JP7042391B2

JP7042391B2 - インダクター

Info

Publication number: JP7042391B2
Application number: JP2017041779A
Authority: JP
Inventors: 潔高木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2022-03-28
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018082136A

Description

本発明は、各種電子機器に用いられるインダクターに関するものである。

近年のパソコンなどのマイクロプロセッサーの処理速度の高速化が進む中、駆動電源の低電圧、大電流化が進んでいる。

そして、この駆動電源を供給するＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源装置では、電源装置の小型化を目的としたスイッチング周波数の高周波化も著しく、これらの電源装置に使用されるパワーインダクターは、スイッチング周波数の高周波化に伴って、そのインダクタンス値の低インダクタンス化が進んでいる。

このような低インダクタンス化した従来のインダクターとしては、粒子表面が絶縁処理された磁性粉を加圧成形した成形体からなる四角柱状の磁心の中に、蛇行した平板状導体を、その蛇行した幅方向を磁心の底面の面方向に沿うようにして埋設され、平板状導体の端末が成形体の側面から外部に引き出して電極を形成したものが知られている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００４－１９７２１８号公報

スイッチング周波数を高周波化したＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源装置を小型化する際に、インダクターにはインダクターの高さ寸法よりも実装面積を小さくすることを求められる場合がある。

これは、電源装置に使用される各種の電子部品の中にインダクターよりも高さ寸法の高い部品があることに起因している。

そして、インダクターの実装面積、すなわち磁心の底面の面積を小さくしようとした場合、上記、従来のインダクターでは、平板状の導体の蛇行した部分の幅方向の端部と隣接する磁心の側面との距離が小さくなって、インダクターに大電流を通電したときに磁心が飽和しやすくなるという課題を生じていた。

本発明は、実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制したインダクターを提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するために、磁性材料を含んだ四角柱状の磁心と、磁心に埋設され、導体が蛇行された蛇行部とこの蛇行部の両端末部から磁心の対向する側面に延出された引き出し部を有するコイル部と、引き出し部から延出され磁心の対向する側面から突出した端子を備え、コイル部は、磁心の底面に対して蛇行部の幅方向の少なくとも両端部分が傾斜されたものである。

上記構成により、コイル部は、磁心の底面に対して、蛇行部の幅方向の少なくとも両端部分が傾斜しているので、蛇行部の幅方向の縁部と隣接する磁心の側面との距離を大きくすることができるため、インダクターの実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制することができる。

本発明の一実施の形態におけるインダクターの斜視図図１における磁心を透過した斜視図図１におけるＡ－Ａ線の断面図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図本発明の一実施の形態におけるインダクターの別の例を示す透過斜視図図７におけるＢ－Ｂ線の断面図本発明の一実施の形態におけるインダクターの別の例を示す透過斜視図図９におけるＣ－Ｃ線の断面図本発明の一実施の形態におけるインダクターの別の例を示す透過斜視図図１１におけるＧ－Ｇ線の断面図

以下、本発明の一実施の形態におけるインダクターについて図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施の形態のインダクターの斜視図であり、図２は図１における磁心を透過した斜視図であり、図２において磁心の輪郭を破線で示している。図３は図１におけるＡ－Ａ線の断面図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態のインダクター１１は、磁性材料を含んだ四角柱状の磁心１２と、この磁心１２に埋設され、導体１３が蛇行された蛇行部１４と、この蛇行部１４の両端末部１５から磁心１２の対向する側面に延出された引き出し部１６を有するコイル部１７と、引き出し部１６から延出され磁心１２の対向する側面から突出された一対の端子１８を備えている。

この内、磁心１２は、金属磁性体粉末とバインダーとを混合して造粒された磁性材料を圧縮成形したもので、磁性材料を含む成形体でインダクター１１の外装体としての機能も兼ねている。

そして、磁心１２は、底面１９と、この底面１９の上方に位置する天面２０と、底面１９と天面２０を連接した第一側面２１と、この第一側面２１と反対側に位置する第二側面２２と、この第二側面２２に連接した第三側面２３と、この第三側面２３の反対側に位置する第四側面２４とを有し、四角柱状の形状を有する。

