(57)【要約】【課題】アンテナコイルの発熱を抑制し、小型・薄型化を実現したコイルモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】コイルモジュール１０は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａとを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。磁性樹脂層４ａは、好ましくは、スパイラルコイル２の全体を埋設することによって形成される。【選択図】  図１
2014027094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料を含む磁気シールド層と、
スパイラルコイルとを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、
上記スパイラルコイルは、少なくとも一部が上記磁性樹脂層に埋設されていることを特徴とするコイルモジュール。
【請求項２】
上記スパイラルコイルは、該スパイラルコイルの内径部が上記磁性樹脂層で充填されるように埋設されることを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項３】
上記スパイラルコイルは、その全体が上記磁性樹脂層に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項４】
上記磁気シールド層は、少なくとも２種類の磁性材料を含むことを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項５】
上記２種類以上の磁性材料は、上記磁性粒子の形状の種類を含み、
上記磁性粒子の形状の種類は、球状粉、破砕粉及び扁平粉のいずれかから１つ以上選択されることを特徴とする請求項４記載のコイルモジュール。
【請求項６】
上記２種類以上の磁性材料は、透磁率が異なる少なくとも２種類の磁性材料を含むことを特徴とする請求項４記載のコイルモジュール。
【請求項７】
上記磁気シールド層は、上記磁性樹脂層と、磁性材料がシート状に形成された磁性シートとを有し、
上記磁性樹脂層は、上記磁性シートに積層されることを特徴とする請求項６記載のコイルモジュール。
【請求項８】
上記磁気シールド層は、上記磁性樹脂層と、磁性材料がシート状に形成された磁性シートとを有し、
上記磁性樹脂層には上記スパイラルコイルが埋設されており、該磁性樹脂層と該磁性シートとが接着剤層により接続されることを特徴とする請求項６記載のコイルモジュール。
【請求項９】
上記磁性シートは、上記スパイラルコイルの当該コイルモジュールの厚さ方向に突出する端子を収容する切欠部を有することを特徴とする請求項７又は８記載のコイルモジュール。
【請求項１０】
上記磁性シートの表面に積層された絶縁性の樹脂からなる保護シートを更に備える請求項４から９いずれか１項記載のコイルモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラルコイルと磁気シールド材からなる磁気シールド層とを備えるコイルモジュールに関し、特に磁気シールド層として磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有するコイルモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、無線ＬＡＮ／ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）用アンテナ、さらにはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）といった複数のＲＦアンテナが搭載されている。これらに加えて、非接触充電の導入に伴って、電力伝送用のアンテナコイルも搭載されるようになってきた。非接触充電方式で用いられる電力伝送方式には、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。これらは、いずれも一次側コイルと二次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、上述したＲＦＩＤも電磁誘導を利用している。
【０００３】
これらのアンテナは、アンテナ単体で目的の周波数において最大の特性が得られるように設計されていても、実際に電子機器に実装されると、目的の特性を得ることは困難である。これは、アンテナ周辺の磁界成分が周辺に位置する金属等と干渉（結合）し、アンテナコイルのインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうことによる。また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまう。これらの対策として、アンテナコイルとその周辺に存在する金属との間に磁気シールド材を挿入することによって、アンテナコイルから発生した磁束を磁気シールド材に集めることによって、金属による干渉を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のアンテナ一般の問題に加えて、電磁誘導型の非接触充電においては、アンテナコイルの発熱を抑えつつ、一次側から二次側への伝送電力の伝送効率を向上させる必要がある。そして、携帯端末機器のような電子機器に搭載することを考慮すると、アンテナコイルの小型化及び薄型化を達成することが最重要である。たとえば特許文献１には、図１２に示すように、スパイラルコイル状のループアンテナ素子２に磁束集束用の防磁シート（ここでは磁気シート４ｂとして説明する）を、接着剤を塗布した接着剤層４１を介して貼付した構成のコイルモジュール５０が記載されている。また、電磁誘導型の非接触充電用途に向けたコイルモジュールの薄型化のために、フェライト等によりシート状に形成された磁気シート４ｂに切欠き２１を設けてコイルの導線１の引出部３ａを、この切欠部２１に収容する技術が記載されている。
