JP2007173645A - 平面型トランスおよび電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ薄型であって、面積当たりのターン数が大きく、しかも容易に製造することができる平面型トランスを提供する。
【解決手段】半導体基板からなる第１基板１０と第２基板２０とが積層される。第１基板１０の厚み方向の一面には第１パターン１１_１，１１_２…が並設される。第２基板２０において第１基板１０との対向面には、第２パターン２１_１，２１_２…が並設される。第２パターン２１_１，２１_２…には、２本分の間隔を隔てた電極部２１ｂ，２１ｃ間を接続するとともに第１パターン１１_１，１１_２…と立体交差する短絡接続部２１ｄが形成される。第１パターン１１_１，１１_２…の両端部に第２パターン２１_１，２１_２…を電気的に接続する主接続部１２が第１基板１０を貫通する形で設けられる。第１パターン１１_１，１１_２…は第２パターン２１_１，２１_２…を介して接続され２回路の巻線が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面型トランスおよびそれを用いた電源装置に関するものである。

従来から、平面型トランスと称する薄型のトランスが種々提案されている。また、平面型トランスの基板として半導体基板を用いることにより半導体製造プロセスを利用して小型化することも考えられている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、電源の小型軽量化のために半導体基板を用いる平面型トランスにおいて、磁気誘導型銅損を減少させるためにコイル導体の厚みを大きくすることが考えられており、コイル基板上にコイル導体を形成した２個の平面コイルをコイル面同士が電気的に接続されるように重ね合わせた構造を有している。また、コイル基板とコイル導体との間に磁性薄膜を配置した構成が記載されている。
特開平１１−１７６６３９号公報

ところで、特許文献１に記載された平面型トランスでは、コイル導体が一平面内でスパイラル状に形成されているものであるから、面積当たりのターン数を大きくとることができないという問題を有している。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型かつ薄型に形成することができるのはもちろんのこと、面積当たりのターン数を大きくとることができ、しかも容易に製造することができる平面型トランスおよびその平面型トランスを用いた電源装置を提供することにある。

請求項１の発明は、半導体基板であって表裏の一面に導電層からなる複数本の線状の第１パターンが並設された第１基板と、第１基板が積層される基板であって第１基板との対向面に導電層からなり第１パターンと並設される複数本の線状の第２パターンが並設された第２基板とを備え、第１基板は第１パターンの両端部にそれぞれ電気的に接続され第１基板を貫通するとともに第２パターンと電気的に接続される貫通導体である主接続部を備え、第１パターンと第２パターンとの一方は、並んでいる方向に沿って他方の２本以上の一定間隔離れた端部間を電気的に接続する短絡接続部を備え、第１パターンと第２パターンとが電気的に接続されることにより当該間隔に応じた個数の巻線が形成されて成ることを特徴とする。

この構成によれば、第１パターンと第２パターンとによる２層の導体層が形成されるとともに第１パターンと第２パターンとを主接続部で電気的に接続することによりループ状の電路が形成されているから、面積当たりのターン数を多くとることができる。また、第１基板と第２基板とを積層する程度の厚み寸法の薄型であり、しかも第１基板が半導体基板であるから、半導体製造プロセスによる貫通導体の微細加工が可能であって、小型の平面型トランスを提供することができる。さらに、第１基板には貫通導体からなる主接続部を形成する必要があるものの第２基板には貫通導体が不要であるから、第２基板は必ずしも半導体基板を用いる必要がなくガラス基板やプリント基板などを用いて容易に形成することができる。加えて、第２基板は第１基板との対向面において第２パターンが形成されており、第２基板の一面には導電層を形成する必要がないから、フェイスアップ型の実装を容易に行うことができる。さらには、第１基板が半導体基板であるから、第１基板に他素子を形成することによってトランスを含む回路を１チップに集積回路化することができる。加えて、第１パターンと第２パターンとの一方に短絡接続部を形成し、２本以上の一定間隔離れた端部間を電気的に接続しているから、電路の異なる巻線が循環的に配列されることになり、電路の異なる巻線同士が比較的近接して配置されることにより巻線間の結合度が高くなる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記第１基板と前記第２基板との間に磁性体板よりなるコア板が積層され、コア板は前記主接続部と第２パターンとの間を電気的に接続する貫通導体である副接続部を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１パターンと第２パターンと主接続部とからなる巻線に囲まれる部位に磁性体からなるコア板の少なくとも一部が配置されるから、鉄心入りのトランスを構成することができ、結合度を高めることができる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記第１基板は前記第２基板との対向面において前記主接続部を除く部位に凹所が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、半導体基板である第１基板において第２基板との対向面に凹所を形成することにより、第１パターンや接続部の保持に関係しない部位を除去することができ、第１基板が軽量化されるとともに第１基板が高抵抗になる。また、第２基板との対向面に凹所を形成していることにより第２パターンが第１基板により短絡される可能性が低減され、レイヤショートの発生確率を低減することができる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記凹所に磁性体からなるコア部材が充填されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１パターンと第２パターンと主接続部とからなる巻線に囲まれる部位に磁性体からなるコア部材が配置されるから、鉄心入りのトランスを構成することができ、結合度を高めることができる。

