【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルタ、特にインダクダンス素子とバリスタ素子とで構成した、サージ吸収機能を有するフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の機器において、マイクロプロセッサや半導体メモリをはじめとする半導体装置が広く使用されており、サージやノイズ、静電気による半導体装置の破壊や誤動作の防止が重要な課題となっている。
【０００３】
コンピュータやデータ伝送装置をはじめとする、情報処理機能を有する機器の多くは、商用電源等の外部電源から電力の供給を受け、ネットワークを通して相互にデータの送受をし、データ処理をしている。これら機器には電源ラインやデータ伝送ラインを通してサージやノイズが侵入し、それによって主要な構成要素である半導体装置が破壊したり誤動作をしたりするおそれがつねにある。
【０００４】
また、日常生活の場で使用する機器たとえば家庭電化製品についても、その機能を充実させ、利便性を高めるために、情報処理機能が付加され、これらについてもサージやノイズによる破壊や誤動作を防止する必要性が高まってきている。特に近年、それらをネットワークに接続し、外部から動作を制御し、あるいは動作状態を監視するための技術開発が進められ、実用化が具体的に検討されている。
【０００５】
これまで、装置のデータ処理系やデータ伝送系においては、小型化、軽量化、低消費電力化という要請が強く、また伝送・処理すべき信号が非常に高い周波数域のものであることから、この種用途には、インダクタンス素子と容量素子とを積層し一体化して、チップ化した小型フィルタが種々提案され、商品化されている。また、その容量素子として積層構造の酸化亜鉛バリスタを使用することで、サージ吸収機能をあわせもったフィルタも提案されている。
【０００６】
一方、電源系においては、データ処理系やデータ伝送系に比べて高電圧、大電流、低周波であることから、個別のインダクタンス素子と容量素子とで構成したフィルタが多用されている。
【０００７】
ところで、サージとしては雷サージや、主回路開閉サージ、直流開閉サージ等があり、ノイズには電波ノイズ等がある。それらの周波数成分は、雷サージで約２０ｋＨｚ以下、主回路開閉サージで数ＭＨｚから数十ＭＨｚ、直流回路開閉サージで数十ｋＨｚから１ＭＨｚと、かなり低い周波数である。これに対して、電波ノイズの周波数成分では１００ｋＨｚから１ＧＨｚであり、サージに比べて広く、また高い領域までにわたって分布している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
チップ型のフィルタは、そのインダクタンス値が非常に小さいことから、一般に数百ＭＨｚから数ＧＨｚの高周波数帯のノイズ対策には有用なものであるものの、サージ等の低い周波数帯においては使用困難なものであった。種々の周波数特性のフィルタを得るために、容量素子を構成するための誘電体層等に磁性体層を積層し、さらにこの積層体にコイルを巻装した構造とすることも提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００９】
【非特許文献１】
（社）日本電気技術者協会会誌「電気技術者」２００３年第１号第１４ページの第１表
【特許文献１】
特開平１１−３２９８５２号公報第００４９欄から第００５０欄
【特許文献２】
特開２０００―２３５９２１号公報第００２８欄から第００３０欄
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなチップ型のフィルタによれば、インダクタンス素子が層構造体であることから、得られるインダクタンス値に限界があり、上述したような比較的低い周波数のサージ等を効果的に防止することが困難であった。
【００１１】
無論、個別のインダクタンス素子やコンデンサ素子等では、フィルタが大型となることから、使用機器の小型・軽量化、あるいは低消費電力の動向が近年一層強まってきており、このような傾向に対応することがきわめて困難になってきた。
【００１２】
本発明は、上述した非常に低い周波数成分を有する雷サージの侵入をも効果的に阻止することができ、また印刷配線基板上に表面実装することができる寸法、形状の小型のフィルタを実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のフィルタは、磁性体からなる環状のコア、およびこのコアに導線を巻回して構成したコイルを有するインダクタンス素子と、このインダクタンス素子を挿通するバリスタ素子とを備え、インダクタンス素子とバリスタ素子とを一体化し、かつ前記素子同士を電気的に接続したものである。
【００１４】
環状の磁気コアに導線を巻回することで、高インダクタンスを容易に得ることができ、またその巻回数を選定することで所要のインダクタンス値とすることができる。これにより希望する周波数特性の実現が容易となり、電力ラインや通信ラインを通してのサージ等の侵入を効果的に阻止することができ、また機器内において発生したサージの漏出を防止することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１はその概観を示す斜視図であり、図２はその分解斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、このフィルタ１０は、形状がほぼ扁平で環状のインダクタンス素子１と、それを挿通するよう配置された板状のバリスタ素子２と、このバリスタ素子２の平行な二つの端縁部分に取り付けられた端子３，４，５とで構成されている。
【００１７】
インダクタンス素子１は、図２に示すように、同形状の二つの磁気コア素子６，７と、それぞれに絶縁被覆導線を巻きつけて構成したコイル８，９とからなる。磁気コア素子６，７同士は、それぞれの平行な二辺に沿って同方向に起立するよう設けた端縁部分を突き合わせることによって、バリスタ素子２を囲む環状の磁路を形成する。そして、コイル８，９は直列に接続され、その一端が端子４に、また多端が端子５にそれぞれ接続されている。コイル８，９同士の接続、およびコイル８，９と端子４，５との接続は、たとえばはんだ付け、ろう付けあるいは溶接等の方法で行うことができる。
