コイル装置
【課題】 空芯であっても、又は有芯の場合にはさほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供する。
【解決手段】 線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにした。
【解決手段】 線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インダクタ素子、電力伝送素子、或いはトランス等として使用されるコイル装置に係り、特に、高周波用途に好適なコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、コンピュータや通信機器等の分野においては、高周波用途（例えば、１００ＫＨｚ〜数１００ＧＨｚ）に適するインダクタやトランスやコイルの開発が要望されている。
【０００３】
これらのインダクタやトランスやコイルの開発にあたっては、高周波帯域における損失が少ないこと、磁気的な不要輻射が少ないこと、インダクタンスの周波数特性が安定であること、低コストに製作することができること、等々の技術的課題を解決せねばならない。
【０００４】
従来、この種のインダクタンスやトランスやコイルにおいて、高周波帯域における損失を低減するためには、コアに要求される種々の性能（例えば、低ヒステリシス損、等々）を満足する高品質なコア材料の開発に重きが置かれる傾向があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、この種のインダクタンスやトランスやコイルにおいて、磁気的な不要輻射を低減するためには、コアや巻線の形状に着目した工夫がなされていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３７１３６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コアに要求される種々の性能（例えば、低ヒステリシス損等々）を満足する高品質なコア材料を使用するコイル装置にあっては、低コストに製造することが困難であり、またコアや巻線の形状に着目するコイル装置にあっては、それでも不要輻射を十分には低減させることができないと言う問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することにある。
【０００８】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の技術課題は、以下の構成を有するコイル装置により解決することができると考えられる。
【００１０】
すなわち、この発明のコイル装置は、線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層に亘って軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにしたものである。
【００１１】
このような構成によれば、各層の単位巻線毎に磁気的なプッシュプル動作が行われることから、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができる。
【００１２】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線を構成する２つの環は同一形状とされると共に、それらの２つの環は１つの直線状の辺を共有しており、かつこの直線状の辺は双方の軸線同士を結ぶ直線の垂直二等分線上に位置している。
【００１３】
このような構成によれば、２つの環で共有される直線状の辺が双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置していることから、各層の単位巻線から生ずる磁束は効率よく加算され、それにより上述の作用効果を助長することとなる。
【００１４】
好ましい実施の形態によれば、２つの環が底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、全ての内角が１２０度となるように直線状にカットされている。
【００１５】
このような構成によれば、２つの正三角形で共有される直線状の辺が双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置していることから、各層の単位巻線から生ずる磁束はより一層効率よく加算され、また正三角形の頂点における高周波電流による発熱も低減されるため、上述の作用効果をより一層助長することとなる。
【００１６】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、全ての層に共通な１本の導電性線材により形成されている。
【００１７】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能なワイヤ巻回タイプのコイル装置を提供することができる。
【００１８】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、多層配線基板製造技術を使用して形成されている。
【００１９】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な基板積層による薄型タイプのコイル装置を提供することができる。
【００２０】
すなわち、各層パターンとしてＳ字状パターンを採用すると、上下の層間におけるパターン同士が完全に重ね合わされることに加えて、多層基板製造技術を採用すれば、導電性線材を使用する場合のように、線材の捩れや曲がりにより、上下の線材同士がずれ合って重ね合わせることがなくなり、線状導体間の寄生容量の均一化が促進されて、製品の効率も改善されるのである。
【００２１】
加えて、Ｓ字状コイルを構成する２つの環をそれぞれ別々の単独巻線で構成した場合には、上下の層間を接続するためのビアが１層あたり４個必要となるのに対して、本発明のＳ字状パターンによれば層間接続のためのビアが１層あたり２個で済み、高価なビアが半減することで、製造コストを大幅に低減することができる。
【００２２】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、半導体集積回路製造技術を使用して形成されている。
【００２３】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な半導体埋め込みタイプのコイル装置を提供することができる。
【００２４】
すなわち、各層パターンとしてＳ字状パターンを採用すると、上下の層間におけるパターン同士が完全に重ね合わされることに加えて、半導体集積回路製造技術を採用すれば、導電性線材を使用する場合のように、線材の捩れや曲がりにより、上下の線材同士がずれ合って重ね合わせることがなくなり、線状導体間の寄生容量の均一化が促進され、さらに半導体チップ内では電子の移動がより一層スムーズに行われることとなり、それらが相まって製品の効率が一層改善されるのである。
【００２５】
好ましい実施の形態によれば、単巻トランスの巻線として、又は複巻トランスの各巻線として使用される。
【００２６】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な単巻トランス又は複巻トランスを提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、各層の単位巻線毎に磁気的なプッシュプル動作が行われることから、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、この発明に係るコイル装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明に係るコイル装置（導電性線材使用）の概略的構成図が図１に示されている。同図に示されるように、このコイル装置１は、導電性線材（例えば、エナメル線、リッツ線等々）ｃを全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線Ｚ１，Ｚ２の周りに巻方向を反時計回りと時計回りとに異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線Ｗとし、この単位巻線Ｗを複数層にわたって軸線Ｚ１，Ｚ２を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるように配置して構成されている。
