JP2009231357A - 巻線部品 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で小型化および配線基板への面実装化が可能になるとともに、大電流にも対応することができる巻線部品を提供する。
【解決手段】コア６が挿入された支持体１の外周に、配線基板Ｂ上に載置される支持体１の下面１ａにおいて両端部３ａ、３ｂが離間する開環リング状の複数の導体３を、各々の一方の端部３ａの端面が、隣接する導体３の他方の端部３ｂの端面に近接して対向するように上記軸線に対して傾斜して巻回してなり、配線基板Ｂに平行に形成された複数本の直線状の導電パターン１０上に、一方の端部３ａと他方の端部３ｂとが接続されることにより、複数の巻回数を有するコイルが形成されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板上に実装される大電流対応のインダクター素子等として用いて好適な巻線部品に関するものである。

周知のように、磁性材からなるコアの外周に、コイルを１回以上巻回した巻線部品は、電子機器や電気機器に組み込まれるチョークコイルやコモンモードコイル等の各種のインダクター素子として広く用いられている。
このような巻線部品は、通常回路部品の一部として、プリント配線基板等の配線基板上に実装されている。

ところで、上記プリン配線基板における高密度実装に伴い、上記巻線部品の小型化および大電流対応が要請されていることから、当該巻線部品を直接上記配線基板上に接合する面実装する構成が採用されている。上記実装構造によれば、配線基板上でのベースプレートが不要になるとともに、巻線部品のコイルを不連続な導体で形成しておき、配線基板上に面実装する際に、上記配線基板上の導電パターンを介して導体の不連続部の端部同士を接続して上記コイルを構成することにより、コイル巻き作業を簡易化することができるという利点がある。

例えば、下記特許文献１には、従来のこの種の巻線部品の配線基板への実装構造として、配線基板にコアを固定し、上記配線基板上に複数の導電パターンを形成するとともに、これら複数の導電パターンを、上記コアの外周に並列的に配設された複数本のボンディングワイヤーによって直列に接続することによりコイルを形成するようにしたインダクタンス素子が提案されている。
特開２００２−３６７８３０号公報

しかしながら、上記従来のインダクタンス素子にあっては、コイルを複数本のボンディングワイヤーと配線基板上の導電パターンとによって構成しているために、当該ボンディングワイヤーが外力に対して破断し易く、しかもコアの固定や、複数本のボンディングワイヤーの両端部と導電パターンとの接続を行う必要があるために、組み立て作業に手間を要するという問題点がある。

また、複数本のボンディングワイヤーを並列的に配設しているために、１本の導体の一端部と隣接する他の導体の他端部とを接続するための導電パターンの長さ寸法が大きなものとなり、このため配線基板上に無駄なスペースが発生して実装面積を小さくすることが難しいとい問題点もある。さらに、上記コイルの一部としてボンディングワイヤーを用いているために、近年における大電流化には対応することができないという問題点がある。

