WO2007111150A1 - 磁気共鳴検出用コイル及びその製造方法 - Google Patents

磁気共鳴検出用コイル及びその製造方法 Download PDF

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Takashi Miki
Hideaki Maeda
Masato Takahashi
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic resonance detection coil used for detection of magnetic resonance including NMR (Nuclear Magnetic Resonance) and a method for manufacturing the same.
  • NMR Nuclear Magnetic Resonance
  • magnetic resonance detection including NMR is performed by irradiating a sample inserted inside a substantially cylindrical magnetic resonance detection coil with a high-frequency pulse, and a certain time has elapsed since the irradiation. Thereafter, the magnetic resonance signal emitted from the sample is picked up by the magnetic resonance probe. Since the magnetic resonance signal is weak, it is necessary to increase its detection sensitivity. In order to increase the detection sensitivity, a method of reducing thermal noise is used. The reduction of the thermal noise is performed, for example, by flowing a refrigerant such as helium through a cooling pipe provided in the magnetic resonance probe to cool the magnetic resonance detection coil to a very low temperature.
  • a refrigerant such as helium
  • Patent Document 1 describes an NMR probe RF coil, which is formed of a plate material having an inner layer and an outer layer covering both the front and back surfaces thereof.
  • the material constituting the outer layer high-purity aluminum having excellent specific resistance characteristics (specific resistance is low in magnetic field dependency and characteristics) particularly in a cryogenic state is used.
  • a material having a magnetic flux with a sign opposite to that of aluminum constituting the outer layer, such as copper, that is, a diamagnetic material is used.
  • the outer layer made of high-purity aluminum makes it possible to keep the specific resistance of the coil sufficiently small even in an environment where a strong magnetic field is formed in a cryogenic state. Then, the magnetic permeability of this aluminum is counteracted by the diamagnetism of the inner layer composed of the diamagnetic material. This cancellation of the magnetic ratio further increases the accuracy of magnetic resonance detection.
  • the surface of the high-purity aluminum film constituting the outer layer is acidified and the formation of the acid film is good. There is a problem that there is a risk of adversely affecting the process.
  • Patent Document 1 discloses a method for forming the coil by disclosing a method in which an aluminum plate and a copper plate are integrally formed by hot pressing in the same manner as in the normal plywood forming. It is difficult to produce the coil at a low cost by using the method. This is because the production amount of the magnetic resonance detecting coil is extremely low compared to a normal plywood, and the plate thickness is very small.
  • Patent Document 1 JP 2002-162455 A
  • an object of the present invention is to provide a magnetic resonance detecting coil capable of stably obtaining good magnetic characteristics. More preferably, it is an object of the present invention to provide a magnetic resonance detecting coil that can be easily manufactured and a manufacturing method thereof.
  • the present invention provides a magnetic resonance detection coil comprising a substantially cylindrical peripheral wall that forms a space in which a sample is inserted inside, and the peripheral wall is made of aluminum A main body layer and a covering layer covering the surface of the main body layer, and the covering layer is made of a diamagnetic material having a magnetic susceptibility opposite to that of aluminum forming the main body layer. Is done.
  • the coating layer made of the diamagnetic material effectively reduces the magnetic susceptibility of the coil itself by canceling the magnetic susceptibility of the aluminum that constitutes the main body layer, and enables high-accuracy magnetic resonance experiments.
  • the coating layer is formed so as to cover the surface of the main body layer made of aluminum, the surface of the main body layer is prevented from being exposed to the atmosphere, and an aluminum oxide film is formed on the surface. It prevents the formation and effectively suppresses the influence of magnetic properties due to the formation of this oxide film.
  • the present invention is also a method for manufacturing the magnetic resonance detecting coil, wherein the coating layer is formed by evaporating or plating gold on the surface of aluminum constituting the main body layer.
  • the covering layer to be formed and the body layer before or after the covering step And a coil forming step for forming the coil.
  • FIG. 1 (a) is a perspective view of an NMR detection coil according to an embodiment of the present invention, and (b) is a cross-sectional view showing the structure of a plate material constituting the coil.
  • FIG. 2 (a) is a sectional front view of an NMR apparatus including the NMR detection coil
  • FIG. 2 (b) is a sectional plan view showing an internal structure of an NMR probe incorporated in the apparatus.
  • FIG. 3 is a graph showing the magnetic field strength distribution of a magnetic resonance detecting coil formed of various materials.
  • FIGS. 1 and 2 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 2 (a) schematically shows an NMR (nuclear magnetic resonance) apparatus according to this embodiment.
  • This apparatus includes a container 30 that stores a refrigerant such as liquid helium, and a superconducting coil 32 that is stored in a refrigerant in the container 30.
  • the superconducting coil 32 has a superconducting wire wound around a vertical axis in a cylindrical shape.
