JP2020161563A - インダクタ - Google Patents
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Abstract
Description
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
はじめに、図1から図3Bを参照しながら、本発明の第1実施形態に係るインダクタ1の説明を行う。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインダクタを示す模式的な斜視図である。図2Aは、図1のインダクタのA−A断面における断面図である。図2Bは、図1のインダクタのB−B断面における断面図である。図2Cは、図1に示すインダクタの底面図である。図2Dは、図2Aにおける第2金属部の部分の詳細を示す部分拡大断面図である。図3Aは、図1に示すインダクタに埋設される金属体の一部を示す平面図である。図3Bは、図3Aに示す第1金属部のC−C断面における断面図である。
素体2は、長手方向及び短手方向を有する矩形の底面2b、底面2bに対向して長手方向及び短手方向を有する矩形の上面2d、底面2bの長手方向の辺に接続されて互いに対向する2つの矩形の側面2e、及び底面2bの短手方向の辺に接続されて互いに対向する2つの矩形の側面2cを含む略直方体形状である。側面2cと底面2bとは略直交している。底面2bには、金属体4の第2金属部4bの一部を収容するための2つの凹部2aが設けられている。凹部2aは、底面2bの長手方向の中央部よりも側面2c側にそれぞれ設けられている。底面2bは、高さが低い凹部2aの底面とその間を繋ぐ高さが高い中央領域から構成される。凹部2aの素体2の長手方向の長さは、素体2の長手方向の長さの半分より短く、かつ、後述する第2金属部4bの第2直線部12の長手方向の長さ以上である。
金属体4は、長手方向と短手方向とを有する板形状であり、めっき層4cで覆われている第1面4dと第1面4dの反対側の第2面4eとを備える。金属体4は、金属体4の長手方向の中心側に位置する第1金属部4aと、第1金属部4aの両側に連続した金属体4の両端側に位置する2つの第2金属部4bとを備える。
第1金属部4aは、長手方向と短手方向を有する平板形状である。第1金属部4aは、第1金属部4aの長手方向は素体2の長手方向と略一致し、第1金属部4aの短手方向は素体2の短手方向と略一致して、素体2内に埋設されている。また、第1金属部4aは、第1金属部4aの第2面4eが素体2の底面2bと略平行になるように、素体2の内部を貫通している。第1金属部4aは、コイル導体部として機能する。
第1金属部4aの短手方向の断面形状は、図3Bに示すように、外形線16で囲まれた矩形形状である。第1金属部4aは、この矩形形状の外形線16の全長が1,000μm以上1,800μm以下であり、外形線16により囲まれた領域の面積が40,000μm2以上112,500μm2以下あるように形成されている。
第2金属部4bは、素体2の側面2cから素体2の外部に引き出して外部端子を形成する。第2金属部4bは、第2面4eを素体2の側面2cに対向するように折り曲げる第1屈曲部6と、第2面4eを素体2の底面2bに対向するように折り曲げる第2屈曲部8とを有する。第2金属部4bの短手方向の長さは、第1屈曲部6において第1金属部4aの短手方向の長さと略同一であり、第1屈曲部6を除いた領域において第1金属部4aの短手方向の長さより長い。第2金属部4bの第1屈曲部6を除いた領域における短手方向の長さは、素体2の短手方向の長さと略同一であるか、又は、素体2の短手方向の長さよりやや短い。図2Dに示すように、第1屈曲部6の終端のうち第2金属部4bの末端4f側の終端6aと、第2屈曲部8の終端のうち第1金属部4a側の終端8cと、の間の領域である第1直線部10の長手方向の長さ(第1距離A)は、図2Aに示す、素体2の底面2b及び上面2dの間の距離(素体2の高さ)よりも短く形成されている。図2Dに示すように、第2金属部4bの末端4fと、第2屈曲部8の終端のうち第2金属部4bの末端4f側の終端8dと、の間の領域である第2直線部12の長手方向の長さ(第2距離B)は、図2Cに示す、素体2の長手方向の長さWの半分の長さより短く形成されている。第2金属部4bの素体の底面2bに位置する第2直線部12は、実装基板の配線上に配置され、実装基板の配線に接続される。
