(57)【要約】【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】所定の波長λを有する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、磁性体を用いて構成された複数の線材２が、少なくとも二方向で交差して配置されるものであり、線材２は、Ｄ＜４δ・μｓとなる太さＤを有する。但し、δは取り扱い対象となる波長λの電磁波により生じる表皮効果における表皮厚、μｓは線材２の比透磁率である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長λを有する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、
磁性体を用いて構成された複数の線材が、少なくとも二方向で交差して配置されるものであり、
前記線材は、Ｄ＜４δ・μｓとなる太さＤを有することを特徴とする磁性素子。
但し、δは波長λの電磁波により生じる表皮効果における表皮厚、μｓは前記線材の比透磁率を示す。
【請求項２】
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記載の磁性素子。
【請求項３】
前記線材の太さＤは、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁性素子。
【請求項４】
前記複数の線材は、互いに直交して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁性素子。
【請求項５】
前記複数の線材は、互いに交差する点において導通する網にされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁性素子。
【請求項６】
前記網の目の大きさは、前記波長λの１／４以下であることを特徴とする請求項５記載の磁性素子。
【請求項７】
前記網の目の大きさは、前記波長λの１／３６以下であることを特徴とする請求項６記載の磁性素子。
【請求項８】
前記網と対向配置された導体板をさらに備え、
前記網と前記導体板とは、複数箇所で接触していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の磁性素子。
【請求項９】
前記網は、織物であり、
前記互いに交差する点が、前記導体板と接触していることを特徴とする請求項８記載の磁性素子。
【請求項１０】
前記網は、編物であり、
前記互いに交差する点が、前記導体板と接触していることを特徴とする請求項８記載の磁性素子。
【請求項１１】
前記線材は、線状の非磁性体の表面に、前記表皮厚δ以上の厚さの磁性体の層を有するものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の磁性素子。
【請求項１２】
前記線材は、磁性体を用いて構成された前記太さＤの単線材を所定本数束ねたものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の磁性素子。
【請求項１３】
前記線材は、所定本数の前記単線材を撚り合わせたものであることを特徴とする請求項１２記載の磁性素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の波長を有する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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
すなわち、比透磁率μｓ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、金属が磁性体の場合、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。
【０００５】
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ようにされた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。）。
【非特許文献１】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））
【非特許文献２】オーム社刊  内藤嘉之著  電波吸収体
【非特許文献３】森北出版  橋本修著  高周波領域に於ける材料定数測定法
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。）。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
式（２）において、Ｚ０は大気の波動インピーダンスで３７７Ω、μｒはマイクロ波磁性体の複素透磁率で、μｒ＝μ’−ｊμ”であり、εｒはマイクロ波磁性体の複素誘電率で、εｒ＝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。
