JP3578115B2

JP3578115B2 - 中心電極組立体、その製造方法、非可逆回路素子及び通信装置

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Publication number: JP3578115B2
Application number: JP2001170016A
Authority: JP
Inventors: 崇川浪; 圭司岡村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: US20020180550A1; US6734751B2; JP2002368506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータ等を構成する中心電極組立体、その製造方法、非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、携帯電話等の移動体通信装置に採用される集中定数型アイソレータ（非可逆回路素子）では、中心電極組立体として図１６に示すものが知られている。この中心電極組立体２００は、直方体形状のマイクロ波フェライト２０１の上面２０１ｃに３本の中心導体２０２，２０３，２０４を所定の角度で交差させて配置している。
【０００３】
各中心導体２０２，２０３，２０４はフェライト２０１の底面に位置するグランド平面部から接地側脚部２０２ａ（中心導体２０２で代表させて示し、他の中心導体２０３，２０４でも同じ）がフェライト２０１の側面２０１ａに沿って立ち上がり、上部稜線部２０１ｂで折り曲げられて上面２０１ｃに延在している。
【０００４】
ところで、集中定数型非可逆回路素子の中心電極組立体においては、３本の中心導体が互いに約１２０°の交差角で回転対称に配置される。これは、各中心導体が接続される入出力ポート間の電気特性が互いに対称な特性で安定するための条件である。また、交差角を１２０°からある程度ずれた角度に配置する場合がある。その目的は、挿入損失やアイソレーションなどの特定の電気特性を実現することにある。いずれにしても、中心導体の交差角と電気特性は強い相関関係（影響）を有し、交差角を目的とする数値に精度よく安定させることが極めて重要である。
【０００５】
直方体形状のフェライトを使用することは非可逆回路素子の小型化に有利であり、この場合、中心導体の接地側脚部はフェライトの上部稜線部において折り曲げられることになる。本出願人は、中心導体の交差角の安定化のため、特開２００１−６０８０８号公報に開示されているように、中心導体の交差角を形成する屈曲ポイント（図１６の符号２０２ｂ参照）をフェライト２０１の上部稜線部２０１ｂに配置することを提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェライト２０１の幅や厚みのばらつき、中心導体２０２を曲げ加工するための治具のばらつきや調整誤差などに起因して、中心導体２０２の屈曲ポイント２０２ｂが上部稜線部２０１ｂに正確に位置することは少なく、側面２０１ａ又は上面２０１ｃにずれ込む場合が多くなる。特に、図１６の拡大図に示すように、屈曲ポイント２０２ｂが側面２０１ａにずれた場合には、接地側脚部２０２ａを上部稜線部２０１ｂに沿って折り曲げる際に、図１８に示すように、矢印Ａ方向に押圧すると、曲げポイント２０２ｃが２０２ｃ’に逃げてしまう。このような逃げが発生すると、図１７に点線で示す各中心導体２０２，２０３，２０４の本来の設計値である交差角が実線で示すようにばらつき、所望の電気特性を得ることができないという問題点を有することが判明した。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、中心導体の交差角の安定化を図り、ひいては所望の電気特性を得ることのできる中心電極組立体、その製造方法、非可逆回路素子及び通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係る中心電極組立体は、直方体形状のフェライトと複数の中心導体とで構成され、前記中心導体は、前記フェライトの底面に位置するグランド平面部から接地側脚部がフェライトの側面に沿って立ち上がり、フェライトの上部稜線部で折り曲げられてフェライトの上面に延在し、かつ、前記中心導体の接地側脚部がフェライトの上部稜線部と直交状態で折り曲げられており、かつ、中心導体の交差角を形成する屈曲ポイントがフェライトの上面に位置していることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る中心電極組立体において、中心導体の交差角を形成する屈曲ポイントは確実にフェライトの上面に位置し、中心導体の接地側脚部はフェライトの上部稜線部と直交状態で折り曲げられるため、曲げ加工の際にこの曲げポイントが押圧治具から横方向に逃げることがなく、曲げ角度が安定し、屈曲ポイントが変形することもなく、中心導体は設計どおりの交差角で配置されることになる。
