JP4586850B2

JP4586850B2 - 磁界発生装置の製造方法

Info

Publication number: JP4586850B2
Application number: JP2007330824A
Authority: JP
Inventors: 雅昭青木; 剛津崎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2008135766A

Description

この発明は磁界発生装置の製造方法に関し、より特定的にはＭＲＩ用磁界発生装置の製造方法に関する。

従来、ＭＲＩ用の磁界発生装置は、出荷前に予め磁界強度および磁界均一性が十分に調整された上で、コンテナ等で設置場所まで輸送される。

しかし、このような工夫にも拘わらず現地に到着した時点で磁界強度が低下しあるいは磁界の均一性が基準値を超えて悪化し、磁界発生装置を再調整しなければならない場合があった。
特に、漏洩磁束防止用磁石を用いて漏洩磁束を少なくするとともに主磁石から発生した磁束を中心部分に集中させる磁界発生装置においてその傾向が顕著である。また、コンテナ梱包されて輸出される場合や、撮像スピードを向上させるために最近多く使用されている磁界強度の大きい（中心磁界強度：０．２５Ｔ以上）装置においてもその傾向が顕著である。
それゆえにこの発明の主たる目的は、輸送後における磁界強度の低下および磁界均一性の悪化を抑制できる、磁界発生装置の製造方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の磁界発生装置の製造方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（Ｒはイットリウム（Ｙ）を含む希土類元素、Ｆｅは鉄、Ｂはホウ素）を含む着磁された磁石を板状継鉄に固定し磁極ユニットを組み立てる第１工程、組み立てられた磁極ユニットを４０℃以上７０℃以下で加温する第２工程、および加温された磁極ユニットを支持継鉄に固定する第３工程を備える。

請求項１に記載の磁界発生装置の製造方法では、磁極ユニットの組立後に磁極ユニット全体を加温することによって、磁極ユニットに含まれる磁石を予め減磁し着磁率を抑えておく。この磁極ユニットを用いて組み立てられた磁界発生装置では、磁界が長時間にわたって安定し、磁界発生装置の輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。また、磁界発生装置全体を加温する場合より加温スペースが狭くて足りる。
なお、この明細書において「着磁率」とは常温（２５℃）における着磁率をいう。

この発明によれば、磁極ユニットの組み立て後に磁極ユニットを加温しておくことによって、温度上昇等の環境要因の変化があっても磁界発生装置によって発生する磁界が長時間にわたって安定し、磁界発生装置の輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。

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ＭＲＩ用磁界発生装置１０は、オープンタイプのＭＲＩ用磁界発生装置であり、空隙を形成して対向配置される一対の磁極ユニット１１ａおよび１１ｂを含む。

磁極ユニット１１ａおよび１１ｂは、それぞれ板状継鉄１２ａおよび１２ｂを含む。一対の板状継鉄１２ａおよび１２ｂのそれぞれの対向面側には永久磁石群１４ａおよび１４ｂが配置され、永久磁石群１４ａおよび１４ｂのそれぞれの対向面側には磁極板１６ａおよび１６ｂが固着される。

永久磁石群１４ａおよび１４ｂは、図３からわかるように、直方体状の複数の永久磁石１８を含む。永久磁石１８には、たとえばＮＥＯＭＡＸ−４７（住友特殊金属株式会社製）等のＣｏおよび／またはＤｙが実質的に含まれていない高磁束密度タイプのＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が用いられ、たとえば常温における着磁率は８０％以上９９．９％以下に設定される。一例として、永久磁石１８は、着磁率１００％のときの磁束密度が０．３８２４Ｔの磁石であれば、磁束密度が０．３８２０Ｔとなるよう着磁される。永久磁石１８は図示しない磁石単体を組み立てることによって得られる。

