JP6578630B2 - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、コイル部品及びその製造方法に関し、特に、巻芯部に2本の線材が巻回された巻線構造を有するコイル部品及びその製造方法に関するものである。
トランス、コモンモードフィルタ、バランなどのコイル部品は互いに磁気結合する一対のコイルを有しており、巻線型のコイル部品では磁性コアに2本の線材を巻回することによって一対のコイルが形成される。
巻線型のコイル部品における巻線構造の一つとして2層の巻線構造が知られている。一般的な2層の巻線構造では、最初に一方の線材が1層目に巻回された後、この1層目の巻線の上に2層目の線材が巻回される。しかし、一般的な2層の巻線構造は、1層目を巻き終えてから2層目を巻回するため、2本の線材をすべて巻き終わるまでの巻線作業時間(タクトタイム)が長くなるという問題がある。
この問題を解決するため、特許文献1には、第1線材と第2線材を第1層目の位置に並列に巻回した後、コア巻芯部に巻回されている部分と接している第1線材を、第1層目に並列に巻回されている第1線材と第2線材の中間に乗り上げさせて第2層目を形成し、次に第1層目を形成する第2線材を先にコア巻芯部に巻回しながら、第2層目を形成する第1線材を、先にコア巻芯部に巻回している第1層目の第2線材の中間に乗り上げさせて、第1線材と第2線材を略同時に巻回する方法が開示されている。この方法によれば、第1層目の形成を先行させつつ、同時に並列2層巻きを実行することができ、従来の方法と比較して巻線作業時間を約半分に短縮することができる。
特許第4148115号公報
しかしながら、特許文献1に記載された従来のコイル部品は、第1線材と第2線材の同一ターンどうしが隣接しておらず、線間距離が離れているため、同一ターン間の磁気結合性が低いという問題がある。また同一ターンの線間距離が離れているので、同一ターンを同時に精度良く巻回することが難しく、巻き崩れ又は巻き乱れが生じやすいという問題もある。
したがって、本発明の目的は、一対の線材の同一ターン間の磁気結合性に優れると共に、巻き崩れや巻き乱れが生じにくいコイル部品及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明によるコイル部品は、巻芯部と、前記巻芯部に巻回された第1線材及び第2線材とを備え、前記第1線材の第nターン及び第2線材の第nターンは、前記巻芯部の表面に並列に巻回されて1層目の巻線層を構成しており、前記第2線材の第n+1ターン以降の各ターンは、前記巻芯部の表面に当該第2線材の前ターンと並列に巻回されて、前記第1線材の第nターン及び第2線材の第nターンと共に前記1層目の巻線層を構成しており、前記第1線材の第n+1ターン以降の各ターンは、前記第2線材の同一ターンと前ターンとによって形成される前記1層目の巻線層の谷間に嵌りながら当該1層目の巻線層に重ねて巻回されて、2層目の巻線層を構成しており、前記第1線材及び前記第2線材の各ターンの同一ターンどうしは隣接していることを特徴とする。
本発明によれば、第1線材及び第2線材の同一ターンの線間距離が各ターンにおいて常に最短距離であることから、第1線材と第2線材との磁気結合性を高めることができ、コイル部品の性能を向上させることができる。また、一対の線材の同一ターンどうしが隣接しているので、高精度な巻線作業を容易に行うことができ、これにより一対の線材の巻き崩れや巻き乱れが生じにくいコイル部品を提供することができる。
本発明において、前記第1及び第2線材の少なくとも第1ターンは、前記巻芯部の前記一端から他端に向かってこの順で並列に単層巻きされた前記1層目の巻線層を構成していることが好ましい。この場合、前記n=1であってもよく、n≧2であってもよい。n=1のときには前記第1及び第2線材の第1ターンだけが並列に単相巻きされた1層目の巻線層を構成することになり、n≧2のときには前記第1及び第2線材の複数ターンが並列に単相巻された1層目の巻線層を構成することになる。いずれの場合も、巻き始め位置における巻き崩れや巻き乱れが生じにくいコイル部品を提供することができる。
