外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造
【課題】シールド対象位置とセンサ位置とが離れていてもシールド性能の劣化を防止できる外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造を提供する。
【解決手段】シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの到来方向と垂直な軸線Ｍを想定し、且つ、その軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群５を筒型に配置し、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂを設置する。対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに磁気センサ１４を設け、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させる。好ましくは、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の中心とし、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とする。
【解決手段】シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの到来方向と垂直な軸線Ｍを想定し、且つ、その軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群５を筒型に配置し、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂを設置する。対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに磁気センサ１４を設け、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させる。好ましくは、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の中心とし、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造に関し、とくにパッシブ型磁気シールドとアクティブ型磁気シールドとを組み合わせて外乱磁場を減衰させる複合型磁気シールド方法及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造施設で用いる電子顕微鏡、ＥＢ露光装置、ＥＢステッパ等の電子ビーム応用装置は、例えば１００ｎＴ（１ｍＧ）程度の微弱な磁気ノイズでも電子ビームの軌道が変化するので、製品の品質を維持するために外乱磁場（環境磁場）の影響を避けることが必要である。また、医療施設等で用いるＭＲＩ装置、ＮＭＲ装置、脳磁計や心磁計等のＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）応用装置も、超微弱な磁場変動への感度が高いために外乱磁場の影響を遮断することが求められる。このような磁場の影響を受けやすい装置（嫌磁気装置）を外乱磁場から保護して正常な動作を保証するため、半導体製造施設・医療施設等の内部に磁気シールド空間（磁気シールドルーム）を設けることがある。
【０００３】
磁気シールド空間は、例えば比透磁率μの高いパーマロイ、電磁鋼板等の強磁性板で空間の周囲を覆い、空間外から到来する外乱磁場（以下、到来外乱磁場という）の磁力線を磁性板料中に迂回させて空間内への進入を防ぐパッシブ型（受動型）構造として構築することができる。ただし、高性能な磁気シールド空間を構築する場合、強磁性板を適当な空隙を設けて多層配置する必要が生じ、コストが膨大になる等の問題点がある。これに対し、空間の内側又は外側に補償磁場発生用のコイル（以下、補償コイルということがある）を配置し、到来外乱磁場の変動に応じて補償コイルに適切な補償磁場を発生させて到来外乱磁場の変動を減衰させ又は相殺するアクティブ型（能動型）の磁気シールド構造が開発されている（例えば特許文献１参照）。微弱な到来外乱磁場の変動に対応した磁気シールドの構築にはパッシブ型とアクティブ型とを組み合わせた複合型磁気シールドが性能的・経済的に有利であり、複合型磁気シールド構造の高性能化を図る研究開発が進められている（非特許文献１、２参照）。
【０００４】
非特許文献２は、図８（Ａ）のような複合型磁気シールド構造１を開示している。図示例の複合型構造１は、シールド対象空間Ｒの床、壁、天井の各内面に強磁性板（パーマロイ等）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを隙間なく配置したパッシブ型磁気シールド構造７（以下、密閉型シールド構造７ということがある）と、アクティブ型磁気シールド構造１０とを組み合わせたものである。図示例のアクティブ型磁気シールド構造１０は、空間Ｒの内側又は外側に配置した補償コイル１２ａ、１２ｂと、磁気センサ（磁気検出器）１４と、磁気センサ１４の計測磁場（磁束密度）を入力して補償コイル１２ａ、１２ｂを駆動する制御装置１６とにより構成されている。例えば空間Ｒ内の所定位置ＰのＸ軸に補償コイル１２ａ、１２ｂの中心軸線を芯合わせして配置し、パッシブ型磁気シールド７だけでは対応できないＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏによる空間Ｒ内の動的な磁場変動（後述する所定位置Ｐの内側磁場Ｂｅ）を補償コイル１２ａ、１２ｂの発生する補償磁場Ｂｃの重畳によって減衰させる。図示例はＸ軸方向の補償コイル１２ａ、１２ｂのみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様に補償コイル１２を配置することにより、あらゆる方向の到来外乱磁場に対応することができる。
【０００５】
また非特許文献２は、図８（Ａ）のような複合型構造において、アクティブ型（補償コイル１２）とパッシブ型（強磁性板６）との配置関係によるシールド性能を比較検討し、強磁性板６の内側に補償コイル１２を配置して複合型構造とする方が、強磁性板６の外側に補償コイル１２を配置する構造に比して、高いシールド性能を効率よく得ることができると報告している。例えば、強磁性板６の内側の高さ１／２の位置に１．０５〜１．１ｍ間隔で一対の補償コイル１２ａ、１２ｂを配置すれば、比較的小さな電流でＸ軸方向の到来外乱磁場を減衰させることができ、対象空間Ｒの中心付近に比較的広い低磁場領域を形成することができる。また、パッシブ型の内側に補償コイル１２を配置する複合型構造は、補償コイル１２の発生する補償磁場が空間Ｒの周辺環境に磁気ノイズとなって拡散するおそれがなく、パッシブ型の強磁性板６の磁化過程に起因するような磁気ノイズにも対応できる点でも有利であると指摘している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７５０６７号公報
【特許文献２】国際公開２００４／０８４６０３号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−３５１５９８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｖ．Ｏ．Ｋｅｌｈａ、ｅｔ．ａｌ．”Ｄｅｓｉｇｎ、 ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ、 ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ−ｖｏｌｕｍｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｈｉｅｌｄ”、 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、 Ｖｏｌ．１８、 Ｎｏ．１、 ｐｐ．２６０−２７０
【非特許文献２】古賀文隆ほか「内部アクティブ磁気シールドシステム開発のための磁界解析」、福岡県工業技術センター研究報告、Ｎｏ．１５、２００５年９月、ｐｐ１３０−１３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図８（Ａ）の複合型磁気シールド構造は、シールド対象空間Ｒ内のシールド対象位置Ｐと磁気センサ１４の設置位置Ｓ（センサ位置Ｓ）とが離れていると、シールド性能が劣化しうる問題点がある。アクティブ型磁気シールドでは、センサ位置Ｓの磁場（制御信号）に基づいて対象位置Ｐの磁場（出力信号）を制御するフィードバック系（図８（Ｂ）参照）を用いるために、センサ位置Ｓを対象位置Ｐにできるだけ近付けることが望ましいが、現実には対象位置Ｐにシールド対象の嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）が設置されるので、様々な物理的干渉を回避するためにセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとを離さざるを得ないことも多い。例えば、強磁場を発生する嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置のデュワ部）の近傍では微弱な磁場の変動を計測すること自体が難しいため磁気センサ１４を装置から隔てて設置しなければならず、また装置利用者のハンドリング等の観点から嫌磁気装置の近傍にセンサの設置スペースを確保できない場合もある。例えばＭＲＩ装置を設置する磁気シールド空間Ｒ（シールド室）では、磁気センサ１４をＭＲＩ装置から十分に離れた天井面等に設置することも通常である。
【０００９】
図８（Ａ）において、センサ位置Ｓと対象位置Ｐとが離れているとシールド性能の劣化を招く原因の１つは、シールド対象空間Ｒの内部の各位置における磁場Ｂｅ（以下、内部磁場Ｂｅということがある）に位相差δが生じることにある。すなわち、一般にパッシブ型磁気シールドでは到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φが変化すると強磁性板（導体）６中に起電力ｅ（＝−ｄφ／ｄｔ）の渦電流が誘導され、図示例のように対象空間Ｒの内面全体を強磁性板６で覆う密閉型シールド構造７では、到来外乱磁場Ｂｏの方向に応じて各内面の強磁性板６に向きの異なる渦電流が流れることにより内部磁場Ｂｅを減衰させる。例えば図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すようにＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φが変化すると、空間ＲのＸ軸方向と交差する前後ＹＺ面の強磁性板６の外周部で電流密度が高くなり、その渦電流に起因して発生する誘導磁場と到来外乱磁場Ｂｏとが合成される結果、前後ＹＺ面の内部磁場Ｂｅは外側の到来外乱磁場Ｂｏに対して位相がずれる。また、空間ＲのＸ軸方向と平行な上下ＸＺ面の強磁性板６でも電流密度が高くなり、同様に上下ＸＺ面の内部磁場Ｂｅに位相のずれを生じさせるが、上下ＸＺ面の内側の渦電流に起因して発生する誘導磁場は前後ＹＺ面の場合とは極性が異なる。このように、空間Ｒの各強磁性板６の渦電流に起因する様々な極性の誘導磁場と到来外乱磁場Ｂｏとが合成される結果、空間Ｒの内側の離れたセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとでは内部磁場Ｂｅに位相差δ（位相の分布）が生じる。
