JP2005080232A - ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な伝送線路長を確保しつつフィルタの小型化を図り、しかも、十分なノイズ減衰特性を得ることができるノイズフィルタを提供する。
を提供する。
【解決手段】 ノイズフィルタは、セラミック素体１と信号用外部電極２−１，２−２と接地用外部電極３−１，３−２とを具備する。セラミック素体１は、信号電極２０（〜２４）と一対の接地導体３０，３１とが同一表面上に形成された磁性体シート１１〜１５を磁性体シート１０，１６の間に積層した構造である。信号電極２０〜２４の配線位置は、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずれており、また、信号電極２０〜２４は、磁性体シート２１〜２４のスルーホール１２ａ〜１５ａを介してその積層方向に直列に連結されて、インダクタを構成している。接地導体３０，３１は、信号電極２０（〜２４）を挟むように配設され、信号電極２０（〜２４）との間でキャパシタを構成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、ノイズ抑制のためにディジタル回路の信号線路や電源などに用いられるノイズフィルタに関し、例えば、伝送線路型のノイズフィルタまたは伝送線路フィルタと積層インダクタを複合したノイズフィルタに関するものである。

電子機器の電磁ノイズ障害を抑制するために、各種のノイズフィルタが考案されている。かかるノイズフィルタとしては、分布定数型ＬＣフィルタが知られている（例えば、特許文献１参照）。このノイズフィルタは、信号電極と接地導体とを誘電体層を介して交互に積層すると共に、前記各層の信号電極と同層に、それぞれ前記接地導体とは別の接地導体を設けた構成になっている。そして、各層の信号電極は互いに接続されて１本の信号線路が形成される共に、信号線路の両端が基体の外面の入力，出力端子にそれぞれ接続されている。また、接地導体も互いに接続され、その一端が基体外面の接地端子に接続されている。かかる構成により、フィルタ特性を細かく変化させて容易に所望の特性を得ると共に、ノイズが信号線路に侵入することを防止している。

しかし、上記分布定数型ＬＣフィルタは、信号電極と接地導体との間に介在させる絶縁体として誘電体を用いており、高周波におけるノイズ特性に劣る。また、この分布定数型ＬＣフィルタは、挿入損失を主な特性指標として考え、高速信号伝送に必要な特性インピーダンスを整合させるという概念がないので、高速信号伝送において、波形を乱し、伝送ができなくなる可能性がある。そこで、信号電極と接地導体との間に介在させる絶縁体として磁性体を用いたノイズフィルタが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このフィルタは伝送線路型フィルタといわれ、高周波において特に優れたノイズ減衰特性を示す。すなわち、この伝送線路型フィルタは、信号周波数においては特性インピーダンスの整合を考慮し、且つ、磁性体透磁率の周波数特性を利用することによって、ノイズ周波数においては挿入損失を得ることができるようになっている。そして、この伝送線路型フィルタは、伝送線路が長くなるほどノイズ減衰率が増大するという特性を有しているため、積層数を大きくして長い伝送路を確保する試みがなされている。

特開平１１−２５１８５７号公報 電子情報通信学会論文誌 山本秀俊、他３名共著 「焼結フェライトの磁性損を用いた伝送線路型ノイズフィルタ」電子情報通信学会出版、２００３年７月、ｐ．１１４９−１１５６

電子機器の小型化が進むに伴い、ノイズフィルタの小型化も要求されている。上記伝送線路型フィルタの小型化は、信号電極と接地導体との間に介在させる磁性体の厚さを薄くすることで達成される。しかし、信号電極と接地導体との間に所定の絶縁性を確保するには、磁性体に十分な厚さが必要である。したがって、磁性体を介在させた信号電極と接地導体の積層数を少なくしなければ、小型化が不可能となり、この結果、十分な伝送線路長を確保することができなかった。
これに対応すべく、発明者は、一の磁性体層上に信号電極と接地導体とを設けて、各磁性体層を極薄に設定し、当該極薄の層を多数積層することにより、十分な伝送線路長を確保しつつフィルタの小型化を図った優れた線路型フィルタを提案している（例えば、特願２００２−３３８１７０及び特願２００２−０４６５８６等）。
しかしながら、かかる構成の伝送線路型フィルタでは、上，下層の信号電極に流れる信号電流の向きは互いに逆方向である。したがって、これらの信号電流が作る磁束が、互いに打ち消し合うことになる。特に、同一の磁性体層厚及び信号電極幅に設定されている場合には、上下の層の信号電極が非常に近接して完全に重なり合うため、これらの信号電極間の磁気抵抗と磁束の打ち消し度とが共に極大となり、ノイズ減衰特性が期待値よりも劣るおそれがある。

