(57)【要約】両面に粘着剤と接着剤のうちいずれか一つを有する絶縁紙１３を薄形コイル層間に少なくとも１箇所以上挿入して多層コイルを構成し、この多層コイルの上下から、磁心１５を組み込む。これによって上下のコイル１１とコイル１２の間の距離、コイル１１及びコイル１２と磁心１５との間の距離などの変動を抑えたスイッチング電源用の薄形トランスを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に粘着剤と接着剤のうちいずれか一つを有する絶縁紙と、前記絶縁紙を薄形コイル層間に少なくとも１箇所以上挿入して構成した多層コイルと、前記多層コイルの上下から組み込んだ磁心とを有する薄形トランス。
【請求項２】
前記絶縁紙がポリイミドフィルムである請求項１記載の薄形トランス。
【請求項３】
粘着剤を有する前記絶縁紙が粘着剤付きテープである請求項１または２記載の薄形トランス。
【請求項４】
最下層と最上層のうち少なくともいずれか一方の前記絶縁紙が、前記粘着剤を両面に有している請求項３記載の薄形トランス。
【請求項５】
前記絶縁紙の面の一部に前記接着剤を有する請求項１または２記載の薄形トランス。
【請求項６】
最下層と最上層のうち少なくともいずれか一方の前記絶縁紙が有する接着剤または粘着剤が、コイル間に使用する前記絶縁紙が有する前記接着剤または前記粘着剤と同一である請求項５記載の薄形トランス。
【請求項７】
前記多層コイル全体を絶縁樹脂で封止した請求項１〜６のいずれか一つに記載の薄形トランス。
【請求項８】
前記絶縁樹脂が熱可塑性樹脂である請求項７記載の薄形トランス。
【請求項９】
前記熱可塑性樹脂が液晶ポリマーである請求項８記載の薄形トランス。
【請求項１０】
１次コイルと２次コイルの少なくともいずれか一方が薄板状のコイルである請求項１〜９のいずれか一つに記載の薄形トランス。
【請求項１１】
前記薄板状のコイルが銅板である請求項１０記載の薄形トランス。
【請求項１２】
１次または２次コイルの少なくともいずれか一方がプリント基板上に形成したコイルである請求項１〜９のいずれか一つに記載の薄形トランス。
【請求項１３】
１次または２次コイルの少なくともいずれか一方が、電線を巻回して形成したコイルである請求項１〜９のいずれか一つに記載の薄形トランス。
【請求項１４】
前記電線が丸電線と平角電線と３層絶縁皮膜付き電線のうちのいずれか一つである請求項１３記載の薄形トランス。
【請求項１５】
前記電線が溶剤融着層を有している請求項１４に記載の薄形トランス。
【請求項１６】
前記溶剤融着層がアルコール融着タイプである請求項１５記載の薄形トランス。
【請求項１７】
前記多層コイルと端子との接続部がモールド樹脂で封止された請求項７〜１３のいずれか一つに記載の薄形トランス。
【請求項１８】
１次コイルと２次コイルを構成する薄形コイルを準備する第１の工程と、両面に粘着剤と接着剤のうちいずれか一つを有する絶縁紙を前記薄形コイル間に少なくとも１箇所以上挿入して多層コイルを形成する第２の工程と、前記多層コイルの上下から磁心を組み込む最終工程とを有する薄形トランスの製造方法。
【請求項１９】
前記第２の工程において、前記絶縁紙と前記多層コイルの対向面の一部に前記接着剤を塗布する請求項１８に記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２０】
前記第２の工程と前記最終工程の間に、さらに前記多層コイル全体を射出成型して封止する工程を有する請求項１８と請求項１９のいずれか一つに記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２１】
前記第１の工程において銅板を打ち抜いてコイルを形成する請求項１８〜２０のいずれか一つに記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２２】
前記第１の工程において銅板をエッチングしてコイルを形成する請求項１８〜２０のいずれか一つに記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２３】
前記第１の工程において電線を巻回してコイルを形成する請求項１８〜２０のいずれか一つに記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２４】
