JP2005142721A - フィルタ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたノイズ減衰特性を有するフィルタ素子を提供する。
【解決手段】信号用帯状導電体８、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に信号用帯状導電体８を相互間で挟むようにして信号用帯状導電体８の両面側に配設された一対の絶縁体９ａ，９ｂ、および一対の絶縁体９ａ，９ｂにおける信号用帯状導電体８と接触する面の裏面にそれぞれ形成されて基準電位面に接続される接地用導電層１０ａ，１０ｂを備えた帯状積層体７を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、帯状導電体を巻回することによって形成されたフィルタ素子に関するものである。

この種のフィルタ素子として、特許第２８２６３２０号公報において開示されたフィルタ素子が知られている。このフィルタ素子では、同公報中の第２図に示すように、信号用の帯状導電体（以下、「信号用帯状導電体」ともいう）３０−１および接地用帯状導電体３０−２を誘電体シート３２−１，３２−２を介して重ね合わせて積層体を形成し、この積層体を同公報中の第１図（Ａ）に示すように、巻き軸３８の回りに複数回巻き回すことによって巻回部４０が形成されている。このフィルタ素子では、幅の広い信号用帯状導電体を用いることにより、比較的大きな電流を流すことができると共に、高周波信号に対する表皮効果も小さくすることができて、小形でしかも大きなインダクタンスとキャパシタンスとを得ることができる。また、大きなインダクタンスとキャパシタンスとを得ることができる結果、優れたノイズ減衰特性も得ることが可能となっている。
特許第２８２６３２０号公報（第２−３頁、第１−２図）

ところで、近年では、この種のフィルタ素子において、さらに優れたノイズ減衰特性を有するフィルタ素子の実現が望まれている。そこで、本願発明者は、このような要望に応えるべく、この種のフィルタ素子についての研究を独自に重ねた結果、信号用帯状導電体とそれに隣接する内側の接地用帯状導電体との間の単位長さ当たりの静電容量と、信号用帯状導電体とそれに隣接する外側の接地用帯状導電体との間の静電容量とを揃える（バランスさせる）ことにより、この種のフィルタ素子のノイズ減衰特性を一層向上させることを見出した。ところが、従来のフィルタ素子では、信号用帯状導電体３０−１および接地用帯状導電体３０−２を誘電体シート３２−１，３２−２を介して重ね合わせた積層体を巻き回すことによって巻回部４０を形成しているため、いかに密着させて積層体を巻回したとしても、図７に示すように、積層体におけるｎ（ｎは２以上の自然数）ターン目部分ＬＡｎとその内側の（ｎ−１）ターン目部分ＬＡｎ−１との間、および積層体におけるｎターン目部分ＬＡｎとその外側の（ｎ＋１）ターン目部分ＬＡｎ＋１との間に、それぞれ僅かなギャップＧが必ず生じる。この場合、このギャップＧは、その中に空気が存在しているために空気層として機能する。したがって、従来のフィルタ素子では、このギャップＧによる空気層の存在に起因して、一例として、ｎターン目部分ＬＡｎの信号用帯状導電体３０−１と接地用帯状導電体３０−２との間の静電容量Ｃ１と、ｎターン目部分ＬＡｎの信号用帯状導電体３０−１と（ｎ＋１）ターン目部分ＬＡｎ＋１の接地用帯状導電体３０−２との間の静電容量Ｃ２との間の静電容量Ｃ２とが揃わないため（静電容量バランスが崩れるため）、ノイズ減衰特性をさらに向上させることが困難であるという問題点が存在する。

一方、従来のフィルタ素子において、信号用の帯状導電体３０−１および接地用帯状導電体３０−２を誘電体シート３２−１，３２−２を介して重ね合わせると共に、これらを１つの積層体として形成することなく、重ねたままの状態（互いに分離した状態）で巻き軸３８の回りに複数回巻き回すことによって巻回部を形成することも考えられる。この構成では、帯状導電体３０−１、接地用帯状導電体３０−２および各誘電体シート３２−１，３２−２におけるすべての重ね合わせ面間に空気層によるギャップが生じるため、原理的には、上記したような静電容量バランスの崩れは発生しないと考えられる。しかしながら、この構成では、すべての空気層の厚みを均等に形成することが実質的に不可能であるため、静電容量バランスが崩れる結果、ノイズ減衰特性の向上を図ることが困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、優れたノイズ減衰特性を有するフィルタ素子を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のフィルタ素子は、信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に前記信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして当該信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および当該一対の絶縁体における前記信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成されて基準電位面に接続される接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えている。なお、以下の発明を含めて本発明における「帯状導電体」とは、厚みの薄いシート状の導電体に限らず、ある程度の厚みのある導電体、例えば、断面形状が丸形、楕円、四角形、または台形に形成された可撓性を有する板状の導電体をも含むことを意味する。この場合、一対の絶縁体としては、通常、同じ材質を用いるため、同等の厚みに形成することで、誘電率と厚みの積が同等となる。

