JP2004228289A - 磁束照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁束密度が高くても磁心が過熱しないようにする。
【解決手段】ソレノイドコイル５０に磁心を挿入させた作用部４０の一端を外部へ向けて磁束を出射する作用端４１とし他端を非作用端４２とするため作用部４０が棒切れ状に形成されている磁束照射装置において、磁心が作用端４１側の短片６１と非作用端４２側の太い長片５２とに分割して形成され、短片６１と長片６２が離隔配置されて間隙６３が確保され、長片６２外面の外流路７１に加えて長片６２中の内流路７２も形成され、非作用端４２側から流路７１，７２へ冷媒を送給する冷却手段７０が付設され、作用端４１側でソレノイドコイル５０の周囲に巻成された追加巻線部５１が付設される。発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とにより昇温が抑制される。
【選択図】 図５
【解決手段】ソレノイドコイル５０に磁心を挿入させた作用部４０の一端を外部へ向けて磁束を出射する作用端４１とし他端を非作用端４２とするため作用部４０が棒切れ状に形成されている磁束照射装置において、磁心が作用端４１側の短片６１と非作用端４２側の太い長片５２とに分割して形成され、短片６１と長片６２が離隔配置されて間隙６３が確保され、長片６２外面の外流路７１に加えて長片６２中の内流路７２も形成され、非作用端４２側から流路７１，７２へ冷媒を送給する冷却手段７０が付設され、作用端４１側でソレノイドコイル５０の周囲に巻成された追加巻線部５１が付設される。発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とにより昇温が抑制される。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部の被射体に高密度の磁束を照射するために作用端から外部へ向けて磁束を出射する磁束照射装置に関し、特に、ソレノイドコイルにて磁束を発生させるとともにその磁束を磁心にて強化する磁束照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁束照射装置は、局部温熱療法（ハイパーサーミア法）等に有用であり、基本的に、人体等の被射体に磁束を照射するため磁束発生用のコイルを有する作用部と、そのコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備えている。コイル内に被射体を置く第１タイプの装置は一般に磁心（コア）を持たないが（例えば特許文献１の図１参照）、コイルの外に被射体を置く他タイプの作用部には、磁束を強化するため、透磁率の高いフェライト等からなる磁心も設けられ、これがコイルに挿入されている。
このような磁心付きの磁束照射装置は、対をなす磁極（磁心端部）で被射体を両側から挟んで用いるために作用部の両端を共に作用端とする第２タイプと、被射体に向けて一方向から高密度の磁束を照射するために作用部の一端だけを作用端とし他端は非作用端とする第３タイプとに大別される。
【０００３】
磁心両端で挟む第２タイプにあっては、作用部の両端に位置する磁極を対向させるために、躯幹部が「コ」の字状に曲がったヨーク（磁心）が採用される。そのため、作用部は棒切れ状（直線状）になっていない。このタイプでは、磁極を脱着可能にしたものや（例えば特許文献２，３参照）、磁極先端を広げたもの（例えば特許文献２，３参照）、磁極を先細りにしたもの（例えば特許文献３参照）、磁極を含めてヨーク全体をほぼ同じ太さにしたもの（例えば特許文献３や，特許文献１の図２を参照）などが知られている。
これに対し、一方向照射の第３タイプにあっては、大抵、作用部が棒切れ状（棒片状、直線状、真っ直ぐな棒状）に形成されていて、作用端から外部の被射体へ向けて高密度で発した磁束が、分散して低密度になった外部空間磁路を経由してから再び高密度に集束されて非作用端へ戻るようになっている。
【０００４】
図６は、このような第３タイプの磁束照射装置の典型的な構成を示しており、（ａ）が作用部４０の縦断端面図、（ｂ）が駆動部３０の概要回路図およびそれと作用部４０との電気接続図である。
被射体１０の典型例は人体であり、その体外から患部へ向けて局所的に高密度の磁束４３を照射するために、例えば密度３００ｍＴ（ミリ・テスラ）程度の磁束を数百ｍｍ２ 〜数千ｍｍ２ 程度の面に照射するために、その照射面積に断面積がほぼ等しい概ね真直の例えばフェライト棒からなる磁心６０と、この磁心６０の外周に磁心６０より少し太い筒状に捲回されたソレノイドコイル５０と、それらを囲って保持するハウジング４４とを具えている。
【０００５】
磁心６０とソレノイドコイル５０はほぼ同じ長さに形成されており、中心軸を一致させて嵌合することで軸方向すなわち長手方向の磁束が強化されている。このような棒切れ状に形成された作用部４０は両端が反対の外側を向いており、その両端のうち一方の作用端４１は、外部の被射体１０へ磁束４３を有効に照射するため、電気配線の引出等の無い自由状態となっている。電気配線の引出等は、大抵、作用部４０の両端のうち他方の非作用端４２でなされる。
【０００６】
駆動部３０は、磁束の発生に必要な電流をソレノイドコイル５０に流すために、出力端子がソレノイドコイル５０の一対の引出線に対してシールドケーブル等で通電可能に接続されるとともに、入力端子が例えば三相交流２００Ｖの電源２０に対して受電可能に接続される。駆動部３０には、整流回路や、平滑回路、発振用切換回路などが設けられていて、電圧は同じ２００Ｖでも、所定周波数たとえば５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度の高周波を発生するようになっている。この高周波電流はコンデンサ３１を介してソレノイドコイル５０に供給されるが、コンデンサ３１の容量と作用部４０のインダクタンスとで構成される共振系が所定周波数で共振するようにコンデンサ３１が選定または調節されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−５７０３１号公報 （図１、図２）
【特許文献２】
実開平２−３５７５７号公報 （第３図）
【特許文献３】
特開昭６３−２２６３６７号公報 （第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁心付きの磁束照射装置のうち、磁心両端で挟む第２タイプのものは、対向磁極間隔を大きくとっていないことが多く、このため、磁束密度１０〜１００ｍＴ程度で使用され、これは磁心の一般的な材料であるフェライトの飽和磁束密度（２００〜５００ｍＴ程度）より十分に小さいため、上述したような作用端を広げたり細めたりした何れの形態にあっても磁束密度に強化の余地が残されている。
しかしながら、磁心付きの磁束照射装置のうち、一方向照射の第３タイプのものは、上述したように磁束密度３００ｍＴ程度で使用されるが、この磁束密度は、１００℃超でのフェライトの飽和磁束密度に極めて近い。もともと限界付近の高密度磁束を出射するよう設計しているのであるから、当然の帰結ではあるが、そのような理由から、作用端を現在より細くすることは難しい。とは云え、被射体との取合関係や操作性などの要請により、第３タイプが望まれるケースが多い。
【０００９】
そして、このような第３タイプの従来装置を作動させた場合、高周波の高密度磁束を発生させる関係で、交番磁界に基づく磁気ヒステリシスが大きく、このため、被射体１０内の感磁発熱体といった目的物が発熱するばかりか、磁心６０も発熱する。磁心６０は加熱対象外であるが、こちらの方が不所望なほど高温になる。図７は、そのような状況を説明するための参考図であり、同図（ａ）は磁心６０の縦断端面図、同図（ｂ）〜（ｄ）は何れも作用部４０の縦断端面図である。磁心６０で強い発熱が続いて、磁心６０の温度が上がり、２００℃超のキュリー温度（キュリー点）に達すると、急激に透磁率が低下して磁束集束能力が低下する。そのため、連続運転は難しく、間欠運転を行わざるを得ない。無理に運転し続けると、駆動部３０に過負荷が掛かるばかりか、発熱が最大になる磁心６０の中央部分に割れ６０ａを生じることもある（図７（ａ）参照）
【００１０】
そこで、稼動率や使い易さを向上させるべく、磁心６０の昇温が抑制されるように作用部４０を改良することが重要な課題となるが、温度は発熱と放熱とのバランスであり、昇温抑制は放熱の強化と発熱の抑制との連携であり、放熱強化の直截的手法としては強制冷却が考えられる。
具体的には（図７（ｂ）参照）、強制冷却のため、磁心６０の周囲に外流路７１を形成して、そこに水等の冷媒を送給するのであるが、磁心６０の熱伝導が良くないため、磁心６０の中心部分の過熱は大して改善されない。
【００１１】