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、十分な伝送線路長を確保しつつフィルタの小型化を図り、しかも、十分なノイズ減衰特性を得ることができるノイズフィルタ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、信号電極と接地導体とが同一表面上に設けられた磁性体シートが複数枚積層され且つ各層の信号電極が磁性体シートのスルーホールを介してその積層方向に直列に連結されて１本の信号線路をなす積層体と、この積層体の外表面に設けられ信号線路と電気的に接続された信号用外部電極と、積層体の外表面に設けられ接地導体と電気的に接続された接地用外部電極とを具備するノイズフィルタであって、複数の信号電極の配線位置を、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずらした構成としてある。
かかる構成により、磁性体シートのスルーホールを介して積層方向に直列に連結された複数の信号電極がインダクタを形成し、信号電極と接地導体とがキャパシタを形成する。この信号電極と接地導体によって形成された伝送線路はインダクタの損失とキャパシタの損失に応じた減衰定数を持つ。そして、信号電極と接地導体とが磁性体シートの同一表面上に設けられているので、磁性体が介在した信号電極と接地導体との間隙を十分取って、絶縁距離を確保することができる。また、磁性体シートを薄くして複数枚積層することで、伝送線路を長くすることができ、大きな減衰を得ることができる。すなわち、かかる構成によって、小型で良好なノイズ減衰特性を備えたノイズフィルタの提供が可能となる。したがって、高周波ノイズが信号電極と電気的に接続された信号用外部電極等から侵入すると、上記減衰定数と信号線路の長さに応じて減衰される。ところで、複数の信号電極が磁性体シートのスルーホールを介して積層方向に直列に連結されているので、上，下の信号電極に流れる電流は、互いに逆向きである。このため、逆向きに流れる電流が作る磁束が、互いに打ち消し合い、インダクタンス値を減少させて、ノイズ減衰特性を劣化させるおそれがある。しかし、この発明では、複数の信号電極の配線位置を、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずらした構成としているので、上，下の信号電極に流れる電流による磁束の打ち消しが軽減される。

特に、請求項２の発明は、請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、複数の信号電極のそれぞれを等幅の略直線状に形成し、これらの信号電極の配線位置を、各信号電極の縁を限界として線幅方向に所定距離だけずらした構成としてある。

また、請求項３の発明は、接地導体が表面に設けられた第１及び第２の磁性体シートの間に第３及び第４の磁性体シートが積層され、且つ複数の信号電極がこれら第３及び第４の磁性体シートにミアンダ状に設けられた積層体と、この積層体の外表面に設けられ信号電極と電気的に接続された信号用外部電極と、積層体の外表面に設けられ接地導体と電気的に接続された接地用外部電極とを具備するノイズフィルタであって、複数の信号電極のうち、通電時に電流が一方方向に流れる信号電極を第３の磁性体シートの表面に配すると共に、電流が一方方向とは逆方向に流れる信号電極を第４の磁性体シートの表面に配し、第４の磁性体シートのスルーホールを介して、第３の磁性体シートの信号電極と第４の磁性体シートの信号電極とをミアンダ状に接続した構成としてある。

以上説明したように、請求項１及び請求項２の発明によれば、信号電極と接地導体とを磁性体シートの同一表面上に設けて、これらの磁性体シートを複数積層する構成としたので、十分な伝送線路長を確保しつつノイズフィルタの小型化を図ることができるという効果がある。さらに、複数の信号電極の配線位置を、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずらして、上，下の信号電極に流れる電流による磁束の打ち消しを防止するようにしているので、期待するに十分なノイズ減衰特性を得ることができるという優れた効果がある。また、請求項３の発明も、ミアンダ状に接続された複数の信号電極のうち、通電時に電流が一方方向に流れる信号電極を第３の磁性体シートの表面に配すると共に、電流が一方方向とは逆方向に流れる信号電極を第４の磁性体シートの表面に配したので、互いに逆方向に流れる電流による磁束の打ち消しを防止することができるという効果がある。

以下、この発明の実施例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実施例に係るノイズフィルタの分解斜視図であり、図２は、ノイズフィルタの外観図であり、図３は、図２の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図４は、図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図１及び図２に示すように、この実施例のノイズフィルタは、積層体としてのセラミック素体１と信号用外部電極２−１，２−２と接地用外部電極３−１，３−２とを具備してなる。

