KR101825226B1 - 다이폴 링 자기 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 자장 강도와 감자 내성을 갖는 다이폴 링 자기 회로를 제공한다.
본 발명은 반주로 자화 방향이 일 회전하도록 환상으로 배열된 복수의 영구 자석편 (3)을 구비하고, 상기 영구 자석편 (3)으로 둘러싸인 내부 공간 (7)에 실질적으로 한 방향의 자장 (9)를 균일한 강도로 발생하고 있는 자기 회로 (1)로서, 상기 영구 자석편 (3)의 2개 이상이 환상 형상의 중심축에 대하여 수직인 면 상에, 상기 균일 자장 (9)의 방향에 대하여 자화 방향 (4)가 150도 내지 210도의 각도를 이루고(이하, 「특정 자석편」이라 함), 적어도 상기 특정 자석편 (3a), (3b), (3c)에서, 상기 환상 형상의 직경 방향을 따라서 상기 내부 공간에 가까울수록 보자력의 값이 높게 되어 있는 다이폴 링 자기 회로에 관한 것이다.

Description

다이폴 링 자기 회로{DIPOLE RING MAGNETIC CIRCUIT}

다이폴 링 자기 회로는 자기 회로의 내부 공간에 자장 방향이 한 방향으로 정렬되어 있고 자장 강도가 거의 균일한 자장 공간을 발생할 수 있는 것으로서, 자기 공명 단층 촬영 장치(MRI; Magnetic Resonance Imaging)나 반도체 소자 제조 공정, 그리고 기초 연구용의 자장 발생 장치로서 널리 이용되고 있다. 그 중에서도 반도체 소자 제조 공정 중의 자장 중 열처리 공정에서 금후 이용이 확대될 것으로 기대된다.

도 4의 (a)와 같이, 다이폴 링 자기 회로 (101)은 회로 형상이 환상을 이루고, 케이스 (105) 내에 각 자석편의 자화 방향 (104)가 환의 반주(半周)로 일 회전하도록 배열된 복수의 영구 자석편 (103)을 갖고, 환의 내부의 일정 공간에, 자장 방향 (109)가 한 방향이고, 자장 강도가 균일한 자장 공간 (107)을 발생하는 것이다(특허문헌 1). 도 4의 (b)과 같이, 자기 회로는 축방향으로 일정한 길이를 갖고, 내부 공간에 축방향으로 유한장의 균일 자장 공간 (107)을 형성한다. 즉, 내부 공간에 원주 형상의 균일 자장 공간 (107)을 형성하는 것이다.

다이폴 링 자기 회로는 자장 강도가 균일하고, 자장의 방향이 한 방향으로 정렬되어 있는 자장 공간을 필요로 하는 용도에서 이용된다. 최근에는 자기 저항 소자 제조의 열처리 공정(특허문헌 2)에 있어서도 이용되고 있다. 자장 중 열처리용으로서는 상전도 전자석 타입이나 초전도 전자석 타입도 사용되고 있는데, 최근의 영구 자석의 고특성화 및 전력 절약화의 관점에서, 저자장뿐만 아니라 1 T(테슬라) 이상의 자장 발생용에 있어서도 영구 자석 타입의 이용이 증가하고 있다.

열처리의 처리 능력을 높이기 위해서는, 상기 균일 자장 공간은 넓을수록 좋지만, 자장 공간의 직경을 크게 하기 위해서는 자기 회로의 내경을 크게 해야 하고, 또한 자장 공간의 길이를 길게 하기 위해서는 자기 회로의 길이를 길게 해야 한다. 단순히 내경을 넓히면 자장 강도가 저하되어 버리기 때문에, 자장 강도를 유지한 채로 자장 공간을 넓히기 위해서는 자기 회로 외경을 크게 해야만 해서, 전체의 크기 및 중량이 대형화하게 된다.

