磁性体部材
【課題】外部磁界に対する電子スピンの変化量を大きくして、外部磁界の検出感度を高めることができる磁性体部材を提供する。
【解決手段】所定の形状に形成された磁性体５の表面に、その磁性体５に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域７に分割する多数の溝６が形成されており、前記磁性体５は、ワイヤ状に形成され、前記領域７は、ハニカム状に形成され、前記溝６には、反磁性体材料が埋められている。磁性体部材５の表面は磁壁が存在しない単磁区構造になり、外部磁界にする検出感度を高めることができる。
【解決手段】所定の形状に形成された磁性体５の表面に、その磁性体５に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域７に分割する多数の溝６が形成されており、前記磁性体５は、ワイヤ状に形成され、前記領域７は、ハニカム状に形成され、前記溝６には、反磁性体材料が埋められている。磁性体部材５の表面は磁壁が存在しない単磁区構造になり、外部磁界にする検出感度を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体部材に関し、詳しくは、たとえば磁気センサとして用いられる磁性体部材の磁気検出感度の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサとして、非特許文献１にも記載されているように、アモルファス材料（ワイヤ）の磁気インピーダンス効果を用いたものが実用化されている。アモルファス材料は、一般の金属材料とは異なり結晶構造を持たないものであり、一様な内部構造で、理想的な軟磁気特性を有している。
【０００３】
アモルファスワイヤにパルス電流が印加されると、アモルファスワイヤのインピーダンスは、磁気インピーダンス効果に基づき、微小な外部磁界に対してきわめて大きな変化を示す。これは、アモルファスワイヤの表面には、磁区を構成する電子スピンが円周方向に配列されていることに基づく。
【０００４】
図４は、このようなアモルファスワイヤを用いた従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。図４において、アモルファスワイヤ１の両端には、パルス電流印加回路２が接続されている。アモルファスワイヤ１の外周には、長手方向に沿って検出コイル３が巻回されていて、検出コイル３の両端間には電圧検出回路４が接続されている。
【０００５】
アモルファスワイヤ１にパルス電流印加回路２からパルス電流が印加されると、パルス電流の作る磁界によって、アモルファスワイヤ１の表面に配列されている電子スピンが円周方向に変化する。そのときの磁界の変化を、電圧検出回路４により、検出コイル３に誘起される誘導電圧の大きさとして検出する。
【０００６】
一方、アモルファスワイヤ１に外部磁界が加わると、パルス電流の無い場合の電子スピンの状態が長手方向に向くように変化し、パルス電流印加回路２からパルス電流が印加されたときに検出コイル３に誘起される誘導電圧の大きさも変化する。
【０００７】
図５は、図４に示すアモルファスワイヤ１の内部における電子スピンの状態説明図である。
図５において、（Ａ）は「外部磁界無し」、「パルス電流無し」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、長手方向に沿って互い違いに１８０度の向きになるように配列されている。
【０００８】
（Ｂ）は「外部磁界有り」、「パルス電流無し」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、長手方向に沿ってほぼ一定の方向を向くように配列される。
【０００９】
（Ｃ）は「外部磁界無し」、「パルス電流有り」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、パルス電流の作る磁界によって全てが一定の円周方向を向くように変化する。
【００１０】
（Ｄ）は「外部磁界有り」、「パルス電流有り」の状態を示している。（Ｃ）の状態から外部磁界が加わることにより、パルス電流が加わったときに検出コイルに発生する誘導電圧の大きさが変化する。その差に基づき加わった外部磁界の大きさを検出できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】本蔵 義信、外２名、「アモルファス材料のMI効果を利用した方位センサ ワンチップ電子コンパスIC」の概要と使い方」、トランジスタ技術、２００３年１２月号 ｐ．１３８−１４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図４の構成のアモルファスワイヤ１によれば、表面に長手方向に沿って多数の磁区が形成されていることから、各磁区内における電子スピンの変化方向が制限されることになる。
【００１３】
この結果、外部磁界が加わっても電子スピンは自由に変化しにくいことから、外部磁界に対する電子スピンの変化量が少なくなり、外部磁界の検出感度が比較的低くなるという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、外部磁界に対する電子スピンの変化量を大きくして、外部磁界の検出感度を高めることができる磁性体部材を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
所定の形状に形成された磁性体の表面に、その磁性体に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域に分割する多数の溝が形成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の磁性体部材において、
