(57)【要約】【課題】応力印加部材及び磁気特性測定方法に関し、試料に設けた磁束測定用コイルと圧電素子とのメカニカルな干渉を避けるとともに、試料の測定領域全体に均一に応力を加える。【解決手段】平板状の圧電素子と、圧電素子の一方の主面に固着された補強板と、圧電素子の他方の主面に固着された台座とにより応力印加部材を構成し、台座の圧電素子と接する側と反対の側に試料に設けた磁束測定用コイルの試料の表面に露出する長さより大きな開口部を設ける。【選択図】図１
2018059734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の圧電素子と、
前記圧電素子の一方の主面に固着された補強板と、
前記圧電素子の他方の主面に固着された台座と
を有し、
前記台座の前記圧電素子と接する側と反対の側に磁気特性測定用試料に設けた磁束測定用コイルの磁気特性測定用試料の表面に露出する長さより大きな開口部を有する応力印加部材。
【請求項２】
前記開口部が、前記開口部を最適状態で設けた場合に得られる最大応力の７０％以上の応力が得られる構造である請求項１に記載の応力印加部材。
【請求項３】
前記開口部が、前記圧電素子に達する貫通開口部である請求項１または請求項２に記載の応力印加部材。
【請求項４】
前記開口部と前記圧電素子との間に前記開口部と一体の天井部を有する請求項１または請求項２に記載の応力印加部材。
【請求項５】
リング状の鉄心の前記鉄心の中心に対して点対称な第１の対向面に第１の励磁コイルを設け、前記第１の対向面と直交する第２の対向面に第２の励磁コイルを設けた二次元磁気特性測定装置の前記リング状の鉄心の中空部に請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の応力印加部材の前記台座に固着した磁気特性測定用試料を配置するとともに、
前記磁気特性測定用試料の前記台座に固着した面と反対の面に磁界測定用のセンサを配置して、前記圧電素子に電圧を印加して前記磁気特性測定用試料に等方的な応力を印加した状態で磁気特性測定用試料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、応力印加部材及び磁気特性測定方法に関するものであり、例えば、測定対象の磁性材料に均一な応力を加えた状態で磁気特性を測定するための応力印加部材及び磁気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気エネルギーを介して電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換する発電機や電動機或いは磁気エネルギーを介して交流の電圧変換を行なう変圧器等においては、電磁コイルのコア（鉄心）として電磁鋼板（ケイ素鋼板）が使用されている。大きな透磁率をもつ電磁鋼板を用いることによって、磁気エネルギーを効率よく利用することが可能になる。
【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ので、外部磁界との相互作用に際しエネルギー損失（ヒステリシス損）が生じる。つまり、電磁鋼板の磁気特性が、電磁エネルギーの変換効率に著しく影響を及ぼす。したがって、これらの電気機器の性能改善するためには、電磁鋼板の磁気特性を詳細に把握し機器設計を行なうことが不可欠である。
【０００４】
電磁鋼板の磁気特性を測定する方法として、エプスタイン試験に代表される単軸磁気特性測定法が多用されている。これは、一方向に対し交流磁界（交番磁界）を加えて電磁鋼板の磁気特性（スカラー磁気特性）を測定する方法であり、素材の基本的な磁気特性が容易に得られるという長所がある。
【０００５】
ところが、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が得られないという短所がある。この短所を補うため、ベクトル磁気特性測定法が近年注目されている。これは、直交させた交番磁界の合成により得られる回転磁界の中に電磁鋼板を配置して電磁鋼板の磁気特性を測定する方法である。このベクトル磁気特性測定法は、磁界の方向と強度、磁束密度の方向と強度をベクトルとして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）が得られるという長所がある。
【０００６】
このベクトル磁気特性測定法の一つとして、誘導電動機の固定子（ステーター）を励磁コイルとし、回転子（ローター）が配置されていた場所に円板状の試料となる電磁鋼板を設けて磁気特性を測定する方法が知られている。
【０００７】
図２２は、誘導電動機構造を用いた二次元磁気特性測定装置の説明図であり、図２２（ａ）は上面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のｘ方向における模式的要部透視断面図である。図２２（ａ）に示すように、リング状の鉄心６１に対してｘ方向にｘ方向励磁コイル６２を設け、ｘ方向と直交するｙ方向にｙ方向励磁コイル６３を設け、図２２（ｂ）に示すように、鉄心６１の中空部に試料となる電磁鋼板６４を配置する。鉄心６１の内周は歯車状に突起が設けられており、この突起を利用してｘ方向励磁コイル６２及びｙ方向コイル６３を巻回する。
【０００８】
しかし、電動機等に鉄心として電磁鋼板が組み込まれる時に電磁鋼板に加えられた加工応力が残留するため、実使用時の磁気特性を把握する観点から、応力が加えられた状態でベクトル磁気特性を測定する手法の開発が期待されている。
【０００９】
この時、固定子（励磁コイル）と試料となる電磁鋼板６４の磁気的ギャップを極狭くするため、試料となる円盤状の電磁鋼板６４の直径は、図２２（ａ）に示すように、固定子が形成する円筒部の直径と概ね同じある。このため、試料となる電磁鋼板６４に外力を加えるメカニカルな機構を導入することが相当に難しい。
【００１０】
