JP5175844B2 - インダクタンス素子とその製造方法、およびそれを用いたスイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明はインダクタンス素子とその製造方法、およびそれを用いたスイッチング電源に関する。

電子機器に搭載されるスイッチング電源は、ＦＣＣＩに代表されるようにクラス別にノイズが規制されている。電源におけるノイズの発生原因は様々であるが、主に大きな電力をオンオフする半導体素子の周辺で発生する。高周波成分は放射ノイズとして空中を伝わり、各種電子機器の誤動作を招く。このため、各周波数帯に規制値が設けられている。スイッチング電源では半導体素子、主にＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードにノイズ対策が施されている。ＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードに対するノイズ対策の代表例としては、ＣＲスナバやフェライトビーズを用いたノイズ対策が挙げられる。

ノイズ対策は効果とコスト、さらに搭載スペースの兼ね合いにより使い分けられる。特に性能面を考慮した場合には、特許文献１に記載されているように、Ｃｏ系アモルファスを利用したものがノイズ対策の主流になっている。Ｃｏ系アモルファスは磁気特性に優れることから、ノイズ低減効果がフェライトビーズより優れている。しかし、Ｃｏ系アモルファス磁性薄帯を用いたトロイダルコアは、一般的にコア全体が樹脂で覆われているため、樹脂が磁性薄帯の層間に侵入し、乾燥後の樹脂の収縮によりトロイダルコアに応力がかかって磁気特性を低下するという問題を有している。

特許文献２や特許文献３には有底型容器にコアを挿入し、蓋を固定してコアを容器内に収納したノイズ抑制素子が記載されている。蓋付き容器を使用した場合には樹脂の収縮に伴う問題が回避され、磁気特性の低下を抑制することができる。しかしながら、蓋付き容器は当然ながら蓋部と容器本体とを別々に作製し、これらを組合せて固定する必要がある。蓋部と容器本体をそれぞれ樹脂材料で作製するためには、まず個別に金型を用意し、これら金型を用いてそれぞれ樹脂成形を実施する必要がある。

上述したように、蓋付き容器は蓋部と容器本体の金型を個別に用意しなければならず、製造コストに対する負担が大きいという問題を有している。さらに、特許文献２に記載されているノイズ抑制素子においては、本体容器に蓋部を挿入する工程が必要となる。特許文献３に記載されているノイズ抑制素子においては、容器本体と蓋部とを溶着により固定する工程が必要となる。蓋付き容器を用いたノイズ抑制素子は蓋部を取付ける工程が必要であるため、量産性に劣るという問題を有している。
特許第２６０２８４３号明細書 特開平１１−３４５７１４号公報 特開２００１−３１９８１４公報

本発明の目的は、磁気特性の低下を抑制した上で、蓋部を省いて量産性を向上させることを可能としたインダクタンス素子とその製造方法、さらにそのようなインダクタンス素子を用いたスイッチング電源を提供することにある。

本発明の態様に係るインダクタンス素子は、ドーナツ型磁心と、筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた導電性リード部を挿入するための中空部とを備え、前記ドーナツ型磁心が前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納される有底型容器と、前記有底型容器の前記開放部側に設けられ、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器とを一体的に固定する接着剤部とを具備し、前記接着剤部は前記筒状内壁部の内側まで延出した延出部を有し、前記筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する前記延出部の長さ（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．１以上０．５以下の範囲である。

本発明の態様に係るインダクタンス素子の製造方法は、筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた導電性リード部を挿入するための中空部とを備える有底型容器内に、ドーナツ型磁心を収納する工程と、前記ドーナツ型磁心が収納された前記有底型容器の前記開放部側に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤を乾燥させて固化することにより、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器とを一体的に固定する接着剤部を形成する工程とを具備し、前記接着剤部を前記筒状内壁部の内側まで延出するように形成し、かつ前記接着剤部が延出した部分の長さ（Ｂ）の前記筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する比（Ｂ／Ａ）を０．１以上０．５以下の範囲とする。

本発明の態様に係るスイッチング電源は、本発明の態様に係るインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴としている。

図１は本発明の実施形態によるインダクタンス素子を示す断面図である。 図２は本発明の実施形態による有底型容器にドーナツ型磁心を収納した状態を示す断面図である。 図３は図１に示すインダクタンス素子の変形例を示す断面図である。 図４は図１に示すインダクタンス素子の他の変形例を示す断面図である。 図５は図１に示すインダクタンス素子に導電性リードを挿入した状態を示す断面図である。 図６は図１に示すインダクタンス素子の接着剤部にリード挿入部を形成した状態を示す断面図である。 図７は図６に示すリード挿入部の他の例を示す図である。 図８は図６に示すリード挿入部のさらに他の例を示す図である。 図９は図６に示すリード挿入部のさらに他の例を示す図である。 図１０は本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。 図１１は本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。 図１２は本発明の第３の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。

符号の説明

１…インダクタンス素子、２…ドーナツ型磁心、３…有底型容器、４…接着剤部、４ａ…接着剤部、５…筒状外壁部、６…筒状内壁部、７…底部、８…開放部、９…中空部、１０…導電性リード、１１…リード挿入部、２１，４１，５１…スイッチング電源、２４…トランス、２６…ＦＥＴ、２９，２９Ａ，２９Ｂ…可飽和インダクタ。

発明を実施するための形態

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の実施形態によるインダクタンス素子を示す図である。図１に示すインダクタンス素子１は、ドーナツ型磁心２と有底型容器３と接着剤部４とを具備している。図２は有底型容器３にドーナツ型磁心２を収納した状態、すなわち接着剤部４を設ける前の状態を示している。

