JPS62299777A - 軟磁性薄膜の透磁率測定方法及びその測定治具 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、軟磁性薄膜材料の透磁率の測定に関するも
ので、特にヨーク法による透８ｉ率測定方法の改良及び
その測定方法を実施するために使用する透磁率測定治具
に関するものである。

〔発明の既要〕

この発明は、ヨーク法による軟磁性薄膜の透磁率の測定
において、ヨーク・コア部でなく、基板と軟磁性薄膜か
ら成る試料部に巻線を施して、その自己インダンタンス
を測定することにより軟磁性薄膜の透磁率を測定する方
法と、その測定方法を実施するために、予め治具台座に
装着されたコイルに試料を嵌挿した後、フェライト等の
軟磁性体より成るヨーク・コアを上記試ネ゛Ｆと閉磁路
を構成するように設置できる測定治具を提供することに
より、簡！１１．な近似によって軟磁性薄膜の透８ｉ率
を正確に測定し得るようにしたものである。

〔従来の技術〕

近年、スパッタ法及び蒸着法等による軟磁性薄膜の作製
や研究が盛んに行なわれている。これらの軟磁性薄膜の
うち１例えばセンダストやＣｏ−Ｚｒ系の非晶質合金薄
膜などは、薄膜磁気ヘッドや垂直記録用磁気ヘッド等を
形成する材料として注目されている。

このような軟磁性薄膜の磁気特性の中でも、特に透磁率
はヘッドの再生効率等に関する重要な特性であり、その
値の正確な測定が必要とされている。また、このような
軟磁性薄膜は主に面内に一軸磁気異方性を有しているた
め、磁気ヘッド等のデバイスへ応用する場合、透磁率の
方向性（分散）についても測定する必要がある。

第８図（ａ）は、従来行なわれている透磁率側定法の１
つであるヨーク法による測定の概略を示す図である。

同図において、１は軟磁性薄膜を有する測定試料、２は
フェライト等の軟磁性体から成るヨーク・コア、３は自
己インダンタンス測定用のコイルである。

第８図（ｂ）は、同図（ａ）の構成を磁気回路で示たも
ので、試料１の磁気抵抗をＲｆ、ヨーク・コアの磁気抵
抗をＲｅとすると、全磁気抵抗はＲＬは、　　ＲＬ＝Ｒ
ｆ　＋Ｒｃ　　　　−−（１）で表わせる。Ｒｆは測定
試料の長さを０１幅をＷ。

厚さをｄとし、透磁率をμｒとすると、Ｒｆ　＝ｎ／μ
ｏ・μｒ−ｗ−ｄ　　　＝−（２）（μＯは真空の透磁
率）で表わせる。

また、Ｒｃはヨーク・コア２の形状と透６ＢＴ＄で決ま
る定数である。

したがって、コイル乙の両端をＬＣＲメータや、インピ
ーダンスメータ等の測定器に接続して、コイル３の自己
インダクタンスＬを測定すれば、Ｌ＝Ｎ”／ＲＬ（Ｎは
コイル３の巻線数）であるからＲＬが求まり、これを（
１）式に代入すればＲｆが求まる。

そして、このＲｆを（２）式に代入すれば、試料１にお
ける軟磁性薄膜の透磁率μｒを求めることができる。な
お、第８図（ｂ）中φは磁束である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような従来のヨーク法シ；より。

軟磁性薄膜の透磁率を測定する場合には、その薄膜が作
製上基板上に形成されるため、透磁率の１ｌｌｑ定に当
っては第９図（ａ）に示すような構成となる。

すなわち、測定試料１は基板４とその上に形成された軟
磁性薄膜５とからなるが、軟磁性薄膜５の厚さが数μ「
ｎ以下と薄いため、その磁気抵抗Ｒｆが大きくなる。

そのため、同図（ｂ）に示すような洩磁束φＲ′。

φＲ″などを考慮に入れて、全磁気抵抗ＲＬを求める必
要がある。

しかしながら、洩れの磁気抵抗Ｒ’　、Ｒ’は。

軟磁性′：４膜５の磁気抵抗Ｒｆと並列に接続された形
となるため、無視できないばかりでなく、ヨーク・コア
２の形状、配置などによる空間の磁界の状態を把握する
必要があり、ｎ単な近似によっては透磁率の値を精度よ
く求めることが困難であるという問題があった。

この発明は、このような問題点の解決を図ろうとするも
のである。

［問題点を解決するための手段〕 そこで、第１番目の発明による軟磁性薄膜の透磁率測定
方法は、非磁性体または磁性体の少なくとも一種から成
る基板と、該基板上に形成された軟磁性薄膜とからなる
試料の一部に巻線を施して、その自己インダクタンスを
測定することにより薄膜の透ｌｉ！率を測定する。

