JP7027731B2 - コイル - Google Patents

Description

本発明は、回路基板へ容易にかつ信頼性高く実装することが可能なコイルに関する。

回路基板に直付けされる面実装電子部品に対して必要とされる信頼性は、近年ますます大きくなってきており、例えば車載用途の電子回路基板に面実装されるコイル等には、極めて高い耐振動性（耐衝撃性）等が求められる。下記特許文献１には、円柱形電子部品と、円筒状の貫通孔を有する直方体形状のケースとを備え、前記ケースの両端から導出した前記リード線が前記ケースの下部の溝に入り、同一平面になるよう曲げ加工して電極部を形成した構成とする発明が開示されている。

また、このような構成により、ケースから抵抗器が落下することがないために、充填材を必要とせず軽量とすることができることが記載されている。また、ケースに電子部品本体を挿入する構成となっていることから、ケース寸法を本体以下の長さに小形にすることが可能であることが記載されている。さらに、リード線の曲げ位置がケース寸法によって規定できるために、曲げ位置のばらつきを小さく抑えることが可能となり、電極部の寸法精度が良くなるとの効果を奏することが特許文献１に記載されている。

また、下記特許文献２には、小型で面装着が容易なチップ・インダクタの発明が開示されている。この文献によれば、コアの溝がリボン状導体の端部を収納保持し、溝の側壁はインダクタを安定に装着するスタンドオフとして機能するので、小型化及び面実装の容易性において有利であることが記載されている。

さらに、下記特許文献３には、磁性部品としての高い信頼性を有し、かつ、発生する騒音が小さいケース収納型磁心を提供することを目的とする発明であって、ケース収納型磁心は、磁心を、その磁心が収納されるケースに接着剤を用いて固定したケース収納型磁心とし、磁心の質量と、接着剤の硬化後のヤング率と、磁心端面とケースとの間隙に設けられる接着剤の総厚さと、その接着剤による磁心端面とケースとの間の総接着面積と、が所定の関係を満たすように形成されるようにする技術思想が開示されている。

特開平０８－０８８１０３号公報 実開平０４－１２３５１３号公報 特開平０９－０６９４４３号公報

しかし、近年、車載用途等の回路基板に搭載される電子部品を含め、特に面実装コイルには、さらなる耐振動性・耐衝撃性等の高い信頼性が求められるようになってきている。

本発明は上述の問題点に鑑み為されたものであり、回路基板へ耐振動性・耐衝撃性等の信頼性が高く、容易に実装することが可能な面実装コイルを提供することを目的とする。

本発明のコイルは、中空円柱形状のコアと、コア全体を収納する外装ケースと、を備えるコイルであって、コアと外装ケースとは、中空部が左右横方向に配置される向きからの透視野において、少なくとも上隅角一か所と下隅角一か所とにおいて、それぞれ接着固定されることを特徴とする。

回路基板へ耐振動性等の信頼性高く実装することが可能なコイルを提供できる。

本実施形態の面実装コイルの概要及びその製造方法について説明する図である。 固着剤（接着剤）の塗布パターンを３つのタイプで変更した場合における、耐衝撃性試験（破壊試験）の試験結果を説明する図である。 固着剤塗布面積に対するアモルファスコアの電気的特性への影響確認実験について説明する図である。 固着剤の塗布面積を変化させて電気的特性の変化を測定した結果について説明する図である。 さらなる耐衝撃特性の向上のためにリード線の撓みを防止する構造について説明する図である。 本実施形態の面実装コイルの外観を説明する斜視図である。 本実施形態の面実装コイルの底面側の外観を説明する斜視図である 面実装コイルの外装ケースを取り外した内部構成を説明する図である。

本実施形態で説明する面実装コイルは、好ましくは中空円柱形状のアモルファスコアとその外装ケースとが、アモルファスコアの中空部が左右横方向に配置される向きからの透視野において、中空部に対して上下に位置する隅角二カ所において、さらに好ましくは中空部に対して対角に位置する斜め上下隅角二カ所において、互いに接着固定される構造とする。換言すれば、横置き円柱形状のアモルファスコアに対して、最上部の一隅と最下部の一隅との二カ所を少なくとも含むように、さらに好ましくは接着面積が大きくなり過ぎない程度に上記二カ所周辺も含めつつ、外装ケースに接着固定されるものとする。なお、アモルファスコアはコアの典型例として示すものであって、本発明の適用においてアモルファスコアに限定されるものではない。

