(57)【要約】【課題】  静磁場および高周波磁場の変動を高感度で検出し、特に高周波磁場の検出においては、渦電流損を小さく抑えることに加え、センサー部を外部擾乱の小さい任意の位置に配置できる磁気プローブおよび、磁気検出装置を提供する。【解決手段】  本発明は、軟磁性材料からなる絶縁微粒子を含み、一方向を長手方向とする長尺体形状を有することを特徴とする磁気プローブおよび、前記磁気プローブと磁気検出手段を含むことを特徴とする磁気検出装置である。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなる絶縁微粒子を含み、一方向を長手方向とする長尺体形状を有することを特徴とする磁気プローブ。
【請求項２】
前記絶縁微粒子が樹脂中に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気プローブ。
【請求項３】
前記微粒子は平均粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の磁気プローブ。
【請求項４】
前記微粒子は軟磁性材料に絶縁皮膜が施されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気プローブ。
【請求項５】
前記長尺体形状はアスペクト比が１５０以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気プローブ。
【請求項６】
全体が樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気プローブ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の磁気プローブと磁気検出手段を含むことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の磁気プローブを用い、該磁気プローブの一端を回転軸近傍に配置し、他端に磁気検出手段を設けたことを特徴とする回転体の回転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場中に置くと磁化しその磁場強度、変化を検知する磁気プローブとそれを用いた磁気検出装置に関するものであり、これら磁気プローブ、磁気検出装置は主として自動車の車輪回転位置検出に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車輪回転位置検出等に用いられる磁気検出装置は、外部の磁場変動をキャッチするピックアップコイル（プローブ部）とピックアップコイルの信号を出力する出力コイルとその信号を検知するセンサーから構成されている。
【０００３】
また上記のようにピックアップコイルではなく、磁場中に置くと磁化する磁性材を磁気プローブ部として用い磁場変化を検出する方法もある。そのような磁性材としては、鉄にけい素を混入したけい素鋼が周知である。このけい素鋼を用いた磁性材は形状の自由度に劣るという問題があった。
【０００４】
そこで別の磁性材として、樹脂中に磁性金属粉体を設けて磁界に配置される磁性材であって、前記磁性金属粉体は偏平形状に形成され、前記磁性金属粉体の長手方向を前記磁界の磁力線とほぼ平行に配向したことを特徴とする磁性材や、磁気センサーとしては、合成樹脂中に偏平形状軟磁性粉末が分散して含まれる磁性樹脂材料で構成された磁気回路を構成する磁気回路構成部品が組込まれ、前記磁気回路構成部品を通る磁力線の変化に基づいて変位を検出する磁気センサーであって、前記磁性樹脂材料に含まれる前記偏平形状軟磁性粉末は長軸方向が前記磁気回路構成部品を通る磁力線にほぼ平行に配向していることを特徴とする磁気センサーが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２８４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ピックアップコイル方式の磁気検出装置では、ピックアップコイル、出力コイル、センサーが一体となっており、それらが同じ場所に配置されるそのため、ピックアップコイル方式の場合には、検知したい場所が高温であったり、磁気的擾乱がある場合に、センサーそのものをそこへ置かざるを得なくなり、センサーの感度が低下するという欠点がある。そこで、センサー部を外部条件の変動が小さい任意の位置に配置できるような磁気プローブが必要である。
【０００７】
また車輪の回転等高速（高周波）な磁気変動を感度よく検出するためには、高周波磁気変動に対してプローブ部の渦電流損をできるだけ低減する必要がある。
【０００８】
本発明は、高周波の磁気変動を高感度で検出し、センサー部を任意の位置に配置できる磁気プローブおよび、磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、軟磁性材料からなる絶縁微粒子を含み、一方向を長手方向とする長尺体形状を有することを特徴とする磁気プローブである。
【００１０】
本発明において、前記絶縁微粒子が樹脂中に分散されていることが好ましい。
【００１１】
