JPH07106123A

JPH07106123A - 磁界発生装置及び磁気ひずみ測定装置

Info

Publication number: JPH07106123A
Application number: JP27764493A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuboi; 淨坪井
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】反磁界の影響をできるだけ除去した磁界発生
装置を提供する。【構成】円筒状に導体の線材を巻回して構成するコイ
ル２を備える磁界発生装置である。コイル２の巻回方向
の単位長さ当たりの巻き数が、コイル２の巻回方向の両
端部に移るにしたがってほぼ指数関数的に増加するよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、円筒状に導体の線材
を巻回して構成するコイルを用いた磁界発生装置及びこ
れを用いた磁気ひずみ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄、鋼などの磁性体は、定常状態では、
その最小磁石である針状磁区は不規則に配列されてい
て、磁性を示さないが、この磁性体が磁界内に置かれる
と、針状磁区が磁界の方向に沿って整列することにより
磁性体が磁化されて磁石になる。このとき、磁性体に
は、磁気ひずみが生じることが知られている。したがっ
て、磁性体が交番磁界に置かれると、磁気ひずみのた
め、磁性体が振動をすることになる。

【０００３】この磁性体の磁気ひずみによる振動は、次
のようにして生じると考えられている。磁性体の磁化
は、これが置かれる磁界の方向に応じて変わる。このた
め、磁性体を、図１２Ａに示すような交番磁界中に置く
と、この交番磁界の繰り返し周波数の２倍の繰り返し
で、磁性体の磁化の方向が反転する。この磁化の方向の
反転の際、それぞれ針状磁区１０１は、図１２Ｂに示す
ようにして回転して、その磁極を反転する。

【０００４】図１２Ｂから理解されるように、この針状
磁区の反転に伴い、針状磁区が横位置のときと、縦位置
のときが生じるが、針状磁区は、磁性体の最小組織（結
晶）と考えられるので、これらの位置変化により、磁性
体にひずみが生じると考えられる。磁区の回転は、磁界
が交番することにより生じるので、交番磁界に置かれた
磁性体の磁気ひずみは、交番磁界の繰り返し周波数の２
倍の周波数を基本とする振動ひずみとなる。

【０００５】従来、この磁性体の磁気ひずみを測定する
方法としては、次のような方法が用いられていた。すな
わち、この方法は、図１３に示すように、磁性体を偏平
薄型にして作成した試料１０２に、傾斜を持たせた鏡１
０３を貼り、この鏡付きの試料を、図中点線で示すよう
に、円筒状に導体線材を巻回したコイル（ソレノイドコ
イル）１０７の内部空間内の置く。

【０００６】そして、このコイル１０７には、交番電流
を流して交番磁界（交番磁束φ）を発生させ、試料１０
２に磁気ひずみを生じさせる。この場合、コイル１０７
は、一般に、巻回方向の単位長さ当たり、等しい巻き数
で均等に巻回されている。

【０００７】この状態で、試料１０２に張り付けられて
いる鏡１０３に対して光源１０４から光ビーム１０５を
照射し、その反射光を受光部１０６で受光して、磁気ひ
ずみ振動の大きさを測定する。その測定原理は、図１３
に示すように、磁性体試料１０２に貼着された鏡１０３
にビーム１０５が入射したとき、その反射光は、磁気ひ
ずみ量に応じた広がり角θを有することを利用するもの
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、上述
のような磁気ひずみ測定装置においては、交番磁界を発
生させるコイル１０７は、磁性体試料１０２が収容され
る空間内に、コイル巻回方向に平行な磁束を発生させる
ようにすることが、印加磁束と磁気ひずみとの関係を正
確に測定するために重要である。

【０００９】しかしながら、ソレノイドコイルの場合、
図１３に示すように、その内部空間のコイル巻回方向の
中央部では、磁束φは平行になっているが、コイル両端
近傍においては、反磁界の影響を受けるため、図示のよ
うに、曲線状になってしまい、平行磁束にならない。

【００１０】このため、従来は、ソレノイドコイル１０
７の巻回方向の長さを、磁性体試料１０２の長さに対し
て十分に長くして、磁性体試料１０２の部分では、磁束
は、すべて平行磁束になるようにしている。しかし、こ
のように、コイル１０７の巻回方向の長さを長くする
と、磁気ひずみ測定装置が大型化してしまう問題があ
る。

【００１１】この発明は、以上の点に鑑み、小型化が可
能な磁界発生装置を提供することを第１の目的とする。
また、この発明は、第１の目的を達成した磁界発生装置
を用いて、従来よりさらに小さい磁気ひずみを正確に測
定できるようにする磁気ひずみ測定装置を提供すること
を第２の目的とする。

【００１２】すなわち、磁性体の磁気ひずみによる振動
は、モータや変圧器において、うなり音となって現れた
りして、種々の不都合を生じる。このため、できるだ
け、この磁気ひずみが小さい材料が望まれており、その
開発が進んでいる。そして、最近では、磁気ひずみの量
が、１ｍ当たり、１０^-7〜１０^-9ｍ程度にまで、押さえ
られた材料の誕生の可能性が出てきている。

【００１３】磁性体材料のこのような磁気ひずみの小さ
さは、その磁気ひずみの大きさを測定することにより確
認しなければならない。そのためには、そのような極く
小さい磁気ひずみの測定ができなければならない。

