JP2022034593A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性コアにワイヤが巻回された構造を有するコイル部品において、端子電極やランドパターンに生じる渦電流を低減する。
【解決手段】コイル部品１は、磁性コア１０と、磁性コア１０に巻回されたワイヤＷと、ワイヤＷの端部に接続された端子電極３１，３２と、磁性コア１０と端子電極３１，３２の間に設けられ、磁性コア１０よりも透磁率の低い低透磁率部２１，２２とを備える。このように、磁性コア１０と端子電極３１，３２の間に低透磁率部２１，２２が設けられていることから、端子電極３１，３２に加わる磁束が低減する。これにより、端子電極や基板上のランドパターンに生じる渦電流が低減することから、端子電極やランドパターンの発熱を抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、フェライトなどからなる磁性コアにワイヤが巻回された構造を有するコイル部品に関する。

特許文献１及び２には、空芯コイルと磁性コアを組み合わせたコイル本体をベース部材に搭載した構造を有するコイル部品が開示されている。しかしながら、特許文献１及び２に記載されたコイル部品は空芯コイルを用いていることから、製造プロセスが複雑であるという問題があった。しかも、コイル軸がベース部材に対して垂直であることから、端子電極や、端子電極に接続される基板上のランドパターンに多くの磁束が印加され、これにより渦電流が生じやすいという問題があった。

このような問題を解決するためには、特許文献３に記載されているようにドラム型形状を有する磁性コアを用いることにより、コイル軸を基板と平行とすればよい。特許文献３に記載されたコイル部品においては、ドラム型形状を有する磁性コアの一対の鍔部にそれぞれ端子電極が設けられている。

特開２００７－０９５９４９号公報 特開２０１３－１８７３１９号公報 特開２０１８－０１０９９０号公報

しかしながら、特許文献３に記載されたコイル部品では、磁性コアに端子電極が直接形成されていることから、端子電極やランドパターンに印加される磁束を十分に減らすことができないという問題があった。

したがって、本発明は、基板と平行な方向を軸方向とするコイル部品において、端子電極や、端子電極に接続される基板上のランドパターンに生じる渦電流を低減することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、基板に表面実装可能なコイル部品であって、磁性コアと、基板と平行な方向が軸方向となるよう磁性コアに巻回されたワイヤと、ワイヤの端部に接続された端子電極と、磁性コアと端子電極の間に設けられ、磁性コアよりも透磁率の低い低透磁率部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁性コアと端子電極の間に低透磁率部が設けられていることから、端子電極に加わる磁束が低減する。これにより、端子電極や基板上のランドパターンに生じる渦電流が低減することから、端子電極やランドパターンの発熱を抑制することが可能となる。

本発明において、端子電極は低透磁率部に固定されていても構わない。これによれば、端子電極に加わる磁束を確実に低減できるとともに、コイル部品の構造を単純化することが可能となる。

本発明において、磁性コアは、ワイヤが巻回された巻芯部と、巻芯部の軸方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するドラム型形状を有しており、低透磁率部は第１及び第２の鍔部にそれぞれ固定されていても構わない。これによれば、ドラム型コアを用いた表面実装型のコイル部品において、渦電流を低減することが可能となる。この場合、軸方向から見て低透磁率部と巻芯部は重なりを有していなくても構わない。これによれば、低透磁率部によるインダクタンスの低下を抑えることが可能となる。さらにこの場合、本発明によるコイル部品は、第１及び第２の鍔部に固定され、低透磁率部よりも透磁率の高い板状コアをさらに備えていても構わない。これによれば、インダクタンスをより高めることが可能となる。さらにこの場合、低透磁率部の透磁率μ'が１００以下であっても構わない。これによれば、渦電流が明確に低減する。

このように、本発明によれば、基板と平行な方向を軸方向とするコイル部品において、端子電極や、端子電極に接続される基板上のランドパターンに生じる渦電流を低減することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図である。 図２は、コイル部品１をｙ方向から見た側面図である。 図３は、基板４０にコイル部品１を搭載する方法を説明するための模式図である。 図４は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２をｙ方向から見た側面図である。 図５は、低透磁率部２１，２２の高さとインダクタンス及び渦電流損の関係を示すグラフである。 図６は、低透磁率部２１，２２を構成する材料の透磁率とインダクタンス及び渦電流損の関係を示すグラフである。 図７は、コイル部品１をｘ方向から見た模式図である。 図８は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。 図９は、本発明の第４の実施形態によるコイル部品４の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。 図１０は、本発明の第５の実施形態によるコイル部品５の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。 図１１は、本発明の第６の実施形態によるコイル部品６をｙ方向から見た側面図である。 図１２は、本発明の第７の実施形態によるコイル部品７の外観を示す略斜視図である。 図１３は、本発明の第８の実施形態によるコイル部品８の外観を示す略斜視図である。 図１４は、本発明の第９の実施形態によるコイル部品９の外観を示す略斜視図である。

