JP6514515B2 - 起電力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、交番磁界を磁性体に印加することにより、磁性体に大バルクハウゼン効果による磁性変化を起こさせ、磁性体の磁性変化を利用してコイルに起電力を発生させる起電力発生装置に関する。

従来から、大バルクハウゼン効果による磁性体の磁性変化（磁気特性の変化）を利用して、コイルに起電力（パルス信号）を発生させる起電力発生装置（パルス信号発生装置）は知られている。例えば、下記特許文献１には、磁性体の構造としてワイヤタイプを採用した起電力発生装置が示されている。この起電力発生装置においては、バイカロイ合金をワイヤ素材として用い、伸線処理及び熱処理を交互に行うことにより、長手方向に異方性をもちかつ外周部分と中心部分で保磁力が異なる２層構造である、すなわち異方性でありかつ２つの保磁力である磁気特性をもつワイヤベースをまず用意する。そして、このワイヤベースに、容易軸方向の一端から他端に向けてコイルを巻き回す。この場合、ワイヤベースは、外部から印加される磁界を変化させると、大バルクハウゼン効果により、磁区構造の転移及び磁化反転を誘発して磁性変化を起こす。したがって、コイルは、ワイヤベースの磁性変化により、すなわち外部から印加される磁界の変化により、パルス信号を出力する。したがって、この起電力発生装置は、交番磁界の変化を検出する検出装置として用いられる。この場合、交番磁界の磁気履歴を変化させると、磁気履歴に従って正負のパルス信号が出力される。

また、下記特許文献１に係る起電力発生装置においては、前記伸線処理及び熱処理後、前記ワイヤベースに、その一端を固定するとともにその他端を左右交互に所定回数ずつ回転させることにより、捩り加工を施して、前記磁気履歴に従った正負のパルス信号の出力波高値を、出力波高値の大きな方に揃えるようにしている。また、下記特許文献１には、検出コイルのトータル巻線数は３０００回であり、前記揃えられたパルス信号の出力波高値が約７Ｖであることが記載されている。これから、この起電力発生装置においては、パルス信号の出力波高値は検出コイルの１ターン当たり２．５ｍＶと推測される。

また、下記特許文献２，３には、磁性体の構造をワイヤタイプではなく、成膜タイプとした起電力発生装置が示されている。下記特許文献２に示された起電力発生装置は、組成が異なる２種類の材料を成膜することで、異方性でありかつ２つの保磁力である磁気特性をもつ磁性膜を用いている。そして、この起電力発生装置では、パルス信号の出力波高値は検出コイルのトータル巻線数が１００回で３０ｍＶであることが記載されている。これから、この起電力発生装置においては、パルス信号の出力波高値は検出コイルの１ターン当たり０．３ｍＶと推測される。また、下記特許文献３に示された起電力発生装置は、基板上に塗料を部分的に塗布した後、基板上の全面に磁性体である薄膜を堆積させて、すなわち成膜条件の違いによって磁気特性が変化することを利用して、同一組成の材料で異方性でありかつ２つの保磁力である磁気特性をもつ磁性膜を用いている。ただし、下記特許文献３には、パルス信号の出力波高値に関しては、何ら記載されていない。

ここで、下記特許文献１〜３に記載されたパルス信号の発生について簡単に説明しておく。前記ワイヤベース又は前記磁性膜である磁性体の磁気特性は、例えば図２４に示すような「段差のある角形カーブ」である。すなわち、磁性体は、磁界強度±Ｈｃ１と磁界強度±Ｈｃ２の２つの保磁力である磁気特性をもつ。そして、このような磁気特性をもつ磁性体を用いた起電力発生装置においては、まず、印加磁界を磁界強度＋Ｈｃ２より大きくする。その後、負に向かう磁界を印加していくと、印加磁界が磁界強度−Ｈｃ１になったとき、比較的小さな負のパルス信号が発生される。さらに、負の印加磁界を強めて磁界強度−Ｈｃ２に到達する前で止めて、印加磁界を正側に反転させる。この正に向かう印加磁界が磁界強度＋Ｈｃ１になったとき、比較的大きな正のパルス信号が発生される。そして、正の印加磁界を強めて磁界強度＋Ｈｃ２以上とし、印加磁界を負側に反転させる。その後、印加磁界が、磁界強度−Ｈｃ１より大きくかつ磁界強度−Ｈｃ２より小さな負方向の磁界強度と、磁界強度＋Ｈｃ２以上の正方向の磁界強度との間で繰り返し変化させることにより、波高の異なる正負のパルス信号が交互に発生される。この関係において、特に、下記特許文献１では、＋Ｈｃ２以上（−Ｈｃ２以下）の交番磁界を印加することで、±Ｈｃ１のとき、正負の同じ波高のパルス信号が交互に発生されるようにしている。

特開２００６−１１４８５７号公報 特開昭６４−８０１２１号公報 特開平０９−２３２１４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたワイヤタイプの磁性体を用いた起電力発生装置においては、伸長処理及び熱処理を施す工程を複数回行わなければならないと同時に、捩り加工も施す必要があり、製造に手間がかかり、製造コストが非常に高くなるという問題がある。また、このワイヤタイプの起電力発生装置においては、波高値がコイルの１ターン当たり３ｍＶ程度のパルス信号を出力するもので、センシング技術に応用する場合であっても、その適用範囲が限定される。また、パルス信号の面積（波高×半値幅）すなわち電力量が大きいことが必要不可欠であるエナジーハーベスティングに適用することは難しい。さらに、ワイヤ端部の残留磁区と反磁界の影響を軽減するために、ワイヤが３０ｍｍの構造をとるために、起電力発生装置自体が大きくなるという問題もある。

また、上記特許文献２，３に示された成膜タイプの磁性体を用いた起電力発生装置は、製造方法の点では効率的であるが、出力パルス信号の波高値が、前記ワイヤタイプの起電力発生装置と比べると、１０分の１程度しかなく、センシング及びエナジーハーベスティングに用いることも難しいという問題がある。

本発明は前記問題に対処するためになされたもので、その目的は、大きな出力波高値を有するパルス信号を出力させることができる起電力発生装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、交番磁界の印加により大バルクハウゼン効果による磁性変化（磁気特性の変化）を起こす磁性体（１１）と、磁性体の磁性変化によって生じる通過磁束の変化により起電力を発生するコイル（１２）とを備えた起電力発生装置において、磁性体は、異方性でありかつ単一保磁力である磁気特性をもち、磁性体に対して交番磁界が印加される側に、磁性体の容易軸方向の両端部分を覆うように両端部分に対向し、かつ磁性体の容易軸方向の中央部分には対向しないように隙間をあけて、磁性体の保磁力よりも小さな保磁力である軟磁性シート（１３，１３−１，１３−２，１６−１，１６−２）を配置したことにある。

この場合、磁性体は、容易軸方向に長尺状の長方形状であるとよい。また、磁性体は、例えば、半硬磁性特性を示す磁性体からなる。また、磁性体は、例えば、FeCoを含む半硬磁性特性を示す磁性体からなる。この半硬磁性特性を示す磁性体の保磁力は、５エルステッド以上かつ１００エルステッド以下に設定されることが好ましい。さらに、前記保磁力は、５エルステッド以上かつ５０エルステッド以下に設定されることがより好ましい。軟磁性シートが対向していない磁性体の中央部分は、例えば、磁性体の容易軸に直交する方向に延設された２辺を有する方形状である。そして、磁性体の中央部分の２辺間の長さは、磁性体の容易軸長の５０％以下であるとよい。また、交番磁界は、例えば、永久磁石（２３，２４）を磁性体に対して相対移動（回転移動、直線移動など）させることにより、磁性体に印加される。

本発明によれば、後述する試験結果から明らかなように、磁性体の磁気特性は単一保磁力であること、及び軟磁性シートによる磁気シールド機能及び集磁機能により、磁性体の大バルクハウゼン効果によりコイルから出力されるパルス信号の波高値が大きくなるとともに、複数のパルス信号の波高値もほぼ等しくなる。その結果、本発明の起電力発生装置を、物体の回転移動、直線移動などのセンシングに適用した場合、出力されるパルス信号による検出が的確かつ良好に行われるようになるとともに、前記検出の適用範囲が広くなる。また、本発明にかかる起電力発生装置を、上記先行技術１の起電力発生装置に比べて小さく構成できる。さらには、パルス信号の面積（波高×半値幅）すなわち電力量が大きいので、本発明による起電力発生装置を、出力パルス信号を用いたエナジーハーベスティングにも適用することができる。

また、磁性体の保磁力を５エルステッド以上かつ５０エルステッド以下に設定すると、交番磁界の大きさを小さく済ませることでき、交番磁界を永久磁石により発生させる場合には、磁力があまり大きくなく安価な永久磁石を利用できる。さらに、磁性体の保磁力を５エルステッド以上かつ５０エルステッド以下に設定した場合には、軟磁性シートによる磁気シールド機能を高くする必要がなくなり、安価かつ薄い軟磁性シートの利用が可能となる。

また、本発明の他の特徴は、磁性体が絶縁基板（１４）上に成膜された磁性膜であることにある。この場合、コイルは、例えば、絶縁基板と磁性膜の外周に巻き回されている。また、コイルは、絶縁基板上にて、磁性膜の容易軸方向と交差する方向に延びた複数の線状部分を有する導電性膜で構成されていてもよい。これによれば、先行技術１の場合のような複雑な工程を経ずに、簡単かつ安価に本発明の起電力発生装置を製造できる。

また、本発明の他の特徴は、交番磁界は、磁性体に対して、磁性体の容易軸方向の２つの方向に磁性体の飽和磁界以上の磁界をそれぞれ印加するようにしたことにある。これによれば、コイルから正負の２つのパルス信号が得られて、例えば整流などを利用して２つのパルス信号を用いれば、物体の回転移動、直線移動などのセンシングにおける精度が向上する。

また、本発明の他の特徴は、交番磁界は、磁性体に対して、磁性体の容易軸方向の２つの方向のうちの一方の方向に磁性体の飽和磁界以上の磁界を印加し、かつ他方の方向に磁性体の保磁力以上かつ飽和磁界以下の磁界を印加するようにしたことにある。これによれば、前述した正負２つのパルス信号の一方の波高値が無視できる程度に小さくなって、起電力発生装置からは、実質的に正又は負の１つのパルス信号が出力されることになる。その結果、２つのパルス信号を整流することなく、簡単な構成で、起電力発生装置を、物体の回転移動、直線移動などのセンシングに利用できるようになる。

