JPS6173076A - 磁気特性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、強磁性体試験片の磁気特性測定方法及び装置
に関するもので、特に、交流を重畳した直流を用いて磁
気特性を検出する磁気特性測定方法及び装置に関するも
のである。

［従来の技術１ 強磁性体特性を示す鉄及びその他の金属素材は、工場出
荷に先立ち磁性材料としての磁気的性質を検査するため
に、前記金属素材の試験片をサンプル抽出して磁化特性
を測定することが一般に行われている。この磁化特性は
、第８図に示すように磁性材料中の横軸に磁界の強ざＨ
をとり、縦軸に磁束密度Ｂをとった場合に、磁界の強さ
がＯ−＋ａ→ｂ−＋ｃの如く変化した後、０点で磁気飽
和する磁化曲線として示される。なお、磁気飽和点Ｃか
ら磁界を前者とは反対方向に印加していくと、磁化の強
さはＣ−１ｄ−＋ｅ−＋ｆの径路をたどってｆ点で再び
飽和し、次いで、再び磁界を当初の方向に印加していく
と磁化はｆ→ｑ−＋に一＋Ｃの径路をたどって環状に変
化し、所謂、ヒステリシスループを描く。このとぎＯ−
ｄの大きさを残留磁束密度Ｂｒといい、Ｑ−ｅの大きさ
を保磁力１−１ｃという。

［発明が解決しようとする問題点］ 一般に、工場から出荷される金属素材の磁束密度、保磁
力等の磁化特性の測定は、従来環状試料を用いる環状鉄
心法によって行われたり、自記磁束計、ＮＳ透磁率計を
用いて行われていた。これら各種磁化特性の測定方法の
うち、特にＮＳ透磁率計による棒状試験片の保磁力測定
は、作業手順が複雑で、熟練者でもその測定に長時間を
要する等の問題があった。

そこで、本発明は、前記問題を解決すべく試験片を所定
の位置に装着するだけで、熟練者でなくとも、短時間で
測定できる強磁性体の磁気特性を測定する方法及びその
装置の提供をその課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は磁化及び減磁コイルと、前記コイル中に配設さ
れ、前記コイルが作る交番磁界を重畳した直流磁界の影
響を受ける位置に配設されたセンサと、前記コイル及び
試験片の影響を受ける磁界中に配設されたセンサと、両
センサの出力を減算する減算回路からなる信号処理回路
によって前記試験片の交流磁気特性を測定する磁気特性
測定装置を構成するものである。

［作用］ 上記構成手段によれば、磁化コイルに電流を流して前記
コイル中に磁界を発生させて、前記コイル中に配設され
た試験片を磁化し、磁気飽和させる。そして、前記磁化
コイルの電流を断った後、減磁コイルに交流を重畳させ
た直流を供給して交番磁界を重畳させた直流磁界を発生
させる。この磁界は順次その強さを増加させ、センサの
出力が最大のとき、即ち、試験片の磁化が消えたときを
、減磁コイルの発生する直流磁界の強さをもって、試験
片の磁気特性とするものである。

［実施例］ 次に、本発明の磁気特性の測定方法及びその装置の第一
実施例について、図を用いて説明する。

第１図は、本発明の磁気特性の測定装置の全体の要部を
示す構成図である。図において、１１は、所定の径及び
長さに巻回された磁化コイルであり、１２は所定の径及
び長さに巻回された減磁コイルである。これらの磁化コ
イル１１及び減磁コイル１２は通常ボビンに銅線を所定
回数巻回して形成され１．その巻線密度は一様でかつ密
であるから、一般にソレノイドと呼称されるものと同一
である。

前記巻線は一様にかつ密に巻回することを理想とするが
、必ずしもそのようにしなければならないことはないか
ら、以下上位概念のコイルと呼称する。しかし、前記両
コイルが形成する磁界は、電流がコイルの断面全体に略
一様に分布している状態にあり、その内部には平等磁界
或いは略平等磁界を形成する。そして、前記磁化コイル
１１の外周には、強磁性体からなる磁気シールド筒１３
が密着配設されており、磁化コイル１１及び減磁コイル
１２が形成する磁界が、前記磁化コイル１１及び減磁コ
イル１２外に形成されるのを防止している。

