JP2010129757A - 表面実装型バルントランス - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装型バルントランスを構成する３つのコイルの巻数がすべて異なる場合に、コイルの巻回工程に要する時間を短縮する。
【解決手段】表面実装型バルントランス１０において、巻芯部１１ａを有するドラム型コア１１と、巻芯部１１ａの表面に、巻数ｎ_１の螺旋形状で形成された導体パターンＳ１と、巻芯部１１ａに、巻数ｎ_２（ｎ_２≠ｎ_１）で巻回されたワイヤＳ２と、巻芯部１１ａに、巻数ｎ_３（ｎ_３≠ｎ_１，ｎ_３≠ｎ_２）で巻回されたワイヤＳ３とを備え、導体パターンＳ１並びにワイヤＳ２，Ｓ３のうちの２つが平衡伝送線路に接続され、残る１つが不平衡伝送線路に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装型バルントランスに関し、特に３つのコイルの巻数がすべて異なる表面実装型バルントランスに関する。

通常、アンテナなどに接続される伝送線路は不平衡伝送線路である一方、半導体ＩＣなどの高周波回路に接続される伝送線路は平衡伝送線路である。このため、不平衡伝送線路と平衡伝送線路とを接続する場合、これらの間には不平衡信号及び平衡信号を相互に変換するバルントランスが挿入される。ここで、不平衡信号とは固定電位（例えば接地電位）を基準としたシングルエンド型の信号を指し、平衡信号とは差動型の信号を指す。

バルントランスとしては、メガネ型コアを用いたタイプやトロイダルコアを用いたタイプが一般的であるが、これらのバルントランスは、全体のサイズが比較的大型であるとともに、巻線の巻回作業の自動化や表面実装が困難である。そこで、近年は、特許文献１に記載されるようなドラム型コアを用いたバルントランス（表面実装型バルントランス）が登場している。表面実装型バルントランスは、小型化が容易であるとともに、巻線の巻回作業の自動化や表面実装に適しているというメリットを有している。

図８は、背景技術による表面実装型バルントランス１の等価回路を示す図である。同図に示すように、表面実装型バルントランス１は３つのコイルＬ１〜Ｌ３を有しており、コイルＬ１の一端とコイルＬ２の他端がそれぞれ平衡伝送線路ＳＴ，ＳＢに接続され、コイルＬ３の一端と他端がそれぞれ不平衡伝送線路ＰとグランドＧＮＤに接続される。コイルＬ１の他端とコイルＬ２の一端は短絡されて中間タップＣＴとなる。

図９（ａ）は、表面実装型バルントランス１をドラム型コアを用いて構成した場合に、ドラム型コアを下面から見た平面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した表面実装型バルントランス１のＣ−Ｃ'線断面図である。図９（ａ）（ｂ）に示すように、表面実装型バルントランス１はドラム型コア２と板状コア３とを有しており、コイルＬ１〜Ｌ３はドラム型コア２の巻芯部２ａに巻回される。また、図９（ａ）（ｂ）では、コイルＬ１〜Ｌ３の巻数比は１：１：２としている。

コイルＬ１〜Ｌ３を巻芯部２ａに巻回する作業は、上記のようにコイルＬ１〜Ｌ３の巻数比が１：１：２である場合、２回に分けて行われる。すなわち、巻数が同一であるコイルＬ１，Ｌ２については、ペアにしてバイファイラ巻きすることで、１回の巻回作業でコイルＬ１，Ｌ２の両方を巻回する。残りのコイルＬ３については、コイルＬ１，Ｌ２とは異なる層に単独で巻回する。
特開平１０−３２６７１５号公報

通常のバルントランスでは、上述した例のように、３つのコイルのうちの２つの巻数が同一である。特に、平衡伝送線路側の２つのコイルの巻数が同一になる。しかしながら、極めて限られた特殊用途のバルントランスでは、３つのコイルの巻数がすべて異なる場合がある。具体的には、ＦＭチューナーの一部に用いられるバルントランスでは、巻数比が４：１：５となる。

このような場合、どのコイルの組み合わせに対してもバイファイラ巻きを用いることができないため、３つのコイルを１つずつ順に巻回していくことになる。コイルの巻回作業は表面実装型バルントランスの製造工程の中でも特に時間のかかる作業であるため、このように３回の巻回作業を行うことは、表面実装型バルントランスの製造時間の長時間化の原因となる。

