(57)【要約】【課題】  永久磁石の回転によって外部磁場を容易に発生または除去に切り換えることができる磁気装置を提供する。【解決手段】  本磁気装置は、一対のヨーク２、３と、ヨーク２、３間に回転可能に配置された円柱状永久磁石１と、ヨーク２、３間を連結する磁石使用温度よりも低いキュリー温度を持つ連結磁性体５と、連結磁性体５を前記キュリー温度以上または以下にするためのペルチエ素子６とを備える。ヨーク２、３と磁性体５との間に断熱シート７を設けることができる。本磁気装置において外部磁場を発生または除去に切り換える際は、連結磁性体５の温度を前記キュリー温度以下にして永久磁石１を所定位置へ回転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のヨークと、前記ヨーク間に回転可能に配置された永久磁石と、前記ヨーク間を連結する磁石使用温度よりも低いキュリー温度を持つ磁性体とを備えたことを特徴とする磁気装置。
【請求項２】
前記磁性体の温度を制御する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気装置。
【請求項３】
前記温度制御装置が前記磁性体に接触配置されたペルチエ素子を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気装置。
【請求項４】
前記温度制御装置が前記磁性体内部に設けられた流体の流路を含むことを特徴とする請求項２または３記載の磁気装置。
【請求項５】
前記磁性体が前記ヨークを固定する支持体の一部として設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気装置。
【請求項６】
前記ヨークと前記磁性体との間に断熱シートまたは空隙が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気装置。
【請求項７】
前記ヨークの互いに対向する側面にそれぞれポールピースが設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の磁気装置の使用方法であって、前記磁気装置による外部磁場を発生または除去に切り換える際に、前記磁性体の温度を前記キュリー温度以下にして前記永久磁石を所定位置へ回転することを特徴とする磁気装置の使用方法。
【請求項９】
前記永久磁石の所定位置への回転が終了した後、前記磁性体を前記キュリー温度以上にすることを特徴とする請求項８記載の磁気装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を用いて容易に磁場の発生または除去を行うことができる磁気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気装置によって必要なときにだけ磁場を発生できれば、強磁性体の吸引等による事故の発生を大幅に軽減でき、安全性が高くなる。必要時のみ磁場を容易に発生する磁気装置としては、例えば電磁石およびマグネットチャックなどで利用されている永久磁石を利用したものがある。電磁石は通常大きな電源が必要であり、ランニングコストが高くなるとともに大容量電源設備のない場所では高磁場を発生することができない。また、通常の永久磁石を回転させて外部磁場を発生させる磁気装置では、永久磁石を回転させるためのトルクが磁束密度の２乗に比例するため、強磁場の発生は困難である。
【０００３】
磁場を利用する技術の一つとして、磁気共鳴撮像技術がある。磁気共鳴撮像技術は単に医学・医療分野だけでなく、鉱工業、農水産畜産工業、土木建築工業等広範な分野で、これまでにない確かな情報が得られる非破壊検査技術としての可能性が示されている。しかし、現在、利用されている磁気共鳴撮像装置は大型の磁石を用いた据え付け型の装置であり、製造現場等におけるその場測定を行うことは困難である。また、通常の磁気共鳴撮像装置のように常時磁場を発生している磁石を用いた場合には、製造現場等に存在する強磁性体の器物が磁石に吸引され事故につながるおそれがある。
【０００４】
そこで、測定時のみ磁場を発生する磁石を用いれば、強磁性体吸引事故発生の確率を大幅に小さくすることができる。磁石として常電導磁石を用いるのも一つの方法であるが、これは大電力が必要であり、大電力電源を用いることが容易でないフィールドワーク等には適さない。一方、所謂マグネットチャックのように、永久磁石を用い、磁石の回転等によって外部磁場をオン／オフできる磁気装置を用いれば、膨大な励磁のための電力を必要とせずに、測定時のみ磁場を発生できるので安全性の高い測定が可能となる。
【０００５】
