JP2014217564A - 均等磁場発生装置及びシム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シムコイル及び磁性体シムを高精度で配置することができるシム構造体を有する均等磁場発生装置及びシム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】軸方向に所定間隔を保って配設した磁場を発生させるリング状の複数の電磁石と、該複数の電磁石の内側に配設された電磁石で発生する磁場を均一磁場に補正するシム構造体ＳＳとを備え、前記シム構造体ＳＳは、パッシブシム４１及びアクティブシムコイル４３を配置した円筒体４０で構成されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子スピン共鳴や核磁気共鳴などの種々の磁気共鳴を利用して生体の組織画像を得る生体計測装置用の均等磁場発生装置に関する。

この種の磁気共鳴を利用した生体計測装置では、高強度且つ高均一度（数ｐｐｍオーダー）で、時間的に安定した静磁界発生源として、均等磁場を発生する磁場発生用電磁石が用いられている。
特に、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ装置）に用いられる電磁石では、精密でコントラストの高い生体断層像を高速で撮るとともに、高機能画像取得のために、磁場の時間的安定度、磁場均一度(位置)が数ｐｐｍオーダー）で要求される。
このように高い磁場均一度を達成するためには、複数のコイルを最適配置し、設計上の磁場均一性を磁界解析で最適化し、設計対応するのが一般的である。

しかしながら、厳密な最適化を実施し、設計通りに製作、組立を実施しても製作時の寸法公差や適用材の特性により実際には数百から数千ｐｐｍの不均一ができてしまったりする。
そこで、静磁場を発生する磁石の内側に傾斜磁場コイルを配置し、傾斜コイル内に検査部位の大きさと検査モードに適したシムコイルと高周波コイルを検査部位の近傍に配置して磁石の中心に配置することにより、少ない電流で効率良く静磁場の強度均一度を補正するようにした磁気共鳴検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、円筒状の超電導マグネットの内周軸方向に磁性体シム機構を設置した超電導マグネットの磁場調整装置において、磁性体シム機構を、磁性体シムを収納する複数のシムポケットの長さ方向位置がことルなる複数種類のシムトレイを備え、前記シムポケットに磁場調整の磁性体シムを収納するようにした超電導マグネットの磁場調整装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２６２９４７号公報 特開２００９−２７３９３０号公報

ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、シムコイル通電する電流を制御することにより、均一磁場を形成するようにしており、上記特許文献２に記載された従来例にあっては、磁性体シムの枚数を調整することにより、均一磁場を形成するようにしている。
しかしながら、シムコイルや磁性体シムについては、電磁石に対する再現性を含めた位置精度が重要であり、撮像された画像の分解能に直結することになる。

したがって、シムコイルや磁性体シムを高精度で配置することができるシム構造体が要望されている。
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、シムコイル及び磁性体シムを高精度で配置することができるシム構造体を有する均等磁場発生装置及びシム構造体の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る均等磁場発生装置の第１の態様は、軸方向に所定間隔を保って配設した磁場を発生させるリング状の複数の電磁石と、該複数の電磁石の内側に配設された電磁石で発生する磁場を均一磁場に補正するシム構造体とを備えている。そして、前記シム構造体は、パッシブシム及びアクティブシムコイルを配置した円筒体で構成されている。

また、本発明に係る均等磁場発生装置の第２の態様は、前記円筒体が、内周面側に磁性体シムを取付けるシム装着面を形成し、外周面側に前記アクティブシムコイルを装着するコイル装着面を形成した構成を有する。
また、本発明に係る均等磁場発生装置の第３の態様は、前記シム装着面には、円筒体の内周面に円周方向に所定間隔で軸方向に延長する複数の内周側スロットが形成されている。

また、本発明に係る均等磁場発生装置の第４の態様は、前記コイル装着面には、円筒体の外周面に前記複数の内周側スロット間に軸方向に延長する複数の外周側スロットと、該外周側スロットと交差するように軸方向に所定間隔を保って形成した円周方向スロットとを形成して鞍形コイルを装着する複数のコイル装着凸部を形成している。
また、本発明に係る均等磁場発生装置の第５の態様は、前記コイル装着面には、軸方向に所定数に分割されたソレノイドコイルを装着するコイル装着凹部が形成されている。

