JP6364765B2 - Winding parts - Google Patents
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Description
本発明は、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ、スイッチング電源等に用いられるインダクタ等の巻線部品、及び、スイッチング電源装置をはじめとする電源装置に関する。 The present invention relates to a winding component such as an inductor used in an in-vehicle DC-DC converter, a switching power source, and the like, and a power source device including a switching power source device.
昨今、ハイブリッド自動車や電気自動車といった環境対応車（エコカー）が普及期に入っている。これらの車には、モーター駆動用の１００〜３００Ｖ程度の高圧バッテリーから補機類を動作させる１２Ｖ程度の低圧バッテリーの充電および補機への電力供給を行うために、ＤＣ−ＤＣコンバータなどのスイッチング電源装置が搭載されている。 In recent years, environmentally friendly vehicles (eco-cars) such as hybrid cars and electric cars have entered the popularization period. In these vehicles, a DC-DC converter or the like is used for charging a low-voltage battery of about 12 V for operating the auxiliary machines from a high-voltage battery of about 100 to 300 V for driving the motor and supplying power to the auxiliary machines. A power supply is installed.
特許文献１には、スイッチング電源等において、チョークコイルやトランスとして使用される平面コイルや平面トランスについて開示されている。平面コイルの巻線構造には、様々な種類があるが、ここではその中でプリント配線板の銅パターンにより形成され、プリント配線板を用いて、平面コイルを形成することが可能であることが示されている。平面コイルは、コアを含めた任意の体積の中でインダクタンスを大きくとるために、２ターン以上の複数巻とすることが多い。
特許文献２には、樹脂基板にコイルがパターン形成されたプリントコイルが複数層積層された点灯装置について開示されている。この点灯装置には、入力電圧を所定の電圧に変換するトランスが備えられ、このトランスは、磁性回路を形成するコア部や、電気回路を形成する巻線部を有している。
しかし、特許文献１において、平面コイルの巻線を形成した場合には、多層プリント配線基板にコイルパターンを形成しているが、１ターンのパターンを直列接続する際に、各パターンのコイルの内側の端部が厚み方向で重なり、プリント配線基板の各層間には容量成分が存在するため、高周波成分はこれを通過しやすい。また、プリント配線基板の各層間には容量成分が存在するため、ＭＯＳ ＦＥＴや出力整流ダイオード等のスイッチング素子で発生する高周波成分が容量成分部分を通過しやすくなる。これが高周波ノイズである。そのため、スイッチング電源装置をはじめとする種々電源装置で発生する高周波ノイズが大きくなりＦＭラジオ等の周波数帯で妨害波が発生しやすくなる。この場合、この回路の後段にノイズフィルタを設ける手段もあるが、製品の大型化やコストアップとなる。
However, in
また、特許文献２では、基板を挟んで３層の平面コイルが形成されており、例えば、１層目と２層目の間には、絶縁間隔を確保するための絶縁スペーサを挟んだり、２層目と３層目の間には基板を挟んだりしている。しかしながら、絶縁スペーサによる間隔の確保は、コイル間に誘電率を有するために、容量が発生してしまう。また、コイル間が密着しているとプリント配線基板で銅（Ｃｕ）パターンを形成していることと同様となり、隣接するコイル間には容量成分が存在し、高周波成分はこれを通過しやすいので、前述の高周波ノイズを減少させることには繋がらない。
In
本発明は、基板を挟んで表裏面に配置された少なくとも１ターンを有する平面コイル間に発生する寄生容量を抑制し、高周波ノイズを抑制するための平面コイルを有する巻線部品を提供することを目的とする。 The present invention provides a winding component having a planar coil for suppressing parasitic capacitance generated between planar coils having at least one turn disposed on the front and back surfaces with a substrate interposed therebetween, and suppressing high frequency noise. Objective.
本発明は、基板と、前記基板を挟むように、第１の平面コイルと第２の平面コイルを備えており、前記第１の平面コイル、および、前記第２の平面コイルは、それぞれ、巻き始め端部と、巻き終わり端部を備え、前記基板は、前記第１の平面コイルと前記第２の平面コイルとほぼ同じ平面形状を含むコイル基板部を備えており、前記基板には、前記基板を貫通し、前記第１の平面コイルと前記第２の平面コイルを導通させるためのスルーホールを備え、前記基板と前記第１の平面コイルの間、および、前記基板と前記第２の平面コイルの間には、部分的に空隙を構成するための、複数の突起部を備えたことを特徴とする巻線部品である。 The present invention includes a substrate and a first planar coil and a second planar coil so as to sandwich the substrate, and each of the first planar coil and the second planar coil is wound. A starting end portion and a winding end end portion, and the substrate includes a coil substrate portion including substantially the same planar shape as the first planar coil and the second planar coil. A through hole penetrating the substrate and conducting the first planar coil and the second planar coil is provided, between the substrate and the first planar coil, and between the substrate and the second planar surface. A winding component comprising a plurality of protrusions for partially forming a gap between the coils.
このような構成にすることにより、誘電体である基板に対して、複数の突起部を用いて、各平面コイルを、概ね浮かせて配置することにより、空隙ができ、従来の形態よりも、各平面コイルと基板の接触面積を小さくすることができ、平面コイル間に存在する寄生容量の影響を小さくすることができる。結果として、平面コイル間での、寄生容量を抑制し、高周波ノイズを抑制することができる。 By adopting such a configuration, a plurality of protrusions are used on a substrate that is a dielectric, and each planar coil is arranged so as to be substantially floated so that a gap is formed. The contact area between the planar coil and the substrate can be reduced, and the influence of parasitic capacitance existing between the planar coils can be reduced. As a result, parasitic capacitance between planar coils can be suppressed, and high-frequency noise can be suppressed.
前記複数の突起部は、前記第１の平面コイル、および、前記第２の平面コイルの、前記基板に対向する側にそれぞれ備えられており、同数であり、互いに、平面的に重ならないように、位置をずらして配置されていることが好ましい。 The plurality of protrusions are respectively provided on the first planar coil and the second planar coil on the side facing the substrate, and are the same number so as not to overlap each other in a plane. It is preferable that the positions are shifted.
