JP2013174516A

JP2013174516A - 磁気歪測定方法及び磁気歪測定装置

Info

Publication number: JP2013174516A
Application number: JP2012039544A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Jomon; 由人城門; Satoru Ikeda; 哲池田; Akifumi Kutsukake; 暁史沓掛; Tsugunori Kaneda; 嗣教金田
Original assignee: Oita Prefectural Government
Current assignee: Oita Prefectural Government
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP5631344B2

Abstract

【課題】磁性材料の磁気歪を精度よく測定すること。
【解決手段】本発明では、磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点（１５）と第２標点（１６）との間の変位量を光学的測定手段（１１）で測定することで試料（５）の磁気歪を測定する磁気歪測定方法（磁気歪測定装置（１））において、光学的測定手段（１１）から放射された光を、第１標点（１５）で第２標点（１６）へ向けて反射させ、第２標点（１６）で第１標点（１５）へ向けて反射させ、第１標点（１５）で光学的測定手段（１１）へと反射させることにした。また、前記試料（５）に接続したヨーク（１２，１３）を避けて前記試料（５）の伸延方向に対して斜めに向けて前記光学的測定手段（１１）から光を放射することにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁性材料の磁気歪を測定するための磁気歪測定方法及び磁気歪測定装置に関するものである。

磁性材料は、磁界中で使用されると、磁界の影響を受けて伸縮する磁気歪が生じる。この磁気歪は、磁性材料を磁界中で使用する電磁機器等において振動や騒音を発生させる原因となる。そのため、磁性材料の磁気歪は、電磁機器等を設計する際に材料選択の重要な要因となっている。

この磁性材料の磁気歪を測定する方法には、従来から様々な方法が考えられているが、微細な歪量を良好に測定できる方法として、磁界中に置かれた磁性材料の変位量をレーザードップラー振動計で測定することによって磁性材料の磁気歪を測定する磁気歪測定方法が知られている。

従来の磁気歪測定方法は、大きく分けて２種類の方法がある。

第１の磁気歪測定方法では、磁界を形成するためのコイルの中に試料となる磁性材料を配置し、試料の一端を固定して他端を自由端とし、試料の自由端側に反射体を取付け、この反射体に向けてレーザードップラー振動計からレーザー光を照射することで、試料の磁気歪を測定する（非特許文献１参照。）。

第２の磁気歪測定方法では、磁界を形成するためのコイルの中に試料となる磁性材料を配置し、試料上の均一磁場領域内に２個の反射体を取付け、それぞれの反射体に向けてレーザードップラー振動計からレーザー光を照射することで、試料の磁気歪を測定する（非特許文献２参照。）。

ＩＥＣ／ＴＲ６２５８１ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲＥＰＯＲＴ「磁気ひずみ測定における光学式測定法とストレインゲージ法の比較」ＭＡＧ−９８−６５

ところが、上記第１の磁気歪測定方法では、コイルの両端部に不均一な磁場領域が形成されるために、均一磁場による磁気歪を正確に測定することができず、磁気歪の測定精度が低いものであった。

また、上記第２の磁気歪測定方法では、２個の反射体それぞれに向けてレーザー光を照射して測定を行わなければならず、２点間の変位量を同時に測定することができず、磁気歪の測定精度が低いものであった。

そこで、請求項１に係る本発明では、磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点と第２標点との間の変位量を光学的測定手段で測定することで試料の磁気歪を測定する磁気歪測定方法において、光学的測定手段から放射された光を、第１標点で第２標点へ向けて反射させ、第２標点で第１標点へ向けて反射させ、第１標点で光学的測定手段へと反射させることにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記試料に接続したヨークを避けて前記試料の伸延方向に対して斜めに向けて前記光学的測定手段から光を放射することにした。

また、請求項３に係る本発明では、磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点と第２標点との間の変位量を光学的測定手段で測定することで試料の磁気歪を測定する磁気歪測定装置において、第１標点に第１反射体を設けるとともに、第２標点に第２反射体を設け、光学的測定手段から放射された光が、第１反射体で第２反射体へ向けて反射され、第２反射体で第１反射体へ向けて反射され、第１反射体で光学的測定手段へと反射されるように、前記第１反射体及び第２反射体を配置することにした。

また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記光学的測定手段から放射された光が、前記試料に接続したヨークを避けて前記試料の伸延方向に対して斜めに前記第１反射体に入射するように、前記光学的測定手段を配置することにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点と第２標点との間の変位量を光学的測定手段で測定することで試料の磁気歪を測定する磁気歪測定方法（磁気歪測定装置）において、光学的測定手段から放射された光を、第１標点で第２標点へ向けて反射させ、第２標点で第１標点へ向けて反射させ、第１標点で光学的測定手段へと反射させることにしているために、均一磁場領域内の２点間の変位量を同時に測定することができ、試料の磁気歪を精度良く測定することができる。

特に、試料に接続したヨークを避けて試料の伸延方向に対して斜めに向けて光学的測定手段から光を放射することにした場合には、試料の表裏に複ヨークを接続した状態でも試料の磁気歪を測定することができ、試料の磁気歪をより一層精度良く測定することができる。

