JP6863357B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品に関する。

従来、コイル部品として、ドラムコアの巻芯部に一対のワイヤが巻回され、ワイヤの端末をそれぞれドラムコアの鍔部に設けた金属端子に電気的に接続されるコモンモードチョークコイルが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の金属端子は、鍔部の実装基板に対して突出する凸部における実装基板と対向する凸部面（特許文献１では実装面）と、鍔部の端面とに接合されている。

特開２０１５−３５４７３号公報

ところで、上記のようなコイル部品では、小型化が進んでおり、更に温度変化によって膨張と収縮とが発生する環境下や高温度の環境下に用いられることがあるため耐久性能の向上が求められている。特に金属端子が鍔部から脱落することを抑えたコイル部品の開発が望まれている。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、金属端子の脱落を抑えられるコイル部品を提供することにある。

上記課題を解決するコイル部品は、巻芯部と該巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部を有するコアと、前記一対の鍔部のそれぞれに設けられた金属端子と、前記巻芯部に巻回されるとともに端部が前記金属端子と電気的に接続されたワイヤと、を有し、前記鍔部は、実装基板側に突出する凸部の先端側において前記実装基板側に面する凸部面と、該凸部面に対して交差する方向に延びるとともに前記一対の鍔部の並設方向において前記巻芯部側と反対側に面する端面とを有し、前記金属端子は、前記鍔部の基板対向面と対向する実装部と、前記端面と対向する端面部とを有し、前記実装部と前記端面部とのなす角度θが前記凸部面と前記端面とがなす角度θ１よりも小さい。

この構成によれば、金属端子の実装部と端面部とのなす角度θが、鍔部の凸部面と端面とがなす角度θ１よりも小さい構成とする。例えば、金属端子の実装部と端面部とのなす角度θが鍔部の凸部面と端面とがなす角度θ１よりも大きい（鈍角）とすると、金属端子の端面部と鍔部の端面が一部離間することとなるため、金属端子の端面部と鍔部の端面が面同士で十分に接合できない虞がある。そこで、金属端子の実装部と端面部とのなす角度θが、鍔部の凸部面と端面とがなす角度θ１よりも小さい構成とすることで金属端子の端面部と鍔部の端面が面同士十分に接合できないことが抑えられ、金属端子のコア（鍔部）からの脱落を抑えることができる。

上記コイル部品において、前記凸部面と前記端面とがなす角度θ１を９０度とした場合に、前記実装部と前記端面部とのなす角度θが、８５度≦θ＜９０度の範囲である。
この構成によれば、凸部面と前記端面とがなす角度θ１を９０度とした場合に、実装部と端面部とのなす角度θが８５度≦θ＜９０度の範囲となっている。例えば金属端子の前記角度θが９０度よりも鈍角となる場合、凸部面と端面とがなす角度θ１よりも鈍角となり、金属端子の端面部と鍔部の端面が一部離間することとなるため、金属端子の端面部と鍔部の端面が面同士十分に接合できない虞がある。そこで、前述したように８５度≦θ＜９０度の範囲とすることで金属端子の端面部と鍔部の端面が面同士十分に接合できないことが抑えられ、金属端子のコア（鍔部）からの脱落を抑えることができる。

上記コイル部品において、前記金属端子は、前記鍔部の端面にのみ接合されていることが好ましい。
この構成によれば、金属端子が鍔部の端面にのみ接合されている、すなわち鍔部の凸部面は接着等によって接合はされていない。ここで、凸部面と金属端子とが接着等によって接合されると、例えば温度変化によって実装基板が膨張と収縮との影響を受けやすい。その点、前述したように金属端子を鍔部の端面にのみ接合することで温度変化によって実装基板が膨張と収縮との影響を抑えることができ、金属端子のコアからの脱落を抑えることができる。

上記コイル部品において、前記金属端子は、前記鍔部の端面及び凸部面の両方と接合され、前記凸部面における接合面積は、前記端面における接合面積よりも小さいことが好ましい。

この構成によれば、凸部面における接合面積は端面における接合面積よりも小さいため、実装基板の温度変化による膨張と収縮とが発生した場合に、凸部面側の金属端子が凸部面から離間され易くなるため、端面側での接合状態を確保することができる。

上記コイル部品において、前記金属端子は、銅を含有した一枚の板材が折り曲げられることで構成されており、実装基板と対向する対向面側がニッケルの金属膜及びスズの金属膜で覆われていることが好ましい。

