本発明は磁気センサや磁気ヘッド等の磁気デバイスを電磁環境における磁界から遮閉するための磁気シールド材に関する。

電気機器や電子機器では、小型化とその機能の高性能化に伴い、これらの機器の内部には電磁現象による様々な方向及び強さの電磁界が輻輳している。 このような電磁環境は、これらの機器内に設けられる、微弱な磁界を検出するための磁気センサや磁気ヘッドなど、磁性材料で構成された磁気デバイスに様々な影響を与える。 特に磁気インピーダンス素子などの磁気センサは、電磁環境内の微弱な特定の磁界を検出するための磁気デバイスであるため、微弱な磁界にも反応するように構成されており、微弱な外部磁界によって生じる磁束を検出して電気信号として出力することができる。 このように磁気センサに電磁環境から与えられる磁界は、磁気センサの検出出力の電気信号にノイズを生じさせて検出値のＳ／Ｎ比を悪化させるとともに誤差を生じさせる。 また特に強い磁界は磁気センサの検出値に誤差を生じさせるだけではなく、磁気センサの動作及び磁気センサそのものに障害を与えるおそれがある。 複雑な電磁環境を有する電子機器内に設置される磁気デバイスを、その電磁環境から保護して磁気による障害を防ぐために、磁気デバイスを磁気シールド材によって囲み、磁気デバイスに侵入する磁界を遮断する磁気シールド法が知られている。 磁気シールド法では、磁気デバイスを高透磁率を有する磁気シールド材で囲み、電磁環境により磁気デバイスに侵入する磁界を磁気シールド材に導き内部への侵入する磁界を遮断または減少させている。 高透磁率を有する磁気シールド材としては、ニッケルと鉄との合金であるパーマロイ（ＮｉＦｅ）、アモルファス磁性薄板等が知られている。 特に高い透磁率を有する磁気シールド材としては、主要材料としてのＮｉ及びＦｅに少量のマンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）及び銅（Ｃｕ）を添加した、透磁率が２０万を超える高透磁率磁性材料が特許文献１に示されている。 この高透磁率磁性材料を用いた磁気ヘッド用のシールドケース内に磁気ヘッドを収納した例では良好なシールド効果が得られるとされている。

磁気シールド材の他の例として、一方向に磁化容易軸を有する複数の方向性電磁鋼板を、磁化容易軸を互いに直交させて積層した積層電磁鋼板が特許文献２に示されている。 この積層電磁鋼板は、鉄にシリコン（Ｓｉ）を添加した厚さ２ｍｍ以下の方向性電磁鋼板を積層して構成されており、相当の強磁界から地磁気程度の弱い直流磁界に対しても良好なシールド効果が得られるとされている。

図６の（ａ）及び（ｂ）は、一定の方向に磁化容易軸をもつ磁性材を磁界中においたときの、磁界の強さと透磁率との関係を示すグラフである。 磁性材は平板状であり、平板の面に沿う所定の方向Ｍに磁化容易軸を持っている。 この磁性材を前記の方向Ｍの磁界中におき、磁界の強さを変えると、図６の（ａ）に示すように透磁率が変化する。 図６（ａ）及び（ｂ）の横軸の「＋」、「−」は磁界の互に逆の方向を示す。 磁界の強さが零又はその近傍では、透磁率は零又はそれに近い小さな値となる。 磁界の強さが「＋」または「−」の方向で零より大きくなると透磁率は増大し最大値μ１に達する。 磁界の強さが「＋」又は「−」の方向で更に大きくなると、透磁率は減少し最終的には零になる。
磁界の方向が、前記平板の面に沿う方向で方向Ｍに対して直角の方向（磁気困難軸）のとき、図６の（ｂ）に示すように、磁界の強さが「＋Ｒ」と「−Ｒ」の範囲では、透磁率は最大値μ１となる。 磁界の強さが「＋Ｒ」より大きい範囲及び「−Ｒ」より大きい範囲では透磁率は減少し最終的には零になる。 以上の磁気特性から次のことが判る。 外部磁界の方向が前記の方向Ｍのときは、強さが零又は零に近い磁界は磁性材を通過する。 磁界の強さが、「＋」又は「−」方向で大きくなるに従い、透磁率が増加して磁界は磁性材を通り難くなる。 一方外部磁界の方向が方向Ｍに直角であるときは、強さが＋Ｒより小さく−Ｒより大きい範囲の磁界は磁性材を透過しない。 そのため、この磁性材で磁気シールドケースを作り内部に磁気センサを入れた場合、磁気センサは外部磁界を検出することができない。