【００１８】
磁気コア素子６，７はフェライト、たとえば鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）や、鉄、ニッケルおよび亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするフェライト、鉄、マンガンおよび亜鉛を主成分とするフェライトのいずれか一つで構成するのが実際的である。
【００１９】
バリスタ素子２は、バリスタ層と内部電極層とを交互に積層した構造であって、奇数番目の電極層と偶数番目の内部電極層の一部分が素子端面の端子３，４の取付け位置まで延長されて、対応する端子３，４にそれぞれ接続されている。バリスタ層には酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とするバリスタ材料を、また内部電極層には銀（Ａｇ）もしくは銀およびパラジウム（Ｐｄ）をそれぞれ使用するのが実際的である。
【００２０】
この素子２は、図３に示すように、バリスタ材料と有機バインダ材料とからなるシート２１上に銀ペーストもしくは銀−パラジウムペーストをスクリーン印刷して導電性ペースト層２２を形成したグリーンシート２３を所定枚数準備し、絶縁性グリーンシート２４を図面最上層となるよう配置して積層して、加圧一体化してから焼成することで容易に作製することができる。なお、図３に示すように、導電性ペースト層２２の外部への導出位置すなわち引出し位置を、奇数番目のグリーンシート２３と偶数番目のそれとのペースト層２２とで異ならせる。
【００２１】
内部電極層と端子３，４とは、銀等を導電材料とした導電性ペーストを使用することで容易に電気的に接続することができる。
【００２２】
端子３，４，５のそれぞれは、バリスタ素子２の端縁部分を挟持するほぼＵ字状の保持部１１，１２，１３と、この保持部１１，１２面を延長した面と交差する位置にまで伸張され、さらにそれから直交する方向へ折曲げられて形成された支持脚部を兼ねる外部導出部１４，１５，１６とからなる。
【００２３】
そして、端子３，４，５の外部導出部１４，１５，１６の少なくとも一部分が外部へ露出するよう、図１に示したフィルタ１０の残余の部分をエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で封止することによって、インダクタンス素子１とバリスタ素子２との一体化を強固なものとし、かつそれらを外部雰囲気による影響から保護することができる。
【００２４】
このように、フィルタ１０においては、そのインダクタンス素子１が磁気コア素子６，７へのコイルの８，９の巻回数を選ぶことによって、これまでのインダクタンス素子と容量素子とを複合一体化したフィルタに比べて、広い範囲で周波数特性を容易に制御することができる。そして、バリスタ素子２の容量分とあいまって、周波数成分が２０ｋＨｚ以下の雷サージに対しても機器内部への侵入を阻止することができる。無論、数十ＭＨｚ以下の比較的低い周波数のノイズやノイズに対しても、その機器への侵入、機器外部への放射を阻止作用を示す。さらに、雷サージ等がバリスタ素子２の導通電圧を超えるときには、その電圧を実質的に導通電圧に等しい値に制限することができ、過大電圧の侵入を防止することができる。
【００２５】
さらに、このフィルタ１０においては、磁気コア素子６，７による磁路が環状であるので、漏れ磁束が少なく、バリスタ素子をはじめ他の構成要素に及ぼす影響がきわめて低いことから、漏れ磁束によるノイズの発生というおそれも小さい。
【００２６】
さらにまた、このフィルタ１０は、その形状が扁平状であり、端子３，４，５の取付け方向を一方向としているので、印刷配線板等への面実装が可能となり、機器の電源部の大型化のおそれを軽減することができる。
【００２７】
上述の例では、インダクタンス素子１の磁気コア素子６，７を同じ形状とし、突き合わせることで環状のコアとしているが、素子６，７の形状が異なっていても突き合わせて環状磁路を形成できるものであればよい。無論、このような突合せ構造に限らず、図４に示すように、環状をなす一つの磁気コア１７としてよい。
【００２８】
さらに、バリスタ素子２として、上述の酸化亜鉛バリスタ素子に代えて積層再酸化型のチタンストロンチウムバリスタ素子を使用してもよいのは言うまでもないことである。
【００２９】
上述のフィルタ１０の使用態様の一例を図５に示す。
【００３０】
フィルタ１０は、機器４１内に組込まれ、その電源端子４２，４３とその機器本体部４４との間に接続されている。機器４１の電源端子４２，４３にはたとえば商用電源４５が接続される。
【００３１】
フィルタ１０のバリスタ素子２は、サージやノイズに対して、導通電圧よりも低い電圧では容量素子として動作し、それより高い電圧ではバリスタとして動作する。これによって、フィルタ１０は、バリスタ素子２の導通電圧を超えるサージやノイズに対しては、その電圧を導通電圧と実質的に等しい値に制限する。そして、それより低い電圧領域では、インダクタンス素子１とバリスタ素子２のもつ容量成分とで、外部から機器４１内への侵入を阻止し、あるいは機器４１内で発生した場合には外部への漏出を防止する。
【００３２】
無論、情報処理装置や通信装置のデータ送受端に、この装置を配置することで、通信ラインを通して到来するサージやノイズの装置内への侵入を阻止できるだけでなく、さらに過大な電圧であるときにはバリスタとして動作し、装置を保護することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のフィルタは、磁性体からなる環状のコアに導線を巻回したインダクタンス素子と、このインダクタンス素子を挿通、一体化したバリスタ素子とを有する。このフィルタにおいて、インダクタンス素子が環状の磁性体コアにコイルを巻装した構成であるため、高インダクタンスを容易に得ることができ、またその巻回数を選定することで所要のインダクタンス値とすることができる。これにより希望する周波数特性の実現が容易となり、電力ラインや通信ラインを通しての、比較的低い周波数成分からなる雷サージやその他サージ、ノイズの侵入を効果的に阻止することができ、また機器内において発生したサージの漏出を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタの実施の態様の一例を示す斜視図
