JP3106084B2 - 磁石対向型永久磁石磁気回路 - Google Patents

磁石対向型永久磁石磁気回路

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JP3106084B2 JP07052483A JP5248395A JP3106084B2 JP 3106084 B2 JP3106084 B2 JP 3106084B2 JP 07052483 A JP07052483 A JP 07052483A JP 5248395 A JP5248395 A JP 5248395A JP 3106084 B2 JP3106084 B2 JP 3106084B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石磁気回路に関
するものであり、特に大きな空間に均一な磁場を必要と
するNMRやESRの磁場発生装置に用いられ、なかで
も永久磁石型磁気共鳴断層装置に有用とされる磁石対向
型永久磁石磁気回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】永久磁石型磁気共鳴断層装置(以下、M
RI装置と略す。)において、幾つかの磁気回路が提案
され、実用化されている。例えば、図5のようなダイポ
ールリング型磁気回路は、リング周方向に磁石の磁化方
向が徐々に変化し、一周する間に磁化は二回転する。リ
ング内周にN、Sの二極の磁化が出てくるので、ダイポ
ール型と呼ばれ、十分な軸方向長さがあれば、リング内
部の一軸径方向に向いた均一な磁場分布が得られる。例
えば、K.Halbach; Nuclear Instruments and Methods,1
69, p.1(1980)や、MRI装置としては特開昭61−3
8554号公報(USP 4580098) 、特開昭62−1040
11号公報に述べられている。該磁気回路は、磁束を通
すために外周部に継鉄を用いる必要がないので、磁気回
路重量が軽量化され、コンパクト化できる。また、継鉄
を使用する磁気回路と比較し、発生磁場の上限が高く取
れる利点がある。しかし、約3000G以下の発生磁場の領
域では、他の永久磁石磁気回路と比較して磁石重量が大
きくなるため、実際に実用化されている例はあまり多く
ない。
【0003】一方、図4のような磁石対向型磁気回路は
良く知られており、現在実用化されている永久磁石型M
RIマグネットのほとんどはこのタイプである。例え
ば、WO84/00611 (PCT/US83/01175)、実公平2−444
83号公報、実公平2−44484号公報、実公平2−
44485号公報、実公平2−44486号公報や、映
像情報15(1983),379、病態生理4(1985),91 などに示
される。該磁気回路において、高い磁場均一性を実現す
るために、整磁板2と呼ばれる磁性材が磁石1の空隙側
表面に配置される。整磁板構造は軸対称であり、均一性
を向上させるため、種々の工夫がなされている。良く知
られている整磁板構造は図4のように円盤状の整磁板2
の外周部にローズシムとも呼ばれる環状突起21を持
つ。
【0004】磁場均一度は、空隙中心部に仮想的に設け
た、球空間または楕円空間(評価空間)内の磁場分布に
より評価される。整磁板が単純な円盤構造の時、該空間
の赤道部磁場強度は、極部に比較し、低くなる。上述し
た環状突起を設けた整磁板を使用した場合、該空間赤道
部と環状突起の物理的距離が近くなるので、赤道部の磁
場強度が向上するため、磁場均一度は向上する。また、
磁場均一度を向上させるために、整磁板底部に周状の小
さい突起(外周部環状突起より段差の小さいもの)を、
複数段設ける事も、考案されている。このように整磁板
構造は、該評価空間内の磁場均一度を向上させるため
に、本質的な役割を果たしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】均一磁場空間の磁場不
均一の原因の一つに、磁石間を結ぶ継鉄の影響がある。
継鉄の柱は四本柱型と二本柱型があるが、永久磁石で発
生した磁束を柱方向に分散させ易いため、四本柱型が多
い(実公平2−44483号公報参照)。該柱と磁石/
整磁板の距離は、磁束漏洩の観点からは離れていればい
る程よいが、離し過ぎると鉄ヨ−ク重量が大きくなるた
め好ましくない。この場合の磁束漏洩は、磁石/整磁板
から対向側の磁石/整磁板方向でなく、柱方向に流れる
ものを言う。柱方向への磁束漏洩は、磁場均一性に対し
て悪い影響を与える。すなわち柱方向の磁場強度が低く
なり、開口部方向の磁場強度は高くなる。さらに、磁場
強度全体の低下も引き起こす。したがって、該柱の影響
をいかにして軽減するかが、重要な問題である。
【0006】これを低減するため、開口部方向に磁束短
