JP2018198253A - コイル構造体、及び回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成体の生産性を高められるコイル構造体を提供する。
【解決手段】回路基板１１の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される上面側パターンコイル部３１と、回路基板の下面に配置される導体板の一部を渦巻状に形成してなる板状コイル部３４とを有する積層コイル部３０を備える。積層コイル部３０は、上面側パターンコイル部３１の一端部の上面に接続される上端部及び板状コイル部３１の一端部の上面に接続される下端部を有する段差吸収部材３７を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイル構造体、及び回路構成体に関する。

車載電装品の通電や遮断などを実行する回路構成体を備える装置として、特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータ装置が知られている。この装置は、ケースに、チョークコイルや変圧器、この変圧器などに接続される第１回路基板などが収容されている。第１回路基板の表面には、プリント配線技術により導電路が形成され、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子部品が実装されている。

特開２０１３−０９９０６２号公報

上述のチョークコイルや変圧器（トランス）などのコイル構造体は、通常、巻線を螺旋状に巻回してなるコイルとコイルの内外に配置される磁性コアとを備える。このコイル構造体は、コイルの軸方向が回路基板の平面に対して直交するようにケース内に配置されている。コイル構造体は、コイルと磁性コアとをそれぞれ用意して組み合わせた後、回路基板などと接続する必要がある。そのため、製造作業が煩雑になり易く、生産性に劣る。

そこで、回路構成体の生産性を高められるコイル構造体を提供することを目的の一つとする。

また、生産性に優れる回路構成体を提供することを目的の一つとする。

本開示に係るコイル構造体は、
回路基板の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される上面側パターンコイル部と、前記回路基板の下面に配置される導体板の一部を渦巻状に形成してなる板状コイル部とを有する積層コイル部を備え、
前記積層コイル部は、前記上面側パターンコイル部の一端部の上面に接続される上端部、及び前記板状コイル部の一端部の上面に接続される下端部を有する段差吸収部材を有する。

本開示に係る回路構成体は、
本開示に係るコイル構造体と、
前記回路基板と、
前記導体板と、
前記導体板に実装される電子部品とを備える。

上記コイル構造体は、回路構成体の生産性を高められる。

上記回路構成体は、生産性に優れる。

実施形態１に係るコイル構造体の概略を示す斜視図である。 実施形態１に係るコイル構造体の概略を示す分解斜視図である。 実施形態１に係るコイル構造体の概略を示す分解斜視図である。 実施形態１に係るコイル構造体の概略を示す断面図である。

《本発明の実施形態の説明》
本発明者らは、回路構成体の生産性を向上するべく、コイル構造体のコイルを回路構成体の一部、即ち、回路基板の回路パターンの一部で構成されるパターンコイル部や、回路基板の下面に配置される電力線路部の一部で構成されるコイル部で構成することを検討した。コイル構造体の中でもコイルのターン数がある程度多く必要な場合には、上記パターンコイル部と上記コイル部とを半田などで接続することが考えられる。その場合、両コイル部同士を半田接続し易いように、上記パターンコイルを回路基板の下面側の回路パターンの一部で構成する。しかし、両コイル部の接続箇所同士が位置ずれする虞がある上に、接続の良否を目視で検査し難い。両コイル部の接続は、パターンコイルの下面（裏面）とコイル部の上面（表面）とでの接続になり、接続箇所が回路基板で隠れて上方視し難く、両コイル部の接続箇所同士を位置合わせし難いからである。そのため、両コイル部の上面同士を接続するために、上記パターンコイルを回路基板の上面側の回路パターンの一部で構成すること考えた。しかし、回路基板の絶縁基板の厚み分の段差が生じるため、その厚み分の半田で両コイル部同士を接続すると半田に過剰な負荷が掛かり易く、接続強度が不十分となる虞がある。本発明者らは、更に検討を重ねた結果、上面同士を繋ぐ部材を別途用いることで、両コイル部の上面同士を接続しつつ接続強度を確保できるとの知見を得た。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一形態に係るコイル構造体は、
回路基板の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される上面側パターンコイル部と、前記回路基板の下面に配置される導体板の一部を渦巻状に形成してなる板状コイル部とを有する積層コイル部を備え、
前記積層コイル部は、前記上面側パターンコイル部の一端部の上面に接続される上端部、及び前記板状コイル部の一端部の上面に接続される下端部を有する段差吸収部材を有する。

上記の構成によれば、回路構成体の生産性を高められる。積層コイル部が回路基板の回路パターンの一部と導体板の一部とを接続して構成されていることで、回路基板と導体板の作製と同時に上面側パターンコイル部及び板状コイル部を作製でき、積層コイル部を回路基板及び導体板と個々に準備する必要がない。また、この両コイル部の上面同士を段差吸収部材で接続することで、回路基板の厚みが厚くても、半田を用いる場合に比較して接続箇所に過剰な負荷が掛かり難いため、接続強度を確保し易い。更に、両コイル部の上面同士を接続するため、その接続箇所を露出させ易くて接続の良否を目視により検査し易い。従って、積層コイル部の作製から接続箇所の検査に亘る作業を簡略化できる。

（２）上記コイル構造体の一形態として、前記段差吸収部材は、前記上端部と前記下端部との間で、前記回路基板の上下に開口する開口部に挿通される中間部を有することが挙げられる。

上記の構成によれば、両コイル部と段差吸収部材との接続箇所を回路基板及び導体板の縁部以外の箇所にも形成できるため、段差吸収部材を接続する両コイル部の一端部の配置位置の制約が少ない。

