JP2006278596A - 磁気装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 必要時に永久磁石によって外部磁場を容易に発生し、不要時には外部磁場を容易に除去することができる磁気装置およびその使用方法を提供する。
【解決手段】 本磁気装置は、永久磁石１と、永久磁石１のＮ極およびＳ極の両磁極間を連結する連結磁性体３とを備える。連結磁性体３は磁石保存温度よりも高いキュリー温度を持つ。連結磁性体３は、埋め込みまたは接触配置された加熱ヒーター４を有する。永久磁石１の磁極と連結磁性体３との間には必要に応じて断熱シート（または空隙）７が設けられる。連結磁性体３の着脱の際に、ヒーター導線５、６を介してヒーター４に電流を流すことにより連結磁性体３の温度を上記キュリー温度近傍以上にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石についてその磁場を利用しないときには外部への漏洩磁場を減弱するための磁気装置およびその使用方法に関する。

必要時のみ磁場を容易に発生する磁気装置としては、例えば電磁石がある。電磁石は通常大きな励磁電源が必要であり、ランニングコストが高くなるとともに、大容量電源設備のない場所では高磁場を発生することができない。永久磁石は励磁電源や冷却水を必要としないが、常時磁場を発生しているため、強磁性体の吸引など安全性の面で問題がある。特に、可搬型磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置で利用される広義の馬蹄形磁石では外部磁場の磁束密度および磁場勾配が高くその危険性が大きく、安全性の向上が強く求められている。磁気装置によって必要なときにだけ磁場を発生できれば、強磁性体の吸引等による事故の発生を大幅に軽減でき、安全性が向上する。

磁場を利用する技術の一つとして、磁気共鳴撮像技術がある。磁気共鳴撮像技術は単に医学・医療分野だけでなく、鉱工業、農水産畜産工業、土木建築工業等広範な分野で、これまでにない確かな情報が得られる非破壊検査技術としての可能性が示されている。しかし、現在、利用されている磁気共鳴撮像装置は大型の磁石を用いた据え付け型の装置であり、製造現場等におけるその場測定を行うことは困難である。また、通常の磁気共鳴撮像装置のように常時磁場を発生している磁石を用いた場合には、製造現場等に存在する強磁性体の器物が磁石に吸引され事故につながるおそれがある。

そこで、使用時のみ磁場を発生する磁石を用いれば、強磁性体吸引事故発生の確率を大幅に小さくすることができる。磁石として常電導磁石を用いるのも一つの方法であるが、これは大電力が必要であり、大電力電源を用いることが容易でないフィールドワーク等には適さない。一方、永久磁石を用い、使用時のみ磁場を発生することができれば、膨大な励磁のための電力を必要とせずに、使用時のみ磁場を発生できるので安全性が高い。

従って本発明の目的は、必要時に永久磁石によって外部磁場を容易に発生し、不要時には外部磁場を容易に除去することができる磁気装置およびその使用方法を提供することにある。

上記目的は、永久磁石と、前記永久磁石のＮ極およびＳ極の両磁極間を連結する磁性体とを備え、前記磁性体が、磁石保存温度よりも高いキュリー温度を持ち、かつ前記キュリー温度近傍以上に温度制御可能に構成された磁気装置により、達成される。

ここで、前記磁性体の温度を制御する温度制御装置を備えることができる。前記温度制御装置は、前記磁性体に埋め込みまたは接触配置された電熱素子、前記磁性体に接触配置されたペルチエ素子、前記磁性体内部に設けられた流体の流路、あるいは、前記磁性体に接触または近接配置された電磁誘導加熱装置を含むことができる。また、このような温度制御装置を備えないで、外部から前記磁性体の温度を制御するようにしてもよい。例えば、前記磁性体の温度を上げるときに前記磁性体にヒーター等の熱源を装着することができる。さらに、前記永久磁石の磁極と前記磁性体との間に断熱シートまたは空隙を設けることができる。

