JP2020113910A - 電子部品、電子部品の製造方法およびノイズ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本開示の目的は、数ｋＨｚから数百ｋＨｚまでのターゲット周波数範囲において、大電流に含まれるノイズを減衰させることにある。【解決手段】 電子部品（２）は、磁性体（１２−１、１２−２）と、該磁性体を一回のみ貫通する導体（１４）とを含むインダクタ（４）と、導電性高分子を含み、前記インダクタの前記導体に接続されるコンデンサ（６）とを含む。【選択図】 図１

Description

本開示の技術は、インダクタとコンデンサを有する電子部品に関する。

インダクタとコンデンサを有する電子部品は、たとえばフィルタ回路を形成する。フィルタ回路では、たとえばトロイダルコイルがインダクタとして用いられ（たとえば特許文献１）、たとえばアルミ電解コンデンサがコンデンサとして用いられる。トロイダルコイルは、円環状の磁性体のコアと、コアに巻き付けられた導体を含む。導体の巻き数が増加すると、トロイダルコイルのインダクタンスＬが大きくなる。インダクタとコンデンサを有するＬＣフィルタにおけるカットオフ周波数ｆは、１／２π√（ＬＣ）で表される（Ｃは、コンデンサの静電容量である）。したがって、トロイダルコイルのインダクタンスＬを大きくすると、コンデンサの静電容量Ｃを小さくすることができる。

特開２００６−１４８０２３号公報

ところで、車両、移動体、ロボット、医療機器およびコンピュータ機器などの電子機器の複雑化および高性能化に伴い、ノイズフィルタなどの電子部品にとって過酷な環境下での電子部品の設置が要請されている。たとえば、２０アンペア以上の大電流が流れる回路にノイズフィルタを設置することが要請されている（以下、「大電流対応の要請」という）。また、メガヘルツ帯の高周波とは異なり、数ｋＨｚから数百ｋＨｚまでのターゲット周波数範囲において、優れたノイズ減衰性能を有するフィルタが要請されている（以下、「ターゲット周波数対応の要請」という）。このターゲット周波数範囲のノイズが、たとえばラジオ受信機に流れ込むと、このノイズは、中波を用いたラジオ放送の視聴における雑音の原因となる。また、ノイズの抑制は、誤動作の防止などのために重要である。これらの要請に対応するためには、トロイダルコイルおよびアルミ電解コンデンサを用いたＬＣフィルタの設計思想から脱却して、斬新な電子部品を得る必要がある。

そこで、本開示の目的は、数ｋＨｚから数百ｋＨｚまでのターゲット周波数範囲において、大電流に含まれるノイズを減衰させることにある。

本開示の第１の側面によれば、電子部品は、磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含むインダクタと、導電性高分子を含み、前記インダクタの前記導体に接続されるコンデンサとを含む。

上記電子部品において、少なくとも周波数３．６キロヘルツでの交流信号の減衰率が−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅまたは約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅであってもよく、前記電子部品が２次型のローパスフィルタを形成してもよい。

上記電子部品は、導線を含む基板をさらに含んでいてもよい。前記インダクタおよび前記コンデンサは前記基板に固定されていてもよく、前記導線を介して前記コンデンサが前記インダクタの前記導体に接続されていてもよい。

上記電子部品において、無重畳電流時および３０アンペアの直流電流が重畳されている時の前記インダクタのインダクタンスが１マイクロヘンリ以上３マイクロヘンリ以下であってもよい。

上記電子部品において、前記コンデンサは、少なくとも周波数３．６キロヘルツの交流信号に対して静電容量として機能していてもよい。

上記電子部品において、前記コンデンサの静電容量は、１０マイクロファラド以上１０００マイクロファラド以下であってもよい。

上記電子部品において、前記コンデンサは、液状成分をさらに含む導電性高分子ハイブリッドコンデンサであってもよい。

上記電子部品は、前記コンデンサに並列に接続され、前記インダクタと前記コンデンサの共振により生じるピークを抑制する並列回路をさらに含んでいてもよい。

本開示の第２の側面によれば、電子部品の製造方法は、磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含むインダクタを形成する工程と、導電性高分子を含むコンデンサを形成する工程と、前記コンデンサを前記インダクタの前記導体に接続する工程とを含む。

本開示の第３の側面によれば、インダクタとコンデンサとを含む電子部品によるノイズ処理方法において、前記インダクタは、磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含み、前記電子部品の前記導体を流れる交流信号を減衰させ、前記コンデンサは、導電性高分子を含み、前記交流信号を吸収し、前記交流信号を減衰させる。

本開示によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 電子部品の発熱量および電力ロスを抑制することができる。

(2) たとえば０アンペアから３０アンペアの電流範囲において、電子部品のインダクタンスを安定させることができる。

(3) たとえば約３ｋＨｚ〜約３００ｋＨｚの周波数範囲において、電子部品を構成するインダクタとコンデンサの各々は自己共振を生じていない。そのため、電子部品は、この周波数範囲において、約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの減衰率を有する２次型ＬＣフィルタとして機能することができる。

