JP2016127189A

JP2016127189A - コイル部品およびその製造方法

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Publication number: JP2016127189A
Application number: JP2015001167A
Authority: JP
Inventors: 睦泰大坪; Mutsuyasu Otsubo; 育也若森; Ikuya Wakamori
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: JP6547123B2

Abstract

【課題】耐振動性、耐衝撃性の向上と、大電流化への対応の両方を可能とするコイル部品を提供することを目的としている。
【解決手段】磁性材料を粉末にして結合剤を混ぜて加圧成形した磁心１１と、磁心１１に埋設するとともに磁心１１の側面から端部を突出させたコイル素子１２と、コイル素子の端部１２ａを接続するとともに磁心１１の側面から底面に沿って折り曲げた端子１３と備え、端子１３には、磁心１１の側面において、磁心１１の側面とは反対方向に窪んだ凹部１４とその裏面に凸部１５が形成される段加工部１８が設けられ、コイル素子の端部１２ａを凹部１４の底部に接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられるコイル部品およびその製造方法に関するものである。

近年、自動車の駆動系、制御系の電子制御化が益々進み、一台の自動車に数多くの電子制御機器が搭載されるようになり、電子制御機器の益々の小型化と高信頼性化が望まれている。

そして、これらの電子制御機器に用いられるコイル部品に対しても、小型化のために表面実装が可能で車載用部品に求められる高い耐振動性、耐衝撃性が求められてきている。

このような従来のコイル部品は、図１１に示すように、磁性材料により形成された磁心１と、磁心１の内部に埋設され、磁心の側面より端末部が突出したコイル２と、磁心１の側面から磁心１の外部に突出させ、コイル２の端末部と接続した平板状端子３とを備え、磁心１の側面にはコイル２の端末部と平板状端子３を格納する溝４が設けられ、磁心１の側面より突出したコイル２の端末部と平板状端子３とが磁心１の側面に沿って磁心１の底面側に折り曲げてコイル部品が構成されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１１−２４９７７０号公報

自動車の電子制御機器に搭載されるこれらのコイル部品には、電子制御機器の搭載数の増加によってエンジン近傍に搭載されることがあることから、耐振動性や耐衝撃性のより向上が求められてきているだけでなく、電子制御機器の高性能化、高機能化による大電流化への対応も求められるようになってきている。

しかしながら、上記従来の構成では、エンジン近傍のより厳しい振動や衝撃によって、平板状端子に捩れや撓みの応力が掛かったときに、端子が平板状なので捩れや撓みの応力がそのまま平板状端子とコイルの端末部との接続部や、コイルの端末部根元部分に伝わる恐れがあった。

また、磁心の側面に溝部を設けて平板状端子を格納した構造であるため、溝の深さは、平板状端子とコイルの端末部の厚み寸法にクリアランスを加えた寸法で設定されるので、コイル部品に横向きの振動が加わったときに、溝内において平板状端子が動くことが可能となり、繰り返される振動によってコイルの端末部分に応力が伝わる恐れがあった。

そして、溝を設けることによって磁心の断面積が小さくなり大電流化に対して磁気特性を向上させにくいという課題があった。

本発明は、この課題に対してコイル部品の耐振動性、耐衝撃性の向上と、大電流化への対応の両方を可能とするコイル部品を提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するために、磁性材料を粉末にして結合剤を混ぜて加圧成形した磁心と、磁心に埋設するとともに磁心の側面から端部を突出させたコイル素子と、コイル素子の端部を接続するとともに磁心の側面から底面に沿って折り曲げた端子と備え、端子には、磁心の側面において、磁心の側面とは反対方向に窪んだ凹部とその裏面に凸部が形成される段加工部が設けられ、コイル素子の端部は凹部の底部に接続されたものである。

