JP4596136B2

JP4596136B2 - 大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法、パルス発生素子及びパルス発生装置

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Publication number: JP4596136B2
Application number: JP2005012102A
Authority: JP
Inventors: 晋阿部; 志郎河野; 正森
Original assignee: 正森; 晋阿部; 志郎河野
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006198651A

Description

本発明は感磁要素とパルス発振子に係り、特に大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法、同製造方法によるパルス発生素子及び同パルス発生素子を用いたパルス発生装置に関する。

従来、電磁ピックアップ型やホール効果型センサ並びに、複合磁性線型即ち、強磁性体にひねり応力を加えた感磁要素とその近くに配置された検出コイルからなり、前記感磁要素において正方向の磁界が閾値に達した瞬間のバルクハウゼンジャンプにより検出コイルにパルス電圧を発生させるものがあった。そして、上記複合磁性線の製法は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、及びＮｉ等の合金線に対して繰り返しひねり応力を加えた後、電流による通電熱処理を行い製作していたものがあった。
特願昭５９−１２１４２号公報特願昭６１−１１３７９号公報特願昭６２−３１５２８号公報

しかしながら、前記電磁ピックアップ型は、移動速度によって誘起電圧が異なり複雑な信号処理回路を要し、また、ホール効果型センサは、鋭いパルス信号が得られずさらに、外部磁界の影響を受け易いため複雑な処理回路を要した。
そして、従来の複合磁性線型は、先ず、強固な一軸異方性が付与されているため、第１の磁界は磁性線を飽和まで磁化する必要があり、
次ぎに第２の磁界として、第１の磁界とは逆の方向に印加磁界の大きさを厳密に制御しなければならず、
例えば、回転側に逆極性で取り付けた永久磁石からの磁界を複合磁性線に非対称で印加しようとしたとき、磁石の大きさを変える必要があり、通常第１の磁界は６０（Ｏｅ）以上、第２の磁界は２０（Ｏｅ）程度で約３倍以上の非対称でなければならない。
また、パルス信号は検出コイルの１ターン当たり１．５ｍＶ〜２ｍＶ程度であり、応用範囲を広げるためにはさらに大きなパルス電圧が要求されるため、適用範囲が限定され実用化に問題があった。
本件では、前記課題を解決し、広範囲な応用分野を開発できるパルス発生素子及びパルス発生装置を提供する。

上記に鑑み本発明者等は鋭意実験研究の結果下記の手段により課題を解決した。
〔１〕大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法であって、芯材を鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びバナジウム（Ｖ）を主成分とする強磁性の金属リボン材でに管状に被包しながらダイスを通し、次いで同芯材を金属リボン材で管状に被包したクラッドワイヤを、複数段のダイスを通し、そして前記各ダイス間で加熱処理を加え、かつ同加熱処理は前記管状体の表層部のみに加えて、線引きする工程と、
前記線引きして得られたクラッドワイヤに対して時計方向及び半時計方向に交互にひねりを加えるひねり加工を複数回行う工程とが、採用され、かつ、上記線引き工程が、前記強磁性の金属リボン材で被包された芯材を第１のダイスで線引きする第１次伸線工程と、前記第１次伸線工程を施したクラッドワイヤに前記管状体の表層部のみに加熱処理を加える第１次加熱処理工程と、該第１次加熱処理工程を終えたクラッドワイヤを、第２のダイスで線引きする第２次伸線工程と、該第２次伸線工程を施したクラッドワイヤに前記管状体の表層部のみに加熱処理を加える第２次加熱処理工程とからなる、ことを特徴とする大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。

〔２〕前記芯材が、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）あるいはそれらの合金からなる強磁性金属からなることを特徴とする前項〔１〕に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
〔３〕前記芯材が、（１）ガラス繊維、（２）耐熱性プラスチック、（３）炭素繊維、及び（４）耐熱性金属から選択される１又は２以上であることを特徴とする前項〔１〕に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
〔４〕前記線引き工程が第２次伸線工程と第２次加熱処理工程とが施された後、
さらにｎ次伸線工程とｎ次加熱処理工程が追加して施されることを特徴とする前項〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
〔５〕クラッドワイヤからなる大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子であって、該パルス発生素子は、芯材を鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びバナジウム（Ｖ）を主成分とする強磁性の金属リボン材で被包しながらダイスを通し、次いで同芯材を金属リボン材で管状に被包したクラッドワイヤを、複数段のダイスを通し、そして前記各ダイス間で加熱処理を加え、かつ同加熱処理は前記管状体の表層部のみに加えて、線引きする工程と、前記線引きして得られたクラッドワイヤに対して時計方向及び半時計方向に交互にひねりを加えるひねり加工を複数回行う工程と、前記ひねり加工工程を終えたクラッドワイヤを短尺に切断する工程を経て作製されたものであることを特徴とする、大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子。

