(57)【要約】【課題】  １個のデバイスで広い周波数帯域においてノイズ除去効果を安定して得ることができるノイズ除去デバイスを提供する。【解決手段】  透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上である磁性材から成り、２つの四角柱部１１ａの間に該四角柱部１１ａの断面外形よりも断面外形が小さな軸部１１ｂを有するコア１１と、コア１１の軸部上にコイル用線材を線間に所定スペースを有するように巻き付けて構成されたコイル１２と、コア１１を構成する磁性材よりも誘電率が小さい絶縁材から成り、コア１１の軸部１１ｂ上に存するコイル１２の線間に充填されるようにコイル１２を覆い、且つ、外観形状が四角柱状になるように形成された外装１３と、コア両端の四角柱部１１ａに形成され、コイル１２の各端部と電気的に導通する１対の外部電極１４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上である磁性材から成り、２つの四角柱部の間に該四角柱部の断面外形よりも断面外形が小さな軸部を有するコアと、
コアの軸部上にコイル用線材を線間に所定スペースを有するように巻き付けて構成されたコイルと、
コアを構成する磁性材よりも誘電率が小さい絶縁材から成り、コアの軸部上に存するコイルの線間に充填されるようにコイルを覆い、且つ、外観形状が四角柱状になるように形成された外装と、
コア両端の四角柱部に形成され、コイルの各端部と電気的に導通する１対の外部電極とを備える、
ことを特徴とするノイズ除去デバイス。
【請求項２】
外装は、Ｎｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末，Ｍｎ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末，六方晶フェライト粉末，金属磁性粉末のうちの少なくとも１種を３０〜９０ｗｔ％含有する磁性粉末含有プラスチックから成る、
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ除去デバイス。
【請求項３】
コアの軸部の断面は円形または四角形であり、断面円形の直径または断面四角形の内接円の直径をＤとし、コア両端の四角柱部の高さをＴとしたときに、直径Ｄは０．３Ｔ＜Ｄ＜０．９Ｔの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ除去デバイス。
【請求項４】
コイルの巻き数をＮとし、コアの軸部の長さをＢとし、コイル用線材の導線の直径をＡとしたときに、巻き数ＮはＢ／｛Ａ＋（Ａ／２）｝≦Ｎ≦Ｂ／３Ａの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ除去デバイス。
【請求項５】
１対の外部電極はコア両端の四角柱部の底面及び端面の一部を連続して覆う形態を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ除去デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号ライン等から高周波ノイズを除去するためのノイズ除去デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やパソコン等のディジタル機器にあってはその高機能化に伴って信号処理速度の高速化が進んでおり、クロック周波数が１ＧＨｚを越えるＣＰＵを用いたディジタル機器も数多く存在する。クロック周波数が数百ＭＨｚを越えるディジタル回路ではその基本波の帯域だけではなく高調波が現れるＧＨｚ帯域にも高周波ノイズが生じるため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの広帯域で高周波ノイズを除去する必要がある。
【０００３】
高周波ノイズを除去するためのデバイスとしては高Ｑ値のインダクタ素子が一般的であるが、この種のデバイスは特定の周波数帯域でのみ他の周波数帯域に比べて遥かに高いインピーダンスを生じる特性を有するものであるため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの広帯域で高周波ノイズを除去するにはピーク特性が異なる複数のデバイスを併用しなければならず回路設計に伴う負担も嵩んでしまう。
