JP2017142088A - 電磁鋼板の物性評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁鋼板の物性を、非破壊、非接触、かつ高空間分解能に評価し得る物性評価装置を提供する。【解決手段】本発明の１つの物性評価装置１００は、電磁鋼板９０に音波を照射する音波発生部２０（２０ａ）と、電磁鋼板９０に対して、ゼロより大きく電磁鋼板９０が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部７０と、その磁場において、複数のスポット径を与える前述の音波によって電磁鋼板９０から発生する、該スポット径に対応した各々の電磁波を受信する受信部４０とを備える。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、電磁鋼板の物性評価装置に関する。

電磁鋼板の物性は、加工後の製品における性能を左右する重要な特性の一つである。その特性を評価するための尺度には、鉄損、最大透磁率、及び磁歪が含まれる。例えば、鉄損と呼ばれる特性は、電磁鋼板に交流の磁場を与えた場合に、Ｂ−Ｈ曲線から得られる磁気ヒステリシスと、渦電流によって、電力が熱として消費されるためにエネルギーの損失が生じる性質をいう。従って、鉄損が低い電磁鋼板は、トランスなどに用いられた際の変換効率がより高くなるため、鉄損が高い電磁鋼板に比べて有利である。

上述の特性を測定する装置として、特許文献１にはＢ−Ｈ曲線を測定する方法が開示されている。特許文献１に開示された発明においては、Ｂ−Ｈ曲線を測定することによってヒステリシスが求められている。また、該発明は、励磁の際、高周波成分を含ませることによって微分透磁率を求めている。

また、特許文献２に開示された磁気特性を評価する装置は、電磁鋼板を磁化容易軸方向に直流磁化し、磁化容易軸と垂直方向に交流磁化を掛けることによって、その交流磁化の影響度合いから磁気特性を評価する。

また、特許文献３においては、超音波の板波を板表面の複数方向に伝搬させ、その伝搬時間を測定することによって鉄損値を推定する装置が開示されている。

また、特許文献４においては、超音波の周波数を調整することによって板厚方向に多重干渉を起こさせた後、その多重干渉波形の減衰の様子を評価することによって、結晶方位を計測する装置が開示されている。

また、特許文献５、及び非特許文献１、２、及び３では、音響誘起電磁波を利用した測定方法及び装置について示されている。

特開２０１１−２２６８４０号公報 特開２０１０−５４２５４号公報 特許第２９８８３２６号公報 特公平７−１２５５号公報 国際公開第ＷＯ２００７／０５５０５７号パンフレット

浅井邦夫ら、「強磁性体の磁気ひずみ、磁化曲線の応力依存性」、日本機械学会論文集（Ａ編）、６４巻６２４号（１９９８−８）、ｐｐ１６５−１７２ Hisato Yamada et al.、「Magnetic Sensing via Ultrasonic Excitation」、REVIEW OD SCIENTIFIC INSTRUMENTS、２０１３、８４、０４４９０３、ｐｐ１−５ Hisato Yamada et al.、「Magnetic hysteresis and magnetic flux patterns measured by acoustically stimulated electromagnetic response in a steel plate」、Japanese Journal of Applied Physics、２０１５、５４、０８６６０１、ｐｐ１−４

特許文献１に開示された装置を利用するためには、Ｂ−Ｈ曲線を求めなければならないため、鋼板を飽和磁化の状態にする必要がある。従って、Ｂ−Ｈ曲線の一ループを描くための時間を要するため、評価に時間がかかるという問題がある。また、特許文献１には、試料を測定する手段が明示されていない。従って、特許文献１は、サブミリメートルのオーダーという微小領域を測定するという技術思想に対する示唆がない。なお、光学的な磁歪測定についての記述があるが、特許文献１に開示された方法を利用すると、試料表面に対して垂直な方向の歪しか測定できないため、測定対象の歪の自由度が得られないという問題がある。

特許文献２に開示された装置は、鋼板からの漏洩磁場を測定するという漏洩磁束法を測定手段として採用している。従って、該手段を採用するためには、鋼板への印加外部磁場を磁気飽和レベルに近づける必要がある。そのため、残留磁場（外部磁場ゼロ）又は弱い磁場などの印加磁場レベルが異なる場合に、詳細な磁気特性を測定することができないという問題がある。

特許文献３に開示された装置は、超音波の板波モードの音速異方性を利用している。しかしながら、該装置を利用するためには、音速を計測するための十分な伝搬距離が必要であるため、測定値がその距離間の平均値に基づく値となる。従って、該装置を用いてサブミリメートルのオーダーの領域を区別して測定することは出来ない。また、該装置を利用しても、鉄損以外のパラメータ（透磁率又は磁歪）を評価することが困難である。

特許文献４に開示された装置は、結晶粒を測定する方法である。しかしながら、該装置は磁気特性を直接的に評価することが出来ないため、電磁鋼板の特性を十分に評価する装置とはいえない。

特許文献５、及び非特許文献２及び３においては、一般的な磁性体に関する測定方法及び装置が開示されている。しかしながら、一般鋼と比較していわば巨視的ともいえる結晶粒を有する電磁鋼板に特有の性質を踏まえて工夫された評価装置についての開示ないし示唆は何らされていない。

本発明は、上述した各種の課題の少なくとも一部を解決し、電磁鋼板の特性、特に結晶粒の大きさ、及び／又は結晶粒内の平均的な磁区幅を評価する非破壊、非接触、かつ高空間分解能の評価装置の実現に大きく貢献し得る。

本発明者らは、特許文献５において開示された測定方法又は装置を電磁鋼板の各種特性を測定する測定装置として確度高く活用するためには、電磁鋼板が備える特徴的な物性又は挙動に合わせた特別な工夫が必要であるとの知見に基づき、鋭意研究と分析を重ねた。

その結果、ある特定の環境下において、外部磁場が印加された状態の、又はそのような外部磁場が印加された後の電磁鋼板に対して音波を照射することが、評価対象（又は被測定対象）である電磁鋼板の物性を、非破壊、非接触、かつ高空間分解能に評価し得ることを確認した。さらに、本発明者らが研究を重ねた結果、結晶粒径が約２０μｍ程度又はそれ以下である一般鋼よりも大きい結晶粒径（例えば、ｍｍオーダーの結晶粒径、より詳しくは、約３０μｍ〜約２０ｍｍの結晶粒径及び／又は結晶粒内の平均的な磁区幅）を有する電磁鋼板については、照射する音波の、被測定対象表面に到達したときの照射領域（「集束スポット径」又は「スポット径」ともいう）と結晶粒径との相関関係を適切に変更又は調整することが、電磁鋼板特有の物性評価に有益であることが明らかとなった。換言すれば、音響誘起電磁波を用いた一般鋼の評価においては、照射する音波のスポット径の変化によって受信される電磁波の振る舞い（例えば、強度）は実質的に皆無であるが、電磁鋼板を被測定対象とする場合は、スポット径の変化によって、該電磁鋼板からの電磁波（測定対象信号）へ影響が顕著に現れるという特異性を本発明者らは知得した。

上述の知見に基づいて本発明者らが更に研究と分析を重ねた結果、次の知見（ａ）及び（ｂ）も得られた。
（ａ）音波のスポット径を異ならせることによって、電磁鋼板が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した各々の電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布に関する情報に、大変興味深い差異が生じていること。
また、（ａ）について見方を変えると、次の知見が得られる。
（ｂ）ある特定のスポット径の音波の照射によって、電磁鋼板が有する様々な径の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）から、それぞれ異なる電磁波（測定対象信号）に基づく空間分布を得ることができること。
本発明は、上述する視点及び各々の興味深い知見に基づいて創出された。

また、本発明において特筆すべきは、主として次の（１）〜（３）に示す３つの技術的効果を実現していることである。
（１）評価対象（又は被測定対象）となる領域の範囲が、非常に微小な領域（例えば、ミリメートル又はサブミリメートルのオーダー）であること
なお、本願の後述する各実施形態における音波の好適なスポット径は、前述の数値範囲に対応するものであれば特に限定されない。但し、上述のとおり、被測定対象である電磁鋼板の特殊性（結晶粒径及び／又は磁区幅など）を考慮すると、好適なスポット径は、約０．５ｍｍ以上約５０ｍｍ以下（より好適には、約１ｍｍ以上約３０ｍｍ以下）である。別の見方でいえば、「スポット径」に対して、被測定対象である電磁鋼板９０の結晶の粒径が、３０分の１倍（約３．３％）〜２０倍（２０００％）までの比率に収められることは、好適な態様といえる。
（２）印加する磁場がゼロから飽和レベル未満までの広範囲であること（特に、飽和レベルに対して相当低い値であっても、本願発明の効果が奏され得ること）
（３）評価可能なパラメータとして、ヒステリシス、磁歪定数（及び、磁歪定数に基づいて近似的に算出される圧磁定数）、及び／又は最大磁束密度が含まれ得ること