〔６〕前記芯材が、（１）鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）あるいはそれらの合金からなる強磁性金属、（２）ガラス繊維、（３）耐熱性プラスチック、（４）炭素繊維、及び（５）耐熱性金属から選択される１又は２以上であることを特徴とする前項〔５〕に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子。
〔７〕前項〔５〕又は〔６〕に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子と、前記パルス発生素子の長さ方向に永久磁石あるいは励磁コイルによって対称交流磁界を印可する手段と、同パルス発生素子の前記磁界中における起電力の急激な変化を検出する手段とを有し、交流磁界の変化速度に無関係にパルス発生素子の磁束変化を検出して、パルスを発生させるようにしたことを特徴とするパルス発生装置。
〔８〕大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子が、前項〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の方法で製造されたパルス発生素子用のクラッドワイヤを短尺に切断して作製されたものであることを特徴とする前項〔７〕に記載のパルス発生装置。

従来、クラッドワイヤの製造方法は、クラッド材をパイプ状にして、その中に芯材を入れて引き抜き加工して伸線するのが主流であったが、適合する合金のパイプが少なくかつ高価で入手が困難であり、また、工程が細いパイプの中に芯線を通すため長尺のクラッドワイヤが得難く、通電による熱処理や、ひねり加工も特殊の手段を必要とした。
本発明によれば、クラッド材はリボン状であり入手が容易でかつ安価であり、
また、クラッド後リボン材が剥がれることなく製造することができ、さらに、長尺のクラッドワイヤも容易に得ることができる。

また本発明により製造されたクラッドワイヤは、任意の寸法に短く切断し、大バルクハウゼンジャンプを発現させるパルス発生素子とすることができる。

さらに、本発明のパルス発生装置は、
前記の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子と、前記パルス発生素子の長さ方向に永久磁石あるいは励磁コイルによって対称交流磁界を印可する手段と、同パルス発生素子の前記磁界中における起電力の急激な変化を検出する手段とを有し、交流磁界の変化速度に無関係にパルス発生素子の磁束変化を検出して、パルスを発生させるようにしたため、
極めて遅い直線移動あるいは低速度回転でも、クラッドワイヤの磁化反転速度には無関係に一定のパルス電圧を検出することが可能であり、高い分解能を与えることができる。
そして、例えば、検出コイル１ターン当たり１０ｍｖ以上の大きな電圧を得ることができ、また無電源で動作するため、電子機器や自動制御の分野においてその応用範囲を著しく拡大させることができる。

本発明を実施するための形態を以下図面及び図表に基づいて説明する。
図１は本発明のクラッドワイヤの外観図で、（イ）は左側面図、（ロ）は正面外観斜視図である。
図において、１はクラッドワイヤ、２は芯材、３はクラッド後のリボン材を示す。
図２は芯材の外観図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図を示す。
図３はリボン材のクラッド前の外観図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図を示す。

図１のクラッドワイヤの正面外観斜視図に示したように、芯材２はクラッド後のリボン材３によってクラッドされている。
図２の（イ）の芯材は、円柱状のコア線で、素材は前記Ｆｅ又はＮｉあるいはそれらの合金からなる０．１〜０．９ｍｍφの細線である。
あるいは、前記の素材はガラス繊維、耐熱性プラスチック、炭素繊維、及び耐熱性金属でもよい。
図３のリボン材３’は、クラッド前はリボン状の薄板で、素材はＦｅ、Ｃｏ、及びＶを主成分とする合金（バイカロイ）である。
この、組成比率は、Ｆｅ（鉄）５０％、Ｃｏ（コバルト）４０％、Ｖ（バナジウム）１０％が好ましい。
大きさは例えば、０．１４ｍｍφの芯材（コア線）をクラッド加工するためのリボン材３’は、幅（ｗ）１．０３ｍｍ×厚さ（ｔ）０．０６ｍｍ×長さ（ｌ）は長尺である。

次ぎに、クラッドワイヤの製造法について説明する。
図４はクラッドワイヤ製造第１工程の説明図で、
（イ）はリボン材の準備工程、（ロ）はリボン材と芯材の合成工程、（ハ）はクラッド工程を示す。
図において、４はダイス（治具）の半断面、７は通線孔、８は線引きの方向を示す。
最初にリボン材３’の先端を鋭角に加工して、図のようにダイス４の、入り口が大で出口が小さい通線孔７に通してパイプ状に形成した後芯線２を中に通す、（イ）〜（ロ）図。
次ぎに、前記パイプ状になったリボン材３とその中に通された伸線２とを掴持して線引きの方向８のように引っ張る、（ハ）図。