【００１０】
また、本発明に係る製造方法は、前記構成を有する中心電極組立体の製造方法であって、フェライトの底面にグランド平面部を位置させた中心導体を金型の凹所に圧入させて接地側脚部をフェライトの側面に沿うように折り曲げる工程と、前記接地側脚部をフェライトの上面に押し倒してフェライトの上部稜線部で折り曲げる工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る製造方法においては、複数の中心導体の接地側脚部が一工程でフェライトの側面に沿うように折り曲げられ、さらに、起立した中心導体をフェライトの上面に押し倒すだけで、中心導体が所定の交差角でフェライトの上面に配置される。
【００１２】
また、本発明に係る非可逆回路素子や通信装置は、前述の特徴を有する中心電極組立体を備えることにより、安定した電気特性が得られるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る中心電極組立体、その製造方法、非可逆回路素子及び通信装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各実施形態を示す図面において、同じ部材、部分には同じ参照符号を使用し、重複する説明は省略する。
【００１４】
（第１実施形態、図１〜３参照）
図１は本発明の第１実施形態である中心電極組立体１を備えた非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）の各構成部品を示し、図２は中心電極組立体１とその周辺部品を樹脂ケース５０に収容した状態を示す。さらに、図３は非可逆回路素子の等価回路を示す。
【００１５】
この非可逆回路素子は、以下に詳述する中心電極組立体１、永久磁石５５、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、抵抗Ｒを樹脂ケース５０に収容し、上下から金属ケース（ヨーク）５６，５７を被せたものである。
【００１６】
樹脂ケース５０には、入出力端子５１やグランド端子５２、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３や抵抗Ｒを接続するための導体部が設けられ、各部品は図３に示す等価回路を構成するようにケース５０に組み付けられる。
【００１７】
図３を参照して回路を説明すると、中心導体１１，１２，１３は、それぞれの一端側が入出力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３とされ、他端接地側はグランドに落とされている。整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、ホット側電極がポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれはんだ付けされ、コール側電極がグランド電極にそれぞれはんだ付けされている。
【００１８】
抵抗Ｒは、その一方の端子部が整合用コンデンサＣ３のホット側電極に接続され、他方はグランド電極に接続されている。即ち、整合用コンデンサＣ３と抵抗Ｒとは、中心導体１３のポートＰ３とグランド電極との間に並列に接続されている。
【００１９】
（中心導体の構成及びその曲げ加工、図４〜８参照）
本第１実施形態における中心電極組立体１は、図４，５に示すように、直方体形状のフェライト２０と、それぞれが２本に分岐された導体からなる中心導体１１，１２，１３とで構成されている。各中心導体１１，１２，１３はフェライト２０の上面２１上で約１２０°の所定の交差角で交差している。
【００２０】
各中心導体１１，１２，１３は、フェライト２０の底面に位置するグランド平面部１５から接地側脚部１６がフェライト２０の側面２２に沿って立ち上がり、フェライト２０の上部稜線部２３で折り曲げられ（曲げポイント１８参照）、フェライト２０の上面２１に延在している。
【００２１】
また、中心導体１１，１２，１３の接地側脚部１６は上部稜線部２３と直交状態で折り曲げられており、かつ、交差角を形成する屈曲ポイント１７はフェライト２０の上面２１に位置している。
【００２２】
ここで、以上の構成からなる中心導体を得る曲げ加工について説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、フェライト２０の底面に中心導体のグランド平面部１５を位置させ、金型４０の凹所４１上に設置する。次に、図６（Ｂ）に示すように、フェライト２０の上面２１をプッシャー４５で押圧し、中心導体及びフェライト２０を凹所４１に圧入させる。これにて、中心導体の接地側脚部１６がフェライト２０の側面２２に沿うように折り曲げられる（図６（Ｃ）参照）。
【００２３】
