JP4214736B2

JP4214736B2 - Ｍｒｉ用磁界発生装置

Info

Publication number: JP4214736B2
Application number: JP2002230890A
Authority: JP
Inventors: 雅昭青木; 順洋河瀬
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004065714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＭＲＩ用磁界発生装置に関し、より特定的には、複数層からなる磁極片が用いられるＭＲＩ用磁界発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来のＭＲＩ用磁界発生装置に用いられる磁極片１を示す。
磁極片１はベースプレート２を含む。ベースプレート２の一主面には、環状突起３および珪素鋼板の積層体４が形成され、磁極片１の積層体４の近傍には、位置情報を得るための傾斜磁界コイル（図示せず）が配置される。傾斜磁界コイルにパルス電流を通電して所望方向のパルス状傾斜磁界を発生させると、この傾斜磁界の影響によって磁極片１内に渦電流が発生する。
この磁極片１における渦電流を低減させる技術が、たとえば国際出願の国際公開ＷＯ９９−５２４２７号や特許第２５６１５９１号において提案されている。
【０００３】
国際公開ＷＯ９９−５２４２７号には、珪素鋼板の積層体からなる本体部と本体部の空隙対向面側に配置する磁性環状突起部とを効果的に組み合わせた磁極片を使用することにより、傾斜磁界コイルに流れるパルス電流の影響にて発生する磁極片内の渦電流を低減させる技術が開示されている。
特許第２５６１５９１号には、空隙側からソフトフェライト、積層珪素鋼板を積層させた磁極片を用いることによって、傾斜磁界コイルによる渦電流を低減させる技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
国際公開ＷＯ９９−５２４２７号に示すように、本体部を構成する珪素鋼板個々の大きさを全体的に小さくすれば、渦電流の電流路が細分化され、見かけ上の電気抵抗が増加し全体として渦電流が小さくなる。しかし、実際には、珪素鋼板を小さくする分、部品点数が増加し製造上のコストが増大するという問題がある。また、珪素鋼板の大きさを小さくすれば、接着剤の使用量が増えるために本体部における珪素鋼板の占積率が低下し、珪素鋼板の積層方向に直交する方向への透磁率が減少するため、傾斜磁界コイルによって発生した磁束がベースプレートにまで到達し易くなり、そのベースプレートにおいて渦電流が発生する。その結果、傾斜磁界の立ち上がり特性が悪化し、良好な画像が得られなくなる。そのため、渦電流を低減させようとして珪素鋼板を単純に細分化することは必ずしも得策ではない。
【０００５】
一方、特許第２５６１５９１号の技術では、ソフトフェライトの飽和磁化は相対的に（珪素鋼板より）低く、ソフトフェライトにおいて磁束が飽和しやすい。したがって、ソフトフェライトおよび積層珪素鋼板の積層部分における実質的な飽和磁化は小さくなり、その結果、傾斜磁界コイルによって発生した磁束が飽和しやすくなり、磁性体ベース（図６に示すベースプレート２に相当）をさらに設けた場合には当該磁束が磁性体ベースに達し渦電流が発生する。したがって、ソフトフェライトを設けてもあまり効果的ではない。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、製造コストの増大を招くことなく、磁極片に発生する渦電流を低減でき、傾斜磁界の立ち上がり特性を向上できる、ＭＲＩ用磁界発生装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載のＭＲＩ用磁界発生装置は、空隙を形成して対向する一対の磁極片を有し、空隙に磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置であって、磁極片は、空隙側中央部に突起部を有する表層部、および表層部によって空隙側の表面を覆われる深層部を含む積層体を備え、表層部および深層部はそれぞれ複数の珪素鋼板を含み、表層部の珪素鋼板の大きさは深層部の珪素鋼板の大きさの１０％以上５０％以下に設定されることを特徴とする。
