(57)【要約】【課題】簡易な構造で高精度の磁気特性の測定を行うことができる磁気特性測定装置及び磁気特性測定方法並びにこれらに適した応力制御装置及び応力制御方法を提供する。【解決手段】板状の試料１０の一方の面上に、試料１０に面内方向で等方的な応力を印加する圧電体膜１４及び圧電体膜１６を含む応力印加手段を設け、圧電体膜１４に第１の電圧を印加し、圧電体膜１６に第２の電圧を印加し、試料１０の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行い、この判定の結果に基づいて、試料１０の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで第１の電圧及び第２の電圧を調整する。試料１０の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめ、試料１０に磁界を印加し、試料１０の他方の面上に設けられた磁界センサ７０ａ、７０ｂにより磁界を測定し、応力印加手段により試料１０に応力が印加された状態で試料１０の磁気特性を検出する。試料１０は磁性材料の試料である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の試料の一方の面上に設けられ、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段と、
前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行う判定手段と、
前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する制御手段と、
を有することを特徴とする応力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の応力制御装置と、
前記試料に磁界を印加する磁界印加手段と、
前記試料の他方の面上に設けられる磁界センサと、
前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する検出手段と、
を有し、
前記試料は磁性材料の試料であることを特徴とする磁気特性測定装置。
【請求項３】
板状の試料の一方の面上に、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段を設ける工程と、
前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加する工程と、
前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加する工程と、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行う工程と、
前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する工程と、
を有することを特徴とする応力制御方法。
【請求項４】
前記応力印加手段は、下部電極、中間電極及び上部電極を有し、
前記第１の圧電体膜は前記下部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第２の圧電体膜は前記上部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第１の電圧は、前記下部電極と前記中間電極との間に印加され、
前記第２の電圧は、前記下部電極と前記上部電極との間に印加されることを特徴とする請求項３に記載の応力制御方法。
【請求項５】
前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する工程において、前記第１の電圧を特定の電圧に固定しながら前記第２の電圧を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の応力制御方法。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の方法により、前記試料の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめる工程と、
前記試料に磁界を印加する工程と、
前記試料の他方の面上に設けられた磁界センサにより磁界を測定する工程と、
前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する工程と、
を有し、
前記試料は磁性材料の試料であることを特徴とする磁気特性測定方法。
【請求項７】
前記磁気特性を検出する工程の後に、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの再判定を行う工程と、
前記再判定の結果、前記変位が前記所定の範囲から外れている場合に、前記試料の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめて前記試料の磁気特性を再検出する工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の磁気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力制御装置、磁気特性測定装置、応力制御方法及び磁気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の電気機器において、磁気エネルギを効率よく利用することができる材料、つまり、磁束密度を高めて磁界強度を強めることができる材料として、大きな透磁率をもつ電磁鋼板が使用されている。電磁鋼板はケイ素鋼板とよばれることもある。電磁鋼板は、例えば、磁気エネルギを介して電気エネルギと機械エネルギとを相互に変換する発電機及び電動機（モータ）の電磁コイルのコア（鉄心）に使用されている。電磁鋼板は、例えば、磁気エネルギを介して直流から交流への電力変換を行うインバータ、及び磁気エネルギを介して交流の電圧変換を行う変圧器にも使用されている。
