JP2007281302A - 磁気シールド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールド装置に設けられたドア等の開口部によるシールド性能の低下を防止する。
【解決手段】磁気シールド装置のドアのドア枠２１が収納される開口部の周囲に取付枠１１を設け、取付枠１１を開口部の開口面に平行な積層面を有する方向性電磁鋼板で構成する（ａ）。シールド装置の電磁鋼板の壁を周回して取付枠１１に流入する磁束は、その側板１１１から取付枠１１に容易に流入して捕捉され、上板１１２（および下板）を通って流れることにより、漏れ磁束を低減する。
【選択図】図６

Description

本発明は、磁気シールド装置に関し、具体的には、ドアあるいは窓等のための開口部を有する磁気シールド装置に関する。

例えば、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、密閉型構造であっても開放型構造であっても、磁気シールドされている部屋には、人間やものの出入りのため、あるいは監視や保守のために、開口部を設けて開閉可能なドアあるいは窓を設けることが必要である。この場合、ドアと装置との間には空隙が存在することになるので、磁気シールド装置に流れる磁束に対する磁気抵抗が大きくなり、磁束の流れを阻害し、漏れ磁束が増大するおそれがある。したがって、漏れ磁束ができるだけ発生しない構造のドアあるいは窓が求められている。しかし、従来提案されている磁気シールド用のドアは、構造が複雑で、量産向けの構造にはなっていなかった（特許文献２、３参照）。
特開２００２−１６４６８６号公報 特開平８−７８８７８号公報 特開平６−２１６８０号公報

本発明は、上記問題に鑑み、簡便な構造でありながら、開口部によるシールド性能の低下を防止する磁気シールド装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による磁気シールド装置は、第１の磁気シールド部材で構成された本体と、該本体に設けられ、取付枠で囲まれた開口部と、該開口部を磁気シールドする開閉可能な第２の磁気シールド部材とを備え、前記取付枠は、前記開口部の開口面に平行な積層面を有する電磁鋼板で構成されることを特徴とする。

また、前記取付枠を構成する電磁鋼板は、方向性電磁鋼板とすることができ、その少なくとも一部の電磁鋼板の磁化容易軸は、前記開口を周回する方向にあってもよく、また前記開口を周回する方向にそろえられてもよい。

前記第１の磁気シールド部材は、方向性電磁鋼板で構成してもよく、さらにすだれ状に構成してもよい。

前記第２の磁気シールド部材も同様に、方向性電磁鋼板で構成してもよく、さらにすだれ状に構成してもよい。

さらに、前記開口部に配置された開閉可能な第２の磁気シールド部材は、ドアとすることも、窓とすることもできる。

磁気シールド装置に例えばドアを設ける場合、ドアが配置される開口部を取り囲む取付部を以上のように構成することで、ドアに流入する磁束を捕捉して周回させることができ、漏れ磁束を低減させることができる。特に、方向性電磁鋼板の磁化容易軸をドアを周回する方向にそろえることにより、さらに漏れ磁束の低減を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を、シミュレーションによる解析により説明する。図１は、開放型磁気シールド装置１０のドア２０のシールドを解析するための解析モデルを示す。解析モデルとしての磁気シールド装置１０の本体は、一辺が９００ｍｍの立方体で、その一面の中央部に、下から２００ｍｍの場所に、横２００ｍｍ縦３００ｍｍの開口が設けられ、開口の周囲に取付枠１１が設けられ、取付枠１１にドア２が開閉可能に取り付けられている。また、その六面体のすべての面を、多数の方向性電磁鋼板を間隔をあけて配置し、すだれ状あるいはブラインド状に構成している。解析領域は、一点鎖線で囲まれた装置の１／４の部分Ｓとした。

図２には、図１の開放型磁気シールド装置１０を一点鎖線で切り欠いたものを示す。図２に示すように、磁気シールド装置１０は、鉄心１３を備えたコイル１４でモデル化された磁場発生部からの磁場をシールドするものである。この解析モデルは、例えばＭＲＩ装置が配置された病院のシールドルームを想定している。本例では、多数の方向性電磁鋼板の長手方向は、磁化容易軸方向に揃えられ、かつコイル１５によって発生する磁場の方向に一致するように、配置されている。

