(57)【要約】【課題】  ２つのコアが接合された磁気コアを有し動作の最適化を実現したインダクタンス素子およびその評価方法を提供する。【解決手段】  第１のコアの最小磁路断面積と第２のコアの最小磁路断面積の比と第２のコアの透磁率との積を評価の基準とし、複数のそれぞれの磁気コアを用いたインダクタンス素子のインダクタ性能指数（μＨ・Ａ／Ｔ・ｍｍ３）を評価する。その結果、前記積を１８以上で８０以下とすることで、性能に優れたインダクタンス素子を得ることができる。【選択図】図１０
2017092071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気コアの内部に導体が収納されているインダクタンス素子において、
前記磁気コアは、磁性材料で形成された第１のコアと、透磁率が前記第１のコアよりも低く直流重畳特性が前記第１のコアよりも優れた磁性材料で形成された第２のコアとが接合されて形成されており、
（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を、１８以上で８０以下に設定したことを特徴とするインダクタンス素子。
【請求項２】
単位巻き数当たりの初期インダクタンスと、直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数が１５以上となる請求項１に記載のインダクタ素子。
【請求項３】
前記第１のコアの透磁率が１０００以上であり、前記第２のコアの透磁率が１００以下である請求項１記載または２記載のインダクタンス素子。
【請求項４】
前記第２のコアがダストコアである請求項１ないし３記載のインダクタンス素子。
【請求項５】
前記磁気コアの内部では、前記第１のコアと前記第２のコアとの接合ギャップに近接する位置に、前記磁気コアと前記導体との間のコア−コイル隙間が、前記導体に沿って形成されており、
（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比が１以上である請求項１ないし４のいずれかに記載のインダクタンス素子。
【請求項６】
（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比が２０以下である請求項５記載のインダクタンス素子。
【請求項７】
前記接合ギャップが５０μｍ以下である請求項５または６記載のインダクタンス素子。
【請求項８】
前記導体は、矩形の断面積を有しており、前記コア−コイル隙間が、前記導体の少なくとも一方の側面に沿って形成されている請求項５ないし７のいずれかに記載のインダクタンス素子。
【請求項９】
磁性材料で形成された第１のコアと、透磁率が前記第１のコアよりも低く直流重畳特性が前記第１のコアよりも優れた磁性材料で形成された第２のコアとが接合されて形成された磁気コアの内部に、導体が収納されているインダクタンス素子の評価方法において、
（１）（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を求め、
インダクタンスの直流重畳特性を、前記（１）の積との関係で評価することを特徴とするインダクタンス素子の評価方法。
【請求項１０】
（２）前記導体の単位巻き数当たりの初期インダクタンスを、前記（１）で求めた積との関係で評価し、
（３）直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力を、前記（１）で求めた積との関係で評価する請求項９記載のインダクタンス素子の評価方法。
【請求項１１】
（４）前記導体の単位巻き数当たりの初期インダクタンスと、直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力との積を単位体積当たりで算出した値でインダクタ性能指数を、前記（１）で求めた積との関係で評価する請求項９記載のインダクタンス素子の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスイッチング電源においてチョークコイルとして使用されるインダクタンス素子およびインダクタンス素子の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器では、さまざまなデバイスを駆動するために、適切な電源を供給する高効率なスイッチング電源が、負荷となるデバイス毎に設置されることが多くなっている。
【０００３】
高性能なＣＰＵやＳＯＣを有するコンピュータやサーバーあるいはモバイル機器やスマートフォンなどの通信機器では、高度で高速の処理を行うための高集積のデバイスが使用されており、これらのデバイスへの供給電流が増大している。そこで、スイッチング電源としては、スイッチング周波数の高周波化が必要であり、さらには大電流に対応できることが必要となっている。
【０００４】
直流デバイスを駆動するスイッチング電源において、大電流でも安定して動作できるようにするためには、直流重畳電流が大電流となっても安定して動作できるインダクタ素子を使用することが必要になる。
【０００５】
スイッチング電源の電力変換に係るインダクタンス素子には、直流が重畳したインダクタ電流が流れるが、スイッチング電源の動作において、インダクタ電圧ＶＬと、インダクタンス値Ｌと、インダクタ電流ＩＬとの関係は、ＶＬ=Ｌ・（ｄＩＬ／ｄｔ）となる。
【０００６】
この関係から、大きな直流重畳電流が与えられて、コアが磁気飽和し、インダクタンス素子のインダクタンス値Ｌが低下すると、（ｄＩＬ／ｄｔ）が増大し、インダクタンス素子に流れるリップル電流ΔＩＬの増大をもたらすこととなる。このような直流重畳電流の増加に対してコアが急激に磁気飽和し、インダクタンス値の低下が生じているときの、リップル電流ΔＩＬの急激な増大は、電源デバイスの損傷や、電源装置ならびにそれが設置された機器の焼損などの障害を起こし得る。
【０００７】
そのため、不測のインダクタ電流の増大が生じた場合であっても、規定のインダクタンス値からの急激な低下を起こさない特性とすることが望ましい。
【０００８】
従来のフェライトで形成されたコアを用いたインダクタンス素子は、２つのコアの接合部にギャップを形成し、大きな直流重畳電流が与えられたときのインダクタンス値Ｌの低下を抑制している。さらに、このギャップ幅を広げることで、いわゆる直流重畳特性を改善できるようにしている。
【０００９】
また、最近の電源装置では、小型化などのためにスイッチング周波数を高くすることも要求されるため、ギャップを広げてインダクタンス値を低く動作させることに加えて、インダクタンス素子のコイルの巻き数を低下させ、コア体積を小さくすることも求められている。
