JPH06176930A

JPH06176930A - 磁気インダクタンス素子

Info

Publication number: JPH06176930A
Application number: JP32212392A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Mori; 佳年雄毛利
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 1994-06-24
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JP3272423B2

Abstract

(57)【要約】【構成】磁気インダクタンス素子の磁性線に、直流ま
たは時間的に変化する電流を通電した状態で、焼鈍を行
なう。【効果】非常に感度のよい改良された磁気インダクタ
ンス素子が提供される。さらにこのインダクタンス素子
を用いて、非常に感度がよく小型の磁界センサや磁気ス
イッチハイブリッドＩＣが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気インダクタンス
素子に関するものである。さらに詳しくは、この発明
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、計測制御機器のロータリエンコー
ダ、数値制御機器の磁気スケール等に用いられる磁気ヘ
ッド等として有用な磁気インダクタンス素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】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。特にコンピュータ関連機器に関しては、それが
顕著であり、たとえば、記憶媒体であるフロッピーディ
スクについてみると、５インチのものから、さらに小型
化が進み、今や２．８インチ時代を迎えようとしてい
る。

【０００３】しかしながら、これらの各機器を小型化す
るには、その心臓部である磁気ヘッドを小型化する必要
があるが、この磁気ヘッドの小型化に関しては必ずしも
容易ではなく、これを妨げる要因がある。ひとつの要因
は、磁気ヘッド自体の大きさの問題である。つまり、従
来の磁気ヘッドではコイルの巻線が必要であるため、磁
気ヘッド自体がどうしても大型化してしまうということ
である。もうひとつは、検出感度の問題である。小型化
されると磁気ヘッドと記憶媒体の相対速度が低下して検
出速度が小さくなり、したがって、検出感度が著しく低
下してしまうということである。

【０００４】そこで、最近になって、従来の磁気ヘッド
では検出電圧が不足してくるため、磁束の時間変化でな
く磁束そのものを検出する磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を
ヘッドとして使用する動きが見られるようになってき
た。これにより、小型化が一層押し進められてきた。だ
が、現在の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、また、数％の磁気抵抗変化を生じ
させるのに必要な外部磁界は、50ガウス以上と大きい。
従って、磁気抵抗感度は、０．０５％／Ｇ以下の低感度
であり、このため信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）も非常に悪
い。

【０００５】したがって、磁気抵抗素子は着磁体に十分
近接させて用いる必要があり、たとえば、スピンドルモ
ータなどのロータリエンコーダにおいては、ギャップマ
ージンが数十ミクロン程度しかなく、細かいゴミの侵入
によってもモータが停止するといった故障が生じ易い状
態を生んでいる。このような磁気抵抗素子に対し、最近
になって、巨大磁気抵抗効果とよばれる現象が磁性人工
格子を用いる場合に見出されているが、この場合には、
実際のところ、数十％の電気抵抗変化を得るのに数百ガ
ウスもの大きな磁界が必要であり、さらに、ヒステリシ
スの問題もあり、小型化を指向する製品にはこの技術は
向いていない。

【０００６】このような従来の磁性抵抗素子や巨大抵抗
効果を用いた素子の欠点を克服した新しい素子をこの発
明者はすでに提案している。一般的に、磁性を持つ導線
に交流電流などの時間的に変化する電流を流すと、導線
の両端には二種類の電圧の和が現われる。それらは導線
の電気抵抗と電流との積による電圧と、円周磁束の時間
変化による電圧である。通常後者の電圧は非常に小さい
ので、この電圧を利用することは、現在まで工学的にほ
とんどなかった。

【０００７】そこで、この新しい素子は、時間的に変化
する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のみを、外部印加磁界による
変化として検出することを基本的な原理としている磁気
インダクタンス素子である。この磁気インダクタンス素
子は、磁性線と、その磁性線の円周磁束の時間変化に対
する電圧のみを取出す電気抵抗回路とからなる。図１は
その磁気インダクタンス素子の例を示したものである。
この図１の回路内の磁性線として、図２に示すように、
FeCoSiB等からなる零磁歪アモルファス細線等を折り曲
げたものを用いることもできる。