ここで磁心１２の形状が四角柱状の形状とは、隣接する二面の成す角度が９０°に限定されるものではなく、磁心１２を成形する成形金型の抜きテーパーの角度を含んでいてもよく、また、六面それぞれが完全な平面に限定するものではなく、磁心１２の外郭が四角柱から逸脱しない範囲で凹部や凸部、曲面、およびインダクター１１の方向性を示すために角部が削られたテーパー部を含むものであってもよい。

次に、コイル部１７は、平板状の導体１３からなり、導電率が大きい純銅の厚さが０．
２～２．０ｍｍの平板をプレス加工したものであり、本実施の形態では０．５ｍｍの厚さの銅板を用いている。

このコイル部１７は、磁心１２の第一側面２１と第二側面２２を結ぶ方向に延伸し、延伸方向に対して蛇行した蛇行部１４と、この蛇行部１４の延伸方向の両端末部１５から第一側面２１、第二側面２２に延出された引き出し部１６とを有する。

そして、このコイル部１７は、必要に応じて表面をポリウレタンやポリアミドイミドなどの絶縁層で被覆され、磁心１２の中に埋設されている。

次に、一対の端子１８は、引き出し部１６が延出されたもので、第一側面２１、第二側面２２からそれぞれ突出され、第一側面２１から底面１９、第二側面２２から底面１９に向かって折り曲げられて構成されている。

そして、上記したコイル部１７の内、蛇行部１４の延伸方向の両端末部１５は、端子１８が突出した対向する側面である第一側面２１と第二側面２２を結ぶ方向に沿った直線上（図２において仮想線Ｄ－Ｄで記載している）において、互いに反対方向に折り曲げられており、コイル部１７の蛇行部１４は、蛇行した幅方向の全体が磁心１２の底面１９に対して傾斜された構成を有する。

上記のように構成された本実施の形態では、図３に示すように、蛇行部１４を傾斜させていない場合の蛇行された幅方向の寸法（ＷＭＨ）と、第三側面２３と第四側面２４との間の寸法が同じ寸法であっても、蛇行部１４を磁心１２の底面１９に対して傾斜させたことにより、蛇行部１４の蛇行した幅方向の縁部２５と隣接する磁心１２の第三側面２３や第四側面２４との距離を大きくできるものである。

このように、コイル部１７は、蛇行部１４の延伸方向から視たときに、磁心１２の底面１９に対して、蛇行部１４の幅方向の全体が傾斜しているので、磁心１２の天面２０から視た平面視において、コイル部１７の蛇行部１４の蛇行された幅方向の寸法（ＷＭＩ）を小さくすることができ、蛇行部１４の幅方向の縁部２５と隣接する磁心１２の第三側面２３および第四側面２４との距離を大きくすることができるため、インダクター１１の実装面積を小さくするために磁心１２の第三側面２３と第四側面２４との間の寸法を小さくしても、磁心が飽和することを抑制することができる。

この場合、蛇行部１４の延伸方向から視たときに、磁心１２の底面１９と蛇行部１４とが成す蛇行部１４の傾斜の角度θＭＢは、１５°～６０°とすることがよく、１５°より小さいとインダクター１１の実装面積を小さくする効果が小さくなるので好ましくなく、６０°より大きいとインダクター１１の重心が高くなって不安定になるため好ましくない。より好ましくは３０°～４５°とすることが望ましい。

次に、上記した本実施の形態のインダクター１１の製造方法について図４～図６を参照して説明する。図４～図６は本発明の一実施の形態におけるインダクターの製造工程を説明する図である。

最初に、図４に示すように、平板状の導体１３をプレス加工して蛇行部１４、引き出し部１６を有したコイル部１７と、一対の端子１８を一体に形成する。

平板状の導体１３は導電率が大きい材料がよく、本実施の形態では厚さが０．５ｍｍの純銅の銅板を用いている。

蛇行部１４は延伸方向に対して蛇行しながら延伸した形状にし、蛇行部１４の両端の端末部１５は蛇行した幅方向の中央部に形成する。

引き出し部１６は、蛇行部１４の延伸方向の両端の端末部１５に連接させ、蛇行部１４の延伸方向で互いに反対向きに形成する。

端子１８は、引き出し部１６に連接させて形成する。端子１８を形成する部分は必要な寸法よりも大きく形成しておき、以降の製造工程の位置決めに用いる貫通口２６を形成しておくと良い。

