特開 2023-57440 コイル、磁気特性測定装置および磁気特性測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023057440

(43)【公開日】2023-04-21

(54)【発明の名称】コイル、磁気特性測定装置および磁気特性測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20230414BHJP

   G01R 33/12 20060101ALI20230414BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 B

G01R33/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021166973

(22)【出願日】2021-10-11

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「高速スイッチング電源用パワーインダクタ開発のための高周波磁気測定装置の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504171134

【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】柳原 英人

(72)【発明者】

【氏名】磯部 高範

(72)【発明者】

【氏名】萬年 智介

(72)【発明者】

【氏名】喜多 英治

(72)【発明者】

【氏名】森 賢太郎

【テーマコード（参考）】

2G017

【Ｆターム（参考）】

2G017AC09

2G017AD04

2G017BA03

2G017BA15

2G017CA04

2G017CA06

2G017CB02

2G017CC02

(57)【要約】

【課題】径や巻き数といった構成の自由度が高いコイルを提供すること、および内径の小さい励磁コイルにも適用可能な、磁性材料の磁気特性装置ならびに磁性材料の磁気特性測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】このコイルは、フレキシブル基板上に導線パターンが形成されており、前記フレキシブル基板の一部が巻回されてなる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブル基板上に導線パターンが形成されており、
前記フレキシブル基板の一部が巻回されてなる、コイル。

【請求項2】

前記フレキシブル基板は、第１方向に延びる軸部と、前記軸部と交差する方向に広がる旗部と、を備え、
前記導線パターンは、前記軸部に設けられ、前記第１方向に延在する延在部と、前記旗部に設けられ、前記第１方向に並ぶ第１部分および第２部分と、前記第１方向に延び、前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部と、を有し、
前記旗部が前記第１方向の周りに巻回されてなる、請求項１に記載のコイル。

【請求項3】

前記第１部分および前記第２部分が平行であり、
前記第１方向と交差する第２方向において、前記延在部からの前記第１部分の長さおよび前記延在部からの前記第２部分の長さは、同じである、請求項２に記載のコイル。

【請求項4】

前記フレキシブル基板の第１面には、前記導線パターンが形成されており、
前記フレキシブル基板の前記第１面の裏面には、前記導線パターンと直列に接続し、前記第１方向に延びるパターンからなる裏面導線パターンが形成されている、請求項２または３に記載のコイル。

【請求項5】

請求項２～４のいずれか一項に記載のコイルをピックアップコイルとして備える磁気特性測定装置であって、
中空の軸部を有し、前記第１方向に高周波磁界を発生させる、励磁コイルを含む磁界発生装置さらに備え、
前記第１方向において、前記第１部分または前記第２部分と重なる位置に設置された磁性材料の磁気特性を測定する、磁気特性測定装置。

【請求項6】

前記励磁コイルは、フレキシブル基板上に設けられた励磁コイル用導線パターンが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルであり、
前記励磁コイルは、前記励磁コイル用導線パターンが１周ごとにコンデンサと直列接続された直流共振回路を構成しており、
前記励磁コイルに対して電力を供給する電源装置を制御するとともに、前記励磁コイルを流れる電流および前記ピックアップコイルの出力電圧に基づいて、前記磁性材料の磁気特性を演算する制御演算部をさらに備える、請求項５に記載の磁気特性測定装置。

【請求項7】

請求項２～４のいずれか一項に記載のコイルをピックアップコイルとして用いる磁気特性測定方法であって、
中空の軸部を有する励磁コイルを用いて前記第１方向に高周波磁界を発生させ、
前記第１方向において、前記第１部分または前記第２部分と重なる位置に磁性材料を設置した前記ピックアップコイルを前記中空の軸部に挿入し、高周波磁界が印加された磁性材料の磁気特性をピックアップコイルにより測定する、磁気特性測定方法。

【請求項8】

前記励磁コイルとして、フレキシブル基板上に設けられた励磁コイル用導線パターンが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルを用い、
前記励磁コイル用導線パターンが１周する毎にコンデンサと直列接続することで直列共振回路を構成するコイルを用い、
前記励磁コイルに対して供給する電力を制御するとともに、前記励磁コイルを流れる電流および前記ピックアップコイルの出力電圧に基づいて、前記磁性材料の磁気特性を演算する、請求項７に記載の磁気特性測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル、磁気特性測定装置および磁気特性測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

絶縁体部と、絶縁体部に埋設され、複数のコイル導体層が電気的に接続されたコイルを有する積層コイル部品が知られている（特許文献１）。

【0003】

また、磁気抵抗素子、ホール素子、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子、超電導素子等の感磁素子を利用した種々な磁気センサの開発が進められている。従来、この種の磁気センサとして、板状の感磁素子に対してコイルを渦巻き状に導体を形成したピックアップコイルが知られている（特許文献２）。

【0004】

ピックアップコイルを用いることで、ＢＨループトレーサとは異なり、測定対象の磁性材料をリング形状や井桁形状に変形する必要がなく、測定対象の磁気特性を簡便に測定することができると知られている。

【0005】

例えば、中空の軸部に８の字状に電線を巻くことで、ピックアップコイルを形成し、ピックアップコイルの一方の軸部の内部に測定対象の磁性材料を収容し、磁界発生コイルに交番電流を流した際に磁界検出コイルの検出結果から磁場の強度を導出するとともにピックアップコイルの検出結果から磁化を導出し、磁性材料の磁気特性を測定する、磁性材料の磁気特性測定方法が知られている（特許文献３）。特許文献３に開示された磁気特性測定方法は、８の字状に巻かれたピックアップコイルを用いており、互いに異なる向きに巻かれた８の字状のピックアップコイルが磁性材料以外の磁束変化を除去し、磁性材料のみの磁気特性を抽出する精度を高めるために巻き数を増やすことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－１０８３２４号公報

