JP7234989B2 - インダクタ - Google Patents

Description

本発明は、インダクタに関する。

特許文献１には、樹脂と金属磁性粉で構成される磁性部中に、表面に絶縁被膜を有する断面が平角状の導体を上下２段に巻回して形成される空芯コイルが埋め込まれ、コイルの両端部に電気的に接続される外部電極を有するインダクタが提案されている。

特開２０１７－１０８０５９号公報

空芯コイルが埋め込まれた磁性部が金属磁性粉を含む場合、上段と下段の導体間の距離が小さくなると、金属磁性粉の導電性によって絶縁耐圧が低下する場合があった。本発明の一態様は、絶縁耐圧の低下が抑制されるインダクタを提供することを目的とする。

第１の態様は、断面が略矩形状の導体が巻回されてなるコイルと、コイルを内包し、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体と、素体の表面に配置される一対の外部電極とを備えるインダクタである。コイルは、導体が上段では外周から内周に向かって渦巻状に巻回されて、最内周で下段に接続され、下段では内周から外周に向かって渦巻状に巻回された上下２段からなる巻回部と、上段と下段のそれぞれの最外周から引き出された一対の引き出し部を有する。巻回部は、巻回部の巻軸に平行な断面において、少なくとも一部の導体の断面がアーチ形状を有する。

第２の態様は、導体が巻回されてなる巻回部および巻回部から引き出される一対の引き出し部を有するコイルと、コイルを内包し、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体と、素体の表面に配置される一対の外部電極とを備えるインダクタである。巻回部は、導体が、その両端を最外周に位置させ、最内周で互いに繋がった状態で上下２段のそれぞれで渦巻状に積層して巻回されてなり、巻回部の巻軸に平行な断面において、上段の導体とそれに対応する下段の導体との距離の最小値が、内周側よりも外周側で大きくなっている。

本発明の一態様によれば、絶縁耐圧の低下が抑制されるインダクタを提供することができる。

インダクタの概略断面図である。

インダクタは、断面が略矩形状の導体が巻回されてなるコイルと、コイルを内包し、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体と、素体の表面に配置される一対の外部電極とを備える。コイルは、導体が上段では外周から内周に向かって渦巻状に巻回されて、最内周で下段に接続され、下段では内周から外周に向かって渦巻状に巻回された上下２段からなる巻回部と、上段と下段のそれぞれの最外周から引き出された一対の引き出し部を有する。すなわち、巻回部は被覆層を有する導体がいわゆるα巻きされて形成される。インダクタでは、巻回部の巻軸に平行な断面において、少なくとも一部の導体の断面が湾曲してアーチ形状を有している。

導体が上下２段に巻回されて構成されるコイルの巻回部の巻軸に平行な断面において、それぞれの段を構成する導体の断面が湾曲してアーチ状になっていることで、上段の導体と下段の導体との距離が、導体の断面がアーチ状になっていない場合に比べて大きくなる。これにより、上段と下段の導体間の絶縁耐圧の低下が抑制される。また、素体の表面に配置される外部電極と、上段の導体または下段の導体との距離が、導体の断面がアーチ状になっていない場合に比べて大きくなる。これにより外部電極と導体間の絶縁耐圧の低下が抑制される。

導体の断面におけるアーチ形状の曲率半径は、巻回部の内周側より外周側の方が小さくなっていてよい。これより、絶縁耐圧の低下をより効果的に抑制することができる。一般に、コイルの両端に電圧を印加した場合、α巻きされた巻回部における上段の導体と下段の導体との電位差は、外周側に近づくほど大きくなる。アーチ形状の曲率半径が外周側の方が小さいことで、外周側ほど上段と下段の導体間の距離が大きくなることから、絶縁耐圧の低下をより効果的に抑制できる。なお、アーチ形状の曲率半径は、アーチ形状の湾曲部を円弧近似して算出される。

