WO1997014161A1

WO1997014161A1 - Substance magnetique amorphe et capteur magnetique

Info

Publication number: WO1997014161A1
Application number: PCT/JP1996/002920
Authority: WO
Inventors: Akio Monma; Yasunori Yamanobe
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1997-04-17
Also published as: EP0798751A1; JPH09106914A; EP0798751A4; CN1166229A

Description

明細書

ァモルファス磁性体とこれを用いた磁気センサ

技術分野

本発明は、表面に電極を設けた、ワイヤ状、リボン状、薄膜状等のァモルファス磁性体と、これを磁界検出部に用いた磁気センサに関する。

背景技術

例えば、 F e — S i — B系等の組成で知られるアモルファス磁性体は、 M I ( Magne t i c - I mpedanc e ) 効果を応用して、磁気センサの検出部などに用いられている。このアモルファス磁性体を用いた磁気センサは、地磁気等の極く微小な磁界の変化を検出するもので、従来のフラックスゲート型磁気センサに比べて小型、軽量かつ安価となるため、最近注目されている。

図 1 は従来のァモルファス磁性体ヮィャを用いた磁界検出部 1 1 の構成図である。アモルファス磁性体ワイヤ 1 は、その両側が、半田 2 によって基板 3上のヮィャ用電極 4 に接続されている。また、アモルファス磁性体ワイヤ 1 は、バイァス磁界を印加するコイル 5の中心を貫いており、コイル 5 は、その両側が、ァモルファス磁性体ワイヤ 1 が接続されるのと同様に半田 2 によって、基板 3上のコィル用電極 6 に接続されている。

図 2 に従来の磁気センサ 1 0 1 を示す。従来の磁気センサ 1 0 1 は、磁界検出部 1 1 と信号処理回路 3 0 とで構成されており、信号処理回路 3 0 は、コィル駆動回路 2 0 と、ワイャ駆動回路 2 1 と、直流変換回路 2 2 と、増幅回路 2 3 とで構成されている。コイル駆動回路 2 0 は、コイル 5の両端に接続されており、例えば直流電流を流してコィル 5 に磁界を発生せしめると共に、コイル 5から発生する磁界が所望の大きさになるように制御することができるように構成されている。ワイヤ駆動回路 2 1 は、アモルファス磁性体ワイヤ 1 の両端に接続されており、例えば高周波電流を通電してァモルファス磁性体ワイャ 1 を駆動してァモルファス磁性体ワイヤ 1 の両端に電圧を生ぜしめるように構成されている。さらにァモルファス磁性体ワイャ 1 の両端には、直流変換回路 2 2が接続されており、直流変換回路 2 2 は、ワイヤ駆動回路 2 1 により生ぜしめられた交流電圧信号を直流電圧信号に変換して増幅回路 2 3 に出力するように^成され、また、 ¾幅| I 路 2 3 は、直流変換回路 2 2 に接続されており、入力せしめられた直流電圧信号を増幅するように構成されている。従って、磁気センサ 1 0 1 は、この直流電圧信号とヮィャ駆動回路 2 1 から入力された電流の値とに基づきァモルファス磁性体ワイヤ 1 のインピーダンスが検出されるように構成されている。

図 3 は横軸にアモルファス磁性体ワイヤ 1 の周面の磁界の大きさを、縦 ί由にァモルファス磁性体ワイヤ 1 のィンピーダンスをとつたグラフであり、ァモルファス磁性体ワイャ 1 のインピーダンスの外部磁界依存特性を表す。図 3 に示すように、ァモルファス磁性体ヮィャ 1 は、外部磁界によってそのインピーダンスが変化する性 ¾を有している。従って、図 2 に示した磁気センサ 1 0 1 は、ァモルファス磁性体ワイャ 1 のインピーダンスの変化から外部磁界の強さを検出することができる構造となつている。

ところで、上述した従来の磁界検出部 1 1 は、ァモルファス磁性体ヮィャ 1 と電極 4 とを半田 2 を介して導通させる構造となっている。しかし、このように半田を介してワイヤと電極とを導通させる構造としたのでは、ァモルファス磁性体ワイヤ 1 の半田濡れ性が悪いため、ァモルファス磁性体ヮィャ 1 の磁界を検出する有効的な長さ（以下、「磁界検出有効長」という。） L , , _f が半田付け状態によって変化してしまうと云う欠点を有している。

例えば、電極間距離 L _{a c}を 4 . 0 0 m mとしてアモルファス磁性体ワイヤ 1 をヮィャ電極 4 に接続した場台、磁界検出部の抵抗値（外部磁界 = 0 ) に 2 0 %程度のばらつきがでる。このような磁界検出部を磁気センサに用いた場台、センサの出力値は、個々の磁界検出部の抵抗のばらつきによって変化するので、センサの出力値のばらつきの度合いが大きくなり、該センサが磁気センサに用いられたアモルファス磁性体ワイヤ 1 の抵抗のばらつきを検出しているのか磁界の強さを検出しているのか区別がつかないといつた問題があつた。