図３には、解析領域に含まれるドア部を拡大して示す。多数の方向性電磁鋼板１７をすだれ状に構成してなる磁気シールド装置１０の開口部の周囲に、取付枠１１が設けられている。開口部には、ドア枠２１とドア内部２２からなるドア２０が、取付枠１１に取り付けられて配置されている。取付枠１１の側板１１１には、すだれ状電磁鋼板１７が固定されている。磁場発生器（コイル１４）からの磁束はすだれ状電磁鋼板１７を周回して、側板１１１から取付枠１１に流入する。ここでは取付枠１１とドア枠２１とに存在する間隙を１ｍｍに設定した。なお、実際のドア開閉には、取付枠１１とドア枠２１との間隙は、最低１．７ｍｍ必要であるが、解析のためには間隙が存在すれば足りるので、１ｍｍとしている。

図４に、解析領域にある取付枠１１とドア２０との寸法の関係を示す。取付枠１１は、幅が２５ｍｍ、厚みは６ｍｍである。ドア２０のドア枠２１は、取付枠１１に対応して幅が２５ｍｍ、厚みは６ｍｍであり、取付枠１１とドア枠２１との間隙は１ｍｍである。ドア枠２１には、９枚の方向性電磁鋼板２３が２４ｍｍの間隔をあけて配置され、ドア内部２２を構成している。方向性電磁鋼板２３は１ｍｍ厚である。

図５は、本実施形態に使用する方向性電磁鋼板を説明する図である。方向性電磁鋼板は、板厚を薄くして磁性を良くし、方向性をまたせた電磁鋼板の薄板３１を複数枚積層したもので、各薄板３１には、層間絶縁を行う絶縁皮膜３３が施されている。本実施形態の方向性電磁鋼板は、絶縁皮膜３３を有する薄板３１が積層されたものである。以下、図示のように、積層方向をLami、磁化容易軸方向をＬ、鋼板の面内で磁化容易軸に直交する方向すなわち磁化困難軸をＣで示し、絶縁皮膜が施されている面を積層面という。

本発明は、上記のように、磁気シールド装置からの漏れ磁場は、磁気シールド装置に捕捉されない磁束がシールド装置の外側に漏れ出すことによるとの知見に基づいて、開口部においても、開口部に流入する磁束をできるだけ開口部を周回させて流すようにするものである。図１、２に示す磁気シールド装置１０においては、ドア２０に流入する磁束を取付枠１１に捕捉して、ドア部に周回させるようにする。本実施形態では、取付枠１１及びドア枠２１を方向性電磁鋼板で形成し、それぞれの方向性電磁鋼板を図６（ａ）に示すパターンＡのように配置する。

パターンＡでは、取付枠に用いられる方向性電磁鋼板の積層方向Lamiは、壁面すなわちドアが配置される開口平面に対して直交する方向、言い換えれば、方向性電磁鋼板の積層面が開口面に平行になるように配置している。また、取付枠１１の長手方向に方向性電磁鋼板の磁化容易軸Ｌがくるように構成されている。この配置は、磁気シールド装置のすだれ状電磁鋼板からの磁束の取付枠による捕捉性を良好にするとともに、取付枠１１に磁束を周回させることを期待したものである。

これを確かめるために、比較例として、図６（ｂ）、（ｃ）に示すパターンＢ、Ｃとともに解析を行った。なお、図６では、取付枠１１について、側板１１１と上板１１２のみを示すが、図示しない図面の右方の側板は側板１１１と同じであり、図示しない下板は上板１１２と同じである。

パターンＢの取付枠１１については、取付枠１１の長手方向に方向性電磁鋼板の磁化容易軸Ｌがくるように構成されている点では、パターンＡと同一である。したがって、取付枠に捕捉した磁束の周回性の向上が期待できる。しかしながら、方向性電磁鋼板の積層方向Lamiは、取付枠２１の上下部分では、上下方向であり、取付枠２１の左右部分では、左右方向となっている。すなわち、用いられる方向性電磁鋼板の積層面が、開口平面に対して直交しているものである。

パターンＣの取付枠１１については、取付枠１１の上下左右のどの部分も、上下方向に積層方向を有する電磁鋼板で構成している。すなわち積層面は、水平であり、したがって開口面に対して直交している。磁気シールド装置のすだれ状電磁鋼板に接続する取付枠１１の左右部分をみると、磁化容易軸Ｌが水平になっており、磁気シールド装置のすだれ状電磁鋼板の磁化容易軸Ｌと同一の方向になっている。これは、磁気シールド装置のすだれ状電磁鋼板から流入する磁束を取付枠に良好に捕捉することが期待されるものである。

