KR101890997B1

KR101890997B1 - 코일 장치

Info

Publication number: KR101890997B1
Application number: KR1020160148767A
Authority: KR
Inventors: 토노야마 쿄헤이; 사토우 나오키; 쿠도 타카시; 스가이 마사노리; 키타지마 야스히코; 모리타 마코토; 치바 야스노리
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-09-28
Also published as: KR20170064994A; JP6687881B2; JP2017103357A; CN106816262A; CN106816262B

Abstract

충격에 의한 크랙의 발생을 방지할 수 있는 코일 장치를 제공한다.
[해결수단] 절연 피복 와이어를 중공의 원통 형상으로 감아 이루어지는 코일부와, 자성재와 상기 자성재를 연결하는 결합재를 함유하고 있고, 상기 코일부를 덮는 자성재 함유부와, 상기 코일부에 둘러싸이는 코일 내부 영역에 배치되고 상기 코일부의 축 둘레를 둘러싸도록 형성되는 코일 내 수지 부분을 가지고 있고, 상기 자성재 함유부보다 수지 함유율이 높은 수지층을 가지고 있으며, 상기 수지층에서 상기 코일부의 축방향에 대한 적어도 일측 단부는 상기 코일 내부 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 코일 장치.

Description

코일 장치{COIL DEVICE}

본 발명은 인덕터 소자 등으로서 사용되는 코일 장치에 관한 것이다.

각종 전자·전기 기기에는 인덕터 소자 등으로서 많은 코일 장치가 탑재되어 있다. 예를 들면, 이러한 코일 장치의 일례로서, 열경화성 수지를 함유하는 결합재와 자성분말을 혼합한 압분체(壓粉體)로 코일부를 피복한 것이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본특허공개 2002－203731호 공보

그러나, 종래의 코일 장치에서는, 낙하 시의 충격이나 열충격 시에 자성재를 포함하는 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제가 있고, 특히, 코일부의 축이 코일 장치의 외주면과 교차하는 위치와 같은 자성재 함유부가 코일부의 내부를 통과하여 연속하는 부분에 충격에 의한 크랙이 발생하는 문제가 있다.

또, 종래의 코일 장치에서는, 코일부를 구성하는 와이어의 표면에 형성된 절연 피복이 성형 시에 가해지는 압력에 의해 자성재 함유부에 포함되는 자성재 등에 의해 손상되고, 와이어 표면의 절연성이 유지되지 않는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 성형 시의 압력을 낮게 제한하는 것이 생각되지만, 이러한 제한을 한 경우, 자성재 함유부의 밀도를 충분히 높일 수 없고, 자성재 함유부의 투자(透磁)율을 높이는 것이 어려운 문제가 발생한다.

본 발명은, 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 충격에 의한 크랙의 발생을 방지할 수 있는 코일 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 코일 장치는, 절연 피복 와이어를 중공의 원통형상으로 감아 이루어지는 코일부와,

자성재와 상기 자성재를 연결하는 결합재를 함유하고 있고, 상기 코일부를 덮는 자성재 함유부와,

상기 코일부로 둘러싸인 코일 내부 영역에 배치되고, 상기 코일부의 축 둘레를 둘러싸도록 형성되는 코일 내부 수지 부분을 가지며, 상기 자성재 함유부보다 수지 함유율이 높은 수지층를 가지고,

상기 수지층에 있어서의 상기 코일부의 축방향에 대한 적어도 일측 단부는 상기 코일 내부 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.

코일 내 수지 부분을 갖는 수지층은 코일 장치에 충격이 가해진 경우 완충부로서 작용하고, 충격에 의한 크랙이 자성재 함유부에 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 특히, 코일 내 수지 부분은, 코일 내부 영역에서, 코일부의 축 둘레를 둘러싸도록 형성되어 있고, 코일부의 축이 코일 장치의 외주면과 교차하는 위치 주변과 같은 비교적 크랙의 발생하기 쉬운 위치에서도 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 비록 수지층을 갖고 있어도, 수지층이 코일부의 전체를 감싸고, 자성체 함유부와 코일부를 이격하도록 형성되어 있는 경우, 자성재 함유부에 대한 충격을 흡수하는 작용이 충분히 작용하지 않는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에 따른 수지층에 있어서, 적어도 일측 단부는 코일 내부 영역에 위치하고 있고, 코일부의 외주를 둘러싸는 형상으로 되지 않기 때문에, 자성재 함유부에 전해지는 충격을 효과적으로 완화할 수 있다. 또, 코일의 성형 시에 있어서, 코일부에 압력이 가해진 경우에는 수지층이 변형하여 자성재 함유부로부터 코일부에 가해지는 압력을 흡수하고, 와이어의 절연 피복이 손상하는 문제를 방지할 수 있다. 때문에, 성형 시의 압력을 종래의 코일 장치보다 상승시키고, 자성재 함유부의 투자율을 향상시킬 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 코일 내 수지 부분은 상기 축방향을 따라 상기 코일부의 내주 측면에 대한 간격이 변하는 경사부를 가져도 좋고, 또, 상기 축방향을 따라 상기 코일부의 내주 측면에 대해 평행인 평행부를 가져도 좋다.

