JPH10326918A

JPH10326918A - 磁気インピーダンス効果素子

Info

Publication number: JPH10326918A
Application number: JP9135597A
Authority: JP
Inventors: Takao Mizushima; 隆夫水嶋; Teruhiro Makino; 彰宏牧野; Akihisa Inoue; 明久井上
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】磁界検知素子として優れた特性を有する磁気
インピーダンス効果素子を得る。【解決手段】Ｆｅを主成分とし、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ
（式中、Ｔｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス転移温度
を示す）の式で表される過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘ
が３５Ｋ以上であるＦｅ基金属ガラス合金からなり、交
流電流を印加するとき、インピーダンスが外部磁界に依
存して変化する素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｆｅ基金属ガラス
合金を用いた磁気インピーダンス効果素子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近の情報機器、計測機器、制御機器な
どの急速な発展に伴って、従来の磁束検出型のものより
更に小型、高感度かつ高速応答性の磁界検知素子が求め
られ、磁気インピーダンス効果（Magneto-Impedance Ef
fect）を有する素子（磁気インピーダンス効果素子、以
下「ＭＩ素子」と記す）が注目されるようになってきて
いる。

【０００３】磁気インピーダンス効果とは、例えば図１
５に示す閉回路において、ワイヤ状またはリボン状の磁
性体Ｍｉに電源ＥacからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉacを印
加し、この状態で磁性体Ｍｉの長さ方向に外部磁界Ｈex
を印加すると、外部磁界Ｈexが数ガウス程度の微弱磁界
であっても、磁性体Ｍｉの両端に素材固有のインピーダ
ンスによる電圧Ｅmiが発生し、その振幅が外部磁界Ｈex
の強度に対応して数十％の範囲で変化する、すなわちイ
ンピーダンス変化を起こす現象をいう。この磁気インピ
ーダンス効果を有する素子（ＭＩ素子）は、素子の長さ
方向の外部磁界に感応するので、例えば磁界センサとし
て用いる場合などにおいて、従来のコイル巻き磁心を用
いた磁束検出型の磁界検知素子などと異なり、センサヘ
ッドの長さを１ｍｍ程度以下としても磁界検出感度が劣
化せず、１０^-5Oe程度の高分解能を有する微弱磁界セン
サが得られるばかりでなく、数ＭＨｚ以上の励磁が可能
であるため、２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波磁界
が振幅変調のキャリアとして使用でき、従って磁界セン
サの遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易
であることなどから、新しい超小型磁気ヘッドや微弱磁
界検出器としての応用が期待されている。この磁気イン
ピーダンス効果を有する素材としては、従来からＦｅ
−Ｓｉ−Ｂ系、例えばＦｅ₇₈Ｓｉ₉Ｂ₁₃の非晶質リボン
や、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、例えば（Ｆｅ₆Ｃ
ｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅の非晶質ワイヤ（毛利佳年雄ほ
か、「磁気−インピーダンス（ＭＩ）素子」、電気学会
マグネティックス研究会資料vol.1,MAG-94,No.75-84,P2
7-36,1994年発行）が報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のＦｅ
−Ｓｉ−Ｂ系やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の素材をＭＩ
素子として使用するに際してはそれぞれ問題があった。
すなわち、図１６に示すように、正負の印加磁界（Oe）
に対する出力電圧Ｅmi（ｍＶ）を測定するとき、のＦ
ｅ−Ｓｉ−Ｂ系は磁界検出感度が低く、増幅倍率を１０
０倍程度と高くする必要があり、ノイズの混入などのた
め高感度の磁界検知素子を得ることが困難である。また
のＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系は、図１６に示すように
感度は十分に高いが、印加磁界が例えば−２Oe〜＋２Oe
程度の微弱磁界の範囲内では、感度がきわめて急峻に立
ち上がるため、この間での定量性が得られず微弱磁界検
知素子としては使用困難であった。また絶対値で２Oeを
越える磁界帯域においては使用可能ではあるが、約２Oe
程度のバイアス磁界を印加する必要があり、バイアス磁
界を印加するためにコイルを設置しある程度電流を流す
必要があった。本発明者らは、実用的特性の優れた磁界
検知素子を探索中に、ある種のＦｅ基金属ガラス合金が
軟磁性であってしかも磁界検知素子として好適な磁気イ
ンピーダンス効果を有することを見いだし本発明に到達
した。従って本発明の課題は、磁界検知素子として優れ
た特性を有するＭＩ素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、Ｆｅを主成分とし、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ
（式中、Ｔｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス転移温度
を示す）の式で表される過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘ
が３５Ｋ以上であるＦｅ基金属ガラス合金からなり、交
流電流を印加するとき、インピーダンスが外部磁界に依
存して変化するＭＩ素子を提供する。前記のＦｅ基金属
ガラス合金は、Ｆｅ以外の他の金属元素と半金属元素と
を含有することが好ましい。このＦｅ以外の他の金属元
素は、周期律表３Ｂ族および４Ｂ族の群から選ばれた１
種以上であることが好ましい。特にＦｅ以外の他の金属
元素は、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＳｎの群から選ばれた
１種以上であることが好ましい。一方、前記の半金属元
素は、Ｐ、Ｃ、Ｂ、ＧｅおよびＳｉの群から選ばれた１
種以上であることが好ましい。特に、この半金属元素
は、少なくともＰ、ＣおよびＢの３種を含む群からなる
ことが好ましい。前記のＦｅ基金属ガラス合金の組成
は、Ａｌが１原子％〜１０原子％の範囲内、Ｇａが０．
５原子％〜４原子％の範囲内、Ｐが９原子％〜１５原子
％の範囲内、Ｃが５原子％〜７原子％の範囲内、Ｂが２
原子％〜１０原子％の範囲内、かつＳｉが０原子％〜１
５原子％の範囲内であり、残部がＦｅであることが好ま
しい。前記の何れかのＦｅ基金属ガラス合金は、Ｇｅを
４原子％以下の範囲内で含有することが好ましい。ま
た、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＺｒおよびＣｒの群
から選ばれた１種以上を７原子％以下の範囲内で含有す
ることが好ましい。更に前記の何れかのＦｅ基金属ガラ
ス合金は、ＮｉおよびＣｏの群から選ばれた１種以上を
１０原子％以下の範囲内で含有するものであってもよ
い。前記の何れかのＦｅ基金属ガラス合金は、３００℃
〜５００℃の範囲内の熱処理を施されたものであっても
よい。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明のＭＩ素子を構成するＦｅ
基金属ガラス合金は、Ｆｅを主成分とする非晶質体であ
って、例えばＦｅ₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₆Ｂ₄ …実施例１の組成を有している。このＦｅ基金属ガラス合金におい
て、結晶化開始温度（Ｔｘ）およびガラス転移温度（Ｔ
ｇ）は、１０８μｍ厚の試料についてＤＳＣ（示差走査
熱量測定法）により測定するとき、それぞれ結晶化開始温度Ｔｘ＝５０６℃ ガラス転移温度Ｔｇ＝４５８℃ であり、従ってΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇの式で示される過冷
却液体領域の温度幅ΔＴｘは過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘ＝４８Ｋであって、３５Ｋ以上である。

