磁気センサ装置
【課題】 簡易な構成で外部磁界の両方向の強度変化を検出すること。
【解決手段】 この磁気センサ装置１は、中心部６ａの保磁力が外周部６ｂの保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部６ｂにおいて磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子６と、バルクハウゼン素子６の外周部６ｂの外側において、長手方向に沿って巻き付けられたコイル７と、コイル７の両端に接続され、磁化反転によってコイル７の両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路１２とを備える。
【解決手段】 この磁気センサ装置１は、中心部６ａの保磁力が外周部６ｂの保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部６ｂにおいて磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子６と、バルクハウゼン素子６の外周部６ｂの外側において、長手方向に沿って巻き付けられたコイル７と、コイル７の両端に接続され、磁化反転によってコイル７の両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大バルクハウゼン効果における磁化反転を利用した磁気センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大バルクハウゼン効果を利用した磁化反転を発生可能な素子（以下、「バルクハウゼン素子」と言う。）に関する技術としては、下記特許文献１記載の磁気センサがある。この磁気センサでは、バルクハウゼン素子である複合磁性線の先端部に高透磁率を有するキャップが取り付けられると共に、複合磁性線の外周に巻き付けられたコイルの両端間にＬＥＤが接続され、更にこのＬＥＤには光ファイバが光学的に接続されている。この磁気センサは、外部磁界の変化をパルス電圧で検出し、このパルス電圧を光信号に変換して外部に出力する。また、下記引用文献２にも、同様の構成を有するセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−４３３２６号公報
【特許文献２】特開平５−２６４６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなセンサ装置においては、外部磁界の一方向の変化を検出して光信号として出力することはできるが、外部磁界の両方向の強度変化を検出することができないため、例えば、回転計、速度計、流量計等に応用しようとした場合に、精度を確保するためには、外部磁石の構成の複雑化を招いていた。
【０００４】
また、バルクハウゼン素子を複数用意することで、外部磁界の両方向の強度変化を別々に出力することは可能ではあるが、その場合は全体の装置構成が複雑となるとともに、バルクハウゼン素子の特性のばらつきにより検出感度に差が生ずるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な構成で外部磁界の両方向の強度変化を検出することが可能な磁気センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の磁気センサ装置は、中心部の保磁力が外周部の保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部において磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子と、バルクハウゼン素子の外周部の外側において、長手方向に沿って巻き付けられたコイルと、コイルの両端に接続され、磁化反転によってコイルの両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路とを備える。
【０００７】
このような磁気センサ装置によれば、バルクハウゼン素子に交互に反転する磁界が印加されることにより、バルクハウゼン素子の長手方向に沿って磁化反転が生じ、バルクハウゼン素子に巻き付けられたコイルの両端にパルス電圧が発生する。この際、コイルの両端に接続された光出力回路から、パルス電圧の極性に応じた２種類の光信号が出力されるので、バルクハウゼン素子を増設することなく、外部磁界の両方向の強度変化を検出することができる。
【０００８】
また、光出力回路は、コイルの第１の端子と第２の端子との間に接続され、第１の極性のパルス電圧の発生に応じて発光する第１の発光素子と、第１の端子と第２の端子との間において第１の発光素子とは逆方向に接続され、第１の極性とは反対の第２の極性のパルス電圧の発生に応じて発光する第２の発光素子とを有することが好ましい。この場合、２つの発光素子において波長や輝度等が異なる２種類の光信号を、パルス電圧の極性に応じて出力することで、外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができる。
【０００９】
さらに、光出力回路は、コイルの第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、パルス電圧により発生する電流を第１の端子から第２の端子に向けて整流する第１及び第２の整流素子と、第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、電流を第２の端子から第１の端子に向けて整流する第３及び第４の整流素子と、第１及び第２の整流素子、又は第３及び第４の整流素子と直列に接続された負荷抵抗と、第１の整流素子と第２の整流素子との間、及び第３の整流素子と第４の整流素子との間に直列に接続された発光素子とを有することも好ましい。このような光出力回路を備えれば、パルス電圧がコイルの第１の端子から第２の端子に向かって発生する場合と、第２の端子から第１の端子に向かって発生する場合とで、発光素子に接続される負荷抵抗を変化させることができ、１つの発光素子でパルス電圧の極性に応じた２種類の輝度を有する光信号を出力することができる。その結果、外部磁界の２方向の強度変化を容易に検出することができる。
【００１０】
またさらに、外部からの制御により、バルクハウゼン素子に対して飽和状態に達するまで磁場を印加する磁場発生回路を更に備えることも好ましい。こうすれば、磁気センサ装置の検出機能を容易に一時停止させることができる。
【００１１】
さらにまた、バルクハウゼン素子の長手方向の中央部外周には、磁気シールドが設けられていることも好ましい。かかる構成を採れば、バルクハウゼン素子に余分な磁界が与えられることが防止され、検出感度の向上が実現できる。
【００１２】
また、外部からバルクハウゼン素子の長手方向の中心部に向かう磁界をバイパスする磁気バイパス部を更に備えることも好ましい。一般に、外部磁界がバルクハウゼン素子の中央部に印加される場合は、素子が常に強磁場に置かれるため、磁化反転特性にバラツキが発生しやすい傾向にあった。外部からバルクハウゼン素子の中央部に向かう磁界をバイパスする構成を採ることで、不必要に印加される磁界が弱められ、磁化反転特性のバラツキが効果的に低減される。
【００１３】
