JP2011222617A - Wire for inductor and inductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタの巻線に使用されるインダクタ用線材および、この線材を用いたインダクタに関する。 The present invention relates to an inductor wire used for a winding of an inductor and an inductor using the wire.
インダクタを製造するための巻線用の線材としては、一般的には、銅などの導電体の外側に絶縁層を設けた線材が使用されている。 As a wire for winding for manufacturing an inductor, a wire having an insulating layer outside a conductor such as copper is generally used.
また、この導電体の表面に磁性体をめっきした線材も知られている。この線材を使用したインダクタでは、１ＭＨｚの周波数帯域において、１０％程度のインダクタンスＵＰの効果があると開示されている（例えば、特許文献１参照）。 Also known is a wire material in which a magnetic material is plated on the surface of the conductor. It is disclosed that an inductor using this wire has an effect of an inductance UP of about 10% in a frequency band of 1 MHz (see, for example, Patent Document 1).
インダクタの性能は、一般的にＱ値（Ｑ値＝２π×周波数×インダクタンスＬｓ／巻線抵抗Ｒｓ）が高いことで表現される。上述の文献では、インダクタンスＬがＵＰすることについては記載されているが、抵抗値Ｒについての関係が不明である。また、上記文献では、磁性体層の材質や厚みとの関係が記載されていない。他方、この文献で開示されている共振回路では、Ｑ値を下げることについて記載されているが、Ｑ値を高める（抵抗値を低くする）ことについては記載されていない。 The performance of an inductor is generally expressed by a high Q value (Q value = 2π × frequency × inductance Ls / winding resistance Rs). Although the above-mentioned document describes that the inductance L increases, the relationship with respect to the resistance value R is unknown. Moreover, in the said literature, the relationship with the material and thickness of a magnetic body layer is not described. On the other hand, in the resonant circuit disclosed in this document, it is described about lowering the Q value, but it is not described about increasing the Q value (lowering the resistance value).
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、導電体の表層に磁性体層を設けるにあたり、抵抗値をも加味してＱ値を高めることができるインダクタ用線材およびインダクタを提供するためのものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an inductor wire and an inductor capable of increasing a Q value in consideration of a resistance value when providing a magnetic layer on a surface layer of a conductor. Is for.
上述課題を解決するため、本発明は、インダクタのコイルに使用されるインダクタ用線材であって、導電体の表層にＦｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる磁性体層を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an inductor wire used for an inductor coil, and a magnetic layer made of an alloy of two or more elements containing Fe in a weight ratio of 10% or more is provided on a surface layer of a conductor. It is characterized by that.
また、前記磁性体層は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金であってもよい。 The magnetic layer may be an Fe-50Ni alloy.
さらに、前記磁性体層は、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であってもよい。 Further, the magnetic layer may be an Fe-80Ni alloy.
一方、前記磁性体層の厚みを、使用周波数帯域が大きくなるに従って薄くすることもできる。 On the other hand, the thickness of the magnetic layer can be reduced as the operating frequency band increases.
また、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金の磁性体層の厚みを、使用周波数帯域が５０００ｋＨｚまたはそれより大きい場合に、１μｍより大きく３μｍよりも小さくすることが好ましい。 Further, it is preferable that the thickness of the magnetic layer of the alloy of two or more elements containing Fe of 10% or more by weight is larger than 1 μm and smaller than 3 μm when the operating frequency band is 5000 kHz or larger.
また、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層の厚みを、使用周波数帯域が１００ｋＨｚよりも大きく５０００ｋＨｚよりも小さい場合に、１μｍより大きく３μｍよりも小さくすることが好ましい。 In addition, when the operating frequency band is larger than 100 kHz and smaller than 5000 kHz, the thickness of the magnetic layer of Fe-50Ni alloy or Fe-80Ni alloy is preferably larger than 1 μm and smaller than 3 μm.
さらに、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層の厚みを、使用周波数帯域が５０００ｋＨｚまたはそれより大きい場合に、０μｍより大きく２μｍよりも小さくすることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the thickness of the magnetic layer of the Fe-50Ni alloy or the Fe-80Ni alloy is larger than 0 μm and smaller than 2 μm when the use frequency band is 5000 kHz or larger.
これらの場合において、前記磁性体層は、前記導電体と絶縁層との間に設けるようにしてもよい。 In these cases, the magnetic layer may be provided between the conductor and the insulating layer.