（３）上記コイル構造体の一形態として、前記板状コイル部の前記一端部を上面視した面積は、前記段差吸収部材の前記下端部を上面視した面積よりも大きいことが挙げられる。

上記の構成によれば、下側にある板状コイル部の一端部の面積がその上側にある段差吸収部材の下端部よりも大きいことで、コイル構造体の上方から段差吸収部材を接続し易い。その上、段差吸収部材と上面側パターンコイル部とを半田で接続する場合、半田が板状コイル部の下方に漏れ難くすることができる。

（４）上記コイル構造体の一形態として、前記板状コイル部の前記一端部は、その外周側に張り出す張出部を有することが挙げられる。

上記の構成によれば、板状コイル部のターンの幅やターン間を過度に大きくすることなく、段差吸収部材を接続させ易くすることができる。

（５）上記コイル構造体の一形態として、
前記積層コイル部は、
前記回路基板の下面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される下面側パターンコイル部と、
前記上面側パターンコイル部の他端部と前記下面側パターンコイル部の一端部とを接続するビアホールとを有することが挙げられる。

上記の構成によれば、回路基板の回路パターンの一部で構成されるパターンコイル部のターン数を多くできるため、積層コイル部のターン数を多くできる。

（６）上記コイル構造体の一形態として、前記段差吸収部材の断面積は、前記上面側パターンコイル部、及び前記板状コイル部の少なくとも一方の断面積以上であることが挙げられる。

上記の構成によれば、段差吸収部材で高抵抗になり難いため、局所的に高抵抗な箇所が形成され難い。

（７）上記コイル構造体の一形態として、前記積層コイル部が配置される磁性コアを備えることが挙げられる。

上記の構成によれば、磁性コアを積層コイルに組み付けるだけで磁気部品を備える回路構成体を構築できる。

（８）本発明の一形態に係る回路構成体は、
上記（１）から（７）のいずれか１つのコイル構造体と、
前記回路基板と、
前記導体板と、
前記導体板に実装される電子部品とを備える。

上記の構成によれば、生産性に優れる。コイル構造体の積層コイル部が、回路構成体に備わる回路基板の一部と導体板の一部とで構成されるため、コイルを別途用意する必要がなく、コイルと磁性コアとをそれぞれ用意して組み合わせた後、導体板や回路基板などに実装する必要がないからである。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明は、コイル構造体、回路構成体の順に行う。図中の同一符号は同一名称物を示す。

《実施形態１》
〔コイル構造体〕
図１〜図４を参照して、実施形態１に係るコイル構造体１Ａを説明する。コイル構造体１Ａは、複数のコイル部を軸方向に積層してコイル部同士を接続した積層コイル部３０（図２、図３）を備える。このコイル構造体１Ａは、代表的には、回路構成体１０に備わる。回路構成体１０は、例えば、図１に示すように、信号回路などを構成する箔状の回路パターン（図示略）が形成される回路基板１１と、回路基板１１の下面に配置される導体板からなり、電力回路を構成する電力線路部１２と、電子部品１３とを備える。この電子部品１３の一つに実施形態に係るコイル構造体１Ａがある。コイル構造体１Ａの積層コイル部３０は、回路基板１１の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される上面側パターンコイル部３１と、導体板の一部を渦巻状に形成してなる板状コイル部（一次側板状コイル部３４）とを有する（図２）。このコイル構造体１Ａの特徴の一つは、積層コイル部３０が、上面側パターンコイル部３１と板状コイル部３４の上面同士を接続する段差吸収部材３５（図２〜図４）を有する点にある。以下、詳細を説明する。

本例では、コイル構造体１Ａが一次コイル部３及び二次コイル部４を有するコイル２と磁性コア６とを備えるトランスであり、一次コイル部３が積層コイル部３０を備える形態を例に説明する。以下の説明では、回路基板１１側（図１〜図４紙面上側）を「上」、電力線路部１２側を「下」としている。説明の便宜上、図２は、二次コイル部を省略して、磁性コア６を含めた一次コイル部３側の分解斜視図を示し、図３は、磁性コアを省略して、一次コイル部３及び二次コイル部４の分解斜視図を示している。

［コイル］
コイル２は、一次コイル部３と二次コイル部４とを備える（図３）。この一次コイル部３及び二次コイル部４は、回路構成体１０の一部で構成される。本例の一次コイル部３は、積層コイル部３０を有し、二次コイル部４は、二次側板状コイル部４１を有する。

（一次コイル部）
〈積層コイル部〉
積層コイル部３０は、上下方向に積層される上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４と、両コイル部３１，３４同士を接続（直列接続）する段差吸収部材３５とを備える（図２〜図４）。本例の積層コイル部３０は、更に上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４との間に介在される下面側パターンコイル部３２と、これらパターンコイル部同士を接続するビアホール３３とを備える。

・上面側パターンコイル部
上面側パターンコイル部３１は、回路基板１１のうち一次側回路基板１１１の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される（図２）。即ち、上面側パターンコイル部３１の材質は、一次側回路基板１１１の回路パターンの材質と同じ銅などが挙げられる。

