JP3602235B2 - 磁気センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファス磁性ワイヤを使用した磁気センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アモルファス合金においては、原子構造が長距離秩序をもたず短距離秩序であるので、アモルファス特有の電磁的性質を有し、円周方向に容易に磁化される外殻部を有する零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤが開発されている。例えば、Co70.5B15Si10Fe4が開発されている。
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤに高周波電流を流すと、ワイヤの横断面内に発生す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、円周方向透磁率μ1が大となり、アモルファスワイヤの両端に発生するインダクタンス電圧分eL、すなわち
eL=wμ1ι(Im−Ic)/4π
が著しく大きくなる。ただし、ιはワイヤの長さ,wは電流の周波数,Imは通電電流の絶対値,Icは4πaHc,aはワイヤの半径,Hcは円周方向保磁力である。
【0003】
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μ1が低下し、インダクタンス電圧分eLが減少する。
【0004】
而して、このインダクタンス電圧分eLの減少が顕著であり、これを利用して外部磁界を検出するために、上記アモルファスワイヤをブリッジの一辺に組み込み、このブリッジの平衡により上記ワイヤ両端間の電圧(抵抗による電圧降下分と上記したインダクタンスによる電圧降下分eL)のうち、抵抗電圧分を打ち消してインダクタンス電圧分eLのみを検出し、上記ワイヤ軸方向の外部磁界に対するこの検出電圧の変動から当該外部磁界を検出することが提案されている(特開平6−283344号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
磁束検出型再生磁気ヘッドの高性能化のためには、高S/N比が不可欠である。 而して、上記外部磁界検出手段を磁気ヘッドとして利用するには、上記外部磁界に対する検出感度(S/N比)の一層の向上が要請され、このため、上記アモルファスワイヤに直流または時間的に変化する電流を通電した状態で、焼鈍することが提案されている(特開平6−176930号公報)。
しかしながら、この提案はワイヤ加工面からの解決手段であり、加工面での制約を免れ得ない。
【0006】
本発明の目的は、アモルファス磁性ワイヤに電流を流し、該電流により発生する電圧中、インダクタンスによる電圧分のみを検出し、上記ワイヤの軸方向外部磁界を上記検出電圧の変化から検出する場合、部材の簡易な付加のみで外部磁界の検出感度を充分に向上できる磁気センサを提供することにある。
【0007】
請求項1に係る磁気センサは、アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その電圧変化より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、アモルファス磁性ワイヤの両端に高透磁率材料を溶接したことを特徴とする。
請求項2に係る磁気センサは、アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その電圧変化より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、基板上に所定の間隔を隔てて高透磁率材料を設け、アモルファス磁性ワイヤの一端を一方の高透磁率材料に溶接し、アモルファス磁性ワイヤの他端を他方の高透磁率材料に溶接したことを特徴とする。
請求項3に係る磁気センサは、アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その電圧変化より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、基板上に所定の間隔を隔てて金属電極を設け、各金属電極上に高透磁率材料を設け、アモルファス磁性ワイヤの一端を一方の高透磁率材料に溶接し、アモルファス磁性ワイヤの他端を他方の高透磁率材料に溶接したことを特徴とする。
請求項4に係る磁気センサは、請求項1〜3何れかの磁気センサにおいて、溶接に代え接着したことを特徴とする。
【0008】
【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の(イ)は本発明に係る一の磁気センサを示す側面図、図1の(ロ)は同じく平面図である。
図1の(イ)及び図1の(ロ)において、1は零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤであり、円周方向に易磁化性の外殻部を有している。2,2はアモルファスワイヤの両端に接続した高透磁率材料のヘッドで、残留磁気が小で透磁率の高い軟磁性材料、例えば、パ−マロイ(鉄−ニッケル合金)、けい素鋼、フェライト等を使用できる。
【0009】
図2は本発明に係る磁気センサを使用して外部磁界を検出するブリッジ回路を示している。
図2において、3は高周波電源であり、この電源3によりアモルファスワイヤに電流が流され、ワイヤ両端a−a’に抵抗電圧分eRとインダクタンス電圧分eLとからなる電圧が発生する。
このインダクタンス電圧分eLのみを出力端b−b’に出力させるようにブリッジ回路を平衡させてある。このインダクタンス電圧分eLは、既述した通り、アモルファスワイヤ1の円周方向透磁率をμ1とすると、
│eL│∝μ1 ▲1▼で与えられる。而るに、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤにおいては、円周方向に易磁化性の外殻部を有し、ワイヤ軸方向電流により発生する円周方向磁束によってその外殻部が容易に円周方向に磁化されるから、μ1が大であり、│eL│も大である。
【0010】
図2において、Hは検出しようとする外部磁界であり、磁界方向はアモルファスワイヤ1の軸方向であり、高透磁率材料ヘッド2の先端端面21に入る磁束がアモルファスワイヤ1内を通過する。この場合、高透磁率材料ヘッド2の先端端面21の面積をS、アモルファスワイヤ1の断面積をsとすると、アモルファスワイヤ1を通過する磁束は、高透磁率材料ヘッド無しの場合に較べてS/s(S/s=k≫1)倍となる。
