JP7180559B2 - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Description

この発明は、コモンモードチョークコイルに関するもので、特に、コアに備える巻芯部上に複数本のワイヤを巻回した構造を有する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。

図９および図１０を参照して、この発明の対象となるコモンモードチョークコイル３１の一般的な構成について説明する。

図９に示すように、コモンモードチョークコイル３１は、コア３２と、それぞれインダクタを構成する第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４と、を備えている。コモンモードチョークコイル３１は、天板４５を備えることもある。

コア３２は、巻芯部３５ならびに巻芯部３５の軸線方向での第１端３８側に設けられた第１鍔部３６および同じく第１端３８側とは逆の第２端３９側に設けられた第２鍔部３７を有する。

第１鍔部３６には、第１端子電極４１および第３端子電極４３が設けられ、第２鍔部３７には、第２端子電極４２および第４端子電極４４が設けられる。なお、端子電極４１～４４の位置からわかるように、図９は、コモンモードチョークコイル３１を、実装基板側に向けられる実装面を上方に向けた姿勢で図示している。

第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４は、巻芯部３５のまわりで第１端３８側から第２端３９側に向かって並行しながら螺旋状に巻回されている。第１ワイヤ３３の各端部は、それぞれ、第１端子電極４１および第２端子電極４２に接続され、第２ワイヤ３４の各端部は、それぞれ、第３端子電極４３および第４端子電極４４に接続される。

以上のような構成を有するコモンモードチョークコイル３１は、図１０に示すような等価回路を与えている。図１０において、図９に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。

図１０を参照して、コモンモードチョークコイル３１は、第１端子電極４１および第２端子電極４２間に接続される第１ワイヤ３３によって構成される第１インダクタ４６と、第３端子電極４３および第４の端子電極４４間に接続される第２ワイヤ３４によって構成される第２インダクタ４７と、を備える。

図９では明瞭に表わされていないが、第１ワイヤ３３は、巻芯部３５の周面のまわりで第１層を構成するように巻回され、第２ワイヤ３４は、その一部を第１ワイヤ３３の隣り合うターン間に形成される凹部に嵌り込ませながら第１層の外周側において第２層を構成するように巻回されている。このようにして、上述の第１インダクタ４６および第２インダクタ４７は、互いに磁気結合される。

以上説明したコモンモードチョークコイル３１において、そこに入力される信号周波数が高くなると、入力されたディファレンシャル信号成分のうち、コモンモードノイズに変換されて出力される割合であるモード変換特性が大きく現れるという問題に遭遇することがある。たとえば特開２０１４－１２０７３０号公報（特許文献１）では、第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々の異なるターン間に発生する浮遊容量（分布容量）のバランスが崩れることを、この問題の原因として挙げている。

そのため、図１１に示すように、特許文献１に記載のコモンモードチョークコイル３１ａでは、次のようなワイヤ３３および３４の巻回態様が採用される。

なお、図１１では、第１ワイヤ３３を示す断面には網掛けが施され、第２ワイヤ３４との区別が明確になるようにしている。また、図１１に示した第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々の断面内には、巻芯部３５の第１鍔部３６が位置する第１端３８側から数えたターン数「１」～「１２」が記入されている。

図１１において、巻芯部３５の周囲に巻回される第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各部分のうち、巻芯部３５の手前側に位置する部分は実線で、巻芯部３５によって隠れる部分は破線でそれぞれ模式的に示されている。なお、図１１では、ワイヤ３３および３４の、巻芯部３５の手前側に位置する部分および巻芯部３５によって隠れる部分の各々のすべてが図示されているわけではない。

図１１を参照して、第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の巻回状態に基づき分類したとき、
（１）第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ３３のターンがこれと同一番目の第２ワイヤ３４のターンより第１端３８側に位置する第１巻回領域Ａと、
（２）第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ３３のターンがこれと同一番目の第２ワイヤ３４のターンより第２端３９側に位置する第２巻回領域Ｂと、
（３）第１巻回領域Ａと第２巻回領域Ｂとの間に位置し第１ワイヤ３３と第２ワイヤ３４とが交差することによって、第１ワイヤ３３のターンと第２ワイヤ３４のターンとの位置関係が切り替えられる切替領域Ｃと、
が存在している。そして、これら第１巻回領域Ａ、切替領域Ｃおよび第２巻回領域Ｂは、この順序で巻芯部３５の軸線方向に沿って配列されている。

特許文献１に記載の技術では、モード変換特性が大きく現れるという問題を解決するにあたり、第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の異なるターン間に発生する浮遊容量（分布容量）をバランスさせるため、第１巻回領域Ａにおける第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の巻回構造と、第２巻回領域Ｂにおける第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の巻回構造とが、切替領域Ｃの中心線ＣＬに関して、対称となるようにされている。言い換えると、第１巻回領域Ａにおける第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々のターン数と第２巻回領域Ｂにおける第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の各々のターン数とが、互いに等しくなるようにされている。

