(57)【要約】【課題】厚みの大幅な増加を招くことなく所望のフィルタ特性に設定し得る分布定数型フィルタ素子を提供する。【解決手段】周回する線状の導体によって形成されると共に一端側に入力端子が接続され他端側に出力端子が接続された平面状のスパイラルコイル２と、スパイラルコイル２の少なくとも一方の面側に非磁性材からなる誘電体層３を介してスパイラルコイル２と平行に配設されると共に接地用端子に接続された平面状の接地用電極１０と、スパイラルコイル２の周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設された磁性体９と、スパイラルコイル２における少なくとも一部の領域に近接して平行に配設された平面状の補助導体４とを備えている。【選択図】        図３
2004200826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回する線状の導体によって形成されると共に一端側に入力端子が接続され他端側に出力端子が接続された平面状のスパイラルコイルと、当該スパイラルコイルの少なくとも一方の面側に非磁性材からなる誘電体を介して前記スパイラルコイルと平行に配設されると共に接地用端子に接続された平面状の接地用電極と、前記スパイラルコイルの周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設された磁性体と、前記スパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行に配設された平面状の補助導体とを備えている分布定数型フィルタ素子。
【請求項２】
前記接地用電極は、前記スパイラルコイルの両外面側にそれぞれ配設され、
前記補助導体は、前記スパイラルコイルの各外面と当該スパイラルコイルの各外面側に配設された前記接地用電極との間にそれぞれ配設されている請求項１記載の分布定数型フィルタ素子。
【請求項３】
同一方向に周回する線状の導体によって形成されると共に互いに平行状態で離間して対向配置されて同一方向の各一端側に入力端子がそれぞれ接続されると共に各他端側に出力端子がそれぞれ接続された平面状の一対のスパイラルコイルと、非磁性材からなる誘電体を介して前記一対のスパイラルコイルにおける各非対向面側に平行状態で離間してそれぞれ対向配置されると共に接地用端子が接続された平板状の一対の接地用電極と、前記一対のスパイラルコイルの周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設された磁性体と、互いに対向する前記各スパイラルコイルおよび前記各接地用電極の間であって当該スパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行にそれぞれ配設された平面状の一対の補助導体とを備えている分布定数型フィルタ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面状のスパイラルコイル、平面状の接地用電極、およびスパイラルコイルの中央部を貫通して配設されてスパイラルコイルの周囲に発生する磁束に対する閉磁路を形成可能な磁性体を備え、信号伝送路に用いられる分布定数型フィルタ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のフィルタ素子として、特開２００２−８４１５７に開示された分布定数型フィルタ素子が知られている。この分布定数型フィルタ素子（以下、「フィルタ素子」ともいう）は、内部誘電体層（１３）の上下に対向して配置される平行導体ライン（１１，１２）が磁性体と誘電体層の複合体（１４，１５）で挟持されると共に、これらの磁性体と誘電体層の複合体（１４，１５）の上下外側表面に接地導体（１８，１９）が形成されて構成されている。このフィルタ素子によれば、磁性体を備えているため、分布インダクタンスが大きくなると共に２本の導体ラインの磁気結合係数が大きくなる結果、特にコモンモード信号に対する特性インピーダンスを大きく設定することが可能になる。また、コモンモード動作時は、平衡モード動作時と比較して、磁性体の磁束密度が遥かに高くなることに起因して磁気損失が大幅に増大し、さらには、導体ラインを鎖交する高周波磁束も増加するために導体のうず電流損失も増大する。このため、コモンモード信号を広い周波数範囲に亘って抑制することが可能となる。したがって、平衡モード信号を効率よく通過させつつ信号の不平衡で生じるコモンモード信号を大幅に除去することが可能となる。
【０００３】
一方、上記した従来のフィルタ素子は、４００ＭＨｚ以上の非常に高い周波数のノイズ除去に適した特性を有している。しかしながら、今日では、より低い周波数（例えば、数ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度）のノイズを抑制し得る特性を有するフィルタ素子の実現も望まれている。この要望に応じて発明者は、図２３に示すフィルタ素子１０１を既に開発している。このフィルタ素子１０１は、同一平面内において周回する線状の導体によって形成された平面コイル（以下、「スパイラルコイル」ともいう）２と、スパイラルコイル２が埋設されて環状に形成された誘電体層１０２と、誘電体層１０２を取り囲んで配設された磁性体１０３と、磁性体１０３の両面（同図中の上下面）側に配設された一対の接地用電極１０４，１０４とを備え、ノーマルモード用の分布定数型フィルタ素子として構成されている。この場合、フィルタ素子１０１では、環状の誘電体層１０２の周囲全体、つまり誘電体層１０２（およびスパイラルコイル２）の中央部、誘電体層１０２の上下面および誘電体層１０２の外周面が磁性体１０３によって取り囲まれている構成のため、スパイラルコイル２に電流が流れた際にスパイラルコイル２の周囲に発生する磁束に対する閉磁路が磁性体１０３によって形成される。