JP5619222B2 - インダクタンス素子とそれを用いたスイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明はインダクタンス素子とそれを用いたスイッチング電源に関する。

電子機器に搭載されるスイッチング電源は、ＦＣＣＩに代表されるようにクラス別にノイズが規制されている。ノイズの発生原因は様々であるが、主に大きな電力をオンオフする半導体素子の周辺で発生する。高周波成分は放射ノイズとして空中を伝わり、各種電子機器の誤動作を招く。このため、各周波数帯に規制値が設けられている。スイッチング電源では半導体素子、主にＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードにノイズ対策が施されている。

ＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードに対するノイズ対策の代表例としては、ＣＲスナバやフェライトビーズを用いたノイズ対策が挙げられる。ノイズ対策は効果とコスト、さらに搭載スペースの兼ね合いにより使い分けられる。特に性能面を考慮した場合には、特許文献１に記載されているように、Ｃｏ系アモルファス合金を利用したものがノイズ対策の主流になっている。Ｃｏ系アモルファス合金は角形性等の磁気特性に優れることから、ノイズ低減効果がフェライトビーズより優れている。

アモルファス合金は絶縁性のフェライト材とは異なり導電性を有するため、アモルファス合金薄帯を用いたトロイダルコアはそれ全体を絶縁樹脂で覆うことが一般的である。この絶縁樹脂や接着剤はアモルファス合金薄帯（磁性薄帯）の層間に侵入し、乾燥後の樹脂の収縮によりトロイダルコアに応力を付加する。アモルファス合金を用いたトロイダルコアは、樹脂の収縮に伴う応力により磁気特性が低下するという問題を有している。

特許文献２や特許文献３には有底型容器にコアを挿入し、蓋を固定してコアを容器内に収納したノイズ抑制素子が記載されている。蓋付き容器を使用した場合には樹脂の収縮に伴う問題が回避され、磁気特性の低下を抑制することができる。しかしながら、蓋付き容器は当然ながら蓋部と容器本体とを別々に作製し、これらを組合せて固定する必要がある。蓋部と容器本体をそれぞれ樹脂材料で作製するためには、それぞれの形状に応じた金型を個別に用意し、これら金型を用いてそれぞれ樹脂を射出成形する必要がある。

上述したように、蓋付き容器は蓋部と容器本体の金型を個別に用意しなければならず、製造コストに対する負担が大きいという問題を有している。さらに、特許文献２に記載されているノイズ抑制素子では、本体容器に蓋部を挿入する工程が必要となる。特許文献３に記載されているノイズ抑制素子では、容器本体と蓋部とを溶着により固定する工程が必要となる。蓋付き容器を用いたノイズ抑制素子は蓋部を取付ける工程が必要であるため、特に直径１０ｍｍ以下の小型の素子の量産性に劣るという問題を有している。

特許第２６０２８４３号公報 特開平１１−３４５７１４号公報 特開２００１−３１９８１４号公報

本発明の目的は、磁気特性の低下を抑制した上で、蓋部を省いて量産性の向上と低コスト化とを実現したインダクタンス素子とそのようなインダクタンス素子を用いたスイッチング電源を提供することにある。

本発明の態様に係るインダクタンス素子は、筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを備える有底型絶縁樹脂ケースと、前記有底型絶縁樹脂ケースの前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に絶縁状態で収納されるトロイダルコアと、前記トロイダルコアの高さを超える前記筒状外壁部の延長部を前記筒状内壁部に向けて折り曲げた第１の折曲部と、前記トロイダルコアの高さを超える前記筒状内壁部の延長部を前記筒状外壁部に向けて折り曲げた第２の折曲部と、前記第１の折曲部と前記第２の折曲部とを交差させた交差部とを備え、前記有底型絶縁樹脂ケースの前記開放部を覆うカバー部とを具備し、前記第１の折曲部は前記第２の折曲部より外側に位置し、前記交差部の隙間が０．２ｍｍ以下（零を含む）であり、前記有底型絶縁樹脂ケースの肉厚が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であり、前記トロイダルコアは、磁性合金薄帯の巻回体または積層体を備え、前記磁性合金薄帯の厚さは、３０μｍ以下であることを特徴としている。

本発明の態様に係るスイッチング電源は、本発明の態様に係るインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴としている。

本発明の第１の実施形態によるインダクタンス素子を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態によるインダクタンス素子を示す断面図である。 図２に示すインダクタンス素子の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態によるインダクタンス素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態によるインダクタンス素子の製造工程における筒状内壁部の折り曲げ段階を示す断面図である。 本発明の実施形態によるインダクタンス素子の製造工程における筒状外壁部の折り曲げ段階を示す断面図である。 本発明の実施形態のインダクタンス素子におけるカバー部の構成の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態のインダクタンス素子におけるカバー部の構成の他の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態のインダクタンス素子におけるカバー部の構成のさらに他の変形例を示す断面図である。 図２に示すインダクタンス素子の中空部に導電性リードを挿入した状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるインダクタンス素子を示す図である。図２は本発明の第２の実施形態によるインダクタンス素子を示す図である。図１および図２に示すインダクタンス素子１、２は、トロイダルコア３と有底型絶縁樹脂ケース４とカバー部５とを具備している。

トロイダルコア３は特に限定されるものではなく、軟磁性体をトロイダル形状（中空形状）としたものであればよい。トロイダルコア３を構成する軟磁性体としては、フェライト、パーマロイ、アモルファス合金、微結晶を有するＦｅ基合金等が挙げられる。トロイダルコア３には、軟磁性合金薄帯の巻回体または積層体、軟磁性合金粉末の焼結体、軟磁性合金粉末を樹脂で固めたもの等、種々の形態の磁心を適用することができる。