請求項２に記載のＭＲＩ用磁界発生装置は、請求項１に記載のＭＲＩ用磁界発生装置において、表層部は各辺略５０ｍｍ以下の角形状の珪素鋼板を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載のＭＲＩ用磁界発生装置は、請求項１または２に記載のＭＲＩ用磁界発生装置において、表層部の厚みが積層体の厚みの１０％以上５０％以下に設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載のＭＲＩ用磁界発生装置では、積層体のうち空隙側に設けられる表層部を構成する珪素鋼板を小さくすることによって、渦電流の電流路が細分化され、見かけ上の電気抵抗が増加し、磁極片の空隙側表面付近の渦電流が小さくなる。一方、深層部を構成する珪素鋼板は比較的大きいので磁束が通過しやすい。したがって、傾斜磁界がベースプレートに到達するのを抑制でき、ベースプレートでの渦電流を抑制できる。このように表層部の珪素鋼板のみを小さくし、磁極片に使用する珪素鋼板の大きさを部分的に小さくすることによって、全体として渦電流を低減できるともに、部品点数がさほど増加しないので製造コストを抑制でき、また、傾斜磁界の立ち上がり特性を向上できる。
【００１０】
請求項２に記載のＭＲＩ用磁界発生装置では、製造・入手が容易な各辺略５０ｍｍ以下の角形状の珪素鋼板を用いることによって、積層体の表層部を容易に製造できる。
【００１１】
請求項３に記載のＭＲＩ用磁界発生装置では、表層部の電気抵抗を深層部の電気抵抗より大きく設定することによって、磁極片の空隙側表面付近の渦電流が小さくなる。また、表層部および深層部の飽和磁化が１．０Ｔ以上であるので、積層体全体の磁気飽和を防止することができる。したがって、傾斜磁界がベースプレートに到達するのを抑制でき、ベースプレートでの渦電流を抑制できる。また、部品点数を増やさなくてもよいので製造コストを抑制でき、さらに、傾斜磁界の立ち上がり特性を向上できる。
【００１２】
請求項４に記載するように、表層部の厚みを積層体の厚みの１０％以上５０％以下に設定することによって、磁極片の特に表面付近における渦電流をより効果的に抑制できるとともに、磁束が積層体を通過しやすくベースプレートにおける渦電流をさらに効果的に抑制できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に、この発明の一実施形態のＭＲＩ用磁界発生装置１０を示す。
ＭＲＩ用磁界発生装置１０は、開放型のＭＲＩ用磁界発生装置であり、空隙１２を形成できるように対向配置される一対の板状継鉄１４ａおよび１４ｂを含む。板状継鉄１４ａおよび１４ｂのそれぞれの対向面側にはたとえばＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石等の永久磁石１６ａおよび１６ｂが配置され、永久磁石１６ａおよび１６ｂのそれぞれの対向面側には、磁極片１８ａおよび１８ｂが固着される。磁極片１８ａおよび１８ｂのそれぞれの空隙１２側（対向面側）近傍には、画像信号に対して空隙１２内の位置情報を与えるための傾斜磁界コイル２０ａおよび２０ｂが配置される。傾斜磁界コイル２０ａおよび２０ｂは、通常、空隙１２内のＸ，Ｙ，Ｚの３方向に対応する３組のコイル群からなるが、図示は簡略化する。傾斜磁界コイル２０ａおよび２０ｂにパルス電流を通電することによって、台形波状に時間変化する所望方向の傾斜磁界が発生する。発生する傾斜磁界の強さ（傾斜度合い）は、通常、５ｍＴ／ｍ以上２０ｍＴ／ｍ以下に設定されるが、高速撮像するためには１０ｍＴ／ｍ以上に設定されることが好ましい。傾斜磁界の強度が大きいほど渦電流は発生し易くなる。
【００１５】
板状継鉄１４ａおよび１４ｂは一枚の板状の支持継鉄２２によって磁気的に結合される。すなわち、支持継鉄２２の上端面に板状継鉄１４ａの一端縁側下面が、支持継鉄２２の下端面が板状継鉄１４ｂの一端縁側上面にそれぞれ位置するように、支持継鉄２２が板状継鉄１４ａおよび１４ｂに接続される。したがって、板状継鉄１４ａおよび１４ｂと支持継鉄２２とはその接続部が略９０度の角度を有し側面視コ字状になるように接続される。
【００１６】
そして、板状継鉄１４ｂと支持継鉄２２との接続部内面側の両端にそれぞれ補強部材２４が形成される。同様に、板状継鉄１４ａと支持継鉄２２との接続部内面側の両端にそれぞれ補強部材２４が形成される。したがって、この実施の形態では、合計４個の補強部材２４が用いられ、板状継鉄１４ａと支持継鉄２２とが、板状継鉄１４ｂと支持継鉄２２とがそれぞれより強く固定される。