上記構成により、端子には、磁心の側面において、磁心の側面とは反対方向に窪んだ凹部とその裏面に凸部が形成される段加工部が設けられ、コイル素子の端部は凹部の底部に接続されているため、コイル素子の端部と端子との接続部分を段加工部が取り囲んで立体的に構成されるので、コイル素子の端部と端子との接続部分が捩れたり撓んだりすることを抑制して、コイル素子の端部と端子との接続部分やコイル素子の端部根元が損傷することを防止することができる。

また、従来のコイル部品のように、磁心の側面に端子を収納する溝を形成することがなくなり、磁心の断面積が減少することがなくコイル部品の大電流化に対して磁気特性を向上しやすくすることができる。

このように本発明によれば、コイル部品の耐振動性、耐衝撃性の向上と、大電流化への対応の両方を可能とするコイル部品を得ることができる。

本発明の一実施の形態におけるコイル部品の分解斜視図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の透視斜視図図２における端子とコイル素子の端部との溶接部分のＡ−Ａ線の断面図図２における端子とコイル素子の端部との溶接部分のＢ−Ｂ線の断面図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法を説明する図従来のコイル部品を示す視図

以下、本発明の一実施の形態におけるコイル部品について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるコイル部品の分解斜視図であり、図２は同コイル部品の透視斜視図である。図３は図２における端子とコイル素子の端部との溶接部分のＡ−Ａ線の断面図、図４は図２における端子とコイル素子の端部との溶接部分のＢ−Ｂ線の断面図である。

本発明の一実施の形態におけるコイル部品は、金属磁性体粉末と結合剤を混合して加圧成形した断面が矩形状の磁心１１と、導線を螺旋状に巻回して形成し、この磁心１１に埋設するとともに磁心１１の対向する側面から両端部を突出させたコイル素子１２と、金属板を加工して形成され、その一端が磁心１１の側面に埋設され、他端が磁心１１から突出するとともに、磁心１１の側面から突出させたコイル素子の端部１２ａが接続して固定され、磁心１１の側面から底面に沿って折り曲げた一対の端子１３とを備えている。

磁心１１は、熱硬化性樹脂を含有した結合剤と金属磁性体粉末とを熱硬化性樹脂が完全硬化しない状態で混合して１トン／ｃｍ²程度で加圧成形した複数の圧粉体１９を、コイル素子１２を挟み込むように再加圧成形して、圧粉体１９でコイル素子１２を被覆するとともに熱硬化性樹脂が完全硬化するように熱処理して成形している。

この際、再加圧成形は加圧成形よりも大きな圧力の５トン／ｃｍ²程度で加圧しており、再加圧成形前よりも再加圧成形後は、圧粉体１９の厚みが薄くなり、成形密度が大きくなるようにしている。この圧粉体１９は２個とし、一方の圧粉体１９はコイル素子１２を完全収納する収納部を形成した角柱状の形状とし、他方の圧粉体１９は一方の圧粉体１９に被せる蓋状の形状とし、コイル素子の端部１２ａおよび端子１３は、２個の圧粉体１９の界面から突出させている。

コイル素子１２は、直径０．３ｍｍの絶縁被覆された銅線をコイル状に巻回したものであり、磁心１１から突出したコイル素子の端部１２ａは絶縁被覆を剥離するとともに厚さを約０．２ｍｍの扁平形状にプレス加工されている。

端子１３は、厚さが約０．１５ｍｍの金属板を打ち抜き加工したものであり、磁心１１側の両端部にそれぞれ突出部２０を一体に形成したカタカナのコの字状にしており、突出部２０が磁心１１に埋設されて磁心１１に固定されている。

端子１３の突出部２０の間には、この端子１３を磁心１１の側面に沿って折り曲げたときに、磁心１１の側面において、端子の平坦部分２１から磁心１１の側面と反対方向に窪んだ凹部１４とその裏面に凸部１５が形成されるようにプレス加工した段加工部１８が設けられている。

