JP7215285B2 - インダクタ - Google Patents
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Description
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。また、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「上下方向」、「水平方向」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
はじめに、図1Aから図4Bを参照しながら、本発明の実施形態1に係るインダクタ1の説明を行う。
図1Aは、本発明の第1実施形態に係るインダクタ1の斜視図である。図1Bは、図1Aに示すインダクタ1の底面図である。図2Aは、図1Aに示すインダクタ1のコア4とコイル10を上面から見た斜視図である。図2Bは、図1Aに示すインダクタ1のコアとコイルを底面から見た斜視図である。図3は、図1Aに示すインダクタ1のコアの上面図である。図4A及び図4Bは、図1Aに示すインダクタ1のねじれ部14aを形成する一工程を説明するための部分拡大斜視図である。
コア4は、上面6a及び下面6bを有する平板状のベース部6と、ベース部6の上面6aに配置された柱状部8とを備える。ベース部6はさらに、上面6aと下面6bを繋ぐ複数の側面6c、6d及び切り欠き面6eを有している。切り欠き面6eは、側面6cと側面6dの間に配置されている。後述するように、コア4は、長手方向の2つの側面6c、短手方向の2つ側面6d、及び側面6cと側面6dの間の計4つの切り欠き面6eを有する。
以下、各構成部材と、それらの配置について詳細に説明する。
コア4は、ベース部6と柱状部8とを備える。
ベース部6は、上面6aと、上面6aの反対側の面である下面6bと、上面6a及び下面6bを繋ぐ複数の側面及び複数の切り欠き面6eを有する。複数の側面は、2つの長手方向の側面6cと2つの短手方向の側面6dである。切り欠き面6eは、1つの長手方向の側面6cと1つの短手方向の側面6dとの間に配置されており、この2つの側面6c、6dを接続している。つまり、図3に示すように、ベース部6は上面視において、矩形30の4つの隅部を直線36で切り欠いた、長手方向の辺32と短手方向の辺34とを有する略矩形形状である。このとき、長手方向の辺32は、図2A、図2Bに示すベース部6の長手方向の側面6cの上面視形状であり、短手方向の辺34は、図2A、図2Bに示すベース部6の短手方向の側面6dの上面視形状であり、直線36は図2A、図2Bに示す切り欠き面6eの上面視形状である。
ベース部6の長手方向の長さyは、例えば、約1~12mmであり、短手方向の長さwは、例えば、約1~12mmである。
切り欠き領域20は、直角三角形の形状を有する。切り欠き領域20の2つの鋭角の角のうち、直線36と、切り欠き領域20の長手方向の辺との間の角度θは、20度以上45度以下となっている。切り欠き領域20の長手方向の辺は、矩形30の長手方向の辺32の延長線である。つまり、切り欠き面6eとベース部の長手方向の側面6cの延長面との間の角度θが20度以上45度以下である。
コア4を構成するベース部6と柱状部8は、例えば、一体成形により形成される。
コイル10は、表面に絶縁性を有する被覆層と、被覆層の表面に融着層を有し、1対の幅広面12aを有する矩形の断面形状を有する導線(いわゆる、平角線)を、コア4の柱状部8に巻回して形成された巻回部12と、巻回部12から引き出された1対の引き出し部14とを有する。
巻回部12は、導線の両端部が外周に位置し、内周で互いに繋がる様に、コア4の柱状部8に2段に巻回して形成される。この時、巻回部12は、図2Aに示す様に、幅広面12aの幅方向を柱状部8の延伸方向(インダクタ1の中心軸Bの延伸方向)に略平行にして、かつ、幅広面12aの一方の面を柱状部8の側面に対向させて柱状部8に巻回されている。従って、巻回部12の外周に位置する終端部28の仮想中心線Cは、インダクタの中心軸Bに略垂直である。仮想中心線Cとは、導線の中心軸に相当する軸である。また、巻回部12の巻回軸は、インダクタ1の中心軸Bに一致している。
引き出し部14は、巻回部12の外周に位置する終端部28に連続するねじれ部14aと、ねじれ部14aに連続する延在部14bと、延在部14bに連続する端子部14cとを含む。引き出し部14はねじれ部14aにより屈曲されており、ベース部6の上面6a側から下面6b側へ引き出されている。このとき、引き出し部14は、ベース部6の切り欠き面6eに沿ってベース部6の下面6b側に引き出されている。また、1対の引き出し部14は、インダクタ1の中心軸B(すなわち、巻回部12の巻回軸)に直交し、インダクタの水平方向に延在する中心軸Aに対して、線対称に配置されている。
