JP4284632B2 - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Description

この発明は、伝送線路上のコモンモードノイズを除去するための巻線型のコモンモードチョークコイルに関するものである。

従来、この種のコモンモードチョークコイルとしては、例えば特許文献１や特許文献２に開示の技術がある。
このコモンモードチョークコイルは、２本の巻線を、両端に鍔部を有したコアの巻芯部に巻回し、巻線の両端を鍔部の電極に接続すると共に、フェライト板を、鍔部の上面側に渡した構成となっている。
かかる構成により、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の差動伝送路上に侵入したコモンモードノイズを除去することができる。

特開２００３−１６８６１１号公報 特開２０００−１３３５２２号公報

しかし、上述した従来のコモンモードチョークコイルでは次のような問題がある。
通常、製品を市販する前に、製品を想定し得る電磁妨害等に曝し、各種電磁妨害に耐えうるかどうかのイミュニティ試験が行われる。
コモンモードチョークコイルのコモンモードノイズに対するイミュニティ試験では、被試験品であるコモンモードチョークコイルを、差動伝送路を通じて送信ＩＣに接続された受信ＩＣの前段に配する。そして、差動信号を差動伝送路を通じて送信ＩＣから受信ＩＣに送信すると共に、例えば１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚのコモンモードノイズを差動伝送路上に発生させて、このコモンモードノイズを差動信号に載せる。かかる状態で、送信ＩＣや受信ＩＣが誤動作を起こすかどうかを確認する。
しかしながら、かかるイミュニティ試験時において、被試験品のコモンモードチョークコイルのインダクタンスと受信ＩＣの入力容量とが共振回路を構成するため、この共振回路の共振周波数及びその近傍の周波数帯域においてコモンモードノイズを抑制する割合が低下する。かかる場合には、送信ＩＣや受信ＩＣが誤動作し、被試験品がイミュニティ試験をパスしないという問題が生じる。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、コイルの構造をイミュニティ試験時における送信ＩＣや受信ＩＣの誤動作を防止可能な構造にして、イミュニティ特性の改善を図ったコモンモードチョークコイルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、巻芯部及びこの巻芯部の両端部に設けられた１対の鍔部を有して成る磁性コアと、各鍔部に形成された外部電極と、巻芯部に巻装され且つ各端部が外部電極まで引き出されて接合された１対の巻線と、１対の鍔部に接着剤で接合された磁性板とを備えるコモンモードチョークコイルであって、上記外部電極 とは別体の金属膜を、磁性板の少なくとも鍔部との接合部位に形成した構成とする。
かかる構成により、金属膜を、磁性板の少なくとも鍔部との接合部位に形成したので、イミュニティ試験時におけるコモンモードチョークコイルのインダクタンスと受信ＩＣの入力部のキャパシタンスとで構成される共振回路の共振周波数及びその近傍の周波数帯域内のノイズに対する抵抗成分が増加し、コモンモードノイズが抑圧される。この結果、イミュニティ試験における全ての周波数帯域のノイズに対して、良好なノイズ抑圧効果を発揮する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、磁性コアと磁性板とを、それぞれフェライトで形成した構成とする。
かかる構成により、磁気特性を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、金属膜を、鉄，コバルト，ニッケル，クロム，マンガン及び銅の内の少なくともいずれかを含む強磁性体で形成した構成とする。
かかる構成により、良好な磁気特性を保持しつつノイズに対する抵抗成分をさらに増加させることができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、金属膜を、ニクロムを主成分とする強磁性体の合金で形成した構成とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコモンモードチョークコイルにおいて、接着剤に、磁粉を混入した構成とする。
かかる構成により、磁気特性をさらに向上させることができる。

以上詳しく説明したように、この発明のコモンモードチョークコイルによれば、金属膜を磁性板の少なくとも鍔部との接合部位に形成したので、イミュニティ特性の改善が図られ、この結果、イミュニティ試験における全ての周波数帯域のノイズに対する良好なノイズ抑圧効果を実現することができるという優れた効果がある。

