JP2005086576A - 非可逆回路素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】Q値が高く、小型で、しかも機械的強度の大きなキャパシタを有する非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、キャパシタ層211と、非キャパシタ層212〜214とを含んでいる。キャパシタ層211は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202を有する。第1のキャパシタ電極201は、中心導体に接続される。非キャパシタ層212〜214は、一面が、第2のキャパシタ電極202のある側において、キャパシタ層211に積層され、外面にアース電極205を有する。アース電極205は、第2のキャパシタ電極202に、3経路以上の接続経路で電気的に接続されている。
【選択図】 図5
【解決手段】第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、キャパシタ層211と、非キャパシタ層212〜214とを含んでいる。キャパシタ層211は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202を有する。第1のキャパシタ電極201は、中心導体に接続される。非キャパシタ層212〜214は、一面が、第2のキャパシタ電極202のある側において、キャパシタ層211に積層され、外面にアース電極205を有する。アース電極205は、第2のキャパシタ電極202に、3経路以上の接続経路で電気的に接続されている。
【選択図】 図5
Description
本発明は、非可逆回路素子に関する。
一般に、アイソレータ等の非可逆回路素子は、例えば携帯電話等の移動体無線機器等に使用されている。この種の非可逆回路素子としては、例えば、特許文献1に開示されているものが知られている。この公知技術では、3つのキャパシタ、抵抗器及び磁気回転子を、ケース部材の内部に配置する。磁気回転子は3つの中心導体を含み、中心導体の各々は、端子部を有する。端子部の各々はキャパシタ及び抵抗器に接続される。永久磁石は磁気回転子に対して直流磁界を印加する。
ケース部材は、樹脂ケースと下ヨークとの組み合わせからなり、樹脂ケースに設けられた凹部内に磁気回転子を配置するともに、磁気回転子と樹脂ケースの側壁との間に生じる間隔内にキャパシタ及び抵抗器を配置した構造となっている。樹脂ケースの下側には下ヨークが配置され、下ヨークによって磁気回転子を下面側から支持する。
上述した非可逆回路素子では、主として、高いQ値を得るという観点から、3つのキャパシタを、誘電体基体の両外面に、キャパシタ電極を形成した単板型キャパシタによって構成してある。
しかし、単板型キャパシタは、誘電体基体が一層だけであるため、必要な容量を確保するためには、誘電体基体の厚みを薄くする他はなく、このため機械的強度が低くなる。強度を確保するためには、誘電体基体を厚くしなければならない。この状態で、必要な容量を確保するためには、誘電体基体の平面積を大きくしなければならず、結局、形状の大きなキャパシタの使用を余儀なくされる。
単板型キャパシタの代わりに積層チップキャパシタを用いることも考えられるが、積層チップキャパシタはQ値が低く、挿入損失が増大するため、非可逆回路素子に用いることができない。
上述の問題を解決する手段として、特許文献2は、特殊な構造を有する単層キャパシタを開示している。この単層キャパシタは、キャパシタ層と、非キャパシタ層とを含んでいる。キャパシタ層は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極及び第2のキャパシタ電極を有している。非キャパシタ層は、一面が、前記第2のキャパシタ電極のある側において、前記キャパシタ層に積層され、他面にアース電極を有している。アース電極は、第2のキャパシタ電極に電気的に接続された構造となっている。
この構造によれば、非キャパシタ層を補強層として機能させ、単独では、機械的強度の弱い単層のキャパシタ層を補強し得るので、キャパシタ層を薄く構成できる。このため、キャパシタ層を構成する誘電体基体の厚みを薄くして、必要な容量を確保するとともに、機械的強度の高い単層キャパシタを構成できる利点がある。
しかし、この単層キャパシタは、非キャパシタ層を介してアース電極と第2のキャパシタ電極とを電気的に接続しているので、単板型キャパシタと比較してESL(等価直列リアクタンス)が大きい。
特開平11−186814号公報
特開2003−179408号公報
本発明の課題は、Q値が高く、小型で、しかも機械的強度の大きなキャパシタを有する非可逆回路素子を提供することである。
上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子は、磁気回転子と、複数のキャパシタとを含む。前記磁気回転子は、複数の中心導体を有する。前記複数のキャパシタは、前記複数の中心導体のそれぞれに個別に接続されている。
