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JP2007299915A - 磁性素子 - Google Patents

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JP2007299915A
JP2007299915A JP2006126327A JP2006126327A JP2007299915A JP 2007299915 A JP2007299915 A JP 2007299915A JP 2006126327 A JP2006126327 A JP 2006126327A JP 2006126327 A JP2006126327 A JP 2006126327A JP 2007299915 A JP2007299915 A JP 2007299915A
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shield core
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Abstract

【課題】小型で、簡単にコイルと端子とを接続することができる磁性素子を提供することである。
【解決手段】巻軸の端部に鍔面2dを有する鍔部2bを設けたドラムコア2と、前記巻軸に巻回されたコイル3と、前記コイル3の端部を接続するための端子と、前記鍔部の外周の一部に沿うような形状を有する嵌合部4aを設けたシールドコア4と、を備えるように磁性素子1を構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、磁性素子に関連し、特に電源用途に用いられるインダクタンス素子に関する。
従来、巻軸にコイルを巻回した円形のドラムコアの周囲に、矩形あるいは円筒形状のリングコアを配置する構造の磁性素子が、多数知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−73847号公報
しかし、上記の構造の磁性素子では、円形のドラムコアの周囲に、矩形あるいは円筒形状のドラムコアを配置しているため、磁性素子の大きさは、ドラムコアの外径寸法とリングコアの半径方向の寸法とを加えたものとなるので、磁性素子が大型になる。さらには、基板に実装した際の磁性素子の配置面積が大きくなるという問題がある。
また、ドラムコアの周囲をリングコアで囲んでいるため、端子とコイルとを接続させる際に、ドラムコアの巻軸に巻回されているコイルの端部を端子側に引き出しにくいという問題がある。
本発明の目的は、上記のような問題点を考慮し、小型で、簡単にコイルと端子とを接続することができる磁性素子を提供することである。
本発明は、上記のような目的を達成するためになされたものであり、この目的は、下記(1)〜(3)の発明によって達成される。
(1)巻軸の端部に鍔面を有する鍔部を設けたドラムコアと、
前記巻軸に巻回されたコイルと、
前記コイルの端部を接続するための端子と、
前記鍔部の外周の一部に沿うような形状を有する嵌合部を設けたシールドコアと、を備えたこと
を特徴とする磁性素子。
(2)前記シールドコアは、平面状の壁部と、この壁部に沿って連接するように形成された複数の前記嵌合部とを備え、
前記複数の嵌合部に、複数の前記ドラムコアを嵌合させたこと
を特徴とする上記(1)に記載の磁性素子。
(3)前記巻軸の前記鍔面と平行方向の断面積をS1とし、前記シールドコアの前記鍔面と平行方向の断面積をS2としたときに、
0.5×S1≦S2≦5×S1
の関係であること
を特徴とする上記(1)に記載の磁性素子。
本発明の磁性素子では、ドラムコアの鍔部の一部とシールドコアを嵌合させて、磁性素子を組み立てる。
本発明に係る磁性素子によれば、ドラムコアの鍔部の一部とシールドコアとを嵌合させて磁性素子を構成するので、磁性素子を小型にすることができる。また、ドラムコアに巻回されているコイルの端部が引き出しやすくなるので、コイルと端子を接続する作業を容易にする。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明するが、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の実施形態に係る磁性素子の分解斜視図である。
