JP2014192281A - トランスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でかつ高耐電圧特性を備えたトランスを提供することである。
【解決手段】本発明にかかるトランス１はトランス本体部１０を備える。トランス本体部１０は、絶縁材料からなる基材１１と、基材１１内に設けられ、一次側端子１７と電気的に接続されている一次側導体層２０と、基材１１内に設けられ、二次側端子１８と電気的に接続されている二次側導体層２５と、を備える。一次側導体層２０および二次側導体層２５は絶縁材料を介して互いに積層されている。一次側端子１７と二次側端子１８との間の基材１１の表面の少なくとも一部には凸部１３および凹部１４が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明はトランスおよびその製造方法に関する。

近年、トランスは様々な電子機器に用いられており、電子機器の省スペース化のためにもトランスの小型化が要求されている。一般的にトランスは、一次巻線と、二次巻線と、一次巻線および二次巻線を磁気的に結合するコア部とを備える。トランスの変圧比、つまり一次側電圧と二次側電圧との電圧比は、一次巻線の巻き数と二次巻線の巻き数との比によって決定される。

特許文献１には、一次巻線を構成する導体パターンを含む基板と、二次巻線を構成する導体パターンを含む基板と、これらの基板の周りに配置されるコア部とを備えるトランスに関する技術が開示されている。特許文献２には、部品点数を削減でき、放熱特性と機械的特性とを兼備することができるリアクトルに関する技術が開示されている。

国際公開第２００９／１３１０５９号 特開２０１０−９３１３８号公報

特許文献１に開示されている技術では、導体パターンを含む基板を用いて一次巻線と二次巻線とを構成しているため、トランスを小型化することができる。しかしながら、トランスには高電圧が印加されるため、一次側端子（一次巻線が接続される端子）と二次側端子（二次巻線が接続される端子）との間の電圧差が大きくなる。このため、トランスを構成する場合は、一次側端子と二次側端子との短絡を防止するために、一次側端子と二次側端子との間の絶縁距離を十分に確保する必要がある。

したがって、特許文献１に開示されている技術を用いた場合であっても、一次側端子と二次側端子との間の絶縁距離を十分に確保する必要があるため、トランスを十分に小型化することは困難であった。すなわち、トランスの小型化と高耐電圧化を同時に実現することは困難であった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、小型でかつ高耐電圧特性を備えたトランスおよびその製造方法を提供することである。

本発明の一態様にかかるトランスは、絶縁材料からなる基材と、前記基材内に設けられ、一次側端子と電気的に接続されている一次側導体層と、前記基材内に設けられ、二次側端子と電気的に接続されている二次側導体層と、を備えるトランス本体部を有し、前記一次側導体層および前記二次側導体層は絶縁材料を介して互いに積層されており、前記一次側端子と前記二次側端子との間の前記基材の表面の少なくとも一部には凹部および凸部が形成されている。

本発明の一態様にかかるトランスの製造方法は、複数の一次側導体層と複数の絶縁体基板と複数の二次側導体層とが互いに積層され、側面に凹部および凸部が形成された第１の構造体を形成し、複数の絶縁体基板が互いに積層され、側面および一方の主面に凹部および凸部が形成された第２の構造体を形成し、複数の絶縁体基板が互いに積層され、側面および一方の主面に凹部および凸部が形成された第３の構造体を形成し、前記第１の構造体の一方の主面と前記第２の構造体の他方の主面とを接着し、前記第１の構造体の他方の主面と前記第３の構造体の他方の主面とを接着してトランス本体部を作製する。

本発明により、小型でかつ高耐電圧特性を備えたトランスおよびその製造方法を提供することができる。

実施の形態にかかるトランスの上面図である。 実施の形態にかかるトランスの側面図である。 図１に示すトランスの切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 図２に示すトランスの切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。 図２に示すトランスの切断線Ｖ−Ｖにおける断面図である。 図１に示すトランスの切断線ＶＩ−ＶＩにおける断面図である。 図１に示すトランスの切断線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。 一次側導体層の接続方法の一例を説明するための断面図である。 一次側導体層の接続方法の一例を説明するための断面図である。 一次側導体層の接続方法の一例を説明するための断面図である。 一次側導体層の接続方法の一例を説明するための断面図である。 実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。 実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。 実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。 実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。 実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための上面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための上面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための上面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための上面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための側面図である。 実施の形態にかかるトランスの製造方法を説明するための上面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、コア部を備えるトランスについて説明するが、本発明はコア部を備えないトランスにも適用することができる。つまり、トランス本体部が備える一次側導体層と二次側導体層とを磁気的に結合することができるのであれば、必ずしもコア部を設ける必要はない。一般的にコア部を設けたほうがトランスの変換効率は高くなるが、例えば、トランスを高周波数帯で駆動する場合は、コア部を設けなくても十分な変換効率を得られる場合がある。

図１は、本実施の形態にかかるトランスの上面図である。図２は、本実施の形態にかかるトランスの側面図である。図３は、図１に示すトランスの切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図４は、図２に示すトランスの切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図５は、図２に示すトランスの切断線Ｖ−Ｖにおける断面図である。図６は、図１に示すトランスの切断線ＶＩ−ＶＩにおける断面図である。図７は、図１に示すトランスの切断線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態にかかるトランス１は、トランス本体部１０とコア部１２とを備える。トランス本体部１０は、基材１１、一次側導体層２０、および二次側導体層２５を備える（図３参照）。

