WO2019171652A1 - コイル部品およびその製造方法 - Google Patents

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森長　哲也
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株式会社村田製作所
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    • Y10T29/53178—Chip component

Definitions

  • the present invention relates to a coil component and a manufacturing method thereof, and particularly to a coil component including a coil conductor wound around a core and a manufacturing method thereof.
  • the annular core and the spiral conducting wire form a chain structure.
  • the magnetic flux passes through the core while being confined in the annular core, thereby forming a closed magnetic circuit. Therefore, the magnetic flux in the core is not affected by the change in the state outside the core, and there is almost no magnetic flux outside the core.
  • Such a toroidal coil has a small magnetic resistance of the magnetic path, when compared with the same number of wire turns, the same core cross-sectional area, and the same magnetic path length, compared to an air core type or open magnetic circuit type coil, More magnetic flux can be generated and a larger inductance value can be realized.
  • the toroidal coil in order to manufacture the toroidal coil, it is necessary to perform a process of spirally winding a conductive wire around at least a part of the annular core as a winding core. At this time, since the winding core portion is provided by at least a part of the annular core, it is necessary to repeat passing the conducting wire through the through-hole of the core every turn. However, this process is difficult to mechanize and usually requires cumbersome manual work.
  • Patent Document 1 the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-68364 (Patent Document 1) or the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-203762 (Patent Document 2) can be used to avoid the complicated manual work described above. There is.
  • a spiral conductive wire is to be realized by alternately connecting a plurality of inverted U-shaped conductors and a plurality of conductor films on a wiring board.
  • An annular core is disposed in alignment with the membrane, and then a plurality of inverted U-shaped conductors are disposed while arranging a plurality of inverted U-shaped conductors across the core in order to realize a spiral conductive wire.
  • a method for manufacturing a toroidal coil is described in which the conductors of the present invention and a plurality of conductor films on a wiring board are joined by soldering.
  • Patent Document 1 and the technique described in Patent Document 2 both have a number of steps for manufacturing a toroidal coil, as compared with the manual operation of passing a lead wire through the core through hole every turn. There is a problem of becoming more.
  • at least a step of bonding the split surfaces of the cores must be added.
  • at least a process of soldering a plurality of inverted U-shaped conductors and a plurality of conductor films on the wiring board must be added.
  • a terminal electrode is provided along the surface of the core, and each end portion of the spiral conductive wire is joined to the terminal electrode. Also in this case, since the spiral conductive wire and the terminal electrode are separate bodies, there is a concern about reliability at the joint portion.
  • the miniaturization of coil parts has progressed, and the market demand has reached, for example, a longitudinal dimension of 1 mm or less.
  • a longitudinal dimension of 1 mm or less in the present situation, in the toroidal coil having such dimensions, it is necessary to wind the annular core, but it must be said that it is almost impossible to wind the annular core. Winding is impossible by hand, and there is no such small-sized automatic winding machine even if it is based on an automatic winding machine. This is due to the mechanical strength of the miniaturization limit, but the main reason is due to insufficient strength (no waist) of the conducting wire wound.
  • an object of the present invention is to provide a wire-wound coil component that does not have a joint portion that may be a concern for reliability even with respect to electrical elements such as a helical conductor and a terminal electrode and an annular core. That is.
  • Another object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing a coil component that does not have a joining portion that is concerned about reliability and that can be reduced in size, for example, 1 mm or less in longitudinal dimension. It is to be.
  • the present invention is first directed to a wire-wound coil component having an annular core.
  • the coil component according to the present invention is: An annular core having at least a part of a winding core part and having a through hole, and an integral structure made of a non-conductive material, and A coil conductor having a monolithic structure, comprising: a spiral conducting wire arranged so as to extend spirally around the core portion; and first and second terminal electrodes respectively formed at both ends of the spiral conducting wire; It is characterized by having.
  • the coil conductor having the core and the spiral conductive wire and the terminal electrode has an interlinkage structure, but is an integral structure, and therefore there is no joint portion that may be deteriorated in characteristics or reliability. .
  • the core is made of a magnetic material and forms a completely closed magnetic circuit. According to this configuration, a high inductance value can be obtained in the coil component.
  • the core has a drum-like shape in addition to the core portion, the first and second flange portions respectively provided at the first end and the second end on the opposite sides of the core portion. And a plate-like portion that is integrated with the drum-like portion and is passed between the first and second flanges in a state of facing the core portion while forming the through hole.
  • the spiral conductive wire is integrated with the core portion, and the first and second terminal electrodes are integrated with the first and second flange portions, respectively.
  • the coil component can be in a form suitable for surface mounting.
  • a shape holding member made of an electrically insulating material filled at least between the core portion and the plate-like portion is further provided, and at least the core portion and the plate-like portion of the spiral conductive wire.
  • the portion located between the two is buried in the shape holding member.
  • the shape holding member functions to hold the shape of the wall surface that defines the through hole of the core. Therefore, since the space between the core portion and the plate-like portion is filled with the shape holding member, the strength of the coil component can be increased.
  • the shape holding member described above is preferably made of glass. Glass is relatively inexpensive, and the shape-retaining member made of glass does not adversely affect the electrical characteristics of the coil component.
  • the shape holding member may be provided so as to cover each part of the spiral lead wire and the core part, and the first and second terminal electrodes. According to this configuration, since the shape maintaining member covers the main part of the coil component including the helical lead wire, the environmental resistance of the coil component can be improved.
  • the spiral conducting wire has a circular cross section. According to this configuration, stray capacitance generated between adjacent turns of the spiral conducting wire can be reduced.
  • each of the first and second terminal electrodes preferably has a shape that cannot pass through the through hole of the core. According to this configuration, the reliability of electrical connection and mechanical fixing with the mounting substrate in the mounted state of the coil component can be improved.
  • This preferred configuration is a characteristic configuration that is possible only by employing the following manufacturing method.
  • the present invention provides the above-described coil component, that is, an annular core having at least a part of a core part and having a through-hole, which is made of a non-conductive material, and spiral around the core part. And a coil conductor having a monolithic structure, each of which has a helical conductor arranged so as to extend and first and second terminal electrodes respectively formed at both ends of the helical conductor. Also directed to the method.
