(57)【要約】【課題】アクチュエーターを小型化するため、外部に別に回転・位置検出器を用いることなく、マイクロアクチュエーター内部に回転・位置検出器を設置できるような超小型の位置検出センサー及びその効率的な製造方法を提供する。【解決手段】非磁性体と強磁性体よりなる材料から急冷凝固法により直径１００μｍ以下の細線を作製し、これを熱処理して非磁性材料中に強磁性体粒子を分散させ、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなるセンサーを製造する。好適な態様においては、得られたセンサーにさらに樹脂を被覆し、その後、縒り合わせる。上記熱処理は、温度２００〜６００℃、時間５分〜３時間で行なうことが好ましい。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体と強磁性体よりなる材料から急冷凝固法により直径１００μｍ以下の細線を作製し、これを熱処理して非磁性材料中に強磁性体粒子を分散させ、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなるセンサーを製造することを特徴とする位置検出センサーの製造方法。
【請求項２】
得られたセンサーにさらに樹脂を被覆し、その後、縒り合わせることを特徴とする請求項１に記載の位置検出センサーの製造方法。
【請求項３】
熱処理を温度２００〜６００℃、時間５分〜３時間で行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出センサーの製造方法。
【請求項４】
非磁性材料中に強磁性体粒子を分散してなる磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す直径１００μｍ以下の細線からなることを特徴とする位置検出センサー。
【請求項５】
さらに細線表面に樹脂が被覆され、細線は縒り合わされた形態であることを特徴とする請求項４に記載の位置検出センサー。
【請求項６】
強磁性体粒子が最大長径５〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項４又は５に記載の位置検出センサー。
【請求項７】
細線が、一般式：ＮＭ１００−ＸＴＭＸ（但し、ＮＭはＣｕ及びＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＴＭはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘは原子％で５≦ｘ≦４５）で示される組成からなることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の位置検出センサー。
【請求項８】
ＮＭが最大２０ａｔ％の範囲内でＡｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ及びＡｇから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、ＴＭが最大５ａｔ％の範囲内でＣｒ及びＭｎから選ばれる少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項７に記載の位置検出センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなる位置検出センサー及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、エアモーターや、回転制御用ギアユニットを持つマイクロモーターなどのマイクロアクチュエーター（モーターやエアスピンドルなどの作動装置もしくは駆動装置全般を意味する用語である）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、技術の高度化によりあらゆる技術の微細化及び精密化が進んでおり、それに対応した成形技術、計測技術が求められている。特に半導体技術を応用したマイクロマシン技術の発展は著しく、加速度センサーを初めとする各種センサーなどに用いられている。一方、２ｍｍ程度以下の機能機械部品では、半導体技術は利用が困難であるため、機械加工や放電加工、エッチング、メッキなどを利用した部品によって構成されている。また、１ｍｍ程度以下のアクチュエーターとして、マイクロモーターやエアモーターの使用が検討されている。これらは、医療分野のカテーテルに使用されることが期待される。
【０００３】