【００１０】
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μｒが増大すると増大し、誘電率εｒ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μｒ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μｒよりも大きな誘電率εｒ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。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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る磁性素子は、所定の波長λを有する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、磁性体を用いて構成された複数の線材が、少なくとも二方向で交差して配置されるものであり、前記線材は、Ｄ＜４δ・μｓとなる太さＤを有することを特徴としている。但し、δは波長λの電磁波により生じる表皮効果における表皮厚、μｓは前記線材の比透磁率を示す。
【００１３】
この構成によれば、磁性体を用いて構成された線材の長さ方向の反磁界係数はゼロとなることから、このような線材を少なくとも二方向で交差して配置すると、二方向に対して反磁界係数がゼロとなるように線状の磁性体が配置される。そうすると、外部から印加されたいかなる方向の磁束も、反磁界係数がゼロとなる二方向にベクトル分解されて反磁性効果が低減される。そして、磁性体を用いて構成された太さＤの線材は、Ｄ＜４δ・μｓの条件を満たすことにより、線材単体での波長λの電磁波に対して実効的に得られる等価透磁率が１を超えるので、このように構成された磁性素子は、波長λを有する電磁波に対して磁性体として機能することができる。さらに、磁性体の線材は導体であるから磁性素子全体としても導体となり、誘電率が生じない。
【００１４】
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。
【００１５】
また、前記線材の太さＤは、５０μｍ以下であることが好ましい。線材の太さＤが５０μｍ以下であれば、当該磁性素子は、１ＧＨｚの電磁波に対して磁性体として機能する
また、前記複数の線材は、互いに直交して配置されていることが好ましい。この場合、直交する二方向に対して反磁界係数がゼロとなるように線状の磁性体が配置される。そうすると、外部から印加されたいかなる方向の磁束も、直交する二方向に効率よくベクトル分解されるので、効率よく反磁性効果が低減される。
【００１６】
また、前記複数の線材は、互いに交差する点において導通する網にされていることが好ましい。この構成によれば、網の目にループ状の電流経路ができるので、外部から印加された磁界に対して循環電流が流れ、この循環電流により磁界が生じる結果、当該磁性素子に等価的なインダクタンスが付与されて、磁性体としての磁気的効果が増大する。
【００１７】
また、前記網の目の大きさは、前記波長λの１／４以下であることが好ましい。網の目の大きさが波長λの１／４以下であれば、網の目を構成する線材は誘導性となり、磁性体として機能する。
【００１８】
さらに、前記網の目の大きさは、前記波長λの１／３６以下であることが好ましい。網の目の大きさが波長λの１／３６以下であれば、網の目を構成する線材のインピーダンスが周波数に対して振動することが低減されるので、磁性素子により得られる磁気的効果を広帯域化することが容易となる。
【００１９】
また、前記網と対向配置された導体板をさらに備え、前記網と前記導体板とは、複数箇所で接触していることが好ましい。この構成によれば、導体板を挟んで網の反対側に、網の鏡像が等価的に現れる。そうすると、網と導体板との複数の導通箇所で、網とその鏡像とが接続され、網と鏡像とで構成されるループ状の電流経路が生じる。そのため、外部から印加された磁界に対して当該電流経路に循環電流が流れ、この循環電流により磁界が生じる結果、当該磁性素子に等価的なインダクタンスが付与されて、磁性体としての磁気的効果が増大する。
【００２０】
また、前記網は、織物であり、前記互いに交差する点が、前記導体板と接触していることが好ましい。この構成によれば、複数の線材が織物にされることにより、互いに異なる方向に交差する構造が保持される。そして、複数の線材が、織物にされることにより互いに交差する点において突出するので、この突出する箇所を導体板と接触させることが容易となる結果、織物として構成された網を、複数箇所で導体板と導通させることが容易となる。
【００２１】
また、前記網は、編物であり、前記互いに交差する点が、前記導体板と接触しているようにしてもよい。この構成によれば、複数の線材が編物にされることにより、互いに異なる方向に交差する構造が保持される。そして、複数の線材が、編物にされることにより互いに交差する点において突出するので、この突出する箇所を導体板と接触させることが容易となる結果、編物として構成された網を、複数箇所で導体板と導通させることが容易となる。
