JP5877296B2

JP5877296B2 - コイル部品およびその製造方法

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Publication number: JP5877296B2
Application number: JP2011057503A
Authority: JP
Inventors: 田中　正治; 正治田中; 睦泰大坪
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: JP2012195399A

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、電子機器の高機能化に伴い、これらの電子機器を駆動するＤＣ／ＤＣコンバータは数Ａから数十Ａまでに大電流化してきており、これらのＤＣ／ＤＣコンバータに使用するチョークコイルに対しても、大電流時に電気特性が安定した低損失の特性を要望されている。

このようなチョークコイル等のコイル部品は、フェライト材料よりも飽和磁束密度の高い金属磁性材料の粉末を用い、金属磁性粉末と樹脂を混合したものにコイルを埋設させて加圧成形した磁芯にすることで大電流時の電気特性を改善していた。

一方、低損失化については、磁芯に埋設されるコイルを、断面積が大きいより太い銅線を巻回して形成し、さらに、コイルの引き出し線を磁芯から突出させて直接実装基板と接続する端子とすることで、コイル部品の直流抵抗をより小さくして低損失化を図っていた。

次に、このような従来のコイル部品を図９と図１０を参照して説明する。

図９の従来のコイル部品は、断面が円形状の銅線を巻回したコイル１を磁芯２に埋設したものであり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図を示している。この従来のコイル部品は、コイル１の引き出し線３の端部を潰して薄くした幅広部４を形成し、この幅広部４を磁芯２の側面から突出させ、磁芯２の側面から底面に向かって折り曲げて端子５を形成してコイル部品を構成していた。

また、図１０の従来のコイル部品は、断面が矩形状の平角銅線をエッジワイズに巻回したコイル１１を磁芯１２に埋設したものであり、図１０（ａ）のように、断面がＶ字形状のノッチ１３を形成したコイル１１の引き出し線１４を磁芯１２の側面から突出させ、図１０（ｂ）のように、ノッチ１３を基点に谷折にして引き出し線１４を折り曲げて端子１５を形成してコイル部品を構成していた。

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および特許文献２が知られている。

特開２００９−１２３９２７号公報特開２００７−１５０１３９号公報

電子機器の大電流化はさらに進む方向であり、コイル部品の直流抵抗を小さくすることが強く要求され、コイルの銅線をさらに太くすることが必要となってきている。

しかしながら、図９の従来のコイル部品では、銅線が太くなると銅線を潰して幅広部４を形成するプレス加工機のプレス圧力が不足して、銅線を十分に潰すことができずに幅広部４の厚みが大きくなる。

幅広部４の厚みが大きくなると、幅広部４を折り曲げて端子５を形成するときの折り曲げる力が大きくなり、磁芯２に加わる外部応力も大きくなる。磁芯２は金属磁性粉末と樹脂の混合物を加圧成形したものなので、外部応力が大きくなると端子５の根元の磁芯２にクラックが生じる恐れがあった。

また、図１０の従来のコイル部品では、銅線が太くなるにつれて、折り曲げの力を低減するためにノッチ１３の深さが大きくなり、引き出し線１４をノッチ１３で谷折りしたときに折り曲げ部分に応力が集中して銅線にクラックが生じる恐れがあった。

特に自動車に搭載する車載機器では、コイル部品の端子に加わる振動や、温度変化による実装基板の膨張収縮など、繰り返される外部応力によってノッチ１３を形成した折り曲げ部分でクラックが進行してついには破断して断線する恐れがあった。

本発明は端子を折り曲げるときの応力を軽減して、磁芯や端子にクラックが発生することを防止して信頼性を向上したコイル部品とその製造方法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、金属磁性体粉末と結合材を混ぜて加圧成形してなる磁芯と、この磁芯の内部に埋め込まれた銅線を螺旋状に巻回してなるコイル部と、コイル部の引き出し線を潰して板状にするとともに、磁芯の側面から突出させ側面から底面に向かって折り曲げた端子とを備え、端子は、磁芯の内部から磁芯の下面方向に折り曲げて形成したＲ部を含む部分までの板状の根元部と、根元部と連接し磁芯の側面から底面に向かって折り曲げた板状の端子部とからなり、根元部の表面に端子部の表面より一様に落ち込んだ凹陥部を形成することにより根元部を端子部の厚みより薄く形成しており、凹陥部を磁芯の側面から底面方向に折り曲げた根元部の山折り側に形成し、且つ、凹陥部の引き出し線の伸長方向の長さを根元部の厚み寸法の２〜６倍に形成したものである。

