JP2016142732A - 磁気センサーおよび磁気特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場空間の磁気特性を測定し、磁気力やその作用方向、更には磁気勾配を定量的に測定して表示し、更にはこれらの値が所定の値を超えた場合に、人が感知できる警告を発する安価な磁気センサーおよび磁気特性測定装置を提供することである。【解決手段】磁気センサーを、磁気力の大きさに応じて変形する弾性体と、該弾性体に所定の質量の磁性体を一体化し、被測定磁場中で磁性体に磁気力が作用して変形する弾性体と、該弾性体を支持する面の面圧の大きさを測定する面圧測定手段と、該面圧測定手段に給電し、該面圧測定手段の電子信号を出力する電子回路で安価に構成する。本構成により、磁気力等の磁気特性を定量的に計測でき、この磁気力が所定の閾値を超えた場合に警告を発することで、磁気力による磁気吸引で磁性物体が破損し、人を傷つける等の事故を未然に防止することができる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を提供できる。【選択図】図１

Description

本発明は、磁場中において磁性物質に物理的磁気力を与える際に、作用する磁気特性を精度よく測定できる安価な磁気センサーおよび磁気特性測定装置に関する。

超電導式や永久磁石式の核磁気共鳴イメージング、核磁気共鳴装置、超電導磁気浮上車両、超電導加速器や電磁石を有する磁場発生装置等の設置空間においては、磁場発生装置運転中の磁石からの漏れ磁場は高く、かつ広範囲であり、人が医療機器や、医療用ガスボンベや、測定機器や通信機器等の電子機器、工具やステール椅子等の被物体を持参して磁場空間内に入る場合、電子機器の誤動作や、スパナ等の磁性体工具の高速吸引等を生じさせる磁気的危険空間が存在する。また、磁場発生装置の励磁前の製作組立や保守点検に使用した電子機器や、作業用ガスボンベや、工具やステール椅子の回収を忘れる人為的なミスが少なからず発生し、磁場発生装置の電磁石を徐々に励磁する際に発生する磁場で、電子機器や工具やステール椅子が磁場発生装置に磁気力で吸引される危険磁場空間が生じる場合がある。

また、近年急速な進展を示す再生医療分野において、膝関節の軟骨や骨の再生医療で研究が進められている、核磁気共鳴画像装置用造影剤を磁性微粒子として取り込ませた間葉系幹細胞（以下磁性幹細胞と称す）の外部誘導手段として、強磁気力を提供できる磁場発生手段の例えば超電導バルク磁石の適用が、臨床応用を目標に積極的に進められている。現状の再生医療試験では、超電導バルク磁石の磁界内で、前記磁性幹細胞の注入部位や誘導先への細胞の軌跡を、内視鏡を使用しながら確認して行っている。しかし、多数のデータを整理する場合、両部位における磁気力や磁気力係数を定量的に把握し、治療効果を比較検討することが重要である。

ここで、従来の測定位置前後での磁束密度の測定は、１個の磁気測定用のホール素子を圧電アクチエータに組み込み、一次元の微小移動距離の数十μmから数百μmを短時間にトラバースし、少なくとも２点の測定位置で磁束密度を測定し、その測定結果より測定位置での一次元の磁気勾配を測定、算出する装置が特許文献１の特許公開２０１３-１９５１７２に開示されている。

しかし、上記装置で磁気勾配を求めるのに使用する圧電アクチエータ本体はトラバースの距離を確保するため多数の高価なピエゾ素子を積層する必要があり、かなり高価となり、かつ圧電アクチエータ駆動直流電圧が150Vと高く、その駆動ドライバーも高価であり、安価な装置とならない問題があった。

また、磁場中で前記磁性細胞の注入部位や誘導先である特定部位を定めるための、磁気検出手段の固定支持構造が明記されておらず、磁気検出手段を保持する手の手振れ等による、前記特定部位での測定精度が低下する問題があった。

一方、超電導磁気浮上式列車に搭載される超電導磁石は大型で高磁場を発生させるため、車両の超電導磁石周りの保守点検等を行う際、磁気力を定量的に把握し、携帯するスパナや磁気カード等の磁性物質等の磁気吸引力や磁気メモリーの破壊に対する、安全予防を行うことが重要である。

