JP2012038941A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】コアとコイルパターンとの間や、一次側と二次側との間の絶縁性が高く、小型化及び低背化が可能なトランスを提供する。
【解決手段】トランスは、複数の配線基板１１を積層した一次側コイル１ａ及び二次側コイル１ｂからなるコイル体１と、磁性材料からなるコア２と、絶縁性の樹脂材料により形成された第１の絶縁部材３及び第２の絶縁部材４とを備える。コア２を形成する分割コア２１、２１のコア芯２２は、各コイル１ａ、１ｂに設けられた貫通孔１３の内側に配置される。第１の絶縁部材３は、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間に配置され、第２の絶縁部材４はコア２のコア芯２２と、コイル体１との間に配置されている。また第１の絶縁部材３のうちコア２のコア芯２２側の端面は、第２の絶縁部材４と接するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の巻線を積層することで形成される薄型トランスに関するものである。

従来の巻線型トランスの断面図を図１３に示す。この従来の巻線型トランスは、絶縁性の合成樹脂により略円筒状に形成されたコイルボビン１００に、銅線からなる一次側巻線１０１ａ及び二次側巻線１０１ｂがそれぞれ巻回されている。このコイルボビン１００の内側には、鉄などの磁性材料からなるコア１０２が挿通されており、一次巻線１０１ａに電圧が印加されることで生じる磁束を通過させる磁路がコア１０２により形成されている。

この従来の巻線型トランスでは、各巻線１０１（１０１ａ、１０１ｂ）と磁性体１０２との間にコイルボビン１００が介在しており、各巻線１０１と磁性体１０２との間の絶縁性が確保されている。また、一次側巻線１０１ａと二次側巻線１０１ｂとの間には、絶縁材料からなる薄膜状の絶縁シート１０３が配置されており、この絶縁シート１０３によって一次側巻線１０１ａと二次側巻線１０１ｂとの間の絶縁性が保たれている。

ところで、近年では電子装置の小型化に伴い、電子装置に用いられる電子部品の小型化・低背化の要求があり、トランスにおいても小型化・低背化が求められ、特許文献１に記載されたような薄型トランスが提案されている。

この特許文献１に記載されたプリントコイルでは、平板状に形成された複数の絶縁シートの表面に導電部材からなるコイルパターンが形成され、この絶縁シートの各コイルパターンを電気的に接続した状態で絶縁シートが積層されている。またこのプリントコイルは、各絶縁シートの厚み方向に貫通する挿通孔が絶縁シートの略中央位置に設けられており、この挿通孔に磁性材料からなる鉄心部材（コア）を挿通している。これにより、従来の巻線型トランスと比べて、小型化・低背化を実現している。

特開平９−４５５３２号公報

ところで、引用文献１に記載されたプリントコイルでは、コイルパターンが配置された絶縁シートとコアとの間に、従来の巻線型トランスにおけるコイルボビンのような絶縁物が存在しない。そのため、従来の巻線型トランスと比べてコア（磁性体）とコイルパターン（巻線）との間の絶縁性能が低くなっている。また、一次側のコイルパターンと二次側のコイルパターンとの間に、従来の巻線型トランスにおける絶縁シートのような絶縁物も存在せず、一次側と二次側との絶縁性能が低くなっていた。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コアとコイルパターンとの間や、一次側と二次側との間の絶縁性が高く、小型化及び低背化が可能なトランスを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願のトランスは、配線基板の厚み方向に貫通する貫通孔の周囲を導電層からなる巻線部が周回する一次側コイル及び二次側コイルを配線基板の厚み方向に重ねて形成したコイル体と、磁性材料により形成され貫通孔内に配置されるコア芯を具備し、一次側コイル及び二次側コイルを電磁結合するコアと、一次側コイルと二次側コイルとの間に介在する第１の絶縁部材と、貫通孔の内周面とコア芯との間に介在する第２の絶縁部材とを備え、第１の絶縁部材における貫通孔側の端縁は第２の絶縁部材と接することを特徴とする。