しかし、試料となる電磁鋼板に応力を加える方法の一つとして、試料となる電磁鋼板に圧電体を貼付け、圧電体への電圧印加により圧電体を変形させることで、試料となる電磁鋼板に応力を加える方法がある。図２３は逆圧電効果による電磁鋼板への応力印加構造の説明図である。図２３に示すように、ＰＺＴ等の平板状の圧電体６６の両主面に電極６７，６８を設けて圧電素子６５とし、一方の電極６８に電磁鋼板６４を貼り付ける。この圧電体６６による応力印加方法を適用することで、応力が加えられた状態における試料となる電磁鋼板６４の磁気特性を測定することが可能になる。
【００１１】
磁気測定に際し、磁界Ｈを測定するための磁界センサを試料となる電磁鋼板の表面近傍に配置する必要があることから、試料となる電磁鋼板６４の片面に圧電素子６５を貼り付け、磁界センサ６９は圧電素子６５を貼り付けていない電磁鋼板６４の表面に配置することが望ましい。
【００１２】
圧電体６６は電圧印加方向（厚さ方向、分極方向）に伸びる（或いは縮む）と、電圧印加方向に直交する方向（面内方向）では等方的に縮む（或いは伸びる）。よって、圧電素子６５に貼り付けた電磁鋼板６４の面内方向には等方的に力が作用するため、電磁鋼板６４は反って傘状に変形する。このため、電磁鋼板６４の板厚方向に対し、即ち、電磁鋼板６４の内部に応力の分布が発生するので、この事情を図２４を参照して説明する。
【００１３】
図２４は、Ｚ方向変位及び応力分布の説明図である。図２４（ａ）は圧電素子を貼り付けた電磁鋼板の上面図であり、図２４（ｂ）は断面図である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの電磁鋼板６４に、φ６０ｍｍで厚さが１ｍｍのＰＺＴからなる分極方向が（０、０、−１）の圧電体６６を貼り付けた場合を説明するが、ここでは、電極６７,６８は無視する。
【００１４】
図２４（ｃ）は、圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における変位のシミュレーション結果の説明図である。圧電体６６の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、圧電体６６は縮み、電磁鋼板６４は下向きに傘状に変形する。
【００１５】
図２４（ｄ）は、圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における電磁鋼板の応力分布のシミュレーション結果の説明図である。ｚ方向に関し、圧電体６６と電磁鋼板６４の接着面の位置を０．００ｍｍと定義する。また、圧電体６６の厚さ方向を正の値とする。ここでは、電磁鋼板６４の厚さ方向（ｚ方向）の−０．０１ｍｍの位置、−０．１０ｍｍの位置及び−０．１９ｍｍの位置の応力を示している。図２４（ｄ）に示すように、圧電体６６と接着している位置をｘ方向に外れると応力が殆ど印加されないことが分かる。また、厚さ方向の応力分布も、圧電体６６から離れるほど印加される応力が小さくなることが分かる。
【００１６】
磁気測定に際し、試料には均一な応力を加える必要があるので、試料の反りを抑止するために圧電素子の上に適切な剛性率をもった、適切な厚さの補強板を設ける。その結果、試料の厚さ方向の応力分布は抑止されるので、この事情を図２５を参照して説明する。
【００１７】
図２５は、補強板を設けた場合のＺ方向変位及び応力分布の説明図である。図２５（ａ）は補強板を設けた電磁鋼板の上面図であり、図２５（ｂ）は断面図である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの電磁鋼板６４に、φ６０ｍｍで厚さが１ｍｍのＰＺＴからなる分極方向が（０、０、−１）の圧電体６６を貼り付け、その上にφ６０ｍｍで厚さが４ｍｍのＰＺＴからなる補強板６０を貼り付けた場合を説明する。ここでも、電極６７,６８は無視する。
【００１８】
図２５（ｃ）は、圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における変位のシミュレーション結果の説明図である。圧電体６６の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、圧電体６６は縮み電磁鋼板６４は下向きに傘状に変形しようとするが、厚くて剛性の大きな補強板６０が変形を抑止する。なお、この時、補強板６０には電圧は印加されていない。
【００１９】
図２５（ｄ）は、圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における電磁鋼板の応力分布のシミュレーション結果の説明図である。ここでも、電磁鋼板６４の厚さ方向（ｚ方向）の−０．０１ｍｍの位置、−０．１０ｍｍの位置及び−０．１９ｍｍの位置の応力を示している。図２５（ｄ）に示すように、圧電体６６と接着している位置をｘ方向に外れると応力が殆ど印加されないことが分かる。また、厚さ方向の応力分布は、ほとんどなくなり、且つ、図２４（ｄ）に示した補強板を設けない場合に比べて大きな応力が印加されることが分かる。なお、補強板６０の材質は圧電体に限らない。
【００２０】
磁気測定に際し、磁束Ｂを測定するため、試料となる電磁鋼板６４を板厚方向に貫いてセンシング用ループコイル、即ち、Ｂコイルを設ける必要がある。図２６は、Ｂコイルを設けた状態における試料の説明図である。図２６（ａ）は上面図であり、図２６（ｂ）は断面図である。試料となる電磁鋼板６４にφ０．３ｍｍの貫通穴を設け、φ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の被覆銅細線を貫通穴に通して、例えば、表面に露出する長さが２０ｍｍ長で１ターンのループを形成してｙ方向用のＢコイル７１及びｘ方向用のＢコイル７２とする。図２６（ｃ）に示すように、Ｂコイル７１，７２を形成した電磁鋼板６４と圧電体６６とを接着することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２０１５−２００５７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０２９７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２６２５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかし、図２６（ｃ）に示したように、電磁鋼板６４と圧電体６６の接着に際し、電磁鋼板６４と圧電体６６の間にＢコイル７１（７２）が挟まり、電磁鋼板６４と圧電体６６を密接できないため、電磁鋼板６４に均一で十分な応力を印加できなくなる。また、圧電体６６は所謂セラミックスなので、Ｂコイル７１，７２を挟んで両者を密接させるために力を加えると、圧電体６６が割れるなどメカニカルなダメージを圧電体に及ぼしてしまうという問題がある。
