JPH0735835A - ロール状マグネットの高精度磁力測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロール状マグネットの表面磁力を磁気プロー
ブで測定する場合において、その表面と磁気プローブ先
端間の間隔を直接正確に測定し、磁力データの距離補正
の精度を高め、しかもリアルタイムで表面磁力を測定す
ることが可能なロール状マグネットの高精度磁力測定方
法及びその装置を提供することにある。 【構成】 ロール状マグネット１の表面近傍に該表面４
と先端５間に微小間隔Ｇを設けて固定した磁気プローブ
２と、間隔より広いビーム径の検出光Ｌを発する投光器
６と検出光を検知する受光器７とからなる距離測定手段
３とを備え、投光器と受光器とを間隔を挟んでその光軸
をロール状マグネットの接線方向に平行に設定し且つ間
隔が検出光のビーム径内に位置するように設定して配
し、磁気プローブで測定した磁力データを距離測定手段
で間隔の変化によってそれを透過する検出光の光量が変
化することを利用して測定した間隔データで補正してな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロール状マグネットの
高精度磁力測定方法及びその装置に係わり、更に詳しく
はロール状マグネットの表面磁力をより正確にリアルタ
イムで測定することができる高精度磁力測定方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロール状マグネットの高精度磁力
測定装置としては、本出願人の先願に係る特開平４−３
３７４８７号公報にて開示される如く、回転可能に装着
されたロール状マグネットの表面近傍に配したセンサー
固定台に、ロール状マグネットの回転軸と直交する同一
面内であってその回転中心に対して所定角度隔てた位置
に磁力センサーと距離センサーをそれぞれ取付け、距離
センサーで測定した距離データと磁力センサーで測定し
た磁力データを位相合わせして、磁力データを距離補正
してなる磁力測定装置が提供されている。

【０００３】しかし、前述の公報記載のものは、ロール
状マグネットの表面と磁力センサーの先端間の間隔を直
接測定するものではなく、磁力センサーから所定の回転
角度だけずれた位置のロール状マグネット表面と距離セ
ンサー先端間の間隔を測定しているので、距離センサー
で測定した値が、磁力センサーの先端とロール状マグネ
ット表面との間隔を直接表示せず、そのためセンサー固
定台に対する磁気プローブと距離センサーの固定状態に
応じて補正しなければならず、また原理上、表面磁力を
リアルタイムで測定することは不可能であった。更に、
距離センサーの材質によっては、ロール状マグネットの
表面磁力分布を乱す恐れもあった。

【０００４】尚、ロール状マグネットの表面磁力を測定
する場合において、その測定開始点の自動検出と位置決
めをする方法としては、本出願人の先願に係る特開平４
−３３７４１１号公報に記載された方法がある。それに
よれば、磁力測定開始点をロール状マグネットのシャフ
トの一部に形成されたＤカット部が特定の回転状態にな
った時点を検出することによって決定し、その検出方法
としてＤカット部の平面に平行且つ近接させて投光素子
と受光素子の光軸を設定し、投光素子からの良く絞った
光がＤカット部の平面を近接通過して受光素子で検出さ
れた時点を磁力測定開始点とするのである。しかし、こ
の方法は、光軸のアライメントが難しく、Ｄカット部の
平面から僅かでも離れて光軸が設定された場合には、シ
ャフトのある回転角度範囲内で投光素子からの光が通過
し、従ってシャフトの回転角度の特定に多少の誤差があ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、ロール状マグネット
の表面磁力を該表面近傍に配した磁気プローブで測定す
る場合において、その表面と磁気プローブ先端間の間隔
を直接正確に測定することによって、磁気プローブで測
定した磁力データの距離補正の精度を高め、しかもリア
ルタイムで表面磁力を測定することが可能なロール状マ
グネットの高精度磁力測定方法及びその装置を提供する
点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、回転可能に装着されたロール状マグネット
の表面近傍に磁気プローブを固定して該表面の磁力を測
定すると同時に、該表面と磁気プローブの先端間の微小
間隔を直接測定し、その磁力データを間隔データで補正
してなるロール状マグネットの高精度磁力測定方法を提
供する。

