JP6930646B2 - 磁気マーカの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路に敷設される磁気マーカの施工方法に関する。

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は、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に加えて、自動運転の実現等を目的としている。

特開２００５−２０２４７８号公報

路面に敷設した磁気マーカは車両タイヤに踏まれることもあり、特に降雪時期では、タイヤチェーンなどの滑り止めを装着した車両が走行するため、表面が削り取られて磁気マーカが壊れてしまうおそれがある。

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、磁気マーカの良好な施工状態を長期間に渡って維持するための施工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のための車両側の制御を実現するための磁気マーカを道路に敷設するための方法であって、
前記磁気マーカを収容するために当該磁気マーカの厚さ以上の深さの凹みを路面に設ける工程と、
前記凹みに前記磁気マーカを収容する工程と、を実施し、
前記凹みを路面に設ける工程では、路面の一部を押圧して変形させることにより、前記磁気マーカ毎に個別の凹みを設ける磁気マーカの施工方法にある。

本発明の磁気マーカの施工方法は、前記路面に設けた前記凹みに前記磁気マーカを収容する工程を含む施工方法である。前記路面に対して窪む前記凹みの中に前記磁気マーカを収容する敷設構造は、前記路面を転動する車両タイヤ等から前記磁気マーカを保護するために有利な構造である。

車両の磁気センサで磁気マーカを検出する様子を例示する説明図。 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。 磁気マーカを打ち抜くための中間シートの作製手順の説明図。 磁気マーカを打ち抜く手順の説明図。 磁気マーカの施工手順を示すフローチャート図。 磁気マーカを施工する様子を示す説明図。

本発明の好適な態様を説明する。
前記凹みとしては、深さ１０ｍｍ以下であることも良い。深さ１０ｍｍ以下の凹みであれば比較的低コストで形成可能であり、施工コストを低く抑えることができる。
なお、前記凹みに磁気マーカを収容した後、該磁気マーカの表面側に保護層を形成することも良い。前記磁気マーカの表面側に前記保護層を設けてあれば、前記磁気マーカを一層確実性高く保護でき、トラブルを未然に回避できる。
前記凹みに収容する前の前記磁気マーカに前記保護層を設けることも良い。例えば前記磁気マーカの製造過程において前記保護層を予め設けておくことも良く、製造後、前記凹みへの収容前の前記磁気マーカについて前記保護層を設けることも良い。前記保護層を形成する工程の実施タイミングとしては、前記磁気マーカを収容する工程よりも前であっても良く、後であっても良い。

前記保護層を形成する材料としては、アスファルト、樹脂、ゴム、セメント、粉砕レンガ等様々な材料を適用できる。滑り止めのために砂等の骨材を混ぜることも良い。

前記保護層は、道路の舗装に用いられる舗装用材料よりなる層であり、前記磁気マーカの周囲の路面と面一をなしていると良い。
仮に前記磁気マーカの表面側と周囲とで形成材料が異なると、例えば夏場の高温や車両タイヤの荷重等が作用したときの変形度合いの差に起因して境界に段差等が生じるおそれがある。段差が生じれば、車両タイヤが真上を通過する際、前記磁気マーカに作用する力が大きくなるほか、車両側で振動や音等が生じるおそれがある。上記のように磁気マーカの表面側に前記舗装用材料よりなる前記保護層を形成すれば、前記磁気マーカの表面側と周囲の路面との均一性を向上でき、境界に段差等が生じるおそれを少なくできる。

前記凹みの底面に接着材を含む接着層を形成する工程を含めると良い。
前記接着層は、前記磁気マーカの接着に役立つほか、下地処理のためのプライマーとしても有用である。前記接着層を前記凹みの底面に形成すれば、凸凹を吸収でき、前記磁気マーカが隙間少なく密着できるようになる。前記接着層に対して前記磁気マーカを隙間少なく密着させれば接着が強固となり、長期間に渡る使用期間において前記磁気マーカの剥がれ等のトラブルを未然に防止できる。前記接着層を形成する材料としては、アスファルト、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の接着材料を利用できる。

前記凹みに収容する磁気マーカは、着磁前の磁気マーカであって、前記保護層を形成する工程を実施した後、当該着磁前の磁気マーカを着磁する工程を実施すると良い。
例えば前記保護層を形成する際に加熱を要する場合には、前記磁気マーカが高温となって減磁や消磁等が起こるおそれがある。前記保護層を形成する工程の後で前記着磁する工程を実施すれば、着磁した磁気マーカの磁気的特性が損なわれるおそれが少なくなる。
上記とは異なり、着磁済みの磁気マーカを前記凹みに収容することもでき、この施工方法についても本願発明に属している。

（実施例１）
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８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による磁気マーカ１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制御など各種の車両側の制御に利用できる。

