特許 7144835 インダクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-21

(45)【発行日】2022-09-30

(54)【発明の名称】インダクタ

(51)【国際特許分類】

   H01F 17/04 20060101AFI20220922BHJP

   H01F 37/00 20060101ALI20220922BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20220922BHJP

【ＦＩ】

H01F17/04 A

H01F37/00 C

H01F27/28 171

H01F27/28 147

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018140358

(22)【出願日】2018-07-26

(65)【公開番号】P2019149535

(43)【公開日】2019-09-05

【審査請求日】2021-04-15

(31)【優先権主張番号】P 2018032735

(32)【優先日】2018-02-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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）平成２９年度、平成３０年度 国立研究開発法人科学技術振興機構「イノベーションハブ構築支援事業『太陽系フロンティア開拓による人類の生存圏・活動領域拡大に向けたオープンイノベーションハブ』」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(72)【発明者】

【氏名】水野 勉

(72)【発明者】

【氏名】卜 穎剛

【審査官】森岡 俊行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３５４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０２２８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２７５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４５６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１２６２０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ １７／０４

Ｈ０１Ｆ ３７／００

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形断面のコイル導体部を備える導体線が渦巻状に巻回された平面型のスパイラルコイルと前記スパイラルコイルを覆う磁性体とを有するインダクタであって、
前記コイル導体部と前記磁性体との間の、前記コイル導体部の上面及び下面の中央部に、それぞれ第１非磁性絶縁体と第２非磁性絶縁体が配置され、かつ、
前記コイル導体部の両端において、前記磁性体が前記コイル導体部に接して前記コイル導体部を被る構造である
ことを特徴とするインダクタ。

【請求項2】

前記スパイラルコイルがフレキシブル基板上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインダクタ。

【請求項3】

前記第１非磁性絶縁体と前記第２非磁性絶縁体のコイルの半径方向の幅が、前記コイル導体部のコイルの半径方向の幅の０．９倍以上１倍未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインダクタ。

【請求項4】

前記コイル導体部が、導体と絶縁体の積層構造からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のインダクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子回路に用いられるインダクタに関し、特にＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源部品に使用されるインダクタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ノート型パソコンや携帯電話に代表される電子機器の小型化が進められ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の小型電源の需要が増大している。これに伴い、搭載されるインダクタについても小型化・軽量化が進められ、半導体製造技術やマイクロマシーニング技術を利用した平面型・薄膜型のインダクタや積層チップ型の小型インダクタが検討されている。

【0003】

従来のインダクタでは、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、磁性体がコイルの導体部を覆う構造となっている。これは、磁性体の磁気シールド効果によってコイル導体部に鎖交する磁束を磁性体に回避させるためであり、コイル導体部内部の表皮効果や近接効果による渦電流の発生を抑制し銅損を低減するためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－２６７１５５号公報

【文献】特開２００３－３４７１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、高い周波数でＤＣ／ＤＣコンバータを動作させると、磁性体の比透磁率が低下し、従来のインダクタでは磁性体からコイルへ磁束が漏れやすくなっていた。このため、銅損によって交流抵抗が大きく、高いＱ値が得られないという問題が生じていた。

【0006】

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、高周波用ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源部品においてインダクタの小型化・薄型化を可能とし、コイルの表皮効果や近接効果による高周波損失を低減して、低抵抗でＱ値の高い高性能のインダクタ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】

【0007】

第１の発明のインダクタは、矩形断面のコイル導体部を備える導体線が渦巻状に巻回された平面型のスパイラルコイルと前記スパイラルコイルを覆う磁性体とを有するインダクタであって、前記コイル導体部と前記磁性体との間の、前記コイル導体部の上面及び下面の中央部に、それぞれ第１非磁性絶縁体と第２非磁性絶縁体が配置され、かつ、前記コイル導体部の両端において、前記磁性体が前記コイル導体部に接して前記コイル導体部を被る構造であることを特徴とする。

