(57)【要約】【課題】磁性材料の板状試料の面内方向に圧縮応力をかけながら磁気測定を行う際に、前記板状試料に均一な面圧を加えながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことができる磁気測定方法を提供すること。【解決手段】磁性材料の板状試料を、一次コイルの巻線の中に挿入し、当該一次コイルで励磁しつつ、前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与しながら、前記板状試料の磁気特性を測定する磁気測定方法であって、前記一次コイルを、２個以上の巻線部で構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置し、さらに、前記巻線部の長さの合計を前記板状試料の磁路長の３０％以上、前記巻線部の間の空隙の長さを３〜４０ｍｍとし、前記巻線部の間の空隙から、前記板状試料に面圧を加えるために前記板状試料の上に配置した押さえ板に荷重を伝える押さえ部材を差し入れ、当該押さえ部材に荷重をかけながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことを特徴とする磁気測定方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料の板状試料を、一次コイルの巻線の中に挿入し、当該一次コイルで励磁しつつ、前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与しながら、前記板状試料の磁気特性を測定する磁気測定方法であって、
前記一次コイルを２個以上の巻線部で構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置し、さらに、前記巻線部の長さの合計を前記板状試料の磁路長の３０％以上、前記巻線部の間の空隙の長さを３〜４０ｍｍとし、
前記巻線部の間の空隙から、前記板状試料に面圧を加えるために前記板状試料の上に配置した押さえ板に荷重を伝える押さえ部材を差し入れ、当該押さえ部材に荷重をかけながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことを特徴とする磁気測定方法。
【請求項２】
押さえ部材の幅を巻線部の幅よりも大きくし、前記押さえ部材のうち前記巻線部の幅から外側に張り出した部分に、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の磁気測定方法。
【請求項３】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料の厚みを、板状試料の厚みよりも厚くしたことを特徴とする請求項２に記載の磁気測定方法。
【請求項４】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記押さえ板補助部材の厚みを、押さえ板の厚みよりも厚くしたことを特徴とする請求項２または３に記載の磁気測定方法。
【請求項５】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料を載置する載置面の高さを、板状試料を載置する載置面の高さよりも高くしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の磁気測定方法。
【請求項６】
磁性材料の板状試料を、一次コイルの巻線の中に挿入し、当該一次コイルで励磁しつつ、前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与しながら、前記板状試料の磁気特性を測定する磁気測定装置であって、
前記板状試料を励磁する一次コイルと、
前記一次コイルによって励磁された板状試料の磁束を検出する二次コイルと、
前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与する応力付与機構と、
前記板状試料に面圧を加えるための押さえ板と、
前記押さえ板に荷重を伝える押さえ部材と、
前記押さえ部材に荷重を付与する荷重付与機構と、を備え、
前記一次コイルを２個以上の巻線部で構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置し、さらに、前記巻線部の長さの合計を前記板状試料の磁路長の３０％以上、前記巻線部の間の空隙の長さを３〜４０ｍｍとし、
前記巻線部の間の空隙から、前記押さえ部材を差し入れ可能としたことを特徴とする磁気測定装置。
【請求項７】
押さえ部材の幅を巻線部の幅よりも大きくし、前記押さえ部材のうち前記巻線部の幅から外側に張り出した部分に、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の磁気測定装置。
【請求項８】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料の厚みを、板状試料の厚みよりも厚くしたことを特徴とする請求項７に記載の磁気測定装置。
【請求項９】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記押さえ板補助部材の厚みを、押さえ板の厚みよりも厚くしたことを特徴とする請求項７または８に記載の磁気測定装置。
【請求項１０】