そこで、上記ボンディングワイヤーにかえて断面積が大きな導体を使用することも考えられるが、上記コイルの他部を形成する上記導電パターンの長さ寸法が大きく、かつ通常上記導電パターンは３０〜７０μｍ程度の厚さ寸法であるために、当該導電パターンにおける直流抵抗が増大して銅損の発生を招くおそれがあり、よって上述した大電流化に対応することは、現実的には困難である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造で小型化および配線基板への横実装による面実装化が可能になるとともに、大電流にも対応することができる巻線部品を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、貫通孔が形成された合成樹脂製の支持体と、この支持体の上記貫通孔内に挿入された磁性体からなるコアと、上記支持体の外周に間隔をおいて巻回されるとともに配線基板上に載置される上記支持体の下面において両端部が離間する開環リング状の複数の導体とを有し、かつ上記複数の導体は、各々の一方の上記端部の端面が、隣接する上記導体の他方の上記端部の端面に近接して対向するように上記軸線に対して傾斜して巻回されてなり、上記配線基板に平行に形成された複数本の直線状の導電パターン上に、各々上記一方の端部と上記他方の端部とが接続されることにより、上記複数の巻回数を有するコイルが形成されるようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記導体の上記一方の端部と隣接する上記導体の他方の端部とは、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの間隔をおいて対向するとともに、半田付けにより上記導電パターンに接続されることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記導体が、上記支持体を上記合成樹脂の射出成形によって形成する際に、当該支持体の少なくとも上面の内部にインサート成形されることにより上記支持体と一体化されていることを特徴とするものである。ちなみに、この場合に用いる支持体の合成樹脂は、絶縁性を有する熱可塑性または熱硬化性樹脂である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記導体が、上記支持体の上面において当該支持体内に埋設されているとともに、上記支持体の両側面および上記下面に沿って屈曲されることにより上記支持体の外周に巻回されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記導体が、帯板状に形成されるとともに、平面視において、上記支持体の上面の幅方向中間部において上記軸線に対して傾斜し、かつ上記上面の幅方向両端部において上記軸線に対して直交するように形成されていることを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の巻線部品によれば、支持体の下面において両端部が離間する開環リング状の複数の導体を、上記支持体の外周に間隔をおいて、かつ各々の一方の端部の端面が、隣接する導体の他方の端部の端面に近接して対向するように支持体の軸線に対して傾斜して巻回しているために、配線基板に平行に形成した複数本の直線状の導電パターン上に、各々一方の端部と他方の端部とを載置して互いに接続することにより、上記複数の巻回数を有するコイルを形成することができる。

したがって、簡易な構造によって配線基板への面実装化を実現することができるとともに、配線基板側には、直線状の複数本の導電パターンを互いに平行に形成すればよいために、実装面積を小さくすることができる。この結果、組み立て作業の容易化と、配線基板も含めた全体の一層の小型化を図ることが可能になる。

また、隣接する２本の導体の端部の端面同士が、互いに近接して対向しているために、最終的に形成されたコイルにおける導電パターンの長さ寸法が極めて短くなり、よって直流抵抗が小さくなって銅損の発生を大幅に抑制することができる。このため、上記導体の断面積を適宜設定することにより、容易に大電流に対応することができる。

特に、請求項２に記載の発明のように、上記端部の端面間の離間寸法を０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとし、かつ上記端部と導電パターンとを半田付けによって接続すれば、上記両端部間に半田が充填されることにより、形成されたコイルにおいて断面積が小さくなる箇所が生じないために、当該コイルにおいて導電パターンにのみに電流が流れることに起因した直流抵抗の増加を招くことがなく、よって上述した銅損の発生を確実に防止することができる。

ここで、上記離間寸法を０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとしたのは、当該離間寸法が０．３ｍｍに満たないと、当該両端部に充分に半田が充填されないおそれがあるためであり、逆に３．０ｍｍを超えると、上記半田による接合部分の断面積が小さくなることや、半田自体や溶剤の導電性によって直流抵抗の増加を招くおそれがあるからである。

さらに、請求項３に記載の発明においては、複数の上記導体を、上記支持体の射出成形時のインサート成形によって一体化しているために、高い精度で導体の間隔を確保することができ、よって得られたコイルにおける高周波特性を向上させることができる。

加えて、上記導体を、支持体の少なくとも上面の内部に埋め込んでいるために、合成樹脂によって覆われた支持体の上面を、搬送時における真空吸着面として利用することができるとともに、上記搬送時や組み立て時に、導体に異物が当接して損傷したり、あるいは付着して短絡を生じたりするおそれもない。

また、請求項４に記載の発明によれば、支持体の上面内に埋設されている導体の露出している両端部分を、それぞれ上記支持体の両側面および下面に沿うように屈曲することにより支持体の外周に巻回することができるために、製造が容易である。

