JP2007103854A

JP2007103854A - 磁気シールド装置

Info

Publication number: JP2007103854A
Application number: JP2005294941A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fujisaki; 敬介藤崎; Masahiro Fujikura; 昌浩藤倉; Jiro Mino; 二郎美野; Tai Tamaki; 耐田巻; Yoneo Yamada; 米男山田; Takeshi Saito; 健斉藤; Kentaro Chikuma; 顯太郎筑摩; Hiroyuki Hirano; 裕之平野; Toshito Morita; 俊人森田
Original assignee: Kajima Corp; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】磁気シールド装置のシールド性能を向上させる。
【解決手段】磁気シールド装置構成する６面のうちの４面を、シールドすべき磁場の方向に平行な磁化容易軸をもつ方向性電磁鋼板の積層体で構成する。シールドすべき磁場の方向が平行の場合は、天井１１と床１２と２側面１４、１６を水平の磁化容易軸をもつ方向性電磁鋼板を積層して形成する。天井１１と床１２は平坦に、側面１４、１６はすだれ形状に構成する。その他の2面１３、１５は、磁化容易軸が直交する方向性電磁鋼板の積層体で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、装置内部あるいは外部で発生する磁場をシールドする磁気シールド装置に関する。

ＭＲＩ装置のような強い磁場を利用する装置あるいは大電流を使用する装置は、発生する磁場を外部に漏らさないように磁気シールドして使用されている。また、外部から進入する磁場によって、精密測定装置などの影響を避けるためにも磁気シールドの必要性がある。従来、磁気シールドを確実に行うには、磁場発生源又は外部磁場を遮蔽すべき箇所を、鋼板のような磁性体によって密閉する構造が採用されていた。しかしながら、密閉構造では、熱の放散あるいは保守に関して問題があった。また、例えば病院のＭＲＩ室などのシールドルームが密閉構造では、入室する人間に圧迫感を与えるという場合もあった。近年、密閉構造をとるのではなく、磁性体をすだれ状に配置して磁気シールドする開放型磁気シールド装置の提案がされた（特許文献１参照）。しかしながら、密閉構造であってもすだれ状であっても、シールドする磁場の方向を特に考慮するものではなかった。例えば、シールドすべき磁場が予めわかっている場合の対策が不十分であった。また、開放型磁気シールド装置の場合、構造上床が鋼板の幅の分だけ嵩上げしなければいけなく、既存設備の取替えの場合、そのための改造工事が必要であった。改造工事は、静粛であるべき病院内に大きな振動音を発生する場合が多く、設置工事上の課題があった。

特開２００２−１６４６８６号公報

本発明は、上記問題点に着目して、シールドする磁場の方向を考慮して、磁気シールド性能を高める磁気シールド装置を提供するものである。更に、磁気シールド装置の設置に際し、嵩上げ工事を不要にする磁気シールド装置を提供するものである。

本発明の第１の態様は、単一又は複数枚積層した電磁鋼板を部材とし、互いに対向する第１及び第２の面と、該第１及び第２の面に接続する第３〜第６の面からなる磁気シールド装置であって、前記第３〜第６の面は前記第１及び第２の面の対向方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板からなることを特徴とする。また、前記第３〜第６の面のうちの対向する２面は、前記方向性電磁鋼板からなる平坦な面とすることもできる。

本発明の第２の態様は、単一又は複数枚積層した電磁鋼板を部材とし、互いに対向する第１及び第２の面と、該第１及び第２の面に接続する第３〜第６の面からなる磁気シールド装置であって、前記第３〜第６の面のうちの対向する２面は、磁化容易軸が直交するように複数枚積層した方向性電磁鋼板からなる平坦な面であり、前記第３〜第６の面のうちの他の２面は、第１及び第２の面の対向方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板からなることを特徴とする。

また、前記第１の態様及び第２の態様に関し、すべての面が平坦であって、閉空間を形成するように組立てられていてもよい。さらに、前記第３〜第６の面のうちの他の２面は、前記第１及び第２の面の対向方向に平行に、前記方向性電磁鋼板を間隔をあけて複数配置することもでき、前記第１及び第２の面は、磁化容易軸が互いに直交する方向性電磁鋼板からなるようにもできる。

