JPS60500356A - 磁気−電気パルス発生デバイス - Google Patents

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】 磁気−電気パルス発生デバイス 本発明の分野 本発明はセンサおよび制御デバイスのような磁界の変化に応答して、電気信号を 発生するだめの磁気−電気デバイスに係る。

本発明の背景 磁気−電気パルス発生デバイスは、たとえばスイッチ、流量計、回転速度計、自 動車イグニション分配器、各種の市販用途および産業用途の近接センサとして働 く。そのようなデバイスによシ発生する電気パルスは、多くの用途では好ましい ことであるが、磁束の変化速度に依存し、パルスは速度には独立でもよい。後者 の型のデバイスの中には、いわゆるヴイーガンド効果、すなわち適当に処理され た磁気ワイヤは円筒状の磁気的に硬い外部領域と磁気的に軟い中心部分をもつと いう事実に基くデバイスがある。そのようなワイヤは二つの適当な磁気状態の一 つでよく、一方は外部領域および内部領域中の磁化が平行であシ、他方において は、そのような磁化は反平行である。状態間のスイッチングは、雰囲気磁界の適 当な変化によシトリガされ、ワイヤ中の磁束の大きな変化を生じ、ピックアップ コイル中に電圧パルスを導入する。そのようなデバイスは、以下の論文および特 許によシ、かなシの注意をもたれるようになった。

アール・エフΦステンゲル（ＲｌＦ、Ｓｔｅｎｇｅｌ　）　「パルス・ジェネレ ータ・プロデューシズ・レートインデペンダントーボルテージＪ　（Ｐｕ１ｓｅ 　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ＰｒｏｄｕｃｅｓＲａｔｅ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　 Ｖｏｌｔａｇｅ　）デザイン・ニュース（Ｄｅｓｉｇｎ　Ｎｅｗｓ　）　、　１ ９７７年４月１８日；ジー・エム・ウオルカ−（Ｇ、　Ｍ、　Ｗａｌｋｅｒ　） 　、「ヴイーガンド・エフェクト・ゲラティング・プラクティカルＪ　（Ｗｉｅ ｇａｎｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｇｅｔｔｉｎｇ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　）　、エレク トロニクス（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）、　１９７７年４月２８日、ジエイ・ アール・ヴイーガンド（Ｊ、　ＲｌＷｉｅｇａｎｄ　）に１９７６年１１月２０ 、日に承認された「フェロマグネティック・メモリ・リードアウト・デバイス」 　（Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ｒｅａｄｏｕｔ　Ｄｅｖｉｃ ｅ　）　、米国特許第３，７７４．１８　ｆ１号； ジエイ・アール・ヴイーガンド（Ｊ、　Ｒ，Ｗｉｅｇａｎｄ　）に１９７６年１ １月２０日に承認された［フェロマグネティック・ストレージ・メディアムＪ　 （Ｆｅｒｒｏｍａｇ　−ｎｅｔｉｃ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｍｅｄｉｕｍ　Ｌ米国特 許第３，７７４，１７９号；ジエイ・アール・ヴイーガンド（Ｊ、几、　Ｗｉｅ ｇａｎｄ　）に１９７６年１２月１８日に承認された「パルス−ジェネレータｊ 　（、Ｐｕ１ｓｅＧｅｎｅｒ−ａｔｏｒ　）　、米国特許第３．７８ひ、６１６ 号； （５） ジエイ・アールｅヴイーガンド（Ｊ、几、Ｗｉｅｇａｎｄ　）に１９７４年１月 １日に承認された「コーテッド・マグネティック・カード・アンド・リーダＪ　 （ＣｏｄｅｄＭａｇｎｅｔｉｃ　Ｃａｒｄ　ａｎｄ　Ｒｅａｄｅｒ　）　、米国 特許第３，７８５．２４９号； ジエイ・アール・ヴイーガンド（Ｊ、Ｒ，Ｗｉｅｇａｎｄ　）に１９７４年６月 １８日に承認された「トラへリング・マグネティック・ドメイン・ウオール・デ バイス」（Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｗａｌｌ　 Ｄｅｖｉｃｅ　）　、米国特許第３，８１８，４６５号ニ ジエイ・アール・ヴイーガンド（Ｊ、Ｒ，Ｗｉｅｇａｎｄ　）に１９７５年２月 １１日に承認された「アシンメトリツク・バイスティプル・マグネティック・デ バイス」（Ａｓｙｍｍｅｔ’ｒｉｃ　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｄ ｅｖｉｃｅ　）　、米国特許第３，８６６，１９３号；および ジエイ・アール・ヴイーガンド（Ｊ、几、　Ｗｉｅｇａｎｄ　）に１９７５年７ 月１日に承認された［メソド・オブ・マニュファクチャリング・バイステーブル ・マグネティック・デバイスＪ　（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒ ｉｎｇ　ＢｉｓｔａｂｌｅＭａｇｎｅｔｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ　）　、米国特許第 ３８９２１１８号別の開発の流れにおいては、金属材料が形成されたが、その場 合、通常の結晶構造とは異シ、本質的にアモルファスまたはガラス構造が支配的 である。そのような材料はリボン状またはワイヤ状に作られ、ワイヤ（４） に引かれたとき、高い引張シ強度をもっことがわかった。ティ・マスモト（Ｔ、 　Ｍａｓｕｍｏｔｏ　）らが、［プロダクション−オブ−ｐａ　−Ｃｕ　−Ｓｉ 　アモルファス・ワイヤーズーバイ・メルト・スピニング・メソドΦユージング 響ローティティング・ウォータＪ　（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆｐｄ−Ｃｕ　 −Ｓｉ　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　Ｗｉｒｅｓ　ｂｙ　Ｍｅｌｔ　Ｓｐｉｎｎｉｎｇ 　Ｍｅｔｂｏｄｕｓｉｎｇ　Ｒｏｔａｔｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　）　、スクリブタ ・メタラジ力（Ｓｃｒｉｐｔａ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａ　）　、第１５巻、 ２９３−２９６頁（１９８１）で述べている通シである。

