JP3197414B2 - Magnetic impedance effect element - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、磁気インピーダンス
効果素子に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、オーディオテープレコーダ、ビデオテープレコー
ダ、コンピュータ、計測制御機器であるロータリエンコ
ーダ、数値制御機器の磁気スケールなどに用いられてい
る磁気ヘッドや各種の磁気センサ等として有用な磁気イ
ンピーダンス効果素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magneto-impedance effect element. More specifically, the present invention relates to a magnetic head and various magnetic sensors used for an audio tape recorder, a video tape recorder, a computer, a rotary encoder that is a measurement control device, a magnetic scale of a numerical control device, and various other magnetic sensors. It relates to an impedance effect element.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】マイクロエレクトロニクス技
術の発展にともなって、ＡＶ機器、コンピュータ、計測
制御機器、数値制御機器等の小型高性能化が急速に進ん
でいる。特にコンピュータ関連機器に関してはそれが顕
著であり、たとえば、コンピュータ用外部記憶媒体であ
るフロッピーディスクについてみると、直径が５インチ
のものから、さらに小型化が進み、今や２．８インチ時
代を迎えようとしている。また、ハードディスクでは１
インチ径のものに移行しようとしている。2. Description of the Related Art With the development of microelectronics technology, miniaturization and high performance of AV equipment, computers, measurement control equipment, numerical control equipment and the like are rapidly progressing. This is particularly remarkable for computer-related equipment. For example, in the case of a floppy disk as an external storage medium for a computer, the size of a floppy disk having a diameter of 5 inches has been further reduced, and the 2.8-inch era is now approaching. And In addition, 1
I am trying to move to inch diameter.
【０００３】しかしながら、これらの各機器を小型化す
るには、その心臓部である磁気ヘッドを小型化する必要
があるが、この磁気ヘッドの小型化は必ずしも容易では
なく、これを妨げる要因がある。ひとつの要因は、磁気
ヘッド自体の大きさの問題である。つまり、従来の磁気
ヘッドはコイルの巻線が必要であり、磁気ヘッド自体は
どうしても大型化してしまう。もうひとつは、検出感度
の問題である。つまり、小型化されると磁気ヘッドと記
憶媒体の相対速度が低下して検出速度が小さくなり、し
たがって、検出感度が著しく低下してしまうということ
である。However, in order to reduce the size of each of these devices, it is necessary to reduce the size of the magnetic head, which is the heart of the device. However, reducing the size of the magnetic head is not always easy, and there are factors that hinder this. . One factor is the size of the magnetic head itself. That is, the conventional magnetic head requires coil windings, and the magnetic head itself is inevitably increased in size. Another is the problem of detection sensitivity. In other words, when the size is reduced, the relative speed between the magnetic head and the storage medium is reduced, and the detection speed is reduced. Therefore, the detection sensitivity is significantly reduced.
【０００４】そこで、最近になって、従来の磁気ヘッド
では検出電圧が不足してくるため、磁束の時間変化でな
く磁束そのものを検出する磁気抵抗素子をヘッドとして
使用する動きが見られるようになってきた。これによ
り、小型化が一層押し進められてきた。ところが、現在
の磁気抵抗素子は電気抵抗の変化率が最大６％以下と非
常に小さく、また、数％の磁気抵抗変化を生じさせるの
に必要な外部磁界は、２０ガウス（Ｇ）以上と大きい。
このため、磁気抵抗感度は、０．１％／Ｇ以下の低感度
であり、このため信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）も非常に悪
い。Therefore, recently, since the detection voltage is insufficient in the conventional magnetic head, a movement using a magnetoresistive element for detecting the magnetic flux itself, not the temporal change of the magnetic flux, has been observed. Have been. As a result, miniaturization has been further promoted. However, the current magnetoresistive element has a very small rate of change in electric resistance of 6% or less at the maximum, and an external magnetic field required to generate a magnetoresistance change of several% is as large as 20 gauss (G) or more. .
Therefore, the magnetoresistive sensitivity is as low as 0.1% / G or less, and the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is very poor.