【特許文献2】特開２００１－１９１４８１号公報

【特許文献3】特開２０１８－１７３３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１および特許文献２に開示されたピックアップコイルおよび積層コイル部品では、コイルの径や巻き数といった構成を変更することが難しく、周辺構造を考慮した最適条件が見出されていない研究分野において、有効とは言えない。

【0008】

特許文献３に開示された磁気特性の測定方法では、ピックアップコイルの８の字状構造や、巻き数により、外径が大きくなってしまい、内径の小さい励磁コイルを備える磁気特性測定装置への適用が難しい場合がある。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であって、径や巻き数といった構成の自由度が高いコイルを提供すること、および内径の小さい励磁コイルにも適用可能な、磁性材料の磁気特性を測定する、磁気特性装置ならびに磁気特性測定方法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】

【0010】

（１）本発明の第一の態様に係るコイルは、フレキシブル基板上に導線パターンが形成されており、前記フレキシブル基板の一部が巻回されてなる。

【0011】

（２）上記態様に係るコイルにおいて、前記フレキシブル基板は、第１方向に延びる軸部と、前記軸部と交差する方向に広がる旗部と、を備え、前記導線パターンは、前記軸部に設けられ、前記第１方向に延在する延在部と、前記旗部に設けられ、前記第１方向に並ぶ第１部分および第２部分と、前記第１方向に延び、前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部と、を有し、前記旗部が前記第１方向の周りに巻回されてなっていてもよい。

【0012】

（３）上記態様に係るコイルにおいて、前記第１部分および前記第２部分が平行であり、前記第１方向と交差する第２方向において、前記延在部からの前記第１部分の長さおよび前記延在部からの前記第２部分の長さは、同じであってもよい。

【0013】

（４）上記態様に係るコイルにおいて、前記フレキシブル基板の第１面には、前記導線パターンが形成されていてもよく、前記フレキシブル基板の前記第１面の裏面には、前記導線パターンと直列に接続し、前記第１方向に延びるパターンからなる裏面導線パターンが形成されていてもよい。

【0014】

（５）本発明の第二の態様に係る磁気特性測定装置は、第一の態様に係るコイルをピックアップコイルとして備える磁気特性測定装置であって、中空の軸部を有し、前記第１方向に高周波磁界を発生させる、励磁コイルを含む磁界発生装置さらに備え、前記第１方向において、前記第１部分または前記第２部分と重なる位置に設置された磁性材料の磁気特性を測定する。

【0015】

（６）上記態様に係る磁気特性測定装置において、前記励磁コイルは、フレキシブル基板上に設けられた励磁コイル用導線パターンが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルであり、前記励磁コイルは、前記励磁コイル用導線パターンが１周ごとにコンデンサと直列に接続された直流共振回路を構成しており、前記励磁コイルに対して電力を供給する電源装置を制御するとともに、前記励磁コイルを流れる電流および前記ピックアップコイルの出力電圧に基づいて、前記磁性材料の磁気特性を演算する制御演算部をさらに備えてもよい。

【0016】

（７）本発明の第三の態様に係る磁気特性測定方法は、第一の態様に係るコイルをピックアップコイルとして用いる磁気特性測定方法であって、中空の軸部を有する励磁コイルを用いて前記第１方向に高周波磁界を発生させ、前記第１方向において、前記第１部分または前記第２部分と重なる位置に磁性材料を設置した前記ピックアップコイルを前記中空の軸部に挿入し、高周波磁界が印加された磁性材料の磁気特性をピックアップコイルにより測定する。

【0017】

（８）上記態様に係る磁気特性測定方法において、前記励磁コイルとして、フレキシブル基板上に設けられた励磁コイル用導線パターンが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルを用い、前記励磁コイル用導線パターンが１周する毎にコンデンサと直列接続することで直列共振回路を構成するコイルを用い、前記励磁コイルに対して供給する電力を制御するとともに、前記励磁コイルを流れる電流および前記ピックアップコイルの出力電圧に基づいて、前記磁性材料の磁気特性を演算してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、径や巻き数といった構成の自由度が高いコイルを提供すること、および内径の小さい励磁コイルにも適用可能な、磁性材料の磁気特性を測定する、磁気特性装置ならびに磁気特性測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るコイルの斜視図である。

【図2】図１のコイルを巻回する前の状態を示す平面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るピックアップコイルの斜視図である。

【図4】図３のピックアップコイルを巻回する前の状態を示す平面図である。

【図5】図３のピックアップコイルを巻回する前の状態を示す平面図であり、図４とは異なる面を示す平面図である。

【図6】図３のピックアップコイルに対し、磁性材料を設置する方法の例を説明するための斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る磁気特性測定装置の概略図である。

【図8】図７の磁気特性測定装置が備える磁界発生装置を説明するための回路図である。

【図9】図７の磁気特性測定装置における磁界発生装置の励磁コイルを巻回する前の状態を示す平面図である。

【図10】図７の磁気特性測定装置が備える制御演算部の動作の一例を説明するための機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。このため、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっている場合がある。

【0021】

［コイル］
図１は、本実施形態に係るコイル１００の斜視図であり、図２は、図１に示すコイル１００を巻回する前の状態を示す平面図であり、コイル１００を展開した展開図である。本実施形態にかかるコイル１００は、フレキシブル基板２０上に導線パターン１０が形成されており、フレキシブル基板２０の一部が巻回されてなる。図２は、フレキシブル基板２０の第１面を示す。