【００１０】
ところがこの場合には、広く形成されたギャップから高周波の磁界が漏れ出ることになり、この洩れ磁界が近接する他のデバイスや、配線に影響を与えることになる。さらには、ギャップからの洩れ磁界が、インダクタンス素子の自らの巻き線に渦電流を生じさせ、交流抵抗（ＡＣＲ）を増加させる原因にもなっている。
【００１１】
次に、以下の特許文献１，２，３に従来のインダクタに関する発明が記載されている。
図２６（Ａ）には、特許文献１に記載されたインダクタ３０が断面図で示されており、（Ｂ）にメタルダストコア３２を接合面側から見た底面図が示されている。このインダクタ３０は、透磁率が大きいＭｎ−Ｚｎフェライトコア３１と、飽和磁束密度が高いメタルダストコア３２とを組み合わせることで、直流重畳飽和電流特性を劣化させることなく、コイル３３のターン数を下げて直流抵抗を低減できるようにしている。また、メタルダストコア３２の中央脚３２ａにコイル３３が巻かれ、メタルダストコア３２とＭｎ−Ｚｎフェライトコア３１とが接合されて、図２６（Ｂ）でハッチングを付している部分に実質的なギャップＧａ，Ｇｂが形成されている。
【００１２】
特許文献２には、第１の磁芯として、透磁率が高く、高周波における鉄損が少ないフェライトを使用し、第２の磁芯として、第１の磁芯よりも透磁率が低いが飽和磁束密度が高く、直流重畳特性に優れた金属製の磁性材料を使用したインダクタンス素子が記載されている。また、特許文献２の段落（００３６）（００３７）では、ギャップを設けることで直流重畳特性を改善しようとするとインダクタンスが低下するとの課題が提起されており、この課題を解決するために、前記の第１の磁芯と第２の磁芯とで相互補完を行わせることによって、直流重畳特性に優れるようになり、インダクタンスの低下を抑制できることが説明されている。
【００１３】
特許文献３には、上記特許文献２と同様に、第１のフェライトビーズコアと、それより低い透磁率を有する第２のコアを有するインダクタが記載されている。この２つのコアを磁束が通り抜けるように構成することで、大きな直流電流下におけるコアの磁気飽和を回避するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−２２８８９７号公報
【特許文献２】特許第３８１８４６５号公報
【特許文献３】欧州公開特許ＥＰ１４９８９１５Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１と特許文献２および特許文献３に記載のように、透磁率が高いフェライトで形成したコアと、飽和磁束密度の高いダストコアなどとを使用したインダクタンス素子は、２種類のコアが相反する特性を有するため、両コアを最適な状態で組み合わせることが難しく、また両コアの最適値を効率よく求める手法も確立されていない。
【００１６】
次に、前述のように、インダクタンス素子では磁気コアのギャップからの洩れ磁界が、インダクタンス素子の自らの巻き線に渦電流を生じさせ、交流抵抗（ＡＣＲ）を増加させる課題がある。
【００１７】
この点に関し、特許文献１に記載されたインダクタは、コイル３３が中央脚３２ａの外周に巻かれているために、中央脚３２ａに形成される実質的なギャップＧｂはコイル３３の内周に沿って接近して形成されてはいるが、磁気コアの両側部の脚部に直線的に形成される実質的なギャップＧａ，Ｇａは、円形にまかれたコイル３３の外周面から離れた位置に形成されている。したがって、この構造は本来前記渦電流に対する影響が小さくなっている。
【００１８】
一方で、特許文献２及び特許文献３に記載のインダクタは、磁気コア内のコイル導線に沿って、２つの磁気コアの接合部である接合ギャップが存在しているため、その構造の違いにより、コイルが受ける洩れ磁界の影響の度合いが異なってはいるが、いずれもギャップからの洩れ磁界による影響に対する対策が必要である。
【００１９】
また、この種のインダクタでは、２つの磁気コアの接合部に所望のギャップ幅を形成することを目的とした非磁性層を積極的に介在させたものではないとしても、接合面の面粗度やコア間を接合する接合材料の介在により、磁気コアの接合に実質的なギャップが存在するのを避けることができない。ところが、特許文献２や特許文献３に記載されたインダクタでは、このような実質的なギャップの存在に起因する弊害を排除する対策が施されていない。
【００２０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、所望のインダクタンス値を得やすく、直流重畳特性に優れ、しかも通過可能な電流値を高く保つことができる構造のインダクタンス素子を提供することを目的としている。
【００２１】
また本発明は、所望のインダクタンス値を得やすく、直流重畳特性に優れ、しかも通過可能な電流値を高く保つことができる構造のインダクタンス素子を、効率よく評価することができるインダクタンス素子の評価方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、磁気コアの内部に導体が収納されているインダクタンス素子において、
前記磁気コアは、磁性材料で形成された第１のコアと、透磁率が前記第１のコアよりも低く直流重畳特性が前記第１のコアよりも優れた磁性材料で形成された第２のコアとが接合されて形成されており、
（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を、１８以上で８０以下に設定したことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のインダクタンス素子は、単位巻き数当たりの初期インダクタンスと、直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数が１５以上となることが好ましい。
【００２４】
本発明のインダクタンス素子は、前記第１のコアの透磁率が１０００以上であり、前記第２のコアの透磁率が１００以下であることが好ましい。
本発明のインダクタンス素子は、例えば、前記第２のコアがダストコアである。
【００２５】
本発明のインダクタンス素子は、前記磁気コアの内部で、前記第１のコアと前記第２のコアとの接合ギャップに近接する位置に、前記磁気コアと前記導体との間の隙間が、前記導体に沿って形成されており、（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比が１以上であることが好ましい。
