(57)【要約】【課題】ＮＭＲセンサーに必須のコイルを収納するためのスペースを十分に確保し、感度領域の均一性と広がり、磁場強度、探査深度を改善した片側開放型磁気回路を提供する。【解決手段】片側開放型多重円筒磁気回路は、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石２、３を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石２の磁束を部分的に主円筒磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束が感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイル４を円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置した磁気回路で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主円筒磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束が感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置するようにしたことを特徴とする片側開放型多重円筒磁気回路。
【請求項２】
前記複数の円筒磁石を、前記主円筒磁石となる外側の第１円筒磁石と、内側の第２円筒磁石としたことを特徴とする請求項１記載の片側開放型多重円筒磁気回路。
【請求項３】
前記第１円筒磁石と前記第２円筒磁石の対向する軸方向の先端近傍を接触するように配置したことを特徴とする請求項２記載の片側開放型多重円筒磁気回路。
【請求項４】
前記複数の円筒磁石を、外側の第１円筒磁石と、前記主円筒磁石となる内側の第２円筒磁石と、その第２円筒磁石のさらに内側の第３円筒磁石としたことを特徴とする請求項１記載の片側開放型多重円筒磁気回路。
【請求項５】
前記第１円筒磁石および前記第３円筒磁石と前記第２円筒磁石の対向する軸方向の先端を微少間隔離間して配置したことを特徴とする請求項４記載の片側開放型多重円筒磁気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴に用いる片側開放型多重円筒磁気回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance、以下ＮＭＲと略記）とは、磁石とコイルを用いて原子核の状態を測定する方法である。例えばコンクリート欠陥の評価においては、コンクリート中の空洞や亀裂中の水分子中の１Ｈ核（水素原子の原子核、プロトン）を測定する。このように、ＮＭＲは水分子を非破壊で直接的に計測できることを最大の特徴としており、弾性波や電気伝導度を用いた他の物理探査技術に比べて水の定量能力で抜きん出ている。
【０００３】
片側開放型磁気回路は、特許文献１、２にも示されているように、コイルとともに、プロトンＮＭＲ表面スキャナーの心臓部分であるセンサーユニットを構成する。適切に構成された磁気回路は磁石表面から数ｃｍ離れた空間に、磁束密度が均一な領域を発生する。この領域を感度領域という。
プロトンＮＭＲ表面スキャナーは、大きな試料表面（例えば、岩盤や農産物等）をスキャンして、表面から数ｃｍ内部を屋外でしかも非破壊でリアルタイムにＮＭＲ分析できることを特徴とする。なお「ＮＭＲ分析」とは、水素原子を含む物質の緩和や拡散過程を計測することであり、その生データを解析することによって、例えば、水や油の量、水素を含む流体の拡散係数、流体分子の運動特性を評価できる。
【０００４】
また片側開放型磁気回路は、土木建設業における、水を含むコンクリートの養生過程や地盤・岩盤中の欠陥（亀裂など）の非破壊点検作業にも使える。
図１６は、片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナーで内部欠陥を測定する説明図である。
図１６では、片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナー１０１でコンクリート壁内部に隠れている、水で満たされた欠陥（空洞）１０２をスキャンして、水分子中の水素原子核の歳差運動を計測している。
また、農林水産業における、獣肉及び魚肉の肉質の非侵襲評価、例えば、図１７に示すように、生牛内部を、片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナー１０１でスキャンして牛肉の霜降り判定をしたり、マグロのトロの霜降り判定にも使える。
【０００５】
図１７は、片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナーで肉質を測定する説明図である。