また、本発明に係るシム構造体の製造方法の一態様は、円筒体にスロッターによって内周側及び外周側に円周方向にずれた軸方向に延長する内周側スロット及び外周側スロットを形成するスロット加工を施すステップと、スロット加工を施された円筒体に対して外周側スロットと交差する円周方向スロットを形成してコイル装着凸部を形成するステップと、形成したコイル装着凸部に鞍形コイルを装着するステップとを備えている。

本発明に係る均等磁場発生装置の一態様によれば、シムコイルと磁性体シムとをシム構造体に配置することができるので、シムコイルと磁性体シムとを別個に配置する場合に比較して均等磁場領域のスペースを大きく確保することができるとともに、シムコイル及び磁性体シムの位置精度を確保することができ、電磁石に対する磁場補正を効率的に行うことができる。
また、本発明に係るシム構造体の製造方法によれば、シムコイルを配置するコイル装着面と磁性体シムを配置するシム装着面とを高精度に形成したシム構造体を製造することができる。

本発明に係る均等磁場発生装置の全体構成を縦断面で示す斜視図である。 磁場発生用電磁石の配置関係を示す斜視図である。 本発明に係る磁場発生用電磁石を示す断面図である。 磁場発生用電磁石の製造方法の説明に供する要部を拡大して示す部分図である。 電磁石ユニットの組立状態を示す斜視図である。 支持プレートの一部の内面を示す斜視図である。 電磁石ユニットを整列させた状態を示す側面図である。 シム構造体を示す斜視図である。 シム構造体の他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る均等磁場発生装置を示す斜視図である。
図中、１は電子スピン共鳴や核磁気共鳴などの種々の磁気共鳴を利用して生体の組織画像を得る生体計測装置に適用する均等磁場発生装置である。この均等磁場発生装置１は、図２に示すように、例えば８個の円環状に形成された磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８が同軸的に配置され、磁場発生用電磁石ＥＭ３〜ＥＭ６の内側に円筒状のシム構造体ＳＳが配置されている。

ここで、両端部側に配設された磁場発生用電磁石ＥＭ１，ＥＭ２及びＥＭ７，ＥＭ８は内径及び外径がともに小さく設定されているが、人体等の生体が中心部を通過するに十分な内径の円環状に形成されている。
また、磁場発生用電磁石ＥＭ２及びＥＭ７の内側に配設された磁場発生用電磁石ＥＭ３及びＥＭ６は、内径及び外径がともに磁場発生用電磁石ＥＭ１，ＥＭ２及びＥＭ７，ＥＭ８より大きい中程度に設定されて円環状に形成されている。

さらに、磁場発生用電磁石ＥＭ３及びＥＭ６の内側すなわち軸方向中央部に配設された磁場発生用電磁石ＥＭ４及びＥＭ５は、内径及び外径がともに磁場発生用電磁石ＥＭ３及びＥＭ６より大きい大径に設定された円環状に形成されている。
したがって、磁場発生用電磁石ＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ７及びＥＭ８と、磁場発生用電磁石ＥＭ３及びＥＭ６と、磁場発生用電磁石ＥＭ４及びＥＭ５とは互いに異なる定数に設定されている。

これら磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８のそれぞれは、図４に示すように、所定の厚みの円板で構成される一対の巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを使用して製作される。これら巻き線治具１１Ａ及び１Ｂは、両者間に巻き線用芯金１２を配置した状態でボルト１４及びナット１５によって着脱可能に一体化されている。
ここで、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂは、巻き線用芯金１２を挟んで上下対称形に形成されている。

巻き線用芯金１２は、図３に示すように、巻き線の巻き線幅Ｗ１よりは狭い幅で上下面が平坦面とされたリング状板部１２ａと、このリング状板部１２ａの内周面側の上下板部に上下対称に突出形成された係合突出部１２ｂ及び１２ｃと、リング状板部１２ａの内周面に形成されたリング状板部１２ａの厚みより狭い厚みで内方に僅かに突出する突出部１２ｄとを備えている。

ここで、係合突出部１２ｂ及び１２ｃの外周面側には、Ｏリング１３ａ及び１３ｂを収容する円環状溝１２ｅ及び１２ｆが形成されている。なお、巻き線用芯金１２の係合突出部１２ｂ及び１２ｃには、後述するワニス含浸処理を実施する際に、ワニスが付着しないように例えばポリテトラフルオロエチレンテープ等のフッ素樹脂テープでなるマスク材でマスクしておくことが好ましい。

