JP6522297B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はいわゆるドラム型のコアを有するコイル部品に関する。

コイル部品の一類型として、磁性材料などからなるドラム型のコアと、そのコアに絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルとを有するドラム型のコイル部品が挙げられる。携帯機器をはじめとする電子機器では高性能化が要求され、高い性能をもつ部品の提供が求められている。コイル部品としては高い飽和電流の用途が広がっており、高耐電圧のものも要求されている。よって、高絶縁性と高電流特性との両立がコイル部品の分野で求められている。

特許文献１の技術では、フェライトコアとフェライト粉を含む外装とを組み合わせてなるコイル部品が提供され、高インダクタンスが得られるとのことである。そのようなコイル部品においては、焼結させたフェライト粉末が用いられ、このような焼結粉は粉末の状態で焼結させるか、または焼結した磁性体を粉砕して得るなど、いずれの方法でも比表面積が大きく、樹脂と混錬すると粘性を低くできないなどの理由から焼結粉の充填率は低くせざるを得なかった。このため、外装を厚くして高シールド効果を得ることにより高インダクタンスを得ることが模索されてきた。

特開２００８−１６６５９６号公報

しかし、上述の特許文献１の技術では、高インダクタンスは得られるものの、フェライトコアが飽和しやすくなることから飽和電流は低くなってしまう。

上記をかんがみ、本発明は、インダクタンスや絶縁性の低下を防ぎつつ、高い飽和電流を呈するコイル部品の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下のような本発明を完成した。
（１）柱状部と、前記柱状部の両端部に形成される四角板状部と、前記柱状部に絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルと、前記コイルの両端部と電気的に接続されてなる電極端子と、前記コイルの少なくとも一部を覆う外装部と、を備え、前記柱状部及び四角板状部はフェライト材料からなり、前記外装部は金属磁性粒子及び樹脂材料を含有し、前記柱状部の中心を通り柱状部の長軸方向に垂直な断面において前記柱状部の断面積Ｓ１の方が前記外装部の断面積Ｓ２よりも大きい、コイル部品。
（２）前記柱状部の長軸の長さが前記四角板状部の最長の辺の長さより長い（１）のコイル部品。
（３）前記外装部が金属磁性粒子を５０〜９０ｖｏｌ％含有する（１）又は（２）のコイル部品。
（４）前記外装部が非晶質の金属磁性粒子を含有する（１）〜（３）のコイル部品。
（５）前記絶縁被覆導体は前記柱状部にのみ巻回されてなる（１）〜（４）のコイル部品。
（６）前記断面積Ｓ２が前記断面積Ｓ１の０．２〜０．９５倍である（１）〜（５）のコイル部品。

本発明によれば、高インダクタンスと高飽和電流とを両立するコイル部品が提供される。具体的には、金属磁性粒子を含む外装部よりも柱状部の断面積を大きくすることで、フェライト材料からなる柱状部の飽和点を高くでき、高い飽和電流を得ることができる。柱状部及び四角板状部はフェライト材料であることから高絶縁性が担保され、チップ部品のような小型の部品の製造に有利である。好適には、柱状部の長軸が四角板状部の最長の辺より長く、これにより、外装部の磁路に占める割合が大きくなり、外装部の影響を小さくしつつ、磁性体の性能を生かすことができ、結果として磁性体が持つ飽和特性が有効に生かされ、大きな飽和電流が得られる。

本発明の好適態様によれば、外装部に占める金属磁性粒子が多く、薄い外装部であっても高いインダクタンスを得ることができる。別途、好適態様によれば、外装部には非晶質の金属磁性粒子が含まれ、それにより、充填性が高くなり、外装部の厚みを薄くすることができ、飽和電流をより高くし得る。さらに別の好適態様によれば、絶縁被覆導体は柱状部にのみ巻回させることにより、いわゆる巻膨れが防止され、それに見合う分だけ、柱状部を大きくでき、また外装部のバラツキを低減し得る。

