KR100265984B1 - 자기 임피던스효과 소자 및 그것을 이용한 자기헤드,전자 컴파스 및 오토 캔슬러 - Google Patents

Abstract

Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 35℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지고, 교류전류를 인가할 때, 임피던스가 외부자계에 의존하여 변화하는 자기 임피던스효과 소자 및 그것을 이용한 자기헤드, 박막 자기헤드, 전자 컴파스 및 오토 캔슬러.

Description

자기 임피던스효과 소자 및 그것을 이용한 자기헤드, 전자 컴파스 및 오토 캔슬러

본 발명은 Fe 기 금속유리합금을 이용한 자기 임피던스효과 소자와 그것을 이용한 자기헤드, 지자기 (地磁氣) 에 의한 자력선의 방위를 검출하는 전자 컴파스 및 브라운관을 가진 디스플레이 등에 갖추어진 자기센서를 구비하여 이루어지는 오토 캔슬러에 관한 것이다.

최근의 정보기기, 계측기기, 제어기기 등의 급속한 발전 결과에 따라 종래의 자속검출형의 것보다 소형, 고감도이면서 고속응답성의 자계 검지소자가 요청되고, 자기 임피던스효과 (Magneto Impedance Effect) 를 갖는 소자 (자기 임피던스 효과소자, 이하 'MI 소자'로 표기함) 가 주목받게 되었다.

자기 임피던스 효과란, 예를 들어 도 31 에서 나타내는 폐회로에서, 와이어 형상 또는 리본 형상의 자성체 (Mi) 에 전원 (Eac) 에서 ㎒ 대역의 교류전류 (Iac) 를 인가하고, 이 상태에서 자성체 (Mi) 의 길이 방향으로 외부자계 (Hex) 를 인가하면, 외부자계 (Hex) 가 수 가우스 정도의 미약한 자계일지라도, 자성체 (Mi) 의 양단에 소재고유의 임피던스에 의한 전압 (Emi) 이 발생하고, 그 진폭이 외부자계 (Hex) 의 강도에 대응하여 수 십 % 의 범위에서 변화되는, 즉 임피던스 변화를 일으키는 현상을 말한다. 이 자기 임피던스효과를 갖는 소자 (MI 소자) 는 소자의 길이 방향의 외부자계에 감응되므로, 예를 들어 자기센서로 사용되는 경우 등에 종래의 코일감기 자심을 이용한 자속검출형의 자계검지소자 등과 다르면서, 센서헤드의 길이를 1 ㎜ 정도 이하로 해도 자계검출감도가 열화되지 않고, 10^-5Oe 정도의 고분해능을 갖는 미약한 자계 센서를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 수 ㎒ 이상의 여자가 가능하므로, 200 ㎒ 내지 300 ㎒ 의 고주파자계가 진폭변조의 케리어로서 사용할 수 있으며, 따라서 자계센서의 차단 주파수를 10 ㎒ 이상으로 설정하는 것이 용이하다는 점에서, 새로운 초소형 자기헤드 또는 미약한 자계검출기로서의 응용이 기대되고 있다.

이 자기 임피던스효과를 갖는 소재로는, 종래부터 (S) Fe-Si-B 계, 예를 들어 Fe₇₈Si₉B₁₃의 비정질 리본 또는 (R)Fe-Co-Si-B 계, 예를 들어 (Fe₆Co₉₄)_72.5Si_12.5B₁₅의 비정질 와이어 (모리 카네오 외, [자기 임피던스 (MI) 소자], 전기학회 마그네틱스연구회 자료 vol. 1, MAG-94, No. 75-84, P27-36, 1994 년 발행) 가 보고되어 있다.

최근 들어 컴퓨터의 외부기억장치인 하드디스크 또는 디지털 테이프레코더, 디지털비디오 테이프레코더 등으로 대표되는 자기기록장치는 더 한층의 소형화와 함께 기록밀도의 향상이 요청되고 있다.

상기 요망에 대응하기 위해서는 자기헤드의 고성능화가 불가결하고, 최근에는 재생헤드에 자기저항소자 (이하 MR 소자로 약기함) 를 이용한 자기헤드가 개발되어 있다.

MR 소자를 이용한 자기헤드는, 기록매체와의 상대속도 의존성이 없고, 낮은 상대속도에서의 기록신호의 판독에 적당하나, 기록매체의 기록자화의 변화에 대한 저항변화율이 낮기 때문에 출력신호의 감도가 낮아, 종래 보다 더욱 고밀도화 대응이 어렵다는 문제가 있다.

MI 소자를 자기헤드의 자기 검출수단으로 사용한 종래예를 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 32(a) 및 도 32(b) 에 있어서, 자기헤드 (111) 에는 산화물 강자성체인 페라이트로 이루어지는 한쌍의 코어 (112a, 112b) 와, 한쌍의 코어 (112a, 112b) 에 끼워지듯이 한쌍의 각각의 코어 (112a, 112b) 와 접합되는 접합용 유리 (113) 와, 자성체인 자기 임피던스효과 소자 (MI 소자; 115) 가 갖추어져 있다.

자기헤드 (111) 는 MI 소자 (115) 가 한쌍의 코어 (112a, 112b) 의 측부에 걸치도록 배치됨으로써 한쌍의 각 코어 (112a, 112b) 가 MI 소자 (115) 를 통하여 자기적으로 결합되도록 구성되어 있다.

구체적으로는, MI 소자 (115) 의 길이 방향의 단부 (115a, 115b) 는 한쌍의 코어 (112a, 112b) 의 일면인 자로접촉면 (113a, 113b) 과 접합되어 있다. 자로 접촉면 (113a, 113b) 위에는 도시하지는 않았으나, 절연층이 막으로 형성되어 있다.

이렇게 하여 한쌍의 코어 (112a, 112b) 및 MI 소자 (115) 에 의하여 폐자로가 형성되어 있다.

접합용 유리 (113) 는 비자성체로 이루어지고, 한쌍의 코어 (112a, 112b) 끼리의 직접적인 자기적 결합을 방지하는 역할을 하기 위한 것으로, 코어 (112a, 112b) 의 대향부분인 하부측을 접합하는 것처럼 형성되어 있다.

또한, 한쌍의 코어 (112a, 112b) 상부측 간에는 자기갭 (G) 이 형성되어 있다.

나아가, 한쌍의 코어 (112a, 112b) 상부측에는 자기갭 (G) 의 트랙폭을 규제하기 위한 규제 홈 (114) 이 형성되어 있고, 이 규제 홈 (114) 에 비자성체인 유리 (118) 가 충진되어 있다.

또한 MI 소자 (115) 의 길이 방향의 단부 (115a, 115b) 위에는 Cu, Au 등의 도전막이 막으로 형성되어 단자 (116a, 116b) 가 형성되고, 이 단자 (116a, 116b) 에 출력 신호를 보내기 위한 도선 (117) 이 접속되어 있다. 또한 단자 (116a, 116b) 에는, 교류전류를 인가하기 위한 도선 (도시하지 않음) 이 접속되어 있다.

자기헤드 (111) 의 동작은 이하에서와 같다. 도시하지 않은 기록매체의 기록 자화에 의한 외부자계가, 자기갭 (G) 에서 코어 (112a, 112b) 에 침입하고, MI 소자 (115) 에 인가된다. MI 소자 (115) 에는 미리 ㎒ 대역의 교류전류가 인가되어 있으며, MI 소자 (115) 의 양단에 소자고유의 임피던스에 의한 전압이 발생되고 있다. 이 전압의 진폭이 외부자계의 강도에 대응하여 수 십 % 의 범위에서 변화되고, 출력신호로서 도선 (117) 으로부터 보내어진다.

상기 MI 소자 (115) 를 이용한 자기헤드 (111) 에 의하면, MI 소자 (115) 에 인가되는 기록매체로부터의 외부자계가 수 가우스 정도의 미약한 자계일지라도, 보내어지는 전압의 변화가 크기 때문에 자기헤드 (111) 의 감도를 크게 할 수 있다.

또한, 코어 (112a, 112b) 에 인가되는 외부자계가 미약한 자계일지라도 충분한 감도를 얻을 수 있으므로, 자로의 자속 (磁束) 의 실효 단면적, 즉 코어 (112a, 112b) 의 형상을 작게 할 수 있어, 자기헤드 (111) 를 소형으로 할 수 있다.

나아가, 종래의 MR 소자의 자기검출감도가 0.1 Oe 정도인데 대하여, MI 소자는 10^-5Oe 정도의 자화를 검출할 수 있으므로, 고감도의 자기헤드로서의 응용이 기대된다.

다음으로, 전자 컴파스는 단독으로 지자기 등의 외부자계에 의한 자력선의 방위를 측정할 수 있으므로, 차재용 (車載用) 컴파스 및 내비게이션 시스템 등의 자동차 위치의 검출수단으로서 널리 사용되고 있다.

상기 전자 컴파스 중에서도 플럭스 게이트센서 (flux gate sencer) 는 그 동작 원리상 안정성이 우수하고, 자계의 검출감도도 10^-7내지 10^-6G 정도로 높으므로, 널리 사용되고 있다.

그러나, 이 플럭스 게이트센서는 환형의 자심과, 이 자심에 감겨져 자장을 인가하는 여자권선과, 자심의 자속밀도를 검출하는 검출권선으로 이루어지는 구조이므로, 형상이 덩어리 형상이 되어 소형화를 꾀할 수 없다는 것이 과제로 되어 있다.

한편, 다른 전자 컴파스로서 상기 자기저항소자 (이하, MR 소자로 약기함) 를 이용한 자기센서는, 두 개의 MR 소자를 그것 각각에 인가되는 전류의 전류로가 서로 직교되도록 동일 평면 내에 배치되고, 이들 두 개의 MR 소자가 브릿지 등에 접속됨으로써 외부자계에 의한 자력선의 방위를 검출하는 것으로, 형상이 평면상으로서 소형화를 꾀할 수 있다.

이어서, 최근에 CAD 화상정보의 세밀화에 따라 브라운관을 구비한 디스플레이 (이하, CRT 디스플레이로 약기함) 의 샤도우 마스크 홀의 피치가 세밀화되어 있다. 예를 들어, 화면 사이즈가 14 인치의 CRT 디스플레이에서는 0.28 ㎜/피치로 되어 있다.

이러한 고세밀 화면에서는 브라운관 내의 전자빔이 지자기 등의 외부자계의 영향을 받아, 본래 통과해야 할 궤적에서 벗어나, 화상의 이동, 색의 순도 열화에 의한 색의 번짐 현상이 발생하는 화질 저하가 발생한다는 과제가 있다.

그래서, 최근의 CRT 디스플레이에서는 지자기의 영향을 없애기 위하여, 지자기에 의한 자력선과 역방향에서 대등한 크기의 자계 (캔슬 자계) 를 브라운관에 인가하는 캔슬 코일과, 캔슬 자계의 크기를 제어하기 위한 제어부를 갖춘 오토 캔슬러가 구비되어 있는 것이 일반적이다. 제어부에는 지자기의 방위를 검출하기 위한 자기센서가 구비되어 있다.

상기 자기센서로서 상기 전자 컴파스와 마찬가지로 플럭스 게이트센서가 사용될 때가 있는데, 전자 컴파스 경우에서와 동일한 문제가 있다. 또한 소형화를 꾀하기 위하여 MR 소자를 사용한 것도 최근 들어 실용화되고 있다.

그러나, 상기 MI 소자에서, 상기 (S) Fe-Si-B 계 또는 (R) Fe-Co-Si-B 계의 소재를 MI 소자로 사용할 때는 각각 문제가 있었다. 즉, 도 33 에서와 같이 정부 (正負) 의 인가 자계 (Oe) 에 대한 출력전압 EMi (mV) 를 측정할 때, S 의 Fe-Si-B 계는 자계검출감도가 낮고, 증폭배율을 100 배 정도로 높일 필요가 있으며, 노이즈의 혼입 등으로 인하여 고감도의 자계 검지소자를 얻기가 곤란하다. 또한, R 의 Fe-Co-Si-B 계는 도 33 에서와 같이 감도는 충분히 높으나, 인가자계가 예를 들어-2 Oe 내지 + 2 Oe 정도의 미약한 자계 범위 내에서는 감도가 매우 급격히 상승되므로, 이 사이에서의 정량성을 얻지 못하여 미약한 자계 검지소자로서는 사용하기 힘들었다. 또한 절대치로 2 Oe 를 초과하는 자계대역에서는 사용할 수 있으나, 약 2 Oe 정도의 바이어스 자계를 인가할 필요가 있으며, 바이어스 자계를 인가하기 위해서 코일로 설치하여 어느 정도의 전류를 흘려보낼 필요가 있었다.

또한 MI 소자 (5) 를 자기헤드 (1) 에 이용할 경우, 상기한 Fe-Si-B 계 예를 들어 Fe₇₈Si₉B₁₃의 비정질합금 리본 또는 Fe-Co-Si-B 계, 예를 들어 (Fe₆Co₉₄)_72.5Si_12.5B₁₅의 비정절합금이 사용되고 있었다.

그러나 Fe₇₈Si₉B₁₃으로 조성된 합금을 MI 소자 (5) 로서 자기헤드 (1) 에 사용할 경우에는 인가하는 외부자계에 대한 MI 소자 (5) 로부터의 출력전압의 값이 작아 출력신호를 100 배 정도로 증폭시킬 필요가 있으나, 이 증폭에 의하여 노이즈가 혼입되어 버리므로 질 높은 출력신호를 얻을 수 없다는 과제가 있었다.

또한 (Fe₆Co₉₄)_72.5Si_12.5B₁₅으로 조성된 합금을 MI 소자 (5) 로서 자기헤드 (1) 에 이용할 경우에는 인가하는 외부자계에 대한 MI 소자 (5) 로부터의 출력전압의 값이 크고 출력신호의 증폭율도 작아 무난하다. 그러나, 외부자계가 -2 Oe 내지 + 2 Oe 정도의 미약한 자계 범위에서는 출력전압이 급격히 변화하여 정량성을 얻을 수 없기 때문에, 자기헤드 (1) 의 자계검출수단으로서의 사용은 곤란하다.