本発明において、前記微粒子は平均粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記微粒子は軟磁性材料に絶縁皮膜が施されていることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記長尺体形状はアスペクト比が１５０以上であることが好ましい。
【００１４】
本発明において、全体が樹脂で被覆されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の磁気検出装置は上記の磁気プローブと磁気検出手段を含むものである。
【００１６】
本発明の回転体の回転検出方法は、上記いずれかの磁気プローブを用い、磁気プローブの一端を回転軸近傍に配置し、他端に磁気検出手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高周波の磁気変動を高感度で検出し、センサー部を任意の位置に配置できる磁気プローブおよび、磁気検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態）
以下、本発明の実施形態を図１〜６を参照して説明する。図１は本発明の磁気プローブ１０を模式的に表わした全体斜視図である。（ａ）は長手方向に直交する断面が正方形であり、（ｂ）は長方形であり、（ｃ）は円形状の場合である。長手方向に直交する断面形状はこれらに限らず、任意の形状でよい。形状的な特徴は、ある一方向が他の方向の長さより長く伸びていることである。
【００１９】
図２は本発明の磁気プローブ長手方向の内部の様子を模式的にあらわした断面図である。図２は軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１が認識しやすいように隙間を空けて描写されているが、実際は隙間無く詰まっている。
【００２０】
この磁気プローブ１０の成型方法としては、微粒子をプレス等で押し固めてもよく、後述するよう樹脂に分散させて硬化させてもよい。
【００２１】
構成成分である軟磁性材料は、外部磁場の変化に追随するものであれば、通常知られている材料でよい。例として、純鉄（Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金、Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金、フェライト（鉄系酸化物）があげられるが、特に上記に限定されるものではない。
【００２２】
軟磁性材料で構成されていることより、時間的に変動の無い静磁場も、時間的に変動する磁場（交流磁場）の大小も検知できる。ピックアップコイル方式の磁気検出装置では、磁場の変動によって誘起される電流の大小を観測するため、いくら強い磁場中おいても変動が遅ければ、電流は誘起されず観測できない。一方、軟磁性材料の場合は磁場強度の絶対値に直接反応するため、静磁場の大きさも観測できる。
【００２３】
さらには、高い周波数で変動する交流磁場中においては、ピックアップコイル方式では導線の表皮効果により誘起電流が減衰してしまい、出力コイル側に出力が充分伝わらない。本発明の軟磁性材料で磁場を検知する手法では、上記のような現象は起こらず、高周波磁場中でも感度よく磁場を検知できる。
【００２４】
図３は本発明の磁気プローブを用いた磁気検出装置の動作原理を模式的に表わした図である。（ａ）は観測したい磁場が弱い場合、（ｂ）は観測したい磁場が強い場合を表わす。磁気プローブ１０の長手方向の一端（図の左端）を磁場を観測したい位置に置く。他の一端側にセンサー３１を配置する。この構成が本発明の磁気プローブ１０と磁気センサー３１（磁気検出手段）を含む磁気検出装置３４である。例えば観測したい状態として、車の車軸３２の一部に磁石３３が設けられた状態を想定する。車軸３２の回転によって磁石３３が磁気プローブ１０に近づいたり、遠くなったりし磁場の変動がおこる。この磁場変動を検出し車輪の回転を観測する。（ａ）のように磁石３３が磁気プローブ１０から遠い場合は磁場が弱いため、磁気プローブ１０中の軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１は磁石３３の影響を受けず、各軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１内の磁化（２１中の矢印）は揃わない。車軸３２が回転し磁石３３が磁気プローブ１０に近づいた場合（ｂ）は、各軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１内の磁化は影響をうけ磁場の方向にそろう。観測したい位置でそろった磁化の状態は他の一端（センサーを置く位置）にまで伝播し、その位置でも磁化の方向がそろう。このそろった状態をセンサー３１で検知する。さらに車軸３２が回転し磁石３３が磁気プローブ１０から遠ざかれば、再び（ａ）の状態に戻る。上記のようにして車軸（回転体）の回転状態を検出する。
【００２５】
