JPH0381679A - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、電子スピン共鳴装置等に用いられる磁界発
生装置に係り、対向配置した永久磁石の磁極間の空隙内
磁界を、継鉄の対向面間の距離を連続的に変化させるた
めの可動ヨークを複数用いて、高均一度を保持したまま
微小にかつ定量的に自在に連続可変できる磁界発生装置
に関する。

背景技術 電子スピン共鳴装置（以下ＥＳＲ装置という）は、化学
分析用として研究、開発の分野で多用されている。

また、ＥＡＲ装置は、前記被測定物の自然放射線損傷に
よる不対電子を検出することができ、遺物や地質鉱物、
化石類の年代を正確に測定することができるため、最近
、考古学や地球科学の分野でも活用されている。

かかる用途に用いるＥＳＲ装置の主要部分を構成する磁
界発生装置は、被測定物を配置する空隙内に、３４００
Ｇ程度の高精度に均一な磁界を発生させる必要がある。

従来、ＥＳＲ装置に使用される磁界発生装置は、電磁石
を使用するのが通常である。所要空隙内の磁界の発生及
びその磁界の連続変化は、電磁石への印加電流を連続的
に変化させることで容易に実施可能であるが、装置全体
が大型でかつ高価となる欠点を有している。

また、磁界発生源として永久磁石のみを使用し、互いの
対向距離（空隙長）を変化させることで、磁界強度を変
化させる構成が提案されている。

しかし、対向距離を変化させる際に、互いの永久磁石の
軸心が移動する等の要因により、磁界の均一度が悪くな
る欠点を有していた。

一方、通常ＥＳＲ装置に要求される磁界は、０．０１％
以下の高精度な均一度が必要とされており、またＥＳＲ
では磁気共鳴を起こす磁場の値を精度好く読みとる必要
があり、永久磁石の磁気回路を使ったものは見当たらな
い。

そこで、発明者は、第５図に示す如く、一対の継鉄の一
方に、継鉄の対向面間の距離を連続的に変化させるため
の可動ヨークを配置し、永久磁石と継鉄及び可動ヨーク
で形成される磁路の磁気抵抗を連続可変となした磁界発
生装置を提案（実願昭６２−２０１２６４号）した。

前記構成では、可動ヨークの動きに対し磁界の変化が大
きく微小な磁界変化が得られず、可動ヨークの回転数と
磁界変化の対応精度が粗くなる問題があった。

発明の目的 この発明は、上記現状に鑑み提案するもので、空隙内の
磁界強度の均一度が良好で、かつ高い均一度を保持しな
がら、磁界強度を連続的に、かつ微小変化させることが
できる磁界発生装置の提供、また、小型で安価なＥＳＲ
装置用の磁界発生装置の提供を目的としている。

発明の概要 この発明は、ＥＳＲ装置用の磁界発生装置として、その
磁界発生源に永久磁石を用い、該永久磁石間に形成され
る空隙の寸法を変化させることなく、磁路を形成する一
対の継鉄にその対向面間距離を変化させ、磁気抵抗を変
化させる可動ヨークを複数配設する。詳述すれば、例え
ば変化させ得る磁気抵抗量が異なる複数の可動ヨークを
それぞれ個別に調整可能に配設することにより、前記目
的、特に磁界強度の微小変化を達成したものである。

すなわち、この発明は、 空隙を介して対向配置した一対の継鉄の各々の対向面に
永久磁石を配置し、永久磁石が対向する空隙内に連続的
に変化する磁界を形成する磁界発生装置において、 前記一対の継鉄のうち少なくとも一方に、継鉄の対向面
間の距離を連続的に変化させるための可動ヨークを、複
数個がそれぞれ個別に移動するよう配列あるいは同軸配
置し、永久磁石と継鉄及び可動ヨークで形成される磁路
の磁気抵抗を連続可変となしたことを特徴する磁界発生
装置である。