このため、このフィルタ素子１０１では、スパイラルコイル２を形成する線状の導体における各部位同士間の磁気的結合度合いが強まる結果、上記した従来のフィルタ素子と比較して分布インダクタンスが大幅に増大する。したがって、フィルタ素子１０１は、信号に対する波長の短縮率が一層大きくなるため、より低い周波数帯域に対しても大きな特性インピーダンスを確保することができる結果、低い周波数のノイズに対しても大きな抑制能力が発揮されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８４１５７号公報（第７頁、図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のフィルタ素子１０１には、以下のような解決すべき課題がある。すなわち、フィルタ素子１０１において損失特性や位相特性を所望のフィルタ特性に設計する場合、スパイラルコイル２を構成する線状の導体間の結合容量（以下、「線間容量」ともいう）と分布容量（対接地間の容量）をそれぞれ所定の大きさに設定する必要がある。しかし、スパイラルコイル２は線状の導体を同一平面内において周回して形成され、しかも、この導体は一般的には非常に薄い厚みで形成されている。したがって、このフィルタ素子１０１では、線間容量を大きく変更するのが困難である。このため、このフィルタ素子１０１では、分布容量のみを変更して損失特性を変更せざるを得ない。一方、損失特性を実際に変更する際には、分布容量を小さくする方向に変更することが多く、これを実現するためには、スパイラルコイル２と接地用電極１０４，１０４を大きく離間さなければならない結果、フィルタ素子の厚みが増加するという解決すべき課題がある。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、厚みの大幅な増加を招くことなく所望のフィルタ特性に設定し得る分布定数型フィルタ素子を提供することを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の分布定数型フィルタ素子は、周回する線状の導体によって形成されると共に一端側に入力端子が接続され他端側に出力端子が接続された平面状のスパイラルコイルと、当該スパイラルコイルの少なくとも一方の面側に非磁性材からなる誘電体を介して前記スパイラルコイルと平行に配設されると共に接地用端子に接続された平面状の接地用電極と、前記スパイラルコイルの周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設された磁性体と、前記スパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行に配設された平面状の補助導体とを備えている。本発明における「端子」には、金具状の端子を含むのは勿論のこと、いわゆるリード線も含む概念である。
【０００８】
請求項２記載の分布定数型フィルタ素子は、請求項１記載の分布定数型フィルタ素子において、前記接地用電極は、前記スパイラルコイルの両外面側にそれぞれ配設され、前記補助導体は、前記スパイラルコイルの各外面と当該スパイラルコイルの各外面側に配設された前記接地用電極との間にそれぞれ配設されている。
【０００９】
請求項３記載の分布定数型フィルタ素子は、同一方向に周回する線状の導体によって形成されると共に互いに平行状態で離間して対向配置されて同一方向の各一端側に入力端子がそれぞれ接続されると共に各他端側に出力端子がそれぞれ接続された平面状の一対のスパイラルコイルと、非磁性材からなる誘電体を介して前記一対のスパイラルコイルにおける各非対向面側に平行状態で離間してそれぞれ対向配置されると共に接地用端子が接続された平板状の一対の接地用電極と、前記一対のスパイラルコイルの周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設された磁性体と、互いに対向する前記各スパイラルコイルおよび前記各接地用電極の間であって当該スパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行にそれぞれ配設された平面状の一対の補助導体とを備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る分布定数型フィルタ素子の好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る分布定数型フィルタ素子（以下、「フィルタ素子」ともいう）１について、図面を参照して説明する。なお、フィルタ素子１０１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１２】
フィルタ素子１は、図１，２に示すように、スパイラルコイル２、誘電体としての誘電体層３、一対の補助導体４，４、絶縁体としての一対の絶縁体層５，５、入力端子６、出力端子７、接地用端子８、磁性体９および一対の接地用電極１０，１０を備え、ノーマルモードフィルタとして構成されている。
【００１３】
スパイラルコイル２は、図１，３に示すように、一例として同一平面内で所定回数（一例として３．５ターン）だけ周回された線状の導体によって形成されている。この場合、スパイラルコイル２は、平板状の金属体に対してメッキ処理や打ち抜き加工を施すことによって形成される。
【００１４】
誘電体層３は、図１，３，４に示すように、非磁性材としての誘電材料を用いて環状（中心孔３ａが形成された円板状）に形成されると共に、その厚みが一定に規定されている。また、誘電体層３は、その内部にスパイラルコイル２が埋設されている。具体的には、図３に示すように、スパイラルコイル２は、誘電体層３の厚み方向における中央部に誘電体層３に対して平行に埋設されている。なお、本実施の形態では、誘電体層３を一層として、その内部にスパイラルコイル２を配設する構成を採用したが、互いに分離した一対の誘電体層３，３を用いて、誘電体層３をスパイラルコイル２の両面側に一層ずつ配設する構成を採用することもできる。
