JP6484068B2 - インダクタンス素子用樹脂ケースおよびインダクタンス素子 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタンス素子用樹脂ケースおよびこの樹脂ケースに収容されたインダクタンス素子に関する。

近年、電気機器あるいは電子機器の小型化、高周波化、大電流化が進む中で、インダクタンス素子にも同様の対応が求められている。しかしながら、インダクタンス素子を構成する磁性コアの中で、現在主流のフェライトコアでは材料特性そのものが限界に来ており、新たな材料が模索されている。センダストやアモルファス箔帯等の新材料がフェライト材料に置き換えられているが、一部の動きにとどまっている。磁気特性に優れたアモルファス粉末材料も登場しているが、成形性が従来の材料に比べて悪く、普及している状態ではない。

少なくとも２個のＵ形磁性コアまたはＵＵ形磁性コアと、この磁性コアの少なくとも１箇所で巻回したコイルとから構成される従来のインダクタンス素子について図１０に示す。図１０はＵＵ形コアにコイルを備えたインダクタンス素子であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示す。

図１０に示すインダクタンス素子１３は、ＵＵ形磁性コア１４の脚部１５同士を当接させ、この磁性コア１４を樹脂ケース１６に収容している。また、コイル１７が脚部１５の２箇所に配置されている。樹脂ケース１６は、平面視上部上面の１６ａおよび同裏面の１６ｂ、平面視下部上面の１６ｃおよび同裏面の１６ｄに４分割されて成形され当接面を相互に固定することで得られる。またコイル１７は、予め巻線されたコイル部品をコア固定時に組み込まれる場合が多い。図１１はＵ形磁性コアの樹脂ケースであり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は裏面図である。樹脂ケース１６’は、平面視上部の１６’ａおよび同裏面の１６’ｂを有している。

通常のアモルファス箔帯などの軟磁性板を積層したＵ形磁性コアの場合は金属バンドなどでコア同士の外周を拘束している。しかしながら、上記コイル部品を一緒に組み込む場合には、バンドでの拘束工程が煩雑になりやすく、自動化が困難である。また、粉末の磁性材から成形した圧粉磁性コアを金属バンドで固定する場合、高い圧環強度や低いラトラ値を必要とし、本手法の適用自体が限定される。また、金属バンドなどで固定しない場合でも、位置決めしながら接着剤でＵ形磁性コア同士を固定するための治具が必要になり、組立作業が煩雑であった。

分割磁性コアを用いたリアクトルとして、積層コアをロ字状に配置し、各外側の積層コアに対しギャップ形成用の絶縁スペーサを介して直交して配置される側辺を構成する積層コアの周囲にコイルを巻回してなり、上記側辺を構成する積層コアを内設する絶縁性の筒状ボビンを備え、このボビン内に内設される積層コアを軸線方向において二分割して構成するとともに、これらの分割コア間にギャップを形成するための仕切り部を、上記ボビンの内壁部に一体的に設けたリアクトルが知られている（特許文献１）。また、少なくとも１以上のギャップを介して複数の磁性を有する第１のコアが繋げられてコアユニットが形成され、２つの該コアユニットが対向配置されており、２つの上記コアユニットの端部間に磁性を有する第２のコアが所定の離間を置いて対向配置されることにより、平面視が略環状のリアクトルコアが形成されており、コアユニットを構成する第１のコアの位置決め姿勢および２つの第２のコアの位置決め姿勢を保持固定する固定部材を具備しており、該固定部材が弾性体を介してケースに固定されているリアクトルが知られている（特許文献２）。

特開２００６−２０２９２２号公報 特開２０１０−２７６９２号公報

しかしながら、上記各特許文献においても分割された樹脂ケースの組み立てにあたっては、当接面の位置決めを行なうのが困難であり、また、コアギャップの管理も不十分であり、さらに、組立作業が煩雑であった。また、分割された樹脂ケースの形状が異なる場合、その形状毎に金型が必要となる。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、インダクタンス素子の組み立てにあたって、樹脂ケース当接面の位置決めを容易にできるとともに、コアギャップの管理も容易であり、さらに、組立作業を容易にできるインダクタンス素子用樹脂ケースおよびこの樹脂ケースに収容されたインダクタンス素子の提供を目的とする。

