JP2000230969A - 磁気マッピングセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面及び曲面の磁界分布を同時に検出するこ
とができる磁気マッピングセンサを提供する。 【解決手段】 基板上に磁気検出素子を格子状に複数配
設して配線した磁気マッピングセンサにおいて、非磁性
及び非導電性を有する可撓性の基板２に格子状に磁気検
出素子３を配設した構成としたものである。これにより
対象物の曲面の磁界を測定する際に、その曲面に沿って
各磁気検出素子３を密着させて配置することができ、各
地点の磁界分布をリアルタイムで測定することが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲面をなす被測定
対象における複数の測定点の磁界を同時に検出すること
ができる磁気マッピングセンサ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界の様々な分野において、磁
気計測の重要性が急速に高まってきている。例えば、磁
性材料に着磁を行いマグネット等を製造する分野におい
ては、各機器の小型化や高性能化に伴い、より精密で任
意性の高い着磁状態の制御が求められている。また、被
検査対象物をそのままの状態で検査する非破壊検査の分
野においては、主に鉄鋼材料の表面探傷法として、古く
から採用されている磁粉探傷法が、自動化、無人化が容
易な漏洩磁束探傷法に置き換えられようとしている。

【０００３】更に、電気・電子機器の普及の拡大、多様
化に伴い、それらが授受干渉し合う電磁波ノイズによる
弊害が問題となってきている。このため、各製品におけ
る電界及び磁界分布状況を使用環境、駆動条件を想定
し、詳細に把握することが要求されている。電磁波ノイ
ズ対策は、ＥＭＣ（電磁環境適合性、或いは電磁波干
渉）と称され、テレビ、携帯電話器、複写機、工具、工
作機械等の全ての電気・電子機器から電磁波ノイズを出
さないエミッション（電磁エネルギ放射現象）対策と、
他の電気・電子機器から放射された電磁波ノイズを受け
ても誤動作しないイミュニティ（電磁エネルギ感受現
象）対策の両方を考慮する必要がある。

【０００４】磁気測定装置は、磁界を検出するホールセ
ンサ等の磁気検出素子と、この磁気検出素子から出力さ
れる電気信号を増幅する増幅回路と、増幅された信号に
より検出した磁界の大きさ（強さ）を表示する表示回路
等により構成されており、磁界を測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、磁界
分布をリアルタイムで測定することが要求されてきてお
り、このような測定センサとして磁気マッピングセンサ
と称される磁気センサがある。この磁気マッピングセン
サは、基板に磁気検出素子を格子状に多数配設し、各測
定点における磁界を同時に測定するものである。

【０００６】しかしながら、上記従来の磁気マッピング
センサは、平面における磁界分布を測定するものであ
り、一方、被測定物には単純な平面状のものだけではな
く、円柱の側面等の曲面を含むものが多数存在し、この
ような曲面における磁界分布を測定することは不可能で
ある。従って、円柱形状をなす被測定物側面の磁界分布
を測定する場合には、磁気マッピングセンサに対して被
測定物を回転させるか、又は、被測定物の回りに磁気マ
ッピングセンサを回転させる必要があり、何れの場合に
もターンテーブルや回転駆動機構等を必要とし、測定装
置が大がかりとなり、非常に高価となる。このため、曲
面を含む被測定対象物の複数の各地点における磁界分布
を同時に測定することができる磁気マッピングセンサが
要望されている。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、平面及び曲面の磁界分布を同時に検出することがで
きる磁気マッピングセンサ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、基板上に磁気検出素子を格子状
に複数配設して配線した磁気マッピングセンサにおい
て、前記基板を非磁性及び非導電性を有する可撓性部材
により形成したことを特徴とする。非磁性及び非導電性
を有する可撓性の基板に格子状に磁気検出素子を配設し
たことで、被測定対象物の曲面の磁界を測定する際に、
その曲面に沿って各磁気検出素子を密着させて配置する
ことができる。これにより、曲面における各地点の磁界
分布をリアルタイムで測定することが可能となる。