【特許文献１】特開２０００−１５６６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先に述べたような現状において回路設計者が求めるノイズ除去デバイスは、ピークのインピーダンスが低下しても広い周波数帯域でノイズ除去効果が十分に期待できる程度のインピーダンスを生じるような特性を有するものであり、このようなインピーダンス特性を有するデバイスを用いたほうが１個のデバイスで広い周波数帯域において狙い通りのノイズ除去効果を安定して得ることができると共に回路設計に伴う負担も大幅に軽減することができる。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その目的とするところは、１個のデバイスで広い周波数帯域においてノイズ除去効果を安定して得ることができるノイズ除去デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明のノイズ除去デバイスは、透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上である磁性材から成り、２つの四角柱部の間に該四角柱部の断面外形よりも断面外形が小さな軸部を有するコアと、コアの軸部上にコイル用線材を線間に所定スペースを有するように巻き付けて構成されたコイルと、コアを構成する磁性材よりも誘電率が小さい絶縁材から成り、コアの軸部上に存するコイルの線間に充填されるようにコイルを覆い、且つ、外観形状が四角柱状になるように形成された外装と、コア両端の四角柱部に形成され、コイルの各端部と電気的に導通する１対の外部電極とを備える、ことをその特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１個のデバイスで広い周波数帯域においてノイズ除去効果を安定して得ることができる。
【０００８】
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、図１〜図４を参照して、本発明を適用したノイズ除去デバイスの構造について説明する。尚、以下の説明では図１の左右方向をデバイスの長さ、図２の左右方向をデバイスの幅、図２の上下方向をデバイスの高さと表記する。
【００１０】
図１はノイズ除去デバイスを幅方向の一面側から見た図、図２は図１に示したノイズ除去デバイスを長さ方向の一面側から見た図、図３は図２のａ−ａ線断面図、図４は図１のｂ−ｂ線断面図であり、図中の１０はデバイス、１１はコア、１２はコイル、１３は外装、１４は１対の外部電極である。
【００１１】
コア１１は透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上である磁性材から成る。ここでの共鳴周波数とは、μ＝μ’＋ｊμ”（μは透磁率、μ’は磁界に追従できる透磁率の実数成分、ｊμ”は磁界に追従できず９０度遅れる透磁率の虚数成分）の式において透磁率の虚数成分ｊμ”がピークとなる周波数を指す。
【００１２】
透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上である磁性材としては、Ｎｉ−Ｚｎ系スピネルフェライトや、スピネルフェライトよりも共鳴周波数が高いＹ型またはＺ型等の六方晶フェライト等が好適に使用できる。また、焼結性の調整のためにＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系スピネルフェライトを用いてもよく、Ｂｉ2Ｏ3やＳｉＯ2 等の添加により焼結性を調整することもできる。さらに、特性の微調整を行うためにＣｏＯやＭｎ2Ｏ3やＭｇＯやＣｒ2Ｏ3等の酸化物を添加してもよい。
【００１３】
Ｎｉ−Ｚｎ系スピネルフェライトはＦｅ比やＮｉ／Ｚｎ比等の組成調整により透磁率及び周波数特性を調整可能である。Ｎｉ−Ｚｎ系スピネルフェライトを使用する場合における好ましいＦｅ比はＦｅ2Ｏ3として４０ｍｏｌ％以上であるが、Ｆｅ比が４９．５ｍｏｌ％を越えると損失が大きくなり、且つ、４６ｍｏｌ％未満では透磁率が低くなる傾向があることからＦｅ比が４６〜４９．５ｍｏｌ％の範囲のものを使用することが望ましい。また、共鳴周波数はＮｉ／Ｚｎ比で変化可能であり、Ｎｉ／Ｚｎ比を大きくすることで共鳴周波数を高くすることができる。好ましいＮｉ／Ｚｎ比は１以上であるが、Ｎｉ／Ｚｎ比が４以上のものを使用することが望ましい。
【００１４】
尚、コア１１を構成する磁性材には、前記フェライト磁性体粉末またはその他の磁性体粉末を、非磁性の無機絶縁体中または非磁性の有機絶縁体中に所定量含有させた複合磁性体を用いることもできる。因みに、前記透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ未端のものでは高周波帯域で十分なインピーダンス特性が得られない。
【００１５】
