(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1の絶縁層は、前記導電性帯体の表面を被覆する電気的絶縁性の被覆樹脂層であり、前記第2の絶縁層は、前記磁性コアの外面に対する絶縁コーティング材である電気的絶縁性の保護樹脂層である請求項1記載のインダクタンス素子。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施の形態のインダクタンス素子1は、圧粉成形体である磁性コア20にコイル10が埋め込まれている。
図2では、磁性コア20内に埋設されるコイル10を実線で示し、磁性コア20の外面を点線で示した。
【0017】
図1と
図2に示すように、コイル10は、導電性帯体11を巻いて形成されている。
図1と
図2等に示すように、導電性帯体11は、対向する板面11a,11aと、対向する側端面11b,11bとを有し、断面が長方形の帯状体である。
図2に示すように、幅方向の寸法Aは厚さ方向の寸法Bよりも十分に大きく、寸法Aは寸法Bの2倍以上であり、好ましくは6倍以上である。
【0018】
導電性帯体11は銅で形成されており、後述する
図5等に示すように、導電性帯体11の表面に被覆樹脂層12が形成されている。
【0019】
図1、
図2にコイル10の巻き中心線Oが示されている。コイル10は、導電性帯体11の板面11aが巻き中心線Oとほぼ垂直となり、厚さ方向を決めている側端面11bが巻き中心線Oと平行となる向きで、板面11aどうしが巻き中心線Oに沿って重なるように巻かれている。
図1、
図2、
図3に示すように、コイル10は、導電性帯体11が楕円形となるように巻かれている。なお、
図1〜
図3では、コイル10は楕円形となっているが、真円形でも良く、当業者において適宜選択することができる。
【0020】
図1に示すように、コイル10が楕円状に巻かれた状態で、コイル10から導電性帯体11の第1の端部13と第2の端部16とが突出している。ここで、端部13,16とは、導電性帯体11のうちのコイル10として巻かれていない両端部分を意味している。
【0021】
図2に示すように、第1の端部13は、第1の折れ線14aによって谷折り方向へほぼ直角に曲げられ、第2の折れ線14bによって山折り方向へほぼ直角に曲げられ、第3の折れ線14cと第4の折れ線14dのそれぞれにおいて谷折り方向へほぼ直角に折り曲げられる。第2の端部16は、第1の折れ線17aにおいて山折れ方向へほぼ直角に折り曲げられ、第2の折れ線17bと第3の折れ線17cおよび第4の折れ線17dにおいて、谷折り方向へほぼ直角に折り曲げられている。
【0022】
第1の端部13は、第4の折れ線14dよりも先の部分が第1の端子部15であり、第2の端部16は、第4の折れ線17dよりも先の部分が第2の端子部18である。
【0023】
図2と
図4に示すように、第1の端子部15は、コイル10として巻かれている導電性帯体11の板面11aからやや離れた位置にあり、第1の端子部15を形成している導電性帯体11の板面11aと、コイル10を構成している導電性帯体11の板面11aとがほぼ平行に対向している。
【0024】
図2に示すように、第2の端子部18も、コイル10として巻かれている導電性帯体11の板面11aからやや離れた位置にあり、第2の端子部18を形成している導電性帯体11の板面11aと、コイル10を構成している導電性帯体11の板面11aとがほぼ平行に対向している。
【0025】
そして、第1の端子部15の
図2において上に向けられている板面11aと、第2の端子部18の
図2において上に向けられている板面11aが、ほぼ同一面に位置し、その面は、巻き中心線Oと垂直な面である。
【0026】
なおインダクタンス素子1を図示しないプリント基板上に設置する場合、端子部15,18を下側に向けるため、
図2、
図4、
図5〜
図8の各図の上側に向く面は、プリント基板上での設置状態では、下面(裏面)に該当する面である。
【0027】
図2、