ここで、従来の医療検査用の超電導核磁気共鳴イメージングでは、内蔵された超電導磁石の磁場が短時間に消滅するクエンチが発生した場合に生じる、磁場変化が被医療検査人に影響を与えないように、クエンチの発生の兆候を超電導磁石の電気抵抗変化による電圧上昇で検知し、クエンチの発生を事前に警告する装置が特許文献２の特許公開２００７-２１５６３５公報に開示されている。

ここで、磁気力F_m [N]の計算式を（１）式に示す。体積がV [m³]の磁性物が置かれた空間の磁束密度B[T]とすると、磁気力F_mは、磁束密度Bと磁気勾配ΔB[T/m]の積（以下，磁気力係数f_m [T²/m]と記す）に比例する。ここで，χは磁化率[-]，μ₀は真空透磁率[N/A²]である。

F_m = V・χ・B・ΔB/μ₀
= V・χ・f_m /μ₀ ・・・・・・・・・・・（１）

特許公開２０１３-１９５１７２公報 特許公開２００７-２１５６３５公報

前記特許文献１の引例において、前記引例の構成には前記磁気的危険空間の磁束密度や磁気力の大きさを測定、検知する機器を付帯した被物体は含まれていないことから、電磁石や永久磁石を内蔵した装置が設置された空間で作業するために搬入する前記被物体に対し、所定の磁束密度や磁気力を超える磁気的危険空間が存在するか否かを警告することができないため、搬入する人が磁気的危険空間の存在を認知できず前記被物体の電子機器が誤動作したり、破損したりすることを未然に防止できない問題があった。

また、磁場発生装置の励磁前の製作組立や保守点検を行う際、作業用の電子機器や、ガスボンベや、工具や、ステール椅子の回収を忘れた場合に、作業後の磁場発生装置の電磁石を徐々に励磁する際に発生する磁場で、電子機器内の部品が誤動作や破損したり、工具やステール椅子が磁場発生装置に磁気力で吸引され、磁場発生装置を破損したり、人を傷つけることを未然に防止できない問題があった。

前記特許文献２の引例において、引例の構成には、前記磁気的危険空間の磁気力や磁束密度の大きさを測定、検知する機器を付帯した被物体は含まれていないことから、電磁石や永久磁石を内蔵した装置が設置された空間で作業するために搬入する前記被物体に対し、所定の磁気力や磁束密度を超える磁気的危険空間が存在するか否かを測定し、警告することができないため、搬入する人が磁気的危険空間の存在を認知できず前記被物体の電子機器が誤動作したり、破損したりすることを未然に防止できない問題があった。

また、磁場発生装置の励磁前の製作組立や保守点検を行う際、作業用の電子機器や、ガスボンベや、工具や、ステール椅子の回収を忘れた場合に、作業後の磁場発生装置の電磁石を徐々に励磁する際に発生する磁場で、電子機器内の部品が誤動作や破損したり、工具やステール椅子が磁場発生装置に磁気力で吸引され、磁場発生装置を破損したり、人を傷つけることを未然に防止できない問題があった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、前記磁気的危険空間の磁気特性を測定し、磁気力や磁気力の作用方向、更には磁束密度、磁気勾配を定量的に測定、表示し、更にはこれらの値が所定の値を超えた場合に、人が感知できる警告を発する安価な磁気センサーおよび磁気特性測定装置を提供することである。

かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、少なくとも被測定空間の１軸以上の測定方向を有する磁気センサーを、磁気力の大きさに応じて少なくとも可撓もしくは弾性変形する弾性体と、該弾性体に所定の質量、体積、寸法の磁気力作用手段である少なくとも１個以上の磁性体を付加、一体化し、該弾性体を支持する面の面圧の大きさを測定する例えば圧電素子等の面圧測定手段と、該面圧測定手段に給電し、該面圧測定手段で発生した電子信号を出力する電子回路で構成する。

