(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成により、１ターンコイルの囲む面積を従来よりも増加でき、かつ、対称性のよい立体形状と寸法精度を備えた製造容易なトロイダルコイル装置を提供する。【解決手段】トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１を有する。トロイダルコイル１は、シート状の基材２と、基材２上にトロイダル方向に並び設けられた複数の導電体パターン３と、基材２の隣り合う導電体パターン間に設けられた立体形成用の切り込み２１とを有してトロイド状とされた１枚以上のフレキシブル基板１０を備える。導電体パターン３の各々は、各々を直列に接続する接続端子３ｘ、３ｙを両端部に有する。フレキシブル基板１０は、トロイド状となるように屈曲してトロイダル方向ＴＤに沿う一対の端面１０ｅ、１０ｆの向きを同じにして重ねることにより導電体パターン３の接続端子３ｘ、３ｙが互いに対面し互いに接続されてトロイダルコイル１を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダルコイルを有するトロイダルコイル装置であって、
前記トロイダルコイルは、シート状の基材と、前記基材上にポロイダル方向に伸びる導電体がトロイダル方向に並び設けられた複数の導電体パターンと、前記シート状の基材の隣り合う導電体パターン間に設けられた立体形成用の切り込みと、を有してトロイド状とされた１枚以上のフレキシブル基板を備え、
前記導電体パターンの各々は、各々を直列に接続するための接続端子を前記導電体パターンのポロイダル方向の両端部に有し、
前記フレキシブル基板は、トロイド状となるように屈曲して前記両端部の向きを同じにして重ねることにより前記導電体パターンの前記接続端子同士を互いに対面させ、前記接続端子同士を接続することにより前記トロイダルコイルを形成していることを特徴とするトロイダルコイル装置。
【請求項２】
前記フレキシブル基板は、ポロイダル方向に沿って順に第１の基板と第２の基板とを備え、
前記第１の基板は、トロイド状の外周側の面を形成する基板であり、
前記第２の基板は、トロイド状の内周側の面を形成する基板であって前記立体形成用の切り込みを有していることを特徴とする請求項１に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項３】
前記トロイダルコイルを構成する１ターンコイルの各々は、前記トロイダルコイルの中心軸を含む平面内に配置されており、
前記導電体パターンは、互いに隣接する前記１ターンコイルの各々を接続する斜行パターンを前記トロイダルコイルの外周側に有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項４】
前記トロイダルコイルは、進みコイルと戻りコイルとを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項５】
前記導電体パターンは、前記フレキシブル基板に多層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項６】
前記フレキシブル基板は、多層に形成された導電体パターンを層間で接続するビアを有していることを特徴とする請求項５に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項７】
前記導電体パターンは、前記基材で支持されていないフライングリード端子を有し、前記フライングリード端子同士によって直列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項８】
前記接続端子は、半田または導電性接着剤で接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項９】
前記接続端子は、前記フレキシブル基板における同一面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１０】
前記トロイド状とされたフレキシブル基板をその内面において支持する支持体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１１】
前記支持体は、トロイダル方向に配置された複数の支持体片から成ることを特徴とする請求項１０に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１２】
前記支持体は、前記トロイダルコイルの中心軸を含む面における断面外形が台形であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１３】
前記支持体は、前記台形の断面外形における鈍角部分が面取りされていることを特徴とする請求項１２に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１４】
前記フレキシブル基板は、前記支持体によって支持される面の少なくとも一部にシルク印刷が施されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１５】
前記トロイダルコイルを収納するトロイド状のケースを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１６】
前記トロイダルコイルに生成される電圧信号を処理する回路を有する回路基板を備え、
前記ケースは、前記回路基板を収納することを特徴とする請求項１５に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１７】
前記回路基板は、前記トロイダルコイルに貫挿された電線を流れる電流値に応じた信号を出力する回路を有することを特徴とする請求項１６に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１８】
前記フレキシブル基板は、該フレキシブル基板のポロイダル方向の端部と前記接続端子との間に貫通孔を有し、
前記ケースは、その内面に固定用突起を有し、
前記固定用突起は、前記貫通孔に係合して前記フレキシブル基板を前記ケース内に固定することを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項１９】
前記ケースは、その中心軸を含む平面に沿って分割された複数の分割ケースを組み合わせて成ることを特徴とする請求項１８に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項２０】
前記分割ケースは、各々を外周側において連結する連結部を有し、
前記連結部は、前記分割ケース間を開閉自在とするヒンジ構造、または前記分割ケース間を分離自在とする係合構造を有することを特徴とする請求項１９に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項２１】
前記トロイダルコイルは、トロイダル方向に直交する面で分割された円弧形状の複数のコイル片をトロイダル方向に沿って並べて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【請求項２２】
前記トロイダルコイルを囲む磁気シールド用の磁性体を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロイダルコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁性体を有していない空芯のトロイダルコイルを備えるトロイダルコイル装置は、その中心穴を通る電線を流れる交流電流を計測する電流センサとして用いられている。トロイダルコイルは、直線状の空芯ソレノイドコイルをその中心軸が円形となるように丸く曲げてコイル外形をトロイド状としたものである。電流センサとしての空芯トロイダルコイルは、ロゴスキーコイルとも呼ばれる。電流センサ用のトロイダルコイルは、例えば、可撓性のシート状基材の両面に形成した導体パターンとこれらを両面間で接続する導通スルーホールとによってシート状の空芯ソレノイドコイルを形成し、これを丸めて簡便に形成される（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１のトロイダルコイルは、各１ターンコイルの囲む面積がシート状基材の厚みで決まる断面積そのものであり、その面積を増やすには限界がある。
【０００３】
ところで、柔軟性を有する支持体に一体的に複数の導体パターンを形成し、その支持体を折り曲げて形成される各導体パターン毎の１ターンコイルを互いに直列接続してトランス等で用いるインダクタを形成する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１４７９号公報
【特許文献２】特開２００２−０４３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２に示されるような形成方法においては、支持体の厚みに依存することがないものの、各半田接続部においてスリットとツメとの嵌合を用いるので、コイルのターン数増が制限される。また、この特許文献２においては、１ターンコイルが立体的に形成されるのでコイルが囲む面積を増やせるものの、四角形の一辺にコイルを形成するものであり、ノイズ相殺に有効な回転対称性を備えたトロイダルコイルとすることができない。
【０００６】