次に、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、治具４６を矢印Ａ方向に前進させ、中心導体１１（他の中心導体１２，１３も同じ）をフェライト２０の上面２１に押し倒す。これにて、接地側脚部１６がフェライト２０の上部稜線部２３で折り曲げられ、中心導体１１がフェライト２０の上面２１に所定の交差角で配置される。
【００２４】
前述の如く、交差角を形成する屈曲ポイント１７はフェライト２０の上面２１に位置するように配置されているため、図８に示すように、接地側脚部１６は上部稜線部２３と直交状態で折り曲げられ、曲げポイント１８が従来のように横方向に逃げること（図１８参照）はなく、設計どおりの交差角が得られる。
【００２５】
本第１実施形態である中心電極組立体１において、各中心導体１１，１２，１３はその交差角が正確に配置されるため、挿入損失やアイソレーションなどの電気特性が安定した所望の値を維持し、入力インピーダンス特性等の均一度も向上する。
【００２６】
特に、各中心導体１１，１２，１３を２本の分岐した導体から構成したため、２本の導体で曲げ加工の方向付けがなされ、交差角が一層安定し、電気特性も大きく改善される。特に、結合係数が大きくなり、広帯域で低損失となる。また、２本に分岐した導体が同じ太さであるため、均等に曲がり、折り曲げた際の曲率が同程度となる。それゆえ、交差角の安定化が大きくなる。
【００２７】
一方、中心導体の曲げ加工に関しては、各中心導体を１本ずつ所定の交差角へ導きながら折り曲げる必要がなく、起立した中心導体を一方向に押し倒すだけで所定の交差角に折り曲げることができる。従って、曲げ加工自体が容易になり、加工機のメカニズムも簡略化され、製造上のコストダウンを図ることができる。
【００２８】
（第２実施形態、図９，１０参照）
第２実施形態である中心電極組立体２は、中心導体１１，１２の接地側脚部１６を１枚で構成し、交差角を形成する屈曲ポイント１７より先端部分で２本に分岐するようにしたものである。他の構成及び曲げ加工の方法は前記第１実施形態と同様である。
【００２９】
本第２実施形態では、接地側脚部１６が太くなっており、この太い部分が曲げポイント１８となる。従って、曲げポイント１８の強度が大きくなり、加工後の曲げ角度が変化しにくい。即ち、曲げ加工時の角度が安定し、その後も曲げ角度が変化しにくいため、特性の安定化を図ることができる。それ以外の作用効果は第１実施形態と同様である。
【００３０】
（第３、第４実施形態、図１１，１２参照）
第３実施形態である中心電極組立体３は、フェライト２０を平面的に正方形としたものである。第４実施形態である中心電極組立体４は、フェライト２０を平面的に横長の直方体としたものである。ちなみに、前記第１及び第２実施形態ではフェライト２０を平面的に縦長の直方体としたものである。
【００３１】
この種の中心電極組立体で使用されるフェライトは円盤状のものも存在するが、直方体形状のものを使用すれば、コンパクトに構成できる。
【００３２】
なお、第３、第４実施形態において、他の構成や曲げ加工の方法は前記第１実施形態と同様である。
【００３３】
（第５、第６実施形態、図１３，１４参照）
第５実施形態である中心電極組立体５は、中心導体１１，１２を１本の導体で構成したものであり、いま一つの中心導体１３はこれまで説明した各実施形態と同様に２本で構成されている。
【００３４】
第６実施形態である中心電極組立体６は、中心導体１１，１２を３本の導体で構成したものであり、いま一つの中心導体１３はこれまで説明した各実施形態と同様に２本で構成されている。
【００３５】
なお、第５、第６実施形態において、他の構成や曲げ加工の方法は前記第１実施形態と同様である。
【００３６】
（中心導体の屈曲ポイント）
一般に、多結晶フェライトのようなセラミック板に対する研磨は、厚み方向及び幅方向にそれぞれ０．０３ｍｍ程度の公差を有している。幅方向には片側当たりにすると０．０１５ｍｍの公差になる。このように、研磨のばらつきでフェライトの寸法がばらつくことになり、さらには、中心導体を曲げ加工するための治具のばらつきや調整誤差なども加わって、中心導体の屈曲ポイントがフェライトの側面にずれ込むおそれがあり、これでは従来例と差がなくなる。
【００３７】
従って、中心導体の屈曲ポイント１７はフェライト２０の上部稜線部２３から少なくとも０．０３ｍｍの距離に設定されることが好ましい。一方、この距離を０．５０ｍｍより大きくすると、２ｍｍ角程度であるフェライト２０に対して、中心導体が交差角を形成している部分の割合が減少してしまう。その結果、本来の中心電極交差角となっていない部分が多くなり、この部分が本来結合せざるべき高周波磁束と結合することで、アイソレーションの劣化、動作帯域幅の減少を招き、かつ、本来結合すべき高周波磁束との結合が不完全となるため、挿入損失の劣化と動作帯域幅の減少を招いてしまう。
【００３８】
以上の理由から、中心導体の屈曲ポイント１７の上部稜線部２３から直交方向に延在する距離を０．０３〜０．５０ｍｍに設定することが好ましい。これにて、特性の劣化がなく、特性の安定した非可逆回路素子とすることができる。
【００３９】