【００１４】ところが、鏡を使用する従来のひずみ測定
装置は、試料の磁気ひずみ自身を直接的に測定する方法
ではなく、反射光が、磁気ひずみの量に応じて所定の広
がり角θを有することを利用して測定する、いわば間接
的に磁気ひずみ量を測定する方法を用いるものであるた
め、材料の１ｍ当たりについて、１０^-7ｍ程度までの磁
気ひずみの測定は可能であるが、それより、小さい磁気
ひずみは正確に測定することができなかった。

【００１５】また、試料に張り付けた鏡からの光の反射
を受光する方式であるため、試料は、しっかりと固定す
ることが困難である。このため、例えば偏平薄型に切り
出した試料の偏平面方向の磁気ひずみを測定しようとす
る場合に、試料の厚み方向の磁気ひずみの影響を受け
て、試料が横ゆれなどを生じてしまい、小さい磁気ひず
みの測定を不能にしている。

【００１６】しかも、試料に鏡を張り付けるため、試料
に生じる磁気ひずみに、張り付けられた鏡の分の影響が
生じ、これも正確な、より小さい磁気ひずみを測定する
ための支障となっていた。

【００１７】さらには、図１３に示す従来例の場合、試
料の張り付けた鏡１０３に、コイル１０７の外部にある
光源１０４からの光を照射し、その反射光を、コイル１
０７の外部に設けられる受光素子１０６で受光するよう
にしなければならないため、コイル１０７には、試料１
０２の近傍において、線材を巻回せずに光を導くための
空間を設けなければならない。このため、コイル１０７
の巻回方向に生じる交番磁界が、試料１０２の近傍で不
均一となり、正確な磁気ひずみを測定するために重要と
なる試料近傍の磁気特性環境を所期のものとなるように
整えることが困難であった。

【００１８】この発明の第２の目的は、この発明の新規
な磁界発生装置を用いると共に、磁性体試料に生じる磁
気ひずみを直接的に測定できるようにして、より小さい
磁気ひずみの測定を可能にした磁気ひずみ測定装置を提
供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】磁界発生用の円筒状コイ
ルの両端付近の磁束の流れを調査すると、磁束が描く曲
線は、指数（エクスポネンシャル）曲線的に変化するこ
とが分かった。そこで、この発明による磁界発生装置に
おいては、後述の実施例の参照符号を対応させると、円
筒状に巻回される磁界発生用のコイル２の巻回方向の単
位長さ当たりの巻き数を、コイル２の巻回方向の両端部
に移るにしたがってほぼ指数関数的に増加するように構
成することを特徴とする。

【００２０】また、この発明による磁気ひずみ測定装置
は、上記のコイル２を有する磁界発生装置を用いると共
に、このコイル２の内部空間に交番磁界を生じさせるた
めに、このコイル２に供給する交番信号を発生する交番
信号発生器１１と、磁性体試料３を挟んで保持する１対
の非磁性体板３１、３２を備え、磁性体試料３の挟持さ
れた面の方向が、コイル２の巻回方向と一致する状態
で、コイル２により囲まれる空間内のほぼ中央部、か
つ、コイル２の巻回方向のほぼ中央部に、磁性体試料３
を配置するための試料保持部材３０と、試料３の近傍の
磁気特性を検出するために、１対の非磁性体板３１、３
２の試料３を挟持する部分の周囲において、試料保持部
材３０に対して固定されるコイル４、５と、試料保持部
材３０の１対の非磁性体板３１、３２間の磁性体試料３
の端面３ｔあるいはこの端面３ｔに取り付けられた反射
板に光ビームを照射し、その反射光から、磁性体試料３
の端面３ｔの変位を検出する光変位計６とを設け、コイ
ル４、５に得られる誘起電圧出力と、光変位計６の出力
信号とから、磁性体試料３の近傍の磁気特性と、その磁
気特性条件下で磁性体試料３に生じる磁気ひずみの量と
の関係を求めるようにしたことを特徴とする。

【００２１】

【作用】上記の構成のこの発明の磁界発生装置によれ
ば、円筒状コイル２は、巻回方向の単位長さ当たりの巻
き数が、コイル２の巻回方向の両端部に移るにしたがっ
てほぼ指数関数的に増加するようにされているため、コ
イル２の内部空間の磁束は、中心部だけなく、両端部に
おいても、ほぼ平行磁束とすることができる。なお、磁
束は、コイル２の外側の空間になると急激に曲線状にな
る。

【００２２】したがって、円筒状コイルの内部空間に置
かれる試料に、均一な平行磁束を与えるためのコイル巻
回方向の長さを短くすることができる。このため、この
発明の磁界発生装置を、例えば磁気ひずみ測定装置に用
いた場合、コイル２の巻回方向の長さは、その内部空間
内に置かれる磁性体試料の長さより若干長くすればよい
ので、装置を小形化することができる。

【００２３】特に、請求項３に記載のような構成の磁気
ひずみ測定装置が対象となる場合には、その効果が大き
い。

【００２４】すなわち、この場合の磁気ひずみ測定装置
においては、磁性体試料３は、１対の非磁性体板３１、
３２により挟持され、その方向の変位が制限された状態
で、第１のコイル２内の交番磁界が生じる空間内に配置
される。交番磁界により、磁性体試料３は、１対の非磁
性体板３１、３２により挟持された面の方向、つまり第
１のコイル２の巻回方向に磁気ひずみによる変位を生
じ、その端面３ｔは、その磁気ひずみによる変位に応じ
た振動を呈する。

