JP2008270438A - インダクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で大電流時の直流重畳特性が良好で、高い材料寸法精度や組み立て精度を必要としない閉磁路型インダクタを提供する。
【解決手段】縦型に巻いたコイル１と、磁性体粉末と接着剤の混合体からなる磁心部２と、フェライトなどの磁性体コア材３で構成し、断面Ｉ字形の磁心部２と断面コ字形の磁性体コア材３を組み合わせて断面ロ字形の閉磁路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般回路や高周波回路などにおいてチョークコイルやトランスなどとして使用するインダクタに関する。

電子機器の小型化・多機能化・高性能化に伴い、特に高密度実装を可能にする漏洩磁束の少ない小型で大電流に対応できる閉磁路型インダクタの製品化が求められている。
インダクタに大電流を流すとコア内の磁束が増えて磁気飽和を生じ、インダクタンスが低下して良好な直流重畳特性を保てなくなる。
そのため大電流に対応するには原理的にコアを大きくしたり、磁路の一部にギャップを設けて磁気飽和し難くする必要がある。
従って、インダクタを大電流・閉磁路構造とすると、必然的に外形寸法が大きくなってしまっていた。
また、ＥＩ型、ＥＥ型などの磁性体コア材の組み合わせにおいては、エア・ギャップ量でインダクタンスが大きく変動するので、特性バラツキの点から要求される材料寸法精度や組み立て精度が高く、製品コストを上昇させていた。

解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、小型で大電流時の直流重畳特性が良好で、高い材料寸法精度や組み立て精度を必要としない閉磁路型インダクタを提供することを目的になされたものである。

そのため本発明は、磁性体粉末と接着剤の混合体をコイルの内周に充填して磁心部を形成し、この磁心部とコイルの外周に配置した磁性体コア材を組み合わせてギャップなしのコアでループを作る閉磁路型磁気回路を形成することを最も主要な特徴とする。

本発明は、磁束が集中するコイルの内周に飽和磁束密度の高い磁心部を配置して磁気飽和し難くし、磁束が分散するコイルの外周に透磁率の高い磁性体コア材を配置して大きなインダクタンスを得ている。そのためコアを大きくすることなく大電流時の直流重畳特性の劣化を防ぐことができる。
また、コアにギャップがないので、高い材料寸法精度や組み立て精度を要するギャップ管理が不要になり、製品コストを低減できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施したインダクタの分解斜視図を示す。
インダクタは、縦型に巻いたコイル１と、磁性体粉末と接着剤の混合体からなる磁心部２と、フェライトなどの磁性体コア材３で構成し、図２に示すように、断面Ｉ字形の磁心部２と断面コ字形の磁性体コア材３を組み合わせて断面ロ字形の閉磁路を形成する。
このようにコイル１の内周側と外周側に形成される磁路の両方にそれぞれ磁性体を配置すると、両方の磁路において漏洩磁束を減少させることができ、大きなインダクタンスを得ることができる。

コイル１は、ウレタンエナメルなどの被覆銅線を管状に巻いたボビンやコアのない巻線そのもののソレノイド型コイルで、巻線の巻き始めを下方に折り曲げて外部接続用の一方のリード端子１１とし、巻き終わりをコイルの外側に折り返して他方のリード端子１１とする。そのため巻き終わり折り返し部のリード端子１１がコイルの外側に突出することになる。リード端子１１は、先端の絶縁被膜を剥離してそれをコイル端子１２とする。
コイル１は、平角線をエッジワイズ巻きして巻線の厚さを最小にした形状のものを使用してもよい。これにより、線積率をアップしてコイルのさらなる小型化・薄型化を可能にし、放熱性を高めることができる。

磁心部２は、磁性体粉末と接着剤の混合体を硬化前の流動性のある状態でコイル１内に充填し、それを断面コ字形の磁性体コア材３の上下の横板の間に嵌め込んで加熱硬化し、両端を磁性体コア材３の上下の横板に固着する。
空芯コイルは、そのままでは振動でインダクタンスが変化するが、このように磁心部２に接着剤を含む混合体を充填して機械的に固定すると不要振動を抑えることができる。
また、コイル１の発熱を効率よく磁心部２を通して磁性体コア材３に伝えるので、コイル１内にこもる熱を速やかに外に放出し、コイル１の熱的破壊を防止できる。

磁性体粉末は、フェライトより飽和磁束密度が高いFe-Si、Fe-Si-Cr、センダスト（Fe-Al-Si）、パーマロイ、カルボニール鉄、などの金属系材料を使用する。
磁性体粉末はこれらの内の１種類を使用するが、複数を混ぜて使用してもよい。
接着剤は、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を使用するが、化学反応性硬化樹脂や紫外線などの光硬化性樹脂などを使用してもよい。
磁性体粉末と接着剤の混合比は、磁性体粉末が多くなるほど磁心部２の透磁率が高くなるが、接着剤が少ないと流動性が低下して充填し難くなり、硬化後の強度も低下するので接着剤に対する磁性体粉末の混合比は５０〜９５重量％が好適である。