磁極板１６ａは、永久磁石群１４ａ上に配置されるたとえば鉄からなる円板状のベースプレート２０を含む。ベースプレート２０上には、うず電流の発生を防止するための珪素鋼板２２が形成される。珪素鋼板２２は、ベースプレート２０上に接着剤で固定される。ベースプレート２０の周縁部には、たとえば鉄からなり周縁部の磁界強度を上げ、均一磁界を得るための環状突起２４が形成される。環状突起２４は複数の環状突起片２６を含み、各環状突起片２６を珪素鋼板２２の周縁部に固定することによって環状突起２４が形成される。

各環状突起２４の外側面には、漏洩磁束防止用の永久磁石２８が設けられる。永久磁石２８には、ＮＥＯＭＡＸ−３９ＳＨ（住友特殊金属株式会社製）等の高保磁力タイプのＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が用いられ、たとえば常温における着磁率は８０％以上９９．９％以下に設定される。一例として、永久磁石２８は、着磁率１００％のときの磁束密度が０．３８２４Ｔの磁石であれば、磁束密度が０．３８２０Ｔとなるよう着磁される。永久磁石２８は図示しない磁石単体を組み立てることによって得られる。

永久磁石２８によって磁束を磁極板１６ａ、１６ｂ間に誘導し漏れ磁束を少なくできる。永久磁石２８の底部から磁束が漏洩しないように、永久磁石２８の底部が永久磁石群１４ａに略当接（５ｍｍ以下に近接）するまで、永久磁石２８の下部が延びていることが望ましい。このように永久磁石２８と永久磁石群１４ａとが近接する場合には減磁が発生しやすい。磁極板１６ｂについても同様である。

図２に示すように、下側の磁極板１６ａにおける永久磁石２８の磁化方向Ａ１は永久磁石群１４ａの各永久磁石１８の磁化方向Ｂ１とは異なり内向きとなる。その永久磁石２８の磁化角度θ１は永久磁石群１４ａの主面３０ａ（水平方向）に対して永久磁石２８の磁化方向Ａ１がなす角度を示す。上側の磁極板１６ｂにおける永久磁石２８の磁化方向Ａ２は永久磁石群１４ｂの各永久磁石１８の磁化方向Ｂ２とは異なり外向きとなる。その永久磁石２８の磁化角度θ２は永久磁石群１４ｂの主面３０ｂ（水平方向）に対して永久磁石２８の磁化方向Ａ２がなす角度を示す。

また、板状継鉄１２ａおよび１２ｂには、それぞれ複数の貫通孔３２ａおよび３２ｂが形成され、永久磁石群１４ａおよび１４ｂには、それぞれ貫通孔３２ａおよび３２ｂに対応する位置に貫通孔３４ａおよび３４ｂが形成される。さらに、磁極板１６ａおよび１６ｂの各ベースプレート２０には、それぞれ貫通孔３４ａおよび３４ｂに対応する位置にねじ孔３６ａおよび３６ｂが形成される。

そして、磁極板固定用の固定ボルト３８ａが、貫通孔３２ａおよび３４ａに挿通され、すなわち板状継鉄１２ａおよび永久磁石群１４ａを貫通して、ねじ孔３６ａに螺入されることによって、磁極板１６ａが永久磁石群１４ａの主面３０ａに固定される。同様に、磁極板固定用の固定ボルト３８ｂが、貫通孔３２ｂおよび３４ｂに挿通され、すなわち板状継鉄１２ｂおよび永久磁石群１４ｂを貫通して、ねじ孔３６ｂに螺入されることによって、磁極板１６ｂが永久磁石群１４ｂの主面３０ｂに固定される。

板状継鉄１２ａおよび１２ｂは一枚の板状の支持継鉄４０によって磁気的に結合される。すなわち、支持継鉄４０の下端面に板状継鉄１２ａの一端縁側上面が、支持継鉄４０の上端面が板状継鉄１２ｂの一端縁側下面にそれぞれ位置するように、支持継鉄４０が板状継鉄１２ａおよび１２ｂに接続される。したがって、板状継鉄１２ａおよび１２ｂと支持継鉄４０とは、その接続部が略９０度の角度を有し側面視コ字状になるように接続される。