【０００７】前記のＦｅ基金属ガラス合金を用いて作成
したリボン形試料は、概略を図１５に示す測定回路に磁
性体Ｍｉとして挿入し、３ＭＨｚの交流電流Ｉacを印加
した状態で試料Ｍｉの長さ方向に外部磁界Ｈexを印加す
ると、図１の実施例１として示すように、磁界ゼロを中
心に正負磁界の絶対値に依存して正負方向にほぼ対称的
に出力電圧（Ｅme）、すなわちインピーダンスが変化
（上昇）し、磁気インピーダンス効果を有していること
がわかる。

【０００８】この実施例１のＭＩ素子は、図１に同時に
示した従来から磁気インピーダンス効果を有することが
知られている金属ガラス合金の従来例、すなわち前記の
Ｆｅ₇₈Ｓｉ₁₉Ｂ₁₃、および（Ｆｅ₆Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓ
ｉ_12.5Ｂ₁₅ と比べると、より感度が高く、これを用
いた磁界検知回路の増幅率を低減することができるので
ノイズを抑制することができ、一方、微弱磁界の範囲内
（−２Oe〜＋２Oe）でより立ち上がりが緩やかである
ので定量性が良好となり、また正負磁界に関して感度の
対称性がよいので、これを用いた磁界検知回路のイコラ
イザーを含めた回路構成が容易となる。このため実施例
１のＭＩ素子は、磁界検知素子として好適に使用できる
ものであることがわかる。

【０００９】本発明のＭＩ素子となるＦｅ基軟磁性金属
ガラス合金は、室温において軟磁気特性（Soft magneti
sm）を有している。このため、磁気ヘッドなど各種の応
用に有用なものとなる。この軟磁気特性は３００℃〜５
００℃の範囲内の熱処理を施すことによって更に改善さ
れることがわかった。従って、ある種の用途には前記の
熱処理を施したＭＩ素子を用いることが好ましい。

【００１０】次に、本発明のＭＩ素子に用いることがで
きるＦｅ基金属ガラス合金について詳しく説明する。本
発明に用いるＦｅ基金属ガラス合金は、基本的にはＦｅ
を主成分とし、ΔＴｘが３５Ｋ以上であるものである。
従来から、Ｆｅ基の合金組成物でＦｅ-Ｐ-Ｃ系、Ｆｅ-
Ｐ-Ｂ系、Ｆｅ-Ｎｉ-Ｓｉ-Ｂ系などの組成のもはガラス
転移を起こすことが知られている。しかしこれらの合金
組成物の過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘはいずれも２５
Ｋ以下と小さく、急冷しないと非晶質とならないので薄
膜状の固体しか得られず、実用的な厚みを持つ成形物を
得ることが困難であった。これに対して、本発明に係る
Ｆｅ基金属ガラス合金は、ΔＴｘが３５Ｋ以上とされて
いるので徐冷による成形が可能となり、比較的肉厚のリ
ボン形や線条形の成形物を作成することが可能となり、
実用的なＭＩ素子を構成することができるようになっ
た。

