JP4318183B2 - 磁化率測定方法、磁化率測定用目盛の作製方法、磁化率測定器及び磁化率測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、反磁性材料の磁化率測定方法、磁化率測定用目盛の作製方法、磁化率測定器及び磁化率測定装置に関するものである。

従来から、磁性材料における磁化率などの磁気特性を測定するための手段として、超電導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）が用いられている。（例えば下記特許文献１参照）。

特許公開２００１−５６３１６号公報

しかし、ＳＱＵＩＤでは、一般的に、容器に入れた試料の磁化率を測定するため、容器の磁化率による誤差があり、これを補正する必要がある。また、ある程度の量の試料を用いないと感知できないため、当然微小な試料の磁化率を測定できない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、磁気浮揚可能な反磁性材料の磁化率を容易に測定できる磁化率測定方法と、磁化率測定用目盛の作製方法と、誤差がほとんどなく、少量又は微小な反磁性材料でも磁化率を測定できる磁化率測定器及び磁化率測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の磁化率測定方法は、磁化率が判明している複数種の反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、浮揚した前記反磁性材料の浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置及び磁化率から、前記磁場内における前記反磁性材料の磁化率と浮揚位置との関係を算出する工程と、磁化率が判明していない反磁性材料を前記磁場内に磁気力により非接触で浮揚させ、この浮揚位置を特定し、算出された前記関係を用いて前記磁化率が判明していない反磁性材料の浮揚位置を磁化率に変換する工程とを有する。また、別の観点として、本発明の磁化率測定方法は、種類の異なる反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、前記反磁性材料の浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置における磁場及び磁場勾配を、測定又は数値計算処理によって算出する工程と、測定又は算出された前記磁場及び前記磁場勾配とを用いて前記反磁性材料の磁化率を算出する工程とを有する。

上記構成によれば、磁気浮揚可能な反磁性材料の磁化率を容易に測定することができる。

本発明に係る磁化率測定用目盛の作製方法は、磁化率が判明している複数種の反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、浮揚した前記反磁性材料の各浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置を記録して目盛とする工程と、前記目盛を磁場と勾配磁場との積の値に対応するように分割し小目盛を作製する工程と、前記目盛及び前記小目盛の値を、それぞれに対応した磁化率の値に変換する工程と、を有している。

上記構成によれば、磁化率が判明している複数種の反磁性材料の浮揚位置から得られた目盛が磁場と勾配磁場との積の値に対応するように分割されてなる小目盛を作製する工程を有していることから、様々な磁気浮揚可能な反磁性材料の磁化率を測定するのに使用できる磁化率測定用目盛の作製方法を提供できる。

本発明に係る磁化率測定用目盛の作製方法は、前記目盛及び前記小目盛の値を、それぞれに対応した磁化率の値に変換する工程を有していることが好ましい。これにより、目盛が予め磁化率に変換されているため、測定ごとに磁化率に変換する必要がない。なお、例えば、目盛自体に磁化率の値を付加しておけば、測定された反磁性材料の磁化率を直接的に且つ容易に読み取ることができる。

本発明に係る磁化率測定器は、所定位置を基準とした、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内における反磁性材料に対する磁化率の目盛を有しており、前記反磁性材料を前記磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させ、前記所定位置から前記基準を移動させて、前記基準を前記磁場内に浮揚させた反磁性材料の高さ位置に合わせた際、前記基準の前記所定位置からのずれ幅を前記目盛から読み取って磁化率を測定することを特徴とする。また、本発明に係る磁化率測定装置は、この磁化率測定器と、鉛直方向に磁場を発生させる超電導磁石と、勾配磁場を発生させる勾配磁場発生器とを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、簡易な構成でありながら、容易な操作だけで反磁性材料の磁化率を測定できる磁化率測定器及び磁化率測定装置を提供できる。

本発明に係る磁化率測定器は、鉛直方向に磁場を発生させ、かつ、勾配磁場を発生させる超電導磁石と、前記磁場内で磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚した反磁性材料の浮揚位置を検出する浮揚位置検出器と、前記浮揚位置検出器で検出された前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を求め、前記反磁性材料の磁化率を算出する磁化率算出手段とを備えていることを特徴とする。前記磁化率算出手段は、前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を測定する磁場測定器と、測定された前記磁場及び前記勾配磁場とから前記反磁性材料の磁化率を演算し、算出する磁化率算出器とを備えていることが好ましい。また、前記磁化率算出手段は、前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を数値計算処理により算出し、算出した前記磁場及び前記勾配磁場とから前記反磁性材料の磁化率を演算し、算出する磁化率算出器とを備えているものであってもよい。