次に、本発明における電磁鋼板の物性評価を行うための原理、又は電磁鋼板の物性評価を行うための過程について、図１乃至図３を利用して説明する。

図１は、本発明を活用した電磁鋼板９０の物性評価を実現するための基本的な評価システム１の構成の一例を示す概要側面図である。また、図２の（ａ）は、図１におけるＳ領域における電磁鋼板９０の一部の断面を拡大した図面であって、特に弾性変形を強調した概念図である。また、図２の（ｂ）は、図１におけるＳ領域における電磁鋼板９０の一部の平面を拡大した図面であって、特に弾性変形を強調した概念図である。なお、図２（ａ）及び（ｂ）においては、理解を助けるために、磁歪方向が示されている。

この評価システム１は、音波発生源である音波発生部２０から照射される音波を、その音波の伝搬媒体３０（本願においては、「空気」、「樹脂（例えば、ポリスチレン、エポキシ樹脂、合成ゴム、又は天然ゴム）」、「ゲル材（例えば、ソニコート（商品名）又はパッド状ゲル」又は、水、あるいはそれらの２種類〜４種類の組み合わせ）を経由して、評価対象となる電磁鋼板９０に到達する構成が採用される。換言すれば、本願においては、音波発生部２０と電磁鋼板９０との間に伝搬媒体３０が介在することになるため、いわば、伝搬媒体３０が音波発生部２０と電磁鋼板９０とによって挟み込まれた状態となる。

この評価システム１においては、電磁鋼板９０の表面に対して略直交する方向から、特に好ましくは直交する方向から音波が照射される。なお、公知の手段により、音波発生部２０から発生する音波を調整することによって、電磁鋼板９０の表面に到達したときの照射領域（「焦点の径」又は「スポット径」）を変更することが可能である。従って、当業者であれば、電磁鋼板９０の評価対象項目の種類に応じて、又はその他の必要に応じて音波を集束させた上で、電磁鋼板９０の評価を行うことができる。一例として、周波数１０ＭＨｚの音波（いわゆる、超音波）を用いれば、スポット径を約１ｍｍ（φ約１ｍｍ）に絞ることができる。

ところで、微視的に見れば、音波が照射された領域の少なくとも一部の電磁鋼板９０には、音波の圧力によって、微少な歪（弾性変形）が生じることになる。図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、一般的な弾性体の場合、一方向から圧力が加わると、他の方向（例えば、その圧力が加わった方向に対して直交する方向）にも歪が生じる。従って、電磁鋼板９０は、音波が照射されることにより、様々な方向の成分を持つ歪が生じることになる。この歪を利用することにより、電磁鋼板９０の物性評価、例えば、ヒステリシス、磁歪定数（及び、磁歪定数に基づいて近似的に算出される圧磁定数）、及び／又は最大磁束密度を評価することが可能となる。

例えば、電磁鋼板９０の一部又は全部に歪が生じると、電磁鋼板９０の磁気特性が変化する。特許文献１に示す磁気特性の変化の一例においては、磁化曲線が変化することによって、磁化曲線に影響を受ける特性が変化することが示唆されている。

歪が形成されることによって生じる磁化曲線の変化は、電磁鋼板９０内の磁束量に変化を与える。図３は、歪が形成されることによって生じる磁化曲線の変化の例を示すグラフである。図３（ａ）は、変化する前（実線）の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）のグラフの例である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の磁化曲線（実線）と、外部から圧力を受けることによって歪が生じたときの磁化曲線（点線）とを表示したグラフの例である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）の磁化曲線（実線）と、予めバイアス磁化としてＨｂの磁化力を加えた状態で、外部からの圧力によって歪が生じたときの磁化曲線（点線）と、バイアス磁化とを表示したグラフである。図３（ｃ）に示すように、予めバイアス磁化としてＨｂの磁化力を加えておけば、磁束量ΔＢが、そのバイアス磁化による変化量として表れることになる。

ここで、仮に、音波発生部２０から周波数が１０ＭＨｚの音波を電磁鋼板９０に対して照射すれば、ΔＢが１０ＭＨｚの周波数に応じて変化することになる。その結果、電磁鋼板９０の表層に磁束が存在している場合、周波数が１０ＭＨｚの電磁波が、いわゆる磁場源の電波となって電磁鋼板９０の表面から発信される。この電波をアンテナ又はコイル、もしくは磁気センサ等の受信部４０（評価システム１におけるコイル４０（複数設ける場合、コイル４０ｘ））を用いて受信することによって、図３（ｃ）に示すようなΔＢの値を計測することができる。

一つの基準（換言すれば、参照情報）となる磁化曲線を仮定すれば、Ｈｂを変化させた上でΔＢの値を計測することにより、歪が与えられた場合の磁化曲線を推定することが可能となる。その磁化曲線の電磁鋼板９０内の分布を調べることにより、電磁鋼板９０の物性を評価することが可能となる。

ところで、産業界において要望されている電磁鋼板９０は、代表的には次の（Ａ）〜（Ｃ）の特性の少なくとも１つ、好ましくは２つ以上を備えている。
（Ａ）低鉄損
（Ｂ）高い最大磁束密度
（Ｃ）低磁歪

ここで、上述の（Ａ）の鉄損は、「渦電流損」と「ヒステリシス損」とに分類される。「ヒステリシス損」とは、磁化曲線のヒステリシスから求める値であるため、本願発明によって少なくとも「ヒステリシス損」を評価することが可能である。また、上述の（Ｂ）の「最大磁束密度」は透磁率と相関があるため、磁化曲線に基づいて「最大磁束密度」を評価することが可能である。また、飽和磁化領域においては、ΔＢが小さくなることから、飽和磁化レベルを評価することが可能である。上述の（Ｃ）の「磁歪」は、磁化による歪である。歪による磁化は、その逆現象（歪磁）との関係においては、「可逆」現象である。従って、ΔＢが小さいということは、歪磁が小さいということに他ならない。つまり、本願発明によって「磁歪」を評価することが可能であるといえる。

また、本願発明においては、上述のとおり、照射する音波のスポット径を異ならせることによって、換言すれば、複数のスポット径を与える音波の照射によって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した各々の電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布に関する情報に差異を生じさせることが可能となる。また、見方を変えれば、ある１つの特定のスポット径の音波を採用した場合に、その音波の照射によって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）から、それぞれ異なる電磁波（測定対象信号）に基づく空間分布の情報を取得することも可能となる。

上述の原理、又は想定される理論に基づいて、本願発明の物性評価装置及び物性評価方法は、非破壊、非接触、かつ高空間分解能の、電磁鋼板の特性の測定を実現することができる。

上述の技術的効果の少なくとも１つを奏させるための本発明の１つの物性評価装置は、電磁鋼板に音波を照射する音波発生部と、その電磁鋼板に対して、ゼロより大きく該電磁鋼板が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部と、前述の磁場において、複数のスポット径を与える該音波によって前述の電磁鋼板から発生する、該スポット径に対応した各々の電磁波を受信する受信部とを備える。

この物性評価装置は、複数のスポット径を与える音波を被測定対象である電磁鋼板に照射し、該電磁鋼板から発生する該スポット径に対応した各々の電磁波を受信する。その結果、電磁鋼板が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した各々の電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布に関する情報を取得することが可能となる。また、この物性評価装置によれば、印加する磁場として、ゼロから飽和レベル未満までの広範囲の磁場を利用することが可能である。なお、飽和レベルの磁場強度に対して相当低い値であっても、電磁鋼板の特性を適切に評価することが可能である点は特筆に値する。

上述の物性評価装置においては、複数の手段によって、被測定対象である電磁鋼板に対して照射する音波に対して複数のスポット径を与えることができる。以下に２種類の構成を例示するが、該手段はそれらに限定されるものではない。

代表的な一例は、音波発生部が１つの音波発生器を有し、その音波発生器と被測定対象である電磁鋼板との相対距離を変動させる移動機構によって、複数のスポット径を与える構成である。

また、他の代表的な一例は、音波発生部が複数の音波発生器を有し、各々の該音波発生器によって、互いに異なる各々のスポット径を与える構成である。

なお、上述の各物性評価装置において、上述の磁場印加部から印加される磁場強度を変化させる制御部をさらに備えることは、より確度高く、結晶粒径の範囲を把握又は推定することが可能となるため、より好適な一態様である。

