(57)【要約】 【課題】  コイルの巻線数に関わらず容易な作業で作製でき、その上、導線の損傷を引き起こすことがなく、さらに、インダクタンス値が低下せず、小型の巻線コイル及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  磁性体からなる、同一形状の板状のコア片を４個接合したコア１と、巻芯の両端に鍔を形成し、この鍔のうち一方の鍔の端面に凸状突起を設け、他方の鍔に凸状突起を嵌め込む凹状溝を設けた、同一形状のボビン体を４個接続したボビン２とを備え、コア片を巻芯にそれぞれ挿入し、コア片の短辺側の端面を、このコア片とは異なるコア片の長辺側の端部の端面に互いに接合し、コア片の接合部にコア片を構成する磁性体と同一材料を塗布し閉磁路を形成したコア１を形成するとともに、ボビン体に導体１０により巻線１５を施し、凸状突起を凹状溝に嵌合して、コア片とボビン体を矩形状に組み合わせた巻線コイル。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる、同一形状の棒状又は板状の４個のコア片と、巻芯の両端に鍔を形成し、前記鍔のうち一方の鍔の端面と他方の鍔に互いに嵌合する係止部を設けた、同一形状の４個のボビン体とを備え、前記コア片を前記巻芯にそれぞれ挿入し、前記コア片の短辺側の端面を前記コア片とは異なるコア片の長辺側の端部の端面に互いに接合し、前記コア片の接合部に前記磁性体と同一材料を塗布し閉磁路コアを形成するとともに、前記ボビン体に巻線を施し、前記係止部を嵌合して、前記コア片と前記ボビン体を矩形状に組み合わせたことを特徴とする巻線コイル。
【請求項２】
前記コア片は、複数種の軟磁性材料と樹脂を混合した磁性体を圧縮成型または箱状の型に注型後、硬化させて棒状又は板状に成型したことを特徴とする請求項１記載の巻線コイル。
【請求項３】
同一形状の４個のコア片と同一形状の４個のボビン体を矩形状に組み合わせた巻線コイルの製造方法であって、複数種の軟磁性材料と樹脂を混合した磁性体を圧粉成型または箱状の型に注型後硬化させて棒状又は板状に前記コア片を成型する工程と、前記ボビン体の巻芯の両端に鍔を形成し、前記鍔のうち一方の鍔の端面と他方の鍔に互いに嵌合する係止部を設け、巻芯に巻線を施した後、前記係止部を嵌合する工程と、前記コア片を前記巻芯にそれぞれ挿入し、前記コア片の短辺側の端面を前記コア片とは異なるコア片の長辺側の端部の端面に互いに接合し、前記コア片の接合部に前記磁性体と同一材料を塗布し閉磁路コアを形成する工程を含むことを特徴とする巻線コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、民生用や産業用電子機器等の電気回路に組み込まれて使用される巻線コイル及びその製造方法に関し、特に、複数種の軟磁性粉末と樹脂を混合した磁性体を用い棒状コアに成型し、巻線を施したボビンに挿通して閉磁路コアとした巻線コイル及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
巻線コイルは、一般的に、トロイダルコイル（円形断面単層環状コイル）を用いるが、トロイダルコイルは、リング形状をなすコアに導線を巻線して構成される。このようなトロイダルコイルは、リングコアに導線を１ターンずつ巻き付ける作業が必要であるので、多くの手間、工数がかかるという欠点がある。
【０００３】
そこで、この問題を解決するため、特許文献１に記載された技術が提案されている。この技術では、図１３に示すように、予め導線を巻線して筒状コイル１０１を形成し、この筒状コイル１０１の空芯部に、分割されたリングコア１０２のそれぞれを挿入する。この際、筒状コイル１０１をリング状に撓めながら、リングコア１０２をこの筒状コイル１０１の空芯部に挿入する。その後リングコア１０２の分割面を接合して、全体として円環形状をなすトロイダルコイルを構成していた。
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されたものは、予め導線を巻回して形成した筒状コイル１０１をリング状に撓ませる必要があるので、コイルの巻数が少ない場合でしか採用することができないという欠点があった。
【０００５】
また、リングコア１０２を空芯部に挿入する際に、導線に傷が付き易いので、組立作業が容易ではなかった。  
【０００６】
