JP5491886B2 - 巻線型コイル部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板上に面実装される巻線型コイル部品の製造方法に係り、特に、ドラム型コアの鍔部に設けられた端子電極とコイル導線の端部とを半田接続するディップ半田工程に関するものである。

巻線型コイル部品は、インダクタやチョークコイルなどとして各種電子機器に広く用いられている。この種の巻線型コイル部品としては、巻芯部（胴部）の軸線方向の両端に鍔部を有するドラム型コアと、ドラム型コアの実装面側の鍔部に設けられた一対の端子電極と、巻芯部に巻回されたコイル導線とを備え、コイル導線の両端部と各端子電極とをディップ半田法によって半田接続した構成のものが広く知られている。かかる巻線型コイル部品を製造する際には、まず、フェライト等からなるドラム型コアを用意し、このドラム型コアの実装面側の鍔部である台座鍔部に印刷等の手法を用いて一対の端子電極を形成した後、巻芯部にコイル導線を巻回し、このコイル導線の両端部を所望形状にフォーミングすることによって、台座鍔部の底面に設けられている溝内に該両端部を導出させる。しかる後、ドラム型コアの台座鍔部をディップ用の半田槽に浸漬させることによって、半田槽内の溶融半田を一対の端子電極やコイル導線の両端部に付着させる。こうして台座鍔部に付着させた溶融半田が冷却・固化すると、コイル導線の両端部と対応する端子電極とが電気的かつ機械的に接続された半田接合状態となるため、巻線型コイル部品が完成する。なお、この後、巻芯部に巻回されているコイル導線に絶縁性のコーティング樹脂を塗布することもある。

ところで、上記のディップ半田工程では、通常、巻芯部のコイル導線に溶融半田が付着しないようにするため、台座鍔部の真下に半田槽を配置させてドラム型コアを真っ直ぐ下降もしくは半田槽を上昇させることによって、台座鍔部をその底面から所定の高さ位置まで半田槽内の溶融半田に浸漬させ、この後、ドラム型コアを真っ直ぐ上昇もしくは半田槽を下降させることによって該コアを半田槽から離脱させるようにしている。しかしながら、ドラム型コアを半田槽から離脱させる際には、浸漬されていた台座鍔部の底面に付着している溶融半田が粘性によって半田槽側の液面に引っ張られるため、製品化された巻線型コイル部品の底面（台座鍔部の底面）に半田ツノと称される半田突起が形成されることがあった。このような半田突起を有する巻線型コイル部品は、回路基板上で姿勢が不安定になってしまうため実装不良等を招来しやすく、それゆえ巻線型コイル部品の製造歩留まりを高めるためには半田突起の発生を抑制する対策が必要となる。

こうした半田突起が形成されないようにするための従来技術として、ドラム型コアを半田槽から離脱させた直後に、台座鍔部の底面に付着している余分な半田液をピアノ線等のピン部材で取り除くという手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、半田槽から離脱させたドラム型コアの底面（台座鍔部の底面）に沿ってピン部材によるスキージングを行うため、余分な半田液を削り落とすように除去することができ、半田突起はほとんど形成されなくなる。

また、半田突起が形成されないようにするための他の従来技術として、半田槽から離脱させた直後のドラム型コアに対して側方へ揺するような外力を加えることによって、余分な半田液を取り除くという手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術では、台座鍔部の底面側の溝内に半田槽内の溶融半田が過度に付着してしまっても、この溝の長手方向に沿う外力をドラム型コアに加えることによって余分な半田液を慣性力で振り切ることができるため、半田突起は形成されにくくなる。

特許第４００３３６７号公報 特許第３３０９５４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された前者の従来技術の場合、ピアノ線等のピン部材を取り付けてスライド移動させる装置が必要であるのみならず、ピン部材に付着した溶融半田を取り除いたりピン部材を交換するといったメンテナンスが必要になるため、巻線型コイル部品の製造コストを押し上げてしまうという問題があった。

