JP2021110693A - 磁歪測定装置および磁歪測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁歪特性の測定対象となる材料と、この材料が接触する基板との摩擦に基づく測定誤差を低減できる磁歪測定装置および磁歪測定方法を提供する。【解決手段】交流磁界中に置かれ一端部が固定された板状材料８の他端部の変位を測定することにより、板状材料８の磁歪特性を測定する磁歪測定装置であって、板状材料８の底面が接触する基板１８を備え、基板１８が磁歪特性の測定方向に振動可能となっているので、板状材料８と基板１８との摩擦に基づく測定誤差を低減できる。【選択図】図２

Description

本発明は、磁歪測定装置および磁歪測定方法に関する。

一般に、磁性材料には磁歪現象があるが、これは材料の磁化の変化に伴って材料の寸法が変化する現象である。電磁鋼板の磁歪現象は、電磁鋼板が例えば交流励磁される変圧器の鉄心に用いられる場合、鉄心の振動となって現れるため、変圧器から発せられる騒音の原因となる。このため、電磁鋼板に対して磁歪の低減が求められている。変圧器に使用される方向性電磁鋼板では、鉄心の構造を考慮して鋼板の長手方向（圧延方向）での磁歪が取り上げられて評価されることが多い。このため、鋼板の長手方向での磁歪特性を精度よく評価することが求められており、精度向上のための技術開発が行われて測定装置に適用されている。

磁歪測定装置の例を図１に示す。この磁歪測定装置では、幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの電磁鋼板サンプル１枚が、励磁コイルを貫通する様に配置され、励磁コイルによって交流磁界が与えられる。また、ヨークは閉磁路を形成するために用いられる。図１において、サンプルは励磁コイルの左端側においてクランプによって機械的に固定されており、磁歪現象によるサンプルの振動（磁歪振動）は、クランプよりも右側（励磁コイルが配置されている側）に現れる。また、この磁歪測定装置では、磁歪振動測定は差動方式による測定が可能なレーザー振動計を用いて行われる。具体的には、サンプルの磁歪によって振動する位置（測定点）に、レーザー光を反射する小ブロック（反射器）を接着して、そこにレーザー振動計のレーザー光の一つを照射する。また、磁歪による振動の影響を受けない固定点（基準点）に、レーザー光を反射する小ブロック（反射器）を設置して、そこにレーザー振動計のレーザー光の他の一つを照射する。そして、各小ブロックからの反射光に基づいてサンプルの振動を測定する。このような技術の一例は、特許文献１に開示されている。

特開平４−５５２４号公報 特開平９−２０３６０５号公報

磁歪測定における課題は、サブミクロンの振動を如何に精度よく測定するかにある。この課題に関し、特許文献２には、測定精度に関わる問題の一つが記載されている。特許文献２に係る発明は、サンプルを２枚の平面基板で挟んで磁歪測定を行うものである。そして、特許文献２には、平面基板とサンプルとの摩擦によって、磁歪によるサンプルの長さ変化が抑制されるとの言及があり、これはすなわち測定される磁歪の値が過小となる誤差が発生することを意味する。しかし、特許文献２には、この問題への対応について、平面基板の摩擦係数との関係で平面基板の質量を決めるとの言及があるのみで、積極的に摩擦の影響を除去する方法については提示されていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、磁歪特性の測定対象となる材料と、この材料が接触する基板との摩擦に基づく測定誤差を低減できる磁歪測定装置および磁歪測定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の磁歪測定装置は、交流磁界中に置かれ一端部が固定された板状材料の他端部の変位を測定することにより、前記板状材料の磁歪特性を測定する磁歪測定装置であって、
前記板状材料の底面が接触する基板を備え、
前記基板が磁歪特性の測定方向に振動可能であることを特徴とする。

本発明においては、板状材料が接触する基板を振動させることができるため、基板を静止させた状態や基板を振動させた状態等の複数の状態で磁歪特性を測定し、これら複数の状態で測定される磁歪特性に基づいて摩擦の影響を除去することが可能となる。

また、本発明の前記構成において、前記基板の振動を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記測定方向において、前記基板の振動方向と前記板状材料の前記変位との方向とが揃うように前記基板の振動を制御することとしてもよい。

このように、基板の振動方向と板状材料の変位方向とを揃えることにより、板状材料の変位と板状材料に加わる摩擦力との関係を整理することが容易となり、摩擦の影響を除去することが容易となる。

また、本発明の前記構成において、前記制御装置は、前記測定方向において、前記基板の振動速度が前記板状材料の前記変位の速度よりも速くなるように前記基板の振動を制御することとしてもよい。

このような構成によれば、基板を振動させた状態において、磁歪による変形を助長する方向に安定的に摩擦力を加えることが可能となる。したがって、基板を静止させ、磁歪によるサンプルの変形が阻害される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータと、基板を振動させ、磁歪によるサンプルの変形が助長される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータとを測定し、これらの平均を求めて摩擦の影響を除去することが可能となる。