【図２】図１に示したフィルタの分解斜視図
【図３】図１に示したフィルタにおけるバリスタ素子の作製方法を説明するための図
【図４】本発明のフィルタの実施の態様の他の例を示す斜視図
【図５】本発明のフィルタの使用形態の一例を示す回路図
【符号の説明】
１ インダクタンス素子
２ バリスタ素子
３，４，５ 端子
６，７ 磁気コア素子
８，９ コイル
１０ フィルタ
１７ 磁気コア[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter, and more particularly to a filter having a surge absorbing function and including an inductance element and a varistor element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In various devices, semiconductor devices such as microprocessors and semiconductor memories are widely used, and prevention of destruction and malfunction of the semiconductor device due to surge, noise, or static electricity has become an important issue.
[0003]
Many devices having an information processing function, such as a computer and a data transmission device, receive power from an external power source such as a commercial power source, mutually transmit and receive data through a network, and perform data processing. Surges and noises enter these devices through a power supply line or a data transmission line, and there is a possibility that a semiconductor device, which is a main component, is broken or malfunctions.
[0004]
In addition, information processing functions have been added to equipment used in daily life, such as home appliances, to enhance their functions and enhance convenience, and also to prevent destruction and malfunction due to surges and noise. The need is increasing. In particular, in recent years, technical development for connecting them to a network, externally controlling the operation, or monitoring the operation state has been promoted, and practical application thereof has been specifically studied.
[0005]
Up to now, there has been a strong demand for miniaturization, weight reduction, and low power consumption in data processing systems and data transmission systems of devices, and since signals to be transmitted and processed are of a very high frequency range, For this type of application, various small-sized filters in which an inductance element and a capacitance element are stacked and integrated to form a chip have been proposed and commercialized. Further, a filter having a surge absorbing function by using a zinc oxide varistor having a laminated structure as the capacitive element has been proposed.
[0006]
On the other hand, in a power supply system, since a high voltage, a large current, and a low frequency are used as compared with a data processing system and a data transmission system, a filter including individual inductance elements and capacitance elements is often used.
