JP4953380B2

JP4953380B2 - コイル部品

Info

Publication number: JP4953380B2
Application number: JP2007338727A
Authority: JP
Inventors: 正昭土田
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP2009158886A

Description

本発明は巻線を巻回したボビン及びコアからなるコイル部品に関し、特に、相対向する磁脚間にギャップを形成したコイル部品に関する。

従来から、チョークコイル、トランス等のコイル部品は、用途及び要求される特性等に合わせて種々のものが利用されている。
例えば、図７に示すコイル部品１０は、外周部に巻線６が巻回される筒状のボビン５と、コア２とからなる。コア２を構成する一対のコア半体２ａ、２ｂは同一のもので、断面形状はＥ字状となっている。すなわち、コア半体２ａ（２ｂ）は、２つの外磁脚４ａ（４ｂ）とその間に配置された１つの中磁脚３ａ（３ｂ）を備えている。そして、コア半体２ａ、２ｂは、中磁脚３ａと３ｂ、及び外磁脚４ａと４ｂを突き合わせるように対向して配置される。

また、図７に示すコイル部品１０は、中磁脚３ａ、３ｂの間にギャップ７が形成され、磁気飽和を防いでいる。なお、ギャップ７は外磁脚４ａ、４ｂの間に形成される場合もある。また、ギャップ紙を挟み込むことによってギャップを形成する場合もあるが、以下の説明におけるギャップ７は、先端部を研削した中磁脚３ａ、３ｂの間に形成した空気層とする。

ところで、ギャップ７を形成したコイル部品１０は、駆動時に、中磁脚３ａ、３ｂの振動に起因するうなり音（以下、「異音」という）が生じる場合があった。
そこで、図８に示すコイル部品１０’では、中磁脚３ａ、３ｂの先端部同士を接着剤９で接合することにより、中磁脚３ａ、３ｂの振動を抑制し、異音の発生を防いでいる。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２００３３６号公報

図８に示す従来のコイル部品１０’において、例えばエポキシ系樹脂からなる接着剤９を使用して、中磁脚３ａ、３ｂの先端部同士を強固に接合すると、異音は確かに抑制される。
しかしながら、このようなコイル部品１０’は、雰囲気温度の変化によりコア２が割れるという、別の新たな問題が発生するおそれがあった。例えば、−４０〜１２５［℃］の範囲で繰り返し昇降温を行う熱衝撃試験を行った際に、中磁脚３ａ、３ｂの付け根部分にクラック１１が発生するおそれがあった。

これに対し、硬化した後においてもある程度の弾性を有する他の材質からなる接着剤９を使用することも考えられる。しかしながら、このような接着剤９を使用した場合には、クラック１１の発生を防止することはできても、中磁脚３ａ、３ｂ同士の接合が弱くなるので、異音を抑えることができなくなってしまう。
つまり、従来のコイル部品１０’では、異音とクラック１１の発生を同時に防ぐことはできなかった。

そこで本発明は、昇降温を繰り返す熱衝撃試験を行ってもクラックが発生することなく、ギャップに起因する異音を抑制することができるコイル部品を提供することを課題とする。

本願発明者は、クラックの発生要因について以下のように考察した。すなわち、コアを構成するフェライトの線膨張係数が１００×１０^−７［ｐｐｍ／℃］であるのに対して、接着剤（例えば接着剤として、ＣＥＭＥＤＩＮＥ社製、ＥＰ−１３８を用いた場合）の線膨張係数は５．７×１０^−７［ｐｐｍ／℃］であり、接着剤の温度変化に対する体積変化が非常に少ない。このように、コアの線膨張係数と接着剤の線膨張係数とが大きく異なると、図９に示すように、高温時における中磁脚と接着剤の合計長Ｌ’は外磁脚の合計長Ｌよりも短くなり、中磁脚の付け根部分に負荷が集中する。そして、この負荷がコアのＭ強度（後述）を超えたために、クラック１１が発生していた。
このような知見に基づいて、本願発明者はコイル部品を以下のように構成した。