【0011】

第２の発明のインダクタは、第１の発明に係るインダクタにおいて、前記スパイラルコイルがフレキシブル基板上に形成されたことを特徴とする。

【0012】

第３の発明のインダクタは、第１又は第２の発明に係るインダクタにおいて、前記第１非磁性絶縁体と前記第２非磁性絶縁体のコイルの半径方向の幅が、前記コイル導体部のコイルの半径方向の幅の０．９倍以上１倍未満であることを特徴とする。

【0013】

第３の発明のインダクタは、第１から第３のいずれか１つの発明に係るインダクタにおいて、前記コイル導体部が、導体と絶縁体の積層構造からなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

第１の発明によれば、コイル導体部の中央部において、コイル導体部、第１非磁性絶縁体及び第２非磁性絶縁体を介して向かい合う磁性体の距離が増加して磁性体からコイル導体部に漏れる磁束を低減できると共に、コイル導体部の両端部において、コイル導体部の上面及び下面に位置する磁性体に該磁束が吸い寄せられ誘導され、磁束集中を回避できる。このためコイル導体部内部での渦電流の発生を抑制し、表皮効果や近接効果による銅損を低減できる。これにより、交流抵抗を低くし高いＱ値を得ることができる。

【0015】

第２の発明によれば、フレキシブル基板上にコイルを形成することによって、インダクタの小型化・薄型化を容易に実現でき、さらにその可撓性から耐衝撃性を向上させることができる。

【0016】

第３の発明のインダクタによれば、第１非磁性絶縁体及び第２非磁性絶縁体の幅を所定の範囲（コイル導体部の幅の０．９倍以上１倍未満）にすることによって、非磁性絶縁体の厚さに寄らず非磁性絶縁体が無い従来のインダクタに比べ高いＱ値を得ると共に、さらに、非磁性絶縁体がコイル導体の上面及び下面の全面に設けられている場合に比べ高いＱ値を得ることができる。

【0017】

第３の発明のインダクタによれば、コイル導体部を導体と絶縁体の積層構造とし、コイル導体部を複数の導体部分で形成することによって、表皮効果や近接効果による渦電流の影響をさらに抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１、第２及び第３の実施の形態に係るインダクタのコイルの平面概略図（磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略）である。

【図2】第１の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。

【図3】第２の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。

【図4】第３の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。

【図5】コイルの解析モデルを説明する図（平面図）である。

【図6】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（交流抵抗Ｒのｄｗ依存性）の計算結果である。

【図7】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（インダクタンスＬのｄｗ依存性）の計算結果である。

【図8】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（Ｑ値のｄｗ依存性）の計算結果である。

【図9】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（交流抵抗Ｒのｄｔ依存性）の計算結果である。

【図10】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（インダクタンスＬのｄｔ依存性）の計算結果である。

【図11】第３の実施の形態に係るインダクタの特性（Ｑ値のｄｔ依存性）の計算結果である。

【図12】第４の実施の形態に係るインダクタのコイルの上面概略図（磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略）

【図13】第４の実施の形態に係るインダクタの断面概略図

【図14】第５の実施の形態に係るインダクタのコイルの上面概略図（磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略）

【図15】第５の実施の形態に係るインダクタの断面概略図

【図16】第５の実施の形態に係るインダクタの特性（交流抵抗Ｒのｄｗ依存性）の計算結果

【図17】第５の実施の形態に係るインダクタの特性（インダクタンスＬのｄｗ依存性）の計算結果

【図18】第５の実施の形態に係るインダクタの特性（Ｑ値のｄｗ依存性）の計算結果

【図19】実施例のインダクタの作製プロセスを説明する図である。

【図20】実施例の導体、コンポジットコア及びインダクタの写真である。

【図21】実施例のインダクタの断面の右側部の概略図である。

【図22】比較例のコンポジットコアの写真である。

【図23】比較例のインダクタの断面の右側部の概略図である。

【図24】実施例と比較例の交流抵抗Ｒの周波数特性である。

【図25】実施例と比較例のインダクタンスＬの周波数特性である。

【図26】実施例と比較例のＱ値の周波数特性である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態に係るインダクタについて、図面に基づいて説明するが、本発明はここで述べられる実施の形態に限定されるものではない。
＜第１の実施の形態＞

