JP2015070153A - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、２つの巻線との間に間隔を設けることなく、高い特性インピーダンスを得ることができるコモンモードチョークコイルを提供することである。【解決手段】コモンモードチョークコイル１は、ｘ軸方向に延在するコア１２と、コア１２の巻芯部１４に巻き回される巻線２０と、巻線２０と並走するように巻芯部１４に巻き回される巻線２１とを備えている。巻線２１の重なり部αは、ｘ軸方向と直交するｚ軸方向から見たとき、巻線２０と重なる。また、巻線２１の重なり部α以外の部分は、巻線２０に対してｘ軸方向と略平行に並んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、コモンモードチョークコイルに関する。

従来のコモンモードチョークコイルとして、特許文献１に記載のコモンモードチョークコイルが知られている。この種の従来のコモンモードチョークコイルでは、巻芯部に巻き回される２つの巻線の間に間隔を設けることによって、高い特性インピーダンスを得ている。

しかし、従来のコモンモードチョークコイルでは、２つの巻線の間に間隔を設けるため、限られた巻芯部のスペース内で、多くの巻き数を得られないという問題があった。

特許第３９７３０２７号公報

本発明の目的は、高い特性インピーダンスを得ることができるコモンモードチョークコイルを提供することである。

本発明の一の形態に係るコモンモードチョークコイルは、
軸方向に延在する巻芯部を有するコアと、
前記巻芯部に巻き回される第１の巻線と、
前記第１の巻線と並走するように前記巻芯部に巻き回される第２の巻線と、
を備え、
前記第２の巻線の一部は、前記軸方向と直交する方向から見たとき、前記第１の巻線と重なり、
前記第２の巻線の残余の部分は、前記第１の巻線に対して軸方向と略平行に並んでいること、
を特徴とする。

本発明の一の形態に係るコモンモードチョークコイルでは、第１の巻線と並走するように巻芯部に巻き回された第２の巻線の一部が、巻芯部の軸方向と直交する方向から見たとき、前記第１の巻線と重なっている。これにより、第１の巻線と第２の巻線との間に間隔を設けることなく、高い特性インピーダンスを得ることができる。

本発明によれば、コモンモードチョークコイルにおける２つの巻線との間に間隔を設けることなく、高い特性インピーダンスを得ることができる

一実施例であるコモンモードチョークコイルの外観図である。 製造過程におけるコモンモードチョークコイルの断面図である。 製造過程におけるコモンモードチョークコイルの断面図である。 製造過程におけるコモンモードチョークコイルの断面図である。 変形例であるコモンモードチョークコイルの外観図である。 一実施例であるコモンモードチョークコイルに相当するサンプル及び比較例であるコモンモードチョークコイルのサンプルにおける、特性インピーダンスと周波数の関係をしめしたグラフである。 変形例である巻線型電子部品の外観図である。 一実施例であるコモンモードチョークコイルに相当するサンプル及び比較例であるコモンモードチョークコイルのサンプルにおける、特性インピーダンスと周波数の関係をしめしたグラフである。 変形例である巻線型電子部品の外観図である。

（コモンモードチョークコイルの構成、図１参照）
一実施例に係るコモンモードチョークコイル１について図面を参照しながら説明する。以下で、巻芯部１４の中心軸が延在している方向をｘ軸方向と定義する。また、ｘ軸方向から平面視したとき、鍔部１６の長辺に沿った方向をｙ軸方向と定義し、鍔部１６の短辺に沿った方向をｚ軸方向と定義する。なお、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。

コモンモードチョークコイル１は、図１に示すように、コア１２、巻線２０，２１及び外部電極２２〜２５を備えている。

コア１２は、例えばフェライト、金属磁性体、アルミナ等の磁性材料、絶縁材料により構成され、巻芯部１４及び鍔部１６，１８を含んでいる。

巻芯部１４は、ｘ軸方向に延在している角柱状の部材である。ただし、巻芯部１４は、角柱状に限らず、円柱状であってもよい。

鍔部１６，１８は、巻芯部１４におけるｘ軸方向の両端に設けられている。具体的には、鍔部１６は、巻芯部１４のｘ軸方向の負方向側の一端に設けられている。鍔部１８は、巻芯部１４のｘ軸方向の正方向側の他端に設けられている。