絡用の鉄製の短絡板を設ける事が提案されている(実公
平2−44483号公報参照)。ただし短絡板は、空隙
距離を縮めてしまわないために、空隙面(整磁板空隙方
向高さ)を越える事はできないので磁束短絡効果は大き
くない。したがって、磁場不均一を解消するには、幅の
大きな短絡板を設ける必要がある。特に柱が二本の場
合、対称性が低下するため、開口部方向と柱方向の不均
一は四本柱型より増すので、より大きな短絡板が必要と
なる。これらのことから、短絡板による磁場不均一改善
は好ましい方法ではない。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上から、本発明者等は
磁石対向型永久磁石磁気回路において、柱方向への不均
一磁場漏洩を改善し、磁気効率ならびに空隙空間の磁場
均一性を向上させるために、整磁板の形状を改良するこ
とに着目した。すなわち本発明は、一対の永久磁石を対
向させ、空隙側表面に整磁板を設け、該整磁板表面の外
周に環状突起を設け、これらを継鉄にて結合させてなる
磁石対向型永久磁石磁気回路において、該環状突起の一
部に複数個の切り欠けを設けると共に、該環状突起の幅
を周方向で変化させ、さらに該環状突起内側に設けた段
差の高さを周方向で変化させることを特徴とする磁石対
向型永久磁石磁気回路を要旨とするものである。以下に
これをさらに詳述する。
【0008】図3は、二本柱型磁石対向型磁気回路の側
面図を示す。バックヨ−ク3に、高さ方向に磁化した磁
石1が固着されており、磁石1の空隙側表面に、磁場均
一性を向上させるため、整磁板2が配置されている。整
磁板2は、外周部に環状突起21を有している。上下に
対称な一対のバックヨ−ク3・磁石1・整磁板2の組
は、継鉄4で磁気的に結合されており、複数のボルト7
により空隙長・あおりの調整が可能である。
【0009】一方、図4では継鉄4は四本柱となってお
り、磁気的に閉磁路を組んでいる。従来から均一空間の
磁場均一性を向上させるため、軸対称な整磁板2が用い
られ、これを最適化する事がおこなわれてきた。本発明
者等は、図4のように対称性の良い四本柱の架台構造の
場合、このような軸対称な整磁板2の形状でもかなり良
好な結果が得られるが、例えば図3に示す二本柱型のよ
うな、対称性の低い架台構造の場合、継鉄4による磁石
1及び整磁板2からの磁場漏洩の影響が大きいので、従
来のような軸対称な整磁板2の形状では、不十分である
事を見いだした。
【0010】本発明における整磁板形状の要点は、架台
構造の対称性低下に合わせて、整磁板上の環状突起の高
さや幅を局所的に変える事である。図1において、本発
明の整磁板形状の実施態様の一例を説明する。整磁板2
は外周部に環状突起21を有しており、さらに環状突起
内側に複数の段差22を有する。環状突起21の高さが
周方向に均一な場合、柱による磁束漏洩の影響で、開口
部方向の磁場強度は高く、柱方向の磁場強度は低くな
る。そこで環状突起21の開口部方向に二か所以上の切
り欠け23を設けると、開口部方向の環状突起の高さが
低くなることにより、開口部方向の磁場強度が低下する
ため、柱方向との不均一を改善することができる。この
とき切り欠け23による環状突起の高さの変化は段差状
でも良いが、徐々に変化させても良い。また、高さの変
化は、開口部方向であれば図1のように二か所に限るも
のではない。なお、該磁場不均一は非常に小さいもの
で、例えば2000Gの空隙発生磁場に対して、1〜2G程
度の値である。したがって環状突起の切り欠きの形状
は、シミュレ−ションなどによって最適化し、決められ
ることとなる。
【0011】環状突起の幅も、磁場分布に影響を及ぼ
し、幅を広げると均一空間赤道部の磁場が上昇し、狭め
ると該部位の磁場が低下するので、図1に示すように、
赤道部分の磁場不均一の程度に応じて、周方向の開口部
方向環状突起幅L1を狭め、柱方向環状突起幅L2を広
げ、その中間領域は徐々に幅を変えることにより、調整
すればよい。この場合の環状突起幅もシミュレ−ション
などによって最適化し、決められる。また、環状突起幅
の変更による磁場分布への影響は、高さ変更による影響
に比較し、小さい事を見いだした。したがって、整磁板
の環状突起の高さと幅を、磁場分布や架台対称性に応じ
てシミュレ−ションなどによって最適化する事により、
磁場分布の粗調整と微調整が同時に行える事になる。更
に両者を組み合わせる事により、従来技術よりも磁場均
一度を向上させる事が容易になる。
【0012】また本発明では、図2のように鉄板5と軟
磁性薄板積層6を組み合わせた複合整磁板も使用でき
る。軟磁性薄板積層6は例えば珪素鋼板、鉄薄板、パー
マロイ、フェライトなどからなるものとする。また、該
各層の厚さの比は鉄板:軟磁性薄板積層=2:1〜1:
