JP3165913B2 - 磁場分布測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁場分布測定装置に
かかるもので、とくに、たとえばヘリウムフリーの（冷
凍機冷却型の）超電導マグネットなどにおける磁場分布
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導マグネットなどにおける磁
場分布測定装置について図３および図４にもとづき概説
する。図３は、従来のヘリウムフリーの超電導マグネッ
ト１などにおける磁場分布測定装置２の平面図、図４
は、同、側断面図であり、超電導マグネット１は、超電
導コイル３およびこれを極低温まで冷却する冷凍機４
（たとえばＧＭ冷凍機）を有し、その最外周に位置する
真空容器５の中央部に鉛直方向に貫通して室温のボア空
間６（測定空間）を形成してある。

【０００３】磁場分布測定装置２は、少なくとも二軸方
向に移動可能な操作用ロボットたとえば二軸直交ロボッ
ト７と、水平面内のロボットアーム８と、磁場測定プロ
ーブ９と、を有する。磁場測定プローブ９は、ロボット
アーム８の先端部に直行して鉛直面内に取り付けたプロ
ーブパイプ１０と、プローブパイプ１０の先端部に取り
付けた磁場測定用のホール素子などによる磁場測定セン
サー１１と、からこれを構成している。

【０００４】二軸直交ロボット７は、ロボットアーム８
を介して磁場測定プローブ９をボア空間６における、た
とえば水平面内でＸ軸およびＹ軸方向に移動可能とする
もので、計測制御用コンピューター１２によってこれを
移動制御する。

【０００５】ロボットアーム８は、その長さ方向をＸ軸
としてこれをセットし、その先端部に取付け部１３を直
交させて設け、この取付け部１３に磁場測定プローブ９
を着脱可能に取り付けてある。

【０００６】プローブパイプ１０は、たとえばＧＦＲＰ
製あるいはアルミニウム製であって、ロボットアーム８
からボア空間６内の任意の深さに磁場測定センサー１１
を位置させ、ボア空間６内における磁場を測定可能とす
る。

【０００７】こうした構成の超電導マグネット１および
磁場分布測定装置２において、超電導マグネット１のボ
ア空間６内の磁場を磁場分布測定装置２により直接測定
する場合の他に、ボア空間６内に液体窒素容器１４を配
置し、これに液体窒素１５および酸化物超電導体１６
（実験用サンプル）を収容して、酸化物超電導体１６を
液体窒素１５に浸漬して所定の極低温に保ってこれに磁
場を補足させ、このトラップされた磁場の分布を磁場分
布測定装置２により測定する場合がある。酸化物超電導
体１６は、これを他のＧＭ冷凍機（図示せず）により冷
却してもよい。

【０００８】具体的には、二軸直交ロボット７を計測制
御用コンピューター１２により制御しながら、磁場測定
プローブ９の磁場測定センサー１１が酸化物超電導体１
６の表面直近の平面内をＸ−Ｙ方向に移動し、各測定点
における磁束密度を計測、記憶し、その結果を計測制御
用コンピューター１２の画面に表示し、あるいは他のデ
ータ処理機器（図示せず）に出力する。

【０００９】しかして二軸直交ロボット７は、たとえば
ボールネジをサーボモーターにより駆動する方式のもの
で、このタイプのものは電源投入時もしくは計測制御用
コンピューター１２のリセット時に原点復帰を行う必要
がある。「原点復帰」とは、二軸直交ロボット７の位置
座標を決定するためのもので、原点よりマイナス側（図
中左方向）に１０ｍｍないし１５ｍｍほど移動し（オー
バーランし）、原点となるべき点まで戻る、という一連
の動作である。

【００１０】従来の磁場分布測定装置２では、この原点
復帰時に超電導マグネット１における、最外縁部により
囲まれた測定空間（すなわち、ボア空間６あるいは液体
窒素容器１４）のその最外縁部（すなわち、真空容器５
の内壁面５Ａあるいは液体窒素容器１４の内壁面１４
Ａ）に磁場測定プローブ９があたってしまうという問題
がある。したがって、原点復帰を行うたびに、ロボット
アーム８のマイナス方向の移動を可能とするため、磁場
測定プローブ９を二軸直交ロボット７の取付け部１３か
らはずして超電導マグネット１のボア空間６あるいは液
体窒素容器１４から取り出す作業が必要である。

【００１１】さらに、真空容器５の内壁面５Ａあるいは
液体窒素容器１４の内壁面１４Ａぎりぎりに磁場測定プ
ローブ９をセットすることが困難であるため、測定範囲
としてのＸ−Ｙ座標の範囲が狭い範囲に限定されるとい
う問題がある。