面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料を載置する載置面の高さを、板状試料を載置する載置面の高さよりも高くしたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の磁気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気測定方法および磁気測定装置に関する。本発明は、特に、板状の磁性材料に圧縮応力を付与しつつその磁気的な特性を評価する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー消費削減の機運から、モータや変圧器、リアクトル、あるいはセンサなど、磁気応用機器の鉄心として用いられる磁性材料を磁化させたときの損失を極限まで低減させることが重要となっている。このため、磁性材料を実際の機器に用いた際の磁気特性の正確な評価と予測は、材料開発だけでなく、機器設計の高度化の点でも重要といえる。
【０００３】
磁性材料を現実の機器用の鉄心として用いたとき、種々の要因で鉄心材料が有する磁気的特性が劣化し、素材の磁気特性から予測した機器特性よりも実際の機器の特性が劣ることが知られている。このような磁気特性劣化の大きな原因として、鉄心材料に加わる応力の影響が挙げられる。電磁鋼板をはじめとする多くの磁性材料は正の磁歪定数を有するため、磁化方向に圧縮応力が加わると透磁率や鉄損といった磁気特性が劣化する。このため、電磁鋼板やアモルファス薄帯、ナノ磁性材料、パーマロイといった種々の板状磁性材料（ここでは膜状磁性材料を含む）に板面内方向の応力をかけながらその磁気的特性を評価することが必要とされている。このような磁化方向の応力を加えつつ磁気測定を行う方法としては、簡便性や応力の均一性の点で単板試料を用いる方法が適している。
【０００４】
単板試料を用いた磁気測定方法は上記の利点を有する反面、試料に対して圧縮応力を加えた場合に試料の座屈が起こり均一な弾性変形が確保できなくなる。このため、単板試料による方法では座屈を押さえるための押さえ板を試料上面に乗せ、これに荷重を加えつつ測定を行う方法がとられる。すなわち、試料の板面と垂直な方向の面圧を加えつつ、試料に対して板面内方向（板面と平行な方向の応力）の圧縮応力を加えた状態で試料を板面内方向に磁化させて磁気測定を行う方法である。
【０００５】
この方法は以下の２つの問題を有している。
（１）押さえ板の弾性変形により試料長手方向の面圧が均一でなくなる。
（２）押さえ板と試料の間に働く摩擦力により試料に実効的に作用する応力が不明確となる。
【０００６】
図１は、従来型の磁気測定装置（単板試験器）の測定枠部分を示す側面図（側面断面図）である。前記測定枠は、被測定試料（磁性材料の板状試料）を、Ｕ字型の上側継鉄（上側ヨーク）と下側継鉄（下側ヨーク）で挟んで構成されている。継鉄の内側には、板状試料を励磁する一次コイル（励磁コイル）が配置され、さらにその内側に一次コイルによって励磁された板状試料の磁束密度を検出する二次コイル（磁束検出コイル）が配置されている。板状試料は、一次コイルと二次コイルの巻線の中に挿入され、下側保持部材の上に載置されている。板状試料の上には、前記板状試料に面圧を加えるための押さえ板が配置され、当該押さえ板には、試料長手方向で一次コイルと二次コイルの外側に配置された押さえ部材から荷重が伝えられるように構成されている。上記磁気測定装置は、上記測定枠と、板状試料の磁化方向（試料長手方向）に圧縮応力を付与する応力付与機構（図示略）と、前記押さえ部材に垂直方向（押さえ板の面外方向）の荷重を付与する荷重付与機構（図示略）を備える。
【０００７】
上記（１）の問題は、図１に示した従来型の磁気測定装置の場合、押さえ板に対して試料長手方向の両端のみに設置された押さえ部材を介して荷重が加えられるが、試料長手方向の中央部には荷重が加えられていないため、押さえ板が弾性変形した場合、試料長手方向の面圧が一定でなくなることに起因する。一方、押さえ板の弾性変形を防止するために試料の長さに対して押さえ板の厚みを増すことが考えられるが、この場合、一次コイル、二次コイルの開口面積が増加して試料長手方向の磁化の均一性が低下し、磁気測定の精度が低下する。このため、押さえ板の厚みを十分に増加させることによって面圧不均一の問題を回避することは難しい。また、一次コイルを継鉄部にのみに配置し、試料部分を解放させた（試料がコイルにかからないようにした）状態とした構成の場合は、図１に示されるような押さえ部材を用いなくても、試料全体に均一な面圧を加えることが容易であるが、このような励磁方式の場合は磁束波形が歪みやすいので精度の高い磁気測定を行うには適していない。
【０００８】
また、上記（２）の問題に対して、本発明者らは、非特許文献１に摩擦力の影響の定量化方法および補正の方法を提案している。しかし、ここでの補正の方法は、鋼板表面の異なる試料に対して完全に有効である保証はなく、特定の材料で得られた補正係数を種々の材料に対して適用した場合には応力の評価値に誤差を含む可能性が生じる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】千田，上坂，財前，大村，尾田，岡部：平成２８年  電気学会  基礎・材料・共通部門大会6-B-p1-5「電磁鋼板の応力下での磁気測定方法の検討」