【０００５】従って、磁気抵抗素子はブリッジ回路で抵
抗変化のみを検出できるようにした上で着磁体に十分近
接させて用いる必要があるが、実際には、たとえば、ス
ピンドルモータなどのロータリエンコーダにおいては、
ギャップマージンが数十ミクロン程度しかなく、細かい
ゴミの侵入によってもモータが停止するといった故障が
生じ易い状態となっている。 このような磁気抵抗素子
に対し、最近になって、巨大磁気抵抗効果とよばれる現
象が磁性人工格子を用いる場合に見出されているが、こ
の場合には、実際のところ、数十％の電気抵抗変化を得
るのに数百ガウスもの大きな磁界が必要であり、さら
に、ヒステリシスの問題もあり、小型化を指向する製品
にはこの技術は適していない。Therefore, it is necessary to use a magnetoresistive element in such a manner that only a change in resistance can be detected by a bridge circuit and to use the magnetoresistive element sufficiently close to a magnetized body. However, in practice, for example, in a rotary encoder such as a spindle motor, the like. ,
The gap margin is only about several tens of microns, and the motor is stopped even by the invasion of fine dust. For such a magnetoresistive element, a phenomenon called a giant magnetoresistive effect has recently been found when a magnetic artificial lattice is used. Since a large magnetic field of several hundred gauss is required to obtain a change in electric resistance, and there is also a problem of hysteresis, this technology is not suitable for a product oriented to miniaturization.
【０００６】そこで、このような従来の磁性抵抗素子や
巨大抵抗効果を用いた素子の欠点を克服することのでき
る新しい素子をこの発明の発明者はすでに提案してい
る。すなわち、まず、一般的に、磁性を持つ導線に交流
電流などの時間的に変化する電流を流すと、導線の両端
には二種類の電圧の和が現われる。それらは導線の電気
抵抗と電流との積による電圧と、円周磁束の時間変化に
よる電圧である。つまり、磁性線両端間の交流電圧ｅ W
は一般に磁性線の電気抵抗Ｒによるオーミック電圧ｅ R
＝Ｒ・ｉ W と磁性線円周方向磁束φθの時間変化ｄφθ
／ｄｔによる誘電電圧ｅ L ＝ｄφθ／ｄｔの２つの成分
の和 ｅ W ＝ｅ R ＋ｅ L で表わせられる。通常後者の電圧は非常に小さいので、
この電圧を利用することは、現在まで工学的にほとんど
なかった。Therefore, the inventors of the present invention have already proposed a new element capable of overcoming the drawbacks of the conventional magnetic resistance element and the element using the giant resistance effect. That is, first, generally, when a time-varying current such as an alternating current is applied to a magnetic conducting wire, a sum of two types of voltages appears at both ends of the conducting wire. They are the voltage due to the product of the electric resistance of the conductor and the current, and the voltage due to the time change of the circumferential magnetic flux. That is, the AC voltage e W between both ends of the magnetic wire
Is generally the ohmic voltage e R due to the electric resistance R of the magnetic wire.
= Time change dφθ between R · i W and magnetic flux in the circumferential direction φθ
The sum of the two components of dielectric voltage e L = dφθ / dt due to / dt is expressed as e W = e R + e L. Usually the latter voltage is very small,
To date, there has been little engineering use of this voltage.
【０００７】そこで、すでに発明者が提案した新しい素
子は、時間的に変化する電流を磁性線に印加することに
よって生じる円周磁束の時間変化に対する電圧のみを、
外部印加磁界による変化として検出することを基本的な
原理としている磁気インダクタンス素子である。この磁
気インダクタンス素子は、磁性線と、その磁性線の円周
磁束の時間変化に対する電圧のみを取出す電気抵抗回路
とからなる。図１はその磁気インダクタンス素子の例を
示したものである。この図１の回路内の磁性線として、
図２に示すように、FeCoSiB 等からなる零磁歪アモルフ
ァス細線等を折り曲げたものや直線状のものを用いるこ
ともできる。Therefore, a new element proposed by the inventor has been proposed to apply only a voltage with respect to a time change of a circumferential magnetic flux caused by applying a time-varying current to a magnetic wire.
This is a magnetic inductance element whose basic principle is to detect a change due to an externally applied magnetic field. This magnetic inductance element comprises a magnetic wire and an electric resistance circuit for taking out only a voltage with respect to a time change of a circumferential magnetic flux of the magnetic wire. FIG. 1 shows an example of the magnetic inductance element. As a magnetic wire in the circuit of FIG.
As shown in FIG. 2, a bent or straight zero magnetostrictive amorphous wire made of FeCoSiB or the like can be used.
