JPH05249212A

JPH05249212A - 透磁率の測定方法及び透磁率測定装置

Info

Publication number: JPH05249212A
Application number: JP5167292A
Authority: JP
Inventors: Shunsaku Muraoka; 俊作村岡; Keita Ihara; 慶太井原; Hiroshi Sakakima; 博榊間
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】膜厚が厚い磁性膜においても、試料形状に関
係なく精度よく再現性のよい高周波透磁率測定を実現す
る。【構成】８字コイル１によるの透磁率の測定を、測定
時に試料内反磁界Ｈ_dと検出コイルの位置の反磁界Ｈ_rが
Ｈ_r＝ｋＨ_dの関係にあるとし、透磁率を数２の式【数２】で求める測定方法にし、試料の中心と検出コイルの中心
の相対位置のずれが、試料の幅方向は±0.5mm以内，試
料の長さ方向は±２mm以内にセッティングできる試料ホ
ルダー８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド材料である
アモルファス磁性膜やセンダスト磁性膜などの高透磁率
材料の透磁率を高周波領域まで正確に測定するのに適し
た、透磁率の測定方法及び透磁率測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年高品位ビデオテープレコーダ(ＶＴ
Ｒ)やデジタルＶＴＲなどの広帯域の信号を取り扱うシ
ステムの開発が盛んになってきており、高周波特性の優
れた磁気ヘッドの開発が望まれている。現在、飽和磁束
密度の高いセンダストやアモルファス合金等の金属磁性
膜を用いた磁気ヘッドの開発が行なわれているが、これ
らの磁気ヘッドの高周波特性を改善するためには、磁性
膜の透磁率を高周波領域で正確に測定する必要がある。
従来の磁性膜の透磁率を測定する方法としては、フェラ
イトヨークで磁性膜をシャントして閉磁路を構成し、Ｌ
ＣＲメータでインダクタンスを測定する方法がよく使わ
れている。しかし、この方法は磁気回路としてのインダ
クタンスが大きいため、ＭＨz領域で共鳴がおき、高周
波領域で正確な透磁率を測定するのは困難である。した
がって、高周波領域の透磁率を正確に測定する方法とし
て８字コイル法が提案されている。図７は従来の８字コ
イル法による透磁率測定装置の概略を示したものであ
る。図７において、１は８字コイルであって上部コイル
41と下部コイル42から構成されている。２はＨコイル、
３は励磁コイル、４は試料で８字コイル１の上部コイル
内に挿入されている。そして励磁コイル３の高周波微小
磁界によって８字コイル１及びＨコイル２に生ずる起電
力をネットワークアナライザで測定し透磁率を求める。
この８字コイル法は検出コイル(８字コイル及びＨコイ
ル)のインダクタンスが小さいため、共振周波数100ＭＨ
z以上に上げることができ、高周波領域まで精度の良い
透磁率の測定が可能である。８字コイル法における透磁
率の求め方は以下のとおりである(細野他：東北大学科
学計測研究所報告、第39巻第１号(1990)27-44p)。まず
空心時の励磁界をＨ、試料挿入時に試料内に発生する反
磁界をＨ_d、Ｈコイルの断面積をＳ_H、８字コイルを構成
する２つのコイル(上部コイル，下部コイル)の断面積の
差を(Ｓ₁−Ｓ₂)、試料の断面積をＳ_Fとすると、空心時
のＨコイルの起電力Ｖ_H0、空心時の８字コイルの起電力
Ｖ₈₀試料挿入時のＨコイルの起電力Ｖ_H、試料挿入時の
８字コイル起電力Ｖ₈はそれぞれ数３の式で与えられ
る。

