JP3410768B2 - Noise filter cable - Google Patents
Noise filter cableInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ノイズフィルタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】磁性体の比透磁率μr(f)はμr′
(f)−j・μr″(f)で表され、μr′は実効的な
比透磁率、μr″は損失に対応する。ここでj=(−
1)1/2 、fは周波数である。磁性体を用いたノイズフ
ィルタは磁性体の損失によるノイズ抑制効果を利用した
ものである。ノイズフィルタとしては、インピーダンス
および抵抗が大きいことが要求される。電磁環境問題で
は、特にテレビの放送周波数にあたる30〜1000M
Hzのノイズが問題視されており、この周波数帯で優れ
たノイズ抑制効果を持つフィルタの実現が望まれてい
る。図8は従来の代表的ノイズフィルタ(フェライト
製)の形状を示す。図9は従来のケーブル(例えば、1
0mm径,24芯)を示す図であり、ノイズフィルタの
円筒内にケーブルを通して使用する。ノイズフィルタと
しては数十Ωから100Ω程度のインピーダンスが要求
される。図において、1は導線、2は絶縁体、3はシー
ルド体、4は絶縁体を示す。図10は図8のノイズフィ
ルタにおける代表的なインピーダンスの周波数特性を示
す図である(上遠野準之助:「電磁環境工学情報」p.
152、H4.6.30発行、号外、ミマツデータシス
テム)。サイズはd=10mm,t=4mm,l=30
mmである。|Z|はインピーダンス,Rは抵抗,XL
はリアクタンスである。30〜1000MHzで数十な
いし200Ωのインピーダンス値を示し、上記の条件を
満たしているが、他の電子部品に比べ、部品サイズはか
なり大きなものとなり、これを装荷したケーブルも体
積,重量は大きくなる。またフィルタ装荷によりケーブ
ルのフレキシビリティも損なわれる。このように、十分
なノイズ抑制効果を得るためには、従来のノイズフィル
タおよびこれを装荷したケーブルは部品サイズが大型で
あるという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、従来の
ノイズフィルタ付ケーブルよりも小型で、ノイズフィル
タ機能を有するケーブルを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は絶縁体で覆われた1本以上の銅線の周囲
を、導電性のシールド体が覆い、該シールド体の外側
を、絶縁体を介して磁性体が覆い、該磁性体の外側をさ
らに絶縁体が覆っているノイズフィルタケーブルにおい
て、前記磁性体が磁性層と非磁性絶縁層とを交互に積層
した多層構造を成していることを特徴とするノイズフィ
ルタケーブルを発明の要旨とするものである。さらに、
本発明は前記磁性層の厚さが表皮深さの10分の1から
10倍の厚さであったり、前記非磁性絶縁層の厚さが前
記磁性層間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上であること
も特徴とする。従来のものとは、材料の構成および構造
が異なる。
【0005】
【作用】本発明は、ケーブルにおいて絶縁体で覆われた
1本以上の導線の周りを、導電性のシールド体が覆い、
シールド体の外側を絶縁体を介して磁性体が覆い、磁性
体の外側を絶縁体が覆い、前記磁性体が磁性層と非磁性
絶縁層とを交互に積層した多層構造を成している。この
ことによって、渦電流損失によるノイズ抑制効果を最大
限に利用することができ、従って、ノイズフィルタを省
略しても十分大きなノイズ抑制効果を得たケーブルを実
現することができる。
【0006】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図1
は本発明の実施例を示す図であり、絶縁体2で覆われた
1本あるいは複数本の導線1の周りを導電性のシールド
体3が覆い、このシールド体3の外側を絶縁体4を介し
て磁性体5が覆い、磁性体5の外側を絶縁体6が覆って
いる。図2は磁性体5の詳細を示す図であり、前記磁性
体5は磁性層7と非磁性絶縁層8とを交互に積層した多
層構造を成している。ここでは、さらに前記磁性層7の
厚さが表皮深さの10分の1から10倍の厚さであり、
前記非磁性絶縁層8の厚さが前記磁性層7間の電気的絶
縁を保ち得る厚さ以上に設定している。ここで磁性層
7,非磁性絶縁層8は図3のように一周してつながった