【非特許文献２】三石，山本，柳瀬：平成２８年  電気学会  基礎・材料・共通部門大会6-B-p1-4「無方向性電磁鋼板の磁気特性に及ぼす面圧効果の板厚依存性」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、磁性材料の板状試料の面内方向に圧縮応力をかけながら磁気測定を行う際に、前記板状試料に均一な面圧を加えながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことができる磁気測定方法および磁気測定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】
【００１１】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］磁性材料の板状試料を、一次コイルの巻線の中に挿入し、当該一次コイルで励磁しつつ、前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与しながら、前記板状試料の磁気特性を測定する磁気測定方法であって、
前記一次コイルを２個以上の巻線部で構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置し、さらに、前記巻線部の長さの合計を前記板状試料の磁路長の３０％以上、前記巻線部の間の空隙の長さを３〜４０ｍｍとし、
前記巻線部の間の空隙から、前記板状試料に面圧を加えるために前記板状試料の上に配置した押さえ板に荷重を伝える押さえ部材を差し入れ、当該押さえ部材に荷重をかけながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことを特徴とする磁気測定方法。
［２］押さえ部材の幅を巻線部の幅よりも大きくし、前記押さえ部材のうち前記巻線部の幅から外側に張り出した部分に、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を設けたことを特徴とする［１］に記載の磁気測定方法。
［３］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料の厚みを、板状試料の厚みよりも厚くしたことを特徴とする［２］に記載の磁気測定方法。
［４］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記押さえ板補助部材の厚みを、押さえ板の厚みよりも厚くしたことを特徴とする［２］または［３］に記載の磁気測定方法。
［５］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とで構成し、
前記補助試料を載置する載置面の高さを、板状試料を載置する載置面の高さよりも高くしたことを特徴とする［２］〜［４］のいずれかに記載の磁気測定方法。
［６］磁性材料の板状試料を、一次コイルの巻線の中に挿入し、当該一次コイルで励磁しつつ、前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与しながら、前記板状試料の磁気特性を測定する磁気測定装置であって、
前記板状試料を励磁する一次コイルと、
前記一次コイルによって励磁された板状試料の磁束を検出する二次コイルと、
前記板状試料の磁化方向に圧縮応力を付与する応力付与機構と、
前記板状試料に面圧を加えるための押さえ板と、
前記押さえ板に荷重を伝える押さえ部材と、
前記押さえ部材に荷重を付与する荷重付与機構と、を備え、
前記一次コイルを２個以上の巻線部で構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置し、さらに、前記巻線部の長さの合計を前記板状試料の磁路長の３０％以上、前記巻線部の間の空隙の長さを３〜４０ｍｍとし、
前記巻線部の間の空隙から、前記押さえ部材を差し入れ可能としたことを特徴とする磁気測定装置。
［７］押さえ部材の幅を巻線部の幅よりも大きくし、前記押さえ部材のうち前記巻線部の幅から外側に張り出した部分に、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を設けたことを特徴とする［６］に記載の磁気測定装置。
［８］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料の厚みを、板状試料の厚みよりも厚くしたことを特徴とする［７］に記載の磁気測定装置。
［９］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記押さえ板補助部材の厚みを、押さえ板の厚みよりも厚くしたことを特徴とする［７］または［８］に記載の磁気測定装置。
［１０］面圧制御機構を、補助試料と押さえ板補助部材とを重ねて構成し、
前記補助試料を載置する載置面の高さを、板状試料を載置する載置面の高さよりも高くしたことを特徴とする［７］〜［９］のいずれかに記載の磁気測定装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁性材料の板状試料の面内方向に圧縮応力をかけながら磁気測定を行う際に、前記板状試料に均一な面圧を加えながら前記板状試料の磁気特性の測定を行うことができる。
また、本発明によれば、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御でき、押さえ板が及ぼす摩擦力の影響を軽減しつつ、圧縮応力下での磁気測定を行うことが可能である。