また、磁気特性測定装置は、前記磁気センサーと、該磁気センサーに給電し、磁気特性を測定、演算する給電・演算手段と、前記センサーに給電し、測定結果の記録および測定結果から磁気特性を演算し、制御する給電・演算・制御手段を有した磁気特性測定装置で構成される。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、前記磁性体に磁気力が作用し前記弾性体が磁気力の大きさに応じた変位や面圧を発生し、該変位や面圧に応じた面圧測定手段の電気信号を測定する。また、作用する磁気力と該変位・面圧および該電気信号を予め校正したデータを該給電・演算手段に記憶させ、測定された電気信号より磁気力を演算、測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項２記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁性体を一体化した前記磁気センサーと、該磁性体とほぼ同一の質量、形状寸法の非磁性体を該磁性体と同位置に配置した他が同一構造の非磁気センサーとの複合の磁気センサーで構成する。

本構造の複合の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、所定の質量を有する磁性体の磁気力を含まない重力および加速度による外力を非磁気センサーで測定できるので、前記磁気センサーの磁気力と重量や加速度による外力を含む測定値から該非磁気センサーで測定した重力と加速度による外力を計測した測定値を差し引くことにより、さらに正確な磁気力を演算、測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項３記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁性体および面圧測定手段を複数個に分散配置して磁気センサーを構成する。

本構造の複合の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、複数の分散された前記磁性体毎に磁気力が作用するので、２次元もしくは３次元的に前記弾性体に磁気力が作用し、前記面圧測定手段毎で磁気力分布を測定することが可能となり、さらに正確に３次元的な磁気力を演算、測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項４記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁気センサーを前記磁性体と前記弾性体との接触面が球面状態で一体化された磁気センサーで構成する。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、前記磁性体に磁気力が作用する方向が、該変位や面圧の主測定方向に対し角度を有する際に、磁気力が作用する方向が前記球面上の接触面の接線に対し直角方向にあるので、該磁気力の直角３方向の３軸方向成分を該弾性体に高感度で伝達し、さらに正確に３次元的な磁気力を演算、測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項５記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁性体を一体化した磁気センサーと、磁束密度を測定する１軸以上の測定方向を有した磁束密度センサーを組み合わせた複合の磁気センサーで構成する。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、測定部位の磁束密度の測定値と、前記磁気力の測定結果および既知である磁性体の磁気特性値から、該測定部位での磁気勾配を演算、測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項６記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁性体を一体化した磁気センサーの弾性体の伸び上限位置に、非磁性材料で製作したストッパーを配置した磁気センサーで構成する。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、磁性体を一体化した弾性体の伸び方向に磁気力が作用する場合、弾性体が引き張り力によって弾性体自体もしくは磁性体と弾性体の接合面、もしくは弾性体と面圧測定手段との接合面に亀裂が生じることを防止できるので、測定値に誤差が生じることを防止できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項７記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁気センサーで測定した磁気力が前記弾性体を引き張る方向に作用する場合を前記面圧測定手段で検知し、検知後警告を発する警告手段を備えた構成とする。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、磁気センサーの弾性体が伸び方向に磁気力が作用する場合、磁気センサーの姿勢が間違っていることを示す警報を発生でき、磁気センサーの配置姿勢を直して磁気力を短時間に測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項８記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置では、前記磁気センサーで測定した磁気力が所定の閾値を超えた際に、警告を発する警告手段を備えた構成とする。

本構造および構成の磁気センサーおよび磁気特性測定装置によれば、測定された磁気力が例えばスパナ等の他の磁性体である前記被物体が磁気力で吸引される磁気力の値が小さく、また、電子機器が誤動作したり破損したりする磁気力の値より小さな値を前記閾値として設定すれば、前記警報により、被物体が磁気力で移動し危害を加えることを事前に防止できる。

本発明によれば、弾性体の変位や面圧で弾性体の圧縮力を測定するセンサーの該弾性体に磁性体を一体化することにより、被測定磁場空間において磁性体が受ける磁気力を該弾性体の変位量や面圧力で該磁気力を３次元的に測定できるので、センサーを移動させることなく磁気力を測定でき、さらには重力や加速度による外力を測定する外力測定手段と複合で用いることにより、センサー姿勢の重力や運動による外力で生じる誤差を除去することで高精度で磁気力を測定でき、また磁束密度測定手段を併用することで測定された磁気力と磁束密度と磁性体の物性値から磁気勾配を演算できるので、安価で、高精度に磁気力と磁気勾配を測定できる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を提供することができる効果がある。

