特許 6574923 磁気力測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574923

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】磁気力測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20190902BHJP

   G01R 33/07 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/02 A

   G01R33/07

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-136717(P2015-136717)

(22)【出願日】2015年7月8日

(65)【公開番号】特開2017-20827(P2017-20827A)

(43)【公開日】2017年1月26日

【審査請求日】2018年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】712007876

【氏名又は名称】佐保 ミドリ

(72)【発明者】

【氏名】佐保典英

(72)【発明者】

【氏名】小野瑞絵

【審査官】 永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９５１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−８９５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３１５５４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０７

Ｇ０１Ｒ ３３／０６

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｈ０１Ｌ ２７／２２

Ｇ０１Ｎ ２７／７６

Ｇ０１Ｄ ５／００

Ｈ０１Ｌ ２７／２０

Ｈ０２Ｎ ２／００

(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空間内において、少なくとも一方向での第一の位置および第二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、
給電により伸縮変形する高分子材の伸縮物質を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる移動手段と、
該伸縮物質の伸縮変形の作用を受けず、該移動手段の一定の移動距離を拘束する移動拘束手段
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空間内において、少なくとも一方向での第一の位置および第二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、
給電により伸縮変形する高分子材の伸縮物質を内蔵し、該第一の位置から第二の位置に該磁気検出手段を移動させる移動手段と、
該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段と
該移動手段が第二の位置から第一の位置に移動する方向に弾性力を作用する弾性体
を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。

【請求項3】

磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、少なくとも一方向での第一の位置および第二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、
該第一の位置から第二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、
該第二の位置から第一の位置に該磁気検出手段を移動させる第二の移動手段と、
該両移動手段は給電により伸縮変形する高分子材の伸縮物質を内蔵し、
該移動手段の移動距離を拘束する移動拘束手段
を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。

【請求項4】

磁気力を発生する磁場発生手段の磁場空間内において、少なくとも一方向での第一の位置および第二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、
該第一の位置から第二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、
第二の磁気検出手段を該第一の位置から第二の位置への移動方向と逆方向に移動させる第二の移動手段と、
該両移動手段が同期して給電により伸縮変形する高分子材の伸縮物質を内蔵し、
該両移動手段の移動距離を拘束するそれぞれの移動拘束手段
を備えたことを特徴とする磁気力測定装置。

【請求項5】

前記磁気検出手段の計測電気信号より、磁気特性を算出する演算プログラムと、
算出した磁気特性項目を表示する表示手段と
前記移動手段を電子的に制御する作動制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に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や工具等の磁性物質に、物理的な磁気力が作用する磁気特性を精度よく測定できる、軽量で、小型で、作動時の振動が少ない安価で高精度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電磁石の超電導バルク磁石や永久磁石の適用が、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，κは磁化率[-]，μ₀は真空透空透磁率[Ｎ/Ａ²]である。

Ｆｍ = Ｖ・κ・Ｂ・ΔＢ/μ₀
= Ｖ・κ・ｆｍ /μ₀ ・・・・・・・・・・・（１）

【0007】

したがって、微小移動距離δＬ [ｍ]離れた位置Ｚａ、位置Ｚｂでの磁束密度ＢａおよびＢｂを測定すれば、両磁束密度差（Ｂa- Ｂｂ）をδＬで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢａｂ＝（Ｂa- Ｂｂ）/δＬを計算でき、Ｚa、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂ＝（Ｂａ+ Ｂｂ）/２を計算し、磁気力係数ｆｍ ＝Ｂaｂ×ΔＢaｂを算出できる。ここで、磁性微粒子の物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、磁束密度Ｂの測定は、１個の磁気測定用の例えば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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【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】

【0010】

前記特許文献１の引例において、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、重く、高価な装置となる問題があった。

【0011】

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、磁気検出手段の移動装置の固定支持構造が明記されておらず、磁気検出手段移動時の反力による移動振れ等による、前記特定部位での測定精度が低下する問題があった。

【0012】

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、軽量で、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移動振れを少なくした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】

かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の磁気力測定装置では、所定の微小移動距離δＬ離れた少なくとも２か所の位置で、磁束密度Ｂを測定する同一の磁気センサーを往復移動させる移動手段であるアクチエータを、低電圧で伸縮する例えば電子導電性高分子製やイオン導電性高分子製の伸縮物質と電極を組み合わせた伸縮物質デバイスを有した伸縮手段と、前記磁気センサーを保持し、前記伸縮手段と直接もしくは間接的に一体化されて移動する素子移動保持手段と、前記素子移動保持手段の移動距離を拘束する移動拘束手段で構成する。

【0014】

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、直流電圧1〜５ Ｖ程度の低電圧の給電で前記導電性高分子製の伸縮物質が０．２〜数ｍｍ緩やかに伸縮するので、これに一体化した素子移動保持手段を振動なく静かに移動させることができ、保持した前記磁気センサーを、移動拘束手段で例えば０．１ｍｍの微小移動距離δＬだけ正確に移動でき、この移動前後の位置ａ、位置ｂであるＺａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できる。

【0015】

かかる目的を達成するためになされた請求項２記載の磁気力測定装置では、アクチエータ内に、前記素子移動保持手段との移動方向端部に前記移動前の状態で拘束された弾性体を備えた構造とする。

