JP2007201207A - コイル用ボビン及びインダクタンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁心脚部に対して同心状態を保ち、がたつかないように装着可能なコイル用ボビン及びこれを用いたインダクタンス素子を提供する。
【解決手段】コイル用ボビン４０は、円筒状巻胴部４１と、円筒状巻胴部４１の両端に形成された鍔部４２とを有し、円筒状巻胴部４１の内周面に、円筒状巻胴部内周に挿入される磁心脚部と円筒状巻胴部４１とを同心状に維持するための弾性突部５０，６０を複数設けてある。このようなコイル用ボビン４０に一対のフェライトコア２０，３０を組み合わせてインダクタンス素子を構成した場合、磁心脚部相互の軸ずれを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル用ボビン及びこれを用いたインダクタンス素子に係り、とくにトランス、チョークコイル等のギャップを有する磁心構造に装着するのに適したコイル用ボビン及びこれを用いたインダクタンス素子に関する。

従来、トランス、チョークコイル等において、その巻線に流れる電流によって磁心が飽和しないように、ギャップを有する磁心構造を採用する場合がある。例えば、一対のＥ型フェライトコアを用いる場合、巻線を施したコイル用ボビンに嵌挿される中央脚部間にギャップを設けるのが一般的である。この場合、磁気抵抗の小さなフェライトコア間に大きな磁気抵抗のギャップが存在することになり、ギャップ周辺で大きな漏洩磁束が発生する。そして、ギャップを包囲するようにコイルが巻回されているとき、漏洩磁束によりギャップ周辺のコイル部分が渦電流損失等に起因して発熱する問題がある。

一方、フェライトコアを組み込んで完成形とする従来のトランス、チョークコイルにおいて、コイルを巻回、収納する目的で使用されるボビンは、焼結体であるフェライトコアの寸法公差に対して樹脂成型によって非常に精度良く作製されることから、フェライトコアの最大交差に対して干渉しない程度に設計され（最大交差のフェライトコアが組込可能なようにボビン内周を大きく設計され）、使用されてきた。

しかし、精度の良いフェライトコアの位置決め方法がなく、フェライトコアの組込時に軸ずれが起きることにより、特性にバラツキが発生しやすい。その理由を以下の図１０乃至図１２の従来例で具体的に説明する。

図１０乃至図１２は従来のインダクタンス素子としてのトランスであって、図１０は一対のＥ型フェライトコア相互に位置ずれが無い場合、図１１及び図１２は一対のＥ型フェライトコア相互に位置ずれが発生している場合を示す。

これらの図において、コイル用ボビン１０は、円筒状巻胴部１１と、円筒状巻胴部１１の両端に形成された鍔部１２とを一体に有し、円筒状巻胴部１１の外周には一次巻線１の下層巻線部１ａ、二次巻線２、一次巻線１の上層巻線部１ｂ、ドライブ巻線３の順に巻回されている。なお、各巻線間には絶縁体である層間テープ４が、鍔部１２の内面と巻線１〜３との間には絶縁体であるバリアテープ５が配置されている。

一対のＥ型フェライトコア２０，３０は、それぞれ両側脚部２１，３１と中央脚部２２，３２を有し、中央脚部２２，３２間にギャップＧを形成するために、一方の中央脚部３２は両側脚部３１よりも短く形成されている。そして、一対のＥ型フェライトコア２０，３０は、中央脚部２２，３２を巻線１，２，３が施されたボビン１０の円筒状巻胴部１１の内周に挿入した状態で突き合わされ（側脚部２１，３１同士が当接して）機械的に一体化される。この結果、ギャップＧを包囲するように巻線１，２，３が施されたボビン１０が配置されることになる。

ところで、一対のＥ型フェライトコア２０，３０は焼結体であって寸法公差が大きく、これに対してコイル用ボビン１０は樹脂成型によって非常に精度良く作製されることから、フェライトコア２０，３０の最大交差に対して干渉せず、最大交差のフェライトコアであっても組込可能なようにボビン１０の円筒状巻胴部１１の内周径を大きくしている。このため、殆どの場合、ボビン側の円筒状巻胴部１１の内周と磁心側の中央脚部２２，３２外周との間に遊びが発生し、図１１及び図１２のように一対のＥ型フェライトコア２０，３０に軸ずれが生じてしまう（上下の中央脚部２２，３２の位置がずれてしまう）。

図１２には、ギャップＧに起因する漏洩磁束の影響範囲が点線Ｐで示されているが、コイル用ボビン１０に対して磁心側の中央脚部２２，３２の位置が変動することで、ボビン１０に巻かれた巻線１，２，３への漏洩磁束の影響範囲が変化することになる。このことは、以下の問題を引き起こす。