ドア枠２１については、取付枠１１から間隙を介して配置されることから、磁束の捕捉に寄与することが少ないと考えられるところから、パターンＡ〜Ｃに共通なものとした。具体的には、パターンＣと同様に、ドア枠２１のどの部分も、積層面が水平となる方向性電磁鋼板で構成している。

図７は、磁気シールド装置１０の解析のための計算領域Ｋを示す平面図であり、磁気シールド装置１０の解析領域Ｓを含むように計算領域Ｋが、設定されている。図示のようにｘ軸とｙ軸を設定し、（ｘ，ｙ）＝（０，０）は、磁気シールド装置の中心にとる。漏れ磁場分布の計算は、（１）ｙ軸（ｘ＝０）で、ドア２０からの距離に対する磁場、（２）ｘ軸（ｙ＝０）で、壁面（装置内部の磁場発生器がＭＲＩ装置であれば、ガントリ方向壁面となる。）からの距離に対する磁場、（３）解析領域７にある装置壁面から所定距離（１００ｍｍ）離れた図のＰ、Ｑ、Ｒの点を通る道における点Ｐからの距離に対する磁場、である。

図８〜１０に、解析結果を示す。図８は、上記（１）の場合で、ｘ＝０で、ドア壁面からの距離に対する磁束密度がプロットされている。ここで、取付部とドア枠をパターンＡとしたものは、太い実線、パターンＢとしたものは、一点鎖線、パターンＣとしたものは、二点鎖線で示す。さらに参考例１として、取付枠１１とドア枠１２の双方を無垢鉄ＳＳ４００で形成した磁気シールド装置の漏れ磁場分布を、破線で示し、参考例２として、開口部を持たない磁気シールド装置の漏れ磁場分布を、細い実線で示した。

図から明らかなように、パターンＡの漏れ磁場は、開口部がないものと変らない程度の低い値を示しており、磁気シールド装置の磁場シールド能力のきわめて高いものであった。これに対して、パターンＢ及びＣは、電磁鋼板を使用しない参考例１より悪い。

図９は、上記（２）の場合で、ｙ＝０で、壁面からの距離に対する磁束密度がプロットされている。この場合も、図８と同様の結果を示し、パターンＡを採用した漏れ磁場は、開口部がないものと変らない程度である。

図１０は、上記（３）の場合で、Ｐ→Ｑ→Ｒの経路で磁束密度がプロットされている。この場合も、図８、９と同様の結果を示し、パターンＡのドア部の磁気シールドの優秀性が分かる。

この解析結果によると、電磁鋼板の積層面が流れる磁束に対してどのように配置されるかによってその磁気シールド効果が大きく異なっている。パターンＢでは、磁気シールド装置のすだれ状電磁鋼板が突き当たる取付枠１１の側板１１１は、側板１１１を構成する電磁鋼板が磁束の流れる方向に直交するように積層されている。すなわち、側板１１１の積層面が磁束の流れに直交しており、磁束の流れを妨げている。したがって、磁束は取付枠１１に流入することができず、漏れ磁場が大きくなる。

また、パターンＣでは、パターンＢとは異なり、磁束は取付枠１１の側板１１１に容易に流入するが、側板１１１を通過する上下方向には積層面が磁束の流れを妨げるように配置されているので、流入した磁束は取付枠１１を周回するように流れることができず、やはり漏れ磁場が大きくなる。

本実施形態であるパターンＡでは、積層面が開口面に平行に配置されていて、磁束の流れを妨げることがないので、磁束は、容易に流入し、さらに取付枠１１を容易に周回して流れる。