다이폴 링 자기 회로에는 주로 다른 자석보다도 잔류 자화 및 보자력이 높은 것으로부터 NdFeB 희토류 소결 자석이 이용된다. 자석은 보자력보다도 큰 역자장이 작용하면 감자하여 버리기 때문에, 사용 시에는 감자를 막기 위해서, 자석에 작용하는 역자장보다도 보자력이 높은 자석을 사용한다. 그러나 일반적으로 NdFeB 소결 자석의 보자력과 잔류 자화는 트레이드오프의 관계에 있고, 보자력이 높은 자석일수록 잔류 자화가 낮기 때문에, 필요 이상으로 높은 보자력을 갖는 자석을 사용하면 발생하는 자장이 저하되어 버린다.

최근에, 특허문헌 3이나 비특허문헌 1에 보이는 것과 같은, 소결 자석 표면으로부터 Dy(디스프로슘)이나 Tb(테르븀)을 내부에 확산시킴으로써, 잔류 자화를 저하시키지 않고서 보자력을 향상시키는 수법이 보고되어 있다. 이들 수법에서는, 효율적으로 Dy나 Tb를 입계에 농화할 수 있기 때문에, 잔류 자화의 저하를 거의 수반하지 않고서 보자력을 증대시키는 것이 가능하다. 또한, 자석 치수가 작을수록부가된 Dy나 Tb가 내부까지 확산하기 때문에, 이 확산 처리 방법은 소형 또는 박형의 자석에 적용 가능하다.

이 자석 표면으로부터 Dy나 Tb를 확산시키는 처리를 소형이 아닌 자석에 대하여 행하면, 특허문헌 4와 같이 자석 내부에서 보자력이 높아지지 않고, 내부로부터 표면으로 향해서 보자력이 서서히 증가하게 되어 사용상 주의가 필요하다.

일본 특허 공개 제2006-294851호 공보 일본 특허 공개 제2004-119822호 공보 국제 공개 제2006/043348호 공보 일본 특허 공개 제2010-135529호 공보

마찌다 겐이찌, 가와사끼 쇼우지, 스즈끼 순지, 이또 마사히로, 호리까와 다까시, "Nd-Fe-B계 소결 자석의 입계 개질과 자기 특성", 분체 분말 야금 협회 강연 개요집, 평성 16년도 춘계 대회, p.202

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 높은 자장 강도와 감자 내성을 갖는 다이폴 링 자기 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토를 행한 결과, 원통형의 다이폴 링 자기 회로를 구성하는 복수의 영구 자석편 중 적어도 일부의 자석편에 대해서, 원통의 직경 방향을 따라서 내부 공간에 가까울수록 보자력의 값이 높은 것으로 함으로써 이 자석편의 감자를 막으면서 내부 공간의 자장 강도를 향상시킬 수 있는 것을 지견하였다.

본 발명에 따르면, 높은 잔류 자화와, 원통의 직경 방향을 따라서 내부 공간에 가까울수록 높은 보자력을 갖는 영구 자석편을, 다이폴 링 자기 회로의 원통 중심축에 대하여 수직인 면상, 균일 자장의 자장 방향에 대하여 150도 내지 210도의 각도차의 자화 방향을 갖는 자석편(이하, 특정 자석편이라 함)에 이용함으로써, 이 자기 회로는 종래보다도 자장 강도가 높은 균일 자장 공간을 발생할 수 있다. 또한 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 다이폴 링 자기 회로로 비교하면, 필요한 자석편 부피가 줄어들기 때문에 종래보다도 소형화, 경량화할 수 있다.

또한, 특정 자석편에, 다른 구성 자석편보다도 보자력이 높은 자석을 사용하거나 또는 상기 특정 자석편을 반경 방향으로 분할하고, 내주측의 자석편에 보자력이 높은 자석을 이용한 경우, 이 자기 회로는 종래보다도 자장 강도가 높은 균일 자장 공간을 발생할 수 있다. 또한 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 다이폴 링 자기 회로로 비교하면, 종래보다도 소형화, 경량화할 수 있다.

