(57)【要約】      （修正有）【課題】シールド材同士の接合面の影響における磁極の生成を抑制しつつ、地磁気成分を効果的に減衰させることを特徴とする磁気シールド装置を提供する。【解決手段】磁性体からなる円環状磁性板部材３ａを板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第１磁気シールド１と、第１磁気シールドの外径よりも大きな内径を有し、磁性体からなる円環状磁性板部材３ｂを板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第２磁気シールド２とを備える。第１磁気シールドの外周を取り囲んで第２磁気シールドが配設されている。【選択図】図１
2019220540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる円環状磁性板部材を板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第１磁気シールドと、
前記第１磁気シールドの外径よりも大きな内径を有し、磁性体からなる円環状磁性板部材を板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第２磁気シールドと
を備え、
第１磁気シールドの外周を取り囲んで前記第２磁気シールドが配設されていることを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項２】
前記第１磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の間隔は、前記第２磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の間隔と等しく、
前記第１磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の板厚方向の中心と前記第２磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の板厚方向の中心とが一致しないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
【請求項３】
前記第１磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の板厚と、前記第２磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の板厚とが等しく、
前記第１磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材同士の間隔における中点と、前記第２磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の板厚方向の中心とが一致することを特徴とする請求項２に記載の磁気シールド装置。
【請求項４】
前記第１磁気シールドおよび前記第２磁気シールドを覆う共通の蓋を設けており、
前記蓋には、磁性板が取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気シールド装置
【請求項５】
前記第１磁気シールドは、前記第２磁気シールドとは独立した構造になっており、前記第２磁気シールドに対して前記第１磁気シールドが回転可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。
【請求項６】
前記第１磁気シールドと前記第２磁気シールドにおける前記円環状磁性板部材の中心軸は一致することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外乱磁界を遮蔽する円環状の磁性体からなる板部材を積層させた磁気シールド構造体を２重にしたことを特徴とする開放型磁気シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高感度の磁気センサ、例えば、航空宇宙用地磁気センサや微小磁性体検知用センサ等の性能保証では、一般的な実験室環境では不十分であり、磁気シールド装置内での評価が必要となる。そのため、外乱磁界を遮断する必要があり、減衰率の高い磁気シールド装置を設けて外乱磁界を遮断することが求められている。目標は、地磁気成分を１００ｎＴ以下（減衰率１/３００以上）まで減衰させることである。また、シールドの効果を上げるためには、材料を大量に使えばよいが、磁性材料のコストや重量を考えると、効率良く材料を使用することが望ましい。
【０００３】
一般に磁気シールドに用いられている磁性体は、パーマロイ、電磁鋼板、Ｆｅ，Ｃｏ系のアモルファス合金等の低保磁力かつ高透磁率な磁性材料である。上記材料は板材として取り扱うことが多く、プレス、レーザー加工により成型することが主流である。