基材１１はトランス本体部１０の母材となる構造体であり、絶縁材料を用いて構成することができる。基材１１は、基材１１の一次側１５の端部に一次側端子１７を備える。また、基材１１は、基材１１の二次側１６の端部に二次側端子１８を備える。例えば、トランス本体部１０は矩形状であり、一次側端子１７と二次側端子１８はトランス本体部１０の長手方向の各々の端部にそれぞれ配置されている。一次側端子１７は一次側導体層２０と接続される端子である。二次側端子１８は二次側導体層２５と接続される端子である。一次側端子１７および二次側端子１８は、基材１１の一次側１５および二次側１６の端部においてそれぞれ基材１１の外部に露出している。

また、一次側端子１７と二次側端子１８との間の基材１１の表面の少なくとも一部には、凸部１３および凹部１４が形成されている。図１、図２に示す例では、基材１１の側面および上下面に凸部１３および凹部１４を形成している。換言すると、基材１１が備える面のうち、一次側端子１７と二次側端子１８との間に配置されている面に凸部１３および凹部１４を形成している。

図３、図４に示すように、一次側導体層２０（図４に示す断面図では、最も上に配置されている一次側導体層２１を示している）は基材１１内に設けられており、一次側端子１７と電気的に接続されている。一次側導体層２０はトランスの一次巻線に対応している。例えば図４に示すように、一次側導体層２１は、一次側端子１７から二次側１６の方向に向かって延び、更に基材１１の貫通孔１９に設けられたコア部１２を一周するように形成する。このとき、一次側導体層２１の一端は一次側端子１７_１と接続し、他端は一次側端子１７_２と接続する。一次側導体層２０は、例えば銅やアルミニウムなどの金属材料を用いて構成することができる。

図３では、トランス本体部１０が４層の一次側導体層２０を備える場合を例として示しているが、一次側導体層２０の層の数は任意に決定することができる。複数の一次側導体層２０を設けた場合、複数の一次側導体層２０は、例えばスルーホールを介して互いに電気的に接続することができる。また、複数の一次側導体層２０は、例えば複数の一次側端子１７同士を接続することで互いに電気的に接続することができる。

図８Ａ、図８Ｂは、複数の一次側導体層２１、２２をスルーホールを介して互いに電気的に接続する場合を説明するための断面図である。図８Ａに示す一次側導体層２１と図８Ｂに示す一次側導体層２２は、互いに異なる層に配置されている。図８Ａに示すように、一次側導体層２１の一端は一次側端子１７ａと接続され、他端は一次側端子１７ｂと接続されている。また、図８Ｂに示すように、一次側導体層２２の一端は一次側端子１７ｂと接続され、他端は一次側端子１７ｃと接続されている。このとき、一次側導体層２１の他端と一次側導体層２２の一端は、一次側端子１７ｂに設けられているスルーホールを用いて互いに電気的に接続されている。

よって、図８Ａ、図８Ｂに示す一次側導体層２１、２２は、一次側端子１７ａ、一次側導体層２１、一次側端子１７ｂ、一次側導体層２２、一次側端子１７ｃの順に電気が流れるように接続されている（一次側端子１７ｃから一次側端子１７ａに電気が流れる場合は、電気が流れる順番が逆になる）。この場合、コア部１２の周りに一次側導体層２１、２２が２周するように配置されたことになる。

図９Ａ、図９Ｂは、複数の一次側端子１７同士を接続することで、複数の一次側導体層２１、２２を互いに電気的に接続する場合を説明するための断面図である。この場合も図９Ａに示す一次側導体層２１と図９Ｂに示す一次側導体層２２は、互いに異なる層に配置されている。図９Ａに示すように、一次側導体層２１の一端は一次側端子１７ｄと接続され、他端は一次側端子１７ｅと接続されている。また、図９Ｂに示すように、一次側導体層２２の一端は一次側端子１７ｆと接続され、他端は一次側端子１７ｇと接続されている。このとき、一次側端子１７ｅと一次側端子１７ｆとを導電部材３０を用いて電気的に接続することで、一次側導体層２１の他端と一次側導体層２２の一端とを電気的に接続することができる。

よって、図９Ａ、図９Ｂに示す一次側導体層２１、２２は、一次側端子１７ｄ、一次側導体層２１、一次側端子１７ｅ、導電部材３０、一次側端子１７ｆ、一次側導体層２２、一次側端子１７ｇの順に電気が流れるように接続されている（一次側端子１７ｇから一次側端子１７ｄに電気が流れる場合は、電気が流れる順番が逆になる）。この場合、コア部１２の周りに一次側導体層２１、２２が２周するように配置されたことになる。

なお、上記では複数の一次側導体層２０を互いに直列に接続した場合について説明したが、複数の一次側導体層２０は互いに並列に接続してもよい。この場合も、スルーホールを介して複数の一次側導体層２０を互いに並列に接続してもよく、また、複数の一次側端子１７同士を接続することで、複数の一次側導体層２０を互いに並列に接続してもよい。

