JP4190025B2 - Ｍｒｉ用磁気回路の組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
核磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲＩ）は、磁気共鳴現象を利用した断層撮影装置であり、医療診断などに盛んに使用されている。ＭＲＩの磁場発生用として、常伝導電磁石、超伝導電磁石、或いは、永久磁石が使用されているが、最近の希土類永久磁石特性の格段の向上により、０．３Ｔ以下の低磁場強度のＭＲＩの磁場発生用として希土類永久磁石（以下単に永久磁石と称する）を使用することが主流となっている。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩには、直径が例えば約１ｍ程度の円盤状の永久磁石が使用される。しかし、このような大きな直径の永久磁石を単一の磁石として製造するのは困難なため、複数の磁石ブロックを組み合わせて略円盤状の永久磁石としている。
【０００３】
上述の磁石ブロックは、磁性粉末を１辺が４〜１０ｃｍ程度の略立方体状に加圧成型した後に焼結して着磁したものであり、極めて強い磁力を有する。このため、磁石ブロックをＭＲＩの継鉄内部に組み込むには大掛かりな組立装置を必要とするという問題があった。
【０００４】
以下、本発明が解決する課題を明確にするために、従来の問題点を図５〜図７を参照して説明する。この従来例は、特許第２９５３６５９号に開示されているものである。
【０００５】
図５はＭＲＩの磁場発生装置の組立後の概略を示す斜視図である。１対の板状継鉄１０及び１２を４本の柱状継鉄１４ａ〜１４ｄで支持する。下側の板状継鉄１０の上面には、複数の略立方体の磁石ブロック１６を組み合わせて略円盤状の永久磁石１８とし、更に、この略円盤状の永久磁石１８の上面に磁極片１９を設ける。この磁極片１９は、通常、軟鉄などの軟質磁性体を材料として製作され、装置の中心部に均一磁場を発生させるために設けるものである。磁石ブロックの数は、円盤状磁石１８の大きさ、磁石ブロックの大きさ（幅及び奥行）などに依存するが数１００個に達する場合がある。図５には示されていないが、上側の板状継鉄１２の中心側（板状継鉄１２の下側）にも上述の永久磁石１８及び磁極片１９と同様の永久磁石及び磁極片が設けられている。
【０００６】
上述したように、複数の磁石ブロック１６の夫々は、極めて大きな磁力を有する。このような磁石ブロックを１個づつ板状継鉄１０に整然と配置する際、磁石ブロックが板状継鉄１０に強力に吸着するため、大掛かりな装置と非常に長い作業時間を必要とする。
【０００７】
この従来例によれば、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁石ブロック１６を板状継鉄１０に搬入する前に、板状継鉄１０の略中央にアルミニューム等の非磁性材料からなる位置決め用の突起２０及びガイドレール２２ａ〜２２ｂを設置し、この突起２０及びガイドレール２２ａ〜２２ｂを基準として磁石ブロック１６を板状継鉄１０上に順次配置する。詳細な説明は省略するが、例えば、磁石ブロック１６ｎ（図６の（ｂ））を所定位置に設置するには、この磁石ブロック１６ｎを板状継鉄１０に吸着した状態で摺動させて設定位置の近傍に運んで一旦搬送を停止し、隣接する設置済みの磁石ブロックの側面に接着剤を塗布して所定位置に設置する。この際、新たに設置しようとする磁石ブロック１６ｎと既に設置されている磁石ブロックとの反発力に抗するために設置しようとする磁石ブロック１６ｎを押圧する必要がある。
【０００８】
このように、従来例によれば、数１００個（例えば）のブロックを個別に着磁して磁石ブロックを製作した後に、これらの磁石ブロックを１個づつ板状継鉄上を滑らして所定位置に近づけ、更に、設置済みの磁石ブロックとの反発力に抗して設置する必要がある。従って、非常に長い作業時間を要し、且つ、特別の装置を準備しなければならないという問題がある。