(1) 例えば、コイル用ボビン１０に巻かれる最も内側の一次巻線１の下層巻線部１ａを、漏洩磁束の影響に配慮して撚り線（細い導線を互いに絶縁して複数本束ねたもので、交流抵抗を低減できるが高価である）とし、それより外側の巻線は通常の単線を用いた場合、漏洩磁束の影響範囲が拡がることで、単線を巻回した巻線部分の漏洩磁束による発熱（過熱）及び効率の低下が問題になる。過熱によって断線するおそれがでてくる。

(2) また、前記軸ずれによって漏洩磁束の影響範囲が拡がることに配慮して、一次巻線１の下層巻線部１ａの外側の巻線部分まで高価な撚り線を用いることは、原価上昇を招き、また巻線部分が大型化する問題がでてくる。

また、図１１のように、上下の中央脚部２２，３２の相互位置がずれると、正面で対向する面積が変化しギャップＧの磁気抵抗が変動し、製品毎の特性バラツキの原因となる問題がある。

なお、コイル用ボビンの円筒状巻胴部とここに挿入される磁心脚部との間に所要の隙間を設ける構成が下記特許文献１で提案されている。

特開２００４−７９９５０号公報

この特許文献１は、磁心挿入部となる円筒状巻胴部内周面に点状又は線状の位置規制部を設けて、円筒状巻胴部内周面が直接磁心に接触しないようにし、ワニス含浸処理で磁心とコイル用ボビンとを固着した構造としたときに、コイル用ボビンが熱膨張しても、それが磁心側に伝わらないようにして、磁心の突き合わせ部分が引き離されないようにしたものである。但し、位置規制部には、円筒状巻胴部と磁心脚部とを同心配置とする機能はない。

本発明は、上記の点に鑑み、磁心脚部に対して同心状態を保ち、がたつかないように装着可能なコイル用ボビンを提供することを目的とする。

また、本発明は、磁心脚部に対して同心状態を保ち、がたつかないように、巻線を施したコイル用ボビンを装着することにより、磁心脚部相互の軸ずれを防止して、脚部間のギャップの磁気抵抗を安定化し、またギャップに起因する漏洩磁束の影響を受ける巻線の範囲を一定にして、漏洩磁束に対する備えのない巻線部分の過熱（渦電流損失等により発熱する現象）及び効率の低下を防止し、特性の安定化、信頼性の向上を図ることのできるインダクタンス素子を提供することをもう一つの目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明に係るコイル用ボビンは、筒状巻胴部と、前記筒状巻胴部の両端に形成された鍔部とを有していて、
前記筒状巻胴部の内周面に、前記筒状巻胴部内周に挿入される磁心脚部と前記筒状巻胴部とを同心状に維持するための弾性突部を複数設けたことを特徴としている。

前記コイル用ボビンにおいて、前記弾性突部は前記磁心脚部が挿入される方向に向いて前記弾性突部の突出量が増加する部分を有し、前記筒状巻胴部と共に樹脂で一体に形成されているとよい。

前記コイル用ボビンにおいて、前記弾性突部が、前記筒状巻胴部内周に一方向から挿入される第１の磁心脚部と、前記筒状巻胴部内周に反対方向から挿入される第２の磁心脚部とにそれぞれ対応する位置に設けられているとよい。

本発明に係るインダクタンス素子は、前記コイル用ボビンと、前記筒状巻胴部内周に中央脚部が挿入されて前記中央脚部間にギャップを有するように突き合わされる一対の磁心と、前記巻胴部に巻回された巻線とを備えたことを特徴としている。

前記インダクタンス素子において、前記巻線は少なくとも一次巻線と二次巻線とからなり、トランスを構成してもよい。

前記インダクタンス素子において、前記一対の磁心の中央脚部は、それぞれ先端に向かってテーパー状又はステップ状に細くなる部分を有していてもよい。

本発明に係るコイル用ボビンによれば、筒状巻胴部の内周面に、前記筒状巻胴部内周に挿入される磁心脚部と前記筒状巻胴部とを同心状に維持するための弾性突部を複数設けてあるため、磁心脚部に対してコイル用ボビンは同心的な位置関係を保持できる。従って、磁心脚部間にギャップが存在する場合であっても、ギャップに起因する漏洩磁束の影響範囲は一定範囲となり、漏洩磁束対策をとるべき巻線部分が常に特定できることになる。

