JP2004214451A - 多重構造を有する磁気シールド装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大空間で高性能の磁気シールドを行なおうとする場合には大量の軟磁性材料を必要とし、その重量が非常に重くなってしまうため取扱いや施工が容易ではない。そのためシールド特性を低下させずに軽量化するための工夫が望まれる。
【解決手段】軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さ未満で１／Ｓ以上の範囲である多重構造を有する磁気シールド装置。
【選択図】 図１
【解決手段】軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さ未満で１／Ｓ以上の範囲である多重構造を有する磁気シールド装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の磁気測定や電子ビームを利用した顕微鏡などに関して、磁気ノイズを低減するための磁気シールド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に磁気シールドは磁場を遮蔽したい空間を軟磁性材料で覆い所望の磁場を得る構造である。このとき磁気シールドの特性を決定する主要因には使用する軟磁性材料の透磁率、飽和磁束密度および体積（重量）が挙げられる。例えば透磁率と飽和磁束密度は大きいほどシールド特性は向上する。重量に関しては透磁率および飽和磁束密度の同じ材料を用いて同じ体積の空間を磁気シールドするときには重量が重いほどシールド特性は高くなる。しかし、大空間で高性能の磁気シールドを行なおうとする場合には大量の軟磁性材料を必要とし、その重量が非常に重くなってしまうため取扱いや施工が容易ではない。そのためシールド特性を低下させずに軽量化するための工夫が望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特許文献１では多重構造化した軟磁性材料で空間を覆うことによりシールド特性を低下させずに全体重量の軽減を図っている。しかし、このような磁気シールド装置においても電磁鋼板やパーマロイといった軟磁性材料が用いられ、例えば１０立方メートル程度の空間を磁気シールドする装置の全体重量は５〜１０トンにも及ぶ。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２３３０８６号公報
【０００５】
本発明の目的は、多重構造を有する磁気シールドにおける更なる軽量化であり、シールドに用いる軟磁性材料の板厚を調整することにより所望の磁気シールド特性を維持しつつ軽量化された磁気シールド装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の多重構造を有する磁気シールド装置は、軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さ未満で１／Ｓ以上の範囲であることを特徴とする多重構造を有する磁気シールド装置である。本発明は１０００立方メートル以下の容積を持つ磁気シールド装置において特に好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に性能評価の指標としてシールド率Ｓを用いて説明する。シールド率Ｓはシールドされた空間の磁場Ｈｉと外部磁場Ｈｅとの比で与えられＳ＝Ｈｅ／Ｈｉ（Ｓは１を超える正の数）で定義される。単層構造の磁気シールドで電磁鋼板やパーマロイを用いた場合１０００立方メートル程度の空間をシールドする装置の性能はＳ＝２〜４程度である。同じ板厚の軟磁性材料を用いた場合、シールド性能は装置の容積が小さい程向上し、１０立方メートルではＳ＝５〜１０程度になる。この原因はシールドに用いる軟磁性材料の磁気特性に起因する。軟磁性材料内部の磁束密度と外部磁場強度との関係は図２に示されるような磁化曲線になることはよく知られている。磁気シールドの性能を左右する透磁率はこの磁化曲線の微分値で与えられるので外部磁場が大きくなって磁束密度が増すほど透磁率は劣化することが分かる。所望の空間から磁束を排除する磁気シールド装置では排除された磁束はシールド装置の壁面を構成する軟磁性材料の中に集積される。よって、シールド空間の容積が大きくなるほど軟磁性材料内部の磁束密度が増加し実効的な透磁率が低下する。多重構造を有する磁気シールド装置においてもこの基本原理は変わらない。ただし、多重磁気シールドの内層においては既にシールド率Ｓをもってシールドされた空間内に軟磁性材料を配置するため、その内層材料内の磁束密度の飽和は起こり難い。よって、直ぐ内側のシールド層の軟磁性材料の板厚は１／Ｓまで薄くすることができる。磁気シールド特性を維持しつつ軽量化を図るには、直ぐ内側のシールド層の軟磁性材料の板厚は実質的に１／Ｓの厚さとすることが望ましい。１０００立方メートル程度の単層磁気シールドではＳ＝２〜４であるため磁気シールド層を多重化した場合の内層の板厚は１／２〜１／４にすることができる。
【０００８】