更に、アモルファス金属材料はアール拳ティー・ビリンゲス（Ｒ，Ｔ、ＢｉＢｌ ｌｌｉｎ　）らに１９８０年２月５日に承認された米国特許第４，１８７，１２ ８号、［マグネティック・デバイシズ・インクルーディング・アモルファス・ア ロイズＪ　（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ＩｎｃｌｕｄｉｎｇＡｍｏｒ ｐｈｏｕｓ　Ａ１１ｏｙｓ　）に述べられテいルヨウニ、有用な軟磁性特性をも っことがわかった。最近、アモルファス金属リボンをヴイーガンド型ワイヤに置 きかえる提案がなされた。それらについては、以下に述べられている。

ケイ・モーツ（Ｋ、　Ｍｏｈｒｉ　）ら、［センシティブ・マグネティック０セ ンサーズｅユージング・アモルファス・ヴイーガンドタイプ・リボンズＪ　（Ｓ ｅｎｓｉｔｉｖｅＭａｇｎｅｔｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ａｍｏｒｐ ｈｏｕｓ　Ｗｉｅｇａｎｄ　−ＴｙｐｅＲｉｂｂｏｎｓ　）、アイ・イー・イー ・イー・トランズアクションズ・オンＱマグネティクス（Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｔｒ ａｎｓ−ａｃ＋　１ｏｎｓ　Ｏｎ　Ｍａｇｎｅｊ　ｉｃｓ　）オＭＡＧ　１７巻 、３３７０−３３７２頁（１９８１）、 ケイ・モー１（Ｋ、　Ｍｏｈｒｉ　）ら、「センシティブ・バイステーブル・マ グネティック・センサーズ・ユージング・ツィステッド・アモルファス・マグネ トストリクチイブ・リボンズ・デユー・トウ・マテウチーエフェクトｊ　（５ｅ ｎｓｉ＋ｉｖｅ　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ＳｅｎｓｏｒｓＵｓｉ ｎｇ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖ ｅ　ＲｉｂｂｏｎｓＤｕｅ　Ｔｏ　Ｍａｔｔｅｕｃｃｉ　Ｅｆｆｅｃｔ　）　、 ジャーナル・イブ・アプライド−フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ ｌｉｅｄ　Ｐｈｙ−８ｉＣＳ　）、第５６巻、８３８１−８３８８頁（１９８２ ）。