【００２６】
さらに本発明のインダクタンス素子は、前記接合ギャップが５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、前記接合ギャップの幅はなるべく小さいことが好ましく、計算上では接合ギャップがゼロの場合には、（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比が無限大である。ただし、接合ギャップを可能な限り小さくしても、前記第１のコアと前記第２のコアの接合部での対向面の面粗さや、あるいは、接着層を介在させる場合にはその厚さなどから、最小限の実効的なギャップ幅が存在することがある。このような実質的な実効ギャップの幅としては、通常５μm程度生じる。この場合には、（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比は２０以下程度となることがある。
【００２８】
さらに本発明のインダクタンス素子は、前記導体が、矩形の断面積を有しており、前記コア−コイル隙間が、前記導体の少なくとも一方の側面に沿って形成されているものである。
【００２９】
次に、本発明は、磁性材料で形成された第１のコアと、透磁率が前記第１のコアよりも低く直流重畳特性が前記第１のコアよりも優れた磁性材料で形成された第２のコアとが接合されて形成された磁気コアの内部に、導体が収納されているインダクタンス素子の評価方法において、
（１）（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を求め、
インダクタンスの直流重畳特性を、前記（１）の積との関係で評価することを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明のインダクタンス素子の評価方法は、
（２）前記導体の単位巻き数当たりの初期インダクタンスを、前記（１）で求めた積との関係で評価し、
（３）直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力を、前記（１）で求めた積との関係で評価するものである。
【００３１】
さらに本発明のインダクタンス素子の評価方法は、
（４）前記導体の単位巻き数当たりの初期インダクタンスと、直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数を、前記（１）で求めた積との関係で評価するものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、２種類のコアを組み合わせた磁気コアを使用したインダクタンス素子において、（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率の積に着目し、この積の値を１８以上で８０以下の値に設定することで、所望のインダクタンス値を示し直流重畳特性に優れ、通過可能な電流量を多くすることが可能である。
【００３３】
さらに、（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１以上とすることで、接合キャップからの漏れ磁束の導体に対する影響を抑制し、高い周波数の電流に対しても交流抵抗値を低く抑えることが可能になる。
【００３４】
また本発明のインダクタンス素子の評価方法では、第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率の積など、これまで使用されていなかったパラメータを使用することで、高機能のインダクタンス素子を容易に評価できまた設計できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインダクタンス素子の平面図、
【図２】図１に示すインダクタンス素子をＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、
【図３】図１に示すインダクタンス素子をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図であり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、第１のコアと第２のコアの高さ寸法を変えたものを示す、
【図４】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態のインダクタンス素子の平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すインダクタンス素子をＢ−Ｂ線で切断した断面図、
【図５】磁気コアの接合ギャップとコア−コイル隙間との比と、交流抵抗の増加比との関係を示す線図、
【図６】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を２５００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化を示す線図、
【図７】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を２５００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化率を示す線図、
【図８】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）の変化を示す線図、
【図９】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、ΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）の変化を示す線図、
【図１０】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）とΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数の変化を示す線図、
【図１１】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を１０００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化を示す線図、
【図１２】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を１０００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化率を示す線図、