導体の断面におけるアーチ形状は、巻回部の内周方向に凸になっていてよい。これにより、導体を巻回する際にアーチ形状をより容易に形成することができる。

導体は、断面が略矩形状であり、厚みに対する幅の比（幅／厚み）であるアスペクト比が４以上２０以下であってよい。導体が所定のアスペクト比を有することで、導体を巻回する際にアーチ形状をより容易に形成することができる。ここで導体の厚みは、導体が渦巻き状に巻回された状態において積み重ねられる方向の長さである。また、導体の幅は、厚みと直交する方向の長さである。

導体は、表面に被覆層を有し、被覆層の厚みは、導体の中央部よりも端部の方が大きくなっていてよい。中央部の被覆層が薄いことで、導体の占積率を大きくしながら、端部の被覆層が厚いことで、絶縁耐圧の低下をより効果的に抑制できる。

インダクタは、導体が巻回されてなる巻回部および巻回部から引き出される一対の引き出し部を有するコイルと、コイルを内包し、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体と、素体の表面に配置される一対の外部電極とを備えていてよい。巻回部は、導体が、その両端を最外周に位置させ、最内周で互いに繋がった状態で上下２段のそれぞれで渦巻状に巻回されて形成されてよい。巻回部の巻軸に平行な断面において、最外周の上段の導体と下段の導体との距離が、最内周の上段の導体と下段の導体との距離よりも大きくなっていてよい。

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、インダクタを例示するものであって、本発明は、以下に示すインダクタに限定されない。なお特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に限定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明のインダクタを、図１を参照して説明する。図１はインダクタ１００の概略断面図である。

インダクタ１００は、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体１０と、素体１０に内包されるコイルと、素体１０の表面に配置されコイルと電気的に接続される外部電極４０とを備える。素体１０は、実装面側の底面１２と、底面１２に対して高さ方向（Ｔ方向）で対向する上面１４と、底面１２に隣接して略直交し、互いに長さ方向（Ｌ方向）で対向する２つの端面１６と、底面１２および端面１６に隣接して略直交し、互いに幅方向で対向する２つの側面とを有する。コイルは、導体２２が巻軸の周りに巻回されてなる巻回部３２および巻回部３２から引き出される一対の引き出し部３４を有し、引き出し部３４の一部を素体１０の端面にそれぞれ露出して、素体１０に内包される。一対の外部電極４０は、素体１０の底面１２、端面１６、上面１４および側面の５面に亘ってそれぞれ配置され、端面１６において端面１６から露出するコイルの引き出し部３４の一部と接続する。

コイル３０の巻回部３２は、断面矩形状の導体をα巻きして巻回して形成される。コイル３０は、導体が、上段では外周から内周に向かって渦巻状に巻回されて、最内周で下段に接続され、下段では内周から外周に向かって渦巻状に巻回された上下２段からなる巻回部３２と、上段と下段のそれぞれの最外周から引き出された一対の引き出し部３４を有している。ここで導体の厚みとは、導体が渦巻き状に巻回された状態において積み重ねられる方向の長さであり、導体の幅は、厚みと直交する方向の長さである。コイルは、巻回部３２の巻軸を素体１０の底面１２および上面１４に交差させるように素体１０に内包される。

導体の厚みは例えば０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってよい。導体の幅は例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってよい。導体断面のアスペクト比（幅／厚み）は、例えば４／１以上２０／１以下であってよい。また、導体２２を被覆する被覆層２４は、厚みが、例えば２μｍ以上１０μｍ以下のポリイミド、ポリアミドイミド等の絶縁性樹脂で形成される。巻回部３２の巻き解けを防止するため、被覆層２４の表面には、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等の自己融着成分を含む融着層が更に設けられていてもよく、その厚みが１μｍ以上３μｍ以下に形成されていてもよい。被覆層２４は導体２２の表面に均一に設けられてもよく、より好ましくは幅方向の端部における厚みを中央部における厚みより大きくして設けられている。被覆層の幅方向の端部における厚みが大きいことで絶縁耐圧の低下をより効果的に抑制できる。