(4) たとえば−４０℃から＋１５０℃の温度範囲において、電子部品の周波数特性を安定させることができる。

実施の形態および実施例１に係る電子部品の一例を示す図である。 電子部品の等価回路の一例を示す図である。 インダクタの重畳特性の一例を示す図である。 インダクタの発熱特性の一例を示す図である。 コンデンサおよびアルミ電解コンデンサのインピーダンスおよび等価直列抵抗の特性の一例を示す図である。 電子部品の特性の一例を示している。 図６に示されている電子部品の特性インピーダンス特性、−４０ｄＢ時の周波数などを示している。 電子部品の特性（理論値）のシミュレーション検証結果の一例を示す図である。 電子部品の製造手順の一例を示す図である。 電子部品の製造手順の一例を示す図である。 電子部品の回路への実装例を示す図である。 実施例２に係る電子部品の等価回路の一例を示す図である。 周波数測定システムの概要を示す図である。 実施例１および実施例２に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示す図である。 温度変化による周波数特性の変化を示す図である。 温度変化による周波数特性の変化を示す図である。 電流量変化による周波数特性の変化を示す図である。 比較例１に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示す図である。 温度変化による周波数特性の変化を示す図である。 比較例２に係る電子部品に含まれているアルミ電解コンデンサのインピーダンスおよび等価直列抵抗の特性を示す図である。 比較例２に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示す図である。 比較例３に係る電子部品の電流量変化による周波数特性の変化を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態および実施例を説明する。

実施の形態

図１は、実施の形態に係る電子部品の一例を示している。図１において、インダクタ４の外装ケース１６−１、１６−２の前半分、インダクタ４の磁性体１２−１の一部、およびコンデンサ６の筐体２４の一部を省略している。

電子部品２は、インダクタンスＬを有するインダクタ４、静電容量Ｃを有するコンデンサ６および基板８を含み、ＬとＣを有する電子部品を形成している。電子部品２は、インダクタンスＬと静電容量Ｃを有し、たとえば２次型のローパスフィルタとして用いられる。

インダクタ４は、磁性体１２−１、１２−２、導体１４および外装ケース１６−１、１６−２を含んでいる。導体１４が磁性体１２−１、１２−２を貫通している。そのため、磁性体１２−１、１２−２が導体１４に鎖交して、インダクタが形成されている。

磁性体１２−１、１２−２は、たとえば筒形状を有し、円形の断面の中心部分に中空部１８を有している。中空部１８は磁性体１２−１、１２−２の筒の両端部に到達し、磁性体１２−１、１２−２の内部を貫いている。磁性体１２−１、１２−２は、珪素鋼、軟磁性結晶材、ナノクリスタル材、アモルファス金属またはアモルファス合金などの磁性材料を含む。アモルファス金属は、たとえば鉄系アモルファス材料、コバルト系アモルファス材料であり、ナノクリスタル材は、たとえば鉄系ナノクリスタル材料であり、アモルファス合金は、たとえば鉄−ニッケル系合金、鉄−ケイ素合金である。磁性体１２−１、１２−２は、複数種類の磁性材料を含んでいてもよい。磁性材料は、たとえばインダクタ４の用途に応じて選択される。

磁性体１２−１、１２−２は、たとえば帯状の磁性箔を巻くことにより形成される。磁性体１２−１、１２−２は、磁性材料の焼結体であってもよい。

導体１４は、導電性を有する線または棒であり、たとえば銅線または銅棒である。導体１４は、中央部に折返し部１４−３を有し、折返し部１４−３の外側に第１の外側導体１４−１および第２の外側導体１４−２を有している。第１の外側導体１４−１は、たとえば第２の外側導体１４−２と平行またはほぼ平行に配置されている。第１の外側導体１４−１は磁性体１２−１を一回のみ貫通して、磁性体１２−１と鎖交し、第２の外側導体１４−２は磁性体１２−２を一回のみ貫通して、磁性体１２−２と鎖交している。そのため、インダクタ４はたとえば１ターン構造のコイルを形成している。第１の外側導体１４−１および第２の外側導体１４−２の端部は、磁性体１２−１、１２−２から突出している。

外装ケース１６−１、１６−２は、磁性体１２−１、１２−２および導体１４を収納する。外装ケース１６−１、１６−２は、たとえば樹脂で形成され、磁性体１２−１、１２−２および導体１４を保護する。外装ケース１６−２は、第１の外側導体１４−１、および第２の外側導体１４−２に対応する位置に、貫通孔を有する。第１の外側導体１４−１および第２の外側導体１４−２の端部は、第２の外側導体１４−２の貫通孔を通って外装ケース１６−２から突出する。インダクタ４は基板８に設置される。

コンデンサ６は、コンデンサ素子２０、電解質２２、筐体２４および封口部材２６を含んでいる。コンデンサ素子２０は、容量素子の一例であって、積層された陽極箔、セパレータ、および陰極箔を含み、陽極箔に接続されたリード線２８−１および陰極箔に接続されたリード線２８−２をさらに含む。電解質２２は、少なくとも導電性高分子を含む電解質であり、コンデンサ素子２０は、電解質２２が含浸されて、静電容量が形成される。電解質２２は、導電性高分子および液状成分を含むハイブリッド電解質であってもよい。つまり、コンデンサ６は、導電性高分子を含む導電性高分子コンデンサであってもよく、導電性高分子および液状成分を含む導電性高分子ハイブリッドコンデンサであってもよい。筐体２４はたとえばアルミニウム缶であって、電解質２２を含浸したコンデンサ素子２０を収納する。封口部材２６は、たとえば封口ゴムであって、筐体２４の開口部を封止する。コンデンサ素子２０のリード線２８−１、２８−２は、封口部材２６の貫通孔を通って、封口部材２６から外側に突出している。コンデンサ６は基板８に設置される。なお、電解質２２を含浸したコンデンサ素子２０を筐体２４に収納し、封口部材２６で封止したが、電解質２２を含浸したコンデンサ素子２０を樹脂で被覆することで封止してもよい。

基板８は、たとえば回路基板であって、導線３０を含んでいる。導線３０は、インダクタ４の第１の外側導体１４−１およびコンデンサ６のリード線２８−１に接続して、インダクタ４およびコンデンサ６を電気的に接続する。また第２の外側導体１４−２およびリード線２８−２は、それぞれ他の導線３０に接続され、第２の外側導体１４−２またはリード線２８−２の接続端が基板８の外側に引き出されている。