複数の一次側導体層２０はそれぞれ一次側端子１７のいずれかと接続されている。よって、トランスを使用する際に複数の一次側導体層２０の接続状態を決定することで（つまり、使用する一次側導体層２０の数を決定することで）、一次側導体層の巻き数を調整することができる。複数の一次側導体層２０の接続状態は、一次側端子１７にスルーホールを設けたり、導電部材３０（図９Ａ、Ｂ参照）を用いて一次側端子１７同士を接続したりすることで調整することができる。

図３、図５に示すように、二次側導体層２５（図５に示す断面図では、最も上に配置されている二次側導体層２６を示している）は基材１１内に設けられており、二次側端子１８と電気的に接続されている。二次側導体層２５はトランスの二次巻線に対応している。例えば図５に示すように、二次側導体層２６は、二次側端子１８から一次側１５の方向に向かって延び、更に基材１１の貫通孔１９に設けられたコア部１２を一周するように形成する。このとき、二次側導体層２６の一端は二次側端子１８_１と接続され、他端は二次側端子１８_２と接続される。二次側導体層２５は、例えば銅やアルミニウムなどの金属材料を用いて構成することができる。

図３では、トランス本体部１０が４層の二次側導体層２５を備える場合を例として示しているが、二次側導体層２５の層の数は任意に決定することができる。複数の二次側導体層２５を設けた場合、複数の二次側導体層２５は、例えばスルーホールを介して互いに電気的に接続することができる。また、複数の二次側導体層２５は、例えば複数の二次側端子１８同士を接続することで互いに電気的に接続することができる。複数の二次側導体層２５を接続する方法については、複数の一次側導体層２０を接続する方法（図８Ａ、Ｂ、図９Ａ、Ｂ参照）と同様であるので、重複した説明は省略する。

なお、複数の二次側導体層２５は、互いに直列に接続してもよく、また互いに並列に接続してもよい。また、複数の二次側導体層２５はそれぞれ二次側端子１８のいずれかと接続されている。よって、トランスを使用する際に複数の二次側導体層２５の接続状態を決定することで（つまり、使用する二次側導体層２５の数を決定することで）、二次側導体層の巻き数を調整することができる。複数の二次側導体層２５の接続状態は、二次側端子１８にスルーホールを設けたり、導電部材３０（図９Ａ、Ｂ参照）を用いて二次側端子１８同士を接続したりすることで調整することができる。

図３に示すように、一次側導体層２０および二次側導体層２５は絶縁材料を介して互いに積層されている。図３に示す例では、複数の一次側導体層２０を積層方向の中央部付近に配置し、複数の二次側導体層２５を積層方向の端部側（上面側および下面側）に配置している。しかし、図３に示す一次側導体層２０および二次側導体層２５の配置は一例であり、一次側導体層２０および二次側導体層２５の配置は任意に決定することができる。

また、基材１１は複数の絶縁体基板を用いて構成してもよい。この場合、複数の一次側導体層２０と、複数の絶縁体基板と、複数の二次側導体層２５とを互いに積層することで、トランス本体部１０を構成することができる。基材１１を構成する絶縁体基板としては、例えばガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、紙エポキシ基板、ベークライト基板などを用いることができる。

複数の絶縁体基板を用いて基材１１を構成する場合は、基材１１を構成する各々の絶縁体基板を同一の材料とすることが好ましい。同一の絶縁体基板を用いることで、基材１１の振動や衝撃に対する耐性を高めることができる。また、同一の絶縁体基板を用いることで、基材１１を構成する絶縁体基板の熱膨張係数を略等しくすることができ、基材１１の温度サイクル特性を向上させることができる。

コア部１２は、一次側導体層２０の少なくとも一部および二次側導体層２５の少なくとも一部をそれぞれ囲むように配置する。コア部１２はフェライトなどの磁性材料を用いて構成することができる。図１、図２に示すように、コア部１２はトランス本体部１０の二次側１６寄りの周囲を覆うように設ける。また、図６に示すように、コア部１２の一部は、基材１１に形成された貫通孔１９に挿通されている。

ここで、本実施の形態にかかるトランスでは、一次側端子１７の電圧は二次側端子１８の電圧よりも高電圧である。よってコア部１２は、電圧が低い二次側端子１８側に設けている。換言すると、コア部１２の一次側端子１７側の端部と一次側端子１７との距離は、コア部１２の二次側端子１８側の端部と二次側端子１８との距離よりも長い。

図７に示すように、コア部１２は、断面形状がＥ型であるコア部材１２ａ、１２ｂを用いて構成することができる。そしてコア部材１２ａ、１２ｂでトランス本体部１０を挟むことで、トランス本体部１０にコア部１２を取り付けることができる。図７に示すように、一次側導体層２０および二次側導体層２５は基材１１内に埋設されているので、コア部１２と直接接触することはなく、絶縁性が保たれている。また、一次側導体層２０および二次側導体層２５をコア部１２で囲むことで、一次側導体層２０および二次側導体層２５を磁気的に結合することができる。

本実施の形態にかかるトランスでは、一次側端子１７に高電圧が印加される。ここで一次側端子１７は基材１１の外部に露出しているため、一次側端子１７と二次側端子１８との間の絶縁距離（コア部１２が接地されている場合は、一次側端子１７とコア部１２との間の絶縁距離）を確保する必要がある。そこで本実施の形態にかかるトランスでは、一次側端子１７と二次側端子１８との間の基材１１の表面の少なくとも一部に、凸部１３および凹部１４を形成している。図１、図２に示す例では、基材１１の側面および上下面に凸部１３および凹部１４を形成している。