【0016】

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、給電により所定の電圧で伸縮手段を伸縮させ、素子移動保持手段を所定の方向に移送させるとともに前記弾性体に変位を与えた後、無給電により前記伸縮手段および素子移動保持手段を元の位置に戻す際、前記弾性体の弾性反力で前記方向と反対方向に素子移動保持手段を復帰させ、精度良く微小移動距離δＬを担保できる。

【0017】

かかる目的を達成するためになされた請求項３記載の磁気力測定装置では、前記アクチエータ内に、前記弾性体の代わりに移動後の素子移動保持手段を元の位置に戻す第２の伸縮物質デバイスを別に備えた構造とする。

【0018】

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、給電により伸縮手段を伸縮させ、第１の伸縮物質デバイスで素子移動保持手段を所定の方向に移送させた後、第１の伸縮物質デバイスへの無給電と、第２の伸縮物質デバイスへの給電により伸縮物質を伸縮させ、この作用力で素子移動保持手段を元の位置に戻し、更に精度良く微小移動距離δＬを担保できる。

【0019】

かかる目的を達成するためになされた請求項４記載の磁気力測定装置では、前記第１の素子移動保持手段を移動させる伸縮物質デバイスの他に、ほぼ同質量、同形状の第２の素子移動保持手段とこれを第１の素子移動保持手段との移動方向と反対方向に移動させる第２の伸縮物質デバイスを内蔵してアクチエータを構成する。

【0020】

本構造および構成の磁気力測定装置によれば、給電により前記第１の素子移動保持手段の移動時に生じる反力を、前記第２の素子移動保持手段の移動時に生じる反力で相殺できるので、アクチエータの移動時の駆動振れを無くし磁気センサーの絶対位置の移動誤差を小さくでき、更に移動前後のＺa 、Ｚb での磁束密度を精度よく測定できる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、磁束密度測定磁場空間内で伸縮手段を構成する伸縮物質を低い直流電圧で振動無く伸縮でき、この伸縮の変位で磁気センサーを一体化した素子移動保持手段を、移動拘束手段で正確に微小移動距離δLだけ移動させて前記１つの磁気センサーで磁束密度を計測できるので、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0022】

また、素子移動保持手段を弾性体で保持する構造により、移動の後、前記弾性体の復元力により素子移動保持手段を移動前の位置に容易に復帰でき、更に精度よく微小移動距離δＬを維持できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0023】

また、前記弾性体の代わりに移動後の素子移動保持手段を元の位置に戻す第２の伸縮物質デバイスを備えた構造により、給電により伸縮手段を伸縮させ、第１の伸縮物質デバイスで素子移動保持手段を所定の方向に移送させた後、第２の伸縮物質デバイスへの給電により伸縮物質を伸縮させ、素子移動保持手段を元の位置に戻して、精度良く微小移動距離δＬを担保できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0024】

また、アクチエータ内に前記第１の素子移動保持手段を移動させる第１の伸縮物質デバイスの他に、ほぼ同質量、同形状の第２の素子移動保持手段を備え、第１の素子移動保持手段との移動方向と反対方向に移動させる第２の伸縮物質デバイスを内蔵する第２の素子移動保持手段でアクチエータを構成する構造により、両伸縮物質デバイスへの給電により前記第１の素子移動保持手段との移動時に生じる反力を、前記第２の素子移動保持手段との移動時に生じる反力で相殺できるのでアクチエータの作動時の駆動振れを無くし、磁気センサーの絶対位置の移動誤差を小さくして、更に移動前後の位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明による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のアクチエータの構造を示す断面図である。

【図3】図２のＥ−Ｅ矢視図である。

【図4】図２のＦ−Ｆ矢視図である。

【図5】実施例１の磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。

【図6】実施例１の磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。

【図7】本発明による実施例２のアクチエータの構造を示す断面図である。

【図8】本発明による実施例３のアクチエータの構造を示す断面図である。

【図9】本発明による実施例４の磁気力測定装置の構造、構成を示す図である。

【図10】実施例４のアクチエータの構造を示す断面図である。

【実施例】

【0026】

（実施例１）
図１は、本発明による磁気力測定装置１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３の拡大断面図、図３は図２のＥ−Ｅ矢視図、図４は図２のＦ−Ｆ矢視図、図５は図２移動物質１４の屈曲変形後の断面図、図６は磁気センサーを用いた磁気特性測定装置の構成を示すフローチャート図である。

【0027】

図１、図２に示すように、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、磁場発生手段である超電導磁石（図示せず）の磁場空間内において、磁気力測定装置１は、例えば磁気検出手段であるホール素子の磁気センサー２を内蔵し、微小移動距離だけ磁気センサー２を移動させる非磁性部品で構成したアクチエータ３、磁気センサー２とアクチエータ３を支持する非磁性で高剛性のホルダー４、給電線５や給電・計測線６の端子台７を介してまとめた結束線８を連結し、手で支持する非磁性の部材のグリップ９、磁気センサー２およびアクチエータ３に給電し、計測を制御し、計測値を演算し、演算結果を表示する計測装置本体１０と、計測装置本体１０と長尺の結束線１１と連結コネクター１２で構成される。