【０００３】

【数３】

【０００４】但し、μ₀＝真空の透磁率、μ_r＝試料の比
透磁率(透磁率) これらの式から試料の透磁率μ_rを求めると数４の式に
なる。

【０００５】

【数４】

【０００６】したがって従来はこの式を用いて透磁率を
求めていた。このような方法は以下に述べるように膜厚
が10μm以上の厚い試料では反磁界補正が十分にでき
ず、正確な透磁率が測定できない欠点があり、市販の測
定装置もこのような厚膜には使用できないのが現状であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の８字コイル法で
様々な試料を測定していると、同じ特性の磁性膜である
にもかかわらず、膜厚の厚い試料は試料の形状や試料の
セッティングの位置により、８字コイルで測定された透
磁率μ_rの値が大きく異なることがわかった。図８は3.5
μmのアモルファス磁性膜を絶縁膜を介して７層積層し
た構造の積層膜の透磁率(周波数ｆ＝１ＭＨz，30ＭＨz)
を試料形状をそれぞれ変えて、８字コイル法で測定した
結果を示す。試料形状はそれぞれ幅が1.5mmで一定と
し、試料長さＬを５mmから25mmまでの間で変化させてい
る。この結果を見ると、同じ磁性膜であるにもかかわら
ず、試料長さＬが異なると透磁率も変化していることが
わかる。また図９は同様の磁性膜で試料長さＬが15mmで
ある試料のセッティング位置を変えたときの、８字コイ
ル法で測定した透磁率(周波数ｆ＝１ＭＨz，30ＭＨz)を
示す。試料ずれΔＬは試料の中心の検出コイルの中心か
らのずれ量を示している。この結果からも明らかなよう
に、同じ磁性膜で、同じ形状の試料であるにもかかわら
ず、試料のセッティングにより透磁率の値が大きく異な
っている。その他、膜厚によって透磁率が異なる例を図
10に示す。図10は3.5μmのアモルファス磁性膜を絶縁膜
を介して積層した積層膜の積層数を変え、総膜厚を変化
させた時の各試料の透磁率を測定した結果である(周波
数ｆ＝１ＭＨz)。試料長さＬは15mmとした。その結果、
試料の総膜厚が厚くなるに従い、透磁率が低下している
ことがわかる。これは試料の総膜厚が厚い試料は、従来
の８字コイル法では反磁界補正が十分にできず、正確な
透磁率が測定できないためである。したがって、試料の
膜厚，試料形状にかかわらず正確な透磁率が測定でき、
しかも試料のセッティングが毎回変化せず、再現性の良
い透磁率の測定方法及び測定装置が必要であり、本発明
は上記を実現することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、８字コイルによる透磁率の測定において、
測定時に試料内部に発生する反磁界Ｈ_dと検出コイルの
位置の反磁界Ｈ_rが

【０００９】

【数５】Ｈ_r ＝ｋＨ_d の関係にあるとし、数６の式

【００１０】

【数６】

【００１１】を用いた補正により透磁率を求める測定方
法にしたものである。また８字コイルの薄膜透磁率の測
定装置は、試料の中心と検出コイルの中心の相対位置の
ずれが、試料の幅方向は±0.5mm以内，試料の長さ方向
は±２mm以内にセッティングできる試料ホルダーを備え
るようにしたものである。

【００１２】

【作用】図５は８字コイル測定装置の８字コイル及びＨ
コイルを測面から見た概念図である。磁性膜６が８字コ
イルの上部コイル41内に挿入されている。この状態で励
磁コイルによりＨ(励磁界)21を印加すると、磁性膜６内
に励磁界と反対方向にＨ_d(試料内反磁界)22が発生す
る。またこのＨ_dによって８字コイル及びＨコイル内に
も、このＨ_dに依存するＨ_r(試料外反磁界)23がＨと反対
方向に発生する。このＨ_dとＨ_rの関係は試料長さが比較
的長い場合や、各コイルの寸法が極めて小さい場合は、
数７の式が成立する。

【００１３】

【数７】Ｈ_r ＝Ｈ_d この場合は、前記の数３の式が成立して、前記数４の式
により透磁率を求めることができる。ところが、試料長
さ短い試料の場合や、各コイルの寸法が大きい場合、あ
るいは試料の長さ方向や幅方向の中心がコイル内でずれ
た場合などは、数７の式は成立せず、前記数４の式で求
めた透磁率の値は正確な値とはいえない。したがって、
同じ磁性膜でも試料形状が異なったり試料のセッティン
グがずれると、反磁界補正が正しく行なわれず、透磁率
の値が異なるという問題が生じるのである。そこでＨ_r
はＨ_dに依存するので、ここで補正係数ｋを考え、前記
数５の式が成立すると、数３の式は数８の式のように書
き直すことができる。

