ネットワーク機器および通信モジュール
【課題】ネットワーク機器に含まれるパルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制可能にするための構成を提供する。
【解決手段】パルストランス１２Ａは、信号を伝送するための回路基板２０において、回路基板２０の信号を伝送するための経路に設けられる。シールド部材１５は、ノイズ用配線パターン１６を通るノイズ電流によって生じたノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防止するために、回路基板２０に実装される。シールド部材１５は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸Ａを中心軸とする同心円３０と交わる、少なくとも１つのパルストランスの部分（上面２６および側面２７）の表面部分を覆う。
【解決手段】パルストランス１２Ａは、信号を伝送するための回路基板２０において、回路基板２０の信号を伝送するための経路に設けられる。シールド部材１５は、ノイズ用配線パターン１６を通るノイズ電流によって生じたノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防止するために、回路基板２０に実装される。シールド部材１５は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸Ａを中心軸とする同心円３０と交わる、少なくとも１つのパルストランスの部分（上面２６および側面２７）の表面部分を覆う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はネットワーク機器に関し、特に、ネットワーク機器および通信モジュールに用いられるパルストランスのノイズ対策のための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に代表されるネットワークシステムは、ハブ（ＨＵＢ）などの各種のネットワーク機器によって構築される。このようなネットワーク機器においては、通信の信頼性のためにノイズ対策が要求される。
【０００３】
たとえば特許文献１（特開平９−１１６５１０号公報）は、形状の小型化およびクロストークの低減を目的としたインターフェイスモジュールを開示する。このインターフェイスモジュールは、受信部および送信部を備える。受信部および送信部の各々は、ローパスフィルタと、パルストランスと、チョークトランスとで構成される。ローパスフィルタは高調波成分（ノーマルモードのノイズ）を除去するためのものであり、チョークトランスはコモンモードノイズを除去するためのものである。さらに、受信部および送信部の間にはシールド板が配置される。
【０００４】
上記のネットワーク機器は、一般にパルストランスを内蔵している。たとえば特許文献２（特開昭６１−１２９８０６号公報）は、パルストランスでは抑制できない輻射ノイズをシールドによって抑制することを目的としたパルストランスの構造を開示する。このパルストランスは、所定の間隔で電気的に絶縁されて互いに対向するように設けられた第１および第２のシールド板と、該シールド板の所定位置にこれを貫通するように配された所定形状のコア部材と、該コア部材の対向する部分に上記第１および第２のシールド板側にそれぞれ位置するように巻回された複数個の巻線と、上記第２のシールド板の部分を包囲するように設けられたシールド部材とを備える。上記第１のシールド板は、機器のケースに接続され、上記第２のシールド板は、上記巻線の一方に内部導体が接続された伝送ケーブルの外部導体に、上記シールド部材を介して接続される。信号源にはノイズが含まれているので、パルストランスをシールドすることによってケーブルからのノイズ輻射が抑制される。
【０００５】
また、たとえば特許文献３（特開２００２−２７０４３０号公報）は、パルストランスの構造を開示する。特許文献３によれば、円環状の鉄心の中心に直線状導体を貫いて一次巻線を構成する。その直線状導体の周囲に複数の静電遮蔽導体が配置される。複数の静電遮蔽導体を２つの群に分けるとともに、一方の群から接地への引き出し配線を、他方の群から接地への引き出し配線とは逆向きに配置する。なお、特許文献３に開示されたパルストランスは、高電圧パルス発生器等に用いられる直流高圧スイッチのゲートを駆動するための用途に用いられる。
【０００６】
また、ノイズ対策の別の例として、たとえば特許文献４（特開２００４−３５６０７０号公報）は、放電灯のノイズ対策のための構造を開示する。具体的には、放電灯ソケットの一部がシールドカバーによって覆われる。
【０００７】
また、たとえば特許文献５（特開昭６３−２５０１９９号公報）は、トランスが実装された回路基板におけるノイズ対策の方式を開示する。具体的には、ノイズ源となるトランスの周辺部に対応する基板表面の領域に、１回転以上の短絡又は低抵抗系ループを描くパターンが形成される。これによりリーケージインダクタンスがダンピングされるので、ノイズを軽減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１６５１０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２９８０６号公報
【特許文献３】特開２００２−２７０４３０号公報
【特許文献４】特開２００４−３５６０７０号公報
【特許文献５】特開昭６３−２５０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来の技術によれば、ノイズを遮蔽するための方法としては、たとえば回路基板全体をシールド板により覆う方法、あるいは、コモンモードチョークコイル、トランスあるいはコンデンサなどといった電子部品による方法などがある。しかし、回路全体をシールド板で覆う方法の場合は、大面積のシールド板が必要となる。このためにシールド板のコストが高くなる。さらに、シールド板で回路基板全体を覆う方法は、回路基板の内部にノイズ源が存在する場合、あるいは、回路にノイズが一旦進入した場合などにおいては、ノイズ防止の効果を発揮することができない。一方、シールド板を用いずにコモンモードチョークコイル、トランスあるいはコンデンサなどの電子部品のみによってノイズ対策を行なった場合には、ノイズ耐量を大きくすることが難しい。
【００１０】
また、パルストランスの製造上の理由によって、パルストランスごとにノイズ特性がばらつく可能性がある。たとえばコアに導線を巻く際に生じる巻線の形状の違い、あるいはケース（パッケージ）にパルストランスを収納する際に生じるコアの向きの違いなどによって、ノイズ特性が相違する可能性がある。上記の特許文献には、このようなノイズ特性の違いが生じる可能性は何ら開示されていない。
【００１１】
さらに、近年では、スイッチングハブなどといったＬＡＮケーブルに接続されるネットワーク機器は、当該機器に接続されたＬＡＮケーブルが、ストレートケーブルおよびクロスケーブルのいずれであるかを自動的に認識する機能（ＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘと呼ばれる）を有している。このタイプの機器では、接続されるＬＡＮケーブルによって、送信回路と受信回路とが相互に入れ替わる。このように機器に接続されたＬＡＮケーブルの種類によって送信回路と受信回路とが相互に入れ替わる構成では、信号の伝送方向も入れ替わる。電子部品のみによるノイズ対策は、多くの場合、信号の伝送方向が固定されていることを前提としているので、ノイズ対策が不十分となる可能性がある。
【００１２】
このように、従来の技術によれば、ネットワーク機器または通信モジュールに用いられるパルストランスに進入するノイズを低コストで、かつ効果的に抑制することが難しいという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、ネットワーク機器に含まれるパルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制可能にするための構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ある局面では、通信ネットワーク上に設けられるとともに通信ケーブルを介して信号を伝送するネットワーク機器であって、信号を伝送するための回路基板と、回路基板の信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、ノイズ電流によって生じたノイズが少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備える。シールド部材は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う。
【００１５】
好ましくは、少なくとも１つのパルストランスは、通信ケーブルを介してネットワーク機器により受信された信号を通過させるための第１のパルストランスと、ネットワーク機器から通信ケーブルへ送信される信号を通過させるための第２のパルストランスとを含む。
【００１６】
好ましくは、回路基板は、ネットワーク機器に進入したノイズ電流を通すための配線パターンを有する。第１および第２のパルストランスは、回路基板に実装されたパッケージの内部に収容される。シールド部材は、パッケージの上面と、配線パターンに対向するパッケージの側面とを覆う。
【００１７】
好ましくは、シールド部材は、固定された電位を有するノードに電気的に接続される。
好ましくは、シールド部材は、電気的に浮遊された状態で回路基板に実装される。
【００１８】
