JP6341684B2 - 高周波トランス - Google Patents

Description

本発明は、放電装置に使用される高周波トランスに関する。

ＣＯ２レーザをはじめとするガスレーザやスパッタ装置に、プラズマ放電装置（単に放電装置という）が使用される。放電装置は、対向して設けられた放電電極のペアを備える。各放電電極の内側は、セラミックなどの誘電体によって覆われている。放電装置は、対向する放電電極の間に、高圧の交流電圧を印加することにより、放電電極のペアの間に存在するガス中にプラズマを形成する。

図１は、本発明者が検討した放電装置の回路図である。放電装置１００は、高周波トランスＴ１、Ｔ２、対向した放電電極ペア１０２、同調用インダクタＬ１、Ｌ２を備える。高周波トランスＴ１、Ｔ２の１次側は並列に接続され、２次側は直列（カスコード）接続される。高周波トランスＴ１、Ｔ２それぞれの２次側は、同調用インダクタＬ１、Ｌ２を介して、放電電極ペア１０２と電気的に接続される。

特開２０１０−１９９２２３号公報

本発明者が図１の放電装置１００について検討したところ、以下の課題を認識するに至った。

放電装置１００では、同調用インダクタＬ１、Ｌ２および放電電極ペア１０２の容量が、直列共振回路（ＬＣ共振回路）を形成している。高い共振周波数を得るためには、インダクタンス成分は極力小さいことが望ましい。

ここで、高周波トランスＴ１、Ｔ２は、それぞれ、図示しない漏れインダクタンスを有する。この漏れインダクタンスは、上述のＬＣ共振回路のインダクタンス成分として把握される。したがって、高い共振周波数を得るためには、漏れインダクタンスを極力小さくすることが要求される。

一方で、高周波トランスＴ１、Ｔ２の２次側には、数ｋＶもの交流電圧が発生することから、１次２次巻線間と２次巻線コア間には非常に高い耐電圧が要求される。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高い耐電圧と、低減された漏れインダクタンスを有する高周波トランスの提供にある。

本発明のある態様は、放電電極を有する放電装置に使用され、放電電極と電気的に接続される高周波トランスに関する。高周波トランスは、閉ループを形成するコアと、表面が絶縁体により被覆された導体を含む１次巻線と、表面が絶縁体により被覆された導体を含む２次巻線と、を備える。１次巻線および２次巻線は、コアの周方向に、その全周にわたり実質的に等間隔で交互に巻装され、コア、１次巻線および２次巻線は、絶縁部材により封止されている。

この態様によると、１次巻線および２次巻線を所定の間隔で交互に巻装することで、漏れインダクタンスを低減することができる。また、全体を絶縁部材により封止（モールド）することにより、高耐電圧を実現できる。

高周波トランスは、１次巻線および２次巻線をコアに対して所定の間隔で巻装するためのガイド部材をさらに備えてもよい。
この高周波トランスは、絶縁部材により封止されるところ、封止する工程において印加される高い圧力によって巻線が位置ずれを起こす可能性がある。この態様によれば、１次巻線と２次巻線の位置のばらつきを抑制できる。

ガイド部材は、その外周および内周の少なくとも一方に、１次巻線および２次巻線と対応する箇所に形成された複数の溝を有してもよい。

１次巻線の一端および他端は、コアの第１箇所から束ねて引き出されており、２次巻線の一端および他端は、コアの第１箇所と反対側の第２箇所から束ねて引き出されていてもよい。

１次巻線と２次巻線の巻数は等しくてもよい。この場合、１次巻線と２次巻線を１ターンずつ交互に等間隔で巻き付けることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、高い耐電圧と、低減された漏れインダクタンスを有する高周波トランスを提供できる。

本発明者が検討した放電装置の回路図である。 実施の形態に係る高周波トランスを示す斜視図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、図２の高周波トランスの製造工程を示す図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、図２の高周波トランスの製造工程を示す図である。 図５（ａ）は、比較技術に係る高周波トランスの平面図を、図５（ｂ）は、図２の高周波トランスの平面図である。 図６（ａ）は、比較技術に係る高周波トランスの、図６（ｂ）は、実施の形態に係る高周波トランスの漏れインダクタンスを示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係る高周波トランス２を示す斜視図である。高周波トランス２は、コア１０、１次巻線１２、２次巻線１４、モールド樹脂１６を備える。

