(57)【要約】【課題】複合磁気ワイヤによる電気パルス発生の基礎技術を改良して、電気パルス誘起感度を向上させ、励磁用外部磁界の微小な変化によって敏感に電気パルスを誘起せしめる。【解決手段】符号１を付して示したのは複合磁気ワイヤであって、中心部に保磁力の大きいハード コア２が、外層部に保磁力の小さいソフト レイヤー３が形成されている。こうした複合磁気ワイヤを要素とする電気パルス発生装置の感度を向上させるため、ソフト レイヤー３にリング溝状部８を形成した。【選択図】図４
2014171044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的保磁力の小さい外層部と比較的保磁力の大きい内芯部とを有する複合磁気ワイヤ、
及び、該複合磁気ワイヤに交番磁界を与える手段、並びに、前記複合磁気ワイヤの磁性変化によって電気パルスを誘起されるコイルを有する電気パルス発生装置において、
前記外層部の１部分が、リング溝状に除去された形状をなしていることを特徴とする電気パルス発生装置。
【請求項２】
部分的に除去されたリング溝状部の底面が、内芯部付近に達していることを特徴とする請求項１に記載した電気パルス発生装置。
【請求項３】
前記の除去されたリング溝状の箇所が複数個であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した電気パルス発生装置。
【請求項４】
前記の複合磁気ワイヤはバイカロイ製であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載した電気パルス発生装置。
【請求項５】
前記のリング溝状部分は、エッチング処理によって除去されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載した電気パルス発生装置。
【請求項６】
前記のリング溝状部が複合磁気ワイヤの周囲３６０度を取り巻くことなく、周方向に関して部分的に欠けていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載した電気パルス発生装置。
【請求項７】
比較的保磁力の小さい外層部と比較的保磁力の大きい内芯部とを有する複合磁気ワイヤ  
を構成して、該複合磁気ワイヤに交番磁界を与え、
前記複合磁気ワイヤの外層部に、大バルクハウゼンジャンプ現象による急激な磁化反転現象を発生させて、この磁化反転現象により電気パルスを発生させる方法において、
前記複合磁気ワイヤの外層部に、あらかじめリング状の溝を形成しておくことを特徴とする電気パルス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合磁気ワイヤの大バルクハウゼンジャンプ現象による急激な磁化反転現象を利用して電気パルスを発生させ、この電気パルスをエナジーハーベストとして用いる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合磁気ワイヤの大バルクハウゼンジャンプ現象による急激な磁化反転現象を利用して電気パルスを発生させ、該電気パルスをエナジーハーベストとして用いる技術については、特許文献１として挙げた特開２０１０−１１９０１０号公報に説明されている。以下に、その要点を述べる。
【０００３】
例えばバイカロイ(Ｆｅ４０％、Ｃｏ５０％、Ｖ１０％の強磁性体)を線引きして細いワ
イヤにしたものは独特な磁気的性質を持つ。
このワイヤにひねり応力を加えると、ワイヤの外層部付近ほど多くひねられ、内芯部ほどひねられ方は少なくなり、このため外層部と内芯部では磁気特性が異なる。
この状態を残留させる加工を施すと、外層部と内芯部とで磁気特性が異なる強磁性体の磁性ワイヤができる。これを複合磁気ワイヤと呼ぶ。
【０００４】
複合磁気ワイヤの外層部は、比較的小さい磁界によってその磁化方向を変える（保磁力、
すなわち抗磁力が小さい）。この外層部をソフト レイヤーと名付ける。
複合磁気ワイヤの内芯部は、比較的大きい磁界を与えなければ、磁化方向を変えない
（保磁力・抗磁力が大きい）この内芯部をハード コアと名付ける。
図２（Ａ）は複合磁気ワイヤの模式的な断面図であって、保磁力の大きい箇所に濃密な斑点を付し、保磁力の小さい箇所に希薄な斑点を付してある。
符号２を付して示した内芯部は保磁力の大きいハード コアであり、符号３を付して示した外層部は保磁力の小さいソフト レイヤーである。
【０００５】
上記の複合磁気ワイヤに外部から磁界をかけて励磁し、その強さがハード コアの保磁力以上であると、図２（Ｂ）のように複合磁気ワイヤ１の全体が磁化される。
