特許 6369851 磁場発生装置及び磁場発生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6369851

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】磁場発生装置及び磁場発生方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20180730BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/055 331

   G01N24/00 590

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-42009(P2014-42009)

(22)【出願日】2014年3月4日

(65)【公開番号】特開2015-167576(P2015-167576A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2017年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】304027279

【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】505225348

【氏名又は名称】学校法人 足利工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100185225

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 恭一

(74)【代理人】

【識別番号】100186015

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 靖之

(72)【発明者】

【氏名】岡 徹雄

(72)【発明者】

【氏名】平山 絵梨

(72)【発明者】

【氏名】上原 翔

(72)【発明者】

【氏名】高橋 康宏

(72)【発明者】

【氏名】仲村 高志

(72)【発明者】

【氏名】横山 和哉

【審査官】 安田 明央

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２４８８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０４−５０４７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７４６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４３１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１９６１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１６９４０２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０６１１１４９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７２１９１４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０５５

Ｇ０１Ｎ ２４／００−２４／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１超電導バルク磁石を備える第１磁極部と、
第２超電導バルク磁石を備える第２磁極部と、を備え、
超電導状態において、前記第１超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第１磁極部の第１磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
超電導状態において、前記第２超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第２磁極部の第２磁極面に、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
前記第１磁極面と前記第２磁極面とは、対向して配置されており、
前記第１磁極面と前記第２磁極面との間の距離を変化させる距離可変機構を備えることを特徴とする磁場発生装置。

【請求項2】

前記第１磁極部は、前記第１超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成する磁場遮蔽部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載の磁場発生装置。

【請求項3】

前記第１磁極部は、前記第１超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成する消磁コイルを備えることを特徴とする、請求項１に記載の磁場発生装置。

【請求項4】

前記第１超電導バルク磁石に捕捉された磁場が、前記凹型形状の磁場分布を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁場発生装置。

【請求項5】

前記第１超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項４に記載の磁場発生装置。

【請求項6】

前記第１超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項４に記載の磁場発生装置。

【請求項7】

前記第１超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、
前記第１超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項４に記載の磁場発生装置。

【請求項8】

前記第１磁極面及び前記第２磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の磁場発生装置。

【請求項9】

超電導状態において、第１超電導バルク磁石から発生する磁場は、第１磁極部の第１磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
超電導状態において、第２超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第１磁極面と対向して配置された第２磁極部の第２磁極面に、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、
前記第１磁極面と前記第２磁極面との間の距離を、距離可変機構により変化させて、前記第１磁極面と前記第２磁極面との間で均一な磁場分布を有する所定平面の位置を設定することを特徴とする磁場発生方法。

【請求項10】

磁場遮蔽部材により、前記第１超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項９に記載の磁場発生方法。

【請求項11】

消磁コイルにより、前記第１超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項９に記載の磁場発生方法。

【請求項12】

前記第１超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項９に記載の磁場発生方法。

【請求項13】

前記第１超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項９に記載の磁場発生方法。

【請求項14】

前記第１超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、
前記第１超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することを特徴とする、請求項９に記載の磁場発生方法。

【請求項15】

前記第１磁極面及び前記第２磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であって、
前記第１磁極面と前記第２磁極面との間の中心軸方向の距離を、前記距離可変機構により変化させて、前記第１磁極面と前記第２磁極面との間で均一な磁場分布を有する、前記中心軸方向と直交する前記所定平面を特定する、請求項９乃至１４のいずれか１つに記載の磁場発生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁場発生装置及び磁場発生方法に関し、特に、高温超電導バルク磁石を用いた磁場発生装置及び磁場発生方法に関する。

【背景技術】

【0002】

核磁気共鳴現象を利用した分析技術や画像診断技術が既に実用化されており、近年その利用が増加している。これら技術を利用した装置として、核磁気共鳴分析装置（以下、単に「ＮＭＲ分析装置」と記載する。「ＮＭＲ」とは「Nuclear Magnetic Resonance」の略称である。）や磁気共鳴画像装置（以下、単に「ＭＲＩ装置」と記載する。「ＭＲＩ」とは「Magnetic Resonance Imaging」の略称である。）などがあり、これらの装置には、均一な磁場空間を利用した磁場発生装置が用いられている。

【0003】

特許文献１には、静磁場発生領域に均一な静磁場を発生させるための超電導コイルと、前記静磁場発生領域に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルと、前記静磁場発生領域に挿入された被検者に高周波磁場を照射する高周波数照射手段と、該高周波数照射手段からの外部への高周波数磁場を遮蔽する高周波数シールド手段とを含むＭＲＩ装置が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、２つの高温超伝導バルク材を着磁させ、ヘルムホルツコイルと同様に平行かつ同軸に配置させることにより、２つの高温超伝導バルク材の中間に均一な高磁場を発生させる均一磁場発生方法が開示されている。

【0005】

特許文献３には、長手方向に均一な静磁場を生成するための超電導コイルと、測定容積からのＮＭＲ信号を受信するための１つ以上の超伝導素子を有するラジオ周波数共振器とを含むＮＭＲ分光器であって、該ラジオ周波数共振器の超伝導素子に作用する、該均一磁場に対して横方向の磁場成分を一定に保つ安定化デバイスが設けられたＮＭＲ分光器が開示されている。

【0006】

特許文献４には、被検体の置かれる空間に均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記空間に被検体を搬入・搬出する搬送手段とを備え、前記被検体の断層画像を得るＭＲＩ装置において、前記静磁場発生手段は、前記空間の上下に配置された磁場発生源と、上下の磁場発生源を所定の間隔を持って保持する少なくとも１つの構造体と、前記空間の中心を示す複数のガイド手段とを備え、前記ガイド手段の少なくとも１つは前記均一磁場空間の中心を明示する開放型ＭＲＩ装置が開示されている。また、特許文献４の性静磁場発生手段は、上下一対の永久磁石を備えることが開示されている。

