JP5104024B2

JP5104024B2 - 磁気シールド装置

Info

Publication number: JP5104024B2
Application number: JP2007130815A
Authority: JP
Inventors: 俊行宮澤; 邦夫風見
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: JP2008288328A

Description

本発明は、内部で微弱な磁場を計測する磁気シールドルームなどに適用する磁気シールド装置に関し、特に磁気シールド装置の壁構造に関する。

従来から、例えば微弱な脳磁場を計測する脳磁計システムのように、微弱な磁場を計測する必要がある生体磁気計測システムなどは、磁気シールドルーム内で測定が行われていた。

図６は従来の磁気シールドルームで施工される壁の構造を示す構成説明図である。磁気シールドルーム１は、磁気シールドの壁構造により外部の磁気を遮蔽し、壁で囲まれた内側の空間を電磁シールドすることにより、内部で微弱な磁場の計測を可能にするものである。磁気シールドルーム１の、角の部位Ａの壁構造は、円の中に断面構造を図示するように、高導電材料層２１が磁性材料層３１、３２に挟まれた構造となっている。高導電材料層２１は電磁シールドの役割をしており、例えばアルミや銅などからなる。磁性体材料層３１、３２は磁気シールドの役割をしており、例えばパーマロイなどからなっている。

磁気シールドルームに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００４−３５６４０６号公報

従来技術では、磁気シールドルームの壁の構造において、高導電材料を用いた電磁シールド層がありながら、その電磁シールド性能を十分に発揮しておらず、結果的に磁気シールドルームのシールド性能が不十分であった（詳細は本発明との比較で後述する）。

本発明はこのような課題を解決しようとするもので、シールド性能が向上した壁構造を有する磁気シールド装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
高導電材料層と磁性材料層からなる壁で囲まれた内側の空間をシールドする磁気シールド装置において、
前記壁は、前記高導電材料層を外側にし、前記磁性材料層を内側にした対で形成し、この対で形成した外側の高導電材料層と内側の磁性材料層を一つの単位層とし、該単位層を複数にした複数の層とした多層構造とすると共に、
任意の一方向の前記高導電材料層を他の方向の前記高導電材料層より厚くすることを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、高導電材料層と磁性材料層からなる壁で囲まれた内側の空間をシールドする磁気シールド装置において、前記壁は外側の高導電材料層と内側の磁性材料層とが対をなして形成されていることにより、シールド性能が向上した壁構造を有する磁気シールド装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の基本となる、高導電材料に関する電磁シールドの原理を説明するための円筒シールド体の構成を示す構成説明図である。図１（ａ）（ｂ）において、円筒シールド体は、例えばパーマロイのような磁性円筒シールド体１３０，２３０と、例えばアルミや銅のような高導電円筒シールド体１２０，２２０からなっている。図１に示すように、（ａ）と（ｂ）では、磁性円筒シールド体と高導電円筒シールド体の位置が異なっており、（ａ）では、高導電円筒シールド体１２０が磁性円筒シールド体１３０の外側に配置され、（ｂ）では高導電円筒シールド体２２０が磁性円筒シールド体２３０の内側に配置されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に示した円筒シールド体に、外部磁束ΔΦを印加したときの状態を示す動作説明図である。図２（ａ）の円筒シールド体に外部磁場ΔΦ（＝ｄΦ／ｄｔ）が印加されると、磁性円筒シールド体１３０に外部磁束ΔΦが集められる。すると、高導電円筒シールド体１２０には外部磁束の時間変化ΔΦを打ち消すように遮蔽電流Ｉが流れる。その結果、高導電円筒シールド体１２０が電磁シールド効果を発揮し、図２（ａ）の点１４０でシールド率を測定すると、磁性円筒シールド体１３０による磁気シールド効果と高導電円筒シールド体１２０による電磁シールド効果が共に検出される。この動作は、外部磁場が印加された場合の有芯コイルと同じである。

一方、図２（ｂ）では、外部磁束ΔΦが印加されると、磁性円筒シールド体２３０に外部磁束ΔΦが集められる。しかし、磁性円筒シールド体２３０で囲まれた空間は磁気的にシールドされるため、磁性円筒シールド体２３０の内側にある高導電円筒シールド体２２０と鎖交する磁束変化量は小さくなり、遮蔽電流は発生しにくくなる。したがって、図２（ｂ）の測定ポイント２４０においてシールド率を測定すると、磁性円筒シールド体２３０による磁気シールド効果が主として観測され、高導電円筒シールド体２２０の電磁シールド効果はあまり観測されない。

図３は、上記シールド率の周波数特性を示すチャートである。太実線は円筒シールド体の構成が図２（ｂ）の場合のシールド効果を示し、グラフ線３０２は高導電円筒シールド体２２０の電磁シールド効果を示し、グラフ線３０１は磁性円筒シールド体２３０のシールド効果を示す。このときのグラフ線３０２とグラフ線３０１のコーナー周波数はｆ０である。これに対し円筒シールド体の構成が図２（ａ）の場合は、コーナー周波数ｆ０が図３のｆ１に移動するとともに、高導電円筒シールド体（１２０）の電磁シールド効果は３０２から太点線のグラフ線３０３にシフトする。以上示したように、高導電円筒シールド体が磁性円筒シールド体の外側にある場合のほうが、電磁シールド効果がより強調されることがグラフから明らかである。