【００１１】高い磁気インピーダンス効果を有しながら
しかも３５Ｋ以上のΔＴｘを有するＦｅ基金属ガラス合
金を得るために、本発明は請求項２において、Ｆｅ以外
の他の金属元素と半金属元素とを含有させる。このうち
Ｆｅ以外の他の金属とは、周期律表の３Ｂ族および４Ｂ
族のうちか選択できるものであり、具体的にはＡｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、およびＰｂの群から選ばれた１
種以上であるが、中でもＡｌ、Ｇａ、ＩｎまたはＳｎが
好適である。前記の半金属元素は、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｇｅお
よびＳｉの群から選ばれた１種以上であることが好まし
い。特に、Ｐ、Ｃ、およびＢの３種を併せて含有させる
ことが好ましい。またこの金属ガラス合金は、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＺｒおよびＣｒの群から選ばれた
１種以上を含有していてもよい。更に、ＮｉおよびＣｏ
の群から選ばれた１種以上を含有していてもよい。

【００１２】ＭＩ素子として特に良好な特性を有する金
属ガラス合金は、下記の組成物Ａから得ることができ
る。（組成物Ａ）元素原子％Ａｌ１〜１０Ｇａ０．５〜４Ｐ９〜１５Ｃ５〜７Ｂ２〜１０Ｓｉ０〜１５Ｆｅ残部

【００１３】本発明に用いるＦｅ基金属ガラス合金にお
いて、Ｇｅは４原子％以下の範囲内で含まれていてもよ
い。また、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、および
／またはＣｒは７原子％以下の範囲内で含まれていても
よい。更にＮｉおよび／またはＣｏは１０原子％以下の
範囲内で含まれていてもよい。

【００１４】本発明のＭＩ素子として特に優れた特性を
有する金属ガラス合金の具体例としては、例えばＦｅ₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₆Ｂ₄ …実施例１、Ｆｅ₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₀Ｃ₆Ｂ₄Ｓｉ …実施例２、Ｆｅ₇₃Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₅Ｂ₄ …実施例３、Ｆｅ_70+XＡｌ₅Ｇａ₂（Ｐ₅₅Ｃ₂₅Ｂ₂₀）_23-X （ｘ＝１〜５） …実施例４、（ただし上式中の括弧内数値は、Ｐ＋Ｃ＋Ｂを１００と
したときの原子％）などの組成を有するものを挙げるこ
とができる。

【００１５】前記の組成物は何れも、それぞれの元素の
溶融混合物を調節された冷却条件に従って冷却すること
によって金属ガラス合金の成形物を得ることができる。
一般に、金属ガラス合金に共通した特性として、結晶化
開始温度Ｔｘとガラス転移温度Ｔｇとの間に過冷却液体
領域の温度幅ΔＴｘを有することが挙げられる。この帯
域においては金属ガラス合金の過去の熱履歴は完全に消
失し、組成物中の原子は大きな拡散性をもって内部平衡
状態にある。従ってこの状態から急冷すると組成物は結
晶化せず、非晶質体すなわち金属ガラス合金が得られ
る。

【００１６】しかし、従来知られているＦｅ-Ｐ-Ｃ系、
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）-Ｐ-Ｂ系、（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）
-Ｓｉ-Ｂ系、（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）-Ｍ（Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｂ）系、（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）-Ｍ（Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎ
ｂ）-Ｂ系などの非晶質合金は、いずれも過冷却液体状
態の温度幅ΔＴｘが狭いために、単ロール法と呼ばれる
方法などにより１０⁵ Ｋ／ｓレベルの冷却速度で急冷し
なければ非晶質とならず、前記の単ロール法などで急冷
して製造されたものは厚さが５０μｍ以下程度の薄膜状
となり、磁界検知素子などとして使用できるようなリボ
ンまたは線条の成形物を得ることは困難であった。

【００１７】本発明に用いるＦｅ基金属ガラス合金は、
過冷却液体状態の温度幅ΔＴｘが３５Ｋ以上と十分に広
いので、従来知られている金属ガラス合金のように急冷
しなくても非晶質の固体が得られる。従って、もちろん
単ロール法などの急冷により薄膜を形成することもでき
るが、鋳造法や流体冷却法などにより、リボンや線条な
ど厚みのある自立性の成形物を製造することができるよ
うになる。

【００１８】前記の単ロール法とは、先ず前記組成物の
元素単体粉末を所定割合に混合し、次いでこの混合粉末
をＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中において、ルツボ等
の溶融装置で溶融して合金の溶湯とする。次にこの溶湯
を、回転している冷却用金属ロールに吹き付けて急冷す
ることにより、薄帯状の金属ガラス合金固体を得る方法
である。この際にも、本発明に用いる金属ガラス合金組
成物の場合は、過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘが十分に
大きいので冷却速度を従来より緩和することができ、比
較的厚みの厚いリボン状の非晶質固体を得ることができ
るようになる。

【００１９】また、本発明の金属ガラス合金組成物は、
過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘが十分に大きいことを利
用して、銅鋳型などに鋳込む射出鋳造法など、徐冷によ
る成形法も可能になる。鋳造装置としては、広く一般に
用いられている種々の構成のものが適用し得ることはも
ちろんであり、連続鋳造装置なども用いることができ
る。

【００２０】本発明の金属ガラス合金組成物を用いてＭ
Ｉ素子線条を製造するには、例えば特開平４−３２３３
５１号公報に記載されているような流体冷却法を適用す
ることもできる。この方法は基本的には、前記の合金組
成物を溶融し、冷却液層中にその溶融物を連続的に噴出
して線状に冷却固化させる方法である。更に具体的に
は、冷却液層を噴流とする方法（噴流法）と遠心力で保
持する方法（遠心法）とがある。

