JP2020150103A - インダクタおよびその製造方法ならびにそのインダクタを用いた電子機器 - Google Patents

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慶人 片岡
Keito KATAOKA
慶人 片岡
下村 理
Osamu Shimomura
理 下村
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Abstract

【課題】インダクタの耐振動性を向上すること。【解決手段】インダクタは、コイル部材10と、コイル部材10を内部に配設した磁心部材20と、磁心部材20の外部に配設された端子部材30を備える。磁心部材20は、底面21と、底面21の反対側に位置し凹部27を有する天面22と、側面23と、側面23と反対側の側面24を有する。端子部材30は、コイル部材10の端と繋がり、側面23から引き出されて側面23に沿った片部31と、片部31と繋がり底面21に沿った片部32と、片部32と繋がり底面21から離れる方向に折れ曲がった片部33と、片部33と繋がり底面21に向かって折れ曲がり片部33に沿った片部34と、片部34に繋がり底面21に沿った片部35と、片部35に繋がり側面24に沿った片部36と、片部36と繋がり、凹部27に向かって折れ曲がった片部37を有している。【選択図】図1

Description

本発明は、各種電子機器に用いられるインダクタおよびその製造方法、ならびにそのインダクタを用いた電子機器に関するものである。
従来から、DC−DCコンバータ装置等の電子装置に、電源電圧の昇降圧、フィルター等を目的にインダクタが広く用いられている。
このような従来のインダクタとしては、導線が巻回形成されたコイルと、このコイルを埋設した軟磁性粉末とバインダとの混合物の成形体からなる圧粉磁心と、コイルの導線両端がそれぞれ圧粉磁心の外側に突出した外部端子とから構成されたものが知られていた。
そして、外部端子は、電子機器の印刷基板に設けられた貫通孔に挿通させ、貫通孔の周囲に形成されたランドにはんだ付けされていた。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2008−258234号公報
上記した従来のインダクタの構成では、DC−DCコンバータ等の電源容量が大容量化してくると、通電されるコイルの導線のサイズも大きくする必要がある。この導線のサイズが大きくなると、インダクタを印刷基板に取り付ける際の取り扱いや、プリント基板に実装後の電子機器にかかる振動などにより、外部端子部の根元の圧粉磁心に大きな応力が加わりやすく、圧粉磁心にクラックが生じる恐れがあるという問題点を有していた。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、磁心にクラックが生じ難く、耐振動性を向上したインダクタとその製造方法、ならびにそのインダクタを用いた電子機器を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本開示の一態様は、
導線からなるコイル部材と、磁性体材料からなりコイル部材を内部に配設した磁心部材と、磁心部材の外部に配設された一対の端子部材と、を備え、
磁心部材は、
底面と、底面の反対側に位置して切り欠き状の第一凹部を有する天面と、第一側面と、第一側面と反対側の第二側面とを有し、
端子部材は、
コイル部材の端と繋がり、第一側面から引き出されて底面に向かって折れ曲がり、第一側面に沿った第一片部と、
第一片部と繋がり、第二側面に向かって折れ曲がり、底面に沿った第二片部と、
第二片部と繋がり、底面から離れる方向に折れ曲がった第三片部と、
第三片部と繋がり、底面に向かって折れ曲がり、第三片部に沿った第四片部と、
第四片部に繋がり、底面から第二側面に向かって折れ曲がり、底面に沿った第五片部と、第五片部に繋がり、天面に向かって折れ曲がり、第二側面に沿った第六片部と、
第六片部と繋がり、切欠き状の第一凹部に向かって折れ曲がった第七片部を有する、
インダクタとしたものである。
本開示の態様によれば、インダクタを取り扱うときの応力や、電子機器にかかる振動などの応力が、磁心部材における端子部材の根元に集中することを抑制して、磁心部材にクラックを生じ難くすることができ、インダクタおよびこのインダクタを用いた電子機器の耐振動性を向上することができる。
