(57)【要約】【課題】外力による弾性変形を抑制しながらも軽量化を容易にする磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供する。【解決手段】磁気シールド体１１は、脳磁計１に用いられ、計測位置Ｈを外部の磁場から遮蔽する。磁気シールド体１１は、両端が開口された円筒状の基体４０と、基体４０の内壁面側に溶射工程を経て形成され超伝導体からなるシールド膜５０と、を備え、基体４０は、円筒周方向の全周に亘って延在すると共に、内壁面４０ａ側に不規則形状が現れるように形成され、外力による弾性変形を低下させる構造をなす強化構造部４１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、前記ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、を備える脳磁計に用いられ、前記寒剤容器を囲んで配置され前記ＳＱＵＩＤセンサを外部の磁場から遮蔽するための磁気シールド体であって、
両端が開口された円筒状の基体と、
前記基体の内壁面側に溶射工程を経て形成され超伝導体からなるシールド膜と、を備え、
前記基体は、
円筒周方向の全周に亘って延在すると共に、前記内壁面側に不規則形状が現れるように形成され、外力による弾性変形を抑制する構造をなす強化構造部を有することを特徴とする磁気シールド体。
【請求項２】
前記強化構造部は、
前記基体を構成する円筒壁が前記円筒周方向の全周に亘って屈曲され形成された屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド体。
【請求項３】
前記強化構造部は、
前記基体を構成する円筒壁が前記円筒周方向の全周に亘って一部肉厚にされ内側に突出してなる凸条部を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド体。
【請求項４】
前記強化構造部では、
前記円筒周方向の全周に亘って延在するリブ材が、前記内壁面側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド体。
【請求項５】
前記強化構造部における前記内壁面は、前記強化構造部以外における前記内壁面に対して、９０°以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気シールド体。
【請求項６】
前記シールド膜は、
ビスマス系酸化物超伝導体からなることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の磁気シールド体。
【請求項７】
被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、
前記ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、
請求項１〜６の何れか１項に記載の磁気シールド体と、を備えることを特徴とする脳磁計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳磁計に用いられる磁気シールド体、及び脳磁計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の磁気シールド装置が知られている。この装置は、円筒形状をなす高温超伝導体磁気シールド体を備えている。この装置では、循環する冷却媒体で磁気シールド体を冷却することにより、磁気シールド体の内部空間を外部磁場から遮蔽する機能を有するものである。
【特許文献１】特開平１０−２５６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の磁気シールド体としては、例えばニッケルからなる円筒基板と、その円筒基板の内壁面に成膜された超伝導体のシールド膜とを有する構成が考えられる。そして、この磁気シールド体が脳磁計に適用される際には、中空部に被験者を包み込み、更に被験者の頭の周りに配置されるセンサ類やそのセンサの冷却部をすべて包み込むような配置で一般的に使用される。この場合、脳磁計用磁気シールド体のおおよその寸法は、例えば、直径が約６５０ｍｍ、筒軸方向の長さが約１６００ｍｍといったような大型のものとなる。
【０００４】
