JP4131515B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル装置に関するものである。

コイル装置としては、従来より種々のタイプのものが提案され、実用に供されてきた。そのうちの一つとして、自動車の車載用アンテナまたはトランスポンダとして適用可能なコイル装置が提案されている（特許文献１参照）。このような用途に適用されるコイル装置には、面実装タイプのコイル装置が用いられており、小型化・薄型化や、耐衝撃性、耐振動性及び耐熱性などが要求されているところである。
特開２００３−３１８０３０号公報

ところで、現在、面実装タイプのコイル装置においては、コア及びコイルを被覆する絶縁外装体は、コイル巻き軸方向と直交する断面形状が四角形状に構成されている。また、内部に収容されているコアにおいても、コイルとしての特性上の観点から、その断面形状を、絶縁外装体に合わせて四角形状に構成していることが多い。

しかしながら、コアの断面形状が四角形状のものにおいては、検査工程で絶縁外装体に亀裂が発見されることがあった。これは、絶縁外装体をモールド成形する際の熱でコイル巻線が膨張し、特にコアの四角形状角部を被覆する絶縁外装体の部分において膨張による応力集中が生じ、絶縁外装体の外周面に亀裂が発生するものと考えられる。

これに対し、コアの断面形状を応力集中が生じにくい円形状にすることが考えられる。しかし、もとの四角断面形状に内接するような円形状断面を採用した場合には、コアの断面積が稼げなくなり、特性上好ましくない。一方、コアの断面形状を、上記の如く内接する円形状よりも大きく選定していくと、絶縁外装体の断面形状が四角形状であるため、絶縁外装体における好適な肉厚が確保できないか、あるいは、肉厚確保を優先してコイル装置全体が大型化する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化・薄型化の要望は満たしつつも、絶縁外装体における亀裂の発生を防止することができるコイル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、コアと、該コアの周囲に設けられたコイルと、前記コア及びコイルを被覆する絶縁外装体とを含むコイル装置であって、前記コアは、前記コイルの巻線を巻き回す巻芯部と、該巻芯部の両端に形成される一対の鍔部とを備え、前記巻芯部のコイル巻き軸方向と直交する断面は、四角形状における対向する一対の面に膨出部を備えた形状を有する。

好適には、前記巻芯部の膨出部は、コイル巻き軸方向と直交する断面において曲線で構成されている。

また、前記巻芯部には、少なくとも一つの巻線逃げ部が形成されており、前記巻線逃げ部は、前記巻芯部の横断面においてみて、前記膨出部に接すると共に該膨出部の両側の前記四角形状角部を結ぶ弧状ラインよりも内側に窪むことで形成されていると好適である。

前記巻芯部は、前記膨出部の両側に平坦部を有し、前記平坦部は、前記四角形状における他の対向する一対の面と前記膨出部との間に形成されていると好適である。

好適には、前記巻芯部の外周面と前記鍔部の該巻芯部側の面との間はＲ加工またはテーパ加工され、及び／又は、前記鍔部における前記巻芯部側の面と径方向外側の外周面との間はＲ加工されている。

本発明に係るコイル装置によれば、巻芯部にコイルの巻線を巻き回した際、その巻線は膨出部を具備しない場合よりも横断面においてみて、より円形に近い形状に巻かれる。従って、絶縁外装体をモールド成形する際の熱によってコイルが膨張しても、巻芯部における角部の巻線を被覆する絶縁外装体の部分で応力集中が生じることが緩和され、当該部分で亀裂が発生することを防止することができる。しかも、膨出部は、巻芯部の横断面形状において、四角形状における対向する一対の面に形成されるため、上記のように絶縁外装体における亀裂発生を防止しながらも、コイル装置の小型化の要望を満たすことができる。

また、膨出部は、横断面形状において、曲線から構成されている場合には、膨出部を設けたことにより新たに応力集中が生じることも回避することが可能となっている。

また、巻芯部に、巻線逃げ部が形成されている場合には、コイルが膨張した場合、巻線の一部が巻線逃げ部内へ進入することができるため、その分、膨張した巻線が外側の絶縁外装体に膨張力を及ぼす割合が低下し、特に亀裂が問題となる絶縁外装体の角部周辺においても、亀裂の発生を効果的に防止することができた。

また、膨出部の両側に平坦部が形成されている場合には、巻芯部を粉体の圧縮成形によって製造する際、型の端部に大きな圧縮反力が作用することを防ぐことができる。したがって、十分な圧縮力をかけることができ、また、短期間での型の損傷を防止することができる。