またさらに、バルクハウゼン素子の一端部の近傍と他端部の近傍との間に設けられた磁気誘導体を更に備えることも好ましい。こうすれば、外部磁石等の磁界印加手段とバルクハウゼン素子との間を磁気誘導体が介在することで、装置構成の自由度が広がる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁気センサ装置によれば、簡易な構成で外部磁界の両方向の強度変化を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る磁気センサ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態である磁気センサ装置１は、外部磁界の磁束変化を検出するための装置であり、回転計、速度計、流量計、位置検出器等として応用されるものである。図１に示すように、磁気センサ装置１は、外部磁界の変化に応じてパルス電圧を発生させるセンサ部２と、センサ部２から出力されたパルス電圧に応じて光信号を生成・出力する光信号生成部３と、センサ部２の機能を一時停止させる一時停止部（磁場発生回路）４とが、遮光性を有する筐体５内に配置されて構成されている。
【００１７】
センサ部２は、線状のバルクハウゼン素子６の外周部６ｂの外側にコイル７が巻き付けられてなる。このバルクハウゼン素子６は、保磁力の異なる中心部（磁性体層）６ａと外周部（磁性体層）６ｂとから成る２層構造を有し、中心部６ａの保磁力が外周部６ｂの保磁力よりも大きくされている。このようなバルクハウゼン素子としては、例えば、鉄、コバルト、バナジウムの合金(バイカロイ合金)のワイヤにひねり処理又はクラッド加工を施したものが用いられる。コイル７は、バルクハウゼン素子６の中心軸線を中心にしてバルクハウゼン素子６の長手方向（図１の左右方向）に沿って巻き付けられ、その両端７ａ，７ｂは、光信号生成部３の回路基板８に接続されている。
【００１８】
光信号生成部３は、回路基板８上に接続された発光ダイオード（発光素子）９を備え、筐体５の端部における発光ダイオード９の光軸上には、発光ダイオード９から出射された光信号を外部に導光する導光部１０が、筐体５を貫通して設けられている。この導光部１０の外側端部には、さらに光ファイバ１１が接続されている。発光ダイオード９が搭載される回路基板８上には、発光ダイオード９を含む光出力回路１２が形成されている。
【００１９】
光出力回路１２の回路図である図２に示すように、バルクハウゼン素子６に巻き付けられたコイル７の一方の端子７ａは、抵抗素子１４を介してダイオード（整流素子）１３ａのアノードが接続され、ダイオード１３ａのカソードに発光ダイオード９のアノードが接続されている。さらに、発光ダイオード９のカソードには、ダイオード（整流素子）１３ｂのアノードが接続され、ダイオード１３ｂのカソードには、コイル７の他方の端子７ｂが接続されている。つまり、光出力回路１２は、コイルの両端子間７ａ，７ｂに、抵抗素子１４、ダイオード１３ａ、発光ダイオード９、及びダイオード１３ｂがこの順で直列に接続された構成を有している。これらのダイオード１３ａ，１３ｂは、コイル７におけるパルス電圧によって発生する電流を、コイル７内において端子７ｂから端子７ａに向けて整流する役割を有する。
【００２０】
さらに、発光ダイオード９のアノードには、ダイオード（整流素子）１３ｃのカソードが接続され、ダイオード１３ｃのアノードは端子７ｂに接続されるとともに、発光ダイオード９のカソードには、ダイオード（整流素子）１３ｄのアノードが接続され、ダイオード１３ｄのカソードは端子７ａに接続されている。つまり、光出力回路１２は、コイルの両端子間７ｂ，７ａに、ダイオード１３ｃ、発光ダイオード９、及びダイオード１３ｄがこの順で直列に接続された構成を有し、ダイオード１３ｃ，１３ｄは、コイル７におけるパルス電圧によって発生する電流を、コイル７内において端子７ａから端子７ｂに向けて整流する役割を有する。
【００２１】
ここで、ダイオード１３ａ，１３ｂを含む閉回路に抵抗素子１４が挿入されることにより、ダイオード１３ｃ，１３ｄを含む閉回路よりも負荷抵抗が大きくされて、パルス電圧の極性によって発光ダイオード９から出射される光信号の輝度を２種類に変化させている。なお、ダイオード１３ｃ，１３ｄを含む閉回路上には、抵抗素子１４と異なる抵抗値の抵抗素子が直列に接続されていてもよい。
【００２２】
図１に戻って、筐体５の内部のセンサ部２に隣接する位置には、一時停止部４として、鉄心部１５とコイル１６とから構成された電磁石が設けられている。鉄心部１５は、バルクハウゼン素子６の中心軸線の延長線上に沿って、片方の端面をバルクハウゼン素子６の端面に対向させるように配置され、鉄心部１５の外周面の外側にはコイル１６が巻き付けられている。このコイル１６の両端子１７は、筐体５の外部に導出されており、この端子１７を介して、外部から電磁石を駆動する駆動電流が供給されて一時停止部４が生成する磁場強度が制御される。
【００２３】
このような構成の磁気センサ装置１の筐体５の外側には、バルクハウゼン素子６の中心軸線と平行な回転軸１８ａを有する回転体１８が、センサ部２に並列に配置されている。回転体１８の外周部には、回転軸と平行に棒状の永久磁石１９が設けられている。
【００２４】
以上説明した磁気センサ装置１によれば、筐体５の外部に設置された回転体１８によりバルクハウゼン素子６の端部に、交互に反転するバルクハウゼン素子６の長手方向の磁界が印加されることにより、バルクハウゼン素子６の外周部６ｂの長手方向に沿って磁化反転が生じ、バルクハウゼン素子６に巻き付けられたコイル７の両端子７ａ，７ｂの間にパルス電圧が発生する。本発明者らにより、このパルス電圧は、バルクハウゼン素子６に印加される磁界の変化の方向によって、正負が反転することも明らかにされた。この際、光出力回路１２において、コイル７におけるパルス電圧がコイル７の端子７ａから端子７ｂの方向に発生する場合と、端子７ｂから端子７ａの方向に発生する場合とで、発光ダイオード９の負荷抵抗を変化させることができるので、１つの発光素子でパルス電圧の正負に応じた２種類の輝度を有する光信号が出力される。従って、バルクハウゼン素子６を増設することなく、外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができると同時に、検出結果を光ファイバを介して遠隔地に自律的に伝送することができる。
【００２５】
また、一時停止部４の端子１７を介して、外部からバルクハウゼン素子６を磁気飽和させるのに十分な大きさの駆動電流を供給してバルクハウゼン素子６に磁場を印加することで、磁気センサ装置の検出機能を容易に一時停止させることができる。特に、この場合、光出力回路１２に新たな素子を追加すること無しに一時停止機能を実現することができるので、磁気センサ装置１の信頼性が損なわれることもない。
【００２６】
さらに、磁気センサ装置１の光信号生成部３においては、コイル７の１ターン当たり２６．７ｍＶの起電力が得られ、巻き数３０００のコイル７で約８０Ｖの起電力が得られており、発光ダイオード９を駆動するのに十分な起電力を持っている。このように、バルクハウゼン素子６及びコイル７により発生するパルス電圧により発光ダイオード９を直接駆動する構成を採っているので、発光素子駆動用の制御回路や電源回路が不要となり、磁気センサ装置１の小型化が可能となるとともに、制御回路、電源回路等から発生するノイズによる誤動作も防止される。