[0007]
Incidentally, the surge includes a lightning surge, a main circuit switching surge, a DC switching surge, and the like, and the noise includes a radio wave noise and the like. Their frequency components are about 20 kHz or less for lightning surge, several MHz to several tens MHz for main circuit switching surge, and several tens kHz to 1 MHz for DC circuit switching surge. On the other hand, the frequency component of the radio noise is from 100 kHz to 1 GHz, which is wider than the surge and distributed over a high region (for example, see Non-Patent Document 1).
[0008]
Since the chip type filter has an extremely small inductance value, it is generally useful for noise suppression in a high frequency band of several hundred MHz to several GHz, but is difficult to use in a low frequency band such as a surge. Was something. In order to obtain filters having various frequency characteristics, it has been proposed to form a structure in which a magnetic layer is laminated on a dielectric layer or the like for forming a capacitor, and a coil is wound around the laminated body ( For example, see Patent Documents 1 and 2.
[0009]
[Non-patent document 1]
Table 1 on page 14 of the 1st issue of Electric Engineer 2003, Journal of the Japan Electrical Engineers Association [Patent Document 1]
JP-A-11-329852, column 0049 to column 0050 [Patent Document 2]
JP-A-2000-235921, column 0028 to column 0030
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such a chip-type filter, since the inductance element is a layered structure, the obtained inductance value is limited, and the above-described surge at a relatively low frequency is effectively prevented. It was difficult.
[0011]
Needless to say, individual inductance elements and capacitor elements have large filters, and the trend toward smaller and lighter equipment or lower power consumption has been increasing in recent years. Has become extremely difficult.
[0012]
The present invention realizes a small-sized filter which can effectively prevent the lightning surge having the above-mentioned very low frequency component from entering, and can be surface-mounted on a printed wiring board. The purpose is to:
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The filter of the present invention includes an annular core made of a magnetic material, an inductance element having a coil formed by winding a conductive wire around the core, and a varistor element that inserts the inductance element. And the elements are electrically connected to each other.
[0014]
A high inductance can be easily obtained by winding a conductive wire around the annular magnetic core, and a required inductance value can be obtained by selecting the number of turns. This makes it easy to achieve the desired frequency characteristics, effectively prevents intrusion of surges and the like through power lines and communication lines, and prevents leakage of surges generated in equipment. .
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the general appearance, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
[0016]
As shown in FIG. 1, the filter 10 includes an annular inductance element 1 having a substantially flat shape, a plate-shaped varistor element 2 arranged to be inserted therethrough, and two parallel ends of the varistor element 2. It is composed of terminals 3, 4, and 5 attached to the edge portion.
[0017]
As shown in FIG. 2, the inductance element 1 includes two magnetic core elements 6 and 7 having the same shape, and coils 8 and 9 each formed by winding an insulated conductor. The magnetic core elements 6 and 7 form an annular magnetic path surrounding the varistor element 2 by abutting edge portions provided so as to stand in the same direction along two parallel sides thereof. The coils 8 and 9 are connected in series, one end of which is connected to the terminal 4 and the other end of which is connected to the terminal 5. The connection between the coils 8, 9 and the connection between the coils 8, 9 and the terminals 4, 5 can be made by, for example, soldering, brazing, welding, or the like.
[0018]
The magnetic core elements 6 and 7 may be any of ferrite, for example, iron (Fe) and nickel (Ni), ferrite containing iron, nickel, and zinc (Zn) as main components, or ferrite containing iron, manganese, and zinc as main components. It is practical to make one.
[0019]
The varistor element 2 has a structure in which varistor layers and internal electrode layers are alternately laminated, and a part of the odd-numbered electrode layers and the even-numbered internal electrode layers is extended to the mounting positions of the terminals 3 and 4 on the element end surface. And are connected to the corresponding terminals 3 and 4, respectively. It is practical to use a varistor material mainly composed of zinc oxide (ZnO) for the varistor layer and silver (Ag) or silver and palladium (Pd) for the internal electrode layer.
[0020]
As shown in FIG. 3, a green sheet 23 having a conductive paste layer 22 formed by screen-printing a silver paste or a silver-palladium paste on a sheet 21 made of a varistor material and an organic binder material, as shown in FIG. It can be easily manufactured by preparing a number of sheets, arranging and stacking the insulating green sheets 24 so as to be the uppermost layer in the drawing, integrating them under pressure, and then firing. Note that, as shown in FIG. 3, the position where the conductive paste layer 22 is led to the outside, that is, the position where the conductive paste layer 22 is drawn is different between the odd-numbered green sheet 23 and the even-numbered paste layer 22.