また、巻芯部と鍔部との接続部、及び／又は、鍔部における外周面と巻芯部側面との接続部に、加工上自然に生じる態様よりも大きなＲ加工を施した場合には、巻芯部と鍔部との境目に亀裂が生じたり、鍔部に割れや欠けが生じたりすることを防止することできる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係るコイル装置の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１に本実施の形態に係るコイル装置の縦断面を示す。コイル装置１は、主に、フェライトコア３と、コイル５と、絶縁外装体７と、一対の端子９、１１とを備えている。また、コイル装置１は、例えば自動車における、ボタン操作の不要な双方向キーレスエントリシステム、盗難防止用イモビライザー、タイヤ空気圧モニタリングシステムなどに適用される。

コイル５は、フェライトコア３を中心にして当該フェライトコア３の外周面に巻き回された巻線からなる。絶縁外装体７は、それらフェライトコア３及びコイル５の全面を覆うように設けられている。

図２及び図３に示されるように、フェライトコア３は、実質的に棒状の部材であって、その長手方向（Ｘ方向）の両端部に鍔部１３、１５を有すると共に、それら鍔部１３、１５の間に巻芯部１７を有する。

一対の鍔部１３、１５における巻芯部側面１３ａ、１５ａと逆側の外側端面１３ｂ、１５ｂには、Ｖ字状の一対の溝１９、２１が形成されている。一対の溝１９、２１は、Ｙ方向に沿って延長しており、フェライトコア３のＹ方向の両端面に開口している。

上述した一対の溝１９、２１には、対応する一対の端子９、１１が係合している。図１に戻り、一対の端子９、１１は、ＺＸ縦断面においてみて、ほぼＵ字状に湾曲した金属製板状部材である。より詳細には、非磁性で、バネ性のあるもの、例えば、燐青銅板またはＳＵＳ ３０４−ＣＳＰ等のステンレス系金属板を用いることができる。

一対の端子９、１１は、板状部材を２箇所で折り曲げることによって形成された３つの平面部分を有する。３つの平面部分のうちの第１部分２３、２５及び第３部分３１、３３は、ＸＹ平面に沿って延在しており、第２部分２７、２９は、ＹＺ平面に沿って延在している。第１部分２３、２５は、絶縁外装体７を貫通している。第１部分２３、２５の一端は、対応する一対の溝１９、２１内に挿入され、接着剤３５によって固定されている。さらに、第１部分２３、２５には、コイル５の巻線端末３７がはんだ付けによって接合されている。第１部分２３、２５の他端は第１湾曲部３９につながっている。

第２部分２７、２９は、第１湾曲部３９と第２湾曲部４１との間に延在している。さらに、第２部分２７、２９には、当該第２部分２７、２９の断面積を第１部分２３、２５及び第３部分３１、３３よりも小さくするための貫通孔４３が穿設されている。第３部分３１、３３は、第２湾曲部３７からコア長手方向中央に向けて、且つ、絶縁外装体７の下面とほぼ平行に、延長している。

絶縁外装体７は、フェライトコア３及びコイル５を被覆する外形ほぼ直方体状の部材である。すなわち、既存の面実装タイプのコイル装置と同様、絶縁外装体７における、コイル巻き軸方向（Ｘ方向）と直交する断面形状は、四角形状に構成されている。かかる絶縁外装体７により、フェライトコア３及びコイル５が保護されると共に、フェライトコア３に対する一対の端子９、１１の接合強度が向上し、機械的信頼性に優れた態様を実現することができる。

次に、図２、図３及び図４に基づいて、フェライトコア３の詳細について説明する。一対の鍔部１３、１５及び巻芯部１７はいずれも、Ｚ方向寸法に対してＹ方向寸法が大きく形成されている。さらに、一対の鍔部１３、１５は、巻芯部１７よりもＺ方向寸法及びＹ方向寸法がそれぞれ大きく形成されている。これによって、一対の鍔部１３、１５において、巻芯部側面１３ａ、１５ａがそれぞれ、巻芯部１７の上下面及び両側面からほぼ垂直に立ち上がるように存在する。

一対の鍔部１３、１５はそれぞれ、ほぼ直方体状に構成されており、巻芯部側面１３ａ、１５ａと、それに対向する外側端面１３ｂ、１５ｂと、当該面１３ａ、１５ａ及び面１３ｂ、１５ｂの対応する辺を結ぶ外周面、すなわち上面１３ｃ、１５ｃ、下面１３ｄ、１５ｄ、一対の側面１３ｅ、１３ｆ及び１５ｅ、１５ｆとを備えている。