【0028】

図２、図３および図４に示すように、アクチエータ３は、磁気センサー２を頂部に一体化して移動する素子移動保持手段である例えばアルミニューム製の多段の鍔を有したセンサーホルダー１３と、これを移動させる駆動力を発生するための、絶縁基材である保液層を内蔵した絶縁基板の表裏両面にイオンを流すことによって電気を通すイオン導電性分子化合物を電解重合して形成され、２枚の導電性分子膜で前記絶縁基板をサンドイッチした構造で、菊座形状の例えば幅約１０ｍｍ、長さ約１０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍの伸縮物質１４と、前記伸縮物質１４に給電する負極の電極板１５、正極の電極板１６と、前記伸縮物質１４の屈曲変形で図中Ｚ軸方向に押下げられる電気絶縁材で非磁性の例えばプラスチック製の移動リング１７、電気絶縁体１８と、移動可能なセンサーホルダー１３の円盤状の鍔１９をＺ軸方向の上限、下限位置を拘束する導電性で非磁性の例えばステンレス鋼製の移動拘束手段である移動拘束板２０、２１と、Ｚ軸方向の微小移動距離δＬｚを担保する板厚を有した電気絶縁板２２と、前記センサーホルダー１３下端に例えば非電導性高分子ジェル製の孔２３を有した弾性体２４と、前記弾性体２４を支持する下部電気絶縁容器２５と、上部電気絶縁蓋２６と、以上の前記上部電気絶縁蓋２６、前記伸縮物質１４の端部、電極板１５、電極板１６、電気絶縁体１８、移動拘束板２０、２１、電気絶縁板２２、下部電気絶縁容器２５を機械的に一体化するネジ２７で構成される。

【0029】

磁気センサー２の給電・計測線６、ハンダ２８で電極板１５に結線された給電線５、ハンダ２９で電極板１６に結線された給電線３０、ハンダ３１で移動拘束板２０に結線された計測線３２、ハンダ３３で移動拘束板２１に結線された計測線３４は、端子台７で結束線８にまとめて結線されている。アクチエータ３は、ネジ３５でホルダー４に下部電気絶縁容器２５を介して一体化されている。アクチエータ３下部は計測線３６が結線され、孔３７、孔３８を通して端子台７で結束線８にまとめて結線されている。

【0030】

ここで、伸縮物質デバイスは、伸縮物質１４、前記伸縮物質１４に給電する電極板１５、電極板１６、電気絶縁体１８、前記伸縮物質１４の変形でＺ軸方向に押下げられる移動リング１７および上部電気絶縁蓋２６と電気絶縁体１８で構成され、デバイスサイズは例えば幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ数ｍｍ、質量数ｇと小型、軽量で、大量生産が可能な安価なデバイスである。

【0031】

図４および図５において、電極板１５、電極板１６で挟まれた伸縮物質１４は、それぞれの電極に開いた開口部３９内で変形が自由な花びら状の菊座形状となっており、電極板１５、電極板１６間に例えば直流電圧３Ｖを計測装置本体１０内の電源手段４９（図６に示す）から最終的に給電線５，３０を通じて給電すると、図５に示すように電極板１５との導通接触面側が伸びて、電極板１６との導通接触面側が縮むように変形し、花びら状の伸縮物質１４はＺ軸下方向に図中矢印方向に屈曲変形し、移動リング１７を下方に移動させ、さらにセンサーホルダー１３をＺ軸方向下方に移動させる。この際、弾性体２４は弾性圧縮変形する。給電を止めると伸縮物質１４は元の状態に復元し、移動リング１７さらにセンサーホルダー１３は、圧縮された弾性体２４の復元力で元の位置に復元する。図４中孔４０はネジ２７の通し孔である。

【0032】

ここで、Ｚ軸方向の微小移動距離δＬｚの設定は、電気絶縁板２２の板厚ｔ_２２とセンサーホルダー１３の円盤状鍔１９の厚さｔ_１９との関係が

δＬｚ＝ｔ_２２ -ｔ_１９ ・・・・・・（２）

であるように設計、製作されている。

【0033】

センサーホルダー１３の円盤状の鍔１９は移動拘束板２０で拘束されて接触導通し、鍔１９と移動拘束板２１は非接触、非導通しているので、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線３６は導通して短絡し、さらに移動拘束板２１の測線３４と計測線３６は非接触で被導通する電気信号のシグナルａを発する。この状態で、磁気センサー２はＺａの位置にある。ここで、センサーホルダー１３の鍔１９外の円柱部側面は電気絶縁膜（図示せず）を被覆させており、円柱部側面と移動拘束板２０、移動拘束板２１が接触しても電気的に非導通である。

【0034】

逆に、伸縮物質デバイスに通電しセンサーホルダー１３が微小移動距離δＬｚだけＺ軸下向に移動し、磁気センサー２が微小移動距離δＬｚ移動した状態では、センサーホルダー１３の鍔１９は移動拘束板２１で拘束されて接触導通し、鍔１９と移動拘束板２０は非接触、非導通であり、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線３６は非導通し、さらに移動拘束板２１の測線３４と計測線３６は接触導通で短絡する電気信号のシグナルｂを発する。この状態で、磁気センサー２はＺｂの位置にある。