【００２５】光変位計６は、第１のコイル２の巻回方向
の空間から、試料３の端面３ｔに光ビームを照射し、そ
の反射光を利用して、試料３の端面３ｔの振動変位量に
応じた出力信号を得る。この発明においては、この変位
には、磁性体試料３の上記電気的中央位置のずれによる
位置変動は含まれず、磁気ひずみのみである。したがっ
て、正確かつ、精細に磁気ひずみの測定ができる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明による磁界発生装置及びこれ
を用いた磁気ひずみ測定装置の一実施例を、図を参照し
ながら説明する。

【００２７】図１は、この例の磁気ひずみ測定装置の機
構部の機械的構成及び信号処理系の全体を示している。
この例の磁気ひずみ測定装置は、この発明による磁界発
生装置の一例を用いたものである。この図１に示した測
定装置の機構部の機械的構成は、原理的構成を示してお
り、その詳細な構成例は、図２に示す通りである。図２
Ａは、この例の測定装置の機構部の平面図（一部は、断
面として示してある）、図２Ｂは、この例の測定装置の
機構部の側面図（一部は、断面として示してある）であ
る。

【００２８】先ず、図１において、１は中空円筒の二重
ガラス管である。このガラス管１は、同心円筒状のガラ
ス壁がその管軸方向の端部において連結された形状を有
している。このガラス管１の外周には、その管軸方向の
両端部を除く部分において、交番磁界発生用のコイル２
が、ソレノイドコイル状に巻回される。そして、ガラス
管１内の円柱状空間内のほぼ中央位置には、磁性体試料
３が置かれる。

【００２９】コイル２は、図３に示すように、多層巻き
とされ、コイル巻回方向の単位長さ当たりの巻き数が、
コイルの巻回方向の中心から巻回方向の両端部に近付く
にしたがってほぼ指数関数（エクスポネンシャル）曲線
的に増加するように構成されている。なお、コイルの巻
回方向の中心付近では、コイル巻回方向の単位長さ当た
りの巻き数は均一でもよい。

【００３０】これにより、コイル２に交番電流を流した
時に発生するガラス管１内の管軸方向の磁束を、ガラス
管１の管軸方向の一方の端部から他方の端部にまで渡っ
てほぼ平行にすることができる。つまり、コイル２の両
端部においても、反磁界の影響を軽減してほぼ平行磁束
とすることができる。

【００３１】そして、この例の場合、試料３は、偏平矩
形の薄板状とされ、厚さ、幅、長さが予め求められてい
る。この試料３は、その板面方向がガラス管１の管軸方
向と一致する状態で、後述する試料保持手段３０により
保持されて、ガラス管１内に置かれる。

【００３２】交番磁界発生用のコイル２の両端間には、
交番信号発生器１１からの交番電圧がアンプ１２を介し
て供給される。これにより、コイル２には、交番電流ｉ
が流れ、ガラス管内１の円柱状空間内に管軸方向の交番
磁界が生じる。

【００３３】ところで、コイル２には、比較的大きな電
流ｉを流すために、発熱が生じる。そこで、この例の装
置においては、ガラス管１の２重壁内に冷却水を流すこ
とにより、過度の発熱を防止するようにしている。

【００３４】この冷却水を流す構成にするため、ガラス
管１には、その管軸方向の一端側の一部から突出するよ
うに、開口部１ａが設けられると共に、管軸方向の他端
側の、前記開口部１ａの位置に対して１８０度角間隔隔
てた位置にも、その部分から突出するように開口部１ｂ
が設けられている。そして、このガラス管１は、図示の
ように、開口部１ａが上方、開口部１ｂが下方になる状
態で横位置に置かれ、開口部１ａから冷却水が注入され
る。冷却水は、ガラス管１内のすべての部分を巡って開
口部１ｂから排水される。

【００３５】ところで、試料３の磁気ひずみを測定する
場合、この試料３の近傍の磁界あるいは試料３を通る磁
束（磁束密度）を知り、その磁束あるいは磁界の磁気特
性条件下において発生する磁気ひずみとして測定する必
要がある。そこで、試料３の近傍の磁気特性を測定する
ため、コイルブロックＣＢが設けられる。

【００３６】このコイルブロックＣＢは、この例では、
後述するように、試料３を通る磁束を測定するためのさ
ぐりコイル４と、試料３のできるだけ近傍の磁界を測定
するための補正コイル５とからなる。詳細な構成は、後
述する。

【００３７】以上の構成において、コイル２に交番電流
ｉを流すと、ガラス管１の管軸方向に交番磁界が誘起さ
れ、この交番磁界により、磁性体試料３には、前述した
ように、電流ｉの周波数の２倍の周波数で振動する磁気
ひずみが生じる。この場合、試料３は、偏平矩形の薄い
板であるので、この磁気ひずみは、板面方向（管軸方
向）の伸び縮みとして現れる。すなわち、試料３の厚み
部分の端面３ｔは、管軸方向に、試料３の伸び縮みに応
じて振動変位する。

