(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸方向に離隔した第１の端部および第２の端部を有する磁極柱と、
前記磁極柱の周囲に巻回されたコイルと、
底面、側面、および上面を有し、前記磁極柱に接して配置された磁気ヨークと、
非磁性導体により構成され、第１の板状部を有する遮蔽部材と
を有し、
前記磁気ヨークは、
該磁気ヨークの底面を構成し、前記磁極柱の第２の端部および／または側面と接し、前記磁極柱とともに前記コイルの磁束を導く磁路を形成するベースヨーク部と、
前記磁気ヨークの側面を構成し、前記磁極柱の側方であって且つ前記磁極柱から見て前記コイルの外側に、前記ベースヨーク部と接して又は前記ベースヨーク部と一体に配置され、前記ベースヨーク部とともに前記コイルの磁束を導く磁路を形成するアウターヨーク部と、
前記磁気ヨークの上面を構成し、前記磁極柱の第１の端部が挿通可能な貫通孔を有し、前記アウターヨーク部と接して又は前記アウターヨーク部と一体に配置され、前記アウターヨーク部とともに前記コイルの磁束を導く磁路を形成するリターンヨーク部と
を有し、
前記コイルは、平面視において該コイルの中心孔が前記リターンヨーク部の貫通孔と重複するように、前記リターンヨーク部と前記ベースヨーク部との間に配置され、
前記磁極柱は、前記コイルの前記リターンヨーク部側に前記第１の端部が突出するように、前記コイルの中心孔に挿通され、
前記リターンヨーク部は、前記磁極柱に接しないように、且つ、平面視において前記リターンヨーク部の貫通孔に前記磁極柱の第１の端部が含まれるように配置され、
前記磁極柱と前記リターンヨーク部との間を流れる磁束の少なくとも一部は、前記磁極柱の第１の端部の端面、および、前記リターンヨーク部の前記ベースヨーク部とは反対側の空間を通り、
前記遮蔽部材の第１の板状部は、該第１の板状部の厚さ方向に設けられた貫通孔を有し、
前記遮蔽部材の第１の板状部は、該第１の板状部の貫通孔が前記磁極柱によって挿通されるか、又は該第１の板状部の貫通孔に前記磁極柱の第１の端部が受け容れられるように配置され、
前記遮蔽部材の第１の板状部は、前記磁極柱のうち前記コイルの中心孔内にある部分と前記第１の端部との間の部分の表面の少なくとも一部を前記リターンヨーク部から覆い隠しており、
前記第１の板状部には、平面視において前記第１の板状部の貫通孔から外縁部まで延在するスリットが設けられており、
前記リターンヨーク部の貫通孔の内壁面と、前記磁極柱の側面とが、接することなく向かい合っており、
前記遮蔽部材の前記第１の板状部は、該第１の板状部の貫通孔の周縁部が、前記リターンヨーク部側に向けて盛り上がった形状の凸部を有しており、
前記遮蔽部材は、前記第１の板状部の前記凸部が、前記リターンヨーク部の貫通孔の内壁面と前記磁極柱の側面との間の間隙に受け容れられるように配置されていることを特徴とする、交流電磁石。
【請求項２】
前記リターンヨーク部は、該リターンヨーク部の貫通孔の周縁部が、前記ベースヨーク部とは反対側に向けて突き出た形状を有するとともに、前記リターンヨーク部の前記ベースヨーク部側の面には、前記ベースヨーク部から見て、前記リターンヨーク部の貫通孔の周囲に凹部が形成されており、
前記遮蔽部材は、前記第１の板状部の前記凸部が、前記リターンヨーク部の前記凹部に受け容れられるように配置されている、
請求項１に記載の交流電磁石。
【請求項３】
前記遮蔽部材の第１の板状部が、前記磁極柱および／または前記磁気ヨークと、電気的な導通を伴って直接に接触している、
請求項１又は２に記載の交流電磁石。
【請求項４】
前記遮蔽部材の第１の板状部が、前記リターンヨーク部と、電気的な導通を伴って直接に接触しており、
前記リターンヨーク部のスリットと、前記遮蔽部材の第１の板状部のスリットとが連通している、
請求項１〜３のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項５】
前記遮蔽部材の第１の板状部が、前記磁極柱と、電気的な導通を伴って直接に接触しており、
前記磁極柱は積層鉄心であり、
前記磁極柱の長軸方向は、前記積層鉄心の積層方向と交差する方向であり、
前記遮蔽部材の第１の板状部の貫通孔の内周部において、前記第１の板状部のスリットの端部は、前記積層鉄心の積層構造が現れた部分と向かい合う位置に現れている、
請求項１〜４のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項６】
前記第１の板状部は、少なくとも前記コイルと前記リターンヨーク部との間の空間に延在する、
請求項１〜５のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項７】
前記遮蔽部材は、前記コイルと前記アウターヨーク部との間に配置された筒状部をさらに有し、
前記筒状部は、前記第１の板状部と接して又は一体に設けられており、
前記筒状部には、該筒状部の軸方向の一方の端部から他方の端部に至るスリットが、前記第１の板状部のスリットに連なるように設けられている、
請求項６に記載の交流電磁石。
【請求項８】
前記遮蔽部材は、前記コイルと前記ベースヨーク部との間に配置された第２の板状部をさらに有し、
前記第２の板状部は、前記筒状部と接して又は一体に設けられており、
前記第２の板状部は貫通孔を有し、
該第２の板状部の貫通孔に、前記磁極柱が挿通されており、
前記第２の板状部には、該第２の板状部の貫通孔から外縁部に至るスリットが、前記筒状部のスリットに連なるように設けられている、
請求項７に記載の交流電磁石。
【請求項９】
前記遮蔽部材は、前記コイルと前記磁極柱との間に配置された筒状部をさらに有し、
前記磁極柱は、前記筒状部の内側の中空部に挿通されており、
前記筒状部は、前記第１の板状部と接して又は一体に設けられており、
前記筒状部には、該筒状部の軸方向の一方の端部から他方の端部に至るスリットが、前記第１の板状部のスリットに連なるように設けられている、
請求項６に記載の交流電磁石。
【請求項１０】
前記遮蔽部材は、前記コイルと前記ベースヨーク部との間に配置された第２の板状部をさらに有し、
前記第２の板状部は、前記筒状部と接して又は一体に設けられており、
前記第２の板状部は貫通孔を有し、
該第２の板状部の貫通孔に、前記磁極柱が挿通されており、
前記第２の板状部には、該第２の板状部の貫通孔から外縁部に至るスリットが、前記筒状部のスリットに連なるように設けられている、
請求項９に記載の交流電磁石。
【請求項１１】
前記遮蔽部材の第１の板状部は、前記スリットを１本のみ有する、
請求項１〜１０のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項１２】
前記リターンヨーク部には、平面視において該リターンヨーク部の貫通孔から該リターンヨーク部の外縁部まで延在するスリットが設けられており、
前記アウターヨーク部には、該アウターヨーク部の前記リターンヨーク部に面する端部から、該アウターヨーク部の前記ベースヨーク部に面する端部まで延在するスリットが、前記リターンヨーク部のスリットに連なるように設けられており、
前記ベースヨーク部には、平面視において該ベースヨーク部の外縁部から該ベースヨーク部が前記磁極柱と接する部分まで延在するスリットが、前記アウターヨーク部のスリットに連なるように設けられている、
請求項１〜１１のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項１３】
前記遮蔽部材の内部に、冷媒の流路が設けられている、
請求項１〜１２のいずれかに記載の交流電磁石。
【請求項１４】
前記遮蔽部材に接合された、冷媒が流通されるパイプをさらに備える、
請求項１〜１２のいずれかに記載の交流電磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交流電磁石に関し、より詳しくは、磁気力顕微鏡における交流磁場源として好ましく用いることのできる交流電磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体サンプルの直流磁気特性（直流磁気プロファイル）を測定する技術として、図３４に示す交番磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）１００００が知られている（特許文献１）。
この交番磁気力顕微鏡１００００では、励振した探針１０００１（カンチレバー）の先端に設けた探針チップ１００１１により、試料１０００２の表面を走査する。試料１０００２の下側には交流電磁石１０００４が設けられており、探針チップ１００１１には、試料１０００２が生成する直流磁場Ｈ＿ＤＣと、交流電磁石１０００４が生成する交流磁場Ｈ＿ＡＣとの重畳磁場が印加される。探針チップとしては、例えば高密度磁気記録媒体等から発生する弱い直流磁場を観察する場合には、強磁性体でソフト磁気特性を有し飽和磁束密度が大きな、ソフト磁性探針チップを用いることができ、また例えば永久磁石等から発生する強い直流磁場を観察する場合には、微細な強磁性粒子が非磁性の粒界で取り囲まれたグラニュラー合金であって超常磁性を示す材料を用いた超常磁性探針チップ（ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０７２９６９として出願された。）を用いることができる。
レーザ（ＬＡＳＥＲ）１００３１とフォトダイオード（ＰＤ）１００３２とを有してなる振動検出器により、探針１０００１の振動（振動変調）が検出され、図示しないプロファイル測定装置により試料１０００２の表面の直流磁場勾配を反映した直流磁気プロファイルが測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０４７５３７号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００９／１０１９９１号パンフレット
【特許文献３】特許第４７６９９１８号公報
【特許文献４】特開平５−３３２４７０号公報
【特許文献５】特開平５−１８２８２６号公報
【特許文献６】実開平６−２６２２号公報
【特許文献７】特開平３−２６１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