前記磁性体は、ワイヤ状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁性体部材において、
前記領域は、ハニカム状に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載されている磁性体部材において、
前記溝には、反磁性体材料が埋められていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
これらにより、磁性体部材の表面は磁壁が存在しない単磁区構造になり、外部磁界にする検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に基づく磁性体部材の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】本発明に基づく磁性体部材を用いた磁気センサの具体例を示す構成説明図である。
【図３】本発明に基づく磁性体部材の他の実施例を示す構成説明図である。
【図４】アモルファスワイヤを用いた従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。
【図５】図４に示すアモルファスワイヤ１の内部における電子スピンの状態説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に基づく磁性体部材の一実施例を示す構成説明図である。磁性体５は、断面形状が矩形のワイヤ状に形成されている。そして、その表面には、その磁性体５に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域７に分割するための多数の溝６が形成されている。
【００２２】
なお、図１では、主平面のみに溝６を形成しているが、６面の全表面に同様な形状の溝６を形成することが望ましい。
【００２３】
具体的には、多数の溝６は、たとえばＥＢ（Eelectron Beam:電子ビーム）加工やＦＩＢ（Focused Ion Beam:集束イオンビーム）加工により微細加工を行うようにする。
【００２４】
各領域７の形状は、各領域の利用効率を最大とするために、ハニカム形状を基本としているが、これに限るものではない。なお、各領域７の大きさは、磁性体５として純鉄（Ｆｅ）を用いる場合には、３００ｎｍ以下であれば磁区が発生していないことを確認している。
【００２５】
各溝６は、たとえばアルミニウムのような非磁性体材料で埋めることが望ましいが、空気であってもよい。非磁性体材料で埋めることにより、となりの隣接するブロックから磁気的に分離されて、隣接するブロックからの電子スピンの回転に起因する影響を受けにくくなるという固有の効果が期待できる。
【００２６】
図１に示すように、各領域７の大きさを磁性体５に固有の最小磁区よりも小さく形成することにより、各領域７はそれぞれに磁壁が存在しない単磁区構造となる。そして、隣接する領域７間を非磁性体材料で区切ることにより、各領域７における電子スピンの動きを阻害する要因が無くなって電子スピンの向きは外部磁界に対して高感度に変化できるようになり、外部磁界の検出感度を高めることができる。
【００２７】
図２は本発明に基づく磁性体部材を用いた磁気センサの具体例を示す構成説明図であって、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図２と図４の違いは、図２の構成では、図４のアモルファスワイヤ１に代えて、図１に示した磁性体５を用いていることである。
【００２８】
図２において、外部磁界が無くてパルス電流印加回路２からパルス電流を印加していない状態での磁性体５の溝６で分割された各領域７の電子スピンに注目すると、隣接する領域７間には磁壁が存在しない単磁区構造になっていることから、それぞれがランダムに任意の方向を向いている。
【００２９】
これに対し、外部磁界が無い状態で電流印加回路２からパルス電流を印加すると、各領域７の全ての電子スピンは一斉に同じ方向を向くようになる。そして、外部磁界が加えられると、全ての電子スピンは、従来のような磁区を形成する磁壁による制限を受けることなく、外部磁界の大きさに応じて、高感度でその向きを変えることになる。
【００３０】
したがって、電圧検出回路４は、このような外部磁界の大きさに応じた全ての電子スピンの向きの変化を、従来よりも大きな電圧変化として高感度で効率よく検出できる。
【００３１】
図３は、本発明に基づく磁性体部材の他の実施例を示す構成説明図である。（Ａ）は、磁性体５の表面が、互いに直交するように等間隔に設けられた多数の溝６により多数の正方形の領域７に分割された例を示している。（Ｂ）は、磁性体５の表面が、互いに斜交するように等間隔に設けられるとともにこれら斜交点と交わるように長手方向に沿って設けられた多数の溝により多数の三角形の領域７に分割された例を示している。図３の各領域７の大きさも、磁性体５としてたとえば純鉄（Ｆｅ）を用いる場合には、３００ｎｍ以下とする。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、外部磁界に対する電子スピンの変化量を大きくできて外部磁界の検出感度を高めることができる磁性体部材を実現でき、方位センサなどの各種の磁気センサとして好適である。
【符号の説明】
【００３３】
２ パルス電流印加回路
３ 検出コイル
４ 電圧検出回路
５ 磁性体
６ 溝
７ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体部材に関し、詳しくは、たとえば磁気センサとして用いられる磁性体部材の磁気検出感度の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサとして、非特許文献１にも記載されているように、アモルファス材料（ワイヤ）の磁気インピーダンス効果を用いたものが実用化されている。アモルファス材料は、一般の金属材料とは異なり結晶構造を持たないものであり、一様な内部構造で、理想的な軟磁気特性を有している。