特開平１１−３５４３１３号公報

特開平８−２６４３５１号公報

前記の特許文献１及び２に示されている透磁率の高い磁気シールド材を用いて磁気センサや磁気ヘッド等の磁気デバイスに十分な磁気シールドを施すためには、磁気デバイスの周囲をすべて磁気シールド材で囲む必要がある。 しかしながら磁気デバイスの周囲をすべて高透磁率の磁気シールド材で囲ったのでは、磁気デバイスで検出すべき磁界（被検出磁界）の磁束も磁気デバイスに到達できないので、被検出磁界を検出することができないことになる。 被検出磁界の磁束が磁気デバイスに到達できるようにするためには、磁気シールド材の一部に開口を設ける必要がある。 この開口からは、被検出磁界の磁束とともに、電磁環境による望まない磁束も侵入するので、被検出磁界の検出出力のＳＮ比を悪化させる。 特に強い電磁環境による磁界が生じるとき、磁気デバイス及びそれにつながる電子回路に障害を与えるおそれがある。

本発明は、磁気センサや磁気ヘッドなど、外部磁界を検出するための磁気デバイスの周囲をすべて磁気シールド材で覆っても、外部磁界の強さが所定値以下のときは所望の外部磁界を検出することができる磁気シールド材を提供することを目的とする。

本発明の磁気シールド材は、強磁性材料の層と反強磁性材料の層とを、それぞれの磁気異方性を示す方向が所定の角度で交差するように、非磁性材の層を介在させて積層している。

本発明の磁気シールド材は、非磁性基材の面上に、前記基材の面に沿う所定の方向に磁気異方性をもつように形成された第１の強磁性膜、前記第１の強磁性膜の上に、前記第１の強磁性膜の磁気異方性の方向に対して所定の角度異なる方向に磁気異方性をもつように形成された第１の反強磁性膜、第１の反強磁性膜の上に、前記第１の強磁性膜と同じ方向に磁気異方性をもつように形成された第２の強磁性膜、及び前記第２の強磁性膜の上に、磁気異方性の方向が、前記第１の反強磁性膜の磁気異方性の方向に対して１８０度異なるように形成された第２の反強磁性膜を有する。

本発明の他の観点の磁気シールド材は、非磁性基材の面上に、前記基材の面に沿う所定の方向に磁気異方性をもつように形成された第１の強磁性膜、前記第１の強磁性膜の上に、前記第１の強磁性膜の磁気異方性の方向に対して所定の角度異なる方向に磁気異方性をもつように形成された第１の反強磁性膜、第１の反強磁性膜の上に、前記第１の強磁性膜と同じ方向に磁気異方性をもつように形成された第２の強磁性膜、及び前記第２の強磁性膜の上に、磁気異方性の方向が、前記第１の反強磁性膜の磁気異方性の方向に対して１８０度異なるように形成された第２の反強磁性膜を有する積層体を、非磁性膜を介在させて複数積層したことを特徴とする。

本発明の磁気シールド材では、磁気シールド材に加えられる磁気の強さによって、前記磁気シールド材の透磁率が変化する。 磁気シールド材に加えられる磁界の強さが所定値（以下、臨界磁界強度という）以下のときは、磁気シールド材の透磁率は低いので、被検出磁界は磁気シールド材を透過する。 磁界の強さが前記臨界磁界強度を超えると、磁気シールド材の透磁率は急増するので磁界はこの磁気シールド材で遮断される。 本発明の磁気シールド材で磁気デバイスの周囲をすべて覆う磁気シールド容器を構成し、この磁気シールド容器内に磁気デバイスを収納する。

前記臨界磁界強度を、磁気デバイスによって検出すべき被検出磁界の強さより大きな値に設定しておくと、電磁環境による磁界の強さが前記被検出磁界の強さより小さいときは、磁気シールド材の透磁率は低いので、被検出磁界の磁束は磁気シールド容器を透過して磁気デバイスに到達し検出される。