したがって、本発明の目的の一つは、３つのコイルの巻数がすべて異なる場合に、コイルの巻回工程に要する時間を短縮できる表面実装型バルン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の本発明による表面実装型バルントランスは、巻芯部を有するドラム型コアと、前記巻芯部の表面に、巻数ｎ_１の螺旋形状で形成された導体パターンと、前記巻芯部に、巻数ｎ_２（ｎ_２≠ｎ_１）で巻回された第１のワイヤと、前記巻芯部に、巻数ｎ_３（ｎ_３≠ｎ_１，ｎ_３≠ｎ_２）で巻回された第２のワイヤとを備え、前記導体パターン並びに前記第１及び第２のワイヤのうちの２つが平衡伝送線路に接続され、残る１つが不平衡伝送線路に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、巻回作業の対象となるワイヤは２本のみであるので、３つのコイルの巻数がすべて異なる表面実装型バルントランスにおいてコイルの巻回工程に要する時間を短縮できる。

また、上記表面実装型バルントランスにおいて、前記巻数ｎ_１は、前記巻数ｎ_２及びｎ_３より小さいこととしてもよい。導体パターンの線幅はワイヤに比べて広くなるが、上記のように最も小さい巻数を導体パターンに割り当てることで、ドラム型コアが大きくなってしまうことを防止できる。

また、上記表面実装型バルントランスにおいて、前記ドラム型コアは、前記巻芯部の表面に、巻数ｎ_１の螺旋形状で形成された溝部を有し、前記導体パターンは、前記溝部内に形成されることとしてもよい。これによれば、導体パターンが巻芯部の表面から突出しないようにすることが可能になる。したがって、導体パターンの剥がれを防止できる。また、溝部は金型によって精度よく作ることができ、かつ導体パターンの形成時には溝部がガイドとなるため、精度よく導体パターンを形成することが可能になる。

また、上記表面実装型バルントランスにおいて、前記巻芯部の端部には、端子電極を有する鍔部が設けられており、前記導体パターンは、前記巻数ｎ_１の螺旋形状の部分と前記端子電極とを接続する引出導体パターンを含み、前記鍔部は、前記引出導体パターンが形成される部分に傾斜面を有することとしてもよい。これによれば、マスクスパッタ等で導体パターンを形成する場合に、鍔部への引出導体パターンの形成を確実に行えるようになる。

また、上記表面実装型バルントランスにおいて、前記巻芯部の磁心方向と垂直な断面の形状は、角が５つ以上の多角形、円形、楕円形のいずれかであることとしてもよい。これによれば、巻芯部の断面を四角形とする場合に比べ、巻芯部の角部での導体パターンの接続不良リスクを軽減することができる。また、ワイヤと巻芯部の接触によるワイヤの破損リスクも軽減できる。

このように、本発明によれば、３つのコイルの巻数がすべて異なる表面実装型バルントランスにおいてコイルの巻回工程に要する時間を短縮できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態による表面実装型バルントランス１０の外観を示す略斜視図である。また、図２は、ワイヤＳ２，Ｓ３を取り除いて描画した表面実装型バルントランス１０の外観を示す略斜視図である。また、図３は、図１に示した表面実装型バルントランス１０のＡ−Ａ'線断面図である。以下、これらの図を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、表面実装型バルントランス１０はドラム型コア１１と、ドラム型コア１１に取り付けられた板状コア１２と、ドラム型コア１１の表面に形成された導体パターンＳ１と、ドラム型コア１１に巻回されたワイヤＳ２，Ｓ３とを備えている。

ドラム型コア１１は、棒状の巻芯部１１ａと、巻芯部１１ａの両端に設けられた鍔部１１ｂ，１１ｃとを備え、これらが一体化された構造を有している。ドラム型コア１１は基板（不図示）上に設置して用いるものであり、鍔部１１ｂ，１１ｃの上面１１ｂ−１，１１ｃ−１を基板に対向させた状態で該基板に貼り付けられる。板状コア１２は、鍔部１１ｂ，１１ｃの下面（上面１１ｂ−１，１１ｃ−１の反対側の面）と固着している。

なお、ドラム型コア１１及び板状コア１２は、比較的透磁率が高く、かつ絶縁性の磁性材料、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライトの焼結体によって作られている。