  • the manufacturing method of the coil component which concerns on this invention three-dimensionally shapes a core, a coil conductor, and the shape holding member for hold
  • a 3D printer it is possible to integrally model the core and the coil conductor, and more specifically, the core part of the interlaced structure and the spiral conductive wire.
  • the shape maintaining member enables three-dimensional modeling of the core and the coil conductor while maintaining the shape of the through hole.
  • an inkjet discharge type 3D printer is used as the 3D printer, and the core is modeled with the non-conductive material powder-containing solution, and the coil conductor is modeled with the conductive metal powder-containing solution. And the step of shaping the shape-retaining member with the electrically insulating material powder-containing solution. And the said manufacturing method is further equipped with the process of baking the core shape
  • an inkjet discharge type 3D printer is used as the 3D printer, the step of modeling the core with a solution containing a non-conductive material powder, the coil conductor is a conductive metal powder
  • a step of shaping with the containing solution and a step of shaping the shape holding member with the resin-containing solution may be performed.
  • the said manufacturing method is further equipped with the process of baking the core shape
  • a magnetic powder-containing solution is used as the non-conductive material powder-containing solution
  • a copper powder-containing solution or a silver powder-containing solution is used as the conductive metal powder-containing solution.
  • the electrical insulating material powder-containing solution a low dielectric constant glass powder-containing solution, an alumina powder-containing solution, or a zirconia powder-containing solution is used.
  • both the annular core and the coil conductor having the helical lead wire and the terminal electrode have an integral structure, there are no joint portions where reliability is a concern. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable coil component both electrically and mechanically.
  • the coil component having the annular core and the spiral conductor and the terminal electrode is in an interlinked structure, but the coil component is an integral structure. It is manufactured through a three-dimensional modeling process. Therefore, it is possible to easily manufacture a coil component that has no joint portion that is concerned about reliability and is downsized in a longitudinal dimension of, for example, 1 mm or less.
  • FIG. 2 is a front view illustrating a manufacturing method of the coil component 1 illustrated in FIG. 1 and illustrating a modeled object 16a immediately after the start of three-dimensional modeling using a 3D printer. It is a front view which shows the molded article 16b obtained by continuing 3D modeling from the state shown in FIG. It is a front view which shows the molded article 16c obtained by further continuing three-dimensional modeling from the state shown in FIG.
  • FIG. 16 It is sectional drawing which expands and shows a part of molded article 16c shown in FIG. It is a front view which shows the modeling thing 16d obtained by further continuing three-dimensional modeling from the state shown in FIG. It is a front view which shows the molded article 16e obtained by further continuing three-dimensional modeling from the state shown in FIG. It is a front view which shows the modeling thing 16f obtained by further continuing three-dimensional modeling from the state shown in FIG. It is a front view which shows 16 g of modeling objects obtained by continuing 3D modeling further from the state shown in FIG. 11, and completing modeling.
  • (A) shows the inductance characteristic of the coil component according to the embodiment of the present invention
  • (B) shows the inductance characteristic of the coil component according to the comparative example outside the scope of the present invention.
  • the illustrated coil component 1 constitutes a single coil, for example.
  • the coil component 1 includes a core 2, a coil conductor 3, and a shape holding member 4.
  • the shape holding member 4 is shown as a one-dot chain line as being transparent.
  • the core 2 is made of a non-conductive material, but is preferably made of a magnetic material such as ferrite or a metal magnetic material. However, the core 2 may be made of a nonmagnetic material such as alumina.
  • the core 2 includes a core part 5 having a rectangular cross section, and first and second flange parts 6 and 7 provided at first and second ends on the opposite sides of the core part 5, respectively.
  • a drum-like portion 8 is provided, and a plate-like portion 9 is provided between the first and second flange portions 6 and 7. The plate-like portion 9 faces the core portion 5.
  • the core 2 When the core 2 is made of a magnetic material, it forms a completely closed magnetic path and is an integral structure. That is, the drum-like portion 8 and the plate-like portion 9 are integrated.
  • the core 2 has a through hole 10 formed between the core portion 5 and the plate-like portion 9 facing each other, and has a ring shape as a whole.
  • the coil conductor 3 includes a spiral conducting wire 11 disposed so as to extend spirally around the core portion 5, and first and second terminal electrodes 12 and 13 formed at both ends of the spiral conducting wire 11, respectively. And having. More specifically, the first and second terminal electrodes 12 and 13 form connection pieces 14 and 15 projecting into the through-hole 10, respectively, and the spiral conductive wire 11 is connected to the connection pieces 14 and 15. Are connected to each other.
  • the coil conductor 3 is an integral structure. Therefore, the spiral conducting wire 11 and the first and second terminal electrodes 12 and 13 are integrated.
  • the spiral conducting wire 11 is preferably circular in cross section (see FIG. 8). According to this configuration, stray capacitance generated between adjacent turns of the spiral conducting wire 11 can be reduced.
  • the first and second terminal electrodes 12 and 13 need to have a predetermined size or more. is there.
  • each of the first and second terminal electrodes 12 and 13 has a shape incapable of passing through the through hole 10 of the core 2, for example, each of the first and second terminal electrodes 12 and 13 is The dimension is larger than that of the through hole 10.
  • the shape holding member 4 is for holding the shape of the wall surface of the core 2 that defines the through hole 10, and is filled at least between the core portion 5 and the plate-like portion 9. Accordingly, at least a portion of the spiral conductive wire 11 located between the core portion 5 and the plate-like portion 9 is buried in the shape holding member 4. Thus, if the space between the core part 5 and the plate-shaped part 9 is filled with the shape holding member 4, the strength of the coil component 1 can be increased.
  • the shape holding member 4 has an important function that enables three-dimensional modeling using a 3D printer, which is performed in a manufacturing method described later.