そして、これらにより、圧縮応力下でより精度の高い磁気測定を行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来型の磁気測定装置の測定枠部分を示す側面図
【図２】本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置の測定枠部分を示す側面図
【図３】本発明の他の実施形態にかかる磁気測定装置の測定枠部分を示す側面図
【図４】本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構なし）の測定枠部分を示す正面図および側面図
【図５】本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構あり）の測定枠部分を示す正面図および側面図
【図６】本発明の他の実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構あり）の測定枠部分を示す正面図および側面図
【図７】本発明の他の実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構あり）の測定枠部分を示す正面図および側面図
【図８】一次コイルを構成する巻線部の長さおよび巻線部間の空隙に関する説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について実施形態例を示して説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態例に限定されない。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置の測定枠部分を示す側面図（側面断面図）である。まず、上記（１）の問題に対して、図１に示した従来型の磁気測定装置における一次コイルを試料長手方向に分割した構成とした。すなわち、図２に示すように、一次コイルを２個以上の巻線部（図２に示す磁気測定装置では、巻線部１と巻線部２の２個の巻線部）によって構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置した。かかる構成とすることで、巻線部間に設けられた空隙から押さえ部材を挿入することにより、押さえ部材間の間隔が小さくなるため、押さえ板の弾性変形が抑制されて試料長手方向の面圧の分布を、図１に示した従来型の磁気測定装置に比べて均一にすることができる。
【００１６】
図２に示す磁気測定装置の測定枠は、被測定試料（磁性材料の板状試料）を、Ｕ字型の上側継鉄（上側ヨーク）と下側継鉄（下側ヨーク）で挟んで構成されている。継鉄の内側には、板状試料を励磁する一次コイル（励磁コイル）が配置され、さらにその内側に一次コイルによって励磁された板状試料の磁束密度を検出する二次コイル（磁束検出コイル）が配置されている。なお、後述のように、二次コイルの配置は、これに限定されず、板状試料の磁束密度を検出可能な任意の位置に配置することができる。
【００１７】
上述のように、本発明では、一次コイルを２個以上の巻線部によって構成し、かつ、前記２個以上の巻線部を、前記巻線部の間に空隙を設けて前記板状試料の長手方向に並べて配置する。板状試料は、一次コイルの巻線の中（図２では、巻線部１と巻線部２の中）に挿入され、下側保持部材の上に載置される。板状試料の上には、前記板状試料に面圧を加えるための押さえ板が配置されている。前記押さえ板には、試料長手方向で一次コイルの外側に配置された押さえ部材と、巻線部１と巻線部２の間に設けられた空隙から挿入された押さえ部材から荷重が伝えられるように構成されている。図２に示す磁気測定装置は、上記測定枠と、板状試料の磁化方向（試料長手方向）に圧縮応力を付与する応力付与機構（図示略）と、前記押さえ部材に垂直方向（押さえ板の面外方向）の荷重を付与する荷重付与機構（図示略）とを備えており、前記応力付与機構により、板状試料の磁化方向に圧縮応力が付与可能とされており、また、前記荷重付与機構により、押さえ部材に押さえ板の面外方向の荷重が付与可能とされている。
【００１８】
板状試料の磁気特性を測定する際には、板状試料を、巻線部１と巻線部２で構成された一次コイルの巻線の中に挿入して下側保持部材の上に載置し、上側継鉄と下側継鉄で挟んで測定枠を構成する。そして、板状試料を一次コイルで励磁し、応力付与機構により板状試料の面内方向に圧縮応力を付与しつつ、前記押さえ部材に荷重をかけながら、前記板状試料の磁気特性の測定を行う。
【００１９】
ここで、一次コイルは試料長手方向の磁路長（図２中の磁路長Ｌ）の３０％以上の領域に巻かれている必要がある。すなわち、図２に示す磁気測定装置でいえば、巻線部１と巻線部２の長さ（試料長手方向の長さ）の合計が、板状試料の磁路長Ｌの３０％以上である必要がある。というのは、磁路長に対する一次コイルの長さが不足すると試料長手方向の磁束密度の分布が不均一になるからである。一次コイルを構成する巻線部の長さの合計は、板状試料の磁路長の５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましい。なお、磁路長は、板状試料のうち継鉄内の領域である。また、前記巻線部は、導体以外を含む巻き枠の部分ではなく、実質的に巻線が存在する部分である。