【０００３】
電磁鋼板は磁性材料であるため、外部磁界に応答して磁気ヒステリシス特性を示す。従って、外部磁界との相互作用に際してエネルギ損失（ヒステリシス損）が生じる。つまり、電磁鋼板の磁気特性が、電磁エネルギの変換効率に著しく影響を及ぼす。よって、電磁鋼板を用いた電気機器の性能の改善においては、電磁鋼板の磁気特性を詳細に把握することが重要である。
【０００４】
電磁鋼板の磁気特性を測定する方法の一つに単軸磁気特性測定法がある。単軸磁気特性測定法によれば、基本的な磁気特性が容易に得られる。しかし、実際の電気機器内では多方向から様々な強度の磁界が作用しているため、現実に即した磁気特性を得ることができない。
【０００５】
電磁鋼板の磁気特性を測定する方法の他の一つにベクトル磁気特性測定法がある。ベクトル磁気特性測定法によれば、磁界の方向及び強度、並びに、磁束密度の方向及び強度を個別に観測できる。このため、多様な磁界に対する磁気特性（ベクトル磁気特性）を得ることができる。
【０００６】
実際の電気機器内においては、電磁鋼板に多様な磁界のみならず応力も作用する。このため、応力が作用した状態でのベクトル磁気特性を測定する技術が期待されている。例えば、磁性材料の両主面上に互いの変形方向が直交する圧電体膜をそれぞれ設け、これら圧電体膜を歪ませることで磁性材料に応力を印加しながら磁気特性を測定する方法が知られている（特許文献１）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法によれば所期の目的は達成できるものの、十分な精度が得られないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−９９２４６号公報
【特許文献２】特開２０１５−２００５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、簡易な構造で高精度の磁気特性の測定を行うことができる磁気特性測定装置及び磁気特性測定方法並びにこれらに適した応力制御装置及び応力制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
応力制御装置の一態様には、板状の試料の一方の面上に設けられ、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段と、前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行う判定手段と、前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する制御手段と、が含まれる。
【００１１】
磁気特性測定装置の一態様には、上記の応力制御装置と、前記試料に磁界を印加する磁界印加手段と、前記試料の他方の面上に設けられる磁界センサと、前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する検出手段と、が含まれる。前記試料は磁性材料の試料である。
【００１２】
応力制御方法の一態様では、板状の試料の一方の面上に、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段を設け、前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加し、前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加し、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行い、前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する。
【００１３】
磁気特性測定方法の一態様では、上記の方法により、前記試料の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめ、前記試料に磁界を印加し、前記試料の他方の面上に設けられた磁界センサにより磁界を測定し、前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する。前記試料は磁性材料の試料である。
【発明の効果】
【００１４】
上記の応力制御装置等によれば、試料に適切な応力を印加することができ、この状態で磁気特性の測定を行うことで、簡易な構造で高精度の結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の参考例を示す図である。
【図２】第１の参考例におけるＺ方向変位及び応力分布を示す図である。
【図３】第２の参考例を示す図である。
【図４】第２の参考例におけるＺ方向変位及び応力分布を示す図である。
【図５】補強板の厚さと試料内の応力分布との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る磁気特性測定方法に用いる磁性材料の試料の構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態における試料に応力を印加する手段を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る磁気特性測定方法に用いる磁気特性測定装置の構成を示す図である。
【図９】第１の磁気特性測定方法を示すフローチャートである。
【図１０】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第１の例を示す図である。
【図１１】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第２の例を示す図である。
【図１２】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第３の例を示す図である。