セラミック素体１は、フェライトなどの磁性セラミック素材でなる複数枚の磁性体シート１０〜１６を積層して形成したものである。
具体的には、磁性体シート１１〜１５を、磁性体シート１０，１６の間に積層し、信号電極２０（〜２４）と一対の接地導体３０，３１とを磁性体シート１１〜１５の同一表面（図の上平面）上に形成した。

各信号電極２０（〜２４）は一定線幅の直線状をなし、各磁性体シート１１（〜１５）のほぼ中央部分に位置する。
信号電極２０は、磁性体シート１１の右縁まで延出した端部２０ａを有し、信号電極２４は、磁性体シート１５の右縁まで左方向に延出した端部２４ｂを有しており、これらの間に位置する信号電極２１〜２３は、延出部を有しない同長の電極である。
このような複数の信号電極２０〜２４の配線位置は、図３に示すように、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずれている。具体的には、信号電極２０，２２，２４が積層方向を向く中心軸ｍに対して右側に所定距離だけずれ、信号電極２１，２３が積層方向を向く中心軸ｍに対して左側に所定距離だけずれている。
そして、信号電極２０〜２４は、図４に示すように、磁性体シート２１〜２４のスルーホール１２ａ〜１５ａを介してその積層方向に直列に連結されて、１本の信号線路を形成している。具体的には、図１に示すように、信号電極２１，２３の左端部に、下側の信号電極２０，２２のずれ方向を向く突部２１ａ，２３ａが設けられる共に、信号電極２２，２４の右端部に、下側の信号電極２１，２３のずれ方向を向く突部２２ａ，２４ａが設けられ、これら突部２１ａ〜２４ａに、磁性体シート１２〜１５を貫通するスルーホール１２ａ〜１５ａが穿設されている。そして、図４に示すように、スルーホール１２ａ〜１５ａに信号電極と同素材の導電体２５が埋め込まれ、信号電極２０〜２４がこの導電体２５を介して電気的に接続されている。すなわち、信号電極２０〜２４でなる１本の信号線路は、セラミック素体１の内部でミアンダ状のインダクタを構成している。

一方、接地導体３０，３１は、図１に示すように、磁性体シート１１（〜１５）の前縁部及び後縁部に対向した状態で配設され、その中央部３０ａ，３１ａが磁性体シート１１（〜１５）の縁まで延出されている。すなわち、接地導体３０，３１は、信号電極２０（〜２４）を挟むように位置し、信号電極２０（〜２４）との間でキャパシタを構成している。

上記のごとき構造の磁性体シート１０〜１６を積層して形成されたセラミック素体１には、図２に示すように、信号用外部電極２−１，２−２と接地用外部電極３−１，３−２とが取り付けられている。
具体的には、信号用外部電極２−１は、信号電極２０の端部２０ａ（図１参照）に電気的に接続された状態で、セラミック素体１の右外表面に取り付けられ、信号用外部電極２−２は、信号電極２４の端部２４ｂに電気的に接続された状態で、セラミック素体１の左外表面に取り付けられている。また、接地用外部電極３−１は、接地導体３０の中央部３０ａに電気的に接続された状態で、セラミック素体１の前外表面に取り付けられ、接地用外部電極３−２は、接地導体３１の中央部３１ａに電気的に接続された状態で、セラミック素体１の後外表面に取り付けられている。

次に、この実施例のノイズフィルタ１が示す作用及び効果について説明する。
図５は、このノイズフィルタの等価回路図であり、図６は、磁束の打ち消し防止作用を説明するための部分断面図である。
ノイズフィルタが上記構成をとることにより、その回路は図５に示す等価回路として見ることができる。ここで、符号Ｌは信号電極２０〜２４で構成されるミアンダ状のインダクタであり、符号Ｃは、接地導体３０，３１と信号電極２０〜２４とで構成されるキャパシタであり、符号Ｒ及びＧは、磁性体シート１１〜１５に起因する抵抗及びコンダクタである。
かかる回路において、抵抗Ｒの抵抗値は、回路に入力される信号の周波数と磁性体シート１１〜１５の透磁率の虚数成分との積に比例し、インダクタＬのインダクタンス値は、磁性体シート１１〜１５の透磁率の実数成分に比例する。また、キャパシタＣの容量とコンダクタＧのコンダクタンス値は、磁性体シート１１〜１５の誘電率に対応するが、ここでは、理解を容易にするため、キャパシタＣの容量を一定とし、コンダクタＧのコンダクタンス値をゼロとして、説明する。
所定の伝送信号が、信号用外部電極２−１（２−２）を通じてノイズフィルタ内の信号電極２０〜２４に入力された場合には、周波数が高くないこと及び磁性体シート１１〜１５の透磁率の虚数成分の大きさが当該周波数に対応することから、抵抗Ｒの抵抗値は無視できる程小さくなる。このため、この回路は、実質上、インダクタＬとキャパシタＣとで構成された状態になり、所定周波数の伝送信号のみを通すローパスフィルタとして機能することとなる。