【０００７】こる場合において、前記ロール状マグネッ
ト表面と磁気プローブの先端間の微小間隔を測定する手
段として、前記間隔より広い照射領域の検出光を発する
投光器と該投光器からの検出光を検知する受光器とから
なる距離測定手段を用い、前記投光器と受光器とを前記
間隔を挟んでその光軸をロール状マグネットの接線方向
に平行に設定し且つ前記間隔が検出光の照射領域内に位
置するように設定して配し、前記間隔の変化によってそ
れを透過する検出光の光量が変化することを利用して測
定してなるのである。

【０００８】また、その装置として、回転可能に装着さ
れたロール状マグネットの表面近傍に該表面と先端間に
微小間隔を設けて固定した磁気プローブと、前記間隔よ
り広い照射領域の検出光を発する投光器と該投光器から
の検出光を検知する受光器とからなる距離測定手段とを
備え、前記投光器と受光器とを前記間隔を挟んでその光
軸をロール状マグネットの接線方向に平行に設定し且つ
前記間隔が検出光の照射領域内に位置するように設定し
て配し、磁気プローブで測定した磁力データを距離測定
手段で前記間隔の変化によってそれを透過する検出光の
光量が変化することを利用して測定した間隔データで補
正してなるロール状マグネットの高精度磁力測定装置を
構成した。

【０００９】

【作用】以上の如き内容からなる本発明のロール状マグ
ネットの高精度磁力測定方法及びその装置は、ロール状
マグネットの表面と、該表面近傍に固定した磁気プロー
ブの先端間の微小間隔を、磁気プローブによる磁力測定
と同時に、該間隔より広い照射領域の検出光を発する投
光器と該投光器からの検出光を検知する受光器とからな
る距離測定手段を用い、前記投光器と受光器とを前記間
隔を挟んでその光軸をロール状マグネットの接線方向に
平行に設定し且つ前記間隔が検出光の照射領域内に位置
するように設定して配し、前記間隔の変化によってそれ
を透過する検出光の光量が変化することを利用して直接
測定し、その磁力データを間隔データで補正して、ロー
ル状マグネットの表面磁力を高精度で且つリアルタイム
で測定するものである。また、ロール状マグネットの表
面近傍には、磁気プローブ以外にはその表面磁気分布を
乱す恐れのある物体を何ら配しないので、より実際に近
い状態で表面磁力を測定することが可能である。

【００１０】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図１〜図４は本発明のロール状
マグネットの高精度磁力測定方法及びその装置の測定原
理を示し、図中１はロール状マグネット、２は磁気プロ
ーブ、３は距離測定手段（投光器と受光器）をそれぞれ
示している。

【００１１】本発明のロール状マグネットの高精度磁力
測定装置は、回転可能に装着されたロール状マグネット
１の表面４近傍に該表面４と先端５間に微小間隔Ｇを設
けて固定した磁気プローブ２と、前記間隔Ｇより広い照
射領域の検出光Ｌを発する投光器６と該投光器６からの
検出光Ｌを検知する受光器７とからなる距離測定手段３
とを備え、前記投光器６と受光器７とを前記間隔Ｇを挟
んでその光軸Ａをロール状マグネット１の接線方向に平
行に設定し且つ前記間隔Ｇが検出光Ｌの照射領域内に位
置するように設定して配し、磁気プローブ２で測定した
磁力データを距離測定手段３で前記間隔Ｇの変化によっ
てそれを透過する検出光の光量が変化することを利用し
て測定した間隔Ｇのデータで補正してなるものである。