図3に示すように、圧粉成形体である磁性コア20は、上面21と下面(裏面)22を有しさらに4つの側面を有する立方体形状である。
図2、
図3、
図4に示すように、コイル10から延びる導電性帯体11の端部13,16で形成された第1の端子部15と第2の端子部18は、その表面の板面11a(
図2、
図4において上側を向く板面11a)が、磁性コア20の下面22に露出し、それぞれの端子部15,18の表面側の板面11aが磁性コア20の下面22とほぼ同一面となる。
【0028】
また、
図2に示すように、導電性帯体11の第1の端部13の折れ線14cと折れ線14dとの間の部分の板面11aが、磁性コア20の1つの側面23に現れる。また、第2の端部16の折れ線17cと折れ線17dとの間の部分の板面11aも、磁性コア20の側面23に現れる。それぞれの板面11aと側面23とがほぼ同一面である。
【0029】
図4、
図9(
図9は
図3から端子導通部42を除いた裏面図である)に示すように各端子部15,18は、磁性コア20の下面22に形成された端子部形状と略同一形状からなる凹部20a内に配置される。この凹部20aは、後述の
図11に示すように、キャビティ34の内部にコイル10及び各端子部15,18を配置した状態で、前記キャビティ34の内部に供給された磁性コア材料を加圧力Fで加圧した際に形成されたものである。すなわち凹部20aは、成形体の形成時に、各端子部15,18の表面側に位置する板面11aを除いて、各端子部15,18の周囲が磁性コア材料で囲まれることで形成されたものである。あるいは、端子部15,18の形成前に、磁性コア20の下面22に予め凹部20aを形成し、コイル10から延びる各端部13,16を折り曲げて凹部20a内に端子部15、18を配置することもできる。
【0030】
図5に示すように、一対の端子部15,18(
図5には第2の端子部18は図示されていないが、第1の端子部15と同じ断面構造であるため、以下では端子部15,18と表現することとする)は、導電性帯体11と、導電性帯体11の表面に形成された被覆樹脂層(第1の絶縁層)12とを有して構成される。被覆樹脂層12は、例えば絶縁樹脂層の表面にナイロンなどの融着層が重ねられた2層構造である。
【0031】
被覆樹脂層12は、
図5に示す導電性帯体11の上面及び下面である板面11aと側端面11b(
図9等参照)に形成される。図には示していないが、被覆樹脂層12は、
図1、
図2、
図4に示すコイル10の各導電性帯体11の表面にも形成されているので、コイル10を構成する各導電性帯体11間には被覆樹脂層12が介在している。
【0032】
図5に示すように、被覆樹脂層12は、各端子部15,18の先端面24には形成されていない。これは先端面24が被覆導線を切断したときの切断面に該当するためである。また先端面24から多少、後退した領域までを各端子部15,18の先端26と定義し、各端子部15,18の先端26を構成する板面11a及び側端面11bに被覆樹脂層12が形成されていない構成とすることもできる。本明細書において、端子部15,18の先端26とは、先端面24だけを指してもよいし、先端面24から多少、後退した位置までも含めた領域としてもよい。端子部15,18の先端26は、例えば
図9に示す磁性コア20の裏面22に延出する端子部15,18の延出長さに対し、1/4以下の領域、好ましくは1/10以下の領域に設定される。
【0033】
図5,
図9に示すように、各端子部15,18の先端面24と、前記先端面24と平面方向(先端面24に対して直交する面方向)にて対向する磁性コア20の側壁20bとの間には隙間25が形成されている。隙間25は凹部20aと連続する空間領域である。あるいは、隙間25は、
図10に示すように各端子部15,18の先端面24と磁性コア20の側壁20bとの間から、各端子部15,18の側壁面11bと、前記側壁面11bと対向する磁性コア20の側壁20cとの間にかけて形成されていてもよい。