あるいは、石油井戸に装置をおろして、孔壁を核磁気共鳴（ＮＭＲ）でスキャンして、深度ごとの地層の含油量を推定することにも使える（非特許文献１参照）。
【０００６】
図１８は、円筒磁石を用いた片側開放型磁気回路の基本構成図である。
図１８に示すような従来の片側開放型磁気回路は、円筒軸方向にＮＳと着磁した円筒磁石１０３を用い、ＮＭＲセンサーの感度領域（磁束密度が均一な領域）のサイズが小さく、また磁束密度も弱い。そのため、水や脂肪に対する感度が悪く実用化において問題がある。その問題を解決する磁気回路構成（特許文献２参照）も図１９に示されるように提案されてはいる。
【０００７】
図１９は、片側開放型磁気回路の円筒磁石に円筒軸方向に着磁した円柱磁石を追加した基本構成図である。図１９は、図１８の円筒磁石１０３の内部に円柱磁石１０４を配置した構成の片側開放型磁気回路である。
しかし、ＮＭＲセンサーに必須のコイル（特許文献１、３参照）を収納するためのスペースが不十分であり、また、導体である永久磁石の円筒磁石１０３と導体であるコイル（図示省略）の距離が接近しているためにコイルに流れる一次電流が原因でレンツの法則によって磁石に二次的に誘導される渦電流などの悪影響で十分な電力パワーをコイルから発振できない、という欠点があった（図５参照）。
【０００８】
図２０は、図１９の片側開放型磁気回路の問題点を説明する断面図である。図２０では、円筒磁石１０３の一端側の軸中心方向の内部に比較的薄い円柱磁石１０４を配置している。図中の円筒磁石１０３内の円柱磁石１０４下部の空間１０５は、コイル（図示省略）を配置する予定の領域であるが、電気伝導度の高い異物、即ち、円柱磁石１０４が配置されているので、磁石とコイル（図示省略）との距離が近すぎ、コイルに流れる一次電流が発生する高周波磁場が磁石に侵入することで二次的に磁石表面に発生するところの渦電流が一次電流のパワーを弱めてしまい結果的に核スピンを励起させるだけのエネルギーを十分得られずＮＭＲシグナルが弱くなる。
【０００９】
これらの従来例の問題点を解決するために、発明者らは、既に、図２１および図２２に示すように、円筒磁石１０３の内周に沿って、円筒軸に垂直な方向に磁化された角柱磁石１０６ａおよび角柱磁石１０６ｂを複数個対称に配列することで、ＮＭＲセンサーに必須のコイル（図示省略）を収納するためのスペースを十分に作り、また渦電流などの悪影響がない片側開放型磁気回路を開発している（特許文献４参照）。
図２１は、円筒磁石内に、軸中心部に空間を形成するように、円筒軸に垂直な方向に磁化された角形磁石を１対追加配置した先行文献４の片側開放型磁気回路の構成図である。図２１、２２は、特許文献４の片側開放型磁気回路において、円筒磁石１０３内に、円筒軸に垂直な方向に磁化された角形磁石１０６ａ、１０６ｂを追加配置して構成される。
【００１０】
図２２は、図２１の片側開放型磁気回路の効果を説明する説明図である。
図２１の片側開放型磁気回路は、一対の角形磁石１０６ａ、１０６ｂの軸中心側空間１０７に磁石等の電気伝導度の高いものが存在しないので、この軸中心側空間１０７にコイル（図示省略）を配置しても図２０の場合のような問題が発生しない。
しかし、この先行例では、円筒軸方向（ｚ軸）に沿って、磁束密度のｚ成分（Ｂｚ）が、完全には円筒磁石の中心軸対称に成らないという問題が残った。
【特許文献１】特開平４−２４５８８号公報
【特許文献２】米国特許第６４８９８７２号明細書
【特許文献３】米国特許第４５９０４２７号明細書
【特許文献４】特願２００７−１１４７９６号
【非特許文献１】Ｄｕｎｎ  Ｋ．−Ｊ．，  Ｂｅｒｇｍａｎ  Ｄ．Ｊ．  ａｎｄ  Ｌａｔｏｒｒａｃａ  Ｇ．Ａ．  ２００２．  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｌｏｇｇｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．  Ｐｅｒｇａｍｏｎ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＮＭＲセンサーに必須のコイルを収納するためのスペースを十分に確保し、感度領域の均一性と広がり、磁場強度、探査深度を改善した片側開放型磁気回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る片側開放型多重円筒磁気回路の基本構成は、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主円筒磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束が感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置した磁気回路で構成する。
具体的には、