本発明は、他の局面では、通信ケーブルを介して信号を伝送する通信モジュールであって、信号を伝送するための回路基板と、回路基板に実装されるとともに信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、ノイズ電流によって生じたノイズが少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備える。シールド部材は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るネットワーク機器を含むネットワークシステムの１つの構成例を示した図である。
【図２】図１に示したネットワーク機器の主要部の機能ブロック図である。
【図３】図２に示したパルストランス１２Ａ，１２Ｂを説明するための回路図である。
【図４】パルストランスおよびシールド部材が実装された回路基板の模式図である。
【図５】図４に示したパルストランス１２Ａの内部のコアの配置の一例を説明した図である。
【図６】シールド部材の配置を説明するための模式図である。
【図７】シールド部材の配置の他の形態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るネットワーク機器を含むネットワークシステムの１つの構成例を示した図である。図１を参照して、ネットワークシステム１００は、工場において図示しない各種の機械装置を駆動および制御するためのシステムとして用いられる。
【００２３】
この実施の形態では、ネットワークシステム１００は、産業用のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）プロトコルに準拠したシステムとして構築される。ネットワークシステム１００は、コントローラ１と、ネットワーク機器２．１，２．２と、入出力機器３．１〜３．ｎと、サーボドライバ４．１，４．２と、サーボモータ５とを備える。
【００２４】
ネットワーク機器２．１，２．２の各々は、たとえばリモートＩ／Ｏである。ネットワーク機器２．１，２．２の各々には、コントローラ１によって制御される入出力機器（たとえば、センサ、アクチュエータなど）が接続される。たとえばネットワーク機器２．１には、入出力機器３．１，３．２，・・・，３．ｎが接続される。なお、ネットワーク機器２．１，２．２の各々に接続される入出力機器の台数は特に限定されるものではない。また、サーボドライバ４．１，４．２の各々には、サーボモータ５が接続される。
【００２５】
コントローラ１、ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２は、通信ケーブルによってデイジーチェーン接続される。このシステムにおいて、コントローラ１はマスターであり、他の機器はスレーブである。マスターとスレーブ間の伝送効率向上のため、上記プロトコルでは、一筆書きの様にデータフレームを流す送受信方式を採用している。すなわち、コントローラ１から送信されたデータフレームは、ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２をこの順に流れるとともに、サーボドライバ４．２からサーボドライバ４．１、ネットワーク機器２．２，２．１の順に流れてコントローラ１に戻る。
【００２６】
スレーブであるネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２の各々は、フレームの通過時に自分宛のデータを読み込んだりあるいはデータを書き込んだりして、次のスレーブにフレームデータを転送する。これにより、高速にフレームを通過させる仕組みを構築できる。高速にデータを循環することによって遅延を最小限とすることができる。さらに、上記スレーブ（ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２）の各々は、センサ等の入出力機器およびサーボドライバに対するデータ、指令などの入出力タイミングを同期させるための機能を有する。これにより複数のサーボモータを同期運転させることが可能となる。
【００２７】
このような形態のネットワークにおいて、各種の理由により、通信ケーブルを伝送する信号がノイズの影響を受ける可能性がある。フレームデータはその信号を介して伝送される。したがって、あるネットワーク機器に、ノイズの影響を受けた信号が入力した場合、そのネットワーク機器では、自分宛の正常なデータを受信できないなどといった、データ受信が失敗する現象が生じる可能性がある。
【００２８】
しかしながら、本発明の実施の形態に係るネットワークでは、高速にデータを循環する仕組みを採用している。したがって、データ受信に失敗したスレーブが、当該データの再送をマスターに要求した場合、伝送の大幅な遅延が発生する可能性がある。このような場合には、センサ等の入出力機器およびサーボドライバの動作のタイミングを揃えることが難しくなる。
【００２９】
スレーブが自己宛のデータの受信に失敗した場合の他の対策として、次に送られたフレームから自己宛のデータを受信するといった方法も考えられる。しかし、フレームに含まれるデータは入出力機器あるいはサーボドライバの制御に関するデータであるので、一旦データが破棄されると、入出力機器およびサーボドライバの動作のタイミングを揃えることが難しくなる。
【００３０】
本発明の実施の形態によれば、上記のように、データの再送が許されず、したがって機器へのノイズ進入および機器内部でのノイズの発生を防止することが要求される環境にも好適に使用可能なネットワーク機器を実現できる。本発明の実施の形態に係るネットワーク機器について、以下詳細に説明する。
【００３１】
図２は、図１に示したネットワーク機器の主要部の機能ブロック図である。図２を参照して、ネットワーク機器２は、図１に示したネットワーク機器２．１〜２．３の各々に対応する。ネットワーク機器２は、コネクタ１１Ａ，１１Ｂと、パルストランス１２Ａ，１２Ｂと、ＰＨＹデバイス１３Ａ，１３Ｂと、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１４とを備える。
【００３２】
コネクタ１１Ａ，１１Ｂには、ケーブルＣ１およびＣ２がそれぞれ接続される。上記のように、本発明の実施の形態に係るシステムでは、マスター（コントローラ１）および複数のスレーブ（ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２）の間でデータが循環される。このため、コネクタ１１Ａ，１１Ｂの各々では受信データの入力および送信データの出力が行なわれる。すなわち、パルストランス１２Ａ，１２Ｂの各々では、受信時および送信時において、データ（信号）の伝送方向が切り換わる。
【００３３】
図３は、図２に示したパルストランス１２Ａ，１２Ｂを説明するための回路図である。図３を参照して、ネットワーク機器２は、筐体１０および筐体１０の内部に収容された通信モジュールＭを備える。通信モジュールＭは、回路基板２０を備えるとともに、その回路基板２０に実装されるコネクタ１１Ａ，１１Ｂと、パルストランス１２Ａ，１２Ｂと、ＰＨＹデバイス１３Ａ，１３Ｂと、ＡＳＩＣ１４と（図２参照）を備える。ただし、図３では、上記の通信モジュールＭの構成要素のうちのパルストランス１２Ａを示す。
【００３４】
パルストランス１２Ａは、複数のトランスをモジュールとして一体化したものである。具体的には、パルストランス１２Ａは、トランス２１，２２およびコモンモードチョークコイル２３，２４を備える。トランス２１，２２およびコモンモードチョークコイル２３，２４の各々は、磁性体のコアおよび当該コアに巻回される２つの巻線を備える。なお、パルストランス１２Ａ，１２Ｂの構成は互いに同じである。このためパルストランス１２Ｂの構成に関する詳細な説明は以後繰り返さない。
【００３５】
トランス２１，２２はパルストランスとして機能する。トランス２１およびコモンモードチョークコイル２３は、ネットワーク機器２がケーブルを介して信号を受信するための受信経路に設けられる。トランス２２およびコモンモードチョークコイル２４は、ネットワーク機器２から信号をケーブルへと送信するための送信経路に設けられる。ただし、本発明の実施の形態に係るネットワーク機器においては、上記のように受信経路および送信経路が固定されるものと限定されず、たとえば、ＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ機能を備えていてもよい。すなわち、ネットワーク機器２は接続されるＬＡＮケーブルの種類によって、送信経路と受信経路とが相互に入れ替わる構成を有していてもよい。
【００３６】
回路基板２０には、上記の構成要素に加えて各種の配線パターンが形成される。具体的には、ケーブルを通じてネットワーク機器２の内部に進入したノイズ電流を通すためのノイズ用配線パターン１６が回路基板２０に形成される。このノイズ用配線パターン１６は、コネクタ１１Ａ（１１Ｂ）と接続されるとともに、たとえば図示しないコンデンサを介して回路基板２０のグランドパターンに接続される。また、たとえば、ノイズ用配線パターン１６は、コネクタ１１Ａ（１１Ｂ）と接続されるとともにフレームグランドパターンに接続されてもよい。
【００３７】
さらに、電位が固定されたラインとして０Ｖライン１７および電源ライン１８が回路基板２０に形成される。上記ＰＨＹデバイスおよびＡＳＩＣ等の半導体集積回路は電源ライン１８から供給される電源電圧によって動作する。
【００３８】
電源電圧は特に限定されるものではない。電源電圧が異なる複数のデバイスが回路基板２０に実装される場合には、各デバイスに応じた電源電圧を提供するための回路（たとえばＤＣ／ＤＣコンバータなど）が回路基板２０に実装されてもよい。
【００３９】