また、トロイダルコイルを既設の電線に対する電流センサとして用いる場合、トロイダルコイルをトロイダル方向のどこかで分断して開いて、トロイダルコイルの中心部に電線を位置させて閉じるクランプ動作が必要である。トロイダルコイルは、例えば１８０°以上に開く大きなクランプ動作ができることが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、各１ターンコイルの囲む面積を従来よりも増加させることができ、かつ、対称性のよい立体形状と寸法精度を備えた、製造容易なトロイダルコイル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明のトロイダルコイル装置は、トロイダルコイルを有するトロイダルコイル装置であって、トロイダルコイルは、シート状の基材と、基材上にポロイダル方向に伸びる導電体がトロイダル方向に並び設けられた複数の導電体パターンと、シート状の基材の隣り合う導電体パターン間に設けられた立体形成用の切り込みと、を有してトロイド状とされた１枚以上のフレキシブル基板を備え、導電体パターンの各々は、各々を直列に接続するための接続端子を導電体パターンのポロイダル方向の両端部に有し、フレキシブル基板は、トロイド状となるように屈曲して両端部の向きを同じにして重ねることにより導電体パターンの接続端子同士を互いに対面させ、接続端子同士を接続することによりトロイダルコイルを形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のトロイダルコイル装置によれば、基材の切り込みを用いて立体化するので、対称性と寸法精度が良くかつコイルの囲む面積を従来より大きくしたコイルを形成でき、導電体パターンの両端部を同じ向きにして接続端子を接続するので、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るトロイダルコイル装置の斜視図、（ｂ）は同トロイダルコイル装置を２分割して成る各コイル片の斜視図、（ｃ）は同コイル片の分解斜視図。
【図２】同トロイダルコイル装置を構成する一対のフレキシブル基板のうち外側となる基板の展開平面図。
【図３】同トロイダルコイル装置を構成する一対のフレキシブル基板のうち内側となる基板の展開平面図。
【図４】同フレキシブル基板の展開斜視図。
【図５】図４の内側となるフレキシブル基板を屈曲させて外側となるフレキシブル基板と共に示す斜視図。
【図６】図５の一対のフレキシブル基板の導電体パターンを接続して形成されたソレノイドコイルの斜視図。
【図７】（ａ）は同フレキシブル基板の展開状態の断面図、（ｂ）は（ａ）の内側となるフレキシブル基板を屈曲させた状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）の一対のフレキシブル基板の導電体パターンを接続した状態の断面図。
【図８】（ａ）は図６のソレノイドコイルをトロイダル方向に屈曲させる様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の端部近傍の詳細斜視図。
【図９】同トロイダルコイル装置のトロイダルコイルの各１ターンコイルが平面内に形成されることを示す概念図。
【図１０】他の実施形態に係るトロイダルコイル装置の一部破断斜視図。
【図１１】同トロイダルコイル装置を開いた状態の斜視図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は同トロイダルコイル装置のトロイダルコイルの外周側の面を形成するフレキシブル基板の内面と外面とをそれぞれ示す展開平面図。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同トロイダルコイルの内周側の面を形成するフレキシブル基板の内面と外面とをそれぞれ示す展開平面図。
【図１４】（ａ）は同トロイダルコイル装置を構成する外面側のフレキシブル基板に支持体片を配置する様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の外面側のフレキシブル基板上に配置した支持体片の上に、屈曲された内面側のフレキシブル基板を配置する様子を示す斜視図。
【図１５】図１４の一対のフレキシブル基板と支持体片とから形成されたソレノイドコイルの斜視図。
【図１６】（ａ）は展開状態の同フレキシブル基板と支持体片の断面図、（ｂ）は（ａ）の内側となるフレキシブル基板を屈曲させた状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）の一対のフレキシブル基板の導電体パターンを接続した状態の断面図。
【図１７】（ａ）は図１５のソレノイドコイルをトロイダル方向に屈曲させる様子を示す断面図、（ｂ）は図１１に示した状態のトロイダルコイル装置の断面図、（ｃ）は図１０に示したトロイダルコイル装置の断面図。
【図１８】（ａ）は同支持体片の変形例を示す断面図、（ｂ）は同変形例の支持体片を用いたトロイダルコイル装置の断面図。
【図１９】（ａ）は同支持体片の他の変形例を示す断面図、（ｂ）は同変形例の支持体片を用いたトロイダルコイル装置の断面図。
【図２０】（ａ）は同フレキシブル基板と同支持体片のさらに他の変形例とを示すポロイダル方向の分解断面図、（ｂ）は同フレキシブル基板の導電体パターンを接続した状態の断面図。
【図２１】（ａ）は同トロイダルコイル装置の変形例を示すフレキシブル基板における接続端子部分の断面図、（ｂ）は（ａ）の接続端子を接続した状態の断面図。
【図２２】（ａ）は同トロイダルコイル装置の他の変形例を示すフレキシブル基板における接続端子部分の断面図、（ｂ）は（ａ）の接続端子を接続した状態の断面図。
【図２３】（ａ）はさらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置の分解斜視図、（ｂ）は同トロイダルコイル装置のケースの一部破断斜視図。
【図２４】同トロイダルコイル装置を開いて電線をクランプする様子を示す斜視図。
【図２５】同トロイダルコイル装置が電線をクランプした状態の斜視図。
【図２６】（ａ）（ｂ）はさらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を構成する一対のフレキシブル基板の展開平面図。
【図２７】同トロイダルコイル装置のトロイダルコイルを開いた状態の斜視図。
【図２８】同トロイダルコイル装置のトロイダルコイルの上端部を示す断斜視図。
【図２９】同トロイダルコイル装置のケース内に同トロイダルコイルを固定する係合部の斜視図。
【図３０】さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板の展開平面図。
【図３１】図３０のフレキシブル基板の裏面を示す平面図。
【図３２】（ａ）は同トロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板を屈曲して組み立てる様子を示す断面図、（ｂ）は同フレキシブル基板の接続端子が接続された状態の断面図。
【図３３】さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板の展開平面図。
【図３４】図３３のフレキシブル基板の裏面を示す平面図。
【図３５】（ａ）は同トロイダルコイル装置を構成するフレキシブル基板を屈曲して組み立てる様子を示す断面図、（ｂ）は同フレキシブル基板の接続端子が接続された状態の断面図。
【図３６】さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置の斜視図。
【図３７】（ａ）〜（ｄ）はトロイダルコイルの変形例を説明する概念的断面図。
【図３８】（ａ）（ｂ）はトロイダルコイルの変形例を説明する斜視図。
【図３９】（ａ）〜（ｄ）はトロイダルコイルの変形例を説明する概念的平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るトロイダルコイル装置について、図面を参照して説明する。図１乃至図９は一実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。図１に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１を有している。トロイダルコイル１は、トロイダル方向ＴＤに直交する面で分割された円弧形状の２つの互いに同等の構造を有するコイル片Ｔ１，Ｔ２をトロイダル方向ＴＤに沿って並べて構成されている。分割面は、トロイダルコイル１の中心軸ＡＸを含む平面である。コイル片Ｔ１は、扁平なソレノイドコイルをトロイダル方向ＴＤに沿って円弧状に湾曲させた構造を有し、その両端にコイルの端子Ｊ１，Ｊ２を有している。コイル片Ｔ２についても同様であり、端子Ｊ３，Ｊ４を有している。コイル片Ｔ１，Ｔ２をトロイド状に組み合わせてトロイドの形状とし、端子Ｊ２，Ｊ３を接続することにより、端子Ｊ１，Ｊ４を有するトロイダルコイル１となる。これらの図や以下に示す図において導電体パターン３の図示が適宜省略されている。本実施形態では、このトロイダルコイル１そのものが、トロイダルコイル装置１Ａである。
【００１２】
トロイダルコイル１の形状を示すトロイドとは、一つ穴ドーナツの表面形状のことであり、その中心穴に中心軸ＡＸを有し、中心軸ＡＸ回りに回転対称であり、中心軸ＡＸ方向に延伸して、中心軸ＡＸに平行な面を有している。また、トロイダル方向ＴＤが、中心軸ＡＸに中心を有する円周方向によって定義され、ポロイダル方向ＰＤが、中心軸ＡＸを含む平面によるトロイドの断面に現れる閉曲線によって定義される。トロイダル方向ＴＤとポロイダル方向ＰＤは、平面状に展開されたフレキシブル基板１０においていずれも直線になり、これらは互いに直交する。この直線状のポロイダル方向ＰＤの延長線方向も、ポロイダル方向ＰＤと呼ばれる。