そのようにすることにより、前記各平面コイルを、前記基板の表裏の面に、それぞれの前記複数の突起部を、平面的に、すなわち、平面コイルを平面配置したときの座標系をＸＹとしたとき、Ｚ軸方向の配置位置が重ならないように、ずらして搭載することにより、第１の平面コイルと、第２の平面コイル間で発生する、寄生容量をさらに小さくすることが可能となる。 By doing so, the coordinate system when the planar coils are arranged in a plane, that is, when the planar coils are arranged in a plane, on the front and back surfaces of the substrate, is set to XY. In some cases, the parasitic capacitance generated between the first planar coil and the second planar coil can be further reduced by mounting them so that the arrangement positions in the Z-axis direction do not overlap.
また、前記複数の突起部を、前記平面コイルの１ターン毎に、外周側、内周側、あるいは、内周側、外周側というように、交互に、位置をずらして配置することで、前記の各突起部をバランス良く配置し、前記の各平面コイルを、導体パターンや導体からなるランドを介して前記基板に安定して固定することができる。 Further, by arranging the plurality of protrusions alternately at different positions such as the outer peripheral side, the inner peripheral side, or the inner peripheral side, the outer peripheral side for each turn of the planar coil, Each of the projecting portions is arranged in a well-balanced manner, and each of the planar coils can be stably fixed to the substrate via a land made of a conductor pattern or a conductor.
本発明により、基板を挟んで表裏面に配置された少なくとも１ターンを有する平面コイル間に発生する寄生容量を抑制し、高周波ノイズを抑制するための平面コイルを有する巻線部品を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a winding component having a planar coil for suppressing a parasitic capacitance generated between planar coils having at least one turn arranged on the front and back surfaces with a substrate interposed therebetween and suppressing high frequency noise. Is possible.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined. In addition, various omissions, substitutions, or changes of components can be made without departing from the scope of the present invention.
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る巻線部品１の分解斜視図である。本実施形態では、巻線部品１として、インダクタを例として挙げている。実施形態１に係る巻線部品１は、図１に示すように、基板２と、基板２を挟むように、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４からなる平面コイル部１０を備えている。また、これら一対の平面コイル３、４には銅（Ｃｕ）板を用いている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a winding
図１より、さらに、巻線部品１は、一対の平面コイル、すなわち、第１の平面コイル３および第２の平面コイル４を磁気的に結合するための一対の磁性体コア５ａ、５ｂを備え、基板２には、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４とを導通させるためのスルーホール６を備えている。基板２を挟むように形成された第１の平面コイル３と第２の平面コイル４、すなわち、平面コイル部１０をさらに挟むように、一対の磁性体コア５ａ、５ｂが備えられている。
1, the winding
図１において、基板２の、Ｚ軸の正の方向の面を、表面とし、Ｚ軸の負の方向の面を、裏面とする。基板２の表面は、第１の平面コイル３と対向しており、裏面は、第２の平面コイル４と対向している。
In FIG. 1, the surface of the
図１において、実施形態１の基板２は、巻き始め端部と、巻き終わり端部を有し、Ｃ型形状でほぼ円形の、第１の平面コイル３と、第２の平面コイル４に挟まれており、第１、第２の平面コイル３、４とほぼ同じＣ型形状を含むほぼ円形のコイル基板部２１と、コイル基板部２１を支持するための、板状で長方形状の支持基板部２２から構成されている。支持基板部２２は、長手と短手をもつ長方形状である。長手方向をＸ軸、短手方向をＹ軸方向になるように支持基板部２２を配置したときに、長手方向の中央で、Ｙ軸方向に平行な軸を、基板の中心軸７と定義する。なお、基板の中心軸７の定義は全ての実施形態に適用される。基板２の材料は、ガラス・エポキシや、紙・フェノールなどを用いることができる。なお、実施形態の１ターンの平面コイルの形状は、必ずしもＣ型形状でほぼ円形である必要はなく、Ｃ型形状のように一部に切り欠部を有している形状であればよい。実施形態では、例として、Ｃ型形状でほぼ円形のコイルを用いて説明する。また、支持基板部２２は必ずしも長方形状の板状ではなくてもよいが、実施形態では、例として、長方形状を用いて説明をする。
In FIG. 1, the
スルーホール６は、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４を基板２を貫通させて、電気的に接続させるものであり、その配置位置は接続端子に隣接していることが好ましく、本実施形態では、各平面コイル３、４の端部の配置の関係から、基板２の支持基板部２２とコイル基板部２１の境界付近に設けることが好ましい。
The through-