【００１２】とくに液体窒素容器１４中でこの磁場測定
プローブ９を使用している場合には、液体窒素１５によ
り極低温に冷却された磁場測定プローブ９がその取り外
し時に一度常温の大気にさらされてしまうため、磁場測
定プローブ９ないしその磁場測定センサー１１表面に着
霜および結露を引き起こす。したがって、磁場測定プロ
ーブ９を液体窒素１５に再度浸す時には、一度磁場測定
プローブ９を昇温、乾燥する必要があり、実験にたいへ
ん手間がかかるという問題がある。

【００１３】もちろん、二軸方向に移動可能な操作用ロ
ボットとして、マイナス方向においても直ちに測定を可
能とする、つまり原点復帰を必要としない二軸直交ロボ
ットであれば上述のような問題はないが、二軸直交ロボ
ット自体はもちろん、計測制御用コンピューター１２が
コスト高になるという問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、磁場測定プローブを
用いた実験を円滑に手間がかかることなく実行すること
ができる磁場分布測定装置を提供することを課題とす
る。

【００１５】また本発明は、磁場測定センサーによる測
定範囲を拡大可能で、従来より広い範囲における磁場分
布の測定を可能とした磁場分布測定装置を提供すること
を課題とする。

【００１６】また本発明は、二軸直交ロボットその他の
操作用ロボットの原点復帰時のオーバーランにより磁場
測定プローブが超電導マグネットの真空容器あるいは液
体窒素容器の内壁面に衝突して破損しないようにした磁
場分布測定装置を提供することを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、磁場
測定プローブが真空容器あるいは液体窒素容器の内壁面
（超電導マグネットのボア空間や液体窒素容器内など）
にあたったときに、磁場測定プローブが操作用ロボット
とは独立に運動して逃げるようにすればよいこと、およ
び通常の測定時にはこれらが一体的に運動可能とすれば
よいことに着目したもので、少なくとも二軸方向に移動
可能な操作用ロボットと、この操作用ロボットのロボッ
トアームに取り付けたプローブパイプ、およびこのプロ
ーブパイプに取り付けるとともに上記操作用ロボットの
操作により所定範囲内を移動可能な磁場測定センサーか
ら構成した磁場測定プローブとを有し、最外縁部により
囲まれた測定空間内における磁場分布を上記磁場測定セ
ンサーが測定可能である磁場分布測定装置であって、上
記ロボットアームが上記磁場測定プローブに伝える駆動
力に逆らう外力がこの磁場測定プローブに働いたとき
に、この磁場測定プローブがその位置にとどまるように
互いの位置を相対的に移動可能な締結緩和機構を、上記
ロボットアームとこの磁場測定プローブとの間に設けた
ことを特徴とする磁場分布測定装置である。

【００１８】上記締結緩和機構は、上記ロボットアーム
と上記磁場測定プローブとの間に設けたちょうつがいを
有することができる。

【００１９】上記締結緩和機構は、上記磁場測定プロー
ブを上記ロボットアームの方向に復元可能とする復元力
発生バネを有し、この復元力発生バネの復元力は、上記
ロボットアームの運動にともなう加速度および上記磁場
測定プローブの重量から決まる慣性力よりもこれを強く
することができる。

【００２０】上記ロボットアームと上記磁場測定プロー
ブとの相対位置が所定の位置にあるか否かを検出可能な
スイッチを有することができる。

【００２１】上記締結緩和機構は、上記磁場測定プロー
ブを上記ロボットアームの方向に復元可能とする復元力
発生バネを有し、上記スイッチを動作させるために必要
な力を上記復元力発生バネに負担させることができる。

【００２２】本発明による磁場分布測定装置において
は、二軸直交ロボットなどの操作用ロボットから磁場測
定プローブへの駆動力に逆らう外力が作用したときに、
磁場測定プローブがその位置にとどまるように、締結緩
和機構により磁場測定プローブと操作用ロボットとの締
結を緩和するようにしたので、磁場測定プローブが衝突
により破損することなく、つまり従来のように磁場測定
プローブを取り外すことなく、操作用ロボットはその原
点復帰操作を行うことができる。さらに、原点復帰のの
ち通常の測定操作においては、操作用ロボットと磁場測
定プローブとは一体的に駆動可能であり、磁場測定プロ
ーブの着脱の必要がなく、測定空間内（ボア空間ないし
液体窒素容器内）の磁場を精度よく測定が可能である。
とくに測定空間内における最外縁部ぎりぎりまで測定の
原点をセットすることが可能となり、従来より広範囲に
わたって磁場分布測定が可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
磁場分布測定装置２０を図１および図２にもとづき説明
する。ただし、図３および図４と同様の部分には同一符
号を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、ヘリウ
ムフリーの超電導マグネット１などにおける磁場分布測
定装置２０の平面図、図２は、同、側断面図であって、
磁場分布測定装置２０は、前記二軸直交ロボット７およ
び計測制御用コンピューター１２と、ロボットアーム８
と、プローブパイプ１０および磁場測定センサー１１か
らなる磁場測定プローブ９と、締結緩和機構２１と、を
有する。

