JP3830005B2

JP3830005B2 - 磁気センサ

Info

Publication number: JP3830005B2
Application number: JP36453897A
Authority: JP
Inventors: 和男福永; 実高橋; 伸治吉行
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11183578A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサの一種として、直交フラックスゲート方式の磁気センサがある。この方式の磁気センサは、例えば特許第２６１７４９８号、特開昭５４−１５６５７５号公報、特開昭５８−３２１７９号公報、特開昭６２−１５４８４号公報、特開昭６２−２４１７５号公報等に開示されている。この磁気センサは、図１に示したように、導電性と高透磁率を有する材料で形成された細長い磁性体層１０、この磁性体層の長手方向にパルス状励磁電流を流すための電源回路１２、前記磁性体層１０に巻回されたコイルで構成された検出巻線１４、およびこの検出巻線１４に接続され、この検出巻線１４に誘起される電圧のピークを検出するピーク検出回路１６を備える。このような構成を有する直交フラックスゲート方式の磁気センサは、磁性体層自体にパルス状の電流を印加して磁性体の透磁率μを大きく時間変化させ、その時に下記（１）式によって生じる誘起電圧を検出巻線によって検出するものである。この時、この誘起電圧が外部磁界に比例することを利用するものである。但し、パルス状の電流は検出巻線を交叉する方向に磁束を生じないので、検出巻線に励磁電流による誘起電圧が生じることはない。この誘起電圧の大きさは外部の交叉磁束（磁界）や磁性体自身の透磁率が大きいほど、また印加パルスが急峻なほど大となる。従って、この目的に合う、導電性を持つ磁性体としてはコバルト系のアモルファス合金線、もしくはアモルファス合金箔などが有用である。
【０００３】
Ｖ＝ｄ（μ・Ｈ・Ｓ）／ｄｔ（１）
μ：磁性体自身の透磁率
Ｈ：外部磁界
Ｓ：磁性体の断面積
ｔ：時間
【０００４】
磁気センサの感度は磁性体層の特性によって左右されるのであるが、特にこの磁性体層をアモルファス磁性箔を用いて形成した場合、このアモルファス磁性箔はその製造過程において、高速回転をする冷却ロールの面に、磁性箔となる溶融金属を押し出すとき、前工程の金属原料の混合時に混ざったわずかな気泡、あるいは不純物、酸化物などが混入し、これがアモルファス箔の不均一な特性分布を形成し、結果的に歩留りの低さや特性バラツキの原因となっていた。この現象は推測であるが、アモルファスの特有な流れすじは磁性体を通る磁束の不連続性につながるため、恐らくアモルファスの特有の高透磁率が生かされず、感度を下げる要因と考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、磁性体層としてアモルファス合金箔を用いた磁気センサにおいて、特性にバラツキがなく、しかも高い歩留りで製造することができる磁気センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、以下の（１）〜（４）の構成により達成される。
（１）アモルファス合金で形成された細長い磁性体層、およびこの磁性体層に巻回されたコイルで構成された検出巻線を備え、前記磁性体層の長手方向にパルス状励磁電流を流すことによって、この磁性体層の透磁率を時間変化させ、外部磁界に比例した電気信号を、前記検出巻線から検出する磁気センサにおいて、前記磁性体層の長手方向が、冷却された高速回転金属体ロールに溶融金属を流すことによって得られたアモルファス磁性体箔の長手方向に沿っていることを特徴とする磁気センサ。
（２）前記アモルファス合金がＣｏ系アモルファス合金である上記（１）の磁気センサ。
（３）前記磁性体層の長手方向と前記アモルファス磁性体箔の長手方向とのなす角θが４５度以内である上記（１）または（２）の磁気センサ。
（４）前記角θは、磁性体層の長さをｌ、幅をｗとしたとき、
式ｔａｎθ＝ｗ／ｌ
を満足するθの値以下である上記（３）の磁気センサ。
【０００７】
【作用・効果】
本発明の磁気センサは、上述したように、磁性体層の長手方向が、冷却された高速回転金属体ロールに溶融アモルファス合金を流すことによって得られたアモルファス磁性体箔の長手方向に沿うように設定されているので、後述するようにアモルファス箔に欠陥として生ずる上記の流れすじの影響が極力おさえられ、製造歩留りが向上し、かつ特性にバラツキがない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