脳磁計の組立時や脳磁計の運用時にあっては、磁気シールド体の姿勢が変更される場合もある。この姿勢変更に伴い、磁気シールド体には、自重による弾性変形が発生する。また、脳磁計の設置・運搬時においては、磁気シールド体には、衝撃力による弾性変形が発生しうる。そして、このような弾性変形が大きくなりすぎると、磁気シールド体各部に発生する歪みが大きくなり、比較的歪みに弱いシールド膜が破損する原因となるおそれもある。従って、磁気シールド体は、外力による弾性変形を抑えるために、円筒基板の厚さをある程度以上確保する必要がある。その結果、円筒基板が一定の重量を必要とすることとなり、磁気シールド体の軽量化は難しかった。磁気シールド体を軽量すれば、磁気シールド体の材料費をはじめとした製作コストを低減することができ、また、磁気シールド体の使用時における冷却エネルギーが節約できる等の種々のメリットがあるので、磁気シールド体の軽量化が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、外力による弾性変形を抑制しながらも軽量化を容易にする磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気シールド体は、被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、を備える脳磁計に用いられ、寒剤容器を囲んで配置されＳＱＵＩＤセンサを外部の磁場から遮蔽するための磁気シールド体であって、両端が開口された円筒状の基体と、基体の内壁面側に溶射工程を経て形成され超伝導体からなるシールド膜と、を備え、基体は、円筒周方向の全周に亘って延在すると共に、内壁面側に不規則形状が現れるように形成され、外力による弾性変形を抑制する構造をなす強化構造部を有することを特徴とする。
【０００７】
この磁気シールド体では、基体が強化構造部を有しており、外力による基体の弾性変形が抑制される。従って、磁気シールド体の姿勢変更の際に生じる自重による弾性変形や、脳磁計の設置・運搬時の衝撃力より磁気シールド体に生じる弾性変形が、単なる円筒形状の場合よりも小さくなる。その結果、磁気シールド体の弾性変形に起因するシールド膜の破損を抑制しながらも、基体の厚みを薄くすることができる。よって、基体を軽量化することが可能となり、磁気シールドの軽量化が容易になる。
【０００８】
また、この磁気シールド体の基板は、内壁面側に不規則形状が現れるような強化構造部を有している。従って、この基板には、外壁面側に不規則形状が現れないように強化構造部を形成することも可能になる。その結果、基板外壁面側に磁気シールド体の冷却用の冷媒管等を形成する場合においても、強化構造部が障害になりにくい。なお、ここで、不規則形状とは、円筒の内壁面或いは外壁面が一様な円柱面ではなくなるような形状をいう。
【０００９】
また、この磁気シールド体のシールド膜は、基体の内壁面側に溶射工程を経て形成される。この種の溶射工程では、超伝導体の材料を基体の内側から螺旋軌道で内壁面に吹き付けるといった方法が広く用いられる。この磁気シールド体では、上記のような螺旋軌道での吹き付けを採用した場合にも、基体の内壁面側の不規則形状が円筒周方向に延在しているので、吹き付け対象の面の形状が強化構造部において極端に不連続になることがなく、溶射膜の膜厚の均一性が悪化しにくい。
【００１０】
また、強化構造部は、基体を構成する円筒壁が円筒周方向の全周に亘って屈曲され形成された屈曲部を有することとしてもよい。このような屈曲部が存在すれば、基体の剛性が向上し、外力による磁気シールド体の弾性変形が抑制される。
【００１１】
また、強化構造部は、基体を構成する円筒壁が円筒周方向の全周に亘って一部肉厚にされ内側に突出してなる凸条部を有することとしてもよい。このような凸条部が存在すれば、基体の剛性が向上し、外力による磁気シールド体の弾性変形が抑制される。
【００１２】
また、強化構造部では、円筒周方向の全周に亘って延在するリブ材が、内壁面側に固定されていることとしてもよい。このようなリブ材が存在すれば、基体の剛性が向上し、外力による磁気シールド体の弾性変形が抑制される。
【００１３】
また、強化構造部における内壁面は、強化構造部以外における内壁面に対して、９０°以下の角度で傾斜していることが好ましい。このような構成により、強化構造部における内壁面とそれ以外の部位の内壁面とを滑らかに繋ぐことができるので、溶射工程を経て形成されるシールド膜が強化構造部において膜厚不均一になることを抑えることができる。
【００１４】
また、シールド膜は、ビスマス系酸化物超伝導体からなることとしてもよい。
【００１５】