本発明のインダクタンス素子用樹脂ケースは、磁性コアの周囲にコイルを有するインダクタンス素子に用いられ、上記磁性コアを収容する樹脂ケースであって、この樹脂ケースが複数に分割された部品の集合体であり、上記分割された部品のうちの少なくとも２個以上が相互に同一形状であることを特徴とする。また、上記分割された部品同士が当接する端面に相補的な凹凸が形成されていることを特徴とする。特に相補的な凹凸が相互に嵌合する形状に分割されていることを特徴とする。また、相互に嵌合する形状が嵌合後の抜けを防止する機能を有することを特徴とする。

本発明のインダクタンス素子用樹脂ケースは、Ｕ形磁性コア、ＵＵ形磁性コア、ＵＲ形磁性コア、およびＩ形磁性コアから選ばれる少なくとも１つの磁性コアを収容できることを特徴する。また、樹脂ケースに配置されるコイルのコイル軸方向端面に、上記磁性コアの抜け防止部を有する開口部を樹脂ケースに設けることを特徴とする。また、樹脂ケースの所定箇所に、上記磁性コアと接触しない箇所に貫通穴または凹部を設けることを特徴とする。

本発明のインダクタンス素子は、上記本発明の樹脂製ケース内に収容されている磁性コアの周囲にコイルが設けられてなることを特徴とする。

本発明のインダクタンス素子用樹脂ケースは、樹脂ケースが複数に分割された部品の集合体であり、上記分割された部品のうちの少なくとも２個以上が相互に同一形状であるので、金型点数を削減できる。特に、分割された部品のすべてを同一形状とすることで金型を１つにできる。
また、分割された部品同士が当接する端面に相補的な凹凸が形成されているので、この凹凸を設け位置決めのためのガイドとすることができる。その結果、組立を簡便に行うことができ、特に粉末の磁性材から成形した圧縮磁性コアを用いる場合において、コアの強度等の機械的特性に関係なく簡易に利用できるようになる。
また、この凹凸に抜け止め機能を付与することで運搬時の取り扱いが簡便になる。

当接する端面に設ける凹凸を対向させたときに嵌合できるような形状にすることで１個のＵ形磁性コアを収める２個の絶縁ケースを同一形状にできることから、組立性が向上する。また金型を１つにできることから、生産性も高められ、コスト低減を図ることができる。また、この絶縁ケースの一部に開口部を設けてコアと冷却ケースを接触させることで積極的な冷却を図ることもできる。ケースに凹部を設けることでインダクタの位置決めができ、貫通口を設けることでインダクタの位置決めまたは冷却用の蓋などと共締めすることができる。
Ｕ形磁性コア２個の組み合わせ以外には、Ｕ形磁性コアとＩ形磁性コア、ＵＲ形磁性コア２個、ＵＲ形磁性コアとＩ形磁性コア、Ｅ形磁性コアとＩ形磁性コアなどへ適用できる。

Ｕ形磁性コアを収容するための樹脂ケースを示す図である。 樹脂ケースの組み合わせ方法を説明する図である。 凹形が貫通孔となる場合の例を示す図である。 ギャップがない、または、小さい場合の例である。 図４の樹脂ケースの組み合わせ方法を説明する図である。 樹脂ケースに開口部を設けた例を示す図である。 樹脂ケースに肩部を設けた例を示す図である。 樹脂ケースに肩部を設けなくてもよい例を示す図である。 位置決め用の貫通穴を設けた例を示す図である。 ＵＵ形磁性コアを有するインダクタンス素子を示す図である。 Ｕ形磁性コアの樹脂ケースを示す図である。

