JP4003485B2 - 磁界発生装置およびそれを用いたｎｍｒ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ（nuclear magnetic resonance：核磁気共鳴）装置に関し、より特定的には非対向型の磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対向型の磁界発生装置は、他の磁界発生装置より強い静磁界を発生させることができるため、ＮＭＲ装置に好適に用いられる。この装置では、発生される均一磁界空間の中に被検査物を配置して検査されるが、被検査物が対向型の磁界発生装置の磁界空間内に入らない場合がある。この場合には磁界発生装置の外側に磁界を発生させる必要がある。
磁界発生装置の外側に磁界を発生させることができる従来技術の一例が、特開平５１−１２７７８５号において開示されている。また、他の例として、ＢＲＵＫＥＲ社より表面分析用ＮＭＲ装置（商品名：ミニスペックMOUSE）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５１−１２７７８５に開示されている技術では、磁石表面から或る程度距離をおいたところに均一磁界空間が得られるが、その均一磁界空間における磁界強度は小さいのでＮＭＲ信号強度が弱く、検査精度がよくなかった。
また、ＢＲＵＫＥＲ社が提案する技術では、均一磁界空間の磁界強度は大きいが、均一磁界空間は表面近傍にのみ形成されるので、被検査物の表面から浅い部分だけしか検査できなかった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、磁石表面から或る程度離れたところに磁界強度のより大きい均一磁界空間が得られる、磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の磁界発生装置は、間隔をあけて設けられる複数の磁石を含み、均一磁界空間を複数の磁石が対向する空間の外側に形成する磁界発生装置であって、複数の磁石を磁気的に結合するヨークを備え、複数の磁石の磁化方向によって形成される角度が０°および１８０°のどちらでもない角度に設定されることを特徴とする。
請求項２に記載の磁界発生装置は、請求項１に記載の磁界発生装置において、複数の磁石の磁化方向によって形成される角度は１０°以上１１０°以下であることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の磁界発生装置は、請求項１または２に記載の磁界発生装置において、複数の磁石間に設けられる補助磁石をさらに含み、均一磁界空間側において補助磁石による磁束が複数の磁石による磁束と逆方向になるように、補助磁石が配置されることを特徴とする。
請求項４に記載の磁界発生装置は、請求項３に記載の磁界発生装置において、補助磁石の均一磁界空間側表面は複数の磁石の均一磁界空間側表面より０ｍｍ以上２０ｍｍ以下没するように設定されることを特徴とする。
【０００６】
請求項５に記載の磁界発生装置は、請求項３または４に記載の磁界発生装置において、補助磁石はヨークから所定距離をおいて設けられることを特徴とする。
請求項６に記載のＮＭＲ装置は、請求項１から５のいずれかに記載の磁界発生装置、および複数の磁石の間に設けられる送受信コイルを備える。
【０００７】
請求項１に記載の磁界発生装置では、複数の磁石の磁化方向を同方向でも正逆方向でもないように設定することによって、磁石の表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する広い均一磁界空間を得ることができる。また、複数の磁石の磁化方向によって空間の磁界分布が変化するので、磁化方向を適宜選択することによって、所望の位置に均一磁界空間を得ることができる。また、複数の磁石をヨークで磁気的に結合することによって、発生する磁界をさらに強くでき、検出精度を向上できる。
請求項２に記載の磁界発生装置では、複数の磁石の磁化方向がなす角度を１０°以上１１０°以下に設定することによって、磁石の表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができる。
【０００８】
請求項３に記載の磁界発生装置では、複数の磁石近傍の強い磁界が補助磁石による磁界によって弱められる。これによって、磁石表面から離れたところにより広い均一磁界空間を得ることができる。
請求項４に記載の磁界発生装置では、補助磁石の磁界空間側表面が複数の磁石の磁界空間側表面より０ｍｍ以上２０ｍｍ以下没するように補助磁石を配置することによって、磁石表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができる。
【０００９】
請求項５に記載の磁界発生装置では、補助磁石をヨークから所定距離をおいて配置することによって、補助磁石から発生する磁束がヨークによって短絡されない。
請求項６に記載のＮＭＲ装置では、上述の磁界発生装置を用いることによってＮＭＲ装置に必要な均一磁界空間を形成できるので、良好な検出精度を得ることができ様々な用途に適用できる。たとえば、ＭＲＩでは被撮像物の表面から浅い部分だけではなく内部をも良好な撮像精度で撮像することができ、有用なＮＭＲ装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態の磁界発生装置１０ａは、磁石が対向する空間の外側に均一磁界空間を形成する非対向横磁界型の磁界発生装置であり、一定間隔をあけて設けられる２つの直方体状の磁石１２ａおよび１２ｂを含む。磁石１２ａおよび１２ｂの一端にはたとえば鉄からなりかつ直方体状のヨーク１４が接続され、磁石１２ａと１２ｂとが磁気的に結合される。