【0035】

次に、２点間の磁束密度を計測する場合の手順について説明する。ここで、計測装置本体１０を用いた磁気特性測定装置１の構成を示す図６のフローチャート図において、計測装置本体１０は、磁気センサー２に電気を供給し、センサー電気信号を磁束密度に演算する給電・演算機能と、測定タイミング制御機能を有する給電・演算・制御手段４１と、前記磁束密度の演算値の記録およびこれらの記録データを用いた平均磁束密度Ｂの演算機能、磁気勾配ΔＢの演算機能、磁気力係数ｆｍの演算機能、単位磁気力Ｆｕの演算機能や、それぞれの演算値を例えば液晶表示画面に表示するための表示・制御機能や、前記給電・演算・制御手段４１を制御するとともに計測、演算結果を記憶保存する機能等を有する演算・表示・制御手段４２、前記演算・表示・制御手段４２の制御により図１中の演算値表示液晶画面の平均磁束密度Ｂ用表示画面４３，磁気勾配ΔＢ用表示画面４４，磁気力係数ｆｍ用表示画面４５，単位磁気力Ｆｕ用表示画面４６や、警報用ＬＥＤ表示灯やブザーの警報器４７への給電や、表示、警報、制御機能を有する測定・演算値表示警告手段４８、前記各手段に給電する充電式のバッテリー等の給電機器源４９、外部電源（図示せず）から前記給電機器４９に給電する電源コード５０で構成される。

【0036】

まず、図２の状態で、センサーホルダー１３の鍔１９が移動拘束板２０で拘束され、この位置で磁気センサー２は図中Ｚ軸方向での上端位置であるＺａにあり、前記シグナルａの電気信号を発する。

【0037】

このシグナルａを給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理して、磁気センサー２がＺａにあると判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを、計測線を通じて測定値Ｂａとして受信する。

【0038】

測定値Ｂａとして受け入れた後は、給電・演算・制御手段４１から電極板１５と電極板１６に給電線５および給電線３０を通じ、例えば３Ｖの直流電圧を間接的に給電機器４９から給電される。伸縮物質１４の伸縮変形による図５の矢印方向に屈曲の変形で、移動リング１７を拘束が無ければ例えば０．２〜数ｍｍ緩やかにＺ軸方向下方に移動させ、さらに移動リング１７が鍔１９を押してセンサーホルダー１３をＺ軸方向下方に移動させ、鍔１９が移動拘束板２１に接触し、移動が拘束されてＺｂに移動する。この時、弾性体２４は弾性的に圧縮された状態となる。この状態で、センサーホルダー１３および磁気センサー２は所定の微小移動距離δＬｚ例えば０．１ｍｍだけ移動したことを担保できる。

【0039】

微小移動距離δＬｚを確保した時点で、シグナルｂの電気信号を発する。このシグナルｂを給電・演算・制御手段４１や演算・表示・制御手段４２で処理し磁気センサー２がＺａから微小移動距離δＬｚ離れたＺｂに移動したと判断し、給電・演算・制御手段４１で磁気センサー２からの磁束密度の計測データを、計測線を通じて測定値Ｂｂとして演算処理する。

【0040】

測定値Ｂｂとして受け入れた後は、微小移動距離δＬｚ離れたＺａ、Ｚｂでの演算値の磁束密度ＢaおよびＢｂを測定値とし、両磁束密度差（Ｂa- Ｂｂ）をδＬｚで除してＺａ、Ｚｂの２点間の磁気勾配ΔＢaｂ＝（Ｂa- Ｂｂ）/δＬｚを演算でき、Ｚａ、Ｚｂの平均磁束密度Ｂaｂ＝（Ｂa+ Ｂｂ）/２を演算し、磁気力係数ｆｍ＝Ｂaｂ×ΔＢaｂを演算する。さらに、基準的な鉄の磁性物の体積Ｖを例えば１×１０^−６ｍ^３（＝１ｃｍ^３）とし、鉄の磁化率χとして例えば０．５ ，真空透磁率μ₀として例えば４π×１０^-７Ｎ/Ａ²を入力して給電・演算・制御手段４２に記憶させ、これらの値を用いて単位磁気力Ｆｕを演算し、演算したこれらの磁気特性である平均磁束密度Ｂａｂを平均磁束密度Ｂ用表示画面４３に，磁気勾配ΔＢａｂを磁気勾配ΔＢａｂ用表示画面４４に，磁気力係数ｆｍを磁気力係数ｆｍ用表示画面４５に，単位磁気力Ｆｕを単位磁気力Ｆｕ用表示画面４６に表示する。

【0041】

さらに、予め設定された所定の単位磁気力Ｆｕ_０値を給電・演算・制御手段４２に記憶させ、計測後演算された単位磁気力ＦｕがＦｕ_０を超えた場合、工具等の磁性体が磁気力で磁気吸引される危険リスクがあるとして、警報器４７に給電し、警告音を発生させる。

【0042】

測定を終えると、給電・演算・制御手段４２からの制御信号により、給電・演算・制御手段４１から電極板１５と電極板１６への給電を止めて０Ｖとし、伸縮物質１４が図２のように屈曲の変形が無くなり元の状態に復帰する。この際、弾性体２４は元の状態に弾性力が作用し、センサーホルダー１３および移動リング１７をＺ軸方向上方に移動し、鍔１９が拘束板２０に接触してその移動を拘束され、図２の状態に戻り、シグナルａの電気信号を発し、この信号で計測の終了を演算・表示・制御手段４２が判定し、１回目の磁気特性の計測を終了する。