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、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図である。また、図２は、コイル部品１をｙ方向から見た側面図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態によるコイル部品１は、ドラム型形状を有する磁性コア１０と、磁性コア１０の第１の鍔部１１に固定された低透磁率部２１と、磁性コア１０の第２の鍔部１２に固定された低透磁率部２２と、低透磁率部２１に固定された端子電極３１と、低透磁率部２２に固定された端子電極３２と、磁性コア１０の巻芯部１３に巻回されたワイヤＷとを備えている。巻芯部１３の軸方向はｘ方向、つまり、端子電極３１，３２の配列方向と同じである。ワイヤＷの一端は端子電極３１に接続され、ワイヤＷの他端は端子電極３２に接続されている。磁性コア１０の巻芯部１３は、ｘ方向を軸方向としており、軸方向における一方の端部に鍔部１１が設けられ、軸方向における他方の端部に鍔部１２が設けられている。磁性コア１０は、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライトなど透磁率の高い磁性材料によって構成される。

低透磁率部２１，２２は、磁性コア１０よりも透磁率の低い材料からなるブロックである。具体的な材料としては、樹脂バインダー中に金属磁性粉を分散させた複合材料であっても構わないし、樹脂などの非磁性材料であっても構わない。低透磁率部２１，２２と磁性コア１０の固定は、接着剤などを用いて行うことができる。本発明における低透磁率部は、磁性コアに固定されたブロック状の部材であり、単なる接着剤のようにブロック状ではない部材は、仮に非磁性であっても本発明における低透磁率部には該当しない。これは、単なる接着剤では、後述する低透磁率部の効果を得ることがほとんどできないからである。

端子電極３１，３２は、銅などの良導体からなる金具であっても構わないし、低透磁率部２１，２２に銀ペーストなどを直接焼き付けたものであっても構わない。前者の場合、端子電極３１，３２と低透磁率部２１，２２の固定は、接着剤などを用いて行うことができる。

このような構成を有するコイル部品１は、図３に示すように、基板４０の表面に設けられたランドパターン４１，４２と端子電極３１，３２がそれぞれ電気的及び機械的に接続されるよう、ハンダなどを用いて基板４０に表面実装することができる。コイル部品１が基板４０に実装されると、コイル部品１のコイル軸は、基板４０に対して平行となる。このため、コイル軸が基板に対して垂直であるコイル部品と比べて、端子電極やランドパターンに印加される磁束が低減する。

本実施形態によるコイル部品１は、磁性コア１０と端子電極３１，３２の間に低透磁率部２１，２２が設けられていることから、ワイヤＷに流れる電流によって生じる磁界が端子電極３１，３２側に届きにくくなる。つまり、一般的なドラム型コアを用いたコイル部品と比べて、端子電極３１，３２やランドパターン４１，４２に印加される磁束密度が低くなることから、渦電流が低減する。これにより、端子電極３１，３２やランドパターン４１，４２の発熱を抑えることが可能となる。しかも、低透磁率部２１，２２の材料として、樹脂や複合材料を用いれば、低透磁率部２１，２２が緩衝材として機能することから、コイル部品１を基板４０に実装した後、コイル部品１を防湿コートなどで覆った場合であっても、防湿コートの応力によってフェライトなどからなる脆性な磁性コア１０が破損しにくくなる。

図４は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２をｙ方向から見た側面図である。

図４に示すように、第２の実施形態によるコイル部品２は、鍔部１１，１２に固定された板状コア１４をさらに備える点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１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。

板状コア１４は、磁性コア１０と同様、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライトなど透磁率の高い磁性材料によって構成され、接着剤などを用いて鍔部１１，１２に固定されることにより、ループ状の閉磁路を形成する。つまり、磁性コア１０の下側には低透磁率部２１，２２が固定され、磁性コア１０の上側には板状コア１４が固定される。板状コア１４と磁性コア１０が同じ磁性材料からなる点は必須でないが、板状コア１４の材料として、少なくとも低透磁率部２１，２２を構成する材料よりも透磁率の高い材料を用いることにより、インダクタンスを大幅に高めることが可能となる。

図５は、低透磁率部２１，２２の高さとインダクタンス及び渦電流損の関係を示すグラフであり、いずれも低透磁率部２１，２２が存在しない場合を１００％とした相対値で示されている。

