JPH04333204A

JPH04333204A - 磁気検出コイル

Info

Publication number: JPH04333204A
Application number: JP10277891A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sasaki; 伸夫佐々木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-05-08
Filing date: 1991-05-08
Publication date: 1992-11-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気検出コイルに係り
、詳しくは、例えば、変位法による磁化測定の分野に用
いて好適な、振動試料型磁力計に用いる磁気検出コイル
に関する。

【０００２】近年、産業上の様々な必要に伴って、新材
料の開発が今後ますます盛んになっており、新材料の開
発には、材料の物性を知ることが大切であり、物性の評
価法の１つとして磁気的性質を知ることは、その材料の
磁気的性質を利用しない場合でも、重要である。

【０００３】例えば、電力消費の少ない送電線として期
待されている超伝導の場合でも、抵抗を直接計るだけで
は、超伝導状態か否かの判定は困難で、マイスナー効果
等の磁気的測定を兼用する必要があるのは広く知られて
いる通りである。

【０００４】そこで、材料の磁気的性質を知るため、よ
り高精度な磁気検出手段、例えば、振動試料型磁力計等
が必要になる。

【０００５】

【従来の技術】従来のこの種の磁気検出コイルとしては
、例えば、図５に示すような振動試料型磁力計に用いら
れるようなものがある。

【０００６】振動試料型磁力計は、自動化測定装置の一
つで、変位法による磁気測定法を自動化したものであり
、変位法による磁気測定方法は、一定周波数で試料を振
動させることによって、検出コイルに誘起する交流の誘
導起電力を検出するもので、狭帯域増幅器を用いること
により、非常に弱い磁気の測定ができるというものであ
る。

【０００７】また、積分型磁束計では不可能である残留
磁化の測定が可能であり、零点移動が無い等の特徴を備
えている。図５において、１は加振器、２は標準信号検
出コイル、３は標準信号発生コイル、４はスペーサ、５
は試料支持棒、６はガラス管、７は外側デュワー、８は
内側デュワー、９はスペーサ、１０はヒータ、１１はコ
イル取付台、１２は磁気検出コイル（試料信号検出コイ
ル）、１３は試料である。

【０００８】以上の構成において、まず、外磁界印加用
コイルにより外磁界が試料１３に印加されて試料１３が
磁化された後、加振器１により振動させられると、試料
１３は磁化されているので磁気双極子とみなされ、磁気
双極子が振動しているのと同様に試料１３の近くに配置
された磁気検出コイル１２内を貫く磁束が時間に対して
変化する。すなわち、試料１３の磁化、及び振動に対応
して磁気検出コイル１２内には誘導起電力が発生され、
起電力が検出されることにより磁化が求められる。

【０００９】原理は以下に述べる。座標軸の原点（０，
０，０）に磁化Ｍでｘ方向を向いた試料１３があり、ｚ
方向に角振動数ω、振幅ａで単振動している場合を考え
る。

【００１０】一般に、（０，０，Ｚ）にある双極子Ｍが
Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）点につくる磁気ポテンシャルφ（ｘ，
ｙ，ｚ，Ｚ）は、

【００１１】

【数１】

【００１２】で与えられる。なお、数１中のＲは、磁気
双極子ＭとＡ点の距離であり、

【００１３】

【数２】

【００１４】で表される。すなわち、双極子ＭがＺ＝ａ
・ｅｘｐ（ｉωｔ）で単振動するときは、Ａ点の磁気ポ
テンシャルは、

【００１５】

【数３】

【００１６】で与えられる。なお、数３中のｒは、原点
（０，０，０）とＡ点との距離であり、

【００１７】

【数４】

【００１８】で表される。磁化を与える式は磁気検出コ
イルの配置によって異なり、ここでは、図６，７に示す
ような第１配置と第２配置との２種類の配置を考える。なお、図６，７中、１４は磁石である。