また、被験者の脳から発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサと冷却用の寒剤とを収納する寒剤容器と、上記の何れかの磁気シールド体と、を備えることを特徴とする。この脳磁計の構成によれば、脳磁計における磁気シールド体の軽量化が図られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外力による弾性変形を抑制しながらも軽量化を図ることができる磁気シールド体、及びこのような磁気シールド体を備える脳磁計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る磁気シールド体及び脳磁計の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１に示す脳磁計１は、計測ユニット１Ａ内の計測位置Ｈに頭が位置するように被験者Ｐを着座させ、当該被験者Ｐの脳の神経活動に伴って発生する微弱な磁場を非接触で計測、解析する装置である。この計測ユニット１Ａは、計測位置Ｈの周囲に配置され、脳で発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤ（Superconducting QuantumInterference Device）センサ３を備えている。また、計測ユニット１Ａは、ＳＱＵＩＤセンサ３を冷却するため、このＳＱＵＩＤセンサ３と液体ヘリウム（寒剤）５とを収納する断熱容器のジュワー７を備えている。更に、計測ユニット１Ａは、ジュワー７を包囲するように配置されると共に、被験者Ｐを覆う筒型体１５を備えている。なお、筒型体１５とジュワー７との間には断熱材１９が充填されている。
【００１９】
この脳磁計１では、被験者Ｐの脳で発生する極めて微弱な磁場を検出する必要があるので、計測位置Ｈの近傍から外部磁場の影響を除去する必要がある。このため、筒型体１５は、筒軸が計測位置Ｈを通るように配置された筒状の磁気シールド体１１を備えている。磁気シールド体１１は、ジュワー７を包囲して筒型体１５の外筒部１５ａに支持されると共に、筒型体１５の上下寸法とほぼ同じ寸法で延在し、外筒部１５ａと内筒部１５ｂとの間の間隙に内蔵されている。また、計測位置Ｈは、筒軸上に位置すると共に、上下方向においても磁気シールド体１１の全長のほぼ中央に位置している。
【００２０】
この磁気シールド体１１は、図２及び図３に示すように、ニッケルからなる円筒状の基板４０と、当該基板４０の内壁面４２全体に成膜されたシールド膜５０とを備えている。シールド膜５０は、ビスマス系酸化物超伝導体からなり、磁束侵入長よりも十分に大きい膜厚を有している。ここで、シールド膜５０に用いられるビスマス系酸化物超伝導体としては、例えば、組成式Bi2Sr2Ca2Cu3Oxで表されるＢｉ２２２３、或いは、組成式Bi2Sr2CaCu2Oxで表されるＢｉ２２１２が好適に採用される。
【００２１】
また、筒型体１５（図１）には、磁気シールド体１１の外壁面に沿って冷媒を流通させる冷媒管（図示せず）が更に内蔵されている。そして、この冷媒管に、脳磁計１の冷凍機ユニット１Ｂから送出される極低温の冷媒（例えば、ここではヘリウム）を循環させることで、磁気シールド体１１のシールド膜５０が、超伝導転移温度まで冷却され、完全反磁性を発揮する。そして、このシールド膜５０の完全反磁性によって、磁気シールド体１１に包囲された計測位置Ｈが外部磁場から遮蔽されるので、ＳＱＵＩＤセンサ３においては外部磁場によるノイズをほとんど排除した微弱な磁場計測が可能になる。なお、当然ながら、この脳磁計１は、シールド膜５０の下部臨界磁場を超えない外部磁場の環境下で使用される。
【００２２】
上記の磁気シールド体１１について、図２及び図３を参照しながら更に詳細に説明する。なお、以下では、磁気シールド体１１の筒軸Ａの延在方向を上下方向とし、図２に示す状態に対応して「上」、「下」の語を説明に用いる場合がある。
【００２３】
図２及び図３に示すように、磁気シールド体１１は、上下両端が開口された円筒状のニッケル製の基体４０を備えている。この基体４０の中央部には、基体４０の剛性を向上するための強化構造部として、屈曲部４１が形成されている。この屈曲部４１は、基体４０の円筒壁が円筒周方向の全周に亘って内側に凸になるように屈曲されて形成されている。そして、この基体４０の内壁面４２全体に、シールド膜５０が形成されている。
【００２４】
このシールド膜５０の形成方法は次の通りである。まず、基板４０の中空部にプラズマ溶射装置を挿入し、ビスマス系酸化物超伝導体の材料（例えば、Bi2Sr2Ca2Cu3或いはBi2Sr2CaCu2）を用い、プラズマ溶射加工によって基板４０の内壁面４２全体に溶射膜を形成させる。このとき、プラズマ溶射装置は、基板４０の内壁面４２に対して、螺旋状にビスマス系酸化物超伝導体の材料を吹き付け、溶射膜を形成していく。すなわち、溶射装置のノズルからの吹きつけ位置を円筒周方向に移動させながら、同時に、円筒周方向の移動速度よりも十分に遅い速度で、吹きつけ位置を円筒母線方向に移動させる。その後、形成された溶射膜を焼成してシールド膜５０を完成させる。