【００１０】
対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとで内部磁場Ｂｅに位相差δが生じると、図８（Ｂ）に示すアクティブ型磁気シールドの磁気シールド性能が低下しうる。複合型磁気シールドでは、上述したようにパッシブ型で減衰された内部磁場Ｂｅに対してアクティブ型の補償コイル１２の生成する補償磁場Ｂｃを重畳し、その重畳磁場Ｂｓ（＝Ｂｅ−Ｂｃ）がゼロに近付くようにフィードバック系でコイル電流を調整する。このアクティブ型磁気シールドの磁気シールド性能（相殺性能）ＳＥｓは、重畳磁場Ｂｓに対する内部磁場Ｂｅの比率（＝Ｂｅ／Ｂｓ）として定義され、（１）〜（３）式のように一巡伝達関数Ｇ（ω）を用いて評価することができる。一般にアクティブ型磁気シールドの一巡伝達関数Ｇ（ω）は磁気センサ１４、制御装置１６、補償コイル１２の特性によって定まり、それ自体に位相遅延が生じていることもあるが、（３）式から分かるように伝達関数Ｇ（ω）が大きいほど性能ＳＥｓが高くなる。対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとの間に位相差δが生じると、伝達関数Ｇ（ω）の位相遅延が大きくなり、一般的にはそれに応じて伝達関数Ｇ（ω）が小さくなって性能ＳＥｓの低下を招く。図８（Ａ）のように補償コイル１２がパッシブ型（強磁性板６）の内側に配置されているときは、位相差δが更に大きくなると、補償コイル１２の駆動によって対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅが逆に大きくなり、アクティブ型磁気シールドが対象位置Ｐの外乱要因となることも起こり得る。
【００１１】
図９は、一定のシステム構成及び到来外乱磁場の条件を仮定したうえで、アクティブ型磁気シールドの相殺性能（シールド性能）ＳＥｓと内部磁場Ｂｅの位相差δとの関係を計算したグラフの一例を示す。同グラフは、位相差δが１０度未満であれば初期性能の８０％以上の相殺性能を確保できるが、位相差δが２０度以上になると初期性能の７０％以下に相殺性能が低下することを示している。すなわち、シールド対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離隔しているシールド対象空間Ｒでは、複合型磁気シールドによって高いシールド性能を効率的に確保するために、単にパッシブ型（強磁性板６）とアクティブ型（補償コイル１２）との配置関係等を調整するだけは足りず、両位置Ｐ、Ｓの離隔により生じる性能の劣化（内部磁場Ｂｅの位相差δによる性能劣化）を防止することが重要となる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、シールド対象位置とセンサ位置とが離れていてもシールド性能の劣化を防止できる外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、図７に示すような簾状に並べた帯状磁性板の群（以下、シールド簾体という）を用いた磁気シールド構造に着目した（特許文献２及び３参照）。図示例のシールド構造は、図７（Ａ）のように所定幅Ｗ（例えば３０〜１００ｍｍ程度）の複数の帯状磁性板２を長手方向中心軸Ｃが同一簾面Ｆ上にほぼ平行に並ぶように所定間隔ｄで積層してシールド簾体３とし、更に図７（Ｂ）に示すように複数のシールド簾体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを対応する帯状磁性板２の端縁の重ね合わせ（面接触、図中の符号９参照）によって磁気的に接合して列状構造としたものである。図７（Ｂ）のように、列状のシールド簾体３の一端側の未接合端縁を他端側の対応する未接合端縁と接合し、磁気的に閉じた環状磁性板４の群を形成することにより、所定間隔ｄで筒型に積層された環状磁性板４の群によりシールド対象空間Ｒを囲むパッシブ型磁気シールド構造５（以下、筒型磁性板群５ということがある）を形成することができる。
【００１４】
図７（Ａ）のシールド簾体３は、各磁性板２の相互間隔ｄにより開放性（透視性、透光性、放熱性）を有している。その間隔ｄは、磁性板２中の磁束の通りやすさ（磁性板のパーミアンス）が間隔ｄ中の磁束の通りやすさ（間隔のパーミアンス）より大きくなるように、すなわち簾体３の長手方向中心線Ｃと直交する間隔ｄの断面積Ｓａに対する磁性板２の断面積Ｓｍと比透磁率μとの積（Ｓｍ・μ）の割合（Ｓｍ・μ／Ｓａ）が１より大きくなるように設計する。また図７（Ｂ）の開放性を有する筒型磁性板群５は、磁気的に閉じた環状磁性板４を磁束の通りやすい閉磁路（磁束の漏れにくい磁気回路）として磁束を集中させ、間隔ｄからの磁気の漏洩（シールド性能の劣化）を小さく抑えることにより、同じ量の磁性板料を用いた密閉型シールド構造７（図８（Ａ）参照）と同等以上の性能を有している（特許文献２参照）。
【００１５】
図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、図７（Ｂ）の筒型磁性板群５の中心軸線（筒軸）をシールド対象空間ＲのＺ軸に芯合わせして配置し、Ｘ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φの変化によって筒型磁性板群５の各環状磁性板４に誘導される渦電流を示したものである。筒型磁性板群５では、図６（Ａ）及び（Ｂ）の密閉型シールド構造７の場合と同様に渦電流が誘導されるものの、環状磁性板４の相互間隔ｄによって電流経路が分断されているため、密閉型シールド構造７の前後ＹＺ面のような大きな鎖交面積をもった渦電流は生じない。また、環状磁性板４の各部分が到来外乱磁場Ｂｏと平行になっており、各部分に流れる渦電流の極性向きが揃っているので、渦電流に起因する誘導磁場によってシールド構造の内部磁場Ｂｅに大きな位相差δ（位相の分布）が生じにくいと予想される。
【００１６】
本発明者は、図４に示すように、複数の径Ｄの環状磁性板４（図示例ではロ字型の磁性板）を所定筒軸（図示例ではＺ軸）に芯合わせして所定間隔ｄで筒型に積層することにより全長Ｌ（＝Ｄ×２）の磁気シールド構造（筒型磁性板群）５を試作し、到来外乱磁場Ｂｏによって生じるシールド構造の内部磁場Ｂｅの位相分布を確認する実験を行った。本実験では、図４（Ｂ）に示すように、筒型磁性板群５の両端から等距離（＝Ｌ／２）のＺ軸上に原点Ｐを設けると共に、その原点Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面上のＹ軸及びＸ軸上に計測点Ｓ１、Ｓ２（原点Ｐからの距離＝環状磁性板４の径Ｄの１／３）を設け、Ｘ軸方向からの到来外乱磁場Ｂｏの周波数を変えながら、その到来外乱磁場Ｂｏの変動に対する原点Ｐ及び計測点Ｓ１、Ｓ２の各々の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の変位）を計測した。また、図４（Ｃ）に示すように、原点Ｐから隔てた軸線Ｚ上に計測点Ｓ３（原点Ｐからの距離＝筒型磁性板群５の長さＬの１／６）を設け、同様にしてＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの変動に対する計測点Ｓ３の内部磁場Ｂｅの位相変位を計測した。
【００１７】
図５のグラフは、図４の実験結果、すなわち原点Ｐ及び各計測点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３における内部磁場Ｂｅの到来外乱磁場Ｂｏに対する位相変位の計測結果を示す。同グラフから、到来外乱磁場Ｂｏの周波数が１〜２００Ｈｚの間で変化しても、筒型磁性板群５の内部の原点Ｐ及び計測点Ｓ１、Ｓ２では位相差δが１．５度以内に収まっており、筒軸（Ｚ軸）と垂直な環状磁性板４と平行な平面上では位相差δがほとんど生じていないことが分かる。また、筒軸（Ｚ軸）方向に隔てた原点Ｐと計測点Ｓ３との間でも位相差δは９．２度以内に収まっており、筒軸（Ｚ軸）方向に生じる位相の分布も緩やかなものであることが分かる。図９を参照して上述したように、位相差δが１０度以下であればアクティブ型磁気シールドの相殺性能（シールド性能）ＳＥｓが大幅に低下することはなく、初期性能の８０％以上のシールド性能を確保できる。すなわち、図８のように密閉型シールド構造７に代えて、図７のような筒型磁性板群５（開放型シールド構造５）を用いて複合型磁気シールドを構築すれば、シールド対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離れていても、両位置Ｐ、Ｓの位相差δに起因する性能の劣化を防止することが期待できる。本発明は、この着想に基づく研究開発によって完成に至ったものである。
【００１８】
図１の実施例を参照するに、本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド方法は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な軸線Ｍを想定し且つその軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群５（図７（Ｂ）参照）を筒型に配置し、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂを設置し、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに磁気センサ１４を設け、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させてなるものである。
【００１９】
また図１の実施例を参照するに、本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド構造は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な軸線Ｍを想定し且つその軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板４の群５（図７（Ｂ）参照）、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂ、及び対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに設けた磁気センサ１４を備えてなり、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させるものである。