ノイズ用配線パターン１６にノイズ電流が流れることによって、パルストランス１２Ａ，１２Ｂに直接的にノイズ電流が入力することを防ぐことができる。ただし、パルストランス１２Ａ，１２Ｂを伝送する信号は、そのノイズ電流により生じるノイズ（電磁ノイズ）の影響を受ける可能性がある。特に、ネットワーク機器の小型化の観点から、回路基板２０の面積を縮小した場合、ノイズ用配線パターン１６とパルストランス１２Ａ（１２）との間の距離が短くなることが起こりうる。
【００４０】
このため本発明の実施の形態ではパルストランス１２Ａ（１２Ｂ）をノイズから保護するためのシールド部材１５を設ける。上記のように、本発明の実施の形態では、パルストランス１２Ａ（１２Ｂ）を通過する信号の伝送方向が切り換わる。電子部品のみによるノイズ対策は、多くの場合、信号の伝送方向が固定されていることを前提としているので、ノイズ対策が不十分となる可能性がある。シールド部材１５を設けることにより、このような信号の伝送方向が切り換わる構成においても、パルストランス１２Ａ（１２Ｂ）へのノイズの進入を効果的に抑制することができる。
【００４１】
１つの形態としてシールド部材１５は、固定電位を有する配線パターン（ライン）に接続される。図３では、シールド部材１５が０Ｖライン１７に接続された形態を示す。ただしシールド部材１５は電源ライン１８に接続されてもよい。また、シールド部材１５は筐体１０に接続されてもよい。すなわち、シールド部材１５は、フレームグランド（ＦＧ）に接続されてもよい。
【００４２】
また、シールド部材１５は、上記の０Ｖライン１７、電源ライン１８および筐体１０のいずれにも電気的に接続されていなくともよい。すなわちシールド部材１５は電気的に浮遊した状態であってもよい。
【００４３】
図４は、パルストランスおよびシールド部材が実装された回路基板の模式図である。図４（Ａ）は、パルストランスおよびシールド部材が実装された状態を示した図である。図４（Ｂ）は、シールド部材を取り外した状態を示した図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、回路基板２０の表面に、コネクタ１１Ａ，パルストランス１２Ａ、およびＰＨＹデバイス１３Ａ等が実装される。なお、パルストランスとシールド部材との間の配置の関係を判りやすく示すために、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、コネクタ１１Ｂ，パルストランス１２Ｂは示されていない。ただしパルストランス１２Ｂのシールド構造は以下に説明する構造と同じである。したがって、パルストランス１２Ｂのシールド構造については以後の詳細な説明を繰り返さない。
【００４４】
回路基板２０の表面には、ノイズ電流を流すためのノイズ用配線パターン１６が形成される。ノイズ用配線パターン１６は、パルストランス１２Ａの実装面と同じ面に形成される。ただし、パルストランス１２Ａが実装された面と反対側の回路基板２０の表面に、ノイズ用配線パターンを形成してもよい。この配線パターンは、ノイズ用配線パターン１６に代わり形成されてもよいし、ノイズ用配線パターン１６に追加して形成されてもよい。
【００４５】
シールド部材１５は、パルストランス１２Ａの上面および２つの側面を覆うように設けられる。パルストランス１２Ａの２つの側面とは互いに反対側に位置する側面である。２つの側面の一方は、ノイズ用配線パターン１６と対向する。
【００４６】
本発明の実施の形態によれば、回路基板２０全体ではなく、回路基板２０に実装された部品（通信モジュールの構成要素）であるパルストランス１２Ａをシールド部材１５で覆う。これによって、シールド部材の面積を小さくすることができるので、シールド部材のコストを低減できる。シールド部材のコストを低減することにより、通信モジュールのコストを低減できるので、結果としてネットワーク機器のコストを低減できる。
【００４７】
シールド部材１５は、パルストランス１２Ａの少なくとも一部を覆うように設けられていればよく、図４に示されるように上面および２つの側面を覆うように限定されるものではない。本発明の実施の形態では、ノイズを効果的に遮蔽する位置にシールド部材１５を設けることによって、シールド部材１５の面積を小さくすることができる。これにより、シールド部材のコストの上昇を抑制しつつ効果的にパルストランスへのノイズの進入を効果的に抑制することができる。シールド部材１５の好適な配置については後に詳細に説明する。
【００４８】
図５は、図４に示したパルストランス１２Ａの内部のコアの配置の一例を説明した図である。図５（Ａ）は、正面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。図５（Ｂ）は、上面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。図５（Ｃ）は、側面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。ただしコアの配置を説明するため図５（Ａ）〜図５（Ｃ）ではコアのみが示されている（以後に説明する図においても同様）。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して、コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａは、それぞれ、トランス（パルストランス）２１，２２、コモンモードチョークコイル２３，２４のコアに対応する。コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ（トランス２１，２２、コモンモードチョークコイル２３，２４）はパッケージ２５の内部に収容される。
【００４９】
コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの形状は円環状である。中心軸Ａ１，Ａ２は、それぞれコア２１Ａ，２２Ａの中心軸を示す。中心軸Ａ３は、コア２３Ａ，２４Ａの中心軸を示す。コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを平面視した場合に中心軸Ａ１，Ａ２が中心軸Ａ３と交わるようにコア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが配置される。
【００５０】
なお、図５はコアの配置の例を示すものであるので、図５に示したようにコアが配置されるものと限定されない。たとえばコア２３Ａ，２４Ａは同軸上に配置されると限定される必要はない。また、パルストランスのコアおよびコモンモードチョークコイルのコアの配置は図５に示すように限定されるものではない。たとえばコア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの中心軸が同じ方向を向くように、コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを配置してもよい。また、パルストランス１２Ａ内部の構成（回路）も図３に示した回路に限定されるものではない。
【００５１】
図６は、シールド部材の配置を説明するための模式図である。図６（Ａ）は、回路基板２０の主表面を示した模式図である。図６（Ｂ）は、ノイズ用配線パターン１６に沿った方向からパルストランス１２Ａおよびシールド部材１５を見た図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、ノイズ用配線パターン１６は、ある方向（Ｙ方向とする）に沿った直線状に形成される。本発明の実施の形態では、ノイズ電流の流れる方向（すなわちＹ方向）に沿う軸Ａを中心軸とする同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うように、シールド部材１５が配置される。したがって、シールド部材１５は、少なくとも、ノイズ用配線パターン１６と対向するパルストランス１２Ａの側面２７、および、パルストランス１２Ａの上面２６を覆うように配置される。なお、本明細書では、「同心円３０と交わる」とは、同心円３０によって定義される平面、およびその平面に平行な平面がパルストランス１２Ａの表面部分と接する場合を除くものとする。
【００５２】
パルストランス１２Ａの上面２６は、複数のトランスが収容されたパッケージ２５（図５参照）の上面に対応する。同じくパルストランス１２Ａの側面２７は、上記パッケージ２５の側面に対応する。シールド部材１５がパルストランス１２Ａの側面２７を覆うとは、ノイズ用配線パターン１６とパルストランス１２Ａとの間にシールド部材１５を設けることに対応する。
【００５３】
ノイズ用配線パターンにノイズ電流が流れることにより、右ネジの法則に従って同心円状に磁界が発生する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示した向きにノイズ電流が流れる場合、磁界の向きは、図６（Ｂ）の同心円３０の円周上に矢印で示した向きに磁界が生じる。同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うように、シールド部材１５が配置されるので、ノイズ電流により生じた磁界、すなわちノイズ電流による電磁ノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００５４】
なお、ノイズ電流により生じた電磁ノイズとしては、磁界によるノイズだけでなく電界によるノイズも考えられる。ただし磁界の向きと電界の向きとは直交する。図６（Ｂ）を用いて説明すると、磁界が同心円の円周に沿った方向である場合、電界は、その円周の接線に直交する方向となる。すなわち、磁界および電界の方向は、同一平面上で互いに直交する２方向となる。したがって、上述のように、同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うようにシールド部材１５が配置されることで、磁界によるノイズだけでなく、電界によるノイズの影響も低減することができる。
