(57)【要約】【課題】磁化力、磁場勾配を正確に計測する。【解決手段】互いに直行する３つの座標軸の少なくとも１つの軸上の、中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置に配置可能な磁束密度検出プローブを備えた磁場環境の計測装置。【選択図】図２
2004085563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直行する３つの座標軸の少なくとも１つの軸上の、中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置に配置可能な磁束密度検出プローブを備えた磁場環境の計測装置。
【請求項２】
前記プローブで測定された磁束密度の測定値を、中心Ｃでの磁場勾配に関係する磁場環境パラメータに変換する手段をさらに備えた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プローブを、互いに直行する３つの座標軸上の、中心Ｃに対して対称である対向する位置に配置可能に備えた請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記プローブが、各対向位置に４個、１つの座標軸に対して８個を配置可能としてなる請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
互いに直行する３つの座標軸の各対向位置に４個ずつ、合計２４個のプローブを配置し、該プローブでの２４個の測定値を中心Ｃでの磁場勾配または磁化力に変換する手段を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
互いに直行する３つの座標軸の少なくとも１つの軸上の、中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置の磁束密度を検出する工程を有する、中心Ｃでの磁場環境の計測方法。
【請求項７】
中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置の磁束密度を中心Ｃでの磁場勾配に関係する磁場環境パラメータに変換する工程をさらに有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
互いに直行する３つの座標軸上の、中心Ｃに対して対称である対向する位置に配置可能に備えた請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
各対向位置の４点、１つの座標軸に対して８点の磁束密度を測定する請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
互いに直行する３つの座標軸の各対向位置について４点、合計２４点の磁束密度を測定し、該磁束密度を磁場勾配または磁化力に変換する請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置と超伝導マグネットを備えた、磁場環境の計測装置付き超伝導マグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、磁場環境の計測装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　超伝導マグネットは、非常に強力な磁場を発生させるマグネットであり、その磁束密度及び磁化力を正確に測定することが求められていた。磁束密度と、それが不均一な場合にのみ発生する磁化力とは、本来、まったく異なっており、マグネットは一般に、種々の大きさの磁束密度を得る目的と、種々の大きさの磁化力を得る目的と、双方の目的に利用することができる。従来強力なマグネットが簡単に得られなかったという事情などで、磁束密度と磁化力とは厳密には区別されない場合も多くあった。両者が物質やプロセスに与える影響が区別されずに、単に「磁場の影響」とのみ認識される結果、再現性が悪かったり、統一がとれなかったりする不具合があった。しかし、両者を区別し、マグネットの与え得る磁場環境を正確に把握することは、超伝導マグネットの幅広く正確な使い方への道を拓く。この発明である磁場環境の計測装置及び計測方法は、そのような磁場環境の正確な把握に不可欠であるものと考えられる。
【０００３】
