JP5590085B2 - 平面コイルの中間体および平面コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平面コイルの中間体および平面コイルの製造方法に関するものである。

特許文献１においては、磁性体基板と、該磁性体基板上に形成されている樹脂層と、該樹脂層に埋め込まれて形成された平面コイル導体と、を有するコイル部品の製造方法が開示されている。製造工程において、磁性体基板を用意するステップと、磁性体基板上に樹脂層を形成するステップと、樹脂層に、コイル状の凸部を有する金型を押し付けて、コイル状の溝を形成するステップと、溝内に導電性金属を充填させて平面コイル導体を形成するステップと、を有する。

特開２０１０−８７０３０号公報

ところで、上記のコイル部品の製造方法では、巻数が変わるたびに新しい金型が必要となり、コストが高くなる。また、金型製作に時間がかかり、急な仕様（巻数）変更に対応できない。

本発明の目的は、巻数の設計自由度が高い平面コイルの中間体および平面コイルの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、螺旋状に巻線部が形成されるとともに前記巻線部における周方向に延びる各周の全ての線を径方向に繋ぐ繋ぎ部が形成された金属板と、前記金属板が一方の面に接着又は接合された絶縁基板とを有することを要旨とする。
請求項１に記載の発明によれば、１つの設備で金属板の切断部分を変えるだけで複数種類の平面コイルを製造可能となる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の平面コイルの中間体において、前記絶縁基板の他面には導電線が形成されるとよい。
請求項３に記載のように、請求項２に記載の平面コイルの中間体において、前記導電線は巻かれた形状であり、前記金属板における周方向に延びる線に対して対称的に配置されると、接着強度が向上する。

請求項４に記載のように、請求項３に記載の平面コイルの中間体において、前記金属板における周方向に延びる線のうちの一部はトランスの１次巻線を構成し、前記導電線はトランスの２次巻線を構成しているとよい。
請求項５に記載のように、請求項４に記載の平面コイルの中間体において、前記金属板と前記導電線とのうち少なくとも一方には放熱部材が熱的に接合されていると、放熱効率が向上する。

請求項６に記載の発明では、金属板を打ち抜いて螺旋状の巻線部を形成するとともに螺旋状の巻線部における周方向に延びる各周の線を径方向に繋ぐ繋ぎ部を形成する第１工程と、基板に前記第１工程で打ち抜いた金属板を接着する第２工程と、前記第２工程で接着した金属板に対し、前記基板ごと不要部分を金型で打ち抜いて少なくとも１ターンが電流が流れる実効線分で形成され、少なくとも１ターンが電流が流れないダミー線分で形成されるようにする第３工程と、を有することを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、１つの設備で切断部分を変えるだけで複数種類の平面コイルを製造可能となる。

本発明によれば、巻数の設計自由度が高い平面コイルを提供することができる。

（ａ）は第１の実施形態の平面コイルの平面図、（ｂ）は平面コイルの正面図。 （ａ）は図１（ａ）のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）は平面コイルの平面図、（ｂ）は同じく正面図。 図３（ａ）のＡ部拡大図。 （ａ）は平面コイルの平面図、（ｂ）は平面コイルの正面図。 （ａ）は図５（ａ）のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）は第２の実施形態におけるトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）はトランスの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、平面コイル１０は、金属板としての銅板をプレスの打ち抜き加工することにより形成したものであり、例えば接着シートによって、基板９０の上面に接着されている。平面コイル１０の巻数（ターン数）は「４」である。平面コイル１０は、巻線部２０の一端が幅広の端子部６０となるとともに他端が幅広の端子部６１となっている。巻線部２０は、中心に対し螺旋状に巻回された形状をなしている。

平面コイル１０の巻線部２０は、最も外周の１ターン分の線分３０がダミー線分であり、ダミー線分３０には電流が流れない。ダミー線分３０よりも内径側の４ターン分の線分２１，２２，２３，２４が、電流が流れる実効線分である。

詳しくは、図２に示すように、最外周から２周目の線分の一部が切断され、この切断部Ｃ４に隣接する位置において、最外周の線分と、最外周から２周目の線分とは、繋ぎ部８１により繋がっている。

