特許 6561902 空芯コイル及びその製造方法、並びに、空芯コイルを用いたコイル部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561902

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】空芯コイル及びその製造方法、並びに、空芯コイルを用いたコイル部品

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/29 20060101AFI20190808BHJP

   H01F 17/04 20060101ALI20190808BHJP

   H01F 41/04 20060101ALI20190808BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20190808BHJP

   H01F 17/02 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/29 P

   H01F17/04 A

   H01F41/04 B

   H01F27/28 133

   H01F17/02

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-84135(P2016-84135)

(22)【出願日】2016年4月20日

(65)【公開番号】特開2017-195262(P2017-195262A)

(43)【公開日】2017年10月26日

【審査請求日】2019年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(74)【代理人】

【識別番号】100130982

【弁理士】

【氏名又は名称】黒瀬 泰之

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 信雄

(72)【発明者】

【氏名】柿崎 一輝

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１７０４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２７７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２５８９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３６６８５８８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／２９

Ｈ０１Ｆ １７／０２

Ｈ０１Ｆ １７／０４

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空芯状に巻回された巻回部と、前記巻回部の一端から導出された第１のリード部と、前記巻回部の他端から導出された第２のリード部とを含むコイル導体と、
前記巻回部を構成する前記コイル導体を相互に固定する第１の接着部材と、
前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分を固定する、前記第１の接着部材とは異なる第２の接着部材と、を備えることを特徴とする空芯コイル。

【請求項2】

前記第１及び第２のリード部は前記巻回部から接線方向に導出されており、前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分には前記第２の接着部材からなるフィレットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空芯コイル。

【請求項3】

前記第１の接着部材は、前記第２の接着部材よりも融点の低い熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の空芯コイル。

【請求項4】

前記第２の接着部材は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空芯コイル。

【請求項5】

前記コイル導体を複数備え、前記複数のコイル導体が同心円状に巻回されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空芯コイル。

【請求項6】

磁性材料及び結合材を含む磁心と、前記磁心に埋め込まれた請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空芯コイルと、前記空芯コイルの前記第１のリード部に接続された第１の端子電極と、前記空芯コイルの前記第２のリード部に接続された第２の端子電極とを備えることを特徴とするコイル部品。

【請求項7】

前記第１のリード部と前記第１の端子電極、並びに、前記第２のリード部と前記第２の端子電極は、いずれも前記磁心の内部で接続されていることを特徴とする請求項６に記載のコイル部品。

【請求項8】

コイル導体を巻回することによって、空芯状の巻回部と、前記巻回部の一端から導出された第１のリード部と、前記巻回部の他端から導出された第２のリード部を形成する第１の工程と、
前記巻回部を構成する前記コイル導体を第１の接着部材によって相互に固定する第２の工程と、
前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分に第２の接着部材を選択的に供給することによって前記境界部分を固定する第３の工程と、を備えることを特徴とする空芯コイルの製造方法。

【請求項9】

前記コイル導体は、前記第１の接着部材を構成する融着層が被覆されており、
前記第２の工程は、前記巻回部を加熱することによって前記融着層を融解させることによって行うことを特徴とする請求項８に記載の空芯コイルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は空芯コイル及びその製造方法に関し、特に、接着部材によって巻回部が自己保持された空芯コイル及びその製造方法に関する。また、本発明は、このような空芯コイルを用いたコイル部品に関する。

【背景技術】

【0002】

複合磁性材料からなる磁心に空芯コイルが埋め込まれたコイル部品としては、特許文献１に記載されたものが知られている。空芯コイルは巻芯が存在しないことから、巻芯を有する一般的なコイルに比べて形状が安定せず、特に、リード部の姿勢が不安定となることがあった。このため、リード部の姿勢を安定させるための種々の工夫が施されることがあり、特許文献２においては、リード部を直角に折り曲げ加工することによってリード部のスプリングバックを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１７０４８８号公報

【特許文献2】特開２００７−２２７７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献２のようにリード部を強く折り曲げ加工すると、芯材を被覆する絶縁膜が損傷する危険性があるため、コイル部品の信頼性を低下させるおそれがあった。