図1に示すように、磁性素子としてのインダクタンス素子1は、ドラムコア2と、コイル3と、シールドコア4とから構成されている。
ドラムコア2は、巻軸と、平面状の鍔面2dを有する鍔部2bとを備えている。ドラムコア2は、Ni−Zn系フェライトを用いた磁性材料で構成されている。また、鍔部2bに連接する図示しない巻軸には、コイル3が巻回されている。
また、ドラムコア2には、コイル3の端部を接続するための端子(図示せず)が設けられている。端子は、金属性の端子部材をドラムコアに取り付けることにより形成してもよいし、Agペーストを用いて端子電極をドラムコアに印刷することにより形成してもよい。また、端子電極は、シールドコア4に設けるようにしてもよい。
シールドコア4は、ドラムコア2の高さと略一致するように形成されており、ドラムコア2に対向する面には、鍔部2bの外周の形状2aと合致するような形状を有する嵌合部4aが形成されている。本実施形態では、鍔部2bの外周の形状2aは円形であるので、嵌合部4aは、半円柱状の凹部を有するように形成されている。また、嵌合部4aは、半円柱状の凹部が有する曲面の長さが、鍔部2bの外周の全長の1/4〜1/2となるように形成されている。なお、シールドコア4は、Ni−Zn系フェライトを用いた材料で構成され、例えば、金型プレス法によって、所定形状に成型される。
図2は、本実施形態による磁性素子の斜視図である。
図2に示すように、ドラムコア2の鍔部2bの外周2aの一部と、シールドコア4の嵌合部4aとを嵌合させることにより、インダクタンス素子1が組み立てられている。なお、鍔面2dとシールドコア4の上下面とが、一つの平面を形成するように組み立てられている。また、ドラムコア2とシールドコア4とを組み付ける際は、鍔部2bの側面と、その側面に対応するシールドコア4の所望の部位に接着剤を塗布することにより固定する。
このように、ドラムコア2とシールドコア4とを組み立てることにより、インダクタンス素子1の内部に閉磁路回路が形成される。なお、シールドコア4は、ドラムコア2からの磁束を通過させているので、磁束の漏れを防止する磁器シールドコアとしての機能を有している。
なお、このインダクタンス素子1を電源用途として、即ち大電流対応とするためには、磁路中にギャップを設ける必要がある。ここでギャップを設ける方法としては、ドラムコア2の少なくとも一方の鍔部2bの外周径を、他方の鍔部2bの外周径よりも小さくすることにより、シールドコア4との間に空隙を形成する方法が考えられる。また、別の方法として、シールドコア4の実効透磁率を、ドラムコア2の実効透磁率よりも低く設定し、実質的にギャップの作用を奏させることも可能である。そのような方法を用いる場合は、透磁率の低い磁性材料や、樹脂と磁性粉を混合したものをコア材として用いる等の種々変更が可能である。
図3は、図2に示した磁性素子のA−A線上の断面図である。
図3に示すように、ドラムコア2の巻軸2cには、コイル3が巻回されている。また、このコイル3からは、図に示した矢印の方向に、巻軸2c、鍔部2b、シールドコア4を貫く磁束Φ1が発生する。なお、素子に流れる磁束の向きは、コイル3に流れる電流の向きによって変化する。
ここでは、鍔面2dに平行な巻軸2cの断面積をS1とし、鍔面2dに平行であって、図に示すようなシールドコア4の最も狭い部分(本実施形態では、シールドコア4の1/2の高さにおける断面積)の断面積をS2と定義する。なお、本実施形態のインダクタンス素子1においては、シールドコア4の断面は同一形状であるため、上記S2の値は常に一定である。
本実施形態のインダクタンス素子1では、断面積S1と断面積S2との関係が、0.5×S1≦S2≦5×S1の関係となるように設定されている。
図4は、図3に示した磁性素子のB−B線上の断面図である。
断面積S1の巻軸2cには、コイル3が巻回されている。鍔部2bは、巻回されたコイル3の外周径よりも大きな外周径を有するように構成されている。