鍔部１１ｂの上面１１ｂ−１には３つの端子電極Ｅ１〜Ｅ３が形成されており、鍔部１１ｃの上面１１ｃ−１には３つの端子電極Ｅ４〜Ｅ６が形成されている。端子電極Ｅ１〜Ｅ３は、図１に示したｘ方向（基板面内で磁心方向（ｙ方向）と垂直な方向）の一端側から、この順で配置されている。同様に、端子電極Ｅ４〜Ｅ６も、ｘ方向の一端側から、この順で配置されている。端子電極Ｅ２，Ｅ４は導体パターンＳ１と電気的に接続している。また、端子電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ６にはワイヤＳ２，Ｓ３の各端部が熱圧着により継線される。

導体パターンＳ１は、図３の断面図に示すようにドラム型コア１１の表面に埋め込まれた導体パターンである。

図４は、表面実装型バルントランス１０の表面（一部のみ）の展開図である。同図には、巻芯部１１ａの表面１１ａ−１〜４、鍔部１１ｂの表面１１ｂ−１，２、鍔部１１ｃの表面１１ｃ−１，２のみを示している。同図に示すように、導体パターンＳ１は、巻芯部１１ａを周回する螺旋形状で形成された螺旋導体パターンＳ１ａと、螺旋導体パターンＳ１ａと端子電極Ｅ２，Ｅ４とを接続する引出導体パターンＳ１ｂ，Ｓ１ｃとを有している。螺旋導体パターンＳ１ａはコイル導体を構成しており、その巻数ｎ_１は、本実施の形態では３である。

導体パターンＳ１の製造方法について説明する。図５は、導体パターンＳ１を形成するために用いるドラム型コア１１の外観を示す略斜視図である。同図に示すように、ドラム型コア１１は、巻芯部１１ａの各表面及び鍔部１１ｂ，１１ｃの表面１１ｂ−１，１１ｂ−２，１１ｃ−１，１１ｃ−２に、巻数ｎ_１の螺旋形状部分を含む溝部１１ｄを有している。溝部１１ｄは、ドラム型コア１１を製造する際に用いる金型に溝部１１ｄに対応する凸部を形成しておくことで作製してもよいし、溝部１１ｄのないドラム型コアを作製した後、レーザ等を用いて切削することで作製してもよい。

そして、溝部１１ｄの中に導体を埋め込み、導体パターンＳ１を形成する。具体的には、銀ペーストなどの導体ペーストを溝部１１ｄの中に塗布して充填し、硬化させる。

以上のようにして溝部１１ｄの中に導体パターンＳ１を形成することで、図３にも示すように、導体パターンＳ１の表面とドラム型コア１１の表面とを面一とすることができる。したがって、剥がれにくい導体パターンＳ１が得られるとともに、ワイヤＳ２，Ｓ３の巻回が容易になる。また、溝部１１ｄは金型によって精度よく作ることができ、かつ導体パターンの形成時には溝部１１ｄがガイドとなるため、精度よく導体パターンＳ１を形成することが可能になる。

ここで、図３等に示したように、鍔部１１ｂ，１１ｃの表面１１ｂ−２，１１ｃ−２は、ｚ方向となす角度がθ（０°＜θ＜９０°）の傾斜面となっている。表面１１ｂ−２，１１ｃ−２は引出導体パターンＳ１ｂ，Ｓ１ｃが形成される面であり、傾斜させることで、上述した導体ペーストの塗布乃至硬化による導体パターンＳ１の形成を確実に行えるようになる。

また、図５に示したように、ドラム型コア１１の溝部１１ｄは、表面１１ｂ−１及び表面１１ｃ−１にも延設されている。このようにしているのは、導体パターンＳ１の形成後、ドラム型コア１１の表面に形成される端子電極Ｅ２，Ｅ４と導体パターンＳ１との接続を確実に行うためである。

なお、本実施の形態では溝部の中に導体パターンを埋め込むこととしているが、溝部を設けずにドラム型コア１１表面に導体パターンを形成することとしてもよい。この場合、上記のような効果は得られないが、製造工程は簡素化される。具体的には、マスクスパッタ法及び電気めっきを用いて導体パターンＳ１を作製することが可能になる。この場合にも、表面１１ｂ−２，１１ｃ−２が傾斜していることで、導体パターンＳ１の形成を確実に行えるようになる。