　磁束密度とともに、磁場勾配も同時に計測することができれば、磁化力を正確に計測することが可能となる。しかし、現在、それができる計測器は知られていない。ただ、磁束密度を方向ごとに計測するためのガウスメーターが知られているのみである。近年、磁化力の工学的応用がさかんに研究されるようになりつつある。この磁化力の応用分野は流体力学のような機械工学にとどまらず、結晶析出技術、金属製造技術、粒子混合技術、タンパク合成技術、さらに新薬の開発、細胞の培養、燃焼の制御など多岐に及ぶ可能性が高く、今後、飛躍的進歩をみるであろう。しかし磁化力を正確に計測する機器が全く開発されていないために、磁化力利用の研究は定性的な段階でとどまっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　本発明は、磁場と磁化力の方向と大きさを計測し、マグネットが作る磁場環境を正確に評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　本発明は、以下の磁場環境の計測装置及び計測方法を提供するものである。
項１．　互いに直行する３つの座標軸の少なくとも１つの軸上の、中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置に配置可能な磁束密度検出プローブを備えた磁場環境の計測装置。
項２．　前記プローブで測定された磁束密度の測定値を、中心Ｃでの磁場勾配に関係する磁場環境パラメータに変換する手段をさらに備えた項１に記載の装置。
項３．　前記プローブを、互いに直行する３つの座標軸上の、中心Ｃに対して対称である対向する位置に配置可能に備えた項１または２に記載の装置。
項４．　前記プローブが、各対向位置に４個、１つの座標軸に対して８個を配置可能としてなる項１〜３のいずれかに記載の装置。
項５．　互いに直行する３つの座標軸の各対向位置に４個ずつ、合計２４個のプローブを配置し、該プローブでの２４個の測定値を中心Ｃでの磁場勾配または磁化力に変換する手段を備えた項１〜４のいずれかに記載の装置。
項６．　互いに直行する３つの座標軸の少なくとも１つの軸上の、中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置の磁束密度を検出する工程を有する、中心Ｃでの磁場環境の計測方法。
項７．　中心Ｃに対して対称である１対の対向する位置の磁束密度を中心Ｃでの磁場勾配に関係する磁場環境パラメータに変換する工程をさらに有する項６に記載の方法。
項８．　互いに直行する３つの座標軸上の、中心Ｃに対して対称である対向する位置に配置可能に備えた項６または７に記載の方法。
項９．　各対向位置の４点、１つの座標軸に対して８点の磁束密度を測定する項６〜８のいずれかに記載の方法。
項１０．　互いに直行する３つの座標軸の各対向位置について４点、合計２４点の磁束密度を測定し、該磁束密度を磁場勾配または磁化力に変換する項６〜９のいずれかに記載の方法。
項１１．　項１〜５のいずれかに記載の装置と超伝導マグネットを備えた、磁場環境の計測装置付き超伝導マグネット。
　超伝導マグネットを含む強力なマグネットは、
【０００６】
【数１】
2004085563.tif 000003
【０００７】
とともに
【０００８】
【数２】
2004085563.tif 000004
【０００９】
を発生する。磁化力とは、以下の式で定義される体積力である。
【００１０】
【数３】
2004085563.tif 000005
【００１１】
なおμmは透磁率、χmは体積磁化率である。
【００１２】
　このとき
【００１３】
【数４】
2004085563.tif 000006
【００１４】
は各成分に分解すると以下のように表せる。
【００１５】
【数５】
2004085563.tif 000007
【００１６】
　本発明において、「中心Cに対して対称である１対の対向する位置」とは、例えば図2においてＡZ、ＢZ，ＣZ，ＤZに対するＥZ，ＦZ，ＧZ，ＨZが各々該当する。
【００１７】
　「1対の対向する位置に配置可能」とは、少なくとも1つの座標軸の1対の対向する位置
に各々ブローブを配置する場合と、各対向位置にはプローブが常には存在しないが、例えば図4〜6に示されるような、2〜4回軸対称性を有する位置にプローブを配置し、該プローブを所定の角度で回転することにより1対の対向する位置の磁束密度を測定可能とする場