前記磁化コイル１１は、直流電圧可変回路２１に接続さ
れており、前記直流電圧可変回路２１は試験片を磁気飽
和されるに足る励１ｉ！１電流供給用であるから、試験
片材料を磁気飽和させるに足る出力を供給する定電圧（
定電流）電源でもよいが、本実施例の如く、直流電圧可
変回路２１を用いて、その出力電流を連続または数段に
可変して、試験片の磁気飽和を確認できるものがよい。

減磁コイル１２に励１ｉ１ｉ電流を供給する交流を重畳
した直流電圧可変回路２２は励磁電流を調整して試験片
の保磁力を求めるものであり、その出力は連続的に変化
するものである。

なお、前記磁化コイル１１及び減磁コイル１２は、その
供給電源回路の切替えによって、両コイルを共用するこ
とができる。即ち、磁化コイル１１及び減磁コイル１２
を１つのコイルとし、励磁電流の種類によって、試験片
の磁化或いは減磁を行うようにすることができる。両コ
イルを共用すると、装置が小形化でき、かつ装置が廉価
に製造できる。

交流を重畳した直流電圧可変回路２２から出力される励
磁電流は定抵抗Ｒによって励１１電流に比例する電圧と
して取り出され、交−直変換回路３１で直流に変換した
後。、Ｘ−Ｙレコーダ３０のＸ端子入力となる。なお、
前記交−直変換回路３１は、公知の交流電圧が重畳され
た直流電圧を直流電圧だけに変換する回路である。なお
、図示していないが、Ｘ−Ｙレコーダ３０を用いないと
きは、抵抗Ｒに替えて電流計を挿入する。図示の接続状
態においても抵抗Ｒに直列に電流計を挿入するとよい。

また、前記磁化コイル１１及び減磁コイル１２の空洞内
には、前記両コイルの中心軸線上またはその付近の磁力
線分布の乱れのない磁界中に、軸受台４１に固着された
軸受４２に取り付けられた資料支持軸４３を配設する。

同様に、軸受台５１に固着された軸受５２に取り付けら
れたセンサ支持軸５３を配設する。これら軸受台４１及
び５１並びに軸受４２及び５２並びに資料支持軸４３並
びにセンサ支持軸５３は非磁性材料で形成する。

軸受台４１及び５１の配設箇所が磁化コイル１１及び減
磁コイル１２から離れており、それらが、空洞内の磁界
を乱さない場合には、必ずしも軸受台４１及び５１並び
に軸受４２及び５２を非磁性材料で形成する必要はない
。

前記資料支持軸４３及びセンサ支持軸５３の空洞内端部
の構造を第２図の要部断面図に示す。

資料支持軸４３の空洞内端部には、強磁性体等の試験片
４６を収納する穴部を穿設した試験片ホルダ４４を固着
する。試験片４６は前記収納穴部に収納し、非磁性体螺
子４５で螺着する。なお、前記試験片ホルダ４４は資料
支持軸４３と一体成形してもよい。また、本実施例では
試験片４６を試験片ホルダ４４に螺着しているが、必ず
しもその必要はなく、試験片４６が所定位置に保持でき
ればよい。

センサ支持軸５３の空洞内のセンサ端部５４には、強磁
性体等の試験片４６に対向する位置に試験片磁界検出用
ホール素子５５を配設すると共に、減磁コイルの空洞内
磁界検出用ホール素子５６を試験片４６の磁界の影響を
受けない位置で、かつ、空洞内の磁界を試験片４６に対
向する試験片磁界検出用ホール素子５５と同一条件で、
磁界が検出できる位置に配設する。そして、各ホール素
子５５及び５６の検出出力は、必要によりホール素子付
近に配設した増幅器５７に導かれ、増幅器５７で増幅後
の出力は信号処理回路６０に導かれる。

特に、本発明では、ホール素子５５及び５６に導かれる
磁界の微少変化の有無を検出するものであるから、ノイ
ズの影響を除去する必要性があり、ホール素子５５及び
５６の付近に増幅器５７を配設するのが望ましい。本実
施例においては、センサ端部５４を鍔状とし、そこに、
ホール素子５５及び５６並びに増幅器５７をエポキシ系
樹脂５８でモールドすることによりホール素子５５及び
５６及び増幅器５７をセンサ端部５４に配設している。

