(57)【要約】【課題】従来のシールドでは渦電流の発生を抑えることが難しかった。また昨今では薄型・低背化が進み、チョークコイルの横方向に比べ高さが低くなった結果、コイルの中心を貫いた磁束がチョークコイルの外にまで及ぶ磁束漏れの問題もあった。【解決手段】金属板を打ち抜き折り曲げ構成した端子および／または中間タップ一体型のコイル５と、このコイル５を内部に埋設した磁性体７とからなり、この磁性体７の表面に磁性体７よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁束の磁路補強層８をコイルの空芯上部から放射状に設けたチョークコイルとした。これによって、小型・低背でも磁束漏れが少なく、かつインダクタンス値の高いチョークコイルを提供することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を打ち抜き折り曲げて構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に磁性体よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁路補強層をコイルの空芯上部から放射状に設けたチョークコイル。
【請求項２】
磁路補強層を、磁性体の上面および／または下面に設けた請求項１記載のチョークコイル。
【請求項３】
磁路補強層を、磁性体の上面から側面を通じ下面へと延長して形成した請求項２記載のチョークコイル。
【請求項４】
磁性体の少なくとも一つの垂直な断面においてコイルに対向して形成された磁路補強層をコイルの内周よりも内側方向まで形成した請求項１記載のチョークコイル。
【請求項５】
磁性体の少なくとも一つの垂直な断面においてコイルに対向して形成された磁路補強層のコイルの内周側に対向する部分をコイルの外周側に対向する部分よりも厚くした請求項１記載のチョークコイル。
【請求項６】
磁路補強層を複数層設けた請求項１記載のチョークコイル。
【請求項７】
磁路補強層を複数層設け、それぞれの間に絶縁体を形成した請求項１記載のチョークコイル。
【請求項８】
複数層設けた磁路補強層を、コイルの内周側に対向する部分が外周側に対向する部分よりも層数が多くなるように重ねた請求項６または７記載のチョークコイル。
【請求項９】
磁性体が、フェライト磁性体、フェライト磁性粉末と絶縁性樹脂との複合体あるいは軟磁性体合金粉末と絶縁性樹脂との複合体のうち少なくとも一種類以上により構成される請求項１から８のいずれか１項に記載のチョークコイル。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のチョークコイルを用いたＤＣ／ＤＣコンバータを搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータなどに利用可能なチョークコイルおよびそれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チョークコイルなどのインダクタにおいては、電子機器の小型・薄型化に伴った小型化や薄型化を、さらにまたＣＰＵなどのＬＳＩの高速化・高集積化に対応して高周波域で数Ａ〜数十Ａの高電流の供給能力が要望されている。
【０００３】
従って、小型化と共に発熱を抑えるため低抵抗であり、高周波域においては損失が少なく、高電流においても直流重畳によるインダクタンスの低下が少ないインダクタを安価に供給することが望ましい。
【０００４】
このような目的を達成するための技術として、表面に抵抗損失の小さい金属箔を表面全域に貼り付けた絶縁基板を設けたことを特徴とし、コイルのインダクタンス値およびＱ値を一定に保つシールド器が挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−１８９７１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなシールド器ではその形状からどうしても渦電流が発生してしまい損失を少なくすることが困難であった。
【０００７】
また昨今では薄型・低背化が進み、チョークコイルの横方向に比べ高さが低くなった結果、コイルの中心を貫いた磁束がチョークコイルの外にまで及ぶ、いわゆる磁束漏れが発生してしまう問題がさらに深刻になっている。このように漏れた磁束は電磁誘導により、同じく電子機器に搭載されるＣＰＵなどに磁気的な悪影響を及ぼす恐れもある。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型・低背でも磁束漏れや渦電流の発生が少なく、インダクタンス値の高いチョークコイルを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げ構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に磁性体よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁束の磁路補強層をコイルの空芯上部から放射状に設けたチョークコイルとした。