これらのアクチュエーターとしてのマイクロモーターやエアモーターでは、回転制御するために、外部に別に回転・位置検出器が設けられている。例えば、ブラシレスモーターではエンコーダーを、エアモーターでは光の反射を検出する方法などが採られている。これらは、いずれも回転検出器としてサイズが大きくなるために、内部に組み込めないのでやむを得ず、アクチュエーターの外部で検出されている。アクチュエーターに直接センサーを成膜する方法などでは、その形状の複雑さ、例えばモーターであれば円筒ハウジング内にセンサーを設置する必要性があるために、これまで検討されてきた薄膜プロセスでは技術的、生産技術的に困難を伴なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記したような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、前記のようなアクチュエーターを小型化するため、外部に別に回転・位置検出器を用いることなく、マイクロアクチュエーター内部に回転・位置検出器を設置できるような超小型の位置検出センサー及びその効率的な製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、非磁性体と強磁性体よりなる材料から急冷凝固法により直径１００μｍ以下の細線を作製し、これを熱処理して非磁性材料中に強磁性体粒子を分散させ、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなるセンサーを製造することを特徴とする位置検出センサーの製造方法が提供される。
好適な態様においては、得られたセンサーにさらに樹脂を被覆し、その後、縒り合わせる。
上記熱処理は、温度２００〜６００℃、時間５分〜３時間で行なうことが好ましい。
【０００６】
さらに本発明によれば、前記した方法により製造された位置検出センサーが提供され、これは、非磁性材料中に強磁性体粒子を分散してなる磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す直径１００μｍ以下の細線からなることを特徴としている。
好適な態様によれば、さらに細線表面に樹脂が被覆され、細線は縒り合わされた形態である。また、非磁性材料中に分散している強磁性体粒子は最大長径５〜５００ｎｍであることが好ましい。
より好適な態様においては、細線は、一般式：ＮＭ１００−ＸＴＭＸ（但し、ＮＭはＣｕ及びＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＴＭはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘは原子％で５≦ｘ≦４５）で示される組成からなる。この場合、ＮＭ（非磁性体）は最大２０ａｔ％の範囲内でＡｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ及びＡｇから選ばれる少なくとも１種の元素を含むことができ、また、ＴＭ（強磁性体）は最大５ａｔ％の範囲内でＣｒ及びＭｎから選ばれる少なくとも１種の元素を含むことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、非磁性体と強磁性体よりなる材料から急冷凝固法、例えば液中紡糸法や線引き法、溶体の回転ロール接触法（単ロール法）等により直径１００μｍ以下の細線を作製し、これを熱処理すれば、過飽和に固溶された強磁性体粒子が析出し、非磁性材料中に強磁性体粒子を分散させた、所謂、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなるセンサーを効率的に製造でき、これはマイクロアクチュエーター内部に設置できる超小型の位置検出センサーとして最適であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
ここで、巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＧＭＲ）効果とは、エイ．イー．ベルコウィッツ（Ａ．Ｅ．　Ｂｅｒｋｏｗｉｔｚ）ら、Ｐｈｙｓ．　Ｒｅｖ．　Ｌｅｔｔ．　６８　（１９９２），　３７４５頁やジェイ．キュー．ズィエ（Ｊ．Ｑ．　Ｘｉａｏ　）ら、Ｐｈｙｓ．　Ｒｅｖ．　Ｌｅｔｔ．　６８　（１９９２），　３７４９頁に報告されている磁性粒子分散型磁気抵抗効果、又はエム．エヌ．バイビッチ（Ｍ．Ｎ．　Ｂａｉｂｉｃｈ）ら、Ｐｈｙｓ．　Ｒｅｖ．　Ｌｅｔｔ．　６１　（１９８８），　２４７３頁やエス．エス．ピィー．パーキン（Ｓ．Ｓ．Ｐ．　Ｐａｒｋｉｎ　）ら、Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　５８　（１９９１），　２７１０　頁に報告されている人工格子型巨大磁気抵抗効果を指す。これらの材料の磁気抵抗効果は、潟岡ら「まてりあ」第３３巻第２号、１９９４年、１６５頁に解説されているように、磁性体（析出粒子もしくは多層膜）の磁化と伝導を担う電子のスピン依存散乱によるとされている。従って、磁性体としてＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅやそれらの合金を用いているので、少なくとも３００℃まで磁化変化が無く、大きな磁気抵抗効果が得られる。
【０００９】
これらの材料の特徴として、高温下においても大きな感度変化が無く、また、数ｋＯｅ以上の磁界においても、磁気抵抗変化があるため、モータ内にセンサを配してもロータマグネットの回転に伴う磁界変化を測定することができる。それに加えて、これらの材料は配線がホール素子の半分の２本で済むために、配線が簡単で小型化が容易である。また、３００［Ｏｅ］での磁界変化も５ｋＨｚまで応答する。
