JPH0555027A - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＲＩ装置用永久磁石方式内磁型磁界発生装
置において、空隙の磁束密度を向上させるための方法を
提案する。 【構成】 空隙を形成して対向する一対の永久磁石の空
隙対向面に各々略円盤状ポールピースを着設し、永久磁
石対を磁性体材から成る一対の板状ヨークと４本の支柱
で磁気的結合して磁気回路を構成し、空隙に磁界を発生
させる磁界発生装置において、飽和磁束密度が１０００
０Ｇ以上の軟質磁性材料をポールピースに使用し、かつ
ポールピースに使用した材料の飽和磁束密度より高い飽
和磁束密度を有する軟質磁性材料をヨークおよび支柱に
用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体の断層像を撮影
する核磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と呼ぶ）な
どに用いられる広い空隙内に高強度かつ高精度で均一な
静磁場を発生させる磁界発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置における磁界発生手段として
は、永久磁石方式、常電導磁石方式、超電導磁石方式の
３方式がある。この中で、永久磁石方式は電力やヘリウ
ムの消費を伴わないため最も経済的であり、また比較的
漏洩磁束が少ない、回路がコンパクトであるため設置性
に優れている等の長所を有する。さらに近年、強い磁力
を持つ希土類磁石の出現と信号検出装置の性能およびイ
メージング技術の向上によって、永久磁石方式ＭＲＩ装
置は急速に普及している。

【０００３】ＭＲＩ装置では静磁場の強度と均一性が撮
影画像の画質に影響を及ぼすため、被検体が挿入される
空隙中心付近に高強度かつ１０^-4以下の精度で均一な磁
界が要求される。

【０００４】従来の永久磁石方式の磁界発生装置は、そ
の構造から内磁型、外磁型、リング型の３つのタイプに
分類できる。このうち内磁型およびリング型磁気回路は
すでに実用化されており、特に内磁型磁気回路は比較的
製造が容易であり、また漏洩磁束も少ないことから今後
の普及タイプとして最も注目されている。従来の内磁型
磁気回路は構造的には本発明における磁気回路とほぼ同
様であり、一対の板状ヨークと４本の支柱を用いて一対
の円盤状永久磁石とポールピースを磁気的結合して磁気
回路を構成していた。しかし、ポールピースに使用され
ていた軟質磁性材料の飽和磁束密度は、ヨークおよび支
柱に使用されている軟質磁性材料の飽和磁束密度と同等
かそれ以上であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
ては、空隙に発生させる静磁場強度を上げるために、特
開昭６２−２５６４１６に示す如く、ポールピースの一
部分を磁性体でラミネート構造化しポールピース周辺部
からの漏洩磁束を減少し空隙中心の磁束密度を向上させ
る方法、特開昭６３−２４１９０５に示す如く、永久磁
石部分を傾斜させて配置し磁束が空隙中心に集中し易く
する方法などが用いられていた。しかし、これらの方法
は磁気回路の構造を複雑化し製造時の作業を困難なもの
にするため組立誤差が生じ易く、その結果静磁場の均一
度を悪化させるという問題点を有していた。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、磁
気回路の構造を複雑にすることなく、より簡単な方法で
空隙中心の磁束密度を向上させる手段を提案することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の磁界発生装置
は、空隙を形成して対向する一対の板状の永久磁石部の
空隙対向面に各々ポールピースを着設し、前記永久磁石
対を磁性体材から成る一対の板状ヨークと複数本の支柱
で磁気的結合して磁気回路を構成し、前記空隙に磁界を
発生させる磁界発生装置において、前記ヨークおよび支
柱に用いる軟質磁性材料の飽和磁束密度がポールピース
材料の飽和磁束密度と同等かそれより高いことを特長と
する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例における磁界発生装置
に用いる磁気回路を示す縦断面図および横断面図であ
る。本磁気回路は空隙７を形成して対向する一対のポー
ルピース２の各々の反空隙側に各々永久磁石１を着設
し、これらを磁性体材から成る一対のヨーク３と４本の
支柱４で磁気的結合した構造を成す。

【０００９】ポールピース２は略円盤形状を成してお
り、空隙中心の磁界の均一性を高めるために前記ポール
ピース２の空隙対向面の中央部には円盤状突起（以下、
第２シムと呼ぶ）が、その周縁部には環状突起（以下、
第１シムと呼ぶ）が設けられている。

【００１０】一対の永久磁石１もまた円盤形状を成して
おり、それぞれ前記ポールピース２とヨーク３の間に配
置した。このとき、永久磁石１の着磁方向は図中矢印で
示すように厚さ方向であり、上下の永久磁石ともに同方
向である。

【００１１】一対のヨーク３は図１（ａ）に示すように
正方形形状を成しており、上側ヨークと下側ヨークは４
本の支柱によって保持されている。

【００１２】図２は磁界を測定する領域を表わす説明図
である。上記の磁気回路の上下のポールピース２の中心
点を結ぶ直線の中心点を空隙中心と定義し、空隙中心を
中心をした直径３００mmの球の表面を測定して空間の磁
界均一度を評価する。（ｒ，θ，φ）を球座標とする
と、本実施例においてはｒは１５０mm、θおよびφは３
０°毎の値をとる。このように球空間の表面を３０°ピ
ッチで５つの横断面に分割し、分割した各面上３０°ピ
ッチで磁束密度を測定する。この方法で測定された６０
点と空隙中心および球の最上点と最下点の計６３点で磁
界分布を評価した。