【００２２】
また、前記線材は、線状の非磁性体の表面に、前記表皮厚δ以上の厚さの磁性体の層を有するものであることが好ましい。この構成によれば、線材の表面に表皮厚δ以上の厚さで磁性体の層が設けられるので、波長λを有する電磁波に対して磁性体として機能し得る。そして、線材の芯となる部分に非磁性体を用いることができるので、材料選択の自由度が増し、例えば柔軟性の高い材料を選択して磁性素子の製造を容易にしたり、例えば安価な材料を選択して磁性素子のコストを低減したりすることが容易となる。
【００２３】
また、前記線材は、磁性体を用いて構成された前記太さＤの単線材を所定本数束ねたものであることが好ましい。この構成によれば、線材の損失抵抗を低減することができる。
【００２４】
また、前記線材は、所定本数の前記単線材を撚り合わせたものであることが好ましい。この構成によれば、太さＤの所定本数の線材が撚り合わされることにより束ねられるので、複数の線材を束にすることが容易となる。
【発明の効果】
【００２５】
上述のように構成された磁性素子によれば、磁性体を用いて構成された線材の長さ方向の反磁界係数はゼロとなることから、前記線材を少なくとも二方向で交差して配置すると、二方向に対して反磁界係数がゼロとなるように線状の磁性体が配置される。そうすると、外部から印加されたいかなる方向の磁束も、反磁界係数がゼロとなる二方向にベクトル分解されて反磁性効果が低減される。そして、磁性体を用いて構成された太さＤの線材は、Ｄ＜４δ・μｓの条件を満たすことにより、線材単体での波長λの電磁波に対して実効的に得られる等価透磁率が１を超えるので、磁性素子は、波長λを有する電磁波に対して磁性体として機能することができる。さらに、磁性体の線材は導体であるから磁性素子全体としても導体となり、誘電率が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（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の構成の一例を示す模式図である。また、図２は、図１に示す磁性素子１の拡大写真である。図１に示す磁性素子１は、磁性体で構成された線材２を縦方向のたて糸及び横方向のよこ糸として用い、二方向のたて糸及びよこ糸を交互に交差させて平織にされた織物であり、たて糸として用いられた複数の線材２と、よこ糸として用いられた複数の線材２とが直交配置されて、その交差点が接触して導通する網にされている。
【００２８】
なお、磁性素子１は、複数の線材２が互いに異なる方向に交差して網状にされていればよく、例えばたて糸とよこ糸の他に斜め方向の線材２を交差させて三方向の線材２によって網状にされていてもよい。また、磁性素子１は、平織に限らず、斜文織、朱子織、綾織等、種々の織物とすることができる。また、磁性素子１は、織物に限らず、編物であってもよく、例えば平編、ゴム編、パール編等、種々の編物とすることができる。磁性素子１が編物として構成されている場合、複数の線材２が、例えば互いにループ状にされた状態で、互いに異なる方向に交差するようにして編み込まれていてもよい。
【００２９】
図３は、線材２の一例を示す断面図である。図３に示す線材２は、例えば７本の単線材３が撚り合わされて束にされている。なお、線材２は、複数の単線材３が束にされていればよく、必ずしも撚り合わされている必要はないが、複数の単線材３が撚り合わされて束にされていることにより、線材２を一本の糸として取り扱うことが容易となり、線材２を用いて磁性素子１を織ったり、編んだりすることが容易となる。なお、図２に示す磁性素子１は、線材２が単線で構成されている例を示している。
【００３０】
単線材３は、例えばナイロン糸により構成された芯材４の表面に、磁性体層５が設けられて構成されている。芯材４は、単線材３の芯となって、磁性素子１の機械的な構造を支えるための物で、機械的な強度を有していればよく、ナイロン糸の他、例えばポリエステル繊維やガラス繊維、カーボンファイバー等の非磁性体材料を用いてもよく、導体線を用いてもよい。
【００３１】
また、芯材４の表面には、例えばニッケルからなる磁性体層５が、メッキ、蒸着、塗布等により設けられている。磁性体層５としては、磁性体、すなわち直流の比透磁率μｓ＞１となる材料を用いることができ、より好ましくはニッケル、鉄、コバルト、Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓその他の合金や化合物等、種々の強磁性体を用いることができる。
【００３２】
磁性体層５は、磁性素子１を磁性体として機能させようとする対象となる電磁波の周波数範囲、すなわち磁性素子１による取り扱い対象の周波数範囲における上限の周波数ｆ（波長λ）の電磁波により生じる表皮厚δ以上の厚さにされている。これにより、表皮効果によって単線材３の表面に集中する磁束や電流を磁性体層５内に浸入させて、磁性素子１による取り扱い対象の周波数範囲において、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。
