コイル装置およびその製造方法

【課題】本発明の目的は製造工程を簡素化すると共に加工時間を抑えて製造コストの低減を図る。
【解決手段】コイルパターンが形成された基板２のコイルパターン部３を一対のコア部材１１および１２で挟み込むコイル装置１において、前記コア部材および前記コイルパターン部との間に配置する弾性および耐溶剤性を有するバネ材２５と、前記バネ材がコア部材およびコイルパターン部に挟まれて押圧されるように、両コア部材を前記バネ材の弾性力に勝る保持力を有して一体的に挟持するための保持部材２０とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートトランス等のコイル装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されているように、コイルパターンが形成された基盤のコイルパターン部を一対のコア部材で挟み込んでなるシートトランス等のコイル装置が知られている。
上記コア部材の少なくとも一方は、その基部に複数の脚部を有する例えばＥ字状をなし、この脚部先端を他方のコア部に突き当てた状態でコイルパターン部が挟み込まれる。両コア部材の基板への固定は、これらを金属クリップ等の保持部材で一体的に挟持する等により行なわれる。
【特許文献１】特開平８−３１６０４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記両コア部材の基板への固定は、これらを保持部材で挟持するだけではなく、コア部材と基板との間に絶縁性の接着剤を充填することによっても行なわれる。
しかしながら上記構造においては、保持部材および接着剤という重複した固定方法が必要となり、コイル装置の製造方法を複雑化させるという問題がある。
【０００４】
また、接着剤を用いる場合には、これが硬化性のものであればキュア工程が必要となるし、常温硬化性のものであれば硬化時間がかかる等、加工費を増加させるという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、製造工程を簡素化すると共に加工時間を抑えて製造コストの低減を図ることができるコイル装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コイルパターンが形成された基板のコイルパターン部を一対のコア部材で挟み込むコイル装置において、コア部材および前記コイルパターン部との間に配置する弾性および耐溶剤性を有するバネ材と、バネ材がコア部材およびコイルパターン部に挟まれて押圧されるように、両コア部材を前記バネ材の弾性力に勝る保持力を有して一体的に挟持するための保持部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
バネ材は、半田接続可能な金属部材であり、コイルパターン部上には絶縁被膜と、該絶縁被膜上にはバネ材を半田接続するための半田パターン部とが設けられており、バネ材は、前記半田パターン部上で半田を介して固定される。
【０００８】
保持部材は、一方のコア部材の基部背面に弾力性を付与するバネ部と、該バネ部の両側から他方のコア部材側に延びる一対の腕部と、該両腕部の先端に形成されて他方のコア部材に系合する係止部とを有する。
【０００９】
コイルパターンが形成された基板のコイルパターン部を一対のコア部材で挟み込むコイル装置の製造方法において、基板の前記コイルパターン部上を保護すべく、絶縁被膜を形成すること、形成した絶縁被膜上に半田接続するための半田パターンを形成すること、半田パターン上に弾性および耐溶剤性を有するバネ材を半田接続すること、半田接続の後、これらを一対のコア部材で挟み込み、該コア部材およびコイルパターン部で前記バネ材を挟んで押圧するように、両コア部材を保持部材で一体的に挟持する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弾性および耐溶剤性を有するバネ材をコア部材およびコイルパターン部に挟んで押圧するように、保持部材で両コア部材をバネ材の弾性力に勝る保持力を有して一体的に挟持することから、接着剤を用いずともコア部材を安定して基板に固定することができることから、コイル装置の製造工程を簡素化すると共に加工時間を抑えて製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明するが、以下の説明では、実施の形態に用いる図面について同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。