本発明に係るコイル部品は、
外周部に巻線が巻回された筒状のボビンと、該ボビンの筒内部に挿入された中磁脚同士が所定のギャップを隔てて対向して配置された一対のコア半体とを備えたコイル部品であって、前記中磁脚の少なくとも一方に、その対向面及び先端部側壁を覆う塗布剤からなる中磁脚緩衝層が形成され、前記中磁脚同士は少なくとも１つの前記中磁脚緩衝層を挟んで、接着剤を介して接合され、前記塗布剤がシリコーン系樹脂からなる一方、前記接着剤がエポキシ系樹脂からなり、前記ボビンの筒内壁と前記中磁脚の前記先端部側壁とが、前記中磁脚緩衝層を挟んで、前記接着剤を介して接合されていることを特徴とする。

上記コイル部品において、前記一対のコア半体は、それぞれ前記ボビンの筒外部において所定のギャップを隔てて対向する外磁脚を備え、相対向する前記外磁脚の少なくとも一方に、その対向面及び先端部側壁を覆う前記塗布剤からなる外磁脚緩衝層が形成され、相対向する前記外磁脚同士は少なくとも１つの前記外磁脚緩衝層を挟んで、前記接着剤を介して接合されていることが好ましい。

上記コイル部品において、前記シリコーン系樹脂は三次元ポリマーからなるシリコーンワニス群から選択されることが好ましい。

上記コイル部品において、前記塗布剤の塗布厚は２０μｍ以上であることが好ましい。

また、上記コイル部品において、前記コア半体は、前記中磁脚と、該中磁脚を挟んで配置された一対の前記外磁脚と、前記中磁脚及び一対の前記外磁脚を結合する背磁脚とからなるＥ字状に形成され、前記中磁脚緩衝層と前記中磁脚の結合強度は前記コア半体のＭ強度よりも低いことが好ましい。
なお、Ｍ強度とは、図１０に示すように、中磁脚３ａと、中磁脚３ａを挟んで配置された一対の外磁脚４ａと、これらを結合する背磁脚１２とからなるＥ字状のコア半体２ａを、背磁脚１２が中磁脚３ａ及び外磁脚４ａに対して上方に位置するように基台上に配置（このように配置すると、側面視で「Ｍ」字状に見える）し、背磁脚１２の上面中央部（中磁脚の上方位置）に対して上方から鉛直方向下向きに荷重を与えたときに、コア半体２ａが破壊に耐え得る強度をいう。このＭ強度は汎用のプッシュプルゲージ（荷重測定器）を用いて測定される。また、一般のコイル部品において、Ｍ強度は１８０［Ｎ］以上有することと規定されている。

本発明によれば、昇降温を繰り返す熱衝撃試験を行ってもクラックが発生することなく、ギャップに起因する異音を抑制することができるコイル部品を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例に係るコイル部品、及び比較試験を行った比較例及び従来例に係るコイル部品ついて説明する。

［実施例］
図１に、実施例に係るコイル部品を示す。
コイル部品１は、外周部に巻線６が巻回される筒状のボビン５と、ＰＱ型のコア２とからなる。コア２を構成する一対のコア半体２ａ、２ｂは同一のもので、断面形状はＥ字状となっている。すなわち、コア半体２ａ（２ｂ）は、２つの外磁脚４ａ（４ｂ）とその間に配置された１つの中磁脚３ａ（３ｂ）を備えている。そして、コア半体２ａ、２ｂは、中磁脚３ａと３ｂ、及び外磁脚４ａと４ｂが対向するように配置される。コア２の寸法は、図２に示す通りである。