混合体に含まれる接着剤は、磁性体粉末間に分散された状態となって見かけ上ギャップとして機能し、磁路をギャップレスの閉磁路にすることができる。そのため高い寸法精度が要求されるギャップ調整が不要になり、製造コストを低減できる。
また、ギャップがあるとギャップの周囲の漏洩磁束密度が高くなりノイズの原因になることもあるが、それもなくなる。
ギャップ調整は、磁性体粉末と接着剤の混合比を変えることで簡単に行えるようになる。
また、インダクタンス特性の調整は、透磁率が高くインダクタンス特性を主として担う磁性体コア材３が閉磁路中に占める磁路の長さを変えることで簡単に行えるようになる。

磁性体コア材３は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎなどの酸化物が複合された多結晶の焼結体であるフェライト材で形成し、フェライト材の微粉末を金型に充填して複数の磁性体コア材３を一体に加圧成型し、次にこの加圧成型体を高温で焼成して作製する。
磁性体コア材３は、このようなプレス加工で簡単に作製できるので、部品コストを低減できる。
フェライト材には透磁率の大きなＮｉＺｎ系もしくはＭｎＺｎ系を使用する。

磁心部２と磁性体コア材３の組み合わせについては、両者の飽和磁束密度が共に高く、かつ略等しい値となることが望ましい。これは一方の飽和磁束密度が低いと、それのみが先に磁気飽和してしまい、全体の直流重畳特性が悪化するためである。
そのため本発明のインダクタは磁束が多く集まるコイル１の内周に透磁率の低いコア材を配置し、磁束が少ないコイル１の外周に透磁率の高いコア材を配置してコア内部に発生する磁束密度を均一化している。

磁心部２と磁性体コア材３の形状は、図３（ａ）に示すように、コイル１と一体の磁心部２を中心角９０°の円弧状に湾曲し、その両端を断面Ｌ字型の板状の磁性体コア材３に接合させてもよい。
あるいは、図３（ｂ）に示すように、コイル１と一体の磁心部２を半円状に湾曲し、その両端を断面Ｉ字型の板状の磁性体コア材３に接合させてもよい。

図４に、本発明を実施したインダクタの製造プロセスの概略図を示す。
図４において、まず（１）に示すように、作業用ボビンに巻線を施して空芯コイル１を作成する。この製法は、先にコイルを巻いておけるので、後からコイルを巻く場合に比べ組み立てが容易になる。

次に、（２）に示すように、磁性体粉末と接着剤を定量計量して混合混練したペースト状の混合体をコイル１内に射出注入し、コイル１内に未硬化の磁心部２を形成する。
射出注入は多めに行い、余剰部分がコイル１の両端から溢れ出るようにする。

次に、（３）に示すように、コイル１と一体の磁心部２を磁性体コア材３の上下の横板の間に嵌め込む。このとき磁心部２の両端から溢れ出た余剰部分が上下の横板に挟まれて横方向に押し出される。
これにより寸法の不一致が自動調整されるので、材料寸法精度や組み立て精度が緩和され、製造コストが安くなる。
また、ペースト状の混合体に接着剤が含まれているので、接着剤を用いて組み立てる手間も省ける。

次に、（４）に示すように、磁心部２の両端から溢れ出た余剰部分を除去した後、磁心部２を加熱硬化させてコイル１と一体の磁心部２を磁性体コア材３に固着する。
以上でインダクタが完成する。

本発明を実施したインダクタの分解斜視図である。 本発明を実施したインダクタの断面図である。 本発明を実施したインダクタの変形例である。 本発明を実施したインダクタの製造プロセスの概略図である。

符号の説明

１ コイル
１１ リード端子
１２ コイル端子
２ 磁心部
３ 磁性体コア材

Claims (7)

1. 磁性体粉末と接着剤の混合体をコイルの内周に充填して磁心部を形成し、
   この磁心部とコイルの外周に配置した磁性体コア材を組み合わせてギャップなしのコアでループを作る閉磁路型磁気回路を形成することを特徴とするインダクタ。
2. 前記コアが磁性体粉末と接着剤の混合体を硬化前の流動性のある状態でコイル内に充填し、その両端を磁性体コア材に接合して硬化させたものであることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
3. 前記磁性体粉末が少なくともFe-Si、Fe-Si-Cr、センダスト、パーマロイ、カルボニール鉄のうちのいずれか、または複数を混合したものであることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
4. 前記接着剤が少なくともエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
5. 前記接着剤に対する磁性体粉末の混合比が５０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
6. 前記磁性体コア材がフェライトであることを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
7. 空芯コイルを作成する工程と、
   空芯コイル内に磁性体粉末と接着剤の混合体を充填して未硬化の磁心部を形成する工程と、
   磁心部の両端を未硬化の状態で磁性体コア材に接合する工程と、
   磁性体コア材に接合した磁心部を硬化させる工程と、
   を経ることを特徴とするインダクタの製造方法。

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