すなわち、第１図（ａ）に示すように、自己インダクタ
ンス測定用のコイル３を試料１側に配置ａシて軟磁性薄
膜５の透磁率を測定する方法である。

また、第２番目の発明による軟磁性薄膜の透磁率測定治
具は、上記測定法を実施するための治具であり、試料設
置位置に対して一定の深さのコイル設置溝を有し、該コ
イル設置溝にコイルを装着して成る治具台座と、軟磁性
体から成る口字形のヨーク・コアとによって構成され、
上記コイルに試料を嵌挿してその透磁率をａｌｑ定し得
るようにしたものである。

〔作　用〕

第１番目の発明による透磁率測定方法を実施する場合の
磁気回路は第１図（ｂ）に示すようになり、試料がない
場合のヨーク・コア２の磁極間の磁気抵抗をＲＥとし、
その他の洩れによる磁気抵抗をＲ′　としたとき、Ｒ′
はＲｅと並列に、ＲＥはＲｆと並列にそれぞれ接続され
た状態になる。

ここで、Ｒ’＞＞ＲＣであるので、試ＦＪｒ１を嵌挿し
た時の全磁気抵抗ＲＬは。

ＲＬ＝Ｒｃ＋（１／ＲＥ＋１／Ｒｆ）−”・・・（３）
であり、コイル乙のインダクタンスＬは、Ｌ＝Ｎ２／Ｒ
Ｌ　　となる。

また、試料１がない場合の全磁気抵抗をＲＬｏ、コイル
乙のインダクタンスをＬｏとすると、ＲＬｏ：Ｒｃ＋Ｒ
Ｅ、Ｌｏ＝Ｎ”　／ＲＬｏであるので、　　Ｌ−ＬｏΣ
Ｎ”／Ｒｆ　　・・・・・・（４）と近似でき、Ｒｆが
求まるので、軟磁性薄膜５の透磁率μｒを前述の（２）
式によって正確に求めることができる。

第２番目の発明による透磁率測定治具は、コイル３の中
心を測定すべき軟磁性薄膜５の中心に一致させろことを
容易にするため、試料設定位置に対して一定の深さのコ
イル溝を設け、コイルを予め治具台座に固定し得るよう
にしたもので、試料に対するコイルの位置を正確に設定
することができ、透磁率の測定精度を高められる。

ヨーク・コア２の寸法及び位置については、第２図（ａ
）（ｂ）に示すように、矩形の試料１に対しては、試料
１の幅をＷとすると、ヨーク・コア２の幅Ｗは、Ｗ≧０
．８５ｕ）　　あれば十分である。

ここで、第３図に示すように、ヨーク・コア２の幅Ｗが
試料１の幅Ｗより大きい場合でも、上述のように　Ｌ−
Ｌｏ＝　Ｎ２／Ｒｆ　　であり、インダクタンスの差は
ヨーク・コア２の磁気抵抗によらないので問題はない。

なお、上記測定治具の台座の材質が黄銅やアルミニウム
のような非磁性の金属材料である場合には、周波数の高
い領域でローレンツ力による損失のためインダクタンス
が低下するので、精度よく透磁率の測定を行なうために
は、治具台座の材質をアクリル、ガラス、マシナブルセ
ラミックなどの絶縁材料にするのが好ましい６ また、上記治具の試料配置位置に角度設定スケールを付
加することにより、試料に対するマーキングが一ケ所で
済み、試料の透磁率の角度依存性の測定が容易になる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面の第４図乃至第７図に基
づいて説明する。

第４図は１例えば直径１８ｍｍ（１８φ）の円板試料用
の透磁率測定治具の台座部分の斜視図であり、３は自己
インダクタンス測定用のコイル、６は治具台座、７はコ
イル装着溝、８はコイルリート線、Ｓはリード線案内溝
、１０は端子板、１１は試料配置溝、１２は角度設定ス
ケール、１′５は試料・コア位置規制ピンである。

治具台座６の材質はマコール（マシナブルセラミックの
一種）である。

第５図（ａ）（ｂ）に−例として円板状試料１を配置し
た時の試料１とヨーク・コア２及びコイル３の位置関係
を示す。なお、コーク・コア２の材質はＭ　ｎ　−Ｚ　
ｎフェライトである。

コイル３は、同図（ｃ）に示すような寸法のものを用い
、その巻数は８回とした。また、ヨーク・コア２の幅は
１８ａ＋ｍとし、試料１の軟磁性薄膜との磁気的結合を
安定させるためヨーク・コア脚部２ａの接触面２ｂを鏡
面研磨しである。

上記構成の透磁率測定治具を用いて、ガラス基板上にス
パッタしたＣ　ｏ　Ｎ　ｂ　Ｚ　ｒ非晶質薄膜（Ｆｉ。

さｌＯμｒｎ）の円板（１８φ）の透磁率の周波数依存
性を測定した結果を第６図に示す。比較例として、上記
試料と同一条件で作製した試料（厚さ１０μｍ）を内径
１０φ、外径１８φのリング状として、通常の磁心測定
法を用いてその透ｍ率を１ｌ１１１定した結果を同図中
に破線で示す。