種々の実験の検討結果、上記のように製造されるアモルファス箔には物理的構造上の方向性があり、その方向によってセンサとして用いた場合、その特性差が著しいことを知見した。すなわち、図３に示したように、アモルファス箔には、長手方向に特有のすじや、ピンホールがあり、その欠陥部分（以下、この欠陥部分を「流れすじ」と称する）は箔の長手方向に延びている。従来は、従来からの慣習により、図４に示したように、上記の細長い磁性体層の長手方向を、アモルファス箔の幅方向に沿うように設定していた。すなわち上記の流れすじを横切る方向に設定しており、このように磁性体層の長手方向を設定すると、磁気センサとしての特性バラツキがどうしても避けられないことを知見した。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づくものであり、図２に示したように、磁性体層の長手方向が、アモルファス磁性体箔の長手方向に沿うように設定されていることを特徴とするものである。磁気センサ自体の構造は、図１に沿って説明した従来からの構造と同じであってよい。
【００１０】
本発明において、上記の磁性体層の長手方向がアモルファス磁性体箔の長手方向に沿うように設定とは、上記の磁性体層の長手方向とアモルファス磁性体箔の長手方向との成す角θが４５度以内であることとし、この角θは、好ましくは、磁性体層の長さをｌ、幅をｗとしたとき、
式ｔａｎθ＝ｗ／ｌ
におけるθの値以下である。
【００１１】
本発明の磁気センサに用いられる磁性体層は、冷却された高速回転金属体ロールに溶融アモルファス合金を流すことによって得られたアモルファス磁性体箔から形成される。
【００１２】
上記磁性体層は、その透磁率μが数千〜数万程度で、導電率が１mΩcm以下程度であることが好ましい。
【００１３】
アモルファス合金としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種とＳｉ、Ｂ、Ｐ、Ｃ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｔａ等のガラス化元素の少なくとも１種とを含むものが好適である。ガラス化元素は５〜３０at％が好適である。さらに遷移金属の１種以上の含有が可能である。このうち、Ｃｏ系のゼロ磁歪材が好適である。
【００１４】
上記アモルファス箔を製造するために用いられる上記金属体ロールは、少なくともその表面が銅等の熱伝導の良好な金属で形成されているものであることが好ましい。この金属体ロールは、上記アモルファス箔の製造中、その表面が２０〜３０m/sec程度の高速で回転させられる。
【００１５】
溶融されたアモルファス合金は、ノズル等により上記高速回転金属体ロール表面に流される。アモルファス合金は、毎秒１０万〜１００万℃程度の速度で急速冷却されつつ、帯状の箔として形成され、巻取りローラにより巻き取られる。
【００１６】
形成されたアモルファス箔は、その厚さが１５〜３０μｍであることがこのましい。このアモルファス箔の厚さがそのまま磁性体層の厚さとなる。磁性体層の厚さが薄ければ薄いほど、印加するパルス電流を微弱なものとすることができるが、上記したように従来の方法で磁性体層を形成すると、上記流れすじの影響を受けやすくなり、歩留りが低下し、特性のバラツキも大きくなる。
【００１７】
上記磁性体層は、上記の厚さで、幅０．４〜１．０ｍｍ、長さ５〜２０ｍｍ程度に形成されることが好ましい。磁性体層のこのような形成は、通常上記のアモルファス箔を基板上に接着剤を用い接着し、次いで熱プレスにより密着させた後、所定のパターン形状にエッチングして行う。この後は従来の磁気センサの製造方法に従って検出巻線等が巻かれ磁気センサとされる。
【００１８】
上記基板は、エポキシ、セラミック等により形成することが好ましい。上記接着剤は、エポキシプリプレグシート等を用いることが好ましい。熱プレスは、１５０〜２００℃程度の温度で、３０〜６０kg/cm²程度の圧力で行なうことが好ましい。
【００１９】
以上の本発明の磁気センサは、０．１〜１ Oe程度までの微弱な磁界を確実に検知することができ、例えば地磁気の大きさや方向を確実に検知することができる。本発明の磁気センサは、基本的には、静磁界を検出するためのものであるが、サンプリング周波数を大きくすることにより、動磁界も検知することができる。具体的には、本発明の磁気センサは、地磁気の影響をキャンセルするキャンセラを備えたブラウン管のディスプレイモニタ、ナビゲータ、３次元ディスプレイ（バーチャルリアリティ）などに応用できる。