本発明に係る磁気歪測定装置を示す側面断面図。同平面断面図。本発明に係る磁気歪測定方法を示す説明図。本発明に係る磁気歪測定装置を示す平面断面図（ａ）、側面断面図（ｂ）。

以下に、本発明に係る磁気歪測定方法及び磁気歪測定装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、磁気歪測定装置１は、ケーシング２に中空状のコイルホルダー３を取付けている。

コイルホルダー３の外周部には、コイル４を巻回している。このコイル４には、所定の磁界を発生させるための回路が接続されている。

また、コイルホルダー３の中空部には、測定対象となる試料５を保持した試料ホルダー６を載置している。

試料５は、矩形板状の磁性材料からなり、試料ホルダー６の中空部にコイル４の伸延方向に沿って伸縮自在に挿入している。

試料ホルダー６は、上部左側及び上部右側に矩形貫通状の開口7,8を形成している。そして、試料５には、試料ホルダー６の開口7,8を利用して第1反射体９及び第２反射体10を貼着している。なお、試料ホルダー６は、歪ゲージ等を貼着するために更に開口を設けてもよい。

また、磁気歪測定装置１は、ケーシング２にレーザードップラー振動計等の光学的に変位量を測定することができる光学的測定手段11を光の照射方向を調節可能に取付けている。この光学的測定手段11は、光（レーザー光）を照射するとともに反射された光（レーザー光）を受光して変位量を測定するものであり、レーザードップラー振動計では、照射光と反射光のドップラー効果による波長変動から変位量を測定する。

さらに、磁気歪測定装置１は、試料５の自由端部間に表裏一対のヨーク12,13からなる複ヨーク14を接続できるようにしている。ヨーク12,13を試料５に接続することで、試料５に加わる磁界の分布や試料５の内部の磁束の分布を均一にすることができる。

次に、上記磁気歪測定装置１を用いて試料５の磁気歪を測定する方法（磁気歪測定方法）について説明する（図３参照。）。

磁気歪測定方法は、コイル４で生成する磁界によって試料５に生じる磁気歪を、光学的測定手段11によって測定する試料５の表面上の２点間の変位量から測定するものである。

ここで、試料５の表面上の２点をそれぞれ第１標点15、第２標点16とし、第１標点15と第２標点16の水平距離をＬ₀とする。第１標点15及び第２標点16は、コイル４で生成される磁界の中央側に形成される磁場が均一となる均一磁場領域内に設ける。

第１標点15及び第２標点16には、それぞれ反射面を内側に向けて第１反射体９及び第２反射体10が設けられている。

光学的測定手段11は、試料５の伸延方向に対してθ／２だけ傾けて斜めに向けて光を第１反射体９へ照射するように配置している。第１反射体９は、反射面を試料５の伸延方向に対して直交させて配置し、光学的測定手段11から試料５の伸延方向に対してθ／２の入射角度で入光する光を第２反射体10へ向けてθ／２の反射角度で反射するようにしている。第２反射体10は、反射面を試料５の伸延方向に対してθ／２だけ傾けて配置し、第１反射体９で反射された光を全て第１反射体９へ向けて反射するようにしている。

これにより、光学的測定手段11から放射された光は、第１反射体９の反射面で第２反射体10へ向けて反射され、その後、第２反射体10の反射面で第１反射体９へ向けて反射され、その後、第１反射体９の反射面で光学的測定手段11へと反射される。

なお、試料５の磁気歪を測定する際には、予め治具を用いて試料５の表面上の第１標点15及び第２標点16に第１反射体９及び第２反射体10を貼着しておき、その後、光学的測定手段11の光の照射方向を微調節してから測定を行う。

光学的測定手段11で測定される第１標点15と第２標点16との間の変位量をΔＳとし、第１標点15の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量をδ₁とし、第２標点16の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量をδ₂とし、第２標点16の光線方向（試料５の伸延方向に対してθ／２だけ傾いた方向）の変位量をδ₃とすると、
ΔＳ＝２・δ₁／cos(θ／２)＋δ₂・cos(θ／２)−δ₃
δ₃＝２・δ₁・tan(θ／２)・sin(θ／２)
と表せる。

磁気歪によって磁性材料である試料５は、コイル４で生成される磁界の方向（試料５の伸延方向）に沿って均一磁場領域内で一様に伸縮することから、δ＝δ₁＝δ₂とすると、
ΔＳ＝２・δ／cos(θ／２)＋δ・cos(θ／２)−δ₃
δ₃＝２・δ・tan(θ／２)・sin(θ／２)
となり、
ΔＳ＝２・δ／cos(θ／２)＋δ・cos(θ／２)−２・δ・tan(θ／２)・sin(θ／２)
となる。

これから、
δ＝ΔＳ／（２／cos(θ／２)＋cos(θ／２)−２・tan(θ／２)・sin(θ／２)）
となる。

ここで求めたい磁気歪は、第１標点15と第２標点16との間の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量をΔＬとすると、ΔＬ／Ｌ₀で表される。

