WO2010024454A1 - 磁気測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化するとともに、該直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁を行い、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定することにより、磁性材料の局所的な磁気特性を、高精度で、かつ外乱などの影響を受けにくいように測定する。

Description

磁気測定方法および装置

　本発明は、磁性材料の局所的な磁気特性を高精度に測定する磁気測定方法および装置に関するものである。

　金属材料の透磁率（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）、鉄損、導電率などの電磁気的特性あるいは電磁気的特性と相関のある量の非接触での測定は、様々な目的に使用されている。　たとえば、特許文献１の段落番号［００１５］には、方向性電磁鋼板（ｇｒａｉｎ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ）製造ライン内（焼鈍炉と焼鈍分離剤（ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ）塗布装置との間か、または焼鈍分離剤を塗布し、乾燥してからコイル状に巻き取るまでの間）に鉄損測定用の１次コイルおよび２次コイルを設置し、この中に鋼板を通して公知の方法で鉄損を測定する例に言及している。　この測定方法では、大型のコイルを用い、交流磁束（ａｌｔｅｒｎａｔｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ）を用いて鉄板幅方向の平均的な鉄損を測定するものと思われる。

　また、特許文献２には、測定対象（鉄スラブ、熱間圧延ストリップなどの導電性物体）に交流磁束を印加し、その磁束と測定対象との相互作用により生じる磁場を測定することで、導電率や透磁率の、測定対象の温度による変化を測定し、最終的には温度を測定する方法について述べられている。

　このような測定を行うためのセンサとしては様々な形態があり得るが、その中でコの字形コアを持つセンサは一般的なものの一つである。例えば、特許文献３に、透磁率を測定するためのセンサ例が開示されている。

　なお、磁気特性そのものの検出ではなく、超音波で例えば結晶粒の方位を検出して磁気特性等を評価する方法も、非接触（ただし水を介在させる）の手段として考えられる。

　以下に、上記特許文献１~３とともに、「発明の開示」の項で参照する非特許文献についても出典を記す。

特許２５１９６１５号公報 特開昭５３−２０９８６号公報 特開平８−３６０３８号公報

ＪＩＳ　Ｃ　２５５０（２０００）「３．定義及び記号」の「ｄ　磁化特性」の項 磁性材料読本（本間基文、日口章　編著、株式会社　工業調査会　発行（１９９８年））、ｐ．４１~４２

　しかしながら、上述した従来技術では、数ｍｍ~数１０ｍｍ範囲の局所的な磁気特性の、高精度で、かつ外乱などの影響を受けにくい測定が困難であるという問題がある。

　通常の磁気特性測定では、一般に所期の磁気特性が達成された健全部と所期の磁気特性に未達の不健全部との特性の差が非常に大きい磁壁移動領域（ｄｏｍａｉｎ　ｗａｌｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｒｅｇｉｏｎ）での測定を行うが、この磁壁移動領域では、磁気的特性が、粒径、析出物（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ）、応力（テンション）などの誤差要因と成りうるファクターの影響をも強く受ける。　また、板エッジの影響（板エッジは強磁性体と非磁性体（空気）の物性の不連続部であるため、エッジ不感帯を形成する）や、リフトオフ（センサと測定対象とのとの距離）変動の影響も大きい。

　それは、磁壁移動領域では、微分透磁率が大きく、測定条件の変動による微分透磁率の変化も大きいため、測定対象の有無（板エッジの影響）、センサと測定対象との距離（リフトオフ変動の影響）により、センサ出力が大きく変化してしまうためである。このような事情により高精度な測定、特にオンライン（製造ライン内）での安定した測定を実現することは困難であった。

　超音波を用いる方法は、鋼板の僅かな形状変化の影響を受けることがあり、やはり測定制度の向上が望まれる。

　本発明は、このような問題を鑑みなされたものであり、磁性材料の局所的な磁気特性を、高精度で、かつ外乱などの影響を受けにくいように測定する磁気測定方法および装置を提供することを目的とする。

　（１）　磁性材料を回転磁化領域（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ　ｒｅｇｉｏｎ）まで直流磁化するとともに、該直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁を行い、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定することを特徴とする磁気測定方法。

　すなわち、磁性材料に直流磁気を作用させて該磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化するとともに、該磁性材料に交流磁気を作用させて該直流磁化を揺動させる方向に交流励磁を行い、該直流磁気および該交流磁気と該磁性材料との相互作用により生じる交流磁場、とくに該交流励磁方向の成分を測定することを特徴とする磁気測定方法である。

　（２）　（１）に記載の磁気測定方法において、前記磁性材料を挟んで、交流励磁を行う側と反対側にて前記直交する成分を測定することを特徴とする磁気測定方法。

　（２）の方法においては、磁性材料が板状であり、該磁性材料の片面側から交流励磁を行い反対面側にて該測定を行うことが好ましい。

　（３）　（１）に記載の磁気測定方法において、前記磁性材料を挟んで両側対向位置から、それぞれ交流励磁を行い、かつ、測定対象を挟んで両側対向位置にて、それぞれ前記直交する成分を測定することを特徴とする磁気測定方法。

　（３）の方法においては、磁性材料が板状であり、該磁性材料の両面側から該交流励磁および該測定を行うことが好ましい。

　（４）　（１）~（３）のいずれかに記載の磁気測定方法において、前記磁性材料は方向性電磁鋼板であり、前記直流磁化の方向は圧延方向（ｒｏｌｌｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）であることを特徴とする磁気測定方法。

　ここで、圧延方法とは、方向性電磁鋼板の素材となる鋼塊（スラブなど）を圧延（とくに冷間圧延）して鋼板とする際の圧延方向を指す。

　（５）　磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化する直流磁化器（ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｚｅｒ）と、該直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁し、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定する磁気センサとを備えることを特徴とする磁気測定装置。

　すなわち、磁性材料に直流磁気を作用させて該磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化する直流磁化器と、該磁性材料に交流磁気を作用させて該直流磁化を揺動させる方向に交流励磁を行い、該直流磁気および該交流磁気と該磁性材料との相互作用により生じる交流磁場、とくに該交流励磁方向の成分を測定する磁気センサとを備えることを特徴とする磁気測定装置である。　なお、直流磁気と交流磁気とを予め合成した磁気を前記磁性体に作用させる構造とすることを排除するものではない。

　（６）　（５）に記載の磁気測定装置において、前記磁気センサは、一つの強磁性体コア（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｒｅ）に、交流励磁コイル
（ａｌｔｅｒｎａｔｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｉｌ）および検出コイル（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｉｌ）とが巻かれたことを特徴とする磁気測定装置。

　（７）　（５）に記載の磁気測定装置において、前記磁気センサは、交流励磁コイルと検出コイルとが異なる強磁性体コアに巻かれ、かつ、交流励磁コイルが巻かれた強磁性体コアと検出コイルが巻かれた強磁性体コアとが、前記磁性材料を挟んで、互いに対向した位置に配置されることを特徴とする磁気測定装置。

　（８）　（６）に記載の磁気測定装置において、前記磁気センサを２個有し、該磁気センサが、前記磁性材料を挟んで、互いに対向した位置に配置されることを特徴とする磁気測定装置。

　（９）　（１）~（４）のいずれかに記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、前記磁性材料内の結晶の磁化容易方向（ｅａｓｙ　ａｘｉｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）の、前記直流磁化方向に対する角度のずれの程度を評価する、磁性材料の品質評価方法。

　ここで磁化容易方向の、前記直流磁化方向に対する前記の角度のずれの程度は、定量的指標に換算するなどして、定量的評価することが好ましい。

　（１０）　（１）~（３）のいずれかに記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、Ｂ８値で示される磁性材料の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を求めて、磁性材料の品質を評価することを特徴とする磁性材料の品質評価方法である。

　（１１）　（４）に記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を求めて、方向性電磁鋼板の品質を評価する、方向性電磁鋼板の品質評価方法。

　（１２）　（５）~（８）のいずれかに記載の磁気測定装置により測定した前記直交する成分を入力し、前記磁性材料内の結晶の磁化容易方向の、前記直流磁化方向に対する角度のずれの程度を算出する算出手段を備えた磁性材料評価装置。