경사부나 평행부를 갖는 코일 내 수지 부분은 코일 내부 영역에서 축방향으로의 폭을 가지기 때문에, 축 둘레를 둘러싸는 형상에 맞추어 보다 입체적인 형상이 된다. 때문에, 이러한 코일 내 수지 부분을 가지는 코일 장치는, 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 수지층은 상기 코일부의 외측인 코일 외부 영역에 배치되고, 상기 코일 내 수지 부분의 타측 단부에 접속하는 코일 외 수지 부분을 가져도 좋다.

코일 외부 영역에 배치되는 코일 외 수지 부분도 코일 내 수지 부분과 마찬가지로 충격을 흡수할 수 있고, 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제를 방지하는 효과를 얻는다.

또, 예를 들면, 상기 수지층은 상기 절연 피복 와이어에 흐르는 전류에 따라 상기 자성재 함유부에 발생하는 자속의 흐름 방향에 대해 상기 자성재 함유부에 양측이 끼워지는 갭 조정부를 가져도 좋다.

갭 조정부를 가지는 코일 장치는 수지층의 갭 조정부의 두께나 형상을 변경하는 것에 의해 외형상이나 코일부의 내경 등을 변경하지 않아도 코일 장치의 자기 포화 특성 및 직류 중첩 특성을 용이하게 제어할 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 수지층은, 상기 자성재 함유부의 외표면까지 연속하고 있어도 좋다.

이러한 수지층을 갖는 코일 장치는, 자성재 함유부의 외표면 부근과 같은 비교적 크랙이 발생하기 쉬운 장소까지 수지층을 연속시킴으로써, 충격에 의해 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 수지층을 외표면까지 연속시킴으로써, 수지층을 자기갭으로서 적절하게 작용시킬 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 자성재 함유부에는 상기 결합재로서의 수지가 포함되어 있고, 상기 결합재로서의 수지는 상기 수지층에 포함되는 수지와 같은 수지여도 좋다.

결합재로서 자성재 함유부에 포함되는 수지나, 수지층에 포함되는 수지는 특히 한정되지 않지만, 자성재 함유부와 수지층의 재질을 유사하게 하여 결합성을 높이는 관점이나, 열팽창·수축 특성을 자성재 함유부와 유사하게 하여 내열 충격성을 높이는 관점으로부터 결합재로서의 수지는 수지층에 포함되는 수지와 같은 수지인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 코일 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 코일 장치의 단면 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 코일 장치의 일부 투명 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 코일 장치의 제조 공정을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 코일 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 코일 장치의 단면도이다.
도 7는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 코일 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 코일 장치의 단면도이다.

이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시형태에 근거해 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)는, 코일부(20)(도 3 참조)를 덮는 자성재 함유부(30)와, 수지 자성재 함유부(30)보다 수지 함유율이 높은 수지층(40)을 가지고 있다. 코일 장치(10)는, 예를 들면 노트북이나 휴대형 전자기기 등에 탑재되는 회로 소자(인덕터 소자)로서 사용되지만, 코일 장치(10)의 용도나 코일 장치(10)를 탑재하는 기기에 대해서는 특히 한정되지 않는다.

도 1의 일부 투시도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 자성재 함유부(30)의 내부에는 코일부(20)가 수용되어 있다. 코일부(20)는 절연 피복 와이어(20a)를 중공의 원통형상으로 감아 이루어진다. 절연 피복 와이어(20a)는, 전류가 흐르기 위한 도선과, 도선을 피복하는 절연 피복을 가진다. 코일부(20)에서 채용하는 절연 피복 와이어(20a)는 전류 방향에 대한 도선의 직교 단면 형상이 구형인 평각선이고, 원형 단면을 갖는 도선에 비해 코일부의 선 밀도를 높여 직류 저항을 저감할 수 있는 장점이 있다. 다만, 코일부(20)가 채용하는 절연 피복 와이어(20a)로서는 이것으로 한정되지 않고, 원형 단면을 갖는 것이어도 좋다.

절연 피복 와이어(20a)의 양측 단부(20aa)는 자성재 함유부(30)의 외표면(31)에 노출하고 있고, 외표면(31)에는 단부(20aa)에 접속하는 단자부(도시하지 않음)가 형성된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 절연 피복 와이어(20a)의 단부(20aa)에서는 도선이 절연 피복으로부터 노출하고 있고, 외표면(31)에 형성되는 단자부와의 전기적 접속이 확보된다. 단자부는, 자성재 함유부(30)의 외표면(31)에 도금 등에 의해 금속 피막을 형성하거나 금속 판재를 접합하는 것에 의해 형성되지만, 단자부의 종류 또는 형성 방법에 대해서는 특히 한정되지 않는다. 절연 피복 와이어(20a)와 단자부의 접합 방법도 용접이나 도전성 접착제를 사용한 접착 등을 들 수 있지만, 특히 한정되지 않는다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 중공의 원통형의 코일부(20)의 표면(21)은 코일부(20)의 축(B)을 향하는 내주 측면(21a)과, 코일부(20)의 외주 방향을 향하는 외주 측면(21b)과, 내주 측면(21a) 및 외주 측면(21b)과는 수직이고 서로 대향하는 상면(21c) 및 저면(21d)을 가진다. 또한, 실시형태의 설명에서는, 코일 장치(10)를 기판 등에 실장할 때 실장면에 가까운 측을 저면(21d), 저면(21d)에 대향하는 면을 상면(21c)으로 한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 코일 장치(10)에서 코일부(20) 이외의 부분은 코일부(20)로 둘러싸인 코일 내부 영역(12)과, 코일부(20)의 외측인 코일 외부 영역(14)으로 나눌 수 있다. 코일 내부 영역(12)은 코일부(20)의 축(B)에 직교하는 방향에 대해서는 코일부(20)의 축(B)으로부터 코일부(20)의 내주 측면(21a)까지의 영역이고, 코일부(20)의 축(B)에 따른 방향에 대해서는 코일부(20)의 상면(21c) 및 저면(21d)의 2개의 연장면에 끼워지는 영역이다. 이것에 대해서 코일 외부 영역(14)은 코일부(20)의 상면(21c) 및 그 연장면보다 상측 부분, 코일부(20)의 저면(21d) 및 그 연장면보다 하측 부분 및 코일부(20)의 외주 측면(21b)보다 외측의 부분으로 구성된다.

