(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気力を発生する磁場発生手段の磁場内において、第一の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
該第一の位置に該磁気検出手段を移動させる第一の移動手段と、
該第一の位置を起点とした第二の位置での移動距離間を該磁気検出手段が移動でき、該磁気検出手段と一体化した微小距離移動体と、
該移動距離の両端面部で該微小距離移動体の移動距離を、機械的に可変可能な距離で拘束する拘束手段との間に形成する微小移動距離内の空隙と、
該移動距離の間で該磁気検出手段を移動させる第二の移動手段と、
を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
【請求項２】
磁気力を発生する磁場発生手段の磁場内において、第一の位置での磁気特性を測定する磁気力測定装置において、少なくとも、該第一の位置で磁気密度を測定する磁気検出手段と、
該第一の位置に該磁気検出手段を移動させる第一の移動手段と、
該第一の位置を起点とした第二の位置での移動距離間を該磁気検出手段が移動でき、該磁気検出手段と一体化した微小距離移動体と、
該移動距離の両端面部で該微小距離移動体の移動距離を、構造的に固定された距離で拘束する拘束手段との間に形成する微小移動距離内の空隙と、
該移動距離の間で該磁気検出手段を移動させる第二の移動手段と、
を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。
【請求項３】
前記第二の移動手段が距離測定手段を有し、前記空隙を該距離測定手段で測定して可変的に設定すること、
を特徴とする請求項１記載の磁気力測定装置。
【請求項４】
前記第二の移動手段が、
少なくとも流体差圧で伸縮変形する伸縮手段と、
該伸縮手段の一部に一体化され前記空隙を移動する支持体とで構成され、
該支持体の一部に前記磁気検出手段を固定支持した
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力測定装置。
【請求項５】
前記支持体が前記空隙を移動して、前記支持体が前記空隙を構成する構成体の一部と接触し、この接触で前記支持体と該構成体が電気的に導通し、その電気信号を信号処理手段に送信する配線を備えたことを特徴とする請求項４記載の磁気力測定装置。
【請求項６】
少なくとも、前記第一の移動手段もしくは前記第二の移動手段の一部が、前記磁場発生手段の一部に接触して支持されたことを特徴とする請求項１記載の磁気力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場中において磁性細胞等の磁性物質を誘導する際に関し、例えば、磁性物質に物理的磁気力を与える際に、作用する磁気特性を精度よく測定できる安価な磁気力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速な進展を示す再生医療分野において、膝関節の軟骨や骨の再生医療で研究が進められている、核磁気共鳴画像装置用造影剤を磁性微粒子として取り込ませた間葉系幹細胞（以下磁性幹細胞と称す）の外部誘導手段として、強磁気力を提供できる磁場発生手段の例えば超電導バルク磁石の適用が、臨床応用を目標に積極的に進められている。
【０００３】
現状の再生試験では、超電導バルク磁石の磁界内で、前記磁性幹細胞の注入部位や誘導先への細胞の軌跡を、内視鏡を使用しながら確認して行っている。しかし、多数のデータを整理する場合、両部位における磁気力の重要なファクターの一つである磁気力係数を定量的に把握し、治療効果を比較検討することが重要である。
【０００４】
一方、超電導磁気浮上列車に搭載される超電導磁石は大型で高磁場を発生させるため、車両の超電導磁石周りの保守点検等を行う際、磁気力を定量的に把握し、携帯するスパナや磁気カード等の磁性物質等の磁気吸引力や磁気メモリーの破壊に対する、安全予防を行うことが重要である。
【０００５】
ここで、磁気力を測定するために必要な磁束密度Bを計測する磁気検出手段としては、一般的にホール素子やSQUID素子等がある。ホール素子は、常温で使用できる。
【０００６】
磁気力Fm [N]の計算式を（１）式に示す。体積がV [m3]の磁性微粒子が置かれた空間の磁束密度をB[T]とすると、磁気力Fmは、磁束密度Bと磁気勾配ΔBの積の磁気力係数fm [T2/m]に比例する。ここで，χは磁化率[-]，μ0は真空透磁率[N/A2]である。
Fm = V・χ・B・ΔB/μ0
= V・χ・fm /μ0  ・・・・・・・・・・・（１）
【０００７】
したがって、微小移動距離δL（m）離れた位置a、位置bでの磁束密度Ba（T）およびBb（T）を測定すれば、両磁束密度差（Ba- Bb）をδLで除して位置a、位置bの２点間の磁気勾配ΔBab＝（Ba- Bb）/δL（T2/m）を計算でき、位置a、位置bの平均磁束密度Bab＝（Ba+ Bb）/２（T）を計算し、磁気力係数fm ＝Bab×ΔBabを算出できる。ここで、磁性微粒子の物理的特性が明らかであれば磁気力Fmを（１）式により、計算して求めることができる。すなわち、磁気力係数fm は磁気力Fmの大きさを決める重要なファクターである。
【０００８】
従来、測定位置前後での磁束密度Bの測定は、１個の磁気測定用のホール素子を圧電アクチエータに組み込み、微小移動距離δLの数十μmから数百μmを短時間にトラバースし、少なくとも２点の測定位置で磁束密度Bを測定し、その測定結果より測定位置での磁気勾配ΔBを測定、算出する装置が特許公開２０１３-１９５１７２に開示されている。