本例では、ソフト レイヤー３もソフト レイヤー２も、図において右向きの磁性が形成されている。
付記の矢印は磁化の方向を表している（磁性の方向だけを表し、磁化の強度は無関係）。
付記した文字Ｎ，Ｓは北極，南極を表している。
符号（３）を付して示したのはソフト レイヤーである。この断面図においては、上方のソフト レイヤー３と下方のソフト  レイヤーとが離間しているように見えるが、当該複合磁気ワイヤ１の外層部は全部ソフト レイヤーであって、立体的に考察するとソフト レイヤーはハード コア２取り囲んで繋がっている。このため、図の上段のソフト  レイヤーには通常の符号「３」を付し、下段のソフト レイヤーには参考のため括弧付きの符号「（３）」を付した。
【０００６】
前掲の図２（Ｂ）図のごとく右向きに磁化させた複合磁気ワイヤ１に、弱い左向きの磁界をかけて、この励磁用の磁界を漸次に強くしていった場合、
励磁用磁界の強さがソフト レイヤー３の保磁力を超えると、該ソフト レイヤーの磁性が左向きに反転する。しかし励磁用磁界がハード
コア２の保磁力に達するまでは、該ハード コアの磁性は反転せず、右向きのままであって図２（Ｃ）のようになる。
この状態から外部の励磁磁界を取り去ってもソフト レイヤーの磁化方向はハード コアの磁化に押さえられていて、磁化状態は安定している。このときの励磁磁界をセット磁界と呼ぶ。
【０００７】
次に、セット磁界と反対方向に励磁用の外部磁界をかけてこの外部磁界を増加させる。外部磁界の強さがある臨界強度を越すと、ソフト  レイヤーの磁化方向が反転して図２（Ｄ）のようになる。このときの励磁磁界をリセット磁界と呼ぶ。
この結果、ソフト  レイヤーとハード コアの磁化方向は同じとなり最初の状態に戻る。
前述の図2（Ｂ）⇒（Ｃ）、および（Ｃ）⇒（Ｄ）に示したソフト レイヤーの反転現象は、雪崩をうつような状態でソフト  レイヤーの磁壁が移動して一瞬のうちに磁化反転が起こる。
この雪崩をうつように磁化状態が反転する現象は大バルクハウゼンジャンプと言われて
いる。磁化反転の速度は、この大バルクハウゼンジャンプのみに依存していて外部磁界には無関係とされる。
【０００８】
図２を参照して以上に説明したのは、複合磁気ワイヤ１の長さ方向（つまり軸線方向）の全部に励磁用の外部磁界をかけた場合であるが、長さ方向の１部分のみに外部磁界を与えて部分的にソフト レイヤーの磁性反転現象を起こさせることもできる。
図３（Ａ）は複合磁気ワイヤの模式的な断面図であって、矢印は磁化方向を表している。
この状態は、前掲の図２（Ｂ）に対応しており、ハード コア２もソフト レイヤーも、図において右向きに磁化されている。
長さ方向について中央部付近に長さ方向寸法Ｌの区域を設定して反転区域と名付け、符号４を付する。
【０００９】
前記の反転区域に、長さ方向の交番磁界をかける。すなわち、図において右向きの励磁用外部磁界と、左向きの励磁用外部磁界とを交互に加える。
交番磁界の与え方を図３（Ｂ）に例示した。複合磁気ワイヤ１に対向離間させて、その軸線方向と平行に２個の励磁用磁石６，励磁用磁石７を配置する。
これら２個の励磁用磁石は、その極性を反対側に向けている。これら２個の磁石を交互に往復矢印ｕ，ｄのように移動させて、「複合磁気ワイヤに直近の位置」を交代させると、複合磁気ワイヤ１の反転区域に交番磁界が与えられる。
図示を省略するが、前記２個の励磁用磁石に代えて１個の電磁石を用いることもできる。
この場合は、通電方向を逆転させることによって、交番磁界を与えることができる。
励磁用磁石を用いたとき、磁界の強さは「複合磁気ワイヤと励磁用磁石との間の距離」によって調節される。電磁石の場合は電流の大きさで調節される。
【００１０】
図３（Ａ）に示した状態で、反転区域４に左向きの励磁用外部磁界をかけて、磁界強度を漸次に強くしてゆくと、ソフト レイヤー３の保磁力を越えたとき、図３（Ｃ）のように反転区域４内においてソフト レイヤー３の磁性が一挙に反転（大バウクハウゼンジャンプ）する。
図示を省略したが、この近傍に検出用のコイルを配置しておくと電気パルスが得られる。
検出コイルの配置については、特許文献１として挙げた特開２０１０−１１９０１０号公報に詳しい。