トロイダルコア３を構成する軟磁性体は、Ｃｏ基アモルファス磁性合金、Ｆｅ基アモルファス磁性合金、微結晶を有するＦｅ基磁性合金等であることが好ましい。これらの合金は厚さ３０μｍ以下の磁性合金薄帯を得やすいことから、トロイダルコア３の構成材料として好適である。このような磁性合金薄帯を巻回または積層することによって、トロイダルコア３を容易に作製することができる。

トロイダルコア３を構成するアモルファス合金は、下記の式（１）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：（Ｔ_１−ａＭ_ａ）_{１００−ｂ}Ｘ_ｂ …（１）
（式中、ＴはＦｅおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＸはＢ、Ｓｉ、ＣおよびＰから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａおよびｂは０≦ａ≦０．５、１０≦ｂ≦３５ａｔ％を満足する数である）

元素Ｔは磁束密度や鉄損等の要求される磁気特性に応じて組成比率が調整される。元素Ｍは熱安定性、耐食性、結晶化温度の制御等のために添加される元素である。元素ＭはＣｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、ＮｂおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。元素Ｍの含有量はａの値として０．５以下とする。元素Ｍの含有量が多すぎると相対的に元素Ｔの量が減少するため、アモルファス磁性合金薄帯の磁気特性が低下する。元素Ｍの含有量を示すａの値は０．１〜０．３の範囲とすることが好ましい。

元素Ｘはアモルファス合金を得るのに必須の元素である。特に、Ｂは磁性合金のアモルファス化に有効な元素である。Ｓｉはアモルファス相の形成を助成したり、また結晶化温度の上昇に有効な元素である。元素Ｘの添加量が多すぎると透磁率の低下や脆さが生じる。元素Ｘの添加量が少なすぎると磁性合金のアモルファス化が困難になる。このようなことから、元素Ｘの含有量は１０〜３５ａｔ％の範囲とすることが好ましい。トロイダルコア３は可飽和特性に優れるＣｏ基アモルファス合金薄帯で構成することが好ましい。

磁性合金薄帯として用いるアモルファス合金薄帯は液体急冷法を適用して作製することが好ましい。具体的には、所定の組成比に調整した合金素材を、溶融状態から１０^５℃／秒以上の冷却速度で急冷することによって、アモルファス合金薄帯が得られる。液体急冷法により作製されたアモルファス合金の形状は薄帯となる。アモルファス合金薄帯の厚さは３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。磁性合金薄帯の厚さを制御することによって、低損失の磁心を得ることができる。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金は下記の式（２）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅ …（２）
（式中、Ｍは周期律表の４ａ族元素、５ａ族元素、６ａ族元素、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ａｔ％、０．０１≦ｂ≦４ａｔ％、０．０１≦ｃ≦１０ａｔ％、１０≦ｄ≦２５ａｔ％、３≦ｅ≦１２ａｔ％、１７≦ｄ＋ｅ≦３０ａｔ％である）

式（２）に示す組成において、Ｃｕは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損や透磁率等の軟磁気特性を改善するのに有効な元素である。元素Ｍは結晶径の均一化に有効であると共に、磁歪や磁気異方性の低減、温度変化に対する磁気特性の改善に有効な元素である。微結晶を有するＦｅ基磁性合金は、粒径が５〜３０ｎｍの結晶粒が合金中に面積比で５０％以上、好ましくは９０％以上存在する微構造を有することが好ましい。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金薄帯は、例えば以下のようにして作製される。まず、液体急冷法で式（２）の合金組成を有するアモルファス合金薄帯を作製した後、このアモルファス合金薄帯に結晶化温度に対して−５０℃〜＋１２０℃、１分〜５時間の熱処理を施して微結晶を析出させる。あるいは、液体急冷法で合金薄帯を作製する際の急冷温度を制御して微結晶を直接析出させる。Ｆｅ基磁性合金薄帯の板厚はアモルファス合金薄帯と同様に３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。

上述したような磁性合金薄帯を巻回して巻回体を作製する。あるいは、磁性合金薄帯を積層して積層体を作製する。巻回数や積層数は要求される磁気特性に応じて適宜設定される。必要に応じて、磁性合金薄帯の表面に絶縁層を設けてもよい。巻回体はその中心部に中空部が形成されるように磁性合金薄帯を巻回する。磁性合金薄帯を巻回することによって、その中心に中空部を有する磁心、すなわちトロイダルコア３が得られる。

積層体はその中心に中空部が形成されるように磁性合金薄帯を積層する。例えば、磁性合金薄帯を所定の長さで切断して磁性合金薄片を作製し、磁性合金薄片の中心部に穴を空ける。このような磁性合金薄片を積層することによって、中心に中空部を有する磁心が形成される。すなわち、トロイダルコア３を得ることができる。

トロイダルコア３は有底型絶縁樹脂ケース４に収納される。有底型絶縁樹脂ケース４は筒状外壁部６とその内側に同心的に配置された筒状内壁部７とを備える。筒状外壁部６および筒状内壁部７の一端には、これらの間を塞ぐように底部８が設けられている。有底型の絶縁樹脂ケース３の段階（図中、破線で示す）において、筒状外壁部６および筒状内壁部７の他端は開放部とされている。筒状内壁部７の内側には中空部９が設けられている。トロイダルコア３は筒状外壁部６と筒状内壁部７との間に収納される。