【図１３】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第４の例を示す図である。
【図１４】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第５の例を示す図である。
【図１５】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第６の例を示す図である。
【図１６】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第７の例を示す図である。
【図１７】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第８の例を示す図である。
【図１８】第１の磁気特性測定方法におけるＺ方向変位及び応力分布の第９の例を示す図である。
【図１９】第２の磁気特性測定方法を示すフローチャートである。
【図２０】第２の磁気特性測定方法における応力分布の例を示す図である。
【図２１Ａ】第２の磁気特性測定方法における応力分布の他の例を示す図である。
【図２１Ｂ】第２の磁気特性測定方法における応力分布の更に他の例を示す図である。
【図２２】第２の実施形態における試料に応力を印加する手段を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者は、特許文献１に記載の方法で十分な精度が得られないことがある原因を究明すべく鋭意検討を行った。この結果、試料の両主面上に圧電体膜を設けた場合は、試料に印加される磁界の強度を検出する磁界センサが圧電体膜の厚さの分だけ試料から遠ざけざるを得ず、これが一因であることが判明した。
【００１７】
（第１の参考例）
ここで、第１の参考例について説明する。図１は、第１の参考例を示す図である。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は断面図である。
【００１８】
第１の参考例では、図１に示すように、試料１０１の上面に面内で等方的に収縮する圧電体膜１０２が設けられ、下面に磁界センサ１０３が設けられている。試料１０１は直径が７０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの円板形状を有し、圧電体膜１０２は直径が６０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍの円板形状を有し、これらの中心位置が揃っている。この第１の参考例によれば、磁界センサ１０３が接着剤により試料１０１に固定されているとしても、試料１０１と磁界センサ１０３との距離は極めて短い。
【００１９】
しかし、第１の参考例では、試料１０１の上面と下面との間で印加される応力に差が生じる。図２に、第１の参考例における、Ｘ軸上（ｙ＝０ｍｍ）での試料１０１の厚さ方向の中心部のＺ方向変位及び試料１０１内の応力分布を示す。圧電体膜１０２に面内で縮小するような電圧、例えば上面の電位が下面の電位より２０００Ｖ高い電圧が印加された場合には、図２（ａ）に示すように、試料１０１が椀状に反り、図２（ｂ）に示すように、試料１０１の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。従って、第１の参考例では、実使用時の応力分布を模擬した磁気特性を高精度で測定することが困難である。
【００２０】
（第２の参考例）
次に、第２の参考例について説明する。図３は、第２の参考例を示す図である。
【００２１】
第２の参考例では、図３に示すように、圧電体膜１０２の上面に補強板１０４が設けられている。補強板１０４の厚さ及び剛性率は、試料１０１のＺ方向変位が抑制されるように設計してある。他の構成は第１の参考例と同様である。
【００２２】
このような第２の参考例によれば、試料１０１にＺ方向変位が生じにくく、第１の参考例で生じるような応力の不均一さは生じにくい。図４に、第２の参考例における、Ｘ軸上（ｙ＝０ｍｍ）での試料１０１の厚さ方向の中心部のＺ方向変位及び試料１０１内の応力分布を示す。圧電体膜１０２に面内で縮小するような電圧、例えば上面の電位が下面の電位より２０００Ｖ高い電圧が印加された場合には、図４（ａ）に示すように、試料１０１の反りは僅かであり、図４（ｂ）に示すように、試料１０１の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に応力の差が実質的に生じない。このため、第２の参考例によれば、均一な応力分布を得やすい。
【００２３】
しかしながら、補強板１０４の厚さ及び剛性率にばらつきが生じたり、補強板１０４の取り付けに用いる接着剤の強度、硬さ及び厚さにばらつきが生じたり、接着剤に起因する応力が生じたりすることがある。このような場合、図４に示すような効果が得られない。また、補強板１０４の取り付け後の調整は極めて困難である。
【００２４】
例えば、補強板１０４の厚さが０．３ｍｍに設計されている場合、補強板１０４の実際の厚さが設計通りの０．３ｍｍであれば、図５（ａ）に示すように、試料１０１の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に応力の差が実質的に生じない。しかし、補強板１０４の実際の厚さが０．２ｍｍであると、図５（ｂ）に示すように、試料１０１の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。同様に、補強板１０４の実際の厚さが０．４ｍｍであると、図５（ｃ）に示すように、試料１０１の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。そして、補強板１０４の取り付け後にこのような応力の差が生じることが明らかになった場合、第２の参考例の構成では、応力の差を解消するように調整することは極めて困難である。従って、第２の参考例では、実使用時の応力分布を模擬して高精度で磁気特性を測定することが困難なことがある。