ピックアップコイル方式では、車軸が回転している際にしか、磁場変動がおこらないため、車軸の回転が無いときには、ピックアップコイルに信号は発生しない。一方、本発明の磁気プローブでは、静磁場強度の絶対値も観測できるため、回転が止まった場合でも磁場の大小を観測できる。これにより静止状態においても回転体の位置を検出することが可能になる。
【００２６】
図４は本発明の磁気検出装置を使用する例を模式的に表した図である。磁気プローブ１０の長手方向の一端を磁場を観測したい位置に置く。この位置が非常に高温であったり、磁場の変動が大きい場合には、できるだけ磁気センサー３１をこの位置から遠ざけて、温度変化や磁場変動を受けない安静な場所へ配置したい。センサーの感度は温度や、外部磁場で変化するためである。そのため図４のように、防御室４１中まで磁気プローブ１０を延長させ、磁気シールド作用と定温作用をもつ防御室４１にセンサー３１を置くことがさらに好ましい。このように本発明の磁気プローブは長尺体形状を有するため、センサー部を外部擾乱の小さい任意の位置に置くことができる。
【００２７】
本発明の磁気プローブは軟磁性材料からなる絶縁微粒子からなる。以下に微粒子であること、絶縁性を持つことの効果を説明する。
【００２８】
交流磁場中に、軟磁性材料を置くと磁場変動に応じた渦電流が軟磁性材料中に流れる。この渦電流によって軟磁性材料が発熱する等のエネルギーロスが生じ、変動磁場中での、特に周波数が高い領域での磁場応答性が低下する。この渦電流によるエネルギー損は渦電流の流れるループの大きさが小さいほど小さくなる。よって磁気プローブ中の軟磁性材料をできるだけ小さく分割して、渦電流を各分割単位内で小さなループとして流れるようにすればよい。そのために磁気プローブ内に軟磁性材料を微粒子として配置する。
【００２９】
図３に示されるような、自動車の車軸の回転を検知する場合その最大周波数は２０Ｈｚ程度になる。この程度の周波数以下で磁場が変動する場合、微粒子の大きさが平均的に１００μｍ以下であれば、渦電流によるエネルギー損はほとんど影響のない大きさに抑えることができる。
【００３０】
ところで微粒子になっていても、各微粒子が電気的に接合していれば微粒子間を渦電流が流れ、大きなループとなってしまう。そこで各微粒子に絶縁性をもたせ大きなループとならないようにしている。
【００３１】
軟磁性材料自体が絶縁性であればよいが、上述したように単体金属あるいは合金を用いる場合には、これら金属は導電性を有する。そのため絶縁性を持たせるよう、微粒子表面を絶縁性皮膜で覆ったものであることが好ましい。絶縁皮膜方法としては、表面を酸化させ酸化皮膜で覆う方法。ボンデ法と呼ばれるリン酸塩による皮膜法、微粒子表面をシランカップリング剤で処理し、シリコン系樹脂やエポキシ樹脂等で皮膜する方法などがある。
【００３２】
本発明において、軟磁性材料からなる絶縁微粒子が樹脂中に分散されていることがさらに好ましい。絶縁性微粒子を樹脂中に分散させて存在させることによって、可とう性をもたせるという効果が生じる。絶縁性微粒子だけを、押し固めて棒状あるいは板状の形態を作製することも可能であるが、柔軟性に欠け自由な形に曲げにくい。柔軟性を有する樹脂中に分散させて、形成することで可とう性が高い磁気プローブが作成できる。これにより磁気プローブの一端（センサーを置く位置）を任意の場所に配置できる。
【００３３】
絶縁微粒子を樹脂中に分散することによって以下の効果も付加される。微粒子を樹脂中に分散させことで、各微粒子が互いに接触する割合が少なくなる。図５は樹脂５１中に軟磁性材料からなる絶縁性微粒子２１を分散させた磁気プローブの長手方向の模式的断面を示す。軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１が樹脂５１中に分散して存在している。磁場検出感度の観点から、絶縁微粒子と樹脂材料の比率は重量比で、絶縁微粒子が９、樹脂が１以上の割合が好適である。樹脂の材料としては、絶縁材料であれば特に限定はないが、例としてエポキシ系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、エステルイミド、アミドイミド、ポリウレタン、ポリエステル、などがあげられる。
【００３４】
またさらに可とう性を持たせるためには、形状としてアスペクト比が１５０以上であることが望ましい。ここに記載のアスペクト比は以下で定義する。長手方向に直交する断面の平均的断面積を円に置き換えて、その直径を算出する。その直径と長手方向の長さ比をアスペクト比とする。車軸に配置する磁気プローブの場合、幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ程度の長方形断面と長手方向を持つ板状にする。この場合断面積は０．４ｍｍ２となり、円形状に換算し、その直径を算出すると約０．７ｍｍとなる。このような断面形状を有する場合、長手方向は０．７ｍｍの１５０倍、約１００ｍｍ以上あれば、曲率半径が１００ｍｍ程度で曲げることが可能である。また樹脂中に分散させたものであれば、さらに曲率半径を小さくできる。
【００３５】