【０００６】
しかしながら、アンテナコイルとして用いられるスパイラルコイルと、これに隣接させて配設された磁気シールド材とを備える従来のコイルモジュールにおいては、コイルモジュールをさらに小型化し、薄型化するには、コイルの巻線を細くするか、磁気シールド材を薄くするしか方法がない。コイルの巻線を細くすると、導線（主としてＣｕが用いられる）の抵抗値が上昇し、コイルの温度が上昇してしまう。コイルの発熱により、電子機器の筐体内温度が上昇すると、冷却のためのスペースが必要となり、小型化、薄型の妨げになる。また、磁気シールド材を小型にしたり、薄くすると、磁気シールド効果が減少し、アンテナコイルの周辺の金属（たとえばバッテリパックの外装ケース等）において、渦電流が発生してしまうため、伝送効率が低下するという問題が生じる。
【０００７】
また、従来のコイルモジュールでは、製造工程において、磁気シートにスパイラルコイルを固定するのに接着剤を用いているため、製造工程が煩雑であり、さらには接着剤を塗布した層にも厚さがあるので、コイルモジュールの厚さを増大させてしまうという問題がある。さらに、従来のコイルモジュールでは、磁気シートをもろいフェライトで形成するために、外力による破損を防止する目的で絶縁性の材料からなる保護シートを磁気シートの表面に貼付する場合がある。そのために、保護シート貼付工程が必要となり、また、保護シートの厚さ分だけコイルモジュールの厚さが増大するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、アンテナコイルの発熱を抑制し、小型・薄型化を実現したコイルモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るコイルモジュールは、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを備える。そして、磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、スパイラルコイルは、少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るコイルモジュールは、磁気シールド層の少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている磁性樹脂層を有しているので、磁性樹脂層による放熱効果を得つつ、小型化・薄型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）は、本発明が適用された第１の実施の形態であるコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明が適用されたコイルモジュールの特性を評価するために構成したシミュレーション用のコイルモジュールモデルの外観を示す斜視図である。（Ｂ）は、本発明のコイルモジュールの特性と比較するために構成したシミュレーション用のコイルモジュールモデルの外観を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は、本発明が適用された第１の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態であるコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図７】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図８】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態のコイルモジュールの変形例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図１０】本発明が適用されたコイルモジュール及び従来のコイルモジュールの特性を比較するために構成した測定回路のブロック図である。
【図１１】（Ａ）は、従来のコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図１２】（Ａ）は、特許文献１に記載された従来のコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。
【００１３】
