JP2014115232A - 磁気検出プローブ及び磁気検出プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供すること。
【解決手段】磁気を検出する磁気検出素子を有するプローブ本体部と、可撓性を有し、前記プローブ本体部から延在するシート状の部材によって構成されたシート部と、を備える磁気検出プローブとした。このような構成により、狭い間隙に配置した場合にも、プローブ本体部の姿勢を安定させることができる。したがって、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気の検出や測定を行う磁気測定装置に用いられる磁気検出プローブ及び磁気検出プローブの製造方法に関する。

従来、モータ等の磁界特性を測定する場合に、磁気を検出する磁気検出プローブが用いられている。
例えば、近年、電気自動車等において、ロータに磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータが使用されており、ＩＰＭモータの開発では、ロータが発生する回転磁界を正確に測定することが求められる。
ここで、磁気を検出する場合には、磁気検出プローブを磁気測定装置に接続し、磁気検出プローブの先端付近に配置された磁気検出素子が測定対象物である磁石等に近接して配置される。
そのため、例えばＩＰＭモータの磁界特性を測定する場合、ロータとステータとの狭い間隙に磁気検出プローブを配置する必要があること等から、磁気検出プローブを小型化することが求められる。
磁気検出プローブを小型化するための技術としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。

特開２０１２−１７７５９７号公報

しかしながら、磁気検出プローブを小型化した場合、磁気検出素子が配置されている磁気検出プローブの先端部分の剛性が低くなるため、測定中に先端部分が捲れる等、狭い間隙内の測定対象位置に磁気検出プローブを安定して配置することが困難となる。
即ち、従来の技術においては、目的とする位置に安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することが困難であった。

本発明の課題は、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することである。

（１）上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る磁気検出プローブは、磁気を検出する磁気検出素子を有するプローブ本体部と、可撓性を有し、前記プローブ本体部から延在するシート状の部材によって構成されたシート部と、を備える。

本発明によれば、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することが可能となる。

第１実施形態に係る磁気検出プローブ１の全体構成を示す模式図である。 磁気検出素子３付近の拡大図である。 磁気検出プローブの製造方法を示す図である。 磁気検出プローブの製造方法を示す図である。 ＩＰＭモータ１００のステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙に、磁気検出プローブ１を配置した状態を示す模式図である。 基板２に複数のプローブ本体部１Ａが設置された磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。 プローブ本体部１Ａの長手方向に沿って、複数の磁気検出素子３を配置した磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。 基板２の長手方向における異なる位置、かつ、プローブ本体部１Ａの長手方向における異なる位置に複数の磁気検出素子３を配置した磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気検出プローブ１の全体構成を示す模式図である。また、図２は、磁気検出素子３付近の拡大図であり、図２（ａ）は、検出面側から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中に示した矢印Ａ１−Ａ２で切断した断面図である。以下、図２（ｂ）の上方を検出面側と呼び、図２（ｂ）の下方を裏面側と称する。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。また、図１においては、説明の便宜のため、後述するラミネートシート８を透視して示している。
さらに、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。

図１及び図２において、磁気検出プローブ１は、基板２と、磁気検出素子３と、素子保護部４と、補強部５と、半田部６と、リード線７と、ラミネートシート８とを備えている。
本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、磁気検出素子３、素子保護部４、補強部５、半田部６及びリード線７からなるプローブ本体部１Ａが、シート状の基板２に、検出面側が面一となるように設置され、この検出面側をラミネートシート８で覆われた構成を有している。

このように、プローブ本体部１Ａをシート状の基板２及びラミネートシート８で保持する構成としたことにより、狭い間隙に配置した場合にも、プローブ本体部１Ａの姿勢を安定させることができる。また、プローブ本体部１Ａは、磁気検出素子３が設けられている部分を磁気検出素子３と基板２との接続形態を改良することにより、構造を複雑にすることなく小型化している。また、プローブ本体部１Ａをシート状の基板２及びラミネートシート８で保持する構成であることによっても、プローブ本体部１Ａを保持する構造を小型化することができる。
したがって、本実施形態によれば、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することが可能である。