これによって、小型・低背でも磁束漏れが少なく、かつインダクタンス値の高いチョークコイルを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記の目的を達成するために本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げ構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に磁性体よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁束の磁路補強層をコイルの空芯上部から放射状に設けたチョークコイルとした。これにより内蔵されるコイルの空芯部分から発生する磁束を磁路補強層を通し再びコイルの反対側の中心部へと誘導することができ、磁束がチョークコイルの外に漏れることを防止でき、結果インダクタンス値をも高めることが可能となる。
【００１１】
また、磁路補強層を磁束漏れの主な発生箇所である磁性体の上面および／または下面に設けるので、より磁束漏れの防止に効果的でインダクタンス値の高いチョークコイルとすることができる。
【００１２】
また、磁路補強層を磁性体の上面から側面を通じ下面へと延長して形成したのでさらに磁束漏れ防止に効果的であり、インダクタンス値の高い、構造的にも安定したチョークコイルの提供が可能となる。
【００１３】
また、磁性体の少なくとも一つの垂直な断面においてコイルに対向して形成した磁路補強層をコイルの内周よりも内側方向まで形成した。これにより磁束漏れの発生しやすい箇所を被うことができ、インダクタンス値の高いチョークコイルとすることができる。
【００１４】
また、磁性体の少なくとも一つの垂直な断面においてコイルに対向して形成した磁路補強層のコイルの内周側に対向する部分をコイルの外周側に対向する部分よりも厚くしたチョークコイルとした。これによりコイルの内周側に集中する磁束の飽和を防ぎ、より多くの磁束をフィードバックすることが可能となる。
【００１５】
また、磁路補強層を複数層設けた構成とすることにより、磁路補強層の厚みを増やすことで磁束の飽和を防ぐことができ、その結果磁束漏れ防止に効果的でインダクタンス値も高いチョークコイルとすることができる。
【００１６】
また、磁路補強層を複数層設け、それぞれの間に絶縁体を形成した構成をとることにより、磁束による渦電流の発生を抑制し、発熱やコイルの電力消費を低減したチョークコイルとすることができる。
【００１７】
さらに、複数層設けた磁路補強層をコイルの内周側に対向する部分が外周側に対向する部分よりも層数が多くなるように重ねたチョークコイルとした。この構成によると特に磁束漏れが起きやすい部分の磁路補強層の層数が増えることとなり、よりインダクタンス値の高いチョークコイルの提供が可能となる。
【００１８】
また、磁性体をフェライト磁性体、フェライト磁性粉末と絶縁性樹脂との複合体あるいは軟磁性体合金粉末と絶縁性樹脂との複合体のうち少なくとも一種類以上により構成することにより高周波に対応可能なチョークコイルとすることができる。
【００１９】
以上に挙げたチョークコイルはいずれも小型・大電流に対応した電子機器を実現することとなる。
【００２０】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００２１】
（実施例１）
まず端子一体型のコイルは図１（ａ）において、銅や銀などの金属平板をエッチングまたは打ち抜きにより形成されたリング状に切り抜いた３つの円弧状部１およびそこから延長される２つの端子２からなる。
【００２２】
この打ち抜き平板は、各円弧状部１がつながっている折りたたみ部３にて互いに中心点が重なるように折り曲げられる。これにより図１（ｂ）のように、複数の円弧状部１はコイル部４となり、２つの端子２はコイル部４の中心に対して放射状に設けられた形となることで、端子一体型のコイル５を形成する。
【００２３】
なお、端子一体型のコイル５の巻数は特に整数となるわけではなく、従来のコイル同様、１．５ターン、１．７５ターン等と自由にでき、サイズやインダクタンス値等に関しても同様である。
【００２４】
コイル部４を形成する円弧状部１には短絡の防止を目的とした絶縁皮膜層６が設けられる。そのため折りたたむ際に隙間を設けること無く重ねていくことができ、小型化、低背化、また占積率の良いコイルの実現が可能である。
【００２５】
これに対し、折りたたみ部３には絶縁皮膜層６を設けないこととする。このようにするのは、円弧状部１を重ねる際に折曲された折りたたみ部３の外側と内側における膨張伸縮具合の違いによって絶縁皮膜層６の破れが発生する恐れがあるからである。
