JP7253149B2 - 巻線体、及び巻線体の製造方法、並びにコイル部品 - Google Patents

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Description

本発明は、巻線体、及び巻線体の製造方法、並びにコイル部品に関し、より詳しくは連続した薄帯（以下、この連続した薄帯を「連続薄帯」という。）が螺旋状に巻回されたコイル部品用の巻線体とその製造方法、前記巻線体を使用したリアクトル等のコイル部品に関する。
近年、コイル部品は様々な電子機器に搭載されており、例えば高周波トランスや車両用インバータの基幹部品として広く使用されている。そして、コイル部品に組み込まれるコイル導体についても、従来より、盛んに研究・開発が行われている。
例えば、特許文献１には、鉄心中央脚を中心にして螺旋状に巻回された縦巻構造のコイルを有する高周波トランスが提案されている。
特許文献１では、電磁結合した一次側コイルと二次側コイルとを有し、これら一次側及び二次側の各コイルは略矩形の断面を有する連続した帯状導体板で形成されている。そして、帯状導体板は、コイルの１ターン中で、電流通電方向に対する表側又は裏側への折り曲げが、少なくとも１回は連続して同じ側に折り曲げられている。
図２５は、折り曲げ後の帯状導体板の一例を示している。
扁平形状の帯状導体板１０１には複数の折り目線１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、・・・が設けられており、これにより帯状導体板１０１は複数の導体部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、・・・に区分されている。
この帯状導体板１０１は、以下のようにして折り曲げられ、螺旋状に巻回されている。すなわち、導体部１０３ａと導体部１０３ｂとの境界に形成された折り目線１０２ａが内側に隠れるように直角状に谷折りし、導体部１０３ｂ及びこれと連続する導体部を水平方向に延伸させる。次いで、導体部１０３ｂと導体部１０３ｃとの境界に形成された折り目線１０２ｂを、上述と同様、直角状に谷折りし、導体部１０３ｃ及びこれと連続する導体部が導体部１０３ａと平行となるように延伸させる。以下、同様に表側又は裏側の同じ側に少なくとも１回は連続するように谷折り又は山折りし、鉄心中央脚（図示せず）を取り囲むように、帯状導体板１０１を螺旋状に巻回し、これによりコイル導体を得ている。
また、特許文献２には、図２６に示すようなコイル部品用の扁平コイル体が提案されている。
この扁平コイル体は、シート状の導電体パターン１１１が螺旋状に巻回されると共に、芯部材貫通用の開口部（中空部）１１２が角筒状に貫設されている。すなわち、導電体パターン１１１は、多数の導体部１１３ａ、１１３ｂ、・・・からなると共に、各導体部１１３ａ、１１３ｂ、・・・の中央部にはそれぞれ角状の貫通孔１１４ａ、１１４ｂ、・・・が形成されている。そして、各導体部１１３ａ、１１３ｂ、・・・は、それぞれの貫通孔１１４ａ、１１４ｂ、・・・を形成する角部のうちのいずれかの一の角部に切削部１１５ａ、１１５ｂ、・・・が形成されている。そして、例えば導体部１１３ａは、切削部１１５ａが位置する下端で導体部１１３ｂと接続され、該導体部１１３ｂは、切削部１１５ｂが位置する右端で導体部１１３ｃと接続され、導体部１１３ｃは、切削部１１５ｃが位置する上端で導体部１１３ｄと接続され、導体部１１３ｄは切削部１１５ｄが位置する左端で導体部１１３ｅと接続されている。
上記扁平体コイルは、以下のようにして作製されている。
すなわち、まず、導電性を有するシート状部材から、導電体パターン１１１を切り出す。次いで、切削部１１５ａ、１１５ｂ、…及び貫通孔１１４ａ，１１４ｂ、・・・をそれぞれ所定箇所に形成する。
図２７は、上記扁平コイル体の要部展開図であり、所定形状に切り出された導電体パターン１１１には、切削部１１５ａ、１１５ｂ、・・・及び貫通孔１１４ａ、１１４ｂ、・・・が形成されている。
そして折曲部位１１６を折り目として山折りとなるように折り曲げ加工し、次いで折曲部位１１７を折り目として谷折りとなるように折り曲げ加工し、以下、山折り、谷折りを所定回数繰り返し、その後、プレス加工を行い、螺旋形状の扁平コイル体を製造している。
特開２０１３－２１３０７号公報（請求項１、段落［０００７］、［００１８］～［００２１］、図１等） 特開２００１－３３８８１１号公報（請求項３、段落[００２８]～［００３０］、［００４２］～［００４４］、図２、図３等）
しかしながら、特許文献１では、上述した図２５に示すように、例えば、導体部１０３ａと導体部１０３ｂとを折り目線１０２ａで直角状に折り曲げ、また、導体部１０３ｂと導体部１０３ｃとを折り目線１０２ｂで直角状に折り曲げていることから、導体部１０３ａと導体部１０３ｂとの間には重なり部分１０５ａが形成され、導体部１０３ｂと導体部１０３ｃとの間には重なり部分１０５ｂが形成される。この場合、折り目線１０２ａ、１０２ｂの内側に隠れた導体部分は、一部は折り曲げ加工により圧縮されて潰されるが、一部は幅方向（折り畳む方向に対し垂直方向）に突出してしまい、このため導体部分同士が接触し短絡するおそれがある。また、折り曲げ時に折り目線１０２ａ、１０２ｂに圧縮応力が負荷され、このため当該折り目線１０２ａ、１０２ｂの内側の導体部分にクラック等の構造欠陥が生じるおそれがある。
また、特許文献２においても、連続薄帯を単に山折り又は谷折りに折り曲げているに過ぎず、特許文献１と同様の問題が生じる。
図２８は、図２７のｘ－ｘ矢視断面図である。また、図２９（ａ）は折り曲げ後の扁平コイル体の一例を示し、図２９（ｂ）は図２９（ａ）のｙ－ｙ矢視断面図である。