次に、ワイヤＳ２，Ｓ３は被覆導線であり、巻芯部１１ａに互いに同一の巻回方向で巻回されてコイル導体を構成する。本実施の形態では、ワイヤＳ２の巻数ｎ_２は１２であり、ワイヤＳ３の巻数ｎ_３は１５である。具体的な巻き方としては、図３に示すように、相対的に巻数の大きいワイヤＳ３を１層目、相対的に巻数の小さいワイヤＳ２を２層目とする２層構造で巻回する。

具体的には、まず初めにワイヤＳ３の一端を端子電極Ｅ３に継線する（図１）。そして、ドラム型コア１１を回転させることによりワイヤＳ３を巻芯部１１ａにｎ_３回巻回し、その後ワイヤＳ３の他端を端子電極Ｅ６に継線する。次に、ワイヤＳ２の一端を端子電極Ｅ１に継線する。そして、ドラム型コア１１を回転させることによりワイヤＳ２を巻芯部１１ａにｎ_２回巻回し、その後ワイヤＳ２の他端を端子電極Ｅ５に継線する。

図６は、以上説明した構成により実現される表面実装型バルントランス１０の等価回路を示す図である。同図に示すように、端子電極Ｅ１，Ｅ４をそれぞれ基板（不図示）上の平衡伝送線路ＳＴ，ＳＢに接続し、端子電極Ｅ３，Ｅ６をそれぞれ基板上の不平衡伝送線路ＰとグランドＧＮＤに接続する。また、端子電極Ｅ２，Ｅ５は短絡して中間タップＣＴとして用いる。以上のような接続により、ワイヤＳ２は、表面実装型バルントランス１０の平衡伝送線路プラス側のコイルＬ１として機能し、導体パターンＳ１は平衡伝送線路マイナス側のコイルＬ２として機能し、ワイヤＳ３はの不平衡伝送線路側のコイルＬ３として機能する。また、巻芯部１１ａは磁心として機能する。

以上説明したように、表面実装型バルントランス１０によれば、巻回作業の対象となるワイヤはワイヤＳ２，Ｓ３の２本のみである。したがって、上述したＦＭチューナー用バルントランスのように、３つのコイルの巻数がすべて異なる特殊な表面実装型バルントランスにおいて、コイルの巻回工程に要する時間を短縮できる。

また、表面実装型バルントランス１０では、導体パターンＳ１の巻数ｎ_１（＝３）を、ワイヤＳ２，Ｓ３の巻数ｎ_２（＝１２）及びｎ_３（＝１５）よりも小さくしている。導体パターンＳ１の線幅は、図３にも示したようにワイヤＳ２，Ｓ３の線幅に比べて大きくなるが、上記のように最も小さい巻数を導体パターンＳ１に割り当てることで、ドラム型コア１１が大きくなってしまうことを防止できる。

ここで、巻芯部１１ａの磁心方向（図１に示したｙ方向）と垂直な断面の形状について説明しておく。図７（ａ）は、図１に示した巻芯部１１ａのＢ−Ｂ'線断面図である。ここまでに説明した各図面では、巻芯部１１ａの断面形状は、図７（ａ）に示すように四角形としていた。しかしながら、巻芯部１１ａの断面形状は四角形でなければならないわけではなく、角が５つ以上の多角形、円形、楕円形などとしてもよい。

図７（ｂ）〜図７（ｃ）には、巻芯部１１ａのｙ方向断面形状のバリエーションを示している。図７（ｂ）は六角形の断面形状を有する巻芯部１１ａの断面図である。また、図７（ｃ）は楕円形の断面形状を有する巻芯部１１ａの断面図である。図７（ｄ）は円形の断面形状を有する巻芯部１１ａの断面図である。

このように、巻芯部１１ａのｙ方向断面形状を角が５つ以上の多角形、円形、楕円形などとすることで、四角形とする場合に比べ、巻芯部１１ａの角部での導体パターンＳ１の接続不良リスクを軽減することができる。また、ワイヤＳ２，Ｓ３と巻芯部１１ａの接触によるワイヤの破損リスクも軽減できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、平衡伝送線路マイナス側のコイルを導体パターンとしたが、他のコイルを導体パターンとしてもよいのは勿論である。表面実装型バルントランスを構成する３つのコイルのうち、最も巻数の小さいものを導体パターンとすることが好適である。

