JPH09289982A

JPH09289982A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JPH09289982A
Application number: JP8129317A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Takeshima; 弘隆竹島; Hajime Kawano; 川野　　源
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】広い開口を備えると共に、強い磁場強度におい
て高い均一度の磁場を得ることができ、かつ、外形が小
型の超電導磁石装置を提供することを目的とする。【構成】冷却容器（４）に収容された超電導コイル
（２）の周囲に強磁性体構造体（２１）を配置し、撮影
空間（７）に形成される磁場の中心軸（２５）と直交す
る方向に開放面を有する超電導磁石装置（１）におい
て、磁石の上下方向に配置した円板状強磁性体（２１
Ａ）を接続、支持する柱状強磁性体（２１Ｂ）の内側表
面で、かつ、その中央部分付近（撮影空間（７）の外周
部）に窪み（２２）を設け、磁場の中心軸（２５）と柱
状強磁性体（２１Ｂ）の内側表面までの距離が他の部分
より遠くなるようにした超電導磁石装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメ−ジ
ング装置（以下、ＭＲＩ装置という。）に適した超電導
磁石装置に係り、特に、広い開口を有することで被検者
に開放感を与え、また、術者に対しては被検者へのアク
セスを容易にするとともに、磁場均一度の良い磁場を発
生させ、かつ、外形が小型の超電導磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３には、第１の従来例として、水平
磁場方式の超電導磁石装置を示す。この超電導磁石装置
１は、従来のＭＲＩ装置で多く使用されてきた筒型形状
の磁石であり、直径の小さい主コイル２と直径の大きい
シ−ルドコイル３とから構成されており、水平方向（Ｚ
軸方向）の磁場を発生させる。通常、コイル２、３は超
電導線材を用いて作られているので、所定の温度（例え
ば、合金系超電導体の場合には液体ヘリウム温度（４．
２Ｋ）、酸化物超電導体の場合には液体窒素温度（７７
Ｋ）から１０Ｋ程度）にまで冷却する必要がある。その
ため、コイル２、３は真空容器５や熱シ−ルド（図示せ
ず。）及び冷媒容器６（液体ヘリウムなどの冷媒を使
用）などから構成される冷却容器４の中に保持される。
また、温度を低く保つために冷凍機（図示せず。）を用
いて、熱シ−ルドの温度を一定に維持したり、冷媒の蒸
発量を低減させたりしている。最近では、冷凍機の性能
が向上してきており、超電導コイルを直接冷凍機で冷却
することによって、冷媒容器６を使用しない場合もあ
る。

【０００３】この構成の超電導磁石装置１では、撮影の
ため被検者の入る撮影空間７（均一磁場領域に相当）が
狭く、周囲を囲まれているために被検者に閉塞感を与え
る。このため、時には、装置内に入ることを被検者に拒
否される場合もあった。また、装置の外部から術者が被
検者にアクセスすることも困難であった。

【０００４】図１４には、第２の従来例として鉄による
磁路を用いた超電導磁石装置を示す。この超電導磁石装
置１は、ＵＳＰＮｏ．５１９４８１０に開示されている
もので、第１の従来例の問題点である閉塞感や被検者へ
のアクセス困難に関し改善したものである。この磁石１
は、上下に配置した冷却容器４（図１４では、外側の真
空容器５を示している。）内に配置した超電導コイルに
より均一磁場領域７に磁場を発生させている。その超電
導コイルの内側には、良好な磁場均一度を得るために、
強磁性体からなる磁場均一化手段８が設けられている。
更に、上下の超電導コイルが発生する磁束の帰路とし
て、鉄板９と鉄ヨ−ク１０が設けられている。また、鉄
ヨ−ク１０は、磁束路の役割と共に上下の構造体を機械
的に支持する働きをしている。これらの材料には、機械
的な強度や原価の面から一般に鉄が用いられている。

【０００５】この第２の従来例の場合には、四方が開放
されているので、被検者は閉塞感を受けずに済み、術者
も容易に被検者にアクセスできる。また、鉄ヨ−ク１０
によって磁束の帰路があるために磁束が遠くにまで広が
らず、磁場漏洩を少なくできる。