【０００９】
更に、上述したと同様な方法で、上部の板状継鉄１２に複数の磁石ブロック及び磁石片を組み込み、図７に示すように、クレーンを使用して柱状継鉄１４ａ〜１４ｄと組み合わせる。しかし、磁石ブロックなどを組み込んだ板状継鉄１２を垂下させて、永久磁石１８を設けた下部の板状継鉄１０に近づけると、上部の板状継鉄１２は永久磁石１８に吸引されるので、板状継鉄１２を所定位置に短時間で配置するのは容易ではない。このため、この従来例では、棒状の案内部材３０を柱状継鉄１４ａ〜１４ｂの上端に設けると共に、これらの案内部材３０を受ける孔３２を板状継鉄１２に設けている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例によれば、先ず、ブロックを１個づつ着磁して複数の磁石ブロックを作成する。次に、これらの複数の磁石ブロックを１個づつ“磁石ブロック組込装置”を用いて板状継鉄に設置する。続いて、磁石の吸引力に抗して柱状継鉄を組み込み、最後に、永久磁石を有する上部の板状継鉄を、強力な磁場が発生している中で、別の装置を用いて柱状継鉄と組合わせる。したがって、上述の従来例は大掛かりの装置と共に長時間に亘る作業が要求されていた。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は、上述のような問題点を解決したＭＲＩ用磁気回路の組立方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚み方向に磁化された１対の直径５０ｃｍ以上の永久磁石を対向させて継鉄内部に配置し、前記１対の永久磁石の対向する面の夫々に磁極片を設け、該磁極片間の空隙に磁場を発生させる永久磁石対向型磁気回路において、着磁前の複数のブロックと磁極片とを組み合わせた後に、前記複数のブロックを着磁し、継鉄内部に組み込むことを特徴とするＭＲＩ用磁気回路の組立方法である。更に、前記複数のブロックの着磁は、超伝導磁石を用いて行うことを特徴としている。
【００１３】
【実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態を利用して組み立てたＭＲＩ用磁気回路の概略を示す図である。図１では、板状継鉄５０及び５２を２本の柱状継鉄５４（図面では１本しか示されていない）で支持している。しかし、図１の装置に於いても、図５と同様に、４本の柱状継鉄により板状継鉄５０及び５２を支持するようにしてもよい。この一対の板状継鉄５０及び５２の間には、厚み方向で且つ同方向に磁化された略円盤状の永久磁石５６及び５８を対向させて設け、更に、これらの永久磁石５６及び５８の対抗面には夫々円盤状の磁極片６０及び６２が取り付けられている。参照番号６４及び６６は、夫々、後述する着磁前のブロック（着磁後に永久磁石ブロックとなる）を支持（保持）する磁性材料例えば軟鉄からなる基板（磁石ベース板）を示す。
【００１５】
図２（ａ）は、基板６４の上に複数の着磁前のブロック６８を配置して直径５０ｃｍ以上の略円盤状としたものの斜視図である。複数のブロック６８の夫々は後述する超伝導磁石による着磁を行い、従来例で説明した磁石ブロックとなる。着磁前のブロック６８は、磁性粉末を一辺が例えば４〜１０ｃｍ程度の略立方体状に加圧成型して焼結したものであり、従来の着磁前のブロックと同様にNd-Fe-B系、Sm-Co系、Sm-Fe-N系である。
【００１６】
ブロック６８は着磁されていないので、これらのブロック６８を基板６４上に配置するのは極めて容易である。例えば、基板６４の表面に碁盤の目のような印を付けておいてその箇所に複数のブロック６８を単純に配置していけばよい。この場合、ブロック６８の底面或いは基板６４の表面に適当な接着剤を塗布してブロックの位置を固定する。更に、ブロック６８の側面にも接着剤を塗布してブロックの位置固定を更に補強するようにしてもよい。或いは、基板６４上に枠（図示せず）を固定し、この枠の中に複数のブロックを配置することもできる。
