JP2008147312A - 磁性素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波の電磁波に対して、誘電率を増大させることなく磁性体として機能する磁性素子を提供する。
【解決手段】線材２の外周に、所定周波数の電磁波により生じる表皮厚δ以下の厚さで強磁性体層３を備えることにより、当該周波数によって、磁性体として機能するようにした。線材２は、絶縁体であってもよく、正磁性体であってもよく、強磁性体層３とは異なる種類の強磁性体であってもよい。また、強磁性体層３が、直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体であれば、強磁性体層３の厚さは、１２μｍ以下であればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能する磁性素子に関する。

金属面にマイクロ波のような高周波の電磁波が入射した場合、電界及び磁界は表皮効果により金属の極く薄い表皮厚（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）にのみ、存在する。表皮厚δは、以下の式（１）で与えられ、透磁率が大きくなると表皮厚δは小さくなるという関係にある。

但し、ρ：抵抗率（Ω・ｍ）
ｆ：電磁波の周波数（Ｈｚ）
μ_０：真空の透磁率
μ_ｓ：比透磁率
すなわち、比透磁率μ_ｓが増大すると表皮厚δが減少してしまうため、マイクロ波に対する表皮厚δは数ｎｍ〜数百ｎｍ程度となり、磁性体に電磁波が入射した場合、マイクロ波において発生する磁束はほとんど磁性体内部を透過できないために、ほとんど磁性体として機能しない。

そのため従来、マイクロ波に対して磁性体として機能する、すなわちマイクロ波を取り扱い対象とするいわゆるマイクロ波磁性体として、球体や扁平体等の磁性体微粒子をバインダーで固定し、磁性体の表面積を増大させることで、磁束と作用する部分を増大させるようにしたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
日刊工業新聞社「工業材料」平成１０年１０月発行Ｖｏｌ−４６，Ｎｏ−１０、ｐ５４〜５８、フレキシブル電波吸収体「軟磁性デュアルラバーシート」（大同特殊鋼（株）） オーム社刊 内藤嘉之著 電波吸収体 森北出版 橋本修著 高周波領域に於ける材料定数測定法

ところで、上述のような、磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体は、磁性体微粒子を保持するために用いられるバインダーが誘電体であり、また、磁性体微粒子間には隙間が有るため静電容量が生じる結果、全体として容量性となり、等価的な誘電率が増大する。例えば上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体は、１ＧＨｚにおいて得られる等価的な比透磁率が８であるのに対し、等価的な比誘電率が８０を超えることが示されている。このように、磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体では、マイクロ波に対してある程度の透磁率が得られるものの、透磁率よりも遙かに大きな誘電率が付随的に生じてしまうため、純粋に透磁率のみが得られるマイクロ波磁性体を実現することが困難であるというという不都合があった。

一方で、磁性体を工学的に用いようとする場合、例えば電波吸収体やアンテナ等、磁性体としての性質を利用した種々の磁性素子においてマイクロ波を取り扱う場合、磁性体には、入射インピーダンスＺｉを調節する機能が期待されている。上述のような磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体の入射インピーダンスＺｉは、下記の式（２）で表される（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照。）。

式（２）において、Ｚ_０は大気の波動インピーダンスで３７７Ω、μ_ｒはマイクロ波磁性体の複素透磁率で、μ_ｒ＝μ’−ｊμ”であり、ε_ｒはマイクロ波磁性体の複素誘電率で、ε_ｒ＝ε’−ｊε”であり、λはマイクロ波磁性体に入射する電磁波の波長であり、ｔはマイクロ波磁性体の厚さである。

式（２）に示すように、上述のようなマイクロ波磁性体の入射インピーダンスＺｉは、透磁率μ_ｒが増大すると増大し、誘電率ε_ｒが増大すると減少する。そのため、磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体では、透磁率μ_ｒを増大して入射インピーダンスＺｉを増大させようとしても、上述のように透磁率μ_ｒよりも大きな誘電率ε_ｒが付随的に生じてしまうため、入射インピーダンスＺｉを増大させることが困難である。

図２７、図２８は、上述のようなマイクロ波磁性体の１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおけるインピーダンスを示すグラフである。図２７はインピーダンスの抵抗成分を示し、図２８はインピーダンスのリアクタンス成分を示している。また、図２７、図２８において、抵抗、リアクタンスは、Ω／口、すなわち縦横同一寸法（非定尺基準（Dimensionless））で表されている。また、図２７、図２８の、グラフＧ１０１はマイクロ波磁性体の厚さｔが１ｍｍの場合、グラフ１０２は厚さｔが２ｍｍの場合、グラフ１０３は厚さｔが３ｍｍの場合をそれぞれ示している。

上述のようなマイクロ波磁性体では、図２７に示すように、抵抗成分は、大気の波動インピーダンスを超えることはなく、周波数ｆが３ＧＨｚを超えると抵抗値が低下する。また、図２８に示すように、リアクタンス成分は、１００ＭＨｚを超える周波数で負の値となり、すなわち誘電体としての性質を示す。

このような観点からも、高周波の電磁波に対して、誘電率を増大させることなく磁性体として機能する磁性素子の実現が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、高周波の電磁波に対して、誘電率を増大させることなく磁性体として機能する磁性素子を提供することを目的とする。

本発明に係る磁性素子は、所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能する磁性素子であって、第１線材の外周に、強磁性体の第１層を備え、前記第１層の厚さは、前記周波数の電磁波により生じる表皮厚以下である。

この構成によれば、磁性素子が線状の形状をしているため、磁性素子の長さ方向の反磁界係数がゼロとなって反磁性効果が低減される。また、後述の式（３）により、第１層の厚さを薄くするほど所定周波数の電磁波に対して実効的に得られる比透磁率である等価比透磁率が増大し、第１層の厚さが当該周波数の電磁波により生じる表皮厚以下であれば、上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも十分に大きい比透磁率が得られる。また、強磁性体は導体であるから、第１線材の外周に強磁性体の第１層を備えた磁性素子全体としても導体となり、誘電率が生じない。従って、このように構成された磁性素子は、高周波の電磁波に対して誘電率を増大させることなく磁性体として機能することができる。

また、本発明に係る磁性素子は、所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能する磁性素子であって、第１線材の外周に、直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体の第１層を備え、前記第１層の厚さは、１２μｍ以下である。

また、前記第１層の厚さは、４μｍ以下であることが好ましい。

この構成によれば、磁性素子が線状の形状をしているため、磁性素子の長さ方向の反磁界係数がゼロとなって反磁性効果が低減される。また、後述の式（３）により、第１層の厚さを薄くするほど所定周波数の電磁波に対して実効的に得られる比透磁率である等価比透磁率が増大する。そして、第１層が直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体であって、その厚さが１２μｍ以下であれば、１ＧＨｚにおいて上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも大きい等価比透磁率が得られる。さらに、第１層の厚さを４μｍ以下とすれば、１０ＧＨｚにおいても、１ＧＨｚにおける非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも大きい等価比透磁率が得られる。また、強磁性体は導体であるから、第１線材の外周に強磁性体の第１層を備えた磁性素子全体としても導体となり、誘電率が生じない。従って、このように構成された磁性素子は、高周波の電磁波に対して誘電率を増大させることなく磁性体として機能することができる。

また、前記第１線材は、絶縁材料であることが好ましい。この構成によれば、芯まで強磁性体にした磁性素子ほど線材の径を細くしなくても、第１層を薄くすることにより等価比透磁率を増大させることができるので、製造が容易である。