磁気共鳴の信号検出感度は原理的には使用する静磁場の磁束密度の２乗に比例し、信号検出系の雑音等を考慮すると磁束密度に比例ないし７／４乗に比例する。従って、高い信号検出感度を得るためには、できるだけ磁束密度の高い磁場を用いる必要が生じる。磁石の回転等によって外部磁場をオン／オフできる磁気装置で、外部磁場の磁束密度を大きくするためには、回転させる永久磁石として、できるだけ磁束密度の高い永久磁石を用いればよい。外部磁場をオン／オフするために必要な永久磁石を回転させるためのトルクは永久磁石の磁束密度の２乗に比例するので、高い磁束密度の外部磁場を発生させようとすると、トルクは非常に大きくなり、実用的でなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の目的は、永久磁石の回転によって外部磁場を容易に発生または除去に切り換えることができる磁気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、一対のヨークと、前記ヨーク間に回転可能に配置された永久磁石と、前記ヨーク間を連結する磁石使用温度よりも低いキュリー温度を持つ磁性体とを備えた磁気装置により、達成される。
ここで、前記磁性体の温度を制御する温度制御装置を備えることができる。しかし温度制御装置を備えないで、例えば冷蔵庫、冷水等の冷却手段を用いて他所でキュリー温度以下に冷却した前記磁性体を付着させることでもよいし、予め付着させておいた前記磁性体を冷水、氷、ドライアイス等の冷媒を用いてキュリー温度以下に冷却してもよい。磁石使用温度が室温以上の場合には空冷を利用することもできる。この場合に冷却フィンを利用することもできる。温度を上げる場合も同様に前記磁性体を他所で、または磁気装置に付着した状態で加熱して行うことができる。
【０００８】
前記温度制御装置は前記磁性体に接触配置されたペルチエ素子を含むことができ、また前記磁性体内部に設けられた流体の流路を含むことができる。前記磁性体は前記ヨークを固定する支持体の一部として設けることができる。また、前記ヨークと前記磁性体との間に断熱シートまたは空隙を設けることができる。さらに、前記ヨークの互いに対向する側面にそれぞれポールピースを設けることができる。
【０００９】
本発明に係る磁気装置の使用方法は、前記磁気装置による外部磁場を発生または除去に切り換える際に、前記磁性体の温度を前記キュリー温度以下にして前記永久磁石を所定位置へ回転する。そして前記永久磁石の所定位置への回転が終了した後は、前記磁性体を前記キュリー温度以上とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、永久磁石の回転によって外部磁場を容易に発生または除去に切り換えることができる磁気装置を得ることができる。すなわち、本発明は、永久磁石を用いて必要時のみ外部磁場を発生する磁気装置であり、永久磁石の回転によって外部磁場を発生または除去する際の永久磁石のトルクを極微小にすることができ、これにより外部磁場の発生または除去に容易に切り換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、永久磁石を回転可能に挟んで配置された一対のヨーク間を磁石使用温度よりも低いキュリー温度を持つ磁性体で連結し、外部磁場の発生中または除去中は前記磁性体をキュリー温度以上とし、永久磁石の回転によって外部磁場を発生（オン）または除去（オフ）に切り換える際、すなわち外部磁場をオン／オフする時は、前記磁性体をキュリー温度以下とするものである。すなわち、磁石使用温度よりも低いキュリー温度を持つ磁性体（連結磁性体）を一対のヨークの間に跨って設置し、外部磁場のオン／オフ時には前記磁性体をキュリー温度以下にして強磁性あるいはフェリ磁性（以下、強磁性およびフェリ磁性を併せて強磁性という）とし、これにより永久磁石Ｎ極−ヨーク−連結磁性体−ヨーク−永久磁石Ｓ極の強磁性体のみの磁気閉回路を構成する。この状態ではトルクは殆どゼロとなるので容易に永久磁石を回転させることができる。例えば、外部磁場をオフからオンの状態に永久磁石を回転させて、連結磁性体の温度をキュリー温度以上にして、連結磁性体を非強磁性（通常、常磁性）にすることによって、外部磁場を発生することができる。外部磁場をオフにするには、連結磁性体の温度をキュリー温度以下にし、外部磁場をオンからオフの状態に永久磁石を回転させて、連結磁性体の温度をキュリー温度以上にすることによって、外部磁場はほぼゼロに保持される。
【００１２】
（実施例１）