［第１の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、コイルモジュール１０は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａとを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。図１（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、導線１に交差するようにしてスパイラルコイル２の外径側に引き出される。磁性樹脂層４ａは、好ましくは、スパイラルコイル２の全体を埋設することによって形成される。ここで、磁性樹脂層４ａの厚さは、導線１の太さ×２以下とすることができるので、コイルモジュール１０の厚さは、導線１の太さ×２とすることができる。
【００１４】
磁性樹脂層４ａは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁性粒子は、粒径が数μｍ〜数１０μｍの球形又は扁平粉を用いるが、破砕粉を混合させてもよい。上述した金属磁性体の場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。また、コイルモジュール１０のインダクタンス値は、磁性体の実部透磁率（以下、単に透磁率という。）によって決定されるが、透磁率は、磁性粒子と樹脂との混合比率により調整することができる。磁性樹脂層４ａの平均透磁率と、配合する磁性粒子の透磁率の関係は、配合量に対して一般的に対数混合則に従うので、粒子間の相互作用が増していく体積充填率４０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。なお、磁性樹脂層４ａの熱伝導特性も磁性粒子の充填率の増大とともに向上する。
【００１５】
磁性樹脂層４ａは、単一の磁性材料で構成する場合のみに限らない。２種類以上の磁性材料を混合して用いてもよく、多層に積層して磁性樹脂層を形成してもよく、同一の磁性材料であっても、磁性粒子の粒径及び／又は形状を複数選択して混合してもよく、多層に積層してもよい。これらのバリエーションが可能であるため、所望の磁気特性を実現することが可能になる。
【００１６】
結合剤は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。これらに限られないことは言うまでもない。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整材、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
【００１７】
スパイラルコイル２を形成する導線１は、５Ｗ程度の充電出力容量の場合であって、１２０ｋＨｚ程度の周波数で用いられるときには、０．２０ｍｍ〜０．４５ｍｍの径のＣｕ又はＣｕを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線１の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて１層、又は２層のα巻としてもよい。
【００１８】
＜コイルモジュールの製造方法＞
磁性樹脂層４ａは、コイルモジュール１０の最終形状となる型枠にスパイラルコイル２を載置し、上述したフェライト等の磁性粒子と、結合剤である樹脂やゴムとを混錬したものを型枠に注入して成形する。そして、その後加熱あるいは紫外線を照射することによって樹脂等を硬化させることよってコイルモジュール１０を形成する。または、コイルモジュール１０の型枠に所定量の樹脂等を注入し、硬化させる前の柔らかい状態の樹脂等にスパイラルコイル２を埋め込んで、その後加熱又は紫外線照射等によって樹脂等を硬化させることによってもコイルモジュール１０を形成することができる。
【００１９】
さらに、磁性樹脂層４ａを予めシート状に形成し、そのシートの上にスパイラルコイル２を載置し、加圧あるいは加圧熱処理することで、スパイラルコイル２が埋設されたコイルモジュール１０を形成することもできる。
【００２０】
樹脂等の量は、図１のようにスパイラルコイル２を完全に埋設させる量であってもよく、あるいは導線１と引出部３ｂの一部が露出する量であってもよい。また、樹脂等の位置は、導体１の下面側の領域とスパイラルコイル２の外形部を充填する位置であってもよく、後述するように、導体１の下面側の領域とスパイラルコイル２の内径部を充填する位置であってもよい。
【００２１】
このような製造方法によれば、スパイラルコイル２と磁性樹脂層４ａとを固定する場合に、接着剤を用いる必要がない。したがって、接着剤を塗布する工程が削減され、さらに接着剤塗布により形成される接着剤層がない分だけコイルモジュール１０の薄型化が可能になる。また、磁性樹脂層４ａには、上述のような樹脂が混錬されているために、外部からの衝撃に対して、割れ等の破損を生じることがないので、表面に保護シートを貼付する必要がない。したがって、保護シート貼付工程を削減でき、保護シートにかかるコイルモジュールの厚さの増大を抑えることができる。
【００２２】
＜従来のコイルモジュールとの特性比較＞
