JP6300016B2 - トロイダルコイル装置およびそれを用いた電流計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、トロイダルコイル装置およびそれを用いた電流計測装置に関する。

従来から、磁気回路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、導通スルーホールによる接続を確保するためのランドパターンの存在が、導体パターンの密度増加に対する制約条件になってしまい、ある限度以上にコイルのターン数を増やすことができない。また、各１ターンコイルの囲む面積はシート状基材の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。

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）。

特開２００８−２４１４７９号公報 特開２００２−０４３１３８号公報

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、導通スルーホールを用いずに半田によって接続することができるものの、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、依然としてコイルのターン数増が制限される。また、この特許文献２におけるコイルの形成方法は、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トロイダルコイルに持たせることができない。

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、コイルのターン数を従来よりも増加させることができ、また、ノイズ耐性を向上できるトロイダルコイル装置およびそれを用いた電流計測装置を提供することを目的とする。

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、シート状の可撓性基材と、可撓性基材に支持された互いに並列する複数の導電体パターンと、を有するトロイド状とされたフレキシブル基板を備え、フレキシブル基板は、並列する導電体パターン間に設けられた切り込みを用いて屈曲されて平板状からトロイド状とされ、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有し、導電体パターンの各々は、屈曲によってそれぞれ１ターンコイルと成り、１ターンコイルの各々は、接続端子が接続されることにより複数ターンのコイルと成っており、導電体パターンは、フレキシブル基板を平板状に展開した状態において、互いに並列する導電体パターン間の平均隙間が、トロイダルコイルの外周側となる部分よりも内周側となる部分において広いことを特徴とする。

このトロイダルコイル装置において、接続端子は、導電体パターンが可撓性基材の端部から突出して成るフライングリード構造を有してもよい。

このトロイダルコイル装置において、互いに接続された接続端子は、樹脂によって保護されてもよい。

このトロイダルコイル装置において、接続端子は、トロイド状の外周側に配置されてもよい。

このトロイダルコイル装置において、導電体パターンは、可撓性基材に多層形成されてもよい。

このトロイダルコイル装置において、フレキシブル基板は、電磁シールド用の導電体層を有してもよい。

このトロイダルコイル装置において、トロイダルコイルを囲む電磁シールド用の導体を備え、その導体が導電体パターンから電気的に絶縁されたものであってもよい。

このトロイダルコイル装置において、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もよい。

このトロイダルコイル装置において、１ターンコイルの各々は、トロイダルコイルのトロイダル方向に沿って互いに一定の間隔で配置されてもよい。

このトロイダルコイル装置において、１ターンコイルの各々は、トロイダルコイルの中心軸を含む平面内に配置されてもよい。

このトロイダルコイル装置において、接続端子は、互いに隣接する１ターンコイルの各々を接続する斜行形状を有してもよい。

このトロイダルコイル装置において、フレキシブル基板をそのトロイド状の内部側から支持するトロイド状のコアを備えてもよい。

このトロイダルコイル装置において、コアは、２６０℃以上の温度、かつ、１０ｓｅｃ以上の時間における熱負荷に耐える耐熱材料によるものとしてもよい。

このトロイダルコイル装置において、コアは、その中心軸を含む平面に沿う切れ目を有し、切れ目によって分離可能または開閉可能とされていてもよい。

このトロイダルコイル装置において、コアは、接続端子に対する接触による応力発生を回避するための逃げ空間を有してもよい。

このトロイダルコイル装置において、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もよい。

このトロイダルコイル装置において、ケースは、フレキシブル基板をそのトロイド状の内部側から支持する部材に、接続端子の周辺におけるフレキシブル基板の外表面側から、フレキシブル基板を押圧して固定していてもよい。

このトロイダルコイルにおいて、ケースは、その中心軸を含む平面に沿って分割可能とされていてもよい。

このトロイダルコイル装置において、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、ケースと、フレキシブル基板と、コアとは、これらの外周側から中心軸側に進入できるように開閉自在としてもよい。

このトロイダルコイル装置において、ケースは、開閉の際にケースに収納されたフレキシブル基板を露出させないための隔壁を有してもよい。

このトロイダルコイル装置において、ケースは、トロイダルコイルに、ノイズとなる磁界を発生する電線が所定距離以下に接近しないようにする構造を有してもよい。

本発明の電流計測装置は、上述のいずれかのトロイダルコイル装置と、トロイダルコイルに電気的に接続された回路基板と、を備え、回路基板は、トロイダルコイルに貫挿された電線を流れる電流に応じた信号を出力をする回路を有していることを特徴とする。

本発明のトロイダルコイル装置によれば、フレキシブル基板に切り込みを有するので、トロイド状に形成でき、その立体形状に基づいて１ターンコイルの直列接続による複数ターンコイル形成が可能になり、コイルのターン数を従来よりも増加させることができる。

（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一部破断斜視図、（ｂ）は同トロイダルコイル装置の外観斜視図、（ｃ）は同トロイダルコイル装置の断面図。 （ａ）は同トロイダルコイル装置のトロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の展開図、（ｂ）は同フレキシブル基板を円筒状に屈曲し電気接続して形成したソレノイドコイルの平面図、（ｃ）は同側面図。 （ａ）は同フレキシブル基板の断面図、（ｂ）は一群の導電体パターンの繰り返し要素を例示するフレキシブル基板の平面図、（ｃ）は同導電体パターンのライン・アンド・スペースを説明する平面図。 （ａ）は同フレキシブル基板の接続端子部分の平面図、（ｂ）は同接続端子を重ねて電気的に接続する様子を示す平面図。 （ａ）は同接続端子部分の断面図、（ｂ）は同接続端子を電気的に接続した状態の断面図、（ｃ）は樹脂によって保護された同接続端子の断面図。 同フレキシブル基板の変形例を示す接続端子部分の断面図。 （ａ）はフレキシブル基板をトロイド状に支持するコアの斜視図、（ｂ）は同コアの他の例を示す斜視図。 （ａ）はフレキシブル基板をトロイド状とする途中段階の斜視図、（ｂ）は同途中段階のフレキシブル基板にコアを挿入した状態の斜視図。 （ａ）は同コアをトロイダルコイルの内部に有する同トロイダルコイル装置の断面図、（ｂ）は同トロイダルコイル装置を本発明の一実施形態に係る電流計測装置に用いてＣ字形状に開いた状態の断面図。 （ａ）は同フレキシブル基板の他の例を示す接続端子部分の断面図、（ｂ）は同接続端子を電気的に接続した状態の断面図、（ｃ）は（ａ）のフレキシブル基板の変形例を示す断面図。 （ａ）は同フレキシブル基板のさらに他の例を示す接続端子部分の断面図、（ｂ）は同接続端子を電気的に接続した状態の断面図。 （ａ）は同フレキシブル基板のさらに他の例を示す接続端子部分の断面図、（ｂ）は同接続端子を電気的に接続した状態の断面図。 他の実施形態に係るトロイダルコイル装置のトロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の展開図。 同フレキシブル基板をトロイド状のトロイダルコイルとする途中段階の斜視図。 （ａ）は同フレキシブル基板を支持するコアの例を示す斜視図、（ｂ）は同コアに支持されたフレキシブル基板を有するトロイダルコイル装置の接続端子部分とコアの断面図。 （ａ）は他の実施形態に係る電流計測装置の斜視図、（ｂ）は同電流計測装置を別の角度から見た斜視図。 同電流計測装置をＣ字形状に開いた状態の斜視図。 （ａ）は同電流計測装置をＣ字形状に開いてその中心部に電線を進入退出させる様子を示す断面図。 同電流計測装置の中心部に電線を取り込んで閉じた状態の断面図。 （ａ）は他の実施形態に係るトロイダルコイル装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ部詳細断面図。 （ａ）は同トロイダルコイル装置の変形例における接続端子部分の押圧構造を示す断面図、（ｂ）は同押圧構造による押圧状態の断面図。 （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トロイダルコイルの斜視図、（ｂ）は同トロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の展開図。 さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置のトロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の展開図。 同フレキシブル基板の裏面の平面図。 同フレキシブル基板をトロイド状のトロイダルコイルとする途中段階の斜視図。 同フレキシブル基板の表裏の導電体パターンを接続する部分の平面図。 （ａ）は図２６のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は（ａ）の接続端子を電気的に接続した状態の断面図。 （ａ）は図２６のＩＩ−ＩＩ線断面図、（ｂ）は（ａ）の接続端子を電気的に接続した状態の断面図。 同フレキシブル基板が基板延長部を有する状態の平面図。 同基板延長部を明示した同フレキシブル基板の平面図。 さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置のトロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の展開図。 図３１における接続端子部分の部分拡大図。 （ａ）は同フレキシブル基板の互いに接続される接続端子を対向配置させた平面図、（ｂ）は同接続端子を接続した状態の平面図。 （ａ）は図３３（ａ）のＩ３−Ｉ３線断面図、（ｂ）は図３３（ｂ）のＩ５−Ｉ５線断面図。 （ａ）は図３３（ａ）のＩ４−Ｉ４線断面図、（ｂ）は図３３（ｂ）のＩ６−Ｉ６線断面図。 （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トロイダルコイルを構成するフレキシブル基板の互いに接続される接続端子を対向配置させた平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ７−Ｉ７線断面図。 （ａ）は同フレキシブル基板の互いに接続される接続端子を互いに対応させて上下に図示した平面図、（ｂ）は同接続端子を互いに重ねた状態の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ８−Ｉ８線断面図、（ｄ）は（ｃ）の接続端子を互いに電気的に接続した状態の断面図。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ、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。 （ａ）は他の実施形態に係る電流計測装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ同電流計測装置の変形例を示す断面図。 （ａ）（ｂ）は一般的なトロイダルコイル装置を用いた電流計測と外乱磁界との関係を説明する斜視図。 さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置のトロイダルコイルを、その中心軸方向から見た平面図。 さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置のトロイダルコイルの１ターンコイルを透視して表示する斜視図。 （ａ）は同トロイダルコイル装置を用いた電流計測装置による電流計測を示す斜視図、（ｂ）は電流計測中の磁界を示す断面図。 （ａ）は隣接電線が存在する場合における同電流計測装置による電流計測を示す斜視図、（ｂ）は隣接電線による磁界を示す断面図。