외부자계의 변화에 대한 출력전압의 응답이 직선적인 절대치로 2 Oe 를 초과하는 자계대역이면, 자기헤드 (1) 의 자계검출수단으로서 사용할 수 있으나, 이 경우에는 상기한 바와 같이 MI 소자 (5) 에 약 2 0e 정도의 바이어스 자계를 인가할 필요가 있다.

바이어스 인가 수단으로서, 코일에 바이어스 전류를 흘려보내어 바이어스 자계를 인가할 경우에는 어느 정도의 바이어스 전류를 필요로 하고, 영구 자석에 의하여 바이어스 자계를 인가할 경우에는, 2 0e 정도의 자계를 갖는 영구 자석을 선정할 필요가 있어, 자기헤드 (1) 의 구성이 복잡해진다는 과제가 있었다.

나아가, 상기 Fe₇₈Si₉B₁₃, (Fe₆Co₉₄)_72.5Si_12.5B₁₅라는 비정질합금은 모두 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 없거나, 매우 좁기 때문에 단일 로올법이라고 하는 방법 등으로 10⁵℃/s 레벨의 냉각 온도에서 급냉시키지 않으면 비정질이 되지 않으므로 두께가 50 ㎛ 이하 정도의 박막 형상의 것밖에 얻을 수 없다. 따라서 이 합금들을 자기헤드에 사용하는데는 미세한 가공이 필요하여, 자기헤드의 제조비가 상승 되어버리는 과제가 있었다.

또한, 종래의 MR 소자를 이용한 자기센서는 외부자계의 강도 변화에 의한 MR 소자 자체의 고유 저항에 대한 저항변화율이 3 내지 6 % 정도로 작고, 저항변화가 예민하지 못하므로, 지자기 등의 외부자계에 의한 자력선의 정밀한 방위 측정이 곤란하여 전자 컴파스로서 적당하지 못하고, 또한 오토 캔슬러에 있어서는 캔슬 코일에 의하여 발생시키는 캔슬자계의 크기를 최적화시킬 수 없으므로 오토 캔슬러를 정상적으로 작동시킬 수 없다는 과제가 있었다.

본 발명자들은 실용적 특성이 우수한 자계 검지소자를 탐색하던 중, 어떤 종류의 Fe 기 금속유리합금이 연자성이며, 또한 자계 검지소자로서 적절한 자기 임피던스효과를 갖고 있는 것을 알아내고 본 발명을 달성하게 되었다. 따라서 본 발명의 제 1 목적은 자계 검지소자로서 우수한 특성을 갖는 MI 소자를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 출력신호의 질이 양호하고 구성이 비교적 간단하며, 제조비가 낮은 자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 3 목적은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 실온에서 강자성을 보이고, MI 효과를 보이는 금속유리합금으로 이루어지는 박막을 외부자계검출용으로 사용한 박막 자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 4 목적은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 형상을 소형으로 할 수 있으며, 또한 지자기에 의한 자력선의 방위를 정밀하게 측정할 수 있는 전자컴파스 및 오토 캔슬러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 자계감응성을 나타내는 그래프.

도 2 는 본 발명의 MI 소자의 제조법을 나타내는 공정도.

도 3 은 본 발명의 MI 소자의 기타의 다른 법을 나타내는 공정도.

도 4 는 본 발명의 MI 소자를 이용한 검지장치를 나타내는 공정도.

도 5 는 본 발명의 실시 형태인 자기헤드를 나타내는 사시도.

도 6 은 본 발명의 실시 형태인 자기헤드를 나타내는 사시도.

도 7 은 본 발명에 관계되는 자기 임피던스효과 소자 박막을 구비한 박막 자기헤드의 일 실시 형태를 나타내는 사시도.

도 8 은 도 7 에 나타낸 박막 자기헤드의 주요부를 나타내는 단면도.

도 9 는 도 7 에 나타낸 박막 자기헤드의 주요부의 일부를 단면으로 한 사시도.

도 10 은 도 7 에 구비되어 있는 자기 임피던스효과 소자 박막의 일례를 나타내는 단면도.

도 11 은 동일한 자기 임피던스효과 소자 박막의 기타의 다른 예를 나타내는 단면도.

도 12 는 본 발명의 실시 형태인 전자 컴파스를 나타내는 평면도.

도 13 은 본 발명의 실시 형태인 MI 소자의 외부자계와 출력전압과의 관계를 나타내는 도면으로서, 13(a) 는 MI 소자의 외부자계와 출력전압과의 관계를 나타내는 그래프이고, 13(b) 는 외부자계의 전력선의 방향을 MI 소자의 길이 방향에 대하여 0 내지 180 ℃ 의 범위에서 변화시켰을 때의 외부자계와 출력전압과의 관계를 나타내는 그래프이며, 13(c) 는 MI 소자의 바이어스 자화에 걸쳐 13(b) 와 마찬가지로 하는 외부자계의 자력선의 방향을 변화시켰을 때의 외부자계와 출력전압과의 관계를 나타내는 그래프.

도 14 는 본 발명의 실시 형태인 오토 캔슬러를 나타내는 사시도.

도 15 는 본 발명의 MI 소자의 예에서의 자계감응성을 나타내는 그래프.

도 16 은 본 발명의 MI 소자의 기타의 다른 예에서의 자계감응성을 나타내는 그래프.

도 17 은 본 발명의 MI 소자의 일례에 있어서의 X 선 회절 차트.

도 18 은 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 DSC 차트.

도 19 는 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 DSC 차트.

도 20 은 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 Tx, Tg, △Tx 의 판두께 의존성을 나타내는 그래프.

도 21 은 본 발명의 MI 소자의 기타의 다른 예에서의 X 선 회절 차트.

도 22 는 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 Tx, Tg 의 Fe 농도 의존성을 나타내는 그래프.

도 23 은 본 발명의 MI 소자의 또 다른 기타의 일례에서의 X 선 회절 차트.

도 24 는 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 DSC 차트.

도 25 는 본 발명의 MI 소자의 일례에서의 Tx, Tg, △Tx 의 판두께 의존성을 나타내는 그래프.

도 26 은 Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄으로 조성된 급냉 박대의 포화 자화와 보자력과 투과율의 열처리 온도의 의존성을 나타낸 도면.

도 27 은 도 26 에 나타내어진 열처리 온도 의존성의 데이터의 일부를 발췌하여 나타낸 도면.

도 28 은 Fe₇₈Si₉B₁₃으로 조성된 비교 시료와, Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄으로 조성된 시료의 무열처리와 유열처리한 것의 포화 자화와 보자력과 투과율의 판두께 의존성을 나타내는 도면.

도 29 는 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si 으로 조성된 급냉 박대에서의 무열처리 경우와 열처리 이후의 포화 자화와 보자력과 투과율의 판두께 의존성을 나타내는 도면.

도 30 은 Fe₇₈Si₉B₁₃으로 조성된 비교 시료와, Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁으로 조성된 시료의 포화 자화와 보자력과 투과율의 판두께 의존성을 나타내는 도면.

도 31 은 일반적인 자기 임피던스의 특성의 측정 회로도.

더 32 는 종래의 자기헤드를 나타내는 도면으로, 32(a) 는 평면도이고, 32(b) 는 정면도.

도 33 은 종래의 MI 소자의 일례에서의 자계감응성을 나타내는 그래프.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 35 K 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지고, 교류전류를 인가할 때 임피던스가 외부자계에 의존하여 변화되는 MI 소자를 제공한다.

본 발명의 자기헤드는 Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 MI 소자를 갖춘 것이다.

본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 한쌍의 코어와 상기 한쌍의 코어에 끼워지도록 상기 한쌍의 코어의 각각의 일단과 접합되는 접합용 유리를 구비하고, 상기 임피던스효과 소자가 상기 한쌍의 코어에 걸쳐지도록 함으로써, 외부자계가 상기 한쌍의 코어를 통해 상기 자기 임피던스 효과소자에 인가되도록 구성된 것이다.

또한, 본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 상기 한쌍의 코어는 페라이트로 구성되는 것이다.

또한 본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 상기 한쌍의 각 코어의 일단과 타단과의 사이에 권선 홈이 형성되어 있고, 이 권선 홈에 기록용 권선이 감겨져 있는 것이다.

나아가, 본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 상기 MI 소자에 바이어스 인가수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 상기 바이어스 인가수단은 상기 권선 홈에 감겨진 바이어스용 권선이다.

또한 본 발명의 자기헤드는 앞서 기재된 자기헤드로서, 상기 바이어스 인가수단은, 상기 MI 소자의 단부에 구비된 영구 자석이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, △Tx = Tx-Tg 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금을 주체로 하여 이루어지고, 외부자계에 의하여 임피던스의 변화를 발생케 하는 자기 임피던스효과 소자 박막을 외부자계 검출용으로 구비한 것이다.

본 발명은 자기매체에 매체 대향면을 향하여 상대 이동하는 슬라이더에 기록헤드와 판독헤드가 형성되고, 상기 기록헤드가 박막형상의 상부코어와 하부코어와 이것들 간에 개재된 자기갭과 코일도체를 구비하는 자기유도형 구조로 되고, 상기 판독헤드가 자기 임피던스효과 소자 박막과 이 임피던스효과 소자 박막에 접속된 전극막을 구비하여 구성된 것이다.

본 발명은 상기 구조에 있어서, 상기 자기 임피던스효과 소자 박막에 바이어스 인가수단이 부설되어 이루어지는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 바이어스 인가수단이 상기 자기 임피던스효과 소자 박막이 접속된 영구 자석으로 이루어지는 것일 수도 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 바이어스 인가수단이 상기 자기 임피던스효과 소자 박막에 적층된 강자성체 박막과, 이 강자성체 박막에 적층된 반강자성체 박막을 구비하여 구성되고, 상기 바이어스가 상기 반강자성체 박막에 의하여 상기 강자성체 박막에 야기시킨 교환결합자계에 의하여 인가되어 이루어지는 것일 수도 있다.

본 발명의 전자 컴파스는 외부자계 방위의 검출수단으로서, Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 자기 임피던스효과 소자를 구비하는 것이다.

본 발명의 전자 컴파스는 앞서 기재된 전자 컴파스로서, 상기 외부자계에 의한 자력선의 X 축 방향의 성분 검출수단인 제 1 의 자기 임피던스효과 소자와 상기 외부자계에 의한 자력선의 Y 축 방향 성분의 검출수단인 제 2 의 자기 임피던스효과 소자를 구비하는 것이다.

또한, 본 발명의 전자 컴파스는 앞서 기재된 전자 컴파스로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자는, 각각에 인가되는 교류전류의 전류로가 서로 직교하도록 동일 평면 내에 배치된다.

또한, 본 발명의 전자 컴파스는 앞서 기재된 전자 컴파스로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자에는, 각각에 인가되는 교류전류의 전류로를 따라 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선이 감겨진 것이다.

본 발명의 오토 캔슬러는, 외부자계의 자력선과 역방향에서 크기가 비슷한 캔슬자계를 브라운관에 인가하는 캔슬코일과, 자기센서에 의하여 검출된 상기 외부자계에 의한 자력선의 방위를 토대로 하여 캔슬자계의 크기를 제어하는 제어부를 구비하여 이루어지는 오토 캔슬러에 있어서, 상기 자기센서는 Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 자기 임피던스효과 소자를 구비하여 이루어지는 것이다.

본 발명의 오토 캔슬러는 앞서 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 자기센서는 상기 외부자계에 의한 자력선의 X 축 방향 성분의 검출수단인 제 1 의 자기 임피던스효과 소자와, 상기 외부자계에 의한 자력선의 Y 축 방향 성분의 검출수단인 제 2 의 자기 임피던스효과 소자를 구비하여 이루어지는 것이다.

또한 본 발명의 오토 캔슬러는, 앞서 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자는, 각각에 인가되는 교류전류의 전류로가 서로 직교하도록 동일 평면 내에 배치된다.

또한 본 발명의 오토 캔슬러는, 앞서 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 제 1, 2 의 전자 임피던스효과 소자에는, 각각에 인가되는 교류전류의 전류로를 따라 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선이 둘려 감겨진 것이다.

상기 Fe 기 금속유리합금은, Fe 이외의 기타 다른 금속원소와 반금속원소를 함유하는 것이 바람직하다. 이 Fe 이외의 기타 다른 금속원소는 주기율표 3B 족 및 4B 족의 군에서 선택된 1 종류 이상인 것이 바람직하다. 특히 Fe 이외의 기타 다른 금속원소는 Al, Ga, In 및 Sn 군에서 선택된 1 종류 이상인 것이 바람직하다. 한편, 상기 반금속원소는 P, C, B, Ge 및 Si 의 군에서 선택된 1 종류 이상의 것이 바람직하다. 특히, 이 반금속원소는 적어도 P, C 및 B 의 3 종류를 함유하는 군으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 Fe 기 금속유리합금의 조성은 Al 이 1 원자 % 내지 10 원자 % 의 범위 내, Ga 가 0.5 원자 % 내지 4 원자 % 의 범위 내, P 가 9 원자 % 내지 15 원자 % 의 범위 내, C 가 5 원자 % 내지 7 원자 % 의 범위 내, B 가 2 원자 % 내지 10 원자 % 의 범위 내, 또한 Si 가 0 원자 % 내지 15 원자 % 의 범위 내이고, 잔여부가 Fe 인 것이 바람직하다.

상기의 어느 한 Fe 기 금속유리합금은, Ge 를 4 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 것이 바람직하다. 또한 Nb, Mo, Hf, Ta, W,Zr 및 Cr 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 7 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 것이 바람직하다. 또한 상기의 어느 한 Fe 기 금속유리합금은 Ni 및 Co 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 10 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 것일 수도 있다.

상기의 어느 한 Fe 기 금속유리합금은, 300 내지 500 ℃ 의 범위 내에서 열처리된 것일 수도 있다.