【０００３】
アモルファスワイヤにパルス電流が印加されると、アモルファスワイヤのインピーダンスは、磁気インピーダンス効果に基づき、微小な外部磁界に対してきわめて大きな変化を示す。これは、アモルファスワイヤの表面には、磁区を構成する電子スピンが円周方向に配列されていることに基づく。
【０００４】
図４は、このようなアモルファスワイヤを用いた従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。図４において、アモルファスワイヤ１の両端には、パルス電流印加回路２が接続されている。アモルファスワイヤ１の外周には、長手方向に沿って検出コイル３が巻回されていて、検出コイル３の両端間には電圧検出回路４が接続されている。
【０００５】
アモルファスワイヤ１にパルス電流印加回路２からパルス電流が印加されると、パルス電流の作る磁界によって、アモルファスワイヤ１の表面に配列されている電子スピンが円周方向に変化する。そのときの磁界の変化を、電圧検出回路４により、検出コイル３に誘起される誘導電圧の大きさとして検出する。
【０００６】
一方、アモルファスワイヤ１に外部磁界が加わると、パルス電流の無い場合の電子スピンの状態が長手方向に向くように変化し、パルス電流印加回路２からパルス電流が印加されたときに検出コイル３に誘起される誘導電圧の大きさも変化する。
【０００７】
図５は、図４に示すアモルファスワイヤ１の内部における電子スピンの状態説明図である。
図５において、（Ａ）は「外部磁界無し」、「パルス電流無し」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、長手方向に沿って互い違いに１８０度の向きになるように配列されている。
【０００８】
（Ｂ）は「外部磁界有り」、「パルス電流無し」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、長手方向に沿ってほぼ一定の方向を向くように配列される。
【０００９】
（Ｃ）は「外部磁界無し」、「パルス電流有り」の状態を示している。アモルファスワイヤ１の内部に形成されている多数の磁区の電子スピンは、パルス電流の作る磁界によって全てが一定の円周方向を向くように変化する。
【００１０】
（Ｄ）は「外部磁界有り」、「パルス電流有り」の状態を示している。（Ｃ）の状態から外部磁界が加わることにより、パルス電流が加わったときに検出コイルに発生する誘導電圧の大きさが変化する。その差に基づき加わった外部磁界の大きさを検出できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】本蔵 義信、外２名、「アモルファス材料のMI効果を利用した方位センサ ワンチップ電子コンパスIC」の概要と使い方」、トランジスタ技術、２００３年１２月号 ｐ．１３８−１４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図４の構成のアモルファスワイヤ１によれば、表面に長手方向に沿って多数の磁区が形成されていることから、各磁区内における電子スピンの変化方向が制限されることになる。
【００１３】
この結果、外部磁界が加わっても電子スピンは自由に変化しにくいことから、外部磁界に対する電子スピンの変化量が少なくなり、外部磁界の検出感度が比較的低くなるという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、外部磁界に対する電子スピンの変化量を大きくして、外部磁界の検出感度を高めることができる磁性体部材を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
所定の形状に形成された磁性体の表面に、その磁性体に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域に分割する多数の溝が形成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の磁性体部材において、
前記磁性体は、ワイヤ状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁性体部材において、
前記領域は、ハニカム状に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載されている磁性体部材において、
前記溝には、反磁性体材料が埋められていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
これらにより、磁性体部材の表面は磁壁が存在しない単磁区構造になり、外部磁界にする検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に基づく磁性体部材の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】本発明に基づく磁性体部材を用いた磁気センサの具体例を示す構成説明図である。
【図３】本発明に基づく磁性体部材の他の実施例を示す構成説明図である。
【図４】アモルファスワイヤを用いた従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。
【図５】図４に示すアモルファスワイヤ１の内部における電子スピンの状態説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に基づく磁性体部材の一実施例を示す構成説明図である。磁性体５は、断面形状が矩形のワイヤ状に形成されている。そして、その表面には、その磁性体５に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域７に分割するための多数の溝６が形成されている。