【0007】

特許文献５には、真空容器内で超伝導遷移温度以下に冷却される中空円筒状の超伝導バルク体に磁場を捕捉させて該超伝導バルク体の中空部に磁場を発生させる磁場発生装置において、前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体を軸方向に着磁したときに、軸方向中央部よりも臨界電流密度が高くなる領域が軸方向両端部側に形成されるように構成されている磁場発生装置が開示されている。

【0008】

特許文献６には、永久電流を超電導コイルに循環させて撮像領域に均一磁場を発生させる一対の静磁場発生部と、前記撮像領域に傾斜磁場を発生させる一対の傾斜磁場発生部と、を備えるＭＲＩ装置において、前記静磁場発生部は、前記超電導コイル及びこの超電導コイルを冷却する冷媒を少なくとも収容する冷媒容器と、前記傾斜磁場発生部を前記撮像領域に対向するように固定する対向部材及び支持部材により少なくとも形成されるとともに前記冷媒容器を真空状態で保持する真空容器と、を有し、前記対向部材又は少なくともその一部が、前記支持部材と材質が同じであって剛性が同じであると仮定される平板部材に対比して、周回方向の電気抵抗が大きくなるように構成されているＭＲＩ装置が開示されている。

【0009】

特許文献７には、対向配置され、間に均一磁場領域を形成する１対の静磁場発生源と、前記静磁場発生源の対向面側に均一磁場領域を挟んで対向配置された１対の傾斜磁場コイルを備え、前記傾斜磁場コイルを収容する窪みを有し、当該窪み内に前記傾斜磁場コイルの配線材を収納したＭＲＩ装置であって、前記傾斜磁場コイルの配線材は、前記傾斜磁場コイルの近傍の導体に所望の渦電流を流すように形状及び／または配置が調整されているＭＲＩ装置が開示されている。また、特許文献７の静磁場発生源は、超電導磁石、常電導磁石又は永久磁石が用いられ、超電導磁石は、超電導材料をコイル形状に巻いた超電導コイルを、ステンレス、又はグラスファイバー強化プラスチック製のクライオ容器にすることが開示されている。

【0010】

特許文献８には、撮影対象を載置する載置空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、均一磁場が形成される撮影領域に対し方向を切り替えながら傾斜磁場を重畳させる傾斜磁場発生手段と、前記傾斜磁場発生手段の配置空間に開口部が設けられる連通部に接続する容量部を有する消音手段と、を備えるＭＲＩ装置が開示されている。また、特許文献８の静磁場発生手段は、巻回される螺旋コイルに電流を流して誘導磁場を発生させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開平１１−９５７２号公報

【特許文献2】特開２００２−１４３１２０号公報

【特許文献3】特開２００３−１９４９０４号公報

【特許文献4】特開２００３−２９０１７３号公報

【特許文献5】特開２００７−１２９１５８号公報

【特許文献6】特開２００８−１２５８９５号公報

【特許文献7】特開２００９−２６１４２２号公報

【特許文献8】特開２０１１−０１５８５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上述した特許文献１、３及び６〜８に開示の磁場発生装置は、静磁場を発生させるための手段として、超電導コイルを用いるものである。超電導コイルを用いた磁場発生装置は、均一な磁場空間を広く確保し易い反面、超電導コイルを冷却する多量の液体ヘリウムが必要となるため、超電導コイル及び液体ヘリウムを含む装置全体が大型化してしまうという問題がある。

【0013】

特許文献４に開示の開放型ＭＲＩ装置は、静磁場を発生させる手段として、永久磁石を用いるものである。静磁場を発生させるための手段として永久磁石を用いた磁場発生装置は、超電導コイルを用いる磁場発生装置と比較して、液体ヘリウムの使用をなくすことができるが、永久磁石が発生する磁場が弱いという問題がある。

【0014】

これに対して、特許文献２及び５には、静磁場を発生させるための手段として、超電導体が塊状に形成された超電導バルク磁石を用いることが開示されている。超電導バルク磁石を用いた磁場発生装置は、静磁場を発生させるための手段として超電導コイルや超電導マグネット（超電導線材をコイルに巻いた磁石）を用いた磁場発生装置と比較して、液体ヘリウムの使用量を低減又は不要にすることができると共に、静磁場を発生させるための手段として永久磁石を用いた磁場発生装置と比較して、超電導バルク磁石により強い磁場を発生させることができる。

【0015】

ところで、特許文献５に開示の磁場発生装置は、中空円筒状の超電導バルク体の中空部に均一磁場を発生させるものであるため、例えば測定対象となる試料の形状や大きさ等によっては、均一磁場空間に測定部位を設置することが難しい場合がある。

【0016】

特許文献２に開示の均一磁場発生方法は、着磁した２つの高温超伝導バルク材を平行かつ同軸に配置させることにより、２つの高温超伝導バルク材の中間に均一な高磁場を発生させるものであって、試料を設置する空間の周囲が囲まれていないという点において、特許文献５に開示の磁場発生装置と比較して、試料の測定部位の設置が容易となり得るものである。

【0017】

しかしながら、中央部の磁束密度が最大となる傾斜磁場が形成された２つの高温超伝導バルク材を平行かつ同軸に配置させるものであるため、２つの高温超電導バルク材の中間位置にしか均一な高磁場を発生させることができず、磁場発生装置の設計自由度に欠けるという問題がある。

【0018】

本発明の目的は、上記問題に鑑み、均一な磁場空間の位置について設計自由度を向上させるような磁場分布を有する磁場を発生する、高温超電導バルク磁石を用いた磁場発生装置及び磁場発生方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明の第１の態様としての磁場発生装置は、超電導バルク磁石を備える磁極部を備え、超電導状態において、前記超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記磁極部の磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成することを特徴とするものである。

【0020】

本発明の１つの実施形態として、前記磁極部は、前記超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成する磁場遮蔽部材を備えることが好ましい。

【0021】

本発明の１つの実施形態として、前記磁極部は、前記超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成する消磁コイルを備えることが好ましい。

【0022】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石に捕捉された磁場が、前記凹型形状の磁場分布を有することが好ましい。