本開示の実施の形態1におけるインダクタの天面側の透過斜視図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの天面側の平面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの底面側の平面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの第一側面側の側面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの第二側面側の側面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの第三側面側の側面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの第四側面側の側面図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの製造工程を説明する図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの製造工程を説明する図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの製造工程を説明する図 本開示の実施の形態1におけるインダクタの製造工程を説明する図 本開示の実施の形態2における電子機器の断面図
(実施の形態1)
以下、本開示の実施の形態1におけるインダクタ101について、図1〜図7を参照して説明する。
なお、図1は、後述する磁心部材20を透過して示しており、磁心部材20の内部に配設されたコイル部材10を破線で示している。
図1〜図7に示すように、実施の形態1のインダクタ101は、コイル部材10と、磁心部材20と、および端子部材30を有する。
この内、コイル部材10は導線11を螺旋状に巻回して形成されたものである。導線11としては、例えば、表面を絶縁材料で被覆した銅で構成されたものである。また、この導線11は、例えば、直径が約2.0mmの円形の断面を有する丸線である。
磁心部材20は磁性体材料で構成されている。磁性体材料としては、磁性体粉末と結合剤の混合物である。磁性体粉末としては、例えばFe、Si、Crの合金をアトマイズ法で粉末にした金属粉である。結合剤としては、例えばエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂などの熱硬化性の樹脂である。
この磁性体粉末と結合剤の混合物にコイル部材10を埋設し、加圧成形した後に結合剤を硬化させることにより、コイル部材10を内部に配設した磁心部材20が形成されている。
また、磁心部材20は、底面21と、底面21の反対側の天面22と、側面23と、側
面23の反対側の側面24と、側面23と側面24に連接した側面25と、側面25の反対側の側面26とを有する。
そして、側面23は、底面21と天面22とに連接している。側面24は、底面21と天面22とに連接している。側面25は、底面21と天面22と側面23、24とに連接している。側面26は、底面21と天面22と側面23、24とに連接している。
この、磁心部材20は、例えば、約17mm×17mmの大きさの底面21を有し、底面21から天面22までの高さは約11mmである。
また、天面22には切欠き状の凹部27が一対設けられている。凹部27は、天面22から底面21に向かって窪んでおり、少なくとも天面22と側面24に開放している。図1〜図7に示した例では、一対の凹部27の内、一方の凹部27は天面22と側面24および側面25に開放している。また、他方の凹部27は天面22と側面24および側面26に開放している。
端子部材30は、コイル部材10の導線11の両端がそれぞれ延設され、磁心部材20の外部に一対で配設されている。端子部材30は、導線11の絶縁皮膜が除去され、丸線の導線11をプレス加工などにより偏平な板状に加工されている。端子部材30の厚さは例えば0.8mmである。
一対の端子部材30は、それぞれ、片部31、32、33、34、35、36、37を有する。
片部31は、コイル部材10の端と繋がり側面23から引き出され、折り曲げ部41で底面21に向かって折れ曲がり、側面23に沿っている。
片部32は、片部31と繋がり、折り曲げ部42で側面24に向かって折れ曲がり、底面21に沿っている。