特許文献２では、導体部１１３ａと導体部１１３ｂとの間に折曲部位１１６が設けられている。
この特許文献２では、図２９（ａ）に示すように、折曲部位１１６を折り目線として導体部１１３ｂを導体部１１３ａと対向するように折り曲げ、これら導体部１１３ａと導体部１１３ｂとを重畳させている。このため、図中、ａ部に示すように、折曲部位１１６の内側部分の導体が導体部１１３ａと導体部１１３ｂとの間隙から幅方向に突出し、このため扁平コイル体の導体同士が接触して短絡するおそれがある。
また、各導体部１１３ａ、１１３ｂ、・・・には折り曲げ加工により圧縮応力が負荷されることから、特許文献１と同様、導体部１１３ａ及び導体部１１３ｂは折曲部位１１６を起点にクラックが発生しやすく、構造欠陥を招くおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、導体同士が接触して短絡するのを抑制することができ、また、クラック等の構造欠陥の発生を抑制することができる高性能・高品質の巻線体、及び巻線体の製造方法、並びにこの巻線体を使用したリアクトル等のコイル部品を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る巻線体は、連続薄帯が螺旋状に巻回されたコイル部品用の巻線体であって、前記連続薄帯は、複数の折曲部位を有すると共に、該折曲部位によって複数の導体部に区分されて重畳状に折り曲げられ、空洞状の窪み部が、該窪み部の平均深さが前記導体部間に形成される間隙より大きくなるように前記折曲部位に形成されると共に、前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が前記窪み部に収容されていることを特徴としている.
これにより折曲部位の内側の導体部分が窪み部内に収容可能となり、したがって導体部分が外部に突出するのを抑制することができることから、折曲部位の内側に位置する導体同士が接触するのを回避できて巻線間で短絡が生じるのを抑制することができる。また、折り曲げ加工で連続薄帯の折曲部位に圧縮応力が負荷されても、前記窪み部が緩衝作用を奏することから圧縮応力が低減され、これによりクラック等の構造欠陥の発生を抑制することができる。そして、窪み部の平均深さを導体部間に形成された間隙より大きくすることにより、折曲部位の内側に隠れている導体部分が外部に飛び出すのをより効果的に抑制することができ、導体部分を窪み部内に収容することができる。また、折り曲げ加工時に折曲部位の内側に負荷される圧縮応力をより一層低減できることから、クラック等の構造欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
さらに、本発明の巻線体は、絶縁性樹脂が、前記窪み部の少なくとも一部に充填されているのが好ましい。
これにより本巻線体がリアクトル等のコイル部品に装着された場合、巻線体で発生した熱を外部に効率よく放熱させることができ、放熱性を向上させることが可能となる。
また、本発明の巻線体は、前記連続薄帯が、シート状に展開された状態で少なくとも２つの連なる前記導体部を一組とした階段状とされると共に、前記階段状の前記連続薄帯が前記折曲部位で折り曲げられて形成されているのが好ましい。
これにより折曲部位で山折り、谷折りを任意の順番で繰り返すことにより、折曲部位に窪み部が形成された所望の巻線体を容易に得ることができる。
また、この種のコイル部品では、駆動周波数が高周波化すればするほど、コイルに流れる電流は表皮効果によりコイル導体の表面に集中し、内部に流れ難くなる。このため導体損失を低減するためには連続薄帯の厚みを薄くするのが望ましい。
本発明者らは斯かる観点から更に鋭意研究を行ったところ、連続薄帯の厚みをコイル部品の駆動周波数に対する表皮厚みの２倍以下とすることにより、導体損失を効果的に低減できるという知見を得た。
すなわち、本発明の巻線体は、前記連続薄帯は、厚みが前記コイル部品の駆動周波数に対する表皮厚みの２倍以下に形成されているのが好ましい。
さらに、本発明の巻線体では、前記連続薄帯は、厚みが前記駆動周波数の表皮厚み以上であるのが好ましい。
これにより連続薄帯の厚みが過度に薄くなることもなく、加工性を確保することができ、低導体損失の巻線体を得ることができる。
また、本発明の巻線体は、平角線状に形成されているのが好ましい。
すなわち、平角線は丸線に比べて導体占積率が大きいことから、巻線体を平角線で形成することにより、加工性を損なうことなく巻線抵抗を低減することが可能となる。
さらに、本発明の巻線体では、表面が絶縁性被膜で覆われているのが好ましい。
そして、上記巻線体における窪み部は、連続薄帯の折曲部位の少なくとも一部に切欠部を形成し、これに折り曲げ加工を施すことにより形成することができ、これにより上記巻線体を効率良く作製することができる。
すなわち、本発明に係る巻線体の製造方法は、連続薄帯を折り曲げて螺旋状に巻回し、巻線体を作製するコイル部品用の巻線体の製造方法であって、開口部を有するように前記連続薄帯を所定形状に切り出す工程と、前記連続薄帯を折り曲げる折曲部位の少なくとも一部に切欠部を形成する工程と、前記切欠部が空洞状の窪み部を形成し前記開口部が連通して重畳状となるように、前記連続薄帯に対し前記折曲部位で折り曲げ加工を施し、前記折曲部位を介して複数に区分された導体部を形成する工程とを含み、前記窪み部は、前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が収容されるように形成すること特徴としている。
これにより上述したように巻線間で短絡等が生じずクラック等の構造欠陥の発生が抑制された加工性の良好な巻線体を効率良く製造することができる。