【0023】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0024】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0025】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、前記超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0026】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を第１超電導バルク磁石とし、前記磁極面を第１磁極面とし、前記磁極部を第１磁極部とした場合に、第２超電導バルク磁石を備える第２磁極部を更に備え、超電導状態において、前記第２超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第２磁極部の第２磁極面に、凸型形状又は凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、前記第１磁極面と前記第２磁極面とは、対向して配置されていることが好ましい。

【0027】

本発明の１つの実施形態として、前記第２磁極面に生成される磁場は、凸型形状の磁場分布を有し、前記第１磁極面と前記第２磁極面との間の距離を変化させる距離可変機構を備えることが好ましい。

【0028】

本発明の１つの実施形態として、前記第１磁極面及び前記第２磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であることが好ましい。

【0029】

本発明の第２の態様としての磁場発生方法は、超電導状態において、超電導バルク磁石から発生する磁場は、磁極部の磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成することを特徴とするものである。

【0030】

本発明の１つの実施形態として、磁場遮蔽部材により、前記超電導バルク磁石から発生する磁場の一部を遮蔽し、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0031】

本発明の１つの実施形態として、消磁コイルにより、前記超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0032】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、ゼロ磁場冷却法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0033】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、パルス着磁法により、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0034】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石は、中央に孔を区画するリング形状であり、前記超電導バルク磁石を冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から励磁することにより、前記凹型形状の磁場分布を形成することが好ましい。

【0035】

本発明の１つの実施形態として、前記超電導バルク磁石を第１超電導バルク磁石とし、前記磁極面を第１磁極面とし、前記磁極部を第１磁極部とした場合に、第２超電導バルク磁石を備える第２磁極部を更に備え、超電導状態において、第２超電導バルク磁石から発生する磁場は、前記第１磁極面と対向して配置された第２磁極部の第２磁極面に、凸型形状又は凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成することが好ましい。

【0036】

本発明の１つの実施形態として、前記第２磁極面に生成される磁場は、凸型形状の磁場分布を有し、前記第１磁極面及び前記第２磁極面は、中心軸線が一致する略円形状の平面であって、前記第１磁極面と前記第２磁極面との間の中心軸方向の距離を、距離可変機構により変化させて、前記第１磁極面と前記第２磁極面との間で均一な磁場分布を有する、前記中心軸方向と直交する所定平面を特定することが好ましい。

【発明の効果】

【0037】

本発明によると、均一な磁場空間の位置について設計自由度を向上させるような磁場分布を有する磁場を発生する、高温超電導バルク磁石を用いた磁場発生装置及び磁場発生方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の一実施形態としての磁場発生装置を示す図である。

【図2】図１に示す磁場発生装置のうち、第１超電導バルク磁石、第２超電導バルク磁石及び磁性体板を抜き出して示した概略図である。

【図3】図３（ａ）は、第１超電導バルク磁石の表面からの中心軸方向Ｐの距離に対する磁束密度の分布を示すグラフである。図３（ｂ）は、磁場空間での測定面と測定方位とを模式的に示した図である。

【図4】複数の磁石間距離ごとの、第１超電導バルク磁石の表面からの距離に応じた磁場均一性を示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態としての磁場発生装置を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態としての磁場発生装置を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態としての磁場発生装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明に係る磁場発生装置及び磁場発生方法の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

【0040】

＜実施形態１＞
まず、本発明に係る磁場発生装置の１つの実施形態としての磁場発生装置１について説明する。図１は、磁場発生装置１を示す図である。磁場発生装置１は、一対の磁極部２と、この一対の磁極部２間の距離を変化させる距離可変機構３と、一対の磁極部２のうち少なくとも一方を距離可変機構３に固定する固定部４と、を備える。

【0041】

一対の磁極部２それぞれは、高温超電導バルク磁石（以下、単に「超電導バルク磁石」と記載する。）と、超電導バルク磁石を真空状態で内包する真空容器と、超電導バルク磁石を冷却する冷却器と、この冷却器を駆動する圧縮器と、各磁極部の外表面の少なくとも一部により構成される磁極面と、を備える。

【0042】

本実施形態の一対の磁極部２は、第１磁極部５と、第２磁極部６とを備える。具体的に、本実施形態の第１磁極部５は、第１高温超電導バルク磁石７ａ（以下、単に「第１超電導バルク磁石７ａ」と記載する。）と、この第１超電導バルク磁石７ａを真空状態で内包する第１真空容器８ａと、第１超電導バルク磁石７ａを冷却する第１冷却器９ａと、この第１冷却器９ａを駆動する第１圧縮器１０ａと、第１磁極部５の外表面の一部により構成され、第２磁極部６の第２磁極面１１ｂと対向する第１磁極面１１ａと、を備える。

【0043】

本実施形態の第２磁極部６は、第２高温超電導バルク磁石７ｂ（以下、単に「第２超電導バルク磁石７ｂ」と記載する。）と、この第２超電導バルク磁石７ｂを真空状態で内包する第２真空容器８ｂと、第２超電導バルク磁石７ｂを冷却する第２冷却器９ｂと、この第２冷却器９ｂを駆動する第２圧縮器１０ｂと、第２磁極部６の外表面の一部により構成され、第１磁極部５の第１磁極面１１ａと対向する第２磁極面１１ｂと、を備える。

【0044】

以下、磁場発生装置１の各構成、特徴部について詳細に説明する。

【0045】

［第１磁極部５］
第１磁極部５の第１超電導バルク磁石７ａは、溶融法によって塊状に合成された、希土類１２３系の超電導体である。第１超電導バルク磁石７ａは、第１真空容器８ａ中の真空断熱下で、第１冷却器９ａによって冷却されて、超電導状態とされる。この超電導状態において、パルス着磁法によって磁場を印加して、第１超電導バルク磁石７ａに磁場を捕捉させることにより、強磁場を安定的に発生することができる。

【0046】

第１超電導バルク磁石７ａは、略円柱状の外形を有しており、第１超電導バルク磁石７ａの中心軸Ｏａの軸方向Ｐａ（以下、単に「第１磁石軸方向Ｐａ」と記載する。）における一方の底面が第１冷却器９ａに接続されている。また、第１超電導バルク磁石７ａの第１磁石軸方向Ｐａにおける他方の底面は、第１磁極面１１ａと対向している。

