JPWO2013051102A1

JPWO2013051102A1 - インダクタ用線材およびインダクタ

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Publication number: JPWO2013051102A1
Application number: JP2013519907A
Authority: JP
Inventors: 田中　賢吾; 賢吾田中; 典善伏見; 安倍　文彦; 文彦安倍
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Magnet Wire Co Ltd
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Magnet Wire Co Ltd
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2015-03-30

Abstract

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この線材を用いたインダクタを提供する。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、導電体と、前記導電体の表層に設けられた磁性体層とを有しており、前記磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下である。この線材を使用してＱ値の高いインダクタを得る。

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。

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。

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、特開昭６２−２１１９０４号公報参照）。

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。

本発明の目的は、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ことにある。

上述目的を達成するため、本発明によれば、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、導電体と、前記導電体の表層に設けられた磁性体層とを有し、前記磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下であることを特徴とする。

好ましくは、使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が１００〜５００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下である。

また好ましくは、使用周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が１００〜５００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．０μｍ以下である。

また好ましくは、使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．５μｍ以下である。

また好ましくは、使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．０μｍ以下である。

また、好ましくは、使用周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０．５〜１．５μｍである。

また、前記磁性体層は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金であってもよい。

また、前記磁性体層は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金であってもよい。

さらに、前記磁性体層は、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であってもよい。

さらには、前記磁性体層が、実質的にＦｅからなるものであってもいい。

また、実質的にＦｅからなる磁性体層の膜厚が、０μｍより大きく３．０μｍ以下であってもよく、より好ましくは、１．５μｍ以上３．０μｍ以下である。

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。

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。

本発明に係るインダクタ用線材によれば、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、導電体と、該導電体の表層に設けられた磁性体層とを有し、磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下となる。すなわち、導電体の表層に上記所定厚みの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。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁石用線材の構成を概略的に示す断面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ平角線を用いた場合の電磁石用線材の断面図である。図３は、インダクタ用線材を用いた空心コイルの断面図である。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である。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。図６は、磁性体層にＦｅ合金を用いた場合の、めっき厚さ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。図７は、磁性体層にＦｅ合金を用いた場合の、めっき厚と抵抗変化率との関係を示すグラフ図である。図８は、磁性体層にＦｅ合金を用いた場合の、めっき厚とＱ値変化率との関係を示すグラフ図である。図９は、磁性体層にＦｅ−８０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚さ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。図１０は、磁性体層にＦｅ−８０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚と抵抗変化率との関係を示すグラフ図である。図１１は、磁性体層にＦｅ−８０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚とＱ値変化率との関係を示すグラフ図である。図１２は、磁性体層にＦｅ−５０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚さ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。図１３は、磁性体層にＦｅ−５０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚と抵抗変化率との関係を示すグラフ図である。図１４は、磁性体層にＦｅ−５０Ｎｉ合金を用いた場合の、めっき厚とＱ値変化率との関係を示すグラフ図である。図１５は、空芯コイルを２つ使用した状態を示す断面図である。図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁石用線材の構成を概略的に示す断面図である。図１７は、電磁石の吸引力を試験するためのソレノイドの断面図である。図１８（Ａ）は、図８のソレノイドを用いた吸引力試験において、電流と吸引力との関係を示すグラフ図であり、図１８（Ｂ）は、磁性体層の膜厚と吸引力変化率との関係を示すグラフ図である。

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、本発明の第１の実施の形態に係るインダクタ用線材１の構成を概略的に示す断面図である。

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。

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おり、例えば０より大きく３．０μｍ以下の厚みで形成されている。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、２０００、５００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）、１．５（Ｔ）、０．７５（Ｔ）である。

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。

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）。

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すると判断できる。

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。

（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。

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。

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／ｍｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、比透磁率に着目してみると、図８及び図１１の結果から、比透磁率が１００〜５００の場合、めっき厚が０より大きく３．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上３．０μｍ以下であると、周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下で良好なＱ値が得られることがわかる。また、同範囲の比透磁率において、めっき厚が０より大きく２．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であると、周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下で良好なＱ値が得られることがわかる。

比透磁率が５００〜２０００の場合には、めっき厚が０より大きく２．５μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であると、周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下で良好なＱ値が得られることがわかる（図１１、図１４）。また、同範囲の比透磁率において、めっき厚が０より大きく２．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であると、周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下で良好なＱ値が得られることがわかる。さらに、同範囲の比透磁率において、めっき厚が０．５〜１．５μｍであると、周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下で良好なＱ値が得られることがわかる。

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）の表層に厚みが０より大きく３．０μｍ以下の磁性体層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。

また、磁性体層３（１３、２３）は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金、とりわけ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｉ_２は
Ｉ_２＝Ｅ×ｊｗＭ／（（Ｒ_１＋ｊｗＬ_１）（Ｒ_２＋ｊｗＬ_２）＋（ｗＭ）^２）
Ｌ_１：発信コイル５０Ｂのインダクタンス
Ｒ_１：発信コイル５０Ｂの抵抗（直流抵抗と交流抵抗の和）
Ｌ_２：受信コイル５０Ａのインダクタンス
Ｒ_２：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：Ｌ_１とＬ_２の相互インダクタンス