【００１９】第１配置は、図６に示すように、断面積Ｓ
、巻数Ｎのコイル１２ａがｘｙ面に垂直に座標（ｘ，ｙ
，０）に配置される場合であり、

【００２０】

【数５】

【００２１】であるので、コイルの起電力Ｖは、

【００
２２】

【数６】

【００２３】となり、振幅３ＮＳａωＭｘ／４πｒ５　
の正弦波となる。すなわち、この振幅より磁化Ｍが求め
られる。第２配置は、図７に示すように、螺旋状に巻か
れた平面コイル１２ｂであり、半径ｄ，配線ピッチΔ、
巻数Ｎのコイル１６が、コイル面がｘ軸に垂直で、コイ
ル１２ｂの中心位置が座標（ｘ，０，ｚ）に配置される
場合であり、これは、例えば、コイル１２ｂを外部磁場
印加の磁石１４のポールピース表面に張りつけた場合に
相当する。

【００２４】コイル１２ｂの位置Ａ点における磁気ポテ
ンシャルφ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、

【００２５】

【数７】

【００２６】すなわち、

【００２７】

【数８】

【００２８】

【数９】

【００２９】

【数１０】

【００３０】ここで、Ｎ＝ｄ／Δであるから、

【００３
１】

【数１１】

【００３２】したがって、ｄが一定の時、Ｖは△に反比
例する。なお、第２配置のコイル１２ｂの実際の形状と
しては、例えば、図８に示すような線幅０．０３ｍｍ、
線間０．０１ｍｍ、巻線ピッチ０．０４ｍｍ（４０μｍ
）のコイルを一平面内に巻いて平板に貼り付けたものが
あり、同一巻数で、巻方向が反対の２つのコイルを接続
して感度アップを図ったものがある。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気検出コイルにあっては、例えば、液体ヘ
リウム温度のような極低温で試料を測定しようとする場
合のために、試料１３の近傍に、試料１３を冷却するた
めのデュワー８を配設するという構成となっていたため
、試料１３と磁気検出コイル１２との距離が離れてしま
い、感度の低下が起こるという問題点があった。

【００３４】すなわち、試料１３、デュワー８、磁気検
出コイル１２ｂ、磁石１４の配置は、図９に示すような
ものとなり、試料１３と磁気検出コイル１２ｂとの間に
デュワー８が介在するため、試料１３と磁気検出コイル
１２ｂとの距離が離れるためであり、数１１に示すよう
に、距離ｒが離れると検出する信号が極端に減衰してし
まう。

【００３５】そこで、磁気検出コイル１２ｂをデュワー
８内の試料１３の近傍に配置することが考えられるが、
磁気検出コイル１２ｂの螺旋状コイルの直径は、略１０
ｃｍ程度の大きさを有しており、また、コイルを貼り付
ける平板の厚みから、磁気検出コイル１２ｂのサイズは
かなり大きなものとなるため、磁気検出コイル１２ｂを
試料１３の近傍に配置するには、例えば、図１０に示す
ように、デュワー８のサイズを大きくして試料室を広く
することが必要となる。

【００３６】したがって、磁気検出コイル１２ｂを試料
１３の近傍に配置するために試料室を広くすれば、今度
は試料１３と外部磁界印加用の磁石１４とのポールピー
ス間が広くなり、同じ磁界の強さを得るためには全体が
一回り大きな磁石１４が必要となり、装置全体が大型化
して高価になるという新たな問題点が生じることとなる
。

【００３７】［目的］そこで本発明は、小型で高感度な
磁気検出コイルを提供することを目的としている。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明による磁気検出コ
イルは上記目的達成のため、金属薄膜配線を所定の方向
に螺旋状に巻いて形成するコイルを、巻方向が同じにな
るように絶縁膜を介して積層し、該積層したコイルのコ
イルの中心を電気的に接続して単一の絶縁基板上に複数
形成するように構成している。