  • the container 30 has a donut shape that covers the superconducting coil 32 from the radially inner side, and forms an inner space 34 that extends in the vertical direction on the inner side.
  • an NMR probe 36 is inserted in the inner space 34.
  • the NMR probe 36 has an electrode part 38 and a cylindrical probe main body 40 connected to the electrode part 38, and the probe main body 40 is also inserted with a lower force into the inner space 34.
  • the probe body 40 holds a magnetic resonance detection coil (in this embodiment, the NMR detection coil 10) according to the present invention.
  • the inner tube 42 is disposed inside and surrounds the sample insertion space 46 inside, and the outer tube 44 is disposed outside the inner tube 42 in the radial direction.
  • These tubes 42 and 44 are made of a non-magnetic material such as quartz glass that does not affect the magnetic field, and the magnetic resonance detecting coil according to the present invention between the tubes 42 and 44 (in this embodiment) Insert the NMR detection coil 10) from inside and outside in the radial direction.
  • the NMR detection coil 10 has a substantially cylindrical peripheral wall as shown in FIG.
  • This peripheral wall is formed, for example, by rolling a thin metal plate.
  • the peripheral wall includes an upper cylindrical portion 12, a pair of lower skirt portions 14, and a pair of connecting portions 16.
  • the skirt portion 14 is formed by dividing the thin metal plate in the circumferential direction, and is spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • Each connecting portion 16 connects each skirt portion 14 and the cylindrical portion 12 to form a sample space 18 opened laterally between the other connecting portion 16.
  • Both the skirt portions 14 are connected to a power source (not shown) via the electrode portions 38.
  • a cooling pipe (not shown) is arranged in the NMR probe 36, and the refrigerant flowing in the cooling pipe cools the NMR detection coil 10 to a very low temperature.
  • the specific shape of the coil is not limited. This shape can be appropriately set according to the frequency of the high frequency pulse used for magnetic resonance detection and other specifications.
  • the shape of the magnetic resonance detecting coil according to the present invention may be the same as the shape of the coil described in, for example, Patent Document 1 above.
  • the feature of the NMR detection coil 10 is the structure of the plate material that forms the peripheral wall of the coil 10.
  • the plate member is composed of a main body layer 20 and a pair of front and back coating layers 22 that cover the surface of the main body layer 20 from both the front side and the back side.
  • the main body layer 20 has a high-purity aluminum force.
  • High-purity aluminum is especially at extremely low temperatures! It exhibits excellent specific resistance characteristics, and maintains a low specific resistance regardless of changes in the magnetic field in the extremely low temperature state.
  • copper has a characteristic that the specific resistance increases remarkably as the surrounding magnetic field increases, while high-purity aluminum has a higher magnetic field when the magnetic field reaches a certain level. It has the characteristic of maintaining the specific resistance at a low value. This characteristic also becomes more pronounced as the purity of aluminum increases.
  • a relatively easy to obtain and low cost 99.99% purity level of aluminum can be fully applied to the present invention.
  • each of the coating layers 22 plays a role of canceling out the magnetic resistivity of the high-purity aluminum.
  • the coating layer 22 has a magnetic permeability of the high-purity aluminum (at a temperature of 300 K). + 21 X 10 " 6 ) A diamagnetic material having a magnetic modulus with the opposite sign (minus) is used.
  • each coating layer 22 may be any material as long as it has a characteristic of canceling the magnetic susceptibility of the high-purity aluminum. Therefore, for example, silver, copper, beryllium or the like may be selected as the material. However, gold is particularly suitable for the material. This gold has the following advantages.
  • Gold is particularly strong in diamagnetism.
  • the magnetic susceptibility of copper is —9.8 X 10 ” 6 and the magnetic susceptibility of silver is —24 X 10_ 6
  • the magnetic susceptibility of gold is —34 X 10_ 6 .
  • the use of this gold for each coating layer 22 means that the coating layer 22 is made of the high-purity aluminum while the volume ratio of the coating layer 22 to the high-purity aluminum constituting the main body layer 20 is kept small. If the volume ratio of each layer 20, 22 is sufficiently smaller than the coil diameter, the volume ratio of each layer 20, 22 is equivalent to the layer thickness ratio.
  • the total thickness of these coating layers 22 is about 2Z3 of the aluminum main body layer 20, and the thickness of the coating layer 22 on one side is the thickness of the main body layer 20. If the NMR detection coil 10 is used at an extremely low temperature, the coil 10 at that temperature is configured. It shall be susceptibility consideration of each material, but remains that can be small rather setting the layer thickness of gold as compared with silver or copper even in the use of the very low temperature.
  • the volume ratio of the coating layer 22 to the main body layer 20 does not necessarily have to be set accurately so as to cancel out the magnetic susceptibility.