そこで、図１４に示すように、変形ボビン１１２を用い、分割されたリングコア１１３に挿通して円環形状に形成することで、コイルの巻数に関わらず簡易な巻線作業が可能でかつ、導線の損傷を引き起こすことのないトロイダルコイル１１１に関する技術が特許文献２に記載されている。しかし、この例では、分割されたリングコアのためインダクタンス値が低くなり、かつ、変形ボビンの形状が中空円筒形状の長辺部１１２ａと短辺部１１２ｂとを有する略台形断面形状であることから、導線を巻回するときにボビンの中空部と直線状の軸芯を固定する必要があり、また、各ボビンを連結しリング状にするため、ある程度の大きさの内径を有するリングコアが必要であったため、形状を小さくすることが困難であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０６８３６４号公報（図６）
【特許文献２】特開２００４−１５８６８４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上述べたように、従来の巻線コイルは、トロイダルコイルのリングコアに導線を１ターンずつ巻き付ける作業が必要であるので、多くの手間、工数がかかるという欠点があった。また、導線に傷が付き易いので、組立作業が容易でなく、かつ分割コイルを使用した場合、インダクタンス値が低くなるという問題があった。また、リング形状であったため、小型化の妨げとなっていた。
【０００９】
本発明の目的は、コイルの巻線数に関わらず容易な作業で作製でき、その上、導線の損傷を引き起こすことがなく、さらに、インダクタンス値が低下せず、小型の巻線コイル及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、磁性体からなる、同一形状の棒状又は板状の４個のコア片と、巻芯の両端に鍔を形成し、前記鍔のうち一方の鍔の端面と他方の鍔に互いに嵌合する係止部を設けた、同一形状の４個のボビン体とを備え、前記コア片を前記巻芯にそれぞれ挿入し、前記コア片の短辺側の端面を前記コア片とは異なるコア片の長辺側の端部の端面に互いに接合し、前記コア片の接合部に前記磁性体と同一材料を塗布し閉磁路コアを形成するとともに、前記ボビン体に巻線を施し、前記係止部を嵌合して、前記コア片と前記ボビン体を矩形状に組み合わせたことを特徴とする巻線コイルが得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記コア片は、複数種の軟磁性材料と樹脂を混合した磁性体を圧縮成型または箱状の型に注型後、硬化させて棒状又は板状に成型したことを特徴とする上記の巻線コイルが得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、同一形状の４個のコア片と同一形状の４個のボビン体を矩形状に組み合わせた巻線コイルの製造方法であって、複数種の軟磁性材料と樹脂を混合した磁性体を圧粉成型または箱状の型に注型後硬化させて棒状又は板状に前記コア片を成型する工程と、前記ボビン体の巻芯の両端に鍔を形成し、前記鍔のうち一方の鍔の端面と他方の鍔に互いに嵌合する係止部を設け、巻芯に巻線を施した後、前記係止部を嵌合する工程と、前記コア片を前記巻芯にそれぞれ挿入し、前記コア片の短辺側の端面を前記コア片とは異なるコア片の長辺側の端部の端面に互いに接合し、前記コア片の接合部に前記磁性体と同一材料を塗布し閉磁路コアを形成する工程を含むことを特徴とする巻線コイルの製造方法が得られる。
【００１３】
即ち、本発明によれば、複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体を圧粉成型または箱状の型に注型後硬化させて棒状又は板状にコア片を成型し、前記棒状又は板状のコア片を挿通させるに充分な内径を有したボビン体に導線に絶縁被覆を施した丸線や平角線（導体）を所定の巻数を巻線した後、ボビン体のそれぞれに前記棒状又は板状のコア片を挿通し、これらのコア片の接合部分に、コア片と同一材料の、複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体を塗布後硬化させ一体型のコアにより閉磁路コイルを形成する巻線コイルを実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による巻線コイルは、互いに嵌合する係止部として、例えば、対辺する位置の一方には凸状突起と、もう一方には凹状溝が設けたボビン体を用い、各々のボビン体は凸状突起と凹状溝とを嵌合し固定でき、機械による自動巻きにて加工できることにより、リング状のコイルに巻線を施すような手作業による工程が削除できる。
【００１５】
また、本発明の巻線コイルでは、各ボビン体を連結し矩形状にするため、リングコアのように、ある程度の内径の確保を必要としなくてすみ、形状を小さくすることが可能となり、小型化を実現できる。
【００１６】
また、本発明の巻線コイルでは、棒状又は板状コアの先端付近にＬ字型にもう一つのコアを設置し、さらにそのコアの先端に他のコアを設置し、さらに別のコアを設置することで閉磁路コイルを形成することにより、同一形状のコアで組み立て可能で、さらに内径部分の空間が大きく設けられていることにより、巻線コイルに電流が流れた際の発熱を緩和できる。