【００５５】
なお、同心円３０は、側面２７と直交するパルストランス１２Ａの２つの側面（図５に示す側面２８，２９）とは異なる平面上にあるので、同心円３０はこれらの側面とは交わらない。一方、パルストランス１２Ａの側面２８，２９は、同心円３０によって定義される仮想上の平面またはその平面と平行な平面と接することになる。上記のように、本発明の実施の形態では、このような場合は「同心円３０と交わる」場合に含まれない。したがって、パルストランス１２Ａの側面２８，２９に対してはシールド部材１５が設けられていない。もちろんパルストランス１２Ａ全体を覆うようにシールド部材１５が設けられてもよいが、ノイズに対してより効果的な部分であるパルストランス１２Ａの上面２６および側面２７をシールド部材１５で覆うことによって、シールド部材１５のコストを低減しつつノイズを効果的に抑制できる。
【００５６】
なお、ノイズ用配線パターン１６が図６（Ａ）に示した方向に対して９０°回転した方向、すなわちＸ方向に沿って直線状に配置されている場合には、シールド部材１５は、図６（Ａ）に示した配置に対して９０°回転させた向きに配置すればよい。すなわち、この場合には、少なくとも、パルストランス１２Ａの上面２６と、ノイズ用配線パターン１６と対向する側面（図５に示した側面２８または２９）とが覆われるようにシールド部材１５を配置すればよい。
【００５７】
また、上記のように、パルストランス１２Ａが実装された面と反対側の回路基板２０の表面にノイズ用配線パターンが形成される場合も考えられる。図７は、シールド部材の配置の他の形態を説明するための模式図である。図７（Ａ）は、回路基板２０の主表面を示した模式図である。図７（Ｂ）は、ノイズ用配線パターン１６に沿った方向からパルストランス１２Ａおよびシールド部材１５を見た図である。
【００５８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、回路基板２０には、ノイズ用配線パターン１６に加えてノイズ用配線パターン１９が形成される。ノイズ用配線パターン１９は、ノイズ用配線パターン１６とは反対側の回路基板２０の表面に位置するとともに、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。
【００５９】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されるように、１つの例では、回路基板２０の上方から見た場合に、ノイズ用配線パターン１９は、パルストランス１２Ａと重なるように配置される。シールド部材１５Ａは、ノイズ電流の流れる方向（すなわちＹ方向）に沿う軸Ｂを中心軸とする同心円３１に交わるパルストランス１２Ａの表面部分、パルストランス１２Ａの下面を覆うように配置される。シールド部材１５Ａにより、ノイズ用配線パターン１９を流れるノイズ電流によって生じる電磁ノイズ（磁界または電界によるノイズ）がパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００６０】
また、ノイズ用配線パターン１９とパルストランス１２Ａとの間にシールド部材を設ければよいので、図７（Ｂ）に示すように回路基板２０の内部にシールド部材１５Ｂを配置してもよい。さらに、シールド部材１５Ａ，１５Ｂのいずれか一方のみ設けてもよいし、両方を設けてもよい。
【００６１】
なお、ノイズ用配線パターン１９が図７（Ａ）に示した配置から９０°回転した配置である場合（すなわちＸ方向に沿ってノイズ用配線パターン１９が形成されている場合）にも、上記シールド部材１５Ａおよび／またはシールド部材１５Ｂによって、ノイズ用配線パターン１９を流れるノイズ電流による電磁ノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００６２】
本発明の実施の形態によれば、ネットワーク機器の外部を流れるノイズ電流によって電磁ノイズが発生する場合にも、当該電磁ノイズがパルストランスに進入する可能性を小さくできる。ネットワーク機器の外部で発生するノイズとしては、たとえばネットワーク機器の周囲の金属板を流れるノイズ電流によるノイズ、あるいは、ネットワーク機器を取り付ける部材（たとえばＤＩＮレール）に流れるノイズ電流によるノイズなどが考えられる。このような場合にも、上記のようにノイズ電流の流れる方向に沿った軸を中心軸とする同心円と交わるパルストランスの表面部分を覆うようにシールド部材を配置することで、パルストランスへの電磁ノイズの進入の可能性を小さくできる。
【００６３】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、パルストランスにおいて特にノイズの影響を受けやすい部分をシールド部材で覆うことによって、パルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制することができる。
【００６４】
なお、本発明の実施の形態では、ネットワーク機器２．１，２．２の各々のノイズ対策のための構成を示した。しかし、図３〜図７に示した構成を図１に示したサーボドライバに適用してもよい。
【００６５】
また、本発明の実施の形態では、２つのトランス（すなわち受信経路に設けられたパルストランスと送信経路に設けられたパルストランス）および、それらに対応して設けられたシールド部材とを含む構成を示した。ただし、本発明に係るシールド構造は、受信経路に設けられたパルストランスのみの場合、あるいは送信経路に設けられたパルストランスのみの場合にも適用可能である。すなわち、本発明は、少なくとも１つのパルストランスを有する場合において適用可能であり、パルストランスの個数は特に限定されない。
【００６６】
さらに、上記実施の形態では、産業用の通信ネットワークに適用される機器が示される。ただし本発明は、パルストランスを含むネットワーク機器に広く適用可能である。したがって本発明の用途は、産業用の通信ネットワークを構築するネットワーク機器に特に限定されるものではない。
【００６７】
また、本発明が適用可能なネットワーク機器の種類は限定されるものではない。たとえばスイッチングＨＵＢ、ルータ等に本発明を適用してもよい。さらに、本発明は、通信ネットワークに接続されるネットワーク機器であれば、たとえば有線ＬＡＮアダプタ、有線ＬＡＮカード、有線ＬＡＮボードなどにも適用可能である。上述の有線ＬＡＮアダプタ等の機器は、図３〜図７に示した通信モジュールＭを含むように構成される。また、本発明は、上記ネットワーク機器であって、送信経路、受信経路が固定された機器、およびＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ機能を備える機器のいずれにも適用できる。
【００６８】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ コントローラ、２．１，２．２ ネットワーク機器、３．１〜３．ｎ 入出力機器、４．１，４．２ サーボドライバ、５ サーボモータ、１０ 筐体、１１Ａ，１１Ｂ コネクタ、１２Ａ，１２Ｂ パルストランス、１３Ａ，１３Ｂ ＰＨＹデバイス、１５，１５Ａ，１５Ｂ シールド部材、１６，１９ ノイズ用配線パターン、１７ ０Ｖライン、１８ 電源ライン、２０ 回路基板、２１，２２ トランス、２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ コア、２３，２４ コモンモードチョークコイル、２５ パッケージ、２６ 上面、２７，２８，２９ 側面、３０，３１ 同心円、１００ ネットワークシステム、Ａ，Ｂ 軸、Ａ１，Ａ２，Ａ３ 中心軸、Ｃ１，Ｃ２ ケーブル、Ｍ 通信モジュール。
【技術分野】
【０００１】
本発明はネットワーク機器に関し、特に、ネットワーク機器および通信モジュールに用いられるパルストランスのノイズ対策のための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に代表されるネットワークシステムは、ハブ（ＨＵＢ）などの各種のネットワーク機器によって構築される。このようなネットワーク機器においては、通信の信頼性のためにノイズ対策が要求される。
【０００３】
たとえば特許文献１（特開平９−１１６５１０号公報）は、形状の小型化およびクロストークの低減を目的としたインターフェイスモジュールを開示する。このインターフェイスモジュールは、受信部および送信部を備える。受信部および送信部の各々は、ローパスフィルタと、パルストランスと、チョークトランスとで構成される。ローパスフィルタは高調波成分（ノーマルモードのノイズ）を除去するためのものであり、チョークトランスはコモンモードノイズを除去するためのものである。さらに、受信部および送信部の間にはシールド板が配置される。
【０００４】
上記のネットワーク機器は、一般にパルストランスを内蔵している。たとえば特許文献２（特開昭６１−１２９８０６号公報）は、パルストランスでは抑制できない輻射ノイズをシールドによって抑制することを目的としたパルストランスの構造を開示する。このパルストランスは、所定の間隔で電気的に絶縁されて互いに対向するように設けられた第１および第２のシールド板と、該シールド板の所定位置にこれを貫通するように配された所定形状のコア部材と、該コア部材の対向する部分に上記第１および第２のシールド板側にそれぞれ位置するように巻回された複数個の巻線と、上記第２のシールド板の部分を包囲するように設けられたシールド部材とを備える。上記第１のシールド板は、機器のケースに接続され、上記第２のシールド板は、上記巻線の一方に内部導体が接続された伝送ケーブルの外部導体に、上記シールド部材を介して接続される。信号源にはノイズが含まれているので、パルストランスをシールドすることによってケーブルからのノイズ輻射が抑制される。
【０００５】