【0020】

図１は、第１、第２及び第３の実施の形態に係るインダクタのコイル部分のみの平面概略図である。磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略し図示していない。コイルは、矩形断面のコイル導体部１を備える導体線が渦巻状に巻回された平面型のスパイラルコイルである。コイル巻数は４巻であるがこの巻数に限定されない。導体線は平角線だけでなく、複数本の線を撚り合わせたリッツ線を略矩形断面の形状としたものであってもよい。コイルは、アルミニウム、銅又はマンガニン（登録商標）（銅、マンガン及びニッケルの合金）の金属からなる。

【0021】

図２は、第１の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。図１のＡ－Ａ′断面に磁性体２及び非磁性絶縁体３を追加して図示したものである。コイル導体部１を磁性体２が覆っているが、コイル導体部１の上側の長辺の面に接して、すなわちコイルの上面のコイル導体部１と磁性体２の間に、非磁性絶縁体３が配置されている。この実施の形態では、非磁性絶縁体３がコイルの上面の全てのコイル導体部１と磁性体２の間に配置されているが、非磁性絶縁体３は一部のコイル導体部１と磁性体２の間に配置されていてもよい。なお、スパイラルコイルであるため、コイル導体部１の矩形断面の長辺方向はｚ軸方向に垂直方向、すなわち半径方向（ｒ方向）に一致する。よって、コイル導体部の矩形断面の長辺方向の非磁性体絶縁層の幅はコイルの半径方向の幅に相当し、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さはコイルの半径方向の幅に相当する。そして、コイル導体部の矩形断面の長辺方向の非磁性体絶縁層の幅は、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さ以下であり、非磁性絶縁体３のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、コイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅以下となっている。磁性体２は、ＦｅＳｉＣｒＢ等の鉄系アモルファス磁性粉を含有する磁性コンポジット材やフェライト、電磁鋼板、センダスト、パーマロイ、Ｎｉ系、Ｆｅ系の強磁性材料等で構成することができる。また非磁性絶縁体３は、ＳｉＯ２やアルミナ、高分子樹脂材料等又は空気、アルゴン等の気体で構成することができる。ここで、非磁性絶縁体とは、強磁性でなく常磁性又は反磁性であって抵抗率が１０^８Ωｍ以上の絶縁性の物質をいう。

【0022】

第１の実施の形態では、コイル導体部１とコイル導体部１の間には磁性体２が充填され配置されている。これにより、コイル導体部１の両端部で磁束は比透磁率の高い磁性体２に吸い寄せられ誘導され、コイル導体部１の両端部での磁束集中を回避できる。さらに、コイル導体部１上では非磁性絶縁体３を介して磁性体２が配置されている。これにより、コイル導体部１を介して向かい合う磁性体２の距離が増加して磁気抵抗が増大し、特にコイル導体部１の中央部で磁性体２からコイル導体部１に漏れる磁束を低減できる。したがって、第１の実施の形態では、上記作用により、コイル内の渦電流の発生を抑制し交流抵抗の増大を抑え高いＱ値を得ることができる。

【0023】

このとき、非磁性絶縁体３のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、コイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅の０．４～１倍であることが好ましい。高いＱ値が得られるからである。