図１は、本発明に係る磁気装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は外部磁場オフ状態を、（ｂ）は外部磁場オン状態を示す。本実施例は、図示のように、一対のヨーク（強磁性体）２、３と、前記ヨーク間に回転可能に配置された円柱状永久磁石１と、この一対のヨークを固定するための非磁性の支持体４と、一対のヨーク間を連結するキュリー温度Ｔｃが磁石使用温度よりも低い強磁性体（連結磁性体）５と、連結磁性体５をキュリー温度Ｔｃ以上または以下にするための温度制御装置としてのペルチエ素子６と、ヨーク２、３と連結磁性体５間に配置された断熱シート７とを備える。
連結磁性体５のキュリー温度Ｔｃは、常磁性である使用温度からＴｃ以下の強磁性に冷却する際の効率および速度を考慮すると、使用温度の僅かに下（近傍）にＴｃがある方が有利である。例えば、実際に使用する部屋の空調の温度安定度等を考慮すると、Ｔｃは使用温度の１〜５℃程度下であることが好ましい。しかし、効率を無視すればＴｃは使用温度の近傍である必要はない。磁石使用温度は、永久磁石およびヨークの材料のＴｃ以下であれば特に制限はない。連結磁性体５の材料としては、磁石使用温度が室温（２３℃）の場合，例えば、純金属としてはガドリニウム（Ｔｃ＝２０℃）を用いることができる。またフェライトは様々なＴｃのものが作成可能であり、これを用いることもできる。
ここで断熱シート７は単なる空隙でもよい。また、円柱状永久磁石１は回転つまみ８を備える。本実施例では永久磁石１を円柱状としたが、回転可能な形状であればこれに限定されない。
【００１３】
円柱状永久磁石１は円柱軸に対して垂直方向に磁化されており、その周囲には一対のヨーク２、３が取り囲んでいる。一対のヨーク２、３は非磁性の支持体４によって互いに固定されている。この永久磁石１を回転させることによって、外部磁場を発生させたり、除去させたりすることができる。図１（ａ）に示すように、永久磁石１の磁力線の方向をヨークに対して平行にする（θ＝０°）と、磁力線は永久磁石１のＮ極−ヨーク２、３−永久磁石１のＳ極と走り、閉回路を形成するため、磁力線は外部に漏れず、外部磁場はゼロとなる。一方、図１（ｂ）に示すように、回転つまみ８を回して永久磁石１を９０°回転させると（θ＝９０°）、磁力線は永久磁石１のＮ極−ヨーク２−ヨーク外空間−ヨーク３−永久磁石１のＳ極と走り、外部磁場が発生する。ここで、θは、ヨークとヨークの間の中心を通る線と、永久磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ線がなす角である。
【００１４】
この外部磁場を種々の目的、例えば磁気共鳴撮像法に利用することができる。発生する外部磁場の磁束密度を大きくするためには永久磁石の磁束密度を大きくすればよい。ところが、永久磁石を回転するためのトルクは磁束密度の２乗に比例するので、強磁場を発生しようとすると、トルクは非常に大きくなり、外部磁場のオン／オフを行うことは困難になる。ここで、一対のヨーク間を連結磁性体５（強磁性体）でつなぐと、永久磁石１の回転つまみ８を回す段階で、永久磁石１のＮ極−ヨーク２−連結磁性体５−ヨーク３−永久磁石１のＳ極の磁気閉回路が形成されるので、永久磁石１の回転のためのトルクは殆どゼロとなる。すなわち永久磁石１を容易に回転させることができる。
【００１５】
しかし、この状態では外部磁場は発生しない。そこで、連結磁性体５としてキュリー温度Ｔｃが磁石使用温度よりやや低い強磁性体を使用すると、磁石使用温度では連結磁性体は非強磁性になっているので、上記のようにθ＝９０°のとき外部磁場を発生することができる。外部磁場オン／オフのため永久磁石１を回転させるときには、連結磁性体５の温度をキュリー温度Ｔｃ以下に冷却し、これを強磁性とすることによって、トルクを殆どゼロにできるので、永久磁石を容易に回転させることができる。永久磁石１の回転方向を逆向きとする場合も同様である。
【００１６】
本実施例では連結磁性体５の冷却をペルチエ素子６によって行う例を示す。ペルチエ素子６を連結磁性体５に熱接触させておき、ペルチエ素子６に電流を流すことによって、連結磁性体をＴｃ以下の温度に冷却する。この状態では永久磁石１をトルクが殆どゼロで回転させることができる。回転が終了した時点で、冷却を停止すれば、連結磁性体５の温度はＴｃ以上になり、非強磁性に戻る。永久磁石１の回転状態によって、θ＝０°のときには外部磁場オフ、θ＝９０°のときには外部磁場オンの状態になる。
【００１７】
連結磁性体５を冷却状態から急速に磁石使用温度に戻すには、永久磁石１を回転後、ペルチエ素子６に流す電流の極性を反転させ連結磁性体５を磁石使用温度まで加熱すればよい。連結磁性体５は本実施例のようにヨークの外部磁場を利用しない側（図１の装置下側）に設置することもできるし、利用側面（図１の装置上側）に設置してもよいし、あるいは不利用側面と利用側面の双方に設置することもできる。また、永久磁石回転軸に垂直な側面でもよい。要は２つのヨークに跨っていれば何れの側面に設置してもよい。
【００１８】