基板２は、長方形のシート状に形成されたフレキシブルプリント配線板であり、その一部の領域には、幅方向にわたって、プローブ本体部１Ａが設置されている。以下、基板２のプローブ本体部１Ａが設置される領域をプローブ設置領域２Ａと称する。
具体的には、基板２は、プローブ設置領域２Ａの検出面側となる表面２ａに配線パターンが形成され、カバーレイが形成されず配線パターンの一部が露出したランド部２ｃ，２ｄが形成されている。基板２には、プローブ設置領域２Ａの先端側（磁気検出素子３が設けられている側）のランド部２ｃ（図３（ａ）参照）と、プローブ設置領域２Ａの他端側（以下、後端側）のランド部２ｄ（図１参照）とが形成されている。本実施形態では、プローブ設置領域２Ａの裏面２ｂには、配線パターンは形成されていない。

また、本実施形態において、基板２は、プローブ設置領域２Ａの長手方向に沿って、表面２ａが谷折りとなる向きに直角に折れ曲がり、さらに、後述する素子保護部４及び補強部５の表面と面一となるように、表面２ａが山折りとなる向きに直角に折れ曲がっている。
基板２全体の幅や長さは、磁気検出プローブ１の検出対象の構造に応じて、適宜選択することができるが、本実施形態における基板２は、長手方向において、プローブ設置領域２Ａの幅Ｂよりも延在する領域（以下、「延在領域」と称する。）を有し、プローブ本体部１Ａが基板２の延在領域を含むシート状の部分によって保持されるものである。
なお、本実施形態の基板２は、厚さｔ１＝０．１ｍｍ、プローブ設置領域２Ａの幅Ｂ＝０．６ｍｍである。

磁気検出素子３は、磁気量を電気量に変換する磁電変換素子であり、本実施形態では、ガリウム砒素タイプのホール素子を用いている。磁気検出素子３は、検出面側からみた形状が、一辺の幅Ｃ＝０．３ｍｍの略正方形であり、その厚さｔ２＝０．１ｍｍである。磁気検出素子３は、基板２の先端付近において、その表面２ａに表面実装されている。基板２と磁気検出素子３との間には半田部６が形成されており、半田部６は基板２のランド部２ｃ（図３（ａ）参照）と磁気検出素子３の電極（不図示）とを接続している。半田部６の厚さｔ３＝０．１ｍｍである。したがって、磁気検出素子３が実装されている部分の厚さは、ラミネートシート８を除き、略０．３ｍｍである。なお、後述するように、ラミネートシート８の厚さｔ４＝０．１ｍｍであるため、磁気検出素子３が実装されている部分全体の厚さは、略０．４ｍｍである。

素子保護部４は、磁気検出素子３の周囲を囲うように形成された樹脂製の枠部である。
即ち、素子保護部４は、磁気検出素子３の側面に接触するように形成されている。素子保護部４の検出面側の表面は、磁気検出素子３の検出面側の表面と面一となっている。素子保護部４は、例えば、エポキシ樹脂等を塗布して硬化することにより形成される。素子保護部４を設けることにより、基板２に対して表面実装された磁気検出素子３が基板２から脱落することを防止し、磁気検出プローブ１の信頼性を向上している。

補強部５は、基板２におけるプローブ設置領域２Ａの検出面側である表面２ａ上であって、磁気検出素子３及び素子保護部４が形成されていない部分に接合されている。補強部５は、基板２の後端側に形成されたランド部２ｄを覆わないように設けられている。補強部５の検出面側の表面は、磁気検出素子３及び素子保護部４の検出面側の表面と面一となっている。本実施形態では、補強部５は、幅０．６ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの非磁性体の板材を厚さ０．０５ｍｍの両面テープ（不図示）を用いて接合している。したがって、補強部５を設けた部分の厚さは、磁気検出素子３を設けた部分の厚さと略等しくなっている。補強部５を設けることにより、基板２のみとするよりも磁気検出プローブ１の剛性が高くなり、測定時に磁気検出素子３の位置が不定とならず、安定した測定を行うことができる。

