JP2007229046A - 磁場補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルパターンの対称性に優れ精度よく磁場を補正することができる磁場補正装置を提供する。
【解決手段】磁場発生手段により発生される磁場空間の分布を均一に補正するための磁場補正装置１０において、所定のコイルパターン２１ａ，２１ｂが形成されたフレキシブル配線板２０の両端部同士をその上下面が共に面一となるように突き合わせして円筒形に形成した。フレキシブル配線板２０は、円筒形にされた状態で、中心軸に交差する方向に試料挿入用の開口部２０Ａ，２０Ｂが設けられる。フレキシブル配線板２０は複数枚積層される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば核磁気共鳴装置などに用いられる磁場発生用マグネットによって形成される磁場空間の分布を均一に補正するための磁場補正装置に関するものである。

従来、一般的な核磁気共鳴装置は、磁場発生用マグネットの中心軸が鉛直方向となるように配置されており、その磁場発生用マグネットの内側には磁場補正装置が配置される。このような核磁気共鳴装置では、鉛直方向から試料が挿入されるようになっている。
一方、磁場発生用マグネットが中心軸に直交する平面で二つに分割されて配置されたスプリット型の核磁気共鳴装置が開発されている。この核磁気共鳴装置では、磁場発生用マグネットが水平方向に設置されており、分割してできた磁場発生用マグネット間の隙間を利用して試料を挿入することが考えられている（特許文献１参照）。

ところで、従来の磁場補正装置は、コイルパターンが形成された径方向に長尺のフレキシブルプリント基板を円筒形状のボビンに複数回巻回する手法や、コイルパターンが形成されたフレキシブル配線板をボビンに所定角度で複数枚貼り付ける手法等により形成することが検討されている（特許文献２，３参照）。

特開２００４−３０９２０８号公報 特開平８−３１７９１６号公報 特開平６−３４９６３３号公報

一般的に磁場補正装置では、メインのコイルが作りだす磁場（主磁場）の乱れた部分をあらゆる方向から補正できるようにするために色々な方向の磁場を作り出す沢山の回路（コイルパターン）を有している。このようなコイルパターンは、磁場補正装置の軸方向および径方向にそれぞれ対称となる位置関係で配置されることが望ましい。

しかしながら、前記した従来の磁場補正装置では、フレキシブルプリント基板をボビンに複数回巻回する手法や、フレキシブル配線板をボビンに所定角度で複数枚貼り付ける手法等により形成されていたので、前記したコイルパターンの対称性が損なわれるおそれがあり、磁場の補正を好適に行うことができないという問題があった。特に、スプリット型の核磁気共鳴装置では、中心軸に直交する平面で磁場発生用マグネットが二つに分割される構成であるので、コイルパターンの対称性を精度よく得ることが煩雑で難しかった。

本発明の目的は、コイルパターンの対称性に優れ精度よく磁場を補正することができる磁場補正装置を提供することにある。

前記した目的を達成するため、本発明では、所定のコイルパターンが形成されたフレキシブル配線板の端部同士をその上下面が共に面一となるように突き合わせして円筒形に形成した構成としたので、フレキシブル配線板の突き合わせ部分で段差が生じなくなり、円筒形の径方向に精度よく所定のコイルパターンを位置させることができる。これにより、例えば、フレキシブル配線板の端部同士の突き合わせ部分をひとつの基準にして、フレキシブル配線板の径方向に所定のコイルパターンが対称となるように予め形成しておくことにより、円筒形に形成したときにコイルパターンの対称性に優れた磁場補正装置が得られる。また、フレキシブル配線板は、円筒形にされた状態で、中心軸に交差する方向に試料挿入用の開口部が少なくともひとつ設けられる構成とすることにより、スプリット型の核磁気共鳴装置において磁場補正装置を貫通する状態で試料を挿入することができ、取扱いが行い易い。