このトランスにおいて、第１の絶縁部は、コイル体の外周端から一部が突出することが好ましい。

また、このトランスにおいて、第２の絶縁部は、配線基板の厚み方向におけるコイル体の両端面にそれぞれ重なる位置まで延長されていることが好ましい。

また、このトランスにおいて、コア芯は、一次側コイルの貫通孔に挿入される第１の分割体と、二次側コイルの貫通孔に挿入される第２の分割体との一端同士を対面させる形に形成され、第１の分割体及び第２の分割体は、それぞれ基板の厚み方向において互いに近づく向きに向って幅寸法を次第に小さくするテーパ状に形成され、第２の絶縁部材におけるコア芯との対抗面はコア芯の側面に沿って傾斜していることが好ましい。

なお、コア芯は、配線基板の厚み方向において、貫通孔の口軸方向の一端から他端に向かって幅寸法を次第に小さくするテーパ状に形成され、第２の絶縁部材におけるコア芯との対向面は、コア芯の側面に沿って傾斜するようにしてもよい。

また上述の各トランスにおいて、第１の絶縁部と第２の絶縁部とを一体に形成するようにしてもよい。

また、一次側コイルと二次側コイルとの少なくとも一方は、複数枚の配線基板を積層して形成されており、各配線基板には、配線基板間において巻線部の接続に用いる電極が形成されていることが好ましい。

また配線基板は、巻線部同士を接続する配線基板において互いに対向する部位に電極を形成し、電極間はハンダを介して接合されることが好ましい。

本願の発明によれば、コアとコイルパターンとの間や、一次側と二次側との間の絶縁性が高く、小型化及び低背化が可能な薄型トランスを提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかるトランスを示す概略断面図である。 （ａ）は同トランスを示す概略分解斜視図であり、（ｂ）は同トランスを示す概略斜視図である。 同トランスを構成する配線基板を示す概略上面図である。 同トランスを構成するコアを説明する為の概略側面図である。 同トランスの別例を示す概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同トランスの別例を示す概略断面図である。 同トランスの更に別例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２にかかるトランスを示す概略分解斜視図である。 （ａ）は同トランスを示す概略断面図であり、（ｂ）は同トランスの別例を示す概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、同トランスの製造方法を説明する為の概略断面図である。 （ａ）は同トランスの別の製造方法の例を示す概略断面図であり、（ｂ）は同トランスの別例を示す概略断面図である。 同トランスの更に別例を示す概略断面図である。 従来の巻線型トランスを示す概略断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態にかかるトランスを、図１〜図７を用いて説明する。本実施の形態にかかるトランスは、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、一次側コイル１ａ及び二次側コイル１ｂからなるコイル体１と、一対の分割コア２１、２１からなるコア２と、一体に形成された第１の絶縁部材３及び第２の絶縁部材４とを備える。

コイル体１は、図２（ｂ）に示すように、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間に第１の絶縁部材３を介在させた状態で、各コイル１ａ、１ｂの厚み方向に一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂを重ね合わせて形成される。またコイル体１は、後述する分割コア２１、２１のコア芯２２を、各コイル１ａ、１ｂに設けられた貫通孔１３の内側に配置に配置されるようにして、分割コア２１、２１により挟み合わせられ、トランスを形成している（図１を参照）。

各コイル１ａ、１ｂは、それぞれ図３に示す平板状の配線基板１１を複数積層させて形成されており（図４（ａ）を参照）、それぞれの略中央には、各分割コア２１の略中央に設けられたコア芯２２を挿通させる為の貫通孔１３がその厚み方向に設けられている。なお、本実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、それぞれ４枚の配線基板１１がトランスの上下方向に積層されている。

各配線基板１１は、例えばエポキシ樹脂や、ガラス繊維をエポキシに含浸させたガラスエポキシ基板からなり、その表面には銅箔などの導体パターンが貫通孔１３の周囲を囲うようにして配置され、巻線部１２を形成している（図３を参照）。また配線基板１１の表面には、巻線部１２の両端にそれぞれ電気的に接続された電極１４ａ、１４ｂが設けられている。この電極１４ａ、１４ｂは、配線基板１１の一辺に所定の間隔を空けて配置されている。また、各配線基板１１の表面には、銅箔などからなる半田用電極１５ａ〜１５ｄが所定の間隔を空けて配置されている。本実施の形態においては、図３に示すように、巻線部１２の周囲で、配線基板１１の四隅の近傍に配置されている。

