JP2004279343A - 核磁気共鳴装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】強磁場の環境下でも除振機構本来の性能を十分に発揮させ、振動を抑制し、精密測定を可能とした核磁気共鳴装置を提供する。
【解決手段】強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段２と、振動を抑制するための除振機構３とを備えた核磁気共鳴装置１Ａにおいて、除振機構３が、電空変換器２５を介して加圧空気源３４に接続され、核磁気共鳴手段２に除振のための力を作用させる空気ばね１１をアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ電空変換器２５が核磁気共鳴手段２で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ核磁気共鳴手段２から離して配置されている。
【選択図】 図１
【解決手段】強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段２と、振動を抑制するための除振機構３とを備えた核磁気共鳴装置１Ａにおいて、除振機構３が、電空変換器２５を介して加圧空気源３４に接続され、核磁気共鳴手段２に除振のための力を作用させる空気ばね１１をアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ電空変換器２５が核磁気共鳴手段２で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ核磁気共鳴手段２から離して配置されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振機構を備えた核磁気共鳴装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置は公知である。（例えば、特許文献１参照）。
また、空気ばねを用いたアクティブタイプの除振機構自体も公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５６１１号公報（段落［００１１］、図１）
【非特許文献１】
田川泰敬 他４名、“空気アクチュエータを用いた６自由度微振動制御装置に関する研究（振動絶縁・制振性能の実験的検討）”、日本機械学会Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ’９４講演論文集、Ｎｏ．９４０−２６ （ＩＩ）、ｐｐ．５４４，１９９４．０７
【０００４】
ばね−質点系（定盤及び搭載機器）により構成される除振機構、即ちパッシブタイプの除振機構は、ばね−質点系における固有周波数で共振により振動が増幅されてしまう。これに対して、除振が行われるべき機器、即ち制御対象の振動状態、変位状態を検出する手段、これによる検出信号に基づき、上記制御対象の振動を打消すための信号を出力する制御手段、この制御手段から信号を受けて上記制御対象に上記振動を打消すための力を作用させるアクチュエータ（例：空気ばね、ピエゾ積層体）等を設けてフィードバック制御を行うことにより、上記固有周波数での共振を回避し、上記増幅を抑制するようにした除振機構が上記アクティブタイプの除振機構である。このアクティブタイプの除振機構は、特に、微振動であっても悪影響を受け易い精密機器には不可欠なものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の装置の場合、除振機構としてパッシブタイプの除振機構が用いられており、上述したように固有振動数付近で、振動が増幅されるため、精密測定機器である核磁気共鳴手段の除振には不適当である。即ち、このパッシブタイプの除振機構を用いた核磁気共鳴装置では、装置の振動に伴い、核磁気共鳴スペクトルに振動の周波数に応じたサイドバンドノイズが生じるために精密測定ができないという問題がある。
【０００６】
一方、上述したアクティブタイプの除振機構には、例えばサーボバルブやサーボ型加速度センサのように外部の強磁場の影響を受けて誤作動や動作不良を起こす構成要素が用いられている。このため、このアクティブタイプの除振機構を従来同様の形態で強磁場発生源でもある核磁気共鳴手段に適用して核磁気共鳴装置を形成しても、除振機構が正常に作動せず、上記同様、この核磁気共鳴装置の場合も精密測定ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、強磁場の環境下でも除振機構本来の性能を十分に発揮させ、振動を抑制し、精密測定を可能とした核磁気共鳴装置
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ上記核磁気共鳴手段から離して配置された構成とした。
【０００９】
第２発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が、核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成とした。
【００１０】