【００２０】
なお、磁束密度測定のための二次コイル（磁束検出コイル）は、板状試料の磁束密度を検出可能な位置に配置される。二次コイルは、例えば、一次コイルの巻線部の内側の位置に配置することができ、一次コイルと同様に分割して、すなわち、２個以上の巻線部で構成することができる。二次コイルは、必要に応じて、一次コイルを構成する全ての巻線部の内側の位置に配置することができ、あるいは一次コイルを構成する一部の巻線部の内側の位置に配置することができる。
【００２１】
図２に示す磁気測定装置では、二次コイルを巻線部１１と巻線部１２の２個の巻線部で構成し、それぞれ、一次コイルを構成する巻線部１と巻線部２の内側の位置に配置した。当該磁気測定装置では、一次コイルを構成する巻線部と、二次コイルを構成する巻線部を対応させて構成している。すなわち、巻線部１の長さと巻線部１１の長さ、巻線部２の長さと巻線部１２の長さ、巻線部１と巻線部２の間の空隙の長さと巻線部１１と巻線部１２の間の空隙の長さを略等しく構成した。そして、押さえ部材を、一次コイルを構成する巻線部１と巻線部２の間の空隙と、二次コイルを構成する巻線部１１と巻線部１２の間の空隙に差し入れる構成とした。
【００２２】
なお、二次コイルについても試料の平均的な磁束密度を精度よく測定するためには、試料の磁路長に占める割合を高くする方が有利である。例えば、二次コイルを構成する巻線部の長さの合計を、一次コイルと同様に、試料長手方向の磁路長Ｌの３０％以上とすることができ、５０％以上とすることができ、６０％以上とすることができる。
【００２３】
非特許文献２では、面圧下での磁気特性の評価を目的に分割された巻線部と押さえ板が一体となった構造の測定装置が提案されている。このような構造の場合、上記で問題とした押さえ板に相当する部分の弾性変形を防止することが可能であるものの、押さえ板に相当する部分が巻線部や押さえ部材に相当する部分と一体となっているため、押さえ部材と押さえ板が分離していてそれぞれが独自に動きうる場合に比べて、押さえ板に相当する部分が測定枠により強く拘束されることになり、押さえ板から受ける摩擦力の影響を受けやすくなる。また、押さえ板に相当する部分に直接巻線を施す場合は、面圧の印加に応じて巻線部が若干の変形を起こすことになり、測定枠の長期信頼性の点で不安が生じる。また押さえ板相当部分とは別に巻き枠を設けて巻線を施す場合は、装置の構成が煩雑となり、製造が容易でなくなる。従って、本発明は、測定装置の製造が容易でかつ長期的な信頼性の点でも問題がなく、押さえ板から受ける摩擦力の影響を軽減することも可能であるという点において優れている。
【００２４】
図３は、本発明の他の実施形態にかかる磁気測定装置の測定枠部分を示す側面図（側面断面図）である。図３に示した磁気測定装置は、一次コイルを４個の巻線部（巻線部１〜４）によって構成し、二次コイルを４個の巻線部（巻線部１１〜１４）で構成したこと以外は、図２に示した磁気測定装置の構成と同様である。図３に示した磁気測定装置では、押さえ部材間の間隔がより小さくなるため、押さえ板の弾性変形をより抑制でき、試料長手方向の面圧の分布を、より均一にすることができる。
【００２５】
ここで、図３に示す磁気測定装置では、巻線部１〜４の長さ（試料長手方向の長さ）の合計が、板状試料の磁路長Ｌの３０％以上である必要がある。巻線部１〜４の長さの合計が、板状試料の磁路長Ｌの３０％以上であることで、試料長手方向の磁束密度の分布を均一にすることができより精度の高い測定ができる。一次コイルを構成する巻線部の長さの合計は、板状試料の磁路長の５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましい。
【００２６】
また、図３に示す磁気測定装置では、図２に示す磁気測定装置と同様に、一次コイルを構成する巻線部と、二次コイルを構成する巻線部を対応させて構成している。すなわち、巻線部１〜４の長さと巻線部１１〜１４の長さ、一次コイルを構成する各巻線部間の空隙の長さと二次コイルを構成する各巻線部間の空隙の長さを略等しく構成した。そして、押さえ部材を、一次コイルを構成する各巻線部間の空隙と、二次コイルを構成する各巻線部間の空隙に差し入れる構成とした。
【００２７】
なお、上述のとおり、二次コイルは、板状試料の磁束密度を検出可能な位置に配置されればよいが、試料の平均的な磁束密度を精度よく測定するためには、試料の磁路長に占める割合を高くする方が有利であり、例えば、二次コイルを構成する巻線部（巻線部１１〜１４）の長さの合計を、試料長手方向の磁路長Ｌの３０％以上とすることができ、５０％以上とすることができ、６０％以上とすることができる。
【００２８】
次に上記問題（２）の解決策について説明する。押さえ板によって面圧を加えることで圧縮応力を加えたときの試料の座屈変形を抑制することが可能であるが、過度な面圧を加えると押さえ板と試料表面の間の摩擦力が強くなり、外部から加えた応力と試料に実効的に作用している応力の間に差異が生じる。
【００２９】
試料に加わっている実効的な応力を求める方法としては、（ア）試料に歪ゲージを取り付けて試料の変形を直接測定する方法、（イ）外部から加えた応力に対して摩擦力の影響を考慮した補正を施すことで実効的な応力を求める方法、が提案されている。前記（ア）の方法は、測定する試料個々に歪ゲージを貼り付けて測定を行う必要があり、煩雑である。また、前記（イ）の方法として、非特許文献１の方法が提案されているが、表面状態が異なる試料については摩擦力の補正係数を求める必要がある。また、押さえ板により面圧を加える方法は、押さえ板と試料の間に働く摩擦力の影響により試料長手方向の応力が一定でなくなるという問題が上記の方法（ア）、（イ）に拘わらず存在している。