図10の構造は、各端子部15,18の先端面24からやや後退した領域までの先端26に被覆樹脂層12が形成されていない構成に適している。なお、隙間25は、各端子部15,18の先端26の位置だけでなく、先端26より後端にかけて連続して形成されていてもよい。
【0034】
図4,
図5に示すように、隙間25には保護樹脂層41(第2の絶縁層)が充填されている。保護樹脂層41は、磁性コア20の外面の全域にコーティングされている。保護樹脂層41は、被覆樹脂層12と同様に電気的絶縁性の樹脂層である。保護樹脂層41の材質は特に限定するものでなく、ポリイミドやエポキシ樹脂等を例示できる。また保護樹脂層41は磁性コア20の外面に含浸可能な樹脂であることが好適である。
【0035】
また
図3,
図4,
図5に示すように、一対の端子導通部42が、磁性コア20の下面22(下面側の表面)に形成されている。
図5に示すように、端子導通部42は磁性コア20と保護樹脂層41を介して対向している。また
図5に示すように、端子導通部42と端子部15,18を構成する導電性帯体11とが一部を除いて被覆樹脂層12と保護樹脂層41との積層構造を介して対向している。
【0036】
図3,
図5に示すように、端子導通部42と端子部15,18を構成する導電性帯体11との間には、被覆樹脂層12及び保護樹脂層41を厚さ方向(高さ方向)に貫く貫通孔43が形成されている。このように、
図5では、保護樹脂層41が、隙間25とともに、磁性コア20の表面及び被覆樹脂層12の表面に形成されており、被覆樹脂層12及び保護樹脂層41の一部の積層部分を貫通する貫通孔43が形成され、貫通孔43からは導電性帯体11の表面(板面11a)が露出している。そして端子導通部42が貫通孔43内に入り込み、端子導通部42が導電性帯体11に接している。これにより端子導通部42と端子部15,18を構成する導電性帯体11とが電気的に接続された状態とされている。
【0037】
図8は比較例であり、
図8では、各端子部15,18の先端面24と、先端面24に対向する磁性コア20の側壁20bとの間に隙間が形成されておらず、先端面24の位置で導電性帯体11と磁性コア20とが接触している。
【0038】
磁性コア20は、例えば、磁性粉末とバインダー樹脂とから成る圧粉成形体であり、
図8の比較例では、端子部15,18の先端面24と磁性コア20間にて高い絶縁性が保たれない状態になっている。すなわち絶縁耐圧が低下している。これに対して
図5に示す実施形態では、端子部15,18の先端面24と磁性コア20の側壁20bとの間に隙間25を形成し、この隙間25に電気絶縁性の保護樹脂層41を充填しているため、導電性帯体11が露出した先端面24と磁性コア20の側壁20bとの間の絶縁耐圧を
図8に示す比較例に比べて効果的に向上させることができる。また
図10に示す構成とすれば、端子部15,18の先端26に位置する側壁面11bと磁性コア20の側壁20cとの間にも隙間25が形成され、その隙間25内に保護樹脂層41が充填されているので、先端面24から多少後退した領域までの先端26に被覆樹脂層12が形成されていない形態であっても、効果的に絶縁耐圧を向上させることができる。
【0039】
また保護樹脂層41を磁性コア20の外面及び隙間25内に含浸させることで、樹脂が隙間25内に毛細管現象で浸透し、隙間25内を適切に保護樹脂層41にて埋めることができる。また、磁性コア20の外面に対する絶縁コーティング材と同じ樹脂にて隙間25内を埋めることで、低コストかつ簡単な製造方法で隙間25内を樹脂により埋設できる。
【0040】
また
図5に示すように、磁性コア20と端子導通部42との間に保護樹脂層41が介在することで、磁性コア20と端子導通部42との間の絶縁耐圧を向上させることができる。また
図5に示すように、保護樹脂層41は各端子部15,18の表面にも重ねて形成されているが、端子部15,18と端子導通部42との間の導通部分では、被覆樹脂層12と保護樹脂層41との積層構造を貫く貫通孔43が形成されており、貫通孔43を介して端子部15,18を構成する導電性帯体11と端子導通部42とを適切に導通接続させることができる。貫通孔43は、各端子部15,18の先端面24から後方に後退した位置に所定の大きさにて形成される。よって貫通孔43と各端子部15,18の先端面24との間、及び貫通孔43よりも後方位置には、被覆樹脂層12と保護樹脂層41との積層構造が残されている。
