JP4415256B2 - 巻線型コイル - Google Patents

Description

この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ電源向けの平滑用途やチョーク用途に使用される巻線型コイルに関するものである。

この種の巻線型コイルは、巻線が巻装された巻芯と鍔とを有してなるコアを備え、鍔の周壁上にが設けられた電極に、巻芯から引き出された巻線の端部を接続した構造になっている。このような巻線型コイルは、基板などに実装されて使用されるが、電源のオン及びオフによる温度上昇及び温度下降に対して、所望の機械的耐久性を有している必要がある。このため、製造された巻線型コイルに温度サイクル試験（Temperature Cycling Test）などが行われ、所望の熱的耐久性を有しているかのテストが行われる。この際、巻線型コイルをコーティングしてテスト装置内に搬入するのが一般的である。
このようにコーティングされた巻線型コイルは、例えば特許文献１に開示され、特願２００３−２９７６１９号で提示されている。
図１２は、コーティング樹脂を断面で示す巻線型コイルの側面図である。
図１２において、符号１００が、巻線型コイルのコアであり、コア１００は、巻芯１０２と鍔１０３とを有してなる。巻線１０１は、その上面が鍔１０３の上面と面一な上面を有した巻芯１０２に巻装され、その両端部１０１ａ，１０１ａが鍔１０３の下面に設けられた電極１０４，１０４に接続されている。そして、コーティング樹脂Ｃが巻線型コイルの平坦な上面全体に塗布されている。

特開平１０−３２１４３８号公報

しかし、図１２に示した従来の巻線型コイルに対して温度サイクル試験などを行うと、コーティング樹脂Ｃが温度変化に応じて膨張及び収縮を繰り返す。このとき、巻線１０１が巻芯１０２に巻装されているので、巻線１０１を被覆しているコーティング樹脂Ｃの部分に応力が集中し、クラックが、コーティング樹脂Ｃの中央部で且つ巻線１０１の巻方向に沿った形で発生する。特に、製品サイズが大きく、巻線型コイル上面の面積が大きいほど、クラック発生率が高い。このように、クラックが、巻線１０１上のコーティング樹脂Ｃ部分に生じると、磁束の漏れなどが生じ、インダクタ特性を劣化させるおそれがある。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、膨張及び収縮によるコーティング樹脂への影響を低減させる構造にして、クラックの発生を抑制する巻線型コイルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、巻芯及びこの巻芯の長さ方向両端部に設けられ且つその上面が巻芯の上面と面一に設定された１対の鍔を有してなるコアと、各鍔の下面部に形成された１以上の電極と、一方端部が１対の鍔のうちの一方の鍔に形成された電極に接合された状態で巻芯に巻装され且つ他方端部が他方の鍔に形成された電極に接合された１以上の巻線と、少なくとも巻芯の上面に１以上の巻線を覆うように塗布されたコーティング樹脂とを具備してなる巻線型コイルであって、巻芯の上面を幅方向に横断し且つ巻線の直径以上の突出高さを有して、コーティング樹脂を分断するための１以上の上隔壁部を、巻芯の上面に設け、１以上の巻線を、上隔壁部に巻き付けないようにして巻芯に巻装し、コーティング樹脂を、巻芯の上面に塗布した構成とする。
かかる構成により、温度サイクル試験を行うと、巻線を覆うように塗布されたコーティング樹脂が膨張及び収縮を繰り返す。このとき、巻線を覆うコーティング樹脂の中央部分に応力が集中してクラックが生じやすい。しかし、この発明では、巻線を巻芯上面を幅方向に横断する上隔壁部に巻き付けないようにして巻装し、その上から、コーティング樹脂を塗布した。すなわち、上隔壁部で分離された各巻線にコーティング樹脂を塗布したので、各巻線を覆うコーティング樹脂の部分が短くなり、温度サイクル試験時にこの部分に生じる応力が小さくなる、

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、１以上の上隔壁部のうちの１つの上隔壁部を巻芯上面の中央部に配設すると共に、他の上隔壁部を当該中央部の上隔壁部の両側に所定間隔で配した構成とする。

特に、請求項３の発明は、請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、１の上隔壁部を、巻芯上面の中央部に配設した構成とする。

さらに、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、巻芯の側面を幅方向に横断し且つ上隔壁部と略同等の突出高さを有する１以上の横隔壁部を、巻芯の両側面に設け、１以上の巻線を、横隔壁部に巻き付けないようにして巻芯に巻装し、コーティング樹脂を、巻芯の両側面に塗布した構成とする。
かかる構成により、横隔壁部によって分離された各巻線を覆うコーティング樹脂の部分が短くなる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の巻線型コイルにおいて、横隔壁部を、巻芯の上面に設けた上隔壁部と連続するように形成した構成とする。

