JPH08172019A

JPH08172019A - インダクタンス素子

Info

Publication number: JPH08172019A
Application number: JP6314596A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Sakai; 和美酒井; Takao Kusaka; 隆夫日下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた磁気特性を有し、表面実装可能なイン
ダクタンス素子を得ることを目的とする。【構成】本発明の第１の発明であるインダクタンス素
子は、磁性合金薄帯を巻回または積層してなるトロイダ
ル状コアと、前記トロイダル状コアを収納してなるケー
スと、前記トロイダル状コアおよび前記ケースを貫通し
てなるリードよりなり、前記リードは被接合体上にて固
定させる構造を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンス素子に
関するものであり、特に表面実装型のインダクタンス素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体素子などの電子部品
からのノイズなどを低減するために、磁性合金薄帯を巻
回または積層してなるトロイダル状コアを、電子部品の
リードあるいは電子部品同志を電気的に接続するための
リード線に、貫通して使用する構成のインダクタンス素
子が知られている。

【０００３】また、特開昭５７−１１４２１２号公報に
知られるように、トロイダル状コアをリードに貫通する
のではなく、あらかじめトロイダル状コアに独自のリー
ドを貫通しておき樹脂によりモールドまたはコーティン
グすることによりトロイダル状コアをリードに固定して
なる構成のインダクタンス素子が知られている。

【０００４】このあらかじめリードを貫通しておく構成
のインダクタンス素子は、そのリードを下方に垂直に曲
げ加工を行っておくことにより、他の電子部品と同様
に、回路基板のスルーホールに挿入しはんだ付けなどに
より接続固定することが可能であり、かつスルーホール
への自動挿入を可能とならしめている。

【０００５】近年、回路基板にスルーホールを設けず回
路基板上で電子部品を接続固定する表面実装化が要求さ
れており、電子部品においても表面実装（ＳＭＤ）型の
ものが開発，実用化されている。現状の表面実装対応の
インダクタンス部品はフェライトを用いて電極を印刷
し、焼成するタイプのものが主流である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フェライトを
用いて電極を印刷し、焼成するタイプのものは、電気抵
抗が高いことから、電流の大きな用途には対応できなか
った。また、導体として磁性体に銅線を巻き付けること
により構成されるインダクタンス素子は、構造上閉磁路
になり特性が悪いという問題があった。この閉磁路構造
のトロイダル状コアを使用すると、巻線という繁雑な工
程を経てインダクタンス素子としなければならず、その
後回路基板などに実装しなければならないという問題が
あった。

【０００７】さらにこのような問題を解決するために、
上記、例えば磁性合金薄帯を巻回または積層してなるト
ロイダル状コアにリードを貫通しておき樹脂モールドま
たは樹脂コーティングしてリードを固定してなるインダ
クタンス素子においては、磁性合金薄帯の磁歪現象のた
め、樹脂モールドまたは樹脂コーティング時の硬化収縮
などの応力によりその磁気特性が劣化してしまい、リー
ドを設けた表面実装型のインダクタンス素子は実用化さ
れていないのが現状であった。

【０００８】一般に、樹脂コーティング，樹脂モールド
などの外装手段は、ケース外装手段におけるケースの型
作成，ケース成形，ケース詰めなどの各種工程を簡略化
できることから好まれる手段である。

【０００９】しかし、上述したように磁性合金薄帯の磁
歪現象のため、その磁気特性は劣化してしまう。この磁
気特性の劣化は比較的大きく、例えば、鉄損は２倍にな
り、残留磁束密度は１／２に低下することもある。

【００１０】このような、樹脂モールあるいは樹脂コー
ティングによる磁気特性の劣化を防止するために、磁歪
がほぼ０（零）の磁性合金薄帯を使用することも考えら
れるが、この磁歪を得るための合金組成の成分調整の微
調整が必要であるため製造工程が繁雑になるという欠点
がある。

【００１１】このため、リードを有さないインダクタン
ス素子の場合においては、樹脂モールあるいは樹脂コー
ティングによる磁気特性の劣化を防止するためにケース
を用い、そのケース内にインダクタンス素子を収納した
インダクタンス素子が用いられる場合もある。

