(57)【要約】【課題】熱処理前後、あるいは中間状態にある高透磁率磁性材料を非破壊で簡便にその磁気特性を測定する磁気特性測定装置を提供する。【解決手段】磁気特性測定装置１０は、薄帯状のアモルファス磁性体を積層した磁気コア２と、磁気コア２を励磁する励磁用コイル４及び励磁磁束による誘起電圧波形を検出する検出用コイル５とを有する磁気特性測定プローブ１と、磁気特性測定プローブ１によって検出された電圧波形を取り込み、波形処理して、誘起電圧波形の高調波を測定する高調波測定回路１２と備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を有する磁性体と、該磁性体に磁気結合された第１のコイルと、該第１のコイルとは異なる位置で該磁性体に磁気結合された第２のコイルとを有する磁気特性測定プローブと、
上記第１のコイルに正弦波の励磁電流を供給して、上記磁性体を励磁する電源と、
上記励磁電流によって上記第２のコイルに発生する誘起電圧波形を取得して、該誘起電圧波形の高調波を測定する高調波測定回路とを備え、
上記磁性体の両端を、被測定磁性体に接触させ、上記磁性体との閉磁路を構成して、上記誘起電圧波形の高調波を測定することによって、該被測定磁性体の磁気特性を測定することを特徴とする磁気特性測定装置。
【請求項２】
上記磁性体は、薄帯状のアモルファス合金の積層体を長手方向に沿ってＵ字状に屈曲して形成されることを特徴とする請求項１記載の磁気特性測定装置。
【請求項３】
上記第１のコイル及び第２のコイルは、上記磁性体の磁路に鎖交するように巻回されて、該磁性体の両端のそれぞれの側に配設されることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気特性測定装置。
【請求項４】
上記磁性体の両端は、屈曲部を形成していることを特徴とする請求項３記載の磁気特性測定装置。
【請求項５】
上記高調波測定回路は、
上記誘起電圧波形を取り込む波形取得手段と、
上記波形取得手段によって取り込まれた誘起電圧波形の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気特性測定装置。
【請求項６】
上記波形取得手段は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル化された上記誘起電圧波形のデータを一時記憶する記憶手段と、該記憶手段から該データを読み出して周波数解析を行う周波数解析手段と、該周波数解析手段によって生成された該データの周波数情報データから高調波成分を算出し、算出結果を出力する出力手段とを有することを特徴とする請求項５記載の磁気特性測定装置。
【請求項７】
上記波形取得手段は、基本波成分のレベルを所定の値に調整する自動利得制御アンプを含み、上記高調波成分抽出手段は、高調波成分の周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項５記載の磁気特性測定装置。
【請求項８】
両端を有する磁性体と、
上記磁性体に磁気結合された第１のコイルと、
上記第１のコイルとは異なる位置で上記磁性体に磁気結合された第２のコイルとを備え、
上記第１のコイルは、正弦波電流を生成する電源により駆動され、
上記第２のコイルは、上記第１のコイルによって励磁された上記磁性体を介して生成される誘起電圧を出力し、
上記磁性体の両端を、被測定磁性体に接触させて、該磁性体との閉磁路を構成して、上記誘起電圧の高調波を測定することによって、該被測定磁性体の磁気特性を測定することを特徴とする磁気特性測定プローブ。
【請求項９】
上記磁性体は、帯状のアモルファス合金の積層体をＵ字状に屈曲して形成されることを特徴とする請求項８記載の磁気特性測定プローブ。
【請求項１０】
上記第１のコイル及び第２のコイルは、上記磁性体の磁路に鎖交するように巻回されて、該磁性体の両端のそれぞれの側に配設されることを特徴とする請求項８又は９記載の磁気特性測定プローブ。
【請求項１１】
上記磁性体の両端は、屈曲部を形成していることを特徴とする請求項１０記載の磁気特性測定プローブ。
【請求項１２】