【０００８】このような磁気インダクタンス素子内の回
路により、磁性線に交流電流などの時間的に変化する電
流（I W ）を印加し、電気抵抗分による電圧（オーミック
電圧）を相殺することでインダクタンス分電圧（ｅ L )
を得ることができる。この磁気インダクタンス素子の磁
性線に、外部から、たとえば、永久磁石やその他の手段
で発生される一般的な直流磁界や交流磁界を印加するこ
とによって、ｅ L の振幅 ｜ｅ L ｜ が減少し、外部印加磁界を検知することができる。By using a circuit in such a magnetic inductance element, a time-varying current (I W ) such as an alternating current is applied to the magnetic wire, and the voltage (ohmic voltage) due to the electric resistance component is canceled out, thereby increasing the inductance. Voltage division (e L )
Can be obtained. The magnetic lines of the magnetic inductance element, from the outside, for example, by applying a common DC magnetic field and AC magnetic field generated by the permanent magnets or other means, the amplitude of e L | e L | is reduced, An externally applied magnetic field can be detected.
【０００９】この磁気インダクタンス素子において、た
とえば、磁性線としてFeCoSiB からなるas-cast の零磁
歪ａ−ワイヤを用い、磁性線に平行方向に印加した外部
磁界Ｈ 1 と、ワイヤの長さを変化させて、各インダクタ
ンス分電圧ｅ L の振幅 ｜ｅ L ｜ を測定すると、図３に示すようになる。In this magnetic inductance element, for example, an as-cast zero magnetostrictive a-wire made of FeCoSiB is used as a magnetic wire, and an external magnetic field H 1 applied in a direction parallel to the magnetic wire and the length of the wire are changed. Then, when the amplitude | e L | of each inductance partial voltage e L is measured, the result is as shown in FIG.
【００１０】この図３において、（ａ）はワイヤの長さ
が３０mm、（ｂ）はワイヤの長さが１０mm、（ｃ）はワ
イヤの長さが５mm、（ｄ）はワイヤの長さが２mmの磁気
インダクタンス素子について、各 ｜ｅ L ｜ を測定したものである。In FIG. 3, (a) has a wire length of 30 mm, (b) has a wire length of 10 mm, (c) has a wire length of 5 mm, and (d) has a wire length of 30 mm. Each | e L | was measured for a 2 mm magnetic inductance element.
【００１１】たとえば、図３（ａ）に示したように、３
０mm長のａ−ワイヤではＨ 1 が約１（Oe) における ｜ｅ L ｜ は、Ｈ 1 が０（Oe) における ｜ｅ L0 ｜ に対して、約５０％減少しており、従来のフラックスゲ
ート形磁界センサと同程度の高感度を示している。この
とき、ワイヤの長さ方向に対して垂直方向のＨ 2 を印加
すると ｜ｅ L ｜ はほとんど変化しない。すなわち、磁気インダクタンス
素子は強い指向性を持っており、被検出信号磁界のみを
選択的に検出するので方位センサなどに適用する場合、
Ｓ／Ｎ比は著しく高くなる。また、張力アニールを施し
たアモルファスワイヤでは１〜２mmの長さでも図３
（ａ）のような高感度の電圧変化特性も見出した。For example, as shown in FIG.
In the 0 mm long a-wire, | e L | at H 1 of about 1 (Oe) is reduced by about 50% as compared with | e L0 | of H 1 at 0 (Oe). The sensitivity is as high as that of a magnetic field sensor. At this time, if H 2 is applied in a direction perpendicular to the length direction of the wire, | e L | hardly changes. That is, the magnetic inductance element has a strong directivity, and selectively detects only the signal magnetic field to be detected.
The S / N ratio is significantly higher. Further, in the case of the amorphous wire subjected to the tension annealing, even in the case of the length of 1 to 2 mm, FIG.
A highly sensitive voltage change characteristic as shown in FIG.
【００１２】しかしながら、その後のこの発明の発明者
の検討により、この新しい素子にも、改善すべき点が存
在することがわかってきた。それは、この磁気インダク
タンス素子においは、磁気抵抗素子を用いる場合と同様
にブリッジ回路という補償回路が必要であり、そのため
に小型化にはおのずと限界があったからである。また、
補償回路の調整に手間がかかり、操作性に難点があっ
た。However, subsequent studies by the inventor of the present invention have revealed that this new device also has points to be improved. This is because this magnetic inductance element requires a compensating circuit called a bridge circuit, as in the case of using a magnetoresistive element, and as such, there has been a limit to miniaturization. Also,
Adjustment of the compensation circuit was troublesome, and there was a difficulty in operability.