  • the volume ratio of the main body layer 20 and the covering layer 22 may be set so that at least the absolute value of the magnetic susceptibility can be reduced.
  • the coating layer 22 can be formed on both surfaces of the main body layer 20 by a general method such as gold vapor deposition or gold plating.
  • the use of gold deposition makes it possible to accurately and easily obtain the desired layer thickness by controlling the deposition time.
  • the procedure for forming the NMR detection coil 10 is not limited. After the covering layer forming step for forming the covering layer 22 on both the front and back surfaces of the main body layer 20, the coil forming step for forming the layers 20 and 22 into a cylindrical shape (coiled shape) is performed. You can also break, and conversely, the body layer 2 A step of forming 0 into a cylindrical shape may be performed, and a step of stacking the coating layer 22 on both the front and back surfaces of the main body layer 20 may be performed.
  • the aluminum constituting the main body layer 20 is made of aluminum. Slightly exposing force Since the exposed area is extremely small, it does not affect the magnetism, and thus allows the effects of the present invention to be fully exerted.
  • the main body layer 20 exposed at the end face can be covered with the covering layer 22 in the same manner as the other face.
  • the coating layer 22 may not necessarily be formed so as to cover the entire front surface and back side surface of the main body layer 20, but may allow partial exposure of the main body layer 20. Good. However, the covering layer 22 covering the entire front and back surfaces of the main body layer 20 realizes a higher canceling effect of magnetic permeability, and moreover, an oxide film is formed on the surface of the main body layer 20 made of aluminum. This effectively suppresses changes in magnetic characteristics due to the formation of the oxide film.
  • the magnetic resonance detection coil according to the present invention includes a substantially cylindrical peripheral wall that forms a space for inserting a sample inside, and the peripheral wall is a body layer made of aluminum. And a covering layer that covers the surface of the main body layer, and the covering layer is made of a diamagnetic material having a magnetic ratio that is opposite in sign to that of aluminum forming the main body layer.
  • the diamagnetic material constituting the covering layer effectively cancels the magnetic fraction of aluminum constituting the main body layer, thereby effectively making the magnetic fraction of the coil itself effective.
  • the coating layer covers the surface of the main body layer that has aluminum force, thereby preventing the surface of the main body layer from coming into contact with the atmosphere and preventing the formation of an aluminum oxide film on the surface. This effectively suppresses the influence of magnetic properties due to the formation of this oxide film.
  • the volume ratio of the main body layer and the coating layer is set so that the magnetic susceptibility of the aluminum constituting the main body layer and the magnetic susceptibility of the diamagnetic material constituting the covering layer are offset. This makes it possible to achieve better magnetic properties.
  • the covering layer may cover either one of the front and back surfaces of the main body layer.
  • the covering layer is more preferably a force having a layer covering the side surface and a layer covering the back side surface of the main body layer.
  • the covering layer covering both the front and back surfaces of the main body layer has a higher magnetic susceptibility canceling effect and a higher oxide film (an oxide film on the surface of the main body layer) than the covering layer covering only one of the surfaces. Demonstrate the formation deterrent effect.
  • the diamagnetic material constituting the coating layer may be, for example, silver, copper, beryllium, or the like, and gold is particularly preferable. This gold can exhibit an excellent magnetic susceptibility canceling effect even if the volume ratio of the coating layer formed by the gold, which has high diamagnetism, to the main body layer is low. In addition, it is easy to form a coating layer using the gold.
  • the coil for magnetic resonance detection in which the gold is used for the coating layer is a coating in which a coating layer is formed by depositing gold on the surface of aluminum constituting the main body layer or gold plating. It can be easily manufactured by a method including a process and a coil forming process for forming the body layer into a cylindrical shape before or after the covering process.
  • the magnetic permeability of aluminum constituting the main body layer and the diamagnetic material constituting the coating layer are determined by setting the deposition time.
  • an aluminum oil having a thickness of 3 O / zm having an aluminum force of 99.99% is prepared. It is sufficient that this oil finally has a size of about 50 mm square. However, when the oil is cut out from a thin plate material into a predetermined shape (for example, a shape in which the coil shown in FIG. 1 (a) is developed) with an XY biaxial NC machine, etc., the size of the metal thin plate is not enough. It is preferable to prepare a 100 mm square.
  • a covering layer 22 having a thickness of about 6.7 m (about 13.3 m on both sides) is formed on both the front and back surfaces of the main body layer 20.
  • the thickness of the coating layer 22 can be realized accurately and easily by managing the gold deposition time.
  • a magnetic resonance detecting coil 10 is formed by rolling a plate material on which the main body layer 20 and the covering layer 22 are laminated into a cylindrical shape as shown in FIG. The coil 10 is sandwiched between the inner tube 42 and the outer tube 44 as shown in FIG. 2 (b).