この段加工部１８は、コイル素子の端部１２ａと重なる部分を含む領域を囲むように形成されており、幅方向においてコイル素子の端部１２ａの延伸方向に沿うようにコイル素子の端部１２ａの幅寸法よりも大きな幅で対向して形成され、長さ方向においてコイル素子の端部１２ａよりも長い寸法で形成され、段加工部１８によって形成される凹部１４の深さは、コイル素子の端部１２ａの厚み寸法または径寸法以上の深さで形成されており、本実施の形態では凹部１４の深さを０．２ｍｍの深さで形成されている。

そして、この段加工部１８により形成された凹部１４にコイル素子の端部１２ａが収納され、凹部１４の底部１６にコイル素子の端部１２ａが重ねられて部分的に抵抗溶接して固定されている。

この端子１３の内、磁心１１から突出した部分は、必要に応じて半田ディップして表面に半田が被覆され、磁心１１の側面から底面に沿うように折り曲げることによりコイル部品が構成されている。

以上のように本実施の形態のコイル部品は、端子１３に、磁心１１の側面において、端子の平坦部分２１から磁心１１の側面とは反対方向に窪んだ凹部１４とその裏面に凸部１５を形成する段加工部１８が設けられ、コイル素子の端部１２ａは凹部１４の底部１６に固定して接続されているので、コイル素子の端部１２ａと端子１３との接続部分を段加工部１８が取り囲んで立体的に構成されるために、端子の平坦部分２１に加わる捩れや撓みの応力がコイル素子の端部１２ａと端子１３との接続部分や、コイル素子の端部１２ａ根元部分に伝わりにくくすることができ、コイル部品の耐振動性、耐衝撃性を向上することができるものである。

これは例えば、コイル部品を横向きの振動が加わったときには、端子の平坦部分２１の全体が磁心１１の側面に当接しているので端子１３が動くことがなく、またコイル部品に捩れの応力が加わり、端子１３に捩れや撓みの応力が掛かったときには、段加工部１８が立体的であるために捩れや撓みが生じにくいために、コイル素子の端部１２ａに応力を伝えにくくできるものである。

また、磁心１１の側面と反対方向に窪んだ凹部１４とその裏面に凸部１５を形成する段加工部１８としたので、従来のコイル部品のように磁心の側面に端子を収容する溝を設けることをなくすことができるため、磁心１１の断面積が減少することがなくコイル部品の大電流化に対して磁気特性を向上しやすくすることができるものである。

また、本実施の形態のコイル部品では、端子１３の材質は純銅の銅板を用いることが望ましい。

一般に、コイル部品などの電子部品の端子には、ばね性に優れ強度が高いリン青銅板が多く用いられるが、本実施の形態では端子１３に設けた段加工部１８が立体的であるために強度を高くして捩れや撓みが生じにくくなるので、リン青銅板よりも軟らかい材料である純銅の銅板を採用することができ、このようにすることにより、純銅はリン青銅に比べて導電率が高いのでコイル部品の損失を低減して大電流化に対して特性を向上させることができるものである。

また、この段加工部１８は、長さ方向においてコイル素子の端部１２ａの長さにあわせて設けてもよいが、コイル素子の端部１２ａの延伸方向において磁心１１の下縁部まで延ばして設けることが望ましい。

このようにすることにより、端子１３にコイル部品の下縁部まで凸部１５が形成されて立体的になるので、端子１３が捩れたり撓んだりすることをより抑制して、コイル素子の端部１２ａに応力が伝わりにくくすることができるものである。

さらに、コイル部品を実装基板（図示していない）に半田接続したときに、凸部１５の周囲に実装半田の半田フィレット（図示していない）が形成されて立体的に保持されるので、端子１３の捩れや撓み応力に対する強度をより高くすることができ、また、実装基板とコイル部品との接続強度も向上させることができるものである。

