JP7218587B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、巻芯部にワイヤが多層に巻回されてなるコイル部品に関する。

巻芯部にワイヤが巻回されてなるコイル部品のインダクタンスを高めるためには、ワイヤのターン数を増加させる必要があるが、巻芯部にワイヤを単層に巻回する方法では、ターン数に比例して巻芯部に必要な長さが増大してしまう。このため、巻芯部の長さを抑えつつ、ワイヤのターン数を増加させるためには、特許文献１及び２に記載されているように巻芯部にワイヤを多層に巻回する必要がある。

一方、主に電源回路に用いられるコイル部品においては、低い直流抵抗と高い定格電流が要求される。これを実現するためには、線径の太いワイヤを使用することが好ましい。

特開２００５－４４８５８号公報 特開２０１８－１０７２４８号公報

しかしながら、線径の太いワイヤは曲がりにくいため、巻回作業時において比較的強い力で巻回する必要がなる。このため、巻芯部にワイヤを多層に巻回すると、上層のワイヤを巻回する際に巻回時の力によって下層のワイヤが移動し、上層に巻回すべきワイヤが下層に脱落してしまうという問題があった。例えば、特許文献１の図３に記載された巻回構造を得ようとすると、第３ターンが第１ターンと第２ターンの間に脱落するおそれがあり、特許文献１の図４に記載された巻回構造を得ようとすると、第５ターンが第２ターンと第３ターンの間に脱落するおそれがある。同様に、特許文献２の図１に記載された巻回構造を得ようとすると、第５ターンが第２ターンと第３ターンの間に脱落するおそれがある。

したがって、本発明は、線径の太いワイヤを用いた場合であっても、上層に巻回すべきワイヤが下層に脱落しにくい巻回構造を持ったコイル部品を提供することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、巻芯部と、第ｉターン（ｉは１以上の整数）から第ｊターン（ｊはｉ＋２以上の整数）まで巻芯部にこの順に整列して巻回され、第ｉターンと第ｉ＋１ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋１ターンが巻回され、第ｊターンに隣接して第ｊ＋２ターンが巻芯部に巻回されたワイヤとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上層に巻回される第ｊ＋１ターンが下層に位置する少なくとも３ターンのワイヤによって支持されることから、線径の太いワイヤを用いた場合であっても、ワイヤの脱落が生じにくくなる。

本発明において、ワイヤの第ｊ＋２ターンから第ｊ＋２ｋターン（ｋは２から始まり、１ずつ増加する変数）は、巻芯部にこの順に整列して巻回されていても構わない。これによれば、偶数ターン又は奇数ターンが下層に巻回された巻線構造を得ることができる。

本発明において、ワイヤの第ｊ＋３ターンは、第ｊ－１ターンと第ｊターンによって形成される谷線に沿って巻回されていても構わない。これによれば、上層に巻回される第ｊ＋３ターンを下層に位置する少なくとも３ターンのワイヤによって支持することができる。しかも、隣接するターンのターン数差が少ないことから、寄生容量成分を抑えることも可能となる。

この場合、ワイヤの第ｊ＋２ｋ＋１ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていても構わない。これによれば、上層に巻回される第ｊ＋２ｋ＋１ターンを下層に位置する少なくとも３ターンのワイヤによって支持することができる。

本発明において、ワイヤの第ｊ＋３ターンは、第ｊ－２ターンと第ｊ－１ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていても構わない。これによれば、上層に巻回される第ｊ＋３ターンを下層に位置する少なくとも４ターンのワイヤによって支持することができることから、ワイヤの脱落をより効果的に防止することが可能となる。

この場合、ワイヤの第ｊ＋２ｋ＋３ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていても構わない。これによれば、上層に巻回される第ｊ＋２ｋ＋３ターンを下層に位置する少なくとも４ターンのワイヤによって支持することができる。

さらにこの場合、ワイヤの第ｊ＋２ｐターン（ｐは２以上の整数）と第ｊ＋２ｐ＋２ターンによって形成される谷線には、第ｊ＋２ｋ＋３ターンのいずれも巻回されていなくても構わない。これによれば、隣接するターンのターン数差が減少することから、寄生容量成分を抑えることができる。

本発明によるコイル部品は、鍔部と、鍔部に設けられワイヤの一端が継線された端子電極とをさらに備え、第ｉターンは、端子電極を始点とした第１ターンであっても構わない。これによれば、第ｊターンが第３ターン又は第４ターンである場合に、上層に巻回される第４ターン又は第５ターンの脱落を防止することが可能となる。