具体的には、図３に示すように、金属板５０を金型プレスで打ち抜いてコイル形状、即ち、５ターン分の線分７１，７２，７３，７４，７５を有する巻線部２０を形成する際、図４に示すように螺旋状の巻線部２０における径方向に延びる繋ぎ部８０が設けられている。ここで、樹脂基板９０に接着した状態で図２に示すように、プレス加工により、最外周から２周目の線分の一部が切断される（切断部Ｃ４が形成される）。また、径方向に延びる繋ぎ部８０における最外周から２周目の線分と最外周から３周目の線分の間が切断される（切断部Ｃ１が形成される）。さらに、径方向に延びる繋ぎ部８０における最外周から３周目の線分と最外周から４周目の線分の間が切断される（切断部Ｃ２が形成される）。さらには、径方向に延びる繋ぎ部８０における最外周から４周目の線分と最外周から５周目の線分の間が切断される（切断部Ｃ３が形成される）。

このように、実効線分２１，２２，２３，２４とダミー線分３０とは一部分（繋ぎ部８１）が繋がっているとともに、他の一部分（切断部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）が切断されている。よって、少なくとも１ターンが実効線分で形成され、少なくとも１ターンがダミー線分で形成されている。よって、巻数の設計自由度が高い。

平面コイル１０（実効線分とダミー線分）は、絶縁基板としての樹脂基板９０の一面に接着されている。
次に、平面コイルの作用を説明する。

製造の際、図３，４に示すように、金属板５０を金型プレスで打ち抜いて螺旋状の巻線部２０を形成するとともに螺旋状の巻線部２０における周方向に延びる各周の線を径方向に繋ぐ繋ぎ部８０を形成する。繋ぎ部８０により線分間（巻線間）の間隔を保つことができる。このように、一部に繋ぎ部８０を設けた状態で打ち抜く。

その後、打ち抜いた金属板５０（平面コイル１０）を樹脂基板９０の一方の面に接着する。樹脂基板９０には貫通孔９１が形成されている。貫通孔９１は切断部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対応する領域に形成される。つまり、プレス型による打ち抜き箇所に貫通孔９１が形成される。

引き続き、接着した金属板５０に対し、基板９０ごと不要部分を金型で打ち抜いて実効線分およびダミー線分を形成する。つまり、樹脂基板９０ごとプレス抜き加工を施し、不要部分を除去して平面コイルの繋ぎ部８０を切る（絶縁する）。詳しくは、図３で示す金属板５０を金型プレスで打ち抜いてコイル形状にしたものに対し、図１，２に示すように、４ターンにする。具体的には、最外周から２周目の線分について切断部Ｃ４を形成し、径方向に延びる繋ぎ部８０における切断部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成する。

あるいは、図３での５ターンを、図５，６に示すように、３ターンにする。具体的には、図３で示す金属板５０を金型プレスで打ち抜いてコイル形状にしたものに対し、樹脂基板９０に接着した状態で図６に示すように、プレス加工により、最外周から２周目の線分について切断部Ｃ１２を形成し、最外周から３周目の線分について切断部Ｃ１３を形成する。また、径方向に延びる繋ぎ部８０における最外周から３周目の線分と４周目の線分の間を切断する（切断部Ｃ１０を形成する）とともに、最外周から４周目の線分と５周目の線分の間を切断する（切断部Ｃ１１を形成する）。これにより、平面コイル１１の巻線部２０は、最も外周の１ターン分の線分４０および最外周から２周目の線分４１がダミー線分であり、ダミー線分４０，４１には電流が流れない。ダミー線分４１よりも内径側の３ターン分の線分３１，３２，３３が、電流が流れる実効巻線である。

このように、繋ぎ部の切り方（絶縁のし方）を変えるだけで、簡単に巻数（ターン数）を変更できる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）平面コイルの構成として、少なくとも１ターンが電流が流れる実効線分で形成され、少なくとも１ターンが電流が流れないダミー線分で形成されている。よって、巻数の設計自由度が高いものとなる。

詳しく説明する。金型で打ち抜く際、図４に示すように、線分間の間隔を保つため、一部に繋ぎ部８０を設けた状態で打ち抜き、最後に繋ぎ部を切る（絶縁する）方法を採用すると、巻数が変わるたびに新しい金型が必要となり、コストが高くなる。また、金型製作に時間がかかり、急な仕様（巻数）変更に対応できない。これに対し本実施形態では、繋ぎ部の切り方（絶縁のし方）を図２、図６に示すように変えるだけで、簡単に巻数を変更できるので、コストが安くなる。また、急な仕様（巻数）変更でも、繋ぎ部を切断する金型を製作するだけなので、早く対応できる。