特許文献１に記載の技術では、上述のように、第１巻回領域Ａ、切替領域Ｃおよび第２巻回領域Ｂを、この順序で巻芯部３５の軸線方向に沿って配列することによって、ワイヤ３３および３４の巻回構造を、切替領域Ｃの中心線ＣＬに関して、対称となるようにしている。そのため、異ターン間容量が第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４の両方に対して均一に発生するため、第１ワイヤ３３および第２ワイヤ３４のインピーダンスのアンバランスを抑えることができる。したがって、モード変換特性を低減することができ、高品質なコモンモードチョークコイルを実現することができる、とされている。

特開２０１４－１２０７３０号公報

特許文献１に記載の技術では、モード変換特性を低減するため、上述のように、ワイヤ３３および３４の巻回構造を対称にするという手段を採用している。したがって、図９および図１０を参照して説明した一般的なコモンモードチョークコイル３１に比べて、モード変換特性をある程度低減することができる。

しかし、特許文献１に記載の技術によっても、モード変換特性は完全に０になるわけではない。その原因として、コモンモードチョークコイル３１ａに関連して形成される回路を、信号の進行方向に対して前半と後半との２つに割っているため、巨視的、すなわちターン全体では異なるターン間の浮遊容量の偏りは解消されるが、局所的、たとえば前半だけまたは後半だけを見た場合には、異なるターン間の浮遊容量が発生している。そのため、後述する図４に示すように、高周波域において徐々にモード変換特性が悪化することを本件発明者が発見した。

この発明は、ワイヤの異なるターン間の浮遊容量の発生させ方の自由度を向上させることができれば、必要に応じて、モード変換特性を低減させることも可能であることに着目してなされたものである。
そこで、この発明の目的は、異なるターン間の浮遊容量の発生させ方の自由度を飛躍的に向上させることができる、コモンモードチョークコイルを提供しようとすることである。

この発明は、上述した技術的課題を解決するため、４本のワイヤを備える構成が採用される第１の局面と、３本のワイヤを備える構成が採用される第２の局面とを有する。

この発明に係るコモンモードチョークコイルは、第１の局面では、巻芯部ならびに巻芯部の軸線方向での第１端側に設けられた第１鍔部および巻芯部の軸線方向での第１端側とは逆の第２端側に設けられた第２鍔部を有するコアと、巻芯部のまわりで並行しながらそれぞれ螺旋状に巻回された第１ワイヤ、第２ワイヤ、第３ワイヤおよび第４ワイヤと、第１鍔部に設けられた第１端子電極および第３端子電極と、第２鍔部に設けられた第２端子電極および第４端子電極と、を備えている。

第１ワイヤおよび第２ワイヤの各々の一方端は、第１端子電極に接続され、第１ワイヤおよび第２ワイヤの各々の他方端は、第２端子電極に接続され、第３ワイヤおよび第４ワイヤの各々の一方端は、第３端子電極に接続され、第３ワイヤおよび第４ワイヤの各々の他方端は、第４端子電極に接続される。

第１ワイヤは、巻芯部のまわりで第１層を構成するように巻回され、第３ワイヤは、その一部を第１ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、第１層の外周側において第２層を構成するように巻回され、第４ワイヤは、その一部を第３ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、第２層の外周側において第３層を構成するように巻回され、第２ワイヤは、その一部を第４ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、第３層の外周側において第４層を構成するように巻回される。
第１ワイヤおよび第３ワイヤは、第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤのターンがこれと同一番目の第３ワイヤのターンより第２端側に位置し、第２ワイヤおよび第４ワイヤは、第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤのターンがこれと同一番目の第４ワイヤのターンより第１端側に位置している。

この発明に係るコモンモードチョークコイルは、第２の局面では、巻芯部ならびに巻芯部の軸線方向での第１端側に設けられた第１鍔部および巻芯部の軸線方向での第１端側とは逆の第２端側に設けられた第２鍔部を有するコアと、巻芯部のまわりで並行しながらそれぞれ螺旋状に巻回された第１ワイヤ、第２ワイヤおよび第３ワイヤと、第１鍔部に設けられた第１端子電極および第３端子電極と、第２鍔部に設けられた第２端子電極および第４端子電極と、を備えている。

第１ワイヤおよび第２ワイヤの各々の一方端は、第１端子電極に接続され、第１ワイヤおよび第２ワイヤの各々の他方端は、第２端子電極に接続され、第３ワイヤの一方端は、第３端子電極に接続され、第３ワイヤの他方端は、第４端子電極に接続される。

第１ワイヤは、巻芯部のまわりで第１層を構成するように巻回され、第３ワイヤは、その一部を第１ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、第１層の外周側において第２層を構成するように巻回され、第２ワイヤは、その一部を第３ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、第２層の外周側において第３層を構成するように巻回される。
第１ワイヤおよび第３ワイヤは、第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤのターンがこれと同一番目の第３ワイヤのターンより第２端側に位置し、第２ワイヤおよび第３ワイヤは、第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤのターンがこれと同一番目の第３ワイヤのターンより第１端側に位置している。

特許文献１に記載の技術では、対をなす２本のワイヤについての位置関係が互いに逆の第１巻回領域と第２巻回領域とを巻芯部の軸線方向に配列していたのに対し、この発明では、簡単に言えば、上記第１巻回領域に相当する領域と上記第２巻回領域に相当する領域とを巻芯部の軸線方向に直交する方向に積み重ねた構成が採用される。

