JP2007273532A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させたコイル装置を提供すること。
【解決手段】コア２は、巻芯部２１と、巻芯部２１の両端に形成される一対のつば部２３、２５とを備えている。つば部２３は、巻芯部２１とは反対側に位置する外端面２３３と、外端面２３３の周囲を取り巻く周面２３５とを有している。巻線４は、巻芯部２１に巻かれている。電極膜６１は、つば部２３の外端面２３３及び周面２３５に設けられ、周面２３５では、周面２３５を巡ってみて非連続となる態様で設けられている。もう一つの電極膜６３についても、電極膜６１と同様である。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル装置に関する。

コイル装置として、従来より種々のタイプのものが知られている。例えば、特許文献１に開示されたコイル装置では、巻芯部と、巻芯部の両端に形成される一対のつば部を備えたコアを用いる。そして、コアの巻芯部にコイルの巻線を巻き回すとともに、コアのつば部に電極膜を設け、電極膜に巻線の端末を接続した構成となっている。
特許第３３１９６９７号公報

出願人が検討したところ、巻線に電流を流すと、コイル装置の周囲には、コアの一方のつば部から出てコアの他方のつば部に入るような閉磁路が生じる。これに伴い、つば部に形成された電極膜には、当該閉磁路の逆起電力が発生する。

特許文献１では、つば部の外端面及び周面の全体に電極膜が形成された構造となっている。このため、電極膜に、閉磁路の逆起電力が発生すると、電極膜に、つば部の周面を取り巻くような電流が流れる。この電流は、閉磁路の磁界を打ち消すような逆向きの磁界を生じ、コイル装置としてのインダクタンス特性を劣化させることになる。

また、コイル装置を回路基板に実装する場面について検討すると、コイル装置の電極膜は、回路基板の導体パターンに接合するための領域として用いられる。インダクタンス特性の向上を図ったとしても、その代わりに、回路基板に対する接合強度が低下してしまうのは好ましくない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させたコイル装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る第１の態様のコイル装置は、コアと、巻線と、電極膜とを含む。前記コアは、巻芯部と、前記巻芯部の両端に形成される一対のつば部とを備えており、前記つば部は、前記巻芯部とは反対側に位置する外端面と、前記外端面の周囲を取り巻く周面とを有している。前記巻線は、前記巻芯部に巻かれている。前記電極膜は、前記つば部の前記外端面及び前記周面に設けられ、前記周面では、前記周面を巡ってみて非連続となる態様で設けられている。

コイル装置を回路基板に実装する際、コイル装置の電極膜は、回路基板の導体パターンに接合するための領域として用いられる。本発明に係る第１の態様のコイル装置では、電極膜は、つば部の外端面及び周面に設けられているから、回路基板に実装する際の接合強度を確保することができる。

しかも、電極膜は、つば部の周面では、その周面を巡ってみて非連続となる態様で設けられているから、電極膜に、閉磁路の逆起電力が発生しても、電極膜に電流が流れることを制限することができる。従って、閉磁路の磁界を打ち消すような逆向きの磁界を生じることを抑制することができる。よって、回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させることができる。

本発明に係る第２の態様のコイル装置は、コアと、巻線と、電極膜とを含む。前記コアは、巻芯部と、前記巻芯部の両端に形成される一対のつば部とを備えており、前記つば部は、前記巻芯部とは反対側に位置する外端面と、前記外端面の周囲を取り巻く周面とを有している。前記巻線は、前記巻芯部に巻かれている。前記電極膜は、前記つば部の前記外端面及び前記周面に設けられ、前記周面では、前記周面を巡ってみて広幅部と、前記広幅部よりも幅が狭い狭幅部とを有する態様で設けられている。

第２の態様のコイル装置でも、第１の態様のコイル装置と同様、電極膜は、つば部の外端面及び周面に設けられている。従って、回路基板に実装する際の接合強度を確保することができる。

しかも、電極膜は、つば部の周面では、周面を巡ってみて広幅部と、広幅部よりも幅が狭い狭幅部とを有する態様で設けられている。従って、電極膜に、閉磁路の逆起電力が発生しても、電極膜の狭幅部が、つば部の周面を取り巻くように流れる電流を制限するための領域として機能する。よって、閉磁路の磁界を打ち消すような逆向きの磁界が生じることを抑制することができる。従って、回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させることができる。

