(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気特性を維持しつつ、磁性体の使用量を削減できるコイル部品を提供する。【解決手段】磁性体粉末と樹脂とを有するコア部２と、空芯コイル部４１と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、少なくとも空芯コイル部の全体がコア部２の内部に埋設されているコイル部品１０であって、コア部２の外形は、略直方体から、当該略直方体の辺であって巻回部４１の巻回軸方向と略平行な辺の全部を含む角部のうち、１つ以上の角部が除去された形状であり、除去された部分の体積が、略直方体の体積の２％以上である。【選択図】図１
2018056396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
空芯コイル部と、前記空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも前記空芯コイル部の全体が前記コア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
前記コア部の外形は、略直方体から、当該略直方体の辺であって前記巻回部の巻回軸方向と略平行な辺の全部を含む角部のうち、１つ以上の前記角部が除去された形状であり、
除去された部分の体積が、前記略直方体の体積の２％以上であるコイル部品。
【請求項２】
前記角部はＣ面取りにより除去されている請求項１に記載のコイル部品。
【請求項３】
２つ以上の前記角部が除去されている請求項１または２に記載のコイル部品。
【請求項４】
３つ以上の前記角部が除去されている請求項１または２に記載のコイル部品。
【請求項５】
４つの前記角部が除去されている請求項１または２に記載のコイル部品。
【請求項６】
前記コア部の外形が略正八角形柱状である請求項５に記載のコイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空芯コイルと、当該空芯コイルが埋設されたコア部とを有するコイル部品に関する。特に電源系回路に実装されて好適なコイル部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、これら電子機器を駆動するＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源回路において、高周波数化および大電流化に対応した小型かつ高性能なコイル部品の要求が強くなっている。
【０００３】
従来、上記の要求を達成し得るコイル部品として、ワイヤが巻回された空芯コイルを、磁性粉末と樹脂との混合物を加圧成形した圧粉磁芯（コア）内に埋設したコイル封入型磁性部品が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
小型かつ高性能なコイル部品を得るためには、高いインダクタンスが得られるとともに、大電流領域まで高いインダクタンスを保持できることにより、電源駆動時の磁気飽和を抑制することが重要となる。磁気飽和を抑制した上で、小型化を実現するためには、磁性体から構成される磁芯内において発生する磁束密度の分布を均一に近づけることにより、磁芯全体を有効に活用することが重要となる。なお、磁気飽和特性を表す指標としては、たとえば、直流重畳特性が例示される。
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されているように、コイル封入型磁性部品は、通常、円筒形状の空芯コイルが直方体のコア内部に埋設されている構成を有している。図８（ａ）に当該構成を示す。また、図８（ｂ）は、コイル封入型磁性部品１００を空芯コイル４０の巻回軸方向から見た図であるが、空芯コイル４０の内側に配置された磁性体（コア２０の中脚部２１）の外周形状が円形であるのに対して、空芯コイルの外側に配置された磁性体（コア２０の外脚部２２）の外周形状が四角形（正方形）の構成となっている。
【０００６】
ここで、図８（ｂ）に示すように、コア２０の中脚部２１からコア２０の外脚部２２に向かって、すなわち、空芯コイル４０の内側から外側に流れる磁束は、中脚部２１の外周形状にならって流れるため、その向きは放射状となる。一方、外脚部２２であって、空芯コイルから離れて形成されている角部付近（図８（ｂ）において点線で囲まれた部分）においては、発生する磁束密度が極端に低くなり、磁性体からなるコア２０全体を有効に活用することが難しくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６５４２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、磁気特性を維持しつつ、磁性体の使用量を削減できるコイル部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様は、