上記構成により、根元部の表面に端子部の表面より一様に落ち込んだ凹陥部を形成することにより根元部を端子部の厚みより薄く形成しており、凹陥部を磁芯の側面から底面方向に折り曲げた根元部の山折り側に形成し、且つ、凹陥部の引き出し線の伸長方向の長さを根元部の厚み寸法の２〜６倍に形成したので、根元部が端子部よりも厚みの薄い板状に形成され、根元部を磁芯の側面から底面方向に折り曲げたときに、磁芯にかかる応力を低減して磁芯にクラックが入ることを抑制することができ、また、根元部を磁芯の側面から下面方向に折り曲げたときに根元部が撓んで折れ曲がるので応力が一部に集中することがなく銅線にクラックが生じることをなくすことができ、磁芯や端子にクラックが発生することを防止して信頼性を向上するという効果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斜視図図１のＡ−Ａ線断面図本発明の一実施の形態におけるコイル部品のコイル部形成工程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引き出し線加工工程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引き出し線加工後の状態を示す図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の引き出し線加工後のコイルと保持部材の組み立て状態を示す図本発明の一実施の形態におけるコイル部品の磁芯形成工程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端子折り曲げ工程を説明する図従来のコイル部品を示す図従来のコイル部品の他の例を示す図

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、図２に示すように、本発明の一実施の形態におけるコイル部品は、鉄を主成分とした金属磁性体材料を粉末にした金属磁性体粉末とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる結合材を混合し、これを顆粒状に造粒した磁性材料からなる磁芯２１と、銅線を螺旋状に巻回し磁芯２１の内部に埋め込まれたコイル部２２と、このコイル部２２の引き出し線２３を潰して板状にするとともに、磁芯２１の側面から突出させ側面から底面に向かって折り曲げた端子２４と、磁芯２１から突出した端子２４と重ね合わせるとともに電気的に接続して一体的にすることにより端子２４を保持する金属板からなる保持部材２５とを備えており、コイル部２２と保持部材２５の一部を磁性材料に埋設させて加圧成形することによりコイル部２２と磁芯２１を一体に形成し、この加圧成形した磁芯２１を熱処理して結合材の熱硬化性樹脂を硬化した後、磁芯２１の側面から突出した端子２４と保持部材２５とを磁芯２１の側面から底面に向けて折り曲げてコイル部品を構成している。

次に、端子２４についてさらに詳細に説明する。

端子２４は、根元部２６と端子部２７とから構成している。

根元部２６は、磁芯２１の内部に位置するコイル部２２の端部から、磁芯２１の側面に突出して磁芯２１の下面方向に折り曲げることにより形成されたＲ部２９を含む範囲の部分である。

端子部２７は、根元部２６から端子２４の末端までの範囲の部分であり、根元部２６に連接した部分から磁芯２１の側面と底面に沿って折り曲げた範囲の部分である。

この根元部２６と端子部２７は引き出し線２３をプレス加工により潰して板状に形成している。

そして、根元部２６の表面には、端子部２７の表面より一様に落ち込んだ形状の凹陥部２８をプレス加工により形成している。この一様に落ち込んだ形状とは、凹陥部２８の領域の全体が同じ深さに落ち込んでいる形状を意味している。

また、凹陥部２８の引き出し線２３の伸長方向に対する長さは、根元部２６の厚み寸法より大きくした形状にしており、少なくとも磁芯２１の内部からＲ部２９の末端までの範囲に形成している。

ようするに、凹陥部２８は、根元部２６の幅方向全体と磁芯２１の内部からＲ部２９の末端までとの範囲に、一定の厚みを有した板形状に形成したものである。

このような凹陥部２８を根元部２６の表面に形成することにより、根元部２６を端子部２７よりも厚みの薄い板状に形成している。

本実施の形態では、コイル部２２を形成した銅線の直径を、従来のコイル部品よりも太い銅線を用いており、従来の電子機器の数Ａの電流に対応した銅線の直径が０．７ｍｍのものから、数十Ａに対応した１．１ｍｍの銅線を用い、コイル部２２の芯径が３．２ｍｍ、巻数が２．５ターンのコイルを巻回し、引き出し線２３の銅線をプレス機で潰して、厚みが０．２３ｍｍの板状の根元部２６と、厚みが０．３３ｍｍの端子部２７を形成し、このコイル部２２を外形寸法が１０×１０×５ｍｍの磁芯２１に埋設してコイル部品を構成したものである。