【０００９】
しかし、上記装置で磁気勾配ΔBを求めるのに使用する圧電アクチエータ本体はトラバースの距離を確保するため多数の高価なピエゾ素子を積層する必要があり、かなり高価となり、かつ圧電アクチエータ駆動直流電圧が150Vと高く、その駆動ドライバーも高価であり、安価な装置とならない問題があった。
【００１０】
また、磁場中で前記磁性細胞の注入部位や誘導先である特定部位を定めるための、磁気検出手段の固定支持構造が明記されておらず、磁気検出手段を保持する手の手振れ等による、前記特定部位での測定精度が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許公開２０１３-１９５１７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、短時間に作動できる安価な磁気検出手段用の移動手段を有し、かつ磁気検出手段の固定支持構造を有した、安価で、高精度な磁気力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、磁場中の測定位置である第一の位置aに磁気検出手段である磁気センサーを移動させる第一の移動手段であるトラバーサーとして、長い距離の位置決めに長尺測長器のノギスと同様な構造により、人手の力によって例えば0.05 mmの精度で部位を設定し、また、第一の位置ａと第二の位置ｂでの磁束密度Ｂを測定する２点間の微小移動距離δLを、距離測定手段の微小寸法測定器とて使用されるマイクロメータと同様な構造により、所定の微小移動距離δLの空隙間隔に設定し、この設定区間で前記磁気センサーを機械的、例えば空気圧による流体圧力で短時間に往復移動させる伸縮手段であるベロー体で構成した第二の移動手段である微小移動手段と、これらの構成要素を一体化し、この一体化された磁気センサーを収納したアクチエータを、前記トラバーサーを介して、例えば磁石表面に接触させて固定支持する。
【００１４】
このように、本発明によれば、前記トラバーサーにより磁石表面から磁気センサーまでの距離を、例えば磁石表面に垂直なｚ軸上の第一の位置aである、Za＝Lz＝50.0 mmの位置決めを行い、この位置aから例えば数十μmのδLz離れた第二の位置bである、Zb＝（50.0 mm +δLz）を、前記マイクロメータで機械的に設定し、この区間をバネ圧で、例えば磁石方向に弾性支持される微小移動手段の構成要素の１つである移動支持体の磁石側端に、前記磁気センサーを固定し、前記微小移動手段であるアクチエータで磁石から離れる方向に、短時間で機械的にδLzだけ正確に移動させ、位置a 、位置b であるZa，Zb点での磁束密度を測定する。
【発明の効果】
【００１５】
前記測定結果から、磁気力特性項目である磁気勾配ΔB，磁気力係数fm の磁気力特性を演算し、前記磁気力特性項目毎に、表示手段のデジタル表示器に表示する。ここで、磁気測定に必要な電気信号および磁束密度に応じた電気信号を入出力する信号処理手段、磁気力特性を演算するために必要な既知数値を入力する入力手段と演算プログラムを備えた電子演算素子と、その結果をデジタル表示する表示手段と、微小移動手段の作動を制御する制御プログラムを備えた運転制御器、および以上の電子機器の構成物を電気駆動する電源器で装置を構成できる。
【００１６】
また、磁気センサーを間接的に磁石表面からトラバーサーやアクチエータで支持することで、磁気センサーを支える人手で支持する場合においても、手ぶれを大幅に防ぐことができる。したがって、本発明によれば、安価で、高精度な磁気力測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による磁気力測定装置の実施例１の、磁気力測定装置の構造、構成を示す図である。
【図２】実施例１の磁気センサーのアクチエータの構造を示す図である。
【図３】実施例１の磁気センサーの微小移動体周りの構造を示す拡大図である。
【図４】本発明による磁気力測定装置の実施例２で用いる、磁気センサーの移動ホルダーの構造を示す拡大図である。
【図５】実施例２の移動ホルダーを内蔵するアクチエータの構造を示す図である。
【図６】本発明による磁気力測定装置の実施例３の磁気センサーの３軸移動ホルダーの構造を示す拡大図である。
【図７】実施例３の３軸移動ホルダーを内蔵するアクチエータの構造を示す図である。
【図８】本発明による磁気力測定装置の実施例４の磁気センサーの３軸移動ホルダーの構造を示す拡大図である。
【図９】実施例４の磁気センサーの３軸移動ホルダーの外観を示す構造図である。
【図１０】実施例４の３軸移動ホルダーを内蔵するアクチエータの構造を示す図である。
【図１１】発明による磁気力測定装置の実施例５で使用する、移動ホルダーの構造を示す。
【図１２】発明による磁気力測定装置の実施例６で使用する、移動ホルダーの構造を示す。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
図１は、本発明による磁気力測定装置１の実施例１の磁気力測定装置の構造、構成を示す図であり、図２は図１の磁気センサーのトラバーサーの構造を示す拡大図で、図３は磁気センサーを微小移動距離だけ移動させるアクチエータの構造を示す拡大図である。
【００１９】