一方、特許文献２に記載された後者の従来技術の場合は、ドラム型コアに同じような外力を加えても半田液を振り切った後に該コアに残る溶融半田の厚み等にかなりのばらつきが生じてしまうため、該コアに付着される半田の量や形状に製品ごとのばらつきが大きくなり、品質の安定化が図れないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ディップ半田によって品質の安定した半田接続が行えて半田突起の発生も抑制でき、かつ製造コストに悪影響を及ぼす虞もない巻線型コイル部品を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、実装面側の鍔部（台座鍔部）に一対の端子電極が設けられたドラム型コアにコイル導線を巻回し、前記鍔部の底面に設けられた溝内へ前記コイル導線の両端部を導出させた後、この鍔部を半田槽に浸漬して溶融半田を付着させることにより一対の前記端子電極と前記両端部とを半田接続させる巻線型コイル部品の製造方法において、前記ドラム型コアを前記半田槽に対して相対的に鉛直方向へ移動することにより、前記鍔部をその底面から所定の高さ位置まで前記半田槽に浸漬した後、前記溝の延伸方向が略接線方向となるように前記ドラム型コアを所定の速さで回転させながら該コアを前記半田槽から引き上げていくようにした。

このようにドラム型コアを傾けることなく真っ直ぐに下降もしくは半田槽を上昇させることにより、鍔部をその底面から所定の高さ位置まで溶融半田に浸漬させた後、ドラム型コアを半田槽から引き上げる際に、該コアの鍔部の底面に設けられた溝の延伸方向が略接線方向となるように該コアを回転させていくと、溝の延伸方向に沿って溶融半田が流れ落ちやすくなるため、この溶融半田の流れ落ちる力と、半田槽側の液面の表面張力とが相俟って、該コアの底面に付着している余分な半田液を効果的に除去することができて、半田突起はほとんど発生しなくなる。しかも、本発明方法では、ドラム型コアに付着される半田の量や形状に製品ごとのばらつきが生じにくいため、品質の安定化が図りやすい。また、本発明方法は特別な装置やメンテナンス作業を追加する必要がないため、製造コストに悪影響を及ぼす虞もない。

上記の巻線型コイル部品の製造方法において、台座鍔部の底面が半田槽内の溶融半田の液面から離れるときの該底面と該液面とのなす角度を１５度以上に設定し、かつ前記所定の速さを毎秒３０００ｍｍ以下に設定しておくと、半田突起の発生を効果的に抑制できるのみならず、台座鍔部のうち半田槽から先に引き上げられる側（回転方向の先端側）に所要の溶融半田が付着させやすくなるため、一層好ましい。

本発明による巻線型コイル部品の製造方法では、ドラム型コアを傾けることなく真っ直ぐに下降もしくは半田槽を上昇させることにより、鍔部をその底面から所定の高さ位置まで溶融半田に浸漬させた後、ドラム型コアを半田槽から引き上げる際に、該コアの鍔部の底面に設けられた溝の延伸方向が略接線方向となるように該コアを適宜速さで回転させ、かつ、該コアの実装面側の鍔部の底面が半田槽内の溶融半田の液面から離れるときに、鍔部の底面と溶融半田の液面とが適宜角度をなすように設定しておくことによって、余分な半田液が効果的に除去できるため、半田突起（半田ツノ）を生じにくいディップ半田が行える。そのため、この製造方法を採用することによって巻線型コイル部品の製造歩留まりを大幅に高めることができる。また、この製造方法は、ドラム型コアに付着される半田の量や形状に製品ごとのばらつきが生じにくいため、品質の安定化が図りやすい。また、この製造方法は、特別な装置やメンテナンス作業を追加する必要がないため、製造コストに悪影響を及ぼす虞がない。