図３（Ｃ）の状態から、右向きの励磁用外部磁界をかけて、漸次に磁界を強めてゆくと、磁性が反転していた反転区域４内のソフト レイヤーが再度反転（大バウクハウゼンジャンプ）して図３（Ａ）の状態に復元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１１９０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前掲の図３に例示したように、複合磁気ワイヤの区域を限定してソフト レイヤーの磁性反転を行わせると、複合磁気ワイヤと励磁用磁石との相対的な位置の変化を検出するに有効であり、しかも位置変化の速度に依存することなくシャープな電気パルスが得られるので、メカトロニクスの発展に寄与することが期待されている。
一方、ＩＴ関連機器の小型・軽量化が進められており、精密加工技術の進歩と相まって電子パーツが小型化しつつある。
こうした事情に鑑みて本発明者等は、複合磁気ワイヤによる電気パルス発生の基礎技術を改良して、電気パルス誘起感度の向上を追及した。
本発明の目的は、励磁用外部磁界の微小変化によって敏感に電気パルスを誘起せしめるための基本的な構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明の構成は、比較的保磁力の小さい外層部と比較的保磁力の大きい内芯部とを有する複合磁気ワイヤ、及び、該複合磁気ワイヤに交番磁界を与える手段、並びに、前記複合磁気ワイヤの磁性変化によって電気パルスを誘起される検出コイルを有する電気パルス発生装置において、
前記外層部の１部分が、リング溝状に除去された形状をなしていることを特徴とする。
【００１４】
本発明において前記の「比較的に大きい，小さい」とは、複合磁気ワイヤの外層部であるソフト レイヤーの保磁力と、内芯部の保磁力との相対的な大小関係を指す。
前記の「リング溝状」とは、形状をイメージするための語句であって、レシプロエンジンのピストンに設けられているリング溝やOリング装着用のリング溝に共通する円周溝を指す。
本発明におけるリング溝は、幾何学的に正確な形状であることを要せず、溝の側面に不規則なテーパが有ったり、溝の縁にアールが有ったりしても良く、溝の内面に凹凸が有っても良い。
また、リング溝が完全な環形をなしていない、いわゆるＣ字形（部分的に欠けた環形）であっても良く、要するに局部的な小径部が形成されていれば良い。
（参考）Ｃ字状（部分的に欠けた環形）の部材が「リング」と呼ばれる例としては、ピストンリングやスナップリング（止め輪）等が有る。
【００１５】
請求項２に係る発明の構成は、前記請求項１の構成要件に加えて、部分的に除去されたリング溝状部の底面が、内芯部付近に達していることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明の構成は、前記請求項１または請求項２の構成要件に加えて、
前記の除去されたリング溝状の箇所が複数個であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明の構成は、前記請求項１ないし請求項３の構成要件に加えて、
前記の複合磁気ワイヤがバイカロイ製であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明の構成は、前記請求項１ないし請求項４の構成要件に加えて、
前記のリング溝状部分が、エッチング処理によって除去されたものであることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る発明の構成は、前記請求項１ないし請求項５の構成要件に加えて、
前記のリング溝状部が複合磁気ワイヤの周囲３６０度を取り巻くことなく、周方向に関して部分的に欠けていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る発明方法は、
比較的保磁力の小さい外層部と比較的保磁力の大きい内芯部とを有する複合磁気ワイヤ
を構成して、該複合磁気ワイヤに交番磁界を与え、
前記複合磁気ワイヤの外層部に、大バルクハウゼンジャンプ現象による急激な磁化反転現象を発生させて、この磁化反転現象により電気パルスを発生させる方法において、
前記複合磁気ワイヤの外層部に、予めリング状の溝を形成しておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明装置を適用すると、外層部がリング溝状に除去された形状をなしていない従来例の複合磁気ワイヤ式電気パルス発生装置に比して、励磁用外部磁界の微小な変化によって外層部のソフト レイヤーが磁性の反転を生じるので、敏感に電気パルスを検出することができる。
【００２２】