このようにすることにより、電子機器の大電流化に対応してコイル部２２を形成する銅線の直径が太くなっても、端子２４の根元部分である根元部２６を端子部２７よりも厚みが薄い板状に形成しているので、根元部２６を磁芯２１の側面方向から下面方向に折り曲げるときの折り曲げ応力を小さくして、根元部２６の根元の磁芯２１にクラックが入ることを抑制することができる。

図９に示した従来のコイル部品のように、引き出し線を一様に潰して端子となる幅広部を形成した構成では、銅線が太くなると銅線を潰すプレス圧力が大きくなり、プレス加工機のプレス圧力が不足して端子を十分に潰すことができなくなる。

その結果、端子の厚みが大きくなって、端子を磁芯の側面から下面方向に向かって折り曲げる時に、折り曲げる力が大きくなって端子の根元の磁芯にクラックが生じる恐れがあった。

この端子の潰し厚みを薄くするためにプレス加工機のプレス能力を大きくする方法もあるが、クラックが発生しないように０．２３ｍｍ程度の端子に加工するために、従来の直径が０．７ｍｍの銅線では２〜３ｔ程度のプレス圧力であったものが、電子機器の大電流化に対応した直径が１．１ｍｍの銅線では７〜８ｔもの圧力が必要となり、プレス加工機の入れ替えが必要となるだけでなく、設備が大型のものとなるために生産ラインの構成をも変更する必要があるなどの生産上の問題も生じる。

これに対して、本発明の構成とすることにより、端子２４の一部である根元部２６のみを磁芯２１にクラックの発生しない厚みに薄くしたので、プレス圧力を従来の２〜３ｔで加工することができる。

また、図１０に示した従来のコイル部品のように、引き出し線にＶ字形状のノッチを形成し、ノッチを基点に谷折りした構成では、銅線が太くなるとノッチの深さも大きくなり、折り曲げたときの応力がＶ字形状のノッチの先端部分に集中して銅線にクラックが生じる恐れがあるだけでなく、自動車に搭載する車載機器に使用した場合には、振動や、熱衝撃による実装基板の膨張収縮などの繰り返される外部応力によって、ノッチを形成した折り曲げ部分が開いたり閉じたりすることを繰り返して、折り曲げ部分にクラックが発生し、ついには破断して断線する恐れがある。

これに対して本発明では、端子２４の根元部２６の表面に板形状の凹陥部２８を形成したので、折り曲げ部分に対応する根元部２６が薄い板状となるために、折り曲げたときの応力が薄い板状の銅線の撓みで吸収されて一部に集中することがなくなり、折り曲げたときに銅線にクラックが発生することを防止することができ、繰り返される外部応力によって銅線が破断することも防止することができる。

なお、根元部２６の表面に形成する凹陥部２８は、端子２４を折り曲げたときに山折り側に形成することが望ましい。このようにすることにより、端子２４を折り曲げたときに山折り側の銅線の伸び率を小さくして、コイル部２２の直流抵抗が大きくなることを抑制することができ、また、折り曲げ部分の強度が低下することを抑制することができる。

また、根元部２６の表面に形成した凹陥部２８の引き出し線２３の伸張方向の長さを、根元部２６の厚み寸法の２倍〜６倍に形成して、根元部２６の厚みに対する長さの比が２〜６倍の板状に形成することが望ましい。

６倍より大きくするとコイル部品の直流抵抗を大きくする影響が生じるだけでなく、引き出し線２３をプレス加工するときのプレス圧力が大きくなりプレス機の能力不足を生じる。

２倍より小さくすると、折り曲げ部分に形成されるＲ部２９が形成されることなく一部に応力が集中してしまう。

２〜６倍にすることにより、端子２４を折り曲げたときに板状の根元部２６全体で折り曲げの力を受けて撓み、折り曲げ部分にＲ部２９を形成して折り曲げることができ、根元部２６の一部に応力が集中することを防止することができる。

次に、本実施の形態におけるコイル部品の製造方法について図３〜図８を用いて説明する。

まず、図３に示すように、銅線を螺旋状に巻回してコイル部２２を形成する（コイル部形成工程）。

直径が１．１ｍｍの断面が円形状の絶縁皮膜銅線を、芯径を３．２ｍｍにして２．５ターン巻回し空芯のコイル部２２を形成する。

コイル部２２の両端の引き出し線２３は、相対する方向に引き出し、コイル部２２の外周より外方向の絶縁皮膜を剥離している。

次に、コイル部２２の銅線を引き出した引き出し線２３を板状にプレス加工する（引き出し線加工工程）。

図４は、プレス加工の状態の断面を示しており、引き出し線加工工程では、定盤（図示していない）に固定した下型３０とプレス機のパンチ（図示していない）に取り付けた上型とからなるプレス金型３２を用い、下型３０にコイル部２２と引き出し線２３を載置し、上型３１を降下させて引き出し線２３をプレス圧力で潰して板状に加工する。

