JP4371958B2

JP4371958B2 - コイル装置

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Publication number: JP4371958B2
Application number: JP2004256641A
Authority: JP
Inventors: 淳東海林; 知紀池田; 雅俊進藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: JP2006073847A

Description

本発明は、回路基板の表面に実装されるコイル装置に関する。

従来のコイル装置として、上鍔部と、その上鍔部よりも大径の下鍔部が設けられたドラムコイルと、ドラムコイルの外側に配置されたリングコアとを有しているものがある。このコイル装置では、上鍔部とリングコアの内側面との少なくとも一方に適宜間隔にて突起を設けて両者間に第１のギャップを形成し、また下鍔部の上面外周縁部とリングコアの下端面との少なくとも一方に適宜間隔にて突起を設けて両者間に第２のギャップを形成している。第１のギャップ、第２のギャップを形成することで、磁束の一部を外部に漏らし、インダクタンス値等を調整している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１３６３５号公報（第３頁、第２図）

しかし、従来のコイル装置では、第１のギャップを形成するために上鍔部とリングコアの内側面との少なくとも一方の全周に適宜間隔にて突起が設けられており、突起と他方の面が当接している。そのため、上鍔部やリングコアの製造時に大きさがばらつくと組み立てがしづらくなる場合があり、ばらつきが大きいとリングコアにドラムコアが挿入できない場合も考えられ、歩留まりを悪化させてコストを増大させるおそれがある。また、全周に亘ってギャップが狭くなるので、巻線の端部を引き出す空間に余裕がなく、巻線を引き出す工程が困難であると共に、巻線がショートして歩留まりを悪化させてコストを増大させたり、信頼性を乏しくする危険性がある。

そこで、本発明は、組み立てが簡易にでき、製造コストが安いコイル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、柱状の巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、前記巻芯部に巻回された巻線と、前記巻線の引き出し部と接続する電極と、前記ドラムコアの外側に設けられるリングコアと、を有したコイル装置である。第１の発明によるコイル装置では、巻線の引き出し部はドラムコアの片側に偏っている。リングコアは、ドラムコアとの間の内周面の半周部分の領域にのみ２つの突起を有し、ドラムコアは、巻線の引出し部と対向する側をリングコアの２つの突起に当接させて配置され、２つの突起はドラムコアとリングコアとの間の隙間が非均一になると共に、前記ドラムコアの前記引き出し部側の隙間が前記ドラムコアの前記引き出し部と対向する側の隙間より大きくなるように構成されている。

このような構成によると、ドラムコアはリングコアの片側に寄せて配置され、突起によりリングコアとドラムコアとの間に所望のギャップが形成される。また、ドラムコアが配置されたのとは対向する側に巻線の引き出し部を配置する空間が確保される。

第２の発明は、柱状の巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、前記巻芯部に巻回された巻線と、前記巻線の引き出し部と接続する電極と、前記ドラムコアの外側に設けられるリングコアとを有するコイル装置である。第２の発明によるコイル装置では、ドラムコアは、一対の鍔部の少なくとも一方において、半周部分の領域にのみ２つの突起を有している。巻線の引き出し部は、ドラムコアの突起が配置された側と対向する側に配置されている。ドラムコアは、２つの突起をリングコアに当接させて配置さ、２つの突起はドラムコアとリングコアとの間の隙間が非均一になると共に、前記ドラムコアの前記引き出し部側の隙間が前記ドラムコアの前記引き出し部と対向する側の隙間より大きくなるように構成されている。

このような構成によると、ドラムコアはリングコアの片側に寄せて配置され、突起によりリングコアとドラムコアとの間に所望のギャップが形成される。巻線の引き出し部をドラムコアの突起と対向する側にすると、リングコアとドラムコアとの間に巻線を引き出す空間が確保される。

第１の発明および第２の発明において、ドラムコアが近接して配置される側と対向するリングコアの内周面に凹部が形成されるようにしてもよい。この凹部により、巻線を引き出す空間が確実に確保される。

本発明のコイル装置によれば、インダクタンス値、直流重畳特性、直流抵抗等が良好であり、組み立てが簡易にでき、製造コストが安いという優れた効果を奏し得る。

本発明の１実施の形態によるコイル装置について、図１から図９を参照しながら説明する。コイル装置１は、プリント配線基板等にリフローハンダ付け等で面実装され、各種電子機器にチョークコイルとして適用される部品である。図１から図８に、本実施の形態によるコイル装置１の構成を示す。

図１に示すように、コイル装置１は、ドラムコア５、リングコア６、金属板端子７ａ、７ｂ等を備えている。リングコア６は、ドラムコア５の外側に配置され、両者の間にはギャップ８が形成されている。金属板端子７ａ、７ｂは、ドラムコア５およびリングコア６の下部に配置されている。

