JP4153511B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に微少電流域でのインダクタンスの安定化を図ったコイル部品に関する。

従来、電気回路内にはその回路の特性を変化させるために、ドラムコアと外周コアとを備えてドラムコアに導線が巻回されたチョークコイルからなるコイル部品が配置されている。このコイル部品では、所望の特性、例えば磁気飽和特性を得るために、磁路を形成するドラムコアと外周コアとの間に所定の隙間（ギャップ）を形成する必要があり、このギャップを形成するため、特許文献１に示されるように、外周コアのドラムコアと対向する面に突起を設け、この突起をドラムコアに当接させることによりギャップを管理する手法が提案されている。ギャップを適切な値に管理することにより、磁束の一部が外部に漏れ、良好な磁気飽和状態を得ることが可能となっている。
特開２００２−３１３６３５号公報

しかし、従来のコイル部品では、外周コアの突起がドラムコアに当接してギャップを管理しているため、微少電流領域でインダクタンス値Ｌが上昇していた。この場合に、電気回路に含まれる電源回路ＩＣの応答速度が遅くなり、電源回路の電圧変換効率が悪くなる場合があった。そうするとロスが発生するために、回路に接続されているバッテリーの寿命が低下する問題が発生していた。そこで本発明は、微少電流領域でもインダクタンス値の変化が少ない定量的に安定したコイル部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、柱状の巻芯部と巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、巻芯部に巻回される巻線と、ドラムコアの外周部分を覆う外周コアと、ドラムコア又は外周コアの少なくともいずれかに設けられて巻線の端部が継線される電極と、を備えたコイル部品を提供する。このコイル部品において外周コアには、一対の鍔部の外周部分と対峙する外周コア対峙面が規定され、一対の鍔部には、外周コア対峙面と対峙する鍔部対峙面が規定されている。外周コア対峙面と鍔部対峙面との少なくともいずれか一方には、他方に向けて突出すると共に他方に当接する突起部が複数設けられ、外周コア対峙面と鍔部対峙面との間の距離は、一の突起部から他の突起部までの間の周方向最短距離側の周方向中間位置に近づくに従い徐々に短くなっている。また外周コアが突起部を介してドラムコアに当接した状態で、外周コア対峙面は巻芯部の軸方向と直交する断面が円弧状に構成され、鍔部は鍔部対峙面を外周とする円板状に構成され、外周コア対峙面は、円弧の曲率半径が鍔部対峙面の半径よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。

このような構成によると、突起部分で磁束が飽和する前に、外周コア対峙面と鍔部対峙面との間の距離が短い箇所で磁束が通り、磁気飽和が発生する時期を遅らせることができる。よって磁気飽和によって発生するインダクタンス値の低下を抑制することができ、微少電流領域から電流が増加した場合にインダクタンス値の変化が少なくなる。よって微少電流領域から電流を増加させた場合であっても、インダクタンス値を高い値に維持することができる。従って巻線の巻回数を減らしたとしても、インダクタンス値を所望の値に保つことができる。

上記構成において、外周コアはドラムコアの周方向において複数の分割コアから構成され、分割コアは鍔部対峙面と対峙する分割コア対峙面をそれぞれ有し、分割コア対峙面から外周コア対峙面が構成され、一の分割コア対峙面と鍔部対峙面との間には、少なくとも２以上の突起部が介在していることが好ましい。

このような構成によると、リングコア形状の外周コアを備えたコイル部品と比較して、小型化を図ることができる。

また上記構成において、外周コアの外形は、１２mm×１２mm以下であり、外周コア対峙面と鍔部対峙面との間の距離は、その最小値と最大値との間の比が１：２〜５となるように構成されていることが好ましい。

このような構成によると、製品寸法誤差内でドラムコアと外周コアとが接触することが抑制される。また突起部の突出量が押さえられるため、突起部に欠落等が発生することが抑制される。

本発明のコイル部品によれば、微少電流領域でもインダクタンス値が上昇せずに定量的に安定する。

以下、本発明の実施の形態に係るコイル部品について、図１から図４に基づいて説明する。図１に示されるコイル部品１は、その外形が約３ｍｍ四方であり、プリント基板等にリフローハンダ付で面実装された上で、携帯電話やハードディスク装置等の電子機器の電源回路に適用され、例えば２５０ＫＨｚ〜２ＭＨｚのスイッチング周波数で好適に使用される。

コイル部品１は、図１に示されるように、ドラムコア２と外周コア３とから主に構成され、ドラムコア２には、後述の巻芯部２３に巻線７が巻回されており、外周コア３には後述の第一電極６１、第二電極６２が設けられている。

ドラムコア２は例えばＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の磁気材料を基材として、図２に示されるように、略円柱状の巻芯部２３と、巻芯部２３の軸方向両端に同軸に設けられた第一鍔部２１及び第二鍔部２２とから構成されている。第一鍔部２１及び第二鍔部２２はそれぞれ略同形状の円板状に構成されており、その円板の外周位置にそれぞれ鍔部対峙面となる第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａが規定されている。