ホール素子５５及び５６並びに試験片４６は論理的には
第３図に示す説明図の如くなる。なお、図中の矢印は空
洞内雰囲気の磁界を示すものである。図示された状態は
、保磁力を有する試験片４６に対して、減磁コイル１２
によって試験片４６の磁化を打消すための磁界が、試験
片４６の磁界の方向とは反対方向の交番磁界が重畳され
た瞬時を示すものである。前記試験片４６の磁化によっ
て、試験片磁界検出用ホール素子５５側の磁力線密度が
粗になっていることが判る。即ち、図示の状態では、空
洞内磁界検出用ホール素子５６の出力より、試験片磁界
検出用ホール素子５５の出力は低くなる。

試験片磁界検出用ホール素子５５の出力及び空洞内磁界
検出用ホール素子５６の出力は、第４図の信号処理回路
６０の要部を示す検出信号処理回路に導かれる。なお、
前記信号処理回路６０は、定電流回路及び第４図の検出
信号処理回路から構成される。

定電流回路はその出力１１及びＩ２をホール素子５５及
び５６に供給する。ホール素子５５及び５６は磁界の強
さに比例した出力を増幅器５７に導く。増幅器５７はオ
ペアンプ等で構成されるホール素子５５の出力を増幅す
る直流差動増幅回路５７ａとホール素子５６の出力を増
幅する直流差動増幅回路５７ｂからなる。前記増幅回路
５７ａ及び５７ｂの出力は、オペアンプＯＰ１及びＯＲ
３に導かれ、そこで、零磁界の出力、即ち、オフセット
電圧を可変抵抗器ＶＲＩ或いはＶＨ２で調節を行う。勿
論、前記直流差動増幅回路５７ａ及び５７ｂとオペアン
プＯＰ１及びＯＲ３のオフセット電圧はそれ以前に調節
しておく必要があることは言うまでもない。また、可変
抵抗器ＶＨ２或いはＶＨ２のｍ度係数はホール素子５５
及び５６の材料を考慮して選択する必要がある。

前記オペアンプＯＰ１及びＯＲ３の出力は、オペアンプ
等から構成される減算回路ＯＰ３に導き、試験片磁界検
出用ホール素子５５の出力と空洞内磁界用ホール素子５
６の出力とを比較し、その差の出力を電圧計６１及びＸ
−Ｙレコーダ３０のＹ端子入力に導く。

上記の如く構成された本実施例の磁気特性測定装置は次
の様に動作し、試験片の磁気特性を測定することができ
る。

まず、試験片ホルダ４４に試験片４６を挿着し、螺子４
５で固定し、試験片磁界検出用ホール素子５５に対向し
た任意の位置に設定する。

次に磁化コイル１１に直流電圧可変回路２１から直流励
磁電流を流し、試験片４６を磁化し磁気飽和させる。そ
の後、直流電圧可変回路２１の出力を遮断する。直流電
圧可変回路２１の出力を遮断することにより、試験片４
６は保磁力により磁化された状態を維持する。

次に、減磁コイル１２に交流を重畳した直流電圧可変回
路２２から順次励磁直流電流を増加させることにより、
空洞内に交番磁界が重畳された直流磁界を発生させる。

このときの励磁電流は定抵抗Ｒの両端から電圧として交
−直変換回路に導かれ、ここで交流電圧を直流電圧に変
換して、その直流電圧をＸ−Ｙレコーダ３０のＸ端子入
力に導く。

同時に、試験片磁界検出用ホール素子５５と空洞内磁界
検出用ホール素子５６の出力は、夫々のホール素子の磁
界の強さに比例した出力となってオペアンプＯＰ１及び
ＯＲ３の入力となる。減算回路ＯＰ３では、両オペアン
プＯＰ１及びＯＲ２の出力を得て、オペアンプＯＰ１と
オペアンプ○Ｐ２との差をその出力としている。即ち、
減磁コイル１２の励！１電流を増加させているとき、ホ
ール素子５５の出力がホール素子５６の出力より小とな
り、減算回路ＯＰ３の出力は正の出力となる。

また、試験片４６の磁化は交番磁界を重畳させることに
より変化するが、その変化の大きさは試験片４６の磁化
により変化し、磁化が零の保持力の磁界で最も大きく変
化するので試験片４６の保持力を与える磁界で、両ホー
ル素子５５及び５６の出力の差は最も大きくなり減算回
路ＯＰ３の出力は最大となる。Ｘ−Ｙレコーダ３０或い
は′電圧計６１を監視することにより、前記減算回路Ｏ
Ｐ３の出力が最大になる点を求め、そのときの励磁電流
から、空洞内の磁界の強さが判り、試験片４６の交流磁
気特性を知ることができる。