片部33は、片部32と繋がり、底面21における側面23と側面24との間で、折り曲げ部43で底面21から離れる方向に、底面21に対して略直角に折れ曲がっている。
片部34は、片部33と繋がり、折り曲げ部44で底面21に向かって折れ曲がり、片部33の側面24側に沿っている。
片部35は、片部34に繋がり、折り曲げ部45で底面21から側面24に向かって折れ曲がり、底面21に沿っている。
片部36は、片部35に繋がり、折り曲げ部46で天面22に向かって折れ曲がり、側面24に沿っている。
片部37は、片部36と繋がり、折り曲げ部47で凹部27に向かって折れ曲がり、凹部27の底に沿っている。
片部37が凹部に向かって折れ曲がることにより、片部37が凹部27に係止されて磁心部材20に固定された端子部材30が構成されている。
以上のようにして本実施の形態のインダクタ101が構成されている。
上記した本実施の形態のインダクタ101によれば、上記構成により、端子部材30は、片部32と繋がり、底面21における側面23と側面24との間で、折り曲げ部43で底面21から離れる方向に、底面21に対して略直角に折れ曲がった片部33を有する。また片部33と繋がり、折り曲げ部44で底面21に向かって折れ曲がり、片部33の側面24側に沿った片部34とを有する。
この片部33と片部34とは、底面21から離れる方向に延びている。これにより、片部33と片部34を、電子機器の印刷基板に設けられた貫通孔に挿通させ、貫通孔の周囲に形成されたランドにはんだ付けされるスルーホールデバイス用の端子として用いることができる。
そして、片部33と片部34の底面21側は磁心部材20に埋設されていない。これにより、片部33と片部34に、インダクタ101を取り扱うときの機械的応力や、電子機器の使用時の振動が加わったとしても、機械的応力や振動が片部31、32、35、36、37に分散される。この結果、磁心部材20の一部に機械的応力や振動が集中することが抑制され、磁心部材20にクラックが発生し難くなり、インダクタの耐振動性を向上することができるものである。
なお、本実施の形態では、片部33と片部34を機械的に一体化しておくことが好ましい。片部33と片部34を機械的に一体化する構成としては、例えば、片部33と片部34とをはんだ39で接合することが挙げられる。また、別の例としては片部33と片部34とを溶接することなどが挙げる。
これにより、片部33と片部34との強度が強くなり、より耐振動性を向上することができる。
また、本実施の形態では、底面21には、片部33と片部34と重なる位置に、片部32と片部35に跨る凹部28が設けられ、凹部28に片部32と片部35が入り込んでいる突入部38を設けることが好ましい。
突入部38は、片部37を凹部27に向かって折り曲げた後に、片部32と片部35を凹部28に向かって押し込むことにより設ける。
これにより、端子部材30を磁心部材20に締め付けることができる。通常、端子部材30を磁心部材20の底面21、側面23、24に沿わせて曲げようとすると、磁心部材20の底面21と側面23、24との角部で点接触になりやすくなる。
そこで、片部32と片部35を凹部28に押し込んで突入部38を設けることにより、端子部材30が締め付けられて、片部31、32、35、36が磁心部材20の底面21、側面23、24に面接触しやすくなる。
この結果、磁心部材20と端子部材30との間に隙間ができることを抑制して、インダクタ101の耐振動性を向上することができる。
また、この場合、突入部38は、片部32における片部33に隣接した部分、片部35における片部34に隣接した部分に設けることが好ましい。この部分は、片部33と片部34との間を開こうとする力が弱まるので、端子部材30の締め付けが弱くなることを抑制することができる。
なお、端子部材30の折り曲げ部41、42、43、44,45、46、47の谷折り
側にはノッチ48を設けておくことが好ましい。特に、端子部材30が磁心部材20から突出した部分の折り曲げ部41や、磁心部材20の角部に対応する折り曲げ部42、46、47や、折り曲げ部44の折り返すように大きく折り曲げる部分はノッチ48を設けておくとよい。
このようにノッチ48を設けることにより、端子部材30を折り曲げる際に、折り曲げ位置がずれにくく、端子部材30を磁心部材20に面接触させやすくすることができる。