巻芯部１７は、一対の鍔部１３、１５の間にあって、上面６１、下面６３及び一対の側面６５、６７を有する。特に図４に示されるように、巻芯部１７の横断面、すなわち、巻芯部１７の軸心方向（Ｘ方向）と直交する断面は、点線で示す四角形状における対向する一対の面に膨出部６９を備えた形状を有する。

これによって、本実施の形態では、一対の側面６５、６７は、膨出部６９とその両側に形成されている一対の平坦部７１とにより構成されている。換言するならば、一対の平坦部７１は、膨出部６９と、対向する一対の面である上面６１及び下面６３との間に形成されている。

また、一対の膨出部６９は、図４の横断面においてみて、曲線で構成されており、本実施の形態では特に円弧状曲線で構成されている。さらに、巻芯部１７には、四つの巻線逃げ部７３が設けられている。各巻線逃げ部７３は、図４の横断面においてみて、後述する仮想の弧状ラインＬよりも内側に窪むことで形成されている。弧状ラインＬは、膨出部６９に接すると共に、膨出部６９の両側に位置する四角形状の角部Ｅを結ぶ仮想線である。

また、巻芯部１７の上面６１と一対の鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａとの接続部７５には、図３の拡大部（ａ）に示されるようにＲ加工が、または、図３の拡大部（ｂ）に示されるようにテーパ加工が施されている。さらに、一対の鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａと上面１３ｃ、１５ｃとの接続部７７にもＲ加工が施されている。

なお、本実施の形態における具体的な寸法を挙げると、巻芯部１７のＸ方向寸法は７ｍｍ、鍔部１３、１５のＸ方向寸法は１．３ｍｍ、鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａにおける巻芯部１７からのＺ方向の立ち上がり寸法は０．５ｍｍである。このような構成に対して、接続部７５がＲ加工されている場合、その接続部７５及び７７におけるＲ加工部の半径は、０．１５ｍｍである。ちなみに、本実施の形態にかかるＲ加工を施す前の、加工上自然に生じていた自然Ｒの半径は、０．０５〜０．０７ｍｍ程度である。よって、接続部７５、７７のＲ加工部の半径は、自然Ｒの約２〜３倍の値となっている。一方、接続部７５がテーパ加工されている場合、接続部７５のテーパ加工部の傾斜角度θは、巻芯部１７の巻き軸Ｃに対して３０〜６０°に設定する。

また、フェライトコア３の巻芯部１７の製造は、周知の態様、すなわち、フェライト粉末を圧縮することによるプレス成形によって行われる。プレス成形は、一対の枠型、上型及び下型を用いて行う。一対の枠型を所定間隔で離隔するように配置し、かかる一対の枠型の間にフェライト粉末を充填して、同粉末を、一対の枠型の間に上下から挿入される上型及び下型によって圧縮成形する。巻芯部１７の上面６１及び下面６３は、一対の枠型によって形成され、巻芯部１７の一対の側面６５、６７は、上型及び下型によって成形される。

以上のような構成を有するコイル装置においては次のような作用が得られる。巻芯部１７の対向する一対の側面には膨出部６９が形成されている。このため、巻芯部１７にコイル５の巻線を巻き回した際、その巻線は図４の横断面形状においてみて、膨出部を具備しない場合よりもより円形に近い形状に巻かれる。従って、絶縁外装体７をモールド成形する際の熱によってコイル５が膨張しても、巻芯部１７における角部Ｅの巻線を被覆する絶縁外装体７の部分で応力集中が生じることが緩和され、当該部分で亀裂が発生することを防止することができる。

特に、車載用トランスポンダとして実施される場合には、コイル５の巻線回数が多くなるため、巻線膨張率も大きく、亀裂発生率はより高くなる。従って、車載用トランスポンダとして実施される場合、特に本発明は有効である。

また、膨出部６９は、横断面形状において、曲線から構成されているため、膨出部６９を設けたことにより新たに応力集中が生じることも回避することが可能となっている。

さらに、前述したように、既存の面実装タイプのコイル装置のように横断面が四角形状の絶縁外装体を用い、同時に、横断面形状が円形の巻芯部を用いた場合には、絶縁外装体の肉厚確保が困難になるか、あるいは、コイル装置全体のサイズアップにつながる傾向がある。しかしながら、本発明では、膨出部６９を設けるにあたって、巻芯部の横断面形状が、四角形状における対向する一対の面に膨出部を備えるように形成されているため、上記のように絶縁外装体７における亀裂発生を防止しながらも、コイル装置の小型化の要望を満たすことができる。特に、膨出部６９が設けられている一対の側面を実装時の横方向に合わせるように配置することで、コイル装置の薄型（低背）化を達成することができる。