また、シールドコア4に設けられた嵌合部4aが、ドラムコア2の鍔部2bの外周の一部と嵌合し、ドラムコア2とシールドコア4とは互いに接触している。上述したように、鍔部2bとシールドコア4とが接触する部分の長さは、鍔部2bの外周の全長の1/4〜1/2の長さの範囲となる。接触部分の長さをこのような範囲に設定することにより、シールドコア4がドラムコア2を保持する強度を維持できるとともに、基板に実装した際のインダクタンス素子1の配置面積を小さくすることができる。
ここで、鍔部2bとシールドコア4との接触面積が小さい場合、例えば点接触しているような場合には、インダクタンス素子に電流を流すとすぐに磁気飽和状態となってしまう。しかし、本実施形態のインダクタンス素子1では、シールドコア4の嵌合部4aの形状を、ドラムコア2の鍔部2bの形状と合致するように形成しているので、シールドコア4に生じる磁気飽和と、ドラムコア2に生じる磁気飽和との割合を等しくすることができ、インダクタンス素子の内部で局所的な磁気飽和状態が発生することを遅らせることができる。
また、本実施形態のインダクタンス素子1によれば、ドラムコア2及びシールドコア4とも簡素な構成であるため、素子の製造が容易であり、製造コストを低くすることができる。
また、本実施形態のインダクタンス素子1によれば、ドラムコア2の巻軸2cの断面積をS1とし、シールドコア4の断面積をS2とした時に、断面積S1と断面積S2との関係が、0.5×S1≦S2≦5×S1となるように設定されているので、インダクタンス素子1を種々の用途に用いたとしても、ドラムコア2及びシールドコア4の内部で発生する磁気飽和の発生を遅らせて、インダクタンス素子の電気特性の変動を抑えることができる。なお、本実施形態では、基板の実装面積を抑えるため、断面積S2を断面積S1の5倍以下になるように設定しているが、コアの構造上の強度を向上させるため、断面積S2を断面積S1の5倍以上となるように設定してもよい。
図5は、本発明の実施形態による磁性素子を実装基板に装着する際の斜視図である。
図5において、図2と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
図5に示すように、ドラムコア2の鍔面2dに設けられた実装面2eには、端子電極5が形成されている。この端子電極5には、巻軸2cに巻回されたコイル3の端部(図示せず)が接続されている。また、インダクタンス素子1は、半田付けによって、端子電極5と実装基板6との接触が保たれている状態で、実装基板6に実装される。これにより、実装基板6から供給される電流は、端子電極5を介して、インダクタンス素子1に供給される。
本実施形態のインダクタンス素子1によれば、鍔部2bとシールドコア4とが接触する部分の長さが、鍔部2bの外周の全長の1/4〜1/2の長さとなるように設定されているので、ドラムコア2のすべてがシールドコア4に囲まれているわけではない。そのため、シールドコア4が存在しない部分から、巻芯2cに巻回されているコイル3の端部を視認することができるので、コイル3の端部を引き出して端子電極5に接続する作業を容易に行うことができる。
また、図に一点鎖線で示されたX−X線は、ドラムコア2の図示されない巻軸2cの長軸方向を示す。また、図に一点鎖線で示されたY−Y線は、実装面2eに平行な方向を示す。すなわち、本実施形態では、ドラムコア2の巻軸2cの長軸が、実装面2eに対して垂直となるような状態で、インダクタンス素子1が基板6に実装される。このため、鍔面2dによって、インダクタンス素子1の上下方向における磁束漏洩を少なくすることができるので、例えば、電源基板の上下方向に信号基板が配置されるような多層回路構成等に素子を使用する場合に、上下方向に漏洩する磁束により生じる信号処理用途の電子部品の誤作動を少なくすることができる。
図6は、本発明の他の実施形態による磁性素子を実装基板に装着した際の斜視図である。
図6において、図2と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態におけるシールドコア4′は、ドラムコア2の高さと略一致するように形成されており、ドラムコア2に対向する面には、鍔部2bの外周の形状2aと合致するような形状を有する嵌合部4′aが形成されている。本実施形態では、鍔部2bの外周の形状2aは円形であるので、嵌合部4′aは、半円柱状の凹部を有するように形成されている。