【００１３】
トロイドとされたフレキシブル基板１０は、閉空間である内部空間Ｐを形成する。この内部空間Ｐを形成する面（ドーナツの皮）には、表裏２面が定義され、一方が閉空間に面した内面であり、他方が開空間に面した外面である。面の用語には厚みがある面を意味する場合と、厚みがない面を意味する場合がある。また、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が円弧形状であるとは、各コイル片Ｔ１，Ｔ２が、直線状のソレノイドコイルをトロイダル方向ＴＤに沿って半円形状、一般に任意弧長の円弧形状、に湾曲させた形状となっているという意味である。
【００１４】
コイル片Ｔ１の構造を説明する。コイル片Ｔ２についても同様である。以下において、トロイド状の内周側またはトロイダルコイル１の内周側は中心軸ＡＸに面する側であり、外周側は中心軸ＡＸに面する向きとは反対側に面する側である。トロイダルコイル１を構成するコイル片Ｔ１は、１枚以上のフレキシブル基板１０を備え、平面状のフレキシブル基板１０をトロイド状に立体化して構成されている。フレキシブル基板１０は、ポロイダル方向ＰＤに沿って順にトロイダルコイル１の外周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｘ（第１の基板）と、トロイダルコイル１の内周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｙ（第２の基板）とを備えている。
【００１５】
フレキシブル基板１０Ｘは、シート状の可撓性の基材２と、基材２上にポロイダル方向ＰＤに伸びる導電体がトロイダル方向ＴＤに並び設けられた複数の導電体パターン３と、を有している。フレキシブル基板１０Ｙは、シート状の基材２と複数の導電体パターン３に加え、シート状の基材２の隣り合う導電体パターン３間に設けられた立体形成用の切り込み２１を有している。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、ポロイダル方向ＰＤの両端部にそれぞれトロイダル方向ＴＤに沿う一対の端面１０ｅ，１０ｆを有している。端面の向きは、その面の法線の向きで定義され、本明細書においては、端面の向きと端部の向きは同義とする。フレキシブル基板１０の名称は、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙのそれぞれを個々に示したり、全体を総称して示したりする名称として、適宜用いられる。
【００１６】
導電体パターン３の各々は、各々を直列に接続するための接続端子３ｘ，３ｙを導電体パターン３のポロイダル方向の両端部に有している。接続端子３ｘは、フレキシブル基板１０Ｘにおける同一面に配置され、接続端子３ｙは、フレキシブル基板１０Ｙにおける同一面に配置されている。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、トロイド状となるように屈曲して導電体パターン３の両端部の向きを同じにして重ねることにより接続端子３ｘ，３ｙ同士を互いに対面させ、接続端子３ｘ，３ｙ同士を接続することによりトロイダルコイル１を形成する。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、接続端子３ｘ，３ｙが接続されることにより導電体パターン３間が互いに直列に電気的に接続されてトロイダルコイル１のコイル片Ｔ１形成する。フレキシブル基板１０はドーナツの表面を形成してトロイドとなって内部空間Ｐを形成し、導電体パターン３は内部空間Ｐを形成する壁面上にあるトロイダルコイル１を形成する。
【００１７】
次に、図２乃至図８を参照して、トロイダルコイル１の詳細構造と製造方法を説明する。図２に示すように、外周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｘは、左右に耳部分が延出された略四角形のシート状の基材２と、その基材２の同一面に形成された多数の導電体パターン３と、を備えている。フレキシブル基板１０Ｘは、一層の導体層を有する単層基板である。基材２は、トロイダル方向ＴＤに沿う一対の端面１０ｅ，１０ｆを有している。基材２の幅Ｗｘは、端面１０ｅ，１０ｆ間の距離によって定義される。導電体パターン３には、両端部に接続端子３ｘを有する長いパターン、および一端部に接続端子３ｘを有し他端部に端子Ｊ１または端子Ｊ２を有する２種類の短いパターンの合計３種類がある。端子Ｊ１，Ｊ２は、基材２の耳部分に形成されている。
【００１８】
各導電体パターン３は、端面１０ｅ，１０ｆに向けてポロイダル方向ＰＤに伸びる直線形状部分を有し、その端部に接続端子３ｘが形成されている。接続端子３ｘは直線上に一定のラインアンドスペースＬ／Ｓ、例えばＬ／Ｓ＝１で配列されている。各導電体パターン３は、クランク状に屈曲した斜行パターン３ｚを有している。導電体パターン３のポロイダル方向ＰＤに伸びる直線部分は互いに平行な２直線上にあり、互いに隣接する導電体パターン３の直線部分は共通の直線上にある。各直線部分は、斜行パターン３ｚを経由して路線変更し、隣接する直線部分に繋がっている。
【００１９】
フレキシブル基板１０は、例えば、樹脂シート上に銅箔層を有する一般的なフレキシブル基板を用いて、一般的な製造工程によって製造される。その製造工程は、例えば、銅箔のパターニングによる導電体パターン３の形成、塗布やラミネートやパターニング等による保護膜の形成、切り込み２１や外形の形成、端子Ｊ１等および各接続端子３ｘ，３ｙのメッキ等を行う工程である。フレキシブル基板１０の製造は、このような、不要の銅箔をパターニングによって除去するサブトラクト工法に限らず、可撓性の基材２上に導電材料を付加して導電体パターン３を形成するアディティブ工法や、これらの組み合わせによって行うことができる。可撓性基材２は、例えば、ポリイミド樹脂が用いられる。
【００２０】
図３に示すように、内周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｙは、切り込み２１が形成された略四角形のシート状の基材２と、切り込み２１間に形成された多数の導電体パターン３と、を備えている。フレキシブル基板１０Ｙは、一層の導体層を有する単層基板である。基材２は、トロイダル方向ＴＤに沿う一対の端面１０ｅ，１０ｆを有し、端面１０ｅ，１０ｆ間の距離によって基材２の幅Ｗｙが定義されている。ここで、幅Ｗｙの方が幅Ｗｘよりも大、すなわちＷｙ＞Ｗｘである。この幅の違いは、フレキシブル基板１０Ｘに対して、フレキシブル基板１０Ｙを屈曲して膨らませることにより、空間Ｐを形成するために用いられる。
【００２１】
フレキシブル基板１０Ｙの導電体パターン３は、いずれも両端部に接続端子３ｙを有して各端面１０ｅ，１０ｆ近くまで伸びる長いパターンであり、基材２の同一面に形成されている。接続端子３ｙは直線上に一定のラインアンドスペースＬ／Ｓ、例えばＬ／Ｓ＝１で配列されている。切り込み２１は、例えば、基材２の内部では６角形状の開口を形成し、基材２の端部では台形状の凹部を形成している。これらの切り込み２１は、トロイダル方向ＴＤに等間隔で形成されている。各導電体パターン３の両端部の接続端子３ｙは、ポロイダル方向ＰＤの同一直線状にある。
【００２２】
図４に示すように、２枚のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、互いの導電体パターン３が形成された面を対面させて用いられる。図５に示すように、フレキシブル基板１０Ｙ は、その幅Ｗｙがフレキシブル基板１０Ｘの幅Ｗｘと同じになるように、台形状に屈曲される。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、図６に示すように、互いに重ねられ、導電体パターン３が直列接続されて、端子Ｊ１，Ｊ２を有する扁平なソレノイドコイル１０ａとなる。
【００２３】
図７に示すように、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、基材２に支持された導電体パターン３の上に、接続端子３ｘ，３ｙを除いて、ソルダーレジストなどによる保護膜２ａを備えて形成されている。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、互いに、端面１０ｅ，１０ｅを同じ向きとし、端面１０ｆ，１０ｆを同じ向きとして重ねられる。対面する接続端子３ｘ，３ｙが半田３１によって電気的に接続され、１ターンコイルＣＬが形成される。１ターンコイルＣＬは、斜行パターン３ｚを介して、隣接する１ターンコイルＣＬに直列接続される。接続端子３ｘ，３ｙ、半田３１が一体となって、接続部３０が形成される。接続部３０は、両端面１０ｅ，１０ｆに沿って直線状に分布しているので、接続部３０の形成が容易である。接続端子３ｘ，３ｙの接続には、半田３１に限らず、導電性接着剤、異方性導電ペースト、異方性導電フィルムなどを用いてもよい。
【００２４】