また、本実施の形態では、一次側端子１７の電圧は二次側端子１８の電圧よりも高いので、一次側端子１７とコア部１２との間に配置されている凸部１３および凹部１４の数は、二次側端子１８とコア部１２との間に配置されている凸部１３および凹部１４の数よりも多くしている。

図１０は、本実施の形態にかかるトランスが備える凹凸部の一例を示す拡大断面図である。図１０に示すｄ１は、基材１１の表面に形成されている凸部１３ａと凸部１３ｂの間隔である空間距離を示している。また、ｄ２は、基材１１の表面に形成されている凹部１４の側壁および底面に沿った沿面距離を示している。例えば、空間距離ｄ１を長くするほど凸部１３ａと凸部１３ｂとの距離が長くなり、凸部１３ａと凸部１３ｂとの間の放電を抑制する効果が高くなる。また、例えば、凹部１４を深く形成することで沿面距離ｄ２を長くすることができ、トランス本体部１０の表面における絶縁距離を長くすることができる。すなわち、一次側端子１７と二次側端子１８との間の絶縁距離（コア部１２が接地されている場合は、一次側端子１７とコア部１２との間の絶縁距離）を長くすることができる。これにより、トランス本体部１０の絶縁性を向上させることができる。

本実施の形態では、基材１１の表面に形成されている凸部１３の間隔である空間距離ｄ１と、基材１１の表面に形成されている凹部１４の側壁および底面に沿った距離である沿面距離ｄ２とが所定の比になるように、凸部１３および凹部１４を形成している。ここで、空間距離ｄ１と沿面距離ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）は、一次側端子１７に印加される電圧、必要な絶縁距離、トランスを使用する環境（気温、気圧、汚染度等）等を考慮して決定することができる。一例を挙げると、空間距離ｄ１と沿面距離ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）は、ｄ１／ｄ２＝１／３程度とすることができる。

また、基材１１の表面に形成されている凸部１３の間隔は略等間隔とすることが好ましい。換言すると、各々の凸部１３の空間距離ｄ１を略等しくすることが好ましい。トランス本体部１０の表面では、空間距離ｄ１が最も短い部分で放電が発生しやすい。このため、トランス本体部１０の表面に空間距離ｄ１が長い凸部を形成したとしても、空間距離ｄ１が短い凸部がある場合にはその部分で優先的に放電が発生する。よって、空間距離ｄ１が長い凸部が無駄になり、トランス本体部１０のスペースを有効に利用することができない。このような理由から、凸部１３の間隔を略等間隔とすることで、トランス本体部１０のスペースを有効に活用することができる。

また、本実施の形態では、凹凸部の形状を図１１〜１４に示すような形状にしてもよい。例えば、図１１に示すように、凹部１４'の底面がトランス本体部１０の中心方向に向かって湾曲しているように構成してもよい。凹部１４'の底面を湾曲させることで、沿面距離ｄ２が長くなり、トランス本体部１０の表面における絶縁距離を長くすることができる。また、凹部１４'の底面を湾曲させることで、凸部１３ａ、１３ｂの根元部分の機械的強度を向上させることができる。

また、図１２に示すように、凸部１３ａ'、１３ｂ'の先端部の断面形状（一次側導体層２０および二次側導体層２５の積層方向と垂直な面における断面形状）が湾曲形状３１ａ、３１ｂとなるように構成してもよい。このように凸部１３ａ'、１３ｂ'の先端部を湾曲形状３１ａ、３１ｂとすることで、凸部１３ａ'、１３ｂ'の機械的強度を向上させることができる。

また、図１３に示すように、凹部１４'の底面を湾曲させ、更に凸部１３ａ'、１３ｂ'の先端部を湾曲形状３１ａ、３１ｂとしてもよい（図１１と図１２の組み合わせ）。

また、図１４に示すように、２つの凸部１３ａ''、１３ｂ''の付け根部分と、当該２つの凸部１３ａ''、１３ｂ''に挟まれた凹部１４''の底面とにおける断面形状が円弧状３２となるように構成してもよい。このように凹部１４''の断面形状を円弧状３２とすることで、凹部１４''を深くすることなく沿面距離を長くすることができる。例えば、一次側導体層２０および二次側導体層２５が基材１１の側面近傍にまで配置されている場合は、基材１１の側面に形成される凹部を深くすることができない。このような場合に凹部１４''の断面形状を円弧状３２とすることで、凹部１４''を深くすることなく沿面距離を長くすることができる。

図１、図２では、基材１１の側面および上下面に凸部１３および凹部１４を形成した場合を例として示したが、凸部１３および凹部１４は、基材１１の側面および上下面の全ての面に形成する必要はない。凸部１３および凹部１４を形成する面は、一次側端子および二次側端子の配置や、一次側端子および二次側端子に印加される電圧に応じて任意に決定することができる。なお、基材１１の表面における絶縁性を考慮すると、図１、図２に示すように、基材１１の側面および上下面に凸部１３および凹部１４を形成することが好ましい。