【図１３】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を１０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）の変化を示す線図、
【図１４】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を１０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、ΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）の変化を示す線図、
【図１５】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を１０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）とΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数の変化を示す線図、
【図１６】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を５０００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化を示す線図、
【図１７】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を５０００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化率を示す線図、
【図１８】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を５０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）の変化を示す線図、
【図１９】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を５０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、ΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）の変化を示す線図、
【図２０】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１０とし、第１のコアの透磁率を５０００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）とΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積であるインダクタ性能指数の変化を示す線図、
【図２１】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１とし、第１のコアの透磁率を２５００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化を示す線図、
【図２２】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１とし、第１のコアの透磁率を２５００とし、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積を変化させたときの、電流増加に対するインダクタンスの変化率を示す線図、
【図２３】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）の変化を示す線図、
【図２４】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、ΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）の変化を示す線図、
【図２５】（コア−コイル隙間／接合ギャップ）の比を１とし、第１のコアの透磁率を２５００としたときの、最小磁路断面比と前記第２のコアの透磁率との積の変化に対する、単位巻き数当たりの初期インダクタンス（ＡＬ０）とΔＬ３０％のときの起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数の変化を示す線図、
【図２６】（Ａ）（Ｂ）は、特許文献１に記載された従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
＜インダクタンス素子の構造＞
図１ないし図３に示す本発明の第１の実施の形態のインダクタンス素子１０は、第１のコア１と第２のコア２を有しており、第１のコア１と第２のコア２とが接合されて磁気コアＣが構成されている。
【００３７】
第１のコア１の上面には断面が矩形状で直線的に延びる溝１ａが形成されており、溝１ａに導体３が収納されている。図２に示すように、導体３は、溝１ａに収納されている本体部３ａと、磁気コアＣの左右両側で高さ方向に延びる露出部３ｂ，３ｂと、第１のコア１の底部に沿って配置された一対の端子部３ｃ，３ｃを有している。
【００３８】
導体３は直線状に延びる銅などの導電性金属線材で形成されており、本体部３ａが溝１ａの内部に収納された後に、両端部を折り曲げることで、前記露出部３ｂ，３ｂと端子部３ｃ，３ｃとが一体に形成される。
【００３９】
第２のコア２は平板形状であり、第２のコア２は、第１のコア１の上面の溝１ａが形成されていない部分に接着層を介して接合されている。または、第１のコア１と第２のコア２は、その外周部をテープなどで巻き回すことで接合されている。前記接着層を使用する場合には、接着層はガラス材料や無機材料あるいは有機材料などの非磁性材料で形成されている。
【００４０】
その結果、溝１ａの両側に、第１のコア１と第２のコア２とが接合された接合ギャップＧ１，Ｇ１が存在している。この接合ギャップＧ１，Ｇ１の幅は、第１のコア１と第２のコア２のコアの互いの接合面の面粗さなど、また接合部に接着層を介在させる場合には、接着剤層の厚さなどに依存する。図３（Ａ）に接合ギャップＧ１，Ｇ１のギャップ幅（ギャップ長）がδ１で示されている。
