(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス磁性エレメントを電極間に溶接し、該エレメントの近傍にコイルを配設した磁界センサのそのエレメントに電流を流し、上記コイルでバイアス磁界を作用させて、外部磁界を上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧の変化から検出する方法において、上記磁界センサの電極に磁性材電極を使用し、バイアス磁界及び外部磁界による磁性材電極の磁化を抑制するように、該電極をその磁化に対して反極性に磁化しておくことを特徴とする磁界の検出方法。
【請求項２】
磁性材電極が硬質磁性材料または半硬質磁性材料である請求項１記載の磁界の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファス磁性エレメントを用いて外部磁界を検出する方法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。例えば、Ｃｏ７０．５Ｂ１５Ｓｉ１０Ｆｅ４．５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、従って、周方向透磁率μθも同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
【０００４】
この通電中のアモルファスワイヤにワイヤ軸方向の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が変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果を無視し得なくなり、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。
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（以下、外部磁界による出力電圧の変動をインピ−ダンス効果という）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）。
【０００５】
上記零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤのインピ−ダンス効果は、自発磁化の方向が正周方向の磁区と負周方向の磁区とが交互に位置してなる外殻部の磁区が、外部磁界によりある角度（α°）ずらされた周方向交流磁界により回転されて周方向透磁率μθが外部磁界で変化されること、及びその外部磁界で変化される周方向透磁率μθで表皮深さが変動されることとに依存し、上記ずれ角度α°の正負では差異が生じないから、上記ワイヤ軸方向の外部磁界の正負、すなわち＋Ｈexと−Ｈexとでは出力に差は生じず、対称にパラメ−タ変化が生じる。
このため、バイアス磁界をかけ、線形特性にすることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記磁界センサにおいては、アモルファス磁性エレメントと電極との電気的・機械的に安定な溶接が不可欠である。
而るに、その溶接には、溶融したアモルファス合金を冷却時、結晶化させないように（アモルファス状態を維持させるように）高度の技術を必要とし、汎用の電極材である銅との溶接は至難である。
そこで、本発明者はアモルファス合金との溶接が可能な材料を鋭意探求したところ、磁性材料の中に、アモルファス合金と比較的容易に溶接できるものが多いことを知った。
その溶接が容易な理由としては、磁性材がＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ等を多量に含み、アモルファス合金組成中の原子と共通する原子を多く含有することによると推定される。
【０００７】
本発明の目的は、上記零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤのバイアス磁界作用下でのインピ−ダンス効果を利用して外部磁界を検出する場合、磁界センサの電極にアモルファス磁性エレメントとの溶接が容易な磁性材を使用し、良好なリニア特性を保持しつつ充分に高感度で検出することを可能とする磁界の検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る磁界の検出方法は、アモルファス磁性エレメントを電極間に溶接し、該エレメントの近傍にコイルを配設した磁界センサのそのエレメントに電流を流し、上記コイルでバイアス磁界を作用させて、外部磁界を上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧の変化から検出する方法において、上記磁界センサの電極に磁性材電極を用い、上記バイアス磁界及び外部磁界による磁性材電極の磁化を抑制するように、該磁性材電極をその磁化に対し反極性で磁化することを特徴とする構成である。
【０００９】
【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は本発明において使用するリニア磁界センサの一例を示している。
図１において、１は絶縁基板、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板等であり、その寸法は、縦及び横とも１０ｍｍ以下である。２ａ，２ｂは磁性材からなる一対のバ−状電極であり、並行配置で先端側を絶縁基板１の片面側に固定してある。これらのバ−状電極２ａ，２ｂの後端部は絶縁基板１の外部に引出してある。３はバ−状電極の先端２１ａ，２１ｂ間に溶接により接続したアモルファス磁性エレメントとしてのアモルファス磁性ワイヤであり、局在磁気に対する検出範囲を広くするために、一端部を一方の電極の先端２１ａからはみ出させてもよい。