【００１２】しかし、近年の表面実装化に対応した電流
容量が大きく、小型のインダクタンス素子は開発，実用
化されていないのが現状であった。本発明は、上記事情
に鑑み、優れた磁気特性を有し、表面実装可能なインダ
クタンス素子を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の第１の発
明であるインダクタンス素子は、磁性合金薄帯を巻回ま
たは積層してなるトロイダル状コアと、前記トロイダル
状コアを収納してなるケースと、前記トロイダル状コア
および前記ケースを貫通してなるリードよりなり、前記
リードは被接合体上にて固定させる構造を有するもので
あることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の第２の発明であるインダク
タンス素子は、上記第１の発明におけるケースは、被接
合体側の面の少なくとも一部が平面部であり、リードと
直交する断面における被接合体側の面と平行（横）方向
の最大長さと、被接合体側の面と直角（縦）方向の最大
長さの比（縦／横）は１以下であり、かつリードの被接
合体側の面と平行（横）方向の最大長さ（幅）がケース
の被接合体側の面と平行（横）方向の最大長さの１０〜
７０％であることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の第３の発明であるインダク
タンス素子は、第１の発明におけるトロイダル状コア
は、磁性合金薄帯を巻回してなるものであり、リードの
断面の最長の長さがトロイダル状コアの内径の０．８〜
１．２倍であることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の第４の発明のインダクタン
ス素子は、第１の発明におけるリードは、ケースからの
突出部で５°以上の曲げ加工がなされていることを特徴
とする。

【００１７】以下に、各発明に関して詳述する。まず、
本発明に使用されるトロイダル状コアは、磁性合金薄帯
を巻回または所定形状に打ち抜き後積層して形成され
る。この場合、本発明で対象とするトロイダル状コアが
比較的小型であるため磁性合金薄帯を巻回して形成する
ほうが好ましい。

【００１８】また、この磁性合金薄帯の材質としては、
コバルト（Ｃｏ）基，鉄（Ｆｅ）基などの各種非晶質磁
性合金、微細結晶を有するＦｅ基軟磁性合金など、各種
磁性合金を使用することができる。

【００１９】また、トロイダル状コアを収納するケース
の形状は、例えば、図２に概略斜視図として示すような
各種断面形状を有するケースを使用することが可能であ
る。すなわち、図２（ａ）は断面矩形，図２（ｂ）は断
面多角形（図面においては八角形），図２（ｃ）は下部
が平面で上部が曲面を有する（いわゆるトンネル状）断
面形状，図２（ｄ）は断面台形のものである。図中１は
トロイダル状コアを収納するケース、２はトロイダル状
コアおよび前記ケースを貫通してなるリードである。な
お、図中ケースの他の面のリードは省略している。

【００２０】本発明のインダクタンス素子のケース形状
としては、上記に限らず各種形状のものを使用すること
が可能である。また、このケースの肉厚としては、トロ
イダル状コアと他の電子部品との絶縁性などを考慮し、
０．１mm以上が好ましい。

【００２１】また、このケースの材質としては、ポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ），液晶ポリマーなど各種絶縁性を満
足する樹脂が使用される。ここで、回路基板固定時にお
けるはんだ耐熱性を考慮すると液晶ポリマー（ＬＣ
Ｐ），ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ），ポリシ
クロヘキサンジメチルテレフタレート（ＰＣＴ），ポリ
アミド４６（ＰＡ４６）などが好ましい。

【００２２】本発明は、トロイダル状コアを、必要によ
り各磁性合金薄帯に要求される磁気特性向上の熱処理な
どを施した後、好ましくは底面にリード貫通用の穴を有
するケース本体にトロイダル状コアを収納し、トロイダ
ル状コアおよびケース本体にリードを貫通させ、その後
リード貫通用の穴を有するケース蓋を被せ、このケース
本体とケース蓋を熱溶着，超音波溶着，嵌合などの各種
接着手段を用いて接着することにより、意図するインダ
クタンス素子を得る。

【００２３】上記のように、リードをケース蓋より先に
貫通させインダクタンス素子を得ることも可能である
が、逆にリードを貫通させるより前にケース蓋をケース
本体に接着した後リードを貫通することも可能である。

【００２４】また、トロイダル状コアにリードを貫通さ
せておき、ケース本体に同時に収納（リードは貫通）さ
せ、その後ケース蓋をケース本体に接着することも可能
である。

【００２５】上記においては、ケースは底面にリード貫
通用の穴を有するケース本体とリード貫通用の穴を有す
るケース蓋よりなるものを説明したが、例えばリード部
より上下にケースを分けたリード貫通用の穴を設けない
構成のものも検討することができる。

【００２６】しかし、この場合、リードの径と上下のケ
ースの接合面を一致させなければリード部が浮いてしま
う、あるいは上下のケース間に隙間が形成されるなどの
問題が発生しやすくなる。これを防止するためには、リ
ードの径を上下のケースのリードを貫通させるための凹
部より小さくしたり、上下のケース同志の接合を優先さ
せなくてはならない。