【0047】

図１に示すように、本実施形態の第１超電導バルク磁石７ａは、第１真空容器８ａ内において、真空断熱層１２ａを介して、第１磁極面１１ａと対向する位置に配置されている。従って、本実施形態の第１超電導バルク磁石７ａは、真空断熱層１２ａによって、第１磁極面１１ａから断熱され、この真空断熱下で、第１圧縮器１０ａによって駆動された第１冷却器９ａにより冷却される。ここで、真空断熱層１２ａを、後述する第２磁極部６の真空断熱層１２ｂと区別するために、以下、「第１真空断熱層１２ａ」と記載する。

【0048】

なお、第１超電導バルク磁石７ａに磁場を捕捉させる方法としては、上述した方法に限らず、例えば、第１超電導バルク磁石７ａを超電導マグネットによる磁場中に曝し、その後に第１超電導バルク磁石７ａを冷却することによって超電導状態とし、強磁場を捕捉させるようにしてもよい。

【0049】

第１真空容器８ａは、略円柱状の中空部を区画している。この中空部には、上述した第１超電導バルク磁石７ａと、第１冷却器９ａのうち第１超電導バルク磁石７ａと接触して第１超電導バルク磁石７ａを冷却する冷却部１３ａと、第１真空容器８ａの中空部における冷却部１３ａの位置を固定する断熱性樹脂材１４ａと、が内包されている。なお、第１冷却器９ａの冷却部１３ａを、後述する第２冷却器９ｂの冷却部１３ｂと区別するために、以下、「第１冷却部１３ａ」と記載する。同様に、上述の断熱性樹脂材１４ａについても、以下、「第１断熱性樹脂材１４ａ」と記載する。

【0050】

略円筒状の第１真空容器８ａの中心軸方向（本実施形態では第１磁石軸方向Ｐａと同じ方向）において、一方の底面側（図１において右側）に第１磁極面１１ａが形成され、他方の底面側（図１において左側）に板状の固定部４が取り付けられている。第１断熱性樹脂材１４ａは、第１冷却部１３ａの外壁と第１真空容器８ａの内壁との間、及び第１冷却部１３ａの外壁と板状の固定部４の外壁との間に介在し、第１真空容器８ａ内での第１冷却部１３ａの位置を固定する。なお、第１真空容器８ａ内は、真空ポンプ及び真空配管を用いて減圧される。

【0051】

第１冷却器９ａは、上述した第１冷却部１３ａと、この第１冷却部１３ａと接続された冷却器本体１５ａと、を備える。冷却器本体１５ａは、第１冷却部１３ａを冷却する。そして、冷却器本体１５ａに冷却された第１冷却部１３ａが、これと固着された第１超電導バルク磁石７ａを冷却する。なお、第１冷却器９ａの冷却器本体１５ａを、後述する第２冷却器９ｂの冷却器本体１５ｂと区別するために、以下、「第１冷却器本体１５ａ」と記載する。

【0052】

また、第１冷却器９ａは、ギフォード・マクマホンサイクル（ＧＭサイクル）極低温冷凍機、スターリングサイクル極低温冷凍機、パルス管式極低温冷凍機のいずれか、又はその組み合わせであることが好ましい。第１超伝導バルク磁石７ａは、第１冷却器９ａによって、１０〜８０Ｋに真空断熱下の第１磁極部５内で冷却され、磁場中での冷却又はパルス着磁法によって、磁場を捕捉し、発生する。なお、本実施形態の第１冷却器９ａは、極低温冷凍機である、ギフォード・マクマホン冷凍機（ＧＭ冷凍機）であり、第１冷却部１３ａ及び第１超電導バルク磁石７ａが約３０〜３５Ｋに冷却されて、第１超電導バルク磁石７ａは超電導状態となる。

【0053】

このように、本実施形態の第１磁極部５は、静磁場を発生するための手段として第１超電導バルク磁石７ａを用いることにより、第１冷却器９ａとして液体ヘリウムを使用しない構成としているため、超電導コイルを用いる場合と比較して、小型軽量で安価な磁場発生装置１を実現することができる。

【0054】

ここで、本実施形態の第１磁極部５は、第１超電導バルク磁石７ａから発生する磁場の一部を遮蔽し、凹型形状の磁場分布を形成する磁場遮蔽部材としての磁性体板１７を備える。本実施形態の第１磁極面１１ａは、磁場遮蔽部材としての磁性体板１７の外表面により構成されている。すなわち、本実施形態では、磁性体板１７が、第１真空容器８ａの一方の底面である磁極１６ａに取り付けられている。磁場遮蔽部材としての磁性体板１７の詳細は後述する（図２参照）。なお、第１磁極部５の磁極１６ａを、後述する第２磁極部６の磁極１６ｂと区別するために、以下、「第１磁極１６ａ」と記載する。

【0055】

［第２磁極部６］
第２磁極部６は、上述した第１磁極部５と比較して、上述した磁場遮蔽部材としての磁性体板１７を備えない点で相違しており、その他の構成は同様である。従って、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施形態では、第２真空容器８ｂの１つの底面である磁極１６ｂが、第２磁極部６の第２磁極面１１ｂを構成する。また、第２磁極部６の真空断熱層１２ｂ、冷却部１３ｂ、断熱性樹脂材１４ｂ、冷却器本体１５ｂ、磁極１６ｂ、及び第２超電導バルク磁石７ｂの中心軸Ｏｂの軸方向Ｐｂを、第１磁極部５の対応構成及び対応方向と区別するために、以下、「第２真空断熱層１２ｂ」、「第２冷却部１３ｂ」、「第２断熱性樹脂材１４ｂ」、「第２冷却器本体１５ｂ」、「第２磁極１６ｂ」、及び「第２磁石軸方向Ｐｂ」と記載する。