また、磁気センサーに材質が鉄やニッケル等の安価な少量の磁性体を付加することで、磁気力等の磁気特性を測定できるので、安価な磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

本発明による実施例１を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す断面図である。 実施例１を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す正面図である。 実施例１の磁気センサーを用いた磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。 実施例１を構成する圧電方式の磁気センサーへの磁気力が傾いて作用する場合の概念構造を示す断面図である。 本発明による実施例２を構成する磁気センサーと非磁気センサーの組合せである圧電方式の複合磁気センサーの概念構造を示す断面図である。 実施例２の複合磁気センサーを用いた磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。 本発明による実施例３を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す断面図である。 実施例３を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す正面図である。 本発明による実施例４を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す断面図である。 実施例４を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す正面図である。 本発明による実施例５の複合磁気センサーを用いた磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。 本発明による実施例６を構成する圧電方式の磁気センサーの概念構造を示す断面図である。

（実施例１）
図１は、本発明による実施例１を構成する面圧測定手段である圧電方式の磁気センサーの原理概念構造を示す断面図で、図２は正面図を示す図である。さらに図３は磁気センサーを用いた磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。

図１および図２の圧電方式の１軸以上の磁気センサー１００において、例えば円柱状の弾性体１は例えばウレタンやシリコーン等の３軸方向にほぼ同一の応力―歪特性を有した柔らかな弾性物で構成され、該弾性体１の一部、例えば円柱の端面部に鉄やニッケル等の既知の磁化率、飽和磁化特性を有した磁性材料で製作された所定の質量、体積、寸法の薄い板状の磁気力作用手段である例えば円盤状の磁性体２が貼付されて一体化され、該弾性体１の一部、例えば円柱の他端面部に面圧を測定する１個以上の例えば５個のピエゾ圧電素子３、４，５，６，７が貼付一体化され、該ピエゾ圧電素子群は電子回路基板８上に駆動電源や電気信号を受送信できる端子９，１０，１１，１２，１３，１４、１５がそれぞれ測定配線１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２を有して配置され、該電子回路基板８は電気絶縁材料例えばプラスチック製のベース２３上に、電気絶縁されて固定されている。

本実施では、磁気センサー設置空間に例えば永久磁石の磁石２４の磁界が存在すると、磁性体２に矢印方向に磁気力が生じ、弾性体１は矢印方向に縮んで変形し、検出素子群３，４，５，６，７に圧縮力が作用し、検出素子内に電荷等が生じ電気信号が生じる。

磁気センサー１００を用いた磁気特性測定装置１１０の構成を示す図３のフローチャート図において、磁気特性測定装置１１０は、磁気力成分を測定する磁性加速度測定手段である、例えば磁気センサー１００と、前記磁気センサー１００に電気を供給し、磁気センサー１００で測定された圧電素子３、４，５，６，７の測定電気信号を送信し、電気信号を圧力値に演算する給電・演算手段と、測定、演算値の記録およびこれらの記録データを用いた演算と、演算値を例えば液晶表示器に表示するための表示・制御等を行う演算・表示・制御手段を含む、給電・演算・表示・制御手段２５と、該給電・演算・表示・制御手段２５により測定値を液晶等に表示する表示手段や、所定の閾値との比較演算で警報発生である例えばＬＥＤ球やブザーや振動器を制御される測定値・警報表示警告手段２６と、給電・演算・表示・制御手段２５および測定値・警報表示警告手段２６に給電する給電手段である給電機器２７とで構成される。給電機器２７には外部電源（図示せず）から電源コード２８を通じて給電される。

図１および図２のように、磁場発生源となる磁石２４が磁性体２の直下方向にある場合、磁性体２に作用する磁気力は図１中の矢印方向に作用し、弾性体１を均等に圧縮するように作用する。したがって、圧電素子３、４，５，６，７には均等な圧縮力が作用し、その圧縮力に対応した電圧等の電気信号が発生し、その信号がそれぞれ電子回路基板８の端子１０、１１、１２，１３，１４に送電され、配線１７，１８，１９，２０，２１で給電・演算手段に送信される。端子１５はグランド、端子９は素子への供給電源の正極であり、配線２２、１６で給電・演算手段に導通している。