鍔部１６は、直方体状の形状を成している。また、鍔部１６のｚ軸方向の正方向側の面Ｓ１には、凸部１６ａ，１６ｂが、ｙ軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。また、凸部１６ａ，１６ｂは、互いに接触しないように間隔をあけた状態で並んでいる。凸部１６ａは、ｚ軸方向から平面視すると、略矩形状を成しており、ｘ軸方向の正方向側に位置する辺Ｌ１とｙ軸方向の正方向側に位置する辺Ｌ２との成す角には面取りが施されている。また、凸部１６ａのｚ軸方向の正方向側の面Ｓ２は平面である。凸部１６ｂは、ｚ軸方向から平面視すると、矩形状を成しており、凸部１６ｂのｚ軸方向の正方向側の面Ｓ３は、平面である。

鍔部１８は、直方体状の形状を成している。また、鍔部１８のｚ軸方向の正方向側の面Ｓ４には、凸部１８ａ，１８ｂが、ｙ軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。また、凸部１８ａ，１８ｂは、互いに接触しないように間隔をあけた状態で並んでいる。凸部１８ａは、ｚ軸方向から平面視すると、矩形状を成しており、凸部１８ａのｚ軸方向の正方向側の面Ｓ５は、平面である。凸部１８ｂは、ｚ軸方向から平面視すると、略矩形状を成しており、ｘ軸方向の負方向側に位置する辺Ｌ３とｙ軸方向の負方向側に位置する辺Ｌ４との成す角には面取りが施されている。また、凸部１８ｂのｚ軸方向の正方向側の面Ｓ６は平面である。

なお、鍔部１６，１８は、巻芯部１４の中心を通りｚ軸と平行な直線に関して対称である。

外部電極２２〜２５は、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｕ，Ｎｉ等のＮｉ系合金やＡｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等により構成されている。外部電極２２は、凸部１６ａの面Ｓ２とその周囲を覆うように設けられている。外部電極２３は、凸部１６ｂの面Ｓ３とその周囲を覆うように設けられている。外部電極２４は、凸部１８ａの面Ｓ５とその周囲を覆うように設けられている。外部電極２５は、凸部１８ｂの面Ｓ６とその周囲を覆うように設けられている。

巻線２０，２１は、巻芯部１４に巻き回されている導線であり、銅や銀といった導電性材料を主成分とする芯線がポリウレタン等の絶縁材料により被覆されることにより構成されている。

巻線２０（第１の巻線）は、ｘ軸方向の正方向側から平面視したときに反時計回りに周回しながら、ｘ軸方向の正方向側に向かって進行するように巻芯部１４に巻き回されている。巻線２０のｘ軸方向の負方向側の一端は、面Ｓ２において外部電極２２と接続され、巻線２０のｘ軸方向の正方向側の他端は、面Ｓ５において外部電極２４と接続されている。

巻線２１（第２の巻線）は、巻線２０と並走するように、巻芯部１４に巻き回されている。すなわち、巻線２１は、ｘ軸方向の正方向側から平面視したときに反時計回りに周回しながら、ｘ軸方向の正方向側に向かって進行するように巻芯部１４に巻き回されている。また、巻線２１のｘ軸方向の負方向側の一端は、面Ｓ３において外部電極２３と接続され、巻線２１のｘ軸方向の正方向側の他端は、面Ｓ６において外部電極２５と接続されている。

そして、巻線２１は、ｚ軸方向（ｘ軸方向と直交する方向）から見たとき、その一部が巻線２０と２カ所で重なっている。この巻線２０と巻線２１とが重なる部分を、重なり部αと称す。また、巻線２１における、重なり部α以外の部分（残余の部分）は、巻線２０に対してｘ軸方向（軸方向と平行）に並ぶように巻芯部１４に巻回されている。なお、重なり部αで、巻線２０と巻線２１とのｘ軸方向における位置関係が、入れ替わる。位置関係が入れ替わった巻線２０と巻線２１とは、この状態で一定距離だけ巻芯部１４に巻回され、その後、再び巻線２０と巻線２１とが重なり、巻線２０と巻線２１との位置関係は元に戻る。

（巻線型電子部品の機能）
以上のように構成された巻線型電子部品１では、以下で説明するような機能を有する。

巻線型電子部品１では、巻線２０，２１の互いの中心軸が一致するように設けられているため、巻線２０に流入した電流により発生した磁束が、巻線２１を通過し、巻線２１に流入した電流により発生した磁束が、巻線２０を通過する。