以下、本発明の実施形態に係るトロイダルコイル装置およびそれを用いた電流計測装置について、図面を参照して説明する。図１乃至図４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（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、トロイダルコイル装置１Ａは、シート状の可撓性基材２と可撓性基材２に支持された互いに並列する複数の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０をトロイド状に屈曲して形成されたトロイダルコイル１を備えている。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。トロイダルコイル１は、ソレノイドコイルを円環状に曲げた電磁気的構成を有し、ソレノイドコイルの両端子に対応する２つの端子１ａ，１ｂを有している。

フレキシブル基板１０は、平面状態で導電体パターン３をパターニングした後、矢印Ｒで示すように円筒状に屈曲し、さらに、並列する導電体パターン３間に設けた切り込み２１を用いて屈曲してトロイド状（ドーナツの表面形状）とされている。トロイダルコイル１の表面は、外周側の領域Ａ，Ｅ、内周側の領域Ｃ、および、上下端の領域Ｂ，Ｄに区分することができる。内周側の領域Ｃは、外周側の領域Ａ，Ｅの和よりも面積が狭い。上下端の領域Ｂ，Ｄは、内周側から外周側に向けて面積が広くなる遷移領域である。この面積の変化に対応するため、切り込み２１が、トロイダルコイル１の内周側と上下端に設けられている。図中に、トロイドにおける特徴的な方向であるトロイダル方向ＴＤとポロイダル方向ＰＤとが示されている。トロイダル方向ＴＤは、トロイダルコイル１の中心軸まわりの円周である。

導電体パターン３の各々は、フレキシブル基板１０の屈曲によってそれぞれ１ターンコイルと成る。また、導電体パターン３の各々は、その両端に、各々を直列に接続するための接続端子３ａ，３ｂを有している。１ターンコイルの各々は、接続端子３ａ，３ｂが接続されることにより複数ターンのコイルと成っている。接続端子３ａ，３ｂ、従ってこれらを接続した部分（接続部３０という）は、トロイダルコイル１における外周側に配置されている。

図２（ａ）に示すように、フレキシブル基板１０は、平面状に展開した状態で略四角形の外形を有する。可撓性基材２には伸縮性が望めないので、平面状のフレキシブル基板１０を立体曲面であるトロイド状に屈曲して形成するために切り込み２１が用いられる。切り込み２１は、平面状態のフレキシブル基板１０に可撓性基材２を含む基板材料を除去した開口を形成している。領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、フレキシブル基板１０の略四角形の互いに対向する両辺の一辺側から他辺側に向けて、すなわちトロイダル方向ＴＤに沿って、分布している。切り込み２１は、領域Ｂ，Ｃ，Ｄに等間隔に並列形成されている。その並列繰り返しパターンによって、一群の導電体パターン３の繰り返し要素Ｐｅが規定される。すなわち、導電体パターン３の各々は複数本（本例では７本）で一組の繰り返し要素Ｐｅを構成する。

導電体パターン３の各々は、外周側の領域Ａ，Ｅでは、一部の変化部分を除いて互いに平行等間隔に配列され、内周側の領域Ｃでは、一群（７本）毎にまとめて外周側よりも狭い間隔で平行等間隔に配列されている。領域Ａにおける導電体パターン３は、隣りの導電体パターン３の延長線上に乗り移るように、クランク状に変化した斜行形状を有するパターンとされ、その先端は、可撓性基材２が存在しないフライングリード構造の接続端子３ａとなっている。領域Ｅにおける導電体パターン３は、直線状であり、その先端は、可撓性基材２上に支持された接続端子３ｂとなっている。フレキシブル基板１０の略四角形の対角位置の２つの隅部には、それぞれ可撓性基材２で支持された終端用の端子１ａ，１ｂが引き出されている。導電体パターン３は、接続端子３ａ，３ｂの部分を除いて、ソルダーレジストやカバーレイなどの保護膜２ａによって覆われている。なお、領域Ａ，Ｅ，Ｃにおいて互いに平行な導電体パターン３が長く続いているので、フレキシブル基板１０によって形成されるトロイドは、その長く続くことにより、長く伸びた円筒形状となる。

フレキシブル基板１０は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、領域Ａ，Ｅに属する上述の一辺と他辺とが互いに近接するように、矢印Ｒで示すように扁平な円筒状に丸められ、導電体パターン３の各々が互いに対応する接続端子３ａ，３ｂ間で電気的に接続される。フレキシブル基板１０は、この電気的接続によって、ソレノイドコイル１０ａとなる。ここで、上述の図２（ａ）を参照して、ソレノイドコイル１０ａを構成する電気配線を、端子１ａ，１ｂおよび各接続端子３ａ，３ｂ間の接続を通して説明する。なお、図中の接続端子ｘ２はフライングリード構造の接続端子３ａであり、接続端子ｘ１，ｘ３は可撓性基材２上の接続端子３ｂである。

図２（ａ）において、端子１ａからの配線は、端子１ａにつながる導電体パターン３を通って、その接続端子ｘ１に至り、接続端子ｘ１は隣の導電体パターン３の接続端子ｘ２に電気的に接続される。ここで、フレキシブル基板１０は円筒状に丸められた状態にある。接続端子ｘ２からの配線は、接続端子ｘ２につながる導電体パターン３を通って、その接続端子ｘ３に至る。以下同様にして、接続端子ｘ３は、端子１ｂに電気的に接続され、端子１ａから端子１ｂに至る電気配線、すなわち、１つの導電体パターン３による１ターンのコイルが複数直列接続されたソレノイドコイル１０ａが形成される。

フレキシブル基板１０は、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２ａの形成、切り込み２１や外形の形成、端子１ａ，１ｂおよび各接続端子３ａ，３ｂ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。