図１に示すように、巻回部３２は上下２段に導体２２が巻回されている。それぞれの段を構成する導体２２の断面は、内周方向に凸に湾曲してアーチ状になっている。導体断面のアーチ形状を円弧で近似すると、内周側よりも外周側の方に配置される導体断面の曲率半径がより小さくなっている。図１では、巻回部３２の巻軸に直交する面であって導体断面の幅方向の略中央部を通過する面（Ｐ１、Ｐ２）に対して、導体断面のアーチ形状は略対称になっている。巻回部３２を構成する被覆層２４は、複数の導体２２が積層して被覆層２４どうしが融着することで一体となっていてよい。また、巻回部３２では、最外周の上段の導体と下段の導体との距離が、最内周の上段の導体と下段の導体との距離よりも大きくなっている。

図１では、導体２２の断面におけるアーチ形状は、巻回部３２の巻軸に直交する面であって、上段の導体２２の幅方向の中央部を通過する面（Ｐ１）に対して上段の導体２２が略対称になっており、下段の導体２２の幅方向の中央部を通過する面（Ｐ２）に対して下段の導体２２が略対称になっているが、それぞれが非対称になっていてもよい。例えば、上段の導体２２の下段の導体２２に近い側が湾曲してアーチ形状を有している場合、および下段の導体２２の断面の上段の導体２２の断面に近い側が湾曲してアーチ形状を有している場合の少なくともいずれかであれば、上段の導体２２と下段の導体２２との距離を大きくすることができ、絶縁耐圧が向上する。一方、上段の導体２２の上面１４に配置される外部電極４０に近い側が湾曲してアーチ形状を有している場合、および下段の導体２２の底面１２に配置される外部電極４０に近い側が湾曲してアーチ形状を有している場合の少なくともいずれかであれば、導体２２と外部電極４０との距離を大きくすることができ、絶縁耐圧が向上する。

素体１０は、略直方体形状を有していてよい。素体１０の大きさは、長さＬが例えば１ｍｍ以上３．４ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、幅Ｗが例えば０．５ｍｍ以上２．７ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、高さＴが例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。素体の大きさとして具体的には、Ｌ×Ｗ×Ｔが例えば、１ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、２ｍｍ×１．２ｍｍ×１ｍｍ、２．５ｍｍ×２ｍｍ×１．２ｍｍであってよい。

素体１０を構成する磁性部は、金属磁性粉と樹脂等の結着剤とから形成される。金属磁性粉としては、Ｆｅ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ａｌ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｏ、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ等の鉄系の金属磁性粉、他の組成系の金属磁性粉、アモルファス等の金属磁性粉、表面がガラス等の絶縁層で被覆された金属磁性粉、表面を改質した金属磁性粉、ナノレベルの微小な金属磁性粉末が用いられる。また、結着剤の一例である樹脂としては、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、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂が用いられる。磁性部の断面における金属磁性粉の面積率は、例えば５０％以上８５％以下、好ましくは６０％以上８５％以下または７０％以上８５％以下である。

インダクタ１００では、外部電極４０が、素体の底面の一部、上面の一部、側面の一部および端面の５面に亘って配置されている。外部電極４０は、引き出し部３４の一部において、導体２２と電気的に接続して配置される。外部電極４０は、例えば、めっきにより形成されてよい。めっきによって形成される外部電極４０は、銅から形成される第１層と、第１層上に形成され、ニッケルから形成される第２層と、第２層上に形成され、スズから形成される第３層とを備えていてよい。また、外部電極４０は、導電性ペーストの付与により導電性樹脂層を形成して形成されてもよい。導電性ペーストは、銀粒子、銅粒子等の導電性粒子と結着樹脂とを含んでいてよい。さらに、外部電極４０は、導電性樹脂層上に形成されるめっき層を含んでいてもよい。

素体１０の表面には、保護層が配置されていてよい。保護層は外部電極が配置される領域以外の素体の表面に配置されてよいし、引き出し部の一部が露出する領域以外の素体の表面に配置されてもよい。保護層は例えば、樹脂を含んで構成されてよい。保護層を構成する樹脂としては、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、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。保護層はフィラーを含んでいてもよい。フィラーとしては酸化ケイ素、酸化チタン等の非導電性フィラーが用いられる。保護層は例えば、樹脂とフィラーを含む樹脂組成物を、素体の表面に塗布、ディップ等の手段により付与し、必要に応じて、付与された樹脂を硬化することにより形成される。