また、中磁脚３ａ、３ｂの間には、磁気飽和を防ぎ、直流重畳特性を改善するためのギャップ７が形成されている。ギャップ７は、中磁脚３ａ及び３ｂを均等に研削して形成される。図２に示すように、ギャップ寸法Ｇは６［ｍｍ］である。ギャップ寸法Ｇは、コアサイズによって異なり、コアサイズ（Ｗ寸法）が５［ｍｍ］以下のもので５０〜１００［μｍ］、コアサイズ（Ｗ寸法）が５０［ｍｍ］程度のものであれば、４〜６［ｍｍ］程度に設定される。

図１を参照して、実施例に係るコイル部品１では、中磁脚３ａ、３ｂの各々の対向面及び先端部側壁にシリコーン樹脂（塗布剤）からなる緩衝層（中磁脚緩衝層）８が形成されている。シリコーン樹脂としては、三次元ポリマーからなるシリコーンワニス群から任意に選択されたものが使用される。緩衝層８は、シリコーン樹脂を貯留したディップ槽に浸漬して塗布される。

中磁脚３ａ及び３ｂは、緩衝層８を挟んで、エポキシ系樹脂からなる接着剤９によって接合される。実施例に係るコイル部品１では、予め、中磁脚３ａ、３ｂに形成された緩衝層８のいずれか一方または双方の表面に、接着剤９が多めに塗布される。そして、中磁脚３ａ、３ｂがボビン５の筒内部に挿入されるとともに、接着剤９が中磁脚３ａ、３ｂの先端部側壁側にはみ出し、中磁脚３ａ、３ｂとボビン５の筒内壁とが接合される。図１に示すように、中磁脚３ａ、３ｂの先端部側壁とボビン５の筒内壁は、緩衝層８を挟んで、接着剤９を介して接合される。

具体的な試験結果については後述するが、実施例に係るコイル部品１において、緩衝層８は次のような機能を有している。
すなわち、温度変化が比較的小さい場合は、緩衝層８自体が伸縮することによって、中磁脚３ａ、３ｂの付け根部分に生じる負荷が緩和され、クラックの発生を防ぐことができる（第１の効果）。
また、緩衝層８と中磁脚３ａ、３ｂの結合強度はコア２のＭ強度よりも低いので、中磁脚３ａ、３ｂの付け根部分にＭ強度を超える負荷がかかってクラックが発生する前に、キャップ状の緩衝層８から中磁脚３ａ、３ｂの先端部が引き抜かれる。これにより、温度変化が比較的大きい場合、例えば常温から１２５［℃］に変化した場合においても、クラックが発生するのを防ぐことができる（第２の効果）。

さらに、本実施例における中磁脚３ａ、３ｂは、お互いが接着剤９を介して接合されるだけでなく、その先端部側壁においてボビン５の筒内壁とも接合され、全方向の振動が抑制されるので、異音を抑制することもできる（第３の効果）。

なお、異音を抑制するという観点から言えば、本来、緩衝層８は必要ないものであるから、緩衝層８の塗布厚を薄くすればするほど上記第３の効果は大きくなる。しかし、緩衝層８を薄くすると上記第１及び第２の効果は小さくなってしまう。
したがって、本発明に係るコイル部品１では、緩衝層８の塗布厚をクラックが発生しない程度に極力薄くすることが重要である。このため、本実施例では、膜厚を２０〜２５［μｍ］に設定している。また、このような観点から比較的低粘度の塗布剤、例えば粘度が１５［ｍＰａ・ｓ]程度の塗布剤が好適である。

塗布剤としては、（１）膜厚を小さくすることができること、（２）弾性を有すること、（３）コア２に対する結合強度が高いこと（但し、コア２のＭ強度よりも低いこと）が要求される。このため、塗布剤としては、上記した三次元ポリマーからなるシリコーンワニス群から選択されたものが用いられる。本実施例では、シリコーン樹脂剤として信越化学工業社製ＫＲ２５１を用いている。