【００２１】このうち噴流法は、概略を図２に示すよう
に、先ず冷却液受槽５中の冷却液Ｌを冷却液加圧ポンプ
に６より加圧し、冷却器７により所定の温度に冷却した
後、液体加圧タンク１０により所定の圧力に加圧する。
次に、加圧された冷却液Ｌを、冷却液体噴出ノズル１に
より所定の速度で噴出させて噴流８を形成し、この噴流
８は冷却液受槽５に循環させる。一方、前述した合金組
成物１２は、加熱炉１１で溶融し、溶融合金噴出装置２
に送り、アルゴンガス圧によりこの溶融合金噴出装置２
から噴出させる。噴出した溶融合金流９は、前述の冷却
液体噴出ノズル１から噴出された冷却液の噴流８によっ
て急速に冷却固化され、ＭＩ素子線条３となる。得られ
たＭＩ素子線条３は、巻き取り機４によって巻き取られ
る。

【００２２】遠心法は、図３に示すように、原料の合金
組成物をルツボ２１の送入口３１からアルゴンガスによ
り送入し、これを加熱炉２５で加熱溶融する。この間、
図示しない駆動モーターにより回転ドラム２６を所定の
回転速度に回転しておく。次いで冷却液Ｌを冷却液供給
管３０から回転ドラム２６の内側に供給し、遠心力によ
り冷却液層２８を形成する。次にルツボ２１の先端ノズ
ル２２を下降して冷却液層２８の液面に接近させると共
にルツボ２１内を加圧し、溶融組成物２４を冷却液層２
８の液面に向かって噴出させる。ルツボ２１の内部に
は、原料の酸化を防ぐため、絶えず不活性ガスを送入
し、不活性雰囲気に保つ。冷却液層２８の液面に向かっ
て噴出された合金は冷却固化されＭＩ素子線条３３とな
り、噴出方向と回転ドラム２６の回転方向および遠心力
の合力により冷却液層２８の中を進み、回転ドラム２６
の内壁に沿って順次巻き重ねられる。紡糸終了後に管３
０の先端を冷却液層２８中に挿入し、冷却液を吸引排出
する。その後、回転ドラム２６を停止し、回転ドラム２
６の内壁に集積したＭＩ素子線条３３を取りだす。

【００２３】本発明のＭＩ素子を形成するＦｅ基金属ガ
ラス合金が高い非晶質形成能を有する理由については、
この理論によって本発明が限定されるものではないが次
のように考えられる。すなわち、この組成物は大きな原
子直径差と負の混合熱を有する元素群で構成されている
ので、液態において高い無秩序充填構造を有しており、
この結果、固／液界面エネルギーが高くなり、液相から
の結晶核の生成が抑制されると共に、結晶相の生成に必
要な原子の長距離拡散移行が、前記の無秩序充填構造の
形成に伴い困難になることの相乗効果によると考えられ
る。

【００２４】本発明のＭＩ素子は軟磁性であって、一般
のＭＩ素子と同様に金属ガラス合金成形物の長さ方向の
磁界変化に感応する。従ってこの金属ガラス合金を用い
て磁気センサヘッドのコイルを作成すると、このコイル
は通電電流で円周方向に励磁され、ヘッドの長さ方向の
磁界による反磁界は非常に小さい。このため、従来のフ
ラックスゲートセンサなど高感度磁束検出型の磁気セン
サに比べ、ヘッド長を大幅に短縮することができ、しか
も数十〜１００％／Oeのインピーダンス変化率と、１０
^-6Oeの高い分解能と、数ＭＨｚの遮断周波数とを持つ、
高感度でかつ極小寸法の磁気センサヘッドを構成するこ
とができる。例えばヘッド長が１ｍｍ以下の極小寸法で
あっても磁界検出感度は劣化せず、１Ｈｚ以上の交流磁
界に対する最小検出磁界は１０^-6に達する。従って、例
えば直径１９ｍｍ、１０００極（着磁間隔約６０μｍ）
のロータリーエンコーダ用リング磁石の表面磁界（表面
から約２ｍｍの位置で約０．１Oeとなる）を１ｍｍ以上
離れた位置で明確に検出できるようになる。また地磁気
（約０．３Oe）の検出も容易である。

【００２５】本発明のＭＩ素子を用いた磁気センサヘッ
ドは、応答の速い磁化の回転による磁束変化を利用する
ことになるので高速応答性である。すなわち、コイルの
通過電流を高周波にすると、表皮効果によってインピー
ダンスが外部磁界に依存して鋭敏に変化し高感度化する
と共に、磁壁の移動が強い過電流制動により抑制され、
磁化ベクトルの回転のみによって円周磁束が発生するの
で高速応答性となる。本発明のＭＩ素子を用いてコルピ
ッツ発振回路などの自己発振回路を構成し、振幅変調方
式のセンサを形成すると、その遮断周波数は発振周波数
の１／１０程度であり、数十ＭＨｚの発振周波数では直
流磁界から数ＭＨｚの高周波磁界まで、分解能が約１０
^-6Oeの高感度で安定に検出できるようになる。これは、
従来の高感度センサであるフラックスゲートセンサなど
と比較しても応答速度が１０００倍に達する高速応答で
ある。磁気ヘッドの高速応答性は、磁気記録媒体などの
磁気情報の検出に際しては必須の要件であり、例えば直
径１９ｍｍの２０００極着磁のリング磁石を３６００ｒ
ｐｍで回転させるとき、１２０ｋＨｚの基本波を検出し
その数倍の高調波を検出するためにはＭＨｚレベルの遮
断周波数が必要となる。また、ＶＴＲの遮断周波数は現
在は４．７５ＭＨｚであるが、将来は５０ＭＨｚが想定
されている。これらの要求に対しても本発明のＭＩ素子
は通電電流を５００ＭＨｚ以上に設定することにより対
応できるようになる。