上面側パターンコイル部３１の形状は、本例では円環状としているが（図３）、矩形状としてもよい。上面側パターンコイル部３１のターンの幅とターン数とは、適宜選択でき、ターンの幅を大きくしてターン数を少なくしてもよいし、ターンの幅を小さくしてターン数を多くしてもよい。本例では、ターンの幅は、一次側板状コイル部３４の各ターンの幅よりも大きく、一次側板状コイル部３４における最内周のターンの内周面と最外周のターンの外周面との間の長さと同等程度とし、ターン数は、１ターンとしている。上面側パターンコイル部３１の厚みは、一次側回路基板１１１（図１，図２）におけるその他の箔状の回路パターンの厚みと同じで、例えば、２０μｍ以上２００μｍ以下が挙げられる。その他の箔状の回路パターンとは、例えば、下面側パターンコイル部３２、後述する上面側パターン片部３６の他、後述するＦＥＴ１３ｆのゲート端子Ｇ（図１、図２）が接続される回路パターン（図示略）などが挙げられる。この厚みは、更に１５０μｍ以下、１２０μｍ以下、特に１００μｍ以下であると、より薄型の一次側回路基板１１１とすることができる。この厚みは、更に、５０μｍ以上とすることができる。

上面側パターンコイル部３１の一端部は、図２，図４に示すように、一次側回路基板１１１の絶縁膜１１６から露出され、上面側パターンコイル部３１の他端部及びターンは、一次側回路基板１１１の絶縁膜１１６に覆われている。上面側パターンコイル部３１の一端部は、一次側板状コイル部３４の内周端部３４１と重ならないように周方向にずれて配置され、段差吸収部材３５により内周端部３４１に電気的に接続されている（図２，図４）。上面側パターンコイル部３１の他端部は、その一端部よりも径方向外側にずれて下面側パターンコイル部３２の一端部と重なるように配置され、ビアホール３３により下面側パターンコイル部３２の一端部に電気的に接続されている（図３）。即ち、上面側パターンコイル部３１の他端部は、内周端部３４１の上方に重ならない。そうして、下面側パターンコイル部３２と干渉することなく、段差吸収部材３５の配置スペースを確保している。

・下面側パターンコイル部
下面側パターンコイル部３２は、一次側回路基板１１１の下面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される（図２）。下面側パターンコイル部３２を備えることで、一次コイル部３のターン数を多くできる。下面側パターンコイル部３２の材質は、上面側パターンコイル部３１と同様、銅などが挙げられる。

下面側パターンコイル部３２の形状は、上面側パターンコイル部３１と同様、本例では円環状としているが（図３）、矩形状としてもよい。下面側パターンコイル部３２の幅とターン数とは、上面側パターンコイル部３１と同様適宜選択でき、本例では、幅は上面側パターンコイル部３１の幅と同等とし、ターン数は、上面側パターンコイル部３１と同じ１ターンとしている。下面側パターンコイル部３２の厚みは、本例では上面側パターンコイル部３１の厚みと同等としているが、異ならせてもよい。

下面側パターンコイル部３２の両端部及びターンは、一次側回路基板１１１の絶縁膜１１６に覆われている（図２）。下面側パターンコイル部３２の一端部は、上述の通り、上面側パターンコイル部３１の他端部に電気的に接続される。下面側パターンコイル部３２の他端部は、後述する上面側パターン片部３６に電気的に接続され、一次コイル部３の出力（入力）端部を構成する。これらの電気的接続は、それぞれビアホール３３により行える。下面側パターンコイル部３２の他端部は、下面側パターンコイル部３２のターンから径方向外側に突出して形成されている（図２，図３）。それにより、上面側パターン片部３６が上面側パターンコイル部３１と干渉しないようにしている。

・ビアホール
ビアホール３３は、上面側パターンコイル部３１と下面側パターンコイル部３２とを電気的に接続する（図３）。このビアホール３３により、パターンコイル部のターン数を多くすることができる。ビアホール３３の形成箇所は、上面側パターンコイル部３１の他端部と下面側パターンコイル部３２の一端部としている。ビアホール３３の数は、適宜選択でき、ここでは複数としている。

なお、一次側回路基板１１１を多層基板で構成すれば、上面側パターンコイル部３１と下面側パターンコイル部３２との間に１つ以上のパターンコイル部を介在させられる。そうすれば、積層コイル部３０は、パターンコイル部のターン数を増やせる。

・一次側板状コイル部
一次側板状コイル部３４は、電力線路部１２（図１）のうち一次側回路基板１１１の下面に配置される一次側電力線路部１２１の一部を渦巻状に形成して構成される（図２、図３）。即ち、一次側板状コイル部３４の材質は、一次側電力線路部１２１の材質と同じ銅や銅合金などが挙げられる。本例では、一次側電力線路部１２１における一つの一次側導体片１２１ａ（一次コイル部３の入力側）の一部を渦巻状に形成している。このように一次側板状コイル部３４が一次側電力線路部１２１の一部で構成されているため、コイル２を別途用意する必要がなく、コイル２と磁性コア６とをそれぞれ用意して組み合わせた後、コイル２を一次側電力線路部１２１などに実装する必要がない。一次側板状コイル部３４は、各ターンが一次側電力線路部１２１の他部と同一平面上に位置する平面コイルである。一次側電力線路部１２１の他部とは、電力線路部１２のうち一次側電力線路部１２１における他の一次側導体片１２１ｂ（一次コイル部３の出力側）、１２１ｃなどが挙げられる。これら一次側導体片１２１ａ〜１２１ｃは、後述の二次側導体片１２２ａ〜１２２ｃ（図１）と同一平面上に位置する。

一次側板状コイル部３４（渦巻）の形状（外形）は、上面側パターンコイル部３１と同様、本例では円形状としているが、矩形状としてもよい。一次側板状コイル部３４のターン数は、所望のインダクタンスに応じて適宜選択でき、４ターンを例示している（図２、図３）。各ターン間の間隔は、略等間隔である。