図２は、電子部品の等価回路の一例を示している。図２において、等価回路中の配線に沿って付された矢印は、信号が流れる向きを表している。

インダクタ４の一端がコンデンサ６のプラス側のリード線２８−１に接続されているので、電子部品２は、たとえばＬ型ＬＣフィルタを形成する。

電子部品２には交流信号Ｖノイズが流れ込む。この交流信号Ｖノイズは、電子部品２に流れる信号の一つであって、たとえば数ｋＨｚから数百ｋＨｚのターゲット周波数範囲内の周波数を有する交流信号を含んでいる。交流信号はたとえばスイッチング電源で発生するスパイクノイズ、インバータから生じるノイズを含んでいる。この交流信号Ｖノイズがインダクタ４の導体１４内を流れるとき、インダクタ４は、交流信号の通過を阻害させる。また、コンデンサ６は、交流信号Ｖノイズ中の交流信号Ｖａを吸収し、取り除く。そのため、電子部品２は、交流信号Ｖノイズ中の交流信号を減衰させることができる。コンデンサ６は、交流信号Ｖノイズ中の交流信号Ｖａを接地線に流してもよい。この交流信号Ｖノイズには、重畳電流（直流電流）が重畳されていてもよい。

図３は、インダクタ４の重畳特性の一例を示している。図３において、温度−４０℃、＋２５℃、＋１３５℃におけるインダクタ４の重畳特性の一例がそれぞれ実線、一点鎖線、二点鎖線で表され、トロイダルコイルの重畳特性の一例が破線で表されている。図３において、縦軸は、周波数１０ｋＨｚにおけるインダクタンスＬを表し、横軸は重畳電流（直流電流）の電流値を表す。重畳電流が０アンペアの状態は、重畳電流が流れていない状態、つまり無重畳電流状態を表す。

重畳電流が０〜３０アンペアの範囲において、トロイダルコイルのインダクタンスＬは、インダクタ４のインダクタンスＬよりも高い。トロイダルコイルを用いると、大きなインダクタンスＬが得られる。たとえば、Ｌ型ＬＣフィルタのカットオフ周波数ｆは次の式(1)で表されるので、インダクタンスＬが大きいと、静電容量Ｃを小さくすることができる。
ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝ ・・・・(1)
そのため、ＬＣフィルタなどのＬＣ電子部品では、トロイダルコイルが一般的に使用され、高い実績を有している。

インダクタ４のインダクタンスＬは、トロイダルコイルのインダクタンスＬよりも低い。しかしながら、重畳電流が増加するにつれて、トロイダルコイルのインダクタンスＬが大きく減少するのに対し、インダクタ４のインダクタンスＬの減少は小さい。つまり、インダクタ４は、トロイダルコイルよりも電流依存性が小さく、高い電流安定性を有している。また、３０アンペアなどの大きな重畳電流の電流値では、インダクタ４とトロイダルコイルのインダクタンスＬの差が比較的小さい。そのため、インダクタ４は、大きな重畳電流を処理する電子部品において、トロイダルコイルとほぼ同等の働きをすることができる。

また、インダクタンスＬの変化量は、図３に示すように、−４０℃から＋１３５℃の温度範囲において小さい。つまり、インダクタ４は、広い温度範囲において安定したインダクタンスＬを提供することができる。

図４は、インダクタの発熱特性の一例を示している。図４において、インダクタ４の発熱特性の一例が実線で表され、トロイダルコイルの発熱特性の一例が破線で表されている。図４において、縦軸は、温度の上昇量を表し、横軸は直流電流（重畳電流）の電流値を表す。なお、温度は、インダクタ４とトロイダルコイルの上部表面の温度である。

導体の巻き数の違いのため、インダクタ４の発熱量は、トロイダルコイルの発熱量よりも少なくなる。たとえば、３０アンペアの直流電流がインダクタ４を流れるとき、インダクタ４の直流抵抗は、たとえば０．４ミリオーム（ｍΩ）であり、電力ロスは、たとえば０．３６ワット（Ｗ）であり、温度の上昇量は、図４に示すように、たとえば１２ケルビン（Ｋ）である。これに対し、３０アンペアの直流電流がトロイダルコイルを流れるとき、トロイダルコイルの直流抵抗は、たとえば２．４ミリオームであり、電力ロスは、たとえば２．１６ワットであり、温度の上昇量は、図４に示すように、たとえば６２ケルビンである。その結果、インダクタ４を含む電子部品２の発熱量および電力ロスは、トロイダルコイルを含む電子部品の発熱量および電力ロスよりも少なくできる。インダクタ４とトロイダルコイルとの間の発熱量の差は、電流値が大きくなるにつれて大きくなる。したがって、大電流を処理する場合において、電子部品２は、顕著な低発熱量および低電力ロスの効果を得ることができる。

インダクタ４のインダクタンスＬは、１マイクロヘンリ（以下、「μＨ」と表す）以上が好ましく、１．５μＨ以上が望ましい。インダクタンスＬが１μＨ以上であると、このインダクタ４に組み合わせられるコンデンサ６の設定の自由度が確保できる。インダクタンスＬが１．５μＨ以上であると、このインダクタ４に組み合わせられるコンデンサ６の設定の自由度が高められる。インダクタンスＬが大きくなると、インダクタ４は大きくなり、既述の電流依存性が大きくなり、直流抵抗が大きくなる。そのため、インダクタンスＬは、３μＨ以下が好ましく、２．５μＨ以下が望ましい。インダクタンスＬは、たとえば日本工業規格ＪＩＳ Ｃ ５３２１ ６．１７（コイル重畳特性の測定方法）に基づき測定できる。