【００４１】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の各断面図に示すように、断面が矩形状の導体３の図示左右両側の側面と、溝１ａの内壁面との間には、コア−コイル隙間Ｇ２，Ｇ２が存在している。図１に示すように、溝１ａと導体３の本体部３ａは直線的に延びているため、磁気コアＣの内部では、本体部３ａの両側部の全長に沿って、ギャップ幅（ギャップ長）δ２の幅を有するコア−コイル隙間Ｇ２，Ｇ２が形成されている。コア−コイル隙間Ｇ２，Ｇ２は、接合ギャップＧ１，Ｇ１に沿って存在しており、図３に示すように、コア−コイル隙間Ｇ２，Ｇ２のそれぞれは、接合ギャップＧ１，Ｇ１のコアの内部側の端部と連続して存在している。
【００４２】
図４は本発明の第２の実施の形態のインダクタンス素子２０を示している。
インダクタンス素子２０は第１のコア１と第２のコア２が接合されて磁気コアＣが形成されている。第１のコア１の上部に円形の溝１ａが形成されており、この溝１ａ内に導体３が収納されている。図４（Ａ）に示すように、導体３はリング状に形成された本体部３ｄと、磁気コアＣの外部に延び出る一対の端子部３ｅ，３ｅとが一体に形成されている。
【００４３】
図４（Ｂ）に示すように、第１のコア１と第２のコア２との接合部では、溝１ａよりも外周側に接合ギャップＧ３が形成され、溝１ａよりも内周側に接合ギャップＧ４が形成されている。
【００４４】
また、導体３の本体部３ｄの外周側の側面に沿って、本体部３ｄと溝１ａの内壁面との間にコア−コイル隙間Ｇ５が存在しており、導体３の本体部３ｄの内周側の側面に沿って、本体部３ｄと溝１ａの内壁面との間にコア−コイル隙間Ｇ６が存在している。コア−コイル隙間Ｇ５とコア−コイル隙間Ｇ６は、リング状の本体部３ｄの外側縁部および内側縁部の全周に沿って存在している。コア−コイル隙間Ｇ５は接合ギャップＧ３の端部と近接して存在しており、コア−コイル隙間Ｇ６は、接合ギャップＧ４の端部と近接して存在している。
【００４５】
各実施の形態において、第１のコア１は、透磁率が高く、高周波帯域における鉄損が少ない酸化物磁性材料であり、例えばＭｎ−Ｚｎフェライトなどのフェライト材料で形成されている。第２のコア２は、第１のコア１よりも透磁率が低いが、第１のコア１よりも飽和磁化（飽和磁束密度）が高く、直流重畳特性に優れた磁性金属材料で形成されている。例えば、第２のコアは、ダストコアであり、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモルファス材料の磁性金属粉体を使用し、圧粉成形法で形成されたもの、あるいは、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系のアモルファス材料の磁性金属粉体を使用し、圧粉成形法で形成されたものである。
【００４６】
第１のコア１の透磁率は１０００以上で５０００以下が好ましい、第２のコア２の透磁率は、１００以下で２０以上が好ましく、さらに好ましくは５０以下である。
【００４７】
＜ギャップ幅＞
第１の実施の形態のインダクタンス素子１０と第２の実施の形態のインダクタンス素子２０は、第１のコア１によって高い透磁率を維持することで初期インダクタンスの低下を防ぎ、第２のコア２によって飽和磁気を高くし直流重畳特性を改善できるようにして、直流重畳電流が増大したときのインダクタンスの低下を抑制できるようにしている。
【００４８】
第２のコア２を使用することで直流重畳特性を改善できるため、従来のフェライトコアを使用したインダクタンス素子のように、コアのギャップ幅を大きくし洩れ磁界を発生させて直流重畳特性を改善するというような手法を用いることが不要になる。
【００４９】
したがって、前記インダクタンス素子１０，２０では、第１のコア１と第２のコア２の接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４のギャップ幅を可能な限り小さくすることが可能となり、その結果、接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４から外部への洩れ磁界を低下させることができ、高周波帯域で使用したときに周辺機器や周辺部品に及ぼす悪影響を低減することができる。また、接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４のギャップ幅を小さくすることで初期インダクタンスの低下も防止できるようになる。
【００５０】
インダクタンス素子１０，２０の磁気コアＣの１辺の大きさが１０ｍｍ以下の小型のものである場合には、第１のコア１と第２のコア２の接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４のギャップ幅は１００μｍ以下が好ましく、さらには５０μｍ以下が好ましい。接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４は、第１のコアと第２のコアとが接合される接合面の面粗さ、あるいは、接合面に接着層が介在する場合には、これらに起因する実効的なギャップ幅の下限は５μｍ〜１０μｍ程度となる。
【００５１】
図１ないし図３に示す第１の実施の形態のインダクタンス素子１０は、第１のコア１と第２のコア２との接合ギャップＧ１の内側の端部と連続して、磁気コアＣの内部にコア−コイル隙間Ｇ２が存在している。そして、接合ギャップＧ１の内側の端部に導体３の側面が近接して対向している。そのため、導体３に交流電流が与えられ、磁気コアＣの内部に交流磁界が誘導されると、接合ギャップＧ１の内側の端部からの洩れ磁界が導体３の本体部３ａに作用し、導体３の内部に渦電流が発生しやすくなる。その結果、いわゆる表皮効果により交流電流が導体３の表面に集まりやすくなり、交流抵抗（ＡＣＲ）の増大をもたらすことになる。
【００５２】
特に、図１に示すように、小型のインダクタンス素子１０において、コア−コイル隙間Ｇ２が導体３の本体部３ａの両側面のほぼ全長に沿って近接距離で形成されると、前記表皮効果が導体３の本体部３ａの全長に及ぶようになり、交流抵抗の増加が大きくなる。
【００５３】
これは、図４に示す第２の実施の形態のインダクタンス素子２０においても同じであり、接合ギャップＧ３の内側の端部に連続してコア−コイル隙間Ｇ５が存在し、接合ギャップＧ４の端部に連続してコア−コイル隙間Ｇ６が存在し、しかもコア−コイル隙間Ｇ５，Ｇ６が、導体３のリング状の本体部３ｄの外周側の側面および内周側の側面のほぼ全周に沿って存在している。よって、インダクタンス素子２０においても、接合ギャップＧ３，Ｇ４からの漏れ磁束が導体３に影響を与えやすく、導体３の内部の渦電流損によって交流抵抗が増大する課題が生じやすくなっている。