巻芯部２３に巻回される巻線７は、銅線に絶縁用のウレタン被覆を施して構成されており、その両端は後述の第一電極６１、第二電極６２（図１）に継線される継線箇所となる。

図１に示されるように、外周コア３は、第一分割コア４と第二分割コア５とから構成されている。第一分割コア４と第二分割コア５とは、同形状であるため、以下特に明記しない限り第一分割コア４のみについて説明する。

第一分割コア４は、ドラムコア２と同様にＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の磁気材料を基材としており、第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａと対峙する外周コア対峙面である内曲面４Ａを有している。内曲面４Ａは、円弧状に構成されており、その円弧の曲率半径は、第一鍔部２１及び第二鍔部２２の半径より僅かに大きく構成されている。また内曲面４Ａの円弧方向長さは、第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａの周方向長さの１／４強となるように構成されている。

内曲面４Ａにおいて円弧方向と直交する方向、即ち第一分割コア４をドラムコア２の外周位置に配置した状態で、第一鍔部２１から第二鍔部２２に向かう方向における第一分割コア４の厚さは、ドラムコア２の厚さ（軸方向長さ）と略同じになるように構成されている。

また図３に示されるように、内曲面４Ａにおいて、円弧方向の略両端近傍位置に、それぞれ第一突起部４１と第二突起部４２とが設けられている。第一突起部４１と第二突起部４２とは、それぞれドラムコア２の軸方向と一致する方向に延びており、それぞれ第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａに当接可能となっている。また第一突起部４１と第二突起部４２との内曲面４Ａからの突出量はそれぞれ約７８μｍとなっている。上述したように、内曲面４Ａの曲率半径が第一鍔部２１、第二鍔部２２の半径より大きいため、図４に示されるように、第一突起部４１と第二突起部４２とをそれぞれ第一側面２１Ａ、第二側面２２Ａに当接させた状態でドラムコア２の外周部分に配置した場合には、内曲面４Ａの第一突起部４１と第二突起部４２との間の円弧方向中間位置において、内曲面４Ａから第一側面２１Ａ、第二側面２２Ａまでの距離が最も短くなっている。

内曲面４Ａと第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａとの間において、この最も短くなっている部分の距離と第一突起部４１及び第二突起部４２に係る部分の距離との比が１：２〜５となるように構成されている。ここで上記比率を１：２以上としたのは、製品寸法誤差内でドラムコア２と外周コア３とが接触することを防止するためであり、１：５以下としたのは、これ以上大きくすると第一突起部４１及び第二突起部４２の突出量が大きく成りすぎてこれら突起部に欠落等が発生するおそれがあるからである。本実施の形態においては、第一突起部４１と第二突起部４２とでの距離を約７８μｍにしたのに対して突起部４１と第二突起部４２との間の円弧方向中間位置での距離を約３０μｍとしている。

図１に示されるように、第一分割コア４がドラムコア２の外周位置に配置された状態で第一分割コア４の外周位置となる外側面４Ｂには、第一電極６１が接着剤により固定されている。第一電極６１は第一分割コア４の図示せぬ下面、即ち基板実装面まで配置されており、コイル部品１が図示せぬ基板上に面実装された場合に、基板上の電極と電気的に接続される。第一電極６１の端部には、継線部６１Ａが設けられており、この継線部６１Ａに巻線７の一端が配置されて継線される。第二分割コア５にも同様の第二電極６２が設けられて第二分割コア５の基板実装面まで配置されている。また第二電極６２にも図示せぬ継線部が設けられており、この図示せぬ継線部に巻線７の他端が配置されて継線される。

上記構成のコイル部品１に通電した場合、ドラムコア２と外周コア３との間に磁束が発生する。ドラムコア２と外周コア３との間には、第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａと、内曲面４Ａとの間に形成されるギャップがある。このギャップは磁気飽和に起因するコイル部品１のインダクタンス値を抑制すべく形成されているが、例えば第一分割コア４においては、第一突起部４１及び第二突起部４２が第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａに接している。この場合に、これら第一突起部４１及び第二突起部４２を介してドラムコア２から外周コア３へと磁束が通過するが、第一突起部４１及び第二突起部４２はいずれも体積が小さいため、微少電流領域において第一突起部４１及び第二突起部４２で磁気飽和が発生するおそれがある。

しかし第一突起部４１と第二突起部４２との間の円弧方向中間位置において第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａと内曲面４Ａとの間が狭まっているため、微少電流領域において第一突起部４１及び第二突起部４２で磁気飽和が発生する前に、第一側面２１Ａ及び第二側面２２Ａと内曲面４Ａとの間の距離が最も狭い箇所で磁束が通過し、磁気飽和の発生する時期を遅らせて磁気飽和を抑制することができる。