図２から図４に示すように、ドラムコア５は、例えばＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の磁性材料で形成されている。ドラムコア５は、円柱状の巻芯部３と、一対の鍔部２ａ、２ｂとから構成されている。巻芯部３には、巻線４が巻回されている。鍔部２ａ、２ｂは円板形状で、巻芯部３の軸方向両端に設けられる。巻芯部３と鍔部２ａ、２ｂの軸中心とは一致している。

鍔部２ａ、２ｂ表面には外周部に段差１１が設けられ、金属板端子７ａ、７ｂとの距離が大きくなる領域を形成している。段差１１は、組み立て時に天地が逆転してもよいように、ドラムコア５の上下面両方に形成されている。段差１１を形成することで、製造時の破損を防止すると共に、金属板端子７ａ、７ｂとの接着時、接着剤が厚く塗布されて接着強度を増すように構成されている。なお、接着剤としては、例えばエポキシ樹脂を主成分とした樹脂を用いることができる。

巻線４は、銅線にウレタン被膜を施したものである。巻線４の両端部４ａ、４ｂは、金属板端子７ａ、７ｂと接続するために被膜を除去してある。巻線４は、例えば平角状、あるいは丸線状のワイヤを用いることができる。

金属板端子７ａ、７ｂは、例えばリン青銅等の銅合金で形成される。この一対の金属板端子７ａ、７ｂは、長尺形状をなし、略平行な状態でドラムコア５の鍔部２ｂに接着されている。金属板端子７ａ、７ｂの縁部１７ａ、１７ｂは、互いに対向するように実装面側となる下方に折り曲げられている。

リングコア６は、例えばＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の磁性材料で形成される環状のコアである。図５から図７に示すように、リングコア６の内側面には、突起２１が２ヶ所、リングコア６の軸方向全長に亘って形成されている。２ヶ所の突起２１は、リングコア６の軸中心ＲＯと結ぶ線分が９０度をなすような位置関係にある。リングコア６の、軸中心ＲＯに対して突起２１と対向する内側面には、凹部２３がそれぞれ形成されている。

リングコア６表面には外縁部に段差２５が設けられ、金属板端子７ａ、７ｂとの距離が長くなる領域を形成している。段差２５は、組み立て時に天地が逆転してもよいように、リングコア６の上下面両方に形成されている。段差２５を形成することで、リングコア６角部の破損を防止すると共に、金属板端子７ａ、７ｂとの接着時、接着剤が厚く塗布されて接着強度を増すように構成されている。接着剤としては、例えばエポキシ樹脂を主成分とした樹脂を用いることができる。

次に、コイル装置１の組み立て方法の概略を説明する。まず、金属板端子７ａ、７ｂを、互いに略平行となるようにドラムコア５の鍔部２ｂの下面に接着する。このとき、金属板端子７ａ、７ｂの縁部１７ａ、１７ｂは、互いに対向するように実装面側となる下方に折り曲げておく。

ドラムコア５の巻芯部３に巻線４を巻回し、両端部４ａ、４ｂを金属板端子７ａ、７ｂの長手方向で、かつ互いに略平行となるように引き出す。さらに両端部４ａ、４ｂを金属板端子７ａ、７ｂの裏側に引き回してそれぞれハンダ付けし、金属板端子７ａ、７ｂと電気的、機械的に接続する。

リングコア６の突起２１と、ドラムコア５の巻線４が引き出されている側と対向する側が近接するように、リングコア６中央部の空間にドラムコア５を挿入する。この状態で、リングコア６の下面と金属板端子７ａ、７ｂを接着する。このように配置すると、図８に示したように、ドラムコア５は、リングコア６の片側に寄せて配置され、ドラムコア５とリングコア６との間に、ギャップ８が形成される。巻線４の両端部４ａ、４ｂは、リングコア６の凹部２３の位置に空間的に余裕を持って配置される。

続いて、図８から図９を参照しながら、コイル装置１の組み立て時の寸法ばらつきとギャップの関係について説明する。図８から図９は、コイル装置１を上方から見た概観図である。図８では、ドラムコア５の直径は３．０５ｍｍ、リングコア６の内径は３．２５ｍｍ、突起２１の高さは０．０７ｍｍとする。これを設計値とする。このとき、ドラムコア５とリングコア６との間のギャップｇ１、ｇ２は、それぞれ０．０６ｍｍ、０．１２ｍｍとなる。

今、ドラムコア５およびリングコア６の製造ばらつきをそれぞれ±０．０５ｍｍとし、設計値に対して最もギャップの差が出ると思われる、ドラムコア５の直径が最小の３．００ｍｍでリングコア６の内径が最大の３．３０ｍｍとなる場合（図９）について検討する。

図９の場合、ギャップｇ１、ｇ２はそれぞれ０．０４ｍｍ、０．２１ｍｍである。従って、この場合ドラムコア５およびリングコア６の製造ばらつきが±０．０５ｍｍあっても、ドラムコア５をリングコア６内部に組み込むことができる。また、ギャップｇ１、ｇ２は精度よく形成され、特にコイル装置１のインダクタンス値、直流重畳特性を良好に保つために十分狭く形成されている。