各接続端子３ａ，３ｂの電気接続は、例えば、各接続端子３ａ，３ｂに半田ペーストを塗布した状態で、各接続端子３ａ，３ｂが互いに重なるようにフレキシブル基板１０を円筒形状に丸めて、一括半田付けによって行うことができる。また、半田ペーストによらずに、互いに重なった各接続端子３ａ，３ｂ部分を、半田液に接触させながら半田液槽を通過させて半田付けを行ってもよい。また、各接続端子３ａ，３ｂ間を、導電性接着剤や、異方性導電樹脂を用いて電気接続してもよい。

図３（ａ）は、フレキシブル基板１０の断面構造を示す。フレキシブル基板１０は、可撓性基材２に、導電体パターン３の導体層と、保護膜２ａの絶縁樹脂層とを積層して構成されている。接続端子３ａは、導電体パターン３が可撓性基材２の端部から突出したフライングリード構造となっている。このような構造は、例えば、レーザ光を用いて可撓性基材２を蒸発除去させて形成することができる。接続端子３ｂは、その下部の全面を可撓性基材２によって支持された、フレキシブル基板の通常の端子構造である。

図３（ｂ）は、一群の導電体パターン３からなる繰り返し要素Ｐｅを示す。導電体パターン３は、各々が互いに平行な部分において、パターン幅（ラインＬとする）とパターン間の隙間（スペースＳとする）の比Ｌ／Ｓが、例えば、Ｌ／Ｓ＝１、すなわちＬ＝Ｓとなるように形成されている。

また、図３（ｂ）（ｃ）は、フレキシブル基板１０を平面状に展開した状態において、互いに並列する導電体パターン３間の平均隙間が、トロイドの外周側におけるよりも内周側において広いことを示している。ここで、外周部の領域Ａ，Ｅにおける繰り返し要素Ｐｅの幅ＷＯ内でＬ＝ＬＯ，Ｓ＝ＳＯとし、内周部の領域Ｃにおける繰り返し要素Ｐｅの幅ＷＩ内でＬ＝ＬＩ，Ｓ＝ＳＩとする。なお、上記のＬ／Ｓ＝１から、ＬＯ＝ＳＯ，ＬＩ＝ＳＩである。外周側すなわち領域Ａ，Ｅにおける平均隙間はＳＯである。また、内周側すなわち領域Ｃにおける平均隙間は、ラインＬＩを幅ＷＯ内に等間隔に再配列したときの隙間（スペース）であって、図中にＳａで示されており、Ｓａ＞ＳＯである。このＳａ＞ＳＯという結果は、上述の図２（ａ）に示されている切り込み２１によって形成される開口部分が存在し、その開口部分のスペースが平均化の際にＳａに算入されることによる。

図４（ａ）（ｂ）は、フレキシブル基板１０の接続端子３ａ，３ｂを互いに接近させ、互いに重ねた状態で電気接続する様子を示す。左右の互いに対向する繰り返し要素Ｐｅは同一の繰り返し要素Ｐｅに属する両端部である。繰り返し要素Ｐｅ内の複数の接続端子３ａ，３ｂのうち、各々１つの接続端子３ａ，３ｂは、自己の繰り返し要素Ｐｅ内で接続されずに、それぞれ隣接する他の繰り返し要素Ｐｅ内の接続端子３ａ，３ｂに接続される。最終の端子１ａ，１ｂを有する繰り返し要素Ｐｅの場合は特殊であり、その端子１ａ，１ｂは終端となる。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、接続部３０を形成する様子を示す。すなわち、（ａ）フライングリード構造の接続端子３ａが可撓性基材２上の接続端子３ｂに接近され、重ねられ、（ｂ）互いに半田３１によって接続され、最後に、（ｃ）互いに接続された接続端子３ａ，３ｂが保護樹脂３２で保護され、接続部３０が形成される。

保護樹脂３２が接続部３０を保護することにより、接続部３０の半田や導電性樹脂等の導通材料に応力集中が発生せず、信頼性を保つことができる。さらに可撓性基材２の補強になるほか、導通材料の劣化防止になる。保護樹脂３２は、電気的導通を防止するものあるいは隣接パターンとの短絡を防止できるものとして、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。また、例えば、導電材料として異方性導電樹脂を用いる場合、異方性導電樹脂が保護樹脂３２を兼ねることになる。

図６は、フレキシブル基板１０の変形例を示す。このフレキシブル基板１０は、電磁シールド用の導電体層３３を備えている。導電体層３３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ている。トロイダルコイル１において、導電体層３３は閉空間を形成し、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３３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。グランド接続端子は、例えば、フレキシブル基板１０の端部において、端子１ａ，１ｂ等と同様に形成すればよい。フレキシブル基板１０は、接続端子３ａ，３ｂが電気的に接続され、トロイド状に立体形状とされてトロイダルコイル１となり、この状態でトロイダルコイル装置１Ａとして、電流計測などに用いることができる。

本実施形態によれば、フレキシブル基板１０に切り込み２１を有するのでトロイド状の立体曲面を容易に形成でき、その形状に基づいて１ターンコイルの直列接続による複数ターンコイル形成が可能になり、コイルのターン数を従来よりも増加させることができる。すなわち、切り込み２１は、直線状のソレノイドコイル１０ａを屈曲させて、立体曲面のトロイドとすることを可能にする。このようにして形成されるトロイダルコイル１（トロイダルコイル装置１Ａ）は、その中心軸まわりの対称性に優れたものとすることができる。従って、トロイダルコイル装置１Ａは、その回転対称性により、ノイズ磁界の相殺を有効に行うことができる。また、フレキシブル基板１０からソレノイドコイル１０ａの形成は、ビアやランドを形成することなく、導電体パターン３の接続端子３ａ，３ｂ同士の直接の電気接続で行えるので、従来よりも配線密度を上げてコイルのターン数を増加させることができる。また、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すことができ、ターン数の増加と同様にトロイダルコイルの感度を上げることができる。

ところで、トロイダルコイル１の構造においてターン数の増加を制限する要素は、例えば、トロイドの内側表面（領域Ｃ）における導電体パターン３の配線ピッチ、または、トロイドの外周部分に形成した接続部３０の形成構造と考えられる。導電体パターン３の配線ピッチは、通常のフレキシブル基板における設計ルールに従って最小のピッチとすることができる。一般に、トロイダルコイルは、内周よりも外周のほうがコイルの配線ピッチが広くなる。従って、接続部３０は、トロイダルコイルの外周部分に形成することにより、トロイドの内側表面におけるよりも広い面積を使用でき、設計ルールを大きく緩和することができ、ターン数の増加に対する制限が緩和される。また、トロイダルコイル１を、その中央に通した電線の電流計測用センサとする場合、内周側において磁界の大きさと変化が大きく、外周側で小さいので、外周部分に接続部３０を形成することにより、計測精度に対する配線のずれなどの影響を低減できる。

（支持用のコアを備えるトロイダルコイル装置）
図７、図８、図９は、トロイド状のフレキシブル基板１０をその内部空間側から支持するトロイド状のコアを備えるトロイダルコイル装置１Ａを示す。図７（ａ）（ｂ）に示すように、２分割、または４分割、一般に任意数に分割したコア４を、トロイド状のフレキシブル基板１０を内部から支持する部材として用いることができる。コア４の分割面は、そのトロイドの中心軸を含む平面に沿うように形成すると、好適である。また、コア４は、完全に分離可能とすることに限らず、コア４の一部を皮一枚残す切れ目の状態として、切れ目によって開閉可能としてもよい。この場合、コア４をトロイドとして維持することが容易となり、取り扱いが容易となる。

コア４は、例えば樹脂成形によって形成される。トロイダルコイル装置１Ａを電流計測用のセンサとして用いる場合に、コア４は、樹脂に限らず、センサとしての性能に影響しない程度の磁気特性の非磁性体で構成することができる。また、コア４は、例えば、２６０℃以上の温度、かつ、１０ｓｅｃ以上の時間における熱負荷に耐える耐熱材料によって形成する。これにより、例えば、フレキシブル基板１０を半田処理する場合などに、治具として有効に用いることができる。コア４が２６０℃、１０ｓｅｃ以上の変形耐熱を有する場合、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田付けが可能になる。