【００２５】
前述の通り、屈曲部４１が基板４０の内壁面４２側に突出しているが、この突出部が円筒周方向に延在しているので、プラズマ溶射工程で超伝導体の材料を内側から螺旋軌道で吹き付ける際に、吹きつけ対象の面の形状が極端に不連続になることがなく、溶射膜の膜厚の均一性が悪化しにくい。また、屈曲部４１における内壁面４２ｂの、屈曲部４１以外における内壁面４２ａに対する傾斜角αは、最大でも９０°以下である。従って、屈曲部４１の内壁面４２ｂにおいても、吹き付けの角度が屈曲部４１以外の内壁面４２ａから極端に変化することがなく、膜厚の均一性が悪化しにくい。また、上記傾斜角αを９０°以下とする構成により、屈曲部４１における内壁面４２ａとそれ以外の部位の内壁面４２ｂとを滑らかに繋ぐことができるので、溶射膜が屈曲部４１において膜厚不均一になることを抑えることができる。従って、この屈曲部４１の構成によれば、プラズマ溶射工程で内壁面４２に形成されるシールド膜５０の膜厚均一性の悪化を抑えることができる。
【００２６】
以上のような脳磁計１の磁気シールド体１１は、脳磁計１の組立時や脳磁計１の運用時などに、姿勢（傾き）が変更されることもある。また、脳磁計１の設置・運搬時には、磁気シールド体１１に、衝撃力が作用する場合もある。このような姿勢変更時における自重や、設置・運搬時における衝撃力に起因して、磁気シールド体１１には弾性変形が生じる。この弾性変形が大きすぎると、各部の歪みも大きくなり、比較的歪みに弱いシールド膜５０が破損するおそれもある。そして、シールド膜５０が破損すると、超伝導体磁気シールドとしての磁気シールド体１１の性能が損なわれてしまう。そこで、磁気シールド体１１の弾性変形は所定の基準以下に抑えなければならない。
【００２７】
通常、この種の円筒状の磁気シールド体においては、弾性変形を所定の基準以下に抑えるべく、基板の肉厚をある程度確保することが必要である。ところが、この磁気シールド体１１の基板４０には、前述の通り屈曲部４１が形成されているので、この屈曲部４１の存在によって基板４０全体の剛性が向上しており、単なる円筒形状の基板よりも、弾性変形が小さく抑えられる。すなわち、屈曲部４１は、外力による磁気シールド体１１の弾性変形を抑制する強化構造部として機能する。
【００２８】
なお、この磁気シールド体１１の形状に鑑みれば、磁気シールド体１１の変形のうち、筒軸Ａを含む平面内での曲げ変形（撓み）が、シールド膜５０の破損を最も発生させやすい。これに対し、磁気シールド体１１においては、上記の曲げ変形に対する剛性が、屈曲部４１の存在によって向上するので、この曲げ変形が抑制され、シールド膜５０の破損を効果的に抑制することができる。また、屈曲部４１は、円筒径方向の圧縮変形に対する磁気シールド体１１の剛性も向上させる。
【００２９】
従って、この基板４０は、上記の弾性変形の基準を確保しながらも、単なる円筒形状の基板に比較して、厚みを薄くすることができる。よって、この磁気シールド１１によれば、軽量化を図ることが容易になる。その結果、磁気シールド１１の材料費をはじめとした製作コストが低減されるとともに、磁気シールド体１１の冷却のためのエネルギーが低減され脳磁計１の運用コストを低減することができる。また、磁気シールド体１１の軽量化により、脳磁計１のオペレーションが容易になるという効果もある。
【００３０】
また、この屈曲部４１では、内壁面４２側に突出部（不規則形状）が現れ外壁面側には突出部が現れないので、磁気シールド体１１の冷却用の冷媒管を外壁面側に設ける際に、屈曲部４１が障害になりにくい。
【００３１】
（第２実施形態）
第２実施形態の脳磁計は、適用される磁気シールドの形状のみが、前述の脳磁計１と相違している。すなわち、この実施形態の脳磁計は、磁気シールド１１に代えて、図４に示す磁気シールド２１１を備えている。磁気シールド２１１の基板２４０は、ニッケルからなり円筒形状をなしている。そして、基板２４０の中央の強化構造部２４１には、台形断面をなす凸条部２４１ａが形成されている。凸条部２４１ａは、基板２４０の円筒壁の一部分が肉厚にされて内壁面２４２側に突出するように形成され、円筒周方向の全周に亘って延在している。また、凸条部２４１ａにおける内壁面２４２ｂの、凸条部２４１以外における内壁面２４２ａに対する傾斜角α２は、最大でも９０°以下である。