この発明によれば、４本のワイヤまたは３本のワイヤによって構成される第１インダクタまたは第２インダクタのあるターン間について、異なるターン間の浮遊容量の発生先を複数とできるため、異なるターン間の浮遊容量の発生させ方の自由度を飛躍的に向上させることができる。

この発明の第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１の外観を実装面側から示す平面図である。 図１に示したコモンモードチョークコイル１における第１ないし第４ワイヤ１１～１４の巻回状態を模式的に示す断面図である。 図２に示した第１ないし第４ワイヤ１１～１４間に発生する浮遊容量Ｃ１，Ｃ２を説明するため、第１ないし第４ワイヤ１１～１４の一部を拡大して示す断面図である。 コモンモードチョークコイルのモード変換特性の周波数特性を示す図であって、（Ａ）は比較例としての特許文献１に記載のレイヤ巻きと呼ばれる２層巻きが採用されたコモンモードチョークコイルの特性を示し、（Ｂ）は比較例としての特許文献１に記載された第１の実施形態によるコモンモードチョークコイルの特性を示し、（Ｃ）はこの発明の実施例としてのコモンモードチョークコイルの特性を示す。 図２に示したコモンモードチョークコイル１の変形例としてのコモンモードチョークコイル１ａにおける第１ないし第４ワイヤ１１～１４の巻回状態を模式的に示す断面図である。 この発明の第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル１ｂの外観を実装面側から示す平面図である。 図６に示したコモンモードチョークコイル１ｂにおける第１ないし第３ワイヤ１１～１３の巻回状態を模式的に示す断面図である。 図７に示した第１ないし第３ワイヤ１１～１３の中心導線１７および絶縁被覆層１８の寸法関係を説明するため、第１ないし第３ワイヤ１１～１３の一部を拡大して示す断面図である。 従来の一般的なコモンモードチョークコイル３１の外観を、実装面を上方に向けた姿勢で示す斜視図である。 図９に示したコモンモードチョークコイル３１の等価回路図である。 特許文献１に記載されたコモンモードチョークコイル３１ａにおける第１および第２ワイヤ３３および３４の巻回状態を模式的に示す断面図である。

図１には、この発明の第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１が示されている。図１に示したコモンモードチョークコイル１は、コア２と、それぞれインダクタを構成する４本のワイヤ、すなわち、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４と、を備えている。図２には、図１に示したコモンモードチョークコイル１における第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の巻回状態が模式的断面図で示されている。図２において、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２と、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４とを明確に区別するため、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の断面は白抜きで示され、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の断面には網掛けが施されている。

コア２は、非導電性材料、より具体的には、誘電体としてのアルミナ、磁性体としてのＮｉ－Ｚｎ系フェライト、または樹脂などから構成される。コア２は、全体として断面四角形状をなしている。ワイヤ１１～１４は、たとえば、絶縁被覆された銅線から構成され、ともに断面円形であり、互いに同じ外径を有している。なお、コア２の材料および形状、ならびにワイヤ１１～１４の材料、形状および外径等については、ここで例示したものには限定されない。

コア２は、巻芯部３ならびに巻芯部３の軸線方向での第１端４側に設けられた第１鍔部６および同じく第１端４側とは逆の第２端５側に設けられた第２鍔部７を有する。第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４は、巻芯部３のまわりで第１端４側から第２端５側に向かって互いに実質的に同じターン数をもって並行しながら螺旋状に巻回されている。なお、「実質的に同じターン数」としたのは、ワイヤ１１～１４のそれぞれの巻回の始端または終端の巻芯部３における位置が、互いに多少ずれる場合があるからである。

第１鍔部６には、第１端子電極２１および第３端子電極２３が設けられ、第２鍔部７には、第２端子電極２２および第４端子電極２４が設けられる。端子電極２１～２４は、たとえば、導電性ペーストの焼付け、導電性金属のめっき、金属板の接着剤による貼付け等によって与えられる。なお、図１は、コモンモードチョークコイル１を実装面側から示している。また、図２では、端子電極２１～２４の図示を省略している。

第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の各々の一方端は、ともに第１端子電極２１に接続され、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の各々の他方端は、ともに第２端子電極２２に接続される。第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の各々の一方端は、ともに第３端子電極２３に接続され、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の各々の他方端は、ともに第４端子電極２４に接続される。これらの接続には、たとえば、熱圧着またはレーザ溶接が適用される。

コモンモードチョークコイル１は、図９に示したコモンモードチョークコイル３１に備える天板４５に相当する天板を備えていてもよい。天板は、コア２と同様、たとえば、非磁性体としてのアルミナ、磁性体としてのＮｉ－Ｚｎ系フェライト、または樹脂などから構成される。コア２および天板が磁性体からなるとき、天板が第１鍔部６および第２鍔部７間を連結するように設けられることによって、コア２は、天板と協働して、閉磁路を構成する。