ドーナツ型磁心２は特に限定されるものではなく、軟磁性体を中空形状としたものであればよい。ドーナツ型磁心２を構成する軟磁性体としては、フェライト、パーマロイ、アモルファス磁性合金、微結晶を有するＦｅ基磁性合金等が適用される。ドーナツ型磁心２には、軟磁性合金薄帯の巻回体または積層体、軟磁性合金粉末の焼結体、軟磁性合金粉末を樹脂で固めたもの等、種々の形態の磁心を適用することができる。

ドーナツ型磁心２を構成する軟磁性体は、Ｃｏ基アモルファス磁性合金、Ｆｅ基アモルファス磁性合金、微結晶を有するＦｅ基磁性合金等であることが好ましい。これらの合金は厚さ３０μｍ以下の磁性合金薄帯を得やすいことから、ドーナツ型磁心２の構成材料として好適である。磁性合金薄帯を巻回または積層することによって、ドーナツ型磁心２、いわゆるトロイダル型の磁心を容易に作製することができる。

ドーナツ型磁心２を構成するアモルファス合金は、下記の式（１）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：（Ｔ_１−ａＭ_ａ）_{１００−ｂ}Ｘ_ｂ …（１）
（式中、ＴはＦｅおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＸはＢ、Ｓｉ、ＣおよびＰから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａおよびｂは０≦ａ≦０．５、１０≦ｂ≦３５ａｔ％を満足する数である）

元素Ｔは磁束密度や鉄損等の要求される磁気特性に応じて組成比率が調整される。元素Ｍは熱安定性、耐食性、結晶化温度の制御等のために添加される元素である。元素ＭはＣｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、ＮｂおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。元素Ｍの含有量はａの値として０．５以下とする。元素Ｍの含有量が多すぎると相対的に元素Ｔの量が減少するため、アモルファス磁性合金薄帯の磁気特性が低下する。元素Ｍの含有量を示すａの値は、実用的には０．０１以上とすることが好ましい。

元素Ｘはアモルファス合金を得るのに必須の元素である。特に、Ｂは磁性合金のアモルファス化に有効な元素である。Ｓｉはアモルファス相の形成を助成したり、また結晶化温度の上昇に有効な元素である。元素Ｘの添加量が多すぎると透磁率の低下や脆さが生じる。元素Ｘの添加量が少なすぎると磁性合金のアモルファス化が困難になる。このようなことから、元素Ｘの含有量は１０〜３５ａｔ％の範囲とすることが好ましい。

さらに、ドーナツ型磁心２を構成する磁性合金薄帯としては、可飽和特性に優れるＣｏ基アモルファス合金薄帯を用いることが好ましい。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯を用いることによって、ドーナツ型磁心２の磁気特性を向上させることができる。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯は、下記の式（２）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：Ｃｏ_ａＦｅ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅ …（２）
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ａｔ％、３≦ｂ≦７ａｔ％、０．５≦ｃ≦３ａｔ％、９≦ｄ≦１８ａｔ％、７≦ｅ≦１６ａｔ％である）

式（２）において、元素ＭはＮｂ、Ｃｒ、Ｗ、ＭｏおよびＴａから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。このような元素Ｍを必須成分として含むことによって、Ｃｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性が向上する。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性を向上させることによって、後述する乾燥工程によるドーナツ型磁心２の磁気特性の低下を抑制することができる。元素ＭはＮｂであることが望ましい。Ｎｂは特にＣｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性の向上に寄与する。

磁性合金薄帯として用いるアモルファス合金薄帯は液体急冷法を適用して作製することが好ましい。具体的には、所定の組成比に調整した合金素材を、溶融状態から１０^５℃／秒以上の冷却速度で急冷することによって、アモルファス合金薄帯が得られる。液体急冷法により作製されたアモルファス合金の形状は薄帯となる。アモルファス合金薄帯の厚さは３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。磁性薄帯の厚さを制御することによって、低損失の磁心を得ることが可能となる。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金は下記の式（３）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅ …（３）
（式中、Ｍは周期律表の４ａ族元素、５ａ族元素、６ａ族元素、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ａｔ％、０．０１≦ｂ≦４ａｔ％、０．０１≦ｃ≦１０ａｔ％、１０≦ｄ≦２５ａｔ％、３≦ｅ≦１２ａｔ％、１７≦ｄ＋ｅ≦３０ａｔ％である）

式（３）に組成において、Ｃｕは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損や透磁率等の軟磁気特性を改善するのに有効な元素である。元素Ｍは結晶径の均一化に有効であると共に、磁歪や磁気異方性の低減、温度変化に対する磁気特性の改善に有効な元素である。微結晶を有する磁性合金は、粒径が５〜３０ｎｍの結晶粒が合金中に面積比で５０％以上、好ましくは９０％以上存在する微構造を有することが好ましい。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金薄帯は、例えば以下のようにして作製される。まず、液体急冷法で式（３）の合金組成を有するアモルファス合金薄帯を作製した後、このアモルファス合金薄帯に結晶化温度に対して−５０〜＋１２０℃、１分〜５時間の熱処理を施して微結晶を析出させる。あるいは、液体急冷法で合金薄帯を作製する際の急冷温度を制御して微結晶を直接析出させる。磁性合金薄帯の板厚はアモルファス合金薄帯と同様に３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。

