JP3701080B2

JP3701080B2 - 磁気インピーダンス効果素子

Info

Publication number: JP3701080B2
Application number: JP16419796A
Authority: JP
Inventors: 克裕川島; 修司上埜; 勇小笠原
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH1010215A

Description

【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に関するものであり、さらに詳しくは、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ー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。
【０００２】
【従来の技術】
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。そして、これらの各機器の小型化を達成するために、磁気ヘッドに代表される各種磁気センサーについても小型高性能化が指向されるようになっている。
このような背景から、磁気抵抗素子を磁気ヘッドとして用いる動きが見られるようになっており、機器の小型化が一層押し進められてきた。しかし、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、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ガウス以上と大きいため感度に問題があった。
そこで、磁気抵抗素子より優れた感度を示す磁気素子の開発が行われ、特開平７−１８１２３９号公報により新しいマイクロ磁気素子として磁気インピーダンス効果素子が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報により提案されている磁気インピーダンス効果素子は、高周波の交流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である．
図４に上記公報に基づく磁気インピーダンス効果型素子の回路接続例を示す。図４中、磁性体１は交流電流源８より交流電流が通電され、磁性体１より誘導された電圧は接続する電線部より磁気インピーダンス効果出力電圧１２として得られる。通電する交流電流が磁性体に表皮効果が起きない低周波の場合は図１に示す様な回路部分に固定抵抗９、可変抵抗１０及びオペアンプ１１が必要であるが、通電する磁性体に表皮効果が生じるような高周波電流ではこれらの固定抵抗９、可変抵抗１０及びオペアンプ１１は不要である。上記公報によれば、磁性体１には直径が３０〜１２４μｍ、長さが１〜５．５ｍｍの非晶質磁性線を用いることが記載されている．
【０００４】
しかし、本発明者らが、上記公報の開示に基づき、磁気インピーダンス効果素子を用いた磁気素子を作製するために、直径が３０μｍ、長さが３ｍｍの非晶質磁性線を用いてハンダ付けにより素子の組立を行うと、直径が非常に細い磁性線と通電回路や電圧検出回路等の外部回路との接続が困難で作業性が悪く、組立に時間がかかったり、時には外部回路と良好な接続が得られない場合も生じるという問題が明らかになった。
また、磁気インピーダンス効果素子の特性を改善するためにコイルを磁性体の周囲に巻く場合、非晶質磁性線をガラス細管中に配置し、ガラス管上にコイルを巻くという非常に煩雑な作業を行わなければならず、コイルを容易に磁性体の周囲に形成できないという問題もあった。
本発明は、通電回路や電圧検出回路等の外部回路と容易に接続が可能な、いわゆる回路実装可能な構造を有し、かつコイルを磁性体の周囲に容易に形成できるような磁気インピーダンス効果素子を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、磁気インピーダンス効果素子の基本構造である磁性体と磁性体に接続する電極部分とを樹脂により被覆し、電極と接続された外部接続用端子を設けることにより、通電回路や電圧検出回路等の外部回路と容易に接続が可能であり、かつ、磁性体の周囲にコイルが容易に形成できる構造を有する磁気インピーダンス効果素子が得られるという事実を見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、時間的に変化する電流を磁性体に印加することによって生じる周方向の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インピーダンス効果素子において、磁性体とその磁性体に接続された導電性金属の電極とが樹脂により被覆され、その磁性体の周囲をボビン形状の樹脂で被覆されてなり、かつ、それぞれの電極と接続された外部接続用端子を備えてなることを特徴とする磁気インピーダンス効果素子を要旨とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
本発明における磁気インピーダンス効果素子は、時間的に変化する電流を磁性体に印加することによって生じる電圧を、印加磁界の大きさに応じて外部に出力させるものであり、簡単な構造で優れた感度を示す小型磁気素子を実現するものである。
