JPH02501001A - 長手方向に磁界を誘起する円筒形永久磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 長手方向に磁界を誘起する円筒形永久磁石本発明は、国立強磁界機関（Ｓｅｒｖ ｉｃｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｓ　ＣｈａｍｐｓＩｎｔｅｎｓｅｓ）の代表で あるギー　オベール（Ｇｕｙ　八ＬＩＢＥＲＴ）氏によってなされたものであり 、長手方向に磁界を誘起する円筒形永久磁石に関する。本発明は特に医学の分野 に応用することができ、この分野ではこのような磁石が診断の補助の目的で核磁 気共鳴。

による画像を測定するために利用されている。しかし、本発明は、一様な誘導磁 界がめられている他の分野にも応用することが可能である。

核磁気共鳴によるイメージングの分野では、画像を得ようとする物体、すなわち 医学の分野では患者に、関心のある大きな空間（一般には直径が５０ｃ＋ｎの球 ）の中で均一かつ一様（数ｐｐｍの変動）で強力な誘導磁界（一般には０．１〜 １．５テスラ）を印加する必要がある。現在までに幾つかのタイプの磁界発生装 置が開発されている。主なものとして、超伝導磁石、または、いわゆる抵抗性磁 石、更に、永久磁石がある。永久磁石には多数の利点がある。特に、磁界を発生 させるためにエネルギを供給する必要がない。従って、電源のドリフトが原因で 、または場合によっては散逸される熱の放出システムが原因で磁界の値がドリフ トする危険性がない。冷却手段、特に冷却用流体を循環させるために高度な制御 技術を備える冷却手段が必要とされない。また、動作温度を簡単に安定させるこ とができる。永久磁石は、横方向、すなわち物体または患者を磁石内に導入する 方向に対して垂直な方向の主要磁界を発生させる構造またはシステムを実現する ために特に適している。円筒構造であり、一様ではあるがこの円筒に対して横方 向の磁界を比較的大きな空間特に、１９８３年９月２３日に出願され、１９８４ 年３月２９日に公開された国際特許出願公開第Ｗ　Ｏ８４１０１２２６号におい てディー、リ−（［１，ＬＥＥ）他がこのような磁石について記述している。

ところで、歴史的、技術的理由（永久磁石が発生する誘導磁界は強度が不足して いる）から、初期のＮＭＲイメージングシステムは、磁界が長手方向を向いた超 伝導磁石または抵抗性磁石に対して構想された。横方向磁界を発生させる永久磁 石を用いるとすると、システムに付属している装置に対して獲得されたノウハウ を再考し直さないとこの磁石の利点が得られない。

付属装置としては、例えば、ラジオ周波数アンテナ、勾配ニイル、磁界の一様性 補正装置がある。本発明の目的は、永久磁化をもち、円筒形であり、ＮＭＲイメ ージングシステムの既存の付属装置を利用することが可能なように長手方向の誘 導磁界を発生させることのできる磁石を提供することである。似たような利用条 件で、特に検査のための有効空間が等しい場合に、本発明は、磁界の強度、従っ て磁化された磁性材料の重量が横方向磁界を発生させる新しい構造の永久磁石に 匹敵する磁石を提供する。

本発明は、長手方向の誘導磁界を発生させる円筒形永久磁石であって、磁石の関 心領域の中心の両側に配置されていて円筒の軸線に対して径方向に磁化した２つ の環状構造体を備え、一方の構造体では磁化が発散し、他方の構造体では磁化が 収束しているこ去を特徴とする永久磁石に関する。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことによりさらによ（理解で きよう。しかし、図面は単なる例であって、本発明を限定するものではない。図 面は以下のものを示している。