　ここで磁化容易方向の、前記直流磁化方向に対する前記の角度のずれの程度は、定量的指標に換算するなどして、定量的評価値として算出することが好ましい。

　（１３）　（５）~（８）のいずれかに記載の磁気測定装置により測定した前記直交する成分を入力し、Ｂ８値で示される磁性材料の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を算出する算出手段を備えたことを特徴とする磁性材料評価装置。

　（１４）　（１１）に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の方向性電磁鋼板上の２次元的分布（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を求め、該２次元的分布に基づいて、方向性電磁鋼板のグレード分けをする工程を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

　（１５）　（１１）に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、方向性電磁鋼板上の、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の２次元的分布を求め、該２次元的分布と製造工程の操業条件の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）とを比較し、製造工程の操業条件を改善することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

　ここで、操業条件の改善としては、温度・速度・負荷等の最適条件を規定することや、磁気特性等の局所的または全体の劣化の原因を特定しこれを除去することも含まれる。

　（１６）　（１１）に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、算出された方向性鋼板上の局所的なＢ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の２次元的分布情報が添付されて提供されることを特徴とする方向性電磁鋼板。

　（１７）　（１１）に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の方向性鋼板上の２次元的分布を求め、該２次元的分布に基づいて、トランスに使用する各部材の選別、または性能見積もりを行うことを特徴とする、方向性電磁鋼板を用いたトランスの製造方法。

　本発明は上記のような構成とし、磁壁移動のない、回転磁化領域に直流磁化するので、外乱などの影響を受けにくい。　また、健全部と不健全部との間で、直流磁化方向に対する直交方向の磁化安定度の差が顕著であることを利用して検出するので、感度も高い測定が実現できる。　また、外乱の影響が少ないため、条件の厳しい製造ラインにおける測定が可能になり、その結果、より高度な品質管理・品質保証が実現できる。

図１Ａは、本実施例１の適用例を示す斜視図である。 図１Ｂは、本実施例１の適用例を示す、鋼板圧延方向から見た正面図（鋼板圧延方向が紙面に直交する）である。 図２Ａは、本実施例２の適用例を示す斜視図である。 図２Ｂは、本実施例２の適用例を示す、鋼板圧延方向から見た正面図（鋼板圧延方向が紙面に直交する）である。 図３Ａは、本実施例３の適用例を示す斜視図である。 図３Ｂは、本実施例３の適用例を示す、鋼板圧延方向から見た正面図（鋼板圧延方向が紙面に直交する）である。 図４は、磁気特性測定方法の課題を説明する図（Ｂ−Ｈカーブ）である。 図５は、結晶粒の方向が圧延方向と同じ健全部と、圧延方向と異なる不健全部とを、模式的に示す図である。 図６は、本発明の作用を模式的に説明する図である。 図７は、本実施例１における測定結果（横軸：幅方向位置（ｍｍ）、縦軸：センサ出力）の一例を示す図である。 図８Ａは、本発明による測定とＳＳＴ試験との定量比較の方法を示す模式図である。 図８Ｂは、本発明（実施例１）による測定結果とＳＳＴ試験により得られるＢ８値との定量比較例を示す図（横軸：幅方向位置（ｍｍ）、縦軸：センサ出力およびＢ８値）である。 図９Ａは、第１の外乱誤差要因と定めたエッジ不感帯についての調査方法を示す模式図である。 図９Ｂは、第１の外乱誤差要因と定めたエッジ不感帯について本発明の効果を調べた結果を示す図（横軸：幅方向位置（ｍｍ）、縦軸：センサ出力）である。 図１０は、第２の外乱誤差要因と定めたテンションについて本発明の効果を調べた結果を示す図である。 図１１は、第３の外乱誤差要因と定めたリフトオフについて本発明の効果を調べた結果を示す図である。 図１２は、方向性電磁鋼板に本実施例２を適用した測定結果の一例を示す図である。 図１３は、方向性電磁鋼板に本実施例３を適用した測定結果の一例を示す図である。 図１４は、鋼板上の２次元領域毎に定量的測定値を示す例を表す図である。

　本実施形態では、磁性材料の磁気特性の一つである、方向性電磁鋼板の圧延方向に対する「磁化のしやすさ＝磁化容易」方向のずれ（角度変位）の程度を、測定する例を取り上げて、以下に説明する。

　なお、方向性電磁鋼板は一般に、所定の組成の鋼をスラブ等の鋼塊に鋳込み、圧延工程（熱延や冷延）を経て所定の板厚とし、さらに二次再結晶焼鈍（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ）等の処理により所定の結晶方位に揃った結晶粒（ｃｒｙｓｔａｌ　ｇｒａｉｎ）を得て製造される。　また、必要に応じ張力被膜、絶縁被膜等が付与される。　前記圧延方向とは、前記圧延工程における圧延方向を意味し、該圧延方向に結晶の磁化容易方向が集積する程度が、方向性電磁鋼板の品質に強く影響する。

　方向性電磁鋼板においては、結晶方向：〈１００〉方向（磁化容易方向）が圧延方向に沿っている領域が健全部である。　一方、それとは異なり、〈１００〉方向が圧延方向と沿っていないでよりランダムに近くなっている領域である不健全部もあり、それを検出して、品質を管理する必要がある。

　まず、図４を用いて、方向性電磁鋼板の磁気特性測定方法（結晶方向不健全部検出方法）を例に取り、その課題を説明する。　図４は、単板試験（ｓｉｎｇｌｅ　ｓｈｅｅｔ　ｔｅｓｔｅｒ　ｔｅｓｔ：ＳＳＴ試験）装置を用いて、健全部および不健全部の幅方向（圧延方向と直角の方向）の磁気特性（Ｂ−Ｈカーブ：横軸＝磁場強度Ｈ（単位Ａ／ｍ）、縦軸＝磁束密度Ｂ（単位Ｔ））を測定した結果である。　外乱などの影響を受けにくくする磁気特性測定方法としては、磁化を強くしていき、回転磁化領域で測定することが原理的には考えられる。　しかし、このＢ−Ｈカーブにおける、不健全部の磁束密度Ｂ（白三角印△）と健全部の磁束密度Ｂ（白丸印○および白四角印□）は、外部磁界Ｈが大きい回転磁化領域では、ほとんど同じである。　このように、回転磁化領域での測定の大きな問題点は、健全部と不健全部での出力差が非常に小さく、感度も下がってしまうことである。　これより、常識的には、不健全部の検出において、磁化条件を回転磁化領域以上とすることは好ましくないと判断できる。

　これに対して、発明者らは鋭意研究を重ね、上述の問題のある回転磁化領域においても、実質的に感度を向上させる手段がある新しい知見を見出して、本発明に想到したのである。ここでいうところの回転磁化領域とは、外部磁場Ｈをゼロの状態から、強くしていき、磁壁移動領域が終わったあと、さらに外部磁場Ｈをそれよりも強く磁化していった場合の磁化領域をいう。　図４の場合は３００~４００Ａ／ｍの領域内に境界（回転磁化領域の下限）があるが、金属の組成や組織により境界の位置は変化する。　また、一般的な直流磁化レベルでは２つの磁化機構（回転磁化と磁壁移動）が混在しており、厳密な意味でどちらか一方だけが存在するとは限らないので、本願では、主たる磁化機構が回転磁化である領域を事実上、回転磁化領域と呼ぶものとする。　回転磁化領域は例えば、準静的に（直流に近い状態で）Ｂ−Ｈカーブデータを求めたときに、ヒステリシスがほとんどない領域（Ｈがある一定値以上の領域）と定義することができる。