電磁環境による磁界の強さが前記臨界磁界強度を超えると、磁気シールド材の透磁率が急増するので、被検出磁界及び電磁環境による磁界は磁気シールド容器によって遮断され、内部の磁気デバイスに到達しない。 そのため、電磁環境による強い磁界が磁気デバイスに障害を与えるのを避けることができる。

本発明の磁気シールド材の製造方法は、非磁性基材の面上に、前記基板の面に沿う第１の方向の磁界中において第１の強磁性膜を成膜する工程、前記第１の強磁性膜の上に、前記第１の方向と異なる第２の方向の磁界中において、第１の反強磁性膜を成膜する工程、前記第１の反強磁性膜の上に、前記第１の方向の磁界中において、第２の強磁性膜を成膜する工程、及び前記第２の強磁性膜の上に、前記第２の方向に対して１８０度異なる第３の方向の磁界中において、第２の反強磁性膜を成膜する工程を有する。

本発明の製造方法によれば、第１の強磁性膜、第１の反強磁性膜、第２の強磁性膜及び第２の反強磁性膜をそれぞれ異なる方向の磁界中において成膜する。 磁界の方向を変えるという簡単な操作で２種類の膜を成膜することができるので製造コストが安い。

本発明の磁気シールド材によると、外部磁界の強さが臨界磁界強度以下では、磁気シールド材の透磁率が低く外部磁界は磁気シールド材を透過する。 従って外部磁界は磁気シールド材で囲まれた磁気検出部に到達する。 臨界磁界強度を超える強い磁界があるときは、磁気シールド材の透磁率が急増するので、磁気シールド材でシールドされた磁気デバイスには、前記臨界磁界強度を超える強い外部磁界は印加されない。 従って磁気デバイスが前記電磁環境における強い磁界によって障害をうけるおそれはない。

以下、本発明の磁気シールド材及びその製造方法の好適な実施例を図１から図５を参照して説明する。

《第１実施例》
本発明の第１実施例の磁気シールド材及びその製造方法を図１から図２を参照して説明する。
図１の（ａ）は、本発明の第１実施例の磁気シールド材の断面図であり、図１の（ｂ）は前記磁気シールド材の分解斜視図である。
図２は本実施例の磁気シールド材を磁界中に置いたときの、磁界の強さ（横軸）と透磁率（縦軸）との関係を示すグラフである。

図１を参照して本実施例の磁気シールド材の構成を説明する。 図１の（ａ）及び（ｂ）において、非磁性基板４の主面に第１の強磁性膜１を、矢印Ｍａ１で示す方向の磁界中（以下、磁界Ｍａ１という）においてＮｉＦｅのスパッタリングによって成膜する。 強磁性膜１の厚みは５〜１００ｎｍである。 厚みが５ｎｍより薄くなったり、１００ｎｍより厚くなると、磁気特性が大幅に劣化する。 基板４の材料としては、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、非磁性金属、ガラス、非磁性のセラミック等が用いられる。 基板４の厚みは例えば、０．５ｍｍである。 次に強磁性膜１の上に第１の反強磁性膜２を、矢印Ｍａ２で示す方向の磁界中（以下、磁界Ｍａ２という）においてＦｅＭｎ等のスパッタリングにより成膜する。 反強磁性膜２の厚みは０．５〜５０ｎｍである。 反磁性層２の厚みが０．５ｎｍより薄いと強磁性膜との界面での交換力が弱まり、特性が劣化する。 一方、５０ｎｍより厚くなると、強磁性膜間の磁気的な相互作用が弱まり、出力低下の原因となる。 反強磁性膜２の材料としては、前記ＦｅＭｎの他に、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯなどを用いることができる。 磁界Ｍａ２の方向は磁界Ｍａ１の方向に対して９０度異なっている。

反強磁性膜２の上に非磁性膜３を成膜する。 非磁性膜３はＴａのスパッタリングにより形成し、厚みは例えば、２ｎｍである。

非磁性膜３の上に第２の強磁性膜１ａを、矢印Ｍａ３で示す方向の磁界（以下、磁界Ｍａ３という）中においてＮｉＦｅのスパッタリングによって成膜する。 磁界Ｍａ３の方向は前記の磁界Ｍａ１と同じである。 また強磁性膜１ａの厚さは、前記強磁性膜１とほぼ同じである。