また、請求項６の発明は、請求項５に記載の巻線型コイルにおいて、巻芯の下面を幅方向に横断し且つ上隔壁部と略同等の突出高さを有する下隔壁部を、上隔壁部と連続した横隔壁部に連続するように形成すると共に、当該下隔壁部の略中央部に１以上の巻線を通す間隙を形成し、コーティング樹脂を、巻芯の下面に塗布した構成とする。
かかる構成により、下隔壁部によって分離された各巻線を覆うコーティング樹脂の部分が短くなる。また、下隔壁部の略中央部に形成された間隙に巻線を通すことによって、１以上の巻線を巻芯に確実に巻装することができる。

また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、コーティング樹脂の厚さを、上，横及び下隔壁部の突出高さ以下に設定した構成とする。
かかる構成により、コーティング樹脂が上，横及び下隔壁部を超えて塗布されることがないので、コーティング樹脂が上，横及び下隔壁部によって確実に分離される。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、コーティング樹脂は、磁粉入りの樹脂である構成とした。

以上詳しく説明したように、この発明の巻線型コイルによれば、巻線が上隔壁部で分離されているので、各巻線を覆うコーティング樹脂の部分が短くなり、その結果、温度サイクル試験時にこの部分に生じる応力が小さくなる。このため、コーティング樹脂にクラックが発生することを防止することができるという優れた効果がある。
特に、請求項２及び３の発明に係る巻線型コイルによれば、クラックが生じやすい巻芯中央部におけるコーティング樹脂のクラック発生を確実に防止することができる。

また、請求項４及び請求項５の発明に係る巻線型コイルによれば、横隔壁部で分離された各巻線を覆うコーティング樹脂の部分を短くしたので、巻芯の両側面に塗布したコーティング樹脂のクラック発生をも防止することができる。

また、請求項６の発明に係る巻線型コイルによれば、下隔壁部によって分離された各巻線を覆うコーティング樹脂の部分を短くしたので、巻芯の下面に塗布したコーティング樹脂のクラック発生を防止することができる。

さらに、請求項７の発明に係る巻線型コイルによれば、コーティング樹脂が上，横及び下隔壁部によって確実に分離されるので、クラック発生防止効果をさらに高めることができる。

請求項８の発明に係る巻線型コイルよれば、磁粉入りの樹脂でコーティング樹脂を形成したので、巻線型コイルのインダクタ特性を向上させることができる。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る巻線型コイルを示す分解斜視図であり、図２は、コーティング樹脂及び巻線を断面で示す巻線型コイルの側面図である。
図１に示すように、この実施例の巻線型コイル１は、コア２と電極３と１本の巻線４とコーティング樹脂７とを具備してなる。

コア２は、例えばフェライトなどの磁性体からなり、板状の巻芯５と、この巻芯５の両端部に設けられた鍔６，６とを有している。
１対の鍔６，６は、それぞれ略直方体状をなし、巻芯５の長さ方向（図２の左右方向）の両端部に形成されており、その上面６０は、巻芯５の上面５０と面一に形成されている。そして、巻芯５の上面５０上に上隔壁部８が突設されている。

上隔壁部８は、図１に示すように、巻芯５の上面５０を幅方向に横断した状態で上面５０の中央部に配されている。かかる上隔壁部８は、図２に示すように、断面矩形状をなし、その縦長さ即ち突出高さＨが巻線４の直径ｄ以上に設定されている。

電極３は、１対の鍔６，６の下面部にそれぞれ形成されている。この電極３は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等による１０μｍ〜３０μｍの膜層とその上に形成されたＮｉ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄなどによる１μｍ〜３０μｍ程度のメッキ膜層とによって構成されている。

巻線４は、その一方端部４１が一方の鍔６（図２の左方の鍔）の電極３に接合され、他方端部４２が他方の鍔６の電極３に接合された状態で巻芯５に巻装されている。具体的には、巻線４は、可能な限り上隔壁部８側に寄せ、しかも、上隔壁部８に巻き付けないようにして巻芯５に巻装されている。この結果、巻線４は、上隔壁部８の左側に位置する巻線部４ａと上隔壁部８の右側に位置し且つ巻線部４ａとほぼ同巻数の巻線部４ｂとで構成される。したがって、上隔壁部８の幅Ｗは、巻線部４ａ，４ｂ間からの磁束の漏れを防ぐように、可能な限り小さめに設定されている。