【0043】

また、１回の磁気密度測定で測定精度が不足する場合には、測定回数を複数回行えば測定精度向上が可能となり、給電・演算・制御手段４２に測定回数例えば５回を記憶させ、５回の磁束密度計測を制御、実施し、平均処理された前記の磁気特性をそれぞれ演算し表示、警報を行うことができる。

【0044】

以上、本実施例によれば、例えば乾電池による直流電圧１〜５Ｖの低電圧の給電で前記導電性高分子製の小型、軽量な伸縮物質デバイスで磁気センサー２を一体化した素子移動保持手段のセンサーホルダー１３を０．２〜数ｍｍ緩やかに振動なく移動できる機能を有し、さらに保持した前記磁気センサー２を、移動拘束手段の移動拘束板２０、２１で移動距離を例えば０．１ｍｍの微小移動距離δＬｚを正確に担保して、この移動前後の位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できので、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0045】

また、給電による伸縮デバイスを伸縮させセンサーホルダー１３を所定の方向に移送させる際に、センサーホルダー１３移動時にセンサーホルダー１３に連結した弾性体に変位を与え、無給電による伸縮物質の形状に戻し、前記伸縮デバイスおよびセンサーホルダー１３を元の位置に戻す際、前記弾性体の弾性反力で前記方向と反対方向にセンサーホルダー１３をＺ軸上方に移動させて元に戻し、精度良く微小移動距離δＬｚを繰り返し担保できので、複数回の測定でも高精度に磁束密度、磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0046】

なお、本実施では弾性体２４として弾性復元力を有する高分子ジェルを用いた場合について説明したが、非磁性バネや小風船等の弾性体であっても同様な効果が生じる。

【0047】

また、本実施例ではホルダー４およびアクチエータ部を手に持って測定する場合について説明したが、ホルダー４およびアクチエータ部の手振れを防止するために、固定支持の３脚（図示せず）や、これに支持されたフレキシブルアーム等（図示せず）で床や固定機器から間接的に固定支持すれば、測定時の揺れを防止でき、更に高精度な磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0048】

（実施例２）
図７は、本発明による磁気力測定装置１の実施例２のアクチエータ５２の構造、構成を示す断面図であり、前記実施例１のアクチエータ３と異なる構造は、伸縮物質デバイス構造を菊座形状から、円盤形状に置き換え、前記弾性体２４の位置に代替して配置した構造にある。

【0049】

図７は図１の磁気センサー２およびセンサーホルダー１３を微小移動距離δＬｚだけ移動させるアクチエータ５２の拡大断面図の構成を示す。図７においてアクチエータ５２は、主に伸縮物質デバイスとしての絶縁基材である保液層５３を内蔵した絶縁基板の表裏両面に例えば電子導電性分子化合物を電解重合して形成し２枚の導電性分子膜５４、５５で前記絶縁基板をサンドイッチした構造で、前記導電性分子膜５４、５５に給電しこれらと一体化された正極の電極板５６、負極の電極板５７の組合せである伸縮物質デバイスと、電気絶縁体５８と、センサーホルダー１３を図中Ｚ軸方向に移動に弾性を持たせる例えば非磁性のプラスチック製等の材質で作製されたコイルバネ５９と、前記コイルバネ５９の弾性をセンサーホルダー１３に伝達する移動円盤６０と、伸縮物質デバイス下部を一体化した下部電気絶縁容器６１と、非磁性材の隔壁７０と、これらの構成品等を機械的に一体化するネジ６２で構成される。

【0050】

図７の状態では、正極の電極板５６、負極の電極板５７に孔６３、６４を通じて給電線６５、６６で例えば直流１．５Ｖの電圧が給電され、正極側の導電性分子膜５４は伸び、負極側の導電性分子膜５５は縮むことで正極側の導電性分子膜５４は上部に膨らみ、その力でセンサーホルダー１３を図中Ｚ軸上方に押し上げるとともに、移動円盤６０を介してコイルバネ５９を縮める。ここで、センサーホルダー１３と電極板５６との接触箇所のセンサーホルダー１３側底面に、プラスチック膜等の電気絶縁膜（図示せず）が一体化されている。センサーホルダー１３の所定の微小移動距離δＬｚは実施例１と同様に鍔１９と移動拘束板２０、２１、および微小移動距離δＬｚを担保する板厚を有した電気絶縁板２２の同一構造で担保され、この状態でＺａ点への移動を確保する。この際、鍔１９と移動拘束板２０は接触、導通、計測線３２とセンサーホルダー１３の孔６７を通る計測線６８は導通し、さらに移動拘束板２１の測線３４（図７では図示せず）と計測線６５は非接触 非導通の状態で、位置Ｚａへの移動を担保した電気信号のシグナルａを発する。