また、本発明の巻線体の製造方法は、絶縁性樹脂を前記窪み部の少なくとも一部に充填するのが好ましい。
また、本発明の巻線体の製造方法は、前記所定形状が、階段状であるのが好ましい。
また、本発明の巻線体の製造方法は、前記折曲部位に対し直交方向の断面がＵ字状となるように前記切欠部を形成するのが好ましい。
さらに、本発明の巻線体の製造方法では、前記連続薄帯は、厚みが前記コイル部品の駆動周波数に対する表皮厚みの２倍以下であるのが好ましい。
また、本発明に係るコイル部品は、磁性体材料を含有した磁心コアとコイル導体とを備えたコイル部品であって、前記コイル導体が上述した巻線体で形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明のコイル部品は、リアクトルであるのが好ましい。
本発明の巻線体によれば、連続薄帯が螺旋状に巻回されたコイル部品用の巻線体であって、前記連続薄帯は、複数の折曲部位を有すると共に、該折曲部位によって複数の導体部に区分されて重畳状に折り曲げられ、空洞状の窪み部が、該窪み部の平均深さが前記導体部間に形成される間隙より大きくなるように前記折曲部位に形成されると共に、前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が前記窪み部に収容されているので、折曲部位の内側の導体部分を窪み部内に収容することができ、導体部分が外部に突出するのを抑制することができることから、巻線間で短絡が生じるのを抑制することができる。また、折り曲げ加工で連続薄帯の折曲部位に圧縮応力が負荷されても、前記窪み部が緩衝作用を奏することから圧縮応力が低減され、これによりクラック等の構造欠陥の発生を抑制することができる。
また、本発明の巻線体の製造方法によれば、連続薄帯を折り曲げて螺旋状に巻回し、巻線体を作製するコイル部品用の巻線体の製造方法であって、開口部を有するように前記連続薄帯を所定形状に切り出す工程と、前記連続薄帯を折り曲げる折曲部位の少なくとも一部に切欠部を形成する工程と、前記切欠部が空洞状の窪み部を形成し前記開口部が連通して重畳状となるように、前記連続薄帯に対し前記折曲部位で折り曲げ加工を施し、前記折曲部位を介して複数に区分された導体部を形成する工程とを含み、前記窪み部は、前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が収容されるように形成するので、加工性が良好で巻線間で短絡したりクラック等の構造欠陥が抑制された巻線体を効率良く製造することができる。
さらに、本発明のコイル部品によれば、磁性体材料を含有した磁心コアとコイル導体とを備えたコイル部品であって、前記コイル導体が上述した巻線体で形成されているので、巻線体の導体部分が外部に突出するのを抑制することができ、これにより巻線同士が短絡するのを回避することができ、クラック等の構造欠陥も抑制された高性能・高品質のリアクトル等のコイル部品を得ることができる。
本発明に係る巻線体の一実施の形態を模式的に示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 連続薄帯をシート状に展開した展開図である。 図３のＢ部拡大図である。 図４のＣ部拡大図である。 図５のＤ－Ｄ矢視断面図である。 巻線体の要部断面図であって、導体部同士が重畳された状態の一例を示す図である。 巻線体の分解斜視図である。 連続薄帯の作製手順の一実施の形態を示す外形図である。 巻線体の作製手順の一実施の形態を示す要部断面図であって、巻線の軸心方向と平行な断面の一例である。 本発明に係るコイル部品としてのリアクトルの一実施の形態を示す斜視図である。 本発明に係る巻線体の他の実施の形態を示す要部断面図であって、導体部同士が重畳された他の例を示す図である。 実施例１のＣｕ薄帯の折曲部位を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１３のＣｕ薄帯の折り曲げ中の状態を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１３のＣｕ薄帯の折り曲げ後の状態を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１３のＣｕ薄帯の折り曲げ後の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像したＳＥＭ画像である。 図１６の拡大ＳＥＭ画像である。 比較例のＣｕ薄帯の折曲部位を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１８のＣｕ薄帯の折り曲げ中の状態を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１８のＣｕ薄帯の折り曲げ後の状態（その１）を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１８のＣｕ薄帯の折り曲げ後の状態（その２）を光学顕微鏡で撮像した撮像図である。 図１８のＣｕ薄帯の折り曲げ後の断面をＳＥＭで撮像したＳＥＭ画像である。 図２２の拡大ＳＥＭ画像である。 実施例２におけるＣｕ薄帯の厚みと導体損失との関係を示す図である。 特許文献１に記載された帯状導体板を示す側面図である。 特許文献２に記載された扁平コイル体の斜視図である。 特許文献２に記載された扁平コイル体の要部展開図である。 図２７のｘ－ｘ矢視断面図である。 特許文献２の課題を説明するための図である。
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
図１は本発明に係るコイル部品用の巻線体の一実施の形態を示す斜視図であり、図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図である。