第１ａ図〜第１ｃ図は、本発明の円筒形永久磁石の斜視図である。

第２ａ図と第２ｂ図は、第１Ｃ図の磁石のそれぞれ横断図と縦断図である。

第３図は、本発明の磁石の組み立て状態の詳細図である。

第１ａ図〜第１Ｃ図は、長手方向に磁界を誘起する本発明の永久磁石の斜視図で ある。誘導磁界はｚ’−ｚ軸の方向を向いている。この磁石の関心領域は、中心 の中空内部空間に位置する。この関心領域はほぼ球形であると考えることができ る。各磁石は、２つの環状構造体、例えば所定数のリングを備える２つの構造体 １．２に分割される。これらリングは、例えば第１ｂ図と第１Ｃ図に参照番号３ 〜１４で示したような磁性ブロックで形成することができる。各磁石の２つの構 造体は、この磁石の関心領域の両側に配置されており、２つとも径方向に磁化さ れている。磁性ブロック内の磁化買方向が矢印で示されている。

磁化の絶対値はリングのあらゆる点で一定である。構造体１のブロック内では磁 化は発散し、構造体２のブロック内では磁化は収束する。２つの構造体は対称で あることが好ましい。これら２つの構造体は、両方とも同数ｎ１のリングを備え ている。

また、リングがブロックからなる場合には、これら２つの構造体は、対称なリン グ中に、リングの周辺部に沿って分配した同数ｎ１のブロックを備えている。こ の場合、磁化の分布は非対称である。磁石のすべてのリングは同数１１の磁性ブ ロックを備えていることが好ましい。しかし、必ずしもそうである必要はない。

特に、各構造体の中のリングの数は異なっていて、もよい。同様に、各リングの 中のブロックの数はリングごとに異なっていてもよい。製造を簡単にするという 動機、また、性能を最適化するという動機から上記の好ましい解決法が得られ、 この好ましい解決法では、構造体１．２に幾何学的対称性があり、磁石内のリン グの数に依存してリング内のブロックの数が特定の値になることをあとで説明す る。

第１ａ図は磁化の理論分布に対応しており、この分布からめる解決法が得られる 。しかし、現在のところ、磁性材料を磁化が純粋に径方向に分布するように磁化 させることはできない。

そこで、この分布を擬似径方向分布で近似する。この場合、リングは磁化された ブロックの集合体で構成される。第１ｃ図の好ましい実施例では、ブロックは（ 誘導磁界に垂直な）断面が台形である。製造がより簡単な実施例である第１ｂ図 の場合には、このようなブロックの代わりに直方体のブロックとなっている。し かし、製造がより簡単なこの方法では、所定の磁界を固定された空間内に得るた めに使用する磁性材料が多くなる。

ｉ２ａ図は、構造体１のリングの横断面を表している。例として、第１Ｃ図のブ ロック３〜１４からなるリングが図示されている。すべての磁性ブロックで磁化 ｙは絶対値が一定で方向が同じである。これら磁性ブロックは例えば底部１５で 互いに連結される。これら磁性ブロックは、底面が対応する多角形となっている 柱体内で磁石の関心空間に外接する。第２ｂ図は、本発明の磁石の半分の縦断面 を示している。この構造体は３つのリング２２〜２４を備えていることが好まし く、各リングには１２個の同等なブロックが存在していることが好ましい。リン グは、２−ｚ’　軸に沿った長手方向に配置されている。各リングは、内径ｒｌ が同じであることが好ましい。この特徴は、最小量の磁性材料で磁界の最高の一 様性を得るために好都合である。さらに、この特徴は、磁石内の関心空間Ｖを最 大限に利用するためにも好都合である。この好ましい解決法では例えばブロック １６〜２１となり、その高さａと長さｂは、これらブロックが属するリングの中 央平面からの距離が大きくなるとともに大きくなることが判明した。

