(57)【要約】【課題】磁気物性測定、磁気応用産業装置などに搭載される従来電磁石が備える特性、例えば或る磁界発生装置（電磁石）では高磁界を発生させることは容易であるが電源を切っても残留磁界が消えないとか、別の装置では残留磁界が無いけれども高磁界を発生させることが困難だとか、又は、交流磁界若しくは高周波磁界を発生させ難い等々の特性、に制約される使用態用を解消し、単一の磁界発生装置を用いて上記測定、産業装置に要求される総ての条件を満足する。【解決手段】パーマロイを電磁石の磁心・ヨーク１、４に用い、電磁石の残留磁気を略、ゼロにし、かつ、高磁界を発生することを可能とした磁気物性測定用電磁石。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーマロイを磁心としてコイルを巻き、前記コイルに所定電流を流して、磁界を発生させることを特徴とする磁気物性測定用電磁石。
【請求項２】
パーマロイを電磁石のヨーク材として使用し、磁気回路を形成することよりなる請求項１記載の磁気物性測定用電磁石。
【請求項３】
多極で角度制御が必要な回転磁界、角度制御磁界を発生させることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気物性測定用電磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、パーマロイを磁心・ヨークに用いた磁気物性測定用電磁石に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
磁気抵抗測定装置、振動試料磁力計、ＭＲＡＭ評価装置を始めとする各種磁気物性測定装置用電磁石、磁場中熱処理装置、着磁脱磁処理装置、飽和磁歪測定装置等の電磁石を用いた処理装置など、磁気応用産業から半導体産業、さらには医療やバイオ分野と、磁界を使用（利用）する技術が多方面にわたって実用化されている。
【０００３】
この種装置に搭載する磁界発生装置、例えば磁気抵抗測定装置用電磁石で、直流磁界を発生させようとする時は、従来、磁心材料として純鉄など鉄系の材料を備えた電磁石を使用するのが一般的である。
鉄の飽和磁束密度は１．５テスラ（Ｔ）以上で透磁率も高く、電磁石の磁心・ヨークに適しているとされているが、残留磁気が残る性質がある。
【０００４】
このような磁心材料を用いた電磁石を搭載する磁気抵抗測定装置では、上記残留磁気に基づく磁界の強さよりも小さな磁界での、被計測物の磁気抵抗特性を測定（マイナーループ測定）することは難しく、そのような測定が必要な場合は、電源を切っても残留磁気が残らない電磁石、例えば空心コイルの電磁石を用いなければならない。
空心コイルは磁心材を持たないために電源を切っても電磁石に残留磁気が残ることは無いが、強磁界を発生させようとすると大電力の供給とコイルの強制冷却とが必要になるので、強磁界発生向きではない。
【０００５】
このため、従来、被計測物（試料）の低磁界特性の測定には、磁心・ヨークを持たない空心コイルの電磁石を用いた装置、強磁界測定には前記鉄系の磁心材料を備えた電磁石を搭載する装置を使用していたので、一連の測定作業に２つの磁界発生（測定）装置が必要とされていた。
要するに、強磁界から低磁界迄（メジャーループ測定とマイナーループ測定）のより広範な領域における試料の磁気特性変化を単一の装置（電磁石）によって測定することは極めて困難であった。
【０００６】
電力の供給を絶っても、電磁石の残留磁気が少ないフェライトを磁心材料に用いる手段もあるが、フェライトは飽和磁束密度が低く（０．４Ｔ程度）、又、実際０．５Ｔ以上の強磁界を発生させることは望めず、さらには、フェライト磁心は、型を作って圧縮成形、焼結しなければならないから、大型磁石になる程、製作の手間、加工の困難性が増すといった不都合がある。
【０００７】
鉄やパーメンジュール（５０％コバルト・鉄合金）を磁心材料に用いた電磁石は直流磁界の発生に適しているが、交流磁界を発生させようとすると、磁心の内部に渦電流が発生して減磁して了う。