また、凹部１４の底部１６には、凹部１４の裏側から型押しした直線状の突起部１７を設けることが望ましい。

この突起部１７は、コイル素子の端部１２ａの幅寸法よりも長い寸法の直線状とし、突起部１７とコイル素子の端部１２ａとを交差させて抵抗溶接して固定させるものである。

このように突起部１７を設けることにより、対向した段加工部１８の間に桟を設けた構造となり、より段加工部１８の強度を向上させて、端子１３に掛かる捩れや撓みの応力が、コイル素子の端部１２ａと端子１３との固定部分やコイル素子の端部１２ａ根元部分に伝わりにくくすることができる。このためより好ましくは、突起部１７はコイル素子の端部１２ａの両側の段加工部１８の間を結ぶように設けることが好ましい。

またさらに、この突起部１７を設けることにより、端子１３とコイル素子の端部１２ａを抵抗溶接したときの、端子１３の変形を少なくして生産性を向上することができる。

これは、コイル素子の端部１２ａを端子１３に重ねて抵抗溶接するときに、端子１３とコイル素子の端部１２ａを溶接電極（図示していない）で圧力をかけて挟み込むと、コイル素子の端部１２ａの延伸方向と垂直な方向に力が加わりやすく、端子１３は幅方向に伸ばされやすくなる。その結果、端子１３に溶接電極の圧力で歪が生じ突出部２０の位置が幅方向にずれてしまい、磁心１１を加圧成形するときに突出部２０が金型に挟まれる恐れがある。

これに対して本実施の形態のように、突起部１７を設けることにより、溶接時に突起部１７が軟化して容易に潰れて変形するために、幅方向に広がろうとする力を吸収することができ、端子１３に純銅のようなやわらかい材料を用いても、突出部２０の位置ずれを小さくすることができるもので、磁心１１を加圧成形するときに突出部２０が金型に挟まれることを防止して生産性を向上することができるものである。

この突起部１７の形状としては、突起部１７の延伸方向と直交する断面の形状を、三角形、円弧形、台形など、突起部１７の根元部から頂部に向かうにつれて細くなり、突起部１７の裏側には型押し加工による凹みができるものがよい。このようにすることにより、突起部１７をより潰れて変形しやすくすることができる。

そして、突起部１７の突出高さ寸法を凹部１４の深さ寸法よりも小さくすることが好ましい。

突起部１７の頂部の高さを、突出部２０を形成した端子１３の主面である端子の平坦部分２１と同じ高さとした場合、突起部１７が潰れて変形するときに端子の平坦部分２１に歪みが伝わりやすくなるが、突起部１７の突出高さ寸法を凹部１４の深さ寸法よりも小さくすることにより、突起部１７の頂部が段加工部１８にかかるため、突起部１７が変形するときの歪みを端子の平坦部分２１に伝わりにくくすることができる。

このため、より好ましくは凹部１４の深さ寸法の２／３以下とすることが好ましい。

ここで、図２は磁心１１を透視した透視斜視図であり、圧粉体１９または磁心１１の輪郭を破線で表示したものである。

次に本発明の一実施の形態におけるコイル部品の製造方法について図５〜図１０を用いて説明する。

まず、図５に示すように、表面を絶縁被覆した銅線を螺旋状に巻回し、引き出し線を左右に引き出したコイル素子１２を形成する。このあとコイル素子の端部１２ａの端子１３と溶接する部分の絶縁被覆を剥離しておく。（コイル部形成工程）

次に、図６のように、純銅の銅板を金型で打ち抜くことにより、フープ状の端子１３を形成し、これに図７のようにコイル素子の端部１２ａを重ね、部分的に抵抗溶接することによりコイル素子１２を端子１３に接続して固定する。（溶接工程）

端子１３は、コイル素子の端部１２ａと重ねる部分の両側に突出部２０を設けてカタカナのコの字状とし、それぞれが磁心１１に埋設されるようにすることが望ましい。このようにすることにより、端子１３を磁心１１から抜けにくくするとともに、折り曲げやすくすることができる。

