JP5712405B2 - ノイズ抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器のケーブルにおける電磁障害ノイズを低減するノイズ抑制装置に関する。

従来、電子機器のノイズ対策として、ケーブルを筒状のフェライトコア内に挿通させたり、ケーブルと金属筐体などの導電体とを接近させて容量結合（カップリング）を生じさせて高周波ノイズを低減させたりすることが行われている。容量結合は、ケーブルを導電体に接近させること以外に、ケーブルが挿通されたフェライトコアを導電体と接近させることでも実現される。そのため、ケーブルをフェライトコアに挿通し、そのフェライトコアを接地する技術も提案されている（特許文献１〜４参照）。

特開平０５−１０９５３５号公報 特開２００２−１７１６１２号公報 特開２００３−１７８８５号公報 特開平１０−１２６０８５号公報

フェライトコアのノイズ低減効果を高めるために、ケーブルをフェライトコアに巻きつけて複数ターンさせて用いることがある。
特許文献１に記載されたＬＣ複合部材は、リード線（ケーブル）がフェライトコアに予め設けられた貫通孔に配されたものであるため、フェライトコアの外側を経由してリード線を複数ターンさせるものではない。仮に上記ＬＣ複合部材において、リード線をフェライトコアの外側を経由して複数ターンさせた場合、フェライトコアの外周が接地端子に接続された導体に覆われているため、導体とリード線とが接近することで容量結合を生じてしまい、フェライトコアのノイズ低減効果が損なわれてしまう場合がある。

特許文献２に記載されたノイズ対策部品は、ケーブルが筐体を貫通する場所に取り付けられるものであるため、ケーブルを巻き線として複数ターンさせて使用することができない。また、ノイズ対策の向上が必要となったときなどに追加的に取り付けることが困難である。

特許文献３に記載されたノイズ防止具は、シールドケーブルのノイズ対策を前提としており、ケーブルを複数ターンさせることでフェライトコアによるノイズ対策性能を上げることが困難である。

特許文献４に記載された電磁ノイズ抑制装置は、シールドケーブル１本のグランドをとることが前提の構造であるため、複数ターンさせて使用することができない。
このように、従来のノイズ対策部品は、巻き線として複数ターンさせることでフェライトコアによるノイズ対策性能を上げつつ、同時に容量結合効果により高周波ノイズ対策をとることができなかった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フェライトコアによるノイズ対策と、容量結合効果によるノイズ対策と、を良好に実施することができるノイズ抑制装置を提供することである。

上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、筒状のフェライトコアと、フレームグランドに導通される導電面を有する取付体に、前記フェライトコアの外周面における一部の領域と前記導電面とが重なるように前記フェライトコアを取り付ける取付手段と、前記フェライトコアに少なくとも２ターン以上巻きつけて挿通されるケーブルと、を備え、前記取付手段が、前記フェライトコアにおける前記一部の領域を除く前記フェライトコアの外周面を覆う部分と、前記取付体に対して取り付けられる部分と、前記フェライトコアが前記取付体に取り付けられた状態において、前記フェライトコアを前記導電面方向に押圧する押圧部材と、を有しており、前記押圧部材は、該押圧部材の周囲よりも前記フェライトコアの外周面側に突出する形状であり、前記ケーブルが、前記フェライトコアの外周面における前記一部の領域以外の領域に沿って巻きつけられていることを特徴とするノイズ抑制装置である。

このように構成されたノイズ抑制装置であれば、ケーブルを複数ターンさせることによってフェライトコアのノイズ低減性能を高めることができ、またフェライトコアの外周面における一部の領域を導電面と接近させて容量結合させることで高周波帯域のノイズも良好に低減することができる。

さらに、ケーブルがフェライトコアにおける導電面と重なる領域以外の領域に沿って巻きつけられていることから、ケーブルが導電面と容量結合してしまうことを抑制できる。仮にケーブルと導電面とが接近して容量結合してしまうとフェライトコアによるノイズ低減効果が低下してしまうが、本発明ノイズ抑制装置では容量結合が抑制されるためフェライトコアの磁気損失によるノイズ低減効果が損なわれない。

さらに、特許文献１に示されたＬＣ複合部材は、フェライトコアに設けられた貫通孔に挿通されているリード線（ケーブル）間にはフェライトコアが介在しているため、フェライトコアがない場合（空気層が介在する場合）に比べ誘電率が高くなっており、リード線間で容量結合が生じてしまう虞があるが、本発明のノイズ抑制装置では並行するケーブルの間にはフェライトコアが存在しないため、上記の問題が発生しない。