第1屈曲部6は、第2金属部4bの第2面4eが素体2の側面2cに対向するように、第2金属部4bを折り曲げて形成されている。なお、本実施形態では、図2Aに示すように、第1屈曲部6は、内角が鈍角になるように、第2金属部4bを折り曲げて形成されている。ここで、第1屈曲部6の内角とは、第1金属部4aの第2面4eにおける長手方向の直線L1と、第1屈曲部6と第2屈曲部8とを接続する第1直線部10の第2面4eにおける長手方向の直線L2と、が形成する角度である。つまり、第1屈曲部6は、第1直線部10の第2面4eと素体2の側面2cが平行でなく、所定の角度を有するように、第2金属部4bを折り曲げて形成されている。これにより、第1直線部10と素体2の側面2cとの間に空隙14が設けられる。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、第1屈曲部6は、内角がほぼ直角になるように、第2金属部4bを折り曲げて第1直線部10の第2面4eと素体2の側面2cとが接触させても良い。
第2屈曲部8は、第2金属部4bの第2面4eが素体2の底面2bに対向するように第2金属部4bを折り曲げて形成されている。図2Aに示すように、第2屈曲部8は、第2屈曲部8によって折り曲げられた第2金属部4bの第2直線部12の第2面4eが、素体2の底面2bに設けられた凹部2aの底面である底面2bに略平行になるように、第2金属部4bを折り曲げて形成されている。第2直線部12は、全長にわたって素体2の凹部2aに収容される。第1屈曲部6の内角が鈍角に形成されている場合には、第2直線部12の第2面4eが、素体2の底面2bに略平行になるようにするため、第2屈曲部8の内角は鋭角に形成され得る。
また、このように構成されたインダクタ1は、第2直線部12が素体2に設けられた凹部2aの底面である素体2の底面2bに平行に配置されている。これにより、インダクタ1の実装性が向上し、実装時に第2金属部4bと実装基板との固着強度が向上する。
また、このように構成されたインダクタ1は、素体2の側面2cから引き出された金属体4の一部である第2金属部4bを外部端子として利用している。これにより、外部端子を別途設ける必要がない。特に、第1直線部10、第2屈曲部8及び第2直線部12の部分の短手方向の長さを長くすることにより、外部端子として電気的に接続する面積を大きく取ることができる。
次に、コイルとして機能する第1金属部4aとインダクタ1の性能との関係について説明する。
インダクタ(コイル)の品質係数Q(Quality Factor)は、式1より、コイルの抵抗に反比例することが知られている。
また、入力される電流Iの周波数が高くなると表皮効果により、電流Iが第1金属部4aの表面から離れた領域に流れなくなり、その分電気抵抗が高くなる。外形線16の長さは、表皮効果で電流Iが集中して流れる表面積に比例する。よって、外形線16の長さが所定値以上の場合には、十分な表面積を得ることができ、高周波の電流が入力された場合でも、電気抵抗を低減して、十分な電流Iを流すことができると考えられる。
以上のような考察に基づく、実機による試験やシミュレーションにより、第1金属部4aの短手方向における断面において、外形線16の長さが1,800μm以下であり、かつ、外形線16で囲まれた面積が112,500μm2以下の場合には、金属体4を曲げ加工する際に、金属体を曲げるのに必要とされる力を制限でき、加工時に、外部端子の表面のめっきに亀裂が発生したり、素体に破損が生じたりするのを防止できると共に、インダクタが小さくなるのを防止することができることが知見された。
これにより、高周波の電流が入力された場合でも、品質係数Q値を改善することができる。
以下の実施形態においては、第1金属部の外形を維持しながら、表面積を効果的に増大させる構造について詳細に説明する。
次に、図4を参照しながら、本発明の第2実施形態に係るインダクタ21を説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係るインダクタ21の第1金属部の模式的な断面図である。図4は、図2Bと同様に、第1金属部24aの短手方向の断面形状を示す。第2実施形態に係るインダクタ21は、第1金属部24aの構成が第1実施形態に係るインダクタ1の第1金属部4aの構成と異なる。図4において、第1実施形態に係るインダクタ1に用いる部材と同一の部材には、同一符号を付す。