本発明の多重構造を有する磁気シールド装置では内側のシールド壁の軟磁性材料を箔状の形状を持つ鉄基微結晶軟磁性合金とすることが望ましい。電磁鋼板やパーマロイのような材料は弾性変形の範囲では低磁歪の特性を反映して良好な磁気特性を保つことができる。しかし、塑性変形を起こした場合には軟磁気特性の劣化は著しく、本発明に用いるように板厚を薄くした材料の取扱いが難しくなる。鉄基微結晶軟磁性合金はアモルファス磁性材料と同様に超急冷法を用いて製造されるため板厚が１０〜３０μｍと極薄の箔状の形状を有している。この鉄基微結晶軟磁性合金の箔体を所望の厚さに積層して用いることにより所期の厚さの磁気シールド壁を構成することができる。この材料を用いた場合、箔体一層の厚さが薄く、また材料の組織構造が鉄基合金の微結晶から構成されているため箔体の外径形状が塑性変形しても内部の微結晶は塑性変形し難い特性を有している。また、同様の外径形状を有するアモルファスと比較すると磁歪が小さく弾性変形に対しても磁気特性が劣化し難い材料である。この鉄基微結晶軟磁性合金を多重構造の磁気シールド装置の内層に用いることにより板厚が薄く軽量な磁気シールド装置を提供することが可能となる。
【０００９】
箔状の形状を持つ鉄基微結晶軟磁性合金は鉄元素を主成分とする粒径５００ｎｍ以下の微細結晶粒が組織の少なくとも５０％以上を占める合金材料で構成され、シートまたはテープ状の形状であることを特徴とする。この鉄合金（Ｆｅ合金）の微細結晶材料（ナノ結晶材料とも称する）は、例えば日本国特許第２６２５４８５号公報にあるようにアモルファス材料を所望の温度で熱処理することで得られる。
【００１０】
【実施例】
多重構造の磁気シールド装置で内層の軟磁性材料の板厚を薄くした場合、施工時の取扱いや体積減少による磁束密度の増加が透磁率を劣化させることが懸念される。本発明の効果を確認するために外層１の厚さ２ｍｍ、内層２の厚さ０．２ｍｍの軟磁性材料を用いた二重構造磁気シールド（図１）のシールド率が材料の透磁率に対してどのように変化するかを確認した。内層内側のシールド空間容積は１６立方メートル、外層内側のシールド空間容積は４３立方メートルである。内層または外層のシールド壁の透磁率が１／２に劣化した時のシールド率を比較した結果を表１に示す。材料の透磁率が劣化していない場合のシールド率をＳとし、劣化した場合のシールド率はＳに対する割合で示している。
【００１１】
【表１】
【００１２】
表１に示すように内層側の軟磁性材料の透磁率の劣化の影響は１７％のシールド特性の劣化に留まるが、外層側の軟磁性材料の透磁率の劣化の影響は４２％に達する。このことから内層側の軟磁性材料の透磁率の変化の影響は外層側のそれに比べてシールド率への影響が小さく、薄い構造の軟磁性材料を用いてもシールド性能を発揮しやすいことが分かる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば多重構造を有する磁気シールド装置において、内層のシールド壁の板厚を外層のそれよりも薄くしてシールド装置の軽量化を行なうものである。容積１０００立方メートル以下の磁気シールドに対して内壁のシールド厚さを外壁の１／２以下にしてもシールド特性を維持したままシールド装置の重量を軽減できる。また、内壁を構成する軟磁性材料を鉄基微結晶材料にすることで施工時の取り扱いの容易な磁気シールド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気シールド装置の断面図である。
【図２】軟磁性材料の磁気特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…外層，２…内層
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の磁気測定や電子ビームを利用した顕微鏡などに関して、磁気ノイズを低減するための磁気シールド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に磁気シールドは磁場を遮蔽したい空間を軟磁性材料で覆い所望の磁場を得る構造である。このとき磁気シールドの特性を決定する主要因には使用する軟磁性材料の透磁率、飽和磁束密度および体積（重量）が挙げられる。例えば透磁率と飽和磁束密度は大きいほどシールド特性は向上する。重量に関しては透磁率および飽和磁束密度の同じ材料を用いて同じ体積の空間を磁気シールドするときには重量が重いほどシールド特性は高くなる。しかし、大空間で高性能の磁気シールドを行なおうとする場合には大量の軟磁性材料を必要とし、その重量が非常に重くなってしまうため取扱いや施工が容易ではない。そのためシールド特性を低下させずに軽量化するための工夫が望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特許文献１では多重構造化した軟磁性材料で空間を覆うことによりシールド特性を低下させずに全体重量の軽減を図っている。しかし、このような磁気シールド装置においても電磁鋼板やパーマロイといった軟磁性材料が用いられ、例えば１０立方メートル程度の空間を磁気シールドする装置の全体重量は５〜１０トンにも及ぶ。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２３３０８６号公報