　図５は、方向性電磁鋼板において、結晶粒の方向が圧延方向と同じである健全部（左半分）と、その方向が異なる不健全部（右半分）との様子を模式的に示す図である。　方向性電磁鋼板では、不健全部と健全部とは、結晶の向きが異なっている。　図５中、各結晶粒の磁化容易方向（＜１００＞軸方向）の向きを模式的に破線矢印で示す。　ここで、健全部の結晶粒の磁化容易方向である圧延方向（実線矢印）に強く磁化すると、健全部と不健全部とでは、そのときの磁化の安定度（結晶の向きによって決まる異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）ポテンシャルエネルギーレベル）に違いが生じると発明者らは考えた。　そして、その磁化の安定度の違いを、強く磁化した圧延方向に対し直交する方向（幅方向）に、交流磁場を印加し、その磁気の揺動に対する反応の違い、つまり発生する磁束の違いを検出することにより、健全部と不健全部を検出する本発明に至った。

　つまり、磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化した状態で、この直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁を行い、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定するのである。

　なお、交流励磁は、交流磁場と直流磁化とを合成した磁場の印加方向、すなわち印加される磁場のベクトルを、直流磁場の方向から少しだけ回転させるのが目的である。　したがって交流励磁の方向については、直流磁化と直交する成分を交流磁場に含んでいればよい。　一番効率的なのは、交流磁場が直流磁場と直交する場合である。　なお、あまり直交方向から逸脱すると感度改善効果が小さくなるので、励磁・検出とも前記直交方向から４５°以内とすることが好ましい。

　また、交流磁場の検出方向については、直流磁場と直交する方向の磁場ベクトルの変化分を調べる必要があるので、その方向の磁場成分に感度のあるセンサである必要がある。特定の方向に感度の最大値があるような磁気センサ（ホール素子（ｈａｌｌ　ｅｌｅｍｅｎｔ）、ほぼある平面内で巻かれたコイルなど）を用いる場合には、その感度最大方向を、直流磁場と直交する方向に向けるのが最適である。　特定の方向への交流励磁および／または交流磁場検出の機能を持つセンサとしては、コの字形や棒状の強磁性体コアに励磁および／または検出コイルを巻いたもの等が考えられる。　とくにコの字形のセンサは構造が簡単ながら性能に優れ、本発明の用途に適する。

　健全部の結晶粒の方向が圧延方向である方向性電磁鋼板を測定対象とする場合には、直流磁化器で圧延方向に、回転磁化領域に直流磁化するとともに、例えば、コの字形強磁性体コアからなるセンサの励磁コイルに交流電流を印加することにより、幅方向に交流励磁し、幅方向に磁気的に揺動させる。　その結果、不健全部では健全部より、幅方向磁束変化量が大きくなるので、その幅方向磁束変化量をコの字形強磁性体コアからなるセンサの検出コイルにより、電気信号として検出する。　このセンサを鋼板上を２次元的に走査して、あるいは、そのうちのある次元（例えば幅方向）に関しては、アレイ状・千鳥状などに複数並べるなどして、２次元的な測定値の分布を得る。　そして、それぞれの位置において検出された電気信号の大小に基づいて、健全部と不健全部の位置を特定でき、その分布程度を評価することができる。

　なお、直流磁化方向を圧延方向と同じとしたが、圧延方向の磁気特性を測定するためであって、本発明ではこれに限らず、目的に合わせて、直流磁化方向を適宜決めればよい。本発明において、重要な技術思想は、直流磁化方向と交流励磁方向とが直交する構成とすることである。

　健全部の結晶粒の方向が圧延方向と同じ方向性電磁鋼板について、その圧延方向の磁気特性を測定する場合を例にあげて、図６を用いて本発明の原理を説明する。　図６は、本発明の作用を模式的に説明する図である。　健全部（上半分）と不健全部（下半分）のそれぞれに、圧延方向（太実線矢印）に直流磁場を印加した場合（左側）と、この状態に加え、さらに圧延方向と直交する幅方向に交流磁場を印加した場合の現象（右側）を図で示している。　同図中のポテンシャルエネルギーとしては、結晶の向きにより決まるものだけが模式的に描かれている。

　まず、回転磁化領域まで圧延方向に直流磁場印加した場合には、健全部は結晶の磁化容易方向（太破線矢印）が磁化方向（破線矢印）と同じであるので、いわばポテンシャルエネルギーが低い状態（磁気的安定度が大）のままとなる（図の左上部参照）。　これに対して、結晶の磁化容易方向が圧延方向とは異なる不健全部は、印加される直流磁場の強度が低い領域では各結晶粒の磁化容易化方向に磁化されているが（破線矢印：図左下部）、回転磁化領域となる強い直流磁場の印加により、磁化方向が直流磁化方向である圧延方向に回転させられ（太破線矢印：図左下部）、いわばポテンシャルエネルギーが高まった状態（磁気的安定度が小）になると考えられる（図の左下部）。

　次に、この直流磁場を印加した上で、幅方向に交流磁場を印加し、磁気的に振らす（外部磁場印加方向を圧延方向からわずかに揺動させる）と、健全部は磁気的な安定度が大きいので揺動しても磁化状態の変化は小さい（両方向細矢印：図右上部）。　一方、不健全部では磁気的な安定度が小さいので揺動によって磁化状態の変化が大きくなる（両方向細矢印：図右下部）。磁化状態の変化は、鋼板外部の磁場を変化させるので、、磁気センサにてその変化が検知できるようになる。

　以上をまとめると、本発明により、（１）結晶方向とのつながりが明確な（＝高精度な）測定を実現し、（２）回転磁化領域まで強く磁化しているため、外乱による変動を受けにくい、という磁気特性の測定を可能とするものである。

　なお、図６に示された原理から分かるように、本発明は、方向性電磁鋼板に限らず、結晶粒等の構成単位の磁化容易方向が同じ方向に揃っている程度（集積度）を定量化し、あるいはさらに該集積度に影響される物性を予測する目的に、広く使用することができる。また、直流磁化により全結晶粒の磁化方位が圧延方向に回転しなくても、相当の割合の粒にて回転が生じれば、図６の原理に基づく測定が可能である。　本発明にはこのように回転磁化が優勢な領域での測定も含まれるが、事実上の回転磁化領域における測定の方が、さらに格段に優れた感度を得ることができる。

　本発明を、方向性電磁鋼板（以下電磁鋼板と略す）の製造ラインにおける、圧延方向の磁気特性（健全部の結晶粒の方向が圧延方向）の測定に適用する例について、以下に説明する。　図１Ａおよび図１Ｂは、本実施例１における適用例を示す図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは圧延方向から見た正面図（紙面に直交する方向が鋼板圧延方向）である。図中、１は電磁鋼板、２は直流磁化器、３は磁気センサ（本例ではコの字形センサ）、矢印４は直流磁化の方向、矢印５は交流励磁の方向、６は励磁コイル、７は検出コイル、８は強磁性体コア、９は励磁制御装置、および１０は信号処理装置をそれぞれ表す。　そのほか交流電源および増幅器は通常の電気回路記号で記す。

　図１Ａおよび図１Ｂでは、測定対象である電磁鋼板１を挟んで、電磁鋼板１の表面に対向するように直流磁化器２と磁気センサ３をそれぞれ配置している。　直流磁化器２は、直流磁化の方向４が、電磁鋼板１の圧延方向（白抜矢印）に対し、平行になる向きに配置し、回転磁化領域まで直流磁化するように設定する。　本実施例では、直流電磁石を電磁鋼板１の下面にリフトオフ４ｍｍで設置し、外部磁界Ｈが１２０００Ａ／ｍとなるように印加している。　なお、図１では、圧延方向と直流磁化方向は同じとしているが、平行であれば逆向きでもよい。

　直流磁化レベルは、以下のような制約条件により決定される。　すなわち、
　（ｉ）直流磁化を弱くしすぎると、磁壁移動が起こる領域になり、誤差が大きくなる
　（ｉｉ）直流磁化を強くしすぎると、交流磁化との合成磁場の磁化方向の角度変化が小さくなり、感度が低下する
　（ｉｉｉ）センサとして強磁性体コアを用いる場合、直流磁場レベルによりコアの磁気特性が変化し、極端な場合には磁気的に飽和してしまう。特に磁化器内に設置されたコアの方が、特に影響を受けやすい。
　というものであり、上記（ｉ）および（ｉｉｉ）の制約より、８００~１６０００Ａ／ｍの範囲で磁化するのが望ましい。　直流磁化器のリフトオフは、付与する直流磁場等に合わせて設定すればよいが、通常は２~２０ｍｍ程度が好ましい。