【００２３】
このような問題を解決するために、圧電体のＢコイルに当接する箇所に溝を設けることが考えられる。図２７は、圧電体に溝を設けた場合の説明図であり、図２７（ａ）は上面図であり、図２７（ｂ）は断面図である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの電磁鋼板６４に、φ６０ｍｍで厚さが１ｍｍのＰＺＴからなる分極方向が（０、０、−１）の圧電体６６を貼り付けた場合を説明する。ここでは、長さが６０ｍｍで、幅が０．５ｍｍで、深さが０．５ｍｍの十字状の溝７３を設ける。ここでも、電極６７,６８は無視する。
【００２４】
図２７（ｃ）は、圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における電磁鋼板の応力分布のシミュレーション結果の説明図である。ここでは、電磁鋼板６４の厚さ方向（ｚ方向）の−０．０１ｍｍの位置、−０．１０ｍｍの位置及び−０．１９ｍｍの位置の応力を示している。図２７（ｃ）に示すように、溝７３の部分では圧電体６６に生じた力（歪み）が電磁鋼板６４に十分に伝達されず、応力が局所的に著しく減衰してしまうことが分かる。
【００２５】
図２７（ｄ）は、溝にエポキシ樹脂を充填した状態の圧電体に１５００Ｖの電圧を印加した状態における電磁鋼板の応力分布のシミュレーション結果の説明図である。ここでは、電磁鋼板６４の厚さ方向（ｚ方向）の−０．０１ｍｍの位置、−０．１０ｍｍの位置及び−０．１９ｍｍの位置の応力を示している。図２７（ｄ）に示すように、溝７３の部分を接着剤等で埋めても、応力の減衰は改善されないことが分かる。
【００２６】
本発明は、磁気特性測定用試料に設けた磁束測定用コイルと圧電素子とのメカニカルな干渉を避けるとともに、磁気特性測定用試料の測定領域全体に均一に応力を加えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
一つの態様では、応力印加部材は、平板状の圧電素子と、前記圧電素子の一方の主面に固着された補強板と、前記圧電素子の他方の主面に固着された台座とを有し、前記台座の前記圧電素子と接する側と反対の側に磁気特性測定用試料に設けた磁束測定用コイルの磁気特性測定用試料の表面に露出する長さより大きな開口部を有する。
【００２８】
他の態様では、磁気特性測定方法は、リング状の鉄心の前記鉄心の中心に対して点対称な第１の対向面に第１の励磁コイルを設け、前記第１の対向面と直交する第２の対向面に第２の励磁コイルを設けた二次元磁気特性測定装置の前記リング状の鉄心の中空部に上述の応力印加部材の前記台座に固着した磁気特性測定用試料を配置するとともに、前記磁気特性測定用試料の前記台座に固着した面と反対の面に磁界測定用のセンサを配置して、前記圧電素子に電圧を印加して前記磁気特性測定用試料に等方的な応力を印加した状態で磁気特性測定用試料の磁気特性を測定する。
【発明の効果】
【００２９】
一つの側面として、磁気特性測定用試料に設けた磁束測定用コイルと圧電素子とのメカニカルな干渉を避けるとともに、磁気特性測定用試料の測定領域全体に均一に応力を加えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は本発明の実施の形態の磁気特性測定方法に用いる応力印加部材の構成説明図である。
【図２】磁気特性測定方法に用いる磁気特性測定装置の説明図である。
【図３】シミュレーション結果の説明図である。
【図４】台座自体に電圧を印加した場合の比較例の説明図である。
【図５】台座自体に電圧を印加するとともに、補強板を設けた場合の比較例の説明図である。
【図６】実施の形態から補強板を除いた場合の比較例の説明図である。
【図７】本発明の実施例１の応力印加部材の構成説明図である。
【図８】Ｚ方向変位の内径依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図９】応力分布の内径依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図１０】Ｚ方向変位の高さ依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図１１】応力分布の高さ依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図１２】応力分布の補強板の外径依存性のシミュレーション結果の説明図（１）である。
【図１３】応力分布の補強板の外径依存性のシミュレーション結果の説明図（２）である。
【図１４】応力分布の補強板の厚さ依存性のシミュレーション結果の説明図（１）である。
【図１５】応力分布の補強板の厚さ依存性のシミュレーション結果の説明図（２）である。
【図１６】シミュレーションに用いた試料構造の説明図である。
【図１７】Ｚ方向変位の形状依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図１８】応力分布の形状依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図１９】本発明の実施例２の応力印加部材の構成説明図である。
【図２０】シミュレーション結果の説明図である。
【図２１】比較例のシミュレーション結果の説明図である。
【図２２】誘導電動機構造を用いた二次元磁気特性測定装置の説明図である。
【図２３】逆圧電効果による電磁鋼板への応力印加構造の説明図である。
【図２４】Ｚ方向変位及び応力分布の説明図である。
【図２５】補強板を設けた場合のＺ方向変位及び応力分布の説明図である。
【図２６】Ｂコイルを設けた状態における試料の説明図である。