また、たとえば特許文献３（特開２００２−２７０４３０号公報）は、パルストランスの構造を開示する。特許文献３によれば、円環状の鉄心の中心に直線状導体を貫いて一次巻線を構成する。その直線状導体の周囲に複数の静電遮蔽導体が配置される。複数の静電遮蔽導体を２つの群に分けるとともに、一方の群から接地への引き出し配線を、他方の群から接地への引き出し配線とは逆向きに配置する。なお、特許文献３に開示されたパルストランスは、高電圧パルス発生器等に用いられる直流高圧スイッチのゲートを駆動するための用途に用いられる。
【０００６】
また、ノイズ対策の別の例として、たとえば特許文献４（特開２００４−３５６０７０号公報）は、放電灯のノイズ対策のための構造を開示する。具体的には、放電灯ソケットの一部がシールドカバーによって覆われる。
【０００７】
また、たとえば特許文献５（特開昭６３−２５０１９９号公報）は、トランスが実装された回路基板におけるノイズ対策の方式を開示する。具体的には、ノイズ源となるトランスの周辺部に対応する基板表面の領域に、１回転以上の短絡又は低抵抗系ループを描くパターンが形成される。これによりリーケージインダクタンスがダンピングされるので、ノイズを軽減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１６５１０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２９８０６号公報
【特許文献３】特開２００２−２７０４３０号公報
【特許文献４】特開２００４−３５６０７０号公報
【特許文献５】特開昭６３−２５０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来の技術によれば、ノイズを遮蔽するための方法としては、たとえば回路基板全体をシールド板により覆う方法、あるいは、コモンモードチョークコイル、トランスあるいはコンデンサなどといった電子部品による方法などがある。しかし、回路全体をシールド板で覆う方法の場合は、大面積のシールド板が必要となる。このためにシールド板のコストが高くなる。さらに、シールド板で回路基板全体を覆う方法は、回路基板の内部にノイズ源が存在する場合、あるいは、回路にノイズが一旦進入した場合などにおいては、ノイズ防止の効果を発揮することができない。一方、シールド板を用いずにコモンモードチョークコイル、トランスあるいはコンデンサなどの電子部品のみによってノイズ対策を行なった場合には、ノイズ耐量を大きくすることが難しい。
【００１０】
また、パルストランスの製造上の理由によって、パルストランスごとにノイズ特性がばらつく可能性がある。たとえばコアに導線を巻く際に生じる巻線の形状の違い、あるいはケース（パッケージ）にパルストランスを収納する際に生じるコアの向きの違いなどによって、ノイズ特性が相違する可能性がある。上記の特許文献には、このようなノイズ特性の違いが生じる可能性は何ら開示されていない。
【００１１】
さらに、近年では、スイッチングハブなどといったＬＡＮケーブルに接続されるネットワーク機器は、当該機器に接続されたＬＡＮケーブルが、ストレートケーブルおよびクロスケーブルのいずれであるかを自動的に認識する機能（ＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘと呼ばれる）を有している。このタイプの機器では、接続されるＬＡＮケーブルによって、送信回路と受信回路とが相互に入れ替わる。このように機器に接続されたＬＡＮケーブルの種類によって送信回路と受信回路とが相互に入れ替わる構成では、信号の伝送方向も入れ替わる。電子部品のみによるノイズ対策は、多くの場合、信号の伝送方向が固定されていることを前提としているので、ノイズ対策が不十分となる可能性がある。
【００１２】
このように、従来の技術によれば、ネットワーク機器または通信モジュールに用いられるパルストランスに進入するノイズを低コストで、かつ効果的に抑制することが難しいという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、ネットワーク機器に含まれるパルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制可能にするための構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ある局面では、通信ネットワーク上に設けられるとともに通信ケーブルを介して信号を伝送するネットワーク機器であって、信号を伝送するための回路基板と、回路基板の信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、ノイズ電流によって生じたノイズが少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備える。シールド部材は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う。
【００１５】
好ましくは、少なくとも１つのパルストランスは、通信ケーブルを介してネットワーク機器により受信された信号を通過させるための第１のパルストランスと、ネットワーク機器から通信ケーブルへ送信される信号を通過させるための第２のパルストランスとを含む。
【００１６】
好ましくは、回路基板は、ネットワーク機器に進入したノイズ電流を通すための配線パターンを有する。第１および第２のパルストランスは、回路基板に実装されたパッケージの内部に収容される。シールド部材は、パッケージの上面と、配線パターンに対向するパッケージの側面とを覆う。
【００１７】
好ましくは、シールド部材は、固定された電位を有するノードに電気的に接続される。
好ましくは、シールド部材は、電気的に浮遊された状態で回路基板に実装される。
【００１８】
本発明は、他の局面では、通信ケーブルを介して信号を伝送する通信モジュールであって、信号を伝送するための回路基板と、回路基板に実装されるとともに信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、ノイズ電流によって生じたノイズが少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備える。シールド部材は、ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るネットワーク機器を含むネットワークシステムの１つの構成例を示した図である。
【図２】図１に示したネットワーク機器の主要部の機能ブロック図である。
【図３】図２に示したパルストランス１２Ａ，１２Ｂを説明するための回路図である。
【図４】パルストランスおよびシールド部材が実装された回路基板の模式図である。
【図５】図４に示したパルストランス１２Ａの内部のコアの配置の一例を説明した図である。
【図６】シールド部材の配置を説明するための模式図である。
【図７】シールド部材の配置の他の形態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るネットワーク機器を含むネットワークシステムの１つの構成例を示した図である。図１を参照して、ネットワークシステム１００は、工場において図示しない各種の機械装置を駆動および制御するためのシステムとして用いられる。
【００２３】
この実施の形態では、ネットワークシステム１００は、産業用のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）プロトコルに準拠したシステムとして構築される。ネットワークシステム１００は、コントローラ１と、ネットワーク機器２．１，２．２と、入出力機器３．１〜３．ｎと、サーボドライバ４．１，４．２と、サーボモータ５とを備える。
【００２４】
ネットワーク機器２．１，２．２の各々は、たとえばリモートＩ／Ｏである。ネットワーク機器２．１，２．２の各々には、コントローラ１によって制御される入出力機器（たとえば、センサ、アクチュエータなど）が接続される。たとえばネットワーク機器２．１には、入出力機器３．１，３．２，・・・，３．ｎが接続される。なお、ネットワーク機器２．１，２．２の各々に接続される入出力機器の台数は特に限定されるものではない。また、サーボドライバ４．１，４．２の各々には、サーボモータ５が接続される。
【００２５】
コントローラ１、ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２は、通信ケーブルによってデイジーチェーン接続される。このシステムにおいて、コントローラ１はマスターであり、他の機器はスレーブである。マスターとスレーブ間の伝送効率向上のため、上記プロトコルでは、一筆書きの様にデータフレームを流す送受信方式を採用している。すなわち、コントローラ１から送信されたデータフレームは、ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２をこの順に流れるとともに、サーボドライバ４．２からサーボドライバ４．１、ネットワーク機器２．２，２．１の順に流れてコントローラ１に戻る。
【００２６】
スレーブであるネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２の各々は、フレームの通過時に自分宛のデータを読み込んだりあるいはデータを書き込んだりして、次のスレーブにフレームデータを転送する。これにより、高速にフレームを通過させる仕組みを構築できる。高速にデータを循環することによって遅延を最小限とすることができる。さらに、上記スレーブ（ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２）の各々は、センサ等の入出力機器およびサーボドライバに対するデータ、指令などの入出力タイミングを同期させるための機能を有する。これにより複数のサーボモータを同期運転させることが可能となる。
