JPS6133471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気センサに関するものである。

近年、マイクロコンピユータの発達により、マ
イクロコンピユータを用いて各種の作業をする装
置が活発に開発されている。これら装置の開発に
は各種のセンサが必要となつており、そのため、
センサの開発も活発に進められてきている。磁気
センサはその中でも位置検出用等として重要なセ
ンサであり、ホール素子やや磁気抵抗素子の開発
が行なわれてきた。

本発明は磁気センサに属するセンサで、極めて
微弱な、不均一な磁界を感応して大きなパルス状
の電圧を発生する素子を提供するものである。

最近ウイーガンド線を用いた磁気センサが開発
されている。ウイーガンド線と呼ばれる強磁性線
にコイルを巻いて磁気センサを形成すると、この
センサは電源が不要であり、しかもある磁界に達
したとき大きなパルス電圧をコイルの両端に発生
するという性質をもつている。ウイーガンド線
は、高い保磁力をもつ外皮部と低保磁力の高い透
磁率をもつ内芯部とからなる。外皮の高保磁力部
は、磁気異方性によつて容易磁化方向は線の長さ
方向かまたはこれに近い方向にあつて、内芯部と
磁気的に結合している。内芯部の低保磁力の高透
磁率部は線の形状磁気異方性によつて磁化容易方
向は線の長さ方向にある。かかるウイーガンド磁
性線にコイルを巻いておくと、外部磁界の変化に
より内芯低保磁力の高透磁率部の磁化方向が反転
するとき、コイルに高い電圧を誘起する。内芯低
保磁力の高透磁率の反転には二種類の反転があ
り、外皮高保磁力部の磁化方向と内芯低保磁力の
高透磁率部の磁化方向が互に逆になつていたのが
同方向になる場合（これを順反転と呼ぶこととす
る）と、同方向から逆方向の磁化になる反転（こ
れを逆反転と呼ぶこととする）とがある。内芯の
磁化反転の際の出力は、外皮高保磁力部の磁化方
向と内芯低保磁力の高透磁率部の磁化方向が互い
に逆になつているところへ内芯部を反転するよう
な外部磁界が印加されるときにすなわち順反転の
場合に、大きい。ウイーガンド線の磁化の反転は
いわばミングル・バルグハウゼン効果とでもいう
べき反転で、磁場の強さの増加速度にほとんど関
係なく、ある一定の磁場の強さになつたときに瞬
時に反転が起きる。反転に要する時間は磁性線の
長さ方向に磁壁が走る時間できめられ、磁性線の
長さをｌとし、磁壁の速度をｖとすると、反転時
間ｔはｌ／ｖできまる。ｖは毎秒数十メトルのオ
ーダーであるので、３cmの長さのウイーガンド線
の場合には反転は0.5ミリ秒程度の時間で起き
る。1000ターンのコイルを巻いておくと磁化反転
に伴う出力電圧は１ボルト以上になる。順反転の
場合の出力が逆反転の場合の出力より大きいの
は、多少前者の反転速度が速いためと考えられ
る。

ウイーガンド線は上述のような特異な性質をも
つが、内芯部を磁化反転しようとすると、磁性線
の広い範囲にわたつて磁界を印加する必要があ
り、局部的な弱磁界で内芯部を反転させることは
困難である。

本発明はウイーガンド線の如き高保磁力部と低
保磁力高透磁率部をもつたコイルが巻かれた強磁
性体物体に微弱な、しかも局部的に磁界が印加さ
れたときでも内芯部が瞬時に瞬化反転し、コイル
にパルス状の電圧が発生する磁気センサーを提供
するものである。