【図２７】圧電体に溝を設けた場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
ここで、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の磁気特性測定方法及びそれに用いる応力印加部材を説明する。図１は本発明の実施の形態の磁気特性測定方法に用いる応力印加部材の構成説明図であり、図１（ａ）は磁気特性測定用試料と接着した状態の応力印加部材の上面図であり、図１（ｂ）は断面図である。図１に示すように、応力印加部材１は、平板状の圧電素子２と、圧電素子２の一方の主面に固着された補強板６と、圧電素子２の他方の主面に固着された台座７とを有する。台座７の圧電素子２と接する側と反対の側に磁気特性測定用試料１０に設けた磁束測定用コイル１１の磁気特性測定用試料１０の表面に露出する長さより大きな開口部８を設ける。なお、圧電素子２は、圧電体３の両方の主面に電極４，５が設けられており、この電極４，５を介して圧電体３に電圧を印加する。
【００３２】
開口部８は、貫通開口部でも良いし、圧電素子２側に台座７と一体の天井部を有する非貫通開口部でも良い。いずれの場合も、所定の高さ及び外径を有する台座７に開口部８を設けた場合に得られる最大応力の７０％以上の応力が得られる構造であれば良い。最大応力については、台座７の高さ、外径及び材質に応じて、開口部８の内径及び高さを変化させてシミュレーションして求めれば良い。
【００３３】
この場合、開口部８が貫通開口部の場合には、最大応力の７０％以上の応力を得るためには、台座７の外径に対する内径の比を、１０／６０〜５５／６０にすることが望ましい。また、貫通開口部を設けた台座７の高さは、０．５ｍｍ以上であれば良く、上限はないものの、高くなると磁気特性測定用試料１０に掛かる応力が低下するので、測定に必要とする応力に応じて高さを設定すれば良い。
【００３４】
開口部８が、開口部８と圧電素子２との間に開口部８と一体の天井部を有する非貫通開口部ある場合には、天井部を設けた台座７の高さに対する開口部８の高さの比を、最大応力の７０％以上の応力を得るためには、０．５以上にすることが望ましい。
【００３５】
補強板６及び台座７は、圧電体２と同じ材料であることが望ましいが、同じ材料でなくても良い。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）或いはチタニア（ＴｉＯ２）等の圧電体２と同等以上の剛性率を有する所謂エンジニアセラミックスでも良い。磁気特性測定において磁化あるいは反磁界の影響を避けるため、 磁性体や金属あるいは渦電流を発生させる導体は台座７や補強板６の材質として好ましくない。
【００３６】
補強板６の厚さは、最大応力の７０％以上の応力を得るためには、１ｍｍ以上であることが望ましく、上限はないものの、厚くなると重くなるので、測定に不適当な変位を超えない範囲で適宜設定すれば良い。
【００３７】
台座７の圧電素子２の主面に平行な断面は、円環状であることが望ましいが、四角形以上の多角形の額縁状でも良く、この場合も応力の面内方向のバラツキを小さくするためには、できるだけ外周が円形に近い方が望ましい。また、この場合には、圧電素子２及び補強板６の平面形状及びサイズを台座７の外周の形状及びサイズと同じくすることが望ましく、それによって、磁気特性測定用試料１０に印加される応力の面内方向のバラツキをより小さくすることができる。
【００３８】
図２は、磁気特性測定方法に用いる磁気特性測定装置の説明図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｘ方向における模式的要部透視断面図である。図２（ａ）に示すように、リング状の鉄心２１に対して第１の対向面に第１の励磁コイル２２を設け、第１の対向面と直交する第２の対向面に第２の励磁コイル２３を設ける。このた磁気特性測定装置２０のリング状の鉄心２１の中空部に応力印加部材１に固着した磁気特性測定用試料１０を配置する。この時、磁気特性測定用試料１０の台座７に固着した面と反対側の面に磁界測定用センサ１２を配置する。この状態で、圧電素子２に電圧を印加して磁気特性測定用試料となる磁気特性測定用試料１０に等方的な応力を印加して磁気特性を測定する。この時、第１の励磁コイル２２に印加する交流電流と、第２の励磁コイル２３に印加する交流電流の振幅と位相を調整して磁気特性測定用試料１０の磁気特性をベクトル磁気特性として測定する。
【００３９】
図３は、シミュレーション結果の説明図であり、図３（ａ）は変位分布の説明図であり、図３（ｂ）は応力分布の説明図である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの磁気特性測定用試料１０に、φ６０ｍｍで厚さが１ｍｍのＰＺＴからなる分極方向が（０、０、−１）の圧電体３を貼り付け、その上にφ６０ｍｍで厚さが４ｍｍのＰＺＴからなる補強板６を貼り付ける。圧電体３の他方の面に厚さが１ｍｍで、外径φ６０ｍｍで内径φ４０ｍｍの貫通する開口部８を有するＰＺＴを用いた台座７を固着する。ここでも、電極（４，５）は無視する。磁気特性測定用試料１０のヤング率を２００ＧＰａとし、ポアソン比を０．３とする。圧電体３の圧電定数（ｄ３１）は−１．２４×１０−１０Ｃ／Ｎとする。
【００４０】
図３（ａ）は、圧電体３に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の面方向の変位のシミュレーション結果の説明図である。圧電体３の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、圧電体３は縮み磁気特性測定用試料１０は下向きに傘状に変形しようとするが、厚くて剛性の大きな補強板６が変形を抑止している。
【００４１】
図３（ｂ）は、圧電体３に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の応力分布のシミュレーション結果の説明図である。ここでも、磁気特性測定用試料１０の厚さ方向（ｚ方向）の−０．０１ｍｍの位置、−０．１０ｍｍの位置及び−０．１９ｍｍの位置の応力を示している。図３（ｂ）に示すように、台座７の額縁部と接している部分ではあまり応力が印加されていないが、開口部８と対応する部分では厚さ方向の応力分布は、殆どなく大きな応力が均一に印加されることが分かる。