また、本発明に係るインダクタンス素子によれば、前記コイル用ボビンと、その筒状巻胴部内周に中央脚部が挿入されて前記中央脚部間にギャップを有するように突き合わされる一対の磁心と、前記巻胴部に巻回された巻線とを備えており、前記コイル用ボビンの作用で前記中央脚部相互の軸ずれを防止でき、前記中央脚部と前記筒状巻胴部とを同心的に保つことができる。この結果、前記中央脚部間のギャップの磁気抵抗を安定化し、またギャップに起因する漏洩磁束の影響を受ける巻線の範囲を一定にして、漏洩磁束に対する備えのない巻線部分の過熱（渦電流損失等により発熱する現象）及び効率の低下を防止し、特性の安定化、信頼性の向上を図り得る。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、コイル用ボビン及びインダクタンス素子の実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図５で本発明に係るコイル用ボビン及びインダクタンス素子の実施の形態１を説明する。図１及び図２はインダクタンス素子の全体構成を、図３及び図４は前記インダクタンス素子に用いるコイル用ボビンの全体構成を、図５はコイル用ボビンの要部構成をそれぞれ示す。

これらの図において、コイル用ボビン４０は、円筒状巻胴部４１と、円筒状巻胴部４１の両端に形成された鍔部４２とを有し、さらに図５（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）に拡大して示すように円筒状巻胴部４１の内周面４１ａには舌片状弾性突部５０，６０がそれぞれ複数箇所形成されている。これらの円筒状巻胴部４１、鍔部４２及び弾性突部５０，６０は熱可塑性樹脂の射出成型等で一体に形成されている。

前記舌片状弾性突部５０，６０は、コイル用ボビン４０に組み付けられる一対のＥ型フェライトコア２０，３０の中央脚部２２，３２（断面円形）に対してコイル用ボビン４０を同心状に保つために等角度間隔で中央脚部２２，３２の外周面にそれぞれ当接可能な配置であり、個々の中央脚部に対応させて少なくとも２個、好ましくは３個以上を円筒状巻胴部４１の内周面４１ａにそれぞれ形成する。また、図１、図３のように中央脚部２２に当接する上側の弾性突部５０と中央脚部３２に当接する下側の弾性突部６０とが内周面４１ａにおける同じ円周方向位置とすると、一般的には樹脂成型上難しいが、その場合には図２、図４のように上側の弾性突部５０と下側の弾性突部６０とが内周面４１ａにおける異なる円周方向位置に形成されるようにするとよい。例えば、図２、図４のように弾性突部５０を９０度間隔で４箇所、弾性突部６０を４５度位置をずらして９０度間隔で４箇所形成する等である。

図５のように、前記弾性突部５０は中央脚部２２が挿入される方向に向いて弾性突部５０の突出量が増加するテーパー部分５１を有している。同様に、弾性突部６０は中央脚部３２が挿入される方向に向いて弾性突部６０の突出量が増加するテーパー部分６１を有している。

なお、弾性突部５０，６０の内周面４１ａからの突出量は、一対のＥ型フェライトコア２０，３０の寸法公差からみて最も小径の中央脚部２２，３２に対して全ての弾性突部が接触でき、かつ寸法公差からみて最も大径の中央脚部２２，３２であっても弾性突部５０，６０の弾性変形で円筒状巻胴部４１の内周に挿入可能な寸法に設定される。

その他の構成は前述した図１０の従来例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態において、一対のＥ型フェライトコア２０，３０は、中央脚部２２，３２を巻線１，２，３が施されたコイル用ボビン１０の円筒状巻胴部１１の内周に挿入した状態で突き合わされ機械的に一体化されるが、このとき、円筒状巻胴部１１の内周面４１ａに形成された弾性突部５０，６０が弾性力で断面円形の中央脚部２２，３２の外周面に接触し、中央脚部２２，３２の横断面に対し四方から支えるため、ボビン１０の円筒状巻胴部１１は中央脚部２２，３２に対して同心状に保持される。この結果、図２の点線Ｐで示されたギャップＧに起因する漏洩磁束の影響範囲は変動せず一定となり、例えば最も内側の一次巻線１の下層巻線部１ａのみに漏洩磁束の影響範囲を限定可能である。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) コイル用ボビン４０の円筒状巻胴部４１の内周面４１ａに、円筒状巻胴部内周に挿入されるＥ型フェライトコア２０，３０の中央脚部２２，３２と円筒状巻胴部４１とを同心状に維持するための舌片状弾性突部５０，６０を複数設けてあるため、中央脚部２２，３２に対してコイル用ボビン４０は同心的な位置関係を保持できる。従って、中央脚部２２，３２間のギャップＧに起因する漏洩磁束の影響範囲の変動を防止して一定範囲にすることが可能である。このことは、漏洩磁束対策をとるべき巻線部分が常に特定でき、例えば最も内側の一次巻線１の下層巻線部１ａのみに漏洩磁束対策（撚り線採用等）をとればよい。漏洩磁束に対する備えのない巻線部分の過熱（渦電流損失等により発熱する現象）及び効率の低下を防止できる。