本発明において、前記第1及び第2線材の少なくとも最終ターンは、前記巻芯部の前記一端から他端に向かってこの順で並列に単層巻きされた前記1層目の巻線層を構成していることが好ましい。この場合、最終ターンだけが並列に単相巻された1層目の巻線層を構成していてもよく、最終ターンを含む複数ターンが並列に単相巻された1層目の巻線層を構成していてもよい。いずれの場合も、巻き終わりイチにおける巻き崩れや巻き乱れが生じにくいコイル部品を提供することができる。
また、本発明によるコイル部品の製造方法は、巻芯部に第1線材及び第2線材を巻回してなるコイル部品の製造方法であって、前記第1線材の第nターン及び前記第2線材の第nターンを前記巻芯部の表面に並列に巻回して1層目の巻線層を形成し、前記第2線材の第n+1ターン以降の各ターンを前記巻芯部の表面に当該第2線材の前ターンと並列に巻回して、前記第1線材の第nターン及び前記第2線材の第nターンと共に前記1層目の巻線層を形成し、前記第1線材の第n+1ターン以降の各ターンを前記第2線材の同一ターンと前ターンとによって形成される前記1層目の巻線層の谷間に嵌めながら前記1層目の巻線層に重ねて巻回して、2層目の巻線層を形成することを特徴とする。本発明によれば、周知のスピンドル巻線機を用いて高性能なコイル部品を効率良く製造することができる。
本発明によれば、一対の線材の同一ターン間の磁気結合性に優れると共に、巻き崩れや巻き乱れが生じにくいコイル部品及びその製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の好ましい実施の形態によるコイル部品1の外観斜視図である。 図2は、コイル部品1の巻線構造の断面図である。 図3(a)〜(d)は、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程を説明するための模式図であって、特にコイル部品1を上面側から見た平面図である。 図4(a)〜(d)は、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程を説明するための模式図であって、特にコイル部品1を上面側から見た平面図である。 図5(a)、(b)は、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程を説明するための模式図であって、特に図3(c)の状態におけるコイル部品1の側面図である。 図6(a)〜(c)は、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程を説明するための模式図であって、特に(a)及び(b)は、図3(d)の状態におけるコイル部品1の側面図であり、(c)は、図3(d)に示すコイル部品1をさらに90度回転させた状態におけるコイル部品1の側面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施の形態によるコイル部品1の外観斜視図である。
図1に示すように、このコイル部品1は、磁性体からなるドラムコア10と、ドラムコア10に巻回された第1線材W及び第2線材Wとを備えている。
ドラムコア10は、棒状の巻芯部11と、巻芯部11の両端に設けられた鍔部12A,12Bとが一体化された構成を有しており、第1線材W及び第2線材Wはドラムコア10の巻芯部11に巻回されている。
ドラムコア10の一方の鍔部12Aには一対の端子電極13A,13Bが設けられており、他方の鍔部12Bには一対の端子電極13C,13Dが設けられている。鍔部12Aに設けられた一対の端子電極13A,13Bのうち、端子電極13Aは、鍔部12Aの幅方向(X方向)の一端側(左側)に配置されており、端子電極13Bは、鍔部12Bの幅方向(X方向)の他端側(右側)に配置されている。また、鍔部12Bに設けられた一対の端子電極13C,13Dのうち、端子電極13Dは、鍔部12Bの幅方向(X方向)の一端側(左側)に設けられており、端子電極13Cは、鍔部12Bの幅方向(X方向)の他端側(右側)に設けられている。