절연 피복 와이어(20a)의 도선은, 예를 들어 Cu, Al, Fe, Ag, Au, 인청동 등으로 구성되어 있다. 절연 피복층은, 예를 들어 폴리우레탄, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리에스테르-나일론 등으로 구성되어 있다.

코일 장치(10)의 단면을 나타내는 도 2에 나타내는 바와 같이, 자성재 함유부(30)는 코일 장치(10)의 개략적인 외형상을 규정하고 있으며, 대략 구형의 외형상을 가진다. 자성재 함유부(30)는 자성재와 그 자성재를 연결하는 결합재를 함유하고 있고, 후술하는 바와 같이, 자성재의 분말체 및 결합재를 포함하는 과립을 압축 성형 또는 사출 성형 등 하여 형성된다. 자성재 함유부(30)에 포함되는 자성재로서는 특히 한정되지 않지만, Mn－Zn, Ni－Cu－Zn 등 페라이트, 센더스트(Fe－Si－Al；철-실리콘-알루미늄), Fe－Si－Cr(철-실리콘-크롬), 퍼멀로이(Fe－Ni), 퍼멀로이(PB계, PC계), 카르보닐철계, 카르보닐 Ni계, 비결정(amorphous) 분말, 나노 크리스탈 분말 등을 들 수 있다. 결합재로서는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 실리콘 수지 등 수지, 및 이것들을 조합한 것 등을 들 수 있다.

자성재 함유부(30)는 코일 장치(10)에서 코어로서 기능한다. 자성재 함유부(30)는, 축부(32), 상부(33), 저부(34), 외주부(35)를 가지고 있다. 축부(32)는, 코일부(20)의 내부에 배치되는 부분이며, 코일부(20)의 내주 측면(21a)에 둘러싸인다. 상부(33)는 코일부(20)의 상방에 위치하고, 코일부(20)의 상면(21c)에 접촉한다. 저부(34)는 코일부(20)의 하방에 위치하고, 후술하는 수지층(40) 중 코일 외 수지 부분(42)을 코일부(20)의 저면(21d)과의 사이에 끼우는 상태로 배치된다. 외주부(35)는 코일부(20)의 외주에 배치되고, 코일부(20)의 외주 측면(21b)과 접촉한다.

자성재 함유부(30)를 구성하는 각 부분 중, 축부(32)는 코일 내부 영역(12)에 배치되어 있고, 기타 상부(33), 저부(34) 및 외주부(35)는 코일 외부 영역(14)에 배치되어 있다. 자성재 함유부(30)에 있어서의 축부(32), 상부(33), 저부(34) 및 외주부(35)에는 절연 피복 와이어(20a)로 흐르는 전류에 따라 도 2의 화살표 A로 나타내는 방향 또는 그 역방향의 자속의 흐름이 발생하다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 코일 장치(10)는 자성재 함유부(30)보다 수지 함유율이 높은 수지층(40)을 가진다. 수지층(40)은 코일 내부 영역(12)에 배치되고, 코일부(20)의 축(B)의 둘레를 둘러싸도록 형성되는 코일 내 수지 부분(41)과, 코일 외부 영역(14)에 배치되고, 코일 내 수지 부분(41)에 접속하는 코일 외 수지 부분(42)을 가진다.

본 실시 형태에 있어서, 코일 내 수지 부분(41)은 축(B) 방향을 따라 코일부(20)의 내주 측면 (21a)에 대한 간격이 변화하는 경사부로 구성되어 있다. 코일 내 수지 부분(41)은 축(B)의 둘레를 둘러싸는 링 형상을 가지고 있고, 보다 상세하게는 코일 내부 영역(12)에 배치되어 중심축이 축(B)과 대략 일치하는 뿔대(원추대, 타원추대 등)의 측면 형상에 가까운한 형상을 가지고 있다.

코일 외 수지 부분(42)은 코일부(20)의 저면(21d)과 자성재 함유부(30)의 저부(34) 사이에 끼워지는 부분과, 자성재 함유부(30)의 저부(34)로 외주부(35) 사이에 끼워지는 부분으로 구성된다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 코일 내 수지 부분(41)과 코일 외 수지 부분(42)은 서로 연속하고 있고, 하나의 수지층(40)을 형성하고 있다. 축(B)에 직교하는 방향으로부터 코일 장치(10)를 본 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수지층(40)에 있어서의 코일부(20)의 축(B) 방향에 대한 일측 단부인 상단부(40b)는 코일 내부 영역(12)에 위치한다. 이것에 대해서, 수지층(40)의 하단부(40c)는 코일 외부 영역(14)에 위치한다.