［１］磁性体粉末と樹脂とを有するコア部と、
空芯コイル部と、空芯コイル部から引き出された引出部と、端子部とを有し、
少なくとも空芯コイル部の全体がコア部の内部に埋設されているコイル部品であって、
コア部の外形は、略直方体から、当該略直方体の辺であって巻回部の巻回軸方向と略平行な辺の全部を含む角部のうち、１つ以上の角部が除去された形状であり、
除去された部分の体積が、略直方体の体積の２％以上であるコイル部品である。
【００１０】
上記の構造を有するコイル部品は、コア部が略直方体形状であるコイル部品と比べて、磁気特性が同等でありながら、磁性体の使用量を削減することができる。
【００１１】
［２］角部はＣ面取りにより除去されている［１］に記載のコイル部品である。
【００１２】
Ｃ面取りを行うことにより、角部を容易に除去できる。
【００１３】
［３］２つ以上の角部が除去されている［１］または［２］に記載のコイル部品である。
［４］３つ以上の角部が除去されている［１］または［２］に記載のコイル部品である。
［５］４つの角部が除去されている［１］または［２］に記載のコイル部品である。
【００１４】
上記の構造を有するコイル部品によれば、磁気特性を維持しつつ、磁性体の使用量をより削減することができる。
【００１５】
［６］コア部の外形が略正八角形柱状である［５］に記載のコイル部品である。
【００１６】
上記の構造を有するコイル部品によれば、磁気特性を維持しつつ、磁性体の使用量をより削減することができ、しかも製造および実装が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るコイル部品の透視斜視図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るコイル部品の透視平面図である。
【図２】図２は、空芯コイル部と引出部との断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るコイル部品において、除去された角部を示す透視斜視図であり、図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るコイル部品において、除去された角部を示す透視平面図である。
【図４】図４は、角部を除去する範囲を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るコイル部品の透視斜視図であり、図５（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るコイル部品の透視平面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るコイル部品の透視斜視図であり、図６（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るコイル部品の透視平面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第４実施形態に係るコイル部品の透視斜視図であり、図７（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係るコイル部品の透視平面図である。
【図８】図８（ａ）は、従来例に係るコイル部品の透視斜視図であり、図８（ｂ）は、従来例に係るコイル部品の透視平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．コイル部品
１．１  第１実施形態
１．２  第２実施形態
１．３  第３実施形態
１．４  第４実施形態
２．実施形態の効果
３．変形例
【００１９】
（１．コイル部品）
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、第１実施形態に係るコイル部品１０は、圧縮成形体としてのコア部２と、ワイヤが巻回されて形成される空芯コイル部４１と、空芯コイル部４１から引き出された引出部（図示省略）と、引出部に電気的に接続され、コア部２の外周に設けられた端子部（図示省略）とを有し、空芯コイル部４１の全体がコア部２の内部に埋設されている。したがって、実際のコイル部品１０においては、空芯コイル部４１を外部から観察することはできない。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、コア部２の外形は、正八角形状の第１主面２ａおよび第２主面２ｂが、長方形状の８つの外周面（第１外周面２ｃ、第２外周面２ｄ、第３外周面２ｅ、第４外周面２ｆ、第５外周面２ｇ、第６外周面２ｈ、第７外周面２ｉおよび第８外周面２ｊ）を介して連結されて構成される正八角柱状を有している。
【００２１】
