JP2640377B2 - Ｅｓｒ装置用磁界発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、電子スピン共鳴装置（以下ESR装置とい
う）に用いられるESR装置用磁界発生装置に係り、対向
配置した永久磁石の磁極間の空隙内磁界を、永久磁石を
接続する継鉄に設けた空隙中心に対して対称かつ垂直に
近接離反する一対の可動ヨークにて、高均一度を保持し
たまま連続可変できる小型で安価なESR装置用磁界発生
装置に関する。

背景技術 電子スピン共鳴装置は、化学分析用として研究、開発
の分野で多用されている。

また、ESR装置は、前記被測定物の自然放射線損傷に
よる不対電子を検出することができ、遺物や地質鉱物、
化石類の年代を正確に測定することができるため、最
近、考古学や地球科学の分野でも活用されている。

かかる用途に用いるESR装置の主要部分を構成する磁
界発生装置は、被測定物を配置する空隙内に、3400G程
度の高精度に均一な磁界を形成するとともに、この磁界
強度を中心に±100G程度の範囲内で、直線的に変化させ
る必要がある。

従来、ESR装置に使用される磁界発生装置は、電磁石
を使用するのが通常である。所要空隙内の磁界の発生及
びその磁界の連続変化は、電磁石への印加電流を連続的
に変化させることで容易に実施可能であるが、装置全体
が大型でかつ高価となる欠点を有している。

また、磁界発生源として永久磁石のみを使用し、互い
の対向距離（空隙長）を変化させることで、磁界強度を
変化させる構成が提案されている。

しかし、対向距離を変化させる際に、互いの永久磁石
の軸心が移動する等の要因により、磁界の均一度が悪く
なる欠点を有していた。

一方、通常ESR装置に要求される磁界は、0.01％以下
の高精度な均一度が必要とされており、永久磁石の磁気
回路を使ったものは見当たらない。

発明の目的 この発明は、上記現状に鑑み提案するもので、空隙内
の磁界強度の均一度が良好で、かつ高い均一度を保持し
ながら、磁界強度を安定的にリニアに変化させることが
でき、また、小型で安価なESR装置用磁界発生装置の提
供を目的としている。

発明の概要 この発明は、ESR装置用磁界発生装置として、その磁
界発生源に永久磁石を用い、該永久磁石間に形成される
空隙の寸法を変化させることなく、磁路を形成する一対
の継鉄間にその対向面間距離を変化させ、磁気抵抗を変
化させる可動ヨークを配設することにより、前記目的を
達成したものである。

すなわち、この発明は、 空隙を介して対向配置した一対の継鉄の各々の対向面
に永久磁石を配置し、永久磁石が対向する空隙内に連続
的に変化する磁界を形成するESR装置用磁界発生装置に
おいて、 一対の可動ヨークが一対の永久磁石の空隙中心面に対
して対称かつ垂直に近接離反して可動ヨークの対向面間
距離を連続的に変化可能に可動ヨーク支持部材を介して
一対の継鉄間に配置され、かつ各可動ヨークに接触する
磁性部材を介して各継鉄と磁気的に接続された構成から
なり、磁気的に直列配置された各々一対の永久磁石と継
鉄及び磁性部材と可動ヨークで形成される磁路の磁気抵
抗を連続可変となしたことを特徴とするESR装置用磁界
発生装置である。

また、この発明は、前記構成において、 一対の可動ヨークの周囲にソレノイドコイルを配設
し、空隙内ソレノイドコイルの弱磁界を重畳して空隙内
磁界を可変となしたことを特徴とする請求項１記載のES
R装置用磁界発生装置である。

発明の構成 この発明において、永久磁石を配設する継鉄は、方形
板状等、永久磁石の形状や磁気特性等に応じて任意に選
定することができる。

磁界発生源となる永久磁石には、希土類磁石、フェラ
イト磁石等、要求される磁界強度、装置の大きさ等に応
じて、公知の材料並びにその形状等を選定することが望
ましい。

また、一対の永久磁石の各々対向面には、必要に応じ
て磁界の均一度を向上させるために磁極片を配置しても
よい。

なお、この発明においては、一対の永久磁石間の空隙
内に、例えば3400G程度の高精度に均一な磁界を得るた
めに、上述の継鉄、永久磁石及び後述する可動ヨークが
磁気的に直列配置されて磁路を形成する回路を対象とす
る。

すなわち、継鉄、永久磁石及び可動ヨークが磁気的に
並列配置されて磁路を形成する回路では、空隙内に所要
の磁界を形成することができなくなるためである。

この発明の特徴である磁路の磁気抵抗を連続可変とす
るための一対の可動ヨークは、空隙中心面に対して対称
かつ垂直に近接離反するように、可動ヨーク支持部材を
介して一対の継鉄間に配置し、かつ可動ヨークに接触す
る磁性部材を介して継鉄に接続配置する必要がある。

