JP5106504B2 - インダクタコイル構造体 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタコイル構造体に関する。本発明のコイル構造体はＩＨＬＰと表示される大電流用低プロフィルインダクタで使用するのが好ましい。しかしながら、この特殊なコイル構造体は他のタイプのインダクタにも使用できる。

インダクタコイルは従来技術では種々の形状の材料を種々の螺旋形状にすることにより製造されていた。しかしながら、製造が簡単であり、効率的で、かつ信頼できるインダクタンスコイル構造体が求められている。

従って、本発明の主な目的は、改良されたインダクタコイル構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、インダクタ内に空気ギャップを有しない大電流用低プロフィルインダクタで使用でき、コイルを完全に囲む磁気材料を含むインダクタコイル構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、自己シールド能力を有する閉じた磁気系を含むインダクタコイル構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、インダクタのサイズを最小にできるように、所定のインダクタンス性能に対し必要な空間の利用率を最大にするインダクタコイル構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、より小型であり、製造上安価であり、飽和することなくこれまでのインダクタコイルよりも大きい電流を受け入れできる、改良されたインダクタコイル構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、インダクタの直列抵抗を下げるインダクタコイル構造体を提供することにある。

上記目的は、第１および第２コイル端部を有する導体コイルを含む大電流用低プロフィルインダクタによって達成できる。インダクタ本体を形成するように、導体コイルを磁気材料が囲んでおり、インダクタコイルはコイル軸線に沿って軸方向に進むほぼ螺旋通路にて長手方向コイル軸線のまわりに延びる複数のコイル巻線部を含む。これらコイル巻線部は対向する第１および第２の平らな表面を有する平らなプレートから形成されており、コイル巻線部の平らな表面の各々の少なくとも一部はコイル巻線部に対して軸方向に向いている。

インダクタを製造する方法は、第１端部、第２端部、対向するサイドエッジ、対向する平らな表面および長手方向のプレート軸線を有する細長いプレート導体を設ける工程を含む。プレート導体の対向するサイドエッジの各々に複数のスロットを切断により形成し、プレート導体をプレート軸線に対して横方向に延びる複数のクロスセグメントおよびプレート軸線に対してほぼ軸方向に延びる複数の接続セグメントに成形する。接続セグメントはサイン形状の通路に延びる連続した導体となるようにクロスセグメントを共に接続する。本書で使用する用語「サイン形状」とは、正弦波曲線にほぼ一致する任意の形状を意味するが、連続的なカーブだけに限定されるものではなく、頂点、矩形のコーナーまたは他の種々の形状も含む。

プレート導体の対向するサイドエッジにスロットを切断により形成した後に、プレート軸線に対して横方向に延びる１つ以上の曲げ軸線に沿って接続セグメントを曲げ、プレート導体を複数のアコーディオン状の折り曲げ部に成形する。折り曲げ部の各々はクロスセグメントのうちの１つと接続セグメントのうちの１つとを含む。この結果得られる構造体において、クロスセグメントと接続セグメントとは対向する第１および第２端部を有するほぼ螺旋形状をした連続的な導体コイルを形成する。

本発明によって製造され、回路基板に実装されたインダクタの斜視図である。 成形前のインダクタのコイルの図である。 成形が完了した後であって、リード線を形成する前の本発明に係わるインダクタの図である。 図２の４−４線に沿った側端面図である。 図４の５−５線に沿った側端面図である。 インダクタコイルを形成する細長い導体ブランクの斜視図である。 両エッジから内側に延びるスロットを形成した後の、図６のブランクを示す。 本発明のインダクタコイルを形成する際の最初の折り曲げ工程を示す、図７に類似する図である。 図８に示された同じ折り曲げ工程を示す側面図である。 本発明のインダクタコイルを製造する方法における第２の折り曲げ工程を示す、図８に類似する図である。 インダクタをプレス加工しているが、リード線を形成する前のインダクタの倒立図である。 リード線を部分的に形成した後のインダクタを示す、図１１に類似した図である。 リード線の最終形成を示す、図１１および１２に類似した図である。