この構成によれば、ニッケルの金属膜によって金属端子の腐食を抑えつつ、金属端子（銅）がスズの金属膜によって拡散することを抑えることができる。またスズの金属膜によって金属端子と実装基板とをはんだ実装する際にはんだの濡れ性を向上できる。

上記コイル部品において、前記金属端子を構成する板材の厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
この構成によれば、金属端子を構成する板材の厚みを５０μｍ以上とすることで強度を確保することができ、１５０μｍ以下とすることで加工性向上に寄与できる。

上記コイル部品において、前記金属端子を構成する板材のヤング率が１００ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることが好ましい。
この構成によれば、金属端子を構成する板材のヤング率（縦弾性係数）を１００ＧＰａ以上とすることで強度を確保することができ、２００ＧＰａ以下とすることで金属端子が適度な弾性力を有することができる。

本発明のコイル部品によれば、金属端子の脱落が抑えられる。

一実施形態におけるコイル部品の斜視図。 同実施形態におけるコアの斜視図。 同実施形態における金属端子の側面図。 変形例におけるコイル部品の斜視図。

以下、一実施形態を説明する。なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。

図１に示すように、コイル部品１０は、例えばコモンモードチョークコイルである。コイル部品１０は、ドラムコア１１と、ドラムコア１１に巻回された第１及び第２ワイヤ４１，４２と、ドラムコア１１に取り付けられる金属端子５１とを有する。

図２に示すように、ドラムコア１１は、直方体状の巻芯部２１と、巻芯部２１の両端部に設けられる一対の鍔部３１とを有する。これら巻芯部２１と一対の鍔部３１は一体形成されている。

ここで、本明細書では、図１及び図２に示すように、一対の鍔部３１が並ぶ方向（並設方向）を「長さ方向Ｌｄ」と定義し、「長さ方向Ｌｄ」に直交する方向のうち図１及び図２の上下方向を「高さ方向（厚み方向）Ｔｄ」と定義し、「長さ方向Ｌｄ」及び「高さ方向Ｔｄ」のいずれにも直交する方向を「幅方向Ｗｄ」と定義する。

本例のドラムコア１１は、例えばＮｉＣｕＺｎフェライト等の磁性体材料で構成される。ＮｉＣｕＺｎフェライト以外の磁性体材料で構成してもよい。
図１及び図２に示すように、巻芯部２１は、その周囲に第１及び第２ワイヤ４１，４２が巻回されるようになっている。

巻芯部２１は、例えば、長さ方向Ｌｄに延在した直方体状に形成されている。巻芯部２１の中心軸は、長さ方向Ｌｄに略平行に延在している。巻芯部２１は、高さ方向Ｔｄにおいて相対向する一対の主面２１ａと、幅方向Ｗｄにおいて相対向する一対の側面２１ｂ，とを有している。

なお、本明細書において、「直方体状」には、角部や稜線部が面取り（Ｃ面取り）された直方体や、角部や稜線部が適宜Ｒ面となるように丸められた直方体、角部や稜線部が凹んだ直方体が含まれたものとする。また、主面及び側面の一部又は全部に凹凸などが形成されていてもよい。

図１及び図２に示すように、一対の各鍔部３１は、長さ方向Ｌｄに短い直方体状に形成されている。各鍔部３１は、高さ方向Ｔｄ及び幅方向Ｗｄに向かって巻芯部２１の周囲に張り出すように形成されている。具体的には、長さ方向Ｌｄから見たときの各鍔部３１の平面形状は、巻芯部２１に対して高さ方向Ｔｄ及び幅方向Ｗｄに張り出すように形成されている。

各鍔部３１は、長さ方向Ｌｄにおいて相対向する一対の主面３１ａ，３１ｂと、幅方向Ｗｄにおいて相対向する一対の側面３１ｃ，３１ｄと、高さ方向Ｔｄにおいて相対向する一対の側面３１ｅ，３１ｆとを有している。各鍔部３１の主面３１ａは、長さ方向Ｌｄにおいて巻芯部２１とは反対側（長さ方向Ｌｄにおいてドラムコア１１の外側）に面する。つまり、各鍔部の主面３１ａは、鍔部３１（コア１１）の端面に相当する。各鍔部３１の主面３１ｂは、長さ方向Ｌｄにおいて巻芯部２１側（長さ方向Ｌｄにおいてドラムコア１１の内側）に面する。つまり、各鍔部３１の主面３１ｂ同士は、互いに対向する対向面に相当する。