이상과 같이 자장 강도를 높인 다이폴 링 자기 회로를 이용하면, 보다 높은 자장 강도가 필요한 용도에 사용할 수 있다. 또한, 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 자기 회로로 비교하면 종래보다도 소형화, 경량화가 가능하기 때문에, 이것을 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 장치 전체의 소형화, 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 자기 회로로 비교하면, 종래보다도 자기 회로 내경을 넓힐 수 있고, 이것을 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 사용할 수 있는 내부 공간이 넓어지기 때문에, 이 공간에 배치되는 반송계나 가열계의 설계 자유도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 다이폴 링 자기 회로의 일 양태에 있어서의 (a) 원통 중심축에 수직인 단면도 및 (b) (a)에 있어서의 소정의 자화 방향을 하는 3개의 자석편에 대한 전형적인 보자력 분포를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다이폴 링 자기 회로의 일 양태에 있어서의 자석편의 각 부에 작용하는 역자장의 강도 분포도이다.
도 3은 본 발명의 다이폴 링 자기 회로의 별도의 양태에 있어서의 원통 중심축에 수직인 단면도이다.
도 4는 종래의 다이폴 링 자기 회로의 (a) 원통 중심축에 수직인 면에서의 단면도 및 (b) (a)의 A-A 단면도이다.

이하, 본 발명의 다이폴 링 자기 회로에 대해서 상세히 설명한다. 도 1에 본 발명의 자기 회로의 일례를 나타낸다. 자기 회로 (1)은 외주에서 환상을 이루고, 자화 방향이 환의 반주로 일 회전하도록 배열된 복수의 영구 자석편 (3)으로 구성되고, 내부 공간 (7)에 발생하는 자장이 한 방향 (9)로 정렬되고 또한 강도가 균일하게 되어 있다. 각 자석편 (3)은 대략 부채형 또는 사다리꼴의 형상을 갖고 있고, 링(원통) 형상의 케이스 (5) 중에, 전체로서 환상을 이루도록 모여진다. 자석편 (3)과 케이스 (5) 및 자석편끼리는 접착제 등으로 접착 고정된다. 예를 들면, 도 1과 같이 자기 회로 (1)의 전체가 24개의 자석편으로 분할되는 경우, 각 자석편의 자화 방향 (4)는 환의 반주로 360도 회전하도록 이웃끼리의 자석편 사이에서 30도씩 자화 방향이 변화하도록 구성되어 있다. 회로를 구성하는 자석편의 분할수는, 분할수가 너무 적으면 자장 균일성이 저하되고, 분할수가 너무 많으면 제조 비용이 증대하기 때문에, 대략 12 내지 36분할 정도로 하는 것이 바람직하다. 36분할의 경우, 이웃 끼리의 자석편 사이에서 20도씩 자화 방향이 변화하도록 구성된다.

이상과 같이 구성된 영구 자석편 (3) 중, 특정 자석편에 대해서는, 원통의 직경 방향을 따라서 내부 공간에 가까울수록 보자력의 값이 높은 것을 이용하고 있다. 즉, 도 1의 예에서 나타내면, 회로 우측반에 3개, 회로 좌측반에 3개, 계6개 존재하는, 균일 자장 방향 (9)에 대하여 자화 방향 (4)가 150도, 180도, 210도의 각도차를 갖는 자석편 (3a), (3b), (3c)에 대해서, 자석편의 내주면의 보자력의 값이 자석편 내부 중앙의 보자력보다 높게 된 자석편을 이용한다.

도 1의 (b)에서는, 특정 자석편 6개에 대해서 내주면으로부터 Dy나 Tb의 확산 처리를 실시한 경우의, 회로 우측반의 3개의 자석편의 전형적인 보자력의 양태를 나타내고 있다. 도 1의 (b)의 예에서는, 특정 자석편의 내부 중앙의 보자력치는 일정치인데, 자석편의 소정의 깊이로부터 반경 방향을 따라서 내주면에 달할 때까지는 내주면까지의 거리에 대략 반비례하여 상승하고 있다.