また、「隅」を接着固定するので、最上面隅と最上面隅に続く垂直側壁上端近辺を含んで接着固定するものとし、同様に最下面隅と最下面隅に続く垂直側壁下端近辺を含んで接着固定するものとする。このような構成を採用することにより、インダクタンス特性に悪影響を与えることなく、耐振動性や耐衝撃性が極めて高い面実装コイル部品とすることができる。これにより、例えば車載用などの高信頼性が求められる用途にも適用可能となる。

また、本実施形態で説明する面実装コイルは、さらに好ましくは外装ケースの側面から底面へと折り曲げ延伸された底面のリード線が回路基板のフットプリントにハンダ付される場合に、当該リード線の端部両脇に隣接して外装ケースの底面に配置された一対の補助端子とともに一体的にハンダ付される。また、補助端子は、インサート成形により設けられてもよく、外装ケースに固定されているものとする。

このため、リード線だけがハンダ付される場合に比較して、ハンダ付の面積を増大させることができるので、より強固に耐衝撃性や耐振動性を大きくして実装することが可能となる。そこで、実施形態について図面に基づいて以下に詳細に説明する。

図１は、本実施形態の面実装コイルの概要及びその製造方法について説明する図である。図１に示すように、まず平角めっき銅線からなるリード線１２００を所定の長さにカットし（ａ）、カットした当該リード線１２００を手作業で円柱型アモルファスコア１８００の中空部へと挿入する（ｂ）。そして、（ｃ）において予めその隅に固着剤１８１０（１），１８１０（２）を塗布しておいた外装ケース１１００の中に、アモルファスコア１８００を配置して、外装ケース１１００を固着剤１８１０（１），１８１０（２）が対角位置になるように係合する（ｄ）。最後に、リード線１２００を外装ケース１１００に沿って折り曲げる（ｅ）。このような製造・組み立て作業は手作業で行うことも可能であるし、その一部を手作業で行い他の作業を機械工程による自動工程として行ってもよい。

図２は、同種の固着剤（接着剤）を用いた場合における塗布パターンを３つのタイプで変更した場合の、耐衝撃性試験（破壊試験）の試験結果を説明する図である。固着剤の塗布位置や塗布量を変化させて、接着位置と接着面積の違いによる破壊耐性を、計測器『ＲＺ－１００／ＡＩＫＯＨ（ＦＳ：１ｋＮ）』を用いた引っ張り強度で計測した。外装ケース側面に空けた小さな孔（φ２ｍｍ）からコアの中空部にφ１．６ｍｍ銅線ワイヤを貫通させて、外装ケースの下部を万力固定したうえでワイヤを上方に引っ張った場合に、形状維持される限界強度を測定したものである。

図２から理解できるように、透視したアモルファスコアの中空部が左右方向に観察される側面透視野において、塗布量が同じ場合には、アモルファスコアの中央上下二カ所に塗布した図２（ａ）に示す塗布パターンよりも、アモルファスコアの上下隅角を含むように塗布した図２（ｂ）や図２（ｃ）のほうが、破壊強度は大きくなっており、より大きな耐衝撃性を備えていることがわかる。従って、外装ケースとアモルファスコアとは、上下の隅角をそれぞれ含むように固着剤を塗布することが好ましいものとなり、さらに好ましくは対角の上下隅角を含むように接着剤を塗布するとよい。換言すれば、中空円柱形状のアモルファスコアの中空部の開口部を結ぶ仮想線に対して線対称もしくは、前記仮想線の中心点に対して点対称の端部に固着剤を塗布することが好ましい。

また、図３は、アモルファスコア１８００への固着剤塗布面積に対するアモルファスコア１８００の電気的特性への影響確認実験について説明する図である。図３（ａ）に示すように、外装ケース１１００に挿入されたアモルファスコア１８００の中空部が透視野において左右横方向に観察される状態における四隅に固着剤を分量を種々に変えて塗布し、アモルファスコア１８００の中空部にリード線１２００を挿通させて３０Ａの電流を流して、そのインダクタンスの変化を測定した。また、図３（ｂ）に示すように、塗布量の最も少ない１カ所あたり７ｍｇ、４カ所計２８ｍｇの固着剤の場合の接着面積は約９０ｍｍ^２であり、最大では１カ所あたり４０ｍｇ、４カ所計１６０ｍｇの固着剤の場合の接着面積は約２７０ｍｍ^２であり、その間含め合計５パターンについて塗布面積（塗布量）を変化させて測定した。なお、比較のために固着剤を全く使用しない場合の電気的特性についても測定した。