  • the following metal rings 1, 2, and 3 are wound around a part of the sample as a simulated coil, and the magnetic field strength distribution in the axial direction is measured. Specifically, in the NMR apparatus, the superconducting coil is adjusted so that the magnetic field strength is uniform in the axial direction before the simulation coil is inserted, and then various coils are inserted. The magnetic field strength is measured.
  • Metal ring 1 (first embodiment): an aluminum main body layer having a thickness of 30 m, and a gold covering layer having a thickness of 10 m covering both the front and back surfaces.
  • Metal ring 2 (second embodiment): an aluminum main body layer having a thickness of 100 m and a copper covering layer having a thickness of 30 ⁇ m covering both the front and back surfaces.
  • Metal ring 3 (comparative example): composed only of a copper plate having a thickness of 100 m. [0047] The results of the measurement are shown in FIG. In this figure, the curves LI, L2, and L3 show the magnetic field strength distribution by the metal rings 1, 2, and 3, respectively.
  • the curves L1 to L3 clearly show the difference in the effects of the respective examples.
  • the diamagnetism of copper constituting the metal ring 3 is reflected as it is, as shown by the curve L3 (-dotted line). Therefore, the distribution includes a significant negative field distortion.
  • the magnetic field distortion is more effective than the magnetic field strength distribution by the metal ring 3 as shown by the curve L2 (dashed line). Reduced to This is due to the offset between the diamagnetism of copper and the magnetism of aluminum.
  • the metal ring 1 corresponding to the first embodiment of the present invention can form a magnetic field strength distribution that further reduces the magnetic field distortion than the metal ring 2 as shown by the curve L1. .

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Abstract

本発明は、良好な磁気特性を安定して得ることができる磁気共鳴検出用コイルの製造を容易にすることを目的とする。そのための手段として、本発明に係る磁気共鳴検出用コイル１０は、本体層２０と、その表面を覆う被覆層２２とを有する周壁を備え、本体層２０には高純度アルミニウムが、被覆層２２には金のようにアルミニウムの磁化率を打ち消す反磁性材料が、それぞれ用いられる。被覆層２２は、蒸着やメッキ等の手段により前記本体層２０上に容易に形成される。

Description

明 細 書