【００５４】
図５には、コア間の接合ギャップが導体に与える影響をシミュレーションした結果が示されている。
【００５５】
このシミュレーションは、図１ないし図３に示す第１の実施の形態のインダクタンス素子１０をモデルとしている。コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を１００μｍに固定し、接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと変化させた。また、導体３の断面の形状は縦１．４ｍｍ、幅１．５ｍｍとした。そして、導体３に０．３ＭＨｚ、０．６ＭＨｚ、０．９ＭＨｚ、１．２ＭＨｚの交流電流を与えたときの交流抵抗の変化を求めた。
【００５６】
図５の横軸は、（コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２）／（接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１）の比を示し、縦軸は、（磁気コアＣ内に導体３を配置したときの交流抵抗の増加量）／（磁気コアＣを設けないときの導体３の交流抵抗）を意味している。例えば、縦軸の０．２は、磁気コアＣ内に導体３が置かれることで、接合ギャップＧ１からの漏れ磁界が影響し、磁気コアＣを設けないときの導体３の交流抵抗に比較して、交流抵抗が２０％増加したことを意味している。
【００５７】
図５から、（コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２）／（接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１）の比を１以上とすると、１．２ＭＨｚ程度の高周波帯域においても、交流抵抗の増加を２０％未満に抑えることが可能になる。また、前記比を２以上とすれば、接合ギャップＧ１からの洩れ磁界による交流抵抗の増大をほぼゼロに低減させることが可能になる。よって、前記比は２以上がさらに好ましい。
【００５８】
ただし、コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を大きくしすぎると、導体３の本体部３ａの断面積が小さくなってしまい、さらに抵抗値が高くなる。そのため、前記δ２／δ１の比は２０以下であることが好ましい。
【００５９】
（ギャップ幅δ２／ギャップ幅δ１）の比を１以上で２０以下としたときに、ギャップ幅δ２が大きくならないようにして導体３の本体部３ａの断面積の減少を防ぐためには、接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１をできる限り小さくすることが必要である。また、ギャップ幅δ１を小さくすることで、インダクタンス素子１０の初期インダクタンス値（電流を与えないときのインダクタンス値）の低下を抑制でき、インダクタンス素子１０の性能を向上させることができる。
【００６０】
接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１の好ましい範囲は１００μｍ以下であり、さらに好ましくは５０μｍ以下である。
接合ギャップＧ１の幅寸法はできるかぎり小さいことが好ましい。
【００６１】
ただし、コア１とコア２が接合される対向面の面粗さや、対向面の接合部に介在する接着層で形成されることで、実効的なギャップの幅δ１は概ね５μm以上となる。このことを考慮すると、（ギャップ幅δ２／ギャップ幅δ１）の比は実質的には２０以下であることが好ましくなる。
【００６２】
そのため、交流抵抗の増加を抑制し、導体３の本体部３ａの断面積が小さくなり抵抗値が高くなることを抑制するためには、前述のように前記δ２／δ１の比が１以上で２０以下であることが好ましく、さらに好ましくは２以上で２０以下である。
【００６３】
換言すると、接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を５μｍ以上とした場合に、（ギャップ幅δ２／ギャップ幅δ１）の比を１以上で２０以下とすれば、高周波帯域においても交流抵抗の増加を抑えつつ、インダクタンス素子１０の初期インダクタンス値の低下を抑制でき、さらに、コア１とコア２の接合面の粗さや接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１の寸法精度の管理を緩和しても、インダクタンス素子の大量生産を容易にすることが可能となる。
【００６４】
なお、前記比の好ましい範囲は、図４に示す第２の実施の形態のインダクタンス素子２０においても同じである。
【００６５】
＜磁気コアＣの構造の適正値＞
第１の実施の形態のインダクタンス素子１０と第２の実施の形態のインダクタンス素子２０において、コア間の接合ギャップＧ１，Ｇ３，Ｇ４と磁気コアの内部のコア−コイル隙間Ｇ２，Ｇ５，Ｇ６を適正に設定することで、交流抵抗の増大を抑制し且つ初期インダクタンスを高く維持できるが、さらに、第１のコア１と第２のコア２の磁路断面と、第２のコアの透磁率を適正に設定することで、単位巻き数当たりの初期インダクタンスと、直流重畳特性が所定の比率となるときの起磁力との積を単位体積当たりで算出した値であるインダクタ性能指数を高い値に維持することが可能となる。
【００６６】
インダクタ性能指数を求めるための本発明の評価方法と、その計算の結果として求められるインダクタンス性能指数の高いインダクタンス素子について、以下に実施例として説明する。
【００６７】
以下の実施例は、図１ないし図３に示すインダクタンス素子１０をモデルとしているが、図４に示すインダクタンス素子２０についても同じである。
【実施例】
【００６８】
実施例のモデルとなるインダクタンス素子１０は、図３に示す磁気コアＣの断面での縦寸法Ｈが６．８ｍｍ、幅寸法Ｌ１が６．８ｍｍ、図１に示す長さ寸法Ｌ２が６．８ｍｍである。導体３の断面は矩形であり、図３の上下方向の高さ寸法が１．４ｍｍ、図３の左右方向の幅寸法が１．５ｍｍである。
【００６９】
以下の表１には、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、磁気コアＣ内での導体３の位置を高さ方向に変化させたときに、（第２のコアの最小磁路断面積／第１のコアの最小磁路断面積）で求められる最小磁路断面比の計算値を％の単位で記載している。この最小磁路断面比とは次の意味である。