以上説明したように、本実施の形態によるコイル装置１によれば、リングコア６の内面に突起２１を２ヶ所形成し、ドラムコア６を突起２１に近接するように配置したので、ドラムコア５とリングコア６との間にギャップ８を確実に形成することができる。これにより、ドラムコア５はリングコア６内部の片側に偏って配置され、巻線４の両端部を対向する側から引き出す空間が確保できる。また、突起２１は金型等を用いて精度よく形成できるので、ギャップ８を精度よく形成でき、狭く形成することも可能になる。

また、ドラムコア５をリングコア６内に偏って配置するので、ギャップ８が狭い場合にもドラムコア５を挿入する工程を容易に行うことができる。また、ドラムコア５の直径、リングコア６の内径の製造ばらつきがあっても、挿入することができ、ギャップ８を形成することが可能となる。よって、製造時の歩留まりを向上させることができ、製造コストの低減が可能である。

このように、ドラムコア５とリングコア６との間に精度よくギャップ８を形成するので、コイル装置１のインダクタンス値、直流重畳特性を良好にすることができる。さらに、ギャップ８を形成することでインダクタンス値が大きくとれるので、巻線４の巻数を減らして直流抵抗を低減し、電源効率の向上、発熱の低減などを図ることが可能となる。

リングコア６の内部の、突起２１と対向する側に凹部２３を設けたので、ドラムコア５の直径、リングコア６の内径の製造ばらつきをさらに吸収することができると共に、巻線４の両端部４ａ、４ｂを引き出す場所に余裕ができ、断線などを起こす危険性を低減して信頼性を向上させると共に、製造コストを低減できる。

本発明によるコイル装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、巻線４は一方向に巻回されているが、いわゆるクロスワイズ法で巻回されていてもよい。

突起２１はドラムコア５の鍔部２ａ、２ｂのいずれか少なくとも一方に対応する場所に２箇所設けてもよい。

突起２１がいずれの構成の場合にも凹部２３は、突起２１が備えられない側の半周部分に少なくとも２ヶ所設けるようにすればよい。凹部２３の形状は、上記例に限定されず、ドラムコアをリングコアに組み込む際の余裕と、巻線の引き出し部のための空間が確保できる形状であればよい。

ギャップ８は、ここでは空間であったが、樹脂等により一部あるいは全部を充填されていてもよい。

本発明のコイル装置１は、携帯電話、デジタルカメラ、ハードディスク等の電子機器の例えば電源用コイル、ＤＣＤＣコンバータ用チョークコイルとして利用可能である。

コイル装置１の概観斜視図。リングコア６に組み込む前のドラムコア５および金属板端子７ａ、７ｂの概観斜視図。ドラムコア５の側面図。ドラムコア５を上方から見た平面図。リングコア６の概観斜視図。リングコア６の上方から見た平面図。リングコア６のVII−VII面における断面図。コイル装置１を上方から見た平面図。ドラムコア５の直径、リングコア６の内径のばらつきがある際のギャップの変化を説明する図。

符号の説明

１コイル装置
２ａ、２ｂ鍔部
３巻芯部
４巻線
５ドラムコア
６リングコア
７ａ、７ｂ金属板端子
８ギャップ
１７ａ、１７ｂ縁部
１１、２５段差
２１突起
２３凹部

Claims

柱状の巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、
前記巻芯部に巻回された巻線と、
前記巻線の引き出し部と接続する電極と、
前記ドラムコアの外側に設けられるリングコアと、
を有し、
前記巻線の引き出し部は、前記ドラムコアの片側に偏っており、
前記リングコアは、前記ドラムコアとの間の内周面の半周部分の領域に２つの突起を有し、
前記ドラムコアは、前記引き出し部と対向する側を前記リングコアの前記２つの突起に近接させて配置され、
前記２つの突起は前記ドラムコアと前記リングコアとの間の隙間が非均一になると共に、前記ドラムコアの前記引き出し部側の隙間が前記ドラムコアの前記引き出し部と対向する側の隙間より大きくなるように形成されていることを特徴とするコイル装置。
柱状の巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、
前記巻芯部に巻回された巻線と、
前記巻線の引き出し部と接続する電極と、
前記ドラムコアの外側に設けられるリングコアと、
を有し、
前記ドラムコアは、前記一対の鍔部の少なくとも一方において、半周部分の領域にのみ２つの突起を有し、
前記巻線の引き出し部は、前記ドラムコアの前記突起が配置された側と対向する側に配置されており、
前記ドラムコアは前記２つの突起を前記リングコアに近接させて配置され、
前記２つの突起は前記ドラムコアと前記リングコアとの間の隙間が非均一になると共に、前記ドラムコアの前記引き出し部側の隙間が前記ドラムコアの前記引き出し部と対向する側の隙間より大きくなるように形成されていることを特徴とするコイル装置。
前記ドラムコアが近接して配置される側と対向する前記リングコアの内周面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のコイル装置。