また、前記第１線材は、前記第１層とは異なる強磁性体としてもよい。この構成によれば、第１線材の表面で、新たな表皮効果を生じさせて等価比透磁率を増大させることができると考えられる。

また、前記第１線材は、正磁性体であってもよい。この構成によれば、磁性素子に浸入した電磁波のうち、電界成分は第１線材の表面で短絡されてゼロとなり、そのエネルギーはすべて磁界に変換されて第１線材の表面、すなわち第１層における磁界成分が最大となる。そうすると、第１層の強磁性体と作用する磁界の強度を高めることができ、すなわち強磁性体の第１層を通過する磁束数を増大させることができるので、等価比透磁率を増大させることができる。

また、前記第１線材は、絶縁材料により構成された第２線材と、前記の外周に設けられた前記第１層とは異なる種類の強磁性体の第２層とからなり、前記第２層の厚さは、前記周波数の電磁波により生じる表皮厚以下であってもよい。この構成によれば、第２線材の表面で、新たな表皮効果を生じさせることができると考えられ、等価比透磁率を増大させることができる。

また、前記第１線材は、絶縁材料により構成された第２線材と、前記第２線材の外周に設けられた正磁性体の第２層とからなるものとしてもよい。この構成によれば、磁性素子に浸入した電磁波のうち、電界成分は第２層の表面で短絡されてゼロとなり、そのエネルギーはすべて磁界に変換されて第２層の表面、すなわち第１層における磁界成分が最大となる。そうすると、第１層の強磁性体と作用する磁界の強度を高めることができ、すなわち強磁性体の第１層を通過する磁束数を増大させることができるので、等価比透磁率を増大させることができる。

また、前記第１線材は、鉄であり、前記第１層は、ニッケルとしてもよい。この構成によれば、鉄とニッケルとは異なる強磁性体であるから、第１線材である鉄の表面で、新たな表皮効果を生じさせて等価比透磁率を増大させることができると考えられる。

また、前記第１線材は、銅であることとしてもよい。この構成によれば、第１線材は、正磁性体となるので、磁性素子に浸入した電磁波のうち、電界成分は第１線材である銅の表面で短絡されてゼロとなり、そのエネルギーはすべて磁界に変換されて第１線材の表面、すなわち第１層における磁界成分が最大となる。そうすると、第１層の強磁性体と作用する磁界の強度を高めることができ、すなわち強磁性体の第１層を通過する磁束数を増大させることができるので、等価比透磁率を増大させることができる。

また、前記電磁波の周波数は、少なくとも１ＧＨｚを含むことが好ましい。この場合、当該磁性素子が磁性体として機能する周波数範囲にマイクロ波が含まれるので、当該磁性素子は、マイクロ波に対して磁性体として機能するいわゆるマイクロ波磁性体となる。

上述のように構成された磁性素子によれば、磁性素子が線状の形状をしているため、磁性素子の長さ方向の反磁界係数がゼロとなって反磁性効果が低減される。また、後述の式（３）により、第１層の厚さを薄くするほど所定周波数の電磁波に対して実効的に得られる比透磁率である等価比透磁率が増大し、第１層の厚さが当該周波数の電磁波により生じる表皮厚以下、あるいは第１層が直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体であって、その厚さが１２μｍ以下であることによって、上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも大きい比透磁率が得られる。また、強磁性体は導体であるから、第１線材の外周に強磁性体の第１層を備えた磁性素子全体としても導体となり、誘電率が生じない。従って、このように構成された磁性素子は、高周波の電磁波に対して誘電率を増大させることなく磁性体として機能することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁性素子１の構成の一例を示す模式図である。図１（ａ）は磁性素子１の断面図を示し、図１（ｂ）は磁性素子１の斜視図を示している。図１に示す磁性素子１は、線材２（第１線材）の外周に、強磁性体層３（第１層）が、例えばメッキ、蒸着、塗布等により設けられている。線材２は、例えばナイロン（登録商標）糸、ポリエステル繊維、ガラス繊維等の絶縁材料で構成されている。また、強磁性体層３は、例えばニッケル、鉄、コバルト、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓその他の合金や化合物等の強磁性体で構成されている。

そして、強磁性体層３の厚さｔは、磁性素子１を磁性体として機能させようとする電磁波の周波数をｆとした場合に、上記式（１）から得られる表皮厚δ以下にされている。これにより、磁性素子１の取り扱い対象の周波数範囲において、表皮効果によって磁性素子１の表面に集中する磁束を強磁性体層３内に浸入させて、磁性体としての磁気的効果が得られるようにされている。

次に、このようにして構成された磁性素子１の磁気特性について説明する。図１に示す磁性素子１の長手方向に対して、周波数ｆの電磁波に対して実効的に得られる比透磁率を等価比透磁率μ_ｅとすると、等価比透磁率μ_ｅは、下記の式（３）で与えられる。

但し、μ_ｓ：強磁性体層３の直流における比透磁率
ｔ：強磁性体層３の厚さ
δ：式（１）により得られる表皮厚
図２、図３は、ニッケルで構成された強磁性体層３の厚さｔと磁性素子１の等価比透磁率μ_ｅとの関係を示すグラフである。図２、図３の横軸は強磁性体層３の厚さｔを示し、縦軸は等価比透磁率μ_ｅを示している。図２、図３に示すように、１，２，３ＧＨｚ、及び１０ＧＨｚのいずれにおいても、強磁性体層３の厚さｔが薄くなるほど等価比透磁率μ_ｅは増大し、強磁性体層３の厚さｔが極限に薄ければ、等価比透磁率μ_ｅは強磁性体層３を構成するニッケルの直流比透磁率（１１２０）に収斂する。

強磁性体層３の厚さｔは、薄くなりすぎると強磁性体層３の金属分子の配置が粗くなって連続して磁束が流れなくなるので、厚さｔは、磁束が連続して流れる程度の厚さ、例えば強磁性体層３の金属分子における直径の１０倍程度以上であれば、薄くなるほど等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。

ここで、ニッケルの直流比透磁率μ_ｓを１１２０、抵抗率ρを６．８５×１０^−８（Ω・ｍ）とすると、式（１）から、周波数１ＧＨｚでのニッケルの表皮厚δは、０．１２μｍとなる。そして、磁性素子１の強磁性体層３の厚さｔを表皮厚δと等しい０．１２μｍとすると、磁性素子１の１ＧＨｚにおける等価比透磁率μ_ｅは、図２から、７５０となり、例えば上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体では、１ＧＨｚにおいて得られる等価比透磁率μ_ｅが８であるのに対し、遙かに大きな等価比透磁率μ_ｅが得られる。

また、図３に示すように、例えば磁性素子１の強磁性体層３の厚さｔを表皮厚δの１００倍である１２μｍとした場合であっても、１ＧＨｚにおける等価比透磁率μ_ｅは１０を超え、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも大きな等価比透磁率μ_ｅが得られる。ここで、式（３）から、強磁性体層３の直流における比透磁率μ_ｓが大きいほど、等価比透磁率μ_ｅが大きくなるから、強磁性体層３としてニッケルの直流における比透磁率μ_ｓ以上の比透磁率μ_ｓを有する強磁性体を用いて、強磁性体層３の厚さｔを１２μｍ以下とすれば、磁性素子１の等価比透磁率μ_ｅは１ＧＨｚにおいて１０を超え、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも大きくすることができる。