【0022】

図１は、図２に示すフレキシブル基板２０がｘ方向に複数回巻回されてなる。図２には、フレキシブル基板２０上に導線パターン１０として、第１部Ｐ１、第２部Ｐ２、および第３部Ｐ３を有する。第１部Ｐ１、第２部Ｐ２および第３部Ｐ３は、電気的に直列に接続する。第１部Ｐ１および第３部Ｐ３は、ｙ方向に延びる部分である。第２部Ｐ２は、ｘ方向を基準として－ｙ方向に傾斜した方向に延びる。フレキシブル基板２０には、例えば線状の目印２４（２４ａ，２４ｂ）が所定の間隔で設けられており、目印２４ａ，２４ｂが重なるように巻回される。フレキシブル基板２０を巻回する際の巻き数は、１以上の任意の数であり、複数であってもよい。例えば、フレキシブル基板２０をｘ方向に巻回し、目印２４ａおよび目印２４ｂが１周目で重なるようにしてもよく、２周以上の任意の数だけ巻回して重なるようにしてもよい。また、コイル１００は、第１面を内側にして巻回することで形成されてもよく、第１面を外側にして巻回することで形成されてもよい。

【0023】

図２に示されるコイルは、導線パターン１０がｘ方向に巻回されることで、第２部Ｐ２がコイル部Ｃ２となる。軸方向から平面視して、コイル部Ｃ２の形状は、例えば円、楕円、オーバル、卵型、多角形等任意の形状であり、対称性の観点から円形であることが好ましい。

【0024】

フレキシブル基板２０は、例えばポリイミド、ポリエステル、液晶ポリマー等の可撓性材料からなる。フレキシブル基板２０は、巻回可能であって、導線パターンを形成することができる基板であれば、任意に選択することができる。このようなフレキシブル基板は、曲げやすく、復元力も小さいため、長寿命なコイルを形成できる。外径の小さいコイルを製造する場合、フレキシブル基板２０の厚みは薄いことが好ましく、強度と両立する観点から、例えば１０μｍ～１００μｍ程度の厚みであることが好ましい。

【0025】

目印２４は、フレキシブル基板２０上に複数個形成されていてもよい。目印２４がフレキシブル基板２０上に複数個形成されている場合、基準となる目印をどの目印と重なるようにするか選択することでコイルの巻き数を選択できるように、目印２４がコイルの巻き数に対応した間隔で設けられていることが好ましい。巻回されたフレキシブル基板２０は、例えばエポキシ系接着剤により固定することができる。

【0026】

本実施形態に係るコイルは、フレキシブル基板２０上に導線パターン１０が形成されており、フレキシブル基板２０の巻回の仕方を調整することにより、径や巻き数といった構成の自由度が高いコイルを提供することができる。例えば、同じ導線パターン１０が形成されたフレキシブル基板２０を用いる場合であっても、目印２４の間でフレキシブル基板２０を１周巻回させて固定するか、或いは１．５周や２周巻回させて固定するかによって、得られるコイルの巻き数および内径が異なり、コイルの巻き数および内径を調整できる。また、フレキシブル基板２０が巻回された状態で固定されたコイルであっても、フレキシブル基板２０を展開し、再度巻回することで、当初とは異なる巻き数および内径のコイルを形成することも可能である。本実施形態に係るコイルは、詳細を後述するピックアップコイルおよび励磁コイルに適用することが可能である。

【0027】

［ピックアップコイル］
図３は、本実施形態に係るピックアップコイル１００ａの斜視図である。図４は、図３のピックアップコイル１００ａを巻回する前の状態を示す、第１面の平面図であり、ピックアップコイル１００ａを展開した図である。図５は、図３に示すピックアップコイル１００ａを巻回する前の状態を示す、第２面の平面図であり、ピックアップコイル１００ａを展開した図である。

【0028】

ピックアップコイル１００ａは、フレキシブル基板２０Ａ上に導線パターン１０Ａが形成され、フレキシブル基板２０Ａの一部が巻回されてなる。ピックアップコイル１００ａにおいて、フレキシブル基板２０Ａは、第１方向に延びる軸部２２と、軸部２２と交差する方向に広がる旗部２３と、を備える。またピックアップコイル１００ａにおいて、導線パターン１０Ａは、軸部２２に設けられ、第１方向に延在する延在部１１と、旗部２３に設けられた、第１部分１２と、第２部分１４と、第１部分１２および第２部分１４を接続する接続部１３と、を有する。ピックアップコイル１００ａは、旗部２３が第１方向の周りに巻回されることで、第１部分１２および第２部分１４が第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを形成となる。

【0029】

図３に示すピックアップコイル１００ａは、旗部２３を第１方向の周りに１周半巻回した例である。図３において、第１方向に並び、符号１２Ｃ，１４Ｃで示す構成は、導線パターン１０Ａのうち、第１方向に並ぶ第１部分１２，第２部分１４が第１方向の周りに巻回されてなる構成であって、それぞれ軸方向に対する回転方向が逆の第１コイル部１２Ｃ、第２コイル部１４Ｃである。

【0030】

フレキシブル基板２０Ａは、例えば、図４に示すように、第１方向における端部に位置する取手部２１と、取手部２１から第１方向に延びる軸部２２と、軸部２２と交差する方向に延びる旗部２３と、を備える。
旗部２３は、軸部２２に対し、第１方向における任意の位置に設けられる。旗部２３は、例えば、軸部２２の第１方向における中央近傍に設けられていてもよく、取手部２１と反対側の端部に設けられていてもよい。ピックアップコイル１００ａは、取手部２１が保持され、第１方向において取手部２１と反対側から磁界発生装置に挿入される。そのため、実用性の観点から、旗部２３は、第１方向において取手部２１と離れた位置に設けられることが好ましい。

