JP2006032663A - インダクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流においてもインダクタンス値が高く、小型かつ低背でコイルの占積率が高く、低直流抵抗で、安価なインダクタおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 第１および第２の平板状の磁性コア２と、コイル１４と、希土類ボンド磁石３とを組み合わせてなるインダクタであり、コイル１４は、平角導線をスパイラル状に１層目として巻線し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて２層目になるようにスパイラル状に巻線してなり、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に希土類ボンド磁石３がコイル１４による発生磁界とは反対方向に磁気バイアスを印加するように設置され、コイル１４および希土類ボンド磁石３は、第１および第２の磁性コア２の間に挟み込まれたインダクタである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の電源機器、通信・情報関連機器等に使用され、平滑化用インダクタ製品あるいはノイズ対策用インダクタ製品として好適なインダクタおよびその製造方法に関するものである。

この種のインダクタの従来例を図４に示す。図４（ａ）はその分解斜視図、図４（ｂ）はその組立図である。平角導線を円柱状の巻治具を中心にして２ターン以上巻くいわゆるエッジワイズコイル４を、円柱状の中足を有し、その中足にギャップを設けたＥＩもしくはＥＥ形状またはポットコア形状の磁性コア５に組み込んでいた。その為、製品の低背化を行う場合、巻線の中心径に対する平角導線の縦横比には皮膜に損傷が起こらないという限界値があるため、低背化の障害となっていた。

他の従来例のインダクタを図５に示す。図５（ａ）はその断面図、図５（ｂ）はそれに用いるコイルの平面図である。この例では、丸導線を巻芯部に対し、スパイラル状に１層に巻線し、融着して形成され、前記丸導線の巻き始めの端部７ａ、および巻き終わりの端部７ｂを端子台に埋設された端子にからげ固定し、コイルと端子台とを組み合わせた全体が磁性コア６内に装着されて、インダクタが形成されていた。その為、端子台の厚さの分が低背化の妨げになるばかりでなく、内周側より引き出される巻始めの端部が１層分の厚さを有するため、占積率が悪くなっていた。

さらに他の従来例のインダクタを図６に断面図で示す。この例では、基板部８の両面に配線パターン状コイル９が形成されており、配線パターン状の基板コイル全体が、磁性コア１０内に装着されて、インダクタが形成されている。その基板の厚みのために、占積率が悪くなり、低背化の障害となっていた。

また特許文献１で開示されたインダクタを図７に斜視図で示す。金属導体１２を１ターンの直線的なコイルとして形成する場合であり、そのコイルを樹脂１３と共に第１および第２の磁性コア１１との間に組み合わせてインダクタが形成されている。その場合、コイルのターン数が小さいためインダクタンス値を高く出来ないという制約があった。

さらにドラムチョークの従来例もあるが、この場合、低背型になると、切削加工によりコアに巻線を形成するのでコストの低減が容易でない。

特開２０００−３２３３３６号公報

上記の状況にあって、本発明の課題は、大電流においてもインダクタンス値が高く、小型かつ低背でコイルの占積率が高く、安価なインダクタおよびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明のインダクタは、平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタにおいて、前記コイルは、四角断面の平角導線をスパイラル状に１層目として巻線し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて２層目になるようにスパイラル状に巻線してなり、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に前記結合体が前記コイルの発生磁界とは反対方向に磁気バイアスを印加するように設置され、前記コイルおよび前記結合体は、前記第１および第２の磁性コアの間に挟み込まれたことを特徴とする。

第２の発明のインダクタは、第１の発明のインダクタにおいて、前記結合体はボンド磁石であることを特徴とする。

第３の発明のインダクタは、第１の発明のインダクタにおいて、前記結合体は希土類磁石粉末を含む樹脂ペーストを固化してなることを特徴とする。

第４の発明のインダクタは、第１から第３のいずれかの発明のインダクタにおいて、前記コイルの巻始めの平角導線の端部、および巻終わりの平角導線の端部は、曲げ加工され、曲げ加工部分の先端部が外部実装端子として形成されたことを特徴とする。

第５の発明のインダクタは、第１から第３のいずれかの発明のインダクタにおいて、前記コイルの巻始めの平角導線の端部、および巻終わりの平角導線の端部は、前記磁性コアの外面に沿って曲げ加工され、先端部が前記磁性コアの底面に配置されたことを特徴とする。

第６の発明のインダクタは、第４または第５の発明のインダクタにおいて、前記先端部はプレスにより、つぶされたことを特徴とする。

第７の発明のインダクタは、第１から第６のいずれかの発明のインダクタにおいて、前記コイルは絶縁樹脂でモールドされ、前記結合体と共に第１の磁性コアおよび第２の磁性コアの間に組み込まれたことを特徴とする。

