JP2004073288A

JP2004073288A - コイル装置

Info

Publication number: JP2004073288A
Application number: JP2002234324A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Sakakura; 坂倉　良知
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP4004038B2

Abstract

【課題】コイル巻線の巻線間に含浸される樹脂中に、真空状態のボイドができるのを防止し、コイル巻線の絶縁性を向上すること。
【解決手段】螺旋状の巻線パターンを有する巻線コイル１２０Ａに、このパターンを横切るように溝１２０Ｂを形成した。この溝は、巻線コイルの少なくとも一方の面に形成され、巻線コイルの外縁側１２０ａｏと内縁側１２０ａｉとを仮想的に結ぶように、直線状に形成される。
これにより、コイル巻線に絶縁体を含浸させる際、溝が絶縁体の通路となって、この溝を通してコイル巻線の巻線間１２０Ｃに絶縁体をスムーズに流すことができる。よって、絶縁体を確実に含浸させることができ、コイル巻線の巻線間に含浸される樹脂中に真空状態のボイドができることがなく、絶縁性が向上する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば磁気共鳴イメージング（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）装置の傾斜磁場コイル等として使用するのに好適なコイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンを高周波信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生するＭＲ信号に基づいて画像を再構成したり、スペクトルデータを得たりする装置であり、医療用の診断装置として多用されている。
この磁気共鳴イメージング装置では、超伝導コイルや常伝導コイルあるいは永久磁石などによって静磁場が形成される。そして、この静磁場を作るコイルや磁石の内側に傾斜磁場コイルが配置されている。傾斜磁場コイルは通常、Ｇｘコイル、Ｇｙコイル、Ｇｚコイルと呼ばれる３組のコイルで構成され、直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向で強度が線形に異なる傾斜磁場を作る。なお通常、被検体の体軸方向をｚ軸方向とし、被検体の幅方向（左右方向）をｘ軸方向、被検体の厚さ方向（前後方向）をｙ軸方向としている。
傾斜磁場は、任意に撮影断面を決めたり、被検体からのＲＦ信号に位置信号を付加したりすることを目的として、静磁場に線形の傾斜をもたせるために設けられる。傾斜磁場コイルの性能としては、正確な位置情報を与えるための傾斜磁場の線形性が要求される。傾斜磁場コイルの形状は、静磁場の方向およびどの方向へ傾斜させるかにより異なるが、一般的には、Ｇｚコイルとしては一対のソレノイド型コイルが用いられ、Ｇｘコイル、Ｇｙコイルとしては夫々４枚のサドル型コイルの組が用いられる。
【０００３】
このような傾斜磁場コイルの製造方法が、例えば特開２０００−８２６２７号公報に開示されている。
すなわち、サドル型コイルとしては、図３に示すように、厚みのある湾曲した治具１４の表面に、同形状に予め曲げ加工された平板状の銅板１２を固定し、これを例えば図示しない数値制御されるミリング加工機に取り付けて切削加工する。ミリング加工機では、所定の螺旋状コイル巻線の輪郭に沿って銅板１２を切削することにより、螺旋状の巻線パターンを切り出す。この巻線パターンがコイル巻線１２Ａとなる。その後銅板１２を治具１４とともにミリング加工機から取り外し、銅板１２の内コイル巻線１２Ａを除く不要な金属部分１２Ｂを取り除き、巻線パターンすなわちコイル巻線１２Ａのみを治具１４上に残す。