上述した第１、第２の態様の何れにおいても、次のような実施態様を採用することができる。

一つの実施態様では、外層樹脂が、一対のつば部の間に、巻芯部に巻かれた巻線を覆うような態様で設けられ、フェライト粉を含有する樹脂からなる。

もう一つの実施態様では、つば部の外形は、角型形状である。

更にもう一つの実施態様では、つば部は、面取りされた部分を有する。

以上述べたように、本発明によれば、回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させたコイル装置を提供することができる。

図１は本発明に係る第１の態様のコイル装置を示す外観斜視図、図２は図１のII−II線に沿った断面図である。図示されたコイル装置は、コア２と、巻線４と、電極膜６１、６３とを含む。

図３は図１及び図２に示したコイル装置において、コア及び電極膜だけを示す斜視図である。図２及び図３に示すように、コア２は、フェライトなどの磁性材料から構成され、巻芯部２１と、一対のつば部２３、２５とを備えたドラム形状となっている。図示の場合、巻芯部２１の、幅方向Ｙ及び高さ方向Ｚに平行な断面が四角形状となっているが、円形状であってもよい。

つば部２３、２５は、長さ方向Ｘでみた巻芯部２１の両端に備えられている。図示の場合、つば部２３、２５の、幅方向Ｙ及び高さ方向Ｚに平行な断面が四角形状となっているが、円形状であってもよい。つば部２３は、巻芯部２１と同じ側に位置する内端面２３１と、巻芯部２１とは反対側に位置する外端面２３３と、内端面２３１及び外端面２３３の間に位置し、外端面２３３の周囲を取り巻く周面２３５を有する。

同様に、もう一つのつば部２５も、巻芯部２１とは同じ側に位置する内端面２５１と、巻芯部２１とは反対側に位置する外端面２５３と、内端面２５１と外端面２５３との間に位置し、外端面２５３の周囲を取り巻く周面２５５とを有する。

巻線４は、コア２の巻芯部２１に巻き付けられ、巻線４の端末４１、４３が、それぞれ、つば部２３、２５の周面２３５、２５５に引き出されている。更に、内層樹脂８１及び外層樹脂８３が、つば部２３、２５の間で、巻芯部２１に巻き付けられた巻線４を覆うような態様で設けられている。外層樹脂８３は、内層樹脂８１からみて外層の位置にあり、フェライト粉を含有する樹脂から構成される。

電極膜６１は、つば部２３の外端面２３３及び周面２３５に設けられている。詳しくは、電極膜６１は、外端面２３３及び周面２３５に跨って延びるように設けられている。外端面２３３に限ってみて、図示の電極膜６１は、外端面２３３のほぼ全面を覆う態様になっているが、図示と異なり、外端面２３３の一部分を覆う態様になっていてもよい。

次に、周面２３５では、電極膜６１は、周面２３５を巡ってみて非連続となる態様になっている。本明細書において、電極膜６１が周面２３５を巡ってみて連続とは、電極膜６１が、周面２３５の、内端面２３１側の端縁２３２及び外端面２３３側の端縁２３４の間の領域内で、周面２３５を巡ってつながっているという意味である。これとは逆に、電極膜６１が周面２３５を巡ってみて非連続とは、電極膜６１が設けられずにコア素地が露出する空白領域Ａ１が、周面２３５の端縁２３２から端縁２３４までの幅Ｗ１を全て占有する態様で存在するという意味である。このような空白領域Ａ１は、コア素地に電極膜６１を設けた後、空白領域とすべき領域に研磨加工を施し、その領域に存在する電極膜６１を除去することにより形成することができる。

もう一つの電極膜６３については、上述の電極膜６１と同様であり、重複説明を省略する。電極膜６３には、巻線４の他方の端末４３が接続される。

電極膜６１、６３は、単層構造または多層構造の何れであってもよい。例えば、多層構造の一例として、コア素地の上に第１のＡｇ膜、第２のＡｇ膜、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜及びＳｎ膜を順次積層した構造を挙げることができる。以下、この構造の電極膜６１、６３を備えたコイル装置の製造工程について説明する。