まず、巻回部12から引き出された引き出し部14を、図4Aに示すように、巻回部12の外周に位置する終端部28の仮想中心線Cを軸に所定の角度Φ、ねじる。本実施形態では、この所定のねじり角度Φは、90度以上180度以下である。次に、図4Bに示すように、仮想中心線Cを軸にねじられた部分26を、ねじられた部分26が巻回部12の外周に位置する終端部28の幅広面28aに対して略垂直な軸Dを中心にベース部6側に曲げられる。本実施形態では、この時に曲げられる角度(曲げ角度)は略90度である。
このように形成されたねじれ部14aによって、引き出し部14は、巻回部12の外周に位置する終端部28の延伸方向(インダクタ1の水平方向)とは異なる方向(インダクタ1の上下方向)へ屈曲される。
磁性体2は、図1Aに示すように、コア4の柱状部8と、コア4のベース部6の上面6a及び切り欠き面6eと、コイル10の巻回部12と、コイル10の引き出し部14のねじれ部14a及び延在部14bとを覆っており、略直方体形状に形成されている。一方、ベース部6の長手方向及び短手方向の側面6c、6d、ベース部6の下面6b、及びコイル10の引き出し部14の端子部14cは、磁性体2に覆われておらず露出している。つまり、インダクタ1は、ベース部6の長手方向及び短手方向と略同一の長さを有する矩形を底辺とした略直方体形状に形成されている。
外部電極18は、磁性体2から露出した端子部14cをそれぞれ被覆して配置されている。外部電極18は、例えば、めっきにより形成され、ニッケルから形成される第1層と、第1層上に形成され、スズから形成される第2層とを備える。
このように構成されたインダクタは、引き出し部14が、ねじれ及び曲げにより形成されたねじれ部14aによって、巻回部12の外周に位置する終端部28の延伸方向(インダクタの水平方向)とは異なる方向(インダクタの上下方向)へ屈曲される。これにより、引き出し部14の導線に負荷される力を多方向に分散させることが可能になる。そのため、小型化されたインダクタにおいて、引き出し部14を素体16内で所望の方向に屈曲させても、引き出し部14の導線の破損を防ぐことができる。
次に、図5を参照しながら、本発明の第2実施形態に係るインダクタを説明する。図5は、第2実施形態に係るインダクタのコアとコイルの模式的斜視図である。
第2実施形態に係るインダクタは、1対のねじれ部214aが、インダクタの上下方向の中心軸B、すなわち、コイルの巻回部の巻回軸に対して略点対称に配置されている点で第1実施形態に係るインダクタと異なる。
このように構成されたインダクタは、ねじれ部214aが、インダクタの中心軸B、すなわち、コイルの巻回部の巻回軸に対して略点対称に配置されている。これにより、巻回部212における導線の巻回数を1/2ターン単位で調節することができる。
上記の実施形態では、図3に示すように、コア4のベース部6が矩形30の4つの隅部を直線的に切り欠いた略矩形形状であったが、ベース部6の形状はこれに限られるものではない。以下、ベース部6の変形例を示す。
図6A及び図6Bを参照して、第1変形例に係るコア304のベース部306の形状について説明する。図6Aは、ベース部の第1変形例を示す。図6Bは、ベース部の変形例を説明するための上面図である。
第1変形例に係るベース部306は、上面306aと、上面306aの反対側の面である下面306bと、上面306a及び下面306bを繋ぐ複数の側面及び複数の切り欠き面306eを有する。複数の側面は、長手方向の2つの側面306cと短手方向の2つの側面306dである。切り欠き面306eは、長手方向の1つの側面306cと短手方向の1つの側面306dとの間に配置されており、長手方向の側面306cと短手方向の側面306dを接続している。切り欠き面306eは湾曲面であり、コア304の中心からコア304の外側に向けて凸形状に湾曲している。切り欠き面306eは、インダクタ1の水平方向にのみ湾曲している。つまり、ベース部306は、図6Bに示す様に、上面視において、矩形330の4つの隅部を曲線336で切り欠いた、長手方向の辺332と短手方向の辺334とを有する略矩形形状である。このとき、長手方向の辺332は、図6Aに示すベース部306の長手方向の側面306cの上面視形状であり、短手方向の辺334は、図6Aに示すベース部306の短手方向の側面306dの上面視形状であり、曲線336は図6Aに示す切り欠き面306eの上面視形状である。
切り欠き領域320の短手方向の最大長w1は、インダクタ1の短手方向の長さの半分よりも短い。