【0031】

また旗部２３の形状は、軸部２２と交差する方向に広がる形状であれば、任意の形状にすることができ、軸部２２に平行な辺と軸部２２に垂直な辺とで外形を構成された矩形であることが好ましい。旗部２３がこのような形状であり、且つ導線パターン１０Ａの第１部分１２および第２部分１４が第１方向に対し垂直に延びる場合、旗部２３を第１方向と垂直な方向に巻回することで、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃが第１方向に対し垂直な構成になり、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃが平行で、且つ第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃが第１方向に対して垂直な構成になる。

【0032】

図４に示すように、フレキシブル基板２０Ａの第１面上には、例えば、導線パターン１０Ａに加え、電極パッド３０およびビア４０が設けられる。電極パッド３０は、例えば、軸部２２の取手部２１に設けられる。電極パッド３０は、例えば、導電性材料で構成された電極であり、外部回路と接続する。ビア４０は、例えば、軸部２２上であって、且つ第１方向において、電極パッド３０と反対側の端部近傍に設けられる。ビア４０は、フレキシブル基板２０Ａを面内方向と垂直な方向に貫通する孔である。

【0033】

導線パターン１０Ａは、フレキシブル基板２０Ａの第１面において、例えば電極パッド３０からビア４０に繋がるように設けられている。導線パターン１０Ａの端部は、例えば電極パッド３０と重なる。導線パターン１０Ａは、例えば、延在部１１と、第１部分１２と、接続部１３と、第２部分１４と、ビア接続部１５と、を有する。導線パターン１０Ａにおいて、延在部１１、第１部分１２，接続部１３，第２部分１４及びビア接続部１５は、パターンニングなどにより、電気的に直列となるように、形成された部材であり、一体となっていることが好ましい。

【0034】

延在部１１は、第１方向に延在し、端部の一方が電極パッド３０ａと接続する。
第１部分１２は、端部の一方が延在部１１と接続し、第１方向と交差する方向に延びる。接続部１３は、上述の通り、第１部分１２と第２部分１４とを接続する部分であり、例えば第１方向に延びる。第２部分１４は、接続部１３と接続する部分であり、第１方向と交差する方向に延びる。ビア接続部１５は、第２部分１４と接続する部分であり、例えば第１方向に延びる。

【0035】

第１部分１２および第２部分１４は、平行に設けられていることが好ましい。第１部分１２および第２部分１４が平行であると、第１部分１２および第２部分１４が巻回されてなる第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃのそれぞれが、平行になる。第１部分および第２部分１４が平行であることで、第１コイル部１２Ｃが第２コイル部１４Ｃの交差磁場の影響を受けることが抑制され、第２コイル部１４Ｃが第１コイル部１２Ｃの影響を受けることが抑制される。

【0036】

また、第１部分１２および第２部分１４が平行に設けられ、且つ第１方向と交差する第２方向において、延在部１１からの第１部分１２の長さ及び延在部１１からの第２部分１４の長さが略同等であることが好ましく、同等であることがより好ましい。ここで、本実施形態において、略同等とは、｜（延在部１１から第１部分１２までの第２方向における長さ）／（延在部１１から第２部分１４までの第２方向における長さ）｜の大きさが０．９～１．１であることをいう。ピックアップコイルの第１部分１２および第２部分１４がこのような構成であることで、後述する励磁コイル内の測定エリアに挿入した際、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度を同等にすることができ、磁界発生装置５０による磁界の影響をキャンセルし、測定試料の磁気特性のみを検出することができる。

【0037】

尚、測定対象としての磁性材料は、後述する通り、第１方向において、第１コイル部１２Ｃまたは第２コイル部１４Ｃと重なるように設けられる。測定対象が、第１方向において、第１コイル部１２Ｃと重なるように設けられた場合、測定対象の磁化を第２コイル部１４Ｃが検知しない程度に、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃが離間して設けられていることが好ましい。すなわち、接続部１３の長さは、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃのうち、測定対象が配置されていないコイル部において、測定対象の磁化を検出しない程度に充分な長さであることが好ましい。

【0038】

具体的には、測定対象の磁化の外部への影響が測定対象の第１方向における長さに依存するため、接続部１３の長さは、測定対象の第１方向における長さに応じて決定されることが好ましい。

【0039】

第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃのうち、測定対象が配置されていない側のコイル部が測定対象の磁化を検出しないようにする観点から、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃの第１方向における間隔となる接続部１３の長さは、例えば測定対象の第１方向における長さ以上であり、測定対象の第１方向における長さの１．７倍以上であることが好ましく、５倍以上であることがより好ましい。接続部１３の長さをこのように設計することで、測定対象が配置されていない方のコイル部と比べ、測定対象が配置されている方のコイル部において、測定対象の磁化を十分強く検知できる。例えば、接続部１３の長さが２ｍｍのとき、測定対象のｚ方向長さは、例えば２ｍｍ以下であり、１．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。

【0040】

一方、磁界発生装置により発生される磁界は、第１方向において必ずしも均一ではない。第１コイル部１２Ｃを貫く磁束密度と第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度が同じでなければ、第１コイル部１２Ｃで生じる誘導起電力と第２コイル部１４Ｃで生じる誘導起電力にばらつく恐れがあり、磁界発生装置により発生された磁界による第１コイル部１２Ｃと第２コイル部１４Ｃとの誘電起電力の大きさの違いは、測定試料の磁気特性の測定誤差の原因になり得る。そのため、第１コイル部１２Ｃが設けられる位置と第２コイル部１４Ｃが設けられる位置での磁界発生装置により発生された磁界の大きさのばらつきを抑制することが好ましく、この観点から、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃは、第１方向に近接して配置されることが好ましい。