［比較例１］
図３に、比較例１に係るコイル部品を示す。
コイル部品１’では、使用する接着剤９の量を減らして、中磁脚３ａ、３ｂとボビン５の筒内壁とが接合しない状態（ボビン５の筒内壁まで接着剤９が回り込んでいない状態）になっている。これ以外の要素、例えば、緩衝層８の塗布厚、コア寸法、ギャップ寸法等はすべて実施例に係るコイル部品１と同様である。

［比較例２］
図４に、比較例２に係るコイル部品を示す。
コイル部品１”は、実施例に係るコイル部品１に対して、接着剤９の量を減らすとともに、緩衝層８の塗布厚を１０［μｍ］以下に減らしたものである。これ以外の要素、例えば、コア寸法、ギャップ寸法等はすべて実施例に係るコイル部品１と同様である。

［従来例］
図７に、従来例に係るコイル部品を示す。
前記の通り、従来のコイル部品１０では、中磁脚３ａと３ｂが接着剤９によって直接接合される。また、中磁脚３ａ、３ｂとボビン５の筒内壁とは接合しないようになっている。これ以外の要素、例えば、コア寸法、ギャップ寸法等はすべて実施例に係るコイル部品１と同様である。

［比較実験］
実施例、比較例１及び従来例に係るコイル部品を各２０個作製するとともに、比較例２に係るコイル部品を１０個作製し、各コイル部品について、熱衝撃試験後のクラック発生と駆動中の異音について評価を行った。
各コイル部品の評価結果を表１に示す。

なお、熱衝撃試験では、“−４０［℃］に設定された槽内で３０分間放置した後、瞬時に１２５［℃］に設定された槽内に移し替えて３０分間放置し、その後、瞬時に−４０［℃］に設定された槽内に移し替え”を１サイクルとし、これを１００サイクル行った後に、コアにクラックが発生しているか否かについて評価を行った。
また、異音測定では、各コイル部品をスイッチング電源回路における力率改善用チョークコイルとして使用した際に、コイル部品から発せられる異音を騒音計（リオン社製ＮＬ−２２）によって測定した。使用した騒音計の測定周波数範囲は、２０〜８ｋ［Ｈｚ］であり、騒音計を直接にコアに当接させて測定した。なお、表１の異音測定結果では、従来例の異音を基準（０［ｄＢ］）として基準値からの変化量を記載した。

表１に示す結果から明らかなように、実施例に係るコイル部品１（図１参照）は、熱衝撃試験におけるクラックの発生が抑えられるとともに、中磁脚３ａ、３ｂ同士を直接接合した従来例（図７参照）と同程度にまで異音が抑制されている。
これに対し、比較例１に係るコイル部品１’（図３参照）は、中磁脚３ａ、３ｂとボビン５が接合されていないので、中磁脚３ａ、３ｂが振動し、従来例と比較して異音が６ｄＢ悪化した。
また、比較例２に係るコイル部品１”（図４参照）は、比較例１と同様の理由で異音が悪化するとともに、シリコーン樹脂の塗布厚が薄すぎるために緩衝層８が本来の機能を発揮することができず、一部の試料においてクラックが発生した。

以上のように、本発明に係るコイル部品によれば、中磁脚同士を緩衝層を挟んで接合するとともに、中磁脚の先端部側壁とボビンの内壁を接合することにより、昇降温を繰り返し行ってもクラックが発生することなく、ギャップに起因する異音を抑制することができた。

なお、本発明に係るコイル部品は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
例えば、実施例及び比較例１、２では、相対向する中磁脚の双方に緩衝層（中磁脚緩衝層）を形成したが、いずれか一方のみに形成した場合でも上記した作用効果を得ることができる。但し、中磁脚の双方に緩衝層を形成した方が、各中磁脚に対して第１および第２の効果をより効果的に発揮させることができる。