図２は、実施形態１の図１から一対の磁性体コアを除いた平面コイル部１０の詳細斜視図である。すなわち、基板２を挟んで、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４からなる構成になっている。第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、Ｃ型形状でほぼ円形でありＣｕ板コイルである。第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５と、基板２の表面のスルーホール６の端部は、図示しない導体パターンによって電気的に接続されており、また、第２の平面コイル４の巻き始め端部４１と、基板２の裏面のスルーホール６の端部は、導体パターン１６によって電気的に接続されていて、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、スルーホール６を介して電気的に接続されている。
FIG. 2 is a detailed perspective view of the
第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、基板２の表と裏の両面に対応する配置位置にそれぞれ備えられている。基板２には、各平面コイル３、４の開口に対応する部分に開口が設けられていて、一対の磁性体コア５ａ、５ｂはこの開口を貫通して嵌合する。
The first
実施形態１では図２のように、第１の平面コイル３が１ターン目に相当し、第２の平面コイル４が２ターン目に相当している。第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の基板２の側に対向する面と、基板面との間の接触面積を少なくするため、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の、基板２の表裏の表面に対向する面に、それぞれ同数の（今回の例ではそれぞれ６箇所）の突起部１１、および、１２を設けた。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the first
これらの突起部は、基板２の表裏の表面に設けられたはんだ付け用のランド８に、はんだ付けにより固定される。すなわち、基板２と、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４のそれぞれの間には、第１、第２の平面コイル３、４に突起部１１、１２が設けられている。第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、突起部１１、１２により基板２と接続され、突起以外の部分には空隙が備えられている。各突起部１１、１２は、平面的に、すなわち、図２の座標軸でいえば、Ｚ軸方向に位置が重ならないように配置されている。また、図２において、第２の平面コイル４の突起部１２は、第２の平面コイル４の基板面側に設けられているため破線で示してある。これは、図２以降の第２の平面コイル４の突起部１２の図示においても同様とした。
These protrusions are fixed to
図３は、図２における、第１の平面コイル３の−Ｚ軸方向から見た平面図である。すなわち、図１の正面に対して下方から見た平面図である。基板２と第１の平面コイル３とを、はんだ付けによって固定するための突起部１１は、約６０°の角度α毎に設けており、各突起部１１は、いわゆる円筒形状であり、第１の平面コイル３を基板２にバランス良く固定するため、例えば、内周側、外周側、内周側、外周側、内周側、外周側というように交互に内周側、外周側、あるいはその逆の順で、６箇所設定している。なお、突起部の形状は、円筒形状以外の形状でも構わない。また、各平面コイル３、４の基板２への搭載時の安定性のため、また、表裏の各平面コイル３、４を同一部品で構成することを考慮して、上記のように、各平面コイルの突起１１を交互配置にして、上下の各平面コイルの３、４の各突起部１１の重なりを無くすようにしているが、安定性と同一部品という条件を満たせば、突起部１１は各平面コイルの、幅方向において、内周側、外周側に対して中央位置に配置しても良い。
FIG. 3 is a plan view of the first
なお、本実施形態においては、上記のように各平面コイル３、４は同一部品であると定義しているが、上下の突起が重ならないという条件を満たせば、必ずしも同一部品である必要はない。
In the present embodiment, the
第１の平面コイル３の基板２への突起部１１による固定角度であるが、まず１ターン目である第１の平面コイル３の巻線を構成している基板２の表面の構成について、図３を用いて述べる。なお、図３において、基板２のＺ軸方向の面を表面、−Ｚ軸方向の面を裏面とするので、図３は裏面から見た平面図である。第１の平面コイル３の巻き始め端部３１は、基板の中心軸７を基準にして、約５０°の角度βだけ回転させた位置に配置する。第１の平面コイル３の基板２の側に設ける突起部１１は巻き始め端部３１を外周側としている。第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５に設けるもう一方の突起部１１は内側となる。この巻き終わり端部３５に隣接した位置の基板２に、裏面への貫通導体としてスルーホール６を設け、第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５とＣｕからなる図示しない導体パターンによる接続を行うことにより、２ターン目である第２の平面コイル４の巻き始め端部４１への接続を行う。
Regarding the configuration of the surface of the
図４は、図２における、第２の平面コイル４の−Ｚ軸方向から見た平面図である。すなわち、図１の正面に対して下方から見た平面図である。基板２と第２の平面コイル４とを、はんだ付けによって固定するための突起部１２は、約６０°の角度α毎に設けており、各突起部１２は、第２の平面コイル４を基板２にバランス良く固定するため、例えば、内周側、外周側、内周側、外周側、内周側、外周側というように交互に内周側、外周側、あるいは、その逆の順で６箇所を設定している。また、図４において、第２の平面コイル４の突起部１２は基板面側の第２の平面コイル４に設けられているため破線で示してある。図１２の、第２の平面コイル４の突起部１２の図示においても同様とした。
FIG. 4 is a plan view of the second
第２の平面コイル４の基板２への突起部１２による固定角度であるが、まず２ターン目である第２の平面コイル４の巻線を構成している基板２の裏面の構成について、図４を用いて述べる。なお、図４において、基板２のＺ軸方向の面を表面、−Ｚ軸方向の面を裏面とするので、図４は裏面から見た平面図である。第２の平面コイル４の巻き始め端部４１は、基板の中心軸７を基準にして、約２０°の角度γだけ回転させた位置に配置する。第２の平面コイル４の基板２の側に設ける突起部１２は、巻き始め端部４１を内周側としている。
Regarding the configuration of the back surface of the