また、本発明に係る磁気装置の使用方法は、前記永久磁石の両磁極間を連結する前記磁性体の着脱の際に、前記磁性体の温度を前記キュリー温度近傍以上にするものである。すなわち、前記磁気装置による外部磁場を発生または除去に切り換える際に、前記磁性体の温度をキュリー温度以上にして非強磁性（通常、常磁性）とするか、キュリー温度以下であってもキュリー温度近傍にし強磁性を大幅に減弱させることによって、前記永久磁石に吸引されることなく、あるいは非常に弱い力で前記永久磁石のＮ極およびＳ極の両磁極間に跨って、前記磁性体を着脱する。前記磁性体を装着した場合は、前記磁性体の加熱を止めれば、前記磁性体が付着状態で冷却され、キュリー温度以下になり、強磁性体になるので、前記永久磁石と前記磁性体による強磁性体のみによる磁気閉回路が形成され、外部に磁場が漏れない。前記磁性体を取り外した場合は、前記永久磁石により外部磁場が発生する。

本発明によれば、必要時に永久磁石によって外部磁場を容易に発生し、不要時には外部磁場を容易に除去することができる磁気装置およびその使用方法を提供することができる。これにより、不使用時には外部に磁場を発生せず、必要時にのみ外部磁場を発生することのできる永久磁石を用いた磁気装置を得ることができる。すなわち、本発明では、永久磁石を用いて必要時のみ容易に外部磁場を発生することができるのである。

本発明は、永久磁石のＮ、Ｓ両磁極間に跨って連結する、磁石保存温度よりも高いキュリー温度（Ｔｃ）を持つ磁性体（連結磁性体）を有し、これを外部磁場の要否に応じて着脱（装着または取外し）して使用する。連結磁性体を温度制御装置によりキュリー温度近傍よりも高い温度に加熱し、非強磁性体または強磁性を大幅に減弱させたものとすることによって、磁石に吸引されることなくまたは非常に弱い力で永久磁石の磁極を跨って安定に装着または取外しすることができる。すなわち、連結磁性体を加熱して人力で容易に着脱できる程度の吸引力まで強磁性を減弱させるのである。外部磁場を利用するときには永久磁石に付着している連結磁性体をキュリー温度以上に加熱し、非強磁性（通常、常磁性）として、あるいはキュリー温度近傍まで加熱し強磁性を減弱させて、取り外す。外部磁場を利用せず、磁石を保存するときには、キュリー温度以上に加熱した連結磁性体を磁極間を跨って安定に付着させた後、加熱を中止し、キュリー温度以下に冷却する。冷却は自然放冷でもよいし、冷却手段を用いて冷却してもよい。このとき、磁性体は強磁性体となり強磁性体のみによる磁気閉回路が形成されるので、外部への漏洩磁場はゼロあるいは極微弱となる。その結果、強磁性体器物の吸引等の事故を防ぐことができ安全性が向上する。以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係る磁気装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は外部磁場オン状態を、（ｂ）は外部磁場オフ状態を示す。永久磁石１は、例えば図１（ａ）に示すように、広義の馬蹄形磁石である。この場合、外部磁場（外部漏洩磁場）２がＮ極から出てＳ極に向かう。この外部漏洩磁場２を遮断するためには、永久磁石１のＮ極とＳ極に跨って強磁性体を付着させればよいことはよく知られている。しかし、磁場が強い場合には強い力で強磁性体が吸引され危険である。そこで、図１（ｂ）に示すように、磁石保存温度よりも高いキュリー温度を持つ連結磁性体３に電熱素子（加熱ヒーター）４を埋め込む。そして、ヒーター導線５、６を介してヒーター４に電流を流すことによって、連結磁性体３（強磁性体）をキュリー温度以上に加熱し、常磁性とする。この状態で、連結磁性体３を磁極間を跨って設置すれば、強い力で吸引されることなく、永久磁石１に連結磁性体３を安全に装着することができる。次いで、自然冷却あるいは強制冷却によって磁性体をキュリー温度以下にすれば、連結磁性体３は常磁性から強磁性になり、強磁性体のみによる磁気閉回路が形成され、外部漏洩磁場はゼロあるいは極微弱となり、安全に保管することが可能となる。磁石保存温度が室温（例えば２３℃）の場合、連結磁性体の構成物質としては、例えば、合金ではＣｒＴｅがあり、そのＴｃは３３３Ｋであり、またフェライト混合系では室温近傍で様々なＴｃのものがある。

