(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤロープに非接触で使用できるワイヤロープ検査用の軽量な磁気検出器を実現するために必要な磁気センサ素子を提供すること。【解決手段】非磁性絶縁体からなる少なくとも１つの基板１０と、非磁性導体からなる少なくとも１つの平巻きの励振コイル１と、非磁性導体からなる少なくとも１つの信号コイル２と、を備え、基板１０と励振コイル１と信号コイル２とは、積層を形成し、励振コイル１は、励振コイル１の面に対し平行な方向の励振磁界を発生させる非磁性導体からなる区画１ｗを有し、信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗ内に形成されていることを特徴とする磁気センサ素子による。【選択図】図１
2020180959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる少なくとも１つの励振配線路と、非磁性導体からなる少なくとも１つの第１の信号コイルと、を備え、
前記励振配線路と前記信号コイルは、積層を形成し、前記励振配線路は、前記励振励振配線路の面に対し平行な方向の励振磁界を発生させる前記導体からなる区画を有し、前記信号コイルは、前記区画の面に直交する方向から見て前記区画内に形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記励振配線路は、励振コイルであることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記積層は、少なくとも１つの基板を含めて形成されたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記信号コイルは、前記励振配線路の形成された層と同一の層内に平巻きにより形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記信号コイルは、前記励振配線路の形成された層とは別の層において平巻きにより形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
前記信号コイルは、第１の層に形成された第１の非磁性導体と、第２の層に形成された第２の非磁性導体と、前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体と、から形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気センサ素子。
【請求項７】
前記第１の層あるいは前記第２の層は、前記励振配線路が形成された層と異なる層であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ素子。
【請求項８】
前記励振配線路は、前記励振電流の流れる向きが互いに逆となる前記区画と、境界とを有し、前記境界は、前記励振電流の流れる向きが互いに逆向きとなる前記区画を互いに隣接することにより形成され、
第２の信号コイルが、前記区画の面に直交する方向から見て、前記境界を含んで、前記境界を除いては前記境界を形成する前記区画内に形成されたことを特徴とする請求項５及び請求項７に記載の磁気センサ素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気センサ素子を１つ以上有することを特徴とする回転軸を有する装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気センサ素子を１つ以上有することを特徴とする磁気検出器。
【請求項１１】
請求子１０に記載の磁気検出器を１つ以上有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、励振コイルと信号コイルを備えた磁気センサ素子及びそれを有する磁気検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】  構成に励振コイルと差動コイル（信号コイル２個を差動接続したもの）を備えた磁気センサ素子は、回転測定、変位測定、磁気探傷、渦電流探傷、硬貨識別、近接検出、地磁気計測、ワイヤロープ検査、食品異物検出など、様々な分野で使用されている。ワイヤロープ検査分野においては、ワイヤロープの側面からワイヤロープに磁気検出器を密着させ、永久磁石あるいは電磁石によりワイヤロープを磁化し損傷が発生する磁界を磁気センサ素子により検出する方式が一般的に用いられている（例えば国際公開番号ＷＯ２００８／０９３４１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００８／０９３４１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、ワイヤロープを永久磁石あるいは電磁石により磁化する方式は、永久磁石あるいは電磁石を有するために磁気検出器が重くなる。さらに、検査は、ワイヤロープに磁気検出器を密着させる必要があることから取り扱いに注意を要する。このため、ワイヤロープに非接触で使用できるワイヤロープ検査用の軽量な磁気検出器が求められている。【０００５】  この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ワイヤロープ検査用の磁気検出器に関わる課題を解決できる磁気センサ素子を提供することである。
【課題を解決する手段】
【０００６】  上記目的を達成するために、本発明に係る磁気センサ素子である磁気センサ素子４は、非磁性絶縁体からなる少なくとも１つの基板１０と、非磁性導体からなる少なくとも１つの平巻きの励振コイル１と、非磁性導体からなる少なくとも１つの信号コイル２（第１の信号コイルに相当する）と、を備え、基板１０と励振コイル１と信号コイル２とは、積層を形成し、励振コイル１は、励振コイル１の面に対し平行な方向の励振磁界５１を発生させる区画１ｗを有し、信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗ内に形成されたことを特徴とする。
これにより、磁気センサ素子４は、ワイヤロープＷの側面からワイヤロープＷの軸方向へワイヤロープＷに励振磁界５１を印加できる。さらに、磁気センサ素子４は、励振コイル１の区画１ｗと、信号コイル２と、ワイヤロープＷと、が互いに接近するため、ワイヤロープＷの損傷から発生している誘導磁界５２を感度よく検出できる。
【０００７】  さらに加えて、磁気センサ素子４を構成する励振コイル１と信号コイル２は、基板１０上の同一の層に形成が可能である。これにより、磁気センサ素子４は、励振コイル１及び信号コイル２を形成する工程が簡素化され、種々の成膜技術も活用できるようになるため、様々な分野において広く利用できる。
【０００８】  さらに加えて、磁気センサ素子４を構成する信号コイル２は、そのコイル面が基板１０の面と平行になる方向のみならず基板１０の面と直交する方向にも形成が可能である。これにより、磁気センサ素子４は、ワイヤロープＷの損傷から発生される誘導磁界５２に対し、ワイヤロープＷの軸に直交する方向のみならずワイヤロープＷの軸方向も検出でき、ワイヤロープＷの素線断線５４の他に、摩耗、内部断線、さびなどによるワイヤロープＷの径の減少、さらには、緩み、異常振動などについても検出が可能である。
【０００９】  さらに加えて、磁気センサ素子４は、交流の励振磁界５１を使って、ワイヤロープＷを励振して信号を得ることが可能である。このため、磁気センサ素子４用の制御器４０には、様々な分野で利用されている同期整流方式を使用することができる。そして、磁気センサ素子４と、同期整流方式の制御器４０と、を備える磁気検出器１００は微小な信号の検出が可能であるため、ワイヤロープＷに非接触でワイヤロープＷの損傷の検査が可能となる。したがって、本発明に係る磁気センサ素子を用いた磁気検出器は、磁石あるいは電磁石を構成に必要としないため軽量とできる。
【発明の効果】
【００１０】  ワイヤロープに非接触で使用できるワイヤロープ検査用の軽量な磁気検出器を実現する磁気センサ素子の提供が可能となる。
さらに加えて、本発明に係る磁気センサ素子を利用すれば、モータ、エンコーダなど回転軸を有する装置において、小型化、簡素化などの利点を付加することが可能である。
さらに加えて、本発明に係る磁気センサ素子を有する磁気検出器を利用すれば、回転測定、変位測定、磁気探傷、渦電流探傷、硬貨識別、近接検出、地磁気計測、ワイヤロープ検査、食品異物検出、応力検出、ゲームなどの分野においても、軽量、小型、薄型、簡素、高性能、省電力、新しい機能が得られる、非接触、生産性に優れる、安価などの利点を付加することが可能となる。
さらに加えて、本発明に係る磁気検出器を利用すれば、モータ、エンコーダ、乗り物、エレベータ、エスカレータ、クレーン、ロボット、ゲーム機などの装置においても、小型、高性能、新しい機能が得られる、安全、安心などの利点を付加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を説明する図である。
【図２】本発明の磁気センサ素子の実施の形態２を説明する図である。
【図３】本発明の磁気センサ素子の実施の形態３を説明する図である。
【図４】本発明の磁気センサ素子の実施の形態４を説明する図である。
【図５】励振コイル１の２回巻きを説明する正面図及び側面図である。
【図６】第１の平巻き信号コイルの２回巻きを説明する正面図及び側面図である。
【図７】迂回配線６を説明する斜視図である。
【図８】第１の縦巻き信号コイルの２回巻きを説明する図である。
【図９】本発明に係る磁気センサ素子用の制御器４０のブロック図である。
【図１０】本発明に係る磁気センサ素子用の制御器４０の別のブロック図である。
【図１１】励振コイル１が発生する励振磁界５１の方向を説明する概念図である。
【図１２】誘導磁界５２の検出原理の概念図である。
【図１３】誘導磁界５２を検知して得られる信号波形図である。
【図１４】誘導磁界５２の検出原理の別の概念図である。
【図１５】誘導磁界５２を検知して得られる別の信号波形図である。
【図１６】１本のワイヤロープＷの検査方法を説明する概念図である。
【図１７】本発明の磁気検出器の実施の形態１を説明する斜視図である。
【図１８】ワイヤロープＷの素線断線５４の検出原理の概念図である。
【図１９】ワイヤロープＷの素線断線５４から得られる信号波形図である。
【図２０】本発明の磁気センサ素子の実施の形態５を説明する斜視図である。
【図２１】本発明の磁気センサ素子の実施の形態６を説明する斜視図である。
【図２２】本発明の磁気センサ素子の実施の形態７を説明する図である。
【図２３】３本のワイヤロープＷの検査方法を説明する斜視図である。
【図２４】渦電流磁界６２の検出原理を説明する概念図である。
【図２５】渦電流磁界６２を検知して得られる信号波形図である。
【図２６】磁気検出器を有する装置の実施の形態１を説明する斜視図である。
【図２７】磁気検出器を有する装置の実施の形態２を説明する斜視図である。
【図２８】磁気検出器を有する装置の実施の形態３を説明する斜視図である。
【図２９】本発明の磁気検出器の実施の形態２を説明する斜視図である。
【図３０】本発明の磁気センサ素子の実施の形態８を説明する斜視図である。
【図３１】磁気検出器を有する装置の実施の形態４を説明する斜視図である。
【図３２】本発明の磁気センサ素子の実施の形態１０を説明する図である。
【図３３】本発明の磁気センサ素子の実施の形態１１を説明する図である。
【図３４】ワイヤロープＷの素線断線５４の検出原理の別の概念図である。
【図３５】ワイヤロープＷの素線断線５４から得られる別の信号波形図である。
【図３６】本発明の磁気センサ素子の実施の形態１２を説明する図である。
【図３７】本発明の磁気センサ素子の実施の形態１３を説明する斜視図である。
【図３８】本発明の回転軸を有する装置の実施の形態１を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本発明を具体化した実施の形態、本発明の実施の形態の作用と効果及び本発明の各種の分野における利用方法を図面に基づいて説明する。
