(57)【要約】  高周波下において、より高いＱを取得することができる、巻線型インダクタを提供する。  巻線（２３）の断面において、互いに直交する長径方向（３１）および短径方向（３２）について測定した寸法を、それぞれ、長径方向寸法および短径方向寸法とし、断面の扁平率を（長径方向寸法）／（短径方向寸法）で表わしたとき、断面の扁平率を、１．３以上かつ３．０以下とする。巻線（２３）は、長径方向（３１）が巻芯部（２４）の軸線方向に沿って延びる状態で、巻芯部（２４）上において、単なる一重の螺旋状に巻回される。好ましくは、巻線（２３）は、巻芯部（２４）上で互いの間にスペース（Ｓ）を形成した状態で巻回され、巻芯部（２４）上での巻線（２３）の導線部（２９）間の距離は、２０μｍ以上かつ１００μｍ以下とされる。
2017006585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻芯部を有するコアと、
前記巻芯部上に巻回された巻線と、
を備え、
前記巻線は、扁平形状の断面を有しており、
前記巻線の断面において、互いに直交する長径方向および短径方向について測定した寸法を、それぞれ、長径方向寸法および短径方向寸法とし、前記断面の扁平率を（長径方向寸法）／（短径方向寸法）で表わしたとき、
前記断面の扁平率は、１．３以上かつ３．０以下であり、
前記巻線は、前記長径方向が前記巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で、前記巻芯部上において、単なる一重の螺旋状に巻回されている、
巻線型インダクタ。
【請求項２】
前記巻線は、前記巻芯部上で互いの間にスペースを形成した状態で巻回されている、請求項１に記載の巻線型インダクタ。
【請求項３】
前記巻芯部上での前記巻線の導体部としての導線部間の距離は、２０μｍ以上かつ１００μｍ以下である、請求項１または２に記載の巻線型インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、巻線型インダクタに関するもので、特に、巻線型インダクタにおける巻線の形態および巻回態様についての改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある巻線型インダクタが、たとえば特開２００７−３１１５２５号公報（特許文献１）に記載されている。図８には、特許文献１に記載された巻線型インダクタの外観が斜視図で示されている。【０００３】
図８に示した巻線型インダクタ１は、コア２と、巻線３とを備えている。コア２は、巻芯部４ならびに巻芯部４の各端部にそれぞれ位置する第１および第２の鍔部５および６を有する。巻線３は、巻芯部４上において螺旋状に巻回されている。第１および第２の鍔部５および６には、第１および第２の端子電極７および８が設けられ、上述の巻線３の各端部は、第１および第２の端子電極７および８にそれぞれ接続される。【０００４】
なお、図８において、磁性粉末をフィラーとして含む樹脂封止９が破線で示されている。【０００５】
図８では、巻線型インダクタ１は、端子電極７および８を上方に向けた姿勢で図示されている。すなわち、巻線型インダクタ１は、図８における上面を実装基板側に向けた状態で実装される。【０００６】
図９は、図８に示した巻線３の一部を拡大して示す断面図である。図９によく示されているように、巻線３は、導体部としてのたとえば銅からなる導線部１０と、導線部１０を絶縁被覆する被覆部１１と、からなる、被覆平角導線によって与えられる。【０００７】
巻線３は、図８および図９からわかるように、その断面における短径方向が巻芯部４の軸線方向に沿って延びる状態で巻芯部４上においてエッジワイズ巻きされている。このような巻線３の断面形態および巻回態様は、巻線型インダクタ１のＱを向上させることを目的として採用されたもので、Ｑの向上は、巻線３の導線部９の占積率を高め、直流抵抗を小さくすることによって実現されている。【０００８】
また、図８および図９に示すように、巻線３は、巻芯部４上で互いに密着した状態で巻回されている。これによって、磁界の結合係数を高め、インダクタンスを効率良く取得することができる。このことも、Ｑの向上に寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３１１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した巻線型インダクタ１において、Ｑの向上を期待できるのは、低周波下での使用時のみである。たとえば１０ＭＨｚ以上といった、高周波下での使用では、巻線型インダクタ１は、高いＱを得ることができない。【００１１】
高周波下での使用では、巻線３において表皮効果が現れる。そのため、巻芯部４が非磁性体材料からなる場合には、電流は、導線部１０における、巻芯部４側に位置する内径側の表面領域１２（その領域を、図９において導線部１０の内径側にハッチングを施すことによって模式的に示している。）にしか流れない。その結果、導線１０における、内径側の表面領域１２を除く大部分は、電流を流すことに寄与していない。すなわち、導線部１０の大部分は無駄となっている。そればかりでなく、導線部１０の外径側の大部分は、巻線３によって発生される磁束の戻りを妨げ、磁気抵抗を増やす原因とさえなっている。【００１２】
