(57)【要約】【課題】  永久磁石対向型磁気回路において、磁場均一性をより向上させることを目的とする。【解決手段】  空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石２と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄３と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片４とを含む永久磁石対向型磁気回路１であって、該磁気回路の上部に設けられた付加磁性体６をさらに含む永久磁石対向型磁気回路を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、
該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、
該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と
を含む永久磁石対向型磁気回路であって、
該磁気回路の上部に設けられた付加磁性体をさらに含む永久磁石対向型磁気回路。
【請求項２】
前記継鉄が、前記１対の永久磁石をそれぞれ有する上部継鉄および下部継鉄と、該上部継鉄および該下部継鉄を磁気的に結合する柱状継鉄とを含み、前記付加磁性体が、該柱状継鉄の側部上方および／または該上部継鉄上に設けられた請求項１に記載の磁気回路。
【請求項３】
空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、
該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、
該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と
を含む永久磁石対向型磁気回路の上部に付加磁性体を設けて磁界を調整する磁気回路磁界調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型磁気回路および磁界調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩとも記す）向けの永久磁石を用いた磁場発生装置は希土類磁石を用いた磁石対向型磁気回路が主流となっている。図４に、従来の永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。図４に例示するように、磁石対向型磁気回路１０１では、磁石１０２からの磁束を通すための継鉄１０３と磁石１０２、そして空隙側に均一な磁界を発生させるために一般に磁石表面に軟鉄など軟質磁性体からなる磁極片１０４が設けてある。
【０００３】
この永久磁石対向型磁気回路は、空隙を上下の永久磁石によって挟み、空隙内に磁界を発生させることで、超伝導のソレノイドコイル型に比べ、開口部が広く被験者の受ける閉塞感が緩和されるという特長を持つ。しかしながら、磁石が上下に分かれているため、空隙内の磁界に上下方向の不均一が発生し易いという問題点があった。このような上下における磁場の不均一の補正方法としては、特許文献１に記載のように磁性体による位置調整機構を設けて上下の磁石それぞれを調整する方法が用いられている。しかしながら、このような機構による補正量にも限界があるため、上下方向における磁場の不均一はできるだけ無いほうが好ましい。よって、磁石対向型磁気回路は一般に上下対称形となっている。
【特許文献１】特許第３１１３５１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、磁気回路の台座は一般に十分な強度を持ち、安価な鉄が使用されている。しかしながら、台座が鉄であるために下の磁石の方が、磁気効率が良くなり、これも空隙内の磁界の上下方向における不均一が発生する一因となっていた。さらに、一般に部屋の温度は、磁気回路の下部の方が低く、上の方が高い。一般に永久磁石は温度が高くなると、磁束密度が小さくなり発生する磁界が小さくなる。この温度による問題も、磁気回路下側の磁石からの磁界を大きくする一因となっていた。
【０００５】
本発明は、永久磁石対向型磁気回路において、磁場均一性をより向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題は、磁気回路の下側には鉄等からなる台座があることによる磁石の磁気効率の違いと、磁気回路の上下間の温度の違いとによって発生し、何れの要因によっても磁気回路の下側の磁界が強くなっていた。そこで、本発明では上側の磁石の磁気効率を高めることで、下側の磁界が高くなることに対応できる磁気回路を提案するものである。
【０００７】
すなわち、本発明の１の側面によると、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片とを含む永久磁石対向型磁気回路であって、該磁気回路の上部に設けられた付加磁性体をさらに含む永久磁石対向型磁気回路が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の側面によると、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片とを含む永久磁石対向型磁気回路の上部に付加磁性体を設けて磁界を調整する磁気回路磁界調整方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以下に詳細に説明するように、本発明によると、磁気回路の上部と下部との磁気効率の均衡がとれ、磁場均一性がより向上した永久磁石対向型磁気回路が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１１】
