JP6291638B1 - 磁気力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を利用して磁性化細胞に対する磁気力の定量評価や、超電導磁石の保守点検を行う際の磁気力を検知する磁気力測定装置において、軽量で、低電圧で作動する安価な、磁気検出手段用の移動手段を有し、かつ磁気検出手段の駆動振れを微小にした小型、軽量で、安価で高精度な磁気力測定装置を提供する。【解決手段】所定の微小移動距離δL離れた少なくとも２か所の位置で、磁束密度を測定する同一の磁気センサーを往復移動させる移動手段であるアクチエータを、低電圧で伸縮する形状記憶合金製の伸縮線材と電極を組み合わせた伸縮手段と、前記磁気センサーを保持し、前記伸縮手段と直接もしくは間接的に一体化されて移動する素子移動保持手段と、前記素子移動保持手段の移動距離を拘束する移動拘束手段で構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁場中において磁性細胞や工具等の磁性物質に、物理的な磁気力が作用する磁気特性を精度よく測定できる、軽量で、小型で、作動時の振動が少ない安価で高精度な磁気力測定装置に関する。

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の研究が進められており、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、強い磁気力を提供できる磁場発生手段である例えば電磁石の超電導バルク磁石や永久磁石の適用が、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の重要なファクターの一つである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。

一方、超電導磁気浮上式列車や核磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと記す）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、車両やＭＲＩ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、鉄製部品を有する機器や、磁気カード等の磁性物質等の磁気吸引事故や磁気メモリーの破壊事故に対する、安全予防を行うことが重要である。

ここで、磁気力を測定するために必要な磁束密度Ｂを計測する磁気検出手段としては、一般的にホール素子やSQUID素子等がある。ホール素子は、常温で使用できる。

磁気力Ｆｍ[Ｎ]の計算式を（１）式に示す。体積がＶ[ｍ³]の磁性微粒子が置かれた空間の磁束密度をＢ[Ｔ]とすると、磁気力Ｆｍは、磁束密度Ｂと磁気勾配ΔＢの積の磁気力係数ｆｍ[Ｔ²/ｍ]に比例する。ここで，κは磁化率[-]，μ₀は真空透空透磁率[Ｎ/Ａ²]である。

Ｆｍ=Ｖ・κ・Ｂ・ΔＢ/μ₀
=Ｖ・κ・ｆｍ/μ₀・・・・・・・・・・・（１）

したがって、微小移動距離δＬ[ｍ]離れた３次元空間内の２点の位置である位置Ｚａ、位置Ｚｂでの磁束密度ＢａおよびＢｂを測定すれば、磁束密度差（Ｂａ-Ｂｂ）をδＬで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢａｂ＝（Ｂａ-Ｂｂ）/δＬを計算でき、Ｚａ、Ｚｂ間の平均磁束密度Ｂａｂ＝（Ｂａ+Ｂｂ）/２を計算し、磁気力係数ｆｍ＝Ｂａｂ×ΔＢａｂを算出できる。ここで、磁性微粒子の定まった物性であるκ，μ₀が明らかであれば磁気力Ｆｍを（１）式により、計算して求めることができる。すなわち、磁気力係数ｆｍは磁気力Ｆｍの大きさを決める重要なファクターである。

従来、磁束密度Ｂの測定は、１個の磁気測定用の例えばホール素子の磁気センサーを高電圧で作動する圧電アクチエータに組み込み、微小移動距離δＬ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Ｂを測定し、その測定結果より測定位置での磁気勾配ΔＢ、磁気力Ｆｍを算出する装置が特許公開２０１３-１９５１７２に開示されている。

また、上記アクチエータでの微小移動距離δＬ確保のための駆動を、数ボルトの低電圧で作動するミニエアーポンプの空気圧を利用し、この空気圧で膨張、収縮して伸縮変形するベロー体等の弾性体を使用し、数百μm磁気センサーを移動させる空圧アクチエータの構造が、特許公開２０１６-０１４５７６開示されている。なお、２点の測定位置で磁束密度Ｂを測定し、その測定結果より測定位置での磁気勾配ΔＢ、磁気力Ｆｍを算出する方法は特許公開２０１３-１９５１７２に開示されている内容と同様である。

特許公開２０１３-１９５１７２ 特許公開２０１６-０１４５７６

前記特許文献１の引例において、磁気勾配ΔＢ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数十μmから数百μmを確保するため多数の高価なピエゾ素子を多数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、そのための専用の高電圧の駆動ドライバーも高価であり、重く、高価な装置となる問題があった。

前記特許文献２の引例において、空圧アクチエータの駆動を、エアーポンプの空気圧を利用しているため、ポンプの吐出圧の脈動で空気アクチエータが振動し、このためアクチエータに直結した磁気センサーが磁場空間内で振動し、磁束密度Ｂの測定精度が低下し、磁気勾配ΔＢ、磁気力Ｆｍの算出値に誤差が生じる問題があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、軽量で、安価な磁気検出手段用の移動手段を有し、かつ数ボルトの低電圧で駆動可能で微振動のアクチエータにより、磁気検出手段の移動時の駆動振動を極力少なくした高精度な磁気力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記載の磁気力測定装置では、所定の微小移動距離δＬ離れた少なくとも２か所の位置で、磁束密度Ｂを測定する同一の磁気センサーを往復移動させる移動手段であるアクチエータを、数ボルトの低電圧で伸縮する例えばＴｉ-Ｎｉ系等の形状記憶合金の形状記憶物質を有する伸縮線材と電極を組み合わせた伸縮手段と、前記磁気センサーを保持し、前記伸縮手段と直接もしくは間接的に一体化されて移動する素子移動保持手段と、前記素子移動保持手段の移動距離を拘束する移動拘束手段で構成する。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、直流電圧1〜５Ｖ程度の低電圧の給電で前記形状記憶合金製の伸縮線材が温度変化により、線長の約５％緩やかに伸縮するので、これに一体化した素子移動保持手段を振動なく静かに移動させることができ、保持した前記磁気センサーを、移動拘束手段で例えば０．２ｍｍの微小移動距離δＬだけ正確に移動でき、この移動前後の位置ａ、位置ｂであるＺａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項２記載の磁気力測定装置では、アクチエータ内に、前記素子移動保持手段の移動方向端部に、前記素子移動手段の移動前の状態で前記移動方向に反発力が作用し、前記伸縮線材が内部を貫通する弾性体を備えた構造とする。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、給電により所定の電圧で伸縮手段を伸縮させ、素子移動保持手段を所定の方向に移送させるとともに前記弾性体が円筒体の円周縁部で均一に反発するので、前記素子移動保持手段が傾きなくスムースに移動でき、磁気センサーが移動方向に対して傾くことが無く、移動距離を正確に担保するとともに、磁束密度の計測精度の低下を防止できる。さらに、移動後、無給電により前記伸縮手段および素子移動保持手段を元の位置に戻す際、前記弾性体の弾性反力で前記方向と反対方向に素子移動保持手段を復帰させ、精度良く微小移動距離δＬを担保できる。

かかる目的を達成するためになされた請求項３記載の磁気力測定装置では、前記アクチエータ内の伸縮する伸縮線材を、例えばＬ字状に配置し、伸縮方向の角度を持たせ、磁気センサー移動方向のアクチエータの形状を短縮する構造とする。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、伸縮方向をＬ字状に構成できるので、磁気センサーの移動方向の移動距離は微小移動距離δＬあれば十分であり、磁気センサーの移動方向の伸縮線材の線長を非常に短くできる。したがって、磁気密度の測定箇所の入り口が例えば円筒状の狭い空間であっても、挿入が可能となり、小型で、軽量な磁気力計測装置を提供できる効果がある。

