JPH0961507A - 磁石対向型永久磁石磁気回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 磁気回路重量を増大させることなく、空隙空
間の開放性の高い磁石対向型永久磁石磁気回路を得る。 【解決手段】 一対の希土類永久磁石を対向させ、該磁
石の空隙側表面に磁場均一度を向上させるための整磁板
を設け、これらを継鉄で結んで構成した磁石対向型永久
磁石磁気回路において、永久磁石間を結ぶ継鉄が二本
で、継鉄中央部の断面積が両端部断面積より小さく、永
久磁石を保持するバックヨークが六角形以上の多角形
で、永久磁石横断面の縦横比が１／２以上２以下である
ことを特徴とする磁石対向型永久磁石磁気回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石磁気回路
に関するものであり、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、特に永
久磁石型ＭＲＩ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ＭＲＩ装置において、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
２（ｂ）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 Ins
truments and Methods,169, p.１(1980)や、ＭＲＩ装置
としては特開昭６１−３８５５４号公報(USP 4580098)
、特開昭６２−１０４０１１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２（ａ）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ＭＲＩ装置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。継鉄の柱は四本柱型と二枚板型があるが、磁場
調整のしやすさや磁気回路の組み立て易さから、四本柱
型が多い（実公平２−４４４８３号公報参照）。該磁気
回路は、永久磁石で発生した磁束を、継鉄を通して対向
側の永久磁石の反対極に流すため、磁束漏洩が少なく、
効率の良い磁気回路が作製できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記磁石対向
型磁気回路において磁束漏洩を少なくするためには、継
鉄内部の磁気飽和が起きないように、磁束を通すのに充
分な断面積を取る必要があるため、全体重量が増える。
また、磁石動作点の観点から、該磁気回路の効率が良い
のは、概ね1000Ｇから2000Ｇの間である。3000Ｇの磁場
強度を有する磁石対向型磁気回路も開発されているが、
磁石使用効率の点からは好ましいものではない。また、
該磁気回路の問題点として、整磁板から継鉄への磁束の
漏洩がある。本来、空隙を通して対向側整磁板に流れる
べき磁束が、継鉄側に漏洩するため、磁気効率が低下す
る。これを改善するため、磁石と継鉄の距離を広げるこ
とが有効であるが、鉄重量が増える欠点がある。

【０００５】超電導型や従来のダイポールリング型と磁
石対向型（二枚板、四本柱）の共通の問題として、ＭＲ
Ｉ装置にした時、側面方向が塞がれてしまうため、患者
に対して圧迫感を与えてしまうということがある。上下
方向の圧迫感と共に、左右が塞がれてしまうと、狭い穴
に入り込むような閉所感を、患者に与えてしまう。磁石
対向型では、横長にして、継鉄と磁石の距離を離すよう
にすれば、左右方向の圧迫感を緩和できるが、継鉄重量
が増えるため、好ましくない。ダイポールリング型で
は、患者の圧迫感を軽減するにはリング内径を大きくす
るしかないが、磁石重量は径の二乗で増加し、かつ軸方
向長さも長くしなければ磁場均一度が確保できないた
め、好ましくない。

【０００６】また、患者が空洞中に入り込む形となるた
め、医療技師が患者にアクセスしたり、検査中の患者の
様子を見たりするのが不便であった。通常、患者の監視
はテレビカメラを使って行われるが、視野が広くはな
く、コントラストなどの問題もあり、充分ではない。空
洞部を大きくすれば、これらの問題の一部は緩和される
が、継鉄重量や磁石重量の増加を伴うため、好ましくな
い（日本臨床 41、(1983)、254）。そこで、患者が磁気回
路内部に入った時の圧迫感を軽減し、医療技術者が患者
に接しやすいことと共に、磁石重量と継鉄重量の増加を
伴わない、磁気効率の良い磁気回路が求められている。
本発明はこのような問題を解決するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、一対
の希土類永久磁石を対向させ、該磁石の空隙側表面に磁
場均一度を向上させるための整磁板を設け、これらを継
鉄で結んで構成した磁石対向型永久磁石磁気回路におい
て、永久磁石間を結ぶ継鉄が二本で、継鉄中央部の断面
積が両端部断面積より小さく、永久磁石を保持するバッ
クヨークが六角形以上の多角形で、永久磁石横断面の縦
横比が、１／２以上２以下であ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。

【０００８】本発明の基本の磁気回路は磁石対向型であ
るが、要点は、継鉄を二本柱型とし、柱形状を改良した
点にある。従来の二枚板型は、柱を磁気飽和させないた
めと、上下磁石の保持のため、継鉄を幅広の板としたの
で、磁気回路側面が塞がれてしまうことが欠点であっ
た。本発明においては、磁石保持と磁束流れの両方を満
たしつつ、磁気回路の開放性を確保できる点にある。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に従って本発明の一実施態様
の詳細を説明する。ただし本発明が図１に限定されない
ことは言うまでもない。本発明の磁気回路は、左右に継
鉄の柱８、９があり、該二本柱に支持されて、上側の整
磁板１２・磁石１１・バックヨーク１０の組が載ってい
る。下側には、上側と対称に同一寸法の整磁板１３・磁
石１４の組が下バックヨーク１５に固着されている。整
磁板１２、１３間の空隙中心部１６に、均一な磁場分布
が得られる。