請求項２に係る発明装置を適用すると、部分的に除去されたリング溝状部の底面が、内芯部付近に達している。すなわち外層部のソフト レイヤーが、径方向に充分に除去された形態をなしているので、ソフト レイヤーの磁性反転が敏感かつ確実に行なわれ、当該装置の作動信頼性が高い。
【００２３】
請求項３に係る発明装置を適用すると、リング溝状の箇所が複数個であるから、該複数個のリング溝状箇所に対応させて複数個の検出コイルを設けて複数個の電気パルスを得ることができる。
【００２４】
請求項４に係る発明装置を適用すると、主要な必須構成部材である複合磁気ワイヤが、特異な磁気的性質を有するバイカロイによって構成されているので、励磁用外部磁界の変化に対応して、ソフト レイヤーが確実に磁性の反転を生じ、当該装置の作動信頼性が高い。
【００２５】
請求項５に係る発明装置を適用すると
ソフト レイヤーの１部分が、エッチング処理によってリング溝状に除去されるので、
微小なリング溝を高精度、高能率で、しかも低コストで構成することができ、高品質の電気パルス発生装置を大量かつ安価に供給することができる。
【００２６】
請求項６に係る発明装置を適用すると、リング溝状の凹部が複合磁気ワイヤの全周に形成されていなくても、全周に形成されている場合に準じて、「励磁用外部磁界の微小な変化に応じてソフト レイヤーに磁性の反転を生じる」という効果が得られ、電気パルスを検出することができる。
【００２７】
請求項７に係る発明方法を適用すると、磁気ワイヤの外層部にリング状の溝を形成されているので、「外層部がリング溝状に除去された形状をなしていない複合磁気ワイヤ」を用いる従来例の電気パルス発生方法に比して、励磁用外部磁界の微小な変化によって外層部のソフト レイヤーが磁性の反転を生じ、敏感に電気パルスが誘発される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施形態における複合磁気ワイヤの模式図であって、外層部のソフト レイヤー及び内芯部のハード コアに生じる磁性を矢印で表してある。
【図２】複合磁性ワイヤを示し、（Ａ）は模式的な断面図であり、（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は磁化状態を表したイメージ図である。
【図３】複合磁気ワイヤの長さ方向に関して中央部付近に磁性反転区域４を設定した１例を示し、（Ａ）は磁性を矢印で表した模式的な断面図、（Ｂ）は励磁機構を付記した模式的な斜視図、（Ｃ）は磁性を矢印で表した模式的な断面図である。
【図４】複合磁気ワイヤを示し、（Ａ）は１実施形態の模式的な断面図、（Ｂ）はその模式的な斜視図、（Ｃ）は応用例の模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（図２（Ａ）と図４（Ａ）とを対比して参照）図２（Ａ）は従来例の複合磁気ワイヤ、  図４（Ａ）は本発明の１実施例における複合磁気ワイヤであり、図４（Ａ）の符号４は前述した反転区域である。
本発明においては、反転区域４の長さ方向寸法Ｌよりも明確に短い区域を選んでリング溝状部８を設ける。  
本実施例においては半導体加工のエッチング技術を利用して溝幅１ミリメートルの区域のソフト レイヤーを除去し、溝底がハード コア２に達するリング溝状部８を形成した。
ただし、ハード コア２とソフト レイヤー３との境界は、厳密に明確ではないから、溝底がハード コア付近に達していれば足りる。
要するに構成された結果として、複合磁気ワイヤ１の外周面にリング溝状部８が形成されていることが必要であって、どのような手段でリング溝状部が形成されてもよい。
【００３０】
図４（Ｂ）は前記のリング溝状部８を形成した複合磁気ワイヤの斜視図である。
リング溝が適正な深さでないと高性能の電気パルス発生装置は得られないが、適正な深さに比して若干の深浅が有っても相応の効果（感度改善）は得られる。よって、故意に溝底の位置をハード コア表面からずらせても、本発明の技術的範囲に属する。
図４（Ｃ）は応用例の模式的な斜視図である。リング状の溝は、複合磁気ワイヤの全周３６０度に形成されなくても周囲の１部分に形成されていれば相応の効果（感度改善）は得られる。
【００３１】
前記リング溝状部の形成に公知のエッチング技術を適用すると、微小なリング溝を高精度、高能率で、しかも低コストで構成することができ、高品質の電気パルス発生装置を大量かつ安価に供給することができる。
また複合磁気ワイヤを、化学組成 Ｆｅ４０％、Ｃｏ５０％、Ｖ１０％の強磁性体であるバイカロイで構成すると、励磁用外部磁界の変化に対応して、ソフト レイヤーが確実に磁性の反転を生じ、当該装置の作動信頼性が高い。      