また、発熱抑制に関しては、要求磁束数を減らすことが出来ないことから、総発熱量の抑制は無理なので、過熱部における発熱密度の抑制を考えてみる。発熱密度と磁束密度には強い正の相関があるので、磁束４３の分布状態を考察すると（図７（ｃ）参照）、磁心６０が軸方向（長手方向）の何れのところも同径の真直棒である場合、漏洩磁束の最も少ない軸方向中央のところが最も密になると思われる。そこの磁束密度を下げるべく磁心６０を太くした場合（図７（ｄ）参照）、径の増加によって、磁束密度は顕著に低下するが、伝熱抵抗の増加は小さいので、磁心６０の中央かつ中心の過熱状態は大きく改善される。もっとも、磁心６０を単純に太くしたのでは、作用端から出射される磁束の密度まで低下してしまうことから、要求仕様に適わないので、実用にはならない。
【００１２】
そこで、作用端から外部へ出射する磁束の密度を磁心材料の飽和磁束密度付近から下げることなく、磁心の中の過熱部に対して、強制冷却の適用または／および発熱密度の抑制による昇温の抑制が行えるよう、作用部の構造を改めることが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、出射する磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために創案された本発明の請求項１記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心の外面に、加えて前記磁心の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、前記流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されている、というものである。
【００１４】
このような磁束照射装置にあっては、磁心の中が直に冷却されるので、過熱が強く抑制される。また、内外の流路を冷媒の往復路に割り当てることで、送給された冷媒が磁心全体に行渡るとともに環流も円滑になる。さらに、冷却手段用部材が非作用端側に集められているので、作用端を被射体に向けたり当てたりするときの操作性が損なわれることも無い。
このように、磁心の中で特に発熱密度の高い過熱部へ直に冷媒を送込むようにしたことにより、放熱が強化されるので、例え作用端から外部へ出射する磁束の密度を磁心材料の飽和磁束密度付近から下げないために発熱量が減らなくても、磁心の昇温は抑制される。
したがって、この発明によれば、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
【００１５】
また、この発明の請求項２記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射する作用端とし他端を非作用端とするために前記作用部が棒切れ状（棒片状、直線状、真っ直ぐな棒状、両端を共に作用部にする程には曲がっていない状態）に形成されている磁束照射装置において、前記磁心の前記非作用端側が前記作用端側より太くなっている、というものである。
【００１６】
この場合、磁心の作用端は太くならないので、作用端から外部へ出射する磁束の密度は、ほとんど変わらず、磁心材料の飽和磁束密度付近に維持される。これに対し、磁心の非作用端側は、磁心が例えば台形断面の部分円錐形に形成され、あるいは、凸字断面円柱形に形成されていて、太くなっているので、磁束密度最大部の磁束密度ひいては発熱密度が小さくなっている。
このように作用端の磁束密度は現状を維持しつつ残部の磁束密度は下げるようにしたことにより、過熱部の発熱密度が低下するので、その昇温は昇温速度および到達温度の両面から抑制される。
したがって、この発明によれば、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
【００１７】
さらに、この発明の請求項３記載の磁束照射装置は、上記の請求項２記載の磁束照射装置であって、前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の長片とを具えている、というものである。
この場合、磁心が太さの異なる複数片に分割して制作されそれから作用部に組込まれるので、製造が容易になる。また、作用端側の細い短片と、非作用端側の太い長片とを相互に離間させて配置したり更にはその離間間隔を調整したりできるため、磁束密度最大部を擁していわば磁気ソース（磁気源）となっている太い長片から見た磁気インピーダンスマッチングの改善、あるいは、太い長片で生じる大きな発熱の細い短片への伝熱の抑制による、細い短片の磁束収束能力（出射性能）の確保に好都合となる。
【００１８】
また、この発明の請求項４記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の太い長片とを具えたものであり、前記短片と前記長片とが離隔配置されている、というものである。
【００１９】
この場合、非作用端側の磁心を太くしたことにより最高磁束密度が低下すること。更には、磁心を離隔配置したことにより、先ずは、太い長片を磁気ソースに見立てたときの主たる磁気負荷として作用端の磁心短片の他に太い長片との間の離隔空隙が加わって（空隙に代えて非強磁性体を介在させた形態としてもよい）負荷系の磁気インピーダンスが程よく増大したとき、磁気ソースから見た磁気インピーダンスマッチングが適正化されると同時に太い長片内の磁束密度はむしろ減少して事足りている状況、即ち、太い長片内の磁束密度は小さくてもこの磁束が作用端側に効率よく伝えられ、作用端から高密度の磁束を出射できる状況が実現されることと、次には、太い長片内の発熱最大部である磁束密度最大部が空隙の介在によって空隙側に偏位し、その結果、太い長片の放熱が良くなること。これらの３点が相まって、高密度磁束の出射が磁心の過熱を伴わずに実現されることとなる。逆に云えば、従来の磁心入りソレノイドコイルでは、磁束密度最大部を中心とした磁気ソース部の過熱によって磁心の飽和磁束密度が直ちに激減して磁気ソース部の磁気抵抗が過大になる。そして、出射すべき磁束量に必要な磁界を立てるためには法外に高いコイル電圧（ついては電流も）を要して更なる過熱を招くという悪循環をもたらすこととなり、大抵は駆動用電源の過電流停止という事態に至って、要は、好ましい解決が図れないのである。
【００２０】
また、この発明の請求項５記載の磁束照射装置は、上記の磁束照射装置であって、前記長片の外面に、加えて前記長片の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、この流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されている、というものである。
この場合、非作用端側の拡大による最高磁束密度の低下と、磁心分離による最高過熱部位と最高磁束密度部位との乖離効果とに加えて、強制冷却の効果も働く。しかも、強制冷却は、相対的に細い作用端側短片の断面積を減らすことなく、断面積に余裕のある非作用端側長片の中に対して直に行われるうえ、高い放熱能力を求められる磁心片間の空隙にも及ぶ。このように発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とを無理なく融合させたことにより、格段の昇温抑制効果が発揮される。
【００２１】
また、この発明の請求項６記載の磁束照射装置は、上記の磁束照射装置であって、前記作用端側で前記ソレノイドコイルの周囲に巻成された追加巻線部が付設されている、というものである。
この場合、ソレノイドコイル及び磁心によって作用端から出射された磁束が集束状態を維持している領域が、追加巻線部による磁束集束作用によって出射方向に関する遠方側まで拡張されるため、高密度磁束が遠くまで届くこととなる。これにより、例えば局部温熱療法では奥深い患部まで治療することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面を引用して本発明の実施形態を幾つか具体的に説明する。本発明の磁束照射装置は、作用部４０と駆動部３０とからなるが、駆動部３０は既述した図６（ｂ）のものと同じで良いので、以下、作用部４０の改良点を説明する。なお、それらの図示に際し従来と対応する構成要素には同一の符号を付して示した。また、簡明化等のため、簡略端面図を用いて、要部構造を示した。さらに、二点鎖線で磁束も示したが、これは動作状態の理解を助けるためのものであり、構成部材ではない。
【００２３】
図１は、本発明の磁束照射装置の一例を示し、（ａ）が作用部４０の縦断端面図、（ｂ）が作用部４０の横断端面図である。
図１の作用部４０が図７（ｂ）の既述例と相違するのは、磁心６０の中心軸を貫いて内流路７２が形成されている点である。これにより、この作用部４０は、磁心６０外面の外流路７１に加えて磁心６０の中にも長手方向に延びた内流路７２が形成されたものとなっている。また、これに付設されている冷却手段７０は、非作用端４２に接続されて、冷媒を内流路７２へ送込んで外流路７１を帰還させるようになっている。