前記複数のキャパシタの少なくとも一つは、キャパシタ層と、非キャパシタ層とを含んでいる。前記キャパシタ層は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極及び第2のキャパシタ電極を有する。前記第1のキャパシタ電極は、前記中心導体に接続される。前記非キャパシタ層は、一面が、前記第2のキャパシタ電極のある側において、前記キャパシタ層に積層され、外面にアース電極を有している。
前記アース電極は、前記第2のキャパシタ電極に、3経路以上の接続経路で電気的に接続されている。
上述したように、本発明に係る非可逆回路素子において、磁気回転子は、複数の中心導体を有しており、複数のキャパシタは複数の中心導体のそれぞれに個別に接続されているから、複数のキャパシタを、整合用キャパシタとして動作させることができる。
複数のキャパシタの少なくとも一つは、キャパシタ層を含んでおり、キャパシタ層は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極及び第2のキャパシタ電極を有する。即ち、複数のキャパシタの少なくとも一つは、単板型キャパシタと同様に、第1のキャパシタ電極及び第2のキャパシタ電極のみで、容量を取得する。
上述した単層キャパシタは、非キャパシタ層を含んでおり、非キャパシタ層は、外面にアース電極を有している。アース電極は、第2のキャパシタ電極に、3経路以上の接続経路で電気的に接続されるから、アース電極と、第2のキャパシタ電極との間に発生するインダクタンス成分は、並列的に接続される。このため、上述した単層キャパシタは、ESLが小さくなり、単板型キャパシタと同様に、Q値を高くできる。
また、非キャパシタ層は一面がキャパシタ層に積層される。この構造によれば、非キャパシタ層を補強層として機能させ、単独では、機械的強度の弱い単層のキャパシタ層を補強し得る。このため、非可逆回路素子の組立時、または、組立後の使用状態において衝撃等が加わった場合でも、単層キャパシタが破損してしまう危険性を確実に回避し得る。
更に、上述した非キャパシタ層による補強効果が得られるので、キャパシタ層を薄くし、必要な容量を取得できる。従って、容量増大に当たって、平面形状を大型化する必要がないので、小型化が達成できる。
また、非キャパシタ層の厚みや層数を選択することにより、キャパシタの高さを磁気回転子の高さに合わせ、磁気回転子の中心導体とキャパシタの電極とを確実に接続することができる。
このように、本発明の非可逆回路素子は、第1のキャパシタ電極を磁気回転子の中心導体に接続し、第2のキャパシタ電極をアース電極を介して非可逆回路素子のアースラインにアースするので、Q値が高く、小型で、しかも機械的強度の大きなキャパシタを有する非可逆回路素子を提供することができる。
非可逆回路素子には、通常、3つのキャパシタが備えられる。一般には、これらの3つのキャパシタの全てを、上述した単層キャパシタによって構成するが、3つの内の1つまたは2つを、単層キャパシタによって構成してもよい。
以上述べたように、本発明によればQ値が高く、小型で、しかも機械的強度の大きなキャパシタを有する非可逆回路素子を提供することができる。
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
図1は本発明に係る非可逆回路素子の分解斜視図、図2は図1に示した非可逆回路素子の斜視図、図3は図2の3−3線に沿った断面図である。図示する非可逆回路素子は、アイソレータであって、ケース部材1と、抵抗器Rと、磁気回転子6とを含む。図示実施例では、更に、第1〜第3のキャパシタC1〜C3と、押圧部材7と、永久磁石8と、カバー部材9とを含む。
ケース部材1は、底板16の内面が、略四角形状で、導電部160と、絶縁部27とを含んでいる。ケース部材1の底板16は、好ましくは、導電性を有する磁性金属材料によって構成する。導電部160は、非可逆回路素子のアースラインを構成し、金属材料で構成された底板16のプレス加工、折り曲げ加工によって、底板16と一体に形成できる他、底板16とは異なる金属部材を、底板16に接合する等の手段によっても形成できる。
絶縁部27はエンジニアリングプラスチック等の絶縁材料を付加したり、その他の絶縁処理を施すことにより形成できる。
抵抗器Rは、基体の相対する端面に、第1の端部電極R1及び第2の端部電極R2を有し、第1の端部電極R1が導電部160に接続され、第2の端部電極R2が絶縁部27の上に配置されている。接続手段としては、はんだが用いられる。
磁気回転子6は、導電部160の上に備えられる。磁気回転子6は、軟磁性基体60と、第1〜第3の中心導体64〜66とを含む。軟磁性基体60は、平面形状が導電部160の平面積よりも小さな略四角形状の平板である。軟磁性基体60は、よく知られているように、イットリウム/鉄/ガーネット(YIG)等の軟磁性材料からなる。
第1〜第3の中心導体64〜66は、第1〜第3の端子部641〜661をそれぞれ有する。第1〜第3の中心導体64〜66は、その共通部分が、軟磁性基体60の下面に配置されるとともに、軟磁性基体60の側面631〜634に沿って上面61に導かれている。第1〜第3の中心導体64〜66は、軟磁性基体60の上面において、約120度で交わるように配置される。第1〜第3の中心導体64〜66は、各交差部分で互いに電気絶縁される。
