特開 2025-114898 コイル部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025114898

(43)【公開日】2025-08-06

(54)【発明の名称】コイル部品

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/29 20060101AFI20250730BHJP

【ＦＩ】

H01F27/29 F

H01F27/29 125

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024009114

(22)【出願日】2024-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100085143

【弁理士】

【氏名又は名称】小柴 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 啓雄

(72)【発明者】

【氏名】吉田 峻

【テーマコード（参考）】

5E070

【Ｆターム（参考）】

5E070AA01

5E070AB01

5E070BA03

5E070EA02

5E070EB03

(57)【要約】

【課題】金属端子が接着剤層を介してコアに固着される、コイル部品において、外力が加わった際、接着剤層が破断に至るまでの耐力を向上させ、金属端子のコアに対する引張強度を向上させる。
【解決手段】接着剤の硬化時に接着剤層２７に残留する応力を低減するため、金属端子９をコア２に固着するための接着剤層２７を、接着剤２８および気泡２９を含む構成とする。気泡２９の大きさは、円相当径で直径３００μｍ以下であることが好ましく、接着剤層２７の断面において、気泡２９の面積率は２．９％以上かつ２７％以下であることが好ましい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル導体と、
前記コイル導体を保持するコアと、
前記コイル導体と接続された金属端子と、
前記金属端子を前記コアに固着するための接着剤層と、
を備え、
前記接着剤層は、接着剤および気泡を含む、
コイル部品。

【請求項2】

前記気泡には、窒素、アルゴンおよび空気から選ばれる少なくとも１種のガスが充填される、請求項１に記載のコイル部品。

【請求項3】

前記気泡は、扁平形状のものを含む、請求項１に記載のコイル部品。

【請求項4】

前記気泡の大きさの平均は、円相当径で直径３００μｍ以下である、請求項１に記載のコイル部品。

【請求項5】

前記接着剤層の断面において、前記気泡の面積率は２．９％以上かつ２７％以下である、請求項１に記載のコイル部品。

【請求項6】

前記コアは、巻芯部および前記巻芯部の軸線方向における互いに逆の端部にそれぞれ設けられた鍔部を有し、
前記コイル導体は、前記巻芯部のまわりに巻回されたワイヤを含み、
前記ワイヤは、前記金属端子に接続され、
前記金属端子は、前記接着剤層を介して前記鍔部に接合されている、
請求項１に記載のコイル部品。

【請求項7】

前記鍔部は、前記巻芯部の端部を位置させる内側端面と、前記内側端面とは反対方向に向く外側端面とを有し、
前記金属端子は、前記鍔部の前記外側端面において前記接着剤層を介して前記鍔部に接合されている、
請求項６に記載のコイル部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コイル部品に関するもので、特に、コイル導体を保持するコアとコイル導体に接続された金属端子とを備えるコイル部品において、金属端子をコアに固着するための接着剤層についての改良に関するものである。

【背景技術】

【0002】

本開示にとって興味ある技術として、たとえば特開２０２１－３９９６１号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１には、巻芯部および巻芯部の軸線方向における互いに逆の端部にそれぞれ設けられた鍔部を備えるドラム状のコアと、巻芯部のまわりに巻回されたコイル導体としてのワイヤと、ワイヤに接続された金属板からなる金属端子と、を備え、金属端子がコアの鍔部に接着剤を含む接着剤層を介して固着されている、コイル部品が記載されている。

【0003】

このように、外部との接続のための端子として金属端子を備える構造は、たとえば自動車向けのコモンモードチョークコイルにおいて採用されている。自動車向けのコモンモードチョークコイルにおいては、使用環境下でのヒートサイクルにより、プリント基板への接続のためのはんだにクラックが生じやすいが、端子として金属板からなる金属端子が採用されていると、金属端子自体の変形により、はんだにクラックが生じることをある程度抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－３９９６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のコイル部品において、接着剤層を介して金属端子をコアに固着すると、接着剤の硬化時に接着剤層には応力が残留する。特に、接着剤層が厚いほど、この残留応力が大きくなる。残留応力は、外力が加わった際、接着剤層が破断に至るまでの耐力を低下させる原因となる。