  • the shape holding member 4 is made of an electrically insulating material such as glass, alumina, or zirconia. Especially, it is preferable that the shape holding member 4 consists of glass. This is because glass is relatively inexpensive and the shape retaining member 4 made of glass does not adversely affect the electrical characteristics of the coil component 1.
  • the shape holding member 4 is provided so as to cover each part of the spiral conductive wire 11 and the core 5 and the first and second terminal electrodes 12 and 13. According to this configuration, since the shape maintaining member 4 covers the main part of the coil component 1 including the spiral conducting wire 11, the environmental resistance of the coil component 1 can be improved.
  • the manufacturing method described here is characterized in that the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 are three-dimensionally shaped using a 3D printer.
  • the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 are three-dimensionally shaped using a 3D printer.
  • FIG. 12 shows a shaped article 16g obtained by turning the coil component 1 shown in FIG. 2 upside down. By sequentially performing the steps described below, the shaped article 16g shown in FIG. 12 is obtained.
  • a modeling table 17 is prepared, and three-dimensional modeling using a 3D printer is started on the modeling table 17. Soon after the start of the three-dimensional modeling, a modeled object 16a to be a part of the shape holding member 4 is obtained on the modeling table 17.
  • the spiral conductive wire 11 has a circular cross section and is in contact with the core 5 while being embedded in the shape holding member 4. I understand that. Further, it is well shown in FIG. 8 that a predetermined interval is placed between adjacent turns of the spiral conducting wire 11 and these interval portions are filled with the shape maintaining member 4. Note that, depending on the resolution of the 3D printer used, the cross-sectional shape of the spiral conductive wire 11 may be a jagged outline instead of drawing a beautiful circular outline as shown in FIG.
  • the heights of the shape-retaining member 4, the spiral conductive wire 11, and the first and second flange portions 6 and 7, which are to be part of the coil conductor 3, are increased.
  • a shaped article 16d having a portion to be a part of each of the first and second terminal electrodes 12 and 13 is generated.
  • modeling of the core part 5 has been completed.
  • the 1st and 2nd terminal electrodes 12 and 13 are modeled with the 1st and 2nd collar parts 6 and 7, respectively, they are integrated with the 1st and 2nd collar parts 6 and 7. .
  • FIG. 10 there is a modeled object 16 e in which the heights of the first and second flange portions 6 and 7 and the portions to be part of the first and second terminal electrodes 12 and 13 are further increased. can get.
  • the modeled object 16e modeling of the shape holding member 4 and the spiral conductive wire 11 is completed.
  • the heights of the first and second flange portions 6 and 7 and the portions to be part of the first and second terminal electrodes 12 and 13 are further increased, and the plate in the core 2 is also increased.
  • a modeled object 16f in which modeling of the shaped part 9 is started is generated.
  • the through-hole 10 is formed between the core part 5 and the plate-shaped part 9, since the through-hole 10 is filled with the shape holding member 4, modeling of the plate-shaped part 9 by a 3D printer is possible. It should be noted that
  • FIG. 12 the modeling of the first and second flange portions 6 and 7, the first and second terminal electrodes 12 and 13 and the plate-like portion 9 is completed, and the coil component 1 shown in FIG. A molded object 16g including all the elements included is generated.
  • the core 2 is modeled by a solution containing a non-conductive material powder
  • the coil conductor 3 is modeled by a solution containing a conductive metal powder
  • the shape holding member 4 is modeled by a solution containing an electrically insulating material powder. The Then, the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 formed by the ink jet discharge type 3D printer are further baked. Thereby, the coil component 1 is completed.
  • a magnetic powder-containing solution more preferably, a ferrite powder-containing solution or a metal magnetic powder-containing solution is used.
  • a copper powder-containing solution or a silver powder-containing solution is used, and as the electrically insulating material powder-containing solution, a low dielectric constant glass powder-containing solution, an alumina powder-containing solution, or a zirconia powder-containing solution is used.
  • the above-described firing step is preferably performed in a reducing atmosphere.
  • the step of firing the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 is usually performed after the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 are finished. You may make it baking simultaneously with shaping
  • the coil component 1 as a product includes the shape holding member 4, but the shape holding member 4 may not be present in the coil component as a product.
  • the core 2 is modeled by the solution containing the non-conductive material powder, and the coil conductor 3 is modeled by the solution containing the conductive metal powder, but the shape holding member 4 is modeled by the resin-containing solution.
  • the core 2, the coil conductor 3, and the shape holding member 4 formed by the 3D printer are fired. In this firing step, the shape holding member 4 is burned out, so that it does not remain in the coil component as a product. can do.
  • the spiral conducting wire 11 is wound in a single layer, but the spiral conducting wire may be wound in multiple layers of two or more layers. In this multilayer winding, there may be only one spiral conductive wire or a plurality of spiral conductors. Accordingly, the coil component may be a common mode choke coil, a transformer, or the like in addition to a single coil. In addition, the spiral conductive wire 11 may be wound around the plate-like portion 9 side. In the illustrated embodiment, the coil component 1 includes the two terminal electrodes 12 and 13. Or six terminal electrodes, or even terminal electrodes arranged asymmetrically. Further, the shape, size and arrangement of the terminal electrode can be freely changed.
  • the shape of the core can be changed freely. For example, it is easy to make the core part conical.
  • the dimensions of the coil parts or the dimensions of each element provided in the coil parts can be freely changed.
  • all of the coil parts that are simultaneously modeled may be the same type or different types.
  • FIG. 13 compares the inductance characteristics of the coil component according to the embodiment of the present invention and the coil component according to the comparative example outside the scope of the present invention.
  • (A) shows the inductance characteristics of the coil component according to the example
  • (B) shows the inductance characteristics of the coil component according to the comparative example.
  • Both the coil component according to the example and the coil component according to the comparative example have a plane size of 0.4 mm ⁇ 0.2 mm.
  • the coil component according to the embodiment has a structure equivalent to that of the coil component 1 shown in FIGS. 1 to 4, and the coil component according to the comparative example has an open magnetic circuit structure without the plate-like portion 9. Yes, the same winding core cross-sectional area and the same magnetic path length as the coil component according to the example.