【0024】

また、コイルは、非磁性の基板上に形成されたものであってもよい。このとき基板は、耐衝撃性を得るためフレキシブル基板とすることができる。

【0025】

さらに、コイル導体部１は、導体と絶縁体の積層構造からなってもよい。表皮効果や近接効果による渦電流の影響を抑制できるからである。
＜第２の実施の形態＞

【0026】

図３は、第２の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。図１のＡ－Ａ′断面に磁性体２、第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２を追加して図示したものである。第１の実施の形態との比較では、コイル導体部１の断面の長辺（ｚ軸に垂直な辺）の両面に第１非磁性絶縁体３１と第２非磁性絶縁体３２が配置されている。すなわち、コイルの上面の第１非磁性絶縁体３１だけでなく下面にも、コイル導体部１と磁性体２の間に第２非磁性絶縁体３２が配置されている。コイルの上面及び下面に配置された第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、共にコイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅以下となっている。磁性体２は、ＦｅＳｉＣｒＢ等の鉄系アモルファス磁性粉を含有する磁性コンポジット材やフェライト、電磁鋼板、センダスト、パーマロイ、Ｎｉ系、Ｆｅ系の強磁性材料等で構成することができる。

【0027】

第２の実施の形態では、コイル導体部１の上面及び下面の両面にそれぞれ第１非磁性絶縁体３１と第２非磁性絶縁体３２が配置されているので、コイル導体部１、第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２を介して向かい合う磁性体２の距離が、第１の実施の形態に比べさらに増加して磁気抵抗が増大する。これにより、コイル導体部１の中央部での磁性体２から漏れ磁束を低減でき、交流抵抗の増大を抑えより高いＱ値を得ることができる。

【0028】

このとき、コイルの上面及び下面に配置された第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、共にコイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅の０．４～１倍であることが好ましい。高いＱ値が得られるからである。

【0029】

また、コイルは、非磁性の基板上に形成されたものであってもよく、さらに、コイル導体部１は、導体と絶縁体の積層構造からなってもよい。
＜第３の実施の形態＞

【0030】

図４は、第３の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。図１のＡ－Ａ′断面に磁性体２１、磁性体２２、第１非磁性絶縁体３１、第２非磁性絶縁体３２及び基板４を追加して図示したものである。第３の実施の形態に係るインダクタは、第２の実施の形態に対して磁性体２１と磁性体２２の間に基板４を挿入し追加したもので、コイルを基板４上に形成し、磁性体を２つの部分の磁性体２１と磁性体２２に分け、磁性体２１と磁性体２２が基板４を介して対向する構造となっている。

【0031】

図４において、磁性体２１及び磁性体２２は、ＦｅＳｉＣｒＢ等の鉄系アモルファス磁性粉を含有する磁性コンポジット材やフェライト、電磁鋼板、センダスト、パーマロイ、Ｎｉ系、Ｆｅ系の強磁性材料等で構成することができる。また非磁性絶縁体３１及び非磁性絶縁体３２は、ＳｉＯ２やアルミナ、高分子樹脂材料等で構成することができる。さらに、基板４は、非磁性（強磁性でなく常磁性又は反磁性）であって、耐衝撃性を確保し取扱いを容易とするためポリイミドやポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等のプラスチック材料からなるフレキシブル基板とすることができる。

【0032】

第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、第２の実施の形態と同様に共にコイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅以下となっている。そして、好ましくは、第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は、それぞれコイル導体部１のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅の０．４～１倍である。

【0033】

さらに、コイル導体部１は、導体と絶縁体の積層構造からなってもよい。
（電磁界解析）

【0034】

第３の実施の形態の効果を説明するために、有限要素法による電磁界解析の計算結果について説明する。電磁界解析用のソフトには、電磁場解析ソフトウェアのＡＮＳＹＳ Ｍａｘｗｅｌｌ（ＡＮＳＹＳ社製）を用い、インダクタの特性（交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、Ｑ値）を計算した。表１に解析の諸条件をまとめる。

【0035】

【表1】

【0036】

図５は、コイルの解析モデルを説明する図（平面図）である。ただし、磁性体、非磁性絶縁体及び基板については省略し図示していない。コイル導体部は、抵抗率１．７２×１０^－８ Ωｍの銅材を想定している。巻数が４巻の渦巻状の平面コイルである。コイルの外径（直径）ＯＤは２２．４ｍｍ、内径（直径）ＩＤは３．４ｍｍ、ピッチは０．５ｍｍ、コイルの半径方向のコイル導体部の幅は２ｍｍ、コイル導体部１の厚さは７０μｍである。