図２を主として参照して、まず、第１ワイヤ１１が、巻芯部３のまわりで第１層を構成するように巻回される。次いで、第３ワイヤ１３が、その一部、より正確には、その断面上の一部を第１ワイヤ１１の隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、上記第１層の外周側において第２層を構成するように巻回される。次いで、第４ワイヤ１４が、その一部、より正確には、その断面上の一部を第３ワイヤ１３の隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、上記第２層の外周側において第３層を構成するように巻回される。最後に、第２ワイヤ１２が、その一部、より正確には、その断面上の一部を第４ワイヤ１４の隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、上記第３層の外周側において第４層を構成するように巻回される。

図２において、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の各々の断面内には、巻芯部３の第１端４側から数えたターン数「１」～「２０」が記入されている。ワイヤの断面内へのターン数の記入は、後述する図５および図７においても採用されている。

上述したターン数に注目すると、第１層を構成する第１ワイヤ１１および第２層を構成する第３ワイヤ１３は、巻芯部３の第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ１１のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより巻芯部３の第２端５側に位置している。すなわち、ｎを２から２０までの自然数としたとき、第３ワイヤ１３の第ｎ（ｎ：自然数）ターンは、第１ワイヤ１１の第ｎ－１ターンと隣接する。

また、第４層を構成する第２ワイヤ１２および第３層を構成する第４ワイヤ１４は、巻芯部３の第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤ１２のターンがこれと同一番目の第４ワイヤ１４のターンより巻芯部３の第１端４側に位置している。すなわち、ｎを１から１９までの自然数としたとき、第４ワイヤ１４の第ｎ（ｎ：自然数）ターンは、第２ワイヤ１２の第ｎ＋１ターンと隣接する。

そのため、図３に示すように、第１端子電極２１と第２端子電極２２とに接続される第１ワイヤ１１と第３端子電極２３と第４端子電極２４とに接続される第３ワイヤ１３との間では、異なるターン間に浮遊容量Ｃ１が発生し、また、第１端子電極２１と第２端子電極２２とに接続される第２ワイヤ１２と第３端子電極２３と第４端子電極２４とに接続される第４ワイヤ１４との間では、異なるターン間に浮遊容量Ｃ２が発生する。なお、第１ワイヤ１１と第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３と第４ワイヤ１４は、それぞれ、同じ端子電極間に接続されるため、電気的に並列接続され、差動信号線路において同じ信号ラインを形成していることになる。

上述した浮遊容量Ｃ１およびＣ２を発生させる原因となる第１ワイヤ１１と第３ワイヤ１３との間でのターンのずれ、ならびに第２ワイヤ１２と第４ワイヤ１４との間でのターンのずれに注目すると、第３ワイヤ１３に対する第１ワイヤ１１のずれ方向と第４ワイヤ１４に対する第２ワイヤ１２のずれ方向とは、互いに逆になっている。言い換えると、図３に示すように、第３ワイヤ１３の第ｎターンは、第１ワイヤ１１の第ｎターンの左上に位置し、第４ワイヤ１４の第ｎターンは、第２ワイヤ１２の第ｎターンの右下に位置している。すなわち、異なるターン間の浮遊容量Ｃ１は、第３ワイヤ１３の第ｎターンと第１ワイヤ１１の第ｎ－１ターンとの間で発生し、異なるターン間の浮遊容量Ｃ２は、第４ワイヤ１４の第ｎターンと第２ワイヤ１２の第ｎ＋１ターンとの間で発生する。

その結果、第１層および第２層間の浮遊容量Ｃ１と第３層および第４層間の浮遊容量Ｃ２とは発生する方向が互いに逆となる。このように、発生する方向が互いに逆となる浮遊容量Ｃ１と浮遊容量Ｃ２とは、特許文献１に記載の技術のように、各ワイヤのターンの前半、後半に分割されるのではなく、電気的に並列接続された２本のワイヤ（第１ワイヤ１１と第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３と第４ワイヤ１４）を利用して発生する。すなわち、一方の信号ラインの第ｎターンに対して、他方の信号ラインの第ｎ－１ターンと第ｎ＋１ターンとの両方について浮遊容量Ｃ１およびＣ２を発生させることができる。したがって、コモンモードチョークコイル１では、巨視的、すなわち信号ライン全体だけではなく、局所的、具体的には各ターン単位で、浮遊容量の偏りが低減されている。このようなことから、高周波域までモード変換特性を低減することができる。

図４には、シミュレーションによって求めたコモンモードチョークコイルのモード変換特性の周波数特性が示されている。図４において、（Ａ）は比較例としての特許文献１に記載のレイヤ巻きと呼ばれる２層巻きが採用されたコモンモードチョークコイルの特性を示し、（Ｂ）は比較例としての特許文献１に記載された第１の実施形態によるコモンモードチョークコイルの特性を示し、（Ｃ）はこの発明の実施例としてのコモンモードチョークコイルの特性を示す。これらの特性は、ワイヤのターン数が１０ターンのコモンモードチョークコイルについて求めたものである。