強磁性膜１ａの上に第２の反強磁性膜５を、矢印Ｍａ４で示す方向の磁界（以下、磁界Ｍａ４という）中においてＦｅＭｎ等のスパッタリングにより成膜する。 磁界Ｍａ４の方向は、磁界Ｍａ２と逆方向（１８０度）である。 最後に第２の反強磁性膜５の上に絶縁膜３を形成して板状の磁気シールド材が得られる。 磁界Ｍａ１、Ｍａ２、Ｍａ３及びＭａ４の発生手段としては永久磁石又は直流の電磁石を用い、磁界の強さは例えば５００Ｏｅである。 スパッタリング装置には、三元マグネトロンスパッタリング装置を用い、真空中の連続処理でスパッタリング処理を行った。

上記の処理によって強磁性膜１及び１ａ、反強磁性膜２及び５にはそれぞれ異なる方向の磁気異方性が付与される。 強磁性膜１及び１ａは軟磁気特性を示す。

本実施例の磁気シールド材の臨界磁界強度は約１Ｏｅである。 すなわち、本実施例の磁気シールド材は外部磁界の磁界強度が１Ｏｅ以下では透磁率がほとんど零に近い。 磁界強度が１Ｏｅを超えると磁気シールド材の透磁率が急増し、磁気シールド材としての磁気遮閉機能を発生する。

本発明の第１実施例の磁気シールド材の磁気特性について図２の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。 例えば本実施例の磁気シールド材は平板状であり、平板の面に沿う所定の方向Ｍに磁化容易軸をもっている。 磁化困難軸は、平板の面に沿う方向で前記磁化容易軸の方向Ｍに直角の方向にある。

図２の（ａ）は、本実施例の板状の磁気シールド材にその磁化困難軸の方向に外部磁界を加えて測定した、外部磁界の強さと透磁率との関係を示し、同（ｂ）は磁化容易軸の方向に外部磁界を加えたときの外部磁界の強さを透磁率との関係を示す。 図２の（ａ）及び（ｂ）はともに横軸が磁界の強さ（Ｏｅ）を示し、「＋」、「−」は互いに逆方向の外部磁界を示す。 また縦軸はともに透磁率（μ）を示す。

図２の（ａ）において、外部磁界の強さが零から約±０．５Ｏｅの範囲では透磁率は零に近い。 外部磁界の強さが零から約±１Ｏｅの範囲では透磁率は約６００である。 外部磁界の強さが１Ｏｅ（絶対値）を超えて大きくなると、透磁率も増加し、約１０Ｏｅで最大になる。

図２の（ｂ）において、外部磁界の強さが零から約±０．５Ｏｅの範囲にあるとき、透磁率は零に近い。 従って被検出磁界及び外部磁界は磁気シールド材を透過するので、磁気シールド材で囲まれた磁気検出素子には被検出磁界が到達し、これを検出することができる。 外部磁界の強さが零から約±１Ｏｅの範囲では透磁率は約５００である。 透磁率が約５００以下であれば、発明の磁気シールド材を磁界が透過するので被検出磁界を検出することができる。 外部磁界の強さが１Ｏｅ（絶対値）を超えて大きくなると、透磁率はほぼ直線的に増加して約５Ｏｅで最大値に達する。 透磁率が５００を超えると、磁気シールド材を透過する磁界が減少し始める。 外部磁界の強さが５Ｏｅを超えると透磁率は減少し、約１０Ｏｅで零になる。 本実施例の磁気シールド材は±２Ｏｅ以上の外部磁界が加わると、透過する磁界は大幅に減少し、磁気シールドの効果が得られる。