また、この発明は、前記構成において、前記一対の継鉄
にその対向面間距離を連続的に変化させるための可動ヨ
ークを、一対の可動ヨークが空隙中心面に対して対称に
近接離反するよう配置し、かつ複数対の可動ヨークがそ
れぞれ個別に移動するよう配列あるいは同軸配置し、永
久磁石と継鉄及び可動ヨークで形成される磁路の磁気抵
抗を連続可変となしたことを特徴する磁界発生装置であ
る。

発明の構戒 この発明において、永久磁石を配設する継鉄は、方形板
状等、永久磁石の形状や磁気特性等に応じて任意に選定
することができる。

磁界発生源となる永久磁石には、希土類磁石、フェライ
ト磁石等、要求される磁界強度、装置の大きさ等に応じ
て、公知の材料並びにその形状等を選定することが望ま
しい。

また、一対の永久磁石の各々対向面には、必要に応じて
磁界の均一度を向上させるために磁極片を配置してもよ
い。

この発明の特徴である磁路の磁気抵抗を連続可変とする
ための複数の可動ヨークは、例えば、第１図に示す如く
、大径の粗動ねじに小径の微動ねじを同軸配置して、ま
ず、粗動ねじを進退させて磁界強度を粗調整後、微動ね
じを進退させて微調整するもので、所要空隙Ｂｇの変化
を緩やかにすることができる。

従って、複数の可動ヨークは、第１図に示すねじの場合
、直径及びねじピッチの異なる複数のねじを同軸に配置
したり、第２図の如く同径あるいは異径のねじを同ねじ
ピッチあるいは異なるねじピッチで所要位置に配列する
など、磁路を形成する一対の継鉄にその対向面間距離を
変えて、磁気抵抗を変化させることができれば、任意に
配置できる。

また、継鉄への可動ヨークの配列は、実施例に示す異な
る直径のものを並列する構成のほか、同直径のものを複
数並列させたり、１本の大径可動ヨークの周りに複数の
小径可動ヨークを配列するなど適宜配置できる。

また、この発明の特徴である磁路の磁気抵抗を連続可変
とするための複数対の可動ヨークは、空隙中心面に対し
て対称に近接離反するように、−対の継鉄に設ける必要
がある。すなわち、一対の可動ヨークが、空隙中心面に
対し対称的に近接離反することにより、永久磁石の対向
する空隙に均一で広範囲に変化する磁界を形成すること
ができる。

上記一対の可動ヨークの対向面間距離を連続的に変化さ
せる方法は、実施例に示す如く、空隙中心面に直交させ
て同軸配置あるいは所要位置に配列し、ボルトを回転さ
せることによって可動ヨーク間の対向距離を変化させる
構成のほか、可動ヨークの対向面間距離を変化させ、磁
路の磁気抵抗を連続的に変化させることができれば、可
動ヨークの形状などは任意に選定でき、またラックピニ
オン、油圧ピストン、スライド機構などの構成等公知の
移動手段が採用できる。

また、可動ヨークは、配置位置によって空隙の磁界分布
が大きく変化しないよう継鉄への配設位置を適宜選定す
る必要があり、必要に応じて永久磁石対向面に微小磁極
片を適宜配置するなどの調整を行うとよい。

図面に基づ〈発明の開示 第１図はこの発明の一実施例を示す磁気回路の縦断面図
である。第２図と第３図はこの発明の一実施例を示す磁
気回路の一部縦断面図である。

侵農よ 第１図に示す一対の板状継鉄（ｘａＸｌｂ）は、永久磁
石（３ａＸ３ｂ）間に所要の空隙（２）を形成するため
、非磁性材からなる継鉄支持材（５ａＸ５ｂＸ５ｃ）を
介在させて、対向配置しである。

すなわち、板状継鉄（１ａＸ１ｂ）の対向面にそれぞれ
着設した円板状の永久磁石（３ａＸ３ｂ）は、異磁極を
対向させて配置されるとともに各対向面に磁極片（４ａ
Ｘ４ｂ）を固着し、磁極片（４ａＸ４ｂ）間に所要の空
隙（２）を形成する。