本発明の樹脂ケースは、磁性コアの周囲にコイルを有するインダクタンス素子において、その磁性コアを収容するための樹脂ケースに関する。磁性コアとしてＵ形磁性コアを例とした場合の分割された部品の１つを図１に示す。図１（ａ）は４分割された磁性コア用樹脂ケースの平面視上部平面図、図１（ｂ）は正面図である。図１（ｃ）は相補的な凹凸形状の他の例（２つ）を示す断面図である。樹脂ケースに収容されたＵ形磁性コアはＵ形状の脚部同士を当接することで平面視環状の磁性コアとなる。４分割された樹脂ケースの一つの形態が図１（ａ）および図１（ｂ）に示されている。このＵ形磁性コア用樹脂ケース１は、Ｕ形磁性コア間に形成されるギャップが凹凸形状を配置するのに十分な大きさである場合の例である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示す樹脂ケース１は、この樹脂ケースの外周に配置されるコイルの軸方向脚部２同士の当接面のうち一方の面に当接面より突出した凸形Ａ１を、他方の面に当接面より後退した凹形Ａ２をそれぞれ設ける。この凹凸部は他の樹脂ケース１と回転させて向い合せたときに嵌合できる位置に設ける。すなわち、樹脂ケース１の平面視にて、中心線３より線対称となる位置に、組み立て時に相互に嵌合する凹凸部を設ける。同一形状の樹脂ケース１を４個組み合わせることで平面視環状の磁性コアを収容できるケースとなる。このケースは、磁性コアの厚さ方向とコイルの軸方向で４分割され、図１（ａ）および図１（ｂ）はその１つを表す。
また、図１（ｃ）の断面図に示す２つの形状は、それぞれ図１（ａ）とは異なる相補的な凹凸形状の例である。これらの例では、磁性コア脚部における、厚さ方向および軸方向の少なくともいずれかの断面形状を該図に示す形状とすればよく、厚さ方向と軸方向の断面形状が、同一の形状であっても、異なる形状を組み合わせたものであってもよい。

樹脂ケース１の組み合わせ方法について図２により説明する。図２は組み合わされた正面図であり、図２（ａ）は一方のＵ形コア、図２（ｂ）は他方のＵ形コアをそれぞれ示す。また、図２（ｃ）は図２（ａ）において係合爪を設けた形態を、図２（ｄ）はその側面図をそれぞれ示す。
図２（ａ）に示すように、脚部に凹凸を持った樹脂ケース１として、ケース１ａおよびケース１ｂを２個準備して、所定のＵ形状に成形した磁性コアをケース１ａおよびケース１ｂに収める。そのときケース１ａおよびケース１ｂは同一形状の樹脂ケース１を重ね合わせる結果、ケース１ａの凸形Ａ１とケース１ｂの凹形Ａ２とが隣り合う形となり、ケース１ａの凹形Ａ２とケース１ｂの凸形Ａ１とが隣り合う形となる。
また、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように、厚さ方向に少なくとも２箇所以上に脱落防止のための相補的な係合爪１８を設けて、ケース１ａおよびケース１ｂを一体としてもよい。係合爪１８の凹凸形状は、他の樹脂ケースと回転させて向い合せたときに嵌合できる位置に設ける。

図２（ｂ）に示すように、ケース１ｃおよびケース１ｄを２個準備して、上記図２（ａ）の場合と同様に樹脂ケース１を重ね合わせる。このようにして得られた、磁性コアを収めたＵ形磁性コア２個をコイル軸方向に向い合せて、一方の凹部に他方の凸部をガイドさせながら組み立てることにより平面視環状のインダクタンス素子が容易に得られる。すなわち、図２（ａ）に示すケース１ａの凸形Ａ１と図２（ｂ）に示すケース１ｃの凹形Ａ２とが嵌合するように組み立てる。この結果、図２（ａ）に示すケース１ａの凹形Ａ２と図２（ｂ）に示すケース１ｃの凸形Ａ１とが嵌合し、図２（ａ）に示すケース１ｂの凸形Ａ１と図２（ｂ）に示すケース１ｄの凹形Ａ２とが嵌合し、図２（ａ）に示すケース１ｂの凹形Ａ２と図２（ｂ）に示すケース１ｄの凸形Ａ１とが嵌合する。

図３は、凹形Ａ２が貫通孔Ａ２’となる場合の例を示す。この場合においても、上記凹形と同様に、４個の樹脂ケースを準備することにより平面視環状のインダクタンス素子を容易に組み立てることができる。すなわち、図３（ａ）に示すケース１ａ’の凸形Ａ１’と図３（ｂ）に示すケース１ｃ’の貫通孔Ａ２’とが嵌合するように組み立てる。この結果、図３（ａ）に示すケース１ａ’の貫通孔Ａ２’と図３（ｂ）に示すケース１ｃ’の凸形Ａ１’とが嵌合し、図３（ａ）に示すケース１ｂ’の凸形Ａ１’と図３（ｂ）に示すケース１ｄ’の貫通孔Ａ２’とが嵌合し、図３（ａ）に示すケース１ｂ’の貫通孔Ａ２’と図３（ｂ）に示すケース１ｄ’の凸形Ａ１’とが嵌合する。

