コモンモードノイズフィルタ
【課題】本発明は、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができることを目的とするものである。
【解決手段】本発明のコモンモードノイズフィルタは、積層方向に隣り合う第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としているものである。
【解決手段】本発明のコモンモードノイズフィルタは、積層方向に隣り合う第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用されるコモンモードノイズフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図１２に示すように、非磁性体層１ａ〜１ｃと、この非磁性体層１ａ〜１ｃの上下に形成された複数の磁性体層２と、非磁性体層１ａ〜１ｃ、磁性体層２を積層して形成された積層体３と、前記非磁性体層１ａ〜１ｃに形成されたスパイラル状の第１のコイル４、第２のコイル５とを備え、第１のコイル４の巻き方向と第２のコイル５の巻き方向が上面視にて互いに同一とした構成となっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６０５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、携帯電話などへのＵＳＢなどの様々なデジタルインターフェイスが搭載され、そのノイズ対策が望まれている。そして、例えば、携帯電話では８００ＭＨｚ帯〜２ＧＨｚ帯近傍、ＵＳＢ２．０では４８０ＭＨｚ帯と９６０ＭＨｚ帯のそれぞれ広い周波数帯域に対してコモンモードノイズ低減が望まれている。
【０００６】
しかしながら、上記した従来のコモンモードノイズフィルタにおいては、その構成素子であるインダクタの浮遊容量による自己共振により高周波領域においてコモンモードインピーダンスが低下し、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量の確保ができないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去が可能なコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体の一端部と前記第２のコイル導体の一端部とを接続し、かつ前記第３のコイル導体の一端部と前記第４のコイル導体の一端部とを接続するとともに、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部の周波数特性と前記第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としたもので、この構成によれば、第１、第２のフィルタ部間の磁気結合が弱い状態で直列接続されているため、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができ、これにより、広い周波数帯域でのコモンモードノイズの除去ができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、積層方向に隣り合う第１のコイル導体と第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体と第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部の周波数特性と第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としているため、第１、第２のコモンモードフィルタ部間の磁気結合が弱い状態で直列接続でき、これにより、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図
【図２】同コモンモードノイズフィルタの斜視図
【図３】同コモンモードノイズフィルタの他の例の分解斜視図
【図４】同コモンモードノイズフィルタの内部接続図
【図５】同コモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰特性を比較した図
【図６】２つのフィルタ部の結合係数がほとんど０とみなせる場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図７】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．５の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図８】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．６の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図９】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．９の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１０】２つのフィルタ部の結合係数が−０．５の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１１】２つのフィルタ部の結合係数が−０．９の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１２】従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図である。
【００１４】
