JP4676822B2

JP4676822B2 - コイル部品

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Publication number: JP4676822B2
Application number: JP2005180957A
Authority: JP
Inventors: 喬之山口
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: US20060284716A1; US7443277B2; JP2007005393A; CN1885451A; TWI416552B; CN1885451B; TW200707478A

Description

本発明はコイル部品に関連するものであり、特に小型で効率のよいトランス部品に関する。

近年、高密度実装や多層配列の基板構成等によるコイル部品の小型化が強く要求されているとともに、電流損失の低減、即ち高効率化が強く要求されている。
従来、一般的に用いられてきたコイル部品の構成は、例えば図６（ａ）に示されるように、磁性材料の焼結体からなるリング型コア１０３、鍔付コア１０２、鍔付コアの巻芯部に巻回されたコイル１０４、金属端子を埋設した樹脂ベース１０５から構成されており、この構成によるコイル部品１０１は、各構成部品の製造コストが低く、製造安定性に優れるといった利点を有している（特許文献１参照）。

しかしながら、リング型コア１０３と鍔付コア１０２とを組み合わせる場合、ギャップ部からの磁束漏れは勿論のこと、図にＸで示したようなコアの継ぎ目において、図６（ｂ）で示すように、鍔付コア１０２からリングコア１０３に吸収される磁束のうち、最上側およびその近傍を通過する磁束Φｘにおいて、磁束漏れが少なからず生じてしまう。この場合、ギャップ部からの磁束漏れΦｘが及ぼす電気特性（例えば、インダクタンス値、直流重畳特性）への影響は、予め計算されてコイル部品が設計されているものの、コアの継ぎ目において生じる磁束漏れΦｘについては、計算されておらず、インダクタンス実測値と設計値との間で誤差を生じさせる主たる要因となっており、これによって所望のインダクタンス値が得られないという問題が生じていた。

さらに、トランス部品のような電源系コイル部品が実装された回路基板の上部には、信号系回路等が多層基板配列により配置されている場合も多く、コアの継ぎ目から発生する磁束漏れΦｘは、上述の信号系回路に実装された信号処理電子部品の誤作動の要因ともなっていた。

このため、主としてコイル部品上部からの磁束漏れ、およびコア継ぎ目からの磁束漏れを抑制するために、例えば図７（ａ）に示すようにいわゆる有底筒状コアを用いて構成されたコイル部品１０１’を用いることが知られている（特許文献２参照）。
特開平０７−０６６０４２号特開２０００−０８２６２３号

しかし、このように構成されたコイル部品１０１’においては、コイル部品の上部からの磁束漏れを抑制することが可能となったが、さらに電流損失の小さいコイル部品を得ようとすると、図７（ａ）のＸで示した位置において、有底筒状コア１０３とドラム型コア１０２との間に設けられたギャップから生じる磁束漏れの損失分が顕著になってしまうという問題が生じる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、ドラム型コア１０２からギャップを通過して有底筒状コア１０３に吸収される磁束Φのうち最下側およびその近傍を通る磁束Φｘにおいて磁束漏れが生じてしまう。

さらに、コイル部品の小型化を図ろうとする場合には、コイル部品１０１’は、金属端子を有する樹脂ベース１０５の上部に鍔付コア１０２、有底筒状コア１０３を載置する構成であるため、コイル部品全体の高さが大きくなってしまうという問題が生じる。

本発明は、上記の点を考慮し、小型で、かつ、コアの継ぎ目およびギャップ部から生じる無駄な磁気漏れを抑制した電流効率の高いコイル部品を提供するものである。

本発明に係るコイル部品は、巻芯の少なくとも一端部に鍔部を有する鍔付コアと、前記巻芯に巻回されたコイルと、底部と周壁部とからなる有底筒状コアと、金属端子を有する少なくとも２つ以上の樹脂ベース部材と、からなるコイル部品であって、前記周壁部には少なくとも２箇所以上の切欠き部が形成されているとともに、前記樹脂ベース部材が、前記鍔部の側周面に沿って配置されている構成とする。

好ましくは、前記有底筒状コアの周壁部の高さが、前記鍔付コアの高さよりも大きいことが適当である。
さらに好ましくは、前記有底筒状コアには、周壁部と底面部とに跨る突起部が少なくとも３箇所以上に設けられていることが適当である。

