JP2002110428A - 巻線型コモンモードチョークコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波帯域のコモンモードインピーダンス特
性に優れ、インターフェースＵＳＢ２．０等に対応する
電子機器のコモンモードノイズ対策に有効な巻線型コモ
ンモードチョークコイルを提供する。 【構成】 巻線型コモンモードチョークコイル１０は、
電極７、・・が鍔部２、３に付設された磁性コア１の巻
芯５に２本の絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂが巻回されてその
端末が前記電極７、・・に各々導電接続され、外装樹脂
材９が鍔２、３間を被覆して全体が直方体形状のチップ
形となって自動表面実装に適した形状であって、特に、
前記絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂが直径２０μｍ〜１００μ
ｍの銅線や銀線等の導体線の表面を厚さが０．１μｍ〜
１０μｍの強磁性体層で覆うとともにその外周を絶縁材
で被覆した構造であることを特徴とし、表皮効果によっ
て数百ＭＨｚ以上の高周波帯域のコモンモードインピー
ダンス特性を向上した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数百ＭＨｚ帯域の
高周波信号を扱う各種電子機器のコモンモードノイズ対
策に適合する巻線型コモンモードチョークコイルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源ラインの不要輻射ノイズ対
策、高周波信号のコモンモードノイズ対策に利用されて
いる巻線型コモンモードチョークコイルとして、巻芯の
両側に鍔を有し、且つこの両鍔または一方の鍔の周面か
ら端面に亙って複数の電極が形成されたフェライト磁性
コアの前記巻芯にバイファイラ巻等により２〜４本の絶
縁被覆導線を数ターン〜数十ターン巻回して巻線とし、
該絶縁被覆導線の巻き始めの端末と巻終わりの端末を前
記電極に各々半田付けや熱圧着等により導電接続したも
のがある。

【０００３】また、前記磁性コアの鍔間を連結する板状
磁性コアを磁気シールドとして巻線巻回後に両鍔の上方
の周面上に接着剤で接着して略閉磁路構造となるように
し、漏洩磁束を低減させてインピーダンス特性を向上し
たものもある。

【０００４】また、非磁性材の樹脂モールドによって高
周波におけるコモンモードインピーダンス特性を向上し
つつチップ化を図ったものもある。

【０００５】ところで、パーソナルコンピュータと周辺
機器との新たなインターフェースＵＳＢ（Universal Se
rial Bus）２．０の規格が公開されてパソコン及び周辺
機器の開発が最近本格化しているが、このＵＳＢ２．０
は４８０Ｍｂｐｓという非常に速いデータ転送速度を特
徴としており、パソコン及び周辺機器の設計において、
４８０ＭＨｚという高い動作周波数の信号線を取り扱う
ことになって信号波形の歪や放射電磁雑音を抑えるため
の特段の考慮が必要になる。例えば、パソコンのメイン
ボードの配線ではインピーダンスの不整合を無くしたり
コネクタ部の放射電磁雑音を抑えるといったコモンモー
ドノイズ対策が必要になる。

【０００６】既存のインターフェースＵＳＢ１．１で
は、コネクタ部の放射電磁雑音を抑える等の目的でフェ
ライトビーズインダクタが汎用されているが、このフェ
ライトビーズインダクタは適用周波数が数十ＭＨｚ程度
までであって、４８０ＭＨｚで動作するＵＳＢ２．０で
は信号波形の高周波成分を却って低減してしまうことに
なるので不適であることが指摘されている。そして、イ
ンターフェースＵＳＢ２．０対応のパソコン及び周辺機
器の開発に当たってはコモンモードノイズ対策のために
フェライトビーズインダクタに代わってコモンモードチ
ョークコイルを利用することが推奨されている。

【０００７】一方、高周波コイル用として銅線の表面に
強磁性体薄膜層をコーティングし、さらにその周囲にポ
リウレタン等の絶縁被覆層が形成された線材が所謂「磁
性メッキ線」として既に市販されている。これは強磁性
体薄膜層の磁性シールドによりコイルに生じる近接効果
（proximity effect）の影響を低減して導体（銅線）の
電流分布を均一化して実効抵抗を低減することによって
高周波損失を数１０％低減させた線材であり、数ＭＨｚ
〜１０数ＭＨｚ程度の高周波帯域で適用するコイルのＱ
特性を向上させることができるとするものである。

