JP2017199821A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】空芯コイルのリード部の姿勢を安定させる。【解決手段】ワイヤＷが空芯状に巻回された巻回部５０と、巻回部５０から導出されたワイヤＷの一端からなる第１のリード部５１と、巻回部５０から導出されたワイヤＷの他端からなる第２のリード部６２とを含み、第１及び第２のリード部５１，５２は、複数本のワイヤＷが撚合されてなる。本発明によれば、リード部５１，５２が複数本のワイヤＷを撚合した構造を有していることから、リード部５１，５２において重量が増加する。これにより、リード部５１，５２の根元を強く折り曲げ加工することなく、リード部５１，５２の姿勢を安定させることが可能となる。【選択図】図５

Description

本発明は空芯コイル及びその製造方法に関し、特に、線径の細いワイヤを用い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。

空芯コイルは、巻回部から導出されたリード部がスプリングバックすることがあり、この場合、リード部が所望の位置からずれるという問題が生じる。このような問題を解決する方法として、特許文献１には、リード部の根元を強く折り曲げ加工することによってスプリングバックを矯正する方法が開示されている。

特開平８−８１３６号公報

しかしながら、特許文献１のようにリード部の根元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。特に、線径の細いワイヤを使用する場合は、芯材を被覆する絶縁膜も薄いことから、折り曲げ加工によって絶縁膜が容易に損傷する可能性がある。

したがって、本発明は、線径の細いワイヤを使用する場合であっても、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。

本発明による空芯コイルは、ワイヤが空芯状に巻回された巻回部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの一端からなる第１のリード部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの他端からなる第２のリード部とを含む空芯コイルであって、前記第１及び第２のリード部は、複数本の前記ワイヤが撚合されてなることを特徴とする。

本発明によれば、リード部が複数本のワイヤを撚合した構造を有していることから、リード部において重量が増加する。これにより、リード部の根元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。

本発明において、前記複数本のワイヤは、電気的に分離されていても構わないし、短絡されていても構わない。前者の構造は、リード部を撚回形成した後、その先端部を切断することによって得られる。この場合、リード部の長さが必要以上に長くなることがない。

本発明において、前記巻回部は接着部材によって前記ワイヤが相互に固定されていることが好ましい。これによれば、巻回部を構成するワイヤが一体化されるため、線径が細い場合であっても、巻回部の形状を安定させることが可能となる。

この場合、前記第１及び第２のリードを構成する前記複数本のワイヤは、いずれも前記接着部材によって前記巻芯部に接着されていることが好ましい。これによれば、リード部の姿勢をよりいっそう安定させることが可能となる。

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。

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。

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。

本発明による空芯コイルの製造方法は、ワイヤを巻回することによって、巻回部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの一端からなる第１のリード部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの他端からなる第２のリード部とを形成する第１の工程と、前記第１及び第２のリードをそれぞれ折り返すことによって、複数本の前記ワイヤからなる導体束を形成する第２の工程と、前記導体束を撚回する第３の工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、リード部の根元を強く折り曲げ加工することなく、簡単な方法によってリード部の姿勢を安定させることが可能となる。

本発明において、前記ワイヤの表面には融着層が被覆されており、前記第１の工程を行った後、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が好ましい。これによれば、巻回部に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。

この場合、前記第３の工程を行った後、前記第１及び第２のリード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がより好ましい。これによれば、リード部と巻回部が融着層によって接着されることから、リード部の姿勢をより安定させることが可能となる。

本発明において、前記第３の工程を行った後、前記第１及び第２のリード部の先端を切断しても構わない。これによれば、リード部の長さを所望の長さに調節することが可能となる。

このように、本発明によれば、線径の細いワイヤを使用する場合であっても、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は、コイル部品１０の断面図である。 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５は、空芯コイル３１の構造を説明するための略外観図である。 図７は、ワイヤＷの断面図である。 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１１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１２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１３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１４は、変形例による空芯コイル３２の構造を説明するための略外観図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。空芯コイル３０は、巻回部５０と第１及び第２のリード部５１，５２を含み、第１のリード部５１は第１の端子電極４１に接続され、第２のリード部５２は第２の端子電極４２に接続されている（図４参照）。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のリード部５１，５２は、複数のワイヤＷ１，Ｗ２が撚合された構造を有している。

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５１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５１，５２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。特に限定されるものではないが、本実施形態においては、端子電極４１，４２の接続部が互いに対角の位置に設けられる。

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５に示すように、本実施形態による空芯コイル３０は、ワイヤＷが空芯状に巻回された巻回部５０と、巻回部５０から導出されたワイヤＷの一端からなる第１のリード部５１と、巻回部５０から導出されたワイヤＷの他端からなる第２のリード部５２とを有する。ワイヤＷ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５１，５２は、巻回部５０から径方向に導出されており、互いに１８０°異なる位置に配置されている。図５に示す例では、ワイヤＷ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ワイヤ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。