【実施例１】
【００１２】
本発明のシートトランス１（コイル装置）は、図１に示すように、所定のコイルパターン４が形成された基板２のコイルパターン部３を、その上下（表裏）から一対のコア部材１１および１２で挟み込んで形成されている。尚、当該図においては２つのシートトランスが示されているが、説明を簡便に行なうため一つのシートトランスを例に以降の説明を行なう。
【００１３】
基板２は、例えば多層基板であり、平面視で横方向に長い長方形をなしており、当該基板の所定の位置には、当該基板２の長手方向に沿って楕円状に周回するコイルパターン４が形成されている。基板２には、コイルパターン４の内周側において楕円形状の長手方向に沿って長方形状の貫通中央孔６が設けられており、コイルパターン４のパターン幅を挟んで対向するそれぞれの位置には、貫通側孔７がそれぞれ設けられている。
【００１４】
尚、図１の位置Ａに示すように示すように基板２に貫通側孔７を形成する代わりに、切欠きを設けてもよく、これにより後述するコア部材を容易に着脱すことができる。
【００１５】
ところで、コイルパターン４は、基板２の表裏面や積層面にプリント等により一体的に設けられるシート状であり同心状に周回しており、周回するコイルパターン４において、少なくとも一つは該シートトランス１における一次コイルとされ、少なくとも残りの一つはシートトランス１における二次コイルとされる。このようなコイルパターン４が、基板２に形成される回路や入出力端子等に接続される。
【００１６】
コイルパターン部３を挟む両コア部材１１および１２は、従来から知られたフェライト等の従来から良く知られた磁性体であり、基板２の短手方向に沿って所定幅を有しており基板２の長手方向に沿って前記所定幅より短い幅を有する矩形板状の基部１３と、該基部１３の長手方向中央部およびその両端部から所定幅を有して他方のコア部材側に突出する中央脚部１４および両外側脚部１５とを有している。
【００１７】
尚、矩形状の基部１３の長手方向の寸法は、楕円形のコイルパターン４における短手方向の幅寸法に前記両外側脚部１５の幅寸法を加えた寸法である。
各脚部１４および１５は、基部１３の短手方向の寸法と略同一の寸法を有してこれに一体的に形成される直方体形状を有しており、これら各脚部１４および１５と基部１３とによってＥ字状をなすようにコア部材１１および１２が設けられている。
【００１８】
前記した各コア部材１１および１２が基板２のコイルパターン部３を上下から挟み込み、中央脚部１４をコイルパターン部３の中央（コイルパターンの内周側）に設けた貫通中央孔６に挿通してその先端を互いに突合せると共に、両外側脚部１５を基板２に設けた貫通側孔７にそ挿通してその先端を互いに突合せた状態で、保持部材２０により一体に挟持される。
【００１９】
尚、互いに突合される両外側脚部１５同士の基部１３からの突出高さ寸法の合計は、これらが確実に突き合わさるように、コイルパターン部３の厚さ寸法（基板２の板厚寸法）よりも大きくなるように形成されている。
尚、互いに突合される中央脚部１４同士の基部１３からの突出高さ寸法の合計と、コイルパターン部３の厚さ寸法との関係も同様である。また、突合わされる互いの中央脚部１４間を僅に離間させてもよい。
【００２０】
保持部材２０は、図２に示すように、帯状のバネ鋼板を一方のコア部材１１の基部１３外面（背面）及び両コア部材１１および１２の外側脚部１５の外面に沿うようにコの字状に屈曲して形成されている。
保持部材２０における前記基部１３側面に沿う部位は、該基部１３側に凸となるように湾曲するバネ部２１とされる。このバネ部２１の両端からは、前記外側脚部１５外面に沿う腕部２２が他方のコア部材１２側に延びる。両腕部２２の先端部は、他方のコア部材１２における基部１３の長手方向の両端部に系合すべく、基部１３の長手方向内側に屈曲する係止部２３とされる。
【００２１】
このような保持部材２０が、その両係止部２３を他方のコア部材１２に系合させた状態で、バネ部２１を撓ませて前記一方のコア部材１１の基部１３背面に弾性力を付与するようになっている。保持部材２０は、後述する各バネ材２５の弾性力の合計に勝るだけの保持力を有しており、この保持部材２０により両コア部材１１および１２が弾性的に挟持される。
【００２２】
ここで、バネ材２５について詳細に説明する。
バネ材は耐溶剤性を有している。バネ材２５における耐溶剤性とは、シートトランス１が実装された基板２を洗浄する際に用いる洗剤に対する耐性のことである。すなわち、シートトランス１が実装される基板２には、当該シートトランス１の他に各種電子部品が実装される。このとき、電子部品等の実装に用いる半田にはフラックスが含まれており、後工程においてフラックスを除去するために、アルコール系洗剤又は石油系洗剤を用いて洗浄が行なわれる。