【００４２】
次に、図４乃至図６を参照して、比較例を説明する。図４は、台座自体に電圧を印加した場合の比較例の説明図である。図４（ａ）は比較例の試料構造を示す断面図であり、図４（ｂ）は台座に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の面方向の変位分布であり、図４（ｃ）は台座に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の応力分布である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの磁気特性測定用試料１０に、厚さが１ｍｍで、外径φ６０ｍｍで内径φ４０ｍｍの貫通する開口部８を有するＰＺＴを用いた台座７を用いる。磁気特性測定用試料１０のヤング率を２００ＧＰａとし、ポアソン比を０．３とする。台座７の圧電定数（ｄ３１）は−１．２４×１０−１０Ｃ／Ｎとする。ここでも、電極は無視する。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、台座７を圧電体として用いた場合には、台座７の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、台座７は縮み磁気特性測定用試料１０は下向きに傘状に大きく変形している。
【００４４】
図４（ｃ）に示すように、台座７を圧電体として用いた場合には、台座７との接着部においては応力が印加されるものの、Ｂコイルを設けた開口部８に対応する部分においては殆ど応力が印加されず、印加されていても厚さ方向のバラツキが見られる。
【００４５】
図５は、台座自体に電圧を印加するとともに、補強板を設けた場合の比較例の説明図である。図５（ａ）は比較例の試料構造を示す断面図であり、図５（ｂ）は台座に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の面方向の変位分布であり、図５（ｃ）は台座に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の応力分布である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの磁気特性測定用試料１０に、厚さが１ｍｍで、外径φ６０ｍｍで内径φ４０ｍｍの貫通する開口部８を有するＰＺＴを用いた台座７を用い、φ６０ｍｍで厚さが４ｍｍのＰＺＴからなる補強板６を用いる。磁気特性測定用試料１０のヤング率を２００ＧＰａとし、ポアソン比を０．３とする。台座７の圧電定数（ｄ３１）は−１．２４×１０−１０Ｃ／Ｎとする。ここでも、電極は無視する。
【００４６】
図５（ｂ）に示すように、台座７を圧電体として用いるとともに補強板６を用いた場合には、台座７の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、台座７は縮み磁気特性測定用試料１０は下向きに傘状に大きく変形しようとするが、補強板６によって変形はかなり抑止されていることが分かる。
【００４７】
図５（ｃ）に示すように、台座７を圧電体として用いるとともに補強板６を用いた場合には、台座７との接着部においては応力が印加されるものの、Ｂコイルを設けた開口部８に対応する部分においてはある程度応力が印加されるが、実施の形態に比べて１／２以下になる。
【００４８】
図６は、実施の形態から補強板を除いた場合の比較例の説明図である。図６（ａ）は比較例の試料構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は圧電体３に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の面方向の変位分布であり、図６（ｃ）は圧電体３に１５００Ｖの電圧を印加した状態における磁気特性測定用試料１０の応力分布である。ここでは、φ７６ｍｍで厚さが０．２ｍｍの磁気特性測定用試料１０に、厚さが１ｍｍで、外径φ６０ｍｍで内径φ４０ｍｍの貫通する開口部８を有するＰＺＴを用いた台座７を用い、φ６０ｍｍで厚さが１ｍｍのＰＺＴからなる圧電体３を用いる。磁気特性測定用試料１０のヤング率を２００ＧＰａとし、ポアソン比を０．３とする。圧電体３の圧電定数（ｄ３１）は−１．２４×１０−１０Ｃ／Ｎとする。ここでも、電極は無視する。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、圧電体３の上面側に＋１５００Ｖの電圧を印加しているので、台座７は縮み磁気特性測定用試料１０は下向きに傘状に大きく変形していることが分かる。
【００５０】
図６（ｃ）に示すように、台座７との接着部においては逆方向の応力が印加されるとともに、Ｂコイルを設けた開口部８に対応する部分においては殆ど応力が印加されていないことが分かる。
【００５１】
以上の結果から、補強板６、圧電体３、及び、開口部８を設けた台座７の積層構造が変位を抑制するとともに、大きな応力を厚さ方向にバラツキなく均一に印加するために必要であることが分かる。
【００５２】
本発明の実施の形態においては、磁気特性測定用試料１０の表面に露出する磁束測定用コイル１１を避けて、磁気特性測定用試料１０の片面にのみ応力印加部材を接着しているので、磁気特性測定用試料１０の厚さ方向の応力分布を抑止し、応力を測定領域全体に均一に印加することができる。それによって、均一な応力を印加した状態で、磁気特性測定用試料１０の磁気特性測定が可能になる。
【実施例１】
【００５３】
次に、図７乃至図１８を参照して、本発明の実施例１の応力印加部材を説明する。図７は本発明の実施例１の応力印加部材の構成説明図であり、図７（ａ）は試料鋼板と接着した状態の応力印加部材の上面図であり、図７（ｂ）は断面図である。図７に示すように、応力印加部材３０は、平板状の圧電素子４１と、圧電素子４１の一方の主面に固着された補強板４５と、圧電素子４１の他方の主面に固着された台座４６とを有する。台座４６の圧電素子４１と接する側と反対の側に電磁鋼板５０に設けたＢコイル５１との干渉を避けるように、貫通開口部４７を設ける。なお、圧電素子４１は、圧電体４２の両方の主面にニッケルめっき膜或いは銀焼付け膜を設けて電極４３，４４とし、この電極４３，４４を介して圧電体４２に電圧を印加する。また、各部材の接着にはエポキシ系接着剤のように、硬化後に硬くなる接合材が好ましい。また、硬化収縮による余計な応力が加わることを避けるため、無溶剤型の接合材が好ましい。
