(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス効果素子の周りに二重コイルを設け、該二重コイルの内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする磁気センサー。
【請求項２】
磁気インピーダンス効果素子を基板に取付け、該磁気インピーダンス効果素子取付け基板の周りに二重コイルを設け、該二重コイルの内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする磁気センサー。
【請求項３】
磁気インピーダンス効果素子を基板に取付け、該磁気インピーダンス効果素子取付け基板をボビンまたはチューブに挿入し、該ボビンまたはチューブに二重にコイルを巻き付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする磁気センサー。
【請求項４】
磁気インピーダンス効果素子を基板に取付け、該磁気インピーダンス効果素子を保護カバーで覆い、保護カバー及び基板の周りに二重にコイルを巻き付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする磁気センサー。
【請求項５】
磁気インピーダンス効果素子を基板の片面にに取付け、該基板の他面に二重コイルを取付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする磁気センサー。
【請求項６】
二重コイルに、Ｃ形コアにコイルを二重に巻き付けたコイルを使用した請求項５記載の磁気センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気インピーダンス効果素子を用いた磁界センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファス合金ワイヤとして、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されている。
【０００３】
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波電流を通電したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
而るに、この通電中のアモルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化する。すなわち、外部磁界が作用したときの前記磁束の周方向からのずれをφとすれば、周方向磁束がcosφ倍減少され、この回転磁化により前記μθが減少される。従って、このμθの減少により、上記インダクタンス電圧分が減少されるようになる。
【０００４】
更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμθ）１／２（μθは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、外部磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外部磁界で変動するようになる。
【０００５】
そこで、外部磁界による上記インダクタンス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、ワイヤ両端間出力電圧の変動（この外部磁界による出力電圧の変動は磁気インピーダンス効果と称されている）から外部磁界を検出することが提案されている（特開平７−１８１２３９号）。
上記磁気インピーダンス効果素子自体の特性は、対称性で、かつ非直線性である。
【０００６】
上記磁気インピーダンス効果素子を用いた磁界検出装置は、図５に示すように、基本的には、磁気インピーダンス効果素子１’、磁気インピーダンス効果素子１’に高周波電流またはパルス電流を通電するための発振回路部Ａ、磁気インピーダンス効果素子１’に加わる外部磁界Ｈexによる磁気インピーダンス効果素子１’の両端間のインピ−ダンス変化に基づく変調波を復調して外部磁界を検波する検波部Ｂ及び測定部Ｃとから構成されており、負帰還磁界発生用コイル２１’により負帰還をかけ、検出出力Ｅoを直線性にして外部磁界Ｈexに比例させ、また、バイアス磁界発生用コイル２２’により直流バイアス磁界を加えて極性に無関係に外部磁界を検出できるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の磁気センサーでは、負帰還磁界発生用コイルとバイアス磁界発生用コイルとの二個の別々のコイルを磁気インピーダンス効果素子の近傍に配設しており、占有スペースが大きく、小型化に適していない。
【０００８】
本発明の目的は、磁気インピーダンス効果素子を用いた磁気センサーにおいて、二重コイルの一方のコイルを負帰還磁界発生用コイルとし、他方のコイルをバイアス磁界発生用コイルとして良好に使用可能とすることにより負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コイル付の磁気インピーダンス効果素子の小型化を図ることにある。。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気センサーは、磁気インピーダンス効果素子または磁気インピーダンス効果素子取付け基板の周りに二重コイルを設け、該二重コイルの内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする構成である。
【００１０】