つまり、マイクロモータ用の磁気センサに要求される「小型化」（小型化し易いセンサであること）、「温度特性」（磁界の検出感度が温度により大きく変化しないこと）、「磁界特性」（数ｋＯｅまでの磁界を検出できること）及び「高周波特性」（数ｋＨｚまでの交流磁界を検出できること）を全て備えている。
【００１０】
本発明の位置検出センサーは、角度検出器として磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す材料、特に（Ａｕ，Ｃｕ）−（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ）系材料の細線を利用するものであり、この細線は直径が１００μｍ以下であることが望ましい。
このように極めて線径の小さなセンサーであるため、従来のホールセンサーや薄膜センサーではサイズや基材サイズにより容易に設置することが不可能な場所でも設置でき、特に縒り線にしたワイヤーを用いることにより、微細なスペース、複雑な形状の部分に設置することができる。ところで、マイクロアクチュエーターに直接薄膜センサーを付ける方法でも小型化は可能ではあるが、マスキング、蒸着という手法から、複雑な形状の場合、作製が困難である。
【００１１】
また、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果は等方的な磁気抵抗効果を示し、センサーの設置方向に依存しないため、本発明の位置検出センサーは設置の自由度が高い。さらに本発明の位置検出センサーは微小径の細線であるため、対象（マイクロモーター等のマイクロアクチュエーター）に合わせた形状に容易に変形することができる。従って、磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線は、マイクロ部品によって構成されるマイクロアクチュエーター用のセンサーとして極めて適している。
【００１２】
前記したように、本発明の位置検出センサーは、非磁性体と強磁性体よりなる材料から急冷凝固法、例えば液中紡糸法や線引き法、溶体の回転ロール接触法（単ロール法）等により直径１００μｍ以下の細線を作製し、これを熱処理することにより、非磁性材料中に強磁性体粒子を分散させた磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す細線からなるセンサーを作製する。
磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す材料としては特に限定されるものではないが、一般式：ＮＭ１００−ＸＴＭＸ（但し、ＮＭはＣｕ及びＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＴＭはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘは原子％で５≦ｘ≦４５）で示される組成からなる材料が好ましい。
【００１３】
前記一般式で示される組成の磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す材料において、ＮＭは最大２０ａｔ％まで、好ましくは１０ａｔ％以下の範囲内でＡｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇなど他の元素の１種以上を含むことができる。これらの元素は、磁気抵抗効果を低下させ、感度を低くするが、反面、Ａｌ、Ｔｉは磁気抵抗効果の温度依存性を小さくし、一方、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈは電気抵抗を増大させることで、配線を含むセンサ全体の磁気抵抗効果を大きくする効果がある。また、ＴＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ以外にＣｒ、Ｍｎなどの元素を最大５ａｔ％までの範囲内で含むことができる。特にＣｒ、Ｍｎは磁気抵抗効果を減少させるが、磁性粒子の粗大化を防ぎ、耐熱性を上げることができる。
【００１４】
熱処理条件は、一般に温度２００〜６００℃、時間５分〜３時間の範囲で充分である。しかしながら、合金組成によって最適の熱処理温度は異なり、Ａｕ８０Ｃｏ２０、Ａｕ９０Ｃｏ１０、Ａｕ８０Ｃｏ１０Ｎｉ１０等のＡｕ系の熱処理温度は２００℃〜４００℃の範囲、Ｃｕ８０Ｃｏ２０、Ｃｕ９０Ｃｏ１０、Ｃｕ８０Ｃｏ１０Ｎｉ１０等のＣｕ系の熱処理温度は４００℃〜６００℃の範囲が適当である。
【００１５】
また、本発明の位置検出センサーは、実際の応用面においては、ハウジング及び細線自身が短絡しないように、細線に絶縁樹脂を被覆することが好ましい。細線に絶縁被覆する方法としては、種々の方法を採用できるが、樹脂溶液中に細線を通した後、溶媒を乾燥させる方法が簡便である。