【００３３】
このように、単線材３を、芯材４と磁性体層５とから構成することにより、磁性体の線材をそのまま用いて単線材３とする場合と比べて単線材３が柔軟になり、磁性素子１を織物や編物として構成することが容易となる。また、磁性体の線材をそのまま用いて単線材３とする場合と比べて磁性体材料の使用量を減少させることができるので、コストを低減することが容易となる。
【００３４】
なお、単線材３として磁性体の線材をそのまま用いてもよく、線材２を磁性体の単線によって構成してもよい。また、線材２を磁性体の単線とした場合には、本明細書における単線材３についての説明を線材２に適用でき、例えば単線材３と同様、線材２を芯材４と磁性体層５とから構成してもよい。また、線材２、単線材３の断面形状は、円形に限らない。
【００３５】
単線材３の直径（太さ）Ｄは、周波数ｆ（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、単線材３の直流における比透磁率をμｓとした場合に、Ｄ＜４δ・μｓの条件を満たす値にされている。すなわち、単線材３の比透磁率μｓ、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透磁率μｅ、単線材３の半径をｄとすると、等価透磁率μｅは、以下の式（３）で与えられる。ここで、磁性体層５は、周波数ｆにおける表皮厚δ以上の厚さにされているから、単線材３の比透磁率μｓは磁性体層５の比透磁率で近似できる。
【００３６】
【数３】
2007305874.tif 000005
【００３７】
そうすると、式（３）から単線材３の半径ｄが小さく（細く）なるほど等価透磁率μｅは増大する。また、周波数ｆにおいて単線材３が磁性体として機能するためには、等価透磁率μｅが１より大きくなければならないから、直径Ｄ（＝２ｄ）は以下の式（４）を満たす必要がある。
【００３８】
μｅ≒４δ・μｓ／Ｄ  ＞  １
４δ・μｓ      ＞  Ｄ  ・・・（４）
例えば、単線材３をニッケルにより構成し、１Ｈｚ〜１０ＧＨｚの範囲で単線材３を磁性体として機能させるには、ニッケルの比透磁率μｓ＝６００、ニッケルの抵抗率ρ＝６．９０×１０−８Ω・ｍ、取り扱い対象の周波数範囲における上限の周波数ｆ＝１０ＧＨｚであるから、式（１）に基づき、表皮厚δ＝０．０５４μｍが得られる。そうすると、式（４）に基づき、直径Ｄ＜１３０μｍとなる。
【００３９】
なお、線材２が単線であれば線材２の直径Ｄが、式（４）の条件を満たす必要がある。また、単線材３の断面形状が円ではない場合であっても、円に近似して円の直径に相当する線材の太さＤが、式（４）の条件を満たすようにすればよい。
【００４０】
磁性素子１は、メッシュ数Ｍが、例えば２０メッシュにされている。メッシュ数Ｍは、１インチ当たりの線数を表し、２０メッシュは、たて糸、よこ糸の間隔、すなわち網の目の大きさである網の目の一辺の長さＡが１．２５ｍｍであることを示している。なお、磁性素子１の網の目の、たての辺とよこの辺の長さが異なる場合には、短い方の辺の長さを網の目の一辺の長さＡとすればよい。また、磁性素子１が、例えば編物として構成されている場合のように、網の目の形状が円に近い場合には、網の目の形状に近似された円の直径を網の目の大きさとしてもよい。
【００４１】
網の目の一辺の長さＡは、取り扱い対象の周波数範囲における上限の周波数ｆに対する波長λの１／４以下にされている。すなわち、長さＡの単線材３のインピーダンスＺは、長さＡが波長λに近づくと、下記の式（５）で示される。
【００４２】
【数４】
2007305874.tif 000006
【００４３】
式（５）において、長さＡがλ／４を超えると極性が反転して誘導性から容量性になり、磁性体として機能しなくなる。
【００４４】
従って、網の目の一辺の長さＡは、λ／４以下にされており、例えば網の目の一辺の長さＡが１．２５ｍｍであれば、波長λ＝５ｍｍ、およそ６０ＧＨｚまで磁性体として機能し得ることを示している。また、式（５）において、Ｔａｎｈの項は、Ａがλ／３６以下となる範囲で微少近似することができ、ほぼＴａｎｈの項の影響を無視することができる。Ｔａｎｈの項は、周期関数であるから、Ｔａｎｈの項の影響が大きいと単線材３のインピーダンスＺが周波数に対して振動するため、磁性素子１により得られる磁気的効果を広帯域化することの困難性が増大する。しかし、網目の一辺の長さＡをλ／３６以下とすれば、Ｔａｎｈの項の影響を無視することができ、インピーダンスＺが周波数に対して振動することが低減されるので、磁性素子１により得られる磁気的効果を広帯域化することが容易となる。
【００４５】
次に、このようにして構成された磁性素子１の動作について説明する。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６に外部から加えられた磁界Ｈｏが作用すると、磁性体６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６の内部磁界、すなわち有効磁界Ｈは、Ｈ＝Ｈｏ−Ｈｄとなる。