交番磁気力顕微鏡において、超常磁性探針チップを用いる場合には、測定感度を高めるために交流電磁石から発生する交流磁場の強度を高めることが望ましい。しかしながら、高い周波数において強い交流磁場を得ようとすると、周波数が高くなるに従って電磁石のインピーダンスが増大するので、交流電磁石に電流を流すために大きな印加電圧が必要になる。高電圧で大電流を出力できる電源は一般に入手困難である（電磁石用の電源は、低電圧−大電流型の電源が一般的である。一方、圧電体用の電源は、高電圧−低電流型の電源が一般的である。）。また周波数が高くなるほど鉄損が増大するので、磁場強度が低下する。電磁石の銅損（導線の電気抵抗による損失）および鉄損（電磁石を構成する磁性材料に発生する損失）は電磁石温度を上昇させるので、電磁石の近傍に配置される観察試料の観察温度が変化すること、及び、交番磁気力顕微鏡に観察位置の変動等の温度ドリフトが発生することにより、精度の高い測定が困難になる。
【０００５】
本発明は、強い交流磁場を低電圧かつ低発熱で発生させることが可能な、交番磁気力顕微鏡の交流磁場源に適した交流電磁石を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の交流電磁石は、
長軸方向に離隔した第１の端部および第２の端部を有する磁極柱と、
磁極柱の周囲に巻回されたコイルと、
底面、側面、および上面を有し、磁極柱に接して配置された磁気ヨークと、
非磁性導体により構成され、第１の板状部を有する遮蔽部材と
を有し、
磁気ヨークは、
磁気ヨークの底面を構成し、磁極柱の第２の端部および／または側面と接し、磁極柱とともにコイルの磁束を導く磁路を形成するベースヨーク部と、
磁気ヨークの側面を構成し、磁極柱の側方であって且つ磁極柱から見てコイルの外側に、ベースヨーク部と接して又はベースヨーク部と一体に配置され、ベースヨーク部とともにコイルの磁束を導く磁路を形成するアウターヨーク部と、
磁気ヨークの上面を構成し、磁極柱の第１の端部が挿通可能な貫通孔を有し、アウターヨーク部と接して又はアウターヨーク部と一体に配置され、アウターヨーク部とともにコイルの磁束を導く磁路を形成するリターンヨーク部と
を有し、
コイルは、平面視において該コイルの中心孔がリターンヨーク部の貫通孔と重複するように、リターンヨーク部とベースヨーク部との間に配置され、
磁極柱は、コイルのリターンヨーク側に第１の端部が突出するように、コイルの中心孔に挿通され、
リターンヨーク部は、磁極柱に接しないように、且つ、平面視においてリターンヨーク部の貫通孔に磁極柱の第１の端部が含まれるように配置され、
磁極柱とリターンヨーク部との間を流れる磁束の少なくとも一部は、磁極柱の第１の端部の端面、および、リターンヨーク部のベースヨーク部とは反対側の空間を通り、
遮蔽部材の第１の板状部は、該第１の板状部の厚さ方向に設けられた貫通孔を有し、
遮蔽部材の第１の板状部は、該第１の板状部の貫通孔が磁極柱によって挿通されるか、又は第１の板状部の貫通孔に磁極柱の第１の端部が受け容れられるように配置され、
遮蔽部材の第１の板状部は、磁極柱のうちコイルの中心孔内にある部分と第１の端部との間の部分の表面の少なくとも一部をリターンヨーク部から覆い隠しており、
第１の板状部には、平面視において第１の板状部の貫通孔から外縁部まで延在するスリットが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の交流電磁石によれば、電磁石のインピーダンスを低減できるので、強い交流磁場を低電圧かつ低発熱で発生させることが可能である。本発明の交流電磁石は、交番磁気力顕微鏡の交流磁場源として好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一の実施形態に係る交流電磁石１００を模式的に説明する断面図である。
【図２】交流電磁石１００の全体像を説明する斜視図である。
【図３】図２において中心軸に沿って切断した図である。
【図４】図３から磁気ヨーク３０のみを抽出した図である。
【図５】交流電磁石１００の計算機シミュレーションに用いた寸法を示す断面図である。
【図６】遮蔽部材４０を説明する斜視図である。
【図７】遮蔽部材４０のスリット内を通る断面における交流電磁石の磁束の流れを、遮蔽部材４０のある場合とない場合とを比較して表した図である。（Ａ）遮蔽部材４０のない場合における交流電磁石の磁束の流れを表した図である。（Ｂ）遮蔽部材４０のある場合における交流電磁石１００の磁束の流れを表した図である。
【図８】遮蔽部材４０における渦電流の分布を説明する図である。（Ａ）遮蔽部材４０における渦電流の計算結果を、遮蔽部材４０を半分に切断したモデルの上に表した図である。（Ｂ）（Ａ）の計算結果に基づき、遮蔽部材４０の中心部および外周部における渦電流を模式的に表した図である。
【図９】他の一の実施形態に係る交流電磁石２００を模式的に説明する断面図である。
【図１０】他の一の実施形態に係る交流電磁石３００を模式的に説明する断面図である。
【図１１】他の一の実施形態に係る交流電磁石４００を模式的に説明する断面図である。
【図１２】他の一の実施形態に係る交流電磁石５００を模式的に説明する断面図である。
【図１３】他の一の実施形態に係る交流電磁石５００’を模式的に説明する断面図である。
【図１４】交流電磁石５００を中心軸に沿って半分に切断した様子を表した斜視図である。
【図１５】他の一の実施形態に係る交流電磁石６００を模式的に説明する断面図である。
【図１６】交流電磁石６００が備える遮蔽部材６４０を説明する透視斜視図である。
【図１７】他の一の実施形態に係る交流電磁石７００を模式的に説明する断面図である。
【図１８】交流電磁石７００において、遮蔽部材６４０と磁極柱１０とが含まれる断面を模式的に説明する図である。（Ａ）遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れた部分と向かい合う配置を表した図である。（Ｂ）遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れない部分と向かい合う配置を表した図である。
【図１９】交流電磁石７００の詳細な計算機シミュレーション及び試作において用いた寸法を示す断面図である。
【図２０】試作した交流電磁石の電流−磁場特性を示すグラフである。
【図２１】試作した交流電磁石の温度特性を示すグラフである。
【図２２】他の一の実施形態に係る交流電磁石８００を模式的に説明する断面図である。
【図２３】遮蔽部材８４０を側上方から見た斜視図である。
【図２４】遮蔽部材８４０を側下方から見た斜視図である。
【図２５】他の一の実施形態に係る交流電磁石９００を模式的に説明する断面図である。
【図２６】遮蔽部材９４０を側上方から見た斜視図である。
【図２７】遮蔽部材９４０を側下方から見た斜視図である。
【図２８】他の一の実施形態に係る交流電磁石１０００を模式的に説明する断面図である。
【図２９】交流電磁石１０００を磁極柱の中心軸に沿って切断した様子を示す斜視図である。
【図３０】遮蔽部材１０４０を側上方から見た斜視図である。
【図３１】遮蔽部材１０４０を側上方から見た斜視図である。
【図３２】遮蔽部材１０４０を側下方から見た斜視図である。
【図３３】交流電磁石１００及び交流電磁石９００の磁束密度分布を比較した図である。（Ａ）交流電磁石１００の磁束密度分布を表した図である。（Ｂ）交流電磁石９００の磁束密度分布を表した図である。
【図３４】交番磁気力顕微鏡１００００を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図では、符号を一部省略することがある。本明細書において、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」は、特に別途規定されない限り、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。該表記において数値Ａの単位を省略する場合には、数値Ｂに付された単位が数値Ａの単位として適用されるものとする。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、一の実施形態に係る交流電磁石１００（以下において単に「交流電磁石１００」ということがある。）を模式的に説明する断面図である。図２は、交流電磁石１００の全体像を説明する斜視図である。図３は、図２において中心軸に沿って切断した図であり、図３における切断面が図１に表れている。図４は、図３から磁気ヨーク３０のみを抽出した図である。
【００１１】
図１に示すように、交流電磁石１００は、長軸方向に離隔した第１の端部１０ａおよび第２の端部１０ｂを有する磁極柱１０と、磁極柱１０の周囲に巻回されたコイル２０と、底面３０ａ、側面３０ｂ、および上面３０ｃを有し、磁極柱１０に接して配置された磁気ヨーク３０と、非磁性導体により構成され、第１の板状部４１を有する遮蔽部材４０とを備えている。
【００１２】
磁極柱１０は、コイル２０の中心孔２０ａに挿通されており、第１の端部１０ａは中心孔２０ａから突出している。
磁極柱１０は、第１の端部１０ａに向けて先細になった形状を有しており、これにより第１の端部１０ａから空間中に放出される磁束の密度を増すことができる。また磁極柱１０の第１の端部１０ａは平面状の端面を有しており、これにより第１の端部１０ａ近傍の磁場の空間的な均一性を高めることができる。
磁極柱１０は、例えば珪素鋼の積層鋼板等で構成することができる。
このように交流電磁石の磁極柱の構成や先端形状を工夫することにより、交番磁気力顕微鏡において、探針および試料が配置された空間に、空間的な均一性の高い交流磁場を低電圧で効率的に発生させることが容易になる。
【００１３】
磁気ヨーク３０は、底面３０ａを構成するベースヨーク部３１と、側面３０ｂを構成するアウターヨーク部３２と、上面３０ｃを構成するリターンヨーク部３３とを有する。
【００１４】
ベースヨーク部３１は、磁極柱１０の第２の端部１０ｂおよび／または側面１０ｃと接し、磁極柱１０とともにコイル２０の磁束を導く磁路を形成する。
【００１５】
アウターヨーク部３２は、ベースヨーク部３１とともにコイル２０の磁束を導く磁路を形成する。アウターヨーク部３２は、ベースヨーク部３１と接して配置されていてもよく、ベースヨーク部３１と一体に配置されていてもよい。アウターヨーク部３２は、磁極柱１０の側方であって且つ磁極柱１０から見てコイル２０の外側に配置されている。ベースヨーク部３１とアウターヨーク部３２とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス加工、鋳造等の公知の手法により一体の部品として形成されていてもよい。
