JP4757466B2

JP4757466B2 - コイル装置、及び、コイル装置の製造方法

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Publication number: JP4757466B2
Application number: JP2004244278A
Authority: JP
Inventors: 充弘山下; 広宣佐藤; 孝之伊東; 保彦北島; 孝長坂; 英樹三浦; 泰弘松川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2006066468A

Description

本発明は、コイル装置、及び、コイル装置の製造方法に関するものである。

コイル装置としては、従来より種々のタイプのものが提案され、実用に供されてきた。そのうちの一つとして、最近、車載用アンテナまたはトランスポンダとして適用可能なコイル装置が提案されている。このような用途に適用されるコイル装置には、小型化が望まれており、また、顧客が要望する使用周波数域においてインダクタンスが安定していることが望まれている。このため、巻線が径方向に積層されてなるコイル部を、コアの軸心方向に関して分割して形成する、分割巻き態様も考案されている（特許文献１参照）
特開２００３−３１８０３０号公報

上述した特許文献１に記載の分割巻き態様では、隣り合うコイル部の間に、コアと一体的に形成したフランジを設けていたが、かかるフランジを省くことができれば、さらに小型化、コア製造コストの低減を図ることができ、より一層好適である。

しかしながらここで、フランジを設けずに分割巻き態様を採用し、複数のコイル部を順次形成しようとした場合には、先に形成したコイル部の巻線が、次のコイル部を形成する間に崩れる可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、コアの小型化、形態簡素化を図りながらも、巻線が崩れることを防止することができる、分割巻き態様のコイル装置及びコイル装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、コアと、該コアの周囲に設けられたコイルとを含むコイル装置であって、前記コイルは、少なくとも第１コイル部と第２コイル部とを備え、前記第１コイル部における前記第２コイル部側の境界端面は、その内周側が外周側よりも該第２コイル部に近づくように傾斜されている。

また、前記第２コイル部における前記第１コイル部側の境界端面は、その外周側が内周側よりも該第１コイル部に近づくように傾斜されていると好適である。

同課題を解決するため、本発明は、コイル装置の製造方法も提供する。すなわち、本発明に係るコイル装置の製造方法は、コアの周囲に、少なくとも第１コイル部と第２コイル部とを備えるコイルが形成されるコイル装置の製造方法であって、前記第１コイル部の形成に際し、前記第２コイル部側の境界端面を、その内周側が外周側よりも該第２コイル部に近づくように傾斜させて形成し、前記第１コイル部の形成後に、前記第２コイル部を形成する。

また、好適には、前記第２コイル部における前記第１コイル部側の境界端面は、該第２コイル部の境界端面上に載せられて形成される。

本発明に係るコイル装置及びその製造方法によれば、分割巻き態様でコイルを形成する際に、コアにフランジを設けることなく巻線の巻き崩れを防止することができる。従って、フランジを省略できる分、コアの小型化や、形態簡素化による製造コストの低減を図ることができる。

また、第２コイル部における第１コイル部側の境界端面を、その外周側が内周側よりも第１コイル部に近づくように傾斜させて形成する場合には、巻線の巻き付け領域を有効に確保することができる。第２コイル部における第１コイル部側の境界端面を、第２コイル部の境界端面上に載せて形成する場合にも、同様である。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係るコイル装置の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１に本実施の形態に係るコイル装置の縦断面を示す。コイル装置１は、主に、フェライトコア３と、コイル５と、絶縁外装体７と、一対の端子９、１１とを備えている。また、コイル装置１は、例えば自動車における、ボタン操作の不要な双方向キーレスエントリシステム、盗難防止用イモビライザー、タイヤ空気圧モニタリングシステムなどに適用される。

コイル５は、フェライトコア３を中心にして当該フェライトコア３の外周面に巻き回された巻線からなる。絶縁外装体７は、それらフェライトコア３及びコイル５の全面を覆うように設けられている。

フェライトコア３は、フェライト粉末の焼結体、フェライト棒材の機械加工または両者の組み合わせによって得ることができる。図２及び図３に示されるように、フェライトコア３は、実質的に棒状の部材であって、その長手方向（Ｘ方向）の両端部に鍔部１３、１５を有すると共に、それら鍔部１３、１５の間に巻芯部１７を有する。