本発明の第３の態様の磁気シールド装置は、磁化容易軸が周回するように配置した４面の単一又は複数枚積層した方向性電磁鋼板からなる筒状の第１及び第２の磁気シールドユニットを、第１及び第２の磁気シールドユニットが重なる２面では磁化容易軸が直交し、他の４面では磁化容易軸の方向がそろうように組み合わせてなることを特徴とする。

本発明の磁気シールド装置は、方向性電磁鋼板の磁化容易軸をそろえた少くとも２面を有するので、内部磁場および外部磁場いずれに対しても磁気シールド性能を高めることができる。つまり、磁気シールド装置の場合、そこに発生する磁束は一定であるので、シールド体にできるだけ磁束を捕捉させることができれば、相対的に漏れる磁束は低減し、シールド体としての磁気シールド性能が向上する。そもそも方向性電磁鋼板では、その圧延方向に磁化容易軸がそろい、磁化容易軸方向は少ない磁場で磁化されやすくなっている。したがって、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向を、方向性電磁鋼板の配設位置に生じる磁場の方向と同じにすると、シールド体に捕捉する磁束を大きくさせることができる。
また、本発明の磁気シールド装置は床が平坦にできるので、磁気シールド装置の設置に嵩上げ工事が不要となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態である開放型磁気シールド装置１０を示す。天井１１及び床１２は平坦な構造とし、側面１３〜１６を開放構造とするものである。天井１１及び床１２は、積層した方向性電磁鋼板の磁化容易軸をすべて水平にそろえている。側面１３〜１６は、水平方向にシールド室を取り囲み、等間隔に配置された複数本の積層電磁鋼板からなり、さらに側面１３と１５は、天井１１及び床１２につながる複数本の積層電磁鋼板が等間隔に並んでいる。側面１３〜１６の水平方向にシールド室を取り囲む積層電磁鋼板は、垂直方向に積層されている。また、側面１３と１５に配置される垂直方向の積層電磁鋼板は、側面１４又は１６と平行な方向に積層されている。側面１３と１５は、電磁鋼板が格子状に並び、側面１４、１６では、電磁鋼板が水平方向にすだれ状に並んでいる。側面１３〜１６に使用する電磁鋼板も方向性電磁鋼板であり、その長手方向を磁化容易軸とする。このように、本実施形態では、天井１１、床１２、側面１４，１６の４面の方向性電磁鋼板の磁化容易軸を水平にそろえている。

磁気シールド装置に流れる磁束の方向は、一般に特定の方向にそろうことが多い。例えば、水平磁場方式のＭＲＩ装置で、ガントリーが側面１５に近くに配置される場合には、磁束が側面１４、１６に平行に流れる。したがって、ＭＲＩ装置で発生する磁場の磁束は、まずガントリー面（側面１５）にあたり、上下左右に分かれて、側面１４、１６、天井１１、床１２を側面１３に向かって流れることになる。

本発明は、この事実に着目して、水平な磁場をシールドする目的の磁気シールド装置を、天井１１、床１２、側面１４，１６の４面の方向性電磁鋼板の磁化容易軸を、各面の配設位置における磁場の方向にそろえるように構成して、磁気シールド性能を向上させるものである。

なお、図１（ｂ）に示すように、平坦に形成される天井１１’及び床１２’は、方向性電磁鋼板を用いて、その磁化容易軸が交互に直交するように積層して構成し、平均的な磁気特性をもたせるようにしてもよい。このようにしても、図１（ａ）の磁気シールド装置１０と同様、床が平坦であるので、既存施設に磁気シールド装置を設置する場合、床の嵩上げ工事が不要である。例えば病院では、大きな振動音を発生する改造工事を行なうことなく、移動式ベッドがスムースに、磁気シールド装置内に搬入できる磁気シールド装置を設置することができる。