이러한 보자력의 분포를 갖는 자석편이 다이폴 링 자기 회로로서 유효한 것을 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 다이폴 링 자기 회로의 자석편의 각 부에 작용하는 역자장의 모습을 나타내고 있다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 특정 자석편의 내주측 영역 (11)에서 강한 역자장이 작용하고 있다. 즉, 이 영역에서 자석편의 감자가 생기기 쉽게 되어 있기 때문에, 역자장에 견딜 수 있는 높은 보자력을 갖는 자석편을 사용할 필요가 있다. 그러나 자기 회로 전체를 고보자력 자석편으로 하면, 잔류 자화는 저하되어 버려, 발생하는 자장은 약해져 버린다.

따라서 본 발명의 일례에서는, 강한 역자장이 작용하는, 특정 자석편에, 내주면으로부터 Dy나 Tb를 확산 처리한 자석편을 이용하는 수법을 채용하고 있다. 이에 따라, 내주측 영역의 보자력이 향상하여 감자의 발생이 억제되고, 잔류 자화도 저하되지 않고, 내부 공간에 강한 자장을 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이 확산 처리된 자석편은 잔류 자화의 값이 높은 채로 보자력을 높이고 있기 때문에, 이것을 특정 자석편으로 사용함으로써, 내부의 균일 자장 공간의 자장을 높일 수 있기 때문에, 보다 높은 자장 강도가 필요한 용도에 사용할 수 있다. 또한, 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 자기 회로로 비교하면 종래보다도 소형화, 경량화가 가능하기 때문에, 이것을 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 장치 전체의 소형화, 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 자기 회로로 비교하면, 종래보다도 자기 회로 내경을 넓힐 수 있고, 이것을 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 사용할 수 있는 내부 공간이 넓어지기 때문에, 이 공간에 배치되는 반송계나 가열계의 설계 자유도를 높일 수 있다.

자석 표면으로부터 내부를 향해서 Dy 또는 Tb를 도포법이나 스퍼터링법에 의해 확산시키는 방법은 특허문헌 3에 기재되어 있고, 입계 확산 합금법에 의한 표면 처리라고 불리는 경우도 있다. 이 방법은, 바람직하게는 Y 및 Sc를 포함하는 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물, 불화물 및 산불화물로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 분말을 소결 자석체의 표면에 존재시킨 상태에서, 상기 소결 자석체 및 상기 분체를 상기 소결 자석체의 소결 온도 이하의 온도에서 진공 또는 불활성 가스 중에서 열처리를 실시하는 것이다. 소결 자석체로서는, 바람직하게는 R¹-Fe-B계 조성(R¹은 Y 및 Sc를 포함하는 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상을 나타냄)을 갖는 소결 자석체이다.

다만, 확산 처리로는 보자력을 높일 수 있는 영역에 한계가 있기 때문에, 확산 처리한 자석편을 너무 큰 자기 회로에 사용하더라도 충분한 효과가 얻어지지 않는다.