【0037】

図４は、図５のＡ－Ａ′断面図に相当する。図５では磁性体、非磁性絶縁体及び基板を省略したが、図４ではコイルの他に磁性体、非磁性絶縁体及び基板も追加して図示している。図４において、基板４の膜厚は３７μｍ（＝基板自身の膜厚２５μｍ＋接着層１２μｍ）、第１磁性体２１と第２磁性体２２の膜厚は等しく、コイル導体部１、第１磁性体２１、第２磁性体２２、非磁性絶縁体３１、非磁性絶縁体３２及び基板４合わせた総膜厚は０．８ｍｍである。さらに、図４において、第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅を共に「ｄｗ」とし、また、第１非磁性絶縁体３１及び第２非磁性絶縁体３２の厚さも等しく「ｄｔ」とした。

【0038】

図６～図８は、それぞれ第３の実施の形態に係るインダクタの交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ及びＱ値のｄｗ依存性の計算結果である。また、図９～図１１は、それぞれ第３の実施の形態に係るインダクタの交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ及びＱ値のｄｔ依存性の計算結果である。

【0039】

図６～図８から、ｄｗの増加に伴い、インダクタンスＬは減少するが交流抵抗Ｒも減少してＱ値が増大し、ｄｔが０．２５ｍｍ以下のときｄｗが０．４ｍｍ以上で、Ｑ値はｄｗ＝０ｍｍのときより大きくなっている。また、図８から、コイル導体部１の幅に対してｄｗが０．４～１倍のとき（ｄｗが０．８ｍｍ以上２ｍｍ以下のとき）、いずれのｄｔに対してもＱ値はｄｗ＝０ｍｍのときより大きくなっている。

【0040】

また、ｄｔが０．１ｍｍ以上では、ｄｗが１．８ｍｍ付近でＱ値は各ｄｔに対して最大となっている。これは、第１磁性体２１と第２磁性体２２がコイル導体部１の両端でおよそ０．１ｍｍ被っているときに対応する。
＜第４の実施の形態＞

【0041】

図１２は、第４の実施の形態に係るインダクタのコイル部分のみの上面概略図である。磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略し図示していない。コイルは、矩形断面のコイル導体部１を備える導体線が渦巻状に巻回されたコイルであるが、第１～第３の実施の形態に係るインダクタの平面型のスパイラルコイルと異なり、コイルは、コイル導体部１の矩形断面の長辺がｚ軸に平行なフラット巻コイルである。フラット巻コイルでは、矩形断面の導体線（コイル導体部１）を半径方向に積層するように巻いて構成されるが、導体線（コイル導体部）は平角線だけに限定されない。導体線はリッツ線を略矩形断面の形状としたものであってもよい。コイルは、アルミニウム、銅又はマンガニン（登録商標）（銅、マンガン及びニッケルの合金）の金属からなる。

【0042】

図１３は、第４の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。図１２のＡ－Ａ′断面に磁性体２及び非磁性絶縁体３を追加して図示したものである。コイル巻数は４巻であるがこの巻数に限定されない。コイル導体部１を磁性体２が覆っているが、コイルの最内周面および最外周面と磁性体２の間に、非磁性絶縁体３が配置されている。

【0043】

この実施の形態では、非磁性絶縁体３が最内周のコイル導体部１の内周面と最外周のコイル導体部１の外周面に接して磁性体２との間に挿入され配置されている。コイル導体部１の矩形断面の長辺方向（ｚ軸方向）の非磁性絶縁体３の幅は、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さ以下となっている。このとき、非磁性絶縁体３の幅は、コイル導体部の長辺の長さの０．４～１倍であることが好ましい。これにより、コイルの最内周部と最外周部において磁性体からコイル導体部への磁束の漏れを抑えられ、コイル導体部内部での渦電流の発生を抑制し、表皮効果や近接効果による銅損を低減してＱ値を高めることができる。なお、コイル導体部１は導体と絶縁体の積層構造からなってもよい。