【０００８】このような磁気インダクタンス素子の回路
により、磁性線に交流電流などの時間的に変化する電流
（Iw）を印加しその電気抵抗分による電圧を相殺するこ
とでインダクタンス分電圧（ｅ_L) を得ることができ
る。この磁気インダクタンス素子の磁性線に、外部か
ら、たとえば、永久磁石やその他の手段で発生される一
般的な直流磁界や交流磁界を印加することによって、ｅ
_Lの振幅

【０００９】

【００１０】が減少し、外部印加磁界を検知することが
できる。この磁気インダクタンス素子において、たとえ
ば、磁性線としてFeCoSiB からなるas-cast の零磁歪ａ
−ワイヤを用い、磁性線に平行方向に印加した外部磁界
Ｈ₁と、ワイヤの長さを変化させて、各インダクタンス
分電圧ｅ_Lの振幅

【００１１】

【００１２】を測定すると、図３に示すようになる。こ
の図３において、（ａ）はワイヤの長さが３０mm、
（ｂ）はワイヤの長さが１０mm、（ｃ）はワイヤの長さ
が５mm、（ｄ）はワイヤの長さが２mmの磁気インダクタ
ンス素子について、各

【００１３】

【００１４】を測定したものである。たとえば、図３
（ａ）に示したように、３０mm長のａ−ワイヤではＨ₁
が約１（Oe) における

【００１５】

【００１６】は、Ｈ₁が０（Oe) における

【００１７】

【００１８】に対して、約５０％減少している。このと
き、ワイヤの長さ方向に対して垂直方向のＨ₂を印加す
ると

【００１９】

【００２０】はほとんど変化しない。すなわち、磁気イ
ンダクタンス素子は強い指向性を持っており、被検出信
号磁界のみを選択的に検出するのでＳ／Ｎ比は著しく高
くなる。しかしながら、その後のこの発明の発明者の検
討により、この磁気インダクタンス素子にも、改善すべ
きことが存在することがわかってきた。

【００２１】そのひとつは、さらに高感度・高安定で小
型の磁気ヘッドの提供が望まれており、そのために、よ
り高い磁気抵抗感度とより高い温度安定性を有する磁気
インダクタンス素子を提供することである。さらに、た
とえば、磁気記録のハードディスクドライブ用スピンド
ルモータの回転位置センサー（ロータリエンコーダ）な
どに用いられる多極着磁リング磁石においては、最近着
磁の間隔が１００μｍ程度まで狭められているため、磁
気インダクタンス素子の磁性線の直径ないしは、先端径
は数１０μｍ以下でなければ、磁極からの表面磁束を感
度よく検出することができない。このため、従来の磁気
インダクタンス素子を多極着磁リング磁石に用いると、
感度が十分ではなかった。

【００２２】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の磁気インダクタンス素子の感
度を著しく向上させ、改良された磁気インダクタンス素
子を提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するための手段として、時間的に変化する電流を
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こ
とを特徴とする磁気インダクタンス素子において、磁性
線に直流または時間的に変化する電流を通電した状態
で、焼鈍してなることを特徴とする磁気インダクタンス
素子を提供する。さらに、負磁歪をもつ磁性線に対して
電流の通電、または／および、張力の印加を施した状態
で、焼鈍を行なうことを特徴とする磁気インダクタンス
素子、磁性線の先端が針状形状であることを特徴とする
磁気インダクタンス素子、高透磁率集磁体と組み合わせ
ることを特徴とする磁気インダクタンス素子をも提供す
る。

【００２４】さらに、この発明においては、２個の磁気
インダクタンス素子を用い、各素子に互いに逆方向のバ
イアス磁界を印加して、各

【００２５】

【００２６】の差を出力とする、直線性の優れた磁界セ
ンサを構成することもできる。図４はその磁界センサの
出力を示すグラフである。この図おいて、直流バイアス
磁界をHb、各々のワイヤの両端のインダクタンス分電圧
ｅ_L1、ｅ_L2の復調電圧をｅ′_L1、ｅ′_L2、その復調電圧
の差電圧をＥ₀としている。すなわち、この図４に示す
ように、外部磁界Ｈexが−Ｈb ＜Ｈex＜Ｈb の範囲で
は、ｅ′_L1＝Ｆ（Ｈex）＝ａＨex＋ｂＨex²＋ｃＨex³＋・
・・・のとき、ｅ′_L2＝−Ｆ（−Ｈex）＝ａＨex−ｂＨex²＋ｃＨex³
− ・・・・となるので、Ｅ₀＝ｅ′_L1＋ｅ′_L2＝２ａＨex＋２ｃＨex³・・・・とな
る。