図５に示す符号Ｈ１～Ｈ４は、図２に示す端子電極３１，３２のｚ方向高さＨ０を基準とした場合における、低透磁率部２１，２２のｚ方向高さを示している。このうち、高さＨ２は巻芯部１３の下面位置を示し、高さＨ４は巻芯部１３の上面位置を示す。また、高さＨ１は高さＨ０と高さＨ２の中間位置を示し、高さＨ３は高さＨ２と高さＨ４の中間位置を示している。また、図５において破線で表示された特性は、第１の実施形態のように板状コア１４を持たないコイル部品１の特性を示し、図５において実線で表示された特性は、第２の実施形態のように板状コア１４を備えたコイル部品２の特性を示している。

図５に示すように、低透磁率部２１，２２の高さ（ｚ方向における厚さ）が大きくなるほどインダクタンスが低下するものの、これに伴って渦電流損も概ね低減する。但し、低透磁率部２１，２２の高さがＨ４に達すると、インダクタンスが大幅に低下するとともに、低透磁率部２１，２２の高さがＨ３である場合よりも渦電流損が増加する。これは、低透磁率部２１，２２の高さがＨ４に達すると、巻芯部１３のｘ方向における端面（ｙｚ面）が低透磁率部２１，２２によって完全に覆われからである。これに対し、低透磁率部２１，２２の高さをＨ２に抑えれば、インダクタンスの低下が僅かであるとともに、渦電流損が明確に低減する。さらに、低透磁率部２１，２２の高さをＨ１に抑えれば、インダクタンスをほとんど低下させることなく、渦電流損が明確に低減する。

図６は、低透磁率部２１，２２を構成する材料の透磁率とインダクタンス及び渦電流損の関係を示すグラフであり、いずれも低透磁率部２１，２２の透磁率が磁性コア１０の透磁率（μ'＝１８００）と同じである場合を１００％とした相対値で示されている。

図６に示すように、磁性コア１０の透磁率μ'が１８００である場合、低透磁率部２１，２２の透磁率μ'が５００程度では渦電流損の低減効果はほとんど得られないが、低透磁率部２１，２２の透磁率μ'が１００以下になると渦電流損の低減効果が現れ、低透磁率部２１，２２の透磁率μ'が１０以下であると渦電流損の低減効果が顕著となる。一方、インダクタンスについては、低透磁率部２１，２２の透磁率μ'が低いほど僅かに減少しているが、その減少量は極めて僅かである。

図７は、コイル部品１をｘ方向から見た模式図である。

図７に示すように、低透磁率部２１，２２の高さがＨ２以下であれば、ｘ方向から見た低透磁率部２１，２２と巻芯部１３の重なりが生じないことから、巻芯部１３を通過する磁束が低透磁率部２１，２２によって阻害されることはほとんどない。一方、低透磁率部２１，２２の高さがＨ３であれば、巻芯部１３の端面の下半分の領域Ａが低透磁率部２１，２２と重なる。この場合であっても、巻芯部１３を通過する磁束は、巻芯部１３の端面の上半分の領域Ｂを主に通過するため、インダクタンスの低下は十分に抑えられる。しかしながら、低透磁率部２１，２２の高さがＨ４に達すると、巻芯部１３の端面の全領域Ａ，Ｂが低透磁率部２１，２２と重なるため、インダクタンスが大きく低下してしまう。以上の点を鑑みれば、巻芯部１３の端面の上半分の領域Ｂが低透磁率部２１，２２で覆われないよう、低透磁率部２１，２２のサイズ及び位置を設計することが好ましい。

図８は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。

図８に示すコイル部品３は、磁性コア１０と低透磁率部２１，２２の境界が斜めであり、巻芯部１３に近づくにつれて低透磁率部２１，２２の高さが低くなる形状を有している。具体的には、鍔部１１，１２のｘ方向における端面（ｙｚ面）における低透磁率部２１，２２の高さがＨ３であるのに対し、巻芯部１３のｘ方向における端面（ｙｚ面）における低透磁率部２１，２２の高さはＨ２である。このように、ｘ方向から見て低透磁率部２１，２２と巻芯部１３に部分的な重なりが生じている場合であっても、磁性コア１０と低透磁率部２１，２２の境界を磁束の向きに沿って斜めとすることにより、インダクタンスの低下を抑えつつ、渦電流損をより低減することが可能となる。