このように、本発明によるコイル部品は、上層に巻回すべきワイヤが下層に脱落しにくい巻回構造を有していることから、線径の太いワイヤを用いることによって、低い直流抵抗と高い定格電流を実現することが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図である。 図２は、変形例によるコイル部品２の外観を示す略斜視図である。 図３は、巻芯部１３にワイヤＷを巻回する前の状態を示す略斜視図である。 図４は、ワイヤＷの第１の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。 図５は、第１の巻回構造において第４ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。 図６は、比較例による巻回構造の問題点を説明するための図である。 図７は、ワイヤＷの第２の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。 図８は、第２の巻回構造において第５ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。 図９は、ワイヤＷの第３の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。 図１０は、第３の巻回構造において第２１ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。 図１１は、ワイヤＷの第４の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。 図１２は、第４の巻回構造において第５ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。

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形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、鍔部１１，１２及び巻芯部１３を有するドラム型のコア１０と、鍔部１１，１２に固定された板状のコア２０と、鍔部１１に設けられた端子電極Ｅ１及びダミー端子電極ＤＥ１と、鍔部１２に設けられた端子電極Ｅ２及びダミー端子電極ＤＥ２と、巻芯部１３に巻回されたワイヤＷとを有している。ワイヤＷは、銅などの良導体を芯材とする被覆導線である。

コア１０は、フェライトなどの高透磁率材料からなるドラム型のブロックであり、鍔部１１，１２とこれらの間に設けられた巻芯部１３が一体化された構造を有している。コア２０もフェライトなどの高透磁率材料からなる板状のブロックである。コア１０とコア２０は、接着剤などを介して互いに固定されている。そして、ワイヤＷの一端は端子電極Ｅ１に継線され、ワイヤＷの他端は端子電極Ｅ２に継線される。ダミー端子電極ＤＥ１，ＤＥ２にはワイヤＷは継線されない。端子電極Ｅ１，Ｅ２及びダミー端子電極ＤＥ１，ＤＥ２は、コア１０に焼き付けられた銀ペーストなどからなる。ダミー端子電極ＤＥ１，ＤＥ２は、コイル部品１を回路基板に実装する際に、ハンダを介して回路基板上のランドパターン（又はダミーのランドパターン）に接続され、これによってコイル部品１の実装強度を高める役割を果たす。但し、本発明において、このようなダミー端子電極ＤＥ１，ＤＥ２を設けることは必須でない。

また、端子電極Ｅ１，Ｅ２の代わりに、端子金具を用いることも可能である。例えば、図２に示す変形例によるコイル部品２のように、鍔部１１に固定された端子金具３０と、鍔部１２に固定された端子金具４０を用いても構わない。端子金具３０は、接着剤などを介してコア１０の鍔部１１に固定された端子電極であり、ワイヤＷの一端が継線される。端子金具４０は、接着剤などを介してコア１０の鍔部１２に固定された端子電極であり、ワイヤＷの他端が継線される。

コイル部品２の作製時においては、まずコア１０に端子金具３０，４０を接着し、その後、一方の端子金具３０にワイヤＷの一端を継線する。継線前の端子金具３０は、図３に示すように、実装部３１、継線部３２、溶接タブ３３、固定タブ３４及びフィレット形成部３５を有しており、ワイヤＷの一端を継線部３２に配置した状態で固定タブ３４を折りたたむことによって、ワイヤＷの一端を継線部３２に固定する。この状態で、溶接タブ３３を折りたたみ、熱によって溶接タブ３３を融解させることにより、端子金具３０とワイヤＷの一端を溶接する。その後、コア１０を回転させることによってワイヤＷを巻芯部１３に巻回する。継線前の端子金具４０も、実装部４１、継線部４２、溶接タブ４３、固定タブ４４及びフィレット形成部４５を有しており、巻芯部１３に巻回されたワイヤＷの他端を継線部４２に配置した状態で固定タブ４４を折りたたむことによって、ワイヤＷの一端を継線部４２に固定する。この状態で、溶接タブ４３を折りたたみ、熱によって溶接タブ４３を融解させることにより、端子金具４０とワイヤＷの他端を溶接する。最後に、コア１０にコア２０を接着すれば、図２に示すコイル部品２が完成する。

コイル部品２の実使用時においては、回路基板上のランドパターンと端子金具３０，４０の実装部３１，４１がハンダを介して接続される。この時、表面張力によってハンダがフィレット形成部３５，４５にも達し、ハンダフィレットが形成される。