本発明の一実施形態に係る起電力発生装置を、回転検出装置に適用した例を示す概略斜視図である。 （Ａ）は図１の起電力発生装置をコイルを省略して回転装置側から見た正面図であり、（Ｂ）は起電力発生装置の側面図である。 （Ａ）はＦｅＣｏ１μｍの磁性膜の磁化曲線であり、（Ｂ）はＦｅＣｏ３μｍの磁性膜の磁化曲線である。 （Ａ）は各種試験におけるオシロスコープを接続した起電力発生装置と、回転装置との組合わせを示す概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の起電力発生装置及び回転装置の概略平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、試験１のケース１〜３における起電力発生装置からの出力信号波形をそれぞれ示す波形図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、図５の１つの正のパルス信号の拡大波形と、負荷抵抗を接続した追加試験における１つの正のパルス信号の拡大波形とをそれぞれ示す波形図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、試験２の異なる種類の軟磁性シートを用いた場合における起電力発生装置からの１つの出力波形をそれぞれ示す波形図である。 試験３の軟磁性シート間の隙間を異ならせて負荷抵抗値に対する出力パルス信号の出力面積の変化を示す図である。 （Ａ）（Ｂ）は、試験４の軟磁性シートが無い場合におけるパルス信号の波形図である。 （Ａ）は試験５における永久磁石、軟磁性シート及び観測面の位置関係を示す上面図であり、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は試験５の軟磁性シートを設けない場合におけるシミュレーション結果を表す磁束密度の分布状態と磁界の方向を示す図であり、（Ｂ）は試験５の軟磁性シートを設けた場合におけるシミュレーション結果を表す磁束密度の分布状態と磁界の方向を示す図である。 （Ａ）は試験６における軟磁性シートを磁性膜に密着させた状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。 試験７における楔形状の切欠きを設けた磁性膜の形状を示す正面図である。 第１変形例に係る起電力発生装置の概略側面図ある。 第２変形例に係る起電力発生装置の概略正面図ある。 （Ａ）は第３変形例に係る起電力発生装置の絶縁基板、磁性膜及びコイルを示す概略正面図あり、（Ｂ）は第３変形例に係る起電力発生装置の絶縁基板、磁性膜及びコイルの他の例を示す概略正面図ある。 本発明の第１の適用変形例に係り、起電力発生装置を直動検出装置に適用した例を示す概略斜視図である。 本発明の第２の適用変形例に係り、起電力発生装置を直動検出装置に適用した他の例を示す概略斜視図である。 本発明の第３の適用変形例に係り、起電力発生装置を回転検出装置に適用した他の例を示す概略斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、前記第３の適用変形例における起電力発生装置からの出力信号波形をそれぞれ示す波形図である。 本発明の第４の適用変形例に係り、起電力発生装置を直動検出装置に適用した他の例を示す概略斜視図である。 本発明の第５の適用変形例に係り、起電力発生装置を直動検出装置に適用した他の例を示す概略斜視図である。 前記第５の適用変形例に係る磁性膜の磁界の変化を説明するために、永久磁石からの磁束線を描いたシミュレーション図である。 異方性でありかつ２つの保磁力である磁気特性をもつ磁性体の磁化曲線である。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る起電力発生装置（パルス信号発生装置）１０を、回転装置２０の回転検出に適用した例を示す概略斜視図である。図２（Ａ）は、コイル１２を省略して起電力発生装置１０を回転装置２０側から見た正面図である。図２（Ｂ）は、起電力発生装置１０の側面図である。本明細書では、図示上下方向及び左右方向をそれぞれ起電力発生装置１０及び回転装置２０における上下方向及び左右方向として説明する。

まず、起電力発生装置１０を物体の回転検出に適用した例について概略的に説明する。起電力発生装置１０は、磁性膜１１、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を備えている。磁性膜１１は、交番磁界の印加により磁化反転が誘発されて、この磁化反転による起電力、すなわち大バルクハウゼン効果によりコイル１２に起電力を発生させる磁性体である。磁性膜１１は、異方性（磁気異方性）でありかつ単一保磁力である磁気特性をもち、絶縁基板１４上に設けられている。

コイル１２は、磁性膜１１の容易軸方向の一端から他端に向けて、磁性膜１１及び絶縁基板１４の外周に磁性膜１１の容易軸方向（図示上下方向）に直交する方向に対して僅かに傾けて巻き回されて、その両端を磁性膜１１の容易軸方向の両端部近傍に位置させている。そして、コイル１２は、磁性膜１１の磁化反転（大バルクハウゼン効果）によって生じるコイル１２内を通過する磁束の変化により、起電力（パルス信号）をその両端から出力する。軟磁性シート１３−１，１３−２は、それぞれ長方形状に形成され、コイル１２の右側に、磁性膜１１の上部分及び下部分を覆うように上部分及び下部分にそれぞれ対向して配置され、磁性膜１１の中央部分には隙間が設けられている。すなわち、軟磁性シート１３−１，１３−２は、磁性膜１１に対して、永久磁石２３，２４による交番磁界が印加される側に位置する。そして、軟磁性シート１３−１，１３−２は、後述する永久磁石２３，２４による磁性膜１１に対する磁界の印加に対して、磁気シールド機能及び集磁機能を発揮するものである。これらの磁性膜１１、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２については詳しく後述する。

起電力発生装置１０の右側には、回転装置２０が設けられている。回転装置２０は、回転物体である回転軸２１に固定されて、図示矢印方向に回転軸２１と一体回転する円盤状の回転板２２を有する。回転板２２の直径は、８０ｍｍである。回転板２２の上面外周近傍部であって円周方向に１８０度の角度間隔を隔てた対角位置に、永久磁石２３，２４がそれぞれ固定されている。永久磁石２３，２４は、回転軸２１の回転中心からそれぞれ等距離の位置に配置されている。

永久磁石２３，２４は、Ｎ極及びＳ極を互いに逆にして上下方向に磁化されており、回転板２２の回転に伴い磁性膜１１に対し相対移動して磁性膜１１に交番磁界を印加する磁界印加媒体である。永久磁石２３，２４は、直方体であって、互いに平行な一対の側面を回転板２２の径方向に直交させて、その下端面にて回転板２２の上面に固定されている。永久磁石２３，２４の上下方向の長さはそれぞれ１０ｍｍであり、各一対の側面間の長さはそれぞれ３ｍｍである。そして、永久磁石２３，２４が、回転により起電力発生装置１０に近づいた状態では、磁性膜１１に対して、平行及び反平行（上下方向逆の方向）の磁界を磁性膜１１の上下方向（後述する容易軸方向）に略平行になるようにそれぞれ印加する。本実施形態の場合、永久磁石２３，２４が磁性膜１１に最も近づいたときの磁性膜１１との距離は５ｍｍであり、このときには、永久磁石２３，２４により、平行及び反平行共に飽和磁界以上（後述する保磁力±Ｈｃの５倍以上）の磁界が磁性膜１１にそれぞれ印加される。

前記構成において、回転軸２１を回転させると、回転板２２が図示矢印方向に回転する。永久磁石２３，２４も、回転軸２１及び回転板２２と共に回転軸２１周りに回転する。この永久磁石２３，２４の回転により、磁性膜１１にはその容易軸方向の強度が時間経過に従って変化する外部磁界、すなわち交番磁界が印加される。そして、永久磁石２３，２４が磁性膜１１に最も近づいた状態では、平行及び反平行の飽和磁界以上の磁界が磁性膜１１に印加されるので、永久磁石２３，２４の回転に伴い、磁性膜１１には磁化反転が誘発される。そして、回転板２２の回転により、永久磁石２３，２４による磁界が磁性膜１１の保磁力±Ｈｃに変化した時点で、磁性膜１１には大バルクハウゼン効果による磁性変化（磁気特性の変化）が起こり、この磁性膜１１の磁性変化により、コイル１２には起電力が発生し、コイル１２の両端には正負のパルス信号が現れる。そして、詳しくは後述するように、この正負のパルス信号の波高値は大きくかつパルス信号の出力面積（波高値×半値幅）すなわち電力量も、上述した先行技術の場合に比べて大きくなる。その結果、前記正負のパルス信号を用いることにより、前記構成で回転軸２１及び回転板２２の回転が的確に検出されるとともに、後述するエナジーハーベスティングにも利用できるようなる。

このような波高値及び出力面積の大きなパルス信号を得るためには、詳しくは後述するが、磁性膜１１にその飽和磁界以上の磁界を印加して、磁性膜１１をセット状態及びリセット状態にする磁気履歴が必要である。そして、セット状態時及びリセット状態時の磁界方向と反平行である動作磁界（保磁力）以上の磁界を磁性膜１１にそれぞれ印加して、その時点で磁性膜１１に大バルクハウゼン効果による磁性変化を起こさせ、この磁性膜１１の磁性変化により、コイル１２に正負のパルス信号を発生させる。なお、この場合における反平行の磁界とは、セット状態時及びリセット状態時の磁界方向とはそれぞれ反対方向であって、前記磁界方向と平行な磁界であることを意味する。そして、以下の説明でも、反平行なる用語をこの意味で用いる。この飽和磁界について、本発明者は定量的に測定を行った。後述する実施例の磁性膜１１（ＦｅＣｏ１μｍ，ＦｅＣｏ３μｍ）において、保磁力の約５倍以上の磁界強度があれば磁性膜１１はセット状態及びリセット状態になることを実験的に確認した。なお、本明細書では、飽和磁界という言葉を使用しているが、この飽和磁界は後述する「単磁区構造の状態」を指す。そして、この飽和磁界を印加した「単磁区構造の状態」が、前記セット状態及びリセット状態を指す。

次に、起電力発生装置１０を構成する磁性膜１１、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２について詳しく説明しておく。磁性膜１１は、容易軸方向に長尺状の長方形状である。この磁性膜１１は、絶縁基板１４上に磁性材料をＤＣマグネトロンスパッタ装置で成膜した後、磁場中でアニール処理を施すことにより面内に異方性を誘導して、結晶構造が容易軸方向に揃えられている。絶縁基板１４は、長さ１５ｍｍかつ幅３．５ｍｍにダイシングされた厚さ０．２５ｍｍの絶縁性のＳｉ基板である。磁性膜１１は絶縁基板１４のダイシング前にパターニングされている。パターニング後の磁性膜１１のパターン形状は、容易軸長Ｌ１が１４ｍｍであり、かつ困難軸幅Ｗ１が３ｍｍであり、絶縁基板１４の表面の縁部には成膜されていない。なお、容易軸とは、磁化され易い方向の軸であり、本実施形態では図２（Ａ）の上下方向である。困難軸とは、磁化され難い方向の軸であり、本実施形態では図２（Ａ）の左右方向である。そして、本実施形態では、容易軸方向の寸法を容易軸長、困難軸方向の寸法を困難軸幅とする。

磁性膜１１としては、下記（１）（２）の２種類を用意して、起電力発生装置１０を製作した。
（１）ＮｉＦｅ（８２：１８Atm％）からなる厚さ０．１μｍの下地層としての膜上に連続して、ＦｅＣｏ（５０：５０Atm％）を厚さ１μｍで成膜して磁性膜１１（ＮｉＦｅ０．１μｍ＼ＦｅＣｏ１μｍ）を構成した。
（２）前記（１）の磁性膜１１と同様な磁性膜（ＮｉＦｅ０．１μｍ＼ＦｅＣｏ１μｍ）の膜上に、非結晶質（酸化膜）すなわち中間層を介して前記（１）の磁性膜１１と同様な磁性膜（ＮｉＦｅ０．１μｍ＼ＦｅＣｏ１μｍ）を成膜し、さらにその上に前記中間層を介して前記（１）の磁性膜１１と同様な磁性膜（ＮｉＦｅ０．１μｍ＼ＦｅＣｏ１μｍ）を成膜して、ＦｅＣｏのトータル膜厚を３μｍとした磁性膜１１を構成した。
なお、以下の説明では、前記（１）の磁性膜１１を単にＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１といい、前記（２）の磁性膜１１を単にＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１という。

ＦｅＣｏ（５０：５０Atm％）の磁束密度は、大きな磁化量を得ることができる約２．４５テスラという高い値である。下地層であるＮｉＦｅは、ＦｅＣｏの結晶の配向性を制御して（揃えて）、面内に異方性を付与する目的で用いた。また、中間層は、前記ＦｅＣｏ１μｍ間の密着性を向上させるとともに、前記ＦｅＣｏ３μｍの成膜時における応力を緩和して前記ＦｅＣｏ３μｍの変形を防止する目的で用いた。このようにＦｅＣｏ１μｍ又はＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１を用いることで、簡単かつ生産性に富んだ方法により磁性膜１１を形成できる。