また、本発明の磁歪測定方法は、交流磁界中に置かれ一端部が固定された板状材料の他端部の変位を測定することにより、前記板状材料の磁歪特性を測定する磁歪測定方法であって、
前記板状材料の底面を基板に接触させ、前記基板を静止させた状態で磁歪特性を測定する静止状態測定工程と、
前記板状材料の底面を前記基板に接触させ、前記基板を磁歪特性の測定方向に振動させた状態で磁歪特性を測定する振動状態測定工程と、
前記静止状態測定工程で測定された磁歪特性と、前記振動状態測定工程で測定された磁歪特性との平均を求める工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板を静止させた状態と基板を振動させた状態との両状態で磁歪特性を測定し、両状態で測定される磁歪特性に基づいて摩擦の影響を除去することが可能となる。

また、本発明の前記構成において、前記振動状態測定工程では、前記測定方向において、前記基板の振動方向と前記板状材料の前記変位の方向とが揃うように前記基板を振動させることとしてもよい。

このように、基板の振動方向と板状材料の変位方向とを揃えることにより、板状材料の変位と板状材料に加わる摩擦力との関係を整理することが容易となり、摩擦の影響を除去することが容易となる。

また、本発明の前記構成において、前記振動状態測定工程では、前記測定方向において、前記基板の振動速度が前記板状材料の前記変位の速度よりも速くなるように前記基板を振動させることとしてもよい。

このような構成によれば、基板を振動させた状態において、磁歪による変形を助長する方向に安定的に摩擦力を加えることが可能となる。したがって、基板を静止させ、磁歪によるサンプルの変形が阻害される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータと、基板を振動させ、磁歪によるサンプルの変形が助長される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータとを測定し、これらの平均を求めて摩擦の影響を除去することが可能となる。

本発明によれば、磁歪特性の測定対象となる材料と、この材料が接触する基板との摩擦に基づく測定誤差を低減できる。

従来の磁歪測定装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る磁歪測定装置を示す概略図である。 同、サンプルの振動を表わす波形と基板の振動を表わす波形とを示す図である。 静止状態測定工程を説明するためのフローチャートである。 振動状態測定工程を説明するためのフローチャートである。 同、磁歪測定装置の第１変形例を示す概略図である。 同、磁歪測定装置の第２変形例を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本発明の発明者らは、磁歪測定における測定誤差を低減するために、摩擦による影響を考察した。まず、これについて説明する。

磁歪測定において、磁歪はサンプルの振動として現れる。具体的には、磁歪測定においてはサンプルの伸びと縮みが周期的に繰り返される。サンプルが基板上に置かれる場合、サンプルと基板との間には摩擦が生じる。この摩擦は、サンプルが伸びるときにその伸びを阻害して本来の伸び量よりも小さくする。また、この摩擦は、サンプルが縮むときにその縮みを阻害して本来の縮み量よりも小さくする。したがって、摩擦があると磁歪による振動（変位）の振幅が本来の値よりも小さくなる。これは、磁歪によるサンプルの変形が、一部、摩擦力によって発生する弾性変形によって吸収されているといえる。

一般に、動摩擦はクーロン摩擦と呼ばれ、物体と、この物体が置かれた面との間に発生する摩擦力は、摩擦係数と物体の質量による垂直抗力との積に比例し、滑り速度には無関係であるといわれている。図１に示されるような従来の方式では、サンプルが接する基板は常に静止している。このため、摩擦力は常に磁歪によるサンプルの変形（変位）を阻害するように働く。そこで本発明では、磁歪を測定する方向において基板に動きを与え、摩擦力の方向を故意に変化させる。具体的には、磁歪によりサンプルが伸びる期間は、基板が、クランプから離れる向き、すなわち摩擦力がサンプルに伸び歪を与える方向に動き、磁歪によるサンプルの変形（変位）を助長する。一方、磁歪によりサンプルが縮む期間は、基板が、クランプに近づく向き、すなわち摩擦力がサンプルに縮み歪を与える方向に動き、磁歪によるサンプルの変形を助長する。このような状態は、基板を磁歪測定方向に振動させることで得られる。

摩擦力によるサンプルの変形は弾性変形の一種と考えられる。したがって、その弾性率に相当する係数は一定値となる。また、前述の様に摩擦力は滑り速度に影響されない。これらのことから、基板に動きが与えられていない場合に磁歪による変形が阻害されることで発生する変位減少量と、基板を振動させた場合に磁歪による変形が助長されることで発生する変位増加量は絶対値が等しいものとなる。したがって、基板が固定されているときと、振動しているときとのそれぞれで、磁歪によるサンプルの変形（変位）の位相が合うようにして、磁歪によるサンプルの変形（変位）を測定して記録し、これらの平均を取ることで、摩擦に基づく変形の助長と阻害とが相殺され、摩擦の影響のない磁歪特性を得ることができる。

図２に、本実施形態に係る磁歪測定装置１０を示す。磁歪測定装置１０は、基板１８と、架台２０と、ヨーク２２と、基板支持部材２４と、クランプ２６と、加振器２８と、反射器３０と、励磁コイル３２と、レーザー振動計４０と、振動センサ４２と、Ａ／Ｄ変換器４４と、コンピュータ（制御装置）４６と、任意波形発生器４８と、電力増幅器５０と、駆動電源５２と、を備えている。また、ヨーク２２、基板支持部材２４、クランプ２６および加振器２８は、架台２０に固定されている。そして、この磁歪測定装置１０によって測定対象としてのサンプル（材料）８の磁歪特性が測定されるようになっている。