図５は伸線工程を示す模式図である。
図において、５は２段目のダイス、６は３段目のダイスを示す。
前記第１工程においてクラッドされたクラッドワイヤ１は、伸線されて２段目のダイス５により径を縮小、伸線され、さらに３段目のダイス６により径を縮小、伸線される。
そして、前記の過程で、中間の加熱処理並びにひねり加工が行われる。

図６はクラッドワイヤ作製のフローチャートである。
図において、９はクラッド後、１０は伸線第１工程、１１は中間熱処理第１工程、１２は伸線第２工程、１３は中間熱処理第２工程、１４はひねり加工工程、１５はひねり回数とひねり方向、１６は完成を示す。
前述の第１工程においてクラッドされたクラッドワイヤは、クラッド後９から
伸線第１工程１０（図５ダイス４〜５の間）において、０．４０５ｍｍφ〜０．３８４ｍｍφまで伸線された後、中間熱処理第１工程１１において９００℃／５ｍ／ｍｉｎ（９００℃にて、５ｍを１分間）加熱処理する。
この加熱処理は、例えばトンネル型の電気炉の中心を前記クラッドワイヤを連続通過させるかあるいは通電による熱処理で行うことができる。
その後伸線第２工程１２（図５ダイス５〜６の間）において０．３８４ｍｍφ〜０．２３９ｍｍφまで伸線された後、中間熱処理第２工程１３において９００℃／５ｍ／ｍｉｎ（９００℃にて、５ｍを１分間）加熱処理する。この加熱処理は、前記と同様である。

前記中間熱処理第２工程１３の後、ひねり加工工程１４を行う。
この詳細は、事例として、ひねり回数とひねり方向１５に示したように、クラッドワイヤ３ｍに対して、時計方向（ｃｗ）にひねり回数５００回の後、反時計方向（ｃｃｗ）に１０００回ひねり、次いで前記ｃｗに１２００回ひねった後に、ｃｃｗに１２００回ひねり、さらにｃｗに１４３５回ひねって完成１６する。
このひねり加工は、例えばクラッドワイヤの一端を固定し、他端をモータ等の軸にチャックし、正逆に回転させてもよい。

前記の中間の加熱処理は、伸線時にクラッドワイヤの表面層に残留した応力を取り除くためのものであり、その温度と時間は誘発パルスの電圧の大きさに大きく影響する。
また、繰り返しねじってワイヤ内部に歪み応力を与え、外観的にはねじり戻した状態でも、その磁気異方性の変化を保持することが知られているが、
前記加熱処理の工程並びにひねり回数とひねり方向については、知見の結果により実施される。
以上のようにして、大バルクハウゼンジャンプを発生させるパルス発生素子を製造することができる。

次ぎに、前記大バルクハウゼンジャンプが発現する前記クラッドワイヤの磁界の変化を検出する測定手段と、取得データについて説明する。
図７は測定時の機器の構成図で、
図のようにロータ側に逆極性で配置した永久磁石と検出コイルに挿入したクラッドワイヤとからなる。
図において、１７は検出コイル、１８はコイル端末引き出し線、１９はロータ、２０は永久磁石ＡのＮ極、２１は同Ｓ極、２２は永久磁石ＢのＮ極、２３は同Ｓ極、２４は回転方向を示す。
上記、永久磁石のＡ及びＢの寸法＝９（ｌ）×５（ｗ）×２．５（ｔ）ｍｍ、検出コイルの長さ＝１０ｍｍ、捲数＝３０００Ｔ、コイル側面と磁石側面との距離＝５ｍｍ、クラッドワイヤの形状：長さ＝３０ｍｍ、線径＝０．２５５ｍｍφを使用した。
測定は検出コイルの両端にオシロスコープを接続して、誘起パルス電圧の波形と電圧を測定した。

図８に測定機器の構成を示す。
図において、２５は発信器、２６は電力増幅器、２７は励磁コイル引き出し線、２８は励磁コイル、２９はボビン、３０はオシロスコープを示す。
定量的には図８のように励磁コイル２８を用いて測定する。
励磁コイルは、長さ＝１０ｍｍ、中心磁界＝２５（Ｏｅ）／Ａで、該励磁コイル２８の中に検出コイル１７を挿入して測定する。

図９はクラッドワイヤの出力波形である。
前記ロータ１９（図７）の永久磁石を回転して計測する。回転数は１２０（ｒｐｍ）である。
前記のように永久磁石Ａ及びＢは各Ｓ及びＮ極（２０〜２３）を有しているので、ロータ１９の１回転で正負（＋−）のパルス電圧がそれぞれ２パルス発生する。
本図は正負の発生電圧の全体を観測したもので、縦軸は正負（＋−）の電圧、横軸は時間軸である。
図のように、ロータ１９が１回転中（２５０ｍｓ／ｄｉｖに設定）に、電圧３０Ｖの正負それぞれ２パルスが発生している。