まず、巻芯部２１と、一対のつば部２３、２５とを備えたコア２を用意する。次に、デップ（浸漬）により、つば部２３、２５の外端面２３３、２５３及び周面２３５、２５５にＡｇペーストを付着させた後、乾燥させ、第１のＡｇ膜を形成する。

次に、巻芯部２１に巻線４を巻き付け、巻線４の端末４１、４３を、つば部２３、２５の周面２３５、２５５において第１のＡｇ膜の上に熱圧着する。

次に、つば部２３、２５の間で、巻芯部２１に巻き付けられた巻線４を覆うように、内層樹脂８１及び外層樹脂８３を、モールドなどにより形成する。

次に、巻線４の端末４１、４３の熱圧着部を含むように第１のＡｇ膜の上にＡｇペーストを付着させ、第２のＡｇ膜を形成する。その後、電解めっきを用い、第２のＡｇ膜の上にＣｕ膜、Ｎｉ膜及びＳｎ膜を順次に形成する。これにより、図４に示すように、電極膜６１、６３が、つば部２３、２５の外端面２３３、２５３及び周面２３５、２５５の全体に形成された態様として得られる。

最後に、サンドペーパー、やすり等により、つば部２３、２５の周面２３５、２５５に研磨加工を施す。具体的には、周面２３５、２５５の角部に、コア素地が露出するまで研磨加工（面取り）を施し、周面２３５、２５５の角部に存在する電極膜を除去する。これにより、図１〜図３に示したコイル装置が得られる。

図５は図１〜図３に示したコイル装置を回路基板に実装した状態を示す図である。コイル装置を回路基板に実装するにあたっては、まず、図示のように、回路基板９にコイル装置を、コイル装置の電極膜６１、６３が回路基板９の導体パターン９１、９３上に位置する態様で配置する。そして、この状態ではんだ付けを行い、電極膜６１、６３と、導体パターン９１、９３とを、はんだ８を介して接合する。

コイル装置を回路基板９に実装する際、コイル装置の電極膜６１は、回路基板９の導体パターン９１に接合するための領域として用いられる。図１〜図３に示したコイル装置では、電極膜６１は、つば部２３の外端面２３３及び周面２３５に設けられているから、導体パターン９１に接合するための領域として充分な領域を確保することができる。電極膜６３についても同様である。従って、コイル装置全体としてみた回路基板９への接合強度を確保することができる。

更に、出願人が検討したところ、巻線４に電流を流すと、コイル装置の周囲には、コア２の一方のつば部２３から出て他方のつば部２５に入るような閉磁路Ｍ１が生じる（図２及び図３参照）。これに伴い、つば部２３、２５に形成された電極膜６１、６３には、閉磁路Ｍ１の逆起電力Ｅ１が発生する。

図１〜図３に示したコイル装置の場合、電極膜６１は、つば部２３の周面２３５では、周面２３５を巡ってみて非連続となる態様で設けられている（図３参照）。従って、電極膜６１に、閉磁路Ｍ１の逆起電力Ｅ１が発生しても、電極膜６１に電流が流れることを制限することができる。もう一つの電極膜６３についても同様である。よって、閉磁路Ｍ１の磁界を打ち消すような逆向きの磁界を生じることを抑制することができ、これにより、回路基板９に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させることが可能となる。

更に、フェライト粉を含有する樹脂からなる外層樹脂８３が、つば部２３、２５の間に、巻芯部２１に巻かれた巻線４を覆うような態様で設けられている（図２参照）。かかる態様によれば、一方のつば部２３から出て他方のつば部２５に入るような閉磁路Ｍ１の磁気特性を向上させることができる。

更に、つば部２３、２５の外形は、角型形状である。かかる態様によれば、コイル装置の製造工程において、つば部２３、２５に電極膜６１、６３を形成した後、つば部２３、２５の角に研磨加工（面取り）を施すことにより、つば部２３、２５に形成された電極膜６１、６３を選択的に除去することができる。

更に、つば部２３、２５は、面取りされた部分２３７、２５７を有する。面取りされた部分２３７、２５７は、コイル部品を回路基板に表面実装する際、コイル部品の方向性を識別するための指標として用いることができる。