【0005】

したがって、本発明は、信頼性を低下させることなく、リード部の姿勢を安定させることが可能な空芯コイル及びその製造方法、並びに、このような空芯コイルを用いたコイル部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による空芯コイルは、空芯状に巻回された巻回部と、前記巻回部の一端から導出された第１のリード部と、前記巻回部の他端から導出された第２のリード部とを含むコイル導体と、前記巻回部を構成する前記コイル導体を相互に固定する第１の接着部材と、前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分を固定する、前記第１の接着部材とは異なる第２の接着部材と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、巻回部を自己保持するための第１の接着部材とは別に、巻回部と第１及び第２のリード部の境界部分を固定する第２の接着部材を用いていることから、リード部を強く折り曲げ加工することなく、リード部の姿勢を安定させることが可能となる。

【0008】

本発明において、前記第１及び第２のリード部は前記巻回部から接線方向に導出されており、前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分には前記第２の接着部材からなるフィレットが形成されていることが好ましい。これによれば、第１及び第２のリード部の根元が強固に固定されることから、リード部の姿勢をより安定させることが可能となる。

【0009】

本発明において、前記第１の接着部材は、前記第２の接着部材よりも融点の低い熱可塑性樹脂からなることが好ましい。これによれば、第１の接着部材を構成する融着層が被覆されたコイル導体を用いることができ、この場合、巻回部を加熱するだけで巻回部を自己保持することが可能となる。

【0010】

本発明において、前記第２の接着部材は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂からなることが好ましい。これによれば、第１及び第２のリード部の根元を強固に固定することが可能となる。

【0011】

本発明による空芯コイルは、前記コイル導体を複数備え、前記複数のコイル導体が同心円状に巻回されていても構わない。これによれば、４端子以上のコイル部品に使用することが可能となる。

【0012】

本発明によるコイル部品は、磁性材料及び結合材を含む磁心と、前記磁心に埋め込まれた上記の空芯コイルと、前記空芯コイルの前記第１のリード部に接続された第１の端子電極と、前記空芯コイルの前記第２のリード部に接続された第２の端子電極とを備えることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、電源用コイルとして好適な表面実装型のコイル部品を提供することが可能となる。

【0014】

本発明において、前記第１のリード部と前記第１の端子電極、並びに、前記第２のリード部と前記第２の端子電極は、いずれも前記磁心の内部で接続されていることが好ましい。このような構造を有するコイル部品においては、リード部が磁心の外部に導出されないことから、リード部を磁心の外部で保持することができず、リード部の姿勢の安定が特に重要となるからである。

【0015】

本発明による空芯コイルの製造方法は、コイル導体を巻回することによって、空芯状の巻回部と、前記巻回部の一端から導出された第１のリード部と、前記巻回部の他端から導出された第２のリード部を形成する第１の工程と、前記巻回部を構成する前記コイル導体を第１の接着部材によって相互に固定する第２の工程と、前記巻回部と前記第１及び第２のリード部の境界部分に第２の接着部材を選択的に供給することによって前記境界部分を固定する第３の工程と、を備えることを特徴とする。

【0016】

本発明によれば、リード部を強く折り曲げ加工することなく、リード部の姿勢を安定させることが可能となる。しかも、第２の接着部材を選択的に供給していることから、第２の接着部材が過剰となることもない。

【0017】

本発明において、前記コイル導体は、前記第１の接着部材を構成する融着層が被覆されており、前記第２の工程は、前記巻回部を加熱することによって前記融着層を融解させることによって行うことが好ましい。これによれば、巻回部に第１の接着部材を別途供給する必要が無く、工程を単純化することが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

このように、本発明によれば、信頼性を低下させることなく、リード部の姿勢を安定させることが可能な空芯コイル及びその製造方法、並びに、このような空芯コイルを用いたコイル部品を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す略斜視図である。