【００２７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態である磁気センサ装置２１の透視図、図４は、図３の光出力回路３２の回路構成図である。本実施形態にかかる磁気センサ装置２１は、光信号生成部２３における発光ダイオード２９の構成、及び光出力回路３２の回路構成が第１実施形態のものと異なる。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、回路基板２８上に形成された光出力回路３２は、コイル７の端子７ａ，７ｂに発光色の異なる２つのＬＥＤ２９ａ，２９ｂが接続された構成を有し、ＬＥＤ２９ａは、端子７ａと端子７ｂとの間に接続され、コイル７によって光出力回路３２に生じるパルス電圧が端子７ａと端子７ｂとの間で端子７ａが正となる極性（第１の極性）で発生した場合に発光し、ＬＥＤ２９ｂは、端子７ａと端子７ｂとの間においてＬＥＤ２９ａとは逆方向に接続され、コイル７によって光出力回路３２に生じるパルス電圧が端子７ａと端子７ｂとの間で端子７ｂが正となる極性（第２の極性）で発生した場合に発光する。より詳細には、ＬＥＤ２９ａのアノードは、コイル７の端子７ａに接続され、ＬＥＤ２９ａのカソードは、コイル７の端子７ｂに接続されると共に、ＬＥＤ２９ｂのアノードは、コイル７の端子７ｂに接続され、ＬＥＤ２９ｂのカソードは、コイル７の端子７ａに接続されている。このような構成により、コイル７の両端子７ａ，７ｂの間において発生するパルス電圧の極性に応じて、ＬＥＤ２９ａ又はＬＥＤ２９ｂのいずれかが異なる発光色で発光する。発光ダイオード２９は、これらのＬＥＤ２９ａ，２９ｂを含んで構成され、ＬＥＤ２９ａ，２９ｂから発生する光を合成して光信号として外部に出射する。なお、ＬＥＤ２９ａ，２９ｂとしては、互いに発光輝度特性の異なるＬＥＤを用いるようにしてもよい。
【００２９】
なお、光出力回路３２の回路構成としては、様々な変形態様を採ることができる。例えば、図５に示すように、ＬＥＤ２９ａのアノードが端子７ａに接続され、ＬＥＤ２９ｂのアノードが端子７ｂに接続され、ＬＥＤ２９ａ及びＬＥＤ２９ｂのカソードどうしを接続すると共に、ＬＥＤ２９ａ及びＬＥＤ２９ｂのそれぞれの両端間に抵抗素子３０ａ，３０ｂを接続した構成であってもよい。このような回路構成においても、パルス電圧が第１の極性で発生した場合にＬＥＤ２９ａが発光し、第２の極性で発生した場合にＬＥＤ２９ｂが発光する。
【００３０】
このような磁気センサ装置２１によれば、２つのＬＥＤ２９ａ，２９ｂにおいて波長や輝度等が異なる２種類の光信号を、コイル７の端子７ａ，７ｂ間におけるパルス電圧の極性に応じて出力することで、光信号の受信側において外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができる。また、光ファイバを複数用意しなくても、外部磁界の両方向の強度変化を、２種類の光信号として遠隔地に伝送することができる。
【００３１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、磁気センサ装置１，２１においては、バルクハウゼン素子６の長手方向の中央部外周には、磁気シールド部材が設けられていてもよい。図６は、本発明の第１実施形態の変形例である磁気センサ装置４１の透視図である。同図に示すように、バルクハウゼン素子６の中央部に巻き付けられたコイル７の外側は、鉄、コバルト合金等の磁気インピーダンスの低い材料からなる磁気シールド部材４２によって覆われている。このような磁気シールド部材４２の存在により、例えば、棒状の磁石をバルクハウゼン素子６の中心軸線に垂直な回転軸を中心に回転させた場合等に、バルクハウゼン素子６の中央部に強い磁界が印加されることを防止することができる。バルクハウゼン素子６が常に強い磁界内に置かれると、磁化反転特性にバラツキが発生することが分かっており、出力されるパルス電圧に２０〜３０％の変動が生じる。磁気シールド部材４２を備えることで、このようなパルス電圧の変動を効果的に低減することができるので、磁気センサ装置の検出感度の向上が実現できる。
【００３２】
また、バルクハウゼン素子６の両端部と筐体５外部の永久磁石等の磁界発生部との間には、鉄、ニッケル合金、鉄合金等で形成された磁気誘導体を設けてもよい。このような磁気誘導体を設けることで、バルクハウゼン素子６と磁界発生部との位置関係に依存しない自由な磁気経路を形成することができる。この場合でも、磁気誘導体は外部磁界の変化に対して高速で追随するので、バルクハウゼン素子６における磁化反転に影響を与えることもなく、磁気センサ装置全体の感度を維持することができる。図７〜図９には、磁気誘導体を含む磁気センサ装置の変形例を示している。なお、図８及び図９においては、磁気センサ装置におけるセンサ部２及び磁気誘導体以外の構成要素は、図示を省略している。
【００３３】
図７に示す磁気センサ装置６１においては、バルクハウゼン素子６の両端部の近傍には、１組の直方体形状の磁気誘導体６２ａ，６２ｂが、その一端をバルクハウゼン素子６の端部に挿通された状態で設けられ、他端側は、回転体１８の外周部に固定された永久磁石１９のＮ極又はＳ極の近傍に位置するようにされている。このようにバルクハウゼン素子６の一端部の近傍と他端部の近傍との間に磁気誘導体を備えることで、磁気センサ装置全体の感度を向上させることができる。
【００３４】
図８には、エンジンにおけるシリンダ等における往復運動を検出するための磁気センサ装置における磁気誘導体の構造を示している。同図に示す磁気センサ装置８１においては、磁極が互いに異なる方向を向いている１組の棒状の永久磁石８２ａ，８２ｂが、バルクハウゼン素子６の中心軸線と平行になるように設けられ、バルクハウゼン素子６の一端部と永久磁石８２ａ，８２ｂの一端部との間には、磁気誘導体８３が設けられている。また、永久磁石８２ａ，８２ｂの他端部とバルクハウゼン素子６の他端部との間には、シリンダの往復運動に伴って永久磁石８２ａ，８２ｂ間を往復するピストンリング等と一体化された磁気誘導体８４が設けられている。磁気誘導体８４とバルクハウゼン素子６の他端部との間には、磁気誘導体８４の往復運動時にバルクハウゼン素子６と磁気誘導体８４との間を磁気誘導する磁気誘導体８５が更に設けられている。このような磁気センサ装置８１によれば、エンジン等において往復運動する部位の位置を容易に検出することができ、エンジンの点火、排気等のタイミング制御を行う際の装置の小型化、簡素化が容易となる。
【００３５】
図９には、棒状の永久磁石の中心部が回転中心となる場合の磁気センサ装置の構成を示す。この磁気センサ装置１０１は、互いに対面する平板リング状の磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂを有し、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂには、それぞれ、その表面に平行に外側に向けて突出する突出部１０６ａ，１０６ｂが形成され、突出部１０６ａと突出部１０６ｂとの間には、バルクハウゼン素子６の両端部を突出部１０６ａ，１０６ｂの内面に近接させてセンサ部２が配置されている。磁気誘導体１０３ａと磁気誘導体１０３ｂとは、対向面上に円柱形状の非磁性体からなる接続部材１０７が接合されることによって、互いに支持されている。この磁気誘導体１０３ａと磁気誘導体１０３ｂとの間には、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂに平行な平面に沿って棒状の永久磁石１０２が、その重心Ｇが磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂの中心軸線上に位置するように設けられ、永久磁石１０２は、その磁極によって挟まれる重心Ｇを回転中心として磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂに平行な平面に沿って回転可能に軸支されている。さらに、磁気誘導体１０３ａには、磁気誘導体１０３ｂの内面に向けて突出する複数の磁気誘導体１０４が取り付けられ、磁気誘導体１０３ｂには、磁気誘導体１０３ａの内面に向けて突出する複数の磁気誘導体１０５が取り付けられている。磁気誘導体１０４及び磁気誘導体１０５は、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂの外縁に沿って交互に並ぶと共に、永久磁石の重心Ｇを挟んで互いに対峙するように配置されている。このような配置によって、磁気誘導体１０４及び磁気誘導体１０５は、永久磁石１０２の回転に伴って永久磁石１０２の両磁極の近傍に同時に位置するようにされている。このような磁気誘導体の構成によれば、永久磁石１０２の回転に応じて永久磁石の両磁極とバルクハウゼン素子の両端部との間において磁気誘導することができるとともに、永久磁石が一回転する間に複数回の検出を行うことができる。