端子電極13A,13B,13C,13Dはいずれも、鍔部12A又は12Bの上面、外側側面及び底面にかけて連続的に形成された3面電極構造を有しており、鍔部の上面に形成された上面電極部E1と、鍔部の外側側面に形成された側面電極部E2と、鍔部の底面に形成された底面電極部E3とを有している。なお鍔部の外側側面とは、巻芯部11の端部に接続された内側側面とは反対側の面のことをいう。
端子電極13A〜13Dを含めたドラムコア10の形状は、実装面(XY平面)と直交する軸(Z軸)を中心に180度回転させたとき元の形状と重なる2回対称であり、巻芯部11の中心軸Y0を対称軸とする線対称でもある。鍔部12A側の端子電極13Aは鍔部12B側の端子電極13Cと対角関係にあり、鍔部12A側の端子電極13Bは鍔部12B側の端子電極13Dと対角関係にある。
第1線材W及び第2線材Wは被覆導線であり、互いに磁気結合する一対のコイルを構成している。第1線材W及び第2線材Wはともに鍔部12A側から鍔部12B側に向かって反時計回りで巻回されており、ターン数も実質的に同一である。第1線材W及び第2線材Wは巻芯部11に密に巻回されて2層の巻線構造を構成している。
第1及び第2線材W,Wの端部は、対応する端子電極に接続されている。詳細には、第1線材Wの一端W1aは、鍔部12A側の端子電極13Aの上面電極部E1に継線されており、第2線材Wの一端W2aは、鍔部12A側の端子電極13Bの上面電極部E1に継線されている。さらに、第1線材Wの他端W1bは、鍔部12B側の端子電極13Dの上面電極部E1に継線されており、第2線材Wの他端W2bは、鍔部12B側の端子電極13Cの上面電極部E1に継線されている。線材の継線方法としては熱圧着が好ましいが、他の方法を採用してもよい。
図2は、コイル部品1の巻線構造の断面図である。
図2に示すように、第1線材W及び第2線材Wは、巻芯部11の一端11aから他端11bに向かって反時計回りで巻回されており、2層の巻線層を構成している。特に、第2線材Wは主に巻芯部11の表面に直接巻回されてなる1層目の巻線層WL1を構成しており、第1線材Wは主に1層目の巻線層WL1に重ねて巻回されてなる2層目の巻線層WL2を構成している。図2において、線材の断面を示す円内の数字は当該位置における線材のターンを示している。本実施形態において第1線材W及び第2線材Wのターン数は9ターンであるが、本発明においてターン数は特に限定されず、何ターンであってもよい。
上記のように、第1線材Wの一端W1a及び第2線材Wの一端W2aは、鍔部12A側の端子電極13A,13Bにそれぞれ継線された後、巻芯部11に巻回される。第1線材W及び第2線材Wの第1ターンは、巻芯部11の表面にこの順で並列に巻回されており、1層目の巻線層WL1を構成している。
第2線材Wの第2ターンは、巻芯部11の表面に第2線材Wの第1ターンに接しながら当該第1ターンと並行に巻回されており、第1線材W及び第2線材Wの第1ターンと共に1層目の巻線層WL1を構成している。
一方、第1線材Wの第2ターンは、第2線材Wの第2ターンと第1ターンとによって形成される1層目の巻線層WL1の谷間に嵌りながら1層目の巻線層WL1に重ねて巻回されており、2層目の巻線層WL2を構成している。
第2線材Wの第3〜第8ターンは、第2ターンと同様、巻芯部11の表面に前ターンと接しながら当該前ターンと並行に巻回されて1層目の巻線層WL1を構成している。また、第1線材Wの第3〜第8ターンは、第2ターンと同様、第2線材Wの同一ターンと前ターンとによって形成される1層目の巻線層WL1の谷間に嵌りながら1層目の巻線層WL1に重ねて巻回されて2層目の巻線層WL2を構成しており、各ターンは第1線材Wの前ターンと並列に巻回されている。
第1線材W及び第2線材Wの最終ターンである第9ターンは、巻芯部11の表面にこの順で並列に巻回されており、第1線材W及び第2線材Wの第1ターン並びに第2線材Wの第2〜第8ターンと共に1層目の巻線層WL1を構成している。すなわち、最終ターンでは2層構造から単層構造に戻されている。その後、第1線材Wの他端W1b及び第2線材Wの他端W2bは、鍔部12B側の端子電極13D,13Cにそれぞれ継線される。