また、コア１１は、２つの四角柱部１１ａを両端に対称に有し、且つ、２つの四角柱部１１ａの間に該四角柱部１１ａの断面外形よりも断面外形が小さな軸部１１ｂを同軸上に有する。２つの四角柱部１１ａの断面は正方形またはこれに近似した形状を成し、軸部１１ｂの断面は円形またはこれに近似した形状を成す。図面には２つの四角柱部１１ａと軸部１１ｂとの境界面をコア１１の中心線と直交する面で構成したものを示してあるが、境界面をコア１１の中心線と鋭角を成す面、立体的には四角柱部１１ａから軸部１１ｂに向かって徐々に外形が小さくなる円錐台状に形成しても構わない。また、２つの四角柱部１１ａの底面には、断面が台形状または矩形状を成す凹部１１ａ１が長さ方向に沿って設けられている。コア１１の２つの四角柱部１１ａの長さ及び軸部１１ｂの長さには特段の制限はないが、軸部１１ｂの長さはコイル１２を所定の巻き数及びピッチで構成可能な長さを確保できるようにする。また、コア１１の軸部１１ｂの直径Ｄは、コア両端の四角柱部１１ａの高さをＴとしたときに、０．３Ｔ＜Ｄ＜０．９Ｔの範囲内、好ましくは０．５Ｔとなるようにする。
【００１６】
コイル１２は導線を絶縁材で被覆した線材から成り、該コイル用線材をコア１１の軸部１１ｂ上に所定回数巻き付けることにより構成されている。コイル用線材の導線は所定の抵抗率を有するものであれば適宜使用できるが、好ましくはＣｕ系，Ｎｉ系，Ａｇ系のものが使用される。コイル用線材の絶縁材には絶縁性を有するものであれば適宜使用できるが、好ましくはポリウレタンやポリエステル等のプラスチックが使用される。
【００１７】
また、コイル１２を構成するコイル用線材は線同志が密接して巻き付けられておらず、線間に所定スペースを有するように巻き付けられている（スペース巻き）。コイル１２の巻き数Ｎは、軸部１１ｂの長さをＢとし、コイル用線材の導線の直径をＡとしたときに、Ｂ／｛Ａ＋（Ａ／２）｝≦Ｎ≦Ｂ／３Ａの範囲内にあることが好ましい。また、コイル１２の線間スペースはコイル用線材の直径の１／２〜３倍、好ましくはコイル用線材の直径の０．８倍になるようにする。
【００１８】
さらに、コイル１２の一端部１２ａは一方の四角柱部１１ａの凹部１１ａ１内に挿入されて該凹部１１ａ１の深さに整合するように平たく潰され、他端部１２ａは他方の四角柱部１１ａの凹部１１ａ１内に挿入されて該凹部１１ａ１の深さに整合するように平たく潰されている。
【００１９】
外装１３は絶縁材から成り、軸部１１ｂ上に存するコイル１２の線間に充填されるようにコイル１２を覆い、且つ、外観形状が四角柱状になるように形成されており、その４つの側面は四角柱部１１ａの４つの側面とそれぞれ平行またはこれに近似した形態を成す。この外装１３はコア１１を構成する磁性材よりも誘電率が小さい絶縁材から成り、具体的にはＮｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末，Ｍｎ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末，六方晶フェライト粉末，金属磁性粉末のうちの少なくとも１種をエポキシ樹脂等の絶縁性プラスチック材料に３０〜９０ｗｔ％、好ましくは６５ｗｔ％含有させた磁性粉末含有プラスチックから成る。前記金属磁性粉末にはパーマロイ，センダスト，純鉄等が好適に使用でき、この場合には外装表面の平滑性を得るために最大粒径が２０μｍ以下のものを用いることが好ましく、より好ましくは金属磁性粉末の表面に酸化膜を形成したものを用いる。
【００２０】
１対の外部電極１４は、各四角柱部１１ａの底面及び端面の一部を連続して覆うようにほぼ均一な厚さで形成され、各外部電極１４はコイル１２の各端部１２ａと電気的に導通している。また、デバイス１０を基板等に実装するときのことを考慮し各外部電極１４の底面部分は外装１３の底面部分よりも下方に突出している。各外部電極１４はＡｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ等の金属またはこれらの合金から成り、単層または多層構造を有する。外部電極１４の厚さには特段の制限はない。この外部電極１４は各四角柱部１１ａの端面及び該端面と隣接する４つの面に連続して設けられていてもよいが、好ましくは各四角柱部１１ａの底面及び端面の一部を連続して覆うような形態とし、端面に回り込む部分の高さを四角柱部１１ａの高さの１／４〜１／２とする。
【００２１】
図５〜図１０は先に説明したデバイス１０を１６０８サイズ（長さと幅と高さのそれぞれの基準値が１．６ｍｍ，０．８ｍｍ，０．８ｍｍ）で作成した場合における各種検証データを示し、図１１は同デバイスのインピーダンス特性を示す。
【００２２】