本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、積層体１０と、この積層体１０の内部に形成された第１〜第４のコイル導体１１〜１４とを備え、前記第１のコイル導体１１の一端部１１ａと前記第２のコイル導体１２の一端部１２ａとを接続し、かつ前記第３のコイル導体１３の一端部１３ａと前記第４のコイル導体１４の一端部１４ａとを接続している。そして、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体１１と前記第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体１２と前記第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部１５の周波数特性と前記第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としたものである。
【００１５】
上記構成において、前記第１〜第４のコイル導体１１〜１４は、それぞれ銀等の導電材料を渦巻状にめっきすることにより形成されている。また、第１のコイル導体１１と第２のコイル導体１２は、第１の絶縁体層１７ａの上面に形成され、第３のコイル導体１３と第４のコイル導体１４は、第２の絶縁体層１７ｂの上面にそれぞれ形成されている。そして、第１のコイル導体１１および第３のコイル導体１３と、第２のコイル導体１２および第４のコイル導体１４とが積層方向に対向し隣り合うようにする。
【００１６】
また、第１のコイル導体１１の他端部１１ｂと第２のコイル導体１２の他端部１２ｂはそれぞれ、第３の絶縁体層１７ｃの上面に設けられた第１の引出導体１８、第２の引出導体１９と、第１の絶縁体層１７ａに形成されたビア電極２０ａ、２０ｂを介して接続される。
【００１７】
さらに、第３のコイル導体１３の他端部１３ｂと第４のコイル導体１４の他端部１４ｂはそれぞれ、第４の絶縁体層１７ｄの上面に設けられた第３の引出導体２１、第４の引出導体２２と、第４の絶縁体層１７ｄに形成されたビア電極２０ｃ、２０ｄを介して接続される。
【００１８】
なお、第３の絶縁体層１７ｃの下面、および第３の引出導体２１、第４の引出導体２２の上面に、所定枚数の第５の絶縁体層１７ｅが設けられている。
【００１９】
前記第１〜第４の絶縁体層１７ａ〜１７ｄは、下から第３の絶縁体層１７ｃ、第１の絶縁体層１７ａ、第２の絶縁体層１７ｂ、第４の絶縁体層１７ｄの順に積層され、また、第１の絶縁体層１７ａ、第２の絶縁体層１７ｂ、第４の絶縁体層１７ｄ、第５の絶縁体層１７ｅは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の磁性材料によりシート状に構成され、第３の絶縁体層１７ｃは、Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の非磁性材料によりシート状に構成されている。なお、第１〜第５の絶縁体層１７ａ〜１７ｅの枚数は、図１に示された枚数に限定されるものではない。
【００２０】
そして、第１〜第４の引出導体１８、１９、２１、２２は、それぞれ積層体１０の両端面に設けられた第１〜第４の外部電極２３ａ〜２３ｄに接続されている。この第１〜第４の外部電極２３ａ〜２３ｄは、積層体１０の端面に銀を印刷することにより形成され、またこれらの表面にめっきによってニッケルめっき層を形成するとともに、このニッケルめっき層の表面にめっきによってすずやはんだ等の低融点金属めっき層を形成する。なお、第１、第３の外部電極２３ａ、２３ｃを同一面に、第２、第４の外部電極２３ｂ、２３ｄを他の同一面に設ける。
【００２１】
また、前記ビア電極２０ａ〜２０ｄは、第１の絶縁体層１７ａ、第４の絶縁体層１７ｄの所定の箇所に、レーザで孔あけ加工をし、この孔に銀を充填して形成する。
【００２２】
ここで、第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とは上面視にて略重なっており、これにより、互いに磁気結合するように構成され、この第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで第１のフィルタ部１５が形成される。同様に、第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とは上面視にて略重なっており、これにより、互いに磁気結合するように構成され、この第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで第２のフィルタ部１６が形成される。なお、図１では、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とが互いに横方向になるように配置しているが、積層方向になるように配置してもよい。
【００２３】
さらに、上面視にて第１のコイル導体１１、第３のコイル導体１３と、第２のコイル導体１２、第４のコイル導体１４とはコイル導体の巻き方向が逆になっている。このとき、第１、第３の外部電極２３ａ、２３ｃからコモンモード電流が進入してきたとき、第１のフィルタ部１５で発生した磁束と第２のフィルタ部１６で発生した磁束が強め合うため、結合係数ｋがプラスとなる。一方、図３に示すように、上面視にて、すべての第１のコイル導体１１〜第４のコイル導体１４でコイル導体の巻き方向を同じとし、第１のフィルタ部１５で発生した磁束と第２のフィルタ部１６で発生した磁束が打ち消し合うようにした場合は、結合係数ｋがマイナスとなる。
【００２４】
図１に示した本発明のコモンモードノイズフィルタは、図４に示すように、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とが直列に接続された構成になっている。
【００２５】
さらに、第１のフィルタ部１５の巻数を、第２のフィルタ部１６の巻数より少なくし、これにより、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにしている。なお、巻数を変える他に、線間距離を変えたり、上面視したときの最外周で囲まれた面積を変えたりすることによっても、周波数特性を異なるようにすることができる。そして、図１に示すコモンモードノイズフィルタでは、第１のフィルタ部１５の巻数を、第２のフィルタ部１６の巻数より少なくしていることから、第１のフィルタ部１５の共振周波数は第２のフィルタ部１６の共振周波数より高くなっている。すなわち、第１のフィルタ部１５に対応する減衰極は第２のフィルタ部１６に対応する減衰極より高周波側となる。