【００５４】
初めに、台座４６に設ける貫通開口部４７の内径依存性についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は下記の通りである。
・試料となる電磁鋼板；φ７６ｍｍ×０．２ｍｍ厚、ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３
・圧電体；円筒状、外径φ６０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、圧電定数（ｄ３１）−１．２４×１０−１０ Ｃ／Ｎ  上面に＋１．５００Ｖｄｃ、下面０Ｖに０Ｖの電圧印加
・圧電体の材質；ＰＺＴ（Ｐｂ１−ｙＺｒｙＴｉＯ３ ）
・補強板；φ６０ｍｍ×１ｍｍ厚
・補強板の材質；ＰＺＴ（Ｐｂ１−ｙＺｒｙＴｉＯ３ ） 
・台座；円筒状、外径φ６０ｍｍ、厚さ１ｍｍ
・台座の材質；ＰＺＴ（Ｐｂ１−ｙＺｒｙＴｉＯ３ ）
ここで、台座４６の内径を０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、５５ｍｍ及び５９ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００５５】
図８は、Ｚ方向変位の内径依存性のシミュレーション結果の説明図である。図８（ａ）に示すように、内径が小さい場合には、下向きの傘状になり、３０ｍｍ程度から反りの方向が反転することが分かる。図８（ｂ）はφ５９ｍｍの例を加えてＺ方向の変位を縮小して示したものであり、φ５９ｍｍの場合には、逆に反りが極端に大きくなり下向きの傘状となることが分かった。
【００５６】
図９は、応力分布の内径依存性のシミュレーション結果の説明図であり、図９（ａ）に示すように、φ０ｍｍの場合には、印加される応力が小さい。図９（ｂ）に示すように、φ１０ｍｍの場合には貫通開口部に対応する部分に図３（ｂ）の場合に比べて９０％程度の応力が印加される。図９（ｃ）に示すように、φ５５ｍｍの場合には、貫通開口部に対応する部分に図３（ｂ）の場合より大きな応力が印加されるが、厚さ方向のバラツキが多少見られる。図９（ｄ）に示すように、φ５９ｍｍの場合には、厚さ方向のバラツキが大きくなる。
【００５７】
以上の結果からは、内部応力及び変位の観点からは、内径がφ１０ｍｍ〜φ５５ｍｍ、即ち、外径に対する比が１０／６０〜５５／６０の場合に好適な結果が得られた。但し、Ｂコイルとの干渉を避けるためには、Ｂコイルの露出長さ以上の内径を有することが必要になる。
【００５８】
次に、台座４６の高さ依存性についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は上記の条件の内、台座４６の貫通開口部４７の径を４０ｍｍに固定し、台座４６の高さを０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、及び、２．０ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００５９】
図１０は、Ｚ方向変位の高さ依存性のシミュレーション結果の説明図である。図１０に示すように、高さがが低い場合には、下向きの傘状になり、１．０ｍｍ程度から反りの方向が反転することが分かる。
【００６０】
図１１は、応力分布の高さ依存性のシミュレーション結果の説明図であり、図１１（ａ）に示すように、０．２ｍｍの高さの場合には、印加される応力が大きいが、厚さ方向のバラツキが大きくなる。図１１（ｂ）に示すように、０．５ｍｍの高さの場合には大きな応力が印加される割には、厚さ方向のバラツキが小さくなる。図１１（ｃ）に示すように、１．０ｍｍの高さの場合には、図３（ｂ）の場合と同じ条件であるので、大きな応力が厚さ方向のバラツキなく印加されることが分かる。図１１（ｄ）に示すように、２．０ｍｍの厚さの場合には、厚さ方向のバラツキが見られないが応力が小さくなる。
【００６１】
以上の結果からは、内部応力及び変位の観点からは、台座４６の高さが０．５ｍｍ以上であれば、好適な結果が得られた。但し、台座４６の高さの増大に伴って応力値が小さくなるので、測定に必要な応力値が得られる高さを必要に応じて選択すれば良い。
【００６２】
次に、補強板４５の外径依存性についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は上記の条件の内、台座４６の貫通開口部４７の径を４０ｍｍに固定し、台座４６の高さを１．０ｍｍに固定し、補強板４５の外径をφ６０ｍｍ、φ５０ｍｍ、φ４０ｍｍ、φ３８ｍｍ、φ３６ｍｍ、及び、φ３４ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００６３】
図１２及び図１３は、応力分布の補強板の外径依存性のシミュレーション結果の説明図であり、図１２（ａ）に示すように、６０ｍｍの外径の場合には、図３（ｂ）の場合と同じ条件であるので、大きな応力が厚さ方向のバラツキなく印加されることが分かる。図１２（ｂ）に示すように、５０ｍｍの外径の場合には、補強板の外周を超えた部分で逆方向に大きな応力が印加されるが、貫通開口部４７に対応する部分では図１２（ａ）と同様に、大きな応力が厚さ方向のバラツキなく印加されることが分かる。図１２（ｃ）に示すように、４０ｍｍの外径の場合には、補強板の外周を超えた部分で印加される逆方向の応力が大きくなり、貫通開口部４７に対応する部分では応力が小さくなり且つ厚さ方向のバラツキが見られるようになる。
【００６４】