かかる目的を達成するためになされた請求項４記載の磁気力測定装置では、伸縮線材を有したアクチエータと磁気センサーを直交する３軸方向に配置し、少なくとも内２軸方向向きに請求項3記載のアクチエータを配置する構造とする。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、直交する３軸方向の磁束密度および磁気勾配を同時に計測できるので、磁気力を含めた磁気特性のベクトルを算出でき、磁気力の合成値および磁気力の作用方向を算出できる。したがって、小型で、軽量な３次元の磁気力を計測できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

かかる目的を達成するためになされた請求項５記載の磁気力測定装置では、伸縮線材を有したアクチエータと磁気センサーを、直交する３軸方向のうち少なくとも１軸方向きに配置し、該アクチエータと磁気センサーを回転駆動手段で直角方向に回転往復移動できる構造とする。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、直交する２軸方向の磁束密度と磁気勾配を、１つのアクチエータと磁気センサーを回転移動させることで計測できる。したがって、３軸方向に配置するアクチエータと磁気センサーの個数を減らして３次元の磁気力を計測できるので、低コストの３次元の磁気力計測装置を提供できる効果がある。

かかる目的を達成するためになされた請求項６記載の磁気力測定装置では、前記アクチエータ内の伸縮する伸縮線材を、例えば逆Ｕ字状に折り返して配置し、逆Ｕ字状の頂点から両端側の並列状の伸縮線材の伸縮量をほぼ均等にするように配置する構造とする。

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、逆Ｕ字状の線状の伸縮線材の折返し部の頂部の伸縮方向の移動量が少ないので、折返し部の伸縮による線材への曲げ疲労荷重がかかることが無く、伸縮線材の破損を防止することができ、信頼性が高い磁気力計測装置を提供できる効果がある。

さらに、伸縮線材を折り返して配置することにより、伸縮線材に給電する電極を静止配置できるので、伸縮線材の伸縮で移動するセンサーホルダーが移動しても給電線が動かないので、給電線が移動中に他の箇所に接触しセンサーホルダーの移動が阻害されるリスクが無くなり、測定の信頼性を向上できる効果がある。

かかる目的を達成するためになされた請求項７記載の磁気力測定装置では、一方向の磁気特性の測定を行う前記１個のアクチエータと一個の前記磁気センサーを、前記方向に対して直角な面内で複数箇所に移動させる面内移動手段に固定支持する構造とする。

本構造によれば、前記１個のアクチエータと一個の前記磁気センサーで、位置座標が明らかな複数個所の磁気特性が計測できるので、このデータを基に逆問題の３次元磁気特性数値解析で測定箇所の３次元磁気特性が求めることができるので、低コストな磁気力計測装置を提供できる効果がある。

本発明によれば、磁束密度を測定する磁場空間内で伸縮手段を構成する伸縮物質で構成した伸縮線材を低い電圧で振動無く伸縮でき、この伸縮の変位で磁気センサーを一体化した素子移動保持手段を、移動拘束手段で正確に微小移動距離δLだけ振動を極力少なく移動させて前記１つの磁気センサーで磁束密度を計測できるので、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気密度、磁気勾配および磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、素子移動保持手段を弾性体で保持する構造により、移動の後、前記弾性体の復元力により素子移動保持手段を移動前の位置に容易に復帰でき、更に精度よく微小移動距離δＬを維持できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、３次元の磁束密度の測定空間で直交する２軸方向の磁束密度と磁気勾配を、１つのアクチエータと磁気センサーを回転移動させることで計測できるので、前記２軸方向に直交する残り１軸方向にもう1つのアクチエータと磁気センサーの２つのアクチエータと磁気センサーで直交する３軸方向の磁気力を含めた磁気特性のベクトルを測定、算出でき、３軸方向に配置するアクチエータと磁気センサーの個数を減らして低コストの３次元の磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、伸縮線材を折り返して配置するので、折返し部の頂部の伸縮方向の移動量が少なくなり、折返し部の伸縮による線材への曲げ疲労荷重がかかることが無く、伸縮線材の破損を防止することができ、さらに、伸縮線材を折り返して配置することにより、伸縮線材に給電する両電極を静止配置できるので、伸縮線材の伸縮で移動するセンサーホルダーが移動しても電極に接続された給電線が動かず、給電線が移動中に他の箇所に接触しセンサーホルダーの移動が阻害されるリスクが無くなり、測定の信頼性を向上できる効果がある。

本発明による１軸方向の磁気特性を計測する磁気力測定装置の構造、構成を示す図である。 実施例１のアクチエータの構造を示す断面図である。 図２のＥ−Ｅ矢視図である。 実施例１のアクチエータによる磁気センサーの移動後の構造を示す断面図である。 実施例１の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２のアクチエータとホルダーの構造を示す断面図である。 実施例２のアクチエータの構造を示す断面図である。 図２のＥ−Ｅ矢視図である。 実施例２のアクチエータの伸縮線材の構造を示す拡大断面図である。 本発明による実施例３のアクチエータとホルダーの構造を示す断面図である。 実施例３の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４のアクチエータとホルダーの構造を示す断面図である。 本発明による実施例４の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５のアクチエータの伸縮線材と電極の構造を示す拡大断面図である。 実施例６のアクチエータの回転駆動手段の構造を示す拡大断面図である。

（実施例１）
図１は、本発明による磁気力測定装置１の構造、構成を示す図であり一部アクチエータ部分を断面図で示しており、図２は図１の磁気センサーを微小移動距離だけ移動させる前のアクチエータ３の拡大断面図、図３は図２のＥ−Ｅ矢視図、図４は図１の磁気センサーを微小移動距離だけ移動させた後のアクチエータ３の拡大断面図、図５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、図２および図３に示すように、磁気力測定装置１は、以下の構成品で構成される。すなわち、磁場発生手段である例えば超電導磁石（図示せず）の磁場空間内において、磁気力測定装置１は、例えば磁気検出手段であるホール素子の磁気センサー２を内蔵し、Ｚ軸方向の微小移動距離δＬｚだけ磁気センサー２を移動させる非磁性材もしくは微少磁性材を含む材料で構成したアクチエータ３、磁気センサー２を固定保持するアクチエータ３を支持する非磁性で高剛性のホルダー４、給電・計測線５の端子台７を介してまとめた結束線８、手もしくは３脚等の他の静止体（図示せず）で固定支持する非磁性の部材のグリップ９、磁気センサー２およびアクチエータ３に給電し、計測を制御し、計測値を演算し、演算結果を表示する計測装置本体１０と、計測装置本体１０と長尺の結束線１１と連結コネクター１２で構成される。

図２および図３に示すように、アクチエータ３は、磁気センサー２を頂部に一体化して移動する素子移動保持手段である例えば導電性を有するアルミニューム製の円盤状の鍔１４を有した中空部を有するセンサーホルダー１３と、これを移動させる駆動力を発生するための、例えば材質がＴｉ-Ｎｉ系の形状記憶合金の伸縮物資で、線径が例えば０．０５ｍｍの伸縮線材１５を該中空部内に配置しその端部は該中空部の上端部に接着材６等で固定され、この線材に絶縁被覆膜を有する可撓性のある細い給電線１６，１７で数Ｖの直流電圧を、例えば融点が８０℃以上であるハンダ等の接続点である電極１８，電極１９で給電ＯＮおよび給電ＯＦＦされる。

給電線１７は孔３４、孔３５を介して、給電線１６は孔３５を介して端子台７に結線されている。また、少なくともハンダ接続箇所の伸縮線材表面部分に銅メッキや銅の微粒子を焼結処理して、ハンダの濡れ性を高めても良い。