磁束密度Ｂ０の値を、この磁界が印加されている空間、すなわち関心のある球Ｖ の中の位置座標の関数として解析的に表示することが可能である。この場合、必 要に応じて円筒座標または球座標が用いられる。この解析的表現は、多項式の形 態にすることができ、変数ｘ、ｙ、ｚの次数の昇順の関数である各項に発生した 磁界の一様性を表す係数が割り当てられる。発生しまた誘導磁界は、各項の係数 が次数りまでこの次数を含めてゼロである場合にｈ次の一様性と呼ばれることが 知られている。そこで、関心領域内の磁界は、各構造体の中のリングの数ｎ、が （ｈ＋１）／４以上であり、かつ各リングの中のブロックの数が（ｈ＋１）以上 である場合にｈ次の一様性であると見なせることを発見した。これら２つの条件 を同時に満たすということはブロックの数が最小となる構造体にすることであり 、例えば各リングの中のブロックの数を各構造体の中のリングの数の４倍にする 。

この観点からすると、第１ｂ図と第１ｃ図の構造体は最適である。すなわち、各 構造体には３つのリングが存在しており、各リングには１２のブロックが存在し ている。磁石は、１１次の一様性である。別のやはり興味ある磁石は、各構造体 が２つのリングを備えており、各リングは８個のブロックを備えている。

この別の磁石は、７次の一様性である。構造体がリングを１つのみ備え、各リン グが４つのブロックを備える磁石は、やっと３次の一様性にしかならず、核磁気 共鳴の測定にはほとんど適しないであろう。しかし、この磁石を他の目的に使用 することはできよう。４つのリングを備え、各リングが１６個のブロックを備え る構造体は１５次の一様性であり、磁石の円筒体の内径ｒ。

が小さい場合のために確保しておく必要がある。製造を簡単にするという理由で 、各リング中のブロックの数は、到達すべき一様性から知ることのできる最小値 よりも大きくすることが可能である。一方、組み立ての難しさを考慮して、リン グの数は常に最小にする。その結果、リングの中のブロックの数は、対称な２つ の構造体それぞれのリングの数の４倍以上になる。

磁石のすべてのリングを同じ磁性材料で実現し、従って固有内部磁化が同じにな るようにすることにより、リングの長手方向の座標Ｚｌｓ径方向のサイズａｌｓ 長手方向のサイズｂ、が、磁石の円筒体のすべてのリングに共通する半径ｒ１に 換算した値で与えられることがわかった。以下の表は、要求される磁界の一様性 を有する磁石の実施例の好ましいサイズをすべて示している。なお、ここではｈ は１１である。

発生させるべき公称誘導磁界の磁束密度Ｂ０がわかっているので、飽和時の固有 残留磁化Ｂ、が所定の比α（αは１未満）で８０と式Ｂ。＝αＢ、により対応付 けられる磁性材料を採用する。内径が固定されていると、磁性材料の体積はほぼ α２で増加することがわかる。−例を挙げると、好ましい実施例では、磁石の内 径ｒ、が４０ｃ＋ｎである場合には、全重量がストロンチウム系フェライトを用 いて約１１トンになり、発生する内部磁界は強度が０，１２テスラになる。使用 するフェライトの残留磁化は約０．４テスラ（α＝０．３）になる。

いわゆる磁石を製造するにあたっては特に問題がない。各リングは、既に磁化し たブロックを接着、ネジ止め、あるいは他の手段で２つのフランジ、例えば２５ と２６（第２ｂ図）の間に保持することによって互いに独立に構成することが可 能である。

必要に応じて、この構造体を、磁性ブロックが受けることになる径方向の応力に 対抗する筒状部材２７により補強することができる。従って、各リングは、堅固 さと厚さがリングのブロックの重量、特にこれらブロックが受ける磁化力の関数 として物理的に計算されたフレームの中に組み立てられる。さらに、構造体が対 称である場合には、２つの対称なリングの中のブロックは、軟鉄からなる部材に よって外側を接続することができる。

軟鉄部材は、誘起された磁力線が１つのブロックから別のブロックへとうまく戻 ることを保証する。このような部材が、第２ｂ図のブロック１９の下に参照番号 ２８で示されている。しかし、このような部材が存在していることは必ずしも必 要ではない。

同じ磁束密度Ｂ０だと、これら部材は磁石に必要とされる材料の量を減らすこと に貢献するが、ブロックのサイズに関する最初の計算と磁石の最終調整がより難 しくなる。従って、磁石の設計を行い、製造し、これら部材の効果を測定し、次 いでこの操作を再度実行する必要がある。