すなわち、外皮高保磁力部の少部分の磁化方向
を他の高保磁力部と逆の方向に磁化しておき、内
芯低保磁力部の磁化方向を上記外皮高保磁力部の
少部分の磁化方向と逆方向に磁化しておくと、こ
の部分に微弱なローカル磁界が印加されたとき瞬
時に磁化反転が発生し、この複合強磁性物体に巻
かれたコイルにパルス状の大きな電圧が発生する
というものである。ただし、微弱なローカル磁界
に感応するためには、ローカル磁界印加前の内芯
部の磁化方向が上述の如き方向に磁化されている
ことが必要で、ひとたび感磁して磁化反転が発生
すると、その逆の方向への反転は容易でなく、強
制的に感磁しやすい方向に内芯部の磁化方向を反
転させておくことが必要となる。この強制的な磁
化反転は、コイル外部より電流を流して起こすこ
とも、あるいは外部磁石によつて起こすことも可
能である。つまり、強制的な磁化反転によつて磁
性体にエネルギーを与えておき、微弱なローカル
磁界が印加されたときに磁化反転が発生して、あ
らかじめ与えられていたエネルギーが、微弱なロ
ーカル磁界によつてコイル上に導き出されると解
釈できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

〔実施例 １〕 コバルト52％、バナジウム10％、残部鉄の組成
をもつ直径0.25mm、長さ30mmの合金磁性線にひつ
ぱりとねじりのひずみを加え、300℃で２時間の
熱処理を施した。得られた磁性線は、外皮部に高
い保磁力の層をもち、内芯部は低い保磁力をも
つ。外皮部と内皮部の保磁力は一定ではなく、ま
た互いに作用し合つているので厳密には言ない
が、内芯部は数エルステツド程度の、外皮部は数
十エルステツド程度の保磁力をもつと考えられ
る。

かかる磁性線に外部磁界を加えて全体を一方向
に磁化したのち、磁性線の一端に逆方向の磁界を
加えて外皮保磁力部の少部分の磁化方向を他の高
保磁力部の磁化方向と逆の磁化を与えておく。

ここで説明を容易にするため、図を用いて説明
する。

第１図は本発明を説明するための磁気センサの
断面を示したもので、図中１は磁性線の外皮部、
２は内芯部で、矢印３は外皮部１、内芯部２の磁
化方向を表わしている。４は検知用コイルを、５
は内芯部の磁化方向を反転させるためのコイルを
示す。第１図ｅの６は、微弱でローカルな磁界源
の一例として小さな永久磁石を表わす。

第１図ａは磁性線の全体を一方向に磁化した場
合の図で、外皮部１も内芯部２も一定方向に磁化
されている。第１図ｂは、第１図ａの如く磁化さ
れた磁性線の一端の少部分に逆方向の磁界を印加
した場合の図で、外皮部１の一端の少部分は磁化
方向が逆になつている。なお、内芯部２は保磁力
が小さいので少部分の磁化方向に向いている。

次に、上述した如く外皮高保磁力部１を二方向
に磁化した後、磁性線の全体にわたて二つのコイ
ルを巻いた。この状態を第１図ｃに示す。コイル
ターン数はそれぞれ約1000ターンとした。一方の
コイル４（これを検知コイルと呼ぶ）をオシロス
コープに接続し、他方のコイル５（これをリセツ
トコイルと呼ぶ）を直流電源に接続する。内芯部
２の磁化方向と逆方向の磁界が発生するよう直流
電源の電圧を徐々に高めていくと、検知コイル４
に内芯部２の磁化反転に伴う電圧が発生しオシロ
スコープで電圧パルスを観察できる。このあとで
直流電源の電圧をゼロにする。この磁化の状態を
リセツトされた状態と呼ぶことにし第１図ｄに磁
化状態を示す。かかるリセツトされた磁性線の一
端に、第１図ｅの如く小磁石６を用いて微弱でロ
ーカルな磁界を与えると、第１図ｄの状態から同
図ｃの状態への磁化反転が生じ、検知コイルに数
百ミリボルトのパルス状電圧が発生する。ただ
し、リセツトされた磁性線に印加される微弱なロ
ーカル磁界の方向は、リセツトされた内芯部２の
磁化方向を反転させる方向に限定される。一たび
リセツトされた第１図ｄの状態から同図ｃの状態
に内芯部２の磁化反転が起きると、もはや微弱な
ローカル磁界で磁化反転を起こさせることは困難
で、リセツトしなおさなければならない。