片側開放型多重円筒磁気回路は、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主円筒磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束が感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置する。
前記複数の円筒磁石を、前記主円筒磁石となる外側の第１円筒磁石と、内側の第２円筒磁石とする。
前記第１円筒磁石と前記第２円筒磁石の対向する軸方向の先端近傍を接触するように配置する。
前記複数の円筒磁石を、外側の第１円筒磁石と、前記主円筒磁石となる内側の第２円筒磁石と、その第２円筒磁石のさらに内側の第３円筒磁石とする。
前記第１円筒磁石および前記第３円筒磁石と前記第２円筒磁石の対向する軸方向の先端を微少間隔離間して配置する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る片側開放型多重円筒磁気回路の基本構成は、図１〜４に示すように、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束を感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置した磁気回路で構成する。これにより、従来例と比べ、探査深度を延ばすことができ、また、発生磁束が均一な領域の広がりを大きくすることができる。
磁石をすべて円筒磁石としたので、最小径の円筒磁石の内側に検出コイルを収納する収納スペースを確保することができる。
また、最小径の円筒磁石の内側には、検出コイル以外の、図５（１８）に示したような異物がないので、コイルの検出機能に影響を与えるようなことが防止できる。
本発明の片側開放型多重円筒磁気回路は、ＮＭＲセンサーに必須のコイルを収納するためのスペースを十分確保することができ、また渦電流などの悪影響がなく、完全に円筒磁石の中心軸対称な感度領域を生み出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る片側開放型多重円筒磁気回路の基本構成は、図１〜４に示すように、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束を感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置した磁気回路で構成する。
磁石をすべて円筒磁石としたので、最小径の円筒磁石の内側に検出コイルを収納する収納スペースを確保することができる。
また、最小径の円筒磁石の内側には、検出コイル以外の、図５（１８）に示したような異物がないので、コイルの検出機能に影響を与えるようなことが防止できる。
以下、本発明の片側開放型多重円筒磁気回路を二重円筒磁気回路又は三重円筒磁気回路に構成する例について説明する。
（実施例１）
【００１５】
図１は、本発明に係る片側開放型二重円筒磁気回路の実施例１の縦断面図である。図２は、本発明に係る片側開放型二重円筒磁気回路の実施例１の横断面図である。
図８（１）に示すように、片側開放型二重円筒磁気回路１は、外側の第１円筒磁石２と、この第１円筒磁石２内に一部が挿入配置される内側の第２円筒磁石３と、第１円筒磁石２内であって且つ第２円筒磁石３をＺ軸方向に延長したときの内部空間内に配置される検出コイル４とからなる。第１円筒磁石２は主円筒磁石となる。第２円筒磁石３は、主円筒磁石より軸方向の長さが短い補助円筒磁石として構成する。
図８（１）において、第１円筒磁石の長さ方向をｚ軸方向とする。
第１円筒磁石２と第２円筒磁石３は、それらのＺ軸に沿って逆向きに着磁されている。第２円筒磁石３は第１円筒磁石の先端近傍にその先端近傍が接するように挿入配置される。
【００１６】
検出コイルは、第２円筒磁石３の内側に収まる外径を有し、第１および第２円筒磁石２、３の軸中心に中心を会わせるように且つ第１および第２円筒磁石２、３が形成する内部空間内、即ち、第１円筒磁石２の内部空間内であった且つ第２円筒磁石３をｚ軸方向に延長したときの内部空間内にｚ軸と直交するように配置する。
端点５は、片側開放型二重円筒磁気回路１のｚ軸方向の端面の軸中心を意味する。端点５を含む端面のｚ軸方向上方（図１紙面において上方：第２円筒磁石３の磁化の方向と反対向き）が測定領域になる。
【００１７】
図１の片側開放型二重円筒磁気回路１において、一番外側の第１円筒磁石２は、ｚ軸方向の長さがｅ１、径方向の幅がａ１、軸中心上の端点５からのｚ軸方向の離間距離はｆ、内径は２×（ａ２＋ａ３）となっている。内側の第２円筒磁石３は、ｚ軸方向の長さがｅ２、径方向の幅がａ２、内径は２×ａ３となっている。この内径２×ａ３のゆったりしたスペースにコイル４を収納する。
【００１８】