本実施形態では、第５外周面２ｇ、第６外周面２ｈ、第７外周面２ｉおよび第８外周面２ｊは、後述するが、正四角柱の角部が除去されることにより形成された面である。
【００２２】
コア部２は、磁性体粉末と、磁性体粉末に含まれる磁性体粒子を結合するバインダとしての樹脂と、を含む顆粒を圧縮成形または射出成形し、必要に応じて熱処理を行い、形成してある。磁性体粉末の材質としては、所定の磁気特性を発揮するものであれば特に限定されないが、たとえば、Ｆｅ−Ｓｉ（鉄−シリコン）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ；鉄−シリコン−アルミニウム）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ（鉄−シリコン−クロム）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）、カルボニル鉄系などの鉄系の金属磁性体が例示される。また、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどのフェライトであってもよい。
【００２３】
バインダとしての樹脂は、特に限定されないが、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコン樹脂、これらを組み合わせたものなどが例示される。
【００２４】
空芯コイル部および引出部を構成するワイヤは、たとえば、導線と、必要に応じて導線の外周を被覆してある絶縁被覆層とで構成してある。導線は、たとえば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ａｇ、Ａｕ、リン青銅などで構成してある。絶縁被覆層は、たとえばポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエステル−イミド、ポリエステル−ナイロンなどで構成してある。ワイヤの横断面形状は、特に限定されず、円形、平角形状などが例示される。
【００２５】
図２に示すように、空芯コイル部４１は、ワイヤ４ａが巻回されて形成され、引出部４２は、空芯コイル部４１から引き出されている。本実施形態では、空芯コイル部４１は、ワイヤ４ａを中空円筒状に巻回してある部分である。この空芯コイルは、巻回軸Ｏがコア部２の両主面２ａ、２ｂと垂直となるようにコア部２の内部に埋め込まれている。
【００２６】
また、空芯コイル部４１からはワイヤ４ａの両端である少なくとも一対の引出部４２がコア部２の外部に引き出される。引き出されたワイヤ４ａ（引出部４２）は、コア部２の外周面に設けられる一対の端子部に電気的に接続されることとなる。なお、端子部は、特に限定されず、公知の構成を適用することができる。
【００２７】
端子部に電圧が印加されると、ワイヤ４ａに電流が流れ、空芯コイル部４１の中空部を貫通するように磁束が生じることにより、コイル部品が所定の磁気特性を発揮する。
【００２８】
本実施形態では、正八角柱状の外形を有するコア部２は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、正四角柱状の４つの角部Ｃ１〜Ｃ４が、角部を構成する面に対して４５°傾いた面で除去した構成を有している。すなわち、４つの角部はＣ面取りされた構成となっている。図３（ａ）および（ｂ）では、除去された部分（角部Ｃ１〜Ｃ４）を点線で表している。
【００２９】
なお、本実施形態では、４つの角部はＣ面取りにより除去されることが好ましいが、本実施形態で行う面取りで除去する量は、通常の面取りで除去する量よりもかなり多い。コイル部品に対して行う通常の面取りは、チッピング等のコイル部品の破損を防ぐ目的で行われており、本実施形態のように、角部を大きく除去することはない。
【００３０】
角部が除去される前のコア部の外形は、正四角柱であり、図８に示すコイル部品のコア部の外形と同様の形状を有している。上述したように、図８に示すコイル部品では、空芯コイルの内部に配置された磁性体の外周形状は円形状であるので、コイルを流れる電流により発生する磁束は空芯コイルの内部から外部に向けて放射状になり、その多くは空芯コイルの外周面に沿って進む。そのため、図８において点線で示される角部において発生する磁束は少ない。
【００３１】
したがって、磁性体粉末を含むコア部はインダクタンスを大きくするための部分として存在しているにもかかわらず、コイル部品としての磁気特性に対して、図８に示す角部において発生する磁束による寄与は非常に少なく、当該角部がンダクタンスを大きくするための部分として有効に利用されているとは言いがたい。
【００３２】