また、上述の技術的効果の少なくとも１つを奏させるための本発明のもう１つの物性評価装置は、電磁鋼板に音波を照射する音波発生部と、その電磁鋼板に対して、ゼロより大きく該電磁鋼板が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部と、前述の磁場において、１つのスポット径を与える該音波によって前述の電磁鋼板から発生する電磁波を受信する受信部と、前述の磁場印加部から印加される前述の磁場強度を変化させる制御部と、前述の受信部によって受信された該電磁波に基づいて、該電磁鋼板が有する結晶粒径又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）を測定する測定部とを備える。

この物性評価装置は、ある１つのスポット径を与える音波によって、電磁鋼板から発生する、電磁鋼板が有する様々な径の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）から、それぞれ異なる電磁波（測定対象信号）に基づく空間分布に関する情報を取得することが可能となる。また、この物性評価装置によれば、印加する磁場として、ゼロから飽和レベル未満までの広範囲の磁場を利用することが可能である。なお、飽和レベルの磁場強度に対して相当低い値であっても、電磁鋼板の特性を適切に評価することが可能である点は特筆に値する。加えて、前述の磁場印加部から印加される磁場強度を変化させる制御部を備えることにより、確度高く、結晶粒径の範囲を把握又は推定することが可能となる。

なお、上述の各発明においては、上述の音波発生部から上述の電磁鋼板までの距離を上述の音波が伝搬する時間よりも、その音波発生部から発生するノイズがその音波発生部から上述の受信部までの距離を伝搬する時間が短いことは、より確度高く、高品質な、換言すれば、より物性値が安定した、又は特性の優れた電磁鋼板の物性評価の実現に貢献し得る。

また、本願における「物性」は、例えば、（１）磁気特性、（２）磁気機械特性、あるいは、（３）磁気特性及び／又は磁気機械特性と相関性を有する結晶粒径、結晶粒界、及び／又は結晶方位等の結晶の特性（crystalline property）、（４）結晶粒内の平均的な磁区幅を含む概念である。

本発明の１つの物性評価装置によれば、非破壊、非接触、かつ高空間分解能による、電磁鋼板の物性評価をすることができる。加えて、この物性評価装置によれば、電磁鋼板が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布を得ることができる。

本発明の電磁鋼板の物性評価を実現するための基本的な評価システムの構成の一例を示す概要側面図である。 （ａ）図１におけるＳ領域における電磁鋼板９０の一部の断面を拡大した図面であって、特に弾性変形を強調した概念図。（ｂ）図１におけるＳ領域における電磁鋼板９０の一部の平面を拡大した図面であって、特に弾性変形を強調した概念図。 （ａ）変化する前（実線）の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）のグラフの例。（ｂ）図３（ａ）の磁化曲線（実線）と、外部から圧力を受けることによって歪が生じたときの磁化曲線（点線）とを表示したグラフの例。（ｃ）（ａ）の磁化曲線（実線）と、予めバイアス磁化としてＨｂの磁化力を加えた状態で、外部からの圧力によって歪が生じたときの磁化曲線（点線）と、バイアス磁化とを表示したグラフの例。 第１の実施形態の、（ａ）電磁鋼板の物性評価装置の構成を示す概要側面図と、（ｂ）物性評価装置の構成の一部を抜粋した平面図である。 図４Ａの一部（Ｚ領域）の拡大図である。 伝搬媒体３０に着目した図４Ａの一部の拡大図である。 第１の実施形態の物性評価装置における各構成間の配線図（一部回路図）である。 第１の実施形態の物性評価装置及び物性評価方法によって観測された信号の例である。 Ｘ線を用いて、皮膜が形成されていない電磁鋼板の結晶方位を分析した結果の二次元マップ（参照データ）の例と、第１の実施形態の物性評価装置によって、表面上に皮膜が形成されていない電磁鋼板から得られた測定対象信号の強度に基づく二次元マップの例とを比較する図である。 Ｘ線を用いて、皮膜が形成されている電磁鋼板の結晶方位を分析した結果の二次元マップ（参照データ）の例と、第１の実施形態の物性評価装置によって、表面上に皮膜が形成されている電磁鋼板から得られた測定対象信号の強度に基づく二次元マップの例とを比較する図である。 第１の実施形態の物性評価装置の磁場印加部によって印加する磁場の強さ（電流値）を変化させたときの、図８Ａに相当する二次元マップの例、及び磁場強度と受信された電磁波との相関性を示す図である。 第１の実施形態の物性評価装置の磁場印加部によって印加する磁場の強さ（電流値）を変化させたときの、図８Ａに相当する二次元マップの他の例、及び磁場強度と受信された電磁波との相関性を示す図である。 第２の実施形態の、電磁鋼板の物性評価装置の構成を示す概要側面図である。 その他の実施形態における、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の成分に分解した電磁波信号を取得するように配置された３つの受信部を備える物性評価装置の構成の一部を抜粋した側面図（一部の断面図を含む）（（ａ），（ｂ））と、該物性評価装置の構成の一部を抜粋した平面図（ｃ）である。 移動機構を備えない一例である物性評価装置の、図１１（ｃ）に相当する平面図である。 移動機構を備えない他の一例である物性評価装置の、図１１（ｃ）に相当する平面図である。

本発明の実施形態として、物性評価装置及び物性評価方法を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしも互いの縮尺を保って記載されるものではない。さらに、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。

＜第１の実施形態＞
本実施形態の電磁鋼板の物性評価装置１００について説明する。図４Ａは、第１の実施形態の、（ａ）電磁鋼板の物性評価装置１００の構成を示す概要側面図と、（ｂ）物性評価装置１００の構成の一部を抜粋した平面図である。また、図４Ｂは、図４Ａの一部（Ｚ領域）の拡大図である。さらに、図４Ｃは、伝搬媒体３０に着目した図４Ａの一部の拡大図である。なお、本実施形態においては、物性評価装置１００及び物性評価装置１００を用いた評価方法の態様及び効果を、電磁鋼板の試料（以下、単に「電磁鋼板」という）９０を用いて説明する。

本実施形態の電磁鋼板の物性評価装置１００は、電磁鋼板９０に音波を照射する音波発生源としての音波発生部２０（２０ａ）と、電磁鋼板９０に対して、ゼロより大きく電磁鋼板９０が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部７０と、前述の磁場において、その音波によって電磁鋼板９０から発生する電磁波を受信する受信部（例えば、アンテナ又はコイル）４０と、を備える。

また、本実施形態の音波発生部２０（２０ａ）は集束型である音波発生器を採用することができる。加えて、電磁鋼板９０に照射する音波のスポット径を異ならせるために、本実施形態の物性評価装置１００は、音波発生部２０（２０ａ）を、電磁鋼板９０との距離を変動させる機構によって移動（代表的には、上下移動）させることができる。その結果、電磁鋼板９０に照射する音波のスポット径は、サブミリオーダ、又はミリオーダの範囲において異ならせることが可能となる。図４Ｂに示すように、より上方の位置にある音波発生部２０によれば、スポット径がＲａ（代表的には、０．７ｍｍ以上１ｍｍ未満）であり、より下方の位置にある音波発生部２０ａによれば、スポット径がＲｂ（代表的には、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下）になる。なお、具体例を挙げれば、１０ＭＨｚの周波数を採用すれば、電磁鋼板９０上において直径が約１ｍｍの音波照射領域を形成することが可能である。

また、物性評価装置１００は、後述する図５に示すように、該スポット径を異ならせることによって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布を測定する測定部５０と、磁場強度に対応する電磁波（測定対象信号）に基づいて観察像を出力する画像処理部５２を備える。

ところで、音波を効率よく伝搬させるために、音波発生部２０（２０ａ）と電磁鋼板９０との間に音波の伝搬媒体を介在させることは好適な一態様である。例えば、本実施形態においては、図４Ｃに示すように、物性評価装置１００は、音波発生部２０（２０ａ）と被測定対象である電磁鋼板９０との間に、音波を電磁鋼板９０に伝搬させるための伝搬媒体３０として、ゲル材３１（例えば、ソニコート（商品名）又はパッド状ゲル）と、平板状の樹脂材３２（例えば、ポリスチレン、エポキシ樹脂、合成ゴム、又は天然ゴム）とを介在させている。なお、受信する電磁波（測定対象信号）の強度の変化はあるが、伝搬媒体３０は、ゲル材３１のみ、樹脂材３２のみ、又はその他の材質（水、空気）のみ、あるいはそれらの２種類〜４種類の組み合わせであっても、本実施形態の少なくとも一部の効果が奏され得る。また、樹脂材３２は、平板状の樹脂材に限定されない。例えば、公知の液体樹脂も、樹脂材３２に代用され得る。