【００１５】
補助導体４，４は、図１，３，４に示すように、導電性材料を用いて環状（中心孔４ａが形成された円板状）の外形に形成されると共に、誘電体層３の両面（同図中の上下両面）上に電気的に浮いた状態でそれぞれ配設されている。つまり、各補助導体４，４は、スパイラルコイル２を挟み込むようにして、スパイラルコイル２の両面側に誘電体層３を介して近接し、かつ平行となる状態で配設されている。また、各補助導体４，４は、その内径が誘電体層３の内径よりも若干大径に形成されると共に、その外径が誘電体層３の外径よりも若干小径に形成されている。また、図４に示すように、各補助導体４，４には、切り込み４ｂがそれぞれ設けられて、上記の中心孔４ａは、この切り込み４ｂを介して補助導体４の外縁に連通する。つまり、補助導体４は、磁性体９によって形成される閉磁路に対してショートリングとして機能しないように構成されている。したがって、各補助導体４，４に設ける切り込みは、細いスリット状に限られない。例えば、切り込みの切り込み幅を拡げて補助導体４自体をＣ字状に形成することができる。また、本発明における切り込みは直線状に限らず、曲線状に形成することもできる。また、補助導体４は、その中心孔４ａが中心孔３ａと同径に形成されると共に、その外径が誘電体層３と同一に規定されている。また、導電性材料として、銅、アルミニウム、真鍮、銀、ステンレス等の金属材料およびこれらの合金や、炭素、鉄、ニッケル、コバルトおよびこれらの合金等の磁性金属材料を採用することができる。
【００１６】
絶縁体層５，５は、図３，４に示すように、誘電体層３よりも誘電率が低い絶縁材料を用いて環状（中心孔５ａが形成された円板状）に形成されると共に、その厚みが一定に規定されて各補助導体４における外面上にそれぞれ配設されている。この場合、絶縁体層５は、その中心孔５ａが中心孔３ａと同径に形成されると共に、その外径が誘電体層３と同一に規定されている。
【００１７】
入力端子６は、図１，４に示すように、その一端側がスパイラルコイル２の一端側に接続され、他端側が誘電体層３の外周面から外部に突出している。出力端子７も同様にして、その一端側がスパイラルコイル２の他端側に接続され、他端側が誘電体層３の外周面から外部に突出している。
【００１８】
磁性体９は、図１，２に示すように、箱状磁性部材１１と蓋状磁性部材１２とを備えている。この場合、箱状磁性部材１１は、磁性材料を用いて有底筒体（一例として有底円筒体）に形成されると共に、内底面１１ａの中央部分に柱状部１１ｂが立設され、かつ周壁１１ｃの一部に切り欠き部１１ｄ，１１ｄが２つ形成されている。また、箱状磁性部材１１の柱状部１１ｂは、一例として、周壁１１ｃと同じ高さに形成されると共に、誘電体層３の中心孔３ａ、補助導体４の中心孔４ａおよび絶縁体層５の中心孔５ａ内に挿入可能な外径に形成されている。また、周壁１１ｃは、その内径および高さが誘電体層３、補助導体４，４および絶縁体層５，５から成る積層体Ａ（図１，４参照）を収納可能な長さに設定されている。一方、蓋状磁性部材１２は、磁性材料を用いて平板体（一例として円板状）に形成され、箱状磁性部材１１の上部開口部を閉塞可能に構成されている。具体的には、蓋状磁性部材１２は、その外径が箱状磁性部材１１の外径と同一に設定されると共に所定の厚みに設定されて、箱状磁性部材１１の開口部側端面に載置可能に構成されている。つまり、磁性体９は、いわゆるポットコアとして構成されている。
【００１９】
上記の積層体Ａは、誘電体層３の中心孔３ａ、補助導体４，４の各中心孔４ａおよび絶縁体層５，５の各中心孔５ａ内に柱状部１１ｂが挿入された状態で箱状磁性部材１１内に装着され、さらに箱状磁性部材１１の上部開口部側端面に蓋状磁性部材１２が載置されることにより、図２，３に示すように、磁性体９の内部に収納されている。この構成により、スパイラルコイル２の周囲全体（スパイラルコイル２の周囲に形成される磁路の全体）に磁性体９が配設される結果、磁性体９は、全体として、スパイラルコイル２の周囲に発生する磁束に対する閉磁路を形成する。一方、入力端子６および出力端子７は、図２に示すように、周壁１１ｃに形成された各切り欠き部１１ｄ，１１ｄを通して各々の他端側が磁性体９の外部に突出している。
【００２０】
接地用電極１０，１０は、図１〜３に示すように、外形が円板状に形成されて、箱状磁性部材１１の下面および蓋状磁性部材１２の上面に配設されている。また、接地用端子８は、図２に示すように、その一端側が各接地用電極１０，１０に接続されている。
【００２１】
このフィルタ素子１は、上述した構成により、一例として、図５に示す等価回路で表される分布定数型の伝送線路を構成する。この場合、符号ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３およびＳＬ４で示す部分は、スパイラルコイル２の１ターン目、２ターン目、３ターン目および３．５ターン目における単位長Δｘ当たりの各等価回路を示す。これらの等価回路では、符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、１ターン目、２ターン目、３ターン目および３．５ターン目における各単位長Δｘ当たりの各分布自己インダクタンスを表し、符号Ｒは、各単位長Δｘ当たりのスパイラルコイル２の直流分布抵抗を表している。また、符号Ｃｇは各単位長Δｘ当たりのスパイラルコイル２と接地間の分布容量を表し、符号Ｇは各単位長Δｘ当たりのスパイラルコイル２と接地間の分布コンダクタンスを表している。また、符号Ｃｐ１〜Ｃｐ３は、スパイラルコイル２の近傍に配設された補助導体４によってスパイラルコイル２の各部位間に形成される結合容量（線間容量）を表している。なお、各線間容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３は形成される部位によってその容量値が異なるのは勿論である。