すなわち、一対の可動ヨークが、永久磁石の磁束をシ
ャントすることがない位置で、一対の永久磁石の空隙中
心面に対し対称的にかつ垂直に近接離反することによ
り、永久磁石の対向する空隙に均一で広範囲に変化する
磁界を形成することができる。

上記一対の可動ヨークの対向面間距離を連続的に変化
させる方法は、実施例に示す如く、可動ヨーク支持部材
として空隙中心面に直交させて装着したシャフトに、空
隙中心面を境にして上、下で逆ネジを切り、これに一対
の可動ヨークを螺合させ、シャフトを回転させることに
よって可動ヨーク間の対向距離を変化させ、かつ可動ヨ
ークはスリーブなどの磁性部材にて各継鉄に磁気的に接
続する構成のほか、一対の可動ヨークの対向面間距離を
変化させ、磁気的に直列配置された各々一対の永久磁石
と継鉄及び磁性部材と可動ヨークで形成される磁路の磁
気抵抗を連続的に変化させることができれば、可動ヨー
クの形状などは任意に選定でき、またラックピニオン、
油圧ピストン、スライド機構などの構成等公知の移動手
段が採用できる。

上記一対の可動ヨークの対向面間距離を変化させるこ
とにより、永久磁石の対向空隙内の磁界を連続的に変化
させることができるが、空隙内の磁界を±1G以下の高精
度に維持して直線的に変化させるためには、以下の点を
考慮することが望ましい。

すなわち、一対の可動ヨークの対向面間距離の変化と
空隙内の磁界変化とは必ずしも比例関係になく、所望の
高精度磁界変化を形成するには、前記対向面間距離と磁
界強度とを公知の測定手段にて検出し、これらの検出値
に基づいて一対の可動ヨークの近接離反を制御すること
が望ましい。

特に、ESR装置の用途には、±100G程度の範囲で磁界
を直線的に変化させる必要があるが、一対の可動ヨーク
の移動制御のみでこの磁界変化を形成することも可能で
あるが、前述の如く、可動ヨークの高精度な操作制御が
必要となるため、これを容易に操作できる構成とするに
は、装置全体が複雑になりかつ高価になることも考えら
れる。

そこでこの発明では、上記一対の可動ヨークの回りに
ソレノイドコイルを配設した構成により、可動ヨークの
移動制御のみの場合よりもさらに容易に前記目的を達成
することを提案している。

すなわち、予め一対の可動ヨークの対向面間距離を制
御して、空隙内に所定の高磁界を発生させた後、設定し
た該対向面間距離を一定に保持し、ソレノイドコイルに
所要の直流電流を通じることにより、空隙の磁界分布を
変えることなく±1G以下の高精度に維持し、例えば±10
0Gの範囲で磁界を直線的に変化させることができる。

また、可動ヨークは、配設位置によって空隙の磁界分
布が大きく変化しないよう継鉄への配設位置を適宜選定
する必要があり、必要に応じて永久磁石対向面に微小磁
極片を適宜配置するなどの調整を行うとよい。

図面に基づく発明の開示 第１図はこの発明によるESR装置用磁界発生装置の一
実施例を示す磁気回路の一部縦断面図である。第２図は
第１図の磁気回路の空隙内の磁界分布を示すグラフであ
る。

構成 一対の板状継鉄（1a）（1b）は、永久磁石（3a）（3
b）間に所要の空隙（２）を形成するため、非磁性材か
らなる継鉄支持材（5a）（5b）を介在させて、対向配置
してある。

すなわち、板状継鉄（1a）（1b）の対向面にそれぞれ
着設した円板状の永久磁石（3a）（3b）は、異磁極を対
向させて配置されるとともに各対向面に磁極片（4a）
（4b）を固着し、磁極片（4a）（4b）間に所要の空隙
（２）を形成する。

一対の板状継鉄（1a）（1b）には、継鉄支持材（5a）
（5b）間にそれぞれ孔部が設けられ、孔部の軸受（11）
に軸支されたシャフト（10）が空隙（２）を通る空隙中
心面（６）に直交配置されている。

シャフト（10）外周には螺子部が空隙中心面（６）を
境に上下反対方向に螺刻してあり、同部に円盤状の可動
ヨーク（13a）（13b）が上下一対螺合配設してある。

また、各可動ヨーク（13a）（13b）は、板状継鉄（1
a）（1b）間にシャフト（10）と同軸配置した磁性材か
らなるスリーブ（12a）（12b）内に嵌入しており、シャ
フト（10）の回転に伴い摺動移動し、回転方向により一
対の可動ヨーク（13a）（13b）は空隙中心面（６）に対
して垂直に近接離反する。