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記第１基板と前記第２基板との積層体を両側から挟む形で磁性体板により形成された一対のヨーク板が配置されて成ることを特徴とする。

この構成によれば、第１パターンと第２パターンと主接続部とにより形成される巻線を磁性体からなる一対のヨーク板で挟んでいるから、巻線の周囲に生じる磁界をヨーク板に通すことができ、結合度を高めることができる。

請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記第２基板が磁性体基板により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２基板が磁性体基板であるから、第１パターンと第２パターンと主接続部とからなる巻線に近接して磁性体を配置して巻線の周囲に生じる磁界を第２基板に通すことができ、結合度を高めることができる。しかも、第１基板と第２基板との間にコア板を挟む構成や、第１基板と第２基板との積層体を一対のヨーク板で挟む構成に比較すると全体の厚み寸法が小さくなる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記第２基板が半導体基板により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２基板を第１基板と同様に半導体製造プロセスを適用して製造することができるから、第２基板および第２パターンの微細加工が可能になる。また、他素子を形成して集積回路化する際に、第１基板と第２基板とに振り分けて素子を形成することが可能であるから、面積当たりの部品数の多い集積回路を提供することが可能である。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の平面型トランスとスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備える電源装置であって、スイッチング素子と制御回路とが第１基板と第２基板との少なくとも一方に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、電源装置を構成する部品のうちトランスを薄型かつ小型に形成することにより電源装置の薄型化および小型化が可能になる。また、第１基板が半導体基板であるから、電源装置を構成する回路部品の少なくとも一部を必要に応じて第１基板に形成することができ、電源装置の一層の小型化に寄与することができる。

本発明の構成によれば、第１パターンと第２パターンとによる２層の導体層を主接続部とで電気的に接続することによりループ状の電路が複数個形成されているから、第１基板と第２基板との厚みを利用することで、平面内でスパイラル状のパターンを形成する場合よりも面積当たりのターン数を多くとることができるという利点がある。また、第１基板と第２基板とを積層した程度の厚み寸法であるから薄型であり、しかも第１基板が半導体基板であるから小型の平面型トランスを提供することができるという利点を有する。さらに、第２基板には貫通導体は不要であり、この第２基板に第１基板を積層すれば平面型トランスを形成することができるから、容易に製造することができるという利点がある。加えて、第１パターンと第２パターンとの一方に短絡接続部を形成し、２本以上の一定間隔ごとに端部間を電気的に接続しているから、電路の異なる巻線が比較的近接して配置されることにより巻線間の結合度が高くなるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態は、図１、図２に示すように、第１基板１０と第２基板２０とを積層することにより形成される空芯の平面型トランス（本発明で、平面型とは一平面内という意味ではなく薄型という意味で用いている。したがって、薄型トランス同義である。）について説明する。また、第１基板１０と第２基板２０とは、ともに半導体基板であって、ここではシリコン基板を用いるものとする。また、第１基板１０と第２基板２０とは、いずれも平面視において矩形状に形成されているものとする。