図５はコア材の検証データを示すもので、ここではコア１１がＦｅ2Ｏ3を４７ｍｏｌ％，ＮｉＯを４０ｍｏｌ％，ＺｎＯを２ｍｏｌ％，ＣｕＯを６ｍｏｌ％の組成比としたＮｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト（透磁率の共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上の磁性材）から成るもののインピーダンス特性を実線で表し、コア１１がフェライト粉末を含まないアルミナから成るもののインピーダンス特性を破線で表してある。
【００２３】
図５から分かるように、コア１１がフェライト粉末を含まないアルミナから成るもの（破線参照）では７．５ＧＨｚ付近でインピーダンスが急激に上昇するピーキィなインピーダンス特性を示すが、コア１１が前記組成比を有するＮｉ−Ｚｎ系スピネルフェライトから成るもの（実線参照）では３．０ＧＨｚ付近と９．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に広い周波数帯域で比較的フラットなインピーダンス特性を示す。
【００２４】
図６はコア１１の軸部径の検証データを示すもので、ここでは軸部１１ｂの直径を０．５Ｔ（Ｔは四角柱部１１ａの高さ）としたもののインピーダンス特性を実線で表し、軸部１ｂの直径を０．９Ｔ以上としたもののインピーダンス特性を実線で表してある。因みに、１６０８サイズでは四角柱部１１ａの高さＴの基準値は０．８ｍｍであるので０．５Ｔの場合の軸部直径は０．４ｍｍとなり、０．９Ｔの場合の軸部直径は０．７２ｍｍとなる。
【００２５】
図６から分かるように、軸部１１ｂの直径が０．９Ｔ以上のもの（破線参照）では１．０ＧＨｚ付近でインピーダンスが急激に上昇するピーキィなインピーダンス特性を示すが、軸部１１ｂの直径が０．５Ｔのもの（実線参照）では３．５ＧＨｚ付近と９．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に広い周波数帯域で比較的フラットなインピーダンス特性を示す。
【００２６】
図７はコイル１２の巻線形態の検証データを示すもので、ここでは直径５０μｍのコイル用線材を４０μｍ（＝５０μｍ×０．８）の線間スペースが空くように巻き数６でスペース巻きしたもののインピーダンス特性を実線で表し、同じコイル用線材を線間スペースが零となるように巻き数６で密巻きしたもののインピーダンス特性を破線で表してある。
【００２７】
図７から分かるように、密巻きのもの（破線参照）では１．５ＧＨｚ付近で共振点が現れるインピーダンス特性を示すが、スペース巻きのもの（実線参照）では１．５ＧＨｚ付近と８．５ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に広い周波数帯域で比較的フラットなインピーダンス特性を示す。
【００２８】
図８はコイル１２の巻き数の検証データを示すもので、ここではコイル１２の巻き数を８としたもののインピーダンス特性を実線で表し、コイル１２の巻き数を４としたもののインピーダンス特性を破線で表してある。
【００２９】
図８から分かるように、巻き数が４のもの（破線参照）では３．０ＧＨｚ付近と９．５ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れるものの９．５ＧＨｚ付近でインピーダンスが急激に上昇するピーキィなインピーダンス特性を示すが、巻き数が８のもの（実線参照）では３．０ＧＨｚ付近と９．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に広い周波数帯域で比較的フラットなインピーダンス特性を示す。
【００３０】
図９は外装材の検証データを示すもので、ここでは外装１３がコア１１と同じＮｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末を６５ｗｔ％含有するエポキシ樹脂から成るもののインピーダンス特性を実線で表し、フェライト粉末を含有しないエポキシ樹脂から成るもののインピーダンス特性を破線で表してある。
【００３１】
図９から分かるように、外装１３がフェライト粉末比含有のエポキシ樹脂から成るもの（破線参照）では９．５ＧＨｚ付近でインピーダンスが急激に上昇するピーキィなインピーダンス特性を示すが、外装１３が前記フェライト粉末含有のエポキシ樹脂から成るもの（実線参照）では２．０ＧＨｚ付近と８．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に広い周波数帯域で比較的フラットなインピーダンス特性を示す。
【００３２】
図１０は電極形態の検証データを示すものでは、ここでは外部電極１４が各四角柱部１１ａの底面及び端面の一部に連続して覆うように設け、且つ、端面に回り込む部分の高さを四角柱部１１ａの高さの３／８としたもののインピーダンス特性を実線で表し、外部電極１４が各四角柱部１１ａの端面及び該端面と隣接する４つの面に連続して設けられたもののインピーダンス特性を破線で表してある。因みに、１６０８サイズでは四角柱部１１ａの高さの基準値は０．８ｍｍであるので高さの３／８とした場合の回り込み部分の高さは０．３ｍｍとなる。
