JP2009231335A - 高圧トランス、高圧トランスを組み込んだ高圧電源、および高圧トランスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み込まれる装置の薄型化に適した高圧トランスあるいは高圧電源を提供する。
【解決手段】本発明に係る高圧トランスにおいては、巻線部１４０を格納する樹脂ケース１００内面上に配置され、かつ接地された導電部２００と、樹脂ケース１００と巻線部１４０との間に充填された封止樹脂１３０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧トランスおよび高圧電源に関する。

ブラウン管ディスプレイなど高電圧を必要とする機器には、高圧トランスにより電圧が供給されることが多い。

高圧トランスの代表的なものに、フライバックトランスがある。
特許文献１（特開２００３−３７０１７号公報）には、フライバックトランスの全体構造が開示されている。

特許文献２（実開平６−２３２２０号公報）には、ケースを金属で作製し、ケースを接地したフライバックトランスが開示されている。このフライバックトランスは、耐湿性、耐薬品性の向上および周辺部品への放電や短絡のおそれの軽減を目的としている。

安全性の向上に関して、特許文献３（実開昭５８−１７５６０６号公報）には、絶縁ケースの外面に、接地した導電層を設けた高圧トランスが開示されている。

また、特許文献４（特開平８−２６４３４７号公報）には、ケースを用いることなく、樹脂とコイルを一体成形したモールドコイルの最外層に接地層を設けた外層接地トランスについての記載がある。ただし、このようなモールドコイルには、含浸性の問題や装置的な問題があるため、用いられる用途は、大型の高圧トランスなどに限定されている。
特開２００３−３７０１７号公報 実開平６−２３２２０号公報 実開昭５８−１７５６０６号公報 特開平８−２６４３４７号公報

従来のフライバックトランスの多くは、巻線部が収納される樹脂ケースに絶縁体でできた封止樹脂を充填する方法で形成される。封止樹脂を充填するのは、高圧発生部近傍の部品間の放電を防ぐためである。

しかしながら、この構造には、樹脂ケースの品質によっては、放電が起こりやすくなってしまうという問題がある。このことを図１を参照して説明する。

従来の典型的なトランスは、樹脂ケース１００と、樹脂ケース１００の中に格納された巻線部１４０と、樹脂ケース１００と巻線部１４０との間に充填された封止樹脂１３０とを備える。

樹脂ケース１００は、樹脂材料を射出成形して作られる。しかし、この射出成形は、熱溶融した樹脂を金型に射出した後に冷却するという工程を伴うので、作製後に進行する応力緩和により成形品にクラック１１０が生じることがある。クラック１１０は、経年劣化によっても発生あるいは拡大しうる。また、樹脂材料を溶融攪拌する過程で気泡が巻き込まれ、成形品に微小なボイド（気泡）１２０が残ることもある。

樹脂ケース１００にクラック１１０やボイド１２０があると、その箇所は絶縁樹脂ではなく、空間となる。したがって、耐電圧が低下し、放電が起こりやすい状態になる。例えば、ボイド１２０がある場合、図２に示すように、樹脂ケース１００にかかる分担電圧が大きくなり、放電しやすくなる。この現象は、一般的には、パッシェン則で表現され、ある条件下にあっては３００〜４００Ｖでも放電が開始される。この放電は、テレビのドライブ周波数に同期して発生し、絶縁材料の劣化をもたらす。

そうしたことから、テレビ用のトランスにおいては、そのような条件にならないだけの十分な空間距離がとられていた。

ただ、箱型のブラウン管テレビでは、ブラウン管周りの空間が十分にあり、トランスと他の部品とを離して配置することはそれほど難しくなかった。

ところが、近年、開発されている電界放射型等の平面テレビ用平面ディスプレイには、薄型化が要求される。フライバックトランスを扁平形状にする等で、ある程度の薄型化は達成できるが、樹脂ケースを用いた従来のトランスを用いる場合、放電対策としてケースと他の部品との間に一定の空間を確保する必要があることが、ディスプレイの薄型化のネックとなる。

一方、特許文献２に記載のようなトランスを収納するケース自体を金属製とし、ケースを接地するという構造のトランスでは、ケースによる放電の問題は生じない。しかしながら、金属ケースは加工性が悪く、電子部品を効率良く収納できるように設計することは難しい。また、樹脂ケースに比べ、高価である。また、重量もある。さらに、周囲の電子部品をケースに接触させることができず、小型化にも限界がある。なお、最後に述べた問題は、特許文献３や特許文献４に記載のトランスにもあてはまる。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、組み込まれる装置の薄型化に適した高圧トランスあるいは高圧電源を提供することを課題とする。