【００１３】ここで使用する永久磁石１は 、磁気回路
の重量増加を避け、かつ強い中心磁束密度を得るために
最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが２５メガガウスエルス
テッド（ＭＧＯｅ）以上であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、ある
いはＰｒ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石が望ましい。本
実施例においては、基本組成がＰｒ１７原子％、Ｆｅ７
６．５原子％、Ｂ５．０原子％、Ｃｕ１．５原子％で、
熱間／圧延加工によって製造された希土類磁石で、最大
エネルギー積が２８．０ＭＧＯｅのものを１．２５ton
使用した。

【００１４】ヨーク３および支柱４に使用する材料とし
ては、磁気回路外部への漏洩磁束を極力小さくし、かつ
装置全体の重量増加を防ぐために飽和磁束密度が高いこ
とが要求されるので、本実施例では飽和磁束密度１２０
００Ｇ，１６０００Ｇ、２００００Ｇの３種類の純鉄を
用いた。ポールピース２に使用する軟質磁性材料の飽和
磁束密度もまた高いことが要求されるが、飽和磁束密度
が過度に高い場合には永久磁石部を挟んで位置するヨー
ク３あるいは側面に位置する支柱４への短絡磁束が増加
し空隙の磁束密度が減少するため、設計の際は注意が必
要である。したがって、ポールピース２に使用する軟質
磁性材料もヨーク３および支柱４に使用する材料と同様
に３種類の飽和磁束密度を有する純鉄を用いて実施し
た。

【００１５】本実施例では、上下ポールピース間距離を
５２０mmに設定し、ポールピース２とヨーク３および支
柱４にそれぞれ飽和磁束密度が上記の１２０００Ｇ、１
６０００Ｇ、２００００Ｇの３種類の材料を順次使用
し、合計９通りの組み合せで実験した。その結果を表１
および図３に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】この結果から明らかなように、ポールピー
ス２の材料の飽和磁束密度は低い方が、ヨーク３および
支柱４の材料の飽和磁束密度は高い方が良好な結果が得
られることが確認できる。本実施例では、ポールピース
２の飽和磁束密度が１２０００Ｇ、ヨーク３および支柱
４の飽和磁束密度が２００００Ｇのときに最も良い結果
が得られ、そのときの空隙中心磁束密度は１８７８．８
６Ｇ、磁界均一度は５０ｐｐｍであった。ちなみに従来
技術においては、ポールピース２の材料として飽和磁束
密度１６０００Ｇの純鉄を用い、ヨーク３および支柱４
の材料として飽和磁束密度１２０００Ｇの材料を用いて
いた。本実施例でこの従来技術に対応する、ポールピー
ス２の材料の飽和磁束密度が１６０００Ｇ、ヨーク３お
よび支柱４の材料の飽和磁束密度が１２０００Ｇのとき
の空隙中心の磁束密度は１７６０．８４Ｇであり、これ
は本実施例の最も良い結果に比べて１２０Ｇも低い値で
ある。また、本実施例において最も悪い結果は、ポール
ピース２の飽和磁束密度が２００００Ｇ、ヨーク３およ
び支柱４の飽和磁束密度が１２０００Ｇのときに得ら
れ、空隙中心磁束密度は１７０９．２８Ｇ、磁界均一度
は５０ｐｐｍであった。ただし、ポールピース２の材料
として飽和磁束密度が１００００Ｇ以下の軟質磁性材料
を用いても、飽和磁束密度が１２０００Ｇの材料の場合
に比較して空隙中心の磁束密度で数Ｇ程度の異差しか観
られなかった。従って、ポールピース２の材料の飽和磁
束密度は最低１００００Ｇ程度は必要である。また、表
１あるいは図３から明らかなように、ヨーク３および支
柱４に使用する材料の飽和磁束密度が１６０００Ｇの場
合と２００００Ｇの場合で空隙中心の磁束密度に大きな
差が観られないことから、本実施例の磁気回路において
は、ヨーク３および支柱４に使用する材料の飽和磁束密
度は１６０００Ｇ程度で十分磁気回路外部への漏洩磁束
を抑えるとが可能であるといえる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、空隙
を形成して対向する一対の板状の永久磁石部の空隙対向
面に各々ポールピースを着設し、前記永久磁石対を磁性
体材から成る一対の板状ヨークと複数本の支柱で磁気的
結合して磁気回路を構成し、前記空隙に磁界を発生させ
る磁界発生装置において、前記ヨークおよび支柱に用い
る軟質磁性材料の飽和磁束密度をポールピース材料の飽
和磁束密度と同等かそれより高くすることにより、従来
技術に比較し、究めて簡単な方法で空隙中心磁束密度を
向上させることを可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における磁界発生装置の磁気回
路の基本構造を示す説明図。

【図２】測定点を示す説明図。

【図３】軟質磁性材料の飽和磁束密度の違いによる中心
磁束密度の変化を表す説明図。

【符号の説明】 １ 永久磁石部 ２ ポールピース ３ ヨーク ４ 支柱 ５ 調整用ボルト ６ カバー ７ 空隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空隙を形成して対向する一対の板状の永
   久磁石部の空隙対向面に各々ポールピースを着設し、前
   記永久磁石対を磁性体材から成る一対の板状ヨークと複
   数本の支柱で磁気的結合して磁気回路を構成し、前記空
   隙に磁界を発生させる磁界発生装置において、前記ヨー
   クおよび支柱に用いる軟質磁性材料の飽和磁束密度がポ
   ールピースに用いる材料の飽和磁束密度と同等かそれよ
   り高いことを特徴とする磁界発生装置。