同様に、図３から、強磁性体層３としてニッケルの直流における比透磁率μ_ｓ以上の比透磁率μ_ｓを有する強磁性体を用いて、強磁性体層３の厚さｔを４μｍ以下とすれば、磁性素子１の等価比透磁率μ_ｅは１０ＧＨｚにおいても１０を超え、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体における１ＧＨｚでの等価比透磁率μ_ｅよりも１０ＧＨｚにおける等価比透磁率μ_ｅを大きくすることができる。

すなわち、すくなくとも、磁性素子１の強磁性体層３の厚さｔを表皮厚δ以下にすることにより、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも等価比透磁率μ_ｅを増大することができる。さらに、図３のグラフから、直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体によって強磁性体層３を構成し、強磁性体層３の厚さｔを１２μｍ以下とすれば、背景技術に係る非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも等価比透磁率μ_ｅを増大できることが確認できた。

また、強磁性体層３は導体であるから、磁性素子１全体としても導体となり、基本的に誘電率が生じないので、磁性素子１は、高周波の電磁波に対して誘電率をほとんど増大させることなく磁性体として機能する。

なお、強磁性体層３をメッキで形成する場合、厚さｔが薄いもの、例えばｔ＝０．０１μｍといったものを作成することは容易であり、むしろ厚さｔを厚くする方が製造上の困難性をともなう。例えばニッケルの８０ＧＨｚにおける表皮厚δは、０．０１４μｍであるから、厚さ０．０１μｍの強磁性体層３は表皮厚δより薄い。すなわち、線材２にメッキにより厚さ０．０１μｍの強磁性体層３を形成すると、磁性素子１を、８０ＧＨｚ以下の周波数範囲、例えば１００ＭＨｚ〜８０ＧＨｚというような周波数範囲で磁性体として機能させることが可能となる。

次に、磁性素子１によって、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも高い透磁率が得られる原理について説明する。図４は、磁性体に磁界が作用することにより生じる反磁界（demagnetizing field）について説明するための説明図である。図４に示すように、磁性体１００に外部から加えられた磁界Ｈｏが作用すると、磁性体１００の両端にＮとＳの磁極が形成される。この磁極により生じる磁界は、磁界Ｈｏと方向が逆向きの反磁界Ｈｄとなり、磁界Ｈｏが反磁界Ｈｄにより打ち消される結果、磁性体１００の内部磁界、すなわち有効磁界Ｈは、Ｈ＝Ｈｏ−Ｈｄとなる。

ここで、磁界Ｈｏにより磁性体１００に生じた磁化の強さをＪ（Ｔ）、真空の透磁率をμ_０とすると、Ｈｄ＝Ｎ・Ｊ／μ_０で表される。ここでＮは、反磁界係数と呼ばれ、磁性体における反磁界Ｈｄの生じ易さを示している。反磁界係数Ｎは、磁性体１００の形状や、外部磁界Ｈｏが加えられる方向によって異なる。

図５（ａ）は、図１に示す磁性素子１における反磁界係数Ｎを説明するための説明図である。また、図５（ｂ）は、背景技術に係る磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体の球体の磁性体微粒子１０１における反磁界係数Ｎを説明するための説明図である。磁性体の三つの主軸ｘ，ｙ，ｚ方向の反磁界係数Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚは、Ｎｘ＋Ｎｙ＋Ｎｚ＝１の関係が有る。

そして、図５（ｂ）に示すように、背景技術に係る磁性体微粒子１０１では、反磁界係数Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚは、１／３，１／３，１／３となり、すなわちいかなる方向の外部磁界Ｈｏに対しても、反磁界Ｈｄが生じて磁性体微粒子１０１内部の有効磁界Ｈが弱められる結果、磁性体微粒子１０１の磁気的作用が弱められる。一方、図５（ａ）に示すように、図１に示す磁性素子１のような線状の磁性体、すなわち全体の長さ＞＞直径となるような磁性素子１に対しては、磁性体の長さ方向に対して垂直な反磁界係数Ｎｘ，Ｎｙが１／２，１／２となり、磁性体の長さ方向の反磁界係数Ｎｚがゼロとなることが知られている（（株）学献社刊 山田、宮沢、別所著 基礎磁気工学）。

ここで、印加磁界をＨｏ、真空の透磁率をμ_０、磁性体微粒子１０１や磁性素子１等の磁性体の直流での比透磁率をμ_ｓ、等価比透磁率をμ_ｅ、反磁界係数をＮとすると、磁性体内の磁束密度Ｂは、以下の式（４）で与えられる。

背景技術に係る磁性体微粒子１０１では、磁性体微粒子１０１を強磁性体で構成すると、比透磁率μ_ｓは、ニッケルで１１２０、鉄で５０００、ＰｅｒｍａｌｌｏｙやＡｍｏｒｐｈｏｕｓでは１万を超え、式（４）における１／μ_ｓの項は微少近似により無視でき、Ｎ＝１／３であることから、下記の式（５）が得られる。

よって、背景技術に係る球体の磁性体微粒子１０１単体では、例え比透磁率μ_ｓが１１２０以上になるような強磁性体を用いたとしても、反磁性効果により等価比透磁率μ_ｅは３となり、さらに表皮効果により等価比透磁率μ_ｅが減ぜられ、等価比透磁率μ_ｅは、３に満たない値となってしまう。

一方、図１に示す磁性素子１では、式（４）にＮ＝０を代入すると、μ_０μ_ｅＨｏ＝μ_０μ_ｓＨｏとなり、μ_ｅ＝μ_ｓが得られる。すなわち、図１に示す磁性素子１では、線材の長手方向における等価比透磁率μ_ｅは、反磁性効果によっても磁性体材料の比透磁率μ_ｓがそのまま得られ、例えば磁性体材料として、ニッケルを用いれば等価比透磁率μ_ｅは１１２０、鉄を用いれば等価比透磁率μ_ｅは５０００となり、表皮効果による透磁率の低下を考慮しても、背景技術に係る球体の磁性体微粒子１０１単体の場合と比べて大幅に、磁性素子１の長手方向の磁束に対する等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。

次に、例えば図６に示すような、芯まで強磁性体にした単線１０と、図１に示す磁性素子１とを対比して説明する。単線１０の場合、等価比透磁率μ_ｅは、以下の式（６）によって与えられる（竹山説三 電気磁気学現象理論 丸善 ＸＶＩ−３ 導体内の平面波）。

但し、ｄ：単線１０の半径
δ：表皮厚
μ_ｓ：強磁性体の比透磁率
図７は、図６に示す単線１０の半径ｄと単線１０の等価比透磁率μ_ｅとの関係を示すグラフである。図７の横軸は単線１０の半径ｄを示し、縦軸は等価比透磁率μ_ｅを示している。なお、強磁性体、例えばニッケルは、展性が低いために細く引き延ばして径の細い単線にすることが難しく、現実には半径が１０μｍ以下となるような単線を製造することが極めて困難ではあるものの、図７から、１ＧＨｚにおいて得られる等価比透磁率μ_ｅは、仮に単線１０の半径ｄを１０μｍとした場合、２９程度となり、半径ｄを３０μｍとした場合、１０程度となる。