【００１２】本発明の測定対象であるロール状マグネッ
ト１は、円筒状若しくは円柱状の磁石体８の両端にシャ
フト９を突設したものであるが、本発明はシャフト９の
有無は特に限定されず、製品としてシャフトがない構造
のものでもそれを回転可能に保持できれば良いのであ
る。前記磁石体８としては、磁性粉末を合成樹脂若しく
は低融点金属で結合したボンド磁石、磁性粉末を高温下
で成形した焼結磁石及び溶融磁性合金を鋳型に注入して
成形した鋳造磁石が用いられ、また組成から大別した場
合、アルニコ、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等の合金磁
石やフェライト等の酸化物磁石を用いることができる。
このロール状マグネット１は、複写機やファクシミリ、
更にはレーザープリンタ等の電子写真方式の現像装置や
クリーニング装置に用いられるものであるが、その用途
は特に限定されない。

【００１３】前記磁気プローブ２は、本発明では無接触
方式のものを採用するが、その磁気測定手段には特に限
定されない。磁気プローブ２に用いる磁気センサーとし
ては、ホール素子又は磁気抵抗素子を用いたものが採用
される。本発明において、ホール素子又は磁気抵抗素子
からなる一つの磁気プローブ２を用いることも、両者か
らなる二つ磁気プローブ２，２を併用して磁気測定の信
頼性をより向上させることも可能である。

【００１４】前記距離測定手段３は、一対の投光器６と
受光器７及び図示しない制御、検出装置からなる。投光
器６は、前記ロール状マグネット１の表面４と磁気プロ
ーブ２の先端５間の微小間隔Ｇより広い照射領域を有し
且つ指向性を有する検出光Ｌを発するものであり、好ま
しくはレーザ発振器とその発振レーザ光を所定のビーム
径に拡幅するビーム拡張光学系と、更に該ビームから断
面短冊状の検出光Ｌを取り出すスリットとから構成され
ている。また、受光器７は、前記投光器６から放射され
た検出光Ｌを検知し、その光強度（光量）に比例した電
気出力が得られる光検出素子からなるものであり、光検
出素子としては、光導電素子（光電セル等）、光起電力
素子（ホトダイオード、ＣＣＤ等）あるいは光電子放出
素子（光電管やホトマルチプライヤ等）を適宜使用す
る。尚、検出光Ｌの波長は、前記間隔Ｇよりも十分に短
いことが要求されるが、実際の間隔Ｇは数十μｍ以上で
あるので通常の場合はこの条件は満たされている。

【００１５】通常、レーザ発振器等から放射されるビー
ムの半径方向の光強度分布は、図２のａとして示したよ
うにガウス分布を有するが、本発明においては図２のｂ
に示したような半径方向に均一な光強度分布を有する検
出光Ｌを利用することが理想的である。このような理想
的な光強度分布を有するビームを得るには、ガウス分布
のビームをビーム拡張光学系で径を広げ且つその中で半
径方向に略均一な光強度分布を有する中心部のみを取り
出すが、このような変換をすると光量を犠牲にしなけれ
ばならないので、目的によっては必ずしも好ましいとは
言えない。従って、図２のｃに示すような半径方向中心
部において略均一な強度が得られる分布を有する検出光
Ｌを用いることが実際的である。本実施例では、検出光
Ｌとして幅約１ｍｍ、長さ約５ｍｍの短冊状断面を有す
るものを用いている。この場合、この検出光Ｌの長辺
は、前記ロール状マグネット１の表面４と磁気プローブ
２の先端５間の微小間隔Ｇより長く且つ短辺は磁気プロ
ーブ２の先端５の投影幅より短く設定しているのであ
る。

【００１６】次に、本発明をより具体的に説明すれば、
前記ロール状マグネット１のシャフト９，９を利用して
回転可能に装着するとともに、磁気プローブ２をロール
状マグネット１の表面４の近傍に微小間隔Ｇをおいて固
定し、該間隔Ｇを挟んで前記投光器６と受光器７を配し
且つその光軸Ａをロール状マグネット１の接線方向に平
行に設定して固定する。ここで、この光軸Ａは、前記間
隔Ｇ内になるように設定することが好ましい。また、前
記磁気プローブ２と距離測定手段３とは、同じ取付台に
固定し、該取付台をロール状マグネット１の軸芯と平行
に移動して、ロール状マグネット１の長さ方向の全表面
を測定できるようにすることも勿論可能である。