磁気力の総合値は、圧電素子群の電気信号からそれぞれの圧電素子に作用する圧縮力を給電・演算手段で定量的に演算し、さらに演算・表示・制御手段でその総合値を演算し、その値を測定値・警報表示警告手段の液晶表示器に表示したり、磁気力が所定の閾値を超えた場合には、ＬＥＤ球を点灯したり、ブザーで警告音を発生したり、振動モータで振動を発生したりして、測定空間部位での磁気力が危険な大きさで危険磁場空間近傍もしくは危険磁場空間内であることを警告する。

さらに、図４に示す磁石２４が磁性体２の直下方向から角度θ傾いている場合、磁気力は磁性体２に矢印の方向に作用する。この場合、圧電素子３、４，５，６，７には不均等な圧縮力が作用し、その圧縮力に差が生じ、その値および各圧電素子の位置の相対距離から演算・表示・制御手段で角度θの値を定量的に演算する。

また、磁気力は、各圧電素子に作用する圧縮力とその作用角度との相関値を予め相関データとして演算・表示・制御手段に記録することにより、各圧電素子における作用角度θの圧縮力の絶対値を演算でき、それぞれの圧電素子での絶対値を加算することで磁気力の総合値を演算することができる。

また、作用する磁気力は磁性体の磁化率等の磁気特性や質量で異なるので、磁気センサーの圧電素子の感度に相応した圧縮力を磁性体の材質や質量で調整することができる。すなわち、磁場が大きく磁気力が大きい場合に使用する際には、磁性体の磁化率が小さい材料や、磁性体を薄く軽くすることで、圧電素子の磁気力の測定上限値を大きくすることができる。

また、本実施例の磁気センサーに使用する磁性体の質量の大小を調整することにより、磁場中で作用する磁気力の大きさを調整できるので、磁気力に対する感度を調整した磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

また、弾性体の弾性係数を調整することにより、磁気力が作用した際にその作用角度に対応した弾性体の変位を調整でき、これにより圧電素子に作用する圧縮力の偏移性を大きくし、圧電素子間の出力値の差が大きくできるので作用角度の演算精度を向上できる。

また、前記作用角度θを前記演算・表示・制御手段で比較演算し、がほぼ０°になれば測定値・警報表示警告手段で液晶表示による告知表示やＬＥＤ球による告知光の発生、もしくはブザーによる告知音等で告知することにより、磁気センサー直下方向に磁場発生源を対向させることができ、圧電素子により均等に磁気力を作用できるので、より高精度の磁気力を測定できる効果がある。

したがって、本実施例によれば、主に磁性体と弾性体および圧電素子で構成された磁気センサーにより、磁場発生源の磁石の漏れ磁場空間の所定の部位での磁気力の総合値および磁気センサーと磁気力作用方向との角度を定量的に演算できるので、安価な磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

また、本実施例では磁石中心が磁性体直下の２次平面内にある場合について説明したが、磁石中心が磁性体下部の半球的空間の３次元空間に有る場合においても、同様な効果が生じる。

また、本実施例によれば、例えば工具等の磁性物が磁石に吸引されない危険磁場空間近傍である磁気特性の閾値を定め、磁気特性測定装置による測定値が前記閾値を越えた場合、磁気特性測定装置で警報を発することができるので、磁気特性測定装置を携帯もしくは被物体に装着することで、所定の磁気力が存在する磁場空間に工具等の磁性物を携帯した人が侵入したり、磁性物を内蔵した被物体を設置または搬入する際に、ブザー音で聴覚的な警告を認知できるので、前記磁場空間内から該当する被物体を外すことにより、電子機器が誤動作したり、破損したり、ガスボンベや、工具やステール椅子が磁気力で動き、被物体が破損したり、人を傷つけることを未然に防止することができる。

（実施例２）
図５は、本発明による実施例２の磁気センサー１００と非磁気センサー１０１とを用いた磁気特性測定装置３０の構成を示すフローチャート図である。

図５、図６において、図１および図３のフローチャート図と異なる点は、磁気センサー１００の設置部位と近い部位に非磁気センサー１０１を配置し、同様に給電・演算手段から給電され測定信号を給電・演算・表示・制御器に出力する構成にある。ここで図５での磁気センサー１００と非磁気センサー１０１を構成する構成物の番号において同じ番号は同じ機能を有する構成物であることを示す。