図面を参照すると、符合１０は、回路基板１２に実装された本発明のインダク全体を示す。インダクタ１０はインダクタ本体１４を含み、インダクタ本体１４はこの本体から延び、本体１４の両端の上に折り曲げられた第１リード線１６および第２リード線１８を有する。これらリード線１６、１８は回路基板１２にハンダ付けまたは他の方法で電気的に接続されている。

図２を参照すると、本発明のインダクタコイル全体は符合２０で示されており、リード線１６、１８はコイル２２の端部を形成している。リード線１６と１８との間には複数のＬ字形をしたクロスセグメント２６が設けられており、各クロスセグメントは水平脚部２８と垂直脚部３０とを含む。垂直脚部３０は接続セグメント３２で終端しており、この接続セグメント３２は約１８０度に折り曲げられ、インダクタコイル２０に対してアコーディオン状の形状を形成している。これらＬ字形クロスセグメントは共に接続されており、螺旋コイルを形成する。この螺旋コイルは長手方向のコイル軸線３６に沿って延びた開口するコイルセンター３４を有する。

図６〜図１０は、コイル２０の製造方法を示す。最初に図６に示されるように、銅または他の導電性材料から形成されたブランクの平らな導体プレート５０は、第１および第２端部５２、５４と、一対の対向する平らな表面５６と、一対の対向するサイドエッジ５８、６０とを含む。

図７は、コイル２０を形成する際の第１工程を示す。この工程では、ブランクの平らなプレート５０の対向するエッジ５８、６０でそれぞれ複数のスロット６２、６４を切断によって形成する。スタンプ加工またはレーザーまたは当業者に公知の他の切断工具による実際の切断方法などの種々の切断方法を使用できる。

切断作業の終了時に、ブランク５０は細長いサイン形状の本体に変わる。この本体はプレート５０の長手方向軸線に対して横方向に延びる複数のクロスセグメント６６と、プレート５０の長手方向軸線に対して軸方向に延びる複数の接続セグメント６７から成る。これらセグメント６６、６７は、図７に示されるように、連続したサイン形状となっている。

図８は、コイル２０を形成する際の次の工程を示す。第１接続セグメント６７内の１８０度の角度の曲げ部６３を形成するように、１８０度の角度に端部５２を折り曲げる。図１０は次の接続セグメント６７にある第２曲げ部６５を示す。曲げ部６３、６５は反対方向にあり、図５に示される構造と同様なアコーディオン状の構造が得られるまで、この曲げ加工を繰り返す。

図５において、コイル２０は両端部１６、１８を含み、これら端部はブランク５０の両端部５２、５４から形成される。ブランク５０のクロスセグメント６６はコイル２０の第１の水平方向脚部２８を形成し、ブランク５０の接続セグメント６７はコイル２０の第２の垂直脚部３０および接続セグメント３２を形成する。

コイル２０に好ましい材料の一例としては、純度が９９.９５％のＯＦＨＣ銅１０２から製造した銅製の平らなプレートが挙げられる。

本体１４の磁気成形材料は、粉体の鉄、充填剤、樹脂および潤滑剤から成る。好ましい粉体材料としては，カーボニールアイアン（Ｃａｒｂｏｎｙｌ Ｉｒｏｎ）、グレードＳＱなる商品名で、ニュージャージー州のパルシッパニー、１００チェリーヒルロードのＢＡＳＦコーポレーションによって製造されているものがある。このＳＱ材料は、７５％のＨ₃ＰＯ4を有する０.８７５％の質量分によって絶縁されている。

この混合物にはエポキシ樹脂も添加されている。この目的に適した樹脂としては、コーベルブラック（Corvel Black）番号１０−７０８６なる商品名で、ペンシルバニア州レディング、私書箱１５２４０のモートンインターナショナル社によって製造されているものがある。

更に、混合物には潤滑剤が添加される。この潤滑剤としてはルブラジンク Ｗ（Lubrazinc W）なる製品名でテキサス州ヒューストンの私書箱４５２９６、ウィトコ（Witco）社によって製造されているステアリン酸亜鉛がある。