閉構造を成していても、図4のようにつながっていない
開構造を成していても同様の効果を示す。また、磁性体
5はケーブルの長さ方向に連続的につながったものであ
っても、いくつかに分断したものであっても同様の効果
を得ることができる。さらに絶縁体4,絶縁体6は構造
上、ケーブルに強度をもたせるために必要なものであっ
て、必要に応じて省くことも可能である。なお、磁性層
7が導電性である場合には、磁性層7がシールド体3の
機能も兼ねることができるため、シールド体3を除去で
きる。さらに積層数が多いほど、あるいはケーブルの長
さが長いほどノイズ抑制効果が高まることは自明のこと
である。
【0007】磁性多層膜はイオンビームスパッタ(IB
S)法により作製した。多層構造膜を効率よく作製する
ために、IBS装置は複数のターゲットを装備し、これ
を交互に交換することにより、チャンバの真空を維持し
た状態で連続的な多層構造の実現を可能としている。ス
パッタ条件は、動作真空度:1×10-4Torr(スパッタ
ガスとしてArを使用),加速電圧:1kV,基板温
度:160℃とした。ターゲットにはCoZr系非晶質
合金(例えばCoZrNb〔膜組成:87,5,8a
t.%〕),NiFe合金(膜組成:82.5,17.
5at.%)、およびSiO2 を、基板にはコルニング
(Corning)No.0211ガラスを使用した。大きな比透磁率
を得るために、磁性層としてNiFeを用いる場合に
は、約100Oeの磁界印加による磁界中成膜を行い、
一方、磁性層としてCoZr系非晶質合金を用いる場合
には、磁界中成膜後、回転磁界中熱処理を行った。ノイ
ズフィルタケーブル用磁性多層膜(磁性体5)を作製す
るには、上記のように基板上に作製した磁性多層膜を基
板から剥しシート状としたものを、シールド体3あるい
は絶縁体4の外側に巻き付ける方法をとった。磁性多層
膜作製法としては、上記のIBS法以外に、RFスパッ
タ法,マグネトロンスパッタ法,蒸着法,メッキ法,ロ
ール法,塗布法,スクリーン印刷法,圧延法などを用い
ても同様の効果を得ることができる。また、円筒状の磁
性多層膜(磁性体5)を形成する方法としては、上記の
ように基板から剥したシートを利用する以外に、円筒状
基板に磁性多層膜を堆積させたものをそのまま利用する
方法が挙げられる。
【0008】図5に比透磁率(μr′,μr″)のtm
/δ依存性を示す。ここでtmは磁性層厚である。ま
た、δは表皮深さであり、抵抗率ρm,周波数f,真空
の透磁率μ0 を用いて、
δ=〔2ρm/(2πfμr′(0)μ0 )〕1/2 (1)
で表される。磁性層にはμr′(0)=5000,ρm
=120μΩcmのCoZr系非晶質合金、およびμ
r′(0)=2500,ρm=20μΩcmのNiFe
合金を使用した。図5よりμr″はtm/δが0.1か
ら10の範囲で渦電流損失により大きな値となってい
る。このことから、具体的には、磁性層の厚さtmをδ
の10分の1から10倍の厚さに設定することにより、
より一層のノイズ抑制効果が得られることもわかる。図
6に磁性層としてNiFe合金50nmを、非磁性絶縁
層としてSiO2 を使用した場合の比透磁率の周波数特
性を示す。この周波数帯におけるNiFeの表皮深さは
0.16〜1.6μmであり、NiFe層厚に比べ十分
厚い。従ってSiO2 層がNiFe層間の電気的絶縁を
保っていれば、NiFeの磁気共鳴周波数650MHz
までμr′は一定、μr″は低い値をとる。電気的絶縁
を保てないようなSiO2 層の厚さが5nmと薄い場合
には、30MHz付近からμr′の低下、μr″の急増
が生じて、ノイズ抑制効果が減少している。一方、Si
O2 層厚50nmでは650MHzまでμr′は一定と
なり、電気的絶縁はほぼ保たれており、SiO2 層厚1
00nmではノイズ抑制効果はいっそう確実となってい
る。以上、SiO2 を使用した場合、ノイズ抑制効果を
保つには数十nm程度の層厚とすれば良いことがわか
る。
【0009】図7に磁性層7として上記CoZr系非晶
質合金を、非磁性絶縁層8としてSiO2 を使用した場
合のノイズフィルタケーブルのインピーダンス特性を示
す。絶縁体2,6にはビニールを、シールド体3にはア
ルミ箔を、絶縁体4にはカプトンを使用した。磁性層厚
はδ/10≦tm≦10δを満たす2μmに、非磁性絶
縁層厚は電気的絶縁を保ち得る0.1μmとした。ケー
ブルは10mm径,24芯であり、磁性体5のサイズは
d=10mm,t=20μm,1=300mmとした。
図8,図9の従来ノイズフィルタと従来ケーブルの組合