第３発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置された構成とした。
【００１１】
第４発明は、第１から第３発明のいずれかの構成に加えて、上記空気ばね及び配管系を非磁性体で形成した構成とした。
【００１２】
第５発明は、第１から第４発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が有する制御手段において，空気ばねと電空変換器の間で発生する流体共振を抑制するために，上記電空変換器が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げる制御を行う構成とした。
【００１３】
第６発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段として圧電型加速度センサを備えた構成とした。
【００１４】
第７発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段としてサーボ型加速度センサを備え，かつこのサーボ型加速度センサが、上記核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る核磁気共鳴装置１Ａを示し、この核磁気共鳴装置１Ａは核磁気共鳴手段２と除振機構３とからなっている。
核磁気共鳴手段２は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するためのもので、磁気画像共鳴手段をも含み、周知のものである。
除振機構３は、核磁気共鳴手段２に対するアクティブ除振のために設けられ、アクチュエータとして空気ばね１１と、検出手段として振動センサＳ１，Ｓ２、変位センサＳ３等を含む制御系１２とからなっている。
【００１６】
空気ばね１１は、設置部Ｐ上に配置された水平レベル調整可能な架台Ｂと除振機構３による振動制御対象である核磁気共鳴手段２との間に介在させられている。換言すれば、核磁気共鳴手段２は空気ばね１１を介して架台Ｂ上に水平に支持されている。
【００１７】
制御系１２には、上述した検出手段（振動センサＳ１，Ｓ２、変位センサＳ３）の他に、設置部振動制御器２１、制御対象振動制御器２２、変位制御器２３、ドライバ２４及び電空変換器２５が設けられている。
振動センサＳ１は、設置部Ｐの振動状態を検出し、検出した振動状態を示す信号は設置部振動制御器２１に入力される。振動センサＳ２は、核磁気共鳴手段２の振動状態を検出し、検出した振動状態を示す信号は加算器３１に入力され、正負逆にして制御対象振動制御器２２に入力される。変位センサＳ３は、設置部Ｐに対する核磁気共鳴手段２の相対的な変位量を検出し、検出した変位量を示す信号は負の信号として加算器３２に入力され。加算器３２には、目標値として設置部Ｐからの核磁気共鳴手段２の所望の浮上量の値が入力されており、この所望の浮上量と上記相対的な変位量との差分を示す信号が加算器３２から変位制御器２３に入力される。
【００１８】
なお、振動センサＳ１，Ｓ２としては、例えば、ピエゾと非磁性の質量体から構成されるサイズモ系を基本としており、磁場の影響を受けない圧電型加速度センサが好適である。一方、振動センサＳ１，Ｓ２としてサーボ型加速度センサを用いるとともに、このサーボ型加速度センサに、核磁気共鳴手段２から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴わせ、この漏洩する磁場が減じられる位置に上記サーボ型加速度センサを配置してもよい。上記サーボ型加速度センサは、ボイスコイル型の電磁駆動部を有しているため磁場の影響を受けるが、微振動分解能は圧電型加速度センサよりも優れた特性を有している。上記磁場を減じる手段については、後述する。
また、変位センサＳ３としては、例えば、渦電流型変位センサ、レーザー変位計が好適である。
【００１９】
設置部振動制御器２１、制御対象振動制御器２２及び変位制御器２３からは、それぞれ入力された信号を打消す制御信号が加算器３３に入力され、これら三つの制御信号が加算された制御信号が加算器３３からドライバ２４に入力される。
空気ばね１１は、核磁気共鳴手段２から、ここで発生する磁場による影響で誤作動や作動不良を起こすことのない距離だけ離れた位置、具体的には、磁束密度が約５ガウス以下になる位置にある電空変換器２５を介して加圧空気源３４に接続しており、上記加算された制御信号が入力されたドライバ２４からの駆動信号に基づき電空変換器２５が作動する。即ち、電空変換器２５が上述した二つの振動状態及び変位量に迅速に応答して、この結果、空気ばね１１内の加圧空気量の調整が連続的に続けられ、核磁気共鳴手段２の除振が行われる。
なお、電空変換器２５としては、例えば、磁石でフラッパーを動作させる電気空気圧サーボバルブが用いられる。
【００２０】