本巻線体は、連続薄帯１が中空部２を有するように螺旋状に巻回されており、前記連続薄帯１が、巻回された巻線部３と該巻線部３の両端に形成された引出部４ａ、４ｂとを有し、外観が角筒状に形成されている。すなわち、連続薄帯１には後述するように複数の折曲部位が設けられており、該折曲部位によって複数の導体部５ａ～５ｊに区分されている。そして、本巻線体は、引出部４ａ、４ｂ及び導体部５ａ～５ｊが幅Ｗ、厚みＴの平角線状となるように、連続薄帯１が前記折曲部位で重畳状に折り曲げられ、複数の導体部５ａ～５ｊが電気的に接続されている。
近年、コイル部品では、駆動周波数の高周波化が進展する一方で、コイル部品のより一層の高性能化が求められており、このため導体損失の低減が要請されている。しかしながら、巻線体に交流電流を流した場合、駆動周波数が高くなればなるほど、表皮効果により電流は表面に集中し、表面から離間すればするほど、電気抵抗が大きくなって電流が流れ難くなる。このようにこの種のコイル部品では、巻線体に通電した場合、上述した表皮効果によりコイル部品の駆動周波数が高くなればなるほど、巻線体の表面に電流が集中することから、巻線体の実効断面積が減少し、このため電気抵抗が大きくなって導体損失が増加し、品質の低下を招くおそれがある。したがって、導線としては導体占有率が丸線に比べて大きく、巻線抵抗の低減化が可能な平角線を使用するのが好ましい。さらに、平角線を使用した場合であっても、表皮効果により表面に集積した電流を効率よく通電するためには引出部４ａ、４ｂ及び導体部５ａ～５ｊの厚みＴを薄くし、幅Ｗを広くするのが好ましい。
したがって、幅Ｗと厚みＴとの比、すなわち、アスペクト比Ｗ／Ｔの大きな巻線体が得られるような平角線を使用するのが好ましい。しかしながら、大きなアスペクト比Ｗ／Ｔを有する平角線を螺旋状に巻回して巻線体を作製するのは生産技術的に困難である。
このため所定形状に切り出された厚みＴの連続薄帯１に折り曲げ加工を施し、引出部４ａ、４ｂ及び導体部５ａ～５ｊが平角線状とされた巻線体を作製するのが望ましいと考えられる。
しかしながら、連続薄帯１を単に折り曲げて導体部５ａ～５ｊを重畳させたのでは、［発明が解決しようとする課題］の項でも述べたように、折曲部位の内側の導体部分が幅方向に突出したり、折り曲げ加工時に圧縮応力が負荷されてクラック等の構造欠陥が発生するおそれがある。
そこで、本実施の形態では、巻線体を構成する引出部４ａ、４ｂ及び導体部５ａ～５ｊが平角線状となるように、複数の折曲部位を有する連続薄帯１が前記折曲部位で重畳状に折り曲げられると共に、折曲部位に窪み部が形成されている。すなわち、折曲部位に窪み部を形成することにより、折曲部位の内側の導体部分を窪み部内に収容することができるようにし、これにより導体部分が外部に突出するのを抑制すると共に、折り曲げ加工時に負荷される圧縮応力が軽減され、クラック等の構造欠陥の発生を抑制している。
また、引出部４ａ、４ｂ及び導体部５ａ～５ｊの厚みＴ、すなわち、連続薄帯１の厚みＴは、導体損失を効果的に低減できる範囲であれば特に限定されるものではないが、好ましくはコイル部品の駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下に設定される。
すなわち、コイル部品の駆動周波数をｆ（Ｈｚ）、連続薄帯１の電気抵抗率をρ（Ω・ｍ）、連続薄帯１の絶対透磁率をμ（Ｈ／ｍ）とすると、表皮厚みｄ（ｍ）は数式（１）で表される。
Figure 0007253149000001
この場合、連続薄帯１の厚みＴが、コイル部品の駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍を超えると、連続薄帯１の厚みＴが過度に厚くなって電流の流れない領域が増加し、導体損失が顕著に大きくなる。
これに対し連続薄帯１の厚みＴが、駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下になると、連続薄帯１の厚みＴが薄くなることから電流の流れない領域が減少し、連続薄帯１の導体損失を急激に低下させることが可能となる。
したがって、連続薄帯１の厚みＴは、上述したようにコイル部品の駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下が好ましい。例えば、連続薄帯１がＣｕ薄帯で形成されている場合は、Ｃｕの電気抵抗率ρは１．６８×１０-8Ω・ｍ、Ｃｕの絶対透磁率μは１．２６×１０-6Ｈ／ｍであるから、コイル部品の駆動周波数ｆが２００ｋＨｚ（２．０×１０５Ｈｚ）の場合は、数式（１）より表皮厚みｄは０．１５ｍｍとなり、連続薄帯１の厚みＴは０．３ｍｍ以下が好ましい。同様に、コイル部品の駆動周波数が５０ｋＨｚ（５．０×１０４Ｈｚ）の場合は、表皮厚みｄは０．２９ｍｍとなり、連続薄帯１の厚みＴは０．５８ｍｍ以下が好ましい。
連続薄帯１の厚みＴの下限についても、特に限定されるものではないが、加工性等を考慮し、例えば駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄ以上に設定するのが好ましい。
尚、アスペクト比Ｗ／Ｔは、上述したように連続薄帯１の厚みＴを好ましくは駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下となるように薄くし、幅Ｗを広くして十分な通電量を確保できるのであれば特に限定されるものではなく、例えば３０～８０程度に設定される。
また、巻線体の芯材としては、良導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は安価なＣｕが好んで使用される。また、芯材の表面は、エナメル等の絶縁性材料で被覆され、これにより絶縁性を確保している。