【０００９】請求項２の発明では、基板上に磁気検出素
子を格子状に複数配設して配線する磁気マッピングセン
サの製造方法において、非磁性及び非導電性の可撓性を
有する基板上に磁気検出素子を格子状に複数配設して配
線することを特徴とする。請求項３の発明では、請求項
２に係わる磁気マッピングセンサの製造方法において、
可撓性を有する基板上に印刷法により配線を施し、ハン
ダ付けにより前記各磁気検出素子を接続することを特徴
とする。

【００１０】請求項４の発明では、請求項２に係わる磁
気マッピングセンサの製造方法において、可撓性を有す
る基板上に非可撓性の基板を格子状に複数配設し、これ
らの各基板上に磁気検出素子を作製して配線することを
特徴とする。請求項５の発明では、半導体母材と電磁変
換半導体と電極から成る磁気検出素子を基板上に格子状
に配設して配線する磁気マッピングセンサの製造方法に
おいて、半導体母材板に格子状に電磁変換半導体を複数
作製し、これらに直接電極及び配線を作製し、前記半導
体母材板を任意の大きさに切断することを特徴とする。

【００１１】請求項６の発明では、請求項５に係わる磁
気マッピングセンサの製造方法において、格子状に電磁
変換素子を複数作製した半導体母材板を、列状又は格子
状に切断して磁気検出素子群を形成し、可撓性を有する
基板上に配設することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明に係
る磁気マッピングセンサと、その周辺機器の概略構成を
示す図である。磁気マッピングセンサ１は、可撓性を有
し、且つ非磁性及び非導電性を有する例えば、ポリイミ
ドフィルム、或いはポリエチレンテレフタレートのシー
ト等の部材により形成されたフレキシブルな基板２上
に、磁気検出素子としてのモールドタイプのホール素子
３が格子状に多数配設されている。各ホール素子３は、
入力側の電極４、４’が夫々入力側の導線６、６’に接
続され、出力側の電極５、５’が夫々出力側の導線７、
７’に夫々接続されている。これらの導線６、６’及び
７、７’は、基板２の上面に印刷法等により形成されて
いる。このようにして磁気マッピングセンサ１が形成さ
れている。

【００１３】磁気マッピングセンサ１は、基板２がフレ
キシブルとされていることで、被測定物が円柱形状の側
面の曲面、或るいは三次元的に湾曲する曲面を有する場
合でも、その曲面に沿って各ホール素子３を密着配置す
ることが可能となる。従って、磁気マッピングセンサ１
は、被測定物の曲面の複数の測定個所（測定点）の各箇
所における磁界分布を同時に、簡単、且つ正確に測定す
ることが可能である。

【００１４】この磁気マッピングセンサ１の各ホール素
子３の入力側の導線６、６’は、磁気測定装置１０の励
磁電源１１に接続され、出力側の導線７、７’は、Ｉ／
Ｏユニット１２を介してコンピュータ１３に接続され
る。ホール素子３は、入力側の電極（入力端子）４、
４’間に電流を流すと、その地点における磁界の大きさ
（強さ）に比例した大きさの電圧が、出力側の電極（出
力端子）５、５’間に発生する。各ホール素子３の出力
信号は、Ｉ／Ｏユニット１２を通してコンピュータ１３
に送信され、解析されてリアルタイムに磁界分布を表示
部（図示せず）に表示する。これにより、リアルタイム
で磁界分布状況を観測することができる。

【００１５】前述したように磁気マッピングセンサ１
は、基板２がフレキシブルとされていることで、被測定
物が円柱形状の側面の曲面、或るいは三次元的に湾曲す
る曲面を有する場合でも、その曲面に沿って各ホール素
子２を密着配置することができるために、被測定物の曲
面の複数の測定個所における磁界分布を同時に、簡単、
且つ正確に測定することができる。