また、請求項２の発明に係るコモンモードチョークコイルによれば、コイルの磁気特性を向上させることができるという効果がある。

さらに、請求項２ないし請求項４の発明に係るコモンモードチョークコイルによれば、ノイズに対する抵抗成分をさらに増加させることができるという効果がある。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す斜視図であり、図２は、実施例のコモンモードチョークコイルの正面図であり、図３は、コモンモードチョークコイルの底面を示す斜視図である。

コモンモードチョークコイル１は、表面実装型の巻線コイルであり、図１及び図２に示すように、磁性コアとしてのコア２と４つの外部電極３−１〜３−４と１対の巻線４−１，４−２と磁性板としての天板５とを備えている。

コア２は、Mn-Zn系フェライト、Ni-Zn系フェライト等のフェライトで形成されており、中央の巻芯部２０とその両端の１対の鍔部２１，２２とで構成されている。

外部電極３−１〜３−４は、鍔部２１，２２の下部に形成されている。
具体的には、図３に示すように、外部電極３−１，３−２が鍔部２１の脚部２１ａ，２１ｂにそれぞれ形成され、外部電極３−３，３−４が鍔部２２の脚部２２ａ，２２ｂにそれぞれ形成されている。

１対の巻線４−１，４−２は、それぞれ銅線を絶縁膜で被覆して成るラインであり、コア２の巻芯部２０に巻装されている。そして、巻線４−１，４−２の端部４−１ａ，４−２ａが外部電極３−１，３−２側に引き出されて、外部電極３−１，３−２にそれぞれ接合されると共に、巻線４−１，４−２の端部４−１ｂ，４−２ｂが外部電極３−３，３−４側に引き出されて、外部電極３−３，３−４にそれぞれ接合されている。

図１に示す天板５もコア２と同様に、Mn-Zn系フェライト、Ni-Zn系フェライト等のフェライトで形成されており、その上面５ａを除く、下面５ｂ及び周側面５ｃが、金属膜６で覆われている。
金属膜６は、鉄，コバルト，ニッケル，クロム，マンガン及び銅の内の少なくともいずれかを含む強磁性体で形成する。但し、ニクロムを主成分とする強磁性体で形成することが好ましい。また、金属膜６の膜厚は、約０．３μｍ〜約５μｍが好ましく、より好ましくは、約０．５μｍ〜３μｍの範囲内の厚さである。
このような天板５は、鍔部２１，２２の上面に架けられ、接着剤７で鍔部２１，２２の上面に接合されている。
接着剤７には、磁粉が混入されており、コア２と天板５とを接合するだけでなく、これらの間の磁気特性をも向上させている。

図４は、図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
コモンモードチョークコイル１が上記構成を採ることにより、所定周波数の信号がコモンモードチョークコイル１に入力されると、図４の矢印で示すように、信号に対応した磁力線Ｈが、巻芯部２０と鍔部２１，２２と天板５とに沿って発生する。
このとき、金属膜６が、磁力線Ｈの通過部位に形成されているので、この金属膜６はコモンモードチョークコイル１の抵抗成分となる。

図５は、コモンモードチョークコイル１の製造方法の第１工程を示す工程図であり、図６は、コモンモードチョークコイル１の製造方法の第２工程を示す工程図である。
第１工程は、図５に示すように、コモンモードチョークコイル本体を製造する工程である。具体的には、図５（ａ）に示すように、コア２を形成した後、図５（ｂ）に示すように、外部電極３−１〜３−４をコア２の鍔部２１，２２下部に塗布する。そして、図５（ｃ）に示すように、巻線４−１，４−２をコア２の巻芯部２０に巻回して、端部４−１ａ，４−２ａと端部４−１ｂ，４−２ｂとを、外部電極３−１，３−２と外部電極３−３，３−４とにそれぞれ接合する。しかる後、図５（ｄ）に示すように、接着剤７を鍔部２１，２２の上面に塗布する。