【００２７】このため、リード部の隙間を塞いだり、ト
ロイダル状コアが動くのを防止するために、トロイダル
状コアとケースとの間をグリース，接着剤，樹脂などで
固定する必要が生じてしまう。

【００２８】したがって、本発明に使用するケースは底
面にリード貫通用の穴を有するケース本体とリード貫通
用の穴を有するケース蓋よりなるものを使用すること
が、上記上下のケースより構成されるものを使用するも
のに比較し、その構成を簡略化することができ好ましい
ものである。

【００２９】そして、このようなトロイダル状コアおよ
びケースを貫通してなるリードは、例えば回路基板など
表面実装する被接合体上にて固定させる構造とする必要
がある。

【００３０】例えば、図２に示したようにリードを被接
合体側に曲げ加工した後、その先端部近傍を被接合体表
面と平行になるよう外側に曲げ加工した構成が採用でき
る。さらに、図３の概略平面図で示すようにケース１
側、すなわち内側に曲げ加工することも可能である。こ
こで、図３（ａ）はリード２をケースの表面に沿わせた
もの、図３（ｂ）はケース表面にリードを収納するため
の凹部３を設け、その凹部３に合わせてリードを曲げ加
工したものである。

【００３１】このようなリード形状とすることにより、
そのリードの先端部近傍は被接合体表面、例えば回路基
板の表面と平行になるように構成されるため、はんだ付
け性などの回路基板への接合が容易となる。

【００３２】本発明のインダクタンス素子に用いるケー
スは、第２の発明に規定したように、そのケースの下
面、すなわち回路基板などの被接合体側の面の少なくと
も一部が平面部であることが好ましい。

【００３３】これは、回路基板などの被接合体側の面に
平面部を有することにより、その表面に実装された後、
その平面部が被接合体の表面と接触する面積が増加し、
インダクタンス素子の使用時の素子の発熱による熱の放
散が良好となり、インダクタンス素子の使用時における
温度上昇を抑えることが可能となるからである。

【００３４】さらに、磁性合金薄帯を巻回したトロイダ
ル状コアの内径部にリードを直接接触させることによ
り、さらに放熱性が良好となる。また、ケースのリード
と直交する断面における被接合体側の面と平行（横）方
向の最大長さと、被接合体側の面と直角（縦）方向の最
大長さの比（縦／横）は１以下であることが好ましい。

【００３５】これは、ケースの縦方向の長さに比較し横
方向の長さがあまり小さいと、ケースの上面部における
熱の放散が不十分となるためであり、上記比率とするこ
とにより、インダクタンス素子の使用時の素子の発熱に
よる熱の放散が良好となり、インダクタンス素子の使用
時における温度上昇を抑えることが可能となる。

【００３６】また、さらにリードの被接合体側の面と平
行（横）方向の最大長さ（幅）がケースの被接合体側の
面と平行（横）方向の最大長さの１０〜７０％であるこ
とが好ましい。

【００３７】これは、使用時あるいは取扱い時の振動に
よる、被接合体とのはんだ接合部のリードのはんだ剥離
を防止するためである。ここで、あまりリードの幅のケ
ースの横方向の長さに対する比率７０％より大きいと、
トロイダル状コアの場合積層断面がケース横幅の１５％
未満となり、インダクタンス素子としてはその特性が低
下してしまう。すなわち、ケースを同一の形状，寸法と
した場合、インダクタンス値か小さくなるためインダク
タンス素子としての特性が低くなるのである。

【００３８】さらには、本発明のリード断面最長長さ
は、第３の発明に規定したように、トロイダル状コアの
内径の０．８〜１．２倍であることが好ましい。これ
は、磁性合金薄帯を巻回してなるトロイダル状コアは、
歪を有しており、熱処理時にその歪により内径側に巻戻
り（巻締め）を起こす。この際に、リードを熱処理前に
挿入しておくことによりリードを固定することができ
る。

【００３９】また、コアを上下方向より応力を加え圧縮
し内径部を（楕円状に）変形した状態でリードを挿入
し、その後、応力を除去することによりリードを固定す
ることができる。

【００４０】なお、本発明のトロイダル状コアの内径と
は、熱処理前，熱処理後，リード挿入前，リード挿入後
のいずれの場合においても適用できされる。なお、リー
ドの断面形状は、矩形，多角形，円形，楕円形各種形状
のものが使用可能であるが、本発明のインダクタンス素
子が表面実装型のものであるためそのリードの先端部は
はんだ付性を良好とするために偏平状であることが好ま
しいことより、断面矩形のリードを使用することが好ま
しい。