また、磁心部材20の底面21や側面23、24には、端子部材30と重なる部分に、端子部材30の厚さよりも浅い寸法で窪んだ凹部29を設けておくことが好ましい。これにより、インダクタ101の外形寸法を小さくすることができる。
この凹部29を設けた場合、凹部28は凹部29の底に設ければよい。
次に、本実施の形態のインダクタ101の製造方法について、図8〜図11を参照して説明する。
まず、図8に示すように、導線11を加工してコイル部材10と端子部材30を準備する。
コイル部材10は断面が円形状の導線11を螺旋状に巻回して空心のコイルを形成する。
端子部材30は、コイル部材10の両端の導線11を同じ方向に引き出しておく。
このコイル部材10と端子部材30を準備する工程では、導線11の端子部材30となる部分の絶縁皮膜を除去する。また、図9に示すように、導線11の端子部材30となる部分をプレス加工により偏平な板状に加工する。端子部材30の厚さは例えば0.8mmである。そして、端子部材30の折り曲げ部41、42、44、46、47の谷折り部となる部分にノッチ48を形成しておく。
次に、図10に示すように、磁心部材20を形成する。
磁心部材20は、成形金型のキャビティ51に、コイル部材10と磁性体材料を入れて加圧成形することにより形成する。この際、成形金型で磁心部材20の凹部27、28、29を形成する。
ここで、図10においてキャビティ51の中のコイル部材10は破線で示している。コイル部材10は磁性体材料に埋め込んで成形金型のキャビティ51に入れられている。
端子部材30は成形金型のキャビティ51における側面23となる面から外部に突出させている。加圧成形により得られた成形体を熱処理することにより、磁性体材料の結合剤を熱硬化させて磁心部材20を形成する。
次に、図11に示すように、端子部材30を形成する。
この端子部材形成工程では、まず、折り曲げ部43、44、45を折り曲げる。折り曲げ部43、44、45の折り曲げは、片部33と片部34が底面21から離れる方向になるように、片部33に片部34が沿うように折り曲げる。
また、片部33と片部34を機械的に一体化する。片部33と片部34を機械的に一体化する方法としては、片部33と片部34とをはんだ39により接合することにより一体化している。なお、一体化する方法としてははんだ付けに限定されることはなく、別の例としては溶接などが挙げられる。
そして、必要に応じて、端子部材30の全体を溶融はんだに浸漬するなどして、端子部材30の表面にはんだ鍍金を形成する。これにより、印刷基板と端子部材30をはんだ付けするときのはんだ濡れ性をよくすることができる。なお、このはんだ鍍金を形成する際に、片部33と片部34を機械的に一体化してもよい。
次に、片部31が側面23に沿うように折り曲げ部41を折り曲げ、その次に片部32と片部35が底面21に沿うように折り曲げ部42を折り曲げ、その次に片部36が側面24に沿うように折り曲げ部46を折り曲げ、その次に片部37が凹部27の底に沿うように折り曲げ部47を折り曲げる。
最後に、片部32と片部35を、凹部28に向かって押し込み、片部32と片部35が凹部28に入り込んだ突入部38を形成する。
この際、片部32における片部33に隣接した部分と、片部35における片部34に隣接した部分を、凹部28に向かって同時に押し込むことが好ましい。これにより、片部33と片部34との間が開こうとする力を弱めることができる。
以上のようにすることにより、図1〜図7に示したインダクタ101を得ることができる。
上記した本実施形態のインダクタ101の製造方法によれば、端子部材を形成する工程は、片部33に片部34が沿うように折り曲げ、片部33と片部34とを機械的に一体化し、その後に、片部31、片部32、片部35、片部36、片部37を順に折り曲げる工程としている。
このような工程とすることにより、片部33と片部34との間が開くことを防止することができる。この結果、折り曲げ部46、47の位置がずれたりして、磁心部材20への端子部材30の締め付けが弱くなることを抑制することができ、インダクタ101の耐振動性を向上することができる。
(実施の形態2)
次に、本開示の実施の形態2について図12を参照して説明する。
実施の形態2は、実施の形態1のインダクタ101を用いた電子機器201であり、実施の形態1と実質的に同一の構成に関して重複説明を省略する場合がある。
ここで、図12はインダクタ101を用いた電子機器201の断面図であり、インダクタ101の底面21および側面23と直交し、端子部材30を通る断面を示したものである。なお、磁心部材20内部に配設されたコイル部材10の図示は省略している。