【0041】

接続部１３の長さがこのような長さであることで、磁界発生装置により発生される磁界に対して第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃで生じる誘導起電力の大きさを均等にすることができる。また、接続部１３の長さの測定対象の第１方向長さに対する比率が所定の値以上であることで、第１コイル部１２Ｃと第２コイル部１４Ｃとのうち、第１方向において測定試料と重ならない方のコイル部が測定対象の磁化を拾うことをより抑制できる。従って、接続部１３の長さがこのような長さであることで、測定対象の磁気特性を高精度に測定することができる。

【0042】

ここで、測定対象の第１方向における長さとは、ピックアップコイル１００ａに設置されたときの測定対象の第１方向における長さをいう。このような接続部１３の長さは、例えば、励磁コイル５０のコイルの２０周分の厚みである。

【0043】

導線パターン１０Ａは、面内方向と垂直な方向に貫通するビアに設けられた導電部１６を介して、詳細を後述する裏面導線パターン１０´と接続される。端部の一方が電極パッド３０ｂ重なる。図５は、フレキシブル基板２０Ａの第２面の平面図であり、ピックアップコイル１００ａを展開した図である。ここで、フレキシブル基板２０Ａの第２面は、第１面の裏面である。図５に示すように、フレキシブル基板２０Ａの第２面上にも導線パターンが設けられている。第２面において、フレキシブル基板２０Ａ上には、取手部２１に設けられた電極パッド３０ｂと、ビア４０に設けられた導電部１６と電極パッド３０ｂとをつなぐ裏面導線パターン１０Ａ´と、が設けられている。裏面導線パターン１０Ａ´は、導電部１６を介して導線パターン１０Ａと電気的に直列に接続している。導電部１６は、ビア４０のうち、導線パターン１０Ａと裏面導線パターン１０Ａ´とを直列につなぐように設けられていればよく、ビア４０を埋めるように設けられていてもよく、ビア４０の内周面の一部に設けられていてもよい。
電極パッド３０ｂは、例えば第１面に設けられた電極パッド３０ａの裏側に設けられており、第１面に設けられた電極パッド３０ａとは独立した電極パッドである。電極パッド３０ａおよび３０ｂには、それぞれ別々に外部の導線（不図示）が接続される。

【0044】

裏面導線パターン１０Ａ´は、ビア４０と電極パッド３０ｂとをつなぐ。裏面導線パターン１０Ａ´は、例えば、軸部２２上に配置され、第１方向に延びる直線状のパターンからなることが好ましく、面内方向に垂直な方向から平面視して、第１面に設けられた導線パターン１０Ａの延在部１１と重なるように設けられていることが好ましい。裏面導線パターン１０Ａ´がこのような配置であると、第１方向に磁界が発生する空間に対し、第１方向と垂直に第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを配置し、測定試料の磁気特性を測定する際、導線パターン１０Ａ、１０Ａ´のうち、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃ以外の部分は、第１方向に平行な配置になるため、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃ以外の部分における交差磁場の発生を抑制できる。従って、導線パターン１０Ａ、１０Ａ´がこのようなパターン形状であることで、測定対象の磁気特性を高精度に測定することができる。

【0045】

図６は、ピックアップコイル１００ａに測定対象Ｚを配置する方法を説明するための図である。ピックアップコイル１００ａは、図６に模式図を示すように、測定対象Ｚが設置される。具体的には、測定対象は、第１方向において、第１部分１２または第２部分１４と重なる位置に配置され、旗部２３がｘ方向に１周以上巻回されることで、ピックアップコイル１００ａに設置される。旗部２３を巻回する数は、外径を小さくする観点では、少ないことが好ましい。図６においては、測定対象Ｚが、第１方向において第１部分１２と重なり、第１コイル部１２Ｃに囲まれる例を示した。しかしながら、本実施形態は、この例に限定されず、測定対象Ｚは、第１方向において第２部分１４と重なり、第２コイル部１４Ｃに囲まれる構成であってもよい。

【0046】

ピックアップコイル１００ａを磁界発生装置の測定エリアに挿入すると、測定対象Ｚが磁化されるとともに、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度が変化し、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃに誘導起電力が生じる。第１コイル部１２Ｃに生じた誘導起電力により流れ得る電流の向きと、第２コイル部１４Ｃに生じた誘導起電力により流れ得る電流の向きと、は逆方向である。例えば、第１コイル部１２Ｃに右回りに電流を流すように誘導起電力が発生する場合、第２コイル部１４Ｃに左回りに電流を流すように発生する。磁界発生装置が発生させる磁束の磁束密度であって、第１コイル部１２Ｃ及び第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度は略同等であり、そのため、第１コイル部１２Ｃに生じる誘導起電力と第２コイル部１４Ｃに生じる誘導起電力とは同じ大きさである。従って、磁界発生装置の測定エリアに挿入されることで第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃに生じた誘導起電力は、キャンセルされる。

【0047】

また、測定対象Ｚは、磁界発生装置による磁界を受け、磁化される。そのため、測定対象Ｚが磁化されることにより、図６に模式図を示す構成において、測定対象Ｚを囲む第１コイル部１２Ｃを貫く磁束密度は変化する。従って、測定対象Ｚが磁化された大きさに応じた誘導起電力が第１コイル部１２Ｃに生じる。本実施形態のピックアップコイル１００ａでは、この誘導起電力の大きさおよび磁界発生装置から発生された磁界の大きさを測定することで、測定対象Ｚの磁気特性を高精度に測定できる。