【００２０】
好ましくは、磁気センサ１４を、対象位置Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面Ｑ上に設ける。或いは、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の軸線Ｍ方向の離隔許容範囲を検出し、磁気センサ１４を、対象位置Ｐから離隔許容範囲内の環状磁性４板と平行な平面Ｑ上に設けてもよい。
【００２１】
更に好ましくは、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の中心とし、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とする。必要に応じて、図２に示すように、軸線Ｍと交差する筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの到来方向と垂直な軸線Ｍを想定し、その軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板４の群５によりパッシブ型磁気シールド（図７（Ｂ）参照）を構成し、その筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂと、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに設けた磁気センサ１４とによりアクティブ型磁気シールド（図８（Ａ）参照）を構成するので、次の効果を奏する。
【００２３】
（イ）筒型磁性板群５をパッシブ型磁気シールドとして用いることにより、シールド対象空間Ｒ内の軸線Ｍと垂直な平面上で内部磁場Ｂｅの位相差δを小さく抑えて位相分布をほぼ一様化することができ、軸線Ｍ方向の内部磁場Ｂｅの位相分布も緩やかなものとすることができる。
（ロ）従来のパッシブ型磁気シールドに比して対象空間Ｒ内の対象位置Ｐ周辺に位相差δの小さい比較的広い領域を形成することができ、位相差δによる性能劣化を避けながらアクティブ磁気シールドのセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとの離隔距離を大きくとることが可能になる。
（ハ）従って、アクティブ磁気シールドの対象位置Ｐ周辺の磁気センサ１４の位置選択の自由度を高めることができ、対象空問Ｒ内部に対象位置Ｐの嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）と物理的干渉を起こさないようにアクティブ型磁気シールドを適用することが容易になる。
（ニ）また、シールド対象空間Ｒ内の磁場位相差δの急激な変化を生じにくいので、事前に現場で磁気センサ１４の設置位置を探索・選定する作業を行う必要がなくなり、アクティブ型磁気シールドの施工作業の簡単化を図ることができる。
（ホ）到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に対しても筒型磁性板群５の磁性板相互間隔ｄの調整や補償コイル１２の配置位置の調整により比較的容易に対応可能であり、筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置することで到来外乱磁場Ｂｏの両端部からの回り込みにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】は、本発明による複合型磁気シールド構造の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による複合型磁気シールド構造の他の実施例の説明図である。
【図３】は、本発明による複合型磁気シールド構造の更に他の実施例の説明図である。
【図４】は、筒型磁性板群を用いたパッシブ型磁気シールド構造の内部磁場分布の計測実験の説明図である。
【図５】は、図４の実験による内部磁場分布の計測結果を示すグラフである。
【図６】は、密閉型磁気シールド構造および筒型磁性板群を用いた磁気シールド構造に生じる渦電流の説明図である。
【図７】は、筒型磁性板群を用いたパッシブ型磁気シールド構造の説明図である。
【図８】は、従来の複合型磁気シールド構造の一例の説明図である。
【図９】は、アクティブ磁気シールドの対象位置とセンサ位置との磁場位相差δによる相殺性能（シールド性能）の劣化の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の複合型磁気シールド構造の一実施例を示す。図示例の複合型構造は、図７（Ｂ）のように複数の環状磁性板４を所定間隔ｄで積層した筒型磁性板群５を用いた開放型のパッシブ型磁気シールドと、図８（Ａ）と同様のアクティブ型磁気シールドとを組み合わせものである。図示例の筒型磁性板群５は、例えばシールド対象空間Ｒ内に嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）を設置すべきシールド対象位置Ｐを定め、その対象位置Ｐ上の軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群を配置したものである。環状磁性板４の一例は、図５（Ｂ）に示すように短冊形の帯状磁性板２を端縁の重ね合わせにより磁気的に連続させて環状に結合した磁性体フレームである。ただし、環状磁性板４の形状は図示例のような四角形（ロ字形）に限らず、三角形又は多角形とすることができ、楕円形等の曲線で囲まれた環状磁性板４とすることも可能である。軸線Ｍの周りに筒型磁性板群５を配置することにより、対象空間Ｓの４面を囲う閉磁路が形成できる。
【００２６】
図示例において、筒型磁性板群５の各環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗ、相互間隔ｄ等は、例えば筒型磁性板群５の施工前に予めシールド対象空間Ｒの外乱到来磁場Ｂｏの変動を求め、その到来外乱磁場Ｂｏの定常値又は最小値において対象空間Ｒ内の対象位置Ｐで要求される磁場強度（例えば対象位置Ｐに設置する嫌磁気装置の許容磁場強度）が得られるように設計することができる。筒型磁性板群５のシールド性能は、上述したように環状磁性板４の間隔ｄ（断面積Ｓａ）に対する環状磁性板４の幅Ｗ（断面積Ｓｍ）の比率（Ｓｍ・μ／Ｓａ）によって調整可能であるが、例えば幅Ｗに対する間隔ｄの比率を６未満（ｄ／Ｗ＜６）として十分な磁気シールド性能を確保することが望ましい。
【００２７】
また筒型磁性板群５は、到来外乱磁場Ｂｏに対して各環状磁性板４中の磁束密度が磁気飽和しないように、環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗと聞隔ｄとの比率（ｄ／Ｗ）を設計することが望ましい。環状磁性板４は、例えば薄い磁性板（パーマロイ、電磁鋼板等）を複数枚重ねたものとすることができ、その重ね枚数によって環状磁性板４の厚さ及び比透磁率μを調整することができる。筒型磁性板群５の全ての環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗ、相互間隔ｄ等の属性を揃えることで施工の容易化を図れるが、各環状磁性板４の属性は同じである必要はなく、例えば到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に応じて環状磁性板４毎に属性を相違させることも可能である。例えば、到来外乱磁場Ｂｏの強い部位では比透磁率μや幅Ｗを大きくするか又は間隔ｄを小さくし、到来外乱磁場Ｂｏの弱い部位では比透磁率μや幅Ｗを小さくするか又は間隔ｄを大きくすることができる。
【００２８】
筒型磁性板群５は、予めシールド対象空間Ｒの外乱磁場Ｂｏの到来方向を求め、その到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な対象位置Ｐ上の軸線（筒軸）Ｍと交差するように各環状磁性板４（平面Ｑ）を配置する。筒型磁性板群５の筒軸Ｍを到来外乱磁場Ｂｏの方向と平行に設置すると、図６（Ａ）の場合と同様に環状磁性板４の正面の環状方向に沿って大きな経路の渦電流が誘導され、環状磁性板４上の向きの異なる渦電流の誘導磁場により筒型磁性板群５の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）が大きくなる。図示例のように筒型磁性板群５の筒軸Ｍを到来外乱磁場Ｂｏの方向に対して直交させ、各環状磁性板４の側面（厚さ方向断面）を到来外乱磁場Ｂｏと交差させることにより、環状磁性板４上に環状方向に沿った大きな経路の渦電流が誘導されることを抑制し、対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることができる。
【００２９】
好ましくは、図示例のように筒型磁性板群５の筒軸Ｍと各環状磁性板４（平面Ｑ）とを直角に交差させ、環状磁性板４の環状方向に沿って誘導される渦電流を最小限に抑える。ただし、筒軸Ｍと各環状磁性板４とは厳密に直交させる必要はなく、環状磁性板４上に環状方向の渦電流が誘導されるのを防止できる角度で交差させれば足りる。また、各環状磁性板４の筒軸Ｍとの交差角度は全て同じである必要はなく、例えば到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に応じて環状磁性板４毎に交差角度を変えることも可能である。
【００３０】
なお、図示例ではＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸と垂直な壁面に囲まれた立方体形状のシールド対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）を想定し、その壁面と垂直な方向（Ｚ軸方向）からの到来外乱磁場Ｂｏを対象としているが、本発明の対象とする到来外乱磁場Ｂｏは対象空間Ｒの壁面と垂直方向に到来する磁場に限定されるものではない。例えば図３の実施例に示すように、到来外乱磁場Ｂｏの方向に拘らず、その到来外乱磁場Ｂｏと垂直な軸線（筒軸）Ｍと交差するように複数の環状磁性板４を適当な間隔ｄで配置すれば、その環状磁性板４（筒型磁性板群５）で囲まれた対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることができる。図３の実施例では対象空間Ｒの端面と筒型磁性板群５の端面とが揃わなくなり、筒型磁性板群５の端面から到来外乱磁場Ｂｏが対象空間Ｒの内側に進入するおそれも生じるが、そのような端面の影響は後述するように筒型磁性板群５の端面に磁気シールド面８を配置することで対応可能である（図２参照）。
【００３１】