축(B) 방향에서 본 경우, 수지층(40)의 외주 형상은 구형이며, 중앙에 관통공이 형성되어 있다. 수지층(40)의 바깥 둘레는, 자성재 함유부(30)의 바깥 둘레에 일치하고, 수지층(40)은 자성재 함유부(30)의 외표면(31)까지 연속하고 있다.

수지층(40) 중, 경사부인 코일 내 수지 부분(41)과, 코일 외 수지 부분(42) 중 자성재 함유부(30)의 저부(34)와 외주부(35)의 사이에 끼워지는 부분은 도 2에서 화살표 A로 나타나는 자속의 흐름 방향에 대해, 자성재 함유부(30)에 양측이 끼워지고 갭 조정부로서 기능한다. 수지층(40)에서의 이러한 부분의 두께나 형상(예를 들면 수지층(40)의 중앙 관통공의 크기)을 변경함으로써 코일 장치(10)의 외형상이나 코일부(20)의 내경 등을 변경하지 않아도, 코일 장치(10)의 자기 포화 특성 및 직류 중첩 특성을 용이하게 제어할 수 있다.

또한, 자성재 함유부(30) 중, 외주부(35)와 저부(34)는 수지층(40)을 통해 접속되어 있는데 대해, 축부(32)와 상부(33), 상부(33)와 외주부(35)는 수지층(40)을 통하지 않고 직접 접속되어 있다.

수지층(40)의 두께는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.1~3μm로 하는 것이 바람직하고, 0.1~1μm로 하는 것이 더 바람직하다. 수지층(40)의 수지 함유율은 자성재 함유부(30)보다 높으면 특히 한정되지 않지만, 중량율로 20% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 40% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.

수지층(40)에 포함되는 수지는 특히 한정되지 않지만, 결합재로서 자성재 함유부(30)에 포함되는 수지와 같은 수지인 것이 바람직하다. 수지층(40)에 포함되는 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 실리콘 수지, 내열성 고무 등의 수지 및 이것들을 조합한 것 등을 들 수 있다. 또, 수지층(40)은 결합재로서 자성재 함유부(30)에 포함되는 수지와 같은 수지만으로 구성되어 있어도 좋다.

본 실시형태의 코일 장치(10)의 사이즈는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들어 폭 10~20mm, 깊이 10~20mm, 높이 1~10mm이다.

도 1 내지 도 3에 나타내는 코일 장치(10)의 제조 방법의 일례를 도 4를 이용하여 설명한다. 코일 장치(10)의 제조에서는, 우선, 코일 장치(10)의 자성재 함유부(30)의 저부(34)의 전체 및 축부(32)의 일부 재료인 하부 재료(134)(도 4(a) 참조)를 준비한다. 하부 재료(134)는 직방체 형상 부분과, 직방체 형상 부분의 일면에 형성된 뿔대 형상의 돌기부분으로 구성된다. 하부 재료(134)는 자성재의 분말체 및 결합재를 포함하는 과립을 압축 성형하여 형성된다.

그 다음, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 하부 재료(134)의 일면에 수지층(40)의 재료인 수지층 재료(140)를 형성한다. 수지층 재료(140)는 수지층(40)을 구성하는 수지를 포함하는 수지 용액을, 하부 재료(134)의 면 중 뿔대 형상의 돌기가 형성된 면에 스프레이 코팅하여 형성된다. 이때, 하부 재료(134)에서의 뿔대 형상의 돌기가 형성된 면 중, 수지층 재료(140)가 형성되지 않는 중앙 부분(뿔대 상부 바닥부분)은 스프레이 코팅 전에 마스크로 가려 둔다.

그 다음, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 하부 재료(134)의 표면에 형성된 수지층 재료(140) 위에, 공심 코일 상태로 준비된 코일부(20)를 설치한다. 더욱이, 도 4(b)와 같이 준비된 하부 재료(134), 수지층 재료(140) 및 코일부(20)를 금형 내에 설치하고 그 위로부터 자성재의 분말체 및 결합재를 포함하는 과립을 금형 내에 투입하여 가압한다. 이것에 의해, 도 4(b)에 나타내는 하부 재료(134), 수지층 재료(140) 및 코일부(20) 위에 자성재 함유부(30)에 있어서의 축부(32)의 타부, 상부(33) 및 외주부(35)의 재료가 되는 상부 재료(135)가 성형되고, 도 4(c)에 나타내는 바와 같은 코일 장치 재료(100)를 얻는다.

도 4(c)에 나타내는 코일 장치 재료(100)는 수지층 재료(140)에 포함되는 휘발 성분의 제거 및 자성재 함유부(30)에 포함되는 결합재로서의 수지의 경화를 위해 가열 처리된다. 더욱이, 가열 처리된 코일 장치 재료(100)의 표면에, 단부(20aa)(도 1 참조)에 도통하는 단자부를 배럴 도금 등에 의해 형성하여, 코일 장치(10)를 얻는다. 또한, 단자부를 형성하기 전에, 도 1에 나타내는 자성재 함유부(30)의 외표면(31)의 일부에 스퍼터링 도금 또는 도전 페이스트 등에 의해 단부(20aa)와 단자부를 전기적으로 접속하는 하지층(下地層)이 형성되어도 좋다.