【００１１】
図２に示すように、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化角度をθ１およびθ２とする。磁化角度θ１は、磁石１２ａの磁化方向がヨーク１４主面もしくは水平方向に対してなす角度をいい、時計回り方向に正の値をとる。磁化角度θ２は、磁石１２ｂの磁化方向がヨーク１４主面もしくは水平方向に対してなす角度をいい、反時計回り方向に正の値をとる。したがって、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向によって形成される角度は、（θ１＋θ２）で求められる。
【００１２】
このような磁界発生装置１０ａでは、磁石１２ａおよび１２ｂの他端側に形成される均一磁界空間（たとえばＳで示す領域）が検査のために用いられる。なお、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向が図２に示す方向である場合、矢印Ａで示すような磁束が発生する。
【００１３】
磁界発生装置１０ａによれば、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向を相互に同方向でも正逆方向でもないように設定することによって、磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する広い均一磁界空間を得ることができる。また、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向によって空間の磁界分布が変化するので、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向を適宜選択することによって、所望の位置に均一磁界空間を得ることができる。
また、磁石１２ａおよび１２ｂをヨーク１４で磁気的に結合することによって、発生する磁界を強くでき、撮像精度を向上できる。
【００１４】
磁界発生装置１０ａの一実験例について説明する。
実験では、磁石１２ａおよび１２ｂには、６００ｍｍ（長さＬ１）×３１５ｍｍ（幅Ｗ１）×３５０ｍｍ（高さＨ）のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられ、磁石１２ａと１２ｂとは１９０ｍｍの間隔をあけて配置された。ヨーク１４には、８２０ｍｍ（長さＬ２）×６００ｍｍ（幅Ｗ２）×１５０ｍｍ（高さＴ）のＪＩＳＳＳ４００が用いられた。
【００１５】
そして、磁化角度θ１およびθ２を０°から９０°まで（θ１は時計回り、θ２は反時計回り）可変に設定して、２つの磁石１２ａおよび１２ｂによって発生する均一磁界空間の中心磁界強度、その中心磁界強度の位置および均一幅を図３に示す。ここで、中心磁界強度の位置は、磁石１２ａおよび１２ｂの表面からの距離をいい、当該表面から外側に正の値をとる。均一幅とは、中心磁界強度から±１％以内の磁界領域の垂直方向の幅、すなわち均一磁界空間の垂直方向の幅をいう。均一幅が重要となるのは、ＮＭＲ実行時には一定の大きさの均一磁界空間が必要となるからである。
【００１６】
図３より、磁化角度θ１およびθ２を０°、すなわち２つの磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向を平行（同方向）にすると、中心磁界強度は０．０２０８Ｔと非常に小さいが、中心磁界強度の位置は磁石表面から３３．２ｍｍ、均一幅は４．８ｍｍとなる。また、磁化角度θ１およびθ２を５°にすると、中心磁界強度は０．０２９６Ｔと小さいが、中心磁界強度の位置は磁石表面から２８．２ｍｍ、均一幅は４．４ｍｍとなる。したがって、磁化角度θ１およびθ２が０°や５°の場合には、磁界強度は小さいものの、磁石表面からかなり離れた位置に比較的広い均一磁界空間が発生する。磁化角度θ１およびθ２を徐々に大きくしていくと、中心磁界強度は大きくなるが、その位置は磁石表面に近づいていき、また、均一幅は狭くなっていく。なお、磁化角度θ１とθ２は異なる角度とすることもできる。
【００１７】
この実験例において、均一磁界空間の中心磁界強度が略０．０３Ｔ以上かつ中心磁界強度の位置が略５ｍｍ以上を条件とすると、磁化角度θ１およびθ２は５°以上５５°以下となる。
したがって、２つの磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向がなす角度は１０°以上１１０°以下が好ましい。この場合、磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができるので、磁界発生装置１０ａの利用範囲がさらに広まる。
【００１８】
ついで、図４および図５を参照して他の実験例を説明する。
ここでは、図４（ａ）に示すコ字状磁界発生装置および図４（ｂ）に示すＵ字状磁石、すなわち▲１▼くさび無し−コ字状タイプ、▲２▼くさび１６ａおよび１６ｂを有するくさび−コ字状タイプ、▲３▼くさび１６ａおよび１６ｂを有さずかつ磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度θ１およびθ２が４５°であるコ字状タイプ、▲４▼くさび１６ａおよび１６ｂを有さずかつ磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度θ１およびθ２が３５°であるコ字状タイプの各磁界発生装置、▲５▼くさび無し−Ｕ字状タイプ、▲６▼くさび１６ａおよび１６ｂを有するくさび−Ｕ字状タイプの各磁石について磁界強度分布が測定された。図４（ａ）に示すコ字状磁界発生装置は５０ｍｍ×４０ｍｍ×５８ｍｍ、磁石１２ａおよび１２ｂは４０ｍｍ×１０ｍｍ×４８ｍｍ、三角柱状のくさび１６ａおよび１６ｂは４０ｍｍ×１０ｍｍ×９ｍｍ、磁石１２ａと１２ｂとの間隔は３０ｍｍにそれぞれ設定された。図４（ｂ）に示すＵ字状磁石は５０ｍｍ×４０ｍｍ×７０ｍｍかつ厚み１０ｍｍに設定され、図４（ａ）と同寸法のくさび１６ａおよび１６ｂが用いられた。くさび１６ａおよび１６ｂはたとえば鉄などのヨーク材からなる。図４（ａ）において磁石１２ａおよび１２ｂに示す矢印は磁化方向を示す。