また、板状継鉄１４ｂの下面には、４つの脚部２６が取り付けられる。
【００１７】
図２を参照して、磁極片１８ｂについて説明する。
磁極片１８ｂは、純鉄や炭素鋼などのバルク材からなり磁性を有するベースプレート２８を含む。ベースプレート２８の対向面側には、磁極片１８ａおよび１８ｂ間で発生する磁界の均一化を図るために環状突起３０が形成される。環状突起３０は、断面矩形状の軟鉄からなる複数の環状突起片３０ａから構成される。各環状突起片３０ａ間に直径方向の間隙３２を形成することによって、環状突起３０に発生する渦電流を低減できる。
【００１８】
また、ベースプレート２８の対向面側には、積層体３４が設けられる。積層体３４は、空隙１２側から表層部３４ａおよび深層部３４ｂを有する。この実施形態では、積層体３４は、磁界分布の均一度向上を図るために中央部に凸状突起部を有する。
【００１９】
図３をも参照して、表層部３４ａは複数の珪素鋼板ブロック３６ａを絶縁性接着剤によって一体化して形成され、同様に、深層部３４ｂは複数の珪素鋼板ブロック３６ｂを絶縁性接着剤によって一体化して形成される。表層部３４ａを構成する珪素鋼板ブロック３６ａの大きさは、深層部３４ｂを構成する珪素鋼板ブロック３６ｂの大きさより小さく設定され、この実施形態では、珪素鋼板ブロック３６ａの典型的な大きさは、珪素鋼板ブロック３６ｂを４分割した大きさとなる。
【００２０】
珪素鋼板ブロック３６ａは複数の珪素鋼板３８ａを磁極片１８ａ，１８ｂの対向方向（空隙１２における磁界発生方向）に積層して絶縁性接着剤によって一体化して形成され、同様に、珪素鋼板ブロック３６ｂは複数の珪素鋼板３８ｂを磁極片１８ａ，１８ｂの対向方向（空隙１２における磁界発生方向）に積層して絶縁性接着剤によって一体化して形成される。珪素鋼板ブロック３６ａを構成する珪素鋼板３８ａの大きさは、珪素鋼板ブロック３６ｂを構成する珪素鋼板３８ｂの大きさより小さく設定され、この実施形態において典型的には、珪素鋼板３８ａの大きさは珪素鋼板３８ｂを４分割した大きさとなり、珪素鋼板３８ａおよび３８ｂは正方形状に形成される。珪素鋼板３８ａは各辺略５０ｍｍ以下の角形状に形成されることが好ましい。珪素鋼板３８ａの大きさは珪素鋼板３８ｂの大きさの１０％以上５０％以下に設定される。
【００２１】
表層部３４ａの厚みは積層体３４の厚みの１０％以上５０％以下に設定することが好ましく、この場合、磁極片１８ａ，１８ｂの特に表面付近における渦電流を効果的に抑制できる。また、磁束が積層体３４を通過し易くベースプレート２８における渦電流を効果的に抑制できる。たとえば、積層体３４の厚みを２０ｍｍとすると表層部３４ａの厚みは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定される。なお、珪素鋼板３８ａと３８ｂとの間に、珪素鋼板３８ａより大きく珪素鋼板３８ｂより小さい面積を有する珪素鋼板を設けてもよい。
磁極片１８ａについても磁極片１８ｂと同様に構成される。
【００２２】
ＭＲＩ用磁界発生装置１０によれば、傾斜磁界コイル２０ａ，２０ｂに近い側の珪素鋼板すなわち表層部３４ａを構成する珪素鋼板３８ａの大きさを小さくすることによって、渦電流の電流路が細分化され、見かけ上の電気抵抗が増加し、磁極片１８ａ，１８ｂの空隙１２側表面付近の渦電流が小さくなる。
一方、珪素鋼板３８ｂは比較的大きいので磁束は深層部３４ｂを通過しやすく、積層体３４全体の透磁率を高く保つことができる。
【００２３】
したがって、磁極片１８ｂ側では図４（ａ）に示すように、傾斜磁界コイル２０ｂによる磁束はベースプレート２８には流れず、あるいは流れたとしても少量にとどめることができる。磁極片１８ａ側においても同様に、傾斜磁界コイル２０ａによる磁束はベースプレート２８には流れず、あるいは流れたとしても少量にとどめることができる。
【００２４】
一方、図４（ｂ）に示すように、積層体４を構成する珪素鋼板を全体にわたって小さくすると、傾斜磁界コイルによって発生された磁束がベースプレート２にまで到達し易くなるので、ベースプレート２においてより大きな渦電流が発生する。
【００２５】
上述のように、一部分の珪素鋼板のみを小さくすることによって、製造コストを増大させることなく、磁極片１８ａおよび１８ｂにおける渦電流を低減でき、傾斜磁界の立ち上がりを速くでき、さらに、空隙１２における磁界均一性の悪化を抑えることができる。
【００２６】
