JP4627921B2 - 永久磁石の磁気回路 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石を使用した磁気回路に関し、特に、磁気回路により発生した磁場の内、磁場を必要としない領域での磁場強度を小さくする永久磁石の磁気回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
永久磁石を用いた磁気回路により発生する磁場を利用する技術は種々知られている。例えば、半導体製造での薄膜形成工程或いはエッチング工程において、プラズマの発生及び制御のために永久磁石による磁界を用いることはよく知られている。このような半導体製造装置では、磁場を必要とする領域以外の領域での磁界をできるだけ小さくすることが、半導体基板及び周辺装置への漏洩磁場による影響を軽減するために極めて望ましい。
【0003】
本発明の実施の形態を述べる前に、図5(a)及び(b)を参照して単体及び1対の永久磁石により形成される磁場(磁界)を説明する。図5(a)に示すように、板状の強磁性体からなる磁石設置台10の上に単体の永久磁石12を設ける。この永久磁石12のN極から出てS極に入る磁力線及びその方向は夫々破線及び矢印で示されている。図5(a)に示す例では、永久磁石12の上方の領域14のみが必要とされる磁場領域とすると、これ以外の領域、例えば永久磁石12の斜め上方の領域R1及びR2では磁界強度をできるだけ小さくすることが望ましい。一方、図5(b)に示す場合は、板状の強磁性体からなる磁石設置台10の上に1対の永久磁石15a及び15bを磁化方向が逆になるように設ける。図5(b)に示す例では、永久磁石15a及び15bの上方の領域14のみが必要とされる磁場領域とすると、これ以外の領域、例えば永久磁石15a及び15bの斜め上方の領域R1及びR2では磁界強度をできるだけ小さくするのが望ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、永久磁石の磁気回路の構成を工夫し、必要とされる領域以外の磁場強度を小さくする提案は存在しない。
【0005】
【発明の目的】
従って、本発明は、永久磁石を使用した磁気回路で形成される磁場の内、必要としない領域での磁場強度を小さくする磁気回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主永久磁石と副永久磁石とを有し、前記主永久磁石の磁化方向と逆となるように前記副永久磁石を前記主永久磁石に隣接して設けたことを特徴とする永久磁石の磁気回路である。
【0007】
本発明は、強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に設置され磁化方向が設置面と並行する直方体の主永久磁石とを具え、該主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させるために、前記主永久磁石の磁極を結ぶ方向に少なくとも一個の副永久磁石を前記主永久磁石と隣接させて設け、前記副永久磁石の磁化方向を前記主永久磁石の磁化方向と逆にしたことを特徴とする永久磁石の磁気回路である。尚、前記副永久磁石に隣接させて他の副永久磁石を設け、該他の副永久磁石の磁化方向が前記副永久磁石の磁化方向と逆になるようにしてもよい。
【0008】
更に、本発明は、強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に距離をおいて設置した1対の直方体の主永久磁石とを具え、該1対の直方体の主永久磁石の磁化方向は設置面と略直角でかつ逆方向であり、これらの主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させる磁気回路であって、前記1対の主永久磁石の内の少なくとも一方に隣接して副永久磁石を設け、該副永久磁石の磁化方向を隣接した主永久磁石と並行でかつ逆方向としたことを特徴とする。尚、前記副永久磁石の磁化方向と並行でかつ逆の磁化方向を有する他の副永久磁石を前記副永久磁石に隣接して設けるようにしてもよい。
【0009】