（２）実効線分とダミー線分とは一部分が繋がっているとともに、他の一部分が切断されているので、少なくとも１ターンが実効線分で形成され、少なくとも１ターンがダミー線分で形成される。

（３）実効線分とダミー線分とは絶縁基板としての樹脂基板９０の一面に接着されているので、実用上好ましい。詳しくは、金属板５０を基板９０に接着する構成においてダミー線分が存在するので、金属板５０を基板９０に強固に接着固定することができる。

（４）平面コイルの製造法として、第１〜第３の工程を有する。第１の工程では、金属板５０を打ち抜いて螺旋状の巻線部２０を形成するとともに螺旋状の巻線部２０における周方向に延びる各周の線を径方向に繋ぐ繋ぎ部８０を形成する。第２工程では、基板９０に第１工程で打ち抜いた金属板５０を接着する。第３工程では、第２工程で接着した金属板５０に対し、基板９０ごと不要部分を金型で打ち抜いて少なくとも１ターンが電流が流れる実効線分で形成され、少なくとも１ターンが電流が流れないダミー線分で形成されるようにする。よって、１つの設備（１台のプレス機）で切断部分を変えるだけで複数種類の平面コイルを製造可能となる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、１次巻線と２次巻線とコアとを具備するトランスに適用している。
図７に示すように、絶縁基板１４０の上面に図１で示した平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）が接着されている。絶縁基板１４０の下面には導電線として図５で示した平面コイル１１が接着されている。導電線としての平面コイル１１は巻かれた形状であり、平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）に対して対称的に、即ち、絶縁基板１４０を挟んで対向する状態で配置されている。平面コイル１０（実効線分）はトランスの１次巻線を構成し、平面コイル１１（導電線）はトランスの２次巻線を構成している。

また、平面コイル１０（実効線分およびダミー線分）と平面コイル１１（導電線）とのうち平面コイル１１には、放熱部材としてのケース１２０が熱的に接合されている。
以下、詳しく説明する。

図７，８に示すように、トランス１１０は放熱部材としてのケース１２０にトランス１１０の巻線部に発生した熱を逃がすようにしている。
コア１３０としてＥ−Ｉ型コアを用いており、コア１３０はＥ型コア１３１とＩ型コア１３２からなる。図７ではＩ型コア１３２を一点鎖線で示す。

絶縁基板１４０の一方の面である上面には、１次巻線としての平面コイル１０が接着されている。絶縁基板１４０の他方の面である下面には、２次巻線としての平面コイル１１が接着されている。図７のＩ型コア１３２および平面コイル１０（１次巻線）を、図８では省略するとともに、絶縁基板１４０を一点鎖線で示している。

板状をなすケース１２０の上面１２０ａには凹部１２１が形成されている。ケース１２０の凹部１２１にはＥ型コア１３１が嵌入されている。Ｅ型コア１３１は、板状の本体部１３１ａと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の中央部に突出される中央磁脚１３１ｂと、本体部１３１ａの一方の面（上面）の端部に突設される両側磁脚１３１ｃ，１３１ｄとからなる。中央磁脚１３１ｂは円柱状をなしている。

図８（ａ），（ｃ）に示すように、ケース１２０の上面１２０ａにおいて、Ｅ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂの配置位置を挟んで厚銅基板載置部１２２，１２３が突設されている。厚銅基板載置部１２２の上面１２２ａおよび厚銅基板載置部１２３の上面１２３ａは、平坦、且つ高さが同一である。

ケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３の上面１２２ａ，１２３ａには平面コイル１１がシリコン製シート（図示略）を介して載置されている。これにより、平面コイル１０，１１において発生した熱はケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３に放熱することができる。

図７に示すように、絶縁基板１４０の中央部には、Ｅ型コア１３１の中央磁脚１３１ｂが通る貫通孔１４１が形成されている。平面コイル１０による巻線部は、図７に示すように、絶縁基板１４０の貫通孔１４１を中心として１本の導体が巻回された形状をなし、有効線分が４ターン、ダミー線分が１ターンである。図８に示すように、平面コイル１１による巻線部は、絶縁基板１４０の貫通孔１４１を中心として１本の導体が巻回された形状をなし、有効線分が３ターン、ダミー線分が２ターンである。