【００３０】
上記の問題を解決するためには、押さえ板が試料に対して強い面圧を加えることなく、押さえ板が試料のごく近傍で十分な力で保持されていればよい。したがって、種々の板厚の材料に対応するためには、押さえ板を任意の位置で強固に保持できる機構を測定枠に持たせる必要があるが、数μｍ単位での厳密な位置の制御は非常に困難である。
【００３１】
本発明者らは、さらにこの問題に対応する方法を検討し、図５〜７に示すような磁気測定装置を発案するに至った。すなわち、図５〜７に示す磁気測定装置は、押さえ板を任意の位置で保持し、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を備える。
【００３２】
ここで、図４は、本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構なし）の測定枠部分を示す正面図（正面断面図）と側面図（側面断面図）であり、図５〜７はそれぞれ、本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置（面圧制御機構あり）の測定枠部分を示す正面図（正面断面図）と側面図（側面断面図）である。なお、図４〜７に示す正面図では継鉄（ヨーク）は略記している。
【００３３】
図５〜７に示す磁気測定装置では、図４に示す磁気測定装置に対して、押さえ部材の幅（試料幅方向に平行な方向の幅）を一次コイルを構成する巻線部の幅よりも大きく構成している（図４〜７の正面図を参照）。そして、前記押さえ部材のうち前記巻線部の幅から外側に張り出した部分に、押さえ板によって板状試料に加えられる面圧を制御する面圧制御機構を設けている。
【００３４】
具体的には、図５〜７に示すように、押さえ部材のうち一次コイルの巻線部から幅方向に張り出した部分（幅方向の両側）に押さえ板補助部材と補助試料を上下方向に重ねておく構造とする。
【００３５】
より具体的には、図５に示す磁気測定装置では、押さえ板補助部材の厚みは、押さえ板の厚みと同じとし、補助試料の厚みｄ１を被測定試料（板状試料）の厚みｄ０よりも若干厚く構成した。また、図６に示す磁気測定装置では、補助試料の厚みは被測定試料の厚みと同じとし、押さえ板補助部材の厚みｔ１を押さえ板の厚みｔ０よりも若干厚く構成した。また、図７に示す磁気測定装置では、補助試料の厚みは被測定試料の厚みと同じとし、補助試料の載置面の高さｈ１を被測定試料の載置面の高さｈ０よりも若干高く構成した。これらの１つ以上の方策により、押さえ板と板状試料の間に微少な空隙を設けることが可能である。ここで、押さえ部材に下方に向かって十分な荷重を加えたとき、押さえ板補助部材および補助試料の弾性変形が十分に小さい範囲では、板状試料と押さえ板の間には高さδの空間（隙間）を確保することが可能である。これにより、押さえ板からの面圧が板状試料に加えられず、押さえ板が及ぼす摩擦力の影響を軽減しつつ圧縮応力下での磁気測定を行うことが可能である。
【００３６】
また、押さえ板補助部材と補助試料の材質や厚み、前記隙間の高さδの大きさにより、押さえ板補助部材と補助試料が弾性変形を起こして試料と押さえ板の間の隙間が消失し試料に対して押さえ板から幾ばくかの面圧が付与される可能性も存在するが、このような場合でも試料に加えられる面圧が軽減されているので、押さえ板が及ぼす摩擦力の影響を軽減しつつ圧縮応力下での磁気測定を行うことが可能である。さらに、このような押さえ板補助部材と補助試料の弾性変形の影響をこれら材料の弾性率からあらかじめ予測し、試料に加わる面圧を調節することも可能である。
【００３７】
上記図５〜７に示すような面圧制御機構を有する測定装置の場合、図１に示す磁気測定装置の構造で小さな面圧を加えた場合と比較し、試料が押さえ板から受ける摩擦力の問題が軽減されるので、押さえ部材には十分に高い荷重を加えることができるため、試料が上記隙間の高さδを超えた湾曲や座屈を起こそうとしたときに発生する面垂直方向の力に抗して十分な保持を行うことが可能となる。
【００３８】
以下、さらに本発明の構成について説明を補足する。
【００３９】
（被測定試料）
測定に供される試料は短冊状で板状の磁性体とする。ここで、板状とは板厚の薄い膜状の磁性体やこれを積層・接着して厚みを増したものを含むものとする。板状の試料を用いるのは、試料の板面方向に圧縮応力を付与した状態での磁気測定を行うにあたり、試料内部の応力を均一な状態として測定することが可能なためである。
【００４０】
（試料の磁路長に対する一次コイルの巻線部の割合）
試料の磁路長に対して一次コイルの巻かれた部分の比率が低下すると試料長手方向の磁束密度分布が不均一となり、磁気測定精度の低下を招く。これを防止するために、隣接する一次コイルの巻線部間には試料長手方向の長さで３〜４０ｍｍの空隙を設けつつ、一次コイルの巻線部の占める割合を試料の磁路長の３０％以上とする。
【００４１】