この図から解るように、」り定周波数が１００ＫＨｚ以
下では、ヨーク法における透磁率の測定値はリング状試
料を用いた場合の透磁率の値とほぼ一致しており、この
発明による測定法及び測定治具により、精度よく透磁率
を測定できることが解った。

なお、高周波数領域における差異については。

形状効果と考えられる。

また、試料の膜厚が１０μｍと厚く、膜の反磁界係数が
大きいにもかかわらず、透磁率の値がヨーク法と１１ン
グ状試料での測定で一致していることは、試ｔト１の軟
磁性薄膜５とヨーク・コア２との磁気的結合がよいこと
によることがわかった。

さらに、この発明による軟磁性薄膜の透磁率の測定にお
いては、試料の膜厚が５００Ａ以上であれば十分可能で
あることも確かめた。

また、治具台座６の材料として絶縁材料であるマコール
を用いた場合と５金屈材料である黄銅を用いた場合を比
較すると、黄銅を用いた場合には。

マコールを用いた場合に比べて透磁率の値が１００ＫＨ
ｚで４％、３ＭＨｚで１０％高い値をとることから、透
磁率の値を正確に測定するためには、台座６の材質を絶
縁材料とする必要があることが解った。

次に、第７図にこの発明による測定治具を用いて上記試
料の透磁率の分散（角度依存性）を測定した一例を示す
。

この図において、横軸は軟磁性薄膜５の磁化容易軸方向
（Ｅ、Ａ、）と透磁率の測定方向とのなす角度θで、縦
軸は透磁率の最大値μｅ　（ｍａＸ）と、測定角度θで
の透磁率μｅ（０）との比である。

このように、この発明による透磁率測定治具により透磁
率の分散も容易に測定できることがわかった。

なお、測定試料１が１１φの円板用の測定治具を作製し
、透磁率の測定を行なったところ同様の結果が得られた
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、軟磁性薄膜の透
磁率を簡便な近似によって正確に測定する方法及びその
測定治具を提供することができろ。

さらに、治具台座上の試料設置に角度設定スケールを設
ければ、透磁率の角度依存性をも精度良く測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は、この発明による透磁率測定法の
説明に供する構成図及びその磁気Ｆ３路図。 第２図（ａ）（ｂ）は、この発明による透磁率測定方法
におけるヨーク・コア幅と試料幅の関係を示す説明図。 第３図は同じくその特性を示す線図、 第４図はこの発明による透磁率測定治具をの斜視図、 第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、夫々この発明による透磁
率測定治具における試料とヨーク・コアとコイルの位置
関係を示す平面図１個面図及びコイルの斜視図。 第６図はＣｏＮｂＺｒ非晶質薄膜の透磁率と周波数の関
係を示す線図。 第７図は第５図の試料１の透磁率の膜面内の分散特性を
示す線図。 第８図（ａＨｂ）は夫々従来のヨーク法の説明に供する
構成図及びその磁気回路図、 第Ｓ図（，１）（ｈ）は夫々従来のヨーク法での軟磁性
薄膜試料測定時の構成図及びその磁気回路図である。 １　・・試料　　　　　　　２・・・ヨーク・コア２ａ
・・ヨーク・コア接触面　　　３・・・コイル４・・・
基板　　５・・・軟磁性薄膜　　６・・・治具台座７・
・・コイル装着溝　　　８・・・コイルリード線９・・
・リード線案内溝　　１０・・・端子板１１・・・試料
設置溝　　　１２・・・角度設定スケール１３・・・試
料・コア位置規制ピン 第６図 測定周波数 第７図 ｅ　（ｄｅｇｌ 第８ｔｚ （Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）ｆ ５５９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ヨーク法による透磁率の測定方法において、非磁性
   体または磁性体の少なくとも一種から成る基板と該基板
   上に形成された軟磁性薄膜とから成る試料の一部に巻線
   を施して、その自己インダクタンスを測定することによ
   り上記軟磁性薄膜の透磁率を測定することを特徴とする
   軟磁性薄膜の透磁率測定方法。 ２　試料設置位置に対して一定の深さのコイル設置溝を
   有し、該コイル設置溝にコイルを装着して成る治具台座
   と、軟磁性体から成るコ字形のヨーク・コアとによって
   構成され、上記コイルに試料を嵌挿して該試料の透磁率
   を測定し得るようにしたことを特徴とする軟磁性薄膜の
   透磁率測定治具３　治具台座が絶縁材料から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の透磁率測定治具
   。 ４　治具台座上の試料設定位置に角度設定スケールを設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３
   項に記載の透磁率測定治具。