また、端子１３には、予め、端子１３を磁心１１の側面から底面に沿うように折り曲げたときに、磁心１１の側面において、コイル素子の端部１２ａと重なる部分を含む領域に、端子の平坦部分２１から磁心１１の側面と反対方向に窪んだ凹部１４とその裏面に凸部１５が形成されるようにプレス加工によって段加工部１８を形成しておく。

この凹部１４の深さはコイル素子の端部１２ａの厚みまたは径寸法以上にしておき、凹部１４にコイル素子の端部１２ａを収容し、底部１６と重ね合わせて部分的に抵抗溶して固定する。

なお、コイル素子の端部１２ａが凹部１４より大きくはみ出す場合には、コイル部形成工程において、図５のようにコイル素子の端部１２ａを扁平形状にプレス加工しておくとよい。また、コイル素子の端部１２ａの厚みや径寸法が細い場合などは、扁平形状にプレス加工することを省略してもよい。

また、この段加工部１８は、長さ方向においてコイル素子の端部１２ａの長さにあわせて設けてもよいが、コイル素子の端部１２ａの延伸方向において磁心１１の下縁部まで設けることがより望ましい。

この場合、特に、端子の平坦部分２１と段加工部１８との折り曲げ部分の曲率半径において、磁心１１の下縁部側の曲率半径をＲ１（図３、図６においてＲ１と示した部分）、コイル素子の端部１２ａの延伸方向両側の折り曲げ部の曲率半径をＲ２（図４、図６においてＲ２と示した部分）としたとき、Ｒ１＞Ｒ２とすることが望ましく、Ｒ１を０．１〜１．０ｍｍ、Ｒ２を０．４ｍｍ以下にするとよい。

これは、段加工部１８に捩れや撓みに対する強度を得ようとする場合、端子の平坦部分２１と段加工部１８との折り曲げ部分の曲率半径を小さくすることが望ましいが、磁心１１の下縁部側のみ折り曲げ部分の曲率半径Ｒ１を大きくして、強度を小さくしたものである。

このようにすることにより、端子１３を磁心１１の側面から底面に沿うように折り曲げるときに、磁心１１の側面から底面に向かう折り曲げの稜辺が段加工部１８の一部にかかった場合であっても端子１３を折り曲げやすくすることができる。

この結果、加圧成形のばらつきによる磁心１１の高さ寸法のばらつきを吸収することができ生産性を向上させることができるものである。

また、凹部１４の底部１６には、凹部１４の裏側から型押しした直線状の突起部１７をコイル素子の端部１２ａと交差するように設け、コイル素子の端部１２ａと突起部１７を交差させながら接触させて抵抗溶接することが望ましい。このようにすることにより、コイル素子の端部１２ａと突起部１７が的確に接触するとともに、突起部１７の頂部に溶接電流が集中するので、抵抗溶接を容易にすることができる。

また、この突起部１７の底部１６からの突出高さを凹部１４の深さ寸法よりも小さくすることが望ましく、凹部１４の深さ寸法の２／３以下とすることがよい。このようにすることにより、抵抗溶接したときに、突起部１７が容易に潰れて変形してコイル素子の端部１２ａが凹部１４からはみ出すことを抑制することができる。

次に、図８のように、熱硬化性樹脂を含有した結合剤と金属磁性体粉末とを熱硬化性樹脂が完全硬化しない状態で混合して、乾燥、粉砕して粉体とした磁性材料を、１トン／ｃｍ²程度で加圧成形して図１に示すように複数の圧粉体１９を得た後、コイル素子１２と端子１３の突出部２０とを挟み込むようにして５トン／ｃｍ²程度で再加圧成形し、圧粉体１９でコイル素子１２を被覆することによりコイル部品の磁心１１の形にする。これを約１８０℃以上で熱処理することにより磁心１１を完全硬化させる。（磁心形成工程）