【００４６】
ここで、磁界Ｈｏにより磁性体６に生じた磁化の強さをＪ（Ｔ）、真空の透磁率をμ０とすると、Ｈｄ＝Ｎ・Ｊ／μ０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６の形状や、外部磁界Ｈｏが加えられる方向によって異なる。
【００４７】
図５（ａ）は、図１に示す線材２及び図３に示す単線材３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。
【００４８】
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で用いられる線材２、単線材３のような線状の磁性体、すなわち全体の長さ＞＞直径となるような線材２、単線材３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）。
【００４９】
ここで、印加磁界をＨｏ、真空の透磁率をμ０、磁性体微粒子１０１や線材２、単線材３等の磁性体の直流での比透磁率をμｓ、等価透磁率をμｅ、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（６）で与えられる。
【００５０】
【数５】
2007305874.tif 000007
【００５１】
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μｓは、ニッケルで６００、鉄で５０００、ＰｅｒｍａｌｌｏｙやＡｍｏｒｐｈｏｕｓでは１万を超え、式（６）における１／μｓ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（７）が得られる。
【００５２】
【数６】
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【００５３】
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μｓが６００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透磁率μｅは３となり、さらに表皮効果により等価透磁率μｅが減ぜられ、等価透磁率μｅは、３に満たない値となってしまう。
【００５４】
一方、図１に示す磁性素子１で用いられる単線材３単体では、式（６）にＮ＝０を代入すると、μ０μｅＨｏ＝μ０μｓＨｏとなり、μｅ＝μｓが得られる。すなわち、図１に示す磁性素子１で用いられる単線材３単体では、線材の長さ方向における等価透磁率μｅは、反磁性効果によっても磁性体材料の比透磁率μｓ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透磁率μｅは６００、鉄を用いれば等価透磁率μｅ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等価透磁率μｅを増大させることができる。
【００５５】
図６は、磁界が印加された単線材３における磁束の状態を説明するための説明図である。図６に示すように、磁界が印加されると、単線材３の外部に磁束Ｂｅが生じ、単線材３の表皮厚δ内に磁束Ｂｉが生じる。ここで、単線材３が強磁性体であれば、Ｂｉ＞＞Ｂｅとなり、磁束Ｂｅは無視できる。そうすると、単線材３のインダクタンスは表皮厚δの総断面積に比例することとなる。
【００５６】
また、上述のように、単線材３単体において、反磁界係数Ｎがゼロとなるのは長さ方向の反磁界係数Ｎｚだけである。そうすると、磁性素子１では、複数の単線材３が束ねられて線材２にされ、さらに複数の線材２が、たて糸とよこ糸とで互いに直交して配置されているので、いかなる方向の磁束も、たて糸における反磁界係数Ｎｚがゼロとなる長さ方向と、よこ糸における反磁界係数Ｎｚがゼロとなる長さ方向とにベクトル分解されて反磁性効果が低減され、磁性体材料の比透磁率μｓに対する等価透磁率μｅの低下を抑制することができる。
【００５７】
上述のように構成された磁性素子１が磁性体として機能し得る周波数範囲は、以下のようになる。すなわち、磁性素子１は、直流に対しては線材２が磁性体を有するからそのまま比透磁率μｓの磁性体として機能し、磁性素子１が磁性体として機能し得る周波数の下限はゼロ（直流）である。一方、磁性素子１が磁性体として機能し得る周波数の上限は、単線材３の直径ＤがＤ＜４δ・μｓの条件を満たし、かつ網目の一辺の長さＡが、波長λの１／４以下となる周波数で与えられる。従って、磁性体材料の比透磁率μｓ、直径Ｄ、及び長さＡを適宜設定することで、例えば直流からマイクロ波周波数（１ＧＨｚ〜１ＴＨｚ）まで、磁性体として機能させることができる。
【００５８】
なお、たて糸とよこ糸とは、互いに異なる方向に交差して配置されていれば、いかなる方向の磁束であってもベクトル分解して処理することができるが、直交配置されていれば、磁束を効率よくベクトル分解することができるので、反磁性効果を低減することが容易となる。