【００１０】側面図（図１（ｃ））からわかるように、
継鉄の二本柱８、９の形状は上部と下部が幅広で、中央
部の幅が狭くなっている。上下部の断面が大きくなって
いるのは、整磁板・磁石・バックヨークの組の磁石構造
を安定して支えるためである。柱中央部は幅が狭くなっ
ており、側面部の開放性が大幅に向上している。側面部
での患者の視野の妨げになるのは、柱中央部のみなの
で、患者が磁気回路空隙部に入った時の圧迫感を大幅に
軽減できる。柱中央部の断面積の減少は、上下磁石によ
り発生した磁束が柱を通るため、その漏洩が大きくなら
ないことと、磁石間の吸引力を支えられる構造強度の点
から決められる。通常、柱の構造強度は磁石吸引力に対
して充分大きいので、磁束漏洩の程度が柱断面積減少の
律速要因となる。柱外表面で磁場測定を行い、１０Ｇ以
内の漏洩であれば、許容できる。それ以上になると、Ｍ
ＲＩマグネットの漏洩磁場の基準となる５Ｇライン空間
が大きくなり、ＭＲＩ装置を設置するシールドルームが
大型化したり、磁場シールド対策が大掛かりになるため
好ましくない。柱の形状は図１の形状に限定されるもの
ではなく、曲線的な形状やテーパーのついた形状でも良
い。

【００１１】本発明では、磁石を固着するバックヨーク
１０、１５も、二本柱構造に最適化するため、八角形状
である。もちろん、四角を含む多角形状でも良い。ただ
し、四角形状の場合、バックヨーク四隅は磁束がほとん
ど流れないため、磁気回路上は無駄であることと、上下
方向の開放性をそこなうため、六角形以上の方が好まし
い。

【００１２】磁石１１、１４の縦横断面比は、横幅が大
きい程開放性は増すが、継鉄の重量が増大するため好ま
しくない。したがって、縦：横＝１：２から２：１の間
が良く、好ましくは１：２から１：１の間が良い。

【００１３】上部磁石構造（整磁板１２・磁石１１・バ
ックヨーク１０の組）は、継鉄の二本柱８、９に載って
おり、柱側面のボルト１７により柱と連結されている。
上部磁石構造は磁気的にも柱と吸引し合うため、物理的
に安定しており、外れる危険性はない。一方、上部磁石
構造は、空隙部の磁場調整のため、あおりや空隙間の微
調整を行う必要がある。これは、バックヨーク１０上部
のボルト１８を使用して行われる。

【００１４】永久磁石は、フェライト磁石、希土類磁石
のどちらも使用可能であるが、フェライト磁石で1000Ｇ
以上の磁場を得るためには、磁石重量が大きくなりすぎ
る。ＳｍＣｏ系やＮｄＦｅＢ系の焼結希土類磁石が、高
特性を有するため好ましい。特にＮｄＦｅＢ系磁石は高
特性でかつ機械特性がＳｍＣｏ系磁石に比べて良好なた
め好ましい。

【００１５】整磁板材料は、軟磁性を有する必要があ
り、鉄材、珪素鋼板、ソフトフェライト、樹脂鉄、アモ
ルファス材など単独または複合して用いる。形状は射影
面が円盤または楕円状で、断面は外周部に環状突起を有
する。環状突起は均一磁場評価空間の均一性を向上させ
得るのに有効である。

【００１６】ヨーク材は、起磁力損失を小さくするた
め、飽和磁化が高く、保磁力の小さい鉄系材料が好まし
い。例えば、ＪＩＳにおけるＳ４００やＳＭＢ材等が加
工性、磁気特性、コストの観点から好ましい。またＳＵ
Ｙ材は磁気特性が優れている。

【００１７】

【発明の効果】本発明の二本柱構造の磁石対向型永久磁
石磁気回路により、空隙空間の開放性を増すと共に、磁
気回路重量の増大が抑えられ、均一な磁場を発生させる
ＭＲＩ用永久磁石磁気回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石対向型永久磁石磁気回路の、
（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。

【図２】従来公知の永久磁石磁気回路のうち、（ａ）は
四本柱の磁石対向型磁気回路の斜視図、（ｂ）はダイポ
ールリング型磁気回路の斜視図である。

【符号の説明】

１‥‥‥ 磁石 ２‥‥‥ ヨーク板 ３‥‥‥ 継鉄 ４‥‥‥ 整磁板 ５‥‥‥ 磁石 ６‥‥‥ 筒状ヨーク ７‥‥‥ ヨーク板 ８、９‥‥‥ 継鉄 １０、１５‥‥ バックヨーク １１、１４‥‥ 磁石 １２、１３‥‥ 整磁板 １６‥‥‥‥ 空隙中心部 １７‥‥ 側面ボルト １８‥‥ バックヨーク面ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 浩二 福井県武生市北府２丁目１番５号 信越化 学工業株式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 井上 勇二 東京都日野市旭が丘４丁目７番地の127 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の希土類永久磁石を対向させ、該磁
   石の空隙側表面に磁場均一度を向上させるための整磁板
   を設け、これらを継鉄で結んで構成した磁石対向型永久
   磁石磁気回路において、永久磁石間を結ぶ継鉄が二本
   で、継鉄中央部の断面積が両端部断面積より小さく、永
   久磁石を保持するバックヨークが六角形以上の多角形
   で、永久磁石横断面の縦横比が、１／２以上２以下であ
   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、継鉄中央部の断面積
   は、永久磁石の発生する磁束を通すのに必要十分な断面
   積を有し、継鉄表面の面積の漏洩磁束が１０Ｇ以下であ
   る磁石対向型永久磁石磁気回路。