【０００５】
本発明の目的は、多重構造を有する磁気シールドにおける更なる軽量化であり、シールドに用いる軟磁性材料の板厚を調整することにより所望の磁気シールド特性を維持しつつ軽量化された磁気シールド装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の多重構造を有する磁気シールド装置は、軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さ未満で１／Ｓ以上の範囲であることを特徴とする多重構造を有する磁気シールド装置である。本発明は１０００立方メートル以下の容積を持つ磁気シールド装置において特に好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に性能評価の指標としてシールド率Ｓを用いて説明する。シールド率Ｓはシールドされた空間の磁場Ｈｉと外部磁場Ｈｅとの比で与えられＳ＝Ｈｅ／Ｈｉ（Ｓは１を超える正の数）で定義される。単層構造の磁気シールドで電磁鋼板やパーマロイを用いた場合１０００立方メートル程度の空間をシールドする装置の性能はＳ＝２〜４程度である。同じ板厚の軟磁性材料を用いた場合、シールド性能は装置の容積が小さい程向上し、１０立方メートルではＳ＝５〜１０程度になる。この原因はシールドに用いる軟磁性材料の磁気特性に起因する。軟磁性材料内部の磁束密度と外部磁場強度との関係は図２に示されるような磁化曲線になることはよく知られている。磁気シールドの性能を左右する透磁率はこの磁化曲線の微分値で与えられるので外部磁場が大きくなって磁束密度が増すほど透磁率は劣化することが分かる。所望の空間から磁束を排除する磁気シールド装置では排除された磁束はシールド装置の壁面を構成する軟磁性材料の中に集積される。よって、シールド空間の容積が大きくなるほど軟磁性材料内部の磁束密度が増加し実効的な透磁率が低下する。多重構造を有する磁気シールド装置においてもこの基本原理は変わらない。ただし、多重磁気シールドの内層においては既にシールド率Ｓをもってシールドされた空間内に軟磁性材料を配置するため、その内層材料内の磁束密度の飽和は起こり難い。よって、直ぐ内側のシールド層の軟磁性材料の板厚は１／Ｓまで薄くすることができる。磁気シールド特性を維持しつつ軽量化を図るには、直ぐ内側のシールド層の軟磁性材料の板厚は実質的に１／Ｓの厚さとすることが望ましい。１０００立方メートル程度の単層磁気シールドではＳ＝２〜４であるため磁気シールド層を多重化した場合の内層の板厚は１／２〜１／４にすることができる。
【０００８】
本発明の多重構造を有する磁気シールド装置では内側のシールド壁の軟磁性材料を箔状の形状を持つ鉄基微結晶軟磁性合金とすることが望ましい。電磁鋼板やパーマロイのような材料は弾性変形の範囲では低磁歪の特性を反映して良好な磁気特性を保つことができる。しかし、塑性変形を起こした場合には軟磁気特性の劣化は著しく、本発明に用いるように板厚を薄くした材料の取扱いが難しくなる。鉄基微結晶軟磁性合金はアモルファス磁性材料と同様に超急冷法を用いて製造されるため板厚が１０〜３０μｍと極薄の箔状の形状を有している。この鉄基微結晶軟磁性合金の箔体を所望の厚さに積層して用いることにより所期の厚さの磁気シールド壁を構成することができる。この材料を用いた場合、箔体一層の厚さが薄く、また材料の組織構造が鉄基合金の微結晶から構成されているため箔体の外径形状が塑性変形しても内部の微結晶は塑性変形し難い特性を有している。また、同様の外径形状を有するアモルファスと比較すると磁歪が小さく弾性変形に対しても磁気特性が劣化し難い材料である。この鉄基微結晶軟磁性合金を多重構造の磁気シールド装置の内層に用いることにより板厚が薄く軽量な磁気シールド装置を提供することが可能となる。
【０００９】
箔状の形状を持つ鉄基微結晶軟磁性合金は鉄元素を主成分とする粒径５００ｎｍ以下の微細結晶粒が組織の少なくとも５０％以上を占める合金材料で構成され、シートまたはテープ状の形状であることを特徴とする。この鉄合金（Ｆｅ合金）の微細結晶材料（ナノ結晶材料とも称する）は、例えば日本国特許第２６２５４８５号公報にあるようにアモルファス材料を所望の温度で熱処理することで得られる。
【００１０】
【実施例】
多重構造の磁気シールド装置で内層の軟磁性材料の板厚を薄くした場合、施工時の取扱いや体積減少による磁束密度の増加が透磁率を劣化させることが懸念される。本発明の効果を確認するために外層１の厚さ２ｍｍ、内層２の厚さ０．２ｍｍの軟磁性材料を用いた二重構造磁気シールド（図１）のシールド率が材料の透磁率に対してどのように変化するかを確認した。内層内側のシールド空間容積は１６立方メートル、外層内側のシールド空間容積は４３立方メートルである。内層または外層のシールド壁の透磁率が１／２に劣化した時のシールド率を比較した結果を表１に示す。材料の透磁率が劣化していない場合のシールド率をＳとし、劣化した場合のシールド率はＳに対する割合で示している。
【００１１】