【００３０】
図において、符号Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎが付されているのが第１層、第２層、第３層・・・第ｎ層の単位巻線である。これらの単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎのそれぞれは、反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎと、時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎとから構成されている。
【００３１】
すなわち、第１層の単位巻線Ｗ１は直線状軸線Ｚ１の周りに反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ１と直線状軸線Ｚ２の周りに時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ１とから構成される。同様にして、第２層の単位巻線Ｗ２は、軸線Ｚ１の周りに反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ２と軸線Ｚ２の周りに時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ２とから構成される。以下、第３層の単位巻線Ｗ３〜第ｎ層の単位巻線Ｗｎについても同様に構成される。
【００３２】
そして、導電性線材ｃの巻始め端が第１のコイル端子Ｔ１へと導出されると共に、巻終わり端が第２のコイル端子Ｔ２へと導出される。
【００３３】
なお、説明の便宜上、同図（ａ）の立体図に示されるコイル装置１は、必要に応じて、同図（ｂ）の模式図に示されるように略記されることに注意されたい。
【００３４】
図１に示されるコイル装置（導電性線材使用）の要部説明図が図２に示されている。同図（ａ）の上面図に示されるように、この例にあっては、第１の環ａ１及び第２の環ｂ２はいずれも略真円形状とされると共に、同図（ｂ）の縦断面図に示されるように、各層の単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をそれぞれ構成する第１の環ａ１，ａ２，ａ３及び第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３は、１つの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３を有している。この例にあっては、それらの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３は、線材同士が交差する１つの点とされている。
【００３５】
各単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎをそれぞれ構成する第１の環ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎと第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎは、同一形状（この例では半径の同一な真円形状）とされているため、軸芯Ｚ１，Ｚ２を整合させてそれらを上下に重ねると、図２（ｂ）に示されるように、各単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３・・・ａｂｎは軸芯に沿う方向（この例では上下方向）に１列に整列される。
【００３６】
そのため、各層の単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎを流れる電流により生ずる磁束Φは、互いに打ち消し合うことなく、軸芯Ｚ１においては上向き又は下向きに、軸芯Ｚ２においては下向き又は上向きにと互いに１８０°の位相差をもって生じることとなり、これにより高周波電圧が印加されることで、第１の軸芯Ｚ１と第２の軸芯Ｚ２との間で磁気的なプッシュプル動作が行われる。
【００３７】
その結果、後述する実験結果（図９参照）からも明らかなように、図１に示される導電性線材使用のコイル装置１によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作できるなどの実用上の効果が得られるわけである。
【００３８】
コイル装置（導電性線材使用）のより具体的な一実施例の説明図が図３に示されている。同図に示されるように、このコイル装置１０は、コイルケース１１内にコイル組立体１３を収容することにより構成されている。
【００３９】
コイルケース１１はフェライトなどの磁性材またはセラミックやプラスチックなどの非磁性材を用いて形成することができ、その内部には空所１２が設けられている。この空所１２内には、それぞれ所定の断面形状を有する第１の柱状コア１５と第２の柱状コア１６とが一体的に形成されている。コイルケース１１がフェライトの場合には、第１の柱状コア１５及び第２の柱状コア１６についてもフェライトにより一体的に形成される。ケースがプラスチックやセラミックの場合には、柱状コア１５，１６についても、プラスチックやセラミックにより一体的に形成される。
【００４０】
コイル組立体１３は、プラスチック製の取付板１４に形成された中空のボビン１５´、１６´に対して、導電性線材ｃを巻き付けたものである。このコイル組立体１３は、ケース外で巻線作業を行ったのち、コイルケース１１内の柱状コア１５，１６に被せることにより、コイルケース１０内に収容される。
【００４１】
すなわち、コイル組立体１３は、導電性線材ｃを全体として略Ｓ字状になるように２つのボビン１５´，１６´の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるように配置して構成されている。
【００４２】
こうして完成したコイル組立体１３は、図中矢印Ａ２に示されるように、再びコイルケース１１内の空所１２へと戻され、接着剤を用いて又は樹脂封止などの公知の手法で、コイルケース１１内に収容固定される。
【００４３】
図３の一実施例における要部説明図が図４に示されている。同図に示されるように、第１及び第２の柱状コア１５，１６又はボビン１５´，１６´は、線材ｃの太さに相当する隙間を介して対向され、その断面形状は、異形六角形状とされている。より詳しくは、その断面は基本的には正三角形状とされており、その３つの頂点のそれぞれを軸線と垂直にカットすることによって、全ての内角が１２０°となるような異形六角形断面とされている（図４（ｂ）参照）。
【００４４】
そして、このような異形六角形断面を有する第１及び第２の柱状コア１５．１６の周りに、略Ｓ字状に導電性線材ｃが巻き付けられることにより、同図（ａ）に示されるように、単位巻線Ｗ１を構成する２つの環ａ１，ｂ１の形状は、底辺を共有する２つの略正三角形となる。
【００４５】
このとき、線材ｃが巻き付けられる第１及び第２の柱状コア１５，１６又はボビン１５´，１６´の断面は、先に説明したように異形六角形状であるから、これに巻き付けられて生ずる環ａ１，ｂ１は、全体としては正三角形であるものの、その各頂点においては内角１２０°をもって屈曲された形状となる。
【００４６】
換言すれば、各層の単位巻線Ｗ１〜Ｗｎを構成する２つの環（ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ）はいずれも略正三角形状とされると共に、それら２つの環ａ１，ｂ１は１つの直線状の辺となる共有部分ａｂ１を共有しており、かつこの直線状の辺となる共有部分ａｂ１は双方の軸線Ｚ１，Ｚ２同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置することとなる。しかも、２つの環ａ１，ｂ１は底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、すべての内角が１２０°となるように直線状にカットされることとなる。