他方、上記のインダクタ用線材を使用してインダクタを製作することもできる。 On the other hand, an inductor can be manufactured using the above-described inductor wire.
本発明に係るインダクタ用線材では、インダクタのコイルに使用されるインダクタ用線材であって、導電体の表層にＦｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる磁性体層を設けているので、磁性体層を設けていない線材と比較して、インダクタンスを向上させると共に抵抗値を下げ、Ｑ値を高めることができる。 The inductor wire according to the present invention is an inductor wire used for a coil of an inductor, and a magnetic layer made of an alloy of two or more elements containing Fe in a weight ratio of 10% or more is provided on the surface layer of the conductor. Therefore, compared with a wire without a magnetic layer, the inductance can be improved, the resistance value can be lowered, and the Q value can be raised.
以下、本発明の実施の形態に係るインダクタ用線材１について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のインダクタ用線材１の断面図である。
Hereinafter, an
インダクタ用線材１は、線材の芯である導電体２と、この導電体２の外側を覆う磁性体層３と、この磁性体層３のさらに外周を覆う絶縁層４とで構成されている。
導電体２は、その断面形状が円形をなしており、素材として導電性を有する銅が使用されている。
The
The
磁性体層３は、導電性を有するものであり、数μｍオーダーの厚みに形成されている。この磁性体層３は、導電体２の外周の全体を均一に覆う態様でめっきなどによって形成されている。磁性体層３の材料としては、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金によって形成されている。また、好ましくは、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金によって形成されている。
絶縁層４は、例えば、エナメル絶縁層であり、その層の厚みは約３５μｍに形成されている。
The
The
また、インダクタ用線材は、図２に示すように、平角線で構成することもできる。
図２（Ａ）に示すインダクタ用線材１１は、線材の芯である導電体１２の断面形状が矩形状であり、その４辺の外側の全体を覆うように磁性体層１３が形成されている。また、この磁性体層１３の外側には、磁性体層１３の外側の全体を覆うように絶縁層１４が形成されている。このような平角線は、コアに巻き付ける際に隣接する線材の間に隙間が生じないようにすることができる点で優れている。
Further, the inductor wire can be formed of a flat wire as shown in FIG.
In the inductor wire 11 shown in FIG. 2A, the conductor 12 that is the core of the wire has a rectangular cross-sectional shape, and the magnetic layer 13 is formed so as to cover the entire outside of the four sides. . Further, an
また、図２（Ｂ）に示すインダクタ用線材２１は、断面矩形状の導電体２２の下辺の下側にのみ磁性体層２３を形成したものである。そして、これらの外側を覆うように絶縁層２４が形成されている。
In addition, an
次に、本実施の形態に係るインダクタ用線材１を用いたインダクタの実験について、図３〜図１４を用いて説明する。本事例は、インダクタ用線材１の磁性体層の材質および膜厚を変えたときのインダクタのインダクタンス変化を実験によって検証したものである。
Next, an experiment of an inductor using the
従来、このようなインダクタンス用線材としては、導電体の外側に絶縁層のみを有するものが使用されていた。また、磁性体層をめっきすることで高周波帯域でインダクタンスＬｓが増加する点については知られているが、線材の抵抗値Ｒｓとの関係は知られていない。これに対し、今回の実験では、線材のインダクタンスＬｓと抵抗値Ｒｓとを、磁性体層の材質および厚みの観点から測定した結果、これらの関係に最適値があることが判明した。 Conventionally, as such an inductance wire, one having only an insulating layer outside the conductor has been used. Further, it is known that the inductance Ls increases in the high frequency band by plating the magnetic layer, but the relationship with the resistance value Rs of the wire is not known. On the other hand, in this experiment, as a result of measuring the inductance Ls and the resistance value Rs of the wire from the viewpoint of the material and thickness of the magnetic layer, it was found that there is an optimum value for these relationships.
この実験では、インダクタ用線材として、以下の３種類を実験している。
（Ａ）インダクタ用線材１Ａ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅを主とする合金
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
（Ｂ）インダクタ用線材１Ｂ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅ−５０Ｎｉ 熱処理あり
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
（Ｃ）インダクタ用線材１Ｃ（線径φ０．５）
導電体：主に銅
磁性体層：Ｆｅ−８０Ｎｉ 熱処理なし
磁性体層の外側に絶縁層エナメル（３５μｍ）
なお、以下の説明で、符号に付されたＡ，Ｂ，Ｃの添字は、それぞれ、上記（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のインダクタ用線材に対応するものとする。
In this experiment, the following three types of wires are tested as inductor wires.