磁気力測定装置１は、以下の構成品で構成される。すなわち、図２および図３に示すように、例えばホール素子の磁気センサー２は、微小移動距離δLzを移動する非磁性物質の例えば銅製の底付円筒駒状の微小距離移動体３の底面部に設置され、前記微小距離移動体３は、図中上下方向の端部に鍔４、５を有し、非磁性金属製や電気絶縁体のプラスチック製の支持アーム６の孔７内を図中上下に移動するように設置され、微小距離移動体３は上下端の鍔４、５が支持アーム６に接触する間の例えば数mmの距離を最大として往復移動できる。
【００２０】
微小移動距離δLzの設定は、マイクロメータ８でμmの精度で行う。最初に、ダイヤル９の回転で図中上下方向に無回転機構により無回転で移動するヘッド１０を、まず図中下方まで下げ、下端位置にある微小距離移動体３の内孔１１の上端に接触させて、測長の０点設定を行う。
【００２１】
微小距離移動体３上部にはアクチエータ１００を構成する伸縮手段である例えば非磁性の真鍮製のベロー円筒体１２が冶金的に、もしくは接着剤等で気密一体化されている。
【００２２】
なお、前記ヘッド１０の下端付近には、例えばプラスチック製の円筒状の電気絶縁筒１３を介して、円盤状の鍔１４が例えば接着剤等で気密一体化され、測長の０点設定を行う前の状態では、ベロー円筒体１２の内部が大気圧であり、前記微小距離移動体３の鍔４は弱い力で下方向に非磁性のコイルバネ１５で押し付けられており、前記微小距離移動体３の鍔４と支持アーム６が接し、下方への移動が制限されている。
【００２３】
測長の０点設定後に、マイクロメータ８のダイヤル９を回してヘッド１０を上方に移動させ、図のように所定のδLzを例えば99μmに設定する。所定のδLz値は、マイクロメータ８のデジタル表示窓１６に表示される。
【００２４】
真空ポンプ等で負圧にされる負圧配管１７がノズル１８に気密一体化され、鍔１４の孔１９を通じて、ベロー円筒体１２内を負圧にする。
【００２５】
ベロー円筒体１２内部が負圧になると、ベロー円筒体１２は外部の大気圧により圧縮外力が作用し、コイルバネ１５の弾性力に比べて大きな力が作用して縮み、端部に一体化された前記微小距離移動体３を、上端部がヘッド１０の先端に接するまでの微小移動距離δLzだけ移動する。
【００２６】
以上の構成要素は、図中の下方が例えば大気解放されているケース２０内に収納され、マイクロメータ８は容器内に固定されている。
【００２７】
図１に示すように、アクチエータ１００は、磁気力を測定する磁石２１の表面上の磁場空間内に設置されるように、磁石２１の表面上に面上を移動可能に接触させたトラバーサー２２に、側面が嵌合して図中に示す破線矢印方向に摺動するように挿入され、側面の一面は開放されている。
【００２８】
トラバーサー２２は汎用ノギスのように、軸２３の周りを回転し送り機構を有するダイヤル２４を回すことでアクチエータ１００は図中上下方向に移動し、その移動距離は例えば精度約0.05 mmで移動距離を設定でき、その値はデジタル値として表示器２５の表示窓２６に表示される。
【００２９】
磁石表面から上方に所定の距離Lz移動させる場合、まずアクチエータ１００を下限までダイヤル２４で移動させ、アクチエータ１００の下面が磁石２１の表面に接触させたのち０点設定を行い、その後、所定のLz例えば50 ｍｍだけ表示窓２６で確認しながら移動させる。距離Ｌｚを設定後、設定値が変わらないようにねじ込み式のストッパー２７で固定する。
【００３０】
また、図１において、制御器１０１は、磁気センサー２への駆動電圧、測定電圧を送受信する配線２８、前記配線２８と結線した磁気センサー駆動機能、データ記録機能、磁気物性演算機能、演算結果をデジタル表示器に表示させる表示機能およびアクチエータ１００の作動機能をコントロールする測定制御器２９、前記測定制御器２９に外部電源（図示せず）から給電する電源配線３０を構成品として内蔵している。前記配線２８は微小距離移動体３の孔４５内を貫通し、その端部は接着剤等で気密一体化に封じられている。
【００３１】
さらに、制御器１０１は、負圧配管１７に連通した電磁弁３１の作動制御を行う配線３２と、大気開放弁の電磁弁３３、前記電磁弁３３の作動制御を行う配線３４と、負圧を発生させる真空ポンプ３５、前記真空ポンプ３５を駆動させる電源配線３６と、負圧を保持するタンク３７を内蔵し、測定制御器２９から制御信号配線３８が結線されたアクチエータ制御器３９と前記アクチエータ制御器３９には、前記外部電源から給電する電源配線４０が接続されている。
【００３２】
ここで制御器１０１を構成する電磁弁や真空ポンプは、例えば安価な家庭用の汎用の血圧測定器の構成部品の電磁弁やその制御機構、また、食料品保存の真空パック用の安価な家庭用の汎用の真空ポンプが適用できるので、制御器１０１を安価で製造できる。
【００３３】
磁気力測定装置１による測定の開始は、制御器１０１のスイッチ４１を入りにすることで行い、配線４２でその信号が測定制御器２９に送信され、アクチエータ制御器３９の制御で真空ポンプ３５が作動し、タンク３７内が負圧となる。ここで、微小距離移動体３が移動する前の第一の位置aにおいて磁気センサーで磁束密度Baを測定し、測定制御器２９内の記憶素子（図示せず）にその値を記憶する。ここで、微小距離移動体３の底部の厚さをtとすると、位置aの磁石２１の方面からの距離は（Lz＋t）となる。この状態では、測定制御器２９からの制御信号で電磁弁３３が開、電磁弁３１が閉である。ここで、厚さtは例えば0.3 mm程度であり、できる限り薄くしている。
【００３４】
位置aでの測定が終了すると、測定制御器２９からの制御信号で電磁弁３３が閉じ、電磁弁３１が開となる。これにより、ベロー円筒体１２に連通した負圧配管１７内が負圧となり、連通したベロー円筒体１２内が負圧になる。これによって、ベロー円筒体１２の外側の大気圧との圧力差でコイルバネ１５の弾性に反してベロー円筒体１２が収縮し、微小距離移動体３が図中上方に移動する。