アモルファス磁性材料の低い保磁力のため、得られるデバイスはきわめて感度が 高く、事実、ストレイ磁界が予測される多くの用途に対して感度が高すぎると本 発明は、磁界の変化に応答して、電気信号を発生するだめのデバイスであｐ、デ バイスは本質的にアモルファス構造を有し、可塑的に変形これたフェロ磁性材料 の基体である磁性材料から成る。デバイスは更に磁性要素に近接し、典型的な場 合、磁性要素を囲み、あるいは隣接したピックアップコイルの形をした導電体か ら成る。デバイスの動作中、導電体端子において電圧信号が加えられる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に従う磁気−電気デバイスの概略図、第２図は本発明に従う別の 磁気−電気デバイスの概略図、 第３図〜才６図は本発明の磁性要素にょシ実現される磁気ヒステリシスループを グラフで表す図である。

詳細な記述 第１図は軸（１２）上の永久磁石または電気磁石（１１）、アモルファス磁気要 素（１６）および端子（１５）および（１６）を有するピックアップコイル（１ ４）を示す。軸（１２）が図示されているように回転するとき、電圧パルスが端 子（１５）および（１６）に生ずる。そのようなパルスは１ないしいくつかの大 きなバークハウゼン・ジャンプによシ、それは磁気要素（１６）中の再入ループ 磁気効果による（この効果は、磁気ドメインを伝搬させるのに必要な磁界強度は 、ドメインを発生きせるのに必要な磁界強度よシ小さいことを特徴とする。従っ て、磁気ドメインを発生きせるのに十分な磁界に要素が露出はれたとき、ドメイ ン拡大の速度は磁界強度には依存せず、磁界の変化速度には独立に、一様な電気 パルスが導入される。）。

第２図は軸（２２）に固着され、永久磁石（２３）および（’　２４　）を支持 するプラットフォーム（２１）を示す。磁気要素（２５）は端子（２７）及び（ ２８）を有するビックアンプコイル（２６）の内側にある。

軸（２２）が図示されているように回転するとき、電圧パルスが端子（２７）お よび（２８）に発生する（第１図において、１ないしそれと同じ磁石が磁性要素 （１３）をセットし、かつリセットする働きをする。

第２図において、これらの機能は別々の磁石（２３）および（２４）により得ら れる。）。

磁気要素（１６）および（２５）は、本発明に従い、磁性の基体としてフェロ磁 性の本質的にアモルファス材料で作られる。それは可藍的に変形きれ、好ましく はワイヤ引張り、曲げまたは巻きとりによシ、好ましい方向に変形される。好ま しい可塑的な変形により、断面積は１パーセントまたはそれ以上減少する。材料 の磁気スクエアおよび保磁力が増すため、そのような変形は１０パーセントまた はそれ以上面積が減少し、好ましい（あるいは、変形は平坦にすることによって もよく、その場合好ましい厚さの減少は、少くとも１パーセントで、好ましくは 少くとも１０パーセントである。）。保磁力が増加することは、ストレス磁界に よる偶発的なスイッチングに対する防御の上から望ましい。好寸しい保磁力は３ ９．７８９　Ａ　／　ｍ　（０，５エルステツド）より太きいか等しく、好まし くは１１９．３６６Ａ／’ｍ（１，５エルステツド）よシ大きいか等しい。

本発明に従う磁気要素の製作に適した組成は、本質的に次式で表される。

（ｃｏａＦｅｂＴ。）１ＸＪ コバルトの含有量はパラメータａの値で示され、０よシ大きいか等しく、１より 小ざいか等しい。鉄含有量はパラメータｂの値で示され、０よシ大きいか等しく 、１よシ小さいか等しい。１ないしいくつかの遷移金属元素はＴで表され、Ｎｉ 、　Ｏｒ、　Ｂｅ、　Ｍｎ、　Ｖ、　Ｔｉ、　Ｍｏ、　Ｗ。

Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ｃｕ、　Ａｇ、　Ａｕ、　Ｔａ、　 Ｉｒ、　Ｒｕ　およびＰｈから選択され、パラメータＣの値によシ表される量の 組成で含才れ、０．６より小さいか等しく、ａプラス、ｂプラスＣが１に等しい 。更に、上式において、ＸはＰ　、　Ｓｉ、　Ｂ、　Ｃ，Ａｓ、　Ｇｅ、　Ａｊ ’、　Ｇａ、　Ｉｎ、　Ｓｂ、　Ｂｉ　およびＳｎから成るグループから選択さ れた１ないしいくつかのガラス形成元素を表す。パラメータＩおよびＪは１プラ スＪが１に等しくなるようなものである。

本発明の磁気要素は、インゴットから出発する引張シプロセスにより作られる従 来のワイヤ製作とは異シ、たとえば、ローラ急冷または急冷槽中への圧力押し出 しにより、融液から急冷によりリボンまたはワイヤの形に作ると便利である。得 られたリボンまたはワイヤの低温変形は、引張り、巻取り、型面げまたは平坦化 あるいけそれらの組合せにより行うと便利である。好（９） ましい変形は合金の再−結晶化温度以下の温度、好ましくは合金組成に依存して 、４００℃以下またはその温度で行われる。

ねじれ変形を含む加工に比べ、ここで述べた処理は比較的簡単で、所望の磁気ス クエアネスおよび保持力に関して、多くの用途では比較的少量の通常のマイヤ引 張シで十分である。更に、強い電気出力信号に関して必要である高飽和磁化は、 合金組成に依存して容易に実現でき、０．２，１．０または１．４　Ｔ　（それ ぞれ２０００゜１０．０００または１４，０００ガウス）もの高い値が、容易に 得られる。

ねじれ変形は必要ないが、そのような変形を除く必要はなく、更にデバイス特性 を増すために用いてもよい。同様に、磁気要素の磁気処理はそれだけあるいはね じれ変形と組合せて用いることが、除外され彦い。

本発明のデバイスは典型的な場合、牙１図および第２図に示されるようなピック アップコイル内のワイヤの型をした金属、フェロ磁性、本質的にアモルファス、 可塑的に変形した要素を含む。そのようなワイヤは高テンソル強度（典型的な場 合２００〜５００　Ｋｇ　／　履２の範囲）、高ステイフネス、高電気抵抗（典 型的な場合、１００〜６００μΩσの範囲）を有し、従って高周波においてデバ イスが動作するとき、本質的に導入される渦電流が比較的小さい。

機械的強度と変形したアモルファス合金のスティフネスが増したため、デバイス の取扱いとコイル巻きを含む製造が容易になシ動作中デバイスの強度が増す。

オニＬｌＬ 約０．１３ｇｍの直径を有するアモルファス金属ワイヤを、オリフィスを通して 水中に融液を圧力押し出しすることによシ製作した。融液材料は弐Ｆ”？５　Ｓ ｉ＋ｏ　Ｂ　１５でほぼ表される組成を有した。急冷されたワイヤの保磁力は、 約３．９８　Ａ／　ｍ　（０，０５エルステツド）であった。ワイヤの断面は室 温で引かれ、面積が約２０パーセントに減少し、約０．１１５ｍの直径になった 。最大強度４４６４．３　Ａ／ｍ　（５６，１エルステツド）を有する可変磁界 を用いて、ビステリシスループを決定した。

得られたヒステリシスは、第３図に示されている。保磁力は９１２Ａ／ｍ（１９ エルステツド）であった。

要素は５００ターンを有するコイルで試験した。約１５．９１５．４　Ａ／　ｍ 　（２００エルステツド）の磁界に露出することによｐ、コイルの端子に約ｉ３ ＤｍＶの電圧パルスが発生した。それは約２．５Ｖ／ｄの１タ一ン断面積当シ電 圧に対応する。

第２例 第１例に述べたように作られたワイヤの別の断面は、ワイヤを引張ることによシ 、面積が８０パーセント減少し、約０．０６１Ｅｉの直径になった。対応する。

ヒステリ（１１） シスループが第４図に示されている。保磁力は８３２．４Ａ／ｍ（１８エルステ ツド）であった。コイル中での試験では、ターン当シ約６．４Ｖ／Ｃｄであった 。

