(57)【要約】【課題】  本発明の基板コイルは、磁性体で囲まれた中継端子を形成し、プリント基板を使い中継端子とプリント基板を抵抗溶接で接続しコイル状に接続することにより電子部品に用いる巻線コイルの平面化と多機能化に対応した基板コイルを得ることを目的としたものである。【解決手段】  本発明の基板コイルは、矩形枠のホルダー５と、該ホルダー５内に嵌挿される基板パターン１，４、Ｅ形状の磁性体２、該磁性体２の空白部に配置される中継端子３とから組立構成される。すなわち、本発明の基板コイルは、上下水平に前記基板パターン１，４を配置し、前記基板パターン１，４間にＥ形状の磁性体２の開放側を互いに向かい合わせに配置し、さらに前記磁性体２の空白部に磁性体２を挟んで配置した中継端子３とからなり、前記ホルダー５の上下面を基板パターン１，４で被った多層構造となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形枠のホルダーと、該ホルダー内に上下水平に複数の基板パターンを配置し、前記基板パターン間にＥ形状の磁性体を互いに向かい合わせに配置し、さらに前記磁性体の空白部に磁性体を挟んで配置した中継端子とからなり、前記ホルダー内の上下面を前記基板パターンで被った多層構造としたことを特徴とする基板コイル。
【請求項２】
前記中継端子は、長方体の中央に長手方向に沿って細長の挿入穴を設けた強磁性体に、前記挿入穴と同形状の樹脂リングを介して多層基板を直立に固定してなり、前記樹脂リングで多層基板の回りを保護し強磁性体を使い中継端子そのものでインダクタンスを得るよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板コイル。
【請求項３】
前記多層基板は、両面を使い、正面に平行パターンを設け、背面にコイル状に配線するため１ラインずらした斜行パターンを設けたことを特徴とする請求項２記載の基板コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に用いる巻線コイルの平面化と多機能化に対応した基板コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻き線を行うコイルに関しては、図２０に示すように磁性体に多種多用の電線と溶剤、半田が使われている。
従来のコイル電線においては、製造のためどうしても避けられない巻き始めのクランプ時と巻き終わりのクランプ時に、ある程度の長さを必要とするため無駄な使用量が発生し、溶剤においては絶縁目的に使用され完全に硬化するため磁性体を再利用しようとするとコスト面において不具合が起り、半田においては鉛フリー化が進み鉛の含有量は減っているが完全ではないのが現状である。
そして、磁性体を使うコイルの構造上、漏れ磁束の問題があり、漏れ磁束を解消するためシールドする従来の方法ではインダクタンス容量が上がるが、その代わりに電流に対する飽和点が低くなる。
従来、磁性体などに電線を巻くことでインダクタンス容量を得ることを目的としていた方法では形状や磁性体の特性により制限され、部品設計は経験に頼ることが多い。
容量と巻数は比例関係にあるが、巻乱れ等によりバラツキが多く巻き方で特性が変動する。
さらに、皮膜で包まれた電線を巻くために電線のキズによるショートが起こりやすい。
そして、特性に合わせ形状を変更するなど専用設計が必要で、時間を要し依存のセットに合わせるためには同形状で同じ特性のコアを使用する他なく制限される。
インピーダダンスの共振ポイントは固有の磁性体特性に依存しているため使う材質形状により制限を受け、設計を難しくしている。
トランス構造で巻線比不良、インダクタンス不適合、コアの飽和などの不良が起こると設計変更に時間を要し、巻き乱れ、インシュレーションなどで電圧変動を起こし原因となる点が多く改善が難しい。
公差１０％以上の性能を望むと量産性が悪く規格に余裕を持たせなければ量産性を善くすることが難しい。
トランスにおいて沿面距離の均一化が難しいため、絶縁対策はコストを高くする。
従来、マイクロ・インダクターは電磁誘導作用により回りの部品に悪影響を与えるためポットコアなどでシールドを行なうなど、電磁誘導作用を抑えると電流が制限され大電流ではシールドができない。
巻線インダクターは、巻数と電線の太さで特性を合わせる方法で必要な容量を巻き終わりや巻き乱れの関係上正確な容量を得ることができず、太い電線では巻き難く、細い電線では巻き乱れが多くなる。