【００３５】
微小距離移動体３が設定された微小移動距離δLz移動し、ヘッド１０の先端が微小距離移動体３に接すると、図３に示すように、ヘッド1０に、先端がハンダ付で電気的に導通した配線４３と、微小距離移動体３の鍔４の側面に、先端がハンダ付で電気的に導通した配線４４の両者が電気的に導通したことを配線４３と配線４４を束ねた配線４６を通じて測定制御器２９で判定し、この移動完了の判定により、第一の位置aから設定微小移動距離δLz移動した第二のｂ位置での磁束密度Bbを、測定制御器２９からの操作により磁気センサー２で測定し、測定制御器２９内にその値を記憶する。
【００３６】
磁束密度Bb測定後は、電磁弁３１を閉じ、大気に開放された電磁弁３３を開き、ベロー円筒体１２内を負圧から大気圧にして、コイルバネ１５の弾性により微小距離移動体３が下方移動し、位置aに戻る。この一連の測定を測定制御器２９に予め設定された測定回数分実施し、磁束密度Ba、Bbの平均値を測定制御器２９内の演算素子（図示せず）で算出し、その値を記憶する。測定が終了すると、真空ポンプ３５を停止する制御を行う。
【００３７】
ここで、金属製のヘッド１０において、配線４３の取付け部より先端側と反対部、すなわち図中上方箇所に電気絶縁体４７を設けることにより、位置bにおける配線４３と微小距離移動体３の鍔４が電気的に導通させる際に、微小距離移動体３とアーム６との想定外の接触による導通による誤作動を回避し、正確な磁束密度Bbの測定ができる。
【００３８】
測定制御器２９により、微小移動距離δLz離れた位置a、位置bでの平均磁束密度BaおよびBbから、両磁束密度差（Ba- Bb）をδLzで除して位置a、位置bの２点間の磁気勾配ΔBab＝（Ba- Bb）/δLzを計算でき、a点、b点の平均磁束密度Bab＝（Ba+ Bb）/２を計算し、磁気力係数fm ＝Bab×ΔBabを算出し、それぞれの値を測定制御器２９内の記憶素子（図示せず）に記憶保存する。
【００３９】
演算された平均磁束密度Bab、磁気勾配ΔBabおよび磁気力係数fm の数値は配線４８で出力値を送信され、アクチエータ１００の表面の電子デジタル表示素子４９，５０，５１に表示される。表示窓５２には、マイクロメータ８のデジタル表示窓１６に表示されたδLzの値が透明の窓から透視できる。
【００４０】
以上、本実施例によれば、磁石２１の表面からトラバーサー２２を介して間接的に支持されたアクチエータ１００内に磁気センサー２を内蔵させ、アクチエータ１００内の磁気センサー２の位置をトラバーサー２２によりmm単位で設定した磁気特性測定位置に移動、固定でき、そののちアクチエータ１００内のマイクロメータ８により、μm単位で正確に微小移動距離を設定し、磁気センサーを微小移動距離δLzだけ空気圧を利用して往復移動できるので、かつ高価なピエゾ素子を使用した圧電アクチエータや高価な圧電アクチエータ駆動ドライバーを使用しないので、製造コストが安価で高精度の磁気力測定装置を提供できる効果がある。
【００４１】
また、本実施例では、微小移動距離δLzをマイクロメータ８で容易に可変できるので、例えば磁気勾配が非常に大きい磁石２１表面近傍の磁場空間での測定では微小移動距離δLzを小さくして、平均磁束密度の精度を高くでき、逆に例えば磁気勾配が非常に小さい磁石２１表面から遠い磁場空間では微小移動距離δLzを大きくして、平均磁束密度の計測精度を上げて磁気勾配の精度を高くできるので、更に高精度の磁気力測定装置を提供できる効果がある。
【００４２】
また、トラバーサー２２およびアクチエータ１００を磁石表面から支持できるので、手振れ等による磁気センサー２の振れが無く、磁気特性の測定精度が向上し、高精度な磁気力測定装置を提供することができる効果がある。
【００４３】
また、設定された微小移動距離δLzの移動位置を、磁気センサーを固定した微小距離移動体３と、微小移動距離δLzを設定した前記マイクロメータ８のヘッド１０との接触を両者間の電気的接触導通で検知できるので、正確な微小移動距離δLz離れた位置において磁気センサーで測定ができ、さらに精度が向上した磁気力測定装置を提供することができる効果がある。
【００４４】
また、金属製のヘッド１０において、前記した両者間の電気的接触導通用の配線４３の取付け部よりヘッド１０の先端側と反対部に電気絶縁体４７を設けることにより、より正確な微小移動距離δLz離れた位置を検出できるので、さらに精度が向上した磁気力測定装置を提供することができる効果がある。
【００４５】
また、本実施例では、トラバーサー２２およびアクチエータ１００と、制御器１０１を離した構造で説明したが、トラバーサー２２およびアクチエータ１００と、制御器１０１を一体化し、外部電源の代わりに制御器１０１内に充電可能なバッテリーを用いて、持ち運び可能な携帯型の磁気力測定装置にしても、同様な効果が生じる。
【００４６】
なお、本実施例ではベロー円筒体１２が伸びる方向のコイルバネ１５の弾性力を利用したが、コイルバネ１５の両端部を鍔１４と鍔４に接着剤等で一体化し、コイルバネ１５の縮む弾性力によりベロー円筒体１２を縮ませ、逆に伸ばす際には、真空ポンプ３５の代わりにベロー円筒体１２内を大気圧より高い圧力にする加圧ポンプを使用し、この加圧力でベロー円筒体１２が伸びて微小距離移動体３を微小移動距離δLz往復移動させる構造によっても、同様な効果が生じる。
【００４７】