以上の巻線構造を有するコイル部品1は、第1線材W及び第2線材Wの同一ターンどうしが各ターンで隣接しているので、第1線材Wによるコイルと第2線材Wによるコイルとの磁気結合を強めることができ、コイル部品1の性能を高めることができる。また、同一ターンどうしが隣接しているので、巻線作業を精度良く容易に行うことができ、これにより線材の巻き崩れや巻き乱れを防止することができる。
図3〜図6は、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程を説明するための模式図である。特に、図3(a)〜(d)並びに図4(a)〜(d)は、コイル部品1を上面側から見た平面図である。また、図5(a)及び(b)は、図3(c)の状態におけるコイル部品1の側面図であり、図6(a)及び(b)は、図3(d)の状態におけるコイル部品1の側面図であり、図6(c)は、図3(d)に示すコイル部品1をさらに90度回転させた状態におけるコイル部品1の側面図である。
巻線工程では、まずドラムコア10を周知のスピンドル巻線機(不図示)にセットした後、図3(a)に示すように、スピンドル巻線機の一対の線材供給ノズルN,Nから第1線材W及び第2線材Wをそれぞれ供給し、第1線材Wの一端W1a及び第2線材WのW2aを端子電極13A,13Bにそれぞれ継線する。
その後、スピンドル巻線機によって回転自在に支持されたドラムコア10をその巻芯部11の中心軸Y0を中心に回転させながら、一対の線材供給ノズルN,Nから第1線材W及び第2線材Wをそれぞれ繰り出し、さらにドラムコア10の回転に合わせて第1及び第2線材供給ノズルN,Nの位置を巻芯部11の一端11aから他端11bに向かう方向に移動させることにより、第1線材W及び第2線材Wを巻芯部11に巻回していく。
図3(b)及び(c)に示すように、第1線材W及び第2線材Wの第1ターンは、巻芯部11の一端11a寄りに巻回される。図3(a)の状態からドラムコア10を矢印K方向(反時計回り)に180度回転させると、図3(b)に示すように第1線材W及び第2線材Wの約半ターンが巻芯部11の表面にこの順で並列に巻回され、ドラムコア10をさらに180度回転させると、図3(c)に示すように第1線材W及び第2線材Wの残りの約半ターンが巻芯部11の表面にこの順で並列に巻回される。
このとき、図3(c)並びに図5(a)及び(b)に示すように、第1線材Wを供給する第1線材供給ノズルNの位置は、第2線材Wを供給する第1線材供給ノズルNの位置よりも先行位置に配置されているので、第1線材Wの巻回を第2線材Wの巻回よりも同一ターンの範囲内で先行させることができる。なお線材供給ノズルの先行位置とは、線材を先行して巻回できる位置のことであり、中心軸Y0と直交するX方向においては、線材の巻回方向の前方のことをいう。
次に、図3(d)並びに図6(a)及び(b)に示すように、第1線材W及び第2線材Wの第2ターンを巻回する前に、第1線材供給ノズルNの位置と第2線材供給ノズルNの位置とを相互に入れ替える。すなわち、第2線材供給ノズルNの位置を第1線材供給ノズルNの位置よりも先行位置に移動させる。
その後、ドラムコア10を90度回転させると、図6(c)に示すように第2線材Wの第2ターンは第2線材Wの第1ターンに接しながら巻回される。また、第1線材Wの第2ターンは、第2線材Wの第2ターンと第1ターンとによって形成される第1の巻線層WL1の谷間に嵌りながら第1の巻線層WL1に乗り上げて巻回される。図6(c)中のP点は、第1線材Wの第2ターンの乗り上げ位置を示している。
ドラムコア10をさらに回転させると、図4(a)に示すように第2線材Wの第2ターンが第2線材Wの第1ターンに接しながら巻回されて1層目の巻線層WL1の一部となる。また、第1線材Wの第2ターンは、第2線材Wの第2一ターンと第1ターンとによって形成される1層目の巻線層WL1の谷間に嵌りながら1層目の巻線層WL1に重ねて巻回されて2層目の巻線層WL2の一部となる。