第２の平面コイル４の巻き終わり端部４５における、もう一方に設ける突起部１２は外側となる。この巻き始め端部４１に隣接した位置の基板２に、表面への貫通導体としてスルーホール６を設け、第２の平面コイル４の巻き始め端部４１とＣｕからなる導体パターン１６による接続を行うことにより、２ターン目である第２の平面コイル４の巻き始め端部４１への接続を行う。なお、実施形態１の第１の平面コイル３と第２の平面コイル４とは同一部品である。
The
次に、実施形態１の平面コイル部１０を流れる電流について説明する。図５は、図２において、電流の流れる様子を破線で示し、わかりやすくするために説明に不要な部分を省いた図である。図５によると、電流は、基板２の表面の第１の平面コイル３の巻き始め端部３１から入力され、一周した後、巻き終わり端部３５から図示しない導体パターンを通りスルーホール６を通過し基板２の裏面の導体パターン１６を通り、第２の平面コイル４の巻き始め端部４１に入力され、更に一周した後、巻き終わり端部４５から出力される。
Next, the current flowing through the
図６は、図２における、実施形態１の、＋Ｙから−Ｙに向かう方向に透過して見た組み立て済みの状態での平面コイル部１０のイメージ透過図である。また、図７は従来の形態を図６と同様にして示した平面コイル部のイメージ透過図である。図７に示した従来形態の場合は、実施形態１のような突起部は存在していないので、各平面コイル３、４と基板２は直接接しており基板２自体が誘電体であるため、平面コイル間には寄生容量が発生してしまい、１ターン目と２ターン目、および、基板との間で高周波成分が通過しやすくなってしまう。すなわち、高周波成分が、図８の回路における出力端８４に現れやすく、平面コイル間を高周波成分が通過することが、高周波ノイズを増加させる要因となる。図６の実施形態１のように、各平面コイル３、４を、基板２に対して突起部１１、１２を用いて概ね浮かせて配置することにより空隙ができ、従来の形態よりも、各平面コイル３、４と基板２の接触面積を小さくすることができ、各平面コイル３、４の間に存在する寄生容量の影響を小さくすることができ、高周波成分の通過を抑制することができる。
FIG. 6 is an image transmission diagram of the
また、基板２の表裏の面に、それぞれの突起部１１、１２のＺ軸方向の配置位置が重ならないように、平面コイル３、４をずらして搭載することにより、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の間、および平面コイルの巻き始め端部と巻き終わり端部との間での寄生容量をさらに小さくすることが可能である。
Further, the first
図８は、実施形態１の平面コイルを用いたインダクタを、出力平滑回路内の平滑用チョークコイル８１として使用した場合の、スイッチング電源装置７０の回路構成図の一例である。スイッチング電源装置７０は、４つのスイッチング素子７１〜７４を備えて構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型のブリッジ回路と、１次側巻線７６および２次側巻線７７、７８を有し、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランス７５と、このトランスの２次側に設けられると共に複数の整流素子であるダイオード７９、８０を備えて構成され、これら複数の整流素子によって上記出力交流電圧を整流する全波整流回路と、全波整流されたパルス波形を直流化する平滑用チョークコイル８１および容量素子であるコンデンサ８２を有する平滑回路と、上記ブリッジ回路を駆動する駆動回路とを備え、出力端子間に接続されているものである。
FIG. 8 is an example of a circuit configuration diagram of the switching
図８の回路についての動作の概略であるが、高電圧バッテリ８６の電圧が入力端子８３に印加され、その直流電圧をスイッチング素子７１〜７４を用いてＰＷＭ制御や位相シフトＰＷＭ制御等により動作させ、トランス７５の一次巻線７６に交流として印加される。一次巻線７６に印加された交流電圧は二次巻線７７、７８との比率に応じた電圧で伝達され、整流ダイオード７９、８０により全波整流され、平滑用チョークコイル８１および容量素子であるコンデンサ８２を有する平滑回路により、直流として出力端子８４に導かれる。この出力端子８４に接続される負荷としては、低圧バッテリ８７や補機類８５が接続される。制御回路８８は、出力端子８４間の電圧を制御するもので、上記の説明にあるような制御を行い、駆動信号を駆動回路８９を通してスイッチング素子７１〜７４に送り上記動作を行わせるものである。
8 is an outline of the operation of the circuit of FIG. 8, the voltage of the
なお、図２をはじめとする実施形態１の平面コイル３、４は、図８の平滑用チョークコイル８１とみなされ、図２の第１の平面コイル３の巻き始め端部３１は、前段の回路である図８のダイオード７９、８０のカソード部と、Ｃｕパターンや端子等により接続される。また、第２の平面コイル４の巻き終わり端部４５は基板２の出口にあたり、後段の回路である図８のコンデンサ８２の一方の端子と、基板上に設けたＣｕパターンや端子等により接続される。
The
図９は、図８の回路において、平滑用チョークコイル８１に、図７のような従来の基板による巻線構造を用いた場合の、出力端子８４から負荷８５までの配線から発生する放射ノイズデータである。出力端子８４に発生する放射ノイズは、前段の出力チョークコイル８１とコンデンサ８２による平滑回路に存在する高周波ノイズが基になり発生するものである。従って、高周波ノイズを抑制することで、放射ノイズが低減されることになる。
FIG. 9 shows radiation noise data generated from the wiring from the
図１０は、図８の回路において、平滑用チョークコイル８１に実施形態１の構成を用いた場合の、出力端子８４から負荷８５までの配線から発生する放射ノイズデータである。ここで、ＦＭラジオ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）に着目すると、図９に示す従来の構成による放射ノイズレベルは最大で３９ｄＢ／μＶであったものが、実施形態１の図１０においては、最大で３２ｄＢ／μＶの放射ノイズレベルとなり、放射ノイズを７ｄＢ／μＶ低減する効果があることが分かる。すなわち、平面コイル間を高周波成分が通過することが高周波ノイズを増加させる要因となるため、高周波成分が通過しやすい基板を介した容量成分を小さくすることにより、高周波ノイズを抑制する効果を確認できた。
FIG. 10 shows radiation noise data generated from the wiring from the