センサーホルダー１３は、例えば樹脂材等の電気絶縁材で製作された上部電気絶縁体２０で案内され、センサーホルダー１３の半径方向を適切なクリアランスで紙面Ｚ方向の上下方向にスムースに移動可能であり、その移動距離は、鍔１４を挟むように配置された非磁性で導電性を有する例えばアルミニュウムで製作された下端拘束板２１，上端拘束板２２を、非磁性の電気絶縁板２３で拘束し、電気絶縁板２３のＺ方向の板厚と鍔１４のＺ方向の板厚の差で決定され、その差が微小移動距離δＬｚになるように鍔１４の板厚が選定されている。

センサーホルダー１３の下部には、孔２４ｈを有する太鼓状で高分子ゴムやシリコン製等の電気絶縁性の弾性体２４が配置され、弾性体２４下端は下部電気絶縁体２５の内壁面で移動が拘束されており、弾性体２４のＺ方向の弾性力でセンサーホルダー１３はＺ方向に押し上げられ、鍔１４は上端拘束板２２に接触している。また、上部電気絶縁体２０、上端拘束板２２、電気絶縁板２３、下端拘束板２１および下部電気絶縁体２５は、ビス２６で機械的に一体化されている。

導電性のセンサーホルダー１３には、ハンダ２７で絶縁被覆膜を有する可撓性のある細い信号線２８が接続され、細孔２９を通じて端子台７に接続されている。導電性の上端拘束板２２には、ハンダ３０で絶縁被覆膜を有する可撓性のある細い信号線３１が接続され、端子台７に接続されている。

また、導電性の下端拘束板２１には、ハンダ３２で絶縁被覆膜を有する可撓性のある細い信号線３３が接続され、端子台７を介して結束線８にまとめて結線されている。アクチエータ３はビス３６で高剛性のホルダー４に一体化されている。

図２の状態において、給電線１６，１７間の電圧は０Ｖで伸縮線材１５は縮んでいない状態であり、弾性体２４の弾性力でセンサーホルダー１３は紙面上方に押し上げられており鍔１４が上端拘束板２２に接触し、信号線２８と信号線３１は電気的に導通し、信号線２８と信号線３３は電気的に絶縁している。Ｚ方向に磁束密度差がある磁場空間において、この状態である位置Ｚａでの磁束密度Ｂａを計測する。

図２の状態で、センサーホルダー１３の鍔１４が上端拘束板２２で拘束され、この位置で磁気センサー２は図中Ｚ軸方向での上端位置であるＺａにあり、測定位置確認手段である信号線２８と信号線３１の電気的導通および信号線２８と信号線３３の電気的に絶縁状態であるシグナルａの電気信号を発する。

次に、給電線１６，１７で電極１８，１９間に直流電圧例えば３Ｖを給電すると、Ｔｉ-Ｎｉ合金製の伸縮線材１５はジュール熱で温度が室温から約６０℃に上昇し、線長の約５％縮む。この時の収縮力は約１８ｇｆ発生し、図４に示すように、この収縮力でセンサーホルダー１３を紙面下方向に弾性体２４を縮めながら引き下げ、鍔１４が下端拘束板２１に接触し、センサーホルダー１３および磁気センサー２は微小移動距離δＬｚだけ移動する。この状態では信号線２８と信号線３１は電気的に絶縁し、信号線２８と信号線３３は電気的に導通している状態でシグナルｂの電気信号を発する。この状態である位置Ｚｂでの磁束密度Ｂｂを計測する。

磁気センサー２で磁束密度を計測された微小移動距離δＬｚ離れた位置Ｚａ、位置Ｚｂでの測定値の磁束密度ＢａおよびＢｂを用いて、両磁束密度差（Ｂa-Ｂｂ）をδＬｚで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢａｂ＝（Ｂa-Ｂｂ）/δＬｚを計算でき、Ｚa、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂ＝（Ｂａ+Ｂｂ）/２を計算し、磁気力係数ｆｍ＝Ｂaｂ×ΔＢaｂを算出する。

次に、給電線１６，１７間の電圧を０Ｖに戻すと発熱は無くなり、伸縮線材１５は放熱で温度が室温に低下して元の形状に戻り、弾性体２４が伸びて、弾性体２４の復元の弾性力によりセンサーホルダー１３が上昇し、鍔１４が上端拘束板２２に接触し移動が拘束されて図２の元の位置に戻る。

次に、２点間の磁束密度を計測し、計測結果を演算処理して求める物理量を表示する場合の手順について説明する。

ここで、磁気特性測定装置１の構成を示す図５のフローチャート図において、計測装置本体１０は、磁気センサー２に電気を供給し、センサー電気信号を磁束密度に演算する給電・演算機能と、測定タイミング制御機能を有する給電・演算・制御手段４１と、前記磁束密度の演算値の記録およびこれらの記録データを用いた平均磁束密度Ｂの演算機能、磁気勾配ΔＢの演算機能、磁気力係数ｆｍの演算機能、単位磁気力Ｆｕの演算機能や、それぞれの演算値を例えば液晶表示画面に表示するための表示・制御機能や、前記給電・演算・制御手段４１を制御するとともに計測、演算結果を記憶保存する機能等を有する演算・表示・制御手段４２、前記演算・表示・制御手段４２の制御により図１中の演算値表示液晶画面の平均磁束密度Ｂ用表示画面４３，磁気勾配ΔＢ用表示画面４４，磁気力係数ｆｍ用表示画面４５，単位磁気力Ｆｕ用表示画面４６や、警報用ＬＥＤ表示灯やブザーの警報器４７への給電や、表示、警報、制御機能を有する測定・演算値表示警告手段４８、前記各手段に給電する充電式のバッテリー等の給電機器源４９、外部電源（図示せず）から前記給電機器４９に給電する電源コード５０で構成される。

信号線２８、３１，３３で構成する測定位置確認手段５１の短絡、絶縁状態で位置を認識するシグナルａを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２がＺａにあると判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを給電・計測線５を通じて受信し、演算して測定値Ｂａとしてデータを保存する。

測定値Ｂａとして受け入れた後は、次のステップに移る。給電・演算・制御手段４１から給電線１６，１７を通じて、約３Ｖの直流電圧を給電機器４９から間接的に給電される。伸縮線材１５は線長の約５％が縮み、約１８ｇｆの収縮力で図４に示すようにセンサーホルダー１３と磁気センサー２を紙面下方向に弾性体２４を縮めながら引き下げ、鍔１４が下端拘束板２１に接触し、センサーホルダー１３および磁気センサー２は所定の微小移動距離δＬｚとして例えば０．２ｍｍだけ正確に移動し移動距離を担保できる。

この状態では鍔１４が下端拘束板２１に接触し、測定位置確認手段５１の信号線２８と信号線３１は電気的に絶縁し、信号線２８と信号線３３は電気的に導通している状態であるシグナルｂの電気信号を発する。

シグナルｂを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２が位置Ｚｂにあると判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを、給電・計測線５を通じて受信し、演算して測定値Ｂｂとしてデータを保存する。この状態で位置Ｚｂでの磁束密度Ｂｂを計測する。

測定値Ｂｂとして受け入れた後は、微小移動距離δＬｚ離れたＺａ、Ｚｂでの演算値の磁束密度ＢaおよびＢｂを測定値とし、両磁束密度差（Ｂa-Ｂｂ）をδＬｚで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢaｂ＝（Ｂa-Ｂｂ）/δＬｚを演算でき、Ｚａ、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂ＝（Ｂa+Ｂｂ）/２を演算し、磁気力係数ｆｍ＝Ｂaｂ×ΔＢaｂを演算する。