そして、第１標点15と第２標点16との間の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量であるΔＬは、第１標点15の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量δ₁と、第２標点16の水平方向（試料５の伸延方向）の変位量δ₂との合計であることから、
ΔＬ＝δ₁＋δ₂
であり、
前記同様δ＝δ₁＝δ₂とすると、
ΔＬ＝２・δとなり、上記式より
ΔＬ＝２・ΔＳ／（２／cos(θ／２)＋cos(θ／２)−２・tan(θ／２)・sin(θ／２)）
となる。

したがって、磁気歪は、光学的測定手段11で測定される第１標点15と第２標点16との間の変位量ΔＳから上記式を用いて算出することができる。

以上に説明したように、本発明は、磁界中に置かれた試料５の表面上の均一磁場領域内の第１標点15と第２標点16との間の変位量を光学的測定手段11で測定することで試料５の磁気歪を測定する磁気歪測定方法（磁気歪測定装置１）であり、光学的測定手段11から放射された光を、第１標点15において第１反射体９によって第２標点16へ向けて反射させ、第２標点16において第２反射体10によって第１標点15へ向けて反射させ、第１標点15において第１反射体９によって光学的測定手段11へと反射させるように構成している。

そのため、本発明では、光学的測定手段11を用いた測定を１回行うだけで均一磁場領域内の２点間の変位量を同時に測定することができるので、試料５の磁気歪を精度良く測定することができる。

本発明の磁気歪測定方法（磁気歪測定装置１）は、光学的測定手段11から放射された光が、第１反射体９で第２反射体10へ向けて反射され、第２反射体10で第１反射体９へ向けて反射され、第１反射体９で光学的測定手段11へと反射されるように、第１標点15に設けた第１反射体９と第２標点16に設けた第２反射体10とを配置していればよく、図１及び図２に示すように、試料５の伸延方向に対して水平方向に所定の角度（ここでは、θ／２）で斜めに向けて光学的測定手段11から光を照射した場合に限られず、たとえば、図４に示すように、試料５の伸延方向に対して垂直方向に所定の角度で斜めに向けて光学的測定手段11から光を照射してもよい。

また、図１及び図２に示すように、試料５にヨーク12,13を接続した場合には、ヨーク12,13を避けて試料５の伸延方向に対して斜めに向けて光学的測定手段11から光を照射することで、光学的測定手段11から照射した光が複ヨーク14で遮られてしまうのを防止することができる。

以上に説明したように、本発明では、磁界中に置かれた試料５の表面上の均一磁場領域内の第１標点15と第２標点16との間の変位量を光学的測定手段11で測定することで試料５の磁気歪を測定する磁気歪測定方法（磁気歪測定装置１）において、光学的測定手段11から放射された光を、第１標点15で第２標点16へ向けて反射させ、第２標点16で第１標点15へ向けて反射させ、第１標点15で光学的測定手段11へと反射させることにしているために、均一磁場領域内の２点間の変位量を同時に測定することができ、試料５の磁気歪を精度良く測定することができる。

また、本発明では、試料５に接続したヨーク12,13を避けて試料５の伸延方向に対して斜めに向けて光学的測定手段11から光を放射することによって、試料５の表裏に複ヨーク14を接続した状態でも試料５の磁気歪を測定することができ、試料５の磁気歪をより一層精度良く測定することができる。

１磁気歪測定装置２ケーシング
３コイルホルダー４コイル
５試料６試料ホルダー
7,8 開口９第1反射体
10 第２反射体 11 光学的測定手段
12,13 ヨーク 14 複ヨーク
15 第１標点 16 第２標点

Claims

磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点と第２標点との間の変位量を光学的測定手段で測定することで試料の磁気歪を測定する磁気歪測定方法において、
光学的測定手段から放射された光を、第１標点で第２標点へ向けて反射させ、第２標点で第１標点へ向けて反射させ、第１標点で光学的測定手段へと反射させることを特徴とする磁気歪測定方法。
前記試料に接続したヨークを避けて前記試料の伸延方向に対して斜めに向けて前記光学的測定手段から光を放射することを特徴とする請求項１に記載の磁気歪測定方法。
磁界中に置かれた試料上の均一磁場領域内の第１標点と第２標点との間の変位量を光学的測定手段で測定することで試料の磁気歪を測定する磁気歪測定装置において、
第１標点に第１反射体を設けるとともに、第２標点に第２反射体を設け、
光学的測定手段から放射された光が、第１反射体で第２反射体へ向けて反射され、第２反射体で第１反射体へ向けて反射され、第１反射体で光学的測定手段へと反射されるように、前記第１反射体及び第２反射体を配置したことを特徴とする磁気歪測定装置。
前記光学的測定手段から放射された光が、前記試料に接続したヨークを避けて前記試料の伸延方向に対して斜めに前記第１反射体に入射するように、前記光学的測定手段を配置したことを特徴とする請求項３に記載の磁気歪測定装置。