有底型の絶縁樹脂ケース４の段階において、筒状外壁部６や筒状内壁部７は延長部を有している。第１の実施形態（図１）における絶縁樹脂ケース４は、筒状外壁部６の延長部６ａを有している。第２の実施形態（図２）における絶縁樹脂ケース４は、筒状外壁部６の延長部６ａと筒状内壁部７の延長部７ａとを有している。延長部６ａ、７ａとは絶縁樹脂ケース４に収納されるトロイダルコア３の高さを超えて上側に延長された部分である。延長部６ａ、延長部７ａは後述する折り曲げ工程を経てカバー部５を構成する。

有底型絶縁樹脂ケース４を構成する絶縁樹脂としては、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等が挙げられる。筒状外壁部６や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａを折り曲げてカバー部５を形成するにあたって、加熱した金属ヘッド等を延長部６ａ、７ａに押し付けて折り曲げる方法を適用することが好ましく、これによりインダクタンス素子１、２の量産性を向上させることができる。このため、絶縁樹脂ケース４は所定の温度で亀裂等を生じさせることなく折り曲げることが可能な特性を有することが好ましい。

有底型絶縁樹脂ケース４は熱可塑性樹脂で構成することが好ましい。ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰはいずれも熱可塑性樹脂であり、絶縁樹脂ケース４の構成材料として好ましい材料である。絶縁樹脂ケース４の材料にはケースとしての強度も必要とされる。熱による変形性（折り曲げ加工性）やその際の粘り性、さらにケースとしての強度特性を考慮すると、絶縁樹脂ケース４はＰＢＴで構成することが好ましい。特に、カーボン含有のＰＢＴは延展性に優れるため、絶縁樹脂ケース４の強度を高めることができる。

有底型絶縁樹脂ケース４の肉厚ｔは特に限定されるものではないが、加工性や強度を考慮して０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。肉厚が０．１ｍｍ未満の場合には絶縁樹脂ケース４の強度が低下し、さらに金型で成形する際に樹脂のまわりが悪くなり、高温下で成形する必要が生じる。絶縁樹脂ケース４の肉厚が０．５ｍｍを超えると強度は増すものの、必要以上に体積が大きくなり、絶縁樹脂ケース４を小型化できなくなる。その場合、インダクタンス素子１、２を半導体素子等のリードに挿入できないおそれが生じる。絶縁樹脂ケース４の肉厚は、筒状外壁部６、筒状内壁部７、底部８の全ての肉厚が０．１〜０．５ｍｍの範囲内で、かつ均一であることが好ましい。

第１の実施形態によるインダクタンス素子１は、図１に示したように、筒状外壁部６の延長部６ａを筒状内壁部７に向けて折り曲げて形成した折曲部１０を有している。折曲部１０はカバー部５を構成するものであり、実質的に絶縁樹脂ケース４の蓋の役割を果たしている。このため、トロイダルコア３が絶縁樹脂ケース４から抜け落ちるといった不具合は生じない。接着剤による固定も不要であるために軽量化でき、接着剤のはみ出し不良も発生しない。製造工程を簡素化できるのでリードタイムの短縮も可能である。

第１の実施形態によるインダクタンス素子１において、折曲部１０は絶縁樹脂ケース４の開放部を覆うように形成される。折曲部１０は筒状内壁部７と重なるように形成することが好ましい。折曲部１０の先端は筒状内壁部７上に位置することが好ましい。折曲部１０の先端は筒状内壁部７の内側に存在していてもよい。さらに、折曲部１０は必ずしも筒状内壁部７と接触していなくてもよい。ただし、絶縁樹脂ケース４内に収納されたトロイダルコア３の保護性を考慮すると、折曲部１０の先端部分またはその近傍の部分が筒状内壁部７と接触するように、折曲部１０を形成することが好ましい。

第２の実施形態によるインダクタンス素子２は、図２に示したように、筒状外壁部６の延長部６ａを筒状内壁部７に向けて折り曲げて形成した第１の折曲部１０と、筒状内壁部７の延長部７ａを筒状外壁部６に向けて折り曲げて形成した第２の折曲部１１とを有している。第１および第２の折曲部１０、１１は絶縁樹脂ケース４の開放部を覆うように形成され、実質的に絶縁樹脂ケース４の蓋（カバー部５）の役割を果たしている。カバー部５は第１および第２の折曲部１０、１１を備えている。このため、トロイダルコア３が絶縁樹脂ケース４から抜け落ちるといった不具合は生じない。

図２に示すインダクタンス素子２は、第１の折曲部１０が第２の折曲部１１の上側（第２の折曲部１１より外側）に位置するように、筒状外壁部６の延長部６ａおよび筒状内壁部７の延長部７ａを折り曲げて形成したカバー部５を備えている。カバー部５の構成はこれに限られるものではない。図３に示すように、カバー部５は第２の折曲部１１が第１の折曲部１０の上側（第１の折曲部１０より外側）に位置するように、筒状外壁部６の延長部６ａおよび筒状内壁部７の延長部７ａを折り曲げて形成してもよい。

第２の実施形態によるインダクタンス素子２において、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とは交差していることが好ましい。インダクタンス素子２は第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とを交差させた交差部１２を備えている。交差部１２を設けることで隙間が生じなくなるため、カバー部５の機能が向上する。従って、トロイダルコア３の抜け落ち等の不具合の発生をより確実に防止することができる。

