線輪部品
【課題】 低背化とヒートサイクル試験で求められる耐久性を同時に実現する線輪部品を提供すること。
【解決手段】 巻芯部の両端に鍔を有する磁芯１を備え、前記鍔の間に、巻線２および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物３とを配置した線輪部品で、前記巻線２を内側に配置し、前記樹脂混和物３を前記巻線２の外側に配置する。
【解決手段】 巻芯部の両端に鍔を有する磁芯１を備え、前記鍔の間に、巻線２および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物３とを配置した線輪部品で、前記巻線２を内側に配置し、前記樹脂混和物３を前記巻線２の外側に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器用のチョークコイル、トランス等の線輪部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源用途等の電流対応コイル（チョークコイル等）は、所望のインダクタ特性を確保しつつ、特に線輪部品の外形寸法が低背であることが必要である。このため高さ方向の磁芯の鍔の厚みが薄くなる傾向にある。一方で、温度、湿度などの環境負荷試験後の信頼性の確保が求められている。
【０００３】
従来の線輪部品の主な構造としては、上鍔及び下鍔の間を連結する巻芯部に巻線を巻回したドラム型磁芯にスリーブコアを外周に配置する構造が一般的である。
【０００４】
上記従来の線輪部品の構造として、特許文献１には、ドラム型フェライトコアを用いたコイル部品の構造が従来技術として記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１５０２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のドラム型フェライトコアを用いた線輪部品において、低背化を推し進めるには、部品点数が多くコスト的に不利で且つ構造的にも低背化に不向きである。
【０００７】
一般的に求められるヒートショック試験（−４０℃〜＋８５℃、１０サイクル）において、ドラム型フェライトコアの鍔の強度が対抗できず、鍔に割れ（クラック）が生じることを避けるため、特許文献１に示すドラム型フェライトコアの線膨張係数と磁性粉含有外装樹脂の線膨張係数とを近い値にする方法や、特許文献２に示す磁性粉の充填量を５５重量％未満に減らした上で結着樹脂の選択をすることで解決していた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低背化とヒートサイクル試験で求められる耐久性を同時に実現する線輪部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物を用いても、鍔に割れ（クラック）を避けることができる。
【００１０】
（１）本発明によれば、上鍔と中芯と下鍔からなる磁芯と、当該磁芯の上鍔と下鍔との間に、「巻線」および「５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物」とを配置した線輪部品を備えることを特徴とする面実装コイル部品が得られる。
【００１１】
（２）また、本発明によれば、巻線を、当該磁芯の上鍔と下鍔との間の内周部に配置し、その外周部に金属粉末を含む樹脂混和物を配置することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１２】
（３）また、本発明によれば、上鍔と下鍔に挟まれた溝の体積の８０％以下を、金属粉末を含む樹脂混和物で占めることを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１３】
（４）さらに、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１４】
（５）また、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１５】
（６）次に、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１６】
（７）さらに、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１７】
（８）本発明によれば、この磁芯の初透磁率は１００以上、金属粉末を含む樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１８】
即ち、本発明は、巻芯部の両端に鍔を有する磁芯を備え、前記鍔の間に、巻線および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物とを配置したことを特徴とする線輪部品である。
また、本発明は、前記巻線を内側に配置し、前記樹脂混和物を前記巻線の外側に配置したことを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記鍔の間に形成された空間の体積の８０％以下を、前記樹脂混和物で占めることを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記磁芯の初透磁率は１００以上であり、前記樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記樹脂混和物に、１重量％以上４０重量％以下の非磁性粉末を含むことを特徴とする上記の線輪部品である。
【発明の効果】
【００１９】
次の（Ａ）と（Ｂ）とを両立できる効果がある。
（Ａ）飽和磁束密度の高い金属粉を５５重量％以上充填率する樹脂混和物を用いることで、低背かつ高定格電流のインダクタが得られる。また、構成として、直流電流重畳特性の適合化を、金属粉末を含む樹脂混和物の使用体積を増減することによって調整できる。