【００１７】本発明の磁力測定原理を図３及び図４に基
づいて説明すれば、前記ロール状マグネット１を一定の
回転速度で回転させて、その表面４の磁束密度を磁気プ
ローブ２によって測定するが、その測定値はロール状マ
グネット１の表面４と磁気プローブ２の先端５との間隔
Ｇの変動によって真の値からずれることになる。前記間
隔Ｇの変動は、ロール状マグネット１の断面が真円でな
い場合や回転芯振れあるいは表面４の凹凸によっても発
生する。そこで、本発明は、前記間隔Ｇを磁気プローブ
２による磁力測定と同時に距離測定手段３で直接測定
し、磁気プローブ２による磁力データを距離測定手段３
で測定した間隔データで距離補正して正確な磁束密度を
演算するのである。

【００１８】図３(a) は、間隔Ｇが広い場合、(b) は間
隔Ｇが中間の場合、(c) は間隔Ｇが狭い場合について、
投光器６から放射された検出光Ｌが該間隔Ｇを透過して
受光器７で検出される光量を図式的に表している。尚、
図中左側はロール状マグネット１の軸方向から見た図面
であり、右側は接線方向から見た図面であり、それぞれ
左右に位置する図面は対応している。図４は、ロール状
マグネット１が回転軸振れを有し且つ表面４に凹凸があ
る場合について、前記受光器７に検出された間隔Ｇに関
する信号を例示したものであり、図中Ｔはロール状マグ
ネット１の回転周期を示している。このグラフの周期Ｔ
で現れる波形において、受光器７の信号出力が大きい場
合には、前記間隔Ｇが大きい状態に対応し、信号出力が
小さい場合には逆に間隔Ｇが小さい状態に対応し、この
波形に乗ったリップルは表面４の凹凸に起因したもので
ある。尚、前述のように検出光Ｌの断面形状を短冊状と
なしたことにより、間隔Ｇ及びその変動に略比例した透
過光量及びその変化が得られるのである。しかし、検出
光Ｌの断面形状は短冊状に限定されるものではなく、円
形であっても他の形状であっても差し支えないが、その
場合には光量の分布が正確に分かっていることが前提と
なり、また固定点である磁気プローブ２の先端５に対す
る照射位置を正確に位置設定する必要がある。

【００１９】この受光器７で検出された透過光量に比例
する出力は、前記検出光Ｌの光強度の半径方向分布及び
磁気プローブ２の先端５に対する光軸Ａの位置等の初期
設定データを基に演算されて前記間隔Ｇの絶対距離に変
換され、この変換された間隔データを用いて前記磁気プ
ローブ２による磁力データをリアルタイムで距離補正す
るのである。この演算処理は、ロール状マグネット１の
回転速度が低速の場合にはマイクロプロセッサを用いて
デジタル処理することも可能であるが、高速性が要求さ
れる場合には、一部をアナログ電子回路に置き換えてア
ナログ処理することも可能である。

【００２０】尚、前記距離測定手段３によって得られた
間隔Ｇに関する間隔データを、ロール状マグネット１の
回転軸振れ及び表面４の凹凸の状態を評価するためのデ
ータとして利用することも可能である。この場合には、
磁気プローブ２の先端５がロール状マグネット１の表面
４に対する測定基準としての固定点の作用をするのであ
る。