（フェライトの寸法）
素子の小型化は大きな課題であるが、フェライトの寸法が小さくなると、前述のように、フェライト上面において上部稜線部から屈曲ポイントまでの距離が中心導体に占める割合が大きくなる。従って、本発明に係る中心電極組立体において、１ｍｍ角程度以下の小型フェライトでは中心導体の形状に大きな制約が生じる。
【００４０】
直方体形状のフェライトが長辺で７ｍｍを超え、非可逆回路素子のサイズで概ね１０ｍｍ角を超えるのであれば、円盤形状のフェライトを用いた場合と電気特性、サイズに大差が生じない。従って、フェライト２０は、寸法的に、中心導体の接地側脚部１６が折り曲げられている上部稜線部２３の辺の長さが１．０〜５．０ｍｍ、他の辺の長さが１．０〜７．０ｍｍ、厚さが０．２〜２．０ｍｍであることが好ましい。フェライト２０をこの程度の寸法とすることで、小型化を達成したうえで、広帯域、高特性の非可逆回路素子とすることができる。
【００４１】
（中心導体の厚さ、材質）
中心導体に関して、その厚さが１０μｍ未満の場合は、非常に曲がりやすいために必ずしも本発明を適用する必要を生じない。しかし、厚さが１０μｍ未満の薄い導体では損失が大きく、非可逆回路素子での使用には適さない。
【００４２】
一方、中心導体の厚さが１２０μｍを超えると、本発明を適用しても安定な曲げを実現することが困難である。また、厚さが大きいために３組（三つのポート）の中心導体それぞれのフェライトからの距離の差が大きくなる。そのため、ポート間のバランスが崩れ、特性の対称性が劣化する。この種の劣化は、長辺寸法が７ｍｍ以下の小型直方体フェライトを用いた場合に顕著である。
【００４３】
以上の理由から、中心導体は厚さが１０〜１２０μｍであることが好ましい。これにて、小型、低損失で、特性の安定した、対称特性の非可逆回路素子とすることができる。
【００４４】
材質に関して、銀又は銅からなる中心導体は導電率が高く、小型化、低損失化という効果を一層有効に機能させることができる。
【００４５】
中心導体を黄銅、りん青銅、ベリリウム銅のいずれかで製作すれば、硬度が高く、５０μｍ以下の薄い材料でも容易にハンドリングができる。また、延びやすい銅などと比較して、プレス加工の際にはバリの発生が少ない。導電率では銅や銀に劣るが、銀メッキを施すか、銀を一体化させた銀クラッド材を使用すれば、銅や銀に匹敵する低損失が期待できる。曲げにくいのが問題であるが、本発明を適用することで解決できる。
【００４６】
（通信装置、図１５参照）
次に、本発明に係る通信装置の一実施形態として携帯電話を例にして説明する。図１５は携帯電話のＲＦ部分の電気回路１２０を示し、１２２はアンテナ素子、１２３はデュプレクサ、１３１は送信側アイソレータ、１３２は送信側増幅器、１３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、１３４は送信側ミキサ、１３５は受信側増幅器、１３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、１３７は受信側ミキサ、１３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１３９はローカル用帯域通過フィルタである。
【００４７】
ここに、送信側アイソレータ１３１として、前記第１〜６実施形態として示した中心電極組立体１，２，３，４，５，６のいずれかを備えた非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）を使用することができる。これらの非可逆回路素子を実装することにより、電気特性の安定した携帯電話を実現することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る中心電極組立体、その製造方法、非可逆回路素子及び通信装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、中心導体の接地側脚部がフェライトの上部稜線部と直交状態で折り曲げられており、かつ、中心導体の交差角を形成する屈曲ポイントがフェライトの上面に位置しているため、フェライトの上部稜線部における中心導体の曲げ加工が安定し、屈曲ポイントが変形することもなく、中心導体は設計どおりの交差角で配置され、所望の安定した電気特性を発揮する中心電極組立体、非可逆回路素子及び通信装置を得ることができる。
【００５０】
また、本発明に係る製造方法では、複数の中心導体の接地側脚部を一工程でフェライトの側面に沿うように折り曲げることができ、さらに、起立した中心導体をフェライトの上面に押し倒すという簡単な操作で中心導体を所定の交差角でフェライトの上面に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である中心電極組立体を備えた非可逆回路素子を示す分解斜視図。
【図２】前記非可逆回路素子の内部構成を示す平面図。