次に、コイル装置の電気的特性を、電極膜６１、６３の形状によって向上させることができることを、実験データで説明する。

＜実験１＞
まず、図４に示した態様のコイル装置を用意した。このコイル装置について、インダクタンス値（以下、加工前のインダクタンス値Ｌ０と称する）を測定した。インダクタンス値を測定する際の周波数は、２．５２ＭＨｚとした。

次に、図４に示したコイル装置に、先に説明した研磨加工を施し、図１〜図３に示した態様のコイル装置を得た。このコイル装置について、インダクタンス値（以下、加工後のインダクタンス値Ｌ１と称する）を測定した。

更に、加工前のインダクタンス値Ｌ０及び加工後のインダクタンス値Ｌ１から、インダクタンス変化率（△Ｌ／Ｌ０）を求めた。測定サンプル数については、４とした。

実験結果を、下記の表１に示す。

表１に記載されたサンプル１〜４の何れについても、加工前のインダクタンス値Ｌ０との対比でみて、加工後のインダクタンス値Ｌ１が大きくなっている。従って、電極膜が、つば部の外端面及び周面の全体に形成されている態様（図４）との対比でみて、電極膜が、つば部の周面ではその周面を巡ってみて非連続となる態様で形成されている態様（図１〜図３）によれば、インダクタンス値を向上させることができることがわかる。表１に記載されたサンプル１〜４の場合、インダクタンス値を３％程度向上させることができた（表１に記載されたインダクタンス変化率を参照）。

＜実験２＞
まず、図４に示した態様のコイル装置について、周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性（以下、加工前の周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性と称する）を測定した。

次に、図４に示したコイル装置に、先に説明した研磨加工を施し、図１〜図３に示した態様のコイル装置を得た。このコイル装置について、周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性（以下、加工後の周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性と称する）を測定した。

得られた周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性を、それぞれ、図６、図７に示す。図６において横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸はインダクタンス値（μＨ）である。また、曲線Ｕ３０及びＵ３１は、それぞれ、加工前の周波数−インダクタンス特性、及び、加工後の周波数−インダクタンス特性を示している。

また、図７において横軸は図６と同様である。縦軸はＱ値である。また、曲線Ｕ４０及びＵ４１は、それぞれ、加工前の周波数−Ｑ特性、及び、加工後の周波数−Ｑ特性を示している。

まず、図６を参照する。加工前の周波数−インダクタンス特性（曲線Ｕ３０）との対比でみて、加工後の周波数−インダクタンス特性（曲線Ｕ３１）は、周波数０．５ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲でインダクタンス値が大きくなり、周波数−インダクタンス特性が改善されている。

次に、図７を参照する。加工前の周波数−インダクタンス特性（曲線Ｕ４０）との対比でみて、加工後の周波数−Ｑ特性（曲線Ｕ４１）は、周波数０．１ＭＨｚ〜２ＭＨｚの範囲でＱ値が大きくなり、周波数−Ｑ特性が改善されている。

従って、電極膜が、つば部の外端面及び周面の全体に形成されている態様（図４）との対比でみて、電極膜が、つば部の周面ではその周面を巡ってみて非連続となる態様で形成されている態様（図１〜図３）によれば、周波数−インダクタンス特性及び周波数−Ｑ特性を改善できることがわかる。

図８は本発明に係る第２の態様のコイル装置を示す外観斜視図、図９は図８に示したコイル装置において、コア及び電極膜だけを示す斜視図である。図示において、先の図１〜図３に現れた構成部分と同一性ある構成部分には、同一の参照符号を付し、重複説明を省略することがある。

電極膜６１が、つば部２３の外端面２３３及び周面２３５に設けられる点については、図１〜図３に示したコイル装置と同様である。図８及び図９に示したコイル装置の特徴は、電極膜６１が、つば部２３の周面２３５では、周面２３５を巡ってみて広幅部６１１と、広幅部６１１よりも幅が狭い狭幅部６１３とを有する態様で設けられている点にある。狭幅部６１３は、周面２３５の端縁２３２及び端縁２３４の間で、端縁２３２から端縁２３４までの幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ２で定義される領域である。狭幅部６１３は、周面２３５の一部分に研磨加工を施し、電極膜を部分的に除去することにより形成することができる。広幅部６１１は、狭幅部６１３の幅Ｗ２よりも大きく、かつ、周面２３５の端縁２３２から端縁２３４までの幅Ｗ１を超えない幅で定義される領域である。