また、必要に応じて、永久磁石（３ａＸ３ｂ）に高周波
コイルを胴着してもよい。

上方の継鉄（１ａ）に、大径の粗動ヨーク（６）が配設
されている。すなわち、粗動ヨーク（６ンは外周面に所
要のねじピッチで螺刻されたボルト部材からなり、継鉄
（１ａ）の孔部に螺合している。

また、粗動ヨーク（６）には、これより細かいねじピッ
チで螺刻された小径のボルト部材からなる微動ヨーク（
７）が同軸に螺合している。

粗動ヨーク（６）の頂部に設けたハンドル（６ａ）を回
転させると、粗動ヨーク（６）は図中上下方向に連続的
に移動することができ、同様に微動ヨーク（７）のハン
ドル（７ａ）を回転させると、微動ヨーク（７）を連続
的に移動することができる。

一方、図で下方の継鉄（１ｂ）の上面には、固定ヨーク
（８）が固着され、前記粗動ヨーク（６）及び微動ヨー
ク（７）と空隙（９）を形成して対向配置されている。

作用 詳述した第１図に示す構成により、磁界発生装置に図中
破線（イ）の磁路が形成され、ここで粗動ヨーク（６）
を螺合進退させることにより、粗動ヨーク（６）と固定
ヨーク（８）との対向距離、すなわち空隙（９）を連続
的に変化させることができ、磁極片（４ａＸ４ｂ）によ
って形成された空隙（２）内の磁界強度を連続的に変化
させることが可能となる。

すなわち、粗動ヨーク（６）と固定ヨーク（８）との対
向距離を大きくすると、空隙（２）内の磁界強度は弱く
なり、逆に前記対向距離を小さくすると、空隙（２）内
の磁界強度は大きくなる。

粗動ヨーク（６）と固定ヨーク（８）との間を所要対向
距離とした後、さらに、ねじピッチの細かな微動ヨーク
（７）を螺合進退させることにより、固定ヨーク（８）
との対向距離を適宜選定し、空隙（２）内の磁界強度を
微小量増減させることができる。

従って、空隙（２）内の磁界強度の変化を可動ヨークの
違いとその回転数で定量的に把握できる。

過遣１ 第２図に示す磁界発生装置は、上述の第１図の磁気回路
と同様構成において、３本のボルト部材からなる可動ヨ
ーク（１０Ｘ１１Ｘ１２）を配設した例である。

上方の継鉄（１ａ）に、大径、中径、小径の３本の可動
ヨーク（１０Ｘ１１Ｘ１２）が並列配設されている。す
なわち、各ヨークの外周面には小径になるほど細かくな
るねじピッチが螺刻され、継鉄（１ａ）の孔部に螺合し
ている。

一方、図で下方の継鉄（１ｂ）の上面には、３つの固定
ヨーク（８）が固着され、前記大径、中径、小径の３本
の可動ヨーク（１０Ｘ１１Ｘ１２）とそれぞれ空隙（９
）を形成して対向配置されている。

各可動ヨーク（１０Ｘ１１Ｘ１２）の頂部に設けたハン
ドル（１０ａＸ１１ａＸ１２ａ）を回転させると、各ヨ
ークは図中上下方向に連続的に移動することができ、固
定ヨーク（８）と対向距離を個別に調整することができ
る。

作用 上述した構成により、第１図の磁界発生装置と同様に、
可動ヨーク（１０Ｘ１１Ｘ１２）と固定ヨーク（８）と
の空隙（９）を連続的に変化させることができ、磁極片
（４ａＸ４ｂ）によって形成された空隙（２）内の磁界
強度を連続的に変化させることが可能となる。