第1〜第3の中心導体64〜66の内、第1の中心導体64に備えられた第1の端子部641が、抵抗器Rの第2の端部電極R2に電気的に接続されている。
押圧部材7は、空洞部70及び枠部71を有し、ケース部材1の内部に設けられている。枠部71は第1〜第3の端子部641〜661に接触し、これを、第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rの方向に押し付ける。空洞部70は、上面及び下面において開口する。下面は磁気回転子6と向き合う。押圧部材7は、主に、組立工程において、第1〜第3の端子部641〜661を、第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rの方向に押し付け、それによって、第1〜第3の端子部641〜661を、第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rに確実に固定させるために用いられるものである。押圧部材7はエンジニアリングプラスチック等の絶縁材料からなる。
永久磁石8は、空洞部70の内部に設置される。永久磁石8は、その厚みが押圧部材7の厚みよりも大きくならない。永久磁石8は四角形状であって、押圧部材7の空洞部70に設置される。永久磁石8は、下面が磁気回転子6に面する。永久磁石8は、磁気回転子6に直流磁界を印加する。カバー部材8は永久磁石8に重なり、ケース部材1と結合され、ヨークを構成する。
図4は上述した非可逆回路素子の回路図である。図を参照すると、非可逆回路素子は、第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rを含み、第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rの一端は、磁気回転子6に電気的に導通している。第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rの他端は、アースされている。第1の端子15が入力端子を構成し、第2の端子17が出力端子を構成する。
次に、本発明の特徴部分であるキャパシタの構造について説明する。図5は本発明に係る非可逆回路素子に用いられる第1〜第3のキャパシタC1〜C3の拡大断面図、図6はその平面図である。この実施例では、第1〜第3のキャパシタC1〜C3の全てが図5、図6に図示された構造を有するものとして説明する。但し、基本的には、第1〜第3のキャパシタC1〜C3の少なくとも1つが、図5、図6に示すような構造を持てば、そのキャパシタについては、本発明の作用効果が得られる。
図を参照すると、第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、キャパシタ層211と、非キャパシタ層212〜214とを含んでいる。キャパシタ層211は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202を有する。
一方、非キャパシタ層212〜214は、一面が、第2のキャパシタ電極202のある側において、キャパシタ層211に順次積層され、外面にアース電極205を有する。アース電極205は、3つの接続経路で第2のキャパシタ電極202に電気的に接続されている。
キャパシタ層211及び非キャパシタ層212〜214は、同一の材料、または、互いに異なる材料で構成することもできる。製造プロセスの合理化や、熱的悪影響防止等の観点からは、同一の材料、例えば、高誘電率セラミック誘電体材料によって構成することが好ましい。
図示実施例において、キャパシタ層211は、厚さ160μmのセラミック誘電体材料によって、縦横それぞれ1.0mm、1.3mmの方形に構成される。第1、第2のキャパシタ電極201、202は、導電材料によって、縦横それぞれ0.8mm、1.1mmの方形に構成される。
非キャパシタ層212〜214は複数層、具体的には3層である。非キャパシタ層212〜214のそれぞれは、厚さが80μmで、その他はキャパシタ層211と同一の材料、同一寸法に構成され、各層間に内部電極203、204を有して積層されている。内部電極203、204は、第1、第2のキャパシタ電極201、202と同様に構成される。非キャパシタ層212〜214の層数は、確保すべき機械的強度、許容される寸法等に応じて任意に選定されるべき設計的事項に属し、1層であっても良い。
アース電極205は、第2のキャパシタ電極202に3つの接続経路で電気的に接続されている。接続経路の個数は少なくとも一部で3経路以上あれば良く、各層ごとに異なっていても良いが、おおむね、数が多いほど良好な特性が得られる。これらは、確保すべき特性、許容される寸法等に応じて選定される。
本実施例では、非キャパシタ層212〜214の各層にそれぞれφ80μmの3つのスルーホール221〜229が形成され、アース電極205及び第2のキャパシタ電極202のそれぞれ3箇所が、内部電極203、204及びスルーホール221〜229を介して、各層3つの接続経路で電気的に接続されている。