본 발명의 MI 소자를 구성하는 Fe 기 금속유리합금은, Fe 를 주성분으로 하는 비정질체로서, 예를 들어

Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₁C₆B₄…… 실시예 1

의 조성을 갖고 있다. 이 Fe 기 금속유리합금에 있어서, 결정화 개시온도 (Tx) 및 유리전이 온도 (Tg) 는 108 ㎛ 두께의 시료에 대하여 DSC (시차 주사열량 측정법) 에 의하여 측정할 때, 각각

결정화 개시온도 (Tx) = 506 ℃

유리전이 온도 (Tg) = 458 ℃

이고, 따라서 △Tx = Tx-Tg 의 식으로 표시되는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 은

과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) = 48 ℃

로서, 35 ℃ 이상이다.

상기 Fe 기 금속유리합금을 이용하여 만들어진, 리본형 시료는 그 개략적인 것을 도 31 에 나타내는 측정회로에 자성체 (Mi) 로서 삽입하고, 3 ㎒ 의 교류전류 (Iac) 를 인가한 상태에서 시료 (Mi) 의 길이 방향으로 외부자계 (Hex) 를 인가하면, 도 1 의 실시예 1 로서 나타낸 바와 같이 자계 제로를 중심으로 정부 자계의 절대치에 의존하여 정부 방향과 거의 대칭적으로 출력전압 (Eme), 즉 임피던스가 변화 (상승) 되고 자기 임피던스효과를 갖는 것을 알 수 있다.

이 실시예 1 의 MI 소자는 도 1 에서 동시에 나타낸 종래부터 자기 임피던스효과를 갖는 것으로 알려져 있는 비정질합금의 종래예, 즉 상기 (P) Fe₇₈Si₁₉B₁₃, 및 (Q) (Fe₆Co₉₄)_72.5Si_12.5B₁₅와 비교할 때 P 보다 감도가 높고, 이것을 이용한 자계 검지회로의 증폭율을 저감시킬 수 있으므로 노이즈를 억제할 수 있으며, 한편으로 미약한 자계의 범위 내 (-2 0e 내지 + 2 0e) 에서 Q 보다 증가가 완만해지므로 정량성이 양호해지고, 또한 정부 자계에 관하여 감도의 대칭성이 좋으므로, 이것을 이용한 자계검지회로의 이퀄라이저를 포함한 회로 구성이 용이해진다. 그래서 실시예 1 의 MI 소자는 자계 검지소자로서 적절히 사용할 수 있다는 것을 알수 있다.

본 발명의 MI 소자가 되는 Fe 기 금속유리합금은 실온에서 연자기 특성을 갖고 있다. 그래서 자기헤드 등 각종 응용물에 유용한 것이 된다. 이 연자기 특성은 300 ℃ 내지 500 ℃ 의 범위 내의 열처리를 실시함으로써 더욱 개선되는 것을 알 수 있었다. 따라서 어떤 종류의 용도에는 상기 열처리를 실시한 MI 소자를 이용하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 MI 소자에 이용할 수 있는 Fe 기 금속유리합금에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 사용하는 Fe 기 금속유리합금은 기본적으로는 Fe 를 주성분으로 하고, △Tx 가 35 ℃ 이상인 것이다. 종래부터, Fe 기의 합금조성물에서 Fe-P-C 계, Fe-P-B, Fe-Ni-Si-B 계 등의 조성물은 유리전이를 일으키는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들의 합금조성물의 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 은 어느 것이나 25 ℃ 이하로 작고, 급냉시켜야 비정질이 되므로 박막형상의 고체밖에 얻을 수 없으며, 실용적인 두께를 갖는 성형물을 얻기 곤란하였다. 이에 대하여 본 발명에 관계되는 Fe 기 금속유리합금은 △Tx 가 35 ℃ 이상으로 되어 있으므로 서서히 냉각(이하 서냉이라함) 하여 성형이 가능하고, 비교적 두꺼운 (肉厚) 리본 형태 또는 선조(線條) 형태의 성형물을 제조할 수 있으며 실용적인 MI 소자를 구성할 수 있게 되는 것이다.

높은 자기 임피던스효과를 갖으면서도 35 ℃ 이상인 △Tx 을 갖는 Fe 기 금속유리합금을 얻기 위하여, 본 발명은 Fe 이외의 기타 금속원소와 반금속원소를 함유시킨다.

이 중에서 Fe 이외의 기타 금속이란 주기율표의 3 B 족 및 4 B 족 중에서 선택할 수 있는 것으로, 구체적으로는 Al, Ga, In, Tl, Sn, 및 Pb 의 군에서 선택된 1 종류 이상이나, 그 중에서도 Al, Ga, In 또는 Sn 이 적절하다.

상기 반금속원소는 P, C, B, Ge 및 Si 의 군에서 선택된 1 종류 이상인 것이 바람직하다. 특히 P, C, 및 B 의 3 종류를 함께 함유케 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 Fe 기 금속유리합금은 Nb, Mo, Hf, Ta, W, Zr 및 Cr 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 함유할 수도 있다. 또한, Ni 및 Co 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 함유케 하는 것이 바람직하다.

MI 소자로서 특히 양호한 특성을 갖는 Fe 기 금속유리합금은, 하기 조성물 A 에서 얻을 수 있다.

(조성물 A)

원소 원자 %

Al 1 내지 10

Ga 0.5 내지 4

P 9 내지 15

C 5 내지 7

B 2 내지 10

Si 0 내지 15

Fe 잔여부

본 발명에 이용되는 Fe 기 금속유리합금에 있어서, Ge 는 4 원자 % 이하의 범위 내에 함유되어 있을 수도 있다. 또한 Nb, Mo, Hf, Ta, W, Zr, 및/또는 Cr 은 7 원자 % 이하의 범위 내에 함유되어 있을 수도 있다. 나아가, Ni 및/또는 Co 는 10 원자 % 이하의 범위 내에서 함유될 수도 있다.

또한, Si 를 첨가함으로써 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 을 향상시켜 비정질 단상조직이 되는 임계판 두께를 증대시킬 수 있다. Si 의 함유량이 지나치게 많으면 과냉각 액체영역 (△Tx) 이 소멸되므로, 15 원자 % 이하가 바람직하다. 또한 Si 의 첨가효과를 얻기 위해서는 0.5 원자 % 이상 첨가하면 보다 바람직하다.

본 발명의 MI 소자로서 특히 우수한 특성을 갖는 Fe 기 금속유리합금의 구체예로서는, 예를 들어

Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₁C₆B₄…… 실시예 1

Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si …… 실시예 2

Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄…… 실시예 3

Fe_70+xAl₅Ga₂(P₅₅C₂₅B₂₀)_23-x(x = 1 내지 5) …… 실시예 4

(단 상기 중의 괄호내 수치는 P + C + B 를 100 으로 했을 때의 원자 %)

등의 조성을 갖는 것을 들 수 있다.

상기 조성물은 어느 것이나, 각 원소의 용융 혼합물을 조절할 수 있는 냉각조건에 따라서 냉각시킴으로써 Fe 기 금속유리합금의 성형물을 얻을 수 있다. 일반적으로 Fe 기 금속유리합금에 공통된 특성으로서 결정화 개시온도 (Tx) 와 유리전이 온도 (Tg) 간에 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 을 갖는 것을 들 수 있다. 이 대역에서는 Fe 기 금속유리합금의 과거의 열 이력 (熱履歷) 은 완전히 소실되고, 조성물 중의 원자는 큰 확산성을 갖고 내부 평형상태에 있다. 따라서 이 상태에서 급냉시키면 조성물은 결정화되지 않고, 비정질체 즉 Fe 기 금속유리합금을 얻을 수 있다.

그러나 종래부터 알려져오던 Fe-P-C 계, (Fe, Co, Ni)-P-B 계, (Fe, Co, Ni)-Si-B 계, (Fe, Co, Ni)-M (Zr, Hf, Nb) 계, (Fe, Co, Ni)-M (Zr, Hf, Nb)-B 계 등의 비정질합금은 어느 것이나 과냉각 액체상태의 온도폭 (△Tx) 이 없거나 매우 좁기 때문에, 단일 로올법이라는 방법 등에 의하여 10⁵℃/s 레벨의 냉각속도로 급냉시켜야 비정질이 되고, 상기 단일 로올법 등으로 급냉시켜 제조된 것은 두께가 50 ㎛ 이하 정도의 박막 형상이 되어 자계 검지소자 등으로 사용할 수 있는 리본 또는 선 그룹의 성형물을 얻기란 곤란하였다.

본 발명에 사용되는 Fe 기 금속유리합금은, 과냉각 액체상태의 온도폭 (△Tx) 이 35 ℃ 이상으로 충분히 넓으므로, 종래부터 알려져 있는 금속유리합금과 같이 급냉시키지 않아도 비정질 고체를 얻을 수 있다. 따라서 물론 단일 로올법 등의 급냉에 의하여 박막을 형성할 수 있으나, 주조법 또는 유체냉각 등에 의하여 리본이나 선조 등의 두께가 있는 자립성의 성형물을 제조할 수 있게 된다.

상기 단일 로올법이란 먼저 상기 조성물의 원소 단체분말을 소정 비율로 혼합하고, 이어서 이 혼합분말을 Ar 가스 등의 불활성 가스 분위기 중에서, 도가니 등의 용융장치로 용해시켜 합금의 용탕을 만든다. 계속하여, 이 용탕을 회전하고 있는 냉각용 금속로올에 넣어 급냉시킴으로써 박대(薄帶) 형상의 Fe 기 금속유리합금 고체를 얻는 방법이다. 이 때에도 본 발명에 사용되는 Fe 기 금속유리합금 조성물의 경우에는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 충분히 크므로 냉각속도를 종래보다 완화시킬 수 있으며, 비교적 두께가 두꺼운 리본 형상의 비정질 고체를 얻을 수 있게 된다.

또한 본 발명의 Fe 기 금속유리합금조성물은 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 충분히 큰 것을 이용하여 구리 주형 등에 주조하여 부어넣는 사출주조법 등, 서냉에 의한 성형법도 가능하게 된다. 주조장치로는 널리 사용되고 있는 여러 종류의 것을 적용할 수 있는 것은 물론이고, 연속주조장치 등의 것도 사용할 수 있다.

본 발명의 Fe 기 금속유리합금 조성물을 이용하여 MI 소자 선조를 제조하는데는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평4-323351 호에 기재되어 있는 것과 같은 유체냉각법을 적용할 수 있다. 이 방법은 기본적으로는 상기 합금 조성물을 용융시키고 냉각액층 중에 그 용융물을 연속적으로 분출시켜 선 그룹 형상으로 냉각고화시키는 방법이다. 더욱 구체적으로는 냉각액층을 분출시키는 방법 (분류법) 과 원심력으로 유지하는 방법 (원심법) 이 있다.

이 중에서 분류법 (噴流法) 은 그 개략적인 것을 도 2 에 나타낸 바와 같이, 먼저 냉각액 수조 (5) 중의 냉각액 (L) 을 냉각액 가압펌프 (6) 에 의하여 가압하고, 냉각기 (7) 로 소정 온도로 냉각시킨 후, 액체가압탱크 (10) 로 소정의 압력으로 가압한다. 이어서, 가압된 냉각액 (L) 을 냉각액체 분출노즐 (1) 로 소정의 속도로 분출시켜 분류 (8) 를 형성하고, 이 분류 (8) 는 냉각액 수조 (5) 로 순환시킨다. 한편, 상기한 합금조성물 (12) 은 가열로 (11) 에서 용융시키고, 용융합금 분출장치 (2) 로 보내어 아르곤가스 압력으로 이 용융합금 분출장치 (2) 에서 분출시킨다. 분출된 용융합금의 흐름 (9) 은 상기 냉각액체 분출노즐 (1) 에서 분출된 냉각액의 분류 (8) 에 의하여 급속히 냉각고화되고, MI 소자 선 그룹 (3) 이 된다. 얻어진 MI 소자 선조 (3) 는 릴머신 (reel machine ; 4) 에 의하여 감겨진다.

원심법은, 도 3 에서와 같이 원료의 합금조성물을 도가니 (21) 이 송입구 (31) 에서 아르곤가스에 의하여 송입시키고, 이것을 가열로 (25) 에서 가열용융시킨다. 이 때, 도시하지 않은 구동모터로 회전드럼 (26) 을 소정의 회전속도로 회전시켜 놓는다. 다음으로 냉각액 (L) 을 냉각액 공급관 (30) 에서 회전드럼 (26) 의 내측으로 공급하고, 원심력으로 냉각액층 (28) 을 형성한다. 이어서 도가니 (21) 의 선단 노즐 (22) 을 하강시켜 냉각액층 (28) 의 액면에 접근시킴과 동시에 도가니 (21) 안을 가압하고 용융조성물 (24) 을 냉각액층 (28) 의 액면으로 향하여 분출시킨다. 도가니 (21) 의 내부에는 원료의 산화를 막기 위하여 끊임없이 불활성 가스를 송입하여, 불활성 분위기를 유지한다. 냉각액층 (28) 의 액면을 향하여 분출된 합금은 냉각고화된 MI 소자 선 그룹 (33) 이 되고, 분출방향과 회전드럼 (26) 의 회전방향 (26) 및 원심력의 합력에 의하여 냉각액층 (28) 속을 뚫고 나가 회전드럼과 (26) 의 내벽을 따라서 순차적으로 층층이 감겨진다. 방사 (紡絲) 종료 후, 관 (30) 의 선단을 냉각액층 (28) 중에 삽입하여 냉각액을 흡인배출시킨다. 그 후, 회전드럼 (26) 을 정지시키고 회전드럼 (26) 의 내벽에 집적된 MI 소자 선조 (33) 를 꺼낸다.

본 발명의 MI 소자를 형성하는 Fe 기 금속유리합금이 높은 비정질 형성능을 갖는 이유에 대해서는, 이 이론에 의하여 본 발명이 한정되는 것이 아니나, 다음과 같이 유추할 수 있다. 즉, 이 조성물은 큰 원자직경차와 부의 혼합열을 갖는 원소군으로 구성되어 있기 때문에, 액의 상태에서 높은 무질서 충진구조를 갖고 있으며, 이 결과 고체/액체의 계면에너지가 높아지고, 액상 (液相) 으로부터의 결정핵 생성이 억제됨과 동시에, 결정상의 생성에 필요한 원자의 장거리 확산이행이, 상기 무질서 충진구조의 형성에 따라 곤란해지는 점의 상승효과에 의한 것으로 유추할 수 있다.