両端を有する磁性体と、該磁性体を励磁するように磁気結合された第１のコイルと、該第１のコイルとは異なる位置で該磁性体と磁気結合された第２のコイルとを有する磁気特性測定プローブの該磁性体の両端を、該磁性体と閉磁路を形成するように被測定磁性体に接触させ、
電源によって、上記第１のコイルに正弦波電流を供給して上記磁性体を励磁し、
高調波測定回路によって、上記励磁された磁性体により上記第２のコイルに発生する誘起電圧を取得して、該誘起電圧から高調波を測定することによって上記被測定磁性体の磁気特性を測定する磁気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高透磁率磁性材料の磁気特性を測定する磁気特性測定装置、磁気特性測定プローブ及び磁気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、ケイ素鋼、６．５％ケイ素鋼、電磁軟鉄、磁性ステンレス合金、Ｆｅ基アモルファス合金、Ｃｏ基アモルファス合金、あるいはナノ結晶軟磁性材料等を高透磁率磁性材料という。これら高透磁率磁性材料は、一般的に熱処理を行うことで、透磁率を高め、保磁力を低減させて、より高性能な磁性材料とすることができる。また、適切に熱処理条件を制御することによって、中間加工状態を含む所望の磁気特性を実現させて種々の用途に用いることを可能にする。
【０００３】
磁気特性を測定するには各種の方法がある。（１）Ｂ−ＨアナライザによってＢ−Ｈ磁化特性を求め、保磁力、透磁率を読み取る方法、（２）振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によって磁化特性（磁化Ｍの磁界Ｈ依存性）であるＭ−Ｈ曲線を求め、保磁力、透磁率を読み取る方法、（３）振動試料型磁力計で室温の保磁力測定のみに簡略化した卓上型の保磁力計で保磁力を測定する方法、（４）インピーダンスアナライザによって自己インダクタンスから透磁率を求める方法等である。
【０００４】
これら方法で磁気特性を測定するためには、以下のような測定試料が必要である。（１）のＢ−Ｈアナライザを用いる場合では、対象となる磁性材料からリング状の試験片を切り出し、これに絶縁被覆銅線によって、励磁コイル、検出コイルを巻回して形成した被測定試料を作成する必要がある。（２）と（３）の振動試料型磁力計を用いる場合では、数ｍｍ〜数１０ｍｍの小片を切り出す必要があり、測定の再現性を保つため、たとえば１０ｍｍ直径×５０ｍｍ長さ、あるいは２０ｍｍ直径×３０ｍｍ長さのような、一定の形状に加工しなければならない。（４）のインピーダンスアナライザを用いる場合では、（１）と同様、試験片をリング状に切り出し、これに絶縁被覆銅線を巻き回しコイルとする必要がある。
【０００５】
また、（１）と（２）は測定装置として大規模で高価である。（３）と（４）はこれらに比べ、より小型、低価格であるが、測定できる特性が限定される。
【０００６】
ここで、たとえば製造工程において、このような高透磁率磁性材料の磁気特性が所望のものになっているか否かを測定し、判定しなければならない場合がある。しかしながら、これらいずれの測定器や測定システムを用いても、測定対象となる高透磁率磁性材料から被測定試料を切り出さなければならず、製造工程では、熱処理前後に所定の磁気特性が得られているかどうかを製品ごとに測定することは非常に困難である。さらに、高透磁率材料は加工の歪みによって磁気特性が劣化する度合いが大きいので、試験片の切り出しを伴う場合、その試験片が対象の高透磁率磁性材料を代表していない可能性が高い。また、高透磁率磁性材料を、非破壊で簡便にその磁気特性を知ることができれば、研究や技術開発の現場においても非常に便利である。そして、透磁率等の磁気特性を正確に測定しなくても、その高透磁率磁性材料が熱処理されているか否か、中間処理状態にあるかを判定することができれば、製造工程中での判定作業が容易になるとともに、材料評価手段としても有用である。
【０００７】
