JPS63115305A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は磁界発生装置にかかり、特に医療用核磁気共鳴
診断装置（ＭＲＩ）等に適した磁界発生装置に関する。

（従来の技術） ＭＲＩは１〜２０ｋＧ程度の強力な磁界を形成する空隙
内に人体を挿入し、所望の断層イメージを得るものであ
る。このＭＲＩシステムは基本的に以下の４つの主要部
からなる。すなわち磁界発生装置、空間位置選定用の勾
配磁場コイル、磁界内の試験物質に核磁気共鳴を生ぜし
めるＲＦコイルおよび受信器である。

このうち高精度の画像を得るためには、所定の空間領域
に、十分な強度と均一性に優れ、かつ時間的に安定した
磁界を供給できる磁界発生装置が必要不可欠となる。

このような磁界発生装置としては、銅、アルミニウム等
からなる導線をコイル状に巻回した常電導磁石、ＮｂＴ
ｉ等の超電導線を用いた超電導磁石が用いられており、
また最近では永久磁石を用いたものも研究されている（
特開昭６０−７６１０４号公報等）。

このうち、常電導磁石を用いたものは、比較的強力かつ
均一度の高い磁界を得ることができる反面、多大の電力
と冷却水が必要でランニングコストが高いこと、磁界強
度の時間安定性が悪いこと。

漏洩磁界が大きく磁気じゃへいを施こす必要があること
等の問題がある。一方超電導磁石を用いたものは、磁界
強度も十分大きく、均一度も高い、電力消費が少ない１
時間的安定性に優れる等の利点を備える反面、漏洩磁界
が大きい、冷媒として高価な液体ヘリウムが必須である
等の問題を有する。

（発明が解決しようとする問題点） 一方永久磁石回路は電力消費が無く、漏洩磁界も少ない
という特徴を有するが、必要な磁界強度、磁界の空間的
均一性が得られにくい欠点を有しており、これを補償す
るために磁石寸法の大型化を図ることで実用化を月相し
ているのが現状である。

しかしこれから装置重量の増加、コストアップおよび設
置スペース確保の困難化等新たな問題点が提起されてい
る。

近年、新しい永久磁石材料としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石
が各所で研究されている（例えば特公昭６１−３４２４
２号等）。この磁石の特徴は、エネルギー積が３０〜３
５　ＭＧＯｅと高いこと、原料とするＮｄ、Ｆｅは従来
からの希土類コバルト磁石のＳｍ、Ｃｏと比較し安価で
あること等であり、上記永久磁石回路の問題点を解決で
きる磁石として。

これを組み込んだ磁界発生装置の研究がさかんである。

しかし、このＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の可逆温度係数が−
０，１４％／　ｄ　ｅ　ｇ　　と大きいことから、磁界
の時間安定性に劣ること、また実用レベルでの最大エネ
ルギー積が３５ＭＧＯｅ　止まりであることから必要磁
石体積が大きいこと等の問題点が指摘されている。

本発明は、かかる現状に鑑み、十分強力でかつ空間的均
一性・時間的安定性に優れた小型軽量の永久磁石型磁界
発生装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

Ｃ問題点を解決するための手段と作用）本発明は鉄を主
成分とし、Ｒ（イッｌ−ＩＪウムを含む希土類元素）、
コバルト及び硼素を含有する合金の焼結体であり、正方
晶系の強磁性Ｆｅ１Ｊツチ相を主体とし、非磁性ラーベ
ス相を含有する、最大エネルギー積が３８ＭＧＯｅ以上
の永久磁石を使用することを特徴とする磁界発生装置で
ある。

本発明者は、特願昭６１−４８６５７号において残留磁
束密度の温度係数が０．０７％／ｄｅｇで、最大エネル
ギー積が３５ＭＧＯｅ以上の特性を有する永久磁石を得
たことを提案した。本発明はこれを磁界発生装置に適用
することにより１強力で空間的均一性・時間的安定性に
優れた、小型軽量の永久磁石型磁界発生装置を得ること
ができたものである。

本発明の磁界発生装置を構成する永久磁石は、Ｒ（イツ
トリウムを含む希土類元素）、コバルト及び硼素を含有
する合金の焼結体であり、正方晶系の強磁性Ｆｅリッチ
相を主体とし、非磁性のラーベス相を含有することを特
徴とする永久磁石である。

希土類鉄系の永久磁石はＮｄＦｅＢ型の正方晶系の強磁
性Ｆｅ　ＩＪッチ相を主相とする。そのほか、Ｎｄ　Ｆ
ｅ、Ｎｄ　Ｆｅ等Ｒ成分を９０重量％以上含有９７　　
　　　　　　　書１ｉ５ する立方晶系の非磁性ＲＩＪッチ相、ＮｄＦｅＢ　　等
２フロ の正方晶系の非磁性ＢＩＪッチ相等を構成相とし、さら
に酸化物等を含む。他の几成分を用いた場合も同様であ
る。