【００１３】  なお、本発明に係る磁気センサ素子を構成する基板１０は、基板１０を非磁性絶縁体とする場合、プリント配線板、フレキシブルプリント配線板、ガラス基板、セラミック基板、などを使用することが可能である。例えば、プリント配線板であれば、ＪＩＳ  Ｃ  ５０１０：１９９４  プリント配線板通則、ＪＩＳ  Ｃ  ６４８０：１９９４プリント配線板用銅張積層板通則、ＪＩＳ  Ｃ  ５０１３：１９９６  片面及び両面プリント配線板、ＪＩＳ  Ｃ  ５０１４：１９９４  多層プリント配線板、ＪＩＳ５０１７：１９９４フレキシブルプリント配線板などに定められたプリント配線板あるいはフレキシブルプリント配線板を使用することができる。また、基板１０を非磁性絶縁体以外とする場合は、鉄合金、パーマロイ、リン青銅など種々なものが使用可能である。
そして、励振配線路８は、図３６で示す本発明の磁気センサ素子の実施の形態１２を除いては、コイル状のもの、つまり励振コイル１とした実施の形態により例を示す。
【００１４】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態１）
図１（ａ）〜図１（ｅ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を説明する図である。ここで、図１（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図１（ｂ）は励振コイル１と信号コイル２の斜視図、図１（ｃ）は励振コイル１と信号コイル２の正面図と側面図、図１（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図そして図１（ｅ）は信号コイル２の正面図と側面図である。
図１（ａ）〜図１（ｅ）に示すように、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の上面側で銅箔から形成された励振コイル１と、基板１０の上面側で銅箔から形成された信号コイル２（第１の信号コイルに相当する）とを備える。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、励振コイル１と同じ層において、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振コイル１は、図１（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図１（ｅ）に示すとおり、巻始め２ｓ、本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。
なお、ここで説明を行った信号コイル２を、第１の平巻き信号コイルと称する。
【００１５】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態２）
図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態２を説明する図である。ここで、図２（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図２（ｂ）は励振コイル１と信号コイル２の斜視図、図２（ｃ）は励振コイル１と信号コイル２の正面図と側面図、図２（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図そして図２（ｅ）は信号コイル２の正面図と側面図である。
図２（ａ）〜図２（ｅ）に示すように、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側において銅箔から形成された励振コイル１と、基板１０の上面側において銅箔から形成された信号コイル２（第１の信号コイルに相当する）とを備える。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振コイル１は、図２（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図２（ｅ）に示すとおり、巻始め２ｓ、本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。
なお、ここで説明を行った信号コイル２についても第１の平巻き信号コイルと称する。
【００１６】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態３）
図３（ａ）〜図３（ｅ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態３を説明する図である。ここで、図３（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図３（ｂ）は励振コイル１と信号コイル２の斜視図、図３（ｃ）は励振コイル１と信号コイル２の正面図と側面図、図３（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図そして図３（ｅ）は信号コイル２の正面図と側面図である。
図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すように磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側において銅箔から形成された励振コイル１と、励振コイル１が形成された層と同じ層の銅箔を含んで形成された信号コイル２（第１の信号コイルに相当する）とを備える。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振コイル１は、図３（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図３（ｅ）に示すとおり、巻始め２ｓ、コイル本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回巻きコイルとして形成される。
そして、信号コイル２は、図３（ｅ）に示すとおり、励振コイル１が形成された層と同じ層における銅箔２＿Ｌ１（第１の層に形成された第１の非磁性導体に相当する）と、基板１０の上面側の銅箔２＿Ｌ２（第２の層に形成された第２の非磁性導体に相当する）と、銅箔２＿Ｌ１と銅箔２＿Ｌ２とを電気的に接続するめっきスルーホールの銅箔２＿ｓｈ（前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体に相当する）と、から形成されている。
なお、ここで説明を行った信号コイル２を、第１の縦巻き信号コイルと称する。
【００１７】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態４）
図４（ａ）〜図４（ｅ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態４を説明する図である。ここで、図４（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図４（ｂ）は励振コイル１と信号コイル２の斜視図、図４（ｃ）は励振コイル１と信号コイル２の正面図と側面図、図４（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図そして図４（ｅ）は信号コイル２の正面図と側面図である。
図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すように、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面において銅箔から形成された励振コイル１と、励振コイル１が形成された層とは別の層における銅箔で形成された信号コイル２（第１の信号コイルに相当する）と、を備える。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振コイル１は、図４（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図４（ｅ）に示すとおり、巻始め２ｓ、コイル本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回巻きコイルとして形成される。
そして、信号コイル２は、図４（ｅ）に示すとおり、励振コイル１が形成された層とは別の層における銅箔２＿Ｌ１（第１の層に形成された第１の非磁性導体に相当する）と、さらに別の層の銅箔２＿Ｌ２（第２の層に形成された第２の非磁性導体に相当する）と、銅箔２＿Ｌ１と銅箔２＿Ｌ２とを電気的に接続するめっきスルーホールの銅箔２＿ｓｈ（前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体に相当する）と、から形成されている。
なお、ここで説明を行った信号コイル２についても第１の縦巻き信号コイルと称する。
【００１８】    （励振コイル１の２回巻きなどについて）
図５は励振コイル１の２回巻きを説明する正面図及び側面図である。図５に示すとおり、励振コイル１は、巻始め１ｓ、２回平巻きされたコイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により形成される。さらに、コイル本体１ｂの中に、励振電流５０の流れる方向に直交する方向に幅の広い銅箔を使用して、幅の広い区画１ｗが形成されている。
上記の例では２回であるが、励振コイル１は、３回以上複数回平巻きにより区画１ｗを形成しても良い。
なお、励振コイル１は、四角形を除く多角形、円形、楕円形、星形などでも良く、必ずしも四角形である必要はない。必要とする機能性能から形状を定めれば良い。
【００１９】    （第１の平巻き信号コイルの２回巻きなどについて）
図６は第１の平巻き信号コイルの２回巻きを説明する正面図及び側面図である。
図６に示すとおり、信号コイル２は、巻始め２ｓ、２回平巻きされたコイル本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により形成される。
なお、上記の例では２回であるが、信号コイル２は、３回以上複数回平巻きにより形成されても良い。信号コイル２は、複数回巻くことでより大きな信号を出力することができる。
図７は迂回配線６を説明する斜視図である。２回巻きの第１の平巻き信号コイルの巻終りから信号を取り出す手段の１つである。
図７に示すとおり、迂回配線６は、信号コイル２の内側に形成された巻終り２ｅ、めっきスルーホール、巻終り２ｅが形成されたのとは別な層の銅箔、めっきスルーホールそして信号コイル２の巻始め２ｓの近傍に形成された銅箔の順に接続することにより形成される。
なお、同様の方法により、複数回平巻きされた励振コイル１においても、励振コイル１の内側に形成された巻終り１ｅから、励振コイル１の巻始め１ｓの近傍に配線を取り出すことができる。
なお、信号コイル２は、四角形を除く多角形、円形、楕円形、星形などでも良く、必ずしも四角形である必要はない。必要とする機能性能から形状を定めれば良い。
【００２０】    （第１の縦巻き信号コイルの２回巻きの例）
図８（ａ）及び図８（ｂ）は第１の縦巻き信号コイルの２回巻きを説明する図である。ここで、図８（ａ）は信号コイル２の三面図、図８（ｂ）は信号コイル２の斜視図である。
図８（ａ）に示すとおり、信号コイル２は、巻始め２ｓ、コイル本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により形成される。
そして、図８（ｂ）に示すとおり、信号コイル２は、巻始め２ｓ、銅箔２＿Ｌ２、めっきスルーホール２＿ｓｈ、銅箔２＿Ｌ１、めっきスルーホール２＿ｓｈ，銅箔２＿Ｌ２、めっきスルーホール２＿ｓｈ、銅箔２＿Ｌ１、めっきスルーホール２＿ｓｈ、銅箔２＿Ｌ２そして巻終り２ｅ、の順につながり２回巻きコイルとして形成される。
なお、上記の例では２回巻きであるが、３回以上複数回巻いて形成しても良い。
【００２１】    （非磁性導体について）
非磁性導体は、銅の他にアルミニウム、銅合金、アルミニウム合金など、工業的に一般的に使用されているものを用いることができる。
【００２２】    （磁気センサ素子４用の制御器）
図９は本発明に係る磁気センサ素子用の制御器４０のブロック図である。