前記第１の工程において溶剤で電線表面の融着層を融かす工程を有する請求項２３記載の薄形トランスの製造方法。
【請求項２５】
前記溶剤がアルコールである請求項２４記載の薄形トランスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電子機器、主として通信装置などに使用される薄形電源に搭載されるスイッチング電源用の薄形トランスおよびその製造方法に関する。
背景技術
近年、情報通信インフラ網が大きく、進展する中で消費電力の増大が社会的問題となってきている。特に通信装置は小形化と消費電力の低減要請とに応えるため、その給電方式は集中給電から分散給電へと推移している。現在、これらの電源部には小形、薄形のオンボード電源が多く使用されている。一方、ＬＳＩの高速化に伴う大電流化と消費電力削減のために、低電圧化が急速に進展している。これらＬＳＩを駆動するオンボード電源も低電圧化及び大電流化への対応が求められている。そしてこれら薄形オンボード電源のさらなる小形化手段として、スイッチング周波数をより高くする傾向がある。特に電源部の主要構成部品であるトランスにおいては高周波駆動に適した低損失、低ノイズでかつ小形で安価な面実装タイプの薄形トランスが求められている。
これらの電源の開発ニーズに対応するため、コイルを積層した薄形トランスが特開平１０−３４０８１９号公報に開示されている。そして、積層するコイルの位置決めのために、コイルベースを設けている。一方、コイルの占積率をあげて、トランスとしての電気特性を向上させるために、位置決め用のコイルベースを用いない試みもある。図１０は積層するコイルの位置決め用のコイルベースを持たない従来の積層型薄形トランスの分解斜視図である。図１１は、図１０に示す従来の積層型薄形トランスの積層構成を示す断面図である。打抜き、或いはエッチングなどの方法により、薄板状の導体から非巻線タイプの１次コイル、２次コイルを各２個製作する。図１０に示すように絶縁紙３、２次コイル２、絶縁紙３、１次コイル１、絶縁紙３、２次コイル２、絶縁紙３、１次コイル１、絶縁紙３と順次積層して多層コイルを形成する。次に、多層コイルの上下面に磁心５と積層コイルの固着用として接着剤８を適量塗布する。最後に上下から、磁心５を組み込み、薄形トランスが完成する。各コイルはトランス完成後、端子と接続される。図１１に示すように、各コイルは本体基板９上に設けられた端子６へ接続部７を介して半田付け、溶接などの方法で接続される。図１０に示す従来例では、コイルの位置決めをするためのコイルベースを使用しないで、コイルを積層する。
そのため、コイルと絶縁紙３との相互の位置が安定しないので、図１１に示すように、１次コイルと２次コイル間の距離Ａ、コイルと磁心間の距離Ｂに大きなばらつきが生じる。
また、個々のコイルは別々に積層されるため、磁心を組み込む時の作業性が非常に低い。その結果、絶縁性能や電気性能が安定しないため、品質、生産性の点で大きな課題を有する。
本発明は、上記従来例の課題を解決し、絶縁性能、電気性能の安定した、生産性の高いコイルベースレスタイプのコイル多層型薄形トランスおよびその製造方法を提供する。
発明の開示
本発明は、両面に粘着剤と接着剤のうちいずれか一つを有する絶縁紙と、前記絶縁紙を薄形コイル層間に少なくとも１箇所以上挿入して構成した多層コイルと、前記多層コイルの上下から組み込んだ磁心とを有する薄形トランスを提供する。さらに、１次コイルと２次コイルを構成する薄形コイルを準備する第１の工程と、両面に粘着剤と接着剤のうちいずれか一つを有する絶縁紙を前記薄形コイル間に少なくとも１箇所以上挿入して多層コイルを形成する第２の工程と、前記多層コイルの上下から磁心を組み込む最終工程とを有する薄形トランスの製造方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を用いて、本発明を具体的に説明する。なお、図面は模式図であり、各位置を寸法的に正しく示したものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。図１に示すように、打ち抜き、或いはエッチングなどの方法で薄板状の銅版から非巻線タイプのコイルを製作する。これを各２個準備し、１次コイル１１と２次コイル１２として使用する。次に、両面に粘着剤１８ａを付けた絶縁紙１３を所定の形状に打ち抜く。また、粘着剤１８ａ付き絶縁紙１３は市販されている粘着剤付きテープであってもよい。