【００２４】
より具体的には、磁心６０は、焼結フェライトなどの強磁性体を筒状に形成したりアルミナ製などの筒状容器に磁性体ペレットを充填して作成され、一例を挙げると長さが１５０ｍｍ，外径が３０ｍｍ，内径が１０ｍｍにされる。この内径は内流路７２の直径になり、磁心６０の外径は外流路７１の内径になる。外流路７１の外面を画する部材は、磁気を妨げない材料たとえばプラスチック等で専用に作成されたものでも良く、ソレノイドコイル５０のボビンを流用したものでも良いが、その径は磁心６０の径より大きく例えば５０ｍｍにされる。ソレノイドコイル５０は、長さが磁心６０のそれと同じで、内径が磁心６０及び内流路７２の外径より大きい例えば５５ｍｍにされる。ソレノイドコイル５０は、銅線を例えば１０回ほど巻いて筒状にしたものであり、その腔中（中空）に磁心６０が外流路７１形成部材と共に挿入される。
【００２５】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、使用に際して、駆動部３０からソレノイドコイル５０に既述の高周波電流が流されるとともに、冷却手段７０によって水等の冷媒が内流路７２へ送込まれる。
なお、内流路７２の形成により磁心６０の横断面積が減少して磁心６０各部の磁束密度は上がることとなるが、流路７１，７２によって内外から磁心６０が冷やされて、飽和磁束密度が高位に維持されて、各部の磁束密度の増加による発熱密度の上昇があっても、磁心６０の過熱は十分抑制される。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示したものは、何れも、上述した図１のものの変形例である。
図２（ａ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を細い３本の円筒体に分けて並置したものである。内流路７２は各磁心６０毎に形成される。
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっても、複数磁心６０の外接円が図１（ｂ）の磁心６０の外周に等しくなっていれば、それと同様に使用でき、同様の動作結果が得られる。
【００２７】
図２（ｂ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を３枚の板状体に分け更に間を開けて並置したものである。内流路７２内の流送方向は磁心６０同士の間に形成され外流路７１内の流送方向と同方向にしてもよいし、逆方向にしてもよいし、また、中央の磁心６０で仕切られた逆方向流送としてもよい。
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっても、複数磁心６０の外接円が図１（ｂ）の磁心６０の外周に等しくなっていれば、それと同様に使用でき、同様の動作結果が得られる。
【００２８】
図２（ｃ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を細い３本の円柱体に分けて並置したものである。内流路７２は複数の円柱体で囲まれて中心軸のところに形成される。この場合も、上述したのと同様に使用できる。
【００２９】
図３（ａ）〜（ｄ）に示した作用部４０は、何れも、磁心６０の非作用端４２側を作用端４１側より太くするために、ソレノイドコイル５０及び磁心６０をテーパ状にしたものである。
図３（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、ソレノイドコイル５０も中実の磁心６０も長さや径が作用端４１のところでは上述の図１や既述の図７（ｃ）と同じであるが、非作用端４２のところでは、磁心６０の直径が５０ｍｍ、ソレノイドコイル５０の直径が７０ｍｍで、作用端４１のところより２０ｍｍほど太くなっている。作用端４１と非作用端４２との間では径が直線的に変化してテーパになっている。
【００３０】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度は約３００ｍＴで従来と同じであるが、非作用端４２側では磁束が広がっている。これに伴い、異径の磁心６０内部における磁束分布状態も同径のときとは異なると推察される。具体的には、同径のときには軸方向（長手方向）の丁度中央のところで径方向の中心に絞り込まれたように集まっていた磁束が、テーパ角によって、最高磁束密度部位が作用端４１側へ移動するとともに、最高磁束密度が低下した形で高密度磁束の出射が可能となっている。
【００３１】
図３（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０が図３（ａ）のものと相違するのは、磁心６０が短くなったことである。
非作用端４２側では、ソレノイドコイル５０も磁心６０も同じままであるが、作用端４１側では、磁心６０の端面が非作用端４２の方（図では下方）へ後退し、さらにソレノイドコイル５０が細くなっている。これに伴い、磁心６０もソレノイドコイル５０もテーパがきつくなっている。
【００３２】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１のところで磁心６０端面の後退による磁束の広がりがソレノイドコイル５０の細りによる締め付けによって相殺されるので、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度はやはり約３００ｍＴで同じである。一方、磁心６０端面の後退によりその端面より前方の作用端４１側に出来た空間に最高磁束密度部位が出るので、磁心内の磁束密度（発熱密度）が低下するとともに、放熱状態も改善されており、これらの効果が温度上昇の抑制に奏功する。
【００３３】
図３（ｃ）に縦断端面図を示した作用部４０が図３（ａ）のものと相違するのは、磁心６０が軸方向（長手方向）で短片６１と長片６２とに分かれて両者の間に間隙６３が確保されたことである。
短片６１は、作用端４１のところにとどまっており、径はほぼ３０ｍｍと同じままであるが、長さは例えば１５ｍｍと短くなっている。
長片６２は、後方（図では下方）へ移動して大径の端部が非作用端４２のところでソレノイドコイル５０からはみ出ている。例えば、長片６２の径は、大径が５０ｍｍ、小径が４０ｍｍであり、長片６２の長さは、１００ｍｍである。
間隙６３は、例えば１０ｍｍである。
【００３４】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１のところの短片６１（磁心６０）の断面積が変わらないので、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度はやはり約３００ｍＴで同じである。一方、磁心６０の分割および離隔配置によって出来た間隙６３に最高磁束密度部位が出るので、図３（ｂ）の場合と同様の昇温抑制効果が奏される。
この図３（ｃ）の形態は、たとえば作用部４０の全インダクタンスを、駆動部３０との取合事情などのために大きく設定しながら前記磁気インピーダンスマッチングを適正化できる形態として有用である。
【００３５】
図３（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０が、図３（ｃ）のものと相違するのは、長片６２の中心軸を貫いて内流路７２が形成されている点である。これにより、この作用部４０は、長片６２外面の外流路７１に加えて長片６２の中にも長手方向に延びた内流路７２が形成されたものとなっている。また、これに付設されている冷却手段７０は、非作用端４２に接続されて、冷媒を内流路７２へ送込んで外流路７１を帰還させるようになっている。なお、間隙６３が少し短縮されて、非作用端４２から後方への長片６２の突出しが小さくなっている。
【００３６】
この場合、図１や図２のものと同様の強制冷却効果が図３（ｃ）のものに加わるので、間隙６３が短くなって最高磁束密度部位および過熱部が長片６２の前端部あたりに入って来ても、昇温の抑制は大幅に改善される。しかも、磁心６０において横断面積の最も少ない短片６１は中実なので、図１や図２のものと異なり、横断面積の減少に伴う不都合は無い。すなわち、横断面積の減少に伴う磁束密度の増加によって磁心６０の飽和磁束密度に関する余裕度が減ってしまう、という不都合が無い。短片６１の過熱部は、外流路７１と内流路７２とを繋ぐ間隙６３を流れる冷媒によって的確に冷却される。こうして、この場合、高密度磁束の出射や，駆動部３０の仕様，装置の使用方法などは、従来通りで良いのに、装置能力の利用率は格段に向上する。
【００３７】