【0048】

本実施形態に係るピックアップコイル１００ａは、例えば、フレキシブル基板を加工する加工工程と、フレキシブル基板にビアを設ける開口工程と、フレキシブル基板上に導線パターンを形成するパターニング工程と、フレキシブル基板の表裏の導線パターンを繋ぐ接続工程と、導線パターンと重なるように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、フレキシブル基板に電極パッドを設ける電極形成工程と、導線パターンが設けられたフレキシブル基板の一部を巻回する巻回工程と、を有する製造方法により、製造される。

【0049】

加工工程では、例えばレーザー加工により、フレキシブル基板を所望の形状に加工する。開口工程では、例えば、ドリルマシン等を用いて、フレキシブル基板の所望の位置に穴あけ加工を行うことができる。パターニング工程では、パターニングにより、導線パターンを設けることができる。具体的には、先ず表面に銅箔等の導電膜が設けられたフレキシブル基板の表面にフォトレジストを塗布し、導線パターンに対応させてフォトマスクを設け、露光および現像する、といった手順でパターニングを行う。接続工程では、フレキシブル基板のビアにメッキ加工等を行い、ビアにフレキシブル基板の表裏の導線パターンを接続する導電部を設ける。絶縁層形成工程は、少なくとも導線パターンと重なる部分に絶縁層を形成する。絶縁層形成工程は、電極パッドを設ける部分を除き、フレキシブル基板の表面全体に絶縁層を形成してもよい。電極形成工程は、導線パターンの端部同士をつなぐ、電気的に直列な導線パターンを設けることができる。電極形成工程では、フレキシブル基板の導線パターンの端部にメッキ加工等により、電極パッドを形成する。巻回工程では、導線パターンが設けられたフレキシブル基板の少なくとも一部を巻回する工程である。巻回工程では、第１コイル部および第２コイル部が同じ巻き数となるように１周以上の任意の回数だけ巻回する。

【0050】

［磁気測定装置］
図７は、本発明の一実施形態にかかる磁気特性測定装置２００を模式的に示す図である。本実施形態に係る磁気特性測定装置２００は、上記実施形態に係るピックアップコイル１００ａを備える磁気特性測定装置であって、中空の軸部５１を有し、第１方向に高周波磁界を発生させる励磁コイル５２を含む磁界発生装置５０をさらに備え、第１方向において、第１部分１２または第２部分１４と重なる位置に設置された磁性材料の磁気特性を測定する。

【0051】

図７に示されるように、本実施形態に係る磁気特性測定装置２００は、例えば電源装置１、磁界発生装置５０、電圧計６１，電流計６２、デジタルオシロスコープ６３および制御演算部７を備える。電源装置１は、例えば１ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下のインバータ電源を適用することができる。電源装置１が有するインバータ電源の数は、１つ以上の任意の数であり、２つであってもよい。電源装置１が出力する周波数や電力等は、制御演算部７により制御される。

【0052】

制御演算部７は、例えば、所定のプログラムが動作するコンピュータにより構成され、コンピュータ本体７１、ディスプレイ７２、キーボード７３およびマウス７４等を備える。制御演算部（コンピュータ）７は、ピックアップコイル１００ａによる電圧を検出する電圧計６１の出力を、デジタルオシロスコープ６３を介して受け取り、測定対象Ｚの磁気特性を測定する。なお、励磁コイル５２は、例えば極小ソレノイドとして構成することにより、測定対象Ｚを高周波・高磁場で測定することが可能であり、且つ少量の測定試料で短時間に磁気特性を測定することができる。励磁コイル５２は、例えば、内径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度に設計することができる。

【0053】

磁界発生装置５０に含まれる励磁コイル５２は、１巻きごとに異なる符号が付される複数のコイル５２ｌａ、５２ｌｂ、５２ｌｃ、５２ｌｄ、・・・を有する。励磁コイル５２は、例えば１００巻き、或いは、それ以上の巻き数である。励磁コイル５２において、中空の軸部５１は、励磁コイル５２の外形で構成されており、第１方向に軸方向を有する。励磁コイル５２の軸部５１の径方向内側には、測定対象Ｚの磁気特性を測定するための測定エリアが設けられている。第１方向において、励磁コイル５２の中央近傍であって、かつ第１方向に垂直な面方向において、測定エリアのほぼ中央の位置は、励磁コイル５２の軸中心近傍であり、励磁コイル５２により例示される磁界（磁場）が安定している。測定対象Ｚは、第１方向において、励磁コイル５２の中央近傍であり、且つ第１方向に垂直な面方向において、測定エリアのほぼ中央の位置に、配置され、ピックアップコイル１００ａによる、磁気特性の測定が行われる。

【0054】

ここで、磁界発生装置５０に設けられた測定エリアは、例えば、直径が約２ｍｍ、深さが約２ｍｍ程度の円筒形状に設計される。本実施形態において、測定対象Ｚは、ＢＨループトレーサに用いられる測定試料と比べ、非常に僅少な量で充分である。測定対象Ｚは、粒状やブロック状といった任意の形状にすることができ、測定に要する手間や時間を大幅に低減することができる。

【0055】

本実施形態に係る磁気特性測定装置２００は、高い周波数（共振周波数：例えば、数ＭＨｚ～数十ＭＨｚ）で強い磁場（最大磁束密度：例えば、数テスラ（Ｔ））を印加した状態において、測定対象Ｚの磁気特性を測定することができる。そのため、例えば、次世代の半導体デバイスを適用した動作周波数における新たな磁性材料の磁気特性に対応することが可能である。