本発明ではさらに非磁性ラーベス相を構成相として含有
する。

ＣＯの添加はキュリー温度の上昇に有効であるが。

保磁力低下という欠点も有する。これは磁性相であるラ
ーベス相が生成されるためである。この磁性相であるラ
ーベス相は逆磁区の核発生サイトとなり保磁力を低下す
ると考えられる。本発明ではこのラーベス相を非磁性化
し、もって保磁力を向上させる。従ってＣＯ添加による
キュリー温度上昇の効果を最大限に生かしつつ、磁気特
性を良好なものとすることができる。またこのように保
磁力の良好な希土類鉄系永久磁石は磁気特性の温度特性
も良好となる。この非磁性ラーベス相は２〜１０　ｖｏ
ｌ　％程度含有することが好ましい。あまり多いと磁性
を担う主相の比率が減少し、Ｂｒが低下する。またあま
り少ないとＣＯ添加量が少なくなり、キュリー温度上昇
の効果を十分に得ることができない。

他の几リッチ相、Ｂリッチ相等は必須ではない。

しかしながら１％　リッチ相は主相に比べ融点が低く、
焼結の際に主相の界面から欠陥、異物等を除去し。

逆磁区の各発生サイトを低減し保磁力の向上等に寄与す
る。しかしながらあまり多いと主相の比率が低下し磁気
特性が低下するため、５ｖ０．％以下。

好ましくは２５〜５　ｖｏｌ　％程度は含有したほうが
良い。

前述の如く非磁性ラーベス相を出現させるためには、例
えば、特定のＲ−Ｂ　−Ｃｏ　−Ｆｅ　系の組成に特定
量のＡＩおよび／もしくはＧａを添加・含有することで
実現できる。ＣＯ添加のない場合のＣＯのみ添加の場合
、さらにＡＩを添加した場合のＸ線回折からいずれも主
相はＦｅリッチ相であることがわかる。

しかしＣＯ添加の場合は回折角２θが３４″、　４０’
近傍に異相の存在を示すピークが有る。このピークの同
定をＥＰＭＡ、Ｔ１．Ｍで行なったところ、　ＭｇＣｕ
。

タイプのＮｄ（Ｆｅ、Ｃｏ）、　Ｃｕｂｉｃ　１ａｖｅ
ｓ相からの（２２０）および（３１１）のピークである
ことが分かった。このラーベス相中のＦｅ、Ｃｏの比率
が約１＝１であることを考慮するとキーリー温度は１０
０℃前後であり、常温で磁性を有する。希土類鉄系の永
久磁石の保磁力が逆磁区発生磁場の大きさで決定される
ことを考慮するとこの磁性ラーベス相が逆磁区発生サイ
トとして作用していることは明らかである。

これに対しＣｏ−Ａｌ添加の場合は２θが３４°。

４０″′のピークが存在し、わずかに低角度側にシフト
していることが分かる。これはＮｄ（Ｆｅ、Ｃｏ）。

相の格子定数が伸びていることを示している。具体的に
は、７．３Ａから７．４２Ａまで伸びている。

復原子の原子半径が１．４３ＡでＦｅ（１，２６Ａ）　
、　Ｃｏ（１，２５Ａ）に比べ大きいことからＡＩ原子
がラーベス相中に存在することを示す。ＡＩ原子は非磁
性であるので、Ｎｄ（Ｆｅ、Ｃｏ、ＡＩ　）、は非磁性
相となり、コノ非磁性ラーベス相は逆磁区の核発生サイ
トとはならないため、結果として保磁力が向上する。

本発明永久磁石の組成は適宜設定できるが、Ｒ１０〜４
０重量％、Ｂ　０．１〜８重量％％Ｃｏｌ〜２３重量％
残部実質的にｐｅの組成系を用いることが好ましい。こ
の組成範囲内でも非磁性ラーベス相を含有しない場合は
本発明の範囲に含まれないことは言うまでもない。

几成分が１０重量％未満では保磁力が小さく。

４０重量％を超えるとＢｒが低下し’　　（ＢＨ’ｒｍ
Ｘが低下してしまう。２５〜３５重量％がより好ましい
。

また希土類元素の中でもＮｄ及びＰｒは高い（ＢＨ）ｍ
ａｘを得るのに有効であり、Ｒ成分としてこの２元素の
少なくとも一種、特にＮｄを含有することが好ましい。

この２元素のＲ成分中の割合は、７０重量％以上である
ことが好ましい。

Ｂが０．１重量％未満ではｉＨｃが低下してしまい、８
重量％を超えるとＢｒの低下する。このＢｉは磁気特性
、特にＢｒに顕著に影響し、０．８〜０．９５　。

特に０．８〜０．９重量％であることが好ましい。Ｂ量
が多くなると非磁性Ｂリッチ相が増加し、主相の量が減
少し磁気特性が低下する。なお、Ｂの一部をＣ，Ｎ、Ｓ
ｉ、Ｐ、Ｇｅ　等で置換し、焼結性等を向上することも
可能であるが、置換量はＢ量の８０重量％程度才でであ
る。