【００１６】
リターンヨーク部３３は、磁極柱１０の第１の端部１０ａが挿通可能な貫通孔３３ａを有している。リターンヨーク部３３は、アウターヨーク部３２とともにコイル２０の磁束を導く磁路を形成する。リターンヨーク部３３は、アウターヨーク部３２と接して配置されていてもよく、アウターヨーク部３２と一体に配置されていてもよい。アウターヨーク部３２とリターンヨーク部３３とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス加工、鋳造等の公知の手法により一体の部品として形成されていてもよい。
リターンヨーク部３３は、貫通孔３３ａの周縁部３３ｂがベースヨーク部３１とは反対側に向けて突き出た形状を有するとともに、ベースヨーク部３１から見て、リターンヨーク部３３のベースヨーク部３１側の面３３ｃには、リターンヨーク部３３の貫通孔３３ａの周囲に凹部３３ｄが形成されている。
【００１７】
磁気ヨーク３０は、例えば珪素鋼の積層鋼板等で構成することができる。但し、リターンヨーク部３３の貫通孔３３ａの周囲の突き出た部分（突出部）については、製造の難易度を考慮して非積層の珪素鋼を採用することも可能である。積層鋼板の積層方向（個々の板面に垂直な方向）は、磁極柱１０とアウターヨーク部３２では磁極柱の長軸方向（すなわち磁束線の方向）に対して交差する方向、（特に好ましくは直交方向）とし、ベースヨーク部３１とリターンヨーク部３３の平坦部では磁極柱１０の長軸方向とすることが好ましい。この理由は、磁束線に直交する断面で、レンツの法則により、侵入する磁束を打ち消すように電磁誘導によって円環状の渦電流が流れるところ、断面の面積を小さくすることで渦電流を低減できるからである。
【００１８】
コイル２０は、平面視において該コイル２０の中心孔２０ａがリターンヨーク部３３の貫通孔３３ａと重複するように、リターンヨーク部３３とベースヨーク部３１との間に配置されている。本明細書において平面視とは、磁気ヨーク３０の平面視（すなわち磁気ヨーク３０の底面３０ａを垂直に見下ろす平面視）を意味する。磁極柱１０は、コイル２０のリターンヨーク３３側に第１の端部１０ａが突出するように、コイル２０の中心孔２０ａに挿通されている。
【００１９】
リターンヨーク部３３は、磁極柱１０に接しないように、且つ、平面視においてリターンヨーク部３３の貫通孔３３ａに磁極柱１０の第１の端部１０ａが含まれるように配置されている。コイル２０に電流が供給されると、磁極柱１０とリターンヨーク部３３との間を流れる磁束の少なくとも一部は、磁極柱１０の第１の端部１０ａの端面、および、リターンヨーク部３３のベースヨーク部３１とは反対側の空間（図１においてリターンヨーク部３３に対して紙面上側の空間。以下において単に「リターンヨーク部３３上方の空間」ということがある。）を通る。
【００２０】
図２〜図４に示すように、リターンヨーク部３３には、平面視においてリターンヨーク部３３の貫通孔３３ａから外縁部３３ｅまで延在するスリット３３ｆが設けられている。スリット３３ｆは１本のみ設けられていてもよく、複数本設けられていてもよい。
【００２１】
図２及び図４に示すように、アウターヨーク部３２には、リターンヨーク部３３に面する端部３２ａから、ベースヨーク部３１に面する端部３２ｂまで延在するスリット３２ｃが、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆに連なるように設けられている。スリット３２ｃは１本のみ設けられていてもよく、複数本設けられていてもよい。
【００２２】
また図４に示すように、ベースヨーク部３１には磁極柱１０と接する位置に貫通孔３１ａが設けられている。ベースヨーク部３１には、平面視において貫通孔３１ａから外縁部３１ｂまで延在するスリット３１ｃが、アウターヨーク部３２のスリット３２ｃに連なるように設けられている。スリット３１ｃは１本のみ設けられていてもよく、複数本設けられていてもよい。なお貫通孔３１ａの幅は必ずしもスリット３１ｃの幅より広くなくてもよく、例えばスリット３１ｃの幅と同一であってもよい。そのような形態においては、貫通孔３１ａはスリット３１ｃの端部と言い換えることができる。スリット３１ｃが複数本設けられる場合、該複数のスリット３１ｃ、３１、…は貫通孔３１ａにおいて連なるように設けられる。
【００２３】
このようにリターンヨーク部３３、アウターヨーク部３２、及びベースヨーク部３１において少なくとも一組のスリット３３ｆ、３２ｃ、３１ｃが一体に連なって設けられていることにより、磁極柱を取り囲むような円環状の渦電流が磁気ヨーク３０に流れることを抑制できるので、磁極柱１０の第１の端部１０ａから発せれる磁場の強度を高めることができる。
【００２４】
なお、このように磁気ヨーク３０に、一体に連なったスリット３３ｆ、３２ｃ、３１ｃの組が複数設けられている場合には、例えばベースヨーク部３１の底面３０ａに接して配置された一枚の土台板（不図示）に、スリット３１ｃ、３１ｃ、…によって分割されたベースヨーク部３１の各分割片を固定することにより、磁気ヨーク３０を一体に保持することができる。土台板はベースヨーク部３１の各分割片を電気的に接続しないように設けられる。土台板は非磁性であることが好ましく、例えば非磁性の絶縁体によって好ましく構成することができる。土台板にベースヨーク部３１の各分割片を固定するにあたっては、例えばネジ止め等の公知の手法を特に制限なく用いることができる。
【００２５】
リターンヨーク部３３が複数のスリット３３ｆを有し、且つアウターヨーク部３２が複数のスリット３２ｃを有する場合、少なくとも一組のスリット３３ｆ、３２ｃ、３１ｃが一体に連なっている限りにおいて、スリット３２ｃと一体に連なっていないスリット３３ｆが存在してもよい。ただし磁気ヨークにおける渦電流損失をさらに低減し、磁場の強度をさらに高める観点からは、複数のスリット３３ｆのそれぞれが異なるスリット３２ｃと連なるように設けられていることが好ましい。
【００２６】
ベースヨーク部３１が複数のスリット３１ｃを有し、且つアウターヨーク部３２が複数のスリット３２ｃを有する場合、少なくとも一組のスリット３３ｆ、３２ｃ、３１ｃが一体に連なっている限りにおいて、スリット３２ｃと一体に連なっていないスリット３１ｃが存在してもよい。ただし磁気ヨークにおける渦電流損失をさらに低減し、磁場の強度をさらに高める観点からは、複数のスリット３１ｃのそれぞれが異なるスリット３２ｃと連なるように設けられていることが好ましい。
【００２７】
リターンヨーク部３３のスリット３３ｆの本数と、アウターヨーク部３２のスリット３２ｃの本数と、ベースヨーク部３１のスリット３１ｃの本数とは、必ずしも一致している必要はない。例えばアウターヨーク部３２のスリット３２ｃの本数は、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆの本数以上かつベースヨーク部３１のスリット３１ｃの本数以上であることが好ましく、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆの本数及びベースヨーク部３１のスリット３１ｃの本数よりも多くてもよい。
【００２８】
リターンヨーク部３３が複数のスリット３３ｆを有し、且つベースヨーク部３１が複数のスリット３１ｃを有する場合、複数のスリット３３ｆのそれぞれが異なるスリット３２ｃを介して異なるスリット３１ｃと一体に連なっているか、又は、複数のスリット３１ｃのそれぞれが異なるスリット３２ｃを介して異なる３３ｆと一体に連なっていることが好ましい。
【００２９】
リターンヨーク部３３には、貫通孔３３ａから外縁部３３ｅまで延在するスリット３３ｆに加えて、貫通孔３３ａから、該貫通孔３３ａと外縁部３３ｅとの間の部位まで延在する（外縁部３３ｅまでは延在しない）スリット３３ｇが設けられていてもよい。これらのスリット３３ｇは１本のみ設けられていてもよく、複数本設けられていてもよい。
【００３０】
ベースヨーク部３１においても、貫通孔３１ａから外縁部３１ｂまで延在するスリット３３ｃに加えて、貫通孔３１ａから貫通孔３１ａと外縁部３１ｂとの間の部位まで延在する（外縁部３１ｂまでは延在しない）スリット３１ｄが設けられていてもよい。これらのスリット３１ｄは１本のみ設けられていてもよく、複数本設けられていてもよい。
【００３１】
交流電磁石１００においては、遮蔽部材４０と磁気ヨーク３０とが接触していない。このように遮蔽部材４０と磁気ヨーク３０とが電気的に導通していない場合には、リターンヨーク部３３、ベースヨーク部３１、及びアウターヨーク部３２に設けられるスリットの本数の好ましい態様は次の通りである。
【００３２】
リターンヨーク部３３に設けられるスリット３３ｆの本数は、好ましくは１本以上、より好ましくは２本以上であり、さらに好ましくは４本以上であり、例えば８本以下とすることができる。リターンヨーク部３３に設けられるスリット３３ｆとスリット３３ｇとの合計の本数は、好ましくは２〜１６本である。
【００３３】
ベースヨーク部３１に設けられるスリット３１ｃの本数は、好ましくは１本以上、より好ましくは２本以上、さらに好ましくは４本以上であり、例えば８本以下とすることができる。ベースヨーク部に設けられるスリット３１ｃとスリット３１ｄとの合計の本数は、好ましくは４〜１６本、より好ましくは８〜１６本である。
【００３４】
アウターヨーク部３２に設けられるスリット３２ｃの本数は、好ましくは１〜２４本であり、より好ましくは４〜２４本である。
【００３５】
図６は、遮蔽部材４０を説明する斜視図である。遮蔽部材４０は、非磁性導体により構成され、第１の板状部４１を有している。図１及び図３に示すように、第１の板状部４１は、少なくともコイル２０とリターンヨーク部３３との間の空間に延在する。
遮蔽部材４０の第１の板状部４１は、第１の板状部４１の厚さ方向に設けられた貫通孔４１ａを有する（図１、図３も参照）。第１の板状部４１は、貫通孔４１ａが磁極柱１０によって挿通されるか、又は貫通孔４１ａに磁極柱１０の第１の端部１０ａが受け容れられるように配置されている。
【００３６】