특허문헌 4에 의하면 확산 처리에 의해서 보자력이 상승하는 효과는 표면으로부터 약 6 mm까지이다. 도 2의 역자장이 강한 영역 (11)의 크기는, 내주면(균일 자장을 발생하는 공간에 접하는 면)으로부터 외주면(균일 자장을 발생하는 공간에 접하지 않은 면)을 향해서, 자석편의 반경 방향 치수의 대략 1/5 내지 1/25 정도이다. 따라서 자석편의 반경 방향 치수가 30 내지 150 mm 정도인 경우에 역자장 영역의 크기와 확산 처리에 의한 보자력 상승 영역의 크기가 맞는다. 자석편의 반경 방향 치수가 150 mm보다 훨씬 커지면, 역자장의 영역 (11)이 확산 처리로 보자력 상승 효과가 있는 거리 6 mm보다도 훨씬 커져, 확산 처리에 의한 보자력 상승으로는 역자장 영역을 다 커버할 수 없다. 또한 자석편 반경 방향 치수가 30 mm보다 작은 경우, 역자장 영역보다도 넓은 영역이 확산 처리에 의해서 보자력이 상승하는데, 그것에 의해 다이폴 링 자기 회로 및 이것을 구비한 장치에 악영향은 아무것도 발생하지 않고, 자석편 반경 방향 치수가 30 mm 이하인 자석편에 대해서도 본 발명은 유효하게 기능한다. 다만, 너무 자석편이 작으면 발생 자장이 저하되어, 예를 들면 자장 중 열처리 공정 후의 반도체 소자의 성능이 저하될 가능성이 있기 때문에 자석편 반경 방향 치수는 가능하다면 20 mm 이상이 바람직하다.

이상과 같이, Dy나 Tb의 확산 처리를 행한 자석편을 다이폴 링 자기 회로에 사용함으로써 균일 자장 공간의 자장을 높일 수 있다.

사용하는 자석편은 희토류계 소결 자석인 것이 바람직하다. 희토류계 소결 자석은 다른 자석에 비하여 잔류 자화, 보자력 모두 현저히 우수하기 때문에 다이폴 링 자기 회로에 적합한 자석 재료이다. 또한 NdFeB 희토류 소결 자석은 SmCo 희토류 소결 자석보다 저비용이고 잔류 자화도 우수하기 때문에, 특히 대형의 다이폴 링 자기 회로에는 NdFeB 희토류 소결 자석이 최적의 자석 재료이다. 또한, 상술한 확산 처리는 NdFeB 희토류 소결 자석에 특히 유효한 처리이다.

상술한 바와 같이, 적어도 특정 자석편에는, 보자력의 값이 자석편 내부 중앙보다도 자기 회로 내주측에 가까운 영역쪽이 높게 되어 있는 것을 이용하는데, 이것은 자석편 표면으로부터 내부로 향해서 Dy 또는 Tb를, 상술한 도포법이나 스퍼터링법에 의해서 확산시킴으로써 형성할 수 있다. 이와 같이 내주측 영역만을 확산 처리에 의해서 보자력 향상시키면 되기 때문에, 확산 처리 공정에서는 자석편의 내주면만을 처리하면 된다. 예를 들면, 처리하고자 하는 면 이외를 마스킹하여 확산 처리를 행하면 된다. 다만, 도포법 및 스퍼터링법에 있어서 자석편의 1면만 처리하는 것이, 전체면 처리에 비하여 마스킹 등의 여분의 공정이 증가하는 등하여, 쓸데없이 비용이 들거나 생산성이 나쁘게 되거나 하는 경우에는, 1면 처리가 아니라 전체면 또는 다면 처리를 행하더라도 상관없다. 이 경우, 처리된 모든 면에서 보자력이 향상되게 되는데, 그것이 자기 회로에 악영향을 제공하지 않고, 내주측의 보자력이 향상되어 있다면 문제로는 되지 않는다.

본 발명의 제2 예를 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3에서는, 역자장이 작용하는 자석편을 반경 방향(원통 중심축에 대하여 수직인 방사 방향)으로 2개의 부분으로 나누고, 내주측(균일 자장을 발생하는 공간에 접하는 부분)에 고보자력의 자석 단편 (6)을 배치하고 있다. 이와 같이 내주측의 자석 단편에 고보자력의 자석을 이용함으로써 감자를 막을 수 있다. 나머지 부분에 배치되는 자석 단편에 대해서는 보자력을 높일 필요는 없고, 잔류 자화가 높은 자석을 이용하면 된다. 이와 같이, 내주측만 고보자력 자석을 이용함으로써 분단하지 않고서 해당 자석편 전체를 고보자력 자석으로 하여 감자를 막는 경우에 비교하여 내부 공간의 자장 강도를 높일 수 있다. 분단하는 크기는, 역자장 영역의 크기를 고려하여 결정하면 된다. 상술한 바와 같이 역자장이 강한 영역의 크기는, 내주면으로부터 외주면으로 향해서, 자석편의 반경 방향 치수의 대략 1/5 내지 1/25 정도이기 때문에, 이 범위에서 자석 단편 치수를 적절하게 결정하면 된다.