デバイスとして用いる場合、検出コイルにパル
ス状電圧が発生したならば、ただちにリセツト用
コイルに電流を流してリセツトするよう構成して
おくことが望ましい。

〔実施例 ２〕 実施例１で用いた磁性線の外皮高保磁力部１を
第２図ａのように磁化し、これに1000ターンのコ
イルを巻いておく。次にこれを磁石７より生ずる
弱い外部磁界中において内芯部２の磁化方向を反
転させ、リセツトする。リセツトするときの様子
を第２図ｂに示す。次に、弱い外部磁界を除き、
小さな永久磁石６による微弱でローカルな磁界を
磁性線に印加すると、内芯部２は反転し、コイル
４にパルス状の電圧が発生する。このあとは第２
図ａの状態にもどり、再びリセツトされると高い
対磁界感度をもつこととなる。第２図ｂの如く、
リセツトするための磁界は磁石かあるいは磁性線
を移動させることによつて構成される。あるいは
また、リセツト用外部磁界を電磁石で得る方法も
ある。

〔実施例 ３〕 バナジウム２％、鉄49％、コバルト49％の組成
からなる直径0.2mmの合金磁性線のまわりに、厚
さ0.02mmのコバルト―リンの合金膜を電着法によ
つてつけて、複合磁性線を作製し、実施例１と同
様の実験を行なつた結果、類似の効果を確認する
ことができた。

以上、説明したように、外皮に高保磁力部をも
ち、内芯に低保磁力部をもつ磁性線の外皮部に特
殊な磁化をもたしめると、微弱なローカル磁界に
対して敏感に応答する磁気センサを得ることがで
きる。ただし、実施例においても説明した如く、
磁界を感じて内芯部が磁化反転したら、ただちに
リセツト処理を施しておかなければならず、その
ため装置を必要とする。かかる磁気センサは位置
検出などに有効で、この磁気センサに弱いローカ
ル磁界の印加されるとコイルに高いパルス電圧が
発生し、半導体装置に入力を供給することも容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気センサの一実施例とその
磁状状態を説明するための概略図である。第２図
は本発明の磁気センサの他の実施例とその磁化状
態を説明するための概略図である。 １…外皮部、２…内芯部、３…磁化方向、４，
５…コイル、６，７…磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外皮部が高い保磁力をもち、内芯部が低い保
   磁力をもち、前記外皮部と前記内芯部が共に磁気
   異方性によつて棒の長さ方向に磁化容易方向をも
   つ棒状の形状を有する強磁性物体と、前記強磁性
   物体のまわりに巻かれた磁界発生および検知のた
   めのコイルと、前記強磁性物体の一端側に設けら
   れた位置が可動な磁石とをそなえ、前記強磁性物
   体の大部分は前記コイルの発生した磁界によつて
   前記磁石と逆方向に着磁するが前記強磁性物体の
   外皮部の前記磁石に近い側の端の部分は前記磁石
   とは同方向に磁化してなることを特徴とする磁気
   センサ。 ２ １個のコイルを検知のためと、強磁性物体を
   所定の方向に着磁するために用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の磁気センサ。 ３ コイルが２個のコイルよりなり、そのうちの
   １個を検知用に他の１個を強磁性物体を所定の方
   向に着磁するために用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の磁気センサ。 ４ 外皮部が高い保磁力をもち、内芯部が低い保
   磁力をもち、前記外皮部と前記内芯部が共に磁気
   異方性によつて棒の長さ方向に磁化容易方向をも
   つ棒状の形状を有する強磁性物体と、前記強磁性
   物体のまわりに巻かれた検知のためのコイルと、
   前記強磁性物体の一端側に設けられた位置が可動
   な磁石とをそなえ、前記強磁性物体の大部分は着
   磁用磁石の発生した磁界によつて前記磁石と逆方
   向に着磁するが前記強磁性物体の外皮部の前記磁
   石に近い側の端の部分は前記磁石とは同方向に磁
   化してなることを特徴とする磁気センサ。