下型３０の上面には、中央に位置きめピン３３を設けており、この位置きめピン３３の周りに凹部を形成した下型凹部３４を設けている。この位置きめピン３３にコイル部２２の空芯部分を挿通し、下型凹部３４にコイル部２２の巻線部分をはめ込み、コイル部２２を位置決めするとともにプレス金型３２が閉じたときにコイル部２２の巻線を挟み込まないようにしている。

下型３０の下型凹部３４の周囲は平面に形成されており、下型凹部３４と平面の境界位置は、コイル部２２が磁芯２１に埋め込まれたときに、磁芯２１の内側となる位置に設定されている。

一方、上型３１は、下面に、下型３０の下型凹部３４と対向する位置に上方向へ凹部を形成した上型凹部３５を設けており、プレス金型３２が閉じたときに、下型３０の位置きめピン３３が衝突しないようにするとともに、コイル部２２の巻線部分を挟み込まないようにしている。

そして、上型凹部３５の周囲には、下型３０の平面と平行な平面を形成しており、引き出し線２３の根元部２６に対応する平面と端子部２７に対応する平面とを段差３６を設けて形成している。

この段差３６は、根元部２６に対応する平面を下方向へ突出した凹陥部形成凸部３７に設けることにより形成している。

この段差３６を設けることにより、プレス金型３２を閉じて引き出し線２３をプレス加工したときに、根元部２６の表面に端子部２７の表面より落ち込んだ凹陥部２８を形成して、根元部２６の厚みを端子部２７の厚みより薄く形成することができる。

また、凹陥部形成凸部３７の長さ寸法を根元部２６の厚み寸法より大きくして根元部２６を板状に形成することがよく、凹陥部形成凸部３７の長さ寸法を根元部２６の厚み寸法の２〜６倍に設定することが望ましい。根元部２６の厚みは、上型３１の下死点を調整することにより設定することができる。

本実施の形態では、凹陥部形成凸部３７の長さ寸法を０．８ｍｍ、段差３６を０．１ｍｍにして上型３１を形成し、凹陥部形成凸部３７と下型３０の平面との間の寸法を０．２３ｍｍとなるように調整して、直径が１．１ｍｍの引き出し線２３を３ｔの圧力でプレス加工している。

このようにプレス加工されたコイル部２２と引き出し線２３の状態を、図５（ａ）の平面図、図５（ｂ）の側面図に示す。

プレス加工された引き出し線２３は、根元部２６の厚みが０．２３ｍｍ、端子部２７の厚みが０．３３ｍｍと根元部２６の厚みを端子部２７の厚みより薄くして形成され、根元部２６は長さ０．８ｍｍ、厚み０．２３ｍｍの薄板状に形成されている。

次に、図６に示すように、プレス加工した引き出し線２３に保持部材２５を固定する。

保持部材２５は厚みが０．２ｍｍのリン青銅板などの自立性を有した金属平板を加工したもので、引き出し線２３を収める溝３８を有し、コイル部２２側の端部にコの字形状の突出部３９を設けている。

この保持部材２５の溝３８に端子部２７を収め、保持部材２５と端子部２７を重ね合わせて抵抗溶接などで一体的に電気接続し、コの字形状の突出部３９を磁芯２１に埋設することで、端子部２７の位置および形状を保持するものである。

この保持部材２５は、本発明では必ずしも必要ではなく、プレス加工した端子部２７の強度や、端子部２７の実装基板（図示していない）との接続面積などを考慮して使い分けることができ、個片で形成したり、連続したフープ状（図示していない）に形成してもよく、生産性を考慮すると連続したフープ状にすることが望ましい。

次に、図７に示すように、金属磁性体粉末と樹脂の混合物にコイル部２２を埋め込んで加圧成形することにより磁芯２１を形成する（磁芯形成工程）。

まず、貫通孔を有した上ダイ金型４０と下ダイ金型４１とからなる成形金型４２と、上ダイ金型４０と下ダイ金型４１の貫通孔に挿通するとともに摺動自在な上パンチ４３と下パンチ４４とを用い、根元部２６の表面に形成した凹陥部２８を磁芯２１の底面と反対側にして、引き出し線２３と保持部材２５とを上ダイ金型４０と下ダイ金型４１で挟み込んで支持し、コイル部２２と保持部材２５の突出部３９を金型内に配置する。