上記各部寸法ａ１：ａ２：ａ３：ｅ１：ｅ２：ｆの比率は、３．６：１．４：３．０：６．２：１．８５：１．５となる。片側開放型二重円筒磁気回路１の実寸は、この比率を守る限りにおいて任意の値を採り得る。
主円筒磁石となる第１円筒磁石２と第２円筒磁石３は、ｚ軸方向の長さの比が６．２：１．８５で、径方向の幅の比が３．６：１．４となり、磁力の強さの比が１．４２Ｔ：１．１１Ｔとなる。
【００１９】
図５に、図８（１）の磁気回路の磁路を略記した説明図を示す。図５では、軸中心から左半分の例を示し、右半分は省略する。
第２円筒磁石３の磁路は概略図示のようになる。第１円筒磁石２の中心のｚ軸寄りの磁路は、概略図示のように、Ｎ極端面からの立ち上がり部分が第２円筒磁石３の磁束に偏倚されて略垂直寄りに立ち上がり、続く部分が第２円筒磁石３の磁束に偏倚されて中心のｚ軸寄りを透り、続いて検出コイルと鎖交し、その後最短経路でＳ極端面に入るように形成される。
【００２０】
このように、第２円筒磁石３は第１円筒磁石の先端近傍にその先端近傍が接するように挿入配置されるので、第１円筒磁石２の中心のｚ軸寄りの磁路は、端点５に近い測定領域に、比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができる。
この結果、測定用の磁束は比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができるので、従来にはない測定感度と測定領域を得ることができる。
【００２１】
図７に、図１、図２の片側開放型二重円筒磁気回路が作り出す、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）の分布特性図を示す。
図７の上記ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ（Ｔ：テスラ））の分布特性のサンプリングデータ値を下記表１に示す。なお、ｚはｍ（メータ）表記となっている。
【表１】
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【００２２】
図７において、ｚ＝０ｃｍの点は図８（１）の磁気回路の端点５であり、ｚ＞０に感度領域が現れる。ｚ＞０領域は図８（１）の端点５より上方（円筒磁石の軸方向であって且つ円筒磁石から離れる方向）の領域を意味する。０＞ｚ領域はその逆を意味する。
また、図７中、＊印は磁化方向が図８（１）の円筒磁石の軸方向、即ちｚ軸に沿って正（図８（１）の端点５から上方向きの方向：図８（１）の第１円筒磁石２の矢印の方向）のときの第１円筒磁石２によるＢｚのデータであり、×印は磁化方向がｚ軸に沿って負（図８（１）の端点５から下方向きの方向：図８（１）の第２円筒磁石３の矢印の方向）のときの第２円筒磁石３によるＢｚのデータである。＋印はこれら第１および第２円筒磁石２、３の特性を重ね合わせたときのＢｚのデータである。
【００２３】
図８は、図７からｚ＞０の部分だけを抜き出したＢｚ特性を示す。これらの図から円筒磁石を合成すれば、Ｂｚ特性の増減がうまくキャンセルされてほぼ平坦な（空間微分がほぼゼロの）Ｂｚ値、すなわち均一度の高い磁場空間（感度領域）を形成できる。もう少し詳しく説明すると、体積の大きい外側の円筒磁石が発生する主磁場に対して、極性が逆向きの補助磁場を発生する内側の小さな磁石を加えることで、主磁場の凸凹を補助磁場の凹凸で抑制して、磁場の均一度を高める効果を発現させることができる。
【００２４】
図９は、この二重円筒磁石による感度領域の中心（探査深度）におけるｘ軸又はｙ軸方向のＢｚ特性である。ｘ軸又はｙ軸方向においてもＢｚの増減がうまくキャンセルされる。ここでも、体積の大きい外側の円筒磁石が発生する主磁場に対して、極性が逆向きの補助磁場を発生する内側の小さな磁石を加えることで、主磁場の凸凹を補助磁場の凹凸で抑制して、磁場の均一度を高める効果を発現させることに成功している。
【００２５】
図９の上記Ｂｚ（Ｔ：テスラ）特性のサンプリングデータ値を下記表２に示す。なお、「ｙ or ｘ」(ｙ又はｘ)はｍ（メータ）表記となっている。
【表２】
2010060438.tif 000004
【００２６】
（実施例２）
図３は、本発明に係る片側開放型三重円筒磁気回路の実施例２の縦断面図である。図４は、本発明に係る片側開放型三重円筒磁気回路の実施例２の横断面図である。
図３に示すように、片側開放型三重円筒磁気回路１ａは、外側の第１円筒磁石２ａと、この第１円筒磁石２ａより半径方向で内側に配置される第２円筒磁石３ａと、この第２円筒磁石３ａより半径方向で内側に配置される第３円筒磁石６と、第２円筒磁石３ａ内であって且つ第３円筒磁石６をＺ軸方向に延長したときの内部空間内に配置されるコイル４とからなる。第２円筒磁石３ａは主円筒磁石となる。第１円筒磁石２ａおよび第３円筒磁石６は、主円筒磁石より軸方向の長さが短い補助円筒磁石として構成する。