本発明に係るコイルモジュール１０の特性を、シミュレーションプログラムを用いて評価した。図２は、解析に用いたコイルモジュールの形状を示す斜視図である。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、本発明のコイルモジュール１０は、円形状に導線１が巻回されたスパイラルコイル２の全体が磁性樹脂層４ａに埋設されている。スパイラルコイル２の導線１は、線幅１ｍｍ×線厚０．２ｍｍの平角導線である。このような導線１を３ターン巻回してスパイラルコイル２を構成する。磁性樹脂層４ａは、４３ｍｍ×４３ｍｍ×０．７５ｍｍの大きさに構成した。上述したように、磁性樹脂層４ａの透磁率等の電気的特性は、磁性粒子の材質、粒子形状、粒子径及び樹脂（又はゴム等）との混合割合によって変化させることができるので、磁性樹脂層４ａの透磁率は、１５、２０、２５、３０の４種類についてシミュレーションを行うこととした。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、従来のコイルモジュール４０は、図２（Ａ）の場合と同一のスパイラルコイル２を、透磁率１００のＮｉ−Ｚｎフェライトからなる磁性シート５上に、０．１５ｍｍの厚さの接着剤層を介して形成した。磁性シート５は、大きさを４３ｍｍ×４３ｍｍ×０．４ｍｍとし、スパイラルコイル２の内径側からの引出部３ａが導線１と重なる箇所に切欠部２１を設けて、引出部３ａを収容する構造とした。磁性シート５の厚さが０．４ｍｍで、接着剤層の厚さが０．１５ｍｍで、導線の厚さが０．２ｍｍであるから、コイルモジュールの全体の厚さは、０．７５ｍｍとなり、図２（Ａ）のコイルモジュールと同一である。
【００２５】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）いずれの場合においても、コイルモジュールが電子機器内に実装された場合を想定して、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍのＡｌの薄板を、それぞれコイルの磁性樹脂層４ａ、磁性シート５のスパイラルコイル設置側と反対側の面から０．１ｍｍ離間して対向配置している。
【００２６】
上述のように、まったく同じ外形寸法のコイルモジュールについて、インダクタンス及びＱをシミュレーションにより算出した結果を表１に示す。なお、表１では、比較例を基準にして規格化した数値により示す。
【００２７】
【表１】
2014027094.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、本発明のコイルモジュール１０は、インダクタンスに関して、透磁率を３０以上とすることによって、透磁率１００の磁性シートを備える従来のコイルモジュール４０と同等以上の特性を有することがわかる。Ｑについては、透磁率が１５であっても、従来のコイルモジュール４０の特性と同等であることを示している。
【００２９】
したがって、従来のコイルモジュール４０と同等の厚さの本発明のコイルモジュール１０は、磁性粒子の混合割合等を調整して透磁率を適切な値に設定することによって、従来のコイルモジュール４０以上の特性を実現することが可能である。
【００３０】
上述したように、本発明のコイルモジュール１０において、従来のコイルモジュール４０と同一の厚さ及び同一のインダクタンスを有することとすれば、より高いＱのコイルを実現することができる。Ｑ値が高いということは、一次側コイルと結合させた場合に、伝送効率の向上が期待される。
【００３１】
さらに、磁性樹脂層４ａに、スパイラルコイル２が埋設される構造であるため、熱伝導率の高い磁性体を多く含む磁性樹脂層４ａの高熱伝導特性によって、導線１で発生したジュール熱を非常に有効に放熱することが可能となる。高効率な放熱構造となることによって、電子機器内に実装した場合に、より狭い実装スペースに本発明のコイルモジュール１０を実装することができ、電子機器の小型化、薄型化の要求に適切に対応できる。
【００３２】
従来のコイルモジュール４０においては、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、導線１のスパイラルコイル２の内径側からの引出部３ａが他の導線１上を交差して引き出す構造となっているので、引出部３ａの厚さ分だけコイルモジュールの厚さが厚くなる。また、スパイラルコイル２と磁性シート４２とを固定するためにスパイラルコイル２と磁性シート４２との間に接着剤層４１を設ける必要があり、接着剤層４１の分もコイルモジュールの厚さが厚くなる。また、特許文献１に記載されたコイルモジュール５０の場合には、図１２に示すように、引出部３aの部分は磁性シート４ｂに設けられた切欠部２１に収容されるので余分な厚みとはならないが、接着剤層４１の分は厚くなる。本発明のコイルモジュール１０では、図１、図３のような構成とした場合、磁性樹脂層４ａが、スパイラルコイル２を固定することができるので、接着剤層４１が不要となり、薄型化に貢献する。
【００３３】
［第１の実施の形態の変形例］
本発明の第１の実施の形態においては、コイルモジュール１０の磁性樹脂層４ａがスパイラルコイル２の全体を埋設していなくても、磁性樹脂層４ａがスパイラルコイル２の磁気回路上に形成されていれば、インダクタンスの向上等の性能向上が可能である。