被測定試料を切り出すことなく磁気特性の測定を行う方法が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３３１７１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２３０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１には、それぞれ励磁コイルと検出コイルを設けた２つのヨークを被測定対象の高透磁率材料の表面に接触又は近接させてインダクタンス値を測定するプローブを用いて、被測定対象の高透磁率材料の透磁率を測定する方法が記載されている。特許文献１に記載されている磁気特性測定方法によれば、２つのヨークを被測定対象の高透磁率材料の表面に接触又は近接させて、ヨークと被測定対象の高透磁率材料とで構成される磁気回路によって被測定対象の高透磁率材料の透磁率を測定するので、非破壊で透磁率を測定することができる。したがって、熱処理前後、あるいは中間状態の透磁率が事前にわかっていれば、被測定対象高透磁率材料がいかなる状態であるかを知ることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された測定方法では、２種類の磁気回路条件における磁気回路のインダクタンスを測定し、連立方程式を解くことによって透磁率を測定する。このため、２つのヨークが必須であり、測定系が複雑になり、手順が煩雑である。一方で透磁率が被測定対象高透磁率材料の物理寸法によって変化するので、事前に物理寸法と透磁率の関係を複数種類測定し、これらの値と、測定値とが一致又は近似するかを逐一判定する必要があり、作業が煩雑であるとの問題がある。また、透磁率を正確に測定するために、ある程度大きな磁界を試料に与える必要があり、励磁用の電源容量等、測定システムの規模が大きくならざるを得ない場合が多いとの問題もある。
【００１１】
特許文献２には、コの字状の磁性体コアに励磁用コイル及び検出用コイルを巻回し、磁性体コアの端部を被測定磁性体に近接対向させて、被測定磁性体の複素透磁率を測定する方法が記載されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献２に開示されている磁気特性測定方法においては、磁気特性として複素透磁率を測定するために、測定系に位相検出機能が必要となり、測定装置の構成が複雑になるとの問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、熱処理前後、あるいは中間状態にある高透磁率磁性材料を非破壊で簡便にその磁気特性を測定し、熱処理の程度、有無を簡便に判定する磁気特性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】
【００１４】
本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置は、両端を有する磁性体と、磁性体に磁気結合された第１のコイルと、第１のコイルとは異なる位置で磁性体に磁気結合された第２のコイルとを有する磁気特性測定プローブと、第１のコイルに正弦波の励磁電流を供給して、磁性体を励磁する電源と、励磁電流によって第２のコイルに発生する誘起電圧波形を取得して、誘起電圧波形から高調波を測定する高調波測定回路とを備える。そして、磁性体の両端を、被測定磁性体に接触させ、磁性体との閉磁路を構成して、誘起電圧波形の高調波を測定することによって、被測定磁性体の磁気特性を測定する。
【００１５】
本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定プローブは、両端を有する磁性体と、磁性体に磁気結合された第１のコイルと、第１のコイルとは異なる位置で磁性体に磁気結合された第２のコイルとを備える。そして、第１のコイルは、正弦波電流を生成する電源により駆動され、第２のコイルは、第１のコイルによって励磁された磁性体を介して生成される誘起電圧を出力し、磁性体の両端を、被測定磁性体に接触させて、磁性体との閉磁路を構成して、誘起電圧の高調波を測定することによって、被測定磁性体の磁気特性を測定する。
【００１６】
本発明に係る一実施の形態の磁気特性方法は、両端を有する磁性体と、磁性体に磁気結合された第１のコイルと、第１のコイルとは異なる位置で磁性体に磁気結合された第２のコイルとを有する磁気特性測定プローブの磁性体の両端を、磁性体と閉磁路を形成するように被測定磁性体に接触させ、電源によって、第１のコイルに正弦波電流を供給して磁性体を励磁し、高調波測定回路によって、励磁された磁性体により第２のコイルに発生する誘起電圧を取得して、誘起電圧から高調波を測定する。
