JP4257433B2 - 磁歪と磁化との同時測定方法、及びその方法を用いた磁歪計測用機器の較正用標準試料の作成方法、並びにその作成方法で作成した較正用標準試料を使用した磁歪計測用機器の較正方法。 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪と磁化とを回折法により、厳密な意味で試料の同領域について観測し得る方法、及びその方法を用いた較正用標準試料の作成方法、並びにその作成方法で作成した較正用標準試料を使用した磁歪計測用機器の較正方法に関するものである。

磁歪とは、磁性体が磁化することによって引き起こされる非常にわずかな形状変化である。消磁状態から飽和磁化状態になるまでの磁性体の形状変化を単位長さ当たりの変化に換算した量は、「飽和磁歪係数」あるいは単に「磁歪係数」と呼ばれている。磁歪係数は、磁化の容易軸方向と困難軸方向とでは異なる値を示したり、磁化に対して伸びる場合と縮む場合とがあったりする。磁歪係数は、温度によっても値を変える。物理学や工学の分野では、こうした特徴を持つ磁歪係数は、物質固有の基礎的物性値として取り扱っている。

近年、産業の分野で磁歪は、磁歪式アクチュエータ（特許文献１参照）として利用されたり、磁歪の逆効果を利用した、磁歪式歪センサ（特許文献２参照）、磁歪式トルクセンサ（特許文献３参照）、磁歪応力測定（特許文献４参照）などに利用されたりしている。

物質固有の基礎的物性値としての磁歪係数は、一般に、歪ゲージ法やキャパシタンス法などを用いて計測されている（例えば、非特許文献１参照）。これは、外部モードの磁歪として分類され、磁性体の消磁状態から飽和磁化状態になるまでの巨視的な形状変化を観測して得られる量である。外部モードでの磁歪係数の計測の際には、磁化が飽和しているかどうかの確認が必須であることを明記しておく。

これに対して、内部モードの磁歪が知られている。これは、磁性体の消磁状態から飽和磁化状態になるまでの結晶学的な格子定数の変化を観測した量である（非特許文献１参照）。

磁歪の外部モードでの係数と内部モードでの係数とは、定義からすると、それぞれ別々な値が計測されてもよい。しかし、試料が単結晶体ならば、磁化の飽和値に注目するため、同じ大きさの値が得られてもよい。

内部モードの磁歪係数の測定方法としては、中性子回折法やＸ線回折法が有力であるが、従来は、いずれも、測定精度に劣り、桁違いに大きな磁歪係数を呈する一部の物質にしか適応できないという欠点があった。特にＸ線回折法などは、実用的手法とは見做されておらず（非特許文献１参照）、ほとんど利用されていなかった。

図１は、Ｘ線回折法で求めた、Ｘ線の試料への入射角θとＸ線の回折光強度Ｉとの関係を表すロッキング曲線を例示するものであり、図１の縦軸はＸ線の回折光強度Ｉ軸、横軸はＸ線の試料への入射角θ軸を示している。この図１では、同一試料について、図中実線で消磁状態でのロッキング曲線プロファイルＩ（０，θ）を、また図中破線で磁場Ｈでの磁化状態でのロッキング曲線プロファイルＩ（Ｈ，θ）をそれぞれ示している。Ｘ線を用いた内部モードでの磁歪計測の従来の計測方法では、角度に関して高精度の回折計を走査し、消磁状態と飽和磁化状態とについてそれぞれのブラッグ角（図１の各ロッキング曲線プロファイルにおけるピーク点での角度）θ_Ｂ（０），θ_Ｂ（Ｈ）を測定して、図１に符号Ａで示すように、ブラッグ角の変化Δθ_Ｂをその測定したブラッグ角θ_Ｂ（０），θ_Ｂ（Ｈ）の差から求め、それを格子定数の変化に換算して磁歪係数を決定していた。しかしながら、ロッキング曲線のピーク点付近はなだらかゆえ、ピーク点の角度を求めること自体誤差が大きくなりがちなため、その差を直接測定することは、精度を確保する上では得策ではなかった。

これに対し、本願発明者等は、近年、Ｘ線回折法に於いて、測定上の工夫により、従来法に対し２桁の測定精度の向上を実現し、汎用的な磁性材料に対して、実用的な測定精度を提供することができるようにした（非特許文献３）。

すなわち、本願発明者等は、ロッキング曲線の強度変曲点ＩＰ（図１参照）付近で回折計を固定したまま、磁化の有無によって生ずる回折光強度の変化ΔＩを充分な光子統計で計測して、ロッキング曲線の微分から求めた量と比較し、図１に符号Ｂで示すように、ブラッグ角の変化Δθ_Ｂを後述の如くΔＩとＩ(０,θ)とから商で求め、それを格子定数の変化に換算し、磁歪係数を高精度に決定する方法を示した（非特許文献３）。以下にその概要を示す。