図１０は正パルスの拡大図で、横軸の時間軸を１０μｓ／ｄｉｖに拡大した。図のように、幅約１０μｓ、電圧３０Ｖの正のパルスが計測される。
図１１は負パルスの拡大図で、横軸の時間軸を１０μｓ／ｄｉｖに拡大した。図のように、幅約１０μｓ、電圧３０Ｖの負のパルスが計測される。

本発明のクラッドワイヤの外観図芯材の外観図リボン材のクラッド前の外観図クラッドワイヤ製造第１工程の説明図伸線工程を示す模式図クラッドワイヤ作製のフローチャート測定時の機器の構成図測定機器の構成クラッドワイヤの出力波形正パルスの拡大図負パルスの拡大図

符号の説明

１：クラッドワイヤ
２：芯材
３：クラッド後のリボン材
３’：リボン材
４：ダイスの半断面
５：２段目のダイス
６：３段目のダイス
７：通線孔
８：線引きの方向
９：クラッド後
１０：伸線第１工程
１１：中間熱処理第１工程
１２：伸線第２工程
１３：中間熱処理第２工程
１４：ひねり加工工程
１５：ひねり回数とひねり方向
１６：完成
１７：検出コイル
１８：コイル端末引き出し線
１９：ロータ
２０：永久磁石ＡのＮ極
２１：同Ｓ極
２２：永久磁石ＢのＮ極
２３：同Ｓ極
２４：回転方向
２５：発信器
２６：電力増幅器
２７：励磁コイル引き出し線
２８：励磁コイル
２９：ボビン
３０：オシロスコープ

Claims

大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法であって、
芯材を鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びバナジウム（Ｖ）を主成分とする強磁性の金属リボン材で被包しながらダイスを通し、次いで同芯材を金属リボン材で管状に被包したクラッドワイヤを、複数段のダイスを通し、そして前記各ダイス間で加熱処理を加え、かつ同加熱処理は前記管状体の表層部のみに加えて、線引きする工程と、
前記線引きして得られたクラッドワイヤに対して時計方向及び半時計方向に交互にひねりを加えるひねり加工を複数回行う工程とが、採用され、
かつ、上記線引き工程が、前記強磁性の金属リボン材で被包された芯材を第１のダイスで線引きする第１次伸線工程と、
前記第１次伸線工程を施したクラッドワイヤに前記管状体の表層部のみに加熱処理を加える第１次加熱処理工程と、
該第１次加熱処理工程を終えたクラッドワイヤを、第２のダイスで線引きする第２次伸線工程と、
該第２次伸線工程を施したクラッドワイヤに前記管状体の表層部のみに加熱処理を加える第２次加熱処理工程とからなる、ことを特徴とする大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
前記芯材が、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）あるいはそれらの合金からなる強磁性金属であることを特徴とする請求項１に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
前記芯材が、（１）ガラス繊維、（２）耐熱性プラスチック、（３）炭素繊維、及び（４）耐熱性金属から選択される１又は２以上であることを特徴とする請求項１に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
前記線引き工程が第２次伸線工程と第２次加熱処理工程とが施された後、
さらにｎ次伸線工程とｎ次加熱処理工程が追加して施されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子用のクラッドワイヤの製造方法。
クラッドワイヤからなる大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子であって、該パルス発生素子は、
芯材を鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びバナジウム（Ｖ）を主成分とする強磁性の金属リボン材で被包しながらダイスを通し、次いで同芯材を金属リボン材で管状に被包したクラッドワイヤを、複数段のダイスを通し、そして前記各ダイス間で加熱処理を加え、かつ同加熱処理は前記管状体の表層部のみに加えて、線引きする工程と、
前記線引きして得られたクラッドワイヤに対して時計方向及び半時計方向に交互にひねりを加えるひねり加工を複数回行う工程と、前記ひねり加工工程を終えたクラッドワイヤを短尺に切断する工程を経て作製されたものであることを特徴とする、大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子。
前記芯材が、（１）鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）あるいはそれらの合金からなる強磁性金属、（２）ガラス繊維、（３）耐熱性プラスチック、（４）炭素繊維、及び（５）耐熱性金属から選択される１又は２以上であることを特徴とする請求項５記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子。
請求項５又は６に記載の大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子と、前記パルス発生素子の長さ方向に永久磁石あるいは励磁コイルによって対称交流磁界を印可する手段と、同パルス発生素子の前記磁界中における起電力の急激な変化を検出する手段とを有し、
交流磁界の変化速度に無関係にパルス発生素子の磁束変化を検出して、パルスを発生させるようにしたことを特徴とするパルス発生装置。
大バルクハウゼンジャンプ発現性パルス発生素子が、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法で製造されたパルス発生素子用のクラッドワイヤを短尺に切断して作製されたものであることを特徴とする請求項７に記載のパルス発生装置。