【００３６】
また、バルクハウゼン素子６の中心部と外部の永久磁石等の磁界発生部との間の磁気経路上には磁気バイパス部が設けられていてもよい。磁気バイパス部を含むセンサ部２の変形例である図１０に示すように、磁界発生部としての棒状の永久磁石１１２が、両磁極の間を回転中心としてバルクハウゼン素子６を含む平面に沿って回転可能に支持されている。センサ部２には、バルクハウゼン素子６の中心軸線に垂直な状態にある時の永久磁石１１２の両磁極を囲むように設けられた磁気バイパス部１１３が設けられている。この磁気バイパス部１１３は、バルクハウゼン素子６の中心軸線に対する永久磁石１１２の傾斜角が所定角度以上の場合に、永久磁石１１２から発生した磁界をバイパスすることによりバルクハウゼン素子６に印可される磁界を弱める役割を果たす。一般に、外部磁石がバルクハウゼン素子６を含む平面に沿って回転する場合は、バルクハウゼン素子６が常に強磁場に置かれるため、磁化反転特性にバラツキが発生しやすい傾向にあった。このような磁気バイパス部１１３を備えることで、永久磁石１１２の磁極が回転に伴って素子６の両端から離れた場合は素子に印可される磁界が弱められ、磁化反転特性のバラツキが効果的に低減される。
【００３７】
また、磁気センサ装置１，２１におけるセンサ部２及び磁界発生部である回転体１８の配置方向は、特定の方向に限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、センサ部２をバルクハウゼン素子６の中心軸線が回路基板８と平行になるように配置させてもよい。この場合は、回転体１８の回転軸１８ａがバルクハウゼン素子６の中心軸線と平行になるように固定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図２】図１の回路基板上に形成された光出力回路の回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図４】図３の回路基板上に形成された光出力回路の回路図である。
【図５】図４の光出力回路の別の接続形態を示す回路図である。
【図６】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図７】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図８】本発明の変形例である磁気センサ装置の概略構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の変形例における磁気誘導体の正面図、（ｂ）は、（ａ）の磁気誘導体の側面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の変形例におけるセンサ部及び磁気バイパス部を含む構成を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）のセンサ部及び磁気バイパス部の平面図である。
【図１１】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２１，４１，６１，８１，１０１…磁気センサ装置、３，２３…光信号生成部、４…一時停止部（磁場発生回路）、６…バルクハウゼン素子、６ａ…中心部（磁性体層）、６ｂ…外周部（磁性体層）、７…コイル、７ａ，７ｂ…端子、９，２９…発光ダイオード（発光素子）、２９ａ，２９ｂ…ＬＥＤ（発光素子）、１２，３２…光出力回路、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…ダイオード（整流素子）、１４…抵抗素子、１９，８２ａ，８２ｂ，１０２，１１２…永久磁石、４２…磁気シールド部材、６２ａ，６２ｂ，８３，８４，８５，１０３ａ，１０３ｂ，１０４，１０５…磁気誘導体、１１３…磁気バイパス部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大バルクハウゼン効果における磁化反転を利用した磁気センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大バルクハウゼン効果を利用した磁化反転を発生可能な素子（以下、「バルクハウゼン素子」と言う。）に関する技術としては、下記特許文献１記載の磁気センサがある。この磁気センサでは、バルクハウゼン素子である複合磁性線の先端部に高透磁率を有するキャップが取り付けられると共に、複合磁性線の外周に巻き付けられたコイルの両端間にＬＥＤが接続され、更にこのＬＥＤには光ファイバが光学的に接続されている。この磁気センサは、外部磁界の変化をパルス電圧で検出し、このパルス電圧を光信号に変換して外部に出力する。また、下記引用文献２にも、同様の構成を有するセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−４３３２６号公報
【特許文献２】特開平５−２６４６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなセンサ装置においては、外部磁界の一方向の変化を検出して光信号として出力することはできるが、外部磁界の両方向の強度変化を検出することができないため、例えば、回転計、速度計、流量計等に応用しようとした場合に、精度を確保するためには、外部磁石の構成の複雑化を招いていた。
【０００４】
また、バルクハウゼン素子を複数用意することで、外部磁界の両方向の強度変化を別々に出力することは可能ではあるが、その場合は全体の装置構成が複雑となるとともに、バルクハウゼン素子の特性のばらつきにより検出感度に差が生ずるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な構成で外部磁界の両方向の強度変化を検出することが可能な磁気センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の磁気センサ装置は、中心部の保磁力が外周部の保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部において磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子と、バルクハウゼン素子の外周部の外側において、長手方向に沿って巻き付けられたコイルと、コイルの両端に接続され、磁化反転によってコイルの両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路とを備える。
【０００７】