【００２７】
図３において、第２円筒磁石３ａの長さ方向をｚ軸方向とする。
第１円筒磁石２ａと第２円筒磁石３ａは、それらのＺ軸に沿って逆向きに着磁されている。第２円筒磁石３ａは第１円筒磁石２ａの先端近傍にその先端近傍が微少間隙を有するように離間して配置される。第１円筒磁石２ａの内径と第２円筒磁石３ａの外径は、互いに嵌合可能になるように、同じ径とする。
第２円筒磁石３ａと第３円筒磁石６は、それらのＺ軸に沿って逆向きに着磁されている。第２円筒磁石３ａは第３円筒磁石６の先端近傍にその先端近傍が微少間隙を有するように離間して配置される。第２円筒磁石３ａの内径と第３円筒磁石６の外径は、互いに嵌合可能になるように、同じ径とする。
【００２８】
検出コイルは、第３円筒磁石６の内側に収まる外径を有し、第１、第２および第３円筒磁石２ａ、３ａおよび６の軸中心に中心を会わせるように且つ第２および第３円筒磁石３ａ、６が形成する内部空間内、即ち、第２円筒磁石３ａの内部空間内であった且つ第３円筒磁石６をｚ軸方向に延長したときの内部空間内にｚ軸と直交するように配置する。
端点５ａは、片側開放型三重円筒磁気回路１ａのｚ軸方向の端面の軸中心を意味する。端点５ａを含む端面のｚ軸方向上方（図３紙面において上方：第３円筒磁石６の磁化の方向と反対向き）が測定領域になる。
【００２９】
図３の片側開放型三重円筒磁気回路１ａにおいて、一番外側の第１円筒磁石２ａは、ｚ軸方向の長さがｅａ１、径方向の幅がａａ１、内径は２×（ａａ２＋ａａ３＋ａａ４）となっている。中央の第２円筒磁石３ａは、ｚ軸方向の長さがｅａ２、径方向の幅がａａ２、軸中心上の端点５ａからのｚ軸方向の離間距離はｆａ、内径は２×（ａａ３＋ａａ４）となっている。さらにその内側の第３円筒磁石６は、ｚ軸方向の長さがｅａ３、径方向の幅がａａ３、内径は２×ａａ４となっている。この内径２×ａａ４のゆったりしたスペースに検出コイル４を収納する。
【００３０】
上記各部寸法ａａ１：ａａ２：ａａ３：ａａ４：ｅａ１：ｅａ２：ｅａ３：ｆａの比率は、１．３５：３．６５：１．５５：３．０５：１．５５：５．７０：１．５５：１．７０となる。片側開放型三重円筒磁気回路１ａの実寸は、この比率を守る限りにおいて任意の値を採り得る。
主円筒磁石となる第２円筒磁石３ａと第３円筒磁石６は、ｚ軸方向の長さの比が５．７０：１．５５で、径方向の幅の比が３．６５：１．５５となり、磁力の強さの比が１．１１Ｔ  ：１．４２Ｔとなる。
【００３１】
図６に、図１０（３）の磁気回路の磁路を略記した説明図を示す。図６では、軸中心から左半分の例を示し、右半分は省略する。
第３円筒磁石６の磁路は概略図示のようになる。第２円筒磁石３ａの中心のｚ軸寄りの磁路は、概略図示のように、Ｎ極端面からの立ち上がり部分が第３円筒磁石６の磁束に偏倚されて略垂直寄りに立ち上がり、続く部分が第３円筒磁石６の磁束に偏倚されて中心のｚ軸寄りを透り、続いて検出コイル４と鎖交し、その後最短経路でＳ極端面に入るように形成される。
このように、第３円筒磁石６は第２円筒磁石３ａの先端近傍にその先端近傍が微少間隔離間するように配置されるので、第２円筒磁石３ａの中心のｚ軸寄りの磁路は、端点５に近い測定領域に、比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができる。
【００３２】
この結果、測定用の磁束は比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができるので、従来にはない測定感度と測定領域を得ることができる。
このように、第３円筒磁石６は第２円筒磁石３ａの先端近傍にその先端近傍が所定間隔離間するように配置されるので、第２円筒磁石３ａの中心のｚ軸寄りの磁路は、端点５ａに近い測定領域に、比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができる。
この結果、測定用の磁束は比較的均等な間隔で、ｚ軸方向に比較的長い経路で磁束を発生させることができるので、従来にはない測定感度と測定領域を得ることができる。
【００３３】
図１０は、三重円筒磁石（図３、４）によるｚ軸方向の磁力線（Ｂｚ）の特性図を示す。ｚ＝０ｃｍで磁気回路の端点５ａとなり、ｚ＞０に感度領域が現れる。＊印と□印は、磁化方向がｚ軸に沿って負の、寸法が違う２種類の円筒磁石によるＢｚのデータである。×印は、磁化方向がｚ軸に沿って正である円筒磁石によるＢｚのデータである。図３、４で示される、第１円筒磁石２ａから＊印がプロットされ、第３円筒磁石６から□印がプロットされる。第２円筒磁石３ａからは×印がプロットされる。）図１１は、図１０からｚ＞０の部分だけをクローズアップしたＢｚの特性図を示す。＋印は、寸法が違う３種類の円筒磁石を合成した三重円筒磁気回路によるＢｚのデータである。