リード線７は、基板２の後端側に形成されたランド部２ｄに一端が半田付けされ、他端が不図示のコネクタに接続されている。本実施形態では、プローブ設置領域２Ａの幅方向に並べて４本のリード線７が設けられている。

ラミネートシート８は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルム等からなる透明のラミネート材によって構成される。ラミネートシート８は、上述のように折り曲げられた基板２の表面２ａ、及び、表面２ａと面一となっている磁気検出素子３、素子保護部４及び補強部５に貼り付けられる。また、ラミネートシート８は、基板２の外形と対応する形状となっており、基板２の延在領域とともに、プローブ本体部１Ａを保持するシート状の部分（以下、「延在シート部Ｓ」と称する。）を構成する。即ち、延在シート部Ｓは、可撓性を有し、プローブ本体部１Ａから延在するシート状の部材となっている。

次に、本実施形態の磁気検出プローブ１の製造方法について説明する。
図３及び図４は、磁気検出プローブ１の製造方法を示す図であり、図３は、磁気検出プローブ１の製造工程を示す斜視図、図４は、磁気検出プローブ１の製造工程を示す正面図である。図３及び図４では、磁気検出プローブ１の先端側を拡大して示している。
まず、基板２を作製する（図３（ａ））。基板２のプローブ設置領域２Ａにおいて、表面２ａ側の先端部に４つのランド部２ｃを形成する。このランド部２ｃは、磁気検出素子３の不図示の電極に対応した位置に設けられている。なお、４つのランド部２ｃからは、カバーレイに覆われた配線部２ｅが後端側に向かって形成され、後端の４つのランド部２ｄと接続されている。

次に、基板２におけるプローブ設置領域２Ａの表面２ａ上に、磁気検出素子３を半田付け（本実施形態では、リフロー半田付け）により表面実装する。以下、この工程について説明する。
基板２を用意したら、ランド部２ｃに半田ペースト（後に半田部６となる）を印刷塗布する（図３（ｂ））。
ランド部２ｃに印刷塗布された半田ペーストと磁気検出素子３の不図示の電極とが対応する位置となるようにして、磁気検出素子３を半田ペーストを挟んで基板２の表面２ａに載せる。その後、半田ペーストの溶融温度に達するまで基板２を加熱し、半田ペーストを溶かして、ランド部２ｃと磁気検出素子３の不図示の電極とを半田付けする（図３（ｃ））。

基板２におけるプローブ設置領域２Ａの表面２ａ上に対して磁気検出素子３が表面実装された後、補強部５を基板２の表面２ａ上へ接合する（図３（ｄ））。この補強部５の基板２の表面２ａ上への接合は、両面テープにより行ったが、接着剤を用いてもよい。
補強部５を基板２に接合した後、磁気検出素子３の周囲にエポキシ樹脂を塗布して硬化させ、素子保護部４を形成する（図３（ｅ））。
その後、ランド部２ｄにリード線７を半田付けするとともに、リード線を不図示のコネクタに接続する。

これにより、基板２のプローブ設置領域２Ａの表面２ａ上に、プローブ本体部１Ａが設置された状態となる。
このように構成されたプローブ本体部１Ａは、基板２と磁気検出素子３とをランド部２ｃにおいて半田付けした構成となっており、ワイヤボンディングが不要である。また、補強部５によって剛性が高まるため、基板２として比較的薄いフレキシブルプリント配線板を用いることができる。そのため、プローブ本体部１Ａは、構造を複雑にすることなく小型化されたものとなる。

