| 【発明の名称】 |
光磁界センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】浅井 裕次
【氏名】亀嶋 義明
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| 【要約】 |
【課題】ファラデー効果を利用した光磁界センサの温度特性を向上させる。
【解決手段】ファラデー素子を基板、偏光子、検光子に接着固定するための接着剤として、光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤を採用する。これにより、ファラデー素子と被固着部品とが熱膨張係数を異にしている場合に接着界面に発生する熱応力を接着剤層にて緩和し、熱応力に起因する温度特性に及ぼす影響を解消する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】基板に接着剤を介して固着した偏光子、ファラデー素子、および検光子を備え、前記ファラデー素子として自然旋光能の無い強磁性体を採用してなり、直線偏光を前記ファラデー素子に通過して直線偏光の偏波面を外部磁界に応じて回転させることにより光強度変換して磁界を検出する光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子とは独立的に前記基板に接着剤を介して固着されていて、同接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とする光磁界センサ。
【請求項２】基板上に接着剤を介して固着した偏光子、ファラデー素子、および検光子を備え、前記ファラデー素子として自然旋光能の無い強磁性体を採用してなり、直線偏光を前記ファラデー素子に通過して直線偏光の偏波面を外部磁界に応じて回転させることにより光強度変換して磁界を検出する光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子のいずれか一方に接着剤を介して固着された状態で前記基板に接着剤を介して固着されていて、これら接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とする光磁界センサ。
【請求項３】基板に接着剤を介して固着した偏光子、ファラデー素子、および検光子を備え、前記ファラデー素子として自然旋光能の無い強磁性体を採用してなり、直線偏光を前記ファラデー素子に通過して直線偏光の偏波面を外部磁界に応じて回転させることにより光強度変換して磁界を検出する光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子に接着剤を介して挟持されて固着された状態で前記基板に接着剤を介して固着されていて、これら接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とする光磁界センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光磁界センサの一形式として、特開平９−２１１０９３号公報に示されているように、基板に接着剤を介して固着した偏光子、ファラデー素子、および検光子を備え、直線偏光をファラデー素子に通過して直線偏光の偏波面を外部磁界に応じて回転させることにより光強度変換して磁界を検出する光磁界センサがある。当該光磁界センサにおいては、直線偏光の偏波面の回転角度が大きくて磁界の検出感度の高い希土類鉄ガーネット系（以下ＲＩＧという）の結晶等、自然旋光能のない強磁性体の結晶が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者は、当該光磁界センサにおいては、ファラデー素子を固着するために使用する接着剤の種類によっては温度特性（比誤差特性）が低下する現象を知得した。かかる現象が発生する理由は定かではないが、ファラデー素子と被固着部材との熱膨張係数の相違により、温度変化の際に、ファラデー素子と被固着部品との接着界面に発生する熱応力が介在する接着剤層で緩和されず、ファラデー素子の回転能に何らかの影響を及ぼし、特に、直線偏光の偏波面の回転角度が大きい自然旋光能のない強磁性体の結晶であるファラデー素子においては、その影響が顕著に発現するものと推測される。
【０００４】従って、本発明の目的は、当該光磁界センサにおけるファラデー素子の温度特性の低下を防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板に接着剤を介して固着した偏光子、ファラデー素子、および検光子を備え、前記ファラデー素子として自然旋光能の無い強磁性体を採用してなり、直線偏光を前記ファラデー素子に通過して直線偏光の偏波面を外部磁界に応じて回転させることにより光強度変換して磁界を検出する形式の光磁界センサに関する。
【０００６】しかして、本発明は上記した形式の光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子とは独立的に前記基板に接着剤を介して固着されていて、同接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とするものである。
