JP4423602B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号に対して非可逆伝送特性を有する非可逆回路素子に関し、特にはこれに用いる上下ケースに関する。

従来、マイクロ波帯、ＵＨＦ帯で使用される携帯電話、自動車電話等の送受信回路部品の一つとしてアイソレータ，サーキュレータ等の非可逆回路素子がある。一般にアイソレータやサーキュレータは、アンプの破損を防止する目的で使用され、信号の伝送方向の挿入損失は小さく、かつ逆方向への逆方向損失は大きくなるような機能を持たせたものである。以下、本明細書では非可逆回路素子のうちアイソレータを例にとって説明する。

図１１に従来のアイソレータの一例を分解斜視図で示す。このアイソレータは、磁気ヨークとして機能する金属ケース（上ケース１、下ケース１２）、永久磁石２、中心導体組立体２０、キャパシタンス素子（平板コンデンサ）８、９、１０、抵抗素子（チップ抵抗）１１、樹脂ケース７から構成されている。前記中心導体組立体２０は、円板形状の薄板から放射状に３つの中心導体４、５、６が突出した構造の導体薄板を用意し、その導体薄板の円板状部にガーネットフェライト（フェリ磁性体）３を配置して、前記３つの中心導体４、５、６を折り曲げて重ねて一体に構成される。

樹脂ケース７は、アース電極や外部端子となる部分を構成する金属導体と、耐熱性を備えたエンジニアリングプラスチック（図中斜線で表示）等の樹脂で構成され、実装基板との接続のための外部端子ＩＮ、ＯＵＴ、ＧＮＤを有するものである。前記樹脂は樹脂ケース７の外周壁部、内側壁部や、前記外周壁部や内側壁部で囲まれた円形、矩形の凹部１３を形成し、前記凹部１３の底面にはアース電極が表れている。
前記凹部１３に中心導体組立体２０、平板コンデンサ８、９、１０、ダミー抵抗１１等を収容してアース電極と適宜はんだ付けし、さらに中心導体５，６，７と平板コンデンサ８、９、１０とをはんだ付けするとともに、下ケース１２の内側面と樹脂ケース７の裏面側に露出した金属導体とをはんだ付けして一体化している。
そして、磁石２を固着した上ケース１の側壁の突起部１００を下ケース１２の切欠部１０１に嵌入した後、当該部位を支点として上ケース１を旋回させ、他の側壁に形成された突起部１００により下ケース１２の壁部を弾性変形させ、さらに切欠部１０１に嵌合させて、上ケース１を装着したアイソレータを構成していた（第１の従来例）。

また他の例として特許文献１に開示された非可逆回路素子がある。図１２にその分解斜視図を示す。この非可逆回路素子は、第１の従来例に示した樹脂ケース７と下ケース１２を一体成形した例である。つまり、この樹脂ケースは、アース電極や外部端子となる部分を下ケースで構成したものであり、前記下ケースを構成する金属材料を所定形状に金型で打ち抜き、或いはエッチングして、その後、曲げ成形し導体板となし、この導体板を成形金型内に配置して、樹脂を射出成形して樹脂ケース７と下ケース１２を一体成形したものである。そして、永久磁石２を固着した上ケース１の側壁の突起部１００を下ケース１２の切欠部１０１に嵌入した後、当該部位を支点として上ケース１を旋回させ、他の側壁に形成された突起部１００により下ケース１２の壁部を弾性変形させ、さらに切欠部１０１に嵌合させて、上ケース１を装着したアイソレータを構成していた（第２の従来例）。
即ち、どちらの場合も切欠部１０１と突起１００とで、上ケース１と下ケース１２とを位置決めする構造である。

電気的特性のばらつきが少ない非可逆回路素子を得ようとするには、ガーネットフェライトと永久磁石とが対向する間隔を精度良く構成することが要件の内の一つとなる。しかしながら、前記上ケースや下ケースを構成する金属材料に、前記突起部、切欠部を形成し、さらに曲げ加工などを経て上ケースや下ケースを構成する従来の非可逆回路素子では、突起部１００、切欠部１０１の形成位置にばらつきが生じ易く、その結果ガーネットフェライトと永久磁石との間隔を精度良く構成することが困難である場合があった。
また第２の従来例では、下ケース１２の壁部にまで及ぶ樹脂により、下ケース１２が変形し難くなり、上ケースを装着する際に、無理な力を作用させて下ケース１２に塑性変形を生じさせ、非可逆回路素子の歩留まりを著しく低下させる場合もあった。
そこで本発明は、上ケースと下ケースとの装着において、それぞれに不要な塑性変形を生じさせることが無く、またガーネットフェライトと永久磁石との間隔を精度良く構成することが可能な非可逆回路素子を提供することを目的とする。