他方、巻芯部４が磁性体材料からなる場合には、上述の表皮効果のため、電流は、導線部１０における、巻芯部４側とは反対側に位置する外径側の表面領域１３（その領域を、図９において導線部１０の外径側にハッチングを施すことによって模式的に示している。）にしか流れない。その結果、導線１０における、外径側の表面領域１３を除く大部分は、電流を流すことに寄与していない。すなわち、導線部１０の大部分は無駄となっている。そればかりでなく、導線部１０の内径側の大部分は、巻線３によって発生される磁束の生成を妨げ、磁気抵抗を増やす原因とさえなっている。【００１３】
なお、この明細書において、「高周波」とは、表皮効果が現れる深さが導線の半径よりも浅くなる周波数以上の周波数領域を言う。【００１４】
そこで、この発明の目的は、高周波下において、より高いＱを取得することができる、巻線型インダクタを提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、巻芯部を有するコアと、巻芯部上に巻回された巻線と、を備え、巻線は、扁平形状の断面を有している、巻線型インダクタに向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。【００１６】
すなわち、この発明に係る巻線型インダクタは、巻線の断面において、互いに直交する長径方向および短径方向について測定した寸法を、それぞれ、長径方向寸法および短径方向寸法とし、断面の扁平率を（長径方向寸法）／（短径方向寸法）で表わしたとき、断面の扁平率は、１．３以上かつ３．０以下であり、巻線は、長径方向が巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で、巻芯部上において、単なる一重の螺旋状に巻回されていることを特徴としている。【００１７】
高周波電流は、表皮効果により、巻線の内径側または外径側の表面領域にしか流れないが、上記のような構成を採用すれば、高周波電流が流れる表面領域は、巻線の断面における長径方向に延びる辺に沿う位置にもたらされる。したがって、巻線の全断面積に対する、高周波電流が表皮効果の下で流れる部分の断面積の比率を高くすることができる。【００１８】
この発明において、巻線は、巻芯部上で互いの間にスペースを形成した状態で巻回されていることが好ましい。仮に、巻線が、特許文献１に記載のように、巻芯部上で互いに密着した状態で巻回されていると、高周波下では渦電流損が発生しやすい。巻線が互いに密着した状態で巻回されていると、確かに、インダクタンスの取得効率の向上の効果を期待できるが、この効果が減殺されるほどに、高周波下では渦電流による損失が増え、結果としてＱが低下する。したがって、上述したように、巻線が巻芯部上で互いの間にスペースを形成した状態で巻回されると、高周波下では、Ｑの低下を抑制することができる。【００１９】
上述した効果は、以下のような構成を採用したときにも奏される。【００２０】
すなわち、この発明において、巻芯部上での巻線の導体部としての導線部間の距離は、２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましい。特に、巻線の導線部間の距離が２０μｍ以上に選ばれると、導線部の近接効果による渦電流の発生がより確実に抑制され、また、当該距離が１００μｍ以下に選ばれると、距離が長すぎることによるインダクタンスの取得効率の低下が抑制される。【００２１】
なお、巻芯部上での巻線の導線部間の距離が２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であるといった構成は、以下に説明するように、巻線が巻芯部上で互いの間にスペースを形成した状態で巻回されているといった構成と並立する場合と、そうでない場合とがある。【００２２】
巻線は、通常、導体部としてのたとえば銅からなる導線部と、導線部を絶縁被覆する被覆部とからなる、被覆導線によって与えられる。このように、巻線が被覆導線からなる場合には、通常、巻芯部上での巻線の導線部間の距離が２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であると、この距離より被覆部の厚み分だけ狭いスペースが巻芯部上の巻線間に形成される。これは、前述の２つの構成が並立する場合である。しかし、被覆部の厚みによっては、巻芯部上での巻線の導線部間の距離が２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であるといった構成を満足するが、巻線が巻芯部上で互いの間に、被覆部のみが存在し、スペースが形成されない場合があり得る。これは、前述の２つの構成が並立しない場合である。【００２３】