【0056】

なお、上述したように、第２磁極部６の各構成は、磁性体板１７の有無を除いて第１磁極部５の各構成と同様であるが、第２磁極部６の向きは、第１磁極部５の向きと異なる。すなわち、第２磁極部６は、第１磁極部５と対向して配置されている。より具体的に、第１磁極部５の略円柱状の第１超電導バルク磁石７ａの中心軸Ｏａの軸線と、第２磁極部６の略円柱状の第２超電導バルク磁石７ｂの中心軸Ｏｂの軸線とが一致するように、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとが空隙を挟んで対向して配置されている。なお、本実施形態の第１磁極面１１ａ及び第２磁極面１１ｂは、略円形状の平面であり、第１磁極面１１ａ及び第２磁極面１１ｂの各中心軸線も、第１及び第２超電導バルク磁石７ａ及び７ｂの中心軸Ｏａ及びＯｂの軸線と一致する。そして、本実施形態では、第１磁極部５の第１磁極面１１ａと第２磁極部６の第２磁極面１１ｂとの間の所定位置で、中心軸方向Ｐ（第１磁石軸方向Ｐａ及び第２磁石軸方向Ｐｂと同じ方向）に直交する平面に、磁場分布が一様な均一磁場平面を形成する。

【0057】

［距離可変機構３］
距離可変機構３は、対向する、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間の距離を変化させることができる機構である。具体的に、本実施形態の距離可変機構３は、固定台座１８に固定された移動軸１９と、この移動軸１９に沿って移動軸１９の軸方向Ｐに移動可能な移動部２０と、を備える。移動軸１９は、上述の第１及び第２超電導バルク磁石７ａ及び７ｂの中心軸Ｏａ及びＯｂと平行して延在している。従って、移動体２０は、固定台座１８上を、中心軸方向Ｐに移動することができる。より具体的に、移動体２０は固定部４と固定されているため、移動体２０が移動軸１９の中心軸方向Ｐに移動すると、第１磁極部５及び第２磁極部６の少なくとも一方が、移動体２０と共に移動軸１９の中心軸方向Ｐに移動する。

【0058】

本実施形態の距離可変機構３は、第１磁極部５を中心軸方向Ｐに移動可能な第１移動機構２１ａと、第２磁極部６を中心軸方向Ｐに移動可能な第２移動機構２１ｂと、を備える。具体的に、第１移動機構２１ａは、第１移動軸１９ａと、この第１移動軸１９ａの中心軸方向Ｐに沿って移動可能であると共に、第１固定部４ａに固定された第１移動体２０ａと、を備える。また、第２移動機構２１ｂは、第２移動軸１９ｂと、この第２移動軸１９ｂの中心軸方向Ｐに移動可能であると共に、第２固定部４ｂに固定された第２移動体２０ｂとを備える。従って、本実施形態では、第１移動機構２１ａ及び第２移動機構２１ｂのいずれか一方又は両方を移動させることにより、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間の中心軸方向Ｐにおける距離を変化させることができる。なお、第１固定部４ａは、第１磁極部５に固定されており、第２固定部４ｂは、第２磁極部６に固定されている。

【0059】

また、図１に示す平面７０は、第１磁極部５と第２磁極部６との中心軸方向Ｐにおける距離を最大にした場合の、第１超電導バルク磁石７ａ及び第２超電導バルク磁石７ｂの各対向面の中心軸方向Ｐにおける中間を示す、中心軸方向Ｐに直交する平面（以下、単に「中間平面７０」と記載する。）である。第１磁極部５及び第２磁極部６は、この中間平面７０を挟んで中心軸方向Ｐに移動可能である。

【0060】

本実施形態の距離可変機構３は、上述した構成を備えることにより、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間の中心軸方向Ｐの距離を変化させて、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間で均一な磁場分布を有する、中心軸方向Ｐと直交する所定平面を特定することができる。この所定平面である磁場均一面２２については後述する。

【0061】

［固定部４］
固定部４は、上述した一対の磁極部２の少なくとも一方を、上述した距離可変機構３に固定する。本実施形態の固定部４は、第１磁極部５を第１移動機構２１ａの第１移動体２０ａに固定する第１固定部４ａと、第２磁極部６を第２移動機構２１ｂの第２移動体２０ｂに固定する第２固定部４ｂと、を備える。なお、本実施形態の第１固定部４ａ及び第２固定部４ｂは、それぞれ、略円筒状の第１真空容器８ａ及び第２真空容器８ｂの１つの底面側に取り付けられた、又は一体で形成された板状フランジ部により構成されている。

【0062】

［第１磁極面１１ａ及び第２磁極面１１ｂに形成される磁場について］
上述したように、第１磁極部５と第２磁極部６とは、磁極面の構成が相違しており、超電導状態において第１磁極面１１ａに形成される磁場の磁場分布と、同状態において第２磁極面１１ｂに形成される磁場の磁場分布とが異なる。本実施形態では、超電導状態において、第１超電導バルク磁石７ａから発生する磁場は、磁性体板１７にその一部を遮蔽されて、第１磁極部５の第１磁極面１１ａに、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成する。また、超電導状態において、第２超電導バルク磁石７ｂから発生する磁場は、第２磁極部６の第２磁極面１１ｂに、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成する。

【0063】

図２は、図１に示す磁場発生装置１のうち、第１超電導バルク磁石７ａ、第２超電導バルク磁石７ｂ及び磁場遮蔽部材としての磁性体板１７を抜き出して示した図である。図２に示すように、本実施形態の磁性体板１７は、第１超電導バルク磁石７ａと、第２超電導バルク磁石７ｂとの間に介在している。より具体的に、本実施形態の磁性体板１７は、略円形扁平状の外形を有し、その中心軸線が、略円柱状の第１超電導バルク磁石７ａ及び第２超電導バルク磁石７ｂの中心軸Ｏａ及びＯｂの軸線と一致するように、第１超電導バルク磁石７ａ及び第２超電導バルク磁石７ｂの間に配置されている。

【0064】

また、本実施形態の磁性体板１７は、第１超電導バルク磁石７ａに近接するように設けられている。具体的に、本実施形態の磁性体板１７は、第１真空容器８ａのうち、第２磁極部６側の底面の外壁に取り付けられることにより、第１超電導バルク磁石７ａに対して近接するように配置されると共に、第１磁極部５の第１磁極面１１ａを構成し、第２超電導バルク磁石７ｂと対向する。

