JPH0590039A - インダクタンス素子およびインダクタンス素子用の磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高周波域においても磁性材料の特性が低下しに
くいインダクタンス素子およびコアを提供する。 【構成】厚さが５μｍ以下の多数の磁性薄膜または磁性
薄帯２１の間に非磁性体を介挿した状態で積み重ねて、
両端が開放したコア２を形成する。または、厚さが５μ
ｍ以下の１枚の磁性薄膜または磁性薄帯でコアを形成す
る。このコア２をケース３およびカバー４からなるボビ
ン５内に収納し、このボビン５の外周にコイルを巻き付
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主としてスイッチン
グ電源装置用のトランスやチョークとして用いられるイ
ンダクタンス素子およびその磁心に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置は、各種の電気機
器の電力供給装置として広く使用されている。一般に、
スイッチング電源装置のトランスやチョークには、フェ
ライトなどからなるバルク状の磁心や、数百μｍの板状
の磁性材料が用いられる。しかし、このような磁心は両
端開放の場合に、反磁界係数が大きく材料自身の持つ透
磁率よりもはるかに小さな実効透磁率しか示さない。ま
た、高い周波数では、渦電流損が増大し、トランスやイ
ンダクタンスの特性を著しく低下させることとなり、Ｍ
Ｈｚ帯の領域では使用できないものであった。

【０００３】そこで、従来より、磁性箔帯を積層してな
る磁心にコイルを巻回したインダクタンス素子が知られ
ている（たとえば、特公平３−５５９６３号公報参
照）。この磁心の構造の一例を図１０に示す。

【０００４】図１０において、磁心５０は、多数の磁性
箔帯５１を互いに絶縁した状態で接着して積層したもの
である。磁性箔帯５１は、導電性材料からなる板状の芯
材５２の全面に、磁性材料からなる磁性膜５３を被着し
た後に、さらに、絶縁膜５４をコーティングしたもので
ある。この先行技術の磁心５０は、磁性材料からなる磁
性膜５３で形成されている。このため、高周波域におい
ても、良好なインダクタンス特性を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先行技術
では、磁性箔帯５１が比較的厚い（２０μｍ程度）導電
性材料からなる芯材５２を有しているので、磁性材料か
らなる磁性膜５３の厚みが薄く（３μｍ程度）ても、ス
キンデプスが２０μｍ以下の周波数帯域においては、芯
材５２中に渦電流が発生する。したがって、磁性材料と
しての特性が著しく低下する。この発明は上記従来の問
題に鑑みてなされたもので、高周波域においても磁性材
料の特性が低下しにくいインダクタンス素子およびイン
ダクタンス素子用の磁心を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のインダクタンス用の磁心は、厚さが５μ
ｍ以下の複数の磁性薄膜または磁性薄帯を、その間に非
磁性体を介挿した状態で積み重ねて、両端を開放して構
成されている。磁心は、厚さが５μｍ以下の１枚の磁性
薄膜または磁性薄帯からなり、両端が開放されたもので
あってもよい。なお、磁性薄膜とは、1.0 μｍ以下の磁
性膜をいい、磁性薄帯とは、1.0 μｍ〜数百μｍの帯状
の磁性材料をいう。

【０００７】この発明のインダクタンス素子は、上記磁
心をボビンに収納して保護し、このボビンの外周にコイ
ルが巻回されてなる。上記ボビンは、磁心を収納する凹
所が形成された箱状のケースと、上記凹所の開口端面に
当接するとともに、上記凹所をおおうカバーとで形成す
るのが好ましい。

【０００８】請求項５のインダクタンス素子は、上記磁
心を非磁性体の補強板に積み重ねた状態で、一次コイル
に近接して二次コイルを巻回してなる。

【０００９】

【作用】この発明によれば、インダクタンス用の磁心
は、磁性薄膜または磁性薄帯の間に非磁性体を介挿し、
あるいは、１枚の磁性薄膜または磁性薄帯で形成されて
おり、導電性の厚い芯材を有していないので、芯材に誘
起する渦電流損が発生しない。したがって、磁性薄膜ま
たは磁性薄帯の厚さ以上のスキンデプスの周波数帯域ま
で、渦電流による損失を低減させることができる。その
結果、高周波まで良好なインダクタンス特性を得ること
ができる。

【００１０】また、磁性薄膜または磁性薄帯を積み重ね
てなる磁心をボビン内に収納して保護するから、磁性薄
帯に芯材を設ける必要がないので、磁心の厚みを薄くす
ることができる。