図４は、固着剤の塗布面積を変化させて固着剤を塗布し、硬化する前と硬化した後とのそれぞれについて３０Ａの電流を流し、インダクタンスを測定した結果について説明する図である。固着剤の各塗布面積における固着剤の硬化前に測定したインダクタンスを基準に、固着剤の硬化後に測定したインダクタンスの低下度合いを示している。図４の図中（１）～（５）及び”なし”は、図３（ｂ）の表に示す（１）～（６）の条件にそれぞれ対応する。図４から、固着剤を全く使用しない場合、塗布面積が９０ｍｍ^２（塗布量７ｍｇ／箇所）、１１０ｍｍ^２（塗布量１０ｍｇ／箇所）、１３０ｍｍ^２（塗布量１３ｍｇ／箇所）、１８０ｍｍ^２（塗布量２５ｍｇ／箇所）の場合、固着剤の硬化前後でのインダクタンスの変化率は、５％以内に抑えることができるが、塗布面積を２７０ｍｍ^２（塗布量４０ｍｇ／箇所）にすると固着剤の硬化前後でのインダクタンスの変化率は１０％を超えることが理解できる。つまり、固着剤の硬化前後でのインダクタンスの低下率を抑えるためには、塗布面積を１８０ｍｍ^２（塗布量２５ｍｇ／箇所）以下とすることが好ましいことが理解できる。

固着剤の塗布量が多くなるとコアに付着する固着剤の表面積が増大するものとなり、これによりアモルファスコアにかかる応力が増大し、インダクタンス等電気的特性に影響を生じるものと推定される。なお、図３、図４に示すアモルファスコアは表面積（ただし、中空部は除く）が３００ｃｍ^２のコアを用いているので、コアの全表面積に占める固着剤塗布面積の割合を６０％以下に抑えることで、インダクタンスの変動を実質的に電気的特性に悪影響を与えない範囲に収めることが可能となる。このように、耐衝撃性を考慮すると塗布量が多い方が好ましいこととなるが、一方で電気的特性を考慮すれば、塗布量を制限することが好ましいものとなり、さらに詳細には両者のバランスを図り、コアの全表面積に占める固着剤の塗布面積の割合を６０％以下になるように塗布量を調整することが好ましい。これにより、良好な耐衝撃性と良好なインダクタンス特性とを兼ね備えた面実装コイルを実現できるものとなる。

また、図５は、本実施形態の面実装コイルのさらなる耐衝撃特性の向上のために、リード線１２００の撓みを防止する構造について説明する図である。図５（ａ）がアモルファスコア１８００の中空部が透視野において左右横方向に配置される状態で、リード線１２００の補強部１２５０が外装ケース１１００の内側にのみ、典型的にはコア中空部とコア中空部の外側左右それぞれ約０．５ｍｍクリアランスである外装ケース１１００の内壁までの間に、図５（ｂ）、図５（ｃ）に説明する補強部１２５０を形成することを説明している。なお、図５（ａ）に示す１８１０（１），１８１０（２）は、固着剤の典型的な塗布箇所を模式的に示すものである。

図５（ｂ）の補強部１２５０は、リード線１２００に形成された撓みを防止する補強手段の一例であり、短手幅方向断面視において凹形状に形成されている。本実施形態においては、補強部１２５０は、平角めっき銅線（リード線１２００）の中央に長さ方向に延伸された凹部（裏側から見れば凸部）を形成して構成される。このような構成により、補強部１２５０が形成された部位では折り曲げることが困難となり、リード線１２００を外装ケース１１００に沿って曲げる際に、外装ケース１１００内に位置するリード線１２００が外装ケース１１００内では実質的に撓むことができなくなる。

リード線１２００を外装ケース１１００の底面において、回路基板と接続させるために外装ケース１１００の外側面に沿って折り曲げた際、補強部１２５０のない平角めっき銅線の場合には、リード線１２００のアモルファスコアの中空部に配置される部分が、膨らむように多少の撓みが発生し湾曲し易くなる。湾曲した場合においても電気的特性については、何ら影響はないものの、外装ケース１１００の内部だけではなくケース側面においても外側に少し膨らんだような形状を呈する。これにより、面実装コイルの基板への装着面たる底面側に配置されたリード線１２００にも浮き上がり等の予期せぬ応力が加わるものとなり、コイル実装の信頼性に好ましくない影響を与える懸念もある。