【図2】図２は、コイル部品１０の断面図である。

【図3】図３は、第１の端子電極４１の形状を説明するための略斜視図である。

【図4】図４は、コイル部品１０の内部構造を説明するための略斜視図である。

【図5】図５は、空芯コイル３０の構造を説明するための略外観図である。

【図6】図６は、空芯コイル３０の拡大図である。

【図7】図７は、コイル導体５０の断面図である。

【図8】図８は、空芯コイル３０の製造方法を説明するための模式図である。

【図9】図９は、空芯コイル３０の製造方法を説明するための模式図である。

【図10】図１０は、変形例による空芯コイル３１の構造を説明するための略外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0021】

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す略斜視図である。また、図２は、コイル部品１０の断面図である。

【0022】

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１０は、略直方体形状を有する磁心２０と、磁心２０に埋め込まれた空芯コイル３０と、磁心２０の実装面２３に設けられ、空芯コイル３０に接続された２つの端子電極４１，４２とを備えている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるコイル部品１０は、電源用コイルとして好適な表面実装型のコイル部品である。

【0023】

磁心２０は、磁性材料及び結合材を含む複合磁性材料からなり、下部磁心２１と上部磁心２２によって構成される。複合磁性材料に含まれる磁性材料としては、透磁率が高い軟磁性金属粉を用いることが特に好ましい。具体例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系などのフェライト、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、スーパーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ、アモルファス（Ｆｅ基系）、ナノ結晶（ナノクリスタル）等を挙げることができる。また、結合材としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂材料を用いることができる。

【0024】

下部磁心２１は、平板部２１ａと凸部２１ｂを有しており、凸部２１ｂが空芯コイル３０の内径部に挿入されるよう、平板部２１ａに空芯コイル３０が載置される。また、上部磁心２２は、下部磁心２１に載置された空芯コイル３０を埋め込む部分である。特に限定されるものではないが、本実施形態においては凸部２１ｂがテーパー形状を有しており、これにより、金型を用いて下部磁心２１を成形する際に、金型から凸部２１ｂが抜けやすくなっている。

【0025】

空芯コイル３０は、銅などの芯材に絶縁被覆が施された被覆導線によって構成される。詳細については後述するが、本実施形態よる空芯コイル３０は、コイル導体５０と第１及び第２の接着部材５１，５２によって構成される（図５参照）。コイル導体５０の一端である第１のリード部６１は第１の端子電極４１に接続され、コイル導体５０の他端である第２のリード部６２は第２の端子電極４２に接続されている（図４参照）。

【0026】

図３に示すように、第１の端子電極４１は、磁心２０の実装面２３に位置する実装部４３と、第１のリード部６１に接続される接続部４４を有しており、接続部４４は下部磁心２１の平板部２１ａを貫通している。第２の端子電極４２についても同様の構造有している。そして、図４に示すように、下部磁心２１に空芯コイル３０を載置した後、端子電極４１，４２の接続部４４に空芯コイル３０のリード部６１，６２を溶接し、最後に、上部磁心２２によって空芯コイル３０を埋め込めば、本実施形態によるコイル部品１０が完成する。

【0027】

図５は、空芯コイル３０の構造を説明するための略外観図である。

【0028】

図５に示すように、本実施形態による空芯コイル３０は、空芯状に巻回された巻回部６０と、巻回部６０の一端から導出された第１のリード部６１と、巻回部６０の他端から導出された第２のリード部６２とを含むコイル導体５０を有する。コイル導体５０は、銅などの芯材に絶縁被覆が施された被覆導線である。リード部６１，６２は巻回部６０から接線方向に導出されており、コイル導体５０のうち巻回されない部分である。図５に示す例では、コイル導体５０が単線構造であるが、ペア線のように複数の被覆導線が一体化された構造を有するコイル導体を用いても構わない。この場合、複数の被覆導線は撚り線構造を有していても構わない。

【0029】

巻回部６０を構成するコイル導体５０は、第１の接着部材５１によって相互に固定されて、これにより自己保持されている。第１の接着部材５１の種類については特に限定されないが、ポリエステルなど融点の低い熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。第１の接着部材５１は、空芯コイル３０を磁心２０に埋め込む工程において、コイル導体５０を一体的に保持するための仮留めの役割を果たす。したがって、第１の接着部材５１は巻回部６０を自己保持できる特性及び量であれば足り、接着力が過度に強力である必要はなく、使用量も最小限で構わない。むしろ、第１の接着部材５１の使用量が多すぎると、磁心２０に埋め込まれる非磁性材料の割合が増加し、磁気特性が低下することから好ましくない。