図８（ａ）（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１０をソレノイドコイル１０ａの状態から、トロイド状に屈曲させる際に、トロイド形状から分割したコア４を、順次、ソレノイドコイル１０ａの中に挿入することにより、トロイダルコイル１が形成される。この挿入に際し、コア４が分割可能または開閉可能とされていることにより、挿入作業が可能かつ容易となる。コア４は、この挿入を容易とするために、潤滑性の良い樹脂を用いて形成するのが好ましい。

図９（ａ）は、分割したコア４をトロイダルコイル１の内部に有す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、ソレノイドコイル１０ａの円筒端部が対向する部分に、コア４の分割面の位置を一致させている。図９（ｂ）に示すように、トロイダルコイル１の内周側および内周側から上部と下部に至る部分のフレキシブル基板１０に切り込み２１が存在し、コア４が分割面を有することから、トロイダルコイル装置１ＡをＣ字形状に開いた状態とすることができる。端子１ａ，１ｂは、それぞれＣ字形状の互い異なる端部に位置している。トロイダルコイル装置１Ａは、その形状がコア４によって安定的に維持され、その開閉機能によって、その外周側から中心軸側（中央穴部分）に電線９を進入させ退出させることができる。そこで、トロイダルコイル装置１Ａに回路基板６を備えて、端子１ａ，１ｂを回路基板６に電気的に接続することにより、電線９に対して着脱自在の電流測定装置１Ｂを構成することができる。このような開閉機能によって、すでに設置されている電線の電流計測を行う用途へ用いることができる。この場合、回路基板６は、電線９を流れる交流電流による電線９の回りの交流磁界の測定値に基づいて電流値を求めるための電気回路を有する。

（多層のフレキシブル基板）
図１０、図１１、図１２は、フレキシブル基板１０の他の例を示す。図１０（ａ）（ｂ）は、２層構造の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０を示す。このフレキシブル基板１０は、フライングリード構造の接続端子３ａと可撓性基材２上の接続端子３ｂとを、それぞれフレキシブル基板１０の一端側の表裏に有し、他端側には、同様の接続端子３ａ，３ｂを、それぞれ一端側とは表裏逆配置に有している。これらの導電体パターン３は、接続端子３ａ，３ｂを、例えば、半田３１で接続して、可撓性基材２の表面と裏面とにおいてそれぞれソレノイドコイルとされる。その後、表裏の２つのソレノイドコイルを直列接続し、トロイド状に曲げて、二重コイル構造のトロイダルコイル１とされる。２つのソレノイドコイルの直列接続は、トロイド状とする前に行ってもよく、後に行ってもよい。表裏の接続部３０が、ほぼ同じ位置に集中して形成されるので、一括処理によって効率良く接続作業を行うことができる。

図１０（ｃ）に示すフレキシブル基板１０は、上述の２層構造の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０に、電磁シールド用の導電体層３３を備えるものである。導電体層３３は、トロイダルコイル１において閉空間を形成し、その閉空間の中に２層構造の導電体パターン３を収納して電磁シールドする。導電体層３３は、例えば、適宜の接続端子を介して、接地電位とされる。これによって、コイルがアンテナとなって電磁ノイズを拾うという不具合を防ぐことができる。

図１１（ａ）（ｂ）は、４層構造、一般に多層形成された構造の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０を示す。このフレキシブル基板１０は、１つのフライングリード構造の接続端子３ａと、可撓性基材２上の３つの接続端子３ｂとを、それぞれフレキシブル基板１０の一端側に有し、他端側には、同様の接続端子３ａ，３ｂを、それぞれ一端側とは表裏逆配置に有している。表面および裏面における、それぞれの接続端子３ａ，３ｂを半田３１で接続する構成は、上述の図１０（ｂ）に示した構成と同じである。内層の導電体パターン３は、同種の接続端子３ｂ同士を半田３１で接続することになる。これらの電気的接続は、半田３１に限らず、導電性接着剤、異方性導電樹脂などの導通材料を用いて行うことができる。これらの接続部分の全体は、保護樹脂３２で保護され、接続部３０が形成される。このような多層の導電体パターン３を有するフレキシブル基板１０においても、上述同様に電磁シールド用の導電体層３３を備えることができる。また、各電気的接続の場所がほぼ同じ位置に集中して形成されるので、一括処理によって効率良く接続作業を行うことができる。多層形成された構造の導電体パターン３を用いることにより、トロイダルコイル１のコイルのターン数を増大することができる。

図１２（ａ）（ｂ）は、上述の図１１（ａ）（ｂ）に示したフレキシブル基板１０において、接続端子３ｂの下部の可撓性基材２の一部を延伸した保護基材２ｂを有するフレキシブル基板１０を示す。このフレキシブル基板１０は、接続端子３ｂ同士の接続部分が、保護基材２ｂによって離間しており、半田３１間の絶縁をより確実に行うことができる。

接続部３０を一般的に述べると、接続部３０は、一般的なフレキシブル基板におけるソルダーレジストやカバーレイがなく、部分的に可撓性基材もない部分である接続端子３ａ，３ｂによって形成されている。また、接続部３０には、導電体パターン３の先端を可撓性基材２の端面位置に一致させたり後退させたりした接続端子３ｂと、可撓性基材２の端面位置から導電体パターン３をはみ出させたフライングリード構造の接続端子３ａとを互いに重ねて接続したものもある。このような接続端子３ａ，３ｂを重ねたり、接続端子３ｂ同士を重ねたりして接続することにより、ビアによる接続などに比べて、相互の接続面積を広くとることができ、接続部３０の強度や信頼性を確保できる。このような接続部３０によると、片面、両面、一般に多層板のフレキシブル基板１０において、接続部３０の形成工程が容易であり、生産性を向上でき、低コスト化を実現できる。

また、上述した各接続部３０は、フレキシブル基板１０の端面同士を突き合わせて、導電体パターン３の導体間の重ね合わせによって形成されており、可撓性基材２がない部位ができる。そのような可撓性基材２がない隙間の部分の存在により、両面パターンの接続部３０の外観検査において導体曲がりによる隣接ターンの短絡程度であれば、片側から覗くことで容易に行うことができる。また隙間が開いているので、接続部３０の導体に対する剪段方向の熱応力がかからないようにすることもできる。

（他の実施形態）
図１３、図１４、図１５は、他の実施形態に係るトロイダルコイル１を示す。図１３、図１４に示すように、このトロイダルコイル１のフレキシブル基板１０は、表裏対称に導電体パターン３を有している。すなわち、この図の上下を反転するようにフレキシブル基板１０を裏返すと、裏返す前のパターンと裏返した後のパターンとが同じになる。また、このフレキシブル基板１０は、上述の図２（ａ）に示したフレキシブル基板１０において、裏面側に導電体パターン３を付加し、裏面側の導電体パターン３に端子１ｂを接続したものであり、他の構成は、ほぼ同様である。なお、端子１ａ，１ｂは、展開状態における略四角形状のフレキシブル基板１０の対角位置ではなく、同じ辺に配置されている。裏面側の導電体パターン３は、点線によって透視図として示されている。

端子１ａ、および接続端子ｘ１〜ｘ５は表面側の導電体パターン３に属し、端子１ｂ、および接続端子ｙ１〜ｙ５は裏面側の導電体パターン３に属する。また、接続端子ｘ２，ｘ４，ｙ２，ｙ４はフライングリード構造の接続端子３ａであり、接続端子ｘ１，ｘ３，ｘ５，ｙ１，ｙ３，ｙ５は可撓性基材２上の接続端子３ｂである。

次に、フレキシブル基板１０を円筒状に丸めてから端子１ａ，１ｂ、および接続端子ｘ１〜ｘ５，ｙ１〜ｙ５間を電気的に接続して形成される配線について説明する。まず、表面において、端子１ａからの配線は、端子１ａにつながる導電体パターン３を通って、その接続端子ｘ１に至り、接続端子ｘ１は隣の導電体パターン３の接続端子ｘ２に電気的に接続される。以下同様にして、接続端子ｘ３から、接続端子ｘ４を経て、接続端子ｘ５に至る。表面の接続端子ｘ５は、その裏面直近の接続端子ｙ１に、外部配線やビア構造などの適宜の接続手段によって接続され、これにより、表裏接続が成される。