図１１は、磁気シールドに使用する材料の磁気特性の概略を示す図である。図には、方向性電磁鋼板のＬ、Ｃ、Ｌａｍｉと無垢鉄Ｆｅについて、Ｂ−Ｈカーブが示す。図から分かるように、方向性電磁鋼板の磁化困難軸Ｃであっても、無垢鉄Ｆｅより磁気特性がよいので、パターンＡでは、取付枠１１の周回方向すべてが方向性電磁鋼板の磁化容易軸Ｌとなっているが、その一部例えば側板１１１について、その長手方向をＣとするように、ＣとＬとの方向を入れ替えた方向性電磁鋼板を用いてもよい。さらには、すべての取付枠１１の磁化困難軸Ｃが、取付枠１１の周回方向に向いているものとすることもできる。また、方向性電磁鋼板に代えて無方向性電磁鋼板で取付枠１１を構成してもよい。ただし、無方向性電磁鋼板の積層面は、開口面に平行に配置される必要がある。

取付枠１１は、漏れ磁場がないように、取付枠１１に流入する磁束をすべて流すように構成するのがよい。すなわち、取付枠１１は、ドアが配置される開口部がない状態で当該開口部に相当する部分に流れる磁束を流すだけの通路を確保できる大きさとする。本実施形態の場合では、図３を参照すると、取付枠１１に流入する磁束は、磁気シールド装置を構成する１ｍｍ厚の電磁鋼板１７の１３枚分、すなわち１３ｍｍ分である。これに対して、取付枠１１の上板と下板の厚みは各６ｍｍであるので、計１２ｍｍであり、取付枠１１に流入する磁束をほぼすべて取付枠１１に捕捉して周回させることができる大きさであった。ここで、取付枠１１の上板と下板の厚みを、各６．５ｍｍ以上とすれば、さらに良好な磁気シールドが達成できる。

本実施形態では、すだれ状の電磁鋼板を用いた開放型磁場シールド装置を採用したが、密閉型磁場シールド装置に適用できるのはもちろんである。

本実施形態の磁気シールド装置の概略形状を示す図である。 図１の磁気シールド装置の一部を切り欠いて示す図である。 磁気シールド装置のドア付近を拡大して示す図である。 磁気シールド装置の取付部とドアの解析対象部分を示す図である。 方向性電磁鋼板を説明する図である。 （ａ）は、本発明の実施形態である取付枠を示す図であり、（ｂ）、（ｃ）は、比較例である取付枠を示す図である。 漏れ磁場を計算する領域を示す平面図である。 漏れ磁場の計算結果を示すグラフ（その１）である。 漏れ磁場の計算結果を示すグラフ（その２）である。 漏れ磁場の計算結果を示すグラフ（その２）である。 磁気シールド材料の磁気特性を示す概略図である。

符号の説明

１０ 磁気シールド装置
１１ （ドア）取付部
１１１ 取付部の側板
１１２ 取付部の上版
１３ 鉄心
１４ コイル
１７ シールド装置の方向性電磁鋼板
２０ ドア
２１ ドア枠
２２ ドア内部
２３ ドア内部の方向性電磁鋼板
３１ 方向性電磁鋼板の積層薄版
３２ 絶縁皮膜
Ｓ 解析領域
Ｋ 計算領域

Claims (10)

1. 第１の磁気シールド部材で構成された本体と
   該本体に設けられ、取付枠で囲まれた開口部と、
   該開口部を磁気シールドする開閉可能な第２の磁気シールド部材と
   を備え、
   前記取付枠は、前記開口部の開口面に平行な積層面を有する電磁鋼板で構成されることを特徴とする磁気シールド装置。
2. 前記取付枠を構成する電磁鋼板は、方向性電磁鋼板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。
3. 前記取付枠を構成する少なくとも一部の電磁鋼板の磁化容易軸は、前記開口を周回する方向にあることを特徴とする請求項２に記載の磁気シールド装置。
4. 前記取付枠を構成する電磁鋼板の磁化容易軸は、前記開口を周回する方向にそろえられることを特徴とする請求項４に記載の磁気シールド装置。
5. 前記第１の磁気シールド部材は、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。
6. 前記方向性電磁鋼板からなる第１の磁気シールド部材は、すだれ状に構成され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。
7. 前記第２の磁気シールド部材は、方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。
8. 前記方向性電磁鋼板からなる第２の磁気シールド部材は、すだれ状に構成されることを特徴とする請求項７に記載の磁気シールド装置。
9. 前記開口部に配置された開閉可能な第２の磁気シールド部材は、ドアであることを特徴とする請求項1〜８のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。
10. 前記開口部に配置された開閉可能な第２の磁気シールド部材は、窓であることを特徴とする請求項1〜８のいずれか１項に記載の磁気シールド装置。

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