換言すれば、コイル部品としての磁気特性に対する寄与が少ない部分を取り除くことで、コイル部品としての磁気特性を維持しつつ、磁性体の有効活用を図ることができる。すなわち、コイル部品の磁性体の使用量を効果的に削減することができ、コア部の体積当たりの性能を高めて、コイル部品の軽量化をも実現することができる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、直方体としての正四角柱から、空芯コイル部４１の巻回軸Ｏと平行な辺の全部を含む角部（辺２ｃｄを含むＣ１、辺２ｄｅを含むＣ２、辺２ｅｆを含むＣ３および辺２ｆｃを含むＣ４）を除去している。そして、角部が除去される前の正四角柱の体積１００％に対して、除去された角部の体積を２％以上、好ましくは３％以上とすることにより、コイル部品としての磁気特性を維持しつつ、磁性体の使用量を効果的に削減することができる。
【００３４】
また、コア部の体積当たりの性能を高めるには、除去する角部の大きさを、空芯コイルの大きさを考慮して所定の範囲内とすることが好ましい。図４は、空芯コイル部４１の巻回軸方向から見たコア部２の部分平面図であり、除去される部分の大きさの範囲を示す図である。図４において、コア部２は正四角柱状、空芯コイル部４１は円筒状に形成されている。巻回部４１上の点であって、角部Ｃとの最短距離を示す点Ｐにおける接線ＴＬを引くと、コア部２を形成する辺Ｅ１と辺とＥ２の両方に対し、４５°の角度をなす。
【００３５】
この接線に沿ってコア部２から角部Ｃを除去すると、磁性体の使用量を最も削減することができるが、巻回部４１内部から外部に回り込む際に、巻回部４１の外側に存在する磁性体が少ないため、発生する磁束が少なくなり、その結果、コイル部品としての磁気特性も悪化してしまう。
【００３６】
一方、接線ＴＬから角部Ｃに向かう方向（空芯コイル部４１から離れる方向）に離れすぎると、磁気特性は良好であるものの、有効利用されていない磁性体部が増加し、体積当たりの性能が低下してしまう。
【００３７】
そこで、接線ＴＬから角部Ｃに向かう方向において、接線ＴＬに平行な線が、点Ｐからの距離Ｄが０．０１ｍｍ以上となるように配置され、この線に沿って角部Ｃが除去されることが好ましい。角部Ｃを除去する部分を上記の範囲内とすることにより、コイル部品の体積当たりの性能を高めることができる。
【００３８】
本実施形態に係るコイル部品は、たとえば、パソコンや携帯型電子機器などに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路、パソコンや携帯型電子機器などに搭載される電源ラインにおけるチョークコイル等の、高周波化および大電流化が求められるコイル部品として好適である。
【００３９】
（１．２  第２実施形態）
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第２実施形態に係るコイル部品１０ａは、除去された角部が１つである以外は、第１実施形態のコイル部品１０と同様であり、重複する説明は省略する。本実施形態に係るコイル部品１０ａも、第１実施形態に係るコイル部品１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００４０】
（１．３  第３実施形態）
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第３実施形態に係るコイル部品１０ｂは、除去された角部が２つである以外は、第１実施形態のコイル部品１０と同様であり、重複する説明は省略する。本実施形態に係るコイル部品１０ｂも、第１実施形態に係るコイル部品１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００４１】
（１．４  第４実施形態）
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第４実施形態に係るコイル部品１０ｃは、除去された角部が３つである以外は、第１実施形態のコイル部品１０と同様であり、重複する説明は省略する。本実施形態に係るコイル部品１０ｃも、第１実施形態に係るコイル部品１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
（２．実施形態の効果）
上記の実施形態では、円筒形状の空芯コイル部が埋設されたコア部において、当該コア部の外形は、直方体形状から、コイル部品の磁気特性への寄与が非常に少ない、直方体の角部を除去して構成される。
【００４３】
このようにすることにより、コイル部品の良好な磁気特性と磁性体の使用量の削減とを確実に両立することができる。また、角部の除去はＣ面取りにより行っているため、製造工程を複雑化することなく、容易に角部の除去が可能となる。
【００４４】
特に、コア部の外形を正八角形柱とすることにより、上述した効果に加えて、コア部の外周に端子部を形成する際の自由度が増す。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。
【００４６】