【００２６】
次に、磁性体７は軟磁性体合金粉末に絶縁性樹脂であるシリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを加えて混合し、メッシュを通して整粒粉末とした複合磁性体を用いる。本実施例１において用いた軟磁性体合金粉末は水アトマイズ法にて作成した平均粒径１３μｍのＦｅ（５０）／Ｎｉ（５０）の軟磁性体合金粉末とし、絶縁性樹脂としてシリコーン樹脂３．３重量部を加えて混合したものを用いた。
【００２７】
なお、本実施例１の磁性体７は軟磁性体合金粉末の一粒一粒がそれぞれ絶縁性樹脂で被われているものである。軟磁性体合金粉末は優れた飽和磁束密度を有する反面、抵抗が低く渦電流損失が大きくなってしまう。よって軟磁性体合金粉末の粉末粒子を絶縁性樹脂で被った複合体とすることでこの問題を解決し、高周波に対応できるものとした。
【００２８】
さらに、この磁性体７により、コイル部４となる複数の円弧状部１どうしの間も絶縁が確保されるので、ショートの心配も少なく、占積率の高い低背なコイル部４とすることができる。また磁性体７の中に複数個の端子一体型のコイル５を埋設する場合は端子一体型のコイル５間のショートや、実装後の他の部品とのショートなどを低減することができる。
【００２９】
また、軟磁性体合金粉末の組成はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏを合計量で９０重量％以上含み、かつこの軟磁性体合金粉末の充填率が６５から９０体積％とすることにより、飽和磁束密度が高く、かつ透磁率の高い複合体である磁性体７を得ることができる。また、この軟磁性体合金粉末の平均粒径を１〜１００μｍとすると、渦電流の低減に効果的である。
【００３０】
また、磁性体７はフェライト磁性体、もしくはフェライト磁性粉末と絶縁性樹脂との複合体でも同様の効果が得られるものとする。軟磁性体合金粉末よりも抵抗は高くなるが、その抵抗でもって渦電流の発生を防ぐものなので、高周波への対応が可能である。
【００３１】
さて、チョークコイルは上記磁性体７の中に、上記端子一体型のコイル５を配置することによって構成される。まず上記端子一体型のコイル５の空芯部やコイル部４を被うこととなる磁性体７が、コイル部４の形に沿うように上下に分かれて形作られる。
【００３２】
次に、この半硬化の磁性体７でコイル部４を挟み、圧力３ｔｏｎ／ｃｍ２を加え、１５０℃にて１時間ほど加熱処理をして磁性体７をさらに本硬化させる。
【００３３】
さらに、本硬化させた磁性体７の表面に磁性体７よりも透磁率の高い鉄箔からなる磁路補強層８を端子一体型のコイル５の空芯上部から放射状に貼り付ける。
【００３４】
ここで、通常コイルに電流を流した場合、そのコイルの中心を貫くような磁束が存在する。磁束は中央から放射状に広がり、コイルの側面を通って再度コイルの中心へと戻る磁気回路を形成する。磁路補強層８はこの磁気回路からの漏洩磁束を抑制する役割をもつものである。
【００３５】
その後、磁性体７から突出した端子２は外層の表面へと表出され折り曲げられ、その露出部には銅や銀の金属平板の酸化防止とハンダ喰われを防止するためのＮｉの下地層９が形成される。さらにそのＮｉの下地層９の酸化防止とハンダ濡れ性を良くするためにハンダまたはＳｎの表面層１０が構成される。
【００３６】
この表出された全ての端子２は、多連チョークコイルの底面および底面に隣接する面に沿って折り曲げる。これにより、端子を外側に引き出したものに比べ、高密度な実装が可能となる。
【００３７】
図２（ａ）はこのように構成されたチョークコイルの斜視図、図２（ｂ）はその断面図である。
【００３８】
なお、上記磁性体７は四角柱とすることが好ましい。これは自動実装のための吸引を確実にしたいためである。
【００３９】
また、実装の向きや端子の極性を示すこともあるので、角を落としたり、多角形、円柱などとしても、上面が平坦であれば良いものである。
【００４０】
以下、上記構成で磁路補強層８の形成パターンにおける枚数や長さとチョークコイルのインダクタンス値、温度上昇、漏洩磁束密度の関係についての実験結果を図３、図４に示す。この実験において、コイルのサイズは内径：４．２ｍｍΦ、外径：７．９ｍｍΦ、高さは１．７ｍｍ、また透磁率μ＝２６の磁性体からなるコアは外形：１０ｍｍΦ、高さ３．５ｍｍとした。なお実際のチョークコイルは四角柱が好ましいが、角部にはほとんど磁束は存在しないのでここでは簡単化のために円柱状とした。
【００４１】
また、設定条件は周波数応答解析がｆ＝１００ｋＨｚ、コアの鉄損は想定しないものとした。コイルは直流抵抗が１ｍΩとし、１０ｋΩの抵抗素子に直列接続し、１０Ａの通電相当となるように１００ｋＶの電位差を設けたものとした。
【００４２】