도 2 등에 나타내는 코일 장치(10)에서는, 수지층(40)이 코일 장치(10)에 대해서 충돌에 의한 충격이나 열충격이 가해진 경우 완충부로서 작용하고, 충격에 의한 크랙이 자성재 함유부(30)에 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 특히, 수지층(40)은 코일부의 축(B)의 둘레를 둘러싸도록 형성되어 있는 코일 내 수지 부분(41)을 가지고 있고, 수지층(40)의 상단부(40b)가 코일 내부 영역(12)에 위치하고 있는 것으로부터, 충격에 의해 자성재 함유부에 크랙이 발생하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 수지층(40)에 있어서의 코일 내 수지 부분(41)과 코일 외 수지 부분(42)이 연속하고 있는 것에 의해 수지층(40) 전체를 통해 효과적으로 충격을 흡수할 수 있고, 충격에 의해 자성재 함유부(30)가 손상하는 문제를 방지할 수 있다.

또, 수지층(40)의 코일 외 수지 부분(42)이 자성재 함유부(30)의 외표면(31)까지 연속하고 있는 것에 의해, 자성재 함유부(30) 중, 코일부(20)의 외주측에 위치하는 외주부(35)와 같이 두께가 얇고 크랙이 비교적 발생하기 쉬운 부분에 대해서도 충격에 의한 크랙의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.

또, 수지층(40)은 성형 시에 압력이 가해진 경우 변형함으로써, 코일부(20)에 가해지는 압력을 흡수하는 쿠션 역할을 하고, 코일부(20)를 구성하는 절연 피복 와이어(20a)의 절연 피복이 손상하는 문제를 방지할 수 있다. 때문에, 이러한 코일 장치(10)의 제조에서는, 성형 시의 압력을 종래의 코일 장치보다 상승시킬 수 있고, 종래보다 높은 압력으로 성형된 코일 장치(10)에서는 자성재 함유부(30)의 투자율이 상승하고, 높은 L값을 갖는 코일 장치(10)를 실현할 수 있다.

수지층(40)의 형상은 특히 한정되지 않지만, 도 2에 나타내는 코일 장치(10)에서는, 코일 내 수지 부분(41)이 축(B) 방향을 따라 코일부(20)의 내주 측면 (21a)에 대해 경사하는 경사부로 되어 있다. 이러한 코일 장치(10)에서는 축(B)의 둘레를 둘러싸는 형상과 맞물려, 수지층(40)이 보다 입체적인 형상이 되기 때문에, 충격을 흡수하는 충격 흡수부로서 효과적으로 작용하고, 자성재 함유부(30)에 크랙이 발생하는 문제를 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 코일 장치(10)의 중앙부(축(B) 주변)에 크랙이 발생하는 문제를 방지하는 관점으로부터는, 코일 내 수지 부분(41)은, 코일부(20)의 내주 측면 (21a)에 대해 평행(도 5 참조)인 것보다 축(B) 방향을 따라 경사하고 있는 것이 바람직하다.

또, 코일 장치(10)는, 갭 조절부로서 기능하는 수지층(40)의 두께나 형상을 변경함으로써, 외형상이나 코일부(20)의 내경 등을 변경하지 않아도, 코일 장치(10)의 자기 포화 특성 및 직류 중첩 특성을 용이하게 제어할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 나타내는 코일 장치(10)의 형상이나, 도 4에 나타내는 코일 장치(10)의 제조는, 본 발명에 따른 코일 장치의 일실시형태에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위는 이것으로 한정되는 것은 아니다.

도 5는 제 2 실시형태에 따른 코일 장치(200)의 단면도이다. 코일 장치(200)는 수지층(240)의 형상이 다른 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 같다.

코일 장치(200)의 수지층(240)은, 코일부(20)의 내측인 코일 내부 영역(212)에 배치되어 있는 코일 내 수지 부분(241)과, 코일부(20)의 외측인 코일 외부 영역(214)에 배치되어 있는 코일 외 수지 부분(242)을 가지고 있다.

코일 내 수지 부분(241)은, 코일부(20)의 내주 측면(21a)을 따라 형성되어 있고, 코일부(20)의 축(B) 방향을 따라 코일부(20)의 내주 측면(21a)에 대해 평행인 평행부로 구성되어 있다. 코일 내 수지 부분(241)은 축(B)의 둘레를 둘러싸는 링 형상을 가지고, 보다 상세하게는, 코일 내부 영역(212)에 배치되어 있어 중심축이 축(B)과 대략 일치하는 타원 기둥의 측면 형상에 가까운 형상을 가지고 있다.