交差部１２は図２に示すように、第１の折曲部１０を第２の折曲部１１の上側（外側）に存在させて構成することが好ましい。第１の折曲部１０を外側に存在させることによって、カバー部５の破損を抑制することができ、また絶縁性を高めることができる。第２の折曲部１１を上側（外側）に存在させると、筒状内壁部７の延長部７ａの径を広げながら折り曲げる際に発生する応力が増大して破損しやすくなる。

交差部１２における第１の折曲部１０と第２の折曲部１１との隙間Ｃは０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。交差部１２の隙間Ｃが０．２ｍｍを超えると、交差部１２を設けた効果が十分に得られないおそれがある。交差部１２において、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とは直接接触していてもよい。交差部１２の隙間Ｃの範囲は０ｍｍを含むものである。交差部１２の隙間Ｃは素子断面を観察し、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とが最も接近した箇所の間隙の大きさ（長さ）とする。

第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とは交差部１２で非接着状態であることが好ましい。交差部１２を設けることによって、接着剤による接合等が不要になる。交差部１２の隙間Ｃは０．０５〜０．１５ｍｍの範囲であることがより好ましい。交差部１２に少量の隙間Ｃを設けることによって、リード挿入時のトロイダルコア３への応力を緩和することができる。これによって、リード挿入時におけるコア破損を抑制することが可能となる。

熱処理を施したアモルファス合金薄帯や微結晶合金薄帯は脆化しているため、そのような合金薄帯で構成したトロイダルコア３は破損しやすい。このような場合においても、交差部１２に少量の隙間Ｃを設けることでコア破損が抑制される。さらに、インダクタンス素子２の使用時にトロイダルコア３から発生する熱を放出しやすくなる。図１に示したインダクタンス素子１では、折曲部１０と筒状内壁部７との隙間を交差部の隙間とする。

交差部１２の幅Ｗはインダクタンス素子２の半径（１／２Ｄ）の１／２以下であることが好ましい。交差部１２の幅Ｗは０ｍｍを超えるものである。交差部１２の幅Ｗをインダクタンス素子２の半径の１／２を超えて大きくしても、カバー部５の機能をそれ以上高めることができず、返って軽量化を阻害する要因となる。交差部１２の幅Ｗは素子断面を観察し、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とが交差した部分の最大幅とする。

絶縁樹脂ケース４の直径はインダクタンス素子２の直径Ｄと同じになる。絶縁樹脂ケース４の直径Ｄは２〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。絶縁樹脂ケース４の中空部９の直径はリードが挿入できればよいが、実用的には１〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。絶縁樹脂ケース４の高さはトロイダルコア３の高さに応じて設定される。筒状外壁部６や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａの長さはトロイダルコア３の直径や内径に応じて設定される。延長部６ａ、７ａは交差部１２が形成されると共に、折曲部１０、１１の幅が２〜５ｍｍの範囲となるような長さを有することが好ましい。

この実施形態のインダクタンス素子１、２においては、トロイダルコア３を収納した有底型絶縁樹脂ケース４の開放部を、筒状外壁部６や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａを折り曲げて形成したカバー部５で覆っている。従って、有底型絶縁樹脂ケース４とは別に蓋部を用意する必要がない。このため、蓋部を形成するための金型が不要となる。さらに、蓋部を取付ける工程や開放部を接着剤等で封止する手間も不要となる。従って、インダクタンス素子１、２の製造工程が簡素化でき、量産性を向上させることが可能となる。さらに、インダクタンス素子１、２の製造コストや設備コストを低減することができる。

次に、上述した実施形態のインダクタンス素子１、２は、例えば以下のようにして作製される。この実施形態のインダクタンス素子の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は図２に示したインダクタンス素子２の製造工程を示している。まず、筒状外壁部の延長部６ａと筒状内壁部７の延長部７ａとを有する有底型絶縁樹脂ケース４を用意する。なお、図１に示したインダクタンス素子１は筒状外壁部の延長部６ａのみを有する有底型絶縁樹脂ケース４を用いる以外は同様な工程で作製することができる。

図４に示すように、絶縁樹脂ケース４内にトロイダルコア３を収納する。次に、加熱された金属ヘッド１３を筒状外壁部の延長部６ａおよび筒状内壁部７の延長部７ａに押しつけることによって、筒状外壁部の延長部６ａを筒状内壁部７に向けて折り曲げて第１の折曲部１０を形成すると共に、筒状内壁部７の延長部７ａを筒状外壁部に向けて折り曲げて第２の折曲部１１を形成する。このようにして、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とを備えるカバー部５で絶縁樹脂ケース４の開放部を覆う。

加熱した金属ヘッド１３を使用することによって、筒状外壁部や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａを良好に折り曲げることができる。金属ヘッド１３は絶縁樹脂ケース４を構成する樹脂の融点（Ｍｐ（℃））より２０％低い温度（Ｍｐ−０．２Ｍｐ＝０．８Ｍｐ（℃））以上で融点（Ｍｐ（℃））以下の範囲の温度に加熱することが好ましい。金属ヘッド１３の加熱温度は樹脂の融点（Ｍｐ（℃））より１５％低い温度（０．８５Ｍｐ（℃））以上で融点（Ｍｐ（℃））より５％低い温度（０．９５Ｍｐ（℃））以下とすることがより好ましい。具体的な加熱温度は絶縁樹脂ケース４の構成材料によっても異なるが、１００〜３００℃の範囲、さらに１６０〜２４０℃の範囲とすることが好ましい。