図５において、非磁性磁気センサー１０１では磁気センサー１００の磁性体２の代わりに、ほぼ同形状、同一質量の例えばアルミニューム青銅等の非磁性材料で製作された非磁性体３１を同位置で弾性体１に一体して構成される。図５において、磁石２４の漏洩磁場による磁気力は非磁性体３１には作用しない。したがって、磁性センサー１００と同姿勢の非磁性センサー１０１には同姿勢における非磁性体１０１の重力に影響による荷重や、非磁性磁気センサー１０１と磁気センサー１００の同一の動きによる加速度による荷重が作用するので、非磁性センサー１０１で前記荷重を給電・演算手段で測定した値を、磁気センサー１００での測定値から演算・表示・制御手段で差し引き、演算することにより、磁気センサーの姿勢や加速度の影響を除いたさらに正確な磁気力を測定できる。

したがって、本実施例では磁気力の測定精度をさらに向上することができる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

（実施例３）
図７は、本発明による実施例３の磁気センサー１０２の構造を示す断面図であり、図８は磁気センサー１０２の正面図である。

図７および図８において、磁性体３２、３３、３４，３５、３６は、図２と同様な位置に配置された圧電素子３，４，５，６，７に対面する位置に配置されており、磁性体の配置位置での磁気力がそれぞれの磁性体に、より単独に作用するため、磁石２４が図４に示すような角度θ傾いている場合、図４の磁気センサー１００と比較して、磁気力は磁性体３５には弱く、磁性体３３には強く作用するため、圧電素子６の電気信号は小さく圧電素子４の電気信号は大きく作用する。この場合、それぞれの磁性体直下方向に配置した少なくとも圧電素子６にはより小さく、圧電素子４にはより大きな電気信号が発生するので、その圧縮力により大きな差が生じ、その値から演算・表示・制御手段で、さらに正確な角度θの値を演算することができる。

したがって、本実施例では磁気力が作用する方向の角度θをより正確に測定できるので、角度θ方向に磁気センサーをより正確に向けることにより、より正確な磁気力を測定できる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

（実施例４）
図９は、本発明による実施例３の磁気センサー１０３の構造を示す断面図であり、図１０は磁気センサー１０３の正面図である。

図９および図１０において、磁性体３７、３８、３９，４０、４１は半球体の形状であり球面部が弾性体１に埋没されるように配置され、図２と同様な位置に配置された圧電素子３，４，５，６，７に対面する位置に配置されて磁気センサー１０３が構成されている。

磁性体の配置位置での磁気力がそれぞれの磁性体に、より単独に作用するため、磁石２４が図４に示すような角度θ傾いている場合、図４の磁気センサー１００と比較して、磁性体の曲面部の接線方向に対して直角方向に磁気力が作用するため、作用する磁気力は磁性体４０では磁石方向に弱く、磁性体３８には磁石方向に強く作用し、圧電素子６の電気信号はさらに小さく圧電素子４の電気信号はさらに大きく作用する。よって、それぞれの磁性体直下方向に配置した少なくとも圧電素子６にはより小さく、圧電素子４にはより大きな電気信号が発生するので、その圧縮力により大きな差が生じ、その値から演算・表示・制御手段で、さらに正確な角度θの値を演算することができる。

したがって、本実施例では磁気力が作用する方向の角度θをさらに正確に測定できるので、角度θ方向に磁気センサーをより正確に向けることにより、さらに正確な磁気力を測定できる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

（実施例５）
図１１は、本発明による実施例５の磁気センサー１００と磁束密度センサー１０４とを用いた磁気特性測定装置４２の構成を示すフローチャート図である。

本実施例ではセンサー位置での１軸以上の磁束密度を測定する磁束密度センサー１０４を配置し、磁束密度センサー１０４は給電・演算手段と電気的に連結され、センサー位置の磁束密度を定量的に演算する。その演算結果を基に、この磁束密度の測定値と磁気力の測定値、および磁性体の既知の密度、体積、磁化率や飽和磁化特性、真空透磁率等のデータを用いて、（１）式から測定部位の磁気勾配等の磁気特性値を演算し測定することができる。