アース電極205は、図1に図示したようにケース部材1の導電部160に接続され、アースされる。第1のキャパシタ電極201は、第1〜第3の中心導体64、66の第1〜第3の端子部641〜661に接続される。
上述したように、本発明に係る非可逆回路素子において、磁気回転子6は、第1〜第3の中心導体64〜66を有しており、第1〜第3のキャパシタC1〜C3は第1〜第3の中心導体64〜66のそれぞれに個別に接続されているから、第1〜第3のキャパシタC1〜C3を、整合用キャパシタとして動作させることができる。
次に、図7を参照して、第1〜第3のキャパシタC1〜C3のインダクタンス成分について説明する。図7は、第1〜第3のキャパシタのアース電極205と第2のキャパシタ電極202との間に発生するインダクタンス成分を示す回路図である。第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、キャパシタ層211を含んでおり、キャパシタ層211は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202を有する。即ち、第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、単板型キャパシタと同様に、第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202のみで容量を取得する。
第2のキャパシタ電極202は、3つの接続経路でアース電極205と電気的に接続される。アース電極205と第2のキャパシタ電極202との間に発生するそれぞれの接続経路のインダクタンス成分L1、L2、L3は、並列的に接続される。このため、本発明の単層キャパシタは、従来の単層キャパシタよりESLが小さくなり、単板型キャパシタと同様に、Q値を高くできる。
ちなみに、本実施例の3つの接続経路を有する単層キャパシタは、ESLが0.44nH、Qが160であった。
これに対し、1つの接続経路で単層キャパシタを構成した比較例の場合は、ESLが0.53nH、Qが104であった。このように、本実施例の単層キャパシタは、比較例の単層キャパシタに対して、ESLが17.0%減少し、Qが54%向上した。
本実施例において、第1〜第3のキャパシタC1〜C3は、非キャパシタ層212〜214を含んでおり、非キャパシタ層212〜214は一面がキャパシタ層211に積層される。この構造によれば、非キャパシタ層212〜214を補強層として機能させ、単独では、機械的強度の弱い単層キャパシタを補強し得る。このため、非可逆回路素子の組立時、または、組立後の使用状態において衝撃等が加わった場合でも、単層キャパシタが破損してしまう危険性を確実に回避し得る。
また、ケース部材1の内部において、磁気回転子6と、ケース部材1の側壁との間に生じる間隔内に第1〜第3のキャパシタC1〜C3を配置し、更に、押圧部材7等によって第1〜第3のキャパシタC1〜C3を押さえ付ける機械的組立構造を採る場合に、組立時に第1〜第3のキャパシタC1〜C3が周囲の各部材と擦れ合ったり、あるいは、接触したりした場合でも、従来と異なって、第1〜第3のキャパシタC1〜C3に破損、割れ等を生じるのを回避できる。
更に、非キャパシタ層212〜214による補強効果が得られるので、キャパシタ層211を薄くし、必要な容量を取得できる。従って、容量増大に当たって、平面形状を大型化する必要がないので、小型化が達成できる。
また、非キャパシタ層212〜214の厚みや層数を選択することにより、第1〜第3のキャパシタC1〜C3の高さを磁気回転子6の高さに合わせ、磁気回転子6の中心導体64〜66と第1〜第3のキャパシタC1〜C3の電極とを確実に接続することができる。
更に、本発明の場合、アース電極205がケース部材1の導電部160に接続されるので、第2のキャパシタ電極202は、アース電極205を介してアースされる。このため、キャパシタ特性に与える導電部160の導電パターン形状の影響が小さく、導電部160の設計の自由度が拡大する。
このように、本発明によれば、Q値が高く、小型で、しかも機械的強度の大きなキャパシタを有する非可逆回路素子を得ることができる。
図8は本発明に係る非可逆回路素子に用いられる抵抗器内蔵キャパシタの実施例を示す平面図。図9はそのキャパシタ部分の展開断面図である。図において、図5及び図6に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付してある。この実施例では、非可逆回路素子に組み込まれる第1〜第3のキャパシタC1〜C3及び抵抗器Rが一体に形成されている。
抵抗器内蔵キャパシタは、四角形の空間Sの3方を取り囲むようにコ字形に形成される。四角形の空間Sには図1に図示した磁気回転子6が配置される。抵抗器内蔵キャパシタの上面には、キャパシタC1〜C3の第1のキャパシタ電極201及び抵抗器Rの第1及び第2の端部電極R1、R2が形成される。抵抗器Rの第1及び第2の端部電極R1、R2はコ字形本体の側面を介して裏面まで連続する。