図４（ａ）〜（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０は、何れも、磁心６０の非作用端４２側を作用端４１側より太くする際に、製造し易さを考慮して、磁心６０を細い短片６１と太い長片６２とに分割したものである。
短片６１は、中実で、直径が上述の図１や既述の図７（ｃ）と同じであるが、長さが１５ｍｍと短くなっており、外向きの端面（図では上端面）を作用端４１に一致させた状態で配置される。長片６２は、直径が５０ｍｍと短片６１より太くなっており、非作用端４２側に配置されるが、配置位置は各例で多少異なる。ソレノイドコイル５０は、長さが変わらず１００ｍｍであるが、太さが長片６２の拡径に対応して６０ｍｍと太くなっている。このようなソレノイドコイル５０，短片６１，及び長片６２は、横断面が何処でも同じ円筒体・円柱体に形成されていて、製造容易なものとなっている。
【００３８】
そのうち図４（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、短片６１と長片６２とを当接させて直列に並べたものであり、その合計長がソレノイドコイル５０の長さに一致するよう、長片６２の長さが定められる。
この場合、上述した図３（ａ）のものと概ね同様の効果が得られるうえ、製造容易という利点もある。
【００３９】
図４（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０は、短片６１と長片６２とを離隔配置して間隙６３を確保したものであり、間隙６３の分だけ例えば１５ｍｍほど長片６２が短くなっている。この場合、ソレノイドコイル５０の作用端４１側を細くしなくても、短片６１の存在によって、上述した図３（ｂ）のものと概ね同様の効果が得られる。そのうえ、製造容易という利点も享受できる。また、この場合、長片６２を更に太くすることで、間隙６３形成によるインダクタンス減少を補償することも可能である。
【００４０】
図４（ｃ）に縦断端面図を示した作用部４０は、長片６２を短縮して間隙６３を形成するのでなく、長片６２を後方（図では下方）にずらして一部を非作用端４２から突出させることで、間隙６３を確保している。この場合、上述した図３（ｃ）とほぼ同様の効果が得られるうえ、製造容易という利点もある。
図４（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０は、上述した図３（ｄ）のものと同様に長片６２の中心軸を貫いて内流路７２を形成したものである。冷却手段７０の付設や、間隙６３の短縮も同様になされていて、同様の昇温抑制効果が得られる。しかも、各部材に円筒体・円柱体を採用したので、製造容易という利点もある。
【００４１】
図５（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、図３（ｃ）のものに追加巻線部５１を付加したものであり、図５（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０は、図４（ｄ）のものに追加巻線部５１を付加したものである。
追加巻線部５１は、鍔状・環状に捲回されていて、ソレノイドコイル５０の作用端４１部分を拡径する状態でそこに付設される。ソレノイドコイル５０と追加巻線部５１との接続は、直列接続でも並列接続でも良い。
【００４２】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、それぞれ基礎の装置の昇温抑制効果を奏するのに加えて、追加巻線部５１の付設による高密度磁束４３の遠方到達という更なる利点も享受することができる。
なお、追加巻線部５１の捲回数や外径は使用目的や要求仕様によって適宜設定されるので具体的な数値例は割愛する。また、追加巻線部５１に可撓性を持たせることで、磁束集束機能が高まるので、例えば使用時に追加巻線部５１を撓めて被射体１０に適合させることで、被射体１０内の感磁発熱体に高密度磁束を的中させる、といったことも可能かつ容易になる。
【００４３】
【実施例】
対比のため、作用部４０を、図６（ａ）の従来構造と、図１の放熱強化構造と、図３（ａ）の発熱密度抑制構造と、図４（ｄ）の融合構造とで夫々試作した。ソレノイドコイル５０の捲回数および長さと、磁心６０の材料および作用端４１での径とは、全構造で同じに揃えたが、それ以外の寸法はそれぞれの構造に基づいて異なる値とした。具体的には、上述した典型値を採用した。磁心６０の材料には、いずれも、フェライトコア ＴＤＫ Ｈ−７Ｃ４ を選定した。駆動部３０には、図６（ｂ）に示した従来と同じ高周波電源装置を採用し、各種の磁束照射装置を構成させた。
【００４４】
そして、作用端４１の近くにワンターンコイルを置いて、作用部４０から射出される磁束密度を測定しながら、磁束照射装置を作動させた。初期状態では、駆動部３０の出力調整等を行って磁束密度を３００ｍＴにして作動を開始し、それから飽和磁束密度の減少とこれに伴うコイル電流の増大が進んで駆動部の電源が過電流で停止するまでの時間Ｔｂを計測した。
その結果、上記Ｔｂが、図６（ａ）の従来構造では約２分であったが、図１の放熱強化構造では約１０分となり、図３（ａ）の発熱密度抑制構造では約６０分となり、図４（ｄ）の融合構造では６時間を超えても電源が停止せず連続稼働で可能と見なされた。
【００４５】
【その他】
なお、上記の各例では、内流路７２が往路で外流路７１が復路になっていたが、冷媒の流れは逆向きでも良い。
また、上述した作用部４０構成部材の材質や寸法は、一例にすぎない。各部材の材質や寸法は、それに限られる訳でなく、応用目的に応じて適宜変更することができる。
さらに、冷媒は、水冷の場合、電気絶縁の観点から純水や蒸留水を用いるのが望ましいが水道水でも使えないことはない。水冷が不都合な場合には、他の液体でも良く、空気や窒素ガス等の気体を用いても良い。
また、本発明の磁束照射装置の利用は、被射体１０が生体の場合に限られる訳でなく、例えば、被射体１０が金属等であっても良く、その局所過熱などにも有用である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の磁束照射装置にあっては、磁心の中で特に発熱密度の高い過熱部へ直に冷媒を送込むようにしたことにより、放熱が強化されるので、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
また、磁束密度が最大になる部位の磁心の太さを増してこの部位の磁束密度を、ひいては発熱密度を下げるようにしたことにより、作用端の磁束密度は現状を維持しつつ過熱部の昇温は昇温速度および到達温度の両面から抑制される。
さらに、磁心を太さの異なる複数片に分割したことにより、製造が容易になる。
【００４７】
また、磁心を分離して空隙を確保したことにより、作用部内の磁気インピーダンスアンバランスが解消されるとともに冷却効果が更に増して、過熱部の昇温が抑制される。
また、発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とを無理なく融合させたことにより、格段の昇温抑制効果が発揮される。
また、追加巻線部の磁界にて作用端側の磁束の集束状態が遠方にまで及ぶようにしたことにより、高密度磁束が遠くまで届くようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁束照射装置の一実施形態について、（ａ）が作用部の縦断端面図、（ｂ）が作用部の横断端面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）何れも作用部の横断端面図であるが、これらは部分的に異なる種々の変形例を示している。
【図３】本発明の磁束照射装置の他の実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）〜（ｄ）も作用部の縦断端面図であるが、これらは何れも変形例を示している。
【図４】本発明の磁束照射装置の別の実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）〜（ｄ）も作用部の縦断端面図であるが、これらは何れも変形例を示している。
【図５】本発明の磁束照射装置の更なる実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）も作用部の縦断端面図であるが、これは変形例を示している。
【図６】従来の磁束照射装置について、（ａ）が作用部の縦断端面図、（ｂ）が駆動部の概要回路図および電気接続図である。
【図７】課題説明用であり、（ａ）が磁心の縦断端面図、（ｂ）〜（ｄ）が作用部の縦断端面図である。
【符号の説明】
１０…被射体、２０…電源、
３０…駆動部、３１…コンデンサ、
４０…作用部、４１…作用端、４２…非作用端、４３…磁束
５０…ソレノイドコイル、５１…追加巻線部、