部品点数が多いトランスにおいて環境問題に配慮するためには材料構成多く対応するには時間が掛る。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２０３７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の基板コイルは、磁性体で囲まれた中継端子を形成し、プリント基板を使い中継端子とプリント基板を抵抗溶接で接続しコイル状に接続することにより電子部品に用いる巻線コイルの平面化と多機能化に対応した基板コイルを得ることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の基板コイルは、矩形枠のホルダーと、該ホルダー内に上下水平に複数の基板パターンを配置し、前記基板パターン間にＥ形状の磁性体を互いに向かい合わせに配置し、さらに前記磁性体の空白部に磁性体を挟んで配置した中継端子とからなり、前記ホルダー内の上下面を前記基板パターンで被った多層構造としたものである。
前記中継端子は、長方体の中央に長手方向に沿って細長の挿入穴を設けた強磁性体に、前記挿入穴と同形状の樹脂リングを介して多層基板を直立に固定してなり、前記樹脂リングで多層基板の回りを保護し強磁性体を使い中継端子そのものでインダクタンスを得るよう構成されているものである。
前記多層基板は、両面を使い、正面に平行パターンを設け、背面にコイル状に配線するため１ラインずらした斜行パターンを設けたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の基板コイルは、電線を使用せずに従来のインダクターとして機能させることから材料の無駄を省くことができ、磁性体の形状と電線の種類も多種多用であった従来の方式に比べると、機能別に基板の設計を行なうことにより、例えばトランス専用基板、チョークコイル専用基板、ラインフィルター専用基板と種類に分け設計することで一度の設計であらゆる用途に製品化が可能となる。
【０００７】
本発明の基板コイルは、従来のインダクターの欠点である電磁誘導作用を低減するため平面化と分子レベルの磁壁移動による飽和を防ぐことを実現するため容量を大きく限られたスペースで巻数を増やすセクション構造とし、基板内に磁性体を挿入させる方式で、同じ基板を使い全く容量の違う製品を造ることにより少量生産、試作など数の少ない試験的に使われる部品の製作が金型製作を必要としない構造となることから短納期で行なえ巻き乱れによるバラツキを考える必要がない利点を生かし限界点で特性の合わせ込みを解り易くすることにより更に高度な部品の試作量産を可能とする。
【０００８】
本発明の基板コイルは、基板を使用するすべての電子機器に対し回路設計時に、本発明品を回路設計段階で加えることができ基板内蔵型インダクターとして電子機器に有効に働き小型化、省エネ化とリサイクルを実現可能とする。
【０００９】
本発明の基板コイルは、磁性体本来の性能を引き出すことができ平面でありながら巻数より効率の良いインダクタンス容量を得ることが可能である。
【００１０】
本発明の基板コイルは、開磁回路でありながら特殊形状の凹凸ギャップを設けることで分子レベルの磁壁移動による磁性体飽和をおさえながら容量低下と定格電流の維持できる構造でチョークコイル、トランスで重要な大電流の確保をギャップを設けることで可能とし平面化による形状の効果と凹凸ギャップによる漏れ磁束減少により電磁誘導作用を抑えることで基板実装に実装場所を選んでいたコイルの配置が周りの部品を気にすることなく実装可能とし周りの部品への影響と周りの部品から影響を全く受けないことで、スペースを空けることなく更に密度の濃い実装を可能とする。
このことにより基板実装における挿入場所を選ぶことなく実装でき部品実装スペースを従来より有効利用可能となる。
本発明の基板コイルは、環境対策のため部品構成と組み立て方法で量産し再利用する目的の構成で新に特性の違う部品として製品化するため使用途別形状として専用設計しプリント基板の利点である均一パターンで一定の間隔が取れることによる絶縁性の高さを利用し接続には抵抗溶接とし従来絶縁目的に使用されるワニスなどの溶剤や接着材接続のための鉛フリー化が進む半田を使わず製品化可能としており設計段階で材料構成を徹底的に回収できる構造として利用するため本発明品を回収し分解することを可能な構成と製造方法であることから資源の無駄を極力避け環境にやさしい部品としている。
そして使用途別形状統一の例として、トランス専用、チョークコイル専用、ラインフィルター専用と形状を固定することにより磁性体の回収を形状により分別できるようにしている。