もう一つの電極膜６３については、上述の電極膜６１と同様であり、重複説明を省略する。

また、電極膜６１、６３が、単層構造または多層構造の何れであってもよい点についても、図１〜図３に示したコイル装置と同様である。

図８及び図９に示したコイル装置でも、電極膜６１は、つば部２３の外端面２３３及び周面２３５に設けられているから、回路基板の導体パターンに接合するための領域として充分な領域を確保することができる。電極膜６３についても同様である。従って、コイル装置全体としてみた回路基板への接合強度を確保することができる。

更に、図８及び図９に示したコイル装置の場合、電極膜６１は、つば部２３の周面２３５では、周面２３５を巡ってみて広幅部６１１と、広幅部６１１よりも幅が狭い狭幅部６１３とを有する態様で設けられている（図９参照）。従って、電極膜６１に、閉磁路Ｍ１の逆起電力Ｅ１が発生しても、電極膜６１の狭幅部６１３が、つば部２３の周面２３５を取り巻くように流れる電流を制限するための領域として機能する。もう一つの電極膜６３についても同様である。よって、閉磁路Ｍ１の磁界を打ち消すような逆向きの磁界が生じることを抑制することができ、これにより、回路基板に実装する際の接合強度を維持しながら、インダクタンス特性を向上させることが可能となる。

本発明に係る第１の態様のコイル装置を示す外観斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図１及び図２に示したコイル装置において、コア及び電極膜だけを示す斜視図である。 図１〜図３に示したコイル装置の製造工程を説明する図である。 図１〜図３に示したコイル装置を回路基板に実装した状態を示す図である。 周波数−インダクタンス特性を示すグラフである。 周波数−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明に係る第２の態様のコイル装置を示す外観斜視図である。 図８に示したコイル装置において、コア及び電極膜だけを示す斜視図である。

符号の説明

２ コア
２１ 巻芯部
２３、２５ つば部
２３１、２５１ 内端面
２３２、２３４ 端縁
２３３、２５３ 外端面
２３５、２５５ 周面
２３７、２５７ 面取りされた部分
４ 巻線
４１、４３ 巻線４の端末
６１、６３ 電極膜
６１１ 広幅部
６１３ 狭幅部
８ はんだ
８１ 内層樹脂
８３ 外層樹脂
９ 回路基板
９１、９３ 導体パターン

Claims (5)

1. コアと、巻線と、電極膜とを含むコイル装置であって、
   前記コアは、巻芯部と、前記巻芯部の両端に形成される一対のつば部とを備えており、前記つば部は、前記巻芯部とは反対側に位置する外端面と、前記外端面の周囲を取り巻く周面とを有しており、
   前記巻線は、前記巻芯部に巻かれており、
   前記電極膜は、前記つば部の前記外端面及び前記周面に設けられ、前記周面では、前記周面を巡ってみて非連続となる態様で設けられている、
   コイル装置。
2. コアと、巻線と、電極膜とを含むコイル装置であって、
   前記コアは、巻芯部と、前記巻芯部の両端に形成される一対のつば部とを備えており、前記つば部は、前記巻芯部とは反対側に位置する外端面と、前記外端面の周囲を取り巻く周面とを有しており、
   前記巻線は、前記巻芯部に巻かれており、
   前記電極膜は、前記つば部の前記外端面及び前記周面に設けられ、前記周面では、前記周面を巡ってみて広幅部と、前記広幅部よりも幅が狭い狭幅部とを有する態様で設けられている、
   コイル装置。
3. 請求項１または２に記載されたコイル装置であって、更に、外層樹脂を含み、
   前記外層樹脂は、一対の前記つば部の間に、前記巻芯部に巻かれた巻線を覆うような態様で設けられ、フェライト粉を含有する樹脂からなる、
   コイル装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載されたコイル装置であって、
   前記つば部の外形は、角型形状である、
   コイル装置。
5. 請求項４に記載されたコイル装置であって、
   前記つば部は、面取りされた部分を有する、
   コイル装置。
   

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