さらに、標準的な鉄の磁性物の体積Ｖを例えば１×１０^−６ｍ^３（＝１ｃｍ^３）とし、鉄の磁化率χとして例えば０．５，真空透磁率μ₀として例えば４π×１０^-7Ｎ/Ａ²を入力して給電・演算・制御手段４２に記憶させ、これらの値を用いて単位磁気力Ｆｕを演算し、演算したこれらの磁気特性である平均磁束密度Ｂａｂを平均磁束密度Ｂ用表示画面４３に，磁気勾配ΔＢａｂを磁気勾配ΔＢａｂ用表示画面４４に，磁気力係数ｆｍを磁気力係数ｆｍ用表示画面４５に，単位磁気力Ｆｕを単位磁気力Ｆｕ用表示画面４６に表示する。

さらに、予め設定された所定の単位磁気力Ｆｕ_０値を給電・演算・制御手段４２に記憶させ、計測後演算された単位磁気力ＦｕがＦｕ_０を超えた場合、工具等の磁性体が磁気力で磁気吸引される危険リスクがあるとして、警報器４７に給電し、警告音を発生させる。

一連の測定を終えると、給電・演算・制御手段４２からの制御信号により、給電・演算・制御手段４１から給電線１６，１７からの給電を止めて０Ｖとし、伸縮線材１５は放熱で温度が低下して元の形状に戻り、弾性体２４が伸びて、弾性体２４の復元の弾性力によりセンサーホルダー１３が上昇し、鍔１４が上端拘束板２２に接触し移動が拘束されて図２の状態に戻り、シグナルａの電気信号を発し、この信号で計測の終了を演算・表示・制御手段４２が判定し、１回目の磁気特性の計測を終了する。

また、１回の磁気密度測定で測定精度が不足すると測定者が判断する場合には、測定回数を複数回行えば測定精度向上が可能となり、給電・演算・制御手段４２に測定回数例えば５回を記憶させ、５回の磁束密度計測を制御、実施し、平均処理された前記の磁気特性をそれぞれ演算し表示、警報を行うことができる。

以上、本実施例によれば、乾電池の電源でも作動できる直流電圧数Ｖの低電圧の給電で前記Ｔｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の線材の伸縮線材１５と弾性体２４を組み合わせた駆動手段で、磁気センサー２を一体化した素子移動保持手段のセンサーホルダー１３を必要な移動距離だけ、伸縮線材１５の伸縮方向と同じ方向に、緩やかに、振動なく移動でき、さらに保持した前記磁気センサー２を、移動拘束手段の上端拘束板２２、下端拘束板２１で移動距離を例えば０．２ｍｍの微小移動距離δＬｚを正確に担保して、この移動前後の位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できので、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、給電による伸縮線材１５の伸縮方向と同じ方向に、センサーホルダー１３と弾性体２４を緩やかに、振動なく移動できるので、両構成要素には引張・圧縮荷重のみが作用し、曲げ荷重が作用せず、曲げ荷重による過度な曲げ応力は作用しないので、繰り返し伸縮変形に対して破損するリスクは非常に小さく、複数回の長期間の作動に対して信頼性が高く、丈夫で高精度に、磁束密度、磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

なお、本実施では伸縮線材を弾性体の内側を貫通させて配置するので、円筒状の弾性体の円周縁部で均一に前記素子移動保持手段を反発駆動するので、素子移動保持手段を傾きなくスムースに移動でき、磁気センサーが移動方向に対して傾くことが無く、移動距離を正確に担保するとともに、磁束密度の計測精度の低下を防止できる効果がある。また、本実施では弾性体２４として弾性復元力を有するゴムやシリコン製の高分子ジェルを用いた場合について説明したが、非磁性や弱磁性のコイルバネや板バネや風船等の前記弾性体であっても同様な効果が生じる。

また、本実施例ではホルダー４およびアクチエータ部を手に持って測定する場合について説明したが、ホルダー４およびアクチエータ部の手振れを防止するために、固定支持の三脚（図示せず）や、これに支持されたフレキシブルアーム等（図示せず）で床や固定機器から間接的に固定支持すれば、測定時の揺れを防止でき、更に高精度な磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる。

またシグナルａ、シグナルｂに対応して、Ｚａ，Ｚｂの位置を認識したのち、例えば計測装置本体１０上にＬＥＤ球（図示せず）を点灯させて、各位置の状態を表示して測定者が認識できるようにしてもよい。

また、本実施例では伸縮線材１５としてＴｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の線材を使用した場合について説明したが、複数本束ねて構成しても同様な効果があり、さらに複数本内１本が破損しても伸縮作動を担保でき信頼性が高まる効果がある。

また、本実施例では伸縮線材１５としてＴｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の線材を使用した場合について説明したが、伸縮線材１５をコイル状に構成した伸縮コイル材（図示せず）を用いても同様な効果があり、さらに伸縮線材１５の縮み量が大きく移動距離が拘束板で強制的に制限され伸縮線材１５内に発生する引き張り荷重で伸縮線材１５やハンダが破損するリスクに対し、伸縮コイル材の弾性体自身の磁気センサー２の移動方向に対する変位吸収量が大きく、拘束板で強制的に制限されても伸縮線材１５内に発生する引き張り荷重が大きく増加しないので、伸コイル材やハンダが破損するリスクが大幅に減少して伸縮作動を担保でき、さらに信頼性が高まる効果がある。

また、本実施例では伸縮線材１５としてＴｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の線材を使用した場合について説明したが、伸縮線材１５の線長方向の一部を、Ｔｉ-Ｎｉ系合金よりも弾性係数が大きい電導性部材やポリアミド系合成繊維等の非電導性線材で構成した複合伸縮線材（図示せず）でも同様な効果がある。

この場合、伸縮線材１５の縮み量が大きく移動距離が拘束板で強制的に制限され伸縮線材１５内に発生する引き張り荷重で伸縮線材１５やハンダが破損するリスクに対し、弾性係数が大きいポリアミド系合成繊維の変位吸収量が大きく、拘束板で強制的に制限されても伸縮線材１５内に発生する引き張り荷重が大きく増加しないので、Ｔｉ-Ｎｉ系合金線材やハンダ部が破損するリスクが大幅に減少して伸縮作動を担保でき、さらに信頼性が高まる効果がある。ここで、伸縮線材１５と給電線１６，１７の結合はＴｉ-Ｎｉ系合金線材の両端部にハンダで結線される。

また、本実施例では伸縮線材１５と給電線１６，１７の結線はハンダで行った場合について説明したが、伸縮線材１５と給電線１６，１７とを、ビスやワッシャー等で機械的に電導一体化しても同様な効果が生じる。

この場合、伸縮線材１５の縮み量が大きく移動距離が拘束板で強制的に制限され伸縮線材１５内に発生する引き張り荷重で低融点のハンダが剥がれるなどでハンダが破損するリスクに対し、ハンダより強度が高い機械的結合で構成できるので、上記結線部が破損するリスクが非常に小さく、さらに信頼性が高まる効果がある。

また、本実施例では伸縮線材１５としてＴｉ-Ｎｉ系合金製の線材を使用した場合について説明したが、伸縮線材１５として鉄−マンガン−ケイ素合金、Ag-Cd合金、Au-Cd合金、Cu-Al-Ni合金、Cu-Sn合金、Cu-Zn合金、Cu-Zn-X (X = Si, Al, Sn)合金、Fe-Pt合金、Mn-Cu合金、Fe-Mn-Si合金、Fe-Ni-Co-Al合金、Pt合金、Co-Ni-Al合金、Co-Ni-Ga合金、Ni-Fe-Ga合金、Ti-Pd合金、Ni-Ti等の形状記憶合金や、形状記憶樹脂と樹脂加熱物質との組合せ材であっても、同様な効果がある。