図５のＡは、コンデンサのインピーダンスおよび等価直列抵抗（以下、「ＥＳＲ」と言う）の特性の一例を示し、図５のＢは、電解質として電解液のみを用いたアルミ電解コンデンサのインピーダンスおよびＥＳＲの特性の一例を示している。図５のＡでは、−４０℃におけるインピーダンス（Ｚ）の絶対値およびＥＳＲが実線で示され、図５のＢでは、−４０℃におけるインピーダンスの絶対値およびＥＳＲが破線で示されている。図５Ａおよび図５のＢでは、＋２０℃におけるインピーダンスの絶対値およびＥＳＲが一点鎖線で示され、＋１３５℃におけるインピーダンスの絶対値およびＥＳＲが二点鎖線で示されている。図５のＡおよび図５のＢにおいて、縦軸は、インピーダンスの絶対値およびＥＳＲの値を表し、横軸は周波数を表す。

導電性高分子を含むコンデンサ６のインピーダンスの絶対値は、図５のＡに示すように、たとえば０〜約２００ｋＨｚの周波数範囲において、ＥＳＲよりも大きい。そのため、コンデンサ６は、たとえば０〜約２００ｋＨｚの周波数範囲において、静電容量Ｃを有する。これに対し、導電性高分子を含まないアルミ電解コンデンサのインピーダンスの絶対値は、図５のＢに示すように、たとえば７ｋＨｚ、３０ｋＨｚまたは７０ｋＨｚを超える周波数でＥＳＲとほぼ同じ値になり、アルミ電解コンデンサがたとえば抵抗として機能する。つまり、アルミ電解コンデンサを含む電子部品は、見かけはコンデンサを含んでいてもたとえば７０ｋＨｚを超える周波数において、電気的には静電容量Ｃを喪失する。そのため、コンデンサ６を含む電子部品２は、アルミ電解コンデンサを含む電子部品よりも、広い周波数帯域において、理想的なＬＣ電子部品として機能することができる。

インダクタンスＬと静電容量Ｃを含む２次型のＬＣフィルタまたはローパスフィルタは、たとえば−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの減衰率を有する。しかしながら、インダクタンスＬと抵抗Ｒを含む１次型のＬＲフィルタまたはローパスフィルタの減衰率は、たとえば−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅである。したがって、コンデンサ６を含む電子部品２は、たとえば７０ｋＨｚを超える周波数の交流信号を、アルミ電解コンデンサを含む電子部品よりも効率的に減衰させることができる。なお、「ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ」は、減衰率の単位であり、たとえば「−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ」は、周波数が１０倍になるごとに信号が４０デシベル（以下、「ｄＢ」と表す）減衰することを表す。

また、導電性高分子を含むコンデンサ６のインピーダンスの絶対値およびＥＳＲは、図５のＡに示すように、−４０℃から＋１３５℃の温度範囲において、ほとんど変動しない。つまり、コンデンサ６は、広い温度範囲において安定した静電容量Ｃを提供することができる。これに対し、導電性高分子を含まないアルミ電解コンデンサのインピーダンスの絶対値およびＥＳＲは、図５のＢに示すように、−４０℃から＋１３５℃の温度範囲において、変動する。そのため、アルミ電解コンデンサを含む電子部品は、周囲の温度に応じて、ＬＣフィルタとして機能する周波数範囲が変動する。したがって、コンデンサ６を含む電子部品２は、アルミ電解コンデンサを含む電子部品よりも、温度変化に対し、高い減衰率の安定性を有することができる。

電子部品２は、好ましくは以下の第１の条件から第３の条件を満足し、ターゲット周波数範囲の交流信号を効率的に減衰させてもよい。
・第１の条件： コンデンサ６の共振周波数が、電子部品２において信号の減衰量が−４０ｄＢとなる時の信号の周波数の理論値（以下、「−４０ｄＢ時の周波数」という）に対して一定の尤度を有している。つまり、以下の式(2)で表される尤度が２．０以上である。
尤度＝コンデンサ６の共振周波数／−４０ｄＢ時の周波数 ・・・・(2)
・第２の条件： 電子部品２の特性インピーダンスが電源回路のインピーダンスに対して妥当である。なお、特性インピーダンスとは、コイルとコンデンサからの組み合わせからなるもので、√Ｌ／Ｃで表されるものである。
・第３の条件： −４０ｄＢ時の周波数が、既述のターゲット周波数範囲内である。

図６は、電子部品の特性の一例を示している。図７は、図６に示されている電子部品の特性インピーダンス特性、−４０ｄＢ時の周波数などを示している。

インダクタ４のインダクタンスＬが２μＨであるとき、図６に示すように、１０マイクロファラド（以下、「μＦ」と表す）から１０００μＦの静電容量Ｃを有するコンデンサ６を含む電子部品２は、第１の条件および第３の条件を満足する。したがって、コンデンサ６は、１０μＦ以上１０００μＦ以下の静電容量Ｃを有することが好ましく、電子部品２には、このようなコンデンサ６の中からたとえば第２の条件を満たすコンデンサ６が用いられる。電子部品２の特性インピーダンスは、図７のＡに示すように、０．０４オームと０．４５オームの間に分布しているので、１０μＦ以上１０００μＦ以下の静電容量Ｃを有するコンデンサ６の中に、第２の条件を満たす電子部品２が存在している。

静電容量Ｃは、コンデンサ６の小型化および静電容量などの観点から、４７μＦ以上３３０μＦ以下の範囲が望ましい。

コンデンサ６は、電子部品２のカットオフ周波数または−４０ｄＢ時の周波数がターゲット周波数範囲内の特定の周波数になるように選択されてもよい。電子部品２のカットオフ周波数は、図７のＡに示すように、３．６ｋＨｚと３５．６ｋＨｚの間に分布しているので、３．６ｋＨｚと３５．６ｋＨｚの範囲で電子部品２のカットオフ周波数を調整することができる。電子部品２の−４０ｄＢ時の周波数は、図７のＢに示すように、３５．６ｋＨｚと３５５．９ｋＨｚの間に分布しているので、３５．６ｋＨｚと３５５．９ｋＨｚの範囲で−４０ｄＢ時の周波数を調整することができる。