続いて、裏面において、接続端子ｙ１の導電体パターン３を通って、その接続端子ｙ２に至り、接続端子ｙ２から、隣の導電体パターン３を順次経由して、接続端子ｙ３に至り、以下同様にして、接続端子ｙ３から、接続端子ｙ４を経て、接続端子ｙ５に至る。接続端子ｙ５は、接続端子ｙ５につながる導電体パターン３を通って、その終端である端子１ｂに至る。これらの電気接続は、図１０（ａ）（ｂ）に関連して説明した要領で、一括して行うことができる。

以上の各接続端子の電気的接続により、円筒状のフレキシブル基板１０の表面の導電体パターン３によるソレノイドコイルと、裏面の導電体パターン３によるソレノイドコイルとが、互いに直列接続された状態に形成される。これらのコイルは、例えば、表面のソレノイドコイルは進みコイル、裏面のソレノイドコイルは戻りコイルと称される。これらは右ねじと左ねじの組み合わせに例えられる。円筒状に形成されたフレキシブル基板１０は、さらにトロイド状に屈曲されてトロイダルコイル１と成る。このトロイダルコイル１は、二重コイル構造を有し、表裏合わせて、片面だけの場合の２倍のターン数のコイルを有する。

なお、このような進みコイルと戻りコイルとを有するトロイダルコイル１は、周知の如く、図１、図２に示したトロイダルコイル１に存在していたトロイダル方向ＴＤ（ドーナツの大円周方向）の１ターンコイルを消去したものとなる。また、戻りコイルの存在により、端子１ａ，１ｂは、互いに対角位置ではなく、略四角形のフレキシブル基板１０の同じ辺に位置することになる。

図１５（ａ）（ｂ）は、上述の２層構造の導電体パターン３を有するトロイダルコイル１を支持するコア４を備えたトロイダル装置１Ａ示す。このコア４は、フレキシブル基板１０の裏面側、すなわちトロイドの成す閉空間側に面している接続部３０に接触しないように、接続部３０が配置される位置に対応する位置に凹部４ａを有している。この凹部４ａが形成する逃げ空間によって、接続部３０、従って接続部３０を構成する接続端子３ａ，３ｂに対する接触による応力発生を回避することができる。これにより、接続部３０を保護することができる。また、このコア４は、２分割の１個と４分割の２個とからなる３分割構成として例示しているが、一般に任意の分割および分割数とすることができる。

また、トロイダルコイル１を電流計測用の高精度のセンサとして用いる場合、トロイダルコイル１の全体の対称性や各１ターンコイル間の対称性が求められる。これは、トロイダルコイル１の中央穴部分を通る電線の電流が計測対象であるが、その中央穴を通らない電流による磁界や他の要因による外部磁界の影響をトロイダルコイル１の対称性によって相殺するためである。この場合、凹部４ａが形成する逃げ空間は、接続部３０の厚さ変動の影響を受けることなくコイルの対称性を維持可能とする。これによって、接続部３０の形状ばらつきが、トロイダルコイル１の回転対称性に影響することなく、トロイダルコイル１による電流計測などの計測性能を向上できる。

（ケースを備えるトロイダルコイル装置および電流計測装置）
図１６乃至図１９は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル装置１Ａおよび電流計測装置１Ｂを示す。このトロイダルコイル装置１Ａは、図１６（ａ）（ｂ）、図１７、図１８に示すように、フレキシブル基板１０を用いて形成したトロイダルコイル１を収納するための、トロイド状のケース５を備えるものである。より具体的には、このトロイダルコイル装置１Ａは、上述の図１３、図１４、図１５に示したトロイダルコイル１とコア４とを有するトロイダルコイル装置１Ａを、ケース５に収納したものである。ケース５は、トロイド状の本体部５０に加え、回路基板６を収納する基板収納部５１を有している。回路基板６は、フレキシブル基板１０から成るトロイダルコイル１に電気的に接続され、トロイダルコイル１からの出力を処理する回路を備えている。トロイダルコイル装置１Ａは、回路基板６を備えることにより電流計測装置１Ｂとなる。

本体部５０は、その中心軸を含む平面である分割面５０ａに沿って分割されて２分割体となり、その２分割体の一方が同様の分割面５０ａに沿ってさらに分割されて４分割体となっている。４分割体の各々は、２分割体に、トロイドの外周部分におけるヒンジ５ａによって開閉自在に結合されている。両４分割体は、閉状態を維持するために互いを係合する爪５ｂとフック５ｃとを有している。ケース５の分割面５０ａ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１０を露出させないようにして保護するため、隔壁５２が設けられている。隔壁５２は、例えば、ヒンジ５ａの部分で柔軟に変形する蛇腹構造とされる。隔壁５２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。

また、フレキシブル基板１０から成るトロイダルコイル１は、２または４分割されたコア４に支持され、分割可能なケース５に収納されている。トロイダルコイル装置１Ａ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、コイル間ピッチの対称性など）を確保するように構成されている。例えば、各分割面は、コイル間ピッチ以下の平面度で接合するように構成される。また、コイル間ピッチを一定に近づけるために、隔壁５２は、可能な限り薄くする。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。

このようなトロイダルコイル装置１Ａを備える電流計測装置１Ｂは、電線に着脱して、電線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。この場合、基板収納部５１内の回路基板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５１ａが設けられている。フレキシブル基板１０の端子１ａ，１ｂは、本体部５０内を通って基板収納部５１内の回路基板６に至る配線によって、回路基板６に電気的に接続されている。

図１８に示すように、ケース５と、ケース５の本体部５０に収納されたフレキシブル基板１０（トロイダルコイル１）と、フレキシブル基板１０を支持するコア４とは、トロイダルコイル装置１Ａを構成し、ケース５のＣ字形状の開閉に伴って一体的に開閉される。これらの開閉は、フレキシブル基板１０における切り込み２１の存在、およびコア４とケース５の分割構造によって可能となる。その開閉機能によって、トロイダルコイル装置１Ａの外周側から中心軸側に電線９を進入させ退出させることができる。これによって、すでに設置されている電線の電力計測を行う用途へ用いることができる。また、ヒンジ５ａ、および爪５ｂとフック５ｃとを有しているので、電力計測する対象の電線を変更したりする場合、同じ個体を容易に繰り返し使用できる。図１９は、トロイダルコイル装置１Ａの中央穴に電線９を取り込んでトロイダルコイル装置１Ａを閉じた状態を示す。電流計測装置１Ｂは、その中央穴に貫挿された電線９を流れる電流変化に基づく磁界Ｈの時間変化に応じた信号を電流計測結果として、回路基板６とソケット５１ａとを介して外部に出力する。

（さらに他の実施形態）
図２０（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１Ａを示す。このトロイダルコイル装置１Ａは、上述の図１３、図１５、図１６に示したフレキシブル基板１０と、コア４と、ケース５とを備え、さらに、接続端子３ａ，３ｂを接続して成る接続部３０の周辺のフレキシブル基板１０を挟んで固定する押圧構造を備えている。すなわち、ケース５は、フレキシブル基板１０を、そのトロイド状の内部側から支持する部材であるコア４に、接続部３０の周辺におけるフレキシブル基板１０の外表面側から押圧して、フレキシブル基板１０を固定している。

コア４は、接続部３０の位置する表面に凹部４ａを有し、その凹部４ａの開口縁に近接する位置に凸部４ｂを有している。凹部４ａは周方向の溝を形成し、凸部４ｂは凹部４ａによる溝の両側に土手状に形成されている。

ケース５は、コア４の場合と同様に、接続部３０の位置する表面に凹部５ｄを有し、その凹部５ｄの開口縁に近接する位置に凸部５ｅを有している。また、コア４の場合と同様に、凹部５ｄは周方向の溝を形成し、凸部５ｅは凹部５ｄによる溝の両側に土手状に形成されている。コア４の凸部４ｂと、ケース５の凸部５ｅとは、互いに対面して対向する位置にある。