１つの局面に係る本願発明は、高圧トランスであって、導線を巻いた巻線部と、巻線部を格納する樹脂ケースと、樹脂ケースの内面上に配置された導電部と、導電部を接地するためのアース接続部と、巻線部と樹脂ケースとの間に充填された封止樹脂とを備える。

好ましくは、導電部は、樹脂ケースの内面を覆う導電性塗料膜である。
さらに好ましくは、それぞれが導電部の異なる位置に接続された複数のアース端子を含む。

好ましくは、導電部は、導電メッシュである。
さらに好ましくは、導電メッシュは、巻線部を覆うように配置されている。

好ましくは、導電部に流れる電流を検出し、検出された電流の値が所定値以上であるとき、動作を停止する保護回路をさらに備える。

他の局面に係る本願発明は、上述の高圧トランスを組み込んだ高圧電源である。
さらに他の局面に係る本願発明は、高圧トランスの製造方法であって、樹脂ケースを作成するステップと、樹脂ケースの内面に接地用導電部を形成するステップと、導電部が内面に形成された樹脂ケースに、導線を巻いた巻線部を組み込むステップと、巻線部が組み込まれた樹脂ケースに、封止樹脂を充填するステップとを備える。

本発明によれば、トランスの樹脂ケースの内面に、接地された導電部が設けられる。よって、樹脂ケースにクラックやボイドがあったとしても、樹脂ケースは放電しない。したがって、組み込まれる装置の薄型化に適した高圧トランスあるいは高圧電源を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［概要］
図３を参照して、本発明に係る高圧トランスの構成について説明する。本発明に係る高圧トランスは、樹脂ケース１００と、樹脂ケース１００の中に格納された巻線部１４０と、樹脂ケース１００の内面（巻線部１４０側の面）上に配置された導電部２００と、樹脂ケース１００と巻線部１４０との間に充填された封止樹脂１３０とを備える。

導電部２００は、接地されている。この導電部２００により、樹脂ケース１００にクラック１１０やボイド１２０があったとしても、樹脂ケース１００は、放電しない。

このことを図４を参照して説明する。図４（ａ）は、図１に示した従来の高圧トランスの回路的構成を示した図である。図４（ｂ）は、図３に示した本発明に係る高圧トランスの回路的構成を示した図である。

図４（ａ）を参照して、封止樹脂１３０のキャパシタンスをＣ１、樹脂ケース１００のキャパシタンスをＣ２、巻線部１４０の発生する電圧をＶとすると、樹脂ケース１００にかかる電圧は、Ｖ’＝Ｖ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。クラック１１０やボイド１２０が存在するとＣ２が小さくなり、Ｖ’が大きくなるので、放電が起きる可能性が出てくる。

一方、図４（ｂ）からも分かるように、本発明に係るトランスにおいて、樹脂ケースにかかる電圧は、常に、ＧＮＤレベルである。よって、樹脂ケース１００は、たとえ外部シャーシなどの部品を近接しても、放電しない。

なお、封止樹脂１３０としては、密着性が高く、また、含浸性の高いエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが用いられる。また、封止樹脂１３０は、真空中で充填されるため、その内部に、ボイドやクラックは生じない。そのため、通常、導電部２００の内側には、放電の原因となる空間は存在しない。よって、巻線部１４０と導電部２００との間に電位差が生じていても、絶縁耐圧が確保されているのであれば、トランスにおいて絶縁破壊が発生することはない。

［第１の実施の形態］
ここからは、本発明の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態は、導電部として導電材でできたメッシュ板（導電メッシュ）を用いた高圧トランスである。

第１の実施の形態に係る高圧トランスの構成を図５を参照して説明する。図５（ａ）は、高圧トランス５００の断面図である。高圧トランス５００は、樹脂ケース５１０と、巻線部５２０と、メッシュ板５３０と、メッシュ板５３０から引き出されたリード端子５４０と、樹脂ケース５１０内に充填された封止樹脂５５０とを備える。

樹脂ケース５１０は、高圧トランス５００の各部品を格納する。樹脂ケース５１０は、樹脂の射出形成により製作できるので、金属ケースに比べ、効率よく収納できる形状に成型することが容易である。また、金属ケースに比べ、安価であり、軽量でもある。