本発明方法を適用して製造した巻線型コイル部品の一例を示す正面図である。 該巻線型コイル部品の側面図である。 該巻線型コイル部品の底面図である。 該巻線型コイル部品の上面図である。 該巻線型コイル部品を回路基板上へ実装する際の説明図である。 該巻線型コイル部品で用いたドラム型コアの正面図である。 該巻線型コイル部品の製造時における端子電極形成工程を示す説明図である。 該巻線型コイル部品の製造時における導線端部切断工程を示す説明図である。 該巻線型コイル部品の製造時における導線端部曲げ工程を示す説明図である。 該巻線型コイル部品の製造時における半田ディップ工程の開始時の状態を示す説明図である。 該半田ディップ工程のコア浸漬時の状態を示す説明図である。 該半田ディップ工程のコア引き上げ時の状態を示す説明図である。 該半田ディップ工程の直後に行われる底面平坦化工程を示す説明図である。 本発明方法を適用して製造した他の巻線型コイル部品を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態例を図面を参照して説明すると、図１〜図４は本発明を適用して製造した巻線型コイル部品１の外観を示している。この巻線型コイル部品１は、巻芯部（胴部）２１の軸線方向両端に鍔部２２，２３を有するドラム型コア２と、このドラム型コア２の実装面側の鍔部２３に設けられた第１および第２の端子電極３，４と、ドラム型コア２の巻芯部２１に巻回されたコイル導線５とを備えており、コイル導線５の両端部５ａ，５ｂと各端子電極３，４とがそれぞれ半田６によって接続された構成になっている。また、図５に示すように、この巻線型コイル部品１は回路基板７上に面実装して使用される。

ドラム型コア２はフェライト等からなり、成形または切削によって図６に示すような所望形状に形成されている。ドラム型コア２の実装面側の鍔部である台座鍔部２３の底部には、略Ｗ字形の凹所である溝部２３ｃを挟んで対向する第１脚部２３ａおよび第２脚部２３ｂと、溝部２３ｃの天井面中央の突堤部分として形成された仕切り部２３ｄとが設けられている。第１脚部２３ａと第２脚部２３ｂは台座鍔部２３の長手方向（図３の上下方向）に沿って略平行に延在している。仕切り部２３ｄは溝部２３ｃ内へ若干量突出しており、溝部２３ｃの天井面が仕切り部２３ｄによって第１天井面２３ｅと第２天井面２３ｆとに分断されている。ただし、図６に示すように、第１および第２天井面２３ｅ，２３ｆの高さ位置に対する仕切り部２３ｄの突出寸法ｔはコイル導線５の径寸法以下であり、第１および第２脚部２３ａ，２３ｂの底面を含む平面（同図に２点鎖線Ｐで示す）と仕切り部２３ｄとの間には所要の間隔ｈが確保されている。なお、本実施形態例において、ドラム型コア２の高さ寸法は約４．６ｍｍである。また、台座鍔部２３は一定幅（約４．１ｍｍ）で長さ寸法が約４．６ｍｍのテーブル状に形成されているが、他方の鍔部２２は台座鍔部２３からはみ出さない大きさの円板状に形成されており、巻芯部２１は円柱状に形成されている。

第１および第２の端子電極３，４は、Ａｇペーストを台座鍔部２３の底部に塗布して焼成することにより形成され、その表面がＮｉとＳｎによってでメッキ処理されている。第１の端子電極３は第１脚部２３ａの表面と第１天井面２３ｅとを覆うように設けられており、第２の端子電極４は第２脚部２３ｂの表面と第２天井面２３ｆとを覆うように設けられている。

コイル導線５は両端部５ａ，５ｂを除いて絶縁被覆されている。これら両端部５ａ，５ｂは巻芯部２１から台座鍔部２３の底部へ導出されており、一端部５ａが溝部２３ｃ内で第１天井面２３ｅに沿って延在しており、他端部５ｂが溝部２３ｃ内で第２天井面２３ｆに沿って延在している。後述するように、これら両端部５ａ，５ｂはワイヤ押え（第１の治具）１１とワイヤカッター（第２の治具）１２を用いて連続的に切断加工および曲げ加工を行うことにより、所定の長さに切断されて所望形状にフォーミングされている。

半田６（６ａ，６ｂ）はディップ半田法によって台座鍔部２３の底部に付着された溶融半田が固化したものであり、この半田６によってコイル導線５の両端部５ａ，５ｂがそれぞれ対応する端子電極３，４と電気的かつ機械的に接続されている。すなわち、半田６ａによって第１の端子電極３とコイル導線５の一端部５ａとが接続されており、半田６ｂによって第２の端子電極４とコイル導線５の他端部５ｂとが接続されている。