他方、巻線が、絶縁被覆されず、導体部としての導線部のみから構成される場合には、巻芯部上での巻線の導線部間の距離が２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であると、この距離がそのままスペースの大きさとして、巻芯部上での巻線の間に形成される。このような実施態様では、前述の２つの構成が必ず並立する。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、巻線は、長径方向が巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で、巻芯部上に巻回されているので、高周波電流が流れる内径側の表面領域は、巻線の断面における長径方向に延びる辺に沿う位置にもたらされることになる。そのため、巻線の全断面積に対する、高周波電流が表皮効果の下で流れる部分の断面積の比率を高くすること、すなわち、実効断面積を広く取ることができ、したがって、Ｑを高くすることができる。【００２５】
また、上述のように、長径方向が巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で、巻線が巻芯部上に巻回されると、短径方向が巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で巻回される場合に比べて、同じ寸法の外径を有する巻線型インダクタを構成しようとしたとき、巻線の内径寸法、すなわち巻芯部の外径寸法を大きくすることができる。そのため、磁束の通り道を広くすることができ、このこともＱの向上に寄与し得る。【００２６】
また、この発明では、巻線の断面の扁平率が１．３以上かつ３．０以下とされる。扁平率がこの範囲に選ばれることにより、表皮効果によるＱの劣化が抑えられるとともに、インダクタンスの取得効率の低下が抑えられる。このことも、Ｑの向上に寄与し得る。【００２７】
また、この発明によれば、巻線が、巻芯部上において、単なる一重の螺旋状に巻回されるので、重ね巻きされた場合における巻線の導線部の近接効果による渦電流の発生を禁じることができる。このことも、Ｑの向上に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の第１の実施形態による巻線型インダクタ２１の外観を示す斜視図であり、実装基板側に向けられる面を上方に向けて図示している。
【図２】図１に示した巻線型インダクタ２１の、線II−IIに沿う断面図である。
【図３】図２に示した巻線型インダクタ２１の断面図における一部を拡大して示す図である。
【図４】巻線型インダクタについて、巻線の断面の「扁平率」と「Ｑ×Ｌ取得効率」との関係を示す図である。
【図５】巻線型インダクタについて、巻芯部上での巻線の導線部間の「距離」と「Ｑ」との関係を示す図である。
【図６】この発明の第２の実施形態を説明するためのもので、巻線２３ａの断面形状を巻芯部２４の一部とともに示す断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態を説明するためのもので、巻線２３ｂの断面形状を巻芯部２４の一部とともに示す断面図である。
【図８】特許文献１に記載された巻線型インダクタ１の外観を示す斜視図であり、実装基板側に向けられる面を上方に向けて図示している。
【図９】図８に示した巻線型インダクタ１の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１ないし図３を参照して、この発明の第１の実施形態による巻線型インダクタ２１について説明する。
【００３０】
巻線型インダクタ２１は、コア２２と、巻線２３とを備えている。コア２２は、巻芯部２４ならびに巻芯部２４の各端部にそれぞれ位置する第１および第２の鍔部２５および２６を有する。巻線２３は、巻芯部２４上において螺旋状に巻回されている。第１および第２の鍔部２５および２６には、第１および第２の端子電極２７および２８が設けられる。
【００３１】
巻線２３の各端部は、第１および第２の端子電極２７および２８にそれぞれ接続される。この接続にあたっては、好ましくは、次のような構成が採用される。すなわち、端子電極２７および２８は、最外層としてＳｎ層を備える。そして、巻線２３の各端部が端子電極２７および２８に熱圧着されることによって、当該各端部が潰されながら端子電極２７および２８に強固にろう付けされる。
【００３２】
巻線２３が、図３に示すように、導体部としてのたとえば銅からなる導線部２９と、導線部２９を絶縁被覆するたとえばエポキシ樹脂からなる被覆部３０と、からなる場合、上述の接続工程において熱圧着を実施することによって、巻線２３における導線部２９が端子電極２７および２８にろう付けされると同時に、被覆部２９が除去される。
【００３３】
コア２２は、たとえばアルミナ等の絶縁体セラミック、またはフェライト等の磁性体から構成される。図示した巻芯部２４ならびに鍔部２５および２６は、断面四角形状をなしている。しかし、これら巻芯部２４ならびに鍔部２５および２６は、他の角形状をなしていても、円形状をなしていてもよい。