コーティング樹脂７は、このような巻線４を保護するための樹脂であり、巻線４を覆うように巻芯５の上面５０と鍔６，６の上面６０，６０とに塗布されている。具体的には、コーティング樹脂７は、上隔壁部８を除く部位に塗布されており、この結果、コーティング樹脂７は、上隔壁部８によって分断された２つのコーティング樹脂部７ａ，７ｂで構成される。コーティング樹脂７即ち各コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）の厚さは、巻線４の直径ｄ以上でしかも上隔壁部８の突出高さＨ以下に設定される。この実施例では、コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）の厚さを上隔壁部８の突出高さＨと等しくして、コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）の上面と上隔壁部８の上面とが面一になるように設定した。
このようなコーティング樹脂７は、例えば、エポキシ系の樹脂であり、ディップ工法や印刷等の塗布技術を利用することで、上隔壁部８を除く上面５０，６０にのみ選択的にコーティング樹脂部７ａ，７ｂを形成している。
さらに、この実施例におけるコーティング樹脂７には磁性材料（磁粉）が含有されており、コーティング樹脂７に対するこの磁粉の含有率を調整することで、巻線型コイル１全体の実効透磁率を調整するすることができる。この結果、巻線型コイル１のインダクタ特性を向上させることができる。

次に、この実施例の巻線型コイル１が示す作用及び効果について説明する。
図３は、上隔壁部８がない場合におけるコーティング樹脂７の塗布状態を示す断面図であり、図４は、上隔壁部８がない場合におけるコーティング樹脂７にクラックが生じやすいことを説明するための断面図であり、図５は、上隔壁部８がある場合におけるコーティング樹脂７にクラックが生じ難いことを説明するための断面図である。