【００２６】
そして、コモンモード電流が印加されたときの第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との結合係数が−０．５〜＋０．５となっている。ここで、結合係数ｋは、第１のフィルタ部１５のコモンモードでの自己インダクタンスをＬ１、第２のフィルタ部１６のコモンモードでの自己インダクタンスをＬ２、両者のコモンモードでの相互インダクタンスをＭとしたとき、ｋ2＝Ｍ2／（Ｌ１×Ｌ２）で表される。したがって、第１のフィルタ部１５、第２のフィルタ部１６の巻数や線間距離、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の位置関係を調整すること等によって、結合係数を所定の値にすることができる。
【００２７】
図５は、本発明のコモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタの減衰特性を比較した図である。
【００２８】
図５から明らかなように、本発明のコモンモードノイズフィルタは、異なる２つの周波数帯で減衰極を作り、これにより、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できることが分かる。ここで、異なる２つの周波数帯で減衰極ができるのは、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の周波数特性が異なることからそれぞれのフィルタ部の周波数特性に対応する周波数で減衰極となり、かつ第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合が弱いためである。したがって、第１〜第４のコイル導体１１〜１４の巻き数を同じにする等により、２つのフィルタ部の周波数特性を同じにすると、同じ周波数帯で減衰極を作ってしまい、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できない。
【００２９】
図６は第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋがほぼゼロの場合、図７は結合係数ｋが＋０．５の場合、図８は結合係数ｋが＋０．６の場合、図９は結合係数ｋが＋０．９の場合のコモンモード減衰特性を示しており、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合がコモンモード減衰量の周波数特性に及ぼす影響について以下説明していく。
【００３０】
ここで、図６に示された第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋがほぼゼロの状態とは、ほとんど磁気結合がなく、それぞれのフィルタ部の磁気構造が、第１のフィルタ部１５単体と第２のフィルタ部１６単体の場合とみなせる場合であり、この場合での高周波側の減衰極は、図１における第１のフィルタ部１５に対応する減衰極で、低周波側の減衰極は、図１における第２のフィルタ部１６に対応する減衰極となる。なお、図６では比較のため、第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。また、図７〜図９においても比較のために第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。
【００３１】
図６〜図９から明らかなように、結合係数が大きくなればなるほど、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間で互いに強め合う磁気結合構造が形成されるため、低周波側からコモンモードインピーダンスが大きくなってコモンモード減衰が大きく共振周波数も下がり、結合係数が＋０．９では、低周波側の減衰極が支配的となる。
【００３２】
このとき、図８に示すように結合係数ｋが＋０．６の場合は、高周波側の減衰極において、結合係数ｋがほぼ０のときのコモンモード減衰量に比べて高周波側のコモンモード減衰量が小さくなるとともに、２つの減衰極の間において第１のフィルタ部１５と共振点周波数を越えた第２のフィルタ部１６とで直列共振状態が発生するため、コモンモードインピーダンス低下に伴うコモンモード減衰量の劣化量が大きくなり、これにより、コモンモード減衰量が１０ｄＢより小さくなり、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保できず、コモンモードノイズを除去することができない。この結果、結合係数ｋは＋０．５以下にする必要がある。
【００３３】
そして、結合係数ｋが＋０．９になると、低周波側の減衰極が支配的となるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できなくなる。これは、第１、第２のフィルタ部１５、１６との間の強め合う磁気結合状態では、結合係数が１に近づくほど強磁気結合状態となり、磁気構造としては、等価的に第１、第２のフィルタ部１５、１６が１つのフィルタ部とみなせる状態に近づき、低周波側で大きなコモンモードインピーダンスをもち、そのコモンモード減衰極は単極化するようになるためである。そして、図９から明らかなように、このような強結合状態では、高周波側のコモンモード減衰量を確保できないため、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保することができない。このため、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間の結合係数ｋは＋０．５以下にする必要がある。
【００３４】