ＣＯはキーリー温度の上昇に寄与し、磁気特性の温度特
性の向上に有効であり、１〜２３重量−の添加が効果的
である。キュリー温度上昇の効果を十分に得るためには
ある程度の添加が必要であるが、磁気特性を考慮すると
２３重量％を超えると保磁力、（ＢＨ）ｍａｘが低下し
てしまう。磁気特性をおとさない程度で多量の添加が好
ましく、５重量％以上、さらには１３重量−以上が好ま
しい。

また非磁性ラーベス相を得るために前述の如く、例えば
ＡＩ又は／及びＧａを添加する。ＡＩ又は／及びＧａは
ラーベス相のキーリー温度を低下せしめ常温で非磁性化
し５保磁力を向上するのに有効な元素であり０．１〜５
重量％の添加が効果的である。

ＡＩおよび／もしくはＧａ以外にＲｅ、Ｑｓ、Ａｇ、１
ｒ。

Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ
、Ｍｏ。

Ｒｕ、几り、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ等を添加しても良いが合計
量で５重量％以下である。しかしながら磁気特性を考慮
するとＡＩおよび／もしくはＧａが最も効果的である。

このような永久磁石は最大エネルギー積が３７ＭＧＯｅ
以上を有し、しかも温度特性も−０，０７％／ｄｅｇと
従来の半分と改善されているので、これを磁界発生装置
に適用すると大巾に／ト型化ψ高安定化が達成される。

さらにこのような永久磁石の近傍に磁界均一化用の電気
コイルを１つ以上設けることにより、所定空間の磁界均
一度は一層改良される（第２図参照）。いいかえると同
一の均一度を得るために必要な永久磁石重量はさらに小
さくすることができる。

（実施例） 以下本発明をＭＲＩに適用した場合についてより詳細に
説明する。

第１図は本発明にかかわる磁界発生装置の１例を示した
もので、永久磁石（１）、電気コイル（２）、磁極片（
３）、継鉄（４）からなり、空隙に強力で１様な磁界を
発生できる。

永久磁石として、（１）本発明の磁石を使用した場合、
（２）本発明の永久磁石に加え均一化用の電気コイルを
使用した場合、（３）従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ　磁石のみ
を使用した場合の各々について、５５０ｍの空隙磁界強
度０．２Ｔを得るために必要な永久磁石重量、磁界均一
度、空隙磁界の温度係数を比較したものが第１表である
。

第１表より明らかなように、本発明によると温度特性に
優れ、なおかつ均一度の良い小型軽量の磁界発生装置を
得ることができる。更にこのような本発明に用いる磁極
片としては、磁極片として基本的に要求される飽和磁化
が大きいこと、ソフト磁性であることの他に、比抵抗が
２０μΩ−α以上、さらには１５０μΩ−副以上であれ
ばより好ましい。例えばパーマロイ、けい素鋼、アモル
ファス磁性合金、フェライト等のソフト磁性材料の他。

鉄粉等の磁性粉と電気的絶縁材料からなる結合材（例え
ばゴム、樹脂等）とからなる磁性複合材料等を用いるこ
とができる。特に磁性複合材料は例えば数百０−α以上
と大きい比抵抗を容易に実現できるため、好ましい材料
である。このようＩこ比抵抗の大きいものを用いると勾
配磁場コイルの発生するパルス磁場の立上り時間及び立
下り時間を、例えば２ｍ５ｅｃ　以下と小さくすること
ができ、ＭＢ２における画像のＳハ比を向上することが
できる。また渦電流によるエネルギー消費を低減するこ
ともできる。

本実施例において、磁極片材質として圧粉磁心（Ｆｅ粉
またはＦｅ合金粉とエポキシ樹脂の複合材料で比抵抗値
１０３μΩ−譚を有するもの）を用いた時の、立上り及
び立下り時間は共にｌｍ５ｅ（であった。

以下余白 第１表 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、永久磁石組成を特
定化し、必要に応じてコイル等を補なうことにより、強
力で空隙的均一度の高い、安定性の優れた磁界発生装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略断面図、第２図は補
助電気コイルがある場合とない場合の磁力線の分布状態
を示す断面図。 １・・・永久磁石、２・・・電気コイル、３・・・磁極
片。 ４・・・継鉄、５・・・磁力線。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄を主成分とし、Ｒ（イットリウムを含む希土類
   元素）、コバルト及び硼素を含有する合金の焼結体であ
   り、正方晶系の強磁性Ｆｅリッチ相を主体とし、非磁性
   ラーベス相を含有する最大エネルギー積が３８ＭＧＯｅ
   以上の永久磁石を使用することを特徴とする磁界発生装
   置。
2. （２）Ｒ１０〜４０重量％、Ｂ０．１〜８重量％、Ｃｏ
   １〜２３重量％、Ａｌ又はおよびＧａ０．１〜５重量％
   、残部が実質的にＦｅである組成を有する永久磁石から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁界
   発生装置。
3. （３）永久磁石近傍に磁界均一化用の電気コイルを１つ
   以上設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の磁界発生装置。