磁石の組み立ての際、フランジ２５．２６によって保持されているリングは載置 台、例えば２９（第３図）の上で互いに接近させる。載置台は、フランジと一体 になった突起部３１または３２に押しつけるための調整ネジ３０を備えている。

このようにしてリングを回転またはずらし、磁石が設置される場所において磁界 の一様性を補正することができる。従って、磁界の簡単な補正方法が得られる。

さらに、載置台は、ｚ’−ｚ軸に沿った長手方向の移動を可能にするスキッド、 例えば３３を取り付けることができる。この場合、この方向のリングの位置を調 節することにことが好ましい。すなわち、ストロンチウム系またはバリウム系フ ェライト、サマリウム・コバルト合金、鉄−ネオジム−ホウ素合金が挙げられる 。実際、このような構造体ではブロック内の減磁力は、径方向であることが望ま しい磁化とは決して方補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）１０国際 出願番号　ＰＣＴ／ＦＲ８７１００３９３３、特許出願人 代表者　シュミット、クリスチャン ４、代理人 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　〔１通〕 明細書の翻訳文第２頁第２１行から第２５行の記載を以下のように訂正する。

日本国特許抄録１９８６年３月７日、第１０巻、第５８号（Ｅ　−３８６）（２ １１５）の日本国特許出願公開第６０−２１０．８０４号と、イギリス国特許出 願第２．１１２．６４５号により、長手方向の磁界を誘起する構造体が公知とな っている。しかし、この場合の磁界の一様性は不十分であり、たとえ十分であっ ても入口がこの磁界の軸線に沿っていない。

本発明は、磁石の関心領域の中心の両側に配置されており、円筒体の軸線に対し て径方向に磁化された２つの環状構造体を備え、一方の構造体では磁化が発散し 、他方の構造体では磁化が収束し、これら構造体は、それぞれが、上記円筒体の 軸線に沿って隣接した所定数のリングを備え、各リングは該リングの周辺部に分 配された所定数の磁性ブロックを備えており、円筒体の軸線に沿った入口を備え ていて長手方向の誘導磁界を発生させる円筒形永久磁石であって、上記ブロック のサイズが、上記関心領域から径方向に離れるにつれて大きくなっていることを 特徴とする磁石に関する。

請求の範囲 １、　磁石の関心領域の中心の両側に配置されており、円筒体の軸線に対して径 方向に磁化された（Ｍ）２つの環状構造体（１，２）を備え、一方の構造体では 磁化が発散し、他方の構造体では磁化が収束し、これら構造体は、それぞれが、 上記円筒体の軸線に沿って隣接した所定数（ｎ、）のリングを備え、各リングは 、該リングの周辺部に分配された所定数の（ｎｌ）の磁性ブロックを備えており 、円筒体の軸線に沿った入口を備えていて長手方向（ｚ−ｚ’）の誘導磁界を発 生させる円筒形永久磁石（第１図）であって、上記ブロックのサイズが、上記関 心領域から径方向に離れるにつれて大きくなっている：とを特徴とする磁石。

２、　誘導磁界の値を表す多項式表示の項の墓である所定の次数りの一様性があ り、各構造体の中のリングの数が（ｈ　＋　１　）／４以上であり、かつ各リン グの中のブロックの数が（ｈ＋ｉ＞以上であることを特徴とする請求項１に記載 の磁石。

３、　上記構造体が互いに対称であることを特徴とする請求項１または２に記載 の磁石。

４、　上記ブロックにより規定されるリングの内径（ｒｌ）がすべて等しいこと を特徴とする請求項３に記載の磁石。

５．１つのリングの中のブロックの数がこのリングの構造体の中のリングの数の ４倍以上であることを特徴とする請求項２に記載の磁石。

６、　上記リングの数が２であり、各リングの中のブロックの数が８であること を特徴とする請求項４に記載の磁石。

７、　上記リングの数が３であり、各リングの中のブロックの数が１２である（ 第１図）ことを特徴とする請求項４に記載の磁石。

８、　上記リングを上記磁石の軸線に沿って移動させる手段（３３）を備えるこ とを特徴とする請求項１または２に記載の磁石。

９、　上記磁石の軸線に直角に上記リングを移動させる手段（３０〜３２）を備 えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石。