図４に示すように、特許文献１に記載のレイヤ巻きと呼ばれる２層巻きが採用されたコモンモードチョークコイルのモード変換特性（Ａ）に比べて、特許文献１に記載された第１の実施形態によるコモンモードチョークコイルおよびこの発明の実施例としてのコモンモードチョークコイルの各々のモード変換特性（Ｂ）および（Ｃ）は低減されている。さらに、この発明の実施例としてのコモンモードチョークコイルのモード変換特性（Ｃ）は、特許文献１に記載された第１の実施形態によるコモンモードチョークコイルのモード変換特性（Ｂ）に比べて、約２０ｄＢの改善効果が確認される。

なお、この改善効果のうち、高周波域での改善効果は、上述した異なるターン間の浮遊容量の局所的な偏りの低減によるものであるが、低周波域での改善効果は、異なる信号ライン間におけるインダクタンスの差異の低減による効果である。

特許文献１に記載のレイヤ巻きと呼ばれる２層巻きが採用されたコモンモードチョークコイルおよび特許文献１に記載された第１の実施形態によるコモンモードチョークコイルでは、常に、第１ワイヤは第１層を構成し、第２ワイヤは第２層を構成する。このとき、ワイヤの巻回径は第２層の方が大きく、ワイヤの線路長や、コアからの距離について、第１ワイヤと第２ワイヤとの間で差異が生じ、微小なインダクタンスの差異が発生する。一方、この発明の実施例としてのコモンモードチョークコイル１では、一方の信号ラインは第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２、すなわち最内層の第１層および最外層の第４層で構成され、他方の信号ラインは第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４、すなわち中間の第２層および第３層で構成されるため、平均的に見ると、ワイヤの線路長およびコアからの距離の差異が低減され、インダクタンスの差異も低減される。これによって、この発明の実施例としてのコモンモードチョークコイル１では、低周波域でのモード変換特性も低減できる。

なお、コモンモードチョークコイル１において、中間の第２層と第３層とをそれぞれ構成する第３ワイヤ１３と第４ワイヤ１４とは、ともに第３端子電極２３と第４端子電極２４との間に接続されるため、浮遊容量（分布容量）についてほとんど配慮する必要がない。しかしながら、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の各々の同一番目のターンがあまり離れていると、第３ワイヤ１３と第４ワイヤ１４との間での電位差が無視できなくなり、浮遊容量の問題を引き起こすことがある。この問題を回避するため、図２に示した実施形態では、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第３ワイヤ１３のターンがこれと同一番目の第４ワイヤ１４のターンより第１端４側に位置している。この位置関係は、以下に説明する図５に示すように、逆にされてもよい。

図５には、図２に示したコモンモードチョークコイル１の変形例が示されている。図５は、図２に対応する図である。図５において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明を省略する。

図５に示したコモンモードチョークコイル１ａでは、ワイヤ１１～１４の巻回態様が、図２に示したコモンモードチョークコイル１の場合と異なっている。図２に示したワイヤ１１～１４の巻回態様では、第３ワイヤ１３の第１ターン１３－１、第４ワイヤ１４の第２０ターン１４－２０、および第２ワイヤ１２の第１ターン１２－１をそれぞれ安定して受ける巻芯部またはワイヤが存在せず、半ば宙に浮いた状態となっている。したがって、上述した第３ワイヤ１３の第１ターン１３－１、第４ワイヤ１４の第２０ターン１４－２０、および第２ワイヤ１２の第１ターン１２－１については、これらを安定した状態で巻回し、かつ巻回した位置を維持することが難しい。

これに対して、図５に示したワイヤ１１～１４の巻回態様では、第３ワイヤ１３の第１ターン１３－１が第１ワイヤ１１の第１ターン１１－１より第１端４側において巻芯部３上に位置している。また、第４ワイヤ１４の第２０ターン１４－２０は、第３ワイヤ１３の第１９ターン１３－１９と第２０ターン１３－２０との間に形成される凹部に嵌り込んでいる。したがって、すべてのワイヤ１１～１４のすべてのターンについて、巻回された位置を安定して維持されることができる。

なお、第２ワイヤ１２の第１ターン１２－１は、半ば宙に浮いた状態で図示されているが、この第２ワイヤ１２の第１ターン１２－１については、第４ワイヤ１４の第１ターン１４－１と第１鍔部６との間に嵌り込んでもよい。第４ワイヤ１４の第１ターン１４－１は、第１ワイヤ１１の第１ターン１１－１と第３ワイヤ１３の第１ターン１３－１との間に形成された凹部に嵌り込んでいるので、その位置が安定的に維持され得る。

このような図５に示した巻回態様は、現実的な巻回工程において採用される可能性が高い。

なお、図５に示した実施形態では、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第３ワイヤ１３のターンがこれと同一番目の第４ワイヤ１４のターンより第２端５側に位置している。この位置関係は、図２に示した第３ワイヤ１３と第４ワイヤ１４との位置関係とは逆である。しかしながら、図５に示した実施形態によっても、図２に示した実施形態の場合と同様の効果が維持されることは言うまでもない。