【0011】
この外部磁界Hはその方向がアモルファスワイヤ1の軸方向であり、上記ワイヤ通電による円周方向磁束とのベクトル合成の磁束、すなわち、通電状態でワイヤ軸方向外部磁界に曝されているときにアモルファスワイヤ1内に作用する磁束は、その方向が円周方向から傾いたものとなる。
而して、高透磁率材料ヘッドが無い場合の磁束の傾き角をφ、高透磁率材料ヘッドが存在する場合の磁束の傾き角をΦとすれば、
cosΦ/cosφ=k≫1 ▲2▼
が成立する。
【0012】
而るに、本発明においては、高透磁率材料ヘッドを取り付けており、上記アモルファスワイヤ内磁束の円周方向に対する傾き角が大になり、それだけアモルファスワイヤの前記外殻部の円周方向磁化が弱くなって前記の円周方向透磁率μ1が小となる度合いが大きくなるから、上記│eL│が高感度で変動する。従って、外部磁界を高感度で検出できる。
【0013】
上記高透磁率材料ヘッド2の形状は、先端側ほど断面積を大とした形状、例えば、図3に示すような、円錐形とすることもできる。断面形状は、矩形等の四角形、四角形以外の多角形、三角形、円形、楕円形等の何れであってもよい。
上記高透磁率材料ヘッドのアモルファスワイヤへの取付けは、通常、高透磁率材料ヘッドを外面においてワイヤ端部に溶接等で固着することにより行うが、図3に示すように、高透磁率材料ヘッド2にワイヤ挿入穴22を設け、この穴にワイヤ端部を圧入接触させ、接着剤23で固定することも可能である。
【0014】
図4の(イ)は本発明に係る他の磁気センサを示し、絶縁基板、例えば、セラミックス基板4上に高透磁率材料ヘッド2,2を固着し、これらのヘッド2,2間にアモルファスワイヤ1を溶接等により接続してある。
図4の(ロ)は本発明に係る他の磁気センサの別例を示し、絶縁基板4、例えば、セラミックス基板上に金属(例えば、銀−パラジウム合金)のコ−ティングで電極5,5を形成し、各電極5上に高透磁率材料ヘッド2を固着し、これらのヘッド2,2間にアモルファスワイヤ1を溶接等により接続してある。
【0015】
本発明においては、上記ブリッジによる抵抗電圧分の除去に代え、共振回路を使用し、通電によるワイヤ両端a−a’電圧中のインダクタンス電圧分eLをコンデンサ−の調整により打ち消し〔μ1ι=L1、C1=1/(w√L1)を満たすようにコンデンサをC1に調整〕、外部磁界を作用させたときの共振のずれから、外部磁界によるインダクタンス電圧変化分を検出することも可能である。
【0016】
【実施例】
〔実施例1〕
アモルファスワイヤには、組成がCo70.5B15Si10Fe4で、零磁歪、外径50μmφ、長さ2mmのものを使用した。
図4の(ロ)に示すように、セラミックス基板4上に銀−パラジウム合金で電極5,5を形成し、その電極上に厚み0.5mm、長さ4.0mm、巾1.6mmの鉄−50ニッケル合金プレ−ト2を固着し、このプレ−ト2,2間に上記アモルファスワイヤ1を溶接した。
〔実施例2〕
実施例1に対し、鉄−50ニッケル合金に代えフェライトを使用した以外、実施例1と同じにした。
〔比較例〕
実施例1に対し、鉄−50ニッケル合金プレ−トを使用せず、アモルファスワイヤを電極に溶接した以外、実施例1に同じとした。
【0017】
これらの実施例及び比較例の磁気センサを図2に示すようにブリッジ回路に組み込み、外部磁界0のときの出力電圧eLを1.3ボルトとするようにワイヤに微弱な電流を流し、試料をコイルのコア内に入れ、ワイヤ軸方向外部磁界を変化させ、出力電圧eLが変化するときの磁界を測定したところ、比較例では4Gであったが、実施例1では2G、実施例2では2.7Gであり、何れの実施例品とも比較例品より高感度であることが確認できた。
【0018】
【発明の効果】
本発明に係る磁気センサにおいては、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの磁気インピ−ダンス効果を利用して外部磁界を検出する場合、アモルファス端部に高透磁率材料を取り付けるだけでその検出感度を充分に向上でき、簡易な構造、低コストで高感度化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の(イ)は本発明に係る磁気センサを示す側面図、図1の(ロ)は同じく平面図である。
【図2】本発明に係る磁気センサ−の使用状態を示す回路図である。
【図3】本発明に係る磁気センサ−の上記とは別の例の要部を示す断面図である。
【図4】
【符号の説明】
1 アモルファスワイヤ
2 高透磁率材料ヘッド
4 基板
Claims (4)
- アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その電圧変化より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、アモルファス磁性ワイヤの両端に高透磁率材料を溶接したことを特徴とする磁気センサ。
- アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その電圧変化より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、基板上に所定の間隔を隔てて高透磁率材料を設け、アモルファス磁性ワイヤの一端を一方の高透磁率材料に溶接し、アモルファス磁性ワイヤの他端を他方の高透磁率材料に溶接したことを特徴とする磁気センサ。
- アモルファス磁性ワイヤの軸方向に電流を流し、この電流に基づくアモルファス磁性ワイヤ内の周方向磁界を、アモルファス磁性ワイヤの軸方向を通過する被検出磁界で前記周方向に対し傾かせ、その傾きに基づき同上ワイヤ両端間の電圧を変化させ、その変化電圧より被検出磁界を検出する磁気センサにおいて、基板上に所定の間隔を隔てて金属電極を設け、各金属電極上に高透磁率材料を設け、アモルファス磁性ワイヤの一端を一方の高透磁率材料に溶接し、アモルファス磁性ワイヤの他端を他方の高透磁率材料に溶接したことを特徴とする磁気センサ。
- 溶接に代え接着したことを特徴とする請求項1〜3何れか記載の磁気センサ。
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1995
- 1995-11-21 JP JP32823695A patent/JP3602235B2/ja not_active Expired - Fee Related
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