第１基板１０は厚み方向の一面に導電層からなる複数本の第１パターン１１_ｍ（ｍ＝１，２，３……）が形成され、第２基板２０は第１基板１０との対向面に導電層からなる複数本の第２パターン２１_ｍ（ｍ＝１，２，３……）が形成される。第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとは金属（銅が望ましい）により形成される。また、各第１パターン１１_ｍはそれぞれ同形状・同寸法に形成され、また、各第２パターン２１_ｍもそれぞれ同形状・同寸法に形成されている。ここに、第１基板１０の表面において第１パターン１１_ｍとの間および第２基板２０との対向面には酸化膜あるいは窒化膜による絶縁層を形成しておく。また、第２基板２０の表面において第２パターン２１_ｍとの間にも酸化膜あるいは窒化膜による絶縁層を形成しておく。

各第１パターン１１_ｍは、第１基板１０の一辺に平行な直線状に形成された主パターン部１１ａと、主パターン部１１ａの両端に連続し主パターン部１１ａよりも広幅に形成された電極部１１ｂ，１１ｃとを備える形状にそれぞれ形成されている。また、第１基板１０には、第１基板１０を厚み方向に貫通する貫通導体であって一端が各電極部１１ｂ，１１ｃに電気的に接続された主接続部１２が形成されている。主接続部１２は第１基板１０と電気的に接続されないように、主接続部１２を設ける貫通孔の内周面には酸化膜または窒化膜による絶縁層を形成しておく必要がある。

一方、各第２パターン２１_ｍは、図示例では、第２基板２０の一辺に略平行な線状に形成された主パターン部２１ａと、主パターン部２１ａの両端に連続し主パターン部２１ａよりも広幅に形成された電極部２１ｂ，２１ｃとを備える形状に形成されている点で第１パターン１１_ｍと類似した形状であるが、主パターン部２１ａの中間部において第２基板２０の一辺に対して斜めに交差する方向に延長された短絡接続部２１ｄを備える点が異なっている。つまり、第１パターン１１_ｍでは、第１基板１０の一辺に平行な一直線上に配列された２個の電極部１１ｂ，１１ｃの間を主パターン部１１ａが連結する形状であるのに対して、第２パターン２１_ｍでは、１個の電極部２１ｂに対して短絡接続部２１ｄを介して接続される電極部２１ｃは、当該電極部２１ｂに対して第１パターン１１_ｍの２本分離れた第２パターン２１_ｍ＋２の端部である電極部２１ｃになる。たとえば、第２パターン２１_１の電極部２１ｂに対しては、第２パターン２１_３の電極部２１ｃが短絡接続部２１ｄを介して接続される。ここに、短絡接続部２１ｄによって２本分離れた第２パターン２１_ｍ，２１_ｍ＋２の端部間を接続しているのは２回路の電路を形成するためであり、３回路以上の電路を形成する場合には、短絡接続部２１ｄにより３本分離れた電極部２１ｂ，２１ｃの間を接続する。上述した接続形態により、第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍと接続導体１２と短絡接続部２１ｄとにより巻線が形成される。

上述した構成によって、第２基板２０において第２パターン２１_ｍが形成されている面に、第１基板１０において第１パターン１１_ｍが形成されていない面を当接させ、かつ主接続部１２を電極部２１ｂ，２１ｃに対して電気的に接続するように、第１基板１０と第２基板２０とを積層して接合する。ここに、主接続部１２と電極部２１ｂ，２１ｃとは、一方にバンプを形成して接合したり、半田を用いたりして接合する。さらに、第１基板１０と第２基板２０とを陽極接合などの技術により接合してもよい。

第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとを上述の関係で接続すると、２本分離れた第１パターン１１_ｍが第２パターン２１_ｍを介して１つの電路を形成するように接続されるから、第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍと主接続部１２とにより２回路の巻線が形成される。しかも、２回路の巻線は第１パターン１１_ｍが並ぶ方向において交互に（つまり、循環的に）配列されているから、２回路の巻線同士の距離が小さく、両巻線の結合度が高くなる。

上述した例では、第２パターン２１_ｍに互いに交差せずに第１パターン１１_ｍと立体交差する短絡接続部２１ｄを形成することにより、第２パターン２１_ｍによって２本分離れた２本の第１パターン１１_ｍ，１１_ｍ＋２の間を接続する構成とした例を示したが、平面視において第２パターン２１_ｍの全体を直線状に形成しておき、第２パターン２１の全体を短絡接続部２１ｄとして用いたり、第１パターン１１_ｍにおいて第２パターン２１_ｍと立体交差する短絡接続部を形成することも可能である。