図９に示すとおり、制御器４０は、交流増幅部４０ａ、マイコン部４０ｂ、励振部４０ｃ、電源部４０ｄ及び入出力部４０ｅから構成される。
励振部４０ｃは、励振コイル１の巻始め１ｓと巻終り１ｅに配線により電気的に接続される。励振部４０ｃはマイコン部４０ｂからの指示を受けて、励振コイル１に交流電流を印加する。
交流増幅部４０ａは、信号コイル２の巻始め２ｓと巻終り２ｅに配線により電気的に接続され、信号コイル２から出力された交流信号を増幅し、マイコン部４０ｂへ出力する。
マイコン部４０ｂは、交流増幅器４０ａから送られてきた信号をＡＤ変換し、同期整流処理を行い、処理結果を入出力部４０ｅへ送る。
入出力部４０ｅは、マイコン部４０ｂから送られてきた処理結果を外部の装置と送受信できるように電気的に信号変換して、デジタルデータとして外部の装置へ出力する。
電源部４０ｄは、外部の電源からの電力供給を受けて、制御器４０の各部へ必要な電圧電流に変換して各部へ供給する。
なお、マイコン部４０ｂでの信号処理としては、フィルタ処理、平均処理、同期検波処理あるいは信号コイル２から出力された信号がある決められたレベルを超えたかを判定して判定結果を出力する処理などを行っても良い。
また、入出力部４０ｅでは、上記の他に、マイコン部４０ｂでの判定結果をもとに、接点信号を出力しても良い。また、発光素子を備え、発光素子を点灯あるいは点滅させても良い。あるいは、波形表示器を備え、信号波形を表示しても良い。その際、信号波形を表示する際の縦軸は信号強度とし、横軸は時間の経過の他に、別な手段により磁気センサ４と測定対象物間の位置関係を測定し、その相対的な位置関係を使用しても良い。
【００２３】    （磁気センサ素子４用の別の制御器）
図１０は本発明に係る磁気センサ素子用の制御器４０の別のブロック図である。図１０に示すとおり、制御器４０は、交流増幅部４０ａ、同期整流部４０ｂ、励振部４０ｃ、電源部４０ｄ、出力部４０ｅ及び発振部４０ｆから構成される。
交流増幅部４０ａは、信号コイル２の巻始め２ｓと巻終り２ｅに配線で電気的に接続される。
発振部４０ｆは、同期整流部４０ｂへの同期信号及び励振部４０ｃへの起動信号の発生を行う。
励振部４０ｃは、励振コイル１の巻始め１ｓと巻終り１ｅに配線で電気的に接続される。励振部４０ｃは、発振部４０ｆからの起動信号を受けて、励振コイル１に交流の励振電流５０を印加する。
交流増幅部４０ａは、信号コイル２から出力された信号を増幅し、同期整流部４０ｂへ出力する。
同期整流部４０ｂは、発振部４０ｆから送られてくる同期信号を用いて増幅部４０ａから送られてきた信号を同期整流し、結果を出力部４０ｅへ出力する。
出力部４０ｅは、同期整流部４０ｂから送られてきた処理結果を外部の装置が受信できるように電気的に信号変換して、アナログ信号として外部へ出力する。
電源部４０ｄは、外部の電源からの電力供給を受けて、制御器４０の各部へ必要な電圧電流に変換して各部へ供給する。
なお、出力部４０ｅでは、上記の他に、異常を通知する出力として使用しても良い。具体的には、アナログ信号があるレベルを超えたことを検出し、接点信号を外部に出力しても良い。外部の装置はこの接点信号を受けて、危険を回避するための制御を行う。
【００２４】    （磁気センサ素子４の制御について）
なお、励振コイル１に印加される励振電流５０の波形は、正弦波、矩形波、三角波、パルス波など、いずれも使用可能である。そして、励振電流５０は、直流成分を含んでも良い。さらに加えて、励振電流５０は、必ずしも、磁性体５３を飽和させるまで大きくする必要はない。例えば、測定対象物がワイヤロープＷの場合、ワイヤロープＷの損傷信号は、ワイヤロープＷの持つ実効的な透磁率が高い程ワイヤロープ内を伝わりやすくなる。このため、ワイヤロープＷを磁気的に飽和させないでワイヤロープＷの測定を行うと、ワイヤロープＷ内部の損傷についても検出が容易となる。
励振電流５０に関しては、磁気検出器１００として必要となる機能性能を定めた後に、決定すると良い。例えば、測定対象物の大きさ、設置する場所の寸法形状、磁気検出器１００を固定して使用するのか、あるいは磁気検出器１００を移動させながら使用するのかなどの諸条件をもとに、磁気センサ素子４の構造形状寸法を定めた後に、最適な励振電流５０及び励振周波数を決定すると良い。
なお、信号コイル２の区画１ｗに直交する方向における位置は、測定対象物から必要な信号が得られる範囲内とし、励振コイル１に接近させて形成すると、磁気センサ素子４として薄型化できる。
また、省電力が必要な場合は、必要な大きさの励振磁界５１を確保しつつ、励振電流５０を下げるため、励振コイル１の巻き数を多くすると良い。高感度が必要な場合は、得られる信号を大きくするために、信号コイル２の巻き数を多くすると良い。必要により、ＡＤ変換は、マイコン部４０ｂに内蔵されているものではなく、マイコン部４０ｂの外で、高分解能のＡＤ変換用の電子部品を使用すると良い。
【００２５】    （磁気センサ素子４の構成の効果と作用）
図１１は励振コイル１が発生する励振磁界５１の方向を説明する概念図である。
図１１に示すとおり、本発明に係る磁気センサ素子を構成する励振コイル１の区画１ｗを流れる励振電流５０が発生する励振磁界５１の方向は、区画１ｗが銅箔の厚みに比べ幅広く形成され励振電流５０が幅を持って流れるため、区画１ｗの近傍において区画１ｗの面に対して平行になる。そして、励振電流５０を紙面の手前から向こう側とした場合、右ねじの法則により、発生する励振磁界５１の向きは、紙面を紙面の手前から見ると右回りとなる。
【００２６】  図１２は誘導磁界５２の検出原理の概念図である。なお、図１２は、励振電流５０、励振磁界５１及び誘導磁界５２の向きはある瞬間におけるものとし、さらに磁気センサ素子４は固定されており、円柱状の磁性体５３がその底面を移動方向に向けて移動するものとして示している。
図１２に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気センサ素子４を構成する励振コイル１の区画１ｗを流れる励振電流５０は、励振電流５０に直交する方向に励振磁界５１を発生し、発生された励振磁界５１は励振コイル１近傍に位置している磁性体５３に印加される。磁性体５３は、励振磁界５１によって誘導磁界５２を発生し、発生された誘導磁界５２が信号コイル２に入力される。信号コイル２は、入力された誘導磁界５２の内、コイル面に直交する方向成分の大きさ及び変化の速さに応じて電圧を発生させる。
【００２７】  図１３は誘導磁界５２を検知して得られる信号波形図である。なお、この場合、磁気センサ素子４は図９を示し説明を行った同期整流方式の制御器４０で制御された場合として説明を行う。そして、励振磁界５１は交流であるが、同期整流方式であるため、向きを固定して説明を行うことができる。また、信号コイル２は、コイル面に直交する方向成分に反応する。そして、制御器４０は、信号コイル２へ、下向きに磁界が入力すると負側に、上向きに磁界が入力すると正側に出力するように設定されているものとする。
図１３及び上記の図１２に示すとおり、磁性体５３の通過に伴う制御器４０から出力される信号波形は、ピーク点が、負側が現れてから正側が現れる単発の正弦波状となる。これは、信号コイル２で検出される信号強度は、信号コイル２に対する誘導磁界５２の向きと大きさ、そして信号コイル２と磁性体５３間の距離で決まることによる。信号コイル２に磁性体５３が近づくに従い、信号コイル２に対して誘導磁界５２は、下向き成分が次第に大きくなり、そして直上直前で下向き成分が最大となり、直上で水平となり、直上通過後に急激に上向き成分が大きくなり、ピークに至り、そして、遠ざかるに従い減衰してゆくことによる。
なお、この場合、移動の向きは、紙面を手前から見て左から右とした場合の誘導磁界５２の変化を記載している。移動方向が反対の場合は、磁性体５３の移動に伴う信号コイル２に入力される誘導磁界５２の向きの変化が逆転するため、正弦波状の信号波形のピーク点は、正側が現れてから負側が現れる。
磁気センサ素子４を、図９を示し説明を行った制御器４０で制御する場合、交流の励振磁界５１を磁性体５３に印加して同期整流方式で信号を処理するため、制御器４０の高周波側の応答性能の範囲内であれば、信号波形の振幅は磁性体５３の移動速度によらず一定となる。零速度を含みゆっくりとした移動であっても信号波形の振幅は変化しない。
【００２８】  図１４は誘導磁界５２の検出原理の別の概念図である。なお、図１４は、励振電流５０、励振磁界５１及び誘導磁界５２の向きはある瞬間におけるものとし、さらに磁気センサ素子４は固定されおり、円柱状の磁性体５３がその底面を移動方向に向けて移動するものとして示している。
図１４に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態３を備えた磁気センサ素子４を構成する励振コイル１の区画１ｗを流れる励振電流５０は、励振電流５０の流れる方向と直交する方向に励振磁界５１を発生し、発生された励振磁界５１は励振コイル１近傍に位置している磁性体５３に印加される。磁性体５３は、励振磁界５１によって誘導磁界５２を発生し、発生された誘導磁界５２が信号コイル２に入力される。信号コイル２は、入力された誘導磁界５２の内、コイル面に直交する方向成分の大きさ及び変化の速さに応じて電圧を発生させる。
【００２９】  図１５は誘導磁界５２を検知して得られる別の信号波形図である。なお、この場合、磁気センサ素子４は図９を示し説明を行った制御器４０で制御された場合として説明を行う。そして、励振磁界５１は交流であるが、同期整流方式であるため、向きを固定して説明を行うことができる。また、信号コイル２は、コイル面に直交する方向成分に反応する。そして、制御器４０は、信号コイル２へ、紙面を手前から見て、右向きに磁界が入力すると負側に、左向きに磁界が入力すると正側に出力するように設定されているものとする。
図１５及び上記の１４に示すとおり、磁性体５３の通過に伴う制御器４０から出力される信号波形は山形で山の両脇に小さな窪みを持つ形となる。これは、信号コイル２で検出される信号強度は、信号コイル２に対する誘導磁界５２の向きと大きさ、そして信号コイル２と磁性体５３間の距離で決まることによる。信号コイル２に磁性体５３が近づくに従い、信号コイル２に対しては、誘導磁界５２は右向きに入り、次に、誘導磁界５２は時計周りに回転し、左向きとなり、直上で、それが最大強度となり、直上通過後に、再び時計周りに回転することで、右向きに変わり、遠ざかるに従い減衰してゆくことによる。
磁気センサ素子４を、図９を示し説明を行った制御器４０で制御する場合、交流の励振磁界５１を磁性体５３に印加して同期整流方式で信号を処理するため、制御器４０の高周波側の応答性能の範囲内であれば、信号波形の振幅は磁性体５３の移動速度によらず一定となる。零速度を含みゆっくりとした移動であっても信号波形の振幅は変化しない。
【００３０】    （本発明の磁気検出器の実施の形態１：１本のワイヤロープ検査用）
図１６は１本のワイヤロープＷの検査方法を説明する概念図である。
図１６に示すとおり、この目的で使用する磁気検出器１００は、ワイヤロープＷの近傍において、ワイヤロープＷに非接触状態として、壁などの構造物５００に両面テープなどにより一時的に取り付けて使用される。ワイヤロープＷはその軸方向において移動する。
【００３１】  そして、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は本発明の磁気検出器の実施の形態１を説明する斜視図である。これは図１６で説明を行った磁気検出器１００の実施の形態例として示す。ここで図１７（ａ）は磁気検出器１００の外観の斜視図、そして図１７（ｂ）は磁気検出器１００の内部の斜視図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すとおり、磁気検出器１００は、ケース１００ｃ、電源供給及び信号の入出力を行う電線１００ｄ、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気センサ素子４及び図９を示し説明を行った制御器４０を備える。ただし、磁気センサ素子４及び制御器４０は、ガラス布基材エポキシ樹脂の基板１０を共有して形成されている。制御器４０を構成する基板１０の上面側に取り付けられた電子部品は、基板１０の上面側に形成された配線に半田付けすることで電気的に接続されている。