また、巻芯部１７には、巻線逃げ部７３が形成されているため、上記のように絶縁外装体７をモールド成形する際の熱によってコイル５が膨張した場合、巻線の一部が巻線逃げ部７３内へ進入することができ、すなわち、弧状ラインＬよりも内側に膨らむことができる。したがって、その分、膨張した巻線が外側の絶縁外装体７に膨張力を及ぼす割合が低下し、特に亀裂が問題となる絶縁外装体７の角部周辺においても、亀裂の発生を効果的に防止することができた。

また、巻芯部１７は上述したように粉体の圧縮成形によって製造されているところ、通常、巻芯部が横断面においてみて円弧形状の外形を有する場合には、隣り合う二つの型が鋭角関係で接触し、十分な圧縮力をかけられないか、型の損傷が著しくなるという問題を伴う。すなわち、仮に、巻芯部１７の膨出部が四角形状角部Ｅから側面６５、６７全体に亘って膨出している場合には、枠型と上型及び下型との間が鋭角関係となる。

しかしながら、実際の本実施の形態では、膨出部６９は、側面６５、６７において部分的に膨出し、すなわち、膨出部６９の両側には平坦部７１が形成されているため、枠型と上型及び下型とはほぼ直角の関係で接触する。このため、型の端部に大きな圧縮反力が作用することを防ぐことができる。したがって、十分な圧縮力をかけることができ、また、短期間での型の損傷を防止することができる。

また、巻芯部１７の上面６１と鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａとの接続部７５、並びに、鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａと上面１３ｃ、１５ｃとの接続部７７に、加工上自然に生じる態様よりも大きなＲ加工が施されている。これによって、巻芯部１７と鍔部１３、１５との境目に亀裂が生じたり、鍔部１３、１５に割れや欠けが生じたりすることを防止することできる。かかる亀裂、割れや欠けの発生は、コイル５の膨張時にコイル５が絶縁外装体７によって囲われていることに起因し、膨張力が反力としてコイル５に作用することも要因となっている。そのため、本発明のようにコイル５が絶縁外装体７で覆われている態様においては特に亀裂、割れや欠けの防止に効果的である。また、巻芯部１７の上面６１と鍔部１３、１５の巻芯部側面１３ａ、１５ａとの接続部７５がテーパ加工されている態様においても、上記Ｒ加工と同様の効果を得ることができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、上記実施の形態では、巻芯部１７の膨出部６９は、その横断面においてみて連続的な曲線で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、不連続な曲線や部分的に直線を用いて構成されていてもよい。

さらに、本発明のコイル装置１は、前述したキーレスエントリシステム、イモビライザー、空気圧モニタリングシステム以外に、車載用アンテナ、さらには、自動車用に限らず、一般的な電子部品としてのアンテナ、トランスポンダ、インダクタとして用いることも可能である。

本発明の実施の形態に係るコイル装置の縦断面図である。 コイル装置におけるフェライトコアの斜視図である。 コイル装置におけるフェライトコアの側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。

符号の説明

１ コイル装置
３ フェライトコア
５ コイル
７ 絶縁外装体
１３、１５ 鍔部
１７ 巻芯部
７１ 平坦部
７３ 巻線逃げ部
Ｌ 弧状ライン
Ｅ 角部

Claims (4)

1. コアと、該コアの周囲に設けられたコイルと、前記コア及びコイルを被覆する絶縁外装体とを含むコイル装置であって、
   前記コアは、前記コイルの巻線を巻き回す巻芯部と、該巻芯部の両端に形成される一対の鍔部とを備え、
   前記巻芯部のコイル巻き軸方向と直交する断面は、四角形状であって、且つ、その対向する一対の面に膨出部を備えた形状を有し、
   前記巻芯部の膨出部はコイル巻き軸方向と直交する断面において円弧状曲線で構成されており、
   前記巻芯部には、少なくとも一つの巻線逃げ部が形成されており、
   前記巻線逃げ部は、前記巻芯部の横断面においてみて、前記膨出部に接すると共に該膨出部の両側の前記四角形状角部を結ぶ弧状ラインよりも内側に窪むことで形成されている、
   コイル装置。
2. 請求項１に記載のコイル装置であって、
   前記巻芯部は、前記膨出部の両側に平坦部を有し、
   前記平坦部は、前記四角形状における他の対向する一対の面と前記膨出部との間に形成されている、
   コイル装置。
3. 請求項１又は２に記載のコイル装置であって、
   前記巻芯部の外周面と前記鍔部の該巻芯部側の面との間はＲ加工またはテーパ加工されている、
   コイル装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル装置であって、
   前記鍔部における前記巻芯部側の面と径方向外側の外周面との間はＲ加工されている、
   コイル装置。

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