第８の発明のインダクタは、平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタにおいて、前記コイルは複数の単位コイルを接続してなり、前記単位コイルは四角断面の平角導線をスパイラル状に１層目として巻線し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて、２層目になるようにスパイラル状に巻線してなり、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に前記結合体が前記コイルによる発生磁界とは反対方向に磁気バイアスを印加するように設置され、前記コイルおよび前記結合体は、前記第１および第２の磁性コアの間に挟み込まれたことを特徴とする。

第９の発明のインダクタの製造方法は、平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタの製造方法において、巻心に四角断面の平角導線をスパイラル状に巻き、１層目の巻線を形成し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて、２層目になるようにスパイラル状に巻線して前記コイルを作製する工程と、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に、前記希土類磁石粉末の樹脂ペーストを塗布した後、前記第１および第２の磁性コアで挟み込むように組み合わせる工程と、前記コイルによる発生磁界とは反対方向に磁気バイアスが印加されるように塗布後の前記希土類磁石粉末を配向させる工程とを含むことを特徴とする。

第１０の発明のインダクタの製造方法は、第９の発明のインダクタの製造方法において、前記希土類磁石粉末を配向させる工程は、使用時のコイル通電方向とは反対方向にパルス電流を通電させ磁気配向させる工程であることを特徴とする、請求項９記載のインダクタの製造方法。

本発明のインダクタでは、平板状の２つの磁性コアの間のスペースにコイルが効率良く設置され、コイルの占積率が高められている。すなわち、ボビンなどが不要なためコイルの外形は小さく、コイル導線の断面積は大きい。その結果、インダクタ全体の小型化が実現でき、小型かつ低背化された、低直流抵抗、高インダクタンスのインダクタが実現できる。また本発明ではコイルの内側もしくは外側の少なくとも一方にボンド磁石を設置したので、直流重畳特性を高めることができる。

また、本発明では、前記コイルを、絶縁樹脂でモールドし、そのモールドされたコイルの内側もしくは外側の少なくとも一方にボンド磁石を設置するか、またはペースト状の磁石を塗布するので、コイルと磁性コアの間の絶縁性が高く、多様な実装条件に対応可能で、直流重畳特性にすぐれ、インダクタンス値の高いインダクタとなる。

また、外部実装端子として、平角導線の端部に曲げ加工あるいはプレス加工を施し、基板実装部品の高密度化の要求に適合した外部接続端子とすることができる。

また、ペースト状態から固化させた磁石を使用する場合は、その磁石の配向を行うのに使用時のコイルによる発生磁界とは反対方向つまりコイル使用通電方向とは反対方向にパルス電流を通電させ磁石を配向させ製造することができる。

また、本発明のインダクタは構造が単純なので安価な製品が提供可能となる。

以上、本発明によれば、コイルの占積率を向上させ、高インダクタンスで大電流に対応でき、低直流抵抗で、小型かつ低背、安価なインダクタ及びその製造方法を提供することができる。

次に、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態１のインダクタとそのコイルを示し、図１（ａ）はインダクタ全体の断面図であり、図１（ｂ）はコイルの斜視図、図１（ｃ）はコイルの巻き方の手順を示す平面図であり、図１（ｄ）はコイルの断面図である。また、図２も本発明の実施の形態１のインダクタを示し、図２（ａ）は外観斜視図、図２（ｂ）は上面からの内部透視図、図２（ｃ）は正面からの内部透視図、図２（ｄ）は正面側から見た断面図である。

図１（ｂ）のように、コイル１４は平角銅線をスパイラル状に巻線して形成されたものであり、コイル１４の中心部は、空芯部分となっている。また、図１（ｃ）、図１（ｄ）のように、コイルは断面が四角状の平角銅線をスパイラル状に１層目に巻線し、内周側の平角銅線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて、２層目になるようにスパイラル状に巻線して構成される。ここで、１ａが巻き始め端部であり、１ｂが巻き終わり端部である。

一方、図１（ａ）、図２に示すように、第１および第２の磁性コア２は平板状のフェライトコアであり、２層からなるコイル１４の内側および外側に希土類ボンド磁石３を設置し、もしくはペースト状の希土類磁石を塗布し、第１および第２の磁性コア２の間に挟み込み、組み合わせて、インダクタを構成する。この希土類磁石には２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁石を用いる。また、コイル１４の巻き始め端部１ａおよび巻き終わり端部１ｂには曲げ加工を施す。さらにその先端部にプレスによる、つぶし加工を行ってもよい。また、巻き始め端部１ａおよび巻き終わり端部１ｂの先端が磁性コアの底面に設置されるように、磁性コアの外面に沿って製品側に曲げ加工してもよい。