各鍔部３１は、図示しない実装基板に対して実装する側面３１ｆ側に、離間するとともに実装基板側に突出する２つの凸部３２ａと、２つの凸部３２ａ同士を区切る中央窪み部３３と、前記中央窪み部３３とは反対側において凸部３２ａと隣接する外側窪み部３４ａ，３４ｂをそれぞれ有する。凸部３２ａは、中央窪み部３３及び外側窪み部３４ａ，３４ｂよりも高さ方向Ｔｄに突出するように構成され、実装基板に実装した状態で凸部３２ａの先端側の凸部面３２ｂが前記実装基板側に面する。また、本例において凸部３２ａの凸部面３２ｂから巻芯部２１の主面２１ａまでの距離が約０．１〜０．５ｍｍに設定されている。

上記のように構成されたドラムコア１１の長さ方向Ｌｄに沿った長さ寸法Ｌ１は、約１．２〜約４．５ｍｍの範囲に設定される。また、ドラムコア１１の高さ方向Ｔｄに沿った高さ寸法（鍔部３１の高さ方向Ｔｄに沿った高さ寸法）Ｔ１は、約０．５〜約２．１ｍｍの範囲に設定される。ドラムコア１１の幅方向Ｗｄに沿った幅寸法（鍔部３１の幅方向Ｗｄに沿った幅寸法）Ｗ１は、１．０〜３．２ｍｍの範囲に設定される。

第１及び第２ワイヤ４１，４２は、被覆電線であり、巻芯部２１に互いに同一の巻回方向で巻回されてコイル導体を構成する。第１及び第２ワイヤ４１，４２は、それぞれ例えば直径約１５〜約８０μｍの範囲のものを用いることができ、それぞれ約１５μｍの直径の被覆電線が用いられている。第１及び第２ワイヤ４１，４２は、互いに同一のターン数となるように巻芯部２１に巻回されている。第１及び第２ワイヤ４１，４２は、例えばＣｕＮｉ合金ワイヤなどのＣｕを含んだワイヤを採用することができる。また、第１及び第２ワイヤ４１，４２の被覆はイミド変性ポリウレタンなどの樹脂材料を採用することができる。また、第１及び第２ワイヤ４１，４２の両端部は、計４つの外側窪み部３４ａ，３４ｂの近傍にそれぞれ１つずつ配置され、後述する金属端子５１と電気的に接続される接続部４１ａ，４２ａをなしている。接続部４１ａ，４２ａは、ワイヤ４１，４２の両端部が金属端子５１に溶接されることにより金属端子５１の一部とともに溶接玉を構成する。なお、第１及び第２ワイヤ４１，４２と金属端子５１との接続方法は溶接に限らずヒーターチップによる熱圧着であってもよい。

一方の鍔部３１の各凸部３２ａには、一対の金属端子５１がそれぞれ設けられる。そして、他方の鍔部３１の各凸部３２ａにも同様に一対の金属端子５１がそれぞれ設けられる。つまり、ドラムコア１１には計４つの金属端子５１が設けられる。一対の金属端子５１は、巻芯部２１の中心を通る幅方向Ｗｄの線に対して、お互いに対称形状をなすように構成されている。互いに対称形状をなすように構成される。各金属端子５１には第１及び第２ワイヤ４１，４２の端部が電気的に接続される。

各金属端子５１は、それぞれ板状をなす実装部５２と、端面部５３とを有している。各金属端子５１は、一枚の板状の金属板材（銅板材）が打ち抜きにより切断され、折り曲げられて構成される。金属端子５１並びに金属端子５１を構成する金属板は、ヤング率が１００ＧＰａ以上２００ＧＰａの範囲に設定される。また、金属端子５１並びに金属端子５１を構成する金属板は、その厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。

各金属端子５１の実装部５２は、その上面５２ａが鍔部３１の凸部面３２ｂと対向し凸部面３２ｂの一部と当接するように設けられる。図３に示すように金属端子５１の実装部５２の下面５２ｂは図示しない実装基板と接続されるようになっている。また、下面５２ｂには、例えばＮｉ（ニッケル）及びＳｎ（スズ）めっきを施してもよい。Ｎｉ層は実装基板に実装する際のはんだに対して金属端子が溶出することを低減できる。Ｓｎ層は、はんだ濡れ生を向上するとともに、ワイヤ４１，４２の金属端子５１への接続性を向上できる。実装部５２は、凸部面３２ｂと当接しているものの接着剤等による接合はされていない。つまり、実装部５２と凸部面３２ｂとの接続状態が必ずしも維持されているわけではない。