このような磁気センサ装置によれば、バルクハウゼン素子に交互に反転する磁界が印加されることにより、バルクハウゼン素子の長手方向に沿って磁化反転が生じ、バルクハウゼン素子に巻き付けられたコイルの両端にパルス電圧が発生する。この際、コイルの両端に接続された光出力回路から、パルス電圧の極性に応じた２種類の光信号が出力されるので、バルクハウゼン素子を増設することなく、外部磁界の両方向の強度変化を検出することができる。
【０００８】
また、光出力回路は、コイルの第１の端子と第２の端子との間に接続され、第１の極性のパルス電圧の発生に応じて発光する第１の発光素子と、第１の端子と第２の端子との間において第１の発光素子とは逆方向に接続され、第１の極性とは反対の第２の極性のパルス電圧の発生に応じて発光する第２の発光素子とを有することが好ましい。この場合、２つの発光素子において波長や輝度等が異なる２種類の光信号を、パルス電圧の極性に応じて出力することで、外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができる。
【０００９】
さらに、光出力回路は、コイルの第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、パルス電圧により発生する電流を第１の端子から第２の端子に向けて整流する第１及び第２の整流素子と、第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、電流を第２の端子から第１の端子に向けて整流する第３及び第４の整流素子と、第１及び第２の整流素子、又は第３及び第４の整流素子と直列に接続された負荷抵抗と、第１の整流素子と第２の整流素子との間、及び第３の整流素子と第４の整流素子との間に直列に接続された発光素子とを有することも好ましい。このような光出力回路を備えれば、パルス電圧がコイルの第１の端子から第２の端子に向かって発生する場合と、第２の端子から第１の端子に向かって発生する場合とで、発光素子に接続される負荷抵抗を変化させることができ、１つの発光素子でパルス電圧の極性に応じた２種類の輝度を有する光信号を出力することができる。その結果、外部磁界の２方向の強度変化を容易に検出することができる。
【００１０】
またさらに、外部からの制御により、バルクハウゼン素子に対して飽和状態に達するまで磁場を印加する磁場発生回路を更に備えることも好ましい。こうすれば、磁気センサ装置の検出機能を容易に一時停止させることができる。
【００１１】
さらにまた、バルクハウゼン素子の長手方向の中央部外周には、磁気シールドが設けられていることも好ましい。かかる構成を採れば、バルクハウゼン素子に余分な磁界が与えられることが防止され、検出感度の向上が実現できる。
【００１２】
また、外部からバルクハウゼン素子の長手方向の中心部に向かう磁界をバイパスする磁気バイパス部を更に備えることも好ましい。一般に、外部磁界がバルクハウゼン素子の中央部に印加される場合は、素子が常に強磁場に置かれるため、磁化反転特性にバラツキが発生しやすい傾向にあった。外部からバルクハウゼン素子の中央部に向かう磁界をバイパスする構成を採ることで、不必要に印加される磁界が弱められ、磁化反転特性のバラツキが効果的に低減される。
【００１３】
またさらに、バルクハウゼン素子の一端部の近傍と他端部の近傍との間に設けられた磁気誘導体を更に備えることも好ましい。こうすれば、外部磁石等の磁界印加手段とバルクハウゼン素子との間を磁気誘導体が介在することで、装置構成の自由度が広がる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁気センサ装置によれば、簡易な構成で外部磁界の両方向の強度変化を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る磁気センサ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態である磁気センサ装置１は、外部磁界の磁束変化を検出するための装置であり、回転計、速度計、流量計、位置検出器等として応用されるものである。図１に示すように、磁気センサ装置１は、外部磁界の変化に応じてパルス電圧を発生させるセンサ部２と、センサ部２から出力されたパルス電圧に応じて光信号を生成・出力する光信号生成部３と、センサ部２の機能を一時停止させる一時停止部（磁場発生回路）４とが、遮光性を有する筐体５内に配置されて構成されている。
【００１７】
センサ部２は、線状のバルクハウゼン素子６の外周部６ｂの外側にコイル７が巻き付けられてなる。このバルクハウゼン素子６は、保磁力の異なる中心部（磁性体層）６ａと外周部（磁性体層）６ｂとから成る２層構造を有し、中心部６ａの保磁力が外周部６ｂの保磁力よりも大きくされている。このようなバルクハウゼン素子としては、例えば、鉄、コバルト、バナジウムの合金(バイカロイ合金)のワイヤにひねり処理又はクラッド加工を施したものが用いられる。コイル７は、バルクハウゼン素子６の中心軸線を中心にしてバルクハウゼン素子６の長手方向（図１の左右方向）に沿って巻き付けられ、その両端７ａ，７ｂは、光信号生成部３の回路基板８に接続されている。
【００１８】
光信号生成部３は、回路基板８上に接続された発光ダイオード（発光素子）９を備え、筐体５の端部における発光ダイオード９の光軸上には、発光ダイオード９から出射された光信号を外部に導光する導光部１０が、筐体５を貫通して設けられている。この導光部１０の外側端部には、さらに光ファイバ１１が接続されている。発光ダイオード９が搭載される回路基板８上には、発光ダイオード９を含む光出力回路１２が形成されている。
【００１９】
光出力回路１２の回路図である図２に示すように、バルクハウゼン素子６に巻き付けられたコイル７の一方の端子７ａは、抵抗素子１４を介してダイオード（整流素子）１３ａのアノードが接続され、ダイオード１３ａのカソードに発光ダイオード９のアノードが接続されている。さらに、発光ダイオード９のカソードには、ダイオード（整流素子）１３ｂのアノードが接続され、ダイオード１３ｂのカソードには、コイル７の他方の端子７ｂが接続されている。つまり、光出力回路１２は、コイルの両端子間７ａ，７ｂに、抵抗素子１４、ダイオード１３ａ、発光ダイオード９、及びダイオード１３ｂがこの順で直列に接続された構成を有している。これらのダイオード１３ａ，１３ｂは、コイル７におけるパルス電圧によって発生する電流を、コイル７内において端子７ｂから端子７ａに向けて整流する役割を有する。
【００２０】
さらに、発光ダイオード９のアノードには、ダイオード（整流素子）１３ｃのカソードが接続され、ダイオード１３ｃのアノードは端子７ｂに接続されるとともに、発光ダイオード９のカソードには、ダイオード（整流素子）１３ｄのアノードが接続され、ダイオード１３ｄのカソードは端子７ａに接続されている。つまり、光出力回路１２は、コイルの両端子間７ｂ，７ａに、ダイオード１３ｃ、発光ダイオード９、及びダイオード１３ｄがこの順で直列に接続された構成を有し、ダイオード１３ｃ，１３ｄは、コイル７におけるパルス電圧によって発生する電流を、コイル７内において端子７ａから端子７ｂに向けて整流する役割を有する。
【００２１】
ここで、ダイオード１３ａ，１３ｂを含む閉回路に抵抗素子１４が挿入されることにより、ダイオード１３ｃ，１３ｄを含む閉回路よりも負荷抵抗が大きくされて、パルス電圧の極性によって発光ダイオード９から出射される光信号の輝度を２種類に変化させている。なお、ダイオード１３ｃ，１３ｄを含む閉回路上には、抵抗素子１４と異なる抵抗値の抵抗素子が直列に接続されていてもよい。