【００７０】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、第１のコア１の溝１ａよりも下側の厚さ寸法Ｗｂが、溝１ａの左右両側の厚さ寸法Ｗｓよりも大きい場合は、第１のコア１の最小磁路断面積はＷｓ×Ｌ２で求められる。第２のコア２の最小磁路断面積は、厚さ寸法をＷｕとすると、Ｗｕ×Ｌ２であるため、この場合の最小磁路断面比は、Ｗｕ／Ｗｓ×１００（％）である。
【００７１】
図３（Ｃ）に示すように、第１のコア１の溝１ａよりも下側の厚さ寸法Ｗｂが、溝１ａの側方の厚さ寸法Ｗｓよりも小さくなると、第１のコア１の最小磁路断面積はＷｂ×Ｌ２となる。第２のコア２の最小磁路断面積はＷｕ×Ｌ２であるため、この場合の最小磁路断面比は、Ｗｕ／Ｗｂ×１００（％）である。
【００７２】
表１の最右欄には、さらに前記最小磁路断面比と第２のコア２の透磁率との積が示されている。実施例では、第２のコアの透磁率を「３０」「４０」「６０」の３種類とした。
【００７３】
【表１】
2017092071.tif 000003
【００７４】
＜実施例１＞
実施例１は、第１のコア１の透磁率を２５００に固定した。また、第１のコア１と第２のコア２の接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を１０μｍとした。ギャップ幅δ１を１０μｍと小さくすることで、設計上でコア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を１００μｍまで大きくしても、導体３の本体部３ａの断面積を十分に大きく確保でき、断面の低下による抵抗値の増大を防止できる。よって（ギャップ幅δ２／ギャップ幅δ１）の比を１０に設定することが可能になる。
【００７５】
図６は、横軸に直流電流Ｉｄｃ（Ａ）を示し、縦軸にインダクタンスＬの変化を示している。グラフの内部には、表１に記載された複数種の磁気コアＣの構成の中から抜粋したものの変化が示されている。抜粋した磁気コアＣは、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」が「μ６０×１８０％＝１０８」、「μ４０×１８０％＝７２」、「μ３０×１８０％＝５４」、「μ６０×８０％＝４８」、「μ４０×８０％＝３２」、「μ３０×８０％＝２４」「μ４０×２０％＝８」である。
【００７６】
図７は、横軸に直流電流Ｉｄｃ（Ａ）を示し、縦軸に図６に示しているのと同じ磁気コアＣについての、（インダクタンスの変化量（低下量））ΔＬ／（初期インダクタンスＬ０）を示している。
【００７７】
図６に示すように、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」の値が大きいほど初期インダクタンスＬ０が大きくなるが、図７にも示すように、電流の増加によるインダクタンスＬの低下率が著しく高くなって、直流重畳特性が劣化する。また、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」の値が小さくなるほど、初期インダクタンスＬ０が低くなるが、電流の増加によるインダクタンスＬの低下が抑えられ、直流重畳特性が良好になる。
【００７８】
図６と図７に示すように、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」の値をパラメータとして用いることで、種々の形状で種々の透磁率を有する磁気コアＣに対して、インダクタンス変化の直流重畳特性を同じ尺度で評価できるようになる。
【００７９】
図８は、横軸に「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を示し、縦軸に導体の単位巻き数当たりの初期インダクタンスＡＬ０を示している。図８には、表１に示す７×３＝２１種類の磁気コアＣに関して求められたＡＬ０がプロットされている。このＡＬ０により、導体の巻き数の多少によらずに磁気コアの特性を知ることができる。
【００８０】
図８から、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」が大きくなるにしたがって、単位巻き数当たりの初期インダクタンスＡＬ０が大きくなることを評価することができる。単位巻き数当たりの初期インダクタンスＡＬ０を１００μＨ／Ｔ２以上とするためには、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上とすることが必要である。なお、Ｔは導体（コイル）のターン数である。
【００８１】
図９は、横軸に「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を示し、縦軸に、インダクタンス素子の、導体の巻き数を乗じた起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）を示している。Ｎは導体のターン数Ｔを示す数値であり、実施例では「１」としている。Ｉｓａｔは、図７において、直流重畳によるインダクタンスの低下率ΔＬ／Ｌ０を３０％としたときの、それぞれのインダクタンス素子に流れる直流電流Ｉｄｃを意味している。
【００８２】
図９から、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」が大きくなるにしたがって、導体の巻き数を乗じた起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）が低下することを評価できる。Ｎ・Ｉｓａｔを３０Ａ／Ｔ以上とするには、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を８０以下とすることが必要である。
【００８３】
図１０は、横軸に「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を示し、縦軸に、前記ＡＬ０と前記起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積を磁気コアＣの体積で除した値がインダクタ性能指数として示されている。
【００８４】
図１０からも「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上で８０以下に設定すると、磁気コアＣの単位体積当たりの前記ＡＬ０と前記起磁力（Ｎ・Ｉｓａｔ）との積、すなわちインダクタ性能指数を、１５（μＨ・Ａ／Ｔ・ｍｍ３）以上に設定することができる。
【００８５】