  • the horizontal axis indicates the number of turns on the core portion of the spiral conductive wire
  • the vertical axis indicates the inductance value.
  • the inductance values are shown for two cases, the case where the core permeability is 60 and the case of 340.
  • the inductance value is almost the same in both the case where the magnetic permeability of the core is 60 and the case of 340.
  • the value was below 500 nH.

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Abstract

螺旋状導線および端子電極といった電気的要素についても、環状のコアについても、信頼性が懸念されるような接合部分がない、一体構造の巻線型のコイル部品を提供する。　コイル部品（１）は、少なくとも一部を巻芯部（５）とし、貫通孔（１０）を有する環状であって、非導電性材料からなる一体構造のコア（２）、ならびに、巻芯部（５）のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線（１１）と、螺旋状導線（１１）の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極（１２，１３）と、を有する、一体構造のコイル導体（３）、を備える。コイル部品（１）は、コア（２）とコイル導体（３）と上記貫通孔（１０）を規定するコア（２）の壁面の形状を保持するための形状保持部材（４）とを、３Ｄプリンタを用いて３次元造形する工程を経て製造される。

Description

コイル部品およびその製造方法
　この発明は、コイル部品およびその製造方法に関するもので、特に、コアに巻回されたコイル導体を備えるコイル部品およびその製造方法に関するものである。
　たとえば、磁性体からなる環状のコアに導線を螺旋状に巻き付けた構造のトロイダルコイルにあっては、環状のコアと螺旋状の導線とは鎖交構造をなしている。トロイダルコイルにおいて、磁束は、環状のコア内に閉じ込められながら、コアの中を通ることにより、閉磁路を形成する。そのため、コア内の磁束は、コア外の状態の変化の影響を受けず、また、コア外には、磁束はほとんど存在しない。
　このようなトロイダルコイルは、磁路の磁気抵抗が小さいことから、同じ導線ターン数、同じコア断面積、同じ磁路長で比較したとき、空芯型や開磁路型のコイルに比べて、より多くの磁束を発生し、また、より大きなインダクタンス値を実現することができる。
　一方、トロイダルコイルは、これを製造するためには、環状のコアの少なくとも一部を巻芯部として、そのまわりに導線を螺旋状に巻回する工程を実施しなければならない。このとき、巻芯部は環状のコアの少なくとも一部によって与えられるので、導線を１ターンごとにコアの貫通孔に通すことを繰り返さなければならない。しかし、この工程を機械化することは困難であり、通常は煩雑な手作業に頼らなければならない。
　上述したような煩雑な手作業を回避できるものとして、たとえば、特開２００１－６８３６４号公報（特許文献１）に記載の技術、または特開平８－２０３７６２号公報（特許文献２）に記載の技術がある。
　特許文献１には、環状のコアを分割したものを用意しておき、導線を予め螺旋状に巻回した形態とした筒状コイルを環状に撓めながら、当該筒状コイルの空芯部に分割された上記コアを挿入し、その後、コアの分割面同士を接着剤で接合することによって、トロイダルコイルを製造する方法が記載されている。
　特許文献２には、螺旋状の導線を、逆Ｕ字状の複数の導体と配線基板上の複数の導体膜とを交互に接続することにより実現しようとするもので、配線基板上に、導体膜と位置合わせされた状態で環状のコアを配置し、その後、螺旋状の導線を実現するため、コアを跨ぐように逆Ｕ字状の複数の導体を配置しながら、逆Ｕ字状の複数の導体と配線基板上の複数の導体膜とをはんだ付けで接合する、トロイダルコイルの製造方法が記載されている。
特開２００１－６８３６４号公報 特開平８－２０３７６２号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術および特許文献２に記載の技術のいずれにも、解決されるべき課題がある。
　まず、特許文献１に記載の技術および特許文献２に記載の技術は、いずれも、導線を１ターンごとにコアの貫通孔に通す手作業に比べて、トロイダルコイルを製造するための工程数がより多くなるという課題がある。特許文献１に記載の技術では、少なくとも、コアの分割面同士を接着する工程が追加されなければならない。特許文献２に記載の技術では、少なくとも、逆Ｕ字状の複数の導体と配線基板上の複数の導体膜とをはんだ付けする工程が追加されなければならない。
　また、特許文献１に記載の技術および特許文献２に記載の技術では、いずれも、トロイダルコイルを得るため、接着またははんだ付けといった接合工程は避けられない。そのため、一体物に比べて、接合部分での信頼性が懸念される。特に、特許文献１に記載の技術では、コイル部品の主要部分であるコア自体が割れてしまうと、そもそも部品として破壊されるという大きな問題がある。また、コア自体が割れないにしても、コアの接合部分で磁束が漏れることによって、インダクタンス取得効率が低下するという問題がある。他方、特許文献２に記載の技術では、逆Ｕ字状の複数の導体と配線基板上の複数の導体膜とによって構成される螺旋状の導線における断線といった致命的な問題を無視できない。
　また、一般に、表面実装型のコイル部品にあっては、コアの表面に沿って端子電極が設けられ、螺旋状導線の各端部が端子電極に接合される。この場合にも、螺旋状導線と端子電極とは別体であるので、接合部分での信頼性が懸念される。
　さらに、コイル部品の小型化が進み、市場要求は、たとえば、長手寸法で１ｍｍ以下にまで及んでいる。しかし、現状では、このような寸法のトロイダルコイルにおいて、環状のコアに巻線を施さなければならないが、環状のコアに巻線を施すことは、ほぼ不可能であると言わざるを得ない。手作業では巻線は到底不可能であり、自動巻線機によるとしても、そのような小型用の自動巻線機は存在しない。これは、機械的な面での小型化の限界もあるが、主因は、巻回される導線の強度不足（腰がないこと）のためである。