【００２５】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図６は、第１の実施形態に係る磁気特性測定方法に用いる磁性材料の試料の構成を示す図である。図６（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図６（ｄ）は磁束密度の関係を示す図である。
【００２７】
例えば、第１の実施形態に係る磁気特性測定方法に用いる試料１０は電磁鋼板の試料であり、直径が７０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの円板形状を有する。試料１０の主面において試料１０の平面中心で互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とする。図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、試料１０には、Ｙ軸に沿って互いに離間する２つの貫通孔を通って１ターンループするようにＢｘコイル１１が設けられ、Ｘ軸に沿って互いに離間する２つの貫通孔を通って１ターンループするようにＢｙコイル１２が設けられている。これらの貫通孔の直径は、例えば０．１５ｍｍである。Ｘ軸に沿った２つの貫通孔及びＹ軸に沿った２つの貫通孔の中心間距離は、例えば２０ｍｍである。Ｂｘコイル１１及びＢｙコイル１２は、例えば線径が０．１ｍｍの銅細線を含む。
【００２８】
試料１０を磁化することによって、試料１０に磁束が生じる。図６（ｄ）に示すように、Ｘ軸方向の磁束密度ＢｘとＹ軸方向の磁束密度Ｂｙとの合成により、回転磁束密度Ｂが得られる。磁束密度Ｂｘは、Ｂｘコイル１１を用いて検出することができる。磁束密度Ｂｙは、Ｂｙコイル１２を用いて検出することができる。
【００２９】
Ｘ軸方向の磁界ＨｘとＹ軸方向の磁界Ｈｙとの合成により、回転磁界Ｈを得ることができる。回転磁束密度Ｂのスカラ量が一定値になるように（Ｂの軌跡が真円になるように）回転磁界Ｈを制御することで、ベクトル磁気特性を測定することができる。なお、磁束密度Ｂｘは「Ｂｘ＝Ｂｓｉｎθ＝Ｂｓｉｎωｔ」と表すことができ、磁束密度Ｂｙは「Ｂｙ＝Ｂｃｏｓθ＝Ｂｃｏｓωｔ」と表すことができる。「θ」はＸＹ平面におけるＹ軸方向からＸ軸方向への角度を表し、回転磁界の位相角を表す。「ｔ」は時刻であり、「ω」は回転磁界の角速度である。
【００３０】
第１の実施形態では、第１の参考例及び第２の参考例と同様に、試料１０に面内方向で等方的な応力を印加する。図７は、第１の実施形態において試料１０に応力を印加する手段を示す図である。図７（ａ）は上面図であり、図７（ｂ）は断面図である。Ｂｘコイル１１及びＢｙコイル１２は省略してある。
【００３１】
図７に示すように、第１の実施形態では、試料１０の上面に下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７がこの順で設けられている。例えば、下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７は直径が６０ｍｍの円板形状を有し、これらの中心位置は試料１０の中心と一致している。下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７の各厚さは、例えば、０．０３ｍｍ、１．０ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．３ｍｍ、０．０３ｍｍである。試料１０の下面には磁界センサ７０が設けられている。下部圧電体膜１４及び上部圧電体膜１６は（Ｐｂ1-y，Ｚｒy）ＴｉＯ3（ＰＺＴ）を含む。例えば、下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７は接着剤により試料１０の上面に固定され、磁界センサ７０は接着剤により試料１０の下面に固定されている。
【００３２】
本実施形態においては、２軸磁界の合成により得られる回転磁界を用いたベクトル磁気特性測定法を使用する。この測定法を用いることにより、磁界の方向と強度（ベクトル）、磁束密度の方向と強度（ベクトル）を個別に観測できることから、多様な磁界に対する磁気特性（ベクトル磁気特性）が得られる。図８は、第１の実施形態に係る磁気特性測定方法に用いる磁気特性測定装置の構成を示す図である。
【００３３】
図８に示すように、磁気特性測定装置１は、制御装置２０、位相調整器３０、Ｘ軸コイル４０ａ、Ｙ軸コイル４０ｂ、Ｘ軸コイル用電源５０ａ、及びＹ軸コイル用電源５０ｂを含む。磁気特性測定装置１は、直流電源６０ａ、直流電源６０ｂ、Ｘ軸磁界センサ７０ａ、Ｙ軸磁界センサ７０ｂ、Ｘ軸歪センサ８０ａ、Ｙ軸歪センサ８０ｂ、集録器９０及び非接触変位計１００を含む。Ｘ軸磁界センサ７０ａ及びＹ軸磁界センサ７０ｂは磁界センサ７０に含まれる。
【００３４】
Ｘ軸コイル４０ａは、試料１０にＸ軸方向の磁界を印加し、Ｙ軸コイル４０ｂは、試料１０にＹ軸方向の磁界を印加する。Ｘ軸コイル用電源５０ａは交流電源であり、Ｘ軸コイル４０ａに交流電流を供給する。Ｙ軸コイル用電源５０ｂは交流電源であり、Ｙ軸コイル４０ｂに交流電流を供給する。位相調整器３０は、制御装置２０から入力される制御信号に応じて、Ｘ軸コイル用電源５０ａ及びＹ軸コイル用電源５０ｂの交流位相を調整する。
【００３５】
直流電源６０ａは下部電極１３と中間電極１５との間に直流電圧を印加し、直流電源６０ｂは下部電極１３と上部電極１７との間に直流電圧を印加する。Ｘ軸磁界センサ７０ａは、例えばＨコイル又はホール素子を含み、Ｘ軸方向の磁界を検出する。Ｙ軸磁界センサ７０ｂは、例えばＨコイル又はホール素子を含み、Ｙ軸方向の磁界を検出する。Ｘ軸磁界センサ７０ａ及びＹ軸磁界センサ７０ｂは、例えば線径が０．１ｍｍの銅細線を含み、断面が２０ｍｍ×１ｍｍ、奥行きが２０ｍｍ、巻き数が５００ターンの巻き線コイルである。Ｘ軸歪センサ８０ａは試料１０のＸ軸方向の歪を検出し、Ｙ軸歪センサ８０ｂは試料１０のＹ軸方向の歪を検出する。Ｘ軸歪センサ８０ａ及びＹ軸歪センサ８０ｂとしては、例えば歪ゲージが用いられる。非接触変位計１００は、試料１０のＺ方向変位を測定する。