このように構成されたベース部306は、切り欠き面306eが矩形330の4つの隅部に設けられている。つまり、切り欠き面306eが、コイル10の巻回部12の外周から最も離れた位置に設けられている。これにより、切り欠き面306eの形成により、コイル10の磁束に及ぼされる影響が少ない。
次に、図7A、図7B及び図8を参照して、第2変形例に係るコア404のベース部406の形状について説明する。図7Aは、ベース部の第2変形例を示す斜視図である。図7B及び図8は、ベース部の第2変形例を説明するための上面図である。
第2変形例に係るベース部406は、上面406aと、上面406aの反対側の面である下面406bと、上面406a及び下面406bを繋ぐ複数の側面及び複数の切り欠き面406eを有する。複数の側面は、長手方向の2つの側面406cである。切り欠き面406eは、長手方向の2つの側面406cに接続する湾曲面である。切り欠き面406eは、コア404の中心からコア404の外側に向けて凸形状に湾曲している。切り欠き面406eは、インダクタ1の水平方向にのみ湾曲している。つまり、ベース部406は、図7Bに示す様に、上面視において、矩形430の4つの隅部を曲線436で切り欠いた、長手方向の辺432と湾曲した短手方向の辺434とを有する略矩形形状である。なお、短手方向に隣接する曲線436は連続している。このとき、長手方向の辺432は、図7Aに示すベース部406の長手方向の側面406cの上面視形状であり、短手方向の湾曲した辺434は、図7Aに示す短手方向に隣接した2つの切り欠き面406eが連続した面の上面視形状である。
切り欠き領域420の短手方向の最大長w2は、ベース部406の短手方向の長さwの半分である。つまり、ベース部406の短手方向に隣り合う切り欠き面406eは、連続している。
このように構成されたベース部406を備えるインダクタは、切り欠き面406eの面積を大きくできるため、磁性体2とコア4との接合強度を向上させることができる。
次に、図9A及び図9Bを参照して、第3変形例に係るコア504のベース部506の形状について説明する。図9Aは、ベース部の第3変形例を示す斜視図である。図9Bは、ベース部の第3変形例を説明するための上面図である。
第3変形例に係るベース部506は、上面506aと、上面506aの反対側の面である下面506bと、上面506a及び下面506bを繋ぐ複数の側面及び複数の切り欠き面506eを有する。複数の側面は、長手方向の2つの側面506cと短手方向の2つの側面506dである。切り欠き面506eは、長手方向の1つの側面506cと短手方向の1つの側面506dとの間に配置されており、長手方向の側面506cと短手方向の側面506dを接続している。切り欠き面506eは湾曲面であり、コア504の外側からコア504の中心に向けて凸形状に湾曲している。切り欠き面506eは、インダクタ1の水平方向にのみ湾曲している。つまり、ベース部506は、図9Bに示す様に、上面視において、矩形530の4つの隅部を曲線536で切り欠いた、長手方向の辺532と短手方向の辺534とを有する略矩形形状である。このとき、長手方向の辺532は、図9Aに示すベース部506の長手方向の側面506cの上面視形状であり、短手方向の辺534は、図9Aに示すベース部506の短手方向の側面506dの上面視形状であり、曲線536は図9Aに示す切り欠き面506eの上面視形状である。
切り欠き領域520の短手方向の長さw3は、インダクタの短手方向の長さwの半分以下である。ただし、長さw3が長さwの半分であるときは、ベース部506の短手方向の側面506d及び上面視における略矩形形状の短手方向の辺534は存在しないことに留意されたい。
これにより、切り欠き領域520の寸法を大きくすることができる。これは、引き出し部14をベース部506の上面506a側から下面506b側に引き出すため領域が大きくなることを意味しており、引き出し部14、214、特に延在部14b、214bを切り欠き領域520内に収容し易くなる。つまり、切り欠き領域520に配置される引き出し部14、214が素体16の表面に露出すること防ぎ易くなる。
以上のような実施形態及び変形例では、ベース部6、306、406、506は、矩形30、330、430、530の4つの隅部に切り欠き領域20、320、420、520を有していたが、これに限られるものではない。例えば、矩形30、330、430、530の1つ、2つ若しくは3つの隅部に切り欠き領域を設けてもよい。