６０…磁心、６１…短片、６２…長片、６３…間隙、
７０…冷却手段、７１…外流路、７２…内流路
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部の被射体に高密度の磁束を照射するために作用端から外部へ向けて磁束を出射する磁束照射装置に関し、特に、ソレノイドコイルにて磁束を発生させるとともにその磁束を磁心にて強化する磁束照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁束照射装置は、局部温熱療法（ハイパーサーミア法）等に有用であり、基本的に、人体等の被射体に磁束を照射するため磁束発生用のコイルを有する作用部と、そのコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備えている。コイル内に被射体を置く第１タイプの装置は一般に磁心（コア）を持たないが（例えば特許文献１の図１参照）、コイルの外に被射体を置く他タイプの作用部には、磁束を強化するため、透磁率の高いフェライト等からなる磁心も設けられ、これがコイルに挿入されている。
このような磁心付きの磁束照射装置は、対をなす磁極（磁心端部）で被射体を両側から挟んで用いるために作用部の両端を共に作用端とする第２タイプと、被射体に向けて一方向から高密度の磁束を照射するために作用部の一端だけを作用端とし他端は非作用端とする第３タイプとに大別される。
【０００３】
磁心両端で挟む第２タイプにあっては、作用部の両端に位置する磁極を対向させるために、躯幹部が「コ」の字状に曲がったヨーク（磁心）が採用される。そのため、作用部は棒切れ状（直線状）になっていない。このタイプでは、磁極を脱着可能にしたものや（例えば特許文献２，３参照）、磁極先端を広げたもの（例えば特許文献２，３参照）、磁極を先細りにしたもの（例えば特許文献３参照）、磁極を含めてヨーク全体をほぼ同じ太さにしたもの（例えば特許文献３や，特許文献１の図２を参照）などが知られている。
これに対し、一方向照射の第３タイプにあっては、大抵、作用部が棒切れ状（棒片状、直線状、真っ直ぐな棒状）に形成されていて、作用端から外部の被射体へ向けて高密度で発した磁束が、分散して低密度になった外部空間磁路を経由してから再び高密度に集束されて非作用端へ戻るようになっている。
【０００４】
図６は、このような第３タイプの磁束照射装置の典型的な構成を示しており、（ａ）が作用部４０の縦断端面図、（ｂ）が駆動部３０の概要回路図およびそれと作用部４０との電気接続図である。
被射体１０の典型例は人体であり、その体外から患部へ向けて局所的に高密度の磁束４３を照射するために、例えば密度３００ｍＴ（ミリ・テスラ）程度の磁束を数百ｍｍ２ 〜数千ｍｍ２ 程度の面に照射するために、その照射面積に断面積がほぼ等しい概ね真直の例えばフェライト棒からなる磁心６０と、この磁心６０の外周に磁心６０より少し太い筒状に捲回されたソレノイドコイル５０と、それらを囲って保持するハウジング４４とを具えている。
【０００５】
磁心６０とソレノイドコイル５０はほぼ同じ長さに形成されており、中心軸を一致させて嵌合することで軸方向すなわち長手方向の磁束が強化されている。このような棒切れ状に形成された作用部４０は両端が反対の外側を向いており、その両端のうち一方の作用端４１は、外部の被射体１０へ磁束４３を有効に照射するため、電気配線の引出等の無い自由状態となっている。電気配線の引出等は、大抵、作用部４０の両端のうち他方の非作用端４２でなされる。
【０００６】
駆動部３０は、磁束の発生に必要な電流をソレノイドコイル５０に流すために、出力端子がソレノイドコイル５０の一対の引出線に対してシールドケーブル等で通電可能に接続されるとともに、入力端子が例えば三相交流２００Ｖの電源２０に対して受電可能に接続される。駆動部３０には、整流回路や、平滑回路、発振用切換回路などが設けられていて、電圧は同じ２００Ｖでも、所定周波数たとえば５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度の高周波を発生するようになっている。この高周波電流はコンデンサ３１を介してソレノイドコイル５０に供給されるが、コンデンサ３１の容量と作用部４０のインダクタンスとで構成される共振系が所定周波数で共振するようにコンデンサ３１が選定または調節されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−５７０３１号公報 （図１、図２）
【特許文献２】
実開平２−３５７５７号公報 （第３図）
【特許文献３】
特開昭６３−２２６３６７号公報 （第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁心付きの磁束照射装置のうち、磁心両端で挟む第２タイプのものは、対向磁極間隔を大きくとっていないことが多く、このため、磁束密度１０〜１００ｍＴ程度で使用され、これは磁心の一般的な材料であるフェライトの飽和磁束密度（２００〜５００ｍＴ程度）より十分に小さいため、上述したような作用端を広げたり細めたりした何れの形態にあっても磁束密度に強化の余地が残されている。
しかしながら、磁心付きの磁束照射装置のうち、一方向照射の第３タイプのものは、上述したように磁束密度３００ｍＴ程度で使用されるが、この磁束密度は、１００℃超でのフェライトの飽和磁束密度に極めて近い。もともと限界付近の高密度磁束を出射するよう設計しているのであるから、当然の帰結ではあるが、そのような理由から、作用端を現在より細くすることは難しい。とは云え、被射体との取合関係や操作性などの要請により、第３タイプが望まれるケースが多い。
【０００９】
そして、このような第３タイプの従来装置を作動させた場合、高周波の高密度磁束を発生させる関係で、交番磁界に基づく磁気ヒステリシスが大きく、このため、被射体１０内の感磁発熱体といった目的物が発熱するばかりか、磁心６０も発熱する。磁心６０は加熱対象外であるが、こちらの方が不所望なほど高温になる。図７は、そのような状況を説明するための参考図であり、同図（ａ）は磁心６０の縦断端面図、同図（ｂ）〜（ｄ）は何れも作用部４０の縦断端面図である。磁心６０で強い発熱が続いて、磁心６０の温度が上がり、２００℃超のキュリー温度（キュリー点）に達すると、急激に透磁率が低下して磁束集束能力が低下する。そのため、連続運転は難しく、間欠運転を行わざるを得ない。無理に運転し続けると、駆動部３０に過負荷が掛かるばかりか、発熱が最大になる磁心６０の中央部分に割れ６０ａを生じることもある（図７（ａ）参照）
【００１０】
そこで、稼動率や使い易さを向上させるべく、磁心６０の昇温が抑制されるように作用部４０を改良することが重要な課題となるが、温度は発熱と放熱とのバランスであり、昇温抑制は放熱の強化と発熱の抑制との連携であり、放熱強化の直截的手法としては強制冷却が考えられる。
具体的には（図７（ｂ）参照）、強制冷却のため、磁心６０の周囲に外流路７１を形成して、そこに水等の冷媒を送給するのであるが、磁心６０の熱伝導が良くないため、磁心６０の中心部分の過熱は大して改善されない。
【００１１】
また、発熱抑制に関しては、要求磁束数を減らすことが出来ないことから、総発熱量の抑制は無理なので、過熱部における発熱密度の抑制を考えてみる。発熱密度と磁束密度には強い正の相関があるので、磁束４３の分布状態を考察すると（図７（ｃ）参照）、磁心６０が軸方向（長手方向）の何れのところも同径の真直棒である場合、漏洩磁束の最も少ない軸方向中央のところが最も密になると思われる。そこの磁束密度を下げるべく磁心６０を太くした場合（図７（ｄ）参照）、径の増加によって、磁束密度は顕著に低下するが、伝熱抵抗の増加は小さいので、磁心６０の中央かつ中心の過熱状態は大きく改善される。もっとも、磁心６０を単純に太くしたのでは、作用端から出射される磁束の密度まで低下してしまうことから、要求仕様に適わないので、実用にはならない。
【００１２】
そこで、作用端から外部へ出射する磁束の密度を磁心材料の飽和磁束密度付近から下げることなく、磁心の中の過熱部に対して、強制冷却の適用または／および発熱密度の抑制による昇温の抑制が行えるよう、作用部の構造を改めることが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、出射する磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために創案された本発明の請求項１記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心の外面に、加えて前記磁心の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、前記流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されている、というものである。