一次側板状コイル部３４の厚みは、一次側電力線路部１２１を構成する導体板の厚さと同じで、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が挙げられる。この厚みが０．３ｍｍ以上であれば、一次側板状コイル部３４の断面積を大きく確保し易い。その上、この厚さを有する素材板から所定の形状、寸法の一次側板状コイル部３４を精度よく打ち抜き易くて製造性に優れるからである。この厚みが３．０ｍｍ以下であれば、積層コイル部３０を小型化し易い。それは、一次側板状コイル部３４の厚みが過度に厚すぎないからである。また、ターン間の間隔を過度に大きくする必要がないからである。導体板を打ち抜く場合、打ち抜きに利用する金型の劣化を抑制するために導体板の厚みが厚いほど形成するターン間の間隔を大きくする必要がある。この厚みは、０．４ｍｍ以上、更に０．５ｍｍ以上とすることができる。また、この厚みは、２．０ｍｍ以下、１．９ｍｍ以下、更に１．８ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１．２ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下であると、一次側板状コイル部３４をより小型にできる。

一次側板状コイル部３４の断面積は、上面側パターンコイル部３１の断面積に対して、過度に小さ過ぎたり大き過ぎたりしない大きさが好ましい。そうすれば、一次側板状コイル部３４と上面側パターンコイル部３１の一方が他方に対して高抵抗になり難い。例えば、「（一次側板状コイル部３４の断面積）：（上面側パターンコイル部３１の断面積）＝１：（０．８以上１．２以下）」を満たすことが好ましい。上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４の断面積とは、それぞれの端部を除くターンの断面積とする。

一次側板状コイル部３４は、渦巻の最内周に配置される内周端部３４１と、渦巻の最外周に配置される外周端部３４２とを有する（図２，図３）。内周端部３４１は、上面視したとき、上面側パターンコイル部３１の一端部から露出する位置にずれて配置されて、段差吸収部材３５で上面側パターンコイル部３１に電気的に接続される。そのため、段差吸収部材３５を接続し易い上に、接続の良否を上方から目視により検査し易い。内周端部３４１を上面視した面積は、段差吸収部材３５の下端部３５２（後述）を上面視した面積よりも大きいことが好ましい。そうすれば、コイル構造体１Ａの上方から段差吸収部材３５を接続し易い。その上、段差吸収部材３５と上面側パターンコイル部３１とを半田で接続する場合、半田の一次側板状コイル部３４の下方への漏れを抑制し易い。この内周端部３４１は、その外側に張り出す張出部３４１ａを有することが好ましい。即ち、内周端部３４１を構成する導体の幅は、ターンを構成する導体の幅よりも広い。そうすれば、各ターンを構成する導体の幅やターン間を過度に大きくすることなく、段差吸収部材３５を接続させ易い。この張出部３４１ａの形状は、適宜選択でき、本例では台形状としている。外周端部３４２は、一次側導体片１２１ａに連続しており、一次コイル部３の入力（出力）端部を構成する。

一次側板状コイル部３４の製造は、代表的には、一枚の平板導体を所望の配線パターンに打抜加工することで行える。その際、平板導体の一部を所望の渦巻形状に打ち抜くことで一次側板状コイル部３４を製造できる。加工条件は、ターン数や１ターンの幅などが所定の値となるように調整するとよい。１ターンの幅を狭くすればターン数を増大し易く、導体板の厚さにもよるが、１ターンの幅をある程度広くすると、高精度に打ち抜き易く、形状精度、寸法精度に優れる一次側板状コイル部３４を得易い。１ターンの幅は、例えば、導体板の厚さの１．３倍以上、更に１．５倍以上であると精度よく打ち抜き易い。

一次側板状コイル部３４の下面は、絶縁層１６を介して下方側の連結部６３（図４）及び放熱部材１５（図４）の上に配置されている（共に後述する）。そのため、一次側板状コイル部３４の熱を放熱部材１５に放熱できる。

・段差吸収部材
段差吸収部材３５は、上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４とを電気的に接続する（図２〜図４）。この段差吸収部材３５は、図４に示すように、上面側パターンコイル部３１の一端部の上面に接続される上端部３５１と、一次側板状コイル部３４の一端部（ここでは内周端部３４１）の上面に接続される下端部３５２とを備える。この段差吸収部材３５の上端部３５１と下端部３５２との間の中間部３５３は、一次側回路基板１１１の接続用開口部１１７（ここでは貫通孔）に挿通される。段差吸収部材３５は、上端部３５１と下端部３５２とで一次側回路基板１１１の厚み分の段差が形成されるようにＳ字状にその途中が屈曲する板片で構成されている。この板片は、短尺の平角線で構成できる。この段差吸収部材３５により、一次側回路基板１１１の厚みがあっても、上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４とを接続できて積層コイル部３０を形成できる。また、上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４の上面同士を接続するため、接続し易い上に、接続の良否を目視で検査し易い。

段差吸収部材３５の断面積（横断面積）は、上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４の少なくとも一方の断面積以上であることが好ましい。そうすれば、段差吸収部材３５が高抵抗部になり難い。

段差吸収部材３５の材質は、上面側パターンコイル部３１や一次側板状コイル部３４と同様、銅や銅合金などの導電材料が挙げられる。

段差吸収部材３５の上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４に対する電気的接続は、接続金属材料、代表的には半田（図示略）を用いることができる。この半田による接続は、リフロー方式で行うことができる。即ち、段差吸収部材３５を上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４に載置する前に、予め所定の位置にハンダペーストを例えば塗布しておく。そして、段差吸収部材３５をハンダペーストに載せてから加熱することで段差吸収部材３５を上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４に接続する。このように段差吸収部材３５と上面側パターンコイル部３１及び一次側板状コイル部３４との接続を半田のリフロー方式で行えることで、その接続作業性に優れる。