次に本発明の実施の形態２のインダクタの外観斜視図を図３に示す。このインダクタに用いたコイルは実施の形態１のコイルと同様の形状であり、平角銅線からなるコイルの巻始め端部１ａおよび巻終わり端部１ｂは曲げ加工され、コイル全体は絶縁樹脂でモールドされている。そのモールド成形体１５の内側（コイルの内側）もしくは外側の少なくとも一方に希土類ボンド磁石３を設置し、第１および第２の磁性コア２の間に組み込んだインダクタである。また、この希土類ボンド磁石３と同様の磁石を希土類磁石粉末を含む樹脂ペーストを塗布することによって形成してもよい。ここで、曲げ加工部分の表面は、モールド成形体１５から露出しており、この曲げ加工部分が、直接、外部実装端子として用いられる。

本発明の実施の形態３のインダクタは、図１（ｂ）または図２（ｂ）に示すコイル１４を、複数個設置して、第１の磁性コアおよび第２の磁性コアに組み込んだインダクタである（図示省略）。これによって、機能を拡充したインダクタを提供できる。

次に実施例を挙げて、さらに詳細に説明する。実施例１のインダクタの構造は図１および図２で示した実施の形態１と同様である。平板状の磁性コア２には、寸法３ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍ（厚さ）の平板状Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトコアを２枚、コイル１４には０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの断面を有する平角銅線を１．２ｍｍ×１．２ｍｍの巻芯を中心に２層になるように、１層に４ターン合計８ターン形成し、その２層からなるコイルの内側および外側に２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系の希土類ボンド磁石３を設置し、平板状のフェライトの磁性コア２に挟み込み、インダクタを形成した。

その結果、直流電流Ｉ＝０．５Ａで約２．１μＨの特性が得られ、本実施例１の磁石を用いた場合、従来例に対して直流電流値が約４０％改善され、Ｉ＝０．７Ａまで直流重畳特性が確保出来た。このように実施例１では、直流重畳特性に重点を置いて、直流電流値を改善させたが、直流電流値をさほど優先しない場合には、インダクタンス値をさらに高めることが可能である。

本実施例２は、直流重畳特性の電流値よりも、インダクタンス値の改善を重視した例である。平板状の磁性コアには、寸法３ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍ（厚さ）の平板状Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトコアを２枚、コイルには０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの断面を有する平角導線を１．２ｍｍ×１．２ｍｍの巻芯を中心に２層になるように１層に４ターン合計８ターン形成し、２枚の平板状のフェライトコアに挟み込み、インダクタを形成する。このとき希土類ボンド磁石の形状、寸法および配設位置を最適化して、２枚の平板状のフェライトコアに挟み込み、インダクタを形成した場合、直流電流Ｉ＝０．５Ａで約１０．５μＨの特性が得られた。本実施例２の磁石を用いた場合、従来例に対して直流電流値が約２０％改善され、Ｉ＝０．６Ａまで直流重畳特性が確保できる。以上の値は一例で、磁石の選択だけでなく、コイルの巻ターン数を変えることで、様々なバリエーションのインダクタが製造可能である。

以下に本発明によるインダクタ製品の特徴、製造方法等を補説する。

本発明による製品は容易に面実装タイプにすることができるので、リールに包装すれば連続的実装が可能な形状をしている。

本発明のインダクタを構成する部品は主に磁性コアとコイル、およびボンド磁石もしくはペースト状から固化させた磁石からなり、部品点数は主に３点である。部品点数が少なく安価に製品提供できることが特徴的なことである。たとえば、低背型のドラムチョークに比較すると、４０％程度のコスト低減が可能である。

実際の製造工程では一組の磁性コアに対して接着剤固定やホルダ固定またはテープ固定を行い、磁性コア同士の固定を行うことがある。また、コイル−コア間に接着剤を塗布することもある。

また導線にピンホールのないポリイミドや変性エポキシアクリル等の皮膜付き導線を使用する場合は導電率の高いＭｎ−Ｚｎフェライトコアを使用することがある。この場合Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトコアに比べ直流電流重畳特性が大電流まで飽和しない製品が製造可能となる。もしくは高いインダクタンス値の製品を得ることが可能となる。