上記混合物の種々の組み合わせを共に混合することができるが、好ましい配合剤は次のとおりである。
１０００グラムの粉体の鉄
３.３重量％の樹脂
０.３重量％の潤滑剤

（潤滑剤を除く）上記材料を混合し、次にアセトンを添加し、材料を泥状のコンシステンシーとなるように湿潤化する。材料を乾燥し、−５０メッシュの粒径となるようにスクリーンにかける。次に、潤滑剤を添加し、材料８２を完成する。次にこの材料８０を使った圧力成形の準備をする。

製造方法のうちの次の工程は、約６．４５平方センチメートル（１平方インチ）当たり１５〜２５トンの圧力をかけて得られる密度となるように、コイル２０の全周にわたって材料を圧縮する。これにより粉状の材料５２は圧縮され、コイルの全周のまわりに密に成形され、図１および図１１〜図１３に示されるようなインダクタ本体１４を形成する。

この製造段階で、成形されたアセンブリは図１１に示されるような形状となっている。焼き付け後、図１２および図１３に示されるように、リード線１６、１８を形成し、折り曲げる。次に１時間４５分の間、約１６２°Ｃ（３２５°Ｆ）で成形アセンブリを焼き付けし、樹脂を硬化する。

他の誘導性部品と比較し、本発明のＩＨＬＰインダクタはいくつかのユニークな属性を有する。インダクタコイルと、リードフレームと、磁気コア材料と、保護容器とは、表面実装に適した終端リード線を有する単一の低プロフィルの一体的本体として成形されている。このような構造により、磁気的性能を得るのに利用できる空間を最大に利用することが可能となり、磁気的に自己シールドされる。

このような一体的な構造により、従来技術のＥ形コアまたは他のコア構造を用いたケースのように、２つのコアハルブを使用する必要性がなくなり、関連する組み立て作業も不要となっている。

本発明のユニークな導体の巻き付けにより、大電流の動作が可能となり、インダクタの設置面積で磁気的パラメータも最適となっている。

本発明の製造方法は高価で厳密な公差のコア材料および特別な巻き付け技術に依存することなく、低コストの高性能のパッケージを提供できる。

この磁気コア材料は（３メガオーム）を越える高抵抗率を有し、この抵抗率により表面実装リード線の間で導電性パスを設けないで製造したままのインダクタを作動させることができる。更に、この磁気材料は１ＭＨｚまで効率的な作動も可能にするものである。インダクタパッケージ性能は１マイクロヘンリー当たり２ミリオームのインダクタンスに対する低い直流抵抗対インダクタンス比を発生する。５以下の比が極めて良好であると考えられる。

コイル２０のユニークな構造により、製造コストが下げられている。コイル２０はＩＨＬＰインダクタを除く種々のインダクタの構造でも使用できる。

以上で図面および明細書において、本発明の好ましい実施例について記載した。特定の用語を用いたが、これら用語は包括的かつ説明のために使用したものであり、発明を限定するために用いたものではない。特許請求の範囲に記載した発明の要旨および範囲から逸脱することなく、部品の形状および比率を変えることだけでなく、均等物に置換することは、状況が示唆するように可能である。

１０ インダクタ
１２ 回路基板
１４ インダクタ本体
１６ 第１リード線
１８ 第２リード線
２０ インダクタコイル
２２ コイル
２６ クロスセグメント
２８ 水平脚部
３０ 垂直脚部
３２ 接続セグメント
３４ コイルセンター

Claims (7)