【００５９】
また、線材２は導体であるため磁性素子１には誘電率が存在せず、従ってこのように構成された磁性素子１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。
【００６０】
そして、たて糸の線材２と、よこ糸の線材２とは、互いに交差する点において接触し、導通している。従って、図１に示すように、磁界が印加された磁性素子１の各網の目において循環電流Ｉが流れる。ここで、略方形の網の目の各辺を構成する線材２は、それぞれインダクタンスＬとして機能する。さらに、循環電流Ｉによって磁界が生じるため、等価的なインダクタンスが生じることとなる。この場合、網の目の一辺の長さＡは、λ／４以下、望ましくはλ／３６以下の範囲内で、大きくなるほど循環電流Ｉのループが大きくなり、等価的なインダクタンスが増大し、従って磁性素子１の磁気的効果が増大する。
【００６１】
また、上述のように、単線材３の半径ｄが小さく（細く）なるほど等価透磁率μｅは増大するが、単線材３が細くなるにつれて損失抵抗が増大する。しかし、線材２は、複数の単線材３が撚り合わされて構成されているため、単線材３の撚り合わせ本数をＫとすると、線材２の損失抵抗は単線材３の１／Ｋとなる。一方、線材２のインダクタンスは、複数の単線材３が撚り合わされることにより単線材３のインダクタンスが並列接続されて１／Ｋになるものの、単線材３における表皮厚δの合計がＫ倍になるため全体としてインダクタンスはほとんど変化しない。
【００６２】
そうすると、単線材３を細くしても、単線材３の撚り合わせ本数Ｋを調節することにより損失抵抗を低減し、磁性体として機能させることができるので、単線材３の直径Ｄとして用いることのできる範囲に下限はないが、例えば直径Ｄを１μｍとすることができる。また、単線材３の直径Ｄの上限は、Ｄ＜４δ・μｓにより与えられ、マイクロ波磁性体として実用的には、例えば５０μｍである。
【００６３】
図７は、直径０．５ｍｍ、長さ５９ｍｍのニッケル線におけるインピーダンスを、撚り合わせ本数Ｋを変化させて測定を行った実験結果を示す表形式の説明図である。図７に示すように、撚り合わせ本数Ｋを、１本、２本、３本、５本と増加させると、抵抗値Ｒ（インピーダンスの実部）は１／Ｋとなる一方、インダクタンス（インピーダンスの虚部）は、ほぼ一定となり、単線材３の撚り合わせ本数をＫにすると、損失抵抗を１／Ｋにさせつつインダクタンスをほぼ一定に保てることが実験的に確認できた。
【００６４】
このようにして構成された磁性素子１の入射インピーダンスＺｉは、下記の式（８）で表される。
【００６５】
【数７】
2007305874.tif 000009
【００６６】
但し、Ｒは網目の一辺（長さＡ）における線材２の周波数ｆの電磁波に対する抵抗値、Ｋは線材２における単線材３の撚り合わせ本数、Ｌは線材２の網目の一辺（長さＡ）でのインダクタンス、μｅは線材２単体での等価透磁率、φは単線材３を撚り合わせた線材２の仕上り外径である。
【００６７】
ここで、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では、入射インピーダンスＺｉは、式（２）によって与えられ、透磁率μｒを増大させると透磁率μｒよりも大きな誘電率εｒ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ったが、図１に示す磁性素子１では、入射インピーダンスＺｉは、式（８）で与えられ、かつ誘電率を有さないから、単線材３の等価透磁率μｅや抵抗Ｒ、単線材３の撚り合わせ本数Ｋ、単線材３の半径ｄ、網目の一辺の長さＡ（メッシュ数Ｍ）等のパラメータを調節して所望の入射インピーダンスＺｉを得ることが容易である。
【００６８】
また、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では、式（２）において、Ｔａｎｈの項は、波長λに対して周期関数となるため、磁性体微粒子を用いたマイクロ波磁性体では、周波数に対して入射インピーダンスＺｉが振動する結果、広帯域において所望の入射インピーダンスＺｉを得ることが困難であるという不都合があった。
【００６９】
一方、図１に示す磁性素子１では、入射インピーダンスＺｉは、式（８）で与えられ、単調関数となって周波数に対する周期性を有さないため、広帯域において所望の入射インピーダンスＺｉを得ることが容易であり、磁気的効果の広帯域化が容易である。
【００７０】
また、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では、式（２）において、入射インピーダンスＺｉが磁性体の厚さｔの関数となっているため、所望の入射インピーダンスＺｉを得るためには磁性体の厚さｔを確保する必要がある。一方、図１に示す磁性素子１では、式（８）に磁性体の厚さｔが含まれず、厚さｔと無関係に入射インピーダンスＺｉが得られるので、磁性素子１を薄くすることが容易である。
【００７１】
