JP4776185B2

JP4776185B2 - コイル部品

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Publication number: JP4776185B2
Application number: JP2004207522A
Authority: JP
Inventors: 義章北嶋; 雅俊進藤; 知紀池田; 直喜川久保
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: JP2006032560A

Description

本発明は、電子機器などに用いられるコイル部品に関する。

従来、対向する二側面（以下、第１および第２の側面という）に開口が設けられた箱型のコアを有し、巻芯に巻かれた巻線が内部に備えられたコイル部品がある。この箱型のコアの他の二側面（以下、第３および第４の側面という）は、上下面よりも厚く形成されている。また、開口部の左右両側に相当する第３および第４の側面の端部には、それぞれ電極が形成されている。巻線の端部は、これらの電極にはんだ等で接続されている（例えば、特許文献１参照）。

第２の例として、巻線を挟持する一対のＥ型コアと、当該一対のＥ型コアを接合してなる箱形のコアを接着固定するためのベースとからなるコイル部品がある。ベースの対向する２辺は、Ｅ型コアより外側に突出している。ベースの板厚方向に貫通孔を形成し、貫通孔内に金属端子を配置し、この金属端子に巻線の両端を接続している（例えば、特許文献２参照）。

第３の例として、Ｃ型の第１のコアと、Ｉ型の第２のコアとにより形成されたロの字状のコアを用いたコイル部品がある。Ｃ型の第１のコアは、矩形の底板と該底板の対向する２辺に立設された２側面で構成されている。Ｉ型の第２のコアは第１のコアの上面を塞ぐ矩形形状をなしている。第１と第２のコアとにより形成されたロの字状の磁路の内部に、巻線が巻回された巻芯が上下にスペーサを介して配置されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平８−３０６５５９号公報（第３−４頁、第３図）特開平１１−１４４９７３号公報（第２−３頁、第１図）特開平９−３５９６５号公報（第３−４頁、第１図）

特許文献１に記載のコイル部品は、コアの第３および第４の側面が、その両端に電極を設けるために上下面よりも厚く構成されている。よって、コア自体が大きくなってしまい、小型化という観点では好ましくない。また、第３および第４の側面に設けられた開口部にいずれも電極が備えられており、両方向に磁束が漏れてしまうので、周囲の部品に悪影響を及ぼしたり、コイル部品の特性を劣化させるおそれがある。さらに、巻線の端部と電極とははんだ等により接合されており、断線の危険性や、抵抗の増大といった問題がある。

特許文献２に記載のコイル部品では、コアが１対のＥ型コアを合わせて構成されているので、製造時に、接合面の研磨が必要となる。また、コアの合わせ面から磁束が漏れてしまうという問題がある。ベースには金属端子が設けられており、漏れ磁束の影響で交流銅損が大きくなるという問題もある。

特許文献３に記載のコイル部品でも、コアがＣ型とＩ型のコアを合わせて構成されているので、特許文献２に記載のコイル部品と同様、製造時には、接合面の研磨が必要となる。また、コアの合わせ面から磁束が漏れてしまう。コアおよび巻芯として鉄心を用いているため、高周波の用途には適さない。

そこで、本発明は、漏れ磁束、交流損失を最小限に抑える等により特性の劣化を防ぎ、小型化が可能で製造の容易なコイル部品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本発明は、厚みが均一な底板、天板、前記底板と前記天板とを連結する対向する一対の側板で一体成形され、対向する２側面が開口をなす断面がロ字状の箱型の枠コアと、両端が電極として形成され、前記電極が前記開口の一方の一辺側に配置された巻線と、前記枠コア内部に配置されており、周面に前記巻線が巻回され、前記枠コアと別体に形成された巻芯と、前記底板の外側に接して設けられ、前記電極と前記枠コアとを絶縁するベースとを備え、前記ベースの縁部には前記巻線の一端又は他端の個数に対応した数の凹部が形成され、前記巻芯に巻回されている前記巻線の部分は前記枠コア内部に配置され、前記巻線の両端近傍部分は屈曲部を有し、前記屈曲部が前記凹部にそれぞれはめ込まれて前記巻線の両端近傍部分が前記ベースの縁部を抱込むようにして前記ベースの一の側から他の側へと掛け渡されることにより、該枠コア内部において該巻線及び該巻芯が位置決めされているコイル部品を提供している。