以下では、図２における左右方向をＸ方向とし、図２における上下方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向（図２の紙面に垂直な方向）をＹ方向として説明する（図１参照）。Ｘ方向は、測定方向となっている。すなわち、磁歪測定装置１０では、サンプル８の、Ｘ方向における磁歪特性を測定するようになっている。
なお、図２は、磁歪測定装置１０の概略図であって、サンプル８、基板１８、架台２０、ヨーク２２、基板支持部材２４、クランプ２６、加振器２８、反射器３０、励磁コイル３２、レーザー振動計４０および振動センサ４２の位置関係を示す図と、ブロック図とを組み合わせた図である。このため、Ａ／Ｄ変換器４４、コンピュータ４６、任意波形発生器、電力増幅器５０および駆動電源５２は、実際の位置関係と図２に示すＸ、Ｙ、Ｚ方向とが一致していない。また、磁歪測定装置１０の基本的な構成は、適宜、図１に示す従来の磁歪測定装置と同様としてもよい。

また、本実施形態においては、サンプル８は、幅（Ｙ方向の長さ）１００ｍｍ、長さ（Ｘ方向の長さ）５００ｍｍの板状の（Ｚ方向の長さがＸ方向の長さおよびＹ方向の長さよりも短い）電磁鋼板とする。すなわち、サンプル８の長手方向（圧延方向）が測定方向と一致している。なお、サンプル８の大きさは前述の通りでなくてもよく、また必ずしも板状でなくてもよい。

基板１８は、非導電性材料（非磁性材料）によって形成された板となっている。具体的には、例えばベークライトの板や、ガラスエポキシの板を基板として用いることができる。基板１８は、長方形の板状となっており、基板１８の上にサンプル８が載置されるようになっている。すなわち、基板１８の上面にサンプル８の底面が接触するようになっている。また、基板１８は、基板支持部材２４とヨーク２２とによって下から支持されている。すなわち、基板１８は、基板支持部材２４とヨーク２２との上に載置されている。具体的には、基板１８底面の対向する２辺（第１辺と第２辺）のうち、第１辺の近傍において基板１８底面と基板支持部材２４とが当接しており、第２辺の近傍において基板１８底面とヨーク２２とが当接している。ここで、第１辺および第２辺は、Ｙ方向に平行となっている。

ヨーク２２は、図１に示すヨークと同様の形状となっており、略方形の枠状となっている。換言すると、ヨーク２２は４つの直線部を有し、これらの直線部がＺ方向視においてロの字状となるように一体化されている。また、サンプル８は、ヨーク２２の対向する２つの直線部の間に架設されるようになっている。そして、ヨーク２２とサンプル８とによって閉磁路が形成されるようになっている。

基板支持部材２４は、ＸＺ平面における断面形状が、上方に向かうにつれて細くなる形状となっている。また、基板支持部材２４は、ＹＺ平面における断面形状が、上方に向かうにつれて細くなる形状となっている。すなわち、基板支持部材２４は、基板１８底面との接触面積が小さくなるように（ほぼ点で接するように）形成されている。そして、複数の基板支持部材２４が、Ｙ方向に並べて配置されている。

また、基板１８は、基板支持部材２４およびヨーク２２に対して固定されておらず、基板支持部材２４およびヨーク２２の上を摺動可能（直線移動可能）となっている。換言すると、基板１８は、架台２０に対して相対的に振動可能となっている。具体的には、基板１８は、Ｘ方向に振動可能（直線移動可能）となっている。また、サンプル８は、基板１８に対して固定されておらず、基板１８の上を摺動可能（直線移動可能）となっている。換言すると、サンプル８は、基板１８に対して相対的に振動可能となっている。具体的には、サンプル８は、Ｘ方向に振動可能（直線移動可能）となっている。

なお、本実施形態の磁歪測定装置１０においては、基板１８と基板支持部材２４との接触面積を小さくすることにより、基板１８と基板支持部材２４との間に生じる摩擦を小さくしているが、例えば、基板１８と基板支持部材２４との接触部や、基板１８とヨーク２２との接触部にローラー（回転体）を設けること等により摩擦を小さくしてもよい。

クランプ２６は、サンプル８を挟み込んで固定できるようになっている。すなわち、クランプ２６は、サンプル８を架台２０に対して固定する固定部材となっている。サンプル８は、基板１８上に配置された状態で、Ｘ方向における一方の端部８ａ（図２における左側の端部。以下第１端部という。）がクランプ２６に挟まれて固定されるようになっている。ここで、第１端部８ａは、クランプ２６よりも外側（端側（図２における左側））において、ヨーク２２の上に載っており、ヨーク２２と接している。また、サンプル８のＸ方向における他方の端部８ｂ（図２における右側の端部。以下第２端部という。）は、クランプ２６等による固定がされておらず自由端となっている。すなわち、サンプル８は、磁歪や、基板１８からの摩擦力等によって伸縮する際に、クランプ２６に固定された部分を固定点として、当該固定点よりも第２端部８ｂ側の部分がクランプ２６および架台２０に対して相対的に変位するようになっている。そして、当該固定点よりも第２端部８ｂ側が、サンプル８の測定対象となる部分となっており当該部分の伸縮が測定されるようになっている。
なお、サンプル８は、第１端部８ａが、ヨーク２２の上に直接載っている一方、第２端部８ｂが基板１８を介してヨーク２２の上に載っている。ただし、第１端部８ａが、基板１８や、基板１８と同一素材、同一の厚さの小片等の、非導電性部材（非磁性部材）を介してヨーク２２の上に載っていてもよい。また、第２端部８ｂが基板１８を介さずにヨーク２２の上に直接載っていてもよい。