例えば、コアの変形例を示す側面図である図10に示すように、柱状部8の一端に平板状のベース部6を、柱状部8の他端に平板状の第2のベース部609を配置してコア604を形成してもよい。また、コアの別の変形例を示す側面図である図11に示すように、柱状部8の一端に平板状のベース部6を、柱状部8の他端に平板状の第2のベース部709を配置し、第2のベース部709は、上述したいずれのベース部6、306、406、506と同一の形状としてコア704を形成してもよい。この場合、ベース部6の形状と第2のベース部709の形状は異なっていてもよい。例えば、ベース部6に設けられる切り欠き面6eの数及び/又は位置と、第2のベース部709に設けられる切り欠き面704eの数及び/又は位置とは、異なっていてもよい。
次に、第1実施形態に係るインダクタの製造方法を説明する。
本実施形態に係るインダクタの製造方法は、
(1)コア4を形成する工程、
(2)コイル10を形成する工程、
(3)引き出し部14を配置する工程、
(4)成形・硬化する工程、
(5)外装樹脂を形成する工程、
(6)外装樹脂を除去する工程、
(7)外部電極18を形成する工程、を含む。
以下、各工程の詳細を説明する。
本工程では、磁性粉と樹脂の混合物を、柱状部8およびベース部6を形成可能な金型のキャビティ内に充填する。金型は、例えば、ベース部6を形成するための形状、深さを有する第1部分と、第1部分の底面に設けられ、柱状部を形成するための形状、深さを有する第2部分とを有するキャビティを備える。金型内で磁性粉と樹脂の混合物を1t/cm2以上10t/cm2以下程度の圧力で数秒以上数分以下の間、加圧してコアを成形する。この時、磁性粉と樹脂の混合物を、樹脂の軟化温度以上の温度(例えば、60℃以上150℃以下)に加温した状態で加圧してコア4を成形しても良い。次いで、樹脂の硬化温度以上の温度(例えば、100℃以上220℃以下)を加えて硬化させて、平板状のベース部6と、切り欠き面6eを備えるベース部6上に配置された柱状部8とを有するコア4を得る。なお、樹脂を完全には硬化させずに、半硬化する場合もあり、その場合は、温度(例えば、100℃以上220℃以下)及び硬化時間(1~60分)を調整することにより、所望の状態に半硬化させれば良い。
本工程では、コア4を形成する工程で得られたコア4の柱状部8に導線を巻回することにより、巻回部12と、この巻回部12から引き出された1対の引き出し部14を有するコイル10が形成される。導線としては、被覆層を有し、断面が長方形の平角線が用いられる。巻回部12は、導線の両端が外周に位置し、内周で互いに繋がる様に2段に巻回して形成される。また、巻回部12は、導線の幅広面12aの幅方向を柱状部8の延伸方向に略平行にして、導線の一方の幅広面を柱状部8の側面に対向させた状態で柱状部8に巻回して形成される。これにより、コイル10が取り付けられたコア4が得られる。なお、コイル10は、導線の両端が外周に位置し、内周で互いに繋がる様に2段に巻回して空芯コイルを形成した後、コア4の柱状部8の側面に巻回部12の内周表面が平行になる様に取り付けられてもよい。
本工程では、まず、コイルの1対の引き出し部14にねじれ部14aを形成する。引き出し部14は、ベース部6のインダクタの中心軸B(すなわち、巻回部12の巻回軸)に直交し、インダクタの水平方向の中心軸Aに線対称に配置された2つの切り欠き面6eに位置する様に引き出され、この引き出された部分(引き出し部14)を巻回部12の終端部28の仮想中心線Cを軸に、右又は左に90度以上180度以内でねじられる(ねじり工程)。次に、引き出し部14は、このねじられた部分26を、巻回部12の終端部28の幅広面28aに対して略垂直な軸Dを中心に、ベース部6側へ略90度、曲げられる(曲げ工程)。ねじり工程と曲げ工程は実質同時に行ってもよい。次に、このねじり工程と曲げ工程を経てねじれ部14aを形成された引き出し部14を、ベース部6の切り欠き面6eに沿って、ベース部6の上面6a側から下面6b側へ引き出し、延在部14bを形成する。さらに、引き出し部14の先端部(端子部14c)を延在部14bに対して曲げ、先端部の幅広面をベース部6の下面6b(素体16の実装面16a)に配置する。このとき、引き出し部14の先端部(端子部14c)を延在部14bに対してねじってもよい。
本工程では、コイル10が取り付けられたコア4を、ベース部6の下面6bを金型のキャビティの底面に対向させて、金型のキャビティに収容する。このコイル10が取り付けられたコア4が収容された金型のキャビティ内に、磁性粉と樹脂の混合物を充填し、金型内で磁性粉と樹脂の混合物を樹脂の軟化温度以上の温度(例えば、60℃以上150℃以下)に加温した状態で、100kg/cm2以上500kg/cm2以下程度で加圧し、さらに樹脂の硬化温度以上の温度(例えば、100℃以上220℃以下)に加温して成形・硬化する。これにより、コイル10とコア4とが磁性体2で覆われ、コイル10とコア4と磁性体2によって構成される素体16が形成される。なお、硬化は、成形後に行っても良い。