본 방법이면 분단한 부분은 전부 보자력을 상승시킬 수 있기 때문에, 제1 예와 같은 자석편의 반경 방향 치수의 제한은 없다. 또한 분단수에 제한은 없고 3개 이상으로 분단할 수도 있다. 내주측의 자석 단편과 외주측의 자석 단편은 자화 방향이 평행인 것이 바람직하다. 자석편은 그 외주 형상에 맞도록 이경 동심원을 따라서 분단되어 있을 수도 있고, 직선적으로 분단되어 있을 수도 있다. 분단은 1개의 자석편을 분할함으로써 행할 수도 있다.

본 발명의 제3 예에서는, 강한 역자장이 작용하는, 자장 방향에 대하여 자화 방향이 150도 내지 210도의 각도차를 갖는 자석편을, 다른 부분의 자석편보다도 보자력이 높은 자석으로 한다. 이렇게 함으로써 역자장에 대항하여 감자를 막을 수 있다. 다른 부분의 자석편은 보자력을 높일 필요는 없고, 잔류 자화가 높은 자석을 이용하면 된다. 이와 같이, 역자장이 작용하는 자석편만 고보자력 자석으로 함으로써 자기 회로 전체를 고보자력 자석으로 하여 감자를 막는 경우에 비하여 내부 공간의 자장 강도를 높일 수 있다. 본 방법이면 보자력이 높은 자석편 내의 전역에서 보자력이 상승하고 있기 때문에, 제1 예와 같은 자석편의 반경 방향 치수의 제한은 없다. 또한, 제1 예와 같은 확산 처리 공정이 없고, 제2 예와 같은 자석편을 분할할 필요가 없기 때문에, 비용적으로 유리해진다.

상기 특정 자석편에서의 보자력의 최대차(최대치와 최소치의 차), 또는 상기 특정 자석편과 다른 자석편과 보자력의 최대차는, 200 kA/m을 초과하는 것이 바람직하고, 300 kA/m 이상인 것이 더욱 바람직하다.

이상의 예는 자기 회로를 구성하는 자석편이 24분할의 다이폴 링 자기 회로의 경우인데, 별도의 분할수의 경우에도 본 발명은 적용할 수 있다. 예를 들면, 36분할의 자기 회로로 각 자석편의 자화 방향이 20도씩 변화하는 경우이면, 자장 방향과 자화 방향과의 각도차가 150도 내지 210도의 범위에 들어가는, 구체적으로는 각도차가 160도, 180도, 200도인 자석편 세그먼트 6개에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 자기 회로는 상술한 바와 같이 특정 자석편만이 상술한 보자력 특성을 갖고 있는 양태뿐만 아니라, 각도차가 150도 내지 210도의 범위 외에 있는 영구 자석편에 대해서도 상술한 보자력 특성을 갖고 있는 양태를 포함한다. 바꾸어 말하면, 특정 자석편에 대해서 상술한 특성이나 양태를 특정 자석편 이외 중 어느 하나의 자석편이 갖고 있는 양태를 배제하는 것은 아니다.