【００２２】
なお、図１では、主平面のみに溝６を形成しているが、６面の全表面に同様な形状の溝６を形成することが望ましい。
【００２３】
具体的には、多数の溝６は、たとえばＥＢ（Eelectron Beam:電子ビーム）加工やＦＩＢ（Focused Ion Beam:集束イオンビーム）加工により微細加工を行うようにする。
【００２４】
各領域７の形状は、各領域の利用効率を最大とするために、ハニカム形状を基本としているが、これに限るものではない。なお、各領域７の大きさは、磁性体５として純鉄（Ｆｅ）を用いる場合には、３００ｎｍ以下であれば磁区が発生していないことを確認している。
【００２５】
各溝６は、たとえばアルミニウムのような非磁性体材料で埋めることが望ましいが、空気であってもよい。非磁性体材料で埋めることにより、となりの隣接するブロックから磁気的に分離されて、隣接するブロックからの電子スピンの回転に起因する影響を受けにくくなるという固有の効果が期待できる。
【００２６】
図１に示すように、各領域７の大きさを磁性体５に固有の最小磁区よりも小さく形成することにより、各領域７はそれぞれに磁壁が存在しない単磁区構造となる。そして、隣接する領域７間を非磁性体材料で区切ることにより、各領域７における電子スピンの動きを阻害する要因が無くなって電子スピンの向きは外部磁界に対して高感度に変化できるようになり、外部磁界の検出感度を高めることができる。
【００２７】
図２は本発明に基づく磁性体部材を用いた磁気センサの具体例を示す構成説明図であって、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図２と図４の違いは、図２の構成では、図４のアモルファスワイヤ１に代えて、図１に示した磁性体５を用いていることである。
【００２８】
図２において、外部磁界が無くてパルス電流印加回路２からパルス電流を印加していない状態での磁性体５の溝６で分割された各領域７の電子スピンに注目すると、隣接する領域７間には磁壁が存在しない単磁区構造になっていることから、それぞれがランダムに任意の方向を向いている。
【００２９】
これに対し、外部磁界が無い状態で電流印加回路２からパルス電流を印加すると、各領域７の全ての電子スピンは一斉に同じ方向を向くようになる。そして、外部磁界が加えられると、全ての電子スピンは、従来のような磁区を形成する磁壁による制限を受けることなく、外部磁界の大きさに応じて、高感度でその向きを変えることになる。
【００３０】
したがって、電圧検出回路４は、このような外部磁界の大きさに応じた全ての電子スピンの向きの変化を、従来よりも大きな電圧変化として高感度で効率よく検出できる。
【００３１】
図３は、本発明に基づく磁性体部材の他の実施例を示す構成説明図である。（Ａ）は、磁性体５の表面が、互いに直交するように等間隔に設けられた多数の溝６により多数の正方形の領域７に分割された例を示している。（Ｂ）は、磁性体５の表面が、互いに斜交するように等間隔に設けられるとともにこれら斜交点と交わるように長手方向に沿って設けられた多数の溝により多数の三角形の領域７に分割された例を示している。図３の各領域７の大きさも、磁性体５としてたとえば純鉄（Ｆｅ）を用いる場合には、３００ｎｍ以下とする。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、外部磁界に対する電子スピンの変化量を大きくできて外部磁界の検出感度を高めることができる磁性体部材を実現でき、方位センサなどの各種の磁気センサとして好適である。
【符号の説明】
【００３３】
２ パルス電流印加回路
３ 検出コイル
４ 電圧検出回路
５ 磁性体
６ 溝
７ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状に形成された磁性体の表面に、その磁性体に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域に分割する多数の溝が形成されたことを特徴とする磁性体部材。
【請求項２】
前記磁性体は、ワイヤ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性体部材。
【請求項３】
前記領域は、ハニカム状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体部材。
【請求項４】
前記溝には、反磁性体材料が埋められていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性体部材。
【請求項１】
所定の形状に形成された磁性体の表面に、その磁性体に固有の最小磁区よりも小さい多数の領域に分割する多数の溝が形成されたことを特徴とする磁性体部材。
【請求項２】
前記磁性体は、ワイヤ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性体部材。
【請求項３】
前記領域は、ハニカム状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体部材。
【請求項４】
前記溝には、反磁性体材料が埋められていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性体部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９５３５３（Ｐ２０１２−１９５３５３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６５８１（Ｐ２０１１−５６５８１）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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