上記構成によれば、簡易な構成でありながら、容易な操作だけで反磁性材料の磁化率を測定できる磁化率測定装置を提供できる。

以下、本発明に係る磁化率測定器を含んだ磁化率測定装置の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る磁化率測定器を含んだ磁化率測定装置の概略図である。

磁化率測定装置１０は、超伝導コイルからなる筒状の超伝導磁石１と、磁化率測定器２と、試料供給用部材３と、超伝導磁石１によって発生した磁場に勾配磁場を発生させる勾配磁場発生器（図示せず）とを備えている。磁化率測定器２と、試料供給用部材３とは、超電導磁石１の影響を受けないように非磁性材料で形成されている。

超伝導磁石１は超電導線のコイルからなる円筒状のものであり、磁場が鉛直方向に発生するいわゆる縦型の超電導磁石である。図示しないが、クライオスタット内に収められており、冷却器又は液体ヘリウムなどで冷却され励磁されている。なお、この超伝導磁石１によって発生した磁場内に、例えば勾配磁場発生器を設けて、鉛直方向の高さによって磁場が変化する勾配磁場を発生させるが、この勾配磁場発生器は、超伝導磁石１とともに上記クライオスタット内に収められた超電導線からなる逆転コイルであってもよいし、磁場内に設けられた金属のリングであってもよい。または、勾配磁場発生器を用いずに、超伝導磁石１のみで磁場及び磁場勾配を発生させてもよい。

磁化率測定器２は、棒部材２ａと、棒部材２ａ下部に設けられた試料４の位置を特定するためのＣＣＤカメラ２ｂとを備えている。また、棒部材２ａの上部には、磁化率を読み取るための目盛２ｃが形成されている。さらに、ＣＣＤカメラ２ｂのレンズの中心が存在する鉛直方向の中心断面が、目盛２ｃの基準５となっている。この基準５を試料４の浮揚位置と一致させて、所定位置からの基準５のずれ幅を目盛から読み取ることによって磁化率を測定できるようにしている。なお、上記所定位置は、例えば、予め磁化率が判明している複数の反磁性材料の一番高く浮揚したものの位置としてもよいし、逆に一番低く浮揚したものの位置としてもよく、これらに限られず、適宜決定してよい。つまり、この決定された所定位置を目盛２ｃの基準５の最初の位置（基準点）として、この最初の位置からのずれ幅を目盛から読み取るだけで磁化率を測定できる。

ここで、目盛２ｃは、以下のようにして形成する。予めＳＱＵＩＤなどで測定され、磁化率が判明している複数の反磁性材料（例えば、後述する試料４で挙げる反磁性材料など）を超電導磁石１内の所定強度の鉛直方向磁場内に一つずつ又は複数同時に浮揚させ、この浮揚した反磁性材料の各位置を記録して目盛とする。このとき、磁化率が判明している複数の反磁性材料の磁化率の値を目盛に直接記録し、さらに、この目盛間を磁場と勾配磁場との積の値に対応するように分割して小目盛を形成する。なお、目盛の値をそれぞれの測定した試料に対応した磁化率の値に予め変換しておくことで、磁化率を容易に測定及び判明させることができる。このように目盛２ｃを形成すれば、反磁性材料の浮揚位置を特定し、目盛のずれ幅を読み取るだけで、様々な磁気浮揚可能な反磁性材料の磁化率を直接的にかつ容易に読み取ることができる。

試料供給用部材３は、棒状部材と、この棒状部材の下部に設けられた試料４を載置自在な椀状部とを備えている。試料４は磁気浮揚が可能な反磁性材料であり、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネートなどが挙げられる。これらの試料を磁場内で浮揚させ、目盛２ｃを形成する際に使用する。なお、試料４の浮揚位置は超電導磁石１の中心軸上である。