また、フレキシブル配線板は径方向に複数枚積層して構成することができ、円筒形の径方向の外側に積層されるフレキシブル配線板の周長を、径方向の内側に配置されるフレキシブル配線板の周長よりも径方向の厚み分を含んで長く形成することで、複数枚積層される構造でありながらコイルパターンの対称性に優れた磁場補正装置が得られる。

本発明によれば、コイルパターンの対称性に優れ精度よく磁場を補正することができる磁場補正装置が得られる。

次に、本発明の磁場補正装置を適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、スプリット型の核磁気共鳴装置に適用される磁場補正装置について説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）に示すように、本実施形態の磁場補正装置１０が適用される核磁気共鳴装置Ｓは、中心軸Ｏに沿って水平方向に形成された第１アクセスポート１と、この第１アクセスポート１に直交するように鉛直方向に形成された第２アクセスポート２とを備えて構成され、これらの第１アクセスポート１と第２アクセスポート２とが交差する部分の周囲に、磁場発生部３が設けられている。磁場発生部３は、図１（ｂ）に示すように、前記した交差する部分を挟んで中心軸Ｏ周りに、ソレノイド状に巻回されて形成された超伝導磁石３Ａ，３Ｂを備えている。そして、磁場補正装置１０は、これらの超伝導磁石３Ａ，３Ｂの内側に形成される計測空間に配置される（図１（ａ）参照）。本実施形態では、磁場強度を増すために各超伝導磁石３Ａ，３Ｂが層状にされて多層配置されている。なお、超伝導磁石３Ａ，３Ｂは、中心軸Ｏ方向に連結して一体化した構造としてもよい。

第１アクセスポート１は、測定用プローブＰ（図２（ｂ）参照）を挿入するのに用いられるポートであり、図１（ａ）に示すように、円筒状に形成されて、真空容器５０内に配置された液体ヘリウム容器５１を貫通する状態に設けられている。なお、第１アクセスポート１は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも第２アクセスポート２と交差する部分である超伝導磁石３Ａ，３Ｂの間まで延設されていればよい。本実施形態では、第１アクセスポート１の中心軸Ｏを、超伝導磁石３Ａ，３Ｂの巻軸と一致させているとともに、後記する磁場補正装置１０の中心軸とも一致させている。

第２アクセスポート２は、前記したように第１アクセスポート１に直交するように鉛直方向に形成されており、測定試料を入れるサンプル管ＳＡを挿入するのに用いられる。なお、第２アクセスポート２は第１アクセスポート１に直交するものに限られず、所定の角度をもって傾斜した状態で交差するように形成してもよい。

磁場補正装置１０は、図２（ａ）に示すように、全体が円筒形状を呈しており、図２（ｂ）に示すように、超伝導磁石３Ａ，３Ｂの内側の計測空間となる第１アクセスポート１内に配置されている。本実施形態では、磁場補正装置１０の周壁部の、前記第２アクセスポート２（図１（ａ）参照）に対応する位置（中央部）に、第２アクセスポート２に連通する開口部２０Ａ，２０Ｂが設けられている。このような、磁場補正装置１０は、前記した第１アクセスポート１と第２アクセスポート２とが交差する部分に配置され、第２アクセスポート２から開口部２０Ａまたは開口部２０Ｂを通じて、サンプル管ＳＡが内側に挿入されるようになっている。なお、図２（ａ）では、後記する突き合わせ部分が見える状態で磁場補正装置１０を表している。