また、上述の構成例では第２パターン２１_ｍは互いに立体交差していないが、図３に示すように、異なる巻線を形成する第２パターン２１_ｍにおいて短絡接続部２１ｄを互いに立体交差させてもよい。この構成では、たとえば一方の回路の巻線となる第２パターン２１_１の電極部２１ｂと第２パターン２１_３の電極部２１ｃとが電気的に接続されるように短絡接続部２１ｄを形成している場合に、他方の回路の巻線となる第２パターン２１_２の電極部２１ｃと第２パターン２１_４の電極部２１ｂとが電気的に接続されるように短絡接続部２１ｄを形成することになる。なお、図３に示す例では、第２パターン２１_ｍを数える際には、手前から奇数番目を左端部で数え、手前から偶数番目を右端部で数えている。つまり、左端部においては、もっとも手前に位置するものが第２パターン２１_１であり、右端部においては、もっとも手前に位置するものが第２パターン２１_２である。この配置では、異なる回路の短絡接続部２１ｄ同士が互いに立体交差する。立体交差させる短絡接続部２１ｄの一方は第２基板２０における第１基板１０との対向面に形成し、他方は第２基板２０に埋設すればよい。つまり、短絡接続部２１ｄを多層配線によって実現すればよい。この構成を採用する場合も第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとは入れ換え可能である。

いずれにしても、第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとを主接続部１２で接続すれば、２本の独立した螺旋状の電路が形成されるから、各電路は巻線として機能し、しかも巻線同士が隣接していることにより、両巻線が電磁結合してトランスとして機能することになる。

上述した構成例では、巻線の周囲に磁性体が存在しないから空芯のトランスとして機能するものであるが、さまざまな形で巻線の近傍にフェライトのような磁性体を配置することによって、結合度を大きくすることができる。一例としては第２基板２０を磁性体基板により形成すればよい。この場合、第２基板２０の材料にフェライトを用いるとすれば、第２パターン２１_ｍを第２基板２０の表面に直接形成することが可能である。あるいはまた、第２基板２０の表面に絶縁層を形成した後に第２パターン２１_ｍを形成してもよい。なお、本発明は第１基板１０を半導体基板により形成するものであるが、応用例として第１基板１０を磁性体基板とすることも可能である。

巻線の近傍に磁性体を配置する技術としては、図４に示すように、第１基板１０と第２基板２０とを積層した積層体の厚み方向の両側にフェライト板のような磁性体板からなるヨーク板１３を採用することができる。ヨーク板１３を配置すれば第２基板２０を磁性体で形成する場合と同様にヨーク板１３に磁束を通すことにより結合度を大きくすることができる。

また、図５に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間にフェライト板のような磁性体板からなるコア板１４を挟持する技術も採用可能である。ただし、この構成では、主接続部１２と第２パターン２１_ｍとの間の電気的接続のためにコア板１４に貫通導体である副接続部１５を設ける必要がある。副接続部１５は、第１基板１０と第２基板２０とコア板１４とを積層したときに、主接続部１２に一致する位置に形成される。この構成によれば、第１パターン１０と第２パターン２０とが主接続部１２および副接続部１５を介して接続され、図１、図２を用いて説明した構成と同様に、１本の電路としての巻線を形成することができる。また、コア板１４を用いた構成では、コア板１４の厚み寸法分だけ厚み寸法が増加するが、巻線の近傍に磁性体を設けることの効果に加えて、同面積内での巻線の総延長が長くなる。

なお、図４に示すように、第１基板１０と第２基板２０とからなる積層体の両側にヨーク板１３を配置する構成は、第２基板２０を磁性体基板で形成する構成や、第１基板１０と第２基板２０との間にコア板１４を介装する構成と併用することが可能である。また、上述した構成例では、第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとの各端部に形成した電極部１１ｂ，１１ｃ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ主パターン部１１ａ，２１ａよりも広幅に形成しているが、この形状は必須というわけではなく、主接続部１２と電気的接続を良好な状態に保つことができる形状であればよい。したがって、第１パターン１１_ｍと第２パターン２１_ｍとをそれぞれ一定幅に形成してもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、第１基板１０が厚みの均一な板状である場合を想定していたが、本実施形態では、図６に示すように、第１基板１０における第２基板２０との対向面において主接続部１２を除く部位に凹所１６を形成した例を示す。実際に凹所１６を形成している部位は、各電極部１１ｂに対応して設けた主接続部１２が並ぶ領域と、各電極部１１ｃに対応して設けた主接続部１２が並ぶ領域との間の部位になる。また、凹所１６は第１基板１０において、第１パターン１１_ｍに直交する方向の全長に亘る溝状に形成される。