この際に、上記導体を支持体の外周に軸線に対して傾斜させる必要があるために、導体を大電流に対応すべく帯板状に形成した場合には、支持体の上面で傾斜させた導体を、そのまま側面および下面に沿って屈曲させてゆくと、下面において隣接する導体の端面同士を対向させることが難しくなる。

この点、特に請求項５に記載の発明のように、平面視において、当該導体を支持体の上面の幅方向中間部において軸線に対して傾斜させ、かつ上面の幅方向両端部において上記軸線に対して直交するように形成しておけば、支持体の上面の両側から露出している両端部分を、そのまま側面および下面に沿うように屈曲することにより、容易かつ確実に、互いに平行に、かつ下面側において隣接する導体の端面同士を対向させて巻回することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図６は、本発明に係る巻線部品をチョークコイルに適用した第１の実施形態を示すものであり、図１〜図３は本実施形態のチョークコイルを、図４〜図６は上記チョークコイルを配線基板上に実装した状態をそれぞれ示すものである。
これらの図において、符号１は、絶縁性を有する合成樹脂によって成形された支持体である。

この支持体１は、外観略方形筒状に形成されたもので、下面１ａが配線基板Ｂへの実装面とされるとともに、中心部には断面方形の貫通孔２が穿設されている。また、この支持体１には、複数本（図では７本）の所定の厚さ寸法を有する帯板状の導体３が等ピッチ間隔Ｐで巻回されている。

この導体３は、各々支持体１の上面１ｂから両側面１ｃ、１ｄを介して下面１ａに至るとともに、当該下面１ａにおいて両端部３ａ、３ｂが離間する開環リング状に形成されたもので、支持体１の上面１ｂにおいては、当該支持体１内に埋設されている。

そして、各導体３は、支持体１の上面１ｂ内における埋設部分（図３に点線で示している。）において、一方の側面１ｃ側から他方の側面１ｄ側に向けて支持体１の軸線方向に上記ピッチ間隔Ｐと等しい長さ移動するように、当該軸線に対して傾斜して形成されている。より詳細には、図３に示す平面視において、支持体１の上面１ｂの幅方向中間部４において、上記軸線方向に上記ピッチ間隔Ｐと等しい長さ移動するように傾斜し、かつ上面１ｂの幅方向両端部５において、軸線に対して直交するように形成されている。

これにより、導体３の一方の側面１ｃに巻回された部分は、支持体１の軸線方向に隣接する導体３の他方の側面１ｄに巻回された部分と、上記軸線方向において同位置となり、かつ下面１ａにおいて両導体３の端部３ａ、３ｂが一直線状に位置するように配置されている。そして、各々の導体３の長さ寸法は、下面１ａにおいて対向する導体３の一方の端部３ａの端面と、隣接する導体３の他方の端部３ｂの端面とが、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの間隔をおいて対向するように設定されている。さらに、支持体１の側面１ｃ、１ｄには、各々の導体３を収納するとともに、上記ピッチ間隔Ｐを規定するための側壁８が形成されている。

ここで、導体３が一体的に巻回された支持体１の製造方法について説明すると、先ず当該支持体１を射出成形によって形成する金型のキャビティ内に、予め帯板状の導体３を等ピッチ間隔Ｐで配置しておく。そして、上記金型を閉じて上記キャビティ内に合成樹脂を射出成形して硬化させることにより、導体３が上面１ｂ内に埋め込まれるとともに側面１ｃ、１ｄにそれぞれ導体３を個別的に収納する側壁８が形成された支持体１を成形する（インサート成形）。次いで、上記金型を開いて支持体１を取りだし、その側面１ｃ、１ｄ側に水平に突出する両端部分を、それぞれ側面１ｃ、１ｄ、下面１ａに沿うように折り曲げることにより、導体３が一体的に巻回された支持体１が完成する。

、
そして、このチョークコイルは、導体３が一体的に巻回された支持体１の貫通孔２および外周に、フェライトコア６が配置されることにより構成されている。このフェライトコア６は、２つのＥ型コア６ａから構成されたもので、各々のコア６ａの中央片が貫通孔２の各々の開口部側から内部に挿入されるとともに、両側片が支持体１の両側方に配置されて閉磁回路が形成されている。