接続部３０の形成は、半田材料をめっきによって付着させたり、導電性接着剤を印刷によって塗布したりできるので、大判化して生産性を高めるスケールメリットが容易に得られる。また、半田による場合、例えば、熱圧着装置やリフロー炉などのインライン連続生産装置を用いて高い生産性を確保できる。半田は、溶融時の表面張力による自己整合性現象などの特性により、隣接パターン間の絶縁を容易に確保して接合ができ、パターン密度増や製品小型化を図ることができる。導電性接着剤による場合、位置合わせ仮固定後に高温乾燥機などで硬化することで一括接合が可能であり、高い生産性を確保できる。また、半田や接着剤は接合温度を１５０℃以下に低く抑えることが可能であり、フレキシブル基板１０の加熱変形などの影響を抑えることができる。
【００２５】
図８に示すように、ソレノイドコイル１０ａ（図６参照）は、円弧状に曲げられて、コイル片Ｔ１となる。ソレノイドコイル１０ａは、フレキシブル基板１０Ｙに切り込み２１が存在することにより、円弧状の曲げ加工が可能になる。ところで、接続部３０を形成するためにフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの各端面１０ｅ，１０ｆ側の端部を重ねた部分は、トロイダルコイル１において、フレキシブル基板１０Ｙが、フレキシブル基板１０の厚み分だけフレキシブル基板１０Ｘの内周側に位置する。そこで、フレキシブル基板１０Ｙ側の接続部３０の部分の曲げ加工を容易とするために、切り欠き２１とは別に、フレキシブル基板１０Ｙにおける導電体パターン３間に、トロイダル方向ＴＤに直交する方向の適宜の長さのスリット状の切れ込み２２を備えてもよい。
【００２６】
切れ込み２２は、トロイダル方向ＴＤに垂直な面におけるフレキシブル基板１０Ｙの断面において、端面１０ｅ，１０ｆに向かう最後の屈曲点よりも手前側（内部側）から開始し、端面１０ｅ，１０ｆに至って終端する。切れ込み２２は、スリット状に限らず、単に切断線を形成するだけでもよい。切れ込み２２は、切り欠き２１と干渉しない位置に形成する。このような切れ込み２２は、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙを互いに重ねて平面状体で接続端子３ｘ，３ｙを接続する際の作業に何ら影響を及ぼすことがない。切れ込み２２は、ソレノイドコイル１０ａをトロイド状に屈曲させる際に、接続部３０におけるフレキシブル基板１０Ｙや半田３１にかかる内部応力を逃がすことができる。
【００２７】
コイル片Ｔ１は、コイル片Ｔ２としても用いることができる。これらのコイル片Ｔ１，Ｔ２を組み合わせてトロイダルコイル１が製造される。このトロイダルコイル１は、ポロイダル方向ＰＤに沿って見れば、２枚のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙを順に有している。また、トロイダルコイル１は、２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２を備えているので、トロイダル方向ＴＤに沿って見れば、２枚のフレキシブル基板１０Ｘと、２枚のフレキシブル基板１０Ｙとを有している。つまり、トロイダルコイル１（トロイダルコイル装置１Ａ）は、合計４枚のフレキシブル基板１０を備えて構成されている。
【００２８】
図９に示すように、トロイダルコイル１において、１ターンコイルＣＬの各々が中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置されている。各１ターンコイルＣＬを構成する導電体パターン３は、各１ターンコイル間を接続するためのクランク状の斜行パターン３ｚの部分を除いて、平面ＰＬ内に位置している。このような各１ターンコイルＣＬを中心軸ＡＸの位置から見ると、１ターンコイルＣＬの内側の導電体パターン３と外側の導電体パターン３とが互いに重なって見える。
【００２９】
これを言い換えると、平面ＰＬ内にある１ターンコイルＣＬは、平面ＰＬに沿った方向の磁束に対しては鎖交磁束がゼロとなる。通常、このような磁束は、トロイダルコイル１の外部に位置する電線を流れる電流によって生じる磁束であり、トロイダルコイル１にノイズを発生する磁束である。トロイダルコイル１は、このようなノイズとなる磁束に対して鎖交磁束がゼロであるので感度を持たず、トロイダルコイル１を電流センサとして用いる場合、高精度で電流値を測定することができる。
【００３０】
また、１ターンコイルＣＬの個数はトロイダル方向ＴＤに沿って奇数個とすることもできるが、偶数個の場合、２つの１ターンコイルＣＬが中心軸ＡＸを挟んで、平面ＰＬ内に存在することになり、奇数個の場合よりも対称性の点でより好ましい。対称性の良い２つの１ターンコイルＣＬは、同方向から各１ターンコイルＣＬに入射する磁束によるノイズ成分を相殺することができる。１ターンコイルＣＬの各々を、トロイダル方向ＴＤに沿って互いに一定の間隔で対称性良く配置したり、中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置したりする構成は、多層のフレキシブル基板１０を用いたトロイダルコイル１にも適用できる。
【００３１】
本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａによれば、基材２の切り込み２１を用いて立体化するので、対称性と寸法精度が良くかつコイルの囲む面積を大きくしたトロイダルコイル１を形成できる。例えば、１ターンコイルＣＬが囲む面積は、導電体パターン３の長さと、直列接続した導電体パターン３の空間的な配置と、によって任意の大きさにすることができる。また、フレキシブル基板１０の端面を同じ向きにして接続端子３ｘ，３ｙを接続するので、基板を平面状態に置いて接続部３０を形成することができ、かつ、接続部３０周辺の略全空間を作業用の自由空間として治具配置等に用いることができ、製造が容易である。
【００３２】
このような接続部３０と異なって互いに端面の方向を対向させて１ターンコイルＣＬの接続部を形成する場合、フレキシブル基板を丸めてその端部を重ねたり、端面を突き合わせたりして、滑らかに接続された輪を形成することになる。この場合、端面に至る基板部分の曲率中心が輪の内部にある。このような接続部を形成するには、輪の中に挿入した治具と輪の外に配置した治具とによって接続部を挟む必要があり、治具の形状に制約を与えるばかりか、輪の中に入れた治具を引き抜く必要があるため採用できる工法に大きな制約が課されることになる。
【００３３】
本実施形態における接続部３０は、滑らかに接続された輪を形成する替わりに、数学における導関数が不連続となる特異点を形成するように、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの端面１０ｅ，１０ｆの向きを同じにして形成される。この場合、端面に至る基板部分の曲率中心が輪の外部にある。これにより、接続部３０の形成に際し、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙによって形成した輪の外側から、重ね合わせた接続端子３ｘ，３ｙの部分を挟んで圧力をかけて接続する工法を取ることができる。その工法として、板状の治具を用いたり、回転する治具を用いたりすることができ、制約が少ない工法によって、高い生産性を保つことが可能であり生産コストを低減できる。
【００３４】
トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１の中心軸ＡＸに沿った方向に伸びる、すなわち端面１０ｅ，１０ｆに向かう方向に伸びる、互いに接触または近接する２つの導電体パターン３の端部に各１ターンコイルＣＬの接続部３０を有している。このような接続部３０は、トロイダルコイル１が鎖交磁束を補足する領域、すなわち各１ターンコイルＣＬが囲む領域の寸法や形状に対する影響を抑えて容易に形成することができる。このような接続部３０と異なって互いに端面の方向を対向させて１ターンコイルＣＬの接続部を形成する場合、接続部は１ターンコイルＣＬが形成する領域の境界線を構成するので、接続部の形状の善し悪しがそのまま１ターンコイルＣＬの寸法精度に影響する。本実施形態における接続部３０は、形成が容易であり、製造コストを低減できる。
【００３５】
クランク状に屈曲した斜行パターン３ｚを外周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｘに備えるようにしたので、内周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｙにおいて、均等な配線間隔を確保して導電体パターン３の配線数を多くすることができる。また、トロイダルコイル１は、コイル片Ｔ１，Ｔ２をトロイダル方向ＴＤに沿って並べて構成されるので、電線を挟むように開口自在とされたクランプ構造のケースに組み込むことができる。このようなトロイダルコイル装置１Ａは、電流計測装置として用いる場合、既設の電線への設置が容易であり、施工性を向上でき、また、ケースの構造も簡単なものとすることができる。
【００３６】
（他の実施形態）
図１０乃至図１７は、他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａは、上述の実施形態において、単層のフレキシブル基板１０を導体層が２層のフレキシブル基板１０とし、さらに、２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２を一体化したものである。図１０に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダル形状の外周側の面と外周側の面とを形成する２枚のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙで構成されたトロイダルコイル１と、トロイダルコイル１をその内面から支持する支持体片４とを備えている。
