JP6790375B2 - 磁気マーカ - Google Patents
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Description
磁性材料の粉末である磁粉が基材中に分散する磁性層に対して、母材に対して繊維を組み合わせた複合材料による保護層が積層され、
前記磁性層とは反対側に当たる前記保護層の外側には、前記繊維を含まない前記母材よりなる層が積層されている磁気マーカにある。
本発明の一態様は、車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように道路に敷設され、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に対して、母材に対して繊維を組み合わせた複合材料による保護層が積層され、
前記基材と前記母材とが同じ材料である磁気マーカにある。
以上の通り、本発明の磁気マーカは、耐久性に優れ、小型かつ低コストの磁気マーカである。
前記磁性層の表裏両面に前記保護層が積層されていると良い。
この場合には、前記磁気マーカの表裏両面を前記保護層によって保護し、耐久性を一層向上できる。
この場合には、前記母材(マトリクス)をなす材料本来の特性を活かしながら、強度や耐磨耗性等の特性を前記繊維によって改善できる。母材としては、ゴムやプラスチック等の樹脂やアスファルト等の高分子材料を利用でき、前記繊維としては、カーボン繊維やガラス繊維や金属繊維やアモルファスワイヤなど様々な素材を利用できる。前記繊維の形態としては、織り込まれていない単繊維であっても良く、織布であっても不織布であっても良い。
前記繊維シートとしては、ガラス繊維を布状にしたガラスクロスや、カーボン繊維を布状にしたカーボンクロス等を採用できる。前記繊維シートに前記母材を含浸させた前記保護層は、強固な層となり前記磁性層の保護に有効である。
前記母材として道路の舗装用材料であるアスファルトを採用することも良い。アスファルトは、接着材としても利用可能であるため、前記母材よりなる層を道路に対する設置面に設けることも良い。また、アスファルトを母材とした層を設置面とは反対側の表面に設けることも良い。前記磁気マーカの表面を周囲の路面と一体化でき、良好な敷設状態を実現できる。なお、滑り止めのための骨材を前記母材に含めることも良い。
前記基材と前記母材とが同じ材料であれば、前記磁性層と前記保護層との一体性が向上し、層間の剥離が発生するおそれを抑制できる。一方、前記基材と前記母材とが同じ材料であると、例えば融点等が同じであることから溶融状態となった前記基材中の前記磁粉が、同様に溶融状態となった前記母材に流出するおそれが生じる。このような前記磁粉の流出が発生すると、前記磁性層における磁粉の密度が変動し、所望の磁気的特性が実現できなくなるおそれがある。このようなおそれに対して前記繊維が有効になる。前記保護層の繊維は、前記保護層への前記磁粉の移動を防ぐバリアとして機能し、前記磁性層における前記磁粉の密度の変動を抑制するのに役立つ。
この場合には、例えば前記磁性層となる層を含むシート状の中間加工品である中間シートを対象とした打ち抜き加工等の切断加工により、効率良く前記磁気マーカを切り出すことで、生産コストを低減してコストを抑制できる。
例えばネオジウムマグネット等の希土類磁石は酸化により性能の劣化を生じやすいため、気密性の高い容器等に収容する必要がある。一方、酸化鉄であれば、既に鉄が酸化した状態にあるので、それ以上の酸化が起こり難い。前記磁粉の磁性材料として酸化鉄を採用すれば、前記磁性層の防水、防湿等の処理が完全でなくても長期に及ぶ使用期間に渡って初期性能を維持できる可能性が高い。
本例は、車両の運転操作の支援や自動運転や情報提供等を目的として道路に敷設される磁気マーカ1に関する例である。この内容について、図1〜図11を参照して説明する。
保護層12は、母材(マトリクス)としてのアスファルトをガラスクロス12Gに含浸させた複合材料(繊維強化複合材料)の層である。
保護層12の外側の層のうち、敷設時に路面53に面することになる層は、アスファルトよりなる接合層16である。この接合層16をなすアスファルトは、路面53に接合する際に接着材として機能する。
保護層12の外側の層のうち、接合層16とは反対側の層は、砂等の骨材をアスファルトに混ぜた防滑層15である。
(1)磁気マーカの作製