　そこで、この発明の目的は、螺旋状導線および端子電極といった電気的要素についても、環状のコアについても、信頼性が懸念されるような接合部分がない、巻線型のコイル部品を提供しようとすることである。
　この発明の他の目的は、信頼性が懸念されるような接合部分がなく、長手寸法でたとえば１ｍｍ以下といった小型化が可能である、コイル部品を容易に製造することができる方法を提供しようとすることである。
　この発明は、環状のコアを備える巻線型のコイル部品にまず向けられる。
　この発明に係るコイル部品は、
　　少なくとも一部を巻芯部とし、貫通孔を有する環状であって、非導電性材料からなる一体構造のコア、ならびに、
　　巻芯部のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線と、螺旋状導線の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極と、を有する、一体構造のコイル導体、
を備えることを特徴としている。
　この発明によれば、コア、および螺旋状導線と端子電極とを有するコイル導体が、鎖交構造でありながら、ともに一体構造であるので、特性低下や信頼性が懸念される接合部分が存在しない。
　好ましくは、上記コアは、磁性体からなり、完全閉磁路を形成する。この構成によれば、コイル部品において、高いインダクタンス値を得ることができる。
　この発明において、好ましくは、コアは、巻芯部に加えて、巻芯部の互いに反対側の第１端および第２端にそれぞれ設けられた第１および第２の鍔部を有する、ドラム状部分と、ドラム状部分と一体化され、かつ上記貫通孔を形成しながら巻芯部に対向する状態で第１および第２の鍔部間に渡された、板状部分と、を有している。そして、螺旋状導線は、巻芯部と一体化され、かつ、第１および第２の端子電極は、それぞれ、第１および第２の鍔部と一体化されている。この構成によれば、コイル部品を表面実装に適した形態とすることができる。
　上記好ましい実施形態において、より好ましくは、少なくとも巻芯部と板状部分との間に充填される電気絶縁性材料からなる形状保持部材をさらに備え、螺旋状導線の少なくとも巻芯部と板状部分との間に位置する部分は、形状保持部材中に埋められる。この構成において、形状保持部材は、コアの上記貫通孔を規定する壁面の形状を保持する機能を果たす。したがって、巻芯部と板状部分との間の空間が形状保持部材で埋められるので、コイル部品の強度を増すことができる。
　上述の形状保持部材は、ガラスからなることが好ましい。ガラスは比較的安価であり、かつ、ガラスからなる形状保持部材は、コイル部品の電気的特性に悪影響を及ぼすことはない。
　また、形状保持部材は、螺旋状導線および巻芯部、ならびに第１および第２の端子電極の各一部を覆うように設けられてもよい。この構成によれば、形状保持部材が螺旋状導線を含むコイル部品の主要部分を覆うので、コイル部品の耐環境性を向上させることができる。
　この発明において、螺旋状導線は、断面円形であることが好ましい。この構成によれば、螺旋状導線の隣り合うターン間に発生する浮遊容量を減じることができる。
　この発明において、第１および第２の端子電極の各々は、コアの貫通孔を通過し得ない形状を有することが好ましい。この構成によれば、コイル部品の実装状態での実装基板との電気的接続および機械的固定の信頼性が高められる。この好ましい構成は、以下の製造方法を採用することによって初めて可能となる特徴的構成である。
　この発明は、上述したコイル部品、すなわち、少なくとも一部を巻芯部とし、貫通孔を有する環状であって、非導電性材料からなる一体構造のコア、ならびに、巻芯部のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線と、螺旋状導線の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極と、を有する、一体構造のコイル導体、を備える、コイル部品を製造する方法にも向けられる。
　この発明に係るコイル部品の製造方法は、コアと、コイル導体と、上記貫通孔を規定するコアの壁面の形状を保持するための形状保持部材と、を、３Ｄプリンタを用いて３次元造形する工程を備えることを特徴としている。３Ｄプリンタを用いて３次元造形することにより、コアとコイル導体と、より特定的には、鎖交構造の巻芯部と螺旋状導線とを一体的に造形することができる。また、形状保持部材は、貫通孔の形状を保持しながら、コアおよびコイル導体の３次元造形を可能にする。
　上述した３次元造形する工程において、好ましくは、３Ｄプリンタとして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタが用いられ、コアを非導電性材料粉末含有溶液によって造形する工程、コイル導体を導電性金属粉末含有溶液によって造形する工程および形状保持部材を電気絶縁性材料粉末含有溶液によって造形する工程が実施される。そして、当該製造方法は、さらに、３Ｄプリンタによって造形されたコア、コイル導体および形状保持部材を焼成する工程を備える。
　上述した好ましい実施形態に代えて、３次元造形する工程において、３Ｄプリンタとして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタが用いられ、コアを非導電性材料粉末含有溶液によって造形する工程、コイル導体を導電性金属粉末含有溶液によって造形する工程および形状保持部材を樹脂含有溶液によって造形する工程が実施されてもよい。そして、当該製造方法は、さらに、３Ｄプリンタによって造形されたコア、コイル導体および形状保持部材を焼成する工程を備え、この焼成する工程において、形状保持部材を焼失させてもよい。
　上述した好ましい実施形態の各々において、より好ましくは、非導電性材料粉末含有溶液として、磁性体粉末含有溶液が用いられ、導電性金属粉末含有溶液として、銅粉末含有溶液または銀粉末含有溶液が用いられ、電気絶縁性材料粉末含有溶液として、低誘電率のガラス粉末含有溶液、アルミナ粉末含有溶液またはジルコニア粉末含有溶液が用いられる。
　この発明に係るコイル部品によれば、環状のコアについても、螺旋状導線と端子電極とを有するコイル導体についても、ともに一体構造であるので、信頼性が懸念される接合部分が存在しない。したがって、電気的にも、機械的にも、信頼性の高いコイル部品を得ることができる。