巻線部５２０は、低圧巻線用ボビン５２０ａと、低圧巻線用ボビンに巻き回された低圧巻線５２０ｂと、低圧巻線の外側に配置された高圧巻線用ボビン５２０ｃと、高圧巻線用ボビンに巻き回された高圧巻線５２０ｄとを含む。巻線部５２０内には、コア５２２がある。

本実施の形態において、メッシュ板５３０は、銅、鉄、アルミなどでできた金属メッシュを用いるものとする。材料としては、シールド効果の高く、損失の少ない材料（例えば、銅）を用いることが好ましい。なお、メッシュ板５３０は、導電材でできた導電メッシュの一例であって、上述のものに限られるわけではない。

メッシュ板５３０は、導電部２００として機能し、リード端子５４０を介して接地されているので、樹脂ケース５１０の放電を防ぐ。

導電部２００としてメッシュ板５３０を用いることには、メッシュ板５３０と封止樹脂５５０とのなじみがよい、という利点がある。ただし、導電部２００は、これに限られるわけではない。例えば、メッシュ板５３０のかわりに、メッシュ構造をもたない板（金属板など）を用いることもできる。

本実施の形態では、メッシュ板５３０は、樹脂ケース５１０内面のうち、巻線部５２０に近接する部分に配置される。

巻線部５２０に近接する部分には、高圧の交流パルス（電界放射型などの平面ディスプレイ用の場合、典型的には、電圧が１０〜１５ｋＶ、スイッチングレートが数１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）にさらされるため、劣化しやすく、放電が発生しやすい。そこで、樹脂ケース５１０内面のうち、巻線部５２０との距離が近く、メッシュ板５３０を入れなければ樹脂ケース５２０からの放電が生じる可能性がある部分を覆うように、電圧源である巻線部５２０との間にメッシュ板５３０を配置することで、放電が発生しないようにしている。

なお、巻線部５２０の発生する電圧や、高圧トランス５００の設計にもよるが、一般の用途の場合、メッシュ板５３０の厚みは、高圧トランス５００の小型化の妨げにならない。例えば、電界放射型などの平面ディスプレイ用の高圧トランスの場合、０．２ｍｍ以下の厚みのメッシュ板５３０で、装着性、接地性への支障もない。

このようなメッシュ板５３０を樹脂ケース５１０の内面に設けたことにより、樹脂ケース５１０の放電を防ぐことができる。したがって、他部品を樹脂ケース５１０に近接させることができ、高圧トランス５００を組み込む部品を薄型化できる。特に、ケースの外面が樹脂であるので、周囲の電子部品を接触させても問題なく、小型化を極限まで図ることが可能となる。

図５（ｂ）は、樹脂ケース５１０の斜視図である。巻線部５２０などの部品の装着および封止樹脂５５０の充填前に、リード端子５４０を接続されたメッシュ板５３０が、樹脂ケース５１０の内面に設置される。図５（ｃ）は、メッシュ板５３０が設置された樹脂ケース５１０の斜視図である。

図６を参照して、高圧トランス５００の作製手順について説明する。
図６（ａ）に示す低圧巻線用ボビン５２０ａに、低圧巻線５２０ｂが巻かれる。そして、高圧巻専用ボビン５２０ｃが組み合わされ、さらに、高圧巻線５２０ｄが巻かれて、図６（ｂ）に示す巻線部５２０が完成する。巻線部５２０は、第１の回路部品６３０と組み合わされる。

一方、樹脂ケース５１０が、ＰＢＴ樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂などの樹脂を射出形成することにより作成される。

図６（ｃ）に示すように、樹脂ケース５１０には、まず、メッシュ板５３０が設置される。例えば、樹脂系の接着剤で接着される。そのあと、巻線部５２０および第１の回路部品６３０が、設置される。

さらに、図６（ｄ）に示すように、第１のコア部品５２２ａと、第２のコア部品５２２ｂと、第２の回路部品６５０と、第３の回路部品６８０とが、備え付けられる。これらが備え付けられたあとの様子を、図６（ｅ）に示す。このあと、封止樹脂５５０が樹脂ケース５１０内に充填される。