【００３７】
トロイダルコイル１は、トロイド状に立体化されたフレキシブル基板１０によって形成されたトロイドの内部空間の壁面（以下、内面）に形成されたトロイダルコイルと、トロイドの外部表面（以下、外面）に形成されたトロイダルコイルと、を備えている。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙで形成されたトロイドの内面と外面における２つのコイルは、互いに直列接続されて、端子Ｊ１，Ｊ２を有するトロイダルコイル１となっている。これらの、内面と外面の２つのコイルは、いずれか一方が進みコイルであり、他の一方が戻りコイルである。進みコイルから戻りコイルへの接続は、フレキシブル基板１０内に形成されたビアによる。進みコイルと戻りコイルとは、例えば、右ねじと左ネジとの関係の如く、螺旋の向きが互いに逆向きである。トロイダルコイル１の外周側の導電体パターン３と内周側の導電体パターン３とは、ビア３ｖを介して接続されている。
【００３８】
図１１に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル装置１Ａの対称軸に平行な軸であってフレキシブル基板１０Ｘに含まれる軸ＢＸを中心として開閉自在とされている。フレキシブル基板１０Ｙには、切り込み２１とは別に、軸ＢＸに近接した部分に、適宜に必要に応じて、例えば、ミシン目が形成される。
【００３９】
次に、図１２乃至図１７を参照して、トロイダルコイル装置１Ａの詳細構造と製造方法を説明する。図１２に示すように、トロイド形状の外周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｘは、トロイダル方向ＴＤの一端側に耳部分が延出された略四角形のシート状の基材２と、その基材２の両面に形成された多数の導電体パターン３と、を備えている。フレキシブル基板１０Ｘの内面側には、上述の図２に示したフレキシブル基板１０Ｘと同様に、接続端子３ｘを備えた導電体パターン３が形成されている。図中の右端の短い導電体パターン３は、図２における端子Ｊ２に替えて、ビア３ｖを有している。また、導電体パターン３の両端部の接続端子３ｘからさらに各端面１０ｅ，１０ｆの方向に離間した位置に、ビア３ｖを備えた接続端子３ｘがトロイダル方向に沿って等間隔に形成されている。
【００４０】
また、フレキシブル基板１０Ｘの外面側には、内面側と同様の導電体パターン３が形成されているが、その両端部には接続端子３ｘに替えてビア３ｖが形成されている。外面側のビア３ｖは内面側のビア３ｖの位置と同じ位置にあり、双方のビア３ｖを介して、外面側の導電体パターン３の両端部と、内面側における端面１０ｅ，１０ｆ側の接続端子３ｘとが、それぞれ接続されている。なお、外面側の短い導電体パターン３（図中右辺）は、フレキシブル基板１０Ｘにおけるポロイダル方向ＰＤの中央部分で、ビア３ｖを介して、内面側の短い導電体パターン３（図中右辺）に接続されている。さらに、端子Ｊ１に隣接する裏面側に、端子Ｊ２が形成されている。
【００４１】
また、図１３に示すように、トロイド形状の内周側の面を形成するフレキシブル基板１０Ｙは、切り込み２１が形成された略四角形の基材２と、その基材２の両面に形成された多数の導電体パターン３とを備えている。フレキシブル基板１０Ｙの内面側には、上述の図３に示したフレキシブル基板１０Ｙと同様に、接続端子３ｙを備えた導電体パターン３が形成されている。また、導電体パターン３の両端部の接続端子３ｙからさらに各端面１０ｅ，１０ｆの方向に離間した位置に、ビア３ｖを備えた接続端子３ｙがトロイダル方向に沿って等間隔に形成されている。
【００４２】
また、フレキシブル基板１０Ｙの外面側には、内面側と同様の導電体パターン３が形成されているが、その両端部には接続端子３ｙに替えてビア３ｖが形成されている。外面側のビア３ｖは内面側のビア３ｖと同じ位置にあり、双方のビア３ｖを介して、外面側の導電体パターン３の両端部と、内面側における端面１０ｅ，１０ｆ側の接続端子３ｘとが、それぞれ接続されている。
【００４３】
上述のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙのいずれも、それぞれの内面側となる同一面に全ての接続端子３ｘ，３ｙを備えている。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの外面側には、導電体パターン３とビア３ｖが形成されており、接続端子３ｘ，３ｙは形成されていない。
【００４４】
図１４に示すように、フレキシブル基板１０Ｘの内面側の面に、支持体片４が接着剤等によって固定される。支持体片４は、トロイダルコイル１に組み込まれた状態でトロイダルコイル１の中心軸ＡＸ方向に伸びる四角柱の形状を有し、その両端は傾斜面であり、中心軸ＡＸを含む面における断面外形が台形である。支持体片４は、その台形の底辺をフレキシブル基板１０Ｘの内面側の面に対面させてフレキシブル基板１０Ｘに固定される。各支持体片４は、それらの長手方向を導電体パターン３の方向に向けて、互いに切り込み２１の開口幅に相当する間隔をおいて、フレキシブル基板１０Ｘの内面側の面に配置されている。これらの複数の支持体片４の全体が、トロイド状とされたフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙをその内面において支持する支持体となる。支持体、従って各支持体片４は非磁性体、例えば、樹脂成形体である。フレキシブル基板１０Ｘに対する支持体片４の固定は、接着による固定に限らず、支持体片４を樹脂成形する際に、フレキシブル基板１０Ｘ上に同時成形することにより、その成形樹脂で固定することができる。
【００４５】
フレキシブル基板１０Ｙは、その内面側が凹形状となるように屈曲された状態で、支持体片４を覆うように、フレキシブル基板１０Ｘに重ねられる。このとき、フレキシブル基板１０Ｙと支持体片４との間、およびフレキシブル基板１０Ｙとフレキシブル基板１０Ｘとの間を接着剤で接着してもよい。フレキシブル基板１０Ｙの屈曲された凹形状の面と、支持体片４の台形状の面とは、互いに面同士が密着する形状とされている。フレキシブル基板１０Ｙと支持体片４との密着性を保つことにより、トロイダルコイル１の断面形状の寸法精度確保と形状安定性確保ができ、回転対称性の良いトロイダルコイル１を実現できる。
【００４６】
図１５に示すように、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの各接続端子３ｘ，３ｙが互いに接続されることにより、端子Ｊ１，Ｊ２を有する扁平なソレノイドコイル１０ａが形成される。支持体片４が台形形状とされているので、その斜面部分の空間が、各接続端子３ｘ，３ｙを接続する際の作業空間として利用できる。例えば、各フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙと各支持体片４とを互いに位置決めして接着固定する際に、圧接作業や溶融作業を行う場合、それらの作業用の治具の逃げ空間を確保できるので、治具の強度や熱容量を大きくでき、生産性を高めることができる。
【００４７】
図１６は、２層の導体層を有するフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙにおける導電体パターン３、接続端子３ｘ，３ｙ、ビア３ｖ、およびこれらによって形成される接続部３０の構造を示す。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙにおける外面側の導電体パターン３に属する接続端子３ｘ，３ｙは、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙにおける内面側（支持体片４が配置されている側）に設けられている。外面側の導電体パターン３は、内面側の接続端子３ｘ，３ｙに、それぞれビア３ｖを介して、接続されている。ビア３ｖは貫通ビアであり、一般的なフレキシブル基板技術を用いて、スルーホール形成やスルーホールメッキなどによって形成される。ビア３ｖがめっきビアの場合、スルーホール内のめっき膜と導電体パターン３とが繋がる開口縁部における断線不良を発生させない導通信頼性確保のために、半田３１がスルーホール内に入らないように、または、開口縁部に近接しないようにすることが望ましい。
【００４８】
支持体片４は、例えば、接着剤２ｂによって保護膜２ａ上に接着固定されている。ソルダーレジストなどからなる保護膜２ａに対する接着力を確保するために、保護膜２ａ上にシルク印刷を施し、そのシルク印刷層に支持体片４を接着固定するようにしてもよい。また、保護膜２ａがないフレキシブル基板１０の基材２や導電体パターン３などに支持体片４を接着固定する場合にも、それらの表面にシルク印刷を施し、そのシルク印刷層に支持体片４を接着固定するのが、接着力確保の点で好ましい。
【００４９】
シルク印刷の材料は、例えば、アクリルとエポキシを主材料としており、フレキシブル基板１０の基材２やソルダレジストなどの保護膜２ａなどに接着する場合よりも、高い密着力を得ることができる。支持体片４とフレキシブル基板１０との高い密着力を確保することにより、支持体片４の剥がれや位置変動などの不具合発生を低減でき、トロイダルコイル１の高い寸法精度と信頼性を得ることができる。また、下地の色から区別した色のシルク印刷は、フレキシブル基板１０上の位置決め用のマークとして用いるようにすることができ、支持体片４の配置と接着固定の工程において、作業効率と位置精度を確保できる。また、シルク印刷に限らず、接着力を強化できる印刷材料や塗布材料による膜形成や表面処理等を用いることができる。