また、図６〜図９では結合係数ｋがプラスの場合を示したが、結合係数ｋがマイナスの場合を、図１０、図１１に示す。図１０は第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋが−０．５の場合、図１１は結合係数ｋが−０．９の場合を示し、ここでも比較のため、第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。
【００３５】
図１０、図１１から明らかなように、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合が互いに弱め合う場合、コモンモードに対してインダクタ成分が減少するため、低周波領域においてコモンモードインピーダンスが低くなり、これに伴いコモンモード減衰量も減少する。高周波領域においては、コモンモードインピーダンスが周波数に比例して高くなるためコモンモード減衰量を確保でき、共振周波数も高周波側へシフトしていく。結合係数ｋを小さくするにつれて、高周波側の減衰極が支配的になるが、これは第１、第２のフィルタ部１５、１６の間の弱め合う磁気結合状態では、結合係数が−１に近づくほど、磁気構造として、等価的に第１、第２のフィルタ部１５、１６が強く相殺し合った１つのコモンモードフィルタ部とみなせる状態に近づくため、低周波側ではコモンモードインピーダンスは極めて小さく、高周波側でそのコモンモード減衰極は単極化するようになる。このような第１のフィルタ１５と第２のフィルタ部１６が強く相殺する磁気結合状態では、低周波側のコモンモード減衰量を確保できないため、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保することができない。このため、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間の結合係数ｋは、−０．５以上にする必要がある。
【００３６】
以上のことから、異なる周波数特性をもつ２つのフィルタ部１５、１６を直列接続し、その結合係数ｋを−０．５≦ｋ≦＋０．５として相互にゆるく磁気結合させることで、コモンモード減衰量の周波数特性において２つの減衰極を有し広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保し、コモンモードノイズを除去できる。
【００３７】
上記したように本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、積層方向に隣り合う第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としているため、２つのフィルタ部が互いに弱い結合で接続でき、これにより、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという効果が得られるものである。
【００３８】
すなわち、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにすることで、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作り、さらに、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とを弱く結合させることにより、２つのフィルタ部が等価的に１つのコモンモードフィルタとなるような磁気構造になって減衰極の単極化になるのを防ぐとともに、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６のコイル導体の巻く方向を変える等により、結合係数を強め合うプラス側、弱め合うマイナス側に調整することで２つの減衰極の周波数及び減衰量を調整でき、この結果、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができる。
【００３９】
また、電子機器により２つの周波数帯で減衰させる必要がある場合は、２つのフィルタ部にそれぞれ対応する減衰極の周波数が、当該周波数となるように調整すれば、部品を２つ使用せずに済むため、電子機器の小型化を実現できる。
【００４０】
なお、上記した本発明の一実施の形態においては、フィルタ部を２つ直列接続したものについて説明したが、３つ以上のフィルタ部を直列接続するようにしてもよい。この場合も、各フィルタ部の周波数特性が異なるようにし、互いの結合係数も−０．５〜＋０．５とする。
【００４１】
さらに、第１〜第４のコイル導体１１〜１４それぞれにフェライト材料等による磁芯を設け、フィルタ部の結合係数調整を実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用されるコモンモードノイズフィルタ等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 積層体
１１ 第１のコイル導体
１１ａ 第１のコイル導体の一端部
１２ 第２のコイル導体
１２ａ 第２のコイル導体の一端部
１３ 第３のコイル導体
１３ａ 第３のコイル導体の一端部
１４ 第４のコイル導体
１４ａ 第４のコイル導体の一端部
１５ 第１のフィルタ部
１６ 第２のフィルタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用されるコモンモードノイズフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図１２に示すように、非磁性体層１ａ〜１ｃと、この非磁性体層１ａ〜１ｃの上下に形成された複数の磁性体層２と、非磁性体層１ａ〜１ｃ、磁性体層２を積層して形成された積層体３と、前記非磁性体層１ａ〜１ｃに形成されたスパイラル状の第１のコイル４、第２のコイル５とを備え、第１のコイル４の巻き方向と第２のコイル５の巻き方向が上面視にて互いに同一とした構成となっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６０５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、携帯電話などへのＵＳＢなどの様々なデジタルインターフェイスが搭載され、そのノイズ対策が望まれている。そして、例えば、携帯電話では８００ＭＨｚ帯〜２ＧＨｚ帯近傍、ＵＳＢ２．０では４８０ＭＨｚ帯と９６０ＭＨｚ帯のそれぞれ広い周波数帯域に対してコモンモードノイズ低減が望まれている。