【0044】

非磁性絶縁体３の配置はこの実施の形態の配置に限定されない。例えば、非磁性絶縁体３は、コイルの最内周と最外周だけでなく、他の一部のコイル導体部１の長辺に接してコイル導体部１との磁性体２の間に配置されていてもよい。またすべてのコイル導体部間にも配置されてもよい。なお、磁性体２は、ＦｅＳｉＣｒＢ等の鉄系アモルファス磁性粉を含有する磁性コンポジット材やフェライト、電磁鋼板、センダスト、パーマロイ、Ｎｉ系、Ｆｅ系の強磁性材料等で構成することができる。非磁性絶縁体３は、ＳｉＯ２やアルミナ、高分子樹脂材料等又は空気、アルゴン等の気体で構成することができる。
＜第５の実施の形態＞

【0045】

図１４は、第５の実施の形態に係るインダクタのコイル部分のみの上面概略図である。磁性体及び非磁性絶縁体の部分は省略し図示していない。コイルは、矩形断面のコイル導体部１を備える導体線が螺旋状に巻回されたヘリカルコイルである。導体線が平角線の場合、ヘリカルコイルはエッジワイズコイルとも呼ばれるが、導体線（コイル導体部）は平角線だけに限定されない。導体線はリッツ線を略矩形断面の形状としたものであってもよい。コイルは、アルミニウム、銅又はマンガニン（登録商標）（銅、マンガン及びニッケルの合金）の金属からなる。

【0046】

図１５は、第５の実施の形態に係るインダクタの断面概略図である。図１４のＡ－Ａ′断面に磁性体２及び非磁性絶縁体３を追加して図示したものである。コイル巻数は４巻であるがこの巻数に限定されない。コイル導体部１を磁性体２が覆っているが、コイルの最上面および最下面の磁性体２の間に、第３非磁性絶縁体３３が挿入され配置されている。また、コイル導体部間にも第４非磁性絶縁体３４が配置されている。

【0047】

図１５のヘリカルコイルでは、コイル導体部１の矩形断面の長辺方向はｚ軸に垂直な方向、すなわち半径方向（ｒ方向）に一致する。コイルの最上面および最下面において、コイル導体部の矩形断面の長辺方向（ｚ軸に垂直な半径方向）の第３非磁性体絶縁層３３の幅はコイル導体部１の矩形断面の長辺の長さ以下である。そして、第３非磁性体絶縁層３３の半径方向の幅は、コイル導体部１の矩形断面の長辺の長さ（半径方向の長さ）の０．４～１倍であることが好ましい。また、この実施の形態では、第４非磁性体絶縁層３４の半径方向の幅は、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さ（半径方向の長さ）に等しくなっているが、第４非磁性絶縁体３４の半径方向の幅は、コイル導体部１の矩形断面の長辺の長さ未満であってもよい。第４非磁性絶縁体３４の半径方向の幅は、コイル導体部１の矩形断面の長辺の長さの０．４～１倍であることが好ましい。これにより、磁性体からコイル導体部への磁束の漏れを抑えられ、コイル導体部内部での渦電流の発生を抑制し、表皮効果や近接効果による銅損を低減してＱ値を高めることができる。なお、磁性体２は、ＦｅＳｉＣｒＢ等の鉄系アモルファス磁性粉を含有する磁性コンポジット材やフェライト、電磁鋼板、センダスト、パーマロイ、Ｎｉ系、Ｆｅ系の強磁性材料等で構成することができ、また非磁性絶縁体３３および３４は、ＳｉＯ２やアルミナ、高分子樹脂材料等又は空気、アルゴン等の気体で構成することができる。

【0048】

第５の実施の形態では、非磁性絶縁体はコイル導体部１の矩形断面の全ての長辺側に配置されているが、この実施の形態に限定されてない。例えば、コイル導体部間は、第４非磁性体絶縁層３４がなく磁性体２で埋められていてもよい。また、コイル導体部１は導体と絶縁体の積層構造からなってもよい。