また、突起は、各平面コイルの基板側の面に設けることが好ましいが、必要に応じて基板面に設けても構わない。図１１は、実施形態１において、各平面コイルの突起部１１、１２を無くす代わりに、基板２の表裏の両面側に突起部１３を設けた変形例である。図１１では、第１の平面コイル３側の突起部１３は隠れて見えないが存在している。基板に設けた突起部１３に対応する各平面コイル側のコイル表面には、導体からなるランドは設けられていない。変形例の、基板に設けた突起部１３の配置位置は、実施形態１と同様に、Ｚ軸方向の配置位置が重ならないようにずらして搭載することが好ましい。変形例の突起部１３の材料は、Ｃｕ等の平面コイルと同じ材料からなる。程度の違いはあれ、実施形態１と同様の寄生容量を抑制する効果が得られる。なお、基板側に突起部を設ける変形例は、これから説明する他の実施形態に対してでも有効である。基板２の突起部と各平面コイル側のコイル表面との接続は、例えば、はんだ付けなどによって行う。
The protrusions are preferably provided on the surface of each planar coil on the substrate side, but may be provided on the substrate surface as necessary. FIG. 11 is a modification in which the
実施形態１では、１ターンのＣ型形状の各平面コイル３、４を組み合わせた巻数２ターンの平面コイル部１０について説明してきたが、以下の実施形態においては２ターンの各平面コイルを組み合わせた巻数３ターン以上の平面コイル部について詳細に説明する。
In the first embodiment, the two-turn
（実施形態２）
巻数４ターンを構成する場合の平面コイル部１０の実施形態２について図１２を用いて説明する。図１２は、実施形態２の構成を示しており、実施形態１の１ターンの第１の平面コイル３と第２の平面コイル４を、それぞれ２ターンに置き換えた平面コイル部１０の分解斜視図である。各平面コイル３、４の巻線は、基板２の表面に搭載された１、２ターン目を構成している２ターンの渦巻状の第１の平面コイル３と、裏面に搭載された３、４ターン目を構成している２ターンの渦巻状の第２の平面コイル４とにより構成される。なお、２ターンの渦巻形状の、とは、巻き始め端部と、巻き終わり端部を有するＣ型形状であって、ほぼ円形に２巻き巻かれた形状であり、必ずしも円形である必要はないが、実施形態としては、渦巻形状でほぼ円形の平面コイルの例を用いて説明する。実施形態でいうＣ型形状とは、両端が閉じていないという意味を含んでいる。
(Embodiment 2)
図１２において、平面コイル部１０は、基板２を挟んで、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４からなる構成になっている。２ターンの第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５は、図示しないＣｕからなる導体パターンによって基板２の表面のスルーホール６の端部と電気的接続されており、また、２ターンの第２の平面コイル４の巻き始め端部４１と基板２の裏面のスルーホール６の端部が、導体パターン１６によって電気的接続されており、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、基板２の貫通導体としてのスルーホール６を介して電気的接続をしている。
In FIG. 12, the
第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、基板２の側に対向する面との接触面積を少なくするため、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の各々の面に、１ターンにつき６箇所、計１２箇所の突起部１１、１２が設けられ、基板２の表裏の面に設けられたはんだ付け用のランド８にはんだ付けにより固定される。基板２と各平面コイル３、４とを、はんだ付けによる固定を行うための突起部１１、１２は、各平面コイルの各ターン毎に約６０°の角度α毎に設けており、各突起部１１、１２は、各平面コイル３、４を基板２にランド８を介してバランス良く固定するため、例えば、内周側、外周側、内周側、外周側、内周側、外周側というように交互に内周側、外周側、あるいは、その逆の順で１ターンにつき６箇所設定している。１ターン毎に６箇所を設定してあるので２ターンで１２箇所となり、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４では４ターンなので合計２４箇所の設定となる。すなわち、基板２と第１の平面コイル３、および、基板２と第２の平面コイル４のそれぞれの間には、第１、第２の平面コイル３、４に突起部１１、１２が設けられている。第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、突起部１１、１２により基板２と接続されるとともに、突起以外の部分には空隙が備えられている。
The first
図１３は、図１２における実施形態２の第１の平面コイル３の−Ｚ軸方向から見た平面図であり、図１の正面から見たときに下方から見た平面図である。図１３において、第１の平面コイル３は、例えば２ターンの渦巻形状のコイルの外側の１ターンの端部を巻き始め端部３１とすると、２ターンした後の内側の１ターンの端部が巻終わり端部３５となる。第１の平面コイル３の２ターンのうちの、外側の１ターンは１ターン目に相当し、内側は２ターン目に相当する。実施形態３においては、第１の平面コイル３の巻き始め端部３１の突起部１１は外周側であり、巻終わり端部３５の突起部１１は内周側である。第１の平面コイル３の巻き始め端部３１は、基板の中心軸７を基準にして約５０°の角度βだけ回転させた位置に配置する。
FIG. 13 is a plan view of the first
図１４は、図１２における実施形態２の第２の平面コイル４の−Ｚ軸方向から見た平面図であり、図１の正面から見た場合には下方から見た平面図である。図１４において、例えば第２の平面コイル４は、２ターンの渦巻形状のコイルの内側の１ターンの端部を巻き始め端部４１とすると、２ターンした後の外側の１ターンの端部が巻終わり端部４５となる。第２の平面コイル４の２ターンのうちの、内側の１ターンは３ターン目に相当し、外側は４ターン目に相当する。実施形態２においては、第２の平面コイル４の巻き始め端部４１の突起部１２は内周側であり、巻終わり端部４５の突起部１２は外周側である。第２の平面コイル４の巻き始め端部４１は、基板の中心軸７を基準にして約２０°の角度γだけ回転させた位置に配置する。
FIG. 14 is a plan view of the second
実施形態２の平面コイル部１０を流れる電流について説明する。図１５は、電流の流れる様子を破線で示し、わかりやすくするために説明に不要な部分を省いた図である。図１５において、電流は、基板２の表面の第１の平面コイル３の巻き始め端部３１から入力され、２周した後、巻き終わり端部３５から図示しない導体パターンを通りスルーホール６を通過して基板２の裏面の導体パターン１６を通り、第２の平面コイル４の巻き始め端部４１に入力されて、更に２周した後、巻き終わり端部４５から出力される。
The current flowing through the