一方、第２工程は、図６に示すように、天板５の部分を製造する工程であり、第１工程と平行して実行される。
具体的には、図６（ａ）に示すように、天板５を形成する。そして、図６（ｂ）に示すように、メッキ等の手段により、この天板５の下面５ｂと周側面５ｃとに金属膜６を形成する。

上記第１及び第２工程を実行した後、図２に示すように、第１工程で作成された金属膜６付き天板５を、第１工程で作成されたコア２の鍔部２１，２２上面に接着剤７で接着させることにより、コモンモードチョークコイル１を製造することができる。

次に、この実施例のコモンモードチョークコイルが示す作用及び効果について説明する。
図７は、イミュニティ試験におけるコモンモードチョークコイル１の作用及び効果を説明するための概略ブロック図である。
図７において、符号１００，１０１は、送信ＩＣ，受信ＩＣであり、これら送信ＩＣ１００と受信ＩＣ１０１とが差動伝送路１１１，１１２で接続されている。そして、コモンモードノイズＮを発生させるためのノイズ発生器１２０が送信ＩＣ１００側の差動伝送路１１１，１１２部位に配置されている。
コモンモードチョークコイル１は、このような差動伝送路１１１，１１２上であって、受信ＩＣ１０１側に近い部位に接続した。具体的には、外部電極３−２，３−４を差動伝送路１１１に接続すると共に、外部電極３−１，３−３を差動伝送路１１２に接続した。
かかる状態で、差動信号Ｓ１，Ｓ１′を送信ＩＣ１００から差動伝送路１１１，１１２に出力すると共に、ノイズ発生器１２０を用いて、所定周波数範囲のコモンモードノイズＮを差動伝送路１１１，１１２上に発生させる。
すると、コモンモードノイズＮが載った差動信号Ｓ２，Ｓ２′がコモンモードチョークコイル１側に向かって伝送され、外部電極３−１，３−２を通じてコモンモードチョークコイル１内に入力される。そして、この差動信号Ｓ２，Ｓ２′が巻線４−１，４−２と抵抗Ｒ，Ｒを通り、外部電極３−３，３−４を通じて、差動信号Ｓ３，Ｓ３′として差動伝送路１１１，１１２に出力される。

ところで、受信ＩＣ１０１の終端の容量は終端で生じる多くの容量の総和として生じる。ここでは、理解を容易にするために、これらの容量をキャパシタンス１０２で表示した。このように、受信ＩＣ１０１の終端には、キャパシタンス１０２が存在するので、コモンモードチョークコイル１の巻線４−１，４−２のインダクタンスとこのキャパシタンス１０２とが共振回路を構成する。そして、この共振回路の共振周波数は、ノイズ発生器１２０で発生させるコモンモードノイズＮの周波数範囲内に含まれるおそれがある。かかる状態では、この共振周波数及びその近傍の周波数帯域内のコモンモードノイズＮが十分抑圧されず、コモンモードノイズＮが載った差動信号Ｓ３，Ｓ３′が出力されるおそれがある。

しかしながら、この実施例のコモンモードチョークコイル１では、金属膜６を天板５の下面５ｂと周側面５ｃとに形成し、図４に示したように、磁力線Ｈがこの金属膜６を必ず通過するようにしたので、上記共振周波数及びその近傍の周波数帯域内のコモンモードノイズＮに対する抵抗成分Ｒが増加し、この抵抗成分がコモンモードノイズＮを抑圧する。この結果、イミュニティ試験における全ての周波数帯域のコモンモードノイズＮに対して、良好なノイズ抑圧効果を発揮する。