励磁コイル３２は、基板１８が内側に位置するように、基板１８の外側に巻き回された状態となっている。また、励磁コイル３２は、軸がＸ方向に延びる筒状となるように巻かれている。そして、励磁コイル３２を貫通する磁束がＸ方向を向くようになっている。そして、基板１８上に配置されたサンプル８が、Ｘ方向において励磁コイル３２を貫通するようになっている。
なお、励磁コイル３２は、サンプル８に磁歪を引き起こさせることが可能となっていればよい。具体的には、例えば、サンプル８が基板１８上に配置された際に、サンプル８（および基板１８）の少なくとも一部が励磁コイル３２の内側に位置するようになっていることが好ましい。また、励磁コイル３２は、内側に基板１８が配置された筒状の部材（例えば、ベークライト等の非導電性材料（非磁性材料）によって形成された部材）に巻き回されて形成されていてもよい。

加振器２８は、基板１８を架台２０に対して相対的に振動させることが可能となっている。加振器２８は、振動可能な可動部を有している。そして、この可動部が基板に結合されており、基板１８をＸ方向に振動させることが可能となっている。加振器２８は、例えば、ピエゾ素子や超磁歪材料によるメカニカル振動子によって振動を起こすものとするとよい。また、加振器２８は、例えば、モータまたはエアー等の力によって振動を起こすものであってもよく、基板１８に適切な振動を与えられるものであればよい。また、加振器２８は、ピエゾ素子、超磁歪材料、モータ、エアー等の複数を組み合わせて振動を起こすことが可能なものであってもよい。

反射器３０は、レーザー振動計４０からのレーザー光を反射することが可能となっている。反射器３０には、例えば、レーザー光を反射する反射テープを貼ったベークライトのブロック（例えば数ミリ立方のブロック）や、レーザー光を反射する反射部を有するＬ字状の部材等を用いることができるが、レーザー光を反射できるものであれば、特にその構成が限定されるものではない。

本実施形態の磁歪測定装置１０では、レーザー振動計４０からのレーザー光を反射する反射器３０として、反射器３０ａと反射器３０ｂとの２個の反射器が用意されている。１個の反射器３０ａは、サンプル８に固定されており、サンプル８の伸縮に応じて変位するようになっている。また、もう１個の反射器３０ｂは、サンプル８と独立しており、サンプル８が伸縮しても変位しないようになっている。換言すると、反射器３０ｂは、架台２０に対して直接または間接的に固定されており、サンプル８または基板１８がＸ方向に変位（振動）しても、反射器３０ｂはＸ方向に変位しないようになっている。反射器３０ｂは、例えばヨーク２２やクランプ２６に固定されてもよい。

レーザー振動計４０は、レーザードップラー振動計となっており、反射器３０ａ，３０ｂそれぞれにレーザー光を照射するとともに、反射器３０ａ，３０ｂそれぞれからの反射光（反射レーザー光）を検出するようになっている。すなわち、レーザー振動計４０には、反射器３０ａ，３０ｂからの反射光が差動信号として入力されるようになっている。そして、レーザー振動計４０は、この差動信号に基づいて、サンプル８の振動を表わす振動波形（磁歪波形）を生成し、出力信号として出力するようになっている。換言すると、レーザー振動計４０は、サンプル８の振動を測定可能となっている。ここで、励磁コイル３２によって交流磁界が与えられた状態で、レーザー振動計４０によって測定されるサンプル８の振動（レーザー振動計４０によって生成される磁歪波形）は、サンプル８の磁歪特性を表わすものである。すなわち、レーザー振動計４０は、サンプル８の磁歪特性を測定可能となっている。

振動センサ４２は、基板１８の振動を検出するセンサであり、レーザードップラー振動計となっている。また、基板１８には、振動センサ４２からのレーザー光を反射する反射器（基板側反射器）が設けられている。そして、振動センサ４２は、基板側反射器および反射器３０ｂにレーザー光を照射するとともに、これらの反射器からの反射光（反射レーザー光）を検出するようになっている。すなわち、振動センサ４２には、基板側反射器および反射器３０ｂからの反射光が差動信号として入力されるようになっている。そして、振動センサ４２は、この差動信号に基づいて、基板１８の振動を表わす振動波形（基板振動波形）を生成し、出力信号として出力するようになっている。換言すると、振動センサ４２は、基板１８の振動を測定可能となっている。

Ａ／Ｄ変換器４４は、２チャンネルのアナログデジタル変換器となっている。そして、Ａ／Ｄ変換器４４の一方のチャンネルには、レーザー振動計４０の出力信号が入力され、他方のチャンネルには、振動センサ４２の出力信号が入力されるようになっている。また、Ａ／Ｄ変換器４４は、レーザー振動計４０の出力信号（磁歪波形）と、振動センサ４２の出力信号（基板振動波形）とをそれぞれデジタル信号に変換して出力することが可能となっている。