図２は、強磁場を発生する核磁気共鳴手段２に上述したアクティブタイプの除振機構３を適用した本発明に係る核磁気共鳴装置１Ａと、核磁気共鳴手段２にばね−質点系からなるパッシブタイプの除振機構を適用した従来の核磁気共鳴装置のそれぞれにおける除振特性を設置部Ｐの振動状態を基準として示し、横軸が対数目盛で表した振動周波数（Ｈｚ）で、Ｆ０は一次の固有周波数、縦軸が設置部Ｐの振動レベルを基準（＝０）にした場合における核磁気共鳴手段２の振動の増幅率［ｄＢ］、曲線Ｉがアクティブ除振される核磁気共鳴装置１Ａの場合、曲線ＩＩが従来のパッシブ除振される核磁気共鳴装置の場合を示している。この図２から分かるように、固有周波数Ｆ０よりも大きい領域では、核磁気共鳴装置１Ａ及び従来の核磁気共鳴装置のいずれの場合も、同様に良好な減衰特性を示しているが、固有振動数Ｆ０付近では、従来の核磁気共鳴装置の場合、振動を増幅するのに対して核磁気共鳴装置１Ａの場合、良好な減衰特性を示している。
【００２１】
本発明は、核磁気共鳴手段２が図１に示す態様で支持されたものに限定するものでなく、この他、例えば図３或いは図４に示す様に核磁気共鳴手段２が支持されたものも含み、図３及び図４において、図１と共通する部分については、同一番号が付されている。
なお、図３に示す核磁気共鳴手段２は、その上部が空気ばね１１を介して架台Ｂ上に水平に支持され、図４に示す核磁気共鳴手段２は、その側部が空気ばね１１を介して定盤Ｂ上に水平に支持されている。
【００２２】
図５は、本発明に係る別の核磁気共鳴装置１Ｂを示し、上述した核磁気共鳴装置１Ａとは、除振機構３に代えてアクティブタイプの除振機構４を適用した点を除き、他は実質的に同一であり、互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この核磁気共鳴装置１Ｂでは、電空変換器２５は核磁気共鳴装置１Ｂから外部に漏洩する磁場を減ずる手段の一例である磁気シールドボックス４１内に収容されており、必ずしも核磁気共鳴装置１Ａの場合におけるように、核磁気共鳴手段２から離して配置される必要はない。
【００２３】
そして、この核磁気共鳴装置１Ｂにおいては、磁気シールドボックス４１により電空変換器２５に対する外乱としての磁場が遮断され、電空変換器２５への外部磁場の影響が除去されることにより、電空変換器２５の正常な作動が確保されるようになっている。この磁気シールドボックス４１は、例えばパーマロイや純鉄のような透磁率の高い材料により形成されるのが好ましい。
磁場を減ずる手段として、上述した磁気シールドボックスに代えて、或いはこれに加えて、例えば永久磁石或いは磁気発生コイルを用いてもよい。
この場合、永久磁石或いは磁気発生コイルから生じる磁場により、電空変換器２５に入射する核磁気共鳴装置１Ｂからの漏洩磁場を消磁するか、電空変換器２５の感応方向における上記漏洩磁場の入射量を減磁するようにする。
なお、この核磁気共鳴装置１Ｂにおいても、上述したのと同様に、振動センサＳ１，Ｓ２として圧電型加速度センサ或いはサーボ型加速度センサが適用でき、変位センサＳ３として渦電流型変位センサ、レーザー変位計が適用できることは言うまでもない。
【００２４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、必ずしも電空変換器２５を核磁気共鳴装置１Ａの場合におけるように、核磁気共鳴手段２から離して配置しなくとも、また核磁気共鳴装置１Ｂの場合におけるように、必ずしも電空変換器２５を磁気シールドボックス４１内に配置しなくとも、図６に示すように、電空変換器２５を核磁気共鳴手段２からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置してもよく、このように構成された核磁気共鳴装置をも本発明は含むものである。なお、図６において、５１はフラッパー、５２はトルクモータ駆動磁極を示している。
このように、電空変換器２５を核磁気共鳴手段２からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置することにより、電空変換器２５が受ける核磁気共鳴手段２による磁場の影響は弱められる。
【００２５】
また、上述した各装置において、空気ばね１１及び配管系は非磁性体で形成されるのが好ましく、このようにすることにより、電空変換器２５が受ける核磁気共鳴手段２による磁場の影響は一層弱められる。
さらに、上述した各装置において、空気ばね１１と電空変換器２５との間で発生する流体共振を抑制するために、電空変換器２５が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げるようにするのが好ましい。電空変換器２５におけるサーボバルブで空気ばね１１内の圧力制御を行う際に、加圧流体が加圧空気源３４より延びる配管系から容積変化を生じさせられると内部共鳴を起こし、流体が共振し、制御特性の劣化を引起すことになる。しかしながら、電空変換器２５が発生する制御圧力を上述したように修正することにより、電空変換器２５における制御圧力が上記流体共振周波数の近傍で変動する場合においても、他の周波数の場合と同様にアクティブ除振可能となる。
その他、フィードバックループに、例えば加算器３３とドライバ２４との間に共鳴除去フィルタを介在させてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ上記核磁気共鳴手段から離して配置された構成としてある。