特許文献１に開示されている技術では、導体パターンを含む基板を用いて一次巻線と二次巻線とを構成しているため、トランスを小型化することができる。しかしながら、トランスには高電圧が印加されるため、一次側端子（一次巻線が接続される端子）と二次側端子（二次巻線が接続される端子）との間の電圧差が大きくなる。このため、トランスを構成する場合は、一次側端子と二次側端子との短絡を防止するために、一次側端子と二次側端子との間の絶縁距離を十分に確保する必要がある。

したがって、特許文献１に開示されている技術を用いた場合であっても、一次側端子と二次側端子との間の絶縁距離を十分に確保する必要があるため、トランスを十分に小型化することは困難であった。すなわち、トランスの小型化と高耐電圧化を同時に実現することは困難であった。

そこで本実施の形態にかかるトランス１では、基材内に一次側導体層２０および二次側導体層２５を設け、一次側導体層２０および二次側導体層２５を絶縁材料を介して互いに積層している。このように、トランスを構成する巻線を導体層を用いて構成しているので、トランスを小型化することができる。更に本実施の形態にかかるトランス１では、一次側端子１７と二次側端子１８との間の基材１１の表面の少なくとも一部に凸部１３および凹部１４を形成している。これにより、トランス本体部１０の表面における絶縁距離を十分に確保することができ、トランスの耐電圧特性を向上させることができる。よって本実施の形態にかかるトランス１により、トランスの小型化と高耐圧化を同時に実現することができる。

また、一般的に高電圧で使用するトランスは、一次側端子と二次側端子との間の絶縁距離を長くする必要があるため、一次側配線および二次側配線の長さが長くなる。このため、一次側配線および二次側配線の結合度が低くなる。つまり、一次側配線および二次側配線の漏れインダクタンス成分が大きくなる。このように漏れインダクタンス成分が大きいと、トランスを高周波駆動した際にスイッチングデバイスに過大なサージ電圧が発生し、スイッチングデバイスを破損させるおそれがある。

本実施の形態にかかるトランスでは、トランスを小型化することができるので、一次側配線および二次側配線の長さを短くすることができる。よって、一次側配線および二次側配線の漏れインダクタンス成分を低減させることができ、耐電圧特性を保持しつつ、トランスを高周波駆動することが可能となる。

また、コアを用いたトランスでは、材料固有の飽和磁束密度が存在するため、コアの磁束密度に上限がある。ここでコアの磁束密度は、トランスを駆動する周波数が高いほど低くなるという性質がある。よって、トランスを高周波駆動すると、コアの磁束密度を低減させることができ、コアを小さくすることができる。すなわち、本実施の形態にかかるトランスでは、耐電圧特性を保持しつつトランスを小型化することで、トランスの高周波駆動が可能となる。更に、トランスを高周波駆動することで、コアを小さくすることができ、トランスを更に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１では、複数の絶縁体基板を用いて基材１１を構成してもよい。この場合は、複数の一次側導体層２０と、複数の絶縁体基板と、複数の二次側導体層２５とを互いに積層することでトランス本体部１０を構成することができるので、トランスを更に小型化することができる。また、各部材を積層してトランス本体部１０を形成しているので、トランスの製造に使用する樹脂（接着剤）の量を少なくすることができ、トランス本体部１０の内部に気泡が発生することを抑制することができる。よって、耐電圧特性を向上させることができる。

このとき、基材１１を構成する各々の絶縁体基板を同一の材料としてもよい。同一の絶縁体基板を用いることで、基材１１の振動や衝撃に対する耐性を高めることができる。また、同一の絶縁体基板を用いることで、基材１１を構成する絶縁体基板の熱膨張係数を略等しくすることができ、基材１１の温度サイクル特性を向上させることができる。また、これによりトランスの安定性や信頼性を向上させることができる。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、小型でかつ高耐電圧特性を備えたトランスを提供することができる。

次に、本実施の形態にかかるトランスの製造方法について説明する。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、本実施の形態にかかるトランスの製造方法の一例を説明するための側面図である。図１５Ａに示すように、トランス本体部１０を作製する際は、第１の構造体４０、第２の構造体５０、および第３の構造体６０を形成する。第１の構造体４０はトランス本体部１０の中央部に配置される構造体であり、第２の構造体５０はトランス本体部１０の上部に配置される構造体であり、第３の構造体６０はトランス本体部１０の下部に配置される構造体である。

第１の構造体４０は、複数の一次側導体層と複数の絶縁体基板と複数の二次側導体層とを互いに積層し、長手方向側面に凸部４３および凹部４４を形成することで作製することができる。また、第１の構造体４０のコア部１２が配置される箇所には貫通孔４９を形成する。

第２の構造体５０は、複数の絶縁体基板を互いに積層し、長手方向側面に凸部５３および凹部５４を、一方の主面に凸部５５および凹部５６をそれぞれ形成することで作製することができる。また、第２の構造体５０のコア部１２が配置される箇所には貫通孔５９を形成する。

第３の構造体６０は、複数の絶縁体基板を互いに積層し、長手方向側面に凸部６３および凹部６４を、一方の主面に凸部６５および凹部６６をそれぞれ形成することで作製することができる。また、第３の構造体６０のコア部１２が配置される箇所には貫通孔６９を形成する。

そして図１５Ａに示すように、第１の構造体４０の一方の主面４６と第２の構造体５０の他方の主面５８とを接着し、第１の構造体４０の他方の主面４７と第３の構造体６０の他方の主面６８とを接着してトランス本体部１０を作製する。第１乃至第３の構造体４０、５０、６０の接着には、例えば熱硬化性樹脂等の接着部材を用いることができる。