このアモルファス磁性ワイヤ３には、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向である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を使用してある。
４はアモルファス磁性エレメントの近傍に配設したバイアス磁界発生用コイルであり、発生磁界の方向をアモルファス磁性エレメントの軸方向に一致させるように絶縁基板上に配設してある。
【００１０】
図２は請求項１に係る磁界の検出方法を説明するための図面であり、Ｈexは被検出外部磁界を、Ｈbはコイルによる発生磁界を示し、高周波電源５を電極２ａ，２ｂ間に接続し、アモルファス磁性ワイヤ３に高周波電流を流し、ワイヤ両端間出力電圧Ｖ
を測定して行く。
図２において、電極が非磁性であると仮定すると、アモルファス磁性エレメント内を軸方向に通過する磁界としては、外部磁界とコイル発生磁界を想定すればよく、既述した通り、外部磁界により出力電圧に変動が生じるのは、自発磁化の方向が正周方向の磁区と負周方向の磁区とが交互に位置してなるアモルファス磁性ワイヤの外殻部の磁区が、外部磁界によりある角度（α°）ずらされた周方向交流磁界で回転されて周方向透磁率μθが外部磁界で変化されること、及びその外部磁界で変化される周方向透磁率μθで表皮深さが変動されること等によるのであり、上記ずれ角度α°の正負のみの相違では出力電圧に差異は生じず、従って、外部磁界が大きさが等しく正負方向のみが相違する場合、バイアス磁界が０であると、出力電圧に差異が生じず、リニア特性にはならない。
【００１１】
これに対し、バイアス磁界Ｈｂを作用させると、外部磁界（Ｈｂ＋Ｈex）に対する出力電圧値と外部磁界（Ｈｂ−Ｈex）に対する出力電圧値とが相違するから、被検出外部磁界−Ｈexに対する出力電圧と被検出外部磁界＋Ｈexに対する出力電圧とを異ならし得、被検出外部磁界の極性を判別でき、バイアス磁界Ｈｂを適切に設定することにより、ある外部磁界の範囲内では、リニア特性にできる。
【００１２】
ところで、請求項１に係る磁界の検出方法においては、磁界センサの電極に磁性材を使用しているから、上記コイルの発生磁界及び外部磁界による磁気誘導で電極が磁化され、この磁化に基づき磁界Ｈ’が発生し、上記アモルファス磁性エレメントを通過する磁界がＨｂ＋Ｈｅｘ＋Ｈ’となる。
しかしながら、請求項１に係る発明においては、上記磁性材電極の磁化を見込み、この磁化と逆極性で予め磁性材電極を磁化して、上記外部磁界及びコイル発生磁界で磁性材電極の磁気分子が配向しても磁化しないようにしてあり、電極が磁化のない非磁性材である場合と同等のリニア特性、感度のもとで外部磁界を検出できる。
【００１３】
上記のように、本発明によれば、磁界センサの電極に磁性材を使用しているにもかかわらず、コイルによるバイアス磁界の作用のもとで、電極が銅等の非磁性材である場合と同等のリニア特性、感度で外部磁界を検出できる。
従って、本発明によれば、磁界センサの磁性電極とアモルファス磁性エレメントとの電気的・機械的安定な溶接により、振動下等の過酷な環境のもとでも、外部磁界を良好なリニア特性、感度にて検出できる。
【００１４】
上記磁性材には、実施例で使用したもの以外に、次ぎのような硬質磁性体や半硬質磁性体を使用できる。
（１）硬質磁性体
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ合金（Ｃｏ２０重量％，Ｎｉ８０重量％）、パ−マロイ（Ｆｅ１０重量％，Ｎｉ９０重量％）、スパ−マロイ（Ｆｅ５０重量％，Ｎｉ５０重量％）、コバ−ル（Ｃｏ１７〜１８重量％，Ｎｉ２８〜２９重量％，残部Ｆｅ）。
（２）半硬質磁性体
１７％Ｃｒ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ２．５重量％，Ｃｏ１７重量％，残部Ｆｅ）、３６％Ｃｏ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ４重量％，Ｃｏ３６重量％，残部Ｆｅ）、バイカロイ系合金（Ｖ１０〜２０重量％，Ｃｒ１０〜２０重量％，Ｃｏ５２重量％，残部Ｆｅ）、Ｐ−６合金（Ｖ４重量％，Ｃｏ４５重量％，Ｎｉ６重量％，残部Ｆｅ）Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ合金（Ａｌ９重量％，Ｃｏ微量，Ｃｕ微量，Ｎｉ１４〜１８重量％）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｍｎ１２〜１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１２．５重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎ合金（Ｎ若干，Ｃｒ７重量％，Ｍｎ１２重量％，Ｃｏ若干，Ｍｏ若干，残部Ｆｅ）、マルエ−ジング鋼（Ｃｏ０．０１重量％，Ａｌ０．１６重量％，Ｓｉ０．１重量％，Ｐ０．００７重量％，Ｔｉ１９．７重量％，Ｍｎ０．１８重量％，Ｃｏ１２．１５重量％，Ｎｉ１９．７４重量％，Ｍｏ３．１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金（Ｓｉ１．