本実施形態においては、コア１０の巻芯部１３に１本のワイヤＷが複数ターンに亘って巻回されている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるコイル部品１又は２は電源回路用のコイル部品であり、低い直流抵抗と高い定格電流が要求されることから、線径の太いワイヤＷが使用される。

以下、ワイヤＷの巻回構造について詳細に説明する。

図４は、ワイヤＷの第１の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。

図４においてワイヤＷに付された番号は、端子電極Ｅ１又は端子金具３０を始点としたターン数を示している。図５～図１２においても同様である。以下に示す例では、ワイヤＷのターン数を３６ターンに設定しているが、本発明がこれに限定されないことは言うまでも無い。

図４に示す第１の巻回構造においては、ワイヤＷの第１～３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１，３３，３５ターンが下層の巻回層Ｌ１を構成し、ワイヤＷの第４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６ターンが上層の巻回層Ｌ２を構成している。下層の巻回層Ｌ１とは、巻芯部１３に直接巻回された部分を差す。また、上層の巻回層Ｌ２とは、巻回層Ｌ１を介して巻芯部１３に巻回された部分を差す。このように、第１の巻回構造においては、第２ターンを除き、奇数ターンが下層の巻回層Ｌ１を構成し、偶数ターンが上層の巻回層Ｌ２を構成している。そして、第４ターン及び第６ターンを除き、上層の巻回層Ｌ２に位置する各ターンは、下層の巻回層Ｌ１に位置する５ターン前のターンと３ターン前のターンによって形成される谷線に沿って巻回される。

より一般化して説明すると、第１ターンを第ｉターンとし、第３ターンを第ｊターンとした場合、第ｉターン、第ｉ＋１ターン（＝第ｊ－１ターン）及び第ｊターンが巻芯部１３にこの順に整列して巻回され、第ｉターンと第ｉ＋１ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋１ターンが巻回され、第ｊターンに隣接して第ｊ＋２ターンが巻芯部１３に巻回される。そして、第ｊ＋２ターンから第ｊ＋２ｋターン（ｋは２から始まり、１ずつ増加する変数）は、巻芯部１３にこの順に整列して巻回され、ワイヤの第ｊ＋３ターンは、第ｊ－１ターンと第ｊターンによって形成される谷線に沿って巻回され、第ｊ＋２ｋ＋１ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回される。

図５は、第１の巻回構造において第４ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。図５に示すように、第１の巻回構造において第４ターンを巻回する際には、第４ターンを巻芯部１３の方向に押しつける力Ｆ１１が加わる。この時、第４ターンは、３つのターンによって支持される。力Ｆ１１の強さは、ワイヤＷの線径によって異なり、使用するワイヤＷの線径が太い場合、巻芯部１３の断面形状に沿ってワイヤＷを曲げるためには比較的強い力Ｆ１１が必要となる。第４ターンは、第１ターンと第２ターンによって形成される谷線に沿って巻回されるため、力Ｆ１１は第１ターンと第２ターンに加わる。その結果、第１ターンには鍔部１１側（左側）に移動しようとする力Ｆ１２が作用し、第２ターン及び第３ターンには鍔部１２側（右側）に移動しようとする力Ｆ１３が作用する。

しかしながら、第１ターンは鍔部１１に近接して配置されることから、鍔部１１がストッパーとして機能する。したがって、力Ｆ１２は事実上問題とならない。これに対し、第３ターンの右側にはストッパーとなる部材が存在しないことから、力Ｆ１３が大きいと、第４ターンが下層の巻回層Ｌ１へと脱落するおそれがある。しかしながら、第１の巻回構造においては、第４ターンの右側には、第２ターンと第３ターンからなる２つのターンが既に存在していることから、これら２つのターンの静止摩擦力によって、第２ターンと第３ターンの移動を阻止することができる。

これに対し、比較例である図６に示すように、第２ターンと第３ターンによって形成される谷線に沿って第４ターンを巻回すると、力Ｆ１１が強い場合には、力Ｆ１３によって第３ターンが容易に右側に移動し、第４ターンが脱落してしまう。このような脱落が生じないよう、第１の巻回構造においては、２つのターンの静止摩擦力を利用して、上層の巻回層Ｌ２の脱落を防止している。