【0065】

本実施形態の磁性体板１７は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standardの略称）規格のＳＳ４００の鉄板であり、厚さ２ｍｍ、直径７８ｍｍの、第１超電導バルク磁石７ａの磁底面をほぼ覆う大きさである。また、本実施形態の第１超電導バルク磁石７ａは、０．８８Ｔ（テスラ）のＮ極に、第２超電導バルク磁石７ｂは、０．８８Ｔ（テスラ）のＳ極に着磁されており、図１に概略的に示すように、第１超電導バルク磁石７ａから第２超電導バルク磁石７ｂに向かう磁力線２４が形成される。

【0066】

図２には、第１超電導バルク磁石７ａ、第２超電導バルク磁石７ｂ及び磁場遮蔽部材としての磁性体板１７により形成される磁場均一面２２を示す。図２に示すように、本実施形態の磁場均一面２２は、中間平面７０よりも第１磁極部５側の位置に形成される。磁場均一面２２がこのような位置に形成される磁場分布は、第１磁極面１１ａ及び第２磁極面１１ｂそれぞれに形成される磁場の磁場分布を工夫することにより実現可能である。図２において、第１超電導バルク磁石７ａから発生し、第１磁極部５の第１磁極面１１ａとしての磁性体板１７表面に形成される磁場の磁場分布２３ａと、第２超電導バルク磁石７ｂから発生し、第２磁極部６の第２磁極面１１ｂに形成される磁場の磁場分布２３ｂと、を示す。なお、図２において示す磁場分布２３ａ及び２３ｂは、第１及び第２磁極面１１ａ及び１１ｂに形成される磁場分布を模式的に示したものである。また、図２では、理解を容易にするために、第１及び第２超電導バルク磁石７ａ及び７ｂそれぞれの中心軸方向Ｐに向けて磁場強度を示している。なお、図２の第１磁極部５においては、右方向が、Ｎ極からＳ極へ向かう磁場強度を示す。第２磁極面１１ｂの磁場分布２３ｂでは、左方向に磁場強度を示す。

【0067】

図２に示すように、本実施形態では、第１磁極面１１ａに形成される磁場の磁場分布２３ａと、第２磁極面１１ｂに形成される磁場の磁場分布２３ｂとが異なる。十分に着磁された超電導バルク磁石の磁場分布は、第２磁極面１１ｂの磁場分布２３ｂに示すように、磁極面の中央部が最大となる凸型形状の磁場分布を呈する。本実施形態の第２磁極面１１ｂでは、全体が単一の円錐状の磁場分布を呈する。これに対して、第１磁極部５には磁性体板１７があるため、第１超電導バルク磁石７ａから発生した磁場は、その一部が遮蔽されて、その外部へと漏れだす磁場は、図２に示す磁場分布２３ａのように凹型形状の磁場分布となる。磁場分布２３ａ及び２３ｂそれぞれは、第１磁極面１１ａ及び第２磁極面１１ｂから中心軸方向Ｐへの距離が離れるにつれて平坦化されるが、凹型形状の磁場分布２３ａと、凸型形状の磁場分布２３ｂが重畳し、磁場均一面２２でその磁場均一性が最高となる。

【0068】

図３（ａ）は、第１磁極１６ａと第２磁極１６ｂとの間の距離（磁極間距離）を５０ｍｍとしたときの、第１磁極１６ａからの中心軸方向Ｐにおける距離に対する磁束密度の分布を示す実験結果である。第１磁極１６ａからの距離が離れるにつれて凹型形状の磁場分布は凸型形状に変化する。凹型形状の磁場分布を有する位置から凸型形状の磁場分布となる位置までの間である、距離が１１ｍｍの位置で最良の磁場分布である４９３ｐｐｍが得られた。図３（ｂ）は、この磁場空間での測定面と測定方位とを模式的に示したものである。図３（ｂ）におけるｚ軸方向は、中心軸方向Ｐと同じ方向である。磁場分布は超電導バルク磁石の中心軸上の点の磁束密度を、その点からｘ軸方向（ｚ軸に直交する方向）に中心点を含めて４ｍｍの範囲で評価し、ホールセンサーによる測定値をもとに得た回帰曲線にフィッティングした値の範囲から求めた。なお、磁束密度の値は空間の３軸を自乗平均して絶対値で表わした。この結果を以下の表１に示す。

【0069】

【表1】

【0070】

図４は、磁極間距離を３０ｍｍ、５０ｍｍ及び７０ｍｍとした場合それぞれについて、中心軸方向Ｐにおける第１磁極１６ａからの距離と、その位置でのｘ軸方向に沿って４ｍｍの範囲で評価した磁場の均一性との関係を示すグラフである。図４からわかるように、磁極間距離の変化に伴って、その距離に対する磁場均一性は大きく変化するが、それぞれに１０００ｐｐｍを大幅に下回る均一な領域が存在する。この均一な領域についての詳細を以下の表２に示す。磁極間距離が３０ｍｍでは第１磁極１６ａからの距離が９ｍｍの位置で、最良の磁場均一性３５８ｐｐｍが得られている。このように、磁極の磁場強度を変化させずとも、磁極間距離を変化させることにより、第１磁極部５に近い一部の空間に磁場均一性が最良となる点を形成することができる。

【0071】

【表2】

【0072】

第１磁極面１１ａに形成される磁場の磁場分布と、第２磁極面１１ｂに形成される磁場の磁場分布とを同じ形状となるように構成した場合には、均一磁場は、両磁極面１１ａ及び１１ｂの間である磁極空間の中心位置に限定されることから、測定対象となる試料の試料形状や測定部位の自由度が制限される場合がある。これに対して、本実施形態のように、第１磁極面１１ａに形成される磁場の磁場分布２３ａを凹型形状とし、第２磁極面１１ｂに形成される磁場の磁場分布２３ｂを凸型形状とすれば、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間の距離を変化させることにより、磁場均一面２２の位置を変えることができるため、測定対象となる試料の大きさ、形状、測定部位に応じて、磁場均一面２２の位置を設定することができ、測定可能な試料の自由度を向上させることができる。