【0056】

ここで、励磁コイル５２は、直列共振回路（直列ＬＣ共振回路）として構成され、例えば、中空の軸部の内部に形成される測定エリアに対して、安定した周波数（共振周波数）の磁場（磁界）を発生させるためのものである。また、ピックアップコイル１００ａは、励磁コイル５２による磁場中における測定対象Ｚの磁気特性を測定するためのものである。

【0057】

励磁コイル５２は、例えば、図９に示すようにフレキシブル基板２０Ｂ上に設けられた励磁コイル用導線パターン１０Ｂが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルである。また、励磁コイル５２は、例えば励磁コイル用導線パターンが１周ごとにコンデンサと直列接続された直列共振回路を構成している。

【0058】

このような励磁コイル５２は、例えば、巻き数に対応する数のコイル５２ｌ（５２ｌａ、５２ｌｂ、５２ｌｃ、５２ｌｄ、・・・）およびコンデンサ５２ｃ（５２ｃａ、５２ｃｂ、５２ｃｃ、５２ｃｄ、・・・）を直列に接続した直列ＬＣ共振回路として構成される。すなわち、一巻き目のコイル５２ｌａおよびコンデンサ５２ｃａ、二巻き目のコイル５２ｌｂおよびコンデンサ５２ｃａ、・・・、ｋ巻き目のコイル５２ｌｋおよびコンデンサ５２ｃｋにより、図８に示すようなＬＣ直列共振回路が構成される。

【0059】

励磁コイル５２は、例えば、上記実施形態に係るコイル１００と同様に、フレキシブル基板上に導線パターンが形成され、フレキシブル基板が巻回されてなる。具体的には、磁界発生装置５０は、図９に示されるように、フレキシブル基板２０Ｂ上に、導線パターン１０Ｂが設けられ、所望の巻き数のコイルが形成されるようにｘ方向に複数回巻回されてなる。図９においては、巻き数が４回の励磁コイル５２が設けられる場合の導線パターン１０Ｂを示したが、この例に限らず、所望の巻き数となるように、ｘ方向における長さが十分であり、所望の数のコンデンサを含む導線パターンが形成される。

【0060】

図９において、符号５２ｌａ、５２ｌｂ、５２ｌｃ、５２ｌｄ、・・・）で示される構成は、フレキシブル基板２０Ｂがｘ方向に複数回巻回されることで図７に示すコイル５２ｌａ、５２ｌｂ、５２ｌｃ、５２ｌｄ、・・・になる構成である。同様に、図９において、符号５２ｃａ、５２ｃｂ、５２ｃｃ、５２ｃｄ、・・・で示される構成は、フレキシブル基板２０Ｂがｘ方向に複数回巻回された磁界発生装置５０におけるコンデンサ５２ｃ（５２ｃａ、５２ｃｂ、５２ｃｃ、５２ｃｄ、・・・である。このように、フレキシブル基板２０Ｂは、コンデンサ５２ｃａ、５２ｃｂ、５２ｃｃ、５２ｃｄ、・・・がコイル１巻きごとに一つずつ設けられるように巻回される。導線パターン１０Ｂが設けられたフレキシブル基板２０Ｂを巻回された励磁コイル５２を用いる場合、励磁コイル５２に備えられるコンデンサは、フレキシブル基板２０Ｂの巻回しやすさを阻害しないために、小型のチップコンデンサを用いることが好ましい。

【0061】

励磁コイル５２は、このように、導線パターン１０Ｂが設けられたフレキシブル基板２０Ｂが巻回されてなる構成であるため、中空の軸部５１の内径が数ｍｍ程度の非常に小さい構成も実現可能である。また、フレキシブル基板の巻回の仕方を変更することで、励磁コイル５２の内径や巻き数を変更することも可能である。

【0062】

導線パターン１０Ｂのｙ方向における長さは、励磁コイル５２における第１方向の長さが所望の長さになるように形成される。

【0063】

測定対象Ｚは、粒状やブロック状であれば、フレキシブル基板２０Ａのうち、第１部分１２または第２部分１４と重なるように配置し、フレキシブル基板２０Ａの旗部２３を巻回することで、ピックアップコイル１００ａの第１方向において、第１コイル部１２Ｃまたは第２コイル部１４Ｃと重なる位置に設けられる。測定対象Ｚが粉状であれば、例えば円筒状や球状の測定容器内に測定試料を収容し、該測定容器を、フレキシブル基板２０Ａのうち、第１部分１２または第２部分１４と重なるように配置し、フレキシブル基板を巻回することで、ピックアップコイル１００ａの第１方向において、第１コイル部１２Ｃまたは第２コイル部１４Ｃと重なる位置に設けられる。

【0064】

図１０は、図７に示す制御演算部の動作の一例を説明するための機能ブロック図である。図１０に示されるように、制御演算部７は、例えば、電源装置の制御機能７１１、共進周波数の検出機能７１２、印加磁界の演算機能７１３、印加磁界の誘導起電力検出機能７１４、磁界の演算機能７１５、保磁力の検出機能７１６，飽和磁界の検出機能７１７およびその他の機能７１８を有する。

【0065】

このような制御演算部７において、電源装置の制御機能７１１は、例えば電源装置１の出力電圧および周波数等を制御する機能である。

【0066】

共振周波数の検出機能７１２は、例えば、励磁コイル５２を流れる電流を検出する電流計６２の出力を、デジタルオシロスコープ６３を介して受け取り、励磁コイル５２により発生される磁界の共振周波数を検出する機能である。