【００２６】本発明のＭＩ素子を用いて微弱磁気センサ
を構成する際には、高周波電流を使用するので回路の浮
遊インピーダンスなどで感度が不安定にならないように
配慮する必要がある。この問題の一つの解決策として、
本発明のＭＩ素子を用いたヘッド（以下「ＭＩヘッド」
と記す）と高周波電源とを一体化した自己発振方式の磁
界検知回路を採用することが好ましい。この自己発振回
路を有する磁界検知回路の一例を図４に示す。

【００２７】図４の回路図において、ブロックＡ，Ｂお
よびＣはそれぞれ、高周波電源部、外部磁界（Ｈｅｘ）
検知部および増幅出力部である。ＭＩヘッド（Ｍｉ）は
外部磁界検知部（Ｂ）に挿入されている。高周波電源部
（Ａ）は、高周波交流電流を発生し外部磁界検知部
（Ｂ）に供給するための回路であってその方式は特に限
定されない。ここでは一例として、安定化コルビッツ発
振回路を採用したものを掲げる。自己発振方式ではこの
他に磁気変調を利用した振幅変調（ＡＭ）、周波数変調
（ＦＭ）、または位相変調（ＰＭ）をかけて磁界感知作
動をさせることもできる。外部磁界検知部（Ｂ）はＭＩ
素子（Ｍｉ）と復調回路とからなり、高周波電源部
（Ａ）から供給された高周波交流電流により待機状態と
されたＭＩ素子が外部磁界（Ｈｅｘ）に感応して発生し
たインピーダンス変化を、復調回路により復調し、増幅
出力部（Ｃ）に伝送する。増幅出力部（Ｃ）は差動増幅
回路と出力端子とを有する。この磁気センサ回路は、図
示しないが負帰還ループ回路が設けてあり、強い負帰還
をかけることによって高精度・高感度・高速応答・高安
定の微弱磁気センサ回路が形成される。

【００２８】本発明のＭＩ素子は、図１に示したよう
に、外部磁界の極性に係わらず同様のパラメータ変化を
示す。従って、リニア磁界センサを構成する場合には直
流磁界バイアスを印加する必要がある。本発明のＭＩ素
子は微弱磁界における直線性が高いため、バイアス磁界
も軽微でよく、実際的には、ＭＩヘッドにコイルを１０
〜２０回巻いて数ｍＡの直流を印加する方法が適当であ
る。

【００２９】また、前記のＭＩヘッドにおいては、ＭＩ
素子線条にひねり応力を与えることによりヘリカル磁気
異方性を持たせ、直流バイアスを持つ交流電流で励磁す
ると、外部磁界（Ｈｅｘ）に対して非対称の磁気インピ
ーダンス効果が得られ、２本のＭＩ素子線条の差電圧で
リニア磁界センサを構成することもできる。この方法
は、電流センサのように長いヘッドを使用する際には有
利な方法となる。

【００３０】以上説明した本発明のＭＩ素子は、上記の
特性を有することにより、微弱磁界センサ、高速応答電
流センサ、微弱磁気方位センサ、フラックスゲートセン
サ、電磁波検出器、ポテンシオメータ、ロータリーエン
コーダヘッド、電子コンパス、磁気ヘッド、タブレッ
ト、磁気探傷ヘッド、磁気カード・磁気切符ヘッド、磁
気近接スイッチ、磁気フラッシュメモリ、磁気ニューロ
ン、アンテナコア、医療用磁性流体モニターなどに適用
することができる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
する。（実施例１）ＭＩ素子の製造：Ｆｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｆｅ-Ｃ合金、Ｆ
ｅ-Ｐ合金およびＢのそれぞれ所定量を秤量混合し、減
圧Ａｒ雰囲気下においてこれらの原料を高周波誘導加熱
炉で溶融し、原子組成比がＦｅ₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₆Ｂ₄
となる組成物のインゴットを製造した。このインゴット
をルツボ内に入れて溶融し、ルツボのノズルから回転し
ているロールに溶湯を吹き出して急冷する単ロール法に
よって、減圧Ａｒ雰囲気下で厚さ２０μｍの急冷リボン
を得た。このリボンから、長さ３１ｍｍ、幅０．１ｍｍ
〜０．２ｍｍの試料を切り出し、実施例１のＭＩ素子と
した。

【００３２】ＭＩ素子の測定：実施例１のＭＩ素子を図
４に示す磁界検知回路に挿入し、３ＭＨｚの交流電流を
印加した状態で、試料の長さ方向に外部磁界Ｈexを印加
し、外部磁界Ｈex（Oe）と発生した出力電圧（ｍＶ）と
の関係をプロットした。外部磁界Ｈexは、０Oeからスタ
ートし、５Oe、０Oe、−５Oe、０Oeと連続的に往復変化
させた。増幅倍率は１０倍に設定した。測定結果を図５
に示す。この結果から実施例１のＭＩ素子は、−２Oe〜
＋２Oe程度の微弱磁界帯域においても高感度でかつ良好
な定量性を示すことがわかる。