しかし、高周波のノイズがノイズフィルタ内の信号電極２０〜２４に侵入した場合には、周波数が非常に高いこと及び磁性体シート１１〜１５の透磁率の虚数成分の大きさが当該周波数に対応して大きくなることから、抵抗Ｒの抵抗値は非常に大きくなる。このため、この回路は、インダクタＬとキャパシタＣと抵抗Ｒとで構成された状態になり、侵入したノイズを減衰させるノイズフィルタとして機能することとなる。

ところで、信号電極２０〜２４に電流が流れると、図６（ａ）の矢印で示すように、下の信号電極２１（２３）を流れる電流の向きと、上の信号電極２２（２４）を流れる電流の向きは逆向きである。したがって、下の信号電極２１（２３）を流れる電流による磁束と上の信号電極２２（２４）を流れる電流による磁束とが打ち消し合って、インダクタＬのインダクタンス値を減少させるおそれがある。しかし、この実施例では、上記したように、信号電極２１（２３）と信号電極２２（２４）との配線位置を線幅方向に所定距離だけずらした構成としているので、図６（ｂ）の実線で示す信号電極２１（２３）と信号電極２２（２４）との間の幾何学的平均距離ｓは、図６（ｂ）の破線で示すような信号電極２１（２３）と信号電極２２（２４）との重なり状態における幾何学的平均距離ｓ０よりも大きい。したがって、信号電極２１（２３）による磁束と信号電極２２（２４）による磁束との打ち消し合いが減少するので、インダクタＬのインダクタンス値が減少するおそれもなく、期待するノイズ減衰特性を得ることができる。

なお、この実施例では、信号電極２０〜２４が、セラミック素体１の内部でミアンダ状のインダクタＬを構成する必要がある。したがって、信号電極２０〜２４のずれ量には限界がある。
図７は、信号電極のずれ量の限界を示す断面図である。
信号電極２０〜２４の配線位置は、各信号電極２０（〜２４）の縁を限界として線幅方向に所定距離だけずらされている。具体的には、図７に示すように、信号電極２０（２２，２４）を右方向にずらし、信号電極２１（２３）を左方向にずらす場合において、信号電極２０（２２，２４）の縁ｅ１と信号電極２１（２３）の縁ｅ２とが重なる位置を限界とする。

図８は、この発明の第２実施例に係るノイズフィルタの断面図であり、図９は、ノイズフィルタの分解斜視図であり、図１０は、信号電極がミアンダ状のインダクタを構成している状態を示す平面図である。
図８において、符号４は積層体としてのセラミック素体であり、このセラミック素体４は、接地導体３２，３３が表面に設けられた第１及び第２の磁性体シート４１，４４の間に、第３及び第４の磁性体シート４２，４３を積層し、磁性体シート４１，４４の外側を磁性体シート４０，４５で覆った構造になっている。そして、複数の信号電極５１〜５４，６１〜６４を磁性体シート４２，４３にミアンダ状に設けている。

具体的には、図９に示すように、各信号電極５１（〜５４）は、折曲部５１ａ（〜５４ａ）を有したＬ字状の線路であり、磁性体シート４２の表面に列設されている。一方、各信号電極６１（〜６４）は、折曲部６１ａ（〜６４ａ）を有した逆Ｌ字状の線路であり、磁性体シート４３の表面に列設されている。また、信号電極６１（〜６４）は、信号電極５１（〜５４）の真上でなく、折曲部６１ａ（〜６４ａ）の長さ分だけ左側にずれている。そして、信号電極６１（〜６４）の両端部に設けられたスルーホール６５を介して、信号電極５１〜５４と信号電極６１〜６４とが電気的に接続されている。これにより、図１０に示すように、信号電極５１〜５４と信号電極６１〜６４とによってミアンダ状のインダクタが構成されている。