2が好ましい。この場合、磁気回路を組み上げた後、磁
場分布を測定し、該測定結果をもとにした磁場分布に応
じて、軟磁性薄板積層6を必要枚数取り外すか、または
取り付けることによって環状突起の高さや幅を調整し、
磁場分布の調整を行うことも可能である。
【0013】環状突起内側の複数の段差22部分につい
ても、環状突起の高さと同様に、周方向の段差高さを場
所により変える事で、磁場分布を改善することができ
る。段差22の高さを上げると均一空間中緯度部や極部
の磁場が上昇し、下げると該部位の磁場が低下する。該
高さ変更は、環状突起の高さや幅の変更と比較して、均
一磁場空間の赤道部よりも中緯度部や極部に及ぼす影響
が大きいので、上述した環状突起の形状変更と相補的な
磁場均一性向上の手段として用いる事が可能である。本
発明は特に、架台構造の対称性が低い継鉄が二本の二本
柱型の磁気回路に用いると、より効果がある。
【0014】
【作用】以上から、磁石対向型永久磁石磁気回路におい
て、磁石表面に固着された整磁板の形状を改良すること
により、架台構造の対称性低下に見合った磁場均一度の
向上を達成することができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、磁場調整が容易で、架
台構造の対称性低下に見合った空隙空間の磁場均一性向
上を達成できる磁石対向型永久磁石磁気回路からなるM
RI装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の整磁板について(a)は平面、(b)
は断面を示したもの。
【図2】本発明の別の整磁板について(a)は平面、
(b)は断面を示したもの。
【図3】従来公知の二本柱磁石対向型磁気回路の側面を
示したもの。
【図4】従来公知の四本柱の磁石対向型磁気回路を示し
たもの。
【図5】従来公知のダイポールリング型磁気回路を示し
たもの。
【符号の説明】
1‥‥‥磁石 2‥‥‥整磁板 21‥‥整磁板外周部の環状突起 22‥‥環状突起内側の段差 23‥‥環状突起上の切り欠け 3‥‥‥バックヨーク 4‥‥‥継鉄 5‥‥‥鉄板 6‥‥‥軟磁性薄板積層 7‥‥‥ボルト L1‥‥開口部方向環状突起幅 L2‥‥柱方向環状突起幅
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−257109(JP,A) 特開 平1−304709(JP,A) 特開 平3−116804(JP,A) 特開 平3−151603(JP,A) 実開 昭61−151306(JP,U) 実開 昭62−112106(JP,U) 実開 昭62−112107(JP,U) 宮本毅信、桜井秀也、「Nd−Fe− B磁石を用いたMRI用磁気回路の開 発」、電気学会研究会資料、MAG−89 −55〜62、第67〜75頁、平成元年3月17 日 高橋則雄、中田高義、内山倫行、「磁 気モーメント法を用いた非線形三次元磁 気回路の最適設計法」、電気学会論文誌 A、第110巻、第9号、第598〜604頁、 平成2年 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 G01N 24/00 - 24/14 H01F 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の永久磁石を対向させ、空隙側表面
    に整磁板を設け、該整磁板表面の外周に環状突起を設
    け、これらを継鉄にて結合させてなる磁石対向型永久磁
    石磁気回路において、該環状突起の一部に複数個の切り
    欠けを設けると共に、該環状突起の幅を周方向で変化さ
    せ、さらに該環状突起内側に設けた段差の高さを周方向
    で変化させることを特徴とする磁石対向型永久磁石磁気
    回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、一対の永久磁石を結
    ぶ継鉄が二本柱であり、該継鉄上の、整磁板・永久磁石
    ・バックヨークよりなる一組について、複数のボルトに
    より空隙長・あおりの調整が可能な事を特徴とする磁石
    対向型永久磁石磁気回路。
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宮本毅信、桜井秀也、「Nd−Fe−B磁石を用いたMRI用磁気回路の開発」、電気学会研究会資料、MAG−89−55〜62、第67〜75頁、平成元年3月17日
高橋則雄、中田高義、内山倫行、「磁気モーメント法を用いた非線形三次元磁気回路の最適設計法」、電気学会論文誌A、第110巻、第9号、第598〜604頁、平成2年

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