【００３４】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、本発明のコイルモジュール１０は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａとを備えるが、磁性樹脂層４ａは、スパイラルコイル２の内径部１１とスパイラルコイル２の一方の面で引出部３ａを埋没させるように形成される。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。図３（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、スパイラルコイル２の外径側に引き出されるのは、上述した図１の場合と同様である。
【００３５】
このように、磁性樹脂層４ａを、スパイラルコイル２に接触し通信を行う時に対向する面と反対の面側と、スパイラルコイル２の周辺の任意の位置に、任意の埋込量で配置することによって、かつ、磁性粒子の材質、磁性粒子と樹脂（又はゴム等）との混合割合、磁性粒子の形状、粒径等によって設定される透磁率等の磁性材料の特性を調整することによって、所望の特性、形状を有するコイルモジュール１０を形成することが可能である。このような自由度によって、狭い電子機器内の実装スペースを有効に活用できるとともに、軽量化にも貢献することができる。また、より少ない磁性樹脂層４ａの量であっても、従来のコイルモジュールと同等の電気的特性を実現することができ、導線１は、磁性樹脂層４ａに一部が埋設されているので、高い放熱効果も期待することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
本発明のコイルモジュールにおいては、２種類以上の磁性材料を用いた多層の磁気シールド層により構成することができる。特に、高透磁率の磁性シートと組み合わせることによって、電気的特性の向上、さらなる小型・薄型化を実現することができる。
【００３７】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、本発明のコイルモジュール２０は、透磁率が高い磁性材料、たとえばＮｉ−Ｚｎフェライトを用いて形成された磁性シート４ｂと、磁性シート４ｂ上に載置されたスパイラルコイル２と、スパイラルコイル２を埋設するように形成された磁性樹脂層４ａとを備える。磁気シールド層４は、磁性シート４ｂと磁性樹脂層４ａとの積層体である。スパイラルコイル２は、スパイラルコイル２の内径側からの引出部３ａが他の導線１上を交差するようにして引き出される。磁性樹脂層４ａは、この引出部３ａの交差部分以外のスパイラルコイル２全体を埋設する。なお、図示していないが、磁性シート４ｂをフェライト等のわれやすい材料で形成した場合に、磁性シート４ｂのスパイラルコイル２を載置している面とは反対側の表面に保護シートを貼付するようにしてもよい。
【００３８】
磁性樹脂層４ａは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでおり、第１の実施の形態と同様である。すなわち、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁性粒子は、粒径が数μｍ〜数１０μｍの球形又は扁平粉を用いるが、破砕粉を混合させてもよい。上述した金属磁性体の場合には、複素透磁率の周波数依存性によって周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。
【００３９】
磁性樹脂層４ａのための結合剤は、第１の実施の形態の場合と同様である。すなわち熱、紫外線照射等により硬化する樹脂を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができるが、これらに限られないことは言うまでもない。
【００４０】
磁性シート４ｂは、一般的には、電気抵抗率の高いフェライトを用いるが、磁性粒子と同様の磁性材料、たとえばＦｅ系あるいはＣｏ系等のアモルファス金属磁性体を用いてもよく、センダスト、パーマロイ等のＦｅ系の結晶金属磁性体、微結晶磁性体等を用いることができるのはもちろんである。
【００４１】
＜第２の実施の形態のコイルモジュールの製造方法＞
次に本発明の第２の実施の形態に係るコイルモジュール１０の作製方法の一例について説明する。まず磁性シート４ｂ、１４ｂを用意するが、ここでは磁性シート４ｂ、１４ｂとしてフェライトを用いた例で説明する。
【００４２】
フェライト原料の混合物を型枠に押し込んで成型し、焼成してバルク状のフェライトとし、その後スライシングによってシート状に成型する。
【００４３】
このようにして成型された磁性シート４ｂを、さらに型枠に配設して、磁性シート４ｂ上にスパイラルコイル２を載置した後、磁性樹脂を型枠に注入する。スパイラルコイル２を磁性シート４ｂ上に載置する際に固定するために磁性シート４ｂ上に接着剤を塗布してもよいが、硬化前の磁性樹脂を接着剤の代わりにスパイラルコイル２の固定に用いることが好ましい。その後、加熱し、又は紫外線照射等して磁性樹脂を硬化させて型枠からコイルモジュール２０を抜く。第１の実施の形態の場合と同様に、磁性樹脂を注入した後に、スパイラルコイル２を埋め込むようにしてもよい。
【００４４】
あるいは、型枠に磁性樹脂を注入したところに、スパイラルコイル２を埋設し、さら焼結された磁性シート４ｂで磁性樹脂層４ａを覆うように載置して、その後磁性樹脂を硬化させるようにしてもよい。
【００４５】