【0006】

そこで、本開示の目的は、コイル部品において金属端子をコアに接合する接着剤層に残留する応力を低減しようとすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、コイル導体と、コイル導体を保持するコアと、コイル導体と接続された金属端子と、金属端子をコアに固着するための接着剤を含む接着剤層と、を備える、コイル部品に向けられる。上述した技術的課題を解決するため、本開示は、接着剤層が、接着剤および気泡を含むことを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、接着剤層が気泡を含むので、硬化前の接着剤と比較して、気体である気泡はより大きな変形能を有する。その結果、硬化中に生じる接着剤の収縮に対応して気泡が膨張し、接着剤部分の残留応力が低減された硬化物としての接着剤層を得ることができる。したがって、接着剤層における接着剤部分の残留応力を小さくすることができるため、接着剤層を強度の高い硬化物とすることができ、よって、金属端子のコアに対する引張強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態によるコイル部品１の外観を示す斜視図であり、（Ａ）は比較的上方から見た図、（Ｂ）は比較的下方から見た図である。

【図2】図１に示したコイル部品１における鍔部５への金属端子９の取付け部分を示す、図１の線II－IIに沿う拡大断面図である。

【図3】気泡の面積率が異ならされた４つの状態Ａ、Ｂ、ＣおよびＤにある接着剤層の断面研磨写真を示す図である。

【図4】図３に示した気泡の面積率が異なる４つの状態Ａ、Ｂ、ＣおよびＤにおける金属端子のコアに対する引張強度を示す図でる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１および図２を参照して、本開示の一実施形態によるコイル部品１について説明する。図１に示したコイル部品１は、たとえばコモンモードチョークコイルを構成するものである。

【0011】

コイル部品１に備えるコア２は、ドラム状であり、巻芯部３と、巻芯部３の軸線方向ＡＸにおける互いに逆の端部にそれぞれ設けられた鍔部５とを有する。コア２は、好ましくは、フェライトから構成される。なお、コア２は、フェライト以外の非導電性材料、たとえば、アルミナのような非磁性体、またはフェライト粉もしくは金属磁性粉を含有する樹脂などから構成されてもよい。

【0012】

巻芯部３のまわりには、コイル導体としての２本のワイヤ７および８が巻回される。図１において、ワイヤ７および８の主要部の図示は省略されている。

【0013】

ワイヤ７および８の各端部は、金属端子９に接続される。図１に示すように、コイル部品１は４個の金属端子９を備える。４個の金属端子９は、互いに同じまたは対称形状を有している。より詳細には、互いに対称形状の２個の金属端子９が一方の鍔部５において幅方向に並んで配置され、同様に、互いに対称形状の２個の金属端子９が他方の鍔部５において幅方向に並んで配置される。

【0014】

コア２に備える巻芯部３は、たとえば四角形の断面形状を有する四角柱形状をなしている。なお、巻芯部３の断面形状は、四角形のほか、六角形などの多角形であっても、円形、楕円形であっても、これらの組み合わせであってもよい。

【0015】

コア２に備える各鍔部５は、軸線方向ＡＸに対して平行に延びかつ実装時において実装基板側に向けられる底面１１と、底面１１とは反対方向に向く天面１２と、を有している。各鍔部５は、また、底面１１から立ち上がる面であって、実装基板に対して直交する方向またはほぼ直交する方向にそれぞれ延びる、巻芯部３の端部を位置させる内側端面１３と、内側端面１３とは反対方向に向く外側端面１４と、内側端面１３および外側端面１４間を結ぶ第１側面１５および第２側面１６と、を有している。

【0016】

金属端子９は、たとえばリン青銅やタフピッチ銅などの銅系合金からなる金属板を加工することにより製造される。金属端子９の材料となる金属板には、好ましくは、錫めっきが施される。金属板は、たとえば０．１０ｍｍ以上かつ０．１５ｍｍ以下の厚みを有する。

【0017】

金属端子９の各々は、鍔部５の底面１１に沿って延びる基底部２０と、基底部２０から、鍔部５の底面１１と外側端面１４とが交差する稜線部分２１を覆う屈曲部２２を介して連結され、鍔部５の外側端面１４に沿って延びる立上がり部２３と、を有している。さらに、金属端子９の各々には、基底部２０から延びる接続片２４が形成されている。

【0018】

ワイヤ７および８の各端部は、金属端子９の接続片２４に接続される。この接続には、たとえばレーザ溶接が適用される。図１には、レーザ溶接によって形成された半球状に盛り上がる溶接塊部２５が図示されている。レーザ溶接以外に、熱圧着によってワイヤ７および８の各端部が、金属端子９の接続片２４に接続されてもよく、その他の方法によって接続されていてもよい。