前記磁心材料を用いた電磁石では、コイルに供給する電流の周波数を高くすればする程、磁心材料の渦電流損失が大きくなり、数Ｈｚ以上の交流磁界は発生させることができない。
従来技術ではそのため、交流磁界を発生させたいときには磁心・ヨークとして珪素鋼薄板を重ね合わせて用いるか、高周波磁界を発生させたときの渦電流損失が少ないフェライト又は空心コイルを用いるのが一般的であった。
【０００８】
多極の電磁石（例えば４極電磁石）を形成して、バイポーラ電源をそれぞれのコイルに連結し、ファンクションシンセサイザーを使って回転周波数を制御し、電流の位相をずらしてコイルに印加すると磁界強度が変わり、それぞれの磁界強度を合成することにより極間隙に任意の角度の磁界を発生させることができる。
このような電磁石において磁心に残留磁気が残る場合、連続回転磁界を発生させることは可能であるが、磁極の残留磁気が影響して磁界の角度決定にずれが生じるので、例えば、鉄系磁心の電磁石は、精度の高い角度制御が必要な回転磁界向けとして適切でない。
等々、上述の磁気物性測定、磁気応用装置等に搭載する従来の電磁石には、使用上の制約、問題点が少なくなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記磁気物性測定装置に搭載した従来型の電磁石に内在する上述諸問題（欠点）を解消することができる磁心材料を備えた磁気物性測定用電磁石を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する手段】
本発明は、パーマロイが備える磁気特性が、従来型電磁石に内在する上述諸問題を解消するのに最適であることを見出し、当該材料を従来公知の純鉄、鉄系、フェライト等の磁心材料に換えて使用することを新規に発想して、前記課題を解決することができた。
従来、パーマロイは、その磁性と特徴に応じて、磁気シールド、磁気ヘッド、トランスコア、フィルタ用コイル、リレー用鉄心、パルス変圧器等、弱電、通信用などの電子機器に使用されてはいたが、本発明に述べるような使用方法、装置は必ずしも知られていなかった。
【００１１】
本発明は、上述目的を達成するために、次の各構成要件よりなる。
（１）パーマロイを磁心としてコイルを巻き、前記コイルに所定電流を流して、磁界を発生させることを特徴とする磁気物性測定用電磁石。
（２）パーマロイを電磁石のヨーク材として使用し、磁気回路を形成することよりなる上記（１）項記載の磁気物性測定用電磁石。
（３）多極で角度制御が必要な回転磁界、角度制御磁界を発生させることを特徴とする上記（１）又は（２）項記載の磁気物性測定用電磁石。
【００１２】
【発明の実施の形態】
パーマロイを電磁石の磁心・ヨークとして使用した場合、上述のように、残留磁気が少なく高磁界を発生させることが可能で、０．００１Ｔ以下の低磁界から１Ｔ以上の高磁界まで必要とされる広範な領域に亘る試料の磁気物性測定を、単一の磁界発生装置（電磁石）を装備するだけで行うことができる。
残留磁気が少ない磁心材料としてはフェライトが用いられる事もあるが、より高磁界までが必要な磁気物性測定装置用電磁石の磁心材料としては、さきに述べたとおり、パーマロイの方が格段に有利である。
【００１３】
パーマロイは、純鉄、パーメンジュールよりもヒステリシス損、渦電流損失が小さいので、当該磁心材料を用いた電磁石で数十ｋＨｚの交流磁界を発生させても、磁心が発熱することは殆どない。
磁心材料の残留磁気が少ないために電磁石を多極にしたとき、実質的に低磁界から高磁界まで磁場強度に制限されることなく正確に制御された回転磁界を得ることができる。又、任意の角度に、かつ正確に磁界を発生させ得る。
回転周波数を高めることも可能で、高回転磁界を発生させることができる。
高透磁率で、保磁力が小さく、耐蝕性に優れている。
成形加工が容易（一般の金属材料並）で、価格面でも優位である。