次に図９のように、フープから切り離して個片化し、端子１３にフラックスを付けて半田ディップすることにより、磁心１１から突出した部分の端子１３とコイル素子の端部１２ａとを半田付けする。このようにすることで、磁心１１に埋設された部分では端子１３とコイル素子１２とは接合されておらず、磁心１１の外部では接合されているという状態を作ることができる。

次に、図１０のように、端子１３を所定の長さで切断し、端子１３を磁心１１の側面に沿うように折り曲げ、さらに端子１３を磁心１１の底面側に折り曲げることによりコイル部品を得ることができる。（端子形成工程）

ここで、図８、図９、図１０は圧粉体１９あるいは磁心１１を透視した透視斜視図であり、圧粉体１９または磁心１１の輪郭を破線で表示したものである。また、図６、図７、図８は、コイル部品としたときの底面側を図面の上側に、コイル部品の上面側を図面の下側に記載して上下逆向きの斜視図で記載したものである。

本発明に係るコイル部品は、コイル部品の耐振動性、耐衝撃性の向上と、大電流化への対応の両方を可能とするコイル部品を得ることができ、産業上有用である。

１１磁心
１２コイル素子
１２ａコイル素子の端部
１３端子
１４凹部
１５凸部
１６底部
１７突起部
１８段加工部
１９圧粉体
２０突出部
２１端子の平坦部分

Claims

磁性材料を粉末にして結合剤を混ぜて加圧成形した磁心と、前記磁心に埋設するとともに前記磁心の側面から端部を突出させたコイル素子と、コイル素子の端部を接続するとともに前記磁心の側面から底面に沿って折り曲げた端子と備え、前記端子には、前記磁心の側面において、前記磁心の側面とは反対方向に窪んだ凹部とその裏面に凸部が形成される段加工部が設けられ、前記コイル素子の端部は前記凹部の底部に接続されたものであることを特徴とするコイル部品。
前記段加工部は前記磁心の側面下縁部まで形成されたことを特徴とする請求項１記載のコイル部品。
前記凹部の前記底部には前記凹部の裏側から型押しした直線状の突起部が設けられ、前記突起部と前記コイル素子の端部とを交差させて溶接されていることを特徴とする請求項１記載のコイル部品。
前記突起部の突出高さ寸法を前記凹部の深さ寸法よりも小さくしていることを特徴とする請求項３記載のコイル部品。
導線を螺旋状に巻回してコイル素子を形成するコイル部形成工程と、金属板を加工した端子と前記コイル素子の端部とを溶接する溶接工程と、磁性材料と結合剤との混合物に前記コイル素子と前記端子の一端を埋め込んで加圧成形することにより磁心を形成する磁心形成工程と、前記端子を前記磁心の側面から底面に沿って折り曲げることにより端子を形成する端子形成工程とを備え、前記溶接工程において、前記端子に、前記磁心の側面と反対方向に窪んだ凹部とその裏面に凸部が形成される段加工部をプレス加工により形成し、前記凹部の底部に前記コイル素子の端部を溶接することを特徴とするコイル部品の製造方法。
前記段加工部を前記磁心の側面下縁部まで形成することを特徴とする請求項５記載のコイル部品の製造方法。
端子の平坦部分と前記段加工部との折り曲げ部分の曲率半径において、前記磁心の下縁部側の曲率半径をＲ１、前記コイル素子の端部両側の折り曲げ部の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＞Ｒ２とすることを特徴とする請求項６記載のコイル部品の製造方法。
前記凹部の前記底部に前記凹部の裏側から型押しした直線状の突起部を設け、前記突起部と前記コイル素子の端部とを交差させて溶接することを特徴とする請求項５記載のコイル部品の製造方法。
前記突起部の突出高さ寸法が前記凹部の深さ寸法よりも小さいことを特徴とする請求項８記載のコイル部品の製造方法。