본 발명의 MI 소자는 연자성으로, 일단의 MI 소자와 동일하게 금속유리합금 성형물의 길이 방향의 자계변화에 감응한다. 따라서 이 금속유리합금을 이용하여 자기센서 헤드의 코일을 제조하면, 이 코일은 통전 전류에 의하여 원주 방향으로 여자되며, 헤드의 길이 방향의 자계에 의한 반자계는 매우 작다. 그래서 종래의 플럭스 게이트센서 등 고감도 자속검출형의 자기센서에 비하여 헤드 길이를 대폭적으로 단축시킬 수 있으며, 또한 수 10 내지 100 %/Oe 의 임피던스 변화율과, 10^-6Oe 의 높은 분해능과, 수 ㎒ 의 차단주파수를 갖는, 고감도이면서 극소 치수의 자기센서 헤드를 구성할 수 있다. 예를 들어 헤드길이가 1 ㎜ 이하인 극소 치수일지라도 자계검출감도는 열화되지 않고, 1 ㎐ 이상의 교류자계에 대한 최소검출자계는 10^-6에 달한다. 따라서, 예를 들어 직경 19 ㎜, 1000 극 (착자 (着磁) 간격 약 60 ㎛) 의 로타리 엔코더용 링자석의 표면자계 (표면에서 약 2 ㎜ 의 위치로 약 0.1 Oe 가 됨) 를 1 ㎜ 이상 떨어진 위치에서 명확하게 검출할 수 있게 된다. 또한 지자기 (약 0.3 Oe) 의 검출도 용이해진다.

본 발명의 MI 소자를 이용한 자기센서 헤드는 응답이 빠른 자화 회전에 의한 자속변화를 이용하게 되므로 고속응답성이다. 즉, 코일의 통과전류를 고주파로 하면, 표피 효과에 의하여 임피던스가 외부자계에 의존하여 예민하게 변화하고 고감도화됨과 동시에, 자벽의 이동이 강한 와전류 제동에 의하여 억제되고, 자화 벡터의 회전만으로 원주 자속이 발생하므로 고속응답성이 된다. 본 발명의 MI 소자를 이용하여 콜피츠 (colpitts) 발진회로 등의 자체 발진회로를 구성하고, 진폭변조방식의 센서를 형성하면, 그 차단주파수는 발진주파수의 1/10 정도이고, 수 10 MHz 의 발진주파수에서는 직류자계에서 수 MHz 의 고주파자계까지, 분해능이 약 10^-6Oe 인 고감도로 안정적으로 검출할 수 있게 된다. 이것은 종래의 고감도센서인 플럭스 게이트센서 등과 비교해도 응답속도가 1000 배에 달하는 고속응답이다. 자기헤드의 고속응답성은 자기기록매체 등의 자기정보를 검출할 때에는 필수 요건으로, 예를 들어 직경 19 ㎜ 의 2000 극 착자의 링자석을 3600 rpm 으로 회전시킬 때, 120 ㎑ 의 기본파를 검출하고 그 몇 배의 고조파를 검출하기 위해서는 MHz 레벨의 차단주파수가 필요해진다. 또한 VTR 의 차단주파수는 현재는 4.75 ㎒ 이나, 장래에는 50 MHz 가 상정되고 있다. 이러한 요구들에 대해서도 본 발명의 MI 소자는 통전전류를 500 MHz 이상으로 설정함으로써 대응할 수 있게 된다.

본 발명의 MI 소자를 이용하여 미약한 자기센서를 구성할 때에는, 고주파 전류를 사용하므로 회로의 부유 임피던스 등으로 감도가 불안정해지지 않도록 배려할 필요가 있다. 이 문제에 대한 해결책의 하나로서, 본 발명의 MI 소자를 이용한 헤드 (이하, 'MI 헤드' 로 약기함) 와 고주파 전원을 일체화시킨 자체 발진방식의 자계 검지회로를 채용하는 것이 바람직하다. 이 자체 발진회로를 갖는 자계 검지회로의 일례를 도 4 에 나타낸다.

도 4 의 회로도에 있어서, 블록 A, B 및 C 는 각각 고주파 전원부, 외부자계 (Hex) 검지부 및 증폭출력부이다. MI 헤드 (Mi) 는 외부자계검지부 (B) 에 삽입되어 있다.

고주파 전원부 (A) 는 고주파 교류전류를 발생시켜 외부자계검지부 (B) 에 공급하기 위한 회로로서, 그 방식은 특별히 한정되지 않는다. 여기에서는 일례로서 안정화 콜피츠 발진회로를 채용한 것을 들 수 있다. 자기발진방식에서는 이밖에 자기변조를 이용한 진폭변조 (AM), 주파수변조 (FM), 또는 위상변조 (PM) 를 걸어 자계감지를 작동시키는 것이다.

외부자계검지부 (B) 는 MI 소자 (Mi) 와 복조회로로 이루어지고, 고주파 전원부 (A) 에서 공급된 고주파 교류전류에 의하여 대기상태가 된 MI 소자가 외부자계 (Hex) 에 감응하여 발생된 임피던스 변화를, 복조회로에 의하여 복조하고 증폭출력부 (C) 로 전송한다.

증폭출력부 (C) 는 차동증폭회로와 출력단자를 갖는다. 이 자기센서회로는 도시하지 않으나 부귀환 루프 회로를 형성해 놓고, 강한 부귀환을 걸음으로써 고정밀도·고감도·고속응답·고안정의 미약한 자기센서회로가 형성된다.

본 발명의 MI 소자는 도 1 에서 나타낸 바와 같이, 외부자계의 극성에 관계없이 동일한 파라메터 변화를 나타낸다. 따라서 리니어 (linear) 자계센서를 구성하는 경우에는 직류자계 바이어스를 인가할 필요가 있다. 본 발명의 MI 소자는 미약한 자계에 있어서의 직선성이 높으므로, 바이어스 자계도 경미할 수도 있고, 실질적으로는 MI 헤드에 코일을 10 내지 20 회 감아 수 ㎃ 의 직류를 인가하는 방법이 적당하다.

또한 상기 MI 헤드에서는, MI 소자 선조에 비틀림 응력을 부여함으로써 나선형 자기이방성을 갖게 하고, 직류 바이어스를 갖는 교류전류로 여자하면, 외부자계 (Hex) 에 대하여 비대칭의 자기 임피던스효과를 얻을 수 있으며, 2 개의 MI 소자 선조의 차전압으로 리니어 자계센서를 구성할 수도 있다. 이 방법은 전류센서와같이 긴 헤드를 사용할 때에는 유용한 방법이 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 MI 소자는, 상기 특성을 갖음으로써 미약한 자계센서, 고속응답전류센서, 미약한 자기방위센서, 플럭스 게이트센서, 전자파 검출기, 포텐시오메터, 로터리 엔코더헤드, 전자 컴파스 자기헤드, 타블레드(tabled), 자기탐상헤드, 자기카드, 자기티켓용헤드, 자기근접스위치, 자기플레시메모리, 자기뉴론, 안테나코어, 의료용 자성유체모니터 등에 적용할 수 있다.

이상으로, 상기 MI 소자를 자기헤드로서 사용했을 때의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6 에 있어서, 자기헤드 (41) 에는 강자성체인 한쌍의 코어 (42, 42) 와, 한쌍의 코어 (42, 42) 사이에 끼워지듯이 한쌍의 코어 (42, 42) 의 하부 (42a) 와 접합되는 접합용 유리 (43) 와, 자상체인 박대 형상의 자기 임피던스효과 소자 (MI 소자; 44) 가 구비되어 있다.

또한, 자기헤드 (41) 에는 한쌍의 코어 (42, 42) 의 상부 (42b) 의 상면에, 도시하지 않은 기록매체가 슬라이드되는 슬라이드면 (45) 이 형성되고, 이 슬라이드면 (45) 중앙부에 자기갭 (G) 이 형성되어 있다.

또한, 자기헤드 (44) 는 MI 소자 (44) 가 한쌍의 코어 (42, 42) 의 측부와 결합하여, MI 소자 (44) 가 한쌍의 코어 (42, 42) 에 걸치도록 배치됨으로써 기록매체의 기록 자화에 의한 외부자계가 한쌍의 코어 (42, 42) 를 통하여 MI 소자 (44) 에 인가되도록 구성되어 있다.

구체적으로는 MI 소자 (44) 의 길이 방향인 단부 (44a, 44b) 가 한쌍의 코어 측면의 자로접촉면 (42c) 에 임의의 수단에 의하여 접합되어 있다.

이렇게 하여 이 한쌍의 코어 (42, 42) 와 MI 소자 (44) 와 자기갭 (G) 에 의하여 폐자로가 형성되어 있다.

접합용 유리 (43) 는 비자성체로 이루어지는 것으로, 한쌍의 코어 (42, 42) 를 이간시켜 접합시키고, 또한 코어 (42, 42) 의 서로 대향되는 측부측의 상부에는 각각 오목부가 형성되고, 이들 오목부 사이에 코어 (42, 42) 와 유리 (43) 로 구획되어 권선 홀 (46) 이 형성되어 있다.

한쌍의 코어 (42, 42) 는 산화물 강성체인 페라이트로 이루어진 것이다. 페라이트로는 MnZn 계 다결정 페라이트, MnZn 계 단결정 페라이트, MnZn 계 단결정 페라이트와 MnZn 계 다결정 페라이트를 접합시킨 접합 페라이트, MnZnSn 계 다결정 페라이트 등과 같은 것이 고포화 자속밀도, 고투자율을 지니며, 전기저항이 크고 와전류 손실이 적고, 경도가 높으며, 대마모성이 우수한 등의 특성을 가져서, 자기헤드의 코어로서 최적이다.

또한, 한쌍의 코어 (42, 42) 의 상부측 접합 부분에는 자기갭 (G) 트랙폭을 규제하기 위한 규제 홈 (47) 이 형성되고, 이 규제홈 (47) 에 비자성체인 유리 (25) 가 충진되어 있다.

또한, 한쌍의 코어 (42, 42) 의 상부 외측에는 권선 홈 (48) 이 형성되고, 이 권선 홈 (48) 에 기록용 권선 (49) 이 감겨져 있다.

MI 소자 (44) 는 상기한 Fe 를 주성분으로 하는 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 것으로, 도면의 예에서는 박대 형상으로 되어 있으나, 와이어 형상의 것을 복수 개 꼬아 모은 것일 수도 있다.

또한, 자기헤드 (44) 에는 MI 소자 (44) 에 바이어스 자화를 인가하기 위한 바이어스 인가수단 (50) 이 형성되어 있다.

바이어스 인가수단 (50) 의 일례로는, 도 5 에서와 같이 권선 홈 (48) 에 감은 바이어스용 권선 (51) 에 바이어스 전류를 흘려 코어 (42) 에 자속을 인가하고, 이 코어 (42) 를 통하여 이 자속이 MI 소자 (44) 에 인가되어 바이어스 자화를들 수 있다.

바이어스 인가수단 (50) 의 다른 예로는, 도 6 에서와 같이 MI 소자 (44) 의 단부 (44a, 44b) 에 영구 자석층 (영구 자석; 52) 을 형성하고, 이 영구 자석층 (52) 의 자화를 MI 소자 (44) 에 인가함으로써 바이어스 자화 하는 것도 가능하다,

이 때의 영구 자석층 (52) 으로는, 경질자성체라면 어떠한 것이라도 관계없으나, Fe-Nd-B 계 또는, Co-Cr-Pt 계의 경질자성체인 것이 바람직하다. 이들 Fe-Nd-B 계, Co-Cr-Pt 계의 경질자성체는, 잔류자화, 보자력이 매우 높고, 이들 영구 자석 (52) 이 점유하는 체적을 감소시켰다 해도, MI 소자 (44) 에 충분한 바이어스 자화를 인가시킬 수 있다.

이들 영구 자석층 (52) 은 스퍼터 등의 성막법에 의하여 MI 소자 (44) 의 단부 (44a, 44b) 위에 막이 형성된다.

또한, MI 소자 (44) 의 단부 (44a, 44b) 에는 출력신호를 출력하기 위한 도선 (54) 이 접속되고, 나아가 MI 소자 (44) 에 교류전류를 인가하기 위한 도선 (도시하지 않음) 이 접속되어 있다.

나아가, 자기헤드 (41) 의 한쌍의 코어 (42, 42) 에는 스퍼터 등의 성막법에 의하여 메탈 자성막 (53) 이 형성되고, 또한 이 메탈 자성막 (53) 위에 스퍼터 등의 성막법에 의하여 도시하지 않은 갭층이 형성되어 있고, MIG (Metal In Gap) 형의 자기헤드로서 구성되어 있다.

메탈 자성막 (53) 으로서는, 페라이트보다도 고투자율을 갖는 연자성 합금이 사용되고, 특히 Fe-Si-Al 합금, Fe-Ni 합금, 아몰포스 합금 등이 바람직하다.

갭층으로서는 비자성체인 SiO₂, Al₂O₃, CrSiO₂등을 이용할 수 있다.

MI 소자 (44) 를 구성하는 Fe 기 금속유리합금은 상기한 바와 같이, 단일 로올법, 분류법 또는 원심법에 의하여 형성되고, Fe 를 주성분으로 하며, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 20 ℃ 이상, 조성에 따라서는 40 내지 60 ℃ 이상이라고 하는 현저한 온도간격을 나타내므로, 서서히 냉각함으로써도 성형이 가능하여 비교적 두꺼운 두께의 리본 형상 또는 선 형상의 성형체를 만들 수 있게 된다. 또한 안정된 아몰포스 합금을 얻을 수 있다.