코일 외 수지 부분(242)은 코일부(20)의 저면(21d)과 자성재 함유부(230)의 저부(234) 사이에 끼워지는 부분으로 구성된다. 코일 장치(200)도 코일 장치(10)와 마찬가지로, 코일 내 수지 부분(241)과 코일 외 수지 부분(242)이 서로 연속하고 있고, 하나의 수지층(240)을 형성하고 있다. 축(B)에 직교하는 방향으로부터 코일 장치(200)를 본 경우, 수지층(240)에 있어서의 코일부(20)의 축(B) 방향에 대한 일측 단부인 상단부(240b)는 코일부(20)의 상면(21c)의 연장면과 대략 일치하고, 코일 내부 영역(212)에 위치한다.

축(B) 방향에서 본 경우, 수지층(240)의 외주 형상은 구형이고, 중앙에 관통공이 형성되어 있다. 다만, 수지층(40)의 바깥 둘레는, 자성재 함유부(230)의 바깥 둘레보다 작고, 수지층(240)은 자성재 함유부(230)의 외표면(231)까지 도달하지 않는다.

도 5에 나타내는 코일 장치(200)의 제조 방법은, 하부 재료(134)의 일면에 형성되는 돌기가 타원 기둥형이고, 수지층 재료(140)를 형성할 때 하부 재료(134)에 형성되는 마스킹의 형상이 다른 것을 제외하고, 도 4에 나타내는 코일 장치(10)의 제조 방법과 동일하다.

코일 장치(200)는 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 마찬가지로 코일 장치(200)에 대해 충돌에 의한 충격이나 열충격이 가해진 경우에, 수지층(240)이 완충부로서 작용하고, 충격에 의한 크랙이 자성재 함유부(230)에 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또, 코일 내 수지 부분(241) 및 코일 외 수지 부분(242)이 모두 코일부(20)에 밀착하고 있기 때문에 코일부(20)에 가해지는 압력을 흡수하는 쿠션 역할을 적절하게 하고, 자성재 함유부(230)을 성형할 때에, 코일부(20)를 구성하는 절연 피복 와이어(20a)의 절연 피복이 손상하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 6은, 제 3 실시형태에 따른 코일 장치(300)의 단면도이다. 코일 장치(300)는 수지층(340)의 형상이 다른 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 같다.

코일 장치(300)의 수지층(340)은 코일부(20)의 내측인 코일 내부 영역(312)에 배치되어 있는 코일 내 수지 부분만으로 구성되어 있다.

코일 내 수지 부분인 수지층(340)은, 코일부(20)의 내주 측면(21a)을 따라 형성되어 있고, 코일부(20)의 축(B) 방향에 따라 코일부(20)의 내주 측면(21a)에 대해 평행인 평행부(340a)와, 축(B) 방향에 직교하는 방향을 따라 평행부(340a)를 접속하는 상부 바닥부(340b)를 가진다. 수지층(340)은, 코일부(20)의 축(B)의 둘레를 둘러싸도록 형성되어 있는 캡 형상의 외형상을 가지고, 보다 상세하게는, 중심축이 축(B)과 대략 일치하도록 코일 내부 영역(312)에 배치되어 있고, 일측 바닥(상부 바닥)만 가지는 중공의 타원 기둥에 유사한 형상을 가지고 있다.

축(B)에 직교하는 방향으로부터 코일 장치(300)를 본 경우, 상부 바닥부(340b)는 수지층(340)에 있어서의 코일부(20)의 축(B) 방향에 대한 일측 단부를 구성하고 있고, 코일 내부 영역(312)에 위치한다.

축(B) 방향으로부터 본 경우, 수지층(340)의 외주 형상은 대략 타원이고, 수지층(40)이나 수지층(240)과는 달라 관통공은 형성되어 있지 않다. 상부 바닥부(340b)는, 자성재 함유부(330)에 형성되는 자속의 흐름 방향에 대해, 자성재 함유부(330)에 양측이 끼워지고 갭 조정부로서 기능한다.

도 6에 나타내는 코일 장치(300)의 제조 방법은, 하부 재료(134)의 일면에 형성되는 돌기가 타원 기둥형이며, 수지층 재료(140)를 형성할 때 하부 재료(134)에 형성되는 마스킹의 형상이 다른 것을 제외하고, 도 4에 나타내는 코일 장치(10)의 제조 방법과 같다.

코일 장치(300)는 제 1 실시형태 및 제2 실시형태에 따른 코일 장치(10, 200)와 마찬가지로, 코일 장치(300)에 대해 충돌에 의한 충격이나 열충격이 가해진 경우 수지층(340)이 완충부로서 작용하고, 충격에 의한 크랙이 자성재 함유부(330)에 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또, 수지층(340)은, 코일부(20)에 가해지는 압력을 흡수하는 쿠션의 역할을 적절하게 하고, 자성재 함유부(30)를 성형할 때에, 코일부(20)를 구성하는 절연 피복 와이어(20a)의 절연 피복이 손상하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.

또, 코일 장치(300)는 상부 바닥부(340b)의 두께를 변경함으로써, 코일 장치(10)의 자기 포화 특성 및 직류 중첩 특성을 용이하게 제어할 수 있다.

도 7은, 제4 실시형태에 따른 코일 장치(400)의 단면도이다. 코일 장치(400)는 수지층(440)이 도 2에 나타내는 수지층(40)에 있어서의 코일 내 수지 부분(41)에 상당하는 부분으로만 구성되는 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 같다.

도 7에 나타내는 코일 장치(400)의 제조 방법은, 수지층 재료(140)를 형성할 때에 하부 재료(134)에 형성되는 마스킹의 형상이 다른 것을 제외하고, 도 4에 나타내는 코일 장치(10)의 제조 방법과 같다.