次に、このコイル巻線１２Ａ上に接着剤を塗布した後、図４（ａ）に示すように、治具１４上に絶縁シート２０を被せて、コイル巻線１２Ａに絶縁シート２０を接着させる。そしてコイル巻線１２Ａと絶縁シート２０とが良く接着したら、絶縁シート２０を治具１４から剥がす。そうすると、コイル巻線１２Ａが治具１４から離脱して、図４（ｂ）に示すような、コイル巻線１２Ａの表面に絶縁シート２０が接着されて一体となったサドル型コイルが形成される。図４（ｃ）は、残った治具１４を示している。なお、絶縁シート２０の四隅には、対角線方向にかつコイル巻線１２Ａに重ならないように、すなわちコイル巻線１２Ａのパターンの間隙（すなわち、巻線間の隙間）に合わせて小さい孔２２が形成されているが、これは後述する樹脂を含浸するときのためのものである。
【０００４】
このように形成されたサドル型コイルは、軸方向に２つ配列したものを周方向に対向配置することにより、４つのサドル型コイルを組み合わせて夫々実際のＧｘコイル、Ｇｙコイルを構成する。すなわち、これらＧｘコイル、Ｇｙコイルは、円筒型のボビン上に周方向に９０度ずれた向きに積層される。さらに、ソレノイド型のコイルであるＧｚコイルがその上に重ねられる（ただし、積層順序はこれに限ることはない）。これらは傾斜磁場コイルの主コイルを形成するが、さらにその上に、静磁場を補正するための磁性体を搭載する構造体と、主コイルに対応するシールドコイルなどが配置され、最も外側に静磁場の均一性を補正するためのシムコイルが設けられてコイル構造体ができる。
その後このコイル構造体は、図示しない密封された樹脂含浸槽内に置かれ、全体を例えばエポキシ樹脂のような絶縁体を、コイル巻線の巻線間および主コイルとシールドコイルの間などに真空含浸することによって、コイル装置を完成させる。この場合、絶縁シート２０にあけた小さい孔２２を通して、コイル巻線１２Ａの巻線間に絶縁体が充填されていく。
【０００５】
なお、上記のコイル構造体は、円筒状の超伝導コイルや常伝導コイルで静磁場を形成するタイプの磁気共鳴イメージング装置に用いられる傾斜磁場コイルの例であるが、磁気共鳴イメージング装置には、Ｎ極用とＳ極用の一対の平面状をした静磁場磁石（超伝導コイル、常伝導コイル、永久磁石などが適宜使用される）を対向配置して静磁場を形成するタイプの、いわゆるオープン型ＭＲＩ装置も知られている。
このようなオープン型ＭＲＩ装置に使われる傾斜磁場コイルは、円筒状ではなく平面状をしたものとなり、対向配置された一対の静磁場磁石と平行に夫々配置されることになる。従って、この場合の傾斜磁場コイルは、湾曲した治具１４の表面に予め曲げ加工された平板状の銅板１２を固定して作成する必要はなく、銅板１２を平板状のままミリング加工機で切削加工して、平板状のコイル巻線１２Ａを形成すればよい。
図５はその一例として、平板状の銅板１２を切削加工して形成したコイル巻線１２Ａを示したものであり、この例では、軸方向に２組の螺旋状のコイル巻線１２Ａを一体に切り出したものが示されている。そして、このような平板状のコイル巻線１２Ａを夫々Ｇｘコイル、Ｇｙコイル、Ｇｚコイル用として、小さい孔２２を有する絶縁シート２０を間に挟んで積層し、樹脂を含浸させて平面状のコイル構造体が形成される。よって、このコイル構造体を一対静磁場磁石と平行に配置することにより、傾斜磁場コイルとして使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コイル構造体に絶縁体を真空含浸させる場合、上記のように、従来の絶縁シート２０に小さい孔２２をあけたものでは、絶縁体（例えばエポキシ樹脂）の通りが思わしくなく、コイル巻線１２Ａのパターン間に絶縁体が十分含浸されず、絶縁が不充分となるという問題があった。また、コイル巻線１２Ａの巻線間隔が狭いと、絶縁シート２０にあける孔２２もより小さくしなければならないので、真空含浸中、絶縁シート２０の小さい孔２２を通る樹脂の流れが悪くなり、コイル巻線１２Ａの巻線間に含浸される樹脂中或いは小さい孔２２の部分に、真空状態のボイドができてしまい、このボイドが層間絶縁を劣化させ、時として絶縁破壊を生じさせる原因となっていた。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、螺旋状の巻線パターンを平面的に形成したコイルを、絶縁シートを介して複数層重ねたものに、樹脂を含浸させて成るコイル装置において、前記巻線パターンに、このパターンを横切るように溝を形成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコイル装置において、前記溝は、前記巻線パターンの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とし、