これに対し、図５で説明した補強部１２５０を設けることにより、外装ケース１１００の内部での撓みがなくなり、ひいては外装ケース１１００側面及び底面での撓みをも防止できるものとなる。なお、補強部１２５０の形状は図５に例示するものに限定されるものではなく、リード線の撓みを防止する機能を有する凹部や凸部等の公知形状であって、コア中空部内部に収まるものであれば任意形状・構成を採用し適用することができる。また、補強部１２５０は、リード線１２００の外装ケース１１００の内部に収納される部位の一部または全部に設けるものとできる。次に、本実施形態の面実装コイルの全体的な構成概要について説明する。

図６は、本実施形態の面実装コイル１０００の外観を説明する斜視図である。面実装コイル１０００は、エポキシ樹脂等で成形された外装ケース１１００を備える。外装ケース１１００は、上部外装ケース１１１０と下部外装ケース１１２０とで構成される。外装ケース１１００の内部には、収納されるアモルファスコアの形状に整合する不図示の凹部が形成されている。

これにより、収納されたアモルファスコアが外装ケース１１００内の凹部内壁にフィットして、収納されたアモルファスコアが内部で揺動することを防止する。なお、凹部とともにまたは形状整合凹部に代えて、アモルファスコアがケース内部で揺動しないように固定支持するサポート部材（支持部材やガイド部材）を備えるものとしてもよい。

また、図６において、外装ケース１１００の側面から外部に露出されたリード線１２００（１）は、外装ケース１１００の側面に沿って折り曲げて下方に延伸されて、外装ケース１１００の底面で再び底面に沿って折り曲げられて、当該底面部分が回路基板のフットプリント（パッド）等にハンダ付される。また、図６に示すように、下部外装ケース１１２０の底面には、リード線１２００（１）を挟むように配置構成された一対の補助端子１３００，１４００が、インサート成形等により備えられている。図６の例示において補助端子１３００，１４００は、リード線１２００（１）と電気的には接続されていないものとし、下部外装ケース１１２０に固定されているものとする。

また、図７は、本実施形態の面実装コイル１０００の底面側の外観を説明する斜視図である。図７から理解できるように、リード線１２００（１）は、外装ケース１１００の一側面と対向する側面とからそれぞれ露出されて、それぞれ外装ケース１１００の側面に沿って底面にまで延伸されている。

また、底面におけるリード線１２００（１）の長さと補助端子１３００，１４００の長さとは等しい。また、回路基板にハンダ付実装される場合には、リード線１２００（１）と補助端子１３００，１４００とが一体的に、一つのフットプリントにハンダ付されることができる。このため、リード線１２００（１）と補助端子１３００，１４００とは、底面における突出高さが同一であることが好ましく、底面全体として面一であることがさらに好ましい。

さらに、図７に示すように、リード線１２００（１）の対向端側のリード線１２００（２）も同様に補助端子１５００，１６００と一体的に一つのフットプリントにハンダ付けされることができる。これにより、ハンダ付面積及び使用するハンダ量がリード線１２００（以下、リード線１２００（１）及びリード線１２００（２）を適宜リード線１２００と総称する）のみの場合と比較して多くなるので、ハンダ付強度が大きくなり、耐衝撃性等の信頼性を高くすることができる。また、面実装コイル１０００の回路基板との接続をリード線１２００のみとする場合と比較して、補助端子１５００，１６００を設けることで、補助端子１５００，１６００により面実装コイル１０００の固定強度は確保されるので、回路基板が振動した際の、電気的接続を担うリード線１２００への負荷及び影響を低減させることができ、電気的接続をより安定化させることができる。

また、図６、図７に示すハンダ付前のコイル部品状態において、補助端子１３００，１４００，１５００，１６００はそれぞれ電気的には独立して互いに接続されていないものとすることができ、リード線１２００とも電気的に接続されていないものとできる。

また、回路基板にハンダ付された場合には、図７の手前側に観察されるリード線１２００（１）及び補助端子１３００，１４００がハンダを介して互いに電気的に接続されるものとなり、さらに図７の奥側に観察される対向端側のリード線１２００（２）及び補助端子１５００，１６００がハンダを介して互いに電気的に接続されるものとなる。

また、補助端子１３００等はめっき銅線の素材で形成してもよいし、リード線１２００は平角めっき銅線で形成してもよい。面実装コイル１０００は、リード線１２００がハンダ付により回路基板に強固に固定されるとともに、補助端子１３００，１４００，１５００，１６００が、ハンダ付により回路基板に強固に固定される。これにより、当該補助端子１３００等を介して外装ケース１１００が回路基板に強固に固定されるものとなるので固定強度が十分に高いものとなる。