【０００４】
一般に用いられている磁気シールドには、測定器を磁性体で完全に遮蔽したシールド構造である密閉型磁気シールド構造、磁性体同士に隙間を設けた開放型磁気シールド構造がある。密閉型の方法としてはシールド板材を張り合わせることにより、実現することも可能であるが、同質量の磁性体を用いた場合、開放型磁気シールド構造の方が減衰率が良いこと(特許文献１参照)が確認されており、コスト、軽量化といった面において、開放型磁気シールド構造に優位性がある。さらに、開放型磁気シールド構造にすることにより、シールド空間内の放熱性の向上を図ることも可能である。
【０００５】
特許文献１は、短冊状の磁性体からなる板部材を張り合わせ、口の字型の磁気シールド連結構造体とすることで磁気回路を形成し、前記磁気シールド連結構造体を板厚方向に等間隔で積層させることにより、磁気シールド連結構造体同士が磁気結合を起こし、磁気的閉空間が実現可能となる口の字型磁気シールド装置であることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−８６６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気シールド効果の原理は、磁束がシールド材内を迂回することにより遮蔽空間内の磁界が減衰するというものであり、外乱磁界の減衰率の向上を図るためには、効率良く磁束を迂回させることがポイントとして挙げられる。また、磁束の迂回ルートにもよるが、シールド内の磁極の発生により、微小ながらも遮蔽空間に磁界が生成されるため、磁極の生成を抑制することがポイントとして挙げられる。
【０００８】
特許文献１においては、磁性体からなる板部材同士の接合面における磁束の迂回効率の低下、磁性体からなる板部材の接合面同士による磁極の生成が懸念される。また、特許文献１を参照すると、上記口の字型磁気シールド装置の減衰率は１/１００に満たず、さらに減衰させる（一例としては地磁気成分を１００ｎＴ以下（減衰率１/３００以上）まで）ためには、さらなる減衰率の向上が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記を鑑み、本発明に係る磁気シールド装置は、
磁性体からなる円環状磁性板部材を板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第１磁気シールドと、
前記第１磁気シールドの外径よりも大きな内径を有し、磁性体からなる円環状磁性板部材を板厚方向に隙間を設けて等間隔に非接触で配置することで、円筒状に積層した構造である第２磁気シールドと
を備え、
第１磁気シールドの外周を取り囲んで前記第２磁気シールドが配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外乱磁界を遮蔽する円環状磁性板部材を積層させた磁気シールド構造体を２重に配置することにより、磁極の生成を抑制しつつ、磁気成分を効果的に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気シールド装置の分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気シールド装置の断面図。
【図３】磁気シールドなし、磁気シールドを１重構造としたとき、磁気シールドを２重構造としたときの測定結果の比較。
【図４】本発明の実施形態に係る磁気シールドモデルにおける円環状磁性板部材間距離ｄを変化させたときの減衰率の変化を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る磁気シールドモデルの第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔを変化させたときの減衰率の変化を示す図。
【図６】本発明の実施形態に係る磁気シールド装置を用いた校正方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（磁気シールド装置の構成）
図１には、本発明の実施形態に係る磁気シールド装置の分解斜視図を示し、図２には、磁気シールド装置の断面図を示す。第１磁気シールド１と第２磁気シールド２は、磁気シールド底面部円板磁性体４を底面部に配設し、ガイドピン５を支柱として、円環状磁性板部材３を隙間を設けて等間隔に配設していることを特徴とした円筒状の磁気シールド構造体である。また、第１磁気シールド１の外径よりも大きな内径を有する第２磁気シールド２が第１磁気シールド１を取り囲んで配置されていることを特徴としている。なお、第２磁気シールド２と第１磁気シールド１とは独立した構造であり、相対的に回転可能となっている。
【００１３】