（Ｂ）ヒートショックなどの環境負荷試験後の信頼性の確保、鍔の割れの発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る面実装コイル部品（線輪部品）の構造を示す、上方から見た断面図である。図１に示すように、この実施の形態の面実装コイル部品は、磁芯１と、巻線２と、金属粉末を含む樹脂混和物３と、端子部４とからなる。一例として、磁芯１には、ＮｉＺｎフェライトコアで上鍔の外形が３ｍｍ、厚みが０．２から０．３ｍｍで、巻芯部の直径は１．６ｍｍのものを用いることができる。
【００２１】
外周からの径方向の最大張り出し寸法は、高さ寸法Ｈを抑えた中でのドラム型フェライト単体で巻線と金属粉末を含む樹脂混和物の容積を確保するための空間である。なお、上記上鍔の厚みの下限はフェライト材の加工技術、焼結製造技術の進展によって可及的に小さい寸法となるべきである。
【００２２】
まず、金属粉末を含む樹脂混和物の高温時の応力歪曲線において、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形し、破壊強度よりも大きいならば、塑性変形すること、次に、金属粉末を含む樹脂混和物の低温時の応力歪曲線において、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形し、破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することが、鍔の割れを防止する効果を得るための要件である。
【００２３】
最大温度２７０℃１０秒リフローを２回通過させた試料について、さらにヒートショックの条件は、−４０℃（３０分）から＋１２０℃（３０分）２４サイクルである。各サンプル（各条件のサンプル数ｎ＝３から１０個）に対して、リフロー後およびヒート試験後のクラック発生状況を調べた。
【００２４】
上記樹脂としては、例えば熱硬化性の、加とう性およびゴム弾性のエポキシ樹脂の配合を調整し、樹脂単体かつ室温での弾性率を０．２ＭＰａから４００ＭＰａ（配合１）〜（配合５）までを準備し、鍔厚を０．２から０．３ｍｍと変えて、８５重量％の金属粉末を含む樹脂混和物の鍔間の空間占有率を１００％（巻線なし）のＴＥＧ（検出精度アップのテストゲージ）でリフローとさらにヒートショックに対する信頼性の確認を行った。その結果を表１に示す。また、巻線をした場合（２Ｔまたは６Ｔ）を表２に示す。表中、数値はリフロー割れ発生率を示し、斜体字はヒートショック割れ発生率を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
さらに、表２の鍔厚０．２５ｍｍ、室温弾性率４０ＭＰａ、金属粉８８重量％（※で示す）について鍔間の空間占有率を８８％、６６％、４４％、２２％と変えて、巻線した場合の結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
また、表１のヒートショック割れ発生率（斜体字）で、略球状のシリカ（ＳｉＯ2）の量を変えた場合の結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】
本実施の形態の金属粉末（鉄）は、３％シリコン、９％クロムのアトマイズ粉末（略球状）を用いた。この場合の、充填率と材料透磁率との関係を図２に示す。真空の透磁率１に対して約２倍以上は必要であり好ましくは透磁率１０以上がよい、即ちインダクタ特性向上のためにフェライト磁性粉５５重量％以上、好ましくは８５重量％以上を含有した混和物が望ましい。また、略球状のシリカを１〜４０重量％添加することで、割れの発生確率を低減できた。
【００３２】
なお、ドラム型フェライトコアの形状は、中芯は円柱状或いは略四角柱状でもよく、上鍔と下鍔は円盤状或いは正方形や長方形の矩形板状でもよい。また端子部は下鍔の下面に少なくとも一対或いは二対配設されていればよい。
【００３３】
本発明により、リフローやヒートショックに対して信頼性を確保し、かつ図３のような直流電流重畳特性の良い金属モールドの線輪部品を得た。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る面実装コイル部品の構造を示す、上方から見た断面図。
【図２】本発明に係る面実装コイル部品における充填率と材料透磁率との関係を示す図。
【図３】本発明に係る面実装コイル部品における直流電流重畳特性を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１ 磁芯
２ 巻線
３ 樹脂混和物
４ 端子部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器用のチョークコイル、トランス等の線輪部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源用途等の電流対応コイル（チョークコイル等）は、所望のインダクタ特性を確保しつつ、特に線輪部品の外形寸法が低背であることが必要である。このため高さ方向の磁芯の鍔の厚みが薄くなる傾向にある。一方で、温度、湿度などの環境負荷試験後の信頼性の確保が求められている。
【０００３】
従来の線輪部品の主な構造としては、上鍔及び下鍔の間を連結する巻芯部に巻線を巻回したドラム型磁芯にスリーブコアを外周に配置する構造が一般的である。
【０００４】
上記従来の線輪部品の構造として、特許文献１には、ドラム型フェライトコアを用いたコイル部品の構造が従来技術として記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１５０２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のドラム型フェライトコアを用いた線輪部品において、低背化を推し進めるには、部品点数が多くコスト的に不利で且つ構造的にも低背化に不向きである。