상기 Fe 기 금속유리합금을 사용하여 만든 MI 소자 (44) 는, MHz 대역의 교류전류를 인가한 상태에서, MI 소자 (44) 의 길이 방향으로 외부자계를 인가함으로써, 외부자계 제로를 중심에 정부 자계의 절대치에 의존하여 정부 방향에 거의 대칭이 되도록 출력전압, 즉 임피던스가 변화 (상승) 되고, 이른 바 자기 임피던스효과를 나타낸다.

본 발명의 자기헤드 (41) 에는 한쌍의 코어 (42) 와 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 MI 소자 (44) 와 자기갭 (G) 에 의하여 폐자로가 형성되어 있고, MI 소자 (44) 에 고주파의 교류전류를 흘리면, 코어 (42) 를 통하여 기록매체에서 인가되는 외부자계의 자속 변화에 의존하여 MI 소자의 임피던스가 민감하게 변화하므로, 자기헤드 (41) 를 고감도로 할 수 있다.

또한, MI 소자 (44) 의 자벽 이동은 강한 와전류 제동에 의하여 억제되고, 자화 벡터의 회전만으로 원주 자속이 발생되므로, 자기헤드 (41) 의 응답성을 고속으로 할 수 있다.

자기헤드의 고속응답성은 자기기록매체 등의 자기정보를 검출할 때에는 필수 요건으로, 예를 들어 직경 19 ㎜ 의 2000 극 착자의 링자석을 3600 rpm 으로 회전시킬 때, 120 ㎑ 의 기본파를 검출하고 그의 수 배의 고조파를 검출하기 위해서는 MHz 레벨의 차단주파수가 필요해진다. 또한 VTR 의 차단주파수는 현재는 4.75 ㎒ 이나, 앞으로는 50 MHz 가 상정될 것이다. 이러한 요구들에 대해서도 본 발명의 MI 소자 (44) 를 구비한 자기헤드 (41) 는, 통전전류를 500 MHz 이상으로 설정함으로써 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 MI 소자 (44) 를 구비한 자기헤드 (41) 와 콜피츠 발진회로 등의 자체 발진회로를 조합시켜, 진폭변조방식의 자기헤드로 구성할 경우에는, 수 10 MHz 의 발진주파수로 직류자계에서 수 MHz 의 고주파자계까지, 분해능이 약 10^-6Oe 인 고감도에서 안정적으로 검출할 수 있으므로, 자기정보가 고밀도로 기록된 기록매체의 기록 자화를 검출할 수 있다.

본 발명의 MI 소자 (44) 는, 외부자계의 극성에 관계없이 외부자계 (0) 를 대칭으로 하여 동일한 임피던스 변화를 나타내므로, 자기헤드로 사용하기 위해서는 직류자계 바이어스를 인가할 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 MI 소자 (44) 는 미약한 자계에 있어서의 직선성이 높으므로 바이어스 자계도 경미할 수 있다.

따라서, 바이어스 인가수단 (50) 으로서, 바이어스용 권선 (51) 에 바이어스 전류를 흘려보내는 경우에는 수 ㎃ 의 직류전류를 인가할 수도 있으며, 바이어스 인가수단 (50) 의 회로 구성을 간단히 할 수 있다.

또한, MI 소자 (44) 의 단부 (44a, 44b) 에 영구 자석 (52) 을 형성할 경우에는, 영구자석 (52) 의 자화를 작게 해도 되므로, 영구 자석 (52) 의 체적을 작게 할 수 있으며, 자기헤드 (41) 의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 상기 한쌍의 코어 (42) 는, 페라이트에 의하여 형성되고 자기기록매체의 기록자화를 손실케하는 일없이, MI 소자 (44) 에 인가시킬 수 있으므로, 자기헤드 (41) 의 고감도화를 도모할 수 있다. 또한, 페라이트는 가공성이 우수하므로 복잡한 형상의 코어도 용이하게 만들 수 있다.

나아가, 상기 자기헤드 (41) 에는 기록용 권선 (49) 이 감겨져 있으므로, 자기기록매체에 대한 기록 자화의 기록이 가능하고, MI 소자 (44) 와 함께 재생/기록용 자기헤드로서 구성할 수 있다.

다음으로, 도면을 참조하면서 박막 자기헤드의 실시 형태에 대하여 설명하기로 한다.

이 예의 박막 자기헤드 (HA) 는 하드디스크 장치 등에 탑재되는 부상식으로, 이 자기헤드 (HA) 의 슬라이더 (61) 는 도 7A 에서 나타내어지는 측이 디스크면의 이동방향인 상류측으로 향하는 리딩측이고, 도 7B 에서 나타내어지는 측이 트레일링측이다. 이 슬라이더 (61) 의 디스크에 대향되는 면에서는, 레일 형상의 레일면 (61a, 61a, 61b) 과 에어그룹 (61c, 61c) 이 형성되어 있다.

그리고, 이 슬라이더 (61) 의 트레일링측의 단면 (61d) 측에 박막 자기헤드 코어 (60) 가 형성되어 있다.

이 예에서 나타내는 박막 자기헤드 코어 (60) 는 도 8 과 도 9 에서 단면구조를 나타내는 복합형 자기헤드이고, 슬라이더 (61) 의 트레일링측 단면 (61d) 위에 MI 효과소자헤드 (판독헤드; h₁) 와, 인덕티브헤드 (자기유도형 자기헤드: 기록헤드; h₂) 가 순서대로 적층되어 구성되어 있다.

이 예의 MI 효과소자헤드 (h₁) 는 MI 효과를 이용하여 자기디스크 등의 기록매체로부터의 누설자속을 검출하고, 자기신호를 판독하는 것이다.

도 8 에서 나타내는 바와 같이 MI 효과소자헤드 (h₁) 에 있어서, 슬라이더 (61) 의 트레일링측 단부에 형성된 센더스트 (Fe-Si-Al) 등의 자성합금으로 이루어지는 하부갭층 (63) 위에 알루미나 (Al₂O₃) 등의 비자성 재료에 의하여 형성된 상부갭층 (64) 이 적층되어 있다.

그리고, 이 상부갭층 (64) 위에 도 10 등에서 단면구조를 나타내는 후술하게 될 MI 효과소자 (80) 가 형성되어 있다.

또한, 다시 MI 효과소자 (80) 위에는 알루미나 등으로 이루어지는 상부갭층 (64) 이 MI 효과소자 (80) 를 덮도록 연속 형성되고, 그 위에 상부 실드층이 형성되고, 이 상부 실드층은 그 위에 형성된 인덕티브헤드 (h₂) 의 하부코어 (65) 와 겸용으로 되어있다.

도 10 은 MI 효과소자헤드 (h₁) 에 적용된 MI 효과소자 (80) 의 일례를 나타내는 것으로, 이 예의 MI 효과소자 (80) 는 상기한 금속유리합금으로 이루어지는 MI 효과소자 박막 (82) 과, 이 MI 효과소자 박막 (82) 위에 적층된 강자성체 박막 (83) 과, 이 강자성체박막 (83) 의 양단부상에 트랙폭에 상당하는 틈새 (T_W) 를 형성하여 적층된 반강자성체박막 (84, 84) 과 이들 반강자성체박막 (84) 위에 적층된 전극막 (85) 으로 구성되어 있다.

상기 강자성체박막 (83) 은, Ni-Fe 합금, C_O-Fe 합금, Ni-Co 합금, Co, Ni-Fe-Co 합금 등의 박막으로 이루어져 있다. 또한 강자성체박막 (83) 을 Co 박막과 Ni-Fe 합금 박막의 적층구조로 구성할 수도 있다.

상기 반강자성체박막 (84) 은, 예를 들어 FeMn, NiO, Cr-Al 또는, 불규칙구조를 갖는 X-Mn 계 합금 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 조성식에서 X 는 Ru, Rh, Ir, Pd, Pt 의 어느 한 1 종류 또는 2 종류 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 각종 합금의 반강자성체박막 (84) 이라면, 강자성체박막 (83) 에 접하는 MI 효과소자 박막 (82) 에 교환결합성 자계에 의한 바이어스를 인가할 수 있다.

한편, 이 실시 형태의 인덕티브헤드 (h₂) 는 하부코어 (65) 위에 갭층 (74) 이 형성되고, 그 위에 평면적으로 나선 형상이 되도록 패턴화된 코일층 (76) 이 형성되고, 코일층 (76) 은 절연재료층 (77) 으로 싸여 있다.

또한, 절연재료층 (77) 위에 형성된 층 형상의 상부코어 (78) 는, 그 선단부 (78a) 를 레일면 (61b) 으로 층 형상의 하부코어 (65) 에 미소한 틈새를 두어 대향하게 하고, 자기갭 (G) 을 구성함과 동시에, 상부코어 (78) 의 기단부 (78b) 를 하부코어 (65) 와 자기적으로 접속시켜 형성되어 있다. 또한, 상부코어 (78) 위에는 알루미나 등으로 이루어지는 보호층 (79) 이 형성되어 있다.

상기 인덕티브헤드 (h₂) 에서는 코일층 (76) 에 기록전류가 보내지고, 코일층 (76) 에서 코어층에 기록전류가 보내진다. 그리고, 자기갭 (G) 부분에서의 하부코어 (65) 와 상부코어 (78) 의 선단부에서의 누설자계에 의하여 하드디스크 등의 기록매체에 자기신호를 기록할 수 있다.

또한, MI 효과소자헤드 (h₁) 에서는 하드디스크 등의 자기 기록매체로부터의 미소한 누설자계의 유무에 따라 MI 효과소자 박막 (82) 의 임피던스가 변화하므로, 이 임피던스 변화를 판독함으로써 기록매체의 기록내용을 판독할 수 있다.

도 11 은 본 발명에 관계되는 MI 효과소자 박막의 기타 형태를 나타내므로, 이 형태의 구조는 금속유리로 이루어지는 MI 효과소자 박막 (82) 의 양측에 자석층 (영구 자석; 83, 83) 이 배치되고, 자석층 (83, 83) 위에 전극막 (85) 이 적층된 구조로 되어 있어, 자석층 (83) 으로부터의 누설자속을 이용하여 MI 효과소자 박막 (83) 에 바이어스를 인가하는 구조로 되어 있다.

여기에서 사용되는 자석층 (83) 은, CO-Pt, Co-Cr-Pt 합금 등의 경질자성재료 (자석재료) 층으로 형성되어 있다.

도 11 에서의 구조에 있어서도, 앞 형태의 경우와 동일하게 바이어스를 인가할 수 있고, MI 효과를 이용하여 앞 형태의 구조와 동일하게 자기기록매체의 자기정보를 판독할 수 있다.

본 발명의 MI 효과소자 박막을 이용한 박막 자기헤드 (HA) 는 금속유리를 이용한 MI 효과소자 박막 (82) 의 길이 방향 (도 4 의 X 방향) 의 자계 변화에 감응한다. 그리고 수 10 내지 100 %/Oe 의 임피던스 변화율과, 10^-6Oe 의 높은 분해능과, 수 ㎒ 의 차단주파수를 갖는, 고감도의 박막 자기헤드를 구성할 수 있다. 그리고 예를 들어 헤드 길이가 극소 치수일지라도, 자계검출감도는 열화되지 않고, 1 ㎐ 이상의 교류자계에 대한 최소검출자계는 10^-6에 달한다.

또한, 이 형태의 박막 자기헤드 (HA) 는 응답이 빠른 자화 회전에 의한 자속변화를 이용하게 되므로 고속응답성이다. 즉, 통과전류를 고주파로 하면, 표피 효과에 의하여 임피던스가 외부자계에 의존하여 예민하게 변화하고 고감도화됨과 동시에, 자벽의 이동이, 강한 와전류 제동에 의하여 억제되고, 자화 벡터의 이동에 의하여 자속이 발생되므로 고속응답성이 된다. 본 발명의 MI 효과소자 박막 (82) 을 이용하여 콜피츠 발진회로 등의 자체 발진회로를 구성하고, 진폭변조방식의 센서를 형성하면, 그 차단주파수는 발진주파수의 1/10 정도이고, 수 10 MHz 의 발진주파수에서는 직류자계에서 수 MHz 의 고주파자계에 이르기까지, 분해능이 약 10^-6Oe 인 고감도에서 안정적으로 검출할 수 있게 되며, 자기기록매체로부터의 미소한 자계일지라도 양호한 감도에서 검출할 수 있는 박막 자기헤드를 제공할 수 있다.

다음으로, 전자 컴파스에 대한 실시 형태를 도면을 통하여 설명하기로 한다.

도 12 에서, 전자 컴파스 (90) 에는 외부자계의 X 축 방향의 성분의 검출수단인 제 1 의 자기 임피던스효과 소자 (이하, MI 소자로 약기함; 92) 와, X 축 방향에 수직인 Y 축 방향의 외부자계의 성분의 검출수단인 제 2 의 MI 소자 (93) 가 구비되어 있다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 는 상기한 Fe 를 주성분으로 하는 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지고, 그 형상은 평면이 직사각형으로 소정의 두께를 갖는 것이다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 는 각각 인가되는 교류전류의 전류로의 방향이 서로 직교하도록 평면 (94) 에 배치되어 있다. 즉, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 는 각각 길이 방향의 방향이 서로 직교하도록 배치되어 있다.

구체적으로는 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 는 평면 (94) 에 임의의 수단에 의하여 고정되어 있다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 형상은, 도 12 에서는 판 형상이나, 여기에 한정되지 않고, 봉 형상, 박대 (리본) 형상, 와이어 형상, 선 형상, 선 형상의 성형체 복수 개를 꼬아 만든 것 등일 수도 있다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에는 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 인가되는 교류전류의 전류로 방향을 따라서, 즉 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 길이 방향을 따라서 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선 (95, 96) 이 감겨져 있다.

권선 (95, 96) 의 양단은 권선 단자 (95a, 96a) 를 통하여 외부권선용 도선 (95b, 96b) 에 접속되어 있다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 길이 방향의 양단 (92a, 93a) 에는 출력전류를 끌어내기 위한 출력도선 (97, 98, 99) 이 접속되어 있다.