また、請求項２記載のフィルタ素子は、互いに平行に配設された一対の信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に前記一対の信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして当該一対の信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および当該一対の絶縁体における前記一対の信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成されて基準電位面に接続される接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えている。

また、請求項３記載のフィルタ素子は、請求項１または２記載のフィルタ素子において、前記信号用帯状導電体は前記一対の絶縁体によって封止されている。

また、請求項４記載のフィルタ素子は、請求項１から３のいずれかに記載のフィルタ素子において、前記接地用導電層は、貼り付け金属箔、導電性めっき皮膜、導電性塗膜または導電性蒸着膜で形成されている。

また、請求項５記載のフィルタ素子は、請求項１から４のいずれかに記載のフィルタ素子において、前記コイル部の中心部に磁性体が配設されている。

請求項１記載のフィルタ素子によれば、信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および一対の絶縁体における信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成された接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えたことにより、信号用帯状導電体と一対の接地用導電層との間には絶縁体のみが介在する構成になると共に、信号用帯状導電体とそれに隣接する内側の接地用導電層との間の間隔と、信号用帯状導電体とそれに隣接する外側の接地用導電層との間の間隔とが等しくなるため、信号用帯状導電体とそれに隣接する内側の接地用導電層との間の静電容量と、信号用帯状導電体とそれに隣接する外側の接地用導電層との間の静電容量とを揃える（バランスさせる）ことができる。したがって、優れたノイズ減衰特性を有するノーマルモード用のフィルタ素子を実現することができる。

また、請求項２記載のフィルタ素子によれば、互いに平行に配設された一対の信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に一対の信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして一対の信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および一対の絶縁体における一対の信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成された接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えたことにより、一対の信号用帯状導電体それぞれと一対の接地用導電層との間には絶縁体のみが介在する構成になると共に、一対の信号用帯状導電体の各々について、それらに隣接する内側の接地用導電層との間の間隔と、それらに隣接する外側の接地用導電層との間の間隔とが等しくなるため、隣接する内側の接地用導電層との間の静電容量と、隣接する外側の接地用導電層との間の静電容量とを揃える（バランスさせる）ことができる。したがって、優れたノイズ減衰特性を有するコモンモード用のフィルタ素子を実現することができる。

また、請求項３記載のフィルタ素子によれば、一対の絶縁体によって信号用帯状導電体を封止することにより、信号用帯状導電体の線間相互の耐圧および対地耐圧を向上させることができる。

また、請求項４記載のフィルタ素子によれば、貼り付け金属箔、導電性めっき皮膜、導電性塗膜または導電性蒸着膜で接地用導電層を形成することにより、接地用導電層の厚みを薄く形成することができる。したがって、帯状積層体の厚みを薄くすることができる結果、決められた外径の範囲内で積層体をより多く巻回することができる。この結果、コイル部のインダクタンス値を増加させることができるため、フィルタ素子のノイズ減衰特性を一層向上させることができる。

また、請求項５記載のフィルタ素子によれば、前記コイル部の中心部に磁性体を配設したことにより、さらにコイル部のインダクタンス値を増加させることができるため、フィルタ素子のノイズ減衰特性をさらに一層向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るフィルタ素子の最良の形態について説明する。

まず、フィルタ素子１について、図面を参照して説明する。

フィルタ素子１は、図１に示すように、入力端子２、出力端子３、接地用端子４、コイル部５、および柱状（一例として円柱状）の磁性体（磁性コア）６を備えて構成され、分布定数型の３端子型ノイズフィルタ（低域通過型のノーマルモードフィルタ）として機能する。