　交流磁場の印加とそれにより発生する磁束の検出とを行う磁気センサ３には、コの字型強磁性体コア８に励磁コイル６と検出コイル７とを巻いたコの字形センサを用いる。　励磁コイル６は、励磁制御装置９により印加電流のレベルや周波数が制御され、交流磁場を印加する。　また、検出コイル７の出力は、信号処理装置１０に入力されて、その信号強度に基づいて、測定した領域が、健全部であるのか不健全部であるのかや、その程度について判断処理を行うようになっている。　図１Ｂでは、強磁性体コアの片方の脚部に励磁コイル６、もう片方の脚部に検出コイル７が配置されているが、コイルの配置を脚部に限定するものではなく、いずれかまたは両方を胴部に配置してもよい。　そして、電磁鋼板１の上面にリフトオフ２ｍｍで、交流励磁の方向５が直流磁化の方向４と直交する方向（圧延方向に直交する幅方向）になるように磁気センサ３を設置する。　コの字形センサ３のコア８は、電磁鋼板積層で構成し、励磁する交流周波数は３００Ｈｚとしている。　なお、交流励磁の方向５は、直流磁化の方向４と直交であることが最も好ましいが、直交成分を含んで交流励磁できればよく、厳密に直交でなくとも良い。　センサ３の寸法（コの字部の開幅や圧延方向の厚み）は目的とする調査領域単位の大きさやコストに応じて設定すればよいが、最小はいずれも１ｍｍ程度まで可能である。　方向性電磁鋼板の場合、最大は１００ｍｍ程度が現実的である。

　なお、励磁電流波形は、たとえば、正弦波、三角波などが用いられる。　正弦波は、励磁側だけでなく、検出時にも線形な処理・回路が適用可能な点で有利である。　一方、三角波は、波形の隣接するピークの間（最小→最大間、および、最大→最小間）では、時間当たりの発生磁束の変化量が一定であるため、渦電流の影響や、検出信号レベルが一定に保たれるなどのメリットがある。　上記のように正弦波、三角波は有利に適用できるが、他の波形の利用が可能であることは言うまでもない。

　また、検出コイルで検出された信号は、例えば励磁電流波形が三角波であれば、ほぼプラス側とマイナス側に平坦部を交互に持つ波形になる。　上記信号強度は、様々な求め方が可能であるが、たとえば、波形全体のＲＭＳ値（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ　ｖａｌｕｅ）とする、あるいは、平坦部の絶対値の平均値とするなど、信号の強さを評価する指標を使えばよい。なお、以下のデータ例では、励磁波形として三角波を用い、信号強度として、採取波形のＲＭＳ値を用いた。

　そして、励磁周波数の設定については、下記の制約条件にもとづいて決定すればよい。
　（ｉ）下限周波数：低周波側は測定対象の移動速度との兼ね合いで、測定対象（測定領域）がセンサの測定範囲に存在する間に、測定に十分な励磁サイクル数が確保できるように設定する必要がある。
　（ｉｉ）上限周波数：高周波になると、測定対象内で発生する渦電流の影響が増して、測定誤差を増大させる。よって、渦電流の影響が大きく成りすぎない範囲で設定する必要がある。
　したがって適正な励磁周波数は諸条件によって異なるが、方向性電磁鋼板の場合、好適周波数は１００~１０ｋＨｚの範囲内にあることが多い。

　なお、図１の例では、直流磁化器２は鋼板の下面に、磁気センサ３は鋼板の上面に配置したが、上面と下面は逆でもよいし、同じ側に配置するようにしてもよい。　また、直流磁化器は上下両面に１つずつ配置しても良い。

　図７は、本実施例１における測定結果の一例を示す図である。　すなわち、健全部を主体とし、一部に不健全部を混在させた方向性電磁鋼板（板厚０．２３ｍｍｔ）に本発明を適用した結果の一例である。　ここで、コの字形センサは開幅１０ｍｍのものを用い、幅位置（横軸：単位ｍｍ）を変えて測定した。　センサ出力（縦軸）は任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙ　ｕｎｉｔ）とした。　具体的には、センサより信号処理装置１０に入力された信号電圧（単位Ｖ）をとくに規準化せずにそのまま使用した。　以下センサ出力についてはとくに断らない限りこの任意単位を用いるものとする。

　幅位置が０（幅方向エッジ）から２０ｍｍ付近までの不健全が混在する領域のセンサ出力と、幅位置が約２０ｍｍ以上の健全部の領域のセンサ出力を比べると、健全部と不健全部混在部（全面が不健全部である場合も含む）との差がはっきり表れている。　なお、健全部、不健全部および不健全部混在部は、光学顕微鏡等による鋼板断面観察により検証できる。　具体的には二次再結晶が不完全あるいは未進行の場合、不健全部混在部あるい不健全部と判断される。

　図８Ａおよび図８Ｂは、本実施例１とＳＳＴ試験との定量比較例を示す図である。　ＳＳＴ試験は、試験片を切り出し試験室で行い、最終的な性能評価用に用いられるものであり、高精度での測定ができる試験である。　ＳＳＴ試験結果のＢ８値は、非特許文献１に示すＪＩＳに規定される磁気特性を表すパラメータの一つで、磁化力Ｈ＝８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂを表した値であり、圧延方向に対する磁化容易方向の角度のずれ（変位）の程度の定量的な指標になると一般に言われている値である。　また、このような結晶方位により、方向性電磁鋼板の磁気特性は大きく影響されるため、透磁率などの磁気特性の定量的な指標としても使用されている。

　Ｂ８値は、Ｈ＝８００Ａ／ｍの時のＢの値であるので、非特許文献２に示す図２．１７（ｐ．４１）の切片部にほぼ該当するレベルである。　これは、磁化容易方向と、励磁方向の成す角度をθとすると、ほぼＩｓ・ｃｏｓθとなる。　ここでＩｓは、飽和磁束密度である（材料により決まる定数）。　Ｂ８値をＳＳＴ試験により測定する場合には、圧延方向に励磁するため、圧延方向に対する磁化容易方向の角度差が上記θと考えればよく、Ｂ８値はｃｏｓθに略比例するといえる。　実際は様々な磁化容易方向を持つ複数の結晶粒が測定範囲には存在するため、ある種の平均的な値になると考えられるが、Ｂ８値と結晶方位との間には相関があるといえる。

　このＢ８値と本発明のセンサ出力値の相関比較を、２種類の方向性電磁鋼板サンプルについて行った。　センサによる測定と、ＳＳＴ試験片（３０×２５０ｍｍ）の採取位置との関係を図８Ａに模式的に示す。　また、それぞれの方向性電磁鋼板サンプルについて、本実施例で得られたセンサ出力（任意単位）と、ＳＳＴ試験片にて測定されたＢ８（Ｔ）とを、同じグラフ上に幅方向位置に対してプロットしたものを、図８Ｂに示す。　なお、これらのサンプルにおいては不健全部の一部は意図的に導入した。　また、測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。

　上側および下側の２種類のサンプルとも、本発明のセンサ出力（図中の黒菱形印および実線）とＳＳＴ試験結果の値であるＢ８値（図中の黒四角印および破線）とは良い相関があることが分る。　上述した、Ｂ８値と結晶方位との間の関係の存在と、さらに本センサ出力とＢ８値の相関を確認したことにより、結晶方位と本発明のセンサ出力の間に相関があることを確認した。

　すなわち、本発明の以下の有用性が確認できた。　すなわち、
　・結晶方位に関する不健全部が本発明で測定できる
　・健全か、不健全かという判断だけでなく、ＳＳＴ試験を基準とするＢ８値を定量的に測定すること（予め作成した検量線を用いればよい）が可能である
　・Ｂ８値という指標の意味から、結晶方位のずれ程度や透磁率などの磁気特性に関する定量的な評価が可能である（例えば、Ｂ８値が小さければ、結晶方位のずれ程度が大きいと評価できる。またＢ８値が小さければ、透磁率が低いレベルになる傾向があると評価できる）