磁化率測定器２及び磁化率測定装置１０によれば、反磁性材料の磁化率の目盛を有しているので、簡易な構成でありながら、容易な操作だけで反磁性材料の磁化率を測定できる。

次に、本発明に係る磁化率測定器及び磁化率測定装置における目盛について実施例を用いて説明する。

図１と同構成を有する磁化率測定装置における超伝導磁石には、鉛直方向に磁場を発生させるジャパンスーパーコンダクタテクノロジー（株）製のＪＭＴＤ−ＬＨ１５Ｔ４０（１５Ｔの最大磁場を発生でき、鉛直方向を中心軸とするφ４０ｍｍの筒形状の空間において、磁場と磁場勾配との積を１５００Ｔ²／ｍとすることができる。超伝導磁石の大きさはφ８００ｍｍ×高さ１８００ｍｍである。）を用いた。試料には、約３ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの大きさのポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）（いずれも（株）サンプラテック製）、φ３．２ｍｍの球形のポリアミド（ＰＡ）（アズワン（株）製）を用いた。

ＰＥ、ＰＣ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＡの各試料について、図１と同構成を有する磁化率測定装置を用いて、各試料が磁気浮揚するのに必要なＢ（ｚ）ｄＢ（ｚ）／ｄｚの値を測定した。
この磁化率測定装置における各試料の超電導磁石の底部からの浮揚位置と併せて、各試料のＢ（ｚ）ｄＢ（ｚ）／ｄｚの値を下記表１に示す。このとき、目盛に各試料のｚ軸方向についての浮揚位置を記録し、小目盛を上記実施形態で説明した要領で形成しておく。

ここで、χを試料の質量磁化率、μ₀を真空の透磁率、Ｂ（ｚ）を鉛直方向の位置ｚにおける磁束密度、ｄＢ（ｚ）／ｄｚを磁束密度の勾配、ｍを試料一粒の質量、ｇを重力加速度とすると、
（ｍχ／μ₀）Ｂ（ｚ）ｄＢ（ｚ）／ｄｚ＝ｍｇ （１）
と表すことができる。

したがって、上記式（１）から各試料のχを求めることができる。この計算結果を上記表１に併せて示す。

また、上記各試料について、ＳＱＵＩＤでも磁化率を測定した。この結果も上記表１に示す。

表１からＳＱＵＩＤで測定された磁化率と、本実施例に係る磁化率測定装置で測定された磁化率とで差異があることがわかるが、これは本実施例に係る磁化率測定装置において、浮揚位置ｚの測定精度又はＢ（ｚ）ｄＢ（ｚ）／ｄｚの測定精度のために誤差が出たことが原因であると考えられる。したがって、ＳＱＵＩＤで測定された磁化率に値を補正する必要がある。なお、例えば最小二乗法などで各試料の浮揚位置と各試料に対応するＳＱＵＩＤで測定された磁化率との比例関係における直線を作成し、この直線を用いて各目盛の値を決定すればよい。そうすることで、正確な又は正確な値に近似する磁化率の目盛を有した磁化率測定器及び磁化率測定装置となる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、ＣＣＤカメラを下向きにして、斜めにした反射鏡を介して試料を映し、レーザ光線によって試料の浮揚位置を測定し、磁化率測定器及び磁化率測定装置で使用される目盛を形成してもよい。

また、ＣＣＤカメラの代わりに顕微鏡などを使用したり、磁場強度や磁場勾配を変更したりすれば、細胞レベルの大きさのものでも磁化率を測定することが可能である。

さらに、磁化率を測定したい試料の浮遊位置における磁場と磁場勾配の実測値（ガウスメーターなどの磁場測定器で測定）から上記（１）式により各試料の磁化率を求めてもよいし、磁化率を測定したい試料の浮遊位置における磁場と磁場勾配の計算値（シミュレーターなどで計算）から上記（１）式により各試料の磁化率を求めることとしてもよい。なお、これらの磁化率は、判明した反磁性材料の浮揚位置、磁場、磁場勾配の値からコンピュータによる演算を用いて求めてもよい。

また、反磁性材料の浮揚位置の検出方法としては、様々なものあるが、次のような方法を使用してもよい。例えば、図２に示す磁化率測定装置２０のように、ＣＣＤカメラ１２で反射鏡１３の映像を観測しながら反射鏡１３を移動させ、超電導磁石１１の磁場内で浮揚する反磁性材料である試料１４の側面が反射鏡１３の所定位置に映し出された位置を浮揚位置として検出する。他の方法としては、次のようなものがある。図３に示す磁化率測定装置３０のように、超電導磁石２１の上部から磁場内の反射鏡２３ｂにレーザー光を入射させるとともに、ＣＣＤカメラ２２で反射鏡２３ａの映像を観測しながら反射鏡２３ａ及び反射鏡２３ｂを上下方向かつ平行に同距離移動させる。そして、超電導磁石２１の磁場内で浮揚している反磁性材料である試料２４の側面にレーザー光が当たって散乱し、レーザー光強度が弱くなる位置を反射鏡２３ａでとらえ、これをＣＣＤカメラ２２で検出し、その位置を浮揚位置とする。なお、反射鏡１３、２３ａ、２３ｂは、単なる鏡でもよいし、プリズムなどでもよい。