図１を参照して、板状継鉄１２ａと支持継鉄４０との接続部内面側のうち永久磁石群１４ａから最も遠い位置（この実施の形態では板状継鉄１２ａと支持継鉄４０との接続部内面側の両端）に、それぞれ補強部材４２が形成される。同様に、板状継鉄１２ｂと支持継鉄４０との接続部内面側のうち永久磁石群１４ｂから最も遠い位置（この実施の形態では板状継鉄１２ｂと支持継鉄４０との接続部内面側の両端）に、それぞれ補強部材４２が形成される。したがって、補強部材４２によって、板状継鉄１２ａと支持継鉄４０とが、板状継鉄１２ｂと支持継鉄４０とがそれぞれより強く固定される。

また、板状継鉄１２ａの下面には、４つの脚部４４が取り付けられる。
このような磁界発生装置１０では、均一磁界空間Ｆ（図２参照）においてたとえば０．２５Ｔ以上の磁界強度が要求される。

ついで、磁界発生装置１０の製造方法について説明する。
なお、主磁石である永久磁石１８および漏洩磁束防止用磁石である永久磁石２８は、たとえば図４に示すような着磁装置５０を用いて着磁あるいは減磁される。着磁装置５０は着磁コイル５２を含み、載置台５４上に配置された永久磁石１８または２８が着磁コイル５２内に挿入される。着磁コイル５２には切り替えスイッチ５６を介して着磁電源５８が接続される。したがって、着磁装置５０は、切り替えスイッチ５６の動作によって着磁と減磁とを切り替えることができる。

また、永久磁石１８および２８は、たとえば図５に示す加温装置６０を用いて加温される。加温装置６０は、加温槽６２を含み、加温槽６２内の上部および下部にはそれぞれヒータ６４が設けられる。ヒータ６４は温度制御装置６６によって制御される。また、永久磁石１８および２８は加温槽６２の入口から出口までコンベア６８によって搬送される。永久磁石１８（２８）は加温槽６２内で所定温度まで昇温される。

（製造方法１）
磁界発生装置１０全体を加温する場合について説明する。
まず、磁界発生装置１０全体を組み立てる。このとき、永久磁石１８および２８はたとえば図４に示す着磁装置５０を用いて９９．９％をこえる着磁率で着磁されている。ここで、「着磁率が９９．９％をこえる着磁」とは、磁化が略飽和した状態をいい、通常、磁石の保磁力の３倍以上の磁界を印加したときにこの状態になる。

そして、磁界発生装置１０を収容できる部屋をヒータによって全体が均一の温度になるように暖め、その部屋に磁界発生装置１０を収容して加温し減磁する。磁界発生装置１０はたとえば４０℃以上７０℃以下の所望の温度に加温される。この温度範囲であれば、永久磁石１８や２８の常温における着磁率を８０％以上９９．９％以下に設定でき、所望の着磁率に応じて温度が設定される。その後、最終磁界調整を行う。

この製造方法では、磁界発生装置１０全体を組み立ててから加温処理して永久磁石１８，２８の着磁率を８０％以上９９．９％以下に抑えることによって、その後における経時的なあるいは温度上昇による減磁を少なくでき、磁界発生装置１０の輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。

特に、漏洩磁束防止用の永久磁石２８は主磁石である永久磁石１８を減磁させやすいが、この方法によれば、永久磁石１８および２８を含む磁界発生装置１０を加温して永久磁石１８および２８を減磁した後に最終磁界調整するので、その後における磁界均一度の劣化が少なく、漏洩磁束防止用の永久磁石２８による影響をも抑制できる。