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のコイル装置において、前記溝は、前記螺旋状の巻線パターンの外縁側と内縁側とを仮想的に結ぶように、直線状に形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のコイル装置において、前記直線状に形成された溝は、前記螺旋状の巻線パターンに角度を変えて少なくとも２列形成されていることを特徴とし、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のコイル装置において、前記螺旋状の巻線パターンに直線状に形成された２列の溝は、前記巻線パターン上において平面的に略Ｖ字形を為していることを特徴とする。
これにより、コイル巻線に絶縁体を含浸させる際、溝が絶縁体の通路となって、この溝を通してコイル巻線の巻線間に絶縁体をスムーズに流すことができる。よって、絶縁体を確実に含浸させることができ、コイル巻線の巻線間に含浸される樹脂中に、真空状態のボイドができることもなく、コイル装置の絶縁性を極めて向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコイル装置の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るコイル装置における、コイル巻線の一実施の形態を示した平面図である。
この実施の形態におけるコイル巻線１２０Ａは、例えば図５に示したものと同様に、平板状の銅板１２を数値制御されるミリング加工機などによって、２組の巻線パターンを一体に切り出したものである。ただし、図５に示したものと異なる本発明としての大きな特徴は、螺旋状の巻線パターンを有するコイル巻線１２０Ａの、外縁側１２０ａｏと内縁側１２０ａｉとを仮想的に結ぶように、直線状に溝１２０Ｂが形成されていることである。すなわち溝１２０Ｂは、コイル巻線１２０Ａの各パターンを横切るように形成されている。
この溝１２０Ｂは、銅板１２に対してコイル巻線１２０Ａを切り出す前に切削しておき、その後コイル巻線１２０Ａの輪郭に沿ってパターンを切り出すのが良い。何故なら、コイル巻線１２０Ａを切り出した後に溝１２０Ｂを切削すると、コイル巻線１２０Ａを変形させるおそれがあるためである。このようにして溝１２０Ｂを切削し、コイル巻線１２０Ａが切り出されると、溝１２０Ｂを避けてコイル巻線１２０Ａ上に接着剤を塗布して、コイル巻線１２０Ａ上に絶縁シートを接着させる。そしてコイル巻線１２０Ａと絶縁シートとが良く接着したら、絶縁シートを銅板１２から剥がすようにすることにより、絶縁シートを接着したコイル巻線１２０Ａと銅板１２の内不要になった金属部分とが分離される。このような分離の仕方は従来と同様である。
【０００９】
なお、このコイル巻線１２０Ａの外縁側１２０ａｏと内縁側１２０ａｉとを仮想的に結ぶように直線状に形成される溝１２０Ｂは、１組のコイル巻線１２０Ａについて１本ないし４本程度で良く、好ましくは２本形成されれば良い。また、溝１２０Ｂは、コイル巻線１２０Ａの一方の面に形成されていれば良いが、両方の面に形成されていても良い。
この溝１２０Ｂは、詳細は後述するが、コイル構造体にエポキシ樹脂のような絶縁体を真空含浸させる場合の、絶縁体の通り路となるものである。そのため、絶縁体の通路としては溝１２０Ｂの数が多いことが好ましいが、他方、コイル巻線１２０Ａを磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルとして使用する際には、数百アンペアの電流が流れるので、溝１２０Ｂが多いと許容電流容量を減じる結果となり、その分コイル巻線１２０Ａの厚み（すなわち、銅板１２の厚み）を厚くしなければならなくなる。
一例として１組のコイル巻線１２０Ａに２本の溝１２０Ｂを形成するものとして、コイル巻線１２０Ａの厚み（すなわち、銅板１２の厚み）が約６ｍｍある場合、溝１２０Ｂは深さ約１ｍｍ、幅約５ｍｍに形成される。なお、コイル巻線１２０Ａに形成された溝１２０Ｂを、隣接する２本について平面的に見ると、略Ｖ字型を為している。