　なお、健全部か、不健全部かという判断の具体的な方法は、たとえばセンサの出力を必要に応じて補正した上で（センサ毎の感度補正、リフトオフ変動量測定結果による補正など）ＲＭＳ値を計算し、測定対象の性状とセンサ出力の関係から予め決めておいたある閾値以上の測定部位を磁気的異常部（不健全部あるいは不健全部混入部）とし、それ以下を磁気的健全部とする、という方法がある。　逆に、本発明の測定方法を適用するにあたって、磁化条件や各種寸法・仕様・間隔・速度等が適正に設定されているかどうかについては、例えば予め用意した健全部、不健全部のサンプルより得られるセンサ出力の差が所定の閾値以上であるかどうかにより判断することができる。

　図９Ａおよび図９Ｂは、本発明方法におけるエッジ不感帯（第１の外乱誤差要因と定義するものとする）の影響について調べた結果を示す図である。　比較方法（交流励磁のみ）と本発明方法（交流励磁および直流励磁）でのエッジ不感帯の大きさを比べたものである。ここで同じコの字センサにより交流励磁のみで励磁し交流磁気を検出する方法は、発明者らの研究によれば磁壁移動領域であれば優れた感度を示す磁気測定法である。　図９Ａは両方法による測定方法を模式的に示したものである。　すなわち、健全部のみからなるサンプルについて、幅方向エッジよりセンサを移動させつつ磁気測定を行った。　測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。

　図９Ｂは、比較方法と本発明方法により得られたセンサ出力（任意単位）を、同じグラフに幅方向位置に対してプロットしたものである。　２つの測定方法による出力の水準を揃えるため、各方法による健全部と不健全部との出力差（図９Ｂ中の上下両矢印）が同じ大きさとなるよう、縦軸の目盛を揃えた。　比較方法では幅方向エッジより１６ｍｍ程度のエッジ不感帯（センサ出力の低下すなわち感度の低下が見られる領域）が認められるものの、本発明では１ｍｍ程度とエッジ不感帯が非常に小さくなっている。

　図１０は、本発明方法におけるテンション（張力・応力）（第２の外乱誤差要因と定義するものとする）の影響について調べた結果を示す図である。　縦軸に、テンション変動の影響を評価するための指標をとり、交流励磁のみを用いた場合（図９Ｂにおける比較方法と同じ）と本願発明の交流励磁と直流磁化とを用いた場合を比較した。　測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。　テンション変動の影響指標値は、単位テンション変動量（例えば、１ｋｇｆ／ｍｍ^２など）を変化させたときの、健全部を測定した時のセンサ出力（任意単位）の変化量ΔＶ_０と、所定値のテンションの時の健全部のセンサ出力と不健全部のセンサ出力との差の絶対値ΔＶ_１との比とすればよい。

　なお図１０のデータは、具体的には、以下のように算出した。
　１）テンションを０．８ｋｇｆ／ｍｍ^２から１．６ｋｇｆ／ｍｍ^２に変化させた時のセンサの出力変化量ΔＶ_０を測定する。
　２）テンション変動量１ｋｇｆ／ｍｍ^２当たりに換算するために、ΔＶ_０’＝１．１２５ΔＶ_０を算出する。
　３）テンション１．２ｋｇｆ／ｍｍ^２で、健全部のセンサ出力Ｖ_１、不健全部の出力Ｖ_２を測定する。
　４）ΔＶ_０’／｜Ｖ_１−Ｖ_２｜により、指標値（単位［１／（ｋｇｆ／ｍｍ^２）］）を算出する。

　この指標値は、健全部と不健全部のセンサ出力差に対するテンション変動のセンサ出力であるので、値が小さいほど、テンション変動の影響を受けずに測定可能であることを示す。　図１０では、交流励磁のみの場合（左側）には、１に近いのでテンション変動の出力変化と、健全部と不健全部の違いによる出力変化がほぼ同じであることを示している。一方、交流励磁と直流磁化を用いる本願発明（右側）では、指標値が０．１以下であるので、テンション変動の影響を受けずに、健全部と不健全部を区別することが可能であることがわかる。

　図１１は、本発明方法におけるリフトオフ（第３の外乱誤差要因と定義するものとする）の影響について調べた結果を示す図である。　図１０と同様の考え方で、縦軸にリフトオフ変動の影響を評価するための指標をとり、交流励磁のみを用いた場合と本願発明の交流励磁と直流磁化とを用いた場合を比較した。　測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。　リフトオフ変動の影響指標値は、リフトオフの単位変化量（例えば、１ｍｍなど）を変化させたときの、健全部を測定した時のセンサ出力（任意単位）の変化量ΔＶ_Ｌ０と、所定値のリフトオフの時の健全部のセンサ出力と不健全部のセンサ出力との差の絶対値ΔＶ_Ｌ１との比とすればよい。

　なお図１１のデータは、具体的には、以下のように算出した。
　１）リフトオフを１．５ｍｍから２．５ｍｍに変化させた時のセンサの出力変化量ΔＶ_Ｌ０を測定する。
　２）リフトオフ変動量は１ｍｍなので、ΔＶ_Ｌ０’＝ΔＶ_Ｌ０とする。
　３）リフトオフ２ｍｍで、健全部のセンサ出力Ｖ_Ｌ１、不健全部の出力Ｖ_Ｌ２を測定する。
　４）ΔＶ_Ｌ０’／｜Ｖ_Ｌ１−Ｖ_Ｌ２｜により、指標値（単位［１／ｍｍ］）を算出する。

　この指標値は、健全部と不健全部のセンサ出力差に対するリフトオフ変動のセンサ出力であるので、値が小さいほど、リフトオフ変動の影響を受けずに測定可能であることを示す。　図１１では、交流励磁のみの場合（左端）には、リフトオフが１ｍｍ変動したときの出力変化は、健全部と不健全部の違いにより出力変化に比べて、非常に大きくなることを示している。　これに対して、交流励磁と直流磁化を用いる本願発明（左側から２番目）では、交流のみの場合に対して１／５程度まで抑制できることがわかる。　なお、リフトオフの絶対値としては０~５０ｍｍ程度が好ましい。　図１１中、左から３番目の「透過」、右端の「両側」は、それぞれ後述の実施例２（透過配置）および実施例３（両側配置）の結果である。

　これまでの説明においては、交流励磁部と検出部を持つ交流磁気センサは、測定対象に関して、同じ側に有る場合について述べてきたが、リフトオフ変動を低減するためなど、求められる仕様によっては、センサ構成に関し、以下（実施例２および実施例３）に述べる２種のバリエーションも可能である。

　以上のように、エッジ不感帯、テンション、リフトオフなどの外乱誤差要因に対しても、磁壁移動領域において優れた感度を示す磁気測定法である比較方法に比べ、本発明は、格段に向上されていることがわかった。　なお、外乱誤差要因として上記したもの以外では、結晶粒径や析出物が考えられる。　しかし、これらはいずれも磁壁の移動や磁化方向の回転に対する抵抗因子であり、回転磁化領域における影響は小さいと期待できる。

　なお、基準方向を圧延方向として、それに対する磁化容易方向のずれの程度を測定する例を取り上げて説明したが、基準方向は圧延方向に限らず、測定対象に合わせて最適な方向を適宜選択し、設定すればよく、その方向に直流磁場を印加すればよい。　また、本発明の適用は、結晶方位のずれの程度の測定に限定されず、ずれの程度により影響を受ける磁気特性の測定にも適用できることはいうまでもない。　対象物の形状は限定されないが、板状材（厚み２ｍｍ以下程度）に向いた測定法であり、とくに帯状の磁性材料を連続的に製造あるいは処理するラインへの適用に好適である。　方向性電磁鋼板の場合、測定は最終品質保証機器セクション（主要な製造プロセスが完了し、鋼帯としての出荷前検査として形状や磁気特性を評価する、製造ラインの中のセクション）等で行うことが好ましく、また幅方向にセンサを並べた配置（隣接するセンサの物理的干渉を避けるために千鳥配置が好ましい）で用いることが測定に掛かる時間等の観点から好ましい。