一対の鍔部１３、１５及び巻芯部１７は、Ｚ方向寸法に対してＹ方向寸法の大きな矩形の断面を有している。さらに、一対の鍔部１３、１５及び巻芯部１７は、コア長手方向に亘って同一幅寸法（Ｙ方向寸法）に形成されている。

厚み寸法（Ｚ方向寸法）に関しては、一対の鍔部１３、１５は巻芯部１７よりも厚くなるように形成されている。これによって、一対の鍔部１３、１５におけるコア長手方向中央側に向いた面１３ａ、１５ａがそれぞれ、巻芯部１７の上下面からほぼ垂直に立ち上がるように存在する。

一対の鍔部１３、１５における面１３ａ、１５ａと逆側の面１３ｂ、１５ｂには、Ｖ字状の一対の溝１９、２１が形成されている。一対の溝１９、２１は、Ｙ方向に沿って延長しており、フェライトコア３のＹ方向の両端面に開口している。

上述した一対の溝１９、２１には、対応する一対の端子９、１１が係合している。図１に戻り、一対の端子９、１１は、ＺＸ縦断面においてみて、ほぼＵ字状に湾曲した金属製板状部材である。より詳細には、非磁性で、バネ性のあるもの、例えば、燐青銅板またはＳＵＳ３０４−ＣＳＰ等のステンレス系金属板を用いることができる。

一対の端子９、１１は、板状部材を２箇所で折り曲げることによって形成された３つの平面部分を有する。３つの平面部分のうちの第１部分２３、２５及び第３部分３１、３３は、ＸＹ平面に沿って延在しており、第２部分２７、２９は、ＹＺ平面に沿って延在している。第１部分２３、２５は、絶縁外装体７を貫通している。第１部分２３、２５の一端は、対応する一対の溝１９、２１内に挿入され、接着剤３５によって固定されている。さらに、第１部分２３、２５には、コイル５の巻線端末３７がはんだ付けによって接合されている。第１部分２３、２５の他端は第１湾曲部３９につながっている。

第２部分２７、２９は、第１湾曲部３９と第２湾曲部４１との間に延在している。さらに、第２部分２７、２９には、当該第２部分２７、２９の断面積を第１部分２３、２５及び第３部分３１、３３よりも小さくするための貫通孔４３が穿設されている。第３部分３１、３３は、第２湾曲部４１からコア長手方向中央に向けて、且つ、絶縁外装体７の下面とほぼ平行に、延長している。

絶縁外装体７は、フェライトコア３及びコイル５を被覆する外形ほぼ直方体状の部材である。かかる絶縁外装体７により、フェライトコア３及びコイル５が保護されると共に、フェライトコア３に対する一対の端子９、１１の接合強度が向上し、機械的信頼性に優れた態様を実現することができる。

次に、図４に基づいて、コイル５の詳細について説明する。コイル５は、フェライトコア３の巻芯部１７の外周面であって、一対の面１３ａ、１５ａの間に配置されている。さらに、コイル５は、本実施の形態では、第１コイル部５１と、第２コイル部５３とを有する。第１コイル部５１及び第２コイル部５３はそれぞれ、巻線５５をコア長手方向の所定範囲でフェライトコア３に巻き回して積層していくことで形成されている。

また、巻線５５は、本実施の形態では、ウレタンワイヤを用いている。ウレタンワイヤは、いわゆるセメント被覆タイプワイヤのようなセメント被覆を持たないワイヤである。第１コイル部５１における第２コイル部５３側の境界端面ＣＦ₁は、フェライトコア３の軸心方向や外周面に対して直交する方向に延在しているのではなく、境界端面における内周側が外周側よりも第２コイル部５３に近づくように傾斜されている。また、第２コイル部５３における第１コイル部５１側の境界端面ＣＦ₂も、境界端面ＣＦ₁に沿って延長しており、すなわち、傾斜されている。