第１の発明は、フェリ磁性体に複数の中心導体が配された中心導体組立体と、前記中心導体と共振回路を構成する複数のキャパシタンス素子を夫々収容する略箱形状の下ケースと、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、前記永久磁石を収容する上ケースを備えた非可逆回路素子であって、前記下ケースは、その下面部と前記下面部から立設して対向する２つの壁部を構成する磁気ヨーク部と、残余の２つの壁部を構成する樹脂部を備え、前記上ケースは、矩形状に形成され、上面部、および対向する２つの壁部と、壁部が形成されない２方向に前記上面部から延出した凸部を備え、上面の４隅に切欠き部が設けられており、前記下ケースの隅部近傍の樹脂部には、高さ方向に延長する樹脂柱状部を有し、前記下ケースの樹脂柱状部と前記上ケースの切欠き部とを合わせて下ケースに上ケースを被せ、上ケースの前記凸部と磁気ヨーク部の前記壁部に形成された凹部とを当接して固定したことを特徴とする非可逆回路素子である。

本発明においては、前記下ケースの樹脂部の２つの壁部には前記上ケースの壁部の高さに対応する窪みが形成され、前記窪みの上端面と前記上ケースの壁部の下端面を近接させるのが好ましい。

本発明によれば、上ケースと下ケースとの装着において、それぞれに塑性変形を生じさせることが無く、またガーネットフェライトと永久磁石との間隔を精度良く構成することが可能な非可逆回路素子を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る非可逆回路素子について以下詳細に説明する。
図１は、本発明の参考例に係る非可逆回路素子の外観図であり、図２はその分解斜視図であり、図３は下ケースの平面図である。図１〜図３において、斜線部は樹脂で構成された部分を示す。

まず下ケース３０の作製方法について説明する。図４〜図６は製造方法を説明するための図である。磁性金属材料からなる長尺状のシート材を、プレス加工機で所定の形状に打ち抜き、図４に示すような、フープ６０と連接する複数の支持部５３の先端部に下ケースの一部をなす磁気ヨーク部を一体的に形成する。
しかる後、金型で所定部位を折り曲げ加工して、図５に示すように、下ケースの下面部を形成する磁気ヨーク部から立設して対向する２つの壁部２５を形成する。図５に示すように、他の支持部５４の先端は磁気ヨーク部と分離して形成される。この指示部５４は下ケースとしたときに、非可逆回路素子の入出力端子を構成する。
支持部５３、５４の途中には、その幅を狭くした部位が形成されている。後工程で、この幅狭部でフープ６０と切り離されるが、このように幅狭部で切り離しを行うことで、磁気ヨーク部の金属表面が露出する面積を極力小さくし、露出部の酸化を低減している。

フープ６０を構成する磁性金属材料は、ＳＰＣＣ，４２Ｎｉ・Ｆｅ合金，４５Ｎｉ・Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金などの磁気特性に優れるものであって、これらの金属材料は、１００〜３００μｍ程度に冷間圧延又は熱間圧延されている。磁気ヨーク部は磁気回路の一部として用いられるので、磁気特性に優れた磁性材料を選択するのが好ましい。その磁気特性は、最大透磁率が５０００以上で飽和磁束密度は０．６テスラ以上、好ましくは１．４テスラ以上が好ましい。このような磁性材料を選択すれば、非可逆回路素子を小型化する際に、厚みが１６０μｍ以下の薄板を利用しても、磁束の漏れが少なくて済み、ガーネットフェライトに必要十分な直流磁界を与えることが出来る。
さらに、その表面には、銀、銅、金、アルミニウムのうち少なくとも一つを含む金属または合金で電気抵抗率が５．５μΩ・ｃｍ以下の導電性の高い金属皮膜が形成されている。このときの皮膜厚さは０．５〜２５μｍである。磁気ヨークはグランドとしても機能するが、このように構成することで前記金属皮膜が高周波電流のアース端子への経路となり、よって高周波信号の伝送効率を高めるとともに、外部との相互干渉を抑制して損失を低減することができる。
導電性の高い前記金属皮膜のうち銀は、半田付け性がよく、接触抵抗が小さく、金に比べ安価等、優れた特性を持っている。しかしながら、銀表面は非常に活性で表面吸着傾向をもつ空気中の硫黄，塩素．水分等の腐食媒体との反応により変色が容易に生じる。この変色膜は半田付け性を損ない、接触抵抗を増大させる。このため銀表面に有機キレート皮膜などの保護膜を形成させ、銀の表面を保護するのが好ましい。