素体１０にはマーカー（図示せず）が付与されていてもよい。マーカーは例えば、素体の上面１４の、巻回部３２の下段から引き出し部３４が引き出される側に付与され、インダクタの極性を示してよい。マーカーは例えば、印刷、レーザー刻印等で付与される。

インダクタ１００は、例えば、所望の形状に導体を成形してコイルを形成するコイル形成工程と、形成されたコイルを、引き出し部の一部を露出させて、金属磁性粉と樹脂からなる複合材料に埋設し、金型等で加圧する。これにより、コイルとコイルを内包する磁性部とからなる素体を成形する素体形成工程と、素体の表面に露出した引き出し部の一部に外部電極を形成する外部電極形成工程とを含む製造方法で製造することができる。

コイル形成工程では、被覆層で被覆され被覆層の上に融着層を有する導体を、最内周で互いに繋がった上下２段のそれぞれで渦巻状に積層されるように巻回してコイルを形成する。その際、導体を幅方向において湾曲させ、内周側から外周側へ湾曲が大きくなるように導体を巻回する。例えば、導体の巻回時における導体の張力を調整することで、湾曲を形成することができる。好ましくは、導体の被覆層および融着層を幅方向の端部で厚く形成しておくことで、さらに絶縁耐圧の低下が抑制される。

上述したインダクタでは、外部電極は、素体の底面の一部、上面の一部、側面の一部および端面の５面に亘って配置されている場合を説明したが、素体の底面および端面に亘って形成されていてよく、底面のみに形成されてもよい。導体の延伸方向の端面は素体の側面に露出していてもよい。導体の延伸方向に直交する断面は矩形状としたが、矩形状にかぎらず、角部が面取りされていてもよく、辺が半円、半楕円等の曲線で構成されてもよい。コイルの巻回部を巻軸方向から見た形状は、長円形以外の形状、例えば、円形状、楕円形状、面取りされた多角形状等であってもよい。保護層は、フィラーと樹脂を含む樹脂組成物に代えて、水ガラス等の無機材料から形成されてもよい。素体の底面の外部電極が配置されていない領域には凹部（スタンドオフ）が形成されていてよい。素体底面に設けられる凹部は、幅Ｗ方向から見て高さＴ方向の形状が、半円形状であってもよい。

１００ インダクタ
１０ 素体
２２ 導体
４０ 外部電極

Claims (3)

1. 断面が幅および厚みを有する略矩形状の導体が巻回されてなるコイルと、
   前記コイルを内包し、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性部からなる素体と、
   前記素体の表面に配置される一対の外部電極と、を備え、
   前記コイルは、前記導体が前記導体の厚み方向に積層されて巻回され、導体が上段では外周から内周に向かって渦巻状に巻回されて、最内周で下段に接続され、下段では内周から外周に向かって渦巻状に巻回された上下２段からなる巻回部と、上段と下段のそれぞれの最外周から引き出された一対の引き出し部を有し、
   前記巻回部の巻軸に平行な断面において、少なくとも一部の導体の断面がアーチ形状を有し、
   前記巻回部の内周側より外周側の方が、前記導体の断面におけるアーチ形状の曲率半径が小さく、
   前記導体の断面におけるアーチ形状は、前記巻回部の内周方向に凸になっており、
   前記巻回部の巻軸に平行な断面において、最外周の上段の導体と下段の導体との距離が、最内周の上段の導体と下段の導体との距離よりも大きくなるインダクタ。
2. 前記導体は断面の厚みに対する幅の比が４以上２０以下である請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記導体は表面に被覆層を有し、前記導体の断面の幅方向において、前記被覆層の厚みが、前記幅方向の中央部よりも前記幅方向の端部の方が大きい請求項１または２に記載のインダクタ。

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