このような磁場補正装置１０は、図３に示したフレキシブル配線板２０を円筒形に複数枚積層することにより形成される。各フレキシブル配線板２０は、端部２２，２３同士を突き合わせることにより円筒形に形成されるようになっており、突き合わせに際しては、端部２２，２３同士の上下面が共に面一となるようにされる。フレキシブル配線板２０を円筒形に形成するにあたっては、図２（ａ）に示すようなボビンＢにフレキシブル配線板２０を巻回することにより行われる。なお、磁場補正装置１０は、フレキシブル配線板２０を複数枚積層するものに限られることはなく、１枚のフレキシブル配線板をボビンＢに巻回して設けてもよい。また、ボビンＢは必ずしも用いなくてもよく、フレキシブル配線板２０を円筒形に形成した後に引き抜いて取り外すようにしてもよい。このように、ボビンＢが取り外された磁場補正装置１０では、フレキシブル配線板２０の内側にボビンＢを有していない分、フレキシブル配線板２０の内側スペースを大きくすることができ、前記したプローブＰ（図２（ｂ）参照）の挿入も容易になる。なお、フレキシブル配線板２０は、ボビンＢが取り外されても樹脂材等に浸漬して硬質化させることで円筒形状の維持を図ることができる。

フレキシブル配線板２０は、可撓性を有しており、例えばポリエステルやポリイミド等の樹脂からなる基板上に導体が形成されてなる。フレキシブル配線板２０には、主として前記した開口部２０Ａ，２０Ｂを中心として左右対称となる位置に、一対のコイルパターン２１ａ，２１ｂが形成されている。また、フレキシブル配線板２０には、ボビンＢ（図２（ａ）参照）に対する位置決め孔２４および接着剤の注入孔２５が形成されている。
コイルパターン２１ａ，２１ｂには、磁場を補正するための図示しないコイルが複数形成されており、磁場補正装置１０は、これらのコイルパターン２１ａ，２１ｂによって種々の方向の磁場を形成し、核磁気共鳴装置Ｓへの組み付け時にその外側に配置されることとなる超伝導磁石３Ａ，３Ｂ（図２（ｂ）参照）が作りだす磁場（主磁場）の乱れた部分を、あらゆる方向から補正するように機能する。なお、本実施形態では、コイルパターン２１ａ，２１ｂがフレキシブル配線板２０の両面に設けられている。

このようなコイルパターン２１ａ，２１ｂは、図２（ａ）に示すように、フレキシブル配線板２０が円筒形にされた状態において、上下方向（鉛直方向）にも図示しないコイルが対称となるように予めコイルの位置が規定された構成となっている。これにより、フレキシブル配線板２０を円筒形に形成してなる磁場補正装置１０は、図２（ｂ）に示すように、第１アクセスポート１と第２アクセスポート２との交差する部位に中心部が位置するように配置された状態で、その交差する部分を中心として中心軸Ｏ方向にコイルパターン２１ａ，２１ｂの図示しない各コイル同士が対称（左右対称）に位置するとともに、交差する部分を中心として鉛直方向にも図示しない各コイルが対称(上下対称)に位置することとなる。
各コイルパターン２１ａ，２１ｂは、図３に示すように、独立通電可能に設けられており、フレキシブル配線板２０の片側部に給電用端子２６，２７が設けられている。

位置決め孔２４は、本実施形態では、図３に示すように、フレキシブル配線板２０の長手方向（中心軸Ｏ方向、図１（ａ）参照）に所定の間隔を置いて３個形成されている。これらの位置決め孔２４には、ボビンＢ（図２（ａ）参照）の対応する箇所に設けられた図示しないピン等がそれぞれ挿通される。

接着剤の注入孔２５は、位置決め孔２４の近傍位置に形成されており、フレキシブル配線板２０を複数枚積層する際に、接着剤の注入される孔として利用される。ここで、接着剤としては、比較的粘度の高いものを用いることが好ましい。接着剤は、フレキシブル配線板２０の積層時に注入孔２５内に注入されると、注入孔２５内に留まったままの状態で硬化し、注入孔２５からフレキシブル配線板２０同士の間に侵入することが防止される。これにより、フレキシブル配線板２０同士の間に接着剤が介在される状態が回避され、接着剤が介在されることによってフレキシブル配線板２０が径方向に膨らむ不具合が防止される。
なお、注入孔２５は、フレキシブル配線板２０ごとに異なった位置に設けられている。