第１基板１０をこのような形状に形成することにより、第１基板１０において第２パターン２１_ｍと接触する部位が少なくなり、それだけ第２パターン２１_ｍが第１基板１０を通して短絡する可能性が低減される。つまり、レイヤショートの発生確率が低減する。また、第１基板１０が軽量化されるとともに、第１基板１０の表面積が大きくなることによって放熱性の向上が期待できる。

本実施形態において磁性体を併用する場合には、図７に示すように、凹所１６の中に磁性体からなるコア部材１７を充填する。図７の構成を採用すれば、図５に示したコア板１４を設ける構成と同様に巻線内に磁性体を配置することができるから、結合度を大きくすることができ、しかも第１基板１０の厚み寸法内でコア部材１７を設けているから、全体としての厚み寸法の増加を防止できる。図７の構成は、第２基板２０を磁性体基板とする構成、あるいは図４に示したヨーク板１３を用いる構成と併用することが可能である。他の構成は実施形態１と同様である。

実施形態１、実施形態２では第２基板２０を半導体基板または磁性体基板とする場合を想定しているが、ガラス基板やプリント基板を用いることも可能である。とくに、プリント基板を第２基板２０として用いる場合には、第１基板１０に設けた主接続部１２にバンプを形成し、第２パターン２１_ｍを形成した第２基板２０に対してバンプによる接合を行うようにすれば、第１基板１０と第２基板２０との間の電気的接続と機械的結合とを同時に行うことができる。また、第２基板２０には回路部品を実装することができるから、第２基板２０に他の回路部品とともに第１基板１０を実装することにより、第２基板２０を用いてトランスを含む電子回路を構成することが可能になる。

なお、第１基板１０には半導体基板を用いており、第２基板２０には半導体基板以外のものを用いることがあるが、いずれにせよトランスを構成する基板の材料として半導体基板を用いるから、半導体基板に他の素子を形成することによってトランスを備える回路を集積回路化することが可能である。

ところで、実施形態１、実施形態２に示した平面型トランスは、電源装置に用いるＤＣ−ＤＣコンバータなどを構成する際に用いることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータとしては、フライバック型、フォワード型が知られている。図８にフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータの基本的な構成を示す。この構成では、商用電源をダイオードブリッジで整流することなどにより得られる直流電源（図示せず）の両端間にトランスＴの１次巻線ｎ１とスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴなど）Ｑとの直列回路が接続され、トランスＴの２次巻線ｎ２にダイオードＤと平滑コンデンサＣとの直列回路を接続した構成を有している。また、スイッチング素子Ｑのオンオフは制御回路ＣＮにより制御される。

この種のＤＣ−ＤＣコンバータは周知のものであるが、簡単に動作を説明すると、スイッチング素子Ｑのオン期間において直流電源からトランスＴの１次巻線ｎ１に電流が流れることによりトランスＴに電磁エネルギが蓄積される。また、トランスＴに蓄積された電磁エネルギは、スイッチング素子Ｑのオフ期間においてダイオードＤを通して放出され、平滑コンデンサＣに充電電流を流す。この電源装置の出力は平滑コンデンサＣの両端から取り出される。

上述した電源装置を構成する際に、トランスＴとして実施形態１、実施形態２において説明した平面型トランスを採用すれば、小型かつ薄型の電源装置を構成することができる。ここに、平面型トランスはごく小型であるから、蓄積できる電磁エネルギは比較的小さいものである。したがって、スイッチング素子Ｑのオンオフの周波数（つまり、スイッチング周波数）は１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の高周波で行うことが望ましい。