５重量％，Ｃｒ２５〜３５重量％，Ｃｏ１０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ合金（Ｃｏ１２重量％，Ｍｏ８重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ６〜９重量％，Ｃｏ２２重量％，Ｎｉ１４〜１１，残部Ｆｅ）、炭素鋼（Ｃ０．５重量％，残部Ｆｅ）、ＦＮＣ合金（Ｎｉ１６〜１８重量％，Ｃｕ６重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｏ合金（Ｍｎ５〜１０重量％，Ｃｏ１３〜２０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ合金（Ａｌ３〜４．５重量％，Ｔｉ若干，Ｎｉ１４〜２３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ（Ｃｏ２０〜２５重量％，Ｎｉ１２重量％、Ｃｒ７〜５重量％，Ｃｕ３重量％，残部Ｆｅ）、リカロイ（Ｎｂ３．１重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｖ合金（Ｖ０．９重量％，Ｃｏ１６．３重量％，Ｃｕ２０．９重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｃｒ鋼（Ｃ０．８０〜０．８４重量％，Ｃｒ４．４〜４．６重量％，Ｍｎ０．５〜０．６重量％，Ｃｏ１４〜１５重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｕ合金（Ｆｅ１２重量％，Ａｕ６重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｆｅ１２重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂｅ合金（Ｂｅ１．３重量％，Ｆｅ１０．２重量％，残部Ｃｏ）、ニブコロイ（Ｆｅ１２重量％，Ｎｂ３重量％，残部Ｃｏ）、Ｆｅ−Ｃｕ合金（Ｆｅ６０重量％，残部Ｃｕ）、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１．７重量％，Ｆｅ８０重量％，残部Ｃｕ）等。
【００１５】
上記アモルファス磁性エレメントとしては、上記アモルファス磁性ワイヤ以外に、基板上に真空蒸着やイオンスパッタリング等により形成したアモルファス磁性薄膜（厚み０．００１〜５μｍ）を使用することもできる。
上記電極は、箔の貼着の外、金属箔積層絶縁基板の金属箔のエッチング、溶射、スパッタリング、蒸着、めっき等により形成できる。
【００１６】
本発明において使用する磁界検出装置としては、上記磁界センサをインダクティブ素子とするコルピッツ発振回路を組立て、更に、外部磁界によるこの発振回路の振幅変調を復調する復調回路を接続したもの、出力電圧をフィルタ−に通して抵抗電圧成分に較べ立上りが鋭いインダクタンス電圧成分のみを取り出すもの等を使用できる。
【００１７】
【実施例】
使用した磁界センサは次ぎの通りである。
図２において、絶縁基板１には厚み１．０ｍｍセラミックス板を、アモルファス磁性ワイヤには、外径５０μｍのＣｏ７０．５Ｂ１５Ｓｉ１０Ｆｅ４．５アモルファスワイヤを使用した。電極２ａ，２ｂ各部の寸法は、ａ＝５．０ｍｍ，ｂ＝６．０ｍｍ、ｃ＝１０．３０ｍｍ，ｄ＝０．５ｍｍ，ｅ＝０．３ｍｍ，ｆ＝０．３ｍｍ，ｇ＝０．５ｍｍ，ｈ＝２．３ｍｍとした。バイアスコイルを巻いた外径０．５ｍｍのチュ−ブをアモルファス磁性ワイヤに通し、ワイヤ各端と各電極とを溶接した。
電極には厚み０．１ｍｍのJIS SK-4 表1の半硬質磁性材料(Ｃ０．９０〜１．００、Ｓｉ０．３５以下、Ｍｎ０．５０以下、Ｐ０．０３以下、Ｓ０．０３以下、Ｃｕ０．０３以下、Ｎｉ０．２５以下、Ｃｒ０．２０以下、残部Ｆｅ）を使用した。
比較のため、電極に厚み０．１ｍｍの銅箔を使用した磁界センサも製作したが、全く溶接不可能であったので、やむを得ずはんだ付けでアモルファス磁性ワイヤと電極とを接合した。
【００１８】
磁界センサの電極とアモルファス磁性ワイヤとの溶接強度を評価するために、引張り試験を行ったところ、電極が半硬質磁性材料のものでは、アモルファス磁性ワイヤが破断するほど強固な溶接であったが、電極が銅箔のものでは溶接不可能であった。
図３は、磁界センサのアモルファスワイヤの通電電流を約１０mA，約４０MHz、外部磁界Hex−０．８Ｏｅ〜＋０．８Ｏｅ、バイアス磁界約０．５Ｏｅ（１００ｍAで０．１６Ｏｅに相当）のもとでの出力特性を示している。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係る磁界の検出方法によれば、バイアス磁界方式のアモルファス磁界センサの電極にアモルファス磁性エレメントとの強固な溶接を可能な磁性材を用いて従来と同等の特性で磁界検出でき、機械的に過酷な環境のもとでも安定な磁界検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明において使用するリニア磁界センサの一例を示す図面である。
【図２】  本発明に係る磁界の検出方法の説明に使用した図面である。
【図３】  本発明の実施例の感度特性を示す図表である。
【符号の説明】
１            絶縁基板
２ａ          磁性材電極
２ｂ          磁性材電極
３            アモルファス磁性エレメント
４            バイアスコイル
５            高周波電源
【図１】
0003752061.tif 000002
【図２】
0003752061.tif 000003
【図３】
0003752061.tif 000004