(2) コイル用ボビン４０は、舌片状弾性突部５０，６０も含めて高精度の寸法精度で形成でき、それらの弾性突部５０，６０の弾性作用（ボビン材のバネ性利用）で、一対のＥ型フェライトコア２０，３０の中央脚部相互の軸ずれを確実に防止して位置合わせ可能であり、中央脚部間のギャップＧの磁気抵抗を安定化できる。

(3) 上記(1),(2)により、インダクタンス素子の特性の安定化（例えば、直流重畳特性やインダクタンスの製品間のバラツキ低減等）、信頼性の向上を図ることができる。また、従来は、一対のフェライトコア２０，３０の中央脚部相互の軸ずれを想定して中央脚部及び側脚部断面をやや大きく設定していたが、その必要がなくなり、中央脚部及び側脚部断面を小さくでき、フェライトコア外形の小型化、製品外形の小型化が可能である。

図６（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態２を示す。この図において、Ｅ型フェライトコア２０Ａ，３０Ａの中央脚部２２Ａ，３２Ａはテーパー状に先細になっている。つまり、中央脚部２２Ａ，３２Ａは円錐台形状である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態２の場合、実施の形態１の作用効果に加えて、Ｅ型フェライトコア２０Ａ，３０Ａの中央脚部２２Ａ，３２Ａがテーパー状に先細となっているため、ギャップＧとコイル用ボビン４０との距離が大きくなり、ギャップＧに起因する漏洩磁束の影響を軽減する効果がある。

図７（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態３を示す。この図において、Ｅ型フェライトコア２０Ｂ，３０Ｂの中央脚部２２Ｂ，３２Ｂはテーパー状に先細になった円錐台部７１上に同一径の円柱部７２を設けた形状である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態３の場合、実施の形態１の作用効果に加えて、Ｅ型フェライトコア２０Ｂ，３０Ｂの中央脚部２２Ｂ，３２Ｂにテーパー状に先細となっている円錐台部７１が形成されているため、ギャップＧとコイル用ボビン４０との距離が大きくなり、ギャップＧに起因する漏洩磁束の影響を軽減する効果がある。また、中央脚部２２Ｂ，３２Ｂは円錐台部７１上にその先端と同一径の円柱部７２を設けた形状であるため、ギャップＧは中央脚部３２Ｂの円柱部７２の研磨加工で形成することになり、研磨加工により中央脚部２２Ｂ，３２Ｂの対向面積が変化せず、特性バラツキを抑制できる。

なお、コイル用ボビン４０の弾性突部５０，６０は円錐台部７１に接する設計でも、円柱部７２に接する設計でもよい。

図８（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態４を示す。この図において、Ｅ型フェライトコア２０Ｃ，３０Ｃの中央脚部２２Ｃ，３２Ｃはステップ状に細くなる部分を有している。つまり、中央脚部２２Ｃ，３２Ｃは基部が大径部７５、先端部が同心の小径部７６となった形状である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態４の場合、実施の形態１の作用効果に加えて、Ｅ型フェライトコア２０Ｃ，３０Ｃの中央脚部２２Ｃ，３２Ｃに先端に向かってステップ状に細くなる部分を有しているため、ギャップＧとコイル用ボビン４０との距離が大きくなり、ギャップＧに起因する漏洩磁束の影響を軽減する効果がある。また、ギャップＧは中央脚部３２Ｃの一様な径の小径部７６の研磨加工で形成することになり、研磨加工により中央脚部２２Ｃ，３２Ｃの対向面積が変化せず、特性バラツキを抑制できる。

