JP2008286723A - 磁気測定装置と磁気測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な対象物３２の近傍磁界をその位置を含めて精密に測定するために、プローブの位置決めをする。
【解決手段】磁石２８を固定支持し、この磁石２８を基準軸２２を中心に公転させる回転駆動部１８と、基準軸２２のほぼ直上に支持された磁気センサ１２の磁界検出出力を取得する磁界検出部１５と、磁石２８を基準軸２２を中心に少なくとも１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した２次元または３次元磁気ベクトルの絶対値が常にほぼ一定値に近付くように、磁気センサ１２の支持位置を移動させる位置決め機構１９と、プローブ１４の支持位置を、基準軸２２に対して正確に位置決めされる対象物３２の近傍磁界測定のための基準位置に設定する測定制御部２５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高精度に対象物の近傍磁界を測定するために使用される磁気測定装置と磁気測定方法に関する。

例えば、永久磁石が設計どおりのバタンに着磁されているかどうかを確認するために、磁気センサが使用される。この磁気センサをプローブ先端に取り付けて、測定対象物近傍の磁界を精密に測定するための装置が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００５−１８９２００号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
例えば、３軸方式の磁気センサは一辺が５０ミクロン程度の素子で、数ミリメートル幅の棒状の基板先端付近に搭載されている。この棒状の基板に磁気検出出力取り出し用の電極を取り付け、保護用の樹脂を被覆したものが磁気測定用プローブである。測定対象物の表面に沿ってこのプローブの先端を移動させて、測定対象物の近傍磁界を３次元的に測定する。これにより、例えば、測定対象とされたマグネットの着磁パタンを求める。微細な領域の着磁パタンを測定するには、磁気センサを高精度に位置決めし、磁気センサを高精度に移動させながら磁気検出出力を得なければならない。

しかしながら、磁気測定用プローブの先端を正確に位置決めしても、その内部に埋め込まれた磁気センサの高精度の位置決めにはならない。プローブに磁気センサの位置を示すマークを印刷して、そのマークを目安にしてプローブの位置合わせをしても、磁気的に見て精密に位置決めされたかどうかの保証はない。
上記の課題を解決するために、本発明は、様々な対象物の近傍磁界をその位置を含めて精密に測定することができる磁気測定装置と磁気測定方法を提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させる回転駆動部と、上記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得する磁界検出部と、上記磁石を上記基準軸を中心に少なくとも１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した２次元または３次元磁気ベクトルの絶対値が常にほぼ一定値に近付くように、上記磁気センサの支持位置を移動させる位置決め機構と、上記支持位置を、上記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定する測定制御部とを備えたことを特徴とする磁気測定装置。

プローブ等に埋め込まれた磁気センサは、外部からその位置を正確に認識できない。磁界測定開始前にプローブの周囲で磁石を公転させて、いわゆる中立点を検出する。これで、測定上の基準位置を高精度に設定できる。磁石は永久磁石でも電磁石でもよい。一定の方向に一定の変化しない磁界を形成する機能を持てばよい。

〈構成２〉
磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させる回転駆動部と、上記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得する磁界検出部と、上記磁石を上記基準軸を中心に少なくとも１８０度以上公転させて、上記磁界検出部の取得した特定軸方向の磁界の強度変化が、理想正弦波に最も近付くように、上記磁気センサの支持位置を移動させる位置決め機構と、上記支持位置を、上記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定する測定制御部とを備えたことを特徴とする磁気測定装置。

回転する磁石の位置に応じて変化する取得磁界のレベル変化が、理想正弦波に最も近付いたとき、磁気センサの位置が基準位置にあるとする。これにより、１次元あるいは２次元の磁気センサの正確な位置決めができる。

〈構成３〉
構成１乃至２のいずれかに記載の磁気測定装置において、上記磁石は永久磁石であることを特徴とする磁気測定装置。

永久磁石を一定の姿勢で固定したまま基準軸の周りを公転させると、基準軸に対して軸対称の磁界を発生させることができる。従って、磁気センサを正確に位置決めできる。また、永久磁石は小型軽量で電源も不要である。