【０００６】しかし、磁場均一化手段８として一般的に
用いられる鉄は、磁場に対してヒステリシス特性を持つ
ために、磁場均一化手段８の近くに配置した傾斜磁場コ
イル（図示せず。）が発生するパルス磁場が磁場均一化
手段８内の磁場分布に影響を与える。これが磁場均一化
手段８内部の磁場分布にまで影響するために、高精度な
信号計測の妨げになる可能性があった。これに対して
は、磁場均一化手段８に電気伝導度の低い材質を用いる
などの手段が講じられてきているがパルス磁場の強度が
強い場合には十分な効果が得られていなかった。

【０００７】また、鉄の磁化特性（Ｂ−Ｈ特性）は温度
依存性を持つため、鉄の温度が変化すると、ＭＲＩ装置
にとって重要な因子である磁場均一度が変動する要因と
なる。図１４のような構造では、傾斜磁場コイルを磁場
均一化手段８の近くに設置することが一般的であり、傾
斜磁場コイルを駆動することにより発生する熱で磁場均
一化手段８が加熱されるため、磁場均一化手段８の温度
が変動しやすく、磁場均一度の変動の抑制が困難であ
る。

【０００８】図１５には、第３の従来例として、強磁性
体で周囲を囲んだ超電導磁石装置を示す。この超電導磁
石装置は、第２の従来例の問題点を解消したもので、特
願平８−１９５０３号公報に開示されている。図１５
(ａ)はこの超電導磁石装置の外観図、図１５（ｂ）はそ
の縦断面図である。図１５において、超電導コイル２と
して通常よく使用されているＮｂＴｉ線材を想定して、
冷却容器４内に液体ヘリウムを収納する冷媒容器６が設
けられている。装置中央の均一磁場領域７を挾んで上下
対称に円形の超電導コイル２が設置されている。それに
対応して、冷却容器４（及び真空容器５）も円筒形状の
ものが上下対称に設置され、２個の冷却容器４はその間
に配した支柱１１によって所定の距離を維持して支持さ
れる。更に、装置の外周には外部強磁性体群１３、すな
わち円板状外部強磁性体１３Ａ、円筒状外部強磁性体１
３Ｂ、柱状外部強磁性体１３Ｃが配置されている。この
ように、超電導コイル２の周囲を外部強磁性体群１３で
囲むことにより、装置外部に発生する磁束について磁路
が形成されるので、漏洩磁場が遠方にまで拡がることを
抑制できる。