【００３４】
この場合も二重円筒磁気回路の場合と同じように、Ｂｚの増減がうまくキャンセルされて感度領域が形成される。図１２は、この三重円筒磁石による探査深度におけるｘ又はｙ軸方向のＢｚの特性図であり、ｘ又はｙ軸方向においてもＢｚの増減がうまくキャンセルされる。もう少し詳しく説明すると、体積の大きい中央の円筒磁石３ａ（×印）が発生する主磁場に対して、極性が逆方向の補助磁場を発生する最内側と最外側の小さな２つの円筒磁石２ａおよび６（＊印と□印）を加えることで、主磁場の凸凹を補助磁場の凹凸で抑制して、磁場の均一度を高める効果を発現させることができる。
【００３５】
図１０の上記Ｂｚ（Ｔ：テスラ）特性のサンプリングデータ値を下記表３に示す。なお、ｚはｍ（メータ）表記となっている。
【表３】
2010060438.tif 000005
【００３６】
上述の基本構成の実証には、（株）アドバンスト・サイエンス・ラボラトリーの有限要素法による３次元静磁場シミュレーション用ソフトＡＭａｚｅ（Ｍａｇｎｕｍ）を使用した。プロファイルのプロットにはｇｎｕｐｌｏｔ（ニュープロットは、2次元もしくは3次元のグラフを作成するためのコマンドラインアプリケーションソフトウェアである。）を使用した。片側開放型多重円筒磁気回路が図１９や図２１のものと遜色のない磁場均一度空間を作ることができることを以下説明する。
二重円筒磁気回路については、円筒軸方向に磁化された二つの円筒磁石を用いて、寸法や互いの位置関係を記載した磁気回路の具体的な構成の一例を、図１、２に示した。
【００３７】
また、三重円筒磁気回路については、図３、図４に示した。
これらの構成は、円筒軸（ｚ軸）対称な磁石ユニットである。円筒磁石の残留磁束密度は、１．１１Ｔと１．４２Ｔのネオジム磁石を使い分け、磁石以外の空間は真空の物性（透磁率等について）を与えた。
【００３８】
比較のため、本発明に係る図１〜４の片側開放型多重円筒磁気回路に加えて、特許文献４のケースも参照する。
図２３および図２４から円柱磁石を除去すると特許文献４のケースとなり、角柱磁石を除去すると特許文献３のケースとなる。特許文献４のケースでの磁石のパラメータは、ｒ１＝１５．５ｃｍ、ｔ１＝４ｃｍ、ａ１＝２０ｃｍ、ｒ２＝７ｃｍ、ｔ２＝７ｃｍ、ａ２＝５ｃｍ、ｂ２＝５．４ｃｍ、ｃ２（角柱磁石の１辺：ｃ２＝２＊ｒ２＊Ｔａｎ(π／ｎ)で与えられる。ｎを指定すれば、ｃ２も決まる。（図２２参照））＝４．５ｃｍ、ｎ＝１０（角柱磁石の数）で与えられる。
【００３９】
特許文献３のケースでの磁石パラメータは、ｒ１＝１５．５ｃｍ、ｔ１＝４ｃｍ、ａ１＝２０ｃｍ、ｔ３＝２０ｃｍ、ａ３＝５ｃｍ、ｂ３＝７．５ｃｍである。双方ともネオジム磁石の残留磁束密度は１．４２Ｔである。
本発明の二重円筒磁石のケース（図１、２）においては、ａ１＝８ｃｍ、ａ２＝３ｃｍ、ａ３＝７ｃｍ、ｅ１＝１４ｃｍ、ｅ２＝４ｃｍ、ｆ＝３．６ｃｍ、であり、第１円筒磁石２の残留磁束密度は１．４２Ｔで、第２円筒磁石３の残留磁束密度は１．１１Ｔである。
【００４０】
本発明の三重円筒磁石のケース（図３、４）においては、ａ１＝３ｃｍ、ａ２＝８ｃｍ、ａ３＝３ｃｍ、ａ４＝７ｃｍ、ｅ１＝３ｃｍ、ｅ２＝１２．５ｃｍ、ｅ３＝３ｃｍ、ｆ＝３．２ｃｍ、であり、第１円筒磁石２ａと第３円筒磁石６の残留磁束密度は１．１１Ｔで、第２円筒磁石３ａの残留磁束密度は１．４２Ｔである。
総重量については、鉄の密度（７．５ｇ／ｃｍ３）を用いると、特許文献４の磁石と特許文献３の磁石は７７．９ｋｇ、本発明の二重円筒磁石は７８．７ｋｇ、本発明の三重円筒磁石は７７．８ｋｇとなり、±０．６％程度に収まる。
図１２の上記Ｂｚ（Ｔ：テスラ）特性のサンプリングデータ値を下記表４に示す。なお、横軸「ｙ or ｘ」(ｙ又はｘ)はｍ（メータ）表記となっている。
【００４１】
【表４】
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【００４２】
図１３に、ｚ軸上（つまりｘ＝ｙ＝０）における磁束密度（Ｂ）のｚ成分（すなわちＢｚ）のラインプロファイル（１次元分布）を、４種類の磁気回路について図示した。
本発明の二重円筒磁石は＋印、本発明の三重円筒磁石は×印、特許文献４の例は＊印、特許文献３の例（中心磁石あり）は□印で示す。以下の説明に於いても各印の表示は同様とする。
ＮＭＲセンサーの感度領域（ｓｗｅｅｔ  ｓｐｏｔ）をＢｚの揺らぎが±１％以内の空間として定義し、その領域を楕円で図示した。ｚ軸方向への感度領域の幅は４〜５．６ｃｍ、探査深度は５〜８ｃｍ、強度は５０ｍＴ以上である。
本発明の三重円筒磁石では、Ｂｚのプロファイルは台形をなし、その上辺が感度領域を形成する。
【００４３】
図１３の上記Ｂｚ（Ｔ：テスラ）特性のサンプリングデータ値を下記表５に示す。なお、ｚはｍ（メータ）表記となっている。
【表５】