このため、核磁気共鳴手段からの漏洩磁気は電空変換器近傍では弱まり、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２７】
第２発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が、核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成としてある。
このため、核磁気共鳴手段からの漏洩磁場は上記磁場を減じる手段により弱められ、電空変換器はこの漏洩磁場から守られ、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２８】
第３発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置された構成としてある。
このため、電空変換器内の被駆動部は核磁気共鳴手段による磁場の影響を受けることなく正常に作動し、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２９】
第４発明によれば、第１から第３発明のいずれかの構成に加えて、上記空気ばね及び配管系を非磁性体で形成した構成としある。
このため、第１から第３発明のいずれかによる効果に加えて、電空変換器が受ける核磁気共鳴手段による磁場の影響を一層弱められる、装置の信頼性をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【００３０】
第５発明によれば、第１から第４発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が有する制御手段において，空気ばねと電空変換器の間で発生する流体共振を抑制するために，上記電空変換器が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げる制御を行う構成としてある。
このため、第１から第４発明のいずれかによる効果に加えて、電空変換器による制御圧力が流体共振周波数の近傍で変動する場合においても、他の周波数の場合と同様にアクティブ除振可能となり、装置の信頼性をさらに一層向上させることができるという効果を奏する。
【００３１】
第６発明によれば、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段として圧電型加速度センサを備えた構成としてある。
このため、第１から第５発明のいずれかによる効果に加えて、強磁場の影響を受けることなく核磁気共鳴手段の振動状態の検出が可能になるという効果を奏する。
【００３２】
第７発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段としてサーボ型加速度センサを備え，かつこのサーボ型加速度センサが、上記核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成としてある。
このため、第１から第５発明のいずれかによる効果に加えて、微振動計測に最適なサーボ型加速度センサを上記核磁気共鳴手段の振動状態の検出にも適用可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る核磁気共鳴装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す核磁気共鳴装置及びパッシブタイプの除振機構を用いた核磁気共鳴装置における除振特性を示す図である。
【図３】図１に示す核磁気共鳴装置における核磁気共鳴手段の別の支持態様を示す図である。
【図４】図１に示す核磁気共鳴装置における核磁気共鳴手段のさらに別の支持態様を示す図である。
【図５】本発明に係る別の核磁気共鳴装置の全体構成及びその適用状態を示す図である。
【図６】核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生する電空変換器を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 核磁気共鳴装置
２ 核磁気共鳴手段
３，４ 除振機構
１１ 空気ばね
１２ 制御系
２１ 設置部振動制御器
２２ 制御対象振動制御器
２３ 変位制御器
２４ ドライバ
２５ 電空変換器
３１ 加算器
３２，３３ 加算器
３４ 加圧空気源
４１ 磁気シールドボックス
５１ フラッパー
５２ トルクモータ駆動磁極
Ｂ 架台
Ｐ 設置部
Ｓ１，Ｓ２ 振動センサ
Ｓ３ 変位センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振機構を備えた核磁気共鳴装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置は公知である。（例えば、特許文献１参照）。
また、空気ばねを用いたアクティブタイプの除振機構自体も公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５６１１号公報（段落［００１１］、図１）
【非特許文献１】