さらに本発明の位置検出センサーは、複数の細線を縒り合わせて縒り線とするることができる。細線がループ状（磁界の変化に対して円状の配線）になっていると起電力が発生し、センサーのノイズとなるが、このように縒り線とすることによってループ形状となるのを防止することができる。縒り線は、複数の細線を手でねじるか、あるいは、一端をモーターに固定し、規定回数回転させる方法で作製することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、添付図面に示す実施例を参照しながら、本発明についてさらに具体的に説明する。
図１は、マイクロブラシレスモーターへの本発明の位置検出センサーの適用例を示す。図１に概略的に示すように、マイクロブラシレスモーター１０のハウジング１１内中心には回転自在にマグネットローター１２が配設され、その周囲を囲繞するようにハウジング１１の内周壁にはコイルが配置されていると共に、ハウジング１１の内周壁所定位置には本発明の縒り線からなる位置検出センサー１が設置されている。このような構成とすることにより、位置検出センサー１によりマグネットローター１２のマグネットの磁界変動を検出することができる。
【００１７】
図２は、マイクロエアモーターへの本発明の位置検出センサーの適用例を示す。図２に概略的に示すように、マイクロエアモーター２０のハウジング２１内中心には回転自在にエアローター２２が配設され、また、エアローター２２の所定位置にはマグネット２３が取り付けられていると共に、ハウジング２１の内周壁所定位置には本発明のワイヤー状の位置検出センサー１ａが設置されている。このような構成とすることにより、位置検出センサー１ａによりエアローター２２に取り付けられたマグネット２３の磁界変動を検出することができる。
【００１８】
次に、効果の確認のために作製した位置検出センサーの製造について説明する。磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す材料としてはＣｕ８５Ｃｏ１５を用いた。作製方法としては、液中紡糸による線引き法及び溶融合金を銅ロールに接触させる単ロール法により数十μｍの直径の細線を得た。これらはＣｕ中にＣｏが強制固溶されており、熱処理によりＣｏを析出させることで巨大磁気抵抗効果が得られた。熱処理温度は３００℃から６００℃で適宜行なえるが、５００℃で１時間行なった場合、１０ｋＯｅで約４％の磁気抵抗効果が得られた。また、Ａｕ８５Ｃｏ１５でも同様に細線を作製できるが、この場合、熱処理温度は２００℃から４００℃と低く、３００℃で１時間熱処理することで、１０ｋＯｅで約４％の磁気抵抗効果が得られた。これらの細線を絶縁被覆し、縒り合わせることによりセンサーとした。
【００１９】
マイクロモーターとしては直径２ｍｍのものを用いた。従来の方法ではこのモーター内にセンサーを設置することは困難であるが、上記ワイヤー状のセンサーでは、長さは任意であり、径としては数十μｍであるため、モーター内に設置することが容易である。
マイクロブラシレスモーターへの適用は、図１の構成のようにローターのマグネットの磁界変動を検出する。この場合、マグネットの極性は判断できないが、回転数の制御が可能であり、３つのセンサーをそれぞれのコイルの間に設置することで、回転方向の検出が可能である。現状作製されているのは２ｍｍのモーターであるが、将来的には直径０．１ｍｍのモーター、さらには０．５ｍｍ以下のモーターで細線センサーの適用が可能である。
さらに、図２に示すように、マイクロエアモーターではエアローターにマグネットを配置し、ハウジングにワイヤー状センサーを設置することで、回転の検出ができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の位置検出センサーは、角度検出器として磁性粒子分散型巨大磁気抵抗効果を示す材料、特に（Ａｕ，Ｃｕ）−（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ）系材料の直径が１００μｍ以下の極めて線径の小さなセンサーであるため、従来のホールセンサーや薄膜センサーではサイズや基材サイズにより容易に設置することが不可能な場所でも設置でき、特に縒り線にしたワイヤーを用いることにより、微細なスペース、複雑な形状の部分に設置することができ、マイクロアクチュエーター内部に設置できる超小型の位置検出センサーとして最適である。また、本発明の方法によれば、このような細線の位置検出センサーを、非磁性体と強磁性体よりなる材料の急冷凝固と熱処理を組み合わせた方法により、比較的簡単に且つ効率的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置検出センサーを適用したマイクロブラシレスモーターの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の位置検出センサーを適用したマイクロエアモーターの概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ　位置検出センサー
１０　マイクロブラシレスモーター
１１　ハウジング
１２　マグネットローター
１３　コイル
２０　マイクロエアモーター
２１　ハウジング
２２　エアローター
２３　マグネット
【図１】
2004037088.tif 000002
【図２】
2004037088.tif 000003