【０００９】一方、この例では超電導コイル２の配置と
電流量を適切に選択することで、均一磁場領域７内の磁
場を均一にしている。被検者の開放感を得るためには、
超電導コイル２相互間の距離を広くし、かつ、超電導コ
イル２の直径を小さくする必要がある。しかし、この例
でこの目標を達成するためには、磁場均一度を得るため
に超電導コイル２に要求される起磁力は膨大なものとな
り、原価の上昇につながる。また、より高次の不整磁場
が発生するため、これを消去して均一な磁場を得るため
に超電導コイル２の個数を増やす必要がある。このこと
も装置の原価上昇につながる要因となる。更に、超電導
コイル２の各々に加わる電磁力も起磁力に応じて大きく
なるので、構造的にも厳しい条件が要求されることにな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来例で
は、被検者に開放感を与える広い開口を備えた超電導磁
石装置であって、広い均一磁場領域を持ち、高い磁場強
度と時間的に安定な静磁場を発生できる装置を低廉な原
価で製造することは難しかった。特に、第３の従来例に
おいては、広い開口を有する超電導磁石を提供すること
はできるが、漏洩磁場を抑制するためには、上下の円筒
状外部強磁性体１３Ｂを接続するために柱状外部強磁性
体１３Ｃが必須となる。しかし、柱状外部強磁性体１３
Ｃを設けることによって、この柱状外部強磁性体１３Ｃ
に発生する磁化の影響が問題となる。すなわち、この磁
化によって発生する磁場が均一磁場領域７にも影響する
ために、必要とする磁場均一度を得ることが困難にな
る。柱状外部強磁性体１３Ｃの間の距離を広く取ること
で磁場均一度に与える影響を低減することは可能である
が、装置の外形、特に柱状外部強磁性体１３Ｃの外側間
の距離が大きくなるという問題が発生している。従っ
て、本発明では上記の問題を解決し、広い開口を備える
と共に、高い磁場強度において磁場均一度の良い磁場を
得ることができ、かつ、外形が小型の超電導磁石装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は次の解決
手段によって達成される。本発明の超電導磁石装置は、
超電導特性を有する物質から構成され、有限の領域に第
１の方向に向かう均一磁場を発生させるための電流を流
す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特性を示す温度
まで冷却し、維持するための冷却手段と、前記磁場発生
源を支持するための支持手段とを具備する超電導磁石装
置において、前記磁場発生源は前記均一磁場領域を挾ん
で前記第１の方向に沿ってほぼ等距離に配置されたほぼ
相似形状をした１対の磁場発生素子群から構成され、各
磁場発生素子群は前記均一磁場領域の磁場の主成分を発
生するために、前記第１の方向を中心軸とする円に沿う
第２の方向に向かう電流を流す１個以上の第１の磁場発
生素子と、前記均一磁場領域の磁場の均一度を改善する
ために前記第２の方向と同じ、又は逆向きの電流を流す
１個以上の第２の磁場発生素子とから構成され、前記第
２の磁場発生素子の直径は前記第１の磁場発生素子の外
径よりも小さく、前記磁場発生素子群の各々の周囲を包
囲するように１対の第１の強磁性体が配置され、該第１
の強磁性体間を部分的に磁気的に接続し、その両端が前
記第１の強磁性体の各々とほぼ同じ位置にある第２の強
磁性体が前記第１の方向と平行に配置され、該第２の強
磁性体の内側表面と前記均一磁場領域の中心を通り前記
第１の方向に平行な中心軸との距離が、前記第１の強磁
性体に近い位置の部分よりも、前記均一磁場領域の外周
に近い位置の部分において遠くなっているものである
（請求項１）。この構成では、磁場発生源の周囲にこれ
を包囲するように第１の強磁性体を配置し、更に第１の
強磁性体を接続、支持する柱状の第２の強磁性体が磁石
の中心軸に平行に配置され、この第２の強磁性体の均一
磁場領域の外周に近い位置の部分の内周側の表面が磁石
の中心軸から離れた位置にあるので、均一磁場領域から
強磁性体を遠ざけることができ、均一磁場領域の磁場均
一度を改善することができる。

【００１２】本発明の超電導磁石装置では更に、前記第
２の強磁性体は前記均一磁場領域の外周に近い位置の部
分で、かつ、前記中心軸に面する側に、強磁性体を切除
された窪みを具備するものである（請求項２）。この構
成の効果は、請求項１の効果と同様である。

【００１３】本発明の超電導磁石装置では更に、前記第
２の強磁性体の窪みの形状を適切に選択することによ
り、前記均一磁場の前記中心軸に対し非対称な成分を抑
制したものである（請求項３）。この構成の効果も、請
求項１の効果と同様である。

【００１４】本発明の超電導磁石装置では更に、前記第
２の強磁性体の前記窪みに、非磁性材料の補強体を補填
したものである（請求項４）。この構成では、第２の強
磁性体の機械的強度を向上させることができる。

【００１５】本発明の超電導磁石装置では更に、前記第
２の強磁性体の断面形状を、前記中心軸から前記第２の
強磁性体の断面を見た視野角がほぼ一定であるように構
成したものである（請求項５）。この構成では、被検者
の開放感を損わずに、漏洩磁場の低減又は磁石外形の小
型化を図ることができる。

【００１６】本発明の磁気共鳴イメ−ジング装置は上記
の本発明の超電導磁石装置を用いたものである（請求項
６）。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って説明する。本発明の超電導磁石装置の第１の実
施例を図１に示す。この超電導磁石装置１の主な構成要
素は第３の従来例として説明した図１５と基本的に同一
である。すなわち、撮影空間である均一磁場領域７に磁
場を発生させるための超電導コイル２、それを収納し冷
却するための冷却容器４（真空容器５及び冷媒容器６を
含む。）、及び漏洩磁場を低減させるための強磁性体
（ここでは鉄を使用している。）２１である。（以下の
説明では、第３の従来例と共通する部分については図１
５を用いて説明する。）