【００１７】
さらに、本発明では、複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体を圧粉成型または箱状の型に注型後硬化させて棒状又は板状にコア片を成型し、ボビンに導体を所定の巻数を巻線した後、ボビン体のそれぞれにコア片を挿通し、コア片の接合部にはコア片と同種の磁性体を塗布し硬化させて閉磁路コアとする。これにより、インダクタンスの低下を防止することができる。
【００１８】
また、本発明では、常圧注型の成型が可能であり従来の加圧成型と比べて柔軟性のあるコア形状での製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における巻線コイルの外観斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態における巻線コイルの平面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態におけるコアの接合状態を示す平面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態におけるコアの製造工程を示したフローチャートである。図５は、本発明の第１の実施の形態におけるボビンを説明する展開図であり、図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、左側面図、図５（ｃ）は、正面図、図５（ｄ）は、右側面図、図５（ｅ）は、底面図である。図６は、本発明の第１の実施の形態におけるボビンの凹凸部の嵌合状態を示す平面図である。図７は、本発明の第１の実施の形態における自動巻線機の軸芯をボビンにセットする状態を示す斜視図である。図８は、本発明の第１の実施の形態における自動巻線機でのボビンへ導体を巻回する方法を説明する斜視図である。図９は、本発明の第１の実施の形態における導体を巻回したボビンの組み立て後の状態を示す斜視図である。
【００２１】
図１、図２に示すように、本発明の巻線コイルは、４個の棒状又は棒状のコア片を接合したコア１と、導体１０がそれぞれの巻枠に巻回され、４個のボビン体を組み合わせたボビン２とからなり、巻線の端部をピン端子５に接続、固定した構成である。なお、ここで、ピン端子５は巻線の端部を接続する端子のみ示している。
【００２２】
図３に示すように、コア１は、棒状又は板状のコア片を４個を組み合わせたもので、それぞれの短辺を長辺の端部に接合し、この接合部１１に磁性体を塗布し硬化させ閉磁路コアを構成している。
【００２３】
最初に、コアの製造方法について、図４に示すその工程のフローチャートを参照して簡単に説明する。ここでは常圧注型の成型について説明する。コアに関しては、本出願人が先に提案した特願２００６−０１４６９９に記載された材料を用いることできる。
【００２４】
図４に示すように、磁性体からなるコアは、まず、第一磁性粉末とカップリング剤をそれぞれ秤量する（ステップＳ１）。次にこれらを混合し、第一磁性粉末とカップリング剤をなじませる（ステップＳ２）。第二磁性粉末、第三磁性粉末を秤量する（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ２の複合材料と第二磁性粉末、第三磁性粉末を混合する（ステップＳ４）。その後、樹脂粉末を秤量する（ステップＳ５）。これをステップＳ４の複合材料に混合する（ステップＳ６）。次いで、ステップＳ６の複合材料を加熱し樹脂成分を溶かし流動性を出す（ステップＳ７）。前記加熱した複合材料を成型用の型に注型する（ステップＳ８）。注型した複合材料を加熱し硬化させる（ステップＳ９）。自然冷却後、硬化させた磁性体を型より取り出し、棒状又は板状コアが完成する。
【００２５】
コアの材料は、複数種の軟磁性粉末と樹脂との混合物が固化された複合材料であり、複数種の粉末の体積百分率が複合材料の全体積に対して６０〜９０ｖｏｌ％である複合材料において、複数種の粉末の大部分を占める第一磁性粉末の平均粒径Ｄ１に対する第二磁性粉末の平均粒径Ｄ２の比率Ｄ２／Ｄ１が１／４００〜１／２０の範囲となるような第二磁性粉末が複合材料の全体積に対して１．０ｖｏｌ％以上含まれている。また、第一磁性粉末の平均粒径Ｄ１に対する第三磁性粉末の平均粒径Ｄ３の比率Ｄ３／Ｄ１が１／２０〜１／２の範囲となるような第三磁性粉末が複合材料の全体積に対して１．０ｖｏｌ％以上含まれている。第二磁性粉末を球状とすることもできる。