(A)
Conductor: mainly copper
Magnetic layer: Fe-based alloy
Insulating layer enamel (35μm) outside the magnetic layer
(B)
Conductor: mainly copper
Magnetic layer: Fe-50Ni with heat treatment
Insulating layer enamel (35μm) outside the magnetic layer
(C)
Conductor: mainly copper
Magnetic layer: Fe-80Ni No heat treatment
Insulating layer enamel (35μm) outside the magnetic layer
In the following description, the subscripts A, B, and C attached to the reference numerals correspond to the inductor wires (A), (B), and (C), respectively.
このインダクタ用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれの初透磁率は、比透磁率で、１００、５００、２０００である。
また、インダクタ用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれの飽和磁束密度（Ｔ）は、２．０（Ｔ）、０．７５（Ｔ）、１．５（Ｔ）である。
The initial permeability of each of the
The saturation magnetic flux densities (T) of the
本実験で使用する空芯コイル３０Ａは、図３に示すように、インダクタ用線材１Ａを円筒形に巻き、円筒の中に何も入れていないものである。この空芯コイル３０Ａの直径はφ６ｍｍ、巻数は１７ターンである。
同様に、空芯コイル３０Ｂ、３０Ｃも線材（磁性体層の材質）が異なるのみで、その基本構成は同じである。
As shown in FIG. 3, the air-
Similarly, the air-
このような構成で、まず、めっき厚を３μｍにしたときの、使用帯域の周波数とインダクタンスとの関係について実験した。
図４は、空芯コイルの周波数とインダクタンスとの関係を示すグラフ図、図５は、空芯コイルの周波数とインダクタンス変化率との関係を示すグラフ図である。なお、これらの図において、符号４０Ａは、インダクタ用線材１Ａ（めっき厚３μｍ）を用いた空芯コイル３０Ａでの測定値、符号４０Ｂは、空芯コイル３０Ｂでの測定値、符号４０Ｃは、空芯コイル３０Ｃでの測定値を示す。また、符号４１は、磁性体層を設けない線材で構成した空芯コイルでの測定値を示す（なお、図５において符号４１の測定値は、変化率がどの周波数でも０％になるため省略する）。
With such a configuration, an experiment was first conducted on the relationship between the frequency of the band used and the inductance when the plating thickness was 3 μm.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the frequency of the air-core coil and the inductance, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the air-core coil and the inductance change rate. In these drawings, reference numeral 40A denotes a measured value with the air core coil 30A using the
図４および図５に示す実験結果から、以下のことが判断できる。
（イ）インダクタ用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いた空芯コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ（符号４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）は、図４に示すように、周波数帯域０．０１ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの全範囲において、磁性体層を設けていない線材（符号４１）よりもインダクタンスが高い値となる。これにより、導電体２の表層にＦｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる磁性体層３を設けることで、インダクタ用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、インダクタンスがＵＰするとが判断できる。
From the experimental results shown in FIGS. 4 and 5, the following can be determined.
(A) The air-
特に、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金を設けた線材１Ｂ（空芯コイル４０Ｂ、符号４０Ｂで示す）が上述の全周波数帯域で最も高い値（例えば、周波数１０００ｋＨｚでは、符号４１と比べて約２倍のインダクタンスを得られる）になることが分かった。
また、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金を設けた線材１Ｃ（空芯コイル４０Ｃ、符号４０Ｃで示す）においても、例えば周波数１０００ｋＨｚでは、符号４１と比べて約１．７倍のインダクタンスを得られている。
In particular, the
Also, in the
（ロ）インダクタ用線材１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いた空芯コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ（符号４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）は、図５に示すように、周波数帯域０．０１ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの全範囲において、インダクタンス変化率（磁性体層を設けていない線材を使用した空芯コイルに対する変化率をいう）が向上する。
(B) Air core coils 30A, 30B, and 30C (reference numerals 40A, 40B, and 40C) using
特に、空芯コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃのいずれも、１０００ｋＨｚ以上の周波数帯域で、１０００ｋＨｚ以下の帯域よりもインダクタンス変化率がＵＰすることが分かった。このことから、高い周波数帯域では、磁性体層を設けることで高いインダスタンスを得ることができると判断できる。 In particular, it has been found that the air core coils 30A, 30B, and 30C all have a higher inductance change rate in a frequency band of 1000 kHz or more than in a band of 1000 kHz or less. From this, it can be determined that high inductance can be obtained by providing a magnetic layer in a high frequency band.