また、本実施例では微小距離移動体３のベロー円筒体１２は真鍮製の金属ベローで製作されたもので説明したが、４フッ化エチレン樹脂やポリテトラフルオロエチレン等のプラスチック製の底付ベロー体であっても同様な効果が生じる。
【００４８】
さらに、本実施例では、磁気センサー２で測定した結果から演算した磁束密度B，磁気勾配ΔBを磁気力係数fm の磁気特性を、磁気センサーを内蔵したアクチエータ１００の表面にデジタル表示できるので、磁石２１表面の上の磁場空間において、トラバーサー２２で長尺距離Lzを設定し、距離Lzで磁石２１の表面と平行な面内における磁気力係数fm をアクチエータ１００でδLz移動、測定しながら、トラバーサー２２を移動して種々の位置で探査できるので、最大の磁気力係数fmを示す位置を、容易に探査することができる効果がある。
【００４９】
（実施例２）
図４、図５は、本発明による磁気力測定装置１の実施例２の磁気力測定装置の構造、構成を示す図であり、図４は図５のアクチエータの移動ホルダー５３の構造拡大図で、図５は移動ホルダー５３を内蔵するアクチエータ１０３の構造図を示す。
【００５０】
図４が図３と異なる点は、例えば非磁性金属で作られた円柱状のストッパー５４を、微小移動距離δLzの空隙を確保してδLzを設定し、接剤等で電気絶縁筒１３にストッパー５４を固定気密一体化した移動ホルダー５３の構造にあり、δLzを固定値としている。また、微小距離移動体５５の鍔５６の下部に溝５７を設け、この溝内に磁気センサー２を配置している。ここで、δLzを確保する方法が厚さδLzの板状スペーサ（図示せず）を微小距離移動体５５とストッパー５４の間に挟み、接着剤が硬化したのち板状スペーサを取り去って、空隙δLzを確保する方法でも良い。
【００５１】
また、図４における微小距離移動体５５の図中上下移動の下限値はストッパー５８で拘束され、構成要素品はケース５９内に収納されている。ベロー円筒体１２の上下端はそれぞれケース５９の内壁および微小距離移動体５５の上部と非磁性の接着剤等で気密一体化され、外部からベロー円筒体１２の内部空気を負圧にする負圧配管１７がノズル６０に気密一体化され、ケース５９の孔６１を通じて、ベロー円筒体１２内を負圧にすることができる。ここで、ストッパー５８はケース５９の内周に嵌合し、接着剤等で一体化されるが気密構造では無く、ケース５９内部は大気圧の外空間に導通している。
【００５２】
また、ストッパー５４の上端面には、配線６２がハンダ等で電気導通して接続され、微小距離移動体５５の鍔５６にハンダ等で電気導通して配線６３が接続され、微小距離移動体５５が図中上部に微小移動距離δLz移動し、ストッパー５４と微小距離移動体５５が接触した際に両配線が電気導通した信号を発生し、配線６２と配線６３を束ねた図５中の配線６４を介して測定制御器２９（図４、図５に示さず）で判定し、微小移動距離δＬｚ移動した位置bでの磁束密度Bbを、測定制御器２９からの操作により磁気センサー２で測定し、測定制御器２９内にその値を記憶する。
【００５３】
ベロー円筒体１２内が大気圧である場合、磁気センサー２が微小距離移動体５５上部の鍔６５をコイルバネ１５の弾性力により図中下方に押し付けられることで、磁気センサー２は微小移動距離δLz移動前の位置aにある。
【００５４】
アクチエータ１０3では、前述と同様に、演算された平均磁束密度Bab、磁気勾配ΔBabおよび磁気力係数fm の数値は、配線４８で出力値を送信され、アクチエータ１０３の表面の電子デジタル表示素子４９，５０，５１に表示される。
【００５５】
移動ホルダー５３はケース６６の内壁に取付け治具６７に固定支持され、移動ホルダー５３は種々のδLzに設定された専用の移動ホルダーと交換できる構造である。この際、磁気センサー２を着脱して流用することができる。
【００５６】
アクチエータ１０３のトラバーサー２２（図示せず）への装着方法や、磁石表面からの距離Lzの設定、移動させる方法は、実施例１の場合と同一である。
【００５７】
本実施例では、微小移動距離δLzを自在に調整できないが、所定の微小移動距離δLzを、円柱状のストッパー５４を微小距離移動体５５とδLz離して接着剤等で固定することで確保できるので、製造コストを大幅に低減でき、さらに安価な磁気力測定装置を提供することができる効果がある。
【００５８】
（実施例３）
図６、図７は、本発明による磁気力測定装置１の実施例３の磁気力測定装置の構造、構成を示す図であり、図６は３軸磁気センサーの３軸移動ホルダー６８の構造拡大図で、図７は３軸移動ホルダー６８を内蔵するアクチエータ１０４の構造図を示す。
【００５９】
図６および図７が図４、図５と異なる点は、１軸方向に移動させる移動ホルダー５３を図中の３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に３個の移動ホルダー５３ｘ、５３ｙ、５３ｚを配置し、それぞれの移動ホルダーのケース５９ｘ、５９ｙ、５９ｚを複数の支持治具６９で相互に固定支持し、アクチエータ１０４の容器７０の内側に支持治具６９をネジやボルト等で着脱可能に固定支持し、それぞれの微小距離移動体５５の溝５７内に装着した磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚで３軸の磁気特性を測定する構造にある。さらに、アクチエータ１０４の表面に表示する磁気特性項目に関し、３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束密度B，磁気勾配ΔB，磁気力係数fm を表示させ、さらに３軸の磁気特性からそれらを合成した磁気力係数のベクトル値を算出し、その値とベクトル方向に対する３軸に対する角度成分θｘ、θｙ、θｚの演算値を表示する表示器を備えた構造にある。ここで、番号の沿字は３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向や成分を示す。