そして、磁気センサ素子４の励振コイル１の巻始め１ｓと巻終り１ｅと制御器４０の励振部４０ｃの間の電気的な接続は、基板１０の上面側に形成された配線を介して行われている。さらに、信号コイル２の巻始め２ｓと巻終り２ｅと制御器４０の交流増幅部４０ａの間の電気的な接続は、基板１０の上面側に形成された信号コイル２の巻始め２ｓと巻終り２ｅに接続された配線、基板１０の上面側の配線と下面側の配線を接続するめっきスルーホール、基板１０の下面側の配線、基板１０の下面側の配線と上面側の配線を接続するめっきスルーホール及び基板１０の上面側の励振部４０ｃに接続された配線によって行われている。
【００３２】  図１８はワイヤロープＷの素線断線５４の検出原理の概念図である。なお、図１８は、励振電流５０、励振磁界５１及び誘導磁界５２の向きはある瞬間におけるものとし、さらに磁気検出器１００は固定されており、ワイヤロープＷが移動するものとして示している。
図１８に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気センサ素子４を構成する励振コイル１の区画１ｗを流れる励振電流５０は、励振電流５０の流れる方向に直交する方向に励振磁界５１を発生し、発生された励振磁界５１は、励振コイル１近傍に位置しているワイヤロープＷの側方からワイヤロープＷの軸方向へワイヤロープＷに対して印加される。ワイヤロープＷの素線断線５４箇所は励振磁界５１によって誘導磁界５２を発生し、発生した誘導磁界５２が信号コイル２に入力される。信号コイル２は、入力された誘導磁界５２の内、コイル面に直交する方向成分の大きさ及び変化の速さに応じた電圧を発生させる。
【００３３】  図１９はワイヤロープＷの素線断線５４から得られる信号波形図である。なお、この場合、磁気センサ素子４は図９を示し説明を行った制御器４０で制御された場合として説明を行う。そして、励振磁界５１は交流であるが、同期整流方式であるため、向きを固定して説明を行うことができる。また、信号コイル２は、コイル面に直交する方向成分に反応する。そして、制御器４０は、この信号コイルへ、下向きに磁界が入力すると負側に、上向きに磁界が入力すると正側に出力するように設定されているものとする。
図１９及び上記の図１８に示すとおり、ワイヤロープＷの素線断線５４の通過に伴う制御器４０から出力される信号波形は、ピーク点が、正側が現れてから負側が現れる単発の正弦波状となる。これは、信号コイル２で検出される信号強度は、信号コイル２に対する誘導磁界５２の向きと大きさ、そして信号コイル２とワイヤロープＷの素線断線５４間の距離で決まることによる。信号コイル２にワイヤロープＷの素線断線５４が近づくに従い、信号コイル２に対して誘導磁界５２は、上向き成分が次第に大きくなり、そして直上直前で、上向き成分が最大となり、直上で水平となり、直上通過後に急激に下向き成分が大きくなり、ピークに至り、そして、遠ざかるに従い減衰してゆくことによる。
なお、この場合、移動の向きは、紙面を手前から見て左から右とした場合の誘導磁界５２の変化を記載している。移動方向が反対の場合は、ワイヤロープＷの素線断線５４の移動に伴う信号コイル２に入力される誘導磁界５２の向きの変化が逆転するため、正弦波状の信号波形のピーク点は、負側が現れてから正側が現れる。
【００３４】  磁気センサ素子４を、図９を示し説明を行った制御器４０で制御する場合、交流の励振磁界５１をワイヤロープＷに印加して同期整流方式で信号を処理するため、高感度な磁気検出器１００が得られる。さらに、制御器４０の高周波数側の応答性能の範囲内であれば、信号波形の振幅はワイヤロープＷの移動速度によらず一定となり、零速度を含みゆっくりとした移動であっても信号波形の振幅は変化しないという特徴を持つことができる。
また、ワイヤロープＷを含み磁性体５３は、内部の磁化の大きさ及び向きが揃っていないことを原因として、磁性体５３の損傷の検出に雑音として影響を与え、磁性体５３の検査の障害となる場合がある。こういった場合は、あらかじめ磁石あるいは電磁石により磁性体５３に磁界を印加して磁性体５３の磁化の大きさ及び向きを整えて、その後に磁気検出器１００で磁性体５３の損傷の検査を行うと良い。図１９で示した信号波形の基線の揺らぎは、ワイヤロープＷの内部の磁化の大きさ及び向きの不揃いに起因した成分が含まれている。
【００３５】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態５：２本のワイヤロープＷ同時かつ個別検査用）
図２０は本発明の磁気センサ素子の実施の形態５を説明する斜視図である。この形態は、２本のワイヤロープＷを同時かつ個別に検査可能である。なお、図２０では基板１０を省略しているが、以下では、基板１０を含めた説明を行う。
図２０に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態５を備える磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側で銅箔から形成された励振コイル１と、複数の信号コイル２とを備える。励振コイル１は、その区画１ｗが複数個の信号コイル２を形成できる大きさで形成されている。複数個の信号コイル２は、信号コイル２＿３、信号コイル２＿４、信号コイル２＿１、信号コイル２＿２、信号コイル２＿１ｈ及び信号コイル２＿２ｈからなり、信号コイル２＿３と信号コイル２＿４は、図２を示し説明を行った本発明の磁気センサ素子の実施の形態２と同様にして形成されている。また、信号コイル２＿１、信号コイル２＿２、信号コイル２＿１ｈ及び信号コイル２＿２ｈは、図３を示し説明を行った本発明の磁気センサ素子の実施の形態３と同様にして形成されている。
信号コイル２＿１、信号コイル２＿２、信号コイル２＿１ｈ及び信号コイル２＿２ｈは、それぞれのコイル面を励振磁界５１の方向に向けており、励振磁界５１を直接検出するため、ワイヤロープＷの素線断線５４からの微小な信号を検出できない状態にある。このため、信号コイル２＿１、信号コイル２＿２、信号コイル２＿１ｈ及び信号コイル２＿２ｈは、信号コイル２＿１と信号コル２＿１ｈ、そして、信号コイル２＿２と信号コイル２＿２ｈという組み合わせで、それぞれ、後述する差動コイル７を形成する。図２０に示す例では、信号コイル２＿１ｈと信号コイル２＿２ｈが励振磁界５１の影響を除去するための補償用でワイヤロープＷが通過するところから離れたところに形成されている。
そして、信号コイル２＿１と信号コイル２＿３が１本のワイヤロープＷの直下に、信号コイル２＿２と信号コイル２＿４が別の１本のワイヤロープＷの直下になるように形成されている。
上記の結果、信号コイル２＿３と信号コイル２＿４は、ワイヤロープＷから発生される誘導磁界５２の内、区画１ｗの面に直交する方向の誘導磁界５２を検出できる。このため、得られる信号波形は、ワイヤロープＷの損傷の直下で信号が零となるが損傷付近で信号が大きく早く変化する形を持つ。信号コイル２＿３及び信号コイル２＿４は素線断線５４のような局所的な損傷の検出に向く。また、信号コイル２＿１と信号コイル２＿２は、ワイヤロープＷから発生される誘導磁界５２の内、区画１ｗの面に平行な成分を検出できる。このため、得られる信号波形は、ワイヤロープＷの損傷の直下で振幅が最大となる。信号コイル２＿１と信号コイル２＿２はワイヤロープＷの損傷の内、摩耗、内部断線あるいは錆によるワイヤロープＷの径の変化など素線断線５４に比べると範囲を持った損傷、さらに加えて、ワイヤロープＷの緩み、異常振動などの異変の検出にも向く。
なお、上記の例はワイヤロープＷ２本用であるが、同様にワイヤロープＷ３本以上用として励振コイル１と複数個の信号コイル２とは、積層を形成しても良い。
【００３６】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態６：差動コイル７）
図２１は本発明の磁気センサ素子の実施の形態６を説明する斜視図である。この形態は、差動コイル７と称され、２つの信号コイル２を持ち、第１の縦巻き信号コイルでありながら、励振磁界５１を直接検出せずに、測定対象物からの微小な信号を検出できる。なお、図２１では基板１０を省略しているが、以下では、基板１０を含めた説明を行う。
図２１に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態６を備える磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側で銅箔から形成された励振コイル１と、基板１０の上側で銅箔から形成された２個の信号コイル２とを備える。２つの信号コイル２は信号コイル２＿１と信号コイル２＿１ｈからなり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態４の信号コイル２と同様にして形成されている。信号コイル２＿１の巻終り２ｅと信号コイル２＿１ｈの巻終り２ｅが配線で電気的に接続され、信号コイル２＿１の巻始め２ｓが差動コイル７の巻終り７ｅに配線で電気的に接続され、信号コイル２＿１ｈの巻始め２ｓが差動コイル７の巻始め７ｓに配線で電気的に接続されている。
配線に関しては、図２１に示すように、信号コイル２＿１の巻終り２ｅと信号コイル２＿１ｈの巻終り２ｅを、差動コイル７の巻始め７ｓ及び巻終り７ｅが形成された層とは別な層の銅箔とめっきスルーホールを利用して接続することで、電線など外部からの配線を使用することなく、差動コイル７の巻始め７ｓと巻終り７ｅを同じ層において形成している。
そして、信号コイル２＿１と信号コイル２＿１ｈは、同じ形状寸法で、コイル面を励振磁界５１に対して同じ方向を向け、略同じ大きさの励振磁界５１を検出するところである区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近に形成されている。
さらに加えて、信号コイル２＿１は、検査対象とするワイヤロープＷの直下となるように、信号コイル２＿１ｈは、検査対象とするワイヤロープＷから離れたところに形成される。信号コイル２＿１ｈが、励振磁界５１の補償用として使用される。
なお、差動コイル７に電流を流すと、差動コイル７を形成する信号コイル２＿１と信号コイル２＿ｈにおいて流れる電流の向きが逆となる。そして、これが差動コイルと称される所以である。
【００３７】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態７：複数本ワイヤロープ一括検査用）
図２２（ａ）〜図２２（ｅ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態７を説明する図である。これを用いれば、複数本のワイヤロープＷを一括で検査することが可能である。ここで、図２２（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図２２（ｂ）は励振コイル１と信号コイル２の斜視図、図２２（ｃ）は励振コイル１と信号コイル２の正面図と側面図、図２２（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図そして図２２（ｅ）は信号コイル２の正面図と側面図である。
図２２（ａ）〜図２２（ｅ）に示すように、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側において銅箔から形成された励振コイル１と、基板１０の上面側において銅箔から形成された信号コイル２と、を備える。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て、略区画１ｗ内に形成されている。
そして、励振コイル１は、図２２（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図２２（ｅ）に示すとおり、巻始め２ｓ、本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により２回平巻きコイルとして形成される。