図２（ａ）は、磁場Ｈの変化に対するＸ線回折光強度の相対変化δの関係を示し、縦軸は相対変化δ軸、横軸は磁場Ｈ軸を示している。図２（ｂ）は、磁場Ｈの変化に対する上記相対変化δの磁場に対して反対称な成分δ_Ａの関係を示し、縦軸は反対称成分δ_Ａ軸、横軸は磁場Ｈ軸を示している。図２（ｃ）は、磁場Ｈの変化に対する上記相対変化δの磁場に対して対称な成分δ_Ｓの関係を示し、縦軸は対称成分δ_Ｓ軸、横軸は磁場Ｈ軸を示している。図２（ａ）中、実線は磁場上昇中に計測した特性、破線は磁場下降中に計測した特性であり、図２（ｂ），（ｃ）中、実線は磁場上昇中に相当する特性（後述の数式（３），数式（４）に相当）、破線は目のガイドのために記した磁場下降中に相当する特性（後述の数式（３），数式（４）の符号を逆にしたものに相当）である。図２（ａ）に示すＸ線回折光強度の相対変化δは、

で表される。但し、

とする。Ｉ(Ｈ,θ)は、磁場強度がＨの時に於ける、ブラッグ角近傍での入射角θにて観測される回折光強度である。Ｘ線回折光強度の相対変化δを磁場上昇時０＜dＨ/dｔおよび磁場下降時dＨ/dｔ＜０のそれぞれで計測すると、図２（ｂ）に示す、磁場に対して反対称な成分δ_Ａおよび、図２（ｃ）に示す、磁場に対して対称な成分δ_Ｓはそれぞれ、

である。磁場に対して対称な成分δ_Ｓは、磁場に対して反対称な成分δ_Ａをδから取り除いた部分（δ_Ｓ＝δ−δ_Ａ）である。磁歪係数の決定には、回折光強度相対変化δのうち、その磁場対称成分δ_Ｓのみを使用し、磁場反対称成分δ_Ａは使用していない。

図１に実線で示す消磁状態での回折光のロッキング曲線プロファイルＩ(０,θ) とその微分dＩ(０,θ)/dθとを組み合わせることにより、以下のようにもうひとつの回折光強度の相対変化Ｄ(θ)を定義する。

この相対変化Ｄ(θ)と、数式（４）で求めた対称な成分δ_Ｓとを比較することにより、消磁状態のブラッグ角θ_Ｂからのずれ、すなわちロッキング曲線のシフト量Δθ_Ｂ（図１に符号Ｂで示す）を決定することができる。

このロッキング曲線のシフト量Δθ_Ｂを用いて、体積変化を無視した磁歪係数λ₁₀₀ を、次式

の飽和磁化状態での値として実用的精度で得られるということは、本願発明者等が公知とした手法である（非特許文献３）。

この公知とした手法で計測される磁歪は、試料のバルク全体領域での平均的な値ではなく、Ｘ線が照射されて回折のために相互作用する表面近傍部分領域での局所的な値である。この公知とした手法によれば、Ｘ線を用いて、非電気的に、無補正で、非接触にて磁歪を計測することができる。シフト量Δθ_Ｂあるいは磁歪係数λ₁₀₀ には、θに関する依存性は実験ではほとんど検出できなかった。よって、数式（６）の左辺は単にλ₁₀₀(Ｈ)と記した。

低温や高磁場という特殊環境下では、熱収縮や熱伝導の影響や電気的機器ゆえの磁気抵抗効果などの影響を受け、磁歪計測用機器の較正が困難な場合がある。こうした特殊環境下では、物性計測用機器は、常温で有するような本来の精度を実現できないことがある（非特許文献２）。

例えば、鉄の低温側２００Ｋ付近での磁歪係数については、図３に示すように諸説の報告がある（非特許文献１、非特許文献３）。ここで、図３の縦軸は磁歪係数λ^γ,2×１０^６ 軸、横軸は試料温度，T（Ｋ）軸を示している。磁歪係数の実測値が諸説ある原因は、低温高磁場中に於ける較正や補正の難しさに起因した測定の難しさにある。つまり、現状では、鉄のような工業的にも重要な材料に対してさえも、物質固有な普遍的な数値であるはずの自然科学上の基礎的物性値そのものが正しく計測されているかどうかが不確かなのである。

