JP2007165729A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 開磁路を構成するインダクタの放熱性を向上させること。
【解決手段】 表面を絶縁性の皮膜により被覆された、導電性を有する巻線３０と、巻線３０が巻回され、開磁路を構成するコア２０と、を有する基板実装型のインダクタ１０において、巻線３０の表面積の１０％以上７０％以下の範囲で接触するように、巻線３０とコア２０との間にシリコーン樹脂３２を介在させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビ等の各種電気機器に用いられるインダクタに関する。

近年、大電流に耐えることが可能なインダクタが多数開発されている。これらインダクタを構成しているコイルに大電流を流すと、当該コイルから多量の熱が発生する。この発熱により、回路上に配置されている他の電子部品の特性が劣化し、電子機器全体に悪影響を与える可能性があるため、当該コイルから発生する熱を効率良く放熱することが要求されている。

コイルの放熱性を高めることを目的として、従来から、巻芯と該巻芯に巻回される巻線との間に樹脂を充填したインダクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているインダクタ部品６０は、図６に示すように、中脚６１と、この中脚６１の外側に対向するように設けられる外脚６２と、これらの中脚６１と外脚６２とを連接する連接脚６３と、を有した閉磁路磁芯６４を備えており、この閉磁路磁芯６４の中脚６１の外周に平角線により形成されたコイル６５を巻回し、閉磁路磁芯６４における中脚６１、外脚６２および連接脚６３とコイルとの間の空間である充填部６６を樹脂６７で充填している。

特開２００３−７５４７号公報（図１〜図４）

インダクタ部品６０は、閉磁路を構成しているため、容易に、コイル６５の表面全体を樹脂によって完全に覆うことができる。しかし、開磁路を構成しているインダクタの場合には、磁芯とコイルとの接触部分の面積が比較的小さくなるので、コイルからの熱を効果的に放出することが難しい。このため、開磁路を構成するインダクタの場合、放熱性が低下するといった深刻な問題がある。

本発明は、上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、開磁路を構成する場合であっても、放熱性の高いインダクタを提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、導電性を有する巻線と、巻線が巻回され、開磁路を構成するコアと、を有する基板実装型のインダクタにおいて、巻線の表面積の１０％以上７０％以下の範囲で接触するように、巻線とコアとの間にシリコーン樹脂を介在させたものである。

このように構成した場合には、巻線の表面積の１０％以上７０％以下がシリコーン樹脂によって覆われ、残りの部分が露出している。そのため、巻線に発生した熱を、シリコーン樹脂を介してコアから放出することができると共に、巻線から直接空気中に放熱することが可能となる。したがって、巻線に発生した熱を効率良く外部に放出することが可能となる。このため、発熱によって起因する電気機器等に配置される他の電子部品の故障を防止することできる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、シリコーン樹脂の熱伝導率を１．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上としたものである。このように構成した場合には、放熱性がさらに良好なものとなる。

本発明によると、開磁路を構成するインダクタの放熱性が向上する。

以下、本発明の一実施の形態に係るインダクタ１０について、図面を参照しながら説明する。

図１は、インダクタ１０の構成を示す側面図である。図２は、インダクタ１０を面実装される側（すなわち回路基板側）から見た平面図である。図３は、図２におけるインダクタ１０をＡ−Ａ線で切断した状態を示す側断面図である。なお、以下の説明において、下方側とは、後述するフランジ部２５が存在する側を指し、上方側とは、フランジ部２５が存在しない側を指すものとする。

インダクタ１０は、面実装タイプのインダクタであり、図１に示すように、釘形状を有する釘型コア２０と、当該釘型コア２０に巻回される銅製の巻線３０と、から主に構成されている。

釘型コア２０は、図１および図２に示すように、巻芯２２と、巻芯２２の下方側に設けられたフランジ部２５と、から構成されている。巻芯２２は、直径約６．５ｍｍ、長さ約１４．５ｍｍを有する円柱形状を有している。また、フランジ部２５は、その外径が巻芯２２の外径より大きい直径約１１ｍｍ、厚さ約６ｍｍの円板形状を有している。また、図２に示すように、フランジ部２５には、その外周面において対向する２つの部位からフランジ部２５の中心に向かって切り欠かれた溝部２５ａ，２５ａが形成されている。釘型コア２０は、ニッケル系のフェライトから構成されているが、これに限られることなく、他の磁性材料から構成されるものでも良い。

巻芯２２の外周には、その外側を皮膜に被覆された直径約２ｍｍの銅製の巻線３０が巻回されている。ただし、巻線３０の材質は、銅に限定されることなく、他の導電性の良好な金属であっても良い。巻線３０は、フランジ部２５の上端面２５ｂに当接するように巻芯２２に３回転半巻回されている。したがって、巻線３０は、フランジ部２５における上端面２５ｂから上方側に向かって６ｍｍ〜８ｍｍの領域に巻回されている。また、巻線３０の両末端３０ａ，３０ａは、溝部２５ａ，２５ａの内部を通過して、フランジ部２５の下端面２５ｃから下方側に向かって突出し、不図示の回路基板に接続されている。