【００２２】
図１に戻って、筐体５の内部のセンサ部２に隣接する位置には、一時停止部４として、鉄心部１５とコイル１６とから構成された電磁石が設けられている。鉄心部１５は、バルクハウゼン素子６の中心軸線の延長線上に沿って、片方の端面をバルクハウゼン素子６の端面に対向させるように配置され、鉄心部１５の外周面の外側にはコイル１６が巻き付けられている。このコイル１６の両端子１７は、筐体５の外部に導出されており、この端子１７を介して、外部から電磁石を駆動する駆動電流が供給されて一時停止部４が生成する磁場強度が制御される。
【００２３】
このような構成の磁気センサ装置１の筐体５の外側には、バルクハウゼン素子６の中心軸線と平行な回転軸１８ａを有する回転体１８が、センサ部２に並列に配置されている。回転体１８の外周部には、回転軸と平行に棒状の永久磁石１９が設けられている。
【００２４】
以上説明した磁気センサ装置１によれば、筐体５の外部に設置された回転体１８によりバルクハウゼン素子６の端部に、交互に反転するバルクハウゼン素子６の長手方向の磁界が印加されることにより、バルクハウゼン素子６の外周部６ｂの長手方向に沿って磁化反転が生じ、バルクハウゼン素子６に巻き付けられたコイル７の両端子７ａ，７ｂの間にパルス電圧が発生する。本発明者らにより、このパルス電圧は、バルクハウゼン素子６に印加される磁界の変化の方向によって、正負が反転することも明らかにされた。この際、光出力回路１２において、コイル７におけるパルス電圧がコイル７の端子７ａから端子７ｂの方向に発生する場合と、端子７ｂから端子７ａの方向に発生する場合とで、発光ダイオード９の負荷抵抗を変化させることができるので、１つの発光素子でパルス電圧の正負に応じた２種類の輝度を有する光信号が出力される。従って、バルクハウゼン素子６を増設することなく、外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができると同時に、検出結果を光ファイバを介して遠隔地に自律的に伝送することができる。
【００２５】
また、一時停止部４の端子１７を介して、外部からバルクハウゼン素子６を磁気飽和させるのに十分な大きさの駆動電流を供給してバルクハウゼン素子６に磁場を印加することで、磁気センサ装置の検出機能を容易に一時停止させることができる。特に、この場合、光出力回路１２に新たな素子を追加すること無しに一時停止機能を実現することができるので、磁気センサ装置１の信頼性が損なわれることもない。
【００２６】
さらに、磁気センサ装置１の光信号生成部３においては、コイル７の１ターン当たり２６．７ｍＶの起電力が得られ、巻き数３０００のコイル７で約８０Ｖの起電力が得られており、発光ダイオード９を駆動するのに十分な起電力を持っている。このように、バルクハウゼン素子６及びコイル７により発生するパルス電圧により発光ダイオード９を直接駆動する構成を採っているので、発光素子駆動用の制御回路や電源回路が不要となり、磁気センサ装置１の小型化が可能となるとともに、制御回路、電源回路等から発生するノイズによる誤動作も防止される。
【００２７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態である磁気センサ装置２１の透視図、図４は、図３の光出力回路３２の回路構成図である。本実施形態にかかる磁気センサ装置２１は、光信号生成部２３における発光ダイオード２９の構成、及び光出力回路３２の回路構成が第１実施形態のものと異なる。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、回路基板２８上に形成された光出力回路３２は、コイル７の端子７ａ，７ｂに発光色の異なる２つのＬＥＤ２９ａ，２９ｂが接続された構成を有し、ＬＥＤ２９ａは、端子７ａと端子７ｂとの間に接続され、コイル７によって光出力回路３２に生じるパルス電圧が端子７ａと端子７ｂとの間で端子７ａが正となる極性（第１の極性）で発生した場合に発光し、ＬＥＤ２９ｂは、端子７ａと端子７ｂとの間においてＬＥＤ２９ａとは逆方向に接続され、コイル７によって光出力回路３２に生じるパルス電圧が端子７ａと端子７ｂとの間で端子７ｂが正となる極性（第２の極性）で発生した場合に発光する。より詳細には、ＬＥＤ２９ａのアノードは、コイル７の端子７ａに接続され、ＬＥＤ２９ａのカソードは、コイル７の端子７ｂに接続されると共に、ＬＥＤ２９ｂのアノードは、コイル７の端子７ｂに接続され、ＬＥＤ２９ｂのカソードは、コイル７の端子７ａに接続されている。このような構成により、コイル７の両端子７ａ，７ｂの間において発生するパルス電圧の極性に応じて、ＬＥＤ２９ａ又はＬＥＤ２９ｂのいずれかが異なる発光色で発光する。発光ダイオード２９は、これらのＬＥＤ２９ａ，２９ｂを含んで構成され、ＬＥＤ２９ａ，２９ｂから発生する光を合成して光信号として外部に出射する。なお、ＬＥＤ２９ａ，２９ｂとしては、互いに発光輝度特性の異なるＬＥＤを用いるようにしてもよい。
【００２９】
なお、光出力回路３２の回路構成としては、様々な変形態様を採ることができる。例えば、図５に示すように、ＬＥＤ２９ａのアノードが端子７ａに接続され、ＬＥＤ２９ｂのアノードが端子７ｂに接続され、ＬＥＤ２９ａ及びＬＥＤ２９ｂのカソードどうしを接続すると共に、ＬＥＤ２９ａ及びＬＥＤ２９ｂのそれぞれの両端間に抵抗素子３０ａ，３０ｂを接続した構成であってもよい。このような回路構成においても、パルス電圧が第１の極性で発生した場合にＬＥＤ２９ａが発光し、第２の極性で発生した場合にＬＥＤ２９ｂが発光する。
【００３０】
このような磁気センサ装置２１によれば、２つのＬＥＤ２９ａ，２９ｂにおいて波長や輝度等が異なる２種類の光信号を、コイル７の端子７ａ，７ｂ間におけるパルス電圧の極性に応じて出力することで、光信号の受信側において外部磁界の両方向の強度変化を容易に検出することができる。また、光ファイバを複数用意しなくても、外部磁界の両方向の強度変化を、２種類の光信号として遠隔地に伝送することができる。
【００３１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、磁気センサ装置１，２１においては、バルクハウゼン素子６の長手方向の中央部外周には、磁気シールド部材が設けられていてもよい。図６は、本発明の第１実施形態の変形例である磁気センサ装置４１の透視図である。同図に示すように、バルクハウゼン素子６の中央部に巻き付けられたコイル７の外側は、鉄、コバルト合金等の磁気インピーダンスの低い材料からなる磁気シールド部材４２によって覆われている。このような磁気シールド部材４２の存在により、例えば、棒状の磁石をバルクハウゼン素子６の中心軸線に垂直な回転軸を中心に回転させた場合等に、バルクハウゼン素子６の中央部に強い磁界が印加されることを防止することができる。バルクハウゼン素子６が常に強い磁界内に置かれると、磁化反転特性にバラツキが発生することが分かっており、出力されるパルス電圧に２０〜３０％の変動が生じる。磁気シールド部材４２を備えることで、このようなパルス電圧の変動を効果的に低減することができるので、磁気センサ装置の検出感度の向上が実現できる。
【００３２】
また、バルクハウゼン素子６の両端部と筐体５外部の永久磁石等の磁界発生部との間には、鉄、ニッケル合金、鉄合金等で形成された磁気誘導体を設けてもよい。このような磁気誘導体を設けることで、バルクハウゼン素子６と磁界発生部との位置関係に依存しない自由な磁気経路を形成することができる。この場合でも、磁気誘導体は外部磁界の変化に対して高速で追随するので、バルクハウゼン素子６における磁化反転に影響を与えることもなく、磁気センサ装置全体の感度を維持することができる。図７〜図９には、磁気誘導体を含む磁気センサ装置の変形例を示している。なお、図８及び図９においては、磁気センサ装置におけるセンサ部２及び磁気誘導体以外の構成要素は、図示を省略している。