【００４７】
このような構成を有することにより、図３に示されるコイル装置の実施例によれば、２つの環ａ１，ｂ１が他の多角形（例えば、四角形、六角形、八角形などなど）の場合に比べて、軸線Ｚ１，Ｚ２における磁束の集中効率が最も高く、しかも各層の単位巻線を構成する２つの環ａ１，ｂ１は、全ての内角が１２０°であることから高周波電流の通電によっても各頂点における発熱を起こしにくく、損失が少ないという利点もある。
【００４８】
その結果、図３及び図４に示される実施例のコイル装置によれば、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であるという利点が得られる。
【００４９】
本発明に係るコイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへの適用例が図５に示されている。なお、図中のコイル表記は、先に、図１（ｂ）を参照して説明した略記法を採用するものである。
【００５０】
同図（ａ）に示される複巻トランスへの適用例（その１）は、以上説明したコイル装置を２組以上設けそれらを軸線方向へと分散して配置するようにしたものである。この例では、第１のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に、第１の環ａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４と、第２の環ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３を配置して構成される。また、第２のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ２１，Ｔ２２の間に、第１の環ａ２１，ａ２２，ａ２３と第２の環ｂ２１，ｂ２２，ｂ２３を接続して構成される。そして、例えば第１のコイル装置がトランスの一次巻線となり、第２のコイル装置がトランスの二次巻線となるのである。
【００５１】
同図（ｂ）には、複巻トランスへの適用例（その２）が示されている。この例にあっては、導電性線材として、互いに絶縁された芯線が２本以上含まれた多芯電線を使用し、これを第１の軸芯Ｚ１と第２の軸芯Ｚ２との間にＳ字状に巻回することによって、複巻トランスを構成したものである。すなわち、第１のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ３１，Ｔ３２の間に、第１の環ａ３１，ａ３２，ａ３３，ａ３４と第２の環ｂ３１，ｂ３２，ｂ３３を接続して構成される。また、第２のコイル装置は、１対の外部端子Ｔ４１，Ｔ４２の間に、第１の環ａ４１，ａ４２，ａ４３，ａ４４と第２の環ｂ４１，ｂ４２，ｂ４３を接続して構成される。そして、例えば第１のコイル装置がトランスの一次巻線となり、第２のコイル装置がトランスの二次巻線となるのである。
【００５２】
なお、図５の例では、複巻トランスの場合のみを説明したが、第１のコイル装置の途中から中間タップを取り出すようにすれば、単巻トランスを構成できることは当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００５３】
コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへ適用したより具体的な実施例が図６に示されている。図示の複巻トランス２０は、２組のコイル装置１０Ａ，１０Ｂを組み合わせて構成されている。これらのコイル装置１０Ａ，１０Ｂの構造は、図３及び図４を参照して説明したコイル装置１０のそれと同一である。
【００５４】
すなわち、コイル装置１０Ａは、コイルケース１１Ａの空所１２Ａ内に、コイル組立体１３Ａを収容固定して構成され、コイル装置１０Ｂはケース１１Ｂの空所１２Ｂ内に、コイル組立体１３Ｂを収容固定して構成されている。そして、これらのコイル装置１０Ａ，１０Ｂを、柱状コア１５Ａ，１６Ａとが突き合わせ状態となるように対向させ、両ケース１１Ａ，１１Ｂを向かい合わせに結合することによって、図５（ａ）に示されるコイル配置を有する複巻トランス２０が完成する。
【００５５】
この複巻トランスによっても、磁束を高密度に集中させながら磁気的なプッシュプル動作が効率よく行われるため、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であるという利点が得られる。
【００５６】
次に、コイル装置（多層配線基板製造技術）の一実施例の構成図が図７に示されている。同図に示されるように、このコイル装置３０は、７枚の配線基板、すなわち第１層基板３１−１、第２層基板３１−２、第３層基板３１−３、第４層基板３１−４、第５層基板３１−５、第６層基板３１−６、第７層基板３１−７を積層すると共に、その上面側には絶縁被覆層３４をさらに積層し、一方下面側には第２の電源層３３及び絶縁被覆層３５を積層して構成される。
【００５７】
それらの基板積層体には、互いに平行な２本の筒状コア３７ａ，３７ｂが貫通固定される。これらの筒状コア３７ａ，３７ｂは磁性材（例えば、フェライト等）を用いて形成され、その断面は略正三角形状とされ、１つの底辺が互いに平行となるような向きに、すなわち２つの正三角形が底辺同士を介して背中合わせとなる向きに位置決めされている。
【００５８】
第１層基板３１−１の導電性薄膜（例えば、銅箔又はアルミ箔）は、筒状コア３７ａ，３７ｂの軸芯位置に対応する第１の磁束透過孔３６ａ及び第２の磁束透過孔３６ｂの部分を除き、ほぼベタ状態（全面一様）に残されており、これが第１の電源層３２として機能することとなる。
【００５９】
第２層基板３１−２〜第７層基板３１−７のそれぞれの導電性薄膜は、エッチング処理によって、単位巻線に相当する略Ｓ字状の導体（例えば、銅箔又はアルミ箔）パターンとして形成されている。
【００６０】
図において積層断面の上方のスペースには、第１層の単位巻線Ｗ１に対応するＳ字状導体パターンが描かれている。図から明らかなように、第１層の単位巻線Ｗ１に相当するＳ字状導体パターンは、線状導体を第１の筒型コア３７ａの周りに反時計回りに１ターンだけ巻回してなる第１の環ａ１と、同様に線状導体を第２の筒型コア３７ｂの周りに時計回りに１ターンだけ巻回してなる第２の環ｂ１とを有する。それら２つの環ａ１，ｂ１はいずれも正三角形状を有し、互いの底辺を共有することによって直線状の共有部ａｂ１が形成されている。この直線状共有部ａｂ１は、２本の筒状コア３７ａ，３７ｂの軸芯同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置するように配置されている。
【００６１】
もちろん、この例にあっても、正三角形の各頂点に相当する導体パターンの角部には、高周波電流の通電による過熱を抑制するために、全ての内角を１２０°とする工夫が施されている。
【００６２】
第２層基板３１−２〜第７層基板３１−７のそれぞれに形成された単位巻線に相当するＳ字状導体パターン同士は、公知の層間接続手段（この例ではビア３８を使用）により接続され、これにより、各層の単位巻線Ｗ１〜Ｗ６は、電気的には上から順に直列接続された状態となる。
【００６３】
その結果、このコイル装置３０は、全体として見ると、線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにした構造を有するものとなる。
【００６４】
そのため、このような構造を有するコイル装置３０によれば、空芯であっても又は有芯の場合にはさほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が複無く、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な基板積層による薄型タイプのコイル装置を実現することができる。
【００６５】
なお、以上ワイヤ巻回タイプのコイル装置、基板積層による薄型タイプのコイル装置について説明したが、本発明のコイル装置は、同様な構造を半導体集積回路製造技術を使用することによって半導体埋込タイプのコイル装置として実現することもできることは当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００６６】