【０００７】また、本発明は上記した形式の光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子のいずれか一方に接着剤を介して固着された状態で前記基板に接着剤を介して固着されていて、これら接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明は上記した形式の光磁界センサにおいて、前記ファラデー素子が前記偏光子および検光子に接着剤を介して挟持されて固着された状態で前記基板に接着剤を介して固着されていて、これら接着剤として、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の作用・効果】本発明に係る光磁界センサにおいては、ファラデー素子の被固着部品に対する接着剤として、デュロメータＡ硬度が５０以下という硬度の低い樹脂系接着剤が採用されているため、ファラデー素子と被固着部品とが熱膨張係数を異にしている場合にも、接着剤層が接着界面で発生する熱応力を緩和する。
【００１０】このため、熱応力に起因する温度特性に及ぼす影響を解消し得て、良好な温度特性が保持されるとともに、ファラデー素子と被固着部品に作用する熱応力が低減して、各部品の亀裂、その他の損傷の発生が防止され、光磁界センサの耐久性を向上させることができる。
【００１１】この場合、接着剤としては、当該光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下、好ましくは、デュロメータＡ硬度が２０以下の樹脂系接着剤が好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説明するに、図１〜図４には、本発明に係る光磁界センサの一例が示されている。当該光磁界センサは、光学部品１０、一対のボールレンズ２１、一対の光ファイバー２２、これらの構成部品１０，２１，２２が配設されたベース２３、およびこれらの構成部品１０，２１，２２を覆蓋してベース２３とともに挟持して収容する蓋体２４により構成されている。
【００１３】光磁界センサにおいて、ベース２３および蓋体２４はガラス素材をプレス成形して形成されているもので、所定の厚みを有する平板状を呈している。ベース２３においては、ベース本体２３ａの表面に光学部品１０、各ボールレンズ２１および各光ファイバー２２を収容する溝部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成されている。また、蓋体２４においてはその下面に、ベース２３の各溝部２３ｂ〜２３ｄに略下半分を収容されている光学部品１０、各ボールレンズ２１および各光ファイバー２２を収容する溝部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成されている。
【００１４】ベース本体２３ａの表面には、図２および図３に示すように、中央部の第１溝部２３ｂを挟んで一対の位置決め用の係合凹所２３ｅが形成されており、また蓋本体２４ａの下面には、図３に示すように、各係合凹所２３ｅに対向する一対の位置決め用の係合突起部２４ｅが形成されている。蓋体２４は、その各係合突起部２４ｅをベース２３の各係合凹所２３ｅに嵌合させてベース２３に対して位置決めされた状態で接着されて、ベース２３の表面を覆蓋している。この状態で、蓋体２４は、ベース２３とともに、光学部品１０、各ボールレンズ２１、および各光ファイバー２２を挟持して収容している。
【００１５】光磁界センサを構成する光学部品１０は、ファラデー素子１１と、偏光子１２と、検光子１３とからなり、これら３者１１〜１３はファラデー素子１１を挟んだ状態で接着剤を介して互いに接着されている。ファラデー素子１１は、固相反応法にて生成されたＲＩＧ単結晶であり、また偏光子１２および検光子１３はガラス偏光板であって、光学部品１０は、図５に示す製造方法により形成される。
【００１６】光学部品１０においては、先づ板状に生成されたＲＩＧ単結晶１１ａを第１ガラス偏光板１２ａの一側面に接着剤を介して接着し、ＲＩＧ単結晶１１ａの表面を光学研磨して、ＲＩＧ単結晶１１ａの厚みを２０μｍ〜２００μｍの範囲の所定の厚みに調整する。次いで、このＲＩＧ単結晶１１ａの研磨面である表面に第２ガラス偏光板１３ａを接着剤を介して接着して、３層構造体１０ａを形成する。第２ガラス偏光板１３ａは、その偏光角を、第１ガラス偏光板１２ａの偏光角に対して４５度偏倚して接着する。その後、この３層構造体１０ａを所定の大きさに切断して、多数の光学部品１０を形成する。
【００１７】光学部品１０においては、中間部のＲＩＧ単結晶１１ａがファラデー素子１１を構成し、第１ガラス偏光板１２ａが偏光子１２を構成し、かつ第２ガラス偏光板１３ａが検光子１３を構成し、これら３者１１〜１３が一体の状態でベース２３と蓋体２４の間に配設されている。