比較検討する磁路補強層８の形成パターンは▲１▼幅０．１ｍｍで内径４．２ｍｍのリング状の非磁性体、▲２▼幅０．１ｍｍで内径４．２ｍｍのリング状の磁性体、▲３▼扇形の鉄箔２４枚を平面上にコイルの内側の上部から放射状に並べて設置したもの、▲４▼それを１２枚にしたもの、▲５▼６枚にしたもの、▲６▼２４枚の扇形の長さを半分にしてコイルの直上に設けたもの、▲７▼中央のみに設置したものをサンプルとした。
【００４３】
また、参考として磁路補強層８を設けていないチョークコイルの斜め上方から見た透視図を図５（ａ）に示す。図５（ｂ）はその磁束密度分布図である。
【００４４】
以下、その検討結果について述べる。
【００４５】
図３、図４の実験結果における漏洩磁束密度に着目すると、サンプル▲１▼、▲２▼、▲７▼以外は磁路補強層８としての役割を果たしているといえる。透磁率の高いものを用いても▲２▼のリング状としたのや、▲７▼の中央のみとしたサンプルでは全く磁束の漏洩防止とはならないことがわかる。
【００４６】
次にインダクタンス値に着目する。扇状の磁性体を放射状に設けたサンプル▲３▼〜▲６▼については上記の漏洩磁束防止効果に加えて、インダクタンス値の増加効果が見られた。これは本来ならばチョークコイルから漏洩していた磁束が、磁路補強層によりフィードバックされるからである。
【００４７】
このインダクタンス値の増加効果に関しては、細かい磁路補強層８を枚数多く設けた▲３▼の鉄箔２４枚のサンプルが良い結果となっている。これは磁路補強層８を細かくすると、磁路補強層８を内周から外周まで通り抜ける磁束のまわりに発生する渦電流を分断する形となり、磁束を弱める要因を排除するからである。
【００４８】
なお、渦電流の抑制は発熱をも抑えることは温度上昇の結果からもわかる。
【００４９】
従って、上記実験結果から磁性体の表面に磁性体よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁路補強層８をコイルの空芯上部から放射状に設けることで、磁束の漏洩防止となることがわかる。特にインダクタンス値の増加、温度上昇の防止を望む場合は細かい磁路補強層８を多数設ければよい。
【００５０】
次に、サンプル▲３▼と▲６▼の比較検討を行なう。サンプル▲３▼は磁路補強層８をコイルの内周よりも内側方向からコイルの外周方向へと伸ばして形成したものである。これに対してサンプル▲６▼は磁路補強層の幅や本数は同じながら、長さを半分としてコイルの内周よりも内側方向にかからないよう形成した。
【００５１】
得られた結果から、サンプル▲３▼の磁路補強層８のほうがインダクタンス値、漏洩磁束密度、温度上昇に関して優れたものであることがわかった。
【００５２】
これはコイルの内側の内周近傍において磁束の集中が見られ、サンプル▲３▼ではその磁束の出口付近に磁路補強層８を設けたため、磁束がコイルの外へと逃げるのを防いでいるためである。つまり磁路補強層８は、磁束の集中が見られるコイルの内側の内周付近から形成すれば効率が良いことがわかる。
【００５３】
また、磁束が集中している部分では渦電流が発生しやすいので、磁路補強層８はできるだけ細かく形成することが好ましい。
【００５４】
さらに、磁路補強層の一層当たりの厚みは、用いられる材質の比抵抗値、透磁率、回路駆動周波数によるが、表皮深さより大体０．１ｍｍ以下であることが望ましい。箔状のものを用いて磁路補強層８を形成する場合は、図６のチョークコイルの断面図に示すように、一層当たりの厚みを規定して箔状の磁路補強層８を複数枚重ねて貼り付けることで漏洩磁束の低減により効果がある。
【００５５】
なお本発明の実施例１では磁路補強層８は磁性体７の上面にのみ設けたが、もちろん下面にのみ設けてもよく、両面の場合はより良い効果が得られる。
【００５６】
さらにこの磁路補強層８は、図７のように磁性体７の上面から側面を通じ下面へと延長して形成しても上記効果を得ることができ、構造的にも安定なチョークコイルとすることができる。図７（ａ）は上記チョークコイルの斜視図、図７（ｂ）は断面図である。磁路補強層８は端子２の引き出し位置近傍を除いて形成すればよい。
【００５７】
また、磁路補強層８の形成は鉄でなくともアモルファス等、磁性体７よりも透磁率の高いものであればよく、その形成方法にしても貼付けだけではなく、埋め込み、蒸着、スパッタ、めっきなどによっても形成可能であり、この場合は小型・低背なチョークコイルとすることができる。
【００５８】
その形状に関しても、扇状には限らず、コイルの空芯部分から直線状の磁路補強層８を放射状に並べて配置したものでも渦電流の発生防止となる。
【００５９】
（実施例２）