【０００７】
一般的に求められるヒートショック試験（−４０℃〜＋８５℃、１０サイクル）において、ドラム型フェライトコアの鍔の強度が対抗できず、鍔に割れ（クラック）が生じることを避けるため、特許文献１に示すドラム型フェライトコアの線膨張係数と磁性粉含有外装樹脂の線膨張係数とを近い値にする方法や、特許文献２に示す磁性粉の充填量を５５重量％未満に減らした上で結着樹脂の選択をすることで解決していた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低背化とヒートサイクル試験で求められる耐久性を同時に実現する線輪部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物を用いても、鍔に割れ（クラック）を避けることができる。
【００１０】
（１）本発明によれば、上鍔と中芯と下鍔からなる磁芯と、当該磁芯の上鍔と下鍔との間に、「巻線」および「５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物」とを配置した線輪部品を備えることを特徴とする面実装コイル部品が得られる。
【００１１】
（２）また、本発明によれば、巻線を、当該磁芯の上鍔と下鍔との間の内周部に配置し、その外周部に金属粉末を含む樹脂混和物を配置することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１２】
（３）また、本発明によれば、上鍔と下鍔に挟まれた溝の体積の８０％以下を、金属粉末を含む樹脂混和物で占めることを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１３】
（４）さらに、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１４】
（５）また、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１５】
（６）次に、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１６】
（７）さらに、本発明によれば、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形することを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１７】
（８）本発明によれば、この磁芯の初透磁率は１００以上、金属粉末を含む樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする線輪部品が得られる。
【００１８】
即ち、本発明は、巻芯部の両端に鍔を有する磁芯を備え、前記鍔の間に、巻線および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物とを配置したことを特徴とする線輪部品である。
また、本発明は、前記巻線を内側に配置し、前記樹脂混和物を前記巻線の外側に配置したことを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記鍔の間に形成された空間の体積の８０％以下を、前記樹脂混和物で占めることを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記磁芯の初透磁率は１００以上であり、前記樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする上記の線輪部品である。
また、本発明は、前記樹脂混和物に、１重量％以上４０重量％以下の非磁性粉末を含むことを特徴とする上記の線輪部品である。
【発明の効果】
【００１９】
次の（Ａ）と（Ｂ）とを両立できる効果がある。
（Ａ）飽和磁束密度の高い金属粉を５５重量％以上充填率する樹脂混和物を用いることで、低背かつ高定格電流のインダクタが得られる。また、構成として、直流電流重畳特性の適合化を、金属粉末を含む樹脂混和物の使用体積を増減することによって調整できる。
（Ｂ）ヒートショックなどの環境負荷試験後の信頼性の確保、鍔の割れの発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る面実装コイル部品（線輪部品）の構造を示す、上方から見た断面図である。図１に示すように、この実施の形態の面実装コイル部品は、磁芯１と、巻線２と、金属粉末を含む樹脂混和物３と、端子部４とからなる。一例として、磁芯１には、ＮｉＺｎフェライトコアで上鍔の外形が３ｍｍ、厚みが０．２から０．３ｍｍで、巻芯部の直径は１．６ｍｍのものを用いることができる。
【００２１】
外周からの径方向の最大張り出し寸法は、高さ寸法Ｈを抑えた中でのドラム型フェライト単体で巻線と金属粉末を含む樹脂混和物の容積を確保するための空間である。なお、上記上鍔の厚みの下限はフェライト材の加工技術、焼結製造技術の進展によって可及的に小さい寸法となるべきである。
【００２２】
まず、金属粉末を含む樹脂混和物の高温時の応力歪曲線において、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱膨張による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形し、破壊強度よりも大きいならば、塑性変形すること、次に、金属粉末を含む樹脂混和物の低温時の応力歪曲線において、金属粉末を含む樹脂混和物の弾性物性として、上鍔と下鍔間の熱収縮による変形で、磁芯の破壊強度よりも小さいならば、弾性変形し、破壊強度よりも大きいならば、塑性変形することが、鍔の割れを防止する効果を得るための要件である。