キャパシタ層211は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極201及び第2のキャパシタ電極202を有する。第1のキャパシタ電極201は、3個に分割されており、分割されたそれぞれは、第2のキャパシタ電極202に共通に対向する。
非キャパシタ層212〜214は、一面が、第2のキャパシタ電極202のある側において、キャパシタ層211に順次積層され、外面にアース電極205を有する。アース電極205は、第2のキャパシタ電極202に重なる位置に形成される。非キャパシタ層212〜214のそれぞれは、各層間に内部電極203、204を有して積層されている。内部電極203、204は、第2のキャパシタ電極202に重なる位置に形成される。
アース電極205と、第2のキャパシタ電極202とは、スルーホール221〜229及び内部電極203、204を介して、3つの接続経路で電気的に接続されている。第2のキャパシタ電極202、スルーホール221〜229、内部電極203、204及びアース電極205は、第1〜第3のキャパシタC1〜C3共通のアース側電極を構成する。
3個に分割された第1のキャパシタ電極201は、それぞれ第1〜第3のキャパシタC1〜C3個々のホット側電極を構成する。
このように構成された抵抗器内蔵キャパシタは、図1に図示したケース部材1に収容され、アース電極205及び抵抗器Rの第1の端部電極R1が、底面16の導電部160に接続されてアースされる。抵抗器内蔵キャパシタのコ字状本体空間部Sには、磁気回転子6が配置され、第1〜第3の中心導体64〜66の共通部分が導電部160に接続されてアースされる。
磁気回転子6の第1の中心導体64に備えられた第1の端子部641は、抵抗器Rの第2の端部電極R2に接続されるとともに、第2のキャパシタC2の第1のキャパシタ電極201に接続される。磁気回転子6の第2、第3の中心導体65、66に備えられた第2、第3の端子部651、661は、それぞれ第1、第3のキャパシタC1、C3の第1のキャパシタ電極201にそれぞれ接続される。
本実施例のキャパシタは抵抗器を内蔵しているが、抵抗器を含まず、第1〜第3のキャパシタC1〜C3として、もしくは、第1〜第3のキャパシタC1〜C3のうちの2つ、例えば、第1及び第2のキャパシタC1、C2として構成することも可能である。
本実施例に示したキャパシタも、図5〜図7に図示した実施例のキャパシタと同様の作用効果を得ることができる。
以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
1 ケース部材
C1〜C3 キャパシタ
201 第1のキャパシタ電極
202 第2のキャパシタ電極
203、204 内部電極
205 アース電極
211 キャパシタ層
212〜214 非キャパシタ層
216 第2の非キャパシタ層
221〜229 スルーホール
6 磁気回転子
64〜66 中心導体
641〜661 端子部
8 永久磁石
9 カバー部材
C1〜C3 キャパシタ
201 第1のキャパシタ電極
202 第2のキャパシタ電極
203、204 内部電極
205 アース電極
211 キャパシタ層
212〜214 非キャパシタ層
216 第2の非キャパシタ層
221〜229 スルーホール
6 磁気回転子
64〜66 中心導体
641〜661 端子部
8 永久磁石
9 カバー部材
Claims (5)
- 磁気回転子と、複数のキャパシタとを含む非可逆回路素子であって、
前記磁気回転子は、複数の中心導体を有しており、
前記複数のキャパシタは、前記複数の中心導体のそれぞれに個別に接続されており、
前記複数のキャパシタの少なくとも一つは、キャパシタ層と、非キャパシタ層とを含んでおり、
前記キャパシタ層は、層の両面に、互いに重なる第1のキャパシタ電極及び第2のキャパシタ電極を有しており、
前記第1のキャパシタ電極は、前記中心導体に接続されており、
前記非キャパシタ層は、一面が、前記第2のキャパシタ電極のある側において、前記キャパシタ層に積層され、外面にアース電極を有しており、
前記アース電極は、前記第2のキャパシタ電極に、3経路以上の接続経路で電気的に接続されている
非可逆回路素子。 - 請求項1に記載された非可逆回路素子であって、前記非キャパシタ層は、複数層の非キャパシタ層で構成され、前記複数層の非キャパシタ層のそれぞれは、各層間に内部電極を有して積層されている非可逆回路素子。
- 請求項2に記載された非可逆回路素子であって、前記複数層の非キャパシタ層のそれぞれは、前記3経路以上の接続経路を含む非可逆回路素子。
- 請求項1乃至3の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記第1のキャパシタ電極は複数に分割されており、分割電極のそれぞれは前記第2のキャパシタ電極に共通に対向する非可逆回路素子。
- 請求項1乃至4の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記接続経路はスルーホールで構成される非可逆回路素子。
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