また、図３に示すように、巻芯２２の外周面と巻線３０の巻回部分において巻芯２２と対向する面とが形成する空間部２７、並びに、巻線３０の巻回部分の上端部３０ｂおよび下端部３０ｃには、熱伝導性に優れたシリコーン樹脂３２が塗布されている。シリコーン樹脂３２を用いる理由は、次の通りである。熱伝導性の高さだけに着目すれば、シリコーン樹脂３２よりも、メタル素の接着剤の方が好ましい。しかし、メタル素の接着剤を用いると、インダクタ１０の製造あるいは使用過程で巻線３０に傷がつくと、ショートを起こす危険性がある。このため、高絶縁性と高熱伝導性を兼ね備えたシリコーン樹脂３２を用いている。

シリコーン樹脂３２は、巻線３０における内側の半円部分（表面積の５０％）と接触するように塗布されている。したがって、図３において、巻線３０の外側の半円部分は、シリコーン樹脂に覆われていない。ただし、シリコーン樹脂３２を塗布する領域を巻線３０における内側の半円部分の面積に限定されることなく、巻線３０の表面積の１０％以上７０以下の範囲とするようにしても良い。また、シリコーン樹脂３２としては、熱伝導率が１．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好適に用いられている。さらに、シリコーン樹脂３２を巻芯２２に塗布しやすくするために、巻芯２２には、予めアルキルベンゼンスルホン酸塩等の界面活性剤を塗布するのが好ましい。なお、巻線３０の両末端３０ａ，３０ａと上記不図示の回路基板との接続部において、半田等の上からシリコーン樹脂３２を塗布しても良い。これにより、巻線３０の熱が、シリコーン樹脂３２を通じて、空気中へ逃がしやすくなる。

次に、釘型コア２０の巻芯２２に何も塗布しない場合と、エポキシ樹脂もしくはシリコーンの樹脂３２を塗布した場合の巻線３０の放熱性を実験にて比較した。

巻線３０に電流を流さない場合の巻線３０の初期温度は２４度とした。ここで、巻芯２２に何も塗布しない場合、巻線３０に５０Ａの直流電流を流すと、巻線３０の温度は１０４度となり初期温度から８０度上昇した。一方、巻芯２２にエポキシ樹脂を塗布した場合、巻線３０に５０Ａの直流電流を流すと、巻線３０の温度は９９度となり初期温度から７５度上昇した。さらに、巻芯２２にシリコーン樹脂３２を塗布した場合、巻線３０に５０Ａの直流電流を流すと、巻線３０の温度は５３度となり初期温度から２９度上昇した。以上の結果から、巻芯２２にシリコーン樹脂３２を塗布した場合には、巻芯２２に何も塗布しない場合およびエポキシ樹脂を塗布した場合と比較して、巻線３０の放熱性が顕著に高くなることがわかった。

次に、インダクタ１０の製造工程について説明する。

まず、巻芯２２におけるフランジ部２５の上端面２５ｂから上方側に向かって８ｍｍ〜１０ｍｍの外周面（シリコーン樹脂が塗布される領域）に界面活性剤を塗布する。次に、界面活性剤が塗布された領域にシリコーン樹脂３２を塗布する。次に、予め巻回された巻線３０を釘型コア２０の上方から上端面２５ｂに当接するように、巻芯２２の外側に配置させる。そして、巻線３０の両末端３０ａ，３０ａを、溝部２５ａ，２５ａの内部に配置させる。以上のような工程により、インダクタ１０は完成する。

図４は、インダクタ１０に塗布するシリコーン樹脂３２の熱伝導率とインダクタ１０の放熱性との関係を示す図である。

図４において、縦軸は、巻線３２と釘型コア２０との温度差を示しており、横軸は、巻線３２の温度を示している。また、縦軸の温度差は、その値が小さいほど放熱性が良いことを意味する。図４から明らかなように、熱伝導率が０．４Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーン樹脂３２を用いた場合と比較して、熱伝導率が２．１Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーン樹脂３２を用いた場合の方が、巻線３２と釘型コア２０との温度差（以下、単に温度差という。）が小さい。また、熱伝導率が０．４Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーン樹脂３２を用いた場合、巻線３２の温度が１２０度以上になると温度差の傾きが大きくなっているのに対し、熱伝導率が２．１Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーン樹脂３２を用いた場合の温度差の傾きは、巻線の温度に関わらずほぼ一定となっている。この結果から、熱伝導率の優れたシリコーン樹脂３２を用いると放熱性が優れたものとなることが分かる。また、熱伝導率が０．４Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーン樹脂３２を用いた場合、巻線３２の温度が１２０度以上になると温度差の傾きが大きくなっていることから、巻線３２の温度が上昇するにつれて放熱性の良し悪しに顕著な差が生じることが分かる。