【０００６】
しかしながら、上記した従来のコモンモードノイズフィルタにおいては、その構成素子であるインダクタの浮遊容量による自己共振により高周波領域においてコモンモードインピーダンスが低下し、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量の確保ができないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去が可能なコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体の一端部と前記第２のコイル導体の一端部とを接続し、かつ前記第３のコイル導体の一端部と前記第４のコイル導体の一端部とを接続するとともに、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部の周波数特性と前記第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としたもので、この構成によれば、第１、第２のフィルタ部間の磁気結合が弱い状態で直列接続されているため、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができ、これにより、広い周波数帯域でのコモンモードノイズの除去ができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、積層方向に隣り合う第１のコイル導体と第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体と第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部の周波数特性と第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としているため、第１、第２のコモンモードフィルタ部間の磁気結合が弱い状態で直列接続でき、これにより、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図
【図２】同コモンモードノイズフィルタの斜視図
【図３】同コモンモードノイズフィルタの他の例の分解斜視図
【図４】同コモンモードノイズフィルタの内部接続図
【図５】同コモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰特性を比較した図
【図６】２つのフィルタ部の結合係数がほとんど０とみなせる場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図７】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．５の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図８】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．６の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図９】２つのフィルタ部の結合係数が＋０．９の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１０】２つのフィルタ部の結合係数が−０．５の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１１】２つのフィルタ部の結合係数が−０．９の場合のコモンモード減衰特性を示す図
【図１２】従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図である。
【００１４】
本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、積層体１０と、この積層体１０の内部に形成された第１〜第４のコイル導体１１〜１４とを備え、前記第１のコイル導体１１の一端部１１ａと前記第２のコイル導体１２の一端部１２ａとを接続し、かつ前記第３のコイル導体１３の一端部１３ａと前記第４のコイル導体１４の一端部１４ａとを接続している。そして、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体１１と前記第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体１２と前記第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部１５の周波数特性と前記第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としたものである。
【００１５】
上記構成において、前記第１〜第４のコイル導体１１〜１４は、それぞれ銀等の導電材料を渦巻状にめっきすることにより形成されている。また、第１のコイル導体１１と第２のコイル導体１２は、第１の絶縁体層１７ａの上面に形成され、第３のコイル導体１３と第４のコイル導体１４は、第２の絶縁体層１７ｂの上面にそれぞれ形成されている。そして、第１のコイル導体１１および第３のコイル導体１３と、第２のコイル導体１２および第４のコイル導体１４とが積層方向に対向し隣り合うようにする。
【００１６】
また、第１のコイル導体１１の他端部１１ｂと第２のコイル導体１２の他端部１２ｂはそれぞれ、第３の絶縁体層１７ｃの上面に設けられた第１の引出導体１８、第２の引出導体１９と、第１の絶縁体層１７ａに形成されたビア電極２０ａ、２０ｂを介して接続される。
【００１７】
さらに、第３のコイル導体１３の他端部１３ｂと第４のコイル導体１４の他端部１４ｂはそれぞれ、第４の絶縁体層１７ｄの上面に設けられた第３の引出導体２１、第４の引出導体２２と、第４の絶縁体層１７ｄに形成されたビア電極２０ｃ、２０ｄを介して接続される。