次に、上述した空芯コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃにおいて、磁性体層３の膜厚（めっき厚）を１．０μｍ、３．０μｍ、５．０μｍに変えた場合のインダクタンス変化および抵抗値変化を測定した。このとき、インダクタンスおよび抵抗値の変化は、周波数帯域によって異なるため、周波数を０．０１ｋＨｚ、０．１ｋＨｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１０００ｋＨｚ、５０００ｋＨｚの値でそれぞれ測定した。なお、電流値は、５Ａ／ｍｍ２である。
そして、これらの測定値から、それぞれのＱ値を計算した。
Next, in the air-
And each Q value was computed from these measured values.
図６〜図８は、空芯コイル３０Ａにおける、めっき厚に対するインダクタンス、抵抗値、およびＱ値の関係をそれぞれ示したものである。なお、図６〜図８（図９〜図１４も同じ）では、上述した各周波数ごとにデータを測定して、この周波数毎に折れ線グラフを作成している（グラフの下側にその周波数の区別を示す）。
図６のグラフからは、全ての周波数帯域において、めっき厚を１．０μｍから３．０μｍまで増加させると、インダクタンスＬｓは増加することが分かる。
6 to 8 show the relationship between the inductance, the resistance value, and the Q value with respect to the plating thickness in the air-core coil 30A, respectively. 6 to 8 (the same applies to FIGS. 9 to 14), data is measured for each frequency described above, and a line graph is created for each frequency (the frequency is shown below the graph). Show the distinction).
From the graph of FIG. 6, it can be seen that the inductance Ls increases when the plating thickness is increased from 1.0 μm to 3.0 μm in all frequency bands.
しかしながら、抵抗値Ｒについては、図７に示すように、周波数帯域が５０００ｋＨｚの場合において、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが減少するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが増加することが分かった。また、図８に示すように、Ｑ値についても、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従いＱ値が増加するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従いＱ値が減少することが分かった。すなわち、Ｑ値が減少する部分においては、インダクタンスＬｓの増加分よりも抵抗値Ｒの増加分が大きいため、Ｑ値が減少したものである。 However, with respect to the resistance value R, as shown in FIG. 7, when the frequency band is 5000 kHz, the resistance value R decreases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm. It was found that the resistance value R increases as the value increases from 0 μm to 3.0 μm. As shown in FIG. 8, the Q value increases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm, but the Q value increases as the plating thickness increases from 2.0 μm to 3.0 μm. It was found that the value decreased. That is, in the portion where the Q value decreases, the increase in the resistance value R is larger than the increase in the inductance Ls, and thus the Q value decreases.
このことから、空芯コイル３０ＡのＱ値を高めるには、まず、その空芯コイル３０Ａが使用される周波数帯域において、抵抗値Ｒｓがめっきをしない場合に対して所定量減少するめっき厚とするとよい。さらに、抵抗値Ｒｓが最小値（あるいは極小値）周辺となるめっき厚とするとなおよい。 From this, in order to increase the Q value of the air-core coil 30A, first, in the frequency band in which the air-core coil 30A is used, the resistance value Rs is set to a plating thickness that decreases by a predetermined amount compared to the case where plating is not performed. Good. Furthermore, it is more preferable that the plating thickness is such that the resistance value Rs is around the minimum value (or the minimum value).
また、周波数帯域によって区別すると、５０００ｋＨｚまたはそれ以上の周波数帯域で使用する空芯コイル３０Ａの場合には、めっき厚を約２．０μｍ（１μｍよりも大きく３μｍよりも小さい）にすることがよいことがわかる。 In addition, in the case of the air-core coil 30A used in the frequency band of 5000 kHz or higher, it is preferable that the plating thickness is about 2.0 μm (greater than 1 μm and smaller than 3 μm). I understand.
図９〜図１１は、空芯コイル３０Ｃにおける、めっき厚に対するインダクタンス、抵抗値、およびＱ値の関係をそれぞれ示したものである。
図９のグラフからは、全ての周波数帯域において、めっき厚を１．０μｍから３．０μｍまで増加させると、インダクタンスＬｓは増加することが分かる。
9 to 11 show the relationship between the inductance, the resistance value, and the Q value with respect to the plating thickness in the air-
From the graph of FIG. 9, it can be seen that the inductance Ls increases when the plating thickness is increased from 1.0 μm to 3.0 μm in all frequency bands.