フープ６０には、所定の間隔でスプロケットホール５２が設けられており、スプロケットにより射出成形用金型内にフープ６０が順次送られる。射出成形機に配置された磁気ヨーク部には、液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド等、高耐熱の熱可塑性エンジニアリングプラスチック等の樹脂が射出されてインサート成形を行い、図６に示す様に、前記樹脂により２つの壁部３５を形成した。さらに後工程において、幅狭部でフープ６０と切り離すことで、磁気ヨーク部、入出力端子を一体化した、下ケース３０となる。

この下ケース３０は図３の平面図に示すように、その内側底面に入出力端子ＩＮ、ＯＵＴと連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２、アース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク部が露出しており、前記下ケース１２の内側底面は、磁気ヨーク部、端子部ＴＴ１、ＴＴ２、前記端子部を支持する樹脂とで同一平面として形成される。
下ケース１２は、磁気ヨーク部で構成される２つの側面部２５と、残余の２つの壁部を構成する樹脂部３５を備えた矩形箱型に形成され、下ケース１２の隅部近傍の樹脂部には、壁部３５と一体的に形成された複数の樹脂柱状部２６を有するとともに、前記樹脂柱状部２６の間には、上ケース１の壁部と対応する窪み６０が形成される。

このように形成された下ケース３０は、スプロケットホール５２を利用し、フープに連接されたまま、各組立工程を順次搬送される。次工程において、下ケース３０の入出力端子ＩＮ、ＯＵＴと連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２、アース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク部にはんだを塗布した後、複数のコンデンサを一体化した積層基板を配置した。
積層基板１５は、誘電体セラミックグリーンシートに、キャパシタンス素子を形成する電極パターンを印刷し、電極パターンどうしを適宜対向するように積層してなり、所定のコンデンサ容量を有する複数のキャパシタンス素子が形成されてなるものである。セラミックグリーンシートは積層、圧着され、積層体とした後焼成され積層基板１５となる。積層基板内部の電極は、セラミックとの同時焼成によって形成される。この積層基板において、異なる層にまたがる電極は基板内に形成されたビア電極によって導通されている。積層基板１５の上面には複数の電極パターン１７が形成されており、前記電極パターン間には印刷、焼き付け法により抵抗１１が形成されている。

また、積層基板１５の下面、すなわち下ケースの内底面側との接続面には、下ケース１２に形成されたの端子電極ＴＴ１，ＴＴ２と接続する入出力用電極と、積層基板１５の下面の略中央部を含む領域に、下ケースに形成されたアース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク部と接続するアース用電極が形成されている。このアース用電極は下ケース３０の内底面に対して広面積に接触するように載置させるようになっている。このように構成することで、下ケース１２の内底面における高周波電流の分布を均一にして、電気的な特性を安定なものとしている。

次いで、積層基板１５の上面に形成された電極パターン１７に、はんだを塗布し、中心導体５，６とガーネットフェライト３とでなる中心導体組立体２０を前記電極パターンに載置し、半田リフローして、積層基板１５、下ケース１２、中心導体組立体２０の接触部を機械的かつ電気的に接続する。前記抵抗１１は、チップ抵抗として中心導体組立体２０とともに電極パターン１７に載置することも当然可能である。

次いで、中心導体組立体２０に直流磁界を印加するように永久磁石２を配置した上ケース１を下ケース３０に被せた。
前記上ケース１は、下ケース３０と同様に磁性金属材料からなる長尺状のシート材を、プレス加工機で所定の形状に打ち抜き、さらに金型で折り曲げ加工して、上面部および４つの壁部を備えた略箱形状に形成され、隣り合う側面の稜部には高さ方向に連続するスリット部２２が形成されている。前記スリット部２２と前記下ケース３０の樹脂柱状部２６とをあわせて、上ケース１を下ケース３０に被せている。図７は、上ケース１を下ケース３０に被せた状態を示す平面図である。上ケース１のスリット部２２と下ケース３０の樹脂柱状部２６とで上ケース１の平面方向の移動を制限している。本実施例においては、下ケース３０の４隅に樹脂柱状部２６を形成しているが、上ケース１２の位置決めを行う機能を発揮するには、少なくとも下ケースの対角に位置する２隅に形成すれば良い。
また図１あるいは図２に示すように、下ケース３０の樹脂部の２つの壁部３５には、前記上ケース１の壁部の高さに対応する窪み６０が形成されており、前記窪みの上端面と前記上ケースの壁部の下端面とを当接させることで、上ケースの高さ方向の位置決めを行い、上下ケースそれぞれに塑性変形を生じさせることが無く、また中心導体組立体と永久磁石との間隔を精度良く構成している。