静電容量Ｃは、たとえば日本工業規格ＪＩＳ Ｃ ５１０１−２６ ４．４．２（静電容量の測定）に基づき測定できる。図６では、インダクタンスＬが２μＨであるときの電子部品２の特性が示されている。しかしながら、インダクタンスＬが２μＨの近傍値、たとえば１μＨ以上３μＨ以下であれば、電子部品２は図６に示されている特性とほぼ同様の特性を有し、コンデンサ６の静電容量Ｃの好ましい範囲は、ほぼ変わらない。

静電容量Ｃの好ましい範囲（１０μＦ以上１０００μＦ以下）の説明のために、−４０ｄＢ時の周波数として理論値を用いた。そこで、この理論値をシミュレーションで検証する。シミュレーションのために、電子部品２に含まれる各部品の特性が測定され、測定の結果に基づき各部品のＳＰＩＣＥ（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）モデルを作成する。作成したＳＰＩＣＥモデルを用いて、ＳＰＩＣＥシミュレータで電子部品２の電子回路を形成し、形成した電子回路のたとえば周波数１００Ｈｚから１ＭＨｚにおける減衰量を得る。ＳＰＩＣＥモデルは電子部品２の各部品の特性に基づき作成されかつ電子部品２に含まれている部品の数は少ない。そのため、ＳＰＩＣＥシミュレータは、電子部品２の実際の特性に近いシミュレーション結果を出力することができる。

図８のＡ、図８のＢ、図８のＣおよび図８のＤは、それぞれ４７μＦ、１００μＦ、２７０μＦ、３３０μＦのコンデンサ６を含む電子部品２の周波数特性の理論値とシミュレーション結果の一例を示している。図８のＡ、図８のＢ、図８のＣおよび図８のＤにおいて、シミュレーション結果が実線で表され、理論値が破線で表されている。図８のＡ、図８のＢ、図８のＣおよび図８のＤにおいて、縦軸は、減衰量を表し、横軸は周波数を表す。

図８のＡ、図８のＢ、図８のＣおよび図８のＤに示すように、理論値がシミュレーション結果にほぼ一致している。つまり、理論値を用いて得た静電容量Ｃの好ましい範囲は、電子部品２における静電容量Ｃの好ましい範囲を表している。

図９および図１０は、電子部品の製造手順の一例を示している。

図９のＡに示すように、導体１４の第１の外側導体１４−１を磁性体１２−１の中空部１８に挿入し、第２の外側導体１４−２を磁性体１２−２の中空部１８に挿入する。図９のＢに示すように、導体１４および磁性体１２−１、１２−２を外装ケース１６−１、１６−２に収納し、インダクタ４が得られる。

図１０のＡに示すように、コンデンサ素子２０を形成する。このコンデンサ素子２０に電解質２２を含浸させる。図１０のＢに示すように、電解質２２を含浸したコンデンサ素子２０を筐体２４に収納し、筐体２４の開口部を封口部材２６で封入して、コンデンサ６が得られる。

図１０のＣに示すように、インダクタ４およびコンデンサ６を基板８に設置する。また、導体１４を導線３０を介してリード線２８−１に接続して、電子部品２が得られる。

図１１は、電子部品の回路への実装例を示している。

回路３２は電子部品２、電源３４および負荷３６、配線３８を含んでいる。電源３４は電子部品２を介して負荷３６に接続されている。電源３４は、ノイズ発生源の一例であり、たとえばスイッチング電源である。電源３４は電力を負荷３６に供給する。負荷３６は、たとえば自動車の電動モータ、ソレノイドのアクチュエータである。電子部品２は電源３４と負荷３６の間の配線３８上に配置される。電子部品２は、電源３４または負荷３６から出力される電流に含まれるノイズを減少させ、ノイズが抑制された電流を回路３２の配線３８に供給する。電子部品２の配置により、負荷３６に対するノイズの悪影響が抑制される。

電子部品２、電源３４および負荷３６の数は一つに限定されない。電子部品２、電源３４および負荷３６の数は、複数であってもよい。

既述の大電流対応の要請およびターゲット周波数対応の要請に対応するため、トロイダルコイルおよび電解質に電解液のみを用いたアルミ電解コンデンサを用いた既存のＬＣフィルタの設計思想から脱却して、設計思想の転換を図った。この設計思想の転換には、インダクタンスの特性がトロイダルコイルのインダクタンスの特性とはかなり異なるインダクタ４の採用が含まれる。また、この設計思想の転換には、導電性高分子を含むコンデンサ６の採用が含まれる。この設計思想の転換を通じて創作されたたとえば実施の形態の電子部品２によれば、次の効果が得られる。

(1) インダクタ４の導体１４は、磁性体１２−１を一回のみ貫通し、磁性体１２−２を一回のみ貫通するので、電子部品２の発熱量および電力ロスを抑制することができる。

(2) インダクタ４は導体１４を含み、大電流が流れる回路に適合している。また、インダクタ４の導体１４は、磁性体１２−１を一回のみ貫通し、磁性体１２−２を一回のみ貫通するので、たとえば０アンペアから３０アンペアの電流範囲において、電子部品２のインダクタンスＬを安定させることができる。