【００１４】

【数８】

【００１５】この数８の式から透磁率μ_rを求めると、
数６の式が得られる。この補正係数(ｋ)は試料の長さ及
び各コイルの寸法、試料のセッティング位置により計算
することができる。以下に補正係数(ｋ)の算出方法を示
す。図４は透磁率の算出を用いる補正係数(ｋ)の計算に
用いるコイル及び試料の寸法を示す。試料長さはＬ，Ｈ
コイルの寸法は幅がＰ，高さＲとし、８字コイルを構成
する２つのコイル(上部コイル及び下部コイル)の寸法は
Ｈコイルに等しいとしている。また、この計算において
は試料の長さ方向及び幅方向の中心31と検出コイルの中
心32は、ほぼ一致しているとしている。検出コイルの中
心とは、８字コイルの幅方向及び高さ方向の中心として
いる。また８字コイルとＨコイルは、略同じ位置にある
としている。これらの寸法を用いて補正係数は数９の式
によって決定できる。

【００１６】

【数９】

【００１７】この数９の式を用いて、試料長さＬが異な
る各試料の補正係数ｋを求めることができる。したがっ
て、試料の長さ及び各コイルの寸法，試料のセッティン
グ位置があらかじめわかっていれば、この数６の式を用
いて正確な透磁率を求めることができる。また試料を毎
回同じ位置にセッティングすることは難しい。したがっ
て、試料の中心と検出コイルの中心の相対位置がほとん
ど変化しないような試料ホルダーを備えることにより、
試料の長さと各コイルの寸法だけから補正係数ｋの値を
算出することができる。図６は試料の中心と検出コイル
の中心が幅方向及び長さ方向にそれぞれｄＷ，ｄＬだけ
ずれたときの、補正係数ｋの値を計算により求めたもの
である。この計算において試料長さＬ，コイル幅Ｐ，コ
イル高ＨはそれぞれＬ＝15mm，Ｐ＝5.4mm，Ｈ＝1.45mm
とした。この計算結果より、試料の中心が検出コイルの
中心位置からずれるに従い、補正係数ｋは小さくなるこ
とがわかる。また試料の中心の検出コイルの中心からの
ずれｄＷ，ｄＬがそれぞれ±0.5mm，±２mm以内であれ
ば、補正係数(ｋ)の変化が５％と小さく、この補正係数
(ｋ)を用いて再現性良く透磁率を求めることができる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の透磁率の測定方法、即ち８字
コイルにおいて、測定時に試料内部に発生する反磁界Ｈ
_dと検出コイルの位置の反磁界Ｈ_rが前記数５の関係にあ
るとして数６の式を用いて補正により透磁率を求める測
定方法を用いて、3.5μm×７層アモルファス積層膜の透
磁率(周波数ｆ＝１ＭＨz，30ＭＨz)を測定した結果であ
る。アモルファス磁性膜としては、ＣoＮbＺrＴaからな
るものを用い、層間絶縁膜としてはＳiＯ₂を用いた。ま
た試料幅は1.5mm一定とし、試料長さＬを、５mm〜25mm
の間で変化させている。透磁率の計算に用いた補正係数
(ｋ)は各試料長さに対応させて、計算により求めた。図
１より、試料長さＬが異なっても透磁率の値が変化せず
ほぼ等しい値を示していることがわかる。これは本発明
の透磁率の測定方法において、試料形状が異なっても、
その試料形状に基づいて補正係数(ｋ)を与えることによ
り、反磁界補正が正しくでき、正確な透磁率が求められ
るからである。本実施例では補正係数(ｋ)の算出方法は
前述の方法(作用の項で示した方法)を用いたが、更に資
料形状が複雑になった場合などは、有限要素法などの他
の磁界計算手法により補正係数(ｋ)の算出が可能であ
る。また、資料の中心が検出コイルの中心と一致しなく
ても、その相対位置がわかれば補正係数(ｋ)の算出が可
能である。したがって本発明の透磁率の測定方法によ
り、資料形状の異なる試料の高周波透磁率の測定が可能
となった。