更に又、本発明は、強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に距離をおいて設置した1対の直方体の主永久磁石とを具え、該1対の直方体の主永久磁石の磁化方向は設置面と略直角でかつ逆方向であり、これらの主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させる磁気回路であって、前記1対の主永久磁石の内の少なくとも一方の主永久磁石の磁極を結ぶ方向に該一方の主永久磁石と隣接させて副永久磁石を設け、この副永久磁石の磁化方向を前記一方の主永久磁石の磁化方向と逆にしたことを特徴とする。前記副永久磁石の磁化方向と逆の磁化方向を有する他の副永久磁石を前記副永久磁石に隣接して設けてもよい。
【0010】
【実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1(a)〜(c)を参照して説明する。尚、図5で示した構成部品(要素)と同一部品については同一の参照番号を付してある。
【0011】
図5(a)に示した“希望する磁場領域14”以外の領域R1及びR2での磁界強度を小さくするために、図1(a)に示すように、永久磁石12の磁極(N極及びS極)を結ぶ方向に永久磁石12と隣接させて、第1及び第2の副永久磁石20a及び20bを、それらの磁化方向が夫々永久磁石12の磁化方向と逆となるように配置する。尚、本実施の形態では永久磁石12を主永久磁石と呼ぶ。このように、主永久磁石12に対して1対の副永久磁石20a及び20bを配置することにより、これらの永久磁石からなる磁気回路の磁力線は図1(a)の示すようになり、“希望する磁場領域14”以外の領域R1及びR2での磁場強度を低くすることが可能となる。
【0012】
領域R1及びR2の磁場強度を更に小さくしたい場合には、図1(b)に示すように、第1及び第2の副永久磁石20a及び20bの夫々の外側に、磁化方向が副永久磁石20a及び20bの磁化方向と夫々逆方向となるように第3及び第4の副永久磁石22a及び22bを配置する。このように、第3及び第4の副永久磁石22a及び22bを配置することにより、領域R1及びR2での磁場強度は、図1(a)の場合に比べて更に小さくすることができる。
【0013】
尚、領域R1及びR2の磁場強度を、図1(b)の場合よりも更に小さくしたいときには、上記第3及び第4の副永久磁石の外側に更に1対或いは複数対の副永久磁石を配置することも可能である。図1(c)に示すように、主永久磁石12を0番目の磁石、左右の副永久磁石を図示のように1,2,…n番目の磁石とし、主永久磁石及び副永久磁石の断面積(磁化方向に直角の断面積)が夫々等しい場合、第n番目の副永久磁石の磁化方向の長さ(Ln)(幅)は、例えば、次の式(1)で与えられる。
Ln=anL0 (n=1,2,…) (1)
ここで、L0は主永久磁石の長さ(又は幅)、aは0<a<1を満足する任意の有理数である。但し、この式(1)は、主永久磁石12の長さ(幅)が約200mm以内、主永久磁石及び副永久磁石の断面積(磁化方向に直角の断面積)の夫々が約10000mm2以内、左右夫々の副永久磁石の数が3個程度(即ち副永久磁石が3対)までの場合によく当てはまる。
【0014】
例えば、主永久磁石12の長さ(幅)L0=100mm、a=0.3とした場合、式(1)によれば、副永久磁石20a及び20b夫々の長さ(幅)L1は30mm、副永久磁石22a及び22b夫々の長さ(幅)L2は9mmとなる。
【0015】
図2は、図1(a)の主永久磁石12のみの場合の領域14及び領域R1,R2での磁場強度と、この磁石12の両側に副永久磁石20a及び20bを配置した場合の領域14及び領域R1,R2での磁場強度との具体例を説明する図である。
【0016】
図2に示すように、主永久磁石12及び副永久磁石20a,20b(夫々の磁石の最大エネルギー積(BHmax)は270kJ/m3(=36MGOe)とする)の中央点の80mm真上を評価点(磁場強度測定点)1〜3とし、主永久磁石の幅、奥行、厚さを夫々100mm、50mm、20mm、副永久磁石20a及び20b夫々の幅、奥行、厚さを30mm、50mm、20mmとした場合、評価点1〜3での磁場強度(磁束密度)は次のようであった(評価点1での磁場強度(T)をA、評価点2,3での磁場強度(T)をBとする)
このように、副永久磁石20a及び20bを付加することによって、評価点2,3での磁場強度を約40%低下させることができた。
【0017】