上述したような磁性合金薄帯を巻回して巻回体を作製する。あるいは、磁性合金薄帯を積層して積層体を作製する。巻回数や積層数は要求される磁気特性に応じて適宜設定される。必要に応じて、磁性合金薄帯の表面に絶縁層を設けてもよい。巻回体はその中心部に中空部が形成されるように磁性合金薄帯を巻回する。磁性合金薄帯を巻回することによって、その中心部に中空部を有する磁心、すなわちドーナツ型磁心２が得られる。

積層体はその中心部に中空部が形成されるように磁性合金薄帯を積層する。例えば、磁性合金薄帯を所定の長さで切断して磁性合金薄片を作製し、磁性合金薄片の中心部に穴を空ける。このような磁性合金薄片を積層することによって、中心部に中空部を有する磁心が形成される。すなわち、ドーナツ型磁心２を得ることができる。

ドーナツ型磁心２は有底型容器３に収納される。有底型容器３は筒状外壁部５とその内側に同心的に配置された筒状内壁部６とを有する。筒状外壁部５および筒状内壁部６の一端には、それらの間を塞ぐように底部７が設けられている。筒状外壁部５および筒状内壁部６の他端は開放部８とされている。筒状内壁部６の内側には中空部９が設けられている。ドーナツ型磁心２は筒状外壁部５と筒状内壁部６との間に収納される。

有底型容器３は絶縁性材料で形成することが好ましい。有底型容器３は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の絶縁樹脂で形成することが好ましい。各部の肉厚は０．０５〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。有底型容器３は金型成形等で一体的に成形することが望ましい。筒状外壁部５、筒状内壁部および底部７は一体形状であることが望ましい。

ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の開放部側に接着剤を塗布し、これを乾燥させて固化することで接着剤部４を形成する。接着剤部４は有底型容器３の開放部を覆うように設けられ、ドーナツ型磁心２と有底型容器３とを一体的に接着固定するものである。接着剤部４は絶縁性を有することで、外部絶縁と磁心２の固定とを兼ねることができる。ここでは接着剤を固化した状態を接着剤部４と呼ぶ。「一体的に固定」とは連続する接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３とを固定した状態を示す。

接着剤部４はドーナツ型磁心２と有底型容器３とが一体的に固定されていれば、有底型容器３の開放部を覆う面積について制限を受けるものではない。接着剤部４は有底型容器３の開放部全体を覆うように形成してもよいし、開放部の一部を覆うように形成してもよい。ドーナツ型磁心２と有底型容器３との接着強度を高める上で、接着剤部４は有底型容器３の開放部を全面的に覆うように設けることが好ましい。

この実施形態のインダクタンス素子１においては、ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の開放部を接着剤部４で覆いつつ、接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３とを一体的に固定している。従って、有底型容器３とは別に蓋部を用意する必要がない。このため、蓋部を形成するための金型が不要となる。さらに、蓋部を取付ける工程も不要である。これらによって、インダクタンス素子１の製造工程を簡素化でき、また製造コストや設備コストを低減することが可能となる。

接着剤部４は接着剤を固化したものであるため、例えば１ｋｇｆ以上の接合強度を容易に得ることができる。このため、インダクタンス素子１の中空部への導電性リードの挿入時における接着剤部４の脱落を防止することができる。特に、インダクタンス素子１の接着剤部４とは反対側から導電性リードを挿入する場合においても、接着剤部４の脱落を抑制することが可能となる。ここで、１ｋｇｆ以上の接合強度とは１ｋｇの荷重を重り等で加えた際に、接着剤部４が剥がれないことを意味する。

樹脂を固めて形成した蓋部を容器に圧入するタイプ（従来のインダクタンス素子）では、導電性リードを挿入する際に蓋部が取れるおそれがある。特に、圧入のみでは圧入方向と反対側からリード部を挿入すると蓋部が取れやすい。これは蓋部を容器に圧入しただけでは接合強度を十分に向上させることができないためである。

接着剤部４を形成する接着剤は特に限定されるものではないが、シリコーン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリウレタン樹脂系接着剤等が用いられる。接着剤を室温で固化することが可能であれば、インダクタンス素子１の製造効率が向上する。高温下にて短時間で固化する接着剤であれば、さらにインダクタンス素子１の製造効率が向上する。

ただし、乾燥工程の短縮や固化後の機械的特性等を考慮して、接着剤は９０〜１５０℃の温度下で３０分〜２時間の条件で乾燥処理することが好ましい。乾燥条件は１１０〜１３０℃×５０〜７０分とすることがより好ましい。接着剤の乾燥温度が９０℃未満であると乾燥時間を長くする必要が生じる。乾燥時間が長くなると接着剤のドーナツ型磁心２に対する浸透範囲が広くなりすぎる。接着剤の乾燥温度が１５０℃を超えると乾燥時間は短くなるものの、ドーナツ型磁心２の磁気特性が低下するおそれがある。このような製造条件を適用することで、インダクタンス素子１の製造効率を高めることができる。従って、インダクタンス素子１の量産性が格段に向上する。

接着剤を固化して形成した接着剤部４の硬度は、ショア硬度Ａで１００以下であることが好ましい。接着剤部４の硬度（ショア硬度Ａ）が１００を超えるとドーナツ型磁心２への応力が大きくなるため、ドーナツ型磁心２の磁気特性に悪影響をおよぼすおそれがある。接着剤部４の硬度（ショア硬度Ａ）は７０以下であることがより好ましい。接着剤部４の硬度の下限値は特に限定されるものではないが、接着剤部４の強度を考慮するとショア硬度Ａで２０以上の硬度を有することが好ましい。