この磁性膜１１の磁気特性について、図３（Ａ）（Ｂ）の磁化曲線を用いて説明しておく。図３（Ａ）（Ｂ）は、ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１及びＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１の容易軸方向の磁化曲線をそれぞれ示す。これらの磁性膜１１は共に、異方性でありかつ単一保磁力（±Ｈｃ）である磁気特性をもつことが、図３（Ａ）（Ｂ）から理解できる。すなわち、これらの磁化曲線は、「段差のない角型カーブ」となる。なお、「段差のない角型カーブ」とは、図３（Ａ）（Ｂ）における磁性体の飽和磁化をＭｓとし、かつ残留磁化をＭｒとすると、角形比（Ｍｒ／Ｍｓ）が高いことを意味する。そして、角形比（Ｍｒ／Ｍｓ）が高いことは、異方性が高いことを意味する。また、前記ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１及びＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１では、前述のように、外部磁界が保磁力±Ｈｃの５倍程度であれば、飽和磁界Ｍｓに達する。なお、ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１の保磁力±Ｈｃは１６エルステッド（Ｏｅ）であり、ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１の保磁力±Ｈｃは１４エルステッドである。

このような「段差のない角型カーブ」の磁性体に対し、特許文献１〜３の先行技術で説明した磁性体は、異方性でありかつ２つの保磁力（±Ｈｃ１，±Ｈｃ２）である磁気特性をもつ磁性体であることが、前述した図２４の磁化曲線からも理解できる。すなわち、先行技術で説明した磁性体の磁化曲線は、「段差のある角型カーブ」である。この点で、本発明に係る磁性膜１１（磁性体）は、先行技術で説明した磁性体とは異なる。また、永久磁石２３，２４による交番磁界によってコイル１２の両端から発生されるパルス信号の起電力は、交番磁界によって誘発される磁化変化量に比例する。したがって、本実施形態のような「段差のない角型カーブ」の磁性膜１１（磁性体）を用いて起電力を発生させた方が、大きな起電力を発生させることができ、先行技術で説明した「段差のある角型カーブ」の磁性体を用いるよりも有利となる。

さらに、図３（Ａ）（Ｂ）の説明を続けると、図３（Ｂ）の磁化は、図３（Ａ）の磁化を「１」に規格化した単位で示しており、ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１の磁化の大きさは、ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１の磁化の大きさの３倍を表しており、この３倍は膜厚の差を表している。したがって、磁性膜１１の膜厚を大きくすれば、大きな磁化変化量により、大きな起電力が得られることも理解できる。

また、前述のように、交番磁界によるコイル１２の両端から発生されるパルス信号の起電力は、磁性膜１１の磁化量に比例する。そして、材料そのものの磁束密度が高い方が好ましい。よって、本実施形態の磁性膜１１のように２．４５テスラという高い磁束密度を有する、Ｆｅ，Ｃｏを５０％ずつ混合した合金ＦｅＣｏを磁性膜１１として用いることが好ましい。しかし、ＦｅＣｏの混合率は、用途及び永久磁石２３，２４による交番磁界の違いにより、５０％ずつ以外の混合率であってもよい。また、ＦｅＣｏ以外でも、強磁性金属であるＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの組み合わせを異ならせて混合した合金であるＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏを磁性膜１１として用いることもできる。そして、これらのＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏを磁性膜１１として用いる場合も、スパッタ、ＥＢ蒸着、鍍金などにより成膜し、磁場中成膜及び／又は磁場中熱処理することにより磁性膜１１を形成するようにする。これによっても、「段差のない角型カーブ」の磁性膜１１（磁性体）を形成できる。なお、ＦｅＣｏ以外の合金を選択すると、材料費が安価になるという利点がある。

また、これらの合金ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏは、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの混合率を変化させることにより、保磁力が異なる軟磁性体、半硬磁性体及び硬磁性体がそれぞれ形成される。なお、本明細書では、軟磁性体は５エルステッド未満の保磁力を有する磁性体であり、半硬磁性体は５エルステッド以上かつ５００エルステッド以下の保磁力を有する磁性体であり、硬磁性体は５００エルステッドより大きな保磁力を有する磁性体である。したがって、本実施形態のＦｅＣｏ１μｍ及びＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１は半硬磁性体である。また、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの混合率の異なる合金ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏは、それぞれ異なる保磁力をもつ。

また、保磁力はパルス信号が発生される動作磁界となるため、交番磁界を発生させる媒体として永久磁石を用いる場合には、磁力が大きい高価な磁石でなく、磁力のあまり大きくない安価な磁石を用いることができるように、保磁力を１００エルステッド以下に抑えるとよい。一方、環境による浮遊磁界及び温度に影響されないようにするためには、保磁力を５エルステッド以上にする必要がある。したがって、磁性膜１１としては、保磁力が５エルステッド以上かつ１００エルステッド以下に調整された半硬磁性特性を示す磁性膜が好ましい。

また、ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏに、Ｃｒ（クロム），Ｖ（バナジウム）等を数％含ませると、「段差のない角型カーブ」を維持させながら、保磁力を調整できる。なお、この場合におけるＣｒ，Ｖの含有率を増加させると、保磁力は上昇する。したがって、用途及び永久磁石２３，２４による交番磁界の違いにより、適当な混合率で混合したＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏに、Ｃｒ（クロム），Ｖ（バナジウム）等を適当な含有率で含有させるとよい。

また、本実施形態では、異方性を付与するために、ＮｉとＦｅを８２％，１８％の混合率で混合したＮｉＦｅをＦｅＣｏの下地層とした。しかし、「段差のない角型カーブ」が得られれば、ＮｉとＦｅの混合率を８２％，１８％以外の混合率にしてもよい。また、Ｃｕ，Ａｇ，Ｒｕ等の非磁性の遷移金属をＦｅＣｏの下地層として用いることもできる。これらのＣｕ，Ａｇ，Ｒｕ等の非磁性の遷移金属を用いても、ＦｅＣｏの結晶の配向性が制御され、磁場中熱処理（誘導磁気異方性）により、ＦｅＣｏの面内に異方性が付与されて、「段差のない角型カーブ」をもつ磁気特性が得られる。さらに、前述のように、ＦｅＣｏに代えて、ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏを用いたり、ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣＯ，ＮｉＣｏにＣｒ，Ｖの含有させて保磁力を調整したりする場合でも、Ｃｕ，Ａｇ，Ｒｕ等の非磁性の遷移金属を用いると、前記合金の結晶の配向性が制御されて異方性が付与される。

ふたたび、図１及び図２の説明に戻ると、コイル１２は、前述のように、磁性膜１１及び絶縁基板１４の外周上に磁性膜１１の容易軸方向（図示上下方向）と直交する方向に対して僅かに傾けて巻き回されている。このコイル１２は、直径０．０５ｍｍの巻線コイルであり、磁性膜１１の容易軸長１４ｍｍに渡って巻き回されている。なお、コイル１２の外表面が絶縁膜で覆われている場合には、コイル１２を磁性膜１１上に直接巻き回してよいが、コイル１２の外表面が絶縁膜で覆われていない場合には、磁性膜１１上に絶縁膜を塗布した後に、コイル１２を絶縁膜上に巻き回すようにする。そして、今回は、ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１を有する起電力発生装置１０に対してトータル巻線数１５００ターンの１種類を用意するとともに、ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１を有する起電力発生装置１０に対してトータル巻線数１５００ターンとトータル巻線数３０００ターンの２種類を用意した。

軟磁性シート１３−１，１３−２は、前述のように長方形状に形成され、それぞれ磁性膜１１の上部表面及び下部表面の全体を覆うように磁性膜１１に対向させて配置されている。軟磁性シート１３−１，１３−２は、絶縁基板１４の幅と同じ３．５ｍｍの横幅をそれぞれ有するとともに、上下方向の長さをそれぞれ５ｍｍとしている。軟磁性シート１３−１の上端の高さは絶縁基板１４の上端の高さと同じであり、軟磁性シート１３−２の下端の高さは絶縁基板１４の下端の高さと同じであり、軟磁性シート１３−１，１３−２の幅方向両端は絶縁基板１４の幅方向両端に対向している。そして、軟磁性シート１３−１と軟磁性シート１３−２との間には、５ｍｍの隙間が設けられている。すなわち、軟磁性シート１３−１は絶縁基板１４の３分の１の上部分に対向して磁性膜１１の上部分を覆い、軟磁性シート１３−２は絶縁基板１４の３分の１の下部分に対向して下部分を覆っている。

本実施形態では、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離５ｍｍは、容易軸長Ｌ１（１４ｍｍ）の約３６％程度である。しかし、軟磁性シート１３−１，１３−２が後述する磁性膜１１に対する磁気シールド機能及び集磁機能を発揮するならば、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離は容易軸長Ｌ１（１４ｍｍ）の５０％（７ｍｍ）以下、すなわち軟磁性シート１３−１，１３−２の寸法は磁性膜１１の両端約２５％（約３．５ｍｍ）以上を覆い隠す程度であればよい。また、軟磁性シート１３−１，１３−２間に隙間さえあれば、隙間の最小値は大きな問題ではなく、最小値としては例えば０．５ｍｍ（容易軸長Ｌ１の３．６％）程度までよい。

また、軟磁性シート１３−１，１３−２との間の隙間は、磁性膜１１の容易軸方向と直交する方向であって平行な２辺をもつ長方形状であるとよい。言い換えれば、軟磁性シート１３−１の下端の一辺と軟磁性シート１３−２の上端の一辺とは、磁性膜１１の容易軸方向と直交する方向であって互いに平行な２辺であるとよい。これは、詳しくは後述するように、飽和磁界と反平行の保磁力とほぼ釣り合う弱い磁界では、この磁性膜１１の容易軸方向の中央部分以外には、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能により、磁界が印加されない場合と同じ程度に磁界が弱まり、軟磁性シート１３−１，１３−２の集磁機能により中央部分のみに磁性膜１１の容易軸方向と平行な平行磁界が印加されて、磁性膜１１の単磁区に、長い線状の磁壁（核生成箇所）が一カ所に集中し、磁区構造の転移や磁化回転をすることなく、磁壁が磁性膜の両端に伝搬して一斉反転を起こすと考えられるからである。

また、軟磁性シート１３−１，１３−２は、本実施形態では、保磁力が小さく（磁性膜１１の保磁力より小さく）、かつ透磁率が大きな軟磁性金属であるアモルファス磁性合金で構成したシートを用いている。具体的には、日立金属社製の商品名「ファイメット」を使用している。ただし、軟磁性シート１３−１，１３−２としては、保磁力が小さく、かつ透磁率が大きな軟磁性金属を用いたシートであれば、例えば、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金などのいずれかの軟磁性金属を用いたシートであれば、種々のシートを用いることができる。商品名で言うならば、磁気シールド材として販売されている日立金属社製の商品名「ファイメット」又はＴＤＫ社製の商品名「フレキシールド」を用いることができる。また、トランスのコア材として販売されている、新日鉄社製の商品名「ハイライトコア」を用いることもできる。なお、「ハイライトコア」は、ケイ素合金である。また、シートとは、前記「ハイライトコア」の０．３５ｍｍの薄板から、前記「ファイメット」の１８μｍの箔状までの状態をさし、軟磁性シート１３−１，１３−２として種々の厚さのものを利用できる。