코일 장치(400)는 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 마찬가지로 코일 장치(400)에 대해 충돌에 의한 충격이나 열충격이 가해진 경우에 수지층(440)이 완충부로서 작용하고, 충격에 의한 크랙이 자성재 함유부(430)에 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또, 코일 장치(400)는 수지층(440)의 두께나 형상을 변경함으로써, 코일 장치(400)의 자기 포화 특성 및 직류 중첩 특성을 용이하게 제어할 수 있다.

도 8은 제 5 실시형태에 따른 코일 장치(500)의 단면도이다. 코일 장치(500)는 수지층(540)에 있어서의 코일 내 수지 부분(541)의 형상이 도 2에 나타내는 수지층(40)에 있어서의 코일 내 수지 부분(41)과는 다른 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 같다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 수지층(540)에 있어서의 코일 내 수지 부분(541)은 축(B) 방향을 따라 코일부(20)의 내주 측면(21a)에 대한 간격이 변화하는 경사부(541a)와, 축(B) 방향에 직교하는 방향을 따라 경사부(541a)를 접속하는 상부 바닥부(541b)를 가진다. 코일 내 수지 부분(541)은 하부를 향해 통로가 확대하는 캡 형상을 가지고, 보다 상세하게는, 코일 내부 영역(12)에 배치되고, 중심축이 축(B)과 대략 일치하며, 상부 바닥만을 가지는 중공의 원뿔대에 유사한 형상을 가지고 있다.

코일 장치(500)는 도 3에 나타내는 방법과 같은 방법으로 제조하는 것도 가능하지만, 하기 제조 방법에 의해 제조할 수도 있다. 즉, 코일 장치(500)의 제조 방법에서는, 우선, 자성재의 분체 및 결합재로서의 수지를 포함하는 과립을 금형에 투입하고, 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 뿔대 형상의 돌기를 갖는 하부 재료를 가압 성형한다. 가압 성형되는 하부 재료의 형상은, 도 8에 나타내는 코일 장치(500)에 있어서의 자성재 함유부(530)의 하측부(530a)에 해당한다. 또, 이 하부 재료를 성형할 때, 금형에서의 원뿔대 형상의 돌기와 접촉하는 면에 수지로 제조된 이형필름을 장착해 둔다. 이것에 의해, 성형된 하부 재료에서 이형필름에 접촉하고 있던 면에는 과립 안에 결합재로서 포함되어 있는 수지가 집중하고, 수지층(540)으로 되는 수지층 재료가 형성된다.

다음에, 수지층 재료가 형성된 하부 재료 위에 코일부(20)를 장착한다. 더욱이, 자성재와 결합재를 포함하는 과립을 상측부(530b)의 형상으로 성형함으로써 별도 준비한 상부 재료를 코일부(20)를 사이에 두고 하부 재료와 조합한다. 그 다음, 코일 장치(10)와 마찬가지로 가열 처리를 한 후, 단자부를 형성하고 코일 장치(500)를 얻는다.

코일 장치(500)는 제 1 실시형태에 따른 코일 장치(10)와 같은 효과를 얻는다.

이하, 본 발명을 더 상세한 실시예에 근거해 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다.

(시료 제작)

도 4에 나타내는 바와 같이, 자성체와 결합재를 포함하는 과립에 의해 하부 재료(134)를 성형한 후, 그 표면에 스프레이 코팅에 의해 수지층 재료(140)를 형성하고(도 4(a)), 수지 재료(140) 위에 코일부(20)를 마련하여 금형 내에 투입한다(도 4(b)). 더욱이, 자성체와 결합재를 포함하는 과립을 금형 내에 투입하고 가압 성형하여 코일 장치 재료(100)를 얻은 후 코일 장치 재료를 가열 처리하여 코일 장치(10)를 얻었다. 또한, 비교예인 시료 1 및 시료 2의 작성 시는, 수지층 재료(140)를 형성하는 공정을 생략했다. 시료의 조건은 다음과 같다.

·과립：자성재로서 Fe－Si－Cr합금(평균 입경 0.5~10μm) 100g에 물에 용해한 실란 커플링제를 가하고, 110℃에서 30분 가열하여 자성재 표면에 절연 피막을 형성했다. 상기 자성재에 아세톤에 희석한 에폭시 수지를 자성 분말 중량에 대해 3 중량% 가하고 교반한 후, 250미크론의 그물코의 메쉬를 통과시키고, 실온에서 24시간 건조시켜 과립을 얻었다.

·코일부：절연 피복 와이어(선재：AIW(단면 0.06×0.3mm), 절연 피막：폴리아미드이미드)를 사용하여 작성한 공심(空芯) 코일(10T, 내경 1.3mm)를 사용했다.

·수지층 재료：아세톤에 희석한 에폭시 수지를 사용했다.

·성형 압력：2t~6t(표 1 참조)

·가열 조건：170℃ 1.5시간

·코일 장치 치수：2.0×1.6×0.7mm(2016 사이즈)

수지층 두께：0μm, 0.1μm, 1.0μm, 3.0μm

(시험)

위에서 설명한 바와 같이 하여 얻어진 No.1~No.6의 시료에 대해 충격시험과 실효μi의 측정, 피막 손상 시험, 직류 중첩 특성의 측정을 실시했다. 결과를 표 1에 표시한다. 또, 각 시험 조건은 다음과 같다.