【００３３】
図７に示す磁気センサ装置６１においては、バルクハウゼン素子６の両端部の近傍には、１組の直方体形状の磁気誘導体６２ａ，６２ｂが、その一端をバルクハウゼン素子６の端部に挿通された状態で設けられ、他端側は、回転体１８の外周部に固定された永久磁石１９のＮ極又はＳ極の近傍に位置するようにされている。このようにバルクハウゼン素子６の一端部の近傍と他端部の近傍との間に磁気誘導体を備えることで、磁気センサ装置全体の感度を向上させることができる。
【００３４】
図８には、エンジンにおけるシリンダ等における往復運動を検出するための磁気センサ装置における磁気誘導体の構造を示している。同図に示す磁気センサ装置８１においては、磁極が互いに異なる方向を向いている１組の棒状の永久磁石８２ａ，８２ｂが、バルクハウゼン素子６の中心軸線と平行になるように設けられ、バルクハウゼン素子６の一端部と永久磁石８２ａ，８２ｂの一端部との間には、磁気誘導体８３が設けられている。また、永久磁石８２ａ，８２ｂの他端部とバルクハウゼン素子６の他端部との間には、シリンダの往復運動に伴って永久磁石８２ａ，８２ｂ間を往復するピストンリング等と一体化された磁気誘導体８４が設けられている。磁気誘導体８４とバルクハウゼン素子６の他端部との間には、磁気誘導体８４の往復運動時にバルクハウゼン素子６と磁気誘導体８４との間を磁気誘導する磁気誘導体８５が更に設けられている。このような磁気センサ装置８１によれば、エンジン等において往復運動する部位の位置を容易に検出することができ、エンジンの点火、排気等のタイミング制御を行う際の装置の小型化、簡素化が容易となる。
【００３５】
図９には、棒状の永久磁石の中心部が回転中心となる場合の磁気センサ装置の構成を示す。この磁気センサ装置１０１は、互いに対面する平板リング状の磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂを有し、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂには、それぞれ、その表面に平行に外側に向けて突出する突出部１０６ａ，１０６ｂが形成され、突出部１０６ａと突出部１０６ｂとの間には、バルクハウゼン素子６の両端部を突出部１０６ａ，１０６ｂの内面に近接させてセンサ部２が配置されている。磁気誘導体１０３ａと磁気誘導体１０３ｂとは、対向面上に円柱形状の非磁性体からなる接続部材１０７が接合されることによって、互いに支持されている。この磁気誘導体１０３ａと磁気誘導体１０３ｂとの間には、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂに平行な平面に沿って棒状の永久磁石１０２が、その重心Ｇが磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂの中心軸線上に位置するように設けられ、永久磁石１０２は、その磁極によって挟まれる重心Ｇを回転中心として磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂに平行な平面に沿って回転可能に軸支されている。さらに、磁気誘導体１０３ａには、磁気誘導体１０３ｂの内面に向けて突出する複数の磁気誘導体１０４が取り付けられ、磁気誘導体１０３ｂには、磁気誘導体１０３ａの内面に向けて突出する複数の磁気誘導体１０５が取り付けられている。磁気誘導体１０４及び磁気誘導体１０５は、磁気誘導体１０３ａ，１０３ｂの外縁に沿って交互に並ぶと共に、永久磁石の重心Ｇを挟んで互いに対峙するように配置されている。このような配置によって、磁気誘導体１０４及び磁気誘導体１０５は、永久磁石１０２の回転に伴って永久磁石１０２の両磁極の近傍に同時に位置するようにされている。このような磁気誘導体の構成によれば、永久磁石１０２の回転に応じて永久磁石の両磁極とバルクハウゼン素子の両端部との間において磁気誘導することができるとともに、永久磁石が一回転する間に複数回の検出を行うことができる。
【００３６】
また、バルクハウゼン素子６の中心部と外部の永久磁石等の磁界発生部との間の磁気経路上には磁気バイパス部が設けられていてもよい。磁気バイパス部を含むセンサ部２の変形例である図１０に示すように、磁界発生部としての棒状の永久磁石１１２が、両磁極の間を回転中心としてバルクハウゼン素子６を含む平面に沿って回転可能に支持されている。センサ部２には、バルクハウゼン素子６の中心軸線に垂直な状態にある時の永久磁石１１２の両磁極を囲むように設けられた磁気バイパス部１１３が設けられている。この磁気バイパス部１１３は、バルクハウゼン素子６の中心軸線に対する永久磁石１１２の傾斜角が所定角度以上の場合に、永久磁石１１２から発生した磁界をバイパスすることによりバルクハウゼン素子６に印可される磁界を弱める役割を果たす。一般に、外部磁石がバルクハウゼン素子６を含む平面に沿って回転する場合は、バルクハウゼン素子６が常に強磁場に置かれるため、磁化反転特性にバラツキが発生しやすい傾向にあった。このような磁気バイパス部１１３を備えることで、永久磁石１１２の磁極が回転に伴って素子６の両端から離れた場合は素子に印可される磁界が弱められ、磁化反転特性のバラツキが効果的に低減される。
【００３７】
また、磁気センサ装置１，２１におけるセンサ部２及び磁界発生部である回転体１８の配置方向は、特定の方向に限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、センサ部２をバルクハウゼン素子６の中心軸線が回路基板８と平行になるように配置させてもよい。この場合は、回転体１８の回転軸１８ａがバルクハウゼン素子６の中心軸線と平行になるように固定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図２】図１の回路基板上に形成された光出力回路の回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図４】図３の回路基板上に形成された光出力回路の回路図である。
【図５】図４の光出力回路の別の接続形態を示す回路図である。
【図６】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図７】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【図８】本発明の変形例である磁気センサ装置の概略構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の変形例における磁気誘導体の正面図、（ｂ）は、（ａ）の磁気誘導体の側面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の変形例におけるセンサ部及び磁気バイパス部を含む構成を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）のセンサ部及び磁気バイパス部の平面図である。