도선 (97, 99) 은, 출력단자 (97a, 99a) 를 통하여, 출력용 외부도선 (97b, 99b) 에 접속되어 있다.

또한, 도선 (98) 의 양단은 제 1 의 MI 소자 (92) 의 단부 (92a) 와 제 2 의 MI 소자 (93) 의 단부 (93a) 에 접속되어 있다. 또한, 도선 (98) 은 출력단자 (98a) 를 통하여 출력용 외부도선 (98b) 에 접속되어 있다.

나아가, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 각 길이 방향의 양단 (92a, 93a) 에는 도시하지 않은 교류전류를 인가하기 위한 도선이 접속되어 있다.

상기 전자 컴파스 (90) 의 동작은 다음과 같다. 도 12 에서, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에는, 도시하지 않은 도선에서 ㎒ 대역의 교류전류가 인가되어 있다. 이 때, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 각 양단 (2a, 3a) 에는 각각의 소자에 고유의 임피던스에 의한 전압이 발생되고 있다.

도 12 에서와 같이, 외부자계에 의한 자력선의 방향을 임의로 하고, 이 자력선이 제 1 의 MI 소자 (92) 에 인가되면, 제 1 의 MI 소자 (92) 의 양단에 발생하는 임피던스는, 이 자력선의 제 1 의 MI 소자 (92) 의 길이 방향에 대하여 평행이 되는 성분 (X 축 방향의 성분) 의 크기에 대응한 것이다.

마찬가지로, 이 자력선이 제 2 의 MI 소자 (93) 에 인가되면, 제 2 의 MI 소자 (93) 의 양단에 발생하는 임피던스는, 이 자력선의 제 2 의 MI 소자 (93) 의 길이 방향에 대하여 평행이 되는 성분 (Y 축 방향의 성분) 의 크기에 대응한 것이 된다.

즉, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 대하여 외부자계에 의한 자력선의 방향이 변화되면, 여기에 대응하여 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 임피던스가 변화되고, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에서 출력되는 전압치가 변화되게 된다.

이렇게 하여, 전자 컴파스 (1) 의 출력단자 (97a, 98a) 에서, 지자기의 X 축 방향의 성분 크기에 대응한 전압치를 나타내는 출력전류가 출력되고, 출력단자 (99a, 98a) 에서, 지자기의 Y 축 방향의 성분 크기에 대응한 전압치를 나타내는 출력전류가 출력된다.

이들 출력전류는 외부출력도선 (97b, 98b, 99b) 을 통하여 도시하지 않은 처리부로 보내진다. 처리부에서는 얻어진 출력전류에 기초하여 지자기에 의한 자력선의 방위가 측정된다.

종래의 MR 소자의 자기검출감도가 0.1 Oe 정도이었던 것에 대하여, 자기 임피던스효과를 갖는 소자 (MI 소자) 는 10^-5Oe 정도의 자기를 검출할 수 있다.

특히, 본 발명의 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에, 콜피츠 발진회로 등의 자체 발진회로 등을 접속하여 수 내지 수 10 ㎒ 의 교류전류를 인가했을 경우에는, 분해능이 약 10^-6Oe 의 고감도로 외부자계를 안정적으로 검출할 수 있으므로, 미약한 외부자계를 검출할 수 있게 된다.

따라서, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 형상을, 길이 방향의 길이를 짧게 단축시켜 MI 소자 고유의 임피던스를 작게 하는 형상으로 했을 경우에도, 양호한 자기검출감도를 얻을 수 있으므로, 전자 컴파스 (91) 의 소형화를 꾀할 수 있게 된다.

또한, 상기한 바와 같이, 본 발명의 전자 컴파스 (91) 에는 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선 (95, 96) 이 구비되어져 있다.

본 발명에 관계되는 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 는, 도 13A 에 나타낸 바와 같이 외부자계 제로를 중심으로 하여 외부자계의 절대치에 의존하여 정부 방향으로 거의 대칭적으로 출력전압의 변화 (임피던스 변화) 를 나타낸다.

전자 컴파스 (91) 의 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 바이어스 자화를 인가하지 않을 경우에는, 도 13B 에 나타낸 바와 같이, 외부자계에 의한 자력선의 방향을 제 1 의 MI 소자 (92) 의 길이 방향에 대하여 0 내지 90°로 변화시키면, 제 1 의 MI 소자 (92) 로부터의 출력전압이 저하된다. 또한, 외부자계에 의한 자력선 방향을 90 내지 180°로 변화시키면 제 1 의 MI 소자 (92) 로부터의 출력전압이 상승된다.

이 때, 0°와 180°에 있어서의 출력전압의 전압치는 동일해지고, 자력선의 방향을 정확히 측정할 수 없다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 바이어스 자화를 인가할 경우에는, 도 13(c) 에 나타낸 바와 같이 외부자계에 대한 임피던스가 직선적으로 변화하는 영역을 사용함으로써 외부자계에 의한 자력선의 방향을 0 내지 180°로 변화시켰을 경우에도, MI 소자로부터의 출력전압의 변화가 선형적이고, 외부자계의 방향을 정확히 측정할 수 있다.

제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 인가되는 바이어스 자화의 크기는, 절대치로 0.1 내지 2 Oe 의 범위인 것이 바람직하다. 바이어스 자화의 크기가, 0.1 Oe 이하 또는 2 Oe 이상의 범위에서는 외부자계에 대한 임피던스 변화가 선형 변화가 아니므로 바람직하지 않다.

따라서, 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선 (95, 96) 에 인가하는 바이어스 전류는 수 ㎃ 의 직류전류로 충분하다.

다음으로, 상기 전자 컴파스를 자기센서로서, 오토 캔슬러로서 사용할 경우의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 12 및 도 14 에 있어서, 오토 캔슬러 (101) 에는 외부자계의 자력선과 역방향에서 크기가 비슷한 캔슬 자계를 브라운관 (104) 에 인가하기 때문에, 브라운관 (104) 의 페이스 (화면; 106) 의 주위에 감겨진 도선으로 구성되는 캔슬 코일 (105) 과 상기 도 12 에서 나타낸 전자 컴파스 (90) 로 구성된 자기센서 (102) 에 의하여 검출된 상기 외부자계에 의한 자력선의 방위를 토대로 하여 캔슬자계의 크기를 억제하는 제어부 (103) 가 구비되어 있다.

캔슬 코일 (105) 의 양단 (105a) 은, 제어부 (103) 에 접속되어 있다.

상기 오토 캔슬러 (101) 의 동작은 다음과 같다. 도 14 에 있어서, 전자 컴파스 (90) (자기센서 (102)) 의 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에는, 도시하지 않은 도선에서 ㎒ 대역의 교류전류가 인가되어 있다. 이 때, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 각 양단 (92a, 93a) 에는 각 소자에 고유의 임피던스에 의한 전압이 발생되고 있다.

도 14 에서 나타낸 바와 같이, 지자기 등의 외부자계에 의한 자력선의 방향을 임의로 하고, 이 자력선이 제 1 의 MI 소자 (92) 에 인가되면, 제 1 의 MI 소자 (92) 의 양단에 발생되는 임피던스는 이 자력선의 제 1 의 MI 소자 (92) 의 길이 방향에 대하여 평행하는 성분 (X 선 방향의 성분) 의 크기에 대응된 것이 된다.

동일하게, 이 자력선이 제 2 의 MI 소자 (93) 에 인가되면, 제 2 의 MI 소자 (93) 의 양단에 발생되는 임피던스는, 이 자력선의 제 2 의 MI 소자 (93) 의 길이 방향에 대하여 평행이 되는 성분 (Y 축 방향의 성분) 의 크기에 대응된 것이 된다.

즉, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 대하여, 지자기에 의한 자력선의 방향이 변화되면, 여기에 대응하여 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 임피던스가 변화되고, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에서 출력되는 전압치가 변화되게 된다.

이렇게 하여 자기센서 (102) 에서는, 출력단자 (97a, 98a) 에서 지자기의 X 축 방향의 성분 크기에 대응한 전압치를 나타내는 출력전류가 출력되고, 출력단자 (99a, 98a) 에서, 지자기의 Y 축 방향의 성분 크기에 대응한 전압치를 나타내는 출력전류를 출력한다.

이들 출력전류은 외부출력도선 (97b, 98b, 99b) 을 통하여 제어부 (3) 내의 도시하지 않은 처리부로 보내어진다. 처리부에서는, 얻어진 출력전류에 기초하여 지자기에 의한 자력선의 방위가 측정된다.

또한, 제어부 (103) 에서는, 지자기의 크기가 지구상에서 거의 일정하므로, 자기센서 (102) 의하여 검출된 지자기의 자력선 방위에 기초하여, 브라운관 (104) 의 페이스 (화면; 106) 의 연직 방향에 대한 지자기의 자력선 성분의 크기가 측정된다.

이 크기에 대응한 전류를 제어부 (103) 에서 캔슬 코일 (105) 에 인가하여, 지자기의 자력선과 역방향으로 크기가 비슷한 캔슬자계를 발생시킴으로써, 지자기에 의한 자력선이 지워져 브라운관 (104) 의 전자빔에 대한 영향이 제거되고, 화상의 이동, 색의 순도 열화에 의한 색의 번짐을 수정한다.

종래의 MR 소자의 자기검출강도가 0.1 Oe 정도인데 반해, 상기한 Fe 기 금속유리합금을 이용한 자기 임피던스효과를 갖는 소자 (MI 소자) 는, 10^-5Oe 정도의 자기를 검출할 수 있다.

특히, 본 발명의 제 1, 2 의 MI 소자 (102, 103) 에 콜피츠 발진회로 등의 자체 발진회로 등을 접속시켜 수 내지 수십 ㎒ 의 교류전류를 인가할 경우에는, 분해능이 약 10^-6Oe 의 고감도로 외부자계를 안정적으로 검출할 수 있으므로. 미약한 외부자계를 검출할 수 있다.

따라서, 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 의 형상을 길이 방향의 길이를 짧게 하여 MI 소자 고유의 임피던스를 작게 하는 형상으로 했을 경우에도, 양호한 자기검출감도를 얻을 수 있으므로, 오토 캔슬러 (101) 의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

또한, 상기한 바와 같이, 본 발명의 오토 캔슬러 (101) 의 자기센서 (102) 에는 제 1, 2 의 MI 소자 (92, 93) 에 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선 (95, 96) 이 구비되어 있다.

[실시예]

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

(실시예 1)

(MI 소자의 제조)

Fe, Al, Ga, Fe-C 합금, Fe-P 합금 및 B 의 각 소정량을 칭량혼합하고, 감압 Ar 분위기 하에서 이들 원료를 고주파 유도 가열로에서 용융시키고, 원자조성비가 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₁C₆B₄이 되는 조성물의 잉곳 (ingot) 을 제조하였다. 이 잉곳을 도가니 안에 넣어 용융시키고, 도가니의 노즐에서 회전되고 있는 로올에 용탕을 넣어 급냉시키는 단일 로올법에 의하여, 감압 Ar 분위기하에서 두께 20 ㎛ 의 급냉 리본을 얻었다. 이 리본에서 길이 31 ㎜, 폭 0.1 ㎜ 내지 0.2 ㎜ 의 시료를 잘라내어, 실시예 1 의 MI 소자로 하였다.

(MI 소자의 측정)

실시예 1 의 MI 소자를 도 4 에서 나타내는 자계 검지회로에 삽입하고, 3 ㎒ 의 교류전류를 인가한 상태에서, 시료의 길이 방향으로 외부자계 (Hex) 를 인가하고, 외부자계 (Hex) 와 발생한 출력전압 (㎷) 과의 관계를 플롯시켰다. 외부자계 (Hex) 는 0 Oe 에서 출발하여 5 Oe, 0 Oe, -5 Oe, 0 Oe 로 연속적으로 왕복 변화를 시켰다. 증폭배율은 10 배로 설정하였다. 측정결과를 도 15 에 나타내었다.

이 결과에서 실시예 1 의 MI 소자는, -2 Oe 내지 + 2 Oe 정도의 미약한 자계대역에서도 고감도이면서 양호한 정량성을 나타내는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

(MI 소자의 제조)

Fe, Al, Ga, Fe-C 합금, Fe-P 합금, B 및 Si 의 각 소정량을 칭량혼합하고, 감압 Ar 분위기하에서 이들 원료를 고주파 유도 가열로에서 용융시키고, 원자조성비가 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁이 되는 조성물인 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳에서 실시예 1 과 동일하게 처리하여 길이 31 ㎜, 폭 0.1 ㎜ 내지 0.2 ㎜, 두께 20 ㎛ 인 실시예 2 의 MI 소자를 얻었다.

(MI 소자의 측정)

실시예 1 의 경우와 동일하게 실시예 2 의 MI 소자를 도 4 에서 나타내는 자계 검지회로에 삽입하고, 3 ㎒ 의 교류전류를 인가한 상태에서, 시료의 길이 방향으로 외부자계 (Hex) 를 인가하고, 외부자계 (Hex) 와 발생한 출력전압 (㎷) 과의 관계를 플롯시켰다. 외부자계 (Hex) 는 0 Oe 에서 출발하여, 5 Oe, 0 Oe, -5 Oe, 0 Oe 으로 연속적으로 왕복 변화를 시켰다. 증폭배율은 10 배로 설정하였다. 측정결과를 도 16 에 나타내었다.

이 결과에서 실시예 2 의 MI 소자는, -2 Oe 내지 + 2 Oe 정도의 미약한 자계대역에서도 고감도이면서 양호한 정량성을 나타내는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

(Fe-Al-Ga-P-C-B 계 금속유리합금)

Fe, Al, Ga, Fe-C 합금, Fe-P 합금 및 B 의 각 소정량을 칭량혼합하고, 감압 Ar 분위기하에서 이들 원료를 고주파 유도 가열로에서 용융시키고, 원자조성비가 Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄가 되는 조성물인 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳을 도가니 안에 넣어 용융시키고, 단일 로올법에 의하여 감압 Ar 분위기하에서 급냉 리본을 얻었다. 제조시의 노즐 직경과, 노즐 선단과 로올표면과의 거리 (갭), 로올 회전수, 사출압력, 분위기 압력을 이하의 표 1 에서와 같이 설정하고, 두께 35 ㎛ 내지 229 ㎛ 의 리본 형상의 Fe 기 금속유리합금 시료를 얻었다.