第３例 オリフィスを通した融液の圧力押出しによシ、約０．１３ｍの直径を有するアモ ルファス金属ワイヤを製作した。融液材料は式（０７２，５”’□２．．Ｂ工、 によ）はぼ表される組成を有した。急冷されたワイヤは、約１．５９Ａ／ｍ（０ ，０２エルステツド）の保磁力を有した。ワイヤの断面は引張シによシ面積が約 ２０パーセント減少し、直径は０．１１５１１１になった。最大強度４３９．２ ７Ａ　／　ｍ　（５，５２エルステツド）を有する可変磁界を用いて、ヒステリ シスループを記録した。得られたヒステリシスグラフが第５図に示されている。

保磁力は、１３５．２８Ａ／ｍ（１，７エル７、７−　”／ド）テアツタ。

５００ターンを有するコイルで要素を試験した。約ｊ５．９１５．４Ａ／ｍ（２ ００エルステツド）の磁界に露出することによシ、コイルの端子に約２００　ｍ Ｖの電圧パルスが発生した。これは約３．８Ｖ／ｍのターン断面積当シ電圧に対 応する。

第４例 第６例で述べたように作られたワイヤの別の断面は、引張逆効果によシ面積が６ ０パーセント減少し、約０．０８期の直径が得られた。対応するヒステリシスル ープは（１２） 第６図に示されている。保磁力は約２７８．５２　Ａ　／　ｍ（３，５エルステ ツド）であった。コイル中での試験では、ターン当シ約４．８Ｖ／ｍであった。

ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、５ 国際試食報告 イ Ｄ続き 月　者　ジン、サンギョー　アメリカ合衆国　１７９３３ストリート３３ 月　者　シャーウッド、リチャード　キ　アメリカ合衆国　０７９７４ユーリー 　ス、ヴイスタ　レーン 特表昭ｐ−５００３５６（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　本質的にアモファス構造を有する金属フェロ磁性材料の基体から本質的に 成シ、前記基体に近接した導電体要素を含み、磁界の変化に応答して電気信号を 発生する磁気電気デバイスにおいて、 前記基体は、前記材料の再結晶化温度より低い温度で、可塑的に変形させること を特徴とする磁気電気デバイス。 ２、　請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前記基体中の磁気ドメインを 伝搬させるのに必要々磁界は、前記基体中に磁気ドメインを発生きせるのに必要 な磁界より小さいことを特徴とする磁気電気デバイス。 ６　請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前記基体は、１パーセントよシ 大きいか等しい断面積の減少に対応する量だけ、引張り、ねじシまたは巻きとり により、可里的に変形きれることを特徴とする磁気電気デバイス１゜ ４、　消・Ｒの範囲２］“５項Ｍｅ載のデバイスにＬ・い−（ユ、前、：［シ断 血積（つ減少は、１０パー　セントより犬さい＞ｆ）・労１１．）（ｌとを・特 徴とずど・１融気７６気デバイス。 １−）　請求の１−ぴ１ビイ′１項に二載のデバイスに−お・いて、ｒｊｉ＋詔 ７大体：・τＬ、４００”Ｃより低いか等しい温度で可塑的い−ネ〕ル痰−トジ ることと特徴とづ゛るＥｉ磁気電気デバイス（１４） ６、請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前記基体は３９．８．に７ｍ　 （０，５エルステツド）よ勺大きいか等しい保持力を有することを特徴とする” 磁気電気デバイス。 ７　請求の範囲オ６項記載のデバイスにおいて、前記保持力は１１９．４Ａ／ｍ 　（１，５エルステツド）より大きいか等しいことを特徴とする磁気電気デバイ ス。 ８、請求の範囲第１項記載のデバイスにおいて、前記基体は、０．２　Ｔ　（２ ，ＯＤｏガウス）より大きい飽和磁化を有することを特徴とする磁気電気デバイ ス。 ９　請求の範囲オ８項記載のデバイスにおいて、前記飽和磁化は１．４Ｔ（１４ ，０００ガウス）よシ太きいか等しいことを特徴とする磁気電気デバイス。 （１）