図１３（ａ）に示すように、３８ｍｍの外径の場合には、補強板の外周を超えた部分で逆方向に大きな応力が印加され、貫通開口部４７に対応する部分では応力が小さくなり且つ厚さ方向のバラツキが見られる。図１３（ｂ）に示すように、３６ｍｍの外径の場合には、補強板の外周を超えた部分で逆方向に大きな応力が印加され、貫通開口部４７に対応する部分では応力がさらに小さくなり且つ厚さ方向のバラツキが見られる。図１３（ｃ）に示すように、３４ｍｍの外径の場合には、補強板の外周を超えた部分で逆方向に大きな応力が印加され、貫通開口部４７に対応する部分では応力が小さくなり且つ厚さ方向のバラツキが大きくなる。
【００６５】
以上の結果からは、応力分布の観点からは、補強板４５の外径が小さくなると応力値が減少し且つ厚さ方向の応力分布が大きくなる。したがって、圧電体の外径がφ６０ｍｍの場合には、補強板４５の外径は４０ｍｍ〜６０ｍｍとすることが望ましい。なお、補強板の外径が６０ｍｍを超えると、６０ｍｍを超えた部分に大きな応力が印加される。
【００６６】
次に、応力分布の補強板４５の厚さ依存性についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は上記の条件の内、台座４６の貫通開口部４７の径を４０ｍｍに固定し、台座４６の高さを１．０ｍｍに固定し、補強板４５の外径６０ｍｍに固定し、厚さを０．０ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、及び、７ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００６７】
図１４及び図１５は、応力分布の補強板の厚さ依存性のシミュレーション結果の説明図である。図１４（ａ）に示すように、０．０ｍｍの厚さ（補強板なし）の場合には、図６（ｃ）の場合と同じ条件であるので、台座４６との接着部においては逆方向の応力が印加されるとともに、貫通開口部４７に対応する部分においては殆ど応力が印加されていない。図１４（ｂ）に示すように、０．５ｍｍの厚さの場合には、貫通開口部４７に対応する部分に図３（ｂ）の場合の７０％程度の応力が印加される。図１４（ｃ）に示すように、１ｍｍの厚さの場合には、図３（ｂ）の場合と同じ条件であるので、大きな応力が厚さ方向のバラツキなく印加されることが分かる。
【００６８】
図１５（ａ）に示すように、３ｍｍの厚さの場合には、貫通開口部４７に対応する部分に印加される応力は大きくなるが、厚さ方向のバラツキが見られる。図１５（ｂ）に示すように、５ｍｍの厚さの場合には、貫通開口部４７に対応する部分に印加される応力は１ｍｍの場合と同程度であるが、厚さ方向のバラツキが見られる。図１５（ｃ）に示すように、７ｍｍの厚さの場合には、貫通開口部４７に対応する部分に印加される応力は若干小さくなる。
【００６９】
以上の結果からは、応力分布の観点からは、補強板４５の厚さが厚くなると応力値が減少するが、その変化は緩慢である。したがって、補強板４５の厚さは０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。なお、補強板の厚さが厚くなりすぎると、応力印加部材の重量が増えるので好ましくない。
【００７０】
次に、台座４６の水平断面形状依存性についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は上記の条件の内、台座４６、圧電体４２及び補強体４５の厚さは変更せず、台座４６、圧電体４２及び補強体４５の水平断面形状を□４２ｍｍ及び長径が６０ｍｍの正十角形とし、貫通開口部４７の径を□３２ｍｍ及び長径を４０ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００７１】
図１６は、シミュレーションに用いた試料構造の説明図である。図１６（ａ）は実施例１の試料構造の上面図であり、図１６（ｂ）は、台座４６、圧電体４２及び補強体４５の外周形状を正方形にした枠状正方形台座の上面図であり、図１６（ｃ）は、圧電体４２及び補強体４５の外周形状を正十角形にした枠状正十角形台座の上面図である。
【００７２】
図１７は、Ｚ方向変位の形状依存性のシミュレーション結果の説明図であり、ここでは、円環状台座と枠状正方形台座についてシミュレーションを行った。図１６（ａ）に示した円環状台座も図１６（ｂ）に示した枠状正方形台座も、ｘ方向（０°方向）及び４５°方向の反りは同様に抑止されていることが分かる。
【００７３】
図１８は、応力分布の形状依存性のシミュレーション結果の説明図である。図１８（ａ）は、図１６（ａ）に示した円環状台座の応力分布の説明図であり、０°方向及び４５°方向ともに均一な応力となり且つ厚さ方向の応力分布は抑止されている。図１８（ｂ）は図１６（ｂ）に示した枠状正方形台座の応力分布の説明図であり、厚さ方向の応力分布は抑止されているが面内方向の応力分布は十分には抑制されていないことが分かる。図１８（ｃ）は、図１６（ｃ）に示した枠状正十角形台座の応力分布の説明図であり、厚さ方向の応力分布も面内方向の応力分布も十分に抑止されていることが分かる。
【００７４】
このことから、回転対称性が高い形状、即ち、円環状に近い形状であれば厚さ方向の応力分布も面内方向の応力分布も十分に抑止されことが分かる。なお、測定内容によっては、枠状正方形台座の使用も可能である。
【実施例２】
【００７５】
次に、図１９及び図２０を参照して、本発明の実施例２の応力印加部材を説明する。図１９は本発明の実施例２の応力印加部材の構成説明図であり、図１９（ａ）は試料鋼板と接着した状態の応力印加部材の上面図であり、図１９（ｂ）は断面図である。図１９に示すように、応力印加部材３０は、平板状の圧電素子４１と、圧電素子４１の一方の主面に固着された補強板４５と、圧電素子４１の他方の主面に固着された台座４６とを有する。台座４６の圧電素子４１と接する側と反対の側に試料鋼板に設けた磁束測定用コイルとの干渉を避けるように、天井部４９を有する非貫通開口部４８を設ける。なお、圧電素子４１は、圧電体４２の両方の主面にニッケルめっき膜或いは銀焼付け膜を設けて電極４３，４４とし、この電極４３，４４を介して圧電体４２に電圧を印加する。また、各部材の接着にはエポキシ系接着剤のように、硬化後に硬くなる接合材が好ましい。また、硬化収縮による余計な応力が加わることを避けるため、無溶剤型の接合材が好ましい。