本発明のコイル部品は、高さ方向の寸法を抑えたので小型であり、また、無駄な磁気漏れを抑制しているので、コイル部品に流れる磁束がほとんど電気特性に寄与することになり、電流効率に優れている。

本発明に係るコイル部品によれば、高さ方向の寸法を抑えることができるので、コイル部品を小型にすることができる。また、コアの継ぎ目およびギャップ部から生じる無駄な磁気漏れを抑制して電流効率の高いコイル部品にすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の例について図面を参照して説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

図１は、本発明によるコイル部品の分解斜視図である。
図１に示すように、コイル部品１は、鍔付コア２と、有底筒状コア３と、コイル４と、金属端子６を有する樹脂ベース部材５とから構成されている。

鍔付コア２は、コイル４が巻回されているため図示されていない巻芯と、巻芯の両端部に設けられた鍔部２ｂとからなっている。なお、巻芯に設けられる鍔部２ｂは、巻芯のいずれか一方の端部に設ける構成としてもよい。また、下方側の鍔部２ｂ’の側周面端には、段差が形成されている。なお、鍔付コア２は、Ni-Zn系フェライトを用いた材料で形成されている。

有底筒状コア３は、底部３ａと、その底部３ａに連接するように一体に設けられた周壁部３ｂとからなっている。また、底部３ａには、鍔付コア２と有底筒状コア３とが組み合わされた際に、鍔付コア２の位置決めを行うための突起３ｄが設けられている。

さらに、周壁部３ｂには、鍔付コア２と有底筒状コア３とが組み合わされた際に、鍔付コア２に取り付けられた樹脂ベース部材５を逃がすための切欠部３ｃが、対称の位置に配置されるように形成されている。なお、周壁部３ｂに設けられる切欠部３ｃは、本例のように２箇所に限られるものではなく、鍔付コア２に取り付けられる樹脂ベース部材５の数に応じて２ヶ所以上に形成してもよい。

コイル４は、絶縁性被膜を有するワイヤにより形成されている。また、後述する実装基板７から供給される電流を流すためのコイル末端部を、ワイヤの両端部に有している。なお、コイル４は、鍔付コア２を回転させて、ワイヤを鍔付コアの巻芯２aに巻回させることにより形成される。

樹脂ベース部材５は、金属端子６を埋設し、左右対称の形状となるように成型されている。また、樹脂ベース部材５の個数は、本例のように２個に限られるものではなく、例えば４個としてもよい。なお、この場合は、有底筒状コア３の周壁部３ｂに設けられる切欠部３ｃの箇所は、樹脂ベース部材５の数に対応して４箇所となるように形成する。また、鍔付コア２への実装方向等を目視にて判断し易くするため、左右の樹脂ベース部材５の形状を異ならせて成型してもよい。

図５（ａ）は、本発明に使用する樹脂ベース部材５の斜視図であり、図５（ｂ）は、本発明に使用する樹脂ベース部材の分解斜視図である。

図５（ａ）に示すように、樹脂ベース部材５には、鍔付コアの鍔部２ｂ’の側周面２ｃの形状に合わせた嵌凹部５ａが形成されている。
このように、樹脂ベース部材５の形状を鍔付コアの鍔部２ｂ’の側周面の形状に合わせることにより、樹脂ベース部材５を鍔付コア２に取り付けた際に、コイル部品１の実装基板７に対する実装面積を小さくすることができる。

また、図５（ｂ）に示すように、樹脂ベース部材５に埋設される金属端子６には、複数のコイル端子６ａと、樹脂ベース部材５の下方へ延びる実装端子６ｂとが形成されている。
また、複数のコイル端子６ａは、コイル４の末端部を取り付けるための絡げ部を構成し、巻芯２ａに巻回されたコイル４のコイル末端部が絡げられる。また、実装端子６ｂは、コイル部品１が実装される実装基板７とコイル４との通電を行う。