また、シールドコア4′は、鍔部2bの半径方向の幅が、鍔部2bの外周に沿って略等しくなるような大きさで形成されている。これにより、シールドコア4′を小型にすることができるので、基板上におけるインダクタンス素子1の配置面積を小さくすることができる。
また、嵌合部4′aは、半円柱状の凹部が有する曲面の長さが、鍔部2bの外周の全長の略1/2となるように形成されている。なお、シールドコア4′は、Ni−Zn系フェライトを用いた材料で構成され、例えば、金型プレス法によって、所定形状に成型される。
図7は、本発明による別の実施形態の磁性素子の断面図である。
図7において、図3と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図7に示すように、インダクタンス素子11は、いわゆるT字型のドラムコア12と、ドラムコアの巻芯12cに巻回されたコイル3と、シールドコア14とから構成されている。
ドラムコア12は、巻軸12cと、巻軸12cの一端のみに連接された鍔部12bとから構成される。
シールドコア14は、ドラムコア12に対向する本体部14aと、本体部14aの下端側に連接された平板状の台座部14bとから構成されており、図に示すように、シールドコア14の断面は、いわゆるL字状になるように形成されている。インダクタンス素子11は、鍔部12bが形成されていない側の巻軸12cの端部12fを、シールドコア14の台座部14bに載せることによって組み立てられる。
図8は、本発明による別の実施形態の磁性素子の斜視図である。
図8に示すように、ドラムコア13は、図示しない巻軸と、この巻軸に連接された略正方形状の鍔面13dを有する鍔部13bと、から構成されている。また、巻軸には、コイル3が巻回されている。なお、ドラムコア13は、Ni−Zn系フェライトを用いた磁性粉末材料で構成されている。
シールドコア14′は、ドラムコア13と巻軸方向で高さが略一致するように形成され、ドラムコア13に対向する面には、鍔部13bの外周形状に合致するような形状を有する嵌合部14′aが形成されている。本実施形態では、鍔部13bの外周形状は正方形であるので、嵌合部14′aには、直方体状の凹部が形成される。シールドコア14′は、Ni−Zn系フェライトを用いた材料で構成され、例えば、金型プレス法によって所定形状に成型される。なお、シールドコア14′は、磁性体入り接着剤で構成してもよい。
インダクタンス素子21は、鍔部13bの外周13aの一部と、シールドコア14′の嵌合部14′aとを嵌合して、組み立てられている。鍔部13bとシールドコア14′とが接触する部分の長さは、鍔部13bの外周の全長の1/4〜1/2の長さとなるように設定されている。このような範囲に接触部分の長さを設定することにより、ドラムコア13とシールドコア14′との保持強度を維持できるとともに、基板に実装した際のインダクタンス素子21の配置面積を小さくすることができる。
なお、ドラムコア13とシールドコア14′とを組み付ける際は、鍔部13bの側面と、その側面に対応するシールドコア14′の所望の部位に接着剤を塗布して固定する。これにより、インダクタンス素子21には、ドラムコア13とシールドコア14′によって、閉磁路回路が形成されている。
また、インダクタンス素子21は、鍔面13dに平行な巻軸の断面積をS1とし,鍔面13dに平行であって、シールドコア14′の最も狭い部分の断面積をS2とすると、断面積S1と断面積S2との関係が0.5×S1≦S2≦5×S1の関係となるように設定されている。
鍔部13bの実装面13eには、端子電極15が設けられている。端子電極15は、実装面13eにAgペーストを塗布し、焼成することにより形成される。このように、端子となる部位にAgペーストを塗布し、焼成した電極タイプのコアとすることで、生産性、基板への実装性を向上させることができる。また、インダクタンス素子21は、端子電極15と実装基板とを半田付けで固定することにより、実装基板6に実装されており、基板から供給される電流は、端子電極15を介して、インダクタンス素子21に供給される。