【００５０】
ビア３ｖに接続された接続端子３ｘは、ビア３ｖを介さないで導電体パターン３の両端部に形成された接続端子３ｘと同じ導体層に形成され、また接続端子３ｙについても同様に形成されるので、接続端子３ｘ，３ｙ間の接続は、一括して容易に行うことができる。
【００５１】
図１７に示すように、ソレノイドコイル１０ａ（図１５参照）は、切り込み２１の存在によって、トロイダル方向ＴＤに沿って湾曲させることができ、トロイダルコイル装置１Ａが製造される。このようなトロイダルコイル装置１Ａは、例えば、任意個数の支持体片４間を接着剤によって固定してコイル片とすることができ、任意個数のコイル片Ｔ１，Ｔ２，・・Ｔｎの組合せとして構成することができる。本実施形態のトロイダルコイル装置１Ａは、２つのコイル片Ｔ１，Ｔ２を備え、互いに０°から１８０°前後まで開閉することができる。図中の端子Ｊｎは、端子Ｊ１，Ｊ２等の総称である。
【００５２】
（変形例）
図１８は、支持体片４の変形例と、これを用いたトロイダルコイル装置１Ａを示す。この支持体片４は、トロイダルコイル１の中心軸ＡＸに直交する面における断面外形が略台形である。各支持体片４は、トロイダルコイル装置１Ａに組み込まれた状態において、互いに隣接する支持体片４間で接するように形成されており、トロイダルコイル装置１Ａの形状を寸法精度良く確保して維持することができる。
【００５３】
図１９は、支持体片４の他の変形例と、これを用いたトロイダルコイル装置１Ａを示す。この支持体片４は、図１８の支持体片４と同様に断面が略台形であるが、心材４ａと表面材４ｂの二重構造となっている点が異なる。心材４ａは形状を維持する硬い材料で形成され、表面材４ｂは心材４ａよりも柔らかく、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙに相対する部分がフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙからの外力を受けてトロイダル方向ＴＤに沿う円弧形状に塑性変形される材料から成る。各支持体片４は、トロイダルコイル装置１Ａに組み込まれた状態において、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙがトロイダル方向ＴＤに沿って滑らかな円弧形状となるように外力を加えて整形し、その形状を維持させる。
【００５４】
また、支持体片４を弾性体で形成してもよい。一般に、平面状の基板を立体的な形状とする場合、原理的に多角形状の立体となる。切り込み２１を用いて、平面状のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙを立体的なトロイダルコイル１とする場合、トロイダル方向ＴＤに沿って多角形状となるが、これをより理想的な円状の形状とすることが好ましい。そこで、支持体片４を弾力を持つ材料で構成し、支持体片４にフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙを円弧状に支持させる。
【００５５】
例えば、各支持体片４をトロイダル方向ＴＤに沿った円弧状の表面を有する形状に弾性体で形成する。支持体片４とフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙとの接着固定の工程から接続端子３ｘ，３ｙ間の接続工程の完了までの間は、支持体片４を圧接して、接続端子３ｘ，３ｙを平面状態として、各工程を実行する。接続工程の完了の後、圧接力を除去することにより、各支持体片４が弾性力によって円弧状の形状に復帰し、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが支持体片４に接着された部分が円弧状となったソレノイドコイル１０ａが得られる。これを、トロイダル方向ＴＤに沿って湾曲させることにより、より理想的な円状の外形断面形状を有するトロイダルコイル１が得られる。
【００５６】
図２０は、支持体片４のさらに他の変形例と、２層の導体層を有するフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙとを示す。支持体片４は、台形の断面外形における鈍角部分が矢印Ｃ１で示すように、円弧状に面取りされている。また、フレキシブル基板１０Ｙは、支持体片４の台形の断面外形における鈍角部分に接する対応部分が、矢印Ｃ２で示すように円弧状に屈曲されて、支持体片４を覆うように支持体片４上に配置され、フレキシブル基板１０Ｘに電気的に接続される。フレキシブル基板１０Ｙは、一様に圧力をかけた状態で、支持体片４およびフレキシブル基板１０Ｘの表面に押圧され、例えば、接着剤によって接着固定される。このような接着固定は、接続端子３ｘ，３ｙ間の位置決めをした状態で、押圧ローラや押圧型、さらには真空ラミネータなどを用いて隙間が生じないように行われる。また、接着剤硬化や接続端子３ｘ，３ｙ間の半田付け等による接続が押圧下で行われる。
【００５７】
支持体片４の面取り形状は、フレキシブル基板１０Ｙの最小許容屈曲半径に対する要求仕様を緩和し、屈曲加工を安定化させるので、材料コストや製造コストを抑えることができる。また、フレキシブル基板１０Ｙと支持体片４とは、支持体片４の面取り形状により、直線部分ではない曲線部分Ｑにおいても、互いに密着性良く接して一体化できる。従って、支持体片４の表面形状に沿ってフレキシブル基板１０Ｙを屈曲させて立体化でき、トロイダルコイル１の断面形状の寸法精度確保と形状安定性確保ができ、回転対称性の良いトロイダルコイル１を実現できる。
【００５８】
図２１は、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの変形例を示す。トロイダルコイル１を形成する一対のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが、それぞれ導体層を４層有する多層基板である。フレキシブル基板１０Ｘの各導体層の導電体パターン３は端部に接続端子３ｘを有し、それらの接続端子３ｘは内面側の共通の導体層に形成されている。フレキシブル基板１０Ｙについても同様であり、各導体層の導電体パターン３は端部に接続端子３ｙを有し、それらの接続端子３ｙは内面側の共通の導体層に形成されている。互いに対応する外面側の導電体パターン３と内面側の接続端子３ｘまたは接続端子３ｙとは、それぞれビア３ｖで接続されている。
【００５９】
言い換えると、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、各々互いに相対する内面側に一層の導体層を有し、各々基材２を挟んだ外面側に三層の導体層を有している。内面側の導体層には、端面１０ｅ，１０ｆ側から基板の内方に向けて、ビア３ｖを有する３つの接続端子３ｘ，３ｙと、導電体パターン３端部の１つの接続端子３ｘ，３ｙとが順に配置されている。また、外面側の三層の導体層には、ビア３ｖを端部に有する導電体パターン３が配置されている。つまり、外面側の導体層に位置する導電体パターン３に属する接続端子３ｘ，３ｙとビア３ｖは、導電体パターン３がより外面側にあるものほど、より端面１０ｅ，１０ｆに近い位置に配置されている。
【００６０】
このようなフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの接続端子３ｘ，３ｙを半田３１等で接続して接続部３０を形成することにより、断面当たり４つの１ターンコイルＣＬが得られる。このフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙをトロイド状に立体化することにより、進みコイルと戻りコイルの対を２つ備えるトロイダルコイル１が得られる。このようなフレキシブル基板の多層化は容易であり、また、接続端子３ｘ，３ｙを電気的に接続して接続部３０を形成する方法は導電体層が多層化されても単層の場合と同様に容易に実行することができる。従って、トロイダルコイル１におけるコイルのターン数を容易に増やすことができる。また、多層化によってターン数を増やせるので、導電体パターン３の線幅や間隔を大きくすることができ、ビア３ｖの形成も容易である。
【００６１】
図２２は、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの他の変形例を示す。このフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、上述のビア３ｖを有する接続端子３ｘ，３ｙに替えて、導電体パターン３の端部から基材２を除去した構成の接続端子であるフライングリード端子３ｆを用いるものである。フライングリード端子３ｆは、各フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの端部を各基板の端面１０ｅ，１０ｆから突出させた構造を有する。フライングリード端子３ｆは、例えば、２層の導体層を有するフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙに適用できる。
【００６２】