田川泰敬 他４名、“空気アクチュエータを用いた６自由度微振動制御装置に関する研究（振動絶縁・制振性能の実験的検討）”、日本機械学会Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ’９４講演論文集、Ｎｏ．９４０−２６ （ＩＩ）、ｐｐ．５４４，１９９４．０７
【０００４】
ばね−質点系（定盤及び搭載機器）により構成される除振機構、即ちパッシブタイプの除振機構は、ばね−質点系における固有周波数で共振により振動が増幅されてしまう。これに対して、除振が行われるべき機器、即ち制御対象の振動状態、変位状態を検出する手段、これによる検出信号に基づき、上記制御対象の振動を打消すための信号を出力する制御手段、この制御手段から信号を受けて上記制御対象に上記振動を打消すための力を作用させるアクチュエータ（例：空気ばね、ピエゾ積層体）等を設けてフィードバック制御を行うことにより、上記固有周波数での共振を回避し、上記増幅を抑制するようにした除振機構が上記アクティブタイプの除振機構である。このアクティブタイプの除振機構は、特に、微振動であっても悪影響を受け易い精密機器には不可欠なものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の装置の場合、除振機構としてパッシブタイプの除振機構が用いられており、上述したように固有振動数付近で、振動が増幅されるため、精密測定機器である核磁気共鳴手段の除振には不適当である。即ち、このパッシブタイプの除振機構を用いた核磁気共鳴装置では、装置の振動に伴い、核磁気共鳴スペクトルに振動の周波数に応じたサイドバンドノイズが生じるために精密測定ができないという問題がある。
【０００６】
一方、上述したアクティブタイプの除振機構には、例えばサーボバルブやサーボ型加速度センサのように外部の強磁場の影響を受けて誤作動や動作不良を起こす構成要素が用いられている。このため、このアクティブタイプの除振機構を従来同様の形態で強磁場発生源でもある核磁気共鳴手段に適用して核磁気共鳴装置を形成しても、除振機構が正常に作動せず、上記同様、この核磁気共鳴装置の場合も精密測定ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、強磁場の環境下でも除振機構本来の性能を十分に発揮させ、振動を抑制し、精密測定を可能とした核磁気共鳴装置
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ上記核磁気共鳴手段から離して配置された構成とした。
【０００９】
第２発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が、核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成とした。
【００１０】
第３発明は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置された構成とした。
【００１１】
第４発明は、第１から第３発明のいずれかの構成に加えて、上記空気ばね及び配管系を非磁性体で形成した構成とした。
【００１２】
第５発明は、第１から第４発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が有する制御手段において，空気ばねと電空変換器の間で発生する流体共振を抑制するために，上記電空変換器が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げる制御を行う構成とした。
【００１３】
第６発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段として圧電型加速度センサを備えた構成とした。
【００１４】
第７発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段としてサーボ型加速度センサを備え，かつこのサーボ型加速度センサが、上記核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る核磁気共鳴装置１Ａを示し、この核磁気共鳴装置１Ａは核磁気共鳴手段２と除振機構３とからなっている。
核磁気共鳴手段２は、強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するためのもので、磁気画像共鳴手段をも含み、周知のものである。
除振機構３は、核磁気共鳴手段２に対するアクティブ除振のために設けられ、アクチュエータとして空気ばね１１と、検出手段として振動センサＳ１，Ｓ２、変位センサＳ３等を含む制御系１２とからなっている。
【００１６】
空気ばね１１は、設置部Ｐ上に配置された水平レベル調整可能な架台Ｂと除振機構３による振動制御対象である核磁気共鳴手段２との間に介在させられている。換言すれば、核磁気共鳴手段２は空気ばね１１を介して架台Ｂ上に水平に支持されている。
【００１７】
制御系１２には、上述した検出手段（振動センサＳ１，Ｓ２、変位センサＳ３）の他に、設置部振動制御器２１、制御対象振動制御器２２、変位制御器２３、ドライバ２４及び電空変換器２５が設けられている。