【００３６】
集録器９０は、例えばオシロスコープを含み、Ｂｘコイル１１、Ｂｙコイル１２、Ｘ軸磁界センサ７０ａ、Ｙ軸磁界センサ７０ｂ、Ｘ軸歪センサ８０ａ、Ｙ軸歪センサ８０ｂ及び非接触変位計１００の検出結果の波形を検出し、制御装置２０に送信する。制御装置２０は、Ｂｘコイル１１の検出結果に応じてＸ軸方向の磁束密度Ｂｘを検出し、Ｂｙコイル１２の検出結果に応じてＹ軸方向の磁束密度Ｂｙを検出する。制御装置２０は、Ｘ軸磁界センサ７０ａの検出結果に応じてＸ軸方向の磁界Ｈｘを検出し、Ｙ軸磁界センサ７０ｂの検出結果に応じてＹ軸方向の磁界Ｈｙを検出する。制御装置２０は、Ｘ軸歪センサ８０ａの検出結果に応じて試料１０のＸ軸方向の歪εｘを検出し、Ｙ軸歪センサ８０ｂの検出結果に応じて試料１０のＹ軸方向の歪εｙを検出する。制御装置２０は、非接触変位計１００の検出結果に応じてＺ方向変位を検出する。なお、位相調整器３０の出力信号を測定トリガーとするために、位相調整器３０の出力信号は集録器９０に送信される。
【００３７】
下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７の積層構造が応力印加手段に含まれる。直流電源６０ａが第１の電圧印加手段に含まれ、直流電源６０ｂが第２の電圧印加手段に含まれる。非接触変位計１００及び制御装置２０が制御装置２０に含まれる。制御装置２０は制御手段としても機能する。そして、応力印加手段、第１の電圧印加手段、第２の電圧印加手段、判定手段及び制御手段が応力制御装置に含まれる。Ｘ軸コイル４０ａ、Ｙ軸コイル４０ｂ、Ｘ軸コイル用電源５０ａ及びＹ軸コイル用電源５０ｂが磁界印加手段に含まれる。Ｘ軸磁界センサ７０ａ及びＹ軸磁界センサ７０ｂが磁界センサに含まれる。Ｂｘコイル１１及びＢｙコイル１２が検出手段に含まれる。
【００３８】
次に、磁気特性測定装置１を用いた第１の磁気特性測定方法について説明する。図９は、第１の磁気特性測定方法を示すフローチャートである。
【００３９】
先ず、試料１０の準備を行う（ステップＳ１）。すなわち、試料１０の上面に下部電極１３、下部圧電体膜１４、中間電極１５、上部圧電体膜１６及び上部電極１７を取り付け、試料１０の下面にＸ軸磁界センサ７０ａ、Ｙ軸磁界センサ７０ｂ、Ｘ軸歪センサ８０ａ及びＹ軸歪センサ８０ｂを取り付ける。例えば、これらの取り付けには接着剤を用いる。そして、試料１０を２つのＸ軸コイル４０ａの間かつ２つのＹ軸コイル４０ｂの間に固定する。
【００４０】
次いで、制御装置２０が、直流電源６０ａに下部電極１３と中間電極１５との間に所定の電圧、例えば２０００Ｖを印加させる（ステップＳ２）。これにより、下部圧電体膜１４が面内方向及び厚さ方向に変形し、これに伴って試料１０に応力が作用し、試料１０も変形する。
【００４１】
その後、制御装置２０は、非接触変位計１００に試料１０のＺ方向変位を計測させ、集録器９０を介してＺ方向変位を検出する（ステップＳ３）。
【００４２】
続いて、制御装置２０は、検出したＺ方向変位に応じた電圧を決定し、この電圧を直流電源６０ｂに下部電極１３と上部電極１７との間に印加させる（ステップＳ４）。これにより、下部圧電体膜１４だけでなく上部圧電体膜１６も面内方向及び厚さ方向に変形し、これに伴って試料１０に応力が作用し、試料１０も変形する。
【００４３】
次いで、制御装置２０は、非接触変位計１００に試料１０のＺ方向変位を計測させ、集録器９０を介してＺ方向変位を検出する（ステップＳ５）。
【００４４】
そして、試料１０のＺ方向変位が所定範囲内にあればステップＳ７に進み、そうでなければステップＳ４に戻る（ステップＳ６）。ステップＳ７において、制御装置２０は、試料１０に外部磁界を印加しながら、試料１０の磁気特性を測定する。すなわち、制御装置２０は、位相調整器３０に制御信号を送信し、Ｘ軸コイル用電源５０ａにＸ軸コイル４０ａへの交流電流の供給を行わせ、Ｙ軸コイル用電源５０ｂにＹ軸コイル４０ｂへの交流電流の供給を行わせる。Ｂｘコイル１１及びＢｙコイル１２が試料１０の磁束密度を測定し、Ｘ軸磁界センサ７０ａ及びＹ軸磁界センサ７０ｂが試料１０近傍の磁界を測定し、Ｘ軸歪センサ８０ａ及びＹ軸歪センサ８０ｂが試料１０の歪を測定する。
【００４５】
次いで、制御装置２０は、非接触変位計１００に試料１０のＺ方向変位を計測させ、集録器９０を介してＺ方向変位を検出する（ステップＳ８）。
【００４６】
そして、試料１０のＺ方向変位が所定範囲内にあれば磁気特性の測定を終了し、そうでなければステップＳ４に戻る（ステップＳ９）。
【００４７】
第１の測定方法では、上部圧電体膜１６への電圧の印加という簡便な方法で試料１０のＺ方向変位を調整することができる。そして、試料１０のＺ方向変位が所定範囲内にあることを検出してから磁気特性を測定するため（ステップＳ６〜Ｓ７）、上部圧電体膜１６の厚さ等にばらつきが生じている場合であっても、高精度で実使用時の応力分布を模擬した測定を行うことができる。磁気特性の測定中にクリープによって下部圧電体膜１４及び上部圧電体膜１６の変形量が変化して試料１０のＺ方向変位が変化することもあるが、第１の測定方法では、磁気特性の測定後に試料１０のＺ方向変位が所定範囲内にあることを確認するため（ステップＳ７〜Ｓ９）、高精度の測定結果が得られる。
【００４８】
ここで、本発明者が第１の測定方法に関して行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、試料１０として電磁鋼板が用いられ、下部圧電体膜１４及び上部圧電体膜１６としてＰＺＴ膜が用いられることとした。試料１０の直径を７０ｍｍ、厚さを０．２ｍｍ、ヤング率を２００ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。下部圧電体膜１４の直径を６０ｍｍ、厚さを１ｍｍ、圧電定数ｄ31を−１．２４×１０-10Ｃ／Ｎとした。上部圧電体膜１６の直径を６０ｍｍ、圧電定数ｄ31を−１．２４×１０-10Ｃ／Ｎとし、上部圧電体膜１６の厚さは０．３ｍｍを設計値としつつ、変動により０．１ｍｍ又は０．６ｍｍになったものとした。