なお、上記ノイズ抑制装置を取り付ける取付体としては板金筐体やプリント基板などが考えられる。プリント基板を取付体とする場合、プリント基板に形成されたグランドパターンが導電面となる。また、筐体やプリント基板の表面に配されたシート状の導電体であって、フレームグランドに導通されるものの表面を導電面としてもよい。導電面とフェライトコアは直接接触している必要はないが、なるべく接近させることが好ましい。

また請求項１に記載のノイズ抑制装置であれば、フェライトコアの外周面における上記一部の領域と取付体の導電面とを良好に接近させることができる。
なお、フェライトコアと導電面とはなるべく接近している方が容量結合を生じやすいため好ましいが、請求項２に記載のノイズ抑制装置のように、前記フェライトコアが、前記一部領域の表面において、柔軟性および導電性を有するシート状部材を備えており、当該シート状部材を介して前記導電面と接触するように構成されていてもよい。

このように構成されたノイズ抑制装置においては、シート状部材と導電面とが導通することでシート状部材におけるフェライトコア側が導電面に相当するものとなる。そのためフェライトコアと導電面との間に隙間が発生することを抑制できる結果、フェライトコアと導電面との容量結合を生じやすくなり、ノイズ低減効果を向上できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のノイズ抑制装置において、前記取付体は板金筐体であって、前記ノイズ抑制装置は、前記ケーブルにおける前記フェライトコアから外れた部分を、前記取付体側に押圧して近接させる近接手段を備えることを特徴とする。

ケーブルにおけるフェライトコアに挿入された部分、および巻きつけられている部分がフレームグランドに接続する導電面と容量結合するとフェライトコアによるノイズ低減効果が損なわれてしまうが、フェライトコアから外れた部分は導電面と容量結合することでノイズ除去が可能となる。

よって、上述した請求項３に記載のノイズ抑制装置では、フェライトコアから外れたケーブルが板金筐体と密着するため、ケーブルと板金筐体との容量結合によるノイズ除去を行うことができる。

なお、ケーブルにおけるフェライトコアから外れた部分とは、ターンしている部分を除いて、フェライトコアに挿入される前の部分（フェライトコアに挿入されて抜けた部分）である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のノイズ抑制装置において、前記フェライトコアが、筒状体を軸方向に２分割してなる２つのフェライトコア片からなるものであって、前記取付手段が、前記２つのフェライトコア片を１つずつ保持する２つの保持部を有しており、前記２つの保持部に保持された前記２つのフェライトコア片が接合しないように前記２つの保持部が離間した開形態と、前記２つの保持部に保持された前記２つのフェライトコア片が接合して筒状となるように前記２つの保持部が近接した閉形態と、に変形可能に構成されていることを特徴とする。

このように構成されたノイズ抑制装置であれば、フェライトコアが２分割された状態においてフェライトコアにケーブルを巻き付けることができる。よって、ケーブルの取り付けや取り外し、ターン数の変更などを容易に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のノイズ抑制装置において、前記フェライトコアが、筒状における軸と直交する方向の断面が矩形の筒状であることを特徴とする。

このように構成されたノイズ抑制装置であれば、フェライトコアの外周面における導電面と重なる上記一部の領域が導電面と良好に密接するため、容量結合が生じやすくなる。また、フェライトコアにおける上記一部の領域を有する壁面と対向する壁面に沿ってケーブルを巻きつけることで、ケーブルと導電面との距離を充分に広げることができ、ケーブルが導電面と容量結合してしまうことを抑制できる。

ノイズ抑制装置を示す平面図（Ａ）およびＡ−Ａ断面図（Ｂ） ノイズ抑制装置からケーブルを外した状態の平面図（Ａ）およびＡ−Ａ断面図（Ｂ） ノイズ抑制装置の変形例を示す断面図 ノイズ抑制装置の変形例を示す断面図 ノイズ抑制装置の変形例を示す断面図 ノイズ抑制装置の変形例を示す拡大断面図 ノイズ抑制装置の変形例を示す平面図（Ａ）およびＢ−Ｂ断面図（Ｂ） ノイズ抑制装置の性能評価の試験装置を示す図 性能評価試験の試験結果を示すグラフ

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示にすぎず、本発明が、下記の事例以外にも様々な形態で実施できるのはもちろんである。

［実施例］
（１）全体構成
本実施例のノイズ抑制装置１を図１（Ａ），（Ｂ）に示す。ノイズ抑制装置１は、導電性を有する板金の筐体１１に取り付けられるものであって、フェライトコア１３と、ケース部材１５と、ケーブル１７と、からなる。