また、図１及び図３の実施例では、筒軸Ｍと交差する平面Ｑと対象空間Ｒの外縁との交線に沿って環状磁性板４を配置し、環状磁性板４の径Ｄと対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）の断面径とを一致させているが、環状磁性板４の径Ｄと対象空間Ｒの断面径とは必ずしも一致させなくてもよく、例えば環状磁性板４の径Ｄを対象空間Ｒの断面径より小径としてもよい。また、対象空間Ｒの外側に筒型磁性板群５を配置することが可能であれば、環状磁性板４の径Ｄを対象空間Ｒの断面径より大径とし、対象空間Ｒの外側の筒型磁性板群５によって対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることも可能である。
【００３２】
図示例のアクティブ型磁気シールドは、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した一対の補償コイル１２ａ、１２ｂと、筒型磁性板群５内の対象位置Ｐから離隔したセンサ位置Ｓに設けた磁気センサ１４と、磁気センサ１４の計測磁場（内部磁場）Ｂｅを入力して補償コイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御する制御装置１６とを有する。図示例の補償コイル１２ａ、１２ｂは、それぞれ対象空間Ｒの対象位置Ｐを通るＸ軸に芯合わせして筒型磁性板群５の内側に設置されており、図８（Ａ）の場合と同様に比較的小さな電流でＸ軸方向の外乱磁場を減衰させ、対象位置Ｐ付近に比較的広い補償磁場を形成することができる。ただし、補償コイル１２の配置位置及び形状は図示例に限定されず、必要な場合は筒型磁性板群５の外側に配置してもよい。また、対象空間Ｒの内面（図示例のＹＺ面）を複数に分割して各領域に補償コイル１２を配置し、各領域の補償コイル１２によって対象位置Ｐ付近に補償磁場を形成してもよい。
【００３３】
図示例のように到来外乱磁場Ｂｏの方向に対して筒軸Ｍが垂直な筒型磁性板群５を設置すれば、図５を参照して上述したように、対象位置Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面Ｑ（ＸＹ平面）上で筒型磁性板群５の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相分布）をほぼ一様化することができる。従って、その平面Ｑ上であれば、対象位置Ｐから離れた位置Ｓ（例えば対象位置Ｐの直上の天井に近い位置）に磁場センサ１４を設けても、内部磁場Ｂｅの位相差δによるアクティブ磁気シールドの性能劣化を避けることができる。また、対象位置Ｐを通る平面Ｑ上であればセンサ位置Ｓを任意に選択することが可能であり、センサ位置Ｓの選択の自由度を高めると共に、現場で事前にセンサ位置Ｓを探索・選定する作業を省略して施工作業の簡単化を図ることができる。
【００３４】
好ましくは、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とし、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線方向の中心付近に設ける。筒型磁性板群５の筒軸Ｍ方向の長さＬが環状磁性板４の径Ｄに比して同程度又は短いと、筒型磁性板群５の両端面から到来外乱磁場Ｂｏが対象空間Ｒの内側に回り込み、端部の影響によって内部磁場Ｂｅの位相分布が影響を受けるおそれがある。本発明者は、筒型磁性板群５の軸線方向中心でほぼ一様な位相分布が得られる軸線方向長さＬを検討する実験を繰り返し、筒型磁性板群５の軸線方向長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上の比率（Ｌ／Ｄ＞２）とすれば、筒型磁性板群５の軸線方向中心で端面の影響が避けられることを見出した。ただし、例えば大きさの限られた対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）のように比率（Ｌ／Ｄ）を大きくすることが難しい場合でも、後述するように筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置する等の別の手段によって端部の影響を小さく抑えることができ、本発明を適用することができる。
【００３５】
また、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とすれば、図４（Ｂ）に示したように、筒型磁性板群５の中心付近の軸線方向の位相分布を緩やかなものとすることができる。従って、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内（例えば１０度以下）の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の軸線Ｍ方向の離隔許容範囲（例えば図４（Ｂ）に示す軸線方向長さＬの１／６）を検出し、対象位置Ｐからその離隔許容（Ｌ／６）の範囲内の環状磁性４板と平行な平面Ｑ上に磁場センサ１４を設けても、内部磁場Ｂｅの位相差δによるアクティブ磁気シールドの大きな性能劣化を避けることができる。そのような軸線Ｍ方向の離隔許容範囲は、現場で事前に探索・選定することも可能であるが、図４（Ｂ）のような筒型磁性板群５の模型を試作して予め実験的に又は数値解析により選定することが可能である。
【００３６】
更に好ましくは、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬの環状磁性板４の径Ｄに対する比率（Ｌ／Ｄ）を十分に大きし、ほぼ一様な位相分布が得られる領域を軸線方向（図示例ではＺ軸方向）に拡大する。筒型磁性板群５のような開放型シールド構造では、従来から比率（Ｌ／Ｄ）を十分に大きく（例えばＬ／Ｄ＞１０）とすると、磁気シールド性能がほぼ一定の軸線中央付近の領域が軸線方向に拡大する（端部を除き無限長の筒状体と見なせる）ことが知られている。本発明者は、そのような磁気シールド性能がほぼ一定の領域では、位相分布もほぼ一定となっていることを実験的に見出した。一様な位相分布が得られる領域を拡大することにより、アクティブ磁気シールドのセンサ位置Ｓの選択の自由度を更に高めることができる。
【００３７】
こうして本発明の目的である「シールド対象位置とセンサ位置とが離れていてもシールド性能の劣化を防止できる外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造」の提供を達成することができる。
【実施例１】
【００３８】
図２は、軸線Ｍと交差する筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置した本発明の他の実施例を示す。上述したように、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬが環状磁性板４の径Ｄの２倍未満であると、筒型磁性板群５の端面からの到来外乱磁場Ｂｏの影響によって内部磁場Ｂｅの位相分布が影響を受けるおそれがある。図示例のように、型磁性板群５の両端面にヨーク状の磁気シールド面８を配置し、いわば筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８の蓋を設けることで、端面の到来外乱磁場Ｂｏの影響を防止することができる。磁気シールド面８を配置する場合は、図６（Ａ）のように大きな経路の渦電流が誘導されないように、到来外乱磁場Ｂｏの垂直に入射する磁気シールド面８の面積をできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、筒型磁性板群５の両端面をパーマロイ、電磁鋼板等の磁性薄板６（図８（Ａ）参照）で覆うことにより密閉型の磁気シールド面８とし、又は両端面と平行にシールド簾体（図７（Ａ）参照）を配置して開放型の磁気シールド面８とすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…複合型磁気シールド構造 ２…帯状磁性板
３…磁気シールド簾体 ４…環状磁性板
５…筒型磁性板群（開放型磁気シールド）
６…磁性板 ７…密閉型磁気シールド
９…重ね合わせ部
１０…アクティブ型磁気シールド １２…補償コイル
１４…磁気センサ １６…制御装置（コンピュータ）
２０…シールド対象機器（嫌磁気装置）
Ｂｏ…到来外乱磁場 Ｂｅ…内部磁場
Ｃ…長手方向中心軸 Ｄ…環状磁性板の径
ｄ…環状磁性板の相互間隔 ｅ…渦電流の起電力
Ｆ…シールド簾面 Ｇ…伝達関数
Ｌ…筒型磁性板群の軸線方向長さ Ｍ…到来外乱磁場の方向と垂直な軸線
Ｐ…シールド対象位置 Ｑ…環状磁性板の配置平面
Ｒ…シールド対象空間
Ｓ…センサ位置 Ｗ…環状磁性板の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造に関し、とくにパッシブ型磁気シールドとアクティブ型磁気シールドとを組み合わせて外乱磁場を減衰させる複合型磁気シールド方法及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造施設で用いる電子顕微鏡、ＥＢ露光装置、ＥＢステッパ等の電子ビーム応用装置は、例えば１００ｎＴ（１ｍＧ）程度の微弱な磁気ノイズでも電子ビームの軌道が変化するので、製品の品質を維持するために外乱磁場（環境磁場）の影響を避けることが必要である。また、医療施設等で用いるＭＲＩ装置、ＮＭＲ装置、脳磁計や心磁計等のＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）応用装置も、超微弱な磁場変動への感度が高いために外乱磁場の影響を遮断することが求められる。このような磁場の影響を受けやすい装置（嫌磁気装置）を外乱磁場から保護して正常な動作を保証するため、半導体製造施設・医療施設等の内部に磁気シールド空間（磁気シールドルーム）を設けることがある。
【０００３】
磁気シールド空間は、例えば比透磁率μの高いパーマロイ、電磁鋼板等の強磁性板で空間の周囲を覆い、空間外から到来する外乱磁場（以下、到来外乱磁場という）の磁力線を磁性板料中に迂回させて空間内への進入を防ぐパッシブ型（受動型）構造として構築することができる。ただし、高性能な磁気シールド空間を構築する場合、強磁性板を適当な空隙を設けて多層配置する必要が生じ、コストが膨大になる等の問題点がある。これに対し、空間の内側又は外側に補償磁場発生用のコイル（以下、補償コイルということがある）を配置し、到来外乱磁場の変動に応じて補償コイルに適切な補償磁場を発生させて到来外乱磁場の変動を減衰させ又は相殺するアクティブ型（能動型）の磁気シールド構造が開発されている（例えば特許文献１参照）。微弱な到来外乱磁場の変動に対応した磁気シールドの構築にはパッシブ型とアクティブ型とを組み合わせた複合型磁気シールドが性能的・経済的に有利であり、複合型磁気シールド構造の高性能化を図る研究開発が進められている（非特許文献１、２参照）。