【００３８】この例においては、試料３の前記端面３ｔ
の変位を光変位計を用いて測定することにより、試料３
の磁気ひずみを直接的に測定する。光を用いて変位を測
定するので、電磁気的影響がほとんどない。

【００３９】図１において、６は光変位計を示し、６ａ
はそのプローブである。光プローブ６ａは、非磁性体で
構成されている。この例の光変位計６は、プローブ６ａ
から光ビーム７を出射すると共に、反射光をこのプロー
ブ６ａから得る。プローブ６ａから出射された光ビーム
は、この例では試料３の端面３ｔに照射される。光変位
計６は、その端面３ｔからの反射光をプローブ６ａを介
して受光して、その端面３ｔの変位を電圧変化に変換し
て出力信号Ｖλとして得る。

【００４０】なお、試料３の端面３ｔに、プローブ６ａ
からの光ビームを反射するための、例えば微小な反射板
を取り付けるようにしてもよい。

【００４１】次に、図２、図４及び図５を参照して、以
上説明した機構部分のさらに詳細な構成について説明す
る。なお、図４は、図１のＡ−Ａ断面図、図５は機構部
の中央部の拡大断面図である。

【００４２】図２に示すように、ガラス管１の外側は、
ベークライト製の円筒状の筐体７に覆われている。この
筐体７は、ベース部材８に固定されている。ガラス管１
の冷却水の出入口１ａ、１ｂは、筐体７の外側に導出さ
れている。また、筐体７の管軸方向の両端部には、試料
３の出入りのためと、コイルブロックＣＢからのコイル
線材の端部を導出するためと、光変位計６のプローブ６
ａを挿入するために、開口部が設けられている。

【００４３】磁性体試料３は、試料保持部材３０により
保持される。すなわち、図２及び図５に示すように、こ
の例の場合、磁性体試料３は、細長い偏平薄板状とされ
ており、同様に細長い薄板状に構成された１対の非磁性
体板３１及び３２により挟まれて保持される。この非磁
性体板３１及び３２は、磁性体試料３を確実に保持でき
るように、できるだけ重量の重い方がよく、この例で
は、アルミナ磁器が用いられている。

【００４４】この例の場合、非磁性体板３１、３２の寸
法は、それぞれ、例えば、厚さ×幅×長さ＝２（ｍｍ）
×３１（ｍｍ）×２７７（ｍｍ）とされている。また、
試料３の寸法は、例えば、厚さ×幅×長さ＝１（ｍｍ）
×３０（ｍｍ）×２８０（ｍｍ）とされている。つま
り、試料３は、非磁性体板３１、３２より若干長く、そ
の分がプローブ６ａ側に突き出すようになされており、
その突き出した部分の端面３ｔが磁気ひずみにより変位
する。このため、この端面３ｔに反射板を取り付けると
よい。

【００４５】さらに、コイル２の巻回方向の長さは、約
３９０ｍｍとされ、ガラス管１の外径は、４０ｍｍ、長
さは４００ｍｍとされている。また、コイル２の線材の
太さは、例えば直径が０．５ｍｍとされ、巻き数は、全
体で１５００〜２０００回とされている。

【００４６】対の非磁性体板３１、３２の長さ方向の一
端側は、保持アーム３３により固定される。この場合、
保持アーム３３は、非磁性体板３１、３２を、試料３を
挟んだ状態で、例えば捩子などにより固定する。対の非
磁性体板３１、３２の長さ方向の他端側は、固定され
ず、測定状態においては、筐体７あるいはベース８に固
定されている保持台３４の上に載置される。捩子を緩め
て、保持アーム３３による対の非磁性体板３１、３２の
固定保持を解除し、試料３の交換ができる。

【００４７】保持アーム３３は、試料３をガラス管１の
外に出して、交換等するために、保持アーム受け台３５
に対して、ガラス管１の管軸方向に沿って水平方向に摺
動自在に係合されている。保持アーム３３と、保持アー
ム受け台３５との摺動は、非常に軽快に行えるようにさ
れており、摺動後は、捩子などにより、保持アーム３３
が受け台３５に固定される。

【００４８】保持アーム受け台３５は、重量の大きい部
材で構成され、この例ではステンレス製とされている。
そして、水平方向の移動距離をより大きくするため、保
持アーム受け台３５も、ベース３４に対して、保持アー
ム３３と同じ方向に摺動自在に取り付けられており、捩
子などにより固定できるように構成されている。取っ手
３６は、保持アーム受け台３５の摺動を行う時に使用さ
れる。

【００４９】この場合、非磁性体板３１、３２による挾
持状態では、磁性体試料３は、その板面方向（ガラス管
の管軸方向）には磁気ひずみによる伸縮が自在となる。
しかし、非磁性体板３１、３２により挾持されているた
め、磁性体試料３の厚み方向には、その伸縮が制限され
るようにされている。

【００５０】次に、コイルブロックＣＢの構成について
説明する。さぐりコイル４は、ガラス管１の管軸方向を
巻回方向とするソレノイドコイル状に巻回され、ガラス
管１内の空間に試料３を設置したとき、試料３は、コイ
ル４のほぼ巻回中心に位置する状態とされるものであ
る。このコイル４は、図１のＡ−Ａ断面図である図３
と、主要部分の拡大図の図４に示すように、非磁性体例
えばマイラーからなる中空筒状ボビン４１に巻回され、
測定状態では、試料３がボビン４１の中空部内に挿入さ
れる状態となる。