また、軟磁性シート１３−１，１３−２は、前記実施形態では、永久磁石２３，２４と磁性膜１１の間であって、磁性膜１１までの距離を１〜２ｍｍとする磁性膜１１の近くに配置されている。しかし、軟磁性シート１３−１，１３−２が、永久磁石２３，２４又は磁性膜１１のどちらか一方に密着して配置されていない限り、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能及び集磁機能が発揮されるならば、前記配置位置は限定されない。なお、軟磁性シート１３−１，１３−２が永久磁石２３，２４又は磁性膜１１のどちらか一方に密着していると、詳しくは後述するように、軟磁性シート１３−１，１３−２が、永久磁石２３，２４又は磁性膜１１に磁気的結合して、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能及び集磁機能が発揮されない。

このように磁性膜１１、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を用いて構成した起電力発生装置１０においては、後述する試験結果から明らかなように、磁性膜１１の磁気特性は異方性でありかつ単一保磁力であること、及び軟磁性シート１３−１，１３−２による磁気シールド機能及び集磁機能により、コイル１２から出力される磁性膜１１の大バルクハウゼン効果によるパルス信号の波高値が大きくなるとともに、複数のパルス信号の波高値もほぼ等しくなる。その結果、前記実施形態によれば、正負のパルス信号により回転軸２１及び回転板２２の回転検出が的確かつ良好に行われる。なお、前記回転検出においては、正負のパルス信号を整流して用いることが一般的である。また、磁性膜１１は絶縁基板１４上に成膜され、コイル１２は絶縁基板１４と磁性膜１１の外周上に巻き回されているので、複雑な工程を経ずに、簡単に起電力発生装置１０を製造できる。

なお、前記実施形態の説明においては、磁性膜１１及び絶縁基板１４と、コイル１２と、軟磁性シート１３−１，１３−２との位置関係を明確にするために、これらの配置関係のみについて説明した。しかし、本実施形態に係る起電力発生装置１０を機械装置のセンシング又は後述するエナジーハーベスティングに適用して実際に用いる場合には、これらの絶縁基板１４（磁性膜１１）、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を前述したように配置するために、固定する必要がある。特殊な機械装置のセンシング又はエナジーハーベスティングに利用する場合には、例えば、種々の支持部材又は固定部材を用いて、絶縁基板１４（磁性膜１１）、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を機械装置に固定するようにすればよい。

しかし、種々の装置のセンシング又はエナジーハーベスティング用の部品として使用する場合には、絶縁基板１４（磁性膜１１）、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を一体的にパッケージングするとよい。この場合、例えば、磁性膜１１及び絶縁基板１４に巻き回したコイル１２上に、軟磁性シート１３−１，１３−２を接着材などを用いて固着する。そして、絶縁基板１４（磁性膜１１）、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２を、絶縁性の合成樹脂でパッケージングするとよい。なお、これらの絶縁基板１４（磁性膜１１）、コイル１２及び軟磁性シート１３−１，１３−２の固定又はパッケージングに関しては、後述する種々の変形例及び適用例についても同様である。

ａ．試験
次に、前述した起電力発生装置１０に関して行った試験及び検証について説明する。
ａ１．試験１
次の（１）〜（３）の３種類の起電力発生装置１０によるパルス信号の発生について試験した。
ケース１：ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１かつコイル１２のトータル巻線数１５００ターンの起電力発生装置
ケース２：ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１かつコイル１２のトータル巻線数１５００ターンの起電力発生装置
ケース３：ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１かつコイル１２のトータル巻線数３０００ターンの起電力発生装置
他の構成は前記実施形態で説明した起電力発生装置１０と同じであり、回転装置２０も前記実施形態で説明したものと同じである。

この試験１では、図４（Ａ）の概略斜視図に示すように、コイル１２の両端をプローブ４１を介してオシロスコープ４０に接続した。なお、この試験１のケース１〜３では、図４において起電力発生装置１０とオシロスコープ４０との間にてコイル１２の両端に接続されている負荷抵抗３１は無しである。また、オシロスコープ４０（×１０）の入力インピーダンスは１０ＭΩである。そして、ケース１〜３において、回転板２２を、図４（Ａ）の斜視図及び図４（Ｂ）の平面図に示すように、矢印方向にそれぞれ回転させた。回転板２２のＡ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき（すなわち永久磁石２３が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき）、磁性膜１１にその飽和磁界が印加される（以下、この状態をセット状態という）。回転板２２のＢ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、セット状態とは反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が磁性膜１１に印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。

回転板２２のＣ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき（すなわち永久磁石２４が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき）、Ａ位置の場合とは逆方向（Ｂ位置の場合と同じ方向）の飽和磁界が磁性膜１１に印加される（以下、この状態をリセット状態という）。回転板２２のＤ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、リセット状態とは反平行の磁性膜１１の保磁力（＋Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が磁性膜１１に印加される。このときに、第２のパルス信号が出力される。第１及び第２のパルス信号は、正負の関係の出力となる。このようにして、回転板２２の１周で、正負２つのパルス信号が出力される。

この試験により得られた出力波形を図５に示す。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれケース１〜３の３種類の試験において、負荷抵抗３１無し（内部抵抗１０ＭΩのみ）の状態で、回転板を６回転半回転させた出力特性である。ケース１〜３の全ての試験において、正負共に１５Ｖ以上の出力電圧がばらつきなく得られた。コイル１２の１ターン当たりの正負の出力の平均値は、次のとおりである。ケース１（ＦｅＣｏ１μｍ、１５００ターン）の場合には、１１．９ｍＶである。ケース２（ＦｅＣｏ３μｍ、１５００ターン）の場合には、１６．８ｍＶである。ケース３（ＦｅＣｏ３μｍ、３０００ターン）の場合には、１２．２ｍＶである。これらの試験結果により、いずれのケースでも、先行技術で説明した従来の装置におけるコイルの１ターン当たりの２．５ｍＶ，０．３ｍＶよりも格段に高い１０ｍＶ／１ターン以上が得られた。

次に、１０ＫΩの負荷抵抗３１（図４参照）を接続して、前記試験と同じ追加試験を行った。図６は、前記試験と今回の追加試験の１つの正のパルス信号の拡大波形図である。図６（Ａ）はケース１（ＦｅＣｏ１μｍ、１５００ターン）の前回の試験（負荷抵抗３１無し）の場合のパルス信号の拡大波形図であり、図６（Ｂ）はケース１（ＦｅＣｏ１μｍ、１５００ターン）の今回の追加試験（負荷抵抗３１有り）の場合のパルス信号の拡大波形図である。図６（Ｃ）はケース２（ＦｅＣｏ３μｍ、１５００ターン）の前回の試験（負荷抵抗３１無し）の場合のパルス信号の拡大波形図であり、図６（Ｄ）はケース２（ＦｅＣｏ３μｍ、１５００ターン）の今回の追加試験（負荷抵抗３１有り）の場合のパルス信号の拡大波形図である。図６（Ｄ）はケース３（ＦｅＣｏ３μｍ、３０００ターン）の前回の試験（負荷抵抗３１無し）の場合のパルス信号の拡大波形図であり、図６（Ｅ）はケース３（ＦｅＣｏ３μｍ、３０００ターン）の今回の追加試験（負荷抵抗３１有り）の場合のパルス信号の拡大波形図である。

これによれば、ケース１，２では、コイル１２の特性の影響はなく、共振が発生されない。しかし、ケース３では、コイル１２の特性の影響により共振が発生するが、負荷抵抗３１により、共振は抑制されている。したがって、起電力発生装置１０を回転検出に用いる場合には、検出回路側に小さな抵抗値の負荷抵抗を接続することにより、共振によるパルス信号を抑制できることが分かる。

さらに、負荷抵抗３１の値を５ｋΩ、２ｋΩ、１ｋΩにして、前記試験と同じ追加の試験を行った。そして、負荷抵抗３１の抵抗値の大きさの違いによるパルス信号の波高値（Ｖ）を下記表１に示す。また、半値幅を１／２の波高値時の時間（μｓ）として、波高値×半値幅で算出したパルス信号の出力面積（μＶ・ｓ）を表２に示す。

この表２より、コイル１２のターン数と膜厚（面積×磁束密度が同じであるため、ここでは膜厚とした）が増加するに従って、出力面積が増加するが分かる。また、出力面積と、ターン数×膜厚との間には、一定の関係式（α×出力面積≒ターン数×膜厚）が成立することも分かる。これにより、センシング及び後述するエナジーハーベスティングに必要な、波高及び／又は出力面積の特性選定が容易になし得る。

ａ２．試験２
次に、軟磁性シート１３−１，１３−２の選択に関する試験を行った。前記実施形態においては、軟磁性シート１３−１，１３−２として、日立金属社製の商品名「ファイメット」を使用した。図４に示した測定環境で資料（ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１、かつコイル１２のトータル巻線数１５００ターン）でパルス信号の波高値を測定した。なお、この場合も、前述したように、負荷抵抗３１無しの状態で行った。軟磁性シート１３−１，１３−２としては、トランスのコア材として新日鉄社製の商品名「ハイライトコア」及びＴＤＫ社製の商品名「フレキシールド」の確認を行った。商品名「ファイメット」、商品名「ハイライトコア」及び商品名「フレキシールド」を用いた場合の１つのパルス信号の出力波形図を図７（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。また、パルス信号の波高値と、前記試験の出力面積の結果を下記表３に示す。

この試験２の結果、軟磁性シート１３−１，１３−２の透磁率の違いにより、波高値は異なるが、出力面積は同じになる。したがって、保磁力が小さく（磁性膜の保磁力より小さい）、かつ透磁率が大きいものであれば、商品名「ファイメット」に限らず、種々のシートを軟磁性シート１３−１，１３−２として利用できることが分かる。

ａ３．試験３
次に、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離（隙間）についての試験を行った。前記実施形態では、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離を５ｍｍとした。図４に示した測定環境で資料（ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１、かつコイル１２のトータル巻線数３０００ターン）でパルス信号の波高値を測定した。なお、この場合も、負荷抵抗３１は無しの状態で行った。軟磁性シート１３−１，１３−２としては、日立金属社製の商品名「ファイメット」を使用し、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離を、間隔2ｍｍ（容易軸長Ｌ１の１４％）、5ｍｍ（容易軸長Ｌ１の３６％）、７ｍｍ（容易軸長Ｌ１の５０％）で、負荷抵抗３１の抵抗値を変えたときの出力面積（μＶ・ｓ）を測定した。測定結果を、図８に示す。これによれば、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離を変えても、出力面積は同じとなる。したがって、前述のように、軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離は容易軸長Ｌ１（１４ｍｍ）の約５０％（約７ｍｍ）以下、すなわち磁性膜１１の容易軸方向の両端約２５％（約３．５ｍｍ）を覆い隠す寸法であればよい。また、軟磁性シート１３−１，１３−２間に隙間さえあれば問題はなく、例えば軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離の最小値は０．５ｍｍ（容易軸長Ｌ１の３．６％）程度までよい。

ａ４．試験４
次に、軟磁性シートが無い場合のパルス信号の出力について試験４を行った。この試験においては、図４に示した測定環境で資料（ＦｅＣｏ１μｍの磁性膜１１、かつコイル１２のトータル巻線数１５００ターン）であって軟磁性シート１３−１，１３−２を設けず、かつ負荷抵抗３１を接続しない状態で、パルス信号の波高値を測定した。図９（Ａ）は、回転板２２を４回転半回転させた出力（Ｖ）を示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の平均的なパルス信号を２００μｓの分割で測定（狭域測定）した特性を示している。

