(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、大電流パルスに対し、高い減衰特性が要求されているMIL規格(MIL−STD−188−125)がある。このMIL規格に適合させるためには、LCフィルタ回路前段に避雷器(主にバリスタ)を接続し、大電流パルスを減衰させる。バリスタは2つの端子があり、片方をライン(電源線接続端子)へ金属ブスバーや電線等で配線し、もう片側はグランド(筐体)へ同様な配線をする。バリスタは、容量成分を持っているため、フィルタの減衰特性を上げることができる(数nF〜)。また、バリスタは、抵抗成分を持っているため、大電流パルス動作時に発熱がある(0.5〜数オーム)。
【0006】
汎用ノイズフィルタに、大電流パルス減衰効果を持たせるには、入力にバリスタを接続し、且つ、バリスタの持つ高電圧・大電流の減衰機能を動作させるために、バリスタの後段にチョークコイルを接続することが考えられる。
【0007】
また、ノイズフィルタを上述したMIL規格に適合させるためには、以下のような課題が挙げられる。
【0008】
(1)バリスタの容量成分は減衰特性に影響するが、配線のリード線の影響で直列共振を発生させる。そのため、この容量成分は、高い周波数の減衰には効果が少ない。
【0009】
(2)バリスタの持つ抵抗成分で、大電流パルス通電時に自己発熱が発生するが、市販のバリスタは、一般的に、プラスチック製のケースに収容され、放熱が効率よくできず、破壊や寿命に影響する。
【0010】
(3)汎用ノイズフィルタの前段にバリスタを追加しても、バリスタの動作前にバリスタ後段にあるノイズフィルタのコンデンサに電流が流れ、コンデンサを破壊するおそれがある。そもそも汎用ノイズフィルタは、低周波から高周波減衰を必要とする上述のMIL規格に適合できる特性を有していない。
【0011】
(4)市販のシールドルーム用フィルタは、上記MIL規格の減衰特性を有しているものはあるが、大電流パルスに対する減衰機能は有していない。
【0012】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、上記MIL規格に適合させることができ、しかも、構造が簡単なノイズフィルタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様は、金属製の筐体で囲われたノイズフィルタ部と、
前記ノイズフィルタ部の入力側に接続された大電流パルス対応ユニットとを有し、
前記大電流パルス対応ユニットは高周波減衰用のバリスタを有し、
前記バリスタが貫通型バリスタであり、
前記貫通型バリスタの少なくとも一方の端面が電極面であり、
前記電極面が前記筐体に接触している。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係るノイズフィルタ装置によれば、MIL規格(MIL−STD−188−125)に適合させることができ、しかも、構造を簡単にすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係るノイズフィルタ装置の実施形態例を
図1〜
図7を参照しながら説明する。
【0017】
本実施形態に係るノイズフィルタ装置10は、
図1及び
図2に示すように、金属製の筐体12(
図1参照)で囲われたノイズフィルタ部14と、ノイズフィルタ部14の入力側に接続された大電流パルス対応ユニット16とを有する。
【0018】
筐体12は、例えば
図1に示すように、箱状に構成され、入力側から出力側に向かって4つの金属製の仕切板(第1仕切板20a〜第4仕切板20d)が設けられている。そして、入力側から第2仕切板20bにかけて大電流パルス対応ユニット16が配置され、第2仕切板20bから第4仕切板20dにかけてノイズフィルタ部14が配置されている。
【0019】
ノイズフィルタ部14は、
図2に示すように、例えば2つのコモンモードチョークコイル(第1コモンモードチョークコイル22a及び第2コモンモードチョークコイル22b)を有する単相2段方式のノイズフィルタである。
【0020】
第1コモンモードチョークコイル22aの入力側には、ライン間に接続された第1Xコンデンサ24aと、ラインと接地間に接続された第1Yコンデンサ(26a,26b)を有する。第2コモンモードチョークコイル22bの入力側には、ライン間に接続された第2Xコンデンサ24bと、ラインと接地間に接続された第2Yコンデンサ(26c,26d)を有する。
【0021】
ノイズフィルタ部14の筐体12への実装形態は、例えば
図1に示すように、第2仕切板20bから第3仕切板20cにかけて、1段目のノイズフィルタ、すなわち、第1コモンモードチョークコイル22a、第1Xコンデンサ24a及び第1Yコンデンサ(26a,26b)が実装されている。第2仕切板20bには、大電流パルス対応ユニット16と繋がる部分に例えば第1絶縁ブッシュ28a及び第2絶縁ブッシュ28bが実装されている。なお、接地に対する配線等は記載を省略した。以下同様である。