磁性シート４ｂを形成する場合に、スライシングによらず他の方法を使うこともできる。たとえば、フェライト原料粉末とバインダを混合して作製したフェライトスラリーをドクターブレード法等により薄いシート状に成型し（グリーンシート）、その後、抜き型等で所定の形状に成型したグリーンシートを焼結してフェライトシートとする方法を用いても良い。焼結されたフェライトの磁性シート４ｂ上に上述と同様の加工を施すことによって本発明のコイルモジュールを形成することができる。
【００４６】
なお、後述するように、磁性シート４ｂに切欠部２１を形成してもよい。この場合には、バルク状のフェライトの焼結後に、バルク状態で切欠部２１を形成してもよく、磁性シート４ｂにスライシング後に切欠部２１を溝加工により形成してもよい。また、グリーンシートから磁性シート４ｂを形成する場合には、あらかじめ切欠部２１を考慮した抜き型を用意することによって、切欠部２１の形成された磁性シート４ｂを形成することが可能である。
【００４７】
［第２の実施の形態の変形例］
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、スパイラルコイル２の内径からの引出部３ａが他の導線１の下部、すなわち磁性シート４ｂ側から交差させて引き出す場合の変形例を示す図である。この変形例は、引出部３ａを含めてスパイラルコイル２を磁性樹脂層４ａに埋設されるので、磁性樹脂層４ａの厚さが図４の場合に比べて厚くなっている。磁性樹脂層４ａが厚いために、インダクタンスが増大し、コイルの電気的特性が向上する。なお、図４の場合であっても、磁性樹脂層４ａを導線１の２本分の厚さにすることができるのは言うまでもない。
【００４８】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、スパイラルコイル２の内径からの引出部３ａが他の導線１の下部、すなわち磁性シート４ｂ側から引き出す場合において、磁性シート４ｂの引出部３ａに対応する箇所に切欠部２１を形成することによって、薄型化した変形例を示す図である。引出部３ａが切欠部２１に埋設されるので、導線１の太さ分又は磁性シート４ｂの厚さ分だけ、コイルモジュール２０の厚さを薄くすることができる。
【００４９】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、磁性シート４ｂの引出部３ａに対応する箇所に切欠部２１を形成する場合において、引出部３ａに対応する箇所のみに限らず、磁性シート４ｂの全長にわたって切欠部２１を延長した変形例を示す図である。
【００５０】
図６及び図７のいずれの場合において、切欠部２１にも、磁性樹脂を充填しているが、切欠部２１に磁性樹脂を充填しないようにしてもよいのは言うまでもない。
【００５１】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、磁性樹脂層４ａは、スパイラルコイル２の全体を埋設するように形成されなくともよく、スパイラルコイル２の内径部１１を充填するように形成するようにしてもよい。
【００５２】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２を埋設した磁性樹脂層４ａと、磁性シート４ｂとを接着剤層４１を介して接着する構造としてもよい。
【実施例】
【００５３】
本発明の有効性を確認するために、本発明のコイルモジュール２０と従来のコイルモジュール４０を作成し、それぞれ電気的特性を評価し、また、それぞれのコイルモジュール２０，４０を非接触充電回路に搭載して、コイルモジュール２０，４０の温度上昇を評価した。
【００５４】
コイルモジュール２０，４０の温度上昇の評価に用いた評価回路を図１０に示す。評価回路は、交流電源３３が接続された一次側スイッチング回路３２と、一次側スイッチング回路によって駆動される送電コイル３０と、二次側の受電コイルとして用いられるコイルモジュール２０，４０と、コイルモジュール２０，４０のスイッチング波形を整流平滑する整流平滑回路３４と、定電力負荷装置３５とを備えている。送電コイル３０とコイルモジュール２０，４０は、対向して配置され２．５ｍｍの間隔をあけて固定される。コイルモジュール２０，４０の送電コイル３０に対向する側と反対側には、コイルモジュール２０，４０の面積とほぼ同等の面積を有する厚さ０．３ｍｍのＡｌの薄板を載置して固定した。コイルモジュール２０，４０の温度を測定するために、熱電対をコイルモジュール２０，４０表面に貼付し、熱電対温度計３６で温度測定を行った。なお、Ａｌ薄板３１は、実際の電子機器にコイルモジュール２０，４０が搭載された場合に、金属製のバッテリ外装ケースを模擬するためのものである。
【００５５】
［実施例１］
コイルモジュールの構成は、図４の構成であり、磁性シート４ｂと、磁性シート４ｂ上に載置されたスパイラルコイル２と、スパイラルコイル２の全体を埋設するように形成された磁性樹脂層４ａとを備える。引出部３ａは、スパイラルコイル２の内径側から導線１の上側を交差して引き出される。磁性樹脂層４ａが、引出部３ａの交差部分以外のスパイラルコイル２の全体を覆っているので、磁性樹脂層４ａの厚さは、０．４ｍｍである。なお、磁性シート４ｂとスパイラルコイル２とは、後述する比較例と同様に接着剤層を介して固定した（なお本比較実験では接着剤層を１０μｍ程度の極薄としているので、コイルモジュールの総厚には含めていない）。スパイラルコイル２の導線１には、直径０．４ｍｍのＣｕの丸線（１種）を用い、内径３５ｍｍの円形スパイラルコイルとしている。ターン数は、１０Ｔである。磁性シート４ｂには、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズで、厚さ０．４ｍｍのＭｎ−Ｚｎフェライトシートを用いた。このＭｎ−Ｚｎフェライトの透磁率は、１０００である。磁性樹脂層４ａには、シリコーン樹脂に、Ｆｅ系の球状アモルファス（Ｄ５０＝１０μｍ）を６５％含有させたものを用いた。