図３は連続薄帯１をシート状に展開した展開図であり、図４は図３のＢ部拡大図である。
連続薄帯１には、上述したように折り目線となる折曲部位７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂが設けられている。そして、折曲部位６ａ～６ｉによって複数の導体部５ａ～５ｊに区分され、引出部４ａが折曲部位７ａを介して導体部５ａに接続され、引出部４ｂが折曲部位７ｂを介して導体部５ｊに接続されるように所定形状に形成されている。
具体的には、連続薄帯１は、２つの連なる導体部を一組とした階段状に形成されている。例えば、図４に示すように、導体部５ａ及び導体部５ｂは、各中央部に開口部８ａ、８ｂが形成されると共に、前記導体部５ａ、５ｂを形成する４つの角部のうちの一つの角部が切り取られている。そして、導体部５ａにおいて、一方の端部５ａ－１と他方の端部５ａ－２とは接触せず、また、導体部５ｂにおいて、一方の端部５ｂ－１と他方の端部５ｂ－２とは接触せず、前記他方の端部５ａ－２と前記一方の端部５ｂ－１とが折曲部位６ａを介して接続され、２つの連なる導体部５ａ、５ｂは全体が略Ｓ字状となるように平面上で連なって形成されている。そして、導体部５ａの一方の端部５ａ－１は折曲部位７ａを介して略Ｌ字状に形成された引出部４ａに接続され、導体部５ｂの他方の端部５ｂ－２は折曲部位６ｂを介して導体部５ｃに接続されている。以下、同様に平面上で連なった２つの導体部が、階段状に隣接する他の平面上で連なった２つの導体部と折曲部位を介して接続され、終端の導体部５ｊは折曲部位７ｂを介して略Ｌ字状に形成された引出部４ｂに接続されている。
そして、折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂは、表面又は裏面のいずれか一方の面に切欠部が形成されている。
図５は図４のＣ部拡大図であり、図６は図５のＤ－Ｄ矢視断面図である。
本実施の形態では、連続薄帯１の厚みＴは、加工性を確保できる程度に十分に薄く形成され、好ましくはコイル部品の駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下に形成されている。そして、折曲部位６ａには切欠部９が形成されている。この切欠部９は、具体的には図６に示すように。前記折曲部位６ａに対し直交方向の断面がＵ字状となるように形成されている。
切欠部９の深さＤｔは、折曲部位６ａの内側に位置する導体部分を窪み部１０内に収容できるのであれば特に限定されるものではないが、連続薄帯１の厚みＴに対し１／４～３／４程度の深さに切り欠くのが好ましい。切欠部９の深さＤｔが、連続薄帯１の厚みＴに対し１／４未満になると十分な窪み部を形成することができず、連続薄帯１の厚みＴに対し３／４を超えると導体部分の断線を招くおそれがある。
尚、この図５及び図６では、切欠部９は折曲部位６の全体に形成されているが、後述するように導体部５ａ、５ｂが幅方向に突出するのを抑制できればよく、少なくとも折曲部位６ａの両端が切り欠かれていればよく、切欠部９は折曲部位６の全体に形成されていなくてもよい。
また、切欠部９の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、フライス加工で切削したり、折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂを除く部分をマスクして連続薄帯１をエッチング液に浸漬してエッチング除去したり、或いは所定形状の金型を折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂに押し当て、前記所定形状を折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂに転写することにより形成することができる。
図７は、巻線体の要部断面図であって、折曲部位６ａで谷折りに折曲加工した状態を示している。
すなわち、連続薄帯１を折曲部位６ａの内側が隠れるように、図５に示す導体部５ｂを導体部５ａ側に谷折りに折り曲げると、切欠部９は、空洞状の窪み部１０を形成する。そして、この空洞状の窪み部１０は、内部が歪んだ円筒形状に形成されることから、導体部５ａと導体部５ｂとの間に挟まれた内側の導体部分を窪み部１０内に収容することができ、前記導体部分が巻線体の幅方向に突出するのを防止することができる。したがって、連続薄帯１を折り曲げ加工して螺旋状に巻回しても巻線体間で電気的に短絡するのを防止することができる。また、折り曲げ加工時に導体部分に圧縮応力が負荷されても前記窪み部１０が緩衝作用を奏することから圧縮応力が軽減され、導体部分にクラック等の構造欠陥が生じるのを抑制することができる。
また、窪み部１０の平均深さＤｐは、導体部５ａと導体部５ｂとの間隙δの平均値よりも大きく形成するのが好ましい。すなわち、窪み部１０は、上述したように歪んだ円筒形状に形成されることから、例えば、窪み部１０の深さ（例えば、導体部５ａと導体部５ｂとの接続点から窪み部内周面までの距離や窪み部内周面間の最大距離等）を複数個所測定し、その深さの平均値を平均深さＤｐとすることができる。また、間隙δの平均値は、例えば導体部５ａと導体部５ｂとで形成される間隙を複数個所測定し、その測定値から容易に算出することができる。