本例では、磁性層11をなす磁性シート104Aを形成した後、その表裏両面に保護層12等をなす層を積層した打抜き用の中間シート104Bを中間加工品として得、さらに、この中間シート104Bを対象とした打抜き加工により着磁前の磁気マーカ1を作製している。
保管や施工現場への運搬等の利便性を考慮し、磁気マーカ1を保持するロール体10を利用している。本例では、長い帯状のポリエチレン製のキャリアシート400がロール状に巻かれたシートロール40を用いてこのロール体10を形成している(図9参照。)。なお、本例では、磁気マーカ1の直径100mmに対応して、キャリアシート400の幅を150mmとしている。巻出し軸461にセットされたシートロール40から巻き出したキャリアシート400は、ガイドローラ464等を利用して作業面47の上面を経由し、その先端が巻取り軸463に係止される。
まず、ロール体10に保持された磁気マーカ1の施工に適用する作業装置あるいは作業車両システムの一例である作業車両4の構成を説明し、続けてこの作業車両4による施工の手順について説明する。
図10に示すこの作業車両4は、磁気マーカ1を敷設する路面53を洗浄する洗浄装置410、路面53等を加熱する2基の加熱装置411・412、磁気マーカ1を供給する供給装置42、供給装置42から供給された磁気マーカ1を路面53に配置する配置装置43、路面53を加圧する加圧装置44、敷設された磁気マーカ1を着磁する着磁装置45、磁気を検出する検出装置47を装備する特殊車両である。
加熱装置411・412は、火炎を放射するバーナーを含み、路面53に対面するように火炎放射口を設けた装置である。加熱装置411・412は、配置装置43を挟んで前後に2基設けられている。前側の第1の加熱装置411が磁気マーカ1を配置する前の路面53を加熱し、後ろ側の第2の加熱装置412が磁気マーカ1を配置済みの路面53を加熱する。
加圧工程P105は、磁気マーカ1及び周囲を加熱した後で加圧する工程である。道路の路面53を舗装するのとほぼ同様のこの工程を実施すれば、磁気マーカ1を敷設した路面53を均一性高く均すことができると共に、磁気マーカ1の表面側のアスファルトと周囲のアスファルトとを渾然一体に近づけて境界をなくすことができる。
検出工程P107は、磁気マーカ1が発生する磁気を検出することで、着磁により所望の磁気特性が実現されているかどうかの検査を行う工程である。この検出工程P107による検査に合格すれば、磁気マーカ1の敷設が完了する。
(1)磁気マーカについて
本例の磁気マーカ1は、基材であるアスファルトに磁粉111を分散させた磁性層11の表裏両面に、ガラスクロス12Gを含む保護層12が積層された磁気マーカ1である。この保護層12は、ガラスクロス12Gにアスファルトを含浸させた複合材料により形成されている。ガラス繊維によってアスファルトの材料的な強度や対磨耗性等の特性が改善された複合材料による保護層12によれば、内側の磁性層11を保護でき、磁気マーカ1の耐久性を向上できる。
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アスファルトを例示している。これに代えて、高分子材料であるゴム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111を分散させたマグネットは柔軟性を備え、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53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104A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。
保護層12をなす繊維としてガラスクロス12Gを例示したが、不織布や単繊維であっても良い。また保護層12をなす材料として、アスファルトを含浸させた複合材料を例示したが、カーボンクロスやガラスクロスのみよりなる層であっても良い。ガラスクロス等により磁性層11を覆うことは、耐久性を高めるために有効である。
防滑層15は、例えばポリアミド樹脂材料の中に硬質骨材を混ぜ込んだ粉体塗料の塗膜層であっても良い。
本例では、磁性層11となる層、保護層12となる層などを予め積層した中間シート104Bから打ち抜いて磁気マーカ1を効率良く作製している。大判の中間シート104Bを準備し、複数の磁気マーカ1を打ち抜けば、作製効率を向上でき製品コストを抑制できる。例えば車線逸脱警報や自動運転等を実現する場合、車線に沿わせて比較的短い間隔で磁気マーカ1を連続的に敷設する必要があり膨大な数の磁気マーカ1が必要になる。それ故、磁気マーカ1の製品コストの抑制は、磁気マーカ1の施工コストの削減に直結する。