次に、図５に示すように、蛇行部１４の延伸方向の両端末部１５を、蛇行部１４の延伸方向に沿った直線上（図２の仮想線Ｄ－Ｄに相当する部分）で互いに反対方向に所望の角度で折り曲げる。折り曲げる角度は、インダクター１１の底面１９と蛇行部１４とが成す蛇行部１４の傾斜の角度θＭＢにより設定する。

なお、蛇行部１４の延伸方向の両端の両端末部１５の折り曲げる部分には、図４に示すように、折り曲げる部分の谷折り側にノッチ２７を設けておくとよく、折り曲げが容易となるので好ましい。この場合、蛇行部１４の両端末部１５のノッチ２７の位置を直線上（図２の仮想線Ｄ－Ｄに相当する部分）に設けるのではなく、導体１３の厚みを考慮してずらしておくとよく、蛇行部１４に歪みが生じたり、端子１８の位置ずれが生じたりすることを抑制できる。

次に、図６に示すように、成形金型（図示せず）に、コイル部１７と、金属磁性体粉末と熱硬化性樹脂からなるバインダーとを混合して造粒された磁性材料を入れ、圧縮成形して磁心１２を成形する。

そして、得られた成形体を熱処理することにより磁心１２を熱硬化させる。この後、端子１８を溶融はんだにディップするなどしてはんだめっきしてもよい。

なお、図６において、磁心１２は輪郭を破線で示している。

最後に、端子１８を所定の形状に切断し、一方の端子１８を第一側面２１から底面１９、他方の端子１８を第二側面２２から底面１９に向かって折り曲げる。

以上のようにすることにより、図１に示したインダクター１１を得ることができる。

なお、上記した本実施の形態では、蛇行部１４が端子１８を突出させた磁心１２の対向する側面を結ぶ方向に延伸され、蛇行部１４の両端末部１５を蛇行部１４の延伸方向の直線上において互いに反対方向に折り曲げられた例で説明したが、これに限定されるものではなく、蛇行部１４は、端子１８を突出させた磁心１２の対向する側面を結ぶ方向と水平方向で斜交する方向に延伸されたものでもよい。

このような本発明の実施の形態の別の例について、図７の透過斜視図、図８の図７におけるＢ－Ｂ線の断面図を参照して説明する。なお、図７において磁心１２は輪郭を破線で示している。

図７、図８において、上記した実施の形態と同一の構成には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。本発明の実施の形態の別の例での違いは、蛇行部１４の延伸方向の両端の端末部１５は、端子１８が突出した対向する側面である第一側面２１と第二側面２２を結ぶ方向に沿った直線（図７において仮想線Ｄ－Ｄで記載している）と水平方向において斜交
する直線上（図７において仮想線Ｆ－Ｆで記載している）で、互いに反対方向に折り曲げられたことである。

このようにすることにより、引き出し部１６が第一側面２１や第二側面２２に延出する位置を調整して、端子１８が引き出される位置を調整することができるので、この結果、端子１８を第一側面２１や第二側面２２の幅方向の中央から引き出すことが容易となり、インダクター１１が実装基板（図示せず）に実装されたときの安定性や、端子１８の強度を良好にすることができる。

この場合、第一側面２１と第二側面２２を結ぶ方向に沿った直線（仮想線Ｄ－Ｄ）と水平方向において斜交する直線（仮想線Ｆ－Ｆ）とがなす斜交角度θＥＳを、１５°～６０°にすることが良く、１５°より小さい、または６０°より大きいと端子１８の位置を調整する効果が少なくなるので好ましくない。より好ましくは２０°～４０°とすることが望ましい。

また、さらに本発明の実施の形態の別の例として、蛇行部１４の延伸方向から見たときに、蛇行部１４の内、蛇行部１４の幅方向の両端部分２９だけが磁心１２の底面１９に対して傾斜されたものが挙げられる。