このように、図６に示すように、芯まで強磁性体、例えばニッケルにした単線１０であっても、現在の製造限界を超えて、あるいは製造限界に近い径にすれば、例えば上述の非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体よりも等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。また、単線１０は導体であるため誘電率が存在せず、従ってこのように構成された単線１０は、高周波の電磁波に対して、誘電率を増大させることなく磁性体として機能する。

ところで、透磁率は、単線１０の単位断面積の中を通る磁束数を意味している。そして、図６に示すような芯まで強磁性体にした単線１０の場合、表皮効果により大部分の磁束は表皮厚の中を通り、かつ単線１０の太さが変化しても一定の周波数に対する表皮厚は一定であって変化しない。

図８は、単線１０の径が変化した場合の等価比透磁率μ_ｅの変化を説明するための説明図である。図８（ａ）は半径ｄ１の単線１０ａの断面を示し、図８（ｂ）は半径ｄ２の単線１０ｂの断面を示し、図８（ｃ）は半径ｄ３の単線１０ｃの断面を示しており、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３となっている。

図８に示すように、半径がｄ１からｄ２、ｄ３へと小さくなると、表皮厚δは変化することなく断面積が小さくなるから、単線１０の断面積における磁束が通る部分の比率が増大する結果、単線１０の単位断面積の中を通る磁束数が増加し、すなわち単線１０の径が小さくなるほど等価比透磁率μ_ｅが増大することとなる。すなわち、芯まで強磁性体にした単線１０の場合、等価比透磁率μ_ｅを増大させるためには半径ｄを小さくする必要があるため、上述したように、例えばニッケル線で１ＧＨｚにおいて２９程度の等価比透磁率μ_ｅを得るためには半径を１０μｍ以下にする必要が生じ、製造上の困難性を伴うこととなる。

一方、図１に示す磁性素子１の等価比透磁率μ_ｅは、線材２が非磁性体であるため、強磁性体層３の単位断面積あたりの磁束数により得られることとなる。そうすると、上述したように、式（３）から、線材２の径に関わらず強磁性体層３の厚さｔを小さくすることにより等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。そうすると、例えば１ＧＨｚにおいて、図７から、製造に困難性を伴う半径１０μｍの単線１０で等価比透磁率μ_ｅが２９程度となるのに対し、図２から、製造が容易な半径５０μｍの線材２の外周に厚さｔが０．１２μｍの強磁性体層３を例えばメッキにより形成した場合には、等価比透磁率μ_ｅが７５０となり、芯まで強磁性体にした単線１０よりも、図１に示す磁性素子１の方が、製造の困難性を低減しつつ、等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易となる。なお、磁性素子１は、芯まで強磁性体にした場合よりもある程度直径を大きくしても、磁気的効果が得られるが、電磁波に対して線状の形状に近似できる必要がある。そうすると、磁性素子１の半径ｄと長さＬとは、Ｌ＞＞ｄ、例えばＬ＞１００ｄの条件を満たすと共に、取り扱い対象となる電磁波の波長λに対し、ｄ＜＜λ、例えばｄ＜λ／１０００の条件を満たすことが望ましい。

また、図１に示す磁性素子１は、磁性体としての性質に基づき、どのような用途に用いてもよいが、特に、電波吸収体としての用途に好適である。すなわち、図１に示す磁性素子１は、線材２が絶縁体であるため、導体断面積、すなわち強磁性体層３の断面積を小さくして抵抗成分を増大させることが容易である。そして、抵抗成分が大きいと、電磁波に対して抵抗損失を生じさせることができ、電磁波のエネルギーを吸収する電波吸収体としての用途に特に適する。

なお、磁性素子１の太さ（直径）をＤ、波長λの電磁波により生じる表皮効果における表皮厚をδ、磁性素子１の比透磁率をμ_ｓとした場合、Ｄ＜４δ・μ_ｓであってもよく、Ｄ≧４δ・μ_ｓであってもよい。

また、所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能するとは、例えば取り扱い対象となる周波数として仕様等で規定された周波数に対して磁性体として機能することをいう。また、磁性体として機能するとは、取り扱い対象となる周波数の電磁波に対して少なくとも等価比透磁率が２以上となることをいい、より好ましくは等価比透磁率が８以上となることをいう。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁性素子について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁性素子１ａの構成の一例を示す図である。図９（ａ）は磁性素子１ａの断面図を示し、図９（ｂ）は磁性素子１ａの斜視図を示している。図９に示す磁性素子１ａは、図１に示す磁性素子１とは、線材２の代わりに線材４（第１線材）を備える点で異なる。線材４は、強磁性体層３とは異なる種類の強磁性体、例えば、抵抗率ρ及び／又は比透磁率μ_ｓが強磁性体層３と異なる強磁性体により構成されており、例えば強磁性体層３の場合、線材４として鉄を用いることができる。

本発明に係る磁性素子の発明者は、例えば図９に示す磁性素子１ａのように、異なる種類の強磁性体を層状に重ねることにより、図６に示す単線１０のように単一の強磁性体で構成された単線よりも、電磁波に対する磁性素子１ａの入射インピーダンスＺｉが増大することを見出した。すなわち、例えば図９に示す磁性素子１ａのように、異なる種類の強磁性体を層状に重ねた場合、電磁波に対して、まず強磁性体層３の表面で表皮効果が生じ、さらに線材４の表面で新たな表皮効果が生じると考えられる。これにより、図６に示す単一の強磁性体で構成された単線１０よりも、磁性素子１ａを通過する磁束数を増大させることができる結果、磁性素子１ａの等価比透磁率μ_ｅが増大し、入射インピーダンスＺｉが増大すると考えられる。

また、図９に示す磁性素子１ａは、図１に示す磁性素子１と同様、形状が線状であるから、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体と比較して反磁性効果の影響が低減され、等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易である。また、強磁性体層３、及び線材４は、導体であるから誘電率を生じることが無く、磁性素子１ａは、高周波の電磁波に対して、誘電率をほとんど増大させることなく磁性体として機能する。

このように構成された磁性素子１ａは、例えば強磁性体層３としてニッケルを用い、線材４としてニッケルより展性の高い強磁性体、例えば鉄を用いた場合には、図６に示すニッケルの単線１０よりも径の細いものを製造することが容易である。

また、図１に示す磁性素子１では、線材２として例えばナイロン糸やポリエステル繊維を用いた場合、強磁性体層３として用いられる強磁性体、例えばニッケルや鉄よりも線材２の方が、はるかに伸びやすいため、磁性素子１にストレスがかかると線材２だけ伸びてしまい強磁性体層３が断裂してしまうおそれがある。しかし、磁性素子１ａのように、線材４が鉄、強磁性体層３がニッケルであれば、鉄の方が展性は高いもののナイロン糸やポリエステル繊維とニッケルとの伸び方の差異と比較すれば、展性の差異が小さく、また鉄はナイロン糸やポリエステル繊維等よりも剛性が高いので、ストレスによって強磁性体層３が断裂したり、磁性素子１ａが断線してしまうことを低減することが容易である。

また、線材４が導体であるので、電界メッキによって強磁性体層３を形成することが可能となり、磁性素子１ａは、磁性素子１よりも製造が容易である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁性素子について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る磁性素子１ｂの構成の一例を示す図である。図１０（ａ）は磁性素子１ｂの断面図を示し、図１０（ｂ）は磁性素子１ｂの斜視図を示している。図１０に示す磁性素子１ｂは、図１に示す磁性素子１とは、線材２の代わりに線材５（第１線材）を備える点で異なる。線材５は、正磁性体により構成されており、例えば銅やアルミが用いられる。

