JPH08133U - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 板状継鉄１ａ，１ｂの対向面にそれぞれ着設
した円板状の永久磁石３ａ，３ｂ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，４ｂを固
着し、磁極片４ａ，４ｂ間に所要の空隙２を形成し、上
方の継鉄１ａに、大径の粗動ヨーク６が配設され、粗動
ヨーク６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、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４ａ，４ｂ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。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、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。

【０００２】

【従来の技術】

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、ＥＳＲ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。

【０００３】 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、３４００Ｇ程度の高精度に均一な磁界を発生させる必要 がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

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。

【０００５】 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。

【０００６】 そこで、考案者は、図４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。

【０００７】 この考案は、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案は、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。

【０００９】 すなわち、この考案は、 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、該継鉄を貫通して螺合配置する粗動ね じに少なくとも一つの微動ねじを同軸に螺合配置してなる可動ヨークを、粗動ね じ及び微動ねじのそれぞれが個別に螺合進退可能に配置し、該可動ヨークにより 継鉄の対向面間の距離を連続的に変化させることにより、磁気的に直列配置され た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 たことを特徴とする磁界発生装置である。

【００１０】 この考案において、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。

【００１１】 なお、この考案においては、一対の永久磁石間の空隙内に、例えば３４００Ｇ 程度の高精度に均一な磁界を得るために、上述の継鉄、永久磁石及び後述する可 動ヨークが磁気的に直列配置されて磁路を形成する回路を対象とする。 すなわち、継鉄、永久磁石及び可動ヨークが磁気的に並列配置されて磁路を形 成する回路では、空隙内に所要の磁界を形成することができなくなるためである 。

【００１２】 この考案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、図１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、直径及びねじピッチ の異なる複数のねじを同 軸に配置するなど、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。

【００１３】 また、一対の継鉄の両方に磁路の磁気抵抗を連続可変とするための可動ヨーク を配置した場合は、一対の可動ヨークを空隙中心面に対し対称的にかつ垂直に近 接離反させることにより、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。

【００１４】 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、一対の可動ヨークを空隙中心面に直交させて同軸配置し、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、移動手段などは任意に選定できる。 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。

【００１５】

【作用】

図１はこの考案の一実施例を示す磁気回路の縦断面図である。図２はこの考案 の一実施例を示す磁気回路の一部縦断面図である。 構成１ 図１に示す一対の板状継鉄１ａ，１ｂは、永久磁石３ａ，３ｂ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５ａ，５ｂ，５ｃを介在させて 、対向配置してある。

【００１６】 すなわち、板状継鉄１ａ，１ｂの対向面にそれぞれ着設した円板状の永久磁石 ３ａ，３ｂ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， ４ｂを固着し、磁極片４ａ，４ｂ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３ａ，３ｂに高周波コイルを周着してもよい。

【００１７】 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。

【００１８】 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。

【００１９】 詳述した図１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４ａ ，４ｂ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。

【００２０】 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。

【００２１】 構成２ 図２に示す磁界発生装置は、上述の図１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一対の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２０ａ，２１ａ，２ ２ａ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。

【００２２】 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２０ｂ，２１ｂ，２２ｂを同軸に螺合配設してあり、３対の可動ヨーク２０ ａ，２０ｂ、２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ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。

【００２３】 各可動ヨーク２０ａ，２０ｂ、２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ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。

【００２４】 詳述した図２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２０ａ，２０ｂ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４ａ，４ｂ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。

【００２５】 例えば、一対の小径の可動ヨーク２２ａ，２２ｂの前記ヨーク空隙をある値に 設定しておき、まず、一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２１ａ，２１ｂ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２２ａ，２２ｂ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２２ａ，２２ｂの 回転数で定量的に把握できる。

【００２６】

【実施例】

図１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Ｂｇとの関係として図 ３に示す。 図３に○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。

【００２７】 図３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１Ｇ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１Ｇ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１Ｇ単位から０．１Ｇ単位の精度で求める必要がある 。

【００２８】 上記実施例から明らかな如く、この考案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。

【００２９】

【考案の効果】

上記同軸上に配置された複数の可動ヨークと他方継鉄または固定ヨーク間距離 あるいは一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±１Ｇ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、この考案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。

【００３０】 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、可動ヨークが一対からなる場合は該可動ヨークが、空隙中心面に対し対 称的に近接 離反させることにより、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】

【図１】この考案の一実施例を示す磁気回路の縦断面図
である。

【図２】この考案の一実施例を示す磁気回路の一部縦断
面図である。

【図３】図１の磁気回路の空隙内の磁界分布を示すグラ
フである。

【図４】先に提案した磁気回路の縦断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 継鉄 ２ 空隙 ３ａ，３ｂ 永久磁石 ４ａ，４ｂ 磁極片 ５ａ，５ｂ，５ｃ 継鉄支持材 ６ 粗動ヨーク ７ 微動ヨーク ２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ 可
動ヨーク

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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、該
   継鉄を貫通して螺合配置する粗動ねじに少なくとも一つ
   の微動ねじを同軸に螺合配置してなる可動ヨークを、粗
   動ねじ及び微動ねじのそれぞれが個別に螺合進退可能に
   配置し、該可動ヨークにより継鉄の対向面間の距離を連
   続的に変化させることにより、磁気的に直列配置された
   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とする磁界発生装
   置。