特に、高速撮影と精細画像の取得とを目的として空隙に０．２５Ｔ以上の静磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置では、傾斜磁界も大きくなる（たとえば、１０ｍＴ／ｍ以上になる）ので、傾斜磁界コイルを環状突起の内側でかつベースプレートに近接して配置すると、渦電流がより発生しやすくなる。しかし、この発明によれば、このように構成され強い傾斜磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置であっても渦電流を抑制でき、効果的である。
【００２７】
また、製造・入手が容易な各辺略５０ｍｍ以下の角形状の珪素鋼板３８ａを用いることによって、積層体３４の表層部３４ａを容易に形成することができる。
【００２８】
ついで、他の実施形態において、表層部３４ａと深層部３４ｂとは別材料によって構成されてもよい。この場合、表層部３４ａを構成する材料の電気抵抗は深層部３４ｂを構成する材料の電気抵抗より大きく設定され、かつ表層部３４ａおよび深層部３４ｂの飽和磁化が１．０Ｔ以上に設定される。
【００２９】
たとえば、図５に示す材料のうち、鉄粉と樹脂との焼結体等からなる磁性複合材（比抵抗１×１０^-6Ω・ｍ、飽和磁化１．４Ｔ）を表層部３４ａに用いる場合には、珪素鋼板（比抵抗５．６×１０^-7Ω・ｍ、飽和磁化１．９７Ｔ）や純鉄（比抵抗１×１０^-7Ω・ｍ、飽和磁化２．１５Ｔ）を深層部３４ｂに用いることができる。また、珪素鋼板を表層部３４ａに用いる場合には、純鉄を深層部３４ｂに用いることができる。
【００３０】
表層部３４ａおよび深層部３４ｂにこのような材料を用い、表層部３４ａの電気抵抗を深層部３４ｂの電気抵抗より大きく設定することによって、磁極片１８ａおよび１８ｂの空隙１２側表面付近の渦電流が小さくなる。
【００３１】
また、表層部３４ａおよび深層部３４ｂの飽和磁化を１．０Ｔ以上とし、表層部３４ａとして飽和磁化がソフトフェライトより大きい材料を用いることによって、積層体３４全体の磁気飽和を防止することができる。したがって、傾斜磁界がベースプレート２８に到達するのを抑制でき、ベースプレート２８での渦電流を抑制できる。さらに、部品点数が増えないので製造コストを抑制でき、空隙１２における磁界均一性の悪化を抑制できる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、ＭＲＩ用磁界発生装置において全体として渦電流を低減できるともに、製造コストを抑制でき、また、傾斜磁界の立ち上がり特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図解図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】この発明に用いられる磁極片の一例を示す図解図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は要部拡大図解図である。
【図３】珪素鋼板ブロックの一例を示す斜視図である。
【図４】磁極片を通過する磁束を示す図解図であり、（ａ）は当該実施形態における磁束、（ｂ）は従来技術における磁束を示す。
【図５】各種材料の比抵抗および飽和磁化を示すテーブルである。
【図６】従来の磁極片を示す図解図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は要部拡大図解図である。
【符号の説明】
１０ＭＲＩ用磁界発生装置
１２空隙
１８ａ，１８ｂ磁極片
２０ａ，２０ｂ傾斜磁界コイル
２８ベースプレート
３４積層体
３４ａ表層部
３４ｂ深層部
３６ａ，３６ｂ珪素鋼板ブロック
３８ａ，３８ｂ珪素鋼板

Claims

空隙を形成して対向する一対の磁極片を有し、前記空隙に磁界を発生させるＭＲＩ用磁界発生装置であって、
前記磁極片は、前記空隙側中央部に突起部を有する表層部、および前記表層部によって前記空隙側の表面を覆われる深層部を含む積層体を備え、
前記表層部および前記深層部はそれぞれ複数の珪素鋼板を含み、前記表層部の珪素鋼板の大きさは前記深層部の珪素鋼板の大きさの１０％以上５０％以下に設定される、ＭＲＩ用磁界発生装置。
前記表層部は各辺略５０ｍｍ以下の角形状の珪素鋼板を含む、請求項１に記載のＭＲＩ用磁界発生装置。
前記表層部の厚みが前記積層体の厚みの１０％以上５０％以下に設定される、請求項１または２に記載のＭＲＩ用磁界発生装置。