パーマロイは、ニッケルの含有量を変えることで、飽和磁束密度、保磁力、残留磁束密度、透磁率等の特性が大幅に変わり、それによって磁気物性の測定目的に応じた磁心・ヨーク材料を提供することができる。
【００１４】
【実施例】
図１は、パーマロイと鉄及びフェライトの磁化曲線の一例を比較して示す線図で、ｘ軸を磁界Ｈの強さ、ｙ軸を磁束密度Ｂとし、原点を０としたときの、それぞれ、Ｐ曲線がパーマロイ、Ｆ曲線（ヒステリシス環線を含む）が鉄、Ｍ曲線がフェライトの磁化曲線である。
上記強磁性体に磁界Ｈを加えて磁化すると、図示のように磁界Ｈの強さを増加してもある点からは強磁性体の磁束密度Ｂが殆ど増加しなくなる。これを磁気飽和の現象という。
又、磁界Ｈを正負方向に循環的に変化させれば、前記磁化曲線がヒステリシス環線を描くことは周知の通りである。
【００１５】
図中、鉄の磁化曲線Ｆは、細曲線で示すように、原点０から右上がりに上昇して磁束密度Ｂが、略、１．５Ｔ付近で磁気飽和の現象が現れる。
処で、磁界Ｈの強さを正負方向に循環的に変化させたときは、その磁化曲線はヒステリシス環線（細線の点線で一部を示す）で示され、磁界Ｈの強さ０、すなわち、前記曲線Ｆのヒステリシス環線がｙ軸と交わる（例えばプラス側）点ｂは図示のように原点０とは一致せず、０−ｂだけの残留磁気が残る。つまり、磁界Ｈの強さをゼロに戻した後も、鉄の磁心には残留磁気が存在する。
【００１６】
従って、当該材料を磁心に用いた電磁石によって磁気物性の測定をする装置では、電源を切った後も存在する、０−ｂの残留磁気より生ずる磁界の大きさよりも低磁界の領域での磁気物性の測定は、困難である。
同じ曲線Ｆのヒステリシス環線がｘ軸と交わった点ｃと原点０との距離が保磁力であるから、鉄の保磁力は相当に大きなことが判る。
【００１７】
より低磁界の領域で試料の磁気物性の変化を測定をしようとする場合は、電源を切った後は残留磁界のない空心コイルの電磁石を使用しなければならない。
しかし、空心コイルの電磁石は、高磁界発生用には不向きである。
鉄心を用いた電磁石において、磁界Ｈの強さを正負方向に循環的に変化させたとき、すなわち、交流磁界を発生させたときには、磁心材料に１Ｈｚ毎に単位体積当りヒステリシス環線が囲む面積分のヒステリシス損と渦電流損が生じるので、高周波磁界を発生させる程、磁心が発熱する不都合がある。
又、回転磁界を発生させたときには、上記残留磁気が影響して精度良く角度制御が行われ難い。
【００１８】
一方、フェライトの磁化曲線Ｍは点線で示しているが、曲線Ｆと同様に原点０から右上がりに上昇して磁束密度Ｂが、略、０．４Ｔ付近（一例）で磁気飽和の現象が現れる。
磁界Ｈを正負方向に循環的に変化させたときの磁化曲線Ｍのヒステリシス環線が、ｙ軸と交わる点は、略、原点０と一致するから、当該材料を磁心に用いた電磁石では、殆ど残留磁気が残らない。
【００１９】
この事は鉄を磁心材料とした電磁石を用いたときの、低磁界の領域での測定、交流磁界及び回転磁界を発生させた場合に生じる不都合を解消できることを示すものであるが、如何にも飽和磁束密度が小さく、そのため当該磁心材料では高磁界の発生を必要とする領域での測定はできない。
図には示せないが、さきに述べた通り、フェライトは成形、加工性が悪く、大型になる程、製作が難しくなるという不都合がある。
【００２０】
これに対してパーマロイの磁化曲線Ｐは、実（太）線で示すように、鉄の磁化曲線Ｆと同様に原点０から右上がりに上昇して、磁束密度Ｂが略、０．７〜１．４Ｔ付近（一例）で磁気飽和の現象が現れる。
パーマロイを磁心・ヨークに用いた電磁石で、磁界Ｈの強さを正負方向に循環的に変化させた場合の磁化曲線Ｐのヒステリシス環線がｙ軸と交わる点は、０．００１Ｔ以下の（図示してない）点で、原点０に極めて近く、従って磁心材料の残留磁気は殆どゼロに近い。
同じく、磁化曲線Ｐのヒステリシス環線がｘ軸と交わる点Ｃと原点０との距離が保磁力であるから、上述のことから見て、このパーマロイの保磁力は極めて小さいことが判る。
【００２１】