図１に、本発明の１の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。図１に示すように、本発明にかかる永久磁石対向型磁気回路１は、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石２と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄３と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片４と、該磁気回路の上部に設けられた付加磁性体６とを含む。説明の便宜のため、永久磁石対向型磁気回路の台座および付加磁性体を除く部分のうち、上部と下部とが対称である態様について説明する。ただし、上下非対称であっても構成が同じであれば本発明を適用できる。
【００１２】
永久磁石２は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。厚み方向に磁化された１対の永久磁石が、空隙を隔てて対向し、空隙に主磁場を形成する。特にＭＲＩに用いられる磁気回路の場合、一般に、主磁場は、０．１Ｔ以上の磁場強度を有する。特に限定されるものではないが、永久磁石としては、フェライト、アルニコ、希土類磁石等の焼結、ボンド磁石を用いることでき、エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系希土類焼結磁石を用いると、磁石使用量が少なくてすみ、装置の小型化が可能となるため好ましい。永久磁石の形状は、円状、四角形状等であり、特に限定されるものではないが、磁極片と同様な形状がよい。磁化の方向は、互いに向き合う永久磁石の面に実質的に垂直な方向（厚さ方向）で、一般に同一の向きである。特にＭＲＩに用いられる磁気回路の場合、一般に、磁気回路の主磁場を形成する永久磁石は、１Ｔ以上の残留磁束密度をもつ磁石材料を使用して構成されている。
【００１３】
継鉄３は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。継鉄が、永久磁石間の空隙の外側に設けられ、永久磁石を磁気的に結合する。これにより閉磁路が形成される。継鉄の形状は、特に限定されるものではなく、任意の形状にすることができ、例えば、Ｃ型、Ｈ型、円筒状、ロ型、二本柱型とすることができる。本発明は、特にＣ型の磁気回路に適用すると好ましい。Ｃ型の磁気回路は、比較的構造的に強度が低く、開口部の開閉方向の振動が発生する問題があるが、本発明によると、以下に詳細に説明するように、磁気回路の強度を向上させることもできるからである。より具体的には、実質的に平行な一対の板状継鉄を柱状継鉄で支持し、この板状継鉄の対向する面に永久磁石を設けることができる。
【００１４】
磁極片４は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片が、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられる。これにより、磁気回路の磁場の均一度が向上する。すなわち、空隙の中心部に球または楕円状の空間（評価空間とも記す）を仮想的に設け、この評価空間内の磁場分布により磁気回路の磁場の均一度を評価した場合、磁極片が単純な円盤形状の時、評価空間の赤道部の磁場強度は、極部に比較して低くなる。一方で、周囲に周辺突起部を設けた磁極片を使用した場合、評価空間の赤道部と周辺突起部の物理的距離が近くなり、赤道部の磁場強度が向上するため、評価空間全体の磁場均一度が向上する。また、さらに磁場均一度を向上させるため、磁極片の底部に周状の小さな突起（周辺突起部より段差の小さいもの）を複数段設けることもできる。
【００１５】
一般に、磁極片の空隙側の凹部には、対向する磁極片の空隙側に傾斜磁場を発生させるために一対の傾斜磁場コイル（図示せず）を設けることができる。この傾斜磁場コイルにより、磁極片空隙側の磁場均一空間に対して意図的に磁場の均一性を線形に乱すことができる。このとき、不均一磁場を含むＮＭＲ信号を受信すれば、信号の画像化の際に空間情報を付随することができる。
【００１６】
さらに、本発明にかかる磁気回路は、該磁気回路を支持するための台座５を含んでもよい。すなわち、本発明にかかる磁気回路は、継鉄の下方に設けられた台座を含んでもよい。特に限定されるものではないが、台座に使用する材料としては、鉄等の磁性材料、アルミニウム、真鍮、非磁性のステンレス等の非磁性材料が使用できる。また、特に限定されるものではないが、台座の形状は、角柱、円柱等の任意の脚状の台座とすることができる。また、台座の配置は、それぞれの台座に磁気回路の重量が均等にかかるように配置すると好ましい。具体的には、３点支持、４点支持などにより、磁気回路を固定させることができる。例えば、Ｃ型の磁気回路を３点支持する場合、図１に示すように、底面の板状継鉄の開口端と柱状継鉄の下方の２隅とに台座を設置することができる。また、例えば、Ｃ型の磁気回路を４点支持する場合（図示せず）、底面の板状継鉄の４隅に台座を設置することができる。なお、台座は、磁気回路における下部の継鉄に、ボルト等で直接固定することができる。