【００２４】締結緩和機構２１は、取付け部１３に相当
する取付け部２２と、ちょうつがい２３と、復元力発生
バネ２４と、スイッチ２５と、を有する。

【００２５】取付け部２２は、二軸直交ロボット７のロ
ボットアーム８に一体的なアーム側取付け部２６と、磁
場測定プローブパイプ９を取り付けているプローブ側取
付け部２７と、を有する。なおアーム側取付け部２６
は、ロボットアーム８の長さ方向に対して直角ではない
所定の傾斜角度θをもって傾斜しており、Ｘ軸およびＹ
軸いずれの方向にも所定の角度をもって傾斜可能として
いる。

【００２６】アーム側取付け部２６およびプローブ側取
付け部２７は、前記取付け部１３（図３）を二分割した
構造で、その間にちょうつがい２３および復元力発生バ
ネ２４を設け、復元力発生バネ２４の付勢力によりプロ
ーブ側取付け部２７がアーム側取付け部２６に閉鎖密着
可能とし、復元力発生バネ２４の付勢力に抗してプロー
ブ側取付け部２７がちょうつがい２３の部分を中心とし
てアーム側取付け部２６から開放離間可能としてある。

【００２７】この復元力発生バネ２４による復元力は、
二軸直交ロボット７の移動の際の加速度と磁場測定プロ
ーブ９の重量から算出される慣性力よりも大きくなるよ
うにすることによって、二軸直交ロボット７の移動中に
アーム側取付け部２６およびプローブ側取付け部２７が
開放状態にならないようにする。

【００２８】スイッチ２５は、アーム側取付け部２６あ
るいはプローブ側取付け部２７のいずれかにこれを設
け、アーム側取付け部２６およびプローブ側取付け部２
７の開放状態および閉鎖状態を検出する。もちろん、こ
のスイッチ２５を設けたときには、復元力発生バネ２４
のバネ定数をスイッチ２５を押す分だけ増強させること
により、スイッチ２５を動作させるために必要な力を復
元力発生バネ２４に負担させる。

【００２９】こうした構成の磁場分布測定装置２０にお
いて、前述した原点復帰時に二軸直交ロボット７が原点
より、たとえばＸ軸のマイナス側に移動すると、磁場測
定プローブ９が液体窒素容器１４の内壁面１４Ａ（ある
いはボア空間６における真空容器５の内壁面５Ａ）に衝
突する。この衝突時に、締結緩和機構２１におけるちょ
うつがい２３が復元力発生バネ２４の付勢力に抗して開
放し、取付け部２２におけるアーム側取付け部２６とプ
ローブ側取付け部２７とは互いに独立した分離運動を
し、プローブ側取付け部２７側のプローブパイプ１０は
衝突した内壁面１４Ａに接触した状態にとどまる（ただ
し、ロボットアーム８のマイナス方向への移動にともな
い、内壁面１４Ａとの接触位置はわずかにずれてゆ
く）。

【００３０】二軸直交ロボット７の原点復帰が終了する
ときには、マイナス側に移動した二軸直交ロボット７は
原点に戻ってくるので、復元力発生バネ２４の付勢力に
よってちょうつがい２３は閉じ、磁場測定プローブ９が
内壁面１４Ａに接触したまま、あるいは内壁面１４Ａか
らわずかに離れ、アーム側取付け部２６およびプローブ
側取付け部２７が閉鎖密着し、磁場測定プローブ９と二
軸直交ロボット７との相対関係は正規の磁場測定可能な
位置に戻る。

【００３１】磁場測定プローブ９の磁場測定センサー１
１による磁場分布測定中には二軸直交ロボット７の動き
により磁場測定プローブ９に慣性力が作用しても、復元
力発生バネ２４によりちょうつがい２３は開かずに二軸
直交ロボット７および磁場測定プローブ９の相対位置関
係は正しい位置に保たれる。

【００３２】Ｙ軸方向についても、上述と同様に、磁場
測定プローブ９を取り外すことなく、締結緩和機構２１
により原点復帰の操作を容易に行うことができる。

【００３３】なお、たとえば磁場分布測定装置２０その
ものが移動して慣性力が加わったり、二軸直交ロボット
７と磁場測定プローブ９との接触面に異物が挟まったり
するなど、仮に何らかの外的要因により二軸直交ロボッ
ト７と磁場測定プローブ９との相対位置関係がずれたと
きには、スイッチ２５によりその状態が検出され、測定
を中断し、磁場測定プローブ９ないし磁場測定センサー
１１位置の誤ったデータを取得しないようにする。