また、外部磁場オフの状態で電熱ヒーターに電流を流し、連結磁性体をキュリー温度以上に加熱して強磁性から常磁性にすれば、永久磁石１と連結磁性体３との間の吸引力はなくなり、連結磁性体３を永久磁石１から容易に取り外すことができる。これにより、永久磁石１から外部磁場を発生することができる。
加熱ヒーター４は連結磁性体３に埋め込むこともできるし、その表面に接触させることもできる。また、永久磁石１の各磁極と連結磁性体３との間には、必要に応じて断熱シート（または空隙）７を設けることができる。

（実施例２）
図２は、本発明に係る連結磁性体の温度制御装置の他の例を示す図である。本実施例では、連結磁性体３の加熱および冷却にペルチエ素子２１を用いている。その他は図１の実施例と同様である。ペルチエ素子２１は、図示のように、連結磁性体３の表面に熱接触させる。ペルチエ素子２１に導線２２、２３を介して連結磁性体３との接触面が加熱される極性の電流を流し、保管温度（通常室温）で強磁性体である連結磁性体３をキュリー温度以上に加熱し、常磁性としたのち、磁極間を跨って設置すれば、強い力で吸引されることなく、安全に装着することができる。連結磁性体３の装着後、ペルチエ素子２１に流す電流の極性を反転させれば急速に連結磁性体３を冷却することができ、短時間でキュリー温度以下にすることができる。勿論、電流の極性を反転させることなく、電流を遮断して自然冷却してもよい。これにより、連結磁性体３は常磁性から強磁性になり、図１の場合と同様に、強磁性体のみによる磁気閉回路が形成され、外部漏洩磁場はゼロあるいは極微弱となり、安全に保管することが可能となる。

また、連結磁性体３を永久磁石１から取り外す場合も同様に、ペルチエ素子２１により連結磁性体３をキュリー温度以上に加熱して強磁性から常磁性にすれば、永久磁石１と連結磁性体３との間の吸引力はなくなり、連結磁性体３を永久磁石１から容易に取り外すことができる。これにより、永久磁石１から外部磁場を発生することができる。

（実施例３）
図３は、本発明に係る連結磁性体の温度制御装置のさらに他の例を示す図である。本実施例では、連結磁性体３の加熱に電磁誘導加熱を用いるものである。その他は図１の実施例と同様である。本実施例では、図示のように、キュリー温度以下の連結磁性体３に電磁誘導加熱装置（電磁誘導加熱コイル）３１を付着または接近させ、電磁誘導加熱コイル３１に交流電流を流すと連結磁性体３は加熱される。この場合、連結磁性体３はその温度がキュリー温度を超えると常磁性体になるため電磁誘導加熱は停止されるので、電磁誘導加熱法には無駄な温度上昇を避けることができる利点がある。電磁誘導加熱の際、永久磁石本体が電磁誘導加熱されることを避けるための配慮が必要である。例えば、誘導電流が磁石本体に流れることを避けるため、誘導加熱コイルの径を調節し、小さな径のコイルを複数個使用するか、誘導加熱コイルを連結磁性体の磁石接触面あるいはその対向面以外の側面に設置するなどの方法が有効である。