次に、本発明におけるコイル部品１の製造プロセスの一例を以下に説明する。
まず、鍔付コア２の巻芯２ａに一次コイル４Ａを巻回した後、一次コイル４Ａの最外周面上に沿って、二次コイル４Ｂを巻回する。さらに、その二次コイル４Ｂの最外周面上に沿って、前述と同様に一次コイル４Ａを巻回して、コイル４を成型する。なお、このようにコイル４を３層に巻回することによって、一次コイルと二次コイルの結合を高めることができ、より効率の高いトランスを得ることができる。

次に、樹脂ベース部材５を鍔付コア２の鍔部２ｂ’の側周面２ｃに取り付け、一次コイル４Ａおよび二次コイル４Ｂの各末端部を、樹脂ベース部材５に埋設されている金属端子６から露出している複数のコイル端子６ａに絡げて、その部位を半田浴槽への浸漬を行うことで、コイル４とコイル端子６ａとを半田固定する。

次に、有底筒状コア３を、コイルが巻回された鍔付コア２および樹脂ベース部材５に嵌合・固定して、コイル部品１を完成させる。なお、コイル部品１は、半田付けによって、実装端子６ｂと回路基板との接触が保たれるような状態で、回路基板６に実装される。これにより、実装基板６から供給される電流は、実装端子６ｂを通じて、コイルの末端部からコイル部品１に供給される。なお、本例のコイル部品は、上述のプロセスに限定されるものではなく、最初の段階で樹脂ベース部材５を鍔付コア２の鍔部２ｂ’の側周面２ｃに取り付けた後に、コイル４を巻芯に巻回し、その後有底筒状コア３を配置するようにしても良い。

このように、本例のコイル部品１によれば、少なくとも２つの樹脂ベース部材５が隔間した状態で、鍔付コア２の鍔部２ｂ’に配置されているため、樹脂ベース部材５の厚みが、コイル部品の高さ方向に加わることなく、コイル部品の全体的な高さ寸法を低くすることができる。

図２（ａ）は、本発明によるコイル部品の斜視図である。
図２（ａ）に示すように、コイル部品１は、コイル４が巻回された鍔付コア２と、鍔付コア２に取り付けられた金属端子６を有する樹脂ベース部材５と、有底筒状コア３とで構成されている。

鍔付コアの鍔部２ｂ’の側周面２ｃのうち、樹脂ベース部材５が取り付けられている以外の部分は、有底筒状コアの周壁部３ｂの内周面と対向し、ギャップ部ｇを有するように組みつけられている。また、樹脂ベース部材５が、有底筒状コア３に設けられた切欠き部３ｃに対応する位置に配置されるように、コイル部品１が組み立てられている。

図２（ｂ）は、本発明によるコイル部品を回路基板に実装した状態で、上方から見た際の平面図である。
図２（ｂ）に示すように、コイル部品１は、半田付け等の手法により、実装基板７に実装されている。また、コイル部品１は、樹脂ベース部材５が、有底筒状コア３の切欠き部３ｃに対応するように配置されているので、コイル部品１を上方から見た際には、有底筒状コア３の底部３ａが、樹脂ベース部材５の一部を覆うような状態で、回路基板７に実装されている。

このように、本例のコイル部品１によれば、有底筒状コア３の周壁部３ｂには、組み合わせた際に樹脂ベース部材５を収めるための切欠き部３ｃを設けているため、回路基板へ実装するための実装面積を小さくすることができ、コイル部品を小型にすることができる。

図３（ａ）は、本発明によるコイル部品の図２（ｂ）に示したＡ−Ａ線上の断面図である。
図３（ａ）に示すように、鍔付コア２の巻芯部２ａには、一次コイル４Ａと、二次コイル４Ｂと、さらに一次コイル４Ａとが３層に巻回されている。鍔付コア２の上方側の鍔部２ｂと、有底筒状コア３の周壁部３ｂとの間には、突起部３ｄが位置しており、この突起部３ｄによって、鍔付コア２が有底筒状コア３に対して位置決めされている。また、鍔付コア２の下方側の鍔部２ｂ’の側周面２ｃと、有底筒状コア３の内周面３ｆとの間には、ギャップ部ｇが形成されている。

また、鍔付コア２の下方側の鍔部２ｂ’は、異なる直径を有する二重構造となっており、鍔部２ｂ’の側周面の下方端部には段差が形成されている。この段差により、樹脂ベース部材５を鍔付コア２に取り付ける際の位置決め精度を向上させることができる。なお、本例における鍔付コア２の鍔部２b’は二重構造とするが、鍔部２ｂ’はこの構造に限定される必要はない。

