JP2003194903A - 磁気測定用張力付加装置 - Google Patents

磁気測定用張力付加装置

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道清 平井
Toyofumi Nishina
豊文 仁科
Tsutomu Kuwata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分大きな張力まで精度良く安定して付加す
ることができる、コンパクトかつ取り扱い容易な磁気測
定用張力付加装置を提供する。 【解決手段】 エプスタイン測定枠にセットされた短冊
状試験片のそれぞれの一端に取り付けるとともに荷重を
測定する荷重計と、それぞれの試験片の他の一端にその
作用点を取り付けて張力を付加する張力付加レバーと、
この張力付加レバーの力点に力を加える張力調節用ハン
ドルとを備えており、前記荷重計の固定側と前記張力付
加レバーの支点はいずれも装置本体に固定されている磁
気測定用張力付加装置。さらに、上側試験片と下側試験
片の上下方向の位置決めをするために本体にそれぞれ設
けられた基準面と、下側試験片を下から前記基準面に押
さえつけて掴む下側試験片掴み冶具と、上側試験片を上
から前記基準面に押さえつけて掴む上側試験片掴み冶具
を備えることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、張力付加状態で
使用される磁性材料の実装特性評価に用いることが可能
な磁気測定用張力付加装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電気機器の高性能化に伴い、磁性
材料に求められる特性は益々厳しくなっている。その特
性評価は、一般に行われている出荷直前の素材特性評価
はもとより、実使用条件に則した形での評価方法が求め
られるようになってきた。
【0003】すなわち、電気機器の構成部材は、様々な
加工成形を経て組み込まれる。この時、材料に張力が付
加される場合も少なくない。材料の磁気特性は応力によ
って大きく変化する場合があるため、機器性能の向上を
目指すには、素材の磁気特性評価のみならず、実際に使
用されている応力状態での磁気特性評価も行なう必要が
ある。
【0004】従来より磁気特性(透磁率、ヒステリシス
ループ、鉄損等)の張力依存性を調査する場合、短冊状
試験片を長手方向に引張り、これを単板磁気測定装置で
測定する方法が行われてきた。張力付加方法は、一般的
に図2に示すようなハンドル付きスライダーが利用され
る。このような例は、例えば実開昭61−60180号
公報等に見られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】単板磁気測定装置は、
試験片両端の磁極から発生する反磁界の影響を軽減する
ため、図3に示すように、通常は継鉄(ヨーク)12と
呼ばれる部品を使って磁極の生じない閉じた磁気回路
(閉磁路)を形成する。この継鉄は測定試験片と材質が
異なるために、閉磁路にかかる磁界および中を貫く磁束
は一様ではない。そこで単板測定装置では、試験片を磁
化する励磁コイル13と磁束を計測する検出コイル14
に加えて、試験片近傍に磁界測定コイル15を巻いて、
そこにかかる磁界を実測する必要がある。
【0006】このため単板測定枠のコイル構成や計測回
路は、励磁コイルと検出コイルのみで構成されるエプス
タイン試験枠図4に比べて複雑であり、装置の取り扱い
には比較的高度な技術が要求される。
【0007】一方、張力付加方法について考えると、現
在行われているハンドル付きスライダーでは大きな張力
を付加するには不向きである。実際、降伏応力に近い張
力下で使用される材料の磁気特性を問題とする場合もあ
り、このような状況を従来の引張機構で実現するには装
置が大型化してしまい、作業効率が低下する。
【0008】図2に示すようなハンドル付きスライダー
は、ハンドル回転によるトルクが掴み部に伝わりやす
く、このため試験片がねじれやすいという問題があっ
た。また荷重が高くなるにつれハンドルの回転が固くな
るため、張力を微調整するのは困難であった。
【0009】このような状況に対して、この発明は十分
大きな張力まで精度良く安定して付加することができ
る、コンパクトかつ取り扱い容易な磁気測定用張力付加
装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、次の発明
により解決される。その発明は、エプスタイン測定枠に
セットされた短冊状試験片のそれぞれの一端に取り付け
るとともに荷重を測定する荷重計と、それぞれの試験片
の他の一端にその作用点を取り付けて張力を付加する張
力付加レバーと、この張力付加レバーの力点に力を加え
る張力調節用ハンドルとを備えており、前記荷重計の固
定側と前記張力付加レバーの支点はいずれも装置本体に
固定されていることを特徴とする磁気測定用張力付加装
置である。
【0011】この発明は、試料に張力を加えるためにテ
コの原理を応用している。テコを利用して、支点に対し