受信コイル５０Ａの起電力Ｅ_２は
Ｅ_２＝−ｊｗＭ
よって伝送電力Ｗは
Ｗ＝Ｅ_２Ｉ_２＝（ｗＭ）^２／（（Ｒ_１＋ｊｗＬ_１）（Ｒ_２＋ｊｗＬ_２）＋（ｗＭ）^２）
Ｑ_１＝ｗＬ_１／Ｒ_１Ｑ_２＝ｗＬ_２／Ｒ_２であるから
分母の構成要素は
（Ｒ_１＋ｊｗＬ_１）（Ｒ_２＋ｊｗＬ_２）
＝（１／ｗＱ_１Ｌ_２＋ｊＬ_１／ｗＬ_２）（１／ｗＱ_２Ｌ_１＋ｊＬ_２／ｗＬ_１）
で表される。

すなわち、上述の式のＱ値（Ｑ_１，Ｑ_２）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。

上記第１実施形態では、磁性体層３（１３、２３）がＦｅ金属を所定量含む合金からなるものを例に挙げた。これに加えて、本発明者は、磁性体層がＦｅ単体からなる場合にも、電磁石用線材に磁性体層を設けない場合と比較して吸引力をＵＰさせることができることを見出した。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁石用線材の構成を概略的に示す断面図である。尚、本実施形態に係る電磁石用線材の構成は、第１の実施形態に係る電磁石用線材と基本的に同じであるので、以下に異なる部分を説明する。

電磁石用線材１６１は、線材の芯である導電体１６２と、導電体１６２の外側を覆う磁性体層１６３と、この磁性体層１６３の外周を覆う金属層１６４と、この金属層１６４のさらに外周を覆う絶縁層１６５とで構成されている。すなわち磁性体層１６３は、導電体１６２と金属層１６４との間に設けられている。本実施形態では、電磁石用線材１６１の線径は例えばφ０．５である。

磁性体層１６３は、磁性体層がＦｅ（一元素）からなる膜で形成されている。磁性体層の膜厚は、０μｍよりも大きく３．０μｍ以下であり、好ましくは１．５μｍ以上３．０μｍ以下である。金属層１６４は、数μｍオーダーの厚みに形成されており、例えばＮｉからなる。

図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、インダクタ用線材を用いたコイルの断面図である。本実施形態における空心コイル１７０ａは、図１７（Ａ）に示すように、Ｆｅからなる磁性体層（厚さ３μｍ）が形成されたインダクタ用線材１６１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。この空心コイル１７０ａの直径はφ２５ｍｍ、巻数は１５０ターンである。また、この空心コイル１７０の円筒内に、断面略コの字型のフェライト製心材１７１におけるコア１７２が配設されたコイル１７０ｂを、図１７（Ｂ）に示す。

図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれ図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すコイルの周波数とＱ値変化率との関係を示す図である。図１８（Ａ）のグラフから、空心コイル１７０ａの場合には、周波数約２ｋＨｚ以上約５００ｋＨｚ以下で、周波数が増加するに従いＱ値変化率が増加することが判った。また、周波数１００ｋＨｚでＱ値変化率は約４０％増加し、周波数５００ｋＨｚではＱ値変化率が約６０％増加することが分かった。

また、図１８（Ｂ）のグラフから、フェライトコアを使用したコイル１７０ｂの場合には、周波数約２ｋＨｚ以上約５００ｋＨｚ以下で、周波数が増加するに従いＱ値変化率が増加することが分かった。また、周波数５０ｋＨｚではＱ値変化率が約８０％、周波数１００ｋＨｚでＱ値変化率は約９７％、周波数５００ｋＨｚでＱ値変化率が約１２０％増加することが分かった。さらに、周波数約５ｋＨｚ以上約５００ｋＨｚ以下の範囲では、フェライトコアを使用したコイル１７０ｂのＱ値は、いずれの周波数においても空心コイルのＱ値と比較して２倍以上の値を示すことが分かった。

本実施形態に係るインダクタ用線材によれば、磁性体層１６３がＦｅからなる膜で形成されることにより、磁性体層１６３を設けない場合と比較して空心コイル１７０ａのＱ値を高めることができる。また、フェライトコアを使用したコイル１７０ｂの場合、上記周波数帯域において、空心コイル１７０ａのＱ値と比較して２倍以上となる高いＱ値を実現することができる。

なお、本実施形態では磁性体層１６３がＦｅからなるが、これに限らず、実質的にＦｅからなるものであってもよい。本構成によっても上記同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態では磁性体層の形成にＦｅ一元素、Ｆｅを主とする合金、あるいはＦｅ−Ｎｉ合金を使用したが、これに限らず、磁性体を構成することのできるものであれば如何なる材料を使用してもよい。

１、１１、２１、１６１インダクタ用線材
２、１２、２２、１６２導電体
３、１３、２３、１６３磁性体層
４、１４、２４絶縁層
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、１７０ａ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
１６４金属層
１７０ｂフェライトコアを使用したコイル

Claims

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、
導電体と、前記導電体の表層に設けられた磁性体層とを有し、
前記磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下であることを特徴とするインダクタ用線材。
使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が１００〜５００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ用線材。
使用周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が１００〜５００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のインダクタ用線材。
使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ用線材。
使用周波数帯域が０．０１〜１０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０より大きく２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のインダクタ用線材。
使用周波数帯域が０．０１〜５０００ｋＨｚ以下である場合に、前記磁性体層の初透磁率を比透磁率で表した値が５００〜２０００であり、前記磁性体層の厚みが０．５〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層は、Ｆｅを重量比１０％以上含む２元素以上の合金であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層は、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項７に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層は、Ｆｅ−８０Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項７に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層は、実質的にＦｅからなることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層の厚みが０μｍより大きく３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層の厚みが１．５μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のインダクタ用線材。
前記磁性体層は、前記導電体と絶縁層との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のインダクタ用線材。
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のインダクタ用線材を使用したインダクタ。