このように、枠コアの厚みが均一であるため、コイル部品の外形寸法を不用に大型化することがなく、最小の大きさのコイル部品とすることができる。また、枠コアが一体に形成され、巻線両端の電極が共に一方の開口部側に備えられており、コイル部品外部への漏れ磁束は軽減されている。

上記コイル部品に、さらに底板の外側に接して設けられたベースを備えることで電極と枠コアとを絶縁する。

また、コイル部品を基板に固着するためのダミー端子をさらに備えることもできる。

巻芯の天板と対向する上面と底板と対向する下面のそれぞれが枠コアとの間に磁気的ギャップを形成するようにするのが好ましい。磁気的ギャップは、磁束密度を低下させ、磁気飽和を起こりにくくする。また、巻芯の上面と枠コアとの間及び巻芯の下面と枠コアの間に形成された磁気的ギャップの少なくとも一方に磁気的ギャップには絶縁物を介挿するようにしてもよい。

また、巻線は巻芯の上面と下面との間に巻回されていることが好ましい。このような構成によれば、巻線が漏れ磁束に曝されるのを軽減する。

本発明のコイル部品によれば、小型で、直流重畳特性が向上し、交流損失等の特性の劣化を軽減でき、隣接した他の部品への悪影響が少なく、製造が容易であるという効果が得られる。

本発明の１実施の形態によるコイル部品について、図１から図８を参照しながら説明する。図１および図２は、コイル部品１の概略斜視図である。図１及び図２に示すように、コイル部品１は、巻線３、巻芯５、枠コア１３、ベース１５、ダミー端子１７等を有している。

図３は、図１に示した切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断したときの断面図である。図３に示すように、ベース１５上には枠コア１３が配置され、枠コア１３の底板１３ａはベース１５に固着されている。枠コア１３の内部には、底板１３ａに接してスペーサ１９が配置され、スペーサ１９上に巻芯５が配置されている。巻芯５の周面には巻線３が巻かれている。巻線３は、巻芯５の高さ方向範囲内に巻かれており、巻線３の最上部は、巻芯５の上面と同じかそれよりも下部に位置する。巻芯５と枠コア１３の天板１３ｃとは接しておらず、両者間に空隙が形成されている。この巻芯５の上面と天板１３ｃの間の空隙と、スペーサ１９が介挿入された部分が、磁気ギャップとして作用する。

図１に示すように、巻線３は１本の平角線を所定回数巻回し、両端部分は開口部１４に向かってほぼ平行方向に延びている。巻線３の両端部分は、開口部１４から出たところで下方に屈曲されて、ベース１５に形成された切り込み部内に屈曲部がはめ込まれている。ベース１５の切り込み部にはめ込まれた巻線３の両端部は、それぞれコイル部品１の電極９、１１として機能する。電極９、１１は、巻線３の端部を扁平に潰した後、幅を巻線３の幅に揃えるように切断し、さらに表面の被覆を剥離してはんだを被せたものである。また、巻線３と、巻芯５とは所定部分が樹脂で接着されている。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。

図２に示すように、電極９、１１が備えられた側と対向する側のベース１５には、ダミー端子１７が設けられている。ダミー端子１７は、コイル部品１を基板に装着する際にコイル部品１の実装安定性、および固着強度を増すために設けられた固定用端子である。ダミー端子１７は、例えば、すず（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）等を成分とする金属よりなる。また、ダミー端子１７側の巻線３の一部は、枠コア１３の底板１３ａに樹脂で固定されている。

以下、個々の構成要素について説明する。図４に示すように、巻線３は断面が略長方形の一本の平角ワイヤで形成される。この平角ワイヤは、例えば、エポキシ変性アクリル樹脂により被覆されている。巻線３の両端部は、電極９、１１を構成している。電極９、１１は、巻線３が枠コア１３に組み込まれる前に、２箇所がほぼ直角方向に屈曲されており、この屈曲部をベース１５の所定位置に合わせて枠コア１３に組み込むことで、巻線３の位置決めが可能となっている。