そして、下パンチ４４を所定の位置に配置し、鉄を主成分とした金属磁性材料を粉末にした金属磁性体粉末とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる結合材を混合し、これを顆粒状に造粒した磁性材料を金型内に所定量充填する。その後、上パンチ４３および下パンチ４４で上下方向（図７において矢印の方向）から２〜４ｔ／ｃｍ²の加圧力で加圧成形することにより磁芯２１を形成する。加圧成形の後、必要に応じて磁芯２１に１６０〜１８０℃／１〜２時間の熱処理をおこない磁性材料の熱硬化性樹脂を硬化させる。

次に、磁芯２１から突出した引き出し線２３を折り曲げて端子２４を形成する（端子折り曲げ工程）。

図８は端子折り曲げ工程を示しており、まず図８（ａ）のように、端子部２７および保持部材２５の先端部分の余剰部を切断した後、磁芯２１の側面と底面との稜部に対応する部分を、金型（図示していない）を用いて折り曲げる。

そして、最後に、図８（ｂ）のように、磁芯２１から突出した根元部２６を、凹陥部２８を山折り側にしてローラ等を用いて磁芯２１の下面方向へ折り曲げることにより、図１に示したコイル部品を製造することができる。

本発明に係るコイル部品およびその製造方法は、端子を磁芯の側面から底面方向に折り曲げたときに、磁芯にかかる応力を低減して磁芯にクラックが入ることを抑制することができるため、コイル部品の電子機器の大電流化への対応を可能とすることができ、産業上有用である。

２１磁芯
２２コイル部
２３引き出し線
２４端子
２５保持部材
２６根元部
２７端子部
２８凹陥部
２９Ｒ部
３０下型
３１上型
３２プレス金型
３３位置きめピン
３４下型凹部
３５上型凹部
３６段差
３７凹陥部形成凸部
３８溝
３９突出部
４０上ダイ金型
４１下ダイ金型
４２成形金型
４３上パンチ
４４下パンチ

Claims

金属磁性体粉末と結合材を混ぜて加圧成形してなる磁芯と、この磁芯の内部に埋め込まれた銅線を螺旋状に巻回してなるコイル部と、前記コイル部の引き出し線を潰して板状にするとともに、前記磁芯の側面から突出させ側面から底面に向かって折り曲げた端子とを備え、前記端子は、前記磁芯の内部から前記磁芯の下面方向に折り曲げて形成したＲ部を含む部分までの板状の根元部と、前記根元部と連接し前記磁芯の側面から底面に向かって折り曲げた板状の端子部とからなり、前記根元部の表面に前記端子部の表面より一様に落ち込んだ凹陥部を形成することにより前記根元部を前記端子部の厚みより薄く形成しており、前記凹陥部を前記磁芯の側面から底面方向に折り曲げた前記根元部の山折り側に形成し、且つ、前記凹陥部の前記引き出し線の伸長方向の長さを前記根元部の厚み寸法の２〜６倍に形成したコイル部品。
銅線を螺旋状に巻回してコイル部を形成するコイル部形成工程と、コイル部の銅線を引き出した引き出し線を板状にプレス加工する引き出し線加工工程と、金属磁性体粉末と樹脂の混合物に前記コイル部を埋め込んで加圧成形することにより磁芯を形成する磁芯形成工程と、前記磁芯から突出した前記引き出し線を折り曲げて端子を形成する端子折り曲げ工程とを備え、前記引き出し線加工工程は、前記引き出し線を、前記磁芯の内部から、前記磁芯の下面方向に折り曲げることにより形成するＲ部を含む部分までに対応する板状の根元部と、前記根元部と連接し前記磁芯の側面から底面に向かって折り曲げた部分に対応する板状の端子部にプレス加工しており、前記根元部の表面に前記端子部の表面より一様に落ち込んだ凹陥部を形成するとともに、この凹陥部は前記引き出し線の伸長方向の長さを前記根元部の厚み寸法の２〜６倍にして、前記根元部を、前記端子部より厚みを薄くした板状に形成する工程であり、前記端子折り曲げ工程は、前記根元部に形成した前記凹陥部を山折り側にして前記根元部を前記磁芯の側面から底面方向に折り曲げる工程であるコイル部品の製造方法。