この試験結果によれば、軟磁性シートを設けない場合でも、異方性でありかつ単一保磁力である磁気特性をもつ磁性膜１１を用いれば、パルス信号が出力されることが確認された。しかし、その平均波高値は、軟磁性シートを設けた場合における１５Ｖ（図５（Ｂ）参照）に対してその１／１０以下であり、大きなバラツキを有し、かつ出力信号には多くのノイズが存在する。また、狭域測定結果から、波高値の異なる複数のパルス信号（起電力）が発生していることも分かる。したがって、軟磁性シートを設けないと、適切なパルス信号を得ることができず、センシング及び後述するエナジーハーベスティングに利用できないことが理解できる。言い換えれば、起電力発生装置１０においては、軟磁性シート１３−１，１３−２は不可欠である。

ａ５．試験５
次に、軟磁性シート１３−１，１３−２の機能を確認するための試験５を行った。この試験においては、図１０（Ａ）の上面図及び図１０（Ｂ）の側面図に示すように、永久磁石２３（２４）を観測面１１Ａ（磁性膜１１に対応）に対してその膜延設方向（図示左右方向）に移動させ、（ａ）非常に弱い磁界、（ｂ）保磁力と同じ弱い磁界、（ｃ）飽和磁界（保磁力の５倍程度）が磁性膜１１に印加されるようにして、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けない場合と、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けた場合とで、観測面１１Ａにおける磁力分布のシミュレーションを行った。また、永久磁石２３（２４）としては、前述した各種試験と同様に、上下長さ１０ｍｍ、前後左右幅３ｍｍ，３ｍｍの直方体の永久磁石を用いた。この場合、軟磁性シート１３−１，１３−２は、パーマロイで方形状に形成され、前述した各種試験と同様に、上下方向の長さをそれぞれ５ｍｍとするとともに、左右方向の長さを３．５ｍｍとし、かつそれらの間隔を５ｍｍとした。そして、軟磁性シート１３−１，１３−２を永久磁石２３（２４）の上端部及び下端部にそれぞれ対向させて、上端部及び下端部を覆った。観測面１１Ａは、上下長さ１５ｍｍかつ左右長さ４ｍｍである。観測面１１Ａと永久磁石２３との距離は４ｍｍであり、永久磁石２３と軟磁性シート１３−１，１３−２との距離は２ｍｍである。

図１１（Ａ）は、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けない場合における前記条件（ａ），（ｂ），（ｃ）での磁束密度の分布状態と磁界の方向を表す。図１１（Ｂ）は、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けた場合における前記条件（ａ）（ｂ）（ｃ）での磁束密度の分布状態と磁界の方向を表す。なお、図１１（Ｂ）においては、軟磁性シート１３−１，１３−２の存在を明確化するために、軟磁性シート１３−１，１３−２の横幅を実際よりも広げて示している。また、図１１（Ａ）（Ｂ）は、本来的には、図示右側に示す０．０ｍＴ（ミリテスラ）から３５．０ｍＴまでの磁束密度（磁界強度）の大きさを、紫色、青色、緑色、黄色、赤色の順に変化させながら色彩を施して示している。しかし、図面上で色彩を用いることができないので、観測面１１Ａの左側に矢印位置における磁束密度の大きさを数字表示している。

この試験５の結果、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けた場合には、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けない場合に比べて、観測面１１Ａにおける軟磁性シート１３−１，１３−２に対向する位置における磁束密度（磁界強度）は小さくなることが分かった。

また、軟磁性シート１３−１，１３−２を設けた場合、前記条件（ａ）（ｂ）の弱い磁界の条件下では、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能により、軟磁性シート１３−２，１３−２に対向している観測面１１Ａにおける磁束密度が、軟磁性シート１３−２，１３−２の間の軟磁性シート１３−２，１３−２に対向していない観測面１１Ａにおける磁束密度に比べて低下していることが分かった。そして、この軟磁性シート１３−１，１３−２の間の軟磁性シート１３−２，１３−２に対向していない観測面１１Ａには、軟磁性シート１３−１，１３−２の集磁機能により、均一な磁束密度で平行な磁界が発生していることが分かった。一方、前記条件（ｃ）の強い磁界の条件下では、軟磁性シート１３−１，１３−２そのものが飽和してしまい、観測面１１Ａの全体に渡ってほぼ同じ強度の磁界が印加されていることが分かった。

また、前記条件（ｂ）の弱い磁界は、前述のようにほぼ保磁力と均等となる磁界であって、軟磁性シート１３−１，１３−２が飽和しない領域にある。軟磁性シート１３−１，１３−２を厚くした場合、当然、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁化量が増す。この磁化量の増加に伴い、磁気シールド機能が高まって、例えば５エルステッドのシールド効果が１００エルステッドまで機能するように前記飽和しない領域が高磁界側に広がる。したがって、保磁力の大きな磁性膜１１でも利用可能となる。しかし、この場合には、磁力の大きい高価な永久磁石が必要となる。前記磁性膜１１の説明では、安価な永久磁石の使用、環境による浮遊磁界及び温度の影響を理由に、保磁力が５エルステッド以上かつ１００エルステッドの以下に調整された磁性膜１１が好ましいとした。しかし、磁性膜１１の保磁力を下げることにより、薄い軟磁性シート１３−１,１３−２、すなわち安価な軟磁性シート１３−１,１３−２を用いることができる。したがって、安価な永久磁石の使用、環境による浮遊磁界及び温度の影響と同時に、軟磁性シート１３−１,１３−２のコストを考慮すると、保磁力の上限を下げて、保磁力が５エルステッド以上かつ５０エルステッド以下に調整された反硬磁性特性を有する磁性膜を磁性膜１１として用いることがより好ましい。

ａ６．試験６
次に、軟磁性シート１３−１，１３−２の位置に関する試験６を行った。この試験６においては、図１２（Ａ）の斜視図及び図１２（Ｂ）の側面図に示すように、軟磁性シート１３−１，１３−２を磁性膜１１に密着させ、負荷抵抗３１無しの状態で、出力信号を測定した。それ以外の点については、前記試験１の環境下における起電力発生装置１０と回転装置２０とを用いた。ただし、この場合、ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１を用い、かつコイル１２のトータル巻線数は３０００ターンである。

この試験では、１Ｖ以上のパルス信号は出力されなかった。これは、磁性膜１１と軟磁性シート１３−１，１３−２とが磁気的結合して、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能及び集磁機能が発揮されないためである。したがって、軟磁性シート１３−１，１３−２は磁性膜１１に密着させてはならず、磁性膜１１との間に隙間を設けて、軟磁性シート１３−１，１３−２を磁性膜１１に対向させる必要があることが分かる。なお、軟磁性シート１３−１，１３−２を、永久磁石２３，２４に密着させないようにすることも、前記磁気的結合の点から当然である。

ａ７．試験７
次に、磁性膜１１の形状に関する試験７を行った。この試験７においては、長方形状の磁性膜１１を用いるのではなく、図１３に示すように、容易軸方向における中央部の左右両側に楔形状の切欠き１１Ｘａ，１１Ｘａを設けた磁性膜１１Ｘを用いた。そして、負荷抵抗３１無しの状態で、出力信号を測定した。それ以外の点については、前記試験１の環境下における起電力発生装置１０と回転装置２０とを用いた。ただし、この場合も、ＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１を用い、かつコイル１２のトータル巻線数は３０００ターンである。

この試験でも、１Ｖ以上のパルス信号は出力されなかった。これは、磁性膜１１Ｘにその飽和磁界が印加されても、切欠き１１Ｘａ，１１Ｘａの部分に容易軸方向の端部と同様な細かな磁区が形成されて、磁性膜１１Ｘの容易軸方向の中央部分に単磁区構造が形成されないからであると考えられる。これにより、磁性膜１１としては、容易軸方向に長尺状の長方形の磁性膜を用いるとよいことが分かる。

ａ７．試験結果からの推論
上記試験１〜７、特に試験４〜７により、以下の推論が成り立つ。成膜された磁性膜１１の容易軸方向に飽和磁界以上の磁界を印加すると、軟磁性シート１３−１，１３−２が飽和し、磁性膜１１全体に磁界が印加される。飽和磁界が印加されたことで、磁性膜１１の容易軸方向の端部では細かな磁区が形成されるが、中央部分は単磁区構造となる。次に、磁性膜１１に、飽和磁界と反平行の保磁力とほぼ釣り合う弱い磁界が印加されると、前記中央部分以外には軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能により磁界が印加されずに、軟磁性シート１３−１，１３−２の集磁機能により磁性膜１１の中央部分のみに容易軸方向と平行な平行磁界が印加される。よって、磁性膜１１の単磁区に、長い線状の磁壁（核生成箇所）が一カ所に集中し、磁区構造の転移や磁化回転をすることなく、磁壁が磁性膜１１の両端に伝搬し一斉反転を起こす。換言すれば、動作磁界（磁性膜１１の保磁力）で大出力のパルス信号を発生させるためには、その前に、磁性膜１１をセット状態及びリセット状態とする飽和磁界以上の磁気履歴により、磁性膜１１の中央部分を単磁区構造としておく必要がある。

中央に楔形状がある磁性膜１１Ｘでは、磁性膜１１Ｘに飽和磁界が印加されても、楔部分に端部分と同じように細かな磁区が形成され、中央部の単磁区構造が形成されない。よって、磁区構造の転移及び磁化回転が先に起こり、一斉反転が生じない。軟磁性シート１３−１，１３−２が無い状態では、単一磁区をなす部分の比較的大きな領域に保磁力と均等な平行磁界が印加されることがないために、磁性膜１１に核生成箇所が多く存在して、コイル１２からは多列で小さなパルス信号が出力されることになる。また、軟磁性シート１３−１，１３−２が磁性膜１１に密着していると、磁性膜１１と軟磁性シート１３−１，１３−２とが磁気的結合し、軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能と集磁機能が発揮されないために一斉反転が生じない。

ｂ．変形例及び適用変形例
次に、上記実施形態の変形例及び適用変形例について説明する。
ｂ１．第１変形例
上記実施形態においては、絶縁基板１４における軟磁性シート１３−１，１３−２が対向する側の表面（図２（Ｂ）の右側面）に磁性膜１１を成膜するようにした。しかし、これに代えて、図１４に示すように、磁性膜１１から軟磁性シート１３−１，１３−２までの距離が適当であれば、すなわち軟磁性シート１３−１，１３−２の磁気シールド機能及び集磁機能が発揮されるならば、絶縁基板１４における軟磁性シート１３−１，１３−２と対向する側とは反対側の表面（すなわち、図示左側面）に磁性膜１１を成膜するようにしてもよい。他の構成に関しては、上記実施形態と同じである。これによっても、上記実施形態と同様な効果が期待される。なお、この第１変形例は、後述する種々の適用変形例にも採用され得る。

ｂ２．第２変形例
上記実施形態においては、２枚の軟磁性シート１３−１，１３−２を用いたが、これに代えて、１枚の軟磁性シート１３を用いてもよい。この場合、図１５の正面図に示すように、磁性膜１１の全体を覆うように１枚の軟磁性シート１３（例えば、長方形の軟磁性シート１３）を磁性膜１１に対向させる。そして、軟磁性シート１３の中央部に窓（貫通孔）１３ａを設ける。なお、この図１５においても、上記実施形態の説明で用いた図２（Ａ）と同様に、コイル１２を省略して磁性膜１１、軟磁性シート１３及び絶縁基板１４のみを示している。