【００４９】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値の０．３ｍｍと一致している場合、上部電極１７に電圧を印加せずとも、図１０（ａ）に示すように、中間電極１５への２０００Ｖの電圧の印加により生じる試料１０の反りは僅かであり、図１０（ｂ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に応力の差が実質的に生じない。
【００５０】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値の０．３ｍｍより小さい０．１ｍｍの場合、上部電極１７に電圧を印加せずに中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加すると、図１１（ａ）に示すように、試料１０は椀状に大きく反り、図１１（ｂ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００５１】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．１ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に１４００Ｖの電圧を印加すると、図１２（ａ）に示すように、試料１０の反りが低減され、図１２（ｂ）に示すように、応力の差も低減される。
【００５２】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．１ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に印加する電圧を１６００Ｖに変化させると、図１３（ａ）に示すように、試料１０の反りが僅かになり、図１３（ｂ）に示すように、応力の差が実質的に解消される。
【００５３】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．１ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に印加する電圧を１８００Ｖに変化させると、図１４（ａ）に示すように、試料１０が傘状に反り、図１４（ｂ）に示すように、応力の差が大きくなる。
【００５４】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値の０．３ｍｍより大きい０．６ｍｍの場合、上部電極１７に電圧を印加せずに中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加すると、図１５（ａ）に示すように、試料１０は傘状に大きく反り、図１５（ｂ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００５５】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に２０００Ｖの電圧を印加すると、図１６（ａ）に示すように、試料１０の反りが低減され、図１６（ｂ）に示すように、応力の差も低減される。
【００５６】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に印加する電圧を２３００Ｖに変化させると、図１７（ａ）に示すように、試料１０の反りが僅かになり、図１７（ｂ）に示すように、応力の差が実質的に解消される。
【００５７】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合、中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加しながら上部電極１７に印加する電圧を２６００Ｖに変化させると、図１８（ａ）に示すように、試料１０が椀状に反り、図１８（ｂ）に示すように、応力の差が大きくなる。
【００５８】
このように、上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値より小さい場合であっても大きい場合であっても、上部電極１７に印加する電圧を調整するだけで、適切な応力分布を得ることができる。
【００５９】
次に、磁気特性測定装置１を用いた第２の磁気特性測定方法について説明する。図１９は、第２の磁気特性測定方法を示すフローチャートである。
【００６０】
第２の磁気特性測定方法では、ステップＳ６又はステップＳ９の判定で試料１０のＺ方向変位が所定範囲内にない場合にステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、制御装置２０は、検出したＺ方向変位に応じた電圧を決定し、この電圧を直流電源６０ａに下部電極１３と中間電極１５との間に印加させる。これにより、上部圧電体膜１６の変形量が変化し、これに伴って試料１０に作用する応力が変化し、試料１０の変形量も変化する。ステップＳ１０の後にステップＳ３に戻る。他の構成は第１の磁気特性測定方法と同様である。
【００６１】
第２の測定方法でも、第１の測定方法と同様に、簡便な方法で試料１０のＺ方向変位を調整することができる。そして、上部圧電体膜１６の厚さ等にばらつきが生じている場合であっても、高精度で実使用時の応力分布を模擬した測定を行うことができる。磁気特性の測定中にクリープによって下部圧電体膜１４及び上部圧電体膜１６の変形量が変化して試料１０のＺ方向変位が変化しても高精度の測定結果が得られる。
【００６２】