本発明は、このような従来の磁気センサの問題に鑑みてなされたものであり、ァモルファス磁性体の半田付け状態に依存せず磁性体の磁界検出有効長 L , が一定となる磁界検出部を有する磁気センサと、それに用いるァモルファス磁性体を提供することを目的とする。発明の開示 - 上記目的を達成するため、本発明に係る磁気センサ用ァモルファス磁性体は、表面の 2箇所以上に非磁性の導体材料をコーティングして電極部を形成し、該電極間距離で検出部の有効長を規定した点に特徴がある。また、これを前提として更に、ァモルフ Vス磁性体への非磁性の導体材料のコ一ティングをメツキ法、又は、蒸着法、又は、スパッタ法、又は、イオンプレーティング法、又は、スクリーン印刷法で行ったことを特徴とする。また、前記電極部の形成をスクリーン印刷法、又は、エツチング法、又は、リフトオフ法で行ったことを特徴とする。更に、本発明に係る磁気センサは、上記いずれかのアモルファス磁性体を検出部に用いた点に特徴がある。

なお、本発明のアモルファス磁性体は磁気センサのみならず、該磁気センサを応用した近接センサにも用いることができる。

図面の簡単な説明

図 1 は、従来の磁気センサの磁界検出部の構成図、

図 2 は、従来の磁気センサの構成図、

図 3 は、ァモルファス磁性体ヮィャのィンピーダンスの磁界特性の一例を示すグラフ、

図 4 は、本発明のァモルファス磁性体を用いた磁気センサの磁界検出部の一実施形態の構成図、

図 5 は、本発明の磁気センサの一実施形態の構成図、

図 6 は、ァモルファス磁性体に非磁性の導体材料をコーティングした電極を構成する工程の一実施例を示すフローチヤ一卜である。

発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。図 4 は、本発明のァモルファス磁性体を用いた磁気センサの磁界検出部の一実施形態の構成図である。アモルファス磁性体ワイヤ 1 には、その両端表面の 2箇所にメツキ法により非磁性導体でコ一ティングされた電極 7が形成されており、ァモルファス磁性体ワイヤ 1 は、非磁性導体でコ一ティングされた電極 7 を介して半田 2 によって基板 3上のワイヤ用電極 4 に接続されている。また、ァモルファス磁性体ワイヤ 1 は、バイアス磁界を印加するコイル 5の中心を貫いており、コイル 5 は、その両側がァモルファス磁性体ヮィャ 1 と同様に半田 2 によって基板' 3上のコイル用電極 6 に接続されている。

図 5 は、本発明の磁気センサの一実施形態の構成図である。磁気センサ 1 0 0 は、磁界検出部 1 0 と信号処理回路 3 0 とで構成されており、信号処理回路 3 0 は、コィル駆動回路 2 0 と、ワイャ駆動回路 2 1 と、直流変換回路 2 2 と、増幅回路 2 3 とで構成される。コイル駆動回路 2 0 は、コイル 5 に接铳されており、例えば直流電流を通電してコイル 5 にバイァス磁界を発生せしめると共に、コィル 5から発生する磁界が所望の大きさとなるように制御することができるように構成されている。ワイャ駆動回路 2 1 は、ァモルファス磁性体ヮィャ 1 の両端に接続されており、例えば高周波電流を流してァモルファス磁性体ワイャ 1 を駆動してアモルファス磁性体ワイヤ 1 の両端に電圧を生ぜしめるように構成されている。さらにァモルファス磁性体ヮィャ 1 の両端には、直流変換回路 2 2が接続されており、直流変換回路 2 2 は、ワイャ駆動回路 2 1 により生ぜしめられた交流電圧信号を直流電圧信号に変換して増幅回路 2 3 に出力するように構成され、また、增幅回路 2 3 は、直流変換回路 2 2 に接続されており、入力せしめられた直流電圧信号を増幅するように構成されている。従って、磁気センサ 1 0 0 は、この直流電圧信号とワイヤ駆動回路 2 1 から入力された電流の値とに基づきァモルファス磁性体ヮィャ 1 のインピ一ダンスが検出されるように構成されている。ァモルファス磁性体ヮィャ 1 は、図 3 に示したように磁界によつてそのインピ一ダンスを変化させる性質を有するので、図 5 に示した磁気センサ 1 0 0 は、図 2 に示した従来の磁気センサ 1 0 1 と同様にアモルファス磁性体ワイヤのインピ一ダンスの変化から外部磁界の強さを検出することができる構造になっている。本発明のァモルファス磁性体は、非磁性の導体材料をコ一ティング等してなる電極が形成されており、磁界検出有効長 L , _f , が規定されている。また、本発明の磁気センサは、非磁性導体をコ一ティングして形成した電極で磁界検出有効長 L . , , を規定したアモルファス磁性体を用いている。アモルファス磁性体ワイヤ 1 の磁界検出有効長 L « , , は、電極間隔 L _{ε 0}の精度に依存するが、本発明のように非磁性の導体材料をコーティングすれば、電極間隔 L _{c 0}を従来のフォトリソグラフィー技術を用いることにより数 m程度の精度に形成できる。従って、図 4 に示した磁界検出部 1 0にァモルファス磁性体ヮィャ 1 を組み込む場台、半田付け伏態に依存することなくァモルファス磁性体ヮィャ 1 の磁界検出有効長 L を数 / m程度の精度で規定できる。