また、絶縁紙１３に粘着剤１８ａと接着剤１８のいずれか一つを塗布した後、それを使用してもよい。絶縁紙１３は耐熱性のあるポリイミドフィルム（ＰＩ）が好ましい。絶縁紙１３としてはＰＩの他に、絶縁性薄膜材料であればいずれも用いることができる。次に図１に示すように、粘着剤１８ａ付き絶縁紙１３、２次コイル１２、粘着剤１８ａ付き絶縁紙１３、１次コイル１１、と順次、積層して多層コイルを形成する。図示していないが、積層する際にはコイルと絶縁紙１３の相互の位置関係を決めるために積層用の治具を用いる。こうして形成した多層コイルの上下面に、磁心１５と積層コイルの固着用として接着剤１８を適量塗布する。最後に上下から磁心１５を組み込み、薄形トランスとして完成させる。各コイルはトランス完成後、端子と接続される。図１に示すように、各コイルは本体基板１９上に設けられた端子１６へ接続部１７を介して半田付け、溶接などの方法で接続される。以上、本発明の実施の形態１によれば、両面に粘着剤１８ａと接着剤１８のうちいずれか一つを有する絶縁紙１３を薄形コイル層間に少なくとも一箇所以上挿入して多層コイルを構成する。この多層コイルの上下から磁心１５を組み込むので、トランス製造時と完成後も含めて半永久的にコイルと絶縁紙１３の可動をなくすことができる。すなわち、上下のコイル間の距離、コイルと磁心間の距離の変動を抑えることができる。
また多層コイルを構成する個々のコイルは、絶縁紙の両面に塗布された粘着剤１８ａや接着剤１８により固着、一体化されているため磁心を組み込む時の作業性は非常に高い。
本発明の実施の形態１の製造方法は１次コイルと２次コイルを構成する薄形コイルを予め準備する第１の工程と、両面に粘着剤１８ａと接着剤１８のうちいずれか一つを有する絶縁紙１３をコイル層間に少なくとも１箇所以上挿入して多層コイルを形成する第２の工程と、この多層コイルの上下から、磁心１５を組み込む最終工程とを有する。第２の工程において粘着剤１８ａと接着剤１８のうちいずれか一つを有する絶縁紙１３を使用するので、積層治具から出し入れの際や最終工程においても積層コイルと絶縁紙１３の位置の変動を防止できる。このようにして、絶縁性能、電気性能の安定した生産性の高いコイルベースレスタイプのコイル多層型薄形トランスおよびその製造方法を提供できる。
また、絶縁紙として融点が高い（４００℃以上）ＰＩを採用しているので、コイル間の絶縁に使用してもコイルの発熱に対する安全度が非常に高い。Ｆ種（１５５℃）以上の連続使用にも耐え得る高耐熱絶縁が実現できる。このことにより、トランスをさらに小形化できる。さらに、絶縁紙１３として粘着剤１８ａ付きテープを使用するため、コイルと絶縁紙１３を積層し固着する工程において、接着剤の塗布工程や硬化工程が不要となる。
また、１次コイル１１と２次コイル１２のうち少なくともいずれか一方は薄板状のコイルであるから、１次と２次コイル間の磁気効率が高められる。さらに、銅板で形成した薄板状のコイルを使用するので、断面積を大きくすることができ、大電流にも対応できる。ここで、１次コイルと２次コイルのうち少なくとも一方をプリント基板上に形成すると、コイル導体の位置、積層コイルの厚みが安定するので性能のばらつきを低減できる。
また、コイルを積層する第２の工程では、コイルと絶縁紙を正確に位置決めして積層するために、適切な治具を使用する。
その結果、コイルベースを使用しなくてもコイルと絶縁紙の相互の位置関係を正確に決めることができる。
さらに、薄形コイルを予め準備する第１の工程では銅板を打ち抜いてコイルを形成すれば、コイルの生産性が向上し、コイルの単価を低減できる。さらに、銅板をエッチングしてコイルを形成すれば、打ち抜き用の金型が不要となる。投資を抑えることができるので多品種少量の生産には適している。また、コイル端面のバリも発生しない。なお、本発明の実施の形態１では絶縁紙１３に粘着剤１８ａを塗布しているが、粘着剤１８ａの代わりに接着剤１８を積層工程で塗布してもよい。また、絶縁紙１３を所定の形状に加工して予め準備する代わりに、コイルに貼り付けた後打ち抜き加工し、その後積層してもよい。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。基本的な構成は実施の形態１と同一である。大きく異なる点は最下層および最上層の絶縁紙１３の両面に粘着剤１８ａを形成した点である。最下層および最上層のうち少なくとも一方の絶縁紙１３の両面に粘着剤１８ａを形成することにより、コイルとコア間の接着工程が不要となる。