【００３４】
巻芯部２４上に巻回されている巻線２３は、扁平形状の断面を有している。この実施形態では、巻線２３の断面に与えられる扁平形状は、楕円またはほぼ楕円形状である。巻線２３の断面形状の詳細を、図３を参照して説明する。
【００３５】
巻線２３の断面において、互いに直交する長径方向３１および短径方向３２について測定した寸法を、それぞれ、長径方向寸法および短径方向寸法とし、断面の扁平率を（長径方向寸法）／（短径方向寸法）で表わしたとき、断面の扁平率は、１．３以上かつ３．０以下に選ばれる。この数値範囲の限定理由については、図４を参照して後述する。
【００３６】
なお、巻線が、図３に示す巻線２３のように、導線部２９と被覆部３０とからなる場合、（長径方向寸法）／（短径方向寸法）を求めるにあたっては、上述の「巻線２３」を「導線部２９」と読み替えることがより正確である。しかしながら、実際には、被覆部３０の厚みは、５〜１０μｍ程度と薄いため、ほとんど無視することができるので、巻線２３の断面の長径方向寸法および短径方向寸法から、扁平率を求めても実質的な差異はない。
【００３７】
巻線２３は、断面の長径方向３１が巻芯部２４の軸線方向に沿って延びる状態で、巻芯部２４上に巻回される。すなわち、巻芯部２４上において、巻線２３は、その断面における長径方向３１に延びる辺を内径側に向けて巻回されている。このような巻線２３の断面方向は、図８および図９に示した特許文献１に記載のものに比べて、実質的に９０度異なっている。
【００３８】
巻芯部２４が非磁性体材料からなる場合、高周波電流は、表皮効果により、図３においてハッチングを施した、巻線２３の内径側の表面領域３３にしか流れないが、上述のような構成によれば、高周波電流が流れる内径側の表面領域３３は、巻線２３の断面における長径方向３１に延びる辺に沿う位置にもたらされる。したがって、巻線２３の全断面積に対する、高周波電流が表皮効果の下で流れる部分（表面領域３３）の断面積の比率を高くすること、すなわち、実効断面積を広く取ることができ、したがって、Ｑを高くすることができる。
【００３９】
なお、巻芯部２４が磁性体材料からなる場合には、図示を省略するが、高周波電流が流れる位置は、巻芯部２４が非磁性体材料からなる場合における巻線２３の内径側の表面領域３３から外径側の表面領域へと逆転する。しかし、この場合であっても、上述した効果は同様に奏され得る。
【００４０】
また、上述のように、長径方向３１が巻芯部２４の軸線方向に沿って延びる状態で、巻線２３が巻芯部２４上に巻回されると、短径方向が巻芯部の軸線方向に沿って延びる状態で巻回される場合に比べて、同じ寸法の外径を有する巻線型インダクタを構成しようとしたとき、巻線２３の内径寸法、すなわち巻芯部２４の外径寸法を大きくすることができる。そのため、磁束と通り道を広くすることができ、このこともＱの向上に寄与し得る。
【００４１】
また、巻線２３は、巻芯部２４上において、重ね巻きされるのではなく、単なる一重の螺旋状に巻回されている。この構成によれば、巻線２３が、仮に重ね巻きされた場合における巻線の導線部の近接効果による渦電流の発生を禁じることができる。このことも、Ｑの向上に寄与し得る。
【００４２】
巻線２３は、図３に示すように、巻芯部２４上で互いの間にスペースＳを形成した状態で巻回されていることが好ましい。なお、巻線２３が互いの間にスペースＳを形成した状態で巻回されていることは、図１および図２からも読み取ることができる。なお、図示の構造では、スペースＳには空気のみが存在することになるが、スペースＳの少なくとも一部において、被覆部３０以外の誘電体等の材料が存在していてもよい。
【００４３】
また、図３に示すように、巻芯部２４上での巻線２３の導体部としての導線部２９間の距離は、２０μｍ以上かつ１００μｍ以下に選ばれることが好ましく、より好ましくは、５０μｍ程度に選ばれる。この数値範囲の限定理由については、図５を参照して後述する。
【００４４】
この実施形態では、巻線２３は、巻芯部２４上で互いの間にスペースＳを形成した状態で巻回されるので、巻線２３は、絶縁被覆される必要がなく、導体部としての導線部２９のみから構成されてもよいと言うことができる。その場合には、スペースＳの大きさは、距離Ｄに等しくなる。
【００４５】
図４を参照して、巻線２３の断面の扁平率を１．３以上かつ３．０以下に選んだ理由について説明する。図４には、巻線２３の断面の「扁平率」と「Ｑ×Ｌ取得効率」との関係が示されている。図４において、「Ｑ×Ｌ取得効率」の好ましい範囲の下限が破線で示されている。「Ｑ×Ｌ取得効率」について、上記破線上および破線より上の値が得られるのは、扁平率が１．３以上かつ３．０以下の範囲である。
【００４６】
図４から、扁平率が、上述のように、１．３以上かつ３．０以下の範囲に選ばれることにより、表皮効果によるＱの劣化が抑えられるとともに、インダクタンスの取得効率の低下が抑えられることがわかる。このことは、Ｑの向上に寄与し得る。