【００３３】（実施例２）ＭＩ素子の製造：Ｆｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｆｅ-Ｃ合金、Ｆ
ｅ-Ｐ合金、ＢおよびＳｉのそれぞれ所定量を秤量混合
し、減圧Ａｒ雰囲気下においてこれらの原料を高周波誘
導加熱炉で溶融し、原子組成比がＦｅ₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₀
Ｃ₆Ｂ₄Ｓｉ₁となる組成物のインゴットを製造した。こ
のインゴットから実施例１と同様に処理して、長さ３１
ｍｍ、幅０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、厚さ２０μｍの実施
例２のＭＩ素子を得た。

【００３４】ＭＩ素子の測定：実施例１の場合と同様に
実施例２のＭＩ素子を図４に示す磁界検知回路に挿入
し、３ＭＨｚの交流電流を印加した状態で、試料の長さ
方向に外部磁界Ｈexを印加し、外部磁界Ｈex（Oe）と発
生した出力電圧（ｍＶ）との関係をプロットした。外部
磁界Ｈexは、０Oeからスタートし、５Oe、０Oe、−５O
e、０Oeと連続的に往復変化させた。増幅倍率は１０倍
に設定した。測定結果を図６に示す。この結果から実施
例２のＭＩ素子は、−２Oe〜＋２Oe程度の微弱磁界帯域
においても高感度でかつ良好な定量性を示すことがわか
る。

【００３５】（実施例３）Ｆｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ系金属ガラス合金：Ｆｅ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｆｅ-Ｃ合金、Ｆｅ-Ｐ合金およびＢのそれぞ
れ所定量を秤量混合し、減圧Ａｒ雰囲気下においてこれ
らの原料を高周波誘導加熱炉で溶融し、原子組成比がＦ
ｅ₇₃Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₅Ｂ₄となる組成物のインゴットを
製造した。このインゴットをルツボ内に入れて溶融し、
単ロール法によって、減圧Ａｒ雰囲気下で急冷リボンを
得た。製造時のノズル径と、ノズル先端とロール表面と
の距離（ギャップ）と、ロールの回転数と、射出圧力
と、雰囲気圧力とを以下の表１のように設定し、厚さ３
５μｍ〜２２９μｍのリボン状Ｆｅ基金属ガラス合金試
料を得た。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１に示した各金属ガラス合金試料のＸ線
回折パターンを図７に示す。図７に示すＸ線回折パター
ンは、板厚３５μｍ〜１３５μｍの試料でいずれもハロ
ーなパターンとなっており、非晶質単相組織となってい
ることがわかる。これに対し、板厚１５１μｍと１８０
μｍの試料では、２θ＝５０゜付近にのみピークが観察
される。このピークは、Ｆｅ₂Ｂに帰属するピークであ
ると考えられる。更に、２２９μｍの板厚の試料では先
のピーク以外にもＦｅ₃Ｂに帰属するピークが観察され
るようになり、更に別の化合物が生成しているものと思
われる。以上の結果から、Ｆｅ₇₃Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₁Ｃ₅Ｂ₄
の組成物から単ロール法によって、３５〜１３５μｍま
での範囲の板厚の金属ガラス合金リボンを製造し得るこ
とがわかる。

【００３８】図８と図９は、表１に示す各金属ガラス合
金試料のＤＳＣ（示差走査熱量測定）曲線を示す。これ
らの図から、結晶化温度Ｔｘ以下にΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ
で示される過冷却液体域が広い温度幅で存在し、この系
の組成物が高い非晶質形成能を有していることがわか
る。また、これらの図から、２２９μｍの板厚の試料で
あっても非晶質相を有していることが明らかになった。
図１０は、図８と図９に示す各金属ガラス合金試料のＤ
ＳＣ曲線から求めたＴｘ、Ｔｇ、ΔＴｘの板厚依存性に
ついて示したものである。図１０に示す結果から、Ｔｘ
の値は板厚に依存して変化する傾向は見られず、約５０
６℃で一定であった。Ｔｇについては、２２９μｍ厚
の試料において若干上昇している以外はほぼ一定値（Ｔ
ｇ＝４５８ ℃）を示している。Ｔｘ、Ｔｇから求めた
ΔＴｘについては、Ｔｇが上昇した２２９μｍ厚の試料
以外は、ほぼ一定値（ΔＴｘ＝４７Ｋ）を示した。何れ
の試料も、ΔＴｘが３５Ｋ以上という本発明の限定条件
を充たしている。