このような電源装置を構成する場合に、トランスＴを構成する半導体基板に、スイッチング素子ＱとダイオードＤと制御回路ＣＮとを形成して集積回路化しておけば、平滑コンデンサＣを外付するだけで電源装置を構成することが可能になる。また、上述したトランスＴを電源装置に用いることにより、電源装置の構成部品のうちの大型部品であったトランスＴを小型化することができる。しかも、スイッチング素子ＱとともにトランスＴを集積回路化することによりスイッチング素子Ｑの近傍にトランスＴを設けることができ、結果的に、スイッチング素子Ｑのオンオフを高周波で行う場合に問題となる寄生容量の影響を軽減することができる。

上述した小型の電源装置を用いた配線システムの例を図９に示す。図示する配線システムでは、建物内の適所に埋込配置されたスイッチボックス３にゲート装置４と称する配線器具を収納する。ゲート装置４には壁内に先行配線された電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続される。スイッチボックス３およびゲート装置４は１個ずつでもよいが、以下では複数個設ける場合について説明する。また、図示例では、ルータとハブとを内蔵したゲートウェイの機能を有している基本モジュール１と、メインブレーカＭＢおよび分岐ブレーカＢＢとを内蔵した配線盤５を用いている。

基本モジュール１には、複数系統（図示例では３系統）の情報線Ｌｉが接続され、ゲートウェイとして各情報線Ｌｉを外部のインターネット網ＮＴに接続する。基本モジュール１は、情報線Ｌｉを複数系統に分岐したり情報線Ｌｉをインターネット網ＮＴに接続するだけでなく、情報線Ｌｉを通して後述する各機能モジュール２の動作状態を監視する機能も備えている。また、メインブレーカＭＢは商用電源ＡＣに接続され、分岐ブレーカＢＢに電力線Ｌｐが接続される。図示例では分岐ブレーカＢＢを１系統で代表して示しているが通常は複数系統の分岐ブレーカＢＢを設ける。

図９に示す例では、機能モジュール２として、コンセントあるいはスイッチのように負荷制御を主な機能とするものと、スピーカあるいは表示器のように情報の授受を主な機能とするものとを示している。本実施形態の構成では、負荷制御を主な機能とする場合であっても、コンセントに接続した負荷で使用した電力量やスイッチを操作した回数などを情報として情報線Ｌｉを介して監視することが可能になる。

各系統のゲート装置４の間は電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉの送り配線によって接続される。また、各系統のゲート装置４のうちの１個は配線盤５との間で電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉを介して接続される。つまり、各系統のゲート装置４は電力線Ｌｐに並列接続され、また情報線Ｌｉに並列接続されることになる。

ゲート装置４は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとに接続されたコネクタからなる接続口６（図１０参照）を備える。したがって、後述する機能モジュール２のコネクタをゲート装置４の接続口６に接続するだけで、機能モジュール２に電力を供給する電力路と、機能モジュール２との間で通信するための情報路とを同時に確保することができる。しかも、ゲート装置４は電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとにそれぞれ並列接続されているだけであるから、機能モジュール２はどのゲート装置４にも接続することができる。つまり、機能モジュール２は、ゲート装置４の配置されている範囲内で自由に配置することができるから、レイアウトの自由度が高い施工性に優れた配線システムを提供することができる。

スイッチボックス３は、たとえばＪＩＳ規格（Ｃ ８３７５）に規定する取付枠９（図１０参照）を取り付けることができるものを用いる。図示する取付枠９は一連形と呼ばれており、ＪＩＳ規格（Ｃ ８３０４）において大角連用形スイッチの１個モジュールとして規格化されている埋込形の配線器具を３個取り付けることができる。

取付枠９は、図１０に示すように、中央部に表裏に貫通した器具取付用の矩形状の窓孔９ａを備える。取付枠９に取付対象である配線器具を取り付けるには、窓孔９ａの後方から配線器具の前部を挿入し、取付枠９の左右両側の枠片９ｂに設けた器具係止部に配線器具の左右両側に設けた被係止部を結合させる。図示例では、配線器具に被係止部として爪を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として間隙を設けている。ただし、配線器具に被係止部として穴を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として爪を設けた構成もある。取付枠９の上下の枠片９ｃには挿入孔９ｄが貫設されている。取付枠９をスイッチボックス３に取り付けるには、取付枠９に配線器具を装着した状態で、図示しない取付ねじを挿入孔９ｄに前方から挿入してスイッチボックス３に設けたねじ受け（図示せず）に螺入させる。