したがって、本実施例では、磁気力を測定できると共に、測定部位での磁束密度と磁気勾配が測定できるので、磁気勾配の閾値を設定して警報を発したり、磁気力の大きさの要因ごとに測定部位の磁気特性を安価に測定できる磁気センサーおよび磁気特性測定装置を構成できる効果がある。

（実施例６）
図１２は、本発明による実施例６の磁気センサー１０５の構成を示す断面図である。

本実施例では磁性体の上部に非磁性材料で製作され、ベース２３に一体化されたストッパー４３を設けて磁気センサー１０５を構成している。本実施例では、磁性体２に弾性体１が伸びる方向に磁気力が作用する場合、ストッパー４３で磁性体２が所要の距離以上に移動することを防止する。

したがって、本実施例では、弾性体１が引張応力で亀裂が入り破損することを防止でき、磁気センサーの破損を防止できる効果がある。また、この場合、圧電素子で引張の負圧の測定結果を示すので、負圧の閾値を設けることにより、磁気センサーの姿勢が間違っていることを示す警報を演算・表示・制御手段を介して測定値・警報表示警告手段で発生でき、磁気センサーの配置姿勢を直して磁気力を短時間に測定できる。

また、本実施例ではストッパー４３は磁性体２の上方に配置した場合について説明したが、さらに磁性体２の側面周囲にも設けて、弾性体１が過度なせん断力が作用して亀裂等が発生することを防止しても、同様な効果が生じる。

以上の本実施例では磁気力や引張力による弾性体に作用する圧縮力を検知する手段として例えばピエゾ素子の圧電効果を利用した圧電素子を使用した場合について説明したが、圧縮力や引張力による歪の電気抵抗変化を使用した歪測定素子を使用しても同様な効果が生じる。

また、以上の実施例では弾性体が１個である場合について説明したが、磁性体、弾性体、圧電素子が一対を構成した構成体を複数個配置する場合においても、同様な効果が生じる。また、前記複数個の構成体を、３次元の３軸方向に配置しても同様な効果が生じる。

また、以上の実施例では弾性体の一部に磁性体を付加、一体化した場合について説明したが、弾性体に微小磁性体球等を多数均一にもしくは不均一に内蔵して弾性体を構成しても、同様な効果が生じる。

本発明によれば、磁性体とこれに一体化された弾性体、該弾性体に作用する磁気力等の外力を測定する圧電素子で磁気センサーを構成できるので、磁気力を直接測定でき、またその３次元的作用方向も測定することができる。したがって、磁気センサーを移動させることなく磁気力を測定でき、さらには非磁性センサーと複合で用いることにより、センサー姿勢の重力、運動による外力の誤差を除去することにより高精度で磁気力を測定でき、また、磁束密度センサーを併用することで磁気力と磁束密度から磁気勾配を測定できるので、安価で、高精度な磁気センサーおよび磁気特性測定装置を提供することができる効果がある。

また、本発明によれば、例えば工具等の磁性物が磁石に吸引されない危険磁場空間近傍である磁気力や磁気勾配等の磁気特性の閾値を定め、磁気特性測定装置による測定値が前記閾値を越えた場合、磁気特性測定装置で警報を発することができるので、磁気特性測定装置を携帯もしくは被物体に装着することで、所定の磁気力が存在する磁場空間に工具等の磁性物を携帯した人が侵入したり、磁性物を内蔵した被物体を設置または搬入する際に、ブザー音で聴覚的な警告を認知できるので、前記磁場空間内から該当する被物体を外すことにより、電子機器が誤動作したり、破損したり、ガスボンベや、工具やステール椅子が磁気力で動き、被物体が破損したり、人を傷つけることを未然に防止することができる。

また、本発明によれば、磁気センサーの弾性体が伸び方向に磁気力が作用する場合、磁気センサーの姿勢が間違っていることを示す警報を発生でき、磁気センサーの配置姿勢を直して磁気力を短時間に測定できる。