【図１１】本発明の変形例である磁気センサ装置の平面透視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２１，４１，６１，８１，１０１…磁気センサ装置、３，２３…光信号生成部、４…一時停止部（磁場発生回路）、６…バルクハウゼン素子、６ａ…中心部（磁性体層）、６ｂ…外周部（磁性体層）、７…コイル、７ａ，７ｂ…端子、９，２９…発光ダイオード（発光素子）、２９ａ，２９ｂ…ＬＥＤ（発光素子）、１２，３２…光出力回路、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…ダイオード（整流素子）、１４…抵抗素子、１９，８２ａ，８２ｂ，１０２，１１２…永久磁石、４２…磁気シールド部材、６２ａ，６２ｂ，８３，８４，８５，１０３ａ，１０３ｂ，１０４，１０５…磁気誘導体、１１３…磁気バイパス部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部の保磁力が外周部の保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部において磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子と、
前記バルクハウゼン素子の外周部の外側において、前記長手方向に沿って巻き付けられたコイルと、
前記コイルの両端に接続され、前記磁化反転によって前記コイルの両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路と、
を備えることを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】
前記光出力回路は、
前記コイルの第１の端子と第２の端子との間に接続され、第１の極性の前記パルス電圧の発生に応じて発光する第１の発光素子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間において前記第１の発光素子とは逆方向に接続され、前記第１の極性とは反対の第２の極性の前記パルス電圧の発生に応じて発光する第２の発光素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記光出力回路は、
前記コイルの第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、前記パルス電圧により発生する電流を前記第１の端子から前記第２の端子に向けて整流する第１及び第２の整流素子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に直列に接続され、前記電流を前記第２の端子から前記第１の端子に向けて整流する第３及び第４の整流素子と、
前記第１及び第２の整流素子、又は前記第３及び第４の整流素子と直列に接続された負荷抵抗と、
前記第１の整流素子と前記第２の整流素子との間、及び前記第３の整流素子と前記第４の整流素子との間に直列に接続された発光素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
外部からの制御により、前記バルクハウゼン素子に対して飽和状態に達するまで磁場を印加する磁場発生回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項５】
前記バルクハウゼン素子の長手方向の中央部外周には、磁気シールドが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項６】
外部から前記バルクハウゼン素子の長手方向の中央部に向かう磁界をバイパスする磁気バイパス部を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項７】
前記バルクハウゼン素子の一端部の近傍と他端部の近傍との間に設けられた磁気誘導体を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項１】
中心部の保磁力が外周部の保磁力よりも大きくなるように複数の磁性体層を有し、長手方向に沿って交互に反転する磁界が印加されることにより、外周部において磁化反転を生じさせる線状のバルクハウゼン素子と、
前記バルクハウゼン素子の外周部の外側において、前記長手方向に沿って巻き付けられたコイルと、
前記コイルの両端に接続され、前記磁化反転によって前記コイルの両端間に生じたパルス電圧の極性に応じて、２種類の光信号を出力する光出力回路と、
を備えることを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】
前記光出力回路は、
前記コイルの第１の端子と第２の端子との間に接続され、第１の極性の前記パルス電圧の発生に応じて発光する第１の発光素子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間において前記第１の発光素子とは逆方向に接続され、前記第１の極性とは反対の第２の極性の前記パルス電圧の発生に応じて発光する第２の発光素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項３】
前記光出力回路は、
前記コイルの第１の端子と第２の端子との間に直列に接続され、前記パルス電圧により発生する電流を前記第１の端子から前記第２の端子に向けて整流する第１及び第２の整流素子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に直列に接続され、前記電流を前記第２の端子から前記第１の端子に向けて整流する第３及び第４の整流素子と、
前記第１及び第２の整流素子、又は前記第３及び第４の整流素子と直列に接続された負荷抵抗と、
前記第１の整流素子と前記第２の整流素子との間、及び前記第３の整流素子と前記第４の整流素子との間に直列に接続された発光素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
【請求項４】
外部からの制御により、前記バルクハウゼン素子に対して飽和状態に達するまで磁場を印加する磁場発生回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項５】
前記バルクハウゼン素子の長手方向の中央部外周には、磁気シールドが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項６】
外部から前記バルクハウゼン素子の長手方向の中央部に向かう磁界をバイパスする磁気バイパス部を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【請求項７】
前記バルクハウゼン素子の一端部の近傍と他端部の近傍との間に設けられた磁気誘導体を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１０７９７１（Ｐ２００７−１０７９７１Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９７９９８（Ｐ２００５−２９７９９８）
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００１４３３９６）株式会社高見沢サイバネティックス (55)
【出願人】（５９５１３９０６０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００１４３３９６）株式会社高見沢サイバネティックス (55)
【出願人】（５９５１３９０６０）
【Ｆターム（参考）】
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