JP2017139402A - 磁気マーカの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く磁気マーカを作製でき、低コスト化を実現できる磁気マーカの作製方法を提供すること。【解決手段】車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように路面に敷設され、運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転を実現するための車両側の制御を実現するための磁気マーカの作製方法であって、磁性材料の粉末である磁性粉が基材中に分散する磁性層を備えるシート状の磁気マーカ１を複数積層した積層体１００に対して磁界を作用し、積層体１００を構成する各磁気マーカ１を着磁する。【選択図】図７

Description

本発明は、道路に敷設する磁気マーカに関する。

従来、車両に取り付けた磁気センサにより道路に敷設された磁気マーカを検出する車両用の磁気マーカ検出システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような磁気マーカ検出システムによれば、車線に沿って敷設された磁気マーカを利用する自動操舵制御や車線逸脱警報等の各種の運転支援のほか、自動運転を実現できる可能性がある。

特開２００５−２０２４７８号公報

しかしながら、前記従来の磁気マーカでは、次のような問題がある。例えば車線逸脱警報の運転支援を実現するためには比較的短い間隔で磁気マーカを敷設する必要があり、敷設区間が長ければ磁気マーカの個数が膨大となるため、磁気マーカの調達コストが高いと施工コストの上昇を回避できなくなるおそれがある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、効率良く磁気マーカを作製でき、低コスト化を可能にする磁気マーカの作製方法を提供するものである。

本発明は、車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように路面に敷設され、運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転を実現するための車両側の制御を実現するための磁気マーカの作製方法であって、
磁性材料の粉末である磁粉が基材中に分散する磁性層を備えるシート状の磁気マーカを複数積層した積層体に対して磁界を作用し、該積層体を構成する各磁気マーカを着磁することを特徴とする磁気マーカの作製方法にある（請求項１）。

本発明の磁気マーカの作製方法によれば、シート状の前記磁気マーカを複数積層した前記積層体に対して磁界を作用することで、該積層体を構成する各磁気マーカを効率良く着磁できる。このように前記磁気マーカの着磁を効率良く実行できれば、前記磁気マーカの生産効率を高めることができ、生産コストを抑えて低コストを実現できる。

車両による磁気マーカ検出の様子を示す説明図。 磁気マーカが敷設された車線を例示する説明図。 磁気マーカの上面図及び側面図。 磁気マーカの鉛直方向の磁界分布を示すグラフ。 磁気マーカを作製する工程の一部を示す説明図。 着磁前の磁気マーカを打ち抜く工程の説明図。 磁気マーカを着磁する着磁工程の説明図。 敷設状態の磁気マーカの断面構造を示す断面図。 磁気マーカを路面に移載するためのホルダーの説明図。

本発明に係る磁気マーカの作製方法における好適な態様を説明する。
電線を巻回した筒状のコイルに前記積層体を内挿し、前記コイルに電力を供給することで前記積層体に磁界を作用すると良い（請求項２）。
筒状の前記コイルは、例えば柱状の前記積層体を内挿配置するのに適している。筒状の前記コイルに前記積層体を内挿すれば、前記コイルが発生する磁界を効率良く前記積層体を構成する各磁気マーカに作用できる。

前記磁気マーカは、前記磁性層をなす層を設けたシート状の中間加工品である中間シートから打ち抜いたものであり、
前記磁気マーカの打ち抜きには、打ち抜いた前記磁気マーカを順次、型内に収容して前記積層体を形成可能な打抜き型を用いると良い（請求項３）。
この場合には、前記磁気マーカが複数積層された前記積層体を極めて効率良く形成でき、生産効率を一層向上できる。