(3) コンデンサ６が導電性高分子を含むので、たとえば数百ｋＨｚ以下の周波数範囲において、静電容量Ｃを有することができる。そのため、電子部品２は、この周波数範囲において、たとえばＬＣフィルタとして機能することができる。ＬＣフィルタの減衰率が、たとえば−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅであるのに対し、ＬＲフィルタの減衰率は、たとえば−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅである。したがって、電子部品２が広い周波数範囲において、ＬＲフィルタよりも優れた減衰率を有するフィルタを形成することができる。

(4) コンデンサ６が導電性高分子を含むので、たとえば−４０℃から＋１３５℃の温度範囲、さらに−４０℃から＋１５０℃の温度範囲において、電子部品２の静電容量Ｃの特性を安定させることができる。

(5) インダクタ４は、広い電流範囲および広い温度範囲において、インダクタンスＬを安定させることができる。また、コンデンサ６は広い温度範囲において、静電容量Ｃの特性を安定させることができる。そのため、電子部品２が広い温度範囲および広い電流範囲において安定した特性を得ることができる。したがって、電子部品２が回路に搭載された後に電子部品２の微調整を要請される頻度が抑制され、電子部品２の調整負担が抑制できる。

実施の形態の電子部品２は、以下のように変形されてもよい。

(1) 上記実施の形態では、インダクタ４およびコンデンサ６が基板８に設置され、基板８の導線３０がインダクタ４をコンデンサ６に接続している。しかしながら、基板８を用いることなく、インダクタ４がコンデンサ６に接続線で接続されていてもよく、インダクタ４がコンデンサ６に直接接続されていてもよい。

(2) インダクタ４およびコンデンサ６の数は、一つに限定されず、複数であってもよい。インダクタ４またはコンデンサ６の数が複数であると、たとえば電子部品２のインダクタンスＬまたは静電容量Ｃを微調整することができ、インダクタンスＬまたは静電容量Ｃの調整の自由度を高めることができる。

(3) 上記実施の形態では、インダクタ４は、二つの磁性体１２−１、１２−２を含んでいる。しかしながら、磁性体の数は、一つでもよく、三つ以上でもよい。

(4) 上記実施の形態では、導体１４を磁性体１２−１、１２−２の中空部１８に挿入して、インダクタ４が形成されている。しかしながら、たとえば導体１４の周りに帯状の磁性箔を巻き付けて、磁性体１２−１、１２−２が形成されていてもよい。導体１４の周りに帯状の磁性箔を巻き付ける場合、導体１４の側面と磁性体の内側表面との間に隙間を設ける必要がない。そのため、インダクタ４を小さくすることができる。

(5) 電子部品２は、Ｑダンプ抵抗などの他の電子素子を含み、電子部品２がクオリティ・ファクタＱの低減などの効果を得てもよい。

実施例１に係る電子部品２は、実施の形態と同様に、図１に示されている電子部品２と同様の構成を有する。実施例１に係る電子部品２の等価回路は、図２に示されている等価回路で表される。実施例１に係る電子部品２のインダクタ４およびコンデンサ６の特性などは、以下のとおりである。
〔インダクタ４〕
導体１４の材料： 銅を含む棒
磁性体１２−１、１２−２の材料： 帯状の鉄系アモルファス箔を巻くことにより得られた鉄系アモルファス材料
直流抵抗（ＤＣＲ）：約０．４ミリオーム
重畳特性： 図３において実線、一点鎖線および二点鎖線で示されている重畳特性と同一の特性
発熱特性： 図４において実線で示されている発熱特性と同一の特性
〔コンデンサ６〕
種別 ： 導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサ
電解質 ： 導電性高分子及び液状成分
静電容量： １００μＦ
特性 ： 図５のＡにおいて示されているインピーダンスおよびＥＳＲの特性と同一の特性

実施例２に係る電子部品４２は、実施例１に係る電子部品２を含み、コンデンサ６に並列に接続された並列回路４４をさらに含む。電子部品４２の等価回路は、図１２に示されている等価回路で表される。

並列回路４４は、直列に接続されたコンデンサ４４−１および抵抗４４−２を含み、Ｑダンプ抵抗を形成し、クオリティ・ファクタＱを低減する。コンデンサ４４−１は直流電流の通過を防止し、抵抗４４−２はクオリティ・ファクタＱを低減する。クオリティ・ファクタＱの好ましい範囲は、たとえば０．５〜０．７であり、抵抗４４−２の抵抗値は、たとえばクオリティ・ファクタＱと√（Ｌ／Ｃ）との積により決定される。コンデンサ４４−１および抵抗４４−２の特性などは、以下のとおりである。
〔コンデンサ４４−１〕
種別： アルミ電解コンデンサ
静電容量： ４７００μＦ
〔抵抗４４−２〕
抵抗値： ０．１オーム
コンデンサ４４−１および抵抗４４−２の特性などは、クオリティ・ファクタＱが小さくなるように調整されている。

実施例１および実施例２に係る電子部品２、４２の周波数特性を図１３に示す周波数測定システム５２で評価した。図１３は、周波数測定システムの概要を示している。図１３に示す周波数測定システムは、実施例１に係る電子部品２に接続して、電子部品２を測定しているが、実施例２に係る電子部品４２に接続して、電子部品４２を測定してもよい。

周波数測定システム５２は、周波数分析器（FRA: Frequency Response Analyzer）５４、ＤＣ電流重畳ユニット５６、安定化電源５８、可変負荷抵抗６０、回路配線６２を含む。周波数分析器５４は、信号を電子部品２、４２などの測定対象に与え、測定対象からの応答信号を用いて測定対象の周波数特性を分析する。ＤＣ電流重畳ユニット５６は、安定化電源５８および回路配線６２に接続し、信号の有無に関わらず、安定化電源５８のＤＣ電流を回路配線６２に重畳する。電子部品２および可変負荷抵抗６０は、回路配線６２上に配置される。可変負荷抵抗６０の抵抗値を変更すると、回路配線６２を流れる直流電流（重畳電流）の量を変更することができる。また、可変負荷抵抗６０を回路配線６２から取り外すと、直流電流の量が０アンペアの状態、すなわち無重畳電流状態を作り出すことができる。周波数測定システム５２は、周波数測定システム５２に含まれる電子部品が周波数特性の分析に影響しないように調整されている。

