(57)【要約】【課題】本発明の目的は、被検体に与える磁界を、低コストでかつ良好に抑制することができる磁場発生装置を提供することにある。【解決手段】着磁された高温超電導バルク体磁石の磁場発生手段と、被検体を支持する被検体支持手段を有する磁場発生装置を、被検体設置空間の磁界（磁束密度）を計測する磁束計測手段と、磁束計測位置と磁束結果を解析する磁界解析手段と、前記被検体支持手段を前記磁界解析手段の解析結果をもとに被検体を任意の磁場空間に搬送、位置制御を行う被検体支持手段搬送、位置制御手段から構成することにより、上記目的を達成できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体用磁場空間である作業領域に静磁界を生成するための静磁場発生手段と、前記作業領域の磁界を計測するための磁場計測手段とを有する磁場発生装置において、
前記作業領域への被検体の固定、搬送、姿勢駆動、搬出をおこなう被検体支持手段と、前記磁場計測手段で計測した磁場計測情報から被検体に必要な磁場を与えたられる前記作業領域の位置、方向を解析する磁場解析手段と、前記磁場解析情報から前記被検体支持手段で被検体を適切な磁界位置に相対的に搬送、姿勢駆動、固定、搬出する制御手段とを備えたことを特徴とする磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁場発生装置において、前記静磁場発生手段を高温超電導バルク材で構成されていることを特徴とする磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数テスラ以上の高磁場内での被検体の特性を測定したり、高磁場内で容器内に内蔵した被検体の気体や液体の磁場中特性を測定したり、セル内に内蔵した被検体の気体や液体の化学的や物理的や電気的の合成や混合を高磁場内行ったり、高磁場内で被検体の磁気分離や磁気と電場、電界を組み合わせた分離、合成や分解等を行う装置を運転する時には、所定の磁界空間に固体の被検体や気体や液体状やコロイド状の被検体を設置保持できる必要がある。
所定の磁界空間とは、静的な磁界と動的な磁界が含まれる。また、磁界方向も任意な方向が必要となる。
【０００３】
従来の高磁場供給装置の磁場供給手段としては、１００Ｋ以下の温度に超電導臨界温度を有するブロック状の高温超電導バルク体を、１００Ｋ以下の温度に冷凍機や液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒を用いて冷却し、冷却しながら外部磁界で着磁して高温超電導バルク体に磁場を捕捉し、１００Ｋ以下の低温に保冷した状態で磁石として使用する超電導バルク磁石がある。
【０００４】
また、他の磁場供給手段としては、コイル状の超電導磁石を用い、これを１００Ｋ以下の温度に冷凍機や液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒を用いて極低温に保冷し、大電流を外部から供給して磁場を供給する超電導コイル磁石がある。
【０００５】
一般に、磁場供給手段としてコイル状の超電導磁石を用いる場合、磁場供給磁場空間は超電導コイル内部中央部の均一磁界空間である。
これは、ＭＲＩやＮＭＲの装置等ではより均一な磁界空間が必要とされるためである。コイル状の超電導磁石を使用した従来の磁場発生装置の構造は、特開平３−３２００５号公報に示されている。
この装置では、室温部の外部電源よりコイルに供給する電流の大きさを変えて磁界の大きさを制御する。この場合、外部電源と超電導磁石を物理的に電導線で接続する必要があり、極低温域にある超電導磁石に室温部から熱が浸入し、超電導磁石を冷却する液化ガスの消費量が増大したり、超電導磁石を直接もしくは間接的に冷却する冷凍機の熱負荷が増大し、冷凍機の消費電力が増大する問題が生じる。
【０００６】
また、電流を供給する時に外部電源が停電等で電流送電不良に陥った場合、超電導磁石がクエンチし、超電導状態が破壊されて超電導磁石温度が上昇し、再冷却に多く時間が必要になったり、磁石自身が破壊する場合も生じ問題が発生する。
【０００７】
いっぽう、磁場発生手段に高温超電導バルク体を使用する場合では、着磁された高温超電導バルク体の捕捉磁界は、一般に図４に示すように、例えば円形の高温超電導バルク体の板厚方向に一様な磁界中で着磁された場合の捕捉磁界は、円形の高温超電導バルク体表面上に円錐状の等磁界分布ＢＺ（Ｔ）（Ｔ：テスラ）を示すことが、第６２回２０００年度春季  低温工学・超電導学会講演概要集（２０００年５月２９日、３０日、３１日開催、低温工学会出版）ページ１９９、「市販用高温超電導バルクの磁化特性」に示されている。
【０００８】
すなわち、高温超電導バルク体の表面上から離れるにしたがって磁界が大きく減少しする特性であり、ほぼ均一な磁界の空間は微少な空間に限られている。