（実施例２）
図６、図７、図８および図９は、本発明による磁気力測定装置１の実施例２のアクチエータ５２の構造、構成を示しており、図６はアクチエータ５２とホルダー４の構造を示し一部アクチエータ部分を断面図で示している。図７はアクチエータ５２の構造を示す断面図であり、図８は、図７のＥ−Ｅ矢視図で、図９はアクチエータの他の伸縮線材の構造を示す拡大断面図である。アクチエータ５２が、前記実施例１のアクチエータ３と異なる構造は、伸縮線材１５の伸縮方向が直線からＬ字方向となる構造にある。

図７は、図６の磁気センサー２およびセンサーホルダーとなる弾性板バネ５３を微小移動距離δＬｚだけ移動させるアクチエータ５２の拡大断面図の構成を示す。

図７においてアクチエータ５２は、例えば非磁性絶縁基材の樹脂製の弾性板バネ５３と、弾性板バネ５３の一端部に一体化された電導性の例えば銅製の上端平板５４と磁気センサー２と、弾性板バネ５３の他端を片持ち梁状に固定支持ずる断面がＬ字状の非磁性の例えば樹脂製の電気絶縁下部台座５５と、上端平板５４のＺ軸方向の紙面上部方向移動の上限位置を上端平板５４との接触で拘束する電導性の例えばステンレス鋼製の上端拘束平板５６と、前記弾性板バネ５３の一端部に一体化された電導性の例えば銅製の下端平板５７と、前記紙面の下方向移動の下限位置を下端平板５７との接触で拘束する電導性の例えばステンレス鋼製の下端拘束平板５８と、上端拘束平板５６と下端拘束平板５８との積層間隔を制限し移動距離δＬｚを確保する板厚を有した非磁性の例えばセラミックス製の電気絶縁板５９と、電気絶縁下部台座５５、下端拘束平板５８、電気絶縁板５９および上端拘束平板５６を機械的に一体化するビス６０と、弾性板バネ５３の一端部とハンダ６１で一端を、さらに他端を電気絶縁下部台座５５とハンダ６２と接着剤で固定支持され、電気絶縁下部台座５５に固定支持された支持板６３の回転軸６４の周りをスムースに回転する回転円筒体６５でＬ字状に張られた伸縮線材６６と、電気絶縁下部台座５５と非磁性で高剛性のホルダー４を機械的に一体化するビス３６で主に構成される。

図７の状態において、給電線６７，６８間の電圧は０Ｖで伸縮線材６６は縮んでいない状態であり、弾性板バネ５３の弾性力で上端平板５４と磁気センサー２は紙面上方に押し上げられており、測定位置確認手段を構成する上端平板５４が上端拘束平板５６に接触し、上端平板５４にハンダ６９で電気的に一体化された信号線７０と、上端拘束平板５６にハンダ７１で電気的に一体化された信号線７２は電気的に導通している。

さらに下端拘束平板５８と下端平板５７は非接触であるので、下端平板５７にハンダ７３で電気的に一体化された信号線７４と、下端拘束平板５８にハンダ７５で電気的に一体化された信号線７６は電気的に絶縁されているシグナルａの電気信号を発する。

Ｚ軸方向に磁束密度差がある磁場空間において、この測定位置確認手段のシグナルａを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２が位置Ｚａにあると判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを、給電・計測線５を通じて受信し、演算して測定値Ｂａとしてデータ保存する。

次に、給電線６７，６８でハンダ６１，６２間に直流電圧例えば３Ｖを給電すると、伸縮線材６６はジュール熱で温度が上昇し、線長の約５％縮む。この時の収縮力は約１８ｇｆ発生し、この収縮力で片持ち梁となっている弾性板バネ５３の上端平板５４と磁気センサー２を紙面下方向に縮めながら引き下げ、測定位置確認手段を構成する上端平板５４が上端拘束平板５６から離れ、下端平板５７が下端拘束平板５８に接触し、上端平板５４および磁気センサー２は微小移動距離δＬｚだけ移動する。

この状態では信号線７０と信号線７２は電気的に絶縁し、信号線７４と、下端拘束平板５８と信号線７６は電気的に導通しているシグナルｂの電気信号を発する。

この測定位置確認手段のシグナルｂを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２が位置Ｚｂにあると判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを、給電・計測線５を通じて受信し、演算して測定値Ｂｂとしてデータ保存する。

ここで、位置Ｚａ、位置Ｚｂでの測定値の磁束密度ＢａおよびＢｂを用いて、両磁束密度差（Ｂa-Ｂｂ）をδＬｚで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢａｂ＝（Ｂa-Ｂｂ）/δＬｚを計算でき、Ｚa、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂ＝（Ｂａ+Ｂｂ）/２を計算し、磁気力係数ｆｍ＝Ｂaｂ×ΔＢaｂを算出する。

次に、給電線６７，給電線６８間の電圧を０Ｖに戻すと発熱は無くなり、伸縮線材６６は放熱で温度が低下して伸び、弾性板バネ５３の弾性力で図７の元の形状に戻り、上端平板５４と磁気センサー２は紙面上方に押し上げられ、上端平板５４が上端拘束平板５６に接触しシグナルａの電気信号を発する。その後の物性値の演算や演算結果の表示手順は実施例１と同様である。

給電線６７、給電線６８、信号線７４は孔７７を通じ、他の信号線とともに孔３５を通じて端子台７に連結され、結束線８にまとめられている。

以上、本実施例によれば、伸縮線材６６の伸縮方向をＬ字状に構成できるので、磁気センサー２の移動方向の移動距離は微小移動距離δＬｚあれば十分であるので、磁気センサー２の移動方向の伸縮線材６６の線長を非常に短くでき、アクチエータ５２を実施例１のアクチエータ３よりも薄く、細く構成できる。

したがって、磁気密度Ｂの測定箇所の入り口が例えば円筒状の狭い空間であっても、挿入が可能となり、小型で、軽量な磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、本実施例では伸縮線材としてＴｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の線材をＬ字状に使用した場合について説明したが、図９に示すように、湾曲のあるＬ字コーナー部を有する線材を、例えばＴｉ-Ｎｉ系合金のより伸び易い、弾性係数が大きな材質のポリアミド系合成繊維の非電導線材７８で構成し、非電導線材７８の一端は弾性板バネ５３と例えば接着材７９で一体化され、回転軸６４の周りをスムースに回転する回転円筒体６５に沿ってＬ字状に曲げられ、その他端はＴｉ-Ｎｉ系合金製の単純な１本の伸縮線材８０と接着材８１で連結され、伸縮線材８０と電気絶縁下部台座５５とはハンダ６２と接着剤で固定支持され、給電線６８と伸縮線材８０はハンダ８２で電気的に一体化されている。

本複合伸縮線材では、伸縮線材８０への通電状態では材料が硬化し弾性が損なわれ曲がり難くなるが、湾曲部はポリアミド系合成繊維であるので、伸縮線材８０の縮み量を受けて非電導線材７８はスムースに湾曲のあるＬ字コーナー部に沿って移動し、抵抗なく弾性板バネ５３を変形させ、Ｌ字コーナー部での抵抗力をより小さくでき、伸縮時の許容負荷力が小さい伸縮線材８０であっても、所定の移動距離を確保できて信頼性の向上させる効果がある。

（実施例３）
図１０に本発明による磁気力測定装置の実施例３の３次元の３軸磁気力測定装置１００の構造、構成を示し、アクチエータ３ｙ、５２ｚの一部分を断面図で示しており、図１１に磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図を示している。

図１０が図１、図６と異なる点は３次元の３軸アクチエータ１０１を、１軸方向に移動させるアクチエータ３および５２を、図中の３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ３個のアクチエータ５２ｘ、３ｙ、５２ｚとして配置し、それぞれのアクチエータを非磁性材もしくは弱磁性体で製作された３軸アクチエータホルダー１０２に機械的もしくは接着剤で一体化した構造と、図１の計測装置本体１０の代わりに３軸に関する磁気的物性値を表示する計測装置本体１０３で構成することにある。