またインダクタ製品の底面の基板上に導電性のパターンを形成する場合や、製品周囲に導電性のある部品が設置されている場合は、コイルとパターンのショートを防ぐため、製品としてはコイル−コア間の絶縁確保が必要条件となるが、その場合の対策として、コイル部分をあらかじめ、絶縁樹脂でモールドする。この場合、導電率は高いが直流重畳特性の優れたＭｎ−Ｚｎフェライトの磁性コアが使用できる。

またペースト状態から固化させた磁石を使用する場合は、その磁石の配向を行うのにコイルによる発生磁界つまりコイル使用通電方向とは反対方向にパルス電流を通電させ磁石を配向させ製造することができる。

本発明のインダクタとそのコイルを示し、図１（ａ）はインダクタ全体の断面図、図１（ｂ）はコイルの斜視図、図１（ｃ）はコイルの巻き方の手順を示す平面図、図１（ｄ）はコイルの断面図。 本発明のインダクタを示し、図２（ａ）は外観斜視図、図２（ｂ）は上面からの内部透視図、図２（ｃ）は正面からの内部透視図、図２（ｄ）は正面側から見た断面図。 本発明の実施の形態２のインダクタの外観斜視図。 従来のインダクタを示し、図４（ａ）はその分解斜視図、図４（ｂ）はその組立図。 他の従来例のインダクタを示し、図５（ａ）はその断面図、図５（ｂ）はそれに用いるコイルの平面図。 さらに他の従来例のインダクタを示す断面図。 別の従来例のインダクタを示す斜視図。

符号の説明

１ａ，７ａ 巻始め端部
１ｂ，７ｂ 巻終わり端部
２，５，６，１０，１１ 磁性コア
３ 希土類ボンド磁石
４ エッジワイズコイル
８ 基板部
９ 配線パターン状コイル
１２ 金属導体
１３ 樹脂
１４ コイル
１５ モールド成形体

Claims (10)

1. 平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタにおいて、前記コイルは、四角断面の平角導線をスパイラル状に１層目として巻線し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて２層目になるようにスパイラル状に巻線してなり、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に前記結合体が前記コイルの発生磁界とは反対方向に磁気バイアスを印加するように設置され、前記コイルおよび前記結合体は、前記第１および第２の磁性コアの間に挟み込まれたことを特徴とするインダクタ。
2. 前記結合体はボンド磁石であることを特徴とする、請求項１記載のインダクタ。
3. 前記結合体は希土類磁石粉末を含む樹脂ペーストを固化してなることを特徴とする、請求項１記載のインダクタ。
4. 前記コイルの巻始めの平角導線の端部、および巻終わりの平角導線の端部は、曲げ加工され、曲げ加工部分の先端部が外部実装端子として形成されたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のインダクタ。
5. 前記コイルの巻始めの平角導線の端部、および巻終わりの平角導線の端部は、前記磁性コアの外面に沿って曲げ加工され、先端部が前記磁性コアの底面に配置されたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のインダクタ。
6. 前記先端部はプレスにより、つぶされたことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のインダクタ。
7. 前記コイルは絶縁樹脂でモールドされ、前記結合体と共に第１の磁性コアおよび第２の磁性コアの間に組み込まれたことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のインダクタ。
8. 平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタにおいて、前記コイルは複数の単位コイルを接続してなり、前記単位コイルは四角断面の平角導線をスパイラル状に１層目として巻線し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて、２層目になるようにスパイラル状に巻線してなり、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に前記結合体が前記コイルによる発生磁界とは反対方向に磁気バイアスを印加するように設置され、前記コイルおよび前記結合体は、前記第１および第２の磁性コアの間に挟み込まれたことを特徴とするインダクタ。
9. 平板状の第１の磁性コアと、コイルと、２−１７型Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系もしくはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の希土類磁石粉末の樹脂による結合体と、平板状の第２の磁性コアとを組み合わせてなるインダクタの製造方法において、巻心に四角断面の平角導線をスパイラル状に巻き、１層目の巻線を形成し、内周側になった平角導線を１層目の巻線上に内周側から外周側へ重ねて、２層目になるようにスパイラル状に巻線して前記コイルを作製する工程と、前記コイルの内周側もしくは外周側の少なくとも一方に、前記希土類磁石粉末の樹脂ペーストを塗布した後、前記第１および第２の磁性コアで挟み込むように組み合わせる工程と、前記コイルによる発生磁界とは反対方向に磁気バイアスが印加されるように塗布後の前記希土類磁石粉末を配向させる工程とを含むことを特徴とするインダクタの製造方法。
10. 前記希土類磁石粉末を配向させる工程は、使用時のコイル通電方向とは反対方向にパルス電流を通電させ磁気配向させる工程であることを特徴とする、請求項９記載のインダクタの製造方法。

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