これらのフライングリード端子３ｆを、各フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの外面側の導電体パターン３に適用し、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙ間で互いに対向させて半田などで直接、電気接続することができる。このようなフライングリード端子３ｆによる接続は、進みコイルと戻りコイルとを基板の表裏間で接続するビア３ｖについても同様に適用することができる。内面側の導電体パターン３は、上述同様に、接続端子３ｘ，３ｙを用いて接続される。また、フライングリード端子３ｆ間の接続は、接続端子３ｘ，３ｙが互いに対向して接続される際の対向面と同じ対向面において行われる。従って、フライングリード端子３ｆ間の接続と、接続端子３ｘ，３ｙ間の接続とは、同時に一括処理で実行できる。
【００６３】
フライングリード端子３ｆを用い場合、ビアを形成しないので、導電体パターン３の細線化と高密度化が可能であり、コイルターン数をより増加することができる。また、ビアは、例えば、めっきビアの場合、スルーホール内のめっき膜と導電体パターン３との接続部分における断線不良を発生させない信頼性確保が要求されるが、フライングリード端子３ｆを使うことにより、そのような断線不良を容易に回避できる。フライングリード端子３ｆで直接接続すると、ビア用ランドなどの厚肉化される導体部分が発生しないので、フレキシブル基板１０の屈曲に対する柔軟性が損なわれない。
【００６４】
（さらに他の実施形態）
図２３、図２４、図２５は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ｂを示す。このトロイダルコイル装置１Ｂは、トロイダルコイル１と、ケース５と、回路基板６とを備えて、トロイダルコイル１を電流センサとして用いるものである。トロイダルコイル装置１Ｂは、電流計測装置である。トロイダルコイル１として、例えば、上述の図１０に示したようなトロイダルコイル１に支持体片４を備えて成るトロイダルコイル装置１Ａを用いることができる。
【００６５】
ケース５は、コイル片Ｔ１，Ｔ２によって構成されたトロイダルコイル１（図１１参照）を収納するトロイド状の空間を有する本体部５０と回路基板６を収納する基板収納部５１とを備えている。ケース５は、その中心軸（収納されたトロイダルコイル１の中心軸）を含む分割面に沿って左右に分割して大略左右同形の分割ケース５Ａ，５Ｂとされている。各分割ケース５Ａ，５Ｂにおける本体部５０には、それぞれコイル片Ｔ１，Ｔ２の各々が収納される。
【００６６】
左右の分割ケース５Ａ，５Ｂは、各々を外周側において連結する２種類の連結部を有している。一つは分割ケース５Ａ，５Ｂ間を開閉自在とするヒンジ構造とされたヒンジ５ａであり、他の一つは分割ケース５Ａ，５Ｂ間を分離自在とする係合構造を構成する爪５ｂとフック５ｃの対である。ヒンジ５ａにおける開閉軸となる軸ＣＸは、本体部５０に収納された状態のトロイダルコイル１の開閉軸である軸ＢＸと同軸と成るように構成されている。軸ＢＸはコイル片Ｔ１，Ｔ２の相互の連結部にある（図１１参照）。
【００６７】
ケース５の分割面には、ケース５を開いた際にケース５に収納されたフレキシブル基板を露出させないように保護する隔壁５２が設けられている。トロイダルコイル装置１Ｂの電流計測装置としての測定精度を確保するために、本体部５０は、トロイダルコイル１の対称性（その回転軸回りの対称性、各１ターンコイル間の対称性、コイル間隔の対称性など）を確保するように構成する必要がある。従って、隔壁５２は、１ターンコイル間の隙間を増大させないように構成される。そこで、隔壁５２を薄くする必要がある場合は、シート材を貼付したり、塗布膜を設けたり、封止材を充填したりして、形成することができる。なお、ケース５は、その開閉面の位置ずれが発生しないように、平面分割面に替えて、位置決め可能な係合凹凸構造を備えたり、嵌合構造としたりしてもよい。
【００６８】
回路基板６とトロイダルコイル１とは、端子Ｊｎ（端子Ｊ１，Ｊ２等の総称）によって互いに電気的に接続される。回路基板６は、トロイダルコイル１からの出力を受けて処理する回路を備えている。回路基板６には、トランジスタや積分器などの、電流検出に必要な電子素子類が実装されている。また、基板収納部５１には、回路基板６への電源入力や信号入出力を行うための端子ピンを有するソケットを設けたり、回路基板６からケース５の外部に引き出された電気接続用の引き出し線を設けたりすることができる。
【００６９】
分割ケース５Ａ，５Ｂは、トロイダルコイル１を収納した状態で、互いの分割面のなす角度が１８０°以上となるまで開くことができる。ケース５は、トロイダルコイル１を環境雰囲気や外力などから保護し、かつトロイダルコイル１を電線に対してクランプさせる際の操作を容易とする。ケース５は、クランプ式の電流計を構成するためのクランプカバーとなる。
【００７０】
トロイダルコイル装置１Ｂは、その中央穴に貫挿された電線９を流れる電流値に応じた信号を電流計測結果として、回路基板６を介して外部に出力する。このような電流計測装置とされたトロイダルコイル装置１Ｂは、その開閉機能によって、既設の電線９を容易にクランプすることができて、電線９を流れる交流電流を計測するために用いることができる。
【００７１】
図２６乃至図２９は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａを示す。このトロイダルコイル装置１Ａは、上述の図１０、図１１に示したトロイダルコイル装置１Ａにおいて、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが、端面１０ｅ，１０ｆと接続端子３ｘ，３ｙとの間に貫通孔７ａを有するものである。フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙは、図２６、図２７に示すように、接続端子３ｘ，３ｙから両方の端面１０ｅ，１０ｆ側に、導体パターンのない基材延長部７を有している。貫通孔７ａは、その記事延長部７に所定の一定間隔で端面１０ｅ，１０ｆに沿う直線上に形成されている。各貫通孔７ａは、フレキシブル基板１０Ｘとフレキシブル基板１０Ｙとを接続するために重ねたときに、両基板間で貫通孔７ａの位置が一致するように構成されている。このような貫通孔７ａは、接続端子３ｘ，３ｙ間を半田などで接続する際に治具を通して位置決めする位置決め基準孔として用いることができる。これにより、高い生産性のもとで、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙを高い位置精度で接続することができる。
【００７２】
また、図２８、図２９に示すように、貫通孔７ａは、トロイド状に立体化されたフレキシブル基板１０を、ケースなどに固定する際に固定用孔として用いることができる。例えば、図２３に示したようなケース５において、トロイド状のフレキシブル基板１０を収納する収納部の内面に固定用突起５０ｐを備えることにより、固定用突起５０ｐを貫通孔７ａに係合させてフレキシブル基板１０をケース５内に固定することができる。
【００７３】
固定用突起５０ｐは、フレキシブル基板１０を機械的に位置決めした上で、先端部分のかしめ加工、スナップフィット構造、はめ込み構造などによって、フレキシブル基板１０固定することができる。機械式固定の場合、例えば、接着固定する場合における接着剤塗布、基板位置決め設置、接着剤硬化などの工程が不要であり、接着工程に起因するケースの材料や耐熱温度などの制約がなく、ケース材料も安価となる。位置決めと固定が同時にできるので、簡単かつ精度よくケースへの組み込み作業を行うことができる。
【００７４】
図３０、図３１、図３２は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を示す。このトロイダルコイル装置は、上述の図１０、図１１に示したトロイダルコイル装置１Ａにおいて、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが、互いに連続した１枚のフレキシブル基板１０で構成されているものである。図３０、図３１に示すように、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが、互いにポロイダル方向ＰＤに並列され、互いに共通の基材２に導電体パターン３と、接続端子３ｘ，３ｙと、ビア３ｖと、端子Ｊ１，Ｊ２とが形成されている。
【００７５】
図３２に示すように、１枚のフレキシブル基板１０を折りたたんで互いに重ねて、接続端子３ｘ，３ｙを接続することにより、ソレノイドコイル１０ａが形成される。フレキシブル基板１０は、上述の貫通孔７ａを備えており、接続端子３ｘ，３ｙの接続の際に、貫通孔７ａを用いて位置合わせをすることができる。このようなフレキシブル基板１０を用いるトロイダルコイル装置は、両側のフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙ部分の導電体パターン３を同時に互いに整合性良く形成できるので、対称性に優れたトロイダルコイルを備えるものとなる。また、接続時の位置合わせ精度を確保するための寸法精度が緩和されるので、パターン間隔を狭くでき、より高感度化が容易になる。なお、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの間の繋ぎの基材２には、フレキシブル基板１０をトロイダル方向に屈曲容易とするポロイダル方向の切り込みを設けるとよい。
【００７６】