〈構成４〉
構成１乃至３のいずれかに記載の磁気測定装置において、磁気センサは、上記磁石の公転軌道を含む面から離れた上記基準軸のほぼ直上で位置決めされることを特徴とする磁気測定装置。

磁気センサを含む面から離れた面で磁石を公転させるときは、磁石を回転テーブル等の上に固定するだけでよく、回転駆動が簡単になる。

〈構成５〉
磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させ、上記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得し、上記磁石を上記基準軸を中心に少なくとも１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した２次元または３次元磁気ベクトルの絶対値が常にほぼ一定値に近付くように、上記磁気センサの支持位置を移動させて、上記支持位置を、上記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定することを特徴とする磁気測定方法。

〈構成６〉
磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させ、上記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得し、上記磁石を上記基準軸を中心に少なくとも１８０度以上公転させて、上記磁界検出部の取得した特定軸方向の磁界の強度変化が、理想正弦波に最も近付くように、上記磁気センサの支持位置を移動させて、上記支持位置を、上記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定することを特徴とする磁気測定方法。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は実施例１の磁気測定装置を示す主要部斜視図である。
この磁気測定装置１０は、ターンテーブル２０の上に対象物を固定して、プローブ１４の先端に取り付けた磁気センサ１２によりその近傍磁界を検出する。プローブ１４をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動させて、対象物の近傍の磁界分布を測定できる。プローブ１４はホルダ１６に支持されている。ホルダ１６は、位置決め機構１９により３次元方向に高精度に移動される。磁気センサ１２の出力信号は、磁界検出部１５に伝送されて、例えば、コンピュータの記憶装置に記録される。ここまでの技術は、特許文献１に記載されている。

ターンテーブル２０は対象物を固定支持するためのものである。ターンテーブル２０の回転軸は、チャック２６により駆動モータ２４の駆動軸に連結されている。この実施例では、ターンテーブル２０上に固定した磁石２８を回転駆動し、磁気センサ１２の位置決めをする。駆動モータ２４とチャック２６とターンテーブル２０とを、磁石２８を回転させる回転駆動部１８と呼ぶことにする。ターンテーブル２０は、磁石２８を基準軸２２を中心に公転させる。基準軸２２はターンテーブル２０の回転軸の中心である。

磁気センサ１２は、位置決め処理開始前に、基準軸２２のほぼ直上に移動される。目視による位置決めでよいし自動制御でもよい。プローブ１４の太さ程度の誤差は差し支えない。これで、磁気センサ１２を高精度に位置決めするための準備が完了する。この状態で、ターンテーブル２０を回転させて、磁石２８を基準軸２２を中心に少なくとも１８０度以上公転させる。この間、磁界検出部１５は磁気センサ１２の磁界検出出力を連続的に取得して記録する。もちろん、例えば、一定回転角毎に間欠的に規則的に磁界検出出力を取得しても構わない。

図２は、プローブの内部構造を示す斜視図である。
図のように、プローブ１４に搭載された磁気センサ１２は、支持基板３０の下端付近に固定されている。支持基板３０には、回路バタン３５が形成されている。この回路パタンは検出信号を伝送する線を含む。磁気センサ１２はこの回路バタン３５に電気接続される。プローブ１４全体は、樹脂等の保護被覆３６により保護されている。従って、外部から磁気センサ１２の位置を正確に認識することができない。磁気センサ１２は、例えば、磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分を同時に検出する機能を持つ。この構造は特許文献１にも紹介されたとおりである。この実施例では、磁界のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分のみを利用して、Ｘ−Ｙ平面上でプローブ１４の基準となる位置を高精度に設定する。磁気センサ１２の検出した磁界は回路バタン３５を通じて磁界検出部１５に向け出力される。

図３は、実施例１の磁界検出部と測定処理部の動作説明図である。
磁石は、既に説明した機構により、図の公転軌道３８に沿って公転する。磁気センサ１２はそのほぼ基準軸２２に近い場所に支持されている。測定制御部２５（図１）は、磁界検出部１５（図１）の取得した磁気ベクトル３４の絶対値を計算する。Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分の検出磁界から既知の手段により簡単な計算で磁気ベクトルの絶対値を計算できる。Ｘ−Ｙ平面のみに着目したとすると、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分を持つ磁気ベクトルの絶対値を計算する。例えば、図の実線は、磁石１２が公転軌道３８上に存在するときの磁気ベクトルである。