銅やアルミなどの正磁性体は、極めて電気抵抗が小さいため、電界は線材５によって短絡され、線材５は電磁波に対する反射導体として機能する。そうすると、磁性素子１ｂに入射した電磁波は、線材５の表面において電界成分が短絡されてゼロとなり、そのエネルギーはすべて磁界に変換されて線材５の表面、すなわち強磁性体層３における磁界成分が最大となる。

これにより、図１０に示す磁性素子１ｂは、強磁性体層３と作用する磁界の強度を高めることができ、すなわち強磁性体層３を通過する磁束数を増大させることができるので、等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。また、図１０に示す磁性素子１ｂは、図１に示す磁性素子１と同様、形状が線状であるから、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体と比較して反磁性効果の影響が低減され、等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易である。また、強磁性体層３、及び線材５は、導体であるから誘電率を生じることが無く、磁性素子１ｂは、高周波の電磁波に対して、誘電率をほとんど増大させることなく磁性体として機能する。

また、上述したように、図１に示す磁性素子１では、磁性素子１にストレスがかかると線材２だけ伸びてしまい強磁性体層３が断裂してしまうおそれがある。しかし、銅やアルミなどの正磁性体とニッケルとであれば、銅やアルミの方が展性は高いもののナイロン糸やポリエステル繊維とニッケルとの伸び方の差異と比較すれば、展性の差異が小さく、また銅やアルミはナイロン糸やポリエステル繊維等よりも剛性が高いので、線材５として銅やアルミを用いた場合、ストレスによって強磁性体層３が断裂したり、磁性素子１ｂが断線してしまうことを低減することが容易である。

また、線材５が導体であるので、電界メッキによって強磁性体層３を形成することが可能となり、磁性素子１ｂは、磁性素子１よりも製造が容易である。

さらに、図１０に示す磁性素子１ｂは、磁性体としての性質に基づき、どのような用途に用いてもよいが、特に、アンテナやフィルタとしての用途に好適である。すなわち、図１０に示す磁性素子１ｂは、線材５として銅やアルミの電気抵抗が小さい正磁性体を用いた場合、磁性素子１ｂの入射インピーダンスＺｉは、抵抗成分がほぼゼロとなってリアクタンス成分のみとなるので、アンテナやフィルタとしての用途に特に適する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る磁性素子について説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る磁性素子１ｃの構成の一例を示す図である。図１１（ａ）は磁性素子１ｃの断面図を示し、図１１（ｂ）は磁性素子１ｃの斜視図を示している。図１１に示す磁性素子１ｃは、線材２（第２線材）の外周に、強磁性体層６（第２層）が、例えばメッキ、蒸着、塗布等により設けられている。この場合、線材２の外周に、強磁性体層６が設けられたものが、第１線材の一例に相当している。

そして、強磁性体層６の外周に、強磁性体層３（第１層）が、例えばメッキ、蒸着、塗布等により設けられている。線材２は、例えばナイロン糸、ポリエステル繊維、ガラス繊維等の絶縁材料で構成されている。また、強磁性体層３は、例えばニッケル、鉄、コバルト、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓその他の合金や化合物等の強磁性体で構成され、強磁性体層６は、強磁性体層３とは異なる強磁性体によって構成されている。

このように構成された磁性素子１ｃは、図１に示す磁性素子１と同様、形状が線状であるから、非特許文献１に記載のマイクロ波磁性体と比較して反磁性効果の影響が低減され、等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易である。また、強磁性体層３，６は導体であるから、磁性素子１ｃ全体としても導体となり、基本的に誘電率が生じないので、磁性素子１ｃは、高周波の電磁波に対して誘電率をほとんど増大させることなく磁性体として機能する。

また、このように構成された磁性素子１ｃは、図１に示す磁性素子１と同様、等価比透磁率μ_ｅが上記式（３）によって与えられ、磁性素子１ｃの径に関わらず等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易となる。さらに図９に示す磁性素子１ａと同様、強磁性体層６の表面から新たな表皮効果が生じることで、磁性素子１ｃを通過する磁束数を増加させることができるから、等価比透磁率μ_ｅを増大させることが容易となる。

なお、強磁性体層６の代わりに、例えば銅やアルミ等の正磁性体層を設けてもよい。この場合、図１０に示す磁性素子１ｂと同様、磁性素子１ｂに入射した電磁波は、正磁性体層の表面において電界成分が短絡されてゼロとなり、そのエネルギーはすべて磁界に変換されて正磁性体層の表面、すなわち強磁性体層３における磁界成分が最大となる。これにより、正磁性体層と作用する磁界の強度を高めることができ、すなわち強磁性体層３を通過する磁束数を増大させることができるので、等価比透磁率μ_ｅを増大させることができる。この場合、正磁性体層は、必ずしも薄くする必要はないが、メッキ等で正磁性体層を形成する場合、薄い正磁性体層を作成する方が容易であり、かつ、正磁性体層は薄い方が柔軟性に富み、ストレスに対して破断を生じにくい。

上述したように、図１、図９、図１０、図１１に示す磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃによれば、高周波の電磁波に対して、誘電率を増大させることなく磁性体として機能する磁性素子が得られる。ここで、このような磁性素子を工学的に用いようとする場合、磁性素子の入射インピーダンスＺｉが問題となる。そこで、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃによって得られる入射インピーダンスＺｉについて説明する。

まず、芯線の外周に厚さｔの強磁性体層を有する線材の、周波数ｆの電磁波に対する等価抵抗率ρ_ｅは、以下の式（７）によって与えられる。

但し、ρ：直流の抵抗率
δ：電磁波の周波数ｆのときに式（１）から得られる表皮厚
次に、芯線の負荷インピーダンスをＺ_Ｌとした場合、芯線の外周に厚さｔの強磁性体層を有する半径ｄの線材を、図１２に示すように、厚さｔの強磁性体層１１の背面に負荷インピーダンスＺ_Ｌの平面板１２が設けられた平面磁性体１３に近似して考えると、このような平面磁性体１３内を伝播する波の特性インピーダンスＺ_ｗ及び伝播定数γ_ｗは、以下の式（８）によって与えられる（藤澤和男著 マイクロ波回路 ２．９導電性媒質中の平面波）。

但し、ω：電磁波の角周波数
μ：μ_０×μ_ｓ
μ_０：大気の透磁率
μ_ｓ：平面磁性体１３の直流の透磁率
そして、平面磁性体１３内の伝送マトリックスＨは、以下の式（９）によって与えられる。

ここで、平面磁性体１３に対する電磁波入射方向からみた入射インピーダンスＺｉは、以下の式（１０）で与えられる。

式（１０）は、１ｍ^２あたりの値であるから、半径ｄの円筒に換算すると、下記式（１１）が得られる。但し、ｔ＜＜ｄであるものとする。

ここで、芯線が絶縁体の場合、例えば図１に示す磁性素子１の場合には、負荷インピーダンスＺ_Ｌは、下記の式（１２）によって与えられる。

但し、Ｚ_０：真空中の波動インピーダンス
ε_ｄ：絶縁体（芯線）の誘電率
また、芯線が導体（正磁性体、強磁性体を含む）の場合、例えば図９，図１０に示す磁性素子１ａ，１ｂの場合には、負荷インピーダンスＺ_Ｌは、下記の式（１３）によって与えられる。