一方、接地導体３２，３３は、図９に示すように、磁性体シート４１，４４の表面に配設され、その中央部３２ａ，３３ａが磁性体シート４１，４４の縁まで延出されている。すなわち、接地導体３２，３３は、信号電極５１〜５４，６１〜６４とを挟むように位置し、信号電極５１〜５４，６１〜６４との間でキャパシタを構成している。

また、信号用外部電極２−１は、信号電極５１の折曲部５１ａに電気的に接続された状態で、セラミック素体４の右外表面に取り付けられ、信号用外部電極２−２は、信号電極６４の折曲部６４ｂに電気的に接続された状態で、セラミック素体４の左外表面に取り付けられている。そして、接地用外部電極３−１は、接地導体３２の中央部３２ａに電気的に接続された状態で、セラミック素体４の前外表面に取り付けられ、接地用外部電極３−２は、接地導体３３の中央部３３ａに電気的に接続された状態で、セラミック素体４の後外表面に取り付けられている。

かかる構成により、信号電極５１〜５４，６１〜６４に通電すると、図１０の矢印で示すように、信号電極５１〜５４を流れる電流と信号電極６１〜６４を流れる電流とが逆向きになり、磁束を打ち消し合うおそれがあるが、上記したように、信号電極５１〜５４，６１〜６４のうち、電流が一方方向に流れる信号電極５１〜５４を磁性体シート４２の表面に配すると共に、電流が逆方向に流れる信号電極６１〜６４を磁性体シート４３の表面に配しているので、信号電極５１〜５４，６１〜６４間の距離が長く、磁束の打ち消し合いが生じるおそれは少ない。
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。

この発明の第１実施例に係るノイズフィルタの分解斜視図である。 ノイズフィルタの外観図である。 図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。 図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 ノイズフィルタの等価回路図である。 磁束の打ち消し防止作用を説明するための部分断面図である。 信号電極のずれ量の限界を示す断面図である。 この発明の第２実施例に係るノイズフィルタの断面図である。 第２実施例のノイズフィルタの分解斜視図である。 信号電極がミアンダ状のインダクタを構成している状態を示す平面図である。

符号の説明

１…セラミック素体、 ２−１，２−２…信号用外部電極、 ３−１，３−２…接地用外部電極、 １０〜１６…磁性体シート、 １２ａ〜１５ａ…スルーホール、 ２０〜２４…信号電極、 ２０ａ，２４ａ…端部、 ２１ａ〜２４ａ…突部、 ２５…導電体、 ３０，３１…接地導体、 ３０ａ，３１ａ…中央部、 Ｌ…インダクタ、 Ｃ…キャパシタ。

Claims (3)

1. 信号電極と接地導体とが同一表面上に設けられた磁性体シートが複数枚積層され且つ各層の信号電極が磁性体シートのスルーホールを介してその積層方向に直列に連結されて１本の信号線路をなす積層体と、この積層体の外表面に設けられ上記信号線路と電気的に接続された信号用外部電極と、上記積層体の外表面に設けられ上記接地導体と電気的に接続された接地用外部電極とを具備するノイズフィルタであって、
   上記複数の信号電極の配線位置を、線幅方向に且つ交互に所定距離だけずらした、
   ことを特徴とするノイズフィルタ。
2. 請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、
   上記複数の信号電極のそれぞれを等幅の略直線状に形成し、これらの信号電極の配線位置を、各信号電極の縁を限界として線幅方向に所定距離だけずらした、
   ことを特徴とするノイズフィルタ。
3. 接地導体が表面に設けられた第１及び第２の磁性体シートの間に第３及び第４の磁性体シートが積層され、且つ複数の信号電極がこれら第３及び第４の磁性体シートにミアンダ状に設けられた積層体と、この積層体の外表面に設けられ上記信号電極と電気的に接続された信号用外部電極と、上記積層体の外表面に設けられ上記接地導体と電気的に接続された接地用外部電極とを具備するノイズフィルタであって、
   上記複数の信号電極のうち、通電時に電流が一方方向に流れる信号電極を上記第３の磁性体シートの表面に配すると共に、電流が上記一方方向とは逆方向に流れる信号電極を上記第４の磁性体シートの表面に配し、上記第４の磁性体シートのスルーホールを介して、上記第３の磁性体シートの信号電極と第４の磁性体シートの信号電極とを上記ミアンダ状に接続した、
   ことを特徴とするノイズフィルタ。

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