【0022】
同様に、第3仕切板20cから第4仕切板20dにかけて、2段目のノイズフィルタ、すなわち、第2コモンモードチョークコイル22b、第2Xコンデンサ24b及び第2Yコンデンサ(26c,26d)が実装されている。第3仕切板20cには、1段目のノイズフィルタと繋がる部分に例えば第3絶縁ブッシュ28c及び第4絶縁ブッシュ28dが実装されている。第4仕切板20dには、出力側と繋がる部分に例えば第5絶縁ブッシュ28e及び第6絶縁ブッシュ28fが実装されている。
【0023】
一方、大電流パルス対応ユニット16は、
図2に示すように、2つのラインに対応して、高周波減衰用の第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bと、バリスタ動作用の第1チョークコイル32a及び第2チョークコイル32bと、低周波減衰用の第1コンデンサ34a及び第2コンデンサ34bと、を有する。
【0024】
大電流パルス対応ユニット16の筐体12への実装形態は、例えば
図1に示すように、第1仕切板20aの入力側に第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bが実装され、第1仕切板20aから第2仕切板20bにかけて、第1バリスタ30aに対応して、第1チョークコイル32aと第1コンデンサ34aが実装され、第2バリスタ30bに対応して、第2チョークコイル32bと第2コンデンサ34bが実装されている。
【0025】
第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bは、
図3に示すように、それぞれ貫通型バリスタ40の構造を有する。
【0026】
貫通型バリスタ40は、半導体セラミックス等で構成された円錐台状のバリスタ本体42と、該バリスタ本体42の中央に形成された貫通孔44と、バリスタ本体42の一方の端面42aに形成された第1電極46aと、バリスタ本体42の他方の端面42bに形成された第2電極46bとを有する。
【0027】
貫通型バリスタ40の筐体12(
図1参照)への実装形態としては、例えば以下の形態を採用することができる。例えば貫通型バリスタ40の貫通孔44に絶縁チューブ50を挿通し、この状態で、貫通型バリスタ40の第1電極46aの端面(第1電極面52a)を第1仕切板20a(金属製)に接触させる。次いで、例えば第1仕切板20aの出力側から絶縁チューブ50内に締結部材60(例えばボルト62)を挿通する。貫通型バリスタ40の第2電極46bの端面(第2電極面52b)の中央から外方に突出するボルト62の端部に、中央に貫通孔を有する金属板64を挿通して、金属板64を貫通型バリスタ40の第2電極面52bに接触させる。その後、円筒状の絶縁リング66をボルト62の端部に挿通し、さらに、ボルト62の端部に締結部材60(例えばナット68)をねじ込むことで、貫通型バリスタ40を筐体12の第1仕切板20aに固定することができる。このとき、一方の電源接続端子70a(例えば圧着端子)を、絶縁リング66とボルト62の頭部とで挟み込み、他方の電源接続端子70b(例えば圧着端子)を、金属板64の端面にナット68で締め付ける等によって、一方の電源接続端子70aと他方の電源接続端子70bとを電気的に接続する。
【0028】
次に、実施例と第1比較例との特性の違いについて
図4〜
図7を参照しながら説明する。
【0029】
[実施例]
実施例に係るノイズフィルタ装置は、上述したノイズフィルタ装置10と同様の構成を有する。
【0030】
[第1比較例]
図4に示すように、第1比較例に係るノイズフィルタ装置100は、上述したノイズフィルタ装置10と異なり、以下の構成を有する。
【0031】
すなわち、第1比較例に係るノイズフィルタ装置100は、第1仕切板20aから第4仕切板20dにかける部分の実装形態は実施例と同じであるが、第1仕切板20aの入力側に実装されるバリスタ102の実装形態が異なる。
【0032】
すなわち、第1比較例は、バリスタ102として、貫通型バリスタ40ではなく、プラスチック製のケース104に収容されたバリスタ(以下、通常バリスタ106と記す)を使用し、第1仕切板20aのうち、第1チョークコイル32a及び第2チョークコイル32bと繋がる部分に例えば第7絶縁ブッシュ28g及び第8絶縁ブッシュ28hを実装している点で、実施例と異なる。
【0033】
<評価>
実施例と第1比較例について、減衰特性を確認した。その結果を
図5に示す。なお、
図5中、横軸の周波数は対数目盛である。
図5において、MIL規格(MIL−STD−188−125)で規定される境界を実線Lsで示す。実施例の減衰特性を点線Laで示し、第1比較例の減衰特性を曲線Lb1で示す。
【0034】
通常バリスタ106を使用した第1比較例は、周波数が7MHz以上の電流パルスに対する減衰特性が規格Lsから外れ、低下している。
【0035】