図12に示すように、実施の形態2の電子機器201は、インダクタ101と印刷基板60を備えている。
印刷基板60は、表面61と裏面62とを有している。インダクタ101は表面61に搭載されている。
また、印刷基板60は、表面61から裏面62に貫通した孔と内壁に銅鍍金からなる導体を有するスルーホール63を備えている。このスルーホール63は片部33、34が挿通可能な大きさに形成されている。
そして、印刷基板60の表面61には、片部32が載置される部分に、スルーホール63と繋がった片部32用のランド65を有している。また、片部35が載置される部分に、スルーホール63と繋がった片部35用のランド66を有している。
さらに、印刷基板60の裏面62には、スルーホール63に繋がり、スルーホール63の周囲を囲ったスルーホール63用のランド64を有している。
そして、スルーホール63と片部33、34との間、スルーホール63用のランド64と片部33、34との間、片部32用のランド65と片部32との間、および片部35用のランド66と片部35との間が、それぞれ、実装はんだ67ではんだ付けにより固着されている。
はんだ付けは、はんだごてによってはんだ付けしてもよいし、印刷基板60の裏面62からフローはんだ槽などではんだ付けしてもよい。
フローはんだ槽ではんだ付けする場合においては、片部32用のランド65と片部35用のランド66に予めクリームはんだを塗布しておき、端子部材30から伝わるフローはんだ槽の熱でクリームはんだを溶融させてもよい。あるいは、フローはんだの後にリフロー炉を通したり、はんだごてによってはんだ付けしたりしてもよい。
以上のようにして本実施の形態2の電子機器が構成されている。
上記した本実施の形態の電子機器201によれば、上記構成により、インダクタ101と、印刷基板60を備えている。また、印刷基板60は、端子部材30の片部33と片部34が挿通されはんだにより接続されたスルーホール63と、スルーホール63と繋がり、片部32および片部35がはんだにより接続されたランド65、66を有している。
通常、スルーホールデバイスでは、スルーホール63の部分しかはんだ付けすることができない。しかし、本実施の形態では、スルーホール63に挿通した片部33、34だけでなく、片部32および片部35の部分も印刷基板60にはんだ付けすることができる。これにより、印刷基板60に対するインダクタ101の固着強度が強くなり、電子機器201の耐振動性を向上することができるものである。
上述のように、本開示のインダクタ101は、導線11からなるコイル部材10と、磁性体材料からなりコイル部材10を内部に配設した磁心部材20と、磁心部材20の外部に配設された一対の端子部材30とを備えている。
そして、磁心部材20は、底面21と、底面21の反対側に位置して切り欠き状の凹部27を有する天面22と、側面23と、側面23と反対側の側面24とを有する。
また、端子部材30は、コイル部材10の端と繋がり、側面23から引き出されて底面21に向かって折れ曲がり側面23に沿った片部31を有する。
そして、片部31と繋がり、側面24に向かって折れ曲がり底面21に沿った片部32と、片部32と繋がり、底面21から離れる方向に折れ曲がった片部33を有する。
さらに、片部33と繋がり、底面21に向かって折れ曲がり、片部33に沿った片部34を有する。
また、片部34に繋がり、底面21から側面24に向かって折れ曲がり底面21に沿った片部35を有する。
そして、片部35に繋がり、天面22に向かって折れ曲がり側面24に沿った片部36を有する。
さらに、片部36と繋がり、凹部27に向かって折れ曲がった片部37を有しているものである。
また、片部33と片部34とが一体化されていてもよいものである。
そして、底面21には片部32と片部35に跨る凹部28が設けられ、凹部28に片部32と片部35が入り込ませることができる。
また、本開示のインダクタ101の製造方法では、導線11を加工してコイル部材10と端子部材30を準備する工程と、金型のキャビティ51にコイル部材10と磁性体材料を入れて成形することにより磁心部材20を形成する工程と、片部31乃至片部37を折り曲げて端子部材30を形成する工程とを有する。