上記構成からなるチョークコイルは、図４〜図６に示すように、横実装かつ面実装によって配線基板Ｂに取り付けられるようになっている。ここで、配線基板Ｂの上面には、複数本（図では６本）の導電パターン１０と、これら導電パターン１０の両端側に位置する一対のコイル出力パターン１１とが形成されている。

そして、上記チョークコイルは、支持体１の下面１ａに露出する導体３の端部３ａ、３ｂを配線基板Ｂに形成された導電パターン１０に位置させ、かつ軸線方向両端部の導体３の端部３ａまたは端部３ｂを、各々コイル出力パターン１１に位置させて、それぞれ半田付けされることにより配線基板Ｂに固定されている。この際に、導体３の端部３ａ、３ｂの端面間には、半田１２が充填・硬化されている。これにより、導体３，導電パターン１０および半田１２によって、複数（図では７）の巻回数を有するコイルが形成されている。

以上の構成からなるチョークコイルによれば、支持体１の下面１ａにおいて両端部３ａ、３ｂが離間する開環リング状の複数の導体３を、支持体１の外周に等ピッチ間隔Ｐをおいて、かつ各々の一方の端部３ａの端面が、軸線方向に隣接する導体３の他方の端部３ｂの端面と０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの間隔をおいて対向するように巻回しているために、配線基板Ｂに平行に形成した複数本の直線状の導電パターン１０上に、各々一方の端部３ａと他方の端部３ｂとを載置して互いに半田付けによって接続することにより、複数の巻回数を有するコイルを形成することができる。

したがって、簡易な構造によって配線基板Ｂへの横実装による面実装化を実現することができるとともに、配線基板Ｂ側には、直線状の複数本の導電パターン１０を互いに平行に形成すればよいために、実装面積を小さくすることができる。この結果、組み立て作業の容易化と、配線基板Ｂも含めた全体の一層の小型化を図ることが可能になる

特に、端部３ａ、３ｂの端面間の離間寸法を０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとし、かつ半田付けによって接続している結果、両端部３ａ、３ｂ間に半田１２が充填されることにより、よって形成されたコイルにおいて、断面積が小さくなる箇所が生じないために、当該コイルにおいて導電パターン１０にのみに電流が流れることに起因した直流抵抗の増加を招くことがなく、よって銅損の発生を確実に防止することができる。

さらに、複数の導体３を、支持体１の射出成形時のインサート成形によって一体化していることに加えて、隣接する導体３間に側壁８を形成しているために、高い精度で導体３の等ピッチ間隔Ｐを確保することができ、よって得られたコイルにおける高周波特性を向上させることができる。

しかも、導体３を、支持体１の上面１ｂ内に埋め込んでいるために、合成樹脂によって覆われた支持体１の上面１ｂを、搬送時における真空吸着面として利用することができるとともに、上記搬送時や組み立て時に、導体に異物が当接して損傷したり、あるいは付着して短絡を生じたりするおそれもない。

さらに、導体３を、支持体１の上面１ｂの幅方向中間部４において軸線に対して傾斜させ、かつ上面１ｂの幅方向両端部５において上記軸線に対して直交するように形成しているために、支持体１の上面１ｂの両側から露出している両端部分を、そのまま側面１ｃ、１ｄおよび下面１ａに沿うように屈曲することにより、容易かつ確実に、互いに平行に、かつ下面１ａ側において隣接する導体３の端面３ａ、３ｂ同士を一直線状に対向させて巻回することができる。

（第２の実施形態ｌ）
図７〜図１１は、本発明に係る巻線部品をコモンモードコイルに適用した第２の実施形態を示すものであり、図１〜図６に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
このコモンモードコイルにおいては、第１の実施形態に示した導体３が一体的に巻回された支持体１が、２組平行に配置されている。ここで、上記２組の支持体１は、互いの導体３の傾斜方向が線対象になるように配置されている。