【００６０】
図６において、３軸移動ホルダー６８の３個の移動ホルダー５３ｘ、５３ｙ、５３ｚは、図４の移動ホルダー５３と同一の構造で、３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に３個の移動ホルダー５３ｘ、５３ｙ、５３ｚを配置し、負圧配管１７からそれぞれのベロー円筒体１２に負圧配管１７ｘ、１７ｙ、１７ｚを接続され、それぞれのベロー円筒体１２は負圧配管１７に連通している。図中移動ホルダー５３ｙと移動ホルダー５３ｚのケース５９ｙ、５９ｚは、支持治具６９とその接触部を非磁性の金属や接着剤やネジ、ボルト等で固定支持されている。また、同様に移動ホルダー５３ｘ（図示せず）と他の支持治具６９（図示せず）との接触部を一体化され、支持治具６９はアクチエータ１０４の容器７０の内壁に非磁性の金属や接着剤やネジ、ボルト等で着脱可能に固定支持されている。３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束密度Bx、By、Bzを検知する磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚを使用して、所定の位置で磁束密度を測定し、それぞれの測定結果を駆動電圧、測定電圧を送受信する配線群２８ｘ、２８ｙ、２８ｚおよびこれらを束ねた配線２８で信号を図７に示す線制御器１０１に送信する。
【００６１】
図７の測定開始ボタン４１が押されたのち、移動ホルダーが微小移動距離移動する前の状態では、測定制御器７１の制御により電磁弁３３が開き、電磁弁３1が閉じて負圧配管１７を通じてベロー円筒体１２内が大気圧となり、この状態において測定制御器７１の制御により３軸の磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚで磁束密度Bax、Bay、Bazを測定し、測定制御器７１内にその値を記憶する。また、測定開始の信号が配線４２で測定制御器７１に送信され、アクチエータ制御器３９の制御で真空ポンプ３５が作動し、タンク３７内が負圧となる。
【００６２】
次に、電磁弁３３を閉じ、電磁弁３1を開くことにより、負圧配管１７および負圧配管１７ｘ、１７ｙ、１７ｚを通じてベロー円筒体１２内が負圧となり、移動ホルダー５３ｘ、５３ｙ、５３ｚが３軸方向に、それぞれ微小移動距離δLｘ、δLｙ、δLｚ移動したのち、ストッパー５４と微小距離移動体５５の接触は、それぞれのストッパー５４の上端面にハンダ等で電気導通して接続された配線６２ｘ、６２ｙ、６２ｚと、それぞれの微小距離移動体５５の鍔にハンダ等で電気導通して接続された配線６３ｘ、６３ｙ、６３ｚの両配線が電気導通して信号を発生し、配線６２ｘ、６２ｙ、６２ｚと配線６３ｘ、６３ｙ、６３ｚを束ねた配線９９を通じて測定制御器７１に送信されて判定し、その判定により、それぞれ前記の３軸方向に微小移動距離移動した位置での磁束密度Bbx、Bby、Bbzを、測定制御器７１の制御により３軸の磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚで測定し、測定制御器７１内にその値を記憶する。
【００６３】
測定制御器７１により、微小移動距離δLx、δLy、δLz離れた３軸方向において実施例１と同様な演算方法で、位置a、位置bの２点での平均磁束密度BaおよびBb、磁気勾配ΔBabを計算し、位置a、位置bの平均磁束密度Babを計算して、磁気力係数fm ＝Bab×ΔBabを算出し、それぞれの値を測定制御器７１内の記憶素子（図示せず）に記憶保存する。
【００６４】
このようにして、測定制御器７１で演算された３軸方向の平均磁束密度Babx、Baby、Babz、磁気勾配ΔBabx、ΔBaby、ΔBabz、および磁気力係数fm x、fm y、fm zの計算値は、アクチエータ１０４に配線４８で出力値を送信され、デジタル表示器に平均磁束密度、磁気勾配および磁気力係数の各項目毎に、Ｘ軸に関してはデジタル表示器７２ｘ，７３ｘ，７４ｘに、Ｙ軸に関してはデジタル表示器７２ｙ，７３ｙ，７４ｙに、Ｚ軸に関してはデジタル表示器７２ｚ，７３ｚ，７４ｚにそれぞれの計算値が表示される。
【００６５】
さらに、前記計算値は３軸の各成分値を表示しているので、それらの値を使用して合成ベクトル値として、合成磁束密度Bc、合成磁気勾配ΔBcおよび合成fm cを通常の３次元ベクトル値計算方法で計算し、さらに合成ベクトルの３軸に対する角度θx、θy、θzおよび合成角度θcを通常の３次元ベクトル角度計算方法で計算し、その結果を配線４８でアクチエータ１０４に送信され、容器７０の表面のデジタル表示器７５，７６および７７に計算結果が表示され、角度θx、θy、θzおよび合成角度θc値は、デジタル表示器７８ｘ、７８ｙ、７８ｚおよび７８ｃに表示される。
【００６６】
さらに、測定制御器７１で画像表示処理され、その信号が配線４８でアクチエータ１０４に送信され、ＸＹＺ軸と合成ベクトル方向が図中の破線の矢印に示すように、液晶画面７９上に表示される。
【００６７】
本実施例では、３軸の磁気センサーで磁気力係数のベクトル値およびその作用方向を表示できるので、３次元の磁気力特性を定量的に得られ、さらに高精度の磁気誘導に関する特性を測定できる磁気力測定装置を提供することができる。