【００１８】
なお、第３の絶縁体層１７ｃの下面、および第３の引出導体２１、第４の引出導体２２の上面に、所定枚数の第５の絶縁体層１７ｅが設けられている。
【００１９】
前記第１〜第４の絶縁体層１７ａ〜１７ｄは、下から第３の絶縁体層１７ｃ、第１の絶縁体層１７ａ、第２の絶縁体層１７ｂ、第４の絶縁体層１７ｄの順に積層され、また、第１の絶縁体層１７ａ、第２の絶縁体層１７ｂ、第４の絶縁体層１７ｄ、第５の絶縁体層１７ｅは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の磁性材料によりシート状に構成され、第３の絶縁体層１７ｃは、Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の非磁性材料によりシート状に構成されている。なお、第１〜第５の絶縁体層１７ａ〜１７ｅの枚数は、図１に示された枚数に限定されるものではない。
【００２０】
そして、第１〜第４の引出導体１８、１９、２１、２２は、それぞれ積層体１０の両端面に設けられた第１〜第４の外部電極２３ａ〜２３ｄに接続されている。この第１〜第４の外部電極２３ａ〜２３ｄは、積層体１０の端面に銀を印刷することにより形成され、またこれらの表面にめっきによってニッケルめっき層を形成するとともに、このニッケルめっき層の表面にめっきによってすずやはんだ等の低融点金属めっき層を形成する。なお、第１、第３の外部電極２３ａ、２３ｃを同一面に、第２、第４の外部電極２３ｂ、２３ｄを他の同一面に設ける。
【００２１】
また、前記ビア電極２０ａ〜２０ｄは、第１の絶縁体層１７ａ、第４の絶縁体層１７ｄの所定の箇所に、レーザで孔あけ加工をし、この孔に銀を充填して形成する。
【００２２】
ここで、第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とは上面視にて略重なっており、これにより、互いに磁気結合するように構成され、この第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで第１のフィルタ部１５が形成される。同様に、第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とは上面視にて略重なっており、これにより、互いに磁気結合するように構成され、この第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで第２のフィルタ部１６が形成される。なお、図１では、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とが互いに横方向になるように配置しているが、積層方向になるように配置してもよい。
【００２３】
さらに、上面視にて第１のコイル導体１１、第３のコイル導体１３と、第２のコイル導体１２、第４のコイル導体１４とはコイル導体の巻き方向が逆になっている。このとき、第１、第３の外部電極２３ａ、２３ｃからコモンモード電流が進入してきたとき、第１のフィルタ部１５で発生した磁束と第２のフィルタ部１６で発生した磁束が強め合うため、結合係数ｋがプラスとなる。一方、図３に示すように、上面視にて、すべての第１のコイル導体１１〜第４のコイル導体１４でコイル導体の巻き方向を同じとし、第１のフィルタ部１５で発生した磁束と第２のフィルタ部１６で発生した磁束が打ち消し合うようにした場合は、結合係数ｋがマイナスとなる。
【００２４】
図１に示した本発明のコモンモードノイズフィルタは、図４に示すように、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とが直列に接続された構成になっている。
【００２５】
さらに、第１のフィルタ部１５の巻数を、第２のフィルタ部１６の巻数より少なくし、これにより、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにしている。なお、巻数を変える他に、線間距離を変えたり、上面視したときの最外周で囲まれた面積を変えたりすることによっても、周波数特性を異なるようにすることができる。そして、図１に示すコモンモードノイズフィルタでは、第１のフィルタ部１５の巻数を、第２のフィルタ部１６の巻数より少なくしていることから、第１のフィルタ部１５の共振周波数は第２のフィルタ部１６の共振周波数より高くなっている。すなわち、第１のフィルタ部１５に対応する減衰極は第２のフィルタ部１６に対応する減衰極より高周波側となる。
【００２６】
そして、コモンモード電流が印加されたときの第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との結合係数が−０．５〜＋０．５となっている。ここで、結合係数ｋは、第１のフィルタ部１５のコモンモードでの自己インダクタンスをＬ１、第２のフィルタ部１６のコモンモードでの自己インダクタンスをＬ２、両者のコモンモードでの相互インダクタンスをＭとしたとき、ｋ2＝Ｍ2／（Ｌ１×Ｌ２）で表される。したがって、第１のフィルタ部１５、第２のフィルタ部１６の巻数や線間距離、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の位置関係を調整すること等によって、結合係数を所定の値にすることができる。
【００２７】
図５は、本発明のコモンモードノイズフィルタと従来のコモンモードノイズフィルタの減衰特性を比較した図である。
【００２８】
図５から明らかなように、本発明のコモンモードノイズフィルタは、異なる２つの周波数帯で減衰極を作り、これにより、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できることが分かる。ここで、異なる２つの周波数帯で減衰極ができるのは、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の周波数特性が異なることからそれぞれのフィルタ部の周波数特性に対応する周波数で減衰極となり、かつ第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合が弱いためである。したがって、第１〜第４のコイル導体１１〜１４の巻き数を同じにする等により、２つのフィルタ部の周波数特性を同じにすると、同じ周波数帯で減衰極を作ってしまい、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できない。