最後に、高圧トランスの回路的構成について説明しておく。図７に、本実施の形態に係る高圧トランスの回路的構成の一例を示す。

オペアンプは、積分回路と組み合わされて、分圧により小さくされた出力電圧と基準電圧により定まる目標値を出力する。

目標値と基準三角波とがコンパレータに入力され、周期的な方形波が出力される。
Ｑ１に方形波が入力されることで、交流電圧が低圧巻線に流れ、高圧巻線に高圧の交流電圧が発生する。交流電圧は整流され、直流の高圧（ＨＶ）となり出力される。

なお、今回のトランスでは、メッシュ板を片側のみに配置しているが、同様の目的で、コイルをはさみメッシュ板を上下両側に配置することも有用である。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、導電部２００として、メッシュ板５３０を用いる構成について説明した。これに対し、第２の実施の形態では、樹脂ケース５１０内面に導電性材料を塗布して導電部２００を形成する構成について説明する。

第２の実施の形態に係る高圧トランスの構成およびその製造方法について、図８を参照して、説明する。

本実施の形態においては、図８（ａ）に示すような樹脂ケース５１０の内面（高圧トランスの部品が格納される側）に、導電性材料が塗布され、導電性塗料膜が形成される。導電性材料としては、金属粒子もしくはカーボンを接着剤中に分散させたものであり、高価な銀系の塗料に限らず、ニッケル、銅、カーボンなどをエポキシ樹脂に分散させたものを用いる。導電性材料の塗布方法としては、スプレー塗布やスパッタリングを用いることができる。

導電性材料を、樹脂ケース５１０の内面全体に塗布すれば、樹脂ケース５１０からの放電の可能性を著しく低減できる。ただし、内面の一部に塗料を塗布する構成であっても、樹脂ケース５１０の絶縁が確保できるなら、構わない。

樹脂ケース５１０内面の導電性塗料膜は接地される。例えば、樹脂ケース５１０内面に備えたアース端子を、トランスを実装するベース基板のアースランドに接続されるように配線する。

なお、アース端子は、複数設けるのが好ましい。例えば、ケース内面全体に導電性塗料膜を形成する場合、アース端子をケースの四方に複数設け、それぞれを接地する。このようにすれば、樹脂ケース５１０にクラックが入ったとしても、樹脂ケース５１０のＧＮＤ状態を保つことができる。

導電性塗料膜の形成後、図８（ｂ）に示すように、樹脂ケース５１０に巻線部５２０を組み込む。さらに、図８（ｃ）に示すように、回路部品が組み込まれる。回路構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様であるとする。なお、巻線部５２０および回路部品を組み込む順序は、高圧トランスの設計にも依存し、これに限られるものではない。

部品を組み込んだ後、樹脂ケース５１０に封止樹脂５５０を充填する。図８（ｄ）に、封止樹脂５５０の充填後の様子を示す。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、概要で説明したように、導電部２００の内側に放電の原因となる空間が存在しないことを仮定していた。

しかしながら、想定外の衝撃により封止樹脂１３０にクラックが入り、封止樹脂１３０内でリーク電流が発生するような可能性が、完全にないとはいえない。

第３の実施の形態では、このような場合に対処するため、保護回路を備えた高圧トランスについて説明する。

第３の実施の形態に係る高圧トランスの構成は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態で説明した高圧トランスの回路を保護回路としたものである。

保護回路は、導電部への電流を検出し、検出した電流の値が所定値を超える場合、回路動作を停止する。

封止樹脂にクラックが入ったり、ボイドが存在した場合、導電部にリーク電流が流れる。保護回路は、このような電流を検出し、回路停止するため、放電を防ぐ。

保護回路の一例を図９に示す。導電部に流れる電流は抵抗Ｒ１で検出され、下のオペアンプのＩＮ＋端子に入力される。抵抗Ｒ１にかかる電圧と、ＩＮ−端子への入力（Ｖ２）の差が大きくなると、フリップフロップ回路によって、回路動作が停止する。

［第４の実施の形態］
以上の各実施の形態で説明した高圧トランスは、いずれも、電源回路と組み合わせた高圧電源として用いることができる。第４の実施の形態では、このような高圧電源について説明する。

図１０を参照して、高圧電源は、主に入力部１００２からのコントロール信号に応じた高圧を安定に制御し出力するブロック群としてパワー制御部１００４、高圧トランス部１００６、高圧検出ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）制御部１０１２、Ｖｃｃ／Ｖｒｅｆ電源部１０２４、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）コントロール回路部１０２０を備える。 また、高圧電源は、回路動作の異常を検出し、回路を停止し、テレビセットあるいは高圧電源の破壊を未然に防止する保護回路ブロック群として、過電圧保護回路部１０２２、過電流保護回路部１０２８、放電検知回路部１０１０を備える。