このような硬度が得られやすい接着剤としてアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤が挙げられる。接着剤部４を構成する接着剤は１種類のみであっても、また２種類以上を混合したものであってもよい。硬度はＪＩＳ−Ｚ−２２４６（試験方法）、ＪＩＳ−Ｂ−７７２７（試験機）、ＪＩＳ−Ｂ−７７３１（試験片）に準じて測定するものとする。エポキシ樹脂等の硬い樹脂の硬度についてはショア硬度Ｄに準じて測定するものとする。

この実施形態のインダクタンス素子１においては、接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とを一体的に固定する際に、接着剤部４を筒状内壁部の内側まで延出させている。接着剤部４はその一部が筒状内壁部の内側まで延出した延出部４ａを有する。延出部４ａは図１に示すように筒状内壁部の内側に相当する中空部全体を覆う形状、図３に示すように筒状内壁部の内側に沿った形状等を有する。接着剤部４のドーナツ型磁心２とは反対側の面は、図１に示すように平坦な形状であってもよいし、図４に示すように有底型容器３から盛り上がった形状（凸状）であってもよい。

インダクタンス素子１は、例えば図５に示すように中空部に導電性リード１０を挿入して使用される。接着剤部４が筒状内壁部の内側に相当する中空部にまで延出していると、中空部に挿入した導電性リード１０を接着剤部４の延出部４ａで固定することができる。このため、従来必要であったドーナツ状のインダクタンス素子を、さらに接着剤等で導電性リードに固定する必要がなくなる。なお、自動車等のように振動の大きな分野に用いる場合は必要に応じて、さらに接着剤等で固定してもよい。

さらに、この実施形態のインダクタンス素子１においては、有底型容器３の筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する接着剤部４の延出部４ａの長さ（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．１〜０．５の範囲とされている。筒状内壁部の高さ（Ａ）は筒状内壁部の軸方向の長さを示し、底部の厚さは含めないものとする。延出部４ａの長さ（Ｂ）は、筒状内壁部の内側に存在する接着剤部４の筒状内壁部の高さ（Ａ）と同方向の長さを示すものである。

Ｂ／Ａ比が０．１未満である場合には延出部４ａが小さく、導電性リードとの接触面積が不足するため、導電性リードを固定する効果を十分に得ることができない。さらに、導電性リードの絶縁性の点からも不十分である。Ｂ／Ａ比が０．５を超えると固定力が強すぎて、小径のリードやＴ２２０に代表されるダイオードのリード等が刺さらなかったり、また無理に挿入するとリードの変形や接着剤部４の剥がれ等が生じる。

接着剤部４の延出部４ａによる導電性リードの固定力と接着剤部４の剥がれ防止等とを考慮すると、延出部４ａのＢ／Ａ比は０．２〜０．４の範囲であることが好ましい。延出部４ａの長さ（Ｂ）は一定である必要はない。延出部４ａの長さ（Ｂ）にばらつきが存在する場合には、延出部４ａの各部分の長さを測定して、その平均値により延出部４ａの長さ（Ｂ）を算出するものとする。

接着剤部４の一部は図１等に示すように、有底型容器３内においてドーナツ型磁心２と有底型容器３との間、つまりドーナツ型磁心２の外径と筒状外壁部との間、およびドーナツ型磁心２の内径と筒状内壁部との間に入り込んでいることが好ましい。接着剤部４の一部がドーナツ型磁心２と有底型容器３との間に入り込むことによって、ドーナツ型磁心２と有底型容器３との固定がより強固なものになる。

さらに、接着剤部４はドーナツ型磁心２の断面積の５〜３０％の範囲まで浸透していることが好ましい。有底型容器３に収納されたドーナツ型磁心２をドーナツの中心を通って中空部に平行に切断した際の磁心２の断面積を１００％としたとき、接着剤部４は開放部側から面積比で５〜３０％の割合でドーナツ型磁心２の内部に浸透していることが好ましい。これによって、ドーナツ型磁心２の磁気特性の低下を抑制した上で、ドーナツ型磁心２と有底型容器３との接合強度をより一層向上させることが可能となる。

磁心２の断面積（１００％）は、例えば磁性合金薄帯の巻回体の場合には磁性合金薄帯の最外層と最内層に囲まれた範囲を示すものとする。磁性合金薄帯の積層体の場合にも同様である。磁性合金薄帯を巻回または積層した際に、磁性合金薄帯同士の間に隙間ができたとしても、それは磁心の断面積（１００％）に含まれるものとする。同様に、磁性薄帯同士の間に絶縁層（絶縁被膜や絶縁フィルム）が存在していた場合、それも磁心の断面積（１００％）に含まれるものとする。

接着剤部４の一部がドーナツ型磁心２の内部に浸透した構造とすることによって、アンカー効果でドーナツ型磁心２と有底型容器３との接合を強固なものとすることができる。浸透の割合が５％未満ではアンカー効果が十分ではないため、有底型容器３内でのドーナツ型磁心２の固定が不十分となる。従って、運搬中にドーナツ型磁心２が外れて有底型容器３内でカタカタ鳴る状態になってしまうおそれがある。また、半田付け時の熱により接着剤部４が溶融し、ドーナツ型磁心２が脱落するおそれがある。

接着剤部４のドーナツ型磁心２に対する浸透の割合が３０％を超えると、ドーナツ型磁心２にかかる応力が大きくなりすぎて、ドーナツ型磁心２の磁気特性に悪影響を与えるおそれがある。接着剤部４のドーナツ型磁心２に対する浸透の割合は１０〜２０％の範囲であることがより好ましい。接着剤部４の浸透割合は、用いる接着剤の特性と塗布量、乾燥工程の調整により適宜設定することができる。