次に、本実施形態例に係る巻線型コイル部品１の製造方法について説明する。まず、図６に示すような形状のドラム型コア２を用意し、このドラム型コア２の台座鍔部２３の第１および第２天井面２３ｅ，２３ｆにＡｇペーストを転写する。この転写工程では、図６に鎖線で示す転写用パッド（ハンコ）１３に予め図示せぬローラ等によってＡｇペーストを塗布しておき、この転写用パッド１３を台座鍔部２３の第１および第２天井面２３ｅ，２３ｆに押し付けることにより、図７に示すような電極ペースト層３ａ，４ａを形成する。

次いで、このドラム型コア２の台座鍔部２３の底部を図７に示すＡｇ浴槽１４内のＡｇペースト１７に浸漬して、第１および第２脚部２３ａ，２３ｂの表面に電極ペースト層を形成する。その際、台座鍔部２３の仕切り部２３ｄはＡｇ浴槽１４の受け部１４ａ上に搭載されるため、該仕切り部２３ｄの底面にＡｇペーストが塗布される虞はない。また、第１脚部２３ａの表面に形成される電極ペースト層は第１天井面２３ｅを覆っている電極ペースト層３ａと重なり合い、かつ第２脚部２３ｂの表面に形成される電極ペースト層は第２天井面２３ｆを覆っている電極ペースト層４ａと重なり合う。

この後、電極ペースト層３ａ，３ｂ等が形成されたドラム型コア２を乾燥してから焼成する。これにより、ドラム型コア２の台座鍔部２３の底部に、仕切り部２３ｄによって隔てられた第１の端子電極３と第２の端子電極４とが形成される。そして、これら第１および第２の端子電極３，４に対してＮｉメッキとＳｎメッキを順次施す。

次に、ドラム型コア２の巻芯部２１にコイル導線５を所定ターン数だけ巻回する。そして、巻回後のコイル導線５の両端部５ａ，５ｂの絶縁被膜を剥離した後、図８に示すように、これら両端部５ａ，５ｂを台座鍔部２３側へ導出させた状態で切断加工を行う。この切断加工は、ワイヤ押え１１で位置規制した両端部５ａ，５ｂをワイヤカッター１２で所定の長さに切断するというものである。また、この切断加工に続けて、図９に示すように、ワイヤ押え１１を台座鍔部２３の溝部２３ｃ内へ挿入することにより、切断後の両端部５ａ，５ｂを第１天井面２３ｅや第２天井面２３ｆに沿って略直角に折り曲げるという曲げ加工を行う。すなわち、溝部２３ｃ内へ挿入されたワイヤ押え１１が、コイル導線５の一端部５ａを第１天井面２３ｅへ押し付けると共に、コイル導線５の他端部５ｂを第２天井面２３ｆに押し付けるため、これら両端部５ａ，５ｂを所望形状にフォーミングすることができる。

次に、ドラム型コア２の台座鍔部２３の底部にフラックスを塗着させた後、コイル導線５の両端部５ａ，５ｂを対応する端子電極３，４に半田接続させるためのディップ半田工程へ進む。このディップ半田工程では、まず図１０に示すように、台座鍔部２３の真下に半田槽１５を配置させた状態で、ドラム型コア２を傾けることなく下降させるか、もしくは半田槽１５を上昇させることによって、台座鍔部２３を該半田槽１５内の溶融半田１８に浸漬させていく。そして、図１１に示すように、台座鍔部２３をその底面から所定の高さ位置まで溶融半田１８に浸漬させた後、ドラム型コア２を回動軸１９ａを中心に一方向へ回転させながら半田槽１５から引き上げる。すなわち、このディップ半田工程でドラム型コア２は鎖線で示す回動アーム１９の先端に保持されており、この回動アーム１９を回動軸１９ａを中心に回転させることによって、ドラム型コア２は回動アーム１９を半径とする仮想円（図１１に１点鎖線Ｑで示す）に沿って図１１や図１２の矢印方向へ回転しながら半田槽１５から引き上げられる。