このような本発明の実施の形態の別の例について、図９の透過斜視図、図１０の図９におけるＣ－Ｃ線の断面図を参照して説明する。なお、図９において磁心１２は輪郭を破線で示している。

図９、図１０において、上記した実施の形態と同一の構成には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。この本発明の実施の形態の別の例での違いは、蛇行部１４が、蛇行部１４の延伸方向から見たときに、蛇行部１４の内、蛇行部１４の幅方向の中央部分２８が磁心１２の底面１９の面方向に沿うように配置され、かつ蛇行部１４の幅方向の両端部分２９が互いに反対方向に折り曲げられて、蛇行部１４の両端部分２９が磁心１２の底面１９に対して傾斜されたものである。

このようにすることにより、前述した本発明の一実施の形態と同様の効果に加え、蛇行部１４の中央部分２８が磁心１２の底面１９の面方向に沿うように配置されているので、インダクター１１の高さを低くすることができる。

なお、蛇行部１４の幅方向の両端部分２９が互いに同じ方向に折り曲げられたものも、同様の効果を得ることができるものである。

そして、さらに本発明の実施の形態の別の例として、一つの磁心１２にコイル部１７が複数埋設されたものが挙げられる。

このような本発明の実施の形態の別の例について、図１１の透過斜視図、図１２の図１１におけるＧ－Ｇ線の断面図を参照して説明する。なお、図１１において磁心１２は輪郭を破線で示している。

図１１、図１２において、上記した実施の形態と同一の構成には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。この本発明の実施の形態の別の例での違いは、一つの磁心１２にコイル部１７を三個、複数埋設されており、この三個のコイル部１７は、蛇行部１４の延伸方向を磁心１２の第一側面２１と第二側面２２を結ぶ方向に、三個とも同じ方向にするとともに、三個のコイル部１７が水平方向に同じ高さで配列されていることである。

なお、図１１、図１２に示した例は、図１～図３に示した例のコイル部１７を磁心１２に三個埋設したものである。

このようにすることにより、アレイコイル型のインダクター１１を構成でき、マルチフェーズ型の電源回路に用いられる複数のチョークコイルを一体化して対応することができる。そしてコイル部１７の一つ当たりの実装面積を小さくできるので、図１～図３に示した例の、一つの磁心１２に一つのコイル部１７を埋設したものを複数並べることと比べて、インダクター１１の実装面積を小さくすることができるものである。

本発明に係るインダクターは、実装面積を小さくしても磁心が飽和することを抑制することができ、産業上有用である。

１１インダクター
１２磁心
１３導体
１４蛇行部
１５端末部
１６引き出し部
１７コイル部
１８端子
１９底面
２０天面
２１第一側面
２２第二側面
２３第三側面
２４第四側面
２５縁部
２６貫通口
２７ノッチ
２８中央部分
２９両端部分

Claims

磁性材料を含んだ四角柱状の磁心と、前記磁心に埋設され、導体が蛇行された蛇行部と、この蛇行部の両端末部から前記磁心の対向する側面に延出された引き出し部を有するコイル部と、前記引き出し部から延出され前記磁心の対向する前記側面から突出した端子を備え、前記コイル部の前記蛇行部は、対向する前記側面の間に延伸しており、前記蛇行部の前記両端末部を結ぶ方向から見たときに、蛇行した幅方向の全体が前記磁心の底面に対して、１５°以上、６０°以下の角度で傾斜していることを特徴とするインダクター。
前記蛇行部の両端末部は、前記蛇行部の延伸方向の直線上において互いに反対方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載のインダクター。
前記蛇行部は、前記端子が突出した対向する前記側面を結ぶ方向に延伸していることを特徴とする請求項２記載のインダクター。
前記蛇行部は、前記端子が突出した対向する前記側面を結ぶ方向と水平方向において斜交する方向に延伸していることを特徴とする請求項２記載のインダクター。
一つの前記磁心に前記コイル部が複数埋設され、複数の前記コイル部が前記蛇行部の延伸方向を同じ方向にして水平方向に配列されたことを特徴とする請求項１記載のインダクター。