なお、区画１ｗの面に直交する方向から見て、区画１ｗを超えて形成された信号コイル２の巻終り２ｅは、その直下に、励振コイル１を形成する銅箔層がないため、励振コイル１が形成された層を利用した配線がしやすい。また、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗを超えて形成された信号コイル２の部分については、ワイヤロープＷから離れるように形成すれば、ワイヤロープＷからの信号の検出に対する関与の割合を下げることができるため、複数本のワイヤロープＷのそれぞれの損傷に対して、同じ程度の損傷であれば、同じ程度の信号が得られようになる。
また、図２３は３本のワイヤロープＷの検査方法を説明する斜視図である。３本のワイヤロープＷを一括で検査する方法として示す。図２２を示し説明を行った本発明の磁気センサ素子の実施の形態７を備えた磁気センサ素子４を用いる。３本のワイヤロープＷは、基板１０に対して平行に、細長い信号コイル２の横手方向に軸方向をそろえ、信号コイル２の長手方向に対して中央付近に設置されている。そして、３本のワイヤロープＷは、３本同時にあるいはそれぞれに、その軸方向に移動する。
この例の磁気検出器１００としては、複数本のワイヤロープＷの内、少なくとも１本のワイヤロープＷに損傷があるとそれを検知して、外部に結果を出力するような機能性能を持つものを提供することが可能となる。この形態は、ワイヤロープＷの緩み、異常振動など異変の検出に向く。
【００３８】    （様々な分野での磁気センサ素子の利用例）
上記では、本発明に係る磁気センサ素子及びそれを用いた磁気検出器を、ワイヤロープ検査用として説明を行ったが、本発明に係る磁気センサ素子は、様々な分野において広く利用できる。以下で説明を行う。
【００３９】    （非磁性導体の検出について）
磁性体５３から発生する誘導磁界５２の検出原理は、図１２及び図１３を示し説明を行ったとおりであるが、本発明に係る磁気センサ素子を用いた磁気検出器１００は、磁性体５３から発生される誘導磁界５２の他に、非磁性導体６０から発生される渦電流磁界６２についても検出可能である。
図２４は渦電流磁界６２の検出原理を説明する概念図である。なお、図２４は、励振電流５０、励振磁界５１、渦電流６１、渦電流磁界６２の向きはある瞬間におけるものとし、さらに磁気センサ素子４は固定されており、円柱状の非磁性導体６０がその底面を移動方向に向けて移動するものとして示している。
図２４に示すとおり、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気センサ素子４を構成する励振コイル１の区画１ｗを流れる励振電流５０は、励振電流５０の流れる方向と直交する方向に励振磁界５１を発生し、発生された励振磁界５１は励振コイル１近傍に位置している非磁性導体６０に印加される。この時、非磁性導体６０中には、励振磁界５１の入力を妨げるように渦電流磁界６２を発生させる渦電流６１が流れる。そして、発生した渦電流磁界６２が信号コイル２に入力される。信号コイル２は、入力された渦電流磁界６２の内、コイル面に直交する方向成分の大きさ及び変化の速さに応じて電圧を発生させる。
【００４０】  図２５は渦電流磁界６２を検知して得られる信号波形図である。なお、この場合、磁気センサ素子４は図９を示し説明を行った制御器４０で制御された場合として説明を行う。そして、励振磁界５１は交流であるが、同期整流方式であるため、向きを固定して説明を行うことができる。また、信号コイル２は、コイル面に直交する方向成分に反応する。そして、制御器４０は、信号コイル２へ、下向きに磁界が入力すると負側に、上向きに磁界が入力すると正側に出力するように設定されているものとする。
図２５及び上記の図２４に示すとおり、非磁性導体６０の通過に伴う制御器４０から出力される信号波形は、ピーク点が、正側が現れてから負側が現れる単発の正弦波状となる。これは、信号コイル２で検出される信号強度は、信号コイル２に対する渦電流磁界６２の向きと大きさそして非磁性導体６０と信号コイル２間の距離で決まることによる。信号コイル２に非磁性導体６０が近づくに従い、信号コイル２に対して渦電流磁界６２は、上向き成分が次第に大きくなり、そして直上直前で上向き成分が最大となり、直上で水平となり、直上通過後に急激に下向き成分が大きくなり、ピークに至り、そして、遠ざかるに従い減衰してゆくことによる。
なお、この場合、移動の向きは、紙面を手前から見て左から右とした場合の渦電流磁界６２の変化を記載している。移動方向が反対の場合は、非磁性導体６０の移動に伴う信号コイル２に入力される渦電流磁界６２の向きの変化が逆転するため、正弦波状の信号波形のピーク点は、負側が現れてから正側が現れる。
磁気センサ素子４を、図９を示し説明を行った制御器４０で制御する場合、交流の励振磁界５１を非磁性導体６０に印加して同期整流方式で信号を処理するため、制御器４０の高周波側の応答性能の範囲内であれば信号波形の振幅は非磁性導体６０の移動速度によらず一定となる。零速度を含みゆっくりとした移動であっても信号波形の振幅は変化しない。
【００４１】    （回転測定：磁気検出器を有する装置の実施の形態１）
図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は磁気検出器を有する装置の実施の形態１を説明する斜視図である。モータ、エンコーダなど回転軸を有する装置１１１の回転軸の回転検出用として示す。図２６（ａ）〜図２６（ｃ）に示すとおり、装置１１１は、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気検出器１００と、回転軸２００、ハウジング２１０などを有し、磁気検出器１００は、回転軸２００の近傍において、ハウジング２１０に固定して使用される。そして、回転軸２００は、磁気検出器１００を構成する磁気センサ素子４の信号コイル２の近傍に設置され、さらに、少なくとも回転軸２００の信号コイル２近傍に位置する部分には、磁性体５３あるいは非磁性導体６０が使用され、さらに回転軸２００の回転に伴い、信号コイル２に入力される誘導磁界５２あるいは渦電流磁界６２が変化するような特徴を持たせている。例えば、回転軸２００の信号コイル２の近傍に位置する部分は、突起２０１、溝２０２、歯車２０３とするなど形状を変化させる。これによって、回転軸２００の回転に伴い、励振磁界５１によって発生する誘導磁界５２あるいは渦電流磁界６２の信号コイル２に入力する成分の大きさと向きが変化する。したがって、磁気検出器１００の出力をモニターすることで、回転軸２００の回転速度、回転数あるいは回転角度を知ることができる。
なお、本発明に係る磁気検出器の場合、図１２及び図１３を示し説明を行ったとおり、移動の向きによって得られる単発の正弦波状の信号波形が異なるため、あらかじめ回転軸２００の回転方向と信号波形の関係を求めておけば、その信号波形から、回転方向を知ることができる。
【００４２】    （変位測定：磁気検出器を有する装置の実施の形態２）
図２７は磁気検出器を有する装置の実施の形態２を説明する斜視図である。変位計測用として示す。図２７に示すとおり、装置１１１は、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気検出器１００と、測定対象物に接触させる部品である接触子３０２と、接触子３０２に連動する連動子３０３と、連動子３０３を磁気検出器１００の近傍で保持するホルダー３０４と、磁性体５３あるいは非磁性導体６０からなる被検出子３０５と、を備え、被検出子３０５は、磁気検出器１００を構成する信号コイル２と同程度以下の大きさとされて連動子３０３に固定されており、連動子３０３は、接触子３０２の動きと連動するようにホルダー３０４で保持されていることを特徴とする。
これによって、被検出子３０５の移動に伴い、励振磁界５１によって被検出子３０５から発生する誘導磁界５２あるいは渦電流磁界６２の信号コイル２に入力する成分の大きさと向きが変化する。あらかじめ接触子３０２の変位量と磁気検出器１００の出力の関係を求めておけば、磁気検出器１００の出力から接触子３０２の変位量を知ることができる。
【００４３】    （磁気探傷：磁気検出器の利用例）
鋼材の磁気探傷用として、図１７を示し説明を行った本発明の磁気検出器の実施の形態１を備えた磁気検出器１００が利用可能である。この場合、制御器４０の電子部品が搭載された面とは反対側の面、つまり磁気検出器１００として平たい方の面を測定対象物に向けて移動させるような使い方をする。
検出原理は、図１８を示し説明を行ったワイヤロープＷの素線断線５４から発生する誘導磁界５２を検出するのと同じ原理による。測定対象物が、ワイヤロープＷから棒状の鋼材あるいは平板状の鋼材に代わり、ワイヤロープＷの素線断線５４が鋼材の傷に代わるということになる。
磁気検出器１００として、構成に磁石あるいは電磁石を使用しないため、軽量化、小型化が可能である。また、フレキシブルプリント配線板を使用して、本発明に係る磁気センサ素子を形成するならば、測定対象物は、平板に限定されず、筒状のものであっても探傷を行うことができる。
なお、探傷すべき傷の形状と磁気検出器１００の走査方向との関係によって、得られる信号の大きさが変化するような場合は、励振磁界５１を直交する２方向からそれぞれに印加できるように励振コイル１を２系統設けるなど工夫をすると良い。また、信号コイル２は、第１の平巻き信号コイル、第１の縦巻き信号コイルあるいはそれらを複合させたものなど、種々の形態で用いても良い。さらに、励振コイル１に印加する励振電流５０の周波数を可変として磁気検出器１００を構築し、励振周波数との関係で、磁気検出器１００の出力を解析することで鋼材の傷の深さについても情報が得られるようになる。
以下では、ここで説明を行った磁気検出器１００を本発明に係る磁気探傷器と称する。
【００４４】    （渦電流探傷：磁気検出器の利用例）
アルミニウムなど非磁性導体６０の探傷用としても、図１７を示し説明を行った本発明の磁気検出器の実施の形態１を備えた磁気検出器１００が利用可能である。この場合も、制御器４０の電子部品が搭載された面とは反対側の面、つまり磁気検出器１００の平たい方の面を測定対象物に向けて移動させるような使い方をする。
検出原理は、図２４及び図２５を示し説明を行ったように非磁性導体６０が発生する渦電流磁界６２を検出するのと同様の原理による。なお、測定対象物が非磁性導体６０の平板である場合は、この平板に励振磁界５１が印加されると、この平板中に、励振磁界５１の変化を妨げるような渦電流磁界６２を発生させる渦電流６１が流れる。この際に、この平板中に傷があれば、これによって渦電流６１の流れが乱れ、これが渦電流磁界６２の変化となり、磁気検出器１００によって検出される。
フレキシブルプリント配線板を使用して、本発明に係る磁気センサ素子を形成するならば、測定対象物は、平板に限定されず、筒状のものであっても探傷を行うことができる。
なお、本発明に係る磁気検出器の場合、測定対象物の傷から発生される信号波形が、誘導磁界５２によるものか渦電流磁界６２によるものかは、信号波形から判定することが可能である。渦電流磁界６２は、測定対象物に励振磁界５１が印加され、その変化を妨げるように発生するものであるため、傷の形状が同じであればその単発の正弦波状の信号波形の上側ピークと下側ピークの現れる順番が誘導磁界５２の場合とは逆の関係になる。
以下では、ここで説明を行った磁気検出器１００を本発明に係る渦電流探傷器と称する。
【００４５】    （食品異物検出：磁気検出器の利用例）
食品異物検出用としても、図１７を示し説明を行った本発明の磁気検出器の実施の形態１を備えた磁気検出器１００が利用可能である。
異物として検出可能なものは、磁性体５３及び非磁性導体６０の両方である。基本とする原理は、図１２及び図１３並びに図２４及び図２５を示し説明を行ったところと同様である。
なお、食品異物検査装置全体が、装置１１１に相当する。
【００４６】    （硬貨識別：磁気検出器の利用例）
硬貨識別用としても、図１７を示し説明を行った本発明の磁気検出器の実施の形態１を備えた磁気検出器１００が利用可能である。
この場合、磁気検出器１００には、磁気検出器１００の近くを硬貨が移動するように構成したガイド部品を組み合わせる。
硬貨は、導体６０であるため、検出に渦電流磁界６２が利用できる。磁気検出器１００を構成する信号コイル２の形状寸法と硬貨の形状寸法材質との関係で、磁気検出器１００の出力変化が定まる。あらかじめ各種硬貨と磁気検出器１００で得られる出力信号の関係を求めておくことで硬貨識別を行う。