せと比べると、ケーブルの体積は従来ケーブルの体積と
殆ど変わらないにもかかわらず、30〜1000MHz
において数十〜300Ωと従来のノイズフィルタと同等
のインピーダンスを有していることがわかる。なお、磁
性層7としては、Fe,Ni,Coに、Fe,Ni,C
o,Zr,Nb,Y,Hf,Ti,Mo,W,Ta,S
i,B,Reのうち単独または複数の元素を添加した材
料を、一方、非磁性絶縁層8としては、SiO2 ,Al
N,Al2 O3 ,BN,SiCを使用でき、上記と同様
の効果を得ることができる。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、従来はノイズフィ
ルタをケーブルに組み合わせて用いなければならなかっ
たことに対して、本発明によれば、磁性体が磁性層と非
磁性絶縁層とを交互に積層した多層構造を成し、これに
よって、渦電流損失によるノイズ抑制効果を最大限に利
用することができる。この結果、ノイズフィルタを省略
してもノイズ抑制効果をケーブルが維持できる。すなわ
ちケーブルの高付加価値化ならびにノイズフィルタの省
略による部品の小形化の効果をもたらすものである。ま
た、シールド体および絶縁体に、アルミ箔およびビニー
ル,カプトンなどを選べば、従来ケーブルと同様のフレ
キシビリティを維持できる効果も有する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a noise filter. [0002] The relative magnetic permeability μr (f) of a magnetic material is μr ′.
(F) -j · μr ″ (f), where μr ′ corresponds to the effective relative magnetic permeability and μr ″ corresponds to the loss. Where j = (-
1) 1/2 and f are frequencies. A noise filter using a magnetic material utilizes a noise suppression effect due to loss of the magnetic material. A noise filter is required to have high impedance and resistance. For electromagnetic environment problems, in particular, 30 to 1000M, which is the broadcast frequency of television
Hz noise is regarded as a problem, and it is desired to realize a filter having an excellent noise suppression effect in this frequency band. FIG. 8 shows the shape of a conventional typical noise filter (made of ferrite). FIG. 9 shows a conventional cable (for example, 1
FIG. 2 is a diagram showing a cable having a diameter of 0 mm and 24 cores, which is used by passing a cable through a cylinder of a noise filter. As a noise filter, an impedance of about several tens Ω to about 100 Ω is required. In the figure, 1 is a conductor, 2 is an insulator, 3 is a shield, and 4 is an insulator. FIG. 10 is a diagram illustrating frequency characteristics of typical impedance in the noise filter of FIG. 8 (Junnosuke Ueno, “Electromagnetic Environment Engineering Information,” p.