　センサの交流励磁部と検出部を分離し（別のコアにコイルを巻回（ｗｉｎｄ）する）、測定対象を挟んで反対側に、互いに対向する位置に設置する（透過配置と呼ぶものとする）。　そのため、磁性材料と交流励磁部、磁性材料と検出部それぞれは距離の変動（リフトオフ変動）があっても、励磁部と検出部の距離変化はない。　すなわち、励磁部と磁性材料、検出部と磁性材料に発生する各々のリフトオフ変動量は互いに相殺される傾向となり、リフトオフ変動の影響を小さくできる。

　方向性電磁鋼板の製造ラインにて、本発明を適用した実施例２について、以下に説明する。　図２Ａおよび図２Ｂは、本実施例２における適用例を示す図であり、図２Ａは斜視図、図２Ｂは圧延方向から見た正面図である。　図中、１は電磁鋼板（測定対象）、２は直流磁化器、２０は磁気センサのうち、励磁コイル２０ｂの巻回された励磁用強磁性体コア２０ａから成る磁気センサ励磁部、２１は磁気センサのうち、検出コイル２１ｂの巻回された検出用強磁性体コア２１ａから成る磁気センサ検出部、矢印４は直流磁化の方向、および矢印５は交流励磁の方向をそれぞれ表す（２０と２１とは入れ替えても構わない）。そのほか交流電源および増幅器は通常の電気回路記号で記す。

　磁気センサ励磁部２０は、図２Ｂに例示するように、発振回路に接続され、交流磁場を発生し、また磁気センサ検出部２１は、電子回路に接続されて、コイル出力を検出する。検出された信号をもとに、不健全部の程度、結晶の方向（圧延方向に対する〈１００〉方向のそろいの程度）、磁気特性値（ＳＳＴ試験によるＢ８値）などが推定される。　その他の構成・好適条件および応用形態は図１の場合と同様である。

　この構成では、先に述べた図１Ｂの構成の時とは異なり、不健全部ではセンサ出力が小さくなる。　これは、図２Ｂにおいて、励磁コイルから流れ出た磁束の内、磁束Ａとして流れる割合が、不健全部では大きくなるため、逆に磁束Ｂとして流れる割合（検出部で検出する磁束）が減るためである。

　磁気センサ励磁部のコアと、磁気センサ検出部のコアは、脚部の並び方向を合わせて、鋼板を挟んで対向して、配置される。　この際、磁気センサ励磁部と磁気センサ検出部の仕様（コアサイズ、形状、材質、コイル仕様など）はそれぞれ別個に設定可能である。

　コイル仕様のうち、コアへのコイルの巻き方、複数コイル巻いた場合の接続は様々なケースがあり得る。　図２Ｂに一例を示す。　これは、励磁コイルとして、複数のコイル（図２Ｂでは３コイル）を使用し、交流電流源に３コイルを直列に接続した場合、および、検出コイルとしては、複数個のコイルを使用し、それぞれを別々に増幅器に接続している。励磁コイル、検出コイルとも１つでもよいし、また複数コイル用いる場合、一部または全てを直列接続してもよい。

　磁気センサ励磁部２０と磁気センサ検出部２１の位置は入れ変えても基本的には構わない。　また、直流磁化器２（図２Ｂでは図示せず）は、電磁鋼板１の上側にももう１式設けても構わない。　なおその場合は、測定対象面内で、磁化方向が同じ向きになるように磁化方向を合わせる必要がある。

　電磁鋼板に対し、上下対象に、２台の直流磁化器を設けることで、構成要素が増えるためコストが増大するなどデメリットが有る半面、以下のメリットがある。
　（１）鋼板と直流磁化器の距離の変動による影響が、上下それぞれの磁化器に対し、逆方向に働くため（一方の磁化器から鋼板が遠ざかれば、もう一方の磁化器には近づく）、鋼板に印加する磁場が安定し、センサ出力へのリフトオフ変動への影響が小さくなる。
　（２）直流磁化器による鋼板の吸引力も相殺され、磁化器に鋼板が引きつけられ、センサと鋼板の距離が変化するなどの影響が少なくなる。
　（３）鋼板をある一定レベルまで磁化する場合、磁気器１台の場合と比べ、磁化器２台の場合は、磁化器１台当たりに必要とされる磁化力はおおよそ半分で済むため、磁化器が小型化でき、ヘッドの軽量化、省スペース化が可能となる上に、磁化電流が小さくできるので、ジュール熱による発熱が抑えられるなどの効果がある。
　これらの効果は、実施例１にて第２の直流磁化器を適用した場合でも同様に得ることができる。

　測定対象である電磁鋼板１の圧延方向と同じ直流磁化の方向４となるように、直流磁化器２にて回転磁化領域まで直流磁化する。　本実施例２では、直流電磁石を電磁鋼板１の下面にリフトオフ７ｍｍに設置し、外部磁界Ｈとして１２０００Ａ／ｍかけている。

　図１２は、方向性電磁鋼板（板厚０．２３ｍｍｔ）に、本実施例２を適用した測定結果の一例を示す図である。　透磁率、鉄損、ヒステリシス損などの磁気特性が異常である部位の多いサンプル（”不健全部多”）（左端）とほぼ健全部のみが存在するサンプル（”健全”）（右端）、およびその中間的な不健全部密度を持つサンプル（”不健全部少”）（中央）を、検出部と励磁部のリフトオフ５ｍｍ，励磁周波数は３００Ｈｚにて測定した。　他の測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。　なお、直流磁化器は１つとした。　不健全部の割合が減り、健全部分が増えるに従って、センサ出力（任意単位）が増大しており、不健全部の割合が測定できていることがわかる。

　図１１にリフトオフ変動の影響を示すとおり、励磁と検出を測定対象を挟んで反対側に配置する（透過配置）本発明（左から３番目）では、図１Ｂに示すケース（左から２番目）と比べ、リフトオフ変動の影響が大きく改善されていることがわかる。　なお、図７~１０に示すような他の特性値は、ここでは、個々に示すことはしないが、同様のデータが得られる。

　センサ１つに励磁部と検出部の両方をもつ図１Ｂに示した構成のセンサを、測定対象（磁性材料）を挟んで反対側にも（対向する位置に）もう１式設置する（両側配置と呼ぶものとする）。　そのため磁性材料とセンサの距離の変動（リフトオフ変動）に対して、両センサの信号変化はほぼ対称となるため、相殺される傾向となり、リフトオフ変動影響を小さくできる。　直流磁化器は、「実施例２」と同様、片側だけに設置しても良いし、両側に設置しても良い。

　方向性電磁鋼板の製造ラインにて、本発明を適用した実施例３について、以下に説明する。　図３Ａおよび図３Ｂは、本実施例３における適用例を示す図であり、図３Ａは斜視図、図３Ｂは圧延方向から見た正面図である。　図中、１は電磁鋼板（測定対象）、２は直流磁化器、３０は強磁性体コア３０ａに励磁コイル３０ｂ及び検出コイル３０ｃを持つ磁気センサであり、３１は強磁性体コア３１ａに励磁コイル３１ｂ及び検出コイル３１ｃを持つ磁気センサ、また矢印４は直流磁化の方向、および矢印５は交流励磁の方向をそれぞれ表す。　そのほか交流電源および増幅器は通常の電気回路記号で記す。

　励磁コイル３０ｂ、３１ｂは、図３Ｂに例示するように、発振回路に接続され、交流磁場を発生し、また検出コイル３０ｃ、３１ｃは、電子回路に接続されて、コイル出力を検出する。　検出された信号をもとに、不健全部の程度、結晶の方向（圧延方向に対する〈１００〉方向のそろいの程度）、磁気特性値（ＳＳＴ試験によるＢ８値）などが算出される。