なお、レーザー振動計４０が基準点の位置を把握するために使用される反射器３０ｂと、振動センサ４２が基準点の位置を把握するために使用される反射器３０ｂとは別体であってもよい。また、レーザー振動計４０および振動センサ４２はそれぞれ、差動信号に基づいて振動を測定するものでなくてもよい。換言すると、レーザー振動計４０または振動センサ４２は、反射器３０ａからの反射光または基板側反射器からの反射光のみが入力され（シングル入力となっており）、この入力される反射光に基づいて振動を測定するものであってもよい。すなわち、本実施形態においては、反射器３０ｂを用いることでサンプル８あるいは基板１８の変位を測定するにあたっての基準となる基準点の位置を算出しているが、クランプ２６によって所定位置でサンプル８が固定されるという前提の下、反射器３０ｂを用いた基準点の位置の算出をしないこととしてもよい。
また、レーザー振動計４０および振動センサ４２は、サンプル８または基板１８の振動を測定可能であれば、レーザー光のドップラー効果を利用して測定するものでなくてもよい。例えば、同様にレーザー光を利用した非接触の測定器として、レーザー変位計を用いてもよい。また、圧電素子、加速度センサまたはひずみゲージを利用した測定器、あるいは電極間の距離による電気容量の変化を利用した測定器等を用いてもよい。

コンピュータ４６は、Ａ／Ｄ変換器４４および任意波形発生器４８に接続されている。また、任意波形発生器４８は、励磁コイル３２に電力を供給する電力増幅器５０および加振器２８を駆動する駆動電源５２に接続されている。任意波形発生器４８は、２チャンネルの波形発生器となっており、一方のチャンネルから励磁コイル３２を励磁するための信号（波形）を出力可能となっており、電力増幅器５０はこの信号に従って励磁コイル３２に電力を供給して励磁コイル３２を励磁させるようになっている。また、任意波形発生器４８は、他方のチャンネルから加振器２８を振動させるための信号（波形）を出力可能となっており、駆動電源５２はこの信号に従って加振器２８を駆動するようになっている。すなわち、任意波形発生器４８の一方のチャンネルからの出力波形は、電力増幅器５０を介して励磁コイル３２に与えられ、他方のチャンネルからの出力波形は、駆動電源５２を介して加振器２８に与えられるようになっている。

コンピュータ４６には、Ａ／Ｄ変換器４４によって変換されたレーザー振動計４０の出力信号と、振動センサ４２の出力信号とが入力される。そして、コンピュータ４６は、レーザー振動計４０の出力信号と、振動センサ４２の出力信号とに基づいて励磁コイル３２に与える信号と、加振器２８に与える信号とを制御するようになっている。具体的には、コンピュータ４６は、サンプル８が所定の条件で励磁されるように、任意波形発生器４８を設定する。換言すると、コンピュータは、サンプル８が磁歪によって所定の条件で振動するように、任意波形発生器４８を設定する。また、コンピュータ４６は、加振器２８が所定の条件で振動するように、任意波形発生器４８を設定する。そして、任意波形発生器４８は、コンピュータ４６による設定に基づいて、電力増幅器５０を介して励磁コイル３２を励磁し、駆動電源５２を介して加振器２８を振動させる。

磁歪測定装置１０は、励磁コイル３２によって交流磁界を発生させ、この交流磁界中に配置されたサンプル８を磁歪変形させ、サンプル８の磁歪特性を測定する。具体的には、サンプル８が置かれる基板１８を静止させた状態と振動させた状態との２つの状態で磁歪特性を測定し、両状態で測定された磁歪特性の平均を求めることにより、摩擦による測定誤差を低減（除去）した磁歪特性を取得する。具体的には、図３に示すように、基板１８が静止している状態（基板振動波形が静止状態波形ｄとなる状態）で測定される磁歪波形（静止磁歪波形ａ）と、基板１８が振動している状態（基板振動波形が振動状態波形ｅとなる状態）で測定される磁歪波形（振動磁歪波形ｂ）とを取得し、静止磁歪波形ａと振動磁歪波形ｂとの平均を求めることにより、平均磁歪波形ｃを求める。
なお、サンプル８の振動は、基本的に、励磁コイル３２によって発生する交流磁界の１／２の周期（２倍の周波数）で繰り返される。

以下では、図４、５を参照しながら、磁歪測定装置１０によるサンプル８の磁歪測定のフローを説明する。

最初に基板１８を振動させず停止させた状態での測定（静止状態測定工程）について図４を参照しながら説明する。
まず、コンピュータ４６は、サンプル８が所定の条件で励磁されるように任意波形発生器４８を設定して励磁コイル３２を励磁する（ステップＳ１）。具体的には、コンピュータ４６は、サンプル８が磁歪によってＸ方向において周期的に伸縮（振動）するように、励磁コイル３２に交流磁界を発生させる。

次いで、レーザー振動計４０は、この交流磁界下で振動するサンプル８の振動を測定する（ステップＳ２）。この測定結果が、基板１８が停止した状態での磁歪特性の測定結果となる。本実施形態の磁歪測定装置１０においては、基板１８が停止した状態におけるサンプル８の振動を表わす波形（静止磁歪波形ａ（図３参照））が、基板１８が停止した状態での磁歪特性の測定結果として得られるようになっているが、当該測定結果は波形でなくてもよく、当該状態におけるサンプル８の磁歪特性を表わすものであればよい。