【００５１】ボビン４１の大きさは、その中空部の断面
積が、試料３を挟持した非磁性体板３１、３２の断面積
より若干大きく選定され、試料３の交換に支障が生じな
いようにされている。そして、ボビン４１は、非磁性体
板３１、３２の一方、例えば板３１の長さ方向のほぼ中
央位置に、接着などにより固定される。このさぐりコイ
ル４は、例えば、直径が０．１５ｍｍの導体の線材が、
巻回長さ３１ｍｍとして、３０回程度、ボビン４１に巻
回されて構成されている。

【００５２】また、試料３のできるだけ近傍の磁界を測
定するための補正コイル５は、例えばマイラーなどの非
磁性体材料をコア５１、５２として、線材が巻回されて
構成され、さぐりコイル４の外周部分に固定される。こ
の例では、この補正コイル５は、図３に示すように、さ
ぐりコイル４の外周部分の、試料３の上方と、下方とに
おいて、それぞれコア５１、５２に線材が巻回されたも
のが直列に接続されて構成されている。

【００５３】この補正コイル５の巻回方向も、ガラス管
１の管軸方向に一致している。また、コア５１、５２の
断面積は、磁束密度を求めるため、予め定められた値Ａ
とされている。この補正コイル５としては、例えば、直
径が０．０７〜０．１５ｍｍの導体の線材が、巻回長さ
２９ｍｍとして、１６０〜２００回程度巻回されてい
る。なお、補正コイル５は、非磁性体のコアに線材を巻
回したものではなく、空心であってもよい。

【００５４】なお、図２に示すように、コイルブロック
ＣＢからのコイル４及び５のリード線端部４Ｌ、５Ｌ
は、ガラス管１の内部から筐体７とガラス管１の外壁と
の間の空間に導かれて、筐体７の外部に設けられる出力
端子と接続されている筐体７の内部端子に接続されてい
る。

【００５５】以上のように構成された磁気ひずみ測定装
置により、磁性体試料３の磁気ひずみを実際に測定する
前に、この例においては、磁性体試料３のガラス管１内
での管軸方向の設置位置が、ガラス管１に巻回されたコ
イル２の巻回方向の電気的中央位置と、試料３の管軸方
向の中央（電気的中央）位置とが一致するような位置と
なるような操作がなされる。電気的中央でないときに
は、交番磁界により試料３自身が管軸方向に位置を変更
移動する状態になり、磁気ひずみのみを正しく測定する
ことができないからである。

【００５６】すなわち、磁性体試料３が、例えば多結晶
構造である場合には、磁区を構成する結晶は、種々の大
きさを有しており、磁界内に試料が置かれて磁性を呈す
るように磁区が整列したときに、その磁区の大きさの違
いから、電気的中央位置と、試料の物理的中央位置と一
致しないのが一般的である。このため、物理的な中央位
置に寸法精度で、位置合わせをしても、電気的中央位置
にならない。

【００５７】また、コイル２の側にも巻きむらがあった
りするとコイル巻回方向の物理的中央位置と電気的中央
位置とは一致しない。特に、この例の場合には、光変位
計６のプローブ６ａの先端と試料３の端面３ｔとの間の
間隙を、筐体７に設けられた除き窓７Ｗから見ることが
できるように、コイル２の対応する部分は、隙間を空け
るように巻線するため、コイル２の物理的中央位置と、
電気的中央位置とは、一致しない。このことは、従来の
鏡による方法の場合も同様である。

【００５８】そこで、この例では、非磁性体板３１、３
２で試料３を挾んだ状態で保持アーム３３に固定し、ガ
ラス管１内のほぼ物理的中央位置に配置した後、実際の
測定を開始する前に、所定の電流、例えば図６Ａに示す
ような正の電流＋ｉｓあるいは図６Ｂに示すような負の
電流−ｉｓをコイル２に流す。をコイル２に流す。この
とき、保持アーム３３を受け台３５に固定する捩子は緩
めておき、受け台３５に対して保持アーム３３が摺動自
在となるようにしておく。

【００５９】この場合に、位置合わせのためにコイル２
に供給する電流の大きさは、磁気ひずみを測定する場合
のような大電流である必要はなく、試料３を保持する保
持部材３０を移動させることができる程度の値であれば
よく、例えば２００ｍＡとされる。また、その電流の供
給時間は、例えば１０ｍ秒程度でよい。

【００６０】上記のように、正あるいは負の電流ｉｓを
流すと、試料３は、その電気的中央位置とコイル２の中
央位置とが一致するように、当該一致する位置を中央に
振動移動しようとする。

【００６１】上述したように、保持アーム３３と、保持
アーム受け台３５との摺動が非常に軽快に行えるように
されているため、受け台３５にアーム３３が固定されて
なければ、この試料３自身の動きに応じて、保持アーム
３３を含めて試料３を挾んだ対の非磁性板３１、３２が
左右に振動移動し、所定時間後、試料３の電気的中央位
置とコイル２の中央位置とが一致する位置で動きを停止
する。この所定時間の経過後、保持アーム３３を捩子に
より受け台３５に固定する。こうして、試料３の電気的
中央位置を、コイル２の電気的中央位置に合わせること
ができる。