有底型容器３の形状に関しては、筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する筒状外壁部の高さ（Ｃ）の比（Ｃ／Ａ）を０．６〜１．３の範囲とすることが好ましい。これによって、接着剤部４を形成する際に有底型容器３の開放部に塗布した接着剤が筒状外壁部を越えて溢れることが防止される。従って、インダクタンス素子１の外観不良の発生を抑制することができる。Ｃ／Ａ比は１〜１．１の範囲であることがより好ましい。筒状内壁部の高さ（Ａ）および筒状外壁部の高さ（Ｃ）はいずれも底部の厚さを含まないものとする。

Ｃ／Ａ比が０.６未満であると筒状内壁部が突出した形状となり、ドーナツ型磁心２の有底型容器３への挿入性が極めて悪くなる。さらに、接着剤が乾燥するまでに筒状外壁部から流動漏れしてしまうおそれがある。中空部を覆う場合には、接着剤が筒状内壁部で分割されてしまう。Ｃ／Ａ比が１．３を超えるとドーナツ型磁心２の内周が筒状内壁部に載りやすくなり、ドーナツ型磁心２が斜めに固定されてしまうおそれがある。

筒状外壁部の高さ（Ｃ）が筒状内壁部の高さ（Ａ）以上（Ｃ≧Ａ）である場合、塗布した接着剤が中空部側に流れて行きやすくなる。この性質を利用して、図１のように有底型容器３の開放部側の中空部を覆うように接着剤部４を設けることも可能である。接着剤部４で中空部を覆うことによって、中空部に接着剤部４による被膜が形成される。

中空部に接着剤部４による被膜が存在すると、導電性リードを接着剤部４による被膜を突き破って中空部に挿通することになる。このとき、被膜は接着剤部４により形成されているため、インダクタンス素子１を導電性リードに固定する固定部に、接着剤部４による被膜を利用することができる。この機能を利用すれば半導体素子等のリードを直接挿通させる場合に接着剤等による固定作業を必要としない。また、導電性リードを挿通したインダクタンス素子１をプリント基板に取り付ける際にも脱落防止となる。

この実施形態のインダクタンス素子１はドーナツ型磁心２と有底型容器３とが一体的に固定されているため、製造工程を簡素化できてコストダウンを図ることが可能となる。接着剤部４は目視により確認できることから、インダクタンス素子１の方向性を容易に確認することが可能となる。方向性が確認できると配線基板等の基板に実装する際の方向性、位置合せをスムーズに行うことができる。

インダクタンス素子１は有底型容器３の中空部に導電性リードを挿通して配線基板に搭載される。有底型容器３の中空部に挿通される導電性リードは、ダイオード等の半導体素子のリードを利用してもよい。あるいは、導電性リードを別途用意して有底型容器の中空部に挿通した後、導電性リードの先端を配線基板に接合してもよい。

インダクタンス素子１を基板に実装する際には、接着剤部４のある方を基板と反対側にすることが好ましい。基板に実装する際は導電性リードを半田付けして固定することになる。半田付け工程の熱により接着剤部が溶解し、ドーナツ型磁心２が脱落するおそれもある。例えば、半田付け工程の熱がリードを通して接着剤部４に伝わる場合や、リフロー工程のように基板全体を加熱する場合もある。接着剤部４に熱が伝わったとしても、接着剤部４のある方を基板と反対側にすることで熱の影響を受け難くすることができる。

インダクタンス素子１の中空部に挿通する導電性リード５はＣｕ、Ｆｅ、それらを主成分とする合金等の導電性金属材料で形成することが好ましい。導電性リード５の線径は中空部を通れば特に限定されるものではない。導電性リードの長さは任意ではあり、例えば折り曲げた導電性リードの先端を配線基板に半田付けすることが可能であればよい。導電性リードの端子部以外の部分（表面）に絶縁被膜を設けてもよい。導電性リード５の表面に錫メッキ等の被膜を設けることで、半田付け性を向上させることができる。

ドーナツ型磁心２は複数個用いてもよい。複数のドーナツ型磁心２を用いる場合、有底型容器３内に２個以上連ねて配置してもよいし、個々に有底型容器３に入れたものを複数個連ねてもよい。有底型容器３内に２個以上のドーナツ型磁心２を配置する場合、有底型容器３の開放部側に位置する磁心２のみを接着剤部４で固定してもよい。このときは接着剤部４のある磁心２のみの浸透割合を測定すればよい。複数のドーナツ型磁心２を個々に有底型容器３に入れたものを連ねる場合は、個々の磁心２を接着剤部４で固定する方法が好ましい。この場合の接着剤部４の浸透割合はそれぞれ測定するものとする。

接着剤部４で有底型容器３の中空部を覆った形状を適用する場合には、例えば図６に示すように、導電性リードを挿入する箇所、つまり中空部を覆っている接着剤部４にリード挿入部１１を設けることが好ましい。リード挿入部１１の形状としては、凹部、穴部および切込み部の１種が挙げられる。リード挿入部１１は貫通型（貫通孔、貫通した切込み）またはくぼみ型（凹部）のいずれでもよい。接着剤部４の厚さが２ｍｍを超える場合には貫通型が好ましく、２ｍｍ以下であればくぼみ型が好ましい。