【００１６】尚、上記実施例においては磁気検出素子と
してホール素子を使用したが、これに限るものではな
く、他の磁気検出素子例えば、磁気抵抗素子、磁気イン
ピーダンス素子、マグネダイオード、フラックスゲー
ト、サーチコイル等を使用することもできる。 （実施例２）図２は、磁気マッピングセンサ２０をホー
ル素子から製造する場合の実施例を示す。図２におい
て、磁気マッピングセンサ２０は、非磁性及び非導電性
の可撓性を有するフレキシブルな基板２１にホール素子
を固定するための非可撓性（ハード）の部材例えば、セ
ラミックの薄板等の基板２２が格子状に配設される。そ
して、各基板２２上にシリコンやガリウム、フェライト
等の半導体母材、ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）、インジ
ウム・砒素（ＩｎＡｓ）等の電磁変換半導体２３、及び
入力側電極２４、２４’、出力側電極（図示せず）が形
成されてホール素子２５が形成される。更に、入力側の
電極２４、２４’に接続される入力側導線２６、２
６’、及び出力側の電極に接続される出力側導線（図示
せず）が形成される。これらのホール素子２５、入力
側、出力側の各導線は、スパッタリング法や、真空蒸着
法等により形成される。このようにして磁気マッピング
センサ２０が形成される。

【００１７】磁気マッピングセンサ２０は、基板２１が
可撓性を有し、且つホール素子２５が形成された非可撓
性の基板２２が微小（約2.0×2.5mm）とされていること
で、円筒形状の側面のような曲面、或るいは三次元的に
湾曲する曲面に対して各ホール素子２５を良好に密着さ
せることが可能となる。 （実施例３）図３及び図４は、磁気マッピングセンサを
ホール素子から製造する場合の実施例を示す。図３に示
すようにシリコンやガリウム、フェライト等の半導体母
材の板（以下「半導体母材板」という）３１上に、ガリ
ウム・砒素（ＧａＡｓ）、インジウム・砒素（ＩｎＡ
ｓ）等の電磁変換半導体３２を格子状に形成する。これ
らの電磁変換半導体３２は、例えば、感応面積が100μm
×100μmとされ、0.1mm間隔で形成されている。更に、
各電磁変換半導体３２の入力側電極３３、３３’及び出
力側電極３４、３４’を形成して格子状にホール素子３
５を多数形成し、各ホール素子３５の入力側電極３３、
３３’に接続される入力側導線３６及び各出力側電極３
４、３４’に接続される出力側導線３７を形成する。こ
れらのホール素子３５や導線３６、３７は、スパッタリ
ング法や、真空蒸着法等により形成される。これによ
り、高感度、且つ略同じ特性のホール素子３５を極めて
高密度に形成することができる。

【００１８】この状態において、各ホール素子３５は、
各列（横方向）毎に入力電極３３、３３’が入力側導線
３６により直列に接続されており、各行（縦方向）毎に
出力電極３４、３４’が出力側導線３７により直列に接
続されている。次いで、点線で示すように半導体母材板
３１を帯状に切断して、ホール素子３５が横方向に一列
に多数配列された帯状の磁気検出素子群３８を形成す
る。この状態において、磁気検出素子群３８の各ホール
素子３５は、各入力電極３３、３３’が入力側導線３６
に直列に接続されており、各出力側導線３７が切断され
て各出力電極３４、３４’が並列に開放されている。