図２に示したコモンモードチョークコイル１および図５に示したコモンモードチョークコイル１ａでは、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２、第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４は、ともに断面円形であり、互いに同じ外径を有している。したがって、下層側のワイヤに対する上層側のワイヤ、すなわち、下層側の第１ワイヤ１１に対して上層側の第３ワイヤ１３、下層側の第３ワイヤ１３に対して上層側の第４ワイヤ１４、および下層側の第４ワイヤに対する上層側の第２ワイヤ１２の各々の巻回状態を安定化させることができる。

また、図２に示したコモンモードチョークコイル１および図５に示したコモンモードチョークコイル１ａでは、図１１に示したコモンモードチョークコイル３１ａにおける切替領域Ｃのような、複数のワイヤが交差する箇所を備える必要がない。そのため、図１１に示したコモンモードチョークコイル３１ａの場合に比べて、コモンモードチョークコイル１および１ａの場合には、製造がより容易であるとともに、ワイヤ１１～１４における絶縁被覆層１８（図８参照）の損傷などのワイヤの品質低下をより生じにくくすることができる。

次に、図６ないし図８を参照して、この発明の第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル１ｂについて説明する。図６は図１に対応し、図７は図２に対応している。図６ないし図８において、図１および図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明を省略する。

コモンモードチョークコイル１ｂは、３本のワイヤを備えることを特徴としている。簡単に言えば、第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル１ｂでは、前述した第１の実施形態によるコモンモードチョークコイル１における第３ワイヤ１３および第４ワイヤ１４の役割を第３ワイヤ１３のみによって担わせていることを特徴としている。したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、ワイヤの巻回工程をより簡素化することができる。

コモンモードチョークコイル１ｂは、コア２と、３本のワイヤ、すなわち、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３と、を備えている。図７において、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２と、第３ワイヤ１３とを明確に区別するため、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の断面は白抜きで示され、第３ワイヤ１３の断面には網掛けが施されている。

コア２は、第１の実施形態におけるコア２と同様、巻芯部３ならびに巻芯部３の軸線方向での第１端４側に設けられた第１鍔部６および同じく第１端４側とは逆の第２端５側に設けられた第２鍔部７を有する。第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３は、巻芯部３のまわりで第１端４側から第２端５側に向かって互いに実質的に同じターン数をもって並行しながら螺旋状に巻回されている。

第１の実施形態におけるコア２の場合と同様、第１鍔部６には、第１端子電極２１および第３端子電極２３が設けられ、第２鍔部７には、第２端子電極２２および第４端子電極２４が設けられる。図７では、端子電極２１～２４の図示を省略している。

第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の各々の一方端は、ともに第１端子電極２１に接続され、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の各々の他方端は、ともに第２端子電極２２に接続される。第３ワイヤ１３の一方端は、第３端子電極２３に接続され、第３ワイヤ１３の他方端は、第４端子電極２４に接続される。

コモンモードチョークコイル１ｂにおいても、図９に示した天板４５に相当する天板を備えていてもよい。

図７を主として参照して、まず、第１ワイヤ１１が、巻芯部３のまわりで第１層を構成するように巻回される。次いで、第３ワイヤ１３が、その一部、より正確には、その断面上の一部を第１ワイヤ１１の隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、上記第１層の外周側において第２層を構成するように巻回される。次いで、第２ワイヤ１２が、その一部、より正確には、その断面上の一部を第３ワイヤ１３の隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、上記第２層の外周側において第３層を構成するように巻回される。

第１層を構成する第１ワイヤ１１および第２層を構成する第３ワイヤ１３は、巻芯部３の第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ１１のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより巻芯部３の第２端５側に位置している。

また、第３層を構成する第２ワイヤ１２および第２層を構成する第３ワイヤ１３は、巻芯部３の第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤ１２のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより巻芯部３の第１端４側に位置している。なお、第２ワイヤ１２の第１ターン１２－１は、第１ワイヤ１１の第１ターン１１－１の第１端４側であって、巻芯部３上に位置している。このような巻回態様は、図５に示した巻回態様の場合と同様、現実的な巻回工程において採用される可能性が高い。

第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル１ｂでは、第１層および第２層間の浮遊容量と第２層および第３層間の浮遊容量とは発生する方向が互いに逆となる。このように、発生する方向が互いに逆となる２種類の浮遊容量は、上述した第１の実施形態の場合と同様、電気的に並列接続された２本のワイヤ（第１ワイヤ１１と第２ワイヤ１２）を利用して発生する。すなわち、一方の信号ラインの第ｎターンに対して、他方の信号ラインの第ｎ－１ターンと第ｎ＋１ターンとの両方について浮遊容量Ｃ１およびＣ２を発生させることができる。したがって、コモンモードチョークコイル１ｂにおいても、巨視的、すなわち信号ライン全体だけではなく、局所的、具体的には各ターン単位で、浮遊容量の偏りが低減されている。このようなことから、高周波域までモード変換特性を低減することができる。

第２の実施形態によるコモンモードチョークコイル１ｂは、第１端子電極２１および第２端子電極２２間に接続される第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２によって構成される第１インダクタと、第３端子電極２３および第４の端子電極２４間に接続される第３ワイヤ１３によって構成される第２インダクタと、を備える。この場合、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３が互いに同じ仕様のワイヤから構成されていると、第１インダクタの直流抵抗と第２インダクタの直流抵抗との間に差が生じる。