【００２１】また、本発明によってロール状マグネット
１の表面４の円周方向に沿った表面磁束密度分布を正確
に測定することが可能であるが、その磁束密度分布が実
際のロール状マグネット１の表面４のどの位置に対応す
るのか、換言すれば測定開始点がどこであるのかが不明
である。そこで、本装置には磁力測定開始点を決定する
ため、図５及び図６に示すように前記距離測定手段３と
同様な構成の位置測定手段１０を併用し、一方のシャフ
ト９に形成されたＤカット部１１を正確に検出してい
る。即ち、当該位置測定手段１０は、前記同様に一対の
投光器１２と受光器１３とから構成され、前記Ｄカット
部１１を挟んでその光軸Ｇ₁ をシャフト９の接線方向に
平行に設定したものである。前記投光器１２からは、Ｄ
カット部１１の深さよりも照射領域が広く且つ指向性の
良い検出光Ｌ₁ を放射する。その光軸Ｇ₁ は、前記Ｄカ
ット部１１の平面が該光軸Ｇ₁ に平行になった状態で、
検出光Ｌ₁ の一部がシャフト９の側面を照射するように
設定する。

【００２２】図６は、このように設定された位置測定手
段１０によるＤカット部１１の測定結果を表すグラフで
あり、図中Ｔは前記同様にロール状マグネット１の回転
周期である。このグラフにおいて、前記Ｄカット部１１
を検出する毎にパルス状の信号が得られ、このパルスの
極大点はＤカット部１１が検出光Ｌ₁ 内で光軸Ｇ₁ と平
行になった回転状態に対応するので、この極大点をピー
ク値検出器によって検出した時点ｔ₀ を磁力測定開始点
とする。前述の磁力データをタイムチャートで表示する
場合には、この開始点ｔ₀ をマーカー表示することも可
能である。

【００２３】最後に、本装置の具体例を図７〜図９に基
づき簡単に説明する。基台２０の一側に回転モータ２１
に減速ギアヘッド２２を介して回転駆動されるワーク接
続継手２３を配し、他側に該ワーク接続継手２３と同軸
となした軸受部２４を配し、該ワーク接続継手２３には
Ｄカット部１１を有する一方のシャフト９を該Ｄカット
部１１の一部が露出するように取付け、軸受部２４には
他方のシャフト９を従動回転可能に取付け、ロール状マ
グネット１を回転可能に装着できるようにしている。そ
して、本実施例では異なる測定原理の二つの磁気プロー
ブ２，２ａをプローブ固定台２５に平行に取付け、それ
ぞれの先端５，５ａをロール状マグネット１の軸芯と直
交し且つ軸芯に向けてその表面近傍に配している。ま
た、一対の投光器６と受光器７とからなる距離測定手段
３を各磁気プローブ２，２ａに対応して設けた取付台２
６，２６にそれぞれ前述の配置で固定しいる。更に、前
記シャフト９のＤカット部１１を挟んで位置測定手段１
０を構成する投光器１２と受光器１３を取付台２７に固
定している。しかし、本発明はこの実施例に限定される
ものではなく、前述の如く磁気プローブ２と距離測定手
段３とを一体となしてロール状マグネット１の軸芯方向
に走査することも可能である。

【００２４】そして、前記回転モータ２１によってロー
ル状マグネット１を一定回転速度で回転駆動しながら、
前記磁気プローブ２，２ａで対応するロール状マグネッ
ト１の表面４の磁束密度を測定すると同時に、該表面４
とそれぞれの先端５，５ａ間の間隔を距離測定手段３，
３で測定し、距離補正して正確な磁力測定を行うのであ
る。また、この磁気測定と同時に位置測定手段１０によ
ってシャフト９のＤカット部１１の位置を検出し、磁力
測定開始点を決定するのである。

【００２５】

【発明の効果】以上にしてなる本発明のロール状マグネ
ットの高精度磁力測定方法及びその装置によれば、磁気
プローブによるロール状マグネットの表面の磁力測定と
同時に、ロール状マグネットの表面と磁気プローブの先
端間の微小間隔を直接測定して距離補正するので、磁気
プローブを用いる従来のどのような磁気測定方法よりも
精度の高い磁力測定が可能となるのである。