磁気共鳴検出用コイル及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、 NMR (Nuclear Magnetic Resonance)をはじめとする磁気共鳴の検出 に用いられる磁気共鳴検出用コイルとその製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 一般に、 NMRをはじめとする磁気共鳴の検出は、略筒状の磁気共鳴検出用コィ ルカ その内側に挿入されたサンプルに高周波パルスを照射することと、その照射か ら一定時間が経過した後に前記サンプルから放出される磁気共鳴信号を前記磁気 共鳴プローブによってピックアップすることとにより、行われる。前記磁気共鳴信号は 微弱であることから、その検出感度を高める必要がある。この検出感度を高めるため に熱雑音を低減させる方法が用いられる。この熱雑音の低減は、例えば、前記磁気 共鳴プローブ内に設けられた冷却配管にヘリウム等の冷媒を流して前記磁気共鳴検 出用コイルを極低温まで冷却することにより行われる。
[0003] 従来、このような磁気共鳴検出用コイルとして、特許文献 1に記載されたものが知ら れている。この特許文献 1に記載されるのは、 NMRプローブ用 RFコイルであり、この RFコイルは、内部層及びその表裏両面を覆う外部層を有する板材により成形される 。前記外部層を構成する材料には、特に極低温状態において優れた比抵抗特性（ 比抵抗の磁界依存性が低 、特性)を有する高純度アルミニウムが用いられる一方、 前記内部層を構成する材料には、例えば銅のように、前記外部層を構成するアルミ -ゥムの磁ィ匕率と反対の符号の磁ィ匕率をもつ材料すなわち反磁性材料が用いられる
[0004] 前記高純度アルミニウムにより構成される外部層は、極低温状態で強い磁界が形 成される環境下にお ヽてもコイルの比抵抗を十分小さく抑えることを可能にする。そし て、このアルミニウムの磁ィ匕率力 前記反磁性材料により構成される内部層の反磁性 により打ち消される。この磁ィ匕率の打ち消しが、磁気共鳴の検出精度をさらに高める [0005] しかし、前記特許文献 1に記載されるコイルでは、その外部層を構成する高純度ァ ルミ-ゥムの表面が酸ィ匕しやすぐその酸ィ匕膜の形成が良好な磁気特性に悪影響を 与えるおそれがあると 、う課題がある。
[0006] また、前記特許文献 1は、前記コイルを成形する方法として、通常の合板成形と同 様にアルミニウム板と銅板とをホットプレスで一体ィ匕する方法を開示する力 このよう なホットプレスを利用する方法で前記コイルを低コストで生産することは難 、。何故 ならば、前記磁気共鳴検出用コイルの生産量は通常の合板に比べるときわめて低く 、また板厚もきわめて小さいからである。
特許文献 1 :特開 2002— 162455号公報
発明の開示
[0007] 本発明は、前記の事情に鑑み、良好な磁気特性を安定して得ることが可能な磁気 共鳴検出用コイルを提供することを目的とする。さらに好ましくはその製造を容易に 行うことができる磁気共鳴検出用コイル及びその製造方法を提供することを目的とす る。
[0008] この目的を達成するため、本発明は、磁気共鳴検出用コイルであって、サンプルが 挿入されるための空間を内側に形成する略筒状の周壁を備え、この周壁は、アルミ ニゥムカゝらなる本体層と、この本体層の表面を覆う被覆層とを含み、この被覆層は、 前記本体層を形成するアルミニウムの磁化率と符号が反対の磁化率をもつ反磁性材 料により構成される。
[0009] 前記反磁性材料からなる被覆層は、前記本体層を構成するアルミニウムの磁ィ匕率 を打ち消すことにより、コイル自身の磁化率を有効に低減して精度の高 ヽ磁気共鳴 実験を可能にする。しかも、この被覆層はアルミニウム力 なる本体層の表面を覆うよ うに形成されるので、当該本体層の表面が大気に触れるのを阻止して当該表面にァ ルミ-ゥムの酸ィ匕膜が形成されるのを防ぎ、この酸ィ匕膜の形成による磁気特性の影 響を有効に抑止する。
[0010] また本発明は、前記磁気共鳴検出用コイルを製造するための方法であって、前記 本体層を構成するアルミニウムの表面に金を蒸着させ、または金メッキすることによつ て被覆層を形成する被覆工程と、この被覆工程の前または後に前記本体層を筒状 に成形するコイル成形工程と、を含む。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1] (a)は本発明の実施の形態に係る NMR検出用コイルの斜視図、（b)は同コィ ルを構成する板材の構造を示す断面図である。
[図 2] (a)は前記 NMR検出用コイルを含む NMR装置の断面正面図、（b)は同装置 に組み込まれる NMRプローブの内部構造を示す断面平面図である。
[図 3]各種材料で形成された磁気共鳴検出用コイルの磁場強度分布を示すグラフで ある。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明の好ましい実施の形態を図 1及び図 2を参照しながら説明する。
[0013] 図 2 (a)は、この実施の形態に係る NMR (核磁気共鳴)装置の概略を示したもので ある。この装置は、液体へリウム等の冷媒を収容する容器 30と、この容器 30内の冷 媒中に収容される超電導コイル 32とを備える。この超電導コイル 32は、鉛直軸回りに 筒状に卷回された超電導線材を有する。前記容器 30は、前記超電導コイル 32を径 方向内側から覆うようなドーナツ状をなし、内側に鉛直方向に延びる内側空間 34を 形成している。