また、第一磁性粉末の材質としては、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｉ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、鉄系アモルファス合金、コバルト系アモルファス合金の少なくとも一つを用いるのが良い。第一磁性粉末としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金等、第二磁性粉末として、同じくＦｅ−Ｓｉ系合金等、第三磁性粉末として、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金等、樹脂として、熱硬化性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００２６】
図５及び図６に示すように、ボビン２は、可撓性材料にて形成された複数のボビン体は、前記棒状コアを挿通させるに充分な内径を有し巻芯（中空部７）を設けており、かつ互いに嵌合する係止部として、例えば、対辺する位置の一方には凸状突起３と、もう一方には凹状溝４が設けられており、各々のボビン体は凸状突起３と凹状溝４とを嵌合し固定できる形状である。また、ピン端子５は、同一の鍔の左右両側に設けられピン端子植設部に、上下端で先端が突出がするように形成されている。係止部の例として、一方の鍔の端面に凸状突起、他方の鍔に、この突起を嵌め込むことができる凹状溝を設けた例を示したが、一方の鍔に凹状溝、他方の鍔に凸状突起を設けても良く、また、突起、溝の形状も、この実施の形態の形状に限られない。
【００２７】
図１及び図２に示すように、巻線１５は、導線に絶縁被覆を施した導体（丸線や平角線）を用いて所定のターン数をボビン２に巻回してなる。巻線の導体１０の材質は例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｏまたはそれらの合金等を用いることができ、好ましくはＣｕを用いる。前記巻線１５を構成する導体の両端末を所定の寸法をもって絶縁被覆を取り除き端子を形成し巻線１５が形成される。
【００２８】
次に、本発明の巻線コイルの製造方法を説明する。図７に示すように、先ず、ボビン体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを自動巻線機の直線状の軸芯８に挿通する。このとき、ボビン体２ｄの中空部最端に位置する自動巻線機の直線状の軸芯８にはスプリング機構を設けた球状のボール（玉）が埋め込みストッパ９としており、ボビン体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの位置を固定している。
【００２９】
次いで、図８に示すように前記導線の端部をボビン体２ａに設けているピン端子５の上部に巻回し仮固定を行った後、自動巻線を回転させ所定の巻回数をボビンの巻枠内に巻回する。
【００３０】
さらに、ボビン体２ｂに巻線する際、ボビン体２ａの巻線最端部をボビン体２ｂに設けられた導体溝６（図５）に引っ掛けたのち、ボビン体２ｂの巻線を開始する。この際、ボビン体２ａからボビン体２ｂへはある程度の余裕分１４で引き回し、導体を渡らせる。
【００３１】
次に、ボビン体２ｃ，２ｄの巻線も前記ボビン体２ａ，２ｂと同様に巻線を行い、ボビン体２ｄの所定巻線を完了後の導体端部をボビン体２ｄに設けているピン端子５の上部に巻回し仮固定を行い、その後、前記ボビン体２ａ、２ｄのピン端子５の固定部をはんだ等により、ピン端子５と導体１０を電気的および機械的に固定接続させコイルが完成する。
【００３２】
次に、図９に示すように、巻線完了後のボビン体２ａの中空部に、板状コア片を挿通させ先端付近にＬ字型にもう一つのコア片をボビン体２ｂに挿通し、さらにそのコア片の先端に他のコア片をボビン体２ｃに挿通し、さらに別のコア片をボビン体２ｄに挿通し、コイルが完成する。この際、ボビン体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、対辺する位置の一方の凸状突起３（図５）と、もう一方の凹状溝４（図５）を嵌合することにより各々のボビンが固定できる。
【００３３】
次に、前記コイルの各コア片の接合部１１（図３）に複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体を塗布し加熱硬化させコア片を一体とした閉磁路コイルが完成する。
【００３４】
本発明では、板状コアを複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体としたが、他の軟磁性材料（例えばＦｅ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ（スーパーマロイ）、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｐ等）を使用してもよい。