【０００９】
上記の超電導バルク体を使用した従来の磁場発生装置の構造は、特開平１０−１２４２９に示されている。この装置では、超電導バルク体とこれを保持する例えば銅製のホルダと、これを冷却する冷凍機、超電導バルク体、銅製のホルダおよび冷凍機の低温部を真空断熱する真空容器で構成されている。
この磁場発生装置では、単に磁気力を利用して磁性体である被検体を磁気的に保持したり、磁気吸引したりする効果を有するが、所定の磁界領域に被検体を保持する手段はなく任意の磁界空間に被検体を設置できない問題がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−３２００５号公報
【非特許文献２】
第６２回２０００年度春季  低温工学・超電導学会講演概要集（２０００年５月２９日、３０日、３１日開催、低温工学会出版）ページ１９９「市販用高温超電導バルクの磁化特性」
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の被検体に与える磁界の磁界供給方法では、コイル式超電導磁石を使用する場合、磁界制御時に外部電源と超電導磁石を物理的に電導線で接続する必要があり、極低温域にある超電導磁石に室温部から熱が浸入し、超電導磁石を冷却する液化ガスの消費量が増大したり、超電導磁石を直接もしくは間接的に冷却する冷凍機の熱負荷が増大し、冷凍機の消費電力が増大する問題がある。また、電流を供給する時に外部電源が停電等で電流送電不良に陥った場合、超電導磁石がクエンチし、超電導状態が破壊されて超電導磁石温度が上昇し、再冷却に多く時間が必要になったり、磁石自身が破壊する場合も生じる問題がある。
【００１２】
いっぽう、高温超電導バルク体を使用する場合公示の構造では、所定の磁界領域に被検体を保持する手段はなく任意の磁界空間に被検体を設置できない問題がある。また、任意の動的な磁界を被検体に与える手段が無く、動的な磁界や、任意な方向の磁界を供給できない問題がある。
【００１３】
本発明は、前記のような従来技術の問題を解決するためになされたもので、被検体に与える磁界を、低コストでかつ良好に抑制することができる磁場発生装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の目的は、所定の磁界領域に被検体を保持することが可能な磁場発生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、永久磁石やコイル式超電導磁石もしくは高温超電導バルク体磁石の磁場発生手段と、被検体を支持する被検体支持手段を有する磁場発生装置において、本装置は、被検体設置空間の磁界（磁束密度）を計測する磁束計測手段と、磁束計測位置と磁束結果を解析する磁界解析手段と、前記被検体支持手段を前記磁界解析手段の解析結果をもとに被検体を任意の磁場空間に搬送、位置制御を行う被検体支持手段搬送、位置制御手段から構成した磁場発生装置である。本装置では、被検体支持手段に設置した磁束素子により、被検体に磁場を供給する前に被検体配置移動空間の３次元的位置の磁界を、計測し、被検体支持手段に固定支持した被検体を、その任意の磁界の位置、磁界方向に、被検体支持手段搬送、位置制御手段により搬送することに達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１により説明する。
図１は磁場発生装置の構造を説明する断面図である。
本引例では、磁場発生手段としてイットリウム系やサマリュウム系のＢＣｕＯ材料からなる円盤状の高温超電導バルク体１を用い、これを補強および熱伝導体からなる銅や、銅、アルミニュウムとステンレスとの複合体からなる保持体２で囲み、これをパルス管式やギフォード・マクマホン式やスターリング式冷凍機や熱音響式冷凍機やペルチェ素子を用いた電子冷凍機等の冷凍機３の冷却ステージ４と熱的に一体化し、保持体２を通じて高温超電導バルク体１を超電導臨界温度以下に冷却し温度を維持する。
【００１７】
低温部は真空断熱槽５内に設置され真空断熱され、低温部の周りは輻射熱の浸入を防止するために、図示していないがアルミニュウムを蒸着したプラスチックフィルム等で囲っている。外部から着磁用電磁石コイル（図示せず）を使用して高温超電導バルク体１内に磁束を浸入させ、高温超電導バルク体１を冷凍機で超電導臨界温度以下に冷却しながら着磁する。
冷却後、外務磁界を取り去ると高温超電導バルク体１に捕捉された磁束は保持されており、冷却して低温に保持している限り、あたかも永久磁石のごとく磁場を発生し続ける。着磁後これらは台座６に固定支持される。
【００１８】
被検体７は平板状の試料台８状の上面に固定保持され、試料台８の下面には磁束測定素子９が固定保持されている。試料台８は回転シャフト１０と一体化され、回転シャフトがモータ１１で回転することにより、被検体７は高温超電導バルク体１がバルク面１２上に発生する磁界内において回転可能であり、バルク面１２に対し被検体７には相対的に供給磁界方向が変えられる。