このことで電線を巻かずにコイルを作ることができ基板を使うことで巻き乱れによる部品のバラツキができにくい構造としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の基板コイルの一実施例を図面に基づいて、以下に説明する。
図１の分解図に示すように、本発明の基板コイルは、矩形枠のホルダー５と、該ホルダー５内に嵌挿される基板パターン１，４、Ｅ形状の磁性体２、該磁性体２の空白部に配置される中継端子３とから組立構成される。
すなわち、本発明の基板コイルは、上下水平に前記基板パターン１，４を配置し、前記基板パターン１，４間にＥ形状の磁性体２の開放側を互いに向かい合わせに配置し、さらに前記磁性体２の空白部に磁性体２を挟んで配置した中継端子３とからなり、前記ホルダー５の上下面を基板パターン１，４で被った多層構造となる。
図２の斜視図に組立完成された本発明の基板コイルを示す。
前記中継端子３は、図３の分解図に示すように、長方体の中央に長手方向に沿って細長の挿入穴１０を設けた強磁性体８に、前記挿入穴１０と同形状の樹脂リング７を介して多層基板６を直立に固定したもので、図４の斜視図に組立完成された中継端子３を示す。
前記多層基板６は両面を使い、図５の縦断面図に示すように片面（正面）には平行パターンを設け、図６の縦断面図に示すように片面（背面）にコイル状に配線するため１ラインずらした斜行パターンを設け、前記樹脂リング７で多層基板６の回りを保護し強磁性体８を使い中継端子３そのものでインダクタンスを得るよう構成されている。
なお、前記基板パターン１，４と中継端子３の基板６とは、抵抗溶接により接続される。
【００１２】
前記中継端子３でコイル状に接続された多層基板６の隙間に磁性体を追加し特性を合わせながら、図７の横断面図に示すように、部品特性調整機構として、強磁性体８の分子レベルでおこる磁壁の移動をギャップ９を空けることにより強磁性体８の飽和をおさえる。
図８の拡大図に示すように、ギャップ９を空けることで漏れ磁束とインダクタンス容量低下を防ぐため、中継端子３側のギャップ９を内側に向け隙間に追加される磁性体２の磁束の流れに漏れ磁束を引き込むようギャップ９に凹凸を付けている。
そして部品特性の合わせ込みを更に改善するためクロス配線が行える組立て構造としている。
そして、磁性体を使うコイルの構造上漏れ磁束の問題があり、漏れ磁束を解消するためシールドする従来の方法ではインダクタンス容量が上がるが、その代わりに電流に対する飽和点が低くなる。
このことを解消するため、図２に示すように電線をプリント基板に置換え、絶縁においてはプリント基板製造時に使われるレジスト処理で代用され、半田を抵抗溶接に置換えることにより接続を行い分解が従来のコイルより簡単にできる構造と、図９の斜視図に示すように始めから漏れ磁束を抑え飽和点を高くする工夫を施した構造としている。
漏れ磁束の解消は、漏れ磁束を発生させる空間の平面化とギャップ９の凹凸形状により減少させる構造で、漏れ磁束はギャップ９の空間距離と面積に比例して増えることから、空間距離はコア面積の４／１とし、図８に示す突起部１１面積も同じ面積にし、磁性体の特性を漏れ磁束がおこりやすい部分の周波数抵抗を合わせることで、この電磁誘導を開磁回路でおさえより大電流に対応できる構造としている。
【００１３】
さらに、容量調整機構として、１番目に図１０の正面図に示すように多層基板６の隣接されたパターンを容量に合わせ抵抗溶接１３を行なう方法、２番目に基板パターン１の抵抗溶接を指定された容量まで接続する方法、３番目に部分的に隣接パターンを接続する方法の３通りの方法で行える構成としており、例として通常条件の仕様をＬ＝５００μＨ、定格電流１Aとすると１番目の方法を使うとL＝２５０μH、２Ａで、２番目の方法を使うとＬ＝１μＨ〜５００μＨ、１Ａと、３番目の方法を使うとＬ＝０．０１μＨ〜５００μＨ、電流は１Ａ〜１０Ａと調整可能となる。
すなわち、多層基板６のクロス配線と抵抗溶接１３の組合せ調整を行うことにより形状変更を行わずに特性とインダクタンスに必要な容量を極限まで調整可能としてる。
【００１４】
図１１の分解図はトランス構造のインダクター組立ての一例である。
前記トランス構造のインダクターは、矩形枠のトランス専用ホルダー１２と、該トランス専用ホルダー１２内に嵌挿される基板パターン１，４、Ｅ形状の磁性体２、該磁性体２の空白部に配置される中継端子３とから組立構成される。
すなわち、上下水平に前記基板パターン１，４を配置し、前記基板パターン１，４間にＥ形状の磁性体２の開放側を互いに向かい合わせに配置し、さらに前記磁性体２の空白部に磁性体２を挟んで配置した中継端子３とからなり、前記トランス専用ホルダー１２の上下面を基板パターン１，４で被った多層構造となる。