【0049】

さらに、第５の実施の形態では、コイル導体部の矩形断面の長辺方向がコイルの半径方向となっているが、この実施の形態に限定されない。コイル導体部間を磁性体で埋められ、コイル導体部の矩形断面の長辺方向がコイルのｚ軸方向である構造のヘリカルコイルであってもよい。この場合も、コイル導体部に接して磁性体との間に挿入して配置される非磁性体絶縁層の、コイル導体部の矩形断面の長辺方向の幅は、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さ以下であり、好ましくは、コイル導体部の矩形断面の長辺の長さの０．４～１倍である。これにより、磁性体からコイル導体部への磁束の漏れを抑えられ、コイル導体部内部での渦電流の発生を抑制してＱ値を高めることができる。
（電磁界解析）

【0050】

第５の実施の形態の効果を説明するために、有限要素法による電磁界解析の計算結果について説明する。解析の諸条件は、基本的には表１に示すとおりであるが、電流は表１の値（０．６Ａ）と異なり４．９Ａである。

【0051】

図１５（前述したように、図１４のコイルのＡ－Ａ′断面に磁性体２及び非磁性絶縁体３３および３４を追加して図示したもの）において、コイル導体部は、抵抗率１．７２×１０^－８ Ωｍの銅材からなり、巻数が４巻のヘリカルコイルである。コイルの外径（直径）ＯＤは１８ｍｍ、内径（直径）ＩＤは８ｍｍ、コイル導体部の半径方向の幅は５ｍｍ、コイルの膜厚（ｚ軸方向）は０．１ｍｍ、コイル導体部間の距離（第４非磁性体絶縁層３４のｚ軸方向の膜厚）は０．１０５ｍｍである。磁性体２のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅は１０ｍｍ、ｚ軸方向の高さは１０ｍｍである。第３非磁性絶縁体３３のｚ軸方向膜厚を「ｄｔ」、第３非磁性絶縁体３３のコイルの半径方向（ｒ方向）の幅を「ｄｗ」とした。

【0052】

図１６～図１８は、それぞれ第５の実施の形態に係るインダクタの交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ及びＱ値について、ｄｔが変化したときのｄｗ依存性の計算結果である。図１６～図１８から、ｄｔが０ｍｍでないとき、ｄｗの増加に伴いインダクタンスＬは減少するが交流抵抗Ｒも減少してＱ値が増大する。ｄｔが２ｍｍ以下のとき、ｄｗが４．８ｍｍ以下の範囲で、Ｑ値はｄｔが０ｍｍのときの値より大きくなっている。

【0053】

また、ｄｔが１ｍｍでは、ｄｗが４．４ｍｍ付近でＱ値は最大となっている。これは、磁性体２がコイルの最上面および最下面の両端において０．３ｍｍ被っている場合に相当する。

【実施例】

【0054】

以下、本発明に係るインダクタの実施例について述べるが、本発明はここで述べられる実施例に限定されるものではない。
＜実施例＞

【0055】

図１９は、実施例のインダクタの作製プロセスを説明する図である。

【0056】

まず、ポリイミド付銅板をエッチングプリンタでエッチングし不要なポリイミドを除去して、内径８ｍｍ、外径１８ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．１０５ｍｍのコイル形状の導体を２つ作製する。

【0057】

また、ＦｅＳｉＣｒＢアモルファス合金（メーカー：エプソンアトミックス株式会社、型番：ＡＷ２－０８（絶縁処理なし）、平均粒径：２．６μｍ（球状））の磁性粉とエポキシ(メーカー：太陽金鋼株式会社、Ｄｕｒａｌｃｏ４４６０)のバインダを体積充填率５７ｖｏｌ％で混合した磁性コンポジット材を作製する。これを所定の型に入れて１２０℃、４時間で焼結させ、２０ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（奥）×５ｍｍ（高さ）の直方体型のコンポジットコアを２つ作製する。次に、２つのコンポジットコアの表面をフライスで加工しコイル形状の導体に対応した溝を設ける。溝は、導体の外周と内周に対応する部分でそれぞれに２段で落ち込む形状となっており、１段目の溝がストッパーとなって導体をはめ込むことができる。１段目の溝の深さは０．５ｍｍ、２段目の溝の深さは０．５ｍｍである。