표 1 에 나타내어진 각 금속유리합금 시료의 X 선 회절 패턴을 도 17 에 나타내었다. 도 17 에서 나타내는 X 선 회절 패턴은 두께 35 ㎛ 내지 135 ㎛ 의 시료로서 어느 것이나 헤일로 (halo) 패턴으로 되어 있고, 비정질 단상조직으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 판두께 151 ㎛ 와 180 ㎛ 의 시료에서는 2 θ = 50°부근에서만 피이크가 관찰되었다. 이 피이크는 Fe₂B 에 귀속되는 피이크인 것으로 생각된다. 또한, 229 ㎛ 의 판두께의 시료에서는 앞의 피이크 이외에도 Fe₃B 에 귀속되는 피이크가 관찰되게 되고, 다시 별도의 화합물이 생성되고 있는 것으로 보여진다.

이상의 관찰에서,Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄의 조성물에서 단일 로올법에 의하여, 35 내지 135 ㎛ 까지의 범위인 판두께의 금속유리합금 리본을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 18 과 도 19 는, 표 1 에서 나타내는 각 금속유리합금 시료의 DSC (시차주사 열량측정) 곡선을 나타낸다. 이들 도면에서, 결정화 온도 Tx 이하에 △Tx = Tx-Tg로 나타내어지는 과냉각 액체영역이 넓은 온도폭으로 존재하고, 이 계 (系) 의 조성물이 높은 비정질 형성능을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 도면에서, 229 ㎛ 의 판두께 시료일지라도 비정질상을 갖고 있는 것이 분명해졌다.

도 20 은, 도 18 과 도 19 에서 나타내는 각 금속유리합금 시료의 DSC 곡선에서 구한 Tx, Tg, △Tx 의 판두께의 의존성에 대하여 나타낸 것이다. 도 20 에서 나타내는 결과에서, Tx 의 값은 판두께에 의존하여 변화되는 경향은 볼 수 없고, 약 506 ℃ 에서 일정했다. Tg 에 대해서는 229 ㎛ 두께의 시료에 있어서, 약간 상승되어 있는 것 이외에는 거의 일정치 (Tg = 458 ℃) 를 나타내고 있다. Tx, Tg 에서 구한 △Tx 에 대해서는 Tg 가 상승된 229 ㎛ 두께의 시료 이외에는 거의 일정치 (△Tx = 47 ℃) 를 나타내었다. 어떠한 시료도 △Tx 가 35 ℃ 이상이라고 하는 본 발명의 한정조건을 충족시키고 있다.

(실시예 4)

(Fe-Al-Ga-P-C-B 계 금속유리합금)

다음으로, Fe_{70 + x}Al₅Ga₂(P₅₅C₂₅B₂₀)_23-x(단, 괄호 안의 수치는 P + C + B 를 100 로 했을 때의 원자 %) 의 조성 범위에서 Fe 농도를 여러 가지로 변화시켜, 실시예 1 과 동일하게 하여 리본 형상 금속유리합금 시료를 제조하고, 이들 Fe-Al-Ga-P-C-B 계 금속유리합금 시료에 대하여 그 구조 및 특성을 조사하였다. 시료의 판두께는 30 ㎛ 로 일정하게 하였다.

각 금속유리합금 시료의 X 선 회절 패턴을 도 21 에 나타내었다. 이 도면에서 나타내어진 바와 같이 Fe 농도가 71 내지 75 원자 % (X = 1 내지 5) 인 시료에서는 어느 것이나 헤일로 패턴으로 되어 있고, 비정질 단상조직이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, Fe 농도가 76 원자 % (X = 6) 인 시료에서는 bcc-Fe 인 것으로 생각되는 피이크가 관찰되고 (도면 중 ○ 로 표시함), 일부에서 결정이 생성되어 있는 것이 인정된다.

각 금속유리합금시표의 DSC 곡선 (도시 생략함) 에서 구한 Tx, Tg 의 Fe 농도 의존성을 도 22 에 나타내었다. 도 22 에서, Fe 농도가 70 원자 % 내지 75 원자 % (X = 0 내지 5) 의 범위에서는, Tx 의 값이 Fe 농도의 증가에 따라 감소되고 있다. 또한, Tg 의 값은 Fe 농도가 70 원자 % 내지 73 원자 % 의 범위에서 Fe 농도의 증가에 따라 감소되고 있다. 또한, 이것보다도 Fe 농도가 증가되는 경향을 볼 수 있다. 그러나, 이들 Tx, Tg 에서 구해진 △Tx 는 어느 것이나 35 ℃ 내지 70 ℃ 로 되어 있으므로, 이 조성 범위의 금속유리합금은 어느 것이나 본 발명의 한정조건을 충족시키고 있다고 할 수 있다.

(실시예 5)

(Fe-Al-Ga-P-C-B-Si 계 금속유리합금)

상기한 Fe-Al-Ga-P-C-B 계의 조성물에 Si 를 첨가하여 이루어지는 Fe-Al-Ga-P-C-B-Si 계의 Fe 기 금속유리합금의 리본 형상 시료를 제조하였다.

원자조성비가 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁이 되는 조성물의 잉곳을 제조하고, 이것을 도가니에 넣어 용융하고, 단일 로올법으로 감압 Ar 분위기하에서 급냉시켜 리본 형상의 금속유리합금 시료를 얻었다. 제조시의 조건은 노즐 직경을 0.4 내지 0.5 ㎜, 노즐 선단과 로올 표면의 거리 (갭) 를 0.3 ㎜, 로올의 회전수를 200 내지 2500 rpm, 사출압력을 0.35 내지 0.40 kgf/㎠, 분위기 압력을 -10 ㎝Hg, 로올 표면상태를 #1000 으로 설정하였다. 이에 따라, 두께 20 내지 250 ㎛ 의 리본 형상의 성형물을 얻을 수 있었다. 이하에서, 얻어진 시료의 양 표면 중, 제조시에 로올 표면에 접한 측을 로올면측, 그 반대측을 자유면측으로 한다.

도 23 은 상기에서 얻어진 각 금속유리합금 시료의 X 선 회절 패턴을 나타내는 것이다. 측정은 리본 시료의 자유면측에서 실시하였다. 이 도면에서 나타내는 X 선 회절 패턴에 의하여, 판두께 20 내지 160 ㎛ 의 시료에 있어서는 어느 것이나, 2 θ = 40 내지 60°에 헤일로 패턴을 갖고 있으며, 비정질 단상조직을 이루고 있는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 판두께 170 ㎛ 이상의 시료에서는 2 θ = 50°부근에서만 피이크가 관찰되었다. 이 피이크는 Fe₃C, Fe₃B 의 것에 귀속시키는 피이크인 것으로 생각할 수 있다.

이상의 결과에서, 본 실시예에 의하면, 단일로올법에 의하여 20 내지 160 ㎛ 까지의 범위에서의 판두께의 비정질 단상조직의 리본 형상 성형물을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 실시예의 조성에서는 판두께 135 ㎛ 정도까지는 비정질 단상조직을 얻을 수 있고, 판두께 151 ㎛ 가 되면 결정석출에 의한 피이크를 얻을 수 있다. Si 를 첨가함으로써, 비정질 단상조직을 얻을 수 있는 판두께, 즉 임계판두께가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

도 24 는 상기에서 얻어진 판두께 22 내지 220 ㎛ 의 각 리본형상 성형물 시료의 DSC (시차 주사열량 측정) 곡선을 나타내는 것이다. 승온속도 (heating rate) 는 0.67 ℃/초 로 하였다. 이 도면에서 시료는 결정화 온도 이하의 넓은 온도폭에서 과냉각 액체역이 존재하고, 이 계의 조성물이 높은 비정질 형성능을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

도 25 는 실시예 5 의 시료, 및 Si 를 첨가한 것 이외에는 실시예 5 와 동일한 금속유리합금 시료에 대하여, DSC 곡선에서 구해지는 Tx, Tg, 및 △Tx 의 판두께 의존성을 조사한 결과를 나타낸다. 도 25 에 있어서, △, ●, ▽ 는 각각 Tx, Tg, △Tx 를 나타내고 있다.

이 도면에서 어떠한 시료도 Tx, Tg, 및 △Tx 가 판두께에 의존하여 변화하는 경향은 찾아 볼 수 없었다. 또한, Si 를 함유하는 시료인 △Tx 는 약 51 ℃ 이고, Si 를 함유하지 않는 시료인 △Tx (약 47 ℃) 와 비교하여 4 ℃ 정도가 향상되어 있는 것을 인정할 수 있다. 본 실시예에 있어서의 Si 를 함유하는 시료나, Si 를 함유하지 않는 시료나, 상기 모두 본 발명에 포함되는 것은 말할 것도 없다.

(실시예 6)

Fe, Al 및 Ga 와, Fe-C 합금, Fe-P 합금 및 B 를 원료로 하여 각각 소정량을 칭량, 감압 Ar 분위기하에서 이들 원료를 고주파 유도가열 장치로 용해하고 모합금 (母合金) 을 제조하였다.

이 모합금을 도가니 안에 넣고 용해하고, 도가니의 노즐에서 회전하고 있는 로올에 용탕을 넣어 급냉시키는 단일 로올법에 의하여, 감압 Ar 분위기하에서 Fe₇₃Al₅Ga₂P₁₁C₅B₄가 되는 조성의 급냉 박대를 얻었다. 이 때, 도가니의 노즐 직경과, 노즐 선단과 로올 표면과의 거리 (갭) 와, 로올의 회전수, 사출압력과, 분위기 압력을 적당히 조정함으로써 두께가 35 내지 229 ㎛ 의 박대 시료를 얻었다.

상기 박대 시료에 대하여 300 내지 450 ℃ 의 온도 범위에서 열처리할 경우의 자기 특성을 측정하였다. 열처리 조건은 적외선 이메지로를 사용하고 진공 중에 승온 속도 180 ℃/분, 유지온도 10 분의 조건으로 하였다.

도 26 은 상기 각 박대 시료에 있어서의 자기 특성의 열처리 온도 의존성에 대하여 나타낸 것이다. 또한 도 27 은 도 26 에 나타낸 데이터 중에서 필요 숫자를 발췌한 데이터만을 기재한 것이다.

이들 도면에서, 35 내지 180 ㎛ 의 범위의 판두께 박막시료의 포화 자화 (σ_S) 에 대해서는, 열처리하지 않은 시료와 다름없이 400 ℃ 까지 거의 일정한 값을 나타내었으나, 450 ℃ 의 열처리에서는 열화되는 경향을 보였다. 한편, 229 ㎛ 의 판두께의 박막시료에 대해서는, 400 ℃ 에서 피이크를 보인 후, 열화되는 경향을 나타내었다. 이것은 400 ℃ 이상에서도 Fe₃B 등의 결정이 성장했기 때문으로 유추할 수 있다.

보자력 (H_C) 에 대해서는 열처리를 하지 않은 박대시료로 아몰포스 단상인 125 ㎛ 의 판두께의 박대시료까지 거의 일정한 값을 나타내고, 그 이상의 판두께에서는 증대되는 경향을 보였다. 또한 열처리에 의하여 400 ℃ 까지 저하되는 경향을 보였다.

다음으로, 투자율 (μ′; 1 ㎑) 에 대해서는, 열처리를 하지 않은 박대시료로 아몰포스 단상인 135 ㎛ 까지 거의 일정한 값을 나타내고, 그 이상의 판두께에서 감소하는 경향을 보였다. 열처리 효과는 400 ℃ 까지 향상되나, 450 ℃ 의 열처리에서는 대폭적으로 열화되는 경향을 보였다. 판두께 증가에 따라 그 효과는 작아진다.

이러한 열처리에 의한 연자기 특성의 변화에 대해서는, 열처리를 하지 않은 박대시료에 존재하는 내부 응력이 열처리에 의하여 완화되었기 때문으로 보인다. 또한, 최적열처리 온도 (T_a) 는, 이번 시험에서는 350 ℃ 부근에 있다고 할 수 있다.

또한, 퀴리온도 (curie point ; T_c) 이하의 열처리에서는 자구 고착에 의한 연자기 특성의 열화가 일어날 가능성이 있으므로, 열처리 온도는 적어도 300 ℃ 이상 필요할 것으로 보인다.

또한, 450 ℃ 에서의 열처리에서는 열처리하지 않은 박대시료의 값보다도 열화하는 경향에 있으므로, 이 계의 결정화 온도 (약 500 ℃) 에 가깝고, 결정핵의 생성개시 (구조적 단범위 질화서 (ordering of low order structure)) 또는 결정석출개시에 의한 자벽의 핀닝에 기인하여 열화되는 것으로 생각된다. 따라서 열처리할 경우의 온도는 300 내지 500 ℃, 바꾸어 말하면 300 ℃ 내지 결정화 개시온도의 범위인 것이 바람직하고, 300 내지 450 ℃ 가 보다 바람직한 것으로 판명되었다.

또한, 실시예 6 의 박대시료의 포화 자화 (σ_S) 와 보자력 (H_C) 과 투자율 (μ') 과 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 과 조직 구조를 표 2 에 정리하여 나타내었다. 구조는 XRD (X선 회절법) 로 구조 분석한 결과를 나타내고, amo 는 아몰포스 단상, amo + cry 는 아몰포스상 + 결정상의 구조를 갖는 것을 나타낸다.

△Tx 에 대해서는 229 ㎛ 두께의 시료 이외에는 거의 일정치 (△Tx = 47 ℃) 를 나타낸다.

도 28 은, Fe₇₈Si₉B₁₃이 되는 조성의 비교 시료에 대하여, 열처리를 하지 않은 시료와 370 ℃ 에서 120 분간 열처리한 시료, 실시예 1 의 박대시료에 대하여, 열처리를 하지 않은 시료와 350 ℃ 에서 10 분간 열처리한 시료의 각각에 대하여 포화 자화 (σ_S) 와 보자력 (H_C) 과 투자율 (μ') 각각의 판두께 의존성을 측정한 결과를 나타낸다.