【表１】
表１に示すように内層側の軟磁性材料の透磁率の劣化の影響は１７％のシールド特性の劣化に留まるが、外層側の軟磁性材料の透磁率の劣化の影響は４２％に達する。このことから内層側の軟磁性材料の透磁率の変化の影響は外層側のそれに比べてシールド率への影響が小さく、薄い構造の軟磁性材料を用いてもシールド性能を発揮しやすいことが分かる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば多重構造を有する磁気シールド装置において、内層のシールド壁の板厚を外層のそれよりも薄くしてシールド装置の軽量化を行なうものである。容積１０００立方メートル以下の磁気シールドに対して内壁のシールド厚さを外壁の１／２以下にしてもシールド特性を維持したままシールド装置の重量を軽減できる。また、内壁を構成する軟磁性材料を鉄基微結晶材料にすることで施工時の取り扱いの容易な磁気シールド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気シールド装置の断面図である。
【図２】軟磁性材料の磁気特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…外層，２…内層
Claims (3)
- 軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さ未満で１／Ｓ以上の範囲であることを特徴とする多重構造を有する磁気シールド装置。
- 軟磁性材料を有するシールド壁の多重構造からなる磁気シールド装置であって、多重構造の一部を構成するシールド壁のシールド率がＳであるとき、その直ぐ内側のシールド壁の軟磁性材料の厚さが前記シールド壁の軟磁性材料の厚さの実質的に１／Ｓであることを特徴とする多重構造を有する磁気シールド装置。
- 内側のシールド壁の軟磁性材を構成する材料が箔状の形状を持つ鉄基微結晶軟磁性合金からなる請求項１又は２に記載の多重構造を有する磁気シールド装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003000395A JP2004214451A (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 多重構造を有する磁気シールド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003000395A JP2004214451A (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 多重構造を有する磁気シールド装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004214451A true JP2004214451A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32818718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003000395A Pending JP2004214451A (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 多重構造を有する磁気シールド装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004214451A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032433A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Nippon Steel Corp | 磁気シールド装置 |
| JP2016070848A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | 磁気シールドパッケージ |
-
2003
- 2003-01-06 JP JP2003000395A patent/JP2004214451A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032433A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Nippon Steel Corp | 磁気シールド装置 |
| JP2016070848A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | 磁気シールドパッケージ |
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Legal Events
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| A977 | Report on retrieval |
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