ところで、フレキシブル配線板２０は、前記したように、端部２２，２３同士が突き合わされて円筒形を呈するように構成されているので、複数枚積層される場合に、円筒形の径方向の外側に積層されるフレキシブル配線板２０の周長の方が円筒形の径方向の内側に積層されるフレキシブル配線板２０の周長よりも長くなるように設定されている。これにより、複数枚積層された各フレキシブル配線板２０は、それぞれの端部同士が突き合わせされた状態でボビンＢに巻回される（図２（ａ）参照）。

以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）本実施形態では、所定のコイルパターン２１ａ，２１ｂが形成されたフレキシブル配線板２０の端部２２，２３同士をその上下面が共に面一となるように突き合わせして円筒形に形成したので、フレキシブル配線板２０の突き合わせ部分で段差が生じなくなり、円筒形の径方向に精度よく所定のコイルパターン２１ａ，２１ｂが配置されるようになる。したがって、超伝導磁石３Ａ，３Ｂが作りだす磁場（主磁場）の乱れた部分を好適に補正することができる。
（２）フレキシブル配線板２０は、中心軸Ｏ方向の左右対称となる位置に、コイルパターン２１ａ，２１ｂが形成されており、これらのコイルパターン２１ａ，２１ｂは、フレキシブル配線板２０が円筒形にされた状態において、上下方向（鉛直方向）にも図示しないコイルが対称となるように予めコイルの位置が規定された構成となっているので、第１アクセスポート１と第２アクセスポート２との交差する部位を中心として上下方向および左右方向のいずれの方向に対してもコイルが対称に位置することとなり、超伝導磁石３Ａ，３Ｂが作りだす磁場の乱れた部分を好適に補正することができる。
（３）フレキシブル配線板２０は、中心軸Ｏに沿って左右対称に設けられたコイルパターン２１ａ，２１ｂが独立通電可能に複数対設けられているので、スプリット型の核磁気共鳴装置Ｓに好適に用いることができる。また、一対のコイルパターン２１ａ，２１ｂ間の空いたスペースを利用してサンプル管ＳＡを挿入するための開口部２０Ａ，２０Ｂを形成することができる。なお、開口部２０Ａ，２０Ｂは、いずれか一方のみ設けてもよい。
（４）フレキシブル配線板２０は、径方向に複数枚積層されるようになっているので、所定のコイルパターン２１ａ，２１ｂを径方向に層状に設けることができ、超伝導磁石３Ａ，３Ｂが作りだす磁場の乱れた部分をより一層好適に補正することができる。
（５）フレキシブル配線板２０は、ボビンＢに１枚ずつ巻回されて円筒形に形成されるようになっているので、精度よく円筒形を形成することができ、フレキシブル配線板２０の端部２２，２３同士の上下面が共に面一となるように突き合わせして接合されることと相俟って、真円性に優れた磁場補正空間を有する磁場補正装置１０が得られる。
（６）フレキシブル配線板２０は、接着剤の注入孔２５を備えており、複数枚積層された状態で注入孔２５が互いに位置をずらして配置されるようになっているので、フレキシブル配線板２０が積層された状態で、注入孔２５内には下に積層されるフレキシブル配線板２０の基板面が臨む状態となり、接着剤による接着固定を良好に行うことができる。
（７）複数枚積層されるフレキシブル配線板２０は、径方向の外側に積層されるフレキシブル配線板２０の周長が径方向の内側に配置されるフレキシブル配線板２０の周長よりも、径方向の厚み分を含んで長く形成されているので、複数枚積層される構造でありながら端部２２，２３同士をその上下面が共に面一となるように突き合わせして接続することができ、コイルパターン２１ａ，２１ｂの対称性に優れた磁場補正装置１０が得られる。
（８）コイルパターン２１ａ，２１ｂは、フレキシブル配線板２０の両面に形成されているので、フレキシブル配線板２０の１枚あたりのコイルの数を倍増させることができ、磁場の補正能力に優れた磁場補正装置１０が得られる。なお、コイルパターン２１ａ，２１ｂは、両面に同一のパターンで形成する必要はなく、異なるパターンで形成してもよい。また、両面でコイルの数を異ならせてもよい。このようにすることで、より少ない枚数のフレキシブル配線板２０で磁場補正装置１０を構成することができる。さらに、径方向の厚みを薄くできるという利点も得られる。