連結磁性体５の冷却は、上記のようなペルチエ素子６等の温度制御装置を用いることなく、様々な方法で行うことができる。簡単には、冷蔵庫、冷水等の冷却手段を用いて他所でＴｃ以下に冷却した連結磁性体を付着させ、強磁性の間に永久磁石を回転させてもよいし、予め付着させておいた連結磁性体を冷水、氷、ドライアイス等の冷媒を用いてＴｃ以下に冷却してもよい。磁石使用温度が室温以上の場合には空冷を利用することもできる。この場合に冷却フィンを利用することもできる。温度を上げる場合も同様に連結磁性体を他所で、または磁気装置に付着した状態で加熱して行うことができる。
【００１９】
連結磁性体とヨークとの接触面に断熱シート７あるいは僅かな空隙を存在させると連結磁性体５の冷却効率を高くすることができる。しかし、永久磁石１の回転のためのトルクが上昇するので、断熱シートおよび空隙は有効である限りできるだけ薄層とすることが望ましい。
【００２０】
（実施例２）
図２は、本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。本図において図１と同じ符号のものは図１と同じものを表す。本実施例が図１の実施例と異なる点は、ペルチエ素子に代えて連結磁性体５の内部に熱媒流体流路９を設けたところにあり、その他は図１の実施例と同様である。これにより、本実施例では、連結磁性体５の冷却、加温は連結磁性体５の内部に設けられた流路９に熱媒を流すことによって行うことができる。この場合、図示はしないがペルチエ素子を連結磁性体５の下部に配置することもできる。外部磁場をオン／オフする際には、連結磁性体５内に冷却された流体を流すことによって、支持体の温度をＴｃ以下にしてほぼトルクゼロで永久磁石１を回転させることができる。外部磁場オンあるいはオフの位置に永久磁石１を設定後は、冷媒の流入を停止させて連結磁性体５を自然加温するか、短時間で使用温度に戻す場合には加温された流体を流せばよい。連結磁性体はヨークの外部磁場を利用しない側に設置することもできるし、利用側面に設置してもよいし、あるいは不利用側面と利用側面の双方に設置することもできる。また、永久磁石回転軸に垂直な側面でもよい。要は２つのヨークに跨っていれば何れの側面に設置してもよい。
【００２１】
連結磁性体とヨークとの接触面に断熱シート７あるいは僅かな空隙を存在させると連結磁性体の冷却効率を高くすることができる。しかし、永久磁石１の回転のためのトルクが上昇するので、断熱シートおよび空隙は有効である限りできるだけ薄層とすることが望ましい。
【００２２】
（実施例３）
図３は、本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。本図において図１と同じ符号のものは図１と同じものを表す。本実施例が図１の実施例と異なる点は、円柱状永久磁石１の下側の支持体１０にキュリー温度Ｔｃが磁石使用温度よりも低い強磁性体を使用し、この支持体１０にペルチエ素子１１を配置したところにあり、その他は図１の実施例と同様である。すなわち本実施例は、少なくも支持体の一方あるいはその一部を磁石使用温度よりも僅かに低いキュリー温度Ｔｃの強磁性体を用いるものである。これにより支持体１０は上述の連結磁性体５の機能を有することになる。本実施例では、外部磁場をオン／オフする際には、支持体１０をペルチエ素子１１により冷却して支持体１０の温度をＴｃ以下にする。これによって、ほぼトルクゼロで永久磁石１を回転することができる。外部磁場オンあるいはオフの位置に永久磁石１を設定後は磁石使用温度に戻す。
【００２３】
支持体１０の冷却はペルチエ素子１１によって行うことができる。ペルチエ素子１１を支持体１０に熱接触させておき、ペルチエ素子１１に電流を流すことによって、支持体１０をＴｃ以下の温度に冷却する。必ずしも支持体全体を冷却する必要はなく、永久磁石１のＮ極−ヨーク２−支持体１０（強磁性）−ヨーク３−永久磁石１のＳ極の磁気閉回路が形成されれば部分冷却でもよい。この状態では永久磁石１をトルクが殆どゼロで回転させることができる。回転が終了した時点で、冷却を停止すれば、支持体の温度はＴｃ以上になり、非強磁性に戻る。永久磁石１の回転状態によって、θ＝０°のときには外部磁場オフ、θ＝９０°のときには外部磁場オンの状態になる。
支持体の冷却は上述のように様々な方法で行うことができる。簡単には、支持体を冷水、氷、ドライアイス等の冷媒を用いてＴｃ以下に冷却してもよい。
【００２４】
支持体を冷却状態から急速に磁石使用温度に戻すには、永久磁石１を回転後、ペルチエ素子１１に流す電流の極性を反転させ支持体１０を磁石使用温度まで加熱すればよい。
強磁性支持体１０は磁場利用上からはヨークの外部磁場不使用側に設置するのが便利であるが、外部磁場利用側に設置することもできるし、不利用側面と利用側面の双方に設置することもできる。