【００３９】（実施例４）Ｆｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ系金属ガラス合金：次に、Ｆ
ｅ_70+XＡｌ₅Ｇａ₂（Ｐ₅₅Ｃ₂₅Ｂ₂₀）_23-X（ただし括弧内
数値はＰ＋Ｃ＋Ｂを１００としたときの原子％）の組成
範囲でＦｅ濃度を種々に変化させ、実施例１と同様にし
てリボン状金属ガラス合金試料を製造し、これらのＦｅ
-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ系金属ガラス合金試料についてそ
の構造および特性を調べた。試料の板厚は３０μｍ一定
とした。各金属ガラス合金試料のＸ線回折パターンを図
１１に示す。この図に示されるように、Ｆｅ濃度が７１
〜７５原子％（Ｘ＝１〜５）の試料にあってはいずれも
ハローなパターンとなっており、非晶質単相組織が得ら
れていることがわかる。これに対し、Ｆｅ濃度が７６原
子％（Ｘ＝６）の試料では、ｂｃｃ−Ｆｅと思われるピ
ークが観察され（図中○で示す）、一部に結晶が生成し
ていることが認められる。

【００４０】各金属ガラス合金試料のＤＳＣ曲線（図示
略）から求めたＴｘ、ＴｇのＦｅ濃度依存性を図１２に
示す。図１２において、Ｆｅ濃度が７０原子％〜７５原
子％（Ｘ＝０〜５）の範囲では、Ｔｘの値がＦｅ濃度の
増加に伴って減少している。また、Ｔｇの値は、Ｆｅ濃
度が７０原子％〜７３原子％の範囲でＦｅ濃度の増加に
伴って減少し、これよりもＦｅ濃度が増加すると増加す
る傾向が見られる。しかしこれらのＴｘ、Ｔｇから求め
られるΔＴｘはいずれも３５Ｋ〜７０Ｋとなっているの
で、この組成範囲の金属ガラス合金はいずれも本発明の
限定条件を充たしているといえる。

【００４１】（実施例５）Ｆｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ-Ｓｉ系金属ガラス合金：前記
のＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ系の組成物にＳｉを添加し
てなるＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ-Ｓｉ系のＦｅ基金属ガ
ラス合金のリボン状試料を製造した。原子組成比がＦｅ
₇₂Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₀Ｃ₆Ｂ₄Ｓｉ₁ となる組成物のインゴッ
トを製造し、これをルツボに入れて溶融し、単ロール法
によって減圧Ａｒ雰囲気下で急冷し、リボン状の金属ガ
ラス合金試料を得た。製造時の条件は、ノズル径を０．
４〜０．５ｍｍ、ノズル先端とロール表面との距離（ギ
ャップ）を０．３ｍｍ、ロールの回転数を２００〜２５
００ｒｐｍ、射出圧力を０．３５〜０．４０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、雰囲気圧力を−１０ｃｍＨｇ、ロール表面状態を
＃１０００に設定した。これにより、厚さ２０〜２５０
μｍのリボン状成形物が得られた。以下、得られた試料
の両表面のうち、製造時にロール表面に接した側をロー
ル面側、その反対側を自由面側という。

【００４２】図１３は、上記で得られた各金属ガラス合
金試料のＸ線回折パターンを示すものである。測定はリ
ボン試料の自由面側で行った。この図に示すＸ線回折パ
ターンにより、板厚２０〜１６０μｍの試料にあっては
いずれも、２θ＝４０〜６０゜にハローなパターンを有
しており、非晶質単相組織をなしていることがわかる。
これに対し、板厚１７０μｍ以上の試料では、２θ＝５
０゜付近にのみピークが観察された。このピークは、Ｆ
ｅ₃Ｃ、Ｆｅ₃Ｂのものに帰属するピークであると考えら
れる。以上の結果から、本実施例によれば、単ロール法
により、２０〜１６０μｍまでの範囲の板厚の非晶質単
相組織のリボン状成形物が得られることがわかる。この
実施例の組成では、板厚１３５μｍ程度までは非晶質単
相組織が得られ、板厚１５１μｍになると結晶析出によ
るピークが見られたことから、Ｓｉを添加することによ
って非晶質単相組織が得られる板厚、すなわち臨界板厚
が向上していることがわかる。

【００４３】図１４は、上記で得られた板厚２２〜２２
０μｍの各リボン状成形物試料のＤＳＣ（示差走査熱量
測定）曲線を示すものである。昇温速度は０．６７Ｋ／
秒とした。この図から、試料は結晶化温度以下の広い温
度幅で過冷却液体域が存在し、この系の組成物が高い非
晶質形成能を有していることがわかる。

【００４４】図１５は、実施例５の試料、およびＳｉを
添加しない以外は実施例５と同様の金属ガラス合金試料
について、ＤＳＣ曲線から求められるＴｘ、Ｔｇ、およ
びΔＴｘの板厚依存性を調べた結果を示す。図１５にお
いて、△、●、▽はそれぞれ、Ｔｘ、Ｔｇ、ΔＴｘを示
している。この図から、いずれの試料においても、Ｔ
ｘ、Ｔｇ、およびΔＴｘが板厚に依存して変化する傾向
は見られなかった。また、Ｓｉを含有する試料の△Ｔｘ
は約５１Ｋであり、Ｓｉを含有しない試料の△Ｔｘ（約
４７Ｋ）と比べて、４Ｋ程度向上していることが認めら
れる。本実施例におけるＳｉを含む試料も、Ｓｉを含ま
ない試料も、共に本発明に含まれるものであることはい
うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】本発明のＭＩ素子は、ΔＴｘが３５Ｋ以
上であるＦｅ基金属ガラス合金からなり、交流電流を印
加するとき、インピーダンスが外部磁界に依存して変化
するものであるので、製造に際しては、徐冷による成形
が可能で比較的肉厚のリボンまたは線条のＭＩ素子を容
易に得ることができ、しかも得られたＭＩ素子は、微弱
な外部磁界に感応して高感度で応答性のよいインピーダ
ンス変化を示し、また正負磁界に対するインピーダンス
変化の対称性が良好でありかつ微弱磁界域での定量性が
良好である。従って本発明のＭＩ素子は、磁界検知素子
として微弱磁界センサ、高速応答電流センサ、微弱磁気
方位センサ、フラックスゲートセンサ、電磁波検出器、
ポテンシオメータ、ロータリーエンコーダヘッド、電子
コンパス、磁気ヘッド、タブレット、磁気探傷ヘッド、
磁気カード・磁気切符ヘッド、磁気近接スイッチ、磁気
フラッシュメモリ、磁気ニューロン、アンテナコア、医
療用磁性流体モニターなどに有利に適用することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＩ素子の一例における磁界感応性
を示すグラフ。