【0058】

導体を１段目の溝にはめ込んだ２つのコンポジットコアを導体側の面で合わせて接合しインダクタを組み立てる。このとき、対向する２つの導体の間には、導体と同じ形状の１ｍｍ厚のＰＥＴシートを挟んで、導体／ＰＥＴシート（絶縁体）／導体の積層構造（サンドイッチ構造）のコイル導体部を形成する。ＰＥＴシートを介して対向する２つの導体には同じ方向に電流を流し、コイルの巻数は１巻である。また、２段目の溝は非磁性絶縁体としての空隙となっている。

【0059】

図２０は、作製した（ａ）コイル形状の導体、（ｂ）２段の溝を有するコンポジットコア、（ｃ）２つのコンポジットコアを接合して組み立てたインダクタの写真である。

【0060】

また、図２１は、コイルの中心を通りコンポジットコアの側面に平行な実施例のインダクタの断面の右側部の概略図である。２段目の溝の深さ（０．５ｍｍ）が非磁性絶縁体の空隙の厚さに対応する。非磁性絶縁体の空隙のコイルの半径方向の幅は４．８ｍｍであって、コイル導体部の幅（５ｍｍ）より０．２ｍｍ狭くなっている。
＜比較例＞

【0061】

次に比較例について説明する。比較例では、非磁性絶縁体の空隙及びコイル導体部の導体間の絶縁体が無いインダクタを作製する。コイル形状の導体は、実施例と同様にポリイミド付銅板をエッチングして作製したものを使用する。導体は、内径８ｍｍ、外径１８ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．１０５ｍｍである。また、コンポジットコアは、実施例と同様に作製した２０ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（奥）×５ｍｍ（高さ）の直方体型の２つのコンポジットコアについて、表面をフライスで加工しコイル形状の導体に対応した溝を設ける。溝は、実施例と異なり、深さ０．５ｍｍの１段の溝のみ形成する。さらに、２つのコンポジットコアにそれぞれ０．１０５ｍｍ厚の導体を溝にはめ込み、実施例で作製したのと同様の磁性コンポジット材（ＦｅＳｉＣｒＢアモルファス合金とエポキシの混合材、体積充填率５７ｖｏｌ％）をコンポジットコアの表面と導体の段差にスキージで塗布する。そして、この２つのコンポジットコアを導体側の面で合わせて接合しインダクタを組み立てる。このとき、磁性コンポジット材を介して対向する２つの導体には同じ方向に電流を流し、コイルの巻数は１巻である。

【0062】

図２２は、導体をはめ込んだ後、磁性コンポジット材を塗布したコンポジットコアの写真である。また、図２３は、コイルの中心を通りコンポジットコアの側面に平行な比較例のインダクタの断面の右側部の概略図である。
（インダクタ特性）

【0063】

図２４～図２６は、それぞれ実施例及び比較例のインダクタについて測定した交流抵抗Ｒ、インダクタンスＬ及びＱ値の周波数特性である。測定には、インピーダンスアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ製、型番４２９４Ａ）を用いた。図２４～図２６から、１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの周波数の範囲で、交流抵抗Ｒについては実施例の方が比較例より低く、Ｑ値についても実施例の方が比較例より高くなっているのが分かる。５ＭＨｚのときで比較すると、表２のようになっている。

【0064】

【表2】

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明に係るインダクタは、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源におけるインダクタに利用可能である。

【符号の説明】

【0066】

１ コイル導体部
２ 磁性体
２１ 第１磁性体
２２ 第２磁性体
３ 非磁性絶縁体
３１ 第１非磁性絶縁体
３２ 第２非磁性絶縁体
３３ 第３非磁性絶縁体
３４ 第４非磁性絶縁体
４ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】