第2実施形態に係る第1金属部24aは、複数の金属板20が厚さ方向に積層されて形成されている。複数の金属板20のそれぞれの間には絶縁部材22が配置されており、複数の金属板20は互いに絶縁されている。金属板20は、例えば、第1実施形態で用いた第1金属部4aを使用してもよい。複数の金属板20のうち、最も外側に位置し、第1金属部24aの第1面24dとなる面を有する金属板は、該面にめっき層4cを備える。
図4に示すように、複数の金属板20により形成された第1金属部24aの短手方向の断面形状は、外形線26で囲まれた矩形形状である。第1金属部24aは、第2面24eが素体2の底面2bと略平行になるように、素体2の内部に埋設されている。なお、第2面24eは、複数の金属板20のうち、めっき層4cを有する金属板の反対側に配置されている金属板の1つの面である。
第1金属部24aの長手方向の長さは、素体2の長手方向の長さと略一致する。第1金属部24aの短手方向の長さは、素体2の短手方向の長さよりも短く形成されている。第1金属部24aもまた、インダクタ21において、コイル導体部として機能する。
図4において一点鎖線で示されている、第1金属部24aを構成する複数の金属板20の表皮に対応する表皮線28と、図4において破線で示されている第1金属部24aの外形線26に注目すると、このように構成された第1金属部24aの表皮線28の全長は、外形線26の全長よりも長い。つまり、このように構成された第1金属部24aは、第1金属部24aと略同一外形を有する1つの金属板から構成された第1金属部よりも、表面積を増加させることができる。これにより、第1金属部24aは電気抵抗を低減させることができる。さらに、このように構成された第1金属部24aは、断面積の大きさを維持したまま表面積を増やすことができるため、インダクタンスLを下げることなく電気抵抗を低減できるという利点も有する。
次に、図5A、図5Bを参照しながら、本発明の第3実施形態に係るインダクタ31を説明する。図5Aは、本発明の第3実施形態に係るインダクタ31の第1金属部34aの模式的な平面図である。図5Bは、図5Aに示す第1金属部34aのD−D断面における模式的な断面図である。第3実施形態に係るインダクタ31は、第1金属部34aの形状が第1実施形態に係るインダクタ1の第1金属部4aの形状と異なる。図5A及び図5Bにおいて、第1実施形態に係るインダクタ1に用いる部材と同一の部材には、同一符号を付す。
第3実施形態に係る第1金属部34aは、第1実施形態に係る第1金属部4aと同様に、長手方向と短手方向を有する平板形状である。第1金属部34aは、第2面34eが素体2の底面2bと略平行になるように、素体2の内部に埋設されている。第1金属部34aは、コイル導体部として機能する。第1金属部34aの長手方向の長さは、素体2の長手方向の長さと略一致する。第1金属部34aの短手方向の長さは、素体2の短手方向の長さよりも短く形成されている。
図5A及び図5Bに示すように、第1金属部34aは、第1面34d及び第2面34eに長手方向に延在する溝32を備える。溝32の深さは第1金属部34aの厚さの半分よりも短い。図5A、図5Bには、2本の溝32が示されているが、溝32の本数はこれに限定するものではない。また、第1面34d又は第2面34eの一方にのみ溝32が設けられてもよい。さらに、第1面34dと第2面34eに設けられた溝32の数が異なっていてもよい。
図5Bにおいて一点鎖線で示されている、第1金属部34aを構成する複数の金属板の表皮に対応する表皮線38と、図5Bにおいて破線で示されている第1金属部34aの外形線36に注目すると、このように構成された第1金属部34aの表皮線38の全長は、外形線36の全長よりも長い。つまり、このように構成された第1金属部34aは、第1金属部34aと略同一外形を有する溝を有さない金属板から構成された第1金属部よりも、表面積を増加させることができる。これにより、第1金属部34aは電気抵抗を低減させることができる。さらに、このように構成された第1金属部34aは、断面積の大きさを略同一に維持したまま表面積を増やすことができるため、インダクタンスLを下げることなく電気抵抗を低減できるという利点も有する。
次に、図6A、図6Bを参照しながら、本発明の第4実施形態に係るインダクタ41を説明する。図6Aは、本発明の第4実施形態に係るインダクタ41の第1金属部44aの模式的な平面図である。図6Bは、図6Aに示す第1金属部44aのE−E断面における模式的な断面図である。第4実施形態に係るインダクタ41は、第1金属部44aの形状が第1実施形態に係るインダクタ1の第1金属部4aの形状と異なる。図6A及び図6Bにおいて、第1実施形態に係るインダクタ1に用いる部材と同一の部材には、同一符号を付す。