【０００４】
非特許文献２は、図８（Ａ）のような複合型磁気シールド構造１を開示している。図示例の複合型構造１は、シールド対象空間Ｒの床、壁、天井の各内面に強磁性板（パーマロイ等）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを隙間なく配置したパッシブ型磁気シールド構造７（以下、密閉型シールド構造７ということがある）と、アクティブ型磁気シールド構造１０とを組み合わせたものである。図示例のアクティブ型磁気シールド構造１０は、空間Ｒの内側又は外側に配置した補償コイル１２ａ、１２ｂと、磁気センサ（磁気検出器）１４と、磁気センサ１４の計測磁場（磁束密度）を入力して補償コイル１２ａ、１２ｂを駆動する制御装置１６とにより構成されている。例えば空間Ｒ内の所定位置ＰのＸ軸に補償コイル１２ａ、１２ｂの中心軸線を芯合わせして配置し、パッシブ型磁気シールド７だけでは対応できないＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏによる空間Ｒ内の動的な磁場変動（後述する所定位置Ｐの内側磁場Ｂｅ）を補償コイル１２ａ、１２ｂの発生する補償磁場Ｂｃの重畳によって減衰させる。図示例はＸ軸方向の補償コイル１２ａ、１２ｂのみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様に補償コイル１２を配置することにより、あらゆる方向の到来外乱磁場に対応することができる。
【０００５】
また非特許文献２は、図８（Ａ）のような複合型構造において、アクティブ型（補償コイル１２）とパッシブ型（強磁性板６）との配置関係によるシールド性能を比較検討し、強磁性板６の内側に補償コイル１２を配置して複合型構造とする方が、強磁性板６の外側に補償コイル１２を配置する構造に比して、高いシールド性能を効率よく得ることができると報告している。例えば、強磁性板６の内側の高さ１／２の位置に１．０５〜１．１ｍ間隔で一対の補償コイル１２ａ、１２ｂを配置すれば、比較的小さな電流でＸ軸方向の到来外乱磁場を減衰させることができ、対象空間Ｒの中心付近に比較的広い低磁場領域を形成することができる。また、パッシブ型の内側に補償コイル１２を配置する複合型構造は、補償コイル１２の発生する補償磁場が空間Ｒの周辺環境に磁気ノイズとなって拡散するおそれがなく、パッシブ型の強磁性板６の磁化過程に起因するような磁気ノイズにも対応できる点でも有利であると指摘している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７５０６７号公報
【特許文献２】国際公開２００４／０８４６０３号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−３５１５９８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｖ．Ｏ．Ｋｅｌｈａ、ｅｔ．ａｌ．”Ｄｅｓｉｇｎ、 ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ、 ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ−ｖｏｌｕｍｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｈｉｅｌｄ”、 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、 Ｖｏｌ．１８、 Ｎｏ．１、 ｐｐ．２６０−２７０
【非特許文献２】古賀文隆ほか「内部アクティブ磁気シールドシステム開発のための磁界解析」、福岡県工業技術センター研究報告、Ｎｏ．１５、２００５年９月、ｐｐ１３０−１３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図８（Ａ）の複合型磁気シールド構造は、シールド対象空間Ｒ内のシールド対象位置Ｐと磁気センサ１４の設置位置Ｓ（センサ位置Ｓ）とが離れていると、シールド性能が劣化しうる問題点がある。アクティブ型磁気シールドでは、センサ位置Ｓの磁場（制御信号）に基づいて対象位置Ｐの磁場（出力信号）を制御するフィードバック系（図８（Ｂ）参照）を用いるために、センサ位置Ｓを対象位置Ｐにできるだけ近付けることが望ましいが、現実には対象位置Ｐにシールド対象の嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）が設置されるので、様々な物理的干渉を回避するためにセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとを離さざるを得ないことも多い。例えば、強磁場を発生する嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置のデュワ部）の近傍では微弱な磁場の変動を計測すること自体が難しいため磁気センサ１４を装置から隔てて設置しなければならず、また装置利用者のハンドリング等の観点から嫌磁気装置の近傍にセンサの設置スペースを確保できない場合もある。例えばＭＲＩ装置を設置する磁気シールド空間Ｒ（シールド室）では、磁気センサ１４をＭＲＩ装置から十分に離れた天井面等に設置することも通常である。
【０００９】
図８（Ａ）において、センサ位置Ｓと対象位置Ｐとが離れているとシールド性能の劣化を招く原因の１つは、シールド対象空間Ｒの内部の各位置における磁場Ｂｅ（以下、内部磁場Ｂｅということがある）に位相差δが生じることにある。すなわち、一般にパッシブ型磁気シールドでは到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φが変化すると強磁性板（導体）６中に起電力ｅ（＝−ｄφ／ｄｔ）の渦電流が誘導され、図示例のように対象空間Ｒの内面全体を強磁性板６で覆う密閉型シールド構造７では、到来外乱磁場Ｂｏの方向に応じて各内面の強磁性板６に向きの異なる渦電流が流れることにより内部磁場Ｂｅを減衰させる。例えば図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すようにＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φが変化すると、空間ＲのＸ軸方向と交差する前後ＹＺ面の強磁性板６の外周部で電流密度が高くなり、その渦電流に起因して発生する誘導磁場と到来外乱磁場Ｂｏとが合成される結果、前後ＹＺ面の内部磁場Ｂｅは外側の到来外乱磁場Ｂｏに対して位相がずれる。また、空間ＲのＸ軸方向と平行な上下ＸＺ面の強磁性板６でも電流密度が高くなり、同様に上下ＸＺ面の内部磁場Ｂｅに位相のずれを生じさせるが、上下ＸＺ面の内側の渦電流に起因して発生する誘導磁場は前後ＹＺ面の場合とは極性が異なる。このように、空間Ｒの各強磁性板６の渦電流に起因する様々な極性の誘導磁場と到来外乱磁場Ｂｏとが合成される結果、空間Ｒの内側の離れたセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとでは内部磁場Ｂｅに位相差δ（位相の分布）が生じる。
【００１０】
対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとで内部磁場Ｂｅに位相差δが生じると、図８（Ｂ）に示すアクティブ型磁気シールドの磁気シールド性能が低下しうる。複合型磁気シールドでは、上述したようにパッシブ型で減衰された内部磁場Ｂｅに対してアクティブ型の補償コイル１２の生成する補償磁場Ｂｃを重畳し、その重畳磁場Ｂｓ（＝Ｂｅ−Ｂｃ）がゼロに近付くようにフィードバック系でコイル電流を調整する。このアクティブ型磁気シールドの磁気シールド性能（相殺性能）ＳＥｓは、重畳磁場Ｂｓに対する内部磁場Ｂｅの比率（＝Ｂｅ／Ｂｓ）として定義され、（１）〜（３）式のように一巡伝達関数Ｇ（ω）を用いて評価することができる。一般にアクティブ型磁気シールドの一巡伝達関数Ｇ（ω）は磁気センサ１４、制御装置１６、補償コイル１２の特性によって定まり、それ自体に位相遅延が生じていることもあるが、（３）式から分かるように伝達関数Ｇ（ω）が大きいほど性能ＳＥｓが高くなる。対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとの間に位相差δが生じると、伝達関数Ｇ（ω）の位相遅延が大きくなり、一般的にはそれに応じて伝達関数Ｇ（ω）が小さくなって性能ＳＥｓの低下を招く。図８（Ａ）のように補償コイル１２がパッシブ型（強磁性板６）の内側に配置されているときは、位相差δが更に大きくなると、補償コイル１２の駆動によって対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅが逆に大きくなり、アクティブ型磁気シールドが対象位置Ｐの外乱要因となることも起こり得る。
【００１１】
図９は、一定のシステム構成及び到来外乱磁場の条件を仮定したうえで、アクティブ型磁気シールドの相殺性能（シールド性能）ＳＥｓと内部磁場Ｂｅの位相差δとの関係を計算したグラフの一例を示す。同グラフは、位相差δが１０度未満であれば初期性能の８０％以上の相殺性能を確保できるが、位相差δが２０度以上になると初期性能の７０％以下に相殺性能が低下することを示している。すなわち、シールド対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離隔しているシールド対象空間Ｒでは、複合型磁気シールドによって高いシールド性能を効率的に確保するために、単にパッシブ型（強磁性板６）とアクティブ型（補償コイル１２）との配置関係等を調整するだけは足りず、両位置Ｐ、Ｓの離隔により生じる性能の劣化（内部磁場Ｂｅの位相差δによる性能劣化）を防止することが重要となる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、シールド対象位置とセンサ位置とが離れていてもシールド性能の劣化を防止できる外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、図７に示すような簾状に並べた帯状磁性板の群（以下、シールド簾体という）を用いた磁気シールド構造に着目した（特許文献２及び３参照）。図示例のシールド構造は、図７（Ａ）のように所定幅Ｗ（例えば３０〜１００ｍｍ程度）の複数の帯状磁性板２を長手方向中心軸Ｃが同一簾面Ｆ上にほぼ平行に並ぶように所定間隔ｄで積層してシールド簾体３とし、更に図７（Ｂ）に示すように複数のシールド簾体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを対応する帯状磁性板２の端縁の重ね合わせ（面接触、図中の符号９参照）によって磁気的に接合して列状構造としたものである。図７（Ｂ）のように、列状のシールド簾体３の一端側の未接合端縁を他端側の対応する未接合端縁と接合し、磁気的に閉じた環状磁性板４の群を形成することにより、所定間隔ｄで筒型に積層された環状磁性板４の群によりシールド対象空間Ｒを囲むパッシブ型磁気シールド構造５（以下、筒型磁性板群５ということがある）を形成することができる。