磁歪係数の計測には、定義からして、計測対象となる試料材料に対して、消磁状態であることと飽和磁化状態であることという、磁化に関する状態の確認が必須である。つまり、磁歪計測には、対象試料の磁化の計測が必要である。

従来は、磁歪と磁化とに対してそれぞれ別個の装置を用意して観察するのが公知である。このため計測者は、磁歪計測用の原理に基づいた、試料の然るべき領域に感度のあるプローブを有した装置と、磁化計測用の原理に基づいた、試料の然るべき領域に感度のあるプローブを有した別の装置とを併用して、試料の同領域での観察となるように努力して計測している。試料の磁歪と磁化との同領域での観察には、別々な装置を利用する限り、最終的には、同領域であると仮定せねばならないこともある。

多くの場合、この、磁化と磁歪が試料の同領域で観察できているという仮定は成り立つ。しかし、磁化と磁歪との計測で、装置が別であるということは、それぞれの装置を用意せねばならないことを意味する。このほか、原理やプローブの試料に対する感度領域が異なる場合があったり、どちらかの測定が思うようにできない環境であったりするときには、この試料の同領域での観察という仮定がなりたつとは限らない。この意味で従来法には欠陥がある。

低温などの特殊環境下では、代表的な磁性体である鉄ですら磁歪という物性値がよくわかっていないという現状からすると、素性の知れた機器較正用標準試料が現在のところ見当たらない。

磁歪と磁化に関して、試料の同領域での観察が厳密でないために、過度の磁場を加えて、磁化が飽和するようにせねばならないならば、これも磁歪計測に対しては、補正に関する悪影響となりうる。

それゆえ、測定環境に左右されず、仮定なしに厳密な意味で試料の同領域で磁歪と磁化とを観測できる方法を開発することが有益であることは明らかである。
特許3332125 磁歪式アクチュエータ 特許3521010 磁歪式歪センサ 特許3526750 磁歪式トルクセンサ 特許2771433 管の磁歪応力測定方法 Etienne du Tremolet de Lacheisserie, Magnetostriction: theory and applications of magnetoelasticity, CRC Press, Boca Raton, 1993. Herbert B. Callen and Earl R. Callen, "Theory of High-Temperature Magnetostriction", Phys. Rev., 132 (1963) 991-996. タツモト氏とオカモト氏との私的通信として紹介。

本発明の目的は、磁歪と磁化とを、厳密な意味で同領域にて観測できる方法、内部モードの磁歪係数を外部モードの磁歪係数計測装置に適応する方法及びこれらの方法を利用して評価された較正用標準試料などの製品、並びにこれらの方法によって評価された較正用標準試料を使って較正したセンサ等の機器を提供することにある。

本願発明者らは、意外にも、Ｘ線回折光強度の相対変化δから分離して得た磁場に対して反対称な成分δ_Ａと対称な成分δ_Ｓとを再合成して得られる量、

から、試料の相対磁化を得られるということに気づいた。Ｒ’_ａ(Ｈ,θ)は、数式（７）のように、相対変化δを構成する回折光強度Ｉ(Ｈ,θ)からも定めることができる。Ｒ’_ａ(Ｈ,θ)は、Ｈの関数であり、飽和磁化での値はＸ線磁気回折の非対称度Ｒ_ａに相当する。実験によるとＲ’_ａ(Ｈ,θ)は入射角θに依存しなかったので、以降は単にＲ’_ａ(Ｈ)と記す。

Ｒ’_ａ(Ｈ)の、その飽和値Ｒ_ａに対する比

は、試料の相対磁化Ｍ(Ｈ)/Ｍ_Ｓを表わす。ここで、Ｍ(Ｈ)は試料の磁化の値で、Ｍ_Ｓは試料の飽和磁化の値である。

Ｘ線磁気回折の非対称度Ｒ_ａは、通常は、入射角θについて積分した積分強度を用いるか、ロッキング曲線のピーク強度を用いている。数式（７）では、入射角θに於ける部分強度を用いていることに違いがある。

磁歪係数の測定の際に必要な磁化測定は、磁化が磁場に対して飽和していることを確認できれば良いので、飽和値に対する相対値で充分である。

一方、磁歪係数は、磁場を強くしていったときの、数式（６）で得られる値λ₁₀₀(Ｈ)の飽和値であるが、磁場Hで磁化過程にあるλ₁₀₀(Ｈ)は、数式（８）の相対磁化の値に対応する。なお、数式（３）の、磁場に対して反対称な強度変化の成分δ_Ａは、本発明では重要な役割を果たしているが、公知とした磁歪計測法には不要であったことを明記しておく。