合の両方を含む。なお、プローブとしては、磁場の強さに応じて起電力を発生する半導体素子、例えばホール素子プローブが例示される。
【００１８】
　1対の対向する位置に各々1個のプローブを配置可能にする場合には、図2のＡZ、ＢZ，
ＣZ及びＤZを含む1つの磁束密度検出プローブと、ＥZ，ＦZ，ＧZ及びＨZを含む１つの磁
束密度検出プローブを配置可能とする場合が該当する。
【００１９】
　例えば、X，Y，Z軸上の1対の対向する位置に各1個のプローブを配置した場合、磁化力
のX、Y，Z軸成分は、各々：
【００２０】
【数６】
2004085563.tif 000008
【００２１】
となる。
【００２２】
　一般に、磁化力のX軸成分についての式(2-a)において、ＢY(∂ＢY /∂Ｘ)及びＢZ(∂ＢZ /∂Ｘ)は各々無視できない寄与を示す。図２に示すように1対の対向する位置に各4個のプローブ（1つの座標軸について8個、3つの座標軸で合計24個）の磁束密度検出プローブ
を配置すると、磁化力のX,Y,Z軸成分を正確に計算することができ、磁化力を正確に求め
ることができる。
【００２３】
　一方、例えばX軸上の対向位置に各1個（合計2個）のプローブを配置する場合、上記式(2-a1)に示されるように、ＢY(∂ＢY /∂Ｘ)及びＢZ(∂ＢZ /∂Ｘ)が0と仮定せざるを得ず、磁化力のX軸成分は正確な値にはならない。しかしながら、ＢX(∂ＢX /∂Ｘ)が一般に
は最も大きな寄与を示し、式(2-a1)でも概略的な磁化力のX軸成分を求めることは可能で
ある。
【００２４】
　従って、精度があまり要求されない場合や、ＢY(∂ＢY /∂Ｘ)ないしＢZ(∂ＢZ /∂Ｘ)の寄与が非常に小さいこと、あるいは両者が相殺することが予めわかっている場合などには、X、Y、Z軸の各々において、1対の対向位置にそれぞれ1個（1つの座標軸で2個）のプ
ローブを使用することも可能である。
【００２５】
　しかしながら、通常は、ＢY(∂ＢY /∂Ｘ)ないしＢZ(∂ＢZ /∂Ｘ)の寄与は無視できないほど大きいか、または、それらが十分に小さいことや相殺することを知ることができないので、１つの座標軸の１対の対向位置に対してそれぞれ４個以上（１つの座標軸で合計８個以上）のプローブを配置可能にするのが好ましい。
【００２６】
　磁場環境としては、磁束密度、磁場勾配、磁化力、磁気四重極モーメント、等磁気ポテンシャル面、磁化力と重力の合成体積力の等ポテンシャル面などが例示される。磁場勾配に関係する磁場環境としては、磁場勾配、磁化力が例示される。
【００２７】
　「中心Cでの磁場勾配に関係する磁場環境パラメータに変換する手段」としては、例え
ば各プローブで測定された磁束密度の測定値を電気信号として受け取り、式(1)ないし式(2-a)、(2-b)、(2-c)などの計算式に基づき磁場勾配、磁化力などを計算するパーソナルコンピュータが例示される。
【００２８】
　磁化力を計測するためには、(2-a)、(2-b)、(2-c)式で表したように、X-Y-Zの各面での磁束密度と磁場勾配を計測する必要がある。ここでは本発明による計測の考えを、図１、図2を用いてより詳細に説明する。
【００２９】
　まず、本発明の好ましい実施態様ではガウスメーターの磁束密度検出プローブを、好ましくは複数枚使用し、図2の中心Cでの磁束密度と磁化力を検出する。図2では24枚のプロ
ーブを使用した場合を示している。図中のAx, Bx, Cx, Dx, Ex, Fx, Gx, Hx, Ay, By, Cy, Dy, Ey, Fy, Gy, Hy, Az, Bz, Cz, Dz, Ez, Fz, Gz, Hzは薄いプローブを表している。この添え字X,Y,Z はX軸、Y軸、Z軸に垂直に配置したプローブであることを示している。
【００３０】
　またプローブAx, Bx, Cx, Dx, Ex, Fx, Gx, Hxを通過する磁場の出力をbAX, bBX, bCX,
bDX, bEX, bFX, bGX, bHX 、プローブAy, By, Cy, Dy, Ey, Fy, Gy, Hyを通過する磁場
の出力をbAY, bBY, bCY, bDY, bEY, bFY, bGY, bHY 、 プローブAz, Bz, Cz, Dz, Ez, Fz, Gz, Hzを通過する磁場の出力を bAZ, bBZ, bCZ, bDZ, bEZ, bFZ, bGZ, bHZ とする。添え字X,Y,Z もX軸、Y軸、Z軸に垂直に配置したプローブであることを示している。図1はAx