図１４は、実施例１および実施例２に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示している。図１４において、実施例１に係る電子部品２の周波数特性が一点鎖線で表され、実施例２に係る電子部品４２に係る周波数特性が実線で表されている。

実施例１および実施例２に係る電子部品２、４２は、ターゲット周波数範囲に関連する少なくとも１０ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲（この範囲には１００ｋＨｚが含まれている）において、−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ、または約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの減衰率を有し、２次型のＬＣローパスフィルタとして十分な性能を有している。また、電子部品２、４２は、２００ｋＨｚ以上数百ｋＨｚの範囲において、−４０ｄＢ以下の減衰量を維持し、ターゲット周波数範囲の交流信号を高い割合で減衰している。

並列回路４４を含む電子部品４２は、カットオフ周波数におけるピーク４６を消失させている。このため、電子部品４２は、カットオフ周波数における交流信号の増大を妨げることができ、たとえばカットオフ周波数以上のノイズを含む回路に適用できる。

図１５および図１６は、温度変化による周波数特性の変化を示している。図１５には、３０アンペアの直流電流が重畳されているときの−４０℃、＋２５℃、および＋１３５℃における電子部品４２の周波数特性の測定結果が示されている。図１６には、０アンペアの直流電流が重畳されているときの−４０℃、＋２５℃、および＋１３５℃における電子部品４２の周波数特性の測定結果が示されている。図１５および図１６において、実線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ−４０℃、＋２５℃、＋１３５℃における測定結果を表す。

３０アンペアの直流電流が重畳されている状態において、図１５に示されているように、−４０℃、＋２５℃、および＋１３５℃における周波数特性はほぼ一致している。また、０アンペアの直流電流が重畳されている状態、つまり無重畳電流状態において、図１６に示されているように、周波数特性は、温度によってわずかに変化する。この周波数特性の変化は、図３に示されているように、無重畳電流状態におけるインダクタンスＬの温度変化が３０アンペアの直流電流が重畳されている状態におけるインダクタンスＬの温度変化よりもわずかに大きいことに起因する。しかしながら、既述の式(1)で表されるカットオフ周波数ｆの差はわずか約３ｋＨｚであり、周波数１１０ｋＨｚにおいて、ほぼ減衰量−４０ｄＢが得られている。したがって、電子部品４２によれば、幅広い電流範囲において、周波数特性を温度に寄らず安定させることができる。

図１７は、電流量変化による周波数特性の変化を示している。図１７には、０アンペア、１５アンペア、３０アンペアの直流電流が重畳されているときの電子部品４２の周波数特性の測定結果が示されている。図１７において、実線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ０アンペア、１５アンペア、３０アンペアの直流電流が重畳されているときの測定結果を表す。

図１７に示されているように、０アンペア、１５アンペア、３０アンペアの直流電流が重畳されているときの周波数特性はほぼ一致している。つまり、電子部品４２によれば、幅広い電流範囲において、周波数特性を安定させることができる。

実施例１に係る電子部品２は、電子部品４２と同じインダクタ４およびコンデンサ６を含む。そのため、電子部品２によれば、電子部品４２と同様に、幅広い電流範囲において、周波数特性を温度に寄らず安定させることができ、幅広い電流範囲において、周波数特性を安定させることができる。

なお、本実施例１および実施例２においては、１００μＦのコンデンサを用いており、減衰率が、−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅまたは約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅを実現するのは、交流信号のカッオフ周波数が１０ｋＨｚであって、周波数が１００ｋＨｚの場合である。しかしながら、コンデンサとしてより高容量のコンデンサを用いた場合、たとえば、１０００μＦのコンデンサを用いた場合には、図６に記載されているように、交流信号のカットオフ周波数が３．６ｋＨｚであって、周波数が３５．６ｋＨｚの場合に、減衰率が、−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅまたは約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅを実現できる。

比較例１

比較例１に係る電子部品は、コンデンサ６を除き、実施例２に係る電子部品４２と同様である。比較例１に係る電子部品は、コンデンサ６の代わりに以下に示すアルミ電解コンデンサを含んでいる。
〔アルミ電解コンデンサ〕
電解質 ： 電解液
静電容量： １００μＦ
特性 ： 図５のＢにおいて示されているインピーダンスおよびＥＳＲの特性と同一の特性

直流電流０アンペアのときの＋２５℃における比較例１に係る電子部品の周波数特性を周波数測定システム５２で測定した。図１８は、比較例１に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示している。図１８において、比較例１に係る電子部品の周波数特性が破線で表されている。また図１８には、図１６に示されている＋２５℃における電子部品４２の周波数特性が実線で示されている。

電子部品４２のコンデンサ６は、約２００ｋＨｚまでコンデンサとして機能している。そのため、電子部品４２は、約２００ｋＨｚまで減衰特性−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅを確保できる。しかしながら、比較例１に係る電子部品のアルミ電解コンデンサは、図５のＢに示すように約３０ｋＨｚでインピーダンスの絶対値がＥＳＲに一致する。そのため、比較例１に係るアルミ電解コンデンサは約３０ｋＨｚでコンデンサとしての機能を喪失し、比較例１に係る電子部品は、３０ｋＨｚを超える周波数で、ＬＲフィルタとして動作している。