152, H4.6.30 issued, extra, Mimatsu data system). The size is d = 10mm, t = 4mm, l = 30
mm. | Z | is impedance, R is resistance, XL
Is the reactance. It exhibits an impedance value of several tens to 200 Ω at 30 to 1000 MHz and satisfies the above conditions, but the component size is considerably larger than other electronic components, and the volume and weight of the cable loaded with it are also large. . Filter loading also impairs cable flexibility. As described above, in order to obtain a sufficient noise suppression effect, there is a problem in that the conventional noise filter and the cable loaded with the same have large component sizes. [0003] The present invention has been proposed to improve the above-mentioned drawbacks, and its object is to provide a cable having a noise filter function which is smaller than a conventional cable with a noise filter. Is to provide. [0004] In order to achieve the above object, the present invention provides an electroconductive shield covering at least one copper wire covered with an insulator. Is covered with a magnetic material via an insulator, and the noise filter cable is further covered with an insulator on the outside of the magnetic material.
The magnetic material alternately laminates a magnetic layer and a non-magnetic insulating layer.
SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is a noise filter cable characterized by having a multilayered structure as described above. further,
In the present invention, the thickness of the magnetic layer is 1/10 to 10 times the skin depth, or the thickness of the non-magnetic insulating layer is equal to or greater than the thickness capable of maintaining electrical insulation between the magnetic layers. It is also characterized by. The material configuration and structure are different from the conventional one. According to the present invention, a conductive shield covers a cable around one or more conductors covered with an insulator.
A magnetic body covers the outside of the shield through an insulator, and an insulator covers the outside of the magnetic body, and the magnetic body has a multilayer structure in which magnetic layers and nonmagnetic insulating layers are alternately stacked. This makes it possible to make maximum use of the noise suppression effect due to the eddy current loss, and thus it is possible to realize a cable having a sufficiently large noise suppression effect even if the noise filter is omitted. Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, in which a conductive shield 3 covers one or a plurality of conductors 1 covered with an insulator 2, and an insulator 4 is provided outside the shield 3. The magnetic body 5 covers the magnetic body 5, and the insulator 6 covers the outside of the magnetic body 5. FIG. 2 is a view showing the details of the magnetic body 5. The magnetic body 5 has a multilayer structure in which magnetic layers 7 and nonmagnetic insulating layers 8 are alternately stacked. Here, the thickness of the magnetic layer 7 is 1/10 to 10 times the skin depth,
The thickness of the non-magnetic insulating layer 8 is set to be greater than or equal to a thickness that can maintain electrical insulation between the magnetic layers 7. Here, the same effect can be obtained regardless of whether the magnetic layer 7 and the non-magnetic insulating layer 8 form a closed structure that is continuous and connected as shown in FIG. 3 or a non-connected open structure as shown in FIG. Is shown. Further, the same effect can be obtained regardless of whether the magnetic body 5 is continuously connected in the length direction of the cable or divided into several parts. Further, the insulators 4 and 6 are structurally necessary for imparting strength to the cable, and can be omitted as necessary. When the magnetic layer 7 is conductive, the shield 3 can be removed because the magnetic layer 7 can also function as the shield 3. It is obvious that the noise suppression effect increases as the number of layers increases or as the length of the cable increases. The magnetic multilayer film is formed by ion beam sputtering (IB
It was produced by the S) method. In order to efficiently produce a multilayer structure film, the IBS apparatus is equipped with a plurality of targets, and by alternately exchanging the targets, it is possible to realize a continuous multilayer structure while maintaining a vacuum in the chamber. The sputtering conditions were as follows: operating vacuum degree: 1 × 10 −4 Torr (using Ar as a sputtering gas), acceleration voltage: 1 kV, and substrate temperature: 160 ° C. The target is a CoZr-based amorphous alloy (for example, CoZrNb [film composition: 87, 5, 8a
t. %]), NiFe alloy (film composition: 82.5, 17.