高周波トランス２は、図１に示すような、放電電極のペア１０２を有する放電装置１００に使用され、放電電極１０２と電気的に接続される。

コア１０は、閉ループを形成した磁性体である。コア１０の形状は特に限定されないが、たとえば円環状のコアが好適である。

１次巻線１２、２次巻線１４はそれぞれ、表面が絶縁体により被覆された導体を含む。１次巻線１２および２次巻線１４は、コア１０の周方向に、その全周にわたり実質的に等間隔で交互に巻装される。本実施の形態において、１次巻線１２と２次巻線１４それぞれの巻数Ｎ１、Ｎ２は等しく、Ｎ１＝Ｎ２＝８である。

コア１０、１次巻線１２および２次巻線１４は、絶縁部材であるモールド樹脂１６により封止されている。以上が高周波トランス２の構造である。図２にはモールド樹脂１６が透明であるものとして示されるが、不透明であってもよく、その色は、モールド樹脂１６の材料によることに留意されたい。

続いてその製造方法を説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、図２の高周波トランス２の製造工程を示す図である。

図３（ａ）に示すように、高周波トランス２は、１次巻線１２および２次巻線１４をコア１０に対して所定の間隔で巻装するためのガイド部材２０ａ、２０ｂを備える。たとえばガイド部材２０ａ、２０ｂその外周および内周の少なくとも一方（図３では両方）に、１次巻線１２と対応する箇所に形成された複数の溝２２ｐと、２次巻線１４と対応する箇所に形成された複数の溝２２ｓを有する円環状のプレートである。ガイド部材２０ａ、２０ｂの材料は特に限定されるものではないが、ガラスエポキシ樹脂などが好適である。あるいは、ガイド部材にコア１０と同じ材料を用いてもよい。

図３（ａ）に示すように、ガイド部材２０ａは、コア１０の上面に、ガイド部材２０ｂは、コア１０の底面に張り合わされる。図３（ｂ）は、ガイド部材２０ａ、２０ｂが張り合わされたコア１０を示す。

続いて、図３（ｃ）に示すように、溝２２ｐに沿って、１次巻線１２が巻き付けられる。同様にして、溝２２ｓに沿って２次巻線１４が巻き付けられる。

図４（ａ）に示すように、１次巻線１２の一端Ｅ１および他端Ｅ２は、コア１０の第１箇所Ｐ１において、結束手段２４ｐによって束ねた状態で引き出されている。同様に、２次巻線１４の一端Ｅ３および他端Ｅ４は、コア１０の第１箇所Ｐ１と反対側の第２箇所Ｐ２において、結束手段２４ｓによって束ねた状態で引き出されている。結束手段２４ｐ、２２ｓは特に限定されないが、たとえば樹脂製のシリコンチューブ、被覆チューブや結束バンドなどを用いてもよい。

続いて図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の構造体は、樹脂モールド用の型枠３０に収容される。その状態で、型枠３０には、モールド用の樹脂２６が注入される。樹脂２６は、型枠３０の内壁に沿って、図４（ｂ）の構造体を覆う円柱形状にて硬化する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、硬化したモールド樹脂１６から型枠３０を取り外し、高周波トランス２が完成する。

以上が高周波トランス２の製造工程である。

続いて、高周波トランス２の利点を説明する。
図２の高周波トランス２の利点は、比較技術との対比によって明確となる。図５（ａ）は、比較技術に係る高周波トランス２ｒの平面図であり、図５（ｂ）は、図２の高周波トランス２の平面図である。図５（ａ）の高周波トランス２ｒは、コア１０の一部に、１次巻線１２が集中的に巻装され、コア１０の別の部分に２次巻線１４が集中的に巻装される。

図６（ａ）は、比較技術に係る高周波トランス２ｒの、図６（ｂ）は、実施の形態に係る高周波トランス２の漏れインダクタンスを示す図である。横軸は周波数を、縦軸はインダクタンスを示す。