第５図は本発明の磁気特性測定装置の第二実施例である
。特に、第１図の本発明の第一実施例との相違点のみ述
べる。

磁化コイル１１及び減磁コイル１２は耐熱性のボビン１
４に耐熱性絶縁物で絶縁処理した銅線を所定回数巻回し
て形成され、更に、磁化コイル１１及び減磁コイル１２
の端部は封止板１５によって封止されており、そこに加
熱または冷却した気体等を流通させる流体入口１６及び
流体出口１７が配設されている。加熱または冷却した気
体等を供給する装置は、図示していないが、公知の加熱
手段、冷却手段等の温度制御手段が使用できる。

したがって、ボビン１４内の空洞には、温度制御手段に
よって制御した気体によって、試験片ホルダ４４及び試
験片４６を任意の温度に設定することができる。

前記資料支持軸４３及びセンサ支持軸５３の空洞内部の
構造を第６図の要部断面図に示す。試験片ホルダ４４に
は、試験片４６の温度を検出するように試験片４６に接
して熱電対の温度センサ４７を配設する。温度センサ４
７の出力は温度測定手段、例えば、温吠計８０に接続さ
れており、試験片４６の温度を指示する。

センサ支持軸５３側のセンサ端部５４には非磁性材等か
らなるハウジング９４が封止固着されていて、流体路９
５と前記センサ支持軸５３のセンサ端部５４とハウジン
グ９４との間で形成する空間とが、連通ずる状態になっ
ている。前記空間に配設した検出コイル９１及び９２並
びに必要に応じて配設した増幅器９３は、流体路９５に
冷却気体を流すと、前記冷却気体によって、前記検出コ
イル９１及び９２、増幅器９３が冷部され、前記磁化コ
イル１１及び減磁コイル１２の空洞内温度を上昇しても
、常に同一条件で検出ができる。なお、本実施例ではセ
ンサとして検出コイル９１及び９２を用いているが、検
出コイル自体は温度変化によって、その検出能力に変更
をきたすものではなく、その絶縁上の問題のみを有する
ものであるから、必ずしも検出コイル９１及び９２を冷
却する必要はない。冷却しない場合には、検出コイル９
１及び９２の検出出力を増幅する増幅器は外付とする必
要がある。勿論、ホール素子等を使用する場合には、温
度の影響が大であるから、ホール素子の温度を制御する
必要がある。

第７図は前記検出コイル９１及び９２の検出出力を処理
する交−直変換回路６１からなる検出信号処理回路を示
すものである。

検出コイル９１及び９２の出力は増幅器９５を介して、
その出力を差動増幅回路ＯＰ４に導く。

差動増幅回路ＯＰ４の出力は、ダイオードって整流され
、コンデンサＣに充電される。コンデンサＣの充電電圧
は抵抗Ｒ２を介して、電圧計６１及びＸ−Ｙレコーダ３
０のＹ端子入力に導かれる。

なお、抵抗Ｒ１は交流の周波数によって決定される時定
数を決定するものである。

次に、本実施例の磁気特性測定装置の動作について説明
する。

一旦、磁気飽和するまで磁化された試験片４６は、温度
制御装置が任意の温度の気体を流体入口１６から流体出
口１７に送ることによって、試験片４６の温度を所定の
温度条件下に設定する。そこで、減磁コイル１２の作る
交番磁界を重畳した直流磁界を加え、その磁界を順次強
くする。このとき、検出コイル９１及び９２の出力は、
互いに差動状態に接続されており、試験片４６による磁
束変化のみが増幅器９３に導かれ、差動増幅器ＯＰ４の
出力として、両極性の出力を得る。前記差動増幅器ＯＰ
４の出力はダイオードＤで整流され、コンデンサＣから
単種性の出力を得ることができる。したがって、試験片
４６の磁化変化に比例した電圧をコンデンサＣの端子電
圧として検出することができる。