【０００８】例えば図８はφ５．２ｍｍのプラスチック
ボビンに上記磁性メッキ線（直径８０μｍ）を３０ター
ン密着巻したコイルＡと、同条件で通常の絶縁被覆導線
を巻回したコイルＢとのｆ（周波数）対Ｑ（quality fa
ctor）の特性比較を示す実測定グラフであるが、このグ
ラフより測定された４ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの周波数帯域
でコイルＡの方がコイルＢに比べてＱ特性が数１０％向
上していることが判る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】インターフェースＵＳ
Ｂ２．０のような数百ＭＨｚ以上〜ＧＨｚ領域の高周波
のコモンモードノイズを除去するにつき、前述のように
フェライトビーズインダクタに代えてコモンモードチョ
ークコイルを採用するにしても、従来のコモンモードチ
ョークコイルの適用周波数は数ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ程
度の高周波信号であり、上記数百ＭＨｚ以上の帯域のコ
モンモードインピーダンスの周波数特性向上が強く要請
される。本発明はこのような事情に鑑みて、巻線型コモ
ンモードチョークコイルに使用する絶縁被覆導線につき
考察を重ねて上記要請を実現することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、 （１）複数の電極が鍔部に付設された磁性コアの巻芯に
複数本の絶縁被覆導線が巻回されてその端末が前記電極
に各々導電接続された構造を備える巻線型コモンモード
チョークコイルにおいて、前記絶縁被覆導線が、直径２
０μｍ〜１００μｍの導体線の表面を厚さ０．１μｍ〜
１０μｍの強磁性体層で覆うとともに前記強磁性体層の
外周を絶縁材で被覆した構造であることを特徴とする巻
線型コモンモードチョークコイルを提供する。 （２）また、上記（１）に記載の巻線型コモンモードチ
ョークコイルにおいて、絶縁被覆導線が、強磁性体層で
表面が覆われた一対の平行な導体線を絶縁材で一体に被
覆したペア線であり、磁性コアの巻芯にバイファイラ巻
されていることを特徴とする巻線型コモンモードチョー
クコイルを提供する。

【００１１】なお、本発明で使用する強磁性体層を有す
る絶縁被覆導線として、前述の既存の磁性メッキ線を利
用することができる。この場合、本発明での使用周波数
帯域は従来の磁性メッキ線の想定する１０数ＭＨｚ帯域
ではなく、数百ＭＨｚ以上〜ＧＨｚ域の高周波帯域であ
り、また、磁性メッキ線の使用目的は従来の近接効果の
低減によるＱ特性の向上目的ではなく、むしろ導体に流
れる高周波電流もしくは電場の表皮効果（skin effec
t）を積極的に利用して、導体線回りの強磁性体層にお
ける実効抵抗の増大によって前記数百ＭＨｚ以上の高周
波帯域におけるコモンモードインピーダンス特性を向上
させることにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る巻線型コモンモード
チョークコイルの実施の形態を図面に基いて説明する。

【００１３】図１は本発明の構成要素である絶縁被覆導
線の断面構造例を示す断面図であり、（ａ）は単線、
（ｂ）はペア線である。図２は本発明に係る第１の実施
の形態の巻線型コモンモードチョークコイルを示す図で
ある。図３は本発明の試作品のコモンモードインピーダ
ンス（Ｚ）対周波数（ｆ）特性を示すグラフである。図
４は第２の実施の形態の巻線型コモンモードチョークコ
イルを示す図である。図５は第３の実施の形態の巻線型
コモンモードチョークコイルの図である。図６、図７は
他の実施の形態の巻線型コモンモードチョークコイルを
示す図である。