図３に示すように、上隔壁部８がない巻線型コイルにおいては、巻線４全体を覆うように、コーティング樹脂７が上面５０，６０全面に塗布されるので、コーティング樹脂７の中央部分の厚さｔが全体の厚さＴよりも極めて薄くなる。しかも、コーティング樹脂７の薄部７ｃが巻線４の長さ（図３の左右方向の長さ）にほぼ等しいので、極めて長い。ところで、コーティング樹脂７を巻線４が巻装されていない裸のコア２の上面に厚さｔで塗布すると、温度サイクル試験時に、コーティング樹脂７にクラックの発生が見られない。かかる場合には、コーティング樹脂７がその長さ方向に伸縮して、コーティング樹脂７の両端部がコア２から剥がれる現象が見られる。しかし、図３に示すように、コーティング樹脂７を巻線４が巻装されたコア２の上面に塗布して、温度サイクル試験を行うと、コーティング樹脂７全体の伸縮は見られない。これは、コーティング樹脂７が、コーティング樹脂７よりも線膨張係数が小さな巻線４の線間に食い込み、巻線４が温度サイクル試験時おけるコーティング樹脂７の伸び縮みを抑えるように働くからである。したがって、温度サイクル試験時に、コーティング樹脂７全体は長さ方向に伸縮せず、温度サイクル試験時に生じる応力がコーティング樹脂７の中央部に集中する。このとき、上記の如く、薄部７ｃの厚さが薄く且つその長さが長いために、図４に示すように、大きな応力ｆが薄部７ｃの中央部に加わり、この結果、クラックが薄部７ｃの中央部に巻線４の巻線方向に沿って発生することとなる。
これに対して、この実施例の巻線型コイル１では、図２に示すように、巻芯５の上面５０を横断する上隔壁部８を上面５０中央部に設けて、コーティング樹脂７を２つのコーティング樹脂部７ａ，７ｂに分断したので、図５に示すように、各コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）の薄部７ｃ１（７ｃ２）の長さが、図３に示した薄部７ｃの長さの略半分になる。このため、薄部７ｃ１（７ｃ２）の中央部に集中するであろう応力も小さくなるので、薄部７ｃ１（７ｃ２）にクラックが発生するおそれはほとんどない。この結果、各コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）の面積が大きい大型の巻線型コイル（例えば３．０ｍｍ×３．０ｍｍ以上の巻線型コイル）においても、熱膨張及び熱収縮によるクラックが各コーティング樹脂部７ａ（７ｂ）に発生することはほとんどない。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図６は、この発明の第２実施例に係る巻線型コイルの要部であるコア２を示す斜視図である。
この実施例は、隔壁部を巻芯５の両側面にも設けた点が、上記第１実施例と異なる。
すなわち、図６に示すように、上隔壁部８と略同等の突出高さ及び幅を有する横隔壁部８１，８２を、幅方向に横断するように巻芯５の両側面５１，５２に突設した。
具体的には、各横隔壁部８１（８２）を、上隔壁部８の端部と連結させて、上隔壁部８と連続するようにした。
そして、巻線４（図１及び図２参照）を、上隔壁部８だけでなく横隔壁部８１，８２にも巻き付けないようにして巻芯５に巻装し、コーティング樹脂７（図１及び図２参照）を、上面５０だけでなく、横隔壁部８１，８２を除く側面５１，５２の部位にも塗布した。
これにより、両側面５１，５２に塗布されたコーティング樹脂７が横隔壁部８１，８２によって分断されるので、コーティング樹脂７がその熱膨張及び熱収縮によって破断して、クラックが生じるという事態を防止することができる。
その他の構成、作用および効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第３実施例について説明する。
図７は、この発明の第３実施例に係る巻線型コイルの要部であるコア２を下方から見て示す斜視図である。
この実施例は、隔壁部を巻芯５の下面面にも設けた点が、上記第１及び第２実施例と異なる。
すなわち、図７に示すように、上隔壁部８及び横隔壁部８１，８２と略同等の突出高さ及び幅を有する下隔壁部８３，８４を、幅方向に横断するように巻芯５の下面５３に突設した。
具体的には、下隔壁部８３を、横隔壁部８１の下端部と連結させて、横隔壁部８１と連続するようにし、下隔壁部８４を、横隔壁部８２の下端部と連結させて、横隔壁部８２と連続するようにした。そして、これらの下隔壁部８３，８４の先端部を対向させることで、巻線４を通す間隙８５を下隔壁部８３，８４間に形成している。
そして、巻線４を、下隔壁部８３，８４に巻き付けないようにして間隙８５を通すことで、巻芯５に巻装した。また、コーティング樹脂７は、上隔壁部８及び横隔壁部８１，８２だけでなく下隔壁部８３，８４を除く下面５３の部位にも塗布した。
これにより、下面５３に塗布されたコーティング樹脂７が下隔壁部８３，８４によってほぼ分断されるので、このコーティング樹脂７がその熱膨張及び熱収縮によって破断して、クラックが生じるという事態を防止することができる。
その他の構成、作用および効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
上隔壁部、横隔壁部及び下隔壁部の形成態様は、上記実施例に限ることなく、多様に存在する。
例えば、上記第１実施例では、１本の上隔壁部８を巻芯５の上面５０中央部に設けたが、上隔壁部８を中央部以外に設けることを除外する意ではない。また、図８に示すように、複数の上隔壁部８を巻芯５の上面５０の中央部以外に設けることもでき、また図９に示すように、上隔壁部８を上面５０の中央部に設けると共に、さらに他の上隔壁部８を上面５０に設けることもできる。
また、上記第２実施例では、横隔壁部８１，８２を上隔壁部８に連続させたが、上隔壁部８からずらし、上隔壁部８とは不連続な状態で横隔壁部８１，８２を設けることを除外する意ではない。また、図１０に示すように、図８に示した複数の上隔壁部８に連続する複数の横隔壁部８１，８２を設けることもでき、また、図１１に示すように、図９に示した複数の上隔壁部８に連続する複数の横隔壁部８１，８２を設けることもできる。さらに、下隔壁部８３，８４においても同様に、任意本数だけ下面５３の任意位置に設けることもできることは勿論である。

また、上記実施例では、コーティング樹脂７の厚さを上隔壁部８（横隔壁部８１，８２及び下隔壁部８３，８４）の突出高さＨと等しく設定したが、巻線４の直径ｄよりも大きい限りにおいて、突出高さＨよりも薄く設定することもできる。なお、コーティング樹脂７の厚さが上隔壁部８（横隔壁部８１，８２及び下隔壁部８３，８４）の突出高さＨよりも厚いコーティング樹脂が施された巻線型コイルをこの発明の範囲から除外する意ではない。かかる場合には、コーティング樹脂７が上隔壁部８（横隔壁部８１，８２及び下隔壁部８３，８４）上を薄く覆い、この部分にクラックを発生させるおそれがあるが、このクラックは巻線４上に生じるものでないので、巻線型コイルのインダクタ特性を劣化させる原因とはならない。
また、磁粉入りでないコーティング樹脂が施された巻線型コイルもこの発明の範囲から除外する意ではない。