図１２の斜視図に組立完成されたトランス構造のインダクターを示す。
図１３のＡ−Ａ’断面図に示すように、前記トランス専用ホルダー１２内に下から基板パターン４、中継端子３、磁性体２、基板パターン１６、中継端子３、磁性体２、基板パターン１の如く組立てられ、図９に示すように磁性体２と中継端子３の強磁性体８とは隣り合わせの状態に配置される。
前記トランス専用ホルダー１２に嵌挿される上下３層の基板パターン両端には接続用金具１４が嵌め込まれ、組立てられた基板パターン１、磁性体２、中継端子３がそれぞれ固定される。
また、図１４のＢ−Ｂ’断面図に示すように、上下の磁性体２と中継端子３の強磁性体８との間には空間部１７が形成される。
そして、図１５の裏面図に示すように、前記トランス専用ホルダー１２の対向枠を貫通して前記基板パターン４に接続された端子ピンを導出させ，該端子ピンを１２レイヤー（28Pin）１５として使用する。
【００１５】
図１６の平面図には、磁性体２及びトランス専用ホルダー１２を省略した本発明の基板コイルを示しており、最上位の基板パターン１には中継端子３の基板６が挿入される中継端子挿入部１８が複数個形成されており、実施例では全部で４個の中継端子挿入部１８が形成される。
図１７の平面図には、トランス専用ホルダー１２を省略した本発明の基板コイルを示しており、図１４のＢ−Ｂ’断面図で示す空間部１７にＥ字形の磁性体２が開放部を向き合わせる状態で挿入され、前記磁性体２、２の開放部を向き合わせる状態の先端にはギャップ１９が形成される。
【００１６】
このようにして形成された基板コイルは、図１８の縦断面図に示すように、始まり（Star）から基板パターン１→中継端子３→基板パターン１６→中継端子３→基板パターン４となり、更に折り返して中継端子３→基板パターン１６→中継端子３→終わり（Finis）となるようにジグザク状にクロス配線される。
【００１７】
中継端子３構造には容量が不足する場合の対処方法も考えられており一度設計された最大容量が通常条件で５００μＨまでの部品に対し1ｍＨの容量を必要とする場合はクロス配線の構造を利用し、図１９の分解図に示すように、１段、２段、３段と縦方向に積み上げ抵抗溶接１３することで容量を２倍、３倍、４倍に部品の高さの規格内まで容量を増やし銅損が電線よりも少ない基板パターン１と中継端子６の可能性を高め、専用部品構造である従来のコイルを超える構造と設計試作で量産可能な部品の製造がドラムコアの規制形状に合わせることなく同じ特性のコイルから性能を高めたコイルの製作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の基板コイルの分解斜視図である。
【図２】本発明の基板コイルの斜視図である。
【図３】中継端子の分解斜視図である。
【図４】中継端子の斜視図である。
【図５】中継端子の正面側の縦断面図である。
【図６】中継端子の背面側の縦断面図である。
【図７】中継端子の横断面図である。
【図８】中継端子のギャップの拡大斜視図である。
【図９】中継端子の磁性体及び磁性体の一部省略拡大斜視図である。
【図１０】中継端子の正面図である。
【図１１】トランス構造の分解斜視図である。
【図１２】トランス構造の斜視図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ’断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１５】トランス構造の裏面図である。
【図１６】トランス構造の一部省略平面図である。
【図１７】トランス構造の一部省略平面図である。
【図１８】トランス構造の縦断面図である。
【図１９】他のトランス構造の分解斜視図である。
【図２０】従来の巻線コイルの斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  基板パターン
２  磁性体
３  中継端子
４  基板パターン
５  ホルダー
６  多層基板
７  樹脂リング
８  強磁性体
９  ギャップ
１０  挿入穴
１１  突起部
１２  トランス専用ホルダー
１３  抵抗溶接
１４  接続用金具
１５  １２レイヤー
１６  基板パターン
１７  空間部
１８  中継端子挿入部
１９  ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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