〜 Hxの中の任意の1枚のプローブを示したものである。このときプローブは薄いため、X方向の磁束密度に対して正確に検知でき、磁束密度のY方向、Z方向の変化は無視できる。
【００３１】
　次に装置と計測の原理の説明を行う。一辺の長さを2△X, 2△Y, 2△Zの直方体にプローブを配置した場合、同一平面上の隣合うプローブは△X、もしくは△Y、もしくは△Zだけ
離れているとする。そこで図3を用い、上面と下面についてのみ解説する。
【００３２】
　この図３は、Z軸方向の磁場勾配ないし磁化力を測定する装置に該当し、Z軸方向の磁場勾配ないし磁化力のみを測定すれば十分である場合には、X軸及びY軸上に磁束密度測定プローブを配置する必要はない。なお、プローブの形状は、図2〜6では正方形の形状を示しているが、正方形に限られることはなく、磁場勾配を測定できるのであれば、他の任意の形状（長方形、円形、楕円形、菱形、台形、三角形）であってもよい。ただし使用したプローブ形状がいかなる場合でも、同一平面上の隣合うプローブは△X、もしくは△Y、もしくは△Zだけ離れているとすれば、以下の数７〜数１３が成り立つ。
【００３３】
　まず長さ2△X, 2△Y, 2△Zの直方体にプローブを、1面につき4枚配置する。つまり上面にはEZ, FZ, GZ, HZ、下面にはAZ, BZ, CZ, DZを配置する。このとき同一面上では、隣り合うプローブは、△X、もしくは△Yの距離だけ離れている。この同一面を4分割し、それ
ぞれの位置にプローブを配置することによって、磁束密度のZ方向成分Bzと、その偏微分
【００３４】
【数７】
2004085563.tif 000009
【００３５】
を導出することが可能になる。いわばこの特徴こそ本発明の重要な特徴の一つといえる。
【００３６】
　図3に示したような、Z軸方向に対向する2面上に配置された8枚のプローブの示す出力bAZ, bBZ, bCZ, bDZ, bEZ, bFZ, bGZ, bHZから、中心Cでの磁束密度BのZ方向成分BZと、BZ
のX, Y, Z方向の偏微分
【００３７】
【数８】
2004085563.tif 000010
【００３８】
は以下のようにして計測できる。
【００３９】
【数９】
2004085563.tif 000011
【００４０】
　同様に、中心Cでの磁束BのX方向成分BXと、BXのX, Y, Z方向の偏微分
【００４１】
【数１０】
2004085563.tif 000012
【００４２】
は次式で表せる。
【００４３】
【数１１】
2004085563.tif 000013
【００４４】
　同様に中心Cでの磁束BのY方向成分BYと、BYのX, Y, Z方向の偏微分
【００４５】
【数１２】
2004085563.tif 000014
【００４６】
　は次式で表せる。
【００４７】
【数１３】
2004085563.tif 000015
【００４８】
　以上より、この装置では、中心Cでの
【００４９】
【数１４】
2004085563.tif 000016
【００５０】
とともに、磁化力を導出する上でどうしても必要となる各方向に対する磁場勾配を正確に計測することが可能であることが示された。
【００５１】
【数１５】
2004085563.tif 000017
【００５２】
を計測するには、磁束密度の成分ＢX，ＢY，ＢZと磁場勾配
【００５３】
【数１６】
2004085563.tif 000018
【００５４】
の値を式(2)のように組み合わせればよい。
【００５５】
　結論をまとめると、本発明の根本的特徴は、磁化力を検出するために複数のガウスメーターの磁束密度検出プローブを使用し、これを式(2)の計算ができるように配置すること
により、磁束密度、その勾配、磁化力を全て計測評価できる装置であるといえる。
＜対称性を考慮した場合＞
　本計測システムは、構造上、対称性があるため、全体をある回転軸周りに回転させ、同一のプローブでいくつかの位置のデータを計測、記憶、統合させることで、必要なガウスメーターの枚数を少なくさせることができる。その場合でもマグネットの作る磁場環境に関しては、24枚のガウスメーターを使用した場合と同様のデータを得ることができる。即ち、2, 4, 3回転の対称性を使うと、プローブの枚数を24枚から12, 6, 8 枚に減らすことができる。
【００５６】