図６（ａ）に示すように、比較技術に係る高周波トランス２ｒでは、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波帯域において、３μＨの大きな漏れインダクタンスが存在する。これに対して、実施の形態に係る高周波トランス２では、図６（ｂ）に示すように、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波帯域において、漏れインダクタンスを０．５μＨまで低下させることができる。

加えて、実施の形態に係る高周波トランス２は、隣接する巻線同士を重ね合わせたり、撚り合わせることなく所定の間隔でコア１０に巻装し、さらに全体をモールド樹脂１６によりモールドすることにより、数ｋＶの耐電圧を実現することができる。これにより、図１に示す放電装置１００の昇圧用の出力トランスＴ１、Ｔ２として好適に利用することができる。

また、高周波トランス２は、１次巻線１２および２次巻線１４をコア１０に対して所定の間隔で巻装するためのガイド部材２０を備えている。これにより、巻線を人間が手で巻装する場合であっても、巻線の間隔のばらつきを抑制できる。特に実施の形態に係る高周波トランス２は、絶縁部材により封止されるところ、封止する工程において印加される高い圧力によって巻線１２、１４が位置ずれを起こす可能性がある。ガイド部材２０を用いれば、１次巻線１２と２次巻線１４の位置のばらつきを抑制でき、ひいては漏れインダクタンスのばらつきも抑制できる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

コア１０の形状は、特に限定されない。実施の形態では、断面が矩形のコア１０を用いる場合を説明したが、コア１０の断面は円形、あるいは楕円あってもよい。また実施の形態では、環状のコア１０を用いる場合を説明したが、楕円状あるいは略矩形状のコア１０を用いてもよい。

本発明において、１次巻線１２、２次巻線１４それぞれの巻数Ｎ、Ｎ２は限定されない。また、実施の形態では、巻線比が１：１の場合を説明したが、巻線比はそれ以外、たとえば１：２であってもよい。この場合、1次巻線１２の１ターンと、２次巻線１４の２ターンが交互に現れる。漏れインダクタンスの低減の観点からは、巻線比を１：１とすることがもっとも好ましいが、それ以外の巻線比とした場合であっても、比較技術に比べて漏れインダクタンスを低減できる。

２…高周波トランス、１０…コア、１２…１次巻線、１４…２次巻線、１６…モールド樹脂、２０…ガイド部材、２２…溝、２４…結束手段、２６…樹脂、Ｔ１，Ｔ２…高周波トランス、Ｌ１，Ｌ２…同調用インダクタ、１００…放電装置、１０２…電極、１０４…交流電源。

Claims (7)

1. 放電電極を有する放電装置に使用され、前記放電電極と電気的に接続される高周波トランスであって、
   閉ループを形成するコアと、
   表面が絶縁体により被覆された導体を含む１次巻線と、
   表面が絶縁体により被覆された導体を含む２次巻線と、
   を備え、
   前記１次巻線および前記２次巻線は、前記コアの周方向に交互に巻装され、
   前記１次巻線および前記２次巻線を、前記巻装すべき位置に位置決めするガイド部と、
   前記コア、前記１次巻線、前記２次巻線、前記ガイド部、のそれぞれの周囲に接する同一の絶縁部材からなるモールド部材と、
   を備えることを特徴とする高周波トランス。
2. 前記絶縁部材は、絶縁性の樹脂材であり、前記コアの表面に接しつつ、前記１次巻線と前記２次巻線に存在することを特徴とする請求項１に記載の高周波トランス。
3. 前記コア、前記１次巻線および前記２次巻線は、絶縁部材により封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波トランス。
4. 前記ガイド部は、前記１次巻線および前記２次巻線を前記コアに対して所定の間隔で巻装するために前記コアの上下に設けられた第１部材、第２部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高周波トランス。
5. 前記第１部材、前記第２部材はそれぞれ、その外周および内周に、前記１次巻線および前記２次巻線と対応する箇所に形成された複数の溝を有することを特徴とする請求項４に記載の高周波トランス。
6. 前記１次巻線の一端および他端は、前記コアの第１箇所から束ねて引き出されており、前記２次巻線の一端および他端は、前記コアの前記第１箇所と反対側の第２箇所から束ねて引き出されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の高周波トランス。
7. 前記１次巻線と前記２次巻線の巻数は等しいことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の高周波トランス。

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