この配線基板１１を積層して各コイル１ａ、１ｂを形成する際には、図４（ｂ）に示すように、各配線基板１１の表面にそれぞれ設けられた半田用電極１５ａ〜１５ｄが互いに対向するように配置し、各半田用電極１５間をハンダにより接合する。具体的には、一方の半田用電極１５ａ〜１５ｄの表面に溶融させたハンダを乗せ、他方の配線基板１１の半田用電極１５ａ〜１５ｄが対応する半田用電極１５ａ〜１５ｄと対向するようにして、他方の配線基板１１を重ねる。これにより、溶融したハンダの表面張力によって、各配線基板１１の半田用電極１５ａ〜１５ｄの位置が所望の位置まで調整され、ハンダが冷え固まることによって互いの配線基板１１が重なり合った状態で固定される。なおこの時、必要に応じて電極１４ａ、１４ｂをハンダにより接続することで、各配線基板１１の巻線部１２は電気的に接続される。

ところで、図４（ｂ）に示すように、各配線基板１１の厚みが一様である場合には、位置決めの為の半田用電極１５ａ、１５ｂの厚みは薄いために、各配線基板１１の間隔が狭くなり、各配線基板１１間の絶縁性能が低下する恐れがある。そこで、図４（ｃ）に示すように、各電極１４、１５が設けられた部位とそれ以外の部位に段差を設け、絶縁性の樹脂からなる絶縁シート（図示せず）を配置する為の空間を設けるようにしてもよい。このようにすれば、積層させた配線基板１１の間隔を実質的に広くすることができ、それぞれの巻線部１２の絶縁性能を保つことができる。また、このように段差を設ける場合には、配線基板１１の形状が複雑になり加工コストが高くなるため、図４（ｄ）に示すように、各電極１４、１５と配線基板１１との間に導電性の部材を配置してもよい。このようにすることで、安価に上述のような絶縁シートを配置する空間を設け、絶縁性能を高めることができる。

一対の分割コア２１、２１は、それぞれ磁性材料により断面が略Ｅ形に形成されたＥ型コアからなる。各分割コア２１の略中央には、分割コア２１、２１が組み合わせられることで、コイル体１により生じる磁束を通過させる磁路を形成し、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとを電磁結合するためのコア芯２２が設けられている。また、各分割コア２１の両端には、コア芯２２と同じ方向に突出した脚片２３、２３がそれぞれ設けられている。コア２は、このコア芯２２及び脚片２３、２３の端面を互いに対面させた状態で組み合わせて形成される。

各分割コア２１のコア芯２２は、その径が貫通孔１３の内径よりもやや小さな径に設定され、コア芯２２と左右方向の両端に設けられた突出部２３との間隔は、各配線基板１１における貫通孔１３の周囲の幅よりも長く設定されている。すなわち、組み合わせた状態における各分割コア２１の内面側とコイル体１の外周との間には、所定の間隔があくように設定されている。

第１の絶縁部材３及び第２の絶縁部材４は、それぞれ絶縁性の高い樹脂材料からなり、第１の絶縁部材３は、厚み方向に貫通する貫通孔が略中央に設けられ平板状に形成されている。また第２の絶縁部材４は、内径がコア芯２２の径と略等しく、外径が貫通孔１３の内径と略等しい矩形筒状に形成されている。

ここで、第１の絶縁部材３の内側の端面は、第２の絶縁部材４の外周側の表面と接するように形成されており、本実施の形態においては、第１の絶縁部材３及び第２の絶縁部材４を一体に形成している。なお、第１の絶縁部材３及び第２の絶縁部材４は、それぞれを別体に形成しても良い。

また第１の絶縁部材３は、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間に配置されており、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間の絶縁性を確保している。また第２の絶縁部材４は、コア２のコア芯２２の外周とコイル体１の内側の端面との間に配置され、コア２のコア芯２２とコイル体１の内側との間の絶縁性を確保している。このようにして、コア２とコイル体１との間や、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間の絶縁性能が高く、小型化及び低背化が可能である。また、本実施の形態においては、第２絶縁部材４の幅を、コイル体１の内面側とコア芯２２との間の距離に設定しているので、コイル体１をコア２に機械的に保持させることができる。