【００２２】
このフィルタ素子１では、フィルタ素子１０１と同様にして、磁性体９が、入力端子６から信号を入力している状態においてスパイラルコイル２の周囲に発生する磁束に対する閉磁路を形成する。このため、スパイラルコイル２を形成する線状の導体は、この閉磁路によって互いに磁気的に強く結合する。すなわち、図５における各分布自己インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４相互間の相互インダクタンスが大きな状態にある。その結果、各等価回路ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４における各単位長Δｘ当たりの各分布自己インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、実質的に増大して、低い周波数（例えば、数１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度）に対する特性インピーダンスも大きくなる。したがって、フィルタ素子１は、このような低い周波数のノイズに対してもローパスフィルタとして有効に機能し、信号に重畳している低い周波数のノイズを効果的に抑制することができる。
【００２３】
さらに、このフィルタ素子１では、図３に示すように、各接地用電極１０，１０とスパイラルコイル２との間に、補助導体４，４がスパイラルコイル２に近接し、かつ電気的に浮いた状態（接地用電極１０が接続されるグランド電位などとは絶縁された状態）で配設されている。このため、このフィルタ素子１では、各補助導体４，４とスパイラルコイル２の各単位領域（単位長Δｘで区切られた領域）との間に大きな結合容量が形成され、この大きな結合容量が、対向する補助導体４を介して他の単位領域と補助導体４との間に形成された結合容量に直列に接続される。この結果、スパイラルコイル２の各単位領域相互間、スパイラルコイル２における隣接する各ターン相互間、さらには隣接していない各ターン相互間に形成される線間容量Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｐ３が、補助導体４，４が存在しない構成と比較して増大する。特に、補助導体４，４が存在しない構成においては、遠く離れていて相互間に線間容量が殆ど形成されないような、各単位領域相互間の線間容量が飛躍的に増大する。しかも、このフィルタ素子１では、各補助導体４，４の平面形状（形や大きさ）を、図４に示すように、スパイラルコイル２の全体に亘る形状にしたり、また図７〜図１１に示すように、スパイラルコイル２よりも小さな外形とすると共に、スパイラルコイル２の一部の領域に近接して平行に、かつ偏在させて複数配設させたりすることにより、各線間容量Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｐ３の形成位置および容量値を自由に設定することができる。したがって、このフィルタ素子１では、分布容量のみならず線間容量を自由に設定可能となるため、線間容量を自由に設定できないフィルタ素子１０１とは異なり、厚みの大幅な増加を招くことなく、その損失特性や位相特性を自由に設定して所望のフィルタ特性（周波数特性）を実現することができる。
【００２４】
なお、上記した図７〜図１１に示す補助導体４について詳細に説明すると、図７は、その幅がスパイラルコイル２の２ターン分の幅を超えるように規定され、かつ平面形状がスパイラル状に形成された金属製平板を補助導体４として使用した例を示し、図８は、スパイラルコイル２の内周側から外周側に亘る幅に形成された扇状の金属製平板を補助導体４として使用した例を示す。また、図９は、短冊状の金属平板を補助導体４として使用して、スパイラルコイル２の径方向に沿って等角度間隔で配置した例を示し、図１０は、内径および外径が異なる２種類の円弧状の金属平板（幅はスパイラルコイル２の２ターン分の幅を超えるように規定されている）を補助導体４として使用してスパイラルコイル２における半円形の各領域内に配設した例を示し、図１１は、直径が少なくともスパイラルコイル２の２ターン分の幅を超えるように規定された円形状の金属平板をスパイラルコイル２の全体に亘って水玉模様状に点在させて配設した例を示す。また、図７〜図１１は補助導体４の形状の一例を示したものであり、これ以外の種々の形状を採用することができる。例えば、図８に示すように、一部に孔（中心孔４ａ以外の孔）４ｂを形成した形状とすることもできる。また、図７〜図１１に示すように、スパイラルコイル２に対して補助導体４，４を偏在させた構成を採用した場合、図１２に示すフィルタ素子１Ａのように、偏在して配設された各補助導体４，４間にのみ誘電体層３を配設させて構成することもできる。このように、スパイラルコイル２に対して補助導体４を偏在させることにより、スパイラルコイル２における任意のターン相互間にのみ線間容量を形成したり、さらには、任意のターン内の任意の部位およびこの部位に近接する他のターンの部位との間にのみ個別的に線間容量を形成することができる。したがって、設計の自由度を高めることができる結果、任意のフィルタ特性のフィルタ素子を設計することができる。
【００２５】