[0014] 前記内側空間 34内には、 NMRプローブ 36が挿入される。この NMRプローブ 36 は、電極部 38と、この電極部 38につながる筒状のプローブ本体 40とを有し、このプ ローブ本体 40が前記内側空間 34内に下側力も挿入される。
[0015] 前記プローブ本体 40は、本発明にかかる磁気共鳴検出用コイル (この実施の形態 では NMR検出用コイル 10)を保持するものであり、図 2 (b)に示すように、径方向の 内側に配されてその内側に試料挿入空間 46を囲む内側管 42と、この内側管 42の 径方向の外側に配される外側管 44とを有する。これらの管 42, 44は磁界に影響を 与えない石英ガラス等の非磁性材料により構成され、両管 42, 44の間に本発明にか カゝる磁気共鳴検出用コイル (この実施の形態では NMR検出用コイル 10)を径方向 の内外から挟み込む。
[0016] 前記 NMR検出用コイル 10は、図 1 (a)に示すような略円筒状の周壁を有する。こ の周壁は、例えば、金属薄板を丸めることによって形成される。 [0017] この周壁は、上側の円筒部 12と、下側の一対のスカート部 14と、一対の連結部 16 とを有する。前記スカート部 14は、前記金属薄板が周方向に分断されることにより形 成されたもので、互いに周方向に離間する。前記各連結部 16は、前記各スカート部 14と前記円筒部 12とを連結し、相手方の連結部 16との間に側方に開放された試料 空間 18を形成する。
[0018] 前記両スカート部 14は前記電極部 38を介して図略の電源に接続される。前記 NM Rプローブ 36内には図略の冷却用配管が配され、この冷却用配管内を流れる冷媒 が前記 NMR検出用コイル 10を極低温まで冷却する。
[0019] 本発明では、コイルの具体的な形状が限定されない。この形状は、磁気共鳴検出 に用いられる高周波パルスの周波数その他の仕様に応じて適宜設定されることが可 能である。本発明に係る磁気共鳴検出用コイルの形状は、例えば前記特許文献 1〖こ 記載されるコイルの形状と同等の形状であってもよい。
[0020] この実施の形態に係る NMR検出用コイル 10の特徴は、当該コイル 10の周壁を構 成する板材の構造にある。この板材は、図 2 (b)に示すように、本体層 20と、この本体 層 20の表面を表側、裏側の両側からそれぞれ被覆する表裏一対の被覆層 22とで構 成される。
[0021] 前記本体層 20は、高純度アルミニウム力 なる。高純度アルミニウムは、特に極低 温状態にお！ヽて優れた比抵抗特性を示すものであり、当該極低温状態では磁界の 変化にかかわらず低い比抵抗を維持する。例えば銅と比較すると、銅は周囲の磁界 が強くなるにつれて比抵抗が顕著に上昇する特性を有する一方、高純度アルミニゥ ムは、磁界がある程度のレベルに達するとそれ以上は磁界が強くなつても比抵抗を 低い値に維持する特性を有する。し力も、この特性はアルミニウムの純度が高いほど 顕著になる。
[0022] 従って、本発明では、本体層 20に使用するアルミニウムの純度が高いほど特性的 には好ましい。し力し、比較的入手が容易でコストの低い 99. 99%純度レベルのァ ルミ二ゥムも十分に本発明に適用されることができる。
[0023] 前記各被覆層 22は、前記高純度アルミニウムのもつ磁ィヒ率を相殺する役目を担う 。そのために、当該被覆層 22には前記高純度アルミニウムの磁ィ匕率 (温度 300Kで + 21 X 10"6)と反対の符号 (マイナス)の磁ィ匕率をもつ反磁性材料が用いられる。
[0024] 前記各被覆層 22の材質は、前記高純度アルミニウムの磁化率を打ち消す特性を 有するものであればよい。従って、その材質には例えば銀や銅、ベリリウム等が選ば れてもよい。しかし、当該材質には特に金が好適である。この金には次のような利点 がある。
[0025] 1)金は特に反磁性が強い。例えば温度 300Kでは、銅の磁化率が— 9. 8 X 10"6 、銀の磁ィ匕率が— 24 X 10_6であるのに対し、金の磁ィ匕率は— 34 X 10_6である。こ の金を前記各被覆層 22に使用することは、当該被覆層 22の前記本体層 20を構成 する高純度アルミニウムに対する体積比率を小さく抑えながら、当該被覆層 22が前 記高純度アルミニウムの磁ィ匕率を有効に打ち消すことを可能にする。コイル径に比べ て各層 20, 22の厚みが十分に小さぐ各層 20, 22の体積比率が層の厚み比と同等 であるとすると、両被覆層 22に金が用いられた場合、これらの被覆層 22の厚みの総 和はアルミニウム製の本体層 20の約 2Z3で足り、片側の被覆層 22の厚みは前記本 体層 20の厚みの 1Z3でよいことになる。 NMR検出用コイル 10が極低温下で使用さ れる場合、その温度下での当該コイル 10を構成する各材料の磁化率が考慮されな ければならないが、その極低温下の使用においても銀や銅に比して金の層厚を小さ く設定することが可能であることに変わりはない。
[0026] 本発明において、被覆層 22の本体層 20に対する体積比率は、必ずしも磁化率を 相殺するように正確に設定されて ヽなくてもょ ヽ。少なくとも前記磁化率の絶対値を 低減させることが可能となるように前記本体層 20及び前記被覆層 22の体積比率が 設定されればよい。