【００４１】念の為、断面矩形の場合のリード断面最長
長さを説明すると、それは矩形断面の対角線となる。さ
らに、本発明のリードの曲げ加工としては、第４の発明
に規定したように、ケースからの突出部で５°以上の曲
げ加工がなされていることが好ましい。

【００４２】これは、さらにリードとケースとを固定す
るためのものであり、あまりその角度が小さいと、比較
的低荷重でケースが移動してしまい、エァーなどによる
自動挿入時に部品の位置決めが困難になるためである。

【００４３】ここで、ケースからの突出部とは、リード
をケースに挿入後、ケースからリードが突出した部分の
ケース側のことであり、５°以上の曲げ加工とは、リー
ドのケースへの挿入時は回路基板などの被接合体の表面
部と平行、すなわち０°（零°）であり、具体的にはリ
ードが被接合体側に、リードの突出部端部近傍から曲げ
加工された際の角度をいう。

【００４４】また、リードをケースに固定する方法とし
て、上記ケースからの突出部で５°以上の曲げ加工する
方法の他に、ケースのリード貫通用の穴に例えば０．１
〜０．５mm程度のバリを設け、ケース蓋の熱溶着の際な
どの加熱手段によりこのバリを溶解し、穴の内側部にこ
のバリの部分を溶着させ穴の径を小さくした後、リード
を挿入する方法などが採用できる。

【００４５】この場合、ケースのリード貫通用の穴の寸
法を小さくしたため、リードが挿入し難くなり、リード
の先端部を細くするなどの加工が必要となるが、この方
法であれば、穴の周囲が熱による溶解により薄くなるた
め、挿通時はリードが通りやすく、逆方向ではこのバリ
かストッパとなって、リードが抜け難くなるという効果
を有する。

【００４６】

【実施例】

実施例１幅３mm，厚さ１５〜２０μｍよりなり、組成Ｃｏ₆₉Ｆｅ
₅ Ｎｂ₁ Ｓｉ₁₅Ｂ₁₀である非晶質磁性合金薄帯を巻回
し、内径２mm，外径３mm，高さ３mmのトロイダル状コア
を作成した。得られたトロイダル状コアを４５０℃の歪
取り熱処理を施し、非晶質磁性合金薄帯よりなるトロイ
ダル状コアを得た。

【００４７】また同様に、幅３mm，厚さ１５〜２０μｍ
よりなり、組成Ｆｅ_71.5Ｃｕ₁ Ｓｉ_15.5Ｂ₇ Ｎｂ₅ であ
る非晶質合金薄帯を巻回し、内径２mm，外径３mm，高さ
３mmのトロイダル状コアを作成した。得られたトロイダ
ル状コアを６００℃の熱処理を施し、微細結晶を析出さ
せ、微細結晶を有するＦｅ基軟磁性合金薄帯よりなるト
ロイダル状コアを製造した。

【００４８】一方ケース１は、図１に示すものを使用し
た。図１（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図，（ｃ）は上
面図である。図１（ａ）に示すように底面（図１（ａ）
においては右面）に縦０．５mm，横１．２mmのリード２
貫通用の穴を有するケース本体と、同様の形状のリード
２貫通用の穴を有する円板状ケース蓋（図１（ａ）にお
いては左面）よりなるものを使用した。

【００４９】このケース１のケース本体にトロイダル状
コアを収納し、厚さ０．５mm，幅１．２mmのリード２を
挿入後、リード２を貫通しケース蓋をケース本体に接合
することによりインダクタンス素子を得た。ケース本体
とケース蓋の接合は、熱による溶着を採用した。

【００５０】得られたインダクタンス素子の磁気特性と
して、０．１Ｖ，５０ｋＨｚでのインダクタンス（μ
Ｈ）、および０．２Ｔ，１００ｋＨｚでの鉄損（ｋＷ／
ｍ³ ）を測定した。得られた結果を表１に示す。

【００５１】また比較として、ケースに収納する前のト
ロイダル状コアおよび同様のトロイダル状コアを樹脂モ
ールドしたトロイダル状コアの磁気特性を測定した。得
られた結果を表１に併せて示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１より明らかなように、本発明のインダ
クタンス素子は、ケースに収納する前のトロイダル状コ
アの優れた磁気特性を維持しているのに対し、樹脂モー
ルドしたものは磁気特性が低下している。