【００１９】
このような▲１▼から▲４▼の磁界発生装置ならびに▲５▼および▲６▼の磁石について磁界強度分布を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。
図５における横軸は図４（ａ）および（ｂ）に示す点ＰからのＺ軸上の距離を示す。ここで、点Ｐは、図４（ａ）では磁石１２ａおよび１２ｂの表面（上端面）を含む面内中心、図４（ｂ）ではＵ字状磁石の両上端面を含む面内中心を示し、図５における横軸の正の値は磁石の内側（点Ｐより下側）、負の値は磁石の外側（点Ｐより上側）を示す。図５における縦軸はＺ軸上における磁界強度を示す。
【００２０】
図５より、磁石の外側略１５ｍｍ〜２０ｍｍ付近において、(3)磁化角度４５°のコ字状タイプおよび(4)磁化角度３５°のコ字状タイプのそれぞれの磁界発生装置が、他のタイプより磁界均一度がよく、なかでも(4)磁化角度３５°のコ字状タイプの磁界均一度がよいことがわかる。このように、所定の磁化角度を有する磁石を磁界発生装置に用いれば、安定した磁界均一度が得られる。
【００２１】
ついで、図６を参照して、この発明の他の実施形態の磁界発生装置１０ｂについて説明する。
磁界発生装置１０ｂは、磁界発生装置１０ａと同様の磁石１２ａ，１２ｂおよびヨーク１４を備え、さらに磁石１２ａと１２ｂとによって挟まれる空間に配置される補助磁石１８を含む。補助磁石１８は、たとえば図示しない非磁性部材上に載せることによって磁石１２ａと１２ｂとの間に配置できる。また、補助磁石１８の磁界方向は向かって左向きとされ、補助磁石１８による磁束が磁石１２ａ，１２ｂによる磁束と逆方向になる（図９参照）。なお、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度はそれぞれ９０°であり、したがって、異極が同一側にくるように磁石１２ａと１２ｂとが配置される。また、補助磁石１８の位置を変えることによって磁界空間が調整される。
【００２２】
磁界発生装置１０ｂの一実験例について説明する。
実験では、磁石１２ａおよび１２ｂには、６００ｍｍ×３１５ｍｍ×３５０ｍｍのＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられ、磁石１２ａと１２ｂとは１９０ｍｍの間隔をあけて配置された。ヨーク１４には、８２０ｍｍ×６００ｍｍ×１５０ｍｍのＪＩＳＳＳ４００が用いられた。補助磁石１８には、９０ｍｍ×６００ｍｍ×４２５ｍｍのＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられた。
【００２３】
そして、補助磁石１８の磁化方向が向かって左向き（以下、単に「左向き」）、向かって右向き（以下、単に「右向き」）の各場合について、補助磁石１８の位置Ｄを０ｍｍから３０ｍｍまで変化させた。ここで、補助磁石１８の位置Ｄは、磁石１２ａ，１２ｂの上面（均一磁界空間側表面）と補助磁石１８の上面（均一磁界空間側表面）との距離で表される。
【００２４】
その結果、図７に示すように、均一磁界空間の中心磁界強度、その中心磁界強度の位置および均一幅が求められた。図７（ａ）は補助磁石１８の磁化方向が左向きの場合、図７（ｂ）は補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合を示す。
図７（ｂ）に示すように、補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合には、均一磁界空間の中心磁界強度は大きくなるが、中心磁界強度の位置は磁石１２ａおよび１２ｂの表面あるいはその近傍になってしまう。また、均一磁界空間の幅も小さくなる。
【００２５】
これは図８に示すように、補助磁石１８による磁束（矢印Ｂで示す）の方向と磁石１２ａ，１２ｂによる磁束（矢印Ａで示す）の方向とが順方向になり両磁束が重なることによって、磁石１２ａ，１２ｂによる均一磁界空間をかえって狭くしてしまい、磁石１２ａ，１２ｂ表面から離れた位置により広い均一磁界空間を形成できないことによる。
【００２６】
一方、図７（ａ）に示すように、補助磁石１８の磁化方向が左向きの場合には、たとえば補助磁石１８の位置Ｄが０ｍｍのとき、磁石１２ａ，１２ｂおよび補助磁石１８の表面から６．３ｍｍのところを中心として２．１ｍｍの高さ方向の幅を有する略０．３Ｔの磁界空間を形成できる。補助磁石１８の位置Ｄが１０ｍｍのときには、中心磁界強度の位置は１．５ｍｍとなり略０．４Ｔの磁界空間を形成できる。このように所望の中心磁界強度を有する均一磁界空間を磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れた位置に形成できる。
【００２７】