次に、プローブ本体部１Ａが設置された基板２を、プローブ本体部１Ａの幅に対応し、かつ、磁気検出素子３が実装されている部分の厚さに相当する高さＨ（ただし、延在領域の基板２の厚さを除いた高さ）の溝を有する治具に嵌め込む（図４（ａ））。すると、基板２が、プローブ設置領域２Ａの長手方向に沿って、表面２ａが谷折りとなる向きに直角に折れ曲がる。さらに、基板２を素子保護部４及び補強部５の表面と面一となるように、表面２ａが山折りとなる向きに直角に折り曲げる（図４（ｂ））。
そして、面一となっている磁気検出素子３、素子保護部４及び補強部５の検出面側の表面と、基板２の表面２ａとに対して、ラミネートシート８を貼り付ける（図４（ｃ））。プローブ本体部１Ａには、熱の影響を受けやすい磁石が備えられているため、ＵＶ樹脂を用いたコールドラミネートによってラミネートシート８を貼り付けることが望ましい。
これにより、シート状の基板２及びラミネートシート８にプローブ本体部１Ａが保持された状態となり、延在シート部Ｓを有する磁気検出プローブ１の製造が完了する。

本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、プローブ本体部１Ａをシート状の基板２及びラミネートシート８で保持する構成となっているため、基板２がプローブ設置領域２Ａにのみ存在する場合に比べ、プローブ本体部１Ａをより広いシート状の部分（延在シート部Ｓ）によって保持することができる。

即ち、延在シート部Ｓを有していない平板状の磁気検出プローブの場合、長手方向に捲れる等の変形により、ヨーク１２０と接触する事態等が発生し得る。これに対し、本実施形態に係る磁気検出プローブ１の場合、延在シート部Ｓの剛性によって、小型化された磁気検出プローブ１の長手方向における捲れ等の変形を抑制することができる。また、後述するように、円筒形等に延在シート部Ｓを撓ませた状態とすることで、磁気検出プローブ１の長手方向における捲れ等の変形をさらに抑制することができる。
これにより、狭い間隙に配置した場合にも、プローブ本体部１Ａの姿勢を安定させることができる。

図５は、ＩＰＭモータ１００のステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙に、磁気検出プローブ１を配置した状態を示す模式図である。なお、図５においては、ＩＰＭモータ１００の円環状の間隙の一部を拡大して示している。
図５に示すように、本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、基板２及びラミネートシート８が貼り合わされた延在シート部Ｓを筒状に丸めて、ステータ１１０とヨーク１２０との間の間隙に対応する円筒状とすることができる。

そして、円筒状とした磁気検出プローブ１を、ステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙に差し込み、ヨーク１２０を回転させて、ＩＰＭモータ１００が動作した場合に発生する磁気の変化を検出する。
上述のように、本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、磁気検出素子３が実装されている部分の厚さが、ラミネートシート８を含めて略０．４ｍｍ、プローブ本体部１Ａの幅は０．６ｍｍと小型化されているため、ステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙に差し込むことが容易である。

そして、本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、延在シート部Ｓによってプローブ本体部１Ａが保持されているため、ステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙の内部において、プローブ本体部１Ａの変形を抑制し、位置や姿勢を安定させた状態で保持することができる。
このように、本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブとなる。

なお、磁気を検出する際の磁気検出プローブ１の配置の形態としては、ステータ１１０とヨーク１２０との間の円環状の間隙に、円筒状とした磁気検出プローブ１を差し込むことの他、ステータ１１０側の内周面に沿って磁気検出プローブ１を貼り付けることも可能である。磁気検出プローブ１を円筒状としたり、ステータ１１０の内周面に沿って貼り付けたりする場合、例えば、セロハンテープ、メンディングテープあるいは両面テープ等で貼り付けることができる。

以上のように、本実施形態に係る磁気検出プローブ１は、磁気検出素子３が設置されたプローブ本体部１Ａを延在シート部Ｓによって保持する構成を有している。
そのため、プローブ本体部１Ａが小型化され、剛性が小さくなることにより、捲れる等の変形が起き易い構造になったとしても、延在シート部Ｓの剛性により、プローブ本体部１Ａの変形を抑制することができる。
したがって、目的とする位置に、より安定して配置可能な小型の磁気検出プローブを提供することが可能となる。

（変形形態）
（１）上記実施形態では、シート状の基板２に１つのプローブ本体部１Ａを設置し、ラミネートシート８で覆うことで、１つの基板２に１つのプローブ本体部１Ａが設置された磁気検出プローブ１を構成する場合を例に挙げて説明した。
これに対し、基板２の長手方向に、複数のプローブ本体部１Ａを並べて設置することで、シート状の基板２に複数のプローブ本体部１Ａが設置された磁気検出プローブ１を構成することができる。