これに対して、実施例は、1kHz〜1GHzにわたって、電流パルスに対する減衰特性が規格Ls内であり、減衰特性が良好であることがわかる。
【0036】
次に、実施例と第2比較例との特性の違いについて
図6及び
図7を参照しながら説明する。
【0037】
[第2比較例]
第2比較例に係るノイズフィルタ装置は、上述したノイズフィルタ装置10と異なり、大電流パルス対応ユニット16が存在しない点で異なる。
【0038】
<評価1>
実施例と第2比較例について、減衰特性を確認した。その結果を
図6に示す。なお、
図6中、横軸の周波数は対数目盛である。
図6において、MIL規格(MIL−STD−188−125)で規定される境界を実線Lsで示す。実施例の減衰特性を点線Laで示し、第2比較例の減衰特性を曲線Lb2で示す。
【0039】
大電流パルス対応ユニット16が存在しない第2比較例は、周波数が3kHz以上の電流パルスに対する減衰特性が規格Lsから外れ、低下している。
【0040】
これに対して、実施例は、1kHz〜1GHzにわたって、電流パルスに対する減衰特性が規格Ls内であり、減衰特性が良好であることがわかる。
【0041】
<評価2>
実施例と第2比較例について、それぞれノイズフィルタ部14の出力側に終端抵抗を接続した。そして、入力側からピーク値が5000Aの電流(入力印加電流)を供給し、供給開始時点から300μsec(
図7において「μs」と記す)に亘って終端抵抗に流れる通電電流波形を計測した。計測結果を
図7に示す。
【0042】
図7において、10Aに対応して引かれた横線L
10Aは、MIL規格(MIL−STD−188−125)で規定された境界を示す。実施例の通電電流波形を点線Laで示し、第2比較例の通電電流波形を曲線Lb2で示す。
【0043】
大電流パルス対応ユニット16が存在しない第2比較例は、通電開始後、すぐに90Aを超えるピーク電流が流れることがわかった。これに対して、実施例は、通電開始時点から300μsecにわたって、通電電流が規格L
10A内であり、減衰特性が良好であることがわかる。
【0044】
[実施形態から得られる技術的思想]
上記実施形態及び実施例から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
【0045】
[1] 本実施形態に係るノイズフィルタ装置10は、金属製の筐体12で囲われたノイズフィルタ部14と、ノイズフィルタ部14の入力側に接続された大電流パルス対応ユニット16とを有し、大電流パルス対応ユニット16は高周波減衰用の第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bを有し、第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bがそれぞれ貫通型バリスタ40であり、貫通型バリスタ40の少なくとも一方の端面が第1電極面52aであり、第1電極面52aが筐体12に接触している。
【0046】
シールドルーム用フィルタ等のノイズフィルタにおいて、高周波の大電流(サージ電流)によるノイズを抑制するためには、ノイズフィルタの入力側にバリスタを接続することが考えられる。
【0047】
この場合、バリスタとノイズフィルタの入力側との間に絶縁ブッシュを介在させ、さらに、ノイズフィルタの入力側と絶縁ブッシュとの間、絶縁ブッシュとバリスタとの間にそれぞれ配線ケーブルを接続する必要がある。そのため、インダクタンス成分が大きくなるという問題がある。
【0048】
また、バリスタは、プラスチック製のケース104に覆われているため、放熱しにくいという問題がある。すなわち、大電流パルス通電時に発生するバリスタ素子が持つ抵抗成分による自己発熱を放熱させることが難しいため、例えば波尾長の長い大電流パルスに対応できない。
【0049】
そこで、ノイズフィルタ部14の入力側に高周波減衰用の第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bを接続し、これら第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bをそれぞれ貫通型バリスタ40とする。これにより、以下の効果を奏することができる。
【0050】
(a) 貫通型バリスタ40の両側に形成された電極面のうち、一方の電極面(第2電極面52b)を、直接入力側(例えば電源接続端子70b)に接続し、他方の電極面(第1電極面52a)をノイズフィルタ部14の筐体12(金属製)に接触させることで、配線のリード線を少なくし、インダクタンス成分を低減することで高周波減衰特性を向上させることができる。
【0051】
(b) 貫通型バリスタ40は、素子自体が持つ抵抗成分によって、大電流パルスの通電時に、自己発熱が生じることになる。しかし、(a)で述べたように、一方の電極面(第2電極面52b)を、直接入力側(例えば電源接続端子70b)に接続し、他方の電極面(第1電極面52a)をノイズフィルタ部14の筐体12に接続することができるため、上述の自己発熱を、電極面を通じて効率よく放熱させることができる。すなわち、貫通型バリスタ40の電極面が広く筐体12等の金属面に接触しているため、熱伝導がよくなる。その結果、従来実現困難であった波尾長の長い大電流パルスにも対応が可能となる。