モータ１１は支持台１３に固定され、支持台１３はＺ方向に移動可能なシャフト１４に固定され、シャフト１４はスライダー１５、１７で支持され、駆動装置１６でＺ方向に移動可能である。
スライダー１５、１７駆動装置１６は支持板１８に支持固定され、支持板１８は台座６に固定されたＸＹステージ１９に固定されている。ＸＹステージ１９は、図２の紙面垂直Ｘ方向と紙面のＹ方向で移動可能である。
【００１９】
次に磁場制御運転方法について説明する。
まず、着磁された高温超電導バルク体１が発生する磁場をバルク面１２近傍の真空容器５の端面２１面上の空間について試料台８の下面には磁束測定素子９を用いて計測する。すなわち、手動入力により設定された空間情報に基づいて、磁場供給制御機２０が各駆動装置への出力信号を計算し、この電気信号を制御線２２、２３、２４でＸＹステージ１９、駆動装置１６、モータ１１を駆動して計測し、その計測結果は信号線２５を通じて磁場供給制御機２０に収集されデータを保存し、磁場空間分布を解析する。
【００２０】
被検体７に与えたい被検体７体積の平均磁場強さおよび磁界方向を磁場供給制御機２０に手動入力すると、先に解析した磁場空間分布より必要な３次元的な移送位置、方向を算出し、ＸＹステージ１９、駆動装置１６、モータ１１を駆動して被検体を移送し、設定された時間の被検体に磁場を経験させる。この場合、試料台８を反転させて被検体７を真空容器５の端面２１面により近づけることにより、大きな磁場を供給できる。
【００２１】
また、時間的な磁場変動を被検体７に供給したい場合には、その変動モードを磁場供給制御機２０に手動入力し、先に解析した磁場空間分布より必要な時間的定常および非定常な移送位置、方向を算出し、ＸＹステージ１９、駆動装置１６、モータ１１を駆動して被検体を移送し、設定された時間パターンと磁場および磁界方向を被検体に磁場を経験させることができる。
【００２２】
以上記載したように、本実施例では本装置では、被検体支持手段に設置した磁束素子により、被検体に磁場を供給する前に被検体配置移動空間の３次元的位置の磁界を計測し、その後、被検体支持手段に固定支持した被検体を、その任意の磁界の位置、磁界方向に、被検体支持手段搬送、位置制御手段により搬送することに特徴があり、安価なコストで、外部磁界で着磁された高温超電導バルク体磁石の固定的な磁気勾配を有する磁場分布を利用し、被検体に任意の磁場および磁界方向を定常、非定常的に供給することができる効果がある。
【００２３】
以上の実施例において、磁場発生手段に高温超電導バルクを使用した磁石を提供した場合について説明したが、図２は磁場発生手段に永久磁石２４を提供した場合である。
永久磁石２４は、非磁性材料の例えばプラスチック製の磁石支持台２５に支持され、台座６に固定支持される。
本実施例では、発生磁場の大きさは超電導磁石ほど大きくは取れないが、磁場発生手段に冷凍機等の電気機器が不必要であり、安価な装置を提供でき、かつ取り扱いが容易である効果がある。
【００２４】
図３は、磁場発生手段にコイル型の超電導磁石２６を提供した場合である。  超電導磁石２６は、例えば高温超電導導体をコイル状に構成し、外部電源２７より電源リード線２８、２９を通じて超電導磁石２６コイルに通電し、コイル端部に磁界を発生させる。超電導磁石は冷凍機３で超電導状態に冷却維持される。
本実施例では、磁場を発生維持させるためには、外部電源が必要であるが、通電電流を多く流すことにより超電導バルク磁石より発生磁場の大きさを大きく取れる効果がある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の磁界領域に被検体を保持することが可能な磁場発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す磁場発生装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明になる他の実施例を示す磁場発生装置の断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を備えた磁場発生装置の断面図である。
【図４】図４は、円形の高温超電導バルク体の板厚方向に一様な磁界中で着磁された場合の捕捉磁界分布を示す図である。
【符号の説明】
１・・・高温超電導バルク体、  ３・・・冷凍機、  ５・・・真空容器、７・・・被検体、８・・・試料台、１３・・・支持台、１８・・・支持板、  １９・・・ＸＹステージ。
【図１】
2004186519.tif 000003
【図２】
2004186519.tif 000004
【図３】
2004186519.tif 000005
【図４】
2004186519.tif 000006