遮蔽部材４０の第１の板状部４１は、磁極柱１０のうちコイル２０の中心孔２０ａ内にある部分と第１の端部１０ａとの間の部分の表面の少なくとも一部をリターンヨーク部３３から覆い隠すように配置されている。すなわち、第１の板状部４１は、磁極柱１０のうちコイル２０の中心孔２０ａ内にある部分と第１の端部１０ａとの間の部分の表面の少なくとも一部が、リターンヨーク部３３の表面のどの位置に配置された視点からも直接見えなくなるように配置されている。
【００３７】
第１の板状部４１には、平面視において第１の板状部４１の貫通孔４１ａから外縁部４１ｂまで延在するスリット４１ｃが設けられている。このようなスリット４１ｃを有することにより、磁極柱を取り囲むような円環状の渦電流が遮蔽部材４０に流れることが防止される。
図６に示す遮蔽部材４０は、第１の板状部４１を有してなり、スリット４１ｃを１本のみ有している。
【００３８】
遮蔽部材４０の第１の板状部４１は、貫通孔４１ａの周縁部４１ｄが、リターンヨーク部３３側（図６において紙面上側）に向けて盛り上がった形状の凸部４１ｅを有している。そして、遮蔽部材４０は、第１の板状部４１の凸部４１ｅが、リターンヨーク部３３の凹部３３ｄに受け容れられるように配置されている。
リターンヨーク部３３と遮蔽部材４０とがこのような形状および配置とされていることにより、交流電磁石１００を交番磁気力顕微鏡の交流磁場源として用いる際に、磁極柱１０の第１の端部１０ａを試料に近接して配置すると同時に、交流電磁石１００のインピーダンスを低減することが容易になる。
【００３９】
上記の構成を有する交流電磁石１００の特性について、計算機シミュレーション（有限要素法計算。以下において同じ。）を行った。計算に用いた材料特性は表１の通りである。また交流電磁石１００の寸法は図５の通りとした。図５において、記号「Φ」は直径を意味し、数値の単位は全てｍｍである。
【００４０】
【表１】
0006601799.tif 000002
【００４１】
リターンヨーク部３３のスリット数と、磁場、インダクタンス、及び、リターンヨーク部３３における渦電流に起因する損失との関係を表２に示す。表２において、スリットについて「半径全体」とは、リターンヨーク部３３については貫通孔３３ａから外縁部３３ｅまで延在するスリットを意味し、ベースヨーク部３１については磁極柱１０と接する部分から外縁部３１ｂまで延在するスリットを意味する。表２において、スリットについて「中心部」とは、リターンヨーク部またはベースヨーク部の貫通孔または磁極柱と接する部分から、直径８０ｍｍの周上（リターンヨーク部３１の突出部を包含する大きさ）に達するスリットを意味する。「中心部」のスリットには、「半径全体」に該当するスリットもカウントされている。表２において、スリットについて「高さ全体」とは、アウターヨーク部３２の磁極柱１０の長軸方向の一端から他端まで延在するスリット（すなわち、アウターヨーク部３２のリターンヨーク部３３に面する端部からベースヨーク部３１に面する端部まで延在するスリット。）を意味する。なお、本明細書における計算機シミュレーションは全て、印加電流を周波数１００Ｈｚの正弦波電流、磁場観測位置を磁極柱の第１の端部１０ａから中心軸上を２ｍｍだけ上方に離れた位置とする条件で行った。また以下の計算機シミュレーションにおいて、ヨーク部における損失は、ヨーク内の渦電流による抵抗損として算出している。
【００４２】
【表２】
0006601799.tif 000003
【００４３】
リターンヨーク部の半径全体のスリットを１カ所設けることにより磁場強度が増大する。リターンヨーク部の半径全体のスリット数を更に増すと、磁場強度に変化は見られないが、リターンヨーク部内に渦電流が流れることによる損失は単調に減少する。すなわち、発熱が軽減される。同様に、リターンヨーク部の中心部スリットの数を増すにつれて、磁場強度は変わらないが、突出部領域の渦電流損失が減少する。スリット数が表２に示す数を超えると、渦電流損失はさらに低下するが、スリット数が多すぎると磁場強度が減少する。また、製造容易性の観点から、リターンヨーク部に設けられるスリット数は、半径全体のスリットについては例えば８本以下とすることができ、中心部のスリットについては例えば（半径全体のスリットを含めて）１６本以下とすることができる。
【００４４】
ベースヨーク部３１のスリット数と、磁場、インダクタンス、及び、ベースヨーク部３１における渦電流損失との関係を表３に示す。
【００４５】
【表３】
0006601799.tif 000004
【００４６】
表３の計算結果からは、リターンヨーク部のスリット数と概ね同様の傾向が読み取れる。ベースヨーク部３１に設けられるスリット数は、半径全体のスリットについては製造容易性の観点から例えば８本以下とすることができ、中心部のスリットについては製造容易性の観点から例えば（半径全体のスリットを含めて）１６本以下とすることができる。
【００４７】
アウターヨーク部３２のスリット数と、磁場、インダクタンス、及び、アウターヨーク部３２における渦電流損失との関係を表４に示す。
【００４８】
【表４】
0006601799.tif 000005
【００４９】
表４に示すように、アウターヨーク部３２については、スリット数の増大による磁場変化は小さいものの、スリット数が増えるにしたがって渦電流損失が減少する。アウターヨーク部３２に設けられるスリット数は、例えば２４本以下とすることができる。アウターヨーク部３２における渦電流損失は材質によって顕著に異なる。アウターヨーク部３２の材質としては積層珪素鋼板が好ましい。なお、アウターヨーク部３２の構成単位は、珪素鋼を用いた場合は円筒状の一部を切り取った形状の部材であり、積層鋼板の場合は平板状の部材である。
【００５０】
遮蔽部材４０の採用による交流電磁石１００の性能向上について計算機シミュレーションを行った。計算機シミュレーションは、上記の最適化した数のスリットを導入した構造に基づいて行った。すなわち、リターンヨーク部３３において半径全体のスリットが４本、中心部のスリットが（半径全体のスリットを含めて）１２本であり、積層珪素鋼板により構成されたアウターヨーク部３２において高さ全体にわたるスリットが２４本であり、ベースヨーク部３１において半径全体のスリットが４本、中心部のスリットが（半径全体のスリットを含めて）１２本である構造に基づいて、計算機シミュレーションを行った。
【００５１】
遮蔽部材４０を構成する非磁性導体としては銅を採用した。図６において、遮蔽部材４０の第１の板状部４１に設けられたスリット４１ｃの幅は１ｍｍとした。有限要素法計算によって得られた、遮蔽部材４０の有無による磁場とインダクタンスの違いを表５に示す。遮蔽部材４０の存在により、磁場強度は８．６％増大し、インダクタンスは４３．６％減少した。
【００５２】
【表５】
0006601799.tif 000006
【００５３】
図７は、遮蔽部材４０のスリット内を通る断面（図１に示した断面に同じ）における交流電磁石の磁束の流れを、遮蔽部材４０のある場合とない場合とを比較して表した図である。図７（Ａ）は遮蔽部材４０のない場合における交流電磁石の磁束の流れを表した図であり、図７（Ｂ）は遮蔽部材４０のある場合における交流電磁石１００の磁束の流れを表した図である。なお図７（Ｂ）において、中心より左側は第１の板状部４１のスリット４１ｃ内を通る断面における磁束の流れを表している。
磁極柱１０の側面からリターンヨーク部３３に流入する磁束が、遮蔽部材４０のない場合（図７（Ａ））には多くみられるのに対して、遮蔽部材４０のある場合（図７（Ｂ）の右側）には磁極柱の第１の端部１０ａ近傍を除いて殆どみられない。すなわち、遮蔽部材４０は磁束のシールド効果を有し、磁極柱の第１の端部１０ａが形成する磁場に寄与しない、磁極柱１０−リターンヨーク部３３間のベースヨーク側を流れる磁束（短絡磁束）を抑制している。なお、図７（Ｂ）の左側は遮蔽部材４０のスリット位置に対応し、この位置では短絡磁束が存在することが分かる。
【００５４】
図８は、シールド効果の要因となる、遮蔽部材４０における渦電流の分布を説明する図である。図８（Ａ）は、遮蔽部材４０における渦電流の計算結果を、遮蔽部材４０を半分に切断したモデルの上に表した図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の計算結果に基づき、遮蔽部材４０の中心部および外周部における渦電流を模式的に表した図である。
図８（Ｂ）に示すように、遮蔽部材４０の第１の板状部４１の平坦部では、磁極柱１０の磁束を打ち消す方向（円周に沿った方向）に渦電流が流れる。渦電流はスリット４１ｃに沿って第１の板状部４１の貫通孔４１ａ近傍に集まり、電流密度が高められる。貫通孔４１ａ近傍に集まった電流は、第１の板状部４１の凸部４１ｅの先端側（すなわち貫通孔４１ａの内周部４１ｄ側。）を平坦部における方向とは逆方向に流れ、再び平坦部に戻って拡散する。この電流分布により、第１の板状部４１の平坦部および凸部４１ｅの中腹以下では、磁極柱１０の側面から漏れ出る磁束を抑制し、凸部４１ｅの先端近傍では磁極柱１０の第１の端部１０ａからの磁束を強める作用が働く。この結果、磁場に寄与する磁束を強めつつ、交流電磁石１００全体の磁束量を減るので、交流電磁石１００のインダクタンスが減少する。
【００５５】
遮蔽部材４０のスリット数を０〜４の範囲で変えた場合の磁場とインダクタンスの値を表６に示す。
【００５６】
【表６】
0006601799.tif 000007
【００５７】
遮蔽部材にスリットが無い場合は、ほとんど磁場が発生しない。これは、遮蔽部材に磁極柱を取り囲むような円環状の渦電流が誘起されて、磁極柱の磁束全体が打ち消されるためである。遮蔽部材のスリットを増やすと、図７（Ｂ）の左側にみられるような短絡磁束が増えること、及び、第１の板状部の凸部先端近傍における、磁極柱の第１の端部１０ａからの磁束を強めるように作用する電流の流れない領域が増えることにより、インダクタンスの増加と磁場の低下が生じる。従って、遮蔽部材の導入による磁場増大とコイルインダクタンス低減の効果（以後、単に遮蔽効果と表記する）が最大となるのは、遮蔽部材に設けられるスリットの本数が１本の場合である。
【００５８】
図９は、他の一の実施形態に係る交流電磁石２００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。図９において、図１〜図８に既に表れた要素には図１〜図８における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。交流電磁石２００は、遮蔽部材４０に代えて遮蔽部材２４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。遮蔽部材２４０は第１の板状部２４１を有してなるが、第１の板状部２４１は凸部４１ｅを有しない点において、遮蔽部材４０とは異なっている。したがって交流電磁石２００においては、磁極柱１０の第１の端部１０ａ近傍部とリターンヨーク部３３との間の間隙に、遮蔽部材が存在していない。交流電磁石２００における磁場とインダクタンスの計算結果を、表５の値と併せて表７に示す。