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表面層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である。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面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面層の深さ（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、（１）磁気マーカの作製、（２）磁気マーカの施工、の各内容について順番に説明する。
（１）磁気マーカの作製
磁気マーカ１の作製方法は、図５及び図６のごとく、磁性層１１をなす磁性シート１０４Ａを作製した後、その表裏両面に表面層１２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から着磁前の磁気マーカ１を打ち抜く方法である。

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、表面層１２（図３）となる層を積層したシート体である。この層は、例えば、硬化剤を混ぜたプラスチック樹脂材料を磁性シート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の層の表裏両面に表面層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を利用すると良い。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。

吸着ユニット３３は、図６のごとく、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。

（２）磁気マーカの施工
磁気マーカ１の施工方法（図７）は、路面５３に凹み５３５（図８参照。）を設ける工程Ｐ１０１と、凹みの底面に接着材よりなる接着層１６を形成する工程Ｐ１０２と、凹み５３５に磁気マーカ１を収容する工程Ｐ１０３と、磁気マーカ１の表面側にアスファルトの層１５を形成する工程Ｐ１０４と、磁気マーカ１の表面側を均す工程Ｐ１０５と、磁気マーカ１を着磁する工程Ｐ１０６と、をこの順番で実施する方法である。

工程Ｐ１０１は、磁気マーカ１を敷設する位置に当たる路面５３に直径１１０ｍｍ、深さ２〜３ｍｍの凹み５３５を切削加工する工程である（図８（ａ））。凹み５３５は、直径１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの磁気マーカ１に対応する窪み形状である。凹み５３５の直径については、磁気マーカ１を収容できる大きさであれば良い。小さくし過ぎると磁気マーカ１を収容する際の手間が増える一方、大き過ぎると磁気マーカ１の位置的な精度が損なわれるおそれがある。

工程Ｐ１０２では、接着材であるエポキシ樹脂を凹み５３５の底面に塗布して接着材よりなる接着層１６を形成する（図８（ｂ）参照。）。接着材としては、他に、アスファルト、シリコーン樹脂等を採用できる。

工程Ｐ１０３では、例えば上記の積層体１００から１枚ずつ磁気マーカ１を分離し、順次凹み５３５に収容する（図８（ｂ）参照。）。本例では、判子を押すように積層体１００を接着層１６に押し当てることで、凹み５３５に１枚ずつ磁気マーカ１を収容している。積層体１００を接着層１６に押し当てれば、先端面に位置する磁気マーカ１が接着され、積層体１００を後退させれば、その磁気マーカ１が１枚だけ分離して凹み５３５に収容される。

工程Ｐ１０４では、凹み５３５に収容した磁気マーカ１の表面側に、路面と同じ舗装用材料であるアスファルトよりなる層１５を形成する（図８（ｂ）参照。）。この層１５は、半溶融状態のアスファルトを磁気マーカ１の表面側に盛るように塗布することにより形成できる。

工程Ｐ１０５は、磁気マーカ１を配置した路面５３を加熱、加圧することで表面を均一性高く均す工程である（図８（ｃ））。なお、縮尺が異なる図８（ｃ）では磁気マーカ１や凹み５３５等の図示を省略してある。この工程Ｐ１０５では、磁気マーカ１の表面側の加熱と加圧とを２度繰り返すことで磁気マーカ１の表面側と周囲とを均一性高く均している。
工程Ｐ１０６は、路面５３に対して磁界を作用することで埋設状態の磁気マーカ１を着磁する工程である（図８（ｃ））。

工程Ｐ１０５及びＰ１０６は、路面５３に火炎を放射する加熱装置４１、加圧ローラ４３０を含む加圧装置４３、路面５３側に磁界を作用する着磁装置４５を搭載する作業車両４により実施される（図８（ｃ））。この作業車両４では、前側から加熱装置４１、加圧装置４３、着磁装置４５が取り付けられている。着磁装置４５は、電線を巻回した円筒状のコイル４５１と、コイル４５１の内側に内挿配置される強磁性材料よりなる鉄芯４５２と、の組み合わせを含み、コイル４５１への通電に応じて磁界を発生する。作業車両４は、前進に応じて、加熱、加圧、着磁という一連の作業を実施できる。

以上の施工では、磁気マーカ１の表面側に舗装用材料であるアスファルトを塗布する工程Ｐ１０４と、磁気マーカ１の表面側を均す工程Ｐ１０５と、の組み合わせが、磁気マーカ１の表面側に保護層１５０を形成する工程を構成している。工程Ｐ１０４、Ｐ１０５の組み合わせにより、アスファルトよりなると共に、周囲の路面５３と面一をなす保護層１５０を形成できる（図５（ｄ）参照。）。