なお、ガイド部品の寸法精度により、硬貨のガイド部品を通過する場所が一定せず、識別能力が劣化する場合は、磁気検出器１００を２個使用し、ガイド部品の両側に配置して、硬貨識別を行うと劣化が緩和される。ただし、この場合、２つの磁気検出器１００が近接して配置されるため、対策を講じないと、相互干渉による雑音が発生し硬貨識別能力がかえって劣化する。この対策としては、２つある磁気検出器１００に内蔵された励振コイル１に対して同じ励振電流５０を印加するか、あるいは制御器４０の入出力部４０ｅを利用し２つの磁気検出器１００間で通信を行い、励振を時分割で行うあるいは同時に行うなど同期をとりながら動作させると良い。
【００４７】    （近接検出：磁気検出器を有する装置の実施の形態３）
図２８は磁気検出器を有する装置の実施の形態３を説明する斜視図である。近接検出用として示す。図２８に示すとおり、装置１１１は、本発明の磁気検出器の実施の形態１を備えた磁気検出器１００と、軟磁性材１０２と、被検出体３１１と、を備え、軟磁性材１０２は、磁気検出器１００のケースに接着して取り付けられている。軟磁性材１０２の取り付け位置は、励振コイル１の区画１ｗの面に直交する方向から信号コイル２を見て、信号コイル２を覆う位置である。なお、軟磁性材１０２の例としてはパーマロイ、被検出体の例としては磁石がある。
検出原理は、被検出体３１１の接近にともない、被検出体３１１が発生する磁界により、この軟磁性材１０２の磁気的な性質が変化することを利用することによる。つまり、この軟磁性材１０２の磁気的な変化によって、励振磁界５１により発生する誘導磁界５２の向きと大きさが変化する。そして、この変化は信号コイル２から出力される信号電圧の変化となる。
あらかじめ、被検出体３１１と軟磁性材１０２を取り付けた磁気検出器１００間の距離と、軟磁性材１０２を取り付けた磁気検出器１００の出力との関係を求めておくと、その信号の大きさから被検出体の接近距離を知ることができる。
【００４８】    （地磁気計測：本発明の磁気検出器の実施の形態２及び本発明の磁気センサ素子の実施の形態８）
図２９（ａ）〜図２９（ｃ）は本発明の磁気検出器の実施の形態２を説明する斜視図である。地磁気計測用として示す。ここで図２９（ａ）は磁気検出器１００の外観の斜視図、図２９（ｂ）はその内部の斜視図、図２９（ｃ）は軟磁性材１０２を除いた内部の斜視図である。
また、図３０は本発明の磁気センサ素子の実施の形態８を説明する斜視図である。これは図２９で示す磁気検出器１００において使用されるものとして示す。
図２９（ａ）〜図２９（ｃ）及び図３０に示すように、磁気検出器１００は、軟磁性材１０２と、磁気センサ素子４と、制御器４０と、ケース４０ｃと、ケーブル１００ｄを備えている。磁気センサ素子４と制御器４０は基板１０を共有している。
磁気センサ素子４は、励振コイル１と本発明の磁気センサ素子の実施の形態４を持つ第１の縦巻き信号コイルである信号コイル２＿１と信号コイル２＿２から形成され、励振コイル１は、区画１ｗ＿１及び区画１ｗ＿２を有し、区画１ｗ＿１と区画１ｗ＿２を流れる励振電流５０が互いに逆向きになるようにコイル路が形成されている。なお、励振電流５０が互いに逆向きになることについては、図３０にある瞬間における電流の流れる向きを描いたとおりである。信号コイル２＿１は、区画１ｗ＿１の面に直交する方向から見て区画１ｗ＿１内に形成され、信号コイル２＿２は、区画１ｗ＿２の面に直交する方向から見て、区画１ｗ＿２内に形成されている。さらに、信号コイル２＿２の巻終り２ｅと信号コイル２＿１の巻始め２ｓが接続されている。これにより、信号コイル２＿１と信号コイル２＿２の各々が検出する励振磁界５１は打ち消される。したがって、この２つの信号コイル２＿１と信号コイル２＿２を合わせた信号つまり信号コイル２＿２の巻始め２ｓと信号コイル２＿１の巻終り２ｅ間に発生する信号電圧からは、励振磁界５１の直接的な影響が除去される。
軟磁性材１０２は、励振コイル１の区画１ｗ＿１あるいは１ｗ＿２の面に直交する方向から見て、２つの第１の縦巻き信号コイルを覆うようにして磁気センサ素子４に接着されている。なお、基板１０はガラス布基材エポキシ樹脂、励振コイル１は銅箔、受信コイル２は銅箔、軟磁性材１０２はパーマロイで形成されているものとする。なお、軟磁性材１０２は２つの第１の縦巻き信号コイルを個別に覆うように構成しても良い。また、磁気センサ素子４の両面に設けてもよい。
以下で、外部から入力される磁界を地磁気として、検出原理を説明する。磁気検出器１００において、基板１０に平行に、磁気検出器１００の横手方向から地磁気が入力すると、軟磁性材１０２には、励振磁界５１と地磁気が入力される。励振磁界５１は２つの第１の縦巻き信号コイルにおいて、向きが互いに逆となるように形成されている。ある瞬間においては、一方の第１の縦巻き信号コイルの近傍に位置している軟磁性材１０２部分には、励振磁界５１と地磁気が加算されて入力し、別の一方の軟磁性材１０２部分には、励振磁界５１から地磁気が減算されて入力する。軟磁性材１０２は、そのＢ−Ｈ特性に従い磁気飽和する特性を持つ。したがって、地磁気の入力によって、一方の軟磁性材１０２部分が飽和領域にあり、別の一方の軟磁性材１０２部分が飽和領域に至らない状態となる時間領域が発生する。つまり、地磁気の入力がない場合、各々の第１の縦巻き信号コイルにおいて励振磁界５１により発生している信号電圧は一致するが、地磁気の入力があると、これが一致しない時間領域が発生する。したがって、２つの第１の縦巻き信号コイルを接続した端末から出力される信号は、入力する地磁気の大きさに応じて変化する。これが検出原理である。
あらかじめ、入力する地磁気の大きさと磁気検出器１００の出力との関係を求めておけば、磁気検出器１００の出力から地磁気の大きさを知ることができる。
なお、第１の縦巻き信号コイルは、その面の向く方向を、１方向のみで形成するのではなく、直交する２方向に向けて第１の縦巻き信号コイルを用いて形成すれば、直交２軸で地磁気を計測でき、方位計として利用が可能となる。
【００４９】    （応力検出１：磁気検出器の利用例）
応力検出の分野で使用可能な磁気検出器１００としては、図１７を示し説明を行った本発明の磁気検出器の実施の形態１において、磁気センサ素子４を、図３を示し説明を行った本発明の磁気センサ素子の実施の形態３に変更した磁気検出器１００が使用可能である。
応力検出は、磁性体５３が応力の印加に応じてその磁性を変化させることを利用する。例えば、測定対象物が、自動車のタイヤに直結した磁性体５３の車軸であれば、ねじりトルクを知ることができる。これは、磁気検出器１００を、ワイヤロープＷの損傷を測定したのと同じような状態で、磁気検出器１００をこの車軸に接近させて設置し動作させることで行う。つまりこの状態は、図１７で示すワイヤロープＷを車軸に置き換えた状態を言う。あらかじめ、測定対象物である車軸に印加されるねじりトルクの大きさと磁気検出器１００の出力の関係を求めておけば、磁気検出器１００の出力から印加されているねじりトルクの大きさが分かる。
応力検出に関しては、この他に、鉄あるいは鉄合金の残留応力の分布の測定、それに基づく疲労度あるいは応力印加の履歴の推定などへの利用が可能である。また、測定結果を記録しておき、最新の記録と比較検討することにより、劣化の進行についての情報も得られる。
なお、測定対象物の形状は、棒状のものに限らず、平板状、筒状のものであっても良い。測定対象物への適合は、磁気センサ素子４の形成の仕方で対応すると良い。例えば、測定対象物が筒状であれば、磁気センサ素子４を、フレキシブルプリント配線板を使って形成すると良い。
【００５０】    （応力検出２：本発明の磁気センサ素子の実施の形態９及び磁気検出器を有する装置の実施の形態４）
応力検出の分野で使用可能な別の磁気センサ素子４としては、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１において、基板１０の材質をガラス布基材エポキシ樹脂から鉄合金などの磁性体に変更し、信号コイル２を複数個分布させて形成したものを利用することができる。この形態を本発明の磁気センサ素子の実施の形態９と称する。
または、フレキシブルプリント配線板を用いて磁気センサ素子４を形成し、磁性体５３に接着する方法で形成しても良い。
図３１は磁気検出器を有する装置の実施の形態４を説明する斜視図である。衝突検出用として示す。図３１に示すとおり、装置１１１は、本発明の磁気センサ素子の実施の形態９を備えた磁気センサ素子４と制御器４０からなる磁気検出器１００と、自動車４００本体とから構成され、磁気検出器１００は自動車４００の前面の下の方に取り付けられ、制御器４０は磁気センサ素子４を同期整流方式で制御し、複数個の信号コイル２からの信号を受信できるように多チャンネル化されている。
物体が、磁気センサ素子４に衝突すると、磁性体５３の基板１０には応力が印加されその磁性を変化さる。この時に、励振磁界５１により磁性体５３の基板１０から発生している誘導磁界５２が変化し、この変化が信号コイル２に入力され、信号コイル２からは信号電圧の変化となって現れる。これが検出原理である。そして、この信号電圧の変化が制御器４０で処理されて出力される。装置１１１としては、この出力された信号をもとに、例えば、この出力があるレベルを超えたならば、エアバックを開くなど異常に対する処理を行う。磁性体である基板１０が塑性変形に至るより以前に検出できるため、衝突を早期に検出できることが特徴である。
【００５１】    （応力検出３：本発明の磁気センサ素子の実施の形態１０）
図３２（ａ）〜図３２（ｄ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態１０を説明する図である。探傷用として示す。ここで、図３２（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図３２（ｂ）は磁気センサ素子４の正面図と側面図、図３２（ｃ）は励振コイル１の正面図と側面図、図３２（ｄ）は信号コイル２の正面図と側面図である。図３２（ａ）〜図３２（ｄ）に示すとおり、磁気センサ４は、ばね性を持つ非磁性導体であるリン青銅から形成された励振コイル１と、励振コイル１の上側でリン青銅から形成された信号コイル２とを備える。信号コイル２と励振コイル１とは、接着剤９で接着することで積層を形成している。励振コイル１は、励振コイル１に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広いリン青銅からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２の本体２ｂは、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振コイル１は、図３２（ｃ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２は、図３２（ｄ）に示すとおり、巻始め２ｓ、本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２の巻始め２ｓ及び巻終り２ｅは、リード線を半田付けしやすいように大きな面積を持たせている。
この形態の特徴は取扱性が向上することである。これは、磁気探傷あるいは渦電流探傷の分野において、検査対象物に磁気センサ素子４を密着させて移動する際に、励振コイル２を形成しているリン青銅のばね性を利用できることによる。このばね性により、検査対象物に密着させるための力加減の許容範囲が広がり、操作が容易になる。なお、励振コイルの本体２ｂ内の溝については、例えば、励振コイル１と信号コイル２とは、積層を形成する際に使用する接着材で埋めるようにすると良い。また、その際に使用する接着材は、弾性を有するものを使用すると良い。
（本発明の磁気センサ素子の実施の形態１１：第２の信号コイルの例）
【００５２】  図３３（ａ）〜図３３（ｅ）は、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１１を説明する図である。ここで、図３３（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図３３（ｂ）は励振コイル１と信号コイル３の斜視図、図３３（ｃ）は励振コイル１と信号コイル３の正面図と側面図、図３３（ｄ）は励振コイル１の正面図と側面図、図３３（ｅ）は信号コイル３の正面図と側面図である。