図１９は、温度変化による周波数特性の変化を示している。図１９には、直流電流０アンペアのときの−４０℃、＋２５℃、および＋１３５℃における比較例１に係る電子部品の周波数特性の測定結果が示されている。図１９において、破線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ−４０℃、＋２５℃、＋１３５℃における測定結果を表す。なお、−４０℃における測定では、並列回路４４が比較例１に係る電子部品から取り外されている。

図１９に示されているように、比較例１に係る電子部品の周波数特性は、温度に応じて大きく変化する。実施例１、２に係る電子部品２、４２が比較例１に係る電子部品よりも極めて優れていることは明らかである。

比較例２

比較例２に係る電子部品は、コンデンサ６を除き、実施例２に係る電子部品４２と同様である。比較例２に係る電子部品は、コンデンサ６の代わりに以下に示すアルミ電解コンデンサを含んでいる。比較例２に係る電子部品は、１００ｋＨｚの周波数の減衰量が電子部品４２の減衰量とほぼ同じになるように調整されている。
〔アルミ電解コンデンサ〕
静電容量： ４７００μＦ
特性 ： 図２０に示されているインピーダンスおよびＥＳＲの特性と同一の特性

直流電流０アンペアのときの＋２５℃における比較例２に係る電子部品の周波数特性を周波数測定システム５２で評価した。図２１は、比較例２に係る電子部品の周波数特性の測定結果を示している。図２１において、比較例２に係る電子部品の周波数特性が破線で表されている。また図２１には、図１６に示されている＋２５℃における電子部品４２の周波数特性が実線で示されている。

電子部品４２のコンデンサ６は、約２００ｋＨｚまでコンデンサとして機能している。そのため、電子部品４２は、約２００ｋＨｚまで減衰特性−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅを確保できる。しかしながら、比較例２に係る電子部品のアルミ電解コンデンサは、図２０に示すように約５ｋＨｚでインピーダンスがＥＳＲに一致する。そのため、比較例２に係るアルミ電解コンデンサは約５ｋＨｚでコンデンサとしての機能を喪失し、比較例２に係る電子部品は、ターゲット周波数範囲においてＬＲフィルタとして動作している。

実施例１、２のコンデンサ６は、比較例２のアルミ電解コンデンサよりも小さい静電容量を有する。そのため、コンデンサ６は、表１に示すように、比較例２のアルミ電解コンデンサよりも小型で軽い。したがって、実施例１、２の電子部品２、４２によれば、電子部品を小型化できる。

比較例３

比較例３に係る電子部品は、インダクタ４を除き、実施例２に係る電子部品４２と同様である。比較例３に係る電子部品は、インダクタ４の代わりに以下に示すトロイダルコイルを含んでいる。比較例３に係る電子部品は、３０アンペアの直流電流が重畳されている時の１００ｋＨｚの周波数の減衰量が電子部品４２の減衰量とほぼ同じになるように調整されている。
〔トロイダルコイル〕
直流抵抗： 約２．４ミリオーム
重畳特性： 図３において破線で示されている重畳特性と同一の特性
発熱特性： 図４において破線で示されている発熱特性と同一の特性

比較例３に係る電子部品の周波数特性は、図２２に示されているように、重畳される直流電流の電流量に応じて変化する。

以上説明したように、本開示の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本開示は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本開示の範囲に含まれることは言うまでもない。

本開示の技術は、車両などの電子機器のノイズ除去などに用いることができ、有用である。

２、４２ 電子部品
４ インダクタ
６ コンデンサ
８ 基板
１２−１、１２−２ 磁性体
１４ 導体
１４−１ 第１の外側導体
１４−２ 第２の外側導体
１４−３ 折返し部
１６−１、１６−２ 外装ケース
１８ 中空部
２０ コンデンサ素子
２２ 電解質
２４ 筐体
２６ 封口部材
２８−１、２８−２ リード線
３０ 導線
３２ 回路
３４ 電源
３６ 負荷
３８ 配線
４４ 並列回路
４４−１ コンデンサ
４４−２ 抵抗

Claims (10)

1. 磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含むインダクタと、
   導電性高分子を含み、前記インダクタの前記導体に接続されるコンデンサと、
   を備えることを特徴とする電子部品。
   
2. 少なくとも周波数３．６キロヘルツでの交流信号の減衰率が、−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅまたは約−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅであり、２次型のローパスフィルタを形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
   
3. 導線を含む基板をさらに備え、
   前記インダクタおよび前記コンデンサは前記基板に固定され、
   前記導線を介して前記コンデンサが前記インダクタの前記導体に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品。
   
4. 無重畳電流時および３０アンペアの直流電流が重畳されている時の前記インダクタのインダクタンスが１マイクロヘンリ以上３マイクロヘンリ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子部品。
   
5. 前記コンデンサは、少なくとも周波数３．６キロヘルツの交流信号に対して静電容量として機能することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子部品。
   
6. 前記コンデンサの静電容量は、１０マイクロファラド以上１０００マイクロファラド以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子部品。
   
7. 前記コンデンサは、液状成分をさらに含む導電性高分子ハイブリッドコンデンサであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電子部品。
   
8. 前記コンデンサに並列に接続され、前記インダクタと前記コンデンサの共振により生じるピークを抑制する並列回路をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電子部品。
   
9. 磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含むインダクタを形成する工程と、
   導電性高分子を含むコンデンサを形成する工程と、
   前記コンデンサを前記インダクタの前記導体に接続する工程と、
   を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
   
10. インダクタとコンデンサとを含む電子部品によるノイズ処理方法であって、
    前記インダクタは、磁性体と、該磁性体を一回のみ貫通する導体とを含み、前記電子部品の前記導体を流れる交流信号を減衰させ、
    前記コンデンサは、導電性高分子を含み、前記交流信号を吸収し、前記交流信号を減衰させる
    ことを特徴とするノイズ処理方法。
    

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