これは、磁石１２ａおよび１２ｂによって磁石１２ａおよび１２ｂ近傍に強い磁界が形成されるが、図９に示すように、補助磁石１８による磁束（矢印Ｂで示す）の方向と磁石１２ａおよび１２ｂによる磁束（矢印Ａで示す）の方向とが逆方向になるように補助磁石１８を配置することによって、磁石１２ａおよび１２ｂ近傍の強い磁界を補助磁石１８による磁界によって弱めるためである。また、その結果として、補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合とくらべると均一磁界空間を大きくできる。なお、図８および図９において、白抜き矢印は磁石の磁化方向を示す。
【００２８】
また、補助磁石１８の磁界方向が左向きの場合において、中心磁界強度が略０．３Ｔ以上かつ中心磁界強度の位置が略０．５ｍｍ以上を条件とすると、補助磁石１８の位置Ｄは０ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる。この範囲内で補助磁石１８を没するように配置することによって、磁石１２ａ，１２ｂ表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができ、磁界発生装置１０ｂの利用範囲がさらに広まる。
さらに、補助磁石１８をヨーク１４から所定距離（たとえば５ｍｍ以上）をおいて設けることによって、補助磁石１８から発生する磁束がヨーク１４によって短絡されない。
【００２９】
なお、補助磁石１８による磁束の方向と磁石１２ａおよび１２ｂによる磁束の方向とが逆方向になる限りにおいて、補助磁石１８の磁化方向は図９に示す状態から多少上向きあるいは下向きに傾いてもよい。ここでいう「逆方向」には、正逆方向だけではなく、補助磁石１８による磁束と磁石１２ａ，１２ｂによる磁束とが正逆方向成分（相互に正逆方向となるベクトル成分）を有している場合も含む。
【００３０】
また、磁界発生装置１０ｂにおいて、磁石１２ａ，１２ｂの磁化角度θ１，θ２を、０°および９０°のどちらでもない任意の角度に設定してもよい。これによって磁界発生装置１０ａと１０ｂとを組み合わせた磁界発生装置を形成できる。
さらに、図１０に示すように、磁界発生装置１０ｂの磁石１２ａと１２ｂとの間でありかつ補助磁石１８の両側に送受信コイル２０を配置することによってＮＭＲ装置１００が得られる。
【００３１】
磁界発生装置１０ｂによれば、必要な均一磁界空間が装置片側に得られるので、ＮＭＲ装置１００によれば、良好な検出精度を得ることができるとともに、検査対象の制限がなくなり医療・産業用等の様々な用途に広く適用できる。たとえば、ベッドに寝た患者をそのままの状態でＭＲＩ検査することができる。また、被撮像物の表面から浅い部分だけではなく内部をも良好な精度で検出することができ、非常に大きな対象物の検査、壁の中や地中の物質の検査にも使用できる。なお、磁界発生装置１０ａの磁石１２ａと１２ｂとの間に送受信コイル２０を配置してもＮＭＲ装置を得ることができ、この場合も上述と同様の効果が得られる。
【００３２】
磁界発生装置は、３個以上の磁石によって構成されてもよく、たとえば図１１（ａ）および（ｂ）に示すように４個の磁石を用いて縦磁界型に構成されてもよい。図１１に示す装置の場合、磁石１２上面より上側であって４個の磁石１２によって囲まれる領域を中心として（たとえばＣで示す領域）均一磁界空間が得られる。さらに、磁界発生装置は中空円筒状に形成されてもよい。
また、この発明はＥＳＲ（electron spin resonance：電子スピン共鳴）装置にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明の磁界発生装置によれば、磁石の表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する均一磁界空間を得ることができる。
また、この発明の磁界発生装置を用いたＮＭＲ装置によれば、良好な撮像精度を得ることができ様々な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】 図１の実施形態を示す図解図である。
【図３】図１の実施形態の一実験例の結果を示すテーブルである。
【図４】他の実験例で用いられる装置を示す斜視図であり、（ａ）はコ字状タイプの磁界発生装置、（ｂ）はＵ字状磁石を示す。
【図５】図４に示す磁界発生装置を用いた実験例の結果を示すグラフである。
【図６】この発明の他の実施形態を示す図解図である。
【図７】図６の実施形態の一実験例の結果を示すテーブルであり、（ａ）は補助磁石の磁化方向が左側、（ｂ）は補助磁石の磁化方向が右側の場合を示す。
【図８】図６の実施形態において補助磁石を磁化方向右向きに配置した場合の磁束分布を示す図解図である。
【図９】図６の実施形態において補助磁石を磁化方向左向きに配置した場合の磁束分布を示す図解図である。
【図１０】ＮＭＲ装置の一例を示す図解図である。
【図１１】（ａ）は磁界発生装置の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）はその図解図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ 磁界発生装置
１２ａ，１２ｂ 磁石
１４ ヨーク
１８ 補助磁石
２０ 送受信コイル
１００ ＮＭＲ装置
Ａ，Ｂ 磁束
Ｄ 補助磁石の位置
θ１，θ２ 磁化角度
【発明の属する技術分野】