（上面側パターン片部）
上面側パターン片部３６は、一次コイル部３の出力（入力）端部に接続される（図２，図３）。本例では、上面側パターン片部３６は、下面側パターンコイル部３２の他端部と電気的に接続される。上面側パターン片部３６は、上面側パターンコイル部３１と同一平面上で、上面側パターンコイル部３１と同様、一次側回路基板１１１の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される。即ち、上面側パターン片部３６の材質は、銅などが挙げられる。上面側パターン片部３６の一端側には、上面側パターン片部３６と下面側パターンコイル部３２の他端部（出力（入力）端部）とを電気的に接続するビアホール３３が形成され、他端側には、貫通孔３６２が形成されている（図３）。貫通孔３６２は、一次側回路基板１１１の接続用開口部１１７（図２）により形成され、上面側パターン片部３６と、一次側電力線路部１２１における他の一次側導体片１２１ｂ（一次コイル部３の出力（入力）側）と電気的に接続する段差吸収部材３７が挿通される。この段差吸収部材３７は、上述の段差吸収部材３５と同様である。

（二次コイル部）
二次コイル部４は、一次側板状コイル部３４と同様、電力線路部１２のうち二次側回路基板１１２の下面に配置される二次側電力線路部１２２の導体板の一部で構成される二次側板状コイル部４１を備える（図３）。即ち、二次側板状コイル部４１の材質は、二次側電力線路部１２２の材質と同じ銅や銅合金などが挙げられる。本例では、二次側電力線路部１２２における二次側導体片１２２ａ、１２２ｂの一部で二次コイル部４を構成している（図３）。

二次側板状コイル部４１の形状は、一次側板状コイル部３４と同様、本例では円環状としているが（図３）、矩形状としてもよい。二次側板状コイル部４１は、一次コイル部３の上方で放熱シート５（後述）を介して一次コイル部３と同軸上に配置されている。二次側板状コイル部４１の両端部４２は、二次コイル部４の入力端部、出力端部を構成する。この両端部４２は、二次側回路基板１１２に下方に配置される二次側導体片１２２ａ、１２２ｂに連続している。この両端部４２と二次側導体片１２２ａ、１２２ｂとの連続箇所は、放熱シート５と二次側回路基板１１２と接着層１４（後述）の合計厚み分の段差が形成されるように適宜屈曲させている。

二次側板状コイル部４１のターン数は、適宜変更でき、本例では１ターンとしている。即ち、二次コイル部４のターン数は、一次コイル部３のターン数よりも少ないが、多くてもよい。二次側板状コイル部４１のターンの幅は、一次側板状コイル部３４の各ターンの幅よりも大きく、一次側板状コイル部３４における最内周のターンの内周面と最外周のターンの外周面との間の長さと同等程度としている。二次側板状コイル部４１の厚みは、本例では一次側板状コイル部３４の厚みと同等としているが、異ならせてもよい。

二次側板状コイル部４１の製造は、一次側板状コイル部３４と同様、平板導体を打抜加工することで行える。本例では、上述したように二次側板状コイル部４１のターンの幅が大きいため、高精度に打ち抜き易く、形状精度、寸法精度に優れる。

なお、二次側板状コイル部４１は、二次側電力線路部１２２とは独立して形成することも可能である。その場合、二次側板状コイル部４１の両端部４２は、二次側電力線路部１２２の二次側導体片１２２ａ、１２２ｂの所定の位置に電気的に接合すればよい。この電気的接続は、半田の他、溶接を用いることができる。二次側板状コイル部４１を二次側電力線路部１２２とは独立して形成する場合、上述のように、二次コイル部４から二次側導体片１２２ａ，１２２ｂに接続する箇所が段差形状であっても、精度よく成形できる。

［磁性コア］
磁性コア６は、本例では一次コイル部３と二次コイル部４とを磁気結合する部材である（図１、図２、図４）。この磁性コア６は、中脚部６１と、一対の側脚部６２と、一対の連結部６３とを備える。中脚部６１の外周には、一次コイル部３及び二次コイル部４が同軸状に積層配置される。一対の側脚部６２は、中脚部６１の軸方向に沿って配置され、中脚部６１を挟むように対向配置される。一対の連結部６３は、並列されるこれら三つの脚部６１，６２，６２を挟むように対向配置される。これら各部材の形状は、適宜選択でき、本例では、中脚部６１の形状は円柱状、両側脚部６２の形状は角柱状、連結部６３の形状は平面視リボン型の平板状としている。両側脚部６２におけるコイル２側の面は、コイル２の外周面に沿って湾曲する湾曲面で構成されている。

磁性コア６の分割形態は、適宜選択でき、分割された複数のコア片を組み合わせて閉磁路を形成するＥＩ型としている。本例では、上方のコア片は、一つの連結部６３とその内面に立設される上記三つの脚部６１，６２，６２とを備えるＥ型コアであり、下方のコア片は、一つの連結部６３からなるＩ型コアである。一方のコア片をＩ型コアとすると、中脚部６１が無く、放熱部材１５における載置面が平坦な状態で、トランスのコイル２を構成する電力線路部１２や回路基板１１などを積層配置できるため、組立作業性に優れる。Ｉ型コアとＥ型コアとは、接着剤などで固定したり、板バネなどを用いて互いに押圧させることで接触状態を保持したりすることができる。その他の分割形態は、例えば、ＥＥ型などが挙げられる。