前記磁気マーカの表面の磁束密度が大きくなると、前記積層体の状態から１枚１枚を分離することが次第に困難になってくる。例えば表面の磁束密度が１テスラ（１万ガウス）を超えるような従来の磁気マーカの場合、前記積層体から１枚ずつ剥がし取ることが困難になる。そこで、前記磁気マーカの表面の磁束密度は、４０ミリテスラ（４００ガウス）以下であると良い。４０ミリテスラ以下の磁束密度は、例えばオフィスのホワイトボードに貼り付ける事務用のマグネットシートと同等以下の磁束密度である。前記磁気マーカの磁束密度が４０ミリテスラ以下であれば、前記積層体として複数積層された状態から１枚ずつ前記磁気マーカを剥がし取る作業を容易に実施できる。なお、前記磁気マーカを検出するための車両側の磁気センサとして、例えば後述するマグネトインピーダンスセンサ等の高感度なセンサを採用した場合であれば、前記磁気マーカに必要な表面の磁束密度を５ミリテスラ以下に抑えることもできる。前記磁気マーカの磁束密度が５ミリテスラ以下であれば、前記積層体から剥がし取る作業が一層容易になる。

（実施例１）
本例は、道路に敷設される磁気マーカ１の作製方法に関する例である。この内容について、図１〜図９を参照して説明する。
図１及び図２の磁気マーカ１は、例えば、車両５が走行する車線５３０の中央に沿って敷設される。このように路面５３に敷設された磁気マーカ１の磁気は、例えば車両５の底面５０に取り付けた磁気センサ２等により検出できる。磁気センサ２の検出信号は、例えば車両５側の図示しないＥＣＵ等に入力され、車線維持のための自動操舵制御や車線逸脱警報などの運転支援制御や、自動走行のための制御など各種の制御に利用される。

磁気マーカ１は、図３のごとく、直径１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの扁平な円形シート状のマーカである。磁気マーカ１は、磁気を発生する磁性層１１に対して、その表裏両面に樹脂材料による保護層１２を積層した３層構造を有している。磁性層１１は、基材であるゴムの中に酸化鉄の粉末である磁粉を分散させた等方性フェライトラバーマグネットの層である。本例では、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）＝６．４ｋＪ／ｍ³の等方性フェライトラバーマグネットを採用している。

ここで、作製する磁気マーカ１の仕様の一部を表１に示す。

有限要素法を用いた軸対称３次元静磁場解析によるコンピュータシミュレーションを利用すると、表面磁束密度Ｇｓが１ｍＴで直径１００ｍｍの磁気マーカ１が作用する鉛直方向の磁界分布が図４のように求まる。同図は、鉛直方向に作用する磁気の磁束密度の対数目盛を縦軸に設定し、磁気マーカ１の表面を基準とした鉛直方向の高さ（マーカ表面からの高さ）を横軸に設定した片対数グラフとなっている。同図によれば、車両５側の磁気センサ２の取り付け高さとして想定される２５０ｍｍの位置について、磁気マーカ１が作用する磁束密度が８マイクロテスラ（０．０８×１０^-4テスラ）となることを把握できる。なお、利用したコンピュータシミュレーションについては、発明者らが実証実験により精度を予め確認済みである。

例えば、磁束密度の測定レンジが±０．６ミリテスラであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２マイクロテスラの高感度のマグネトインピーダンス（ＭＩ：Magneto Impedance）センサを採用すれば、磁気マーカ１が作用する８マイクロテスラの磁界を確実性高く検出できる。ここで、ＭＩセンサは、外部磁界に応じてインピーダンスが変化する感磁体を含むマグネトインピーダンス素子を利用した磁気センサである。マグネトインピーダンス素子（ＭＩ素子）は、パルス電流あるいは高周波電流等が感磁体を流れるときに表皮層の電流密度が高くなる表皮効果に起因し、外部磁界によって表皮層の深さ（厚さ）が変動して感磁体のインピーダンスが敏感に変化するというマグネトインピーダンス効果（ＭＩ効果）を利用して磁気を検出する素子である。このようなＭＩ効果を利用するＭＩ素子によれば、高感度な磁気計測が可能である。なお、ＭＩ素子を利用したＭＩセンサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２００５／１９８５１号公報、ＷＯ２００９／１１９０８１号公報、特許４６５５２４７号公報などに詳細な記載がある。