【００２３】
ところでアルコール系洗剤又は石油系洗剤などは、溶解性を有しており一般的なシリコーンシートなどに対して溶解や膨張などを招くことが知られている。そこで本発明では、アルコール系洗剤又は石油系洗剤などに対し耐性を有する金属板バネがバネ材として用いられている。
【００２４】
バネ材２５は、所定の弾性を有する金属板にプレス加工を施して形成される。バネ材２５は、図３に示すように外縁が矩形状の基台２６と、該基台２６よりも外縁寸法が小さくて基台２６と平行な位置関係にある矩形状の平板部２７と、該平板部２７の一方の端で基台２６と連接するための接続部２８とを有しており、これらがプレス加工で一体的に形成される。
【００２５】
平板部２７の他方の端は、その先端部分が所定の角度で基台側に折れ曲がっている。また基台２６は、中心部に矩形状の孔を有しており、この矩形状の孔に対応する金属板をプレス加工することで平板部２７および接続部２８が一体形成されている。
【００２６】
前記した構造のバネ材２５は、一方のコア部材１１の中央脚部１４と各外側脚部１５との間に配置される。各バネ材２５は前記したように弾性を有しており、各バネ材２５がコア部材１１の基部１３と基板２のコイルパターン部３との間に配置された後、基部１３とコイルパターン部３とに挟まれて押圧される。このとき、各バネ部材２５に生じる弾性力の合計は、保持部材２０が両コア部材１１および１２を挟持した際にそのバネ部２１に生じる弾性力よりも小さい。
【００２７】
そして、保持部材２０が両コア部材１１および１２を一体的に挟持した状態において、各バネ部材２５が前記他方のコア部材１２が基板２に密着するまで両コア部材１１および１２を押し上げることで、該両コア部材１１および１２が基板２にガタつくことなく弾性的に支持される。
【００２８】
ところで、バネ材２５を基板２に実装する際、耐溶剤性を有する例えばエポキシ系の接着材を用いて基板２上に固定（実装）してもよいが、接着剤の硬化による作業効率の低下を考慮すれば、従来から良く知られたリフローと称されている接続方法でバネ材２５を基板２に半田で固定することが好ましい。この場合、バネ材２５を半田を介して基板２に固定するに先立ち、半田と馴染み易いように従来から知られた方法でバネ材２５の表面をメッキ処理することが好ましい。
【００２９】
ここで、リフローによってバネ材２５を基板に実装する方法を説明する。
金属バネ２５を半田を用いて基板２に実装するに先立ち、コイルパターン部３上に絶縁被膜（図示省略）が形成されており、更に該絶縁被膜上に半田を用いて接続するための半田ランドと称されている半田パターン部８が形成されている。
【００３０】
半田パターン部８は、実質的には基板２の最表面に形成されるパターン配線と同質である。
半田パターン部８上には、クリーム半田と一般的に称されている半田を塗布する。またはクリーム半田をバネ材２５に塗布する（図３参照）。
【００３１】
その後、バネ材を基板２に形成したパターン配線上の所定位置に配置した後、基板２に対し加熱を施す。この熱によって半田が融点温度に達すると、半田が溶融する。これにより、溶融後の半田の硬化によってバネ材２５および半田パターン部８が接続される（図４参照）。
【００３２】
ところで、バネ材２５は半田パターン部８に接続されるが、保持部材２０によって挟持されるコア部材１１とは、接続されない。すなわち、図３に示すバネ材２５は、基台２６が半田パターン部８に接続され、基台２６に平行な平板部２７は、コア部材１１の基部１３に単に密着（接する）だけで固定されない。従って、リフローによって、コア部材１１および１２や、基板２に熱膨張が生じても、熱膨張による変動をコア部材１１の基部１３とバネ部材２５の平板部２７との接触箇所で緩和することができる。
【００３３】
更に、バネ材２５は金属板バネであることから熱伝道率が良く放熱性がある。従って、シートトランスにおける変圧動作で生じる発熱を効率的に放熱することができ、コア部材の熱籠りを防止することができる。従って、コア部材の熱籠りを防止することにより、コア部材の温度が上昇するにつれて生じる磁心損失(コアロス)を防止することができ、インダクタンスの低下を防止することができる。
【００３４】
次に、前記したシートトランス１の組み立てを説明する。