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【００４４】
図１４および図１５は、感度領域付近のＢｚの直交３方向（ｘ、ｙ、ｚ方向）の１次元分布（ラインプロファイル）で、ＮＭＲセンサーの感度領域（ｓｗｅｅｔ  ｓｐｏｔ）のサイズを矢印で図示した（横軸は感度領域の中心からの変位）。Ｂｚ値を感度領域の中心（探査深度の位置）における値で規格化し、縦軸の０．９９〜１．０１の範囲が感度領域の広がりを示す。図１４および図１５中の横軸の「Variety from center of sweet spot at z axis」は下記表６および表７で「ｚ」として示す。
図１４の上記Normalized（規格化された）Ｂｚ（無次元）特性のサンプリングデータ値を下記表６に示す。なお、ｚはｍ（メータ）表記となっている。
【表６】
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図１５の上記Normalized（規格化された）Ｂｚ（無次元）特性のサンプリングデータ値を下記表７に示す。なお、ｚはｍ（メータ）表記となっている。
【表７】
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【００４５】
感度領域について、図１３の＊印と□印を見ると、探査深度は約６．４ｃｍとなり、ｚ軸方向に約５．６ｃｍの幅（図１４参照）をもち、図１５が示しているようにｘ又はｙ方向には約８ｃｍの広がりを見せている。これらは、公知特許を基にした計算結果である。
本発明の二重円筒磁気回路は、特許文献４の場合よりも探査深度が１．６ｃｍ程度深いが、感度領域の大きさは、ｚ軸方向に１．６ｃｍ程度、ｘ軸方向に３ｃｍ程度縮小する（図１３〜２２（１５）参照）。
【００４６】
本発明の三重円筒磁気回路では、探査深度は約５．２ｃｍとなり、感度領域は、ｚ軸方向で本発明の二重円筒磁気回路の場合と同じ幅（約４ｃｍ）となり、ｘ軸方向で１０ｃｍ以上の広がりを見せた（図１３〜１５参照）。この広がりは他のケースよりも特に優れた点である。
これらの円筒磁石回路における内部の空洞のサイズ（コイルを収納するためのスペースのサイズ）は半径７ｃｍの円柱形であり、比較のため、全ての場合において同じ数値で磁場シミュレーションを行っている。
【００４７】
本発明では、ほぼ同じ磁石総重量（±０．６％）という拘束条件の下で、本発明の二重円筒磁気回路は探査深度（約８ｃｍ）が公知の磁気回路よりも深くなったという意味で、公知の磁気回路よりも優れた性能を発揮できることがわかった。また同様に、本発明の三重円筒磁気回路は均一性の広がり（ｘ方向の広がりが約１０．６ｃｍ）が公知の磁気回路よりも大きくなったという意味で、公知の磁気回路よりも優れた性能を発揮できることがわかった。
【００４８】
以上、本発明に係る片側開放型多重円筒磁気回路の基本構成は、図１〜４に示すように、軸方向の長さおよび径が相互に異なり、円筒軸（ｚ軸）方向に磁化されている複数の円筒磁石を、磁化方向が隣接するもの同士で反転するように、且つ、主円筒磁石の磁束を部分的に主磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束を感度領域で均一性と広がりを有するように配置し、最小径の円筒磁石の内側に収まる外径の検出コイルを円筒磁石の軸中心に中心を会わせるように且つ前記複数の円筒磁石が形成する内部空間内に配置する構成としたので、従来例と比べ、探査深度を延ばすことができ、また、発生磁束が均一な領域の広がりを大きくすることができる。
また、磁石をすべて円筒磁石としたので、最小径の円筒磁石の内側に検出コイルを収納する収納スペースを確保することができる。
また、最小径の円筒磁石の内側には、検出コイル以外の、図５（１８）に示したような異物がないので、コイルの検出機能に影響を与えるようなことが防止できる。
なお、上記実施例においては、主円筒磁石より軸方向の長さが短い補助円筒磁石を、１個又は２個とした例を説明したが、機能として、主円筒磁石の磁束を部分的に主円筒磁石の軸方向に変異させると共に測定領域を透過する磁束を感度領域で均一性と広がりを有するように機能させることができる限りにおいて、前記補助円筒磁石を３個以上とすることができる。
また、各磁石、例えば第１〜第３円筒磁石を複数の磁石を磁気的に連結（Ｎ極とＳ極の磁気吸引力による）して構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る片側開放型磁気回路は、サンプルが大きくて固い、あるいは貴重であるがために破壊検査が困難なケースに適用できる。これを例示すると次のとおりである。
（１）油田のボーリング孔に入れて、孔壁をＮＭＲでスキャンして、深度ごとの地層の含油量を推定する。
（２）生きた肉牛や生マグロの表面スキャンをして、価格を左右する脂肪交雑（霜降りの程度）を推定する。