なお、取付枠９を壁パネルに取り付ける場合には、壁パネルに取付孔を貫設し、挿入孔９ｄに挿入される引締ねじを挟み金具（図示せず）と称する部材に螺合させ、壁パネルに貫設した取付孔の周部を取付枠９と挟み金具との間で挟持するように引締ねじを締め付けてもよい。あるいはまた、取付枠９を通して壁材に木ねじを螺合させることによって、取付枠９を壁に取り付けることも可能である。

本実施形態では、各スイッチボックス３の上部からは、配電ボックス１または他のスイッチボックス３に接続された電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導入され、各系統の末端に位置するスイッチボックス３を除いた各スイッチボックス３の下部からは他のスイッチボックス３への送り配線である電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導出される。また、ゲート装置４を取り付けた取付枠９を各スイッチボックス３に取り付けることによって、上述したように、各スイッチボックス３にそれぞれゲート装置４が収納される。ここにおいて、ゲート装置４には、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続されるから、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとの混触を防止するために、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとのスイッチボックス３への導入口および導出口はそれぞれ個別に設けるのが望ましい。

ゲート装置４は、板ばねのばね力を利用して電線を結線する、いわゆる速結端子構造の端子を器体に内蔵しており、器体の背面に開口する電線挿入口に電線を挿入することにより、電線の機械的保持と電気的接続とがなされる構成を採用している。電線挿入口は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとについて２対ずつ設けてある。各１対は送り配線を接続するために用いられる。ゲート装置４の器体の前面には、電力線Ｌｐが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた電力路接続口６ａと、情報線Ｌｉが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた情報路接続口６ｂとが配置される。

電力路接続口６ａと情報路接続口６ｂとは１個の接続口６としてモジュール化されている。配線システム内の各ゲート装置４において、各電力路接続口６ａと各情報路接続口６ｂとはそれぞれ同仕様（接触部の配列や接続口のサイズなど）であり、また電力路接続口６ａおよび情報路接続口６ｂの位置関係は統一されている。接続口６には、機能モジュール２の背面に設けた接続体７が着脱可能に結合される。すなわち、機能モジュール２の接続体７には、電力路接続口６ａに着脱可能に結合される電力路接続体７ａと、情報路接続口６ｂに着脱可能に結合される情報路接続体７ｂとをモジュール化した接続体７が設けられる。機能モジュール２の接続体７をゲート装置４の接続口６に接続した状態において、機能モジュール２はゲート装置４の前面を覆う。ここに、接続口６と接続体７とはコネクタを構成する。

機能モジュール２は、図１１に示すように、ゲート装置４に対して１台だけ接続することによって単独で用いることができる基本機能モジュール２ａと、基本機能モジュール２ａに対して壁面に沿う面内で配列され基本機能モジュール２ａと組み合わせて用いることにより基本機能モジュール２ａの機能を拡張する拡張機能モジュール２ｂとがある。拡張機能モジュール２ａは、基本機能モジュール２ａに対して１台接続するだけではなく、複数台を接続することも可能である。

以下の説明においては、基本機能モジュール２ａを単独で用いるか、基本機能モジュール２ａに拡張機能モジュール２ｂを結合して用いるかにかかわらず、どちらの場合についても機能モジュール２として説明する。

機能モジュール２は、図１２、図１３に示すように、合成樹脂製の扁平なハウジング８ａを備える。すなわち、ゲート装置４に取り付けたときに壁面からの突出寸法が小さく、かつハウジング８ａの前面側に露出する表示、報知、操作などの各種機能を持つ機能部に割り当てる面積を大きくとることができる薄型に形成されている。ハウジング８ａの背面には接続体７が設けられ、接続体７をゲート装置４の接続口６に結合すれば、機能モジュール２が電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉと電気的に接続される。ハウジング８ａの上部および下部には取付用孔８ｃが開口しており、ハウジング８ａをゲート装置４に結合した状態で、ハウジング８ａの前面側から取付用孔８ｃに取付ねじ（図示せず）を挿入し、取付枠９の取付ねじ孔１０ｅに取付ねじを螺入することにより、機能モジュール２が取付枠９に対して機械的に固定され、結果的に機能モジュール２のゲート装置４に対する結合強度を高めることができる。ハウジング８ａの前面部には化粧カバー８ｂが着脱可能に被着され、化粧カバー８ｂをハウジング８ａに装着した状態では、取付ねじの頭部が隠される。