また別の方法で可とう性を持たせるためには、全体を柔軟な樹脂で被覆してもよい。図６は樹脂で被覆された磁気プローブの長手方向の模式的断面を示す。軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１の全体が樹脂６１で被覆されている。被覆用樹脂の材料としては、絶縁材料であれば特に限定はないが、例としてエポキシ系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、エステルイミド、アミドイミド、ポリウレタン、ポリエステル、などがあげられる。
【００３６】
このようにすれば、軟磁性材料からなる絶縁微粒子２１を固め高密度にされた磁気プローブにおいても、破断することなく小さな曲率半径をもって曲げることが可能となる。当然、絶縁微粒子をある樹脂に分散し、その外側を別の種類の樹脂で被覆した形態の磁気プローブも可とう性には優れることは言うまでもない。
【実施例】
【００３７】
（実施例）
まず、鉄微粒子が水溶液中に浸漬されることにより、鉄微粒子に水溶液が塗布される。本実施例で用いられる水溶液として、ＡｌイオンとＰＯ４（リン酸）イオンとＣａイオンとを含む水溶液が用いられる。また、水溶液のｐＨは、たとえばＮａＯＨを用いて調整されている。水溶液のｐＨは、１．０以上３．０以下に調整されていることが好ましく、１．５以上２．５以下に調整されていることがより好ましい。なお、鉄微粒子の浸漬時間は１０分であり、浸漬中には鉄微粒子が底に沈殿しないように水溶液が攪拌され続ける。鉄微粒子に水溶液が塗布されることにより、リン酸アルミニウム化合物の水和物と、リン酸カルシウム化合物の水和物とよりなる絶縁被膜で鉄微粒子が被覆される。その後、上記絶縁被膜で被覆された鉄微粒子は、水およびアセトンを用いて洗浄される。
【００３８】
次に、上記絶縁被膜で被覆された鉄微粒子が乾燥される。乾燥は１５０℃以下の温度で行なわれ、好ましくは１００℃以下の温度で行なわれる。また、乾燥はたとえば１２０分間行なわれる。本実施例においては、水和物よりなる絶縁被膜が１５０℃以下という低温で乾燥されるので、乾燥の際に水和物の水は除去されない。このため、乾燥後の鉄微粒子は、リン酸アルミニウム化合物の水和物と、リン酸カルシウム化合物の水和物とよりなる絶縁被膜で被覆されている。この絶縁被覆された状態で微粒子の体積換算平均粒径（メディアン径）は約５０μｍとなる。
【００３９】
次に、上記絶縁被膜で被覆された鉄微粒子の粉末に、エポキシ樹脂とカルビトール等の有機溶剤を混合し、スクリーン印刷の手法で半製品を作製し、その後有機溶剤を除去するための乾燥工程を経て、幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ１００ｍｍの板状の磁気プローブが得られる。本実施例では板状であるが、形状は板状に限らず使用目的に応じた任意の形を作製することができる。
【００４０】
この磁気プローブの長手方向の一端に、直径１ｃｍのコイルを配置し、コイルに電流を流し、磁場を発生させる。さらにコイルが配置された一端を箱型炉等の加熱装置で加熱することにより、温度変化を与える。他の一端にはホール素子（磁気検出手段）を配置し、室温のままもしくは冷風をあてることで温度を一定に保ちながら、磁気プローブの状態変化をホール素子で観測する。
【００４１】
上記のような配置において、箱型炉等の加熱装置で加熱することにより磁気プローブのコイルが配置された側の温度を各種に設定した上で、コイルに直流電流および各種周波数の交流電流を流し、静磁場及び交流磁場が磁気プローブの一端にかかるようにし、他の一端に設置されたホール素子の信号を検出する。
【００４２】
その結果、温度室温〜１５０℃及び周波数０〜５０Ｈｚの条件において、コイルに流した電流と同じ周波数、位相の信号がホール素子で検出できる。つまり磁気プローブの一端で受けた外部信号を、他の一端で再現性よく出力でき、それをホール素子（磁気検出手段）で信号として観測できている。
【００４３】
今回開示された実施の形態および実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の磁気プローブ１０を模式的に表わした全体斜視図である。
【図２】本発明の磁気プローブ長手方向の内部の様子を模式的にあらわした断面図である。
【図３】本発明の磁気プローブを用いた磁気検出装置の動作原理を模式的に表わした図である。
【図４】本発明の磁気検出装置を使用する例を模式的に表した図である。
【図５】樹脂５１中に軟磁性材料からなる絶縁性微粒子２１を分散させた磁気プローブの長手方向の模式的断面を示す。
【図６】樹脂で被覆された磁気プローブの長手方向の模式的断面を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１０  磁気プローブ、２１  難磁性材料からなる絶縁微粒子、３１  磁気センサー、３２  車軸、３３  磁石、３４  磁気検出装置、４１  防御室、５１  樹脂、６１  樹脂。
【図１】
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【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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