【００５９】
【表７】
0006601799.tif 000008
【００６０】
リターンヨーク部３３の（ベースヨーク部３１から見た）凹部３３ｄに受け容れられる凸部を有しない、平坦な遮蔽部材２４０を導入した場合においても遮蔽効果は得られるものの、交流電磁石１００におけるように、凸部４１ｅを有する遮蔽部材４０を該凸部４１ｅがリターンヨーク部３３の（ベースヨーク部３１から見た）凹部３３ｄに受け容れられるように配置することにより、さらに良好な遮蔽効果を得ることができる。
【００６１】
交流電磁石１００において、遮蔽部材４０の第１の板状部４１に設けられた凸部４１ｅの高さは、磁極柱１０の第１の端部１０ａ及びリターンヨーク部３３ａの貫通孔３３ａの周縁部３３ｂの高さよりも低いが、本発明の交流電磁石は当該形態に限定されるものではない。第１の板状部４１の貫通孔４１ａに、磁極柱１０の第１の端部１０ａが受け容れられる形態、例えば、遮蔽部材の第１の板状部に設けられた凸部がリターンヨーク部の凹部に受け容れられたときに、リターンヨーク部の貫通孔の周縁部と、磁極柱の第１の端部の端面と、遮蔽部材の第１の板状部に設けられた凸部の先端部とが、同じ高さに配置される（すなわち同一面上に配置される）形態も、好ましく採用することができる。
【００６２】
図１０は、他の一の実施形態に係る交流電磁石３００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。図１０において、図１〜図９において既に表れた要素と同一の要素には図１〜図９における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。交流電磁石３００は、遮蔽部材４０に代えて遮蔽部材３４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。遮蔽部材３４０は第１の板状部３４１を有するが、第１の板状部３４１の平坦部の厚み（図１０中のｔ）が第１の板状部４１の平坦部の厚みと異なる点において、遮蔽部材４０と異なっている。交流電磁石３００において、第１の板状部３４１の平坦部の厚さｔを変化させたときの磁場及びインダクタンスの計算結果を表８に示す。
【００６３】
【表８】
0006601799.tif 000009
【００６４】
表８の値から、高い遮蔽効果を得るためには、遮蔽部材の第１の板状部は、最も薄い箇所において遮蔽部材の材料の表皮厚み（銅の場合１００Ｈｚにおいて６．６ｍｍ）の２倍程度以上の厚さを有することが望ましいことが理解される。非磁性導体の表皮厚みδは、次の式（１）によって算出される。
δ＝（ρ／πμｆ）１／２    …（１）
（式（１）中、ρは材料の電気抵抗率であり、μは材料の透磁率であり、ｆは周波数である。）
第１の板状部は、最も薄い箇所において第１の板状部（遮蔽部材）を構成する非磁性導体の１００Ｈｚにおける表皮厚みの２倍以上の厚さを有することが好ましい。表皮厚みは周波数の増大に伴って減少する。交番磁気力顕微鏡における交流磁場の実用的な上限周波数は概ね１０４Ｈｚ〜１０５Ｈｚのオーダーであるので、第１の板状部が周波数１００Ｈｚにおいて十分な厚さを有していれば、より高い動作周波数においても良好な遮蔽効果が得られることが保証される。
なお、遮蔽部材に誘導される渦電流の大きさは遮蔽部材の材料の導電率に比例するため、大きな遮蔽効果を得る観点からは、遮蔽部材を構成する材料として導電率の高い材料（例えば銅など。）を用いることが好ましいが、アルミニウムや黄銅などの他の非磁性の良導体を用いてもよい。
【００６５】
図１１は、他の一の実施形態に係る交流電磁石４００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。図１１において、図１〜図１０において既に表れた要素と同一の要素には図１〜６における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。交流電磁石４００は、遮蔽部材４０に代えて遮蔽部材４４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。遮蔽部材４４０は第１の板状部４４１を有するが、第１の板状部４４１の直径（図１１中のＲ）が第１の板状部４１の直径と異なる点において、遮蔽部材４０と異なっている。交流電磁石４００において、第１の板状部４４１の直径Ｒを変化させたときの磁場及びインダクタンスの計算結果を表９に示す。
【００６６】
【表９】
0006601799.tif 000010
【００６７】
図１１及び表９において、第１の板状部の直径が５２ｍｍのケースは、遮蔽部材４０から凸部４１ｅ以外の領域を取り除いた場合に相当する。第１の板状部の直径が１００ｍｍのケースは、第１の板状部の直径がコイル２０の外径（１３０ｍｍ）未満である場合に相当する。また第１の板状部の直径が１６０ｍｍのケースは、第１の板状部の直径がコイル２０の外径を超える場合に相当する。表９の磁場およびインダクタンスの計算値から、遮蔽部材の第１の板状部の外径が大きくなるほど、磁場の増加およびコイルインダクタンスの減少が進むことがわかる。第１の板状部は、平面視においてコイル２０の外周部が全て該第１の板状部に隠れる大きさを有することが好ましい。
【００６８】
なお、上記説明した遮蔽効果は、上記の計算機シミュレーションに用いた磁極柱やヨークの材料、ヨークに導入したスリットの数、構造及び寸法の場合に限られるものではなく、例えば材料として珪素鋼圧粉材料などの他の材料を用いた場合であっても得ることが可能である。
【００６９】
本発明に関する上記説明では、リターンヨーク部３３が、貫通孔３３ａの周縁部３３ｂがベースヨーク部３１とは反対側に向けて突き出た形状を有する形態の交流電磁石１００、２００、３００、及び４００を例に挙げて説明したが、本発明は当該形態に限定されない。リターンヨーク部がその貫通孔近傍の突出部を有しない形態の交流電磁石とすることも可能である。
図１２は、そのような他の一の実施形態に係る交流電磁石５００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。図１４は、交流電磁石５００を中心軸に沿って半分に切断した様子を表した斜視図であり、図３に対応する図である。図１２及び図１４において、図１〜図１１において既に表れた要素と同一の要素には図１〜７における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
交流電磁石５００は、磁気ヨーク３０及び遮蔽部材４０に代えて磁気ヨーク５３０及び遮蔽部材５４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。磁気ヨーク５３０は、リターンヨーク部３３に代えてリターンヨーク部５３３を有する点において、磁気ヨーク３０と異なっている。リターンヨーク部５３３は、リターンヨーク部３３の貫通孔３３ａと同様の貫通孔５３３ａを有するが、貫通孔５３３ａの周縁部は、リターンヨーク部上方に向けて突出するのではなく、リターンヨーク部５３３が構成する上面５３０ｃと同じ高さに保たれている。全体として見ると、交流電磁石５００は、リターンヨーク部中央の突出部を有しないので、突出部の高さ分だけ、交流電磁石全体の高さが低くなっている。
【００７１】
交流電磁石５００において、リターンヨーク部５３３の貫通孔５３３ａの内壁面５３３ａｗと、磁極柱１０の側面１０ｃとは、接することなく向かい合っている。遮蔽部材５４０の第１の板状部５４１は、該第１の板状部５４１の貫通孔の周縁部５４１ｄが、リターンヨーク部３３の側に向けて盛り上がった形状の凸部５４１ｅを有している。そして遮蔽部材５４０は、第１の板状部の凸部５４１ｅが、リターンヨーク部３３の貫通孔の内壁面５３３ａｗと磁極柱の側面１０ｃとの間の間隙に受け容れられるように配置されている。
【００７２】
交流電磁石５００において、アウターヨーク部のスリットの本数を１２本とし、アウターヨーク部の材料を珪素鋼としたときの磁場及びインダクタンスの計算結果を表１０に示す。表１０には、交流電磁石５００において遮蔽部材５４０を取り除いた場合の計算結果、及び、交流電磁石５００において、遮蔽部材５４０を、凸部を有しない平坦な第１の板状部５４１’を有する遮蔽部材５４０’に置き換えた交流電磁石５００’（図１３参照。）の場合の計算結果、並びに、交流電磁石１００においてアウターヨーク部のスリットの本数を１２本とし、アウターヨーク部の材料を珪素鋼としたときの計算結果を併せて記載している。
【００７３】
【表１０】
0006601799.tif 000011
【００７４】
表１０の計算結果から、リターンヨーク部が突出部を有しない形態の交流電磁石５００においても、遮蔽部材の導入により、磁場の増大とインダクタンスの低減が達成できることが理解される。また、リターンヨーク部が突出部を有しない場合であっても、遮蔽部材の第１の板状部の貫通孔の周囲に設けられた凸部がリターンヨーク部の貫通孔の内壁面と磁極柱の側面との間の間隙に受け容れられる配置により、さらなる磁場の増大とインダクタンスの低減が達成できることが理解される。
【００７５】
本発明に関する上記説明では、遮蔽部材に冷媒の流路が設けられていない形態の交流電磁石１００、２００、３００、４００、及び５００を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、遮蔽部材の内部に冷媒の流路が設けられた形態や、冷媒が流通するパイプが遮蔽部材に接合された形態の交流電磁石とすることも可能である。
図１５は、そのような他の一の実施形態に係る交流電磁石６００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。また図１６は、交流電磁石６００が備える遮蔽部材６４０を説明する透視斜視図であり、図６に対応する図である。図１５及び図１６において、図１〜図１４に既に表れた要素には図１〜図１４における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
