコイル部品を提供する。【解決手段】ギャップＧが設けられた巻芯部３０、第１及び第２の鍔部３１，３２を有するドラム型コア２０と、第１及び第２の鍔部３１，３２に固定された板状コア４０と、巻芯部３０に巻回され、一端が第１の鍔部３１に設けられた端子電極に接続され、他端が第２の鍔部３２に設けられた端子電極に接続されたワイヤＷ１〜Ｗ３とを備える。本発明によれば、巻芯部３０に設けられたギャップＧが磁気ギャップとして機能し、この磁気ギャップから漏洩する磁束が板状コア４０によって遮蔽される。これにより、磁性材料の特性ばらつきに起因する公差を抑制するために磁気ギャップを設ける場合であっても、漏洩磁束によって他の電子部品が影響を受けるという問題を改善することが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、ドラム型コアを用いた表面実装型のコイル部品に関する。

近年、スマートフォンなどの情報端末や車載用電子機器に用いられる電子部品に対しては、小型化及び低背化が強く求められている。このため、トランスなどのコイル部品についても、トロイダル型コアではなくドラム型コアを用いた表面実装型のコイル部品が数多く使用されている。例えば、特許文献１には、ドラム型コアを用いた表面実装型の昇圧トランスが開示されている。

特許文献１に記載されたコイル部品は、ドラム型コアに板状コアが固定された構造を有しており、これによって閉磁路が構成されている。

特開２０１３−２１４６２８号公報

ドラム型コアを用いたコイル部品は製品ごとに公差が規定されており、公差の範囲内においてはインダクタンス値などのパラメータにばらつきが許容される。ここで、車載用電子機器に用いられるコイル部品は一般に公差が小さいため、ドラム型コアや板状コアに使用する磁性材料の特性ばらつきによって公差を超えてしまうことがあった。

磁性材料の特性ばらつきに起因する公差を抑制するためには、ドラム型コアと板状コアの間に磁気ギャップを設け、磁気ギャップによるインダクタンス値の変化を支配的とすることによって磁性材料の特性ばらつきを隠蔽する方法が考えられる。

しかしながら、この方法では、目的とする特性によってはドラム型コアと板状コアの間の磁気ギャップをかなり大きく設定する必要があり、磁気ギャップから漏洩する磁束が他の電子部品に影響を与えるおそれがあった。

したがって、本発明の目的は、磁気ギャップからの磁束の漏洩が低減されたコイル部品を提供することである。

本発明によるコイル部品は、巻芯部と前記巻芯部の軸方向における両端にそれぞれ設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、前記第１及び第２の鍔部に固定された板状コアと、前記第１の鍔部に設けられた第１の端子電極と、前記第２の鍔部に設けられた第２の端子電極と、前記巻芯部に巻回され、一端が前記第１の端子電極に接続され、他端が前記第２の端子電極に接続されたワイヤとを備え、前記巻芯部を介した前記第１の鍔部と前記第２の鍔部との間の磁路に第１の磁気ギャップが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ドラム型コア自体に磁気ギャップが設けられていることから、この磁気ギャップから漏洩する磁束を板状コアによって遮蔽することができる。これにより、例えば磁性材料の特性ばらつきに起因する公差を抑制するために磁気ギャップを設ける場合であっても、漏洩磁束によって他の電子部品が影響を受けるという問題を改善することが可能となる。

本発明において、前記第１の磁気ギャップは、前記巻芯部を前記軸方向に分断するギャップによって構成されることが好ましい。これによれば、巻芯部に設けられたギャップが磁気ギャップとして機能する。この場合、前記ギャップは、前記巻芯部の前記軸方向における中間位置に設けられていることが好ましい。これによれば、実装方向によって漏れ磁束の分布が変化しないため、取り扱いが容易となる。

本発明によるコイル部品は、前記ギャップを埋める非磁性材料をさらに備えることが好ましい。これによれば、ギャップによって分断された巻芯部が非磁性材料によって連結されるため、ワイヤの巻回作業が容易となる。この場合、前記非磁性材料は、さらに前記巻芯部の表面に形成されていても構わない。このような構造は、ギャップが形成された巻芯部をモールドすることによって得られる。

本発明において、前記ギャップによって分断された前記巻芯部は、互いに嵌合する形状を有していても構わない。これによれば、分断された巻芯部の連結作業が容易となる。

本発明において、前記第１及び第２の鍔部と前記板状コアとの間に第２の磁気ギャップが設けられていても構わない。これによれば、磁気ギャップによる効果を高めることが可能となる。この場合、前記第１の磁気ギャップは、前記第２の磁気ギャップよりも大きいことが好ましい。これによれば、第２の磁気ギャップからの漏洩磁束を最小限に抑えることが可能となる。