本願発明者は、回折光強度の相対変化を観測して得られるこれらの量、すなわち、磁場に対して対称な成分と反対称な成分を利用することにより、公知とした手法を発展させ、磁歪係数の絶対値と磁化の相対値を一緒に決定できる便利な新たな手法として提供できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づくものであり、本発明の磁歪と磁化との同時測定方法は、磁歪と磁化とを試料の同領域について同時に測定するに際し、前記試料の前記領域についての磁場内での回折光強度の相対変化δを磁場上昇時および磁場下降時のそれぞれで計測して、それらから磁場Ｈに対し反対称な成分δ_Ａと対称な成分δ_Ｓとを求め、前記対称な成分δ_Ｓに基づき前記試料の前記領域の磁歪係数を求めるとともに、前記反対称な成分δ_Ａと対称な成分δ_Ｓとを再合成して得られる量に基づき前記試料の前記領域の相対磁化を求めることを特徴としている。

磁場に対して反対称な成分δ_Ａと対称な成分δ_Ｓとは、もともと共通の回折光強度の相対変化δの計測から、磁場に対する対称性を基に一度分解し、再合成して得た量である。すなわち、本発明は、磁歪の絶対値と磁化の相対値という磁性に関する二つの物性値が、図４に示すように、同時にかつ試料の同領域を対象にＸ線の同一プローブ光により同一装置で観測できる方法に関するものである。ここに、図４の縦軸は磁歪係数λ₁₀₀×１０^６軸、横軸は相対磁化Ｍ(Ｈ)/Ｍ_Ｓ軸である。

また本発明により、従来、定量的測定に不確かな要素のあった低温で高磁場となるような特殊環境下に於いても、従来公知の磁歪計測用機器を正しく較正することが出来る手法を提供できることも判明した。すなわち、単結晶試料で得た内部モードの磁歪係数値の観測結果から、外部モード用の磁歪係数計測機器の較正に適した較正表を複数の標準試料により作成することが有効であることを見出した。この較正のための手法は、磁気抵抗効果や熱膨張係数の影響を受けないことが特徴である。

ここで、磁歪特性とは磁場依存性あるいは磁化依存性もしくは温度依存性もしくは磁化方位依存性などの物性値の特性を指す。

本発明における磁場内での回折光強度の計測は、磁場内でのＸ線回折のみならず磁場内での中性子線回折によっても行うことができる。ここで、磁場内でのＸ線回折とは、共鳴磁気回折または非共鳴磁気回折をさす。

本発明は、磁歪という物性値を測定する方法であって、回折法を用いて試料の磁化の計測を伴って観測することを特徴とする、新しい磁歪係数測定方法を提供することができる。

また、本発明は、磁歪という物性値の特性を評価するための機器であって、回折法による磁歪係数測定方法により評価された磁歪係数を性能表の仕様に含めて製造した、磁歪計測用機器較正用標準試料を提供することができる。

さらに、本発明は、内部モードによって計測された磁歪係数を用いることを特徴とする、外部モードの磁歪係数測定機器較正の新しい方法を提供することができる。

さらに、本発明は、内部モードによって計測された磁歪係数を用いることを特徴とする、外部モードの磁歪係数測定機器較正の新しい方法を利用して較正したセンサ等の磁歪磁歪計測用機器を提供することができる。

さらに、本発明は、内部モードによって計測された磁歪係数を用いることを特徴とする、外部モードの磁歪係数測定機器較正の新しい方法を利用して較正することにより製造したセンサ等の磁歪計測用機器の特性をもって評価された製品を提供することができる。

本発明に基づき、Ｘ線を用いて磁歪と磁化という物性値を、同時にかつ試料の同領域について、Ｘ線の同一プローブ光により同一装置で観測する手法を行うには、放射光Ｘ線を利用することが好ましい。放射光Ｘ線は高強度であるために、測定時間が現実的であることの他、相対磁化の測定のために磁気回折を利用するからである。

すなわち本発明の実施形態としては、例えば、試料中の磁性元素のＸ線吸収端エネルギーに入射光Ｘ線エネルギーを合わせたπ偏光成分を含む入射光による共鳴磁気回折とするか、あるいは、円偏光成分を含んだ入射光と回折光の向きが互いに直交する非共鳴磁気回折とする。放射光Ｘ線を光源にすれば、これらのどちらの磁気回折での測定も可能である。

磁気回折には各種配置がある。それゆえ、磁化の向きと磁気回折の各種配置の選定により、磁歪係数の磁化に平行な成分や垂直な成分のほか、体積磁歪といった、磁歪の各種係数に焦点を絞って計測することもできる。