図８は、ニッケルの単線材３の直径Ｄ、メッシュ数Ｍ、撚り合わせ本数Ｋを変化させた場合の磁性素子１の入射インピーダンスＺｉを示すグラフである。グラフＧ１は、直径Ｄ＝５０μｍ、メッシュ数Ｍ＝２００、撚り合わせ本数Ｋ＝１（線材２は単線）の場合を示し、グラフＧ２は、直径Ｄ＝１２μｍ、メッシュ数Ｍ＝２６、撚り合わせ本数Ｋ＝３８の場合を示している。
【００７２】
図８に示すように、グラフＧ１，Ｇ２のいずれにおいても１ＧＨｚ〜４ＧＨｚのマイクロ波に対してある程度の入射インピーダンスＺｉが得られ、磁性体として機能することが確認できた。また、グラフＧ１よりも、単線材３が細く、メッシュ数Ｍが小さく（循環電流ループが大きい）、撚り合わせ本数Ｋが多いグラフＧ２の方が、入射インピーダンスＺｉが１００倍程度増大することが確認でき、上述のように、これらのパラメータを調節することにより、所望の入射インピーダンスＺｉが得られることが確認できた。図８には、１ＧＨｚ〜４ＧＨｚの周波数範囲しか示していないが、網の目の一辺の長さＡが、波長λの１／４以下、好ましくは１／３６以下となる範囲で、１ＧＨｚ未満の周波数や、４ＧＨｚを超える高周波数の領域においても適用できる。
【００７３】
なお、線材２をたて糸及びよこ糸として用い、たて糸とよこ糸とを交互に交差させて織物にした例を示したが、たて糸とよこ糸とを交互に交差させる例に限らず、例えば図９に示すように、線材２のたて糸とよこ糸とを交互にすることなく交差させた構成であってもよく、交互に交差させて平織にする代わりに接着剤で接着するなどして構成してもよい。また、線材２のたて糸とよこ糸との間に例えば間隔を空けて導通させない構成としてもよく、たて糸とよこ糸とが直交せず、斜めに交差する構成としてもよい。
【００７４】
線材２のたて糸とよこ糸との間に例えば間隔を空けて導通させない構成とした場合には、磁性素子１が磁性体として機能し得る周波数の上限は、単線材３の直径ＤがＤ＜４δ・μｓの条件を満たしていればよく、磁性体材料の比透磁率μｓ、及び直径Ｄを適宜設定することで、例えば直流からマイクロ波周波数（１ＧＨｚ〜１ＴＨｚ）まで、磁性体として機能させることができる。
【００７５】
また、磁性素子１を、線材２で織ったり、編んだりすることにより構成する例を示したが、複数の線材２は、同一平面内で、互いに異なる方向に交差点を共有するように交差して配置されることにより網にされていてもよく、例えば板状の磁性体にプレス加工やエッチングを施すことにより、網の目となる複数の開口部を形成し、残余の部分が同一平面内で互いに異なる方向に交差する網にされる構成としてもよい。この場合、残余の網が、互いに交差する線材に相当している。さらに、このように構成された網を積層することにより、複数の線材が束にされた構成としてもよい。
【００７６】
（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１０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斜視図である。図１０に示す磁性素子１ａは、図１に示す磁性素子１の背面に、導体板７が対向配置されて構成されている。そして、磁性素子１と導体板７とは、磁性素子１における線材２が相互に交差する点において導体板７と接触し、導通している。
【００７７】
すなわち、磁性素子１は、織物として構成されているため、図２に示すように、線材２が相互に交差する点において線材２が凸状に突出するので、磁性素子１と導体板７とを密着させることにより、この突出箇所を導体板７と接触させて導通させるようになっている。なお、磁性素子１を編物として構成した場合であっても同様に、磁性素子１と導体板７とを密着させることにより、編み目において線材２が凸状に突出する箇所を導体板７と接触させて導通させることが容易である。
【００７８】
図１１は、図１０に示す磁性素子１ａの断面図である。図１０に示すように、磁性素子１における線材２のたて糸２１は、線材２のよこ糸２２と交差する点、特によこ糸２２によってたて糸２１が導体板７側に押しつけられて突出する位置Ｐ１において導体板７と接触し、導通している。そうすると、導体板７を挟んで反対側に、たて糸２１の鏡像８が等価的に現れる。そして、たて糸２１と鏡像８とでループが構成され、循環電流Ｉｍが生じる。そうすると、循環電流Ｉｍによって磁界が生じるため、磁性素子１ａに等価的なインダクタンスが生じることとなる。よこ糸２２についても、たて糸２１と同様に、循環電流Ｉｍが生じて磁界が生じるため、磁性素子１ａに等価的なインダクタンスが生じることとなる。
【００７９】
このように、磁性素子１ａにおいては、磁性素子１に加えてさらに導体板７の鏡像効果によるインダクタンスが付加されるので、磁性素子１ａにおける入射インピーダンスＺｉを磁性素子１のみの場合よりさらに増大させ、磁気的効果を増大させることができる。
【００８０】
なお、図１１においては、たて糸２１がよこ糸２２によって導体板７に押しつけられる位置Ｐ１で導通する例を示したが、たて糸２１は、よこ糸２２と交差する位置Ｐ２においてもよこ糸２２を介して導体板７と導通するので、たて糸２１とよこ糸２２との接触抵抗が十分小さければ、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で循環電流Ｉｍが生じ得る。