また、物性評価装置１００は、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を相対的に移動（最も代表的には平行移動，図４Ａにおける（ｑ）の方向）させる移動機構８０を備えている。

なお、本実施形態においては、少なくとも電磁鋼板９０の物性を評価している間の音波発生部２０（２０ａ）、すなわち音波発生時の音波発生部２０（２０ａ）と、受信部４０との相対位置が一定に保たれていることが好ましい。また、本実施形態の他の１つの変形例として、相対位置が一定に保たれている音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０が、電磁鋼板９０に対して相対的に移動（最も代表的には平行移動，図４Ａにおける（ｐ）の方向）する移動機構８０も採用することができる。

また、本実施形態においては、磁場印加部７０も、少なくとも電磁鋼板９０の物性を評価している間は、音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０と、相対的な位置関係を保つように移動（最も代表的には平行移動，図４Ａにおける（ｐ）の方向）し得る。但し、磁場印加部７０が印加する磁場が十分に広範囲であれば、磁場印加部７０が必ずしも移動する必要はない。

また、本実施形態においては受信部４０が１つだけであるが、受信部４０が２個以上設けられることも採用し得る他の一態様である。加えて、本実施形態においては、受信部４０は、水平面に対して約５°〜約１５°に傾けて配置されている。従って、受信部４０が受ける評価ないし測定対象の信号（例えば、電磁鋼板９０からの電磁波信号を含む）が、前述の角度によって影響を受ける可能性があるが、この角度の範囲は、測定対象の信号強度又は外乱（ノイズ）等の事情によって適宜変更され得る。但し、できる限り３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）に沿った測定対象信号を受信することを実現する観点から言えば、水平面又は垂直面に対して、約５°〜約１５°に傾けて配置されてあることが好ましい。

本実施形態においては、評価対象となる移動式の台６０上の電磁鋼板９０は、台６０の下方に配置された磁場印加部（磁化器）７０によって磁化され得る。また、電磁鋼板９０を挟んで磁場印加部７０と反対側の電磁鋼板９０面の上方であって、かつ磁場印加部７０の磁極中心線に沿って、音波発生源である音波発生部２０（２０ａ）が配置される。

ところで、音波発生部２０（２０ａ）から発生するノイズとしての電磁波が受信部４０へ伝搬することを確度高く防ぐために、音波発生部２０（２０ａ）を収容するとともに下方（電磁鋼板９０側）に開口した、一部が金属製の収容部（図示しない）を設けることは好適な一態様である。例えば、電磁鋼板９０の上面から音波発生部２０（２０ａ）までの距離が２０ｍｍである場合、電磁鋼板９０の上面近くから約１０ｍｍまでの高さに至るまで下方が開放されたアクリル製の筐体とし、そのアクリル製の筐体よりも上方には、金属製の筐体が採用されることは、好適な一態様である。なお、金属部分は、そのノイズの遮蔽効果を得るために接地されることが好ましい。

なお、仮に伝搬媒体３０が水のような液体であった場合は、受信部４０は、伝搬媒体３０との接触を確度高く避けるために、カバー（図示しない）内に収容されることが好ましい。カバーの材質は、電磁鋼板９０から発生した電磁波を、受信部４０に到達するまでに減衰させないようにする観点、又は該電磁波の減衰を抑制する観点から、非金属かつ非磁性であることが好ましい。また、防水性又は防液性を有し、かつ電波を透過する材質が、カバーの材質として好ましい。カバーの好適な材質の具体的な例は、樹脂又はセラミックである。但し、カバーが設けられていない場合であっても、例えば伝搬媒体３０の流速を抑えることによって、伝搬媒体３０と受信部４０との接触を避けることができるように配慮することができる。

上述のように、本実施形態の物性評価装置１００は音波を用いるため、音波を効率的に電磁鋼板９０に伝える工夫と、評価対象（電磁鋼板９０）から発生した電磁波が減衰しないような工夫を施すことは、本実施形態の効果を確度高く奏させる観点から好ましい。

また、本実施形態の物性評価装置１００は、移動機構８０と、移動機構８０の移動速度及び移動位置の制御、音波発生部２０（２０ａ）と電磁鋼板９０との距離の制御を含む各種の制御を行う制御部１８０を備えている。

本実施形態の移動機構８０は、好適には、例えば、磁場印加部７０、測定時の音波発生部２０（２０ａ）、及び受信部４０の相対関係を維持しつつ、それらを移動させ得る移動機構、及び／又は台６０を移動させ得る移動機構である。測定時以外の時間帯においては、音波発生部２０（２０ａ）と電磁鋼板９０との距離は変動し得る。また、移動機構８０として、公知の機構（例えば、ベルトコンベア又は公知の移動ロボットを活用した移動機構）を採用することができる。

また、磁場印加部７０の磁場強度の上限は、電磁鋼板９０が磁気的飽和となる磁場強度未満であることが好ましい。特に、本実施形態の物性評価装置１００においては、磁気的飽和となる磁場強度の４分の３以下、さらに言えば、半分以下であっても、本実施形態の効果が奏される点は特筆に値する。

より好適には、本実施形態の物性評価装置１００は、磁場印加部７０から印加される磁場強度を変化させる制御部１８０をさらに備えることができる。磁場印加部７０から印加される磁場強度を制御することにより、より確度高く、結晶粒径の範囲を把握又は推定することが可能となる。なお、制御性の観点から言えば、磁場強度の変動を実現する磁場印加部７０の好適な例は、電磁石である。電磁石によれば、電流値を変化させることにより磁場の強さを容易かつ低コストに変化させることができる。

次に、物性評価装置１００における音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０に関する各構成間の電気配線について説明する。図５は、物性評価装置における音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０に関する各構成間の配線、並びに測定部５０及び画像処理部５２を含む配線図（一部回路図）である。

図５に示すように、音波信号処理装置２１は、音波発生部２０（２０ａ）に向けての信号の送出と、音波発生部２０（２０ａ）が受信した音波信号の信号受信、及びその増幅、並びに検波を含む各種の処理を行う。また、音波信号処理装置２１から測定部５０内の記録装置ＳＴに対してトリガ信号（代表的には、Ａ／Ｄ変換装置を開始させる信号）を送信する。なお、音波の受信信号は、音波が電磁鋼板９０に対して正常に照射されているか否か、及び電磁鋼板９０が微少歪を生じているか否かの確認に用いられ得る。なお、記録装置ＳＴが測定部５０内に収容されずに測定部５０とは別個の構成として配置される場合も採用し得る一態様である。

また、受信部４０が受けた信号は、音波信号周波数（例えば、超音波である１０ＭＨｚ）に対して感度が良くなるように、コンデンサ（図５のＣ１，Ｃ２）等を適宜介在させた状態で増幅器４１（例えば、４０ｄＢ低ノイズ増幅器）に入力される。増幅器４１の出力信号は、バンドパスフィルタ４２によって前述の音波周波数を含む該周波数近傍が選別されることになる。バンドパスフィルタ４２の出力信号は、増幅器４３（例えば、４６ｄＢ低ノイズ増幅器：ＮＦ回路設計ブロック社製、型式ＳＡ−２３０Ｆ５）によって増幅された後、測定部５０及び記録装置ＳＴ（例えば、Ａ／Ｄ変換機能又はソフトウェアを備えるコンピュータ）に送られる。本実施形態においては、記録装置ＳＴにおいてデジタルデータとして記録され得る。

より好適な一態様として、記録装置ＳＴに向けて送られる入力信号の一部が並列に分岐される、又は一旦記録装置ＳＴ内に記録された情報を取り出すことにより、各スポット径（又はある１つのスポット径）に対応する電磁波（測定対象信号）に基づいた観察像を出力する画像処理部５２が採用される。例えば、画像処理部５２は、前述の各スポット径（又はある１つのスポット径）に対応する電磁波（測定対象信号）の信号と、音波発生部２０（２０ａ）に対して相対的に移動する電磁鋼板９０の位置に関する信号（代表的には、走査信号）とを対応させた観察像を、公知のディスプレー等に出力し、該ディスプレー等に表示させることができる。なお、画像処理部５２の代わりに、記録装置ＳＴに向けて送られる入力信号の一部が並列に分岐される、又は一旦記録装置ＳＴ内に記録された情報を、公知のオシロスコープを用いて観察する、又は公知のデータロガーによって記録することもできる。

上述のとおり、受信部４０によって受信される、磁場強度に対応する電磁波に基づいて観察像を出力する画像処理部５２を備えることによって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布を、視覚的に認識することを実現することが可能となる。