フェライトコア１３は、断面略矩形の筒状であって、内部（貫通孔１９）をケーブル１７が挿通可能に構成されている。また、フェライトコア１３は、ケース部材１５によって、フェライトコア１３の外周面における一部の領域（面１３ａ）において筐体１１と接触するように筐体１１に固定される。

ケース部材１５は樹脂製の部材であって、矩形の天面１５ａと、天面１５ａのうちの相対する端面から同一方向に延び出す一対の矩形の側面１５ｂと、一対の側面１５ｂそれぞれの延び出した先端から、側面１５ｂと交差する方向に、かつ互いに逆方向に延びる一対の底面１５ｃと、を有する。

これら天面１５ａ，側面１５ｂによって、フェライトコア１３の面１３ａをのぞく外周面を覆うことができる。また、フェライトコア１３の軸方向の側面は開放されている。
底面１５ｃには、筐体１１に設けられた２箇所の雌ネジ２１に対応する位置に貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３を通してネジ２５を雌ネジ２１に螺合させることでケース部材１５が筐体１１に固定され、それによりフェライトコア１３が筐体１１に固定される。

ケーブル１７を外した状態を図２（Ａ），（Ｂ）に示す。ケース部材１５の天面１５ａにはコの字型に切られた貫通孔によって周囲と区切られるように形成されたバネ片２７が形成されている。このバネ片２７は、ケース部材１５におけるバネ片２７の周囲の部分よりもケース部材１５の内側方向に突出するように肉厚に形成されている。図２（Ｂ）のように取り付けた状態において、バネ片２７の突出端と筐体１１との間の距離（バネ片２７と底面１５との距離）はフェライトコア１３の厚さよりも短くなるように構成されており、その結果、フェライトコア１３はバネ片２７によって筐体１１側に押圧される。

また、ケース部材１５は、側面１５ｂから内側に突出する突起２９が設けられており、フェライトコア１３に形成された溝３１と係合する。これによりフェライトコア１３とケース部材１５とが係合するため、ケース部材１５を筐体１１に取り付ける前に、フェライトコア１３がケース部材１５から脱落してしまうことが抑制される。なお、側面１５ｂを互いに離す方向に変形させることで突起２９と溝３１の係合が解除され、フェライトコア１３を着脱することができる。

ケーブル１７は周囲が被覆された一般的な電線である。図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、本実施例ではフェライトコア１３における面１３ａを備える壁面と対向する壁面１３ｂと、ケース部材１５の天面１５ａと、に沿うように巻きつけられて、フェライトコア１３に３ターンしている。なお、２ターン以上であればターン数は特に限定されない。

なお、筐体１１が本発明における取付体に相当し、筐体１１表面が導電面に相当し、ケース部材１５が取付手段に相当し、バネ片２７が押圧部材に相当する。
（２）発明の効果
このように構成されたノイズ抑制装置１であれば、ケーブル１７がフェライトコア１３の壁面１３ｂに沿って巻きつけられていることから、ケーブル１７と筐体１１との距離が大きくなり、ケーブル１７と筐体１１とが容量結合してしまうことがない。従って、ケーブル１７を複数ターンさせることによってフェライトコア１３のノイズ低減性能を高めることができ、またフェライトコア１３を筐体１１と接触させて容量結合させることで高周波帯域のノイズも良好に低減することができる。

なお、ケーブル１７と筐体１１との容量結合を抑制するためには、フェライトコア１３の面１３ａ以外の領域に沿って巻きつけられていればよく、例えばケーブル１７が壁面１３ｂと直交する壁面に沿って巻きつけられていてもよい。

また、フェライトコア１３はバネ片２７によって筐体１１側（導電面方向）に押圧されているため、フェライトコア１３の面１３ａと筐体１１とを良好に接近させることができる。

また、フェライトコア１３は軸と直交する方向の断面が矩形であるため、面１３ａは平面状になっている。そのため、筐体１１と広い範囲で密接し、容量結合を生じ易くなる。
［変形例］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施例においては、バネ片２７によりフェライトコア１３が筐体１１に押圧される構成を例示したが、図３に示すケース部材３７のように、天面３７ａの内側にバネ片２７に代えてスポンジ等の弾性体３９を配置し、弾性体３９を圧縮した反力によりフェライトコア１３を押圧するように構成してもよい。さらに、弾性体３９の表面に粘着テープや粘着材を配することで、フェライトコア１３とケース部材３７とを接合するように構成してもよい。