図５に示すように、巻芯５は円柱形状をなし、例えば、マンガン（Ｍｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするフェライトで構成される。巻芯５の下面から上面までの高さは、枠コア１３の内部の高さよりも低く、枠コア１３との間に磁気ギャップが形成されるようになっている。また、巻線３が、巻芯５の高さ方向範囲内に巻回されるよう、巻芯５の高さは巻線３の巻回部分の高さよりも高くなければならない。

図６に示すように、スペーサ１９は、例えば、カプトンテープ等のポリイミド製の樹脂シートである。スペーサ１９が介挿される部分は、枠コア１３と巻芯５の下面との間の磁気ギャップを構成している。スペーサ１９は、巻芯５に巻線３が巻回される前に、巻芯５の下面に樹脂により接着される。

図７に示すように、枠コア１３は、底板１３ａ、天板１３ｃ、および２つの側板１３ｂ、１３ｄを有し、対向する２側面が開口した箱型のコアである。底板１３ａ、天板１３ｃ、および２つの側板１３ｂ、１３ｄは、厚さが均一で一体に形成されている。枠コア１３は、例えば、Ｍｎ、Ｚｎ等を主成分とするフェライトで形成される。

図８に示すように、ベース１５は、略矩形状平板部と、当該平板部の一辺に沿って起立した電極固定部とからなり、両者は絶縁性の樹脂で一体成形されている。電極固定部の外側面には、巻線３の電極９、１１を差し込み固定するための凹部２３、２５が形成されている。

以上説明したように、本実施の形態によるコイル部品１によれば、枠コア１３の底板１３ａ、天板１３ｃ、および２つの対向する側板１３ｂ、１３ｄの厚さが全て均一である。従って、特定部位の板材の厚さが他の部位の板材の厚さより厚いコイル部品と比較した場合、本実施の形態によるコイル部品１は、その外形寸法が比較対象のコイル部品の外形寸法と同じであれば、より広い内部空間を確保することができるし、内部空間の広さが上記した比較対象のコイル部品の内部空間の広さと同じであれば、外形寸法を小さくすることができる。

また、枠コア１３は一体に形成されているので、接合面を研磨する必要がなく、製造を簡略化することができる。さらに、接合部分から磁束が漏れることがないので、周りの部品に悪影響を及ぼしたり、交流銅損を増大させたりすることがない。

巻線３の両端部が電極９、１１となっており、基板に巻線３を直接接続できるので、漏れ磁束による影響を受けず、交流銅損が小さい。また、電極と巻線とをはんだ等により接続する必要がなく、断線の危険性が低減するとともに、直流抵抗が小さく、直流抵抗値の部品毎のばらつきも少ない。電極９と電極１１は、開口部１４の同一の一辺側に配置されているので、対向する開口側には磁束が漏れることがない。さらに、電極９、１１をベース１５の凹部２３、２５にはめ込むことで巻線３および巻芯５の枠コア１３内での位置決めが可能であり、コイル部品１の部品毎のインダクタンス、その他特性上のばらつきを軽減することができる。

巻芯５には接合面がないので、研磨工程が不要で製造が容易である。また、巻芯５は、枠コア１３とは別体に形成されており、枠コア１３との間に磁気ギャップを形成することが容易である。

枠コア１３と、巻芯５との間に磁気ギャップを設けたことで、枠コア１３と巻芯５との間の磁束密度の飽和を軽減することが可能になる。これにより、コイル部品１の直流重畳特性を向上させることができる。特に、巻芯５の上面および下面が枠コア１３との間に形成する２つの磁気ギャップの距離を略同一とすることで、直流重畳特性の向上を図ることができる。

ベース１５を、枠コア１３の底板１３ａに接して配置したので、電極９、１１と枠コア１３との間の絶縁が可能である。また、ダミー端子１７を設けたので、コイル部品１の基板への実装安定性、および固着強度を増すことができる。