その後、図１５Ｂに示すようにトランス本体部１０をコア部材１２ａ、１２ｂで挟むことで、図１５Ｃに示すようにトランス本体部１０にコア部１２を取り付けることができる。このとき、一次側導体層の少なくとも一部および二次側導体層の少なくとも一部がコア部材１２で囲まれるように、トランス本体部１０にコア部１２を配置する。なお、図１５Ｂ、Ｃでは、トランス本体部１０を組み立てた後の凸部および凹部について、凸部１３および凹部１４と符号を付している。

次に、第１の構造体４０の作製方法について、図１６Ａ〜図１６Ｃを用いて詳細に説明する。第１の構造体４０を作製する場合は、まず、図１６Ａに示すように、複数の一次側導体層２１〜２４、複数の絶縁体基板４１ａ〜４１ｉ、および複数の二次側導体層２６〜２９を互いに積層する。具体的には、絶縁体基板４１ａ、両面に二次側導体層２６、２７が形成された絶縁体基板４１ｂ、絶縁体基板４１ｃ、両面に一次側導体層２１、２２が形成された絶縁体基板４１ｄ、絶縁体基板４１ｅ、両面に一次側導体層２３、２４が形成された絶縁体基板４１ｆ、絶縁体基板４１ｇ、両面に二次側導体層２８、２９が形成された絶縁体基板４１ｈ、および絶縁体基板４１ｉをそれぞれ準備し、これらをこの順に積層して互いに接着することで第１の積層体４１を形成する。

各々の絶縁体基板を接着する際は、例えば熱硬化性樹脂等の接着部材を用いることができる。例えば、導体層（一次側導体層および二次側導体層を総称して導体層と記載する）が形成されていない絶縁体基板４１ａ、４１ｃ、４１ｅ、４１ｇ、４１ｉの両面（絶縁体基板４１ａ、４１ｉは片面）に接着部材を配置して各々の絶縁体基板４１ａ〜４１ｉを積層することで、各々の絶縁体基板４１ａ〜４１ｉを接着することができる。絶縁体基板には、例えばガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、紙エポキシ基板、ベークライト基板などを用いることができる。なお、上記で説明した理由から、各々の絶縁体基板には同一の材料で構成された基板を用いることが好ましい。

また、絶縁体基板に導体層を形成する際は、例えば絶縁体基板に導体層を接着剤で接着してもよい。また、例えば絶縁体基板に導体層を成膜して形成してもよい。なお、図１６Ａに示した複数の一次側導体層２１〜２４、複数の絶縁体基板４１ａ〜４１ｉ、および複数の二次側導体層２６〜２９の配置は一例であり、これらの配置はトランス本体部１０の構造に応じて適宜変更することができる。また、導体層間の絶縁性を考慮し、導体層間に配置される絶縁体基板を複数としてもよい。

また、図１７に示すように、片面に導体層が形成された絶縁体基板を積層することで、第１の積層体４１を形成してもよい。すなわち、絶縁体基板７１ａ、片面に二次側導体層２６が形成された絶縁体基板７１ｂ、片面に二次側導体層２７が形成された絶縁体基板７１ｃ、片面に一次側導体層２１が形成された絶縁体基板７１ｄ、片面に一次側導体層２２が形成された絶縁体基板７１ｅ、片面に一次側導体層２３が形成された絶縁体基板７１ｆ、片面に一次側導体層２４が形成された絶縁体基板７１ｇ、片面に二次側導体層２８が形成された絶縁体基板７１ｈ、および片面に二次側導体層２９が形成された絶縁体基板７１ｉをそれぞれ準備し、これらをこの順に積層して互いに接着することで第１の積層体４１を形成してもよい。

また、複数の一次側導体層２１〜２４、複数の絶縁体基板４１ａ〜４１ｉ、および複数の二次側導体層２６〜２９を別々に準備し（つまり、導体層を絶縁体基板と別に準備し）、これらを積層して互いに接着することで第１の積層体４１を形成してもよい。

図１６Ｂに示すように、第１の積層体４１を形成した後、第１の積層体４１の長手方向側面に凸部４３および凹部４４を形成する。また、コア部１２が配置される箇所に貫通孔４９を形成する。このような方法により、図１６Ｃの側面図に示すような第１の構造体４０を作製することができる。

第１の積層体４１の側面に凸部４３および凹部４４を形成する際は、例えばカッターやレーザ加工機を用いることができる。また、第１の積層体４１から複数の第１の構造体４０を切り出す場合は、各々の第１の構造体４０を切り出す際に第１の積層体４１の側面に凸部４３および凹部４４を形成してもよい。つまり、各々の第１の構造体４０を切り出すと同時に第１の積層体４１の側面に凸部４３および凹部４４を形成してもよい。

次に、第２の構造体５０の作製方法について、図１８Ａ〜図１８Ｄを用いて詳細に説明する。第２の構造体５０を作製する場合は、まず、図１８Ａに示すように、複数の絶縁体基板５１ａ〜５１ｃを積層して互いに接着することで第２の積層体５１を形成する。各々の絶縁体基板を接着する際は、例えば熱硬化性樹脂等の接着部材を用いることができる。絶縁体基板には、例えばガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、紙エポキシ基板、ベークライト基板などを用いることができる。なお、上記で説明した理由から、各々の絶縁体基板には同一の材料で構成された基板を用いることが好ましい。