上述のような直流抵抗の差に対して適正な対策を講じることにより、コモンモードチョークコイル１ｂにおいて、特性をさらに改善することができる。この対策として、第２の実施形態では、以下のような構成を採用することが好ましい。

図８に示すように、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３は、ともに断面円形の銅などの導体からなる中心導線１７と中心導線１７の周面を覆う電気絶縁性の絶縁被覆層１８とを備える。ここで、第３ワイヤ１３の中心導線１７の直径は、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２の各々の中心導線１７の直径の約√２倍、すなわち１．３倍以上かつ１．５倍以下とされる。

上述のような構成が採用されることにより、第１ワイヤ１１の中心導線１７と第２ワイヤ１２の中心導線１７との合計断面積と、第３ワイヤ１３の中心導線１７の断面積とを等しく、またはほぼ等しくすることができる。その結果、第１ワイヤ１１および第２ワイヤ１２によって構成される第１インダクタと、第３ワイヤ１３によって構成される第２インダクタとの間で、直流抵抗の差をなくす、またはほぼなくすことができる。

また、コモンモードチョークコイル１ｂにおいて、第１ワイヤ１１、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３は、ともに断面円形であり、互いに同じ外径を有している。このことは、第１の実施形態の場合と同様、下層側のワイヤに対する上層側のワイヤ、すなわち、下層側の第１ワイヤ１１に対して上層側の第３ワイヤ１３、および下層側の第３ワイヤ１３に対して上層側の第２ワイヤ１２の各々の巻回状態の安定化に寄与する。

また、コモンモードチョークコイル１ｂの場合も、図２に示したコモンモードチョークコイル１および図５に示したコモンモードチョークコイル１ａの場合と同様、図１１に示したコモンモードチョークコイル３１ａにおける切替領域Ｃのような、複数のワイヤが交差する箇所を備える必要がない。そのため、図１１に示したコモンモードチョークコイル３１ａの場合に比べて、コモンモードチョークコイル１ｂの場合には、製造がより容易であるとともに、ワイヤ１１～１３における絶縁被覆層１８の損傷などのワイヤの品質低下をより生じにくくすることができる。

以上、図２に示したコモンモードチョークコイル１および図５に示したコモンモードチョークコイル１ａでは、第１ワイヤ１１および第３ワイヤ１３は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ１１のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより第２端５側に位置し、かつ、第２ワイヤ１２および第４ワイヤ１４は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤ１２のターンがこれと同一番目の第４ワイヤ１４のターンより第１端４側に位置している。

また、図７に示したコモンモードチョークコイル１ｂでは、第１ワイヤ１１および第３ワイヤ１３は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第１ワイヤ１１のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより第２端５側に位置し、かつ、第２ワイヤ１２および第３ワイヤ１３は、第１端４側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、第２ワイヤ１２のターンがこれと同一番目の第３ワイヤ１３のターンより第１端４側に位置している。

すなわち、コモンモードチョークコイル１、１ａおよび１ｂのいずれにおいても、隣り合う層を形成して互いに対をなす２本のワイヤについての位置関係が互いに逆の２つの領域が、巻芯部の軸線方向に直交する方向に積み重なった構成を有している。そのため、特許文献１に記載のものに比べて、分布容量の偏在の度合いが低く、より高周波域までモード変換特性を低減することができる。

また、コモンモードチョークコイル１、１ａおよび１ｂのいずれにおいても、隣り合う層を形成して互いに対をなす２本のワイヤについて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、一方のワイヤのターンがこれと同一番目の他方のワイヤのターンより１ターンだけずれている構成が採用されている。このように、１ターンだけずれる構成が採用されると、上記２本のワイヤ間に発生する浮遊容量を最小限に留めることができる。

しかしながら、この発明に関連する技術として、隣り合う層を形成して互いに対をなす２本のワイヤについて、同一番目のターン同士が１ターンだけずれる構成に限らず、２ターン以上ずれる構成が採用されてもよい。また、コモンモードチョークコイル１および１ａについて言えば、第１ワイヤ１１と第３ワイヤ１３との間のターンずれ量と第２ワイヤ１２と第４ワイヤ１４との間のターンずれ量とが互いに異なっていてもよい。同様に、コモンモードチョークコイル１ｂについて言えば、第１ワイヤ１１と第３ワイヤ１３との間のターンずれ量と第２ワイヤ１２と第３ワイヤ１３との間のターンずれ量とが互いに異なっていてもよい。

以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。

たとえば、コモンモードチョークコイルに備えるワイヤのターン数は、任意に増減することができる。

また、実施形態の説明において採用したターン数の数える方向は、逆にしてもよい。

また、コモンモードチョークコイルに備える複数本のワイヤについて、一部において、交差する部分や互いに撚り合わせたツイスト巻き部分が存在してもよい。

また、図示した各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。

１，１ａ，１ｂ コモンモードチョークコイル
２ コア
３ 巻芯部
４ 第１端
５ 第２端
６ 第１鍔部
７ 第２鍔部
１１ 第１ワイヤ
１２ 第２ワイヤ
１３ 第３ワイヤ
１４ 第４ワイヤ
１７ 中心導線
１８ 絶縁被覆層
２１ 第１端子電極
２２ 第２端子電極
２３ 第３端子電極
２４ 第４端子電極