【発明の効果】
【００１７】
磁性体の両端を、被測定磁性体の表面に接触させ、閉磁路を構成して、誘起電圧波形の高調波を測定するので、熱処理前後、あるいは中間状態にある高透磁率磁性材料を非破壊で簡便にその磁気特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定プローブの構成例を示す正面図（（Ａ）図）、側面図（（Ｂ）図）である。
【図３】本発明が適用された磁気特性測定装置の測定原理を説明するための概念図である。
【図４】熱処理前後のＰＣパーマロイの磁化特性のグラフである。（Ａ）図は、熱処理を行ったもの、（Ｂ）図は、非熱処理のものの磁化特性である。
【図５】熱処理前後のＰＣパーマロイの磁界の強度に対する透磁率を測定したグラフである。（Ａ）図は、熱処理を行ったもの、（Ｂ）図は、非熱処理のものである。
【図６】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、熱処理後のＰＣパーマロイの試料を測定したときの５０Ｈｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図７】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、非熱処理のＰＣパーマロイの試料を測定したときの５０Ｈｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図８】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、熱処理後のＰＣパーマロイの試料を測定したときの５００Ｈｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図９】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、非熱処理のＰＣパーマロイの試料を測定したときの５００Ｈｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図１０】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、熱処理後のＰＣパーマロイの試料を測定したときの２ｋＨｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図１１】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、非熱処理のＰＣパーマロイの試料を測定したときの２ｋＨｚの励磁電流波形（（Ａ）図）と、誘起電圧波形（（Ｂ）図）をプロットしたグラフである。
【図１２】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、熱処理前後のＰＣパーマロイの試料を測定したときの５００Ｈｚで励磁した場合の周波数特性を示すグラフである。（Ａ）図が熱処理後、（Ｂ）図が非熱処理のものをプロットしたグラフである。
【図１３】本発明に係る一実施の形態の磁気特性測定装置を用いて、高調波を測定し、励磁周波数を５００Ｈｚとした場合と、２ｋＨｚにした場合の、熱処理前後の第３高調波／基本波の比を表にまとめた図である。
【図１４】本発明に係る第２の実施の形態の磁気特性測定装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。
【００２０】
［磁気特性測定装置及びプローブの構成］
本発明が適用された第１の実施の形態における磁気特性測定装置１０は、図１に示すように、一定の幅を有する薄帯状のアモルファス磁性体を積層した磁気コア２と、磁気コア２を励磁する励磁用コイル４及び励磁磁束による誘起電圧波形を検出する検出用コイル５とを有する単一の磁気特性測定プローブ１を備える。また、磁気特性測定装置１０は、磁気特性測定プローブ１によって検出された誘起電圧波形を取り込み、波形処理して、誘起電圧波形の高調波を測定する高調波測定回路１２と備える。