第4実施形態に係る第1金属部44aは、第1実施形態に係る第1金属部44aと同様に、長手方向と短手方向を有する平板形状である。第1金属部44aは、第2面44eが素体2の底面2bと略平行になるように、素体2の内部に埋設されている。第1金属部44aは、コイル導体部として機能する。第1金属部44aの長手方向の長さは、素体2の長手方向の長さと略一致する。第1金属部44aの短手方向の長さは、素体2の短手方向の長さよりも短く形成されている。
図6A及び図6Bに示すように、第1金属部44aは、長手方向に延在するスリット42を備える。スリット42は、第1面44dから第2面44eまで貫通している。図6A、図6Bには、2本のスリット42が示されているが、スリット42の本数はこれに限定するものではない。(効果)
図6Bにおいて一点鎖線で示されている、第1金属部44aを構成する複数の金属板の表皮に対応する表皮線48と、図6Bにおいて破線で示されている第1金属部44aの外形線46に注目すると、このように構成された第1金属部44aの表皮線48の全長は、外形線46の全長よりも長い。つまり、このように構成された第1金属部44aは、第1金属部44aと略同一外形を有するスリットを有さない金属板から構成された第1金属部よりも、表面積を増加させることができる。これにより、第1金属部44aは電気抵抗を低減させることができる。さらに、このように構成された第1金属部44aは、断面積の大きさを略同一に維持したまま表面積を増やすことができるため、インダクタンスLを下げることなく電気抵抗を低減できるという利点も有する。
次に、図7を参照しながら、本発明の第5実施形態に係るインダクタ51を説明する。図7は、本発明の第5実施形態に係るインダクタ51の第1金属部54aの、長手方向と略垂直な方向の断面を模式的に示した図である。第5実施形態に係るインダクタ51は、第1金属部54aの形状が第1実施形態に係るインダクタ1の第1金属部4aの形状と異なる。図7において、第1実施形態に係るインダクタ1に用いる部材と同一の部材には、同一符号を付す。
第5実施形態に係る第1金属部54aは、複数の導線が互いに捩られている導線集合体である。導線集合体は、例えば、互いに捻り合わされた複数の導線の集合体を押しつぶして形成される。各導線は、側面が被覆層54cで覆われており、互いに絶縁している。第1金属部54aは、各導線の延長方向である長手方向に略垂直な短手方向の長さ及び厚さ方向の長さがそれぞれ、略一様になるように形成されている。第1金属部54aは、長手方向の両端部が、素体2の底面2bから略同一の距離に位置するように素体2の内部に埋設されている。導線集合体によって形成される第1金属部54aは、コイル導体部として機能する。第1金属部54aの長手方向の長さは、素体2の長手方向の長さと略一致する。第1金属部54aの短手方向の長さは、素体2の短手方向の長さよりも短く形成されている。
図7Bにおいて一点鎖線で示されている、第1金属部54aを構成する複数の金属板の表皮に対応する表皮線58と、図7Bにおいて破線で示されている第1金属部54aの外形線56に注目すると、このように構成された第1金属部54aの表皮線58の全長は、外形線56の全長よりも長い。つまり、このように構成された第1金属部54aは、第1金属部54aと略同一外形を有する1つの金属板から構成された第1金属部よりも、表面積を増加させることができる。これにより、第1金属部54aは電気抵抗を低減させることができる。さらに、このように構成された第1金属部54aは、断面積の大きさを略同一に維持したまま表面積を増やすことができるため、インダクタンスLを下げることなく電気抵抗を低減できるという利点も有する。
図8は、第1金属部の短手方向における外形線の長さ及び外形線により囲まれる面積を変化させた場合の、周波数に対するインダクタの品質係数Qを示したグラフである。図8におけるグラフは、横軸が周波数[Hz]であり、縦軸が品質係数である。
実線82は、第2実施形態に係るインダクタを用いた際の、周波数対する品質係数Qを示している。このインダクタは、第1金属部24aは、厚みが67.5μm、短手方向の長さが600μmの金属板を2枚用い、その間に、厚さ10μmの絶縁部材を配置して、全体として厚みが145μm、短手方向の長さが600μmに形成された。従って、外形線26により囲まれる面積は87,000μm2であり、外形線26の全長は1,490μmであった。