【００１４】本発明の巻線型コモンモードチョークコイ
ルの基本構造は、使用する絶縁被覆導線を除き従来のそ
れと同等である。即ち、図２の直方体チップタイプの巻
線型コモンモードチョークコイル１０を参照すると、複
数の直付けの電極７、・・が鍔部２、３に付設された磁
性コア１の巻芯５に２本の絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂが巻
回されてその端末が前記電極７、・・に各々導電接続さ
れた構造を備える（なお、符号６の一点鎖線は電極７上
を最終的に覆う外部電極を示す。）。そしてこの巻線型
コモンモードチョークコイル１０では、上記基本構造に
加えて外装樹脂材９が鍔２、３間を埋めるように巻線の
外周を被覆していて、全体が直方体形状のチップ形とな
っており、自動表面実装に適した形状である。

【００１５】そして特に、前記絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂ
が、図１の（ａ）の断面図に示されるように、直径φ１
が２０μｍ〜１００μｍの銅線や銀線等の導体線１１の
表面を厚さｄが０．１μｍ〜１０μｍの強磁性体層１２
で覆うとともに前記強磁性体層１２の外周をポリウレタ
ン樹脂等の絶縁材１３で被覆した構造であることを特徴
とする。

【００１６】上記絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂの巻芯５への
巻き方は種々あって制限はないが、高結合のコモンモー
ドチョークコイルとするにはバイファイラ巻にすること
が好ましく、この点で図１の（ｂ）の断面図に示される
ように、強磁性体層１２で表面が覆われた一対の平行な
導体線１１を一体の絶縁材１３で被覆してペア線１５と
した絶縁被覆導線が結合度を高めるのに適していると言
える。

【００１７】次に、上記強磁性体層１２を備える絶縁被
覆導線８Ａ、８Ｂ（φ１＝７０μｍ）を直径０．６ｍｍ
のフェライト磁芯に５ターン巻回した巻線型コモンモー
ドチョークコイルの試作品のコモンモードインピーダン
ス（Ｚ）対周波数（ｆ）特性は、図３のグラフの実線で
示されるように、１０００ＭＨｚ以上までコモンモード
インピーダンスＺが急激に上昇しており、同条件下の通
常の絶縁被覆導線を使用した場合の特性（破線）に比し
て高周波特性に優れていることが判る。つまり、インタ
ーフェースＵＳＢ２．０の動作周波数４８０ＭＨｚとい
った４００ＭＨｚを超える高周波信号のコモンモードノ
イズ除去に有効といえる。

【００１８】上記高周波特性の改善を定性的に考察する
と、導体の透磁率μ、電気伝導率σ、電磁場の角振動数
ωにおいて、電磁場の強さが表面の１／ｅになる厚さδ
＝［２／μσω］１／２を表皮厚さ（skin depth）と呼
ぶが、δは√μと√ωに反比例するため強磁性体の導線
は特に実効抵抗が高周波で大きくなる。

【００１９】導体線１１としての銅線の表面を鉄やステ
ンレス等の強磁性体層１２（これ自体も導体である）で
覆った本発明で使用する絶縁被覆導線（磁性メッキ線）
８Ａ、８Ｂでは、高周波になるほど表皮効果で銅線の外
周付近に電流が偏移して実効抵抗は当然増大するが、こ
れに加えて強磁性体層１２を流れる高周波電流の抵抗寄
与分が増えることになって実効抵抗の増大が一般の絶縁
被覆導線よりも顕著に現れるのである。なお、強磁性体
層１２に使用する材質としては、透磁率の高いもの程良
好であり、鉄、ステンレス、スチール（鋼鉄）が適用可
能である。また、ノーマルモードインピーダンスを低く
且つ表皮効果を高めるにはδに比して導体線１１を可及
的に太くすることが望ましく、強磁性体層１２の厚さｄ
も一般に厚い方が望ましいといえるが、実際上はコイル
寸法、巻回数、磁性コア強度その他の条件で絶縁被覆導
線８Ａ、８Ｂの太さが最良に決定される。

【００２０】上記本発明で使用する強磁性体層１２で導
体線１１の表面を覆った絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂもしく
はそのペア線１５は種々の形状、寸法の巻線型コモンモ
ードチョークコイルに適用できることは既に述べた。例
えば、前記試作品は図４に示されるような板状磁性コア
１７を備える巻線型コモンモードチョークコイル２０
（巻芯は円形断面）であり、付記した寸法（単位ｍｍ）
のように横幅２．０ｍｍ、縦幅１．２ｍｍ、高さ１．５
ｍｍという非常に小型のものである。また、図５の巻線
型コモンモードチョークコイル３０は高さ０．９ｍｍと
一層低背化を進めたものであり、巻芯は矩形断面となっ
ている。