【００２７】
このような形態のネットワークにおいて、各種の理由により、通信ケーブルを伝送する信号がノイズの影響を受ける可能性がある。フレームデータはその信号を介して伝送される。したがって、あるネットワーク機器に、ノイズの影響を受けた信号が入力した場合、そのネットワーク機器では、自分宛の正常なデータを受信できないなどといった、データ受信が失敗する現象が生じる可能性がある。
【００２８】
しかしながら、本発明の実施の形態に係るネットワークでは、高速にデータを循環する仕組みを採用している。したがって、データ受信に失敗したスレーブが、当該データの再送をマスターに要求した場合、伝送の大幅な遅延が発生する可能性がある。このような場合には、センサ等の入出力機器およびサーボドライバの動作のタイミングを揃えることが難しくなる。
【００２９】
スレーブが自己宛のデータの受信に失敗した場合の他の対策として、次に送られたフレームから自己宛のデータを受信するといった方法も考えられる。しかし、フレームに含まれるデータは入出力機器あるいはサーボドライバの制御に関するデータであるので、一旦データが破棄されると、入出力機器およびサーボドライバの動作のタイミングを揃えることが難しくなる。
【００３０】
本発明の実施の形態によれば、上記のように、データの再送が許されず、したがって機器へのノイズ進入および機器内部でのノイズの発生を防止することが要求される環境にも好適に使用可能なネットワーク機器を実現できる。本発明の実施の形態に係るネットワーク機器について、以下詳細に説明する。
【００３１】
図２は、図１に示したネットワーク機器の主要部の機能ブロック図である。図２を参照して、ネットワーク機器２は、図１に示したネットワーク機器２．１〜２．３の各々に対応する。ネットワーク機器２は、コネクタ１１Ａ，１１Ｂと、パルストランス１２Ａ，１２Ｂと、ＰＨＹデバイス１３Ａ，１３Ｂと、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１４とを備える。
【００３２】
コネクタ１１Ａ，１１Ｂには、ケーブルＣ１およびＣ２がそれぞれ接続される。上記のように、本発明の実施の形態に係るシステムでは、マスター（コントローラ１）および複数のスレーブ（ネットワーク機器２．１，２．２およびサーボドライバ４．１，４．２）の間でデータが循環される。このため、コネクタ１１Ａ，１１Ｂの各々では受信データの入力および送信データの出力が行なわれる。すなわち、パルストランス１２Ａ，１２Ｂの各々では、受信時および送信時において、データ（信号）の伝送方向が切り換わる。
【００３３】
図３は、図２に示したパルストランス１２Ａ，１２Ｂを説明するための回路図である。図３を参照して、ネットワーク機器２は、筐体１０および筐体１０の内部に収容された通信モジュールＭを備える。通信モジュールＭは、回路基板２０を備えるとともに、その回路基板２０に実装されるコネクタ１１Ａ，１１Ｂと、パルストランス１２Ａ，１２Ｂと、ＰＨＹデバイス１３Ａ，１３Ｂと、ＡＳＩＣ１４と（図２参照）を備える。ただし、図３では、上記の通信モジュールＭの構成要素のうちのパルストランス１２Ａを示す。
【００３４】
パルストランス１２Ａは、複数のトランスをモジュールとして一体化したものである。具体的には、パルストランス１２Ａは、トランス２１，２２およびコモンモードチョークコイル２３，２４を備える。トランス２１，２２およびコモンモードチョークコイル２３，２４の各々は、磁性体のコアおよび当該コアに巻回される２つの巻線を備える。なお、パルストランス１２Ａ，１２Ｂの構成は互いに同じである。このためパルストランス１２Ｂの構成に関する詳細な説明は以後繰り返さない。
【００３５】
トランス２１，２２はパルストランスとして機能する。トランス２１およびコモンモードチョークコイル２３は、ネットワーク機器２がケーブルを介して信号を受信するための受信経路に設けられる。トランス２２およびコモンモードチョークコイル２４は、ネットワーク機器２から信号をケーブルへと送信するための送信経路に設けられる。ただし、本発明の実施の形態に係るネットワーク機器においては、上記のように受信経路および送信経路が固定されるものと限定されず、たとえば、ＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ機能を備えていてもよい。すなわち、ネットワーク機器２は接続されるＬＡＮケーブルの種類によって、送信経路と受信経路とが相互に入れ替わる構成を有していてもよい。
【００３６】
回路基板２０には、上記の構成要素に加えて各種の配線パターンが形成される。具体的には、ケーブルを通じてネットワーク機器２の内部に進入したノイズ電流を通すためのノイズ用配線パターン１６が回路基板２０に形成される。このノイズ用配線パターン１６は、コネクタ１１Ａ（１１Ｂ）と接続されるとともに、たとえば図示しないコンデンサを介して回路基板２０のグランドパターンに接続される。また、たとえば、ノイズ用配線パターン１６は、コネクタ１１Ａ（１１Ｂ）と接続されるとともにフレームグランドパターンに接続されてもよい。
【００３７】
さらに、電位が固定されたラインとして０Ｖライン１７および電源ライン１８が回路基板２０に形成される。上記ＰＨＹデバイスおよびＡＳＩＣ等の半導体集積回路は電源ライン１８から供給される電源電圧によって動作する。
【００３８】
電源電圧は特に限定されるものではない。電源電圧が異なる複数のデバイスが回路基板２０に実装される場合には、各デバイスに応じた電源電圧を提供するための回路（たとえばＤＣ／ＤＣコンバータなど）が回路基板２０に実装されてもよい。
【００３９】
ノイズ用配線パターン１６にノイズ電流が流れることによって、パルストランス１２Ａ，１２Ｂに直接的にノイズ電流が入力することを防ぐことができる。ただし、パルストランス１２Ａ，１２Ｂを伝送する信号は、そのノイズ電流により生じるノイズ（電磁ノイズ）の影響を受ける可能性がある。特に、ネットワーク機器の小型化の観点から、回路基板２０の面積を縮小した場合、ノイズ用配線パターン１６とパルストランス１２Ａ（１２）との間の距離が短くなることが起こりうる。
【００４０】
このため本発明の実施の形態ではパルストランス１２Ａ（１２Ｂ）をノイズから保護するためのシールド部材１５を設ける。上記のように、本発明の実施の形態では、パルストランス１２Ａ（１２Ｂ）を通過する信号の伝送方向が切り換わる。電子部品のみによるノイズ対策は、多くの場合、信号の伝送方向が固定されていることを前提としているので、ノイズ対策が不十分となる可能性がある。シールド部材１５を設けることにより、このような信号の伝送方向が切り換わる構成においても、パルストランス１２Ａ（１２Ｂ）へのノイズの進入を効果的に抑制することができる。
【００４１】
１つの形態としてシールド部材１５は、固定電位を有する配線パターン（ライン）に接続される。図３では、シールド部材１５が０Ｖライン１７に接続された形態を示す。ただしシールド部材１５は電源ライン１８に接続されてもよい。また、シールド部材１５は筐体１０に接続されてもよい。すなわち、シールド部材１５は、フレームグランド（ＦＧ）に接続されてもよい。
【００４２】
また、シールド部材１５は、上記の０Ｖライン１７、電源ライン１８および筐体１０のいずれにも電気的に接続されていなくともよい。すなわちシールド部材１５は電気的に浮遊した状態であってもよい。
【００４３】
図４は、パルストランスおよびシールド部材が実装された回路基板の模式図である。図４（Ａ）は、パルストランスおよびシールド部材が実装された状態を示した図である。図４（Ｂ）は、シールド部材を取り外した状態を示した図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、回路基板２０の表面に、コネクタ１１Ａ，パルストランス１２Ａ、およびＰＨＹデバイス１３Ａ等が実装される。なお、パルストランスとシールド部材との間の配置の関係を判りやすく示すために、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、コネクタ１１Ｂ，パルストランス１２Ｂは示されていない。ただしパルストランス１２Ｂのシールド構造は以下に説明する構造と同じである。したがって、パルストランス１２Ｂのシールド構造については以後の詳細な説明を繰り返さない。
【００４４】
回路基板２０の表面には、ノイズ電流を流すためのノイズ用配線パターン１６が形成される。ノイズ用配線パターン１６は、パルストランス１２Ａの実装面と同じ面に形成される。ただし、パルストランス１２Ａが実装された面と反対側の回路基板２０の表面に、ノイズ用配線パターンを形成してもよい。この配線パターンは、ノイズ用配線パターン１６に代わり形成されてもよいし、ノイズ用配線パターン１６に追加して形成されてもよい。
【００４５】
シールド部材１５は、パルストランス１２Ａの上面および２つの側面を覆うように設けられる。パルストランス１２Ａの２つの側面とは互いに反対側に位置する側面である。２つの側面の一方は、ノイズ用配線パターン１６と対向する。
【００４６】
本発明の実施の形態によれば、回路基板２０全体ではなく、回路基板２０に実装された部品（通信モジュールの構成要素）であるパルストランス１２Ａをシールド部材１５で覆う。これによって、シールド部材の面積を小さくすることができるので、シールド部材のコストを低減できる。シールド部材のコストを低減することにより、通信モジュールのコストを低減できるので、結果としてネットワーク機器のコストを低減できる。
【００４７】