【００１４】
このような磁束照射装置にあっては、磁心の中が直に冷却されるので、過熱が強く抑制される。また、内外の流路を冷媒の往復路に割り当てることで、送給された冷媒が磁心全体に行渡るとともに環流も円滑になる。さらに、冷却手段用部材が非作用端側に集められているので、作用端を被射体に向けたり当てたりするときの操作性が損なわれることも無い。
このように、磁心の中で特に発熱密度の高い過熱部へ直に冷媒を送込むようにしたことにより、放熱が強化されるので、例え作用端から外部へ出射する磁束の密度を磁心材料の飽和磁束密度付近から下げないために発熱量が減らなくても、磁心の昇温は抑制される。
したがって、この発明によれば、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
【００１５】
また、この発明の請求項２記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射する作用端とし他端を非作用端とするために前記作用部が棒切れ状（棒片状、直線状、真っ直ぐな棒状、両端を共に作用部にする程には曲がっていない状態）に形成されている磁束照射装置において、前記磁心の前記非作用端側が前記作用端側より太くなっている、というものである。
【００１６】
この場合、磁心の作用端は太くならないので、作用端から外部へ出射する磁束の密度は、ほとんど変わらず、磁心材料の飽和磁束密度付近に維持される。これに対し、磁心の非作用端側は、磁心が例えば台形断面の部分円錐形に形成され、あるいは、凸字断面円柱形に形成されていて、太くなっているので、磁束密度最大部の磁束密度ひいては発熱密度が小さくなっている。
このように作用端の磁束密度は現状を維持しつつ残部の磁束密度は下げるようにしたことにより、過熱部の発熱密度が低下するので、その昇温は昇温速度および到達温度の両面から抑制される。
したがって、この発明によれば、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
【００１７】
さらに、この発明の請求項３記載の磁束照射装置は、上記の請求項２記載の磁束照射装置であって、前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の長片とを具えている、というものである。
この場合、磁心が太さの異なる複数片に分割して制作されそれから作用部に組込まれるので、製造が容易になる。また、作用端側の細い短片と、非作用端側の太い長片とを相互に離間させて配置したり更にはその離間間隔を調整したりできるため、磁束密度最大部を擁していわば磁気ソース（磁気源）となっている太い長片から見た磁気インピーダンスマッチングの改善、あるいは、太い長片で生じる大きな発熱の細い短片への伝熱の抑制による、細い短片の磁束収束能力（出射性能）の確保に好都合となる。
【００１８】
また、この発明の請求項４記載の磁束照射装置は、ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の太い長片とを具えたものであり、前記短片と前記長片とが離隔配置されている、というものである。
【００１９】
この場合、非作用端側の磁心を太くしたことにより最高磁束密度が低下すること。更には、磁心を離隔配置したことにより、先ずは、太い長片を磁気ソースに見立てたときの主たる磁気負荷として作用端の磁心短片の他に太い長片との間の離隔空隙が加わって（空隙に代えて非強磁性体を介在させた形態としてもよい）負荷系の磁気インピーダンスが程よく増大したとき、磁気ソースから見た磁気インピーダンスマッチングが適正化されると同時に太い長片内の磁束密度はむしろ減少して事足りている状況、即ち、太い長片内の磁束密度は小さくてもこの磁束が作用端側に効率よく伝えられ、作用端から高密度の磁束を出射できる状況が実現されることと、次には、太い長片内の発熱最大部である磁束密度最大部が空隙の介在によって空隙側に偏位し、その結果、太い長片の放熱が良くなること。これらの３点が相まって、高密度磁束の出射が磁心の過熱を伴わずに実現されることとなる。逆に云えば、従来の磁心入りソレノイドコイルでは、磁束密度最大部を中心とした磁気ソース部の過熱によって磁心の飽和磁束密度が直ちに激減して磁気ソース部の磁気抵抗が過大になる。そして、出射すべき磁束量に必要な磁界を立てるためには法外に高いコイル電圧（ついては電流も）を要して更なる過熱を招くという悪循環をもたらすこととなり、大抵は駆動用電源の過電流停止という事態に至って、要は、好ましい解決が図れないのである。
【００２０】
また、この発明の請求項５記載の磁束照射装置は、上記の磁束照射装置であって、前記長片の外面に、加えて前記長片の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、この流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されている、というものである。
この場合、非作用端側の拡大による最高磁束密度の低下と、磁心分離による最高過熱部位と最高磁束密度部位との乖離効果とに加えて、強制冷却の効果も働く。しかも、強制冷却は、相対的に細い作用端側短片の断面積を減らすことなく、断面積に余裕のある非作用端側長片の中に対して直に行われるうえ、高い放熱能力を求められる磁心片間の空隙にも及ぶ。このように発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とを無理なく融合させたことにより、格段の昇温抑制効果が発揮される。
【００２１】
また、この発明の請求項６記載の磁束照射装置は、上記の磁束照射装置であって、前記作用端側で前記ソレノイドコイルの周囲に巻成された追加巻線部が付設されている、というものである。
この場合、ソレノイドコイル及び磁心によって作用端から出射された磁束が集束状態を維持している領域が、追加巻線部による磁束集束作用によって出射方向に関する遠方側まで拡張されるため、高密度磁束が遠くまで届くこととなる。これにより、例えば局部温熱療法では奥深い患部まで治療することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面を引用して本発明の実施形態を幾つか具体的に説明する。本発明の磁束照射装置は、作用部４０と駆動部３０とからなるが、駆動部３０は既述した図６（ｂ）のものと同じで良いので、以下、作用部４０の改良点を説明する。なお、それらの図示に際し従来と対応する構成要素には同一の符号を付して示した。また、簡明化等のため、簡略端面図を用いて、要部構造を示した。さらに、二点鎖線で磁束も示したが、これは動作状態の理解を助けるためのものであり、構成部材ではない。
【００２３】
図１は、本発明の磁束照射装置の一例を示し、（ａ）が作用部４０の縦断端面図、（ｂ）が作用部４０の横断端面図である。
図１の作用部４０が図７（ｂ）の既述例と相違するのは、磁心６０の中心軸を貫いて内流路７２が形成されている点である。これにより、この作用部４０は、磁心６０外面の外流路７１に加えて磁心６０の中にも長手方向に延びた内流路７２が形成されたものとなっている。また、これに付設されている冷却手段７０は、非作用端４２に接続されて、冷媒を内流路７２へ送込んで外流路７１を帰還させるようになっている。
【００２４】
より具体的には、磁心６０は、焼結フェライトなどの強磁性体を筒状に形成したりアルミナ製などの筒状容器に磁性体ペレットを充填して作成され、一例を挙げると長さが１５０ｍｍ，外径が３０ｍｍ，内径が１０ｍｍにされる。この内径は内流路７２の直径になり、磁心６０の外径は外流路７１の内径になる。外流路７１の外面を画する部材は、磁気を妨げない材料たとえばプラスチック等で専用に作成されたものでも良く、ソレノイドコイル５０のボビンを流用したものでも良いが、その径は磁心６０の径より大きく例えば５０ｍｍにされる。ソレノイドコイル５０は、長さが磁心６０のそれと同じで、内径が磁心６０及び内流路７２の外径より大きい例えば５５ｍｍにされる。ソレノイドコイル５０は、銅線を例えば１０回ほど巻いて筒状にしたものであり、その腔中（中空）に磁心６０が外流路７１形成部材と共に挿入される。
【００２５】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、使用に際して、駆動部３０からソレノイドコイル５０に既述の高周波電流が流されるとともに、冷却手段７０によって水等の冷媒が内流路７２へ送込まれる。
なお、内流路７２の形成により磁心６０の横断面積が減少して磁心６０各部の磁束密度は上がることとなるが、流路７１，７２によって内外から磁心６０が冷やされて、飽和磁束密度が高位に維持されて、各部の磁束密度の増加による発熱密度の上昇があっても、磁心６０の過熱は十分抑制される。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示したものは、何れも、上述した図１のものの変形例である。