【００２９】
図６は第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋがほぼゼロの場合、図７は結合係数ｋが＋０．５の場合、図８は結合係数ｋが＋０．６の場合、図９は結合係数ｋが＋０．９の場合のコモンモード減衰特性を示しており、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合がコモンモード減衰量の周波数特性に及ぼす影響について以下説明していく。
【００３０】
ここで、図６に示された第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋがほぼゼロの状態とは、ほとんど磁気結合がなく、それぞれのフィルタ部の磁気構造が、第１のフィルタ部１５単体と第２のフィルタ部１６単体の場合とみなせる場合であり、この場合での高周波側の減衰極は、図１における第１のフィルタ部１５に対応する減衰極で、低周波側の減衰極は、図１における第２のフィルタ部１６に対応する減衰極となる。なお、図６では比較のため、第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。また、図７〜図９においても比較のために第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。
【００３１】
図６〜図９から明らかなように、結合係数が大きくなればなるほど、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間で互いに強め合う磁気結合構造が形成されるため、低周波側からコモンモードインピーダンスが大きくなってコモンモード減衰が大きく共振周波数も下がり、結合係数が＋０．９では、低周波側の減衰極が支配的となる。
【００３２】
このとき、図８に示すように結合係数ｋが＋０．６の場合は、高周波側の減衰極において、結合係数ｋがほぼ０のときのコモンモード減衰量に比べて高周波側のコモンモード減衰量が小さくなるとともに、２つの減衰極の間において第１のフィルタ部１５と共振点周波数を越えた第２のフィルタ部１６とで直列共振状態が発生するため、コモンモードインピーダンス低下に伴うコモンモード減衰量の劣化量が大きくなり、これにより、コモンモード減衰量が１０ｄＢより小さくなり、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保できず、コモンモードノイズを除去することができない。この結果、結合係数ｋは＋０．５以下にする必要がある。
【００３３】
そして、結合係数ｋが＋０．９になると、低周波側の減衰極が支配的となるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズを除去できなくなる。これは、第１、第２のフィルタ部１５、１６との間の強め合う磁気結合状態では、結合係数が１に近づくほど強磁気結合状態となり、磁気構造としては、等価的に第１、第２のフィルタ部１５、１６が１つのフィルタ部とみなせる状態に近づき、低周波側で大きなコモンモードインピーダンスをもち、そのコモンモード減衰極は単極化するようになるためである。そして、図９から明らかなように、このような強結合状態では、高周波側のコモンモード減衰量を確保できないため、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保することができない。このため、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間の結合係数ｋは＋０．５以下にする必要がある。
【００３４】
また、図６〜図９では結合係数ｋがプラスの場合を示したが、結合係数ｋがマイナスの場合を、図１０、図１１に示す。図１０は第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数ｋが−０．５の場合、図１１は結合係数ｋが−０．９の場合を示し、ここでも比較のため、第１のフィルタ部１５のみ、第２のフィルタ部１６のみのコモンモード減衰特性も示す。
【００３５】
図１０、図１１から明らかなように、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の間の磁気結合が互いに弱め合う場合、コモンモードに対してインダクタ成分が減少するため、低周波領域においてコモンモードインピーダンスが低くなり、これに伴いコモンモード減衰量も減少する。高周波領域においては、コモンモードインピーダンスが周波数に比例して高くなるためコモンモード減衰量を確保でき、共振周波数も高周波側へシフトしていく。結合係数ｋを小さくするにつれて、高周波側の減衰極が支配的になるが、これは第１、第２のフィルタ部１５、１６の間の弱め合う磁気結合状態では、結合係数が−１に近づくほど、磁気構造として、等価的に第１、第２のフィルタ部１５、１６が強く相殺し合った１つのコモンモードフィルタ部とみなせる状態に近づくため、低周波側ではコモンモードインピーダンスは極めて小さく、高周波側でそのコモンモード減衰極は単極化するようになる。このような第１のフィルタ１５と第２のフィルタ部１６が強く相殺する磁気結合状態では、低周波側のコモンモード減衰量を確保できないため、広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保することができない。このため、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６との間の結合係数ｋは、−０．５以上にする必要がある。
【００３６】