また、第１磁気シールド１に用いられている円環状磁性板部材３ａ、第２磁気シールド２に用いられている円環状磁性板部材３ｂの高さを同じにすることにより、第１磁気シールド１における円環状磁性板部材間隔は、第２磁気シールド２における円環状磁性板部材間隔と同じになっている。
【００１４】
第２磁気シールド２の円環状磁性板部材３ｂの隙間から漏れ出した磁束を効果的に第１磁気シールド１に迂回させるために、図２に示すように、第１磁気シールド１における円環状磁性板部材３ａ同士の間隔における中点と、第２磁気シールド２における円環状磁性板部材３ｂのうちの１つの中心が一致するように配置されている。
【００１５】
また、円環状磁性板部材の幅ｗが短いとき、円環状磁性板部材間距離ｄが広いときにおいては、円環状磁性板同士の隙間を通り抜ける磁束量が多くなる。その状況において、円環状磁性板部材３ａ同士の中点と円環状磁性板部材３ｂの中心とを一致させることは、円環状磁性板部材の幅ｗが長く、円環状磁性板部材間距離ｄが狭いときに比べ、その影響がより大きくなる。つまり、円環状磁性板部材３ａ同士の中点と円環状磁性板部材３ｂの中心が一致させることは、磁性材料のコストや重量を図る上で極めて有効な手段である。
【００１６】
第１磁気シールド１、第２磁気シールド２を覆う共通の蓋６は、蓋部円板磁性板７を蓋部支持体８に張り付けた構成となっており、板厚方向に対する外乱磁界を減衰することが可能となる。また、蓋部円板磁性板７が傷つかないようにするために、蓋部支持体８の外径は蓋部円板磁性板７より大きく、蓋部円板磁性板７が外に剥き出しにならない構成である。また、磁極の生成を抑制するために、円環状磁性板部材３と蓋部円板磁性板７は非接触となるようにスペーサなどが間に設けられていることを特徴としている。
【００１７】
第１磁気シールド１と第２シールド２は独立した構成かつ中心軸が同一軸上であるため、磁気センサの位置を固定し、第１磁気シールド１のみを回転させることにより、概ねの磁気シールド装置内の磁極を測定することが可能である。
【００１８】
本発明における磁性体は、パーマロイ、電磁鋼板、Ｆｅ，Ｃｏ系のアモルファス合金等の低保磁力で高透磁率な磁性材料が望ましく、本実施形態ではパーマロイを使用している。本発明におけるガイドピン５、蓋部支持体８に関しては非磁性体の材料が望ましく、本形態ではアルミニウムを使用している。
【００１９】
次に、本実施形態に係る磁気シールド装置を用いた場合の、外部磁界の減衰率の測定結果について説明する。
【００２０】
本発明における磁気シールド装置内部の磁界の大きさはシールド装置を所定の角度(６０°)で回したときの振幅の大きさから算出する。このときの振幅の大きさは測定ポイント６か所における最大磁界から最小磁界を引いたものを２で割った値である。
【００２１】
また、本発明における減衰率の測定には、磁気シールド装置内部に配置した磁気センサを用いて評価を行っている。磁気センサの出力から磁気シールド内部の磁界を換算し、磁気シールド装置を用いたときの内部磁界の値を、磁気シールドを用いないときの内部磁界で割ったものとする。
【００２２】
上記測定時における各条件としては、円環状磁性板部材として４５パーマロイを用い、第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔを２ｍｍ、円環状磁性板部材間距離ｄを２ｍｍ、円環状磁性板部材の厚みを０．５ｍｍ、円環状磁性板部材の幅ｗを２０ｍｍ、第1磁気シールドの円環状磁性板部材の枚数を３１枚、第２磁気シールドの円環状磁性板部材の枚数を３６枚とした。
【００２３】
図３に磁気シールドを用いないときの磁界、１重構造の磁気シールドを用いたときの内部磁界、２重構造の磁気シールド装置を用いたときの内部磁界の計測結果を示す。まず、図３（ａ）には、磁気シールドを用いないときの内部磁界と２重構造の磁気シールドを用いたときの内部磁界の計測結果とを示している。これにより、磁気シールドなしの場合には、角度を６０度ずつ変えた場合の磁場の強さが、概ね正弦波カーブに従っていることから、円環状磁性板部材の幅方向の特定の方向を向いた磁場が存在していることが分かる。一方、２重構造の磁気シールドを用いたことで、磁気シールド装置内における円環状磁性板部材の幅方向の外乱磁界は大幅に減衰することが確認された。
【００２４】
また、図３（ｂ）には、１重構造の磁気シールドを用いたときの内部磁界の計測結果と２重構造の磁気シールドを用いたときの内部磁界の計測結果とを示している。１重構造の磁気シールドとは、本実施形態の中で上述した第１磁気シールド１に蓋６を被せた構成である。これらにより、１重構造の磁気シールド構造体を用いることで、磁気シールド装置内部の磁界が外乱磁界の１/８１（約３１３ｎＴ）まで減衰し、２重構造の磁気シールド装置を用いることにより、磁気シールド装置内部の磁界が外乱磁界の１/６０９（約４２ｎＴ）まで減衰することが確認できた。すなわち、本形態で説明した２重構造の磁気シールドを用いることより減衰率１/３００以上を達成することができた。