磁性コア６（コア片）の構成材料には、例えばフェライトコアなどの焼結体、軟磁性材料の粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体、軟磁性材料の粉末と樹脂とを含む複合材料の成形体、電磁鋼板などの軟磁性材料の板材を積層した積層体などが挙げられる。上記構成材料には公知の材料を利用できる。その他、磁性コア６は、必要に応じて磁気ギャップ（図示せず）を備えることができる。

磁性コア６は、その一部（ここでは、下方の連結部６３）が後述の放熱部材１５の収納凹部１５１（図４）に収納されている。それにより、磁性コア６の高さが高くなることなく磁性コア６の熱を効果的に放熱することができる。

［その他］
コイル構造体１Ａは、更に、放熱シート５（図３，図４）を備えることができる。

（放熱シート）
放熱シート５は、二次コイル部４の熱を一次コイル部３を介して放熱部材１５に伝達する。放熱シート５は、一次コイル部３と二次コイル部４との間に介在される。放熱シート５の形状は、一次コイル部３及び二次コイル部４と同様の形状、ここでは円環状としている。放熱シート５の幅は、上面側パターンコイル部３１及び二次側板状コイル部４１の幅よりも少し大きくしている。放熱シート５の構成材料には、放熱性に優れるもの、例えばフィラーを含む樹脂からなるものなどが利用できる。また、放熱シート５は、比較的低硬度で柔軟性に優れるものであると、一次コイル部３及び二次コイル部４に密着し易く好ましい。

〔コイル構造体の製造〕
コイル構造体１Ａの製造は、コイル２と磁性コア６とを準備する準備工程と、コイル２と磁性コア６とを組み合わせて、コイル２に磁性コア６が配置されたコイル構造体１Ａを作成する組立工程とを備えるコイル構造体の製造方法により行える。

［準備工程］
コイル２の準備は、一次コイル部３と二次コイル部４とをそれぞれ準備することで行う。一次コイル部３の準備は、上面側パターンコイル部３１が形成された一次側回路基板１１１と、一次側板状コイル部３４を有する一次側電力線路部１２１と、段差吸収部材３５とを準備し、上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４とを段差吸収部材３５で接続することで行える。一次側板状コイル部３４は、一枚の平板導体を所望の配線パターンに打ち抜く打抜加工により一次側電力線路部１２１を作製する際に、平板導体の一部を所望の渦巻形状に打ち抜くことで作製する。段差吸収部材３５の接続は、上述したように半田のリフロー方式により行える。二次コイル部４の準備は、二次側板状コイル部４１を有する二次側電力線路部１２２を準備することで行う。二次側板状コイル部４１の作製は、一次側板状コイル部３４と同様である。

［組立工程］
組立工程は、コイル２と磁性コア６とを組み合わせる。まず、磁性コア６の下方の連結部６３（Ｉ型コア）を所定の位置に配置する。ここでは、放熱部材１５の収納凹部１５１に収納する。Ｉ型コアの上面に、一次コイル部３、二次コイル部４をその順に積層する。その際、一次コイル部３と二次コイル部４とを同軸上に配置すると共に、両コイル部３，４の軸がＩ型コアの上面に対して直交するように配置する。放熱シート５を両コイル部３，４の間に介在させる場合には、放熱シート５と両コイル部３，４とを同軸上に配置する。次に、磁性コア６のＥ型コアの中脚部６１をコイルの内周に挿通させ、Ｅ型コアの両側脚部６２をその端面がＩ型コアの上面に対向配置されるように、Ｅ型コアをコイルの上から配置する。

なお、上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４とを段差吸収部材３５で接続する前に、一次側回路基板１１１、一次側電力線路部１２１、及び二次側板状コイル部４１を磁性コア６と組み付けてもよい。その後、段差吸収部材３５を所定の位置に配置して上面側パターンコイル部３１と一次側板状コイル部３４とを接続してもよい。

［用途］
コイル構造体１Ａは、自動車用電気接続箱に備わる回路構成体の構成部材に好適に利用可能である。また、コイル構造体１Ａは、直流電圧変換装置、ＡＣ／ＤＣ変換装置、ＤＣ／ＡＣインバータなどの大電流パワー回路用基板の構成部材に好適に利用可能である。これらの構成部材は、例えば、チョークコイル、トランス、ノイズフィルタなどが挙げられる。

〔回路構成体〕
回路構成体１０は、実施形態１の冒頭で説明したように、信号回路の他、パワー回路の一部、電流や電圧の検知回路などを構成する箔状の回路パターンが形成される上面を有する回路基板１１と、回路基板１１の下面に配置されて電力回路を構成する電力線路部１２と、電子部品１３とを備える（図１）。

［回路基板］
回路基板１１は、本例では少なくとも一次側回路基板１１１と二次側回路基板１１２とを備える。一次側回路基板１１１及び二次側回路基板１１２は、主たる構成要素は共通しており、それぞれ絶縁基板１１５（図４）と、その上下面にそれぞれ形成される二層の回路パターン（図４では一次側のみ示す）と、各パターンを覆って保護する絶縁膜１１６（図４では一次側のみ示す）とを備える。

一次側回路基板１１１における回路パターンは、上述の上面側パターンコイル部３１、下面側パターンコイル部３２、及び上面側パターン片部３６に加えて、その他の電子部品１３（ＦＥＴ１３ｆのゲート端子Ｇ）が接続される回路パターン（図示略）を有する（図２）。二次側回路基板１１２の回路パターンは、その他の電子部品１３（ＦＥＴ１３ｆのゲート端子Ｇ）が接続されるパターン（図示略）を有する。