【0019】

ワイヤ７および８は、通常、断面円形であり、線状の中心導体と、中心導体の周面を覆う電気絶縁性樹脂からなる絶縁皮膜とを有する。中心導体の径は、たとえば２８μｍ以上かつ５０μｍ以下である。また、絶縁皮膜の厚みは、たとえば３μｍ以上かつ６μｍ以下である。中心導体は、たとえば、銅、銀、金などの良導電性金属からなる。絶縁皮膜は、たとえば、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリイミドからなる。

【0020】

２本のワイヤ７および８は、図１において図示を省略したが、巻芯部３のまわりに同方向に螺旋状に巻回される。より具体的には、２本のワイヤ７および８は、いずれか一方を内層側に、いずれか他方を外層側に、というように２層巻きにされても、巻芯部３の軸線方向において各々のターンが交互に配列されかつ互いに同方向に並んだ状態で巻くバイファイラ巻きにされてもよい。

【0021】

金属端子９の、鍔部５への取付け部分は、図２によく示されている。金属端子９は、接着剤層２７を介して鍔部５に接合されている。より具体的には、金属端子９は、鍔部５の外側端面１４において接着剤層２７を介して鍔部５に固着されている。

【0022】

接着剤層２７を構成する接着剤は、主剤と硬化剤とを含むエポキシ樹脂が一般的である。たとえば、ビスフェノールＡまたはＦを主剤とし、アミンまたはジシアンジアミドを硬化剤とした、一液性エポキシ樹脂が用いられる。接着剤には、さらに、着色剤としてカーボンが入っていても、充填剤としてシリカ等の無機固形物が入っていてもよく、それ以外に適宜の添加剤が入っていてもよい。

【0023】

接着剤は、熱硬化において収縮することが知られている。熱硬化における収縮は接着剤層２７の内部の残留応力を増大する要因となり、外力が加わった際に破断に至るまでの耐力が低下する。そのため、接着剤層２７の内部の残留応力は小さい方が好ましい。

【0024】

接着剤層２７の内部の残留応力を低減するため、図２に模式的に示されているように、接着剤層２７は、接着剤２８に加えて、気泡２９を含んでいる。このように接着剤層２７が接着剤２８および気泡２９を含む状態は、たとえば、硬化前の液状の段階で、接着剤２８に気体を注入しながら攪拌することによって得られる。攪拌方法としては、たとえばプラネタリーミキサが用いられる。注入される気体、すなわち気泡２９に充填される気体としては、たとえば窒素、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、あるいは、主に窒素、酸素、アルゴンおよび二酸化炭素の混合物である空気であってもよい。ここでいう空気とは、地球の大気を構成している気体のことである。窒素、アルゴン等の不活性ガスは接着剤の酸化を抑制することができるという利点がある。また、空気は安価であるという利点がある。

【0025】

気泡２９は、潰れた球のような扁平形状のものを含むことが好ましい。特に、気泡２９の扁平形状を与える長径方向は、接着剤層２７の厚み方向に垂直な方向に向いていることがより好ましい。後述する図３において、接着剤層２７に含まれる気泡２９が白っぽい像として示されているが、図３は厚み方向に垂直な方向の断面研磨写真を示しているので、気泡２９が有する扁平形状は当該写真では視認が困難である。

【0026】

接着剤層２７を接着面と平行に研磨して現れた断面上での気泡２９の大きさは、円相当径で直径３００μｍ以下であることが好ましい。３００μｍを超えると、接着剤層２７とこれに接する金属端子９およびコア２の各々との接着面積の減少度合いが大きくなり、接着強度の低下が懸念される。

【0027】

接着剤層２７を接着面と平行に研磨して現れた断面において、気泡２９の面積率は２．９％以上かつ２７％以下であることが好ましい。気泡２９の面積率が２．９％未満であると、気泡２９の占有割合が低すぎるため、残留応力を緩和しきれないことがあるからである。他方、気泡２９の面積率が２７％を超えると、接着剤２８の硬化過程における気泡２９の熱による膨張量が無視できなくなり、気泡２９の制御が困難となり、接着剤層２７を再現性良く製造することが困難となるからである。

【0028】

コイル部品１は、図１に示されるように、２つの鍔部５の各天面１２間に渡された天板３１をさらに備えていてもよい。天板３１は、コア２の場合と同様、好ましくは、フェライトから構成される。また、天板３１は、フェライト以外の非導電性材料、たとえば、アルミナのような非磁性体、またはフェライト粉もしくは金属磁性粉を含有する樹脂などから構成されてもよい。