5 at. %) And SiO 2 , and Corning No. 0211 glass was used. When NiFe is used for the magnetic layer in order to obtain a large relative magnetic permeability, film formation is performed in a magnetic field by applying a magnetic field of about 100 Oe.
On the other hand, when a CoZr-based amorphous alloy was used as the magnetic layer, heat treatment was performed in a rotating magnetic field after film formation in a magnetic field. In order to manufacture the magnetic multilayer film for the noise filter cable (magnetic material 5), the magnetic multilayer film formed on the substrate as described above was peeled off from the substrate to form a sheet, and the magnetic multilayer film was formed on the outside of the shield 3 or the insulator 4. The method of winding around was adopted. Similar effects can be obtained by using a RF sputtering method, a magnetron sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, a roll method, a coating method, a screen printing method, a rolling method, etc. in addition to the above-mentioned IBS method. Obtainable. As a method of forming a cylindrical magnetic multilayer film (magnetic material 5), in addition to using the sheet peeled off from the substrate as described above, a method in which a magnetic multilayer film is deposited on a cylindrical substrate is used as it is. Method. FIG. 5 shows tm of relative magnetic permeability (μr ′, μr ″).
Shows the / δ dependence. Here, tm is the thickness of the magnetic layer. Δ is the skin depth, and is expressed as δ = [2ρm / (2πfμr ′ (0) μ 0 )] 1/2 (1) using the resistivity ρm, the frequency f, and the magnetic permeability μ 0 of vacuum. Is done. Μr ′ (0) = 5000, ρm
= 120 μΩcm CoZr-based amorphous alloy and μ
r ′ (0) = 2500, ρm = 20 μΩcm NiFe
An alloy was used. 5, μr ″ is a large value due to eddy current loss when tm / δ is in the range of 0.1 to 10. From this fact, specifically, the thickness tm of the magnetic layer is set to δ.
By setting the thickness to 1/10 to 10 times the thickness of
It can also be seen that a further noise suppression effect can be obtained. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the relative magnetic permeability when a 50 nm thick NiFe alloy is used as the magnetic layer and SiO 2 is used as the non-magnetic insulating layer. The skin depth of NiFe in this frequency band is 0.16 to 1.6 μm, which is sufficiently thicker than the NiFe layer thickness. Therefore, if the SiO 2 layer maintains electrical insulation between the NiFe layers, the magnetic resonance frequency of NiFe is 650 MHz.
Μr ′ is constant and μr ″ takes a low value until the thickness of the SiO 2 layer, which cannot maintain electrical insulation, is as thin as 5 nm. As a result, the noise suppression effect is reduced. On the other hand, Si
When the O 2 layer thickness is 50 nm, μr ′ is constant up to 650 MHz, the electrical insulation is almost maintained, and the SiO 2 layer thickness 1
At 00 nm, the noise suppression effect is more certain. As described above, it can be seen that when SiO 2 is used, a layer thickness of about several tens of nm is sufficient to maintain the noise suppression effect. FIG. 7 shows the impedance characteristics of a noise filter cable when the above-mentioned CoZr-based amorphous alloy is used as the magnetic layer 7 and SiO 2 is used as the non-magnetic insulating layer 8. Vinyl was used for the insulators 2 and 6, aluminum foil was used for the shield 3, and Kapton was used for the insulator 4. The thickness of the magnetic layer was set to 2 μm satisfying δ / 10 ≦ tm ≦ 10δ, and the thickness of the nonmagnetic insulating layer was set to 0.1 μm capable of maintaining electrical insulation. The cable had a diameter of 10 mm and 24 cores, and the size of the magnetic body 5 was d = 10 mm, t = 20 μm, and 1 = 300 mm.