て力点と作用点の長さ比を大きくすることにより、小さ
な力でネジを締め付けるだけで、サンプルに大きな張力
を付加することができる。このような機構を用いること
で、重りをかけて材料を引っ張る方法(重垂式)のよう
に装置が大がかりになることもなく、また重垂の扱い等
の安全上の問題も解決できる。
【0012】なお、この発明においては、上記の個々の
構成要素の間に、適宜リンク機構等を設置して、力を伝
達してもよく、発明の効果が損なわれることはない。ま
た、試験片への取り付けに当たっては、試験片を掴むた
めのチャックや掴み治具等の治具を用いることは言うま
でもない。
【0013】この発明はさらに、上側試験片と下側試験
片の上下方向の位置決めをするために本体にそれぞれ設
けられた基準面と、下側試験片を下から前記基準面に押
さえつけて掴む下側試験片掴み冶具と、上側試験片を上
から前記基準面に押さえつけて掴む上側試験片掴み冶具
を備えている磁気測定用張力付加装置とすることもでき
る。
【0014】この発明は、エプスタイン法の測定におけ
る上側と下側の試験片に対して、それぞれ基準面を設け
ることにより、試験片の上下方向の位置決めを行う。上
側と下側の試験片掴み冶具により試験片を基準面に押し
つけて上下方向に固定することにより、張力が付加され
ても上側と下側の試験片が離れることが無く、接触状態
が維持できる。このように、試験片の交差部を密着させ
ることにより磁束漏れを防止することが出来る。
【0015】さらにこの発明は、個々の試験片に対応す
る張力付加レバー、張力付加レバーの支点を固定する支
点固定冶具、下側試験片掴み冶具、および上側試験片掴
み冶具が、その試験片と直交する試験片の長手方向に沿
ってスライド可能に設置されていることを特徴とする磁
気測定用張力付加装置とすることもできる。前述の装置
構成要素が試験片の長手方向に沿ってスライド可能に設
置されている。このように、治具等をスライドさせるこ
とにより、直交する試験片の脱着を簡便化することが可
能となる。なお、これらのレバーおよび治具類を連結す
るリンク機構等の部品も、治具類のスライドに伴い同じ
方向に移動することになる。
【0016】この発明ではさらに、エプスタイン枠を載
せる装置外枠、張力付加レバー、支点固定冶具、及び試
料掴み冶具が非磁性材料で構成されていることを特徴と
する磁気測定用張力付加装置とすることもできる。
【0017】この発明は、装置の構成要素を非磁性材料
としているので、磁気測定への影響を防止することがで
きる。
【0018】
【発明の実施の形態】この発明の実施に当たっては、装
置として、図4に示すように試験片のみで閉磁路が形成
されるエプスタイン形式の測定方法を採用することがで
きる。エプスタイン測定では、閉磁路内の磁界および発
生する磁束が均一であるとみなして、回路構成を比較的
シンプルに設計できる。
【0019】それぞれの試験片の一端には荷重計を取り
付ける。これよって荷重をモニターしながら所定の張力
を付加することができる。張力付加方法は、テコの原理
に基づいた冶具を利用することにより、微小な力で大き
な張力を付加することが可能となる。
【0020】図5にその仕組みを示す。張力付加レバー
5の動きは、力点を張力調整ハンドル8をまわして押す
ことにより、微調整することが可能である。
【0021】さらにサンプルに対し、平行な応力として
伝わるように、レバーと試験片の掴み治具の間に可動ジ
ョイントを使用することもできる。この可動ジョイント
枠にスムーズに出し入れ出来るよう、可動ジョイントを
外側に倒せるようにするとよい。試験片掴み冶具9、1
0と張力付加レバーの接続は可動式ジョイント6を用
い、試験片への張力が水平にかかるように、即ち平行な
応力として伝わるようにしてある。
【0022】また、装置製作のポイントは、小さな力で
大きな荷重を簡単にかけられること、作業台上に設置出
来るコンパクトサイズにすることである。そこで、張力
付加レバーは、図6に示すように、エプスタイン枠にセ
ットした4つの試験片を含む平面と垂直となるよう配置
する。これによって装置全体をコンパクトな構造に収め
ることができる。
【0023】一方、磁気測定においては、試験片交叉部
が隙間なく接触することが肝要である。試験片交叉部が
接触不十分であると、そこから磁束が漏洩して測定精度
が低下する。そこで図7に示すように、交叉部の基準高
さを設定して、下側試験片を籠型掴み冶具9により固定
ネジ16を締め付けて試料を下から基準高さに持ち上
げ、上側試験片はコの字型掴み冶具10により、固定ネ
ジ16を締め付けて試料を上から基準高さまで押さえつ
ける機構とする。この機構によれば、試験片の板厚によ
らず交叉部の接触を確実にして磁気測定を精度良く行う
ことができる。
【0024】試験片の脱着を容易にすることは、作業効
率を高める上で重要な課題である。図8は、「試験片」
と図示された試験片を装着するにあたり、この試験片に
対応する対応する張力付加レバー5、可動式ジョイント
6、支点固定冶具7、及び掴み冶具9あるいは10を、
一体として図面で左側にスライドした状態を示すもので