【0051】

次に、磁気センサー２を図７中Ｚ軸方向の下方に移動させる場合は、電極板５６と電極板５７への給電を止めることで電圧を０Ｖとし、正極側の導電性分子膜５４は縮み、負極側の導電性分子膜５５は伸びることで正極側の導電性分子膜５４の上部膨らみは小さくなり、コイルバネ５９の伸びで押されて、センサーホルダー１３は図中Ｚ軸下方に押し下げられ、センサーホルダー１３の所定の微小移動距離δＬｚは実施例１と同様に鍔１９と移動拘束板２１が接触して担保され、この状態で位置Ｚｂへの移動を確保する。この際、鍔１９と移動拘束板２０は非接触、非導通、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線６８は非導通し、さらに移動拘束板２１の測線３４（図７では図示せず）と計測線６８は接触導通で短絡し、Ｚｂ点への移動を担保した電気信号シグナルｂを発する。位置Ｚａ，Ｚｂでの磁気センサー２による磁束密度の計測手順は、実施例１と同様である。

【0052】

本実施例によれば、導電性分子膜５４は上部方向に膨らみ、この頂部での変形方向とセンサーホルダー１３の移動方向が同一で、直接その膨張力でセンサーホルダー１３を押し上げるので、押し上げ力を大きく作用させることができる。したがって、更に低い電圧でセンサーホルダー１３を移動できるため、給電機器５０を更に小型、軽量にすることができる。したがって、小型で軽量な磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0053】

（実施例３）
図８は、本発明による磁気力測定装置１の実施例３のアクチエータ７０の構造、構成を示す断面図であり、前記実施例１および実施例２のアクチエータと異なる構造は、実施例１の弾性体２４の代わりに、実施例２の伸縮物質デバイスを配置した構造にある。

【0054】

図８は磁気センサー２がＺａにある状態を示しており、この時、正極の電極板５６、負極の電極板５７に給電線６５、６６で例えば直流１．５Ｖの電圧が給電され、正極側の導電性分子膜５４は伸び、負極側の導電性分子膜５４は縮むことで正極側の導電性分子膜５４は上部に膨らみ、その力でセンサーホルダー１３を図中Ｚ軸上方に押し上げるとともに、センサーホルダー１３の所定の微小移動距離δＬｚは実施例１と同様に鍔１９と移動拘束板２０、２１、およびδＬｚを担保する板厚を有した電気絶縁板２２の同一構造で担保され、この状態で位置Ｚａへの移動を確保する。この際、電極板１５、電極板１６間には給電されず０Ｖである。

【0055】

ここで、鍔１９と移動拘束板２０は接触、導通、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線６８は導通し、さらに移動拘束板２１の測線３４（図７では図示せず）と計測線６８は非接触、非導通の状態で、Ｚａへの移動終了のシグナルａ電気信号を発する。

【0056】

次に、磁気センサー２を図８中Ｚ軸方向の下方に移動させる場合は、電極板５６、電極板５７に給電線６５、６６で給電を止めることで０Ｖの電圧が給電され、正極側の導電性分子膜５５は縮み、負極側の導電性分子膜５４は伸びることで正極側の導電性分子膜５４の上部膨らみはδＬｚより小さくなり、さらに、直流電圧３Ｖを電極板１５と電極板１６に給電し、花びら状の伸縮物質１４をＺ軸方向の下方向に屈曲変形させ、移動リング１７およびセンサーホルダー１３をＺ軸方向下方に移動させ、鍔１９が移動拘束板２０で接触して移動が拘束され、微小移動距離δＬｚを担保し位置Ｚｂへの移動を確保する。

【0057】

ここで、鍔１９と移動拘束板２０は非接触、非導通、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線６８は非導通となり、いっぽう、移動拘束板２１の測線３４（図８では図示せず）と計測線６８は接触 導通の状態で、Ｚｂへ移動したシグナルｂの電気信号を発する。Ｚａ，Ｚｂでの磁気センサー２による磁束密度の計測手順は、実施例１と同様である。

【0058】

本実施例によれば、センサーホルダー１３および磁気センサー２の上下移動をともに２個の伸縮物質デバイスで作動させることができるので、実施例１の弾性体の経年変化による弾性力の低下や、実施例２の経年変化によるコイルバネの復元力の低下により、微小移動距離δＬｚの確保が長期間担保できないリスクが無く、更に長期間、測定精度を担保できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。本実施例では、構造が異なる２個の伸縮物質デバイスを設けた場合について説明したが、実施例１での伸縮物質デバイスを２個使用し、センサーホルダー１３の移動方向に同期して伸縮物質を屈曲変形させるように給電を制御しても同様な効果が生じる。

【0059】

（実施例４）
図９は、本発明による磁気力測定装置の実施例４の磁気力測定装置７６の構造、構成を示す図であり、図１０は、図９アクチエータ７１の構造、構成を示す拡大断面図であり、前記実施例１、実施例２および実施例３のアクチエータと異なる構造は、実施例１のアクチエータ３の反対側の位置に、一体化したアクチエータ３ｃを配置した構造にある。

【0060】

図９は、磁気力測定装置７６のホルダー４にアクチエータ７１を一体化した構造を示しており、実施例１でのアクチエータ３に比べ、アクチエータ７１の部のみがダブルサイズ化した構造となっている。

【0061】

図１０において、アクチエータ７１の第１のアクチエータ３の部品番号と第２のアクチエータ３ｃの部品番号では、同一数字の部品は同一質量、形状、機能を有する部品を示す。ただし、ダミー体７２は磁気センサー２の質量とほぼ等しい非磁性物質で製作され、磁気特性を測定するセンサーではない。