以上のように、磁気コアＣの形状がどのようであろうと、また第１のコア１と第２のコア２の大きさの比がどのようであろうと、さらには、第２のコアの透磁率がどのような値であろうと、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」の値を求め、この積の値をパラメータとして使用することで、インダクタンス素子の特性を評価することが可能になる。また、図１０に示すインダクタ性能指数を計算することで、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」との対比により、インダクタンス素子の個々の性能を規格化して評価できるようになる。
【００８６】
またこの評価の結果、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上で８０以下とすることで、インダクタンス素子の特性を向上させることができる。
【００８７】
＜実施例２＞
実施例２は、第１のコア１の透磁率を１０００に固定した。また、第１のコア１と第２のコア２との接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を１０μｍとした。よって、コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を１００μｍとし、ギャップ幅比δ２／δ１を１０に設定することが可能である。
【００８８】
図１１は図６と同じ評価線図、図１２は図７と同じ評価線図、図１３は図８と同じ評価線図、図１４は図９と同じ評価線図、図１５は図１０と同じ評価線図である。
【００８９】
実施例２では、第１のコア１の透磁率を１０００とすることで、実施例１と比較して、磁気コアＣの全磁気抵抗が２％増加し、全ての磁気コアＣで初期インダクタンスＬ０が２％減少し、直流重畳特性が１％改善される。
【００９０】
この場合も、図１３ないし図１５に示すように、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上で８０以下とすることで、インダクタンス素子の特性を向上させることができる。
【００９１】
＜実施例３＞
実施例３は、第１のコア１の透磁率を５０００に固定した。また、第１のコア１と第２のコア２との接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を１０μｍとした。よって、コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を１００μｍとし、ギャップ幅比δ２／δ１を１０に設定することが可能である。
【００９２】
図１６は図６と同じ評価線図、図１７は図７と同じ評価線図、図１８は図８と同じ評価線図、図１９は図９と同じ評価線図、図２０は図１０と同じ評価線図である。
【００９３】
実施例３では、第１のコア１の透磁率を５０００とすることで、実施例１に対して、磁気コアＣの全磁気抵抗が１％減少し、全ての磁気コアＣで初期インダクタンスＬ０が１％増加する。よって、直流重畳特性は１％悪化する。
【００９４】
この場合も、図１８ないし図２０に示すように、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上で８０以下とすることで、インダクタンス素子の特性を向上させることができる。
【００９５】
実施例１、実施例２、実施例３を比較すると、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を基準とした磁気コアＣの評価がほぼ同じである。これは、第１のコア１の透磁率を１０００以上で５０００以下とし、第２のコア２の透磁率を１００以下とし、好ましくは５０以下とすると、第１のコア１と第２のコア２の透磁率の差が極端に大きくなるため、磁気コアＣの全体の透磁率の変化が、主に第２のコア２の透磁率によって決まることになるからである。
【００９６】
よって、第１のコア１の透磁率が大きく変化しても、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を基準として磁気コアＣを評価するができる。
【００９７】
＜実施例４＞
実施例４は、第１のコア１の透磁率を２５００に固定した。また、第１のコア１と第２のコア２の接合ギャップＧ１のギャップ幅δ１を３０μｍとした。この場合、コア−コイル隙間Ｇ２のギャップ幅δ２を３０μｍとすれば、ギャップ幅比δ２／δ１を１に設定することが可能である。
【００９８】
図２１は図６と同じ評価線図、図２２は図７と同じ評価線図、図２３は図８と同じ評価線図、図２４は図９と同じ評価線図、図２５は図１０と同じ評価線図である。
【００９９】
実施例４では、接合ギャップＧ１のギャップ幅δ２を３０μｍに広げることで、実施例１に対して、磁気コアＣの全磁気抵抗が２０％増加し、全ての磁気コアＣで初期インダクタンスＬ０が２０％減少する。よって、直流重畳特性を２０％改善することができる。
【０１００】
図２３ないし図２５に示すように、実施例４では、実施例１に比べて磁気抵抗が大きくなるが、「第２のコアの透磁率μ×最小磁路断面比＝積」を１８以上で８０以下とすることで、インダクタンス素子の特性を向上させることができ、図２３に示す単位巻き数当たりの初期インダクタンスＡＬ０、図２４に示す起磁力、図２５に示すインダクタ性能指数を、実施例１，２，３と同等とすることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  第１のコア
１ａ  溝
２  第２のコア
３  導体
１０，２０  インダクタンス素子
Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４  接合ギャップ
Ｇ２，Ｇ５，Ｇ６  コア−コイル隙間
δ１，δ２  ギャップ幅
【図１】
2017092071.tif 000004
【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】
2017092071.tif 000010
【図８】
2017092071.tif 000011
【図９】
2017092071.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2017092071.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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