ある。図8に示すように、張力付加レバー5、可動式ジ
ョイント6、支点固定冶具7、及び掴み冶具9、10が
対象試験片と直交する試験片の長手方向にスライドし
て、試験片脱着を容易に実行可能とする。
【0025】装置の材料としては、エプスタイン枠を載
せる装置外枠、張力付加レバー、支点固定冶具、及び試
料掴み冶具が非磁性材料で構成することが好ましい。例
えば、磁気測定に影響を及ぼさない非磁性のステンレス
鋼その他の材料を使用することができる。
【0026】
【実施例】板厚1.0mmの鋼板(降伏強度約300N/mm2)を
幅10mm、長さ200mmの寸法に切り出して、張力付加装置
に組み込まれた10cmエプスタイン枠の各辺に1枚ずつセ
ットした。エプスタイン枠には励磁用コイルが240ター
ン、検出用コイルが400ターン巻かれている。
【0027】この枠の端子を直流磁気測定装置に接続し
て、試験片を一旦消磁後、800A/mまでの初磁化曲線を測
定し、そこから最大透磁率を算出した。張力付加は各設
定張力ごと4つの試験片が均等になるようそれぞれ荷重
計をモニターしながら調整した。張力は材料の降伏強度
とほぼ等しい300N/mm2(荷重にして3000N)まで付加し
た。図9に装置構成を、図10に試験片の磁気特性(最大
透磁率)の張力依存性を示す。
【0028】図10より、張力数十N/mm2付近で最大透磁
率が極大となる様子、また材料の降伏点付近での最大透
磁率の変化を詳細に観察することができる。
【0029】
【発明の効果】この発明の装置を用いれば、荷重計をモ
ニターしながら数N/mm2から数百N/mm2の広い範囲で容易
に張力付加することが可能であり、エプスタイン枠を磁
気測定装置に接続して張力付加時の磁気特性を詳細に測
定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】張力付加装置の外観を示す図。
【図2】従来技術による張力付加機構を示す図。
【図3】単板測定の磁束の流れを示す図。
【図4】エプスタイン測定の磁束の流れを示す図。
【図5】テコの原理を利用した張力付加機構を示す図。
【図6】張力付加レバーの配置を示す図。
【図7】試験片掴み冶具を示す図。 (a)下側試料掴み部 (b)上側試料掴み部
【図8】治具類の水平移動機構を示す図。
【図9】磁気測定の装置構成を示す図。
【図10】鋼板磁気特性の張力依存性を示す図。
【符号の説明】
1エプスタイン試験枠(励磁コイル・検出コイル含む) 2試験片(下側) 3試験片(上側) 4荷重計 5張力付加レバー 6可動式ジョイント 7支点固定冶具 8張力調整ハンドル 9下側試験片掴み冶具 10 上側試験片掴み冶具 11 装置土台、外装 12 継鉄(ヨーク) 13 励磁コイル 14 検出コイル 15 磁界測定コイル 16 試験片固定ネジ 17 張力付加ハンドル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仁科 豊文 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 桑田 勤 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA04 AC06 AD01 CA09 CA17 CB16 CD07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エプスタイン測定枠にセットされた短冊
    状試験片のそれぞれの一端に取り付けるとともに荷重を
    測定する荷重計と、それぞれの試験片の他の一端にその
    作用点を取り付けて張力を付加する張力付加レバーと、
    この張力付加レバーの力点に力を加える張力調節用ハン
    ドルとを備えており、前記荷重計の固定側と前記張力付
    加レバーの支点はいずれも装置本体に固定されているこ
    とを特徴とする磁気測定用張力付加装置。
  2. 【請求項2】 上側試験片と下側試験片の上下方向の位
    置決めをするために本体にそれぞれ設けられた基準面
    と、下側試験片を下から前記基準面に押さえつけて掴む
    下側試験片掴み冶具と、上側試験片を上から前記基準面
    に押さえつけて掴む上側試験片掴み冶具を備えている請
    求項1記載の磁気測定用張力付加装置。
  3. 【請求項3】 個々の試験片に対応する張力付加レバ
    ー、張力付加レバーの支点を固定する支点固定冶具、下
    側試験片掴み冶具、および上側試験片掴み冶具が、その
    試験片と直交する試験片の長手方向に沿ってスライド可
    能に設置されていることを特徴とする請求項1又は請求
    項2記載の磁気測定用張力付加装置。
  4. 【請求項4】 エプスタイン枠を載せる装置外枠、張力
    付加レバー、支点固定冶具、及び試料掴み冶具が非磁性
    材料で構成されていることを特徴とする請求項1〜3記
    載の磁気測定用張力付加装置。
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