例えば、小径の可動ヨーク（１２）と固定ヨーク〈８）
との対向距離をある値に設定しておき、まず、大径の可
動ヨーク（１０）と固定ヨーク（８）との間を所要対向
距離とした後、中径の可動ヨーク（１１）と固定ヨーク
（８）との間をさらに狭い所要対向距離とすることによ
り、空隙（２）内の磁界強度を高精度で所要値に設定で
きる。

さらに、小径の可動ヨーク（１２）を螺合進退させるこ
とにより、高精度で設定した所要値の空隙（２）内の磁
界強度を、微小ステップで増減させることができ、所要
値からの磁界強度の変化を小径の可動ヨーク（１２）の
回転数で定量的に把握できる。

構農さ 第３図に示す磁界発生装置は、上述の第１図の磁気回路
と同様構成において、３対のボルト部材からなる可動ヨ
ークを同軸に螺合配設した例である。

上方の継鉄（１ａ）に、大径、中径、小径の３本の可動
ヨーク（２０ａＸ２１ａＸ２２ａ）を同軸に螺合配設し
ている。すなわち、各ヨークの外周面には小径になるほ
ど細かくなるねじピッチが螺刻され、継鉄（１ａ）の孔
部に螺合した大径の可動ヨーク（２０ａ）に中径の可動
ヨーク（２１ａ）が、さらに中径の可動ヨーク（２１ａ
）に小径の可動ヨーク（２２ａ）がそれぞれ螺合してい
る。

一方、図で下方の継鉄（１ｂ）にも、同様に前記大径、
中径、小径の３本の可動ヨーク（２０ｂＸ２１ｂＸ２２
ｂ）を同軸に螺合配設してあり、３対の可動ヨーク（２
０ａＸ２０ｂ）、（２１ａＸ２１ｂ）、（２２ａＸ２２
ｂ）は、空隙（２）を通る空隙中心面に対して等距離の
ヨーク空隙を形成して対向配置されている。

各可動ヨーク（２０ａＸ２０ｂ）、（２１ａＸ２１ｂ）
、（２２ａＸ２２ｂ）の頂部に設けたハンドルを回転さ
せると、各ヨークは図中上下方向に連続的に移動するこ
とができ、それぞれ対になるヨークとの対向距離を個別
に調整することができる。

作用 詳述した第３図に示す構成において、磁路が形成される
。

ここで例えば、一対の大径の可動ヨーク（２０ａＸ２０
ｂ）を同回転数で螺合進退させることにより、一対の可
動ヨーク（２０ａ）（２０ｂ）の対向距離、すなわち空
隙（２）を通る空隙中心面に対して等距離のヨーク空隙
を連続的に変化させることができ、磁極片（４ａＸ４ｂ
）によって形成された空隙（２）内の磁界強度を連続的
に変化させることが可能となる。

例えば、一対の小径の可動ヨーク（２２ａＸ２２ｂ）の
前記ヨーク空隙をある値に設定しておき、まず、−対の
大径の可動ヨーク（２０ａ）（２０ｂ）間を所要対向距
離とした後、一対の中径の可動ヨーク（２１ａＸ２１ｂ
）間をさらに狭い所要対向距離とすることにより、空隙
（２）内の磁界強度を高精度で所要値に設定できる。

さらに、一対の小径の可動ヨーク（２２ａＸ２２ｂ）を
螺合進退させることにより、高精度で設定した所要値の
空隙（２）内の磁界強度を、微小ステップで増減させる
ことができ、所要値からの磁界強度の変化を小径の可動
ヨーク（２２ａＸ２２ｂ）の回転数で定量的に把握でき
る。

実施例 第１図に示す磁気回路を用い、可動ヨークに２０ｍｍΦ
の粗動ねじと７ｍｍΦの微動ねじを同軸配置し、固定ヨ
ークとの対向距離を変化させたときの空隙内の磁界強度
を測定し、粗動ねじと微動ねじの回転数と磁界強度（Ｂ
ｇ）との関係として第４図に示す。