例えば、磁気センサが磁石１２の公転軌道３８の回転中心に存在すると、磁気センサの検出する磁気ベクトルは、磁石１２の向きに合わせて回転するものの、その大きさは変わらない。磁石１２を一回転させて、磁気ベクトルの大きさを比較する。磁気センサを挟んで対向する位置における検出磁気ベクトルの絶対値が等しくなるように、磁気センサ１２の位置を移動させる。位置決め機構１９（図１）は測定制御部２５（図１）に制御されて、磁気センサ１２の支持位置を移動させ、磁気ベクトルの測定と移動を繰り返し、最適な位置を見つける。

図２を用いて説明したように、プローブ１４に埋め込まれた磁気センサ１２は、外部からその位置を正確に認識できない。また、たとえ外形を目視できても、実際に測定をするときの電気的な中心は明確でない。測定位置の誤差を５０μｍ〜１００μｍ以下にしたいというとき、この実施例を採用するとよい。磁界測定開始前に、図１に示すプローブ１４の周囲で磁石２８を公転させて、磁界検出部１５の取得した磁気ベクトルの絶対値が常に一定になるように、位置決め機構１９を動作させると、測定上の基準位置を高精度に設定できる。外形上の位置決めではない。磁気センサ固有の特性も反映された、磁気測定上の電気的な基準点を定めるための高精度な位置決めが可能になる。例えば、この点を３次元座標の座標原点にして、近傍空間の精密な磁界強度分布が測定できる。

図４は実施例２の磁界検出部と測定処理部の動作説明図である。
この実施例を実現する装置のハードウエアは、実施例１のものと変わらない。この実施例では、Ｘ軸方向の磁界のみを検出する１軸センサの位置決めも可能にする。図４に示すように、磁気センサ１２の位置が正確に基準軸２２上にあったと仮定すると、磁石２８を基準軸２２を中心に公転させたとき、磁界検出部１５の１軸センサの取得した磁界の強度変化は、図の曲線Ｓのようになる。即ち、理想正弦波に近くなる。例えば、磁気センサ１２がＸ軸方向に位置ずれしてもＹ軸方向に位置ずれしても、正弦波のゼロクロス点が図の破線のように左右にずれる。同時にプラス方向とマイナス方向の磁界の強さのピーク値もアンバランスになる。磁界の強度変化が理想正弦波に近付くようにプローブの位置を調整すれば、実施例１と同様に正確に磁気センサ１２を基準軸２２の直上に位置決めできる。

この実施例を実現する装置も、実施例１のものと変わらない。この実施例では、実施例２と同様に、Ｘ軸方向の磁界のみを検出する１軸センサの位置決めも可能にする。また、実施例１の３軸センサの垂直方向の位置決めにも利用できる。この説明を図４を利用して行う。図４のように、磁石２８が基準軸２２と交わる直線４５と公転軌道３８との２つの交点Ｐ、Ｑにあったときに、磁界検出部１５の取得した一組の磁界強度が等しくなるように、磁気センサ１２の支持位置を移動させる。こうすれば、この直線４５上で正確に基準位置を位置決めできる。他の方向成分についての位置決めが不要なときや、既に位置決めされているような場合にはこの実施例が適する。

図５は実施例４の磁気測定装置を示す主要部斜視図である。
磁気センサの位置決めに使用する磁石２８は、永久磁石でも電磁石でもよい。一定の方向に一定の変化しない磁界を形成する機能を持てばよい。永久磁石は小型軽量で電源も不要であるという特徴を持つ。例えば、図５に示すように、回転軸５１によりアーム５０を回転させ、アーム５０の先端に固定した磁石２８を公転させる。永久磁石２８を一定の姿勢で固定したまま基準軸２２の周りを公転させると、基準軸２２に対して正確に軸対称の磁界を発生させることができる。従って、磁気センサ１２を基準軸２２上に正確に位置決めできる。基準軸２２上であれば、どこでもよい。磁石の公転軌道を含む面から離れた基準軸のほぼ直上で位置決めをすることができる。