【0030】

また、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分は、第１の接着部材５１とは異なる第２の接着部材５２によって固定されている。第２の接着部材５２の種類については特に限定されないが、第１の接着部材５１よりも融点が高い熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。第２の接着部材５２は、リード部６１，６２のスプリングバックを防止する役割を果たすことから、第１の接着部材５１よりも接着力が強い部材を用いることが好ましい。また、第２の接着部材５２は、巻回部６０の全体ではなく、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分に選択的に設けられている。これにより、磁心２０に埋め込まれる非磁性材料の増加を最小限に抑えつつ、リード部６１，６２の姿勢を安定させることが可能となる。

【0031】

特に、境界部分の拡大図である図６に示すように、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分には、第２の接着部材５２からなるフィレットが形成されていることが好ましい。これによれば、リード部６１，６２が巻回部６０に強固に支持されることから、リード部６１，６２の姿勢をより確実に安定させることが可能となる。

【0032】

次に、空芯コイル３０の製造方法について説明する。

【0033】

まず、コイル導体５０を用意し、これを巻回することによって巻回部６０を形成する。コイル導体５０は、図７に示すように、芯材７１、被覆膜７２及び融着層７３からなる３層構造の被覆導線である。芯材７１は銅（Ｃｕ）などの良導体からなり、その表面が被覆膜７２で覆われている。被覆膜７２は、イミド変性ポリウレタンなどからなる絶縁材料からなり、その表面が薄い融着層７３で覆われている。融着層７３は、第１の接着部材５１の材料であり、ポリエステルなどの絶縁性樹脂材料からなる。融着層７３の融点は、被覆膜７２よりも十分に低いことが好ましく、一例として、イミド変性ポリウレタンの融点は約２６０℃であるのに対し、ポリエステルの融点は約７０℃である。

【0034】

次に、図８に示すように、回転軸８０及び案内軸８１，８２を有する巻回治具にコイル導体５０をセットし、一方の案内軸８２側のコイル導体５０を固定した状態で回転軸８０を回転させる。これにより、案内軸８１側からコイル導体５０が送り出され、回転軸８０の周囲にコイル導体５０が巻回される。そして、必要なターン数を巻回したタイミングで回転軸８０の回転を停止させれば、回転軸８０の周囲に巻回部６０が形成される。巻回部６０から接線方向に延びるコイル導体５０は、リード部６１，６２となる。

【0035】

次に、巻回部６０を加熱することにより、融着層７３を融解させる。巻回部６０の加熱は、エアヒーターなどを用いて行うことができる。これにより、巻回部６０におけるコイル導体５０間は第１の接着部材５１によって満たされるので、室温まで冷却すると、巻回部６０を構成するコイル導体５０が第１の接着部材５１によって相互に固定されることになる。

【0036】

次に、図９に示すように、ノズル９０を用いて、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分に第２の接着部材５２を局所的に供給する。上述の通り、第２の接着部材５２としては熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。そして、第２の接着部材５２を熱硬化または紫外線硬化させれば、リード部６１，６２の根元部分が巻回部６０に強固に固定されることになる。

【0037】

ここで、第２の接着部材５２を塗布する方法として、第２の接着部材５２で満たされた容器中に空芯コイル３０を浸すという方法も考えられる。しかしながら、この方法では、第２の接着部材５２がコイル導体５０に多量に付着するため、コイル部品１０の磁気特性が低下するおそれがある。また、第２の接着部材５２の粘度等によっては、巻回部６０の内径部に第２の接着部材５２が膜を張ってしまうおそれもある。これに対し、上述のように、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分に第２の接着部材５２を選択的に供給すれば、このような問題が生じることはない。

【0038】

その後、コイル導体５０の不要部分を切断すれば、図５に示した空芯コイル３０が完成する。

【0039】

このようにして作成された空芯コイル３０は、巻回部６０を構成するコイル導体５０間が第１の接着部材５１によって接着されているため、巻回部６０が自己保持され、形状が安定する。しかも、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分が第２の接着部材５２によって固定されていることから、リード部６１，６２の姿勢が安定する。例えば、スプリングバックによってリード部６１，６２が開いて巻回部６０から離れるようなことがない。