一方、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれは、図４に示すように、互いに所定厚みの円板形状を有し、半径方向の中央部よりやや外方位置の内面に巻き線用芯金１２の係合突出部１２ｂ及び１２ｃが係合する円環状係合溝１１ａ及び１１ｂが形成されている。これら円環状係合溝１１ａ及び１１ｂの外周部に連接して巻き線用芯金１２のリング状板部１２ａの上面及び下面に接触する平坦な円環状当接面１１ｃ及び１１ｄが形成されている。これら円環状当接面１１ｃ及び１１ｄの外周側には巻き線用芯金１２のリング状板部１２ａ及び１２ｂの外周面よりは内周側から円環状当接面１１ｃ及び１１ｄより外側に凹む巻き線収容部１１ｅ及び１１ｆが形成されている。

また、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂの円環状係合溝１１ａ及び１１ｂより内側に円周方向に所定間隔を保って上下方向に貫通する例えば３６個の貫通孔１１ｇ及び１１ｈが形成されている。なお、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂの対向する内面には、後述するワニス含浸処理後に巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを離型し易いように例えばポリテトラフルオロエチレンコート処理やポリテトラフルオロエチレンテープ処理を施すことが好ましい。

そして、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを、これら間で巻き線用芯金１２を挟むように配置する。このとき、巻き線用芯金１２の係合突出部１２ｂ及び１２ｂを、その円環状溝１２ｅ及び１２ｆにＯリング１３ａ及び１３ｂを収納した状態で、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂの円環状係合溝１１ａ及び１１ｂに係合させ、且つリング状板部１２ａ及び１２ｂの平坦な上下面を円環状当接面１１ｃ及び１１ｄに当接させる。
このように巻き線用芯金１２を巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂで挟んだ状態で、例えば巻き線治具１１Ａの上方からボルト１４を貫通孔１１ｇ及び１１ｈに挿通し、巻き線治具１１Ｂの下面から突出するボルト１４の雄ねじ部にナット１５を螺合させて締め付ける。

これにより、巻き線用芯金１２を巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂで挟持した状態となり、巻き線用芯金１２の外周側に巻き線収納空間１６が形成される。
このとき、巻き線用芯金１２のリング状板部１２ａの上下面と巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂの円環状当接面１１ｃ及び１１ｄとが面接触し、巻き線治具１１Ａ及び１１ｂの円環状係合溝１１ａ及び１１ｂの側壁に巻き線用芯金１２の円環状溝１２ｅ及び１２ｆに装着されたＯリング１３ａ及び１３ｂが圧接した状態となる。

そして、巻き線用芯金１２を挟持した巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを図示しない巻き線機に装着して、巻き線収納空間１６に例えばアルファ巻きで巻き線を施して、巻き線用芯金１２の外周側に円環状の巻き線部１７を形成する。このとき、前述したように、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂには、円環状当接面１１ｃ及び１１ｄより外側に凹んだ巻き線収容部１１ｅ及び１１ｆが形成されているので、図３に示すように、巻き線部１７の幅Ｗ１が巻き線用芯金１２のリング状板部１２ａの幅Ｗ２より広くなり、図４で拡大図示するように、巻き線部１７にオーバーハング部１７ａ及び１７ｂが形成される。

次いで、図４に示すように、巻き線用芯金１２の外周面側に巻き線部１７が装着されると、巻き線部１７が装着された巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを巻き線機から取り出し、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂに巻き線用芯金１２を挟持し、且つ巻き線用芯金１２に巻き線部１７を装着した状態で、例えば真空加圧ワニス含浸装置に装入して真空加圧ワニス含浸処理を実施する。この真空加圧ワニス含浸処理によって、巻き線部１７の巻き線間に絶縁材となるワニスを含浸させて巻き線部１７の巻き線を固定する。

その後、真空加圧ワニス含浸装置から巻き線部１７がワニス含浸処理された巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを取り出し、必要に応じて乾燥処理を行い、さらに巻き線機による巻き線時のテンションによる残留応力を除去するアニール処理を行うことが好ましい。このアニール処理によって巻き線部１７の残留応力を除去して巻き線用芯金１２への装着精度を長期に亘って維持することができる。