図６は実施例５の磁気測定装置を示す主要部側面図である。
図や図５で説明したように、磁気センサ１２は、基準軸２２のほぼ直上で位置決めされる。このように、磁気センサ１２を含む面から離れた面で磁石２８を公転させるときは、磁石２８をターンテーブル等の上に固定するだけでよい。図１の実施例１では、測定対象物を固定するターンテーブル２０上に磁石２８を固定した。実施例５では、磁石２８を固定した一対の小円板５１、５２を設ける。小円板５１は、ＸＹ平面上の磁気センサの位置決めに使用する。小円板５２は、ＹＺ平面上の磁気センサの位置決めに使用する。図の状態にプローブ１４を支持して小円板５１，５２を順次回転して、水平方向と垂直方向の双方の位置決めをすることができる。位置決め装置はコンパクトにできる。いずれの場合にも、ターンテーブル２０等と小円板５１、５２の位置関係を正確に設定しておけば、磁気センサをこれらに対して正確に位置決めできる。

は実施例１の磁気測定装置を示す主要部斜視図である。 プローブの内部構造を示す斜視図である。 実施例１の磁界検出部と測定処理部の動作説明図である。 実施例２の磁界検出部と測定処理部の動作説明図である。 実施例４の磁気測定装置を示す信号主要部斜視図である。 実施例５の磁気測定装置を示す主要部側面図である。

符号の説明

１０ 磁気測定装置
１２ 磁気センサ
１４ プローブ
１５ 磁界検出部
１６ ホルダ
１７ 加算部
１８ 回転駆動部
１９ 位置決め機構
２０ ターンテーブル
２２ 基準軸
２４ 駆動モータ
２５ 測定制御部
２６ チャック
２８ 磁石
３０ 支持基板
３２ 対象物
３４ 磁気ベクトル
３５ 回路バタン
３６ 保護被覆
３８ 公転軌道
４０ 直線

Claims (6)

1. 磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させる回転駆動部と、
   前記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得する磁界検出部と、
   前記磁石を前記基準軸を中心に１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した２次元または３次元磁気ベクトルの絶対値が常にほぼ一定値に近付くように、前記磁気センサの支持位置を移動させる位置決め機構と、
   前記支持位置を、前記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定する測定制御部とを備えたことを特徴とする磁気測定装置。
2. 磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させる回転駆動部と、
   前記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得する磁界検出部と、
   前記磁石を前記基準軸を中心に１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した特定軸方向の磁界の強度変化が、理想正弦波に最も近付くように、前記磁気センサの支持位置を移動させる位置決め機構と、
   前記支持位置を、前記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定する測定制御部とを備えたことを特徴とする磁気測定装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の磁気測定装置において、
   前記磁石は永久磁石であることを特徴とする磁気測定装置。
4. 請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気測定装置において、
   前記磁気センサは、前記磁石の公転軌道を含む面から離れた前記基準軸のほぼ直上で位置決めされることを特徴とする磁気測定装置。
5. 磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させ、
   前記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得し、
   前記磁石を前記基準軸を中心に１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した２次元または３次元磁気ベクトルの絶対値が常にほぼ一定値に近付くように、前記磁気センサの支持位置を移動させて、
   前記支持位置を、前記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定することを特徴とする磁気測定方法。
6. 磁石を固定支持し、この磁石を基準軸を中心に公転させ、
   前記基準軸のほぼ直上に支持された磁気センサの磁界検出出力を取得し、
   前記磁石を前記基準軸を中心に１８０度以上公転させて、前記磁界検出部の取得した特定軸方向の磁界の強度変化が、理想正弦波に最も近付くように、前記磁気センサの支持位置を移動させて、
   前記支持位置を、前記基準軸に対して正確に位置決めされる対象物の近傍磁界測定のための基準位置に設定することを特徴とする磁気測定方法。

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