JP5623368B2 - ダイポールリング磁気回路 - Google Patents
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Description
熱処理の処理能力を上げるためには、前記均一磁場空間は広いほど良いが、磁場空間の直径を大きくするためには磁気回路の内径を大きくし、また、磁場空間の長さを長くするためには磁気回路の長さを長くしなければならない。単に内径を広げると磁場強度が低下してしまうので、磁場強度を維持したまま磁場空間を広げるには磁気回路外径を大きくしなければならず、全体の大きさおよび重量が大型化することになる。
図1(b)では、特定磁石片6個について内周面からDyやTbの拡散処理を施した場合の、回路右半分の3個の磁石片の典型的な保磁力の様子を示している。図1(b)の例では、特定磁石片の内部中央の保磁力値は、一定値であるが、磁石片の所定の深さから半径方向に沿って内周面に達するまでは内周面までの距離に概ね反比例して上昇している。
そこで本発明の一例では、強い逆磁場の働く、特定磁石片に、内周面からDyやTbを拡散処理した磁石片を用いる手法を採用している。これにより、内周側領域の保磁力が向上して減磁の発生が抑えられ、残留磁化も低下せず、内部空間に強い磁場を発生できる。先に述べたように拡散処理された磁石片は残留磁化の値が高いまま保磁力を高めているので、これを特定磁石片に使用することにより、内部の均一磁場空間の磁場を高めることができるため、より高い磁場強度が必要な用途に使用できる。また、同じ磁場強度で同じ磁場均一性の磁場空間を有する磁気回路で比較すれば、従来よりも小型化、軽量化が可能なため、これを半導体製造装置に使用した場合、装置全体の小型化、軽量化が図れる。また、同じ磁場強度で同じ磁場均一性の磁場空間を有する磁気回路で比較すれば、従来よりも磁気回路内径を広げることができ、これを半導体製造装置に使用した場合、使用できる内部空間が広がるので、この空間に配置される搬送系や加熱系の設計自由度を高めることができる。
特許文献4によると拡散処理によって保磁力の上昇する効果は表面から約6mmまでである。図2の逆磁場の強い領域11の大きさは、内周面(均一磁場を発生する空間に接する面)から外周面(均一磁場を発生する空間に接しない面)に向かって、磁石片の半径方向寸法のおよそ1/5〜1/25程度である。よって磁石片の半径方向寸法が30〜150mm程度の場合に逆磁場領域の大きさと拡散処理による保磁力上昇領域の大きさが合う。磁石片の半径方向寸法が150mmよりはるかに大きくなると、逆磁場の領域11が拡散処理で保磁力上昇効果のある距離6mmよりもはるかに大きくなって、拡散処理による保磁力上昇では逆磁場領域をカバーしきれない。また磁石片半径方向寸法が30mmより小さい場合、逆磁場領域よりも広い領域が拡散処理によって保磁力が上昇するが、そのことでダイポールリング磁気回路およびこれを備えた装置に悪影響は何も起こらず、磁石片半径方向寸法が30mm以下の磁石片に対しても本発明は有効に働く。ただし、あまり磁石片が小さいと発生磁場が低下し、例えば磁場中熱処理工程後の半導体素子の性能が低下する可能性があるので磁石片半径方向寸法は、できれば20mm以上が望ましい。
使用する磁石片は、希土類系焼結磁石であることが好ましい。希土類系焼結磁石は他の磁石に比べて残留磁化、保磁力ともに格段に優れているためダイポールリング磁気回路に適した磁石材料である。またNdFeB希土類焼結磁石はSmCo希土類焼結磁石より低コストで残留磁化も優れているので、特に大型のダイポールリング磁気回路にはNdFeB希土類焼結磁石が最適な磁石材料である。また、上述の拡散処理はNdFeB希土類焼結磁石に特に有効な処理である。
本方法であれば分断した部分は全て保磁力を上昇できるので、第1の例のような磁石片の半径方向寸法の制限はない。なお分断数に制限はなく3つ以上に分断してもよい。内周側の磁石断片と外周側の磁石断片とは磁化方向が平行であることが好ましい。磁石片は、その外周形状に合うように異径同心円に沿って分断されていてもよいし、直線的に分断されていてもよい。分断は、1つの磁石片を分割することにより行ってもよい。
<実施例1>
図1(a)に示すダイポールリング磁気回路で、磁石片内径が220mm、磁石片外径が500mm、長さ600mmで、磁石片は残留磁化1.42T、保磁力900kA/mであるNdFeB焼結磁石を用いた。磁気回路を構成する磁石片のうち、特定磁石片6個に対して拡散処理を行った。拡散処理は、粒状のフッ化ディスプロシウムをエタノールと混合し、前記6個の磁石片の内周面の1面以外をマスキングした状態で浸漬し、その後、Ar雰囲気中900℃で1時間という条件で熱処理を行った。この磁石片の拡散処理面側の保磁力と内部中央の保磁力を測定した結果、それぞれ1200kA/m、900kA/mであり、拡散処理面側の保磁力が300kA/m上昇していた。
これらの磁石片を内径500mm、外径580mm、長さ600mm、材質SS400のケースに接着固定した。
製作した磁気回路を評価するため、磁気内部空間の磁場を測定した。均一磁場空間としてφ170×300mmの円柱状空間の磁場を測定した結果、最大値1.113T、最小値1.044Tであった。