最後に、本発明に係るコイル装置の性能試験結果について説明する。試験対象コイル装置の説明図が図８に示されている。本発明コイルの検証のために、同図（ａ）に示される比較対象コイル装置と、同図（ｂ）に示される実施例コイル装置とを用意した。
【００６７】
線状導体が巻き付けられるべき構造物としては、互いに平行な２本の円柱状コアの両端を継鉄で繋ぎ、これらを輪ゴムで固定したものを採用した。このとき、２本の円柱状コアは、材質がフェライト、直径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍのものを使用した。一方、これらの円柱状コアに巻回されるべき導電性線材としては、直径が０．７ｍｍ、エナメル被覆厚２μｍのエナメル線を使用した。
【００６８】
そして、同図（ａ）に示されるように、２本の円柱状コアのうちの１本のコアのみに、導電性線材を３６ターンだけスパイラル状に巻回したものを比較対象コイル装置とすると共に、同図（ｂ）に示されるように、両円柱状コアに交互に逆方向に導電性線材を１ターンずつ全体として３６ターン（１８ターン×２）Ｓ字状に巻回したものを実施例コイル装置とした。すなわち、導電性線材の全長を同一（３６ターン）とした条件において、両者の性能を比較するわけである。
【００６９】
このような比較対象コイル装置と実施例コイル装置とを使用してインダクタンスの周波数特性を計測した結果が図９のグラフに示されている。同グラフから明らかなように、実施例コイル装置の場合には、約３７ＫＨｚ以下の帯域においてはインダクタンスの値は急激に減少するのに対し、３７ＫＨｚ〜数十ＭＨｚの領域においては、インダクタンスの値はほぼ一定値（４００μＨ）となり、周波数変動に対する安定性が良好なことがが確認された。
【００７０】
これに対して、比較対象コイル装置の場合には、３７ＫＨｚを含むそれ以下の領域においては比較的インダクタンスの値は安定している（４５０μＨ）ものの、それを過ぎたあたりから、インダクタンスの値は上昇して１．５ＭＨｚあたりでピークを示すものの、それ以上の周波数帯域では徐々に減少して１０ＭＨｚを超えるあたりでほぼ零となることが確認された。因みに、交互に３ターンずつ巻き方向を異ならせて線状導体を巻回した例も試みたが、やはり１ターンずつ巻き方向を異ならせたものに比べて、インダクタンスの周波数特性が著しく劣化することが確認された。
【００７１】
また、以上の試験中において、両コイルの温度を比較すると、比較対象コイル装置に比べ実施例コイル装置のほうが明らかに発熱が少ないことが確認された。また、別の試験によって、不要輻射についても、比較対象コイル装置に比べ実施例コイル装置のほうが明らかに少ないことが確認された。
【００７２】
以上の実施形態においては、２つの環の形状は同一としたが、本発明で大切なことは、共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３・・・が積層方向に一列に整列することであって、２つの環の形状大きさは左右で異なるものでもよいことが本発明者等の追試で確認された。このことが、図１０〜図１２の第２、第３実施形態に示されている。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】コイル装置（導電性線材使用）の概略的構成図である。
【図２】コイル装置（導電性線材使用）の要部説明図である。
【図３】コイル装置（導電性線材使用）の一実施例の説明図である。
【図４】図３の一実施例における要部説明図である。
【図５】コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへの適用例を示す説明図である。
【図６】コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへ適用した実施例を示す図である。
【図７】コイル装置（多層配線基板製造技術）の一実施例の構成図である。
【図８】試験対象コイル装置の説明図である。
【図９】インダクタンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１０】コイル装置（導電性線材使用）の第２実施形態を示す断面図である。
【図１１】コイル装置（導電性線材使用）の第２実施形態を示す平面図である。
【図１２】コイル装置（導電性線材使用）の第３実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ コイル装置
１０ コイル装置
１０ａ，１０ｂ コイル装置
１１ コイルケース
１１ａ，１１ｂ コイルケース
１２ 空所
１２ａ，１２ｂ 空所
１３ コイル組立体
１３ａ，１３ｂ コイル組立体
１４ 取付板
１４ａ，１４ｂ 取付板
１５ 第１の柱状コア
１５ａ，１５ｂ 第１のコイル軸
１６ 第２の柱状コア
１６ａ，１６ｂ 第２のコイル軸
２０ 複巻トランス
３０ コイル装置
３１−１〜３１−７ 第１層基板〜第７層基板
３２ 第１の電源層
３３ 第２の電源層
３４ 絶縁被覆層
３５ 絶縁被覆層
３６ａ 第１の磁束透過孔
３６ｂ 第２の磁束透過孔
３７ａ 第１の筒状コア
３７ｂ 第２の筒状コア
３８ ビア
Ｚ１ 第１の軸線
Ｚ２ 第２の軸芯
Ｔ１ 第１のコイル端子
Ｔ２ 第２のコイル端子
Ｗ１．Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎ 単位巻線
ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎ 単位巻線を構成する第１の環
ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎ 単位巻線を構成する第２の環
ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３ 共有部
Φ 磁束
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インダクタ素子、電力伝送素子、或いはトランス等として使用されるコイル装置に係り、特に、高周波用途に好適なコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、コンピュータや通信機器等の分野においては、高周波用途（例えば、１００ＫＨｚ〜数１００ＧＨｚ）に適するインダクタやトランスやコイルの開発が要望されている。
【０００３】
これらのインダクタやトランスやコイルの開発にあたっては、高周波帯域における損失が少ないこと、磁気的な不要輻射が少ないこと、インダクタンスの周波数特性が安定であること、低コストに製作することができること、等々の技術的課題を解決せねばならない。
【０００４】
従来、この種のインダクタンスやトランスやコイルにおいて、高周波帯域における損失を低減するためには、コアに要求される種々の性能（例えば、低ヒステリシス損、等々）を満足する高品質なコア材料の開発に重きが置かれる傾向があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、この種のインダクタンスやトランスやコイルにおいて、磁気的な不要輻射を低減するためには、コアや巻線の形状に着目した工夫がなされていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３７１３６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コアに要求される種々の性能（例えば、低ヒステリシス損等々）を満足する高品質なコア材料を使用するコイル装置にあっては、低コストに製造することが困難であり、またコアや巻線の形状に着目するコイル装置にあっては、それでも不要輻射を十分には低減させることができないと言う問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することにある。