また、端面部５３は、実装部５２の端部から連続するように一体的に設けられている。より具体的には金属端子５１を幅方向Ｗｄから見た場合に、略Ｌ字状をなすように構成される。端面部５３は、鍔部３１の端面としての主面３１ａと対向する対向面５３ａ（図３参照）が接着剤によって接合されている。本例で用いる「接合」とは、２つの部材の接続状態を接着剤等の他の部材で保持した状態として用いている。本例では例えば接着剤として粘度並びにチクソ性を有するものが好ましい。これによって、接着剤が外部に流動することが抑えられる。ここで、例えば端面部５３の対向面５３ａは、実装部５２の下面５２ｂに施したようなＮｉ層やＳｉ層で覆われていない。そのため、鍔部３１の主面３１ａと金属端子５１の端面部５３（対向面５３ａ）との接着剤による接合を良好とすることができる。

図３に示すように金属端子５１は、実装部５２と端面部５３とがなす角度θが８５度以上９０度未満に設定されている。換言すると、実装部５２と端面部５３とがなす角度θは鍔部３１の主面３１ａと凸部面３２ｂとがなす角度θ１（＝略９０度）より、５度以内の範囲で小さくなっている。これは、金属端子５１の角度θが製造バラツキ等によって一様でない場合でも金属端子５１の端面部５３と鍔部３１の主面３１ａが面同士で十分に接合でき、鍔部３１との接着剤による接合を高めるためである。

そこで、衝撃によってコイル部品１０の金属端子５１がドラムコア１１（鍔部３１）から脱落した脱落率を、次のように算出した。実装基板に対してコイル部品１０をはんだ実装し、全面が板に覆われたケースの中に固定し、コイル部品１０が取り付けられた面を下方にして実装基板を略２ｍの高さから落下させる落下試験を行う。また、金属端子５１の角度θは、９５度、９３度、９０度、８７度、８５度、８３度、８０度の７パターンを用いて、各パターン（各角度）において１０回落下させた時の脱落率を測定した。

表１に示すように、９０度、８７度、８５度では、脱落率が０％であり、９５度、９３度、８３度、８０度では、２０％以上の脱落率であった。

本実験例により、金属端子５１の角度θは９０度〜８５度の範囲であると脱落率を抑えることができることがわかる。また、コイル部品１０の小型化が進むに連れて自ずと金属端子５１も小型化が進むこととなり、前述したような製造時のバラツキが小さい場合であっても接合部分に問題が生じやすくなる。そのため、金属端子５１の角度θを８７度近傍で製造することが好ましい。

次に、上記のコイル部品１０の作用を説明する。
本実施形態のコイル部品１０は、第１及び第２ワイヤ４１，４２にディファレンシャルモード信号などの逆相の信号が入力されると、第１及び第２ワイヤ４１，４２によって発生する磁束が打ち消し合い、インピーダンスが発生せず、差動信号は通過するようになっている。一方、第１及び第２ワイヤ４１，４２にコモンモード信号などの同相の信号が入力されると、第１及び第２ワイヤ４１，４２によって発生する磁束が強めあって高いインピーダンスが発生してコモンモード信号の通過を妨げるようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）金属端子５１の実装部５２と端面部５３とのなす角度θが、鍔部３１の凸部面３２ｂと主面３１ａとがなす角度θ１よりも小さい構成とする。例えば、金属端子５１の実装部５２と端面部５３とのなす角度θが鍔部の凸部面３２ｂと主面３１ａとがなす角度θ１よりも大きい（鈍角である）場合、金属端子５１の端面部５３と鍔部３１の主面３１ａが一部離間することとなるため、金属端子５１の端面部５３と鍔部３１の主面３１ａが面同士で十分に接合できない虞がある。そこで、金属端子５１の実装部５２と端面部５３とのなす角度θが、鍔部３１の凸部面３２ｂと主面３１ａとがなす角度θ１よりも小さい構成とすることで金属端子５１の端面部５３と鍔部３１の主面３１ａが面同士十分に接合できないことが抑えられ、金属端子５１のコア１１（鍔部３１）からの脱落を抑えることができる。

（２）凸部面３２ｂと主面３１ａとがなす角度θ１を９０度とした場合に、実装部５２と端面部５３とのなす角度θが８５度≦θ＜９０度の範囲とすることで金属端子５１の端面部５３と鍔部３１の主面３１ａが面同士十分に接合できないことが抑えられ、金属端子５１のコア１１（鍔部３１）からの脱落を抑えることができる。