【００１９】一方、図４に示すように可撓性を有する非
磁性及び非導電性を有するポリイミドフィルム、或いは
ポリエチレンテレフタレートのシート等の部材により形
成されたフレキシブルな基板４０に、帯状の磁気検出素
子群３８を固定するための非可撓性（ハード）の部材で
あるセラミックの薄板等の帯状の基板４１が所定の間隔
で配設されている。これらの基板４１には、ホール素子
群３８の入力側導線３６、及び各ホール素子３５の出力
電極３４、３４’を接続するための図示しない入力側導
線（パターン）、出力側導線（パターン）が形成されて
いる。そして、これらの各基板４１上に斜線で示すよう
に磁気検出素子群３８を配設し、入力側導線３６の両端
を前記入力側導線（パターン）に、各ホール素子３５の
出力側電極３４、３４’の出力側導線を前記出力側導線
（パターン）に夫々ハンダ付けにより接続して実装す
る。このようにして磁気マッピングセンサ３０が形成さ
れる。

【００２０】磁気マッピングセンサ３０は、基板４０が
非磁性及び非導電性を有し、且つ可撓性を有すること
で、円筒形状の側面のような曲面に巻き付けることがで
き、各磁気検出素子群３８の各ホール素子３５を曲面に
沿って良好に密着させることが可能となる。これによ
り、曲面の磁界分布をリアルタイムで測定することが可
能となる。このとき、磁気検出素子群３８の各ホール素
子３５の入力側電極３３、３３’が直列に接続されてい
ることで、スキャナを使用する際に接点数を少なくする
ことが可能となり、コストの低減が図られる。

【００２１】尚、半導体母材板３１を点線で示すように
帯状に切断してホール素子３５が一列に配列された磁気
検出素子群３８を形成したが、これに限るものではな
く、場合によっては、ホール素子３５を複数列配列した
状態で半導体母材板３１を切断して細長い格子状の磁気
検出素子群としてもよい。図５は、磁気マッピングセン
サ３０の使用例を示し、図６は、測定結果の一例を示
す。図５に示すように円柱形状の磁性部材の表面に周方
向に沿って４極着磁した磁石５０の側面に図４に示す磁
気マッピングセンサ３０を巻き付け、磁界の測定を行っ
た。図６において、Ｘ軸は、磁石５０の円周方向の位置
を示し、Ｙ軸は、磁石５０の高さ方向（軸方向）の位置
を示し、Ｚ軸は、磁界の大きさを示す。これにより、磁
気マッピングセンサ３０が、円柱側面の漏洩磁束の探傷
に有効であることが明らかになった。尚、図１に示す磁
気マッピングセンサ１を使用してもよいことは勿論であ
る。

【００２２】図７は、磁気マッピングセンサ３０を使用
して円柱側面（外周面）における漏洩磁束を測定（探
傷）した場合の測定結果の一例を示す。この場合、半径
20mm、長さ150mm、の円柱状の鉄鋼を検査品として使用
し、表面に周方向に沿って、ギャップ間50mm、長さ0.5m
m、深さ0.5mmのキズを付け、周面に磁気マッピングセン
サ３０を巻き付けて（図５参照）、両端面に電極を接続
して３Ａの交流電流を通電して磁化を行い、測定を行っ
た。

【００２３】図７において、Ｘ軸は、検査品の円周方向
の位置を、Ｙ軸は、長さ方向の位置を示し、Ｚ軸は、磁
界の大ききさを示している。そして、キズのギャップ両
端位置に約1.2×10^-3Ｔのピークが得られた。この図７
から明らかなように、磁気マッピングセンサ３０が、円
柱側面の漏洩磁束探傷に極めて有効であることが明らか
となった。

【００２４】図８は、磁気マッピングセンサ３０を使用
して自動焦点・自動露出のデジタルカメラのシャッタを
切る瞬間の磁界の時間変化を測定した場合を示し、図９
及び図１０は、図８の測定結果の一例を示す。図８に示
すようにデジタルカメラ６０の正面から側面にかけて当
該デジタルカメラ６０を囲繞するように磁気マッピング
センサ３０を配置して、磁気測定装置６５によりシャッ
タを切る瞬間の磁界の時間変化を測定した。