【００１３】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の磁気抵抗素子の欠点を克服
し、磁気抵抗素子と同程度の微小寸法でフラックスゲー
トセンサと同程度の高感度をもつ新しいマイクロ磁気素
子を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and overcomes the drawbacks of the conventional magnetoresistive element, and has the same small dimensions as the magnetoresistive element and the same high height as the flux gate sensor. The purpose is to provide a new micro magnetic element with sensitivity.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するための手段として、時間的に変化する電流を
磁性線に印加することによって生じる円周磁束の時間変
化に対する電圧を外部印加磁界によって変化させる磁気
素子において、時間的に変化する電流を磁性線に表皮効
果を生じさせる高周波とする磁気インピーダンス効果素
子を提供する。According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, a voltage with respect to a time change of a circumferential magnetic flux generated by applying a time-varying current to a magnetic wire is externally applied. In a magnetic element that is changed by a magnetic field, a time-varying current has a skin effect on the magnetic wire.
Provided is a magneto-impedance effect element having a high frequency that produces a result.
【００１５】[0015]
【作用】つまり、この発明においては、従来の磁気イン
ダクタンス素子における通電電流を高周波化することに
より、ブリッジ回路を不要としたことに大きな特徴があ
る。例えば、図４はこの発明を実現するための最も単純
な電気回路であり、磁性線に交流電流ｉ W を通電して、
磁性線の平行方向から外部磁界（Ｈ ext ）を印加し、磁
性線の両端間の交流電圧の振幅｜ｅ W ｜を測定する構成
をなしている。[Action] That is, Te this invention smell, by high frequency energization current in the conventional magnetic inductance element, there is a great feature that was not necessary a bridge circuit. For example, Figure 4 is the most simple electrical circuit for implementing the present invention, by energizing the alternating current i W in the magnetic line,
An external magnetic field (H ext ) is applied from the direction parallel to the magnetic wire, and the amplitude | e W | of the AC voltage between both ends of the magnetic wire is measured.
【００１６】この発明においては、例えば図４におい
て、電気抵抗Ｒに磁性線のインピーダンスの数倍以上の
大きな抵抗値を持たせ、磁性線に通電した交流電流ｉ W
の波形が交流電圧源の電圧ｅ ac の波形にほぼ等しくなる
ようにすることが望ましい。この発明においては、磁性
線としてアモルファス磁性線を使用することを特徴とす
る磁気インピーダンス効果素子を用いてもよく、さら
に、そのアモルファス磁性線として、円周方向に磁化容
易方向をもつアモルファス磁性線を用いてもよい。また
さらに、そのアモルファス磁性線として、正磁歪をもつ
アモルファス磁性線には長さ方向に圧縮力、負磁歪をも
つアモルファス磁性線には長さ方向に張力を印加して熱
処理を施したアモルファス磁性線を用いてもよい。In the present invention, for example, in FIG. 4, the electric resistance R has a large resistance value several times or more the impedance of the magnetic wire, and the AC current i W applied to the magnetic wire is applied.
Is desirably substantially equal to the waveform of the voltage eac of the AC voltage source. In the present invention, a magneto-impedance effect element characterized by using an amorphous magnetic wire as the magnetic wire may be used. Further, as the amorphous magnetic wire, an amorphous magnetic wire having an easy magnetization direction in a circumferential direction is used. May be used. Further, as the amorphous magnetic wire, the amorphous magnetic wire having positive magnetostriction is subjected to heat treatment by applying a compressive force in the length direction to the amorphous magnetic wire having positive magnetostriction and the amorphous magnetic wire having the negative magnetostriction is subjected to heat treatment by applying a tension in the length direction. May be used.
【００１７】以下実施例を示しさらに詳しくこの発明に
ついて説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【００１８】[0018]
【実施例】実施例１ 実際にこの発明の磁気インピーダンス効果素子につい
て、アモルファス磁性線を高周波電流ｉ W で通電励磁
し、外部磁界を印加した場合の、オーミック電圧ｅ r と
誘電電圧ｅ L との和ｅ W の振幅｜ｅ W ｜の値を測定し
た。The magnetic impedance effect element EXAMPLE 1 In fact the present invention, the amorphous magnetic wire energized exciting a high frequency current i W, in the case of applying an external magnetic field, the ohmic voltage e r <br/> Yuden The value of the amplitude | e W | of the sum e W with the voltage e L was measured.