（３）土木建設業における、水を含むコンクリートの養生過程の監視や地盤・岩盤中の欠陥（水を含む亀裂など）の非破壊点検作業にも使える。
（４）天然記念物や文化財の検査にも使える。例えば樹齢千年の桜の表面をスキャンしてプロトン緩和時間の大小で健康状態を診断する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る片側開放型二重円筒磁気回路の実施例１の縦断面図である。
【図２】本発明に係る片側開放型二重円筒磁気回路の実施例１の横断面図である。
【図３】本発明に係る片側開放型三重円筒磁気回路の実施例２の縦断面図である。
【図４】本発明に係る片側開放型三重円筒磁気回路の実施例２の横断面図である。
【図５】図１の実施例１における透過磁束路の説明図である。
【図６】図２の実施例２における透過磁束路の説明図である。
【図７】図１、図２の片側開放型二重円筒磁気回路が作り出す、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）の分布特性図である。ｚ＝０ｃｍは磁気回路の端点。
【図８】図７の要部詳細図であり、図１、図２の片側開放型二重円筒磁気回路が作り出す、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）（ｚ＞０ｃｍ）の分布特性図である。
【図９】図１、図２の片側開放型二重円筒磁気回路が作り出す、ｚ＝８ｃｍ（探査深度の中心）におけるｘ又はｙ方向のＢｚの分布特性図である。
【図１０】図３、図４の片側開放型二重円筒磁気回路が作り出す、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）の分布特性図である。ｚ＝０ｃｍ  は磁気回路の端点。
【図１１】図１０の要部詳細図であり、図３、図４の片側開放型三重円筒磁気回路が作り出す、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）（ｚ＞０ｃｍ）の分布特性図である。
【図１２】図３、図４の片側開放型三重円筒磁気回路が作り出す、ｚ＝５．２ｃｍ（探査深度の中心）におけるｘ又はｙ方向のＢｚの分布特性図である。
【図１３】本発明に係る片側開放型磁気回路がつくり出す静磁場の計算機シミュレーション結果で、ｚ軸上における、磁束密度ベクトル場のｚ方向成分（Ｂｚ）（ｚ＞０ｃｍ）の分布特性図である。
【図１４】本発明に係る片側開放型磁気回路のＮＭＲセンサーとしての感度領域付近の磁場成分（Ｂｚ）のｚ方向の１次元分布特性図である。
【図１５】本発明に係る片側開放型磁気回路のＮＭＲセンサーとしての感度領域付近の磁場成分（Ｂｚ）のｘ、ｙ方向の１次元分布特性図である。
【図１６】片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナーで内部欠陥を測定する説明図である。
【図１７】片側開放型磁気回路を用いた核磁気共鳴（ＮＭＲ）表面スキャナーで肉質を測定する説明図である。
【図１８】円筒磁石を用いた片側開放型磁気回路の基本構成図である。円筒軸方向にＮＳと着磁した円筒磁石を用いる。
【図１９】片側開放型磁気回路の円筒磁石に円筒軸方向に着磁した円柱磁石を追加した基本構成図である。図１９は、図１８の円筒磁石の内部に円柱磁石を配置した構成の片側開放型磁気回路である。
【図２０】図１９の片側開放型磁気回路の問題点を説明する断面図である。図２０では、円筒磁石の一端側の内部に比較的薄い円柱磁石を配置してある。図中の円筒磁石内の円柱磁石下部の空間は、コイルを配置する予定の領域であるが、電気伝導度の高い異物、即ち、円柱磁石が配置されているので、発生磁路が歪む問題が発生する。
【図２１】円筒磁石内に、軸中心部に空間を形成するように、円筒軸に垂直な方向に磁化された角形磁石を追加配置した先行文献４の片側開放型磁気回路の構成図である。図２１は、先行文献の片側開放型磁気回路で、円筒磁石内に、円筒軸に垂直な方向に磁化された角形磁石を追加配置して構成される。
【図２２】図２１の片側開放型磁気回路の効果を説明する説明図である。
【図２３】先行文献４に係る片側開放型磁気回路の縦断面図である。
【図２４】先行文献４に係る片側開放型磁気回路の横断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    片側開放型二重円筒磁気回路
１ａ    片側開放型三重円筒磁気回路
２、２ａ    第１円筒磁石
３、３ａ    第２円筒磁石
４    検出コイル
５    端点
６    第３円筒磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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