なお、第１の平面コイル３の巻き始め端部３１は、前段の回路である図８のダイオード７９、８０のカソード部と、Ｃｕパターンや端子等により接続される。また、第２の平面コイル４の巻き終わり端部４５は基板２の出口にあたり、後段の回路である図８のコンデンサ８２の一方の端子とＣｕパターンや端子等により接続される。
Note that the winding
また、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、巻数において、各平面コイルの損失量（電流の２乗×抵抗値）を揃えたい、すなわち、発熱量を同等としたいため、同じ巻数である一対であることが好ましいのであるが必ずしも一対である必要はない。例えば、第１の平面コイル３が１ターンで、第２の平面コイル４が３ターンであってもよい。その場合は、抵抗値は断面積と配線長と抵抗率の積となるため、第２の平面コイル４の３ターン側の断面積を厚み方向を増やしてやる必要がある。すなわち、基板２を挟んでいる第１の平面コイル３と第２の平面コイル４との抵抗値を合わせるように厚みを調整し、各々のコイルに設ける突起部が重ならないように、各々のコイルに配置することにより、寄生容量の増加を抑制することができる。
In addition, the first
実施形態２においても、実施形態１と同様に、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４を、基板２に対して突起部１１、１２を用いて概ね浮かせて配置することにより空隙ができて接触面積を小さくできるので、基板２に存在する寄生容量の影響を小さくして使用することが可能である。また、実施形態２において、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、実施形態１と同様に、基板２の表裏の面にそれぞれの突起部１１、１２をＺ軸方向の配置位置が重ならないようにずらして搭載することにより、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の間、および、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の巻き始め端部と巻き終わり端部とのＺ軸方向上下間での、寄生容量をさらに小さくすることが可能である。また、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の巻数が一対ではない場合についても同様に、それぞれの突起部をＺ軸方向の配置位置が重ならないようにずらして搭載することが好ましい。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the first
なお、実施形態２における第１の平面コイル３と第２の平面コイル４とは同一部品である。以上のように、第１の平面コイル３と、第２の平面コイル４、基板２との組み合わせや配置の関係については実施形態１と同様であり、程度の違いはあれ同様の効果が得られる。
In addition, the 1st
（実施形態３）
巻数３ターンを構成する場合の平面コイル部１０の実施形態３について図１６を用いて説明する。図１６は、実施形態３として、実施形態１の１ターンの第１の平面コイル３と第２の平面コイル４を、それぞれ２ターンに置き換えた平面コイル部１０の分解斜視図である。平面コイル部１０は、基板２を挟んで第１の平面コイル３と第２の平面コイル４からなる構成になっており、各平面コイル３、４の巻線は、基板２の表面に搭載された１、２ターン目を構成している２ターンの第１の平面コイル３と、裏面に搭載された２、３ターン目を構成している２ターンの第２の平面コイル４とにより構成される。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the
図１６において、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４はそれぞれ２ターンの渦巻形状のコイルとなっており、基板２と各平面コイル３、４とをはんだ付けにより固定するため、および、基板２の側に対向する面の接触面積を少なくするために、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４に設けられた突起部１１、１２は、各平面コイルの各ターン毎に約６０°の角度α毎に設けており、突起部１１、１２は各平面コイル３、４を基板２にバランス良く固定するため、例えば、内周側、外周側、内周側、外周側、内周側、外周側というように交互に内周側、外周側、あるいは、その逆の順で各平面コイルにつき２ターンであるので、１ターン毎に６箇所で２ターンで１２箇所となり、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４では４ターンなので合計２４箇所の設定となる。すなわち、基板２と第１の平面コイル３、基板２と第２の平面コイル４とのそれぞれの間には、第１、第２の平面コイル３、４に突起部１１、１２が設けられていることで、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、突起部１１、１２により基板２と接続されているとともに、突起以外の部分には空隙が備えられている。
In FIG. 16, each of the first
実施形態３の、第１の平面コイル３の基本構成は実施形態２とほぼ同じである。例えば、２ターンの渦巻形状のコイルの外側の１ターンの端部を巻き始め端部３１とすると、２ターンした後の内側の１ターンの端部が巻終わり端部３５となる。第１の平面コイル３の２ターンのうちの、外側の１ターンは１ターン目に相当し、内側は２ターン目に相当する。実施形態３においては、第１の平面コイル３の巻き始め端部３１の突起部１１は外周側であり、巻終わり端部３５の突起部１１は内周側である。第１の平面コイル３の巻き始め端部３１は、基板の中心軸７を基準にして図１３のような約５０°の角度βだけ回転させた位置に配置する。
The basic configuration of the first
実施形態３の第２の平面コイル４の基本構成は実施形態２とほぼ同じである。例えば、２ターンの渦巻形状のコイルの内側の１ターンの端部を巻き始め端部４１とすると、２ターンした後の外側の１ターンの端部が巻終わり端部４５となる。第２の平面コイル４の２ターンのうちの、内側の１ターンは３ターン目に相当し、外側は４ターン目に相当する。実施形態３においては、第２の平面コイル４の、巻き始め端部４１の突起部１２は内周側であり、巻終わり端部４５の突起部１２は外周側である。第２の平面コイル４の巻き始め端部４１は、基板の中心軸７を基準にして図１４のような約２０°の角度γだけ回転させた位置に配置する。
The basic configuration of the second
実施形態３では、図１６のように、第１の平面コイル３の２ターンのコイルのうちの内側の１ターンのコイルと、第２の平面コイル４の２ターンのコイルのうちの内側の１ターンのコイルの一部が、Ｃｕからなる第１のスルーホール６３と第２のスルーホール６４を介して基板２を貫通させることにより並列接続されている。また、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４は、基板２の側に対向する面の接触面積を少なくするため、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４の、合計４ターンのコイルの各々のコイル１ターンあたり６箇所で平面コイルあたり２ターンなので１２箇所の突起部１１、１２が設けられ、基板２の表裏の面に設けたはんだ付け用のランド８にはんだ付けにより固定される。