　２つのセンサは、脚部の並び方向を合わせて、鋼板を挟んで対向して、配置される。その際、鋼板内での交流磁束（図３Ｂの磁束Ａと磁束Ｃ）の流れる方向が一致するよう２つの励磁コイルの励磁方向を制御する。磁気センサ３０、３１の仕様（コアサイズ、形状、材質、コイル仕様など）はそれぞれ別個に設定可能であるが、一般には両者の対称性を重視して、同じ仕様とする。

　この構成では、一般に先に述べた図１Ｂの構成の時と同様、不健全部ではセンサ出力が大きくなる。　磁気センサ３０の測定には、測定対象を経由して、励磁コイル３０ｂと同じ側に戻ってくる磁束Ａと、測定対象を透過し、対向する磁気センサ３１を経由後、再び測定対象を透過して戻ってくる磁束Ｂと、対向する磁気センサ３１の励磁コイル３１ｂから生じた、測定対象を透過してくる磁束Ｄとが関係する。ここで、検出コイル３０ｃの位置においては、磁束Ｂと磁束Ｄは逆向きで、その磁束レベルも同等であると考えられるので、磁束ＢとＤは互いに相殺され、磁束Ａの影響が支配的になるためである。　磁気センサ３１も同様である（磁束ＢとＤが互いに相殺され、磁束Ｃの影響が支配的になる）。

　コイル仕様のうち、コアへのコイルの巻き方や、複数コイル巻いた場合の接続については様々なケースがあり得る。　図３Ｂに一例を示す。これは、励磁コイルとして、１つのコイルを使用し、検出コイルとしては、１個のコイルを使用した例である。

　測定対象である電磁鋼板１の圧延方向と同じ直流磁化の方向４となるように、直流磁化器２（図３Ｂでは図示せず。なお、直流磁化器を上下に各１個配置する場合は磁場の向きが鋼板上で強め合う方向に合わせる）にて回転磁化領域まで直流磁化する。　本実施例３では、直流電磁石（直流磁化器）を電磁鋼板１の下面にリフトオフ７ｍｍに設置し、外部磁界Ｈとして１２０００Ａ／ｍかけている。

　図１３は、方向性電磁鋼板（板厚０．２３ｍｍｔ）に、本実施例３を適用した測定結果の一例を示す図である。　透磁率、鉄損、ヒステリシス損などの磁気特性が異常である部位の多いサンプル（”不健全部多”）（左端）とほぼ健全部のみが存在するサンプル（”健全”）（右端）、およびその中間的な不健全部密度を持つサンプル（”不健全部少”）（中央）を、両磁気センサのリフトオフ４ｍｍ，励磁周波数は３００Ｈｚにて測定した。　他の測定条件は増幅器のゲインを除いては、図７の場合と同様とした。　なお、直流磁化器は１つとした。　不健全部の割合が減り、健全部分が増えるに従って、センサ出力（任意単位）が増大しており、不健全部の割合が測定できていることがわかる。

　図１１にリフトオフ変動の影響を示すように、１つのコアに励磁コイルと検出コイルを巻いた磁気センサを測定対象を挟んで両側にそれぞれ配置する両側配置の本発明（右端）では、図１Ｂに示すケース（左から２番目）と比べ、大きく改善されていることがわかる。なお、図７~１０に示すような他の特性値は、ここでは、個々に示すことはしないが、同様のデータが得られる。

応用例
　なお、以上説明してきた本発明に係る磁気測定方法および装置は、たとえば電磁鋼板の製造工程最終段階に電磁鋼板の品質評価方法および装置として活用することが可能である。　ただし、これまでの品質評価とは違い、健全部／不健全部の区別（欠陥検出計）という機能だけでなく、従来の切り板ＳＳＴ試験により得られたＢ８値という重要な磁気特性が局所的にオンライン定量測定できるので、健全部とされた鋼板の中での場所によるＢ８値の変動分布も評価できることになる。　また、健全部同士の磁気特性等の優劣をＢ８値により評価することもできる。　測定時の鋼板（鋼帯）の搬送速度にもとくに制限はなく、数百ｍｐｍでの測定が可能である。　なお、Ｂ８値以外の指標であっても、図８Ａのような調査により本発明の測定方法によるセンサ出力との関連づけが可能であれば、問題無く用いることが出来る。　要は、定量的な指標値を算出できることが重要である。

　たとえば、図１４に示すように、鋼板上を、圧延方向ピッチｐ［ｍ］、幅方向ピッチｑ［ｍ］で２次元的に領域を区切り、ある基準点（“原点”、例えば、鋼板の先端部の幅方向エッジ）からの相対座標で、それぞれの領域の位置を表し、領域毎に、定量的測定値（図１４の例では、領域毎のＢ８値）を示すことが可能である。　なお圧延方向および幅方向のピッチはそれぞれ一定でも良いし、管理上重要な部分（例えば幅方向や圧延方向の端部付近）だけピッチを細かくするなどの工夫をしてもよい。　例えば方向性電磁鋼板において、幅方向端部においては好適な幅方向ピッチｑとして２~１０ｍｍ程度が考えられる。　圧延方向ピッチｐとしては、例えば１~１０００ｍｍ程度が考えられる。

　上記の評価結果であるＢ８値分布情報により、これまでよりもきめ細かい品質評価が可能となる。　例えば、鋼板のグレード分けが可能となる。　グレード分けの方法については、鋼板（条切りしたものを含む）、板など出荷形態に応じても、様々なグレード分けが可能であるが、例えば、以下のようなやり方がある。
　Ａグレード：　鋼板上の９５％以上の２次元領域でＢ８値が、１．９２Ｔ以上
　Ｂグレード：　鋼板上の９５％以上の２次元領域でＢ８値が、１．９０Ｔ以上
　Ｃグレード：　鋼板上の９５％以上の２次元領域でＢ８値が、１．８８Ｔ以上
　・・・・
　また、本発明以外の品質管理機器で測定された値、例えば鉄損などの評価値と合わせて、グレード分けを行ってもよいし、Ｂ８値の最低値を用いて、「鋼板上のＢ８値の最低値が、＊＊Ｔ以上」などの評価基準を設定し、グレード分けを行ってもよい。

　これらの鋼板のグレード分けにより、電磁鋼板からトランスを製造するメーカにおいても、トランスの品質をより高精度にコントロール（保証、管理）しやすくなる。　たとえば、Ｂ８値分布情報を用いて、鋼板を、小さいサイズのトランス用部材などに分割する際に、部材毎の特性を把握した上で、選別して、トランスのグレードに対応させて使用すれば、トランスの品質精度を高めることができ、またトランスの作り分けも効率的かつ高精度に行うことができる。　部材を選別せずにトランスを製造した場合でも、部材鋼板の磁気特性データより、得られた各トランスの品質を高精度で予測し、グレード分けすることができる。

　また、上記とは別に、本発明の磁気測定方法や評価方法は、以下のように方向性電磁鋼板の製造条件の安定化に役立てることも可能である。　たとえば、健全部であっても、Ｂ８値の相対的な変動パターン（幅方向での特性地の変動傾向：たとえば、片側エッジだけに低めのＢ８値が発生する、または、圧延方向の周期的な変動など）が生じた場合を仮定する。　この場合、本測定方法等を用いてそのパターンを解析などすることにより、本測定に至るまでのどの製造工程に起因して当該変動が発生したのかを特定し、その工程の操業条件の改善に反映することができる。

　方向性電磁鋼板の製造においては、最終製品における優れた磁気特性を実現するためには、スラブ（ｓｌａｂ）の段階から、熱延（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ）、冷延（ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ）、焼鈍（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、被膜の塗布などの数多くの工程において、非常に精度良く操業条件を制御する必要がある。このような中間工程での操業条件変動（たとえば、冷却時や加熱時での温度むら（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ）や、搬送時の保持部との接触による温度むらなど）が、最終製品段階のＢ８値のむらとなって現れる場合もある。

　一例として、上記のような温度むらの例を示す。　方向性電磁鋼板においては、Ｇｏｓｓ方位と呼ばれる特定の結晶方位を最終的に鋼板中に作り出すため、多段の熱的、機械的、あるいは化学的プロセスにおいて結晶方位、粒径などをコントロールしながら次々と処理していく。　その際、場所（鋼帯内の位置）毎に製造プロセスの条件が変わってしまうため、中間工程の粒径分布、結晶方位分布などにもむら（場所に対する不均一性）が発生することがある。　その結果、最終製品においても、それが磁気特性のむら（場所に対する不均一性）として現れてしまうことがある。