【００３２】
このような強化構造部２４１を有する磁気シールド２１１においても、前述したような磁気シールド１１と同様の作用効果が得られる。なお、磁気シールド体２１１においては、筒軸を含む平面内での曲げ変形に対する剛性が、凸条部２４１ａの存在によって向上するので、この曲げ変形が抑制され、シールド膜５０の破損を効果的に抑制することができる。また、凸条部２４１ａは、円筒径方向の圧縮変形に対する磁気シールド体２１１の剛性も向上させる。この磁気シールド２１１において、磁気シールド１１と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３３】
（第３実施形態）
第３実施形態の脳磁計は、適用される磁気シールドの形状のみが、前述の脳磁計１と相違している。すなわち、この実施形態の脳磁計は、磁気シールド１１に代えて、図５に示す磁気シールド３１１を備えている。この磁気シールド３１１において、基板３４０の円筒部分３４０ａはニッケルからなる。そして、基板３４０中央の強化構造部３４１においては、円筒部分３４０ａの内側に、円筒周方向の全周に亘って、円環形状のリブ材３４３が溶接されている。リブ材３４３は、基板３４０の円筒部分３４０ａの材料と同じ材料（ここでは、ニッケル）であってもよく、円筒部分３４０ａとは異なる材料を用いてもよい。このリブ材３４３は内側の幅が狭くされた台形断面をなすので、強化構造部３４１における内壁面３４２ｂの、強化構造部３４１以外の内壁面３４２ａに対する傾斜角α３は、最大でも９０°以下である。
【００３４】
このような強化構造部３４１を有する磁気シールド３１１においても、前述したような磁気シールド１１と同様の作用効果が得られる。なお、磁気シールド体３１１においては、筒軸を含む平面内での曲げ変形に対する剛性が、リブ材３４３の存在によって向上するので、この曲げ変形が抑制され、シールド膜５０の破損を効果的に抑制することができる。また、リブ材３４３は、円筒径方向の圧縮変形に対する磁気シールド体３１１の剛性も向上させる。この磁気シールド３１１において、磁気シールド１１と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３５】
本発明は、上述の第１〜第３実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、基板４０には、内壁面側に凸となるような屈曲部４１が形成されているが、外側に凸となるような屈曲部が形成されてもよい。また、第１〜第３実施形態では、基板の各強化構造部を中央に設けている。強化構造部の位置を中央とすれば、基板の剛性を効果的に向上させる点で好ましいが、強化構造部の位置は限定されない。また、ニッケル製の基板に代えて、セラミック製の基板を採用してもよい。
【００３６】
また、第１〜第３実施形態では、基板に強化構造部を１カ所ずつ設けているが、図６に例示するように、基板には、複数の強化構造部を設けてもよい。図６の磁気シールド体４１１の基板４４０には、２カ所の屈曲部４１が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る脳磁計の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る磁気シールド体の第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】図２の磁気シールド体の断面図である。
【図４】本発明に係る磁気シールド体の第２実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る磁気シールド体の第３実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る磁気シールド体の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…脳磁計、３…ＳＱＵＩＤセンサ、５…液体ヘリウム（寒剤）、７…ジュワー（寒剤容器）、１１，２１１，３１１，４１１…磁気シールド体、４０，２４０，３４０，４４０…基板（基体）、４１…屈曲部（強化構造部）、４２，２４２，３４２…内壁面、５０…シールド膜、２４１，３４１…強化構造部、２４１ａ…凸条部、３４３…リブ材、Ｐ…被験者。
【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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