In the third embodiment, as shown in FIG. 16, the inner one-turn coil of the two-turn coils of the first
図１６において、例えば第１の平面コイル３において、２ターンの渦巻形状のコイルのうちの外側の１ターンのコイルの端部を巻き始め端部３１とすると、１ターンした後の内側の１ターンのコイルの第１の中間部３２が設けられ、２ターンした後の内側の１ターンのコイルの端部が巻終わり端部３５となる。第１の平面コイル３の内側の１ターンのコイルの部分、すなわち、第１の中間部３２から巻終わり端部３５までの部分のコイルの幅は、第１の平面コイル３の外側の１ターンのコイルの部分、すなわち、巻き始め端部３１から第１の中間部３２までの部分のコイルの幅はほぼ１／２になっている。
In FIG. 16, for example, in the first
図１６において、例えば第２の平面コイル４において、２ターンの渦巻形状のコイルのうちの内側の１ターンのコイルの端部を巻き始め端部４１とすると、１ターンした後の内側の１ターンのコイルの第２の中間部４２が設けられ、２ターンした後の外側の１ターンのコイルの端部が巻終わり端部４５となる。第２の平面コイル４の内側の１ターンのコイルの部分、すなわち、巻き始め端部４１から第２の中間部４２までの部分のコイルの幅は、第２の平面コイル４の外側の１ターンのコイルの部分、すなわち、第２の中間部４２から巻終わり端部４５までの部分のコイルの幅はほぼ１／２になっている。
In FIG. 16, for example, in the second
上述のように、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４のそれぞれの内側のコイルの幅を１／２に狭くして並列で接続させているため、この内側のコイルの狭くなっている部分に流れる電流は、外側のコイルに流れる電流の１／２になる。従って、このように並列接続を行うことにより、各平面コイル３、４で元々４ターンであったものを３ターンと同義とすることで、前述の突起部１１、１２を併用することにより、各巻線間および平面コイルの巻き始め端部と巻き終わり端部との寄生容量を小さくすることが可能である。
As described above, since the inner coil width of each of the first
実施形態３では、第１の平面コイル３に流れる電流は、第１の中間部３２において２つのルートに分流され、第２の平面コイル４に流れる電流は、第１の中間部４２において分流された２つのルートから合流される。これについて以下に説明する。
In the third embodiment, the current flowing in the first
ここで、実施形態３の接続方法によりそれに流れる電流について詳しく説明する。図１７は、２つのルートに分流されて流れる電流の様子を破線、及び、実線で示し、わかりやすくするために説明に不要な部分を省いた図である。図１７において、電流が、第１の平面コイル３の２ターンのコイルのうちの外側の１ターンのコイルの端部である巻き始め端部３１から入力され、一周して、内側の１ターンのコイルの第１の中間部３２に到達する。そこで、第１の中間部３２で分流される一方の電流は、隣接した最近の突起１１から図示しない導体パターンを介して第１のスルーホール６３を介して基板２を貫通して、その後破線で示すように、第１のスルーホール６３から導体パターンを介して第２の平面コイル４の内側の１ターンのコイルの巻き始め端部４１に隣接した最近の突起１２へ流れて、更に一周して、第２の中間部４２に到達する。そして、第２の平面コイル４の外側の１ターンのコイルを流れて巻き終わり端部４５から出力される。
Here, the current flowing through the connection method according to the third embodiment will be described in detail. FIG. 17 is a diagram in which the state of the current that flows after being divided into two routes is indicated by a broken line and a solid line, and unnecessary portions are omitted from the description for the sake of clarity. In FIG. 17, a current is input from the winding
また、図１７において、第１の平面コイル３の第１の中間部３２で分流されるもう一方の電流は、実線で示すように、第１のスルーホール６３を介さないで第１の平面コイル３の内側の１ターンのコイルをそのまま一周して巻終わり端部３５へ到達して、そこから隣接した最近の突起１１から図示しない導体パターンを介して第２のスルーホール６４へ流れ、第２のスルーホール６４から図示しない導体パターンを介して第２の中間部４２に隣接した最近の突起１２へ流れて、第２の平面コイル４の２ターンのコイルのうちの第２の中間部４２に到達する。そして、第２の平面コイル４の外側の１ターンのコイルを流れて巻き終わり端部４５から出力される。
In FIG. 17, the other current divided by the first
つまり、電流は、第１の平面コイル３の巻き始め端部３１から入力され、図１７において破線で示すように、第１の中間部３２で分離し、第１の平面コイル３の幅が狭いコイルを一周して巻終わり端部３５へ至るルートと、第１のスルーホール６３を介して、第２の平面コイル４の巻始め端部４１から第２の中間部４２へ一周して流れこむルートの２つのルートを通り、合流した第２の中間部４２から、そのまま、巻き終わり端部４５から出力されるという回路を構成している。すなわち、第１の平面コイル３の巻始め端部３１から中間部３２を経由した巻終わり端部３５まで、および、第２の平面コイル４の巻始め端部４１から中間部４２を経由した巻終わり端部４５までは、それぞれ直列接続であり、第１の平面コイル３の中間部３２から巻終わり端部３５まで、および、第２の平面コイル４の巻始め端部４１から中間部４２までは並列接続となる。これを直並列接続と呼ぶ。
That is, the current is input from the winding
なお、上記と同様に、内側に対して外側のコイルを細くして並列接続としても良い。 In the same manner as described above, the outer coil may be thinned toward the inner side and connected in parallel.