《第２実施例》
本発明の第２実施例の磁気シールド材を図３を参照して説明する。 図において、本実施例の磁気シールド材は非磁性の基板４の主面に第１の磁性体１０を設けている。 第１の磁性体１０は高透磁率を有し、磁性体１０の原材料となる部材を機械加工により延伸したり、又は強い磁界中に置くことによって所定の方向に磁気異方性を付与した磁性薄帯である。 第１の磁性体１０の上に前記第１実施例におけるものと同様の第１の反強磁性膜２が、所定方向の磁界中におけるＦｅＭｎのスパッタリングにより成膜されている。
次に第１の反強磁性膜２の上に非磁性膜３を成膜する。 非磁性膜３はＴａのスパッタリングにより形成されている。
非磁性膜３の上に第２の磁性体１０ａを、その磁気異方性を示す方向が前記第１の磁性体１０の磁気異方性を示す方向と同じになるように設ける。

第２の磁性体１０ａの上に第２の反強磁性膜５を、前記第１の反強磁性膜２の成膜時の磁界の方向とは逆方向の磁界中においてスパッタリングにより成膜する。
第２の反強磁性膜５の上に非磁性膜３を成膜し、更にその上に第１の磁性体１０を設ける。 以後反強磁性膜２、非磁性膜３、第２の磁性体１０ａ、第２の反強磁性膜５及び非磁性膜３を順次前記と同様の工程で重ねて形成する。
本実施例では、第１及び第２の磁性体１０及び１０ａを設けるときスパッタリングではなく既製の磁性薄帯を用いるので、前記第１実施例に比べて加工工程が簡略化されるとともに、加工時間が短縮される。
本実施例の磁気シールド材においても、図４の（ａ）及び（ｂ）に示す特性が得られ、同様の磁気シールド効果が得られる。

《第３実施例》
本発明の第３実施例は、本発明の前記第１及び第２実施例による磁気シールド材を用いて構成した磁気シールドケースに関するものである。 図５は本実施例の磁気シールドケース２０の断面図である。 図において、磁気シールドケース２０は前記第１又は第２実施例の磁気シールド材を用いて形成され、実質的に密閉容器である。 磁気シールドケース２０内には磁気シールドすべき対象物である磁気ヘッドなどの磁気センサ２１が支持体２２により支持されている。

磁気シールドケース２０の外部の磁界の強度が臨界磁界強度以下のときは、磁気センサ２１によって検出されるべき被検出磁界及びそれ以外の電磁環境による磁界は、磁気シールドケース２０の透磁率の低い磁気シールド材を透過して磁気センサ２１により検出される。

外部の磁界の強度が臨界磁界強度を超えると、シールドケース２０の磁気シールド材の透磁率が高くなる。 その結果外部の磁界により磁気シールドケース２０に侵入しようとする磁束は透磁率が高くなった磁気シールド材の中を通る。 そのため磁気シールドケース２０内には侵入しない。 すなわち外部の磁界に磁束は磁気シールドケース２０によって遮断される。 これにより、外部磁界が例えば放電や落雷など極めて大きな場合でも、それらによる磁界の影響が磁気シールドケース２０内の磁気センサ２１に及び、磁気センサ２１及びこれにつながる電子回路に損傷を与えるのを防止することができる。

本発明は、様々な方向及び強さの磁界が輻輳している電磁環境において用いる磁気センサなどのシールド材として利用可能である。

（ａ）は本発明の第１実施例の磁気シールド材の断面図、（ｂ）は同分解斜視図

（ａ）は本発明の第１実施例の磁気シールド材に、その磁化困難軸の方向に外部磁界を加えたときの磁界の強さと透磁率の関係を示すグラフ、（ｂ）は同磁化容易軸の方向に外部磁界を加えたときのグラフ

本発明の第２実施例の磁気シールド材の断面図

（ａ）は本発明の第２実施例の磁気シールド材に、その磁化容易軸の方向に外部磁界を加えたときの磁界の強さと透磁率の関係を示すグラフ、（ｂ）は同磁化困難軸の方向に外部磁界を加えたときのグラフ

本発明の第１又は第２実施例の磁気シールドコアで製作した、第３実施例としての磁気シールドケースの断面図

（ａ）及び（ｂ）は、従来の磁気シールド材の、磁界と透磁率の関係を示すグラフ

符号の説明

１、１ａ 強磁性膜 ２、５ 反強磁性膜 ３ 非磁性膜 ４ 基板 １０、１０ａ 磁性体 ２０ 磁気シールドケース ２１ 磁気センサ ２２ 支持体