（第２実施形態）
第２実施形態の磁場補正装置は、図４に示すように、フレキシブル配線板２０の一端部２２に凸部２２ａが形成され、また、この凸部２２ａが嵌まり込む凹部２３ａが他端部２３に形成されている。
このようなフレキシブル配線板２０を備えた磁場補正装置では、前記した効果（１）〜（８）に加えて次のような効果が得られる。
（９）フレキシブル配線板２０を円筒形に形成する際に、凸部２２ａを凹部２３ａに嵌め合わせることで、端部２２，２３同士が中心軸Ｏ方向（図１（ａ）参照、以下同じ）にずれのない状態で突き合わせることができる。
これにより、中心軸Ｏ方向にコイルパターン２１ａ，２１ｂを精度よく配置することができ、超伝導磁石３Ａ，３Ｂ（図２（ｂ）参照）が作りだす磁場の乱れた部分を好適に補正することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の磁場補正装置は、図５に示すように、フレキシブル配線板２０の両側部に給電用端子２６，２７が設けられており、また、図６に示した配線板３０を用いて、フレキシブル配線板２０の一側部から他側部へ給電用配線が引き回される構成としてある。
図６に示すように、配線板３０は、フレキシブル配線板２０と略同様の大きさに形成されており、ボビンＢ（図２（ａ）参照）の図示しないピン等が挿通される挿通孔３１が形成されている。また、接着剤の注入孔３５も適宜形成されている。
配線板３０は、一側部側に設けられた複数の接続端子３２と、他側部側に設けられた複数の出力端子３３と、これらの接続端子３２と出力端子３３との間をそれぞれ接続する導線３４とを備えている。また、配線板３０には、フレキシブル配線板２０の開口部２０Ａ，２０Ｂ（図５参照）に対応する位置に、これらと連通可能な開口部３０Ａ，３０Ｂが形成されている。

各接続端子３２は、各フレキシブル配線板２０の一側部側に位置する給電用端子２６（図５参照、以下同じ）のそれぞれに対応する位置に設けられており、フレキシブル配線板２０の上に重ねられて、各給電用端子２６との接続が可能となっている。

このような磁場補正装置によれば、前記した効果（１）〜（８）に加えて次のような効果が得られる。
（１０）フレキシブル配線板２０の両側部に給電用端子２６，２７が設けられているので、コイルパターン２１ａ，２１ｂにより磁場の補正が行われる領域から外れた部分で電力の供給を行うことができ、コイルパターン２１ａ，２１ｂにより形成される磁場に影響を及ぼすことがない。したがって、超伝導磁石３Ａ，３Ｂが作りだす磁場の乱れた部分を好適に補正することができる。
（１１）コイルパターン２１ｂから給電用端子２６までの配線距離を短くすることができ、配線が短くなった分、フレキシブル配線板２０上のコイルパターン２１ａ，２１ｂの形成個数を増加させることも可能となる。したがって、補正の能力をより高めることができる。
（１２）配線板３０は、フレキシブル配線板２０の一側部から他側部へ給電用配線を引き回すようになっているので、コイルパターン２１ａ，２１ｂが中心軸Ｏ方向に分離されて形成されている構成でありながら、各フレキシブル配線板２０への電力の供給を他側部（片側）からまとめて行うことができる。これにより、メンテナンスや故障診断等の作業も行い易くなる。

前記実施形態において、複数枚積層されたフレキシブル配線板２０の各突き合わせ位置は、円筒形の周方向の同じ位置となるようにしてもよく、また、円筒形の周方向にずれた位置となるようにしてもよい。
円筒形の周方向にずれた位置となるようにした構成では、周方向の略同一箇所に応力が集中することが防止されるようになり、剛性を向上させることができる。また、突き合わせ位置がずれた位置となるので、接着剤の注入孔２５および給電用端子２６をフレキシブル配線板２０ごとに異なる位置に設けなくてもよい。したがって製造コストを低減できる。