【００１４】
図７（Ａ）のシールド簾体３は、各磁性板２の相互間隔ｄにより開放性（透視性、透光性、放熱性）を有している。その間隔ｄは、磁性板２中の磁束の通りやすさ（磁性板のパーミアンス）が間隔ｄ中の磁束の通りやすさ（間隔のパーミアンス）より大きくなるように、すなわち簾体３の長手方向中心線Ｃと直交する間隔ｄの断面積Ｓａに対する磁性板２の断面積Ｓｍと比透磁率μとの積（Ｓｍ・μ）の割合（Ｓｍ・μ／Ｓａ）が１より大きくなるように設計する。また図７（Ｂ）の開放性を有する筒型磁性板群５は、磁気的に閉じた環状磁性板４を磁束の通りやすい閉磁路（磁束の漏れにくい磁気回路）として磁束を集中させ、間隔ｄからの磁気の漏洩（シールド性能の劣化）を小さく抑えることにより、同じ量の磁性板料を用いた密閉型シールド構造７（図８（Ａ）参照）と同等以上の性能を有している（特許文献２参照）。
【００１５】
図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、図７（Ｂ）の筒型磁性板群５の中心軸線（筒軸）をシールド対象空間ＲのＺ軸に芯合わせして配置し、Ｘ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの磁束密度φの変化によって筒型磁性板群５の各環状磁性板４に誘導される渦電流を示したものである。筒型磁性板群５では、図６（Ａ）及び（Ｂ）の密閉型シールド構造７の場合と同様に渦電流が誘導されるものの、環状磁性板４の相互間隔ｄによって電流経路が分断されているため、密閉型シールド構造７の前後ＹＺ面のような大きな鎖交面積をもった渦電流は生じない。また、環状磁性板４の各部分が到来外乱磁場Ｂｏと平行になっており、各部分に流れる渦電流の極性向きが揃っているので、渦電流に起因する誘導磁場によってシールド構造の内部磁場Ｂｅに大きな位相差δ（位相の分布）が生じにくいと予想される。
【００１６】
本発明者は、図４に示すように、複数の径Ｄの環状磁性板４（図示例ではロ字型の磁性板）を所定筒軸（図示例ではＺ軸）に芯合わせして所定間隔ｄで筒型に積層することにより全長Ｌ（＝Ｄ×２）の磁気シールド構造（筒型磁性板群）５を試作し、到来外乱磁場Ｂｏによって生じるシールド構造の内部磁場Ｂｅの位相分布を確認する実験を行った。本実験では、図４（Ｂ）に示すように、筒型磁性板群５の両端から等距離（＝Ｌ／２）のＺ軸上に原点Ｐを設けると共に、その原点Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面上のＹ軸及びＸ軸上に計測点Ｓ１、Ｓ２（原点Ｐからの距離＝環状磁性板４の径Ｄの１／３）を設け、Ｘ軸方向からの到来外乱磁場Ｂｏの周波数を変えながら、その到来外乱磁場Ｂｏの変動に対する原点Ｐ及び計測点Ｓ１、Ｓ２の各々の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の変位）を計測した。また、図４（Ｃ）に示すように、原点Ｐから隔てた軸線Ｚ上に計測点Ｓ３（原点Ｐからの距離＝筒型磁性板群５の長さＬの１／６）を設け、同様にしてＸ軸方向の到来外乱磁場Ｂｏの変動に対する計測点Ｓ３の内部磁場Ｂｅの位相変位を計測した。
【００１７】
図５のグラフは、図４の実験結果、すなわち原点Ｐ及び各計測点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３における内部磁場Ｂｅの到来外乱磁場Ｂｏに対する位相変位の計測結果を示す。同グラフから、到来外乱磁場Ｂｏの周波数が１〜２００Ｈｚの間で変化しても、筒型磁性板群５の内部の原点Ｐ及び計測点Ｓ１、Ｓ２では位相差δが１．５度以内に収まっており、筒軸（Ｚ軸）と垂直な環状磁性板４と平行な平面上では位相差δがほとんど生じていないことが分かる。また、筒軸（Ｚ軸）方向に隔てた原点Ｐと計測点Ｓ３との間でも位相差δは９．２度以内に収まっており、筒軸（Ｚ軸）方向に生じる位相の分布も緩やかなものであることが分かる。図９を参照して上述したように、位相差δが１０度以下であればアクティブ型磁気シールドの相殺性能（シールド性能）ＳＥｓが大幅に低下することはなく、初期性能の８０％以上のシールド性能を確保できる。すなわち、図８のように密閉型シールド構造７に代えて、図７のような筒型磁性板群５（開放型シールド構造５）を用いて複合型磁気シールドを構築すれば、シールド対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離れていても、両位置Ｐ、Ｓの位相差δに起因する性能の劣化を防止することが期待できる。本発明は、この着想に基づく研究開発によって完成に至ったものである。
【００１８】
図１の実施例を参照するに、本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド方法は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な軸線Ｍを想定し且つその軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群５（図７（Ｂ）参照）を筒型に配置し、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂを設置し、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに磁気センサ１４を設け、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させてなるものである。
【００１９】
また図１の実施例を参照するに、本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド構造は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な軸線Ｍを想定し且つその軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板４の群５（図７（Ｂ）参照）、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂ、及び対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに設けた磁気センサ１４を備えてなり、センサ１４の出力に応じてコイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御して対象位置Ｐの内部磁場Ｂｅを減衰させるものである。
【００２０】
好ましくは、磁気センサ１４を、対象位置Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面Ｑ上に設ける。或いは、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の軸線Ｍ方向の離隔許容範囲を検出し、磁気センサ１４を、対象位置Ｐから離隔許容範囲内の環状磁性４板と平行な平面Ｑ上に設けてもよい。
【００２１】
更に好ましくは、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の中心とし、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とする。必要に応じて、図２に示すように、軸線Ｍと交差する筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造は、シールド対象空間Ｒ内の所定対象位置Ｐ上に到来外乱磁場Ｂｏの到来方向と垂直な軸線Ｍを想定し、その軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板４の群５によりパッシブ型磁気シールド（図７（Ｂ）参照）を構成し、その筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した補償磁場発生用コイル１２ａ、１２ｂと、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の離隔位置Ｓに設けた磁気センサ１４とによりアクティブ型磁気シールド（図８（Ａ）参照）を構成するので、次の効果を奏する。
【００２３】
（イ）筒型磁性板群５をパッシブ型磁気シールドとして用いることにより、シールド対象空間Ｒ内の軸線Ｍと垂直な平面上で内部磁場Ｂｅの位相差δを小さく抑えて位相分布をほぼ一様化することができ、軸線Ｍ方向の内部磁場Ｂｅの位相分布も緩やかなものとすることができる。
（ロ）従来のパッシブ型磁気シールドに比して対象空間Ｒ内の対象位置Ｐ周辺に位相差δの小さい比較的広い領域を形成することができ、位相差δによる性能劣化を避けながらアクティブ磁気シールドのセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとの離隔距離を大きくとることが可能になる。
（ハ）従って、アクティブ磁気シールドの対象位置Ｐ周辺の磁気センサ１４の位置選択の自由度を高めることができ、対象空問Ｒ内部に対象位置Ｐの嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）と物理的干渉を起こさないようにアクティブ型磁気シールドを適用することが容易になる。
（ニ）また、シールド対象空間Ｒ内の磁場位相差δの急激な変化を生じにくいので、事前に現場で磁気センサ１４の設置位置を探索・選定する作業を行う必要がなくなり、アクティブ型磁気シールドの施工作業の簡単化を図ることができる。
（ホ）到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に対しても筒型磁性板群５の磁性板相互間隔ｄの調整や補償コイル１２の配置位置の調整により比較的容易に対応可能であり、筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置することで到来外乱磁場Ｂｏの両端部からの回り込みにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】は、本発明による複合型磁気シールド構造の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による複合型磁気シールド構造の他の実施例の説明図である。
【図３】は、本発明による複合型磁気シールド構造の更に他の実施例の説明図である。
【図４】は、筒型磁性板群を用いたパッシブ型磁気シールド構造の内部磁場分布の計測実験の説明図である。
【図５】は、図４の実験による内部磁場分布の計測結果を示すグラフである。
【図６】は、密閉型磁気シールド構造および筒型磁性板群を用いた磁気シールド構造に生じる渦電流の説明図である。