図２〜図５に、図１（ａ）に示す磁気シールド装置のモデルを用いたシミュレーションによる漏洩磁束密度分布を示す。図１に示す構造の磁気シールド装置で、ＭＲＩ装置の磁気シールドを想定し、ガントリー側のガントリー面は側面１５、ベッド側のベッド面は側面１３とする。磁場の方向は、水平すなわち側面１４、１６に平行とする。

図２は、磁場中心の高さにおける、側面１４又は１６からの距離と磁束密度との関係を示す磁束密度減衰曲線であり、図３は、側面１６と側面１５とのコーナー部の側面１６と１５で作る角度を２等分した方向での磁束密度減衰曲線である。また、図４及び図５は、おのおのガントリー面（側面１５）と、これに対抗するベッド面（側面１３）からの距離と磁束密度との関係を示す磁束密度減衰曲線である。

各図の横軸は、磁性材すなわち電磁鋼板からの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、磁束密度（ｍＴ）である。いずれも、（１）シールドなし、（２）方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向を互いに直交させて、方向性電磁鋼板を積層して、天井と床とを構成したもの（従来例）、（３）磁化容易軸方向を磁場方向にそろえて、方向性電磁鋼板を積層して、天井と床とを構成したもの（本実施形態）とを比較している。いずれの場合も、本実施形態は、従来例と比較して、漏れ磁場が２割から５割減少していることが分かる。これは、天井と床の方向性電磁鋼板を、磁化容易軸をそろえて積層して構成した効果であり、天井と床とで捕捉される磁束が増大した結果である。

図６に、本発明の第２の実施形態である密閉型磁気シールド装置の概要を示す。

本実施形態の密閉型磁気シールド装置２０は、天井２１と床２２と側面２３〜２６は、すべて平坦な方向性電磁鋼板を積層して構成され、天井２１と床２２と側面２４と側面２６とは、方向性電磁鋼板の磁化容易軸がすべて水平方向にそろえて積層されている。側面２３と側面２５とは、積層する方向性電磁鋼板の磁化容易軸は、交互に直交するように配置されている。図面の矢印は、これを図式的に示すものである。

従来の密閉型磁気シールド装置は、６面ともに、積層する方向性電磁鋼板の磁化容易軸が交互に直交するように積層して、それぞれ同数になるようにし、平均的な磁気特性を持たせていた。しかしながら、前述のように、磁気シールドを行なう対象の磁場の方向は、所定の方向に定まっている場合が多く、密閉型の場合も、本実施形態のように、方向性電磁鋼板の磁化容易軸を方向性電磁鋼板の配設位置における磁束の方向にそろえることによって、磁気シールド性能を高めることができる。

すなわち、水平方向の磁場をシールドする場合、本実施形態の、方向性電磁鋼板の磁化容易軸がすべて水平方向にそろえて積層されている天井２１と床２２と側面２４と側面２６とを、シールドすべき磁場の方向にそろえるように配置する。

図７に、シミュレーション結果を示す。密閉型の６面体シールド装置をモデル化し、磁束方向を水平方向とし、一方は、６面ともに磁化容易軸を直交させて積層した方向性電磁鋼板を用いたもの（従来例）で、他方は、天井面２１と、床面２２と、側面のうち磁束方向と平行な２面（側面２４，２６）を磁化容易軸をそろえて積層した方向性電磁鋼板とし、残りの磁束の方向に直交する２側面（側面２３，２５）を、従来と同様に磁化容易軸を直交させて積層した方向性電磁鋼板を用いたもの（本実施形態）である。

図７は、高さを磁束の中心（コイル中心）として、４側面での漏洩磁場分布をシミュレートした。側面２３及び２５では両者に大きな相違は認められないが、側面２４及び２６では、明らかに漏れ磁場が低減している。

以上、磁気シールド装置内部で発生する磁場をシールドする例を説明したが、外部磁場を遮蔽する磁気シールド装置においても、同様のことがいえる。すなわち、例えば地磁気は、南北方向に向いているので、地磁気の影響を防ぐ場合には、磁気シールド装置を地磁気の方向すなわち南北方向に、本発明の磁化容易軸をそろえた積層方向性電磁鋼板の４面を配置するようにすればよい。