[0027] 2)金によって被覆層 22を形成することが容易である。具体的には、金の蒸着や金 メツキといったごく一般的な手法で本体層 20の両面に被覆層 22を形成することが可 能である。特に金の蒸着の採用は、その蒸着時間の管理によって所望の層厚を正確 にかつ容易に得ることを可能にする。
[0028] 前記 NMR検出用コイル 10の成形手順は限定されない。前記本体層 20の表裏両 面に前記被覆層 22を形成する被覆層形成工程が行われてから、両層 20, 22をまと めて筒状 (コイル状）に成形するコイル成形工程が行われてもよいし、逆に、本体層 2 0を筒状に成形する工程が行われてカゝら当該本体層 20の表裏両面に被覆層 22を積 層する工程が行われてもよい。
[0029] 成形後のコイルの端面 (例えば、前記図 1 (a)に示す NMR検出用コイル 10の上端 面 11や側部開口を囲む縁面 13)には、本体層 20を構成するアルミニウムが僅かに 露出する力 その露出面積は極めて微小であるため磁性に影響を与えず、よって、 本発明の効果が十分発揮されることを許容する。この端面に露出する本体層 20は他 の面と同様に被覆層 22によって覆われることも可能である。
[0030] 前記被覆層 22は、必ずしも本体層 20の表側面及び裏側面を全面にわたって被覆 するように形成されていなくてもよぐ本体層 20の部分的な露出を許容するものであ つてもよい。しかし、被覆層 22が本体層 20の表裏全面を覆うことは、より高い磁ィ匕率 相殺効果を実現するとともに、アルミニウム製の本体層 20の表面に酸ィ匕膜が形成さ れるのをより有効に抑止し、これにより、当該酸化膜の形成に起因する磁気特性の変 動をより確実に防ぐ。
[0031] 以上説明したように、本発明に係る磁気共鳴検出用コイルは、サンプルが挿入され るための空間を内側に形成する略筒状の周壁を備え、この周壁が、アルミニウムから なる本体層と、この本体層の表面を覆う被覆層とを含み、この被覆層は前記本体層を 形成するアルミニウムの磁ィ匕率と符号が反対の磁ィ匕率をもつ反磁性材料により構成 される。
[0032] この磁気共鳴検出用コイルでは、前記被覆層を構成する反磁性材料が、前記本体 層を構成するアルミニウムの磁ィ匕率を打ち消すことにより、コイル自身の磁ィ匕率を有 効に低減して精度の高い磁気共鳴実験を可能にする。さらに、前記被覆層は、アル ミニゥム力 なる本体層の表面を覆うことにより、当該本体層の表面が大気に触れる のを阻止して当該表面にアルミニウムの酸ィ匕膜が形成されるのを防ぎ、この酸ィ匕膜の 形成による磁気特性の影響を有効に抑止する。
[0033] さらに、前記本体層を構成するアルミニウムの磁化率と前記被覆層を構成する反磁 性材料の磁ィ匕率とが相殺されるように当該本体層と被覆層の体積比率が設定される ことにより、より優れた磁気特性を実現することが可能になる。
[0034] 前記被覆層は、前記本体層の表裏面のうちのいずれか一方の面を覆うものでもよ いが、当該被覆層として、側面を覆う層と前記本体層の裏側面を覆う層とを有するも の力 より好適である。このように本体層の表裏両面を覆う被覆層は、いずれか一方 の面のみを覆う被覆層に比べ、より高い磁化率相殺効果と、より高い酸化膜 (本体層 表面上の酸ィ匕膜)形成抑止効果とを発揮する。
[0035] 前記被覆層を構成する反磁性材料は、例えば銀、銅、ベリリウム等でもよ!/ヽが、特 に金が好適である。この金は、反磁性が高ぐこの金が構成する被覆層の前記本体 層に対する体積比率が低くても優れた磁化率打消し効果を発揮し得る。また、当該 金を用いた被覆層の形成は容易である。
[0036] 具体的に、この金が前記被覆層に用いられる磁気共鳴検出用コイルは、前記本体 層を構成するアルミニウムの表面に金を蒸着させ、または金メッキすることによって被 覆層を形成する被覆工程と、この被覆工程の前または後に前記本体層を筒状に成 形するコイル成形工程とを含む方法によって容易に製造されることができる。
[0037] 特に、前記被覆工程で金の蒸着が用いられる方法では、その蒸着時間の設定によ り、前記本体層を構成するアルミニウムの磁ィ匕率と前記被覆層を構成する反磁性材 料の磁化率とが相殺されるような本体層と被覆層の体積比率を正確かつ容易に得る ことが可能である。
実施例
[0038] A.本発明に係る NMR検出用コイルの製造について
前記図 1 (a) (b)に示すような NMR検出用コイル 10の製造のために、次の各工程 が実行される。
[0039] 1)本体層形成工程
前記本体層 20を構成する金属薄板として、 99. 99%のアルミニウム力 なる厚み 3 O /z mのアルミフオイルが用意される。このフオイルは、最終的に 50mm四方程度の 大きさを有するものとなっていればよい。ただし、当該フオイルが薄板材料から XY二 軸 NC加工機などで所定形状 (例えば図 1 (a)に示すコイルを展開した形状）に切り出 される場合には、前記金属薄板の大きさに余裕をみて 100mm四方程度の大きさの ものが用意されることが好ましい。