図９は、本発明の第４の実施形態によるコイル部品４の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。

図９に示すコイル部品４も、磁性コア１０と低透磁率部２１，２２の境界が斜めであり、巻芯部１３に近づくにつれて低透磁率部２１，２２の高さが低くなる形状を有している。具体的には、鍔部１１，１２のｘ方向における端面（ｙｚ面）における低透磁率部２１，２２の高さがＨ４であるのに対し、巻芯部１３のｘ方向における端面（ｙｚ面）における低透磁率部２１，２２の高さはＨ３である。このように、ｘ方向から見て低透磁率部２１，２２と巻芯部１３が完全に重なっている場合であっても、磁性コア１０と低透磁率部２１，２２の境界を磁束の向きに沿って斜めとすることにより、インダクタンスの低下を抑えつつ、渦電流損をより低減することが可能となる。

図１０は、本発明の第５の実施形態によるコイル部品５の構造を説明するための断面図であり、ワイヤＷを省略した状態を示している。

図１０に示すコイル部品５は、鍔部１１と低透磁率部２１の間に高透磁率部５１が設けられ、鍔部１２と低透磁率部２２の間に高透磁率部５２が設けられ、端子電極３１，３２がそれぞれ高透磁率部５１，５２に固定されている点において、第２の実施形態によるコイル部品２と相違している。高透磁率部５１，５２は、低透磁率部２１，２２よりも透磁率の高い材料からなる。高透磁率部５１，５２は、磁性コア１０の一部であっても構わない。本実施形態によるコイル部品５が例示するように、本発明において端子電極が低透磁率部に直接固定されている点は必須でなく、磁性コアと端子電極の間に低透磁率部が介在していれば足りる。

図１１は、本発明の第６の実施形態によるコイル部品６をｙ方向から見た側面図である。

図１１に示すように、第６の実施形態によるコイル部品６は、端子電極３１，３２がＬ字型であり、低透磁率部２１，２２のｘｙ底面だけでなく、ｙｚ外側面の一部を覆っている点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。本実施形態によるコイル部品６が例示するように、本発明において端子電極の形状は特に限定されない。

図１２及び図１３は、それぞれ本発明の第７及び第８の実施形態によるコイル部品７，８の外観を示す略斜視図である。

図１２に示すように、第７の実施形態によるコイル部品７は、巻芯部１３に２本のワイヤＷ１，Ｗ２が巻回され、これに伴って４つの端子電極３１～３４が設けられている点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。ワイヤＷ２の両端は、それぞれ端子電極３３，３４に接続されている。図１３に示すように、第８の実施形態によるコイル部品８は、巻芯部１３に４本のワイヤＷ１～Ｗ４が巻回され、これに伴って８つの端子電極３１～３８が設けられている点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。ワイヤＷ３の両端はそれぞれ端子電極３５，３６に接続され、ワイヤＷ４の両端はそれぞれ端子電極３７，３８に接続されている。第７及び第８の実施形態によるコイル部品７，８が例示するように、本発明においてワイヤの本数や端子電極の数は特に限定されない。

図１４は、本発明の第９の実施形態によるコイル部品９の外観を示す略斜視図である。

図１４に示すように、第９の実施形態によるコイル部品９は、トロイダル形状を有する磁性コア６０を用いている点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。本実施形態においては、磁性コア６０のｘｙ底面に低透磁率部２１，２２が固定され、低透磁率部２１，２２に端子電極３１，３２が固定されており、これによって表面実装が可能とされている。本実施形態によるコイル部品９が例示するように、本発明において磁性コアの形状については特に限定されない。

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。

１～９ コイル部品
１０ 磁性コア
１１，１２ 鍔部
１３ 巻芯部
１４ 板状コア
２１，２２ 低透磁率部
３１～３８ 端子電極
４０ 基板
４１，４２ ランドパターン
５１，５２ 高透磁率部
６０ 磁性コア
Ｗ１～Ｗ４ ワイヤ

Claims (6)

1. 基板に表面実装可能なコイル部品であって、
   磁性コアと、
   前記基板と平行な方向が軸方向となるよう、前記磁性コアに巻回されたワイヤと、
   前記ワイヤの端部に接続された端子電極と、
   前記磁性コアと前記端子電極の間に設けられ、前記磁性コアよりも透磁率の低い低透磁率部と、を備えることを特徴とするコイル部品。
2. 前記端子電極は、前記低透磁率部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記磁性コアは、前記ワイヤが巻回された巻芯部と、前記巻芯部の軸方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するドラム型形状を有しており、
   前記低透磁率部は、前記第１及び第２の鍔部にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記軸方向から見て、前記低透磁率部と前記巻芯部は重なりを有していないことを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。
5. 前記第１及び第２の鍔部に固定され、前記低透磁率部よりも透磁率の高い板状コアをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記低透磁率部の透磁率μ'が１００以下であることを特徴とする請求項５に記載のコイル部品。

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