磁気マーカ1を保持するキャリアシート400を巻き取ったロール体10を利用すれば、施工場所への運搬等が非常に容易であり、さらに、キャリアシート400を巻き出しながら磁気マーカ1を1つずつ敷設できる。ロール体10において、磁気マーカ1はキャリアシート400に巻き込まれた状態で保護されるため、保管や運搬中に割れや欠け等のトラブルを未然に回避できる。
磁気マーカ1を1枚ずつキャリアシート400の長手方向に配置したロール体10を例示したが、例えば、車線に沿って磁気マーカ1を2個、3個など複数個ずつ並列配置する場合には、その複数個を並列して保持する幅広のキャリアシート400を採用することもできる。このときキャリアシート400における磁気マーカ1の並列幅を、車線に敷設する際の並列幅と一致させることも良い。この場合には、キャリアシート400に並列して保持する複数の磁気マーカ1をそのまま路面53に転写するように移載できる。
本例の施工では、磁気マーカ1を敷設する位置に当たる路面53を予め加熱しておき、設置面にアスファルトよりなる接合層16が形成された磁気マーカ1を押し付けている。例えば予め加熱した路面53に磁気マーカ1を配置すれば、路面53の熱により接合層16をなすアスファルトを溶融状態に近づけて路面53側のアスファルトと一体化でき、これにより磁気マーカ1を強固に接着できる。
本例では、予め磁気マーカ1の表面側にアスファルトを含む防滑層15を設けた例である。これに代えて、あるいは加えて、磁気マーカ1を配置する工程の後、前記第2の加熱工程(後加熱工程)の前に、アスファルトの層を磁気マーカ1の表面側に形成する工程を実施することもできる。
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。
10 ロール体
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
34 ホルダー
4 作業車両(作業装置、作業車両システム)
40 シートロール
400 キャリアシート
411、412 加熱装置
42 供給装置
43 配置装置
45 着磁装置
47 検出装置
5 車両
53 路面
Claims (8)
- 車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように道路に敷設され、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に対して、母材に対して繊維を組み合わせた複合材料による保護層が積層されていると共に、
前記磁性層とは反対側に当たる前記保護層の外側には、繊維を含まない母材の層が積層され、
前記保護層と前記母材の層との間には、前記母材の層の積層前に前記保護層をなす母材と繊維とが複合化して生じる界面が存在している磁気マーカ。 - 請求項1において、前記保護層の繊維は、単繊維である磁気マーカ。
- 車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように道路に敷設され、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に対して、母材に対して繊維を組み合わせた複合材料による保護層が積層され、
前記磁性層とは反対側に当たる前記保護層の外側には、滑り止めのための骨材を含む防滑層が積層されている磁気マーカ。 - 請求項1〜3のいずれか1項において、前記保護層は、前記磁気マーカを道路に敷設する際に道路の表面の反対側に形成される層である磁気マーカ。
- 車両に取り付けられた磁気センサで検出できるように道路に敷設され、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に対して、母材に対して繊維を組み合わせた複合材料による保護層が積層され、
前記基材と前記母材とが同じ材料である磁気マーカ。 - 請求項1〜5のいずれか1項において、前記保護層は、前記繊維を布状にした繊維シートに母材が含浸した複合材料より形成されている磁気マーカ。
- 請求項1〜6のいずれか1項において、前記磁気マーカの外周は、打ち抜き加工による打ち抜き断面により形成されている磁気マーカ。
- 請求項1〜7のいずれか1項において、前記磁粉は、磁性材料である酸化鉄の粉末である磁気マーカ。
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