【００１１】さらに、ケースの開口端面にカバーを当接
させてボビンを構成した場合は、カバーがケース内に落
ち込まないので、内部の磁性薄帯などを保護し易い。

【００１２】また、薄い磁性薄膜または磁性薄帯を長手
方向に長く形成することにより、磁性薄帯などの厚さに
対する長さの比率を大きくすることで、磁心の反磁界係
数を極めて小さくすることができる。そのため、上に巻
かれたコイルのインダクタンスは、どの位置をとってみ
ても、ほぼ均一とみることができる。つまり、両端を開
放した磁心と両端をターミネートした磁心とが、同等の
働をすることとなる。したがって、磁心を閉ループにし
なくても、結合係数を１．０に近づけることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図１ないし図４は、この発明の第１実施例を
示す。図１において、トランスのようなインダクタンス
素子１の磁心２は、両端が開放されており、磁性材料か
らなるアモルファス合金（非晶質合金）で形成された多
数の磁性薄帯２１を、その間に非磁性体を介挿した状態
で積み重ねて構成されている。磁心２の構造としては、
図２（ａ）に示すように、各磁性薄帯２１に伸縮性の大
きいゴム状の絶縁物２２をコーティングしてもよいし、
あるいは、図２（ｂ）に示すように、磁性薄帯２１間
に、接着性を有する非磁性体からなるセパレーションフ
ィルム２３を介挿してもよい。

【００１４】この実施例では、磁心２は、３μｍ程度の
磁性薄帯２１を２０〜数十枚積み重ねて構成されてい
る。しかし、磁心２は、１．０μｍ以下の磁性薄膜また
は１．０μｍ〜５．０μｍの磁性薄帯２１を積み重ねて
構成してもよいし、あるいは、１枚の磁性薄膜または磁
性薄帯２１で構成してもよい。ここで、介挿されるセパ
レーションフィルム２３は、導電性の材料であってもよ
い。ただし、導電性のセパレーションフィルム２３を用
いる場合は、渦電流損を小さくするために、セパレーシ
ョンフィルム２３の厚さを、磁性薄帯２１の厚さよりも
薄く設定する必要がある。

【００１５】図１のボビン５は、下ケース３とカバー４
からなり、積み重ねた磁心２を収納して保護する。下ケ
ース３は、磁心２を収納する凹所３０を備えた箱状にな
っており、両端のバルク状の端子部３１と、底板３２
と、底板３２から立ち上がる２枚の側板３３とで一体に
成形されている。各端子部３１には、巻線絡げ部３４お
よび表面実装用端子３５を構成するＬ字状の一対の端子
片３６が、インサート成形によって設けられている。下
ケース３の側板３３の上端面３３ａには、つまり、下ケ
ース３における凹所３０の開口端面には、カバー４が嵌
合する嵌合用凹部３７が形成されている。一方、カバー
４は、嵌合用凸部４１を有する帯状の板からなり、図３
に示すように、嵌合用凸部４１が上記嵌合用凹部３７に
嵌合した状態で下ケース３の側板３３の上端部に被せら
れ、上記凹所３０をおおっている。

【００１６】なお、上記下ケース３およびカバー４は、
熱伝導率が高い、大むね０．１cal／ｃｍ・ｓ・°Ｃ以
上の熱伝導率を有する非磁性体で構成するのが好まし
い。このような非磁性材料としては、たとえば、ジルコ
ニアやアミルナのようなセラミックスを用いることがで
きる。

【００１７】磁心２（図１）を収納したボビン５の外周
には、図４のように、コイル６が巻回されている。ボビ
ン５におけるコイル６が巻回されている部分の厚さＴ
は、端子部３１よりも厚さが薄くなっているとともに、
コイル６を巻回した状態では、端子部３１よりも若干厚
くなるように、設定されている。

【００１８】つぎに、上記インダクタンス素子１の製造
方法について説明する。まず、基材に磁性材料をメッキ
法、急冷法または蒸着法により被着させた後、基材から
剥がすか、あるいは、基材を溶解除去して、図２（ｂ）
の磁性薄帯２１を得る。ついで、アルミナの微粉末また
はナイロンボールのような小径微粒子を、液状接着剤ま
たはシリコンゴムに分散させたものを、磁性薄帯２１の
表面に塗布して、各磁性薄帯２１を接着する。この接着
後、積層した磁性薄帯２１を加圧し、余分なシリコンゴ
ム材を流出させて、図２（ｂ）のように、均一なセパレ
ーションフィルム２３を磁性薄帯２１間に形成する。こ
れにより、図１のボビン５内に収納する磁心２を得る。

【００１９】この後、磁心２を下ケース３の凹所３０内
に落とし込んだ後、カバー４を下ケース３に嵌合させ
て、磁心２を図３のボビン５内に収納する。この収納
後、図４のように、ボビン５の外周にコイル６を巻回し
て、インダクタンス素子１を得る。なお、図１の磁心２
における長手方向Ｌの両端部２４のみを下ケース３の内
面に接着してもよい。