【００５６】
［実施例２］
スパイラルコイル２、磁性シート４ｂ、磁性樹脂層４ａの構成は、実施例１と同一であり、コイルモジュールの構成として、図５の構成であり、引出部３ａが導線１の下側から交差して引き出される構造である。磁性樹脂層４ａが、スパイラルコイル２全体を覆っているため、磁性樹脂層４ａの厚さは、０．８ｍｍである。
【００５７】
［実施例３］
スパイラルコイル２、磁性シート４ｂ、磁性樹脂層４ａの構成は、実施例１と同一であり、コイルモジュールの構成として、図６の構成を用いた。ここで、磁性シート４ｂに形成した切欠部２１は、幅（磁性シート４ｂの切欠部の縁辺に沿った方向）５ｍｍ、長さ（コイルモジュールの内径側に向かう方向）１０ｍｍとした。引出部３ａは、切欠部２１に埋設され、磁性樹脂層４ａが、引出部３ａを除いたスパイラルコイル２の全体を覆っているので、磁性樹脂層４ａの厚さは、０．４ｍｍである。
【００５８】
［実施例４］
スパイラルコイル２、磁性シート４ｂ、磁性樹脂層４ａの構成は、実施例１と同一であり、コイルモジュールの構成として、図７の構成を用いた。ここで、磁性シート４ｂに形成した切欠部２１は、幅１ｍｍとした。磁性樹脂層４ａの厚さは、実施例３と同様に０．４ｍｍである。
【００５９】
［比較例］
スパイラルコイル２の導線１には、上記実施例と同じ直径０．４ｍｍのＣｕの丸線を用い、内径３５ｍｍの円形スパイラルコイルとしている。ターン数は、１２Ｔである。磁性シート４ｂには、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズで、厚さ０．４ｍｍのＭｎ−Ｚｎフェライトシートを用いた。このＭｎ−Ｚｎフェライトの透磁率は、１０００である。コイルモジュールの構成は、図１１の構成を用いた。
【００６０】
［結果］
結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
2014027094.tif 000004
【００６２】
実施例１〜２と比較例のコイルモジュール２０，４０の厚さは、磁性シート層の厚さと、接着剤層の厚さと、スパイラルコイル２の導線１の太さとして、引出部３ａを含めた導線２本分の厚さとからなるため、同一である。
【００６３】
これに対して、実施例３〜４は、切欠部２１に引出部３ａを収容しているので、引出部３ａの導線１本の太さ分０．４ｍｍ薄くなっている。なお、上述したように、実施例１〜２の場合であっても、接着剤層を、磁性樹脂層４ａに代替させることができるので、接着剤層を削除することによって、比較例に対して、厚さを薄くすることができる。
【００６４】
インダクタンスについては、実施例１〜４は、比較例よりもターン数を２Ｔ少ない１０Ｔとしているにもかかわらず、比較例と同等の測定値を得た。実施例２においては、比較例よりも８％近くインダクタンスを増大させることができた。これは、磁性シート４ｂに加えて、磁性樹脂層４ａを追加したために磁束集束作用が向上したためである。なお、実施例３〜４のインダクタンスが比較例に対して５％ほど小さいのは、切欠部２１を設けたことによって、磁性シート４ｂの量が減少したためである。
【００６５】
直流抵抗については、実施例１〜４は、比較例に対してターン数が２Ｔ少ない分低い値を得た。これによって、ジュール熱（銅損）が減少してコイルモジュール２０，４０の温度上昇は、実施例１〜４が比較例よりも３．２℃（実施例４）〜４．２℃（実施例２）低くなった。特に、実施例２において、コイルモジュール２０，４０の温度上昇がもっとも抑制されたのは、シリコーン樹脂とアモルファス磁性粒子とからなる磁性樹脂層４ａの量が他の実施例よりも多いため、アンテナ性能や熱伝導の向上が寄与しているからである。
【００６６】
このように、本発明のコイルモジュール２０では、従来のコイルモジュール４０と同等のインダクタンスを得るのに、ターン数を減らすことができるので、直流抵抗を低減することが可能となる。このため、コイルモジュールの発熱を抑制することができ、小型化も可能となる。また、本発明のコイルモジュールでは、磁性樹脂層によって、放熱性能が向上するので、より高電力での伝送が可能となり、また搭載される電子機器内部の放熱のためのスペースを削減することができ、さらなる小型化を可能にする。
【符号の説明】
【００６７】
１  導線、２  スパイラルコイル、３ａ，３ｂ  引出部、４  磁気シールド層、４ａ  磁性樹脂層、４ｂ、５、４２  磁性シート、１０、２０、４０、５０  コイルモジュール、２１  切欠部、３０  送電コイル、３１  Ａｌ薄板、３２  一次側スイッチング回路、３３  交流電源、３４  整流平滑回路、３５  定電力負荷装置、３６  熱電対温度計、４１  接着剤層
【図１】
2014027094.tif 000005
【図２】