以上のことから、異なる周波数特性をもつ２つのフィルタ部１５、１６を直列接続し、その結合係数ｋを−０．５≦ｋ≦＋０．５として相互にゆるく磁気結合させることで、コモンモード減衰量の周波数特性において２つの減衰極を有し広い周波数帯域でのコモンモード減衰量を確保し、コモンモードノイズを除去できる。
【００３７】
上記したように本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、積層方向に隣り合う第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで磁気結合する第１のフィルタ部１５を構成し、かつ積層方向に隣り合う第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで磁気結合する第２のフィルタ部１６を構成するようにし、さらに、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにし、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６の結合係数を−０．５〜＋０．５としているため、２つのフィルタ部が互いに弱い結合で接続でき、これにより、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作ることができるため、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという効果が得られるものである。
【００３８】
すなわち、第１のフィルタ部１５の周波数特性と第２のフィルタ部１６の周波数特性を異なるようにすることで、コモンモード減衰特性において異なる２つの周波数帯で減衰極を作り、さらに、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６とを弱く結合させることにより、２つのフィルタ部が等価的に１つのコモンモードフィルタとなるような磁気構造になって減衰極の単極化になるのを防ぐとともに、第１のフィルタ部１５と第２のフィルタ部１６のコイル導体の巻く方向を変える等により、結合係数を強め合うプラス側、弱め合うマイナス側に調整することで２つの減衰極の周波数及び減衰量を調整でき、この結果、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができる。
【００３９】
また、電子機器により２つの周波数帯で減衰させる必要がある場合は、２つのフィルタ部にそれぞれ対応する減衰極の周波数が、当該周波数となるように調整すれば、部品を２つ使用せずに済むため、電子機器の小型化を実現できる。
【００４０】
なお、上記した本発明の一実施の形態においては、フィルタ部を２つ直列接続したものについて説明したが、３つ以上のフィルタ部を直列接続するようにしてもよい。この場合も、各フィルタ部の周波数特性が異なるようにし、互いの結合係数も−０．５〜＋０．５とする。
【００４１】
さらに、第１〜第４のコイル導体１１〜１４それぞれにフェライト材料等による磁芯を設け、フィルタ部の結合係数調整を実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、広い周波数帯域のコモンモードノイズの除去ができるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用されるコモンモードノイズフィルタ等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 積層体
１１ 第１のコイル導体
１１ａ 第１のコイル導体の一端部
１２ 第２のコイル導体
１２ａ 第２のコイル導体の一端部
１３ 第３のコイル導体
１３ａ 第３のコイル導体の一端部
１４ 第４のコイル導体
１４ａ 第４のコイル導体の一端部
１５ 第１のフィルタ部
１６ 第２のフィルタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体の一端部と前記第２のコイル導体の一端部とを接続し、かつ前記第３のコイル導体の一端部と前記第４のコイル導体の一端部とを接続するとともに、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部の周波数特性と前記第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としたコモンモードノイズフィルタ。
【請求項１】
積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体とを備え、前記第１のコイル導体の一端部と前記第２のコイル導体の一端部とを接続し、かつ前記第３のコイル導体の一端部と前記第４のコイル導体の一端部とを接続するとともに、積層方向に隣り合う前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とで磁気結合する第１のフィルタ部を構成し、かつ積層方向に隣り合う前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とで磁気結合する第２のフィルタ部を構成するようにし、さらに、前記第１のフィルタ部の周波数特性と前記第２のフィルタ部の周波数特性を異なるようにし、前記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の結合係数を−０．５〜＋０．５としたコモンモードノイズフィルタ。
【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２０１２−１９５３３２（Ｐ２０１２−１９５３３２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６１３０（Ｐ２０１１−５６１３０）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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