コイル部５は、図２に示すように、帯状積層体７を巻回することによって全体として筒状に形成されると共に、中心部に磁性コア６が配設されている。帯状積層体７は、図３に示すように、１つの信号用帯状導電体８、同じ材質で同じ（同等の）厚みに形成されると共に信号用帯状導電体８を相互間で挟むようにして信号用帯状導電体８の両面側に配設された一対の絶縁体９ａ，９ｂ（以下、特に区別しないときは「絶縁体９」ともいう）、および一対の絶縁体９ａ，９ｂにおける信号用帯状導電体８と接触する面の裏面全体にそれぞれ形成された一対の接地用導電層１０ａ，１０ｂ（以下、特に区別しないときは「接地用導電層１０」ともいう）を備え、信号用帯状導電体８、一対の絶縁体９，９、および一対の接地用導電層１０，１０が一体的に積層されて構成されている。

信号用帯状導電体８は、その一端側に入力端子２の一端側が電気的に接続されると共に、その他端側に出力端子３の一端側が電気的に接続されている。絶縁体９ａ，９ｂは、誘電性および電気的絶縁性を有する同じ材料で構成されている。また、各絶縁体９は、図３に示すように、その幅およびその長さが信号用帯状導電体８よりも大きめに形成されると共に、互いの外周縁部分が互いに密着することにより、その相互間で、信号用帯状導電体８、および信号用帯状導電体８に接続された入力端子２と出力端子３の各一端側を被覆している。この構成により、特に、信号用帯状導電体８は、各絶縁体９によって封止された状態になっている。各接地用導電層１０は、一例として、薄膜状の導電性めっき皮膜（金属めっき皮膜）で構成されている。接地用端子４は、接地用導電層１０に電気的に接続されている。

このフィルタ素子１によれば、信号用帯状導電体８、同じ厚みに形成されると共に信号用帯状導電体８を相互間で挟むようにして信号用帯状導電体８の両面側に配設された一対の絶縁体９、および一対の絶縁体９における信号用帯状導電体８と接触する面の裏面にそれぞれ形成された一対の接地用導電層１０を備えた帯状積層体７を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部５を備えたことにより、信号用帯状導電体８と一対の接地用導電層１０ａ，１０ｂとの間には絶縁体９のみが介在する構成になると共に、信号用帯状導電体８とそれに隣接する内側の接地用導電層１０ｂとの間の間隔と、信号用帯状導電体８とそれに隣接する外側の接地用導電層１０ａとの間の間隔とが常に等しくなるため、信号用帯状導電体８と内側の接地用導電層１０ｂとの間の静電容量と、信号用帯状導電体８と外側の接地用導電層１０ａとの間の静電容量とを揃える（バランスさせる）ことができる。したがって、優れたノイズ減衰特性を有するノーマルモード用のフィルタ素子１を実現することができる。

また、一対の絶縁体９ａ，９ｂによって信号用帯状導電体８を封止したことにより、信号用帯状導電体８の線間相互の耐圧および対地耐圧を向上させることができる。さらに、導電性めっき皮膜などで各接地用導電層１０を形成したことにより、各接地用導電層１０の厚みを薄く形成することができる。このため、帯状積層体の厚みを薄くすることができる結果、決められた外径の範囲内で積層体をより多く巻回することができる。したがって、コイル部５のインダクタンス値を増加させることができる結果、フィルタ素子１のノイズ減衰特性をより一層向上させることができる。さらに、コイル部５の中心部に磁性コア６を配設したことにより、コイル部５のインダクタンス値を一層増加させることができる結果、フィルタ素子１のノイズ減衰特性をより一層向上させることができる。

なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、上述したフィルタ素子１では、１つの信号用帯状導電体８を備えた帯状積層体７を用いることによってノーマルモード用のフィルタ素子に構成した例について説明したが、帯状積層体７に代えて、図４に示す帯状積層体２２を用いることにより、図５に示すコモンモード用のフィルタ素子２１を構成することもできる。このフィルタ素子２１は、同図に示すように、一対の入力端子２ａ，２ｂ、一対の出力端子３ａ，３ｂ、接地用端子４、コイル部２３および磁性コア６を備えて構成されて、分布定数型の３端子型ノイズフィルタ（低域通過型のコモンモードフィルタ）として機能する。なお、フィルタ素子１と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