【００３３】
図１０から分かるように、何れのものも３．０ＧＨｚ付近と８．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れる類似ししたインピーダンス特性を示すが、外部電極１４が各四角柱部１１ａの底面及び端面の一部に連続して設けられたものの方（実線参照）が広い周波数帯域で高いインピーダンスを得ることができる。
【００３４】
図１１は図５〜図１０のデータ検証で採用した各構成要素、詳しくは、
・コア材  ：Ｆｅ2Ｏ3を４７ｍｏｌ％，ＮｉＯを４０ｍｏｌ％，ＺｎＯを２ｍｏｌ％，Ｃ            ｕＯを６ｍｏｌ％の組成比としたＮｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト
・軸部径  ：０．４ｍｍ
・巻線形態：直径５０μｍのコイル用線材を４０μｍの線間スペースが空くようにスペー            ス巻き
・巻き数  ：８
・外装材  ：Ｎｉ−Ｚｎ系スピネルフェライト粉末を６５ｗｔ％含有するエポキシ樹脂
・電極形態：各四角柱部１１ａの底面及び端面の一部に連続して覆う形態で、端面に回り            込む部分の高さが０．３ｍｍ
を組み合わせて構成された１６０８サイズのデバイス１０のインピーダンス特性を示す。
【００３５】
図１１から分かるように、このデバイス１０は、特定の周波数帯域でのみ他の周波数帯域に比べて遥かに高いインピーダンスを生じる特性を有するものではなく、３．０ＧＨｚ付近と８．０ＧＨｚ付近の２箇所に共振点が現れると共に数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの広帯域においてなだらかな勾配を示すインピーダンス特性を有することから、１個のデバイスで広い周波数帯域において狙い通りのノイズ除去効果を安定して得ることが可能である。
【００３６】
このようなインピーダンス特性が現れる根拠は定かではないが、図１〜図４を引用して説明したデバイス１０自体の基本構造が関与していることは勿論のこと、図５〜図１０を引用して説明した各構成要素が関与していると考えられる。依って、前記デバイス１０と同じものを他のサイズ、例えば１００５サイズ（長さと幅と高さのそれぞれの基準値が１．０ｍｍ，０．５ｍｍ，０．５ｍｍ）で作成した場合や０６０３サイズ（長さと幅と高さのそれぞれの基準値が０．６ｍｍ，０．３ｍｍ，０．３ｍｍ）で作成した場合でも、同様の基本構造及び各構成要素を採用することにより同様の作用効果を得ることが可能である。
【００３７】
尚、図１〜図４にはコア１１の軸部１１ｂとして断面外形が円形のものを示したが、図１２に示すように、２つの四角柱部１１ａ間に該四角柱部１１ａの断面外形よりも断面外形が小さく、且つ、断面が正方形またはこれに近似した形状を成す軸部１１ｂ’を同軸上に有するものをコア１１として用いてもよい。この場合は軸部１１ｂ’上にコイル用線材を巻き付けてコイル１２が構成されるため、前記軸部１１ｂの直径に係る設計理念は軸部１１ｂ’の内接円の直径に適用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用したノイズ除去デバイスを幅方向の一面側から見た図である。
【図２】図１に示したノイズ除去デバイスを長さ方向の一面側から見た図である。
【図３】図２のａ−ａ線断面図である。
【図４】図１のｂ−ｂ線断面図である。
【図５】コア材の検証データを示す図である。
【図６】コアの軸部径の検証データを示す図である。
【図７】コイルの巻線形態の検証データを示す図である。
【図８】コイルの巻き数の検証データを示す図である。
【図９】外装材の検証データを示す図である。
【図１０】電極形態の検証データを示す図である。
【図１１】図５〜図１０のデータ検証で採用した各構成要素を組み合わせて構成された１６０８サイズのデバイスのインピーダンス特性を示す図である。
【図１２】図１〜図４に示した軸部を四角柱状にしたノイズ除去デバイスを長さ方向の一面側から見た図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…デバイス、１１…コア、１１ａ…四角柱部、１１ｂ，１１ｂ’…軸部、１２…コイル、１３…外装、１４…１対の外部電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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