【００１７】
さらに、本発明にかかる磁気回路は、該磁気回路の上部に設けられた付加磁性体６を含む。本発明者らは、付加磁性体を設けることで、磁気回路の上部と下部との磁気効率の均衡をとり、磁場均一性をより向上することができることを見出した。また、本発明の付加磁性体を磁気回路の上部に強固に取り付けることで、構造上の補強材としての効果も同時に得られる。
【００１８】
従来の磁気回路にあっては、磁気回路の下側の磁界を強くする外部要因として、台座等の磁性体や室温の温度分布がある一方で、上側の磁界を高くする要因が無い。一方で、本発明にかかる磁気回路にあっては、磁気回路の上部に付加磁性体を設け、磁気回路上側の磁気効率をあらかじめ上げることで、磁気回路の上部と下部との磁気効率の均衡をとり、磁場均一性をより向上することができると考えられる。さらに、本発明にあっては、磁気回路の上部に付加磁性体を設けることで、磁気回路の強度を上げることができる。すなわち、磁束の集中する継鉄柱部は構造上応力の集中するところであり、特にＣ型の磁気回路の場合、開口部の開閉方向の振動が発生する問題がある。しかしながら、本発明によると、付加磁性体を磁気回路の補強に用いることにより、磁気回路の強度を上げ、振動を抑える効果も得られる。
【００１９】
特に限定されるものではないが、付加磁性体に使用する材料として、好ましくは、軟鉄、中でも構造用圧延鋼や炭素鋼、鋳鋼、鋳鉄、純鉄や電磁軟鉄等の鉄材、その中でもさらに好ましくは磁束密度１．６〜２．３Ｔの軟鉄などの安価な鉄材が使用できる。また、付加磁性体の磁束密度および比透磁率はより高いほうが望ましい。その理由は、付加磁性体を取り付けてより効果のあるところは、磁束の継鉄の集中する部分であり、継鉄からの漏洩磁束が発生して磁気効率が落ちる部分であるためである。付加磁性体の磁束密度が高いほうがより多くの磁束を付加磁性体中に流すことができ、また比透磁率が高いほうがより磁束を付加磁性体の方に誘導できるため、漏洩磁束を減らして磁気効率を上げることができるためである。特に限定されるものではないが、付加磁性体の飽和磁束密度は、好ましくは１．６Ｔ以上、さらに好ましくは１．６〜２．３Ｔである。これは、一般に継鉄として使用される材料の飽和磁束密度の範囲がこの程度であり、付加磁性体としては継鉄の材料同等またはそれ以上のものが望ましいためである。また、特に限定されるものではないが、付加磁性体の最大比透磁率は、好ましくは１０００以上、さらに好ましくは１０００〜１２０００である。これもまた、一般に継鉄として使用される材料の最大比透磁率の範囲がこの程度であり、付加磁性体としては継鉄の材料同等またはそれ以上のものが望ましいためである。
【００２０】
また、付加磁性体の形状は、直方体、立方体、円筒、円柱等さまざまな形状のものから選択することができる。なかでも立方体、直方体は必要に応じて付加磁性体を組み合わせることで、付加する磁性体の量を好適に調整できるため好ましい。磁性体の大きさは、調整が必要な割合に応じて、適宜設定されるべきものである。特に限定されるものではないが、台座が鉄等の磁性材からなる場合、付加磁性体として、台座と同程度またはそれ以上の重量の磁性材を用いることが望ましい。これにより、上下の磁性材の不均衡を解消できるためである。
【００２１】
なお、付加磁性体は、磁気回路の上部に設ける。ここで、磁気回路の上部は、磁気回路のうち、空隙中心より上方の部分をいうものとする。これにより、磁気回路の上部と下部との磁気効率の均衡をとり、磁場均一性をより向上させることができる。ここで、付加磁性体は、磁気回路の上部により多くの重量を設けていれば、磁気回路の下部にも設けることもできる。なお、特に限定されるものではないが、付加磁性体は、継鉄にボルト等で直接固定することができる。
【００２２】
より具体的には、継鉄が、１対の永久磁石をそれぞれ有する上部継鉄および下部継鉄と、上部継鉄および下部継鉄を磁気的に結合する柱状継鉄とを含む磁気回路において、付加磁性体は、上部継鉄上およびその近傍に、すなわち、柱状継鉄の側部上方および／または上部継鉄上に設けることが好ましい。ここで、柱状継鉄の側部上方は、柱状継鉄の側部のうち、対向する永久磁石のそれぞれに等距離の面より上方の部分をいうものとする。
【００２３】
また、付加磁性体は、磁気回路の上部に設ければよいが、図１〜図３に示すように、磁束が集中する上部継鉄と柱状継鉄との継ぎ目付近に設けることがより望ましい。磁束が集中する継ぎ目付近に付加磁性体を配置することで、さらに漏洩磁界を低減することができるためである。より具体的には、付加磁性体を、上部継鉄と柱状継鉄との継ぎ目の少なくとも一部をまたぐように取り付けると好ましい。また、付加磁性体を、上部継鉄のうち、柱状継鉄の真上に相当する部分の少なくとも一部を覆うように取り付けることもできる。なお、付加磁性体を取り付ける位置は、対向する永久磁石間の空隙、すなわち均一空間に対して、継鉄の外側が望ましい。継鉄内側に付加磁性体を設けた場合、付加磁性体の位置が均一空間に近くなるため、磁場均一度に悪い影響を及ぼしかねないためである。また、用いる付加磁性体の数は、１つとしてもよいし、複数としてもよい。これは、磁場調整の必要性に応じて、適宜設定されるべきものである。
【００２４】