前記実施形態では、磁場補正装置１０をスプリット型の核磁気共鳴装置Ｓに適用される例について説明したが、これに限られることはなく、コイルが一体型に形成される核磁気共鳴装置にも適用可能である。

（ａ）本発明の第１実施形態である磁場補正装置が適用される核磁気共鳴装置を示した斜視図（一部透視）、（ｂ）は磁場発生部を示した説明図である。 （ａ）は磁場補正装置を示した斜視図、（ｂ）は磁場補正装置の配置状態を示した模式断面図である。 フレキシブル配線板の平面図である。 本発明の第２実施形態である磁場補正装置に適用されるフレキシブル配線板の平面図である。 本発明の第３実施形態である磁場補正装置に適用されるフレキシブル配線板の平面図である。 配線板の平面図である。

符号の説明

１ 第１アクセスポート
２ 第２アクセスポート
１０ 磁場補正装置
２０ フレキシブル配線板
２０Ａ 開口部
２０Ｂ 開口部
２１ａ，２１ｂ コイルパターン
２２，２３ 端部
２５ 注入孔
２６，２７ 給電用端子
３０ 配線板
３２ 接続端子
３３ 出力端子
３４ 導線
Ｂ ボビン
Ｏ 中心軸
Ｓ 核磁気共鳴装置

Claims (14)

1. 磁場発生手段により発生される磁場空間の分布を均一に補正するための磁場補正装置において、
   所定のコイルパターンが形成されたフレキシブル配線板の両端部同士をその上下面が共に面一となるように突き合わせして円筒形に形成したことを特徴とする磁場補正装置。
2. 前記フレキシブル配線板は、円筒形にされた状態で、中心軸方向に対称に所定の前記コイルパターンが独立通電可能に複数対設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁場補正装置。
3. 前記フレキシブル配線板は、円筒形にされた状態で、中心軸に交差する方向に試料挿入用の開口部が少なくともひとつ設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁場補正装置。
4. 前記フレキシブル配線板は、両端部の突き合わせ部分に、相互に嵌合する凹部および凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
5. 前記フレキシブル配線板は、ボビンに巻回されて円筒形を呈し、前記ボビンには、前記フレキシブル配線板を位置決めするためのピンが突設されているとともに、前記フレキシブル配線板には前記ピンが挿通される位置決め孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
6. 前記フレキシブル配線板は、円筒形の径方向に複数枚積層されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
7. 複数枚積層された前記フレキシブル配線板は、前記ボビンが取り外された状態で円筒形を保持することを特徴とする請求項６に記載の磁場補正装置。
8. 前記フレキシブル配線板は、接着剤の注入孔を備えており、複数枚積層された状態で前記注入孔が互いに位置をずらして配置されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の磁場補正装置。
9. 複数枚積層される前記フレキシブル配線板は、径方向の外側に積層される前記フレキシブル配線板の周長が、径方向の内側に配置される前記フレキシブル配線板の周長よりも、径方向の厚み分を含んで長く形成されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
10. 複数枚積層される前記フレキシブル配線板は、各突き合せ位置が円筒形の周方向にずれていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
11. 所定の前記コイルパターンは、前記フレキシブル配線板の両面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
12. 前記フレキシブル配線板は、円筒形の中心軸方向の片側部に給電用端子を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
13. 前記フレキシブル配線板は、円筒形の中心軸方向の両側部に給電用端子を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の磁場補正装置。
14. 前記給電用端子に接続される給電用配線手段を備え、前記給電用配線手段は、両側部の前記給電用端子のうち、一側部の前記給電用端子に接続されて前記一側部から他側部へ給電用配線を引き回すことを特徴とする請求項１３に記載の磁場補正装置。

Images