上層の巻回層Ｌ２に位置する他のターンを巻回する際も同様であり、当該ターンから見て右側には常に２つのターンが存在していることから、下層の巻回層Ｌ１への脱落を防止することができる。しかも、第１の巻回構造においては、上下に接するターンのターン数差が最大で５に抑えられていることから、ターン数差の大きい２つのターンを隣接させることによる寄生容量成分の増加を防止することができる。これは、ターン数差の小さい２つのターンによって生じる寄生容量成分は、主に直列に接続されることから、その値が小さくなるのに対し、ターン数差の大きい２つのターンによって生じる寄生容量成分は、主に並列に接続されることから、その値が大きくなる傾向がある。そして、第１の巻回構造においては、上下に接するターンのターン数差が最大で５に抑えられていることから、寄生容量成分が抑えられ、その結果、共振周波数を高めることが可能となる。

図７は、ワイヤＷの第２の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。

図７に示す第２の巻回構造においては、ワイヤＷの第１～４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６ターンが下層の巻回層Ｌ１を構成し、ワイヤＷの第５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１，３３，３５ターンが上層の巻回層Ｌ２を構成している。このように、第２の巻回構造においては、第１ターン及び第３ターンを除き、偶数ターンが下層の巻回層Ｌ１を構成し、奇数ターンが上層の巻回層Ｌ２を構成している。そして、第５ターン、第７ターン及び第９ターンを除き、上層の巻回層Ｌ２に位置する各ターンは、下層の巻回層Ｌ１に位置する７ターン前のターンと５ターン前のターンによって形成される谷線に沿って巻回される。

より一般化して説明すると、第１ターンを第ｉターンとし、第４ターンを第ｊターンとした場合、第ｉターン、第ｉ＋１ターン（＝第ｊ－２ターン）、第ｉ＋２ターン（＝第ｊ－１ターン）及び第ｊターンが巻芯部１３にこの順に整列して巻回され、第ｉターンと第ｉ＋１ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋１ターンが巻回され、第ｊ－２ターンと第ｊ－１ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋３ターンが巻回され、第ｊ－１ターンと第ｊターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋５ターンが巻回される。そして、第ｊ＋２ターンから第ｊ＋２ｋターン（ｋは２から始まり、１ずつ増加する変数）は、巻芯部１３にこの順に整列して巻回され、第ｊ＋２ｋ＋３ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回される。

図８は、第２の巻回構造において第５ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。図８に示すように、第２の巻回構造において第５ターンを巻回する際には、第５ターンを巻芯部１３の方向に押しつける力Ｆ２１が加わる。この時、第５ターンは、４つのターンによって支持される。その結果、第１ターンには鍔部１１側（左側）に移動しようとする力Ｆ２２が作用し、第２ターン～第４ターンには鍔部１２側（右側）に移動しようとする力Ｆ２３が作用する。

しかしながら、上述した力Ｆ１２と同様、力Ｆ２２は事実上問題とならない。これに対し、第４ターンの右側にはストッパーとなる部材が存在しないことから、力Ｆ２３が大きいと、第５ターンが下層の巻回層Ｌ１へと脱落するおそれがある。しかしながら、第２の巻回構造においては、第５ターンの右側には、第２ターン～第４ターンからなる３つのターンが既に存在していることから、これら３つのターンの静止摩擦力によって、第２ターン～第４ターンの移動を阻止することができる。

上層の巻回層Ｌ２に位置する他のターンを巻回する際も同様であり、当該ターンから見て右側には常に３つのターンが存在していることから、下層の巻回層Ｌ１への脱落を防止することができる。しかも、第２の巻回構造においては、第１の巻回構造よりも下層の巻回層Ｌ１への脱落がより生じにくいことから、より線径の太いワイヤＷを使用することができる。これにより、直流抵抗をより低下させることができるとともに、定格電流をより高めることが可能となる。

図９は、ワイヤＷの第３の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。

図９に示す第３の巻回構造は、第１９ターンと第２１ターンの間に、ワイヤＷの存在しないスペースＳ１が設けられている点において、図７に示した第２の巻回構造と相違している。つまり、第１４ターンと第１６ターンによって形成される谷線には、上層の巻回層Ｌ２に位置するいずれのターンも巻回されていない。より一般化すると、ワイヤＷの第ｊ＋２ｐターン（ｐは２以上の整数）と第ｊ＋２ｐ＋２ターンによって形成される谷線には、第ｊ＋２ｋ＋３ターンのいずれも巻回されていない。これにより、第１～２０ターンまでの区間は第２の巻回構造と同じであるが、第２１～第３６ターンまでの区間においては、第ｊ＋２ｋターンと第ｊ＋２ｋ＋２ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋２ｋ＋５ターンが巻回される。