また、中磁脚と外磁脚の双方にギャップを形成する場合には、中磁脚及び外磁脚の双方に緩衝層を形成してもよい。すなわち、図５に示すように、中磁脚３ａ、３ｂの双方（またはいずれか一方）に対して中磁脚緩衝層８ａを形成するとともに、相対向する外磁脚４ａ、４ｂの双方に、その対向面及び先端部側壁を覆う塗布剤からなる外磁脚緩衝層８ｂを形成してもよい。相対向する外磁脚４ａ、４ｂ同士は各々の外磁脚緩衝層８ｂを挟んで、接着剤９を介して接合される。なお、相対向する外磁脚４ａ、４ｂの双方に外磁脚緩衝層８ｂを形成する場合に限らず、いずれか一方のみに形成してもよい。

また、本発明は、断面形状がＥ字状のコア半体を組み合わせてなる“ＰＱコア”に限らず、他の形状のコアを使用したコイル部品に適用することもできる。適用可能なコアとしては、例えば、Ｅ字状のコア半体２ａとＩ字状のコア半体２ｂとを組み合わせてなる“ＥＩコア”（図６参照）や、“ＥＥコア”が挙げられる。

また、本明細書の用語“コイル部品”には、実施例に係るチョークコイルをはじめとしてトランス等の、コアの周囲に巻線を巻回してなる各種電子部品が含まれるものとする。

実施例に係るコイル部品の断面図である。実施例、比較例１、比較例２、及び従来例に係るコイル部品に使用されるコアの斜視図である。比較例１に係るコイル部品の断面図である。比較例２に係るコイル部品の断面図である。変形例に係るコイル部品の断面図である。変形例に係るコイル部品の断面図である。従来のコイル部品の断面図である。従来例に係るコイル部品の断面図である。熱衝撃試験における各磁脚の磁脚長の変化を示すグラフである。Ｍ強度を説明するための図である。

符号の説明

１コイル部品
２コア
２ａ、２ｂコア半体
３ａ、３ｂ中磁脚
４ａ、４ｂ外磁脚
５ボビン
６巻線
７ギャップ
８緩衝層（塗布剤）
８ａ中磁脚緩衝層
８ｂ外磁脚緩衝層
９接着剤
１０従来のコイル部品
１０’ 従来のコイル部品
１１クラック
１２背磁脚

Claims

外周部に巻線が巻回された筒状のボビンと、該ボビンの筒内部に挿入された中磁脚同士が所定のギャップを隔てて対向して配置された一対のコア半体とを備えたコイル部品であって、
前記中磁脚の少なくとも一方に、その対向面及び先端部側壁を覆う塗布剤からなる中磁脚緩衝層が形成され、前記中磁脚同士は少なくとも１つの前記中磁脚緩衝層を挟んで、接着剤を介して接合され、
前記塗布剤がシリコーン系樹脂からなる一方、前記接着剤がエポキシ系樹脂からなり、
前記ボビンの筒内壁と前記中磁脚の前記先端部側壁とが、前記中磁脚緩衝層を挟んで、前記接着剤を介して接合されていることを特徴とするコイル部品。
前記一対のコア半体は、それぞれ前記ボビンの筒外部において所定のギャップを隔てて対向する外磁脚を備え、
相対向する前記外磁脚の少なくとも一方に、その対向面及び先端部側壁を覆う前記塗布剤からなる外磁脚緩衝層が形成され、相対向する前記外磁脚同士は少なくとも１つの前記外磁脚緩衝層を挟んで、前記接着剤を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記シリコーン系樹脂は、三次元ポリマーからなるシリコーンワニス群から選択されることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル部品。
前記塗布剤の塗布厚は、２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコイル部品。
前記コア半体は、前記中磁脚と、該中磁脚を挟んで配置された一対の前記外磁脚と、前記中磁脚および一対の前記外磁脚を結合する背磁脚とからなるＥ字状に形成され、
前記中磁脚緩衝層と前記中磁脚の結合強度が、前記コア半体のＭ強度よりも低いことを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。