【００１９】例えば図５は、直径が３０μｍ、長さ５．
５ｍｍのアモルファス磁性線を１００ｋＨｚ以上のｉ W
で通電励磁し、Ｈ ext ＝０（Oe）と、Ｈ ext ＝10（Oe）
（８００Ａ／ｍ）の外部磁界を印加した場合の、オーミ
ック電圧ｅ r と誘電圧ｅ L との和ｅ W の振幅｜ｅ W ｜の
値を示した結果である。この図５において、実線はＨ
ext ＝０（Oe）の場合、点線はＨ ext ＝10（Oe）（８０
０Ａ／ｍ）の場合である。このアモルファス磁性線は、
２Kg/mm2の張力を印加し４７５℃、１min のアールを施
している。For example, FIG. 5 shows that the diameter is 30 μm and the length is 5.
A 5 mm amorphous magnetic wire with an i W of 100 kHz or more
And H ext = 0 (Oe) and H ext = 10 (Oe)
It is a result showing the value of the amplitude | e W | of the sum e W of the ohmic voltage er and the dielectric pressure e L when an external magnetic field of (800 A / m) is applied. In FIG. 5, the solid line is H
When ext = 0 (Oe), the dotted line is Hext = 10 (Oe) (80
0A / m). This amorphous magnetic wire is
2 kg / mm is applied to 475 ° C. The second tension, and facilities <br/> the are of 1min.
【００２０】この図５に例示したように、｜ｅ w ｜のＨ
ext の印加による変化は、ｆ＞２００ｋＨｚで出現し、
ｆ＝１〜２ＭＨｚでは、Ｈ ext ＝１０（Oe）の外部磁界
を印加した場合、｜ｅ w ｜は約５０％の減少を示してい
る。そして、この高感度の電圧変化はアモルファス磁性
線を１mm程度の微小寸法線にしてもほとんど劣化しな
い。このような現象はこれまでの磁性体ではみられなか
った現象であり、とくにＭＲ効果が小さい（１％以下）
アモルファス磁性線で現われたことはこれまでまったく
予想されなかったことである。図６は図５のｆ＝１ＭＨ
ｚ，ｉ w ＝１５ｍＡにおける、ｉ w ，ｅ w （Ｈ ext ＝
０) およびｅ w (Ｈ ext ＝10（Oe）) の波形の写真であ
る。この図６に例示したように、正弦波電流に対して、
ｅ w （Ｈ ext ＝０) の波形は角のある波形であり、ｅ
w ( Ｈ ext ＝10（Oe）) の波形はｉ w の波形とほとんど
同じである。このｅ w （Ｈ ext ＝０）の波形は正弦波か
ら著しくかけ離れた波形ではないのでｅ w とｉ w を正弦
波と考えた場合、磁性線インピーダンスをＺとすると｜
ｅ w ｜のＨ ext に対する変化は｜Ｚ｜の変化とみなすこ
とができる。従って、この発明の磁気素子を磁気インピ
ーダンス効果素子（Magneto-Impedance 素子；ＭＩ素
子）と呼ぶことにした。実施例２ この発明の磁気インピーダンス効果素子について、アモ
ルファス磁性線を高周波電流ｉ w で通電励磁し、外部印
加磁界の変化と｜ｅ w ｜との関係である磁気インピーダ
ンス特性を調べた。As shown in FIG. 5, | e w | H
ext Changes appear at f> 200 kHz,
At f = 1 to 2 MHz, H ext = 10 (Oe) external magnetic field
Is applied, | e w | Indicates a reduction of about 50%
You.And this high sensitivity voltage change is amorphous magnetic
Deterioration hardly occurs even if the wire is a minute dimension line of about 1 mm
No.Is this phenomenon not seen in conventional magnetic materials?
Phenomenon, especially the MR effect is small (1% or less)
What ever appeared with amorphous magnetic wire
That was unexpected. FIG. 6 shows f = 1 MH in FIG.
z, i w = I at 15 mA w , E w (H ext =
0) and e w (H ext = 10 (Oe))
You. As illustrated in FIG. 6, for a sine wave current,
e w (H ext = 0) is an angled waveform and e
w (H ext = 10 (Oe)) is i w Most of the waveform
Is the same. This e w (H ext = 0) is a sine wave
Since the waveform is not significantly different from w And i w The sine
When the impedance of the magnetic wire is Z when considered as a wave |
e w | H ext Can be regarded as a change in | Z |
Can be. Accordingly, the magnetic element of the present invention is
-Dance effect element (Magneto-Impedance element; MI element
Child).Example 2 About the magneto-impedance effect element of the present invention,
High frequency current i w Energize with, external mark
Change of applied magnetic field and | e w | Magnetic Impedance in Relation to
The performance characteristics were examined.