なお、図３は図２（Ｂ）と同様にケーブル１７を外した状態を示すノイズ抑制装置の断面図である。後述する図４〜図６においても同様の断面図を記載する。
また、上記実施例においては、フェライトコア１３と筐体１１とは直接接触する構成を例示したが、シート状の導電体を介して接触してもよい。例えば図４に示すように、導電性シート４１をフェライトコア１３の面１３ａに配し、導電性シート４１を介してフェライトコア１３と筐体１１とが導通するように構成してもよい。

このように構成されたノイズ抑制装置においては、導電性シート４１と筐体とが導通することで導電性シート４１がフレームグランドと接続する導電面として機能する。そして、導電性シート４１はフェライトコア１３に取り付けられているためそれらの間に隙間が発生することを抑制できる結果、フェライトコア１３と導電性シート４１との容量結合を生じやすくなり、ノイズ低減効果を向上できる。

なお導電性シート４１としては、導電性のスポンジや、スポンジ外周に導電箔を巻きつけたシートなどを用いることができる。スポンジのように柔軟性を有する材料を用いると、その材料がフェライトコア１３や筐体１１の表面形状に追従して変形するため、フェライトコア１３や筐体１１と良好に接触させることができる。

また、上記導電性シート４１に代えて、導電性を有さないシートの外周に導電性を有するシートを巻きつけたものを用いてもよい。または、フェライトと同等以上の誘電率を有するシートを用いてもよい。

また、上記実施例においては、筒状のフェライトコア１３として、１つの部材からなるものを例示したが、図５に示すように、軸方向に２分割してなるフェライトコア４３ａ，４３ｂを用いてもよい。

図５において、フェライトコア４３ａ，４３ｂはケース部材４５に保持される。ケース部材４５は、実施例１のケース部材１５の側面１５ｂに相当する部分（側面４５ｂ）が上下に分かれており、天面４５ａ側がフェライトコア４３ａを保持する上側部４７，底面４５ｃ側がフェライトコア４３ｂを保持する下側部４９となる。

上側部４７および下側部４９は、それぞれ突起２９が設けられており、フェライトコア４３ａ，４３ｂに設けられた溝３１と係合する。
上側部４７と下側部４９とは、側面４５ｂの一方において可撓性を有する連結部５１で連結しており、側面４５ｂの他方においては上側部４７に係止片５３が設けられ、下側部４９に被係止片５５が設けられている。これら係止片５３と被係止片５５とが係止されている状態においては、フェライトコア４３ａ，４３ｂは接合して筒状となる。

一方、係止片５３と被係止片５５とが係止を解除し、上側部４７と下側部４９とを離間させるように変形させると、それによってフェライトコア４３ａ，４３ｂも接合せずに離れた状態となる。この状態においては、フェライトコアへのケーブルの取り付けや取り外し、ターン数の変更などを容易に行うことができる。

なお、フェライトコア４３ａ，４３ｂが本発明におけるフェライトコア片に相当し、上側部４７と下側部４９が保持部に相当し、係止片５３と被係止片５５とが係止されている状態が本発明における閉形態に相当し、その係止がされておらず上側部４７と下側部４９とを離間させた状態が本発明における開形態に相当する。

また、上記実施例においては、ケース部材１５と筐体１１との固定はネジ２５にて実現する構成を例示したが、それ以外の方法で固定する構成であってもよい。例えば図６に示すように、ケース部材の底面１５ｃに貫通孔に代えてスナップ５７を設け、スナップ５７を筐体１１に設けられた貫通孔５９に通して係合させることで固定する構成とすることが考えられる。

また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ケーブル６５におけるフェライトコア１３から外れた部分を筐体１１側に押圧して近接させるバネ板６３（本発明における近接手段）が設けられたケース部材６１を用いてもよい。

バネ板６３は、図７（Ａ）の視点ではケース部材６１の天面６１ａからフェライトコア１３の軸方向に沿うように伸び出しており、また図７（Ｂ）の視点では底面方向に向かって伸び出している。そして、ケーブル６５はこのバネ板６３によって筐体１１側に押圧される。これによりケーブル６５は筐体１１と密着するため、ケーブル６５と筐体１１との容量結合によるノイズ除去を行うことができる。

［性能評価試験］
試験装置を図８に示す。本試験装置は、基板７５上に配置された筒状のフェライトコア７１の貫通孔７１ａを通ってケーブル（信号線）７３が３ターンするように構成されている。基板７５はフェライトコア７１が配置された面と反対側の面がグランドプレーン７９となっており、フェライトコア７１は銅テープ７７によってグランドプレーン７９と接続している。ケーブル７３の両端は測定器に接続されている。