その後、巻き線部１７を装着した巻き線用芯金１２を巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂで挟持している状態で、ボルト１４からナット１５を離脱させて巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを巻き線部１７を装着した巻き線用芯金１２から取り外す。これにより、図３に示すように、巻き線用芯金１２の外周面に巻き線部１７を装着固定した磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８を形成することができる。

このようにして磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８が形成されると、図２及び図７に示すように、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２を同一形状のスペーサ２１を介して方形の一対の支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂで挟持して電磁石ユニットＭＵ１を構成し、同様に磁場発生用電磁石ＥＭ７及びＥＭ８についても同一形状のスペーサ２１を介して方形の一対の支持プレートＰ６ａ及びＰ６ｂで挟持して電磁石ユニットＭＵ６を構成する。
また、磁場発生用電磁石ＥＭ３、ＥＭ４、ＥＭ５及びＥＭ６については、個別に方形の一対の支持プレートＰ２ａ，Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ及びＰ５ａ，Ｐ５ｂで挟持して、それぞれ電磁石ユニットＭＵ２、ＭＵ３、ＭＵ４及びＭＵ５を構成する。

支持プレートＰ１ａ〜Ｐ６ａ及びＰ１ｂ〜Ｐ６ｂのそれぞれは、互いに同一形状に高精度で形成され、図１に示すように、中心開口２０を有する。また、支持プレートＰ１ａ〜Ｐ６ａ及びＰ１ｂ〜Ｐ６ｂのそれぞれは、図５及び図６に示すように、マシニングセンタ等のＮＣ工作機械で、磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８を構成する巻き線用芯金１２の係合突出部１２ｂ及び１２ｃが係合する円環状の係合溝２２が形成され、この係合溝２２の外周側に連接して電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６の巻き線部１７の軸方向端面が接触する平坦面２３が形成されている。

さらに、支持プレートＰ１ａ〜Ｐ６ａ及びＰ１ｂ〜Ｐ６のそれぞれは、係合溝２２に巻き線用芯金１２の係合突出部１２ｂ及び１２ｃを係合させた状態で、巻き線部１７の外周縁より外側となる位置に図７に示す円環状の冷却水シール２４が嵌合する嵌合段部２５が形成されている。ここで、冷却水シール２４は、電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６を水冷する場合に巻き線部１７を浸漬する冷却水が外部に漏れることを阻止するもので、各磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８の外径より大きい内径を有する円環状枠体又は方形枠体で構成され、支持プレートＰ１ａ，Ｐ１ｂ〜Ｐ６ａ，Ｐ６ｂの嵌合段部２５との接触面にＯリングや封止用接着剤などでシーリングを行う。

また、支持プレートＰ１ａ〜Ｐ６ａ及びＰ１ｂ〜Ｐ６ｂのそれぞれは、図７に示すように、一方の対角線の外周寄り位置に一対の貫通孔２６ａ及び２６ｂが高精度で形成され、各貫通孔２６ａ及び２６ｂに位置決め用ブッシュ２７ａ及び２７ｂが嵌合されている。
そして、図７に示すように、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２間にスペーサ２１を介装して一体化した状態で、磁場発生用電磁石ＥＭ１の係合突出部１２ｃを支持プレートＰ１ａの係合溝２２に係合させて位置決めし、さらに冷却水シール２４を嵌合段部２５に嵌合させて、Ｏリングや封止用接着剤などでシーリングを行う。

次いで、磁場発生用電磁石ＥＭ２の係合突出部１２ｂを支持プレートＰ１ｂの係合溝２２に係合させて位置決めし、さらに冷却水シール２４を支持プレートＰ１ｂの嵌合段部２５に嵌合させる。このとき、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２は、巻き線部１７が巻き線用芯金１２のリング状板部１２ａに対してオーバーハング部１７ａを有するので、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２の巻き線部１７のオーバーハング部１７ａが支持プレートＰ１ａ及びＰ１Ｂの平坦面２３に接触することになる。

この状態で、支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂの位置決め用ブッシュ２７ａ及び２７ｂにそれぞれ高精度に形成した位置決め用軸２８ａ及び２８ｂを挿通することにより、２枚の支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂの径方向の位置決めを行う。
この位置決め状態で、例えば支持プレートＰ１ａ側から磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２の内周側及び外周側でそれぞれ複数本のスタッドボルト３１を挿通し、支持プレートＰ１ｂ側から突出した雄ねじ部に締結ナット３２を螺合させて締付けることにより、支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂ間に磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２を正確に位置決めして固定し、電磁石ユニットＭＵ１を構成することができる。