また、計測装置本体１０３に表示する磁気特性項目に関し、３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束密度Ｂ，磁気勾配ΔＢ，磁気力係数ｆｍを表示させ、さらに３軸の磁気特性からそれらを合成したベクトルの値の磁束密度Ｂ，磁気勾配ΔＢ，磁気力係数ｆｍを算出し演算値を表示する表示器、ベクトル方向に対する３軸に対する角度成分θｘ、θｙ、θｚの演算値を表示する表示器を備えた構造にある。ここで、番号の沿字は３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向や成分を示す。

図１０において、３軸アクチエータ１０１の２個のアクチエータ５２ｘ、５２ｚは、例えば図７、図８のアクチエータ５２と同一の構造で、アクチエー３ｙは例えば図１、図２、図３、図４で示したアクチエータ３と同一の構造である。

磁気センサー２ｘによるアクチエータ５２ｘの作動、移動距離δＬｘ移動前後の磁気密度Ｂｘの測定および磁気勾配ΔＢｘの演算は実施例２で示した手順と同様である。

また、磁気センサー２ｙによるアクチエータ３ｙの作動、移動距離δＬｙ移動前後の磁気密度Ｂｙ，の測定および磁気勾配ΔＢｙの演算は実施例１で示した手順と同様である。

さらに、磁気センサー２ｚによるアクチエータ５２ｚの作動、移動距離δＬｚ移動前後の磁気密度Ｂｚの測定および磁気勾配ΔＢｚの演算は実施例２で示した手順と同様である。

以上、磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚを使用して、所定の位置での３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚを測定し、それぞれの測定結果をそれぞれのアクチエータに接続された駆動電圧、信号線や測定電圧を送受信する実施例１や実施例２と同様な配線群およびこれらを束ねた配線８ｘｙｚで信号を計測装置本体１０３に送信する。

測定開始ボタン等（図示せず）で電源が入力されたのち、図１１に示すように、それぞれのアクチエータが所定の微小移動距離だけ移動する前の状態において、それぞれのアクチエータの測定位置確認手段のそれぞれのシグナルａを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚがそれぞれの位置Ｘａ，Ｙａ，Ｚａにあると判断し、磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚからの磁束密度の計測データを、給電・計測線５ｘ、５ｙ、５ｚおよび端子台７ｘ、７ｙ、７ｚを通じて給電・演算・制御手段４１でそれぞれの磁束密度の測定値Ｂａｘ、Ｂａｙ、Ｂａｚを受信し演算・表示・制御手段４２で演算し保存する。

測定値Ｂａｘ、Ｂａｙ、Ｂａｚを受け入れた後は、次のステップに移る。給電・演算・制御手段４１から結束線８ｘｙｚから端子台７ｘ、７ｙ、７ｚに接続された給電・計測線群を介してそれぞれの給電線を通じて、それぞれの伸縮線材に約３Ｖの直流電圧を給電され、それぞれの磁気センサーは各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に微小移動距離δＬｘ、δＬｙ、δＬｚ（図示せず）移動し、それぞれのアクチエータの測定位置確認手段のからそれぞれのシグナルｂの電気信号を発する。

シグナルｂを受け、給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚがそれぞれの位置Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂにあると判断し、給電・演算・制御手段４１でそれぞれの磁気センサーからの磁束密度の計測データを、給電・計測線群を通じて測定値Ｂｂｘ、として受信する。この状態でそれぞれの位置Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂでの磁束密度Ｂｂｘ、Ｂｂｙ、Ｂｂｚを計測する。

次に、微小移動距離δＬｘ，δＬｙ，δＬｚだけ離れたＸａ，Ｙａ，ＺａおよびＸｂ，Ｙｂ，Ｚｂでの演算値のそれぞれの磁束密度Ｂａｘ，Ｂａｙ，ＢａｚおよびＢｂｘ、Ｂｂｙ，Ｂｂｚを測定値とし、両磁束密度差（Ｂａｘ-Ｂｂｘ）、（Ｂａｙ-Ｂｂｙ），（Ｂａｚ-Ｂｂｚ）をそれぞれ微小移動距離δＬｘ、δＬｂ、δＬｚで除して２点間の磁気勾配ΔＢaｂｘ、ΔＢaｂｙ、ΔＢaｂｚを演算でき、また、Ｚａ、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂｘ＝（Ｂaｘ+Ｂｂｘ）/２、同様にＢａｂｙ，Ｂａｂｚを演算し、磁気力係数ｆｍｘ＝Ｂaｂｘ×ΔＢaｂｘ、同様にｆｍｙ、ｆｍｚを演算する。

このようにして、給電・演算・制御手段４１で演算された３軸方向の平均磁束密度Ｂａｂｘ，Ｂａｂｙ，Ｂａｂｚ、磁気勾配ΔＢａｂｘ、ΔＢａｂｙ、ΔＢａｂｚ、および磁気力係数ｆｍｘ、ｆｍｙ、ｆｍｚの計算値は、演算・表示・制御手段４２に出力値を送信され、デジタル表示器に平均磁束密度、磁気勾配および磁気力係数の各項目毎に、Ｘ軸に関してはデジタル表示器１０４ｘ，１０５ｘ，１０６ｘに、Ｙ軸に関してはデジタル表示器１０４ｙ，１０５ｙ，１０６ｙに、Ｚ軸に関してはデジタル表示器１０４ｚ，１０５ｚ，１０６ｚにそれぞれの計算値が表示される。

さらに、前記計算値は３軸の各成分値を表示しているので、それらの値を使用して合成ベクトル値として、合成磁束密度Ｂｃ、合成磁気勾配ΔＢｃおよび合成ｆｍｃを通常の３次元ベクトル計算方法で計算し、さらに合成ベクトルの３軸に対する角度θｘ、θｙ、θｚおよび合成角度θcを通常の３次元ベクトル角度計算方法で計算して、演算・表示・制御手段４２に出力値を送信され、容器１０３の表面のデジタル表示器１０７，１０８および１０９に計算結果が表示され、角度θｘ、θｙ、θｚおよび合成角度θｃ値は、デジタル表示器１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚおよび１１０ｃに表示される。

さらに、演算・表示・制御手段４２で画像表示処理されて出力値を容器１０３にその信号が送信され、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸と合成ベクトル方向が図中の破線の矢印に示すように、液晶画面１１１上に表示される。

さらに、標準的な鉄の磁性物の体積Ｖを例えば１×１０^−６ｍ^３（＝１ｃｍ^３）とし、鉄の磁化率χとして例えば０．５，真空透磁率μ_０として例えば４π×１０^-７Ｎ/Ａ²を入力して給電・演算・制御手段４２に記憶させ、これらの値を用いて単位磁気力Ｆｕを演算し、単位磁気力Ｆｕ用表示画面１１２に表示する。

さらに、予め設定された所定の単位磁気力Ｆｕ_０値を給電・演算・制御手段４２に記憶させ、計測後演算された単位磁気力ＦｕがＦｕ_０を超えた場合、工具等の磁性体が磁気力で磁気吸引される危険リスクがあるとして、警報器４７に給電し、警告音等を発生させる。

一連の測定を終えると、給電・演算・制御手段４２からの制御信号により、給電・演算・制御手段４１から給電線からの給電を止めて０Ｖとし、３軸それぞれのアクチエータの伸縮線材は放熱で温度が低下して元の形状、長さに戻り、それぞれにシグナルaの状態に戻る。この計測を所定の回数実施し、その都度の平均値を表示させ計測を終了する。

本実施例では、直交する３軸の磁気センサーで磁気力係数のベクトルの値およびその作用方向を表示できるので、３次元の磁気力特性を定量的に得られ、さらに高精度の磁気誘導に関する特性を測定できる磁気力測定装置を提供することができる。