【０００８】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の技術課題は、以下の構成を有するコイル装置により解決することができると考えられる。
【００１０】
すなわち、この発明のコイル装置は、線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層に亘って軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにしたものである。
【００１１】
このような構成によれば、各層の単位巻線毎に磁気的なプッシュプル動作が行われることから、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができる。
【００１２】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線を構成する２つの環は同一形状とされると共に、それらの２つの環は１つの直線状の辺を共有しており、かつこの直線状の辺は双方の軸線同士を結ぶ直線の垂直二等分線上に位置している。
【００１３】
このような構成によれば、２つの環で共有される直線状の辺が双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置していることから、各層の単位巻線から生ずる磁束は効率よく加算され、それにより上述の作用効果を助長することとなる。
【００１４】
好ましい実施の形態によれば、２つの環が底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、全ての内角が１２０度となるように直線状にカットされている。
【００１５】
このような構成によれば、２つの正三角形で共有される直線状の辺が双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置していることから、各層の単位巻線から生ずる磁束はより一層効率よく加算され、また正三角形の頂点における高周波電流による発熱も低減されるため、上述の作用効果をより一層助長することとなる。
【００１６】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、全ての層に共通な１本の導電性線材により形成されている。
【００１７】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能なワイヤ巻回タイプのコイル装置を提供することができる。
【００１８】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、多層配線基板製造技術を使用して形成されている。
【００１９】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な基板積層による薄型タイプのコイル装置を提供することができる。
【００２０】
すなわち、各層パターンとしてＳ字状パターンを採用すると、上下の層間におけるパターン同士が完全に重ね合わされることに加えて、多層基板製造技術を採用すれば、導電性線材を使用する場合のように、線材の捩れや曲がりにより、上下の線材同士がずれ合って重ね合わせることがなくなり、線状導体間の寄生容量の均一化が促進されて、製品の効率も改善されるのである。
【００２１】
加えて、Ｓ字状コイルを構成する２つの環をそれぞれ別々の単独巻線で構成した場合には、上下の層間を接続するためのビアが１層あたり４個必要となるのに対して、本発明のＳ字状パターンによれば層間接続のためのビアが１層あたり２個で済み、高価なビアが半減することで、製造コストを大幅に低減することができる。
【００２２】
好ましい実施の形態によれば、各層の単位巻線が、半導体集積回路製造技術を使用して形成されている。
【００２３】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な半導体埋め込みタイプのコイル装置を提供することができる。
【００２４】
すなわち、各層パターンとしてＳ字状パターンを採用すると、上下の層間におけるパターン同士が完全に重ね合わされることに加えて、半導体集積回路製造技術を採用すれば、導電性線材を使用する場合のように、線材の捩れや曲がりにより、上下の線材同士がずれ合って重ね合わせることがなくなり、線状導体間の寄生容量の均一化が促進され、さらに半導体チップ内では電子の移動がより一層スムーズに行われることとなり、それらが相まって製品の効率が一層改善されるのである。
【００２５】
好ましい実施の形態によれば、単巻トランスの巻線として、又は複巻トランスの各巻線として使用される。
【００２６】
このような構成によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な単巻トランス又は複巻トランスを提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、各層の単位巻線毎に磁気的なプッシュプル動作が行われることから、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、この発明に係るコイル装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明に係るコイル装置（導電性線材使用）の概略的構成図が図１に示されている。同図に示されるように、このコイル装置１は、導電性線材（例えば、エナメル線、リッツ線等々）ｃを全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線Ｚ１，Ｚ２の周りに巻方向を反時計回りと時計回りとに異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線Ｗとし、この単位巻線Ｗを複数層にわたって軸線Ｚ１，Ｚ２を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるように配置して構成されている。
【００３０】
図において、符号Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎが付されているのが第１層、第２層、第３層・・・第ｎ層の単位巻線である。これらの単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎのそれぞれは、反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎと、時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎとから構成されている。
【００３１】
すなわち、第１層の単位巻線Ｗ１は直線状軸線Ｚ１の周りに反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ１と直線状軸線Ｚ２の周りに時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ１とから構成される。同様にして、第２層の単位巻線Ｗ２は、軸線Ｚ１の周りに反時計回りに１ターンだけ巻回された第１の環ａ２と軸線Ｚ２の周りに時計回りに１ターンだけ巻回された第２の環ｂ２とから構成される。以下、第３層の単位巻線Ｗ３〜第ｎ層の単位巻線Ｗｎについても同様に構成される。
【００３２】
そして、導電性線材ｃの巻始め端が第１のコイル端子Ｔ１へと導出されると共に、巻終わり端が第２のコイル端子Ｔ２へと導出される。
【００３３】
なお、説明の便宜上、同図（ａ）の立体図に示されるコイル装置１は、必要に応じて、同図（ｂ）の模式図に示されるように略記されることに注意されたい。
【００３４】
図１に示されるコイル装置（導電性線材使用）の要部説明図が図２に示されている。同図（ａ）の上面図に示されるように、この例にあっては、第１の環ａ１及び第２の環ｂ２はいずれも略真円形状とされると共に、同図（ｂ）の縦断面図に示されるように、各層の単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をそれぞれ構成する第１の環ａ１，ａ２，ａ３及び第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３は、１つの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３を有している。この例にあっては、それらの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３は、線材同士が交差する１つの点とされている。