このとき、スタッドボルト３１及び締結ナット３２による支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂの締結時に、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２の巻き線部１７にオーバーハング部１７ａが存在するので、締結応力が巻き線部１７のみに掛かることになり、巻き線用芯金１２に不要な締付応力が作用することを防止することができる。しかも、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２の内周近傍及び外周近傍でボルト締めするので、支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂの撓みを最小限に抑えることができる。

同様に、支持プレートＰ６ａ及びＰ６ｂ間にスペーサ２１を介した磁場発生用電磁石ＥＭ７及びＥＭ８を正確に位置決めして固定し、電磁石ユニットＭＵ６を構成することができる。
また、磁場発生用電磁石ＥＭ３〜ＥＭ６については、単独で、支持プレートＰ２ａ，Ｐ２ｂ〜Ｐ５ａ，Ｐ５ｂによって挟持し、スタッドボルト３１及び締結ナット３２で締付けることにより、正確に位置決めして固定し、電磁石ユニットＭＵ２〜ＭＵ５を構成する。

なお、各電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６では、スタッドボルト３１を同一方向すなわち例えば左側から支持プレート６ｉａ及び支持プレート６ｉｂを通じて挿通し、支持プレート６ｉｂから突出するスタッドボルト３１の雄ねじ部に締結ナット３２を螺合させて締付けて電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６を構成する。
そして、各電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ５において、図５及び図１０に示すように、支持プレート６ｉｂの右端面から突出する所要数のスタッドボルト３１の先端部に間隔調整用ナット３３及び３４を螺合させる。

ここで、間隔調整用ナット３３及び３４は、電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６の隣接する磁石間の間隔を最終的に固定するものである。間隔調整用ナット３３は対向するスタッドボルト３１の頭部３１ａに当接させるように厚さが間隔調整用ナット３４に比較して薄く設定されている。これに対して間隔調整用ナット３４は対向する支持プレート６ｉａに直接当接させるように厚さがスタッドボルト３１の頭部３１ａ分厚くなるように設定されている。
なお、スタッドボルト３１の長さは、間隔調整用ナット３３及び３４の螺合状態で、隣接する電磁石ユニット間の間隔調整が可能な長さに設定されている。

そして、図７に示すように、各電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６の各支持プレートＰ１ａ，Ｐ１ｂ〜Ｐ６ａ，Ｐ６ｂの隣接する支持プレート間における位置決め用ブッシュ２７ａ及び２７ｂ位置にそれぞれ軸方向の位置決めを行う円筒状のカラー２９ａ及び２９ｂを位置決め用ブッシュ２７ａ及び２７ｂと同軸的に配置した状態で、位置決め用軸２８ａ及び２８ｂを挿通することにより、電磁石ユニットＭＵ１〜ＭＵ６を径方向及び軸方向に位置決めして整列させる。ここで、位置決め用軸２８ａ，２８ｂ及びカラー２９ａ，２９ｂで整列保持具３０が構成されている。

また、シム構造体ＳＳは、図８に示すように、非磁性体の絶縁材料で形成された所定肉厚の円筒体４０を有し、この円筒体４０の内周面側にパッシブシムとしての磁性体シム４１を装着するシム装着面４２が形成され、外周面側にアクティブシムコイルとしての鞍形シムコイル４３を装着するコイル装着面４４が形成されている。
ここで、シム装着面４２には、図２に示すように、円筒体４０の円周方向に例えば２４等分した位置にスロッター（立て削り盤）によるスロッター加工によって軸方向に延長する内周側スロット４５が高精度で形成されている。このため、シム装着面４２が内周側スロット４５の底面と内周側スロット４５間の内周面とで円周方向に凹凸が連続した形状とされている。

ここで、内周側スロット４５は、スロッターのインデックステーブル上に、その回転中心と円筒体４０の中心軸とが一致して軸方向が垂直となるように保持し、この円筒体４０の内周面に対してラムに支持されたバイトを垂直方向に往復運動させて軸方向に切削を行うことにより形成される。１つの内周側スロット４５を形成すると、インデックステーブルを例えば時計方向に１５度正確に回転させて、次の内周側スロット４５を形成することを繰り返して最終的に２４本の内周側スロット４５が高精度で円周上に等ピッチで形成する。