【００３４】本発明における締結緩和機構は、既述のち
ょうつがい２３を採用した観音開き式の締結緩和機構２
１以外にも、液体窒素容器１４の内壁面１４Ａなどから
の外力が磁場測定プローブ９に働いたときに、磁場測定
プローブ９がその位置にとどまるようにロボットアーム
８および磁場測定プローブ９の互いの位置を相対的に移
動可能な機構であれば任意のものを採用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁場分布
測定装置に締結緩和機構を設けたので、二軸直交ロボッ
トなど操作用ロボットの原点復帰時にも磁場測定プロー
ブを取り外す必要がなく、手間が省けるとともに、連続
無人運転が可能となる。さらに、誤った実験結果を与え
る危険性を回避することにより、磁場分布測定装置とし
ての信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による磁場分布測定装置２
０を取り付けたヘリウムフリー（冷凍機冷却型の）の超
電導マグネット１およびその磁場分布測定装置２０の平
面図である。

【図２】同、側断面図である。

【図３】従来のヘリウムフリーの超電導マグネット１な
どにおける磁場分布測定装置２の平面図である。

【図４】同、側断面図である。

【符号の説明】

１ ヘリウムフリーの（冷凍機冷却型の）超電導マグネ
ット（図３） ２ 磁場分布測定装置 ３ 超電導コイル ４ 冷凍機（ＧＭ冷凍機） ５ 真空容器 ５Ａ 真空容器５の内壁面（測定空間の最外縁部） ６ ボア空間（最外縁部により囲まれた測定空間） ７ 二軸直交ロボット（少なくとも二軸方向に移動可能
な操作用ロボット） ８ ロボットアーム ９ 磁場測定プローブ １０ プローブパイプ １１ 磁場測定センサー １２ 計測制御用コンピューター １３ 取付け部 １４ 液体窒素容器（最外縁部により囲まれた測定空
間） １４Ａ 液体窒素容器１４の内壁面（測定空間の最外縁
部） １５ 液体窒素 １６ 酸化物超電導体 ２０ 磁場分布測定装置（実施の形態、図１） ２１ 締結緩和機構 ２２ 取付け部 ２３ ちょうつがい ２４ 復元力発生バネ ２５ スイッチ ２６ アーム側取付け部 ２７ プローブ側取付け部 θ アーム側取付け部２６とロボットアーム８の長さ方
向との間の傾斜角度

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも二軸方向に移動可能な操作
   用ロボットと、 この操作用ロボットのロボットアームに取り付けたプロ
   ーブパイプ、およびこのプローブパイプに取り付けると
   ともに前記操作用ロボットの操作により所定範囲内を移
   動可能な磁場測定センサーから構成した磁場測定プロー
   ブとを有し、 最外縁部により囲まれた測定空間内における磁場分布を
   前記磁場測定センサーが測定可能である磁場分布測定装
   置であって、 前記ロボットアームが前記磁場測定プローブに伝える駆
   動力に逆らう外力がこの磁場測定プローブに働いたとき
   に、この磁場測定プローブがその位置にとどまるように
   互いの位置を相対的に移動可能な締結緩和機構を、前記
   ロボットアームとこの磁場測定プローブとの間に設けた
   ことを特徴とする磁場分布測定装置。
2. 【請求項２】 前記締結緩和機構は、前記ロボットア
   ームと前記磁場測定プローブとの間に設けたちょうつが
   いを有することを特徴とする請求項１記載の磁場分布測
   定装置。
3. 【請求項３】 前記締結緩和機構は、前記磁場測定プ
   ローブを前記ロボットアームの方向に復元可能とする復
   元力発生バネを有し、 この復元力発生バネの復元力は、前記ロボットアームの
   運動にともなう加速度および前記磁場測定プローブの重
   量から決まる慣性力よりもこれを強くすることを特徴と
   する請求項１記載の磁場分布測定装置。
4. 【請求項４】 前記ロボットアームと前記磁場測定プ
   ローブとの相対位置が所定の位置にあるか否かを検出可
   能なスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の
   磁場分布測定装置。
5. 【請求項５】 前記締結緩和機構は、前記磁場測定プ
   ローブを前記ロボットアームの方向に復元可能とする復
   元力発生バネを有し、 前記スイッチを動作させるために必要な力を前記復元力
   発生バネに負担させることを特徴とする請求項４記載の
   磁場分布測定装置。