図３３（ａ）〜図３３（ｅ）に示すように、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側において銅箔から形成された励振コイル１と、基板１０の上面側において銅箔から形成された信号コイル３（第２の信号コイルに相当する）とを備える。励振コイル１は、励振電流５０の流れる向きが互いに逆となる銅箔からなる区画１ｗ＿１及び銅箔からなる区画１ｗ＿２と、境界５と、を有し、境界５は、区画１ｗ＿１と区画１ｗ＿２とが互いに隣接することで形成され、信号コイル３が、区画１ｗ＿１あるいは１ｗ＿２の面に直交する方向から見て、境界５を含み、境界５を除いては境界５を形成する区画１ｗ＿１と区画１ｗ＿２とを合わせた区画内に形成される。
そして、励振コイル１は、図３３（ｄ）に示すとおり、巻始め１ｓ、コイル本体１ｂ及び巻終り１ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル３は、図３３（ｅ）に示すとおり、巻始め３ｓ、本体３ｂ及び巻終り３ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。
なお、ここで説明を行った信号コイル３については、第２の平巻き信号コイルと称する。
【００５３】  図３４はワイヤロープＷの素線断線５４の検出原理の別の概念図である。本発明の磁気センサ素子の実施の形態１１を備えた磁気センサ素子４を用いる場合として示す。なお、図３４は、励振電流５０＿１と５０＿２、励振磁界５１＿１と５１＿２及び誘導磁界５２ｇの向きはある瞬間におけるものとし、さらに磁気センサ素子４は固定されており、ワイヤロープＷが移動するものとして示している。
図３４に示すとおり、励振電流５０＿１は励振磁界５１＿１を、励振電流５０＿２は、励振磁界５１＿２を、その流れる方向と直交する方向に発生し、発生した励振磁界５１＿１及び励振磁界５１＿２が、励振コイル１近傍に位置しているワイヤロープＷの側方からワイヤロープＷの軸方向へワイヤロープＷに対して印加される。ワイヤロープＷの素線断線５４箇所は、励振磁界５１＿１と励振磁界５１＿２の合成した励振磁界によって誘導磁界５２ｇを発生し、発生した誘導磁界５２ｇが信号コイル２に入力される。信号コイル２は、入力された誘導磁界５２ｇの内、コイル面に直交する方向成分の大きさ及び変化の速さに応じた電圧を発生させる。
【００５４】  図３５はワイヤロープＷの素線断線５４から得られる別の信号波形図である。本発明の磁気センサ素子の実施の形態１１を備えた磁気センサ素子４を用い、図９を示し説明を行った制御器４０で制御した場合として説明を行う。
図３５及び上記の図３４に示すとおり、制御器４０から出力される信号は、山形で山頂が窪んだ形態になる。これは、境界５を挟んで、区画１ｗ＿１を流れる励振電流５０＿１と区画１ｗ＿２に流れる励振電流５０＿２が逆向きであることによる。境界５の直上付近は、励振磁界５１＿１と励振磁界５１＿２が互いに逆向きであるため、励振磁界５１＿１と励振磁界５１＿２が合成された励振磁界は小さな状態となる。このため素線断線５４の中央が境界５の直上にある場合は、素線断線５４付近から発生される誘導磁界５２ｇはピーク値から下がった状態となる。これが、直上から少し離れたところに移動すると、素線断線５４における断線した素線の端面と信号コイル３のコイル路を形成する銅箔が近づき、励振磁界５１＿１と励振磁界５１＿２が合成された励振磁界も大きくなるため、ピーク値が現れる。さらに、素線断線５４が信号コイル３間の距離が離れるに従い、信号コイル３に入力される信号は減衰する。
また、励振コイルの面に直交する方向に境界５からは磁界が発生するが、境界５において境界５を形成する区画１ｗ＿１と区画１ｗ＿２とを極力近づけて隣接させることで励振コイル１の面に直交する方向に境界５から発生される磁束を低減できる。これにより、信号コイル３は、ワイヤロープＷの素線断線５４が発生する誘導磁界５２ｇの変化を検出できるようになる。
なお、信号コイル３の特徴は、形態が第１の平巻き信号コイルと同じであるにも関わらず、ワイヤロープＷの素線断線５４の中央が直上にある時に、信号を検出できることである。つまり、第１の縦巻き信号コイルに類する機能を持たせることができる。第１の平巻き信号コイルと第２の平巻き信号コイルを混在させることで、素線断線５４の他に、摩耗、内部断線、錆になどによるワイヤロープＷの径の減少、さらには、緩み、異常振動などについても検出可能となる。
【００５５】  また、第２の平巻き信号コイルは、形態が第１の信号コイルと同じであるため、図６を示し説明を行った２回巻きについても同様に行うことが可能である。
また、信号コイル３は、四角形を除く多角形、円形、楕円形、星形などでも良く、必ずしも四角形である必要はない。必要とする機能性能から形状を定めれば良い。
【００５６】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態１２：励振配線路８の例）
励振配線路８が、コイル状になっていない例を示す。
図３６（ａ）〜図３６（ｄ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態１２を説明する図である。ここで、図３６（ａ）は磁気センサ素子４の斜視図、図３６（ｂ）は磁気センサ素子４の正面図と側面図、図３６（ｃ）は励振配線路８の正面図と側面図、図３６（ｄ）は信号コイル２の正面図と側面図である。図３６（ａ）〜図３６（ｄ）に示すとおり、磁気センサ４は、ばね性を持つ非磁性導体であるリン青銅から形成された励振配線路８と、励振配線路８の上側でリン青銅から形成された信号コイル２とを備える。信号コイル２と励振配線路８とは、接着剤９で接着することで積層を形成している。励振配線路８は、励振配線路８に印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広いリン青銅からなる区画１ｗを含んで形成される。信号コイル２は、区画１ｗの面に直交する方向から見て区画１ｗの中央付近において区画１ｗ内に形成される。
そして、励振配線路８は、図３６（ｃ）に示すとおり、始め８ｓ、本体８ｂ及び終り８ｅという構成により形成される。この場合、本体８ｂと区画１ｗは同じとなる。信号コイル２は、図３２（ｄ）に示すとおり、巻始め２ｓ、本体２ｂ及び巻終り２ｅという構成により１回平巻きコイルとして形成される。信号コイル２の巻始め２ｓ及び巻終り２ｅは、電線を半田付けしやすいように大きな面積を持たせている。
磁気センサ素子４を使用する場合は、励振配線路８の始め８ｓと終り８ｅ及び信号コイル２の巻始め２ｓと巻終り２ｅに電線を電気的に接続して使用する。なお、励振配線路８の始め８ｓと終り８ｅに接続する電線の取り回しは注意が必要である。理由の１つは、磁気センサ素子４に印加する励振電流５０によって発生する磁界を広い範囲で周囲に放射することになり、他の電子機器に悪影響を与える可能性があることである。別の１つは、区画１ｗに平行に発生している励振磁界５１を乱し測定精度に影響を与える可能性があることである。ただし、磁気センサ素子４としては最小構成である。磁気探傷、渦電流探傷、回転計測など、種々の用途に利用可能である。
【００５７】    （本発明の磁気センサ素子の実施の形態１３）
図２１では、差動コイル７の説明を行った。差動コイル７は、第１の縦巻き信号コイルへの励振磁界５１からの直接的な影響を防ぐ形態の１つである。ここでは、第１の縦巻き信号コイルへの励振磁界５１の直接的な影響を除去する別の形態を、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１３として説明する。
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は本発明の磁気センサ素子の実施の形態１３を説明する斜視図である。ここで図３７（ａ）と図３７（ｂ）で示す磁気センサ素子４は同じものである。ただし、視点が異なっている。図３７（ｂ）は、励振コイル１＿１あるいは励振コイル１＿２のコイル面にほぼ水平な方向に視点がある。
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）に示すとおり、磁気センサ素子４は、ガラス布基材エポキシ樹脂から形成された基板１０と、基板１０の下面側において銅箔から形成された励振コイル１＿２と、基板１０の上面側において銅箔から形成された励振コイル１＿１と、第１の縦巻き信号コイルの形態を持つ信号コイル２と、を備える。２つの励振コイル１は、同じ大きさ形状で、基板１０に直交する方向から見て、同じ場所に形成されている。また、励振コイル１＿１は、印加される励振電流５０の流れる方向に直交する方向において幅の広い銅箔からなる区画１＿１ｗを、同様に励振コイル１＿２は区画１＿２ｗを含んで形成される。ただし、基板１０は、図３７（ｂ）でその一部を示している。
信号コイル２は、区画１＿１ｗに直交する方向から区画１＿１ｗを見て、区画１＿１ｗの中央付近において区画１＿１ｗ内に、区画１＿１ｗと区画１＿２ｗをコイル面内に含んで、励振コイル１＿１及び励振コイル１＿２とは別の層の銅箔で形成される。
そして、励振コイル１＿１と励振コイル１＿２は、それらの巻終り１＿１ｅと巻終り１＿２ｅがめっきスルーホールで接続されている。
励振コイル１＿１と励振コイル１＿２と信号コイル２は、基板１０を対称面にして形成されている。
したがって、励振コイル１＿１の巻始め１＿１ｓと励振コイル１＿２の巻始め１＿２ｓ間に励振電流５０を印加すると、区画１＿１ｗと区画１＿２ｗとでは、流れる励振電流５０によって発生する励振磁界５１は向きが互いに反対となる。この結果、信号コイル２のコイル面に直交する方向において、区画１＿１ｗからの励振磁界５１と区画１＿２ｗからの励振磁界５１が互いに逆方向から入力され、信号コイル２は励振磁界５１を直接検出しない。
そして、ワイヤロープＷなど測定対象物が、励振コイル１＿１側の近傍に位置すると、励振コイル１＿１の発生する励振磁界５１が励振コイル１＿２の発生する励振磁界５１よりも優勢になるため、測定対象物には励振磁界（励振磁界５１ｇｇと称する）が印加され、励振磁界５１ｇｇにより測定対象物からは誘導磁界５２が発生し、発生した誘導磁界５２は信号コイル２に入力する。そして、信号コイル２にはこれに起因した電圧信号が誘起される。
【００５８】    （回転測定：回転軸を有する装置への磁気センサ素子の利用の例）
図３８は本発明の回転軸を有する装置の実施の形態１を説明する斜視図である。回転軸を有する装置１４０について、モータで例を示す。図３８に示すとおり、回転軸を有する装置１４０は、本発明の磁気センサ素子の実施の形態１を備えた磁気センサ素子４と、切欠き２０４を有する回転軸２００、ハウジング２１０、ベアリング２１１、ローター２１２（磁石を有する）、ステーター２１３（コイルを有する）などを有し、磁気センサ素子４は、回転軸２００の近傍において、ハウジング２１０に固定して使用される。なお、磁気センサ素子４がハウジング２１０に固定している状態を示しているのが図３８の上側の図である。ただし、この状態では、回転軸２００の切欠き２０４が隠れるため、図３８の下側で、磁気センサ素子４を取り外した状態を示した。また、回転軸を有する装置１４０は、その内部が理解しやすいように断面を示している。
そして、回転軸２００は、回転軸２００の磁気センサ素子４の近傍に位置する部分に磁性体５３あるいは非磁性導体６０を使用し、さらに回転軸２００の回転に伴い、信号コイル２に入力される誘導磁界５２あるいは渦電流磁界６２が変化するような特徴を持たせている。この例では、回転軸２００の磁気センサ素子４の近傍に位置する部分に切欠き２０４を施している。これによって、回転軸２００の回転に伴い、切欠き２０４と、励振コイル１と信号コイル２の相対的な位置関係が変化し、切欠き２０４付近が発生する誘導磁界５２あるいは渦電流磁界６２の信号コイル２に入力する成分の大きさと向きが変化し、信号コイルからはこの変化に対応した信号電圧の変化が出力される。