その際、ドラム型コア２は溝部２３ｃの延伸方向（天井面２３ｅ，２３ｆの長手方向）が上記仮想円Ｑの略接線方向となるように向きを定めて回転させ、その回転速度を毎秒３０００ｍｍ以下の適宜値（本実施形態例では毎秒１５７０ｍｍ）に設定しておくと共に、図１２に示す角度θを１５度以上の適宜値（本実施形態例では約３０度）に設定しておく。なお、この角度θは、台座鍔部２３の底面が半田槽１５内の溶融半田１８の液面から離れるときの該底面と該液面とのなす角度であり、本実施形態例では台座鍔部２３の底面の回転半径を約３０ｍｍに設定することによって角度θが約３０度となるようにしている。また、本実施形態例では、ドラム型コア２の引き上げ動作が精度よく行えるようにするために、回動アーム１９をステッピングモータで駆動制御しているが、回動アーム１９をエアーモータ等で駆動制御してもよい。

このようにドラム型コア２を所定の条件で回転させながら半田槽１５から引き上げていくと、溶融半田１８が台座鍔部２３の底面に形成した溝部２３ｃの延伸方向に沿って流れ落ちやすくなるため、この溶融半田１８の流れ落ちる力と、半田槽１５側の液面の表面張力とが相俟って、台座鍔部２３の底面に付着している余分な半田液を効果的に除去することができる。

また、図１３に示すように、本実施形態例ではドラム型コア２を半田槽１５から引き上げた直後に、台座鍔部２３の底面を平板部材２０に圧接させることによって、該底面に付着している溶融半田１８の表面を平坦化している。この底面平坦化工程は、ドラム型コア２の実装面を平らにして実装時の傾きを確実に防止するためのものである。そして、かかる底面平坦化工程の後、台座鍔部２３に付着している溶融半田１８が冷却・固化して図１や図５に示す半田６（６ａ，６ｂ）となるため、溝部２３ｃ内において、コイル導線５の一端部５ａと第１の端子電極３とが半田６ａによって接続されると共に、コイル導線５の他端部５ｂと第２の端子電極４とが半田６ｂによって接続されて、巻線型コイル部品１が完成する。なお、台座鍔部２３に付着した半田６ａと半田６ｂとの間には仕切り部２３ｄが介在しているので、これら両半田６ａ，６ｂどうしが短絡される虞はない。また、こうして製造された巻線型コイル部品１は必要に応じて、巻芯部２１に巻回されているコイル導線５に絶縁性のコーティング樹脂が塗布される。

このようにして製品化された巻線型コイル部品１を回路基板７上に面実装する際には、図５に示すように、予め回路基板７の一対のランド電極８，９にクリーム半田１６を塗布しておき、これらランド電極８，９上に第１および第２の端子電極３，４を位置合わせして巻線型コイル部品１を搭載する。そして、回路基板７上に搭載された巻線型コイル部品１をリフロー炉で加熱してクリーム半田１６を溶融させることにより、第１の端子電極３とランド電極８とが半田接続されると共に、第２の端子電極４とランド電極９とが半田接続されるため、巻線型コイル部品１は回路基板７上に電気的かつ機械的に接続された実装状態となる。

以上説明したように本実施形態例に係る巻線型コイル部品１の製造方法では、ドラム型コア２を半田槽１５から引き上げる際に、溝部２３ｃの延伸方向が略接線方向となるように該コア２を適宜速さで回転させ、かつ、該コア２の台座鍔部２３の底面が半田槽１５内の溶融半田１８の液面から離れるときに、台座鍔部２３の底面と溶融半田１８の液面とが適宜角度θをなすように設定しておくことによって、余分な半田液を効果的に除去しているため、半田突起（半田ツノ）を生じにくいディップ半田が行えるようになっている。そのため、この製造方法を採用することによって、巻線型コイル部品１の製造歩留まりを大幅に高めることができる。また、この製造方法は、ドラム型コア２に付着される半田の量や形状に製品ごとのばらつきが生じにくいため、品質の安定化が図りやすい。また、この製造方法は、特別な装置やメンテナンス作業を追加する必要がないため、製造コストに悪影響を及ぼす虞もない。