また、スパイラルコイル２全体に亘って補助導体４，４を配設する場合であっても、図１３に示すフィルタ素子１Ｂのように、スパイラルコイル２の各外面側に配設する補助導体４を複数（同図中では一例として２つ）に分割すると共に、スパイラルコイル２からの距離を互いに異ならしめることにより、各線間容量Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｐ３の値についての設計の自由度を高めることができる。一例として、フィルタ素子１Ｂでは、補助導体４を、スパイラルコイル２の内周側領域に対向する環状の補助導体２０と、スパイラルコイル２の外周側領域に対向する環状の補助導体２１とに分割すると共に、補助導体２１と比較して補助導体２０をスパイラルコイル２に一層近接させて構成している。このフィルタ素子１Ｂによれば、スパイラルコイル２の全体に亘って線間容量を形成しつつ、部分的に線間容量の容量値を変更することができるため、設計の自由度をさらに高めることができる。
【００２６】
また、フィルタ素子１，１Ａ，１Ｂでは、上記したように、補助導体４を備えたことにより、線間容量の形成部位や、線間容量の容量値を任意に設定することができるため、図６に示すように、カットオフ周波数（同図では一例として約１５０ＫＨｚ）を超える周波数帯域（同図では一例として８ＭＨｚ以上の帯域）における反射波の位相Ｓ１１と通過波の位相Ｓ２１とをほぼ等しくするように設計することができ、発明者は、この場合に、カットオフ周波数からこの周波数帯域を含む広い周波数帯域において十分に満足し得る入力損失特性を確保できることを発見した。
【００２７】
次いで、本発明の第２の実施の形態に係るフィルタ素子３１について、図面を参照して説明する。なお、フィルタ素子１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
フィルタ素子３１は、図１４，１５に示すように、絶縁体層５の上面および下面に各接地用電極１０，１０を配設（積層）して、スパイラルコイル２を含む誘電体層３、補助導体４，４、絶縁体層５および接地用電極１０，１０から成る積層体Ａ１を磁性体９の内部に収納した点において、上記した各フィルタ素子１，１Ａ，１Ｂと構成が相違し、他の基本的な構成は共通に構成されている。この場合、各接地用電極１０，１０には、図１５に示すように、柱状部１１ｂを挿入するための中心孔１０ａと、磁性体９に対してショートリングを構成しないようにするための切り込み１０ｂとをそれぞれ形成する。また、箱状磁性部材１１には、入力端子６および出力端子７と同様にして、各接地用電極１０，１０に接続した接地用端子８を磁性体９の外部に引き出すための切り欠き部（図示せず）を形成する。
【００２９】
このフィルタ素子３１でも、フィルタ素子１と同様にして、スパイラルコイル２を形成する線状の導体が磁性体９によって形成される閉磁路によって互いに磁気的に強く結合するため、低い周波数のノイズに対してもローパスフィルタとして有効に機能し、信号に重畳している低い周波数のノイズの通過を効果的に抑制することができる。また、各接地用電極１０，１０とスパイラルコイル２との間に補助導体４，４を配設して構成したため、図５に示すように、スパイラルコイル２の各単位領域相互間、スパイラルコイル２における隣接する各ターン相互間、さらには隣接していない各ターン相互間にその容量を任意に設定可能な線間容量Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｐ３をそれぞれ形成することができる。したがって、このフィルタ素子３１であっても、厚みの大幅な増加を招くことなく、その損失特性や位相特性を自由に設計して、所望の特性に設定することができる。また、磁性体９の外面に接地用電極１０，１０のような金属材が露出していないため、他の電子部品に接触した場合であっても、この接触に起因するショート故障を未然に防止することができる。なお、フィルタ素子３１においても、図７〜図１２に示すように、補助導体４をスパイラルコイル２に対して偏在させる構成を採用することもできるし、図１３に示すように、各補助導体４，４をそれぞれ分割すると共にスパイラルコイル２に対する距離を異ならしめる構成を採用することもできる。
【００３０】
次いで、本発明の第３の実施の形態に係るフィルタ素子４１について、図面を参照して説明する。なお、フィルタ素子１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３１】
フィルタ素子４１は、図１６に示すように、一対のスパイラルコイル２，２、誘電体層３、一対の補助導体４，４、絶縁体としての一対の絶縁体層５，５、一対の入力端子（図示せず）、一対の出力端子（図示せず）、接地用端子（図示せず）、磁性体９および一対の接地用電極１０，１０を備え、コモンモードフィルタとして構成されている。この場合、一対のスパイラルコイル２，２は、誘電体層３内に互いに平行状態で離間して対向配置されている。また、各スパイラルコイル２，２は、同一方向に周回するように配置されている。また、各入力端子は、各々の一端側が各スパイラルコイル２，２における周回方向に沿った同一方向の各一端側にそれぞれ接続され、各出力端子は、各々の一端側が各スパイラルコイル２，２における他端側にそれぞれ接続されて、周壁１１ｃに形成された各切り欠き部１１ｄ，１１ｄを通して各々の他端側が磁性体９の外部に突出している。
【００３２】