このように、本発明によれば磁気ギャップからの磁束の漏洩が低減されたコイル部品を提供することが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す略斜視図である。 図２は、コイル部品１０を実装面側から見た略平面図である。 図３は、コイル部品１０のｘｚ断面図である。 図４は、比較例によるコイル部品１０Ｘのｘｚ断面図である。 図５は漏れ磁束の分布を示すシミュレーション結果であり、（ａ）及び（ｂ）は比較例によるコイル部品１０Ｘにおける漏れ磁束のｘｚ方向及びｘｙ方向への広がりをそれぞれ示す図であり、（ｃ）及び（ｄ）は本実施形態によるコイル部品１０における漏れ磁束のｘｚ方向及びｘｙ方向への広がりをそれぞれ示す図である。 図６は、第１の変形例によるコイル部品１０Ａのｘｚ断面図である。 図７は、第２の変形例によるコイル部品１０Ｂのｘｚ断面図である。 図８は、第３の変形例によるコイル部品１０Ｃのｘｚ断面図である。 図９は、第４の変形例によるコイル部品１０Ｄのｘｚ断面図である。 図１０は、第５の変形例によるコイル部品１０Ｅのｘｚ断面図である。 図１１は、第６の変形例によるコイル部品１０Ｆのｘｚ断面図である。 図１２は、第７の変形例によるコイル部品１０Ｇのｘｚ断面図である。 図１３は、第８の変形例によるコイル部品１０Ｈのｘｚ断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す略斜視図である。また、図２は、コイル部品１０を実装面側から見た略平面図である。

本実施形態によるコイル部品１０はトランスであり、図１及び図２に示すように、ドラム型コア２０と板状コア４０を備えている。ドラム型コア２０及び板状コア４０はフェライトなど透磁率の高いセラミック材料からなり、両者は接着剤などを介して固定されている。尚、本発明によるコイル部品がトランスに限定されるものではなく、ドラム型コアと板状コアを用いた表面実装型のコイル部品であれば、その種類は問わない。したがって、インダクタンス用の汎用コイル部品であっても構わないし、特定の用途、例えば、コモンモードフィルタ用、パルストランス用、バルントランス用などのコイル部品であっても構わない。

ドラム型コア２０は、巻芯部３０と、巻芯部３０の軸方向（ｘ方向）における両端にそれぞれ設けられた第１及び第２の鍔部３１，３２とを有する。本実施形態においては、一例として巻芯部３０に３本のワイヤＷ１〜Ｗ３が巻回されている。また、第１の鍔部３１には３つの端子電極５１〜５３が設けられ、第２の鍔部３２には３つの端子電極５４〜５６が設けられている。そして、ワイヤＷ１〜Ｗ３の一端はそれぞれ異なる端子電極５１〜５３に接続され、ワイヤＷ１〜Ｗ３の他端はそれぞれ異なる端子電極５４〜５６に接続されている。

板状コア４０は、第１及び第２の鍔部３１，３２の上面に固定されている。第１及び第２の鍔部３１，３２の上面とは、実装面とは反対側に位置するｘｙ面である。端子電極５１〜５３は第１の鍔部３１の実装面及び外側面に設けられ、端子電極５４〜５６は第２の鍔部３２の実装面及び外側面に設けられている。

図３は、コイル部品１０のｘｚ断面図である。

図３に示すように、本実施形態によるコイル部品１０は、ドラム型コア２０の巻芯部３０がギャップＧによってｘ方向に分断されているという特徴を有している。ギャップＧは、巻芯部３０によって構成される磁路をｘ方向における中間位置で分断するものであり、これにより第１の磁気ギャップが形成される。第１の磁気ギャップは、磁束を漏洩させることによって、磁性材料の特性ばらつきを隠蔽するために形成される。つまり、磁気ギャップが存在しない場合には、インダクタンス値などのパラメータのばらつきは磁性材料の特性ばらつきが支配的となるのに対し、第１の磁気ギャップを設ければ、ギャップＧの幅によってインダクタンス値などのパラメータが大きく変化するため、磁性材料の特性ばらつきを隠蔽することが可能となる。

実際には、板状コア４０が接着剤６０を介してドラム型コア２０に固定されるため、接着剤６０の厚み分だけ、ドラム型コア２０と板状コア４０との間に第２の磁気ギャップが形成される。このような場合であっても、ギャップＧの幅Ｌ１を接着剤６０の厚みＬ２よりも大きくすることが好ましい。例えば、ギャップＧの幅Ｌ１を２０μｍ〜１００μｍとし、接着剤６０の厚みＬ２を０．５μｍ〜１０μｍとすることができる。これによれば、第２の磁気ギャップからの漏洩磁束を抑えることが可能となる。