上述の説明では、副永久磁石を複数個使用している。しかし、例えば、領域R1の磁場強度だけを減少させたい場合には、副永久磁石20aのみ、或いは、副永久磁石20aと22aのみとすることもできるし、更に、新たな副永久磁石を22aの外側に隣接させてもよい。主永久磁石12は、単一(即ち一体)の磁石に限定されるものではなく、複数の永久磁石を磁化方向が同一となるように直列接続したものであってもよい。図1(b)に示すように、複数の副永久磁石を隣接させる場合には、外側の副永久磁石の体積を内側の副永久磁石の体積よりも小さくした方がよい。
【0018】
本発明の第2の実施の形態を図3を参照して説明する。図3(a)に示すように、本実施の形態では、強磁性体からなる磁石設置台10の上に、夫々の磁化方向が逆方向で且つ磁石設置台10に対して垂直となるように1対の永久磁石15a及び15bからなる主永久磁石を置き(ここまでは図5(b)と同様)、図5(b)に示した領域R1及びR2の磁場強度を小さくするために、その外側に2対の副永久磁石30a−30b及び32a−32bを、隣接する磁石と磁化方向が逆となるように設置する。このように、1対の主永久磁石15a及び15bに対して2対の副永久磁石30a−30b及び32a−32bを配置することにより、これらの永久磁石からなる磁気回路の磁力線は図3(a)に示すようになり、領域R1及びR2での磁場強度を低くすることが可能となる。尚、副永久磁石32a,32bの外側に更に1対或いは複数対の副永久磁石を追加してもよい。
【0019】
図3(b)に示すように、1対の永久磁石15a及び15bの夫々を0番目の磁石、左右の副永久磁石を図示のように1,2,…n番目の磁石とし(但し3番目以降は省略してある)、これらの副永久磁石1,2,…n番目の磁化方向に平行な面の断面積が夫々等しい場合、第n番目の副永久磁石の磁化方向と直角の方向の長さ(Ln)は、例えば、次の式(2)で与えられる。
Ln=aL0 (n=1,2,…) (2)
ここで、L0は主永久磁石の長さ、aは0<a<1を満足する任意の有理数である。
【0020】
上述の第2の実施の形態の説明では、2対の副永久磁石30a−30b及び32a−32bを使用している。しかし、これに限らず、1対の副永久磁石30a−30bのみを使用するようにしてもよい。更に、例えば、領域R1の磁場強度のみを減少させたい場合には、副永久磁石30aのみ或いは30aと32aを使用するようにしてもよい。更に又、図3(a)に示すように、複数の副永久磁石を隣接して使用する場合には、外側の副永久磁石の体積は内側の副永久磁石の体積よりも小さくした方がよい。
【0021】
本発明の第3の実施の形態を図4を参照して説明する。図4(a)に示すように、本実施の形態では、強磁性体からなる磁石設置台10の上に、夫々の磁化方向が逆方向で且つ磁石設置台10に垂直となるように1対の永久磁石40a及び40bからなる主永久磁石を置き(ここまでは図5(b)と略同様)、図5(b)に示した領域R1及びR2の磁場強度を小さくするために、磁石40a及び40bの上部に2対の副永久磁石42a-42b及び44a-44bを、隣接する磁石と磁化方向が逆となるように設置する。このように、1対の主永久磁石40a及び40bに対して2対の副永久磁石42a-42b及び44a-44bを配置することにより、これらの永久磁石からなる磁気回路の磁力線は図4(a)に示すようになり、領域R1及びR2での磁場強度を低くすることができる。尚、副永久磁石44a,44bの外側(上側)に更に1対或いは複数対の副永久磁石を追加してもよい。
【0022】
図4(b)に示すように、1対の永久磁石40a及び40b(主永久磁石)を夫々0番目の磁石、左右の副永久磁石を夫々図示のように1,2,…n番目の磁石とする(但し3番目以降は省略してある)。主永久磁石を構成する磁石40a及び40b夫々の体積をV0とすれば、n番目の副永久磁石の体積Vn(n=1,2,…n)は、例えば、
Vn=AnV0=anL01*bnL02*anL03 (3)
の関係式で与えられる。ここで、a,b,cは0<a,b,c<1を満足する任意の有理数、L01,L02,L03は夫々主永久磁石を構成する一方の磁石(40a或いは40b)の3辺の長さをしめす。
【0023】