したがって、磁界発生装置１０は搬送中に高い温度になったとしても設置場所に到着した時点で高い磁界均一度を保つことができる。
なお、磁界発生装置１０を加温するには、板状継鉄１２ａおよび１２ｂ等にヒータを埋め込んでおき、これによって磁界発生装置１０を内部から昇温させてもよい。この場合には、磁界発生装置１０全体をスポンジ等の断熱材で覆うことが好ましい。

（製造方法２）
磁極ユニット１１ａを加温する場合について説明する。
まず、磁極ユニット１１ａを組み立てる。このとき、永久磁石１８および２８はたとえば図４に示す着磁装置５０を用いて９９．９％をこえる着磁率で着磁されている。

そして、磁極ユニット１１ａを収容できる部屋をヒータによって全体が均一になるように暖め、その部屋に磁極ユニット１１ａを入れて加温し減磁する。磁極ユニット１１ａは、先の製造方法１と同様に所望の着磁率（８０％以上９９．９％以下から選択）に応じて、たとえば４０℃以上７０℃以下の温度に加温される。磁極ユニット１１ｂについても同様に処理する。
その後、磁極ユニット１１ａ，１１ｂを支持継鉄４０に固定して磁界発生装置１０を得た後、工場出荷前に最終的に磁界均一度の調整を行う。

この製造方法では、組み立てられた磁極ユニット１１ａ，１１ｂを加温処理することによって、磁極ユニット１１ａ，１１ｂを用いた磁界発生装置の輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。特に、漏洩磁束防止用の永久磁石２８は主磁石である永久磁石１８に影響を与えやすいが、この方法によれば、永久磁石１８および２８を含む磁極ユニットを加温して永久磁石１８および２８を減磁した後に最終磁界調整するので、その後における磁界均一度の劣化が少なく、漏洩磁束防止用の永久磁石２８による影響をも抑制できる。また、磁界発生装置１０全体を組み立ててから加温する場合と比べて加温スペースが狭くてもよい。

（製造方法３）
永久磁石１８を組み立て、昇温したあとで着磁する場合について説明する。
この場合、永久磁石１８を組み立てた後、板状継鉄１２ａ，１２ｂに接着する前に以下の工程を行う。

まず、永久磁石１８をたとえば図５に示す加温装置６０の加温槽６２内に入れ、永久磁石１８全体が均一にたとえば６０℃になるまで加温する。なお、永久磁石１８は、たとえば４０℃以上７０℃以下の所望の温度で加温され得る。加温された永久磁石１８を加温槽６２から取りだし、たとえば図４に示す着磁装置５０で永久磁石１８に対して瞬間的に高い磁界（３Ｔ以上）を印加し永久磁石１８を８０％以上９９．９％以下の着磁率で着磁する。高温時には低温時に比べて着磁率が低下するので、永久磁石１８を高温にした状態で着磁することは、結果的に、永久磁石１８を着磁後に熱減磁する（後述の製造方法５参照）のと同様になる。
永久磁石２８についても同様に処理される。

その後、永久磁石１８および２８を板状継鉄１２ａ，１２ｂに固定し、磁界発生装置１０を組み立てる。
この製造方法によって得られた永久磁石１８および２８を用いた磁界発生装置１０では、輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。また、磁界発生装置１０全体や磁極ユニット１１ａ，１１ｂを加温する場合より、加温スペースが狭くてもよく、小型の加温装置６０を用いることができる。
なお、永久磁石は一旦着磁すると磁力が働き吸引力や反発力が作用するので、加温した永久磁石を板状継鉄１２ａ，１２ｂに固定する分だけ順次着磁して使用することが、安全面から好ましい。

（製造方法４）
永久磁石１８を組み立て、着磁したあとで逆磁界を印加して減磁する場合について説明する。
この場合、永久磁石１８を組み立てた後、板状継鉄１２ａ，１２ｂに接着する前に以下の工程を行う。