[실시예]

이하, 본 발명의 구체적 양태에 대해서 실시예를 갖고 상술하는데, 본 발명의 내용은 이것에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1의 (a)에 나타내는 다이폴 링 자기 회로에서, 자석편 내경이 220 mm, 자석편 외경이 500 mm, 길이 600 mm이고, 자석편은 잔류 자화 1.42 T, 보자력 900 kA/m인 NdFeB 소결 자석을 이용하였다. 자기 회로를 구성하는 자석편 중, 특정 자석편 6개에 대하여 확산 처리를 행하였다. 확산 처리는 입상의 불화디스프로슘을 에탄올과 혼합하고, 상기 6개의 자석편의 내주면의 1면 이외를 마스킹한 상태에서 침지하고, 그 후 Ar 분위기 중 900℃에서 1시간이라는 조건으로 열처리를 행하였다. 이 자석편의 확산 처리면측의 보자력과 내부 중앙의 보자력을 측정한 결과, 각각 1200 kA/m, 900 kA/m로서, 확산 처리면측의 보자력이 300 kA/m 상승하고 있었다.

이들 자석편을 내경 500 mm, 외경 580 mm, 길이 600 mm, 재질 SS400의 케이스에 접착 고정하였다.

제작한 자기 회로를 평가하기 위해서 자기 내부 공간의 자장을 측정하였다. 균일 자장 공간으로서 φ 170×300 mm의 원주상 공간의 자장을 측정한 결과, 최대치 1.113 T, 최소치 1.044 T였다.

<비교예 1>

다음으로 비교예 1로서, 자기 회로의 각 치수 및 자화 방향은 실시예 1과 동일하고, 잔류 자화 1.36 T, 보자력 1200 kA/m의 NdFeB 소결 자석을, 확산 처리를 행하지 않고 사용하였다. 제작한 자기 회로의 균일 자장 공간의 자장을 실시예 1과 동일 조건으로 측정한 결과, 최대치 1.066 T, 최소치 1.000 T였다.

실시예 1과 비교하여 자장이 약 4％ 낮은데, 그의 원인으로서, 잔류 자화가 실시예 1보다 0.06 T 낮기 때문이라고 고찰된다. 본 비교예 1은 보자력이 높고 잔류 자화가 낮은 자석을 사용한 종래예를 모의하고 있다.

<실시예 2>

다음으로, 자기 회로의 각 치수 및 자화 방향은 실시예 1과 동일하고, 특정 자석편 6개가 수용되는 공간을 반경 방향으로 2개의 부분으로 나누었다. 내주측 부분에 수용되는 자석 단편의 반경 방향 치수는 일체 자석편의 반경 방향 치수의 1/5가 되도록 하였다. 내주측 부분에, 잔류 자화 1.36 T, 보자력 1200 kA/m의 NdFeB 소결 자석 단편을 수용하고, 그것 이외의 모든 부분에 잔류 자화 1.42 T, 보자력 900 kA/m의 NdFeB 소결 자석편 또는 NdFeB 소결 자석 단편을 수용하였다. 제작한 자기 회로의 균일 자장 공간의 자장을 실시예 1과 동일 조건으로 측정한 결과, 최대치 1.112 T, 최소치 1.041 T였다.

이와 같이 비교예 1과 비교하여 자장이 약 4％ 높게 되었다. 실시예 1과 비교하여 약간 자장이 낮게 되었는데, 이것은 분할된 내주측 자석편의 잔류 자화는 실시예 1보다 낮지만, 그 밖의 자석편은 전부 실시예 1과 동일 잔류 자화이고, 부피 비율로는 분할된 내주측 자석편이 상당히 작기 때문에, 근소한 양만큼 자장이 낮아졌다고 고찰된다.

<실시예 3>

실시예 1에 대하여, 자석편 외경 482 mm, 케이스 내경 482 mm, 케이스 외경 562 mm인 이외의 모든 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 자기 회로를 제작하였다. 그리고 실시예 1과 동일 조건으로 자장을 측정한 결과, 최대치 1.063 T, 최소치 1.001 T였다. 이 측정치는 비교예 1과 거의 동일값인데, 자기 회로의 외경이 580 mm로부터 562 mm로 작아졌다. 그 결과, 중량은 약 80 kgf 감소할 수 있었다.