図５は、インダクタ１０の構成を示す図であり、巻線３０が釘型コア２０の上方に配置された状態のインダクタ１０の側面図である。

インダクタ１０では、釘型コア２０において巻線３０の位置を上下に移動させることでインダクタ１０のインダクタンス値が変化する。本実施の形態では、インダクタ１０のインダクタンス値は、巻線３０がフランジ２５に当接した状態で最大となる。例えば、巻線３０の巻回数が、２回転半である場合、図１に示すように巻線３０がフランジ２５に当接した状態でのインダクタ１０のインダクタンス値は３００ｎＨとなるのに対し、図４に示すように巻線３０が巻芯２２の上方に配置されている場合のインダクタンス値は２００ｎＨとなる。また、巻線３０の巻回数が、３回転半である場合、図１に示すように巻線３０がフランジ２５に当接した状態でのインダクタ１０のインダクタンス値は５００ｎＨとなるのに対し、図４に示すように巻線３０が巻芯２２の上方に配置されている場合のインダクタンス値は４００ｎＨとなる。

このように巻線３０が、フランジ２５に当接した状態の方がインダクタ１０のインダクタンス値は大きくなる。これは、巻線３０の長さ方向の中心が釘型コア２０の重心の近くに位置しており、このような状態では、釘型コア２０中には多くの磁束が通過するためである。一方、巻線３０の当該中心が釘型コア２０の重心から離れた状態、すなわち、巻線３０が釘型コア２０の上方に位置する状態では、釘型コア２０の中を通過する磁束は少なくなる。このため、インダクタ１０のインダクタンス値は小さくなる。このように、インダクタ１０のインダクタンス値は、釘型コア２０における巻線３０の位置が上下に移動することで変化する。

また、巻線３０の巻数を２回転半から３回転半に増やすことにより、インダクタンス値は２００ｎＨ増える。一方、同じ巻数の巻線３０を釘型コア２０の巻芯２２に沿って上下移動させることにより、インダクタンス値は１００ｎＨ増える。したがって、インダクタ１０では、釘型コア２０における巻線３０の巻数を変えるよりも、巻線３０の位置を上下に移動させる方が、インダクタ１０のインダクタンス値を微調整できる。

以上のように構成されたインダクタ１０では、巻線３０の表面積の半分がシリコーン樹脂３２によって覆われ、残りの部分が露出している。そのため、巻線３０に発生した熱を、シリコーン樹脂３２を介して釘型コア２０から放出することができると共に、巻線３０に発生した熱を巻線３０から直接空気中に放出することが可能となる。したがって、巻線３０に発生した熱を効率良く外部に放出がすることが可能となる。このため、発熱によって起因する電気機器等に配置される他の電子部品の故障を防止することできる。

また、インダクタ１０では、シリコーン樹脂３２の熱伝導率が１．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを採用している。このため、図４から分かるように、インダクタ１０の放熱性が優れたものとなる。また、巻線３２の温度が１２０度以上ではさらに放熱性が良好となる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の実施の形態では、釘型コア２０は、巻芯２２の直径約６．５ｍｍ、長さ約１４．５ｍｍを有する巻芯２２と、直径約１１ｍｍ、厚さ約６ｍｍを有するフランジ部２５とから構成されているが、巻芯２２およびフランジ部２５の寸法をこれらの値に限定せず、他の値としても良い。

また、上述の実施の形態では、巻線３０の巻回数は３回転半としたが、これに限定することはなく、他の巻回数としても良い。

また、上述の実施の形態では、コアを釘型コア２０としているが、これに限定されることなく、ドラム型コア、Ｔ型コアまたがＰＯＴコア等他の種類のコアを用いるようにしても良い。

本発明のインダクタは、携帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビ等の各種電子機器を製造または使用する産業において利用可能である。

本発明の実施の形態に係るインダクタの構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係るインダクタを面実装される側から見た平面図である。 図２におけるインダクタをＡ−Ａ線で切断した状態を示す側断面図である。 本発明の実施の形態に係るインダクタに塗布するシリコーン樹脂の熱伝導率とインダクタの放熱性との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るインダクタの構成を示す図であり、巻線が釘型コアの上方に配置された状態の側面図である。 従来例のインダクタの構成を示す側面図である。

符号の説明

１０…インダクタ
２０…釘型コア
３０…巻線
３２…シリコーン樹脂

Claims (2)

1. 導電性を有する巻線と、
   上記巻線が巻回され、開磁路を構成するコアと、
   を有する基板実装型のインダクタにおいて、
   上記巻線の表面積の１０％以上７０％以下の範囲で接触するように、上記巻線と上記コアとの間にシリコーン樹脂を介在させた構成を備えることを特徴とするインダクタ。
2. 前記シリコーン樹脂の熱伝導率は、１．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。

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