【００２１】図７は実施例１で用いたアモルファス磁性
線の磁気インピーダンス特性であり、ｆ＝１ＭＨｚにお
いて、ｉ w ＝７．５ｍＡおよび１５ｍＡの場合を測定し
た結果である。この図７に例示したように、｜ｅ w ｜は
Ｈ ext ＝５（Oe）で約５０％減少しており、例えば図２
に例示した交流電流を通電した磁性線に両端間の電圧を
検出するだけのもっとも単純な回路を用いても、従来の
フラックスゲートセンサに匹敵する非常に高感度の磁束
検出素子を得ることが可能である。実施例３ アモルファスの磁性線の径を変化させた場合のΔ｜ｅ w
｜／｜ｅ w ｜の周波数特性を調べた。FIG. 7 shows the magnetic impedance characteristics of the amorphous magnetic wire used in the first embodiment, and is a result of measurement at f = 1 MHz when i w = 7.5 mA and 15 mA. As illustrated in FIG. 7, | e w | decreases by about 50% when H ext = 5 (Oe).
Even with the simplest circuit that only detects the voltage between both ends of a magnetic wire that has an alternating current applied to it, it is possible to obtain a very sensitive magnetic flux detection element comparable to a conventional fluxgate sensor It is. Example 3 Δ | e w when the diameter of the amorphous magnetic wire was changed
The frequency characteristics of | / | e w | were examined.
【００２２】図８は実施例１で用いたアモルファスの磁
性線を変化させた場合のΔ｜ｅ w ｜／｜ｅ w ｜の周波数
特性である。この図８に例示したように、１２４μｍ径
の磁性線および５０μｍ径の磁性線では、それぞれｆ＝
２００ｋＨｚおよび６００ｋＨｚ近傍で変化率は最大を
示した。特に、５０μｍ径の磁性線を用いた場合の変化
率は、この３つの中で最も大きくその値は約６０％を示
した。FIG. 8 shows the frequency characteristics of Δ | e w | / | e w | when the amorphous magnetic wire used in the first embodiment is changed. As illustrated in FIG. 8, for the magnetic wire having a diameter of 124 μm and the magnetic wire having a diameter of 50 μm, f =
Change rate 200 k Hz and 600kHz near showed up. In particular, the rate of change when a magnetic wire having a diameter of 50 μm was used was the largest of the three, and the value was about 60%.
【００２３】この磁気インピーダンス効果の起源は図５
に示した２曲線から考察すると磁性線の内部インダクタ
ンスＬ i の変化と同時に磁性線の電気抵抗Ｒ w が表皮効
果により変化するためと考えられる。すなわち、表皮効
果が強い場合（図５の実線ではｆ＞２００ｋＨＺ）には
インピーダンスＺは、δを表皮厚さ、ａを磁性線直径と
すると、The origin of this magneto-impedance effect is shown in FIG.
Electrical resistance R w change at the same time as the magnetic lines of internal inductance L i of the magnetic lines when considered from two curves shown in is considered to change due to the skin effect. That is, if a strong skin effect impedance Z in (f> 200 k HZ in solid lines in FIG. 5) is, [delta] a skin depth, when the a and magnetic line diameter,
【００２４】[0024]
【数１】 (Equation 1)
【００２５】となり、Becomes
【００２６】[0026]
【数２】 (Equation 2)
【００２７】（μθ：円周透磁率）となるのでＨ ex でμ
θが減少し、｜Ｚ｜が大幅に減少する。実施例４ この発明の磁気インピーダンス素子を磁界センサに用い
た。図９はＭＩ素子・ＦＥＴ組合せによる共振型マルチ
バイブレータの例である。この共振型マルチバイブレー
タにおいては、３０μｍ径１mm長の微細なアモルファス
磁性線を用いて、２２０ＭＨｚの自己発振を生じさせる
ことができ、±２（Oe）までの外部印加磁界において、
直線性の良好な磁界検出特性を得ることができた。共振
は磁性線のインダクタンスとＦＥＴのソース・ドレイン
間の内部キャパシタンスで生じている。この共振型マル
チバイブレータにおいては、消費電力は非常に小さく８
ｍＷであった。[0027]: at H ex μ since become (μ θ circumference permeability)
θ decreases, and | Z | Embodiment 4 The magneto-impedance element of the present invention was used for a magnetic field sensor. FIG. 9 shows an example of a resonance type multivibrator using an MI element / FET combination. In this resonance type multivibrator, self oscillation of 220 MHz can be generated using a fine amorphous magnetic wire having a diameter of 30 μm and a length of 1 mm, and in an externally applied magnetic field of ± 2 (Oe),
Magnetic field detection characteristics with good linearity were obtained. The resonance is caused by the inductance of the magnetic wire and the internal capacitance between the source and the drain of the FET. In this resonance type multivibrator, the power consumption is very small.