【００４７】
なお、図４に示したデータは、図１に示すような構造の巻線型インダクタであって、外形寸法が１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍのものに基づいて得たものであるが、外形寸法が２．５ｍｍ×２．０ｍｍ×２．０ｍｍのものでも同様のデータが得られることが確認されている。
【００４８】
次に、図５を参照して、巻芯部２４上での巻線２３の導線部２９間の距離Ｄは、好ましくは、２０μｍ以上かつ１００μｍ以下に選ばれる理由について説明する。図５には、巻芯部２４上での巻線２３の導線部２９間の「距離」と「Ｑ」との関係が示されている。図５において、「Ｑ」の好ましい範囲の下限が破線で示されている。「Ｑ」について、上記破線上および破線より上の値が得られるのは、距離Ｄが２０μｍ以上かつ１００μｍ以下の範囲である。また、距離Ｄが５０μｍ近傍において、最も高い「Ｑ」が得られている。
【００４９】
上述のように、巻線２３の導線部２９間の距離が２０μｍ以上に選ばれると、導線部の近接効果による渦電流の発生をより確実に抑制され、また、当該距離が１００μｍ以下に選ばれると、距離が長すぎることによるインダクタンスの取得効率の低下が抑制される。その結果、図５に示すように、高いＱを維持することができる。
【００５０】
なお、図５に示したデータについても、図４に示したデータの場合と同様、図１に示すような構造の巻線型インダクタであって、外形寸法が１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍのものに基づいて得たものであるが、外形寸法が２．５ｍｍ×２．０ｍｍ×２．０ｍｍのものでも同様のデータが得られることが確認されている。
【００５１】
図６および図７は、それぞれ、この発明の第２および第３の実施形態を説明するためのものであるが、巻線の断面形状についての代表的な変形例を示している。前述したように、巻線は、導線部および被覆部を備えていても、被覆部を備えず、導線部のみから構成されてもよいが、いずれにしても、図６および図７では、巻線の被覆部の図示が省略されている。
【００５２】
図６および図７において、たとえば図３に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５３】
前述の第１の実施形態では、巻線２３の断面に与えられる扁平形状は、楕円またはほぼ楕円形状を有していた。これに対して、図６に示した巻線２３ａは、長円形の断面を有している。また、図７に示した巻線２３ｂは、角が丸められた矩形の断面を有している。また、この発明において適用される巻線の断面形状は、これら図示したものに限らず、図示したもののうちの２種類の形状の中間的な形状であってもよく、扁平形状である限り、どのような形状であってもよい。
【００５４】
なお、特に高周波下で使用される巻線型インダクタの場合、巻線としては、図３に示した巻線２３または図６に示した巻線２３ａのように、長径方向３１の端部が全体として丸みを有している方が好ましい。なぜなら、長径方向３１の端部が全体として丸みを有している巻線２３または２３ａによれば、巻芯部２４の中心軸線に沿って通る磁束の戻りがより邪魔されにくくなり、そのため、高周波下でより高いＱを得ることができるからである。
【００５５】
他方、比較的低周波で使用される巻線型インダクタの場合には、図７に示した巻線２３ｂのように、断面積がより大きいものが好ましい。なお、このことは、図７に示した巻線２３ｂが高周波用の巻線型インダクタにおいて用いられることを否定するものではない。
【００５６】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、図示した各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
【符号の説明】
【００５７】
２１  巻線型インダクタ
２２  コア
２３，２３ａ，２３ｂ  巻線
２４  巻芯部
２９  導線部
３０  被覆部
３１  長径方向
３２  短径方向
Ｓ  巻芯部上での巻線間のスペース
Ｄ  巻芯部上での巻線の導線部間の距離
【図１】
2017006585.tif 000003
【図２】
2017006585.tif 000004
【図３】
2017006585.tif 000005
【図４】
2017006585.tif 000006
【図５】
2017006585.tif 000007
【図６】
2017006585.tif 000008
【図７】
2017006585.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017006585.tif 000011
【国際調査報告】
2017006585.tif 000012
2017006585.tif 000013
2017006585.tif 000014
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