先ず、コイルパターン４（コイルパターン部３）が形成され、その上に絶縁被膜が施されて当該絶縁被膜上に半田パターン部８が形成された基板２を持具等にセットし、半田パターン部８にクリーム半田を塗布する。
【００３５】
その後、前記した形状のバネ部材２５を、半田クリームが塗布された半田パターン上に配置し、基板２に対し加熱を施す。この熱によって半田が融点し、その後半田が硬化することでバネ材２５および半田パターン部８が接続される。
【００３６】
尚、バネ部材２５の取り付けは、人手を必要とする複雑な工程がないことから、従来から知られたリフローにより、自動化を図ることができる。
【００３７】
基板２にバネ部材２５を取り付けた後、コイルパターン部３およびバネ部材２５ごと一対のコア部材１１および１２で上下から挟み込み、該両コア部材１１および１２の各脚部１４および１５同士を互いに突き合わせる。このとき、各バネ部材２５が固定された側のコア部材１１の基部１３と基板のコイルパターン部３とに、バネ材２５が挟まれて押圧される。
【００３８】
ところで、図４に示すように、バネ部材２５の取り付けにおいて耐溶剤性を有する台座９をバネ部材２５の長手方向の両端に取り付けてもよい。台座９の取り付けは、作業効率を考慮してリフローによるバネ部材２５の取り付けと同時的に行なうことが好ましい。
【００３９】
基板２に取り付けられる台座９の高さ寸法は、基板２に取り付けられるバネ部材２５の基台２６から平板部２７までの高さ寸法より、僅に低くなるように設計されている。これにより、コイルパターン部３およびバネ部材２５ごと一対のコア部材１１および１２で上下から挟み込む際、バネ部材２５に必要以上の圧力が印加されることを防止することができる。従って、必要以上の圧力印加によって生じるバネ部材２５の変形を防止することができ、一定の弾性力をバネ部材２５に保持させることができる。
【００４０】
次いで、コイルパターン部３およびバネ部材２５ごと挟み込んだ両コア部材１１および１２を挟持すべく、これらに保持部材２０を装着し、そのバネ部２１を一方のコア部材１１の基部１３背面に当接させると共に、他方のコア部材１２の基部１３両端部に、両腕部２２の先端を系合させることで、基板２のコイルパターン部３を一対のコア部材１１および１２で挟み込んでなるシートトランス１の組み立てが完了する。
【００４１】
このとき、バネ部２１が撓んで前記一方のコア部材１１の基部１３背面に弾性力を付与することとなるが、このバネ部２１の弾性力は各バネ部材２５の弾性力の合計よりも大きく、両コア部材１１および１２の各脚部１４および１５同士が付き合わされた状態が維持されると共に、保持部材２０で一体的に挟持された両コア部材１１および１２が各バネ部材２５の弾性力により前記一方のコア部材１１側に付勢された状態となる。尚、バネ部２１の弾力は、両コア部材１１および１２に過大なストレスを与えない程度とされている。
【００４２】
以上、説明したように、上記実施例におけるシートトランス１は、コイルパターン４が形成された基板２のコイルパターン部３を一対のコア部材１１および１２で挟み込んでなるものであって、コイルパターン部３上に絶縁被膜を施して形成した半田パターン部８に金属性のバネ材２５を配置して半田で固定し、一方のコア部材１１とコイルパターン部３との間に弾性を有する前記したバネ材２５を配置し、該バネ材２５がコア部材１１及びコイルパターン部３に挟まれて押圧されるように、両コア部材１１および１２をバネ部材２５の弾性に勝る保持力を有する保持部材２０で一体的に保持したものである。
【００４３】
従って、この構成によれば、バネ部材２５の弾性力が両コア部材１１および１２とコイルパターン部３に作用した状態でこれらが一体的に固定されることとなり、接着剤を用いることなく両コア部材１１および１２をガタなく安定して基板２に固定することができるため、コイル装置の製造工程を簡素化すると共に加工時間を抑えて製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
また、上記シートトランス１においては、保持部材２０が、一方のコア部材１１の基部１３背面に弾性力を付与するバネ部２１と、該バネ部２１の両側から他方のコア部材１２側に延びる一対の腕部２２と、該両腕部２２の先端に形成されて他方のコア部材１２に系合する係止部２３とを有してなることで、両コア部材１１および１２を弾性的に挟持してバネ部材２５の寸法公差やへたり等を良好に吸収することができる。
【００４５】
更に、上記シートトランス１においては、両コア部材１１および１２がその基部１３に複数の脚部１４および１５を有するＥ字状をなし、該両コア部材１１および１２における一方のものの脚部１４および１５間にバネ部材２５が配置されることで、該バネ部材２５の位置ズレが抑制されてコイルパターン部３を挟み込む際の作業を容易に行なうことができる。