シールド部材１５は、パルストランス１２Ａの少なくとも一部を覆うように設けられていればよく、図４に示されるように上面および２つの側面を覆うように限定されるものではない。本発明の実施の形態では、ノイズを効果的に遮蔽する位置にシールド部材１５を設けることによって、シールド部材１５の面積を小さくすることができる。これにより、シールド部材のコストの上昇を抑制しつつ効果的にパルストランスへのノイズの進入を効果的に抑制することができる。シールド部材１５の好適な配置については後に詳細に説明する。
【００４８】
図５は、図４に示したパルストランス１２Ａの内部のコアの配置の一例を説明した図である。図５（Ａ）は、正面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。図５（Ｂ）は、上面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。図５（Ｃ）は、側面方向からパルストランス１２Ａの内部を透視した図である。ただしコアの配置を説明するため図５（Ａ）〜図５（Ｃ）ではコアのみが示されている（以後に説明する図においても同様）。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して、コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａは、それぞれ、トランス（パルストランス）２１，２２、コモンモードチョークコイル２３，２４のコアに対応する。コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ（トランス２１，２２、コモンモードチョークコイル２３，２４）はパッケージ２５の内部に収容される。
【００４９】
コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの形状は円環状である。中心軸Ａ１，Ａ２は、それぞれコア２１Ａ，２２Ａの中心軸を示す。中心軸Ａ３は、コア２３Ａ，２４Ａの中心軸を示す。コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを平面視した場合に中心軸Ａ１，Ａ２が中心軸Ａ３と交わるようにコア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが配置される。
【００５０】
なお、図５はコアの配置の例を示すものであるので、図５に示したようにコアが配置されるものと限定されない。たとえばコア２３Ａ，２４Ａは同軸上に配置されると限定される必要はない。また、パルストランスのコアおよびコモンモードチョークコイルのコアの配置は図５に示すように限定されるものではない。たとえばコア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの中心軸が同じ方向を向くように、コア２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを配置してもよい。また、パルストランス１２Ａ内部の構成（回路）も図３に示した回路に限定されるものではない。
【００５１】
図６は、シールド部材の配置を説明するための模式図である。図６（Ａ）は、回路基板２０の主表面を示した模式図である。図６（Ｂ）は、ノイズ用配線パターン１６に沿った方向からパルストランス１２Ａおよびシールド部材１５を見た図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、ノイズ用配線パターン１６は、ある方向（Ｙ方向とする）に沿った直線状に形成される。本発明の実施の形態では、ノイズ電流の流れる方向（すなわちＹ方向）に沿う軸Ａを中心軸とする同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うように、シールド部材１５が配置される。したがって、シールド部材１５は、少なくとも、ノイズ用配線パターン１６と対向するパルストランス１２Ａの側面２７、および、パルストランス１２Ａの上面２６を覆うように配置される。なお、本明細書では、「同心円３０と交わる」とは、同心円３０によって定義される平面、およびその平面に平行な平面がパルストランス１２Ａの表面部分と接する場合を除くものとする。
【００５２】
パルストランス１２Ａの上面２６は、複数のトランスが収容されたパッケージ２５（図５参照）の上面に対応する。同じくパルストランス１２Ａの側面２７は、上記パッケージ２５の側面に対応する。シールド部材１５がパルストランス１２Ａの側面２７を覆うとは、ノイズ用配線パターン１６とパルストランス１２Ａとの間にシールド部材１５を設けることに対応する。
【００５３】
ノイズ用配線パターンにノイズ電流が流れることにより、右ネジの法則に従って同心円状に磁界が発生する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示した向きにノイズ電流が流れる場合、磁界の向きは、図６（Ｂ）の同心円３０の円周上に矢印で示した向きに磁界が生じる。同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うように、シールド部材１５が配置されるので、ノイズ電流により生じた磁界、すなわちノイズ電流による電磁ノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００５４】
なお、ノイズ電流により生じた電磁ノイズとしては、磁界によるノイズだけでなく電界によるノイズも考えられる。ただし磁界の向きと電界の向きとは直交する。図６（Ｂ）を用いて説明すると、磁界が同心円の円周に沿った方向である場合、電界は、その円周の接線に直交する方向となる。すなわち、磁界および電界の方向は、同一平面上で互いに直交する２方向となる。したがって、上述のように、同心円３０と交わるパルストランス１２Ａの表面部分を覆うようにシールド部材１５が配置されることで、磁界によるノイズだけでなく、電界によるノイズの影響も低減することができる。
【００５５】
なお、同心円３０は、側面２７と直交するパルストランス１２Ａの２つの側面（図５に示す側面２８，２９）とは異なる平面上にあるので、同心円３０はこれらの側面とは交わらない。一方、パルストランス１２Ａの側面２８，２９は、同心円３０によって定義される仮想上の平面またはその平面と平行な平面と接することになる。上記のように、本発明の実施の形態では、このような場合は「同心円３０と交わる」場合に含まれない。したがって、パルストランス１２Ａの側面２８，２９に対してはシールド部材１５が設けられていない。もちろんパルストランス１２Ａ全体を覆うようにシールド部材１５が設けられてもよいが、ノイズに対してより効果的な部分であるパルストランス１２Ａの上面２６および側面２７をシールド部材１５で覆うことによって、シールド部材１５のコストを低減しつつノイズを効果的に抑制できる。
【００５６】
なお、ノイズ用配線パターン１６が図６（Ａ）に示した方向に対して９０°回転した方向、すなわちＸ方向に沿って直線状に配置されている場合には、シールド部材１５は、図６（Ａ）に示した配置に対して９０°回転させた向きに配置すればよい。すなわち、この場合には、少なくとも、パルストランス１２Ａの上面２６と、ノイズ用配線パターン１６と対向する側面（図５に示した側面２８または２９）とが覆われるようにシールド部材１５を配置すればよい。
【００５７】
また、上記のように、パルストランス１２Ａが実装された面と反対側の回路基板２０の表面にノイズ用配線パターンが形成される場合も考えられる。図７は、シールド部材の配置の他の形態を説明するための模式図である。図７（Ａ）は、回路基板２０の主表面を示した模式図である。図７（Ｂ）は、ノイズ用配線パターン１６に沿った方向からパルストランス１２Ａおよびシールド部材１５を見た図である。
【００５８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、回路基板２０には、ノイズ用配線パターン１６に加えてノイズ用配線パターン１９が形成される。ノイズ用配線パターン１９は、ノイズ用配線パターン１６とは反対側の回路基板２０の表面に位置するとともに、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。
【００５９】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されるように、１つの例では、回路基板２０の上方から見た場合に、ノイズ用配線パターン１９は、パルストランス１２Ａと重なるように配置される。シールド部材１５Ａは、ノイズ電流の流れる方向（すなわちＹ方向）に沿う軸Ｂを中心軸とする同心円３１に交わるパルストランス１２Ａの表面部分、パルストランス１２Ａの下面を覆うように配置される。シールド部材１５Ａにより、ノイズ用配線パターン１９を流れるノイズ電流によって生じる電磁ノイズ（磁界または電界によるノイズ）がパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００６０】
また、ノイズ用配線パターン１９とパルストランス１２Ａとの間にシールド部材を設ければよいので、図７（Ｂ）に示すように回路基板２０の内部にシールド部材１５Ｂを配置してもよい。さらに、シールド部材１５Ａ，１５Ｂのいずれか一方のみ設けてもよいし、両方を設けてもよい。
【００６１】
なお、ノイズ用配線パターン１９が図７（Ａ）に示した配置から９０°回転した配置である場合（すなわちＸ方向に沿ってノイズ用配線パターン１９が形成されている場合）にも、上記シールド部材１５Ａおよび／またはシールド部材１５Ｂによって、ノイズ用配線パターン１９を流れるノイズ電流による電磁ノイズがパルストランス１２Ａに進入することを防ぐことができる。
【００６２】