【００１７】
基板６４の上に所定数のブロック６８を配置したら、図２（ｂ）に示すように、主に軟鉄からなる磁極片６０を設置する。この際も、ブロック６８は磁化されていないので磁極片６０の設置は簡単な装置（クレーン等）を用いて短時間に行うことができる。磁極片６０とブロック６８との位置を固定するために接着剤を使用してもよく、或いは、接着剤の塗布を省略することも可能である。図２（ｂ）に示す部材６０、６４及び６８の構成体をユニット７０とする。
【００１８】
図２（ｃ）は、同様な手順で、着磁前のブロック７２を上部の基板６６の上に設置し、図２（ｂ）に示したユニット７０と同様のユニット７４を作成する様子を示す。ユニット７４は、その上に設けたブロック７２を着磁する際、図３に示すように上面が下側となるようにされるので、基板６６、ブロック７２、磁極片６２を相互に確実に固定する必要がある。
【００１９】
ブロックの着磁には、超伝導磁石或いは常伝導磁石を用いる場合、或いはパルス磁場による方法が挙げられる。この内、着磁装置を組み立てる際の容易性、着磁装置の経済性、大型の磁石作成を考慮すれば、超伝導磁石による着磁が好適である。最近、超伝導磁石の大型化が進み、内径１０００ｍｍで約２Ｔ以上の磁界を発生できる超伝導磁石が製造可能となっている。本発明はこのような超伝導磁石を利用している。
【００２０】
図３を参照し、上述の２個のユニット７０及び７４を超伝導磁石により着磁する様子を説明する。超伝導コイル８０は、昇降装置８２により上下方向に移動可能である。図示していないが、超伝導コイル８０を冷却する冷凍装置がコイルの近傍に配置される。上述したユニット７０及び７４をユニット搭載台８４に載せて、この搭載台８４を超伝導コイル８０の真下に搬送してくる。ユニット搭載台８４に設置されたユニット７０及び７４は、図１に示した上下の板状継鉄５０及び５２の間の距離ｈと等しくなるように離して設置すれば、後続する作業のために便利である。
【００２１】
図３のように設定した後、超伝導コイル昇降装置８２により、超伝導コイル８０を下げて、その中心が、基板６６に固定した複数のブロック７２の上下方向の中心と略一致するようにする。その後、図示しない電源から電流を超伝導コイルに流して超伝導磁石とし、ブロック７２を着磁して永久磁石５８（図１参照）とする。次に、下方に設置したブロック６８を着磁するために、超伝導コイル昇降装置８２を操作してコイル８０を更に下げ、その中心が基板６４に固定した複数のブロック６８の上下方向の中心と略一致するようにして、上述の場合と同様にブロック５６を着磁して永久磁石５６を作成する。
【００２２】
着磁は、着磁しようとする複数のブロックの中心において２Ｔ以上、好ましくは２〜１０Ｔの磁界が発生するように電流値を設定して行われる。このように、超伝導コイルに例えば２回電流を流して（即ち、２回の着磁作業により）永久磁石５６及び５８を作成する。永久磁石５６及び５８の厚み方向の磁化方向は同方向なので、上述のように、ユニット７０及び７４を同一のユニット搭載台８４に搭載することができる。
【００２３】
図４は、着磁を行って永久磁石（図１の５６及び５８に相当）とした磁石ブロックを有するユニット７０及び７４を継鉄内部に組み込む様子を示す図である。ユニット組込装置は、ユニット７０及び７４を上下の板状継鉄５０及び５２の方にジャッキなどで押し出す押出装置９０と、ユニット７０及び７２を案内するガイドレール９２を備えている。
【００２４】
着磁した永久磁石５６，５８と夫々対応する板状継鉄５０，５２の間の吸引力は、例えば数１０トンにもなる場合があるが、基板６４，６６と夫々対応する板状継鉄５０，５２にグリースなどを塗布して摩擦を軽減させれば、例えば数トンの力で組み込むことが可能である。