第２のスルーホール６４は、第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５に隣接した位置に基板２の裏面への貫通導体として設けられ、第１の平面コイル３の巻き終わり端部３５と第２の平面コイル４の第２の中間部４２を接続している。なお、各平面コイルは銅板で形成されている。
The second through
第１のスルーホール６３は、第２の平面コイル４の巻始め端部４１に隣接した位置に基板２の表面への貫通導体として設けられ、第２の平面コイル４の巻始め端部４１と第１の平面コイル３の第１の中間部３２を接続している。
The first through
実施形態３においても実施形態１と同様に、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４を、基板２に対して突起部１１、１２を用いて概ね浮かせて配置することにより、空隙ができて接触面積を小さくできるので、平面コイル３、４間に存在する寄生容量の影響を小さくして使用することが可能である。
Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the first
（実施形態４）
図１８は、実施形態４における平面コイル部１０の一部を示す分解斜視図である。主な構造は実施形態１と同じであるが、実施形態１と異なる点は第２の突起部１４の形状である。図１８では、基板２を挟むように形成された第１の平面コイル３と第２の平面コイル４、すなわち、平面コイル部１０のうち第２の平面コイル４は省略した。表面側の第１の平面コイル３は、基板２の側に６箇所の第２の突起部１４の折り曲げ部１５を持ち、基板２との接触面の形状が四辺形状となっており、基板２の両面に設けたはんだ付け用のランド８にはんだ付けにより固定される。同様に、図１８では省略したが、裏側の第２の平面コイル４にも基板２の側に６箇所の第２の突起部１４である折り曲げ部を持ち、基板２との接触面の形状が四辺形状となっており、基板２に設けたはんだ付け用のランド８にはんだ付けにより固定される。
(Embodiment 4)
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a part of the
図１８における、第２の突起部１４の形状について、一例として、図１９に第２の突起部１４の拡大断面図を示す。図１９の折り曲げ部１５の形状が、図１８の折り曲げ部１５の形状とは同一形状ではないが一例として示している。実施形態４が実施形態１と異なる点は、実施形態１の突起部１１、１２と同じ役割である折り曲げ部１５を有する第２の突起部１４であって形状に特徴を有している。第２の突起部１４の形成を曲げ加工により行うことにより、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
As an example of the shape of the
実施形態４においても実施形態１と同様に、各平面コイル３、４を、基板２に対して第２の突起部１４の折り曲げ部１５を用いて概ね浮かせて配置することにより、基板２に対する接触面積を小さくすることができるため、平面コイル３、４間に存在する寄生容量の影響を小さくして使用することが可能である。以上のように、第１の平面コイル３と第２の平面コイル４、基板２との組み合わせや配置の関係については、実施形態１と同様であり、同様の効果が得られる。
Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, each
１ 巻線部品
２ 基板
３ 第１の平面コイル
４ 第２の平面コイル
５ａ 第１の磁性体コア
５ｂ 第２の磁性体コア
６、６３、６４ スルーホール
７ 基板の中心軸
８ ランド
１０ 平面コイル部
１１、１２、１３ 突起部
１４ 鉤状突起部
１５ 折り曲げ部
１６ 導体パターン
２１ コイル基板部
２２ 支持基板部
３１、４１ 巻き始め端部
３２ 第１の中間部
４２ 第２の中間部
３５、４５ 巻き終り端部
６３ 第１のスルーホール
６４ 第２のスルーホール
７０ スイッチング電源装置
７１、７２、７３、７４ スイッチング素子
７５ トランス
７６ １次側巻線７６
７７、７８ ２次側巻線
７９、８０ ダイオード
８１ 平滑用チョークコイル
８２ コンデンサ
８３ 入力端子
８４ 出力端子
８５ 補機類
８６ 高電圧バッテリ
８７ 低圧バッテリ８７
８８ 制御回路
８９ 駆動回路
DESCRIPTION OF
77, 78 Secondary winding 79, 80
88
Claims (10)
前記第１の平面コイル、および、前記第２の平面コイルは、それぞれ、巻き始め端部と、巻き終わり端部を備え、
前記基板は、前記第１の平面コイルと前記第２の平面コイルとほぼ同じ平面形状を含むコイル基板部を備えており、
前記基板には、前記基板を貫通し、前記第１の平面コイルと前記第２の平面コイルを導通させるためのスルーホールを備え、
前記基板と前記第１の平面コイルの間、および、前記基板と前記第２の平面コイルの間には、部分的に空隙を構成するための、複数の突起部を備えたことを特徴とする巻線部品。 A substrate and a first planar coil and a second planar coil so as to sandwich the substrate;
Each of the first planar coil and the second planar coil includes a winding start end and a winding end end,
The substrate includes a coil substrate portion including substantially the same planar shape as the first planar coil and the second planar coil;
The substrate includes a through-hole for passing through the substrate and electrically connecting the first planar coil and the second planar coil.
A plurality of protrusions for partially forming a gap are provided between the substrate and the first planar coil and between the substrate and the second planar coil. Winding parts.
The first planar coil and the second planar coil are a pair, and the plurality of protrusions are arranged on the outer circumferential side, the inner circumferential side, or the inner circumferential side for each turn of the planar coil. The winding parts according to claim 3, wherein the winding parts are arranged so as not to overlap each other by shifting the position alternately, such as on the outer peripheral side.
前記基板上の対応する位置に設けられた導体からなるランドに固定され、
前記第１の平面コイルと前記第２の平面コイルそれぞれの接続端子近傍に設けられた突起部に対応するランド間が、前記スルーホールを介して電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の巻線部品。 The plurality of protrusions are
Fixed to a land made of a conductor provided at a corresponding position on the substrate;
The land corresponding to the protrusion provided in the vicinity of the connection terminal of each of the first planar coil and the second planar coil is electrically connected through the through hole. The winding component according to any one of 1 to 4.
前記各平面コイルは、１ターン目から２ターン目に架かる中間部を有し、
前記第１の平面コイルの、第１の中間部に最も近い位置にある前記突起部である第１の中間突起部に対応するランドと、前記第２の平面コイルの、内側の巻き始めに相当する部分に最も近い位置にある前記突起部に対応するランド間が、第１のスルーホールを介して電気的に接続され、
さらに、前記第１の平面コイルの、内側の巻き終わりに相当する部分に最も近い位置にある前記突起部に対応するランドと、前記第２の平面コイルの、第２の中間部に最も近い位置にある前記突起部である第２の中間突起に対応するランド間が、第２のスルーホールを介して電気的に接続され、
前記それぞれの平面コイルの、内側の平面コイルの幅は、外側の平面コイルの幅の１／２である
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の巻線部品。 A pair of the first planar coil and the second planar coil each have two turns,
Each of the planar coils has an intermediate portion extending from the first turn to the second turn,
Corresponds to the land corresponding to the first intermediate projection, which is the projection closest to the first intermediate portion of the first planar coil, and the inner winding start of the second planar coil. Between the lands corresponding to the protrusions located closest to the portion to be electrically connected through the first through hole,
Further, the land corresponding to the projection portion closest to the portion corresponding to the inner winding end of the first planar coil, and the position closest to the second intermediate portion of the second planar coil. Between the lands corresponding to the second intermediate protrusions which are the protrusions in the first through second holes,
The winding part according to any one of claims 5 to 7, wherein the width of the inner planar coil of each of the planar coils is ½ of the width of the outer planar coil.
The substrate, the first planar coil, and the second planar coil have a common opening, and the first planar coil and the second planar coil are magnetized so as to penetrate the opening. The winding component according to any one of claims 1 to 9, further comprising a pair of magnetic cores to be coupled together.
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