【００２７】ここで、係数ｃはａにくらべて十分小さい
ので、Ｅ₀= 2aＨexとしてよく、その結果、直線性のよ
い磁界センサが得られることとなる。さらに、この発明
においては、この磁気インダクタンス素子を用いて、さ
らに、Ｅ₀を増幅し、増幅電圧に比例した電流を２本の
ａ−ワイヤの帰還巻線に通電して負帰還を施し、直線性
の著しく優れたしかもヘッド部が温度変化に対して磁界
検出感度の不変な磁界センサを構成してもよい。

【００２８】さらに、この発明においては、磁気インダ
クタンス素子とヒステリシスコンパレータとを結合さ
せ、外部磁界に対する高感度の磁気スイッチハイブリッ
ドＩＣデバイスを構成してもよい。以下実施例を示しさ
らに詳しくこの発明について説明する。

【００２９】

【実施例】実施例１実際に、磁気インダクタンス素子の磁性線に直流または
時間的に変化する電流を通電した状態で、焼鈍を行なっ
た。用いた磁気インダクタンス素子の回路は、前述の図
１に示した通りのものであり、また、用いた磁気インダ
クタンス素子の磁性線は、前述の図２に示したように、
１２５μｍ径、１０mm長の（Fe0.06Co0.94）72.5Si12.5
B15（磁歪λ=-10^-7）as-cast ａ−ワイヤを折り返して
２端子を片側に集めたものである。このワイヤの両端に
３０mA、１０KHzの正弦波電流を印加し、さらに、外部
直流磁界Hをワイヤに垂直と平行に印加し、その値を変
化させ、両端子間電圧のインダクタンス分電圧ｅ_Lの振
幅

【００３０】

【００３１】を測定した。図５はその結果であり、Ｈ＝
０の時の

【００３２】

【００３３】を

【００３４】

【００３５】として、各

【００３６】

【００３７】を

【００３８】

【００３９】の比で表わし、また、Ｈをワイヤに対して
平行に印加した場合をＨ1 、垂直に印加した場合をＨ2
としている。この図５に示したように、たとえば、Ｈを
ワイヤに平行に印加した場合、Ｈ1 ＝400A/mのとき、

【００４０】

【００４１】は０．５であった。このａ−ワイヤに50mA
の直流電圧Ianを通電した状態で、ａ−ワイヤを電気炉
中で３００℃、１０分間加熱し、炉外に取り出して室温
で冷却し、その後同様に、

【００４２】

【００４３】を測定すると、Ｈ1=400A/m のとき、

【００４４】

【００４５】は０．３となった。同様に、たとえば、Ｈ
1 ＝200A/mにおいては、焼鈍前では、

【００４６】

【００４７】が０．９であるのに対して、焼鈍後では、
０．５となった。以上のように、焼鈍によって、磁気イ
ンダクタンス効果が著しく向上した。また、負磁歪をも
つａ−ワイヤを直線状で使用する磁気インダクタンス素
子においても、同様に、外部磁界Hを変化させて、

【００４８】

【００４９】を測定した。その結果、Ｃ_O72.5Ｓ_i12.5
Ｂ₁₅ as-castワイヤにIanを通電しさらに１００kg/mm²
の張力を印加してワイヤ円周方向に磁化容易方向を誘導
させた状態で焼鈍することによって磁気インダクタンス
効果を著しく向上させることができた。図６（ａ）
（ｂ）（ｃ）は５０μm 径に線引加工された磁歪λ=-10
^-7ａ−ワイヤにさらに１００kg/mm²の張力を印加して４
００℃、１分間の加熱処理を施した場合である。

【００５０】

【００５１】特性（磁気インダクタンス特性）は著しく
高感度になり、ワイヤ長を３０mm〜２mmに変化させても
ほぼ同一特性を示した。温度安定性も著しく向上した。実施例２実際に、磁気記録のハードディスクドライブ用キャプス
タンモータの回転位置センサー（ロータリエンコーダ）
などに用いる磁気インダクタンス素子を製造し、この磁
気インダクタンス素子を用いて、ｅ_L波形を測定した。