鍔付コア２と有底筒状コア３とが組み立てられた状態において、有底筒状コア３の周壁部３ｂの下端面３ｅの位置の高さと、鍔部２ｂ’の直径の大きい方の下端面２ｄの位置の高さは異なっており、周壁部３ｂの下端面３ｅと鍔部２ｂ’との間には段差ｄが形成されている。言い換えれば、有底筒状コア３は、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さが、鍔付コア２の高さよりも高くなるように形成されている。ここで、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さとは、有底筒状コア３の全体の高さから底部３ａの高さを引いたものをいい、鍔付コア２の高さとは、鍔部２ｂの高さと巻芯２ａの高さと、直径の大きい方の鍔部２ｂ’の高さとを合わせた高さをいう。

図３（ｂ）は、本発明によるコイル部品のギャップ部における磁束の様子を示す模式図である。
鍔付コアの下方側の鍔部２ｂ’の側周面２ｃから出た磁束Φは、ギャップ部ｇを通じて有底筒状コア３の内周面３ｆに吸収される。また、鍔部２ｂ’からでる磁束Φのうち最下側およびその近傍を通過する磁束Φａは、有底筒状コア３の周壁部３ｂに形成された段差ｄの部分で吸収される。ここで、段差ｄの大きさは、鍔部２ｂ’からでた最下側を通過する磁束Φａの傾きおよび進行方向の延長線上に、有底筒状コア３の周壁部３ｂが存在するような大きさに設定される。

ただし、段差ｄの好適な値を決定する際に、最下側を通過する磁束Φａの傾きおよび進行方向は、目視的に把握することが困難である。そこで、本例においては、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さ＝鍔付コア２の高さの時のインダクタンス値をL_０とし、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さと鍔付コア２の高さを変化させた時のインダクタンス値をＬとした時に、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さと鍔付コア２の高さを変化させた時のインダクタンス値Lが、L_０よりも大きくなる場合は、有底筒状コアの周壁部３ｂの段差ｄの部分が磁束Φａを吸収し、磁束の漏れを抑制しているものと判断した。

この結果、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さ＞鍔付コア２の高さの条件の時、インダクタンス値LはL_０を上回る傾向となり、磁束の漏れを抑制していることが確認できた。なお、一般的に焼結コアを用いる場合は、コア寸法±５０μmの公差を考慮する必要があるため、本例では、有底筒状コア３の高さ寸法の公差と鍔付コア２の高さ寸法の公差とを加算した値である１００μmを段差ｄの下限値とした。

さらに、段差ｄが、鍔付コア２の高さの略２０％の時（つまり、有底筒状コア３の周壁部３ｂの高さが、鍔付コア２の高さ×１．２倍の場合）、L_０に対するインダクタンス値Lの向上が最も大きくなり、最も効率よく磁束の漏れを抑制していることが判明した。その後、段差ｄの大きさをさらに増加させても、インダクタンス値：Lに増加は認められなかったことから、本例では、段差ｄ＜鍔付コア２の高さ寸法の２０％の条件を満たす値を、段差ｄの上限値として決定した。従って、本例においては、１００μm＜段差ｄ＜鍔付コア２の高さ寸法の２０％の関係式を満たす範囲で段差ｄを設定することとした。

これにより、本例のコイル部品１によれば、有底筒状コア３の周壁部３ｂで最下側を通過する磁束Φａを吸収することにより、ギャップ部で発生する無駄な磁束漏れを抑制することができるので、コイル部品１の電流効率が向上させることができる。

図４（ａ）は、本発明によるコイル部品から有底筒状コアを取り除いた場合の斜視図である。なお、図４（ａ）において、図２（ａ）と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、左右対称の形状を有する２個の樹脂ベース部材５が、鍔付コア２を挟んで対称の位置に配置されるように、鍔部２ｂ’の側周面２ｃに取り付けられている。この際には、樹脂ベース部材５に成型された切欠き部５ａの形状と、鍔部２ｂ’の側周面２ｃの形状が合致するようにして、樹脂ベース部材５を鍔付コア２へ取り付ける。周側面２ｃに取り付けられた対向する樹脂ベース部材５同士の間には、有底筒状コア３を組み合わせた際に、有底筒状コア３の周壁部３ｂが配置されるための空間部ｖが形成される。