図６は、基板２に複数のプローブ本体部１Ａが設置された磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。なお、図６においては、基板２に４つのプローブ本体部１Ａを並べて配置した場合の例を示している。
図６に示すように、基板２の長手方向に等間隔で４つのプローブ本体部１Ａを設置することが可能である。
このような構成とした場合、磁気検出プローブ１を円筒状等として配置することにより、目的とする位置において、より正確に磁気を検出することが可能となる。

（２）上記変形形態（１）では、図６に示すように、基板２の長手方向に等間隔で４つのプローブ本体部１Ａを設置する場合を例に挙げて説明した。
これに対し、プローブ本体部１Ａの長手方向に沿って、複数の磁気検出素子３を配置することが可能である。例えば、１つのプローブ本体部１Ａに、長手方向に並べて複数の磁気検出素子３を形成することができる。
図７は、プローブ本体部１Ａの長手方向に沿って、複数の磁気検出素子３を配置した磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。
なお、図７においては、磁気検出プローブ１の基板２を平面視した状態（検出面側）を示している。
図７に示す構成とした場合、複数の磁気検出素子３が、プローブ本体部１Ａの長手方向において異なる位置に配置されることから、磁気を検出する際に、磁気検出プローブ１をプローブ本体部１Ａの長手方向に移動させる必要がない。

（３）上記変形形態（１）及び（２）では、基板２の長手方向に、複数のプローブ本体部１Ａを並べて設置したり、プローブ本体部１Ａの長手方向に沿って、複数の磁気検出素子３を配置したりする場合を例に挙げて説明した。
これに対し、基板２の長手方向における異なる位置、かつ、プローブ本体部１Ａの長手方向における異なる位置に複数の磁気検出素子３を配置することが可能である。
図８は、基板２の長手方向における異なる位置、かつ、プローブ本体部１Ａの長手方向における異なる位置に複数の磁気検出素子３を配置した磁気検出プローブ１の構成例を示す模式図である。
なお、図８においては、磁気検出プローブ１の基板２を平面視した状態（検出面側）を示している。
図８に示す構成とした場合、複数の磁気検出素子３を基板２の種々の位置に配置する場合にも、磁気検出素子３の配線を容易に行うことができる。

（４）上記実施形態では、基板２とラミネートシート８とが貼り合わされた延在シート部Ｓを平坦なシート状として構成した場合を例に挙げて説明した。
これに対し、延在シート部Ｓを穴やスリットを有するシート状の部分として構成することも可能である。
このような構成とした場合、延在シート部Ｓの可撓性を高めたり、延在シート部Ｓを軽量化したりすることができる。

１ 磁気検出プローブ、１Ａ プローブ本体部、２ 基板、２Ａ プローブ設置領域、２ａ 表面、２ｂ 裏面、２ｃ，２ｄ ランド部、２ｅ 配線部、３ 磁気検出素子、４ 素子保護部、５ 補強部、６ 半田部、７ リード線、８ ラミネートシート

Claims (4)

1. 磁気を検出する磁気検出素子を有するプローブ本体部と、
   可撓性を有し、前記プローブ本体部から延在するシート状の部材によって構成されたシート部と、
   を備える磁気検出プローブ。
2. 前記シート部は、前記プローブ本体部において前記磁気検出素子が表面実装された基板を前記プローブ本体部から延在させた延在領域と、前記磁気検出素子及び前記延在領域を覆うように貼り付けられたラミネートシートとによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出プローブ。
3. 前記シート部には、前記プローブ本体部が複数並べて設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気検出プローブ。
4. 可撓性を有するシート状の基板の一部の領域に、磁気を検出する磁気検出素子を表面実装してプローブ本体部を形成するプローブ本体部形成ステップと、
   前記プローブ本体部と前記基板における前記プローブ本体部が形成されていない領域とを覆うようにラミネートシートを貼り付けるラミネートシート貼付ステップと、
   を含む磁気検出プローブの製造方法。

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