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について図３、図４を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態３における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。図４は本発明の実施の形態３における使用接着剤を示す断面図である。図３と図４の基本的な構成は図１と同一である。接着剤１８ｂを絶縁紙１３の面全体ではなく、その一部に塗布する点が図１と大きく異なる。製造方法は接着剤１８ｂをコイルの対向面全体ではなく絶縁紙１３の一部に塗布する。最下層および最上層に使用する接着剤１８ｂはコイル層間に使用する接着剤１８ｂと同一材料である。接着剤塗布機を共用できるので、設備費用を低減できる。さらに、接着剤の使用量も低減できる。接着剤１８ｂを絶縁紙１３の面全体に均一に塗布する必要がなくなるので、簡単な塗布機で塗布できる。また、積層時、コイルと絶縁紙１３の位置ずれの修正も容易である。
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。図５の基本的な構成は図１の構成と同じであるが、積層コイル全体を絶縁樹脂２０で封止している点が大きく異なる。図５において使用する絶縁樹脂２０は熱可塑性の液晶ポリマーである。液晶ポリマーとして、芳香族系のポリアミドやポリエステル樹脂が使用できる。封止方法は積層コイルを形成した後、多層コイル全体を射出成型する。多層コイル全体を絶縁樹脂２０で封止するので、積層コイルの隙間に樹脂が流れ込む。
その結果、コイル部の均熱化が図れるため、温度上昇が低減できる。また、コイルとコイル間、コイルと磁心１５間の絶縁も強化できるので、絶縁距離も小さくでき、小形化ができる。
また、成型後の形状も安定するため、磁心１５の組み込みも容易となる。さらにトランス完成品の防湿性、防塵性が向上する。また、モールド用の絶縁樹脂２０が熱可塑性樹脂であるので、樹脂の再生利用ができ、材料費を低減できる。さらに、絶縁樹脂２０が高耐熱性の液晶ポリマーであるので、トランスの面実装におけるリフローはんだ工程に対応できる。さらに、Ｆ種（１５５℃）以上の連続使用温度に耐える高耐熱絶縁なども可能となる。
このことから、更なるトランスの小形化を実現できる。
また、多層コイル全体を射出成型するので、成型時間を短縮でき、生産性が向上する。また、コイルと絶縁紙が固着されているため、成型時の樹脂の流動圧によるコイルの可動も防止できる。
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５について図６〜図９を用いて説明する。基本的な構成は実施の形態４と同一である。大きく異なる点は１次コイル１１が巻線を巻回したコイルである点と１次コイル１１ａ、２次コイル１２と端子１６の接続部１７をモールド樹脂２０で覆った点である。図７に示すように巻線タイプの１次コイル１１ａ、非巻線タイプの２次コイル１２、粘着剤付き絶縁紙１３を予め準備する。１次コイル１１ａの線材は最外層に溶剤融着タイプの融着層を有する絶縁皮膜付きの丸線である。
１次コイル１１ａは、この線材を使用して溶剤塗布装置を取り付けた巻線機により、溶剤で巻線表面の融着層を融かしながら、巻治具を用い巻回して、形成される。この時の溶剤はアルコールが多く用いられる。エチルアルコール、イソプロピールアルコールなどがアルコールの例である。次に、図７に示すように粘着剤付きの絶縁紙１３をコイル間に挿入しながら、１次コイル１１ａ、２次コイル１２を順次、積層して多層コイルを形成する。