まず、永久磁石１８に対して瞬間的に高い磁界（３Ｔ以上）を印加し９９．９％をこえる着磁率で着磁した後、着磁された永久磁石１８に対して逆磁界（０．０１Ｔ〜２Ｔ）を印加して減磁させ、着磁率を８０％以上９９．９％以下に抑える。永久磁石１８の着磁および減磁は、たとえば図４に示す着磁装置５０を用いて行われる。
永久磁石２８についても同様に処理される。

その後、永久磁石１８および２８を板状継鉄１２ａ，１２ｂに固定し、磁界発生装置１０を組み立てる。
この製造方法によって得られた永久磁石１８および２８を用いた磁界発生装置１０では、輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。また、この方法によれば、加温による減磁ではないので、時間が短くて済み、作業効率がよい。

（製造方法５）
永久磁石１８を組み立て、着磁したあとで熱減磁する場合について説明する。
この場合、永久磁石１８を組み立てた後、板状継鉄１２ａ，１２ｂに接着する前に以下の工程を行う。

まず、たとえば図４に示す着磁装置５０を用いて永久磁石１８に対して瞬間的に高い磁界（３Ｔ以上）を印加して９９．９％をこえる着磁率で着磁する。着磁された永久磁石１８をヒータが設置された炉内（４０℃〜７０℃）内に収容して熱減磁させ、着磁率を８０％以上９９．９％以下に抑える。
永久磁石２８についても同様に処理される。

永久磁石１８および２８を板状継鉄１２ａ，１２ｂに固定し、磁界発生装置１０を組み立てる。
この製造方法によって得られた永久磁石１８および２８を用いた磁界発生装置１０では、輸送後における磁界強度の低下および磁界均一度の悪化を抑制できる。

なお、上述の製造方法以外の方法としては、永久磁石を本来の着磁方向とは逆方向にわずかに着磁した後に本着磁し所望の着磁率を得るようにしてもよい。この場合には、逆方向の着磁率が大きいほどその後の正方向の着磁磁界を大きくしなければならない。
また、減磁の方法としては、磁界発生装置１０全体あるいは磁極ユニット１１ａ，１１ｂ全体に対して、逆磁界減磁を施すようにしてもよい。

因みに、図６を参照して、永久磁石に関する一実験例について説明する。
ここでは、永久磁石としてＮＥＯＭＡＸ−４７を用い、永久磁石を加温処理（１００％着磁した後５０℃で２４時間維持）した場合と加温処理しない場合とについて、磁界強度の経時変化を比較した。

加温処理した永久磁石の着磁率は９９％、加温処理しない永久磁石の着磁率は１００％に設定された。そして、実験中は、永久磁石には逆磁界なしで温度が３２℃に保たれた。
図６からわかるように、加温処理した場合は加温処理しない場合より磁界強度の変化率を大幅に小さくできる。

つぎに、図７を参照して、他の実験例について説明する。
ここでは、永久磁石としてＮＥＯＭＡＸ−４７を用い、永久磁石を５５℃加温処理した場合と、逆磁界減磁処理した場合と、加温処理および逆磁界減磁処理のいずれも行わない場合とについて、温度上昇に対する磁界強度の変化を比較した。

「５５℃加温処理」は、永久磁石を１００％着磁した後５５℃で２時間保ち着磁率を９９．９％とした。「逆磁界減磁処理」は、永久磁石を１００％着磁した後、表面磁界強度が５５℃加温処理の場合と同等になるように逆磁界を上げながら減磁した。

図７からわかるように、５５℃加温処理した場合および逆磁界減磁処理した場合は、これらの処理をしない場合より、温度上昇に対する磁界強度変化率が大幅に小さくなる。
さらに、５５℃加温処理した場合は逆磁界減磁処理した場合より、温度上昇に対する磁界強度変化率が小さくなる。これは、加温処理は永久磁石全体に対して均一に作用するが、逆磁界減磁処理は逆磁界による減磁を永久磁石に対して均一に作用させにくいからである。