試験は、フェライトコア７１に対する銅テープ７７の取付方法を変えた３つのサンプルにおいて、それぞれノイズの周波数を変化させてフェライトによる挿入損失を測定した。
取付方法は次の３つとした。
（ａ）銅テープ７７によるフェライトコアのグランド接続なし（フェライトコアのみ）
（ｂ）フェライトコア７１の外周面全体に銅テープ７７を貼り、グランドプレーンと接続させる
（ｃ）フェライトコア７１の底面のみに銅テープ７７を貼り、グランドプレーンと接続させる（本発明の構成に相当）
測定器は、アジレントテクノロジー製ネットワークアナライザー ＨＰ−８７２０Ｄを用いた。

試験結果を図９に示す。上記（ｃ）については、広い周波数帯域において良好なノイズの損失効果が得られた。一方、（ａ）のようにグランド接続がない場合、即ちフェライトコア７１によるノイズ低減効果のみである場合、低い周波数帯域では良好なノイズ低減効果があるが、高い周波数帯域ではその効果が小さくなる。

また（ｂ）の場合は逆に、高い周波数帯域では良好なノイズ低減効果があるが、低い周波数帯域ではその効果が小さくなる。これは、ケーブル７３がフェライトコア７１に巻きつけられる際に外周に銅テープ７７と接近する結果、ケーブル７３と銅テープ７７との間に容量結合が生じ、フェライトコア７１による効果が失われてしまったためであると考えられる。

このことから、本発明のノイズ対策装置では、広い周波数帯域において良好なノイズ低減効果を得られることがわかる。

１…ノイズ抑制装置、１１…筐体、１３…フェライトコア、１３ａ…面、１３ｂ…壁面、１５…ケース部材、１５ａ…天面、１５ｂ…側面、１５ｃ…底面、１７…ケーブル、１９…貫通孔、２１…雌ネジ、２３…貫通孔、２５…ネジ、２７…バネ片、２９…突起、３１…溝、３７…ケース部材、３９…弾性体、４１…導電性シート、４３ａ…フェライトコア、４３ｂ…フェライトコア、４５…ケース部材、４５ｂ…側面、４５ｃ…底面、４７…上側部、４９…下側部、５１…連結部、５３…係止片、５５…被係止片、５７…スナップ、５９…貫通孔、６１…ケース部材、６１ａ…天面、６３…バネ板、６５…ケーブル、７１…フェライトコア、７１ａ…貫通孔、７３…ケーブル、７５…基板、７７…銅テープ

Claims (5)

1. 筒状のフェライトコアと、
   フレームグランドに導通される導電面を有する取付体に、前記フェライトコアの外周面における一部の領域と前記導電面とが重なるように前記フェライトコアを取り付ける取付手段と、
   前記フェライトコアに少なくとも２ターン以上巻きつけて挿通されるケーブルと、を備え、
   前記取付手段は、前記フェライトコアにおける前記一部の領域を除く前記フェライトコアの外周面を覆う部分と、前記取付体に対して取り付けられる部分と、前記フェライトコアが前記取付体に取り付けられた状態において、前記フェライトコアを前記導電面方向に押圧する押圧部材と、を有しており、
   前記押圧部材は、該押圧部材の周囲よりも前記フェライトコアの外周面側に突出する形状であり、
   前記ケーブルは、前記フェライトコアの外周面における前記一部の領域以外の領域に沿って巻きつけられている
   ことを特徴とするノイズ抑制装置。
2. 前記フェライトコアは、前記一部の領域の表面において、柔軟性および導電性を有するシート状部材を備えており、当該シート状部材を介して前記導電面と接触する
   ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
3. 前記取付体は板金筐体であって、
   前記ノイズ抑制装置は、前記ケーブルにおける前記フェライトコアから外れた部分を、前記取付体側に押圧して近接させる近接手段を備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノイズ抑制装置。
4. 前記フェライトコアは、筒状体を軸方向に２分割してなる２つのフェライトコア片からなるものであって、
   前記取付手段は、
   前記２つのフェライトコア片を１つずつ保持する２つの保持部を有しており、
   前記２つの保持部に保持された前記２つのフェライトコア片が接合しないように前記２つの保持部が離間した開形態と、前記２つの保持部に保持された前記２つのフェライトコア片が接合して筒状となるように前記２つの保持部が近接した閉形態と、に変形可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のノイズ抑制装置。
5. 前記フェライトコアは、筒状における軸と直交する方向の断面が矩形の筒状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のノイズ抑制装置。

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