そして、このように窪み部１０の平均深さＤｐを導体部５ａと導体部５ｂとの間隙δの平均値よりも大きく形成することにより、折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂにおける導体部分が折り曲げ加工により幅方向に突出するのをより効果的に抑制することができ、これにより導体部分を効果的に窪み部１０内に収めることが可能となり、折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂの内側に負荷される圧縮応力をより一層低減することができ、クラック等の構造欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
図８は、上記巻線体の分解斜視図である。
切欠部９が形成された折曲部位７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂを折り目線として山折りと谷折りとを交互に繰り返している。すなわち、図３の展開図において、例えば、連続薄帯１は折曲部位７ａで山折りされて引出部４ａと導体部５ａとが対向するように重畳され、次いで折曲部位６ａで谷折りされて導体部５ａと導体部５ｂとが対向するように重畳されている。以下同様に山折りと谷折りとが交互に繰り返され、折曲部位６ｂ、６ｄ、６ｆ、６ｈ、７ｂで山折りされ、折曲部位６ｃ、６ｅ、６ｇ、６ｉで谷折りされ、これら折曲部位６ａ、７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂを介して導体部５ａ～５ｊが重畳されて中空部２を有するように巻回され、これにより本実施の形態の巻線体が形成される。
このように本実施の形態は、折曲部位７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂに窪み部１０が形成されているので、折曲部位７ａ、６ａ～６ｊ、７ｂにおける導体部分を窪み部１０内に収容することができ、導体部分が外部に突出するのを抑制することができ、これにより巻線間で短絡が生じるのを抑制することができる。また連続薄帯１の折曲箇所に圧縮応力が負荷されても、前記窪み部１０が緩衝作用を奏することから圧縮応力が低減され、これによりクラック等の構造欠陥の発生を抑制することができる。
次に、上記巻線体の製造方法を説明する。
図９は、連続薄帯１の作製手順を示している。
まず、図９（ａ）に示すように、好ましくはコイル部品の駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下の厚みＴを有する所定サイズの導体板１１を用意する。次いで、導体板１１に打ち抜き加工やレーザ照射を施し、図９（ｂ）に示すように、階段状に切り出された切出部材２０を得る。次に、切出部材２０の所定位置に開口部が形成されかつ引出部４ａ、４ｂが形成されるように、打ち抜き加工を施し、図９（ｃ）に示すように、折曲部位７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂによって複数の導体部５ａ～５ｊに区分された連続薄帯１を得る。
図１０は巻線体の作製手順の一実施の形態を示す要部断面図であって、連続薄帯１の折曲部位６ａ（図９（ｃ）参照）で折り曲げ加工を施した場合を示している。
すなわち、図１０（ｄ）に示すように、切削、エッチング、或いは金型を使用した形状転写等の方法で、折曲部位６ａの一方の主面に、連続薄帯１の厚みＴに対し深さＤｔが１／４～３／４程度となるように折曲部位６ａに対し直交方向の断面がＵ字状の切欠部９を作製する。その他の折曲部位７ａ、６ｂ～６ｉ、７ｂについても、同様にこれら折曲部位７ａ、６ｂ～６ｉ、７ｂを折曲した際に内側に切り込みが形成されるように一方の主面又は他方の主面のいずれかに切欠部９を形成する。
そして、切欠部９が形成された連続薄帯１を例えば所定温度の絶縁ワニス溶液に浸漬し、前記連続薄帯１の両主面に絶縁性材料を塗布し、連続薄帯１の両主面を絶縁性被膜で被覆する。
次いで、図１０（ｅ）に示すように、導体部５ｂを矢印Ｅ方向に折り曲げ、さらに、図１０（ｆ）に示すように、導体部５ｂが導体部５ａに重畳状となるように折り曲げ、これにより空洞状の窪み部１０を形成する。
その他の切欠部が形成された各折曲部位７ａ、６ｂ～６ｉ、７ｂについても、山折り谷折りを適宜交互に繰り返し、これにより切欠部９が窪み部１０を形成し、開口部が連通するように連続薄帯１が螺旋状に巻回され、巻線体が作製される。
このように本巻線体の製造方法は、開口部８ａ，８ｂを有するように連続薄帯１を所定形状に切り出す工程と、連続薄帯１を折り曲げる折曲部位７ａ、６ｂ～６ｉ、７ｂに切欠部９を形成する工程と、切欠部９が窪み部１０を形成し開口部８ａ、８ｂが連通して螺旋状となるように、連続薄帯１に対し折曲部位７ａ、６ｂ～６ｉ、７ｂで折り曲げ加工を施す工程とを含むので、導体部間で短絡等が生じるのを抑制でき、日加工性が良好でクラック等の構造欠陥や導体損失が抑制された巻線体を効率良く製造することができる。
図１１は、上記巻線体を使用した本発明に係るコイル部品としてのリアクトルの斜視図である。
リアクトルは、磁性体材料及び樹脂材料を含有した磁心コア１２にコイル導体が埋設されており、該コイル導体が本発明の巻線体１３で形成されている。そして、これら巻線体１３及び磁心コア１２がケース１４に収容され、ケース１４の端部から巻線体１３の引出部４ａ、４ｂが突設されている。
このようにコイル部品としての本リアクトルは、コイル導体が上述した巻線体１３で形成されているので、導体損失が抑制され、巻線体１３の導電部分が巻線体の外部に突出するのを抑制することができ、巻線同士が短絡するのを回避することができ、クラック等の構造欠陥も抑制された高性能・高品質のリアクトル等のコイル部品を得ることができる。
本リアクトルは以下のようにして容易に作製することができる。