図３３、図３４、図３５は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置を示す。このトロイダルコイル装置は、上述の図３０、図３１に示したフレキシブル基板１０の導電体パターン３が、基板の中央部において、接続端子３ｘ，３ｙやビア３ｖを介することなく、直接、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙ間で接続されているものである。接続端子３ｘ，３ｙや接続端子３ｘ，３ｙ間を接続するビア３ｖは、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが一体となった１枚の大きなフレキシブル基板１０の両端部に形成されている。
【００７７】
このようなフレキシブル基板１０は、折りたたんで互いに重ねて、接続端子３ｘ，３ｙを接続することにより、ソレノイドコイル１０ａが形成される。フレキシブル基板１０は、上述の貫通孔７ａを備えており、接続端子３ｘ，３ｙの接続の際に、貫通孔７ａを用いて位置合わせをすることができる。また、図３０のフレキシブル基板１０と較べて接続端子３ｘ，３ｙが半減しているので、接続時の位置合わせに対する寸法精度をさらに緩和できる。なお、フレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙの間の繋ぎの基材２には、フレキシブル基板１０をトロイダル方向に屈曲容易とするポロイダル方向の切り込みを設けるとよい。
【００７８】
図３６は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ｂを示す。このトロイダルコイル装置１Ｂは、トロイダルコイル１を囲む磁気シールド用の磁性体１０１を備えている。磁性体１０１は、透磁率の高い物質（例えばニッケル）によって構成される。磁性体１０１は、トロイダルコイル装置１Ｂに隣接した電線９ｘを流れる交流電流などによって発生する外部からの磁界を遮蔽する。トロイダルコイル装置１Ｂは、外部磁界を遮蔽して、測定対象の電線９を流れる電流を精度良く計測することができる。磁性体１０１は、分割した複数の部品で構成することができ、上述した図２３におけるトロイダルコイル装置１Ｂと同様に、開閉可能に構成することができる。
【００７９】
また、磁気シールド用の磁性体１０１に加えて、トロイダルコイル１を囲む導体を電磁シールド導体として備えてもよい。電磁シールド導体は、導電体パターン３から電気的に絶縁されており、例えば、電気的に浮いた電位とされる。電磁シールド導体は、トロイダルコイル装置１Ｂによって電線９を流れる交流電流を測定する際に、トロイダルコイル装置１Ｂの外部の隣接した電線９ｘが発生するノイズとなる高周波磁界を、渦電流損失によって遮蔽する。
【００８０】
図３７、図３８、図３９は、トロイダルコイル装置１Ａ，１Ｂに適用されるトロイダルコイル１の種々の形態を示す。図３７は、トロイダルコイル１を構成するフレキシブル基板の組合せをポロイダル方向ＰＤについて示す。すなわち、（ａ）（ｃ）は２枚のフレキシブル基板１０Ｘ、１０Ｙによる構成、（ｂ）は１枚の互いに連続したフレキシブル基板１０Ｘ、１０Ｙによる構成、（ｄ）は４枚のフレキシブル基板１０Ｘ、１０Ｙ，１０Ｚによる構成を示す。いずれの構成においても、フレキシブル基板の端面１０ｅ，１０ｆの向きを同じにして重ねることにより接続部３０が形成される。（ｃ）では、フレキシブル基板１０Ｘに立体形成用の切り込み２１が形成され、（ｄ）では、フレキシブル基板１０Ｚに立体形成用の切り込み２１が形成される。
【００８１】
図３８は、トロイダルコイル１を構成するフレキシブル基板の組合せをトロイダル方向ＴＤについて示す。（ａ）（ｂ）のトロイダルコイル１は、はいずれもトロイダルコイル１を４分割して成るコイル片Ｔ１〜Ｔ４をトロイダル方向ＴＤに配列して構成されている。また、（ａ）では、トロイダル方向ＴＤにフレキシブル基板１０Ｘ、１０Ｙの２枚の対が４対で、合計８枚のフレキシブル基板が用いられており、（ｂ）では半分の４枚のフレキシブル基板が用いられている。
【００８２】
図３９は、トロイダルコイル１のトロイダル方向ＴＤにおける分割例を示す。（ａ）のトロイダルコイル１は１つのコイル片Ｔ１からなり、（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ２つ（Ｔ１，Ｔ２）、３つ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）、４つ（Ｔ１〜Ｔ４）のコイル片から成る。トロイダルコイル１は、トロイダル方向ＴＤに直交する面で分割された円弧形状の１以上のコイル片をトロイダル方向ＴＤに沿って並べて構成される。また、トロイダルコイル１は、一般に、トロイダル方向ＴＤやポロイダル方向ＰＤに分割した複数枚のフレキシブル基板１０を用いて構成することができる。
【００８３】
ここで、各コイル片Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、図１のトロイダルコイル１のように、各コイル片毎に互いに完全に分離したフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙから構成することができる。また、例えば、図１１のトロイダルコイル１のように、隣接する円弧状のコイルを構成するフレキシブル基板１０Ｘ，１０Ｙが各コイル間で完全分離していない場合であっても、各円弧状のコイルが互いに開閉可能である。この意味で、図１１における円弧状のコイルは、コイル片Ｔ１，Ｔ２等と称することができる。トロイダルコイル１は、どのような弧長のコイル片の組合せにするかについて任意に設定することができ、任意に設定されたコイル片の形状に合わせてケース５の構造を設定することができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。支持体は、切り込み２１の間隔に基づく支持体片４の形状に限らず、半円筒形や円筒形とすることもできる。また、フレキシブル基板１０自体を多層とすることに加えて、フレキシブル基板１０を多重に重ねて、すなわち入れ子状態にトロイダルコイル１やコイル片Ｔ１等を形成してもよい。例えば、１つのソレノイドコイル１０ａを支持体または支持体片４の集合とみなし、そのソレノイドコイル１０ａを包むより大きなソレノイドコイルを形成し、全体をトロイド状に屈曲させて、二重構造のトロイダルコイルを形成できる。フレキシブル基板１０を多重にすることにより、コイルのターン数を増加させることができる。
【００８５】
また、フレキシブル基板１０は、電磁シールド用の導電体層を備えてもよい。導電体層は、トロイダルコイル１の外表面に、すなわち、トロイド状に配置された導電体パターン３を内部に含むようにフレキシブル基板１０の表面側に備えられる。このようなトロイダルコイル１は、導電体層が電磁シールド的な意味において閉空間を形成し、導電体パターン３は、その閉空間の中で電磁シールドされた状態となる。導電体層は、例えば、適宜のグランド接続端子を介して、接地電位とされる。
【００８６】
フレキシブル基板１０は、トロイダルコイル１の形状をトロイド状に保持するための保持層を備えてもよい。保持層は、例えば、トロイダルコイル１のポロイダル方向ＰＤにおける屈曲されない部分の厚さが、屈曲される部分の厚さよりも厚い層厚を有するものとする。例えば、トロイダルコイル１は、その中心軸ＡＸに平行な直線部を有し、保持層は、その直線部における厚さが他の部分より厚くされ、トロイダル方向ＴＤに沿って厚さが一様とされている。保持層は、領域毎に厚さを選択した樹脂フィルムを積層したり、ソルダーレジストなどの塗膜を形成したりして、フレキシブル基板１０に備えることができる。また、保持層は、導電体パターン３を保護する導体保護層として兼用したり、逆に、導体保護層に保持層の機能を持たせたりしてもよい。トロイダルコイル１は、このような保持層を備えることにより、厚い保持層によってトロイド形状を堅固に保持でき、薄い保持層によって滑らかに屈曲されたトロイド曲面のトロイダルコイル１とすることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１    トロイダルコイル
１Ａ    トロイダルコイル装置
１Ｂ    電流計測装置としてのトロイダルコイル装置
１０    フレキシブル基板
１０ｅ，１０ｆ    端面
１０Ｘ    第１の基板（フレキシブル基板）
１０Ｙ    第２の基板（フレキシブル基板）
１０Ｚ    レキシブル基板
１０１    磁気シールド用の磁性体
２    シート状の基材
２１    切り込み
３    導電体パターン
３１    半田
３ｆ    フライングリード端子
３ｘ    接続端子
３ｙ    接続端子
３ｚ    斜行パターン
３ｖ    ビア
４    支持体片（支持体）
５    ケース
５ａ    ヒンジ（ヒンジ構造）
５ｂ    爪（係合構造）
５ｃ    フック（係合構造）
５Ａ，５Ｂ    分割ケース
５０ｐ    固定用突起
６    回路基板
７ａ    貫通孔
ＡＸ    トロイダルコイルの中心軸
ＣＬ    １ターンコイル
ＰＤ    ポロイダル方向
ＰＬ    トロイダルコイルの中心軸を含む平面
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔｎ    コイル片
ＴＤ    トロイダル方向
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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