（実施例４）
図１２および図１３は、本発明による磁気力測定装置の実施例４の磁気力測定装置１２０を説明する図で、図１２はアクチュエータ１１３の構造を示す図でアクチエータ３ｙおよびアクチエータ５２ｚは断面図で示しており、図１３は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。

本構造が図１０のアクチエータ１０１と異なる点は、アクチエータ３ｙがホルダー４ｍと接着剤やビス止め（図示せず）等で機械的に一体化されて固定支持され、アクチエータ５２ｚがホルダー１１４に接着剤やビス止め（図示せず）等で機械的に一体化されて固定支持される構造にある。

さらに、ホルダー４ｍに固定支持されて、給電・演算・制御手段４２からの制御信号により、給電・演算・制御手段４１からの結束線８ｙｚｍを通じて、給電線８ｍからの給電を受け回転を制御される、例えば超音波駆動の回転モータ１１５の回転軸１１６に、ホルダー１１４は固定支持され、Y軸を回転軸として例えば９０度往復回転することができる。

図１２の状態から９０℃回転させることによって、磁気センサー２ｚでX軸方向の磁束密度Bxを測定することができ、図１０における磁気センサー２ｘと同等の機能を有することができる。

ここで、両軸の磁束密度の測定の制御は、図１３のフローチャートに示すように、回転モータ１１５の９０度回転前後の回転角度等の電気的シグナルｚ、シグナルｘを給電・演算・制御手段４２のプログラムで制御信号として発し、給電・演算・制御手段４１から回転モータ１１５を制御し、磁気センサー２ｚからの磁束密度を測定して行う。

したがって、本実施例の構造によれば、１個の磁気センサー２ｚでZ軸とX軸方向の磁束密度を測定できるので、磁気センサーの個数を低減でき、装置の低コスト化を実現できる効果がある。

（実施例５）
図１４は、本発明による磁気力測定装置の実施例５の磁気力測定装置のアクチュエータ１２１の構造を示す断面図である。本構造が実施例１の図２のアクチエータ３と異なる点は、以下の構造にある。

アクチュエータ１２１の伸縮線材１２２は電気絶縁材製のセンサーホルダー１２３の上部の孔１２４と孔１２５を貫通して、頂部で折り返して通し、下部の孔１２６を貫通して紙面左右に分け、例えば銅製の正電極１２７と座金１２８の間に一端を挟みネジ１２９で下部電気絶縁体２５に固定支持され、電気的に一体化され、ハンダ１３０で給電線１３１と電気的に一体化されている。なお、伸縮線材１２２とセンサーホルダー１２３との接触面は円曲面で接するように加工してあり（図示せず）、伸縮線材１２２と下部電気絶縁体２５との接触面も円曲面で接するように加工している。

さらに、他端は例えば銅製の負電極１３２と座金の間に一端を挟みネジで下部電気絶縁体２５に固定支持され、電気的に一体化されハンダ１３３で給電線１３４と電気的に一体化されている。

電気絶縁体のセンサーホルダー１２３には、非磁性で導電性の例えばアルミニュウムで製作された円盤状の鍔１３５が接着剤等で機械的に一体化されている。

図１４の状態において、給電線１３１，１３４間の電圧は０Ｖで伸縮線材１２２は縮んでいない状態であり、弾性体２４の弾性力でセンサーホルダー１２３は紙面上方に押し上げられており、鍔１３５が上端拘束板２２に接触し、信号線２８と信号線３１は電気的に導通し、信号線２８と信号線３３は電気的に絶縁している。Ｚ方向に磁束密度差がある磁場空間において、この状態である位置Ｚａでの磁束密度Ｂａを計測する。

次に、給電線１３１，１３４でハンダ１３０，１３３間に直流電圧例えば３Ｖを給電すると、伸縮線材１２２はジュール熱で温度が上昇し、固定された正電極１２７および負電極１３２を固定端として線長の約５％が紙面Z軸方向に縮む。この収縮力でセンサーホルダー１２３、鍔１３５を、Z軸方向の下方向に弾性体２４を縮めながら引き下げ、鍔１３５が下端拘束板２１に接触し、センサーホルダー１３および磁気センサー２は微小移動距離δＬｚだけ移動する。

この状態では信号線２８と信号線３１は電気的に絶縁し、信号線２８と信号線３３は電気的に導通している。この状態である位置Ｚｂでの磁束密度Ｂｂを計測する。この後のそれぞれの物性値の演算、表示の処理は実施例１と同様である。

したがって、本実施例の磁気力測定装置の構造によれば、逆Ｕ字状の線状の伸縮物質の折返し部の頂部において、両側部の伸縮量がほぼ同一であり、頂部の伸縮方向の移動量が少ないので、折返し部の伸縮による線材への曲げ疲労荷重がかかることが無く、伸縮物質の疲労破損を防止することができ、信頼性が高い磁気力計測装置を提供できる効果がある。

さらに、伸縮線材を折り返して配置することにより、伸縮線材に給電する両電極を静止配置できるので、伸縮線材の伸縮でセンサーホルダーが移動しても給電線が動かないので、給電線が移動中に他の箇所に接触しセンサーホルダーの移動が阻害されるリスクが無くなり、測定の信頼性を向上できる効果がある。さらに、伸縮線材を折り返して配置することにより、折返し前後の伸縮線材には互いに逆方向に同じ電流が流れるので、伸縮線材が発生する伸縮線材周りの磁界は互いに逆向きになるのでお互いにキャンセルするので、伸縮線材が発生源となる磁気センサーに与える磁気ノイズが減少し、さらに測定精度が向上する効果がある。ここで、伸縮線材をホルマル被覆等の薄い電気絶縁材でコーティングすることにより、折り返した伸縮線材を電気絶縁状態でより接近させて配置することにより、上記キャンセル効果が増して、さらに測定精度が向上する効果がある。

さらに、伸縮線材を折り返して配置することにより、センサーホルダーを移動させる収縮力は２倍作用するので、伸縮線材の伸縮で移動するセンサーホルダーが移動中に他の箇所に接触して摩擦抵抗力が生じても、センサーホルダーの移動が阻害されるリスクがこの収縮力の増加により無くなり、さらに測定の信頼性を向上できる効果がある。

（実施例６）
図１５は、本発明による磁気力測定装置の実施例６の磁気力測定装置のアクチュエータ１３６の構造を示す図であり、アクチエータ３ｙを断面図で示している。本構造が図１０の３軸アクチエータ１０１と異なる点は、以下の構造にある。

ｙ軸方向に配置されたアクチエータ３ｙがホルダー１１４と接着剤やビス止め（図示せず）等で機械的に一体化されて固定支持され、給電・演算・制御手段４２からの制御信号により、給電・演算・制御手段４１からの結束線８ｙｍを通じて、給電線８ｍからの給電を受け回転を制御される、例えば超音波駆動の回転モータ１１５の回転軸１１６にホルダー１１４は固定支持され、Y軸を回転軸としてアクチエータ３ｙを所定の回転角度で回転、静止させることができる。ホルダー１１４はホルダー４に、接着剤やビス止め（図示せず）等で機械的に一体化されて固定支持されている。

本実施例の構造によれば、１個の磁気センサー２ｙでZ―X軸面内において、回転モータ１１５の複数の所定の回転角毎の位置、すなわち各位置の座標値での磁束密度、磁気勾配、磁気力の磁気特性を実施例１と同様に計測、算出できる。

この複数の位置情報の座標値と各位置での磁気特性結果をベースに、逆問題として３次元の数値解析を行い、磁場発生源による測定位置での磁気力のベクトルの合成値と方向を算出することができる。