図１０は、第３の巻回構造において第２１ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。図１０に示すように、第３の巻回構造において第２１ターンを巻回する際には、第２１ターンを巻芯部１３の方向に押しつける力Ｆ３１が加わる。これにより作用する力Ｆ３２は全く問題にならないが、第１８ターン及び第２０ターンに作用する力Ｆ３３が大きいと、第２１ターンが下層の巻回層Ｌ１へと脱落するおそれがある。しかしながら、第２１ターンの右側には、第１８ターンと第２０ターンからなる２つのターンが既に存在していることから、第１の巻回構造と同様、これら２つのターンの静止摩擦力によって、第１８ターンと第２０ターンの移動を阻止することができる。

図１１は、ワイヤＷの第４の巻回構造を説明するための模式的な断面図である。

図１１に示す第４の巻回構造は、第２ターンが第ｉターンに相当する点を除き、図４に示した第１の巻回構造と同一である。したがって、基本的に、第１の巻回構造と同じ効果を得ることができる。

図１２は、第４の巻回構造において第５ターンの巻回時に加わる力を説明するための図である。図１２に示すように、第４の巻回構造において第５ターンを巻回する際には、第５ターンを巻芯部１３の方向に押しつける力Ｆ４１が加わる。これにより、左右への力Ｆ４２，Ｆ４３が発生するが、図５を用いて説明したように、右側への力Ｆ４３については第３ターン及び第４ターンの静止摩擦力によって移動が阻止される。一方、第４の巻回構造においては、第５ターンから見て左側にも２つのターンが存在することから、左側への力Ｆ４２についても第１ターン及び第２ターンの静止摩擦力によって移動が阻止される。このため、第１ターンと鍔部１１との間のスペースＳ２が広い状態、例えばスペースＳ２がワイヤＷの線径以上であり、このため、第１ターンと第２ターンが左側に移動しうる状態であっても、これを防止することが可能となる。したがって、第４の巻回構造は、巻き始めとなる第１ターンが鍔部１１からある程度離れて巻回される場合に効果的である。

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。

１，２ コイル部品
１０，２０ コア
１１，１２ 鍔部
１３ 巻芯部
３０，４０ 端子金具
３１，４１ 実装部
３２，４２ 継線部
３３，４３ 溶接タブ
３４，４４ 固定タブ
３５，４５ フィレット形成部
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
ＤＥ１，ＤＥ２ ダミー端子電極
Ｌ１，Ｌ２ 巻回層
Ｗ ワイヤ

Claims (7)

1. 巻芯部及び鍔部を有するコアと、
   第ｉターン（ｉは１以上の整数）から第ｊターン（ｊはｉ＋２以上の整数）まで前記巻芯部にこの順に整列して巻回され、前記第ｉターンと第ｉ＋１ターンによって形成される谷線に沿って第ｊ＋１ターンが巻回され、前記第ｊターンに隣接して第ｊ＋２ターンが前記巻芯部に巻回されたワイヤと、
   前記鍔部に設けられ、前記ワイヤの一端が継線された端子電極と、を備え、
   前記第ｉターンは、前記端子電極を始点とした第１ターン又は第２ターンであることを特徴とするコイル部品。
2. 前記ワイヤの前記第ｊ＋２ターンから第ｊ＋２ｋターン（ｋは２から始まり、１ずつ増加する変数）は、前記巻芯部にこの順に整列して巻回されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記ワイヤの第ｊ＋３ターンは、第ｊ－１ターンと前記第ｊターンによって形成される谷線に沿って巻回されていることを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
4. 前記ワイヤの第ｊ＋２ｋ＋１ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。
5. 前記ワイヤの第ｊ＋３ターンは、第ｊ－２ターンと第ｊ－１ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていることを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
6. 前記ワイヤの第ｊ＋２ｋ＋３ターンは、第ｊ＋２ｋ－４ターンと第ｊ＋２ｋ－２ターンによって形成される谷線に沿って巻回されていることを特徴とする請求項５に記載のコイル部品。
7. 前記ワイヤの第ｊ＋２ｐターン（ｐは２以上の整数）と第ｊ＋２ｐ＋２ターンによって形成される谷線には、前記第ｊ＋２ｋ＋３ターンのいずれも巻回されていないことを特徴とする請求項６に記載のコイル部品。

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