振動センサＳ１は、設置部Ｐの振動状態を検出し、検出した振動状態を示す信号は設置部振動制御器２１に入力される。振動センサＳ２は、核磁気共鳴手段２の振動状態を検出し、検出した振動状態を示す信号は加算器３１に入力され、正負逆にして制御対象振動制御器２２に入力される。変位センサＳ３は、設置部Ｐに対する核磁気共鳴手段２の相対的な変位量を検出し、検出した変位量を示す信号は負の信号として加算器３２に入力され。加算器３２には、目標値として設置部Ｐからの核磁気共鳴手段２の所望の浮上量の値が入力されており、この所望の浮上量と上記相対的な変位量との差分を示す信号が加算器３２から変位制御器２３に入力される。
【００１８】
なお、振動センサＳ１，Ｓ２としては、例えば、ピエゾと非磁性の質量体から構成されるサイズモ系を基本としており、磁場の影響を受けない圧電型加速度センサが好適である。一方、振動センサＳ１，Ｓ２としてサーボ型加速度センサを用いるとともに、このサーボ型加速度センサに、核磁気共鳴手段２から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴わせ、この漏洩する磁場が減じられる位置に上記サーボ型加速度センサを配置してもよい。上記サーボ型加速度センサは、ボイスコイル型の電磁駆動部を有しているため磁場の影響を受けるが、微振動分解能は圧電型加速度センサよりも優れた特性を有している。上記磁場を減じる手段については、後述する。
また、変位センサＳ３としては、例えば、渦電流型変位センサ、レーザー変位計が好適である。
【００１９】
設置部振動制御器２１、制御対象振動制御器２２及び変位制御器２３からは、それぞれ入力された信号を打消す制御信号が加算器３３に入力され、これら三つの制御信号が加算された制御信号が加算器３３からドライバ２４に入力される。
空気ばね１１は、核磁気共鳴手段２から、ここで発生する磁場による影響で誤作動や作動不良を起こすことのない距離だけ離れた位置、具体的には、磁束密度が約５ガウス以下になる位置にある電空変換器２５を介して加圧空気源３４に接続しており、上記加算された制御信号が入力されたドライバ２４からの駆動信号に基づき電空変換器２５が作動する。即ち、電空変換器２５が上述した二つの振動状態及び変位量に迅速に応答して、この結果、空気ばね１１内の加圧空気量の調整が連続的に続けられ、核磁気共鳴手段２の除振が行われる。
なお、電空変換器２５としては、例えば、磁石でフラッパーを動作させる電気空気圧サーボバルブが用いられる。
【００２０】
図２は、強磁場を発生する核磁気共鳴手段２に上述したアクティブタイプの除振機構３を適用した本発明に係る核磁気共鳴装置１Ａと、核磁気共鳴手段２にばね−質点系からなるパッシブタイプの除振機構を適用した従来の核磁気共鳴装置のそれぞれにおける除振特性を設置部Ｐの振動状態を基準として示し、横軸が対数目盛で表した振動周波数（Ｈｚ）で、Ｆ０は一次の固有周波数、縦軸が設置部Ｐの振動レベルを基準（＝０）にした場合における核磁気共鳴手段２の振動の増幅率［ｄＢ］、曲線Ｉがアクティブ除振される核磁気共鳴装置１Ａの場合、曲線ＩＩが従来のパッシブ除振される核磁気共鳴装置の場合を示している。この図２から分かるように、固有周波数Ｆ０よりも大きい領域では、核磁気共鳴装置１Ａ及び従来の核磁気共鳴装置のいずれの場合も、同様に良好な減衰特性を示しているが、固有振動数Ｆ０付近では、従来の核磁気共鳴装置の場合、振動を増幅するのに対して核磁気共鳴装置１Ａの場合、良好な減衰特性を示している。
【００２１】
本発明は、核磁気共鳴手段２が図１に示す態様で支持されたものに限定するものでなく、この他、例えば図３或いは図４に示す様に核磁気共鳴手段２が支持されたものも含み、図３及び図４において、図１と共通する部分については、同一番号が付されている。
なお、図３に示す核磁気共鳴手段２は、その上部が空気ばね１１を介して架台Ｂ上に水平に支持され、図４に示す核磁気共鳴手段２は、その側部が空気ばね１１を介して定盤Ｂ上に水平に支持されている。
【００２２】
図５は、本発明に係る別の核磁気共鳴装置１Ｂを示し、上述した核磁気共鳴装置１Ａとは、除振機構３に代えてアクティブタイプの除振機構４を適用した点を除き、他は実質的に同一であり、互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この核磁気共鳴装置１Ｂでは、電空変換器２５は核磁気共鳴装置１Ｂから外部に漏洩する磁場を減ずる手段の一例である磁気シールドボックス４１内に収容されており、必ずしも核磁気共鳴装置１Ａの場合におけるように、核磁気共鳴手段２から離して配置される必要はない。
【００２３】
そして、この核磁気共鳴装置１Ｂにおいては、磁気シールドボックス４１により電空変換器２５に対する外乱としての磁場が遮断され、電空変換器２５への外部磁場の影響が除去されることにより、電空変換器２５の正常な作動が確保されるようになっている。この磁気シールドボックス４１は、例えばパーマロイや純鉄のような透磁率の高い材料により形成されるのが好ましい。