但し、δ：導体（芯線）の電磁波の周波数ｆのときに式（１）から得られる表皮厚。

また、芯線の外周に、互いに異なる種類の強磁性体層を複数設けた場合、例えば図１１に示す磁性素子１ｃの場合、負荷インピーダンスＺ_Ｌは、複数の強磁性体層、例えば強磁性体層３，６それぞれの伝送マトリックスＨを重ね合わせた特性となる。この場合、互いに異なる種類の強磁性体とは、互いに抵抗率と透磁率とのうちいずれか一方が異なる強磁性体、あるいは抵抗率と透磁率とのうちいずれもが異なる強磁性体である。

図１３は、磁性素子１ｃを平面状にした場合の磁界分布を示す説明図である。図１３に示すように、負荷インピーダンスＺ_Ｌの平面板１２に、厚さｔの強磁性体層１４と厚さｔの強磁性体層１１とが積層された平面磁性体１５に浸入する磁界は、表皮効果により強磁性体層１１表面から深くなるに従って弱くなるが、強磁性体層１４に達すると、強磁性体層１４の表面（強磁性体層１１と強磁性体層１４との界面）から新たな表皮効果が始まり、磁界の弱まり方が低下する。

図１４、図１５は、式（１１）、式（１２）、及び式（１３）に基づいて、図６に示す単線１０と、図１に示す磁性素子１と、図９に示す磁性素子１ａと、図１０に示す磁性素子１ｂとについて、入射インピーダンスＺｉを算出したグラフである。図１４は、入射インピーダンスＺｉにおける実数部である抵抗を示し、図１５は、入射インピーダンスＺｉにおける虚数部であるリアクタンスを示している。

図１４、図１５において、グラフＧ１１，Ｇ１２は、磁性素子１において、強磁性体層３がニッケル、線材２が絶縁体の一例であるナイロン（登録商標）であり、半径ｄが５０μｍの場合を示している。そして、グラフＧ１１は強磁性体層３の厚さｔが０．０１μｍの場合を示し、グラフＧ１２は強磁性体層３の厚さｔが０．１μｍの場合を示している。

グラフＧ２１，Ｇ２２は、磁性素子１ａにおいて、強磁性体層３がニッケル、線材４が強磁性体の一例である純鉄であり、半径ｄが５０μｍの場合を示している。そして、グラフＧ２１は強磁性体層３の厚さｔが０．０１μｍの場合を示し、グラフＧ２２は強磁性体層３の厚さｔが０．１μｍの場合を示している。

グラフＧ３１，Ｇ３２は、磁性素子１ｂにおいて、強磁性体層３がニッケル、線材５が正磁性体の一例である銅であり、半径ｄが５０μｍの場合を示している。そして、グラフＧ３１は強磁性体層３の厚さｔが０．０１μｍの場合を示し、グラフＧ３２は強磁性体層３の厚さｔが０．１μｍの場合を示している。なお、線材５としてアルミを用いた場合であっても、グラフＧ３１，Ｇ３２とほぼ同じ結果が得られる。

グラフＧ４１は、図６に示す単線１０において、半径ｄが５０μｍのニッケル線を用いた場合を示している。

図１４、図１５から、芯線を絶縁体にした磁性素子１（グラフＧ１１，Ｇ１２）では、低リアクタンス、高抵抗となることが確認できた。また、芯線を強磁性体層３とは異なる強磁性体にした磁性素子１ａ（グラフＧ２１，Ｇ２２）や、芯線を正磁性体にした磁性素子１ｂ（グラフＧ３１，Ｇ３２）では、磁性素子１より低抵抗、高リアクタンスとなることが確認できた。そして、ニッケルの単線１０では、これらの中間的な特性が得られることが確認できた。

また、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスＺｉは、式（１１）から、半径ｄに反比例し、半径ｄが小さくなるほどインピーダンスＺｉが増大する。図１６、図１７に、グラフＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１の半径ｄを、７μｍに変更したグラフＧ１３，Ｇ２３，Ｇ３３，Ｇ４３を示す。図１６、図１７からも、磁性素子１，１ａ，１ｂのインピーダンスＺｉは、半径ｄを小さくすることにより増大することが確認できる。

図１８は、ニッケル、鉄、コバルト、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓの１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおける表皮厚δを式（１）から算出したグラフである。図１８において、グラフＧ５１は、比透磁率μ_ｓ＝１７５、抵抗率ρ＝９のコバルトの表皮厚δ、グラフＧ５２は、比透磁率μ_ｓ＝１１２０、抵抗率ρ＝６．８５のニッケルの表皮厚δ、グラフＧ５３は、比透磁率μ_ｓ＝５０００、抵抗率ρ＝９．７の鉄の表皮厚δ、グラフＧ５４は、比透磁率μ_ｓ＝２００００、抵抗率ρ＝１７のＰｅｒｍａｌｌｏｙの表皮厚δ、グラフＧ５５は、比透磁率μ_ｓ＝１０００００、抵抗率ρ＝１２０のＡｍｏｒｐｈｏｕｓの表皮厚δを示している。

図１９、図２０は、式（１１）、式（１２）、及び式（１３）に基づいて、半径ｄ＝６μｍのポリエステルの線材２の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１のインピーダンスを算出した結果を示すグラフである。図１９はインピーダンスの抵抗成分を示し、図２０はインピーダンスのリアクタンス成分を示している。

また、図２１、図２２は、式（１１）、式（１２）、及び式（１３）に基づいて、半径ｄ＝６μｍの銅の線材５の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１ｂのインピーダンスを算出した結果を示すグラフである。図２１はインピーダンスの抵抗成分を示し、図２２はインピーダンスのリアクタンス成分を示している。

図１９、図２０、図２１、図２２において、グラフＧ５１は、コバルトを強磁性体層３として用いた場合、グラフＧ５２は、ニッケルを強磁性体層３として用いた場合、グラフＧ５３は、鉄を強磁性体層３として用いた場合、グラフＧ５４は、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙを強磁性体層３として用いた場合、グラフＧ５５は、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓを強磁性体層３として用いた場合を示している。また、図２３は、グラフＧ５５を除いて図２２の縦軸を拡大したグラフである。

絶縁材料であるポリエステルの線材２の外周に、厚さｔを表皮厚δとする強磁性体層３を設けた磁性素子１では、図１９に示すように、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲で図２７に示す従来のマイクロ波磁性体より、インピーダンスの抵抗成分を大きく増大させることが出来る。また、このように、厚さｔを表皮厚δとする強磁性体層３を設けた磁性素子１では、図２０に示すように、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲でインピーダンスのリアクタンス成分が正の値をとり、磁性体として機能する。

そうすると、磁性素子１のインピーダンスは、強磁性体層３が薄くなるほど増大するから、強磁性体層３厚さｔを取り扱い対象の周波数の電磁波により生じる表皮厚δ以下にすることにより、磁性素子１を磁性体として機能させることができ、さらに背景技術に係るマイクロ波磁性体より、インピーダンスの抵抗成分を増大させることが容易である。

また、正磁性体である銅の線材５の外周に、厚さｔを表皮厚δとする強磁性体層３を設けた磁性素子１ｂでは、図２１に示すように、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲においてインピーダンスの抵抗成分を極めて小さい低抵抗にしつつ、図２２、図２３に示すように、リアクタンス成分が正の値となり、磁性体として機能することができる。