そして、端子部材30を形成する工程は、片部33に片部34が沿うように折り曲げ、片部33と片部34とを機械的に一体化し、片部31、片部32、片部35、片部36、片部37を順に折り曲げる工程としたものである。
そして、本開示の電子機器201は、本開示のインダクタ101と、印刷基板60を備える。また、印刷基板60は、端子部材30の片部33と片部34が挿通してはんだにより固着(電気的に接続)されたスルーホール63と、スルーホール63と繋がり、片部32および片部35がはんだにより固着(電気的に接続)されたランド65、66を有するものである。
本発明に係るインダクタおよびその製造方法は、インダクタの磁心にクラックが生じ難く、耐振動性を向上することができる。また、このインダクタを用いた電子機器は耐振動性を向上することができ、産業上有用である。
10 コイル部材
11 導線
20 磁心部材
21 底面
22 天面
23 側面(第一側面)
24 側面(第二側面)
25 側面(第三側面)
26 側面(第四側面)
27 凹部(第一凹部)
28 凹部(第二凹部)
29 凹部(第三凹部)
30 端子部材
31 片部(第一片部)
32 片部(第二片部)
33 片部(第三片部)
34 片部(第四片部)
35 片部(第五片部)
36 片部(第六片部)
37 片部(第七片部)
38 突入部
39 はんだ
41 折り曲げ部(第一折り曲げ部)
42 折り曲げ部(第二折り曲げ部)
43 折り曲げ部(第三折り曲げ部)
44 折り曲げ部(第四折り曲げ部)
45 折り曲げ部(第五折り曲げ部)
46 折り曲げ部(第六折り曲げ部)
47 折り曲げ部(第七折り曲げ部)
48 ノッチ
51 キャビティ
60 印刷基板
61 表面
62 裏面
63 スルーホール
64 スルーホール用のランド
65 第二片部用のランド
66 第五片部用のランド
67 はんだ
101 インダクタ
201 電子機器

Claims (5)

  1. 導線からなるコイル部材と、磁性体材料からなり前記コイル部材を内部に配設した磁心部材と、前記磁心部材の外部に配設された一対の端子部材とを備え、
    前記磁心部材は、
    底面と、前記底面の反対側に位置して切り欠き状の第一凹部を有する天面と、第一側面と、前記第一側面と反対側の第二側面とを有し、
    前記端子部材は、
    前記コイル部材の端と繋がり、前記第一側面から引き出されて前記底面に向かって折れ曲がり、前記第一側面に沿った第一片部と、
    前記第一片部と繋がり、前記第二側面に向かって折れ曲がり、前記底面に沿った第二片部と、
    前記第二片部と繋がり、前記底面から離れる方向に折れ曲がった第三片部と、
    前記第三片部と繋がり、前記底面に向かって折れ曲がり、前記第三片部に沿った第四片部と、
    前記第四片部に繋がり、前記底面から前記第二側面に向かって折れ曲がり、前記底面に沿った第五片部と、
    前記第五片部に繋がり、前記天面に向かって折れ曲がり、前記第二側面に沿った第六片部と、
    前記第六片部と繋がり、前記第一凹部に向かって折れ曲がった第七片部と、を有する、
    インダクタ。
  2. 前記第三片部と前記第四片部とが一体化されている、
    請求項1に記載のインダクタ。
  3. 前記底面には前記第二片部と前記第五片部に跨る第二凹部が設けられ、前記第二凹部に前記第二片部と前記第五片部が入り込んでいる、
    請求項1に記載のインダクタ。
  4. 請求項1記載のインダクタの製造方法であって、
    前記導線を加工して前記コイル部材と前記端子部材を準備する工程と、
    金型のキャビティに前記コイル部材と磁性体材料を入れて成形することにより磁心部材を形成する工程と、
    前記第一乃至第七片部を折り曲げて端子部材を形成する工程と、を有し、
    前記端子部材を形成する工程は、
    前記第三片部に前記第四片部が沿うように折り曲げて前記第三片部と前記第四片部とを機械的に一体化し、
    第一片部、第二片部、第五片部、第六片部、第七片部を順に折り曲げる、インダクタの製造方法。
  5. 請求項1記載のインダクタと、印刷基板を備え、
    前記印刷基板は、
    前記端子部材の前記第三片部と前記第四片部が挿通してはんだにより接続されたスルーホールと、
    前記スルーホールと繋がり、前記第二片部および前記第五片部がはんだにより接続されたランドを有する、
    電子機器。
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