（３．変形例）
上述した実施形態では、空芯コイル部が断面円形状である場合について記載している。しかしながら、空芯コイル部の形状は、中空形状を有するものであれば特に制限されない。たとえば、断面多角形状であってもよい。この場合、空芯コイル部の断面形状における頂点を通り、図４に示す辺Ｅ１およびＥ２に対して４５°をなす線を基準として、上述した距離で角部を除去することが好ましい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、空芯コイル部は、ワイヤが複数回巻回されて構成されているが、１巻きのリング状の導体から構成されていてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、正四角柱の角部が除去されることにより、コア部の外周面が新たに形成され、その際に新たな角部も形成されているが、形成された新たな角部に対して通常の面取りを行ってもよい。この場合には、角部を曲面とするＲ面取りが好ましい。
【実施例】
【００４９】
（実験例１）
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
磁性体粉末としての鉄を主成分とした金属磁性材料粉末と、樹脂としてのエポキシ樹脂とを混合し、顆粒状に造粒した。続いて、絶縁皮膜銅線を用いて作製した空芯コイルと、造粒により得られた顆粒とを、金型内に投入して、所定の圧力により加圧成形を行い、空芯コイルが埋設された成形体を得た。金型の形状に応じて、１つの角部をＣ面取りされた形状を有する試料（実施例１）、２つの角部をＣ面取りされた形状を有する試料（実施例２）、３つの角部をＣ面取りされた形状を有する試料（実施例３）、４つの角部をＣ面取りされた形状を有する試料（実施例４）、角部をＣ面取りしていない形状（正四角柱形状）を有する試料（比較例１）を得た。これらの試料について、所定の温度条件で熱処理を行い、コイル部品を得た。なお、実施例４に係るコイル部品の寸法は、１辺が４．１ｍｍの正八角柱であって、高さが４ｍｍであった。また、比較例１に係るコイル部品の寸法は、１辺が１０ｍｍの正四角柱であって、高さが４ｍｍであった。実施例１〜４のコイル部品の寸法からコイル部品の体積を算出し、比較例１のコイル部品の体積に対する比を求めた。結果を表１に示す。
【００５１】
得られたコイル部品の試料に対して、初期インダクタンス値およびインダクタンス値の直流重畳時の飽和特性の評価を行った。インダクタンス値の測定はＬＣＲメータ（アジレント・テクノロジー社製４２８４Ａ）を用い、直流バイアス電源（アジレント・テクノロジー社製４２８４１Ａ）を用いて直流電流を印加した。
【００５２】
初期インダクタンス値は、直流電流を印加しない状態でのインダクタンス値とし、インダクタンス値の直流重畳時の飽和特性は、１６Ａおよび２０Ａの直流電流を印加したときの各インダクタンス値とした。
【００５３】
初期インダクタンス値が大きいほど、コイル部品としての性能に優れていることを示し、直流重畳時のインダクタンス値が大きいほど、大電流領域まで高いインダクタンス値を保持することができ、磁気飽和特性を表す指標となる直流重畳特性に優れていることを示す。結果を表１に示す。表１中、「磁心部の体積比率」は、磁心部（コア部）の外形が示す体積比率である。
【００５４】
【表１】
2018056396.tif 000003
【００５５】
表１より、実施例１〜４は、比較例１と比較して、コア部の体積が小さいにもかかわらず、初期インダクタンス値、インダクタンス値の直流重畳時の飽和特性のいずれも、比較例１と同等の特性が得られることが確認できた。
【００５６】
また、コア部の体積を削減できる効果は、除去されている角部の数が多いほど大きく、特に、４つの角部が除去された実施例４の場合が最も大きいことが確認できた。
【００５７】
表１の結果を、コイル部品の体積当たりの性能に換算した結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
2018056396.tif 000004
【００５９】
表２より、実施例１〜４は、比較例１よりも、体積当たりの性能が高いことが確認できた。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…コイル部品
２…コア部
４ａ…ワイヤ
４１…巻回部
４２…引出部
【図１】
2018056396.tif 000005
【図２】
2018056396.tif 000006
【図３】
2018056396.tif 000007
【図４】
2018056396.tif 000008
【図５】
2018056396.tif 000009
【図６】
2018056396.tif 000010
【図７】
2018056396.tif 000011
【図８】
2018056396.tif 000012