本発明に係る前記とは別の磁気センサーは、磁気インピーダンス効果素子を基板に取付け、該磁気インピーダンス効果素子取付け基板をボビンまたはチューブに挿入し、該ボビンまたはチューブに二重にコイルを巻き付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする構成である。
【００１１】
本発明に係る前記とは別の磁気センサーは、磁気インピーダンス効果素子を基板に取付け、該磁気インピーダンス効果素子を保護カバーで覆い、保護カバー及び基板の周りに二重にコイルを巻き付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする構成である。
【００１２】
本発明に係る前記とは別の磁気センサーは、磁気インピーダンス効果素子を基板の片面にに取付け、該基板の他面に二重コイルを取付け、内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしたことを特徴とする構成であり、二重コイルには、Ｃ形コアにコイルを二重に巻き付けてなるコイルを用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は請求項１記載の磁気センサーを示し、この図１により本発明に係る磁気センサーの基本的構成を説明する。
図１において、１は磁気インピーダンス効果素子であり、通常、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン等が使用される。２は磁気インピーダンス効果素子１の周りに配設した二重コイルであり、内側コイル２１を負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイル２２をバイアス磁界発生用コイルとしてある。
前記磁気インピーダンス効果素子に代え、磁気インピーダンス効果素子を取り付けた基板を使用してもよい。
【００１４】
前記負帰還磁界発生用コイル２１及びバイアス磁界発生用コイル２２と磁気インピーダンス効果素子１との電気的な結合状態は、図５を用いて説明した通りである。
前記負帰還磁界発生用コイルとしての内側コイル２１のインピーダンスＺは、同コイルのインダクタンスをＬ、抵抗をＲdcとすれば、
【数１】
Ｚ＝（Ｒdc２＋Ｌw２）１／２                        （１）
で与えられ、負帰還電流Ｉfは、検出出力をＥoとすれば、
【数２】
Ｉf＝Ｅo／（Ｒdc２＋Ｌw２）１／２                  （２）
で与えられ、負帰還磁界Ｈfは、内側コイルの断面積をＳとすれば、
【数３】
Ｈf＝ＩfＬ／Ｓ                                （３）
で与えられる。
上記内側コイルのインダクタンスＬは、内側コイルの巻数をｎ、長岡係数をλ、内側コイルの内半径をａ、内側コイルの長さをｌ、空間の透磁率をμoとすれば、
【数４】
Ｌ＝λμoＳｎ２／ｌ＝λμoπａ２ｎ２／ｌ          （４）
で与えられる。
而して、式（３）、（４）から、
【数５】
Ｈf＝Ｉfλμoｎ２／ｌ                            （５）
が成立する。
【００１５】
本発明に係る磁気センサーにおいては、二重コイル２の内側コイル２１を負帰還磁界発生用コイルとしており、この内側コイル２１の内半径ａが外側コイル２２の内半径よりも小さく、式（４）から明らかな通り、それだけインダクタンスＬが小さくされるために、式（２）から明らかな通り負帰還電流Ｉfが大きくされる結果、式（５）から明らかな通り、負帰還磁界Ｈfがそれだけ強くされる。従って、周波数（角周波数w）が高くなっても、負帰還磁界を確実にかけることができ、検出出力の確実・安定な直線化を保証できる。
他方、バイアス磁界発生用コイルにおいては、バイアス磁界が直流磁界であり、直流電源Ｖcc〔図５参照〕や調整抵抗〔図５におけるＲx〕により設定されから、二重コイル２の外側コイル２２をバイアス磁界発生用コイルとして使用することには、何ら問題がない。
従って、出力特性の直線性及び無極性を保証しつつ負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コイルを共通の二重コイルで構成できる。
【００１６】
図２の（イ）は、請求項２、３の磁気センサーの一実施例を示す縦断面図、図２の（ロ）は図２の（１）におけるロ−ロ断面図である。
図２において、３１は絶縁基板であり、例えばセラミックス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板等を使用できる。３２，３２は絶縁基板の片面に設けた電極であり、素子接続用突部３２１を備えている。この電極は導電ペースト、例えば、銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１は電極３２，３２の突部３２１，３２１間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、通常、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等が使用される。３３は各電極３２にはんだ付けや溶接により取り付けた導体ピンである。
４はホビンであり、前記の磁気インピーダンス効果素子取付け基板を挿入してある。このホビンに代えチューブを使用することもできる。これらのボビンやチューブの材質としては、非磁性材料を使用することが好ましく、セラミックス、プラスチック、金属等を使用できる。
２はホビン４上に絶縁線を巻き付け設けた二重コイルであり、内側コイル２１を負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイル２２をバイアス磁界発生用コイルとしてある。
なお、上記ボビン４内やチューブ内は樹脂で封止することもできる。
【００１７】