また、第１コイル部５１における第２コイル部５３と逆側の端面ＴＦ₁もまた、フェライトコア３の軸心方向や外周面に対して直交する方向に延在しているのではなく、端面における外周側が内周側よりも鍔部１３から離れるように傾斜されている。同様に、第２コイル部５３における第１コイル部５１と逆側の端面ＴＦ₂も、端面ＴＦ₁のように、端面における外周側が内周側よりも鍔部１５から離れるように傾斜されている。このように、第１コイル部５１及び第２コイル部５３において、一対の鍔部１３、１５側の端面ＴＦ₁及びＴＦ₂が傾斜されていることによって、コイル５の両端と一対の鍔部１３、１５との間には、縦断面視ほぼ逆三角形状の余剰スペース５７、５９が形成される。

次に、以上のような構成を有するコイル装置１の製造方法について説明する。まず、フェライトコア３における一対の鍔部１３、１５に、対応する一対の端子９、１１を接着剤３５によって接続固定する。続いて、巻線５５の一方の巻線端末３７を端子９にはんだ付けした後、フェライトコア３の巻芯部１７に巻線５５を巻き付け、コイル５を形成する。

巻き付けは、静止固定されているコアに対してノズルを回転させることにより行うフライヤ巻き方式を用いる。また、コイル５の形成は、分割巻き態様すなわち、第１コイル部５１の形成を完了した後に、第２コイル部５３を形成する態様で行う。

コイル５を形成した後、巻線５５の一方の巻線端末３７を端子１１にはんだ付けし、洗浄、乾燥工程などを介在させた後、モールド工程において、フェライトコア３やコイル５の周囲に絶縁外装体７を被覆する。

さらに、図５をもとに、フェライトコア３にコイル５を形成する手順について詳細に説明する。まず、コイル５の第１コイル部５１を形成すべく、図５においてみて左側の鍔部１３の面１３ａと巻芯部１７との間に位置する隅部から巻線５５をフェライトコア３に巻回していく。

巻線５５の巻き付け位置を、まず、図中矢印で示すように、巻芯部１７の外周面に沿って右側の鍔部１５に向けて進行させ、１層目として巻線５５を１００ターン前後巻き付けた後、折り返して、２層目として左側の鍔部１３に向けて巻き付けを行う。以降同様に、巻き付け位置を右側の鍔部１５に向けて進行させて３層目を形成し、折り返して、左側の鍔部１３に向けて進行させて４層目を形成し、５層目、６層目、７層目、８層目、９層目を順次積層形成する。なお、本実施の形態では、第１コイル部５１及び第２コイル部５３はそれぞれ９層構成で例示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、層数は適宜改変することが可能である。

このように、巻線５５の巻き付け位置を所定範囲で往復移動させることで、フェライトコア３の径方向に巻線５５を積層した第１コイル部５１を形成する。また、このとき、上層すなわち径方向外周側の層にいくほど一層当たりのターン数を減少させる。これによって、第１コイル部５１の境界端面ＣＦ₁を前述したような方向に傾斜させて形成する。

続いて、第１コイル部５１を形成した後に、第２コイル部５３を形成する。第２コイル部５３の境界端面ＣＦ₂は、第１コイル部５１の境界端面ＣＦ₁に載せられるように形成される。第１コイル部５１の形成が完了した後、まず、巻線５５の巻き付け位置を、第１コイル部５１の最上層から巻芯部１７の外周面へと進行させる。そして、第２コイル部５３における１層目として、巻線５５の巻き付け位置を巻芯部１７の外周面に沿って右側の鍔部１５に向けて進行させ、１００ターン前後巻き付けた後、折り返して、２層目として左側の鍔部１３に向けて巻き付けを行う。以降同様に、巻き付け位置を右側の鍔部１５に向けて進行させて３層目を形成し、折り返して、左側の鍔部１３に向けて進行させて４層目を形成し、５層目、６層目、７層目、８層目、９層目を順次積層形成する。このように、第２コイル部５３についても同様に、巻線５５の巻き付け位置を所定範囲で往復移動させ、フェライトコア３の径方向に巻線５５を積層することにより形成する。