上記相互に嵌合する凸形、凹形または貫通孔は、嵌合後抜け止め防止機能を設けることが好ましい。嵌合後抜け止め防止機能としては、嵌合部の当接面に垂直な面に、例えば曲面、鉤型などの相補的な凹凸を設けることが挙げられる。

図４は、Ｕ形磁性コアを収容する樹脂ケース４において、脚部２の当接面にギャップがない場合、またはギャップの距離が小さく、凹部を設けることが困難である場合の例である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は裏面図である。樹脂ケース４は、当接面に近い外周部に凸形Ａ３および凹形Ａ４を設ける。凹凸の境目は片方の脚部の平面視中心線５付近が望ましい。また、組み立て時の欠け防止のため凸形Ａ３の角を丸めることが望ましい。磁性コアにギャップがある場合において、Ｕ形磁性コアの脚部が分割され絶縁樹脂ケース４内で自由に動く場合は位置決めのため、Ｕ形磁性コアの動きを抑制する樹脂板などを挿入することができる。

樹脂ケース４の組み合わせ方法について図５により説明する。図５は組み合わされた平面図であり、図５（ａ）は平面視ケースの上半分、図５（ｂ）は同ケースの下半分をそれぞれ示す。
脚部に凹凸を持った樹脂ケース４として、ケース４ａおよびケース４ｂを２個準備して、所定のＵ形状に成形した磁性コアをケース４ａおよびケース４ｂに収める。そのときケース４ａおよびケース４ｂは同一の樹脂ケース４を重ね合わせる結果、ケース４ａの凸形Ａ３とケース４ｂの凹形Ａ４とが向かい合う形となり、ケース４ａの凹形Ａ４とケース４ｂの凸形Ａ３とが向かい合う形となる。

同様に、ケース４ｃおよびケース４ｄを２個準備して、上記と同様に樹脂ケース４を重ね合わせる。このようにして得られた、磁性コアを収めたＵ形磁性コア２個をコイル軸方向に向い合せて、一方の凹部に他方の凸部をガイドさせながら組み立てることにより、ギャップの距離が０から設定できる、平面視環状のインダクタンス素子が容易に得られる。すなわち、図５（ａ）に示すケース４ａの凸形Ａ３と図５（ｂ）に示すケース４ｃの凹形Ａ４とが嵌合するように組み立てる。この結果、図５（ａ）に示すケース４ａの凹形Ａ４と図５（ｂ）に示すケース４ｃの凸形Ａ３とが嵌合し、図５（ａ）に示すケース４ｂの凸形Ａ３と図５（ｂ）に示すケース４ｄの凹形Ａ４とが嵌合し、図５（ａ）に示すケース４ｂの凹形Ａ４と図５（ｂ）に示すケース４ｄの凸形Ａ３とが嵌合する。

上記図２、図３、図５に示す組み合わせ方法は、Ｕ形磁性コアを収容できる同一の形状の樹脂ケースを４個準備して、それぞれを組み合わせることにより平面視環状のインダクタンス素子を得る方法であるが、Ｕ形磁性コアとＩ形磁性コアの組み合わせであってもＩ形磁性コアがＵ形磁性コアと当接する面の形状を上記と同様に凹凸にすることでＩ形磁性コア用のケースも金型を１つにできる。

図１、図４に示す樹脂ケースにおいて、収容される磁性コアの一部を露出させて積極的に冷却させるための開口部を設けることができる。開口部を設けた例を図６に示す。図６は、図１に示す樹脂ケースにおいて冷却させるための開口部を設けた例であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は裏面図である。なお、凹凸部は図示を省略してある。樹脂ケース６の頂部に開口部７が設けられている。このとき、コイルに対して軸方向の抜け止めのため、抜ける方向にケースの一部を残す、または肩部６ａを設ける。

樹脂ケースに磁性コアを収容し、この磁性コアの周囲にコイルを形成してインダクタンス素子が得られるが、樹脂ケースにコイルの位置決めのための肩部を設けることができる。肩部を設けることにより、インダクタンス素子の組み立てが容易になる。
図７は肩部を設けた場合の例であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は裏面図である。凹凸部は図示を省略してある。樹脂ケース８の脚部外周にコイルの位置決めとなる肩部９を設けることができる。インダクタンス素子を組み立てる際に冷却ケースや接地面にコイル位置決めガイドが不要になる。なお、コイルが脚部の内寸いっぱいまである場合は肩部を設けなくともよい。その場合の例を図８に示す。図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は裏面図である。樹脂ケース１０の凹凸部は図示を省略してある。