1. 大電流用低プロフィルインダクタであって、
   前記大電流用低プロフィルインダクタは、長手方向コイル軸に沿って延びるインダクタコイルを備え、
   前記インダクタコイルは細長い非絶縁プレートを備え、前記非絶縁プレートは、第１端部と、第２端部と、対向する両側のサイドエッジと、互いに対向する平らな表面と、長手方向のプレート軸とを有し、
   前記非絶縁プレートは、プレート軸を横断する方向に延びる複数のクロスセグメントと、プレート軸に対してほぼ軸方向に延びる複数の接続セグメントとを有し、前記接続セグメントは、前記クロスセグメントを連結して連続的な導体を形成し、
   複数の前記クロスセグメントのそれぞれは、プレート軸を横断する方向に延びる曲げ軸線に沿って実質的に１８０°の角度に曲げられて、前記非絶縁プレートに複数のアコーディオン状の折りたたみ部を形成し、前記アコーディオン状の折りたたみ部のそれぞれは、複数の前記クロスセグメントのうちの１つと、複数の前記接続セグメントのうちの１つの一部とを含み、
   複数の前記アコーディオン状の折りたたみ部は、空洞のコイル中心部と隣接し合うアコーディオン状折り曲げ部同士の間のギャップとを有する略螺旋形状を有し、前記ギャップは、曲げ軸及びプレート軸の両者を横断する方向に延びる軸に沿って、実質的に一定に保持され、
   前記大電流用低プロフィルインダクタはさらに、前記インダクタコイルの周囲及び内部で強固かつ完全に圧縮され、前記インダクタコイルを磁気的にシールドする、絶縁性で乾式の鉄粉粒子の圧縮体を有することを特徴とする大電流用低プロフィルインダクタ。
2. 前記圧縮体が、約６.４５平方センチメートル（１平方インチ）当たり１５〜２５トンの圧縮力をかけることにより形成される請求項１に記載の大電流用低プロフィルインダクタ。
3. 前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子が更に乾式の樹脂を含有し、前記乾式の樹脂は、前記圧縮体への圧縮前に、前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子と混合される請求項１に記載の大電流用低プロフィルインダクタ。
4. 前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子が更に乾式の潤滑剤を含有し、前記乾式の潤滑剤は、前記圧縮体への圧縮前に、前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子及び前記乾式の樹脂と混合される請求項３に記載の大電流用低プロフィルインダクタ。
5. 前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子が更に乾式の充填剤を含有し、前記乾式の充填剤は、前記圧縮体への圧縮前に、前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子と前記乾式の樹脂と前記乾式の潤滑剤と混合される請求項４に記載の大電流用低プロフィルインダクタ。
6. 大電流用低プロフィルインダクタであって、
   前記大電流用低プロフィルインダクタは、長手方向コイル軸に沿って延びる螺旋状のインダクタコイルを備え、
   前記螺旋状のインダクタコイルは細長い非絶縁プレートを備え、前記非絶縁プレートは、対向する第１端部及び第２端部と、対向する両側のサイドエッジと、互いに対向する平らな表面とを有し、
   前記非絶縁プレートは更に、交互に配置される複数の第１及び第２のクロスセグメントを有し、前記第１及び第２のクロスセグメントは、長手方向に延びるプレート軸を横断する方向に延び、
   前記非絶縁プレートは更に、複数の第１及び第２の接続セグメントとを有し、前記第１及び第２の接続セグメントのそれぞれは、前記複数の第１及び第２のクロスセグメントの一つからそれぞれ延び、
   前記複数の第１及び第２のクロスセグメントのそれぞれは、プレート軸を横断する方向に延びる第１及び第２の曲げ軸線にそれぞれ沿って実質的に１８０°の角度に曲げられ、前記第１及び第２の曲げ軸線は、互いに対向する向きを有し、
   前記複数の第１及び第２のクロスセグメントのそれぞれの間に、前記第１及び第２の曲げ軸線に沿って実質的に一定に保持されるギャップを有し
   前記第１及び第２のクロスセグメントと前記第１及び第２の接続セグメントとは前記コイル軸から径方向外向きに離間されることにより、前記コイル軸に沿って空洞のコイル中心部を形成し、
   前記インダクタコイルの周囲及び内部で強固かつ完全に圧縮され、前記インダクタコイルを磁気的にシールドする、絶縁性で乾式の鉄粉粒子の圧縮体を更に有することを特徴とする大電流用低プロフィルインダクタ。
7. 前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子が更に乾式の樹脂を含有し、前記乾式の樹脂は、前記圧縮体への圧縮前に、前記絶縁性で乾式の鉄粉粒子と混合される請求項６に記載の大電流用低プロフィルインダクタ。

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