しかしながら、抵抗値Ｒについては、図１０に示すように、周波数帯域が１０００ｋＨｚの場合において、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが減少するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが増加することが分かった。また、図１１に示すように、Ｑ値についても、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従いＱ値が増加するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従いＱ値が減少することが分かった。すなわち、Ｑ値が減少する部分においては、インダクタンスＬｓの増加分よりも抵抗値Ｒの増加分が大きいため、Ｑ値が減少したものである。 However, with respect to the resistance value R, as shown in FIG. 10, when the frequency band is 1000 kHz, the resistance value R decreases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm. It was found that the resistance value R increases as the value increases from 0 μm to 3.0 μm. As shown in FIG. 11, the Q value increases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm, but the Q value increases as the plating thickness increases from 2.0 μm to 3.0 μm. It was found that the value decreased. That is, in the portion where the Q value decreases, the increase in the resistance value R is larger than the increase in the inductance Ls, and thus the Q value decreases.
同様に、周波数帯域が５０００ｋＨｚの場合において同様の見方をすると、図１１に示すように、Ｑ値についても、めっき厚が０μｍ（０μｍを含まず）から１．０μｍまで増加するに従いＱ値が増加するが、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従いＱ値が減少することが分かった。 Similarly, if the same view is taken when the frequency band is 5000 kHz, as shown in FIG. 11, the Q value increases as the plating thickness increases from 0 μm (not including 0 μm) to 1.0 μm as shown in FIG. However, it was found that the Q value decreased as the plating thickness increased from 1.0 μm to 2.0 μm.
このことから、空芯コイル３０ＣのＱ値を高める場合には、まず、周波数帯域によって区別する必要があることが分かる。すなわち、１０００ｋＨｚ（１００ｋＨｚよりも大きく５０００ｋＨｚよりも小さい）の周波数帯域で使用する空芯コイル３０Ｃの場合には、めっき厚を約２．０μｍ（１μｍよりも大きく３μｍよりも小さい）にすることがよい。また、５０００ｋＨｚまたはそれ以上の帯域で使用する空芯コイル３０Ｃの場合には、めっき厚を１μｍ（０μｍよりも大きく２μｍよりも小さい）にすることがよいことがわかる。
From this, it can be seen that when the Q value of the air-
さらには、上述した１０００ｋＨｚおよび５０００ｋＨｚの測定結果から、使用周波数帯域が大きくなるに従って磁性体層３の厚みを薄くしていくことにより、Ｑ値を最大化（最適化）することができることがわかる。また、今回の測定結果では１０００ｋＨｚ以下の帯域でＱ値の最大値が現れていないが、上述した周波数帯域の大きさと磁性体層３の厚みとの関係が成立するものと推定される。
Furthermore, the measurement results of 1000 kHz and 5000 kHz described above show that the Q value can be maximized (optimized) by reducing the thickness of the
図１２〜図１４は、空芯コイル３０Ｂにおける、めっき厚に対するインダクタンス、抵抗値、およびＱ値の関係をそれぞれ示したものである。
図１２のグラフからは、全ての周波数帯域において、めっき厚を１．０μｍから３．０μｍまで増加させると、インダクタンスＬｓは増加することが分かる。
12 to 14 show the relationship between the inductance, the resistance value, and the Q value with respect to the plating thickness in the air-
From the graph of FIG. 12, it can be seen that the inductance Ls increases when the plating thickness is increased from 1.0 μm to 3.0 μm in all frequency bands.
しかしながら、抵抗値Ｒについては、図１３に示すように、周波数帯域が１０００ｋＨｚの場合（○印でプロットしているデータ）において、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが微増するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従い抵抗値Ｒが増加することが分かった。また、図１４に示すように、Ｑ値についても、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従いＱ値が増加するが、めっき厚が２．０μｍから３．０μｍまで増加するに従いＱ値が減少することが分かった。すなわち、Ｑ値が減少する部分においては、インダクタンスＬｓの増加分よりも抵抗値Ｒの増加分が大きいため、Ｑ値が減少したものである。 However, with respect to the resistance value R, as shown in FIG. 13, when the frequency band is 1000 kHz (data plotted with a circle), the resistance value R increases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm. However, the resistance value R increases as the plating thickness increases from 2.0 μm to 3.0 μm. Further, as shown in FIG. 14, the Q value increases as the plating thickness increases from 1.0 μm to 2.0 μm, but the Q value increases as the plating thickness increases from 2.0 μm to 3.0 μm. It was found that the value decreased. That is, in the portion where the Q value decreases, the increase in the resistance value R is larger than the increase in the inductance Ls, and thus the Q value decreases.