[0021]
The internal electrode layers and the terminals 3 and 4 can be easily electrically connected by using a conductive paste using silver or the like as a conductive material.
[0022]
Each of the terminals 3, 4, 5 is located at a position intersecting a substantially U-shaped holding portion 11, 12, 13 for holding the edge portion of the varistor element 2 and a surface extending from the holding portion 11, 12. And extending outwardly and then bent in a direction orthogonal thereto, and formed as external lead-out portions 14, 15, 16 also serving as support legs.
[0023]
Then, the remaining portion of the filter 10 shown in FIG. 1 is sealed with an insulating resin such as an epoxy resin so that at least a part of the external lead portions 14, 15, 16 of the terminals 3, 4, 5 is exposed to the outside. Thereby, the integration of the inductance element 1 and the varistor element 2 can be strengthened, and they can be protected from the influence of the external atmosphere.
[0024]
As described above, in the filter 10, the inductance element 1 selects the number of turns of the coils 8 and 9 around the magnetic core elements 6 and 7, thereby providing a filter in which the inductance element and the capacitance element are integrated in a complex manner. The frequency characteristics can be controlled more easily in a wider range than in the case of. In combination with the capacitance of the varistor element 2, it is possible to prevent lightning surge having a frequency component of 20 kHz or less from entering the inside of the device. Of course, even for noise and noise having a relatively low frequency of several tens of MHz or less, they have an effect of preventing intrusion into the device and radiation to the outside of the device. Further, when a lightning surge or the like exceeds the conduction voltage of the varistor element 2, the voltage can be limited to a value substantially equal to the conduction voltage, and the intrusion of an excessive voltage can be prevented.
[0025]
Further, in this filter 10, since the magnetic path formed by the magnetic core elements 6 and 7 is annular, the leakage magnetic flux is small, and the influence on other components such as the varistor element is extremely low. The risk of occurrence is small.
[0026]
Furthermore, since the shape of the filter 10 is flat and the terminals 3, 4, and 5 are mounted in one direction, the filter 10 can be surface-mounted on a printed wiring board or the like. It is possible to reduce the risk of conversion.
[0027]
In the above-described example, the magnetic core elements 6 and 7 of the inductance element 1 have the same shape and are formed into an annular core by abutting. However, even if the elements 6 and 7 have different shapes, the annular magnetic path can be formed by abutting. Anything should do. Of course, the present invention is not limited to such a butted structure, and may be a single annular magnetic core 17 as shown in FIG.
[0028]
Further, it goes without saying that a stacked reoxidation type titanium strontium varistor element may be used as the varistor element 2 instead of the zinc oxide varistor element.
[0029]
FIG. 5 shows an example of how the above-described filter 10 is used.
[0030]
The filter 10 is incorporated in the device 41 and connected between the power terminals 42 and 43 and the device main body 44. For example, a commercial power supply 45 is connected to power supply terminals 42 and 43 of the device 41.
[0031]
The varistor element 2 of the filter 10 operates as a capacitive element at a voltage lower than the conduction voltage and operates as a varistor at a higher voltage than surge voltage or noise. Thereby, the filter 10 limits the voltage of the surge or noise exceeding the conduction voltage of the varistor element 2 to a value substantially equal to the conduction voltage. In the lower voltage range, the inductance element 1 and the capacitance component of the varistor element 2 prevent the intrusion into the device 41 from the outside, or prevent the leakage to the outside when it occurs in the device 41. To prevent.
[0032]
Of course, by arranging this device at the data transmission / reception end of an information processing device or communication device, it is possible not only to prevent surges or noise arriving through the communication line from entering the device, but also to use a varistor when the voltage is excessive. And protect the device.
[0033]
【The invention's effect】
The filter of the present invention has an inductance element in which a conductive wire is wound around an annular core made of a magnetic material, and a varistor element in which the inductance element is inserted and integrated. In this filter, since the inductance element has a configuration in which a coil is wound around an annular magnetic core, high inductance can be easily obtained, and a required inductance value can be obtained by selecting the number of turns. it can. This makes it easier to achieve the desired frequency characteristics, effectively preventing the intrusion of lightning surges and other surges and noises composed of relatively low frequency components through power lines and communication lines. Leakage of the generated surge can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a filter of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the filter shown in FIG. 1. FIG. 3 describes a method for manufacturing a varistor element in the filter shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing another example of the embodiment of the filter of the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a use form of the filter of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inductance element 2 Varistor element 3, 4, 5 Terminal 6, 7 Magnetic core element 8, 9 Coil 10 Filter 17 Magnetic core