【００２１】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、磁気特性測定プローブ１の磁気コア２は、被測定磁性体９の表面の任意の２点に接触するようにして閉磁路をなし、磁気回路を構成する。このため、磁気特性測定プローブ１は、被測定磁性体９の表面の任意の２点に接触するように、磁気コア２の長手方向に沿って「Ｕ」字状又は「コ」の字状に屈曲して成型されるのが好ましい。さらに、磁気コア２の先端３，３は、Ｊ字状に屈曲加工されるのが好ましく、先端３，３をＪ字状に成形することによって、磁気コア２自体の弾性と、先端３，３のＪ字状部の弾性により、被測定磁性体９により密着させることができる。なお、本明細書においては、コの字形状は、Ｕ字形状に含まれるものとする。
【００２２】
また、磁気コア２は、より低い励磁電流で励磁できるように、高透磁率の軟磁性体により形成されることが好ましく、Ｃｏ基アモルファス磁性体を用いることがより好ましい。Ｃｏ基アモルファス磁性体は、一般的に０．０１５〜０．０２５ｍｍ厚さの薄帯状で提供され、薄帯状の磁性体を積層して、積層数を増減することができる。Ｃｏ基アモルファス磁性体の積層数を調整することによって、磁気コア２のコア断面積を設定することができる。Ｃｏ基アモルファス磁性体では、キュリー温度以上かつ結晶化温度以下であって、結晶化しない温度範囲のできるだけキュリー温度より離れた高い温度において熱処理を行うことによって、より高い磁気特性を実現することができるが、高温で熱処理を行うと、脆化してもろくなるので、加工しにくくなる。そこで、Ｃｏ基アモルファス磁性体では、キュリー温度を大きく超えない程度の比較的低温で熱処理を行うことによって、高い磁気特性と加工性を両立させることができる。具体的には、たとえばＡＣＯ−５（日立金属製）では、２１０℃（キュリー温度２１０℃）で１時間の熱処理を行うことによって、周波数１ｋＨｚ、印加磁界０．４Ａ／ｍにおける比透磁率を、熱処理のない場合の１００００程度に対して、１５０００〜２００００程度まで増大させることができる。なお、磁気コア２には、Ｃｏ基アモルファス磁性体以外に、他の高透磁率磁性材料を用いることができるのは言うまでもない。
【００２３】
なお、上記は一例であって、磁気コアの形状によって必要な加工性は異なることや、アモルファス磁性体にも多種あり、キュリー温度と結晶化温度も異なる場合があるため、熱処理条件は、磁気特性と加工性のバランスで調整する必要がある。しかし、本発明の目的にかなう加工性を保って、熱処理なしの場合の特性を５０〜１００％向上させるには、キュリー温度以上５０℃以内、高くてもキュリー温度以上１００℃以内での熱処理が望ましい。
【００２４】
励磁用コイル４及び検出用コイル５は、磁気コア２の任意の位置に、磁気コア２の磁路に鎖交するように巻回して配置される。励磁用コイル４及び検出用コイル５の漏えい磁束によってそれぞれのコイルが他方と磁気結合して測定誤差を生じるのを防ぐために、励磁用コイル４と検出用コイル５との物理的距離が離れるように配置するのが好ましい。たとえば、図１に示すように、磁気コア２をＵ字状に形成した場合には、磁気コア２の先端３，３の側寄りに配置するのが好ましい。磁気コア２を、「Ω」字形状に成型することによって、励磁用コイル４及び検出用コイル５の物理的距離をとることも可能である。
【００２５】
励磁用コイル４の電気的接続のための配線７及び検出用コイル５の電気的接続のための配線８を引き出して、それぞれ、電源１１及び高調波測定回路１２に接続する。
【００２６】
薄帯状のＣｏ基アモルファス磁性体により形成された磁気コア２を安全に保持しつつ、磁気コア２と、配線７，８とを外部環境から保護するために、磁気コア２、励磁用コイル４、検出用コイル５、配線７，８は、プローブケース６内に収納されるのが好ましい。プローブケース６は、非磁性で電気的絶縁性を有する材料で形成される必要がある。プローブケース６は、たとえばＡＢＳ樹脂、ＰＶＣ樹脂等の任意の合成樹脂を用いて、成形金型を用いて射出成型により形成される。プローブケース６は、磁気コア２を励磁用コイル４及び検出用コイル５とともに収納し、先端３，３のみが露出されるように形成される。配線７，８の一方の端は、外部接続のためにプローブケース６から引き出される。プローブケース６は、上述の目的のために他のいかなる材質、形状によっても構成されることができるのは言うまでもない。