【００３５】
また、本発明では、各コア片の接合部１１に前記複数種の軟磁性材料と非磁性樹脂を含む磁性体を塗布し加熱硬化し固着としたが、その他の接着剤（エポキシ系またはアクリル系、またはフェノール系）またはワニス含浸等の固着でもよい。
【００３６】
また、より強固に各コア片を固着させる場合は、金具等のホルダーを用いても良い。
【００３７】
上記の例では、図１に示すボビン２に設けられているピン端子５に巻線の導体１０を接続して外部接続端子としたが、図１０に示すように、巻線した導体１０をボビン２内に貫通させ外部接続端子２３としてもよい。
【００３８】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態を説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態における巻線コイルの平面図である。図１２は、本発明の第２の実施の形態におけるコアの接合状態を示す平面図である。
【００３９】
図１１のコア１２は、個々のコア片が一方の辺が角から三角形に切り取られた変形台形になっており、図１２に示すように、各コア片は切り取られていない辺を他のコア片の面に接合して矩形状にすることにより、コア体積を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における巻線コイルの外観斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における巻線コイルの平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるコアの接合状態を示す平面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるコアの製造工程を示したフローチャート。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるボビンを説明する展開図。図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、左側面図、図５（ｃ）は、正面図、図５（ｄ）は、右側面図、図５（ｅ）は、底面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるボビンの凹凸部の嵌合状態を示す平面図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における自動巻線機の軸芯をボビンにセットする状態を示す斜視図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における自動巻線機でのボビンへ導体を巻回する方法を説明する斜視図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における導体を巻回したボビンの組み立て後の状態を示す斜視図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における巻線コイルの外部接続端子の他の例を示す斜視図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における巻線コイルの平面図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるコアの接合状態を示す平面図。
【図１３】従来のトロイダルコイルの構成を示す平面図。
【図１４】従来の他の例のトロイダルコイルの構成を示す平面図。
【符号の説明】
【００４１】
１    コア
２    ボビン
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ    ボビン体
３    凸状突起
４    凹状溝
５    ピン端子
６    導体溝
７    中空部
８    軸芯
９    ストッパ
１０    導体
１１    接合部
１２    コア
１３    導体端部  
１４    （引き回した導体の）余裕分
１５    巻線
２３    外部接続端子
１０１    筒状コイル
１０２    リングコア
１１１    トロイダルコイル
１１２    （変形）ボビン
１１２ａ    長辺部
１１２ｂ    短辺部
１１３    リングコア
１１４    導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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