【００８１】
このようにして得られた磁性素子１ａの入射インピーダンスＺｉを実験的に測定したところ、φ５０μｍの単線を線材２として用い、２００メッシュの平織にした磁性素子１と、Ｚｉ＝２Ω＋ｊ１２３０の導体板７とで構成された磁性素子１ａでは、Ｚｉ＝４．６Ω＋ｊ１２５８となり、磁性素子１ａのインピーダンスＺｉが導体板７に対して増大することが確認できた。特にインピーダンスＺｉの実数部は、導体板７の２倍以上となり、顕著な効果が得られた。
【００８２】
さらに、φ１２μｍの単線材３を３６本撚り線にした線材２を用い、２８メッシュの平織にした磁性素子１と、Ｚｉ＝２Ω＋ｊ１２３０の導体板７とで構成された磁性素子１ａでは、Ｚｉ＝６Ω＋ｊ１３２０となった。すなわち、単線材３を細くしてさらに撚り線にした線材２を用いて編み目を大きくすることで、インピーダンスＺｉが増大することが確認できた。特にインピーダンスＺｉの実数部は、導体板７の３倍となり、顕著な効果が得られた。
【００８３】
なお、入射インピーダンスＺｉの測定方法としては、空間定在波法が知られているが、空間定在波法による入射インピーダンスＺｉの測定には電波暗室が用いられ、１ｍ近いアンテナを使用するため、入射インピーダンスＺｉを測定しようとする試料は、このアンテナを覆うような大きさ、例えば３ｍ×３ｍ程度以上の試料が必要となり、測定が極めて困難である。そのため、本明細書において、入射インピーダンスＺｉの測定には、以下の方法を用いた。
【００８４】
すなわち、接地した導体板７の上に磁性素子１を配置して磁性素子１ａを構成し、磁性素子１から所定の距離ｈだけ離れた位置に、一端が開放端にされ、他端が５０Ωの伝送線路に接続された共振線を対向配置する。共振線としては、長さがλ／４（λは波長）に相当する５６．５ｍｍ、幅が９ｍｍのものを用いた。そして、５０Ωの伝送線路を介してこの共振線に高周波信号を印加し、この高周波信号の周波数を変化させながら５０Ωの伝送線路で生じる減衰量を測定する。そうすると、共振線と磁性素子１ａとの共振周波数で減衰量が最大となるので、減衰量のピーク点を検出することで、共振周波数が検出できる。この共振周波数は、磁性素子１ａの入射インピーダンスＺｉにおけるリアクタンス成分に応じて変化し、減衰量のピークは、入射インピーダンスＺｉの損失抵抗成分に応じて変化するので、共振周波数と減衰量のピークとを測定することで、入射インピーダンスＺｉを算出することができる。
【００８５】
また、図７におけるニッケル線のインピーダンスについては、長さがλ／４（λは波長）に相当する５９ｍｍのニッケル線（被測定物）を、上述の共振線として用い、導体板と距離ｈを離して対向配置することで、上述の磁性素子１ａと同様の方法でインピーダンスを測定した。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】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。
【図２】図２は、図１に示す磁性素子の代用写真である。
【図３】図１に示す線材の一例を示す断面図である。
【図４】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。
【図５】（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。
【図６】磁界が印加された線材における磁束の状態を説明するための説明図である。
【図７】直径０．５ｍｍ、長さ５９ｍｍのニッケル線におけるインピーダンスを、撚り合わせ本数Ｋを変化させて測定を行った実験結果を示す表形式の説明図である。
【図８】図１に示す磁性素子の入射インピーダンスを示すグラフである。
【図９】図１に示す磁性素子の変形例を示す図である。
【図１０】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斜視図である。
【図１１】図１０に示す磁性素子の断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，１ａ  磁性素子
２  線材
３  単線材
４  芯材
５  磁性体層
６  磁性体
７  導体板
８  鏡像
２１  たて糸
２２  よこ糸
【図１】
2007305874.tif 000010
【図３】
2007305874.tif 000011
【図４】
2007305874.tif 000012
【図５】
2007305874.tif 000013
【図６】
2007305874.tif 000014
【図７】
2007305874.tif 000015
【図８】
2007305874.tif 000016
【図９】
2007305874.tif 000017
【図１０】
2007305874.tif 000018
【図１１】
2007305874.tif 000019
【図２】
2007305874.tif 000020