平面コイル１１がケース１２０の厚銅基板載置部１２２，１２３の上面１２２ａ，１２３ａと絶縁された状態で接着されている。よって、トランスの巻線部の温度上昇を抑制することができる。

上記実施形態によれば、上記（１）〜（４）の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（５）絶縁基板１４０の他面（下面）には導電線としての平面コイル１１が形成されるので、実用上好ましい。

（６）導電線としての平面コイル１１は巻かれた形状であり、平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）に対して対称的に配置される。つまり、平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）に対して対称的に配置されるので、絶縁基板１４０の上面側と下面側から挟むようにして圧接する際に接着強度が向上する。

（７）平面コイル１０の実効線分はトランスの１次巻線を構成し、導電線としての平面コイル１１はトランスの２次巻線を構成している。よって、容易にトランス１１０を構成することができる。

（８）導電線としての平面コイル１１には放熱部材としてのケース１２０が熱的に接合されている。よって、ダミー配線分を介した伝熱経路が形成され、放熱効率が向上する。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・第２の実施形態において、絶縁基板１４０の上面に平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）を接着し、絶縁基板１４０の下面に導電線として平面コイル１１を接着した。これに限るものではなく、例えば、絶縁基板１４０の下面に平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）を接着し、絶縁基板１４０の上面に導電線として平面コイル１１を接着してもよい。

また、絶縁基板１４０の上面に配した平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）が放熱部材と熱的に結合してもよい。絶縁基板１４０の上面に配した平面コイル１０（実効線分とダミー線分と）および絶縁基板１４０の下面に配した導電線として平面コイル１１が放熱部材と熱的に接合してもよい。

要は、平面コイル１０（実効線分およびダミー線分）と導電線としての平面コイル１１とのうち少なくとも一方には放熱部材が熱的に接合されていると、ダミー配線分を介した伝熱経路が形成され、放熱効率が向上する。

・銅板で平面コイルを構成したが、アルミ板で構成してもよく、要は、導電性金属であればよい。
・巻数の数は少なくとも１ターンが実効線分で形成され、少なくとも１ターンがダミー線分で形成されればよく、そのターン数はいくつでもよい。

・平面コイルは基板に対し接着ではなく、接合してもよい。

１０…平面コイル、１１…平面コイル、２０…巻線部、２１…実効線分、２２…実効線分、２３…実効線分、２４…実効線分、３０…ダミー線分、５０…金属板、８０…繋ぎ部、８１…繋ぎ部、９０…樹脂基板、１２０…ケース、１４０…絶縁基板。

Claims (6)

1. 螺旋状に巻線部が形成されるとともに前記巻線部における周方向に延びる各周の全ての線を径方向に繋ぐ繋ぎ部が形成された金属板と、前記金属板が一方の面に接着又は接合された絶縁基板とを有することを特徴とする平面コイルの中間体。
2. 前記絶縁基板の他面には導電線が形成されることを特徴とする請求項１に記載の平面コイルの中間体。
3. 前記導電線は巻かれた形状であり、前記金属板における周方向に延びる線に対して対称的に配置されることを特徴とする請求項２に記載の平面コイルの中間体。
4. 前記金属板における周方向に延びる線のうちの一部はトランスの１次巻線を構成し、前記導電線はトランスの２次巻線を構成していることを特徴とする請求項３に記載の平面コイルの中間体。
5. 前記金属板と前記導電線とのうち少なくとも一方には放熱部材が熱的に接合されていることを特徴とする請求項４に記載の平面コイルの中間体。
6. 金属板を打ち抜いて螺旋状の巻線部を形成するとともに螺旋状の巻線部における周方向に延びる各周の線を径方向に繋ぐ繋ぎ部を形成する第１工程と、
   基板に前記第１工程で打ち抜いた金属板を接着する第２工程と、
   前記第２工程で接着した金属板に対し、前記基板ごと不要部分を金型で打ち抜いて少なくとも１ターンが電流が流れる実効線分で形成され、少なくとも１ターンが電流が流れないダミー線分で形成されるようにする第３工程と、
   を有することを特徴とする平面コイルの製造方法。