前述の第−実施例及び第二実施例の検出信号処理回路と
して、第４図及び第７図で示した回路を使用したが、必
ずしもそれに限定されるものではなく、ピーク値検出回
路或いは波電圧計等で、ピークツウビーク（ｐｅａｋ−
ｔｏ−ｐｅａｋ）を測定し、振幅の最大値のときの減磁
コイルの励磁電流値を測定すれば、前者と同様に試験片
の磁気特性が測定できる。特に、この場合には、高価な
Ｘ−Ｙレコーダで使用しなくてよいから、廉価な磁気特
性測定装置となる。勿論、第一実施例の回路においても
、減算回路ＯＰ３の出力を直流電圧計で測定し、その値
が最大になったときの減磁コイルの励磁電流値を測定す
れば、前記励磁電流値から、試験片の磁気特性測定が測
定できる。

また、前述の第−実施例及び第二実施例において、温度
制御装置によって試験片４６の温度を変更すれば温度特
性が測定できる。

なお、第−実施例及び第二実施例においては、試験片ホ
ルダ４４とセンサ端部５４のセンサとを対向し、静止さ
せているが、両者間に相対的な回転を付与すれば、特に
、センサに検出コイルを用いたものについては、その回
転速度に応じて検出コイルの出力が大きくなり、その測
定が容易となり、かつ、検出コイルの出力を増幅する増
幅器の増幅率を小さくすることができ、或いは、増幅器
の接続を不要とすることができる。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明の磁気特性測定方法は、磁化した試
験片を、減磁コイルが１発生する磁界で前記試験片の残
留磁気の打ち消しを行い、それを前記試験片に対抗した
センサで、前記試験片が与える残留磁気の影響がなくな
ったときを検出するものであるから、試験片を所定の位
置に装着するだけで測定に入ることができ、熟練者でな
くとも、短時間で交流の磁気特性を測定することができ
る。

また、本発明の磁気特性測定装置は、コイル中に配置す
る試験片を保持する非磁性体からなる試験片ホルダと、
減磁コイルが作る磁界のみの影響を受ける磁界中に配設
されたセンサと、前記減磁コイル及び試験片の影響を受
ける磁界中に配設されたセンサとを対向配置し、保持力
を検出するものであるから、試験片を所定の位置に装着
するだけで測定でき、熟練者でなくとも、短時間で磁気
特性を測定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第一実施例の磁気特性測定装置の全体
の要部を示す構成図、第２図は第一実施例の資料支持軸
及びセンサ支持軸の空洞内端部の構造を示す要部断面図
、第３図は磁界中のホール素子及び試験片の状態を示す
説明図、第４図はホール素子の検出信号を処理する検出
信号処理回路図、第５図は本発明の第二実施例の磁気特
性測定装置の全体の要部を示す構成図、第６図は第二実
施例の資料支持軸及びセンサ支持軸の空洞内端部の構造
を示す要部断面図、第７図は検出コイルの検出信号を処
理する信号処理回路図、第８図は磁性体の磁化特性図を
示すものである。 図において、 １１・・・磁化コイル、 １２・・・減磁コイル、 ４４・・・試験片ホルダ、 ４６・・・試験片、 ５５．５６・・・ホール素子、 ９１．９２・・・検出コイル、 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁化コイル及び減磁コイル中に配設した試験片を
   、前記磁化コイルが発生する磁界で磁化した後、前記減
   磁コイルが発生する交番磁界を重畳した直流磁界によっ
   て前記試験片の残留磁気の打ち消しを行い、それを前記
   試験片に対抗したセンサで検出することによって、前記
   減磁コイルが発生する交番磁界を重畳した直流磁界から
   前記試験片の磁気特性を得ることを特徴とする磁気特性
   測定方法。
2. （２）磁化コイルと減磁コイルを同心配置すると共に、
   前記コイル中に配置する試験片を保持する非磁性体から
   なる試験片ホルダと、前記減磁コイルが作る交番磁界を
   重畳した直流磁界のみの影響を受ける磁界中に配設され
   たセンサと、前記減磁コイル及び試験片の影響を受ける
   磁界中に配設されたセンサとを対向配置してなる構成を
   特徴とする磁気特性測定装置。
3. （３）前記磁化コイル及び減磁コイルは、共用する一つ
   のコイルとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の磁気特性測定方法。
4. （４）前記磁化コイル及び減磁コイルは、共用する一つ
   のコイルとしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の磁気特性測定装置。
5. （５）前記センサは、ホール素子としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の磁気特性測定装置。
6. （６）前記センサは、検出コイルとしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の磁気特性測定装置。
7. （７）前記ホール素子は、差動接続としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の磁気特性測定装置。
8. （８）前記検出コイルは、差動接続としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項に記載の磁気特性測定装置。