図７ないし図９はリード挿入部１１を有する接着剤部４の平面図である。図７は円形のリード挿入部１１を示している。図８は切込み状のリード挿入部１１を示している。図９は四角形状のリード挿入部１１を示している。円形は真円、楕円のどちらでもよい。切込み部は１本の切込みでもよいし、２本以上の複数本の切込みであってもよい。リード挿入部１１の入口は三角形状、四角形状等の多角形状であってもよい。リード挿入部１１の入口形状は、挿入される導電性リードの形状に合せて選択することが好ましい。

この実施形態のインダクタンス素子１は蓋部を用いていないので、製造工程を簡素化でき、かつ製造コストを大幅に低減することができる。さらに、接着剤部４の浸透の割合を調整することによって、接着剤の固化時の応力による磁気特性の低下（例えばＬ値の低減）を抑制することができる。従って、インダクタンス素子１は優れたノイズ低減効果を発揮するものである。このようなインダクタンス素子１はスイッチング電源等の電子機器にノイズ抑制素子として好適に用いられる。

スイッチング電源はＰＣやサーバ等の様々な分野に使用されている。スイッチング電源の配線基板には様々な素子が搭載される。個々の素子は半田付けで配線基板に固定される。この実施形態のインダクタンス素子１は半田付けの熱による接着剤部４の溶融対策も施されているため、半田付け時のドーナツ型磁心２の位置ズレや脱落といった不具合が発生しにくい。従って、インダクタンス素子１はリフロー工程にも対応できるため、スイッチング電源の量産性を向上させることが可能となる。

図１０は本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１０に示す自励フライバック方式のスイッチング電源２１は、入力端子２２、２３間に直列に接続されたトランス２４の１次巻線２５とスイッチング素子としてのＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）２６とを有している。トランス２４には、さらにＦＥＴ２６のゲート回路ドライブ用の巻線２７が設けられている。すなわち、巻線２７はＦＥＴ２６を自励発振させるために巻かれたトランス２４の正帰還巻線である。

ＦＥＴ２６のゲート端子と正帰還巻線２７との間には、正帰還巻線２７の信号をＦＥＴ２６に送るドライブ回路２８が設けられている。ドライブ回路２８はインダクタ２９、抵抗３０およびコンデンサ３１を直列に接続して構成されており、スナバ回路として機能する。抵抗３０はＦＥＴ２６に適切なドライブ電流を与えるものであり、コンデンサ３１はＦＥＴ２６のドライブ特性の向上を図るものである。インダクタ２９は可飽和性を有し、ＦＥＴ２６のゲート信号を遅らせる機能を有する。実施形態のインダクタンス素子１は可飽和性インダクタ２９に適用され、ＦＥＴ２６のノイズ抑制素子として機能する。

トランス２４の１次巻線２５と入力端子２３との間には、トランス２４の１次巻線２５に発生するサージ電圧を吸収するスナバコンデンサ３２が直列に接続されている。スナバコンデンサ３２はＦＥＴ２６と並列に接続されている。さらに、スナバコンデンサ３２と直列にスナバ抵抗３３が接続されている。トランス２４の２次巻線３４には整流素子３５とコンデンサ３６が整流・平滑回路として接続されている。抵抗３７は負荷である。

図１１は本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１１に示す他励フライバック方式のスイッチング電源４１は、ＦＥＴ２６のドライブ回路として発信回路４２を具備している。ＦＥＴ２６と発信回路４２との間には、可飽和インダクタ２９と抵抗３０とが直列に接続されている。可飽和インダクタ２９は第１の実施形態と同様にＦＥＴ２６のノイズ抑制素子として機能するものであり、実施形態のインダクタンス素子１が適用される。

図１２は本発明の第３の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図１２に示すフォワードコンバータ方式のスイッチング電源５１は、ＦＥＴ２６のドライブ回路として発信回路４２を具備している。トランス２４の２次側に配置された整流素子３５Ａ、３５Ｂには、それぞれ可飽和インダクタ２９Ａ、２９Ｂが接続されている。可飽和インダクタ２９Ａ、２９Ｂは整流素子３５Ａ、３５Ｂのノイズ抑制素子として機能するものであり、実施形態のインダクタンス素子１が適用される。

次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。

（実施例１〜６、比較例１〜２）
（Ｃｏ_０．９４Ｆｅ_０．０５Ｃｒ_０．０１）_７２Ｓｉ_１５Ｂ_１３の組成を有するアモルファス磁性合金薄帯（厚さ１８μｍ）を巻回してドーナツ型磁心（トロイダルコア）を成形した。磁性合金薄帯の表面には予め絶縁被膜が設けられている。ドーナツ型磁心のサイズは外径３ｍｍ×内径２ｍｍ×高さ３ｍｍとした。

次に、ＰＢＴ製有底型容器（最外径３．４ｍｍ×最内径１．６ｍｍ×最高さ４．５ｍｍ、容器の肉厚０．１ｍｍ）にドーナツ型磁心を収納した。有底型容器は［（外壁部の高さ４．１ｍｍ−内壁部の高さ３．２ｍｍ）＝０．９ｍｍ］とした。その後、アクリル変成シリコーン樹脂系接着剤（セメダイン社製、ＳＸ７２０Ｗ（商品名））を用いて、磁心と容器とを一体的に固定した。接着剤を乾燥、固化する条件を変えて、接着剤部の一部が内壁部の内側まで延出した延出部の形状を調整した。