磁場を減ずる手段として、上述した磁気シールドボックスに代えて、或いはこれに加えて、例えば永久磁石或いは磁気発生コイルを用いてもよい。
この場合、永久磁石或いは磁気発生コイルから生じる磁場により、電空変換器２５に入射する核磁気共鳴装置１Ｂからの漏洩磁場を消磁するか、電空変換器２５の感応方向における上記漏洩磁場の入射量を減磁するようにする。
なお、この核磁気共鳴装置１Ｂにおいても、上述したのと同様に、振動センサＳ１，Ｓ２として圧電型加速度センサ或いはサーボ型加速度センサが適用でき、変位センサＳ３として渦電流型変位センサ、レーザー変位計が適用できることは言うまでもない。
【００２４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、必ずしも電空変換器２５を核磁気共鳴装置１Ａの場合におけるように、核磁気共鳴手段２から離して配置しなくとも、また核磁気共鳴装置１Ｂの場合におけるように、必ずしも電空変換器２５を磁気シールドボックス４１内に配置しなくとも、図６に示すように、電空変換器２５を核磁気共鳴手段２からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置してもよく、このように構成された核磁気共鳴装置をも本発明は含むものである。なお、図６において、５１はフラッパー、５２はトルクモータ駆動磁極を示している。
このように、電空変換器２５を核磁気共鳴手段２からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置することにより、電空変換器２５が受ける核磁気共鳴手段２による磁場の影響は弱められる。
【００２５】
また、上述した各装置において、空気ばね１１及び配管系は非磁性体で形成されるのが好ましく、このようにすることにより、電空変換器２５が受ける核磁気共鳴手段２による磁場の影響は一層弱められる。
さらに、上述した各装置において、空気ばね１１と電空変換器２５との間で発生する流体共振を抑制するために、電空変換器２５が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げるようにするのが好ましい。電空変換器２５におけるサーボバルブで空気ばね１１内の圧力制御を行う際に、加圧流体が加圧空気源３４より延びる配管系から容積変化を生じさせられると内部共鳴を起こし、流体が共振し、制御特性の劣化を引起すことになる。しかしながら、電空変換器２５が発生する制御圧力を上述したように修正することにより、電空変換器２５における制御圧力が上記流体共振周波数の近傍で変動する場合においても、他の周波数の場合と同様にアクティブ除振可能となる。
その他、フィードバックループに、例えば加算器３３とドライバ２４との間に共鳴除去フィルタを介在させてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ上記核磁気共鳴手段から離して配置された構成としてある。
このため、核磁気共鳴手段からの漏洩磁気は電空変換器近傍では弱まり、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２７】
第２発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が、核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成としてある。
このため、核磁気共鳴手段からの漏洩磁場は上記磁場を減じる手段により弱められ、電空変換器はこの漏洩磁場から守られ、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２８】
第３発明によれば、除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置された構成としてある。
このため、電空変換器内の被駆動部は核磁気共鳴手段による磁場の影響を受けることなく正常に作動し、強磁場の環境下でも十分に除振機構本来の性能が得られ、かつ固有周波数での共振による振動の増幅を起こすことなく振動が抑制され、精密測定が可能になるという効果を奏する。
【００２９】
第４発明によれば、第１から第３発明のいずれかの構成に加えて、上記空気ばね及び配管系を非磁性体で形成した構成としある。
このため、第１から第３発明のいずれかによる効果に加えて、電空変換器が受ける核磁気共鳴手段による磁場の影響を一層弱められる、装置の信頼性をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【００３０】
第５発明によれば、第１から第４発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が有する制御手段において，空気ばねと電空変換器の間で発生する流体共振を抑制するために，上記電空変換器が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げる制御を行う構成としてある。
このため、第１から第４発明のいずれかによる効果に加えて、電空変換器による制御圧力が流体共振周波数の近傍で変動する場合においても、他の周波数の場合と同様にアクティブ除振可能となり、装置の信頼性をさらに一層向上させることができるという効果を奏する。