帯状積層体２２は、図４に示すように、互いに平行に配設された一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂ、各信号用帯状導電体８ａ，８ｂを相互間で挟むようにして信号用帯状導電体８ａ，８ｂの両面側に配設された一対の絶縁体９、および一対の絶縁体９の裏面全体にそれぞれ形成された一対の接地用導電層１０を備え、信号用帯状導電体８、各絶縁体９、および各接地用導電層１０が一体的に積層されて構成されている。各信号用帯状導電体８ａ，８ｂは、フィルタ素子１における信号用帯状導電体８と同様にして、各絶縁体９によって封止された状態になっている。また、信号用帯状導電体８ａは、その一端側に入力端子２ａの一端側が電気的に接続されると共に、その他端側に出力端子３ａの一端側が電気的に接続されている。一方、信号用帯状導電体８ｂは、その一端側に入力端子２ｂの一端側が電気的に接続されると共に、その他端側に出力端子３ｂの一端側が電気的に接続されている。接地用端子４は、その一端側が接地用導電層１０に電気的に接続されている。コイル部２３は、この帯状積層体２２を磁性コア６に巻回することによって全体として図５に示すように筒状に形成されている。

このフィルタ素子２１によれば、互いに平行に配設された一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂ、同じ（同等の）厚みに形成されて一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂを相互間で挟むようにして一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂの両面側に配設された一対の絶縁体９、および一対の絶縁体９における一対の信号用帯状導電体８と接触する面の裏面にそれぞれ形成された一対の接地用導電層１０を備えた帯状積層体２２を巻回して形成されたコイル部２３を備えたことにより、各信号用帯状導電体８ａ，８ｂと一対の接地用導電層１０ａ，１０ｂとの間には絶縁体９のみが介在する構成になると共に、一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂの各々について、それらに隣接する内側の接地用導電層１０ｂとの間の間隔と、それらに隣接する外側の接地用導電層１０ａとの間の間隔とが等しくなるため、隣接する内側の接地用導電層１０ｂとの間の静電容量と、隣接する外側の接地用導電層１０ａとの間の静電容量とを揃えることができる。したがって、優れたノイズ減衰特性を有するコモンモード用のフィルタ素子を実現することができる。

また、本発明は上記した構成に限定されない。例えば、上述した各フィルタ素子１，２１では、コイル部５，２３の中心部に磁性コア６を配設してインダクタンス値を大きくする例について説明したが、柱状の磁性コア６に代えてＥＩ型コアを用いることもできるし、またポットコア内にコイル部５，２３を装着する構成を採用することもできる。特に、ポットコアを用いる構成によれば、インダクタンス値をさらに大きくしつつ、外部磁界のコイル部５，２３に対する影響を十分に低減することができる。一方、インダクタンス値を小さくするときには、磁性コア６を配設しない構成（コイル部５，２３を空芯）とすることもできる。また、上述した各フィルタ素子１，２１では、各接地用導電層１０を導電性めっき皮膜で構成した例について説明したが、貼り付け金属箔、導電性塗膜あるいは導電性蒸着膜で構成することもできる。この構成によれば、各接地用導電層１０の膜厚を薄く形成することができるため、コイル部５，２３のインダクタンス値を大きくすることができる。また、各接地用導電層１０については、各絶縁体９における信号用帯状導電体８と接触する面の裏面全体に形成する構成に代えて、接地用帯状導電体８の幅に合わせた幅に形成する（つまり、絶縁体９よりも幅狭に形成する）構成を採用することもできる。また、フィルタ素子２１では、一対の信号用帯状導電体８ａ，８ｂを備えてコモンモードフィルタとして機能させる構成について説明したが、３本以上の信号用帯状導電体を備えて構成することもできる。