かかる効果を確認すべく、発明者は次のような実験を行った。
この実験では、例えば自動車内部のケーブルのネットワークに使用されるフレックスレイ（Flex Ray）にコモンモードチョークコイル１を実装する場合を想定したイミュニティ試験を行い、金属膜６の有無によって、コモンモードチョークコイルの抵抗成分がどのように異なるかを調べた。
図８は、金属膜６を設けない場合の周波数とインピーダンスとの相関図であり、図９は、金属膜６を設けた場合の周波数とインピーダンスとの相関図である。

まず、１００μＨの巻線４−１，４−２を有し且つ天板５の厚さが０．８ｍｍである４５３２（長さ４．５ｍｍ、幅３．２ｍｍ）のコモンモードチョークコイルを、図７に示した差動伝送路１１１，１１２上に実装した。そして、１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの範囲のコモンモードノイズＮをノイズ発生器１２０から発生させて、実験を行った。なお、キャパシタンス１０２は１０ｐＦ〜２０ｐＦ程度であった。
図８において、曲線Ｒは、コモンモードチョークコイルの抵抗成分を示している。
かかる実験では、図８の曲線Ｒが示すように、抵抗成分Ｒが周波数約２５ＭＨｚで最大となり、周波数１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域では非常に小さい。
一方、コモンモードチョークコイル１と受信ＩＣ１０１のキャパシタンス１０２との共振回路の共振周波数は、コモンモードチョークコイル１のインダクタンス値が１００μＨであり、キャパシタンス１０２の容量が１０ｐＦ〜２０ｐＦ程度であることから、数ＭＨｚである。
したがって、この共振周波数及びその近傍の周波数のコモンモードノイズＮが差動信号に載った場合、この実験で使用されたコモンモードチョークコイルでは、抵抗成分が小さいため、このコモンモードノイズＮを十分に抑圧することができず、受信ＩＣ１０１が誤動作を起こしてしまう。

次に、ニクロム（ＮｉＣｒ）を主成分とする合金からなる金属膜６を、メッキ等によって、上記コモンモードチョークコイルの天板５の下面５ｂ及び周側面５ｃに形成し、この金属膜６を有したコモンモードチョークコイル１を、図７に示した差動伝送路１１１，１１２上に実装して、１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの範囲のコモンモードノイズＮをノイズ発生器１２０から発生させた。
図９において、曲線Ｒは、コモンモードチョークコイルの抵抗成分を示している。
かかる実験では、図９の曲線Ｒが示すように、約１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域における抵抗成分Ｒが１０００Ω程度となり、金属膜６によって、抵抗成分が広い周波数範囲に亘って非常に大きくなっている。
したがって、数ＭＨｚの共振周波数及びその近傍の周波数のコモンモードノイズＮが差動信号に載った場合においても、金属膜６による大きな抵抗成分がコモンモードノイズＮを抑圧するので、受信ＩＣ１０１の誤動作が生じなくなる。

図１０は、この発明の第２実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す断面図であり、図１１は、この実施例のコモンモードチョークコイルの天板の部分を製造する工程を示す側面図である。
図１０に示すように、この実施例のコモンモードチョークコイルは、天板５の下側にレジスト８を設けた点が、上記第１実施例と異なる。
このレジスト８は、例えば、エポキシ系樹脂で形成され、天板５を覆う金属膜６の下側部分に、巻線４−１，４−２と向き合うように設けられている。
かかるレジスト８が設けられた天板５の製造は、図１１に示すように行われる。
すなわち、図１１（ａ）に示すように、天板５を形成して、図１１（ｂ）に示すように、メッキ等の手段により、この天板５の下面５ｂと周側面５ｃとに金属膜６を形成する。しかる後、図１１（ｃ）に示すように、レジスト８を天板５の下面５ｂの部位に塗布する。