パワー制御部１００４は、高圧トランスの１次側電流の制御回路で、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を含む。

高圧トランス部１００６としては、これまでのいずれかの実施の形態に係わる高圧トランスを用いるものとする。

高圧トランス部１００６が出力する電圧は、高圧検出ＰＷＭ制御部１０１２にて高圧検出電源として検出される。一方、出力電圧を決定するためのＨＶコントロール信号によりＨＶコントロール回路部１０２０にて基準電圧が設定され、先の高圧検出電圧とで比較増幅される。その後、同期信号から形成された基準三角波と比較され、ＭＯＳＦＥＴのドライブパルス幅を決定する。

なお、Ｖｃｃ／Ｖｒｅｆ電源部１０２４は、制御回路のドライブ電源であり、各種比較回路の基準電圧を作成し、各ブロックに供給する。

なお、図１０は、高圧トランスを組み込んだ高圧電源の構成の一例であり、本発明に係る高圧電源の構成が、これに限られるわけではない。

従来の高圧電源においては、高圧トランスとテレビセット内の他の部品との間の距離を１０ｍｍ以上とって設計されることが多かった。本実施の形態によれば、高圧トランスとテレビセット内の他の部品とを近接でき、余分な絶縁空間が不要となるため、真の低背高圧電源を実現できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

従来の高圧トランスの構造を示す模式図である。 絶縁距離と電圧との関係を示す図である。 本発明に係る高圧トランスの構造を示す模式図である。 従来の高圧トランスおよび本発明に係る高圧トランスの回路的構成を示した図である。 第１の実施の形態に係る高圧トランスの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る高圧トランスの作成手順を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る高圧トランスの回路的構成の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る高圧トランスの作成手順を説明するための図である。 保護回路の一例である。 第４の実施の形態に係る高圧電源のブロック図である。

符号の説明

１００ 樹脂ケース、１１０ クラック、１２０ ボイド、１３０ 封止樹脂、１４０ 巻線部、２００ 導電部、５００ 高圧トランス、５１０ 樹脂ケース、５２０ 巻線部、５２０ａ 低圧巻線用ボビン、５２０ｂ 低圧巻線、５２０ｃ 高圧巻線用ボビン、５２０ｄ 高圧巻線、５２２ コア、５２２ａ 第１のコア部品、５２２ｂ 第２のコア部品、５３０ メッシュ板、５４０ リード端子、５５０ 封止樹脂、６３０ 第１の回路部品、６５０ 第２の回路部品、６８０ 第３の回路部品、１００２ 入力部、１００４ パワー制御部、１００６ 高圧トランス部、１０１０ 放電検知回路部、１０１２ 高圧検出ＰＷＭ制御部、１０２０ ＨＶコントロール回路部、１０２２ 過電圧保護回路部、１０２８ 過電流保護回路。

Claims (8)

1. 高圧トランスであって、
   導線を巻いた巻線部と、
   前記巻線部を格納する樹脂ケースと、
   前記樹脂ケースの内面上に配置された導電部と、
   前記導電部を接地するためのアース接続部と、
   前記巻線部と前記樹脂ケースとの間に充填された封止樹脂とを備える、高圧トランス。
2. 前記導電部は、前記樹脂ケースの内面を覆う導電性塗料膜である、請求項１に記載の高圧トランス。
3. それぞれが前記導電部の異なる位置に接続された複数の前記アース接続部を含む、請求項２に記載の高圧トランス。
4. 前記導電部は、導電メッシュである、請求項１に記載の高圧トランス。
5. 前記導電メッシュは、前記巻線部を覆うように配置されている、請求項４に記載の高圧トランス。
6. 前記導電部に流れる電流を検出し、検出された前記電流の値が所定値以上であるとき、動作を停止する保護回路をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の高圧トランス。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の高圧トランスを組み込んだ高圧電源。
8. 高圧トランスの製造方法であって、
   樹脂ケースを作成するステップと、
   前記樹脂ケースの内面に接地用導電部を形成するステップと、
   前記導電部が内面に形成された前記樹脂ケースに、導線を巻いた巻線部を組み込むステップと、
   前記巻線部が組み込まれた前記樹脂ケースに、封止樹脂を充填するステップとを備える、高圧トランスの製造方法。

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