本発明の実施態様におけるコイル部品の模式図である。 本発明の実施態様における柱状部及び四角板状部の模式図である。 本発明の実施態様におけるコイル部品の模式図である。 本発明の実施態様におけるコイル部品の模式図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
本発明のコイル部品はコアとコアの柱状部に巻回されたコイルとを備えるコイル部品である。

図１は本発明の実施態様におけるコイル部品の模式図である。同図（Ａ）は柱状部の長軸方向に沿った模式断面図であり、そのＡ−Ａ’断面図が同図（Ｂ）である。コアは柱状部１１と四角板状部１２とを有する。図２は本発明の実施態様における柱状部及び四角板状部の模式図である。同図（Ａ）は柱状部の長軸方向に沿った模式断面図であり、そのＢ−Ｂ’断面図が同図（Ｂ）である。

柱状部１１は絶縁被覆導体を巻回させ得る領域を備えていれば形状は特に限定されず、好ましくは、円筒状や角柱状などといった、一方向に長さＬ１の長軸を有する立体形状である。四角板状部１２は前記長軸の両端にそれぞれ設けられており、所定の厚みを有する四角形状の板状の構造をもつ。好ましくは図示されるように、四角形状は長辺Ｌ２及び短辺Ｌ３をもつ長方形状である。柱状部１１の長軸の両端は、好ましくは四角板状部１２の四角形状の中心部に当接している。なお、柱状部１１と四角板部１２とは一体的に構成されていてもよい。好適には四角板状部１２の少なくとも１つには電極端子４１が設けられる。電極端子４１は後述するコイルの端部と電気的に接続され、通常は、電極端子４１を介して本発明のコイル部品は基板等に電気的に接続される。

好ましくは、柱状部１１の長軸の長さＬ１は、四角板状部１２の最長の一辺より長い。これにより、外装部の磁路に占める割合が大きくなり、外装部の影響を小さくしつつ、磁性体の性能を生かすことができ、結果として磁性体が持つ飽和特性が有効に生かされ、大きな飽和電流が得られる。柱状部１１と２つの四角板状部１２とでドラム型のコアが構成される。以下の説明では、柱状部１１と２つの四角板状部１２とを合わせてコアと記載する場合がある。

柱状部１１と四角板状部１２とはフェライト材料からなる。フェライト材料は、酸化鉄又は鉄と他の金属との複合酸化物において磁性が発現するように構成されてなる材料であり、公知のフェライト材料を特に限定なく用いることができる。例えば、透磁率が２００〜２０００程度のＮｉ−ＺｎフェライトやＭｎ−Ｚｎフェライトなどが好適に用いられる。こういったフェライト材料をバインダーと混合し、金型を使い圧力を掛けドラム型を形成し、その後焼成するなどして柱状部１１及び四角板状部１２とを得ることができる。フェライト材料にはガラスコートを施すなどの粉体処理を行ってもよい。フェライト材料からコアを成形する具体的な手法等については従来技術を適宜参照することができる。

コアにおける柱状部１１の周囲に絶縁被覆導体を巻くことで、コイル３１を得る。また、電極端子４１を好ましくは四角板状部１２に形成する。絶縁被覆導体の態様および絶縁被覆導体を柱状部１１に巻回してコイル３１を得る形態や手法等は従来技術を適宜参照することができる。好適には、絶縁被覆導体は柱状部１１にのみ巻回させ、これは換言すると、トラバースにより１層で巻線を形成するということであり、絶縁被覆導体どうしが重なり合わないように巻回するということである。これにより上述したような不所望な巻膨れが防止される。電極端子４１はコイル３１の両端部のそれぞれと電気的に接続し、本発明のコイル部品外との接続点として利用することができる。電極端子４１の形態や製造法は特に限定なく、好適にはめっきを用いて形成され、より好ましくはＡｇ、Ｎｉ及びＳｎを含有する。例えば、Ａｇペーストを四角板状部１２に塗布、焼付けして下地を形成した後に、Ｎｉ、Ｓｎめっきを施し、この上に半田ペーストを塗布し、次いで、前記半田を溶融させ、コイルの端部を埋め込み、巻線と電極端子４１を電気的に接合させることができる。