　この発明に係るコイル部品の製造方法によれば、環状のコア、および螺旋状導線と端子電極とを有するコイル導体が、鎖交構造でありながら、ともに一体構造であるコイル部品が、３Ｄプリンタを用いて３次元造形する工程を経て製造される。したがって、信頼性が懸念されるような接合部分がなく、長手寸法でたとえば１ｍｍ以下というように小型化された、コイル部品を容易に製造することができる。
この発明の一実施形態によるコイル部品１の外観を示す斜視図である。 図１に示したコイル部品１の正面図である。 図１に示したコイル部品１の底面図である。 図１に示したコイル部品１の右側面図である。 図１に示したコイル部品１の製造方法を説明するためのもので、３Ｄプリンタを用いて３次元造形を開始した直後の造形物１６ａを示す正面図である。 図５に示した状態から３次元造形を継続して得られた造形物１６ｂを示す正面図である。 図６に示した状態から３次元造形をさらに継続して得られた造形物１６ｃを示す正面図である。 図７に示した造形物１６ｃの一部を拡大して示す断面図である。 図７に示した状態から３次元造形をさらに継続して得られた造形物１６ｄを示す正面図である。 図９に示した状態から３次元造形をさらに継続して得られた造形物１６ｅを示す正面図である。 図１０に示した状態から３次元造形をさらに継続して得られた造形物１６ｆを示す正面図である。 図１１に示した状態から３次元造形をさらに継続し、造形を完了して得られた造形物１６ｇを示す正面図である。 （Ａ）は、この発明の実施例に係るコイル部品のインダクタンス特性を示し、（Ｂ）は、この発明の範囲外の比較例に係るコイル部品のインダクタンス特性を示している。
　図１ないし図４を参照して、この発明の一実施形態によるコイル部品１の構造について説明する。図示したコイル部品１は、たとえば単一のコイルを構成するものである。
　コイル部品１は、コア２とコイル導体３と形状保持部材４とを備えている。なお、図１ないし図４において、形状保持部材４は、透明のものとして、１点鎖線で示されている。
　コア２は、非導電性材料から構成されるが、好ましくは、フェライトまたは金属磁性体といった磁性体から構成される。ただし、コア２はアルミナなどの非磁性体から構成されていてもよい。コア２は、断面矩形の巻芯部５と、巻芯部５の互いに反対側の第１端および第２端にそれぞれ設けられた第１および第２の鍔部６および７と、を有する、ドラム状部分８を備えるとともに、第１および第２の鍔部６および７間に渡された板状部分９を備えている。板状部分９は、巻芯部５と対向している。
　コア２は、磁性体から構成されるとき、完全閉磁路を形成するもので、一体構造物である。すなわち、ドラム状部分８と板状部分９とは一体化されている。コア２は、互いに対向する巻芯部５と板状部分９との間に貫通孔１０を形成しており、全体として環状をなしている。
　コイル導体３は、巻芯部５のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線１１と、螺旋状導線１１の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極１２および１３と、を有する。より詳細には、第１および第２の端子電極１２および１３は、それぞれ、貫通孔１０内に張り出した接続片１４および１５を形成しており、これら接続片１４および１５に、螺旋状導線１１の両端部がそれぞれ接続される。コイル導体３は一体構造物である。したがって、螺旋状導線１１と第１および第２の端子電極１２および１３とは一体化されている。
　螺旋状導線１１は、好ましくは、断面円形である（図８参照）。この構成によれば、螺旋状導線１１の隣り合うターン間に発生する浮遊容量を減じることができる。また、コイル部品１の実装状態での実装基板との電気的接続および機械的固定の信頼性を高めるためには、第１および第２の端子電極１２および１３には所定以上の寸法が必要である。この実施形態では、第１および第２の端子電極１２および１３の各々は、コア２の貫通孔１０を通過し得ない形状、たとえば、第１および第２の端子電極１２および１３の各々が、貫通孔１０よりも大きい寸法を有している。この構成は、後述する製造方法を採用することによって初めて可能となる特徴的構成である。
　形状保持部材４は、貫通孔１０を規定するコア２の壁面の形状を保持するためのもので、少なくとも巻芯部５と板状部分９との間に充填される。したがって、螺旋状導線１１の、少なくとも巻芯部５と板状部分９との間に位置する部分は、形状保持部材４中に埋められる。このように、巻芯部５と板状部分９との間の空間が形状保持部材４で埋められると、コイル部品１の強度を増すことができる。なお、形状保持部材４は、後述する製造方法において実施される、３Ｄプリンタを用いての３次元造形を可能とする重要な機能を有している。
　形状保持部材４は、ガラス、アルミナまたはジルコニアなどの電気絶縁性材料からなる。中でも、形状保持部材４はガラスからなることが好ましい。なぜなら、ガラスは比較的安価であり、かつ、ガラスからなる形状保持部材４は、コイル部品１の電気的特性に悪影響を及ぼすことがないからである。
　この実施形態では、形状保持部材４は、螺旋状導線１１および巻芯部５、ならびに第１および第２の端子電極１２および１３の各一部を覆うように設けられる。この構成によれば、形状保持部材４が螺旋状導線１１を含むコイル部品１の主要部分を覆うので、コイル部品１の耐環境性を向上させることができる。
　次に、図５ないし図１２を参照して、コイル部品１の有利な製造方法について説明する。
　ここで説明する製造方法は、コア２、コイル導体３および形状保持部材４を、３Ｄプリンタを用いて３次元造形することを特徴としている。３Ｄプリンタを用いて３次元造形することにより、鎖交構造のコア２とコイル導体３とを一体的に造形することができる。
　図１２には、図２に示したコイル部品１を上下逆にした造形物１６ｇが示されている。以下に説明する工程を順次実施することによって、図１２に示した造形物１６ｇが得られる。
　まず、図５に示すように、造形台１７が用意され、この造形台１７上で３Ｄプリンタを用いた３次元造形が開始される。３次元造形が開始して間もなく、造形台１７上に形状保持部材４の一部となるべき造形物１６ａが得られる。
　その後、３次元造形が継続する。そして、３次元造形が継続する時間の経過とともに、図６、図７、図９、図１０、図１１および図１２にそれぞれ示した造形物１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇが順次生成される。