なお、受信部４０によって受信された信号を測定部５０又は記録装置ＳＴに提供する提供手段として、公知の有線の又は公知の無線の通信手段（ローカルエリアネットワーク又はインターネット回線に代表される公知の技術を含む）を採用することができる。加えて、本実施形態における上述の信号の測定部５０又は記録装置ＳＴの記録手段は、ハードディスクドライブ又は光ディスクドライブ等に挿入される光ディスク等の公知の記録媒体に限定されない。例えば、公知の無線の通信手段を利用することにより、測定部５０又は記録装置ＳＴが配置される場所とは異なる、例えば遠隔地の公知の記録媒体を活用することも、採用し得る一態様である。同様に、電磁鋼板９０の物性の測定結果に基づく評価を、測定部５０又は記録装置ＳＴが配置される場所とは異なる、例えば遠隔地の公知のコンピュータが行うことも、採用し得る他の一態様である。

なお、図４Ａに示す制御部１８０が、図５に示す音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０の上述の各動作（音波の周波数及び受信部の感度を含む）を制御することも、採用し得る本実施形態の一態様である。

また、他の好適な一態様として、物性評価作業者が予め設定した閾値を、受信された電磁波強度が越えた場合に、即時に、スピーカーによる警告音の発生又はディスプレーによる警告画面の表示をすることができる。これらの警告は、評価対象となっている電磁鋼板９０が異常な状態である可能性を、例えば電磁鋼板の物性評価作業者に知らせることができるため極めて有益である。その他にも、例えば、物性評価作業者が予め設定した閾値を、受信された電磁波強度が越えた場合に、電磁鋼板９０の表面上に、何らかのマーキング（例えば、塗料の塗布等）を施す機構を備えることも、好適な一態様である。

（本実施形態における評価結果の例）
上述の物性評価装置１００を採用すれば、ある与えられた磁場において、電磁鋼板９０に対して複数のスポット径を与える音波を照射することによって、電磁鋼板９０の各種特性を評価するための、該スポット径に対応した各々の信号（電磁波信号）を得ることができる。

［１．観測された信号の一例の分析］
図６は、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法によって観測された信号の例である。図６（ａ）は、音波発生源である音波発生部２０（２０ａ）から照射された音波信号を示す。また、図６（ｂ）は、受信部４０が受けた信号（測定対象となる、電磁鋼板９０からの電磁波信号を含む）を示す。加えて、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の一部の拡大図である。

図６（ａ）に示すように、照射された音波信号は、その照射されたタイミングと、電磁鋼板９０によって反射された音波を受けたタイミングとの２箇所に、大きな信号が記録される。また、後者の信号は、音波発生源と電磁鋼板９０との間の距離の２倍の距離に音波が届く時間（すなわち、照射された音波の電磁鋼板９０までの往復移動時間）に相当するタイミングに観察されている。一方、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、前述の音波の往復時間に対して約半分となる時刻に測定対象信号が観察されるのは、この測定対象信号が電磁鋼板９０から発生する電磁波であるためである。従って、測定対象信号は電磁波（すなわち光）の速度で電磁鋼板９０から受信部４０にまで送られるため、実質的に、音波発生源からの音波が電磁鋼板９０に到達した時刻に測定対象信号が観測されることになる。

本実施形態においては、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、音波発生部２０（２０ａ）から電磁鋼板９０までの距離を音波が伝搬する時間よりも、音波発生部２０（２０ａ）から発生するノイズが音波発生部２０（２０ａ）から受信部４０までの距離を伝搬する時間（音波発生直後から約１０μ秒間）が短くなっている。そのため、微小な信号といえる測定対象信号（電磁鋼板９０からの電磁波信号）がノイズに対して時間的に分離されているため、より確度高く、該測定対象信号の取得が可能となる。特に、本実施形態においては、音波発生部２０（２０ａ）から電磁鋼板９０までの距離を音波が伝搬する時間よりも、音波発生部２０（２０ａ）から発生するノイズが音波発生部２０（２０ａ）から受信部４０までの距離を伝搬する時間を確度高く短くさせるために、音波発生部２０（２０ａ）からパルス状の音波を照射している。より具体的には、本実施形態において採用された、１つのパルス状音波の好適な照射時間の例は、０．１μ秒〜０．５μ秒である。

ここで、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を相対的に移動させる好適な例は、微小な信号といえる測定対象信号が上述のノイズに対して時間的に分離されるように、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を相対的に移動させることである。さらに好適には、該測定対象信号が上述のノイズに対して時間的に分離されるように、音波発生部２０（２０ａ）（より具体的には、音波発生源）と電磁鋼板９０（より具体的には、測定対象領域であり、最表面に限定されない）との距離を略一定に保ちつつ、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を相対的に移動させることである。なお、最も代表的には、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を、相対的に平行移動させる態様が採用される。

なお、音波発生部２０（２０ａ）に対して電磁鋼板９０を相対的に移動させるか否かを問わず、音波発生部２０（２０ａ）と電磁鋼板９０との非接触の状態で電磁鋼板９０の物性評価ができる本実施形態の物性評価装置１００は、電磁鋼板に実質的に接触させた状態で着磁状態を観察する公知のマグネットビューワ（「マグネットシート」とも呼ばれる）に対して、測定の操作性及び迅速性、及び／又は電磁鋼板の防汚性等に優れていることは明らかである。前述の各観点から言えば、音波発生部２０（２０ａ）と電磁鋼板９０との距離が１ｍｍ超であることが好適な物性評価装置１００の一態様である。

また、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法の主たる特徴の一つは、その音波の照射領域、換言すれば、電磁鋼板９０における評価可能領域の小ささにある。

例えば、集束型の音波発生器を音波発生部２０（２０ａ）として採用する場合、サブミリオーダの電磁鋼板の特性分布を測定及び評価することが可能となる。他方、本実施形態においては、ミリオーダの電磁鋼板の特性分布を測定及び評価することもできる。

本実施形態においては、図４Ａに示すように、音波発生部２０（２０ａ）（より正確には、音波発生源）と電磁鋼板９０との距離を変動させる機構が設けられている。その結果、既に述べたとおり、電磁鋼板９０に照射する音波のスポット径は、サブミリオーダ、又はミリオーダの範囲において異ならせることが可能となる。この音波のスポット径の範囲は、被測定対象である電磁鋼板９０の特殊性（結晶粒径、結晶粒界、及び／又は磁区幅など）に基づいて電磁鋼板以外の一般的な鋼板とは異なるように定められる。

本発明者は、上述の特徴的な数値範囲のスポット径の変動を与えることにより、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）からの該各々のスポット径に対応した電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布に、興味深い差異が生じることを確認した。

なお、磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加した場合であっても、ヒステリシス及び／または透磁率を測定及び評価することが可能であることも、他の公知の測定手段又は測定方法に対して有利である。

ところで、他の公知の測定手段又は測定方法においては、磁化レベルが小さい場合、電磁鋼板９０内に磁束がほぼ閉じ込められてしまうため、信号を電磁鋼板９０の外部に発信させるためには電磁鋼板９０全体にコイルを巻くなどの工夫が必要である。しかしながら、上述のとおり、本実施形態の物性評価装置１００においては、非破壊かつ非接触の測定及び評価が可能であるとともに、磁気的飽和となる磁場強度の４分の３以下、さらに言えば、半分以下であっても、本実施形態の効果が奏される。

さらに、本実施形態の物性評価装置１００の好適な変形例の１つとして、照射された音波による電磁鋼板９０の歪が３次元であることを考慮すれば、電磁鋼板９０から発信される電磁波の偏波方向に合わせた位置に受信部４０を配置する構成を採用することができる。前述の構成により、磁気特性の異方性を評価することも可能となる。

［２．前述の１．の測定対象信号の一例を活用した二次元マップの例］
図７は、Ｘ線を用いて、皮膜が形成されていない電磁鋼板９０の結晶方位を分析した結果の二次元マップ（参照データ）の例と、本実施形態の物性評価装置１００によって、表面上に皮膜が形成されていない電磁鋼板９０から得られた測定対象信号の強度に基づく二次元マップの例とを比較する図である。また、図８は、Ｘ線を用いて、皮膜が形成されている電磁鋼板９０の結晶方位を分析した結果の二次元マップ（参照データ）の例と、本実施形態の物性評価装置１００によって、表面上に皮膜が形成されている電磁鋼板９０から得られた測定対象信号の強度に基づく二次元マップの例とを比較する図である。