【００６２】次に、この例では、実際の測定の開始前
に、さらに、光変位計６の校正を行う。光変位計６は、
一般に、光を照射させたときの、反射光の強度変化から
光照射された部位の変位を測定するものである。反射光
の強度は、光変位計６のプローブ６ａと測定対象部位と
の距離の自乗に反比例するが、変位の測定は、光変位計
６の光電変換出力特性として、直線性が良好な部分を使
用する。図７は、この例の光変位計６の出力特性の一例
で、出力が約５Ｖ近傍のときに直線性が良好となる。

【００６３】光変位計６の校正は、この直線性のよい位
置に、プローブ６ａと測定対象部位である試料３の端面
３ｔとの距離を設定した状態において、次のようにして
行う。

【００６４】すなわち、この例においては、光変位計６
は、図２に示すように、摺動移動部材６０に取り付けら
れている。摺動移動部材６０は、マイクロメータ６１を
備え、このマイクロメータ６１を調整することにより、
そのメータに示される距離だけ、プローブ６ａの先端
が、ガラス管１の管軸方向に摺動移動できるように構成
されている。そこで、このマイクロメータ６１を操作し
て、プローブ６ａの先端と試料３の端面３ｔとの距離を
変え、光変位計６の出力が直線性のよい位置になるよう
に、先ず調整する。

【００６５】この場合に、光変位計６の、磁気ひずみに
よる変位の光電変換出力は、数百ｍＶと、５Ｖの直流分
に対して非常に小さいので、このまま、出力電圧を増幅
しても磁気ひずみによる変位分を適当な値にまで、増幅
することができない。そこで、この例では、マイクロメ
ータ６１による出力信号の直線性のよい位置への位置合
わせに伴い、光変位計６の出力の直流分をオフセットと
して除去するようにしている。

【００６６】次に、この位置において、マイクロメータ
６１を操作してプローブ６ａの先端を所定距離移動させ
たときに、出力電圧が幾らになるかを検知して出力の校
正を行う。例えば、２００μｍ移動させたとき、出力が
ａボルトであれば、１μｍ移動させたときには、ａ／２
００ボルトになるという具合に校正を行う。

【００６７】なお、光変位計６としては、試料３の厚さ
よりも太いビームスポット径の光ビームを用いる。ビー
ム径を絞ったものを使用する場合には、ビームが照射さ
れる試料３の端面３ｔに存在する凹凸も、ひずみとして
検出してしまうおそれがあるからである。

【００６８】以上のように、試料３と磁界発生用コイル
２との電気的中央位置の位置合わせと、光変位計６の校
正を終了した後、コイル２に、周波数が、例えば５０Ｈ
ｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、実効値が約１Ａ程度の交
番電流ｉを流す。すると、ガラス管１の管軸方向に交番
磁界が誘起され、この交番磁界により、磁性体試料３に
は、前述したように、電流ｉの周波数の２倍の周波数で
振動する磁気ひずみが生じる。この場合、この磁気ひず
みは、試料３の板面方向（管軸方向）の伸び縮みとして
現れ、端面３ｔが管軸方向に磁気ひずみに応じて変位す
る。光変位計６は、その端面３ｔからの反射光をプロー
ブ６ａを介して受光して、その端面３ｔの変位を電圧変
化に変換して出力信号Ｖλとして得る。

【００６９】また、さぐりコイル４の両端４ａ、４ｂ間
には、交番磁界によりボビン４１内を通る磁束φの変化
に応じた電圧ＶＢが得られる。ボビン４１内を通る磁束
は、ボビン内の試料３を除く部分を通る磁束と、試料３
を通る磁束との和からなっている。

【００７０】さらに、補正コイル５の両端５ａ、５ｂ間
には、コア５１、５２の断面積Ａの和の空間の部分の磁
束変化に応じた電圧ＶＨが得られる。

【００７１】光変位計６からの出力信号Ｖλと、さぐり
コイル４及び補正コイル５に得られる電圧ＶＢ及びＶＨ
は、それぞれシグナルコンディショナー２１において、
増幅されると共に、不要な高域成分及び低域成分が除去
される。

【００７２】このシグナルコンディショナー２１で変位
出力Ｖλ、電圧ＶＢ、電圧ＶＨを上記のようにして処理
した結果の出力信号Ｓλ、ＳＢ、ＳＨは、Ａ／Ｄコンバ
ータ２２に供給されて、デジタル信号Ｄλ、ＤＢ、ＤＨ
に変換され、バッファメモリ２３に、一時蓄えられる。
このメモリ２３に蓄えられたデジタル信号Ｄλ、ＤＢ、
ＤＨは、平均化回路２４に供給される。

【００７３】この平均化回路２４は、トリガタイミング
を基準にした平均を求める処理を行う。この例の場合に
は、交番信号発生器１１からの交番信号が、トリガ発生
器１３に供給されて、交番信号に同期したトリガ信号Ｔ
Ｇがこれより得られ、このトリガ信号ＴＧが平均化回路
２４に供給される。

【００７４】平均化回路２４では、交番信号に同期した
このトリガ信号ＴＧによりトリガされて、各デジタル信
号の平均化処理が行われる。平均化回路２４の各入力信
号には、交番信号に同期した目的の変位や電圧以外のノ
イズ成分も含まれるが、この平均化処理により、交番信
号に同期した成分以外の不必要なノイズ成分が除去され
る。