　ただしこれは装置の回転に時間がかかるため、磁束密度の各データの同時計測はできない。このため時間的に変動するような磁場環境での計測はできない。しかし定常磁場を計測するような場合は計測可能であり、その場合はガウスメーターの枚数を少なくすることができるため、計測装置の構成が簡素化し価格を低減できる利点がある。
＜2回軸対称性を利用する場合＞
　図４に示されるように、12枚のガウスメーターを使用する。
＜4回軸対称性を利用する場合＞
　図５に示されるように、6枚のガウスメーターを使用する。
＜3回軸対称性を利用する場合＞
　この場合は直方体の長さは全て等しい必要がある。すなわち △X = △Y = △Z である
。このとき8枚のガウスメーターを使用する。なお3回軸対称性では図６に示されるように、2通りの場合が考えられる。
【発明の効果】
【００５７】
　本発明によれば、超伝導マグネットなどの非常に強力なマグネットにより発生される磁場環境を、単に磁束密度だけでなく、磁場勾配及び磁化力を含めて正確に計測することができる。このことにより、強力なマグネットの提供する磁場環境を正確に評価及び定義することができる。それにより、強力なマグネットの正確で幅広く、また再現性の高い使用が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
　以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００５９】
この発明を実施するには、例えば市販のガウスメーターのプローブ（株式会社エーデーエス社製）を24枚使用する。このプローブは薄く、大きさも2×2 mm程度なので、図2のように24枚貼り合わせることができる。よって2△X, 2△Y, 2△Zを全て4 mmとし、体積最小の立方体を構成することにした。
＜装置の作動と性能の確認＞
　直径100 mmの超伝導マグネットボアに対して、直径120 mmの1巻きコイルに流れる電流
が、15 Teslaの磁場を発生させるというモデルを用いて、磁束密度と磁化力の分布を数値計算した。1巻きコイルの発生する磁場は、一般的な超伝導マグネットの磁束密度の分布
とよく一致することが既に判っており、磁束密度などの評価にはよく用いられている。当然のことながら、磁化力分布を評価計測するという目的でこのような計算が行われたことはない。磁束密度はビオ・サバールの式を使って計算している。
【００６０】
　またガウスメーターのプローブのノイズレベルは、最大出力の0.5 %以下であることが
一般的で、上の製品もそうなっている。これは15 Teslaの磁場を発生させた場合は、計測誤差が0.075 Tesla以下ということであり、その誤差より大きい出力は区別できる。
【００６１】
　図2の対向する2面間距離2△X, 2△Y, 2△Zは全て4 mmであるとし、これに15 Teslaの磁場を印加したときの、中心Cにおける磁化力成分について、数値計算でもとめた値と、本
発明による装置の出力値を比較した。その結果を示したのが表1である。ここでは計測プ
ローブを、（X,Y,Z）= (23, 0, 0), (23, 0, 5), (23, 0, 15), (23, 0, 20), (23, 0, 25), (23, 0, 30), (23, 0, 40), (23, 0, 55), (23, 0, 70), (23, 0, 95) に設置した場合について検討している。ここで示した（X,Y,Z）の数値は、マグネット中心を原点、軸
方向をZ軸、ある半径方向をX軸、これら両軸に直交する方向をY軸として定義した直交座
標系における計測装置の位置を、三次元的に座標で表記したものであり、単位はmmである。つまり、軸方向に装置を移動させながら磁化力成分について比較している。
【００６２】
　本実施例では、これらの各点について、磁化力の大きさを表す１／２Ｂ2の、X方向の偏微分
【００６３】
【数１７】
2004085563.tif 000019
【００６４】
と、Z方向の偏微分
【００６５】
【数１８】
2004085563.tif 000020
【００６６】
を求めている。なお円筒容器内では磁化力の周方向分力は存在せず、Y方向出力は0になる。よって半径方向（即ちX方向）と軸方向（Z方向）のみ注目した。
【００６７】
　また表記上の留意点であるが、数値計算によってもとめた値についてはcal、本発明に
よってもとめた出力にはexpの添え字を付し、それぞれFx.cal、Fz.cal、Fz.exp、Fz.exp
で表記した。
【００６８】