Compared with the combination of the conventional noise filter and the conventional cable shown in FIGS. 8 and 9, the volume of the cable is almost the same as that of the conventional cable, but is 30 to 1000 MHz.
It can be seen that the impedance has an impedance of several tens to 300Ω, which is equivalent to that of a conventional noise filter. The magnetic layer 7 is made of Fe, Ni, Co, Fe, Ni, C
o, Zr, Nb, Y, Hf, Ti, Mo, W, Ta, S
A material to which one or more elements of i, B, and Re are added, while the nonmagnetic insulating layer 8 is made of SiO 2 , Al
N, Al 2 O 3 , BN, and SiC can be used, and the same effects as described above can be obtained. As described above, according to the present invention , the magnetic material is inconsistent with the magnetic layer according to the present invention, whereas the noise filter has conventionally been used in combination with the cable.
It has a multilayer structure in which magnetic insulating layers are alternately stacked,
Therefore, the noise suppression effect due to eddy current loss is maximized.
Can be used. As a result, the cable can maintain the noise suppression effect even if the noise filter is omitted. That is, the effect of increasing the value of the cable and reducing the size of parts by omitting the noise filter is brought about. Also, if aluminum foil, vinyl, Kapton, or the like is selected for the shield and the insulator, the same flexibility as that of the conventional cable can be maintained.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のノイズフィルタの実施例を示す図であ
る。
【図2】磁性体部の詳細を示す図である。
【図3】磁性体部の実施例を示す図である。
【図4】磁性体部の他の実施例を示す図である。
【図5】比透磁率の磁性層厚依存性を示す図である。
【図6】比透磁率の周波数特性を示す図である。
【図7】インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図8】従来のノイズフィルタを示す図である。
【図9】従来のケーブルを示す図である。
【図10】従来部品のインピーダンスの周波数特性を示
す図である。
【符号の説明】
1 導線
2 絶縁体
3 シールド体
4 絶縁体
5 磁性体
6 絶縁体
7 磁性層
8 非磁性絶縁層BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a noise filter according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing details of a magnetic body part. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a magnetic body part. FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the magnetic body portion. FIG. 5 is a diagram showing the dependence of relative magnetic permeability on the thickness of a magnetic layer. FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics of relative magnetic permeability. FIG. 7 is a diagram illustrating frequency characteristics of impedance. FIG. 8 is a diagram showing a conventional noise filter. FIG. 9 is a view showing a conventional cable. FIG. 10 is a diagram illustrating frequency characteristics of impedance of a conventional component. [Description of Signs] 1 Conductor 2 Insulator 3 Shield 4 Insulator 5 Magnetic body 6 Insulator 7 Magnetic layer 8 Non-magnetic insulating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−215213(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 7/00 304 H01P 3/06 H01P 3/18 H02G 3/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-215213 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01B 7/00 304 H01P 3/06 H01P 3 / 18 H02G 3/02
Claims (1)
を、導電性のシールド体が覆い、該シールド体の外側
を、絶縁体を介して磁性体が覆い、該磁性体の外側をさ
らに絶縁体が覆っているノイズフィルタケーブルにおい
て、 前記磁性体が磁性層と非磁性絶縁層とを交互に積層した
多層構造を成していることを特徴とする ノイズフィルタ
ケーブル。(57) [Claims] 1. Around one or more copper wires covered with an insulator
Is covered by a conductive shield body, and the outside of the shield body
Is covered with a magnetic material via an insulator, and the outside of the magnetic material is
Are covered with insulatorsNoise filter cable smell
hand, The magnetic material has a magnetic layer and a non-magnetic insulating layer alternately laminated.
Characterized by having a multi-layer structure Noise filter
cable.
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| JP16745493A JP3410768B2 (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Noise filter cable |
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Families Citing this family (2)
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-
1993
- 1993-06-14 JP JP16745493A patent/JP3410768B2/en not_active Expired - Lifetime
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