【００２７】
高調波測定回路１２は、磁気特性測定プローブ１の検出用コイル５で検出した誘起電圧波形を配線８を介して入力される波形取込部１３と、取り込んだ波形データを周波数領域で解析するために、フーリエ変換を行うＦＦＴ部１４とを有する。また、高調波測定回路１２は、ＦＦＴ部１４によってフーリエ変換された誘起電圧波形データを信号処理することによって高調波成分を算出する波形解析部１５と、波形解析部１５で解析されたデータを各次の高調波成分値として出力する結果出力部１６とを有する。波形取込部１３は、検出用コイル５から配線８を介して出力されるアナログ信号である誘起電圧波形が入力され、以降の信号処理のためにデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を含む。ＦＦＴ部１４は、デジタル信号に変換された誘起電圧波形の時間領域のデータを、周波数領域のデータに変換する。波形解析部１５では、取得された誘起電圧波形の基本波成分とその高調波次数分の周波数成分の電圧レベルを測定する。結果出力部１６では、このようにして取得され、算出された周波数に対する電圧レベルのデータを再構築し、周波数解析データとして、たとえばディスプレイ画面上にテキスト表示したり、プロットデータとしてグラフィック表示する。
【００２８】
［磁気特性測定装置の測定原理と動作］
図３に示すように、磁気コア２の先端３，３は、被測定磁性体９の任意の２点に接触するように配置される。磁気コア２と被測定磁性体９とを接触させることによって、図３の一点鎖線及び破線のように、閉磁路が形成される。励磁用コイル４には、配線７を介して電源１１が接続されており、電源１１は、波形１１ａのような正弦波電流を出力し、励磁用コイル４は、正弦波で駆動される。励磁用コイル４に鎖交する磁束によって磁気コア２が励磁され、磁気コア２に磁気結合されている検出用コイル５によって、閉磁路を流れる磁束の波形に相似する誘起電圧波形１２ａが配線８を介して出力される。
【００２９】
ここで、熱処理を加えた高透磁率磁性材料及び熱処理していない高透磁率磁性材料の磁化特性の違いについて説明する。
【００３０】
図４には、あらかじめ磁気特性測定用にリング状に形成されたＰＣパーマロイの測定用試料のＢ−Ｈ磁化特性を測定した結果を示す。図４（Ａ）の磁化曲線は、熱処理後のリング状測定用試料のものであり、図４（Ｂ）は、熱処理前のリング状測定用試料の磁化曲線である。これらの場合では、磁化曲線のプロファイルが大きく異なる。これらの図からわかるように、熱処理後の試料では、熱処理前のものに比べて、保磁力が小さくなり、残留磁束密度が大きくなる。また、熱処理後の試料では、より低い磁界で磁気飽和しているのに対して、非熱処理のものでは、なかなか磁気飽和に至らない傾向が見える。つまり、熱処理を行った試料の方が、磁化が容易に進行しており、低磁界における磁壁に対するピンニングが小さいことがわかる。
【００３１】
さらに、図５は、図４のＢ−Ｈ磁化特性（磁界−磁束密度）をμ−Ｈ特性（磁界と透磁率の関係）に変換したものである。磁界の強さに対する透磁率の大きさにも、熱処理の有無による差があることがわかる。図５（Ａ）は、熱処理を行った上述と同一のＰＣパーマロイの測定用試料による測定結果、図５（Ｂ）は、熱処理を行う前の同一形状の試料の測定結果である。熱処理前後で、磁界の強さに対する透磁率の変化が逆方向である。すなわち、熱処理品では、磁界が強くなるほど透磁率が低下し、熱処理前のものでは、磁界が強くなるほど透磁率が増大する。これは、図４のＢ−Ｈ磁化特性において、熱処理品は微小磁界領域で磁化の立ち上がりが急で、早く磁気飽和すること、対して非熱処理品は磁化の立ち上がりが緩く、磁気飽和が遅いことを反映している。したがって、比較的弱い磁界において磁化特性を測定することによって、熱処理の有無あるいは熱処理の程度による透磁率の差異を顕在化させることができる。ここで、磁化特性を直接測定する場合には、特許文献１に開示されるような精密、大電力な測定系が必要となるところ、熱処理前後の磁気特性の差異が小磁界、すなわち小電力で顕著であり、透磁率の変化の度合いの差異が顕著なので、小規模、小電力な測定系を構築することができる。