【表１】
2004085563.tif 000021
【００６９】
ただし
【００７０】
【数１９】
2004085563.tif 000022
【００７１】
　表1から、磁化力が発生しないマグネット中央部（Z = 0 mm）では、磁化力の軸方向分
力は存在しないことが、数値計算によっても本発明によって計測した方法でも示されている。また、マグネットコイル中心から離れるにつれ磁化力は弱くなるが、このこともZ = 70, 95 mmにおいてFz.calやFz.expが急激に小さくなっていくことから確認できる。以上
のように、数値的に求めた値と差分で求めた値（本発明のように両プローブの出力の差をもとにして求めた値）は、きわめてよく一致していることが解る。
【００７２】
　つまり、実際の計測器を製作する場合、対向する2面間距離2△X = 2△Y = 2△Z = 4 mm程度とし、24枚の市販のガウスメーターのプローブを組み合わせることで、ノイズの影響を受けず、局所的な磁場環境に関して良好な計測ができることが示された。
【実施例２】
【００７３】
　１．試作機の特徴
　図7に試作した磁化力センサーの外観を示す。図7の2枚の黒い素子上の各数字1-8の位置に小型のガウスメーターを配置しており、センサー1枚につきガウスメーターが4枚内蔵されている。また、各ガウスメーターから導出した配線はコンピュータと接続されており、各ガウスメーターで計測された磁束密度データはコンピュータに送られて磁場勾配が計算されるようになっている。
【００７４】
　理論的に必要なガウスメーターは24枚であるのに対し、試作した磁化力センサーは8枚
しかないが、このセンサーを互いに平行になるように配置すれば、明細書中の図3のよう
な配置になる。図3ではZ軸に関する磁場勾配を式(3-a), (3-b), (3-c), (3-d)を用いて測定できたが、同様の操作をX軸、Y軸についても適用し、式 (4-a), (4-b), (4-c), (4-d),
(5-a), (5-b), (5-c), (5-d)で示した関係に測定結果を当てはめると、磁化力の導出に
必要な全ての磁場勾配の成分を算出でき、磁化力の3次元的計測も可能となる。
【００７５】
　本発明者は試作機を用い、上記の方法に従って計測を行い、最終的に磁化力のX, Y, Z
成分を全て計測することができた。図7の２枚の磁化力センサーは図３に示されるような
位置になるように試料観察装置の対向する位置に平行に固定され、超伝導マグネットのボア内に試料観察装置とそれに固定された磁化力センサーを挿入する。
【００７６】
　なお本発明の磁化力センサーは、測定精度が小数点以下4桁の高い精度で磁束密度を計
測する能力がある。従って、対向する2枚のセンサー間の距離を12ｍｍまで近づけること
ができ、場所的に精度の高い磁場勾配の測定が可能であった。
２．中心軸上の磁化力の測定結果
　使用した超伝導マグネットには、ボア中心軸上でのZ軸方向の磁束密度を示した性能表
が付属している。理論的にはボア中心軸上では半径方向、周方向の磁化力成分は存在しない。よって中心軸上におけるZ軸方向の磁化力は、性能表を利用して導出した磁束密度、
磁場勾配と、本試作機の計測結果から導かれた結果とを比較することができる。計測の結果は図8に示している。このとき性能表を利用した磁束密度は実線で、性能表を利用した
磁場勾配は破線で示し、図8中に示している。また計測結果も図8および表 2, 3, 4にまとめている。図8の (A), (B), (C)はボア内部に設置された高さの違いを示しており、コイ
ル中心から上方にそれぞれ+107mm、+70mm、+40mmの位置である。なお性能表によると中心での磁化力が最大になる位置は+107mmである。
【００７７】
【表２】
2004085563.tif 000023
【００７８】
【表３】
2004085563.tif 000024
【００７９】
【表４】
2004085563.tif 000025
【００８０】
　計測の結果、磁束密度は性能表から導出した結果と極めてよく一致した。一方、中心軸上での磁場勾配も性能表から期待される値と、おおむね定量的にも一致した。ただし本来存在しないはずの周方向、半径方向成分の磁場勾配がゼロにならなかったことは、測定誤差によるものである。この原因としては、まず、磁場分布が軸対称であるのに対し、磁化力センサーはX, Y, Z軸で張られた直方体であることが考えられる。またガウスメーター