図3に示すように貫通孔43は、端子部15,18の幅寸法よりも小さく、
図3の矢視にて、貫通孔43は端子部15,18の領域内に収まる大きさで形成されている。したがって貫通孔43を介して端子部15,18と端子導通部42とを適切に導通接続できるとともに、貫通孔43の周囲に広がる絶縁性の樹脂層によって端子導通部42と磁性コア20間の絶縁性を適切に確保することができる。
【0041】
本実施形態は、隙間25の形成方法を限定するものでないが、例えば隙間25を、スプリングバックを利用して形成することができる。スプリングバックについては
図11を用いて以下に説明する。
【0042】
図11に、磁性コア20を圧粉成形体として成形する工程が示されている。
図11に示すプレス機30は、金型本体31の内部に下型32が設けられ、その上方にキャビティ34が形成されている。
図2に示すコイル10がキャビティ34の内部に挿入され、第1の端子部15の表面の板面11aと第2の端子部18の表面の板面11aが、下型32の上面に当接するように位置決めされる。
【0043】
その後、磁性粉末とバインダー樹脂とから成るコア材料が、キャビティ34の内部に供給される。磁性粉末は磁性合金粉末であり、例えば、Feを主体とし、Ni、Sn、Cr、P、C、B、Siなどの各種金属が含まれたFe基非晶質合金の粉末であり、水アトマイズ法により粉末化されたものである。バインダー樹脂は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などである。
【0044】
前記コア材料は、前記磁性粉末が前記バインダー樹脂でコーティングされた混合粉末である。あるいは、磁性粉末と粉末状のバインダー樹脂とが単に混合されたものであってもよい。また、コア材料は、予め仮成形をしておき、コイル10と組み合わせた後、キャビティ内に挿入することもできる。
【0045】
コア材料がキャビティ34内に充填されると、キャビティ34の上方から上型33が挿入され、キャビティ34が加熱され、下型32と上型33とでコア材料が加圧力Fで加圧されて、圧粉成形体である磁性コア20が形成される。この圧粉成形では、バインダー樹脂が磁性粉末どうしを結合するための結合剤として機能する。なお、この加圧時において、加熱は必ずしも必要は無く、室温で加圧を行っても良い。
【0046】
図11に示すように、キャビティ34内では、下型32と上型33との間で、磁性粉末とバインダー樹脂とから成るコア材料が加圧力Fで加圧されると同時に、コイル10ならびに第1の端子部15と第2の端子部18も加圧力Fを受けて加圧される。
【0047】
図3、
図4に示すように、第1の端子部15と第2の端子部18は、コイル10を形成している導電性帯体11の板面11aに一部が対面する対面領域Dを有している。
図4に示すように、対面領域Dでは、端子部15,18とコイル10との隙間δが狭くなり、加圧成形後に端子部15,18がコイル10から離れようとするスプリングバック力により、隙間δの狭い領域に位置している磁性コア20に内部応力が発生しやすくなっている。これにより、
図9に示すように、各端子部15,18の先端面24と磁性コア20の側壁20bとの間や、
図10に示すように、各端子部15,18の先端26と磁性コア20の側壁20cとの間にスプリングバックに基づく隙間25が形成されやすくなっている。
【0048】
加圧力Fの調整や、加熱温度(アニール温度)の調整などにより、スプリングバック力を適度に生じさせることで、適度な大きさの隙間25を形成することができる。ここで隙間25の大きさについては、保護樹脂層41の介在により端子部15,18の先端26と磁性コア20の側壁との間の絶縁性が確保されれば特に限定するものでないが、あまりに隙間25が大きく形成されると、磁性コア20の強度が低下するので、隙間25の幅としては100μm程度以下(インダクタンス素子1の縦横の幅寸法は数十mm)とすることが好適である。例えばコア材料としてFe基非晶質合金の粉末とバインダー樹脂との混合材料を用い、加圧力Fを、780〜1180MPa程度とし、加熱温度を350℃〜450℃程度とする。