さらに、本発明に基づき放射光施設で磁歪について評価した試料は、磁歪という物性値を測定するための機器に対して、較正用の標準として使用することができる。本発明に基づき磁歪について評価した試料は、特に、歪ゲージ法やキャパシタンス法を用いた従来の電気的測定方式に対する、磁歪測定機器の較正が難しい特殊環境下、例えば低温でかつ高磁場下での機器較正用標準試料として有効である。

この較正用標準試料は、単結晶体であることが望ましい。単結晶体であれば、磁歪の外部モードと内部モードとの値がそれぞれの飽和値に対して同一となって都合よいからである。

さらに、本発明は、本発明に基づく内部モードの磁歪係数の計測によって評価した較正用標準試料を利用して較正した電気的測定方式の外部モードの磁歪測定用機器を提供することができる。本発明に基づき評価した較正用標準試料を利用して較正した従来公知の電気的測定方式の磁歪測定機器を使用することにより、放射光施設に測定したい試料を持ち込まずとも、従来通りのいかなる現場に於いても制限なく当発明を使用できる。

(実施例１)
本発明を、磁歪係数計測機器用の１次較正用標準試料の作成に利用する場合について、以下の実施例を用いて説明する。

この実施例１では、強磁性体、例えば鉄、の単結晶試料を用意し、放射光施設に於いて、本発明に基づくＸ線回折法により、上記試料の磁歪特性測定を磁化測定と共に行う。すなわち、上記試料の磁歪特性はブラッグ角のシフト量の計測から求め、磁化特性は相対磁化として、磁歪と一緒に得られる共鳴磁気散乱の規格化した非対称度から求める。

測定装置は、図５に示すように、共鳴磁気回折の配置とする。ここで、図中符号１はベンディング磁石からの白色放射光Ｘ線、２はビームラインスリット、３は珪素二結晶分光器、４は入射光Ｘ線モニタ用電離箱、５は試料スリット、６はπ偏光した入射光単色Ｘ線、７は試料、８は回折計、９は回折計の電磁石、１０は試料温度制御用冷凍機、１１はシュラウド、１２は回折計の２θアーム、１３は回折光Ｘ線、１４は受光スリット、１５はＸ線検出器をそれぞれ示す。鉄単結晶試料７に対し、入射光Ｘ線６はπ偏光した鉄のＫ吸収端エネルギーとする。試料７は冷凍機１０により、温度Ｔに設定しておく。試料７の容易磁化［００１］方向に電磁石９で磁場を印加し、回折光強度を測定する。

試料７への入射角θは、ロッキング曲線の低角側と高角側の両変曲点付近（図１の点ＩＰは低角側変曲点付近）に固定して設定することが望ましい。両変曲点付近での測定は、磁化の測定と磁歪係数の測定にもっともよい条件を満たし、磁歪係数を最も優れた精度で決定できる。

回折光強度の相対変化の割合δ(Ｈ,θ)の測定は、磁場を上昇させながら設定した磁場強度Ｈと、磁場を下降させながら設定した磁場強度−Ｈとの１組すなわちδ(Ｈ,θ)|_{０＜dＨ/dｔ}及びδ(−Ｈ,θ)|_{dＨ/dｔ＜０}毎に、充分な光子統計の精度で計測する。このほかに、磁歪係数の絶対値の計測のためには、消磁状態のロッキング曲線の強度プロファイルＩ(θ)を計測する。特に、δ(θ)の測定で使用した入射角θ付近は、差分をとって求める微分係数dＩ(θ)/ dθに対し充分な光子統計の精度で計測する。導出法は、数式（６）の通りである。磁歪係数はλ₁₀₀に限らず、λ₁₁₁でも、あるいはλ^γ,2でもλ^ε,2でも構わない。

磁化は共鳴磁気散乱の規格化した非対称度から求める。導出法は、数式（８）の通りである。

飽和磁化に至るまでの磁歪係数の磁化依存性結果は、先に述べた図４に示すようなグラフの形にまとめることができる。本実施例により得られる図４に示す如き測定結果から、磁場を変化させても磁化が変化しないことが確認できる。相対磁化軸（横軸）の最大値の１は規格化してあり、飽和磁化を示す。このときの磁歪軸（縦軸）のとる飽和値が磁歪係数である。

(実施例２)
本発明を、外部モードの磁歪係数計測機器の低温に於ける較正用標準試料の評価に利用する場合について、他の実施例を用いて説明する。

この実施例２では、強磁性体、例えば鉄、の単結晶試料を用意する。内部モードの磁歪係数と外部モードの磁歪係数は、通常異なる値を示すが、鉄の場合、単結晶試料では同じ値を示すという点を利用する。