コイル３１の少なくとも一部は外装部２１に覆われ、外装部２１は樹脂材料と金属磁性粒子とを含有する。外装部の存在により磁束のシールド性が上がる。好適には外装部の重量の５０〜９０ｖｏｌ％を金属磁性粒子が占める。このように金属磁性粒子の含有率を高めることで、高インダクタンスが期待される。

金属磁性粒子は、酸化されていない金属部分において磁性が発現するように構成されてなる材料であり、例えば、酸化されていない金属粒子や合金粒子、あるいはそれら粒子の周囲に酸化物等が設けられてなる粒子などが挙げられる。

外装部２１には、このような金属磁性粒子と樹脂材料とが含まれる。例えば、金属磁性粒子を樹脂と混練したものをコイル３１の外側を覆うようにして外装部２１を形成する。塗布方法はローラーを使った転写であってもよいし、熱硬化により外装部２１を得てもよいし、外装部２１の形成前の半製品を樹脂の注入された型に入れて硬化させたり、ディップさせるなどして外装部２１を部分的に形成してもよい。外装部２１のための金属磁性粒子は、例えば、合金系のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、非晶質のＦｅ―Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ、またはＦｅ、またはこれらの混合させた材料などが挙げられ、平均粒径として２〜３０μｍが好ましい。外装部用の樹脂材料は特に限定なく、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などが非限定的に例示される。

外装部２１には上述したような非晶質の金属磁性粒子が含まれることが好ましい。これにより、高充填が可能になり、飽和電流をより高くすることができる。外装部２１に非晶質の金属磁性粒子が含まれることは、Ｘ線回折の測定手法により、回折パターンがブロードであることによって確認することができる。

金属磁性粒子は例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。具体的には、合金粒子製造の公知の方法を採用してもよいし、例えば、エプソンアトミックス（株）社製ＰＦ−２０Ｆ、日本アトマイズ加工（株）社製ＳＦＲ−ＦｅＳｉＡｌなどとして市販されているものを用いることもできる。金属磁性粒子から外装部２１を得る方法については特に限定なく、被覆技術や塗膜形成技術における公知の手段を適宜取り入れることができる。

本発明においては、柱状部１１の断面積Ｓ１と外装部２１の断面積Ｓ２との大小関係が重要である。
両断面積Ｓ１及びＳ２は、柱状部１１の中心を通り柱状部１１の長軸方向に垂直な断面において求められる。当該断面は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ’断面であり、図１（Ｂ）は当該断面の平面図である。当該断面における、柱状部１１が占める領域の面積がＳ１であり、外装部２１が占める領域の面積がＳ２である。本発明においては、Ｓ１＞Ｓ２であり、Ｓ２は好ましくはＳ１の０．２〜０．９５倍である。外装部２１より柱状部１１の断面積を大きくすることで、フェライト材料からなる柱状部１１の飽和点を高くでき、高い飽和電流を得ることができる。

図３及び図４は、本発明の別の実施態様におけるコイル部品の模式図である。図３（Ａ）及び図４（Ａ）におけるＡ−Ａ’断面を、それぞれ、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）として描写している。図３の形態では、外装部２１の被覆厚さが図１の形態よりも薄くなっている。図４の形態では、外装部２１は、コイル３１の一部のみを被覆している。また、外装部２１を一部分のみとする場合には、電極端子４１と外装部２１が接しないように配置することが容易となり、耐圧を高くすることもできる。これらの形態のコイル部品もまた本発明に含まれる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。

以下の要領でコイル部品を製造した。
コアサイズ（柱状部の長軸×四角板状部の縦寸法×四角板状部の横寸法）：
：2.0×2.0×2.0mmのドラムコア（参考例１、比較例１）
：2.0×1.6×1.6mmのドラムコア（上記以外）
コアのフェライト材料：Ｎｉ−Ｚｎフェライト粉末を圧縮成形後に1000℃で焼成
巻線：ポリイミド樹脂で被覆された銅線、φ0.1mm
周回数：１０ターン
電極端子：Ａｇペースト（焼成）+Ａｇペースト（硬化）+Ｎｉ／Ｓｎめっき
外装部の樹脂：エポキシ樹脂