このフィルタ素子４１では、フィルタ素子１と同様にして、磁性体９が、各入力端子から信号を入力している状態において各スパイラルコイル２，２の周囲に発生する磁束に対する閉磁路を形成する。このため、スパイラルコイル２，２を形成する線状の各導体はこの閉磁路によって互いに磁気的に強く結合し、分布インダクタンスが増大する。すなわち、コモンモード信号に対する分布インダクタンスが増大して、より低い周波数のコモンモード信号に対しても特性インピーダンスが大きくなる。一方、各スパイラルコイル２，２に互いに例えば電流の向きが逆方向の信号を入力したときには、各スパイラルコイル２，２の周囲に発生する磁束が磁性体９内で打ち消し合うため、分布インダクタンスは信号の周波数に拘わらず小さい状態が維持される。したがって、フィルタ素子４１は、理想的なコモンモードフィルタとして機能する。さらに、フィルタ素子４１でも、フィルタ素子１と同様にして、各スパイラルコイル２と、各スパイラルコイル２に対向して配設された各接地用電極１０，１０との間に補助導体４がそれぞれ配設されているため、各スパイラルコイル２の各単位領域相互間、スパイラルコイル２における隣接する各ターン相互間、さらには隣接していない各ターン相互間にその容量を任意に設定可能な線間容量をそれぞれ形成することができる。したがって、厚みの大幅な増加を招くことなく、その損失特性や位相特性を自由に所望の特性に設計することができる。なお、フィルタ素子４１においても、図７〜図１２に示すように、補助導体４をスパイラルコイル２に対して偏在させる構成を採用することができるし、図１３に示すように、各補助導体４，４をそれぞれ分割すると共にスパイラルコイル２に対する距離を異ならしめる構成を採用することができるのは勿論である。
【００３３】
ところで、上記各実施の形態のフィルタ素子１，１Ａ，１Ｂ，３１において、一対の接地用電極１０，１０のうちの一方のみを配設して構成したとしても、補助導体４を配置することにより、フィルタ設計において、スパイラルコイル２の線間容量を調節することができる。ところが、このようなフィルタ素子では、外来ノイズが信号線路としてのスパイラルコイル２に侵入し易くなる。これに対して、上記したフィルタ素子１，１Ａ，１Ｂ，３１では、スパイラルコイル２の両面側に一対の接地用電極１０，１０を配設して構成したことにより、磁性体９を介してフィルタ素子１，１Ａ，１Ｂ，３１の内部に外来ノイズが侵入した場合であっても、一対の接地用電極１０，１０がシールド板として機能するため、スパイラルコイル２を通過する信号に対する外来ノイズの重畳を十分に低減することができる結果、外来ノイズに対する耐性を十分に向上させることができる。また、フィルタ素子４１でも、一対のスパイラルコイル２，２に対してそれぞれその外面側に一対の接地用電極１０，１０を常に配設する構成となるため、フィルタ素子１，１Ａ，１Ｂ，３１と同様にして、外来ノイズに対する耐性を十分に向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、上記各実施の形態のフィルタ素子１，１Ａ，１Ｂ，３１，４１において、一対の補助導体４，４のうちの一方のみを配設して構成したとしても、スパイラルコイル２の線間容量を任意の容量値に設定することができる。また、スパイラルコイル２は、円形に周回して形成する構成に代えて、三角形や四角形などの多角形に周回して形成する構成を採用することもできる。この場合、誘電体層３、補助導体４、絶縁体層５、接地用電極１０、箱状磁性部材１１および蓋状磁性部材１２の平面形状は、スパイラルコイル２の平面形状に合わせた形状に構成することもできる。また、磁性体９として、いわゆるトロイダルコアやＥＩコア等を用いることもできる。さらに、フィルタ素子３１において、磁性体９と接地用電極１０との電気的な短絡を避ける必要があるときには、接地用電極１０と磁性体９との間に、絶縁材料で形成された絶縁層や、電気抵抗を有する材料で形成された抵抗層などを配設することもできる。また、上記した実施の形態では、互いに分離した一対の接地用電極１０，１０を用いた例を挙げて説明したが、各接地用電極１０，１０は共に接地用端子７に接続される構成のため、例えば金属板材によって互いに連結して一体化した構成を採用することもできる。
【００３５】
また、上記の実施の形態では、スパイラルコイル２（または一対のスパイラルコイル２，２）の中央部および一対の補助導体４，４の各中心孔４ａを貫通すると共にスパイラルコイル２を被覆するようにして配設されてスパイラルコイル２の周囲に発生する磁束に対する閉磁路を形成可能な磁性体９を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、磁性体は、スパイラルコイル２の周囲に形成される磁路の少なくとも一部に配設されていればよい。具体的には、スパイラルコイル２（または一対のスパイラルコイル２，２）の中央部および一対の補助導体４，４の各中心孔４ａを貫通する棒状に磁性体を構成してもよいし、貫通させることなく補助導体４に対向して配置される膜状（または層状）に磁性体を構成してもよい。
【００３６】
また、上記の第１の実施の形態における積層体Ａに代えて、図１７に示すように、多層のプリント基板５２を用いて形成した積層体Ａ２を使用して、フィルタ素子５１を構成することもできる。この場合、プリント基板５２は、一例としてガラスエポキシ、ベークライト、紙エポキシ、またはセラミックス等の非磁性材料である絶縁材で形成された基材（絶縁層）５２ａ（図１８参照）で構成されており、その内層（導体層）５２ｂ（図１８参照）によって図１９に示す積層体Ａ２のスパイラルコイル２が形成され、その表面の導体層５２ｃ（図１８参照）によって図１９に示す一方の補助導体４、入力端子６および出力端子７が形成され、さらに、その裏面の導体層５２ｄ（図１８参照）によって図１９に示す他方の補助導体４が形成されている。また、スパイラルコイル２は、その一端側がビアホール（図示せず）を介して入力端子６における内側の端部に接続され、他端側がビアホール（図示せず）を介して出力端子７における内側の端部に接続されている。各補助導体４，４には、図１７，１９に示すように、切り込み４ｂがそれぞれ設けられて、ショートリングとして機能しないように構成されている。また、プリント基板５２の基材５２ａが積層体Ａの誘電体層３と同等の誘電体層として機能する。また、プリント基板５２の表面および裏面には、磁性体９との電気的絶縁性を確保するために、図１８に示すように、絶縁材としてのレジスト層５２ｅがそれぞれ形成されて、積層体Ａの絶縁体層５，５と同等の絶縁体層として機能する。また、プリント基板５２には、図１７に示すように、箱状磁性部材１１の柱状部１１ｂを挿通させるための円形貫通孔５２ｆがスパイラルコイル２および各補助導体４，４の中央部に形成され、箱状磁性部材１１の各周壁１１ｃを挿通させるための弧状貫通孔５２ｇがスパイラルコイル２および各補助導体４，４の周縁側に形成されている。