ここで、本発明者が第２の測定方法に関して行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでも、試料１０として電磁鋼板が用いられ、下部圧電体膜１４及び上部圧電体膜１６としてＰＺＴ膜が用いられることとした。試料１０の直径を７０ｍｍ、厚さを０．２ｍｍ、ヤング率を２００ＧＰａ、ポアソン比を０．３とした。下部圧電体膜１４の直径を６０ｍｍ、厚さを１ｍｍ、圧電定数ｄ31を−１．２４×１０-10Ｃ／Ｎとした。上部圧電体膜１６の直径を６０ｍｍ、圧電定数ｄ31を−１．２４×１０-10Ｃ／Ｎとし、上部圧電体膜１６の厚さは０．３ｍｍを設計値としつつ、変動により０．１ｍｍ又は０．６ｍｍになったものとした。
【００６３】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値の０．３ｍｍより小さい０．１ｍｍの場合、上部電極１７に電圧を印加せずに中間電極１５に１６００Ｖの電圧を印加すると、試料１０は椀状に大きく反り、図２０（ａ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００６４】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．１ｍｍの場合、上部電極１７に１６００Ｖの電圧を印加しながら中間電極１５に２０００Ｖの電圧を印加すると、図２０（ｂ）に示すように、応力の差が実質的に解消される。
【００６５】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．１ｍｍの場合、上部電極１７に１６００Ｖの電圧を印加しながら中間電極１５への電圧の印加を停止すると、図２０（ｃ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００６６】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値の０．３ｍｍより大きい０．６ｍｍの場合、上部電極１７に電圧を印加せずに中間電極１５に２３００Ｖの電圧を印加すると、試料１０は傘状に大きく反り、図２１Ａ（ａ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００６７】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合、上部電極１７に電圧を印加せずに中間電極１５に印加する電圧を１８００Ｖに変化させると、図２１Ａ（ｂ）に示すように、試料１０に作用する応力が小さくなる。
【００６８】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合に、上部電極１７に２３００Ｖの電圧を印加しながら中間電極１５に印加する電圧を２０００Ｖに変化させると、図２１Ａ（ｃ）に示すように、応力の差が実質的に解消される。
【００６９】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合に、上部電極１７に２３００Ｖの電圧を印加しながら中間電極１５への電圧の印加を停止すると、図２１Ｂ（ｄ）に示すように、試料１０の上面から０．０１ｍｍの部分と０．１９ｍｍの部分との間に大きな応力の差が生じる。
【００７０】
上部圧電体膜１６の実際の厚さが０．６ｍｍの場合に、中間電極１５に電圧を印加せずに上部電極１７に印加する電圧を３５００Ｖに変化させると、図２１Ｂ（ｅ）に示すように、試料１０に作用する応力が大きくなる。
【００７１】
このように、上部圧電体膜１６の実際の厚さが設計値より小さい場合であっても大きい場合であっても、上部電極１７に印加する電圧及び中間電極１５に印加する電圧を調整するだけで、適切な応力分布を得ることができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、応力印加手段の構成が第１の実施形態と相違する。図２２は、第２の実施形態において試料１０に応力を印加する手段を示す断面図である。
【００７３】
第２の実施形態では、図２２に示すように、中間電極１５に、絶縁膜１５ｂにより絶縁された電極１５ａ及び電極１５ｃが含まれ、電極１５ａが下部圧電体膜１４に接し、電極１５ｂが上部圧電体膜１６に接している。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００７４】
第２の実施形態においても、電極１５ａ及び電極１５ｃの電位を等しくすれば、第１の実施形態と同様に試料１０の磁気特性を測定することができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、下部電極１３、下部圧電体膜１４及び電極１５ａの積層構造と、電極１５ｃ、上部圧電体膜１６及び上部電極１７の積層構造とが接着剤等の絶縁膜１５ｂを介して積層されていてもよい。
【００７５】
試料１０は磁性材料であればよく、電磁鋼板に限定されるものではない。応力印加手段に含まれる圧電体膜の数は２に限定されず、３以上であってもよい。応力印加手段に含まれる圧電体膜の間では、電圧が印加されていない状態で分極方向が揃っていることが好ましい。
【００７６】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００７７】
（付記１）
板状の試料の一方の面上に設けられ、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段と、
前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行う判定手段と、
前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する制御手段と、
を有することを特徴とする応力制御装置。
【００７８】
（付記２）
前記応力印加手段は、下部電極、中間電極及び上部電極を有し、
前記第１の圧電体膜は前記下部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第２の圧電体膜は前記上部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第１の電圧印加手段は、前記下部電極と前記中間電極との間に前記第１の電圧を印加し、