一次側回路基板１１１には、磁性コア６の中脚部６１を挿通させる挿通孔、段差吸収部材３５を挿通させる接続用開口部１１７（ここでは貫通孔）、その他の電子部品１３（ここではＦＥＴ１３ｆ）の一部を電力線路部１２に実装させるための配置用開口部１１８（ここでは貫通孔）などが形成されている。接続用開口部１１７は、周囲が囲まれた貫通孔で構成しているが、周囲の一部が開口する切欠で構成してもよい。二次側回路基板１１２には、図示は省略しているが、一次側回路基板１１１と同様の配置用開口部（貫通孔）が形成されている。

回路基板１１の厚みは、例えば０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が挙げられる。回路パターンは、銅箔で形成されている。この回路基板１１は、プリント基板（ＰＣＢ）を用いることができる。

［電力線路部］
電力線路部１２は、本例では少なくとも一次側電力線路部１２１と二次側電力線路部１２２と備える（図１）。即ち、本例の電力線路部１２は、複数の導体板を備える。一次側電力線路部１２１及び二次側電力線路部１２２はそれぞれ、互いに間隔をあけて配置される複数の一次側導体片１２１ａ〜１２１ｃ及び二次側導体片１２２ａ〜１２２ｃを有する（図１、図３）。一次側導体片１２１ａ〜１２１ｃ及び二次側導体片１２２ａ〜１２２ｃは同一平面上に位置する。複数の一次側導体片１２１ａ〜１２１ｃのうち一つの一次側導体片１２１ａは、一次側板状コイル部３４を有し、複数の二次側導体片１２２ａ〜１２２ｃのうち、一連の二次側導体片１２２ａ、１２２ｂは、二次側板状コイル部４１を有する。一次側電力線路部１２１と二次側電力線路部１２２は、銅や銅合金などの導体板からなり、その厚みは、上述した一次側板状コイル部３４及び二次側板状コイル部４１の厚みと同じ０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が挙げられる。

［電子部品］
電子部品１３は、コイル構造体１Ａの他に、例えば、半導体素子、コンデンサ（Ｃ）、変流器（ＣＴ）などが挙げられる。半導体素子は、例えば、リレーやＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トランジスタといったスイッチング素子が挙げられる。これらのコイル構造体１Ａ以外の電子部品１３として、図１では、回路基板１１の上面のパターンと電力線路部１２との両方に実装されるＦＥＴ１３ｆを例示している。図１に示すＦＥＴ１３ｆは、ゲート端子Ｇと、ソース端子Ｓと、ドレイン端子Ｄとを備える。このＦＥＴ１３ｆは、例えば、図１左下に示すように、ゲート端子Ｇが一次側回路基板１１１のパターン（図示略）に接続され、ソース端子Ｓとドレイン端子Ｄとが一次側電力線路部１２１において互いに独立する一次側導体片１２１ａ，１２１ｃに接続される。これらの接続は、段差吸収部材３５の接続と同様、半田を用いることができる。半田による接続は、リフロー方式で行える。

［その他］
回路構成体１０は、更に、接着層１４、放熱部材１５、及び絶縁層１６の少なくとも一つを備えることができる（図４）。

（接着層）
接着層１４は、回路基板１１と電力線路部１２とを接着する。この接着層１４は、回路基板１１と電力線路部１２との間に介在される。即ち、接着層１４は、一次側回路基板１１１（下面側パターンコイル部３２を覆う絶縁膜１１６）の下面と一次側板状コイル部３４との間にそれぞれ介在されて両部材同士を接着する（図４）。接着層１４は、例えば、高耐熱性アクリル系粘着剤、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤が挙げられる。

（放熱部材）
放熱部材１５は、電力線路部１２の熱を放出する。この放熱部材１５は、電力線路部１２及び磁性コア６の下方に配置される。即ち、一次側板状コイル部３４及び二次側板状コイル部４１の熱を放熱する。放熱部材１５の構成材料は、熱伝導性に優れる金属材料が挙げられる。その金属材料は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などが挙げられる。放熱部材１５は、電力線路部１２を載置する載置面と、磁性コア６の一部を収納する収納凹部１５１とを備える。

載置面は、本例では一次側電力線路部１２１と二次側電力線路部１２２とをそれぞれ載置する平坦な平面で構成されている。

収納凹部１５１は、ここでは下方側の連結部６３を収納する。この収納凹部１５１は、上記載置面に開口し、載置面から下側に向かって設けられている。収納凹部１５１の形状は、磁性コア６における収納対象（下方側の連結部６３）の形状に対応した形状、上記収納対象の形状に沿った形状とすることが挙げられ、ここではリボン型である。収納凹部１５１の内寸は、上記収納対象の大きさに応じて適宜調整するとよい。この内寸は上記収納対象の外寸よりも若干大きく、上記収納対象を挿入し易い。収納凹部１５１の形状を上記収納対象の形状に沿った形状とすれば、収納凹部１５１と上記収納対象との隙間を小さくし易い。それにより、コイル２の熱を磁性コア６を介して放熱部材１５に伝え易いため、コイル２の熱を放出し易い。収納凹部１５１の深さは、本例では下方側の連結部６３の高さ（図４では上下方向の長さ）と同等程度としている。そのため、下方側の連結部６３の上面は、上記載置面に実質的に面一である。それにより、一次側板状コイル部３４と、一次側導体片１２１ａ〜１２１ｃと、二次側導体片１２２ａ〜１２２ｃとを実質的にフラットにできる。収納凹部１５１は、切削加工、パンチなどを用いた塑性加工、鋳造など適宜な方法によって形成することができる。