mW.
【００２８】このＭＩ素子・ＦＥＴ組合せによる共振型
マルチバイブレータの基本的な構造となるＭＩ素子の特
性は、例えば、図１０に示した通りとなる。このＭＩ素
子は２個のＭＩ素子に互いに逆のバイアス直流磁界Ｈ b
を印加して、各々のｅ w の差が外部印加磁界Ｈ ex に正比
例する。図１１は図７の自己発振回路のＭＩ素子にはＨ
b を印加せず、１個のＭＩ素子の先端のみをフロッピー
ディスク駆動スピンドルモータのロータリエンコーダ用
３０mm径５１２極着磁のリング磁石表面０．５mmの位置
に置いた場合の磁極磁界検出結果である。この場合磁極
間隔は１５０μｍであった。磁気抵抗素子を用いた場合
の数倍のギャップマージンで明瞭な磁極磁界が検出され
た。The characteristics of the MI element which is the basic structure of the resonance type multivibrator using the combination of the MI element and the FET are as shown in FIG. 10, for example. This MI element has two biased DC magnetic fields H b opposite to each other.
By applying a difference in each e w it is directly proportional to the externally applied magnetic field H ex. FIG. 11 shows that the MI element of the self-oscillation circuit of FIG.
This is a magnetic pole magnetic field detection result when only the tip of one MI element is placed at a position of 0.5 mm on the surface of a ring magnet with a diameter of 512 mm and a diameter of 512 poles for a rotary encoder of a floppy disk drive spindle motor without applying b. . In this case, the magnetic pole interval was 150 μm. A clear magnetic pole magnetic field was detected with a gap margin several times that in the case of using a magnetoresistive element.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、通電電流を高周波化させることによって、ブリッ
ジ回路を用いる必要がなくなり、数ガウスの磁界で５０
％以上のインピーダンス変化を得る非常に感度のよい小
型の磁気インピーダンス効果素子が提供される。さらに
このインピーダンス効果素子を用いることによって、非
常に感度がよく小型の磁気ヘッドが提供される。 さら
に、センサヘッドを数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波で励
磁させた振幅変調形の磁気センサは、励磁周波数の１０
分の１程度までの外部磁界を検出するので高速応答であ
る。 As described in detail above, according to the present invention,
Therefore, by increasing the current flow,
It is no longer necessary to use a digital circuit.
Very sensitive small to obtain impedance change of more than%
A magneto-impedance effect element of the type is provided. further
By using this impedance effect element,
A highly sensitive and small magnetic head is always provided. Further
The sensor head at a high frequency of several MHz to several hundred MHz.
A magnetized amplitude modulation type magnetic sensor has an excitation frequency of 10
Detects an external magnetic field up to about 1 /
You.
【００３０】この発明の磁気インピーダンス効果素子を
例えば磁界センサに用いた場合、従来のホール素子の感
度を約１００倍向上させることが可能であり、さらに、
ヘッドの使用温度は従来のホール素子の場合が７０℃程
度で破壊されるのに対して、約２００℃まで増大するこ
とが可能となる。 またさらに、この発明の磁気インピ
ーダンス効果素子をロータリエンコーダヘッドに用いる
と、従来のＭＲ素子に対して約１００倍以上の高感度を
実現し、ヘッドと磁石表面のギャップを０．５mm程度に
離すことができ、ごみの侵入による故障事故などをなく
すことが可能となる。この発明の磁気インピーダンス効
果素子を用いれば非常に小型の地磁気利用電子方位素子
やマイクロマシン用のマイクロ磁気センサ、高感度の磁
気探傷センサアレイ、生体磁気センサなど各種の高感度
マイクロ磁気センサが可能となる。When the magneto-impedance effect element of the present invention is used in, for example, a magnetic field sensor, the sensitivity of a conventional Hall element can be improved by about 100 times.