【００３２】
具体的には、図３の誘起電圧波形１２ａのように、検出用コイル５で検出される誘起電圧波形は、入力される正弦波に対して磁化特性の非線形性のために歪んだ波形となる。熱処理を行った高透磁率磁性材料では、特に低磁界の透磁率変化が大きく、非線形の度合いが大きい。したがって、検出用コイル５から検出される誘起電圧波形の歪みの度合いを高調波解析によって、磁化特性の差異を測定することができ、熱処理の有無、熱処理の程度を判定することができる。
【００３３】
［測定結果］
図６〜図１１には、熱処理の有無の高透磁率磁性材料における検出用コイル５から検出される誘起電圧波形１２ａを測定したグラフ（各図（Ｂ））と、励磁電流波形（各図（Ａ））を対照させて示す。
【００３４】
以下の測定は、磁気特性測定プローブ１には、３ｍｍ幅×約６０ｍｍ長のＣｏ基アモルファス磁性体の薄帯を２０枚積層させて長手方向に沿ってＵ字状に屈曲させ、先端をＪ字状に屈曲させた磁気コア２を用いている。励磁用コイル４及び検出用コイル５は、１００μｍ径のウレタン被覆Ｃｕ線を１００ターン巻回したものを用いている。
【００３５】
被測定磁性体９には、上述で用いたＰＣパーマロイの１ｍｍ厚さ、１００ｍｍ角の板を用いている。また、以下で試料に施された熱処理とは、１１００℃、４時間である。
【００３６】
図６は、励磁電流の周波数を５０Ｈｚとした場合における熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００３７】
図７は、図６と同じ条件において、非熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００３８】
図６と図７とを比較してみると、熱処理品を測定した図６の場合の方が、誘起電圧波形の歪みが大きいことがわかる。誘起電圧波形の高調波成分も、図６の場合の方が大きいことが予想される。
【００３９】
図８は、励磁電流の周波数を５００Ｈｚとした場合における熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００４０】
図９は、図８と同じ条件において、非熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００４１】
図８と図９とを比較すると、図６，７の場合と同様に、熱処理品を測定した図８の場合の方が、誘起電圧波形の歪みが大きく、高調波成分も大きいことがわかる。
【００４２】
図１０は、励磁電流の周波数を２ｋＨｚとした場合における熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００４３】
図１１は、図１０と同じ条件において、非熱処理品の誘起電圧波形を測定したグラフである。
【００４４】
図１０と図１１とを比較すると、上述いずれの場合と同様に、熱処理品を測定した図１０の場合の方が、誘起電圧波形の歪みが大きく、高調波成分も大きいことがわかる。
【００４５】
図１２は、熱処理前後の高透磁率磁性材料を図８、９の条件、すなわち励磁電流の周波数を５００Ｈｚとした場合における誘起電圧波形を取得し、その高調波含有率を定量的に示すため、スペクトラムアナライザを用いて周波数の電圧レベルに変換した結果を示すグラフである。図１２（Ａ）が熱処理品を測定した結果であり、図１２（Ｂ）が非熱処理品を測定した結果である。図１２（Ａ）に示す熱処理品の方が、図１２（Ｂ）に示す非熱処理品よりも３次高調波、５次高調波等奇数次の高調波が大きいことがわかる。
【００４６】
上述より、単一の磁気特性測定プローブ１によって検出される誘起電圧の高調波成分を測定することによって、熱処理された試料であるか否か、あるいは中間状態であるかについて、判定することが可能である。熱処理前後のＰＣパーマロイの磁化曲線の変化、透磁率の磁界に対する変化は、各々上述した図４、図５のとおりであり、より低磁界、すなわち低電流時における磁化曲線のプロファイルの差異、また透磁率の磁界依存性の差異が、検出される高調波波形の歪みの差異となって表れているものと考えられる。熱処理を行った試料の方が、磁化が容易に進行しており、低磁界における磁壁に対するピンニングが小さいことがわかる。
【００４７】