충격시험：저온(－55℃)에서 고온(＋125℃)의 온도 변화를, 1000사이클 행하고, 시험 전후의 각 시료의 특성값(인덕턴스 값)의 변화가 허용 범위 내인지를 확인. 인덕턴스 값의 변화가 10% 이내인 수준을 양품으로 판단.

직류 중첩 특성：주파수 1.000kHz, 인가 전압 0.5V, 온도 23℃, 직류 전류 0~5A(1kHz의 인덕턴스)

실효μi：직류 중첩(상술) 했을 때의 실효 초기 투자율을 측정.

피막 손상 시험：절연 피막의 손상에 의해 코일부에 쇼트가 발생하지 않은 것을 각 시료의 특성값(인덕턴스 값)의 측정에 의해 확인. 1000kHz의 인덕턴스 값의 변화가 10% 이내이면서 주파수를 변화시켜 인덕턴스 값을 측정했을 때, 소정의 공진 피크를 볼 수 있는 수준을 양품으로 판단.

(평가)

수지층을 갖는 시료 No.3~No.6은 충격시험에서 향상을 볼 수 있고, 수지층을 가지지 않는 시료 No.1보다 내충격성이 향상하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 수지층이 없는 경우, 성형 압력 4t/cm²(시료 No.2)에서 코일부의 피막 손상이 발생하고, 더 이상 성형 압력을 높이는 것이 곤란한 것이 판명되었지만, 수지층을 갖는 경우(시료 No.2~시료 No.6), 성형 압력 6t/cm²에서도 피막 손상은 발생하지 않고, 수지층이 없는 경우에 비해 성형 압력을 높일 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 수지층을 갖는 시료 No.3, 시료 No.4로부터 성형 압력을 높이는 것에 의해 실효μi를 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 더욱이, 수지층의 두께를 0.1~3.0μm의 사이에 변화시킨 시료 No.4~시료 No.6의 비교로부터, 수지층의 두께에 의해 코일 장치의 직류 중첩 특성을 변경할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

10, 200, 300, 400, 500 코일 장치
20 코일부
20a 절연 피복 와이어
20aa 단부
21a 내주 측면
21d 저면
30, 230, 330, 430, 530 자성재 함유부
31, 231 외표면
33 상부
34, 234, 334 저부
35, 235, 335 외주부
40, 240, 340, 440, 540 수지층
41, 241, 541 코일 내 수지 부분
541a 경사부
42, 242 코일 외 수지 부분

Claims

절연 피복 와이어를 중공의 원통형상으로 감아 이루어지는 코일부와,
자성재와 상기 자성재를 연결하는 결합재를 함유하고, 상기 코일부를 덮는 자성재 함유부와,
상기 코일부로 둘러싸이는 코일 내부 영역에 배치되고, 상기 코일부의 축의 둘레를 둘러싸도록 형성되는 코일 내 수지 부분을 가지고, 상기 자성재 함유부보다 수지 함유율이 높은 수지층을 가지며, 상기 수지층에서 상기 코일부의 축방향에 대한 적어도 일측 단부는 상기 코일 내부 영역에 위치하고,
상기 코일 내 수지 부분은 상기 축방향을 따라 상기 코일부의 내주 측면에 대한 간격이 변하는 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
절연 피복 와이어를 중공의 원통형상으로 감아 이루어지는 코일부와,
자성재와 상기 자성재를 연결하는 결합재를 함유하고, 상기 코일부를 덮는 자성재 함유부와,
상기 코일부로 둘러싸이는 코일 내부 영역에 배치되고, 상기 코일부의 축의 둘레를 둘러싸도록 형성되는 코일 내 수지 부분을 가지고, 상기 자성재 함유부보다 수지 함유율이 높은 수지층을 가지며, 상기 수지층에서 상기 코일부의 축방향에 대한 적어도 일측 단부는 상기 코일 내부 영역에 위치하고,
상기 수치층은 상기 축방향을 따라 상기 코일부의 내주 측면에 대해 평행이고, 상기 축방향에 대한 적어도 일측 단부가 상기 코일 내부 영역에 위치하는 평행부를 가지는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지층은, 상기 코일부의 외측인 코일 외부 영역에 배치되고, 상기 코일 내 수지 부분에 접속하는 코일 외 수지 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지층은 상기 절연 피복 와이어에 흐르는 전류에 따라 상기 자성재 함유부에 발생하는 자속의 흐름 방향에 대해 상기 자성재 함유부에 양측이 끼워지는 갭 조정부를 가지는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 수지층은 상기 절연 피복 와이어에 흐르는 전류에 따라 상기 자성재 함유부에 발생하는 자속의 흐름 방향에 대해 상기 자성재 함유부에 양측이 끼워지는 갭 조정부를 가지는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지층은 상기 자성재 함유부의 외표면까지 연속하고 있는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자성재 함유부에는 상기 결합재로서의 수지가 포함되어 있고, 상기 결합재로서의 수지는 상기 수지층에 포함되는 수지와 같은 수지인 것을 특징으로 하는 코일 장치.
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