【００２０】上記構成において、この発明の磁心２は、
図１０の従来例と異なり、導電性の厚い芯材５２を有し
ていないので、芯材５２に誘起する渦電流損が発生しな
い。したがって、磁性薄膜または図１の磁性薄帯２１の
厚さ以上のスキンデプスの周波数帯域まで、渦電流によ
る損失を低減させることができる。その結果、高周波ま
で良好なインダクタンス特性を得ることができる。

【００２１】ところで、図１０の従来例のように、厚い
芯材５２に磁性膜５３をメッキにより付着させたので
は、芯材５２と磁性膜５３の熱膨張率を一致させない
と、磁性膜５３の内部に熱応力が生じるので、磁性材料
の持つ特性を十分に引き出せない。この発明は、これに
対し、図２に示すように芯材を有しておらず、また、介
挿される非磁性体２２はゴム状であることから、磁性薄
帯２１に生じる熱応力を極めて小さくすることができ
る。したがって、磁性材料が本来有している特性を充分
引き出すことができる。

【００２２】また、磁性薄帯２１をアモルファス合金で
構成した場合、図１０の従来例のように、絶縁膜５４を
コーティングした磁性膜５３に、コイルを直接巻き付け
たのでは、コイルの巻付力により、磁性材料に応力が生
じ、前述と同様の問題が生じる。これに対し、この発明
は、図１のボビン５内に磁心２を収納して保護している
から、磁心２を構成する磁性薄帯２１に応力が生じない
ので、磁性材料の特性を充分引き出すことができる。

【００２３】特に、この実施例では、下ケース３の上端
面３３ａの凹部３７に、カバー４の凸部４１が当接する
ので、ボビン５にコイル６を巻回することにより、図３
のカバー４が下ケース３内に落ち込むおそれもない。し
たがって、ボビン５内に収納されている図１の磁性薄帯
２１を保護できる。

【００２４】ところで、スイッチングの際に、磁心２は
発熱する。ここで、この実施例は、ボビン５を比較的熱
伝導率の高い非磁性体で構成しているので、磁心２の熱
をボビン５およびコイル６（図４）を介して、効率良く
外部に逃がすことができるから、使用電力を大きくする
ことができる。なお、放熱効果を高めるために、カバー
４は、熱伝導率の高い導電性材料であって、スキンデプ
スが生じない薄いものを使用することができる。

【００２５】上記実施例では、実装用端子３５を幅方向
Ｗに突出させたが、図５（ａ）のように、実装用端子３
５を長手方向Ｌに突出させてもよい。また、端子部３１
からＬ字状の端子片３６を突出させるのではなく、図５
（ｂ）のように、厚膜からなる端子片３６Ａを一体成形
して埋め込んでもよい。さらに、図５（ｃ）のように、
厚膜からなる端子片３６Ａを長手方向Ｌの端部に設ける
とともに、端子部３１に長手方向Ｌに、コイル６の端部
を通すトンネル状の溝３８を設けてもよい。なお、この
発明はチョークコイルにも適用できることはいうまでも
ない。

【００２６】図６および図７は、この発明の第２実施例
を示す。図６において、磁心２は、第１実施例の図２
（ａ）もしくは（ｂ）の磁心２と同じ構造のものであ
る。図６の磁心２を形成する磁性薄帯２１は、その厚さ
に対する長さＬ１の比率が大きく設定されており、たと
えば、長さＬ１が２１ｍｍで、厚さが３μｍである。こ
の磁心２は、プラスチックやセラミックなどからなる非
磁性体の補強板７の上に積み重ねてある。この状態で、
図７のように、一次コイル６Ａと二次コイル６Ｂからな
る巻線束８を２条の螺線にして、磁心２に巻回すること
で、つまり、磁心２にバイファイラ巻きを施すことで、
トランス（インダクタンス素子）１が構成されている。
なお、補強板７の幅Ｗ１は、磁性薄帯２１の幅Ｗ２より
も若干大きく設定されている。

【００２７】上記構成において、このトランス１は、磁
性薄帯２１の厚さに対する長さＬ１の比率が大きい（た
とえば７，０００倍）ので、磁心２の反磁界係数が小さ
くなるから、磁束が磁心２から漏れることが少ない状態
で磁心２を通過する。したがって、磁心２で閉ループを
形成しなくても、結合係数を１．０に近づけることがで
きる。その結果、トランス１の小型・軽量化を図りう
る。