【００２５】
次に、具体的な寸法を挙げて上述の本発明に係る実施例を説明する。まず、直径１２００ｍｍで厚さ３０ｍｍの鉄製の円盤状の基板（ベース板）を用意し、その上に各辺が５０ｍｍの立方体のNd-Fe-Bブロックを複数個接着剤を用いて２段積みとし、直径が略１２００ｍｍで厚さ１００ｍｍの円盤状のブロック構成体（集合体）を形成する。次に、このブロック構成体の上に、直径１１００ｍｍで高さが１００ｍｍの磁極片を載せたものを２個製作する（即ちユニット７０及び７４を製作する）。上述したように、この時点ではブロックは着磁されていない。この２個のユニット７０及び７４を図３に示す超伝導磁石を利用した着磁装置にセットして夫々のブロックの着磁を行う。
【００２６】
超伝導コイル８０は、直径が２５００ｍｍ、内径１３００ｍｍ、高さ１５００ｍｍの円筒形であり、コイル８０の中心部での磁場強度は約２Ｔである。昇降装置８２を動作させて超伝導コイル８０を下げ、コイル８０の中心部が上部のユニット７４の中心部となるようにしてこの状態を維持する。次に、超伝導コイル８０に電流を流して磁界を発生させて着磁を行う。この場合、急激に磁場強度を上げると超伝導状態がなくなるので、磁場強度を徐々に上げて約４時間をかけて着磁を行う。更に、昇降装置８２を下げて下部のユニット７０に対しても着磁を行う。
【００２７】
次に、図４に示すように、着磁されたブロックを有するユニット７０及び７４をユニット装置を使用して予め組み立てられた継鉄（ヨーク）に組み込む。このようにして、上下の磁極片間の距離（ギャップ）４００ｍｍの中心部に０．２Ｔの磁場強度の磁気回路を組み立てることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来例のようにブロックを１個づつ着磁して複数の磁石ブロックを作成する必要がなくなる。従って、複数の磁石ブロックを１個づつ“磁石ブロック組込装置”を用いて２個の板状継鉄の夫々に設置する必要も存在しない。更に、磁石の吸引力に抗して柱状継鉄を組み込みという問題も解決できる。更にまた、永久磁石を有する上部の板状継鉄を、強力な磁場が発生している中で、別の装置を用いて柱状継鉄と組合わせるという問題も解決できるという顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用して組み立てたＭＲＩの磁気回路の概略を示す図。
【図２】複数の着磁前のブロックを基板上に配置し、更に磁極片を設けたユニットを示す図。
【図３】組み上がったユニットを超伝導磁石により着磁する様子を示す図。
【図４】着磁して作成した永久磁石を有するユニットを継鉄内部に組み込む様子を示す図。
【図５】ＭＲＩの従来の磁場発生装置の概略を示す図。
【図６】磁石ブロックを下側の板状継鉄に組み込む従来の手法を説明する図。
【図７】磁石ブロックを組み込んだ上側の板状継鉄を柱状継鉄に組み込む様子を示す図。
【符号の説明】
５０，５２：板状継鉄
５４：柱状継鉄
５６，５８：永久磁石
６０，６２：磁極片
６４，６６：基板
６８，７２：着磁前のブロック
７０，７４：基板、着磁前のブロック、磁極片などからなるユニット
８０：超伝導コイル
８４：ユニット搭載台
９０：ユニット組込み装置の一部

Claims (2)

1. 厚み方向に磁化された１対の永久磁石を対向させて継鉄内部に配置し、前記１対の直径５０ｃｍ以上の永久磁石の対向する面の夫々に磁極片を設け、該磁極片間の空隙に磁場を発生させる永久磁石対向型磁気回路において、着磁前の複数のブロックと磁極片とを組み合わせた後に、前記複数のブロックを着磁し、継鉄内部に組み込むことを特徴とするＭＲＩ用磁気回路の組立方法。
2. 前記複数のブロックの着磁は超伝導磁石を用いて行うことを特徴とする請求項1に記載のＭＲＩ用磁気回路の組立方法。

Images