図１は、本発明の磁気インピーダンス効果素子の一例を示す斜視図である。図１に示すように、磁性体１に導電性金属からなる電極２が接続されており、さらに、両者が樹脂５で被覆されている。そして、それぞれの電極２と接続された外部接続用端子２（この場合、電極２を構成する導電性金属の一部が外部接続用端子を兼ねている）が被覆樹脂の外側に出た構成になっている。また、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、必要に応じてコイル用端子３を備えていてもよい。
【０００７】
本発明に用いられる磁性体１としては、５ｍＯｅ、１ｋＨｚの励振磁界における透磁率が１０００以上の高透磁率金属材料であることが好ましく、磁性体の結晶構造（結晶質・非晶質）、合金組成又は形状は特に限定されるものではない。例えば、本発明に用いられる磁性体１として、磁気インピーダンス効果が顕著に認められる高透磁率非晶質金属材料からなる細線、薄帯、薄膜を用いることができ、その中でも、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂを主成分とする非晶質金属材料は、５ｍＯｅ、１ｋＨｚの励振磁界における透磁率が１００００以上の高透磁率材料として細線、薄帯、薄膜のいずれの形状のものでも容易に得られることから、本発明の磁性体１としては特に好ましい。
【０００８】
本発明においては、磁性体１に導電性金属からなる電極２が接続されていることが必要であり、本発明でいう接続とは、磁性体１と電極２とがオーミックコンタクトがとれるように接続されていることをいう。両者の接続方法としては、図１に示すようなハンダ４による接続や、抵抗溶接法等、種々の方法が用いられる。
本発明における電極２を構成する導電性金属としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル等の金属あるいはそれらの合金を用いることができるが、その中でも銅合金や鉄合金からなるリードフレーム材料を用いることが望ましい。
【０００９】
なお、外部接続用端子２としては、図２に示すように電極２を構成する導電性金属の一部が被覆樹脂の外側に出ているものでも、電極２と接続された導電性材料が被覆樹脂の外側に出ているものでもよい。この外部接続用端子２を備えることにより、通電回路や電気検出回路等の外部回路と本発明の素子との接続を容易にかつ良好に行うことができ、回路実装可能な磁気インピーダンス効果素子が実現される。そして、これにより、本発明の磁気インピーダンス効果素子を構成する磁性体１に通電電流を印加したり、磁性体１から発生する電圧を外部に出力することが容易に行えるようになる。
【００１０】
さらに、本発明においては、磁性体１とその磁性体に接続された導電性金属の電極２とが樹脂５により被覆されていることが必要である。本発明に用いられる樹脂５としては、電気絶縁性に優れた種々の合成高分子のものを用いることができ、種々の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が利用できるが、中でも射出成形が可能で、ＡＳＴＭＤ６４８（１８．６ｋｇ／ｃｍ²）による熱変形温度が１５０℃以上である樹脂が好ましく、熱変形温度が２００℃以上であることがさらに望ましい。また、ガラスや酸化物などの無機物繊維や無機物粒子を含む樹脂を用いることもできる。本発明に用いられる樹脂５としては、例えば、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド等があげられる。
【００１１】
また、本発明における樹脂５の被覆層は、磁性体１の周囲に０．１〜５ｍｍの厚さで磁性体１の一部もしくは全部を被覆するボビン形状の部分を有していることが好ましい。
本発明においては、磁性体１の周囲をボビン形状の樹脂で被覆することにより、このボビン形状の部分にコイルを巻き付けることができ、所望の特性を有する磁気インピーダンス効果素子を実現することができる。このように、素子の設計上コイルを磁性体の周囲に配置した構成をとる場合には、図１に示すごとく導電性材料からなるコイル用端子３を備えることが望ましい。
また、磁性体に接続された電極部分にも樹脂が被覆されていることにより、素子が高温下に曝され、かつハンダが溶融状態であっても、電極部分を覆っている樹脂によりハンダの広がりが規制される。また、温度差の激しい熱環境下であっても、常に良好な電気接続が図れる。
【００１２】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、所望の特性と形状を有する磁性体を用いて、磁性体と電極とをハンダ付けなどにより接続した後、電極と接続した外部接続用端子と、必要に応じてコイル用端子を設け、射出成形技術などを利用して磁性体と電極とを樹脂で被覆することにより製造される。したがって、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、種々の電極接合技術や樹脂被覆・成形技術を組み合わせて製造することができる。なお、電極、外部接続用端子、コイル用端子として導電性の良好なリードフレーム金属材料を用い、磁性体をリードフレーム上にハンダ接続した後に、金型を用いて樹脂を射出成形により被覆する方法は、本発明の磁気インピーダンス効果素子の製造方法として特に好ましいものである。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