本工程では、成形・硬化する工程で得られた素体16の全表面に外装樹脂が形成される。外装樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、またはポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を表面に塗布、ディップ等の手段により付与し、これを硬化することにより形成される。
本工程では、外装樹脂を形成する工程で外装樹脂が形成された素体16から、外部電極18が形成される位置の外装樹脂と、導線の被覆層と融着層とを除去する。外装樹脂と被覆層と融着層の除去は、レーザ、ブラスト処理、研磨等の物理的手段を用いて行われる。
本工程では、外装樹脂を除去する工程で外装樹脂が除去された部分に、めっきによって外部電極18が形成される。外部電極18は、外装樹脂が除去され露出した磁性粉上とコイル10の引き出し部14上にめっき成長させることにより形成される。めっき成長によって、例えば、ニッケルから形成される第1層を形成し、次いで第1層上にスズから形成される第2層を形成する。
2 磁性体
4、304、404、504、604 コア
6、306、406、506 ベース部
6a、306a、406a、506a 上面
6b、306b、406b、506b 下面
6c、306c、406c、506c 長手方向の側面
6d、306d、506d 短手方向の側面
6e、306e、406e、506e、606e 切り欠き面
8 柱状部
10 コイル
12 巻回部
12a、28a 幅広面
14、214 引き出し部
14a、214a ねじれ部
14b、214b 延在部
14c、214c 端子部
16 素体
16a 実装面
18 外部電極
20、320、420、520 切り欠き領域
24 上側ベース部
26 ねじられた部分
28 終端部
609、709 第2のベース部
A インダクタ1の水平方向の中心軸
B インダクタ1の上下方向の中心軸
C、C’ 仮想中心線
D、D’ 軸
x1、x 切り欠き領域の長手方向の最大長
y ベース部の長手方向の長さ
w ベース部の短手方向の長さ
w1、w2 切り欠き領域の短手方向の最大長
Φ ねじり角度
θ 角度
Claims (7)
- コイルと、前記コイルが埋設された磁性体を有する素体と、前記素体の実装面に配置された1対の外部電極と、を備え、
前記コイルは、被覆層を有しかつ1対の幅広面を有する導線を巻回して形成された巻回部と、前記巻回部から引き出された1対の引き出し部とを備え、
前記引き出し部は、前記巻回部に連続するねじれ部を備え、
前記ねじれ部は、前記巻回部の終端部の仮想中心線を軸にねじられ、かつ、該ねじられた部分が、前記終端部の幅広面に対して略垂直な軸を中心に前記実装面側に曲げられており、
前記ねじれ部がねじられる角度は、90度以上180度以下であり、
前記引き出し部の前記実装面側の端部が前記外部電極に接続されていることを特徴とする、インダクタ。 - 前記素体が、上面と、前記上面と反対側の面である下面と、前記上面及び前記下面を繋ぐ側面とを有するベース部、及び、前記ベース部の上面に配置される柱状部を有するコアを備え、
前記導線が前記柱状部に巻回されている請求項1に記載のインダクタ。 - 前記ベース部は、上面視において、矩形の隅部を直線で切り欠いた、長手方向と短手方向とを有する略矩形形状であり、
前記略矩形形状の前記長手方向の辺は、前記ベース部の前記側面のうち、前記長手方向に延伸する側面の上面視形状であり、
前記略矩形形状の前記短手方向の辺は、前記ベース部の前記側面のうち、前記短手方向に延伸する側面の上面視形状であり、
前記直線は、前記ベース部の切り欠き面の上面視形状である請求項2に記載のインダクタ。 - 上面視において、1対の前記ねじれ部は、前記巻回部の巻回軸に対して略点対称に配置されている請求項1から3のうちのいずれか1つに記載のインダクタ。
- 上面視において、1対の前記ねじれ部は、前記ベース部の前記巻回部の巻回軸に直交し、インダクタの水平方向の中心軸に対して略線対称に配置された2つの切り欠き面に配置されている請求項2又は3に記載のインダクタ。
- 前記柱状部は、前記ベース部が配置されている端部と反対の端部に第2のベース部を備えている請求項2、3、5のうちのいずれか1つに記載のインダクタ。
- 前記第2のベース部は、上面と、前記上面の反対側の面である下面と、前記上面と前記下面とを繋ぐ複数の側面、及び、前記上面と前記下面とを繋ぎ、前記側面の間に配置された切り欠き面を有する請求項6に記載のインダクタ。
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