その後、図６に示すように端子１６とコイルを接続した後、端子接続部１７を含めた多層コイル全体を絶縁樹脂２０で封止成型してモールドコイル２０ａを形成する。次に、図８に示すようにモールドコイル２０ａの上下から磁心１５を組み込んで、図９に示すような薄形トランスを完成させる。１次コイルと２次コイルのうち少なくともいずれか一方が巻線を巻回したコイルであるので、簡単に巻数の変更に対応でき、設計の自由度が大きい。
また、使用する電線を丸電線としたことにより、巻線材料コストの低減ができる。また、巻線のスピードアップが図れ、作業性が向上する。さらにこのコイルを絶縁被覆付きとしたことにより、隣接する巻線間の絶縁が確保できること、および上下のコイル間、あるいはコイルと磁心間の絶縁も強化できる。
また、巻線表面を溶剤融着層付きとしたので巻線をした状態のままで溶剤塗布のみで固着ができる。このようにして、ボビンを使用しない巻線形成が簡単な設備で実現できる。さらに、コイルと端子１６の接続部１７をモールド樹脂２０の内部に形成したことにより、接続部１７とコイル間の絶縁が強化できる。
そして接続部１７への外部からの塵埃の侵入を防止できるので高安全性、高信頼性が実現できる。以上、実施の形態５の製造方法では薄形コイルを予め準備する第１の工程において、巻線を巻回してコイルを形成する。コイルの巻数変更が必要な場合に、エッチングや打ち抜きなどの工程が不要なので、容易に対応できる。また、巻線を巻回して薄形コイルを予め準備する第１の工程は、溶剤で巻線表面の融着層を融かす工程を有する。巻線機に溶剤塗布装置を取り付けるだけで巻線と同時に固着ができる。
熱融着などの方法に比べて熱硬化工程が不要となり、製造工程を簡素化できる。また、本発明の実施の形態５における電線は平角電線であるので、巻線の占積率を高められる。巻線抵抗の低減、即ち、低損失化が実現できる。さらに本発明の実施の形態５における電線を３層絶縁皮膜付き電線とすれば、高電圧入力に対しても充分な絶縁を保証できる。また、安全規格等への対応も容易である。本発明の多層コイルとは、一次コイルと二次コイルのうち少なくともいずれか一方が薄形コイルから構成され、その薄形コイルを積層したコイルを表している。
産業上の利用可能性
本発明は、絶縁性能、電気性能の安定した生産性の高いコイルベースレスタイプのコイル多層型薄形トランスおよびその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施の形態１における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
図２は本発明の実施の形態２における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
図３は本発明の実施の形態３における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
図４は本発明の実施の形態３における使用接着剤を示す断面図である。
図５は本発明の実施の形態４における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
図６は本発明の実施の形態５における薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
図７は本発明の実施の形態５におけるコイルの積層構成を示す分解斜視図である。
図８は本発明の実施の形態５における薄形トランスの分解斜視図である。
図９は本発明の実施の形態５における薄形トランスの斜視図である。
図１０は従来の薄形トランスを説明する分解斜視図である。
図１１は従来の薄形トランスの積層構成を示す断面図である。
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【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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【国際調査報告】
2003036665.tif 000015
2003036665.tif 000016
2003036665.tif 000017
2003036665.tif 000018
2003036665.tif 000019