【００３５】
各単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎをそれぞれ構成する第１の環ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎと第２の環ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎは、同一形状（この例では半径の同一な真円形状）とされているため、軸芯Ｚ１，Ｚ２を整合させてそれらを上下に重ねると、図２（ｂ）に示されるように、各単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎの共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３・・・ａｂｎは軸芯に沿う方向（この例では上下方向）に１列に整列される。
【００３６】
そのため、各層の単位巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎを流れる電流により生ずる磁束Φは、互いに打ち消し合うことなく、軸芯Ｚ１においては上向き又は下向きに、軸芯Ｚ２においては下向き又は上向きにと互いに１８０°の位相差をもって生じることとなり、これにより高周波電圧が印加されることで、第１の軸芯Ｚ１と第２の軸芯Ｚ２との間で磁気的なプッシュプル動作が行われる。
【００３７】
その結果、後述する実験結果（図９参照）からも明らかなように、図１に示される導電性線材使用のコイル装置１によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作できるなどの実用上の効果が得られるわけである。
【００３８】
コイル装置（導電性線材使用）のより具体的な一実施例の説明図が図３に示されている。同図に示されるように、このコイル装置１０は、コイルケース１１内にコイル組立体１３を収容することにより構成されている。
【００３９】
コイルケース１１はフェライトなどの磁性材またはセラミックやプラスチックなどの非磁性材を用いて形成することができ、その内部には空所１２が設けられている。この空所１２内には、それぞれ所定の断面形状を有する第１の柱状コア１５と第２の柱状コア１６とが一体的に形成されている。コイルケース１１がフェライトの場合には、第１の柱状コア１５及び第２の柱状コア１６についてもフェライトにより一体的に形成される。ケースがプラスチックやセラミックの場合には、柱状コア１５，１６についても、プラスチックやセラミックにより一体的に形成される。
【００４０】
コイル組立体１３は、プラスチック製の取付板１４に形成された中空のボビン１５´、１６´に対して、導電性線材ｃを巻き付けたものである。このコイル組立体１３は、ケース外で巻線作業を行ったのち、コイルケース１１内の柱状コア１５，１６に被せることにより、コイルケース１０内に収容される。
【００４１】
すなわち、コイル組立体１３は、導電性線材ｃを全体として略Ｓ字状になるように２つのボビン１５´，１６´の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるように配置して構成されている。
【００４２】
こうして完成したコイル組立体１３は、図中矢印Ａ２に示されるように、再びコイルケース１１内の空所１２へと戻され、接着剤を用いて又は樹脂封止などの公知の手法で、コイルケース１１内に収容固定される。
【００４３】
図３の一実施例における要部説明図が図４に示されている。同図に示されるように、第１及び第２の柱状コア１５，１６又はボビン１５´，１６´は、線材ｃの太さに相当する隙間を介して対向され、その断面形状は、異形六角形状とされている。より詳しくは、その断面は基本的には正三角形状とされており、その３つの頂点のそれぞれを軸線と垂直にカットすることによって、全ての内角が１２０°となるような異形六角形断面とされている（図４（ｂ）参照）。
【００４４】
そして、このような異形六角形断面を有する第１及び第２の柱状コア１５．１６の周りに、略Ｓ字状に導電性線材ｃが巻き付けられることにより、同図（ａ）に示されるように、単位巻線Ｗ１を構成する２つの環ａ１，ｂ１の形状は、底辺を共有する２つの略正三角形となる。
【００４５】
このとき、線材ｃが巻き付けられる第１及び第２の柱状コア１５，１６又はボビン１５´，１６´の断面は、先に説明したように異形六角形状であるから、これに巻き付けられて生ずる環ａ１，ｂ１は、全体としては正三角形であるものの、その各頂点においては内角１２０°をもって屈曲された形状となる。
【００４６】
換言すれば、各層の単位巻線Ｗ１〜Ｗｎを構成する２つの環（ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ）はいずれも略正三角形状とされると共に、それら２つの環ａ１，ｂ１は１つの直線状の辺となる共有部分ａｂ１を共有しており、かつこの直線状の辺となる共有部分ａｂ１は双方の軸線Ｚ１，Ｚ２同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置することとなる。しかも、２つの環ａ１，ｂ１は底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、すべての内角が１２０°となるように直線状にカットされることとなる。
【００４７】
このような構成を有することにより、図３に示されるコイル装置の実施例によれば、２つの環ａ１，ｂ１が他の多角形（例えば、四角形、六角形、八角形などなど）の場合に比べて、軸線Ｚ１，Ｚ２における磁束の集中効率が最も高く、しかも各層の単位巻線を構成する２つの環ａ１，ｂ１は、全ての内角が１２０°であることから高周波電流の通電によっても各頂点における発熱を起こしにくく、損失が少ないという利点もある。
【００４８】
その結果、図３及び図４に示される実施例のコイル装置によれば、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であるという利点が得られる。
【００４９】
本発明に係るコイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへの適用例が図５に示されている。なお、図中のコイル表記は、先に、図１（ｂ）を参照して説明した略記法を採用するものである。
【００５０】
同図（ａ）に示される複巻トランスへの適用例（その１）は、以上説明したコイル装置を２組以上設けそれらを軸線方向へと分散して配置するようにしたものである。この例では、第１のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に、第１の環ａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４と、第２の環ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３を配置して構成される。また、第２のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ２１，Ｔ２２の間に、第１の環ａ２１，ａ２２，ａ２３と第２の環ｂ２１，ｂ２２，ｂ２３を接続して構成される。そして、例えば第１のコイル装置がトランスの一次巻線となり、第２のコイル装置がトランスの二次巻線となるのである。
【００５１】