　図６では、形状保持部材４となるべき部分の高さが増すとともに、コイル導体３における螺旋状導線１１の一部となるべき部分を有する造形物１６ｂが生成される。
　次に、図７では、形状保持部材４および螺旋状導線１１となるべき各部分の高さが増すとともに、コア２における巻芯部５の一部ならびに第１および第２の鍔部６および７の各一部となるべき部分を有する造形物１６ｃが生成される。
　ここで、造形物１６ｃの一部を拡大して断面図で示す図８を参照すると、螺旋状導線１１は断面円形であり、形状保持部材４中に埋められながら、巻芯部５に接していることがわかる。また、螺旋状導線１１の隣り合うターン間には、所定の間隔が置かれ、これら間隔部分は、形状保持部材４で充填されていることが、図８によく示されている。なお、用いる３Ｄプリンタの解像度によっては、螺旋状導線１１の断面形状は、図８に示すような、きれいな円の輪郭を描かず、ぎざぎざの輪郭となることもある。
　次に、図９では、形状保持部材４、螺旋状導線１１ならびに第１および第２の鍔部６および７の各一部となるべき各部分の高さがより増すとともに、コイル導体３における第１および第２の端子電極１２および１３の各一部となるべき部分を有する造形物１６ｄが生成される。この造形物１６ｄにおいて、巻芯部５の造形は完了している。また、第１および第２の端子電極１２および１３は、それぞれ、第１および第２の鍔部６および７とともに造形されるため、第１および第２の鍔部６および７と一体化される。
　次に、図１０では、第１および第２の鍔部６および７ならびに第１および第２の端子電極１２および１３の各一部となるべき部分の高さがさらに増した、造形物１６ｅが得られる。造形物１６ｅでは、形状保持部材４および螺旋状導線１１の造形が完了している。
　次に、図１１では、第１および第２の鍔部６および７ならびに第１および第２の端子電極１２および１３の各一部となるべき部分の高さがさらに増すとともに、コア２における板状部分９の造形が開始された、造形物１６ｆが生成される。ここで、巻芯部５と板状部分９との間に貫通孔１０が形成されるが、貫通孔１０は、形状保持部材４によって埋められるため、３Ｄプリンタによる板状部分９の造形が可能とされることに注目すべきである。
　次に、図１２では、第１および第２の鍔部６および７、第１および第２の端子電極１２および１３ならびに板状部分９の造形が完了し、図２に示したコイル部品１に備えるすべての要素を備えた造形物１６ｇが生成される。
　以上のようにして、３Ｄプリンタによる３次元造形が完了する。
　上述した３次元造形工程において、３Ｄプリンタとして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタが用いられることが好ましい。インクジェット吐出型３Ｄプリンタにおいて、コア２は非導電性材料粉末含有溶液によって造形され、コイル導体３は導電性金属粉末含有溶液によって造形され、形状保持部材４は電気絶縁性材料粉末含有溶液によって造形される。そして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタによって造形されたコア２、コイル導体３および形状保持部材４は、さらに焼成される。これによって、コイル部品１が完成される。
　上述の造形工程において、より具体的には、非導電性材料粉末含有溶液として、磁性体粉末含有溶液、より好ましくは、フェライト粉末含有溶液または金属磁性体粉末含有溶液が用いられ、導電性金属粉末含有溶液として、銅粉末含有溶液または銀粉末含有溶液が用いられ、電気絶縁性材料粉末含有溶液として、低誘電率のガラス粉末含有溶液、アルミナ粉末含有溶液またはジルコニア粉末含有溶液が用いられる。導電性金属粉末含有溶液として、銅粉末含有溶液が用いられる場合には、前述した焼成工程は還元性雰囲気下で実施されることが好ましい。
　なお、コア２、コイル導体３および形状保持部材４を焼成する工程は、通常、コア２、コイル導体３および形状保持部材４の造形を終えた後に実施されるが、これに代えて、たとえばレーザ光による焼成を適用し、コア２、コイル導体３および形状保持部材４の造形と同時に焼成するようにしてもよい。この後者の焼成方法は、特に、導電性金属粉末含有溶液として、銅粉末含有溶液が用いられる場合に好適である。
　上述した実施形態では、製品としてのコイル部品１は、形状保持部材４を備えていたが、形状保持部材４は製品としてのコイル部品に存在していなくてもよい。
　すなわち、３次元造形する工程において、コア２は非導電性材料粉末含有溶液によって造形され、コイル導体３は導電性金属粉末含有溶液によって造形されるが、形状保持部材４は樹脂含有溶液によって造形される。そして、３Ｄプリンタによって造形されたコア２、コイル導体３および形状保持部材４が焼成されるが、この焼成工程において、形状保持部材４が焼失するため、製品としてのコイル部品には残らないようにすることができる。
　以上説明した３Ｄプリンタを用いた３次元造形によれば、プログラムを変えるだけで、以下のように、製品としてのコイル部品の設計変更を容易に行なうことができる。
　たとえば、図示の実施形態では、螺旋状導線１１が単層巻きにされたが、螺旋状導線は２層以上の多層巻きにされてもよい。また、この多層巻きにおいて、螺旋状導線が１本のみであっても、複数本であってもよい。したがって、コイル部品としては、単一のコイルを構成するものの他、コモンモードチョークコイル、トランスなどであってもよい。また、板状部分９側にも螺旋状導線１１が巻回されてもよい
　また、図示の実施形態では、コイル部品１は２つの端子電極１２および１３を備えていたが、４つの端子電極を備えたり、６つの端子電極を備えたり、さらには端子電極が非対称に配置されたものであってもよい。また、端子電極の形状や大きさ、配置も自由に変更することができる。
　また、コアの形状も自由に変更することができる。たとえば、巻芯部をコニカル形状にすることも容易である。
　また、コイル部品の寸法、あるいはコイル部品に備える各要素の寸法についても自由に変更することができる。
　さらに、多数のコイル部品を同時に造形することができる。この場合、同時に造形されるコイル部品は、すべて同型であっても、異種類のものであってもよい。
　図１３には、この発明の実施例に係るコイル部品とこの発明の範囲外の比較例に係るコイル部品とについて、インダクタンス特性が比較されている。図１３において、（Ａ）は、実施例に係るコイル部品のインダクタンス特性を示し、（Ｂ）は、比較例に係るコイル部品のインダクタンス特性を示している。