放射光施設に於いて、本発明に基づくＸ線回折法により、先に実施例と同様にして、試料の磁歪特性を磁化測定と共に測定する。すなわち、試料の磁歪特性はブラッグ角のシフト量の計測から求める。磁化特性は相対磁化として、磁歪と一緒に得られる共鳴磁気散乱の規格化した非対称度から求める。

試料温度Ｔを５０Ｋから室温まで変化させたときの、鉄の内部モードの磁歪係数の温度依存性測定結果は、先に述べた図３に示す如きグラフにまとめることができる。

較正に必要な物理量は、標準試料毎に（ｔ_i, λ(ｔ_i)）の２種である。ここで、Ｔ＝ｔ_i（i＝1, 2, 3 …）は設定した温度、λ(ｔ_i)は本発明に基づき内部モードで温度ｔ_iにて計測した磁歪係数である。設定温度Ｔは、適当に細分されていることが望ましい。磁歪係数は、λ₁₀₀でもλ₁₁₁でも、あるいはλ^γ,2でもλ^ε,2でも構わない。この測定結果を試料用の較正表にまとめる。

(実施例３)
本発明を、低温領域で使用する外部モードの磁歪係数計測機器、例えば歪ゲージを較正する場合の較正表の作成に利用する場合について、さらに他の実施例を用いて説明する。

この実施例３では、較正用標準試料は、例えば、鉄単結晶試料とする。この鉄の較正用標準試料は低温での特性（ｔ_i, λ^Fe(ｔ_i)）が示されている。ここで、λ^Fe(ｔ_i)は、本発明により内部モードで計測した、温度Ｔ＝ｔ_i（i＝1, 2, 3 …）に於ける較正用標準試料の磁歪係数である。

評価したい外部モードの磁歪係数計測機器、例えば歪ゲージ、をあらかじめ常温にてこの較正用標準試料に装着しておく。

磁歪特性を内部モードで評価した環境下と同じ条件に、この歪ゲージを装着した較正用標準試料を置く。このとき、設定した温度条件Ｔ＝ｔ_i とともに、歪ゲージの抵抗値を、消磁状態のものr₀ ^Feと、飽和磁化状態でのものr_SM ^Feとについて測定する。

図６は、歪ゲージの較正法及び使用法の原理を説明するために、ある温度Ｔ＝ｔ_i に於ける、鉄の歪ゲージ出力抵抗値の実測値と磁歪係数の較正値との関係を数直線上にまとめたものである。すなわち、図６のｒ軸は、歪ゲージの出力抵抗を示しており、ｒ軸の下方には出力抵抗値を、上方には対応する磁歪係数を記してある。図中左方に示す磁化０のときの鉄試料に対する歪ゲージの出力抵抗値はr₀ ^Fe(ｔ_i)であり、そのときの磁歪係数は０である。また、図中中央部に示す飽和磁化のときの鉄試料に対する歪ゲージの出力抵抗値はr_SM ^Fe(ｔ_i)であり、そのときの磁歪係数は、試料の較正表よりλ^Fe(ｔ_i)である。

こうして、２種の物理量からなる試料用の較正表に対してこの２種の物理量を追加した合計４種の物理量からなる特定の歪ゲージ用の較正表（ｔ_i, λ^Fe(ｔ_i), r₀ ^Fe(ｔ_i), r_SM ^Fe(λ^Fe, ｔ_i)）を作成する。上記４種の物理量とは、温度、磁歪定数、消磁状態での歪ゲージの出力抵抗値、及び飽和磁化のときの歪ゲージの出力抵抗値である。温度Ｔ＝ｔ_i は、適当に細分されていることが望ましい。磁歪係数は、λ₁₀₀あるいはλ₁₁₁、またはλ^γ,2もしくはλ^ε,2でも構わない。

(実施例４)
本発明を、低温領域で使用する外部モードの磁歪係数計測機器を較正して使用する場合について、さらに他の実施例を用いて説明する。

この実施例４では、任意の元素の製品に対して、上記の較正表を有する歪ゲージを装着し、温度Ｔ＝ｔ_i に於ける、製品の磁歪係数λ^Ｘ(ｔ_i)を測定する場合について記す。

低温領域での磁歪係数計測機器の較正の際には、室温で設定した条件からの変化に対する補正、例えば熱収縮に伴う熱膨張係数の考慮などを施す必要がある。このため、低温に於ける歪ゲージの較正には、較正値（ｔ_i, λ(ｔ_i)）が明らかとされた、同じ元素ではない最低２種類の較正用標準試料を準備しなければならない。例えば、鉄のほか、コバルトあるいはニッケルなどの強磁性を示す単結晶体の標準試料がその候補となる。これらを含む合金や酸化物等でも構わない。