【００３１】
第６発明によれば、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段として圧電型加速度センサを備えた構成としてある。
このため、第１から第５発明のいずれかによる効果に加えて、強磁場の影響を受けることなく核磁気共鳴手段の振動状態の検出が可能になるという効果を奏する。
【００３２】
第７発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記除振機構が、振動検出手段としてサーボ型加速度センサを備え，かつこのサーボ型加速度センサが、上記核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置された構成としてある。
このため、第１から第５発明のいずれかによる効果に加えて、微振動計測に最適なサーボ型加速度センサを上記核磁気共鳴手段の振動状態の検出にも適用可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る核磁気共鳴装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す核磁気共鳴装置及びパッシブタイプの除振機構を用いた核磁気共鳴装置における除振特性を示す図である。
【図３】図１に示す核磁気共鳴装置における核磁気共鳴手段の別の支持態様を示す図である。
【図４】図１に示す核磁気共鳴装置における核磁気共鳴手段のさらに別の支持態様を示す図である。
【図５】本発明に係る別の核磁気共鳴装置の全体構成及びその適用状態を示す図である。
【図６】核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生する電空変換器を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 核磁気共鳴装置
２ 核磁気共鳴手段
３，４ 除振機構
１１ 空気ばね
１２ 制御系
２１ 設置部振動制御器
２２ 制御対象振動制御器
２３ 変位制御器
２４ ドライバ
２５ 電空変換器
３１ 加算器
３２，３３ 加算器
３４ 加圧空気源
４１ 磁気シールドボックス
５１ フラッパー
５２ トルクモータ駆動磁極
Ｂ 架台
Ｐ 設置部
Ｓ１，Ｓ２ 振動センサ
Ｓ３ 変位センサ
Claims (7)
- 強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段で生じる磁場による影響で誤作動、作動不良を起こすことのない距離だけ上記核磁気共鳴手段から離して配置されたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
- 強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が、核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置されたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
- 強磁場下に物質を晒した際に、ＲＦ領域の電磁波パルスの照射によって引起される原子核の磁気モーメントの共鳴歳差運動に伴う誘導起電力の減衰信号により物質の原子配置及び分子構造を解明するための核磁気共鳴手段と、この核磁気共鳴手段の振動を抑制するための除振機構とを備えた核磁気共鳴装置において、上記除振機構が、電空変換器を介して加圧空気源に接続され、上記核磁気共鳴手段に除振のための力を作用させる空気ばねをアクチュエータとして有し、アクティブ除振可能に形成され、かつ上記電空変換器が上記核磁気共鳴手段からの漏洩磁束の向きと直交する駆動磁場を発生するように配置されたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
- 上記空気ばね及び配管系を非磁性体で形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置。
- 上記除振機構が有する制御手段において，空気ばねと電空変換器の間で発生する流体共振を抑制するために，上記電空変換器が発生する制御圧力を流体共振周波数の近傍で下げる制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置。
- 上記除振機構が、振動検出手段として圧電型加速度センサを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置。
- 上記除振機構が、振動検出手段としてサーボ型加速度センサを備え，かつこのサーボ型加速度センサが、上記核磁気共鳴手段から外部に漏洩する磁場を減じる手段を伴い、この漏洩する磁場が減じられる位置に配置されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置。
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