次に、以上のような構成の磁気マーカ１の作製方法について、図５〜図７を用いて説明する。この作製方法は、磁性層１１をなす磁性シート１０４Ａを作製した後、その表裏両面に保護層１２をなす層を積層した打抜き（切り出し）用の中間シート１０４Ｂを中間加工品として得、さらに、この中間シート１０４Ｂから着磁前の磁気マーカ１を打ち抜いて（切り出して）着磁する方法である。

磁性シート１０４Ａを作製するに当たっては、まず、基材となる流動状態のゴムの中に磁粉１１１（本例では酸化鉄の粉末）を混練したスラリー１１３を生成する（図５（ａ））。このスラリー１１３を所定形状に成型したペレット１０１（図５（ｂ））を乾燥させた後、圧延ローラ１０２によりシート状に薄く引き延ばす。これにより、シート状の磁性シート１０４Ａを作製できる（図５（ｃ））。

図５（ｄ）の中間シート１０４Ｂは、磁性シート１０４Ａの表裏両面に、樹脂材料よりなる保護層１２を積層したシート体である。保護層１２は、例えば硬化剤を混ぜたプラスチック樹脂を磁性シート１０４Ａの表面に塗布して形成できる。中間シート１０４Ｂの断面構造は、磁性層１１をなす第１の層の表裏両面に保護層１２をなす第２の層が積層された３層構造（図示略）となっている。

中間シート１０４Ｂは、破線円で打ち抜き予定位置を示す通り（図５（ｄ））、複数の磁気マーカ１を打ち抜き可能な大判のシートである。磁気マーカ１を打ち抜くに当たっては、図６のごとく、打ち抜いた磁気マーカ１を収容可能な円筒状の打抜き型３が用いられる。この打抜き型３は、図示しない油圧シリンダに従動して上下にストロークするトムソンホルダ３２と、先端に円形状の刃先を有する略円筒状のトムソン型３１と、トムソン型３１に内挿配置された状態で筒方向に摺動可能な吸着ユニット３３と、を含めて構成されている。

図６の吸着ユニット３３は、図示しないエアポンプから延設されたチューブを接続する吸入ポート３３０を備え、この吸入ポート３３０が空圧回路を介して先端面の吸引口３３２に連通している。この吸着ユニット３３は、同図のごとく、中間シート１０４Ｂから打ち抜いた磁気マーカ１を吸着すると共に、新たに磁気マーカ１を打ち抜く毎にその厚さ分だけ後退することで、トムソン型３１内において打ち抜いた磁気マーカ１を順次積層する。

このような構成の打抜き型３を用い、中間シート１０４Ｂの位置を順次ずらしながら打ち抜き加工を連続的に施せば、複数の磁気マーカ１を重ね合わせた積層体１００を形成できる。打ち抜き加工を連続的に実施する途中で、中間シート１０４Ｂを取り替えることも良い。中間シート１０４Ｂを途中で取り替えれば、より多くの枚数の磁気マーカ１が積層された積層体１００が得られる。

所定回数の打ち抜きを実施した後、打抜き型３内から積層体１００を取り出し、この積層体１００を構成する磁気マーカ１を一括して着磁する工程を実施する。図７に例示するこの工程は、電線３５０を巻回した円筒状のコイル３５を備える着磁装置を用いて実施される。

コイル３５は、積層体１００を内挿配置可能なように形成されている。積層体１００を内挿配置した状態でコイル３５に電力を供給すれば、コイル３５から発生する磁界を積層体１００に作用できる。このように積層体１００に磁界を作用すれば、この積層体１００を構成する各磁気マーカ１の磁性層１１を構成する磁粉を磁化でき、これにより磁気マーカ１を着磁できる。特に、上記のように積層体１００よりも筒方法に長い円筒状のコイル３５を利用すれば、この積層体１００を構成する各磁気マーカ１に均一性高く磁界を作用でき、磁気的な特性のばらつきが少ない高品質の磁気マーカ１を作製できる。

磁気マーカ１の敷設の際には、着磁済みの積層体１００から取り外した磁気マーカ１を、予め接着材を塗布した路面５３に配置する。そして、接着材の硬化により接合が完了した後、例えばポリアミド樹脂材料の中に砂等の骨材を混ぜた粉体塗料を磁気マーカ１の表面に塗布している。