続いて基板１８を振動させた状態での測定（振動状態測定工程）について図５を参照しながら説明する。
まず、コンピュータ４６は、サンプル８が所定の条件で励磁されるように任意波形発生器４８を設定して励磁コイル３２を励磁する（ステップＳ１１）。具体的には、コンピュータ４６は、サンプル８が磁歪によってＸ方向において周期的に伸縮（振動）するように、励磁コイル３２に交流磁界を発生させる。

次いで、コンピュータ４６は、基板１８が所定の条件で振動するように任意波形発生器４８を設定して加振器２８を振動させる（ステップＳ１２）。具体的には、コンピュータ４６は、基板１８がＸ方向において周期的に振動するように、加振器２８を振動させる。

次いで、レーザー振動計４０がサンプル８の振動を検出し、振動センサ４２が基板１８の振動を検出する（ステップＳ１３）。そして、レーザー振動計４０によって検出されたサンプル８の振動を表わす磁歪波形と、振動センサ４２によって検出された基板１８の振動を表わす基板振動波形とが、Ａ／Ｄ変換器４４を介してコンピュータ４６に送られる。

次いで、コンピュータ４６は、磁歪波形と基板振動波形とに基づいて、基板１８が振動した状態での磁歪測定の測定条件を満たしているか否か判定する（ステップＳ１４）。ここでは、Ｘ方向において、基板１８の振動方向とサンプル８の振動方向とが一致しており、かつ基板１８の振動速度がサンプル８の振動速度を上回っている場合に測定条件を満たしている（ステップＳ１４でＹＥＳ）と判定してステップＳ１６の処理に進み、そうでない場合に測定条件を満たしていない（ステップＳ１４でＮＯ）と判定してステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、コンピュータ４６は、前記測定条件を満たすように、加振器２８に与える波形を修正し、基板１８の振動態様を修正する。すなわち、コンピュータ４６は、Ｘ方向において、基板１８の振動方向とサンプル８の振動方向とが一致し、かつ基板１８の振動速度がサンプル８の振動速度を上回るように、加振器２８に与える波形の形状や振幅、周波数等を変更する。換言すると、コンピュータ４６は、基板振動波形の上下のピーク位置（振動方向の切り替わるタイミング）がそれぞれ磁歪波形の上下のピーク位置（振動方向の切り替わるタイミング）と一致するように、加振器２８に与える波形を修正する。さらに換言すると、コンピュータ４６は、振動磁歪波形ｂと振動状態波形ｅとの同期がとれた状態となり、振動磁歪波形ｂと振動状態波形ｅとが同位相となるように、加振器２８に与える波形を修正する（図３参照）。このために、コンピュータ４６には、磁歪波形と基板振動波形とに基づいて、加振器２８に与える波形を修正するフィードバックループを実行するソフトウェアが実装されている。
なお、コンピュータ４６は、磁歪波形と基板振動波形との関係を調整するにあたり、加振器２８に与える信号（基板１８の振動態様）を修正するのではなく、励磁コイル３２に与える信号（サンプル８の振動態様）を修正してもよく、加振器２８に与える信号と励磁コイル３２に与える信号との両方を修正してもよい。

ステップＳ１５の処理が終了するとステップＳ１３の処理に戻る。すなわち、前記測定条件が満たされるまで、ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理が繰り返されるようになっている。そして、前記測定条件が満たされると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６の処理では、レーザー振動計４０は、交流磁界下で、かつ前記測定条件を満たした状態で振動するサンプル８の振動を測定する。この測定結果が、基板１８が振動した状態での磁歪特性の測定結果となる。本実施形態の磁歪測定装置１０においては、基板１８が振動した状態におけるサンプル８の振動を表わす波形（振動磁歪波形ｂ（図３参照））が、基板１８が振動した状態での磁歪特性の測定結果として得られるようになっているが、当該測定結果は波形でなくてもよく、当該状態におけるサンプル８の磁歪特性を表わすものであればよい。

以上のように、レーザー振動計４０と振動センサ４２とＡ／Ｄ変換器４４とコンピュータ４６と任意波形発生器４８とは、フィードバック系を構成しており、任意波形発生器４８からの出力（当該出力に基づくサンプル８の振動と基板１８の振動と）がレーザー振動計４０と振動センサ４２とに入力され、サンプル８の振動と基板１８の振動とが前記測定条件を満たした所望の状態となるように、任意波形発生器４８からの出力をコンピュータ４６が制御するようになっている。なお、振動状態測定工程において、ステップＳ１６の処理に進んでからも、ステップＳ３〜Ｓ１５の処理を続け、基板１８の振動を適宜調整するようにしてもよい。

なお、静止状態測定工程と振動状態測定工程とは、どちらを先に行ってもよい。また、静止状態測定工程および振動状態測定工程における前述の各ステップは、前述の通りの順序で行わなくてもよく、適宜順序を入れ替えることとしてもよい。