柱状部１１及び四角板状部１２からなるコアはＮｉ−Ｚｎフェライト材料を上記寸法に圧縮成形してから１０００℃にて焼成することにより得た。コイルは上記の条件で絶縁被覆導線を巻回することにより得た。電極端子４１は、Ａｇペーストを焼き付け、さらにＡｇペーストを塗布して硬化させ、その上にＮｉ／Ｓｎめっきを施すことにより形成した。外装部２１は、以下の条件で作製した。なお、実施例４では、図４記載のように、コイル３１の一部のみを外装部２１で覆った。

断面積Ｓ１ 外装部材料 充填率 断面積Ｓ２ Ｓ２／Ｓ１
比較例１ 1.00 mm² FeSiCr 70 % 1.25 mm² 1.25
参考例１ 1.21 mm² FeSiCr 70 % 0.94 mm² 0.78
比較例２ 0.88 mm² FeSiCr 70 % 1.11 mm² 1.25
参考例２ 1.04 mm² FeSiCr 75 % 0.93 mm² 0.89
実施例３ 1.10 mm² FeSiCrB 85 % 0.55 mm² 0.50
実施例４ 1.26 mm² FeSiCrB+Fe 88 % 0.20 mm² 0.16

外装部材料は、以下のとおりである。
ＦｅＳｉＣｒ・・・Ｆｅが９２ｗｔ％、Ｓｉが３ｗｔ％、Ｃｒが５ｗｔ％の結晶性材料
ＦｅＳｉＣｒＢ・・・Ｆｅが９３ｗｔ％、Ｓｉが３ｗｔ％、Ｃｒが３ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％の非晶質材料
ＦｅＳｉＣｒＢ＋Ｆｅ・・・６０重量部の上記ＦｅＳｉＣｒＢと４０重量部のＦｅ（純度９９．６％）との混合材料

（評価）
それぞれの試料について、ＬＣＲメータを用いて１ＭＨｚにおけるインダクタンス値を求めた。
さらに、それぞれの試料について、直流電流印加によりインダクタンスを低下させ、０．７μＨになったときの電流値を飽和電流であると評価した。
インダクタンス及び飽和電流の各値は以下のとおりである。

インダクタンス［μＨ］ 飽和電流［Ａ］
比較例１ １．０１ ２．４３
参考例１ １．０９ ２．７９
比較例２ １．０８ １．６０
参考例２ １．１２ ２．０９
実施例３ １．１０ ２．２４
実施例４ １．０８ ２．１９

同じ寸法の試料について比較すると、実施例では比較例よりも高インダクタンス及び高飽和電流が達成された。

１１：柱状部 １２：四角板状部
２１：外装部 ３１：コイル
４１：電極端子

Claims (5)

1. 柱状部と、
   前記柱状部の両端部に形成される四角板状部と、
   前記柱状部に絶縁被覆導体を巻回させてなるコイルと、
   前記コイルの両端部と電気的に接続されてなる電極端子と、
   前記コイルの少なくとも一部を覆う外装部と、
   を備え、
   前記柱状部及び四角板状部はフェライト材料からなり、
   前記外装部は非晶質の金属磁性粒子及び樹脂材料を含有し、
   前記柱状部の中心を通り柱状部の長軸方向に垂直な断面において、前記外装部の断面積Ｓ２が前記柱状部の断面積Ｓ１の０．１６〜０．５倍である、
   コイル部品。
2. 前記柱状部の長軸の長さが前記四角板状部の最長の辺の長さより長い請求項１記載のコイル部品。
3. 前記外装部が金属磁性粒子を５０〜９０ｖｏｌ％含有する請求項１又は２記載のコイル部品。
4. 前記絶縁被覆導体は前記柱状部にのみ巻回されてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品。
5. 前記断面積Ｓ２が前記断面積Ｓ１の０．２〜０．５倍である請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル部品。

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