より具体的には、図１に示すように、１対の永久磁石をそれぞれ有する板状の上部継鉄および下部継鉄と、上部継鉄および下部継鉄を磁気的に結合する板状の柱状継鉄とを含むＣ型磁気回路において、直方体の付加磁性体６の複数を、それぞれの一端が、上部継鉄の柱状継鉄と結合している端に達し、これにより、それぞれの一部が、上部継鉄のうち、柱状継鉄の真上に相当する部分の一部を覆い、さらに、それぞれの長手方向が、上部継鉄の柱状継鉄と結合している端から開口部側へと向かうように配置することができる。このような態様は、以下の点で好ましい。すなわち、磁束の集中する上部継鉄と柱状継鉄の継ぎ目付近に確実にかかるようにする一方、磁束の集中の緩和する開口部側には付加磁性体が及ばないようにするためである。さらに加工の容易な形状であり安価に製造できる。
【００２５】
図２に、本発明の他の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。すなわち、図２に示すように、１対の永久磁石をそれぞれ有する板状の上部継鉄および下部継鉄と、上部継鉄および下部継鉄を磁気的に結合する板状の柱状継鉄とを含むＣ型磁気回路において、直方体の付加磁性体６の１つを、その一端が、上部継鉄の柱状継鉄と結合している端に達し、これにより、その一部が、上部継鉄のうち、柱状継鉄の真上に相当する部分の全域およびその他の部分の一部を覆うように配置することができる。このような態様は、以下の点で好ましい。すなわち、磁束の集中する継ぎ目のほぼ全面にかかっており、磁気効率を上げる効果が高い。さらに安価で入手可能な材料（板材）を使用できるためである。
【００２６】
図３に、本発明の他の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。すなわち、図３に示すように、１対の永久磁石をそれぞれ有する板状の上部継鉄および下部継鉄と、上部継鉄および下部継鉄を磁気的に結合する板状の柱状継鉄とを含むＣ型磁気回路において、Ｌ字型の付加磁性体６の複数を、上部継鉄と柱状継鉄との継ぎ目の一部をまたぎ、その一部が、柱状継鉄の真上に相当する部分の一部およびその他の部分の一部を覆うように配置することができる。このような態様は、以下の点で好ましい。すなわち、上部継鉄のみならず柱状継鉄にもかかっており、さらに補強効果も期待できるためである。
【実施例】
【００２７】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施例は本発明を限定するものではない。
【００２８】
実施例にかかる磁気回路として、図１に示したような、Ｃ型の磁気回路を製造した。磁気回路は、中心磁場強度０．２Ｔ、Ｇａｐ３８０ｍｍとした。さらに、磁気回路に、断面が１００ｍｍ×８００ｍｍであり、軟鉄製で、磁束密度が１．８Ｔ、比透磁率が２１００である付加磁性体を２本設けた。これらの付加磁性体６は、それぞれの一端が、上部継鉄の柱状継鉄と結合している端に達し、これにより、それぞれの一部が、上部継鉄のうち、柱状継鉄の真上に相当する部分の一部を覆い、さらに、それぞれの長手方向が、上部継鉄の柱状継鉄と結合している端から開口部側へと向かうように配置した。これらの付加磁性体は、ボルトで上側継鉄に取り付けた。また、比較例にかかる磁気回路として、付加磁性体を設けない以外は、上記実施例にかかる磁気回路を同様とした磁気回路を製造した。
【００２９】
実施例および比較例にかかる磁気回路を、実際に磁気回路が使用される環境におき、付加磁性体と磁場均一性との関係について、以下のように試験した。この際、室温の温度分布は、エアコンで空調した状態で床から２０ｃｍで２０．３℃，床から１５０ｃｍで２１．５℃であった。実施例および比較例にかかる磁気回路のそれぞれについて、均一度をＮＭＲテスラメーターにより測定した。均一度は以下のように測定した。すなわち、各磁気回路の永久磁石間のφ３５０ｍｍの球の表面上の１３４点における磁場強度をＮＭＲテスラメーターを用いて測定し、その最大値と最小値の差から均一度を求めた。
【００３０】
付加磁性体の無い比較例にかかる磁気回路にあっては、磁場の均一度は３４７ｐｐｍとなっていた。これは、床の鉄筋等の効果や、温度の上下での差によるものと考えられる。一方で、付加磁性体を設けた実施例にかかる磁気回路にあっては、磁場の均一度は９３ｐｐｍとすることができた。この結果から、本発明によると、付加磁性体により上下不均一を補正できたことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。
【図２】本発明の他の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。
【図３】本発明の他の実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。
【図４】従来の永久磁石対向型磁気回路の模式的な正面図（ａ）、平面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１、１０１：永久磁石対向型磁気回路
２、１０２：永久磁石
３、１０３：継鉄
４、１０４：磁極片
５、１０５：台座
６：付加磁性体
【図１】
2005237501.tif 000003
【図２】
2005237501.tif 000004
【図３】
2005237501.tif 000005
【図４】
2005237501.tif 000006