【0052】
(c) 貫通型バリスタ40は、絶縁ブッシュとしての機能も持たせることができるため、絶縁ブッシュの設置を省略することができ、部品点数の低減を図ることができる。
【0053】
[2] 本実施形態において、大電流パルス対応ユニット16は、第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bのほか、低周波減衰用の第1コンデンサ34a及び第2コンデンサ34bと、バリスタ動作用の第1チョークコイル32a及び第2チョークコイル32bとを有することが好ましい。
【0054】
これにより、低周波減衰用の第1コンデンサ34a及び第2コンデンサ34bに加えて、第1バリスタ30a及び第2バリスタ30bのパルス減衰機能を、いち早く動作させるための第1チョークコイル32a及び第2チョークコイル32bを備えることで、3つの素子のユニット化を実現することができる。そして、このユニットをノイズフィルタ部14と組み合わせることで、MIL規格に適合したノイズフィルタ装置10を実現させることができる。ノイズフィルタ部14としては、市販のシールドルーム用フィルタであっても構わない。
【0055】
[3] 本実施形態において、貫通型バリスタ40は、バリスタ本体42と、バリスタ本体42の中央に形成された貫通孔44と、バリスタ本体42の一方の端面42aに形成された第1電極46aと、バリスタ本体42の他方の端面42bに形成された第2電極46bと、を有することが好ましい。
【0056】
貫通型バリスタ40の第1電極46a及び第2電極46bのいずれか一方に、直接入力側(例えば電源接続端子70a、70bのいずれか一方)を接続し、第1電極46a及び第2電極46bのいずれか他方に、ノイズフィルタ部14の筐体12(金属製)を接触させることで、電気配線(リード線)を少なくし、インダクタンス成分を低減することで高周波減衰特性を向上させることができる。
【0057】
[4] 本実施形態において、貫通型バリスタ40の筐体12への実装構造は、貫通孔44内に挿通された絶縁チューブ50と、絶縁チューブ50内に挿通され、且つ、第1電極46aの端面52aを筐体12に固定し、第2電極46bの端面52bを金属板64に固定する締結部材60と、を有することが好ましい。
【0058】
貫通型バリスタ40の貫通孔44に絶縁チューブ50を挿通し、この状態で、貫通型バリスタ40の第1電極46aの端面(第1電極面52a)をノイズフィルタ部14の筐体12(金属製)に接触させ、第2電極46bの端面(第2電極面52b)に金属板64を接触させる。そして、例えば筐体12側から絶縁チューブ50内に締結部材60(例えばボルト62)を挿通し、締結部材60(例えばナット68)をねじ込むことで、貫通型バリスタ40を筐体12に固定することができる。このとき、貫通型バリスタ40は、第1電極面52aが筐体12に接触し、第2電極面52bが金属板64に接触した状態で筐体12に固定される。金属板64に電源接続端子70bを接続することで、大電流パルス通電時に発生する貫通型バリスタ40の持つ抵抗成分による自己発熱を電極面から効果良く放熱させることができる。
【0059】
すなわち、貫通型バリスタ40の電極面が広く金属面に接触することから、熱伝導が良くなる。その結果、従来実現困難であった波尾長の長い大電流パルスにも対応が可能となる。しかも、第1電極面52aをノイズフィルタ部14の筐体12(金属製)に接触させることで、電気配線(リード線)を少なくし、インダクタンス成分を低減することができ、高周波減衰特性を向上させることができる。
【0060】
[5] 本実施形態において、大電流パルス対応ユニット16は、少なくとも10MHz〜1GHzの大電流パルス(信号)の減衰量が−80dB以下であることが好ましい。これにより、MIL規格に適合できるノイズフィルタ装置10が可能となる。
【0061】
[6] 本実施形態において、MIL試験に規定される大電流パルス印加時に、ノイズフィルタ部14の出力側に終端抵抗を接続したとき、終端抵抗に流れる電流は、周期が0μsecより大きく300μsec以下の範囲において、ピーク電流値が10A未満であることが好ましい。これにより、MIL規格に適合できるノイズフィルタ装置10が可能となる。
【0062】
なお、本発明に係るノイズフィルタ装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0063】
すなわち、上述の例では、貫通型バリスタ40のバリスタ本体42の形状を円錐台状としたが、円筒状であってもよい。また、貫通型バリスタ40を第1仕切板20aに実装する場合に、径の小さい方を第1仕切板20aに接触させるようにしたが、径の大きい方を第1仕切板20aに接触させるようにしてもよい。