【００３９】なお、前記コイルは下層の配線間に上層の
配線を配置して積層することが有効であり、また、直線
配線の集合体で形成することが配線形成の際に、特に有
効となる。

【００４０】

【作用】本発明では、金属薄膜配線により形成されるコ
イルが単一の絶縁基板上に複数形成され、絶縁膜を介し
て積層される。このとき、コイルは同方向に巻かれた２
つのコイルの中心が電気的に接続され、下層の配線間に
上層の配線が配置されて積層される。

【００４１】すなわち、金属薄膜配線により小型のコイ
ルが得られ、単一の絶縁基板上に複数形成されることに
より高感度なコイルが得られる。また、コイルが直線配
線の集合体により形成されることにより、フォトエッチ
ング等により微細な配線が容易に形成される。

【００４２】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜３は本発明に係る磁気検出コイルの一実施例を示す
図であり、図１は本実施例の磁気検出コイルの斜視図で
ある。

【００４３】まず、構成を説明する。

【００４４】なお、図１において、図８に示した従来例
に付された番号と同一番号は同一部分を示す。小型で高
感度の磁化測定装置を作るにためには、巻数が多く、ピ
ッチの小さい磁気検出コイルを作ることが必要である。

【００４５】すなわち、本実施例では、従来の細い線を
巻いてコイルを作る代わりに、平面基板に蒸着等で形成
した金属薄膜を、ＬＳＩ等に用いられて発展してきたフ
ォトリソグラフィー技術（フォトエッチング）を用いる
ことにより、線幅、及び線間を小さくし、また、配線ピ
ッチを改善している。

【００４６】さらに、感度を高めるために、複数のスパ
イラル状のコイルを単一の基板上に集積し、それらを互
いに接続したり、また、狭い空間で感度を高めるために
、スパイラル状のコイルを複数層に積層することで大き
さを拡大することなく巻数を拡大している。

【００４７】具体的には、本実施例の磁気検出コイル１
２ｂは、積層した２つのスパイラルコイル１５を基板１
６に２組形成して構成され、基板１６としては石英ガラ
スを用い、外部磁場印加用の磁石１４のポールピース表
面に設置して振動試料型磁力計の磁気検出コイル１２ｂ
として用いられている。

【００４８】なお、スパイラルコイル１５は、図２に示
すように、直線配線の集合体によって形成され、スパイ
ラルコイル１５の配線にはＡｌ（アルミニウム）を用い
ている。

【００４９】図３は本実施例の磁気検出コイルの断面図
であり、層間絶縁膜１７、及びカバー膜１８としては、
ＣＶＤ−ＳｉＯ２　を用いている。

【００５０】本実施例では、図３に示すように、下層の
配線ＬＤの配線間に上層の配線ＬＵが形成され、また、
中心位置で上層と下層との配線ＬＵ，ＬＤを電気的に接
続している。

【００５１】すなわち、積層の際に、上層の配線ＬＵが
下層の配線ＬＤの間にくるように配置することにより、
凹凸を減らし、より全体的に薄いコイルが実現できる。

【００５２】また、積層された二つのスパイラルを中心
部分で接続することにより、リード線をスパイラルに重
ねて配線する必要がなくなり、リード線に伴うコイルの
凹凸をなくし、より高感度のこいるが実現できる。

【００５３】さらに、フォトリスグラフィーによる配線
の容易さを高めるため、従来例のコイルのような円形で
はなく、直線配線の集合体で形成されるスパイラルコイ
ルとする。

【００５４】以上の構成とすることにより、従来例では
、直径１０ｃｍのスパイラルコイルで、配線ピッチは４
０μｍであったが、本実施例では、ピッチ１μｍで、二
重の積層構造となるため、約８０倍の感度が実現できる
。