Claims (10)

1. 巻芯部ならびに前記巻芯部の軸線方向での第１端側に設けられた第１鍔部および前記巻芯部の軸線方向での前記第１端側とは逆の第２端側に設けられた第２鍔部を有するコアと、
   前記巻芯部のまわりで並行しながらそれぞれ螺旋状に巻回された第１ワイヤ、第２ワイヤ、第３ワイヤおよび第４ワイヤと、
   前記第１鍔部に設けられた第１端子電極および第３端子電極と、
   前記第２鍔部に設けられた第２端子電極および第４端子電極と、
   を備え、
   前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤの各々の一方端は、前記第１端子電極に接続され、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤの各々の他方端は、前記第２端子電極に接続され、
   前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤの各々の一方端は、前記第３端子電極に接続され、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤの各々の他方端は、前記第４端子電極に接続され、
   前記第１ワイヤは、前記巻芯部のまわりで第１層を構成するように巻回され、
   前記第３ワイヤは、その一部を前記第１ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、前記第１層の外周側において第２層を構成するように巻回され、
   前記第４ワイヤは、その一部を前記第３ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、前記第２層の外周側において第３層を構成するように巻回され、
   前記第２ワイヤは、その一部を前記第４ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、前記第３層の外周側において第４層を構成するように巻回され、
   前記第１ワイヤおよび前記第３ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第１ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第３ワイヤのターンより前記第２端側に位置し、
   前記第２ワイヤおよび前記第４ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第２ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第４ワイヤのターンより前記第１端側に位置している、
   コモンモードチョークコイル。
2. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤ、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤは、実質的に互いに同じターン数をもって前記巻芯部のまわりに巻回されている、請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
3. 前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第３ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第４ワイヤのターンより前記第１端側に位置している、請求項１または２に記載のコモンモードチョークコイル。
4. 前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第３ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第４ワイヤのターンより前記第２端側に位置している、請求項１または２に記載のコモンモードチョークコイル。
5. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤ、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤは、ともに断面円形であり、互いに同じ外径を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載のコモンモードチョークコイル。
6. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤ、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤは、ともに導体からなりかつ断面円形の中心導線と前記中心導線の周面を覆う電気絶縁性の絶縁被覆層とを備え、前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤ、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤの各々の前記中心導線は、互いに同じ外形を有し、前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤ、前記第３ワイヤおよび前記第４ワイヤの各々の前記絶縁被覆層は、互いに同じ厚みを有する、請求項５に記載のコモンモードチョークコイル。
7. 巻芯部ならびに前記巻芯部の軸線方向での第１端側に設けられた第１鍔部および前記巻芯部の軸線方向での前記第１端側とは逆の第２端側に設けられた第２鍔部を有するコアと、
   前記巻芯部のまわりで並行しながらそれぞれ螺旋状に巻回された第１ワイヤ、第２ワイヤおよび第３ワイヤと、
   前記第１鍔部に設けられた第１端子電極および第３端子電極と、
   前記第２鍔部に設けられた第２端子電極および第４端子電極と、
   を備え、
   前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤの各々の一方端は、前記第１端子電極に接続され、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤの各々の他方端は、前記第２端子電極に接続され、
   前記第３ワイヤの一方端は、前記第３端子電極に接続され、前記第３ワイヤの他方端は、前記第４端子電極に接続され、
   前記第１ワイヤは、前記巻芯部のまわりで第１層を構成するように巻回され、
   前記第３ワイヤは、その一部を前記第１ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、前記第１層の外周側において第２層を構成するように巻回され、
   前記第２ワイヤは、その一部を前記第３ワイヤの隣り合うターン間に形成された凹部に嵌り込ませながら、前記第２層の外周側において第３層を構成するように巻回され、
   前記第１ワイヤおよび前記第３ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第１ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第３ワイヤのターンより前記第２端側に位置し、
   前記第２ワイヤおよび前記第３ワイヤは、前記第１端側から数えて、各々の同一番目のターン同士が隣接しながら、前記第２ワイヤのターンがこれと同一番目の前記第３ワイヤのターンより前記第１端側に位置している、
   コモンモードチョークコイル。
8. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤおよび前記第３ワイヤは、実質的に互いに同じターン数をもって前記巻芯部のまわりに巻回されている、請求項７に記載のコモンモードチョークコイル。
9. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤおよび前記第３ワイヤは、ともに断面円形であり、互いに同じ外径を有する、請求項７または８に記載のコモンモードチョークコイル。
10. 前記第１ワイヤ、前記第２ワイヤおよび前記第３ワイヤは、ともに断面円形の導体からなる中心導線と前記中心導線の周面を覆う電気絶縁性の絶縁被覆層とを備え、
    前記第３ワイヤの前記中心導線の直径は、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤの各々の前記中心導線の直径の１．３倍以上かつ１．５倍以下である、請求項７ないし１０のいずれかに記載のコモンモードチョークコイル。

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