【００７５】図８Ａは、平均化回路２４の入力時の光変
位計６の出力信号であり、図８Ｂは、その平均化処理後
の出力信号Ｅλである。また、図８Ｃは、同じタイムス
ケールにおける、さぐりコイル４からの電圧ＥＢの平均
化処理出力ＥＢの一例である。補正コイル５からの電圧
ＶＨの平均化処理出力ＥＨも、同様にして、ノイズ除去
されたものとなる。

【００７６】こうして、平均化回路２４において、ノイ
ズ除去された各出力Ｅλ、ＥＢ、ＥＨは、マイコンで構
成される信号処理回路２５に供給される。この信号処理
回路２５では、出力ＥＨから試料３の近傍の磁界Ｈが求
められる。すなわち、コイル５の出力電圧から得られる
出力ＥＨは、コア５１、５２が占める空間部分の磁束φ
の変化（ｄφ／ｄｔ：ｔは時間）に応じたものであり、
これよりコア５１、５２が占める空間部分を通る磁束φ
が求められる。コア５１、５２の部分の断面積は、既知
であるので、この磁束φから、試料３の近傍の空間の磁
束密度Ｂａが求められ、さらに、空間の透磁率も既知で
あるから、試料３の近傍の磁界Ｈが求められる。

【００７７】また、出力ＥＢ及び空間の磁束密度Ｂａか
ら試料３を通る磁束が求められ、試料３の断面積から試
料３の部分の磁束密度Ｂｓが求められる。すなわち、出
力ＥＢは、ボビン４１内の空間部分を通る磁束の変化
と、試料３を通る磁束の変化の和と考えることができ
る。ボビン４１内の空間部分（断面積は既知）の磁束
は、磁束密度Ｂａから求めることができ、その変化によ
り生じる電圧分も求められる。この結果、試料３の部分
のみを通る磁束の変化に応じた電圧を求めることがで
き、試料３の部分を通る磁束を求めることができる。試
料３の断面積は、既知であるから、試料３の部分の磁束
密度Ｂｓを求めることができる。また、磁界Ｈと、この
磁束密度Ｂｓとから、試料３の透磁率μを求めることが
できる。

【００７８】また、出力Ｅλからは、磁気ひずみλが求
められる。そして、磁界Ｈあるいは磁束密度Ｂと、この
磁気ひずみλとの関係が求められる。その関係は、ＣＲ
Ｔディスプレイやプリンターなどの出力装置２６におい
て表示され、あるいは記録紙に出力される。

【００７９】図９Ａは、求められた磁界Ｈと、磁束密度
Ｂｓとを示し、図９Ｂは、両者の関係を示すいわゆる磁
気ヒステリシス曲線である。図１０Ａは、磁界Ｈと磁気
ひずみλの波形をそれぞれ示し、図１０Ｂは、両者の関
係、つまり磁界−磁気ひずみ（Ｈ−λ）の関係を示して
いる。図９及び図１０は、交番電流として、２００Ｈ
ｚ、０．６Ａの電流を、コイル２に流して、新規な珪素
綱板の磁気ひずみを測定した場合である。

【００８０】同様に、図１１Ａは、磁束密度Ｂｓと磁気
ひずみλの波形をそれぞれ示し、図１１Ｂは、両者の関
係、つまり磁束密度−磁気ひずみ（Ｂ−λ）の関係を示
している。この図の例では、４００Ｈｚ、１．１２Ａの
交番電流をコイル２に流している。

【００８１】この発明の発明者による、上記の磁性体材
料の上記ひずみの測定の結果、この発明によれば、試料
が１ｍであるとき、１０^-9ｍまでの磁気ひずみの測定が
可能であることが判明した。

【００８２】なお、この発明による磁界発生装置は、上
記のような磁気ひずみ測定装置に限らず、種々の用途に
利用できることはいうまでもない。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による磁
界発生装置においては、磁界発生用の円筒状コイルを、
このコイルの巻回方向の単位長さ当たりの巻き数が、こ
のコイルの巻回方向の中心から巻回方向の両端部に移る
にしたがってほぼ指数関数的に増加するようにしたの
で、円筒状コイルの内部空間での磁束は、一方の端部か
ら他方の端部までに渡って、ほぼ均等に平行なものとす
ることができる。

【００８４】このため、コイル内の空間に収容する試料
に、コイル巻回方向の平行磁束を与えるためのコイル巻
回方向の長さは、従来のように、長岡係数を考慮して試
料の長さに対して十分に長くする必要はなく、必要最小
限度の長さでよく、磁界発生装置を小型にすることがで
きる。

【００８５】また、この発明の磁界発生装置を用いた磁
気ひずみ測定装置は、従来の磁気ひずみ測定装置のよう
に、鏡を用いて磁気ひずみを間接的に測定するのではな
く、光変位計を用いて直接的に磁気ひずみを試料の端面
の変位として測定するようにした装置であり、高精細に
磁気ひずみを測定することができる。

【００８６】また、この新規な装置においては、従来の
試料に鏡を張り付ける方法のように、試料に余分なもの
を付け加えることはしないので、この点でも、より高精
度の磁気ひずみの測定が可能になる。

【００８７】また、磁性体試料を非磁性体からなる対の
板で挟んで保持するようにしたので、磁性体試料自身の
位置変動や、光変位計による測定目的の変位方向以外の
変位を制限することができ、この点でも測定精度を向上
させることができる。