なお、図７及び図８に示す二次元マップは、いずれも、電磁鋼板９０の表面における、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍからなる正方形の領域の電磁波（測定対象信号）の強度分布（空間分布を含む）を、スポット径を約１ｍｍとし、かつ１ｍｍピッチとしたときの測定データに基づいて示している。また、本実施形態においては、被測定対象である電磁波の強度を所定の時間積算した値を採用する。さらに、図８において測定された電磁鋼板９０上の皮膜は、約２μｍ厚の上述の皮膜である。一方、結晶方位に関する参照データを取得した装置は、株式会社リガク製、ラウエ法自動単結晶方位測定装置（型式：ＲＡＳＣＯ−Ｌ）である。

上述に加え、図７及び図８は、電磁鋼板９０が皮膜を備えていない場合と、該皮膜を備えている場合とを比較した結果を説明するための図面でもある。なお、図７及び図８に示す皮膜の有無によって、電磁鋼板９０の粒径は実質的に変動しないものと考えられる。そのため、後述するように、図７及び図８によって示される結果の違いは、より際立って観察される物性が異なっている可能性を示唆するものである。

図７及び図８に示すように、本実施形態の評価結果と電磁鋼板９０の結晶方位又は結晶粒径とは、かなり高い相関性を有していることが明らかとなった。

ここで、「鉄損」は、電磁鋼板９０の結晶方位の分布及びヒステリシス損と相関があると言われている（例えば、掲載誌「金属」，Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．３，ｐｐ７５−７７「鉄鋼材料 電磁鋼板」，江見俊彦 著）。また、β角分布と結晶粒径分布との相関性が高いという知見も得られている。なお、本願において「β角」とは、結晶の＜１００＞軸における、平板状の鋼板の板面からの仰角を意味する。従って、本実施形態の評価結果と電磁鋼板９０の結晶方位又は結晶粒径との相関性の高さを踏まえれば、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法によって、β角分布、ひいては「鉄損」を評価することが可能であることが示されたことは大変興味深い。

次に、図７及び図８における、本実施形態の測定対象信号の強度に基づく二次元マップの例（グレースケールの濃淡の状況）を比較することにより、本発明者らは、次の知見を得た。
（１）皮膜を形成することによって、電磁鋼板９０の結晶粒径は実質的に変動しないが、磁区の大きさが変わる（小さくなる）と考えられる。
（２）皮膜が形成されていない場合は、磁区が比較的大きく、磁区と結晶粒領域とがほぼ同じ領域となると考えられる。また、スポット径よりも磁区が大きい。そのため、結晶粒界とβ角とのコントラストが磁区の分布として観察され得る。
（３）皮膜が形成されている場合は、磁区が比較的小さいと考えられる。また、スポット径よりも磁区が小さい。そのため、磁区が平均化されることによって、磁区の境界（「磁壁」を含む。）が観察され難くなるとともに、結晶粒界も観察され難くなる。ただし、結晶粒界の一部においてβ角の大きい領域又は歪磁効果が生じやすい領域は、より際立って観察され得ることを図８は示している。

ここで、β角の大きい領域又は歪磁効果が生じやすい領域においては、皮膜の有無に関わらず、受信される電磁波（信号）の強度が高いことを確認し得る。なお、β角が大きくない領域又は歪磁効果が生じにくい領域においては、上述のとおり、皮膜の有無によって電磁鋼板９０の磁区の大きさが変わると考えられるため、受信される電磁波（信号）の強度は変動し得る。なお、本発明者らは現時点において、粒界の存在、磁区の境界の存在、及びβ角の群から選択される１種以上が、歪磁効果が生じやすい要因であると考える。

また、皮膜が形成されていない場合は、ある特定のスポット径においては、電磁鋼板９０の結晶粒内の磁区が比較的大きくなるため、結晶粒の領域が見え易い電磁波（信号）が得られる。一方、皮膜が形成されている場合は、前述のスポット径においては、電磁鋼板９０の結晶粒内の磁区が比較的小さくなるため、β角の大きい領域（つまり、結晶粒界）又は歪磁効果が生じやすい領域が目立ちやすくなる電磁波（信号）が得られることになる。

従って、物性評価装置１００における同じ測定条件においても、電磁鋼板９０の状態の違い（例えば、皮膜の有無）によって、観察される対象が異なることが明らかとなった。換言すれば、たとえ電磁鋼板９０上に皮膜が形成され、電磁鋼板９０の表面を直接目視することができない状況であっても、本実施形態の物性評価装置１００により、電磁鋼板９０の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）に基づく空間分布に関する情報を取得し得ることが確認された。

また、結晶粒界内においては磁壁が形成されている可能性があるため、上述のとおり、図７及び／又は図８は，その磁壁に基づく電磁波（測定対象信号）が受信された結果が反映されていることも考えられる。従って、物性評価装置１００は、電磁鋼板９０の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界とともに、又はそれらの代わりに、該結晶粒内が１つ又は複数有している磁壁の情報を取得する可能性を示唆されており、換言すれば、該結晶粒内での平均的な磁区幅の情報を取得する可能性を示唆している。

上述のとおり、本実施形態の物性評価装置１００によれば、表面上に皮膜の有無によらず、電磁鋼板９０の結晶領域の情報のみならず、結晶粒界の情報、及び／又は磁壁（又は、磁区幅）の情報を取得することが可能となることが明らかとなった。その結果、多面的な視点から、電磁鋼板９０の結晶の状態を測定することが可能となったことは特筆に値する。

［３．電磁鋼板の結晶方位と、本実施形態の評価結果との相関性］
本発明者らは、さらに、評価対象である電磁鋼板９０の結晶方位と、上述の２．において得られた本実施形態の評価結果との相関性について調べた。

なお、参照データを取得するために用いられたＸ線による評価装置及び評価方法には、（１）該装置自身が大きい、（２）測定するための試料を電磁鋼板から切り出し、管理された該装置内に配置する必要がある、及び（３）Ｘ線を用いるために電磁鋼板の極めて表面のみしか測定することができない、という問題点がある。しかしながら、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法によれば、上述の（１）〜（３）の問題を解消し得る。特に、わざわざ測定するための試料を電磁鋼板から切り出す必要がない点は、特筆に値する。加えて、電磁鋼板９０の特性は、ごく表面のみならず、磁束が生じ得る厚み方向の情報を取得しなければ確度の高い評価ができないため、Ｘ線による評価に比べてより深部の情報を取得し得る、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法は非常に有利である。

［４．印加する磁場の強度変化と測定対象信号の強度変化との相関性］
本発明者らは、磁場印加部７０によって印加する磁化の強さを変化させたときに、電磁鋼板９０から得られる測定対象信号の強度が変化するか否かについて調べた。その結果、さらに興味深い知見が得られた。

具体的には、磁場印加部７０の一例である電磁石によって印加する磁場の強さ（電流値）を変化させたとき、電磁鋼板９０からの測定対象信号が、電流値が０Ａ超０．２０Ａ以下、より特定すれば、０．０２Ａ超０．１５Ａ以下、さらに特定すれば、０．０２Ａ超０．１４Ａ以下という、非常に小さい電流値にもかかわらず、測定対象信号の大きな変化が確認された。この調査により、測定対象信号である電磁波の強度は、電磁鋼板９０のＢ−Ｈ曲線の変化に対応することが明らかとなった。なお、本実施形態における電磁鋼板９０を磁気的飽和にするための磁場強度、すなわち電流値は、０．２８Ａ以上であるといえる。従って、上述のとおり、本実施形態の物性評価装置及び物性評価方法を用いれば、いわゆる弱磁場（磁気的飽和となる磁場強度の半分以下又は半分未満）の印加であっても、電磁鋼板の特性を評価することが可能であることが確認された。

次に、本発明者らは、ある特定のスポット径（この例においては約１ｍｍ（φ約１ｍｍ））の音波を電磁鋼板９０に対して照射した場合に、電磁鋼板９０の結晶粒径が主として約１０μｍ〜約５０μｍの領域と、該結晶粒径が主として約１００μｍ〜約２００μｍの領域とで、電磁波（測定対象信号）の強度分布（空間分布を含む）が異なるかどうかを調査した。

図９Ａ及び図９Ｂは、磁場印加部７０によって印加する磁場の強さ（電流値）を変化させたときの、図８の本実施形態における測定対象信号の強度に基づく二次元マップに相当する二次元マップの例、及び磁場強度と受信された電磁波との相関性を示す図である。なお、電磁鋼板９０の皮膜は一般的な保護膜であるため、図８のそれとは異なる。また、図９Ａ及び図９Ｂにおける各（ａ）に示す図は、ピッチが０．５ｍｍであること、及び後述する測定領域を除いて、図８と同じ測定条件に基づく図８に相当する二次元マップの例である。さらに、図９Ａ及び図９Ｂにおける各（ｂ）に示す図のうち、「磁場強度Ａ」の強度は１Ａであり、「磁場強度Ｂ」の強度は２Ａである。また、「相関値」は、図９Ａ及び図９Ｂの（ａ）と（ｂ）における各計測点での測定結果（受信された電磁波信号）の相互相関に基づいて算出されている。