図８（ａ）は本発明の実施例２のチョークコイルの斜視図であり、図８（ｂ）はその断面図である。中間タップおよび端子一体型のコイル１１を内蔵する磁性体７の表面にＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス合金材料などの直線状の磁路補強層８が端子一体型のコイル１１の空芯部分から放射状に広がるように埋め込んであり、この磁路補強層８は端子一体型のコイル１１の外周に対向する埋め込み部分から端子一体型のコイル１１の内周側に対向する埋め込み部分に向かって徐々に厚くなるような構成とした。このように構成することにより、チョークコイルの外装部は平坦な形状とすることができるから、実装の際吸引を妨げることはない。
【００６０】
また、中間タップおよび端子一体型のコイル１１は図９に示すように、本発明の実施例１の端子一体型のコイル５の複数の円弧状部１のうちの１つから中間タップ１２を突出させて形成したものである。
【００６１】
その他の構成は本発明の実施例１と同様である。
【００６２】
図８において、磁路補強層８はコイル１１の空芯部分で最も磁束が集中する部分に磁路補強層８が厚くなるように設けているので、磁束の飽和を防ぎ、磁束のフィードバック効果はより優れたものとなる。
【００６３】
なお、磁路補強層８の厚さはチョークコイルの断面図を示した図１０のように、コイルの内周側に対向する部分が外周側に対向する部分よりも層数が多くなるように重ねることで調節してもよい。
【００６４】
上記のように磁束が集中するのはコイル１１の内周付近であり、その部分の磁路補強層８の断面積が大きいことが望まれる。
【００６５】
なお、本発明の実施例２では磁路補強層８にアモルファス合金材料を用いたが、同じように磁性体７よりも透磁率が高いフェライトを用いてもよい。フェライトであれば抵抗値が低く、渦電流も発生しないので、本発明の実施例１や２のように放射状に設けたり、スリットを入れたりする必要もない。また、コイル１１の内周に対向する部分が厚くなったとしても、その部分で渦電流を発生することもないので、より優れたチョークコイルとすることができる。
【００６６】
（実施例３）
図１１は本発明の実施例３におけるチョークコイルの断面図である。磁性体７には端子一体型のコイル５が埋設され、それぞれのコイル５の空芯上部には、表面に絶縁体１３が形成された鉄箔からなる複数層の磁路補強層８が設けられている。絶縁体１３が形成された磁路補強層８どうしは絶縁剤を用いた接着剤などで接着すればよい。またスポット溶接などにより接合させても特性影響は見られない。
【００６７】
このような構成によれば、複数層の磁路補強層８はそれぞれ絶縁されているので、コイル５の外へと向かう磁束が引き起こす渦電流も抑制でき、損失の少ないチョークコイルの提供が可能となる。
【００６８】
さらに磁束の漏れが多く発生するコイルの内周部分に多数の磁路補強層８を重ねれば、飽和すること無く効果的に磁束のフィードバックを行ない、インダクタンス値の高いチョークコイルとすることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、金属板を打ち抜き折り曲げ構成した端子および／または中間タップ一体型のコイルと、このコイルを内部に埋設した磁性体とからなり、この磁性体の表面に磁性体よりも透磁率の高い磁性材料からなる磁束の磁路補強層をコイルの空芯上部から放射状に設けたチョークコイルとした。これによって、小型・低背でも磁束漏れが少なく、かつインダクタンス値の高いチョークコイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）端子一体型のコイルの折りたたみ前の上面図
（ｂ）端子一体型のコイルの折りたたみ後の斜視図
【図２】（ａ）本発明のチョークコイルの斜視図
（ｂ）本発明のチョークコイルの断面図
【図３】本発明のチョークコイルの実験データを示した図
【図４】本発明のチョークコイルの実験データを示した図
【図５】（ａ）磁路補強層を設けていないチョークコイルの斜視図
（ｂ）磁路補強層を設けていないチョークコイルの磁束密度分布図
【図６】本発明のその他のチョークコイルの断面図
【図７】（ａ）本発明のその他のチョークコイルの斜視図
（ｂ）本発明のその他のチョークコイルの断面図
【図８】（ａ）本発明のその他のチョークコイルの斜視図
（ｂ）本発明のその他のチョークコイルの断面図
【図９】中間タップおよび端子一体型のコイルの斜視図
【図１０】本発明のその他のチョークコイルの断面図
【図１１】本発明のその他のチョークコイルの断面図
【符号の説明】
１  円弧状部
２  端子
３  折りたたみ部
４  コイル部
５  端子一体型のコイル
６  絶縁皮膜層
７  磁性体
８  磁路補強層
９  下地層
１０  表面層
【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】
2004266120.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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