図１３に示すように、熱処理を行ったＰＣパーマロイと、非熱処理品とでは、第３高調波／基本波が、２：１程度の差異があるので、第３高調波／基本波を被測定変数として、しきい値を、たとえば０．１５以上（ｆ＝５００Ｈｚ）、０．１２以上（ｆ＝２ｋＨｚ）とすることによって、熱処理の有無について簡易的な判定を行うことができる。
【００４８】
なお、上述のような簡易的な判定を行うしきい値については、磁性材料ごとに測定し、磁性材料ごとに定めるようにするのは言うまでもなく、同一の磁性材料であっても、熱処理の程度を判定するような場合には、熱処理条件が判明している試料を用いて、あらかじめ適切なしきい値を測定して設定する必要があるのは言うまでもない。
【００４９】
［第２の実施の形態の構成例］
上述したように、本発明に係る実施の形態において、磁気特性測定プローブを用いて熱処理前後の磁気特性の差異を測定する場合には、より簡易的な高調波測定回路を用いることによって実現することができる。
【００５０】
図１４に示すように、本発明が適用された第２の実施の形態における磁気特性測定装置は、薄帯状のアモルファス磁性体を積層した磁気コア２と、磁気コア２の両端側近傍に磁気コア２を巻回するように配置された励磁用コイル４及び検出用コイル５とを有する磁気特性測定プローブ１と、磁気特性測定プローブ１によって検出された誘起電圧波形を取り込み、波形処理して、誘起電圧波形の高調波を測定する高調波測定回路２２とを備える。
【００５１】
磁気特性測定プローブ１は、上述した第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
高調波測定回路２２は、第１の実施の形態をより簡素化して、小規模、小電力である本発明の特長をより強調した形態である。
【００５３】
高調波測定回路２２は、磁気特性測定プローブ１の検出用コイル５で検出した誘起電圧波形１２ａを配線８８介して入力されるＡＧＣ（Auto Gain Controlled amplifier、自動利得調整機能付きアンプ）部２３と、ＡＧＣ部２３の出力のうち第３高調波に相当する周波数成分を抽出するＢＰＦ（Band Pass Filter、帯域通過フィルタ）部２４と、ＢＰＦ部２４の出力のピーク値をホールドし測定する結果出力部２５とを有する。
【００５４】
ＡＧＣ部２３は、励磁電流を供給する電源１１の周波数を基準にして、その基本周波数の信号が１になるようにゲイン調整するように構成される。ユニティゲインに調整された誘起電圧波形１２ａから、第３高調波成分をＢＰＦ部に２４よって抽出して、結果出力部でピークホールドすることによって、第３高調波成分を直読することができる。
【００５５】
第２の実施の形態における高調波測定回路２２は、すべて簡易なアナログ回路で構成することができ、励磁電流も小電力で済み、小型軽量な磁気特性測定装置２０を実現することができる。第２の実施の形態における高調波測定回路２２は、回路規模が小さく、消費電力も低くできるので、バッテリを電源として、ポータブル測定器としても用いることができる。
【００５６】
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において用いた磁気特性測定プローブ１と電源１１とを準備して、市販のネットワークアナライザ等の周波数解析装置を用いれば、検出用コイル５から検出される誘起電圧波形１２ａの周波数特性を測定することによって、簡便に熱処理の有無を判定することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１  磁気特性測定プローブ、２  磁気コア、３  先端、４  励磁用コイル、５  検出用コイル、６  保持部材、７，８  配線、９  被測定磁性体、１０，２０  磁気特性測定装置、１１  電源、１１ａ  励磁電流波形、１２，２２  高調波測定回路、１２ａ  誘起電圧波形、１３  波形取込部、１４  ＦＦＴ部、１５  波形解析部、１６  結果出力部、２３  ＡＧＣ部、２４  ＢＰＦ部、２５  結果出力部
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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