図４（ｂ）は、本発明に用いる有底筒状コアの内側を下方から見た際の平面図である。
図４（ｂ）に示すように、突起３は、底部３ａと周壁部３ｂに跨るように形成されており、有底筒状コア３の内周面に沿って、４個の突起部３ｄが等間隔で配置されている。

本例のコイル部品１によれば、有底筒状コア３には少なくとも３箇所上の突起部３ｄが形成されているので、鍔付コア２を有底筒状コア３に収めた際に、鍔付コア２と有底筒状コア３との相対的な位置精度が向上し、鍔付コア２と有底筒状コア３との間にできるギャップ部ｇの寸法を高精度で管理することができる。また、突起部３ｄは、底部３ａと周壁部３ｂに跨るように設けられているので、有底筒状コア３を鍔付コア２に取り付ける際に、底部３ａに対する鍔部２ｂの平行度を正確に保ちながら、有底筒状コア３を収めることができ、有底筒状コア３の取り付け制度を向上させることができる。

なお、鍔付コア２や有底筒状コア３の形成に用いる磁性材料は、Ni-Zn系フェライトに限られるものではなくMn-Zn系フェライトや、金属系磁性材料、アモルファス系磁性材料からなる粉末材料を用いることが可能である。

図１は、本発明によるコイル部品の分解斜視図である。図２（ａ）は、本発明によるコイル部品の斜視図である。図２（ｂ）は、本発明によるコイル部品を上方から見た際の平面図である。図３（ａ）は、本発明によるコイル部品の断面図である。図３（ｂ）は、本発明によるコイル部品のギャップ部における磁束の様子を示す模式図である。図４（ａ）は、本発明によるコイル部品から有底筒状コアを取り除いた場合の斜視図である。図４（ｂ）は、本発明に用いる有底筒状コアの内側を下方から見た際の平面図である。図５（ａ）は、本発明に用いる樹脂ベース部材の斜視図である。図５（ｂ）は、本発明に用いる樹脂ベース部材の分解斜視図である。図６（ａ）は、従来のコイル部品の断面図である。図６（ｂ）は、従来のコイル部品のコアの継ぎ目における磁束の様子を示す模式図である。図７（ａ）は、従来のコイル部品の断面図である。図７（ｂ）は、従来のコイル部品のギャップ部における磁束の様子を示す模式図である。

符号の説明

１・・コイル部品、２・・鍔付コア、２ａ・・巻芯、２ｂ，２ｂ’・・鍔部、２ｃ・・側周面、２ｄ・・下端面、３・・有底筒状コア、３ａ・・底部、３ｂ・・周壁部、３ｃ・・切欠部、３ｄ・・突起、３ｅ・・下端面、４・・コイル、４Ａ・・一次コイル、４Ｂ・・二次コイル、５・・樹脂ベース部材、５ａ・・嵌凹部、６・・金属端子、６ａ・・コイル端子、６ｂ・・実装端子、７・・実装基板、１０１、１０１’・・コイル部品、Φ・・磁束線、ｇ・・ギャップ部、ｖ・・空間部

Claims

巻芯の少なくとも一端部に鍔部を有する鍔付コアと、前記巻芯に巻回されたコイルと、底部と周壁部とからなる有底筒状コアと、金属端子を有する少なくとも２個以上の樹脂ベース部材と、からなるコイル部品であって、
前記周壁部に設けられた少なくとも２箇所以上の切欠き部と、
前記樹脂ベース部材に設けられた前記鍔部に合致する形状を有するベース切欠き部と、を備え、
前記有底筒状コアの周壁部の高さが、前記鍔付コアの高さよりも大きいものであって、
前記樹脂ベース部材は、前記周壁部の切欠き部に収まるとともに、前記ベース切欠き部が前記鍔部の側周面と合致するように配置されていることを特徴とするコイル部品。
前記有底筒状コアには、周壁部と底面部とに跨る突起部が少なくとも３箇所以上に設けら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。
前記金属端子は、コイル端子と、前記樹脂ベースの下方に伸びる金属端子とで構成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。