交流電磁石６００は、遮蔽部材４０に代えて遮蔽部材６４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。遮蔽部材６４０は、第１の板状部６４１を有してなる。第１の板状部６４１は、遮蔽部材４０の第１の板状部４１と同様に、貫通孔６４１ａと、貫通孔６４１ａの周囲に設けられた凸部６４１ｅと、平面視において貫通孔６４１ａから外縁部６４１ｂまで延在するスリット６４１ｃとを有する。遮蔽部材６４０は、第１の板状部６４１の内部に、凸部６４１ｅを含む領域の内部を通る冷媒流路６４１ｆが設けられている点において、遮蔽部材４０と異なっている。冷媒流路６４１ｆは、外縁部６４１ｂのスリット６４１ｃを挟む両岸に、流入口６４１ｆａおよび流出口６４１ｆｂを有している。冷媒流路６４１ｆは、流入口６４１ｆａから流入した冷媒がスリット６４１ｃに沿って貫通孔６４１ａに近付くように進み、貫通孔６４１ａの周囲を回るように流れた後、スリット６４１ｃに沿って外縁部６４１ｂに向けて流れ、流出口６４１ｆｂから流出するように設けられている。
【００７７】
冷媒流路６４１ｆを有する遮蔽部材６４０を備える交流電磁石６００によれば、冷媒流路６４１ｆに冷媒を流通することにより、遮蔽部材に誘導される渦電流により発生した熱を、遮蔽部材から効率的に取り除くことが可能である。
【００７８】
交流電磁石６００における磁場及びインダクタンスの計算結果を表１１に示す。表１１には、交流電磁石１００における計算結果を併せて示している。
【００７９】
【表１１】
0006601799.tif 000012
【００８０】
表１１の計算結果から、冷却のために遮蔽部材に貫通孔（冷媒流路）を設けた場合であっても、高い遮蔽効果が維持されることが理解される。
【００８１】
本発明に関する上記説明では、遮蔽部材と磁極柱およびリターンヨーク部とが接触していない形態の交流電磁石１００、２００、３００、４００、５００、及び６００を例示したが、本発明の交流電磁石は当該形態に限定されない。例えば、精密計測用途などで電磁石からの熱的影響を抑制しなければならない場合、温度上昇の大きい磁極柱やリターンヨーク部の冷却が必要となる。そこで、冷媒流路を有する遮蔽部材と、磁極柱および／またはリターンヨーク部とが接触している形態の交流電磁石とすることも可能である。
図１７は、そのような他の一の実施形態に係る交流電磁石７００を模式的に説明する断面図であり、図１５に対応する図である。図１７において、図１〜図１６に既に表れた要素には図１〜図１６における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
交流電磁石７００は、遮蔽部材６４０が磁極柱１０及びリターンヨーク部３３と接して配置されていること以外は、交流電磁石６００と同一の構成を有する。交流電磁石７００において、遮蔽部材６４０と磁極柱１０との接触、および、遮蔽部材６４０とリターンヨーク部３３との接触は、遮蔽部材６４０表面の絶縁層を介することなく（すなわち、電気的な導通を伴って）密着していることが好ましい。絶縁層は熱伝導率を低下させるためである。
なお、交流電磁石７００においては、遮蔽部材６４０とリターンヨーク部３３とは例えばネジ止め等の公知の手法により一体に締結されていてもよい。遮蔽部材６４０とリターンヨーク部３３とが一体に締結されることにより、遮蔽部材６４０とリターンヨーク部３３との接触が良好になるだけでなく、磁気ヨーク３０が機械的に補強される。
【００８３】
交流電磁石７００において、遮蔽部材６４０の第１の板状部６４１とリターンヨーク部３３とは、電気的な導通を伴って直接に接触している。そして、遮蔽部材６４０の第１の板状部６４１とリターンヨーク部３３とは、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆと、遮蔽部材６４０の第１の板状部６４１のスリット６４１ｃとが連通するように配置されている。このような配置とすることにより、遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃがリターンヨーク部３３で電気的に短絡される事態を避けることができ、且つ、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆが遮蔽部材６４０で電気的に短絡される事態を避けることができる。ここで、スリットが短絡されるとは、スリットの両側の導体部が電気的に接続され、磁極柱１０の周囲に円環状の渦電流が流れるようになる状態を意味する。
【００８４】
交流電磁石７００において、遮蔽部材６４０の第１の板状部６４１と磁極柱１０とは、電気的な導通を伴って直接に接触している。ここで磁極柱１０は積層珪素鋼板によって構成された積層鉄心であり、磁極柱１０の長軸方向は、積層鉄心の積層方向と交差する方向（好ましくは直交する方向）とされている。遮蔽部材６４０の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部６４１ｄにおいて、第１の板状部６４１のスリット６４１ｃの端部は、積層鉄心（すなわち磁極柱１０）の積層構造が現れた部分と向かい合う位置に配置されている。ただしスリット６４１ｃの幅は、磁極柱１０である積層鉄心の積層ピッチよりも広い。このような配置とすることにより、遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃが磁極柱１０の側面１０ｃによって短絡される事態を避けることができる。素材としての積層鋼板の表面には通常、絶縁被覆が施されているが、第１の端部１０ａに向かって先細の形状を有する磁極柱１０への加工によって絶縁被覆が除去されるために、このような配置が必要となる。
【００８５】
交流電磁石７００において、アウターヨーク部３２のスリット本数を１２本とし、アウターヨーク部３２の構成材料を珪素鋼とした場合の磁場およびインダクタンスを、交流電磁石１００と同様の条件（印加電流：正弦波電流、１００Ｈｚ、磁場観測位置：磁極柱先端から中心軸上を２ｍｍ離れた位置）で計算した結果、磁場は７３６７Ｏｅ、インダクタンスは１８．６ｍＨであり、遮蔽部材が磁極柱やリターンヨークと接触しない交流電磁石１００等に劣らない特性を有することが示された。
【００８６】
上記の要件について、有限要素法を用いた交流磁場解析により検討した。なお、ここでの議論に本質的な影響を与えない、遮蔽部材６４０の冷媒流路６４１ｆについては無いものとして取り扱った。
【００８７】
遮蔽部材６４０と磁極柱１０との接触の態様について検討した。交流電磁石７００において、磁極柱１０の遮蔽部材６４０と接触する部分の断面形状は矩形である。
図１８は、交流電磁石７００において、遮蔽部材６４０と磁極柱１０とが含まれる断面を模式的に説明する図である。図１８において、図１〜図１８に既に表れた要素には図１〜１３における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。図１８（Ａ）は、遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れた部分と向かい合う配置を表した図である。図１８（Ｂ）は、遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れない部分と向かい合う配置を表した図である。
図１８（Ａ）の配置においては、磁極柱１０を構成する積層鋼板の積層方向（図１８（Ａ）中の矢印Ａ）と、遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃが延在する方向との相対角度が９０度となっており、図１８（Ｂ）の配置においては、当該相対角度が０度となっている。これら２つの場合について磁場およびインダクタンスを計算した結果を表１２に示す。
【００８８】
【表１２】
0006601799.tif 000013
【００８９】
図１８（Ａ）の配置の場合には優れた遮蔽効果が得られるのに対して、図１８（Ｂ）の配置では磁場の強度が著しく低下する。図１８（Ｂ）の配置では絶縁被覆のない磁性層（導体層）が遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃを短絡するため、磁極柱１０を周回する環状渦電流（図１８（Ｂ）の矢印Ｃ）が遮蔽部材６４０（第１の板状部６４１）に流れるためである。
従って、磁極柱１０を構成する積層鋼板の磁性層が遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃを短絡しないように、遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れた部分と向かい合う配置とすることが好ましい。
【００９０】
なお、交流電磁石７００におけるように遮蔽部材６４０とリターンヨーク部３３とが、仮にリターンヨーク部３３が複数のスリットを有していても該複数のスリットのうち１本以外は全て遮蔽部材６４０によって短絡されるように電気的な導通を伴って接触する場合には、リターンヨーク部３３の全スリット本数は１本でよい。遮蔽部材６４０と接触していないアウターヨーク部３２及びベースヨーク部３１に設けられるスリットの本数の好ましい態様については、上記説明した交流電磁石１００における好ましい態様と同様である。
【００９１】
交流電磁石７００について、図１９に示す寸法を仮定し、さらに詳細な計算機シミュレーション及び試作を行った。
遮蔽部材６４０は銅からなるものとし、スリット６４１ｃの幅は１ｍｍとした。また第１の板状部６４１の内部に冷媒流路が設けられた構造に基づいて計算を行った。第１の板状部６４１の平坦部の厚みは、周波数１００Ｈｚにおける銅の表皮厚みの２倍に近い１０ｍｍとした。
磁極柱１０は積層珪素鋼板からなるものとし、遮蔽部材の第１の板状部６４１の貫通孔６４１ａの内周部において、第１の板状部のスリット６４１ｃの端部が、磁極柱１０（積層鉄心）の積層構造が現れた部分と向かい合う配置とした。
コイル２０の巻き数は３８４ターンとした。
リターンヨーク部３３には、貫通孔３３ａの周縁部３３ｂから外縁部３３ｅに至るスリット３３ｆを４本設け、その内の１本が遮蔽部材６４０のスリット６４１ｃと連通する配置とした。リターンヨーク部３３には、さらに、中央部分に追加のスリットを８本設けた。これら８本の追加スリットは、外縁部３３ｅには至らないスリットである。リターンヨーク部３３の貫通孔３３ａ近傍の突出部の磁性材料は珪素鋼であり、それ以外の平坦領域の磁性材料は磁極柱１０の長軸方向を積層方向とする積層珪素鋼板である。