上述の構成から明らかなように、機能モジュール２には電力線Ｌｐを通して商用電源ＡＣから電力が供給されるから、機能モジュール２の内部回路の動作用の電源を生成するために商用電源ＡＣから内部回路の動作用に用いる直流電圧を生成する電源装置が必要である。また、ハウジング８ａは扁平で小型であるから、このようなハウジング８ａに収納可能な薄型かつ小型の電源装置が必要である。したがって、実施形態１、実施形態２において説明した平面型トランスを用いる電源装置は、この種の機能モジュール２に用いるのに適した電源装置になる。

機能モジュール２が、基本機能モジュール２ａだけではなく拡張機能モジュール２ｂも含んでいる場合には、電源装置は拡張機能モジュール２ｂにも電力を供給する。基本機能モジュール２ａから拡張機能モジュール２ｂへの電力の供給は交流を用いる。また、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとの内部においては、交流−直流変換を行って直流電力を内部回路に供給する。そのため、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとには、それぞれ電源装置が設けられる。拡張機能モジュール２ｂに設けた電源装置においても実施形態１、実施形態２の平面型トランスを用いることにより、拡張機能モジュール２ｂのハウジングに収納可能な薄型かつ小型の電源装置を構成することができる。

本発明の実施形態１を示す分解斜視図である。 同上の断面図である。 同上の他の構成例を示す分解斜視図である。 同上のさらに他の構成例を示す断面図である。 同上の別の構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態２を示す分解斜視図である。 同上の他の構成例を示す断面図である。 平面型トランスを用いた電源装置の構成例を示す回路図である。 平面型トランスを用いる配線システムの全体構成を示す構成図である。 機能モジュールを取付枠に取り付けた状態の正面図である。 機能モジュールの他の構成例を示す構成図である。 ゲート装置と機能モジュールとを示す斜視図である。 機能モジュールを示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 基本モジュール
２ 機能モジュール
１０ 第１基板
１１_１，１１_２…… 第１パターン
１２ 主接続部
１２ｄ 短絡接続部
１３ ヨーク板
１４ コア板
１５ 副接続部
１６ 凹所
１７ コア部材
２０ 第２基板
２１_１，２１_２…… 第２パターン
ＣＮ 制御回路
Ｌｉ 情報線
Ｌｐ 電力線
Ｑ スイッチング素子

Claims (8)

1. 半導体基板であって表裏の一面に導電層からなる複数本の線状の第１パターンが並設された第１基板と、第１基板が積層される基板であって第１基板との対向面に導電層からなり第１パターンと並設される複数本の線状の第２パターンが並設された第２基板とを備え、第１基板は第１パターンの両端部にそれぞれ電気的に接続され第１基板を貫通するとともに第２パターンと電気的に接続される貫通導体である主接続部を備え、第１パターンと第２パターンとの一方は、並んでいる方向に沿って他方の２本以上の一定間隔離れた端部間を電気的に接続する短絡接続部を備え、第１パターンと第２パターンとが電気的に接続されることにより当該間隔に応じた個数の巻線が形成されて成ることを特徴とする平面型トランス。
2. 前記第１基板と前記第２基板との間に磁性体板よりなるコア板が積層され、コア板は前記主接続部と第２パターンとの間を電気的に接続する貫通導体である副接続部を備えることを特徴とする請求項１記載の平面型トランス。
3. 前記第１基板は前記第２基板との対向面において前記主接続部を除く部位に凹所が形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面型トランス。
4. 前記凹所に磁性体からなるコア部材が充填されていることを特徴とする請求項３記載の平面型トランス。
5. 前記第１基板と前記第２基板との積層体を両側から挟む形で磁性体板により形成された一対のヨーク板が配置されて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の平面型トランス。
6. 前記第２基板が磁性体基板により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の平面型トランス。
7. 前記第２基板が半導体基板により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の平面型トランス。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の平面型トランスとスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備える電源装置であって、スイッチング素子と制御回路とが第１基板と第２基板との少なくとも一方に形成されていることを特徴とする電源装置。

Images