【図７】は、筒型磁性板群を用いたパッシブ型磁気シールド構造の説明図である。
【図８】は、従来の複合型磁気シールド構造の一例の説明図である。
【図９】は、アクティブ磁気シールドの対象位置とセンサ位置との磁場位相差δによる相殺性能（シールド性能）の劣化の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の複合型磁気シールド構造の一実施例を示す。図示例の複合型構造は、図７（Ｂ）のように複数の環状磁性板４を所定間隔ｄで積層した筒型磁性板群５を用いた開放型のパッシブ型磁気シールドと、図８（Ａ）と同様のアクティブ型磁気シールドとを組み合わせものである。図示例の筒型磁性板群５は、例えばシールド対象空間Ｒ内に嫌磁気装置（例えばＭＲＩ装置等）を設置すべきシールド対象位置Ｐを定め、その対象位置Ｐ上の軸線Ｍと交差する所定間隔ｄの平行な複数の平面Ｑ上に空間Ｒの外縁に沿って環状磁性板４の群を配置したものである。環状磁性板４の一例は、図５（Ｂ）に示すように短冊形の帯状磁性板２を端縁の重ね合わせにより磁気的に連続させて環状に結合した磁性体フレームである。ただし、環状磁性板４の形状は図示例のような四角形（ロ字形）に限らず、三角形又は多角形とすることができ、楕円形等の曲線で囲まれた環状磁性板４とすることも可能である。軸線Ｍの周りに筒型磁性板群５を配置することにより、対象空間Ｓの４面を囲う閉磁路が形成できる。
【００２６】
図示例において、筒型磁性板群５の各環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗ、相互間隔ｄ等は、例えば筒型磁性板群５の施工前に予めシールド対象空間Ｒの外乱到来磁場Ｂｏの変動を求め、その到来外乱磁場Ｂｏの定常値又は最小値において対象空間Ｒ内の対象位置Ｐで要求される磁場強度（例えば対象位置Ｐに設置する嫌磁気装置の許容磁場強度）が得られるように設計することができる。筒型磁性板群５のシールド性能は、上述したように環状磁性板４の間隔ｄ（断面積Ｓａ）に対する環状磁性板４の幅Ｗ（断面積Ｓｍ）の比率（Ｓｍ・μ／Ｓａ）によって調整可能であるが、例えば幅Ｗに対する間隔ｄの比率を６未満（ｄ／Ｗ＜６）として十分な磁気シールド性能を確保することが望ましい。
【００２７】
また筒型磁性板群５は、到来外乱磁場Ｂｏに対して各環状磁性板４中の磁束密度が磁気飽和しないように、環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗと聞隔ｄとの比率（ｄ／Ｗ）を設計することが望ましい。環状磁性板４は、例えば薄い磁性板（パーマロイ、電磁鋼板等）を複数枚重ねたものとすることができ、その重ね枚数によって環状磁性板４の厚さ及び比透磁率μを調整することができる。筒型磁性板群５の全ての環状磁性板４の比透磁率μ、幅Ｗ、相互間隔ｄ等の属性を揃えることで施工の容易化を図れるが、各環状磁性板４の属性は同じである必要はなく、例えば到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に応じて環状磁性板４毎に属性を相違させることも可能である。例えば、到来外乱磁場Ｂｏの強い部位では比透磁率μや幅Ｗを大きくするか又は間隔ｄを小さくし、到来外乱磁場Ｂｏの弱い部位では比透磁率μや幅Ｗを小さくするか又は間隔ｄを大きくすることができる。
【００２８】
筒型磁性板群５は、予めシールド対象空間Ｒの外乱磁場Ｂｏの到来方向を求め、その到来外乱磁場Ｂｏの方向と垂直な対象位置Ｐ上の軸線（筒軸）Ｍと交差するように各環状磁性板４（平面Ｑ）を配置する。筒型磁性板群５の筒軸Ｍを到来外乱磁場Ｂｏの方向と平行に設置すると、図６（Ａ）の場合と同様に環状磁性板４の正面の環状方向に沿って大きな経路の渦電流が誘導され、環状磁性板４上の向きの異なる渦電流の誘導磁場により筒型磁性板群５の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）が大きくなる。図示例のように筒型磁性板群５の筒軸Ｍを到来外乱磁場Ｂｏの方向に対して直交させ、各環状磁性板４の側面（厚さ方向断面）を到来外乱磁場Ｂｏと交差させることにより、環状磁性板４上に環状方向に沿った大きな経路の渦電流が誘導されることを抑制し、対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることができる。
【００２９】
好ましくは、図示例のように筒型磁性板群５の筒軸Ｍと各環状磁性板４（平面Ｑ）とを直角に交差させ、環状磁性板４の環状方向に沿って誘導される渦電流を最小限に抑える。ただし、筒軸Ｍと各環状磁性板４とは厳密に直交させる必要はなく、環状磁性板４上に環状方向の渦電流が誘導されるのを防止できる角度で交差させれば足りる。また、各環状磁性板４の筒軸Ｍとの交差角度は全て同じである必要はなく、例えば到来外乱磁場Ｂｏの強さの分布に応じて環状磁性板４毎に交差角度を変えることも可能である。
【００３０】
なお、図示例ではＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸と垂直な壁面に囲まれた立方体形状のシールド対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）を想定し、その壁面と垂直な方向（Ｚ軸方向）からの到来外乱磁場Ｂｏを対象としているが、本発明の対象とする到来外乱磁場Ｂｏは対象空間Ｒの壁面と垂直方向に到来する磁場に限定されるものではない。例えば図３の実施例に示すように、到来外乱磁場Ｂｏの方向に拘らず、その到来外乱磁場Ｂｏと垂直な軸線（筒軸）Ｍと交差するように複数の環状磁性板４を適当な間隔ｄで配置すれば、その環状磁性板４（筒型磁性板群５）で囲まれた対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることができる。図３の実施例では対象空間Ｒの端面と筒型磁性板群５の端面とが揃わなくなり、筒型磁性板群５の端面から到来外乱磁場Ｂｏが対象空間Ｒの内側に進入するおそれも生じるが、そのような端面の影響は後述するように筒型磁性板群５の端面に磁気シールド面８を配置することで対応可能である（図２参照）。
【００３１】
また、図１及び図３の実施例では、筒軸Ｍと交差する平面Ｑと対象空間Ｒの外縁との交線に沿って環状磁性板４を配置し、環状磁性板４の径Ｄと対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）の断面径とを一致させているが、環状磁性板４の径Ｄと対象空間Ｒの断面径とは必ずしも一致させなくてもよく、例えば環状磁性板４の径Ｄを対象空間Ｒの断面径より小径としてもよい。また、対象空間Ｒの外側に筒型磁性板群５を配置することが可能であれば、環状磁性板４の径Ｄを対象空間Ｒの断面径より大径とし、対象空間Ｒの外側の筒型磁性板群５によって対象空間Ｒの内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相の分布）を小さく抑えることも可能である。
【００３２】
図示例のアクティブ型磁気シールドは、筒型磁性板群５の内側又は外側の対象位置Ｐの周囲に設置した一対の補償コイル１２ａ、１２ｂと、筒型磁性板群５内の対象位置Ｐから離隔したセンサ位置Ｓに設けた磁気センサ１４と、磁気センサ１４の計測磁場（内部磁場）Ｂｅを入力して補償コイル１２ａ、１２ｂの補償磁場を制御する制御装置１６とを有する。図示例の補償コイル１２ａ、１２ｂは、それぞれ対象空間Ｒの対象位置Ｐを通るＸ軸に芯合わせして筒型磁性板群５の内側に設置されており、図８（Ａ）の場合と同様に比較的小さな電流でＸ軸方向の外乱磁場を減衰させ、対象位置Ｐ付近に比較的広い補償磁場を形成することができる。ただし、補償コイル１２の配置位置及び形状は図示例に限定されず、必要な場合は筒型磁性板群５の外側に配置してもよい。また、対象空間Ｒの内面（図示例のＹＺ面）を複数に分割して各領域に補償コイル１２を配置し、各領域の補償コイル１２によって対象位置Ｐ付近に補償磁場を形成してもよい。
【００３３】
図示例のように到来外乱磁場Ｂｏの方向に対して筒軸Ｍが垂直な筒型磁性板群５を設置すれば、図５を参照して上述したように、対象位置Ｐを通る環状磁性板４と平行な平面Ｑ（ＸＹ平面）上で筒型磁性板群５の内部磁場Ｂｅの位相のずれ（位相分布）をほぼ一様化することができる。従って、その平面Ｑ上であれば、対象位置Ｐから離れた位置Ｓ（例えば対象位置Ｐの直上の天井に近い位置）に磁場センサ１４を設けても、内部磁場Ｂｅの位相差δによるアクティブ磁気シールドの性能劣化を避けることができる。また、対象位置Ｐを通る平面Ｑ上であればセンサ位置Ｓを任意に選択することが可能であり、センサ位置Ｓの選択の自由度を高めると共に、現場で事前にセンサ位置Ｓを探索・選定する作業を省略して施工作業の簡単化を図ることができる。
【００３４】
好ましくは、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とし、対象位置Ｐを筒型磁性板群５の軸線方向の中心付近に設ける。筒型磁性板群５の筒軸Ｍ方向の長さＬが環状磁性板４の径Ｄに比して同程度又は短いと、筒型磁性板群５の両端面から到来外乱磁場Ｂｏが対象空間Ｒの内側に回り込み、端部の影響によって内部磁場Ｂｅの位相分布が影響を受けるおそれがある。本発明者は、筒型磁性板群５の軸線方向中心でほぼ一様な位相分布が得られる軸線方向長さＬを検討する実験を繰り返し、筒型磁性板群５の軸線方向長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上の比率（Ｌ／Ｄ＞２）とすれば、筒型磁性板群５の軸線方向中心で端面の影響が避けられることを見出した。ただし、例えば大きさの限られた対象空間Ｒ（磁気シールドルーム等）のように比率（Ｌ／Ｄ）を大きくすることが難しい場合でも、後述するように筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置する等の別の手段によって端部の影響を小さく抑えることができ、本発明を適用することができる。
【００３５】
また、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬを環状磁性板４の径Ｄの２倍以上とすれば、図４（Ｂ）に示したように、筒型磁性板群５の中心付近の軸線方向の位相分布を緩やかなものとすることができる。従って、対象位置Ｐに対して位相差δが許容範囲内（例えば１０度以下）の内部磁場Ｂｅを検出できる筒型磁性板群５内の軸線Ｍ方向の離隔許容範囲（例えば図４（Ｂ）に示す軸線方向長さＬの１／６）を検出し、対象位置Ｐからその離隔許容（Ｌ／６）の範囲内の環状磁性４板と平行な平面Ｑ上に磁場センサ１４を設けても、内部磁場Ｂｅの位相差δによるアクティブ磁気シールドの大きな性能劣化を避けることができる。そのような軸線Ｍ方向の離隔許容範囲は、現場で事前に探索・選定することも可能であるが、図４（Ｂ）のような筒型磁性板群５の模型を試作して予め実験的に又は数値解析により選定することが可能である。