磁気マーカ１の表面側に形成された保護層１５０によれば、真上を通過することもある車両タイヤから磁気マーカ１を保護できる。特に、冬季に積雪のある地方では、除雪車による除雪作業や、チェーンを装着した車両の走行等により、道路の表面が削り取られるが、保護層１５０があれば磁気マーカ１自体が削り取られる状況を未然に回避できる。

本例の施工によれば、磁気マーカ１の表面側が周囲と均一性高く均された路面を実現でき、磁気マーカ１の表面側と周囲との境界を目立たなくできる。仮に境界に段差があると、車両タイヤが通過する際に磁気マーカ１に過大な力が作用したり、車両側に振動や音が生じるおそれがある。磁気マーカ１の表面側を均一性高く均してあれば、磁気マーカ１に作用するおそれがある外力を抑制でき、車両側の振動等も抑制できる。

磁気マーカ１の表面側にアスファルトによる保護層１５０を形成するに当たって、通常の路面の舗装作業と同様、加熱及び加圧を実施している。このような施工によれば、磁気マーカ１の表面側について、周囲の路面と似通った特性を持たせることができる。磁気マーカ１の表面側と周囲とで、温度膨張率や圧縮変形率等の特性が似通っていれば、磁気マーカ１の表面側が相対的に隆起したり凹みが生じるおそれが少なく、境界にひび割れ等が生じるおそれも少ない。磁気マーカ１の表面側の凹みやひび割れ等を抑制できれば、凹み等を契機として起こり得る磁気マーカ１のトラブルを抑制できる。

さらに、本例の施工では、敷設した磁気マーカ１を加熱、加圧した後で、作業車両４側から磁界を作用することで磁気マーカ１を着磁し、所望の磁気的特性を実現している。このように加熱工程の後で着磁を実施すれば、加熱工程で加熱された磁粉１１１の温度がキュリー温度に達して起こり得る減磁や消磁等の心配がない。なお、本例の施工方法によって着磁済みの磁気マーカを敷設することもでき、この場合には、工程Ｐ１０６を省略できる。

凹み５３５は切削加工に代えて、先端円形状の押圧部材を路面５３に押し込むことで、路面５３を窪ませて凹み５３５を形成することも良い。予め路面５３を加熱するか、あるいは加熱した押圧部材を利用すれば、路面５３の変形が比較的容易になる。１０ｍｍ以内の浅い凹み５３５であれば、押圧による変形により比較的簡単に形成できる。
磁気マーカ１の表面側にアスファルトよりなる層１５を形成する際、ガラスクロス等の繊維を磁気マーカ１の表面に配設した後、アスファルトを塗布することも良い。このようにガラス繊維やカーボン繊維やアモルファスワイヤ等の繊維を表面側に配設すれば、磁気マーカ１の保護に役立つ。

着磁装置４５の前側に、路面５３に向けて送風する冷却装置を設けることも良い。この冷却装置によれば磁気マーカ１の温度を下げることができ、着磁を確実性高く効率良く実施できる。
なお、本例では、車線に沿って磁気マーカを連続的に配置する施工を例示しているが、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磁気マーカを配置することも良い。

本例では、磁気マーカを検出する磁気センサ２としてＭＩセンサを例示している。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。

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 表面層
１５０ 保護層
１６ 接着層
２ 磁気センサ
３ 打抜き型
４ 作業車両
４１ 加熱装置
４３ 加圧装置
４５ 着磁装置
５ 車両
５３ 路面
５３５ 凹み

Claims (6)

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のための車両側の制御を実現するための磁気マーカを道路に敷設するための方法であって、
   前記磁気マーカを収容するために当該磁気マーカの厚さ以上の深さの凹みを路面に設ける工程と、
   前記凹みに前記磁気マーカを収容する工程と、を実施し、
   前記凹みを路面に設ける工程では、路面の一部を押圧して変形させることにより、前記磁気マーカ毎に個別の凹みを設ける磁気マーカの施工方法。
2. 請求項１において、前記凹みの深さは、１０ｍｍ以下である磁気マーカの施工方法。
3. 請求項１または２において、前記凹みを路面に設ける工程を実施する際、予め路面を加熱する磁気マーカの施工方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記凹みを路面に設ける工程は、先端円形状の押圧部材を路面に押し込むことで路面を窪ませて凹みを形成する工程であり、
   加熱した押圧部材を利用して当該凹みを路面に設ける工程を実施する磁気マーカの施工方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、前記凹みの底面に接着材を含む接着層を形成する工程を含む磁気マーカの施工方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、前記凹みに収容する磁気マーカは、着磁前の磁気マーカであって、前記磁気マーカを収容する工程を実施した後、当該着磁前の磁気マーカを着磁する工程を実施する磁気マーカの施工方法。

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