어떠한 시료에서도, 판두께 30 내지 200 ㎛ 의 범위라면, 자기 특성의 열화도 적고, 우수한 특성을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 실시예 1 에 관계되는 Fe 기 금속유리합금에 의하면, 양호한 연자기 특성을 나타내므로 우수한 MI 효과를 갖고, 오토 캔슬러에 사용할 경우에 미약한 외부 자화를 검출할 수 있게 된다.

또한, △Tx 가 크므로 판두께가 큰 MI 소자를 얻을 수 있게 되고, 오토 캔슬러의 제조 코스트를 내릴 수 있게 된다.

(실시예 7)

다음으로, 상기 실시예 6 의 조성에 Si 을 첨가하여 이루어지는 Fe 기 금속유리합금에 대하여 실시예를 들어, 그 효과를 밝혔다.

원자 조성비가 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁의 잉곳을 만들고, 이것을 도가니 안에 넣어 용해시키고, 도가니의 노즐에서 회전하고 있는 로올에 용탕을 넣어 급냉시키는 단일 로올법에 의하여, 감압 Ar 분위기하에서 급냉 박대를 얻었다. 제조시의 조건을 노즐 직경 0.4 내지 0.5 ㎜, 노즐 선단과 로올 표면의 거리 (갭) 0.3 ㎜, 로올의 회전수 200 내지 2500 rpm, 사출압력 0.35 내지 0.40 kgf/㎠, 분위기 압력 -10 ㎝Hg, 로올 표면상태 #1000 으로 설정하여 제조했을 때, 두께가 20 내지 250 ㎛ 인 리본을 얻을 수 있었다.

상기에서 얻어진 두께 20 내지 250 ㎛ 의 각 리본 시료에 대하여, 열처리한 경우와, 열처리하지 않은 경우의 자기 특성을 각각 측정하였다. 도 29 는 각 박대시료의 자기 특성의 판두께 의존성을 나타낸다. 열처리 조건은, 적외선 이메지로를 사용하고, 진공 중에서 상기 실시예 1 의 Si 를 첨가하지 않은 시료에서 최적 조건인 승온 속도 180 ℃/분, 유지온도 350 ℃, 유지 시간 30 분의 조건으로 하였다.

이 도면에서 알 수 있듯이, 포화 자화 (σ_S) 에 대해서는 열처리하지 않은 경우, 판두께에 관계없이 거의 일정하여 145 emu/g 정도의 값을 나타내었다. 열처리 후의 포화 자화 (σ_S) 는, 아몰포스 단상구조를 유지하고 있는 판두께 160 ㎛ 까지는 열처리화하지 않은 것과 크게 다를 바 없으나, 그 이상의 판두께에서 열처리하지 않은 것과 비교하여 열화되는 경향을 보였다. 이것은 열처리에 의하여 Fe₃B, Fe₃C 등의 결정이 성장한 것이 원인인 것으로 유추할 수 있다.

보자력 (H_C) 에 대해서는, 열처리를 하지 않은 시료에서는 판두께의 증가에 따라 증대되는 경향을 보였다. 또한 열처리 후의 시료는 열처리하지 않은 것에 비하여 보자력 (H_C) 이 저하되어 있어, 어떠한 판두께에서도 0.625 내지 0.125 Oe 의 값을 나타내었다.

이렇게 열처리에 의하여 보자력 (H_C) 이 저하된 것은, 상기 실시예 6 과 동일하게 열처리하지 않은 시료에 존재하는 내부 응력이 열처리됨에 따라 완화되었기 때문인 것으로 유추할 수 있다.

다음으로, 투자율 (μ′; 1 ㎑) 에 대해서는, 열처리를 하지 않은 시료에서는 판두께의 증가에 따라 감소되는 경향을 보였다. 또한 열처리에 의하여 투자율 (μ′) 은 향상되고, 상기 실시예 6 의 Si 를 포함하지 않는 조성의 Fe 기 금속유리합금과 거의 동등한 값을 얻을 수 있었다. 또한 상기 실시예 6 과 동일하게, 열처리에 의한 효과가 판두께 증가에 따라 작아지는 경향은 본 실시예에서도 볼 수 있다.

또한, 본 실시예에서 얻어진 각 판두께의 시료 (열처리하지 않음) 에서의 포화 자화 (σ_s) 와 보자력 (H_C) 과 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 과 투자율 (μ') 과 조직구조를 표 3 에 나타낸다.

도 30 은 Fe₇₈Si₉B₁₃이 되는 조성의 비교 시료에 대하여 370 ℃ 에서 120 분간 열처리한 시료와, Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁이 되는 조성의 비교 시료에 대하여 350 ℃ 에서 30 분간 열처리한 시료의 각각에 대하여, 포화 자화 (σ_S) 와 보자력 (H_C) 과 투자율 (μ') 각각의 판두께 의존성을 측정한 결과를나타낸다.

이 결과에서 Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₀C₆B₄Si₁이 되는 조성의 본 발명에 관계되는 Fe 기 연자성 금속유리합금 시료는, Fe₇₈Si₉B₁₃이 되는 조성의 종래의 비교 시료와 비교하여, 판두께 20 내지 250 ㎛ 의 범위라면, 자기 특성의 열화도 적고 우수한 특성을 얻을 수 있다는 것이 인정된다.

특히, 연자기 특성에 관하여는, 본 발명에 관계되는 시료에서, 종래의 재료보다도 우수한 투자율의 값을 얻을 수 있으며, 판두께가 20 내지 250 ㎛ 인 범위에서 1 ㎑ 의 투자율 5000 이상의 우수한 연자기 특성을 얻을 수 있다는 것이 인정된다.

또한, 자기 임피던스효과는 포화 자화 또는 투자율, 특히 투자율에 관련성이 있고, 이들 자기 특성이 우수한 상기 본 발명의 Fe 기 금속유리합금은 우수한 자기 임피던스효과를 갖는 것을 기대할 수 있다.

본 발명은 자계 검지소자로서 우수한 특성을 갖는 MI 소자를 제공하며, 상기 소자를 이용하여, 출력신호의 질이 양호하고 구성이 비교적 간단하며, 제조비가 낮은 자기헤드와, 실온에서 강자성을 보이고, MI 효과를 보이는 금속유리합금으로 이루어지는 박막을 외부자계검출용으로 사용한 박막 자기헤드와, 그 형상을 소형으로 할 수 있으며, 또한 지자기에 의한 자력선의 방위를 정밀하게 측정할 수 있는 전자컴파스 및 오토 캔슬러를 제공할 수 있다.

Claims (31)

1. Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체영역의 온도폭 (△Tx) 이 35 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지고, 교류전류를 인가할 때, 임피던스가 외부자계에 의존하여 변화하는 자기 임피던스효과 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 Fe 기 금속유리 합금이, Fe 이외의 기타 금속원소와 반금속원소를 함유하는 자기 임피던스효과 소자.
3. 제 2 항에 있어서, Fe 이외의 기타 금속원소가, 주기율표 3B 족 및 4B 족 군에서 선택된 1 종류 이상인 자기 임피던스효과 소자.
4. 제 2 항에 있어서, Fe 이외의 기타 금속원소가 Al, Ga, In 및 Sn 의 군에서 선택된 1 종류 이상인 자기 임피던스효과 소자.
5. 제 2 항에 있어서, 반금속원소가 P, C, B, Ge 및 Si 의 군에서 선택된 1 종류 이상인 자기 임피던스효과 소자.
6. 제 2 항에 있어서, 반금속원소가 적어도 P, C 및 B 의 3 종류를 함유하는 군으로 이루어진 자기 임피던스효과 소자.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 Fe 기 금속유리합금의 조성이, 각각 원자 % 로

   Al 1 내지 10 의 범위 내

   Ga 0.5 내지 4 의 범위 내

   P 9 내지 15 의 범위 내

   C 5 내지 7 의 범위 내

   B 2 내지 10 의 범위 내

   Si 0 내지 15 의 범위 내

   Fe 잔여부

   인 자기 임피던스효과 소자.
8. 제 7 항에 있어서, Ge 를 4 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 자기 임피던스효과 소자.
9. 제 7 항에 있어서, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Zr 및 Cr 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 7 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 자기 임피던스효과 소자.
10. 제 7 항에 있어서, Ni 및 Co 의 군에서 선택된 1 종류 이상을 10 원자 % 이하의 범위 내에서 함유하는 자기 임피던스효과 소자.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 Fe 기 금속유리합금은 300 ℃ 내지 500 ℃ 의 범위 내에서 열처리를 실시한 자기 임피던스효과 소자.
12. Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 자기 임피던스효과 소자를 구비하는 자기헤드.
13. 청구항 12 에 기재된 자기헤드는, 한쌍의 코어와, 상기 한쌍의 코어에 끼위지도록 상기 한쌍의 코어의 각각의 일단과 접합되는 접합용 유리를 구비하고, 상기 임피던스효과 소자가 상기 한쌍의 코어에 걸치도록 배치됨으로써, 외부자계가 상기 한쌍의 코어를 통하여 상기 자기 임피던스효과 소자에 인가되도록 구성된 자기헤드.
14. 청구항 13 에 기재된 자기헤드로서, 상기 한쌍의 코어는 페라이트로 이루어지는 자기헤드.
15. 청구항 13 에 기재된 자기헤드로서, 상기 한쌍의 각 코어의 일단과 타단의 사이에 권선 홈이 형성되고, 상기 권선 홈에 기록용 권선이 감겨진 자기헤드.
16. 청구항 12 에 기재된 자기헤드로서, 상기 자기 임피던스 소자에 바이어스 인가수단이 형성되어 있는 자기헤드.
17. 청구항 16 에 기재된 자기헤드로서, 상기 바이어스 인가수단은 상기 권선 홈에 감겨진 바이어스용 권선인 자기헤드.
18. 청구항 16 에 기재된 자기헤드로서, 상기 바이어스 인가수단은 상기 자기 임피던스효과 소자의 단부에 구비되어진 영구 자석인 자기헤드.
19. △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금을 주체로 하여 이루어지고, 외부자계에 의하여 임피던스의 변화를 발생케 하는 자기 임피던스효과 소자 박막을 외부자계 검출용으로써 구비한 박막 자기헤드.
20. 제 19 항에 있어서, 자기매체에 매체 대향면을 향하여 상대 이동하는 슬라이더에 기록헤드와 판독헤드가 설치되고, 상기 기록헤드가 박막형상의 상부코어와 하부코어와 이들 사이에 개재된 자기갭과 코일도체를 구비하는 자기유도형 구조로 되고, 상기 판독헤드가 자기 임피던스효과 소자 박막과 상기 임피던스효과 소자 박막에 접속된 전극막을 구비하여 구성된 박막 자기헤드.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 자기 임피던스효과 소자 박막에 바이어스 인가수단이 부설되어 이루어지는 박막 자기헤드.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 바이어스 인가수단이 상기 자기 임피던스효과 소자 박막에 접속된 영구 자석으로 이루어지는 박막 자기헤드.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 바이어스 인가수단이 상기 자기 임피던스효과 소자 박막에 적층된 강자성체 박막과 상기 강자성체 박막에 적층된 반강자성체 박막을 구비하여 구성되고, 상기 바이어스가 상기 반강자성체 박막에 의하여 상기 강자성체 박막에 야기시킨 교환결합 자계에 의하여 인가되어 이루어지는 박막 자기헤드.
24. 외부자계에 의한 자력선 방위의 검출수단으로서, Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 자기 임피던스효과 소자를 구비하는 전자 컴파스.
25. 청구항 24 항에 기재된 전자 컴파스로서, 상기 외부자계에 의한 자력선의 X 축 방향 성분의 검출수단인 제 1 의 자기 임피던스효과 소자와, 상기 외부자계에 의한 자력선의 Y 축 방향 성분의 검출수단인 제 2 의 자기 임피던스효과 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 컴파스.
26. 청구항 25 항에 기재된 전자 컴파스로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자는 각각 인가되는 교류전류의 전류로가 서로 직교하도록 동일 평면 내에 배치된 전자 컴파스.
27. 청구항 26 항에 기재된 전자 컴파스로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자에는 각각 인가되는 교류전류의 전류로를 따라 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선이 감겨진 전자 컴파스.
28. 외부자계의 자력선과 역방향에서 크기가 비슷한 캔슬자계를 브라운관에 인가하는 캔슬코일과, 자기센서에 의하여 검출된 상기 외부자계에 의한 자력선의 방위를 토대로 하여 캔슬자계의 크기를 제어하는 제어부를 구비하는 오토 캔슬러에 있어서, 상기 자기센서는 외부자계의 검출수단으로서, Fe 를 주성분으로 하고, △Tx = Tx-Tg (식중에서, Tx 는 결정화 개시온도, Tg 는 유리전이 온도를 나타냄) 의 식으로 표시되는 과냉각 액체의 온도간격 (△Tx) 이 20 ℃ 이상인 Fe 기 금속유리합금으로 이루어지는 자기 임피던스효과 소자를 구비하여 이루어지는 오토 캔슬러.
29. 청구항 28 항에 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 자기센서는 상기 외부자계에 의한 자력선의 X 축 방향 성분의 검출수단인 제 1 의 자기 임피던스효과 소자와, 상기 외부자계에 의한 자력선의 Y 축 방향 성분의 검출수단인 제 2 의 자기 임피던스효과 소자를 구비하여 이루어지는 오토 캔슬러.
30. 청구항 29 항에 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자가 각각 인가되는 교류전류의 전류로가 서로 직교하도록 동일 평면 내에 배치된 오토 캔슬러.
31. 청구항 30 항에 기재된 오토 캔슬러로서, 상기 제 1, 2 의 자기 임피던스효과 소자에는 각각 인가되는 교류전류의 전류로를 따라 바이어스 자화를 인가하기 위한 권선이 감겨진 오토 캔슬러.