【００１８】このように構成した光磁界センサにおいては、光源から出射した光が一方の光ファイバー２２を経てボールレンズ２１に入射され、ボールレンズ２１にて平行光とされて光学部品１０に入射される。光学部品１０に入射された平行光は、先づ偏光子１２にて直線偏光とされてファラデー素子１１を通過して検光子１３を経て他方のボールレンズ２１に入射され、ボールレンズ２１にて集光されて他方の光ファイバー２２から出射される。
【００１９】この場合、直線偏光はファラデー素子１１を通過する間に、ファラデー素子１１に印加された外部磁界に応じて偏波面が回転され検光子１３に入射され、検光子１３において印加磁界に応じた強度の変調光とされ、外部磁界の検出信号として出力される。
【００２０】しかして、当該光磁界センサにおいては、光学部品１０を構成するファラデー素子１１と偏光子１２および検光子１３とを接着するための接着剤として、また、光学部品１０をベース２３に接着するための接着剤として、光磁界センサの使用温度領域におけるデュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤が採用されている。かかる接着剤は、変性アクリル系樹脂または変成ウレタン系樹脂に可塑剤を混合して生成され、可塑剤の混合量に基づいて硬度が調整される。
【００２１】なお、デュロメータＡ硬度とは、日本工業規格「ＪＩＳ Ｋ７２１５：プラスチックのデュローメータ硬さ試験法」に基づく樹脂硬度を意味し、合成樹脂の分野ではショアー硬度とも称呼されている。
【００２２】このように、当該光磁界センサにおいては、光学部品１０を構成するファラデー素子１１と偏光子１２および検光子１３とを接着するための接着剤、および、光学部品１０をベース２３に接着するための接着剤として、デュロメータＡ硬度が５０以下という硬度の低い樹脂系接着剤を採用している。このため、ファラデー素子１１と偏光子１２および検光子１３、ファラデー素子１１とベース２３が熱膨張係数を異にしていても、接着剤層が接着界面で発生する熱応力を緩和し、熱応力に起因する温度特性に及ぼす影響を解消し得て、良好な温度特性を保持する。
【００２３】また、ファラデー素子１１、偏光子１２、および検光子１３にて構成されている光学部品１０内で発生する熱応力、光学部品１０とベース２３間で発生する熱応力が低減するため、光学部品１０を構成するファラデー素子１１、偏光子１２、および検光子１３における亀裂、その他の損傷の発生が防止され、光磁界センサの耐久性が向上する。
【００２４】なお、上記した光磁界センサにおいては、ファラデー素子１１が偏光子１２と検光子１３に接着固定されて１個の光学部品に構成されている例であるが、ファラデー素子１１が偏光子１２および検光子１３のいづれか一方に接着固定して使用される場合、ファラデー素子１１が偏光子１２および検光子１３とは独立してベース２３等基板に接着固定して使用される場合においても、これらの接着固定に使用する接着剤として、デュロメータＡ硬度が５０以下の樹脂系接着剤を使用すれば、光磁界センサの温度特性を向上させることができる。
【００２５】
【実施例】当該光磁界センサの温度特性を確認するため、樹脂硬度の異なる各種の変性アクリル系接着剤を使用して図１に示す各光磁界センサを作製し、各光学磁界センサの高磁場と低磁場におけるセンサ出力値を測定して、基準温度（２５℃）のセンサ出力値に対する低温時、高温時のセンサ出力値の誤差を算出した。得られた結果の一例（接着剤の樹脂硬度：デュロメータＡ硬度１０とデュロメータＤ硬度６０）を、下記の表１，２に示すとともに、接着剤の樹脂硬度とセンサ出力値の誤差のとの関係を図６のグラフに示す。
【００２６】なお、上記したデュロメータＤ硬度とは、デュロメータＡ硬度と同様、日本工業規格「ＪＩＳ Ｋ７２１５：プラスチックのデュローメータ硬さ試験法」に基づく樹脂硬度を意味する。
【００２７】
【表１】
【００２８】但し、表１の結果は、室温（２５℃）で高磁場（１００ Ｏｅ）でのセンサ出力値を基準として、−２０℃の低温環境下で低磁場（１０ Ｏｅ）でのセンサ出力値を測定して、このセンサ出力値の誤差を算出したものである。
【００２９】
【表２】
【００３０】但し、表２の結果は、室温（２５℃）で高磁場（１００ Ｏｅ）でのセンサ出力値を基準として、８０℃の高温環境下で低磁場（１０ Ｏｅ）でのセンサ出力値を測定して、このセンサ出力値の誤差を算出したものである。
【００３１】図６に示すグラフにおいては、実線のグラフＡは測定環境を−２０℃の低温に変化させた場合の結果、破線のグラフＢは測定環境を８０℃の高温に変化させた場合の結果である。但し、採用した接着剤の樹脂硬度はデュロメータＡ，Ｄの両硬度でグラフの横軸に表示しており、接着剤の樹脂硬度はグラフの横軸の右方にいくほど増大する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４０６４
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷 照一 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１４１０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７４６４１ |
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