このような施工手順を実行すると、図８のごとく、磁気マーカ１と路面５３との間隙に接合層１６が形成されていると共に、ポリアミド樹脂材料の中に骨材が混ざった防滑層１５が表面側に形成された敷設状態を実現できる。ここで、磁気マーカ１の厚さは１．５ｍｍであり、路面５３にプリントされる白線や制限速度表示等の路面標識よりも薄いため、車両走行の妨げとなるおそれが少ない。また、骨材を混ぜた防滑層１５が表面側に積層されているため、車両タイヤのスリップ等が起こる可能性が少なくなっている。なお、図８は、磁気マーカ１の外周部の断面構造を例示している。同図に例示するように磁気マーカ１の外周側面は、打ち抜きによる切断加工面により形成されているが、この切断加工面を覆うように骨材を混ぜたポリアミド樹脂材料を塗布することも良い。

以上の磁気マーカの作製方法によれば、打ち抜きにより効率良く磁気マーカ１を作製できる。特に、中間シート１０４Ｂは複数の磁気マーカ１を打ち抜き可能な大判シートであるので、打ち抜き箇所をずらしながら連続的に打ち抜くことで、磁気マーカ１の生産効率を向上できる。さらに、例示した打抜き型３であれば、打ち抜いた磁気マーカ１を型内に取り込み、積層体１００を形成できる。積層体１００として複数の磁気マーカ１を積層した状態であれば、複数の磁気マーカ１を一括して取り扱うことができ、利便性が高くなる。

例えば着磁済みの積層体１００を施工現場までそのままの状態で運搬し、現場作業にて積層体１００から磁気マーカ１を取り外しながら敷設作業を実施することも良い。また、例えば図９のごとく積層体１００を収容すると共に取り出し口３４０から磁気マーカ１を１枚ずつ供給するホルダー３４を装備した作業車両を採用し、判子を押すように磁気マーカ１を１枚ずつ路面５３に貼り付けるように敷設することも良い。

ホルダー３４は、例えば、付勢部材３４２により押し出し方向に付勢されたサポート板３４１を有している。このサポート板３４１により押し出し方向に付勢された積層体１００は、内径がわずかに絞られた取り出し口３４０に対して端面が面一をなすように位置する。この状態で判子を押すようにホルダー３４を路面５３に押し付ければ、積層体１００の端面に位置する磁気マーカ１を１枚、路面５３に移載できる。そうすると、サポート板３４１により付勢された積層体１００が取り出し口３４０と面一になるまで押し出されて１枚の厚さ分だけ前進し、次の磁気マーカ１を路面５３に移載できる状態となる。

磁気マーカ１の磁性層１１を形成する磁粉として酸化鉄を採用しているが、この酸化鉄は、打ち抜きによる磁気マーカ１の作製に適している。酸化鉄は、酸化による性能劣化のおそれが少ないため、磁気マーカ１の外周側面に現れる打ち抜き断面のコーティング等の処理が不要であったり、簡便な処理を適用できるからである。

さらに、本例の作製方法では、磁気マーカ１を複数積層した積層体１００に対して磁界を作用することで、この積層体１００を構成する各磁気マーカ１を効率良く着磁している。このように効率良く磁気マーカ１の着磁を実行できれば、磁気マーカ１の生産効率を高めることができ、生産コストを抑えて低コストを実現できる。そして、低コストな磁気マーカ１を採用すれば、敷設区間が長かったり車線の数が多いために磁気マーカ１の敷設個数が非常に多くなる施工であっても施工コストの上昇を抑制できる。

なお、本例では、磁気マーカ１を打ち抜き、打抜き型３内で積層して積層体１００を生成する手順を説明したが、これに代えて、磁気マーカ１を打ち抜く毎に型から取り外し、１枚ずつ積層することも良い。さらに、磁気マーカ１は、打ち抜き加工によらずに作製されたものであっても良い。