なお、コイル用ボビン４０の弾性突部５０，６０は大径部７５に接する設計でも、小径部７６に接する設計でもよい。

図９（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態５を示す。この図において、Ｅ型フェライトコア２０Ｄ，３０Ｄの中央脚部２２Ｄ，３２Ｄは大径基部円柱部８１と小径先端円柱部８３との間にテーパー状に細くなるテーパー部（円錐台部）８２を有している。つまり、中央脚部２２Ｄ，３２Ｄは基部に比較して先端部が細くなった円柱形状である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態５の場合、実施の形態１の作用効果に加えて、Ｅ型フェライトコア２０Ｄ，３０Ｄの中央脚部２２Ｄ，３２Ｄが基部よりも先端部が細くなっているため、ギャップＧとコイル用ボビン４０との距離が大きくなり、ギャップＧに起因する漏洩磁束の影響を軽減する効果がある。また、ギャップＧは中央脚部３２Ｄの一様な径の先端円柱部８３の研磨加工で形成することになり、研磨加工により中央脚部２２Ｄ，３２Ｄの対向面積が変化せず、特性バラツキを抑制できる。

なお、コイル用ボビン４０の弾性突部５０，６０は大径基部円柱部８１、テーパー部８２又は小径先端円柱部８３のいずれかに接する設計であればよい。

なお、本発明は、フェライトコアに限らず、ギャップを有する磁心構造に適用可能である。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明の実施の形態１であって、インダクタンス素子の全体構成を示す正断面図である。 同平断面図である。 実施の形態１で用いるコイル用ボビンの正断面図である。 同平断面図である。 実施の形態１においてコイル用ボビンの円筒状巻胴部内周面に形成された弾性突部であって、（Ａ）は一方の磁心脚部に弾性で接触する弾性突部の拡大側断面図、（Ｂ）は同拡大平断面図、（Ｃ）は他方の磁心脚部に弾性で接触する弾性突部の拡大側断面図である。 本発明の実施の形態２であって、（Ａ）はインダクタンス素子の全体構成を示す正断面図、（Ｂ）は同平断面図である。 本発明の実施の形態３であって、（Ａ）はインダクタンス素子の全体構成を示す正断面図、（Ｂ）は同平断面図である。 本発明の実施の形態４であって、（Ａ）はインダクタンス素子の全体構成を示す正断面図、（Ｂ）は同平断面図である。 本発明の実施の形態５であって、（Ａ）はインダクタンス素子の全体構成を示す正断面図、（Ｂ）は同平断面図である。 従来のインダクタンス素子であって、一対のフェライトコアに位置ずれのない場合の正断面である。 同じく一対のフェライトコアに位置ずれが生じたときの正断面である。 同平断面図である。図である。

符号の説明

１ 一次巻線
２ 二次巻線
３ ドライブ巻線
４ 層間テープ
５ バリアテープ
１０，４０ コイル用ボビン
１１，４１ 円筒状巻胴部
４１ａ 内周面
１２，４２ 鍔部
２０，３０，２０Ａ，３０Ａ，２０Ｂ，３０Ｂ，２０Ｃ，３０Ｃ，２０Ｄ，３０Ｄ フェライトコア
２１，３１ 側脚部
２２，３２，２２Ａ，３２Ａ，２２Ｂ，３２Ｂ，２２Ｃ，３２Ｃ，２２Ｄ，３２Ｄ 中央脚部
５０，６０ 弾性突部
５１，６１ テーパー部分
Ｇ ギャップ

Claims (6)

1. 筒状巻胴部と、前記筒状巻胴部の両端に形成された鍔部とを有するコイル用ボビンであって、
   前記筒状巻胴部の内周面に、前記筒状巻胴部内周に挿入される磁心脚部と前記筒状巻胴部とを同心状に維持するための弾性突部を複数設けたことを特徴とするコイル用ボビン。
2. 前記弾性突部は前記磁心脚部が挿入される方向に向いて前記弾性突部の突出量が増加する部分を有し、前記筒状巻胴部と共に樹脂で一体に形成されてなる請求項１記載のコイル用ボビン。
3. 前記弾性突部が、前記筒状巻胴部内周に一方向から挿入される第１の磁心脚部と、前記筒状巻胴部内周に反対方向から挿入される第２の磁心脚部とにそれぞれ対応する位置に設けられている請求項１又は２記載のコイル用ボビン。
4. 請求項１，２又は３記載のコイル用ボビンと、前記筒状巻胴部内周に中央脚部が挿入されて前記中央脚部間にギャップを有するように突き合わされる一対の磁心と、前記巻胴部に巻回された巻線とを備えたことを特徴とするインダクタンス素子。
5. 前記巻線は少なくとも一次巻線と二次巻線とからなり、トランスを構成する請求項４記載のインダクタンス素子。
6. 前記一対の磁心の中央脚部は、それぞれ先端に向かってテーパー状又はステップ状に細くなる部分を有する請求項４又は５記載のインダクタンス素子。

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