金属ヘッド１３の加熱温度が０．８Ｍｐ（℃）未満の場合には、筒状外壁部６や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａを良好に折り曲げることができない。金属ヘッド１３の加熱温度がＭｐ（℃）を超えると絶縁樹脂ケース４が変質して溶けるおそれがある。この場合には折曲部１０、１１の形状を保つことができず、トロイダルコア３が露出して絶縁外装としての機能が損なわれる。さらに、金属ヘッド１３の温度が高すぎるとトロイダルコア３に悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、トロイダルコアの構成材料としてアモルファス合金薄帯を用いた場合、熱で保磁力や角形比特性が劣化するおそれがある。

金属ヘッド１３は筒状外壁部６の延長部６ａを折り曲げる第１のヘッド１４と筒状内壁部７の延長部７ａを折り曲げる第２のヘッド１５とを備えている。金属ヘッド１３を押しつける際に、第２のヘッド１５を押し付けた後に第１のヘッド１４を押しつけることによって、第１の折曲部１０を第２の折曲部１１の上側（外側）に位置させることができる。逆に、第１のヘッド１４を押し付けた後に第２のヘッド１５を押しつけることによって、第２の折曲部１１を第１の折曲部１０の上側（外側）に位置させることができる。

図５Ａおよび図５Ｂは第１および第２のヘッド１４、１５の動作を示している。図５Ａに示すように、まず第２のヘッド１５を下降させて筒状内壁部７の延長部７ａを折り曲げる。第１のヘッド１４を第２のヘッド１５と同時に下降させ、ヘッド形状に基づいて第２のヘッド１５を先に延長部７ａに押しつけるようにしてもよい。次いで、図５Ｂに示すように、第１のヘッド１４を下降させて筒状外壁部６の延長部６ａを折り曲げる。

この際、第２のヘッド１５は第１のヘッド１４による筒状外壁部６の延長部６ａの折り曲げ工程を実施するまで筒状内壁部７の延長部７ａに押しつけておくことが好ましい。筒状外壁部６の延長部６ａの折り曲げ工程を先に実施する場合も同様である。この場合には、第１のヘッド１４は第２のヘッド１５による折り曲げ工程を実施するまで筒状外壁部６の延長部６ａに押しつけておくことが好ましい。

筒状外壁部６および筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａを実施した後、第１および第２のヘッド１４、１５を上昇させる。この際、筒状外壁部６および筒状内壁部７の加工順番にかかわらず、第２のヘッド１５を先に上昇させることが好ましい。第２のヘッド１５を後に上昇させると、第２のヘッド１５が延長部７ａに付着して不良が生じるおそれがある。第２のヘッド１５を上昇させるまで第１のヘッド１４で絶縁樹脂ケース４を押さえておくことによって、インダクタス素子の製造歩留りを高めることができる。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、筒状内壁部７の延長部７ａを折り曲げた後に筒状外壁部６の延長部６ａを折り曲げることが好ましい。この場合、第１の折曲部１０が第２の折曲部１１の上側（外側）に位置する。筒状内壁部７の延長部７ａは径を広げながら折り曲げられる。筒状外壁部６の延長部６ａは径を縮めながら折り曲げられる。第２の折曲部１１を後から折り曲げると、延長部７ａをより大きく広げながら折り曲げることになるため、折り曲げ時に発生する応力が増大して破損が生じやすくなる。

金属ヘッド１３の第１および第２のヘッド１４、１５において、筒状外壁部６や筒状内壁部７の延長部６ａ、７ａと接触する部分はＲ面とされている。このような金属ヘッド１３を用いることによって、延長部６ａ、７ａの加工性を高めることができる。Ｒ面の曲率半径Ｒは０．２〜０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。Ｒ面の曲率半径が小さすぎる（直角に近すぎる）と、延長部６ａ、７ａをスムーズに折り曲げることができない。Ｒ面の曲率半径が大きすぎると、延長部６ａ、７ａを折り曲げることができなくなる。金属ヘッド１３のＲ面の曲率半径Ｒは、絶縁樹脂ケース４の肉厚ｔとの比（ｔ／Ｒ）が０．５〜１．５の範囲となるように設定することが好ましい。

図６は図５Ａおよび図５Ｂに示した製造工程を適用して作製したインダクタンス素子２を示している。筒状内壁部７の延長部７ａは第２のヘッド１５の形状に基づいて、第２の折曲部１１の先端が上を向いた形状に折り曲げられている。筒状外壁部６の延長部６ａを折り曲げて形成した第１の折曲部１０は、上を向いた第２の折曲部１１の先端と接触している。この場合も第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とは交差している。交差部１２には金属ヘッド１３の形状や加工条件等に基づいて種々の形状を適用することができる。

図７および図８はカバー部５の他の構成を示している。図７に示すインダクタンス素子２において、筒状内壁部７の延長部７ａは第２の折曲部１１の先端が内側に向くように折り曲げられている。第１の折曲部１０は内側に向けられた第２の折曲部１１の外面と接触している。図８に示すインダクタンス素子２において、第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とは先端部側の内面同士を接触させている。カバー部５には第１の折曲部１０と第２の折曲部１１とを接触させた種々の構成を採用することができる。

加熱した金属ヘッド１３を用いることによって、折曲部１０、１１の形成工程を機械化することができる。金属ヘッド１３の複数化や多段化によって、インダクタンス素子１、２の量産性をさらに向上させることができる。延長部６ａ、７ａの長さや金属ヘッド１３を押しつける時間を調整することによって、交差部１２の幅Ｗや隙間Ｃを調整することができる。金属ヘッド１３の移動距離を調整することによって、トロイダルコア３に不要な応力をかけることなく、トロイダルコア３を絶縁樹脂ケース４内に固定できる箇所で延長部６ａ、７ａを折り曲げることができる。前述したように、絶縁樹脂ケース４の肉厚を０．５ｍｍ以下にすることで金属ヘッド１３を押しつける時間を短縮することができる。