このとき、コモンモードの電流により発生する磁束の方向は、同じ方向である。そのため、巻線２０，２１で発生した磁束同士が一体となって強め合い、コモンモードの電流に対してインピーダンスが発生する。

一方、ノーマルモードの電流が流れた場合には、巻線２０において発生する磁束と巻線２１において発生する磁束とは、逆方向となる。従って、ノーマルモードの電流に対しては、インピーダンスが発生しない。以上より、巻線型電子部品１は、コモンモードチョークコイルとして機能する。

（巻線型電子部品の製造方法 図２〜図４参照）
以下に、実施例である巻線型電子部品の製造方法について説明する。

まず、コア１２の材料となるフェライトを主成分とした粉末を準備する。そして、準備したフェライト粉末を、雌型に充填する。充填した粉末を雄型で加圧することによって、巻芯部１４の形状及び鍔部１６，１８の形状を成形する。

次に、巻芯部１４及び鍔部１６，１８の成形終了後に焼成を行い、コア１２が完成する。

そして、コア１２の鍔部１６，１８の凸部１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂに外部電極２２〜２５を形成する。具体的には、まず、Ａｇペーストが満たされた容器に凸部１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂを浸漬させて、各凹部にＡｇペーストを付着させる。次に、付着したＡｇペーストを乾燥させ、焼成することによって、凸部１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂに下地電極であるＡｇ膜を形成する。さらに、電気めっきなどにより、Ｎｉ系合金の金属膜をＡｇ膜上に形成する。以上により、外部電極２２〜２５が形成される。

次に、コア１２の巻芯部１４に巻線２０，２１を巻きつける。巻線２０，２１を巻きつける際には、図２に示すように、巻線２０と巻線２１とのｘ軸方向における一部の間隔を変え、いずれか一方の巻線が、他方の巻線と重なるように巻回する。そして、巻線２０，２１の両端を所定量だけ巻芯部１４から引き出しておく。なお、巻回時における巻線２０，２１と巻芯部との密着状態や巻回時の巻線同士の間隔等によって、図３に示すように、巻線２０と巻線２１とのｘ軸方向の位置関係が完全に入れ替わる場合（本実施例）と、図４に示すように、巻線２０と巻線２１とが重なるものの、巻線２０と巻線２１との位置関係が完全に入れ替わらない場合（後述の第２変形例）がある。

最後に、巻線２０，２１の引き出された部分を外部電極２２〜２５に対して熱圧着により接続する。以上のような工程を経て、巻線型電子部品１が完成する。

（効果 図１、図５及び図６参照）
コモンモードチョークコイル１では、巻線２０と並走するように巻芯部１４に巻き回された巻線２１が、ｘ軸方向と直交する方向から見たとき、その重なり部αで、巻線２０と重なっている。これにより、巻線２０と巻線２１との間に間隔を設けることなく、高い特性インピーダンスを得ることができる。

本願発明者は、上述の効果を確認するために実験を行った。具体的には、実験は、コモンモードチョークコイル１に相当する第１のサンプル、図５に示すような第１のサンプルに対して重なり部αが２つ多い変形例の第２のサンプル、及び第１のサンプルから重なり部αをなくした第３のサンプルを用いて特性インピーダンスを測定した。なお、各サンプルの大きさは、２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×０．９ｍｍである。

実験の結果、図６に示すように、４０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲において、第３のサンプルの特性インピーダンスに対して、第１のサンプルの特性インピーダンスが約５Ω高く、第１のサンプルの特性インピーダンスに対して、第２のサンプルの特性インピーダンスが約５Ω高くなった。他の周波数においても、第３のサンプルの特性インピーダンスに対して、第１のサンプルの特性インピーダンスの方が高く、第１のサンプルの特性インピーダンスに対して、第２のサンプルの特性インピーダンスの方が高くなった。この結果から、重なり部αの増加に伴い、特性インピーダンスが増加することが示された。つまり、巻線２０と巻線２１とが重なっていることにより、高い特性インピーダンスを得られることが確認された。

ところで、コモンモードチョークコイル１では、高い特性インピーダンスを得るために巻線２０と巻線２１との間に間隔を設ける必要がない。従って、コモンモードチョークコイル１では、２つの巻線の間に間隔を設けることによって高い特性インピーダンスを得る従来のコモンモードチョークコイルと比較して、多くの巻き数を得ることができる。その結果、コモンモードチョークコイル１は、従来のコモンモードチョークコイルと比較して、大きなコモンモードインピーダンスを得ることができる。