コモンモードチョークコイルに対する静電気試験を行うと、巻線４−１，４−２を流れる静電気が天板５の金属膜６に向かって放電し、巻線４−１，４−２の被膜を破壊させるおそれがある。しかし、この実施例のように、レジスト８を、巻線４−１，４−２と対向する金属膜６の表面に設けることで、巻線４−１，４−２と金属膜６との間の耐電圧を高くすることができ、この結果、静電気試験性能を向上させることができる。
その他の構成，作用及び効果は上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

図１２は、この発明の第３実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す分解斜視図であり、図１３は、この実施例のコモンモードチョークコイルの正面図である。
図１２に示すように、この実施例のコモンモードチョークコイルは、鍔部２１，２２に対する金属膜６の接合部位の面積を広くした点が、上記第１及び第２実施例と異なる。
具体的には、図１３にも示すように、天板５の下面５ｂを三角形状に形成し、金属膜６をこの下面５ｂ全面に設けた。したがって、金属膜６の下面６ｂも三角形状、即ち断面Ｖ字状を成す。
上記第１及び第２実施例では、天板５の下面や鍔部２１（２２）の上面を水平な平面に設定したので、鍔部２１（２２）上面に対する金属膜６の接合部位が水平な平面を成していたが、この実施例では、上記したように、天板５の下面５ｂと鍔部２１（２２）の上面２１ｃ（２２ｃ）とを断面Ｖ状に形成したので、鍔部２１（２２）上面に対する金属膜６の下面６ｂの接合部位も断面Ｖ字状を成し、上記第１及び第２実施例に比べて、当該接合部位の面積が広くなっている。

かかる構成により、金属膜６による抵抗成分が増加し、この結果、イミュニティ試験におけるコモンモードノイズに対して、より良好なノイズ抑圧効果を発揮する。

なお、鍔部２１，２２に対する金属膜６の接合部位の面積を広くする構成は、図１２及び図１３に示した構成だけではない。
図１４は、第３実施例の第１変形例を示す正面図であり、図１５は、第３実施例の第２変形例を示す正面図であり、図１６は、第３実施例の第３変形例を示す正面図である。
すなわち、図１４に示すように、金属膜６の下面６ｂの中央部を断面略Ｕ字状に突設させると共に、鍔部２１（２２）の上面２１ｃ（２２ｃ）を金属膜６の下面６ｂの形状に対応させて凹ませることによっても、鍔部２１，２２に対する金属膜６の接合部位の面積を広くすることができる。
勿論、図１５に示すように、金属膜６の下面６ｂの中央部を断面略逆Ｕ字状に凹ませると共に、鍔部２１（２２）の上面２１ｃ（２２ｃ）を金属膜６の下面６ｂの形状に対応させて突出させることによっても、鍔部２１，２２に対する金属膜６の接合部位の面積を広くすることができる。
また、図１６に示すように、天板５全体を断面略逆Ｕ字状に形成して、金属膜６をかかる天板５に設け、天板５の内側となる下面５ｂ、即ち金属膜６の下面６ｂを鍔部２１（２２）の上面２１ｃ（２２ｃ）及び側面２１ｄ（２２ｄ），２１ｅ（２２ｅ）に接着剤７を介して接着した構成としても、鍔部２１，２２に対する金属膜６の接合部位の面積を広くすることができる。
その他の構成，作用及び効果は上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

図１７は、この発明の第４実施例に係るコモンモードチョークコイルを裏返して示す斜視図であり、図１８は、この実施例のコモンモードチョークコイルの断面図である。
図１７に示すように、この実施例のコモンモードチョークコイルは、金属膜６の下側部に切り欠き部Ｂを設けた点が、上記第１ないし第３実施例と異なる。

具体的には、図１８に示すように、金属膜６を天板５の上面５ａにも形成するが、天板５の下面５ｂの部位では、金属膜６の下側部を除いて、切り欠き部Ｂを形成した。この切り欠き部Ｂの幅（図１８の表裏方向）は、天板５の幅とほぼ等しく設定され、その長さＷ６（図１８の左右方向）は、巻線４−１，４−２の巻き付け長さＷ４以上に設定されている。