次に比較例1として、磁気回路の各寸法および磁化方向は実施例1と同じで、残留磁化1.36T、保磁力1200kA/mのNdFeB焼結磁石を、拡散処理を行わず使用した。製作した磁気回路の均一磁場空間の磁場を実施例1と同じ条件で測定した結果、最大値1.066T、最小値1.000Tであった。
実施例1と比較して磁場が約4%低いが、その原因として、残留磁化が実施例1より0.06T低いためと考察される。本比較例1は保磁力が高く残留磁化が低い磁石を使用した従来例を模擬している。
次に、磁気回路の各寸法および磁化方向は実施例1と同じで、特定磁石片6個が収容される空間を半径方向に2つの部分に分けた。内周側部分に収容される磁石断片の半径方向寸法は、一体磁石片の半径方向寸法の1/5になるようにした。内周側部分に、残留磁化1.36T、保磁力1200kA/mのNdFeB焼結磁石断片を収容し、それ以外の全ての部分に残留磁化1.42T、保磁力900kA/mのNdFeB焼結磁石片またはNdFeB焼結磁石断片を収容した。製作した磁気回路の均一磁場空間の磁場を実施例1と同じ条件で測定した結果、最大値1.112T、最小値1.041Tであった。
このように比較例1と比べて磁場が約4%高くなった。実施例1と比べてわずかに磁場が低くなったが、これは分割された内周側磁石片の残留磁化は実施例1より低いが、その他の磁石片は全て実施例1と同じ残留磁化であり、体積割合では分割された内周側磁石片がかなり小さいため、わずかな量だけ磁場が下がったと考察される。
実施例1に対して、磁石片外径482mm、ケース内径482mm、ケース外径562mmである以外の全ての条件を実施例1と同じとして磁気回路を製作した。そして実施例1と同じ条件で磁場を測定した結果、最大値1.063T、最小値1.001Tであった。この測定値は比較例1とほぼ同じ値であるが、磁気回路の外経が580mmから562mmへと小さくなった。その結果、重量は約80kgf低減できた。
<比較例2>
実施例2に対して、内周側の磁石断片に残留磁化1.38T、保磁力1100kA/mのNdFeB焼結磁石断片を収容し、これ以外の全ての条件を実施例2と同じとして磁気回路を製作した。そして実施例1と同じ条件で磁場を測定した結果、最大値1.111T、最小値0.991Tであった。
このように実施例2と比べて最小磁場が約5%低くなったが、これは分割された内周側磁石断片の残留磁化は実施例2よりやや高いが保磁力が100kA/m低いため減磁が生じ、その結果、均一空間のなかの分割された磁石断片に近い領域で磁場の低下が起こったためと考えられる。
本実施例のように、特定磁石片の内周側磁石断片の保磁力が、その他の磁石断片およびその他の磁石片の保磁力より200kA/m高いだけでは、磁石の減磁を防ぐことができず、磁場の低下が生じてしまう。
以上のように本発明のダイポールリング磁気回路を用いると、従来よりも高い磁場強度の均一磁場空間を発生できる。また、本発明によれば、同じ磁場強度で同じ磁場均一性の磁場空間を有する磁気回路で比較すれば、従来よりも小型で軽量のダイポールリング磁気回路を提供できる。
3,103 永久磁石片
4,104 磁化方向
5,105 ケース
6 保磁力が高い磁石断片
7,107 均一磁場空間(内部空間)
9,109 磁場方向
11 逆磁場の強い領域
Claims (7)
- 半周で磁化方向が一回転するように環状に配列された複数の永久磁石片を備え、該永久磁石片で囲まれた内部空間に実質的に一方向の磁場を均一な強度で発生している磁気回路であって、
前記永久磁石片の2つ以上が、環状形状の中心軸に対して垂直な面上、前記均一磁場の方向に対して磁化方向が150度〜210度の角度をなし(以下、「特定磁石片」という)、
少なくとも前記特定磁石片において、前記環状形状の径方向に沿って前記内部空間に近いほど保磁力の値が高くなっている、
ダイポールリング磁気回路。 - 前記永久磁石片が、NdFeB希土類磁石であり、
該永久磁石片のうち、少なくとも前記特定磁石片において、前記環状形状の径方向に沿って前記内部空間に近いほどDy又はTbの濃度が高いことを特徴とする請求項1に記載のダイポールリング磁気回路。 - 前記永久磁石片の磁気回路半径方向寸法が、20mm〜150mmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のダイポールリング磁気回路。
- 前記永久磁石片が、NdFeB希土類磁石であり、
前記特定磁石片が、前記環状形状の径方向に2つ以上の部分に分けられており、
少なくとも前記永久磁石片で囲まれた内部空間に接する部分が、他の部分よりも高い保磁力の値を有することを特徴とする請求項1に記載のダイポールリング磁気回路。 - 前記永久磁石片が、NdFeB希土類磁石であり、
前記特定磁石片として前記特定磁石片以外の磁石片よりも保磁力の値が高いものを用いることを特徴とする請求項1に記載のダイポールリング磁気回路。 - 前記特定磁石片内における保磁力の最大差または前記特定磁石片とその他の磁石片との保磁力の最大差が300kA/m以上であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のダイポールリング磁気回路。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載のダイポールリング磁気回路を搭載した磁場中熱処理装置。
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