【0040】

このような空芯コイル３０を用いてコイル部品１０を作成する場合、図４に示すように、下部磁心２１に空芯コイル３０を載置した状態で、端子電極４１，４２の接続部４４に空芯コイル３０のリード部６１，６２を溶接する。この時、従来の空芯コイルではリード部６１，６２の姿勢が安定せず、端子電極４１，４２への溶接が困難となるケースがあったが、本実施形態においてはリード部６１，６２の姿勢が安定していることから、端子電極４１，４２への溶接を容易に行うことができる。その後、上部磁心２２によって空芯コイル３０を埋め込めば、本実施形態によるコイル部品１０が完成する。

【0041】

ここで、特許文献１のように、リード部を磁心の外部に導出した状態で空芯コイルを埋め込むタイプのコイル部品であれば、磁心の外部に導出されたリード部を何らかの治具で保持することができるため、リード部の姿勢が特に安定していなくても作業に大きな支障は生じない。しかしながら、本実施形態によるコイル部品１０のように、リード部６１，６２と端子電極４１，４２を磁心２０の内部で接続するタイプの製品においては、このような治具を使用することができないため、作業性を高めるためにはリード部６１，６２の姿勢が安定していることが非常に重要である。そして、本実施形態においては、第２の接着部材５２を用いることによってリード部６１，６２の姿勢を大幅に安定させていることから、リード部６１，６２と端子電極４１，４２を磁心２０の内部で接続するタイプのコイル部品１０を作業性よく作製することが可能となる。

【0042】

図１０は、変形例による空芯コイル３１の構造を説明するための略外観図である。

【0043】

図１０に示す空芯コイル３１は、２本のコイル導体５０，５３が同心円状に巻回されている点において、図５に示した空芯コイル３０と相違している。これら２本のコイル導体５０，５３は、いずれも空芯状に巻回された巻回部６０を構成するとともに、一方のコイル導体５０は、巻回部６０から導出された第１及び第２のリード部６１，６２を備え、他方のコイル導体５３は、巻回部６０から導出された第３及び第４のリード部６３，６４を備えている。

【0044】

巻回部６０を構成するコイル導体５０，５３は、第１の接着部材５１によって相互に固定され、自己保持されている。また、巻回部６０とリード部６１，６２の境界部分、並びに、巻回部６０とリード部６３，６４の境界部分は、いずれも第２の接着部材５２によって固定されている。これにより、リード部６１〜６４の姿勢を安定させることが可能となる。

【0045】

図１０に示す例では、リード部６１，６２の根元部分が第２の接着部材５２で固定されるとともに、リード部６３，６４の根元部分が第２の接着部材５２で固定されているが、第２の接着剤５２によって固定するリード部の組み合わせは任意である。例えば、リード部６１，６３の根元部分を第２の接着部材５２で固定するとともに、リード部６２，６４の根元部分を第２の接着部材５２で固定しても構わない。或いは、リード部６１〜６４を第２の接着剤５２を用いてそれぞれ異なる位置で固定しても構わない。

【0046】

このような構成を有する空芯コイル３１は、４端子構成を有するコイル部品に使用することができる。

【0047】

このように、本発明における空芯コイルは、複数のコイル導体を同心円状に巻回したものであっても構わない。この場合、コイル導体の本数は２本に限定されず、３本以上であっても構わない。

【0048】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0049】

１０ コイル部品
２０ 磁心
２１ 下部磁心
２１ａ 平板部
２１ｂ 凸部
２２ 上部磁心
２３ 実装面
３０，３１ 空芯コイル
４１，４２ 端子電極
４３ 実装部
４４ 接続部
５０，５３ コイル導体
５１ 第１の接着部材
５２ 第２の接着部材
６０ 巻回部
６１〜６４ リード部
７１ 芯材
７２ 被覆膜
７３ 融着層
８０ 回転軸
８１，８２ 案内軸
９０ ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】