【００４６】
更に、上記シートトランス１においては、金属製のバネ部材２５を用いたことにより、耐溶剤性を有しており溶剤による溶解を防止することができる。更に、金属製のバネ部材２５は、耐熱性および放熱性に優れていることから、またリフローでの加熱処理にも耐えることができると共に、効率的な放熱でコア部材１１の熱籠りを抑制することができ、インダクタンスの劣化を抑えることができる。
【００４７】
また、両コア部材１１および１２の寸法がＩ字状とされ、該コア部材にＥ字状をなす他方のコア部材の各脚部が突き当てられる構造であってもよい。更に一方のコア部材がＵ字状とされ、他方のコア部材がＵ字状又はＩ字状とされる構成であってもよい。
【００４８】
更に、実施例に示したバネ部材２５の形状は、これに限る必要は無く例えば図５に示すような幾重に折畳まれた形状であったり、図６に示すようなスパイラル状であったおり、図７に示すような基台２６の両端側において平板部２７を接続部２８で保持するような各種形状であってもよい。
【００４９】
前記した実施例では、コア部材１１および１２における中央脚部１４同士の突き合わせ寸法と、コイルパターン部３の厚さ寸法（基板２の板厚寸法）との関係を明示しなかったが、両側脚部１５と同じように大き
【００５０】
前記した実施例では、バネ材２５として金属板バネを用いる例で説明を行なったが、これに限る必要はなく、プラスチックバネ材を用いてもよい。この場合のプラスッチックバネ材は耐溶剤性を有する必要があり、該プラスチックバネ材の基板への固定は耐溶剤性を有する接着剤を用いる必要がある。
【００５１】
更に、上記実施例における構成は本発明の一例であり、コイル装置として例えばインダクタやチョークコイル等にも本発明を適用できることはもちろん、該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のコイル装置を示す図である。
【図２】保持部材を示す図である。
【図３】バネ部材を示す図である。
【図４】基板に取り付けられたバネ部材を示す図である。
【図５】バネ部材の応用形状を示す図である（その１）。
【図６】バネ部材の応用形状を示す図である（その２）。
【図７】バネ部材の応用形状を示す図である（その３）。
【符号の説明】
【００５３】
１シートトランス（コイル装置）
２基板
３コイルパターン部
４コイルパターン
６貫通中央孔
７貫通側孔
８半田パターン部
９台座
１１、１２コア部材
１３基部
１４中央脚部
１５両外側脚部
２０保持部材
２１バネ部
２２腕部
２３係止部
２５バネ部材
２６基台
２７平板部
２８接続部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルパターンが形成された基板のコイルパターン部を一対のコア部材で挟み込むコイル装置において、
前記コア部材および前記コイルパターン部との間に配置する弾性および耐溶剤性を有するバネ材と、
前記バネ材がコア部材およびコイルパターン部に挟まれて押圧されるように、両コア部材を前記バネ材の弾性力に勝る保持力を有して一体的に挟持するための保持部材と、を備えることを特徴とするコイル装置。
【請求項２】
前記バネ材は、半田接続可能な金属部材であり、
前記コイルパターン部上には絶縁被膜と、該絶縁被膜上には前記バネ材を半田接続するための半田パターン部とが設けられており、
前記バネ材は、前記半田パターン部上で半田を介して固定されることを特徴とする請求項１記載のコイル装置。
【請求項３】
前記保持部材は、一方のコア部材の基部背面に弾力性を付与するバネ部と、該バネ部の両側から他方のコア部材側に延びる一対の腕部と、該両腕部の先端に形成されて他方のコア部材に系合する係止部とを有することを特徴とする請求項１記載のコイル装置。
【請求項４】
コイルパターンが形成された基板のコイルパターン部を一対のコア部材で挟み込むコイル装置の製造方法において、
前記基板の前記コイルパターン部上を保護すべく、絶縁被膜を形成すること、
形成した絶縁被膜上に半田接続するための半田パターンを形成すること、
前記半田パターン上に弾性および耐溶剤性を有するバネ材を半田接続すること、
前記半田接続の後、これらを一対のコア部材で挟み込み、該コア部材およびコイルパターン部で前記バネ材を挟んで押圧するように、両コア部材を保持部材で一体的に挟持すること、を特徴とするコイル装置の製造方法。

【図６】