ヨーク２、３と支持体１０との間に断熱シート１２あるいは僅かな空隙を設けると支持体１０の冷却効率を高めることができる。しかし、永久磁石回転のトルクが上昇するので、断熱シートおよび空隙は有効である限りできるだけ薄層とすることが望ましい。
【００２５】
（実施例４）
図４は、本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。本図において図１および図３と同じ符号のものは図１および図３と同じものを表す。本実施例が図３の実施例と異なる点は、支持体１０の内部に熱媒流体流路１３を設け、ペルチエ素子を省略したところにあり、その他は図３の実施例と同様である。本実施例では、支持体１０の冷却、加温は支持体１０の内部に設けられた流路１３に熱媒を流すことによって行うことができる。
【００２６】
本実施例においては、外部磁場をオン／オフする際には、支持体１０内に冷却された流体を流すことによって、支持体１０の温度をキュリー温度Ｔｃ以下にし、これによりほぼトルクゼロで永久磁石１を回転させることができる。この場合も支持体１０は上述の連結磁性体５の機能を有するものである。外部磁場オンあるいはオフの位置に永久磁石１を設定後は冷媒の流入を停止させて支持体１０を自然加温するか、短時間で使用温度に戻す場合には加温された流体を流せばよい。
【００２７】
強磁性支持体１０は磁場利用上からはヨークの外部磁場不使用側に設置するのが便利であるが、外部磁場利用側に設置することもできるし、不利用側面と利用側面の双方に設置することもできる。
ヨーク２、３と支持体１０との間に断熱シート１２あるいは僅かな空隙を設けると支持体１０の冷却効率を高めることができる。しかし、永久磁石回転のトルクが上昇するので、断熱シートおよび空隙は有効である限りできるだけ薄層とすることが望ましい。
【００２８】
（実施例５）
図５は、本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オン状態を示す。本図において図１と同じ符号のものは図１と同じものを表す。本実施例が図１の実施例と異なる点は、一対のヨーク２、３の上方部を伸長し互いに対向する側面にそれぞれポールピース１４を設けたところにあり、その他は図１の実施例と同様である。本実施例は、均一な磁場を発生させるための磁気装置の例である。一対のヨークの対向する側面にそれぞれポールピース１４が設置されているので、磁場オンのときポールピース１４間に均一な磁場を発生させることができる。トルクの微弱化については上述した実施例の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、永久磁石を用いて容易に磁場の発生または除去を行うことができる磁気装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。すなわち、磁場を必要とする様々な装置、例えば磁気共鳴分光装置、磁気共鳴撮像装置等に使用することができ、また医学・医療分野、鉱工業、農水産畜産工業、土木建築工業等広範な分野で有用な測定手段となり得る。また、電磁石を利用している様々な分野で電磁石に替わる磁場オン／オフ可能な磁石として使用することができ、大幅な省エネルギー効果をもたらすことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る磁気装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は外部磁場オフ状態を、（ｂ）は外部磁場オン状態を示す。
【図２】本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。
【図３】本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。
【図４】本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オフ状態を示す。
【図５】本発明に係る磁気装置の他の実施例を示す図であり、外部磁場オン状態を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１  円柱状永久磁石
２、３  ヨーク
４  支持体
５  連結磁性体
６、１１  ペルチエ素子
７、１２  断熱シート
８  回転つまみ
９、１３  流路
１０  強磁性支持体
１４  ポールピース
【図１】
2006128234.tif 000003
【図２】
2006128234.tif 000004
【図３】
2006128234.tif 000005
【図４】
2006128234.tif 000006
【図５】
2006128234.tif 000007