【００５４】実施例２上記実施例１で用いた非晶質磁性合金薄帯よりなるトロ
イダル状コアを用い、各種表２に示す縦（図１中ｘ）お
よび横（図１中ｙ）の寸法を有するケースに収納し、リ
ードを挿入してインダクタンス素子を得た。なお、使用
したリードは厚さ０．５mmで幅は表２に示すものを使用
した。

【００５５】得られた各種ケース形状，リードを有する
インダクタンス素子の振動試験および温度上昇試験を行
った。振動試験は、配線基板にリード部をはんだ付け
し、２０℃で最大振幅１．５２mm，１０〜５５Ｈｚを１
分間で１往復する振動周波数条件において、ｘ，ｙ，ｚ
方向にそれぞれ２時間の試験を行い、リード部のはんだ
剥離状態を確認した。

【００５６】また、温度上昇試験は、２４Ｖ，２．１Ａ
使用のチョッパー式スイッチング電源において、二次側
のダイオードにインダクタンス素子を直列に組込むこと
によりダイオードのリカバリー電流を取り除くために組
込み、入力電圧１４０Ｖ，出力電圧１Ａでインダクタン
ス素子の上面温度を熱電対によって測定した。得られた
振動試験の結果（振動試験後の半田剥離の有無）および
温度上昇試験の結果（温度上昇）をそれぞれ表２に示し
た。

【００５７】

【表２】

【００５８】上記結果より明らかなように、ケースの横
方向の長さとケースの縦方向の長さの比（縦／横）が１
以下で、かつリードの幅がケースの横方向の長さの１０
〜７０％であるインダクタンス素子は、振動試験後のは
んだ剥離もなく、温度上昇も小さく、表面実装型のイン
ダクタンス素子として優れた特性を有している。

【００５９】実施例３トロイダル状コアの内径と、リードの断面の対角線の長
さ（リードの断面の最長の長さ）の比（トロイダル状コ
アの内径／リードの断面の対角線の長さ）が表３に示す
ような各種寸法を有する曲げ加工前のインダクタンス素
子を作成した。

【００６０】また、それらのインダクタンス素子のリー
ドは、ケースからの突出部で表３に示すような角度で曲
げ加工を行いインダクタンス素子を作成した。得られた
各インダクタンス素子の固定状態を確認するために、一
方のリード端を固定し、ケースに１kgの荷重をリードｚ
方向に加えた際の、ケースの移動する際の荷重（kg）で
確認した。その結果を表３に示す。

【００６１】

【表３】

【００６２】表３より明らかなように、リードの断面の
最長の長さがトロイダル状コアの内径の０．８〜１．２
倍であるインダクタンス素子、あるいはリードがケース
からの突出部で５°以上の曲げ加工がなされているイン
ダクタンス素子はケースとの固定が十分なされているこ
とが明らかである。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明のインダクタンス
素子は、優れた磁気特性を有し、表面実装可能なものを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインダクタンス素子を示す図であり、
（ａ）は同平面図，（ｂ）は同側面図，（ｃ）は同上面
図。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はいずれも本
発明のインダクタンス素子のケースの断面形状を示す概
略斜視図。

【図３】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明のインダクタ
ンス素子のリードの曲げ加工を示す概略平面図。

【符号の説明】

１ケース２リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性合金薄帯を巻回または積層してなる
トロイダル状コアと、前記トロイダル状コアを収納して
なるケースと、前記トロイダル状コアおよび前記ケース
を貫通してなるリードよりなり、前記リードは被接合体
上にて固定させる構造を有するものであることを特徴と
するインダクタンス素子。
【請求項２】請求項１のケースは、被接合体側の面の
少なくとも一部が平面部であり、リードと直交する断面
における被接合体側の面と平行（横）方向の最大長さ
と、被接合体側の面と直角（縦）方向の最大長さの比
（縦／横）は１以下であり、かつリードの被接合体側の
面と平行（横）方向の最大長さ（幅）がケースの被接合
体側の面と平行（横）方向の最大長さの１０〜７０％で
あることを特徴とする請求項１記載のインダクタンス素
子。
【請求項３】請求項１のトロイダル状コアは、磁性合
金薄帯を巻回してなるものであり、リードの断面の最長
の長さがトロイダル状コアの内径の０．８〜１．２倍で
あることを特徴とする請求項１記載のインダクタンス素
子。
【請求項４】請求項１のリードは、ケースからの突出
部で５°以上の曲げ加工がなされていることを特徴とす
る請求項１記載のインダクタンス素子。