フレキシブル基板１０は、これらの互いに対向するコア４の凸部４ｂと、ケース５の凸部５ｅとによって、接続部３０の周辺を挟持されて、ケース５内の位置が固定される。すなわち、ケース５の凸部５ｅは、接続部３０周辺におけるフレキシブル基板１０の外表面を押圧し、フレキシブル基板１０の内表面側に配置された支持用の部材であるコア４の凸部４ｂとの間にフレキシブル基板を挟んで固定する押圧構造を構成する。これによって、接続部３０が、ケース５に密着することがないので、ケース５に外部から力が加わった場合でも、接続部３０が直接応力を受けることがなく信頼性を確保することができる。

トロイダルコイル装置１Ａの組み立ては、まず、フレキシブル基板１０をソレノイド形状に形成した後、コア４を挿入することによりトロイド状とし、コア４で支持されたフレキシブル基板１０をケース５内に設置して行われる。その設置を容易とし、最終的に、凸部５ｅによってフレキシブル基板１０の外表面を圧接した状態とするために、例えば、ケース５を内外の円筒に分割し、フレキシブル基板１０をケース５内に設置した後、その内外円筒間に押圧力を加える構成とすればよい。また、コア４の内部にトロイドの大円周方向すなわちトロイダル方向に沿う空洞を設けて、コア４の凸部４ｂを空洞方向に進退自在としたコアを用いてもよい。この場合、凸部４ｂを後退させた状態でケース５内へのフレキシブル基板１０とコア４の挿入を行い、これらの挿入後に、コア４の空洞内に詰め物をして凸部４ｂを突出させるようにしてもよい。

図２１（ａ）（ｂ）は、上述のケース５の凸部５ｅによる押圧構造の変形例を示す。この変形例は、凸部５ｅを、コア４に向けて移動自在としたものである。ケース５の外壁に穴５ｆを設け、その穴５ｆに外壁垂直方向に移動自在の移動体５３を備え、その移動体５３の先端を凸部５ｅとする。図２１（ａ）に示すように、ケース５内にフレキシブル基板１０とコア４を挿入する際には移動体５３を後退させておく。また、図２１（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１０を固定する際には移動体５３を前進させて圧力を加えるようにすればよい。その圧力は、任意の方法でを加えることができる。例えば、移動体５３をゴム等の弾性体で構成し、穴５ｆとの摩擦力に抗して移動体５３を押し込むことにより、その弾力でフレキシブル基板１０を押圧することができる。穴５ｆと移動体５３は、トロイダル方向に連続する必要はなく、飛び飛びに設けて、フレキシブル基板１０を適宜の間隔で固定すればよい。

（さらに他の実施形態）
図２２（ａ）（ｂ）は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル１を示す。このトロイダルコイル１は、接続端子３ａ，３ｂをトロイドの内周側に位置させて、内周側に電気的に接続する接続部３０を備えるものである。平面状に展開した状態のフレキシブル基板１０は、略四角形の外形を有し、その内部に、開口を形成しない線状の切れ込み２１を有している。他の構成は、上述の図１、図２等に示した外周側に接続端子３ａ，３ｂを配置したフレキシブル基板１０を備えるトロイダルコイル１と同様である。

（さらに他の実施形態）
図２３乃至図２８は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル１を示す。このトロイダルコイル１は、図２３、図２４、図２５に示すように、上述の図１３、図１４に示したフレキシブル基板１０と同様に、表裏両面に導電体パターン３を有している。裏面側の導電体パターン３は、点線によって透視図として示されている。

このフレキシブル基板１０によるトロイダルコイル１は、片面から巻き進んで（実線矢印）もう片面で巻き戻る（点線矢印）構成になっている。巻き進み面から巻き戻り面への接続は、表面と裏面の導電体パターン３を半田付け等によって直接接続して行われる。この直接接続を行うために、可撓性基材２の一部に切り欠き２２が形成されている。また、巻き始めと巻き終わりの端子１ａ，１ｂの電極は、外部磁界に起因するノイズを発生させないように、可撓性基材２またはソルダーレジストやカバーレイなどの保護膜２ａを介して、両電極のパターンが互いに重なる形状とされている。このトロイダルコイル１からの出力を処理する回路基板には、巻き始めと巻き終わりの両端子１ａ，１ｂを回路基板の同じ位置に配置して接続する。これにより、トロイダルコイル１を、その中央穴を通る電線の交流電流を測定対象として計測する電流センサとして用いる場合に、測定対象以外の電流による磁界や他の磁界などの外乱磁界に対し、外部磁界耐性を確保することができる。

端子１ａから導電体パターン３を介して端子１ｂに至るまでの、電気的に接続して形成される配線について図２３を参照して説明する。まず、表面の端子１ａからの配線は、端子１ａにつながる導電体パターン３を通って、その接続端子ｘ２に至り、接続端子ｘ２は隣の導電体パターン３の接続端子ｘ３に電気的に接続される。以下同様にして、接続端子ｘ４から、接続端子ｘ５を経て、接続端子ｘ６に至る。接続端子ｘ６の先端部分の導体は、接続端子ｘ７に接続され、接続端子ｘ６の途中部分の導体１ｃは、裏面の導電体パターン３から延伸された接続端子ｙ２に重ねられ、接続端子ｙ２の導体１ｄに直接接続される。この導体１ｃ，１ｄ間の接続により、表裏接続が成される。

続いて、裏面において、接続端子ｙ２の導電体パターン３を通って、その接続端子ｙ３に至り、接続端子ｙ３から、隣の導電体パターン３を順次経由して、接続端子ｙ４に至り、以下同様にして、接続端子ｙ４から、接続端子ｙ５を経て、接続端子ｙ６に至る。接続端子ｙ６は、接続端子ｙ６につながる導電体パターン３を通って、その終端である端子１ｂに至る。

上述の電気接続の接続部について、さらに説明する。図２６に示すように、切り欠き２２の存在により、フレキシブル基板１０の端部を突き合わせて接続端子ｘ６，ｙ２を重ねた場合に、接続端子ｘ６，ｙ２の導体１ｃ，１ｄが互いに直に対面する状態となる。従って、図２７（ａ）（ｂ）に示すように、表面側から裏面側に電気接続を行う接続部３０が、フレキシブル基板１０だけを用いて容易に形成される。なお、接続端子ｘ７は、補強や形状整列のために用いられるダミーの端子である。また、図２７（ａ）（ｂ）に示すように、表面の導電体パターン３間の接続、および、裏面の導電体パターン３間の接続が行われる。これらの表裏間、表表間、裏裏間の電気接続は、図１０（ａ）（ｂ）に関連して説明した要領で、全体を一括して行うことができる。

図２９、図３０は、フレキシブル基板１０が、フライングリードを保護するための基板延長部７を備える例を示す。フレキシブル基板１０、およびフレキシブル基板１０からトロイダルコイルを製作する際に、フライングリード構造の接続端子３ａの終端が浮いた自由端の状態になっていると、接続端子を曲げたり、破損したりするリスクがある。そこでフレキシブル基板１０に、フライングリード構造の接続端子３ａを保護して保持するための、可撓性基材２を延長して成る基板延長部７を形成して備える。基板延長部７には、フレキシブル基板１０を位置決めしたり、ハンドリングしたりするための、位置決め穴７ａを複数備えている。例えば、ソレノイドコイル形成のために行う半田付け等の接合工程において、この位置決め穴７ａを用いて位置決めやフレキシブル基板１０の伸張保持が行われる。基板延長部７は、半田付けなどを行った後、切断して除去される。