そして、内周側スロット４５には、図２に示すように、後述するようにシム構造体ＳＳを電磁石ユニットＭＵ２〜ＭＵ５の内周面側に固定した状態で、電磁石ユニットＭＵ〜ＭＵ５の磁場の不均一度を測定し、測定した磁場の不均一度を補正するようにパッシブシムとなる磁性体シム４１を必要枚数接着等によって固定する。ここで、磁性体シム４１は、その幅が内周側スロット４５の溝幅に対して１００μｍ程度のマイナス公差で製作され、長さが異なる数種類用意しておくと、磁場の不均一度に応じた長さの磁性体シム４１を選択して内周側スロット４５に固着することにより、精度の高い磁場補正を行うことができる。

なお、磁性体シム４１は内周側スロット４５に固着する場合に限らず、内周側スロット４５間の凸部に固着するようにしてもよい。
これに対してコイル装着面４４は、円筒体４０の外周面に前述したスロッターで内周側スロット４５に対して円周方向に半ピッチ分ずれた位置即ち内周側スロット４５に対して７．５度ずれた位置に軸方向に延長する外周側スロット４６が高精度で円周方向に等ピッチで形成されている。

また、コイル装着面４４には、円筒体４０の外周面の軸方向に所定間隔を保って外周側スロット４６と同一深さを有する３本の円周方向スロット４７が軸方向に等ピッチで形成されている。
したがって、外周側スロット４６と円周方向スロット４７とによって方形島状の多数のコイル装着凸部４８が形成される。

これら多数のコイル装着凸部４８のそれぞれには、その外周縁に沿うようにアクティブシムコイルとなる鞍形シムコイル４３が巻装されている。各鞍形シムコイル４３は個別に又は複数個直列に接続されて図示しない直流電源を有するシム電流制御装置に接続される。このため、前述したと同様に、シム構造体ＳＳを電磁石ユニットＭＵ２〜ＭＵ５の内周面側に固定した状態で、電磁石ユニットＭＵ〜ＭＵ５の磁場の不均一度を測定し、測定した磁場の不均一度を補正するように鞍形シムコイル４３への通電電流が制御される。

このように、本実施形態によると、内周面に磁性体シム４１を装着するシム装着面４２を形成し、外周面にシムコイル４３を装着するコイル装着面４４を形成した円筒体４０でシム構造体ＳＳを形成している。このため、１つのシム構造体ＳＳにパッシブシムとアクティブシムコイルを装着することができ、均等磁場領域に対するシム構造体ＳＳの占める割合を小さくして広いスペースを確保することができる。

また、シム構造体ＳＳを円筒体４０にスロッターで内周側スロット４５及び外周側スロット４６を高精度で形成することができ、パッシブシム及びアクティブシムコイルの位置精度を高めることができ、電磁石による磁場補正を効率よく行うことができる。
しかも、シム構造体ＳＳにアクティブシムコイルを装着しているので、電磁石による磁場の経時変化に対してアクティブシムコイルに供給する電流を調整することにより対処することができる。

また、円筒体４０にスロッターによって内周側及び外周側で円周方向にずれた軸方向に延長する内周側スロット４５及び外周側スロット４６を形成するスロット加工を施し、次いでスロット加工かされた円筒体に対して外周側スロット４６と交差する円周方向スロット４７を形成してコイル装着凸部４８を形成し、形成したコイル装着凸部４８に鞍形シムコイル４３を装着してシム構造体ＳＳを製造している。
このようにシム構造体ＳＳを製造することにより、磁性体シム４１を装着するシム装着面４２と、鞍形シムコイル４３を装着するコイル装着面４４とを高精度に形成することができるとともに、パッシブシム及びアクティブシムコイルを容易且つコンパクトに配置することができる。