【００１０】
このように、溝１２０Ｂの形成されたコイル巻線１２０Ａを、夫々Ｇｘコイル、Ｇｙコイル、Ｇｚコイル用として平らな基板上に積層し、傾斜磁場コイルの主コイルを形成した場合、その断面構造の一例を示すと図２のようになる。
すなわち、図２において、ＦＲＰ製の基板１１０上にＧｙ用コイル１２０Ｙが置かれ、その上にＧｚ用コイル１２０Ｚが置かれ、さらにその上にＧｘ用コイル１２０Ｘが置かれるごとく順次これらが積層される。勿論各コイルには絶縁シート２００が接着されていて、各コイル１２０Ｘ、１２０Ｙ、１２０Ｚ間の絶縁が保たれている。この絶縁シート２００の厚みは例えば約０．６ｍｍである。
なお、図２には主コイルのみしか示されていないが、主コイルの上に静磁場を補正するための磁性体を搭載する構造体や主コイルに対応するシールドコイル、さらにシムコイルなども積層されて平面状のコイル構造体が出来上がる。また、このシールドコイルなども溝１２０Ｂの形成されたコイル巻線１２０Ａとする。
このようにして構成されたコイル構造体を、図示しない密封された樹脂含浸槽内にやや斜めにして置き、樹脂含浸槽の下方から絶縁体としての例えばエポキシ樹脂を注入しつつ樹脂含浸槽の上方から排気して、樹脂含浸槽内を真空状態に近づける。従って、エポキシ樹脂は、各コイル巻線１２０Ａに切削された溝１２０Ｂを通してコイル巻線１２０Ａの巻線間１２０Ｃに確実に含浸される。また、溝１２０Ｂにもエポキシ樹脂が充填されることは勿論であり、コイル構造体の内部にボイドを生じないように確実に絶縁体が含浸されるとともに、コイル構造体の周囲を絶縁体で固めたコイル装置が完成する。
【００１１】
なお、本発明を平面状のコイル構造体を作成する場合について説明したが、本発明は円筒状のコイル構造体は勿論、コイル構造体の形状に係わりなく適用されることは言うまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、各コイル巻線１２０Ａ自体に溝１２０Ｂを切削して形成したことにより、絶縁体を含浸させる際、溝１２０Ｂが絶縁体の通路となって、この溝１２０Ｂを通してコイル巻線１２０Ａの巻線間１２０Ｃに絶縁体をスムーズに流すことができる。よって、絶縁体を確実に含浸させることができ、コイル巻線１２０Ａの巻線間１２０Ｃに含浸される樹脂中に、真空状態のボイドができることもなく、絶縁性を極めて向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコイル装置における、コイル巻線の一実施の形態を示した平面図である。
【図２】本発明に係るコイル装置の一部を断面で示した説明図である。
【図３】サドル型コイルの製造方法を説明するために示した説明図である。
【図４】サドル型コイルの従来の製造工程を説明するために示した説明図である。
【図５】平板状の銅板を切削加工して形成したコイル巻線の一例を示した平面図である。
【符号の説明】
１１０　基板
１２０Ａ　コイル巻線
１２０ａｉ　コイル巻線の内縁側
１２０ａｏ　コイル巻線の外縁側
１２０Ｂ　溝
１２０Ｃ　巻線間
２００　絶縁シート

Claims

螺旋状の巻線パターンを平面的に形成したコイルを、絶縁シートを介して複数層重ねたものに、樹脂を含浸させて成るコイル装置において、
前記巻線パターンに、このパターンを横切るように溝を形成したことを特徴とするコイル装置。
前記溝は、前記巻線パターンの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
前記溝は、前記螺旋状の巻線パターンの外縁側と内縁側とを仮想的に結ぶように、直線状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のコイル装置。
前記直線状に形成された溝は、前記螺旋状の巻線パターンに角度を変えて少なくとも２列形成されていることを特徴とする請求項３に記載のコイル装置。
前記螺旋状の巻線パターンに直線状に形成された２列の溝は、前記巻線パターン上において平面的に略Ｖ字形を為していることを特徴とする請求項４に記載のコイル装置。