図３１乃至図３４は、さらに他の実施形態に係るトロイダルコイル用のフレキシブル基板１０示す。このフレキシブル基板１０は、上述の図２３に示したフレキシブル基板１０における導電体パターン３の形状および接続端子ｘ２，ｘ３，ｙ３，ｙ４等の形状が異なり、他は同様である。すなわち、このフレキシブル基板１０は、図３１、図３２に示すように、接続端子３ａ，３ｂが、互いに隣接する導電体パターン３すなわち１ターンコイルの各々を接続する斜行形状を有する。言い換えると、このフレキシブル基板１０は、上述の図２３に示したフレキシブル基板１０において、接続端子ｘ２，ｘ３，ｙ３，ｙ４等（接続端子ｘ６，ｘ７，ｙ２は例外）が斜行形状を有する。例外の接続端子ｘ６，ｘ７，ｙ２は、表面と裏面の導電体パターン３間を接続する直線形状の接続端子である。フライングリードである接続端子３ａはブーメラン状に１回屈曲して終端した斜行形状を有し、可撓性基材２上に支持された接続端子３ａはクランク状に２回屈曲して終端した斜行形状を有している。

本実施形態の導電体パターン３の各々は、導電体パターン３の端部、すなわち接続端子３ａ，３ｂの位置において、隣接する導電体パターン３に乗り移る。従って、これらの導電体パターン３は、フレキシブル基板１０の領域Ｂ，Ｄにおけるパターン間隔とパターン形状が変化する部分および両端の接続端子３ａ，３ｂの部分を除いて、直線形状である。つまり、本実施形態の導電体パターン３には、上述した図２３の導電体パターン３の両端間に存在するクランク状に変化したパターンが存在しない。

端子１ａから各導電体パターン３を介して端子１ｂに至るまでの電気配線は、上述の図２３の場合と同様である。図３３（ａ）（ｂ）、図３４（ａ）（ｂ）は、フレキシブル基板１０の表裏の１ターンコイル間の接続部３０について示す。これらの図は、上述の図２６、図２７（ａ）（ｂ）に対応する。また、図３５（ａ）（ｂ）、および上述の図３３（ａ）（ｂ）は、フレキシブル基板１０の表面における１ターンコイル間の電気接続および裏面における１ターンコイル間の接続部３０について示す。ブーメラン状の接続端子３ａ（例えば接続端子ｘ４）は、クランク状の接続端子３ｂ（例えば接続端子ｘ５）に重ねられて、半田３１等によって電気的に接続される。これらの図は、上述の図２８（ａ）（ｂ）に対応する。なお、本実施形態のフレキシブル基板１０は、左右に裏返しても同じ構造、すなわち表裏対称構造を有している。

本実施形態のトロイダルコイル１によれば、図３１に示すように、フレキシブル基板１０の両面におけるトロイダル方向ＴＤの全面にわたって、導電体パターン３を一様に配列することができる。すなわち、本実施形態によれば、上述の図２３に示したフレキシブル基板１０においてトロイダル方向（図の上下方向）の両端の表面と裏面の導電体パターン３が抜けて非一様と成っている点を、改善することができる。また、各導電体パターン３の両端間のパターンを簡単な形状とすることができ、トロイダルコイル１の対称性を向上させることができる。本実施形態によれば、図２３の場合と比べて、トロイダルコイル１のトロイダル方向ＴＤに沿って導電体パターン３の抜けがなく、このようなトロイダルコイル１によって、外部磁界に対するノイズ打ち消し効果の高い電流センサを実現できる。

図３６、図３７は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図３６（ａ）（ｂ）に示すように、多層（本例では４層）の配線層を有するフレキシブル基板１０に、上述の斜行形状の接続端子３ａ，３ｂを有する導電体パターン３を形成したものである。フレキシブル基板１０の端部には、ブーメラン状のフライングリードである接続端子３ａに続き、クランク状の接続端子３ｂ、ブーメラン状の接続端子３ｂ、およびクランク状の接続端子３ｂが順番に階段状に配置されている。このフレキシブル基板１０は、左右方向に裏返しても同じ構造である表裏対称構造を有している。各接続端子３ａ，３ｂは、図３７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、互いに重ねられて、図３７（ｄ）に示すように、半田３１等によって電気的に接続される。

図３８（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１Ａを示す。図３８（ａ）に示すトロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１を囲む電磁シールド用の導体１０１を備えている。導体１０１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。トロイダルコイル装置１Ａは、例えば、電線９を流れる交流電流を測定するセンサとして用いる際に、トロイダルコイル装置１Ａの外部における隣接した電線９ｘが発生するノイズとなる高周波磁界を導体１０１によって遮蔽する。導体１０１は、例えば、電線９ｘにパルス状の電流ノイズが印加されて高周波磁界が発生した場合に、電磁誘導効果により導体内に渦状の誘導電流を発生させ、渦電流損失によって高周波磁界を遮蔽する。トロイダルコイル装置１Ａは、導体１０１によって外部磁界の影響を低減して、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。

図３８（ｂ）に示すトロイダルコイル装置１Ａは、トロイダルコイル１を囲む磁気シールド用の磁性体１０２を備えている。磁性体１０２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１０２は、トロイダルコイル装置１Ａ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１Ａ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。電磁シールド用の導体１０１や磁気シールド用の磁性体１０２は、併用することもできる。また、これらは、分割した複数の部品で構成することができ、上述した図１８におけるトロイダルコイル装置１Ａのコア４やケース５と同様に、開閉可能に構成することができ、これらと組み合わせて用いることができる。

図３９乃至図４１は、さらに他の実施形態に係る電流計測装置１Ｂを示す。図３９（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の電流計測装置１Ｂは、トロイダルコイル１に、ノイズとなる磁界を発生する電線９ｘが所定距離以下に接近しないように遠ざける構造を有するケース５を備えるものである。この電流計測装置１Ｂは、電線９を流れる交流電流を測定する装置として用いるものである。トロイダルコイル１に接続された回路基板６が、トロイダルコイル装置１Ａのケース５に収納されている。回路基板６は、トロイダルコイル１からの出力を処理するＩＣを有し、接続用配線６１によってトロイダルコイル１に接続されている。接続用配線６１は、コモンモードノイズをキャンセルするように、ツイストペア線を構成している。ケース５は、隣接する電線９ｘが、トロイダルコイル１から距離Ｌ１以上、接続用配線６１から距離Ｌ２以上遠ざかるように、空間を確保する。距離Ｌ１，Ｌ２は、電線９ｘによるノイズとなる磁界の発生状況と、電流計測装置として要求される電流測定精度とに基づいて設定される。

図４０（ａ）（ｂ）は、回路基板６に対する電線９ｘの影響を考慮したケース５の構成を示す。回路基板６は、通常、その基板面に沿った２次元的な配線を有するので、基板面内には、電磁誘導を起こすコイルが存在すると考えることができる。回路基板６に直交する方向の磁界は、そのような配線に寄生したコイルによって回路基板６内の電気回路にノイズを誘起することになる。例えば、図４１（ａ）（ｂ）において、電流計測に対してノイズとなる外乱磁界Ｈｘの影響は、図４１（ａ）の場合の方が図４１（ｂ）の場合よりも大きい。いずれの場合でっても、図４０（ａ）（ｂ）に示すように、ケース５の外形の構造を回路基板６の配置や形状に合わせて設定して外部の電線９ｘを回路基板６から遠ざけることにより、外乱磁界Ｈｘの影響を軽減することができる。

図４２は、さらに他の実施形態を示す。本実施形態のトロイダルコイル１は、１ターンコイルＣＬの各々が、トロイダル方向ＴＤに沿って互いに一定の間隔で配置されているものである。言い換えると、１ターンコイルＣＬの各々は導電体パターン３によって形成されており、導電体パターン３の各々が円周状のトロイダル方向ＴＤに沿って一定間隔配置とされている。トロイダルコイル１の中心軸ＡＸに直交するいずれの断面においても、導電体パターン３の各々が円周上に一定間隔で存在することになる。

上述の一定間隔は、トロイダルコイル１の内周側の間隔ｐ１と外周側の間隔ｐ２とで異なり（ｐ１≦ｐ２）、また、一般に、断面の位置が異なると異なる。ここで、間隔ｐ１，ｐ２は、例えば、各導電体パターン３の幅の中心位置間の距離で定義される。また、各導電体パターン３の幅の中心は、各１ターンコイルＣＬ間を接続するためのクランク状のパターンや接続端子の存在により、断面の位置が異なると異なる位置に現れることになるが、各断面における円周上の間隔は一定である。