図４は、高導電円筒シールド体が磁性円筒シールド体の外側にある構造のものを対とし、それを多層構造にした場合のシールド特性を示すチャートである。グラフ線４０１は１対（１層）の場合で、電磁シールド特性は１次特性を示す。グラフ線４０２は２対（２層）の場合で、電磁シールド特性は２次特性を示す。グラフ線４０３は３対（３層）の場合で、電磁シールド特性は３次特性を示す。ｆ１はこれらのコーナー周波数を示している。

このように、高導電円筒シールド体が磁性円筒シールド体の外側にある構造のものを対とし、それを多層にすることによって、電磁シールド効果が更に強調されることになる。

また、高導電円筒シールド体の厚さを厚くすると遮蔽電流が流れやすくなるため、電磁シールド効果は太点線のグラフ線４０４のように低域にシフトし、コーナー周波数が低域（ｆ２）にずれ、シールド効果が更に増加する。

以上の検討結果から、磁気シールドルームにおいて高導電材料の電磁シールド効果を十分発揮させるには、生体磁気計測システムなどが配置されたシールドルーム内の空間に対し、高導電材料が磁性材料の外側となるように施工すればよいことが明らかになった。

図５は、本発明の実施の形態に係る磁気シールド装置の一実施例で、図１〜図４の検討結果を踏まえて施工した磁気シールドルームを示す構成説明図である。磁気シールドルーム１１は、磁気シールドの壁構造により外部の磁気を遮蔽し、壁５００で囲まれた内側の空間を磁気シールドすることにより、内部で微弱な磁場の計測を可能にするものである。磁気シールドルーム１１の、角（かど）の部位Ｂの壁構造は、円の中に断面構造を図示するように、壁５００は、最外層５１１、中間層５１２、最内層５１３なる３層（多層）の多層構造を持っている。最外層５１１は、高導電材料層５２１と磁性体材料層５３１の対から構成され、中間層５１２は、高導電材料層５２２と磁性体材料層５３２の対から構成され、最内層５１３は、高導電材料層５２３と磁性体材料層５３３の対から構成される。各層では、高導電材料層５２１、５２２、５２３がそれぞれ磁性体材料層５３１、５３２、５３３の外側となるように配設され、それらが対になって磁気シールドルームの壁構造の１つの層（単位層）を形成しており、さらに、それら単位層が３層（多層）構造となっている。高導電材料層５２１、５２２、５２３は電磁シールドとして働き、例えばアルミや銅などからなる。磁性体材料層５３１、５３２、５３３は磁気シールドとして働き、例えばパーマロイなどからなる。また、上記３層５１１、５１２、５１３の間には、電磁シールド効果を高めるために、空気層その他の、高導電材料や磁性体材料以外からなる層が設けられている。

上記のような構成の磁気シールド装置によれば、磁気シールドルームの壁内に施工されている、例えばアルミや銅などの高導電材料が磁性材料の外側となるように配置することにより、その高導電材料が持っている、特に電磁シールド性能を向上させ、結果的に磁気シールドルームのシールド性能を向上させることができる。

また、高導電材料と磁性材料が対となって磁気シールドルームの１つの層を形成し、それを多層構造とすることにより、電磁シールド性能をより向上させ、磁気シールドルームのシールド性能もより向上させることができる。

なお、上記の実施例で、高導電材料の厚さを厚くすれば、遮蔽電流が流れやすくなりシールド効果を増加することができる。この原理を利用して、例えば、任意の一方向の高導電材料層を他の方向の高導電材料層より厚くすることにより、その一方向（厚くした高導電材料層と並行な方向）のみのシールド効果を大きくしてもよい。都市部では上下方向の磁気雑音が大きいことが多く、シールドルームの側壁の高導電材料パネルを厚くすることにより、経済的に効果の高い磁気シールドルームを形成することができる。

また、上記の実施例では３層の場合の壁構造を示したが、これに限定されず、１層（対）以上の任意の層数とすることができる。

また、上記の実施例では磁気シールド装置として磁気シールドルームを構成する場合を示したが、これに限られず、回路素子の電磁シールドなど、内部空間を電磁シールドする必要がある各種の装置に適用することができる。

また、上記実施例に示した壁構造は、シールドルームなどの壁に取り付けられるシールドパネルによって実現してもよい。

本発明の電磁シールドの原理を説明するための円筒シールド体の構成説明図である。図１の円筒シールド体の電磁シールド作用を説明するための動作説明図である。図１の円筒シールド体の、シールド率の周波数特性を示すチャートである。図１の円筒シールド体を多層構造にした場合のシールド特性を示すチャートである。本発明の実施の形態に係る磁気シールド装置の一実施例を示す構成説明図である。従来の磁気シールドルームで施工される壁の構造例を示す構成説明図である。

符号の説明

１１磁気シールドルーム
５００壁
５２１，５２２，５２３高導電材料層
５３１，５３２，５３３磁性材料層

Claims

高導電材料層と磁性材料層からなる壁で囲まれた内側の空間をシールドする磁気シールド装置において、
前記壁は、前記高導電材料層を外側にし、前記磁性材料層を内側にした対で形成し、この対で形成した外側の高導電材料層と内側の磁性材料層を一つの単位層とし、該単位層を複数にした複数の層とした多層構造とすると共に、
任意の一方向の前記高導電材料層を他の方向の前記高導電材料層より厚くすることを特徴とする磁気シールド装置。