図８は、一次コイルの長さおよび一次コイルを構成する巻線部間の空隙に関する説明図である。すなわち、図８に示すように、試料の磁路長Ｌに占める一次コイルを構成する巻線部の割合［（Σｃｉ／Ｌ）×１００］を３０％以上とする必要がある。また、さらに長手方向の磁束密度の均一度を高めるには、前記割合を５０％以上とするのが好ましく、６０％以上とすることがより好ましい。なお、巻線部は、巻線だけで構成してもよいし、巻き枠、外枠等に導線を巻いて構成してもよいが、上記の要請のためには、一次コイルを構成する巻線部の長さ（Σｃｉ）は、巻き枠、外枠等の非導体部分を除いた実質的に巻線が存在する領域にて定義される。また磁束密度測定のための二次コイルは、必要に応じて一次コイルの巻線部の内の全てあるいは幾つかに設置することが可能である。二次コイルについても試料の平均的な磁束密度を精度よく測定するためには、試料の磁路長に占める割合を高くする方が有利である。
【００４２】
（２個以上の巻線部（隣接する巻線部間の空隙の長さ））
上述したように、本発明の磁気測定装置では、一次コイルを構成する巻線部と巻線部の間に空隙を設け、この空隙に押さえ部材を挿入し、押さえ部材を介して押さえ板を押圧することで、押さえ板の弾性量の増加を抑制し、試料長手方向の面圧分布を均一にすることができる。このためには、少なくとも１個の押さえ部材を、巻線部と巻線部の間に挿入する必要があり、巻線部としては２個以上とする必要がある。また、巻線部と巻線部の間の空隙の長さは３〜４０ｍｍとする。この空隙の長さが３ｍｍ未満であると押さえ部材の厚みが薄くなり、面圧を有効に加えることができない。また４０ｍｍを超えると試料長手方向の磁束密度の不均一度が増加するので好ましくない。ここで、隣接する巻線部間の空隙は押さえ部材を挿入するためのものであるので、巻線部間の空隙は実質的に空間となる部分である（図８の巻線部間空隙ｇ１を参照）。
【００４３】
（荷重付与機構）
板状試料の板面垂直方向の面圧を加えることで試料の座屈変形を防止する。この力は磁化方向の応力や試料の板厚、座屈の危険性等に応じて変化させるべきであるので、荷重付与機構としては、試料の板面垂直方向の加重値を測定しつつ荷重が加えられる機構が好ましい。
【００４４】
（面圧制御機構）
磁化方向に圧縮応力を加えた状態で磁気測定を行うにあたり、被測定試料に過度な面圧が加わらず、かつ試料の座屈を防止するために、所定位置以下に押さえ板が低下せず、試料と押さえ板との間に適度な微少隙間（高さδ）を確保するための面圧制御機構を設けることが好ましい。このとき押さえ板は試料が微少隙間の高さδを超えて変形を起こした場合に十分な力で保持される必要がある。このため、上記荷重付与機構は、垂直方向に十分な荷重が加えられる必要がある。
【００４５】
面圧制御機構は、具体的には、押さえ板補助部材と補助試料を重ねて構成する。この際、押さえ板補助部材と補助試料はいずれが上側となるように重ねてもかまわない。また、押さえ板補助部材は上側の押さえ部材や下側の下側保持部材に接着あるいは一体化したものであってよい。また、被測定試料の板厚が常に一定の場合は、補助試料も押さえ部材や下側保持部材に接着あるいは一体化したものであってもよい（すなわち、補助試料を使用せず、押さえ板補助部材や下側保持部材の厚みを被測定試料の厚みよりも補助試料の厚み分だけ厚くするものでもよい）。
【００４６】
補助試料としては、特に限定されるものではないが、図５に示す面圧制御機構を選択する場合は、補助試料の板厚は被測定試料よりも若干厚くしておく。また、図６、７に示す面圧制御機構を選択する場合は、補助試料の板厚を被測定試料と同じとする。補助試料の材質に限定はなく、磁性体、非磁性体、導体、絶縁体いずれでも構わない。これは、補助試料を置く位置が一次、二次コイルの外側であるので磁気測定結果に影響を及ぼさないからである。したがって、種々の板厚の試料に対して試料上部の隙間δを簡便に設定するためには、図６あるいは図７の面圧制御機構を選択し、被測定試料と同じ鋼板から必要寸法に切り出した鋼板を補助試料とするのがよい。
【００４７】
（測定方式）
本発明は単板磁気測定装置（単板磁気測定試験器）に対して適用される。測定方式としては、Ｈコイル法や励磁電流法いずれにおいても適用可能である。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
図１に示す従来型の磁気測定装置（以下、構造１という）に対し、図２に示す磁気測定装置（以下、構造２という）、図３に示す磁気測定装置（以下、構造３という）を作製し、いずれも励磁電流法を適用した磁気測定装置とした。すなわち、構造２は一次コイルを２個の巻線部で構成し、構造３は一次コイルを４個の巻線部で構成し、各巻線部間に空隙を設けて構成したものである。
【００４９】
構造１〜３において、縦型双ヨークのヨーク部の厚みは１０ｍｍとし、ヨーク間の距離（磁路長）は１２０ｍｍとした。試験片はＪＩＳ  ５０Ａ４００相当の無方向性電磁鋼板とし、圧延方向１５０ｍｍ、幅方向３０ｍｍに切り出し、磁化方向の圧縮応力１００ＭＰａで磁気測定を実施するものとし、試料長手方向の中央部での最大磁束密度Ｂｍ＝１．５Ｔとなるように周波数５０Ｈｚで交番磁化させる条件にて上記構造１〜３にて磁気測定を行った。このとき、試料長手方向の面圧の不均一度、磁束密度分布の不均一度の評価を行った。試料表面の面圧分布の測定は圧力測定フィルムを用いて行った。試料長手方向の面圧の不均一度ＵＰは平均の面圧０．３ＭＰａとしたとき、試料表面で局所的に現れる面圧値を用いて下記で定義した。