図８は、面実装コイル１０００の外装ケース１１００を取り外した内部構成を説明する図である。図８（ａ）は上部外装ケース１１１０と下部外装ケース１１２０とを共に取り外した内部状態を説明し、図８（ｂ）は上部外装ケース１１１０を取り外した内部状態を説明し、図８（ｃ）は下部外装ケース１１２０を取り外した内部状態を説明している。

図８（ａ）において、アモルファスコア１８００は中空の円筒形状を呈しており、当該中空部にはリード線１２００が、貫通挿入されている。すなわち、上述したリード線１２００（１）とリード線１２００（２）は、平角めっき銅線等で折り曲げ形成された一本のリード線１２００の露出された両端部位に対応する。アモルファスコア１８００は、高磁性体材料であるアモルファスの磁性合金の帯状リボンを巻回し、焼結により形成された磁性体コアである。また、図８（ｂ）において、下部外装ケース１１２０の内側にはアモルファスコア１８００の形状にフィットする凹部が形成されており、下部外装ケース１１２０内でアモルファスコア１８００が揺動することを防止している。

同様に、図８（ｃ）において、上部外装ケース１１１０の内側にはアモルファスコア１８００の形状にフィットする凹部が形成されており、上部外装ケース１１１０内でアモルファスコア１８００が揺動することを防止している。また、上部外装ケース１１１０と下部外装ケース１１２０とは、例えば接着剤等を用いて互いに強固に嵌合固着させることができる。

また、図８（ｂ）及び図８（ｃ）においてアモルファスコア１８００の所定箇所には接着剤等の固着部材１８１０が塗布することが可能であり、上部外装ケース１１１０や下部外装ケース１１２０とアモルファスコア１８００とがそれぞれ固着部材１８１０によりさらに強固に固着されるものとすることができる。

本発明のコイル及び面実装コイルは、上述の実施形態で説明した構成や使用方法・製造方法に限定されるものではなく、当業者に自明な範囲でかつ本発明の技術思想の範囲内で適宜その構成や使用方法・製造方法を変更することができる。

本発明は、車載用の各種電子部品や面実装コイル、耐振動性・耐衝撃性が求められる回路基板に実装される電子部品に好適である。

１０００・・面実装コイル、１１００・・外装ケース、１１１０・・上部外装ケース、１１２０・・下部外装ケース、１２００・・リード線、１３００・・補助端子、１４００・・補助端子、１５００・・補助端子、１６００・・補助端子、１８００・・アモルファスコア、１８１０・・固着部材。

Claims (5)

1. 中空円柱形状のコアと、
   前記コア全体を収納する外装ケースと、を備えるコイルであって、
   前記コアと前記外装ケースとは、
   前記コアの中空部が左右横方向に配置される向きからの透視野において、少なくとも上の隅角と下の隅角の各一箇所ずつにおいて、接着固定され、
   前記コアは、帯状の磁性合金リボンを巻回して焼結形成されたコアである
   ことを特徴とするコイル。
2. 請求項１に記載のコイルにおいて、
   前記外装ケースは、底面を含み前記コアの略下半分を収納する下部外装ケースと、前記下部外装ケースに嵌合されて前記コアの略上半分を収納する上部外装ケースとで構成され、
   前記コアと前記下部外装ケースとは、前記中空部が左右横方向に配置される向きからの透視野において、前記コアの左下隅角または右下隅角を含んだ第一箇所で接着固定され、
   前記コアと前記上部外装ケースとは、前記中空部が左右横方向に配置される向きからの透視野において、前記第一箇所に斜め対向する前記コアの右上隅角または左上隅角を含む第二箇所で接着固定される
   ことを特徴とするコイル。
3. 請求項１または請求項２に記載のコイルにおいて、
   前記コアの接着固定される面積は、前記コアの前記中空部内部を除く全表面積の６０％以下である
   ことを特徴とするコイル。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のコイルにおいて、
   前記コアの中空部に、貫通されたリード線を備え、
   前記外装ケースの側面から外部へ導出された前記リード線が、前記外装ケースの側面から底面にまで前記外装ケースの外面に沿って折り曲げられて露出されており、
   前記リード線の前記中空部に貫通される部位の少なくとも一部に、撓みを防止する補強手段が形成される
   ことを特徴とするコイル。
5. 請求項２に記載のコイルにおいて、
   前記コアと前記上部外装ケースとは、前記コアの最上面隅と前記最上面隅に続く垂直側壁上端近辺が接着固定され、また、前記コアと前記下部外装ケースとは、前記コアの最下面隅と前記最下面隅に続く垂直側壁下端近辺下端近辺が接着固定される
   ことを特徴とするコイル。

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