【図２】本発明のＭＩ素子の一製造法を示す工程図。

【図３】本発明のＭＩ素子の他の一製造法を示す工程
図。

【図４】本発明のＭＩ素子を用いた一検知装置を示す
回路図。

【図５】本発明のＭＩ素子の一例における磁界感応性
を示すグラフ。

【図６】本発明のＭＩ素子の他の一例における磁界感
応性を示すグラフ。

【図７】本発明のＭＩ素子の一例におけるＸ線回折チ
ャート。

【図８】本発明のＭＩ素子の一例におけるＤＳＣチャ
ート。

【図９】本発明のＭＩ素子の一例におけるＤＳＣチャ
ート。

【図１０】本発明のＭＩ素子の一例におけるＴｘ、Ｔ
ｇ、ΔＴｘの板厚依存性を示すグラフ。

【図１１】本発明のＭＩ素子の他の一例におけるＸ線
回折チャート。

【図１２】本発明のＭＩ素子の一例におけるＴｘ、Ｔ
ｇのＦｅ濃度依存性を示すグラフ。

【図１３】本発明のＭＩ素子の更に他の一例における
Ｘ線回折チャート。

【図１４】本発明のＭＩ素子の一例におけるＤＳＣチ
ャート。

【図１５】本発明のＭＩ素子の一例におけるＴｘ、Ｔ
ｇ、ΔＴｘの板厚依存性を示すグラフ。

【図１６】一般的な磁気インピーダンス特性の測定回
路図。

【図１７】従来のＭＩ素子の一例における磁界感応性
を示すグラフ。

【符号の説明】

１…冷却液体噴出ノズル、２…溶融合金噴出装置、３…ＭＩ素子線条、８…冷却液の噴流、９…溶融合金流、１０…液体加圧タンク、１２…合金組成物、２１…ルツボ、２５…加熱炉、２６…回転ドラム、２８…冷却液層、２４…溶融組成物、３３…ＭＩ素子線条。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧野彰宏東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者井上明久宮城県仙台市青葉区川内元支倉35番地川内住宅11−806

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅを主成分とし、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ
（式中、Ｔｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス転移温度
を示す）の式で表される過冷却液体領域の温度幅ΔＴｘ
が３５Ｋ以上であるＦｅ基金属ガラス合金からなり、交
流電流を印加するとき、インピーダンスが外部磁界に依
存して変化するものであることを特徴とする磁気インピ
ーダンス効果素子。
【請求項２】前記のＦｅ基金属ガラス合金が、Ｆｅ以
外の他の金属元素と半金属元素とを含有することを特徴
とする請求項１に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項３】Ｆｅ以外の他の金属元素が、周期律表３
Ｂ族および４Ｂ族の群から選ばれた１種以上であること
を特徴とする請求項２に記載の磁気インピーダンス効果
素子。
【請求項４】Ｆｅ以外の他の金属元素が、Ａｌ、Ｇ
ａ、ＩｎおよびＳｎの群から選ばれた１種以上であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の磁気インピーダンス効
果素子。
【請求項５】半金属元素が、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｇｅおよび
Ｓｉの群から選ばれた１種以上であることを特徴とする
請求項２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項６】半金属元素が、少なくともＰ、Ｃおよび
Ｂの３種を含む群からなることを特徴とする請求項２に
記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項７】前記のＦｅ基金属ガラス合金の組成が、
それぞれ原子％でＡｌ；１〜１０の範囲内Ｇａ；０．５〜４の範囲内Ｐ；９〜１５の範囲内Ｃ；５〜７の範囲内Ｂ；２〜１０の範囲内Ｓｉ；０〜１５の範囲内Ｆｅ；残部であることを特徴とする請求項１に記載の磁気インピー
ダンス効果素子。
【請求項８】Ｇｅを４原子％以下の範囲内で含有する
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の
磁気インピーダンス効果素子。
【請求項９】Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒおよ
びＣｒの群から選ばれた１種以上を７原子％以下の範囲
内で含有することを特徴とする請求項１〜請求項８の何
れかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１０】ＮｉおよびＣｏの群から選ばれた１種
以上を１０原子％以下の範囲内で含有することを特徴と
する請求項１〜請求項９の何れかに記載の磁気インピー
ダンス効果素子。
【請求項１１】前記Ｆｅ基金属ガラス合金が、３００
℃〜５００℃の範囲内の熱処理を施されたものであるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れかに記載の
磁気インピーダンス効果素子。