【００６８】
（実施例４）
図８、図９および図１０は、本発明による磁気力測定装置１の実施例４の磁気力測定装置の構造を示す図であり、図８は３軸磁気センサー素子８０を内蔵した３軸移動ホルダー８１の構造図、図９は３軸移動ホルダー８１を３軸磁気センサー素子８０の取付け側の下方から見た外観を示す構成図で、図１０は３軸移動ホルダー８１を内蔵するアクチエータ１０５の構造図を示す。
【００６９】
図８と図９が図６と異なる点は、図６中の３軸の磁気センサー２ｘ、２ｙ、２ｚの代わりに、これらの磁気センサーをまとめて小型一体化した３軸磁気センサー８０を使用し、３軸磁気センサー８０を下部に取り付けたＺ軸方向の移動ホルタ８２ｚのケース５９ｚと、Ｘ軸方向に移動し、磁気センサーを保持しない移動ホルダー８２ｘの微小距離移動体８６ｘの先端との接触部を、非磁性のハンダや接着剤やネジ、ボルト等で一体化して、移動ホルダー８２ｘで移動ホルタ８２ｚを支持する構造である。また、移動ホルダー８２ｘのケース５９ｘとＸ軸方向の断面形状がＬ字状の支持治具８５の一端との接触部を非磁性のハンダや接着剤やネジ、ボルト等で一体化し、さらに支持治具８５の他端と、Ｘ軸方向に移動し、磁気センサーを保持しない移動ホルダー８２ｘの微小距離移動体８６ｙの先端との接触部を、非磁性のハンダや接着剤やネジ、ボルト等で一体化して移動ホルダー８２ｙで移動ホルタ８２ｘを支持する構造である。
【００７０】
また、移動ホルダー８２ｙのケース５９ｙと支持治具８６との接触部を、非磁性のハンダや接着剤やネジ、ボルト等で一体化し、図１０に示すように、支持治具８６の一端をアクチエータ１０５の容器８７の内側にネジ、ボルト等で着脱可能に固定、配置し、３軸移動ホルダー８１を容器８７の内側から支持されている構造にある。
【００７１】
また、微小距離移動体８６ｘおよび８６ｙと、摺動可能に嵌合するストッパー５８ｘ（図示せず）の孔７ｘ（図示せず）、５８ｙの孔７ｙとの隙間は、例えば0.05 mmと狭く設定され、両者のガタを小さくしている。３軸磁気センサー８０の駆動電圧、測定電圧を送受信する配線８４は、３軸の磁気センサー分の配線群をまとめた配線である。また、番号の沿字は３軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向や成分を示す。
【００７２】
図８および図９において、３軸磁気センサー８０は１個のセンサー本体内に３軸の磁気センサーを内蔵するため、３軸の磁気センサー群を狭い領域内に収納でき３軸方向に、より近接した位置で３軸の磁気特性を測定し、移動ホルタ８２ｘ、８２ｙにより３軸磁気センサー８０をＸ軸方向およびＹ軸方向に所定の微小移動距離δLx、δLyだけ正確に移動でき、かつ、３軸磁気センサー８０をＺ軸方向に所定の微小移動距離δLzだけ正確に移動できるので、さらに３軸方向の近接した位置で、精度の高い磁気力測定装置を提供することができる。
【００７３】
また、高価なピエゾ素子の積層アクチエータを使用せずに、３軸磁気センサー８０を所定の微小移動距離だけ正確に３軸移動ホルダー８１で移動できるので、３軸磁気センサー８０の測定部位の領域を狭くでき、より精度の高い３次元の磁気力測定装置を提供することができる。
【００７４】
また、本実施例では、３軸磁気センサー８０は１個のセンサー内に３軸の磁気センサーを内蔵させた構造を示したが、汎用の安価な１軸センサーを３個Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に組み合わせた構造にしても、測定部位の領域はセンサーのサイズ分だけ増加するので測定部位の位置情報の精度は若干低下するが、更に安価な磁気力測定装置を提供することができる。
【００７５】
（実施例５）
図１１は、本発明による磁気力測定装置１の実施例５に使用する移動ホルダー８８の構造を示す。図１１が図４の移動ホルダー５３と異なる点は、ベロー円筒体１２の代わりに例えばゴム等の人工高分子化合物製の弾性のある化学合成材で製作された弾性チューブ８９を、さらにコイルバネ１５の代わりに太鼓状の例えばポリエチレンテレフラート製の弾性のある化学合成材で製作された弾性体９０を使用した構造にある。
【００７６】
弾性チューブ８９とケース９１と、および弾性チューブ８９と微小距離移動体５５の鍔６５との接触面は接着剤等で気密一体化されている。また、弾性体９０とケース９１と、および弾性体９０と鍔６５との接触面も接着剤等で一体化されている。弾性体９０の弾性力で鍔６５を図中下方向に押し下げている。弾性チューブ８９と弾性体９０の弾性力はそれぞれの材質や板厚等で、弾性体９０では、さらにスリット（図示せず）を設けて調整できる。
【００７７】
図１１において、負圧配管１７内が負圧になると、弾性チューブ８９内が負圧となり全体が縮み、弾性体９０の弾性力に反して微小距離移動体５５を図中上方向に押し上げて移動し、ストッパー５４に接触して所定の微小移動距離δLzだけ移動する。
【００７８】
微小移動距離δＬｚ移動前後における磁気特性の測定方法は前記方法と同様であり、本実施例によれば、伸縮手段のベロー円筒体１２の代わりに、ゴム等の非磁性の安価な汎用の人工高分子化合物製の弾性チューブ８９で構成でき、さらには非磁性のコイルバネの代わりに安価な汎用の化学合成材の弾性体９０で構成できるので、さらに低コストの磁気力測定装置を提供することができる。
【００７９】
また本実施例では、ベロー円筒体１２の代わり汎用の人工高分子化合物製の弾性チューブを用いた場合について説明したが、弾性チューブの代わりにゴム風船のような、弾性球体を用いても同様な効果がある。