窓１３ａは、軟磁性シート１３を貫通した方形状である。窓１３ａの図示左右方向幅は磁性膜１１の困難軸幅Ｗ１の２倍程度以上であればよく、窓１３ａの図示上下方向の長さは、上記実施形態で説明した軟磁性シート１３−１，１３−２間の距離（隙間）と同様の長さであればよい。また、この場合も、上記実施形態と同様な機能が得られるように、窓１３ａの上下の２辺は磁性膜１１の容易軸方向に直交しかつ互いに平行であるとよい。これによっても、上記実施形態と同様な効果が期待される。なお、この第２変形例においても、上記第１変形例と同様に、絶縁基板１４における軟磁性シート１３と対向する側とは反対側の表面に磁性膜１１を成膜するようにしてもよい。また、この第２変形例も、後述する種々の適用変形例にも採用され得る。

ｂ３．第３変形例
上記実施形態においては、磁性膜１１と絶縁基板１４の外周上に巻き回された巻線コイルで、コイル１２を構成した。しかし、この巻線コイルに代えて、スパッタリング、ＥＢ蒸着により形成した成膜型のコイル１２を用いてもよい。図１６（Ａ）は、後述する第１乃至第３絶縁層を省略して、絶縁基板１４上の磁性膜１１及びコイル１２を概略的に示す正面図である。

この成膜型のコイル１２の形成においては、まず、絶縁基板１４上に、絶縁基板１４の下端よりも若干上方位置から上端よりも若干下方位置までに渡って、磁性膜１１の容易軸方向（上下方向）と直交する方向（左右方向）に対して僅かに傾斜させ、かつ導電性材料を上下方向に等間隔で細い線状にパターニングして複数の線状導電層１２ａを形成する。この場合、複数の線状導電層１２ａの左右端は、絶縁基板１４の左右端よりも若干内側にそれぞれ位置する。次に、絶縁基板１４及び複数の線状導電層１２ａ上に、複数の線状導電層１２ａの下端部から上端部に渡って、絶縁性材料を長方形状にパターニングして、絶縁基板１４及び複数の線状導電層１２ａ上に第１絶縁層を形成する。この場合、第１絶縁層の左右端は、複数の線状導電層１２ａの左右端よりも若干内側にそれぞれ位置する。

次に、前記パターニングした第１絶縁層上に、複数の線状導電層１２ａの下端部から上端部に渡って、磁性膜材料を長方形状にパターニングして、第１絶縁層上に磁性膜１１をパターニングする。この場合、磁性膜１１の上下端は第１絶縁層の上下端よりも内側にそれぞれ位置し、かつ磁性膜１１の左右端は第１絶縁層の左右端よりも内側にそれぞれ位置する。次に、磁性膜１１上に、磁性膜１１を覆うように、絶縁性材料を成膜して第２絶縁層をパターニングする。この場合における第２絶縁層の上下端は、磁性膜１１の上下端よりも若干外側にそれぞれ位置し、かつ複数の線状導電層１２ａの上下端よりも若干内側にそれぞれ位置する。また、第２絶縁層の左右端は磁性膜１１の左右端よりも若干外側で、複数の線状導電層１２ａの左右端よりも若干内側に位置する。

次に、前記パターニングした第２絶縁層上に、導電性材料を上下方向に等間隔で細い線状にパターニングして、左右両端が複数の線状導電層１２ａの左右両端にそれぞれ接続されるように複数の線状導電層１２ｂを形成する。すなわち、複数の線状導電層１２ｂを、磁性膜１１の容易軸方向（上下方向）と直交する方向（左右方向）に対して、複数の線状導電層１２ａと反対側に僅かに傾斜させる。これにより、複数の線状導電層１２ａ，１２ｂからなる成膜型のコイル１２が磁性膜１１の外周面を巻き回すように絶縁基板１４上に形成される。次に、コイル１２の両端部分を除いて、磁性膜１１及び成膜型のコイル１２の全体を覆うように、絶縁基板１４上に第３絶縁性材料をパターニングする。そして、コイル１２の両端部分に金線（導線）１５−１，１５−２を導電性接着剤を用いてそれぞれ電気接続する。これにより、磁性膜１１の外周面を巻き回した複数の線状導電層１２ａ，１２ｂからなる成膜型のコイル１２であって、コイル１２の両端に電圧を取り出す金線１５−１，１５−２が接続された成膜型のコイル１２が絶縁基板１４上に形成される。

さらに、この場合には、第３絶縁層の表面に、上述した軟磁性シート１３−１，１３−２を、磁性膜１１と磁気的結合しないようにスペーサを介して磁性膜１１から離間させた状態で、接着材を用いて上述した位置に張り付けるとよい。また、軟磁性シート１３−１，１３−２を、絶縁基板１４の裏面すなわちコイル１２とは反対側の面に、接着材を用いて上述した位置に張り付けてもよい。なお、この場合も、絶縁基板１４が薄くて、軟磁性シート１３−１，１３−２が磁性膜１１と磁気的結合する場合には、前記のように、絶縁基板１４の裏面と軟磁性シート１３−１，１３−２の間にスペーサを設けるとよい。その結果、成膜型のコイル１２を有する起電力発生装置１０が完成する。また、軟磁性シート１３−１，１３−２を覆うように、起電力発生装置１０の全体を合成樹脂によりパッケージングしてもよい。

そして、このように構成した起電力発生装置１０を移動検出装置として用いる場合には、軟磁性シート１３−１，１３−２を第３絶縁層の表面側に張り付けた場合でも、軟磁性シート１３−１，１３−２を絶縁基板１４の裏面側に張り付けた場合でも、永久磁石２３，２４を、軟磁性シート１３−１，１３−２が永久磁石２３，２４と磁性膜１１との間に挟まれて位置するように、軟磁性シート１３−１，１３−２及び磁性膜１１に対向させて配置する。言い換えれば、軟磁性シート１３−１，１３−２は、磁性膜１１に対して、永久磁石２３，２４による交番磁界が印加される側に位置する。これにより、永久磁石２３，２４によって磁性膜１１に交番磁界を印加すれば、この第３変形例に係る起電力発生装置１０においても、磁性膜１１の磁性変化によって生じるコイル１２内を通過する磁束の変化により、コイル１２は上記実施形態の場合と同様にパルス信号を出力する。

次に、成膜型のコイル１２の他の例について、図１６（Ｂ）を用いて説明する。図１６（Ｂ）も、後述する絶縁層を省略して、絶縁基板１４上の磁性膜１１及びコイル１２を概略的に示す正面図である。

この成膜型のコイル１２の形成においては、まず、方形状の絶縁基板１４上であって、図示左右方向の中央位置かつ上下方向の中心よりも下方位置に、磁性膜材料を長方形状にパターニングして、絶縁基板１４上に磁性膜１１を形成する。なお、磁性膜１１の容易軸方向は上下方向である。次に、絶縁基板１４及び磁性膜１１上に、絶縁性材料を成膜して絶縁層を形成する。次に、絶縁層上に、導電性材料をパターニングして線状導電層１２ｃからなるコイル１２を形成する。この線状導電層１２ｃは、絶縁基板１２ｃの左右辺及び上下辺にそれぞれ平行に連続して延設されるとともに、外側の線状導電層１２ｃとの間に隙間を設けて絶縁基板１４の中心に向かって延設されている。そして、線状導電層１２ｃ（コイル１２）の両端には、電極１２ｄ，１２ｅがパターニングされている。さらに、この場合、コイル１２上に、上述した軟磁性シート１３−１，１３−２を、磁性膜１１と磁気的結合しないようにスペーサを介して磁性膜１２から離間させた状態で、接着材を用いて上述した位置に張り付けるとよい。その結果、成膜型のコイル１２を有する起電力発生装置１０が完成する。また、この場合も、軟磁性シート１３−１，１３−２を覆うように、起電力発生装置１０の全体を合成樹脂によりパッケージングしてもよい。

そして、このように構成した起電力発生装置１０を移動検出装置として用いる場合にも、永久磁石２３，２４を、軟磁性シート１３−１，１３−２が永久磁石２３，２４と磁性膜１１との間に挟まれて位置するように、軟磁性シート１３−１，１３−２及び磁性膜１１に対向させて配置する。言い換えれば、軟磁性シート１３−１，１３−２は、磁性膜１１に対して、永久磁石２３，２４による交番磁界が印加される側に位置する。このように構成された起電力発生装置１０においても、磁性膜１１の容易軸方向に出入りする磁束はコイル１２内を通過する。そして、コイル１２内を通過する磁束は、磁性膜１１の磁性変化によって変化する。したがって、磁性膜１１の磁性変化によって生じるコイル１２内を通過する磁束の変化により、前記第３変形例の場合のように、コイル１２にパルス信号を発生させることがきる。

なお、この場合、線状導電層１２ｃ（コイル１２）を方形状に延設させたが、円形、長円形、楕円形などの渦巻き状に延設させてもよい。また、絶縁基板１４の表面上における磁性膜１１と線状導電層１２ｃ（コイル１２）との成膜の順を逆にしてもよい。すなわち、絶縁基板１４の表面上に線状導電層１２ｃ（コイル１２）をパターニングし、線状導電層１２ｃ（コイル１２）上に絶縁層を成膜して、その上に磁性膜１１をパターニングしてもよい。この場合には、軟磁性シート１３−１，１３−２は絶縁基板１４の裏面側に、接着剤を用いて張り付ける。なお、この場合も、絶縁基板１４が薄くて、軟磁性シート１３−１，１３−２が磁性膜１１と磁気的結合する場合には、前記のように、絶縁基板１４の裏面と軟磁性シート１３−１，１３−２の間にスペーサを設けるとよい。

そして、このように構成した起電力発生装置１０を移動検出装置として用いる場合には、永久磁石２３，２４を、絶縁基板１４の裏面側にて軟磁性シート１３−１，１３−２に対向させるように配置する。言い換えれば、軟磁性シート１３−１，１３−２は、磁性膜１１に対して、永久磁石２３，２４による交番磁界が印加される側に位置する。この場合も、磁性膜１１の容易軸方向に出入りする磁束はコイル１２内を通過する。そして、コイル１２内を通過する磁束は、磁性膜１１の磁性変化によって変化する。したがって、磁性膜１１の磁性変化によって生じるコイル１２内を通過する磁束の変化により、前記第３変形例の場合のように、コイル１２にパルス信号を発生させることがきる。

このように、成膜型のコイル１２は、前記線状導電層１２ｂ，１２ｃのように磁性膜１１を巻き回すようにしてもよいが、磁性膜１１に対向させるように構成してもよい。要は、成膜型のコイル１２は、絶縁基板１４上にて、磁性膜１１の容易軸方向と交差する方向に延びた複数の線状部分を有するように導電性膜で構成されていればよい。そして、このような成膜型のコイル１２を用いれば、起電力発生装置１０を小型化できるとともに、簡単かつ安価に製造できる。

このように構成した第３変形例に係る起電力発生装置１０においても、上記実施形態と同様に動作するので、上記実施形態の場合と同様な効果が期待される。なお、この第３変形例においても、上記第２変形例に係る窓１３ａを有して一枚のシートからな軟磁性シート１３を用いるようにしてもよい。また、この第３変形例も、後述する種々の適用変形例にも採用され得る。

ｂ４．第１の適用変形例
上記実施形態及び各種変形例においては、物体の回転検出装置に本発明に係る起電力発生装置１０を適用した例について説明した。しかし、本発明に係る起電力発生装置１０は、物体の直線移動（以下、直動という）の検出にも適用され得る。この第１の適用変形例においては、上記実施形態の回転装置２０に代えて、永久磁石２３，２４を直動するための直動装置５０が用いられる。