具体的に、上記したフィルタ素子１についての実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。

信号用帯状導電体８とそれに隣接する内側の接地用導電層１０ｂとの間の単位長さ当たりの静電容量Ｃ１と、信号用帯状導電体８とそれに隣接する外側の接地用導電層１０ａとの間の単位長さ当たりの静電容量Ｃ２とが共に所定の単位長さ当たりの静電容量Ｃｒに等しくなる（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃｒ）フィルタ素子のサンプルを作製して、実施例とした。また、静電容量Ｃ２が静電容量Ｃ１（＝Ｃｒ）の２倍になるフィルタ素子のサンプルを作製して比較例１とした。また、逆に、静電容量Ｃ２が静電容量Ｃ１（＝Ｃｒ）の０．５倍になるフィルタ素子のサンプルを作製して比較例２とした。また、静電容量Ｃ１が静電容量Ｃ２（＝Ｃｒ）の２倍になるフィルタ素子のサンプルを作製して比較例３とした。また、逆に、静電容量Ｃ１が静電容量Ｃ２（＝Ｃｒ）の０．５倍になるフィルタ素子のサンプルを作製して比較例４とした。なお、実施例の詳細なサンプルスペックについて下記する。磁性コア６は直径３ｃｍで高さ２ｃｍのものを用いた。帯状積層体７については、信号用帯状導電体８として、材質がＣｕ、幅が１．２ｃｍ、厚みが３５μｍのものを用い、接地用導電層１０ａ，１０ｂとして、材質がＣｕ、幅が１．２ｃｍ、厚みが３５μｍのものを用い、絶縁体９ａ，９ｂとして、材質がポリイミド、幅が１．７ｃｍ、厚みが５０μｍのものを用いて１．５ｍの長さに構成した。また、作製した各フィルタ素子を、外形３ｃｍ、中心軸直径１２ｍｍ、高さ２．３ｃｍのポット型フェライト磁性体（ＴＤＫ製ＭｎＺｎフェライトＨ５Ｃ２材）内に配設した。このようにして、信号用帯状導電体８のターン数が３５であってインダクタンスが全体として９ｍＨとなり、上記の単位長さ当たりの静電容量Ｃ１，Ｃ２（＝Ｃｒ）が２０００ｐＦ／ｍとなる実施例のフィルタ素子を作製した。

次いで、実施例および比較例１〜４に係るフィルタ素子の各周波数毎のノイズ減衰量を測定した。実施例および比較例１〜４に係るフィルタ素子の各ノイズ減衰特性を図６に示す。なお、同図において、実施例に係るフィルタ素子のノイズ減衰特性を符号Ａで示し、比較例１，２，３，４に係るフィルタ素子のノイズ減衰特性をそれぞれ符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで示す。なお、測定には、ネットワークアナライザＨＰ８７５１Ａを用い、５０Ω系で測定した後に、取付対象のスイッチング電源装置の出力インピーダンス特性（１２５ｐＦの容量性出力インピーダンス）に合わせてインピーダンス交換を行った。

図６に示すノイズ減衰特性図によれば、実施例に係るフィルタ素子と比較例１〜４に係る各フィルタ素子とは、３００ｋＨｚ未満の周波数帯域および３０ＭＨｚを超える周波数帯域では、ほぼ同等のノイズ減衰特性を示す。しかしながら、３００ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の範囲の周波数帯域では、比較例１〜４に係る各フィルタ素子が４５ｄＢ未満の減衰量しか確保できないのに対して、実施例に係るフィルタ素子によれば、大きな減衰量（４５ｄＢ以上の減衰量）が確保されている。

フィルタ素子１の構成を示す斜視図である。 フィルタ素子１の構成を示すために帯状積層体７の一端側を巻き解いた状態の斜視図である。 図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。 帯状積層体２２の構成を示す断面図である。 フィルタ素子２１の構成を示す斜視図である。 実施例および比較例１〜４に係るフィルタ素子の周波数とノイズ減衰量との関係を示すノイズ減衰特性図である。 特許第２８２６３２０号公報に記載のフィルタ素子における巻回部４０の部分断面図である。

符号の説明

１，２１ フィルタ素子
２，２ａ 入力端子
３，３ａ 出力端子
４ 接地用端子
５，２３ コイル部
６ 磁性コア
７，２２ 帯状積層体
８，８ａ，８ｂ 信号用帯状導電体
９ａ，９ｂ 絶縁体
１０ａ，１０ｂ 接地用導電層

Claims (5)

1. 信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に前記信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして当該信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および当該一対の絶縁体における前記信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成されて基準電位面に接続される接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えているフィルタ素子。
2. 互いに平行に配設された一対の信号用帯状導電体、誘電率と厚みの積が同等に形成されると共に前記一対の信号用帯状導電体を相互間で挟むようにして当該一対の信号用帯状導電体の両面側に配設された一対の絶縁体、および当該一対の絶縁体における前記一対の信号用帯状導電体と接触する面の裏面にそれぞれ形成されて基準電位面に接続される接地用導電層を備えた帯状積層体を巻回することによって全体として筒状に形成されたコイル部を備えているフィルタ素子。
3. 前記信号用帯状導電体は前記一対の絶縁体によって封止されている請求項１または２記載のフィルタ素子。
4. 前記接地用導電層は、貼り付け金属箔、導電性めっき皮膜、導電性塗膜または導電性蒸着膜で形成されている請求項１から３のいずれかに記載のフィルタ素子。
5. 前記コイル部の中心部に磁性体が配設されている請求項１から４のいずれかに記載のフィルタ素子。

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