本発明の実施の形態によれば、ネットワーク機器の外部を流れるノイズ電流によって電磁ノイズが発生する場合にも、当該電磁ノイズがパルストランスに進入する可能性を小さくできる。ネットワーク機器の外部で発生するノイズとしては、たとえばネットワーク機器の周囲の金属板を流れるノイズ電流によるノイズ、あるいは、ネットワーク機器を取り付ける部材（たとえばＤＩＮレール）に流れるノイズ電流によるノイズなどが考えられる。このような場合にも、上記のようにノイズ電流の流れる方向に沿った軸を中心軸とする同心円と交わるパルストランスの表面部分を覆うようにシールド部材を配置することで、パルストランスへの電磁ノイズの進入の可能性を小さくできる。
【００６３】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、パルストランスにおいて特にノイズの影響を受けやすい部分をシールド部材で覆うことによって、パルストランスに進入するノイズを低コストで効果的に抑制することができる。
【００６４】
なお、本発明の実施の形態では、ネットワーク機器２．１，２．２の各々のノイズ対策のための構成を示した。しかし、図３〜図７に示した構成を図１に示したサーボドライバに適用してもよい。
【００６５】
また、本発明の実施の形態では、２つのトランス（すなわち受信経路に設けられたパルストランスと送信経路に設けられたパルストランス）および、それらに対応して設けられたシールド部材とを含む構成を示した。ただし、本発明に係るシールド構造は、受信経路に設けられたパルストランスのみの場合、あるいは送信経路に設けられたパルストランスのみの場合にも適用可能である。すなわち、本発明は、少なくとも１つのパルストランスを有する場合において適用可能であり、パルストランスの個数は特に限定されない。
【００６６】
さらに、上記実施の形態では、産業用の通信ネットワークに適用される機器が示される。ただし本発明は、パルストランスを含むネットワーク機器に広く適用可能である。したがって本発明の用途は、産業用の通信ネットワークを構築するネットワーク機器に特に限定されるものではない。
【００６７】
また、本発明が適用可能なネットワーク機器の種類は限定されるものではない。たとえばスイッチングＨＵＢ、ルータ等に本発明を適用してもよい。さらに、本発明は、通信ネットワークに接続されるネットワーク機器であれば、たとえば有線ＬＡＮアダプタ、有線ＬＡＮカード、有線ＬＡＮボードなどにも適用可能である。上述の有線ＬＡＮアダプタ等の機器は、図３〜図７に示した通信モジュールＭを含むように構成される。また、本発明は、上記ネットワーク機器であって、送信経路、受信経路が固定された機器、およびＡｕｔｏＭＤＩ／ＭＤＩ−Ｘ機能を備える機器のいずれにも適用できる。
【００６８】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ コントローラ、２．１，２．２ ネットワーク機器、３．１〜３．ｎ 入出力機器、４．１，４．２ サーボドライバ、５ サーボモータ、１０ 筐体、１１Ａ，１１Ｂ コネクタ、１２Ａ，１２Ｂ パルストランス、１３Ａ，１３Ｂ ＰＨＹデバイス、１５，１５Ａ，１５Ｂ シールド部材、１６，１９ ノイズ用配線パターン、１７ ０Ｖライン、１８ 電源ライン、２０ 回路基板、２１，２２ トランス、２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ コア、２３，２４ コモンモードチョークコイル、２５ パッケージ、２６ 上面、２７，２８，２９ 側面、３０，３１ 同心円、１００ ネットワークシステム、Ａ，Ｂ 軸、Ａ１，Ａ２，Ａ３ 中心軸、Ｃ１，Ｃ２ ケーブル、Ｍ 通信モジュール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワーク上に設けられるとともに通信ケーブルを介して信号を伝送するネットワーク機器であって、
信号を伝送するための回路基板と、
前記回路基板の信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、
ノイズ電流によって生じたノイズが前記少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、前記少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備え、
前記シールド部材は、前記ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、前記少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う、ネットワーク機器。
【請求項２】
前記少なくとも１つのパルストランスは、
前記通信ケーブルを介して前記ネットワーク機器により受信された信号を通過させるための第１のパルストランスと、
前記ネットワーク機器から前記通信ケーブルへ送信される信号を通過させるための第２のパルストランスとを含む、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項３】
前記回路基板は、
前記ネットワーク機器に進入した前記ノイズ電流を通すための配線パターンを有し、
前記第１および第２のパルストランスは、前記回路基板に実装されたパッケージの内部に収容され、
前記シールド部材は、前記パッケージの上面と、前記配線パターンに対向する前記パッケージの側面とを覆う、請求項２に記載のネットワーク機器。
【請求項４】
前記シールド部材は、固定された電位を有するノードに電気的に接続される、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項５】
前記シールド部材は、電気的に浮遊された状態で前記回路基板に実装される、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項６】
通信ケーブルを介して信号を伝送する通信モジュールであって、
信号を伝送するための回路基板と、
前記回路基板に実装されるとともに信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、
ノイズ電流によって生じたノイズが前記少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、前記少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備え、
前記シールド部材は、前記ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、前記少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う、通信モジュール。
【請求項１】
通信ネットワーク上に設けられるとともに通信ケーブルを介して信号を伝送するネットワーク機器であって、
信号を伝送するための回路基板と、
前記回路基板の信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、
ノイズ電流によって生じたノイズが前記少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、前記少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備え、
前記シールド部材は、前記ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、前記少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う、ネットワーク機器。
【請求項２】
前記少なくとも１つのパルストランスは、
前記通信ケーブルを介して前記ネットワーク機器により受信された信号を通過させるための第１のパルストランスと、
前記ネットワーク機器から前記通信ケーブルへ送信される信号を通過させるための第２のパルストランスとを含む、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項３】
前記回路基板は、
前記ネットワーク機器に進入した前記ノイズ電流を通すための配線パターンを有し、
前記第１および第２のパルストランスは、前記回路基板に実装されたパッケージの内部に収容され、
前記シールド部材は、前記パッケージの上面と、前記配線パターンに対向する前記パッケージの側面とを覆う、請求項２に記載のネットワーク機器。
【請求項４】
前記シールド部材は、固定された電位を有するノードに電気的に接続される、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項５】
前記シールド部材は、電気的に浮遊された状態で前記回路基板に実装される、請求項１に記載のネットワーク機器。
【請求項６】
通信ケーブルを介して信号を伝送する通信モジュールであって、
信号を伝送するための回路基板と、
前記回路基板に実装されるとともに信号を伝送するための経路に設けられた、少なくとも１つのパルストランスと、
ノイズ電流によって生じたノイズが前記少なくとも１つのパルストランスに進入することを防止するために、前記少なくとも１つのパルストランスに対応して設けられたシールド部材とを備え、
前記シールド部材は、前記ノイズ電流の流れる方向に沿う軸を中心軸とする同心円と交わる、前記少なくとも１つのパルストランスの表面部分を覆う、通信モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９０３１（Ｐ２０１２−１９０３１Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４９６９（Ｐ２０１０−１５４９６９）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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