ここで、巻芯部１７にフランジが設けられていない分割巻き態様では、先に設けられるコイル部を形成するに際して、次に形成するコイル部のスペース側が開放された状態で、巻線の巻き付けを行うこととなる。このため、先に形成したコイル部の巻線が、次に形成するコイル部の巻線を巻き付ける間に崩れる恐れがある。また、例えば、セメント被覆を有するワイヤを使用した場合には、先に形成するコイル部の巻線の巻き付けが完了した段階で一旦加熱を行い、セメント分の硬化によりコイル部の端面（鍔部側も他のコイル部側も含む）を硬化させることで、巻線の崩れを防止する効果が期待できる。しかし、セメント被覆を有するワイヤを用いた場合には、コイル全体の形成が終了した後に、絶縁外装体をモールド工程にて形成する前に、巻線のセメント分を溶剤などで除去しなければならなかった。すなわち、製造工程が煩雑になるという別の問題を生じうる。

これに対し、本実施の形態では、先に形成される第１コイル部５１の境界端面ＣＦ₁が傾斜されているため、ウレタンワイヤなどのセメント被覆を持たないワイヤを使用しても、巻線の崩れを防止することができる。すなわち、第１コイル部５１の境界端面ＣＦ₁は、上層（外周側の層）にいくほど巻線部の中央寄りに終端している積層構成を採るため、第２コイル部５３側のスペースにフランジなどの支えがなくても、巻線の座りがよく崩れないようになっている。なお、図４及び図５においては、図の明瞭性を優先するために第１コイル部５１と第２コイル部５３とが離隔しているように図示されているが、実際には、図５の二点鎖線の部分図に示されるように、二つのコイル部の境界部は一つのコイル部内のようにほぼ隙間なく形成されている。

以上に説明したように、本実施の形態に係るコイル装置１によれば、コイルを分割巻き態様で形成するに際し、フェライトコア３にフランジなどの支えを設けることなく、先に形成したコイル部の巻線が次のコイル部を形成する間に崩れることを防止することができる。このため、分割巻き態様でありながらフランジを省略でき、フェライトコア３を小型化することができる。なお、フェライトコア３を、既存のフランジを有する分割巻き用フェライトコアと同じ全長に構成した場合には、フランジを省略した分だけ多くの巻線を巻き付けることもできる。

また、フランジを省略することで一対の鍔部１３、１５の間は一様な巻芯部１７として構成できるため、フェライトコア３の形態を簡素化することができ、コア製造コストの低減を図ることができる。

また、分割巻き態様のコイル５は、より高い周波数においてインダクタンスのピークを有することができる。このため、周波数に対するインダクタンスの変化率の小さい領域をより広範な周波数域で具備することができ、顧客の要望する使用周波数域でインダクタンスの安定化を図りやすくなっている。

さらに、上述したように、先に形成される第１コイル部５１の境界端面ＣＦ₁を傾斜させていても、第２コイル部５３の境界端面ＣＦ₂も同様に傾斜されているため、一対の鍔部１３、１５の間の領域を巻線巻き付け領域として有効に使用することができる。

さらに、第１コイル部５１の端面ＴＦ₁と鍔部１３の面１３ａとの間、並びに、第２コイル部５３の端面ＴＦ₂と鍔部１５の面１５ａとの間にはそれぞれ、余剰スペース５７、５９が確保されている。このため、絶縁外装体７を設けるモールド工程時の熱によりコイル５の巻線が膨張しても、余剰スペース５７、５９がその逃げ部として機能し、フェライトコア３の一対の鍔部１３、１５に余計な応力が作用することを回避することができる。

さらに、そのような余剰スペース５７、５９を有するべく、コイル部５１、５３の端面ＴＦ₁、ＴＦ₂は面１３ａ、１５ａによって支えられる構成を採っていない。しかしながら、コイル部５１、５３の端面ＴＦ₁、ＴＦ₂はそれぞれ、前述した方向に傾斜しているため、端面ＴＦ₁、ＴＦ₂における巻線の巻き崩れが防止されている。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、上記実施の形態では、コイル部５１、５３の対応する鍔部１３、１５側の端面ＴＦ₁、ＴＦ₂が傾斜されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、図６に示されるように、コイル５を構成するコイル部１５１、１５３において、対応する鍔部１３、１５側の端面を、鍔部１３、１５の面１３ａ、１５ａに沿って形成するようにしてもよい。かかる態様によれば、一対の鍔部１３、１５の間の領域を巻線巻き付け領域として無駄なく使用することができる。