実施例１
磁性体１としては、合金組成が（Ｃｏ_0.94Ｆｅ_0.06）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅（数字は原子％を表す）で急冷材から冷間線引き工程を経た直径が３０μｍの非晶質磁性細線をさらに４７５℃の温度下で１５秒間熱処理を施した非晶質磁性細線を使用した。また、外部接続用端子を兼ねる電極２（外部接続用端子２を兼ねる）とコイル用端子３には、真鍮を母体とし下地に銅メッキを上層にハンダメッキを施した厚さ０．５ｍｍのリードフレームを用いた。ここで電極間距離は３ｍｍとした。磁性体１と接続する電極部分は、縦０．５ｍｍ、横１．０ｍｍの長方形になっており、非晶質磁性細線と電極２との接続はハンダ４（ＫＲ−１９、日本アルミット社製）を用いて行った。
次いで、非晶質磁性細線を接続したリードフレームを成形金型の所定場所に設置し、溶融した樹脂を金型に約３００℃で射出することにより、非晶質磁性細線、電極２（外部接続用端子２を兼ねる）、電極接続部（ハンダ）４及びコイル用端子３の一部を樹脂５で被覆し、外部接続用端子２とコイル用端子３が被覆樹脂５の外側に出るようにして、図１に示すような本発明の磁気インピーダンス効果素子を作製した。なお、樹脂５としては、液晶ポリエステル（ロッドランＬＣ５０００シリーズ、ユニチカ社製）を用い、非晶質磁性細線の周辺部の樹脂による被覆層が厚さ５ｍｍのボビン形状になるように作製された成形金型を用いた．
【００１４】
次に、作製した磁気インピーダンス効果素子を、内径５ｃｍのソレノイドコイル中に配置し、図４と同様の回路構成にて周波数１００ｋＨｚ、電流５ｍＡの交流電流を磁気インピーダンス効果素子に印加した。そして、ソレノイドコイルに振幅５Ｏｅ、周波数６０Ｈｚの三角波を発生させて磁気インピーダンス効果素子に外部磁界をかけ、磁性体１より発生する電圧から磁性体内の電気抵抗分をキャンセルした後の電圧を、磁気インピーダンス効果出力電圧１２として測定した。なお、ここで用いられた図４に示す回路は、周波数１００ｋＨｚの交流電流５ｍＡの交流電流源８、１０ｋΩの固定抵抗９、１００Ωの可変抵抗１０及びＬＣ６３６１系のオペアンプ１１から構成されている。
測定された結果を図２に示す。図２の横軸は外部磁界（Ｏｅ）を、縦軸は磁気インピーダンス効果出力電圧（ｍＶ）を示す。
図２より、本発明の磁気インピーダンス効果素子は磁界変化に対し優れた感度を示すことが明らかである。また、図２には樹脂で被覆する前の磁気インピーダンス効果素子の特性も併せて示しているが、本発明の磁気インピーダンス効果素子は樹脂被覆を行わない場合と同様の優れた磁気インピーダンス効果を示すことが確認された。
【００１５】
さらに、前記の方法で作製した本発明の磁気インピーダンス効果素子では、非晶質磁性細線の周囲に形成された樹脂の被覆層（ボビン形状の部分）を利用して巻線が可能であり、図３に示すごとく、０．１ｍｍ径のウレタン被覆銅線６を用いたコイルを容易に形成することができた。なお、ここで銅線端部７はコイル用端子３に巻き付けられて，ハンダにより端子３に接続される。
また、本発明による磁気インピーダンス効果素子は、外部接続用端子や必要に応じてコイル用端子が備えられていることから、回路基盤の各種ランド部分に外部接続用端子やコイル用端子を容易に接続することが可能であり、種々の回路基盤上にハンダリフロー法等を用いて容易に実装することが可能であった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、通電回路や電圧検出回路等の外部回路と容易に接続が可能であり、電子部品に容易に実装することが可能となる。また、磁性体の周囲にコイルが容易に形成でき、優れた特性を有する磁気インピーダンス効果素子が得られる。したがって、種々の用途に用いられる磁気センサーの仕様に対し、所望の特性を有した磁気インピーダンス効果素子が容易に実現でき、磁気素子として非常に応用性・汎用性の高い磁気インピーダンス素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気インピーダンス効果素子の一例を示す斜視図である。
【図２】外部磁界に対する磁気インピーダンス出力電圧を示す特性図である。
【図３】本発明の磁気インピーダンス効果素子にコイル巻線を施した素子の一例を示す概略図である。
【図４】磁気インピーダンス効果素子に通電、電圧検出をするための回路を示す図である。
【符号の説明】
１磁性体
２電極、外部接続用端子
３コイル用端子
４ハンダ
５樹脂
６銅線
７銅線端部
８交流電流源
９固定抵抗
10 可変抵抗
11 オペアンプ
12 磁気インピーダンス効果出力電圧

Claims

時間的に変化する電流を磁性体に印加することによって生じる周方向の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インピーダンス効果素子において、磁性体とその磁性体に接続された導電性金属の電極とが樹脂により被覆され、その磁性体の周囲をボビン形状の樹脂で被覆されてなり、かつ、それぞれの電極と接続された外部接続用端子を備えてなることを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。