[0040] 2)被覆層形成工程 前記アルミフオイルの表裏両面に金を蒸着することによって被覆層 22が形成される oその前処理として、前記アルミフオイルの表面に形成されている酸化膜や付着物（ 空気中の有機物等）を除去すベぐ当該フオイルの表裏両面をスパッタ処理等で 5 μ mほど損耗させる処理が行われる。この処理は、前記アルミフオイルの厚みを 30 μ m - 5 ^ πι Χ 2 = 20 ^ mにする。このアルミフオイルを構成する高純度アルミニウムの磁 化率の絶対値と、被覆層 22を構成する金の磁化率の絶対値との比は約 2 : 3である ので、両磁ィ匕率の相殺のために、前記本体層 20の表裏両面にそれぞれ約 6. 7 m (表裏両側で約 13. 3 m)の厚みの被覆層 22が形成される。この被覆層 22の厚み は前記金の蒸着時間の管理によって正確かつ容易に実現される。
[0041] 前記高純度アルミニウムの磁ィ匕率と金の磁ィ匕率との相殺のためには、厳密には両 者の体積比率が考慮される必要がある。しかし、この実施例に係る NMR検出用コィ ル 10での各層の厚みは一定でかつ当該層の曲率 (すなわちコイル径）に比べて十 分小さいため、前記体積比率は層厚比に十分近似する。
[0042] 3)コイル成形工程
前記本体層 20及び被覆層 22が積層された板材を図 1 (a)に示すような筒状に丸め ることにより磁気共鳴検出用コイル 10が形成される。このコイル 10は、前記図 2 (b)に 示すような内側管 42と外側管 44との間に挟み込まれる。
[0043] B.本発明に係る NMR検出用コイルの効果について
下記の各種金属リング 1, 2, 3が模擬コイルとしてサンプルの一部に巻き付けられ、 その軸方向についての磁場強度分布が測定される。具体的には、 NMR装置におい て前記模擬コイルを挿入する前の状態で前記磁場強度が軸方向に均一となるように 超電導コイルが調整され、その後に各種コイルが挿入され、その挿入状態での磁場 強度が測定される。
[0044] 金属リング 1 (第 1実施例）：厚み 30 mのアルミニウム製本体層と、その表裏両面 を覆う厚み 10 mの金製被覆層とを有する。
[0045] 金属リング 2 (第 2実施例）：厚み 100 mのアルミニウム製本体層と、その表裏両面 を覆う厚み 30 μ mの銅製被覆層とを有する。
[0046] 金属リング 3 (比較例）：厚み 100 mの銅板のみによって構成される。 [0047] 前記測定の結果が図 3に示される。この図において、曲線 LI, L2, L3がそれぞれ 前記金属リング 1, 2, 3による磁場強度分布を示す。
[0048] 前記曲線 L1〜L3は、前記各例の効果の相違を明確に示している。比較例である 前記金属リング 3により形成される磁場強度分布には、前記曲線 L3 (—点鎖線）に示 されるように、当該金属リング 3を構成する銅の反磁性がそのまま反映される。従って 、当該分布は著しい負側の磁場ひずみを含む。これに対し、本発明の第 2実施例に 相当する金属リング 2による磁場強度分布では、前記曲線 L2 (破線）に示されるよう に、前記金属リング 3による磁場強度分布に比べて磁場ひずみが有効に低減される 。これは、前記銅の反磁性とアルミニウムの磁性との相殺によるものである。さらに、 本発明の第 1実施例に相当する金属リング 1は、前記曲線 L1に示されるように、前記 金属リング 2よりもさらに前記磁場ひずみが低減させる磁場強度分布を形成すること が可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 磁気共鳴検出用コイルであって、
サンプルが挿入されるための空間を内側に形成する略筒状の周壁を備え、 この周壁は、アルミニウムカゝらなる本体層と、この本体層の表面を覆う被覆層とを含 み、
この被覆層は、前記本体層を形成するアルミニウムの磁化率と符号が反対の磁ィ匕 率をもつ反磁性材料により構成される。
[2] 請求項 1記載の磁気共鳴検出用コイルにおいて、
前記本体層を構成するアルミニウムの磁ィ匕率と前記被覆層を構成する反磁性材料 の磁化率とが相殺されるように当該本体層と被覆層の体積比率が設定される。
[3] 請求項 1または 2記載の磁気共鳴検出用コイルにおいて、
前記被覆層として、前記本体層の表側面を覆う層と前記本体層の裏側面を覆う層と を有する。
[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載の磁気共鳴検出用コイルにおいて、
前記被覆層が金により構成される。
[5] 請求項 4記載の磁気共鳴検出用コイルを製造するための磁気共鳴検出用コイルの 製造方法であって、
前記本体層を構成するアルミニウムの表面に金を蒸着させ、または金メッキすること によって被覆層を形成する被覆工程と、
この被覆工程の前または後に前記本体層を筒状に成形するコイル成形工程と、を 含む。
[6] 請求項 5記載の磁気共鳴検出用コイルの製造方法にお 、て、
前記被覆工程では、前記本体層の表面に前記被覆層を構成するための金が蒸着 され、前記本体層を構成するアルミニウムの磁化率と前記被覆層を構成する金の磁 化率とが相殺されるような本体層と被覆層の体積比率が得られるように前記金の蒸着 時間が設定される。
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