【0062】

アクチエータ３ｃはアクチエータ３と同一構造のアクチエータであり、アクチエータ３を反転した姿勢で、連結体７３を介して一体化されている。アクチエータ３で移動制御される磁気センサー２による位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度Ｂａ，Ｂｂの測定手順は、実施例１での測定手順と同一であり、伸縮物質１４が屈曲変形し移動リング１７を図中Ｚ軸下方に押し下げる際、その反力として下部電気絶縁容器２５を、移動リング１７の移動方向と逆方向に動かす力が生じる。この力で下部電気絶縁容器２５が動くとＺａの絶対位置が僅かに動き、正確な磁束密度Ｂａを測定できないリスクが生じる。

【0063】

このため、伸縮物質１４が屈曲変形するのに同期して、アクチエータ３ｃの伸縮物質１４ｃを給電により反対方向に屈曲変形させ移動リング１７を図中Ｚ軸上方に押し下げる制御を行えば、その反力として下部電気絶縁容器２５ｃを、移動リング１７ｃの移動方向と逆方向に動かす力を発生させ、連結体７３を介してそれぞれの反力を相殺させることができるので、前記屈曲変形に伴う駆動振れが無くなりＺａの絶対位置が担保され、δＬｚ離れたＺｂの絶対位置がともに担保され、磁束密度Ｂａ、Ｂｂを更に精度よく測定できるので、更に高精度な磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0064】

すなわち、センサーホルダー１３の鍔１９は移動拘束板２０で拘束されて接触導通し、円盤状鍔１９と移動拘束板２１は非接触、非導通しているので、計測線３２とセンサーホルダー１３の計測線３６は導通して短絡し、さらに移動拘束板２１の測線３４と計測線３６は非接触で被導通する電気信号のシグナルａを発する。この状態で、磁気センサー２はＺａの位置にある。この際、センサーホルダー１３ｃの鍔１９ｃは移動拘束板２０ｃで拘束されて接触導通し、鍔１９ｃと移動拘束板２１ｃは非接触、非導通しているので、計測線３２ｃとセンサーホルダー１３ｃの計測線３６ｃは導通して短絡し、さらに移動拘束板２１ｃの測線３４ｃと計測線３６ｃは非接触で被導通する電気信号のシグナルａｃを発する。

【0065】

次に、電極板１５、電極板１６で挟まれた伸縮物質１４に、電極板１５、電極板１６間に、例えば直流電圧３Ｖを給電線５，３０を通じて給電するとともに、これに同期して、電極板１５ｃ、電極板１６ｃで挟まれた伸縮物質１４ｃに、電極板１５ｃ、電極板１６ｃ間に、同じ直流電圧３Ｖを給電線５ｃ，３０ｃを通じて給電すると、伸縮物質１４、１４ｃはそれぞれ反対方向に屈曲変形し、移動リング１７、１７ｃおよびセンサーホルダー１３、１３ｃをそれぞれ逆方向に移動させる。給電を止めると伸縮物質１４、１４ｃは元の状態に復元し、移動リング１７、１７ｃさらにセンサーホルダー１３、１３ｃは、圧縮された弾性体２４、２４ｃの復元力で元の位置に復元する。この際も、移動リング１７、１７ｃさらにセンサーホルダー１３、１３ｃは逆方向に移動され、それぞれの反力は相殺される。

【0066】

したがって、本実施例では、第１の伸縮物質デバイスの作動時の反力を第２の伸縮物質デバイスの作動時の反力で相殺できるので、アクチエータの作動時の駆動振れを無くし、磁気センサーの絶対位置の移動誤差を小さくして、位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0067】

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SQUOID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。また、伸縮物質として電子を流すことで電気を通す電子導電性高分子製およびイオンを流すことによって電気を通すイオン導電性高分子製で説明したが、電気双極子が回転することによって電気がコンデンサーにたまることを利用して電気を流す誘電体高分子製であっても同様な効果がある。

【0068】

また、以上の実施例では、表示する磁気特性演算値毎に磁気特性演算値の表示画面を設けて説明したが、磁気特性演算値の項目数より少ない表示画面で、押しスイッチの切替で複数の項目の演算値を同一の表示画面に表示できるようにしても同様な効果が生じる。

【0069】

また、以上の実施例では、磁気センサーの計測制御、アクチエータの作動制御、計測結果の演算および表示、計測、演算結果の記憶保存を、計測装置本体１０に内蔵した給電・演算・表示・制御手段および測定・演算値表示警告手段で行うことで説明したが、給電・演算・表示・制御手段および測定・演算値表示警告手段を、計測装置本体１０と有線もしくは無線によるデータ伝送手段でデータ共有できる汎用の小型電子計算機や、携帯電話機や、メガネ式やゴーグル型やヘルメット型の小型電子計算表示器等に前記機能をプログラムミングして実施しても、同様な効果が生じる。

【0070】

また、以上の実施例では、磁気センサーの微小移動距離δLは、アクチエータの例えば電気絶縁板２２の板厚とセンサーホルダー１３の円盤状鍔１９の厚さで担保したが、それぞれの板厚を調整して製作した異なった微小移動距離δＬを準備し、アクチエータを取り換えて種々の磁気勾配の計測で適正に使い分けて計測することにより、超高磁気勾配の磁場空間では微小移動距離δＬを狭くし、平均磁束密度をより精度よく計測することにより、磁気特性を精度よく計測でき、更に測定精度を担保できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0071】