この発明は磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ（nuclear magnetic resonance：核磁気共鳴）装置に関し、より特定的には非対向型の磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対向型の磁界発生装置は、他の磁界発生装置より強い静磁界を発生させることができるため、ＮＭＲ装置に好適に用いられる。この装置では、発生される均一磁界空間の中に被検査物を配置して検査されるが、被検査物が対向型の磁界発生装置の磁界空間内に入らない場合がある。この場合には磁界発生装置の外側に磁界を発生させる必要がある。
磁界発生装置の外側に磁界を発生させることができる従来技術の一例が、特開平５１−１２７７８５号において開示されている。また、他の例として、ＢＲＵＫＥＲ社より表面分析用ＮＭＲ装置（商品名：ミニスペックMOUSE）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５１−１２７７８５に開示されている技術では、磁石表面から或る程度距離をおいたところに均一磁界空間が得られるが、その均一磁界空間における磁界強度は小さいのでＮＭＲ信号強度が弱く、検査精度がよくなかった。
また、ＢＲＵＫＥＲ社が提案する技術では、均一磁界空間の磁界強度は大きいが、均一磁界空間は表面近傍にのみ形成されるので、被検査物の表面から浅い部分だけしか検査できなかった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、磁石表面から或る程度離れたところに磁界強度のより大きい均一磁界空間が得られる、磁界発生装置およびそれを用いたＮＭＲ装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の磁界発生装置は、間隔をあけて設けられる複数の磁石を含み、均一磁界空間を複数の磁石が対向する空間の外側に形成する磁界発生装置であって、複数の磁石を磁気的に結合するヨークを備え、複数の磁石の磁化方向によって形成される角度が０°および１８０°のどちらでもない角度に設定されることを特徴とする。
請求項２に記載の磁界発生装置は、請求項１に記載の磁界発生装置において、複数の磁石の磁化方向によって形成される角度は１０°以上１１０°以下であることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の磁界発生装置は、請求項１または２に記載の磁界発生装置において、複数の磁石間に設けられる補助磁石をさらに含み、均一磁界空間側において補助磁石による磁束が複数の磁石による磁束と逆方向になるように、補助磁石が配置されることを特徴とする。
請求項４に記載の磁界発生装置は、請求項３に記載の磁界発生装置において、補助磁石の均一磁界空間側表面は複数の磁石の均一磁界空間側表面より０ｍｍ以上２０ｍｍ以下没するように設定されることを特徴とする。
【０００６】
請求項５に記載の磁界発生装置は、請求項３または４に記載の磁界発生装置において、補助磁石はヨークから所定距離をおいて設けられることを特徴とする。
請求項６に記載のＮＭＲ装置は、請求項１から５のいずれかに記載の磁界発生装置、および複数の磁石の間に設けられる送受信コイルを備える。
【０００７】
請求項１に記載の磁界発生装置では、複数の磁石の磁化方向を同方向でも正逆方向でもないように設定することによって、磁石の表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する広い均一磁界空間を得ることができる。また、複数の磁石の磁化方向によって空間の磁界分布が変化するので、磁化方向を適宜選択することによって、所望の位置に均一磁界空間を得ることができる。また、複数の磁石をヨークで磁気的に結合することによって、発生する磁界をさらに強くでき、検出精度を向上できる。
請求項２に記載の磁界発生装置では、複数の磁石の磁化方向がなす角度を１０°以上１１０°以下に設定することによって、磁石の表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができる。
【０００８】
請求項３に記載の磁界発生装置では、複数の磁石近傍の強い磁界が補助磁石による磁界によって弱められる。これによって、磁石表面から離れたところにより広い均一磁界空間を得ることができる。
請求項４に記載の磁界発生装置では、補助磁石の磁界空間側表面が複数の磁石の磁界空間側表面より０ｍｍ以上２０ｍｍ以下没するように補助磁石を配置することによって、磁石表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができる。
【０００９】
請求項５に記載の磁界発生装置では、補助磁石をヨークから所定距離をおいて配置することによって、補助磁石から発生する磁束がヨークによって短絡されない。
請求項６に記載のＮＭＲ装置では、上述の磁界発生装置を用いることによってＮＭＲ装置に必要な均一磁界空間を形成できるので、良好な検出精度を得ることができ様々な用途に適用できる。たとえば、ＭＲＩでは被撮像物の表面から浅い部分だけではなく内部をも良好な撮像精度で撮像することができ、有用なＮＭＲ装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態の磁界発生装置１０ａは、磁石が対向する空間の外側に均一磁界空間を形成する非対向横磁界型の磁界発生装置であり、一定間隔をあけて設けられる２つの直方体状の磁石１２ａおよび１２ｂを含む。磁石１２ａおよび１２ｂの一端にはたとえば鉄からなりかつ直方体状のヨーク１４が接続され、磁石１２ａと１２ｂとが磁気的に結合される。
【００１１】