　具体的には、製造完了後の鋼板に発生する磁気特性むらは、熱間仕上げ圧延（ｈｏｔ　ｆｉｎｉｓｈ　ｒｏｌｌｉｎｇ）時の幅方向の温度むらや、焼鈍処理時の加熱温度むら、水冷時の冷却温度むらなどの製造プロセス中に発生したむらの一つまたは複数に起因して発生している。　たとえば、熱間仕上げ圧延時の温度であれば、その一般的なパターン（幅方向端部が中央部より温度が低い）や、対象材をセンサにより測温した結果（たとえば放射温度計で測定した２次元温度分布など）と比較することで、最終的な磁気特性むらが、熱間仕上げ圧延時の温度むらと関係しているかどうかを把握し管理できる。

　このように各プロセスにより生じる可能性のある温度むらや成分むらなどと磁気特性むらとを比べることにより、磁気特性むらの原因となったプロセスを特定する、あるいは絞り込むことができる。　従来は、ごく一部を抜き取り、切り板としてサンプリングし、オフラインで磁気特性を測るか、オンラインで全長測定するものの、磁気特性の幅方向平均値を得ることしかできず、磁気特性むらの２次元分布がわからなかったため、上記のような製造改善アクションが取れなかったが、本発明により初めて可能となる。

　さらに、上述した磁気測定方法および装置により２次元的に測定を行うことで、Ｂ８値、結晶方位の鋼板上の定量２次元分布情報を製品とともに提供でき、これによりトランスなどの電気部品に使用する各部材の選別、あるいは性能見積もりを行うことが可能となる。

　このことにより電磁鋼板を用いた部品製造メーカに大きなメリットがある。　すなわち、上記の情報添付方向性電磁鋼板を用いることにより、良い部材の選別使用によるトランスなどの電気部品の高性能化が可能となり、また、部材選別使用による性能のばらつき低減により、より高品質な電気部品を提供できる。　素性のよくわかっている部材の使用による、高精度な電気部品の性能見積もりが可能となり、その電気部品を用いたシステムの設計、製作が容易になる。

　なお、上述の情報を、次工程、客先などに、データとして添付して提供する形態としては、様々な形態が考えられ、特に制約はないものの、具体的には次のような形態が考えられる。　（１）紙などにプリントアウトしたものを提供する（２）ＩＣタグ、磁気ディスクなどの記録媒体に電子化して記録し、その記録媒体を提供する（３）インターネットなどにより、電子情報を伝送することにより提供する、といった形態である。

　本発明によれば、エッジ効果や他の外乱要因の影響を格段に低減し、製造ライン中でも測定可能な、磁気特性測定および評価が可能となる。　この測定は欠陥検出だけでなく、品質の評価や、２次元分布の測定や付加情報化にも応用できる。

　とくに方向性電磁鋼板にオンライン測定に適用した場合、不健全部を発見し管理するために有用である。　また鋼板の品質を全体でまたは２次元的に評価することができるので、製造工程の改善や、需要家によるトランス等の電磁鋼板利用部品の品質管理・品質改善にも貢献する。

　１　　　電磁鋼板
　２　　　直流磁化器
　３　　　磁気センサ
　４　　　直流磁化の方向
　５　　　交流励磁の方向
　６　　　励磁コイル
　７　　　検出コイル
　８　　　強磁性体コア
　９　　　励磁制御装置
　１０　　信号処理装置
　２０　　磁気センサ励磁部（透過配置）
　２０ａ　励磁用強磁性体コア
　２０ｂ　励磁コイル
　２１　　磁気センサ検出部（透過配置）
　２１ａ　検出用強磁性体コア
　２１ｂ　検出コイル
　３０　　磁気センサ（両側配置）
　３０ａ　強磁性体コア
　３０ｂ　励磁コイル
　３０ｃ　検出コイル
　３１　　磁気センサ（両側配置）
　３１ａ　強磁性体コア
　３１ｂ　励磁コイル
　３１ｃ　検出コイル
　ｐ　　　圧延方向ピッチ
　ｑ　　　幅方向ピッチ

Claims (17)

1. 　磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化するとともに、該直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁を行い、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定する磁気測定方法。
2. 　請求項１に記載の磁気測定方法において、
   　前記磁性材料を挟んで、交流励磁を行う側と反対側にて前記直交する成分を測定する磁気測定方法。
3. 　請求項１に記載の磁気測定方法において、
   　前記磁性材料を挟んで両側対向位置から、それぞれ交流励磁を行い、
   　かつ、
   　測定対象を挟んで両側対向位置にて、それぞれ前記直交する成分を測定する磁気測定方法。
4. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気測定方法において、
   　前記磁性材料は方向性電磁鋼板であり、
   　前記直流磁化の方向は圧延方向である磁気測定方法。
5. 　磁性材料を回転磁化領域まで直流磁化する直流磁化器と、
   　該直流磁化の方向と直交する成分をもつ方向に交流励磁し、前記磁性材料との相互作用により生じる交流磁場の内、前記直流磁化の方向と直交する成分を測定する磁気センサと
   　を備える磁気測定装置。
6. 　請求項５に記載の磁気測定装置において、
   　前記磁気センサは、
   　一つの強磁性体コアに、交流励磁コイルおよび検出コイルとが巻かれている磁気測定装置。
7. 　請求項５に記載の磁気測定装置において、
   　前記磁気センサは、交流励磁コイルと検出コイルとが異なる強磁性体コアに巻かれ、かつ、交流励磁コイルが巻かれた強磁性体コアと検出コイルが巻かれた強磁性体コアとが、前記磁性材料を挟んで、互いに対向した位置に配置されている磁気測定装置。
8. 　請求項６に記載の磁気測定装置において、
   　前記磁気センサを２個有し、該磁気センサが、前記磁性材料を挟んで、互いに対向した位置に配置されている磁気測定装置。
9. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、
   　前記磁性材料内の結晶の磁化容易方向の、前記直流磁化方向に対する角度のずれの程度を評価する、磁性材料の品質評価方法。
10. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、
    　Ｂ８値で示される磁性材料の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を求めて、磁性材料の品質を評価する、磁性材料の品質評価方法。
11. 　請求項４に記載の磁気測定方法により測定した前記直交する成分を用いて、
    　Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を求めて、方向性電磁鋼板の品質を評価する、方向性電磁鋼板の品質評価方法。
12. 　請求項５ないし８のいずれかに記載の磁気測定装置により測定した前記直交する成分を入力し、前記磁性材料内の結晶の磁化容易方向の、前記直流磁化方向に対する角度のずれの程度を算出する算出手段を備えた磁性材料評価装置。
13. 　請求項５ないし８のいずれかに記載の磁気測定装置により測定した前記直交する成分を入力し、Ｂ８値で示される磁性材料の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度を算出する算出手段を備えた磁性材料評価装置。
14. 　請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の方向性電磁鋼板上の２次元的分布を求め、該２次元的分布に基づいて、方向性電磁鋼板のグレード分けをする工程を含む、方向性電磁鋼板の製造方法。
15. 　請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、
    　方向性電磁鋼板上の、Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の２次元的分布を求め、該２次元的分布と製造工程の操業条件の変動とを比較し、製造工程の操業条件を改善する、方向性電磁鋼板の製造方法。
16. 　請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、
    　算出された方向性電磁鋼板上の局所的なＢ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の２次元的分布情報が添付されて提供される、方向性電磁鋼板。
17. 　請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の品質評価方法を用いて、
    　Ｂ８値で示される方向性電磁鋼板の磁気特性および／または結晶方位のばらつきの程度の方向性電磁鋼板上の２次元的分布を求め、該２次元的分布に基づいて、トランスに使用する各方向性電磁鋼板部材の選別、または性能見積もりを行う、方向性電磁鋼板を用いたトランスの製造方法。

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