【００２５】尚、磁気マッピングセンサとしては、ホー
ル素子を使用したものに限るものではなく、磁気インピ
ーダンス素子を用いて図１に示すように構成した磁気マ
ッピングセンサを使用しても良いことは勿論である。デ
ジタルカメラ６０は、シャッタボタンが押動操作された
時からシャッタが作動するまでの間に自動焦点装置によ
り自動焦点作動が行われ、この時に自動焦点装置から電
磁波ノイズが発生し（図９）、更に自動シャッタ装置が
作動する時に当該自動シャッタ装置から電磁波ノイズが
発生する（図示せず）。尚、図９に示す電磁波ノイズ
は、磁気マッピングセンサ３０の多数のホール素子の中
の或るホール素子が検出した電磁波ノイズ、即ち、前記
自動焦点装置から発生された電磁波ノイズの或る方向に
おける電磁波ノイズである。

【００２６】図１０は、図９に示す電磁波ノイズの測定
結果の詳細を示し、オーバオール値（総合出力レベル）
が3.373(V)（337.3μＴ）、最大値が5.000(V)（500μ
Ｔ）、基本波（１ST）が81.25(Hz)で、1.996(V)（199.6
μＴ）、第２高調波（２ND）が86.25(Hz)で、1.051(V)
（105.1μＴ）、第３高調波（３RD）が13.75(Hz)で、0.
496(V)（49.6μＴ）である。

【００２７】この測定結果によれば、基本波の電磁波ノ
イズが約200μＴと最も大きく、従って、この基本波の
周波数81.25(Hz)の帯域の電磁波ノイズを最も良く吸収
するシールド材を使用することで、有効な対策を施すこ
とが可能となる。前述したように図９に示す電磁波ノイ
ズは、デジタルカメラ６０の自動焦点装置から発生され
た電磁波ノイズの或る方向における電磁波ノイズであ
り、従って、磁気マッピングセンサ３０の各ホール素子
のからの検出信号を処理することにより、デジタルカメ
ラ６０から発射される電磁波ノイズの分布を測定するこ
とができ、どの方向に発生する電磁波ノイズが最も大き
いかを測定することができる。この結果、特定方向の電
磁波ノイズに対して有効に対処することができる。

【００２８】このように磁気マッピングセンサ３０がデ
ジタルカメラ６０等から発生される微弱な電磁波ノイズ
の測定に対しても有効であることが明らかとなった。こ
れにより、最も大きい電磁波ノイズの周波数帯域の電磁
波ノイズを吸収するシールド材を選定することができ、
軽量・小型化、コストの低減等を図ることができる。同
様にしてデジタルカメラ６０の裏側から側面にかけて磁
気マッピングセンサ３０を配置することにより、自動シ
ャッタ装置から発生される電磁波ノイズを測定すること
ができ、有効な電磁波ノイズ対策を施すことが可能とな
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、被測定対象物の曲面の磁界を測定する際に、その曲
面に沿って各磁気検出素子を密着させて配置することが
でき、曲面における各地点の磁界分布をリアルタイムで
測定することが可能となる。請求項２の発明では、曲面
に沿わせて磁気検出センサを配置することが可能な磁気
マッピングセンサを簡単に製造することができる。

【００３０】請求項３の発明では、フレキシブルな磁気
マッピングセンサを容易に製造することができる。請求
項４の発明では、可撓性を有する基板上に直接磁気検出
素子を形成することができ、且つ集積密度を高めること
ができる。請求項５の発明では、集積密度の高い高感度
の磁気マッピングセンサを製造することができ、且つ多
数の電磁変換素子を作製した半導体板を任意の大きさに
切断することで、測定対象面の形状に応じた大きさの磁
気マッピングセンサを形成することができる。

【００３１】請求項６の発明では、円柱形の側面等の曲
面の磁界分布の測定する場合に磁気マッピングセンサを
単に巻き付けるだけ簡単にリアルタイムで磁界分布を測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気マッピングセンサの構成図及
び測定装置を示す図である。