（注）バイカロイと称せられる合金の中には前記と若干異なる化学組成のものも有る。      本発明においてバイカロイと、はＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の強磁性材をいい、その他少量の添加剤（例えばＣｒなど）の含有を妨げない。
【００３２】
図１は本発明の１実施形態における複合磁気ワイヤの磁性変化を示す模式図であって、複合磁気ワイヤ１の内芯部にハード コア２が、外層部にソフト レイヤーが、それぞれ形成されている。
図１（Ａ）では、ハード コア２もソフト レイヤー３も右向きに磁化されている。
この状態から、反転区域４に左向きの励磁用外部磁界をかけて、その強さがセット磁界に達すると図１（Ｂ）のように反転区域４内のソフト レイヤー３の磁性が反転し、この際
図外の検出コイルに電気パルスが誘起される。
【００３３】
さらに励磁用外部磁界を強くして、ハード コアの保磁力を超えると図１（Ｃ）のように反転区域４内のハード コアの磁性も反転する。
次いで右向きの外部磁界をかけて励磁すると図１（Ｄ）のように、反転区域４内のソフト レイヤー３の磁性が再度反転する。この右向きの励磁用外部磁界をさらに強くしてハード コア２の保磁力を超えると図１（Ａ）の状態に復元する。
【００３４】
図１について以上に説明した磁性変化の中で、（Ａ）⇒（Ｂ）、および（Ｃ）⇒（Ｄ）のようにソフト レイヤー３の磁性が反転する場合、
リング溝状部の無い従来例に比して、リング溝状部８が設けられていると、反転に要する励磁用外部磁界の変化量が小さい。
本発明者等は、以下に述べるようにして、リング溝状部の作用効果を確認した。
【００３５】
（図４（Ａ）参照）実験に用いた複合磁気ワイヤは、線徑０．２５ミリメートル、線長２０ミリメートルの、化学組成 Ｆｅ４０％、Ｃｏ５０％、Ｖ１０％のバイカロイを用い、
半導体加工のエッチング技術を利用して溝幅１ミリメートルの区域のソフト レイヤー３を除去して、溝底がハード コア２に達するリング溝状部８を形成した。
図４（Ｃ）は効果比較のため部分的リング溝９を形成した応用例の模式的な斜視図である。なお図示を省略するが、比較例としてリング溝状部の無い複合磁気ワイヤも準備した。
【００３６】
本発明者等の実験につき、図３（Ｂ）を援用して次に説明する。
励磁用磁石６，及び励磁用磁石７は、３×３×５ミリメートルのＮdＦeＢ磁石を用い、
検出コイル５の巻き数は３００回とした。
励磁用磁石の着磁方向は、複合磁気ワイヤの線長方向と平行であり、該励磁用磁石の長さ寸法に相当する区域に反転区域が形成される。
複合磁気ワイヤ１を水平に支持し、励磁用磁石を垂直方向に平行移動（往復矢印ｕ，ｄ）させることによって励磁用外部磁界の強さを変化させた。
【００３７】
励磁用磁石を漸次複合磁気ワイヤ１に接近させてゆき、検出コイルに電気パルスが誘起されたときの「複合磁気ワイヤと励磁用磁石との間の距離」を測定したところ、
リング溝状部８を設けた複合磁気ワイヤの場合は１８ミリメートル、
リング溝状部８を設けていない複合磁気ワイヤの場合は１２ミリメートルであった。
以上の実験で、リング溝状部８を設けることによって磁化反転に必要な磁界強度の減少が確認された。
図４（Ｃ）に応用例として示した部分的リング溝９を形成した複合磁気ワイヤについて同様の測定を行なったところ、複合磁気ワイヤと励磁用磁石との間の距離は１６ミリメートルであった。全周リング溝８を設けた場合には劣るが相応の効果が認められる。
【００３８】
以上に述べたごとく、リング溝状部の形成によってセット磁界の強度が減少したことは実験的事実であり、反復性を有する自然現象である。
この現象の機構（メカニズム）は、未だ理論的には完全に解明されていないが、
リング溝状部を設けたことによって、ソフト レイヤーに擬似的な端部が形成され、
リング溝状部の無い従来例におけるセット磁界以下の磁界強度でも、磁壁が移動し得るようになったものと考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１‥‥複合磁気ワイヤ、２‥‥ハード コア、３‥‥ソフト レイヤー，４‥‥反転区域、５‥‥検出コイル，６‥‥励磁用磁石、７‥‥励磁用磁石，８‥‥リング溝状部．９‥‥部分的リング溝。
【図１】
2014171044.tif 000003
【図２】
2014171044.tif 000004
【図３】
2014171044.tif 000005
【図４】
2014171044.tif 000006