【００３７】
上記した積層体Ａ２は、円形貫通孔５２ｆ内に箱状磁性部材１１の柱状部１１ｂが挿入されると共に、各弧状貫通孔５２ｇ内に各周壁１１ｃが挿入され、さらにプリント基板５２の表面から突出する柱状部１１ｂおよび各周壁１１ｃの端面に蓋状磁性部材１２が載置されることにより、箱状磁性部材１１と蓋状磁性部材１２との間で挟持される。この構成により、積層体Ａ２のスパイラルコイル２および一対の補助導体４，４は、磁性体９の内部に収納される。また、入力端子６および出力端子７は、周壁１１ｃに形成された各切り欠き部１１ｄ，１１ｄを介して各々の他端側が磁性体９の外部に突出させられる。
【００３８】
このフィルタ素子５１では、上記したフィルタ素子１と同様の作用効果を奏すると共に、さらに多層のプリント基板５２を用いて形成した積層体Ａ２を使用したことにより、基材（絶縁層）５２ａ、絶縁層５２ｅおよび導体層５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの厚みを正確に設定可能となるため、精度の高い分定数型フィルタ素子を確実かつ容易に実現することができる。また、積層体Ａ２を形成するためのプリント基板５２は、積層体Ａ２専用に構成してもよいし（上記したスパイラルコイル２や補助導体４，４等のフィルタ素子５１の構成要素のみが形成されている構成）、積層体Ａ２専用の構成と他の電子回路とを共に形成するように構成することもできる。後者の場合には、積層体Ａ２専用の構成が形成されたプリント基板の一部の領域に円形貫通孔５２ｆおよび弧状貫通孔５２ｇを利用して磁性体９を取り付けることにより、この一部の領域にフィルタ素子５１を形成することができる。この構成によれば、フィルタ素子５１を含む電子回路を一枚のプリント基板上に形成することができるため、フィルタ素子５１と他の電子回路との間の配線作業を省くことができる結果、電子機器を安価に製造することができる。また、多層のプリント基板５２を用いることにより、図１２に示すように、各補助導体４，４を偏在して配設したり、また図１３に示すように、各補助導体４，４を複数に分割すると共にスパイラルコイル２からの距離を互いに異ならしめたりする構成を確実かつ容易に実現することができる。
【００３９】
また、上記の第２の実施の形態における積層体Ａ２に代えて、図２０に示すように、多層のプリント基板６２を用いて形成した積層体Ａ３を使用して、フィルタ素子６１を構成することもできる。この場合、プリント基板６２は、一例としてガラスエポキシ等の絶縁材で形成された基材（絶縁層）６２ａ（図２１参照）で構成されており、その内層（導体層）６２ｂ（図２１参照）によって図２２に示す積層体Ａ３のスパイラルコイル２が形成され、導体層６２ｂを挟んで配設された一対の内層（導体層）６２ｃ，６２ｄ（図２１参照）によって図２２に示す一対の補助導体４，４が形成されている。また、プリント基板６２の表面の導体層６２ｅ（図２１参照）によって図２２に示す一方の接地用電極１０、入力端子６、出力端子７および接地用端子８が形成され、プリント基板６２の裏面の導体層６２ｆ（図２１参照）によって図２２に示す他方の接地用電極１０が形成されている。また、スパイラルコイル２は、その一端側がビアホール（図示せず）を介して入力端子６における内側の端部に接続され、他端側がビアホール（図示せず）を介して出力端子７における内側の端部に接続されている。また、接地用端子８と一方の接地用電極１０とは直接接続されている（図２０，２２参照）。
【００４０】
また、図２２に示すように、各補助導体４，４には切り込み４ｂがそれぞれ設けられ、各接地用電極１０，１０にも切り込み１０ｂがそれぞれ設けられて、ショートリングとして機能しないように構成されている。また、プリント基板６２の基材６２ａが積層体Ａの誘電体層３と同等の誘電体層として機能する。また、プリント基板６２の表面および裏面には、磁性体９との電気的絶縁性を確保するために、図２１に示すように、絶縁材としてのレジスト層６２ｇがそれぞれ形成されて、積層体Ａの絶縁体層５，５と同等の絶縁体層として機能する。また、プリント基板６２には、図２０に示すように、箱状磁性部材１１の柱状部１１ｂを挿通させるための円形貫通孔６２ｈがスパイラルコイル２および各補助導体４，４の中央部に形成され、箱状磁性部材１１の各周壁１１ｃを挿通させるための弧状貫通孔６２ｉがスパイラルコイル２および各補助導体４，４の周縁側に形成されている。
【００４１】
上記した積層体Ａ３は、円形貫通孔６２ｈ内に箱状磁性部材１１の柱状部１１ｂが挿入されると共に、各弧状貫通孔６２ｉ内に各周壁１１ｃが挿入され、さらにプリント基板６２の表面から突出する柱状部１１ｂおよび各周壁１１ｃの端面に蓋状磁性部材１２が載置されることにより、箱状磁性部材１１と蓋状磁性部材１２との間で挟持される。この構成により、積層体Ａ３のスパイラルコイル２、一対の補助導体４，４および一対の接地用電極１０，１０は、磁性体９の内部に収納される。また、入力端子６および出力端子７は、周壁１１ｃに形成された各切り欠き部１１ｄ，１１ｄ，１１ｄを介して各々の他端側が磁性体９の外部に突出させられる。
【００４２】