アウターヨーク部３２には、リターンヨーク部３３に面した端部３２ａからベースヨーク部３１に面した端部３２ｂまで延在する、高さ方向のスリットを１２本設けた。
ベースヨーク部３１は、磁極柱１０の長軸方向を積層方向とする積層珪素鋼板からなるものとし、磁極柱１０を取り囲むような円環状の渦電流が流れることを抑制するために、磁極柱１０の第２の端部１０ｂに接触する中心部から外縁部３１ｂに至るスリットを４本儲け、中央部分に追加のスリットを８本設けた。これら８本の追加スリットは、外縁部３１ｂには至らないスリットである。
【００９２】
このような構成を有する交流電磁石７００について、上記同様の条件（印加電流：正弦波電流、１００Ｈｚ、磁場観測位置：磁極柱の第１の端部から中心軸上を２ｍｍ離れた位置）で計算した結果、磁場は７１２８Ｏｅ、インダクタンスは１９．８ｍＨとなり、簡便で高効率な冷却機構を有すると同時に、良好な磁場・インダクタンス性能を発揮することがわかった。
【００９３】
上記の構成を有する交流電磁石７００において、コイル２０の巻き数を４３６ターンとした電磁石の試作を行い、コイル２０に周波数８９Ｈｚの正弦波電流を印加して特性を評価した。磁場の観測点は磁極柱の第１の端部１０ａの端面中央部である。電流−磁場特性（共にピーク値）を、遮蔽部材６４０のない場合と比較して図２０に示す。
遮蔽部材６４０の存在により磁場強度が増すことが確認され、電流１０Ａにおける磁場の増大率は２５．７％（６．４９ｋＯｅ（遮蔽部材なし）→８．１６ｋＯｅ（遮蔽部材あり））であった。また、コイルインダクタンスの低減も確認され、１００Ｈｚでのインダクタンスの減少率は４３．４％（８８．０ｍＨ（遮蔽部材なし）→４９．８ｍＨ（遮蔽部材あり））であった。
【００９４】
試作した交流電磁石のコイル２０に、８９Ｈｚ、１２Ａの正弦波電流を印加し、遮蔽部材６４０に温度１２℃の冷却水を流通させて、磁極柱１０の第１の端部１０ａ端面およびリターンヨーク部３３の突出部先端位置（すなわち貫通孔３３ａの周縁部３３ｂ）における温度の時間変化を測定した。これらの位置は、電磁石の中で温度が最も高くなる箇所である。測定結果を図２１に示す。
最も温度の高い磁極柱先端面においても３０．５℃以下に保たれており、高い冷却性能を有することが確認された。
このような高い冷却性能を有する交流電磁石は、温度制約の厳しい計測装置への応用が可能である。
【００９５】
本発明に関する上記説明では、遮蔽部材（４０、２４０、３４０、４４０、５４０、又は６４０）が第１の板状部（４１、２４１、３４１、４４１、５４１、又は６４１）を有してなる形態の交流電磁石１００、２００、３００、４００、５００、６００、及び７００を例示したが、本発明の交流電磁石は当該形態に限定されない。例えば、遮蔽部材が、コイルとアウターヨーク部との間に配置された筒状部をさらに有する形態の交流電磁石とすることも可能である。図２２は、そのような他の一の実施形態に係る交流電磁石８００を模式的に説明する断面図であり、図１に対応する図である。図２２において、図１〜図２１に既に表れた要素には図１〜図２１における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９６】
交流電磁石８００は、遮蔽部材４０に代えて遮蔽部材８４０を有する点において、交流電磁石１００と異なっている。図２３は、遮蔽部材８４０を側上方から見た斜視図であり、図２４は、遮蔽部材８４０を側下方から見た斜視図である。遮蔽部材８４０は、第１の板状部４１に加えて、コイル２０とアウターヨーク部３２との間に配置された筒状部８４２をさらに有する点において、遮蔽部材４０と異なっている。筒状部８４２は、第１の板状部４１と接して設けられていてもよく、第１の板状部４１と一体に設けられていてもよい。第１の板状部４１と筒状部８４２とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス成型、鋳造等により一体に形成されていてもよい。筒状部８４２には、該筒状部８４２の軸方向の一方の端部（第１の板状部４１に面した端部）８４２ａから他方の端部８４２ｂに至るスリット８４２ｃが、第１の板状部４１のスリット４１ｃに連なるように設けられている。筒状部８４２が第１の板状部４１のスリット４１ｃに連なるように設けられたスリット８４２ｃを有するので、第１の板状部４１のスリット４１ｃは筒状部８４２によって短絡されていない。
【００９７】
交流電磁石８００においては、遮蔽部材８４０は磁気ヨーク３０と接触していないので、磁気ヨーク３０のリターンヨーク部３３、アウターヨーク部３２、及びベースヨーク部３１に設けられるスリットの本数の好ましい態様は、上記説明した交流電磁石１００における好ましい態様と同様である。
なお、交流電磁石８００を、遮蔽部材８４０がリターンヨーク部３３と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、上記説明した交流電磁石７００におけるように、リターンヨーク部３３の全スリット本数は１本でよい。その場合、交流電磁石７００と同様に、遮蔽部材８４０のスリット４１ｃは、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆと連通するように配置される。
また、交流電磁石８００を、遮蔽部材８４０がアウターヨーク部３２と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、アウターヨーク部３２の全スリット数は１本でよい。その場合、遮蔽部材８４０のスリット８４２ｃは、アウターヨーク部３２のスリット３２ｃと連通するように配置される。
【００９８】
図２５は、他の一の実施形態に係る交流電磁石９００を模式的に説明する断面図であり、図２２に対応する図である。図２５において、図１〜図２４に既に表れた要素には図１〜図２４における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。交流電磁石９００は、遮蔽部材８４０に代えて遮蔽部材９４０を有する点において、交流電磁石８００と異なっている。図２６は、遮蔽部材９４０を側上方から見た斜視図であり、図２７は、遮蔽部材９４０を側下方から見た斜視図である。遮蔽部材９４０は、第１の板状部４１及び筒状部８４２に加えて、コイル２０とベースヨーク部３１との間に配置された第２の板状部９４３をさらに有する点において、遮蔽部材８４０と異なっている。第２の板状部９４３は、筒状部８４２と接して設けられていてもよく、筒状部８４２と一体に設けられていてもよい。筒状部８４２と第２の板状部９４３とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス加工、鋳造等の公知の手法により一体に形成されていてもよい。第２の板状部９４３は貫通孔９４３ａを有し、該貫通孔９４３ａに、磁極柱１０ａが挿通されている。そして第２の板状部９４３には、貫通孔９４３ａから外縁部９４３ｂに至るスリット９４３ｃが、筒状部８４２のスリット８４２ｃに連なるように設けられている。筒状部８４２が第１の板状部４１のスリットに連なるように設けられたスリット８４２ｃを有し、第２の板状部９４３が筒状部８４２のスリット８４２ｃに連なるように設けられたスリット９４３ｃを有するので、第１の板状部４１のスリット４１ｃは筒状部８４２及び第２の板状部９４３によって短絡されていない。
【００９９】
交流電磁石９００においては、遮蔽部材９４０は磁気ヨーク３０と接触していないので、磁気ヨーク３０のリターンヨーク部３３、アウターヨーク部３２、及びベースヨーク部３１に設けられるスリットの本数の好ましい態様は、上記説明した交流電磁石１００における好ましい態様と同様である。
なお、交流電磁石９００を、遮蔽部材９４０がリターンヨーク部３３と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、上記説明した交流電磁石７００におけるように、リターンヨーク部３３の全スリット本数は１本でよい。その場合、交流電磁石７００と同様に、遮蔽部材９４０のスリット４１ｃは、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆと連通するように配置される。
また、交流電磁石９００を、遮蔽部材９４０がアウターヨーク部３２と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、アウターヨーク部３２の全スリット数は１本でよい。その場合、遮蔽部材９４０のスリット８４２ｃは、アウターヨーク部３２のスリット３２ｃと連通するように配置される。
また、交流電磁石９００を、遮蔽部材９４０がベースヨーク部３１と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、ベースヨーク部３１の全スリット数は１本でよい。その場合、遮蔽部材９４０のスリット９４３ｃは、ベースヨーク部３１のスリット３１ｃと連通するように配置される。
【０１００】
本発明に関する上記説明では、コイル２０とアウターヨーク部３２との間に配置された筒状部８４２を有する遮蔽部材８４０又は９４０を備える形態の交流電磁石８００、９００を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、コイルと磁極との間に配置された筒状部を有する形態の交流電磁石とすることも可能である。図２８は、そのような他の一の実施形態に係る交流電磁石１０００を模式的に説明する断面図であり、図２５に対応する図である。図２９は、交流電磁石１０００を磁極柱の中心軸に沿って切断した様子を示す斜視図であり、図２９における切断面が図２８に表れている。図２８、図２９において、図１〜図２７に既に表れた要素には図１〜図２７における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