同図（ｂ）には、複巻トランスへの適用例（その２）が示されている。この例にあっては、導電性線材として、互いに絶縁された芯線が２本以上含まれた多芯電線を使用し、これを第１の軸芯Ｚ１と第２の軸芯Ｚ２との間にＳ字状に巻回することによって、複巻トランスを構成したものである。すなわち、第１のコイル装置は、１対のコイル端子Ｔ３１，Ｔ３２の間に、第１の環ａ３１，ａ３２，ａ３３，ａ３４と第２の環ｂ３１，ｂ３２，ｂ３３を接続して構成される。また、第２のコイル装置は、１対の外部端子Ｔ４１，Ｔ４２の間に、第１の環ａ４１，ａ４２，ａ４３，ａ４４と第２の環ｂ４１，ｂ４２，ｂ４３を接続して構成される。そして、例えば第１のコイル装置がトランスの一次巻線となり、第２のコイル装置がトランスの二次巻線となるのである。
【００５２】
なお、図５の例では、複巻トランスの場合のみを説明したが、第１のコイル装置の途中から中間タップを取り出すようにすれば、単巻トランスを構成できることは当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００５３】
コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへ適用したより具体的な実施例が図６に示されている。図示の複巻トランス２０は、２組のコイル装置１０Ａ，１０Ｂを組み合わせて構成されている。これらのコイル装置１０Ａ，１０Ｂの構造は、図３及び図４を参照して説明したコイル装置１０のそれと同一である。
【００５４】
すなわち、コイル装置１０Ａは、コイルケース１１Ａの空所１２Ａ内に、コイル組立体１３Ａを収容固定して構成され、コイル装置１０Ｂはケース１１Ｂの空所１２Ｂ内に、コイル組立体１３Ｂを収容固定して構成されている。そして、これらのコイル装置１０Ａ，１０Ｂを、柱状コア１５Ａ，１６Ａとが突き合わせ状態となるように対向させ、両ケース１１Ａ，１１Ｂを向かい合わせに結合することによって、図５（ａ）に示されるコイル配置を有する複巻トランス２０が完成する。
【００５５】
この複巻トランスによっても、磁束を高密度に集中させながら磁気的なプッシュプル動作が効率よく行われるため、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であるという利点が得られる。
【００５６】
次に、コイル装置（多層配線基板製造技術）の一実施例の構成図が図７に示されている。同図に示されるように、このコイル装置３０は、７枚の配線基板、すなわち第１層基板３１−１、第２層基板３１−２、第３層基板３１−３、第４層基板３１−４、第５層基板３１−５、第６層基板３１−６、第７層基板３１−７を積層すると共に、その上面側には絶縁被覆層３４をさらに積層し、一方下面側には第２の電源層３３及び絶縁被覆層３５を積層して構成される。
【００５７】
それらの基板積層体には、互いに平行な２本の筒状コア３７ａ，３７ｂが貫通固定される。これらの筒状コア３７ａ，３７ｂは磁性材（例えば、フェライト等）を用いて形成され、その断面は略正三角形状とされ、１つの底辺が互いに平行となるような向きに、すなわち２つの正三角形が底辺同士を介して背中合わせとなる向きに位置決めされている。
【００５８】
第１層基板３１−１の導電性薄膜（例えば、銅箔又はアルミ箔）は、筒状コア３７ａ，３７ｂの軸芯位置に対応する第１の磁束透過孔３６ａ及び第２の磁束透過孔３６ｂの部分を除き、ほぼベタ状態（全面一様）に残されており、これが第１の電源層３２として機能することとなる。
【００５９】
第２層基板３１−２〜第７層基板３１−７のそれぞれの導電性薄膜は、エッチング処理によって、単位巻線に相当する略Ｓ字状の導体（例えば、銅箔又はアルミ箔）パターンとして形成されている。
【００６０】
図において積層断面の上方のスペースには、第１層の単位巻線Ｗ１に対応するＳ字状導体パターンが描かれている。図から明らかなように、第１層の単位巻線Ｗ１に相当するＳ字状導体パターンは、線状導体を第１の筒型コア３７ａの周りに反時計回りに１ターンだけ巻回してなる第１の環ａ１と、同様に線状導体を第２の筒型コア３７ｂの周りに時計回りに１ターンだけ巻回してなる第２の環ｂ１とを有する。それら２つの環ａ１，ｂ１はいずれも正三角形状を有し、互いの底辺を共有することによって直線状の共有部ａｂ１が形成されている。この直線状共有部ａｂ１は、２本の筒状コア３７ａ，３７ｂの軸芯同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置するように配置されている。
【００６１】
もちろん、この例にあっても、正三角形の各頂点に相当する導体パターンの角部には、高周波電流の通電による過熱を抑制するために、全ての内角を１２０°とする工夫が施されている。
【００６２】
第２層基板３１−２〜第７層基板３１−７のそれぞれに形成された単位巻線に相当するＳ字状導体パターン同士は、公知の層間接続手段（この例ではビア３８を使用）により接続され、これにより、各層の単位巻線Ｗ１〜Ｗ６は、電気的には上から順に直列接続された状態となる。
【００６３】
その結果、このコイル装置３０は、全体として見ると、線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を複数層にわたって軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにした構造を有するものとなる。
【００６４】
そのため、このような構造を有するコイル装置３０によれば、空芯であっても又は有芯の場合にはさほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が複無く、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することが可能な基板積層による薄型タイプのコイル装置を実現することができる。
【００６５】
なお、以上ワイヤ巻回タイプのコイル装置、基板積層による薄型タイプのコイル装置について説明したが、本発明のコイル装置は、同様な構造を半導体集積回路製造技術を使用することによって半導体埋込タイプのコイル装置として実現することもできることは当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００６６】
最後に、本発明に係るコイル装置の性能試験結果について説明する。試験対象コイル装置の説明図が図８に示されている。本発明コイルの検証のために、同図（ａ）に示される比較対象コイル装置と、同図（ｂ）に示される実施例コイル装置とを用意した。
【００６７】
線状導体が巻き付けられるべき構造物としては、互いに平行な２本の円柱状コアの両端を継鉄で繋ぎ、これらを輪ゴムで固定したものを採用した。このとき、２本の円柱状コアは、材質がフェライト、直径が１２ｍｍ、長さが５０ｍｍのものを使用した。一方、これらの円柱状コアに巻回されるべき導電性線材としては、直径が０．７ｍｍ、エナメル被覆厚２μｍのエナメル線を使用した。
【００６８】
そして、同図（ａ）に示されるように、２本の円柱状コアのうちの１本のコアのみに、導電性線材を３６ターンだけスパイラル状に巻回したものを比較対象コイル装置とすると共に、同図（ｂ）に示されるように、両円柱状コアに交互に逆方向に導電性線材を１ターンずつ全体として３６ターン（１８ターン×２）Ｓ字状に巻回したものを実施例コイル装置とした。すなわち、導電性線材の全長を同一（３６ターン）とした条件において、両者の性能を比較するわけである。
【００６９】
このような比較対象コイル装置と実施例コイル装置とを使用してインダクタンスの周波数特性を計測した結果が図９のグラフに示されている。同グラフから明らかなように、実施例コイル装置の場合には、約３７ＫＨｚ以下の帯域においてはインダクタンスの値は急激に減少するのに対し、３７ＫＨｚ〜数十ＭＨｚの領域においては、インダクタンスの値はほぼ一定値（４００μＨ）となり、周波数変動に対する安定性が良好なことがが確認された。
【００７０】
これに対して、比較対象コイル装置の場合には、３７ＫＨｚを含むそれ以下の領域においては比較的インダクタンスの値は安定している（４５０μＨ）ものの、それを過ぎたあたりから、インダクタンスの値は上昇して１．５ＭＨｚあたりでピークを示すものの、それ以上の周波数帯域では徐々に減少して１０ＭＨｚを超えるあたりでほぼ零となることが確認された。因みに、交互に３ターンずつ巻き方向を異ならせて線状導体を巻回した例も試みたが、やはり１ターンずつ巻き方向を異ならせたものに比べて、インダクタンスの周波数特性が著しく劣化することが確認された。
【００７１】