（実施例４）
図４は、本発明の磁気装置に用いる連結磁性体のさらに他の例を示す図である。本実施例では、連結磁性体３の内部に熱媒流体流路４１を設けたものである。その他は図１の実施例と同様である。本実施例では、連結磁性体３の冷却および加温は連結磁性体３の内部に設けられた流路４１に熱媒体を流すことによって行うことができる。連結磁性体３を永久磁石１に付着させる際には、連結磁性体３内に加熱された流体を流すことによって、連結磁性体３の温度をキュリー温度（Ｔｃ）以上にして常磁性体とする。付着後は熱媒の流入を停止させて連結磁性体を自然放冷するか、短時間で保存温度に戻す場合には冷却された流体を流す。永久磁石１の使用時には、加熱媒体を連結磁性体３の流路４１に流し、連結磁性体３をキュリー温度以上あるいは近傍まで加熱した後、永久磁石１から離脱させればよい。

このように、本発明では、外部漏洩磁場を利用する例えば馬蹄形あるいはＵ字型などの永久磁石において、磁石保存時の漏洩磁束を減弱するため、磁極間を連結する磁石保存温度よりも高いキュリー温度を持つ連結磁性体を備える。この連結磁性体の温度は温度制御装置により制御する。温度制御装置は、例えば連結磁性体に埋め込みまたは接触配置された電熱素子、連結磁性体に接触配置されたペルチエ素子、連結磁性体内部に設けられた流体の流路、あるいは連結磁性体に接触または近接配置された電磁誘導加熱装置などを含むことができる。そして、磁気装置による外部磁場を発生または除去に切り換える際に、連結磁性体の温度をキュリー温度以上にして連結磁性体を永久磁石の磁極間に跨って着脱する。これにより、永久磁石についてその磁場を利用しないときには外部への漏洩磁場を減弱することができる。

本発明は、永久磁石を用いて容易に磁場の発生または除去を行うことができる磁気装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。すなわち、本発明は磁場を必要とする様々な装置、例えば磁気共鳴分光装置、磁気共鳴撮像装置等に使用することができ、また医学・医療分野、鉱工業、農水産畜産工業、土木建築工業等広範な分野で有用な測定手段となり得る。また、電磁石を利用している様々な分野で電磁石に替わる磁場オン／オフ可能な磁石として使用することができ、大幅な省エネルギー効果をもたらすことが期待される。

本発明に係る磁気装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は外部磁場オン状態を、（ｂ）は外部磁場オフ状態を示す。 本発明に係る連結磁性体の温度制御装置の他の例を示す図である。 本発明に係る連結磁性体の温度制御装置のさらに他の例を示す図である。 本発明に係る連結磁性体の温度制御装置のさらに他の例を示す図である。

符号の説明

１ 永久磁石
２ 外部磁場
３ 連結磁性体
４ 加熱ヒーター
５、６ ヒーター導線
７ 断熱シートまたは空隙
２１ ペルチエ素子
２２、２３ 導線
３１ 電磁誘導加熱装置
４１ 熱媒流体流路

Claims (8)

1. 永久磁石と、前記永久磁石のＮ極およびＳ極の両磁極間を連結する磁性体とを備え、前記磁性体が、磁石保存温度よりも高いキュリー温度を持ち、かつ前記キュリー温度近傍以上に温度制御可能に構成されたことを特徴とする磁気装置。
2. 前記磁性体の温度を制御する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気装置。
3. 前記温度制御装置が前記磁性体に埋め込みまたは接触配置された電熱素子を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気装置。
4. 前記温度制御装置が前記磁性体に接触配置されたペルチエ素子を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気装置。
5. 前記温度制御装置が前記磁性体内部に設けられた流体の流路を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気装置。
6. 前記温度制御装置が前記磁性体に接触または近接配置された電磁誘導加熱装置を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気装置。
7. 前記永久磁石の磁極と前記磁性体との間に断熱シートまたは空隙を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の磁気装置の使用方法であって、前記永久磁石の両磁極間を連結する前記磁性体の着脱の際に、前記磁性体の温度を前記キュリー温度近傍以上にすることを特徴とする磁気装置の使用方法。

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