この事は磁界Ｈの強さをゼロに戻したときも、パーマロイには殆ど残留磁気が無いことを示すもので、従って、当該材料を磁心・ヨークに用いた電磁石による物性測定装置では、鉄系磁心材料を用いたときの上述欠点を除去し、より低磁界における測定から比較的高磁界に亘る測定までの広範囲の領域における試料の磁気物性測定を、一つの装置によって行うことができる。
【００２２】
又、当該電磁石で交流磁界を発生させる場合、回転磁界を必要とする場合も、それぞれ、従来、不都合と思われていた欠陥を総て解消することができる。
パーマロイは、Ｎｉの成分又はＭｏ、Ｃｕなどの添加材の量如何によって、その磁気特性を異にするから、装置の測定又は利用分野に適応した特性を備えた、それぞれのパーマロイを磁心材料に選択することができる。
【００２３】
一例を挙げれば、ＰＣ−１は、透磁率が極めて高い。保磁力が極めて小さい。ヒステリシス損が小さい。耐食性に優れている。交流特性に優れ、モールド特性・耐摩耗性が優れている。
ＰＣ−２は、透磁率が極めて高い。保磁力が極めて小さい。ヒステリシス損が小さい。耐食性に優れている。直流特性が優れている。
ＰＤは、電気抵抗率が高い。高周波特性が良い。
と言った具合である。
【００２４】
図２は、パーマロイを磁心・ヨークに使用した電磁石の一例の側面概略図である。
それぞれの磁心１にコイル２を組み合わせた一対の電磁石３、３の各異極を空隙（コイル間隙）Ｇを置いて対向して設け、前記電磁石３、３の各他極をヨーク４により連結してなる磁界発生装置（電磁石）で、磁気物性測定の試料（磁性材料）を前記空隙に配置し、空隙Ｇの磁界Ｈ強度を変化させながら試料の磁気特性の変化を測定する。
因みに、コイル２を形成する導線の巻数をＴ、前記導線に通す電流をＩ、コイル（磁極）間隙をＧとすれば、間隙Ｇに発生する磁界Ｈの強さは、
Ｈ＝０．４πＴＩ／Ｇ
で表される。
従って、図２示の電磁石で、間隙の磁界Ｈの強さを変化させるためには、電流Ｉかコイル間隙Ｇを変化させれば良い。
【００２５】
後者のコイル間隙Ｇを可変にした電磁石は、ギャップ可変型電磁石と呼ばれている。
前記電磁石の磁極間隙に帯磁材料、着磁材料を配置し、直流磁界を発生させれば試料が着磁するし、高周波磁界を発生させた間隙Ｇに前記材料を通過させれば、材料の脱磁処理ができる。
【００２６】
図２示の電磁石のコイル間隙Ｇにセットした試料の両端に一定電圧を印加したまま、磁界Ｈの強さを変化（通常、電流の大きさを変える）させて行くと、試料の電気抵抗が変動して、試料を流れる電流の大きさか変わる特性（磁気抵抗効果）を有する材料がある。
磁気異方性がある磁性材料の場合には、試料のセットと磁界の方向との関係を特定する必要がある。
図３は、試料が備える磁気抵抗効果の測定結果の一例を示すもので、例えば、測定装置に搭載した電磁石のコイル間隙に、磁気抵抗効果を有する前記試料を設置して当該間隙に磁界Ｈを掛け、前記磁界の強さの変化をｘ軸に、同試料の両端における電気抵抗Ｒの変化をｙ軸に採った場合のグラフである。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、ここでは、特性曲線が、磁界Ｈの強さゼロ付近において不連続に急変している。そこで、磁界Ｈの強さがゼロの付近における当該試料の磁気抵抗の変化特性を詳細に分析しようとしても、従来装置では磁気抵抗曲線の前記変動部が磁界Ｈの強さがゼロの付近、即ち、電磁石が有する残留磁界の範囲内に入っているので、詳細には測定することができなかった。
【００２８】
そこで、残留磁界の無い空心コイルよりなる電磁石を搭載した測定装置に前記試料を移し換え、磁界Ｈの強さゼロ付近の領域を拡張して当該磁気抵抗曲線の一部を詳細に計測した特性が、例えば、図３（ｂ）に示した曲線である。
これによれば磁気抵抗の履歴曲線の当該部分が、磁界Ｈの強さがゼロ付近において、重複してない事が判明した。
上記特性を有するような材料は、例えば、その磁気抵抗特性を利用して、ハードディスクに記録された情報を読み出す磁気ヘッドとして利用されている。
【００２９】