上述したインダクタンス素子１、２は、図９に示すように中空部９に導電性リード１６を挿入して使用される。導電性リード１６は例えばダイオードやトランジスタ等の半導体素子のリードである。インダクタンス素子１、２は半導体素子のリード１６に直接挿入される。インダクタンス素子１、２は半導体素子のノイズ抑制素子として使用される。インダクタンス素子１、２の中空部９には別途用意した導電性リード１６を挿入してもよい。インダクタンス素子１、２を配線基板等に実装する場合には、コ字型やＵ字型の形状を有する導電性リード１６を用いることが好ましい。

図９は中空部９の内径とリード１６の幅とが実質的に同一寸法の場合を示している。中空部９とリード１６との間には隙間が存在していてもよい。このような隙間がなく、むしろリード１６の幅が大きい場合でも、絶縁樹脂ケース４の弾性を利用してリード１６を挿入することができる。このような状態の方がインダクタンス素子１、２の搭載安定性が向上する。中空部９の内径とリード１６の幅との差は０．１５ｍｍ以内であることが好ましい。この範囲を超えると絶縁樹脂ケース４やトロイダルコア３が破損するおそれがある。

インダクタンス素子１、２はリード１６に代えて巻線を施して使用してもよい。インダクタンス素子１、２に巻回した巻線を配線に接続することによって、インダクタンス素子１、２はノイズ抑制素子等として使用される。インダクタンス素子１、２は優れたノイズ低減効果を発揮する。このようなインダクタンス素子１、２はスイッチング電源等の電子機器にノイズ抑制素子として好適に用いられる。スイッチング電源はＰＣやサーバ等の各種電子機器に使用されている。ノイズを低減することで電子機器の性能が向上する。

図１０は本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１０に示す自励フライバック方式のスイッチング電源２１は、入力端子２２、２３間に直列に接続されたトランス２４の１次巻線２５とスイッチング素子としてのＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）２６とを有している。トランス２４には、さらにＦＥＴ２６のゲート回路ドライブ用の巻線２７が設けられている。すなわち、巻線２７はＦＥＴ２６を自励発振させるために巻かれたトランス２４の正帰還巻線である。

ＦＥＴ２６のゲート端子と正帰還巻線２７との間には、正帰還巻線２７の信号をＦＥＴ２６に送るドライブ回路２８が設けられている。ドライブ回路２８はインダクタ２９、抵抗３０およびコンデンサ３１を直列に接続して構成されており、スナバ回路として機能する。抵抗３０はＦＥＴ２６に適切なドライブ電流を与えるものであり、コンデンサ３１はＦＥＴ２６のドライブ特性の向上を図るものである。インダクタ２９は可飽和性を有し、ＦＥＴ２６のゲート信号を遅らせる機能を有する。実施形態のインダクタンス素子１、２は可飽和性インダクタ２９に適用され、ＦＥＴ２６のノイズ抑制素子として機能する。

トランス２４の１次巻線２５と入力端子２３との間には、トランス２４の１次巻線２５に発生するサージ電圧を吸収するスナバコンデンサ３２が直列に接続されている。スナバコンデンサ３２はＦＥＴ２６と並列に接続されている。さらに、スナバコンデンサ３２と直列にスナバ抵抗３３が接続されている。トランス２４の２次巻線３４には整流素子３５とコンデンサ３６が整流・平滑回路として接続されている。抵抗３７は負荷である。

図１１は本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１１に示す他励フライバック方式のスイッチング電源４１は、ＦＥＴ２６のドライブ回路として発信回路４２を具備している。ＦＥＴ２６と発信回路４２との間には、可飽和インダクタ２９と抵抗３０とが直列に接続されている。可飽和インダクタ２９は第１の実施形態と同様にＦＥＴ２６のノイズ抑制素子として機能するものであり、実施形態のインダクタンス素子１、２が適用される。

図１２は本発明の第３の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１２に示すフォワードコンバータ方式のスイッチング電源５１は、ＦＥＴ２６のドライブ回路として発信回路４２を具備している。トランス２４の２次側に配置された整流素子３５Ａ、３５Ｂには、それぞれ可飽和インダクタ２９Ａ、２９Ｂが接続されている。可飽和インダクタ２９Ａ、２９Ｂは整流素子３５Ａ、３５Ｂのノイズ抑制素子として機能するものであり、実施形態のインダクタンス素子１、２が適用される。

次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。

（実施例１〜６、比較例１〜２）
（Ｃｏ_０．９４Ｆｅ_０．０５Ｃｒ_０．０１）_７２Ｓｉ_１５Ｂ_１３の組成を有するＣｏ基アモルファス磁性合金薄帯（平均厚さ１８μｍ）を巻回してトロイダルコアを成形した。アモルファス磁性合金薄帯の表面には予め絶縁被膜が設けられている。トロイダルコアのサイズは外径３ｍｍ×内径２ｍｍ×高さ３ｍｍとした。

有底型絶縁樹脂ケース（最外径４ｍｍ×最内径１．５ｍｍ×最高さ６．２ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ）にトロイダルコアを収納した。絶縁樹脂ケースはＰＢＴ樹脂（ウインテックポリマー社製２０１６（商品名）、融点２２０℃）で作製した。ＰＢＴ樹脂は少量のカーボンを含み、色は黒色である。次いで、図４に示したような装置を用いて筒状外壁部や筒状内壁部の延長部を折り曲げ加工してインダクタンス素子を作製した。折り曲げ加工は加熱したＳＵＳ製金属ヘッド（加熱温度２００℃）を用いて実施した。