実線83は、従来のインダクタを用いた際の、周波数対する品質係数Qを示している。従来のインダクタは、第1金属部の厚みが90μm、短手方向の長さは400μmであった。従って、外形線により囲まれる領域の面積は36,000μm2であり、外形線の全長は980μmであった。
この時、実線81は、表皮線48の全長が外形線46の全長よりも4%長く、実線82は、表皮線28の全長が外形線26の全長よりも79%長くなっていた。
以上のように構成された実施形態3及び実施形態4に係るインダクタ31、41の第1金属部34a、44aは、溝32又はスリット42が設けられた1枚の金属板から構成されているが、これに限られるものではない。例えば、実施形態2に係るインダクタ21の第1金属部24aと同様に、溝32又はスリット42が設けられた金属板を複数枚重ねて第1金属部34a、44aを構成してもよい。
また、以上のように構成された実施形態3及び実施形態4に係るインダクタ31、41の第1金属部34a、44aは、第1金属部34a、44aの長手方向の長さと略同一長さの溝32又はスリット42が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、第1金属部34a、44aの長手方向の長さよりも短い溝又はスリットを部分的に形成してもよい。
また、以上のように構成された実施形態5に係るインダクタ51の第1金属部54aは、断面形状が円形の複数の導線を押しつぶして形成したり、断面形状が矩形、多角形等の複数の導線から形成したりしてもよい。
2 素体
2a 凹部
2b 底面
2c 側面
2d 上面
4、 金属体
4a、24a、34a、44a、54a 第1金属部
4b 第2金属部
4c、54c 被覆層
4d、24d、34d、44d 第1面
4e、24e、34e、44e 第2面
4f 末端
4g 金属母材
6 第1屈曲部
6a 第1屈曲部の終端
8 第2屈曲部
8c、8d 第2屈曲部の終端
10 第1直線部
12 第2直線部
14 空隙
16、26、36、46、56 外形線
18、28、38、48、58 表皮線
20 金属板
22 絶縁部材
32 溝
42 スリット
52 導線
54 導線集合体
L1、L2 直線
Claims (7)
- 磁性粉を含有する素体と、
前記素体内を貫通する第1金属部及び前記第1金属部の両端に繋がり前記素体内から露出した第2金属部を有する金属体と、を備え、
前記第2金属部は、外部端子として用いられ、
前記第1金属部の長手方向と略直交する方向で切った断面において、
外形線の長さが1,000μm以上1,800μm以下であり、かつ、
前記外形線で囲まれた面積が40,000μm2以上112,500μm2以下であることを特徴とする、インダクタ。 - 磁性粉を含有する素体と、
前記素体内を貫通する第1金属部及び前記第1金属部の両端に繋がり前記素体内から露出した第2金属部を有する金属体と、を備え、
前記第2金属部は、外部端子として用いられ、
前記第1金属部の長手方向と略直交する方向で切った断面において、
前記第1金属部を構成する導体の表皮に対応する表皮線の全長が、前記第1金属部の外形線の全長よりも4%以上長いことを特徴とする、インダクタ。 - 前記第1金属部は、複数の導体を積み重ねることにより形成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のインダクタ。
- 前記第1金属部は、長手方向に延在するスリットが形成されていることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のインダクタ。
- 前記第1金属部は、長手方向に延在する溝が設けられていることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のインダクタ。
- 前記第1金属部は、複数の導線が互いに捩られている導線集合体であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のインダクタ。
- 前記第2金属部の少なくとも一部は、前記第2金属部の長手方向に略直交する方向の長さが、前記第1金属部の長手方向に略直交する方向の長さより大きいことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1つに記載のインダクタ。
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