前記第２の電圧印加手段は、前記下部電極と前記上部電極との間に前記第２の電圧を印加することを特徴とする付記１に記載の応力制御装置。
【００７９】
（付記３）
前記中間電極は、
前記第１の圧電体膜と接する第１の電極と、
前記第２の圧電体膜と接する第２の電極と、
を有することを特徴とする付記２に記載の応力制御装置。
【００８０】
（付記４）
前記制御手段は、前記第１の電圧を特定の電圧に固定しながら前記第２の電圧を調整することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の応力制御装置。
【００８１】
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の応力制御装置と、
前記試料に磁界を印加する磁界印加手段と、
前記試料の他方の面上に設けられる磁界センサと、
前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する検出手段と、
を有し、
前記試料は磁性材料の試料であることを特徴とする磁気特性測定装置。
【００８２】
（付記６）
板状の試料の一方の面上に、それぞれが前記試料に面内方向で等方的な応力を印加する第１の圧電体膜及び第２の圧電体膜を含む応力印加手段を設ける工程と、
前記第１の圧電体膜に第１の電圧を印加する工程と、
前記第２の圧電体膜に第２の電圧を印加する工程と、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの判定を行う工程と、
前記判定の結果に基づいて、前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内に入るまで前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する工程と、
を有することを特徴とする応力制御方法。
【００８３】
（付記７）
前記応力印加手段は、下部電極、中間電極及び上部電極を有し、
前記第１の圧電体膜は前記下部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第２の圧電体膜は前記上部電極と前記中間電極との間にあり、
前記第１の電圧は、前記下部電極と前記中間電極との間に印加され、
前記第２の電圧は、前記下部電極と前記上部電極との間に印加されることを特徴とする付記６に記載の応力制御方法。
【００８４】
（付記８）
前記中間電極は、
前記第１の圧電体膜と接する第１の電極と、
前記第２の圧電体膜と接する第２の電極と、
を有することを特徴とする付記７に記載の応力制御方法。
【００８５】
（付記９）
前記第１の電圧及び前記第２の電圧を調整する工程において、前記第１の電圧を特定の電圧に固定しながら前記第２の電圧を調整することを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の応力制御方法。
【００８６】
（付記１０）
付記６乃至９のいずれか１項に記載の方法により、前記試料の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめる工程と、
前記試料に磁界を印加する工程と、
前記試料の他方の面上に設けられた磁界センサにより磁界を測定する工程と、
前記応力印加手段により前記試料に応力が印加された状態で前記試料の磁気特性を検出する工程と、
を有し、
前記試料は磁性材料の試料であることを特徴とする磁気特性測定方法。
【００８７】
（付記１１）
前記磁気特性を検出する工程の後に、
前記試料の厚さ方向の変位が所定の範囲内にあるか否かの再判定を行う工程と、
前記再判定の結果、前記変位が前記所定の範囲から外れている場合に、前記試料の厚さ方向の変位を所定の範囲内におさめて前記試料の磁気特性を再検出する工程と、
を有することを特徴とする付記１０に記載の磁気特性測定方法。
【符号の説明】
【００８８】
１：磁気特性測定装置
１０：試料
１１：Ｂｘコイル
１２：Ｂｙコイル
１３、１５、１７：電極
１４、１６：圧電体膜
２０：制御装置
４０ａ、４０ｂ：コイル
５０ａ、５０ｂ：コイル用電源
６０ａ、６０ｂ：直流電源
７０ａ、７０ｂ：磁界センサ
１００：非接触変位計
【図１】
2018009809.tif 000003
【図２】
2018009809.tif 000004
【図３】
2018009809.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018009809.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018009809.tif 000009
【図８】
2018009809.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2018009809.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2018009809.tif 000014
【図１３】
2018009809.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2018009809.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2018009809.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2018009809.tif 000022
【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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