また、端子電極Ｅ１〜Ｅ６と導体パターンＳ１の作製を同時に行うこととしてもよい。すなわち、導体パターンＳ１を溝部を用いて形成する場合には、端子電極の位置にも溝部を形成し、導体パターンＳ１と同様にして導体を埋め込むことで端子電極を形成することができる。また、溝部を用いずに導体パターンＳ１を形成する場合には、マスクスパッタで用いるマスクパターンを、導体パターンと端子電極の両方を含む形状とすることで、導体パターンと端子電極とを同時に形成することができる。

また、上記実施の形態ではドラム型コア１１及び板状コア１２の材料として絶縁性の磁性材料であるＮｉ−Ｚｎ系フェライトの焼結体を用いたが、導電性の磁性材料であるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの焼結体を用いることも可能である。ただし、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは導電性を有するので、導体パターンＳ１を形成する際には、導体パターンＳ１とドラム型コア１１表面の間に絶縁層を設けることが必要となる。

また、上記実施の形態ではコイルＬ１〜Ｌ３の巻数比が４：１：５である場合について説明したが、本発明は、例えばコイルＬ１〜Ｌ３の巻数比が４：１１：１となる場合など３つのコイルの巻数がすべて異なる場合に、広く適用可能である。なお、コイルＬ１〜Ｌ３の巻数比が４：１１：１となる場合には、コイルＬ３を１ターンの導体パターンＳ１によって構成し、コイルＬ１，Ｌ２をそれぞれ４ターンのワイヤＳ２，１１ターンのワイヤＳ３によって構成することが好適である。

本発明の好ましい実施の形態による表面実装型バルントランスの外観を示す略斜視図である。 本発明の好ましい実施の形態による表面実装型バルントランスの外観を示す略斜視図である。本図では、ワイヤの描画を省略している。 図１に示した表面実装型バルントランス１０のＡ−Ａ'線断面図である。 本発明の好ましい実施の形態による表面実装型バルントランスの表面（一部のみ）の展開図である。 本発明の好ましい実施の形態による導体パターンを形成するために用いるドラム型コアの外観を示す略斜視図である。 本発明の好ましい実施の形態による表面実装型バルントランスの等価回路を示す図である。 （ａ）は、図１に示した巻芯部のＢ−Ｂ'線断面図である。（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の好ましい実施の形態による巻芯部のｙ方向断面形状のバリエーションを示す図である。 本発明の背景技術による表面実装型バルントランスの等価回路を示す図である。 （ａ）は、本発明の背景技術による表面実装型バルントランスをドラム型コアを用いて構成した場合に、ドラム型コアを下面から見た平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した表面実装型バルントランスのＣ−Ｃ'線断面図である。

符号の説明

１０ 表面実装型バルントランス
１１ ドラム型コア
１１ａ 巻芯部
１１ｂ，１１ｃ 鍔部
１１ｄ 溝部
１２ 板状コア
Ｅ１〜Ｅ６ 端子電極
Ｓ１ 導体パターン
Ｓ２，Ｓ３ ワイヤ
Ｓ１ａ 螺旋導体パターン
Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ 引出導体パターン

Claims (5)

1. 巻芯部を有するドラム型コアと、
   前記巻芯部の表面に、巻数ｎ_１の螺旋形状で形成された導体パターンと、
   前記巻芯部に、巻数ｎ_２（ｎ_２≠ｎ_１）で巻回された第１のワイヤと、
   前記巻芯部に、巻数ｎ_３（ｎ_３≠ｎ_１，ｎ_３≠ｎ_２）で巻回された第２のワイヤとを備え、
   前記導体パターン並びに前記第１及び第２のワイヤのうちの２つが平衡伝送線路に接続され、残る１つが不平衡伝送線路に接続されることを特徴とする表面実装型バルントランス。
2. 前記巻数ｎ_１は、前記巻数ｎ_２及びｎ_３より小さいことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型バルントランス。
3. 前記ドラム型コアは、前記巻芯部の表面に、巻数ｎ_１の螺旋形状で形成された溝部を有し、前記導体パターンは、前記溝部内に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面実装型バルントランス。
4. 前記巻芯部の端部には、端子電極を有する鍔部が設けられており、
   前記導体パターンは、前記巻数ｎ_１の螺旋形状の部分と前記端子電極とを接続する引出導体パターンを含み、
   前記鍔部は、前記引出導体パターンが形成される部分に傾斜面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面実装型バルントランス。
5. 前記巻芯部の磁心方向と垂直な断面の形状は、角が５つ以上の多角形、円形、楕円形のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面実装型バルントランス。

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