このようにして、実施例１〜４および比較例１〜２のインダクタンス素子を作製した。さらに、接着剤をエポキシ樹脂系（サンユレック社製、ＥＸ−６６４／Ｈ−３９０（商品名）２液硬化型）に変えて、実施例５のインダクタンス素子を作製した。接着剤をフェノール樹脂系（住友ベークライト製、ＰＲ−５３３６５（商品名））に変えて、実施例６のインダクタンス素子を作製した。各実施例において、接着剤部は中空部を含めて開放部を覆うように設けた。中空部を覆う接着剤部の厚さは０．７〜１．２ｍｍに調整した。比較例１および比較例２については、（延出部の長さ（Ｂ）／内壁部の高さ（Ａ））比に応じて中空部を覆う接着剤部の厚さを調整した。

各実施例および比較例のインダクタンス素子に線径が０．８ｍｍの導電性リードを挿入し、導電性リードが折れるか、もしくは接着剤部が剥がれるといった挿通不良の発生割合を測定した。なお、導電性リードには錫メッキ軟銅線を用いた。導電性リード部は接着剤部のある方からインダクタンス素子の中空部に挿通した。

さらに、各インダクタンス素子のＬ値を測定した。Ｌ値は初期値と１２０℃に保持した恒温槽内で１０００時間稼働後の値（加速試験値）とを測定し、１０００時間稼働後のＬ値の変化率を求めた。Ｌ値の測定はＬＣＲメーターを用いて、周波数５０ｋＨｚ、１Ｖ、１ターン、室温下の条件で行った。接着剤部の硬さ（ショア硬度Ａ）はＪＩＳ−Ｚ−２２４６に準じて測定した。表１に測定結果を示す。

表１から明らかなように、実施例のインダクタンス素子はＬ値の初期値が大きく、１０００時間稼働後の劣化も小さい。これは磁心の材料特性でほぼ決まる本来のＬ値が得られていることを意味する。樹脂の硬度が高い実施例５、６は１０００時間後のＬ値の変化率が他の実施例に比べて若干大きかった。

比較例１および比較例２のインダクタンス素子はいずれもリードの挿通不良の発生割合が多いことが分かる。比較例１は接着剤部の延出部の長さが短いため、リードを挿通する際に接着剤部が剥がれる現象が発生した。比較例２は延出部の長さが長く、その結果として中空部を覆う接着剤部が厚くなり、リード挿通時にリードが折れ曲る等、リードの変形による挿通不良が発生した。

（実施例７〜１０）
実施例３のインダクタンス素子を用いて、中空部を覆う接着剤部に表２に示すリード挿入部を設けたものを用意し、同様の測定を行った。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、中空部を覆う接着剤部にリード挿入部を形成することによって、導電性リードの挿通不良の発生を大幅に抑制できることが分かる。リード挿入部の形状は貫通型の方がリードの挿通不良を改善できる。リード挿入部を設けた場合にも、Ｌ値の低下等は見られなかった。

（実施例１１〜１６）
実施例２、実施例７、実施例８および実施例１０のインダクタンス素子をそれぞれ用意した。各インダクタンス素子にダイオードのリード部（ＴＯ−３Ｐタイプ、幅１．２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの平角）を挿通した。この後、ダイオードのリード部を配線基板に半田付けした。半田付け工程後のインダクタンス素子の位置ずれ、接着剤の抜けの発生割合を測定した。半田付け工程は半田コテ（３５０℃）を用いて３秒以内で実施した。その結果を表３に示す。

表３から分かるように、接着剤部の向きを配線基板とは反対側、つまり接着剤部側からリードを挿通させた場合は、位置ズレの発生や接着剤の抜けを防止できることが分かる。表には示さないが、実施例９は挿入部の径がリード径よりも大きく、リード挿通時にインダクタンス素子を固定する効果が得られないため、実施例からは除外した。

（実施例１７〜２２）
実施例３のインダクタンス素子を用いて、有底型容器の外壁部の高さと内壁部の高さを表４に示すように変えた場合に、接着剤部が容器表面に溢れて外観不良となったものの割合を測定した。その結果を表４に示す。

表から分かるように、有底型容器の外壁部の高さ（Ｃ）と内壁部の高さ（Ａ）との比（Ｃ／Ａ比）を変化させた場合、Ｃ／Ａ比が０.６より小さいと磁心の容器内での固定が不十分で、内壁部に対して斜めに配置されたものが多く、外観不良率が増大した。Ｃ／Ａ比が１．３を超えると外壁部から接着剤の漏れが発生し、このようなモードでの外観不良が増大した。特に、外壁部の高さ（Ｃ）／内壁部の高さ（Ａ）比が０．９〜１．２の範囲である場合に、外観不良の発生率を３％以下と小さくすることができた。

（実施例２３〜２６）
ドーナツ型磁心の断面積に所定量の接着剤部を浸透させた以外は、実施例３と同様のインダクタンス素子を用意し、実施例１と同様の測定を行った。なお、接着剤の塗布後に密閉空間内に配置し、真空に引きながら乾燥させ、その真空度を調整することによって、ドーナツ型磁心への接着剤部の浸透割合を調整した。その結果を表５に示す。

表から分かるように、接着剤部をドーナツ型磁心に浸透させた場合、接着剤部の浸透割合が５％を下回るとリード挿入時に接着剤の抜けによる外観不良が増加した。特に、中空部を埋める場合、この不良がさらに増える傾向にある。通常２０μｍ前後の厚さの磁性材を巻回した磁心の場合、断面積中の空気層の比率は２５％程度であり、それ以上の５０％近くまで浸透させると形状が保てなくなり、外径が増大して測定が不可能であった。浸透割合が高いとＬ値（初期値）も劣化傾向にあり、高温下での加速試験でも劣化スピードが速くなる。接着剤部のドーナツ型磁心への浸透割合は１０〜２０％の範囲が好ましい。