１・・・弾性体、２、３２、３３、３４，３５、３６、３７、３８、３９，４０、４１・・・磁性体、３、４、５、６、７・・・圧電素子、８・・・回路基板、９，１０，１１，１２，１３，１４、１５・・・端子、１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２・・・測定配線、２３・・・ベース、２４・・・磁石、２５・・・給電・演算・表示・制御手段、２６・・・測定値・警報表示警告手段、２７・・・給電機器、２８・・・電源コード、３０、１１０・・・磁気特性測定装置、３１・・・非磁性体、４２・・・磁気特性測定装置、４３・・・ストッパー、１００、１０２、１０３、１０５・・・磁気センサー、１０１・・・非磁気センサー、１０４・・・磁束密度センサー

Claims (8)

1. 磁場発生手段によって生じる磁場空間の磁気特性を測定する磁気センサーおよび磁気特性測定装置において、
   少なくとも被測定空間の１軸以上の測定方向を有する磁気センサーを、
   被測定磁場中において磁気力が作用する磁性体と、
   該磁性体に作用する少なくとも磁気力に応じて可撓もしくは弾性変形する弾性体と、
   該弾性体を支持し少なくとも該磁気力の反力を受ける面の面圧の大きさを測定する面圧測定手段と、
   該面圧測定手段に給電し、該面圧測定手段で発生した電子信号を出力する電子回路で構成し、
   該磁性センサーの電子信号を基に数値演算する演算手段と、
   前記各手段へ給電する給電手段と
   を備えたことを特徴とする磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
2. 磁場発生手段によって生じる磁場空間の磁気特性を測定する磁気センサーおよび磁気特性測定装置において、
   少なくとも被測定空間の１軸以上の測定方向を有する磁気センサーを、
   被測定磁場中において磁気力が作用する磁性体と、
   該磁性体に作用する少なくとも磁気力に応じて可撓もしくは弾性変形する弾性体と、
   該弾性体を支持し少なくとも該磁気力の反力を受ける面の面圧の大きさを測定する面圧測定手段と、
   該面圧測定手段に給電し、該面圧測定手段で発生した電子信号を出力する電子回路で構成した磁気センサーと、
   被測定磁場中において磁気力が作用しない非磁性体と、
   該非磁性体に作用する磁気力以外の外力に応じて可撓もしくは弾性変形する弾性体と、
   該弾性体を支持し該外力の反力を受ける面の面圧の大きさを測定する面圧測定手段と、
   該面圧測定手段に給電し、該面圧測定手段で発生した電子信号を出力する電子回路で構成した非磁気センサーとの複合で構成し、
   該複合の磁性センサーを構成する磁気センサーおよび非磁気センサーの電子信号を基に数値演算する演算手段と、
   前記各手段へ給電する給電手段と、
   を備えたことを特徴とする磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
3. 前記磁性体を１個以上の磁性体で、
   前記磁性体を１個以上の弾性体で、
   前記面圧測定手段を１個以上の面圧測定手段で構成したこと
   を特徴とする請求項１および請求項２記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
4. 前記磁性体と、
   該磁性体に作用する少なくとも磁気力に応じて可撓もしくは弾性変形する弾性体との接触面を曲面としたこと、
   を特徴とする請求項１、請求項２記載および請求項３記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
5. 磁場発生手段によって生じる磁場空間の磁気特性を測定する磁気センサーおよび磁気特性測定装置において、
   前記磁気センサーの配置位置近傍に少なくとも測定方向が１次元以上の磁束密度を測定する磁束密度測定手段を配置し、
   該磁束密度測定手段の電子信号を基に数値演算する演算手段と、
   前記各手段へ給電する給電手段
   を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２記載、請求項３および請求項４記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
6. 前記弾性体の所定の伸び上限位置に非磁性材料のストッパーを配置したこと
   を特徴とする請求項１、請求項２記載、請求項３、請求項４記載および請求項５記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
   磁気センサーで構成する。
7. 前記面圧測定手段に作用する外力が所定の引張荷重を超えた際に、演算手段で制御された警報を発する警報手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１、請求項２記載、請求項３、請求項４記載、請求項５記載および請求項６記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。
8. 前記面圧測定手段に作用する磁気力が所定の値を超えた際に、演算手段で制御された警報・表示を行う警報・表示手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１、請求項２記載、請求項３、請求項４記載、請求項５記載、請求項６記載および請求項７記載の磁気センサーおよび磁気特性測定装置。