また、以上の試験中において、両コイルの温度を比較すると、比較対象コイル装置に比べ実施例コイル装置のほうが明らかに発熱が少ないことが確認された。また、別の試験によって、不要輻射についても、比較対象コイル装置に比べ実施例コイル装置のほうが明らかに少ないことが確認された。
【００７２】
以上の実施形態においては、２つの環の形状は同一としたが、本発明で大切なことは、共有部ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３・・・が積層方向に一列に整列することであって、２つの環の形状大きさは左右で異なるものでもよいことが本発明者等の追試で確認された。このことが、図１０〜図１２の第２、第３実施形態に示されている。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、空芯であっても、又は有芯の場合には、さほど高品質なコア材を使用せずとも、高周波帯域における損失が少なく、磁気的な不要輻射が少なく、インダクタンスの周波数特性が安定であり、しかも低コストに製作することができるコイル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】コイル装置（導電性線材使用）の概略的構成図である。
【図２】コイル装置（導電性線材使用）の要部説明図である。
【図３】コイル装置（導電性線材使用）の一実施例の説明図である。
【図４】図３の一実施例における要部説明図である。
【図５】コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへの適用例を示す説明図である。
【図６】コイル装置（導電性線材使用）の複巻トランスへ適用した実施例を示す図である。
【図７】コイル装置（多層配線基板製造技術）の一実施例の構成図である。
【図８】試験対象コイル装置の説明図である。
【図９】インダクタンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１０】コイル装置（導電性線材使用）の第２実施形態を示す断面図である。
【図１１】コイル装置（導電性線材使用）の第２実施形態を示す平面図である。
【図１２】コイル装置（導電性線材使用）の第３実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ コイル装置
１０ コイル装置
１０ａ，１０ｂ コイル装置
１１ コイルケース
１１ａ，１１ｂ コイルケース
１２ 空所
１２ａ，１２ｂ 空所
１３ コイル組立体
１３ａ，１３ｂ コイル組立体
１４ 取付板
１４ａ，１４ｂ 取付板
１５ 第１の柱状コア
１５ａ，１５ｂ 第１のコイル軸
１６ 第２の柱状コア
１６ａ，１６ｂ 第２のコイル軸
２０ 複巻トランス
３０ コイル装置
３１−１〜３１−７ 第１層基板〜第７層基板
３２ 第１の電源層
３３ 第２の電源層
３４ 絶縁被覆層
３５ 絶縁被覆層
３６ａ 第１の磁束透過孔
３６ｂ 第２の磁束透過孔
３７ａ 第１の筒状コア
３７ｂ 第２の筒状コア
３８ ビア
Ｚ１ 第１の軸線
Ｚ２ 第２の軸芯
Ｔ１ 第１のコイル端子
Ｔ２ 第２のコイル端子
Ｗ１．Ｗ２，Ｗ３・・・Ｗｎ 単位巻線
ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎ 単位巻線を構成する第１の環
ｂ１，ｂ２，ｂ３・・・ｂｎ 単位巻線を構成する第２の環
ａｂ１，ａｂ２，ａｂ３ 共有部
Φ 磁束
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を２層以上の複数層に亘って軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにしたコイル装置。
【請求項２】
各層の単位巻線を構成する略Ｓ字状の環は同一形状とされると共に、それらの２つの環は１つの直線状の辺を共有しており、かつこの直線状の辺は双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置している請求項１に記載のコイル装置。
【請求項３】
各層を構成する略Ｓ字状の環は、同一線長、同一断面形状、同一体積を持つ導体であり、かつ各層を上下に水平二等分線上の同一形状の垂直二等分線上において、線対称の略Ｓ字状の環配置されることを特徴とする請求項２に記載のコイル装置。
【請求項４】
各層の単位巻線を構成する２つの環が底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、全ての内角が１２０度となるように直線状にカットされている請求項３に記載のコイル装置。
【請求項５】
各層の単位巻線が、全ての層に共通な１本の導電性線材により形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項６】
各層の単位巻線が、多層配線基板製造技術を使用して形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項７】
各層の単位巻線が、半導体集積回路製造技術を使用して形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項８】
単巻トランスの巻線として、又は複巻トランスの各巻線として使用される請求項１に記載のコイル装置。
【請求項１】
線状導体を全体として略Ｓ字状になるように互いに平行な２本の軸線の周りに巻き方向を異ならせて１ターンずつ巻回してなるものを１層分の単位巻線とし、この単位巻線を２層以上の複数層に亘って軸線を整合させつつ積層し、かつ電気的には全ての層の単位巻線が直列となるようにしたコイル装置。
【請求項２】
各層の単位巻線を構成する略Ｓ字状の環は同一形状とされると共に、それらの２つの環は１つの直線状の辺を共有しており、かつこの直線状の辺は双方の軸線同士を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置している請求項１に記載のコイル装置。
【請求項３】
各層を構成する略Ｓ字状の環は、同一線長、同一断面形状、同一体積を持つ導体であり、かつ各層を上下に水平二等分線上の同一形状の垂直二等分線上において、線対称の略Ｓ字状の環配置されることを特徴とする請求項２に記載のコイル装置。
【請求項４】
各層の単位巻線を構成する２つの環が底辺を共有する２つの正三角形からなり、かつその正三角形の内周及び外周の各頂点の先端は、全ての内角が１２０度となるように直線状にカットされている請求項３に記載のコイル装置。
【請求項５】
各層の単位巻線が、全ての層に共通な１本の導電性線材により形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項６】
各層の単位巻線が、多層配線基板製造技術を使用して形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項７】
各層の単位巻線が、半導体集積回路製造技術を使用して形成されている請求項１に記載のコイル装置。
【請求項８】
単巻トランスの巻線として、又は複巻トランスの各巻線として使用される請求項１に記載のコイル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１４１２０１（Ｐ２００８−１４１２０１Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０８７５１（Ｐ２００７−３０８７５１）
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（５０６３９２９７５）ホーリー ロイヤルテイ インターナショナル カンパニー リミテッド (1)
【出願人】（５０６１５１３２７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（５０６３９２９７５）ホーリー ロイヤルテイ インターナショナル カンパニー リミテッド (1)
【出願人】（５０６１５１３２７）
【Ｆターム（参考）】
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