（実施例２７〜３０）
磁心のサイズを表６に示すように変えたものを用意し、実施例１と同様にＬ値の測定を行った。接着剤はアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤を使用した。その結果を表６に示す。容器サイズの表記の内外径とは、外壁部における内側の径を意味する。外内径とは内壁部における外側の径を意味する。内高さとは内壁部の高さを意味する。実施例によるインダクタンス素子は磁心サイズが変更されても良好な結果が得られた。

（実施例３１〜３２）
幅３ｍｍ幅のＣｏ系アモルファス合金薄帯（組成：Ｃｏ_７３Ｆｅ_５Ｎｂ_２Ｓｉ_１２Ｂ_８）を外径３ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ３ｍｍとなるように成形し、３５０℃以上の温度で歪取り熱処理を施してドーナツ型磁心を作製した。有底型容器はＰＢＴ樹脂（ウィンテックポリマー社製、２０９２）を成形して作製した。ドーナツ型磁心を有底型容器に収納し、開口部より接着剤（セメダイン社製、アクリル変成シリコーン樹脂ＳＸ７２０Ｗ（商品名））を塗布した。その後、１２０℃×１時間の条件で恒温槽にて乾燥処理を実施し、実施例３１、３２のインダクタンス素子を得た。乾燥固化後の接着剤の一部が有底型容器の内壁部の内側まで延出した延出部の長さと内壁部の高さの比は０．３であった。

実施例３２のインダクタンス素子については、接着剤部にリード挿入部（凹状）を形成した。実施例３１のインダクタンス素子はリード挿入部を有していない。これらインダクタンス素子を製造した際の歩留まり、インダクタンス素子を実装する際の実装不良の発生率を測定した。比較例として蓋部を溶着したインダクタンス素子についても、製造歩留まり、インダクタンス素子の実装不良の発生率を測定した。その結果を表７に示す。

以上のように、実施例のインダクタンス素子は磁気特性の低下を防ぐと共に、量産性の改善および製造コストの低減を図ることができる。配線基板への実装性も良好であることから、スイッチング電源等の電子機器の製造性も高めることができる。

本発明のインダクタンス素子は蓋部を用いる必要がないので、製造コストの低減や量産性の向上を図ることができる。さらに、接着剤部による磁気特性の低下を抑制できることから、優れた磁気特性を有するインダクタンス素子を提供することができる。このようなインダクタンス素子はスイッチング電源等のノイズ抑制素子（可飽和インダクタ）として好適に用いられるものである。

Claims (14)

1. ドーナツ型磁心と、
   筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた導電性リード部を挿入するための中空部とを備え、前記ドーナツ型磁心が前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納される有底型容器と、
   前記有底型容器の前記開放部側に設けられ、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器とを一体的に固定する接着剤部とを具備し、
   前記接着剤部は前記筒状内壁部の内側まで延出した延出部を有し、前記筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する前記延出部の長さ（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．１以上０．５以下の範囲であることを特徴とするインダクタンス素子。
2. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記有底型容器の前記開放部は前記中空部を含めて前記接着剤部で覆われていることを特徴とするインダクタンス素子。
3. 請求項２記載のインダクタンス素子において、
   前記接着剤部には凹部、穴部および切込み部から選ばれる少なくとも１種のリード挿入部が設けられていることを特徴とするインダクタンス素子。
4. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記ドーナツ型磁心は磁性合金薄帯の巻回体または積層体を備えることを特徴とするインダクタンス素子。
5. 請求項４記載のインダクタンス素子において、
   前記磁性合金薄帯はアモルファス磁性合金薄帯を備えることを特徴とするインダクタンス素子。
6. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記接着剤部は前記ドーナツ型磁心の断面積の５％以上３０％以下の範囲まで浸透していることを特徴とするインダクタンス素子。
7. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記接着剤部はアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤の固化体からなることを特徴とするインダクタンス素子。
8. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記有底型容器の前記中空部に導電性リード部が挿通されることを特徴とするインダクタンス素子。
9. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する前記筒状外壁部の高さ（Ｃ）の比（Ｃ／Ａ）は０．６以上１．３以下の範囲であることを特徴とするインダクタンス素子。
10. 筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた導電性リード部を挿入するための中空部とを備える有底型容器内に、ドーナツ型磁心を収納する工程と、
    前記ドーナツ型磁心が収納された前記有底型容器の前記開放部側に接着剤を塗布する工程と、
    前記接着剤を乾燥させて固化することにより、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器とを一体的に固定する接着剤部を形成する工程と
    を具備するインダクタンス素子の製造方法であって、
    前記接着剤部を前記筒状内壁部の内側まで延出するように形成し、かつ前記接着剤部が延出した部分の長さ（Ｂ）の前記筒状内壁部の高さ（Ａ）に対する比（Ｂ／Ａ）を０．１以上０．５以下の範囲とする
    ことを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
11. 請求項１０記載のインダクタンス素子の製造方法において、
    前記接着剤を９０℃以上１５０℃以下の範囲の温度下で乾燥させることを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
12. 請求項１０記載のインダクタンス素子の製造方法において、
    前記有底型容器の前記中空部を含む前記開放部を前記接着剤部で覆うことを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
13. 請求項１０記載のインダクタンス素子の製造方法において、
    さらに、前記接着剤部に凹部、穴部および切込み部から選ばれる少なくとも１種のリード挿入部を形成する工程を具備することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
14. 請求項１記載のインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴とするスイッチング電源。

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