そして、これら２組の支持体１間に、フェライトコア７が閉磁回路を形成することにより、当該コモンモードコイルが構成されている。
このフェライトコア７は、２つのＵ型コア７ａから構成されたもので、各々の自由端部が上記２組の支持体１における貫通孔２の各々の開口部側から内部に挿入されるとともに、貫通孔２内において先端面同士を対向させることにより、全体としてリング状に形成されている。

そして、上記構成からなるコモンモードコイルも、第１の実施形態に示したものと同様に、図示されない配線基板に各々の支持体１に対応して形成された導電パターンおよび出力パターンに、支持体１の下面１ａに露出する導体３の端部３ａ、３ｂを位置させて半田付けされることにより上記配線基板に固定されている。これにより、同一軸線方向視において、一方の支持体１については導体３と導電パターンとによって時計回り方向のコイルが形成され、他方の支持体については導体３と導電パターンとによって反時計回り方向のコイルが形成されている。

したがって、上記構成からなるコモンモードコイルにおいても、第１の実施形態に示したものと同様に作用効果を得ることができる。
なお、上記第１および第２の実施形態においては、本発明をチョークコイルおよびコモンモードコイルに適用した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、本発明はトランス等の様々な巻線部品に適用することができる。

本発明に係る巻線部品の第１の実施形態を示す下面側からの斜視図である。 図１の上面側からの斜視図である。 図２の平面図である。 図１のチョークコイルを配線基板上に固定した状態を示す平面図である。 図４の支持体と配線基板の導電パターンとの位置関係を示す底面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線視断面図である。 本発明に係る巻線部品の第２の実施形態を示す下面側からの斜視図である。 図７の上面側からの斜視図である。 図７の底面図である。 図９のＸ−Ｘ線視断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線視断面図である。

符号の説明

１ 支持体
１ａ 下面
１ｂ 上面
１ｃ、１ｄ 側面
２ 貫通孔
３ 導体
３ａ、３ｂ 端部
４ 導体の支持体の上面における幅方向中間部
５ 導体の支持体の上面における幅方向両端部
６、７ フェライトコア
６ａ Ｅ型コア
７ａ Ｕ型コア
Ｂ 配線基板

Claims (5)

1. 貫通孔が形成された合成樹脂製の支持体と、この支持体の上記貫通孔内に挿入された磁性体からなるコアと、上記支持体の外周に間隔をおいて巻回されるとともに配線基板上に載置される上記支持体の下面において両端部が離間する開環リング状の複数の導体とを有し、かつ上記複数の導体は、各々の一方の上記端部の端面が、隣接する上記導体の他方の上記端部の端面に近接して対向するように上記軸線に対して傾斜して巻回されてなり、
   上記配線基板に平行に形成された複数本の直線状の導電パターン上に、各々上記一方の端部と上記他方の端部とが接続されることにより、上記複数の巻回数を有するコイルが形成されるようにしたことを特徴とする巻線部品。
2. 上記導体の上記一方の端部と隣接する上記導体の他方の端部とは、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの間隔をおいて対向するとともに、半田付けにより上記導電パターンに接続されることを特徴とする請求項１に記載の巻線部品。
3. 上記導体は、上記支持体を上記合成樹脂の射出成形によって形成する際に、当該支持体の少なくとも上面の内部にインサート成形されることにより上記支持体と一体化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の巻線部品。
4. 上記導体は、上記支持体の上面において当該支持体内に埋設されているとともに、上記支持体の両側面および上記下面に沿って屈曲されることにより上記支持体の外周に巻回されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の巻線部品。
5. 上記導体は、帯板状に形成されるとともに、平面視において、上記支持体の上面の幅方向中間部において上記軸線に対して傾斜し、かつ上記上面の幅方向両端部において上記軸線に対して直交するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の巻線部品。

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