本実施形態のインダクタンス素子21によれば、鍔部13bが略正方形状を有しているので、基板に実装する際の実装性・安定性を向上させることができる。また、基板に取り付けた際のインダクタンス素子21の高さを低くすることができ、全体的に小型化を図ることができる。
図9は、本発明の別の実施形態の磁性素子の斜視図である。
図9に示すように、本実施形態のインダクタンス素子41は、コイル3が巻回された複数のドラムコア2A,2B、2Cと、シールドコア42と、から構成されている。ドラムコア2A,2B,2Cは、互いに同一の形状を有するように構成されている。また、ドラムコア2A,2B,2Cは、Ni−Zn系フェライトを用いた磁性材料で構成されている。
シールドコア42は、ドラムコア2と高さが略一致するように形成され、ドラムコア2A,2B,2Cと対向する側には、平面を有する壁部42bが形成されている。この壁部42bには、ドラムコアの鍔部2bの外周形状2aの一部に合致するような形状を有する嵌合部42aが、複数個所に形成されている。本実施形態では、鍔部2bの外周形状2aは円形であるので、嵌合部42aには、半円柱状の凹部が形成されている。また、シールドコア42には、3個のドラムコア2A、2B、2Cを嵌合する必要があるため、壁部42bに沿って連接するように3箇所の嵌合部42aが形成されている。なお、シールドコア42は、Ni−Zn系フェライトを用いた材料で構成され、例えば、金型プレス法によって所定形状に成型される。なお、シールドコア42は、磁性体入り接着剤で構成してもよい。
インダクタンス素子41は、各ドラムコア2A,2B,2Cの鍔部2bの外周2aの一部と、シールドコア42の嵌合部42aとを嵌合することによって組み立てられる。鍔部2bとシールドコア41とが接触する部分の長さは、それぞれ鍔部2bの外周の全長の1/4〜1/2の長さとなるように設定されている。このような範囲に接触部分の長さを設定することにより、シールドコア42が、ドラムコア2A、2B、2Cを保持する強度を維持できるとともに、基板に実装した際のインダクタンス素子41の配置面積を小さくすることができる。なお、各ドラムコア2A,2B、2Cとシールドコア42とを組み付ける際は、鍔部2bの側面と、その側面に対応するシールドコア42の所望の部位に接着剤を塗布して固定する。
コイルを接続させるための端子は、金属性の端子部材を各ドラムコアに取り付けることによって形成してもよい。また、Agペーストを用いて端子電極をドラムコアの実装面に印刷するようにして形成してもよい。なお、端子電極は、シールドコア42に設けてもよい。
本実施形態のインダクタンス素子41は、1個のシールドコア42と、3個のドラムコア2A、2B、2Cとを組み合わせることにより構成されているので、1個のインダクタンス素子41に3箇所の閉磁路回路が形成されており、巻軸2c、鍔部2b、シールドコア42を貫く磁束経路ΦA、ΦB,ΦCが、それぞれ独立に発生している。これらの磁束経路ΦA、ΦB,ΦCは、図に示すように、シールドコア42のドラムコアの巻軸の長軸に沿うような方向に存在する。なお、素子に流れる磁束の向きは、各ドラムコアに巻回されているコイル3に流れる電流の向きによって変化する。
このように、本実施形態のインダクタンス素子41によれば、各ドラムコア2A,2B、2Cについて、それぞれ独立した磁束経路を形成することができるので、各磁束が混ざり合うことが少なく、複数のドラムコアを使用したとしても、安定したインダクタンス素子41の電気特性を維持することができる。
なお、シールドコアに嵌合させるドラムコアの数は、本実施形態のように3個にかぎることなく、2個若しくは4個以上であってもよい。この場合、シールドコアには、ドラムコアと同数の嵌合部が形成される。また、ドラムコアとして、略正方形状の鍔部を有するドラムコアを用いるようにしてもよい。
また、複数のドラムコアをいわゆるT字型のドラムコアとし、さらに、壁部42bの下端側に平板状の台座部14bを設けて、シールドコアの断面がL字状になるように形成し、台座部にT字型のドラムコアを載置して、インダクタンス素子を完成させるようにしてもよい。
図10は、図9に示した磁性素子の上平面図である。