【図２】本発明に係る磁気マッピングセンサを製造する
場合の説明図である。

【図３】本発明に係る磁気マッピングセンサを製造する
場合の説明図で、半導体母材にホール素子を格子状に多
数形成する場合を示す図である。

【図４】図３に示す半導体母材板を一列に切断して可撓
性を有する基板に配設して磁気マッピングを形成する場
合の説明図である。

【図５】図４に示す磁気マッピングセンサの使用例を示
し、表面に周方向に沿って着磁した円柱形状の磁石の側
面に磁気マッピングセンサを巻き付けた状態の説明図で
ある。

【図６】図５に示す磁気マッピングセンサによる測定結
果の一例を示すグラフである。

【図７】図４に示す磁気マッピングセンサによる検査品
の円柱側面の漏洩磁束の探傷結果の一例を示すグラフで
ある。

【図８】自動焦点・自動露出デジタルカメラのシャッタ
を切る瞬間の磁界の時間変化を測定する場合の一例を示
す。

【図９】図８の測定結果の一例を示すグラフである。

【図１０】図９の電磁波ノイズの詳細を示す図である。

【符号の説明】

１、３０ 磁気マッピングセンサ ２、２１、４０ 可撓性の基板 ３、２５、３５ ホール素子 ４、４’、２４、２４’、３３、３３’ 入力側電極 ５、５’、３４、３４’ 出力側電極 ６、３６ 入力側導線 ７、３７ 出力側導線 １０、６５ 磁気測定装置 ２２、４１ 非可撓性基板 ２３、３２ 電磁変換半導体 ３８ 磁気検出素子群 ６０ デジタルカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591011775 電子磁気工業株式会社 東京都北区浮間５丁目６番20号 (72)発明者 山本 幹男 千葉県千葉市稲毛区穴川１丁目８番15− 823号 (72)発明者 町 好雄 埼玉県越谷市大字南荻島4324−13 (72)発明者 井上 英洋 神奈川県秦野市南矢名1027−127 (72)発明者 赤松 里志 神奈川県川崎市多摩区登戸2993 第７とき わ荘201号 (72)発明者 茂木 良祥 埼玉県大宮市島町1224−２ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AA08 AD02 AD42 AD53 AD55 AD57 AD61 AD65 BA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に磁気検出素子を格子状に複数配
   設して配線した磁気マッピングセンサにおいて、前記基
   板を非磁性及び非導電性を有する可撓性部材により形成
   したことを特徴とする磁気マッピングセンサ。
2. 【請求項２】 基板上に磁気検出素子を格子状に複数配
   設して配線する磁気マッピングセンサの製造方法におい
   て、非磁性及び非導電性の可撓性を有する基板上に磁気
   検出素子を格子状に複数配設して配線することを特徴と
   する磁気マッピングセンサの製造方法。
3. 【請求項３】 可撓性を有する基板上に印刷法により配
   線を施し、ハンダ付けにより前記各磁気検出素子を接続
   することを特徴とする請求項２に記載の磁気マッピング
   センサの製造方法。
4. 【請求項４】 可撓性を有する基板上に非可撓性の基板
   を格子状に複数配設し、これらの各基板上に磁気検出素
   子を作製して配線することを特徴とする請求項２に記載
   の磁気マッピングセンサの製造方法。
5. 【請求項５】 半導体母材と電磁変換半導体と電極から
   成る磁気検出素子を基板上に格子状に配設して配線する
   磁気マッピングセンサの製造方法において、 半導体母材板に格子状に電磁変換半導体を複数作製し、
   これらに直接電極及び配線を作製し、前記半導体母材板
   を任意の大きさに切断することを特徴とする磁気マッピ
   ングセンサの製造方法。
6. 【請求項６】 格子状に電磁変換素子を複数作製した半
   導体母材板を、列状又は格子状に切断して磁気検出素子
   群を形成し、可撓性を有する基板上に配設することを特
   徴とする請求項５に記載の磁気マッピングセンサの製造
   方法。