また、図４２に加え、図４３に示すように、本実施形態のフレキシブル基板１０（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パターンである渡りパターン３ｃの部分を除いて、平面ＰＬ内に位置している。このようなフレキシブル基板１０における１つの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。

また、１ターンコイルＣＬ、従って導電体パターン３の個数は奇数個とすることもできるが、図４３に示すように、偶数個の場合、２つの１ターンコイルＣＬが平面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。さらに、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。この場合、両面あるいは複数の導電体層に形成された各導電体パターン３および１ターンコイルＣＬは、フレキシブル基板１０における各導電体層毎に、一定の間隔で配置したり、中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置したりする構成とすればよい。

上述のように、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配置したり、中心軸ＡＸを含む平面ＰＬ内に配置したりして実現される対称性を有する構造による利点を、図４４（ａ）（ｂ）、図４５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図４４（ａ）（ｂ）は、トロイダルコイル１を用いる電流計測装置１Ｂによって、電線９の電流を測定する様子を示す。電線９がトロイダルコイル１の中心位置に挿通された状態で、電線９を流れる電流によって磁界Ｈを発生し、その磁界Ｈの強度変化が、トロイダルコイル１の各１ターンコイルＣＬに電圧を誘起し、その電圧に基づいて電流が計測される。磁界Ｈは、各１ターンコイルＣＬに対して同じ態様（同じ向き）でトロイダル方向ＴＤに発生し、これにより、トロイダルコイル１の機能が発揮される。

ところで、図４５（ａ）（ｂ）に示すように、トロイダルコイル１の外部の電線９ｘによる外乱磁界Ｈｘは、例えば、電線９ｘから遠い位置Ｋ１と近い位置Ｋ２とにおいて、互いに同じ向きであり、従って、各１ターンコイルＣＬに対して逆向きに貫通する。そして、遠い位置Ｋ１における磁界は、位置Ｋ２における磁界よりも弱いが、外乱磁界Ｈｘが貫通する１ターンコイルの個数（ターン数）は位置Ｋ２におけるよりも多い。このように、外部の電線９ｘによる外乱磁界Ｈｘは、本来、トロイダルコイル１に対して、ある程度互いに相殺する性質を有するの磁界である。そこで、トロイダルコイル１に最大限の対称性を備えることにより、このような外乱磁界Ｈｘの性質を利用して、外乱磁界Ｈｘの影響を増長させないように、最小限の影響に抑制することができる。対称性を言い換えると、各１ターンコイルの巻線パターンの巻回を、図４２、図４３で示したように、均一にすることであり、これにより、外部磁界Ｈｘの影響を低減することができる。

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。また、１枚のフレキシブル基板１０でトロイダルコイル１とすることに替えて、例えば、トロイダル方向やポロイダル方向に分割した複数枚のフレキシブル基板１０を用いてトロイダルコイル１としてもよい。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を形成してもよい。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。

また、上述のコア４は、フレキシブル基板１０を内側から支持してトロイダルコイル１の対称性を確保するものに限らず、フレキシブル基板１０を外側から支持してトロイダルコイル１の対称性を確保するようにしてもよい。例えば、任意外形の非磁性体ブロックにトロイド状の空間を形成し、その空間にフレキシブル基板１０を収納して、そのトロイド状の空間の内壁に沿わせて支持させるように、外部支持体を構成してもよい。この場合、上述のケース５を、この外部支持体として用いることもできる。フレキシブル基板１０をトロイド状の空間の内壁に沿わせ方法として、例えば、フレキシブル基板１０をタイヤと見立て、その中に伸縮性のインナーチューブを挿入する方法が用いられる。そのインナーチューブを膨張させることにより、フレキシブル基板１０を内壁に押しつければよい。フレキシブル基板１０の中に、単純に詰め物や発泡材を挿入する方法としてもよい。

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
１０ フレキシブル基板
１０１ 電磁シールド用の導体
１０２ 磁気シールド用の磁性体
２ 可撓性基材
２１ 切り込み
３ 導電体パターン
３ａ 接続端子（フライングリード構造）
３ｂ 接続端子
３２ 保護樹脂
３３ 導電体層
ｘｏ，ｘ１，ｘ３，ｘ５，ｘ７，ｙｏ，ｙ１，ｙ３，ｙ５ 接続端子
ｘｅ，ｘ２，ｘ４，ｘ６，ｙｅ，ｙ２，ｙ４，ｙ６ 接続端子（フライングリード構造）
４ コア（支持用の部材）
４ａ 凹部（逃げ空間）
５ ケース
５１ 基板収納部
５２ 隔壁
６ 回路基板
９ 電線
ＡＸ 中心軸
ＣＬ １ターンコイル
ＰＬ 中心軸を含む平面
Ｓａ 平均隙間

Claims (22)

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、シート状の可撓性基材と、前記可撓性基材に支持された互いに並列する複数の導電体パターンと、を有するトロイド状とされたフレキシブル基板を備え、
   前記フレキシブル基板は、前記並列する導電体パターン間に設けられた切り込みを用いて屈曲されて平板状からトロイド状とされ、
   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有し、
   前記導電体パターンの各々は、前記屈曲によってそれぞれ１ターンコイルと成り、
   前記１ターンコイルの各々は、前記接続端子が接続されることにより複数ターンのコイルと成っており、
   前記導電体パターンは、前記フレキシブル基板を平板状に展開した状態において、前記互いに並列する導電体パターン間の平均隙間が、前記トロイダルコイルの外周側となる部分よりも内周側となる部分において広いことを特徴とするトロイダルコイル装置。
2. 前記接続端子は、前記導電体パターンが前記可撓性基材の端部から突出して成るフライングリード構造を有す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。
3. 互いに接続された前記接続端子は、樹脂によって保護され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。
4. 前記接続端子は、前記フレキシブル基板における前記トロイダルコイルの外周側となる部分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３のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
5. 前記導電体パターンは、前記可撓性基材に多層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。
6. 前記フレキシブル基板は、電磁シールド用の導電体層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
7. 前記トロイダルコイルを囲む電磁シールド用の導体を備え、前記導体が前記導電体パターンから電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
8. 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７のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
9. 前記１ターンコイルの各々は、前記トロイダルコイルのトロイダル方向に沿って互いに一定の間隔で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。
10. 前記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い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。
11. 前記接続端子は、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形状を有す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。
12. 前記フレキシブル基板をそのトロイド状の内部側から支持するトロイド状のコアを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
13. 前記コアは、２６０℃以上の温度、かつ、１０ｓｅｃ以上の時間における熱負荷に耐える耐熱材料からな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。
14. 前記コアは、その中心軸を含む平面に沿う切れ目を有し、前記切れ目によって分離可能または開閉可能とされていることを特徴とする請求項１２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。
15. 前記コアは、前記接続端子に対する接触による応力発生を回避するための逃げ空間を有することを特徴とする請求１２または請求項１４に記載のトロイダルコイル装置。
16. 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１５のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
17. 前記ケースは、前記フレキシブル基板をそのトロイド状の内部側から支持する部材に、前記接続端子の周辺における前記フレキシブル基板の外表面側から、該フレキシブル基板を押圧して固定してい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。
18. 前記ケースは、その中心軸を含む平面に沿って分割可能とされていることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のトロイダルコイル装置。
19. 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、
    前記ケースと、前記フレキシブル基板と、前記コアとは、これらの外周側から中心軸側に進入できるように開閉自在とされていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５のいずれか一項に記載のトロイダルコイル装置。
20. 前記ケースは、前記開閉の際に当該ケースに収納された前記フレキシブル基板を露出させないための隔壁を有してい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。
21. 前記ケースは、前記トロイダルコイルに、ノイズとなる磁界を発生する電線が所定距離以下に接近しないようにする構造を有することを特徴とする請求項１６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。
22. 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と、
    前記トロイダルコイルに電気的に接続された回路基板と、を備え、
    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に応じた信号を出力をする回路を有していることを特徴とする電流計測装置。

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