加えて、後述するように、図９Ａ及び図９Ｂを示すことより、ある特定のスポット径の条件下において電磁鋼板９０の結晶粒径が異なる場合の、測定対象信号の強度の変化を説明することも可能となる。

図９Ａは、電磁鋼板９０の結晶粒径が主として約１０μｍ〜約５０μｍの領域の評価結果を示し、図９Ｂは、該結晶粒径が主として約１００μｍ〜約２００μｍの領域の評価結果を示している。また、図９Ａ及び図９Ｂに示す二次元マップの例、及び相関性を示す図は、いずれも、電磁鋼板９０の表面における、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍからなる正方形の領域の電磁波（測定対象信号）の強度分布を示している。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、結晶粒径が主として約１０μｍ〜約５０μｍの領域においてはその相関値が低かったが、結晶粒径が主として約１００μｍ〜約２００μｍの領域においてはその相関値がかなり高いことが明らかとなった。

本発明者らは、図９Ａ及び図９Ｂによって得られた結果を次のとおり分析する。
（１）図９Ａ（結晶粒径が比較的小さい場合）においては、磁区の大きさ又は結晶粒径の大きさがスポット径よりも小さいために、磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）のみならず、結晶粒界も観察され難くなる。その結果、相関値が低くなる。
（２）図９Ｂ（結晶粒径が比較的大きい場合）においては、磁区の大きさがスポット径よりも小さいが、結晶粒径の大きさはスポット径よりも大きいため、磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）は観察され難いが、結晶粒界は観察され易くなる。その結果、相関値が高くなる。

従って、スポット径が特定された場合には、その音波の照射によって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界の相違、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）の相違を、検出される電磁波（測定対象信号）の強度、及び／又はその強度に基づく空間分布によって識別可能であることが示された。

上述のとおり、磁場印加部７０から印加される磁場強度を変化させる制御部１８０を備えることは、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界の識別可能性をより高めることが分かる。

ところで、上述の図８Ａ等の各評価結果は、ある特定のスポット径の音波を電磁鋼板９０に対して照射した場合の結果を示すものである。しかしながら、ある特定の数値範囲の結晶粒径を有する領域に対して照射する音波のスポット径を異ならせることによっても、上述の各物性の情報を取得し得る。具体的には、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界からの該各々のスポット径に対応した各々の電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布に関する情報、あるいは、それらとともに、又はそれらの代わりに、該結晶粒界が１つ又は複数有している磁壁の情報を取得することができる。

上述の各調査、各評価の結果を踏まえれば、本実施形態の物性評価装置１００及び物性評価方法を採用すれば、二次元の、厚み方向の一部を含めれば三次元の空間分布を含む、電磁鋼板９０の物性評価を、非破壊、非接触、かつ高空間分解能に実現することができる。

＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態においては、音波発生部２０のみが移動する移動機構によって、被測定対象である電磁鋼板９０と音波発生部２０との相対距離を変動させているが、第１の実施形態はそのような態様に限定されない。

例えば、電磁鋼板９０を載置する台６０のみが、例えば上下方向に移動する移動機構によって、被測定対象である電磁鋼板９０と音波発生部２０との相対距離を変動させる態様も、採用し得る変形例の一つである。また、音波発生部２０と台６０との両方が、例えば上下方向に移動する移動機構によって、被測定対象である電磁鋼板９０と音波発生部２０との相対距離を変動させる態様も別の変形例として採用し得る。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態及びその変形例においては、音波発生部２０が１つの音波発生器を有し、その音波発生器と被測定対象である電磁鋼板９０との相対距離を変動させることによって、電磁鋼板９０に対して複数のスポット径を与える構成が開示されている。しかしながら、本実施形態の物性評価装置２００は、音波発生部２０が、２つ又はそれ以上の数の音波発生器を有し、各々の該音波発生器によって、互いに異なる各々のスポット径（例えば、０．５ｍｍと、１ｍｍ）を与える構成を有している。なお、具体例を挙げれば、２０ＭＨｚの周波数を採用すれば、電磁鋼板９０上において直径が約０．５ｍｍの音波照射領域を形成することが可能である。

図１０は、本実施形態の電磁鋼板の物性評価装置２００の構成を示す概要側面図である。なお、一部の構成に対する配線及び周辺部品は、図を見易くするために省略されている。

図１０に示すように、物性評価装置２００は、２つ又はそれ以上の数の音波発生器を有する音波発生部２０と、各音波発生器に対応した受信部４０及び磁場印加部７０を備えている。また、それぞれの音波発生器から照射される音波が電磁鋼板９０に到達したときのスポット径は、互いに異なるように設定されている。なお、上述の各構成を除く構成は、第１の実施形態の物性評価装置１００と同様であるため、重複する説明は省略され得る。

本実施形態においては、音波発生部２０から電磁鋼板９０に照射する音波のスポット径を異ならせるために、各音波発生器が、サブミリオーダ、又はミリオーダの範囲においてそれぞれ異なったスポット径を与えるように設定されている。

その結果、物性評価装置２００は、該スポット径を異ならせることによって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界からの該各々のスポット径に対応した電磁波（測定対象信号）及び／又は該電磁波に基づく空間分布の測定を実現することが可能となる。該測定は、例えば、第１の実施形態と同様に、測定部５０によって行われる。また、物性評価装置２００が、磁場強度に対応する電磁波（測定対象信号）に基づいて観察像を出力する第１の実施形態の画像処理部５２を備えることも採用し得る一態様である。

従って、上述の構成が採用されると、各スポット径を与える音波の照射によって、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（結晶粒）及び／又は結晶粒界の相違を、検出される電磁波（測定対象信号）の強度、及び／又はその強度に基づく空間分布によって識別することが可能となる。また、磁場印加部７０から印加される磁場強度を変化させる制御部１８０を備えることは、電磁鋼板９０が有する様々な径の結晶（又は結晶粒）及び／又は結晶粒界の識別可能性、あるいは磁区の境界（磁壁及び磁区幅を含む。）の識別可能性をより高めるため、本実施形態においても好適な一態様である。

＜その他の実施形態（１）＞
上述の各実施形態において、１つの音波発生器（音波発生部２０）に対して受信部４０を複数配置することによって、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の成分に分解した電磁鋼板９０からの電磁波信号を取得することができる。図１１（ａ）は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の成分に分解した電磁波（測定対象信号）を取得するように配置された３つの受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃを備える物性評価装置の構成の一部を抜粋した側面図（一部の断面図を含む）である。また、図１１（ｂ）は、該物性評価装置の構成の一部を抜粋した別の側面図（一部の断面図を含む）である。また、図１１（ｃ）は、該物性評価装置の構成の一部を抜粋した平面図である。なお、破線によって囲まれたＵ１で示される領域は、後述する、その他の実施形態（４）又は（６）における１つの単位評価領域測定部（Ｕ１）を便宜的に示している。

なお、受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃがコイルである場合、コイルの中心軸が、出来るだけ分解したい成分の向き、すなわちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の向きに平行になるように配置されることが好ましい。

図１１に示す実施形態においては、図１１に示す構成以外の構成について、第１の実施形態と同様の構成を採用することにより、より精密な又は信頼性の高い電磁鋼板の評価を行うことが可能となる。

＜その他の実施形態（２）＞
また、上述の各実施形態においては、磁場印加部７０が移動式の台６０の下方に設けられているが、磁場印加部７０の位置はそのような位置に限定されない。例えば、磁場印加部７０を、音波発生部２０（２０ａ）、伝搬媒体３０、及び受信部４０と同様に、移動式の台６０の上方に配置されることも、採用し得る他の一態様である。この態様の一例においては、磁場印加部７０が、音波発生部２０（２０ａ）、伝搬媒体３０、及び受信部４０を覆うように配置される。

＜その他の実施形態（３）＞
また、上述の各実施形態においては、磁場印加部７０として電磁石が採用されているが、磁場印加部７０は電磁石に限定されない。例えば、磁場印加部７０が永久磁石であることは、採用し得る他の一態様である。

＜その他の実施形態（４）＞
また、上述の各実施形態において、移動機構（第１及び第２の実施形態においては移動機構８０）を備えずに、電磁鋼板９０における複数の箇所又は領域の物性評価を行うことによって電磁鋼板を効率的に評価することも、採用し得る他の一態様である。