なお、上記実施形態においては、コイル装着面４４にコイル装着凸部４８を形成して鞍形シムコイル４３を巻装した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、円筒体４０の外周面に軸方向に複数の円周方向スロット４９を形成し、各円周方向スロット４９にソレノイド形シムコイル５０を巻装するようにしてもよい。この場合でも、各ソレノイド形シムコイル５０をシム電流制御装置に接続することにより、ソレノイド形シムコイル５０に通電することにより、電磁石の磁場を補正して均等磁場を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、外周側スロット４６をスロッターで形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、フライス盤或いは形削り盤で形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、８個の磁場発生用電磁石ＥＭ１〜ＥＭ８を使用して均等磁場発生装置１を構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁場発生用電磁石の使用個数は任意に設定することができる。

また、上記実施形態においては、巻き線治具１１Ａ及び１１Ｂを使用して巻き線用芯金１２の外周側に巻き線部１７を形成した後に、ワニス含浸処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、巻き線の種類等によって巻き線を施した後に巻き線部１７の形状が崩れない場合には、ワニス含浸処理を省略することができる。同様に巻き線部１７の残留応力が少ない場合にはアニール処理を省略することができる。

また、上記実施形態においては、磁場発生用電磁石ＥＭ１及びＥＭ２と磁場発生用電磁石ＥＭ７及びＥＭ８とをそれぞれ一対の支持プレートＰ１ａ及びＰ１ｂと一対の支持プレートＰ６ａ及びＰ６ｂで支持して電磁石ユニットＭＵ１及びＭＵ６を構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁場発生用電磁石ＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ７及びＥＭ８を個別に一対の支持プレートで支持して電磁石ユニットを構成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、均等磁場発生装置１を水冷方式で冷却する場合について説明したが、液体以外の冷媒を使用する冷却方式を採用する場合には、冷却水シール２４を省略することができる。

１…均等磁場発生装置、ＥＭ１〜ＥＭ８…磁場発生用電磁石、１１Ａ，１１Ｂ…巻き線治具、１１ａ，１１ｂ…円環状係合溝、１１ｃ，１１ｄ…円環状当接面、１１ｅ，１１ｆ…巻き線収容部、１１ｇ，１１ｈ…貫通孔、１２…巻き線用芯金、１２ａ…リング状板部、１２ｂ，１２ｃ…係合突出部、１２ｄ…突出部、１２ｅ，１２ｆ…円環状溝、１３ａ，１３ｂ…Ｏリング、１４…ボルト、１５…ナット、１６…巻き線収納空間、１７…巻き線部、ＭＵ１〜ＭＵ６…電磁石ユニット、ＳＳ……シム構造体、４０…円筒体、４１…磁性体シム、４２…シム装着面、４３…鞍形シムコイル、４４…コイル装着面、４５…内周側スロット、４６…外周側スロット、４７…円周方向スロット、４８…コイル装着凸部、４９…円周方向スロット、５０…ソレノイド形シムコイル

Claims (6)

1. 軸方向に所定間隔を保って配設した磁場を発生させるリング状の複数の電磁石と、
   該複数の電磁石の内側に配設された電磁石で発生する磁場を均一磁場に補正するシム構造体とを備え、
   前記シム構造体は、パッシブシム及びアクティブシムコイルを配置した円筒体で構成されていることを特徴とする均等磁場発生装置。
2. 前記円筒体は、内周面側に磁性体シムを装着するシム装着面を形成し、外周面側に前記アクティブシムコイルを装着するコイル装着面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の均等磁場発生装置。
3. 前記シム装着面は、円筒体の内周面に円周方向に所定間隔で軸方向に延長する複数の内周側スロットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の均等磁場発生装置。
4. 前記コイル装着面は、円筒体の外周面に前記複数の内周側スロット間に軸方向に延長する複数の外周側スロットと、該外周側スロットと交差するように軸方向に所定間隔を保って形成した円周方向スロットとを形成して鞍形コイルを装着する複数のコイル装着凸部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の均等磁場発生装置。
5. 前記コイル装着面は、軸方向に所定数に分割されたソレノイドコイルを装着するコイル装着凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の均等磁場発生装置。
6. 円筒体にスロッターによって内周側及び外周側に円周方向にずれた軸方向に延長する内周側スロット及び外周側スロットを形成するスロット加工を施すステップと、スロット加工を施された円筒体に対して外周側スロットと交差する円周方向スロットを形成してコイル装着凸部を形成するステップと、形成したコイル装着凸部に鞍形コイルを装着するステップとを備えたことを特徴とするシム構造体の製造方法。

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