１０、発生させる磁界の強度を大きくするため、あるいは所定の磁界を発生させ るために必要とされる材料の量を減らすために、上記構造体を接続する透磁率の 大きな材料からなる補助部材（２８）を備えることを特徴とする請求項１または ２に記載の磁石。

１１、次数が１１の磁石を実現するために、値が内径ｒ１に換算して以下の表に 示された値に従って配置されたリングとブロックを備えることを特徴とする請求 項１または２に記載の磁石：（ただし、　１．はりングｉの長手方向のサイズを 表し、ａｌはこのリングの径方向の厚さを表し、ｂ＋ｌｉブロックの長手方向に 測定した長さを表す）。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ８７００３９３ ＳＡ　１９０Ｌ０

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．磁石の関心領域の中心の両側に配置されており、円筒体の軸線に対して径方 向に磁化された（Ｍ）２つの環状構造体（１、２）を備え、一方の構造体では磁 化が発散し、他方の構造体では磁化が収束を備え、これら構造体は、それぞれが 、所定数（ｎａ）のリングを備え、各リングは、該リングの周辺部に分配された 所定数（ｎｂ）の磁性ブロックを備える長手方向（ｚ−ｚ′）誘導磁界発生用円 筒形永久磁石（第１図）であって、上記ブロックのサイズが、上記関心領域から 径方向に離れるにつれて大きくなっていることを特徴とする磁石。
2. ２．磁石の関心領域の中心の両側に配置されており、円筒体の軸線に対して径方 向に磁化された（Ｍ）２つの環状構造体（１、２）を備え、一方の構造体では磁 化が発散し、他方の構造体では磁化が収束し、これら構造体は、それぞれが、所 定数（ｎａ）のリングを備え、各リングは、該リングの周辺部に分配された所定 数（Ｎｂ）の磁性ブロックを備えて次数ｈの一様性の磁界を発生させる長手方向 （ｚ−ｚ′）誘導磁界発生用円筒形永久磁石（第１図）であって、各構造体の中 のリングの数が（ｈ＋１／４以上であり、かつ各リングの中のブロックの数が（ ｈ＋１）以上であることを特徴とする磁石。
3. ３．上記構造体が互いに対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の 磁石。
4. ４．上記ブロックにより規定されるリングの内径（ｒ１）がすベて等しいことを 特徴とする請求項３に記載の磁石。
5. ５．１つのリングの中のブロックの数がこのリングの構造体の中のリングの数の ４倍以上であることを特徴とする請求項２に記載の磁石。
6. ６．上記リングの数が２であり、各リングの中のブロックの数が８であることを 特徴とする請求項４に記載の磁石。
7. ７．上記リングの数が３であり、各リングの中のブロックの数が１２である（第 １図）ことを特徴とする請求項４に記載の磁石。
8. ８．上記リングを上記磁石の軸線に沿って移動させる手段（３３）を備えること を特徴とする請求項１または２に記載の磁石。
9. ９．上記磁石の軸線に直角に上記リングを移動させる手段（３０〜３２）を備え ることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石。
10. １０．発生させる磁界の強度を大きくするため、あるいは所定の磁界を発生させ るために必要とされる材料の量を減らすために、上記構造体を接続する透磁率の 大きな材料からなる補助部材（２８）を備えることを特徴とする請求項１または ２に記載の磁石。
11. １１．次数が１１の磁石を実現するために、値が内径ｒ１に換算して以下の表に 示された値に従って配置されたリングとブロックを備えることを特徴とする請求 項１または２に記載の磁石：▲数式、化学式、表等があります▼