かかる構成により、コモンモードチョークコイルに対する静電気試験時に、巻線４−１，４−２を流れる静電気が発生しても、静電気が飛ぶ金属膜部分がないので、静電気が金属膜６に向かって放電する現象を防止することができる。
その他の構成，作用及び効果は上記第１ないし第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、コア２と天板５とを、それぞれフェライトで形成したが、これらの部材をフェライト以外の磁性体で形成したコモンモードチョークコイルを、この発明の範囲から除外する意ではない。
さらに、上記実施例では、接着剤７に磁粉を混入した例を示したが、磁粉が混入されていない接着剤を使ったコモンモードチョークコイルをこの発明の範囲から除外する意ではない。
さらに、上記実施例では外部電極３−１〜３−４をコア２の鍔部２１，２２に直接塗布形成したが、他の形態、例えば金属端子により鍔部２に外部電極を形成したコモンモードチョークコイルをこの発明の範囲から除外する意ではない。

この発明の第１実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す斜視図である。 実施例のコモンモードチョークコイルの正面図である。 コモンモードチョークコイルの底面を示す斜視図である。 図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。 コモンモードチョークコイルの製造方法の第１工程を示す工程図である。 コモンモードチョークコイルの製造方法の第２工程を示す工程図である。 イミュニティ試験におけるコモンモードチョークコイルの作用及び効果を説明するための概略ブロック図である。 金属膜を設けない場合の周波数とインピーダンスとの相関図である。 金属膜を設けた場合の周波数とインピーダンスとの相関図である。 この発明の第２実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す断面図である。 第２実施例のコモンモードチョークコイルの天板の部分を製造する工程を示す側面図である。 この発明の第３実施例に係るコモンモードチョークコイルを示す分解斜視図である。 第３実施例のコモンモードチョークコイルの正面図である。 第３実施例の第１変形例を示す正面図である。 第３実施例の第２変形例を示す正面図である。 第３実施例の第３変形例を示す正面図である。 この発明の第４実施例に係るコモンモードチョークコイルを裏返して示す斜視図である。 第４実施例のコモンモードチョークコイルの断面図である。

符号の説明

１…コモンモードチョークコイル、 ２…コア、 ３−１〜３−４…外部電極、 ４−１，４−２…巻線、 ４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ…端部、 ５…天板、 ５ａ，２１ｃ，２２ｃ…上面 ５ｂ，６ｂ…下面、 ６…金属膜、 ７…接着剤、 ８…レジスト、 ２０…巻芯部、 ２１，２２…鍔部、 ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…脚部、 １００…送信ＩＣ、 １０１…受信ＩＣ、 １０２…キャパシタンス、 １１１，１１２…差動伝送路、 １２０…ノイズ発生器。

Claims (5)

1. 巻芯部及びこの巻芯部の両端部に設けられた１対の鍔部を有して成る磁性コアと、上記各鍔部に形成された外部電極と、上記巻芯部に巻装され且つ各端部が上記外部電極まで引き出されて接合された１対の巻線と、上記１対の鍔部に接着剤で接合された磁性板とを備えるコモンモードチョークコイルであって、
   上記外部電極とは別体の金属膜を、上記磁性板の少なくとも上記鍔部との接合部位に形成した、
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
2. 請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、
   上記磁性コアと上記磁性板とを、それぞれフェライトで形成した、
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
3. 請求項１又は請求項２に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、
   上記金属膜を、鉄，コバルト，ニッケル，クロム，マンガン及び銅の内の少なくともいずれかを含む強磁性体で形成した、
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
4. 請求項３に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、
   上記金属膜を、ニクロムを主成分とする強磁性体の合金で形成した、
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコモンモードチョークコイルにおいて、
   上記接着剤に、磁粉を混入した、
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。

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