直動装置５０は、図１７に示すように、起電力発生装置１０に対して、コイル１２とは反対側にて、軟磁性シート１３−１，１３−２に対向するように設けられた直動板５１を備えている。直動板５１は、長方形状かつ平板状に形成され、その板面を磁性膜１１（図示省略）及び軟磁性シート１３−１，１３−２に対して平行に対向させている。この直動板５１は、図示しない駆動装置により、図示矢印方向（板面と平行な水平方向）に駆動される。永久磁石２３，２４は、直動板５１の長手方向の端部に、それらの側面を接着剤により固定させて、Ｎ極とＳ極を互いに上下逆にして垂直（図示省略された磁性膜１１の容易軸方向）に設けられている。これにより、上記実施形態の場合と同様に、磁性膜１１にその容易軸方向に磁界が印加されるようになっている。起電力発生装置１０としては、上記実施形態で説明したＦｅＣｏ３μｍの磁性膜１１かつコイル１２のトータル巻線数３０００ターンである１つの起電力発生装置１０を用いた。また、軟磁性シート１３−１，１３−２及びそれらの隙間、並びに永久磁石２３，２４も上記実施形態と同じであり、永久磁石２３，２４と起電力発生装置１０との間の距離も上記実施形態と同じである。ただし、この場合における永久磁石２３，２４間の距離は、３０ｍｍである。なお、図示省略されたに磁性膜１１は、図１７において、絶縁基板１４の左側面に設けられている。

このように構成した第１の適用変形例においては、直動板５１を図１７の矢印方向に往復動させる。直動板５１のＡ位置が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１にその飽和磁界が印加される。これにより、磁性膜１１はセット状態となる。直動板５１の図示左下方向の移動により、直動板５１のＢ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１に、セット状態とは反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。

直動板５１の図示左下方向のさらなる移動により、直動板５１のＣ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２４が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１に、Ａ位置の場合とは逆方向（Ｂ位置の場合と同じ方向）の飽和磁界が印加されて、磁性膜１１はリセット状態となる。その後、直動板５１が前記とは逆方向の図示右上方向に移動して、直動板５１のＤ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１には、リセット状態とは反平行の保磁力（＋Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このときに、第２のパルス信号が出力される。この場合も、第１及び第２のパルス信号は、正負の関係の出力となる。このようにして、直動板５１の１往復で、正負２つのパルス信号が出力される。

そして、上記実施形態の場合と同様に、負荷抵抗３１無しの状態でオシロスコープ４０で起電力発生装置１０からの出力を測定した結果、起電力発生装置１０からは、図５（Ｃ）に示した出力パルス信号と同様な出力パルス信号が得られた。したがって、この第１適用変形例によれば、物体の直動が起電力発生装置１０及び永久磁石２３，２４により、上記実施形態の回転の場合と同様に精度よく検出される。

ｂ５．第２の適用変形例
次に、上記第１の適用変形例の一部を変更して、物体の直動を検出する検出装置の小型化を図った第２の適用変形例について説明する。

この第２の適用変形例においては、図１８に示すように、直動装置５０を構成する直動板５２は、起電力発生装置１０の磁性膜１１（図１７と同様に図示省略）及び絶縁基板１４と直交する水平方向に延設されている。直動板５２の構成は、上記直動板５１の構成と同じである。起電力発生装置１０は、図１７の起電力発生装置１０の構成に、軟磁性シート１６−１，１６−２をさらに加えたものである。軟磁性シート１６−１，１６−２は、軟磁性シート１３−１，１３−２と同様に構成されており、磁性膜１１及び絶縁基板１４を中心として、軟磁性シート１３−１，１３−２とほぼ対称位置に配置されている。

永久磁石２３，２４も、上記第１の適用変形例の場合と同様に構成されている。ただし、永久磁石２３，２４は、直動板５２の長手方向の端部の上面に、それらの下面を接着剤により固定させて、Ｎ極とＳ極を互いに上下逆にして垂直（図示省略された磁性膜１１の容易軸方向）に設けられている。なお、この場合も、永久磁石２３，２４間の距離は、例えば３０ｍｍである。

このように構成した第２の適用変形例においても、直動板５１を図１８の矢印方向（図示左右方向）に往復動させる。直動板５２のＡ位置が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１にその飽和磁界が印加される。これにより、磁性膜１１はセット状態となる。直動板５１の図示左方向の移動により、直動板５２のＢ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１に、セット状態とは反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。

直動板５２の図示左方向のさらなる移動により、直動板５１のＣ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２４が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１に、Ａ位置の場合とは逆方向（Ｂ位置の場合と同じ方向）の飽和磁界が印加されて、磁性膜１１はリセット状態となる。その後、直動板５２が前記とは逆方向の図示右方向に移動して、直動板５１のＤ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１に、リセット状態とは反平行の保磁力（＋Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このときに、第２のパルス信号が出力される。この場合も、第１及び第２のパルス信号は、正負の関係の出力となる。このようにして、直動板５１の１往復で、正負２つのパルス信号が出力される。

そして、上記実施形態の場合と同様に、負荷抵抗３１無しの状態でオシロスコープ４０で起電力発生装置１０からの出力を測定した結果、起電力発生装置１０からは、前記第１の適用変形例と同様な出力パルス信号（図５（Ｃ）参照）が得られた。したがって、この第２の適用変形例においても、物体の直動が、起電力発生装置１０及び永久磁石２３，２４により、上記第１の適用変形例の場合と同様に精度よく検出される。また、この第２の適用変形例においては、軟磁性シート１６−１，１６−２を必要とするが、直動板５２の移動範囲を小さくでき、上記第１の適用変形例の場合に比べて装置全体を小型化できる。

ｂ６．第３の適用変形例
上記実施形態及び各種変形例の物体の回転検出においては、回転板２２の１回転当たり正負２つのパルス信号を発生させるようにした。これに代えて、第３の適用変形例においては、回転板２２の１回転当たり１つパルス信号を発生させるようにした。

この第３の適用変形例では、図１９に示すように、図１及び図４に示す上記実施形態における永久磁石２４を回転板２２の中心方向内側に３ｍｍだけ移動させた。この永久磁石２４の位置は、回転板２２のＣ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２４が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１に動作磁界以上かつ飽和磁界以下の磁界が印加される位置である。これにより、磁性膜１１には、不均衡な交番磁界が印加される。他の構成は、上記実施形態と同じである。

このように構成した第３の適用変形例においては、回転板２２のＡ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、上記実施形態の場合と同様に、セット状態となる。そして、回転板２２が図示矢印方向に回転されて、回転板２２のＣ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１に、セット状態とは反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。しかし、この場合、磁性膜１１には、前記永久磁石２３による飽和磁界と反平行な飽和磁界が印加されないので、上記実施形態のようなリセット状態はない。そして、回転板２２のＤ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１には、セット状態と同一方向かつ平行な保磁力（＋Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。しかし、この位置での出力パルス信号は小さく、実質的に、回転板２２の１回転当たり１つのパルス信号しか発生されない。

このような第３の適用変形例の測定結果について説明する。この場合、ＦｅＣｏ３μｍかつコイル１２のトータル巻線数を３０００ターンとした起電力発生装置１０を用いて、上記実施形態の場合と同様に、１０ｋΩの負荷抵抗３１を接続して起電力発生装置１０からの出力信号をオシロスコープ４０で測定した（上記試験１のケース３に対応）。

図２０（Ａ）は起電力発生装置１０から出力信号の波形図であり、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）における正側パルスの拡大波形図であり、図２０（Ｃ）は図２０（Ａ）における負側パルスの拡大波形図である。正側パルスの波高値は１５Ｖ程度であって、かなり大きい。しかし、負側パルスの波高値は３００ｍＶ以下で極めて小さい。この負側パルスの波高値が極めて小さくなる現象は、次の理由によるものと推定される。この場合、磁性膜１１はリセット状態となる飽和磁界以上の磁気履歴をとらないために、磁性膜１１が単磁区構造とならない。そして、磁性膜１１における長い線状の磁壁が一箇所に集中して形成されないので、負側パルスの波高値が極めて小さくなる。したがって、この第３の適用変形例においては、負側パルスを無視できて、実質的に回転板２２の１回転当たり１つの正側パルス信号のみを起電力発生装置１０から出力させることができる。その結果、上記実施形態及び各種変形例のように２つのパルス信号を整流することなく、物体の回転などのセンシングに利用できるようになる。

ｂ７．第４の適用変形例
上記第１の適用変形例に係る物体の直動検出においては、直動板５１の１往復当たり正負２つのパルス信号を発生させるようにした。これに代えて、第４の適用変形例においては、直動板５１の１往復当たり１つパルス信号を発生させるようにした。

この第４の適用変形例においては、図２１に示すように、直動板５１のＡ位置（永久磁石２３）が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に対向する位置と、直動板５１のＸ位置が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に対向する位置との間で、直動板５１を矢印で示すように往復動させる。前記Ｘ位置は、上記第１の適用変形例におけるＢ位置とＣ位置の間の位置であって、永久磁石２４によって磁性膜１１に印加される磁界が、動作磁界以上かつ飽和磁界以下である位置である。これによっても、磁性膜１１には、不均衡な交番磁界が印加される。他の構成は、上記第１の適用変形例と同じである。

このように構成した第４の適用変形例においては、直動板５１のＡ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、上記第１の適用変形例の場合と同様に、セット状態となる。そして、直動板５１が前記状態から図示左下方向に移動して、直動板５１のＢ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１に、セット状態とは反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。そして、直動板５１が図示左下方向にさらに移動して、直動板５１のＸ位置が磁性膜１１に最も近づいた状態から、直動板５１は図示右上方向に移動し始める。前述のように、前記Ｘ位置は磁性膜１１に動作磁界以上かつ飽和磁界以下の磁界が印加される位置であり、磁性膜１１には前記永久磁石２３による飽和磁界と反平行な飽和磁界が印加されない。したがって、上記第１の適用変形例のようなリセット状態はない。そして、直動板５１のＤ位置が磁性膜１１に最も近づいたとき、磁性膜１１には、セット状態と平行な保磁力（＋Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が印加される。しかし、この位置での出力パルス信号は小さく、実質的に、回転板２２の１回転当たり１つのパルス信号しか発生されない。これは、前記第３の適用変形例で説明した理由によるものと推測される。

したがって、上記第３の適用変形例の場合と同様に、負側パルスを無視できて、実質的に直動板５１の１往復当たり１つの正側パルス信号のみを起電力発生装置１０から出力させることができる（図２０参照）。その結果、この第４の適用変形例の場合も、２つのパルス信号を整流することなく、物体の直動などのセンシングに利用できるようになる。

さらに、上記第２の適用変形例（図１８参照）においても、直動板５１の１往復当たり１つパルス信号を発生させるようにすることもできる。この場合には、直動板５１が図１８の右方向（又は左方向）に移動して、直動板５２のＡ位置（又はＣ位置）が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２３（又は永久磁石２４）が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１にその飽和磁界が印加されるようにする。そして、直動板５１が図１８の左方向（又は右方向）に移動して、直動板５２のＣ位置（又はＡ位置）が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に最も近づいたとき、すなわち永久磁石２４（又は永久磁石２３）が磁性膜１１に最も近づいて磁性膜１１に対向したとき、磁性膜１１にその保磁力以上かつ飽和磁界以下の磁界が印加されるようにする。このように、直動板５１の移動範囲を小さくすることにより、前記第４の適用変形例と同様に、直動板５１の１往復当たり１つのパルス信号を発生させることができるようになる。