巻回部５０を構成するワイヤＷは、接着部材６０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。接着部材６０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。接着部材６０は、空芯コイル３０を磁心２０に埋め込む工程において、ワイヤＷ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、接着部材６０は巻回部５０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、接着部材６０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。

また、リード部５１，５２は、２本のワイヤＷ１，Ｗ２が撚合された構成を有している。より具体的には、巻回部５０を構成するワイヤＷの延長部分であるワイヤＷ１と、ワイヤＷ１から切り離されたワイヤＷ２からなり、これら２本のワイヤＷ１，Ｗ２が複数回に亘って撚り合わされた構成を有している。ワイヤＷ１とワイヤＷ２は、同一構成を有する被覆導線であるが、図５に示す例では両者が電気的に分離された別のワイヤである。但し、図６に示す別の例による空芯コイル３１のように、折り返された１本のワイヤＷ１を複数回に亘って撚り合わせることよってリード部５１，５２を形成しても構わない。

このように、空芯コイル３０又は３１は、２本のワイヤ（ワイヤＷ１とＷ２、或いは、２本のワイヤＷ１）が撚り合わされた構成を有していることから、撚り合わされていない１本のワイヤからなる場合と比べて重量が増加する。このため、線径の細いワイヤを用いた場合であってもスプリングバックが生じにくく、根元部分を強く折り曲げ加工しなくても巻回部５０に対するリード部５１，５２の位置及び姿勢を安定させることが可能となる。しかも、２本のワイヤは互いに撚合されていることから、両者が分離することがない。尚、巻回部５０を構成するワイヤＷとして初めから撚り線を用いる場合には、一対の撚り線をさらに撚合することによってリード部５１，５２を形成すればよい。

リード部５１，５２は、巻回部５０と同様、接着部材６０によって相互に固定されている。さらに、図５及び図６に示すように、リード部５１，５２の根元部分と巻回部５０との間にも接着部材６０が存在することが好ましく、この場合には、リード部５１，５２の姿勢をより安定化させることができる。特に、巻回部５０を構成するワイヤＷの延長部分であるワイヤＷ１を接着部材６０によって巻回部５０に固定するだけでなく、ワイヤＷ２についても接着部材６０によって巻回部５０に固定すれば、リード部５１，５２がそれぞれ２箇所で巻回部５０に固定されることから、リード部５１，５２の姿勢をよりいっそう安定させることが可能となる。

次に、空芯コイル３０の製造方法について説明する。

まず、ワイヤＷを用意し、これを巻回することによって巻回部５０を形成する。ワイヤＷ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は接着部材６０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。

次に、図８に示すように、回転軸８０及び案内軸８１〜８６を有する巻回治具にワイヤＷをセットし、案内軸８４〜８６側のワイヤＷ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８１〜８３側からワイヤＷが送り出され、回転軸８０の周囲にワイヤＷ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５０が形成される。ここで、案内軸８２，８５は、リード部５１，５２を構成するワイヤＷをそれぞれ折り返すことによって、２本のワイヤＷからなる導体束Ａ，Ｂを形成するために用いられる。

次に、図９に示すように、巻回部５０を加熱することにより、融着層７３を融解させる。加熱される部分は、図９において網掛けが施されている。巻回部５０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５０におけるワイヤＷ間は接着部材６０によって満たされるので、室温まで冷却すると、巻回部５０を構成するワイヤＷが接着部材６０によって相互に固定されることになる。

次に、図１０に示すように、アーム８７，８８を用いて、巻回部５０の外側に余るワイヤＷを挟み込む。アーム８７は、案内軸８１と案内軸８２との間で往復する２本のワイヤＷからなる導体束Ａを挟み込み、アーム８８は、案内軸８４と案内軸８５との間で往復する２本のワイヤＷからなる導体束Ｂを挟み込む。

次に、図１１に示すように、案内軸８２，８５を待避させた後、アーム８７，８８を回転させることによって導体束Ａ，Ｂを撚回する。これにより、アーム８７，８８の回転に応じて２本のワイヤＷが徐々に撚合され、リード部５１，５２が徐々に形成される。そして、撚合箇所が案内軸８１，８４の近傍まで進んだ時点で、図１２に示すように案内軸８１，８４を待避させ、さらに撚り進める。この時、別のアーム８９，９０を用いて残余のワイヤＷを引っ張ることにより、撚合箇所を徐々に巻回部５０に近づける。

そして、図１３に示すように、撚合箇所が巻回部５０に達した時点でアーム８７，８８の回転を停止し、撚合箇所をエアヒーターなどで加熱することにより、融着層７３を融解させる。加熱される部分は、図１３において網掛けが施されている。これにより、撚合された２本のワイヤＷは接着部材６０によって相互に固定されることになる。