静止状態測定工程と振動状態測定工程とのそれぞれで磁歪特性が測定されると、静止状態測定工程で測定された磁歪特性と振動状態測定工程で測定された磁歪特性との平均を求める処理（平均処理）が行われる。具体的には、図３に示すように、静止磁歪波形ａの振幅と振動磁歪波形ｂの振幅とを平均し、摩擦の影響が除去された平均磁歪波形ｃを求める。
なお、静止状態測定工程と振動状態測定工程とでは、同一条件で励磁コイル３２（サンプル８）を励磁するとよい。換言すると、静止状態測定工程と振動状態測定工程とでは、図３に示すように、静止磁歪波形ａと振動磁歪波形ｂとの周波数が一致するようにサンプル８を振動させる。さらに換言すると、静止磁歪波形ａの上下のピーク位置（振動方向の切り替わるタイミング）がそれぞれ振動磁歪波形ｂの上下のピーク位置（振動方向の切り替わるタイミング）と一致するように、サンプル８を振動させる。さらに換言すると、静止磁歪波形ａと振動磁歪波形ｂとの同期がとれ、静止磁歪波形ａと振動磁歪波形ｂとを同位相とできるように、サンプル８を振動させる。
なお、平均処理は、静止状態測定工程の測定結果と振動状態測定工程の測定結果との平均を取ることにより、摩擦による測定誤差が低減された磁歪特性を求めるものであればよい。また、平均処理は、コンピュータ４６で行うこととしてもよく、レーザー振動計４０で行うこととしてもよく、レーザー振動計４０の出力信号を取り扱い可能な別のコンピュータで行うこととしてもよい。

以上のように、本実施形態の磁歪測定装置１０は、交流磁界中に置かれ一端部（第１端部８ａ）が固定されたサンプル８の他端部（第２端部８ｂ）の変位を測定することにより、サンプル８の磁歪特性を測定する磁歪測定装置であって、サンプル８の底面が接触する基板１８を備え、基板１８が磁歪特性の測定方向に振動可能となっている。このような構成によれば、基板１８を静止させた状態や基板を振動させた状態等の複数の状態で磁歪特性を測定し、これら複数の状態で測定される磁歪特性に基づいて摩擦の影響を除去することが可能となる。

また、磁歪測定装置１０は、基板１８の振動を制御するコンピュータ４６を備え、コンピュータ４６は、測定方向において、基板１８の振動方向とサンプル８の変位の方向とが揃うように基板１８の振動を制御する。したがって、基板１８の振動方向とサンプル８の変位方向とを揃え、サンプル８の変位とサンプル８に加わる摩擦力との関係を整理することが容易となり、摩擦の影響を除去することが容易となる。

また、コンピュータ４６は、測定方向において、基板１８の振動速度がサンプル８の変位の速度よりも速くなるように基板１８の振動を制御する。このため、基板１８を振動させた状態において、磁歪によるサンプルの変形を助長する方向に安定的に摩擦力を加えることが可能となる。したがって、基板１８を静止させ、磁歪によるサンプルの変形が阻害される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータと、基板１８を振動させ、磁歪によるサンプルの変形が助長される方向に摩擦力が働く状態で測定したデータとを測定し、これらの平均を求めて摩擦の影響を除去することが可能となる。

なお、磁歪によるサンプル８の変位は、図３に示すように、変位が最小となる点から最大となる点まで単調に増加し、変位が最大となる点から最小となる点まで単調に減少するようになるとは限らない。すなわち、サンプル８の磁歪特性に応じて、変位が最小となる点と最大となる点との間において、変位方向が切り替わることもある。このような場合であっても、コンピュータ４６は、サンプル８の変位方向の切り替わり毎に基板１８の振動方向も切り替わるように制御することが好ましい。

なお、基板１８を動かす場合、磁歪によるサンプル８の変位を助長するためには、基板１８の速度は磁歪による変位速度を上回る様に設定する必要がある。特に、サンプル８の伸び縮みの１周期全体にわたり、高精度での磁歪測定が必要とされる場合、磁歪による変位の助長を１周期全体にわたって必ず発生させることが好ましく、１周期において常に（１周期における各瞬間で）、基板の速度が磁歪による変位速度を上回る様に設定することが好ましい。ただし、必ずしも１周期において常に基板の速度が磁歪による変位速度を上回る様にしなければならないわけではない。すなわち、１周期において一部に基板の速度が磁歪による変位速度を下回る点があったとしても、基板静止状態での測定結果と基板振動状態での測定結果との平均を取ることにより、摩擦による測定誤差を低減させることはできる。また、基板１８の速度が磁歪による変位速度を下回る状態で測定されたデータについては除外して平均処理を行うようにしてもよい。

また、基板１８を振動させた状態での磁歪特性の測定は、複数回に分けて行ってもよい。例えば、基板１８の振動方向および磁歪によるサンプル８の変位の方向が、クランプ２６から遠ざかる方向（図２における右方向）となる場合と、基板１８の振動方向および磁歪によるサンプル８の変位の方向が、クランプ２６に近づく方向（図２における左方向）となる場合と、で別々に磁歪特性を測定し、これらを合成して基板振動状態での測定結果を取得することとしてもよい。このように測定を分けることで、磁歪によるサンプル８の変位の方向の切り替わりタイミングと基板１８の振動方向の切り替わりタイミングとを一致させる必要等が無くなり、基板１８の速度を、磁歪による変位速度を上回った状態に保つことが容易となる。