なお、本発明者らの実験によると、ドラム型コア２の底面（台座鍔部２３の底面）が半田槽１５側の液面から離れるとき、これら底面と液面とのなす角度θが１５度以上であると、半田突起が発生しにくくなることを確認できた。ただし、ドラム型コア２を引き上げる際の回転速度が速過ぎると、付着している溶融半田１８が十分に流れ落ちきらないうちに台座鍔部２３の底面が半田槽１５側の液面から離れてしまうため、半田突起の発生を抑制する効果が弱まってしまう。しかるに、毎秒３０００ｍｍ以下の速さでドラム型コア２を回転させながら半田槽１５から引き上げていき、かつ角度θを１５度以上に設定した場合には、半田突起はほとんど発生しなくなる。特に、本実施形態例のように角度θを約３０度に設定しておけば、半田突起の発生を効果的に抑制できるのみならず、台座鍔部２３のうち半田槽１５から先に引き上げられる側（回転方向の先端側）に所要の溶融半田１８が付着させやすくなるため、ディップ半田の信頼性を一層高めることができる。

図１４は本発明を適用して製造した巻線型コイル部品１０の他の例を示しており、図１と対応する部分には同一符号が付してある。図１４に示す巻線型コイル部品１０は、ドラム型コア２の台座鍔部２３の底部形状が前記巻線型コイル部品１と異なっているが、その製造方法は該巻線型コイル部品１の場合と基本的に同等である。

すなわち、図１４に示す巻線型コイル部品１０においては、第１脚部２３ａと第２脚部２３ｂとの間に前記仕切り部２３ｄの代わりに第３脚部２３ｇが設けられており、この第３脚部２３ｇの底面は第１および第２脚部２３ａ，２３ｂの底面と略同一平面内に位置している。第１脚部２３ａと第３脚部２３ｇとの間に形成された溝部２３ｃ１の内壁面等には第１の端子電極３が形成されており、溝部２３ｃ１内に配置されたコイル導線５の一端部５ａと第１の端子電極３とが該溝部２３ｃ１内の半田６（６ａ）によって接続されている。また、第２脚部２３ｂと第３脚部２３ｇとの間に形成された溝部２３ｃ２の内壁面等には第２の端子電極４が形成されており、溝部２３ｃ２内に配置されたコイル導線５の他端部５ｂと第２の端子電極４とが該溝部２３ｃ２内の半田６（６ｂ）によって接続されている。そして、これら半田６（６ａ，６ｂ）を溝部２３ｃ１内や溝部２３ｃ２内に付着させるためのディップ半田工程においても、台座鍔部２３を半田槽内の溶融半田に浸漬させた後に該半田槽からドラム型コア２を引き上げる際に、溝部２３ｃ１や溝部２３ｃ２の延伸方向が略接線方向となるように該コア２を適宜速さで回転させ、かつ、台座鍔部２３の底面が半田槽内の溶融半田の液面から離れるときに該底面と該液面とが適宜角度をなすように設定しておくことによって、半田突起を生じにくいディップ半田が行えるため、製造歩留まりを大幅に高めることができる。

１，１０ 巻線型コイル部品
２ ドラム型コア
３ 第１の端子電極
４ 第２の端子電極
５ コイル導線
５ａ，５ｂ （コイル導線の）端部
６（６ａ，６ｂ） 半田
７ 回路基板
８，９ ランド電極
１５ 半田槽
１８ 溶融半田
１９ 回動アーム
１９ａ 回動軸
２１ 巻芯部
２３ 台座鍔部（鍔部）
２３ｃ，２３ｃ１，２３ｃ２ 溝部（溝）

Claims (2)

1. 実装面側の鍔部に一対の端子電極が設けられたドラム型コアにコイル導線を巻回し、前記鍔部の底面に設けられた溝内へ前記コイル導線の両端部を導出させた後、この鍔部を半田槽に浸漬して溶融半田を付着させることによって一対の前記端子電極と前記両端部とを半田接続させる巻線型コイル部品の製造方法において、
   前記ドラム型コアを前記半田槽に対して相対的に鉛直方向へ移動することにより、前記鍔部をその底面から所定の高さ位置まで前記半田槽に浸漬した後、前記溝の延伸方向が略接線方向となるように前記ドラム型コアを所定の速さで回転させながら該コアを前記半田槽から引き上げていくようにしたことを特徴とする巻線型コイル部品の製造方法。
2. 請求項１の記載において、前記鍔部の底面が前記半田槽内の溶融半田の液面から離れるときの該底面と該液面とのなす角度を１５度以上に設定し、かつ前記所定の速さを毎秒３０００ｍｍ以下に設定したことを特徴とする巻線型コイル部品の製造方法。

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