【００２０】
【実施例】
先ず、直径８０ｃｍの高速回転金属体ロール（Ｃｕ製）を準備し、これを、その表面が２０℃となるように冷却し、６００ｒｐｍ（表面線速度２５m/sec）で回転した。
【００２１】
Ｃｏ（６２重量％）−Ｆｅ（４重量％）−Ｎｉ（４重量％）−Ｍｏ（１重量％）−Ｂ（１９重量％）−Ｓｉ（１０重量％）の溶を準備し、これを５０×０．１ｃｍのノズルから上記高速回転金属体ロールの表面に流し、幅０．０５ｍ、長さ１００ｍの帯状のアモルファス箔を得た。
【００２２】
一方、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚さ１ｍｍのエポキシ基板を準備し、この基板のサイズに合わせて上記アモルファス箔からアモルファスシートを切り出し、これをエポキシプリプレグである接着シートをもちいて上記基板上に貼り合わせた。この後、温度１８０℃、圧力４０kg/cm²で熱プレスし、上記基板上にアモルファスシートを密着した。
【００２３】
この後、アモルファスシートをエッチングにより所定のパターン形状に形成して細長い磁性体層を作製した。このとき、本発明の実施例用としては磁性体層の長手方向をアモルファス箔の長手方向に一致させ、一方、比較例用としては、磁性体層の長手方向をアモルファス箔の長手方向に直交させ、すなわち幅方向に一致させた。次に、基板と磁性体層とで構成された各センサ素子を型抜きした。センサ素子は、実施例用および比較例用としてそれぞれ２０個ずつ作製した。
【００２４】
ついで、各センサ素子にパルス状励磁電流を流すための電源回路を接続し、検出巻線を巻き、この検出巻線に該検出巻線に誘起される電圧のピークを検出するピーク検出回路を接続して、図１に示した構造の実施例および比較例の磁気センサを作製した。検出巻線のコイル巻き数は２００とした。
【００２５】
以上のようにして作製した実施例および比較例の磁気センサを用いて、０．３Oeで一定の外部磁界を測定した。上記電源回路により磁性体層に印加されるパルス状励磁電流は、０．２Ａでパルス幅が５０ｎｓｅｃとした。磁性体層の長手方向を磁界の向きに対して種々変化させ、ピーク検出回路で検出巻線に誘起電圧のピークを検出しホールドした。その結果を、図５（実施例）および図６（比較例）にヒストグラムとして示した。なお、実施例の２０個の磁気センサのピーク出力電圧の平均は、１．５２Ｖで、標準偏差σは０．１１７（７．７％）であった。これに対して、比較例の２０個の磁気センサのピーク出力電圧の平均は、１．１９Ｖで、σは０．１２０（１０．１％）であった。
【００２６】
以上のように、本発明の実施例の磁気センサは、比較例のものに比べて感度が高く特性のバラツキも小さいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直交フラックスゲート方式の磁気センサの概略図である。
【図２】本発明の磁性体層の向きとアモルファス箔の向きを説明する図である。
【図３】アモルファス箔に生ずる欠陥を説明するための図である。
【図４】従来の磁性体層の向きとアモルファス箔の向きを説明する図である。
【図５】実施例の磁気センサの特性のバラツキを示すヒストグラム図である。
【図６】比較例の磁気センサの特性のバラツキを示すヒストグラム図である。
【符号の説明】
１０磁性体層
１２電源回路
１４検出巻線
１６ピーク検出回路

Claims

アモルファス合金で形成された細長い磁性体層、およびこの磁性体層に巻回されたコイルで構成された検出巻線を備え、前記磁性体層の長手方向にパルス状励磁電流を流すことによって、この磁性体層の透磁率を時間変化させ、外部磁界に比例した電気信号を、前記検出巻線から検出する磁気センサにおいて、前記磁性体層の長手方向が、冷却された高速回転金属体ロールに溶融金属を流すことによって得られたアモルファス磁性体箔の長手方向に沿っていることを特徴とする磁気センサ。
前記アモルファス合金がＣｏ系アモルファス合金である請求項１の磁気センサ。
前記磁性体層の長手方向と前記アモルファス磁性体箔の長手方向とのなす角θが４５度以内である請求項１または２の磁気センサ。
前記角θは、磁性体層の長さをｌ、幅をｗとしたとき、
式ｔａｎθ＝ｗ／ｌ
を満足するθの値以下である請求項３の磁気センサ。