図２（ａ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を細い３本の円筒体に分けて並置したものである。内流路７２は各磁心６０毎に形成される。
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっても、複数磁心６０の外接円が図１（ｂ）の磁心６０の外周に等しくなっていれば、それと同様に使用でき、同様の動作結果が得られる。
【００２７】
図２（ｂ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を３枚の板状体に分け更に間を開けて並置したものである。内流路７２内の流送方向は磁心６０同士の間に形成され外流路７１内の流送方向と同方向にしてもよいし、逆方向にしてもよいし、また、中央の磁心６０で仕切られた逆方向流送としてもよい。
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっても、複数磁心６０の外接円が図１（ｂ）の磁心６０の外周に等しくなっていれば、それと同様に使用でき、同様の動作結果が得られる。
【００２８】
図２（ｃ）に横断端面図を示した作用部４０は、磁心６０を細い３本の円柱体に分けて並置したものである。内流路７２は複数の円柱体で囲まれて中心軸のところに形成される。この場合も、上述したのと同様に使用できる。
【００２９】
図３（ａ）〜（ｄ）に示した作用部４０は、何れも、磁心６０の非作用端４２側を作用端４１側より太くするために、ソレノイドコイル５０及び磁心６０をテーパ状にしたものである。
図３（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、ソレノイドコイル５０も中実の磁心６０も長さや径が作用端４１のところでは上述の図１や既述の図７（ｃ）と同じであるが、非作用端４２のところでは、磁心６０の直径が５０ｍｍ、ソレノイドコイル５０の直径が７０ｍｍで、作用端４１のところより２０ｍｍほど太くなっている。作用端４１と非作用端４２との間では径が直線的に変化してテーパになっている。
【００３０】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度は約３００ｍＴで従来と同じであるが、非作用端４２側では磁束が広がっている。これに伴い、異径の磁心６０内部における磁束分布状態も同径のときとは異なると推察される。具体的には、同径のときには軸方向（長手方向）の丁度中央のところで径方向の中心に絞り込まれたように集まっていた磁束が、テーパ角によって、最高磁束密度部位が作用端４１側へ移動するとともに、最高磁束密度が低下した形で高密度磁束の出射が可能となっている。
【００３１】
図３（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０が図３（ａ）のものと相違するのは、磁心６０が短くなったことである。
非作用端４２側では、ソレノイドコイル５０も磁心６０も同じままであるが、作用端４１側では、磁心６０の端面が非作用端４２の方（図では下方）へ後退し、さらにソレノイドコイル５０が細くなっている。これに伴い、磁心６０もソレノイドコイル５０もテーパがきつくなっている。
【００３２】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１のところで磁心６０端面の後退による磁束の広がりがソレノイドコイル５０の細りによる締め付けによって相殺されるので、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度はやはり約３００ｍＴで同じである。一方、磁心６０端面の後退によりその端面より前方の作用端４１側に出来た空間に最高磁束密度部位が出るので、磁心内の磁束密度（発熱密度）が低下するとともに、放熱状態も改善されており、これらの効果が温度上昇の抑制に奏功する。
【００３３】
図３（ｃ）に縦断端面図を示した作用部４０が図３（ａ）のものと相違するのは、磁心６０が軸方向（長手方向）で短片６１と長片６２とに分かれて両者の間に間隙６３が確保されたことである。
短片６１は、作用端４１のところにとどまっており、径はほぼ３０ｍｍと同じままであるが、長さは例えば１５ｍｍと短くなっている。
長片６２は、後方（図では下方）へ移動して大径の端部が非作用端４２のところでソレノイドコイル５０からはみ出ている。例えば、長片６２の径は、大径が５０ｍｍ、小径が４０ｍｍであり、長片６２の長さは、１００ｍｍである。
間隙６３は、例えば１０ｍｍである。
【００３４】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、作用端４１のところの短片６１（磁心６０）の断面積が変わらないので、作用端４１から外部へ向けて出射される磁束密度はやはり約３００ｍＴで同じである。一方、磁心６０の分割および離隔配置によって出来た間隙６３に最高磁束密度部位が出るので、図３（ｂ）の場合と同様の昇温抑制効果が奏される。
この図３（ｃ）の形態は、たとえば作用部４０の全インダクタンスを、駆動部３０との取合事情などのために大きく設定しながら前記磁気インピーダンスマッチングを適正化できる形態として有用である。
【００３５】
図３（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０が、図３（ｃ）のものと相違するのは、長片６２の中心軸を貫いて内流路７２が形成されている点である。これにより、この作用部４０は、長片６２外面の外流路７１に加えて長片６２の中にも長手方向に延びた内流路７２が形成されたものとなっている。また、これに付設されている冷却手段７０は、非作用端４２に接続されて、冷媒を内流路７２へ送込んで外流路７１を帰還させるようになっている。なお、間隙６３が少し短縮されて、非作用端４２から後方への長片６２の突出しが小さくなっている。
【００３６】
この場合、図１や図２のものと同様の強制冷却効果が図３（ｃ）のものに加わるので、間隙６３が短くなって最高磁束密度部位および過熱部が長片６２の前端部あたりに入って来ても、昇温の抑制は大幅に改善される。しかも、磁心６０において横断面積の最も少ない短片６１は中実なので、図１や図２のものと異なり、横断面積の減少に伴う不都合は無い。すなわち、横断面積の減少に伴う磁束密度の増加によって磁心６０の飽和磁束密度に関する余裕度が減ってしまう、という不都合が無い。短片６１の過熱部は、外流路７１と内流路７２とを繋ぐ間隙６３を流れる冷媒によって的確に冷却される。こうして、この場合、高密度磁束の出射や，駆動部３０の仕様，装置の使用方法などは、従来通りで良いのに、装置能力の利用率は格段に向上する。
【００３７】
図４（ａ）〜（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０は、何れも、磁心６０の非作用端４２側を作用端４１側より太くする際に、製造し易さを考慮して、磁心６０を細い短片６１と太い長片６２とに分割したものである。
短片６１は、中実で、直径が上述の図１や既述の図７（ｃ）と同じであるが、長さが１５ｍｍと短くなっており、外向きの端面（図では上端面）を作用端４１に一致させた状態で配置される。長片６２は、直径が５０ｍｍと短片６１より太くなっており、非作用端４２側に配置されるが、配置位置は各例で多少異なる。ソレノイドコイル５０は、長さが変わらず１００ｍｍであるが、太さが長片６２の拡径に対応して６０ｍｍと太くなっている。このようなソレノイドコイル５０，短片６１，及び長片６２は、横断面が何処でも同じ円筒体・円柱体に形成されていて、製造容易なものとなっている。
【００３８】
そのうち図４（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、短片６１と長片６２とを当接させて直列に並べたものであり、その合計長がソレノイドコイル５０の長さに一致するよう、長片６２の長さが定められる。
この場合、上述した図３（ａ）のものと概ね同様の効果が得られるうえ、製造容易という利点もある。
【００３９】
図４（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０は、短片６１と長片６２とを離隔配置して間隙６３を確保したものであり、間隙６３の分だけ例えば１５ｍｍほど長片６２が短くなっている。この場合、ソレノイドコイル５０の作用端４１側を細くしなくても、短片６１の存在によって、上述した図３（ｂ）のものと概ね同様の効果が得られる。そのうえ、製造容易という利点も享受できる。また、この場合、長片６２を更に太くすることで、間隙６３形成によるインダクタンス減少を補償することも可能である。