また、基板１８を振動させた状態での磁歪特性の測定について、基板１８の振動とサンプル８の変位とを同期させなくてもよい（同一周波数としなくてもよい）。例えば、サンプル８に一定の交流磁界を加えるとともに、基板１８をランダムに振動させ（サンプル８の変位との同期をとらずに振動させ）、基板１８の振動方向とサンプル８の変位方向とが同一となり、基板１８の振動速度がサンプル８の変位速度を上回る点のデータを抽出して、振動磁歪波形ｂ等の、磁歪によるサンプルの変形が助長される方向に摩擦力が働く状態でのデータを取得することとしてもよい。

なお、クーロン摩擦では、滑り速度は摩擦力の大きさに関与しないので、磁歪を測定する瞬間において基板１８の振動速度がサンプル８の変位速度を上回っていれば基板１８の振動波形は任意とすることができる。例えば、図３においては、基板振動波形（振動状態波形ｅ）を三角波としているが、サンプル８の振動磁歪波形ｂの振幅を大きくした波形が基板振動波形（振動状態波形ｅ）となるようにしてもよい。

本実施の形態の磁歪測定装置１０の変形例を図６、図７に示す。ここで、図６、図７に示す変形例において、磁歪測定装置１０は、駆動装置６０を備える。駆動装置６０は、基板１８を振動させる装置である。駆動装置６０は、例えば、基板１８の振動を制御する制御装置４６と基板１８を振動させる加振器２８とを備える。なお、ここで制御装置４６は、前述のようにフィードバックループによって、サンプル８や基板１８の実際の振動を参照して基板１８の振動を制御してもよいが、サンプル８や基板１８の実際の振動を参照せずに振動を制御してもよい。

図６に示す第１変形例では、基板１８は、Ｘ方向における両端部が、基板支持部材２４，２４によって下方から支持されている。また、基板支持部材２４は、軸がＹ方向に延びる円柱状となっており、外周面が基板１８に接している。すなわち、基板支持部材２４は、基板１８に接する曲面を有している。また、基板１８には、駆動装置６０が接続されている。そして、駆動装置６０が、基板１８をＸ方向に振動させるようになっている。
なお、基板支持部材２４は、基板１８のＸ方向への移動に伴い、軸を中心として周方向に回転するようになっていてもよい。

図７に示す第２変形例では、駆動装置６０は、ベルトに接続されている。また、駆動装置６０は、ベルトを回転させることが可能になっている。第２変形例においては、サンプル８は、ベルト上に配置される。すなわち、ベルト（ベルトの上面）が、基板１８として機能するようになっている。そして、ベルトの回転によって、基板１８がＸ方向に動くようになっている。具体的には、ベルトが所定方向に回転すると、基板１８がＸ方向において、クランプ２６から離れる方向に動き、ベルトが逆方向に回転すると、基板１８がＸ方向において、クランプ２６に近づく方向に動くようになっている。すなわち、ベルトの回転方向の切り替えによって、基板１８の振動が実現されるようになっている。
なお、ベルトの上にベルトとは別体の基板１８を配置することとしてもよい。

なお、前述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を置換、削除する等、変更することが可能である。

８ サンプル（板状材料）
１０ 磁歪測定装置
１８ 基板
４６ コンピュータ（制御装置）

Claims (6)

1. 交流磁界中に置かれ一端部が固定された板状材料の他端部の変位を測定することにより、前記板状材料の磁歪特性を測定する磁歪測定装置であって、
   前記板状材料の底面が接触する基板を備え、
   前記基板が磁歪特性の測定方向に振動可能であることを特徴とする磁歪測定装置。
2. 前記基板の振動を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記測定方向において、前記基板の振動方向と前記板状材料の前記変位の方向とが揃うように前記基板の振動を制御することを特徴とする請求項１に記載の磁歪測定装置。
3. 前記制御装置は、前記測定方向において、前記基板の振動速度が前記板状材料の前記変位の速度よりも速くなるように前記基板の振動を制御することを特徴とする請求項２に記載の磁歪測定装置。
4. 交流磁界中に置かれ一端部が固定された板状材料の他端部の変位を測定することにより、前記板状材料の磁歪特性を測定する磁歪測定方法であって、
   前記板状材料の底面を基板に接触させ、前記基板を静止させた状態で磁歪特性を測定する静止状態測定工程と、
   前記板状材料の底面を前記基板に接触させ、前記基板を磁歪特性の測定方向に振動させた状態で磁歪特性を測定する振動状態測定工程と、
   前記静止状態測定工程で測定された磁歪特性と、前記振動状態測定工程で測定された磁歪特性との平均を求める工程とを含むことを特徴とする磁歪測定方法。
5. 前記振動状態測定工程では、前記測定方向において、前記基板の振動方向と前記板状材料の前記変位の方向とが揃うように前記基板を振動させることを特徴とする請求項４に記載の磁歪測定方法。
6. 前記振動状態測定工程では、前記測定方向において、前記基板の振動速度が前記板状材料の前記変位の速度よりも速くなるように前記基板を振動させることを特徴とする請求項５に記載の磁歪測定方法。

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