上記例示のような測定の場合、従来装置では先に述べたとおり２つの手続き（装置）を経ないと、試料の磁気抵抗曲線の総て、又は微細形状を解明することができなかった。
パーマロイを磁心材料に用いた本実施例では電磁石に残留磁界が残らず、又、高磁界まで発生させることができるために、一つの電磁石を用いた装置だけで、総ての領域（メジャーループ測定とマイナーループ測定）で測定することができた。
【００３０】
なお、上述の磁気抵抗測定の際にも、試料に掛ける磁界は一方向だけでなく、直交方向あるいは任意の方向に変えて測定をする必要がある場合があり、又、試料の磁気異方性測定の時にも、試料に加える磁界の方向を任意に指定しなければできない。かつ、磁界の方向を指定した上で、低磁界から高磁界に亘って、磁気特性の測定を行う必要がある。そのためには、後述する図４記載の型式の回転磁界発生用電磁石を搭載する装置を使用しなけれはならない。
【００３１】
図４は、磁極を多極にした電磁石の一例で、環状ヨーク４が各コイル２及び磁心１の周りを囲み、磁心１の異極を空隙を設けて対向させ、他極をそれぞれ環状ヨーク４の内側に連結した回転磁界発生用電磁石を示し、前記電磁石において各磁極のコイル２にバイポーラ電源Ａ，Ｂを連結しファンクションシンセサイザーを用いて回転周波数をコントロールし、電流の位相をずらして供給することにより各コイルに発生する磁界強度を変え、それぞれの磁界強度を合成して任意の角度の磁界を形成することができる。
【００３２】
例えば、試料の磁気異方性に合わせて、磁界を印加する必要があるなどの場合は、この種多極電磁石の回転磁界に試料を設置して、それぞれの特性を測定しなければならないが、その際、各磁極に残留磁気があると、その影響を受け磁界の設定角度が正確さを欠くことになる。
パーマロイを磁心・ヨークに用いた電磁石であれば、各磁極の残留磁気はゼロに近いから、磁界の角度設定に誤差が入る余地が無い。
又、測定領域で、任意の磁界強度、交流磁界を設定することにも支障が無い。
【００３３】
パーマロイを磁心・ヨークに用いた電磁石は、純鉄、鉄系、フェライト材料を磁心・ヨークとした電磁石を搭載したさきに述べた各装置、磁気応用産業から半導体産業、さらには医療やバイオ分野に使用されている電磁石に、その侭換えて使用可能であり、本実施例電磁石を設置することにより上述所定の効果を期待することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の通りで、本発明は、
（１）パーマロイの組成を変えることで、残留磁界、保磁力、飽和磁気密度を特化し、磁気物性測定用電磁石の磁心・ヨークとして、従来の磁心材料には期待できない前述のような特徴を持たせることができた。
（２）パーマロイを電磁石の磁心・ヨークに用いたことで、残留磁界が殆ど残らず、低磁界から高磁界の発生までを単一の電磁石で賄うことができ、従来装置に比べ、操作、経済性を優れたものとする。
【００３５】
（３）渦電流損失が小さいため、純鉄、鉄系磁心材料に比較して高周波磁界の発生も可能。
（４）残留磁界が殆ど残らないので、回転磁界の正確な角度制御が可能である。
（５）フェライト磁心に比べ、飽和磁気密度が高く、加工性、応用範囲及び価格の点で、優位である。
等々、従来知られている磁心材料には期待できない、格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】パーマロイと鉄及びフェライトの磁化曲線の一例を比較した線図である。
【図２】本発明電磁石の一例の側面概略図を示す。
【図３】試料の磁気抵抗特性曲線の一例である。
【図４】磁極を多極にして、回転磁界を発生させるようにした本発明回転磁界発生用電磁石の概略図である。
【符号の説明】
１  磁心
２  コイル
３  電磁石
４  ヨーク
Ｈ  磁界
Ｂ  磁束密度
【図１】
2004281624.tif 000003
【図２】
2004281624.tif 000004
【図３】
2004281624.tif 000005
【図４】
2004281624.tif 000006