【００７６】
図２０は、シミュレーション結果の説明図である。図２０（ａ）は、Ｚ方向変位のくり抜き高さ依存性の説明図であり、くり抜き高さ、即ち、非貫通開口部４８の高さを、０．０ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、及び、１．０ｍｍとしてシミュレーションを行ったが、その他の条件は実施例１と同様である。図２０（ａ）に示すように、台座４６のくり抜き高さによらず、試料鋼板の反りは数μｍに抑止されることが分かる。
【００７７】
図２０（ｂ）は、応力分布のくり抜き高さ依存性のシミュレーション結果の説明図であり、台座４６のくり抜き高さによらず、応力分布は十分に抑止されている。但し、くり抜き高さが小さいと印加応力が小さくなるので、最大印加応力の７０％以上の印加応力が得られるくり抜き高さが望ましく、この場合には、０．５ｍｍ以上にすることが望ましい。したがって、台座の高さに対するくり抜き高さの比は０．５以上とすることが望ましい。
【００７８】
本発明の実施例２においては、台座に天井部を設けているが、ある程度のくり抜き高さを確保すれば十分な印加応力が得られる。また、天井部を設けることによって、台座の機械的強度が高まるとともに、圧電体との密着性も高まる。
【００７９】
次に、図２１を参照して比較例を説明する。この比較例は台座に開口部を設けずに、Ｂコイルとの干渉を避けるための溝のみを設けた形状とし、その他の条件は実施例１と全く同様とする。図２１（ａ）はＺ方向変位の説明図であり、図８（ａ）に示した内径が０．０ｍｍの場合とほぼ同様の結果が得られ、試料鋼板の反りは溝部でも数μｍに抑止されている。
【００８０】
図２１（ｂ）は、応力分布のシミュレーション結果の説明図であり、溝部において、応力が極端に変化しており、面内に均一に応力を加えることが不可能であることが分かる。このことから、応力を均一に印加するためには、Ｂコイルとの干渉を避けるだけでは不十分であり、台座に開口部を設けることが必須であることが分かる。  
【００８１】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）平板状の圧電素子と、前記圧電素子の一方の主面に固着された補強板と、前記圧電素子の他方の主面に固着された台座とを有し、前記台座の前記圧電素子と接する側と反対の側に磁気特性測定用試料に設けた磁束測定用コイルの磁気特性測定用試料の表面に露出する長さより大きな開口部を有する応力印加部材。
（付記２）前記開口部が、前記開口部を最適状態で設けた場合に得られる最大応力の７０％以上の応力が得られる構造の開口部である付記１に記載の応力印加部材。
（付記３）前記開口部が、前記圧電素子に達する貫通開口部である付記１または付記２に記載の応力印加部材。
（付記４）前記貫通開口部を設けた前記台座の外径に対する内径の比が、１０／６０〜５５／６０である付記３に記載の応力印加部材。
（付記５）前記貫通開口部を設けた前記台座の高さが、０．５ｍｍ以上である付記３または付記４に記載の応力印加部材。
（付記６）前記開口部と前記圧電素子との間に前記開口部と一体の天井部を有する付記１または付記２に記載の応力印加部材。
（付記７）前記天井部を設けた前記台座の高さに対する開口部の高さの比が、０．５以上である付記６に記載の応力印加部材。
（付記８）前記補強板及び前記台座が、前記圧電素子の圧電体材料と同じ材料である付記１乃至付記７のいずれか１に記載の応力印加部材。
（付記９）前記補強板及び前記台座が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア或いはチタニアのいずれかである付記１乃至付記７のいずれか１に記載の応力印加部材。
（付記１０）前記補強板の厚さが、０．５ｍｍ以上である付記１乃至付記９のいずれか１に記載の応力印加部材。
（付記１１）前記台座の前記圧電素子の主面に平行な断面が、円環状である付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の応力印加部材。
（付記１２）前記台座の前記圧電素子の主面に平行な断面が、四角形以上の多角形の額縁状である付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の応力印加部材。
（付記１３）リング状の鉄心の前記鉄心の中心に対して第１の対向面に第１の励磁コイルを設け、前記第１の対向面と直交する第２の対向面に第２の励磁コイルを設けた二次元磁気特性測定装置の前記リング状の鉄心の中空部に付記１乃至付記１２のいずれか１に記載の応力印加部材の前記台座に固着した磁気特性測定用試料を配置するとともに、前記磁気特性測定用試料の前記台座に固着した面と反対の面に磁界測定用のセンサを配置して、前記圧電素子に電圧を印加して前記磁気特性測定用試料に等方的な応力を印加した状態で磁気特性測定用試料の磁気特性を測定する磁気特性測定方法。
（付記１４）第１の励磁コイルに印加する電流と、第２の励磁コイルに印加する電流を交互に増減して前記磁気特性測定用試料の磁気特性を測定する付記１３に記載の磁気特性測定方法。
【符号の説明】
【００８２】
１  応力印加部材
２  圧電素子
３  圧電体
４，５  電極
６  補強板
７  台座
８  開口部
１０  磁気特性測定用試料
１１  磁束測定用コイル
１２  磁界測定用センサ
２０  磁気特性測定装置
２１  鉄心
２２  第１の励磁コイル
２３  第２の励磁コイル
３０  応力印加部材
４１  圧電素子
４２  圧電体
４３，４４  電極
４５  補強板
４６  台座
４７  貫通開口部
４８  非貫通開口部
４９  天井部
５０  電磁鋼板
５１  Ｂコイル
６１  鉄心
６２  ｘ方向励磁コイル
６３  ｙ方向励磁コイル
６４  電磁鋼板
６５  圧電素子
６６  圧電体
６７，６８  電極
６９  磁界センサ
７０  補強板
７１，７２  Ｂコイル
７３  溝
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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