また、水平磁場に対する磁気シールド装置を説明したが、垂直磁場に対しても同様に考えることができる。この場合も方向性電磁鋼板の配設位置における磁場の方向に本発明の磁化容易軸をそろえた積層方向性電磁鋼板の４面を配置すればよく、言い換えれば、磁化容易軸をそろえた４面がすべて側面になるように磁気シールド装置を構成すればよい。例えば、図１（ｂ）に示すような磁化容易軸を直交して積層した電磁鋼板からなる天井と床を備え、鉛直方向に磁化容易軸をもつ積層電磁鋼板をすだれ状に配置して４側面とし、垂直磁場をシールドするようにできる。

図８、９に、磁気シールド装置をユニットとして構成する第３の実施形態を示す。図８（ａ）に示すように、磁化容易軸をそろえた方向性電磁鋼板を厚み方向に積層した４枚の積層体３１〜３４を組み合わせて、断面が矩形の筒状の第１の密閉型磁気シールドユニット３０を構成する。４枚の積層体３１〜３４を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸は、図の矢印に示すように、筒状ユニット３０を周回するようにそろっている。図８（ｂ）に示す第２の密閉型磁気シールドユニット４０も、図８（ａ）と同様に、磁化容易軸をそろえた方向性電磁鋼板を厚み方向に積層した４枚の積層体４１〜４４を組み合わせて構成され、方向性電磁鋼板の磁化容易軸は、図の矢印に示すように、筒状ユニット４０を周回している。ただし、ユニット４０は、ユニット３０にくらべてわずかに小さく、ユニット３０に嵌合するように構成される。

図９に、ユニット３０とユニット４０とを組み合わせてなる磁気シールド装置５０を示す。ユニット３０とユニット４０の開口部が互いに閉じられるように組み合わされて、密閉型の磁気シールド装置５０が完成する。組み合わせた結果、例えば、積層体３１と積層体４１と重なり、積層体３３と４３とが重なることになる。このように、磁気シールド装置５０の対抗する一対の面が、両ユニットの積層体が重なって形成され、そこでは方向性電磁鋼板の磁化容易軸が直交している。しかしながら、それ以外の４面では、磁化容易軸が一方向にそろっているので、この磁化容易軸がそろっている４面をシールドすべき磁場の方向に合わせて、磁気シールド装置を配置する。装置内部あるいは外部の垂直な磁場を遮蔽したい場合、図示のとおり、磁化容易軸がそろっている４面を垂直方向にするように配置すればよく、装置内部あるいは外部の水平な磁場を遮蔽したい場合、図示のものを９０度回転させて、磁化容易軸がそろっている４面を水平方向にするように配置すればよい。なお。ここでは予め組み立てたユニット３０とユニット４０を組み合わせて、磁気シールド装置５０を組み立てるように説明したが、積層体３１〜３４と積層体４１〜４４により磁気シールド装置５０を組み立てて、組み立てた結果ユニット３０とユニット５０とが構成されるようにもできる。

図１０は、開放型の磁気シールドユニットの一例を示す。図１０（ａ）に示す第１の開放型磁気シールドユニット６０は、図の上下の面を、方向性電磁鋼板を磁化容易軸をそろえて厚み方向に積層した積層体６１、６３で形成し、積層体６１と６３とを他の対向する２面を、すだれ状に配置した方向性電磁鋼板の積層体６２、６４で形成したものである。すだれ状の積層体６２、６４は、長手方向を磁化容易軸とし、上下の積層体６１と６３の磁化容易軸とあわせて、磁化容易軸が、周回するように配置されている。図の矢印は、磁化容易軸を示す。

図１０（ｂ）は、開放型磁気シールドユニット６０に組み合わされる第２の開放型磁気シールドユニットであり、第１のユニット６０と同様に、すだれ状の積層体７２、６４は、長手方向を磁化容易軸とし、上下の平坦な積層体６１と６３の磁化容易軸とあわせて、磁化容易軸が、周回するように配置されている。両者を組み合わせることによって、６面からなる磁気シールド装置が構成される。この場合、対向する平坦な積層体６１と７１、及び積層体６３と７３が重なって、磁化容易軸が直交する２面が構成され、それ以外のすだれ状の積層体６２、６４、７２及び７４からなる４面が、磁化容易軸がそろった面となる。天井と床面が平坦な構造が望ましいので、この例は、装置内又は装置外に発生する垂直な磁場をシールドするために好適である。この場合も、シールド装置の施工現場で、積層体から組み立てることによって、結果的にユニット６０とユニット７０を構成するようにもできる。