磁気マーカ１を検出する磁気センサとしてＭＩセンサを例示したが、これに代えて、例えばフラックスゲートセンサやＴＭＲ型センサなど他の原理を採用する高感度センサを組み合わせても良い。フラックスゲートセンサは、軟磁性コアに周期電流を流したときのコア磁束の飽和タイミングが外部磁界に応じて変化することを利用し、飽和のタイミングから磁気強度を計測する高感度な磁気センサである。なお、フラックスゲートセンサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２０１１／１５５５２７号公報、特開２０１２−１５４７８６号公報などに詳細な記載がある。
ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）型センサは、強磁性層の間に膜厚１ｎｍ程度の絶縁体層を挟み込む構造をもち、膜面に対して垂直に電圧を印加するとトンネル効果によって絶縁体層に電流が流れ、その際の電気抵抗が外部磁界に応じて大きく変化するトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用した高感度な磁気センサである。なお、ＴＭＲ型センサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２００９／０７８２９６号公報、特開２０１３−２４２２９９号公報などに詳細な記載がある。

磁気マーカ１を構成する磁性層１１をなす基材として本例では高分子材料であるゴムを例示している。これに代えて、高分子材料であるアスファルトやプラスチック等の樹脂材料を基材として採用しても良い。ゴムを基材にすればラバーマグネットとなり、プラスチックを基材とすればプラスチックマグネットとなる。アスファルトやゴムや樹脂材料などの高分子材料を基材として磁粉を分散させたマグネットの多くは柔軟性を備え、例えば焼結磁石等のマグネットに比べて割れが生じにくいという利点がある。柔軟性の高い磁気マーカ１であれば、施工時の路面５３の凹凸に対応できるので施工不良を抑制できる。また、運用中の路面の変形等にも対応できるので、長期に渡る使用期間における不良の発生を抑制できる。さらに、アスファルト等の高分子材料を基材とした磁性シートは比較的低コストで高精度に成形可能であるため、生産コストを抑制しながら高品質の磁気マーカ１を提供できる。

磁粉１１１をなす磁性材料は、本例の酸化鉄には限定されず、ネオジウム、サマリウムコバルト等の様々な材料を採用できる。基材をなす材料や磁粉１１１をなす磁性材料については、磁気マーカ１に要求される磁気的仕様や環境仕様等に応じて、適切な磁性材料を選択的に決定するのが良い。すでに金属が酸化した状態の酸化鉄は、錆等による性能劣化が少なく、長期に渡って初期性能を維持できるという利点がある。

なお、本例では、車線に沿って連続的に配置された磁気マーカを例示しているが、例えば、分岐路や交差点等への接近情報を報知するために分岐路等の手前に配置される磁気マーカであっても良い。
磁気マーカ１を路面５３に接合した後で、防滑層１５を形成する施工を例示したが、これに代えて、中間シート１０４Ｂに防滑層１５となる層を予め積層しておくことも良い。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１ 磁気マーカ
１００ 積層体
１０４Ａ 磁性シート
１０４Ｂ 中間シート
１１ 磁性層
１２ 保護層
１５ 防滑層
１６ 接合層
２ 磁気センサ
３ 打抜き型
３５ コイル
３５０ 電線
５ 車両
５３ 路面

Claims (3)

1. 車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように路面に敷設され、運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転を実現するための車両側の制御を実現するための磁気マーカの作製方法であって、
   磁性材料の粉末である磁粉が基材中に分散する磁性層を備えるシート状の磁気マーカを複数積層した積層体に対して磁界を作用し、該積層体を構成する各磁気マーカを着磁することを特徴とする磁気マーカの作製方法。
2. 請求項１において、電線を巻回した筒状のコイルに前記積層体を内挿し、前記コイルに電力を供給することで前記積層体に磁界を作用することを特徴とする磁気マーカの作製方法。
3. 請求項１又は２において、前記磁気マーカは、前記磁性層をなす層を設けたシート状の中間加工品である中間シートから打ち抜いたものであり、
   前記磁気マーカの打ち抜きには、打ち抜いた前記磁気マーカを順次、型内に収容して前記積層体を形成可能な打抜き型を用いることを特徴とする磁気マーカの作製方法。

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