【００２３】
最大温度２７０℃１０秒リフローを２回通過させた試料について、さらにヒートショックの条件は、−４０℃（３０分）から＋１２０℃（３０分）２４サイクルである。各サンプル（各条件のサンプル数ｎ＝３から１０個）に対して、リフロー後およびヒート試験後のクラック発生状況を調べた。
【００２４】
上記樹脂としては、例えば熱硬化性の、加とう性およびゴム弾性のエポキシ樹脂の配合を調整し、樹脂単体かつ室温での弾性率を０．２ＭＰａから４００ＭＰａ（配合１）〜（配合５）までを準備し、鍔厚を０．２から０．３ｍｍと変えて、８５重量％の金属粉末を含む樹脂混和物の鍔間の空間占有率を１００％（巻線なし）のＴＥＧ（検出精度アップのテストゲージ）でリフローとさらにヒートショックに対する信頼性の確認を行った。その結果を表１に示す。また、巻線をした場合（２Ｔまたは６Ｔ）を表２に示す。表中、数値はリフロー割れ発生率を示し、斜体字はヒートショック割れ発生率を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
さらに、表２の鍔厚０．２５ｍｍ、室温弾性率４０ＭＰａ、金属粉８８重量％（※で示す）について鍔間の空間占有率を８８％、６６％、４４％、２２％と変えて、巻線した場合の結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
また、表１のヒートショック割れ発生率（斜体字）で、略球状のシリカ（ＳｉＯ2）の量を変えた場合の結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】
本実施の形態の金属粉末（鉄）は、３％シリコン、９％クロムのアトマイズ粉末（略球状）を用いた。この場合の、充填率と材料透磁率との関係を図２に示す。真空の透磁率１に対して約２倍以上は必要であり好ましくは透磁率１０以上がよい、即ちインダクタ特性向上のためにフェライト磁性粉５５重量％以上、好ましくは８５重量％以上を含有した混和物が望ましい。また、略球状のシリカを１〜４０重量％添加することで、割れの発生確率を低減できた。
【００３２】
なお、ドラム型フェライトコアの形状は、中芯は円柱状或いは略四角柱状でもよく、上鍔と下鍔は円盤状或いは正方形や長方形の矩形板状でもよい。また端子部は下鍔の下面に少なくとも一対或いは二対配設されていればよい。
【００３３】
本発明により、リフローやヒートショックに対して信頼性を確保し、かつ図３のような直流電流重畳特性の良い金属モールドの線輪部品を得た。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る面実装コイル部品の構造を示す、上方から見た断面図。
【図２】本発明に係る面実装コイル部品における充填率と材料透磁率との関係を示す図。
【図３】本発明に係る面実装コイル部品における直流電流重畳特性を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１ 磁芯
２ 巻線
３ 樹脂混和物
４ 端子部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻芯部の両端に鍔を有する磁芯を備え、前記鍔の間に、巻線および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物とを配置したことを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
前記巻線を内側に配置し、前記樹脂混和物を前記巻線の外側に配置したことを特徴とする請求項１記載の線輪部品。
【請求項３】
前記鍔の間に形成された空間の体積の８０％以下を、前記樹脂混和物で占めることを特徴とする請求項１又は２記載の線輪部品。
【請求項４】
前記磁芯の初透磁率は１００以上であり、前記樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項５】
前記樹脂混和物に、１重量％以上４０重量％以下の非磁性粉末を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１】
巻芯部の両端に鍔を有する磁芯を備え、前記鍔の間に、巻線および５５重量％以上の金属粉末を含む樹脂混和物とを配置したことを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
前記巻線を内側に配置し、前記樹脂混和物を前記巻線の外側に配置したことを特徴とする請求項１記載の線輪部品。
【請求項３】
前記鍔の間に形成された空間の体積の８０％以下を、前記樹脂混和物で占めることを特徴とする請求項１又は２記載の線輪部品。
【請求項４】
前記磁芯の初透磁率は１００以上であり、前記樹脂混和物の初透磁率は１．３以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項５】
前記樹脂混和物に、１重量％以上４０重量％以下の非磁性粉末を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の線輪部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−３００６５３（Ｐ２００８−３００６５３Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４５５２１（Ｐ２００７−１４５５２１）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
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