図６および図７の結果より、加温処理あるいは逆磁界減磁処理した永久磁石を主磁石および／または漏洩磁束防止用磁石として用いれば、主磁石や漏洩磁束防止用磁石の経時変化あるいは温度上昇による減磁を抑制でき、磁界発生装置を組み立てた後の磁界強度の変化や磁界均一度の低下を抑制できる。

さらに、図８に磁界発生装置の磁束分布を示す。
図８（ａ）は、漏洩磁束防止用磁石を有する磁界発生装置の磁束分布を示し、図８（ｂ）は、漏洩磁束防止用磁石がない磁界発生装置の磁束分布を示す。なお、図８（ａ）の場合の中心磁界強度は０．２６２Ｔ、図８（ｂ）の場合の中心磁界強度は０．２１５Ｔであった。

図８（ａ）と（ｂ）とを比較してわかるように、漏洩磁束防止用磁石を用いた場合には、磁束を磁極板間に誘導する一方、漏洩磁束防止用磁石の外側の磁束が疎になる。言い換えれば、漏洩磁束防止用磁石と永久磁石群とは互いに反発しあって減磁しやすい状態にあるといえる。したがって、漏洩磁束防止用磁石を用いた磁界発生装置では、温度が上昇することによって磁界強度やその分布がより変化しやすくなる。したがって、漏洩磁束防止用磁石を用いた磁界発生装置にこの発明を適用すれば、磁界均一度の劣化を抑制でき効果的である。

また、永久磁石１８や２８に用いられるＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、フェライト磁石やＳｍ−Ｃｏ磁石に比べて比較的低温で熱減磁が発生しやすいが、上述の実施形態のようにＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の着磁率を予め抑えておくことによって熱減磁を抑制できる。

永久磁石１８に高い残留磁束密度が要求される場合には上述のようにＣｏを実質的に含まない三元系Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が使用される。この場合には、Ｃｏを含む永久磁石に比べて熱減磁が大きくなるので、上述の実施形態を採用する効果が大きい。さらにＤｙを実質的に含んでいない磁石を用いる場合にも、上述の実施形態を採用する効果は大きい。

また、磁界強度の変化や磁界均一度の悪化を抑制できるので、空隙において、均一磁界空間Ｆすなわち磁界強度の誤差が１００ｐｐｍ以内の磁界空間が必要とされる場合であっても、磁界強度の誤差を上述の範囲内に抑えやすい。
さらに、たとえば空調が十分でないコンテナによって磁界発生装置が輸送される場合であっても、磁界強度の変化および磁界均一度の悪化を抑制できる。
また、均一磁界空間Ｆの磁界強度がたとえば０．２５Ｔ以上と大きく変化量が大きくなりやすい場合であっても、磁界強度の変化を抑制できる。

この発明の一実施形態を示す斜視図である。図１の実施形態の要部を示す図解図である。この発明に用いられる永久磁石群の一例を示す斜視図である。この発明に用いられる着磁装置の一例を示す図解図である。この発明に用いられる加温装置の一例を示す図解図である。永久磁石の磁界強度の経時変化を示すグラフである。永久磁石の磁界強度の温度上昇による変化を示すグラフである。（ａ）は漏洩磁束防止用磁石を有する磁界発生装置の磁束分布、（ｂ）は漏洩磁束防止用磁石のない磁界発生装置の磁束分布を示す。

符号の説明

１０磁界発生装置
１１ａ，１１ｂ磁極ユニット
１２ａ，１２ｂ板状継鉄
１４ａ，１４ｂ永久磁石群
１６ａ，１６ｂ磁極板
１８，２８永久磁石
２４環状突起
４０支持継鉄
５０着磁装置
６０加温装置
Ｆ均一磁界空間

Claims

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を含む着磁された磁石を板状継鉄に固定し磁極ユニットを組み立てる第１工程、
組み立てられた前記磁極ユニットを４０℃以上７０℃以下で加温する第２工程、および
加温された前記磁極ユニットを支持継鉄に固定する第３工程を備える、磁界発生装置の製造方法。