また、従来のコモンモードチョークコイルでは、２つの巻線の間に間隔を設けているため、２つの巻線は、巻芯部の軸方向に動くことができる。これにより、２つの巻線の間隔を一定に保つことが難しく、従来のコモンモードチョークコイルでは、安定した特性インピーダンスを得ることが困難であった。一方、コモンモードチョークコイル１では、２つの巻線の間隔ではなく、２つの巻線を重ねるか否かにより高い特性インピーダンスを得ているため、従来のコモンモードチョークコイルよりも、安定した特性インピーダンスを得ることができる。

（第１変形例、図７及び図８参照）
第１変形例であるコモンモードチョークコイル１Ａとコモンモードチョークコイル１との相違点は、図７に示すように、巻線の巻回数である。

具体的には、コモンモードチョークコイル１Ａでは、コモンモードチョークコイル１と比較して、巻線２０，２１の巻回数が少ないため、近接する巻線の間に間隔が設けられている部分がある。これにより、コモンモードチョークコイル１Ａでは、近接する巻線の間隔を制御することができ、その結果、特性インピーダンスをより高くすることができる。コモンモードチョークコイル１Ａにおける他の構成は、コモンモードチョークコイル１と同様である。従って、上記巻線の巻回数以外の説明は、電子部品１での説明のとおりである。

本願発明者は、上述の効果を確認するために実験を行った。具体的には、実験は、コモンモードチョークコイル１Ａに相当する第４のサンプル、第４のサンプルに対して重なり部αが２つ多い第５のサンプル、及び第４のサンプルから重なり部αをなくした第６のサンプルを用いて特性インピーダンスを測定した。なお、各サンプルの大きさは、２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×０．９ｍｍである。

実験の結果、図８に示すように、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲において、第６のサンプルの特性インピーダンスが約８０Ω、サンプル４の特性インピーダンスは約１００〜１１５Ω、サンプル５の特性インピーダンスは約１６０〜１７５Ωを示した。従って、この結果から、コモンモードチョークコイル１Ａでは、コモンモードチョークコイル１よりもさらに高い特性インピーダンスを得られることが確認された。

（第２変形例、図９参照）
第２変形例であるコモンモードチョークコイル１Ｂとコモンモードチョークコイル１との相違点は、図９に示すように、重なり部αの前後における巻線２０，２１の位置関係である。

具体的には、コモンモードチョークコイル１Ｂでは、重なり部αにおいて巻線２０と巻線２１とが完全に交差していない。したがって、コモンモードチョークコイル１Ｂでは、コモンモードチョークコイル１のように、巻線２０と巻線２１とのｘ軸方向における位置関係が完全に入れ替わることがない。コモンモードチョークコイル１Ｂにおける他の構成は、コモンモードチョークコイル１と同様である。従って、上記巻線の巻回数以外の説明は、電子部品１での説明のとおりである。

（他の実施例）
本発明に係るコモンモードチョークコイルは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、巻線の巻回数、巻線の間隔、コアにおける巻芯部や鍔部の形状、材料等は任意である。また、巻線を密に巻く部分を一部に設け、他の部分では間隔を設けて巻くなど、前記実施例それぞれを組み合わせてもよい。

以上のように、本発明は、コモンモードチョークコイルに有用であり、高い特性インピーダンスを得ることができる点で優れている。

１，１Ａ，１Ｂ コモンモードチョークコイル
１２ コア
１４ 巻芯部
１６，１８ 鍔部
２０，２１ 巻線（第１の巻線、第２の巻線）

Claims (3)

1. 軸方向に延在する巻芯部を有するコアと、
   前記巻芯部に巻き回される第１の巻線と、
   前記第１の巻線と並走するように前記巻芯部に巻き回される第２の巻線と、
   を備え、
   前記第２の巻線の一部は、前記軸方向と直交する方向から見たとき、前記第１の巻線と重なり、
   前記第２の巻線の残余の部分は、前記第１の巻線に対して軸方向と略平行に並んでいること、
   を特徴とするコモンモードチョークコイル。
2. 前記第２の巻線は、前記軸方向と直交する方向から見たとき、前記第１の巻線と２カ所で重なること、
   を特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
3. 前記第２の巻線は、前記軸方向と直交する方向から見たとき、前記第１の巻線と４カ所で重なること、
   を特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。

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