（３）金属端子５１が鍔部３１の主面３１ａ（端面）において接合される、すなわち鍔部３１の凸部面３２ｂは接着等はされていない。ここで、コイル部品１０に対して振動が付与される環境の場合、実装基板から前記振動が伝えられることとなる。つまり、鍔部３１の凸部面３２ｂは金属端子５１と接着等されていないため、凸部面３２ｂからの直接の振動の伝達が抑えられる。凸部面３２ｂから離れた主面３１ａで金属端子５１及び鍔部３１が接合されるため、振動が減衰されることとなり、金属端子５１のドラムコア１１からの脱落を抑えることができる。

（４）ニッケルめっきによって金属端子５１の腐食を抑えつつ、金属端子５１（銅）がスズによって拡散することを抑えることができる。またスズめっきによって金属端子５１と実装基板とをはんだ実装する際にはんだの濡れ性を向上できる。

（５）金属端子５１を構成する板材の厚みを５０μｍ以上とすることで強度を確保することができ、１５０μｍ以下とすることで加工性向上に寄与できる。
（６）金属端子５１を構成する板材のヤング率を１００ＧＰａ以上とすることで強度を確保することができ、２００ＧＰａ以下とすることで金属端子５１が適度な弾性力を有することができる。

なお、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、端面としての主面３１ａと端面部５３とを接着剤によって接合し、凸部面３２ｂと実装部５２とを接着等によって接合しない構成としたが、これに限らず、凸部面３２ｂと実装部５２とを接着等によって接合する構成を採用してもよい。この場合、凸部面３２ｂにおける接合面積を主面３１ａ（端面）における接合面積よりも小さいことが好ましい。このような構成とすることで、実装基板の温度変化による膨張と収縮とが発生した場合に、凸部面３２ｂ側の金属端子５１（上面５２ａ）が凸部面３２ｂから離間されやすくなるため、主面３１ａ側での接合状態を確保することができる。また、上記実施形態でも説明したように主面３１ａ側は凸部面３２ｂから離れており、実装基板の温度変化による膨張と収縮の影響を抑えることが期待でき、金属端子５１のドラムコア１１からの脱落を抑えることができる。

・図４に示すように、凸部面３２ｂとは反対側の側面３１ｅにおいて、一対の鍔部３１に跨るように板状コア６１を設ける構成を採用してもよい。この場合、板状コア６１の厚みは０．１５〜０．６ｍｍの範囲が好ましい。０．１５ｍｍ以上であることにより、インダクタンス値が確保でき、０．６ｍｍ以下であることにより、低背化を実現できる。板状コア６１を例えば磁性材料で構成することで磁束密度を高めることができる。

・上記各実施形態では、コイル部品１０としてコモンモードチョークコイルを採用したが、例えば巻線タイプの他のコイルにおいて上記各構成を適用してもよい。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…コイル部品、１１…ドラムコア（コア）、２１…巻芯部、３１…鍔部、３１ａ…主面（端面）、３２ａ…凸部、３２ｂ…凸部面、４１…第１ワイヤ（ワイヤ）、４２…第２ワイヤ（ワイヤ）、５１…金属端子、５２…実装部、５２ｂ…下面（対向面）、５３…端面部、θ，θ１…角度。

Claims (7)

1. 巻芯部と該巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部を有するコアと、前記一対の鍔部のそれぞれに設けられた金属端子と、前記巻芯部に巻回されるとともに端部が前記金属端子と電気的に接続されたワイヤと、を有し、
   前記鍔部は、実装基板側に突出する凸部の先端側において前記実装基板側に面する凸部面と、該凸部面に対して交差する方向に延びるとともに前記一対の鍔部の並設方向において前記巻芯部側と反対側に面する端面とを有し、
   前記金属端子は、前記凸部面と対向する実装部と、前記端面と対向する端面部とを有し、前記実装部と前記端面部とのなす角度θが前記凸部面と前記端面とがなす角度θ１よりも小さいことを特徴とするコイル部品。
2. 前記凸部面と前記端面とがなす角度θ１を９０度とした場合に、前記実装部と前記端面部とのなす角度θが、８５度≦θ＜９０度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記金属端子は、前記鍔部の端面にのみ接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記金属端子は、前記鍔部の端面及び凸部面の両方と接合され、
   前記凸部面における接合面積は、前記端面における接合面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
5. 前記金属端子は、銅を含有した一枚の板材が折り曲げられることで構成されており、実装基板と対向する対向面側がニッケルの金属膜及びスズの金属膜で覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル部品。
6. 前記金属端子を構成する板材の厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコイル部品。
7. 前記金属端子を構成する板材のヤング率が１００ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイル部品。

Images