【００１８】本実施例の超電導コイル２の配置について
も、基本的には第３の従来例と同じで、装置中央の均一
磁場領域７を挾んで上下方向に対向して対称位置に設置
されている。超電導コイル２は図１５の第３の従来例の
如く、均一磁場領域７の磁場の主成分を発生する主コイ
ル２Ａと、均一磁場領域７の磁場均一度を改善するため
の調整コイル２Ｂとから成り、主コイル２Ａ、調整コイ
ル２Ｂとも１個以上のコイルからなる。また、調整コイ
ル２Ｂは磁場均一度を調整するために、主コイル２Ａと
は逆極性の磁場を発生するコイルを含むことがあり、そ
のような構成にすることにより超電導コイル２全体の外
形寸法が大きくならないようにしている。それに応じ
て、冷却容器４も円筒形状のものを上下方向に対向して
対称位置に設置され、両冷却容器４はその間にある２本
の支柱（図示せず）によって所定の距離を維持して保持
される。この支柱は、上下の冷却容器４を機械的に支え
る働きをしているが、必要によっては、上下の液体ヘリ
ウムの入った冷媒容器６を熱的に接続させる働きを持た
せても良い。そのような働きを持たせることにより、冷
凍機を上下に１台ずつ設ける必要がなくなり、ＭＲＩ装
置のシステムに１台の冷凍機で間に合わせることが可能
になる。また、支柱の本数に限定はなく、３本以上に増
やすこともできるし、開放感を増すためには片持ちの１
本の支柱としても良い。

【００１９】一方、漏洩磁場を低減するために、装置の
外周部には強磁性体（本実施例では鉄を使用する。）か
らなる構造体２１が設置されている。具体的には、上下
の冷却容器４の上下を円板状強磁性体２１Ａで囲み、上
下の円板状強磁性体２１Ａを柱の形状をした柱状強磁性
体２１Ｂによって磁気的に接続している。更に、円板状
強磁性体２１Ａと柱状強磁性体２１Ｂの磁気的結合を高
め、漏洩磁場を抑制するために、円板状強磁性体２１Ａ
の外周で、かつ、柱状強磁性体２１Ｂの端部に接する部
分に補助強磁性体２１Ｃを設置している。このように超
電導コイル２を収納した冷却容器４の周囲を強磁性体構
造体２１で囲むことで、超電導コイル２によって装置外
部に発生する磁束について磁路が形成されるので、漏洩
磁場が遠方にまで拡がることを抑制できる。

【００２０】しかし、第３の従来例において説明した如
く、柱状強磁性体２１Ｂが存在すると均一磁場領域７の
磁場均一度が乱される問題が生じる。この問題を解消す
るために、本発明においては柱状強磁性体２１Ｂの中央
部分の均一磁場領域７に近い側に窪み２２を設けてい
る。図２に柱状強磁性体２１Ｂの窪み２２の部分の詳細
図を示す。図示の如く、柱状強磁性体２１Ｂの均一磁場
領域７に近い側の面に短形状の窪み２２を設けることに
より、強磁性体を均一磁場領域７から遠ざけることがで
きるために、均一磁場領域７の磁場の軸非対称成分（図
示のＺ軸に対し非対称な磁場の成分）を抑制することが
できる。また、柱状強磁性体２１Ｂの外側部分の形状は
変えていないので、単に２本の柱状強磁性体２１Ｂの内
側の間隔を拡げた場合と異なり、装置の外形が大型化す
ることもない。

【００２１】上記の効果を具体的に検証するために、計
算機シミュレ−ションを行った結果を以下に説明する。
図２に示すように、柱状強磁性体（材質は鉄）２１Ｂの
内側を高さＡ１、深さＡ２だけ切除して短形状の窪み２
２を設けた場合の３例及び窪み２２を設けない場合につ
いて計算を行った。計算モデルについてのＡ１及びＡ２
の寸法を表１に示す。モデル１は鉄の切除を行わない場
合で、基準となるデ−タである。モデル２からモデル４
に進むにつれて、鉄を切除する量が多くなり、窪み２２
が大きくなっている。シミュレ−ション結果として、磁
石中心の磁場強度を約０．７５テスラのときの漏洩磁場
の広がり、磁場均一度、展開係数のデ−タをまとめたも
のを表２に示す。また、シミュレ−ション結果をグラフ
にまとめたものを図３〜図６に示す。