　実施例に係るコイル部品および比較例に係るコイル部品は、ともに、平面寸法を０．４ｍｍ×０．２ｍｍとした。また、実施例に係るコイル部品は、図１ないし図４に示したコイル部品１と同等の構造を有し、比較例に係るコイル部品は、板状部分９を有さない開磁路構造であり、実施例に係るコイル部品と同じ巻芯部断面積および同じ磁路長とした。
　図１３（Ａ）および（Ｂ）において、横軸は、螺旋状導線の巻芯部上でのターン数を示し、縦軸は、インダクタンス値を示している。また、インダクタンス値は、コアの透磁率が６０の場合と３４０の場合との２つの場合について示している。
　まず、図１３（Ｂ）に示した比較例では、コアの透磁率が６０の場合と３４０の場合とのいずれでも、インダクタンス値はほぼ同じであり、導線ターン数を２０まで増やしても、インダクタンス値は５００ｎＨを下回った。
　一方、図１３（Ａ）に示した実施例では、コアの透磁率が６０の場合には、導線ターン数が２０のとき、インダクタンス値は５００ｎＨを超え、１０００ｎＨ近くまで上昇した。また、コアの透磁率が３４０の場合には、導線ターン数が１０においても、インダクタンス値は１０００ｎＨ近くにまで達し、ターン数が１５、２０と増えるにつれて、インダクタンス値が上昇し、ターン数が２０のときには、３５００ｎＨを超えるインダクタンス値を示した。
　以上、いくつかの異なる実施形態について説明したが、この発明を実施するにあたり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせも可能である。
　１　コイル部品
　２　コア
　３　コイル導体
　４　形状保持部材
　５　巻芯部
　６，７　鍔部
　８　ドラム状部分
　９　板状部分
　１０　貫通孔
　１１　螺旋状導線
　１２，１３　端子電極
　１４，１５　接続片
　１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ　造形物
　１７　造形台

Claims (12)

  1. 　少なくとも一部を巻芯部とし、貫通孔を有する環状であって、非導電性材料からなる一体構造のコア、ならびに、
    　前記巻芯部のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線と、前記螺旋状導線の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極と、を有する、一体構造のコイル導体、
    を備える、コイル部品。
  2. 　前記コアは、磁性体からなり、完全閉磁路を形成する、請求項１に記載のコイル部品。
  3. 　前記コアは、前記巻芯部に加えて、前記巻芯部の互いに反対側の第１端および第２端にそれぞれ設けられた第１および第２の鍔部を有する、ドラム状部分と、前記ドラム状部分と一体化され、かつ前記貫通孔を形成しながら前記巻芯部に対向する状態で前記第１および第２の鍔部間に渡された、板状部分と、を有し、
    　前記螺旋状導線は、前記巻芯部と一体化され、かつ、前記第１および第２の端子電極は、それぞれ、前記第１および第２の鍔部と一体化されている、
    請求項１または２に記載のコイル部品。
  4. 　少なくとも前記巻芯部と前記板状部分との間に充填される電気絶縁性材料からなる形状保持部材をさらに備え、前記螺旋状導線の少なくとも前記巻芯部と前記板状部分との間に位置する部分は、前記形状保持部材中に埋められる、請求項３に記載のコイル部品。
  5. 　前記形状保持部材は、ガラスからなる、請求項４に記載のコイル部品。
  6. 　前記形状保持部材は、前記螺旋状導線および前記巻芯部、ならびに前記第１および第２の端子電極の各一部を覆うように設けられる、請求項４または５に記載のコイル部品。
  7. 　前記螺旋状導線は、断面円形である、請求項１ないし６のいずれかに記載のコイル部品
  8. 　前記第１および第２の端子電極の各々は、前記コアの前記貫通孔を通過し得ない形状を有する、請求項１ないし７のいずれかに記載のコイル部品。
  9. 　少なくとも一部を巻芯部とし、貫通孔を有する環状であって、非導電性材料からなる一体構造のコア、ならびに、
    　前記巻芯部のまわりで螺旋状に延びるように配置された螺旋状導線と、前記螺旋状導線の両端部にそれぞれ形成された第１および第２の端子電極と、を有する、一体構造のコイル導体、
    を備える、コイル部品を製造する方法であって、
    　前記コアと、前記コイル導体と、前記貫通孔を規定する前記コアの壁面の形状を保持するための形状保持部材と、を、３Ｄプリンタを用いて３次元造形する工程を備える、コイル部品の製造方法。
  10. 　前記３次元造形する工程において、前記３Ｄプリンタとして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタが用いられ、前記コアを非導電性材料粉末含有溶液によって造形する工程、前記コイル導体を導電性金属粉末含有溶液によって造形する工程および前記形状保持部材を電気絶縁性材料粉末含有溶液によって造形する工程が実施され、
    　さらに、前記３Ｄプリンタによって造形された前記コア、前記コイル導体および前記形状保持部材を焼成する工程を備える、
    請求項９に記載のコイル部品の製造方法。
  11. 　前記３次元造形する工程において、前記３Ｄプリンタとして、インクジェット吐出型３Ｄプリンタが用いられ、前記コアを非導電性材料粉末含有溶液によって造形する工程、前記コイル導体を導電性金属粉末含有溶液によって造形する工程および前記形状保持部材を樹脂含有溶液によって造形する工程が実施され、
    　さらに、前記３Ｄプリンタによって造形された前記コア、前記コイル導体および前記形状保持部材を焼成する工程を備え、
    　前記焼成する工程は、前記形状保持部材を焼失させる工程を含む、
    請求項９に記載のコイル部品の製造方法。
  12. 　前記非導電性材料粉末含有溶液として、磁性体粉末含有溶液が用いられ、前記導電性金属粉末含有溶液として、銅粉末含有溶液または銀粉末含有溶液が用いられ、前記電気絶縁性材料粉末含有溶液として、ガラス粉末含有溶液、アルミナ粉末含有溶液またはジルコニア粉末含有溶液が用いられる、請求項１０または１１に記載のコイル部品の製造方法。
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