【0067】

印加磁界の演算機能７１３は、測定エリアに印加される印加磁界を演算する機能である。印加磁界の演算機能７１３は、磁界発生装置５０の励磁コイル５２に印加された電流および電圧を基に発生する磁界の大きさを演算することが可能である。

【0068】

印加磁界の誘導起電力検出機能７１４は、ピックアップコイル１００ａによる電圧（誘導起電力）を検出する電圧計６１の出力を、デジタルオシロスコープ６３を介して受け取り、測定対象Ｚによる誘導起電力を検出する機能である。

【0069】

磁化の演算機能７１５は、電流計６２による励磁コイル５２を流れる電流およびピックアップコイル１００ａの出力電圧に基いて、測定対象Ｚの磁化（Ｍ）を演算する機能である。

【0070】

飽和磁化の検出機能７１７、測定対象Ｚの保磁力（Ｈｃ）を検出する保磁力検出機能７１６、並びに、測定対象Ｚの飽和磁化（Ｍｓ）を検出する機能である。

【0071】

制御演算部７は、さらに、制御演算部７は、測定対象Ｚの他の様々な磁気特性等のその他の機能７１８も有する。

【0072】

なお、前述したように、制御演算部７（コンピュータ）は、コンピュータ本体７１の他に、例えば、データや指示を入力するためのキーボード７３およびマウス７４、並びに、演算された出力データ（ヒステリシス曲線等のデータ）を表示するディスプレイ７２を備えるが、知られている様々な変形および変更を適用することができるのはいうまでもない。

【0073】

また、本実施形態に係る磁気特性測定装置は、請求の範囲に記載された範囲内で適宜変更が可能である。例えば、磁界発生装置５０に設けられた測定エリアの大きさは、測定対象の大きさ等に応じて任意に選択される。

【0074】

本実施形態に係る磁気特性測定装置では、第１コイル部１２Ｃ及び第２コイル部１４Ｃに対し、逆方向に電流を流すように誘導起電力が生じるため、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを貫く磁束による第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃの誘導起電力がキャンセルされ、測定対象Ｚの磁気特性のみを検出し、測定対象Ｚの磁気特性を高精度に測定することができる。

【0075】

［磁気特性測定方法］
本発明の一実施形態に係る磁気特性測定方法は、上記実施形態に係るコイルをピックアップコイルとして用いる磁気特性測定方法であって、中空の軸部を有する励磁コイルを用いて第１方向に高周波磁界を発生させ、第１方向において、第１部分１２または第２部分１４と重なる位置に測定対象Ｚを設置したピックアップコイル１００ａを中空の軸部に挿入し、高周波磁界が印加された測定対象Ｚの磁気特性をピックアップコイルにより測定する。本実施形態の磁気特性測定方法は、励磁コイルとして、例えば上記実施形態に係る励磁コイル５２を用いることができる。

【0076】

本実施形態に係る磁気特性測定方法は、例えば、励磁コイルとして、上記実施形態に係る励磁コイル５２のような、フレキシブル基板上に設けられた励磁コイル用導線パターンが、軸方向を囲むように同一方向に複数回巻回されてなるコイルを用い、励磁コイル用導線パターンが１周する毎にコンデンサと直列接続することで直列共振回路を構成するコイルを用い、励磁コイルに対して供給する電力を制御するとともに、励磁コイルを流れる電流およびピックアップコイル１００ａの出力電圧に基づいて、測定対象Ｚの磁気特性を演算する。

【0077】

尚、本実施形態に係る磁気特性測定方法では、ピックアップコイル１００ａを磁界発生装置の測定エリアに挿入すると、測定対象Ｚが磁化されるとともに、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度が変化し、第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃに誘導起電力が生じる。第１コイル部１２Ｃに生じた誘導起電力の向きと、第２コイル部１４Ｃに生じた誘導起電力の向きと、は、逆方向である。例えば、第１コイル部１２Ｃに対して右回りに電流を流すように誘導起電力が発生する場合、第２コイル部１４Ｃに対して左回りに電流を流すように誘導起電力が発生する。磁界発生装置が発生させる磁束の磁束密度であって、第１コイル部１２Ｃ及び第２コイル部１４Ｃを貫く磁束密度は略同等であり、そのため、第１コイル部１２Ｃに生じる誘導起電力と第２コイル部１４Ｃに生じる誘導起電力とは同じ大きさである。そのため、磁界発生装置の測定エリアに挿入されることで第１コイル部１２Ｃおよび第２コイル部１４Ｃに生じた誘導起電力は、キャンセルされる。従って、本実施形態に係る磁気特性測定方法では、測定対象の磁気特性を高精度に測定することができる。

【0078】

本実施形態に係る磁気特性測定方法では、径や巻き数といった構成の自由度が高いピックアップコイルを用いるため、内径の小さい励磁コイルに対しても適用することが容易である。また、本実施形態に係る磁気特性測定方法は、ピックアップコイルとして、フレキシブル基板上に導線パターンが形成されたピックアップコイルを用いるため、径や巻き数を変更することが容易である。

【符号の説明】

【0079】

１００：コイル、１００Ａ：コイル（ピックアップコイル）、１０，１０Ａ，１０Ｂ：導線パターン、１１：延在部、１２：第１部分、１２Ｃ：第１コイル部、１３：接続部、１４：第２部分、１４Ｃ：第２コイル部、１５：ビア接続部、２０、２０Ａ、２０Ｂ：フレキシブル基板、２１：取手部、２２：軸部、２３：旗部、３０：電極パッド、４０：ビア、５０：磁界発生装置、５１：中空の軸部、５２：励磁コイル、Ｚ：測定対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】