【００２２】図３は各モデルに対する漏洩磁場の広がり
の変化を示している。横軸にモデルＮＯ．をとり、縦軸
に５ガウスラインの磁石中心からの距離（磁石の中心か
ら漏洩磁場の強度が５ガウスとなる位置までの距離）を
とっている。磁石の中心からの方向としては、直交３方
向をとりＺ軸上、径方向の２つの軸上（柱状強磁性体２
１Ｂのある方向（Ｘ軸方向とする。）と無い方向（Ｙ軸
方向とする。））を選んである。正方形印がＸ軸方向、
三角形印がＹ軸方向、菱形印がＺ軸方向のデ−タであ
る。図３から、モデルの差による漏洩磁場の変化は少な
く、柱状強磁性体２１Ｂの内側を若干量切除しても漏洩
磁場に対する影響は少なく、問題ないことが分かる。

【００２３】一方、図４には均一磁場領域内の磁場均一
度の変化（これは磁場強度の変化に対応する。）の様子
を示す。磁石の中心から直交３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方
向）に２２．５ｃｍ離れた３点における磁場均一度が各
モデルについてどのように変化するかを示している。図
４から、柱状強磁性体２１Ｂの切除量を増やすにつれ
て、Ｚ軸方向の磁場強度が下がり、Ｘ軸方向（柱状強磁
性体のある側）の磁場強度が上昇することが分かる。一
方、Ｙ軸方向（開放側）の磁場強度の変化量は少ない
が、わずかずつ減少している。モデル２の場合、Ｘ軸方
向とＹ軸方向の磁場強度がほぼ等しくなっており、磁場
分布の軸非対称性が小さくなっていることが分かる。

【００２４】上記のことをもっと明瞭に示すために、図
５及び図６に、磁場分布をルジャンドル関数で展開した
場合の展開係数項の変化の様子を示した。両図の縦軸は
各展開係数項の強さを示している。図５には係数項
（ｍ、ｎ）が（０，２）と（２，２）の項について示
し、図６にはそれ以外のいくつかの項について示した。
ここで、ｍの値が０の場合は軸対称な項で、０以外の場
合は軸非対称な項である。各項の値が大きい程、磁場分
布に不均一な項が付加され、全部の項の値が０になった
場合に理想的に均一な磁場分布が得られる。

【００２５】図５及び図６において、モデル２の場合に
は、軸非対称成分として最も大きな（２，２）項がほぼ
０となっており、その他の（２，４）項や（４，４）項
等も小さくなっている。一方、軸対称項である（０，
２）項や（０，４）項の絶対値は増加している。しか
し、これらの軸対称項は超電導コイル２の配置を再度最
適化し直すことで容易に低減できる程度であり、実際上
の問題にはならない。以上の検討により、柱状強磁性体
２１Ｂの内側部分を切除することにより、漏洩磁場に影
響を与えることなく、磁場分布の軸非対称成分を大幅に
低減できることを確認できた。

【００２６】また、本発明で用いる強磁性体としては、
磁気的に強磁性を示すものであれば鉄以外の材質も選択
可能である。しかし、磁気的特性、コスト、機械的強度
を考慮した場合、一般には鉄を使用することが望まし
い。更に、柱状強磁性体２１Ｂの本数は必要に応じて何
本でも良いが、一般には支柱の本数と同数にすることに
よって被検者の入る撮影空間が外観上広く感じられる利
点がある。

【００２７】図１の超電導磁石装置において、冷却容器
４の対向面には傾斜磁場コイル収納用窪み２７が設けら
れているが、この部分には傾斜磁場コイルや照射用高周
波コイルがセットされる。本発明の超電導磁石装置は、
これらの傾斜磁場コイルや照射用高周波コイルを取り付
けられて、更に各種電源や制御機器と組合せてＭＲＩ装
置として使用されて、上記した、広い開口、強い磁場強
度における高均一度、小型化等の特徴点を発揮する。