まず、磁性体粉末と樹脂材料とが所定比率に配合されたコア材料を用意する。次いで、所定形状の金型内に巻線体１３を配した後、該金型のキャビティにコア材料を供給し、該キャビティにコア材料を充填し、加圧・加熱して硬化させ、巻線体１３が磁心コア１２に埋設された成形体を一体形成する。その後、金型から成形体を取り出し、この成形体をケース１４に嵌入して該ケース１４に収容し、これにより上記リアクトル作製することができる。
図１２は、巻線体の他の実施の形態を示す要部断面図である。
すなわち、上記実施の形態では窪み部１０は空洞状であるが、この実施の形態では、窪み部１０にエポキシ等の絶縁性樹脂１５を充填させている。これにより絶縁性をより一層向上させることができると共に、巻線体で発生した熱を外部に効率よく放熱させることができ、放熱性を向上させることが可能となる。
尚、充填方法は、連続薄帯１を折曲部位７ａ、６ａ～６ｉ、７ｂで折り曲げた後、導体部５ａ～５ｊ間に絶縁性樹脂を注入してもよいし、折り曲げ加工を行う前に連続薄帯１に予め絶縁性樹脂を塗布しておいてもよい。
また、この他の実施の形態では、絶縁性樹脂１５は窪み部１０に注入され、充填されているが、絶縁性樹脂１５は、窪み部１０の少なくとも一部に充填されていればよく、前記窪み部１０の内部全域に充填したり、導体部５ａと導体部５ｂの間隙に充填するようにしてもよい。
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない限り、種々の変形が可能である。上記実施の形態では、巻線体は階段状に切り出された連続薄帯１を山折り、谷折りを交互に繰り返しているが、本発明は折曲部位の一方の面に切欠部を形成し、折り曲げ後に切欠部が窪み部を形成することが肝要である。したがって、連続薄帯の形状も限定されるものではなく、山折りを複数回連続したり或いは谷折りを複数回連続して折り曲げるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、切出部材２０を階段状に切り出した後、切出部材２０の所定位置に開口部及び引出部４ａ、４ｂを打ち抜き加工により形成しているが、切出部材２０、開口部８ａ、８ｂ及び引出部４ａ、４ｂの形成を打ち抜き加工により同時に一工程で形成するのも好ましい。
また、上記実施の形態では、折曲加工前に連続薄帯１に絶縁性被膜を形成しているが、折曲加工後に絶縁性被膜を形成するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
厚みが０．３ｍｍ、幅が１０ｍｍのＣｕ薄帯を用意し、実施例試料及び比較例試料を作製し、加工性を確認した。
（実施例試料）
図１３～１５は、切欠部を形成した実施例試料のＣｕ薄帯について、折り曲げ加工の加工手順を光学顕微鏡で撮像したものである。
まず、図１３に示すように、Ｃｕ薄帯５１の折曲部位５２にエッチング加工を施し、Ｕ字状の切欠部５３を形成した。尚、切欠部５３の深さＤｔはＣｕ薄帯５１の厚みＴの３／４程度（約０．２３ｍｍ）であった。
次いで、図１４に示すように、折曲部位５２を介してＣｕ薄帯５１が重なるように折り曲げ、さらに折り曲げると、図１５に示すように、切欠部５３は空洞状の窪み部５４を形成する。そして、折曲部位５２の内側部分はＣｕ薄帯５１の外側に突出することもなく窪み部５４内に収容されている。
したがって、切欠部が形成された連続薄帯を螺旋状に巻回して巻線体を形成した場合、巻線体の折曲部位の内側の導体同士が接触することもなく、巻線間で短絡が生じるのを抑制できると考えられる。
次に、折り曲げ加工後の実施例試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、観察した。
図１６は、倍率２００倍で撮像したＳＥＭ画像であり、図１７は、図１６のＳＥＭ画像について倍率１０００倍で撮像した拡大ＳＥＭ画像である。
この図１７に示すように、Ｃｕ薄帯５１の内側部分には折り曲げ加工により圧縮応力が負荷されても、空洞状の窪み部５４が緩衝作用を奏することからクラック等の構造欠陥が生じるのを抑制することができることが分かった。
（比較例試料）
図１８～２１は、切欠部を形成しなかった比較例試料のＣｕ薄帯について、折り曲げ加工の加工手順を光学顕微鏡で撮像したものである。
すなわち、図１８に示すような厚みが０．３ｍｍ、幅が１０ｍｍの折曲部位６２を有するＣｕ薄帯６１を用意した。そして、図１９に示すように、Ｃｕ薄帯６１を折曲部位６２でＵ字状に折り曲げ、さらに図２０及び図２１に示すように折り重ねた。するとＣｕ薄帯６１の内側部分が折り重なり圧縮されることから、図中、Ｐ部に示すように、折り重なった部分の一部が幅方向に突出することが分かった。したがって、比較例試料のように切欠部を有さない連続薄帯を使用して巻線体を形成した場合、巻線体の折曲部分の導体同士が接触し、巻線間で短絡が生じるおそれがある。
図２２は、比較例試料を倍率２００倍で撮像したＳＥＭ画像であり、図２３は、図２２のＳＥＭ画像について倍率１０００倍で撮像した拡大ＳＥＭ画像である。
この図２３に示すように、Ｃｕ薄帯６１の内側部分には折り曲げ加工により圧縮応力が負荷されることから、図中、Ｑに示すように折曲部位を起点にクラックが発生している。
このように比較例試料では扁平状のＣｕ薄帯６１を単に折り曲げているため、折り重なる導体部分が幅方向に突出したり、折り曲げ加工により折曲部位に圧縮応力が負荷され、クラック等の構造欠陥が認められた。
これに対し実施例試料では、Ｃｕ薄帯５１の折曲部位５２に切欠部５３を設け、該折曲部位５２で折り曲げているので、折り曲げ後は切欠部５３が空洞状の窪み部５４を形成することから、折曲部位５２の内側は窪み部５４に収容され、幅方向に突出するのを抑制することができる。また、折り曲げ加工時に圧縮応力が負荷されても、窪み部５４が緩衝作用を奏することからクラック等の構造欠陥を発生するのを抑制できることが確認された。