なお、アモルファス磁性体ワイヤ 1 の表面をコーティングする非磁性の導体材料としては、銅、金、銀、白金、アルミニウム、真鎩、又はこれらの合金等を用いることができる。

また、非磁性の導体材料をァモルファス磁性体にコーティングする方法としては、メツキ法、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、又はスクリーン印刷法等いずれも公知の方法を用いて行うことができる。また、電極部の形成を、スクリーン印刷法、エッチング法、又はリフトオフ法等いずれも公知の方法を用いて行うことができる。更に、これらの方法を適宜組み合わせても良い。更にまた、本発明に用いられるアモルファス磁性体の形状は、ワイヤ状、リボン状、又は薄膜状等、適宜選択できる。また更に本発明のアモルファス磁性体を用いた磁気センサは、センサの方式を限定することなく広く応用できる。

- 以下、本発明の一実施例について述べる。

本発明のァモルファス磁性体を用いた図 4のような磁界検出部を作製し、評価した。ァモルファス磁性体ヮィャ 1 としては、組成力く ( F e ,； C o„,) 72. r, S i _{l 2}. ₅B _{I 5}で、直径が 3 0 ^ m、全長が 6 mmのものを用いた。コイル 5 としては、巻数 2 0 0 ターン、コイル径 l mmのものを用い、約 2 0 eの磁界を発生させるようにコィル駆動回路 2 0を調整した。基板 3 としては、縦 1 O mm、横 1 0 mmで、厚さが 1 . 6 mmのガラスエポキシ基板を用いた。また、アモルファスワイヤ 1 には、図 6 に示されるような工程でヮィャ両端の 2箇所に C u電極を檷成した。

該工程で C u電極が構成されたァモルファス磁性体ヮィャ 1 を用いて図 4 に示すような磁界検出部を 2 3個制作し、各磁界検出部の抵抗値を求めた。その桔果、各磁界検出部の抵抗値の平均は、 6. 9 5 Ωで、 2 3個の磁界検出部のばらつきは 2 %未満となり、従来の磁界検出部のばらつき 2 0 %と比較して飛躍的にばらつきが抑えられた。ここで「ばらつき」とは、外部磁界を測定した時の磁界検出部の抵抗値の最大値と最小値の差を、該抵抗値の平均値で除したものの百分率をいう。

この結果から、本発明のように表面の 2箇所以上に非磁性の導体材料をコーテイングしたァモルファス磁性体を磁界検出部に用いることによって、従来問題とされていた半田付け状態による磁界検出部ごとの磁界検出有効長 L « _f , の変化の幅を縮小させることができた。このようなァモルファス磁性体を組み込んだ磁界検出部 1 0を図 5のように配線することで本発明の磁気センサが構成でき、上記のようなばらつきの小さな磁界検出部 1 0を用いれば磁気センサ 1 0 0の出力は外部磁界の強さだけを検出できるようになり、剐定精度が向上する。

上述したように、本発明に係るアモルファス磁性体を磁界検出部に用いることで、磁界検出有効長 L _e , , のずれの幅を飛躍的に縮小させることが可能となり、この磁界検出部を磁気センサに用いることで、磁界検出有効長 L _{e f f} の不一致を原因とする磁気センサの出力変化をほぼ削減できるようになった。

また、本発明の磁気センサによれば、ばらつきを非常に小さくすることができるので、ばらつきを抑えるための工程及び回路が不要となり、その分、磁気センザの量産も可能になるのは明白である。従って、今後益々需要が増大するセンサ業界に貢献するところが大きい。

産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係るァモルファス磁性体とこれを用いた磁気センサは、地磁気等の極く微小な磁界の変化を検出するためのセンサとして、また、該磁気センサを応用した近接センサとして有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 表面の一部に非磁性の導体材料をコ一ティングしたァモルファス磁性体。

2 . 表面の 2箇所以上に非磁性の導体材料をコーティングして電極部を形成し、該電極間距離で検出部の有効長を規定したァモルファス磁性体。

3 . 非磁性の導体材料のコーティングをメツキ法、又は、蒸着法、又は、スパッタ法、又は、イオンプレーティング法、又は、スクリーン印刷法で行ったことを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のァモルファス磁性体。

4 . 電極部の形成をスクリーン印刷法、又は、エッチング法、又は、リフトオフ法で行ったことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のァモルフマス磁性体-

5 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれかに記載のァモルファス磁性体を検出部に用いた磁気センサ。