図4(a)に示した磁気回路において、(1)主永久磁石40a及び40bのみを使用した場合、(2)主永久磁石40a,40bに副永久磁石42a,42bを加えた場合、(3)主永久磁石40a,40bに副永久磁石42a,42b及び44a,44bを加えた場合について、磁場領域14及び磁場領域R1での磁場強度を測定した。その結果は、
であった。
【0024】
上述の第3の実施の形態の説明では、2対の副永久磁石42a−42b及び44a−44bを使用している。しかし、これに限らず、1対の副永久磁石42a−42bのみを使用するようにしてもよい。更に、例えば、領域R1の磁場強度だけを減少させたい場合には、副永久磁石42aのみ、或いは、42aと44aだけを使用するようにしてもよい。更に又、図4(a)に示すように、複数の副永久磁石を隣接する場合には、外側の副永久磁石の体積を内側の副永久磁石の体積よりも小さくした方がよい。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、主永久磁石に対して1個或いは複数の副永久磁石を、その磁化方向が主永久磁石の磁化方向と逆となるように、主永久磁石に隣接して設けることにより、磁場を必要とする領域以外の領域での磁界をできるだけ小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する図。
【図2】本発明の第1の実施の形態の具体例を説明する図。
【図3】本発明の第2の実施の形態を説明する図。
【図4】本発明の第3の実施の形態を説明する図。
【図5】従来の永久磁石からなる磁気回路で発生する磁場を説明する図。
【符号の説明】
10:永久磁石設置台
12:主永久磁石
20a,20b,22a,22b:副永久磁石
15a,15b:主永久磁石
30a,30b,32a,32b:副永久磁石
40a,40b:主永久磁石
42a,42b,44a,44b:副永久磁石
Claims (6)
- 強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に設置され磁化方向が設置面と並行する直方体の主永久磁石とを具え、該主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させる磁気回路であって、前記主永久磁石の磁極を結ぶ方向に少なくとも一個の副永久磁石を前記主永久磁石と隣接させて設け、前記副永久磁石の磁化方向を前記主永久磁石の磁化方向と逆にしたことを特徴とする永久磁石の磁気回路。
- 前記副永久磁石に隣接させて他の副永久磁石を設け、該他の副永久磁石の磁化方向が前記副永久磁石の磁化方向と逆になるようにしたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石の磁気回路。
- 強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に距離をおいて設置した1対の直方体の主永久磁石とを具え、該1対の直方体の主永久磁石の磁化方向は設置面と略直角でかつ逆方向であり、これらの主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させる磁気回路であって、前記1対の主永久磁石の内の少なくとも一方に隣接して副永久磁石を設け、該副永久磁石の磁化方向を隣接した主永久磁石と並行でかつ逆方向としたことを特徴とする永久磁石の磁気回路。
- 前記副永久磁石の磁化方向と並行でかつ逆の磁化方向を有する他の副永久磁石を前記副永久磁石に隣接して設けたことを特徴とする請求項3記載の永久磁石の磁気回路。
- 強磁性体の磁石設置台と、該磁石設置台に距離をおいて設置した1対の直方体の主永久磁石とを具え、該1対の直方体の主永久磁石の磁化方向は設置面と略直角でかつ逆方向であり、これらの主永久磁石による磁場の所定領域の磁場強度を低下させる磁気回路であって、前記1対の主永久磁石の内の少なくとも一方の主永久磁石の磁極を結ぶ方向に該一方の主永久磁石と隣接させて副永久磁石を設け、この副永久磁石の磁化方向を前記一方の主永久磁石の磁化方向と逆にしたことを特徴とする永久磁石の磁気回路。
- 前記副永久磁石の磁化方向と逆の磁化方向を有する他の副永久磁石を前記副永久磁石に隣接して設けたことを特徴とする請求項5記載の永久磁石の磁気回路。
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