図８は本発明に係る上ケース１の構成例である。この上ケース１は上面部と、対向する２つの壁部を備え、壁部を有さない２方向には、上面部から延出した凸部を有し、断面視がコの字状に形成されてなるものである。図９は、前記上ケースを用いた非可逆回路素子の斜視図である。上ケース１の凸部と、下ケース１２の下面部から立設して対向する２つの壁部２５に形成された凹部と当接させることで、上ケース１の高さ方向の位置決めを行っている。また本実施例によれば上下ケース間に磁気ギャップを形成することなく構成出来るので、磁束の漏れや、中心導体組立体に与えられる直流磁界の減少も少なく済むので好ましい。

しかる後、長尺状のフープ６０の連接部５３，５４を切断して、図１に示す非可逆回路素子を得た。本実施例ではフープ６０の状態で非可逆回路素子の組立を行ったが、下ケース形成後、連接部５３，５４を切断し、個々の下ケースを用いて組立を行っても良いことは、言うまでも無い。

図８は上ケース１の他の構成例である。この上ケース１は上面部と、対向する２つの壁部を備え、壁部を有さない２方向には、上面部から延出した凸部を有し、断面視がコの字状に形成されてなるものである。図９は、前記上ケースを用いた非可逆回路素子の斜視図である。上ケース１の凸部と、下ケース１２の下面部から立設して対向する２つの壁部２５に形成された凹部と当接させることで、上ケース１の高さ方向の位置決めを行っている。また本実施例によれば上下ケース間に磁気ギャップを形成することなく構成出来るので、磁束の漏れや、中心導体組立体に与えられる直流磁界の減少も少なく済むので好ましい。

図１０は、四方が樹脂壁に囲まれるとともに、平板コンデンサや組立体の配置が容易なように、前記樹脂（図中斜線部）で形成された仕切壁が形成された下ケース１２を用いた非可逆回路素子の分解斜視図である。本実施例においても、上下ケースに塑性変形を生じさせることが無く、またガーネットフェライトと永久磁石との間隔を精度良く構成することが出来た。

本発明によれば、ガーネットフェライトと永久磁石との間隔を精度良く構成することが可能な非可逆回路素子を提供することが出来、もって電気的特性のばらつきが少なく、上ケースと下ケースとの装着において、それぞれに塑性変形を生じさせることが無く、非可逆回路素子の歩留まりを低下させる事が無い。

本発明の参考例に係る非可逆回路素子の斜視図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの平面図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 本発明の参考例に係る非可逆回路素子の平面図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる上ケースの斜視図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の斜視図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。 従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。 従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。

符号の説明

１ 上ケース
２ 永久磁石
３ ガーネットフェライト
５，６，７ 中心導体
１２ 下ケース
１５ 積層基板
２０ 中心導体組立体

Claims (2)

1. フェリ磁性体に複数の中心導体が配された中心導体組立体と、前記中心導体と共振回路を構成する複数のキャパシタンス素子を夫々収容する略箱形状の下ケースと、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、前記永久磁石を収容する上ケースを備えた非可逆回路素子であって、
   前記下ケースは、その下面部と前記下面部から立設して対向する２つの壁部を構成する磁気ヨーク部と、残余の２つの壁部を構成する樹脂部を備え、
   前記上ケースは、矩形状に形成され、上面部、および対向する２つの壁部と、壁部が形成されない２方向に前記上面部から延出した凸部を備え、上面の４隅に切欠き部が設けられており、
   前記下ケースの隅部近傍の樹脂部には、高さ方向に延長する樹脂柱状部を有し、
   前記下ケースの樹脂柱状部と前記上ケースの切欠き部とを合わせて下ケースに上ケースを被せ、上ケースの前記凸部と磁気ヨーク部の前記壁部に形成された凹部とを当接して固定したことを特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記下ケースの樹脂部の２つの壁部には前記上ケースの壁部の高さに対応する窪みが形成され、前記窪みの上端面と前記上ケースの壁部の下端面を近接させたことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。

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