実施例１は筒状外壁部の延長部を折り曲げ加工したインダクタンス素子（図１）である。実施例２は筒状内壁部の延長部が筒状外壁部の延長部の上側（外側）にくるように折り曲げ加工したインダクタンス素子（図３）である。実施例３は筒状外壁部の延長部が筒状内壁部の延長部の上側（外側）にくるように折り曲げ加工したインダクタンス素子（図２）である。実施例２および実施例３において、第１の折曲部（外壁部）と第２の折曲部（内壁部）は隙間０ｍｍ（接触した状態）とし、交差部の幅は０．８ｍｍとした。

実施例４は実施例１における折曲部と内壁部との隙間を０．４ｍｍとしたインダクタンス素子である。実施例５は実施例１における折曲部と内壁部との隙間を０．８ｍｍとしたインダクタンス素子である。実施例６は図６に示す形状を有するインダクタンス素子である。比較例１は実施例１の絶縁樹脂ケース（加熱加工せず）の開放部にドーナツ状の蓋（厚さ０．５ｍｍ）を入れた後、筒状外壁部の延長部を折曲加工して蓋を固定したものである。比較例２は実施例１の絶縁樹脂ケース（加熱加工せず）の開放部を接着剤（サンユレック社製ＥＸ−６６４／Ｈ−３９０（２液硬化性））で封止加工したものである。

実施例１〜６および比較例１〜２によるインダクタンス素子について、それぞれの加工リードタイムとインダクタンス値（５個の平均）、外観歩留りを測定した。リードタイムはコアを絶縁樹脂ケース内に収納した後から開口部を絶縁体でふさいだ時点までの時間であり、比較例１のリードタイムを１とした相対値として示す。比較例２は接着剤が乾燥するまでの時間を含める。外観歩留りは試料２０個に振動試験（１０〜５５Ｈｚ往復１分、１．５５ｍｍｐ−ｐ、ＸＹＺ方向各２時間）を実施した後、変形や金属（トロイダルコア）が露出しなかった素子の比率（良品率）である。

表１から分かる通り、実施例１〜６はリードタイムが短く、インダクタンス性能が維持され、その上で外観に優れている。実施例４および実施例５のように、隙間が０．２ｍｍを超えると、トロイダルコアによっては金属がたけのこ状に突出し、金属片が露出するため、基板へ実装する際に電気的な問題（短絡等）が生じるおそれがある。実施例１のように、隙間があったとしても０．２ｍｍ以下であれば問題はない。

実施例２、３は交差部を有するため、この点では優位であるが、外壁部と内壁部を折り曲げる必要があるため、リードタイムが実施例１より長くなっている。ただし、金属ヘッドを形状変更（２ヘッド→１ヘッド）すれば、１回の加熱で済ますことも可能である。金属ヘッドの形状は図４に示したように延長部との接触箇所をＲ面とすることが好ましい。インダクタンス素子にも同様なＲ形状が付与される。比較例２は接着剤の乾燥に時間を要するためにリードタイムが長く、また接着剤の硬化によりインダクタンスも低下した。

（実施例７〜１２）
実施例２または実施例３のインダクタンス素子を製造する際に、ケース形状（筒状外壁部と筒状内壁部の延長部の長さ）、金属ヘッドの押しつけ時間等を制御することによって、第１の折曲部（外壁部）と第２の折曲部（内壁部）との交差部の幅Ｗ、第１の折曲部と第２の折曲部との隙間Ｃを表２のように調整した。このようにして作製したインダクタンス素子について、実施例１と同様の測定を行った。リードタイムは実施例２と同様に比較例１のリードタイムを基準（１）とする相対値として示す。

表２に示したように、交差部の幅Ｗや交差部における隙間Ｃを調整することによって、インダクタンス素子の外観歩留りを向上させることができる。

（実施例１３〜１６）
実施例１および実施例３のインダクタンス素子において、有底型絶縁樹脂ケースの肉厚を表３に示した肉厚に変えたものを用意した。このような絶縁樹脂ケースを用いる以外は、実施例１および実施例３と同様にしてインダクタンス素子を作製した。これらのインダクタンス素子について、実施例１と同様の測定を行った。

表３から分かる通り、絶縁樹脂ケースの肉厚があまり厚いとリードタイムが長くなる。一方、あまり薄いと外観歩留りが低下する。表３に示す外観歩留りはケース成形時における歩留りも含む。特に、肉厚が０．０８ｍｍと薄い絶縁樹脂ケースでは穴空きやクラックといった外観不良が多数発生した。このようなことから、絶縁樹脂ケースの肉厚は０．１〜０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。

次に、各インダクタンス素子にリードを挿入した。リードはＴＯ−２２０サイズのダイオードのリードであり、１．５×０．５ｍｍ角（対角線１．５８ｍｍ）のものを使用した。このリードは対角線寸法が中空部径（ケースの最内径）１．５ｍｍよりも０．０８ｍｍ大きいものであり、リードによって中空部を広げるようにして圧入する状態に近いものである。リード挿入後のケース外観とインダクタンス値を測定した。

表４から分かる通り、絶縁樹脂ケースの肉厚が１ｍｍと厚い場合には、リードの挿入は可能であるものの、ケースの弾力性に余裕がなく、リードによりケースに傷等を生じさせることによる外観不良が生じた。絶縁樹脂ケースの肉厚が薄すぎるものは大半がリード挿入時に割れてしまった。このような点からも、絶縁樹脂ケースの肉厚は０．１〜０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。