【００８８】そして、光変位計は、磁界発生用コイルの
線材巻回方向に配置するものであると共に、磁界発生用
コイルの巻回方向の長さを、試料より若干長い程度のも
のとすることができるため、光変位計のプローブを、試
料の測定端面の近傍に配置することが容易であり、精細
な磁気ひずみの測定に当たって、光変位計の出力とし
て、十分な磁気ひずみ変位出力を得ることが可能であ
る。

【００８９】また、試料近傍の磁気特性を測定するため
のコイルブロックを、対の非磁性体板を利用して取り付
けることが可能であり、しかも、光変位計により光ビー
ムを用いて変位測定を行うものであるために、コイル巻
線部分に考慮を払う必要がない。このため、試料近傍の
磁気特性を正確に知ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による磁気ひずみ測定装置の一実施例
の構成を示す図である。

【図２】この発明による磁気ひずみ測定装置の一実施例
の機構部の構成例を示す図である。

【図３】この発明による磁界発生装置の一実施例の要部
の構成を説明するための図である。

【図４】図１の例の要部の構成を詳細に説明するための
図である。

【図５】図１の例の要部の構成の拡大断面図である。

【図６】この発明の磁気ひずみ測定装置において、測定
開始前に磁界発生用コイルに供給する電流の一例を説明
するための図である。

【図７】光変位計の出力特性を説明するための図であ
る。

【図８】この発明による磁気ひずみ測定装置の一実施例
の各部の出力信号波形の例を示す図である。

【図９】この発明による磁気ひずみ測定装置で求められ
た磁界と磁束密度の波形及びその関係の一例を示す図で
ある。

【図１０】この発明による磁気ひずみ測定装置で求めら
れた磁界と磁気ひずみの波形及びその関係の一例を示す
図である。

【図１１】この発明による磁気ひずみ測定装置で求めら
れた磁束密度と磁気ひずみの波形及びその関係の一例を
示す図である。

【図１２】磁気ひずみの発生メカニズムを説明するため
の図である。

【図１３】従来の磁気ひずみ測定装置の一例を説明する
ための図である。

【符号の説明】１ガラス管２交番磁界発生用のコイル３磁性体試料４さぐりコイル５補正コイル６光変位計１１交番信号発生器１３トリガ信号発生器２２Ａ／Ｄコンバータ２３バッファメモリ２４平均化回路２５信号処理回路３０試料保持部材４１ボビン３１、３２非磁性体板５１、５２コア６１マイクロメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状に導体の線材を巻回して構成する
コイルを備える磁界発生装置において、上記コイルの巻回方向の単位長さ当たりの巻き数が、上
記コイルの巻回方向のの両端部に移るにしたがってほぼ
指数関数的に増加するように構成されてなる磁界発生装
置。
【請求項２】円筒状に導体の線材が巻回され、かつ、
巻回方向の単位長さ当たりの巻き数が、上記巻回方向の
両端部に移るにしたがってほぼ指数関数的に増加するよ
うにされてなる磁界発生用の第１のコイルと、この第１のコイルの内部空間に交番磁界を生じさせるた
めに、この第１のコイルに供給する交番信号を発生する
交番信号発生器と、上記第１のコイルの内部空間内に、磁性体試料を配置す
るための試料保持部材と、上記試料の近傍の磁気特性を検出するための第２のコイ
ルと、上記磁性体試料の磁気ひずみによる変位を求める磁気ひ
ずみ検出手段とを備え、上記第２のコイルに得られる誘起電圧出力と、上記磁気
ひずみ検出手段の出力信号とから、上記磁性体試料の近
傍の磁気特性と、その磁気特性条件下で上記磁性体試料
に生じる磁気ひずみの量との関係を求めるようにした磁
気ひずみ測定装置。
【請求項３】円筒状に導体の線材が巻回され、かつ、
巻回方向の単位長さ当たりの巻き数が、上記巻回方向の
両端部に移るにしたがってほぼ指数関数的に増加するよ
うにされてなる磁界発生用の第１のコイルと、この第１のコイルの内部空間に交番磁界を生じさせるた
めに、この第１のコイルに供給する交番信号を発生する
交番信号発生器と、磁性体試料を挟んで保持する１対の非磁性体板を備え、
上記磁性体試料の挟持された面の方向が、上記第１のコ
イルの巻回方向と一致する状態で、上記磁界発生用の第
１のコイルにより囲まれる空間内のほぼ中央部であっ
て、かつ、上記第１のコイルの巻回方向のほぼ中央部
に、上記磁性体試料を配置するための試料保持部材と、上記試料の近傍の磁気特性を検出するために、上記１対
の非磁性体板の上記試料を挟持する部分の周囲におい
て、上記試料保持部材に対して固定される第２のコイル
と、上記試料保持部材の１対の非磁性体板間の上記磁性体試
料の端面あるいはこの端面に取り付けられた反射板に光
ビームを照射し、その反射光から、上記磁性体試料の上
記端面の変位を検出する光変位計とを備え、上記第２のコイルに得られる誘起電圧出力と、上記光変
位計の出力信号とから、上記磁性体試料の近傍の磁気特
性と、その磁気特性条件下で上記磁性体試料に生じる磁
気ひずみの量との関係を求めるようにした磁気ひずみ測
定装置。