【００４０】
図４（ｃ）に縦断端面図を示した作用部４０は、長片６２を短縮して間隙６３を形成するのでなく、長片６２を後方（図では下方）にずらして一部を非作用端４２から突出させることで、間隙６３を確保している。この場合、上述した図３（ｃ）とほぼ同様の効果が得られるうえ、製造容易という利点もある。
図４（ｄ）に縦断端面図を示した作用部４０は、上述した図３（ｄ）のものと同様に長片６２の中心軸を貫いて内流路７２を形成したものである。冷却手段７０の付設や、間隙６３の短縮も同様になされていて、同様の昇温抑制効果が得られる。しかも、各部材に円筒体・円柱体を採用したので、製造容易という利点もある。
【００４１】
図５（ａ）に縦断端面図を示した作用部４０は、図３（ｃ）のものに追加巻線部５１を付加したものであり、図５（ｂ）に縦断端面図を示した作用部４０は、図４（ｄ）のものに追加巻線部５１を付加したものである。
追加巻線部５１は、鍔状・環状に捲回されていて、ソレノイドコイル５０の作用端４１部分を拡径する状態でそこに付設される。ソレノイドコイル５０と追加巻線部５１との接続は、直列接続でも並列接続でも良い。
【００４２】
このような作用部４０を具えた磁束照射装置にあっては、それぞれ基礎の装置の昇温抑制効果を奏するのに加えて、追加巻線部５１の付設による高密度磁束４３の遠方到達という更なる利点も享受することができる。
なお、追加巻線部５１の捲回数や外径は使用目的や要求仕様によって適宜設定されるので具体的な数値例は割愛する。また、追加巻線部５１に可撓性を持たせることで、磁束集束機能が高まるので、例えば使用時に追加巻線部５１を撓めて被射体１０に適合させることで、被射体１０内の感磁発熱体に高密度磁束を的中させる、といったことも可能かつ容易になる。
【００４３】
【実施例】
対比のため、作用部４０を、図６（ａ）の従来構造と、図１の放熱強化構造と、図３（ａ）の発熱密度抑制構造と、図４（ｄ）の融合構造とで夫々試作した。ソレノイドコイル５０の捲回数および長さと、磁心６０の材料および作用端４１での径とは、全構造で同じに揃えたが、それ以外の寸法はそれぞれの構造に基づいて異なる値とした。具体的には、上述した典型値を採用した。磁心６０の材料には、いずれも、フェライトコア ＴＤＫ Ｈ−７Ｃ４ を選定した。駆動部３０には、図６（ｂ）に示した従来と同じ高周波電源装置を採用し、各種の磁束照射装置を構成させた。
【００４４】
そして、作用端４１の近くにワンターンコイルを置いて、作用部４０から射出される磁束密度を測定しながら、磁束照射装置を作動させた。初期状態では、駆動部３０の出力調整等を行って磁束密度を３００ｍＴにして作動を開始し、それから飽和磁束密度の減少とこれに伴うコイル電流の増大が進んで駆動部の電源が過電流で停止するまでの時間Ｔｂを計測した。
その結果、上記Ｔｂが、図６（ａ）の従来構造では約２分であったが、図１の放熱強化構造では約１０分となり、図３（ａ）の発熱密度抑制構造では約６０分となり、図４（ｄ）の融合構造では６時間を超えても電源が停止せず連続稼働で可能と見なされた。
【００４５】
【その他】
なお、上記の各例では、内流路７２が往路で外流路７１が復路になっていたが、冷媒の流れは逆向きでも良い。
また、上述した作用部４０構成部材の材質や寸法は、一例にすぎない。各部材の材質や寸法は、それに限られる訳でなく、応用目的に応じて適宜変更することができる。
さらに、冷媒は、水冷の場合、電気絶縁の観点から純水や蒸留水を用いるのが望ましいが水道水でも使えないことはない。水冷が不都合な場合には、他の液体でも良く、空気や窒素ガス等の気体を用いても良い。
また、本発明の磁束照射装置の利用は、被射体１０が生体の場合に限られる訳でなく、例えば、被射体１０が金属等であっても良く、その局所過熱などにも有用である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の磁束照射装置にあっては、磁心の中で特に発熱密度の高い過熱部へ直に冷媒を送込むようにしたことにより、放熱が強化されるので、磁束密度が高くても磁心の過熱が生じないか又は少ない磁束照射装置を実現することができる。
また、磁束密度が最大になる部位の磁心の太さを増してこの部位の磁束密度を、ひいては発熱密度を下げるようにしたことにより、作用端の磁束密度は現状を維持しつつ過熱部の昇温は昇温速度および到達温度の両面から抑制される。
さらに、磁心を太さの異なる複数片に分割したことにより、製造が容易になる。
【００４７】
また、磁心を分離して空隙を確保したことにより、作用部内の磁気インピーダンスアンバランスが解消されるとともに冷却効果が更に増して、過熱部の昇温が抑制される。
また、発熱密度の抑制と過熱部への直接的な強制冷却とを無理なく融合させたことにより、格段の昇温抑制効果が発揮される。
また、追加巻線部の磁界にて作用端側の磁束の集束状態が遠方にまで及ぶようにしたことにより、高密度磁束が遠くまで届くようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁束照射装置の一実施形態について、（ａ）が作用部の縦断端面図、（ｂ）が作用部の横断端面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）何れも作用部の横断端面図であるが、これらは部分的に異なる種々の変形例を示している。
【図３】本発明の磁束照射装置の他の実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）〜（ｄ）も作用部の縦断端面図であるが、これらは何れも変形例を示している。
【図４】本発明の磁束照射装置の別の実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）〜（ｄ）も作用部の縦断端面図であるが、これらは何れも変形例を示している。
【図５】本発明の磁束照射装置の更なる実施形態について、（ａ）は作用部の縦断端面図である。（ｂ）も作用部の縦断端面図であるが、これは変形例を示している。
【図６】従来の磁束照射装置について、（ａ）が作用部の縦断端面図、（ｂ）が駆動部の概要回路図および電気接続図である。
【図７】課題説明用であり、（ａ）が磁心の縦断端面図、（ｂ）〜（ｄ）が作用部の縦断端面図である。
【符号の説明】
１０…被射体、２０…電源、
３０…駆動部、３１…コンデンサ、
４０…作用部、４１…作用端、４２…非作用端、４３…磁束
５０…ソレノイドコイル、５１…追加巻線部、
６０…磁心、６１…短片、６２…長片、６３…間隙、
７０…冷却手段、７１…外流路、７２…内流路
Claims (6)
- ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心の外面に、加えて前記磁心の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、前記流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されたことを特徴とする磁束照射装置。
- ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射する作用端とし他端を非作用端とするために前記作用部が棒切れ状に形成されている磁束照射装置において、前記磁心は前記非作用端側が前記作用端側より太いものであることを特徴とする磁束照射装置。
- 前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の長片とを具えたものであることを特徴とする請求項２記載の磁束照射装置。
- ソレノイドコイル及びこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに電流を流して磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の一端を外部へ向けて磁束を出射するための作用端とし他端を非作用端とする磁束照射装置において、前記磁心が前記作用端側の短片と前記非作用端側の太い長片とを具えたものであり、前記短片と前記長片とが離隔配置されている、ことを特徴とする磁束照射装置。
- 前記長片の外面に、加えて前記長片の中にも又は間にも、長手方向に延びた流路が形成され、この流路へ冷媒を送給する冷却手段が付設されたことを特徴とする請求項４記載の磁束照射装置。
- 前記作用端側で前記ソレノイドコイルの周囲に巻成された追加巻線部が付設されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の磁束照射装置。
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