例えばここでは、ある温度にて得られた鉄（Fe）とニッケル（Ni）の単結晶体較正用標準試料の容易磁化方向の磁歪係数が温度毎に既知であるとして得られた４種の物理量からなる２組の較正値、（ｔ_i, λ^Fe, r₀ ^Fe, r_SM ^Fe）（後述する図７（ｂ）のＬ１参照）および（ｔ_i, λ^Ni, r₀ ^Ni, r_SM ^Ni）（後述する図７（ｂ）のＬ３参照）を用いる。ここで、磁歪係数λ^Feまたはλ^Niは、λ₁₀₀あるいはλ₁₁₁、またはλ^γ,2もしくはλ^ε,2でも構わない。

較正する歪ゲージを、評価対象の、磁歪係数が未知の被測定体Ｘにあらかじめ常温で装着しておく。被測定体Ｘは、例えば、較正用２次標準試料候補となる試料をはじめ、従来歪ゲージが計測してきた製品全般とし得る。

ここで、図７（ａ），（ｂ）は、歪ゲージの較正法及び使用法の原理を説明するために、ある温度ｔ_i に於ける、歪ゲージの出力抵抗の実測値と磁歪係数の関係を、その出力抵抗をｒ軸とした数直線上にまとめたものである。ｒ軸の下方には出力抵抗値を、上方には対応する磁歪係数を記してある。図７（ａ）は、ある温度ｔ_i に於ける較正表にある歪ゲージの出力抵抗値および磁歪係数の既知の値と被測定体Ｘに対する値の全てをまとめたものである。また図７（ｂ）は、図７（ａ）の記載のうち鉄に関する較正表の部分（Ｌ１）と、被測定体Ｘの磁歪係数を求める際の考え方の部分（Ｌ２）と、（ａ）の記載のうちニッケルに関する較正表の部分（Ｌ３）とを示す説明図である。

ある温度ｔ_i にて、この較正した歪ゲージの消磁状態および飽和磁化状態で実測される抵抗値がそれぞれr₀ ^Ｘ(ｔ_i)およびr_SM ^Ｘ(ｔ_i)であるとする（図７（ａ），（ｂ）のＬ２参照）。このとき、温度ｔ_i に於けるこの製品の磁歪係数λ^Ｘ(ｔ_i)は、次のように求めることができる。まず、熱膨張係数に関する補正のために、実測値の鉄とニッケルとに対する熱膨張係数に関する割合

を考慮する。r₀ ^Ｘは、r₀ ^Feとr₀ ^Niとのｍ対ｎの内分点である（図７（ｂ）のＬ２は図７（ｂ）のＬ１とＬ３との間をｍ対ｎに内分する位置に記載してある）。ここで、ｍ及びｎは、温度ｔ_i に於ける測定値r₀ ^Ｘの、r₀ ^Feに対するr₀ ^Niの占める割合及び測定値r₀ ^Ｘの、r₀ ^Niに対するr₀ ^Feの占める割合である。

この割合で重みを持たせた比の計算（図７（ｂ）のＬ１〜Ｌ３）から、被測定体Ｘによる歪ゲージの出力抵抗値が例えばr^Temp（図７（ｂ）のＬ２中央部参照）を示すときの磁歪係数の暫定値λ^Temp（図７（ｂ）のＬ２中央部参照）は、鉄とニッケルの磁歪係数の較正結果（図７（ｂ）Ｌ１，Ｌ３参照）を利用して

と求めることができる。
今度は、歪ゲージの暫定値r^Temp（図７（ｂ）Ｌ２の中央部参照）と実測値r₀ ^Ｘ（図７（ｂ）のＬ２左側参照）及び実測値r_SM ^Ｘ（図７（ｂ）のＬ２右側参照）のそれぞれとの差

から、比の計算をもう一度行うことにより（図７（ｂ）のＬ３の下方 参照）、被測定体Ｘに関する知りたい磁歪係数λ^Ｘ（図７（ｂ）のＬ２右側参照）を、外分

によって求めることができる（図７（ｂ）のＬ２右側参照）。

もしも、被測定体Ｘが２次較正試料ならば、２次較正試料用の較正表に掲載すべき物理量は、（ｔ_i, λ^Ｘ(ｔ_i)）の２種である。ここで、温度Ｔ＝ｔ_i は設定した温度、λ^Ｘ(ｔ_i)は歪ゲージのある抵抗値に対応した磁歪の大きさである。温度Ｔ は適当に細分されていることが望ましい。