【００２８】図７には本発明の第２の実施例を示す。図
７は本実施例の要部である柱状強磁性体２１Ｂを示した
もので、本実施例では第１の実施例に対し窪みの形状が
異なるものである。本実施例では図示の如く柱状強磁性
体２１Ｂの内側を曲線状に切除して窪み２２Ａを設けて
いる。このように柱状強磁性体２１Ｂの厚さの変化を緩
やかにすることで、柱状強磁性体２１Ｂの中を通る磁束
の流れが自然になるので窪み２２Ａの部分に磁束が集中
することが避けられる。この結果、強磁性体が部分的に
磁気飽和を起こしにくくなるので漏洩磁場を低減する効
果がある。また、応力の集中もなくなるので、構造的な
強度を高めることができる。窪み２２Ａの曲線の形状、
すなわち曲率、深さ、長さ等は、主に均一磁場領域７の
磁場均一度に与える影響と機械的強度を考慮して設定す
ることが必要である。

【００２９】図８には本発明の第３の実施例を示す。本
実施例では、柱状強磁性体２１Ｂの窪み２２の部分に非
磁性の補強体２３を挿入し、固着したものである。この
ような構造をとることにより、柱状強磁性体２１Ｂに窪
み２２を設けたことにより生じる構造的な強度低下を補
強することができる。また、補強体２３には非磁性の材
料を用いることで、構造材を挿入することによる磁場分
布への影響は避けられる。

【００３０】図９は、図１の本発明の第１の実施例の構
造を上から見た図である。従来の技術で説明した第２、
第３の従来例の場合（図１４、図１５参照）では、上下
の強磁性体を接続、支持する柱状強磁性体には断面が円
形のものが使用されていた。（比較のため、図９にこの
円筒柱状強磁性体２４を重ねて破線で示した。）これ
は、円形断面のものの製造が容易であることが主な理由
である。

【００３１】一方、本発明では、図９に示すように、柱
状強磁性体２１Ｂの断面は磁石中心から遠ざかるほど幅
が広くなる扇形の形状をしている。図９の上で比較すれ
ば分かるように、断面形状が円形の場合と扇形の場合と
で、撮影空間７に入った被検者から見た場合の視野の広
さを同じにすると、柱状強磁性体の断面積は扇形の場合
の方が広くなる。すなわち、磁束が通り易くなるので、
外部への磁場漏洩を少なくする効果がある。逆に、扇形
断面の場合に、漏洩磁場値を円形断面の場合と同程度に
抑制しょうとしたとき（断面積を同程度にすればよ
い。）、磁石中心軸２５から柱状強磁性体２１Ｂの外周
２６までの距離を短くすることができるので、装置の外
形寸法（すなわち、２本の柱状強磁性体２１Ｂの外周間
の距離）を小さくすることができる。

【００３２】上述の如く、柱状強磁性体２１Ｂの断面の
幅を、磁石中心軸２５から遠くなるほど広くすることに
より、撮影空間７に入った被検者の視界を妨げることな
く、外形を小さくすることが可能である。この観点での
柱状強磁性体２１Ｂの断面形状の変形例を図１０〜図１
２に示す。いずれの例も、磁石中心軸２５からみた視野
角は同じで、外周２６の形状を変えたものである。図１
０の場合は１本の直線で、図１１の場合は２本の直線
で、図１２の場合は円形で、それぞれ外周２６を形成し
たものである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、広
い開口を備えると共に、強い磁場強度において、高い均
一度の磁場を得ることができ、かつ、外形の小型な超電
導磁石装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導磁石装置の第１の実施例。