【００３６】
更に好ましくは、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬの環状磁性板４の径Ｄに対する比率（Ｌ／Ｄ）を十分に大きし、ほぼ一様な位相分布が得られる領域を軸線方向（図示例ではＺ軸方向）に拡大する。筒型磁性板群５のような開放型シールド構造では、従来から比率（Ｌ／Ｄ）を十分に大きく（例えばＬ／Ｄ＞１０）とすると、磁気シールド性能がほぼ一定の軸線中央付近の領域が軸線方向に拡大する（端部を除き無限長の筒状体と見なせる）ことが知られている。本発明者は、そのような磁気シールド性能がほぼ一定の領域では、位相分布もほぼ一定となっていることを実験的に見出した。一様な位相分布が得られる領域を拡大することにより、アクティブ磁気シールドのセンサ位置Ｓの選択の自由度を更に高めることができる。
【００３７】
こうして本発明の目的である「シールド対象位置とセンサ位置とが離れていてもシールド性能の劣化を防止できる外乱磁場の複合型磁気シールド方法及び構造」の提供を達成することができる。
【実施例１】
【００３８】
図２は、軸線Ｍと交差する筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８を配置した本発明の他の実施例を示す。上述したように、筒型磁性板群５の軸線Ｍ方向の長さＬが環状磁性板４の径Ｄの２倍未満であると、筒型磁性板群５の端面からの到来外乱磁場Ｂｏの影響によって内部磁場Ｂｅの位相分布が影響を受けるおそれがある。図示例のように、型磁性板群５の両端面にヨーク状の磁気シールド面８を配置し、いわば筒型磁性板群５の両端面に磁気シールド面８の蓋を設けることで、端面の到来外乱磁場Ｂｏの影響を防止することができる。磁気シールド面８を配置する場合は、図６（Ａ）のように大きな経路の渦電流が誘導されないように、到来外乱磁場Ｂｏの垂直に入射する磁気シールド面８の面積をできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、筒型磁性板群５の両端面をパーマロイ、電磁鋼板等の磁性薄板６（図８（Ａ）参照）で覆うことにより密閉型の磁気シールド面８とし、又は両端面と平行にシールド簾体（図７（Ａ）参照）を配置して開放型の磁気シールド面８とすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…複合型磁気シールド構造 ２…帯状磁性板
３…磁気シールド簾体 ４…環状磁性板
５…筒型磁性板群（開放型磁気シールド）
６…磁性板 ７…密閉型磁気シールド
９…重ね合わせ部
１０…アクティブ型磁気シールド １２…補償コイル
１４…磁気センサ １６…制御装置（コンピュータ）
２０…シールド対象機器（嫌磁気装置）
Ｂｏ…到来外乱磁場 Ｂｅ…内部磁場
Ｃ…長手方向中心軸 Ｄ…環状磁性板の径
ｄ…環状磁性板の相互間隔 ｅ…渦電流の起電力
Ｆ…シールド簾面 Ｇ…伝達関数
Ｌ…筒型磁性板群の軸線方向長さ Ｍ…到来外乱磁場の方向と垂直な軸線
Ｐ…シールド対象位置 Ｑ…環状磁性板の配置平面
Ｒ…シールド対象空間
Ｓ…センサ位置 Ｗ…環状磁性板の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド対象空間内の所定対象位置上に到来外乱磁場の方向と垂直な軸線を想定し且つその軸線と交差する所定間隔の平行な複数の平面上に空間外縁に沿って環状磁性板の群を筒型に配置し、前記筒型磁性板群内又は外の対象位置周囲に補償磁場発生用コイルを設置し、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の離隔位置に磁気センサを設け、前記センサの出力に応じてコイルの補償磁場を制御して対象位置の内部磁場を減衰させてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項２】
請求項１のシールド方法において、前記磁気センサを、前記対象位置を通る環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項３】
請求項１のシールド方法において、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の軸線方向の離隔許容範囲を検出し、前記磁気センサを、前記対象位置から離隔許容範囲内の環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかのシールド方法において、前記対象位置を筒型磁性板群の軸線方向中心とし、前記筒型磁性板群の軸線方向長さを環状磁性板の径の２倍以上としてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかのシールド方法において、前記軸線と交差する筒型磁性板群の両端面に磁気シールド面を配置してなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項６】
シールド対象空間内の所定対象位置上に到来外乱磁場の方向と垂直な軸線を想定し且つその軸線と交差する所定間隔の平行な複数の平面上に空間外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板の群、前記筒型磁性板群内又は外の対象位置周囲に設置した補償磁場発生用コイル、及び前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の離隔位置に設けた磁気センサを備えてなり、前記センサの出力に応じてコイルの補償磁場を制御して対象位置の内部磁場を減衰させる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項７】
請求項６のシールド構造法において、前記磁気センサを、前記対象位置を通る環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項８】
請求項６のシールド構造において、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の軸線方向の離隔許容範囲を検出し、前記磁気センサを、前記対象位置から離隔許容範囲内の環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項９】
請求項６から８の何れかのシールド構造において、前記対象位置を筒型磁性板群の軸線方向中心とし、前記筒型磁性板群の軸線方向長さを環状磁性板の径の２倍以上としてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項１０】
請求項６から９の何れかのシールド構造において、前記軸線と交差する筒型磁性板群の両端面に磁気シールド面を配置してなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項１】
シールド対象空間内の所定対象位置上に到来外乱磁場の方向と垂直な軸線を想定し且つその軸線と交差する所定間隔の平行な複数の平面上に空間外縁に沿って環状磁性板の群を筒型に配置し、前記筒型磁性板群内又は外の対象位置周囲に補償磁場発生用コイルを設置し、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の離隔位置に磁気センサを設け、前記センサの出力に応じてコイルの補償磁場を制御して対象位置の内部磁場を減衰させてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項２】
請求項１のシールド方法において、前記磁気センサを、前記対象位置を通る環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項３】
請求項１のシールド方法において、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の軸線方向の離隔許容範囲を検出し、前記磁気センサを、前記対象位置から離隔許容範囲内の環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかのシールド方法において、前記対象位置を筒型磁性板群の軸線方向中心とし、前記筒型磁性板群の軸線方向長さを環状磁性板の径の２倍以上としてなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかのシールド方法において、前記軸線と交差する筒型磁性板群の両端面に磁気シールド面を配置してなる外乱磁場の複合型磁気シールド方法。
【請求項６】
シールド対象空間内の所定対象位置上に到来外乱磁場の方向と垂直な軸線を想定し且つその軸線と交差する所定間隔の平行な複数の平面上に空間外縁に沿って筒型に配置した環状磁性板の群、前記筒型磁性板群内又は外の対象位置周囲に設置した補償磁場発生用コイル、及び前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の離隔位置に設けた磁気センサを備えてなり、前記センサの出力に応じてコイルの補償磁場を制御して対象位置の内部磁場を減衰させる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項７】
請求項６のシールド構造法において、前記磁気センサを、前記対象位置を通る環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項８】
請求項６のシールド構造において、前記対象位置に対して位相差が許容範囲内の内部磁場を検出できる筒型磁性板群内の軸線方向の離隔許容範囲を検出し、前記磁気センサを、前記対象位置から離隔許容範囲内の環状磁性板と平行な平面上に設けてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項９】
請求項６から８の何れかのシールド構造において、前記対象位置を筒型磁性板群の軸線方向中心とし、前記筒型磁性板群の軸線方向長さを環状磁性板の径の２倍以上としてなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【請求項１０】
請求項６から９の何れかのシールド構造において、前記軸線と交差する筒型磁性板群の両端面に磁気シールド面を配置してなる外乱磁場の複合型磁気シールド構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４３９９８（Ｐ２０１２−４３９９８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４２１５（Ｐ２０１０−１８４２１５）
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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