【００２１】また、絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂの電極７へ
の導電接続箇所は、図２のように鍔２、３の側面側に設
ける場合の他に、図６の巻線型コモンモードチョークコ
イル４０では板状磁性コア１７を本体磁性コア１の鍔
２、３の上面に樹脂接着剤１８で接着固定するとともに
絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂが上記板状磁性コア１７と磁性
コア１の両鍔２、３の上面の電極に熱圧着にて接合した
構造や、図７の巻線型コモンモードチョークコイル５０
のように板状磁性コア１７を本体磁性コア１の上面に接
着剤等で接着固定し、絶縁被覆導線８Ａ、８Ｂが両鍔
２、３の底面側の電極に熱圧着で接合された構造のもの
等が考えられる。なお、図６、図７双方とも熱圧着部分
は電極材に埋め込まれるようにするのが好ましい。

【００２２】以上詳述したように本発明のコイル構造は
種々のタイプの巻線型コモンモードチョークコイルに対
して適用可能であり、インターフェースＩＥＥＥ１３９
４やＵＳＢ２．０等の数百ＭＨｚ以上の高周波を扱うパ
ソコン機器等について有効なコモンモードノイズ対策を
行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る巻線型コモンモードチョー
クコイルは上記のような構成のため、数百ＭＨｚ以上の
高周波帯域でのコモンモードインピーダンス特性が向上
し、インターフェースＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ２．０
等に対応する電子機器のコモンモードノイズ対策に有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成要素である絶縁被覆導線の断面構
造例を示す断面図であり、（ａ）は単線、（ｂ）はペア
線である。

【図２】本発明に係る第１の実施の形態の巻線型コモン
モードチョークコイルを示す図である。

【図３】本発明の試作品のコモンモードインピーダンス
（Ｚ）対周波数（ｆ）特性を示すグラフである。

【図４】第２の実施の形態の巻線型コモンモードチョー
クコイルを示す図である。

【図５】第３の実施の形態の巻線型コモンモードチョー
クコイルの図である。

【図６】他の実施の形態の巻線型コモンモードチョーク
コイルを示す図である。

【図７】他の実施の形態の巻線型コモンモードチョーク
コイルを示す図である。

【図８】磁性メッキ線を密着巻したコイルと同条件で通
常の絶縁被覆導線を巻回したコイルのｆ−Ｑ特性を示す
実測定グラフである。

【符号の説明】

１ 磁性コア ２、３ 鍔 ５ 巻芯 ６ 外部電極 ７ 電極 ８Ａ、８Ｂ 絶縁被覆導線 ９ 外装樹脂材 １０、２０、３０、４０、５０ 巻線型コモンモード
チョークコイル １１ 導体線 １２ 強磁性体層 １３ 絶縁材 １５ ペア線 １７ 板状磁性コア １８ 樹脂接着剤 φ１ 導体線の直径 ｄ 強磁性体層の厚さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極が鍔部に付設された磁性コア
   の巻芯に複数本の絶縁被覆導線が巻回されてその端末が
   前記電極に各々導電接続された構造を備える巻線型コモ
   ンモードチョークコイルにおいて、前記絶縁被覆導線
   が、直径２０μｍ〜１００μｍの導体線の表面を厚さ
   ０．１μｍ〜１０μｍの強磁性体層で覆うとともに前記
   強磁性体層の外周を絶縁材で被覆した構造であることを
   特徴とする巻線型コモンモードチョークコイル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の巻線型コモンモードチ
   ョークコイルにおいて、絶縁被覆導線が、強磁性体層で
   表面が覆われた一対の平行な導体線を絶縁材で一体に被
   覆したペア線であり、磁性コアの巻芯にバイファイラ巻
   されていることを特徴とする巻線型コモンモードチョー
   クコイル。