【図２】柱状強磁性体の窪みの部分の詳細図。

【図３】各モデルに対する漏洩磁場の広がりの変化を示
す図。

【図４】均一磁場領域内の磁場均一度の変化の様子を示
す図。

【図５】磁場分布をルジャンドル関数で展開した場合の
展開係数項の変化の様子を示す図（１）。

【図６】磁場分布をルジャンドル関数で展開した場合の
展開係数項の変化の様子を示す図（２）。

【図７】本発明の第２の実施例を示す図。

【図８】本発明の第３の実施例を示す図。

【図９】図１の本発明の第１の実施例を上から見た図。

【図１０】柱状強磁性体の断面形状の変形例（１）。

【図１１】柱状強磁性体の断面形状の変形例（２）。

【図１２】柱状強磁性体の断面形状の変形例（３）。

【図１３】第１の従来例の水平磁場方式の超電導磁石装
置。

【図１４】第２の従来例の鉄による磁路を用いた超電導
磁石装置。

【図１５】第３の従来例の強磁性体で周囲を囲んだ超電
導磁石装置。

【表１】計算モデルについてのＡ１及びＡ２の寸法。

【表２】各モデルについての漏洩磁場の広がり、磁場均一度、展
開係数のシミュレ−ション結果のまとめ。

【符号の説明】

１超電導磁石装置２超電導コイル４冷却容器７均一磁場領域（撮影空間）２１強磁性体構造体２１Ａ円板状強磁性体２１Ｂ柱状強磁性体２１Ｃ補助強磁性体２２、２２Ａ窪み２３補強体２５磁石の中心軸２６柱状強磁性体の外周。

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【手続補正書】

【提出日】平成８年７月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】上記の効果を具体的に検証するために、計
算機シミュレーションを行なった結果を以下に説明す
る。図２に示すように、柱状強磁性体（材質は鉄）２１
Ｂの内側を高さＡ１、深さＡ２だけ切除して短形状の窪
み２２を設けた場合の３例及び窪み２２を設けない場合
について計算を行った。計算モデルについてのＡ１及び
Ａ２の寸法を表１に示す。モデル１は鉄の切除を行わな
い場合で、基準となるデータである。モデル２からモデ
ル４に進むにつれて、切除する量が多くなり、窪み２２
が大きくなっている。シミュレーション結果として、磁
石中心の磁場強度を約０．７５テスラのときの漏洩磁場
の広がり、磁場均一度、展開係数のデータをまとめたも
のを表２に示す。また、シミュレーション結果をグラフ
にまとめたものを図３〜図６に示す。

【表１】

【表２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】第３の従来例の強磁性体で周囲を囲んだ超
電導磁石装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導特性を有する物質から構成され、有
限の領域に第１の方向に向かう均一磁場を発生させるた
めの電流を流す磁場発生源と、該磁場発生源を超電導特
性を示す温度まで冷却し、維持するための冷却手段と、
前記磁場発生源を支持するための支持手段とを具備する
超電導磁石装置において、前記磁場発生源は前記均一磁
場領域を挾んで前記第１の方向に沿ってほぼ等距離に配
置されたほぼ相似形状をした１対の磁場発生素子群から
構成され、各磁場発生素子群は前記均一磁場領域の磁場
の主成分を発生するために、前記第１の方向を中心軸と
する円に沿う第２の方向に向かう電流を流す１個以上の
第１の磁場発生素子と、前記均一磁場領域の磁場の均一
度を改善するために前記第２の方向と同じ、又は逆向き
の電流を流す１個以上の第２の磁場発生素子とから構成
され、前記第２の磁場発生素子の直径は前記第１の磁場
発生素子の外径よりも小さく、前記磁場発生素子群の各
々の周囲を包囲するように１対の第１の強磁性体が配置
され、該第１の強磁性体間を部分的に磁気的に接続し、
その両端が前記第１の強磁性体の各々とほぼ同じ位置に
ある第２の強磁性体が前記第１の方向と平行に配置さ
れ、該第２の強磁性体の内側表面と前記均一磁場領域の
中心を通り前記第１の方向に平行な中心軸との距離が、
前記第１の強磁性体に近い位置の部分よりも、前記均一
磁場領域の外周に近い位置の部分において遠くなってい
ることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】請求項１記載の超電導磁石装置において、
前記第２の強磁性体は前記均一磁場領域の外周に近い位
置の部分で、かつ、前記中心軸に面する側に、強磁性体
を切除された窪みを具備することを特徴とする超電導磁
石装置。
【請求項３】請求項１及び２記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第２の強磁性体の窪みの形状を適切に選択す
ることにより、前記均一磁場の前記中心軸に対し非対称
な成分を抑制したことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項４】請求項２及び３記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第２の強磁性体の前記窪みに、非磁性材料の
補強体を補填したことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項５】請求項１乃至４記載の超電導磁石装置にお
いて、前記第２の強磁性体の断面形状を、前記中心軸か
ら前記第２の強磁性体の断面を見た視野角がほぼ一定で
あるように構成したことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項６】請求項１乃至５記載の超電導磁石装置を用
いた磁気共鳴イメ−ジング装置。