【図３】前記非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図４】第１実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図５】第１実施形態である中心電極組立体を示す斜視図。
【図６】第１実施形態である中心電極組立体の製造工程を示す説明図。
【図７】第１実施形態である中心電極組立体の製造工程を示す説明図。
【図８】中心導体の曲げ加工を説明するための斜視図。
【図９】本発明の第２実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図１０】第２実施形態である中心電極組立体を示す斜視図。
【図１１】本発明の第３実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図１２】本発明の第４実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図１３】本発明の第５実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図１４】本発明の第６実施形態である中心電極組立体を示す平面図。
【図１５】本発明に係る通信装置（携帯電話）の電気回路を示すブロック図。
【図１６】従来の中心電極組立体を示す斜視図。
【図１７】前記従来の中心電極組立体を示す平面図。
【図１８】前記従来の中心電極組立体における中心導体の曲げ加工を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６…中心電極組立体
１１，１２，１３…中心導体
１５…グランド平面部
１６…接地側脚部
１７…屈曲ポイント
１８…曲げポイント
２０…フェライト
２１…上面
２２…側面
２３…上部稜線部
１２０…携帯電話の電気回路
１３１…送信側アイソレータ

Claims

直方体形状のフェライトと複数の中心導体とで構成され、
前記中心導体は、前記フェライトの底面に位置するグランド平面部から接地側脚部がフェライトの側面に沿って立ち上がり、フェライトの上部稜線部で折り曲げられてフェライトの上面に延在し、
前記中心導体の接地側脚部がフェライトの上部稜線部と直交状態で折り曲げられており、かつ、中心導体の交差角を形成する屈曲ポイントがフェライトの上面に位置していること、
を特徴とする中心電極組立体。
前記中心導体の少なくとも一つが２本以上の導体からなることを特徴とする請求項１に記載の中心電極組立体。
前記２本以上の導体が同じ太さであることを特徴とする請求項２に記載の中心電極組立体。
前記２本以上の導体は前記屈曲ポイントより先端部分で分岐していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の中心電極組立体。
前記中心導体の屈曲ポイントはフェライトの上部稜線部から０．０３〜０．５０ｍｍの距離に設定されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の中心電極組立体。
前記フェライトは、中心導体の接地側脚部が折り曲げられている上部稜線部の辺長さが１．０〜５．０ｍｍ、他の辺の長さが１．０〜７．０ｍｍ、厚さが０．２〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の中心電極組立体。
前記中心導体は厚さが１０〜１２０μｍであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の中心電極組立体。
前記中心導体は銀又は銅からなることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７に記載の中心電極組立体。
前記中心導体は、黄銅、りん青銅、ベリリウム銅のいずれかを母材として銀メッキを施すか、銀を一体化させた銀クラッド材であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７に記載の中心電極組立体。
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８又は請求項９に記載の中心電極組立体の製造方法であって、
フェライトの底面にグランド平面部を位置させた中心導体を金型の凹所に圧入させて接地側脚部をフェライトの側面に沿うように折り曲げる工程と、
前記接地側脚部をフェライトの上面に押し倒してフェライトの上部稜線部で折り曲げる工程と、
を備えたことを特徴とする中心電極組立体の製造方法。
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８又は請求項９に記載の中心電極組立体を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
請求項１１に記載の非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信装置。