次に、図4(b)に示すように、第1線材W及び第2線材Wの第3〜第8ターンを巻回する。第3〜第8ターンは、第2ターンで設定した第1及び第2線材供給ノズルN,Nの位置関係を維持したままそれらをY軸方向のプラス側に移動させて巻回すればよい。
次に、図4(c)に示すように、第1線材W及び第2線材Wの第9ターン(最終ターン)を巻回する前に、第1線材供給ノズルNと第2線材供給ノズルNとの位置関係を元に戻す。すなわち、第1線材供給ノズルNのX方向の位置を巻回方向の前方に移動し、また第2線材供給ノズルNのX方向の位置を巻回方向の後方に移動する。このようにすることで、図示のように第1線材供給ノズルNの位置が第2線材供給ノズルNの位置よりも再び先行位置に配置される。その後、ドラムコア10を360度回転させることにより、第1線材W及び第2線材Wの第9ターンを巻回する。
最後に、図4(d)に示すように、第1線材Wの他端W1b及び第2線材WのW2bを端子電極13D,13Cにそれぞれ継線する。以上により、第1線材W及び第2線材Wの巻線工程が完了する。
このように、本実施形態によるコイル部品1の製造方法は、第1線材W及び第2線材Wの第1ターンを巻芯部11の表面にこの順で並列に巻回して1層目の巻線層を形成し、第2線材Wの第2ターンを第1線材Wの第2ターンに先行して第2線材Wの第1ターンと接するように巻回して1層目の巻線層をさらに形成し、次に第1線材Wの第2ターンを第2線材Wの第2ターンと第1ターンとで形成される1層目の巻線層の谷間に重ねて巻回して2層目の巻線層に形成し、第3ターン以降も第2線材Wは1層目に形成し、第1線材Wは2層目に形成するので、スピンドル巻線機を用いて第1線材W及び第2線材Wをほぼ同時に巻回することができ、巻き崩れや巻き乱れがない高品質且つ高性能なコイル部品1を効率良く製造することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態においては、第1線材W及び第2線材Wの第1ターンのみを単層巻きとし、最終ターンを除く第2ターン以降を2層巻きとしているが、例えば第1ターン及び第2ターンを単層巻きした後、最終ターンを除く第3ターン以降を2層巻きとしてもよい。すなわち、第1線材W及び第2線材Wの少なくとも第nターン(nは1以上の正数)が単層巻きであり、第n+1ターン以降が2層巻きであればよい。
また、上記実施形態においては、第1線材W及び第2線材Wの第8ターンまでを2層巻きとし、最終ターンである第9ターンのみを単層巻きとしているが、例えば第7ターンまでを2層巻きとし、第8ターン及び第9ターンを単層巻きとしてもよい。すなわち、第1線材W及び第2線材Wの少なくとも最終ターンが単層巻きであればよい。
また、上記実施形態においては、一対のコイルを構成する第1線材W及び第2線材Wがドラムコア10に巻回されているが、本発明においてドラムコア10を用いることは必須ではなく、単純に巻芯部に巻回されていればよい。また、3面電極構造の端子電極を用いているが、端子電極の構造は特に限定されない。さらに、上記実施形態において、線材の端部は端子電極13A〜13Dの上面電極部E1に継線されているが、底面電極部E3に継線してもよく、側面電極部E2に継線することも可能である。さらにコイル部品を構成するコアはドラムコア10と板状コアとを組み合わせたものであってもよい。
1 コイル部品
10 ドラムコア
11 巻芯部
11a 巻芯部の一端
11b 巻芯部の他端
12A 第1の鍔部
12B 第2の鍔部
13A〜13D 端子電極
E1 上面電極部
E2 側面電極部
E3 底面電極部
第1線材供給ノズル
第2線材供給ノズル
第1線材
1a 第1線材の一端
1b 第1線材の他端
第2線材
2a 第2線材の一端
2b 第2線材の他端
WL1 第1の巻線層
WL2 第2の巻線層
Y0 中心軸

Claims (3)