図６に示す単線１０と、図１に示す磁性素子１と、図９に示す磁性素子１ａと、図１０に示す磁性素子１ｂと、図１１に示す磁性素子１ｃとについて、実際にサンプルを作成した。上述の第１実施形態〜第４実施形態においては、等価比透磁率μ_ｅに基づき磁性素子１〜１ｃの特性を説明したが、現実には、１ＧＨｚを超えるマイクロ波で、磁性体の等価透磁率を測定することができる測定方法が知られていない。そのため、単線１０、及び磁性素子１〜１ｃのサンプルについて、インピーダンスを測定することで、磁性素子１〜１ｃのマイクロ波における磁気的効果を確認した。

まず、マイクロ波において強磁性体層３によって生じるインピーダンスの測定方法について説明する。単線１０、及び磁性素子１〜１ｃのような線材について、マイクロ波におけるインピーダンスを測定する方法についても、現在のところ確立された測定方法は存在しない。そこで、以下のようにしてインピーダンスを測定した。

図２４は、単線１０、及び磁性素子１〜１ｃの各サンプルについて、インピーダンスを測定するために用いた測定治具２０の構成を示す断面図である。図２４（ａ）は測定治具２０の側断面図を示し、図２４（ｂ）は図２４（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。また、図２４（ａ），（ｂ）は、測定治具２０に、インピーダンスを測定しようとするサンプルＳが取り付けられた状態を示している。

測定治具２０は、導体板２１、載置台２２、保持部材２３、電極２４、及び同軸コネクタ２５を備えている。そして、導体板２１の上に載置台２２が配設され、載置台２２の上にサンプルＳを載置した後、さらにその上に発泡ポリエチレンの保持部材２３を載置、固定することで、サンプルＳが動かないように固定するようにした。導体板２１の一方端には、上方に突出して電極部２１ａが設けられ、載置台２２に載置されたサンプルＳの一端と接触して電気的に接続されるようになっている。また、導体板２１の他端には、電極２４が凸設されており、載置台２２に載置されたサンプルＳの他端と接触して電気的に接続されるようになっている。

載置台２２として、厚さｈ＝１．６ｍｍの発泡ポリエチレンを用いた。また、電極部２１ａと電極２４との間のサンプルＳの長さＬは、２０ｍｍになるようにした。長さＬは、最高測定周波数（２ＧＨｚ）の波長の１／２以上になると、分布定数回路の共振が生じてインピーダンス測定が正しくできなくなるため、２ＧＨｚの波長の１／２より短くなるように、長さＬを設定した。サンプルＳは、半径５０μｍのものを用いた。

同軸コネクタ２５は、導体板２１と電極２４とに接続されている。そして、同軸コネクタ２５に、計測装置を接続してインピーダンス測定を行った。計測装置としては、Agilent Technology社製（USA） Network analyzer Model-8720を用いた。

次に、図２４に示す測定治具２０を用いたインピーダンスの測定方法について説明する。長さＬ、直径２ｄの、非磁性体（正磁性体）の導体線に電流Ｉを流すと、導体線の外周における大気中に、磁界Ｂｅを生じる。一方、図１に示す磁性素子１のように、絶縁体の線材２の外周に厚さｔ（厚さｔ＜表皮厚δ）の強磁性体層３を設けると、図２５に示すように、強磁性体層３の中に内部磁界Ｂｉを生じ、磁界Ｂｅ＋内部磁界Ｂｉが生じる（竹山設三 電気磁気学現象理論 丸善 ＸＶＩ−９（５） ｐｐ−３９３）。強磁性体層３が、銅やアルミニウムのような正磁性体であれば、磁界Ｂｉは工学上無視できる程度の弱い磁界となるが、強磁性体層３が強磁性体であれば、Ｂｉ＞Ｂｅとなる。

磁界Ｂｅは、大気の透磁率に基づき生じるから、非磁性体（正磁性体）の導体線であっても、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃであっても、磁界Ｂｅは等しい。そうすると、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃの磁気的効果を検証するためには、磁界Ｂｉに係るインピーダンスを測定する必要がある。

そこで、まず、測定治具２０に、サンプルＳとして、半径ｄが５０μｍの銅線（正磁性体）を取り付け、長さＬ＝２０ｍｍとしてインピーダンスを測定することで、磁界Ｂｅに係るインピーダンスを測定し、次に、半径ｄが５０μｍの磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃをサンプルＳとして（磁界Ｂｅ＋内部磁界Ｂｉ）に係るインピーダンスを測定し、（磁界Ｂｅ＋内部磁界Ｂｉ）に係るインピーダンスから磁界Ｂｅに係るインピーダンスを差し引くことにより、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃの内部磁界Ｂｉに係るインピーダンス、すなわち磁気的効果を検証した。

ここで、半径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２０ｍｍの銅線の特性インピーダンスＺ_ｕは、下記の式（１４）で与えられる。また、このような銅線を測定治具２０に取り付けた場合に、同軸コネクタ２５に接続した計測装置から見たインピーダンスＺ_ｓは、下記の式（１５）で与えられる。

但し、ε_ｄ：厚さｈ＝１．６ｍｍの発泡ポリエチレンの誘電率≒１．０３
λ：電磁波の波長
そうすると、インピーダンスＺ_ｓは、磁界Ｂｅ及び測定治具２０に係るインピーダンスとなるので、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃをサンプルＳとして測定治具２０に取り付けて測定した測定値から、インピーダンスＺ_ｓの測定値を差し引くことにより、磁性素子１，１ａ，１ｂ，１ｃの内部磁界Ｂｉに係るインピーダンスを算出した。

図２６は、上述のようにして得られた測定値を示す一覧表である。なお、図２６に記載のインピーダンス測定値は、すべて上述のようにインピーダンスＺ_ｓの測定値を差し引いた後のインピーダンスを示している。また、インピーダンス測定値（Ω／ｍｍ）を、図１４、図１５に単位をあわせて（Ω／ｍ）で表した値を括弧付きで示した。また、強磁性体層３，６は、メッキにより形成した。また、強磁性体層３，６の厚さ、すなわちメッキ厚は、実測することが極めて困難であるので、電気抵抗を測定して逆算することにより求めた。また、芯線の太さに対して強磁性体層３，６の厚さは極めて微少であるので、半径ｄとして芯線の半径を記載した。

そして、磁性素子１ｃについては、加工の容易さから芯線としてステンレス（ＳＵＳ）を用いた。ステンレスは、抵抗率ρが７２×１０^−８（Ω・ｍ）であり、ニッケルの抵抗率ρ＝６．８５×１０^−８（Ω・ｍ）や純鉄の抵抗率ρ＝９．７×１０^−８（Ω・ｍ）より抵抗率が大きい。また、ステンレスは、展性の高さから径を細くすることが容易であるので、ステンレス線の半径ｄを１５μｍに小さくして抵抗を増大させることにより、磁性素子１ｃの線材２として用いた。また、このようにして得られた磁性素子１ｃにおける強磁性体層６の効果を確認するために、半径ｄ＝１５μｍのステンレス線に強磁性体層３のみ形成した比較サンプルを作成し、インピーダンスを測定した。