同様に、周波数帯域が５０００ｋＨｚの場合において同様の見方をすると、図１４に示すように、Ｑ値についても、めっき厚が０μｍ（０μｍを含まず）から１．０μｍまで増加するに従いＱ値が増加するが、めっき厚が１．０μｍから２．０μｍまで増加するに従いＱ値が減少することが分かった。 Similarly, if the same view is taken when the frequency band is 5000 kHz, as shown in FIG. 14, the Q value increases as the plating thickness increases from 0 μm (not including 0 μm) to 1.0 μm. However, it was found that the Q value decreased as the plating thickness increased from 1.0 μm to 2.0 μm.
このことから、空芯コイル３０ＢのＱ値を高める場合には、まず、周波数帯域によって区別する必要があることが分かる。すなわち、１０００ｋＨｚ（１００ｋＨｚよりも大きく５０００ｋＨｚよりも小さい）の周波数帯域で使用する空芯コイル３０Ｂの場合には、めっき厚を約２．０μｍ（１μｍよりも大きく３μｍよりも小さい）にすることがよい。また、５０００ｋＨｚまたはそれ以上の帯域で使用する空芯コイル３０Ｂの場合には、めっき厚を１μｍ（０μｍよりも大きく２μｍよりも小さい）にすることがよいことがわかる。
From this, it can be seen that when the Q value of the air-
さらには、上述した１０００ｋＨｚおよび５０００ｋＨｚの測定結果から、使用周波数帯域が大きくなるに従って磁性体層３の厚みを薄くしていくことにより、Ｑ値を最大化（最適化）することができることが判断できる。また、今回の測定結果では１０００ｋＨｚ以下の帯域でＱ値の最大値が現れていないが、上述した周波数帯域の大きさと磁性体層３の厚みとの関係が成立するものと推定される。
Furthermore, from the measurement results of 1000 kHz and 5000 kHz described above, it can be determined that the Q value can be maximized (optimized) by reducing the thickness of the
本発明の実施の形態に係るインダクタ用線材によれば、インダクタのコイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに使用されるインダクタ用線材１（１１、２１）であって、導電体２（１２、２２）の表層にＦｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる磁性体層３（１３、２３）を設けているので、磁性体層３（１３、２３）を設けていない線材と比較して、コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０ＣのインダクタンスＬｓを向上させると共に抵抗値Ｒを下げ、Ｑ値を高めることができる。
According to the inductor wire according to the embodiment of the present invention, it is the inductor wire 1 (11, 21) used for the inductor coils 30A, 30B, 30C, and the surface layer of the conductor 2 (12, 22). Is provided with a magnetic layer 3 (13, 23) made of an alloy of two or more elements containing Fe in a weight ratio of 10% or more, compared with a wire without the magnetic layer 3 (13, 23), The inductance Ls of the
また、磁性体層３（１３、２３）は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金、或いは、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であるので、磁性体層３（１３、２３）をめっきなどによって容易に形成することができる。 Further, since the magnetic layer 3 (13, 23) is an Fe-50Ni alloy or an Fe-80Ni alloy, the magnetic layer 3 (13, 23) can be easily formed by plating or the like.
一方、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層３（１３、２３）の厚みを、使用周波数帯域が大きくなるに従って薄くしているので、インダクタンスＬｓの増加と、抵抗Ｒの増加または減少を考慮した高いＱ値を実現することができる。すなわち、最適なＱ値を実現することができる。 On the other hand, since the thickness of the magnetic layer 3 (13, 23) of the Fe-50Ni alloy or the Fe-80Ni alloy is reduced as the operating frequency band increases, the inductance Ls increases and the resistance R increases or decreases. A high Q value in consideration of That is, an optimum Q value can be realized.
また、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金の磁性体層の厚みを、使用周波数帯域が５０００ｋＨｚまたはそれより大きい場合に、１μｍより大きく３μｍよりも小さくしているので、インダクタンスＬｓの増加と、抵抗Ｒの増加または減少を考慮した高いＱ値を実現させることができる。 Further, the thickness of the magnetic material layer of the alloy of two or more elements containing Fe of 10% or more by weight is set to be larger than 1 μm and smaller than 3 μm when the operating frequency band is 5000 kHz or larger. A high Q value in consideration of the increase and the increase or decrease of the resistance R can be realized.