  1. 第1及び第2の端部を有する巻芯部と、前記巻芯部の前記第1の端部に設けられた第1の鍔部と、前記巻芯部の前記第2の端部に設けられた第2の鍔部と、前記第1の鍔部に設けられた第1及び第2の端子電極と、前記第2の鍔部に設けられた第3及び第4の端子電極とを有するドラムコアと、
    前記巻芯部に巻回され、一端が前記第1の端子電極に接続され、他端が前記第3の端子電極に接続された第1の線材と、
    前記巻芯部に巻回され、一端が前記第2の端子電極に接続され、他端が前記第4の端子電極に接続された第2の線材と、を備え、
    前記第1の線材の第nターン、前記第2の線材の第nターン、前記第2の線材の第n+1ターン及び前記第2の線材の第n+2ターンは、前記第1の鍔部から前記第2の鍔部に向かってこの順で前記巻芯部に巻回され、
    前記第1の線材の第n+1ターンは、前記第2の線材の前記第nターン及び前記第n+1ターンによって形成される谷に沿って巻回され、
    前記第1の線材の第n+2ターンは、前記第2の線材の前記第n+1ターン及び前記第n+2ターンによって形成される谷に沿って巻回され、
    前記第2の線材の第mターン、前記第2の線材の第m+1ターン、前記第1の線材の第m+2ターン及び前記第2の線材の第m+2ターンは、前記第1の鍔部から前記第2の鍔部に向かってこの順で前記巻芯部に巻回され、
    前記第1の線材の第m+1ターンは、前記第2の線材の前記第mターン及び前記第m+1ターンによって形成される谷に沿って巻回され
    前記第nターンは、前記第1の鍔部から数えて最初のターンであり、
    前記第m+2ターンは、前記第2の鍔部から数えて最初のターンである、コイル部品。
  2. 第1及び第2の端部を有する巻芯部と、前記巻芯部の前記第1の端部に設けられた第1の鍔部と、前記巻芯部の前記第2の端部に設けられた第2の鍔部と、前記第1の鍔部に設けられた第1及び第2の端子電極と、前記第2の鍔部に設けられた第3及び第4の端子電極とを有するドラムコアを用意し、第1及び第2の線材の一端をそれぞれ前記第1及び第2の端子電極に接続し、それぞれ第1及び第2線材供給ノズルを用いて前記第1及び第2の線材を前記巻芯部に巻回した後、前記第1及び第2の線材の他端をそれぞれ前記第3及び第4の端子電極に接続するコイル部品の製造方法であって、
    前記第1の鍔部から数えて前記第1及び第2の線材の第nターンを巻回する期間においては、前記第1線材供給ノズルを前記第2線材供給ノズルよりも先行させ、前記第1の鍔部から数えて前記第1及び第2の線材の第n+1ターンから第m+1ターンを巻回する期間においては、前記第2線材供給ノズルを前記第1線材供給ノズルよりも先行させ、前記第1の鍔部から数えて前記第1及び第2の線材の第m+2ターンを巻回する期間においては、前記第1線材供給ノズルを前記第2線材供給ノズルよりも先行させることにより、
    前記第1の線材の第nターン、前記第2の線材の第nターン、前記第2の線材の第n+1ターン及び前記第2の線材の第n+2ターンを、前記第1の鍔部から前記第2の鍔部に向かってこの順で前記巻芯部に巻回し、
    前記第1の線材の第n+1ターンを、前記第2の線材の前記第nターン及び前記第n+1ターンによって形成される谷に沿って巻回し、
    前記第1の線材の第n+2ターンを、前記第2の線材の前記第n+1ターン及び前記第n+2ターンによって形成される谷に沿って巻回し、
    前記第2の線材の第mターン、前記第2の線材の第m+1ターン、前記第1の線材の第m+2ターン及び前記第2の線材の第m+2ターンを、前記第1の鍔部から前記第2の鍔部に向かってこの順で等間隔に前記巻芯部に巻回し、
    前記第1の線材の第m+1ターンを、前記第2の線材の前記第mターン及び前記第m+1ターンによって形成される谷に沿って巻回する、コイル部品の製造方法。
  3. 前記第nターンは、前記第1の鍔部から数えて最初のターンであり、
    前記第m+2ターンは、前記第2の鍔部から数えて最初のターンである、請求項に記載のコイル部品の製造方法。
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