なお、平坦な積層体６１、６３、７１及び７３に代えて、すだれ状の積層体を用いてユニットを構成し、組み合わせた結果、一対の対向する格子構造の２面と、それ以外の磁化容易軸のそろった４面とをもつ磁気シールド装置とすることもできる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態である開放型磁気シールド装置を示す図であり、（ｂ）は、その変形例を示す図である。第１の実施形態の磁気シールドの有効性を示す図である。第１の実施形態の磁気シールドの有効性を示す図である。第１の実施形態の磁気シールドの有効性を示す図である。第１の実施形態の磁気シールドの有効性を示す図である。本発明の第２の実施形態である密閉型磁気シールド装置を示す図である。第２の実施形態の磁気シールドの有効性を示す図である。本発明の第３の実施形態である密閉型磁気シールドユニットを示す図である。第３の実施形態である密閉型磁気シールドユニットを組み合わせた磁気シールド装置を示す図である。本発明の第３の実施形態である開放型磁気シールドユニットを示す図である。

符号の説明

１０開放型磁気シールド装置
１１天井
１２床
１３〜１６側面
２０密閉型磁気シールド装置
２１天井
２２床
２３〜２６側面
３０、４０密閉型磁気シールドユニット
５０密閉型磁気シールド装置
６０、７０開放型磁気シールドユニット

Claims

単一又は複数枚積層した電磁鋼板を部材とし、互いに対向する第１及び第２の面と、該第１及び第２の面に接続する第３〜第６の面からなる磁気シールド装置であって、
前記第３〜第６の面は前記第１及び第２の面の対向方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板からなることを特徴とする磁気シールド装置。
前記第３〜第６の面のうちの対向する２面は、前記方向性電磁鋼板からなる平坦な面であることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
単一又は複数枚積層した電磁鋼板を部材とし、互いに対向する第１及び第２の面と、該第１及び第２の面に接続する第３〜第６の面からなる磁気シールド装置であって、
前記第３〜第６の面のうちの対向する２面は、磁化容易軸が直交するように複数枚積層した方向性電磁鋼板からなる平坦な面であり、前記第３〜第６の面のうちの他の２面は、第１及び第２の面の対向方向に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板からなることを特徴とする磁気シールド装置。
すべての面が平坦であって、閉空間を形成するように組立てられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。
前記第３〜第６の面のうちの他の２面は、前記第１及び第２の面の対向方向に平行に、前記方向性電磁鋼板を間隔をあけて複数配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気シールド装置。
前記第１及び第２の面は、磁化容易軸が互いに直交する方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。
前記第１及び第２の面は、方向性電磁鋼板を複数格子状に配置して、磁化容易軸が互いに直交するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の磁気シールド装置。
前記第１及び第２の面は、磁化容易軸が直交するように積層された平坦な方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項５に記載の磁気シールド装置。
前記第３〜第６の面のうちの対向する平坦な２面を、上面と底面とすることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。
前記第１及び第２の面を、上面と底面とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
磁化容易軸が周回するように配置した４面の単一又は複数枚積層した方向性電磁鋼板からなる筒状の第１及び第２の磁気シールドユニットを、第１及び第２の磁気シールドユニットが重なる２面では磁化容易軸が直交し、他の４面では磁化容易軸の方向がそろうように組み合わせてなることを特徴とする磁気シールド装置。
前記第１及び第２の磁気シールドユニットは、各４面が平坦な方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１１に記載の磁気シールド装置。
前記第１及び第２の磁気シールドユニットは、平坦な方向性電磁鋼板からなる面と、方向性電磁鋼板を間隔をあけて複数配置してなる面との組み合わせからなることを特徴とする請求項１１に記載の磁気シールド装置。