また、半田用電極１５ａ〜１５ｄが対向するように配線基板１１を重ね合わせ、各半田用電極１５の間をハンダにより接合することで、一次側コイル１ａ及び二次側コイル１ｂを形成する際における、各配線基板１１の位置決めを容易にすることができる。なお本実施の形態においては、各半田用電極１５ａ〜１５ｄの形状を四角形状に設定しているが、丸や十字などの形状であっても良い。

なお、図５に示すように、各分割コア２１、２１のコア芯２２の形状を、コア芯２２同士が対面する端面側ほど幅寸法を小さくするテーパ状に形成してもよい。このとき、第２の絶縁部材４のコア芯２２との対向面側には、コア芯２２の形状に沿って傾斜した傾斜部４１を形成する。このようにすることで、例えば、加熱変形により第２の絶縁部材４を成形する際に、成形に用いた治具を取り外す場合に発生する第２の絶縁部材４と治具との間の摩擦などによって、第２の絶縁部材４が傷つくことを低減することができる。これにより、第２の絶縁部材４の傷や割れなどにより絶縁性能が低下することを回避することができる。

また、図６（ａ）及び図６（ａ）に示すように、第１の絶縁部材３をコイル体１の外周端から一部を突出させるように形成してもよい。このようにすることで、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂの沿面距離を大きくすることができ、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間の絶縁性能を向上することができる。また、例えば図６（ｂ）に示すように、コア２の脚片２３の内周側と接する位置まで第１の絶縁部材３を突出させることで、トランスの水平方向におけるコア２と、コイル体１の位置関係を規定することができる。すなわち、コイル体１とコア２とが接触しないように間隔を空けてコア２を形成する必要が無くなり、いわゆる”逃げ”の寸法を不要にして、トランスをより小型化することができる。

また、本実施の形態にかかるトランスをリケージトランスに応用する場合には、図７に示すように、第１の絶縁部材３の中央部分に貫通孔を形成せず、絶縁性の高い樹脂材料をコア芯２２、２２の間に介在させ、センタポールギャップ５を形成すればよい。このセンタポールギャップ５は、第１の絶縁部材３又は第２の絶縁部材４の何れかをコア芯側に延出させることで形成すればよい。このとき、センタポールギャップ５の厚みを調整することで漏洩磁束の量を調整することができ、リンケージトランスに要求される電力特性を実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態にかかるトランスを図８〜図１１を用いて説明する。本実施の形態にかかるトランスは、図８に示すように、第２の絶縁部材４を、コイル体１の厚み方向におけるコイル体１の両端面にそれぞれ重なる位置まで延長している。この点を除いては、実施の形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

このようにすることで、第２の絶縁部材４は、コイル体１の厚み方向における両端面と、コア２の内面との間に介在して、コイル体１の厚み方向における両端面とコア２の内面との間の絶縁性能を確保している。これにより、コイル体１とコア２との間の絶縁性能を向上することができる。

この第２の絶縁部材４を形成する方法としては、熱可塑性の絶縁材料により第２の絶縁部材４を成形し、第２の絶縁部材４に熱を加えた状態で分割コア２１を上下方向から組み合わせることで形成させることができる（図１０（ａ）〜（ｃ）を参照）。より具体的には、図１０（ａ）に示すように、熱可塑性の樹脂材料を円筒状に形成して、この樹脂材料を加熱した状態で両端から分割コア２１を押し当てる（図１０（ｂ）を参照）。これにより、分割コア２１の内壁に沿って第２の絶縁部材４が徐々に変形し（図１０（ｂ）、（ｃ）を参照）、その後、この樹脂材料を冷却することで第２の絶縁部材４が形成される。なお、分割コア２１に代えて、変形後の形状を規定する形状に形成された熱伝導率の高い素材からなる治具を用いて変形を行うようにしても良い。

また他の方法として、例えば図１１（ａ）に示すように、円筒状に形成した複数の樹脂片にそれぞれ鍔部を設け、この複数の樹脂片を組み合わせることで第２の絶縁部材４を形成することも可能である。