【００５２】その製造した磁気インダクタンス素子は、
３０mm径５１２極の着磁リング状プラスチック磁石に対
し、５０μｍ径、１０mm長のFeCoSiB ａ−ワイヤの先端
を化学研磨で針状加工したものである。図７はそのｅ_L
波形の結果である。各条件は実施例１の場合と同様であ
る。この図から非常に明確なパルス波形が得られること
がわかる。

【００５３】一方、先端を加工しない磁気インダクタン
ス素子を用いて、同じ条件でｅ_L波形を検出したが、そ
の検出波形は明確なパルス波形が得られなかった。ま
た、３．５インチ径ハードディスク用フェライト磁気ヘ
ッド磁心（先端ギャップは１０μｍ）を集磁ヨークと
し、先端を加工しない１００μｍ径、３mm長のFeCoSiB
ａ−ワイヤを磁心底部に取り付けて、ディジタルオーデ
ィオマイクロカセット磁気テープの磁束を検出した結
果、明瞭なパルス状波形が得られた。実施例３１５mm長のas-cast FeCoSiB ａ−ワイヤを２本並置し、
各々100KHz、30mAの交流を通電して、Hb=1(Oe)をコイル
および直流電流で印加した場合のＥ₀-Hex 特性を調べ
た。Hexは十分長いソレノイドコイルにより供給し、そ
の周波数は1Hzであった。図８はその結果である。この
結果から、非常に直線性に優れた磁気センサが得られ
た。実施例４２mm長５０μm 径の張力下加熱したａ−ワイヤ（FeCoSi
B ）のｅ_LをヒステリシスコンパレータＩＣチップと組
み合わせてハイブリッドＩＣ化した。外部磁界の限界値
で出力電圧は跳躍して増加し、安定で著しく高感度の磁
界スイッチＩＣとなった。

【００５４】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、非常に感度のよい改良された磁気インダクタンス素
子が提供される。さらにこのインダクタンス素子を用い
ることによって、非常に感度がよく小型の磁界センサや
磁気スイッチハイブリッドＩＣが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の磁気インダクタンス素子を示した概略図
である。

【図２】従来の磁気インダクタンス素子の磁性線を示し
た平面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、各々、従来の磁
気インダクタンス素子を用いた磁気インダクタンスの波
形を示した波形図である。

【図４】この発明の出力波形を示す波形図である。

【図５】この発明の実施例として、磁気インダクタンス
特性の結果を示した磁界強度相関図である。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、この発明の実施
例として、磁気インダクタンス特性の結果を示した磁界
強度相関図である。

【図７】この発明の実施例として、出力波形を示す波形
図である。

【図８】この発明の実施例として、出力波形を示す波形
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間的に変化する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ことを特徴とする
磁気インダクタンス素子において、磁性線に直流または
時間的に変化する電流を通電した状態で、焼鈍してなる
ことを特徴とする磁気インダクタンス素子。
【請求項２】請求項１の磁気インダクタンス素子にお
いて、負磁歪をもつ磁性線に対して電流の通電、または
／および、張力の印加を施した状態で、焼鈍してなる磁
気インダクタンス素子。
【請求項３】請求項１または請求項２の磁気インダク
タンス素子において、磁性線の先端が針状形状である磁
気インダクタンス素子。
【請求項４】請求項１ないし３の磁気インダクタンス
素子において、高透磁率集磁体と組み合わせてなる磁気
インダクタンス素子。
【請求項５】請求項１ないし４の磁気インダクタンス
素子において、バイアスを印加され外部磁界の変化に対
するインダクタンスの変化が正比例特性を示す磁気イン
ダクタンス素子。
【請求項６】請求項５の２個の磁気インダクタンス素
子において、その復調電圧の差を出力電圧とする磁界セ
ンサ。
【請求項７】請求項６の磁界センサにおいて、出力電
圧を増幅し磁界として負帰還させることを特徴とする磁
界センサ。
【請求項８】請求項１ないし５の磁気インダクタンス
素子とヒステリシスコンパレータとを結合させてなる磁
気スイッチハイブリッドＩＣデバイス。