<비교예 2>

실시예 2에 대하여, 내주측의 자석 단편에 잔류 자화 1.38 T, 보자력 1100 kA/m의 NdFeB 소결 자석 단편을 수용하고, 이것 이외의 모든 조건을 실시예 2와 동일하게 하여 자기 회로를 제작하였다. 그리고 실시예 1과 동일 조건으로 자장을 측정한 결과, 최대치 1.111 T, 최소치 0.991 T였다.

이와 같이 실시예 2와 비교하여 최소 자장이 약 5％ 낮게 되었는데, 이것은 분할된 내주측 자석 단편의 잔류 자화는 실시예 2보다 약간 높지만 보자력이 100 kA/m 낮기 때문에 감자가 생겨, 그 결과 균일 공간 중의 분할된 자석 단편에 가까운 영역에서 자장의 저하가 발생했기 때문이라고 생각된다.

본 실시예와 같이, 특정 자석편의 내주측 자석 단편의 보자력이, 그 밖의 자석 단편 및 그 밖의 자석편의 보자력보다 200 kA/m 높은 것 만으로는 자석의 감자를 막을 수 없어, 자장의 저하가 생겨 버린다.

이상과 같이 본 발명의 다이폴 링 자기 회로를 이용하면, 종래보다도 높은 자장 강도의 균일 자장 공간을 발생할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 동일 자장 강도이고 동일 자장 균일성의 자장 공간을 갖는 자기 회로로 비교하면, 종래보다도 소형이고 경량인 다이폴 링 자기 회로를 제공할 수 있다.

1, 20, 101: 다이폴 링 자기 회로
3, 103: 영구 자석편
4, 104: 자화 방향
5, 105: 케이스
6: 보자력이 높은 자석 단편
7, 107: 균일 자장 공간(내부 공간)
9, 109: 자장 방향
11: 역자장이 강한 영역

Claims (7)

1. 반주(半周)로 자화 방향이 일 회전하도록 환상으로 배열된 복수의 영구 자석편을 구비하고, 상기 영구 자석편으로 둘러싸인 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자장을 균일한 강도로 발생하고 있는 자기 회로로서,
   상기 영구 자석편이 NdFeB 희토류 자석이고,
   상기 영구 자석편의 2개 이상이 환상 형상의 중심축에 대하여 수직인 면 상에, 상기 균일 자장의 방향에 대하여 자화 방향이 150도 내지 210도의 각도를 이루고(이하, 「특정 자석편」이라 함),
   적어도 상기 특정 자석편에서, 상기 환상 형상의 직경 방향을 따라서 상기 내부 공간에 가까울수록 Dy 또는 Tb의 농도가 높고 보자력의 값이 높게 되어 있는 다이폴 링 자기 회로.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석편의 자기 회로 반경 방향 치수가 20 mm 내지 150 mm인 것을 특징으로 하는 다이폴 링 자기 회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 특정 자석편이 상기 환상 형상의 직경 방향으로 2개 이상의 부분으로 나누어져 있고,
   적어도 상기 영구 자석편으로 둘러싸인 내부 공간에 접하는 부분이 다른 부분보다도 높은 보자력의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다이폴 링 자기 회로.
5. 제1항에 있어서, 상기 특정 자석편으로서 상기 특정 자석편 이외의 자석편보다도 보자력의 값이 높은 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 다이폴 링 자기 회로.
6. 제1항, 제3항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 자석편 내에서의 보자력의 최대차 또는 상기 특정 자석편과 그 밖의 자석편과의 보자력의 최대차가 300 kA/m 이상인 것을 특징으로 하는 다이폴 링 자기 회로.
7. 제1항, 제3항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 다이폴 링 자기 회로를 탑재한 자장 중 열처리 장치.

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