図２に示すように、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化角度をθ１およびθ２とする。磁化角度θ１は、磁石１２ａの磁化方向がヨーク１４主面もしくは水平方向に対してなす角度をいい、時計回り方向に正の値をとる。磁化角度θ２は、磁石１２ｂの磁化方向がヨーク１４主面もしくは水平方向に対してなす角度をいい、反時計回り方向に正の値をとる。したがって、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向によって形成される角度は、（θ１＋θ２）で求められる。
【００１２】
このような磁界発生装置１０ａでは、磁石１２ａおよび１２ｂの他端側に形成される均一磁界空間（たとえばＳで示す領域）が検査のために用いられる。なお、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向が図２に示す方向である場合、矢印Ａで示すような磁束が発生する。
【００１３】
磁界発生装置１０ａによれば、磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向を相互に同方向でも正逆方向でもないように設定することによって、磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する広い均一磁界空間を得ることができる。また、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向によって空間の磁界分布が変化するので、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向を適宜選択することによって、所望の位置に均一磁界空間を得ることができる。
また、磁石１２ａおよび１２ｂをヨーク１４で磁気的に結合することによって、発生する磁界を強くでき、撮像精度を向上できる。
【００１４】
磁界発生装置１０ａの一実験例について説明する。
実験では、磁石１２ａおよび１２ｂには、６００ｍｍ（長さＬ１）×３１５ｍｍ（幅Ｗ１）×３５０ｍｍ（高さＨ）のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられ、磁石１２ａと１２ｂとは１９０ｍｍの間隔をあけて配置された。ヨーク１４には、８２０ｍｍ（長さＬ２）×６００ｍｍ（幅Ｗ２）×１５０ｍｍ（高さＴ）のＪＩＳＳＳ４００が用いられた。
【００１５】
そして、磁化角度θ１およびθ２を０°から９０°まで（θ１は時計回り、θ２は反時計回り）可変に設定して、２つの磁石１２ａおよび１２ｂによって発生する均一磁界空間の中心磁界強度、その中心磁界強度の位置および均一幅を図３に示す。ここで、中心磁界強度の位置は、磁石１２ａおよび１２ｂの表面からの距離をいい、当該表面から外側に正の値をとる。均一幅とは、中心磁界強度から±１％以内の磁界領域の垂直方向の幅、すなわち均一磁界空間の垂直方向の幅をいう。均一幅が重要となるのは、ＮＭＲ実行時には一定の大きさの均一磁界空間が必要となるからである。
【００１６】
図３より、磁化角度θ１およびθ２を０°、すなわち２つの磁石１２ａおよび１２ｂの磁化方向を平行（同方向）にすると、中心磁界強度は０．０２０８Ｔと非常に小さいが、中心磁界強度の位置は磁石表面から３３．２ｍｍ、均一幅は４．８ｍｍとなる。また、磁化角度θ１およびθ２を５°にすると、中心磁界強度は０．０２９６Ｔと小さいが、中心磁界強度の位置は磁石表面から２８．２ｍｍ、均一幅は４．４ｍｍとなる。したがって、磁化角度θ１およびθ２が０°や５°の場合には、磁界強度は小さいものの、磁石表面からかなり離れた位置に比較的広い均一磁界空間が発生する。磁化角度θ１およびθ２を徐々に大きくしていくと、中心磁界強度は大きくなるが、その位置は磁石表面に近づいていき、また、均一幅は狭くなっていく。なお、磁化角度θ１とθ２は異なる角度とすることもできる。
【００１７】
この実験例において、均一磁界空間の中心磁界強度が略０．０３Ｔ以上かつ中心磁界強度の位置が略５ｍｍ以上を条件とすると、磁化角度θ１およびθ２は５°以上５５°以下となる。
したがって、２つの磁石１２ａおよび１２ｂのそれぞれの磁化方向がなす角度は１０°以上１１０°以下が好ましい。この場合、磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができるので、磁界発生装置１０ａの利用範囲がさらに広まる。
【００１８】
ついで、図４および図５を参照して他の実験例を説明する。
ここでは、図４（ａ）に示すコ字状磁界発生装置および図４（ｂ）に示すＵ字状磁石、すなわち▲１▼くさび無し−コ字状タイプ、▲２▼くさび１６ａおよび１６ｂを有するくさび−コ字状タイプ、▲３▼くさび１６ａおよび１６ｂを有さずかつ磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度θ１およびθ２が４５°であるコ字状タイプ、▲４▼くさび１６ａおよび１６ｂを有さずかつ磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度θ１およびθ２が３５°であるコ字状タイプの各磁界発生装置、▲５▼くさび無し−Ｕ字状タイプ、▲６▼くさび１６ａおよび１６ｂを有するくさび−Ｕ字状タイプの各磁石について磁界強度分布が測定された。図４（ａ）に示すコ字状磁界発生装置は５０ｍｍ×４０ｍｍ×５８ｍｍ、磁石１２ａおよび１２ｂは４０ｍｍ×１０ｍｍ×４８ｍｍ、三角柱状のくさび１６ａおよび１６ｂは４０ｍｍ×１０ｍｍ×９ｍｍ、磁石１２ａと１２ｂとの間隔は３０ｍｍにそれぞれ設定された。図４（ｂ）に示すＵ字状磁石は５０ｍｍ×４０ｍｍ×７０ｍｍかつ厚み１０ｍｍに設定され、図４（ａ）と同寸法のくさび１６ａおよび１６ｂが用いられた。くさび１６ａおよび１６ｂはたとえば鉄などのヨーク材からなる。図４（ａ）において磁石１２ａおよび１２ｂに示す矢印は磁化方向を示す。