その後、図１８Ｂに示すように、第２の積層体５１の長手方向側面に凸部５３および凹部５４を形成する。また、コア部１２が配置される箇所に貫通孔５９を形成する。更に図１８Ｃに示すように、第２の積層体５１の上面に凸部５５および凹部５６を形成する。このような方法により、図１８Ｄの側面図に示すような第２の構造体５０を作製することができる。

第２の積層体５１の側面に凸部５３および凹部５４を形成する際は、例えばカッターやレーザ加工機を用いることができる。また、第２の積層体５１から複数の第２の構造体５０を切り出す場合は、各々の第２の構造体５０を切り出す際に第２の積層体５１の側面に凸部５３および凹部５４を形成してもよい。また、第２の積層体５１の上面に凸部５５および凹部５６を形成する際も、例えばカッターやレーザ加工機を用いることができる。

なお、第３の構造体６０の作製方法は、第２の構造体５０の作製方法と同様であるので重複した説明は省略する。

このようにして作製した第１乃至第３の構造体４０、５０、６０を、図１５Ａに示すように互いに接着することで、トランス本体部１０を作製することができる。上記で説明したトランスの製造方法では、トランス本体部１０を作製する際に、第１乃至第３の構造体４０、５０、６０の側面に別々に凹凸部を形成している。よって、トランス本体部１０と同一の厚みを有する構造体を形成して当該構造体の側面に凹凸部を形成する場合よりも、凹凸部を形成する構造体を薄くすることができるので、凹凸部の加工が容易になるという利点がある。

なお、第１乃至第３の構造体４０、５０、６０を作製する際は、側面に予め凸部と凹部とが形成された絶縁体基板を用いてもよい。つまり、第１の構造体４０を作製する際に用いる絶縁体基板４１ａ〜４１ｉ（図１６Ａ）の各々、第２および第３の構造体５０、６０を作製する際に用いる絶縁体基板５１ａ〜５１ｃ（図１８Ａ）の各々として、側面に予め凸部と凹部とが形成された絶縁体基板を用いてもよい。このような絶縁体基板を用いた場合は、絶縁体基板を積層した時点で側面に凹凸部が形成されるので、各々の積層体に凹凸部を形成する工程を省略することができる。

また、トランス本体部１０を作製する際は、第１乃至第３の構造体４０、５０、６０を作製することなく、複数の一次側導体層と複数の絶縁体基板と複数の二次側導体層とを互いに積層して、一度でトランス本体部１０を作製してもよい。この場合は、積層体の厚みがトランス本体部１０の厚みと同一となるが、トランス本体部１０の厚みが薄い場合は側面に凹凸部を形成することが可能である。よって、トランス本体部１０の厚みが、側面に凹凸部を形成できる程度に薄い場合は、一度でトランス本体部１０を作製したほうが、トランス本体部１０を作製する際の工程数を少なくすることができる。

また、トランス本体部１０の厚みが厚い場合であっても、例えば側面に予め凹凸部が形成された絶縁体基板を用いることで、第１乃至第３の構造体４０、５０、６０を作製することなく、一度でトランス本体部１０を作製することができる。この製造方法について図１９Ａ〜図１９Ｄを用いて説明する。

まず、図１９Ａに示すように、側面に予め凸部８３と凹部８４とが形成された絶縁体基板を準備する。このとき、絶縁体基板のコア部１２が配置される箇所に予め貫通孔８９を形成してもよい。準備する絶縁体基板の中には、少なくとも一方の面に導体層が形成された絶縁体基板も含まれる。

その後、図１９Ｂに示すように、予め凸部８３と凹部８４とが形成された絶縁体基板を積層して互いに接着して積層体８１を形成する。このとき積層体８１の側面には凸部８３と凹部８４が形成されている。そして、図１９Ｃ、図１９Ｄに示すように、積層体８１の上面に凸部８５および凹部８６を形成し、積層体８１の下面に凸部８７および凹部８８を形成する。このような方法により、トランス本体部１０を作製することができる。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１ トランス
１０ トランス本体部
１１ 基材
１２ コア部
１３ 凸部
１４ 凹部
１５ 一次側
１６ 二次側
１７ 一次側端子
１８ 二次側端子
１９ 貫通孔
２０、２１、２２、２３、２４ 一次側導体層
２５、２６、２７、２８、２９ 二次側導体層
３１ａ、３１ｂ 湾曲形状
４０ 第１の構造体
４１ 第１の積層体
４１ａ〜４１ｉ 絶縁体基板
４３ 凸部
４４ 凹部
４９ 貫通孔
５０ 第２の構造体
５１ 第２の積層体
５１ａ〜５１ｃ 絶縁体基板
５３、５５ 凸部
５４、５６ 凹部
５９ 貫通孔
６０ 第３の構造体
６３、６５ 凸部
６４、６６ 凹部
６９ 貫通孔

Claims (21)