さらに、上記の反磁性材料の浮揚位置の各検出方法においては、ＣＣＤカメラ１２やＣＣＤカメラ２２で捕らえた像を超電導磁石外に取り出して、ビデオレコーダーで録画し、反磁性材料の浮揚位置を確認することとしてもよい。

本発明に係る磁化率測定器を含んだ磁化率測定装置の概略図である。 反磁性材料の浮揚位置の検出方法の変形例を説明するための磁化率測定装置の概略図である。 反磁性材料の浮揚位置の検出方法の別の変形例を説明するための磁化率測定装置の概略図である。

符号の説明

１、１１、２１ 超電導磁石
２ 磁化率測定器
２ａ 棒部材
２ｂ、１２、２２ ＣＣＤカメラ
２ｃ 目盛
３ 試料供給用部材
４、１４、２４ 試料
５ （目盛２ｃの）基準
１０、２０、３０ 磁化率測定装置
１３、２３ａ、２３ｂ 反射鏡

Claims (8)

1. 磁化率が判明している複数種の反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、
   浮揚した前記反磁性材料の浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置及び磁化率から、前記磁場内における前記反磁性材料の磁化率と浮揚位置との関係を算出する工程と、
   磁化率が判明していない反磁性材料を前記磁場内に磁気力により非接触で浮揚させ、この浮揚位置を特定し、算出された前記関係を用いて前記磁化率が判明していない反磁性材料の浮揚位置を磁化率に変換する工程とを有する磁化率測定方法。
2. 種類の異なる反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、
   前記反磁性材料の浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置における磁場及び磁場勾配を、測定又は数値計算処理によって算出する工程と、
   測定又は算出された前記磁場及び前記磁場勾配とを用いて前記反磁性材料の磁化率を算出する工程とを有する磁化率測定方法。
3. 磁化率が判明している複数種の反磁性材料を、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させる工程と、
   浮揚した前記反磁性材料の各浮揚位置を特定し、特定した浮揚位置を記録して目盛とする工程と、
   前記目盛を磁場と勾配磁場との積の値に対応するように分割し小目盛を作製する工程と、
   前記目盛及び前記小目盛の値を、それぞれに対応した磁化率の値に変換する工程と、を有していることを特徴とする磁化率測定用目盛の作製方法。
4. 所定位置を基準とした、勾配磁場を有する鉛直方向磁場内における反磁性材料に対する磁化率の目盛を有しており、
   前記反磁性材料を前記磁場内に磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚させ、前記所定位置から前記基準を移動させて、前記基準を前記磁場内に浮揚させた反磁性材料の高さ位置に合わせた際、前記基準の前記所定位置からのずれ幅を前記目盛から読み取って磁化率を測定する磁化率測定器。
5. 請求項４に記載の磁化率測定器と、鉛直方向に磁場を発生させる超電導磁石と、勾配磁場を発生させる勾配磁場発生器とを備えていることを特徴とする磁化率測定装置。
6. 鉛直方向に磁場を発生させ、かつ、勾配磁場を発生させる超電導磁石と、
   前記磁場内で磁気力により非接触で一つずつ又は複数同時に浮揚した反磁性材料の浮揚位置を検出する浮揚位置検出器と、
   前記浮揚位置検出器で検出された前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を求め、前記反磁性材料の磁化率を算出する磁化率算出手段とを備えていることを特徴とする磁化率測定装置。
7. 前記磁化率算出手段が、前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を測定する磁場測定器と、測定された前記磁場及び前記勾配磁場とから前記反磁性材料の磁化率を演算し、算出する磁化率算出器とを備えていることを特徴とする請求項６記載の磁化率測定装置。
8. 前記磁化率算出手段が、前記浮揚位置における磁場及び勾配磁場を数値計算処理により算出し、算出した前記磁場及び前記勾配磁場とから前記反磁性材料の磁化率を演算し、算出する磁化率算出器とを備えていることを特徴とする請求項６記載の磁化率測定装置。

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