なお、図９（ｂ）に示すように、第２の絶縁部材３をコイル体１の外側の端面よりも外側まで延長させ、コイル体１の外周側の端面とコア２の脚片２３との間に介在するようにしても良い。このようにすることで、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂの沿面距離を大きくすることができ、一次側コイル１ａと二次側コイル１ｂとの間の絶縁性能を向上することができる。また、トランスの水平方向におけるコア２と、コイル体１との位置関係を規定することができ、いわゆる”逃げ”の寸法を不要にして、トランスをより小型化することができる。

なお、上述の実施の形態１及び２においては、Ｅ型の分割コア２１、２１を用いて説明を行ったが、例えば図１２に示すように、Ｅ型の分割コア２１とＩ型の分割コア２４を組み合わせてコア２を形成するようにしても良い。またこの場合には、分割コア２１のコア芯２２の形状を分割コア２４に近づくにつれて幅寸法が小さなテーパ状に形成し、第２の絶縁部材４におけるコア芯２２との対向面側をコア芯２２の形状に沿って傾斜させるようにしてもよい。このようにすれば、加熱変形により第２の絶縁部材４を成形する際において、第２の絶縁部材４が傷つくことを低減でき、第２の絶縁部材４の傷や割れなどにより絶縁性能が低下することを回避することができる。

また、上述の実施の形態１及び２においては、一次側コイル１ａ及び二次側コイル１ｂによりコイル体１が構成された例について説明を行ったが、複数の配線基板１１に形成された巻線部１２を電気的に接続したコイルによりコイル体１を構成してもよい。この場合には、各コイル間に第１の絶縁部材３をそれぞれ配置してもよいし、全ての配線基板１１の間に第１の絶縁部材３を配置するようにしてもよい。

１ コイル体
１ａ 一次側コイル
１ｂ 二次側コイル
１１ 配線基板
１２ 巻線部
１３ 貫通孔
１４ａ、１４ｂ 電極
１５ａ〜１５ｄ 半田用電極
２ コア
２１ 分割コア
２２ コア芯
２３ 脚片
３ 第１の絶縁部
４ 第２の絶縁部
４１ 傾斜部

Claims (8)

1. 配線基板の厚み方向に貫通する貫通孔の周囲を導電層からなる巻線部が周回する一次側コイル及び二次側コイルを前記配線基板の厚み方向に重ねて形成したコイル体と、磁性材料により形成され前記貫通孔内に配置されるコア芯を具備し、前記一次側コイル及び二次側コイルを電磁結合するコアと、前記一次側コイルと二次側コイルとの間に介在する第１の絶縁部材と、前記貫通孔の内周面と前記コア芯との間に介在する第２の絶縁部材とを備え、前記第１の絶縁部材における前記貫通孔側の端縁は前記第２の絶縁部材と接することを特徴とするトランス。
2. 前記第１の絶縁部は、前記コイル体の外周端から一部が突出することを特徴とする請求項１記載のトランス。
3. 前記第２の絶縁部は、前記配線基板の厚み方向における前記コイル体の両端面にそれぞれ重なる位置まで延長されていることを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載のトランス。
4. 前記コア芯は、前記一次側コイルの前記貫通孔に挿入される第１の分割体と、前記二次側コイルの前記貫通孔に挿入される第２の分割体との一端同士を対面させる形に形成され、前記第１の分割体及び第２の分割体は、それぞれ前記基板の厚み方向において互いに近づく向きに向って幅寸法を次第に小さくするテーパ状に形成され、前記第２の絶縁部材における前記コア芯との対抗面は前記コア芯の側面に沿って傾斜していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のトランス。
5. 前記コア芯は、前記配線基板の厚み方向において、前記貫通孔の口軸方向の一端から他端に向かって幅寸法を次第に小さくするテーパ状に形成され、前記第２の絶縁部材における前記コア芯との対向面は、前記コア芯の側面に沿って傾斜していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のトランス。
6. 前記第１の絶縁部と前記第２の絶縁部とは一体に形成されてなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のトランス。
7. 前記一次側コイルと前記二次側コイルとの少なくとも一方は、複数枚の前記配線基板を積層して形成されており、前記各配線基板には、前記配線基板間において前記巻線部の接続に用いる電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のトランス。
8. 前記配線基板は、前記巻線部同士を接続する前記配線基板において互いに対向する部位に前記電極を形成し、前記電極間はハンダを介して接合されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のトランス。

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