（実施例１７〜２５、参考例１）
実施例２および実施例３と同様のトロイダルコアを用意した。実施例２および実施例３のインダクタンス素子において、有底型絶縁樹脂ケースの各寸法（肉厚、外壁部および内壁部の延長部の長さ）を表５に示したように変えたものを用意した。延長部の長さはコアの高さを超える部分の長さである。このような絶縁樹脂ケースを用いて、表６に示す条件にしたがってインダクタンス素子を作製した。

実施例１７〜２５のインダクタンス素子を作製する際に、それぞれ製造歩留りを調べた。試料数はそれぞれ１００個とした。製造歩留りは、交差部の隙間からコアが見えるもの、曲げ加工が不十分で隙間もしくは交差部にコアの金属片が付着またははみ出しているもの、ケースが著しく変形して中空部内部や外壁部外側にはみ出しているもの、ケースに欠けや割れが生じているものを不良として判定した。

インダクタンス素子の製造条件を調整することによって、製造歩留りを高めることができる。絶縁樹脂ケースの肉厚が１ｍｍと厚い場合（実施例２５）には歩留りが低下し、金属ヘッドの温度が低い場合（参考例１）にはケースを構成する樹脂が曲がらなかった。実施例２０のように、内壁部の延長部長さが外壁部の延長部長さより長い場合に、外壁部側を先に折り曲げると余分な延長部が内径側に突出するために若干歩留りが低下した。このことは実施例２２でも同様の傾向が見られた。

外壁部および内壁部の延長部の長さに関しては、先に折り曲げる延長部の長さを後から折り曲げる延長部の長さより短くすることが好ましい。さらに、インダクタンス素子の製造歩留りとは別に、内壁部の延長部長さが外壁部の延長部長さより長い場合にはトロイダルコアの挿入不良が起きやすい。この点からも延長部の長さは先に折り曲げる延長部を後から折り曲げる延長部より短くすることが好ましい。

（実施例２６〜２９）
実施例１８と同様な製造条件を適用してインダクタンス素子を作製するにあたって、金属ヘッドのＲ面の形状を表７に示したように変えた場合の製造歩留りを調べた。絶縁樹脂ケースは表５に示すケース１であり、その肉厚は０．３ｍｍである。

絶縁樹脂ケースの肉厚が０．３ｍｍである場合、Ｒ面の曲率半径がケースの肉厚と同じ０．３ｍｍのときに最も製造歩留りが良かった。ケースの肉厚に対してＲ面が小さすぎる実施例２６や大きすぎる実施例２９では製造歩留りが低下する。この結果からも分かるように、ケースの肉厚ｔとＲ面との比（ｔ／Ｒ）は０．５〜１．５の範囲が好ましい。

本発明のインダクタンス素子は、磁気特性を低下させることなく、製造コストの低減や量産性の向上を図ることができる。このようなインダクタンス素子はスイッチング電源等のノイズ抑制素子（可飽和インダクタ）として好適に用いられるものである。

１，２…インダクタンス素子、３…トロイダルコア、４…有底型絶縁樹脂ケース、５…カバー部、６…筒状外壁部、６ａ…延長部、７…筒状内壁部、７ａ…延長部、８…底部、９…中空部、１０…第１の折曲部、１１…第２の折曲部、１２…交差部、１３…金属ヘッド、１４…第１のヘッド、１５…第２のヘッド、１６…導電性リード、２１，４１，５１…スイッチング電源、２４…トランス、２６…ＦＥＴ、２９，２９Ａ，２９Ｂ…可飽和インダクタ。

Claims (7)

1. 筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを備える有底型絶縁樹脂ケースと、
   前記有底型絶縁樹脂ケースの前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に絶縁状態で収納されるトロイダルコアと、
   前記トロイダルコアの高さを超える前記筒状外壁部の延長部を前記筒状内壁部に向けて折り曲げた第１の折曲部と、前記トロイダルコアの高さを超える前記筒状内壁部の延長部を前記筒状外壁部に向けて折り曲げた第２の折曲部と、前記第１の折曲部と前記第２の折曲部とを交差させた交差部とを備え、前記有底型絶縁樹脂ケースの前記開放部を覆うカバー部とを具備し、
   前記第１の折曲部は前記第２の折曲部より外側に位置し、前記交差部の隙間が０．２ｍｍ以下（零を含む）であり、
   前記有底型絶縁樹脂ケースの肉厚が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であり、
   前記トロイダルコアは、磁性合金薄帯の巻回体または積層体を備え、
   前記磁性合金薄帯の厚さは、３０μｍ以下であることを特徴とするインダクタンス素子。
2. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記交差部の隙間が０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とするインダクタンス素子。
3. 請求項１または請求項２記載のインダクタンス素子において、
   前記交差部の幅が前記有底型絶縁樹脂ケースの半径の１／２以下であることを特徴とするインダクタンス素子。
4. 請求項１または請求項３記載のインダクタンス素子において、
   前記第２の折曲部の先端は、内側を向いており、
   前記第１の折曲部は、前記内側に向けられた前記第２の折曲部の外面と接触していることを特徴とするインダクタンス素子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のインダクタンス素子において、
   前記有底型絶縁樹脂ケースの前記中空部に導電性リードが挿通されることを特徴とする
   インダクタンス素子。
6. 請求項５記載のインダクタンス素子において、
   前記導電性リードは半導体素子のリードであることを特徴とするインダクタンス素子。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴とするスイッチング電源。

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