図４は、比較例によるコイル部品１０Ｘのｘｚ断面図である。

図４に示すコイル部品１０Ｘは、巻芯部３０にギャップＧが設けられていない点において、本実施形態によるコイル部品１０と相違している。このような構成を有している場合、磁性材料の特性ばらつきを十分に隠蔽するためには、ドラム型コア２０と板状コア４０との間に形成される第２の磁気ギャップを拡大する必要がある。つまり、接着剤６０の厚みＬ２を十分に厚くする必要が生じる。しかしながら、第２の磁気ギャップが大きいと、漏洩する磁束が外部に広がりやすいことから、場合によっては漏洩磁束によって他の電子部品の特性を変化させてしまうおそれが生じる。また、接着剤６０による第２の磁気ギャップの制御（つまり厚みＬ２の制御）を高精度に行うことは困難である。

これに対し、本実施形態によるコイル部品１０は、巻芯部３０にギャップＧが設けられており、これが第１の磁気ギャップとして機能することから、第１の磁気ギャップから漏洩する磁束の多くが板状コア４０によって遮蔽される。このため、比較例によるコイル部品１０Ｘと比べて、漏洩磁束の広がりを抑制することが可能となる。しかも、ギャップＧが巻芯部３０のｘ方向における中間位置に設けられていることから、プリント基板への実装方向を１８０°回転させても、漏れ磁束の分布が変化しないため、取り扱いが容易となる。

図５は漏れ磁束の分布を示すシミュレーション結果であり、（ａ）及び（ｂ）は比較例によるコイル部品１０Ｘにおける漏れ磁束のｘｚ方向及びｘｙ方向への広がりをそれぞれ示す図であり、（ｃ）及び（ｄ）は本実施形態によるコイル部品１０における漏れ磁束のｘｚ方向及びｘｙ方向への広がりをそれぞれ示す図である。

シミュレーション条件として、比較例によるコイル部品１０ＸについてはＬ２＝１００μｍとし、実施形態によるコイル部品１０についてはＬ１＝５０μｍ、Ｌ２＝２μｍとした。また、コイル部品１０Ｘとコイル部品１０のインダクタンス値が一致するよう、ワイヤのターン数を調整した。

図５に示すように、比較例によるコイル部品１０Ｘでは漏洩磁束が外部に大きく広がっているのに対し、実施形態によるコイル部品１０では漏洩磁束の広がりが非常に抑えられていることが分かる。このような効果が得られるのは、実施形態によるコイル部品１０では、第１の磁気ギャップから漏洩した磁束のうち、ｚ方向の磁束が板状コア４０によって遮蔽され、ｘ方向の磁束が第１及び第２の鍔部３１，３２によって遮蔽されるためである。

以下、いくつかの変形例によるコイル部品について説明する。

図６は、第１の変形例によるコイル部品１０Ａのｘｚ断面図である。

図６に示すコイル部品１０Ａは、ギャップＧが非磁性材料７１によって埋められている点において、上述したコイル部品１０と相違する。その他の構成はコイル部品１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例によるコイル部品１０Ａは、ギャップＧによって２つに分離されたドラム型コア２０が非磁性材料７１によって一体化されることから、ワイヤＷ１〜Ｗ３の巻回作業が容易となる。しかも、非磁性材料７１の表面にもワイヤＷ１〜Ｗ３を巻回することができるため、巻芯部３０の利用効率を高めることも可能となる。非磁性材料７１としては、樹脂を用いることが好ましい。

図７は、第２の変形例によるコイル部品１０Ｂのｘｚ断面図である。

図７に示すコイル部品１０Ｂは、ギャップＧだけでなく巻芯部３０の表面にも非磁性材料７１が設けられている点において、上述したコイル部品１０Ａと相違する。その他の構成はコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例においては、ギャップＧの形成されたドラム型コア２０を金型にセットし、巻芯部３０に非磁性の樹脂材料をモールド成形することによって非磁性材料７１を形成することができる。この方法によれば、ギャップＧの幅Ｌ１が金型によって正確に規定されることから、幅Ｌ１を高精度に制御することが可能となる。

図８は、第３の変形例によるコイル部品１０Ｃのｘｚ断面図である。

図８に示すコイル部品１０Ｃは、ギャップＧの幅Ｌ１が一定ではなく、幅の広い部分と幅の狭い部分を有している点において、上述したコイル部品１０Ａと相違する。その他の構成はコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例においては、ギャップＧの形状に基づいて磁束の漏洩量を調節することが可能となる。本例によるコイル部品１０Ｃが例示するように、本発明においてギャップＧの幅が一定であることは必須でない。