【００１９】
このような▲１▼から▲４▼の磁界発生装置ならびに▲５▼および▲６▼の磁石について磁界強度分布を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。
図５における横軸は図４（ａ）および（ｂ）に示す点ＰからのＺ軸上の距離を示す。ここで、点Ｐは、図４（ａ）では磁石１２ａおよび１２ｂの表面（上端面）を含む面内中心、図４（ｂ）ではＵ字状磁石の両上端面を含む面内中心を示し、図５における横軸の正の値は磁石の内側（点Ｐより下側）、負の値は磁石の外側（点Ｐより上側）を示す。図５における縦軸はＺ軸上における磁界強度を示す。
【００２０】
図５より、磁石の外側略１５ｍｍ〜２０ｍｍ付近において、(3)磁化角度４５°のコ字状タイプおよび(4)磁化角度３５°のコ字状タイプのそれぞれの磁界発生装置が、他のタイプより磁界均一度がよく、なかでも(4)磁化角度３５°のコ字状タイプの磁界均一度がよいことがわかる。このように、所定の磁化角度を有する磁石を磁界発生装置に用いれば、安定した磁界均一度が得られる。
【００２１】
ついで、図６を参照して、この発明の他の実施形態の磁界発生装置１０ｂについて説明する。
磁界発生装置１０ｂは、磁界発生装置１０ａと同様の磁石１２ａ，１２ｂおよびヨーク１４を備え、さらに磁石１２ａと１２ｂとによって挟まれる空間に配置される補助磁石１８を含む。補助磁石１８は、たとえば図示しない非磁性部材上に載せることによって磁石１２ａと１２ｂとの間に配置できる。また、補助磁石１８の磁界方向は向かって左向きとされ、補助磁石１８による磁束が磁石１２ａ，１２ｂによる磁束と逆方向になる（図９参照）。なお、磁石１２ａおよび１２ｂの磁化角度はそれぞれ９０°であり、したがって、異極が同一側にくるように磁石１２ａと１２ｂとが配置される。また、補助磁石１８の位置を変えることによって磁界空間が調整される。
【００２２】
磁界発生装置１０ｂの一実験例について説明する。
実験では、磁石１２ａおよび１２ｂには、６００ｍｍ×３１５ｍｍ×３５０ｍｍのＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられ、磁石１２ａと１２ｂとは１９０ｍｍの間隔をあけて配置された。ヨーク１４には、８２０ｍｍ×６００ｍｍ×１５０ｍｍのＪＩＳＳＳ４００が用いられた。補助磁石１８には、９０ｍｍ×６００ｍｍ×４２５ｍｍのＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（ネオジム磁石：ＮＥＯＭＡＸ−３５Ｈ）が用いられた。
【００２３】
そして、補助磁石１８の磁化方向が向かって左向き（以下、単に「左向き」）、向かって右向き（以下、単に「右向き」）の各場合について、補助磁石１８の位置Ｄを０ｍｍから３０ｍｍまで変化させた。ここで、補助磁石１８の位置Ｄは、磁石１２ａ，１２ｂの上面（均一磁界空間側表面）と補助磁石１８の上面（均一磁界空間側表面）との距離で表される。
【００２４】
その結果、図７に示すように、均一磁界空間の中心磁界強度、その中心磁界強度の位置および均一幅が求められた。図７（ａ）は補助磁石１８の磁化方向が左向きの場合、図７（ｂ）は補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合を示す。
図７（ｂ）に示すように、補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合には、均一磁界空間の中心磁界強度は大きくなるが、中心磁界強度の位置は磁石１２ａおよび１２ｂの表面あるいはその近傍になってしまう。また、均一磁界空間の幅も小さくなる。
【００２５】
これは図８に示すように、補助磁石１８による磁束（矢印Ｂで示す）の方向と磁石１２ａ，１２ｂによる磁束（矢印Ａで示す）の方向とが順方向になり両磁束が重なることによって、磁石１２ａ，１２ｂによる均一磁界空間をかえって狭くしてしまい、磁石１２ａ，１２ｂ表面から離れた位置により広い均一磁界空間を形成できないことによる。
【００２６】
一方、図７（ａ）に示すように、補助磁石１８の磁化方向が左向きの場合には、たとえば補助磁石１８の位置Ｄが０ｍｍのとき、磁石１２ａ，１２ｂおよび補助磁石１８の表面から６．３ｍｍのところを中心として２．１ｍｍの高さ方向の幅を有する略０．３Ｔの磁界空間を形成できる。補助磁石１８の位置Ｄが１０ｍｍのときには、中心磁界強度の位置は１．５ｍｍとなり略０．４Ｔの磁界空間を形成できる。このように所望の中心磁界強度を有する均一磁界空間を磁石１２ａおよび１２ｂの表面から離れた位置に形成できる。
【００２７】
これは、磁石１２ａおよび１２ｂによって磁石１２ａおよび１２ｂ近傍に強い磁界が形成されるが、図９に示すように、補助磁石１８による磁束（矢印Ｂで示す）の方向と磁石１２ａおよび１２ｂによる磁束（矢印Ａで示す）の方向とが逆方向になるように補助磁石１８を配置することによって、磁石１２ａおよび１２ｂ近傍の強い磁界を補助磁石１８による磁界によって弱めるためである。また、その結果として、補助磁石１８の磁化方向が右向きの場合とくらべると均一磁界空間を大きくできる。なお、図８および図９において、白抜き矢印は磁石の磁化方向を示す。
【００２８】