第４図にＯ印でプロットした実線が粗動ねじの回転数と
磁界強度の変化を示し、×印でプロットした実線が微動
ねじの場合であり、これは粗動ねじを特定位置まで回転
させたのち固定し、さらに微動ねじを回転させたもので
、×印でプロットした実線に付記した１／４．３／４．
５／４．７／４．９／４が粗動ねじの回転数を示す。

第４図から明らかなように、粗動ねじは１回転で２５Ｇ
程度の磁界強度変化を示すのに対して、微動ねじの場合
は１回転で２Ｇ程度と回転数に対する磁界強度変化率が
極めて小さくなっている。

従って、粗動ねじと微動ねじの回転数の組合せにより、
空隙内の磁界をＩＧ以下の精度で任意に変化させること
ができた。

ＥＳＲの測定では、シグナルの吸収線幅がＩＧ程度であ
ることから磁界の変化が緩やかでしかもその値をＩＧ単
位から０．１Ｇ単位の精度で求める必要がある。

上記実施例から明らかな如く、この発明の磁界発生装置
はかかる測定精度を十分満足するもので、永久磁石を用
いた磁界発生装置によるＥＳＲ装置が開発できた。

発明の効果 上記複数の可動ヨークと他方継鉄または固定ヨーク間距
離あるいは複数対の可動ヨークの対向面間距離を変化さ
せることにより、永久磁石の対向空隙内の磁界を連続的
に変化させることができ、例えば、前記微動ねじの１回
転で空隙内の磁界を±ＩＧ以下の高精度に維持して連続
的に変化させることができる。

また、この発明の磁界発生装置においては、被測定物を
配置する磁極対向間の空隙の寸法を一定にしているため
、磁界強度の均一化が安定して得られる。

また、可動ヨークを移動させるという簡単な操作にて、
磁路の磁気抵抗を変化させ、所要空隙内の磁界強度を連
続的に変化させることができる。

しかも複数の可動ヨークの移動範囲内において任意かつ
微小の磁界強度を選定できる。

特に、一対の可動ヨークは一対の可動ヨークが、空隙中
心面に対し対称的に近接離反することにより、空隙内の
磁界強度の高い均一度を保持しながら、磁界強度を安定
的にリニアに変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す磁気回路の縦断面図
である。 第２図と第３図はこの発明の一実施例を示す磁気回路の
一部縦断面図である。 第４図は第１図の磁気回路の空隙内の磁界分布を示すグ
ラフである。 第５図は先に提案した磁気回路の縦断面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・継鉄、２・・・空隙、３ａ、３ｂ・・
・永久磁石、４ａ、４ｂ−磁極片、５ａ、５ｂ、５ｃｍ
継鉄支持材、６・・・粗動ヨーク、７・・・微動ヨーク
、１０．１１，１２，２０ａ、２１ａ、２２ａ、２０ｂ
、２１ｂ、２２ｂ・・・可動ヨーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙を介して対向配置した一対の継鉄の各々の対向面に
   永久磁石を配置し、永久磁石が対向する空隙内に連続的
   に変化する磁界を形成する磁界発生装置において、 前記一対の継鉄のうち少なくとも一方に、継鉄の対向面
   間の距離を連続的に変化させるための可動ヨークを、複
   数個がそれぞれ個別に移動するよう配置し、永久磁石と
   継鉄及び可動ヨークで形成される磁路の磁気抵抗を連続
   可変となしたことを特徴する磁界発生装置。 ２ 空隙を介して対向配置した一対の継鉄の各々の対向面に
   永久磁石を配置し、永久磁石が対向する空隙内に連続的
   に変化する磁界を形成する磁界発生装置において、 前記一対の継鉄にその対向面間距離を連続的に変化させ
   るための可動ヨークを、一対の可動ヨークが空隙中心面
   に対して対称に近接離反するよう配置し、かつ複数対の
   可動ヨークがそれぞれ個別に移動するよう配置し、永久
   磁石と継鉄及び可動ヨークで形成される磁路の磁気抵抗
   を連続可変となしたことを特徴する磁界発生装置。