このフィルタ素子６１では、上記したフィルタ素子１と同様の作用効果を奏すると共に、さらに多層のプリント基板６２を用いて形成した積層体Ａ３を使用したことにより、上記のフィルタ素子５１と同様にして、基材（絶縁層）６２ａ、レジスト層６２ｇおよび導体層６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆの厚みを正確に設定可能となるため、精度の高い分定数型フィルタ素子を確実かつ容易に実現することができる。また、フィルタ素子５１と同様にして、積層体Ａ３専用の構成（スパイラルコイル２、補助導体４，４および接地用電極１０，１０等）と他の電子回路とが共に形成されたプリント基板を使用することにより、フィルタ素子６１を含む電子回路を一枚のプリント基板上に形成することができるため、フィルタ素子６１と他の電子回路との間の配線作業を省くことができる結果、電子機器を安価に製造することができる。
【００４３】
また、図示はしないが、上記のフィルタ素子５１，６１において、各プリント基板５２，６２の内層５２ｂ，６２ｂがもう一層追加された構成のプリント基板を使用することにより、一対の補助導体４，４間にスパイラルコイル２を一対形成することができるため、フィルタ素子４１と同等のコモンモードフィルタを構成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の分布定数型フィルタ素子によれば、スパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行に、非磁性材からなる誘電体を介して配設された平面状の補助導体を備えたことにより、その一部の領域に含まれるスパイラルコイルを形成する導体の複数の部位間における結合容量（つまり線間容量）を増加させることができる。したがって、分布容量のみならず線間容量を自由に設定可能となるため、線間容量を自由に設定できない従来のフィルタ素子とは異なり、厚みの大幅な増加を招くことなく、その損失特性や位相特性を自由に設定して所望のフィルタ特性を実現することができる。
【００４５】
また、請求項２記載の分布定数型フィルタ素子によれば、スパイラルコイルの各外面とスパイラルコイルの各外面側に配設された接地用電極との間に補助導体をそれぞれ配設したことにより、シールド板として機能する接地用電極によって外来ノイズに対する耐性も十分に向上させることができる。
【００４６】
また、請求項３記載の分布定数型フィルタ素子によれば、互いに対向する各スパイラルコイルおよび各接地用電極の間であってスパイラルコイルにおける少なくとも一部の領域に近接して平行に、非磁性材からなる誘電体を介してそれぞれ一対の補助導体を配設したことにより、その一部の領域に含まれるスパイラルコイルを形成する導体の複数の部位間における結合容量（つまり線間容量）を増加させることができる。したがって、分布容量のみならず線間容量を自由に設定可能となるため、線間容量を自由に設定できない従来のフィルタ素子とは異なり、厚みの大幅な増加を招くことなく、その損失特性や位相特性を自由に設定して所望のフィルタ特性を有するコモンモードフィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィルタ素子１の構成を示す分解斜視図である。
【図２】フィルタ素子１の完成状態の斜視図である。
【図３】図２におけるフィルタ素子１のＷ−Ｗ線断面図である。
【図４】フィルタ素子１における積層体Ａの構成を示す分解斜視図である。
【図５】フィルタ素子１の等価回路の一例を示す回路図である。
【図６】フィルタ素子１の周波数に対する入力損失と位相の関係を示す特性図である。
【図７】補助導体４の他の構成例を示す平面図である。
【図８】補助導体４の他の構成例を示す平面図である。
【図９】補助導体４の他の構成例を示す平面図である。
【図１０】補助導体４の他の構成例を示す平面図である。
【図１１】補助導体４の他の構成例を示す平面図である。
【図１２】補助導体４をスパイラルコイル２に対して偏在させたフィルタ素子１Ａの側面断面図である。
【図１３】補助導体４を分割してスパイラルコイル２に対する距離を異ならしめたフィルタ素子１Ｂの側面断面図である。
【図１４】フィルタ素子３１の内部構造を示す側面断面図である。
【図１５】フィルタ素子３１における積層体Ａ１の構成を示す分解斜視図である。
【図１６】フィルタ素子４１の構成を示す側面断面図である。
【図１７】フィルタ素子５１の構成を示す分解斜視図である。
【図１８】フィルタ素子５１に用いられる積層体Ａ２（プリント基板５２）の構成を示す断面図である。
【図１９】フィルタ素子５１に用いられる積層体Ａ２（プリント基板５２）における各導体層の構成を示す分解斜視図である。
【図２０】フィルタ素子６１の構成を示す分解斜視図である。
【図２１】フィルタ素子６１に用いられる積層体Ａ３（プリント基板６２）の構成を示す断面図である。
【図２２】フィルタ素子６１に用いられる積層体Ａ３（プリント基板６２）における各導体層の構成を示す分解斜視図である。
【図２３】フィルタ素子１０１の内部構造を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，３１，４１，５１，６１  フィルタ素子
２  スパイラルコイル
３  誘電体層
４  補助導体
５  絶縁体層
６  入力端子
７  出力端子
８  接地用端子
９  磁性体
１０  接地用電極
Ｃｐ  線間容量（結合容量）
【図１】
2004200826.tif 000003
【図２】
2004200826.tif 000004
【図３】
2004200826.tif 000005
【図４】
2004200826.tif 000006
【図５】
2004200826.tif 000007
【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】
2004200826.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004200826.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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