図９は、第４の変形例によるコイル部品１０Ｄのｘｚ断面図である。

図９に示すコイル部品１０Ｄは、ギャップＧによって分断された巻芯部３０が互いに嵌合する形状を有している点において、上述したコイル部品１０と相違する。つまり、ドラム型コア２０の一方側２１に属する巻芯部３０の断面を凹形状、ドラム型コア２０の他方側２２に属する巻芯部３０の断面を凸形状とし、両者を互いに嵌合させることによってドラム型コア２０が形成される。ここで、嵌合した状態でドラム型コア２０の一方側２１と他方側２２が直接接しないよう、両者間に非磁性のワッシャー７２を介在させている。その他の構成はコイル部品１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例においては、ドラム型コア２０の一方側２１と他方側２２の位置決めが容易となる。

図１０は、第５の変形例によるコイル部品１０Ｅのｘｚ断面図である。

図１０に示すコイル部品１０Ｅは、巻芯部３０に２つのギャップＧ１，Ｇ２が設けられている点において、上述したコイル部品１０と相違する。その他の構成はコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例によるコイル部品１０Ｅが例示するように、本発明において巻芯部に設けるギャップの数は１つに限定されるものではなく、２つ又はそれ以上であっても構わない。

図１１は、第６の変形例によるコイル部品１０Ｆのｘｚ断面図である。

図１１に示すコイル部品１０Ｆは、ギャップＧ１，Ｇ２が巻芯部３０と第１及び第２の鍔部３１，３２の間にそれぞれ設けられている点において、上述したコイル部品１０Ｅと相違する。その他の構成はコイル部品１０Ｅと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例によるコイル部品１０Ｆが例示するように、本発明においてギャップを巻芯部自体に設けることは必須でなく、巻芯部と鍔部の間に設けても構わない。つまり、巻芯部３０を介した第１の鍔部３１と第２の鍔部３２との間の磁路に第１の磁気ギャップが形成されれば足りる。

図１２は、第７の変形例によるコイル部品１０Ｇのｘｚ断面図である。

図１２に示すコイル部品１０Ｇは、第１及び第２の鍔部３１，３２に凹部が設けられており、ここに巻芯部３０が挿入される点において、上述したコイル部品１０Ｆと相違する。その他の構成はコイル部品１０Ｆと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例においては、巻芯部３０と第１及び第２の鍔部３１，３２の位置決めが容易となる。

図１３は、第８の変形例によるコイル部品１０Ｈのｘｚ断面図である。

図１３に示すコイル部品１０Ｈは、ギャップＧ２が省略されている点において、上述したコイル部品１０Ｇと相違する。その他の構成はコイル部品１０Ｇと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例によるコイル部品１０Ｈが例示するように、本発明においてギャップの位置が軸方向にオフセットしていても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０，１０Ａ〜１０Ｈ，１０Ｘ コイル部品
２０ ドラム型コア
２１ ドラム型コアの一方側
２２ ドラム型コアの他方側
３０ 巻芯部
３１ 第１の鍔部
３２ 第２の鍔部
４０ 板状コア
５１〜５６ 端子電極
６０ 接着剤
７１ 非磁性材料
７２ ワッシャー
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２ ギャップ
Ｗ１〜Ｗ３ ワイヤ

Claims (8)

1. 巻芯部と、前記巻芯部の軸方向における両端にそれぞれ設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、
   前記第１及び第２の鍔部に固定された板状コアと、
   前記第１の鍔部に設けられた第１の端子電極と、
   前記第２の鍔部に設けられた第２の端子電極と、
   前記巻芯部に巻回され、一端が前記第１の端子電極に接続され、他端が前記第２の端子電極に接続されたワイヤと、を備え、
   前記巻芯部を介した前記第１の鍔部と前記第２の鍔部との間の磁路に第１の磁気ギャップが設けられていることを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１の磁気ギャップは、前記巻芯部を前記軸方向に分断するギャップによって構成されることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記ギャップは、前記巻芯部の前記軸方向における中間位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
4. 前記ギャップを埋める非磁性材料をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のコイル部品。
5. 前記非磁性材料は、さらに前記巻芯部の表面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記ギャップによって分断された前記巻芯部は、互いに嵌合する形状を有していることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のコイル部品。
7. 前記第１及び第２の鍔部と前記板状コアとの間に第２の磁気ギャップが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコイル部品。
8. 前記第１の磁気ギャップは、前記第２の磁気ギャップよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のコイル部品。