磁場解析ソフトを使用し、Ｃｕ薄帯（連続薄帯）の厚みＴがそれぞれ０．２ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．５ｍｍの各場合について、コイル部品の駆動周波数ｆが２００ｋＨｚの条件下、実効値が２８Ａ（ピークピーク値：８０Ａ）の交流電流をＣｕ薄帯に通電し、そのときのＣｕ薄帯と導体損失との関係をシミュレーションした。
図２４はそのシミュレーション結果であり、Ｃｕ薄帯の厚みと導体損失との関係を示している。図中、横軸はＣｕ薄帯の厚み（ｍｍ）であり、縦軸は導体損失（Ｗ）である。
この図２４から明らかなように、導体損失はＣｕ薄帯の厚みが０．３ｍｍ以下になると急激に低下している。
一方、Ｃｕ薄帯の表皮厚みｄは、［発明を実施するための形態］に記載した数式（１）で算出することができる。Ｃｕの電気抵抗率ρは１．６８×１０-8Ω・ｍ、Ｃｕの絶対透磁率μは１．２６×１０-6Ｈ／ｍであるから、駆動周波数２００ｋＨｚにおけるＣｕ薄帯の表皮厚みｄは０．１５ｍｍである。
したがって、Ｃｕ薄帯の厚みを駆動周波数の２倍以下とすることにより導体損失は急激に低減することが分かった。
また、１０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ未満の範囲で駆動周波数を種々異ならせてシミュレーションした結果、いずれの駆動周波数においてもＣｕ薄帯の厚みを当該駆動周波数の２倍以下とすることにより導体損失が急激に低減できることが分かった。
以上より、導体損失を低減させるためには連続薄帯の厚みＴを駆動周波数ｆに対する表皮厚みｄの２倍以下にすることが効果的であることが確認された。
加工性が良好で巻線間で短絡が発生したり、クラック等の構造欠陥が発生するのを抑制することができ、さらには導体損失を効果的に低減できる巻線体、及びこれを使用したリアクトル等のコイル部品を実現する。
１ 連続薄帯
２ 中空部
５ａ～５ｊ 導体部
６ａ～６ｉ、７ａ、７ｂ 折曲部位
９ 切欠部
１０ 窪み部
１２ 磁心コア
１３ 巻線体

Claims (14)

  1. 連続薄帯が螺旋状に巻回されたコイル部品用の巻線体であって、
    前記連続薄帯は、複数の折曲部位を有すると共に、該折曲部位によって複数の導体部に区分されて重畳状に折り曲げられ、
    空洞状の窪み部が、該窪み部の平均深さが前記導体部間に形成される間隙より大きくなるように前記折曲部位に形成されると共に、
    前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が前記窪み部に収容されていることを特徴とする巻線体。
  2. 絶縁性樹脂が、前記窪み部の少なくとも一部に充填されていることを特徴とする請求項１記載の巻線体。
  3. 前記連続薄帯は、シート状に展開された状態で少なくとも２つの連なる前記導体部を一組とした階段状とされると共に、前記階段状の前記連続薄帯が前記折曲部位で折り曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の巻線体。
  4. 前記連続薄帯は、厚みが前記コイル部品の駆動周波数に対する表皮厚みの２倍以下に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の巻線体。
  5. 前記連続薄帯は、厚みが前記駆動周波数の表皮厚み以上であることを特徴とする請求項４記載の巻線体。
  6. 平角線状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の巻線体。
  7. 表面が絶縁性被膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の巻線体。
  8. 連続薄帯を折り曲げて螺旋状に巻回し、巻線体を作製するコイル部品用の巻線体の製造方法であって、
    開口部を有するように前記連続薄帯を所定形状に切り出す工程と、
    前記連続薄帯を折り曲げる折曲部位の少なくとも一部に切欠部を形成する工程と、
    前記切欠部が空洞状の窪み部を形成し前記開口部が連通して重畳状となるように、前記連続薄帯に対し前記折曲部位で折り曲げ加工を施し、前記折曲部位を介して複数に区分された導体部を形成する工程とを含み、
    前記窪み部は、前記導体部における前記折曲部位の内側の導体部分が収容されるように形成すること特徴とする巻線体の製造方法。
  9. 絶縁性樹脂を前記窪み部の少なくとも一部に充填することを特徴とする請求項８記載の巻線体の製造方法。
  10. 前記所定形状は、階段状であることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の巻線体の製造方法。
  11. 前記折曲部位に対し直交方向の断面がＵ字状となるように前記切欠部を形成することを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の巻線体の製造方法。
  12. 前記連続薄帯は、厚みが前記コイル部品の駆動周波数に対する表皮厚みの２倍以下であることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の巻線体の製造方法。
  13. 磁性体材料を含有した磁心コアとコイル導体とを備えたコイル部品であって、
    前記コイル導体が請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の巻線体で形成されていることを特徴とするコイル部品。
  14. リアクトルであることを特徴とする請求項１３記載のコイル部品。
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