【００５５】また、細線を巻いたスパイラルコイルでは
、スパイラルコイル製品間のバラツキが大きく、従来、
たくさん作ったコイルの中から最適なコイルを選別して
用いていたが、本発明の方法では、バラツキが実際上無
いため、歩留まりが向上し、巻数の大きなコイルを作る
ことができる。

【００５６】したがって、小さな試料室でも、低温の試
料室内に磁気検出コイルを入れることができ、装置のマ
グネットの大きさを小さくして測定装置のコストを低減
することができる。

【００５７】図４は本発明に係る磁気検出コイルの他の
実施例を示す図であり、図４は本実施例の磁気検出コイ
ルの平面図である。

【００５８】まず、構成を説明する。なお、図４におい
て、図２に示した一実施例に付された番号と同一番号は
同一部分を示す。

【００５９】図２に示すように、一実施例におけるスパ
イラルコイル１６は四角形のものであったが、本実施例
のスパイラルコイル１６は、三角形、または、六角形と
なっている。

【００６０】すなわち、スパイラルコイル１６としては
、直線配線の集合体であれば、フォトエッチングにより
容易に配線の形成ができる。したがって、本実施例では
、スパイラルコイルの例として三角形、及び六角形のも
のを例に採り説明したが、これに限らず、スパイラルコ
イルとしては直線配線からなる多角形のコイルであれば
よい。

【００６１】このように本実施例では、金属薄膜配線に
より形成されるコイルを単一の絶縁基板上に複数形成で
き、小型のコイルを得ることができる。また、コイルを
単一の絶縁基板上に複数形成でき、高感度なコイルを得
ることができる。

【００６２】さらに、コイルを直線配線の集合体によっ
て形成することによりフォトエッチング等で微細な配線
を容易に形成できる。

【００６３】したがって、デュワーを大きくしなくても
磁気検出コイルを試料に近付けることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明では、金属薄膜配線により形成さ
れるコイルを単一の絶縁基板上に複数形成でき、小型の
コイルを得ることができる。

【００６５】また、コイルを単一の絶縁基板上に複数形
成でき、高感度なコイルを得ることができる。

【００６６】さらに、コイルを直線配線の集合体によっ
て形成することによりフォトエッチング等で微細な配線
を容易に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の磁気検出コイルの斜視図であ
る。

【図２】本発明一実施例の磁気検出コイルの平面図であ
る。

【図３】本発明一実施例の磁気検出コイルの断面図であ
る。

【図４】本発明他の実施例の磁気検出コイルの平面図で
ある。

【図５】従来の振動試料型磁力計の全体構成を示す概略
図である。

【図６】従来の磁気検出コイルの配置を説明するための
斜視図である。

【図７】従来の磁気検出コイルの配置を説明するための
斜視図である。

【図８】従来例のスパイラル型のコイルを示す斜視図で
ある。

【図９】従来の問題点を説明するための図である。

【図１０】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１　　　　加振器２　　　　標準信号検出コイル３　　　　標準信号発生コイル４　　　　スペーサ５　　　　試料支持棒６　　　　ガラス管７　　　　外側デュワー８　　　　内側デュワー９　　　　スペーサ１０　　　　ヒータ１１　　　　コイル取付台１２　　　　磁気検出コイル（試料信号検出コイル）１
３　　　　試料１４　　　　磁石１５　　　　基板１６　　　　スパイラルコイル１７　　　　層間絶縁膜１８　　　　カバー膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　金属薄膜配線を所定の方向に螺旋状に
巻いて形成するコイルを、巻方向が同じになるように絶
縁膜を介して積層し、該積層したコイルのコイルの中心
を電気的に接続して単一の絶縁基板上に複数形成するこ
とを特徴とする磁気検出コイル。
【請求項２】　　前記積層されたコイルは下層の配線間
に上層の配線を配置して積層することを特徴とする請求
項１の磁気検出コイル。
【請求項３】　　前記コイルは直線配線の集合体で形成
することを特徴とする特許請求１、または２の磁気検出
コイル。