さらに、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層３（１３、２３）の厚みを、使用周波数帯域が１００ｋＨｚよりも大きく５０００ｋＨｚよりも小さい場合に、１μｍより大きく３μｍよりも小さくしているので、インダクタンスＬｓの増加と、抵抗Ｒの増加または減少を考慮した高いＱ値を実現させることができる。 Further, the thickness of the magnetic layer 3 (13, 23) of the Fe-50Ni alloy or the Fe-80Ni alloy is set to be larger than 1 μm and smaller than 3 μm when the operating frequency band is larger than 100 kHz and smaller than 5000 kHz. Therefore, it is possible to realize a high Q value considering the increase of the inductance Ls and the increase or decrease of the resistance R.
さらにまた、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金またはＦｅ−８０Ｎｉ合金の磁性体層３（１３、２３）の厚みを、使用周波数帯域が５０００ｋＨｚまたはそれより大きい場合に、０μｍより大きく２μｍよりも小さくしているので、インダクタンスＬｓの増加と、抵抗Ｒの増加または減少を考慮した高いＱ値を実現させることができる。 Furthermore, since the thickness of the magnetic layer 3 (13, 23) of the Fe-50Ni alloy or the Fe-80Ni alloy is set to be larger than 0 μm and smaller than 2 μm when the operating frequency band is 5000 kHz or larger, A high Q value in consideration of an increase in inductance Ls and an increase or decrease in resistance R can be realized.
また、図６〜１４を、比透磁率の値からみると、比透磁率が１００〜２０００程度の範囲において、めっき厚を０．５〜３．０μｍとすることによって、１００ｋＨｚ〜５０００ｋＨｚ程度、とりわけ１００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ程度の周波数帯で良好なＱ値を有するインダクタを得ることができることがわかる。 Moreover, when FIGS. 6-14 is seen from the value of a relative magnetic permeability, when the relative magnetic permeability is in the range of about 100 to 2000, by setting the plating thickness to 0.5 to 3.0 μm, about 100 kHz to 5000 kHz, especially It can be seen that an inductor having a good Q value can be obtained in a frequency band of about 100 kHz to 1000 kHz.
そして、上記比透磁率の範囲内では、この値を低め（１００〜５００程度）にすることによって、Ｑ値の増加率は低めだが、０．５〜２．５μｍ程度の比較的広いめっき厚の範囲において、５０００ｋＨｚ程度までの周波数でＱ値が高いインダクタ用線材を得ることができる。 And within the range of the relative magnetic permeability, by lowering this value (about 100 to 500), the rate of increase in Q value is low, but a relatively wide plating thickness of about 0.5 to 2.5 μm. In the range, an inductor wire having a high Q value at a frequency of up to about 5000 kHz can be obtained.
また、この値を高め（５００〜２０００程度）にすると、０．５〜１．５μｍのめっき厚の範囲では５０００ｋＨｚ程度までの周波数において非常に高いＱ値を得ることができる。そして、周波数帯が１０００ｋＨｚ程度までにすれば、０．５〜３．０μｍのめっき厚でさらに高いＱ値を得ることができる。 Further, when this value is increased (about 500 to 2000), a very high Q value can be obtained at a frequency up to about 5000 kHz in a plating thickness range of 0.5 to 1.5 μm. If the frequency band is about 1000 kHz, a higher Q value can be obtained with a plating thickness of 0.5 to 3.0 μm.
これらの場合において、磁性体層３（１３）は、導電体２（１２）と絶縁層４（１４）との間に設けるようにしているので、銅を材料とする導電体２（１２）にめっきで容易に磁性体層３（１３）を形成することができる。 In these cases, the magnetic layer 3 (13) is provided between the conductor 2 (12) and the insulating layer 4 (14), so that the conductor 2 (12) made of copper is used as the material. The magnetic layer 3 (13) can be easily formed by plating.