ＵＰ ＝ ［（最大面圧−最小面圧）／平均面圧］×１００  ［％］
【００５０】
磁束密度分布の不均一度ＵＢは、最大磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚで交流磁化させたとき、図示しない１ターンの探りコイルを試料全幅に巻き、これを試料長手方向（磁路長内）で移動させ磁束密度分布を測定し、下記で定義した。
ＵＢ ＝［（磁束密度の最大値−磁束密度の最小値）／磁束密度の平均値］×１００  ［％］
ここで、上式の「磁束密度」は交流励磁したときの磁束密度波形のPeak to Peak 値の1/2の値とし、最大値、最小値、平均値は、１ターンの探りコイル位置を移動させて測定した複数の「磁束密度」について求める。
【００５１】
上記面圧の不均一度と磁束密度分布の不均一度の評価を、試料磁路長に対する一次コイルの長さ（一次コイルを構成する巻線部の長さの合計）の比率、一次コイルを構成する巻線部間の空隙の長さ、巻線部間に差し入れた押さえ部材の長さを変えて行った。
表１に、各条件における面圧の不均一度と磁束密度分布の不均一度の評価結果を示す。本発明に適合する条件では、面圧の不均一度を３．５％以下としつつ、磁束密度の不均一度を５％以下とした良好な測定条件での磁気測定が可能であることが示されている。
【００５２】
【表１】
2020041959.tif 000003
【００５３】
（実施例２）
図１に示す従来型の磁気測定装置（構造１）に対し、図４に示す磁気測定装置（以下、構造３Ａという）、図５に示す磁気測定装置（以下、構造３Ｂという）、図６に示す磁気測定装置（以下、構造３Ｃという）、図７に示す磁気測定装置（以下、構造３Ｄという）を製作した。すなわち、構造３Ａ〜３Ｄは、一次コイルを４個の巻線部で構成し、各巻線部間に空隙を設けて構成したものであり、構造３Ａは、面圧制御機構を有さず、構造３Ｂ〜３Ｄは、面圧制御機構を有するものである。なお、構造３Ｂでは、押さえ板補助部材と押さえ板の厚みを同じとし、補助試料の板厚ｄ１を試料板厚ｄ０よりも５μｍ厚くした条件とし、構造３Ｃでは、補助試料と試料の厚みを同じとし、押さえ板補助部材の厚みｔ１を押さえ板ｔ０よりも５μｍ厚くし、構造３Ｄでは、押さえ板補助部材と押さえ板の厚み、補助試料と試料の厚みを同じとし、下側保持部材の高さｈ１をｈ０よりも５μｍ高くした。すなわち、構造３Ｂ、３Ｃ、３Ｄにおいて、試料上部に設ける隙間δは、面圧を加えない条件（設計寸法）で５μｍとした。また、構造１以外では、一次コイルを構成する各巻線部間の空隙の長さを８ｍｍとし、前記空隙に差し入れる押さえ部材の長さを７．５ｍｍとした。
【００５４】
構造１、３Ａ〜３Ｄにおいて、縦型双ヨークのヨーク部厚みは１０ｍｍとし、ヨーク間の距離（磁路長）は１２０ｍｍとした。試験片はＪＩＳ  ３５Ａ２５０相当の無方向性電磁鋼板とし、圧延方向１５０ｍｍ、幅方向３０ｍｍに切り出し、磁化方向の圧縮応力１００ＭＰａで磁気測定を実施するものとし、試料長手方向の中央部での最大磁束密度Ｂｍ＝１．５Ｔとなるように周波数５０Ｈｚで交番磁化させる条件にて構造１、３Ａ〜３Ｄにて磁気測定を行った。
【００５５】
また、押さえ部材に対し試料板面に垂直方向に加える荷重を、０Ｎまたは４００Ｎとした。荷重４００Ｎの場合、試料の幅３０ｍｍ×長さ１２０ｍｍの範囲にこの荷重が加えられているので、面圧としては０．１１ＭＰａとなる。なお、試料に加わった面圧の分布の測定は圧力測定フィルムを用いて行った。
【００５６】
構造１、３Ａ〜３Ｄのいずれにおいても、試料磁路長に対する一次コイルの長さ（一次コイルを構成する巻線部の長さの合計）比率は６０％とした。これにより、磁束密度分布の不均一度は３．５％以下であった。面圧の不均一度は、構造１では５．０％であったのに対し、構造３Ａ〜３Ｄでは３．５％以下であった。
【００５７】
試料が押さえ板から受ける摩擦力の影響は、非特許文献１に示された、引張応力側で面内方向の引張応力と板面垂直方向の面圧の印加順序を変えて、見かけの応力σｂに対する鋼板（試料）が受ける応力（真の応力σａ）の比ｒｓ（＝σａ／σｂ）を求めることにより調査した。このｒｓが１よりも小さいほど、摩擦力の影響を強く受けているといえる。ｒｓは、面圧が０．１１ＭＰａ、試料長手方向の引張応力が５０ＭＰａとした条件にて評価した。また、試料長手方向に圧縮応力を加えた条件の測定においては、試料に加える圧縮応力は１３０ＭＰａとした。また、各条件で測定を行った際の試料の座屈の有無を目視で確認した。
【００５８】
試料の座屈の有無および補正係数ｒｓの評価結果を表２に示す。本発明に適合する条件では試料が座屈を生じていない。さらに面圧制御機構を備えた構造３Ｂ〜３Ｄでは、ｒｓ＝１であり磁化方向応力値の補正を施す必要がないので、補正係数を求める煩雑さがなく、かつ補正に伴う不確定性も排除することができる。
【００５９】
【表２】
2020041959.tif 000004
【図１】
2020041959.tif 000005
【図２】
2020041959.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020041959.tif 000009
【図６】
2020041959.tif 000010
【図７】
2020041959.tif 000011
【図８】
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