The operating temperature of the head can be increased to about 200 ° C., whereas the conventional Hall element is broken at about 70 ° C. Furthermore, when the magneto-impedance effect element of the present invention is used for a rotary encoder head, it achieves about 100 times higher sensitivity than the conventional MR element, and the gap between the head and the magnet surface is separated by about 0.5 mm. can be, rather than a malfunction accidents caused by dust to enter the
It can be become. By using the magneto-impedance effect element of the present invention, it becomes possible to use various highly sensitive micro magnetic sensors such as a very small geomagnetic electronic azimuth element, a micro magnetic sensor for a micro machine, a high sensitivity magnetic flaw detection sensor array, and a biomagnetic sensor. .
【図１】従来の磁気インダクタンス素子を示した概略図
である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional magnetic inductance element.
【図２】従来の磁気インダクタンス素子の磁性線を示し
た平面図である。FIG. 2 is a plan view showing magnetic lines of a conventional magnetic inductance element.
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、各々、従来の磁
気インダクタンス素子を用いた磁気インダクタンスの波
形を示した波形図である。FIGS. 3 (a), (b), (c), and (d) are waveform diagrams each showing a waveform of a magnetic inductance using a conventional magnetic inductance element.
【図４】この発明の磁気インピーダンス素子を示した概
略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a magneto-impedance element of the present invention.
【図５】磁性線両端間の電圧と高周波電流の周波数との
関係を示した相関図である。FIG. 5 is a correlation diagram showing a relationship between a voltage between both ends of a magnetic wire and a frequency of a high-frequency current.
【図６】この発明における出力波形を示す波形図であ
る。FIG. 6 is a waveform chart showing an output waveform in the present invention.
【図７】磁性線両端間の電圧と外部印加磁界との関係を
示した相関図である。FIG. 7 is a correlation diagram showing a relationship between a voltage between both ends of a magnetic wire and an externally applied magnetic field.
【図８】磁性線両端間の電圧の変化率と高周波電流周波
数との関係を示した相関図である。FIG. 8 is a correlation diagram showing a relationship between a change rate of a voltage between both ends of a magnetic wire and a high-frequency current frequency.
【図９】この発明の磁気インピーダンス素子を磁界セン
サに用いた場合の概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram when the magneto-impedance element of the present invention is used for a magnetic field sensor.
【図１０】この発明の磁気インピーダンス素子を磁界セ
ンサに用いた場合の磁性線両端間の電圧と外部印加磁界
との関係を示した相関図である。FIG. 10 is a correlation diagram showing a relationship between a voltage between both ends of a magnetic wire and an externally applied magnetic field when the magnetic impedance element of the present invention is used for a magnetic field sensor.
【図１１】磁極磁界検出結果を示した波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram showing a result of magnetic pole magnetic field detection.
Claims (4)
ることによって生じる円周磁束の時間変化に対する電圧
を、外部印加磁界によって変化させる磁気素子におい
て、前記時間的に変化する電流を前記磁性線に表皮効果
を生じさせる高周波とすることを特徴とする磁気インピ
ーダンス効果素子。The method according to claim 1] voltage with respect to time change of the circumferential magnetic flux generated by applying a time-varying current to the magnetic wire, a magnetic element for changing the externally applied magnetic field, the magnetic said time-varying current A magneto-impedance effect element having a high frequency that produces a skin effect on a wire.
線である磁気インピーダンス効果素子。2. The magneto-impedance effect element according to claim 1, wherein said magnetic wire is an amorphous magnetic wire.
方向に磁化容易方向をもつアモルファス磁性線である磁
気インピーダンス効果素子。3. A magneto-impedance effect element according to claim 2, wherein said amorphous magnetic wire is an amorphous magnetic wire having an easy magnetization direction in a circumferential direction.
が、正磁歪をもつアモルファス磁性線としては長さ方向
に圧縮力、負磁歪をもつアモルファス磁性線としては長
さ方向に張力を印加して熱処理を施したアモルファス磁
性線である磁気インピーダンス効果素子。4. The amorphous magnetic wire according to claim 2, wherein a compressive force is applied in the length direction as an amorphous magnetic wire having positive magnetostriction, and a tension is applied in a length direction as an amorphous magnetic wire having negative magnetostriction. A magneto-impedance effect element that is an amorphous magnetic wire that has been subjected to heat treatment.
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