ｂ８．第５の適用変形例
次に、１つの永久磁石２３（又は２４）を起電力発生装置１０の磁性膜１１の容易軸方向と平行に往復運動させて、磁性膜１１（図示省略）に交番磁界を印加する第５の適用変形例について説明する。この第５の適用変形例においては、図２２に示すように、起電力発生装置１０に対して、コイル１２と反対側にて軟磁性シート１３−１，１３−２と対向させて永久磁石２３を設ける。この場合、永久磁石２３のＮ極とＳ極が磁性膜１１の容易軸方向（すなわち上下方向）となるようにする。そして、永久磁石２３を上下方向（図示矢印方向）に往復動させる。この第５の適用変形例においても、上記実施形態及び各種適用変形例と同様な起電力発生装置１０及び永久磁石２３を用いる。永久磁石２３と絶縁基板１４（磁性膜１１）との間の距離は、永久磁石２３が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に対向したとき（図示Ａ位置）にあるとき、磁性膜１１（図示省略）にその飽和磁界以上の磁界が印加される距離である。そして、永久磁石２３が図示Ｂ，Ｂ’位置にあるとき、磁性膜１１に保磁力以上かつ飽和磁界以下の磁界が印加される。なお、この場合も、図示省略された磁性膜１１は、絶縁基板１４における軟磁性シート１３−１，１３−２と対向する側の面上（絶縁基板１４の図示左側）に設けられている。

このように構成した第５の適用変形例においては、永久磁石２３が磁性膜１１（起電力発生装置１０）に最も近づいてＡ位置にあるとき、磁性膜１１にはその飽和磁界が印加される。この状態で、磁性膜１１はセット状態となる。そして、永久磁石２３が上方に移動して、図示Ｂ位置に来ると、詳しくは後述するように、セット状態と反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が磁性膜１１に印加される。このとき、第１のパルス信号が出力される。この状態から、永久磁石２３を下方に移動して、永久磁石２３が前記と同様なＡ位置に来ると、磁性膜１１には前記と同一方向の飽和磁界がふたたび印加される。したがって、この状態でも、磁性膜１１は前記と同様なセット状態となり、この第５の適用変形例では磁性膜１１がリセット状態になることはない。

そして、永久磁石２３がさらに下方に移動して、図示Ｂ’位置に来ると、詳しくは後述するように、セット状態と反平行の保磁力（−Ｈｃ）相当の磁界（動作磁界）が磁性膜１１に印加される。したがって、この状態で、第１のパルス信号と同じ第２のパルス信号が出力される。なお、Ａ位置及びＢ位置間の距離と、Ａ位置及びＢ’位置間の距離とは同じである。その後、永久磁石２３を上方に移動させ、永久磁石２３をＢ，Ｂ’位置間で往復動させると、永久磁石２３がＢ位置及びＢ’位置に来るごとに、第１及び第２のパルス信号が繰り返し出力される。

ここで、第１及び第２のパルス信号が同じになる理由について説明する。図２３は、永久磁石２３からの磁束線を描いたシミュレーション図である。図２３のＡ位置は図２２において永久磁石２３がＡ位置にある状態、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１（絶縁基板１４）に対向している状態に対応する。図２３のＢ位置は図２２において永久磁石２３がＢ位置にある状態、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１の上方にある状態に対応する。図２３のＢ’位置は図２２において永久磁石２３がＢ’位置にある状態、すなわち永久磁石２３が磁性膜１１の下方にある状態に対応する。

このシミュレーションによれば、永久磁石２３が図２２のＡ位置にある状態では、磁性膜１１に下方向に向いた大きな磁界（飽和磁界以上の磁界）が印加されていることが分かる。永久磁石２３が図２２のＢ位置にある状態では、磁性膜１１に上方向に向いた小さな磁界（保磁力程度の磁界）が印加されていることが分かる。また、永久磁石２３が図２２のＢ’位置にある状態でも、磁性膜１１に上方向に向いた小さな磁界（保磁力程度の磁界）が印加されていることが分かる。したがって、永久磁石２３が図２２のＡ位置にある状態では磁性膜１１はセット状態とされ、永久磁石２３が図２２のＢ，Ｂ’位置に来ると、大バルクハウゼン効果による磁性膜１１の磁性変化により、コイル１２からは正（又は負）の同じ大きさのパルス信号が出力されることになる。

なお、永久磁石２３を図２２のＢ位置よりも上方まで移動させたり、図２２のＢ’位置よりも下方まで移動させたりしても、図２３のシミュレーション図から分かるように、磁性膜１１に印加される磁界は図２２のＢ，Ｂ’位置の磁界強度よりも小さくなるので、磁性膜１１はリセット状態になることはない。したがって、永久磁石２３の移動範囲を図２２のＢ位置よりも上方又は図２２のＢ’位置よりも下方に移動させてもよい。

その結果、この第５の適用変形例によれば、永久磁石２３の１往復で２つの同じ方向（正又は負）のパルス信号が出力されることになり、２つのパルス信号を整流することなく、物体の直動などのセンシングに利用できるようになる。また、２つの永久磁石２３，２４を用いることなく、１つの永久磁石２３のみを用いればよくなる。

ｂ９．他の変形例及び適用変形例
さらに、他の変形例及び他の適用変形例について説明する。上記実施形態及び各種適用変形例においては、起電力発生装置１０を固定し、永久磁石２３，２４を移動させて、磁性膜１１に交番磁界を印加するようにした。しかし、これに代えて、永久磁石２３，２４を固定し、起電力発生装置１０を移動させて、磁性膜１１に交番磁界を印加するようにしてもよい。要は、永久磁石２３，２４を起電力発生装置１０に対して相対的に移動させて、磁性膜１１に交番磁界を印加するようにすれば、永久磁石２３，２４を移動させてもよいし、起電力発生装置１０を移動させてもよい。

また、上記実施形態及び各種適用変形例においては、起電力発生装置１０（磁性膜１１）に交番磁界を印加する手段として永久磁石２３，２４を用いた。しかし、永久磁石２３，２４に代えて、電磁石を用いて、起電力発生装置１０（磁性膜１１）に交番磁界を印加するようにしてもよい。この場合には、電磁石を起電力発生装置１０に対して相対的に移動させることになる。

また、上記実施形態及び各種適用変形例においては、物体の回転及び直動の検出に起電力発生装置１０を用いるようにした。しかし、本発明による起電力発生装置１０は、出力面積（波高×半値幅）が大きなパルス信号、すなわち大きな電力のパルス信号を出力するので、このパルス信号の電力を蓄電して、蓄電された電力をエナジーハーベスティングとして利用することもできる。

具体的には、例えば、建物のドア部、窓部などに起電力発生装置１０及び永久磁石２３，２４を配置し、ドア、窓などの開閉時に、ドア、窓などの回転、直動などの移動により、永久磁石２３，２４を起電力発生装置１０に対して相対移動させて、起電力発生装置１０の磁性膜１１に交番磁界を印加する。そして、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号を蓄電池に蓄電する。また、このパルス信号の蓄電と同時に、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号を用いてドア、窓などの開閉を検出するようにする。さらに、ドア、窓などの開閉状態を表示する電気回路で構成した表示装置を設けたり、ドア、窓などの開閉状態を他の場所に送信する電気回路で構成した通信装置を設けたりする。そして、前記蓄電した電力で表示装置及び通信装置を作動させれば、電池が不要となったり、電池を設けた場合でも電池の消費電力を抑えることができる。特に、ドア、窓などの開閉状態を建物内に表示又は送信して建物内に居る人間、又は建物とは別の場所に居るに人間に知らせれば、本発明に係る起電力発生装置１０を防犯のために利用できる。

この防犯の場合には、通常時には、例えば、ドア、窓などの回転、直動などの移動により、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号を蓄電池に蓄電することのみを行うようにする。そして、セキュリティ時には、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号を用いてドア、窓などの開閉を検出して、ドア、窓などの開閉状態を建物内に表示又は送信して建物内に居る人間、又は建物とは別の場所に居る人間に知らせるとよい。これにより、パルス信号により蓄電池に蓄電された電力が有効に使われる。

また、本発明に係る起電力発生装置１０は、機械装置のある部位の移動を検出して、機械装置の正常動作及び異常動作の検出にも利用可能である。この場合も、前記ある部位の正常状態及び異常状態を作業者に知らせるための表示装置及び通信装置を、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号により蓄電池に蓄電された電力を用いて行うとよい。

また、本発明に係る起電力発生装置１０及び永久磁石２３，２４を、屋外に設けた小型の風車により回転する回転装置に適用して、屋外に設けたランプの点灯、表示装置による表示などにも利用できる。この場合も、屋外に設けられて自然の風による風車の回転時に、起電力発生装置１０から出力されるパルス信号により蓄電池に蓄電して、蓄電された電力でランプの点灯、表示装置による表示などを制御すれば、電池が不要となったり、電池を設けた場合でも電池の消費電力を抑えることができる。

１０…起電力発生装置、１１Ａ…観測面、１１…磁性膜、１２…コイル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…線状導電層、１３，１３−１，１３−２，１６−１，１６−２…軟磁性シート、１３ａ…窓、１４…絶縁基板、１５…金線、２０ …回転装置、２１…回転軸、２２…回転板、２３，２４…永久磁石、３１…負荷抵抗、４０…オシロスコープ、４１…プローブ、５０…直動装置、５１，５２…直動板

Claims (12)

1. 交番磁界の印加により大バルクハウゼン効果による磁性変化を起こす磁性体と、前記磁性体の磁性変化によって生じる通過磁束の変化により起電力を発生するコイルとを備えた起電力発生装置において、
   前記磁性体は、異方性でありかつ単一保磁力である磁気特性をもち、
   前記磁性体に対して交番磁界が印加される側に、前記磁性体の容易軸方向の両端部分を覆うように前記両端部分に対向し、かつ前記磁性体の容易軸方向の中央部分には対向しないように隙間をあけて、前記磁性体の保磁力よりも小さな保磁力である軟磁性シートを配置したことを特徴とする起電力発生装置。
2. 前記磁性体は、容易軸方向に長尺状の長方形状である請求項１に記載した起電力発生装置。
3. 前記磁性体は、半硬磁性特性を示す磁性体からなる請求項１又は２に記載した起電力発生装置。
4. 前記磁性体は、FeCoを含む半硬磁性特性を示す磁性体からなる請求項３に記載した起電力発生装置。
5. 前記軟磁性シートが対向していない前記磁性体の中央部分は、前記磁性体の容易軸に直交する方向に延設された２辺を有する方形状である請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載した起電力発生装置。
6. 前記磁性体の中央部分の２辺間の長さは、前記磁性体の容易軸長の５０％以下である請求項５に記載した起電力発生装置。
7. 前記交番磁界は、永久磁石を前記磁性体に対して相対移動させることにより、前記磁性体に印加される請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載した起電力発生装置。
8. 前記磁性体は、絶縁基板上に成膜された磁性膜である請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載した起電力発生装置。
9. 前記コイルは、前記絶縁基板と前記磁性膜の外周に巻き回されている請求項８に記載した起電力発生装置。
10. 前記コイルは、前記絶縁基板上にて、前記磁性膜の容易軸方向と交差する方向に延びた複数の線状部分を有する導電性膜で構成されているようにした請求項８に記載した起電力発生装置。
11. 前記交番磁界は、前記磁性体に対して、前記磁性体の容易軸方向の２つの方向に前記磁性体の飽和磁界以上の磁界をそれぞれ印加するようにした請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載した起電力発生装置。
12. 前記交番磁界は、前記磁性体に対して、前記磁性体の容易軸方向の２つの方向のうちの一方の方向に前記磁性体の飽和磁界以上の磁界を印加し、かつ他方の方向に前記磁性体の保磁力以上かつ飽和磁界以下の磁界を印加するようにした請求項１乃至１１のうちのいずれか一つに記載した起電力発生装置。

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