外部の装置として、図９を示して説明を行った制御器４０を使用し、あらかじめ、回転軸２００の回転角度と、磁気センサ素子４を制御器４０で制御した結果として出力される出力と、の関係を求めておくことで、回転軸を有する装置１４０の回転軸２００の回転速度、回転数あるいは回転角度を知ることができる。
なお、本発明に係る磁気センサ素子は、ＭＥＭＳで実現されている超小型モータの近傍に、一般的な成膜技術を用いて形成することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】１  励振コイル
１ｗ  区画
２  信号コイル
３  信号コイル
４  磁気センサ素子
５  境界
６  迂回配線
７  差動コイル
８  励振配線路
１０  基板
４０  制御器
５０  励振電流
５１  励振磁界
５２  誘導磁界
５３  磁性体
５４  素線断線
６０  非磁性導体
６１  渦電流
６２  渦電流磁界
１００  磁気検出器
１０２  軟磁性材
１１１  装置
１４０  回転軸を有する装置
２００  回転軸
Ｗ  ワイヤロープ
【図１】
2020180959.tif 000003
【図２】
2020180959.tif 000004
【図３】
2020180959.tif 000005
【図４】
2020180959.tif 000006
【図５】
2020180959.tif 000007
【図６】
2020180959.tif 000008
【図７】
2020180959.tif 000009
【図８】
2020180959.tif 000010
【図９】
2020180959.tif 000011
【図１０】
2020180959.tif 000012
【図１１】
2020180959.tif 000013
【図１２】
2020180959.tif 000014
【図１３】
2020180959.tif 000015
【図１４】
2020180959.tif 000016
【図１５】
2020180959.tif 000017
【図１６】
2020180959.tif 000018
【図１７】
2020180959.tif 000019
【図１８】
2020180959.tif 000020
【図１９】
2020180959.tif 000021
【図２０】
2020180959.tif 000022
【図２１】
2020180959.tif 000023
【図２２】
2020180959.tif 000024
【図２３】
2020180959.tif 000025
【図２４】
2020180959.tif 000026
【図２５】
2020180959.tif 000027
【図２６】
2020180959.tif 000028
【図２７】
2020180959.tif 000029
【図２８】
2020180959.tif 000030
【図２９】
2020180959.tif 000031
【図３０】
2020180959.tif 000032
【図３１】
2020180959.tif 000033
【図３２】
2020180959.tif 000034
【図３３】
2020180959.tif 000035
【図３４】
2020180959.tif 000036
【図３５】
2020180959.tif 000037
【図３６】
2020180959.tif 000038
【図３７】
2020180959.tif 000039
【図３８】
2020180959.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月20日(2020.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記励振コイルと前記信号コイルは、同一の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記励振コイルの前記導体に囲まれた前記基板上に配置されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、を備え、
前記励振コイルと前記信号コイルは、互いに別の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルとは、積層を形成し、前記励振コイルは、前記励振コイル中を流れる電流を互いに直交する２つの方向成分に分けて見るときに、第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と、前記第１の向きとは逆向きの第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とを有し、前記信号コイルの内側の面を含め前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項３】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記信号コイルは、第１の層に形成された第１の非磁性導体と、第２の層に形成された第２の非磁性導体と、前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体とを有し、前記励振コイルと前記信号コイルの前記第１の非磁性導体とは、同一の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記信号コイルの前記第１の非磁性導体は、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記励振コイルの前記導体に囲まれた前記基板上に配置されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項４】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記信号コイルは、第１の層に形成された第１の非磁性導体と、第２の層に形成された第２の非磁性導体と、前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体とを有し、前記励振コイルと前記信号コイルの前記第１の層と前記第２の層とは、互いに別の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記励振コイルは、前記励振コイル中を流れる電流を互いに直交する２つの方向成分に分けて見るときに、第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と、前記第１の向きとは逆向きの第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とを有し、前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項５】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記励振コイルは、第１の層と第２の層に形成され、前記信号コイルは、第３の層に形成された第１の非磁性導体と、第４の層に形成された第２の非磁性導体と、前記第１の非磁性導体と前記第２の非磁性導体とを電気的に接続する第３の非磁性導体とを有し、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記励振コイルは、前記励振コイル中を流れる電流を互いに直交する２つの方向成分に分けて見るときに、第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と、前記第１の向きとは逆向きの第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とを有し、前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記第１の層の前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第２の層の前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第１の層の前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく、かつ前記第２の層の前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項６】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記励振コイルは、第１の層と第２の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルとは、互いに別の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記励振コイルは、前記励振コイル中を流れる電流を互いに直交する２つの方向成分に分けて見るときに、第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と、前記第１の向きとは逆向きの第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とを有し、前記信号コイルの内側の面を含め前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記第１の層の前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第２の層の前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部あるいは全部において重なり、かつ前記第１の層の前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく、かつ前記第２の層の前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とは重なることなく形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項７】
導体からなる励振コイルと、非磁性導体からなる信号コイルと、基板と、を備え、
前記励振コイルと前記信号コイルとは、互いに別の層に形成され、前記励振コイルと前記信号コイルと前記基板とは、積層を形成し、前記励振コイルは、前記励振コイル中を流れる電流を互いに直交する２つの方向成分に分けて見るときに、第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と、前記第１の向きとは逆向きの第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とを有し、さらに前記励振コイルは、前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体と前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体とが互いに隣接することで形成される境界を有し、前記信号コイルの内側の面を含め前記信号コイルは、前記励振コイルが形成される層の面に直交する方向から見て、前記第１の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部と、前記第２の向きの方向成分を有する電流を流すことができる前記導体の一部と、前記境界の一部あるいは全部と、のいずれにも重なるように形成されていることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項８】
前記積層は、基板を含めて形成されたことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気センサ素子を１つ以上有する
ことを特徴とする回転軸を有する装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気センサ素子を１つ以上有することを特徴とする磁気検出器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の磁気検出器を１つ以上有することを特徴とする装置。