1. 絶縁材料からなる基材と、
   前記基材内に設けられ、一次側端子と電気的に接続されている一次側導体層と、
   前記基材内に設けられ、二次側端子と電気的に接続されている二次側導体層と、を備えるトランス本体部を有し、
   前記一次側導体層および前記二次側導体層は絶縁材料を介して互いに積層されており、
   前記一次側端子と前記二次側端子との間の前記基材の表面の少なくとも一部には凹部および凸部が形成されている、
   トランス。
2. 前記トランスは更に、磁性材料を含み、前記一次側導体層の少なくとも一部および前記二次側導体層の少なくとも一部をそれぞれ囲むように配置されたコア部を有する、請求項１に記載のトランス。
3. 前記基材は複数の絶縁体基板を含み、
   複数の前記一次側導体層と、複数の前記絶縁体基板と、複数の前記二次側導体層とが互いに積層されている、
   請求項１または２に記載のトランス。
4. 前記基材を構成する前記各々の絶縁体基板は同一の材料で構成されている、請求項３に記載のトランス。
5. 前記基材の表面に形成されている凸部間の間隔である空間距離と、前記基材の表面に形成されている前記凹部の側壁および底面に沿った距離である沿面距離とが所定の比になるように前記凹部および凸部が形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトランス。
6. 前記一次側端子と前記二次側端子は前記トランス本体部の長手方向の各々の端部にそれぞれ配置されており、
   前記凹部および凸部は、前記一次側端子と前記二次側端子との間に配置されている前記基材の側面および上下面に形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のトランス。
7. 前記基材の表面に形成されている凸部間の間隔が略等間隔である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のトランス。
8. 前記凸部の先端部の、前記一次側導体層および前記二次側導体層の積層方向と垂直な面における断面形状が湾曲形状である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のトランス。
9. 前記凹部の底面が前記トランス本体部の中心方向に向かって湾曲している、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のトランス。
10. 前記２つの凸部の付け根部分と、当該２つの凸部に挟まれた凹部の底面とにおける断面形状が円弧状である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のトランス。
11. 前記一次側端子の電圧は前記二次側端子の電圧よりも高電圧であり、前記コア部の前記一次側端子側の端部と前記一次側端子との距離は、前記コア部の前記二次側端子側の端部と前記二次側端子との距離よりも長い、請求項２乃至１０のいずれか一項に記載のトランス。
12. 前記一次側端子と前記コア部との間に配置されている凹部および凸部の数は、前記二次側端子と前記コア部との間に配置されている凹部および凸部の数よりも多い、請求項１１に記載のトランス。
13. 前記複数の一次側導体層はスルーホールを介して互いに電気的に接続されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のトランス。
14. 前記複数の一次側導体層は、複数の一次側端子同士を接続することで互いに電気的に接続されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のトランス。
15. 複数の一次側導体層と複数の絶縁体基板と複数の二次側導体層とが互いに積層され、側面に凹部および凸部が形成された第１の構造体を形成し、
    複数の絶縁体基板が互いに積層され、側面および一方の主面に凹部および凸部が形成された第２の構造体を形成し、
    複数の絶縁体基板が互いに積層され、側面および一方の主面に凹部および凸部が形成された第３の構造体を形成し、
    前記第１の構造体の一方の主面と前記第２の構造体の他方の主面とを接着し、前記第１の構造体の他方の主面と前記第３の構造体の他方の主面とを接着してトランス本体部を作製する、
    トランスの製造方法。
16. 更に、前記一次側導体層の少なくとも一部および前記二次側導体層の少なくとも一部をそれぞれ囲むように、前記トランス本体部にコア部を配置する、請求項１５に記載のトランスの製造方法。
17. 前記第１の構造体を形成する際、
    前記複数の一次側導体層と前記複数の絶縁体基板と前記複数の二次側導体層とを互いに積層して第１の積層体を形成し、
    前記第１の積層体の側面に凹部および凸部を形成する、
    請求項１５または１６に記載のトランスの製造方法。
18. 前記第１の積層体を形成する際、
    前記絶縁体基板の少なくとも一方の面に前記一次側導体層を形成し、
    前記絶縁体基板の少なくとも一方の面に前記二次側導体層を形成し、
    前記一次側導体層が形成された絶縁体基板と、前記二次側導体層が形成された絶縁体基板と、前記絶縁体基板とを互いに積層する、
    請求項１７に記載のトランスの製造方法。
19. 前記第２および第３の構造体を形成する際、
    前記複数の絶縁体基板を互いに積層して第２および第３の積層体をそれぞれ形成し、
    前記第２および第３の積層体の側面に凹部および凸部をそれぞれ形成し、
    前記第２の積層体の一方の主面および前記第３の積層体の一方の主面に凹部および凸部をそれぞれ形成する、
    請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載のトランスの製造方法。
20. 前記第１の構造体を形成する際、
    側面に凹部および凸部が形成された絶縁体基板を準備し、
    前記複数の一次側導体層と前記凹部および前記凸部が形成された複数の絶縁体基板と前記複数の二次側導体層とを互いに積層する、
    請求項１５に記載のトランスの製造方法。
21. 前記第２および第３の構造体を形成する際、
    側面に凹部および凸部が形成された絶縁体基板を準備し、
    前記凹部および前記凸部が形成された複数の絶縁体基板を互いに積層して第２および第３の積層体をそれぞれ形成し、
    前記第２の積層体の一方の主面および前記第３の積層体の一方の主面に凹部および凸部をそれぞれ形成する、
    請求項１５または２０に記載のトランスの製造方法。

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