従って図５に示されるように、微少電流領域においてインダクタンス値の低下が抑制され、微少電流領域から電流が増加した場合のインダクタンス値の急激な変化を抑制することができる。尚、従来例としてコイル部品１と略同じ形状のリングコア、外周コアを備え巻線の巻回数を等しくしたコイル部品における電流とインダクタンス値との関係を表したグラフを示す。この従来例に係るコイル部品では、リングコアと外周コアとの間のギャップを全て等しい距離として構成されている。

この従来のコイル部品とコイル部品１とを比較すると、少なくとも微少電流領域において本実施の形態に係るコイル部品１の方が従来例のコイル部品よりインダクタンス値が大きくなっていた。インダクタンス値は巻線の巻回数の２乗に比例するため、高インダクタンス値が要求されない場合には、図６に示されるように、巻線７の巻回数を減らして従来例と同程度のインダクタンス値とすることもできる。この場合に導線７の巻回数が減ることにより、コイル部品１としての直流抵抗を減少することができる。

本発明によるコイル部品は上述の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば図７に示される第一の変形例の外周コア１４には、ドラムコア１２に第一突起部１２１及び第二突起部１２２が設けられていてもよい。このような形状であっても実施の形態に係るコイル部品１と同様の効果を得ることができる。

また図８に示される第二の変形例のように、外周コアを４分割の分割コア２４Ａ〜２４Ｄから構成されていても良い。この場合であっても、例えば分割コア２４Ａにおいて、第一突起部２４Ａ１及び第二突起部２４Ａ２を有し、第一突起部２４Ａ１と第二突起部２４Ａ２との間の円弧方向中央位置で分割コア２４Ａとドラムコア２２との間の距離が短くなっていることにより、実施の形態に係るコイル部品１と同様の効果を得ることができる。また図９に示される第三の変形例のように、外周コア４３がリングコア形状であっても良い。この場合においても第一突起部４３１及び第二突起部４３２を有し、第一突起部４３１と第二突起部４３２との間であって周方向最短距離側の周方向中間位置でドラムコア４２と外周コア４３との間の距離が最も短くなるように構成されていることにより、実施の形態に係るコイル部品１と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るコイル部品の斜視図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品のドラムコアの側面図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品の外周コアの斜視図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品のドラムコアと外周コアの関係を示した平面図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品と従来例とを同巻線数で比較したグラフ。 本発明の実施の形態に係るコイル部品と従来例とを異なる巻線数で比較したグラフ。 本発明の実施の形態に係るコイル部品の第一の変形例に係るドラムコアと外周コアの関係を示した平面図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品の第二の変形例に係るドラムコアと外周コアの関係を示した平面図。 本発明の実施の形態に係るコイル部品の第三の変形例に係るドラムコアと外周コアの関係を示した平面図。

符号の説明

１・・コイル部品 ２・・ドラムコア ３・・外周コア ４・・第一分割コア
４Ａ・・内曲面 ４Ｂ・・外側面 ５・・第二分割コア ７・・巻線 ２１・・第一鍔部
２１Ａ・・第一側面 ２２・・第二鍔部 ２２Ａ・・第二側面 ２３・・巻芯部
４１・・第一突起部 ４２・・第二突起部 ６１・・第一電極 ６１Ａ・・継線部
６２・・第二電極

Claims (4)

1. 柱状の巻芯部と該巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部とを有するドラムコアと、該巻芯部に巻回される巻線と、該ドラムコアの外周部分を覆う外周コアと、該ドラムコア又は該外周コアの少なくともいずれかに設けられて該巻線の端部が継線される電極と、を備え、
   該外周コアには、一対の該鍔部の外周部分と対峙する外周コア対峙面が規定され、
   一対の該鍔部には、該外周コア対峙面と対峙する鍔部対峙面が規定され、
   該外周コア対峙面と該鍔部対峙面との少なくともいずれか一方には、他方に向けて突出すると共に他方に当接する突起部が複数設けられ、
   該外周コア対峙面と該鍔部対峙面との間の距離は、一の該突起部から他の該突起部までの間の周方向最短距離側の周方向中間位置に近づくに従い徐々に短くなっていることを特徴とするコイル部品。
2. 該外周コアは該ドラムコアの周方向において複数の分割コアから構成され、該分割コアは該鍔部対峙面と対峙する分割コア対峙面をそれぞれ有し、該分割コア対峙面から該外周コア対峙面が構成され、
   一の該分割コア対峙面と該鍔部対峙面との間には、少なくとも２以上の該突起部が介在していることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 該外周コアの外形は、１２mm×１２mm以下であり、該外周コア対峙面と該鍔部対峙面との間の該距離は、その最小値と最大値との間の比が１：２〜５となるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のコイル部品。
4. 該外周コアが該突起部を介して該ドラムコアに当接した状態で、該外周コア対峙面は該巻芯部の軸方向と直交する断面が円弧状に構成され、
   該鍔部は該鍔部対峙面を外周とする円板状に構成され、
   該外周コア対峙面は、該円弧の曲率半径が該鍔部対峙面の半径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載のコイル部品。

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