このようにして得られた磁性素子１，１ａ，１ｂ、及び単線１０のインピーダンス測定値は、図２６に括弧付きで示すように、図１４，図１５に示すグラフＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１とよく一致しており、図１４及び図１５に示すグラフの導出に用いた式（１１）、式（１２）、式（１３）、及びこれを計算するために必要となる等価比透磁率μ_ｅの算出式（３）が妥当なものであることが実験的に確認でき、さらにこの式（３）から得られた図２及び図３が実験的に妥当であることが裏付けられた。

また、磁性素子１のインピーダンスは、周波数に関わらず、抵抗成分が大きく、リアクタンス成分が小さくなり、図１４、図１５に示すグラフＧ１１（理論値）と傾向が一致することが確認できた。

また、磁性素子１ａのインピーダンスは、単線１０、磁性素子１，１ａ，１ｂのうち、抵抗成分が磁性素子１に次いで大きく、リアクタンス成分が最大となり、図１４、図１５に示すグラフＧ２１（理論値）と傾向が一致することが確認できた。特に、単線１０との比較では、磁性素子１ａは、抵抗成分、リアクタンス成分共に約２倍となり、芯まで強磁性体にした構成よりも、磁気的効果が増大することが確認できた。

そして、磁性素子１ｂのインピーダンスは、単線１０、磁性素子１，１ａ，１ｂのうち、抵抗成分が最も小さく、リアクタンス成分が磁性素子１に次いで大きく、図１４、図１５に示すグラフＧ３１（理論値）と傾向が一致することが確認できた。

さらに、磁性素子１ｃのインピーダンスは、比較サンプルとの比較から、強磁性体層６を備えることによって、抵抗成分、リアクタンス成分のいずれもが増大し、特にリアクタンス成分が大きく増大することが確認できた。

本発明の第１の実施形態に係る磁性素子の構成の一例を示す模式図である。（ａ）は磁性素子の断面図を示し、（ｂ）は磁性素子の斜視図を示している。 ニッケルで構成された強磁性体層の厚さｔと磁性素子の等価比透磁率μ_ｅとの関係を示すグラフである。 ニッケルで構成された強磁性体層の厚さｔと磁性素子の等価比透磁率μ_ｅとの関係を示すグラフである。 磁性体に磁界が作用することにより生じる反磁界について説明するための説明図である。 （ａ）は、図１に示す線材における反磁界係数を説明するための説明図である。（ｂ）は、背景技術に係る磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体の球体の磁性体微粒子における反磁界係数を説明するための説明図である。 芯まで強磁性体にした単線を示す模式図である。 図６に示す単線の半径ｄと単線の等価比透磁率μ_ｅとの関係を示すグラフである。 図６に示す単線の径が変化した場合の等価比透磁率μ_ｅの変化を説明するための説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁性素子の構成の一例を示す図である。（ａ）は磁性素子の断面図を示し、（ｂ）は磁性素子の斜視図を示している。 本発明の第３の実施形態に係る磁性素子の構成の一例を示す図である。（ａ）は磁性素子の断面図を示し、（ｂ）は磁性素子の斜視図を示している。 本発明の第４の実施形態に係る磁性素子の構成の一例を示す図である。（ａ）は磁性素子の断面図を示し、（ｂ）は磁性素子の斜視図を示している。 芯線の外周に厚さｔの強磁性体層を有する半径ｄの線材を、厚さｔの強磁性体層の背面に負荷インピーダンスＺ_Ｌの平面板が設けられた平面磁性体に近似して示した説明図である。 図１１に示す磁性素子を平面状にした場合の磁界分布を示す説明図である。 図６に示す単線と、図１に示す磁性素子と、図９に示す磁性素子と、図１０に示す磁性素子とについて、半径ｄが５０μｍの場合の入射インピーダンスＺｉを算出したグラフである。 図６に示す単線と、図１に示す磁性素子と、図９に示す磁性素子と、図１０に示す磁性素子とについて、半径ｄが５０μｍの場合の入射インピーダンスＺｉを算出したグラフである。 図６に示す単線と、図１に示す磁性素子と、図９に示す磁性素子と、図１０に示す磁性素子とについて、半径ｄが７μｍの場合の入射インピーダンスＺｉを算出したグラフである。 図６に示す単線と、図１に示す磁性素子と、図９に示す磁性素子と、図１０に示す磁性素子とについて、半径ｄが７μｍの場合の入射インピーダンスＺｉを算出したグラフである。 ニッケル、鉄、コバルト、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓの１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおける表皮厚δを示すグラフである。 半径ｄ＝６μｍのポリエステルの線材２の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１のインピーダンスの抵抗成分を算出した結果を示すグラフである。 半径ｄ＝６μｍのポリエステルの線材２の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１のインピーダンスのリアクタンス成分を算出した結果を示すグラフである。 半径ｄ＝６μｍの銅の線材５の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１ｂのインピーダンスの抵抗成分を算出した結果を示すグラフである。 半径ｄ＝６μｍの銅の線材５の外周に、図１８に示す表皮厚δの厚さｔを有する強磁性体層３を設けた磁性素子１ｂのインピーダンスのリアクタンス成分を算出した結果を示すグラフである。 図２２の縦軸を拡大したグラフである。 単線及び磁性素子の各サンプルについて、インピーダンスを測定するために用いた測定治具の構成を示す断面図である。（ａ）は測定治具の側断面図を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。 図１に示す磁性素子に電流を流した場合に生じる磁界を説明するための説明図である。 単線及び磁性素子の各サンプルについて、実験的に測定されたインピーダンスの測定結果を示す一覧表である。 背景技術に係るマイクロ波磁性体の１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおけるインピーダンスの抵抗成分を示すグラフである。 背景技術に係るマイクロ波磁性体の１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚにおけるインピーダンスのリアクタンス成分を示すグラフである。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 磁性素子
２ 線材
３，６ 強磁性体層
４，５ 線材
２０ 測定治具
２１ 導体板
２１ａ 電極部
２２ 載置台
２３ 保持部材
２４ 電極

Claims (11)

1. 所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能する磁性素子であって、
   第１線材の外周に、強磁性体の第１層を設け、
   前記第１層の厚さは、前記周波数の電磁波により生じる表皮厚以下であること
   を特徴とする磁性素子。
2. 所定の周波数の電磁波に対して磁性体として機能する磁性素子であって、
   第１線材の外周に、直流においてニッケルの透磁率以上の透磁率を有する強磁性体の第１層を設け、
   前記第１層の厚さは、１２μｍ以下であること
   を特徴とする磁性素子。
3. 前記第１層の厚さは、４μｍ以下であること
   を特徴とする請求項２記載の磁性素子。
4. 前記第１線材は、絶縁材料であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性素子。
5. 前記第１線材は、前記第１層とは異なる強磁性体であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性素子。
6. 前記第１線材は、正磁性体であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性素子。
7. 前記第１線材は、
   絶縁材料により構成された第２線材と、
   前記の外周に設けられた前記第１層とは異なる種類の強磁性体の第２層とからなり、
   前記第２層の厚さは、前記周波数の電磁波により生じる表皮厚以下であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性素子。
8. 前記第１線材は、
   絶縁材料により構成された第２線材と、
   前記第２線材の外周に設けられた正磁性体の第２層とからなるものであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性素子。
9. 前記第１線材は、鉄であり、
   前記第１層は、ニッケルであること
   を特徴とする請求項５記載の磁性素子。
10. 前記第１線材は、銅であること
    を特徴とする請求項６記載の磁性素子。
11. 前記電磁波の周波数は、少なくとも１ＧＨｚを含むこと
    を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁性素子。

Images