図１２は、第１の実施形態の移動機構に対して上下方向を含む方向のみの移動機構しか有していない物性評価装置の一例である物性評価装置３００の、図１１（ｃ）に相当する平面図である。図１２においては、図１１において示すＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の成分に分解した電磁鋼板９０からの電磁波（測定対象信号）を取得するための受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ及び第１の実施形態の音波発生部２０（２０ａ）を１つの単位評価領域測定部（Ｕ１）として、その単位評価領域測定部（Ｕ１）を複数箇所設けた例が示されている。また、図１２に示される例においては、一列に並べられた単位評価領域測定部（Ｕ１）が示されている。加えて、図面を見やすくするために、配線及び周辺部品は省略されている。

上述の構成を採用することにより、上下方向を除いて音波発生部２０（２０ａ）と受信部４０との相対位置が移動しない状態、及び／又は磁場印加部７０が音波発生部２０（２０ａ）及び受信部４０との関係で相対位置が変動しない状態であっても、電磁鋼板９０における複数の箇所又は領域の評価を一時に、又は逐次に行うことによって、電磁鋼板９０の物性を効率的に評価することができる。なお、前述のとおり、一時に測定するか、あるいは逐次に測定するかは、電磁鋼板の物性を評価する条件又は状況によって適宜選定される。

従って、この実施形態の物性評価方法においては、少なくとも、以下の（Ｐ１）と（Ｐ２）に示す印加工程と受信工程とが行われる。
（Ｐ１）電磁鋼板９０に対して、ゼロより大きく電磁鋼板９０が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する印加工程
（Ｐ２）音波発生源の一例である音波発生部２０（２０ａ）から、可変のスポット径を与える音波を電磁鋼板９０に照射することによって、前述の磁場において電磁鋼板９０から発生する電磁波を受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって受信する受信工程

また、図１２に示される例において、仮に電磁鋼板９０の平面全体を評価するために、電磁鋼板９０に対して相対的に移動する移動機構を設ける場合であっても、電磁鋼板９０の平面における縦方向と横方向の両方に移動し得る移動機構を設けることを要しない。つまり、比較的簡易な移動機構（代表的には、縦方向と横方向のいずれか一方向のみの相対的移動を可能にする移動機構）を採用するだけで電磁鋼板９０の平面全体を効率的に評価し得るという利点がある。従って、単位評価領域測定部（Ｕ１）に代表される単位評価領域測定部が複数設けられることが、移動機構の有無を定めることにはならないことは当業者であれば理解できる。

また、図示されていない磁場印加部７０については、図１２において示されているそれぞれの単位評価領域測定部（Ｕ１）に対応した数の磁場印加部７０が設けられる場合や、全ての単位評価領域測定部（Ｕ１）に対応する１つ又は複数の磁場印加部７０が設けられる場合がある。従って、磁場印加部７０の数は適宜選択され得る。

加えて、この実施形態においては、図１１に示された３つの受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃを備える物性評価装置の構成を採用しているが、この実施形態はそのような構成に限定されない。例えば、図１１に示された物性評価装置の構成の代わりに、第１の実施形態の物性評価装置１００のように１つだけの受信部４０を採用すること、又は物性評価装置１００に示される他の各構成を採用することも、好適な他の一態様である。

＜その他の実施形態（５）＞
さらに、その他の実施形態（４）の変形例として、上述の（Ｐ１）と（Ｐ２）の代わりに、第２の実施形態の音波発生部２０を採用する物性評価方法においては、少なくとも、以下の（Ｐ３）と（Ｐ４）に示す印加工程と受信工程とが行われる。
（Ｐ３）電磁鋼板９０に対して、ゼロより大きく電磁鋼板９０が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する印加工程
（Ｐ４）音波発生源の一例である第２の実施形態の音波発生部２０（複数の音波発生器）から、互いに異なるスポット径が与えられた音波を電磁鋼板９０に照射することによって、前述の磁場において電磁鋼板９０から発生する電磁波を受信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって受信する受信工程

上述の構成を採用した場合であっても、移動機構（第１及び第２の実施形態においては移動機構８０）を備えずに、電磁鋼板９０における複数の箇所又は領域の物性評価を行うことによって電磁鋼板を効率的に評価することも、採用し得る他の一態様である。

＜その他の実施形態（６）＞
図１３は、移動機構を備えない物性評価装置の他の一例である物性評価装置４００の、図１１（ｃ）に相当する平面図である。物性評価装置４００が物性評価装置３００と異なる点は、複数列に亘る単位評価領域測定部（Ｕ１）が設けられている点である。従って、物性評価装置３００における説明と重複する説明は省略され得る。加えて、この実施形態の物性評価方法においても、その他の実施形態（４）又は（５）において述べた、（Ｐ１）と（Ｐ２）、又は（Ｐ３）と（Ｐ４）に示す印加工程と受信工程とが少なくとも行われることになる。

この実施形態においては、図１３に示すように、複数列に亘る単位評価領域測定部（Ｕ１）が設けられているため、電磁鋼板９０の縦方向及び横方向の両方について、電磁鋼板９０における複数の箇所又は領域の物性評価を一時に、又は逐次に行うことが可能となる。その結果、電磁鋼板９０を極めて効率的に評価し得る。

また、物性評価装置３００と同様に、仮に電磁鋼板９０の平面全体を評価するために、電磁鋼板９０に対して相対的に移動する移動機構を設ける場合であっても、比較的簡易的な移動機構（代表的には、縦方向と横方向のいずれか一方向のみの相対的移動を可能にする移動機構）を採用するだけで電磁鋼板９０の平面全体を効率的に評価し得る。

なお、上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明の物性評価装置は、現在及び将来の電磁鋼板を活用する各産業において極めて有用である。

２０，２０ａ 音波発生部
３０ 伝搬媒体
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｘ 受信部
５０ 測定部
５２ 画像処理部
６０ 台
７０ 磁場印加部
８０ 移動機構
９０ 電磁鋼板
１００，２００，３００，４００ 物性評価装置
１８０ 制御部

Claims (12)

1. 電磁鋼板に音波を照射する音波発生部と、
   前記電磁鋼板に対して、ゼロより大きく前記電磁鋼板が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部と、
   前記磁場において、複数のスポット径を与える前記音波によって前記電磁鋼板から発生する、前記スポット径に対応した各々の電磁波を受信する受信部と、を備える、
   物性評価装置。
2. 前記音波発生部が１つの音波発生器を有し、
   前記音波発生器と前記電磁鋼板との相対距離を変動させる移動機構によって、前記複数のスポット径が与えられる、
   請求項１に記載の物性評価装置。
3. 前記音波発生部が複数の音波発生器を有し、
   各々の前記音波発生器によって、互いに異なる各々の前記スポット径が与えられる、
   請求項１に記載の物性評価装置。
4. 前記磁場印加部から印加される前記磁場強度を変化させる制御部をさらに備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の物性評価装置。
5. 前記音波発生部と前記電磁鋼板との距離が１ｍｍ超である、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の物性評価装置。
6. 前記受信部によって受信される、前記磁場強度に対応する前記電磁波に基づいて観察像を出力する画像処理部と、をさらに備える、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の物性評価装置。
7. 前記受信部によって受信される前記電磁波に基づいて、少なくとも前記電磁鋼板が有する結晶粒径、結晶粒界、及び／又は磁区幅を測定する測定部をさらに備える、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の物性評価装置。
8. 前記音波発生部から前記電磁鋼板までの距離を前記音波が伝搬する時間よりも、前記音波発生部から発生するノイズが前記音波発生部から前記受信部までの距離を伝搬する時間が短い、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の物性評価装置。
9. 音波発生時の前記音波発生部と前記受信部との相対位置が一定である前記音波発生部に対して前記電磁鋼板を相対的に移動させる移動機構、をさらに備える、
   請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の物性評価装置。
10. 前記音波発生部及び前記受信部からなる単位評価領域測定部が、複数設けられた、
    請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の物性評価装置。
11. 前記磁場印加部が、電磁石である、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の物性評価装置。
12. 電磁鋼板に音波を照射する音波発生部と、
    前記電磁鋼板に対して、ゼロより大きく前記電磁鋼板が磁気的飽和となる磁場強度未満の磁場を印加する磁場印加部と、
    前記磁場において、１つのスポット径を与える前記音波によって前記電磁鋼板から発生する電磁波を受信する受信部と、
    前記磁場印加部から印加される前記磁場強度を変化させる制御部と、
    前記受信部によって受信された前記電磁波に基づいて、前記電磁鋼板が有する結晶粒径、結晶粒界、及び／又は磁区幅を測定する測定部と、を備える
    物性評価装置。