【0073】

また、本実施形態の磁場発生装置１は、超電導バルク磁石を用いることにより装置をコンパクト化しているため、磁場発生装置１からの漏れ磁場を低減でき、他の分析装置などと同室内に設置できるなど、利用の自由度も向上する。

【0074】

このように、本実施形態の磁場発生装置１は、中心軸方向Ｐと直交する外表面において中心軸方向Ｐの磁場が中央部で最大となる磁場分布を有する超電導バルク磁石（第１超電導バルク磁石７ａ及び第２超電導バルク磁石７ｂ）を包含する対向配置した一対の磁極部２（第１磁極部５及び第２磁極部６）を備える。そして、本実施形態の磁場発生装置１は、磁性体板１７が、一方の磁極部（第１磁極部５）の超電導バルク磁石（第１超電導バルク磁石７ａ）に対して近接して配置されることにより、その一方の磁極部の磁極面（第１磁極面１１ａ）の中央部における中心軸方向Ｐの磁場強度は、その直近の同心円状の周辺の中心軸方向Ｐの磁場強度よりも弱い構成となる。すなわち、第１磁極面１１ａに形成される磁場は凹型形状の磁場分布を有し、第２磁極面１１ｂに形成される磁場は凸型形状の磁場分布を有することになる。本実施形態の磁場発生装置１では、これら略円形状の第１及び第２磁極面１１ａ及び１１ｂの中心軸（中心軸Ｏａ及びＯｂ）が一致するように対向して配置され、第１磁極面１１ａと第２磁極面１１ｂとの間の距離が可変とされることにより、磁極面間の空間の一部に、中心軸方向Ｐに垂直な平面内に均一な磁場分布を得ることができる。

【0075】

なお、ＮＭＲ及びＭＲＩとして空間の信号蓄積を行うためには、この磁場均一面２２のデータを得た後、試料をｚ軸方向に走査する、あるいは磁極面を移動させて空間の磁場均一面２２をｚ軸方向に走査し、その際の信号データを蓄積して画像化することにより空間のＮＭＲ信号として取り出すことができる。

【0076】

以上のように、本実施形態では、磁場遮蔽部材としての磁性体板１７により、第１超電導バルク磁石７ａから発生する磁場の一部を遮蔽し、凹型形状の磁場分布を形成する方法を用いている。以下、本実施形態とは別の方法を用いて、凹型形状の磁場分布を形成する磁場発生装置について説明する。

【0077】

＜実施形態２＞
次に、本発明の１つの実施形態としての磁場発生装置３０について説明する。図５は、磁場発生装置３０のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置３０は、上述した実施形態１の磁場発生装置１と比較して、磁場遮蔽部材としての磁性体板１７の代わりに、超電導バルク磁石から発生する磁場を減少させる磁場を発生し、磁極面において、凹型形状の磁場分布を形成する消磁コイル３２を備える点で相違している。なお、その他の構成については、上述した実施形態１の磁場発生装置１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0078】

図５に示すように、本実施形態の磁場発生装置３０は、第１磁極部３１と第２磁極部６との間に消磁コイル３２を備える。消磁コイル３２は、第１磁極部３１の第１超電導バルク磁石７ａから発生する磁場を減少させる磁場を発生し、第１磁極部３１の第１磁極面１１ａに形成される磁場の磁場分布を凹型形状にする。

【0079】

具体的に、本実施形態の消磁コイル３２は、略円形状に巻き回されたコイルであり、このコイルの中心が、略円柱状の第１超電導バルク磁石７ａの中心軸Ｏａ及び第２超電導バルク磁石７ｂの中心軸Ｏｂと一致するように、第１真空容器８ａの一方の底面に取り付けられている。なお、本実施形態の第１磁極面１１ａは、第２磁極面１１ｂとの対向面であって、消磁コイル３２の表面及び第１真空容器８ａの一方の底面とにより構成される。

【0080】

この消磁コイル３２に直流電流を印加して第１超電導バルク磁石７ａからの磁場とは逆向きの磁場を発生させることにより、第１磁極面１１ａの中央部である、コイル中央部の磁場強度を、その同心円状の直近の周辺の磁場強度よりも弱くなるようにし、第１磁極面１１ａにおいて、凹型の磁場分布２３ａを形成する。なお、第１超電導バルク磁石７ａは、上述した実施形態１と同様、中心軸方向Ｐと直交する外表面において中心軸方向Ｐの磁場が中央部で最大となる磁場分布を有するものである。

【0081】

第１超電導バルク磁石７ａと第２超電導バルク磁石７ｂとの間の距離、第１超電導バルク磁石７ａ表面からの距離に加えて、電流の精密な調整が可能なため、均一磁場の調整が簡便に行える点で有効である。

【0082】

＜実施形態３＞
次に、本発明の１つの実施形態である磁場発生装置３３について説明する。図６は、磁場発生装置３３のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置３３は、上述した実施形態１の磁場発生装置１や実施形態２の磁場発生装置３０と比較して、磁場遮蔽部材としての磁性体板１７や消磁コイル３２を備えない点で相違する。本実施形態では、第１磁極部３５の第１超電導バルク磁石３４ａに捕捉された磁場自体が、凹型形状の磁場分布を有するものである。具体的に、本実施形態の磁場発生装置３３は、磁場中冷却又はパルス着磁による着磁行程において、磁場を超電導バルク磁石の中央を不十分に着磁するように励磁することによって、超電導バルク磁石に捕捉させる磁場自体の磁場分布を凹型形状にするものである。なお、その他の構成については、上述した実施形態１の磁場発生装置１や実施形態２の磁場発生装置３０と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0083】

具体的には、本実施形態の第１超電導バルク磁石３４ａを、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部から磁場を準静的に増加・減少させながら印加し、超伝導磁石への磁場侵入の過程においてその中央部まで到達しない磁場印加過程を経て、これを励磁する方法（ゼロ磁場冷却法（ＺＦＣ法））により、超電導バルク磁石３４ａの中央部表面の磁場強度をその同心円状の直近の周辺の磁場強度よりも弱くなるようにし、凹型形状の磁場分布を形成する。