その後、アーム８７，８８を外し、ワイヤＷの不要部分を切断すれば、図５又は図６に示した空芯コイル３０又は３１が完成する。この時、アーム８９，９０で引っ張っていた部分だけを切断すれば図６に示した空芯コイル３１の構造を得ることができ、さらに、アーム８７，８８で挟み込んでいた部分も切断すれば図５に示した空芯コイル３０の構造を得ることができる。

このようにして作成された空芯コイル３０又は３１のリード部５１，５２は、２本のワイヤＷが撚合された構成を有していることから、上述の通り、その位置及び姿勢が安定する。特に、２本のワイヤＷ１，Ｗ２の根元がいずれも接着部材６０によって巻回部５０に固定されている場合には、リード部５１，５２の位置及び姿勢をよりいっそう安定させることができる。これにより、例えば、スプリングバックによってリード部５１，５２が開いて巻回部５０から離れるようなことがない。

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５１，５２を溶接する。この時、従来の空芯コイルではリード部５１，５２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５１，５２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。

ここで、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５１，５２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５１，５２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、リード部５１，５２が撚合された構成を有していることから、リード部５１，５２の姿勢が安定し、リード部５１，５２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。

しかも、本実施形態においてはリード部５１，５２がいずれも２本のワイヤによって構成されていることから、端子電極４１，４２に対する溶接強度を従来に比べて高めることも可能となる。

図１４は、変形例による空芯コイル３２の構造を説明するための略外観図である。

図１４に示す空芯コイル３２は、２本のワイヤＷ，Ｗ１０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本のワイヤＷ，Ｗ１０は、いずれも空芯状に巻回された巻回部５０を構成するとともに、一方のワイヤＷは、巻回部５０から導出された第１及び第２のリード部５１，５２を備え、他方のワイヤＷ１０は、巻回部５０から導出された第３及び第４のリード部５３，５４を備えている。

巻回部５０を構成するワイヤＷ，Ｗ１０は、接着部材６０によって相互に固定され、自己保持されている。また、第３及び第４のリード部５３，５４についても、それぞれ２本のワイヤＷ１１，Ｗ１２が撚合された構成を有しているとともに、ワイヤＷ１１，Ｗ１２の根元部分と巻回部５０が接着部材６０によって固定されている。これにより、リード部５１〜５４の姿勢を安定させることが可能となる。尚、図１４に示す例では、４つのリード部５１〜５４が互いに９０°の角度をもって巻回部５０から導出されているが、本発明がこれに限定されるものではない。

このような構成を有する空芯コイル３２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。

このように、本発明における空芯コイルは、複数のワイヤ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、ワイヤの本数は２本に限定されず、３本以上であっても構わない。

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。

例えば、上記の実施形態では、巻回部５０を構成するワイヤＷを２本束ねて導体束Ａ，Ｂとし、これを撚合しているが、巻回部５０を構成するワイヤＷを３本以上束ねてなる導体束を撚合することによってリード部５１，５２を形成しても構わない。

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
３０〜３２ 空芯コイル
４１，４２ 端子電極
４３ 実装部
４４ 接続部
５０ 巻回部
５１〜５４ リード部
６０ 接着部材
７１ 芯材
７２ 被覆膜
７３ 融着層
８０ 回転軸
８１〜８６ 案内軸
８７〜９０ アーム
Ａ，Ｂ 導体束
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１０〜Ｗ１２ ワイヤ

Claims (10)

1. ワイヤが空芯状に巻回された巻回部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの一端からなる第１のリード部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの他端からなる第２のリード部とを含む空芯コイルであって、
   前記第１及び第２のリード部は、複数本の前記ワイヤが撚合されてなることを特徴とする空芯コイル。
2. 前記複数本のワイヤは、電気的に分離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。
3. 前記巻回部においては、接着部材によって前記ワイヤが相互に固定されてい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。
4. 前記第１及び第２のリードを構成する前記複数本のワイヤは、いずれも前記接着部材によって前記巻芯部に接着されていることを特徴とする請求項３に記載の空芯コイル。
5. 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４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。
6. 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５に記載のコイル部品。
7. ワイヤを巻回することによって、巻回部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの一端からなる第１のリード部と、前記巻回部から導出された前記ワイヤの他端からなる第２のリード部とを形成する第１の工程と、
   前記第１及び第２のリードをそれぞれ折り返すことによって、複数本の前記ワイヤからなる導体束を形成する第２の工程と、
   前記導体束を撚回する第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。
8. 前記ワイヤの表面には融着層が被覆されており、
   前記第１の工程を行った後、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を特徴とする請求項７に記載の空芯コイルの製造方法。
9. 前記第３の工程を行った後、前記第１及び第２のリード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を特徴とする請求項８に記載の空芯コイルの製造方法。
10. 前記第３の工程を行った後、前記第１及び第２のリード部の先端を切断することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の空芯コイルの製造方法。

Images