の向きと磁場の向きの不一致に原因があり、ガウスメーターがわずかに傾いていた可能性も考えられる。しかし、Z軸方向成分の値と比べればX軸方向成分およびY軸方向成分はは
るかに小さく、またこの誤差はガウスメーターの固定の仕方に依存した機械的な誤差であるため、将来、よりがっちりした構造を持たせる改良によって改善できるはずである。だから磁場勾配の計測という目的に関しては、本試作機は予想通りの結果を得ることができたものと考えられる。
３．中心軸から水平方向に15ｍｍ偏心した位置での磁化力の測定結果
　性能表による計測値の参考が可能な場合はあくまで中心軸上で計測する場合のみであって、中心から偏心した場所では、参照できる値はない。しかし偏心した位置で磁化力を計測しなくてはいけない場合の方がはるかに多く一般的なので、次に中心から水平方向に15mm偏心させた位置での磁場勾配についても計測した。このような偏心した場合の磁場勾配を求めるには、本試作機のような構造の磁化力センサーを使わないと不可能である。
【００８１】
　計測の結果は図9および表 5, 6, 7 にまとめている。
【００８２】
【表５】
2004085563.tif 000026
【００８３】
【表６】
2004085563.tif 000027
【００８４】
【表７】
2004085563.tif 000028
【００８５】
　図9の (D), (E), (F)はボア内部に設置された高さの違いを示しており、コイル中心か
ら上方にそれぞれ+107mm、+70mm、+40mmの位置である。偏心させるとX方向、Y方向の両方に成分を持つことが予想される。
【００８６】
　計測結果から、磁束、磁化力の両方について、Z軸方向の成分が他の成分の値よりもは
るかに大きく、両者の向きはほとんどがZ軸方向をむいていることが判明したが、X方向、Y方向にも、たしかにゼロでない値を有する測定結果を得た。このように、偏心した位置
で確かにゼロでない値を計測できたことこそ、本試作機が磁束密度と磁場勾配の三次元的計測が可能であることを示しているといえる。つまり本試作機は、ボア中心から偏心した場合でも磁束密度と磁場勾配を計測できることを示すことができた。
　４．結論
　この計測結果は、試作機の段階ですでに充分に精度良く磁化力を計測でき、本発明の方法で実用化に耐えることができる。これは磁場勾配を3次元的に計測できた記念すべき最
初のデータである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】Ax 〜 Hxの中の任意の1枚である磁束密度検出プローブを示す。
【図２】本発明の装置の模式図を示す。
【図３】Z軸方向に対向した2面についてBZと変位を解説した模式図を示す。
【図４】２回軸対称性を持つ本発明装置の模式図を示す。
【図５】４回軸対称性を持つ本発明装置の模式図を示す。
【図６】３回軸対称性を持つ本発明装置の模式図を示す。
【図７】磁化力センサー本体を示す。
【図８】磁化力センサーの性能試験結果. 実線は性能表から予測した磁束密度のZ成分Bz、破線は性能表から予測した磁場勾配MFのZ成分、○計測した磁束密度BのX成分Bx、△計測した磁束密度BのY成分By、□計測した磁束密度BのZ成分Bz、●計測した磁場勾配MFのX成分MFx、▲計測した磁場勾配MFのY成分MFy、■計測した磁場勾配MFのZ成分MFz.（A）コイル中心からZ＝+107mmにおける磁束密度Bと磁場勾配,（B）コイル中心からZ＝+70mmにおける磁束密度Bと磁場勾配,（C）コイル中心からZ＝+40mmにおける磁束密度Bと磁場勾配.
【図９】磁化力センサーの性能試験結果. ○計測した磁束密度BのX成分Bx、△計測した磁束密度BのY成分By、□計測した磁束密度BのZ成分Bz、●計測した磁場勾配MFのX成分MFx、▲計測した磁場勾配MFのY成分MFy、■計測した磁場勾配MFのZ成分MFz.（D）ボア中心軸から15mm偏心した位置で、Z＝+107mmにおける磁束密度と磁場勾配,（E）ボア中心軸から15mm偏心した位置で、Z＝+70mmにおける磁束密度と磁場勾配,（F）ボア中心軸から15mm偏心した位置で、Z＝+40mmにおける磁束密度と磁場勾配.
【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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