【0049】
また
図12に示すように、例えば表面に突起部40を有する下型32を用いてもよい。
図12に示すように突起部40はちょうど端子部15,18の先端面24の前方に位置しており、突起部40の位置がコア材料で埋まらないようにして、各端子部15,18の先端面24と磁性コア20との間に隙間25を形成することができる。また、突起部40を、端子部15,18の先端26の周囲を囲む形状として
図10に示すように端子部15,18の先端26の周囲を囲む隙間25を形成してもよい。
【0050】
あるいは、磁性コア20を圧粉成形した後、レーザ等で端子部15,18の先端面24の前方、あるいは、端子部15,18の先端26の周囲の磁性コア20を削って隙間25を形成してもよい。
【0051】
図6、
図7は、
図5と一部が異なる部分拡大断面図である。
図6では、各端子部15,81の先端26が磁性コア20の凹部20a内から離れる方向に浮いた状態となっている。
図5に比べて、各端子部15,18の先端26が磁性コア20から距離的に離れるので、より効果的に各端子部15,18の先端26と磁性コア20との間の絶縁耐圧を向上させることができる。
【0052】
図6の形態においても、平面に対する垂直方向からの矢視Cにて、端子部15,18の先端面24と、磁性コア20の側壁20bとは対向した位置関係にある。
【0053】
また、
図6に示すように、端子部15,18の先端面24から後方に向けての先端26に被覆樹脂層12が形成されていない形態の場合、
図6のように先端26を湾曲させて凹部20aにて浮かせることで、先端26と凹部20aとの高さ方向(厚さ方向)の対向面間Eにも被覆樹脂層41を介在させることが可能になる。よって先端26と磁性コア20間の絶縁耐圧をより効果的に向上させることができる。
【0054】
また
図7に示すように、各端子部15,18の先端面24と磁性コア20の側壁20bとの間隔が端子導通部42に近づく高さ方向に向けて徐々に大きくなるように側壁20bが傾斜した隙間45が形成されてもよい。なお、各端子部15,18の先端26に位置する側端面11bと磁性コア20の側壁20c(
図10参照)との間においても
図7と同様の隙間45を形成できる。
図7に示す隙間45を
図5に示す隙間25と同体積で形成したとすると、
図7の隙間45のほうが
図5の隙間25よりも間口を広げることができ、適切に隙間45内を保護樹脂層41で埋設できる。
【0055】
図2,
図3等に示すインダクタンス素子1では、一対の端子部15,18が磁性コア20の下面(裏面)22に設けられていたが、端子部15,18を磁性コア20の外面のどの面に配置するかについては特に限定されるものでない。
【0056】
また
図3,
図4等に示すように一対の端子部15,18と電気的に接続される一対の端子導通部42を設けているが、端子導通部42の形成は必須でない。ただし端子導通部42を設けることで、インダクタンス素子1とプリント基板との間の電気的接続性を安定かつ良好なものにできる。
【0057】
上記では、導電性帯体11の表面に形成される第1の絶縁層を、電気的絶縁性の被覆樹脂層12とし、隙間25を埋める第2の絶縁層を、電気的絶縁性の保護樹脂層41としたが、各絶縁層の材質を樹脂に限定するものでない。ただし、被覆導線を使用した際、第1の絶縁層については、被覆樹脂層12であることが好適である。第2の絶縁層としてはスパッタや蒸着法などにより樹脂以外の絶縁材料を隙間25内に埋設することが可能である。ただし、第2の絶縁層には、磁性コア20の外面の絶縁コーティング材である保護樹脂層41を用い、含浸により隙間25を埋めることで、隙間25を適切に埋めることできるとともに製造工程も煩雑化せず製造コストを抑制することができる。