コイル部品１において、巻線３は巻芯５の上面と下面との間に磁気ギャップの領域から離れて巻回されている。また、枠コア１３は一体に形成されているので、接合面から磁束が漏れることがない。よって、例えば、Ｅ型のコアを採用している他のコイル部品と比較して、巻線３による交流抵抗を半分近くまで軽減させることが可能となる。また、巻線３は断面が略長方形の平角線を用いており、断面が円形のワイヤに比べて断面積を大きくとることができるので、銅損を下げることができる。

本発明によるコイル部品は、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、コイル部品１において、ベース１５は枠コア１３の底板１３ａ全体を含む大きさのものを用いたが、底板１３ａの一部を含む大きさのものであっても良い。また、ベース１５は必ずしも必要ではなく、ベース１５を設けない構成のコイル部品としてもよい。ベース１５を設けない場合には、枠コア１３の材料として抵抗値の高い、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするフェライト等を採用することが好ましい。このときダミー端子１７は、枠コア１３の開口部１４と対向する側の開口部に設けることができる。

巻芯５の下面と枠コア１３との間に磁気ギャップを形成するためにシート状のスペーサ１９を用いているが、スペーサ１９はこのようなシート状の部材には限定されない。例えば、樹脂にガラスビーズを混入させた材料等、均一な厚みが得られ、磁気抵抗が枠コア１３よりも大きく磁気ギャップとしての作用が可能なものであれば、スペーサとして用いることができる。

巻芯５の形状は円柱形状には限定されず、断面が楕円や、角が曲線の略四角形の柱状等でもよい。また、枠コア１３の形状も、厚みが均一で、一体に形成されていれば、底板１３ａ、天板１３ｃ、および２つの側板１３ｂ、１３ｄの互いの接続部が直線をなさず、曲線状になっているような形状でもよい。

また、本発明によるコイル部品の構造を適用してコモンモードフィルタを構成することができる。

本発明のコイル部品は、パーソナルコンピュータの電源系等、電子機器に用いることができる。

本実施の形態によるコイル部品1の斜視図である。本実施の形態によるコイル部品1の斜視図である。コイル部品１の断面図である。巻線３の斜視図である。巻芯５の斜視図である。スペーサ１９の斜視図である。枠コア１３の斜視図である。ベース１５の斜視図である。

符号の説明

１．．．コイル部品
３．．．巻線
５．．．巻芯
９、１１．．．電極
１３．．．枠コア
１５．．．ベース
１７．．．ダミー端子
１９．．．スペーサ

Claims

厚みが均一な底板、天板、前記底板と前記天板とを連結する対向する一対の側板で一体成形され、対向する２側面が開口をなす断面がロ字状の箱型の枠コアと、
両端が電極として形成され、前記電極が前記開口の一方の一辺側に配置された巻線と、
前記枠コア内部に配置されており、周面に前記巻線が巻回され、前記枠コアと別体に形成された巻芯と、
前記底板の外側に接して設けられ、前記電極と前記枠コアとを絶縁するベースとを備え、
前記ベースの縁部には前記巻線の一端又は他端の個数に対応した数の凹部が形成され、
前記巻芯に巻回されている前記巻線の部分は前記枠コア内部に配置され、
前記巻線の両端近傍部分は屈曲部を有し、前記屈曲部が前記凹部にそれぞれはめ込まれて前記巻線の両端近傍部分が前記ベースの縁部を抱込むようにして前記ベースの一の側から他の側へと掛け渡されることにより、該枠コア内部において該巻線及び該巻芯が位置決めされていることを特徴とするコイル部品。
前記コイル部品を基板に固着するためのダミー端子をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記巻芯の前記天板と対向する上面と前記底板と対向する下面のそれぞれが前記枠コアとの間に磁気的ギャップを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル部品。
前記巻芯の上面と前記枠コアとの間及び前記巻芯の下面と前記枠コアの間に形成された磁気的ギャップの少なくとも一方には絶縁物が介挿されていることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。
前記巻線は前記巻芯の上面と下面との間に巻回されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコイル部品。