図３の（イ）は請求項２、４の磁気センサーの一実施例を示す平面図、図３の（ロ）は同じく正面図、図３の（ハ）は図３の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図３において、１１は絶縁基板であり、例えばセラミックス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノ−ル基板等を使用できる。３２，３２は基板３１の片面に形成した一対の電極であり、例えば、導電ぺ−ストの印刷・焼き付けにより形成できる。１は電極３２，３２の突部３２１，３２１間にはんだ付け、溶接等で接続した磁気インピーダンス効果素子であり、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤ、リボン、スパッタ膜等を使用できる。３０は保護板であり、非磁性材料を使用することが好ましく、例えばセラミックス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノ−ル基板等を使用できる。３３，３３はピン導体であり、磁気インピーダンス効果素子１と保護板３０との接触を防止し得る高さとしてある。２は基板３１と保護板３０との周りに絶縁線の巻回して設けた二重コイルであり、内側コイル２１を負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイル２２をバイアス磁界発生用コイルとしてある。
なお、上記基板３１と保護板３０との間の空間を樹脂で封止することもできる。
【００１８】
図４の（イ）は請求項５、６の磁気センサーの一実施例を示す側面図、図４の（ロ）は同じく底面図、図４の（ハ）は図４の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図４において、３１は絶縁基板である。３２，３２は絶縁基板の片面に設けた電極である。この電極は導電ペースト、例えば、銀ペーストる。１は電極３２，３２の突部３２１，３２１間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、通常、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等が使用される。３３は各電極３２にはんだ付けや溶接により取り付けたピン導体である。２はＣ形コア２０に絶縁線を二重に巻き付けたコイルであり、Ｃ形コア２０の両端を基板３１の他面に接着剤等で固定し、内側コイル２１を負帰還磁界発生用コイルとし、外側コイル２２をバイアス磁界発生用コイルとしてある。
前記のＣ形コア３０を脚部と水平部とに分割し、脚部を基板３１の他面に固着しておき、Ｃ形コア水平部にコイルを二重に巻き付けた二重コイルの水平部両端を前記脚部に接着するすることもできる。
【００１９】
本発明において、二重コイルとは、両端子を有する一層または多層の内側コイル上に、両端子を有する一層または多層の外側コイルを有するものであり、図示（例えば、図２）の内側一層−外側一層のみに限定されないことは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明においては、磁気インピーダンス効果素子に負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コイルを付設する磁気センサーにおいて、二重コイルの内側コイルと外側コイルとのうち、インダクタンスの低い内側コイルを負帰還磁界発生用コイルとしているから、高い周波数帯域でも負帰還電流を充分に大きくして負帰還磁界をそれだけ強くできる結果、充分に負帰還をかけて検出特性の確実・安定な直線化を保証できる。また、二重コイルの外側コイルをバイアス磁界発生用コイルとしているが、直流電源電圧や抵抗調整により所望のバイアス磁界を印加できる。
従って、出力特性の直線性及び無極性を保証しつつ負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コイルを共通の二重コイルで構成でき、コイルの小型化により磁気センサー全体の小型化を図ることができる。
【００２１】
特に、請求項２〜６の磁気センサーにおいては、磁気インピーダンス効果素子を基板で補強でき、磁気インピーダンス効果素子が機械的に脆弱であるにもかかわらず、磁気センサーの円滑な製造を保証できる。
【００２２】
特に、請求項５、６の磁気センサーにおいては、磁気センサーの外郭を基板の外郭にとどめることができるから、平面寸法を極めて小さくでき、より一層の小型化を図ることができる。さらに、磁気インピーダンス効果素子面を被検出体に近接させることができ、検出感度上も有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の磁界センサーを示す図面である。
【図２】請求項２の磁界センサーの一実施例を示す図面である。
【図３】請求項３の磁界センサーの一実施例を示す図面である。
【図４】請求項４の磁界センサーの一実施例を示す図面である。
【図５】磁気インピーダンス効果素子を用いた磁界検出装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１              磁気インピーダンス効果素子
２              二重コイル
２０            Ｃ形コア
２１            内側コイル
２２            外側コイル
３１            基板
３０            保護カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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