また、上述したインダクタ用線材１、１１、２１を用いてインダクタを製造することにより、インダクタンスＬｓの増加と、抵抗Ｒの増加または減少を考慮した高いＱ値を実現させたインダクタを得ることができる。
In addition, by manufacturing an inductor using the above-described
以上、本発明の実施の形態に係るインダクタ用線材１（１１、２１）について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、本実施の形態における空芯コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの実験例では、１つの空芯コイルを用いてデータを測定しているが、その応用例として、図１５に示すように、例えばトランスなどのように、２つの空芯コイル５０（受信コイル５０Ａ、発信コイル５０Ｂ）を用いて伝送される電力をＵＰさせることができる。
As described above, the inductor wire 1 (11, 21) according to the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various types of wires are based on the technical idea of the present invention. Variations and changes are possible.
For example, in the experimental example of the air-
発信コイル５０Ｂに電圧Ｅを加えたとき、
受信コイル５０Ａに流れる電流Ｉ２は
Ｉ２＝Ｅ×ｊｗＭ／（（Ｒ１＋ｊｗＬ１）（Ｒ２＋ｊｗＬ２）＋（ｗＭ）２）
Ｌ１：発信コイル５０Ｂのインダクタンス
Ｒ１：発信コイル５０Ｂの抵抗（直流抵抗と交流抵抗の和）
Ｌ２：受信コイル５０Ａのインダクタンス
Ｒ２：受信コイル５０Ａの抵抗（直流抵抗と交流抵抗の和）
ｗ：コイル５０Ｂに流れる電流の角周波数
Ｍ：Ｌ１とＬ２の相互インダクタンス
受信コイル５０Ａの起電力Ｅ２は
Ｅ２＝−ｊｗＭ
When voltage E is applied to
The current I 2 flowing through the receiving coil 50A is I 2 = E × jwM / ((R 1 + jwL 1 ) (R 2 + jwL 2 ) + (wM) 2 )
L 1 : Inductance of the
R 1 : Resistance of transmitting
L 2 : Inductance of the receiving coil 50A
R 2 : Resistance of receiving coil 50A (sum of DC resistance and AC resistance)
w: Angular frequency of current flowing in
M: Mutual inductance of L 1 and L 2 The electromotive force E 2 of the receiving coil 50A is E 2 = −jwM
よって伝送電力Ｗは
Ｗ＝Ｅ２Ｉ２＝（ｗＭ）２／（（Ｒ１＋ｊｗＬ１）（Ｒ２＋ｊｗＬ２）＋（ｗＭ）２）
Ｑ１＝ｗＬ１／Ｒ１ Ｑ２＝ｗＬ２／Ｒ２であるから
分母の構成要素は
（Ｒ１＋ｊｗＬ１）（Ｒ２＋ｊｗＬ２）
＝（１／ｗＱ１Ｌ２＋ｊＬ１／ｗＬ２）（１／ｗＱ２Ｌ１＋ｊＬ２／ｗＬ１）
で表される。
Therefore, the transmission power W is W = E 2 I 2 = (wM) 2 / ((R 1 + jwL 1 ) (R 2 + jwL 2 ) + (wM) 2 )
Since Q 1 = wL 1 / R 1 Q 2 = wL 2 / R 2 , the denominator component is (R 1 + jwL 1 ) (R 2 + jwL 2 )
= (1 / wQ 1 L 2 + jL 1 / wL 2 ) (1 / wQ 2 L 1 + jL 2 / wL 1 )
It is represented by
すなわち、上述の式のＱ値（Ｑ１，Ｑ２）がＵＰすることにより、伝送される電力ＷをＵＰさせることができる。
なお、前述実施例は一例であり、その他、アンテナコイルや電磁誘導や磁気共鳴を利用した信号や電力伝送コイルに適用することも可能であり、効率のよい信号、電力伝送を可能にする。
That is, the transmitted power W can be increased by increasing the Q values (Q 1 , Q 2 ) in the above formula.
The above-described embodiment is merely an example, and can also be applied to a signal or power transmission coil using an antenna coil, electromagnetic induction or magnetic resonance, and enables efficient signal and power transmission.
１、１１、２１ インダクタ用線材
２、１２、２２ 導電体
３、１３、２３ 磁性体層
４、１４、２４ 絶縁層
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 空芯コイル
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 測定値
５０ 空芯コイル
５０Ａ 受信コイル
５０Ｂ 発信コイル
1, 11, 21
Claims (9)
導電体の表層にＦｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金からなる磁性体層を設けたことを特徴とするインダクタ用線材。 An inductor wire used for an inductor coil,
A wire for an inductor, characterized in that a magnetic layer made of an alloy of two or more elements containing Fe of 10% or more by weight is provided on the surface layer of the conductor.
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