（絶縁層）
絶縁層１６は、電力線路部１２と放熱部材１５との間を絶縁する。絶縁層１６は、電力線路部１２と放熱部材１５との間に介在されている。即ち、放熱部材１５及び下方側の連結部６３と一次側板状コイル部３４との間に介在されて、それらの部材同士の間の電気的絶縁性を高める。絶縁層１６の構成材料が一次側板状コイル部３４のターン間に介在される場合には、ターン間の絶縁性を高めたり、一次側板状コイル部３４の放熱性を高めたりすることができる。

絶縁層１６の構成材料は、絶縁性樹脂やセラミックスなどが挙げられる。絶縁層１６の構成材料は、特に、熱伝導性に優れる絶縁性樹脂であることが好ましい。具体的な樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂が挙げられる。この樹脂には、放熱シート５と同様、無機フィラーが含有されていることが好ましい。そうすれば、絶縁層１６を介して電力線路部１２の熱を放熱部材１５に伝達し易い。絶縁層１６は、上記絶縁性樹脂の接着剤で構成されていてもよい。

〔作用効果〕
実施形態１に係るコイル構造体１Ａによれば、以下の効果を奏することができる。

積層コイル部３０を回路基板１１及び電力線路部１２と個々に準備する必要がない。積層コイル部３０の上面側パターンコイル部３１が、回路基板１１に備わる一次側回路基板１１１の回路パターンの一部で構成され、積層コイル部３０の一次側板状コイル部３４が、電力線路部１２に備わる一次側電力線路部１２１の一部で構成されているからである。即ち、回路基板１１と電力線路部１２の作製と同時に各コイル部３１，３４を作製できる。

両コイル部３１，３４の接続強度を確保できる。両コイル部３１，３４の上面同士を段差吸収部材３５により接続することで、絶縁基板１１５（一次側回路基板１１１）の厚みが厚くても、段差吸収部材３５を用いずに半田で接続する場合に比較して、両コイル部３１，３４同士を無理なく接続できるからである。

両コイル部３１，３４の接続の良否を目視により検査し易い。段差吸収部材３５で接続される上面側パターンコイル部３１の一端部と一次側板状コイル部３４の内周端部３４１とが、上面視したとき互いにずれて位置することで、接続箇所を露出させられるからである。

従って、積層コイル部３０の作製から接続箇所の検査に亘る作業を簡略化できるため、回路構成体１０の生産性を高められる。

本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。

１Ａ コイル構造体
２ コイル
３ 一次コイル部
３０ 積層コイル部
３１ 上面側パターンコイル部
３２ 下面側パターンコイル部
３３ ビアホール
３４ 一次側板状コイル部
３４１ 内周端部
３４１ａ 張出部
３４２ 外周端部
３５ 段差吸収部材
３５１ 上端部
３５２ 下端部
３５３ 中間部
３６ 上面側パターン片部
３６２ 貫通孔
３７ 段差吸収部材
４ 二次コイル部
４１ 二次側板状コイル部
４２ 端部
５ 放熱シート
６ 磁性コア
６１ 中脚部
６２ 側脚部
６３ 連結部
１０ 回路構成体
１１ 回路基板
１１１ 一次側回路基板
１１２ 二次側回路基板
１１５ 絶縁基板
１１６ 絶縁膜
１１７ 接続用開口部
１１８ 配置用開口部
１２ 電力線路部
１２１ 一次側電力線路部
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ 一次側導体片
１２２ 二次側電力線路部
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ 二次側導体片
１３ 電子部品
１３ｆ ＦＥＴ
Ｄ ドレイン端子
Ｓ ソース端子
Ｇ ゲート端子
１４ 接着層
１５ 放熱部材
１５１ 収納凹部
１６ 絶縁層

Claims (8)

1. 回路基板の上面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される上面側パターンコイル部と、前記回路基板の下面に配置される導体板の一部を渦巻状に形成してなる板状コイル部とを有する積層コイル部を備え、
   前記積層コイル部は、前記上面側パターンコイル部の一端部の上面に接続される上端部、及び前記板状コイル部の一端部の上面に接続される下端部を有する段差吸収部材を有するコイル構造体。
2. 前記段差吸収部材は、前記上端部と前記下端部との間で、前記回路基板の上下に開口する開口部に挿通される中間部を有する請求項１に記載のコイル構造体。
3. 前記板状コイル部の前記一端部を上面視した面積は、前記段差吸収部材の前記下端部を上面視した面積よりも大きい請求項１又は請求項２に記載のコイル構造体。
4. 前記板状コイル部の前記一端部は、その外周側に張り出す張出部を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイル構造体。
5. 前記積層コイル部は、
   前記回路基板の下面側に形成される箔状の回路パターンの一部で構成される下面側パターンコイル部と、
   前記上面側パターンコイル部の他端部と前記下面側パターンコイル部の一端部とを接続するビアホールとを有する請求項１から請求項４のいずれか１項にコイル構造体。
6. 前記段差吸収部材の断面積は、前記上面側パターンコイル部、及び前記板状コイル部の少なくとも一方の断面積以上である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコイル構造体。
7. 前記積層コイル部が配置される磁性コアを備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイル構造体。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコイル構造体と、
   前記回路基板と、
   前記導体板と、
   前記導体板に実装される電子部品とを備える回路構成体。

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