また、上記実施の形態では、巻線５５として、ウレタンワイヤを用いていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポリイミドワイヤなど耐熱性に優れたワイヤを適宜用いることができる。

また、コイル５におけるコイル部の端面（鍔部側も他のコイル部側も含む）は、一層ごとに巻線一つ分ずつ正確にずらして傾斜させる態様に限定されるものではない。すなわち、コイル部の外周側と内周側との間で一定の傾斜関係が確保されていれば十分であり、従って、コイル部の端面は、例えば、階段状に傾斜されていたり、不規則な態様で巻線の位置がずらされて傾斜されていてもよい。

さらに、本発明のコイル装置１におけるコイル５は、二つのコイル部からなることに限定されるものではなく、三つ以上のコイル部を備える構成であってもよい。その場合も、先に形成されるコイル部において、次に形成されるコイル部側に形成される境界端面を傾斜させて、順次、コイル部を設けることにより、上述した実施の形態と同様な効果を得ることができる。

さらに、本発明のコイル装置１は、前述したキーレスエントリシステム、イモビライザー、空気圧モニタリングシステム以外に、車載用アンテナ、さらには、自動車用に限らず、一般的な電子部品としてのアンテナ、トランスポンダ、インダクタとして用いることも可能である。

本発明の実施の形態に係るコイル装置の縦断面図である。コイル装置におけるフェライトコアの斜視図である。コイル装置におけるフェライトコアの側面図である。コイル装置におけるコイルの構成を示す図である。コイルの巻線の巻き付け態様を示す図である。本発明の他の実施の形態に関する、コイルの構成を示す図である。

符号の説明

１コイル装置
３フェライトコア
５コイル
５１第１コイル部
５３第２コイル部
ＣＦ₁、ＣＦ₂ 境界端面

Claims

コアと、該コアの周囲に設けられたコイルと、絶縁外装体とを含むコイル装置であって、
前記コアは、一対の鍔部と、それらの間に設けられた巻芯部とを有し、
前記コイルは、前記巻芯部に配置され、少なくとも第１コイル部と第２コイル部とを備え、
前記第１コイル部における前記第２コイル部側の境界端面（ＣＦ_１）は、その内周側が外周側よりも該第２コイル部に近づくように傾斜され、
前記第２コイル部における前記第１コイル部側の境界端面（ＣＦ_２）は、その外周側が内周側よりも該第１コイル部に近づくように傾斜され、
前記第１コイル部及び第２コイル部における前記鍔部側の端面（ＴＦ_１、ＴＦ_２）は、外周側が内周面よりも対応する前記鍔部から離れるように傾斜され、それによって、前記絶縁外装体の内側において、前記鍔部側の端面（ＴＦ_１、ＴＦ_２）と対応する前記鍔部との間には、余剰スペースが形成されている、
コイル装置。
コアにおける一対の鍔部の間に設けられた巻芯部の周囲に、少なくとも第１コイル部と第２コイル部とを備えるコイルが形成されるコイル装置の製造方法であって、
前記第１コイル部の形成に際し、前記第２コイル部側の境界端面（ＣＦ_１）を、その内周側が外周側よりも該第２コイル部に近づくように傾斜させて形成し、
前記第１コイル部の形成後に、前記第２コイル部を形成するに際し、前記第２コイル部における前記第１コイル部側の境界端面（ＣＦ_２）は、該第２コイル部の境界端面上に載せられて形成され、
さらに、前記の第１コイル部及び第２コイル部の形成では、該第１コイル部及び第２コイル部における前記鍔部側の端面（ＴＦ_１、ＴＦ_２）は、外周側が内周面よりも対応する前記鍔部から離れるように傾斜され、それによって、前記鍔部側の端面（ＴＦ_１、ＴＦ_２）と対応する前記鍔部との間には、縦断面視三角形状の余剰スペースが形成されており、
前記第１コイル部及び第２コイル部の形成の後、該コイル部及び前記コアを覆うように絶縁外装体を被覆する
コイル装置の製造方法。