【００２８】なお、上記実施例では、磁心２に巻線束８
をバイファイラ巻きを施したが、必ずしも、これに限定
されるものではない。たとえば、図８のように、一次コ
イル６Ａの外周に、二次コイル６Ｂを巻いてもよいし、
あるいは、図９のように、一次コイル６Ａと二次コイル
６Ｂを交互に巻いて、巻比率も適宣設定すればよい。

【００２９】ところで、図７の磁性薄帯２１の厚さに対
する長さＬ１の比率は、１，０００倍以上に設定するの
が好ましいが、できるだけ大きく設定する方が良い。

【００３０】また、この実施例のように、補強板７を１
枚とした場合は、補強板７の幅Ｗ１を磁心２の幅Ｗ２よ
りも若干大きく設定することで、コイル６Ａ，６Ｂの締
め付け力によって磁心２に生じる応力を比較的小さくす
ることができる。

【００３１】なお、この実施例では、補強板７を磁心２
の下面に１枚設けたが、この発明は、補強板７を磁心２
の上下に積み重ねてもよい。補強板７を磁心２の上下に
積み重ねた場合は、前述の第１実施例と同様、補強板７
で磁心２を保護できるので、磁心２に局所的な応力が生
じない。この場合、補強板７の幅Ｗ１を磁心２の幅Ｗ２
にほぼ等しく設定してもよい。

【００３２】また、上記実施例では、磁心２を補強板７
の上に積み重ねただけで、磁心２と補強板７とを接着し
ていなかったが、組立を容易にするために、磁心２の表
面と補強板７とは互いに接着してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、インダクタンス用の磁心は、磁性薄膜または磁性薄
帯の間に非磁性体を介挿した状態で積み重ねて、あるい
は、１枚の磁性薄膜または磁性薄帯で形成されており、
導電性の厚い芯材を有していないので、芯材に誘起する
渦電流損が発生しないから、磁性薄膜または磁性薄帯の
厚さ以上のスキンデプスの周波数帯域まで、良好なイン
ダクタンス特性を得ることができる。

【００３４】また、芯材を有していないことから、磁性
薄膜または磁性薄帯を柔軟性を有する接着剤を介挿して
積層すれば、接着剤と磁性材料との膨張係数が多少異な
っていても、接着剤が柔軟性を持つので、磁性材料に生
じる応力を最小限にすることができ、したがって、温度
変化に対しても、安定した特性が得られる。

【００３５】さらに、ボビンのケースの開口端面にカバ
ーを当接させた場合は、カバーがケース内に落ち込まな
いので、内部の磁性薄帯などを保護し易い。

【００３６】また、薄くかつ長い磁性薄帯などからなる
上記磁心に非磁性体の補強板を積み重ねた状態で一次コ
イルと二次コイルを近接して巻回することにより、磁心
を閉ループに形成しなくても、充分な結合係数を持つト
ランスを得ることができるから、トランスの小型・軽量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかるボビンおよび磁
心を示す分解斜視図である。

【図２】磁性薄帯を示す拡大断面図である。

【図３】ボビンを示す斜視図である。

【図４】インダクタンス素子を示す斜視図である。

【図５】端子部の変形例を示す斜視図である。

【図６】この発明の第２実施例を示す磁心の斜視図であ
る。

【図７】同トランスの斜視図である。

【図８】トランスの変形例を示す平面図である。

【図９】トランスの他の変形例を示す平面図である。

【図１０】従来の磁心を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１…インダクタンス素子、２…磁心、３…ケース、４…
カバー、５…ボビン、６…コイル、６Ａ…一次コイル、
６Ｂ…二次コイル、７…補強板、２１…磁性薄帯、２
２，２３…非磁性体、３０…凹所、３３ａ…開口端面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 17/04 Ｆ 7129−5Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さが５μｍ以下の複数の磁性薄膜また
   は磁性薄帯の間に非磁性体を介挿した状態で積み重ね
   て、両端を開放してなるインダクタンス素子用の磁心。
2. 【請求項２】 厚さが５μｍ以下の１枚の磁性薄膜また
   は磁性薄帯からなり、両端が開放されたインダクタンス
   素子用の磁心。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは２の上記磁心を保護用
   のボビン内に収納し、このボビンの外周にコイルを巻回
   してなるインダクタンス素子。
4. 【請求項４】 請求項３において、上記ボビンは、磁心
   を収納する凹所が形成された箱状のケースと、上記凹所
   の開口端面に当接して上記凹所をおおうカバーとで形成
   されているインダクタンス素子。
5. 【請求項５】 請求項１もしくは２の上記磁心を非磁性
   体の補強板に積み重ねた状態で、一次コイルに近接して
   二次コイルを巻回したインダクタンス素子。