また、補助磁石１８の磁界方向が左向きの場合において、中心磁界強度が略０．３Ｔ以上かつ中心磁界強度の位置が略０．５ｍｍ以上を条件とすると、補助磁石１８の位置Ｄは０ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる。この範囲内で補助磁石１８を没するように配置することによって、磁石１２ａ，１２ｂ表面から離れた所望の位置に所望の磁界強度を有する均一磁界空間を設けることができ、磁界発生装置１０ｂの利用範囲がさらに広まる。
さらに、補助磁石１８をヨーク１４から所定距離（たとえば５ｍｍ以上）をおいて設けることによって、補助磁石１８から発生する磁束がヨーク１４によって短絡されない。
【００２９】
なお、補助磁石１８による磁束の方向と磁石１２ａおよび１２ｂによる磁束の方向とが逆方向になる限りにおいて、補助磁石１８の磁化方向は図９に示す状態から多少上向きあるいは下向きに傾いてもよい。ここでいう「逆方向」には、正逆方向だけではなく、補助磁石１８による磁束と磁石１２ａ，１２ｂによる磁束とが正逆方向成分（相互に正逆方向となるベクトル成分）を有している場合も含む。
【００３０】
また、磁界発生装置１０ｂにおいて、磁石１２ａ，１２ｂの磁化角度θ１，θ２を、０°および９０°のどちらでもない任意の角度に設定してもよい。これによって磁界発生装置１０ａと１０ｂとを組み合わせた磁界発生装置を形成できる。
さらに、図１０に示すように、磁界発生装置１０ｂの磁石１２ａと１２ｂとの間でありかつ補助磁石１８の両側に送受信コイル２０を配置することによってＮＭＲ装置１００が得られる。
【００３１】
磁界発生装置１０ｂによれば、必要な均一磁界空間が装置片側に得られるので、ＮＭＲ装置１００によれば、良好な検出精度を得ることができるとともに、検査対象の制限がなくなり医療・産業用等の様々な用途に広く適用できる。たとえば、ベッドに寝た患者をそのままの状態でＭＲＩ検査することができる。また、被撮像物の表面から浅い部分だけではなく内部をも良好な精度で検出することができ、非常に大きな対象物の検査、壁の中や地中の物質の検査にも使用できる。なお、磁界発生装置１０ａの磁石１２ａと１２ｂとの間に送受信コイル２０を配置してもＮＭＲ装置を得ることができ、この場合も上述と同様の効果が得られる。
【００３２】
磁界発生装置は、３個以上の磁石によって構成されてもよく、たとえば図１１（ａ）および（ｂ）に示すように４個の磁石を用いて縦磁界型に構成されてもよい。図１１に示す装置の場合、磁石１２上面より上側であって４個の磁石１２によって囲まれる領域を中心として（たとえばＣで示す領域）均一磁界空間が得られる。さらに、磁界発生装置は中空円筒状に形成されてもよい。
また、この発明はＥＳＲ（electron spin resonance：電子スピン共鳴）装置にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明の磁界発生装置によれば、磁石の表面から離れたところにより大きい磁界強度を有する均一磁界空間を得ることができる。
また、この発明の磁界発生装置を用いたＮＭＲ装置によれば、良好な撮像精度を得ることができ様々な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】 図１の実施形態を示す図解図である。
【図３】図１の実施形態の一実験例の結果を示すテーブルである。
【図４】他の実験例で用いられる装置を示す斜視図であり、（ａ）はコ字状タイプの磁界発生装置、（ｂ）はＵ字状磁石を示す。
【図５】図４に示す磁界発生装置を用いた実験例の結果を示すグラフである。
【図６】この発明の他の実施形態を示す図解図である。
【図７】図６の実施形態の一実験例の結果を示すテーブルであり、（ａ）は補助磁石の磁化方向が左側、（ｂ）は補助磁石の磁化方向が右側の場合を示す。
【図８】図６の実施形態において補助磁石を磁化方向右向きに配置した場合の磁束分布を示す図解図である。
【図９】図６の実施形態において補助磁石を磁化方向左向きに配置した場合の磁束分布を示す図解図である。
【図１０】ＮＭＲ装置の一例を示す図解図である。
【図１１】（ａ）は磁界発生装置の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）はその図解図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ 磁界発生装置
１２ａ，１２ｂ 磁石
１４ ヨーク
１８ 補助磁石
２０ 送受信コイル
１００ ＮＭＲ装置
Ａ，Ｂ 磁束
Ｄ 補助磁石の位置
θ１，θ２ 磁化角度
Claims (6)
- 間隔をあけて設けられる複数の磁石を含み、均一磁界空間を前記複数の磁石が対向する空間の外側に形成する磁界発生装置であって、
前記複数の磁石を磁気的に結合するヨークを備え、
前記複数の磁石の磁化方向によって形成される角度が０°および１８０°のどちらでもない角度に設定される、磁界発生装置。 - 前記角度は１０°以上１１０°以下である、請求項１に記載の磁界発生装置。
- 前記複数の磁石間に設けられる補助磁石をさらに含み、
前記均一磁界空間側において前記補助磁石による磁束が前記複数の磁石による磁束と逆方向になるように、前記補助磁石が配置される、請求項１または２に記載の磁界発生装置。 - 前記補助磁石の均一磁界空間側表面は前記複数の磁石の均一磁界空間側表面より０ｍｍ以上２０ｍｍ以下没するように設定される、請求項３に記載の磁界発生装置。
- 前記補助磁石は前記ヨークから所定距離をおいて設けられる、請求項３または４に記載の磁界発生装置。
- 請求項１から５のいずれかに記載の磁界発生装置、および
前記複数の磁石の間に設けられる送受信コイルを備える、ＮＭＲ装置。
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