したがって、本実施例によれば、１個のアクチエータ３ｙと磁気センサー２ｙおよび回転モータ１１５の組合せにより磁場発生源による磁気力の３次元ベクトルの合成値と方向を算出し、これにより３次元の磁気力特性を定量的に得られ、さらに低コストで３次元の磁気力特性を測定できる３次元の磁気力測定装置を提供することができる。

なお、本実施例では１個のアクチエータ３ｙと磁気センサー２ｙと、回転モータ１１５の組合せによりZ―X軸面内の複数個所の磁気特性を計測する例で説明したが、回転モータ１１５の代わりに例えばピエゾ素子で駆動する２軸ステージ上に１個のアクチエータ３ｙと磁気センサー２ｙを固定支持し、Z―X軸面内の複数個所の座標位置に該２軸ステージで移動させて磁気特性を計測する構成にしても同様な効果が生じる。

なお、本実施例では１個のアクチエータ３ｙと磁気センサー２ｙと、回転モータ１１５の組合せによりZ―X軸面内の複数個所の磁気特性を計測した例で説明したが、アクチエータ３ｙと磁気センサー２ｙをZ―X軸面に複数個所静止配置しても、磁場発生源による磁気力のベクトルの合成値と方向を算出することができ、この場合は、回転させる作動時間が必要なくなり、より短時間内に測定、算出することができる。

以上の実施例では、磁気センサーとしてホール素子を用いた例で説明したが、ホール素子の代わりにSQUOID素子や磁気抵抗素子、アモルファス・ワイヤを利用する磁気インピーダンス方式やコイルに磁束を通して誘導電流を検知するフラックス・ゲート方式のセンサーを用いても同様な効果がある。

また、以上の実施例では、表示する磁気特性演算値毎に磁気特性演算値の表示画面を設けて説明したが、磁気特性演算値の項目数より少ない表示画面で、押しスイッチの切替によって複数の項目の演算値を同一の表示画面に表示できるようにしても同様な効果が生じる。

また、以上の実施例では、磁気センサーの計測制御、アクチエータの作動制御、計測結果の演算および表示、計測、演算結果の記憶保存を、計測装置本体に内蔵した給電・演算・表示・制御手段および測定・演算値表示警告手段で行うことで説明したが、給電・演算・表示・制御手段および測定・演算値表示警告手段を、計測装置本体と有線もしくは無線によるデータ伝送手段でデータ共有できる汎用の小型電子計算機や、携帯電話機や、メガネ式やゴーグル型やヘルメット型の小型電子計算表示器等に前記機能をプログラムミングして実施しても、同様な効果が生じる。

また、以上の実施例では、磁気センサーの微小移動距離δＬは、アクチエータの例えば電気絶縁板２２の板厚とセンサーホルダーの円盤状鍔の厚さで担保したが、それぞれの板厚を調整して製作した異なった微小移動距離δＬを準備し、アクチエータを取り換えて種々の磁気勾配の計測で適正に使い分けて計測することにより、超高磁気勾配の磁場空間では微小移動距離δＬを狭くし、平均磁束密度をより精度よく計測することにより、磁気特性を精度よく計測でき、更に測定精度を担保できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

また、以上の実施例では、アクチエータ内の磁気センサー、センサーホルダーや計測線が露出している構造で説明したが、これらの保護のため、アクチエータ外周部を非磁性の例えばプラスチック製の保護カバーで覆っても、前記効果を担保できる。

したがって、本発明によれば、伸縮アクチエータの伸縮手段を形状記憶合金系線材で構成するので、数ボルトの低電圧の給電発熱で、振動無く収縮し、給電停止による放熱冷却で振動無く伸びる伸縮デバイスを提供でき、この伸縮の変位で磁気センサーを一体化したセンサーホルダーである素子移動保持手段を磁束密度測定空間において、小型で、軽量で安価な構造で、かつ移動時に振動が無いように構成し、精度よく微小移動距離δＬだけ移動できるので、前記磁気センサーで移動前後の磁束密度を計測でき、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

さらに、本発明によれば、伸縮線材を弾性体の内側を貫通させて配置するので、円筒状の弾性体の円周縁部で均一に前記素子移動保持手段を反発するので、素子移動保持手段を傾きなくスムースに移動でき、磁気センサーが移動方向に対して傾くことが無く、移動距離を正確に担保するとともに、磁束密度の計測精度の低下を防止できる効果がある。

１・・・磁気力測定装置、２・・・磁気センサー、３・・・アクチエータ、４・・・ホルダー、５・・・給電・計測線、６・・・接着剤、７・・・端子台、８・・・結束線、９・・・グリップ、１０・・・計測装置本体、１１・・・結束線、１２・・・連結コネクター、１３・・・センサーホルダー、１４・・・鍔、１５・・・伸縮線材、１６、１７・・・給電線、１８，１９・・・電極、２０・・・上部電気絶縁体、２１・・・下端拘束板、２２・・・上端拘束板、２３・・・電気絶縁板、２４・・・弾性体、２５・・・下部電気絶縁容器、２８、３１、３３・・・信号線、４１・・・給電・演算・制御手段、４２・・・演算・表示・制御手段、４３・・・平均磁束密度Ｂ用表示画面、４４・・・磁気勾配ΔＢ用表示画面、４５・・・磁気力係数Ｆｍ用表示画面、４６・・・単位磁気力Ｆｕ用表示画面、４７・・・警報器、４８・・・測定・演算値表示警告手段、５１・・・測定位置確認手段、５２・・・アクチエータ、５３・・・弾性板バネ、５４・・・上端平板、５５・・・電気絶縁下部台座、５６・・・上端拘束平板、５７・・・下端平板、５８・・・下端拘束平板、５９・・・電気絶縁板、６６・・・伸縮線材、６７，６８・・・給電線、７０、７２、７４・・・信号線、７８・・・非電導線材、８０・・・伸縮線材、１００・・・３軸磁気力測定装置、１０１・・・３軸アクチエー、１０３・・・計測装置本体、１１３・・・アクチエータ、１１４・・・ホルダー、１１５・・・回転モータ、１２２・・・伸縮線材、１２７・・・正極の電極板、１３２・・・負極の電極板、１３５・・・鍔

Claims (7)

1. 磁気力を発生する磁場発生手段の３次元の磁場空間内において、第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   少なくとも給電のＯＮ、ＯＦＦにより温度変化して伸縮変形する形状記憶物質を有する伸縮線材を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる該移動手段と、
   該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
2. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   少なくとも給電のＯＮ、ＯＦＦにより温度変化して伸縮変形する形状記憶物質を有する伸縮線材を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる移動手段と、
   該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段と
   該移動手段が第二の位置から第一の位置に移動する方向に弾性力を作用させ、該伸縮線材を貫通させる空間を有する弾性体
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
3. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   給電のＯＮ、ＯＦＦにより温度変化して伸縮変形する形状記憶物質製線材を有するＬ字状の伸縮線材を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる該移動手段と、
   該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
4. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、少なくとも3次元の一方向での第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる請求項１記載の第一の移動手段と、
   他の二方向での該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる請求項３記載の移動手段、
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
5. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる第一の移動手段と、
   他の二方向での該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる第二の移動手段と、
   少なくとも該第二の移動手段を回転させる回転手段
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
6. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   給電のＯＮ、ＯＦＦにより温度変化して伸縮変形する形状記憶物質を有し折返し部を有する伸縮線材を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる該移動手段と、
   該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
7. 磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、少なくとも3次元の一方向での第一の位置および第二の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、
   少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
   給電のＯＮ、ＯＦＦにより温度変化して伸縮変形する形状記憶物質製線材を有する伸縮線材を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる該移動手段と、
   該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段と、
   該一方向に同一角度を有する面内で該移動手段と該磁気検出手段を移動させる面内移動手段
   を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。