【００８０】
（実施例６）
図１２は、本発明による磁気力測定装置１の実施例６に使用する移動ホルダー９２の構造を示す。図１２が図４の移動ホルダー５３と異なる点は、ストッパー５４を無くし、微小距離移動体５５の代わりに、非磁性の金属製の凸状の鍔９３と、これと嵌合する凹部を有した例えば非磁性のセラミック製やプラスチック製の微小距離移動体９４を設けた構造にある。前記凸状の鍔９３と凹部を有した微小距離移動体９４の嵌合部は、例えば接着剤やネジ締結で一体化されている。微小移動距離δLzは、非磁性金属製のストッパー５８と凸状の鍔９３の空隙で設定されている。また、ストッパー５８と非磁性金属製のケース９５は一部分ハンダ等で電気導通されており、配線６２はケース９５とハンダ等で電気導通されている。磁気センサー２は凸状の鍔９３の溝５７内に一体化されている。
【００８１】
図１２において、負圧配管１７内が負圧になると、ベロー円筒体１２内が負圧となり全体が縮み、コイルバネ１５の弾性力に反して微小距離移動体９４を図中上方向に押し上げて移動し、鍔９３がストッパー５８に接触して所定の微小移動距離δLzだけ移動する。微小移動距離δLzの移動は、前実施例の場合と同様に、ストッパー５８と鍔９３との接触による配線６２と配線６３の電気導通信号で検知する。
【００８２】
本実施例では、微小移動距離δLzの設定を大気開放側で隙間を確認しながら行えるので、移動ホルダー９２の製作コストを低減し、さらに低コストの磁気力測定装置を提供することができる。
【００８３】
以上の実施例では、磁気センサーとしてホール素子を用いた例で説明したが、ホール素子の代わりにSQUID素子や磁気抵抗素子、アモルファス・ワイヤを利用する磁気インピーダンス方式やコイルに磁束を通して誘導電流を検知するフラックス・ゲート方式のセンサーを用いても同様な効果がある。
【００８４】
以上の実施例では、磁場発生手段として超電導磁石を用いた場合について説明したが、磁場発生手段として常電導磁石や永久磁石用いても、同様な効果がある。
【００８５】
また、以上の実施例では、移動ホルダーの駆動手段の駆動系として空気圧を使用した場合について説明したが、駆動系として水圧や油圧等の液体加圧力を使用しても同様な効果が生じる。この場合、真空ポンプの代わりに、水圧ポンプや油圧ポンプを使用する
【００８６】
また、以上の実施例では、デジタル表示器をアクチエータ容器の表面に設置したが、デジタル表示器の一部もしくは全てを制御器容器の表面に設置しても同様な効果が生じる。
【００８７】
したがって、本発明によれば、長尺測長器と微小寸法測定器を組み合わせることで、磁石表面から磁気センサーまでの距離を例えば磁石表面に垂直なｚ軸の位置Lz＝50 mmの長尺の位置決めと、この位置から例えば数十μmのδLz離れた所定の微小移動距離の設定を行い、空気圧駆動により微小移動距離δLzだけ高い精度で移動して、微小移動距離移動前後の磁気特性を測定でき、その測定結果から磁気勾配ΔB，磁気力係数fm を演算し、その結果をデジタル表示できるので、安価で、高精度な磁気力測定装置を提供することができる。
【００８８】
さらに、本発明によれば、磁気センサーを磁石表面基準で間接的に固定支持できるので、磁気センサーを内蔵したアクチエータ部分を手で支持、固定しても手振れを最小限に抑えられるので、高精度な磁気力測定装置を提供することができる。
【００８９】
さらに、本発明によれば、磁気センサーで測定した結果から演算した磁束密度Ｂ，磁気勾配ΔＢを磁気力係数fm の磁気特性を、磁気センサーを内蔵したアクチエータ表面にデジタル表示できるので、磁石表面の上の磁場空間において、長尺測長器で長尺距離Lzを設定した面内における最大の磁気力係数の部位を、トラバーサーで磁石面上の任意の位置に移動させ、その後アクチエータでδLx、δLy、δLz移動させながら、容易に探査することができる効果がある。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・磁気力測定装置、２・・・磁気センサー、３・・・微小距離移動体、４・・・鍔、５・・・鍔、６・・・支持アーム、８・・・マイクロメータ、１０・・・ヘッド、１２・・・ベロー円筒体、１３・・・電気絶縁筒、１４・・・鍔、１５・・・コイルバネ、１６・・・デジタル表示窓、１７・・・負圧配管、２０、５９、９５・・・ケース、２１・・・磁石、２２・・・トラバーサー、２５・・・表示器、２６・・・表示窓、２７・・・ストッパー、２８・・・配線、２９・・・測定制御器、３０・・・電源配線、３５・・・真空ポンプ、３８・・・制御信号配線、３９・・・アクチエータ制御器、５３、８８、９２・・・移動ホルダー、５４、５８・・・ストッパー、５５、９４・・・微小距離移動体、５６・・・鍔、５７・・・溝、４８、６２、６３・・・配線、６６・・・ケース、６８、８１・・・３軸移動ホルダー、６９・・・支持治具、７０、８７・・・容器、７１・・・測定制御器、７５、７６、７７・・・デジタル表示器、７９・・・液晶画面、８０・・・３軸磁気センサー、８２・・・移動ホルダー、８３、８５・・・支持治具、８９・・・弾性チューブ、９０・・・弾性体、９３・・・凸状の鍔、１００、１０３、１０４、１０５・・・アクチエータ、１０１・・・制御器
【図１】
0006528017.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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