さらに、前記スリーブ（12）の外周にはソレノイドコ
イル（14）が配設してある。

作用 詳述した第１図に示す構成により、磁界発生装置に図
中破線（イ）の磁路、すなわち、永久磁石（3a）、板状
継鉄（1a）、スリーブ（12a）、可動ヨーク（13a）、ヨ
ーク空隙（15）、可動ヨーク（13b）、スリーブ（12
b）、板状継鉄（1b）、永久磁石（3b）、磁極片（4
b）、空隙（２）、磁極片（4a）へと流れる磁路が形成
される。

ここでシャフト（10）を回転させ一対の可動ヨーク
（13a）（13b）を螺合進退、すなわち近接離反させるこ
とにより、一対の可動ヨーク（13a）（13b）の対向距
離、すなわちヨーク空隙（15）を連続的に変化させるこ
とができ、磁極片（4a）（4b）によって形成された空隙
（２）内の磁界強度を連続的に変化させることが可能と
なる。

すなわち、可動ヨーク（13a）（13b）間の対向距離を
大きくすると、空隙（２）内の磁界強度は弱くなり、逆
に前記対向距離を小さくすると、空隙（２）内の磁界強
度は大きくなる。

まず、可動ヨーク（13a）（13b）間の対向距離を調整
することにより、空隙（２）内に磁界強度を例えば、34
00G±10G程度の均一な磁界を発生させた後、ESR装置の
用途には、ソレノイドコイル（14）に直流電流を印加し
て、空隙（２）内の磁界に±100G程度の弱磁界を重畳す
ることにより、弱磁界を連続的に変化させることがで
き、空隙（２）内の磁界強度の高い均一度を保持しなが
ら、磁界強度を安定的にリニアに変化させることができ
る。

ちなみに、第１図に示す磁気回路を用い、3350Gを目
標に、可動ヨーク（13a）（13b）間の対向距離を調整
し、空隙（２）内の磁界強度を測定したところ、第２図
に示す如く、空隙（２）中心の半径5mm以内は20ppmの高
い均一性が得られた。

さらに、ソレノイドコイル（14）に直流電流を印加し
て、空隙（２）内の磁界に±100G程度の弱磁界を重畳し
ても、空隙（２）内の磁界強度の高い均一度は変化しな
かった。

発明の効果 以上に示すように、この発明のESR装置用磁界発生装
置においては、被測定物を配置する磁極対向間の空隙の
寸法を一定にしているため、磁界強度の均一化が安定し
て得られる。

また、可動ヨークを移動させるという簡単な操作に
て、磁路の磁気抵抗を変化させ、所要空隙内の磁界強度
を連続的に変化させることができる。しかも可動ヨーク
の移動範囲内において任意な磁界強度を選定できる。

特に、一対の可動ヨークが、空隙中心面に対し対称的
にかつ垂直に近接離反することにより、空隙内の磁界強
度の高い均一度を保持しながら、磁界強度を安定的にリ
ニアに変化させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す磁気回路の一部縦断
面図である。第２図は第１図の磁気回路の空隙内の磁界
分布を示すグラフである。 1a,1b……継鉄、２……空隙、3a,3b……永久磁石、4a,4
b……磁極片、 5a,5b……継鉄支持材、６……空隙中心面、10……シャ
フト、11……軸受、 12a,12b……スリーブ、13a,13b……可動ヨーク、14……
ソレノイドコイル、 15……ヨーク空隙。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空隙を介して対向配置した一対の継鉄の各
   々の対向面に永久磁石を配置し、永久磁石が対向する空
   隙内に連続的に変化する磁界を形成するESR装置用磁界
   発生装置において、 一対の可動ヨークが一対の永久磁石の空隙中心面に対し
   て対称かつ垂直に近接離反して可動ヨークの対向面間距
   離を連続的に変化可能に可動ヨーク支持部材を介して一
   対の継鉄間に配置され、かつ各可動ヨークに接触する磁
   性部材を介して各継鉄と磁気的に接続された構成からな
   り、磁気的に直列配置された各々一対の永久磁石と継鉄
   及び磁性部材と可動ヨークで形成される磁路の磁気抵抗
   を連続可変となしたことを特徴とするESR装置用磁界発
   生装置。
2. 【請求項２】一対の可動ヨークの周囲にソレノイドコイ
   ルを配設し、空隙内ソレノイドコイルの弱磁界を重畳し
   て空隙内磁界を可変となしたことを特徴とする請求項１
   記載のESR装置用磁界発生装置。