2014027094.tif 000006
【図３】
2014027094.tif 000007
【図４】
2014027094.tif 000008
【図５】
2014027094.tif 000009
【図６】
2014027094.tif 000010
【図７】
2014027094.tif 000011
【図８】
2014027094.tif 000012
【図９】
2014027094.tif 000013
【図１０】
2014027094.tif 000014
【図１１】
2014027094.tif 000015
【図１２】
2014027094.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月13日(2012.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料を含む磁気シールド層と、
スパイラルコイルとを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、
上記スパイラルコイルは、少なくとも一部が上記磁性樹脂層に埋設されていることを特徴とするコイルモジュール。
【請求項２】
上記スパイラルコイルは、該スパイラルコイルの内径部が上記磁性樹脂層で充填されるように埋設されることを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項３】
上記スパイラルコイルは、その全体が上記磁性樹脂層に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項４】
上記磁気シールド層は、少なくとも２種類の磁性材料を含むことを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項５】
上記２種類以上の磁性材料は、上記磁性粒子の形状の種類を含み、
上記磁性粒子の形状の種類は、球状粉、破砕粉及び扁平粉のいずれかから１つ以上選択されることを特徴とする請求項４記載のコイルモジュール。
【請求項６】
上記２種類以上の磁性材料は、透磁率が異なる少なくとも２種類の磁性材料を含むことを特徴とする請求項４記載のコイルモジュール。
【請求項７】
上記磁気シールド層は、上記磁性樹脂層と、磁性材料がシート状に形成された磁性シートとを有し、
上記磁性樹脂層は、上記磁性シートに積層されることを特徴とする請求項６記載のコイルモジュール。
【請求項８】
上記磁気シールド層は、上記磁性樹脂層と、磁性材料がシート状に形成された磁性シートとを有し、
上記磁性樹脂層には上記スパイラルコイルが埋設されており、該磁性樹脂層と該磁性シートとが接着剤層により接続されることを特徴とする請求項６記載のコイルモジュール。
【請求項９】
上記磁性シートは、上記スパイラルコイルの当該コイルモジュールの厚さ方向に突出する端子を収容する切欠部を有することを特徴とする請求項７又は８記載のコイルモジュール。
【請求項１０】
上記磁性シートの表面に積層された絶縁性の樹脂からなる保護シートを更に備える請求項４から９いずれか１項記載のコイルモジュール。
【請求項１１】
磁性材料を含む磁気シールド層とスパイラルコイルとを有するコイルモジュールと、
上記コイルモジュールの受電入力を整流する整流回路とを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、
上記スパイラルコイルは、少なくとも一部が上記磁性樹脂層に埋設されていることを特徴とする受電装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、スパイラルコイルと磁気シールド材からなる磁気シールド層とを備えるコイルモジュールに関し、特に磁気シールド層として磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有するコイルモジュール及びそのコイルモジュールを用いた受電装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るコイルモジュールは、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを備える。そして、磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、スパイラルコイルは、少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている。また、本発明に係る受電装置は、磁性材料を含む磁気シールド層とスパイラルコイルとを有するコイルモジュールと、コイルモジュールの受電入力を整流する整流回路とを備え、磁気シールド層は、磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有し、スパイラルコイルは、少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係るコイルモジュール及び受電装置によれば、磁気シールド層の少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている磁性樹脂層を有しているので、磁性樹脂層による放熱効果を得つつ、小型化・薄型化が可能になる。