上記実施例では、１線式の巻線型コイル１について例示したが、この発明は、コモンモードチョークコイルのような２線式の巻線型コイルについても適用することができることは勿論である。

この発明の第１実施例に係る巻線型コイルを示す分解斜視図である。 コーティング樹脂及び巻線を断面で示す巻線型コイルの側面図である。 上隔壁部がない場合におけるコーティング樹脂の塗布状態を示す断面図である。 上隔壁部がない場合におけるコーティング樹脂にクラックが生じやすいことを説明するための断面図である。 上隔壁部がある場合におけるコーティング樹脂にクラックが生じ難いことを説明するための断面図である。 この発明の第２実施例に係る巻線型コイルの要部であるコアを示す斜視図である。 この発明の第３実施例に係る巻線型コイルの要部であるコアを下方から見て示す斜視図である。 第１変形例を示すコアの斜視図である。 第２変形例を示すコアの斜視図である。 第３変形例を示すコアの斜視図である。 第４変形例を示すコアの斜視図である。 コーティング樹脂を断面で示す従来の巻線型コイルの側面図である。

符号の説明

１…巻線型コイル、 ２…コア、 ３…電極、 ４…巻線、 ４ａ，４ｂ…巻線部、 ５…巻芯、 ６…鍔、 ７…コーティング樹脂、 ７ａ，７ｂ…コーティング樹脂部、 ８…上隔壁部、 ４１…一方端部、 ４２…他方端部、 ５０，６０…上面、 ５１，５２…側面、 ５３…下面、 ８１，８２…横隔壁部、 ８３，８４…下隔壁部、 ８５…間隙、 Ａ…凹部、 Ｈ…突出高さ、 Ｔ，ｔ…厚さ、 Ｗ…幅、 ｄ…直径。

Claims (8)

1. 巻芯及びこの巻芯の長さ方向両端部に設けられ且つその上面が上記巻芯の上面と面一に設定された１対の鍔を有してなるコアと、上記各鍔の下面部に形成された１以上の電極と、一方端部が上記１対の鍔のうちの一方の鍔に形成された電極に接合された状態で巻芯に巻装され且つ他方端部が他方の鍔に形成された電極に接合された１以上の巻線と、少なくとも上記巻芯の上面に上記１以上の巻線を覆うように塗布されたコーティング樹脂とを具備してなる巻線型コイルであって、
   上記巻芯の上面を幅方向に横断し且つ上記巻線の直径以上の突出高さを有して、上記コーティング樹脂を分断するための１以上の上隔壁部を、上記巻芯の上面に設け、
   上記１以上の巻線を、上記上隔壁部に巻き付けないようにして上記巻芯に巻装し、
   上記コーティング樹脂を、上記巻芯の上面に塗布した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
2. 請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、
   上記１以上の上隔壁部のうちの１つの上隔壁部を上記巻芯上面の中央部に配設すると共に、他の上隔壁部を当該中央部の上隔壁部の両側に所定間隔で配した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
3. 請求項１に記載の巻線型コイルにおいて、
   １の上記上隔壁部を、上記巻芯上面の中央部に配設した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、
   上記巻芯の側面を幅方向に横断し且つ上記上隔壁部と略同等の突出高さを有する１以上の横隔壁部を、上記巻芯の両側面に設け、
   上記１以上の巻線を、上記横隔壁部に巻き付けないようにして上記巻芯に巻装し、
   上記コーティング樹脂を、上記巻芯の両側面に塗布した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
5. 請求項４に記載の巻線型コイルにおいて、
   上記横隔壁部を、巻芯の上記上面に設けた上隔壁部と連続するように形成した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
6. 請求項５に記載の巻線型コイルにおいて、
   上記巻芯の下面を幅方向に横断し且つ上記上隔壁部と略同等の突出高さを有する下隔壁部を、上記上隔壁部と連続した横隔壁部に連続するように形成すると共に、当該下隔壁部の略中央部に上記１以上の巻線を通す間隙を形成し、
   上記コーティング樹脂を、上記巻芯の下面に塗布した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、
   上記コーティング樹脂の厚さを、上記上，横及び下隔壁部の突出高さ以下に設定した、
   ことを特徴とする巻線型コイル。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の巻線型コイルにおいて、
   上記コーティング樹脂は、磁粉入りの樹脂である、
   ことを特徴とする巻線型コイル。

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