交流電磁石１０００は、遮蔽部材９４０に代えて遮蔽部材１０４０を有する点において、交流電磁石９００と異なっている。図３０及び図３１は、遮蔽部材１０４０を側上方から見た斜視図であり、図３２は、遮蔽部材１０４０を側下方から見た斜視図である。遮蔽部材１０４０は、第１の板状部４１、第２の板状部９４３、及び筒状部１０４２を有する。遮蔽部材１０４０は、筒状部８４２に代えて、コイル２０と磁極柱１０との間に配置された筒状部１０４２を有する点において、遮蔽部材９４０と異なっている。筒状部１０４２の内側の中空部は、第１の板状部４１の貫通孔４１ａと連通しており、磁極柱１０は、筒状部１０４２の内側の中空部に挿通されている。筒状部１０４２は、第１の板状部４１と接して設けられていてもよく、第１の板状部４１と一体に設けられていてもよい。筒状部１０４２と第１の板状部４１とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス加工、鋳造等の公知の手法により一体に形成されていてもよい。また第２の板状部９４３は、筒状部１０４２と接して設けられていてもよく、筒状部１０４２と一体に設けられていてもよい。筒状部１０４２と第２の板状部９４３とは、例えばネジ止め等の公知の手法により両者が接した状態で一体に保持されていてもよく、また例えば溶接やプレス加工、鋳造等の公知の手法により一体に形成されていてもよい。
【０１０２】
筒状部１０４２には、該筒状部１０４２の軸方向の一方の端部（第１の板状部４１に面した端部）１０４２ａから他方の端部１０４２ｂに至るスリット１０４２ｃが、第１の板状部４１のスリット４１ｃに連なるように設けられている。筒状部１０４２が第１の板状部４１のスリット４１ｃに連なるように設けられたスリット１０４２ｃを有するので、第１の板状部４１のスリット４１ｃは筒状部１０４２によって短絡されていない。
第２の板状部９４３は、筒状部１０４２の中空部に連通する貫通孔９４３ａを有し、該貫通孔９４３ａに磁極柱１０ａが挿通されている。そして第２の板状部９４３には、貫通孔９４３ａから外縁部９４３ｂに至るスリット９４３ｃが、筒状部１０４２のスリット１０４２ｃに連なるように設けられている。筒状部１０４２が第１の板状部４１のスリットに連なるように設けられたスリット１０４２ｃを有し、第２の板状部９４３が筒状部１０４２のスリット１０４２ｃに連なるように設けられたスリット９４３ｃを有するので、第１の板状部４１のスリット４１ｃは筒状部８４２及び第２の板状部９４３によって短絡されていない。
【０１０３】
交流電磁石１０００においては、遮蔽部材１０４０は磁気ヨーク３０と接触していないので、磁気ヨーク３０のリターンヨーク部３３、アウターヨーク部３２、及びベースヨーク部３１に設けられるスリットの本数の好ましい態様は、上記説明した交流電磁石１００における好ましい態様と同様である。
なお、交流電磁石１０００を、遮蔽部材１０４０がリターンヨーク部３３と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、上記説明した交流電磁石７００におけるように、リターンヨーク部３３の全スリット本数は１本でよい。その場合、交流電磁石７００と同様に、遮蔽部材１０４０のスリット４１ｃは、リターンヨーク部３３のスリット３３ｆと連通するように配置される。
また、交流電磁石１０００を、遮蔽部材１０４０がベースヨーク部３１と電気的な導通を伴って接触するように改変した場合には、ベースヨーク部３１の全スリット数は１本でよい。その場合、遮蔽部材１０４０のスリット９４３ｃは、ベースヨーク部３１のスリット３１ｃと連通するように配置される。
【０１０４】
交流電磁石１００、交流電磁石８００、交流電磁石９００、及び交流電磁石１０００について、計算機シミュレーションにより磁場及びインダクタンスを算出した結果を表１３に示す。表１３において「遮蔽部材なし」の欄には、交流電磁石１００から遮蔽部材４０を取り除いた交流電磁石についての計算結果を記載している。
【０１０５】
【表１３】
0006601799.tif 000014
【０１０６】
コイル２０とアウターヨーク部３２との間に配置された筒状部８４２をさらに有する遮蔽部材８４０を備える交流電磁石８００は、交流電磁石１００に対して磁場の増大とインダクタンスの低減が顕著に現れ、より高い遮蔽効果が得られる。コイル２０とベースヨーク部３１との間に配置された第２の板状部９４３をさらに有する遮蔽部材９４０を備える交流電磁石９００は、交流電磁石８００に対して更に磁場が増し、インダクタンスが低下する。特に交流電磁石９００においては、遮蔽部材を備えない交流電磁石に比べて、２５％の磁場増大と、６５％のインダクタンス低減が得られる。遮蔽部材９４０に代えて、コイル２０と磁極柱１０との間に配置された筒状部１０４２を有する遮蔽部材１０４０を備える交流電磁石１０００においても同様の磁場増大およびインダクタンス低減の効果が得られる。
【０１０７】
図３３は、交流電磁石１００及び交流電磁石９００内部の磁束密度分布を比較した図である。図３３（Ａ）は、交流電磁石１００内部の磁束密度分布を表した図であり、図３３（Ｂ）は、交流電磁石９００内部の磁束密度分布を表した図である。図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）において、図の中心より左側は、遮蔽部材のスリット内の断面における磁束密度分布を表している。図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）から、遮蔽部材を配置する部位を増やすことにより、磁極柱１０側面からアウターヨーク部３２やベースコア部３１に流れる短絡磁束がより抑制されることが理解される。
【０１０８】
本発明に関する上記説明では、スリットの間隙に何も設けられていない（すなわち空気で絶縁された）スリット３１ｃ、３１ｄ、３２ｃ、３３ｆ、５３３ｆ、３３ｇ、５３３ｇ、４１ｃ、６４１ｃ、９４３ｃを有する交流電磁石１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、全体の強度向上や磁気歪みによる振動低減の観点から、これらのスリットの間隙の一部または全部が、絶縁体（例えば熱硬化性樹脂の接着剤等。）で埋められている形態の交流電磁石とすることも可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００  交流電磁石
１０  磁極柱
１０ａ  （磁極柱の）第１の端部
１０ｂ  （磁極柱の）第２の端部
１０ｃ  （磁極柱の）側面
２０  コイル
２０ａ  （コイルの）中心孔
３０、５３０  磁気ヨーク
３０ａ  （磁気ヨークの）底面
３０ｂ  （磁気ヨークの）側面
３０ｃ、５３０ｃ  （磁気ヨークの）上面
３１  ベースヨーク部
３１ａ  （ベースヨーク部の）貫通孔
３１ｂ  （ベースヨーク部の）外縁部
３１ｃ、３１ｄ  （ベースヨーク部の）スリット
３２  アウターヨーク部
３２ａ  （アウターヨーク部の、リターンヨーク部に面した）端部
３２ｂ  （アウターヨーク部の、ベースヨーク部に面した）端部
３２ｃ  （アウターヨーク部の）スリット
３３、５３３  リターンヨーク部
３３ａ、５３３ａ  （リターンヨーク部の）貫通孔
５３３ａｗ  （リターンヨーク部の貫通孔の）内壁面
３３ｂ  （リターンヨーク部の貫通孔の）周縁部
３３ｃ、５３３ｃ  （リターンヨーク部の）内側面
３３ｄ  （リターンヨーク部の）凹部
３３ｅ  （リターンヨーク部の）外縁部
３３ｆ、５３３ｆ、３３ｇ、５３３ｇ  （リターンヨーク部の）スリット
４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０、８４０、９４０、１０４０  遮蔽部材
４１、２４１、３４１、４４１、５４１、６４１  第１の板状部
４１ａ、６４１ａ  （第１の板状部の）貫通孔
４１ｂ、６４１ｂ  （第１の板状部の）外縁部
４１ｃ、６４１ｃ  （第１の板状部の）スリット
４１ｄ、５４１ｄ、６４１ｄ  （第１の板状部の貫通孔の）周縁部
４１ｅ、５４１ｅ、６４１ｅ  （第１の板状部の）凸部
６４１ｆ  冷媒流路
６４１ｆａ  （冷媒流路の）流入口
６４１ｆｂ  （冷媒流路の）流出口
８４２、１０４２  筒状部
８４２ａ、１０４２ａ  （筒状部の）第１の板状部に面した端部
８４２ｂ、１０４２ｂ  （筒状部の）他方の端部
８４２ｃ、１０４２ｃ  （筒状部の）スリット
９４３  第２の板状部
９４３ａ  （第２の板状部の）貫通孔
９４３ｂ  （第２の板状部の）外縁部
９４３ｃ  （第２の板状部の）スリット
【図１】
0006601799.tif 000015
【図２】
0006601799.tif 000016
【図３】
0006601799.tif 000017
【図４】
0006601799.tif 000018
【図５】
0006601799.tif 000019
【図６】
0006601799.tif 000020
【図７】
0006601799.tif 000021
【図８】
0006601799.tif 000022
【図９】
0006601799.tif 000023
【図１０】
0006601799.tif 000024
【図１１】
0006601799.tif 000025
【図１２】
0006601799.tif 000026
【図１３】
0006601799.tif 000027
【図１４】
0006601799.tif 000028
【図１５】
0006601799.tif 000029
【図１６】
0006601799.tif 000030
【図１７】
0006601799.tif 000031
【図１８】
0006601799.tif 000032
【図１９】
0006601799.tif 000033
【図２０】
0006601799.tif 000034
【図２１】
0006601799.tif 000035
【図２２】
0006601799.tif 000036
【図２３】
0006601799.tif 000037
【図２４】
0006601799.tif 000038
【図２５】
0006601799.tif 000039
【図２６】
0006601799.tif 000040
【図２７】
0006601799.tif 000041
【図２８】
0006601799.tif 000042
【図２９】
0006601799.tif 000043
【図３０】
0006601799.tif 000044
【図３１】
0006601799.tif 000045
【図３２】
0006601799.tif 000046
【図３３】
0006601799.tif 000047
【図３４】
0006601799.tif 000048