【００２５】
円環状磁性板部材間距離ｄが広いときに関しては、円環状磁性板部材間距離ｄを狭めることにより、減衰率を大きく向上することができるが、円環状磁性板部材間距離ｄが狭いときに関しては、円環状磁性板部材同士が磁気結合を引き起こすため、減衰率の向上がほとんど見られなくなる。減衰率と円環状磁性板部材間距離ｄの関係をグラフ化すると、図４のような指数関数的な特性を示す。
【００２６】
また、第２磁気シールド２から漏れ出した磁束を第１磁気シールド１により効果的に迂回させるためには、第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔをある一定の距離以上設けることが望ましく、図５を用いて説明する。
【００２７】
円環状磁性板部材として４５パーマロイを用い、円環状磁性板部材間距離ｄを２ｍｍ、円環状磁性板部材幅ｗを２０ｍｍ、第1磁気シールドの円環状磁性板部材の枚数を２２枚、第２磁気シールドの円環状磁性板部材の枚数を２７枚としたときのシミュレーション結果を例として図５に示す。
【００２８】
第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔを広げることにより、減衰率が向上するものの、ある一定の距離以上になると、第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔを離すことによる減衰率の向上がほとんど見られなくなる。つまり、第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔには適切な値があり、減衰率、磁性材料のコストを考慮して第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離ｔを決定することが望ましい。本実施形態においては、図５に示すように、距離ｔを１０ｍｍ程度にすることで、磁気シールド装置の外形を大きくし過ぎることなく、好適な減衰率を達成できている。
【００２９】
また、迂回効率を向上させる案として、円環状磁性板部材の枚数を増やす、円環状磁性板部材同士の間隔を狭くする、円環状磁性板部材の幅、板厚を大きくする、シールドを３重構造以上にする、高透磁率材料を用いる、磁気シールド装置の外周に磁性板部材を巻く等が挙げられる。
【００３０】
また、磁気シールド装置の円環状磁性板部材３の板厚方向に円環状磁性板部材を積層させることにより、板厚方向における外部磁界の減衰率を幅方向における外部磁界の減衰率と同等まで向上させることが可能となる。
【００３１】
（ゼロ磁場下における磁気センサの出力）
ゼロ磁場下における磁気センサの出力においては、磁気シールド装置内部に取り付けられている磁気センサを所定の角度で回し、各センサの出力の平均値を測定することで、ゼロ磁場下における磁気センサの出力が特定できる。
【００３２】
図６には複数の磁気センサを所定の角度で回転させて配置したときの配置図の例であり、６つの磁気センサ２０〜２５を６０°ずつ回転させて配置したものを示している。（式１）は磁気センサをＶ１から６０°ずつ回転させたときの各ポジションにおける磁気センサ出力の大きさを示している。このとき、Ｖ１を初期状態での磁気センサ出力とし、Ｖ０をゼロ磁場下における磁気センサ出力、ＢＨを磁気シールド内に発生している磁界とする。（式２）に示すように、Ｖ１からＶ６の６ポジションにおける値を平均することによりゼロ磁場下における磁気センサの出力Ｖ０を求めることができる。
【数１】
2019220540.tif 000003
【数２】
2019220540.tif 000004
【００３３】
また、各ポジションにおける外部磁場の大きさを平均してゼロ磁場の特定を行う際には、磁気シールド装置内部に取り付けられている磁気センサを１８０°/ｎ（ｎ：２以上の自然数）ずつ回転させることが条件として挙げられる。
【００３４】
本発明は、以上説明した実施形態に限られず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１    第１磁気シールド
２    第２磁気シールド
３（３ａ、３ｂ）  円環状磁性板部材
４（４ａ、４ｂ）  磁気シールド底面部円板磁性体
５（５ａ、５ｂ）  ガイドピン
６    蓋
７    蓋部円板磁性体
８    蓋部支持体
ｄ    円環状磁性板部材間距離
ｔ    第１磁気シールドと第２磁気シールド間の距離
ｗ    円環状磁性板部材幅
【図１】
2019220540.tif 000005
【図２】
2019220540.tif 000006
【図３】
2019220540.tif 000007
【図４】
2019220540.tif 000008
【図５】
2019220540.tif 000009
【図６】
2019220540.tif 000010