【0029】

天板３１は、図示しない接着剤によって、２つの鍔部５の各天面１２に接着される。これによって、天板３１は、コア２と協働して閉磁路を形成することができる。接着剤としては、たとえば、エポキシ系樹脂からなるもの、あるいはこれにシリカフィラーを含有したものが用いられる。

【0030】

次に、本開示の効果を確認するために実施した実験例について説明する。

【0031】

接着剤として、ビスフェノールＡを主剤とし、アミンを硬化剤とした、一液性エポキシ樹脂を用いた。接着剤の硬化前の液状状態において、窒素ガスを注入しながらプラネタリーミキサで攪拌することによって、接着剤中に気泡を含ませた。そして、気泡および接着剤を含む接着剤層を形成した、図２に示すような構造を有する試料を得た。なお、試料における接着剤層は、いずれも、接着面の面積が４．０×１０^５μｍ^２であり、厚みは３０μｍであった。

【0032】

ここで、気泡を含む接着剤を得るための上記攪拌条件を変えることによって、接着剤が形成しようとする接着剤層の気泡面積率および気泡直径ならびに引張強度が異なる試料を得た。

【0033】

なお、気泡面積率および気泡直径は、それぞれ、接着剤層を接着面と平行に研磨して現れた断面上での気泡についての面積率および直径であるが、これら気泡面積率および気泡直径の測定に供された試料は、接着剤層の断面が露出する状態に処理された状態にあるので、この試料自体を引張強度の測定に供することができない。したがって、この実験例では、所定の攪拌条件で処理された接着剤を用意し、その中から気泡面積率および気泡直径の測定に供される試料と引張強度の測定に供される試料とを選び出した。すなわち、気泡面積率および気泡直径の測定に供される試料と引張強度の測定に供される試料とは、共通の攪拌条件で処理された接着剤であるので、気泡面積率、気泡直径および引張強度が実質的に同じであると推定される。

【0034】

表１には、測定により求められた「気泡面積率」、「気泡直径」および「引張強度」が示されている。「気泡面積率」、「気泡直径」および「引張強度」のいずれについても、サンプル数は１０であり、その平均値が示されている。

【0035】

図３には、接着面に平行な方向、すなわち、接着剤層の厚み方向に垂直な方向の断面研磨写真が示されている。図３において、接着剤層に含まれる気泡が白っぽい像として示されていて、そのまわりの黒っぽい領域が接着剤を示している。図３における「状態Ａ」、「状態Ｂ」、「状態Ｃ」および「状態Ｄ」は、それぞれ、表１における「状態Ａ」、「状態Ｂ」、「状態Ｃ」および「状態Ｄ」に相当している。

【0036】

表１に示すように、「気泡面積率」は、「状態Ａ」の接着剤層では０％、「状態Ｂ」の接着剤層では２．９％、「状態Ｃ」の接着剤層では１４％、「状態Ｄ」の接着剤層では２７％であった。

【0037】

「気泡面積率」は、接着剤層の接着面の面積に対する、接着剤層の厚み方向の中央かつ厚み方向に垂直な方向の断面に現れた気泡が占める面積の比率であり、観察面において、気泡を画像処理ソフトによる輝度値の２値化により計算された。なお、「気泡面積率」を求めるための断面画像の撮影時において、気泡と識別できない面積のものは、気泡と見なさなかった。より具体的には、接着剤層の接着面の円相当径の１％未満の直径の気泡は、気泡と見なさなかった。この実験例の場合、接着剤層の接着面の面積が４．０×１０^５μｍ^２であるので、円相当径が７１０μｍであり、その１％は７．１μｍである。したがって、直径が７．１μｍ未満の気泡は、「気泡面積率」を求めるための気泡とは見なさなかった。

【0038】

「気泡直径」は、「気泡面積率」を求めた断面と同一の断面である、接着剤層の厚み方向の中央かつ厚み方向に垂直な方向の断面に現れた直径が７．１μｍ以上の気泡の円相当径の平均を求めたものである。「気泡直径」を求める場合も同様に、直径が７．１μｍ未満の気泡は、「気泡直径」を求めるための気泡とは見なさなかった。

【0039】

また、状態Ａ～Ｄの各々における金属端子のコアに対する引張強度を測定した。その結果が表１の「引張強度」および図４に示されている。図４では、サンプル数１０についての引張強度の平均値と分布状態が示されている。引張強度は、図２を参照しながら説明すると、コア２を適宜のホルダ（図示せず。）で固定しながら、金属端子９に矢印Ｌで示す方向の力を加え、この力を徐々に大きくし、金属端子９がコア２によって保持し得なくなった時点での力を示している。なお、金属端子９がコア２によって保持し得なくなる現象は、接着剤層２７自体の厚みの範囲内での破断による場合（凝集破壊）と、接着剤層２７とコア２または金属端子９との界面での分断による場合（界面破壊）と、があり得るが、この実験例では両者の混合破壊が生じていた。