インダクタンス素子の位置決め用の貫通穴を設けた例を図９に示す。図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図、図９（ｃ）は裏面図である。凹凸部は図示を省略してある。インダクタンス素子の位置決めとなる貫通口１２は樹脂ケース１１において、内部に収容される磁性コアと接触しない箇所、例えば平面視４角形の頂角付近に設ける。なお、貫通口１２の代わりに凹部を設けることができる。位置決めは対角の２点のみで可能である。また、頂角付近の４箇所に設けて冷却用のフタなどと位置決めをしながら共締めすることもできる。これによりさらに積極的に冷却することができる。共締めしない場合は凹部を設けてインダクタンス素子の位置決めをすることもできる。

本発明のインダクタンス素子は、位置決めの容易な上記樹脂ケースを用いるので、Ｕ形磁性コア２個の組み合わせ以外に、Ｕ形磁性コアとＩ形磁性コア、ＵＲ形磁性コア２個、ＵＲ形磁性コアとＩ形磁性コア、Ｅ形磁性コアとＩ形磁性コアなどを組み合わせるインダクタンス素子に適用できる。また、磁性コアのギャップ管理と運搬時の抜け止めの機能を有するので、インダクタンス素子の組立性を向上し、かつ金型を１つにできることから、生産性も高められ、コスト低減を図ることができる。

本発明のインダクタンス素子用樹脂ケースは組み立て時の位置決めの容易で、かつ金型を単一にすることができるので、多品種のインダクタンス素子に適用できる。

１、４、６、８、１０、１１ 樹脂ケース
２ 脚部
３、５ 中心線
７ 開口部
９ 肩部
１２ 貫通口
１３ インダクタンス素子
１４ ＵＵ形磁性コア
１５ 脚部
１６ 樹脂ケース
１７ コイル
１８ 係合爪

Claims (5)

1. 磁性コアの周囲にコイルを有するインダクタンス素子に用いられ、前記磁性コアを収容するインダクタンス素子用樹脂ケースであって、
   該樹脂ケースが前記磁性コアの厚さ方向と前記コイルの軸方向で４つに分割された部品の集合体であり、前記分割された部品はそれぞれＵ字形状で、かつ相互に同一形状であり、
   前記分割された部品は、Ｕ字形状の中心線より線対称となる位置であって、該分割された部品のＵ字形状の脚部に、相補的な凹凸を有し、
   前記分割された部品は、前記相補的な凹凸が相互に嵌合する形状に分割された部品であり、
   前記樹脂ケースは、前記分割された部品の２個がそれぞれ、前記磁性コアの厚さ方向で一方の部品の前記相補的な凹凸の凸形と他方の部品の前記相補的な凹凸の凹形とが隣り合うように重ねられ、その重ねられた部品同士が、前記コイルの軸方向において前記相補的な凹凸で相互に嵌合されたケースであり、
   前記相互に嵌合する形状は、嵌合後の抜けを防止する機能を有し、
   前記樹脂ケースは、前記コイルの軸方向における端面に開口部を有すると共に、前記磁性コアの抜け防止部を有し、かつ、前記コイルの位置決めとなる肩部を該樹脂ケースの脚部外周に有することを特徴とするインダクタンス素子用樹脂ケース。
2. 前記分割された部品は、該分割された部品の前記脚部同士が当接する端面に前記相補的な凹凸を有し、該端面の一方に前記凸形、他方に前記凹形が形成されていることを特徴する請求項１記載のインダクタンス素子用樹脂ケース。
3. 前記樹脂ケースの前記磁性コアと接触しない箇所に貫通穴または凹部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインダクタンス素子用樹脂ケース。
4. 前記樹脂ケースがＵ形磁性コアを収容できる樹脂ケースであり、
   前記分割された部品は、各脚部の外周部に前記相補的な凹凸をそれぞれ有し、該相補的な凹凸の境目は、前記各脚部の平面視中心線であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のインダクタンス素子用樹脂ケース。
5. 樹脂製ケース内に収容されている磁性コアの周囲にコイルが設けられてなるインダクタンス素子であって
   前記樹脂製ケースが請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のインダクタンス素子用樹脂ケースであることを特徴とするインダクタンス素子。

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