【００１９】図２は本発明の一実施例における透磁率測
定装置の構成を示すものであり、図２(a)は装置の概略
を、図２(b)は試料の試料ホルダーへのセッテングの様
子を示したものである。図２において、励磁コイルは省
略してある。コイル支持台７には８字コイル１とＨコイ
ル２が図２(a)に示すように巻かれており、その片側端
面にストッパー10が設けられている。そしてコイル中心
位置43からストッパー位置44までの長さを基準長さ11と
している。そして試料ホルダー８内の試料溝９に基板５
上に磁性膜６を形成した試料が配置され、試料ホルダー
８は磁性膜６がＨコイル２に接するように、且つ端面が
ストッパー10で止まるように８字コイル１の上部コイル
内に挿入されている。試料ホルダー８内の試料溝９は試
料の幅より若干大きめの幅で、試料の中心31が資料ホル
ダーの幅12の中点にくるように形成されている。そして
試料の試料溝９内へのセッティングは試料の中心31が基
準長さ位置13に一致するように行う。この基準長さ位置
13と試料ホルダー端面14との距離が基準長さ11になって
いる。そして、この試料ホルダーを８字コイルの上部コ
イル内に、その端面がストッパーで止まるまで挿入する
と、図２(c)，(d)のように試料の中心31が検出コイルの
中心32とほぼ一致するように配置できる。したがってこ
の試料ホルダーを用いることにより、毎回同じ位置への
試料のセッティングが可能となる。図３は試料長さＬ＝
15mmの3.5μm×７層アモルファス積層膜の初透磁率を本
実施例の透磁率測定装置で５回測定し、透磁率の値の再
現性を調べた結果である。測定方法は先に述べた補正係
数(ｋ)で反磁界補正を行う方法を用いた。その結果、５
回の測定による透磁率の変動は極めて少ない。したがっ
てこの測定装置に用いることにより、試料のセッティン
グ位置のずれがほとんどなくなり、極めて再現性の良い
高周波透磁率値が得られるようになった。本実施例では
１例として試料の形状が短冊形状であるものを用いた
が、短冊以外の形状においても、試料の中心が検出コイ
ルの中心にほぼ再現良くセッティングできるような試料
ホルダーを用いると、同様の効果が得られた。また試料
の中心が検出コイルの中心に一致しなくても、その相対
位置さえ固定できれば、補正係数(ｋ)はその相対位置の
関係を用いて算出することができるので、その補正係数
(ｋ)を用いることにより、正確で再現性の良い透磁率の
測定が可能であった。

【００２０】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように本発明の
測定方法によれば、膜厚が厚い磁性膜においても、試料
形状に関係なく正確な高周波透磁率が可能であり、また
本発明の測定装置によれば、極めて再現性の良い高周波
透磁率の測定が可能であるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透磁率測定方法で試料長さの異なる試
料の透磁率を測定した結果を示す図である。

【図２】本発明の一実施例における透磁率測定装置の概
略の構成図である。

【図３】本発明の一実施例における透磁率測定装置によ
る透磁率測定値の再現性を示す図である。

【図４】本発明の実施例での透磁率の算出に用いた補正
係数(ｋ)の計算に用いたコイル及び資料の寸法を示す図
である。

【図５】試料に磁界を印加した時の試料内反磁界及び試
料外反磁界を示す概念図である。

【図６】補正係数ｋの試料セッティングのずれによる変
化を示す図である。

【図７】従来の８字コイル法による透磁率測定装置の概
略の構成図である。

【図８】従来の８字コイル法で測定した試料長さの異な
る試料の透磁率の測定結果を示す図である。

【図９】従来の８字コイル法で測定した試料のセッティ
ングがずれた場合の透磁率の測定結果を示す図である。

【図１０】従来の８字コイル法で測定した試料の総膜厚
(積層数)の異なる試料の透磁率の測定結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…８字コイル、２…Ｈコイル、３…励磁コイル、
４…試料、５…基板、６…磁性膜、７…コイル
支持台、８…試料ホルダー、９…試料溝、10…スト
ッパー、 11…基準長さ、 12…試料ホルダー幅、 13
…基準長さ位置、 14…試料ホルダー端面、 21…励磁
界(Ｈ)、 22…試料内反磁界(Ｈ_d)、23…試料外反磁界
(Ｈ_r)、 31…試料の中心、 32…検出コイルの中心、
41…上部コイル、 42…下部コイル、 43…コイル中
心位置、 44…ストッパー位置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】８字コイルによる透磁率の測定におい
て、測定時に試料内部に発生する反磁界(Ｈ_d)と検出コ
イルの位置の反磁界(Ｈ_r)が【数１】Ｈ_r ＝ｋＨ_d の関係にあるとし、数２の式【数２】を用いた補正により透磁率を求めることを特徴とする透
磁率の測定方法。
【請求項２】８字コイルによる透磁率の測定におい
て、試料の中心と検出コイル中心の相対位置のずれが、
試料の幅方向は±0.5mm以内，試料の長さ方向は±２mm
以内にセッティングできる試料ホルダーを備えたことを
特徴とする透磁率測定装置。