図10において、図9と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
図10に示すように、各ドラムコア2A,2B、2Cの巻軸2cには、コイル3が巻回されており、鍔部2bは、巻回されたコイル3の外周径よりも大きな外周径を有している。
また、各ドラムコアの下方には、ユーザー端子若しくは絡げ端子である端子7が接続されている。端子7は、ドラムコアが載置される基板に一体に形成されるものであってもよいし、別個に成型された端子部材であってもよい。
ここで、各ドラムコアの鍔面2dに平行な巻軸の断面積S1を足し合わせた面積をS′1とし,鍔面2dに平行であって、シールドコア42の最も狭い部分の断面積をS′2とすると、インダクタンス素子41は、断面積S′1と断面積S′2との関係が0.5×S′1≦S′2≦5×S′1の関係となるように構成されている。
このように、本形態のインダクタンス素子41によれば、複数のドラムコア2の巻軸2cの断面積S1を足した面積をS′1とし、シールドコア42の断面積をS′2とした時に、断面積S′1と断面積S′2との関係が、0.5×S′1≦S′2≦5×S′1となるように設定されているので、インダクタンス素子41を種々の用途に用いたとしても、各ドラムコア2A,2B、2C及びシールドコア42の内部で発生する磁気飽和の発生を遅らせて、インダクタンス素子の電気特性の変動を抑えることができる。また、同時に、素子の強度を維持しつつ、基板上におけるインダクタンス素子41の配置面積を小さくすることができる。なお、シールドコア42は、磁性体入り接着剤で構成してもよい。
なお、本発明の磁性素子は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。特に、上述したドラムコア及びシールドコアの形成に用いる磁性材料は、Ni−Zn系フェライトに限られるものではなくMn−Zn系フェライトや、金属系磁性材料、アモルファス系磁性材料等を用いることが可能である。
本発明の実施形態に係る磁性素子の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る磁性素子の斜視図である。 図2に示した磁性素子のA−A線上の断面図である。 図3に示した磁性素子のB−B線上の断面図である。 本発明の実施形態による磁性素子を実装基板に装着する際の斜視図である。 本発明の他の実施形態による磁性素子を実装基板に装着した際の斜視図である。 本発明による別の実施形態の磁性素子の断面図である。 本発明による別の実施形態の磁性素子の斜視図である。 本発明による別の形態例の磁性素子の斜視図である。 図9に示した磁性素子の上平面図である。
符号の説明
1,11,21、41・・インダクタンス素子、2,12・・ドラムコア、3・・コイル、2b、12b、13b・・鍔部、2c、12c・・巻軸、2d、12d、13d・・鍔面、2e、13e・・実装面、4、4′、14,14′、42・・シールドコア、4a、4′a、14a、14′a、42a・・嵌合部、5・・端子電極、6・・実装基板、7・・接続端子、14a・・本体部、14b・・台座部、S1・・ドラムコアの巻軸の断面積、S2・・シールドコアの断面積、Φ1・・磁束線、X・・巻軸の長軸線、Y・・実装面軸

Claims (3)

  1. 巻軸の端部に鍔面を有する鍔部を設けたドラムコアと、
    前記巻軸に巻回されたコイルと、
    前記コイルの端部を接続するための端子と、
    前記鍔部の外周の一部に沿うような形状を有する嵌合部を設けたシールドコアと、を備えたこと
    を特徴とする磁性素子。
  2. 前記シールドコアは、平面状の壁部と、この壁部に沿って連接するように形成された複数の前記嵌合部とを備え、
    前記複数の嵌合部に、複数の前記ドラムコアを嵌合させたこと
    を特徴とする請求項1に記載の磁性素子。
  3. 前記巻軸の前記鍔面と平行方向の断面積をS1とし、前記シールドコアの前記鍔面と平行方向の断面積をS2としたときに、
    0.5×S1≦S2≦5×S1
    の関係であること
    を特徴とする請求項1に記載の磁性素子。
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