【0040】

【表1】

【0041】

表１および図４からわかるように、気泡を含まない状態Ａの接着剤層に比べて、気泡を含む状態Ｂ、状態Ｃおよび状態Ｄの接着剤層によれば、引張強度が向上している。これは、状態Ａの接着剤層に比べて、状態Ｂ、状態Ｃおよび状態Ｄの接着剤層の方が、残留応力が小さくなったためである。

【0042】

また、気泡を含む状態Ｂ、状態Ｃおよび状態Ｄの間で比較すると、「気泡面積率」が大きくなるほど、「気泡直径」が大きくなり、「引張強度」が大きくなっている。なお、「気泡面積率」は際限なく、より大きい方が好ましいのではなく、後述するように、２７％以下であることが好ましい。

【0043】

表１に示したデータから、気泡の大きさは円相当径で直径３００μｍ以下であることが好ましいことが読み取れ、気泡面積率は２．９％以上かつ２７％以下であることが好ましいことが読み取れる。

【0044】

以上、本開示に係るコイル部品を、コモンモードチョークコイルに関する実施形態に基づいて説明したが、この実施形態は、例示的なものであり、その他種々の変形例が可能である。したがって、コイル部品に備えるワイヤの本数およびワイヤの巻回方向、ならびに金属端子の個数等は、コイル部品の機能に応じて変更され得る。

【0045】

また、上述した実施形態では、コイル導体としてワイヤ７および８を備えていたが、本開示は、ワイヤに代えて導体膜からなるコイル導体を備えるコイル部品にも適用され得る。

【0046】

また、上述した実施形態では、コアとして、巻芯部３および巻芯部３の軸線方向における互いに逆の端部にそれぞれ設けられた鍔部５を有するドラム状のコアを備えていたが、本開示は、単なる板状等、他の形状のコアを備えるコイル部品、さらには積層構造を有するコイル部品にも適用され得る。

【0047】

また、上述した実施形態では、金属端子９をコア２に固着する接着剤として、エポキシ樹脂を含むものが例示されたが、本開示は、他の組成からなる接着剤についても同様に適用され得る。

【0048】

また、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。

【0049】

本開示の実施態様には、次のようなものがある。

【0050】

＜１＞
コイル導体と、
前記コイル導体を保持するコアと、
前記コイル導体と接続された金属端子と、
前記金属端子を前記コアに固着するための接着剤層と、
を備え、
前記接着剤層は、接着剤および気泡を含む、
コイル部品。

【0051】

＜２＞
前記気泡には、窒素、アルゴンおよび空気から選ばれる少なくとも１種のガスが充填される、＜１＞に記載のコイル部品。

【0052】

＜３＞
前記気泡は、扁平形状のものを含む、＜１＞または＜２＞に記載のコイル部品。

【0053】

＜４＞
前記気泡の大きさの平均は、円相当径で直径３００μｍ以下である、＜１＞ないし＜３＞のいずれかに記載のコイル部品。

【0054】

＜５＞
前記接着剤層の断面において、前記気泡の面積率は２．９％以上かつ２７％以下である、＜１＞ないし＜４＞のいずれかに記載のコイル部品。

【0055】

＜６＞
前記コアは、巻芯部および前記巻芯部の軸線方向における互いに逆の端部にそれぞれ設けられた鍔部を有し、
前記コイル導体は、前記巻芯部のまわりに巻回されたワイヤを含み、
前記ワイヤは、前記金属端子に接続され、
前記金属端子は、前記接着剤層を介して前記鍔部に接合されている、
・ ないし＜５＞のいずれかに記載のコイル部品。

【0056】

＜７＞
前記鍔部は、前記巻芯部の端部を位置させる内側端面と、前記内側端面とは反対方向に向く外側端面とを有し、
前記金属端子は、前記鍔部の前記外側端面において前記接着剤層を介して前記鍔部に接合されている、
＜６＞に記載のコイル部品。

【符号の説明】

【0057】

１ コイル部品
２ コア
３ 巻芯部
５ 鍔部
７，８ ワイヤ
９ 金属端子
１３ 内側端面
１４ 外側端面
２７ 接着剤層
２８ 接着剤
２９ 気泡
ＡＸ 軸線方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】