また、以上の実施例では、アクチエータ内の可動部である伸縮デバイス、移動リングおよびセンサーホルダーの質量を、これらを内蔵保持するアクチエータの質量に比べ十分に小さくすることで、伸縮物質デバイスの作動時の反力によるアクチエータ振れの影響を小さくし、磁気センサーの絶対位置の移動誤差を小さくして、位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できるので、更に測定精度を担保できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0072】

また、以上の実施例では、アクチエータ内の磁気センサー、センサーホルダーや計測線が露出している構造で説明したが、これらの保護のため、アクチエータ外周部を非磁性の例えばプラスチック製の保護カバーで覆っても、前記効果を担保できる。

【0073】

したがって、本発明によれば、伸縮デバイスの伸縮手段を構成する導電性分子化合物製の伸縮物質を数ボルトの低電圧で振動無く伸縮でき、この伸縮デバイスの変位で磁気センサーを一体化したセンサーホルダーである素子移動保持手段を磁束密度測定空間において、２枚の移動拘束板の移動拘束手段で正確に微小移動距離δＬだけ移動して、前記磁気センサーで移動前後の磁束密度を計測できるので、小型で、軽量で、安価で、高精度に磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0074】

さらに、本発明によれば、素子移動保持手段を弾性体で保持する構造により、前記弾性体の復元力により素子移動保持手段を移動した後、移動前の位置に容易に復帰できるので、更に精度よく微小移動距離δLを維持できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0075】

さらに、本発明によれば、前記弾性体の代わりに移動後の素子移動保持手段を元の位置に戻す第２の伸縮物質デバイスを備えた構造により、給電して伸縮手段を伸縮させ、第１の伸縮物質デバイスで素子移動保持手段を所定の方向に移送させた後、無給電状態の第２の伸縮物質デバイスへの給電により伸縮物質を伸縮させ、素子移動保持手段を元の位置に戻し、精度良く微小移動距離δＬを担保できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0076】

さらに、本発明によれば、第１の伸縮物質デバイスと第２の伸縮物質デバイスの作動方向を逆にすることにより、第１の伸縮物質デバイスの作動時の反力を第２の伸縮物質デバイスの作動時の反力で相殺できるので、アクチエータの作動時の振れを無くし、磁気センサーの絶対位置の移動誤差を小さくして、位置Ｚａ，Ｚｂでの磁束密度を精度よく測定できるので、さらに精度よく磁気勾配と磁気力を測定、演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【0077】

さらに、本発明によれば、磁気センサーと素子移動保持手段の移動方向は同一軸とし、Ｚ軸方向の磁気力測定を行う場合について説明したが、前記磁気センサーと素子移動保持手段を有するアクチエータをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向毎に同一ホルダー上に配置し、各軸毎に測定制御し、各軸方向の磁気特性から３次元の磁気特性ベクトルを演算し、それらの値を表示できるようにも構成でき、本構成により３次元の磁気力を精度よく測定演算できる磁気力計測装置を提供できる効果がある。

【符号の説明】

【0078】

１・・・磁気力測定装置、２・・・磁気センサー、３・・・アクチエータ、４・・・ホルダー、５・・・給電線、６・・・給電・計測線、７・・・端子台、８・・・結束線、１０・・・計測装置本体、１１・・・結束線、１２・・・連結コネクター、１３・・・センサーホルダー、１４・・・伸縮物質、１５・・・負極の電極板、１６・・・正極の電極板、１７・・・移動リング、１８・・・電気絶縁体、１９・・・鍔、２０，２１・・・移動拘束板、２２・・・電気絶縁板、２４・・・弾性体、２５・・・下部電気絶縁容器、２６・・・上部電気絶縁蓋、３４・・・計測線、３６・・・計測線、４１・・・給電・演算・制御手段、４２・・・演算・表示・制御手段、４３・・・平均磁束密度Ｂ用表示画面、４４・・・磁気勾配ΔＢ用表示画面、４５・・・磁気力係数Ｆｍ用表示画面、４６・・・単位磁気力Ｆｕ用表示画面、４７・・・警報器、４８・・・測定・演算値表示警告手段、５３・・・保液層、５４，５５・・・導電性分子膜、５６・・・正極の電極板、５７・・・負極の電極板、５８・・・電気絶縁体、５９・・・コイルバネ、６０・・・移動円盤、６１・・・下部電気絶縁容器、６８・・・計測線、７１・・・アクチエータ、７６・・・磁気力測定装置、３ｃ・・・アクチエータ、１３ｃ・・・センサーホルダー、１４ｃ・・・伸縮物質、１５ｃ・・・負極の電極板、１６ｃ・・・正極の電極板、１７ｃ・・・移動リング、１８ｃ・・・電気絶縁体、１９ｃ・・・鍔、２０ｃ，２１ｃ・・・移動拘束板、２２ｃ・・・電気絶縁板、２４ｃ・・・弾性体、２５ｃ・・・下部電気絶縁容器、２６ｃ・・・上部電気絶縁蓋、３４ｃ・・・計測線、３６ｃ・・・計測線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】