【００２６】また、ロール状マグネット表面と磁気プロ
ーブの先端間の微小間隔を、該間隔より広い照射領域の
検出光を発する投光器と該投光器からの検出光を検知す
る受光器とからなる距離測定手段を用い、前記投光器と
受光器とを前記間隔を挟んでその光軸をロール状マグネ
ットの接線方向に平行に設定し且つ前記間隔が検出光の
照射領域内に位置するように設定して配し、前記間隔の
変化によってそれを透過する検出光の光量が変化するこ
とを利用して直接測定するので、距離測定の精度が高い
ことは勿論、ロール状マグネットの表面近傍には、磁気
プローブ以外にはその表面磁気分布を乱す恐れのある物
体を何ら配しないので、より実際に近い状態で表面磁力
を測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロール状マグネットの高精度磁力測定
装置の要部を示す簡略配置図である。

【図２】ロール状マグネット表面と磁気プローブ先端間
の微小間隔を測定するために用いる検出光の半径方向の
光強度分布を示す説明用グラフである。

【図３】本発明に係る距離測定手段による測定原理図を
示し、(a) は間隔が広い場合、(b) は間隔が中間の場
合、(c) は間隔が狭い場合をそれぞれ示している。

【図４】同じく距離測定手段の受光器の出力信号のグラ
フである。

【図５】位置測定手段を用いてＤカット部を検出し、磁
力測定開始点を決定する測定原理図である。

【図６】同じく位置測定手段の受光器の出力信号のグラ
フである。

【図７】本発明の磁力測定装置の具体例を示す簡略平面
図である。

【図８】同じく簡略正面図である。

【図９】同じく簡略縦断側面図である。

【符号の説明】

１ ロール状マグネット ２，２ａ 磁気プロ
ーブ ３ 距離測定手段 ４ 表面 ５，５ａ 先端 ６ 投光器 ７ 受光器 ８ 磁石体 ９ シャフト １０ 位置測定手段 １１ Ｄカット部 １２ 投光器 １３ 受光器 ２０ 基台 ２１ 回転モータ ２２ 減速ギアヘッ
ド ２３ ワーク接続継手 ２４ 軸受部 ２５ プローブ固定台 ２６ 取付台 ２７ 取付台 Ａ 光軸 Ｇ，Ｇ₁ 間隔 Ｌ，Ｌ₁ 検出光 Ｔ 回転周期 ｔ₀ 磁力測定開始点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能に装着されたロール状マグネッ
   トの表面近傍に磁気プローブを固定して該表面の磁力を
   測定すると同時に、該表面と磁気プローブの先端間の微
   小間隔を直接測定し、その磁力データを間隔データで補
   正してなることを特徴とするロール状マグネットの高精
   度磁力測定方法。
2. 【請求項２】 前記ロール状マグネット表面と磁気プロ
   ーブの先端間の微小間隔を測定する手段として、前記間
   隔より広い照射領域の検出光を発する投光器と該投光器
   からの検出光を検知する受光器とからなる距離測定手段
   を用い、前記投光器と受光器とを前記間隔を挟んでその
   光軸をロール状マグネットの接線方向に平行に設定し且
   つ前記間隔が検出光の照射領域内に位置するように設定
   して配し、前記間隔の変化によってそれを透過する検出
   光の光量が変化することを利用して測定してなる請求項
   １記載のロール状マグネットの高精度磁力測定方法。
3. 【請求項３】 回転可能に装着されたロール状マグネッ
   トの表面近傍に該表面と先端間に微小間隔を設けて固定
   した磁気プローブと、前記間隔より広い照射領域の検出
   光を発する投光器と該投光器からの検出光を検知する受
   光器とからなる距離測定手段とを備え、前記投光器と受
   光器とを前記間隔を挟んでその光軸をロール状マグネッ
   トの接線方向に平行に設定し且つ前記間隔が検出光の照
   射領域内に位置するように設定して配し、磁気プローブ
   で測定した磁力データを距離測定手段で前記間隔の変化
   によってそれを透過する検出光の光量が変化することを
   利用して測定した間隔データで補正してなることを特徴
   とするロール状マグネットの高精度磁力測定装置。