【0084】

＜実施形態４＞
次に、本発明の１つの実施形態である磁場発生装置について説明する。本実施形態の磁場発生装置は、上述した実施形態３の磁場発生装置３３と比較して、凹型形状の磁場分布を形成する方法が相違する。但し、本実施形態４の磁場発生装置も、上述した実施形態３の磁場発生装置３３と同様、第１超電導バルク磁石に捕捉された磁場自体が、凹型形状の磁場分布を有するものである。具体的に、本実施形態では、超電導バルク磁石を、予め冷凍機冷却により超伝導状態にし、外部からパルス状の磁場を印加し、超伝導磁石への磁場侵入の過程においてその中央部まで到達しない磁場印加過程を経て、これを励磁する方法（パルス着磁法（ＰＦＭ法））により、第１超電導バルク磁石の中央部表面の磁場強度をその同心円状の直近の周辺のそれよりも弱くなるようにし、凹型形状の磁場分布を形成する。なお、その他の構成については、上述した実施形態３の磁場発生装置３３と同様である。

【0085】

＜実施形態５＞
次に、本発明の１つの実施形態である磁場発生装置３７について説明する。図７は、磁場発生装置３７のうち一対の磁極部を抜き出して描いた概略図である。本実施形態の磁場発生装置３７は、上述した実施形態４の磁場発生装置と比較して、第１超電導バルク磁石の形状が相違する。本実施形態では、中央に孔を区画するリング形状の超電導バルク磁石を凍機冷却により超伝導状態にし、外部からこれを励磁することにより、超電導バルク磁石の中央部表面の磁場強度をその同心円状の直近の周辺のそれよりも弱くなるようにし、凹型形状の磁場分布を形成する。具体的に、第１磁極部３６の第１超電導バルク磁石３８ａの形状をリング形状として、その中央部の磁場を台形状に着磁するもので、リング形状の厚さ方向を薄くすることにより、磁場中冷却あるいはパルス着磁法による着磁を経て、中央部分の磁場を凹型にすることができる。

【0086】

このように、実施形態１〜５に示す磁場発生装置は、超電導状態において、第１超電導バルク磁石から発生する磁場が、第１磁極部の第１磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成するものである。静磁場を発生させるための手段として超電導バルク磁石を用いているため、小型軽量又はコンパクトな磁場発生装置とすることが可能であり、可搬型で分散設置なども可能である。

【0087】

また、実施形態１〜５に示す磁場発生装置は、第１磁極部と第２磁極部とを対向して配置し、第１磁極面と第２磁極面の間の磁場空間の範囲をコンパクトにできるため、磁場空間から磁場が漏れ難い。従って、磁場発生装置から発生する磁場が、他の装置などに及ぶことを抑制することができる。

【0088】

更に、産業上での応用範囲が拡大するにつれてその利用方法も多様化し、単に強磁場が大面積、大空間に必要とされるだけでなく、強磁場空間は小さくとも、小型軽量で可搬型、設置場所を選ばず、簡便な設置作業や維持管理で使え、コンパクトに構成され、他の計測装置、分析装置、診断装置と組み合わせての利用が可能などの市場要求が考えられる。本発明に係る磁場発生装置は、他の計測装置、分析装置、診断装置との組み合わせが容易であるため、従来にない新たな利用方法や利用分野を実現し得るものである。

【0089】

また更に、本発明としての磁場発生装置は、様々な具体的構成により実現することが可能であり、上述した実施形態で示した構成に限られるものではない。例えば、実施形態１〜５に示す磁場発生装置は、第１磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成し、第１磁極面と対向する第２磁極面に、凸型形状の磁場分布を有する磁場を形成するものであるが、例えば、第２磁極面に、第１磁極面と同様、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成するようにしてもよい。同一の磁場強度である２つの凹型形状の磁場分布を対向させて構成しても、その第１磁極面と第２磁極面との間の中間位置に磁場の均一性に優れる空間を形成することができる。すなわち、対向する２つの磁極面の少なくとも一方に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成するように構成すれば、磁場発生装置の磁場均一面の形成位置を、中間位置とすることも、実施形態１〜５に示したように中間位置からずれた位置とすることも可能となるため、磁場発生装置の設計自由度を向上させることができる。

【0090】

また、強磁場を発生する超電導バルク磁石は、その表面で凹型形状の磁場分布であっても、その表面からの距離の増加によって次第に凸型形状の磁場分布へと、その強度を減衰させながら変化する。従って、上述した実施形態１〜５に示す磁場発生装置のように対向する一対の磁極部とはせずに、単一の磁極部とし、この単一の磁極部の磁極面に、凹型形状の磁場分布を有する磁場を形成する構成として、磁極面から所定距離だけ離れた位置に磁場均一面を形成するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本発明は、磁場発生装置及び磁場発生方法に関し、特に、高温超電導バルク磁石を用いた磁場発生装置及び磁場発生方法に関する。

【符号の説明】

【0092】

１、３０、３３、３７：磁場発生装置
２：一対の磁極部
３：距離可変機構
４：固定部
４ａ：第１固定部
４ｂ：第２固定部
５、３１、３５、３６：第１磁極部
６：第２磁極部
７ａ、７ｂ、３４ａ、３８ａ：高温超電導バルク磁石
８ａ、８ｂ：真空容器
９ａ、９ｂ：冷却器
１０ａ、１０ｂ：圧縮器
１１ａ、１１ｂ：磁極面
１２ａ、１２ｂ：真空断熱層
１３ａ、１３ｂ：冷却部
１４ａ、１４ｂ：断熱性樹脂材
１５ａ、１５ｂ：冷却器本体
１６ａ、１６ｂ：磁極
１７：磁性体板
１８：固定台座
１９、１９ａ、１９ｂ：移動軸
２０、２０ａ、２０ｂ：移動体
２１ａ、２１ｂ：移動機構
２２：磁場均一面
２３ａ：第１磁極面に形成される磁場の磁場分布
２３ｂ：第２磁極面に形成される磁場の磁場分布
２４：磁力線
７０：中間平面
Ｏａ、Ｏｂ：磁石の中心軸
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ：軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】