かくして本発明によれば、磁歪と磁化とを厳密な意味で同領域にて観測することができ、また、本発明の方法で求めた内部モードの磁歪係数を外部モードの磁歪係数計測装置に適応することができ、さらに、本発明の方法を利用して評価された較正用標準試料などの製品、並びに本発明の方法によって評価された較正用標準試料を使って較正したセンサ等の機器を提供することができる。

ブラッグ角の変化量の測定原理を示すため、Ｘ線回折法で求めた、Ｘ線の試料への入射角θとＸ線の回折光強度Ｉとの関係を表すロッキング曲線を例示する説明図である。 （ａ）は、磁場Ｈの変化に対するＸ線回折光強度の相対変化δの関係を示し、（ｂ）は、磁場Ｈの変化に対する上記相対変化δの磁場に対して反対称な成分δ_Ａの関係を示し、（ｃ）は、磁場Ｈの変化に対する上記相対変化δの磁場に対して対称な成分δ_Ｓの関係を示す説明図である。 鉄の磁歪係数λ^γ,2の温度依存性の測定結果を例示する説明図である。 鉄の磁歪の磁化依存性の測定結果を例示する説明図である。 本発明に基づき磁歪と磁化を一緒に測定する装置の構成例を示す平面図である。 ある温度Ｔ＝ｔ_i に於ける鉄の歪ゲージ出力抵抗値と較正値との関係を数直線で示す説明図である。 歪ゲージの較正法及び使用法の原理を数直線で示すものであり、（ａ）は、ある温度ｔ_i に於ける較正表にある歪ゲージの出力抵抗値および磁歪係数の既知の値と被測定体Ｘに対する値の全てをまとめた説明図、（ｂ）は、（ａ）の記載のうち鉄に関する較正表の部分と、被測定体Ｘの磁歪係数を求める際の考え方の部分と、（ａ）の記載のうちニッケルに関する較正表の部分とを示す説明図である。

符号の説明

１ ベンディング磁石からの白色放射光Ｘ線
２ ビームラインスリット
３ 珪素二結晶分光器
４ 入射光Ｘ線モニタ用電離箱
５ 試料スリット
６ π偏光した入射光単色Ｘ線
７ 試料
８ 回折計
９ 電磁石
１０ 試料温度制御用冷凍機
１１ シュラウド
１２ 回折計の２θアーム
１３ 回折光Ｘ線
１４ 受光スリット
１５ Ｘ線検出器

Claims (5)

1. 磁歪と磁化とを試料の同領域について同時に測定するに際し、
   前記試料の前記領域についての磁場内での回折光強度の相対変化（δ）を磁場上昇時および磁場下降時のそれぞれで計測して、それらから磁場（Ｈ）に対し反対称な成分（δ_Ａ）と対称な成分（δ_Ｓ）とを求め、
   前記対称な成分（δ_Ｓ）に基づき前記試料の前記領域の磁歪係数（λ₁₀₀）を求めるとともに、
   前記反対称な成分（δ_Ａ）と対称な成分（δ_Ｓ）とを以下の式（１６）
   

   

   を用いて再合成して得られる量（Ｒ’_ａ）に基づき前記試料の前記領域の相対磁化（Ｍ/Ｍ_Ｓ）を求めることを特徴とする、磁歪と磁化との同時測定方法。
2. 前記磁場内での回折光強度はＸ線磁気回折により求めることを特徴とする、請求項１記載の磁歪と磁化との同時測定方法。
3. 磁歪と磁化とが同領域について判明した、磁歪計測用機器の較正用標準試料を作成するに際し、
   前記試料の前記領域についての磁場内での回折光強度の相対変化（δ）を磁場上昇時および磁場下降時のそれぞれで計測して、それらから磁場（Ｈ）に対し反対称な成分（δ_Ａ）と対称な成分（δ_Ｓ）とを求め、
   前記対称な成分（δ_Ｓ）に基づき前記試料の前記領域の磁歪係数（λ₁₀₀）を求めるとともに、
   前記反対称な成分（δ_Ａ）と対称な成分（δ_Ｓ）とを以下の式（１６）
   

   

   を用いて再合成して得られる量（Ｒ’_ａ）に基づき前記試料の前記領域の相対磁化（Ｍ/Ｍ_Ｓ）を求めることで作成することを特徴とする、磁歪計測用機器の較正用標準試料の作成方法。
4. 前記磁場内での回折光強度の相対変化はＸ線磁気回折により求めることを特徴とする、請求項３記載の磁歪計測用機器の較正用標準試料の作成方法。
5. 請求項３または４記載の方法で作成した較正用標準試料を使用して磁歪計測用機器を較正することを特徴とする、磁歪計測用機器の較正方法。

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