KR20170015235A - 다이폴 링 자계 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단면이 부채형이나 사다리꼴인 영구 자석편을 사용하지 않고, 환의 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자계를 발생 가능한 다이폴 링 자계 발생 장치를 제공하고, 또한 당해 자계 발생 장치의 작은 스큐각을 달성한다. 다이폴 링 자계 발생 장치를 구성하는 각 영구 자석편의 단면 형상을 사각형으로 하고, 또한 해당 사각형의 영구 자석편을 복수, 소정의 위치에 환상으로 배치한다. 주요 영구 자석 유닛인 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛은, 각각 5개 이상의 영구 자석편으로 구성되어 있고, 제1과 제3 영구 자석 유닛, 제2와 제4 영구 자석 유닛은 각각, 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 단면에 있어서, 중심축에 대하여 대극에 위치하며, 서로 대향하는 오목 형상 또는 E 형상을 갖고 있다.

Description

다이폴 링 자계 발생 장치 {DIPOLE RING MAGNETIC FIELD GENERATOR}

본 발명은 다이폴 링 자계 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 다이폴 링 자계 발생 장치는 환상을 이루고, 각 영구 자석편의 착자 방향이 환의 반주(半周)에서 1회전 하도록 배열된 복수의 영구 자석편에 의해, 환의 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자계를 발생하고, 바람직하게는 각 영구 자석편이 해당 한 방향의 자계와 같은 강도의 자계를 갖도록 구성된 자계 발생 장치이고, 자기 공명 단층 촬영 장치(MRI)나 반도체 소자 제조 공정, 그리고 기초 연구용 균일 자계 발생 수단 등으로서 널리 이용되고 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-56903호 공보). 종래, 1축성의 균일한 자계 발생 수단으로서는 상전도 전자석, 초전도 전자석 등이 사용되고 있지만, 최근의 고특성 희토류 영구 자석의 개발에 의해, 희토류 영구 자석(이하, 간단히 영구 자석 또는 자석이라고 칭하는 경우가 있음)을 균일 자계 발생 장치로서 사용하는 것이, 예를 들어 1T 이하의 저자장에서는 주류가 되어 오고 있다.

도 4를 참조하여 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치 및 이 장치에 사용하는 영구 자석편 등을 설명한다. 도 4는 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치(6)의 중심축에 수직인 평면에서의 모식적인 단면도이고, 복수의 영구 자석편(701 내지 724)과 그것을 둘러싸는 외연부 요크(8)로 구성되어 있다. 도 4에 있어서, 각 영구 자석편(701 내지 724)에는, Nd-Fe-B계, Sm-Co계, Sm-N-Fe계 등의 대략 사다리꼴상 또는 부채형의 희토류 영구 자석이 사용된다. 또한, 외연부 요크(8)에는 환상의 강자성 또는 비자성 재료가 사용된다. 또한, 자계 발생 장치를 구성하는 자석의 분할 수(영구 자석편의 개수)는 4분할부터 60분할 정도까지 가능하지만, 자기 효율이나 회로 제작의 용이함을 고려하면, 통상 12분할부터 36분할 정도의 범위에서 구성 자석 수가 결정된다. 도 4에는 24분할의 예를 나타내고 있다.

영구 자석편(701 내지 724)은 각각 직경 방향에 대하여 특정 주기로 자화되어, 자계 발생 장치(6)를 구성하는 환의 중심축에서 보아서 마치 대극(對極)이 되는 영구 자석편끼리 서로 360도의 각도 차로 착자되어 있고, 또한 인접하는 구성 자석끼리는 통상 (1), (2) 식으로 나타내는 각도 차로 자화되어 있다.

θn: n번째의 구성 자석의 자화 방향

N: 자기 회로의 분할 수(자연수)

n: 세그먼트 번호(자연수)

이와 같은 구성에 의해, 다이폴 링 자계 발생 장치(6)의 환의 내부 공간에는 실질적으로 한 방향의 자계(도 4에 나타내는 주자장 성분 (A) 방향의 자계)가 발생한다. 여기서, 다이폴 링 자계 발생 장치(6)의 환 내부 공간에 발생하는 주 자장 성분 (A) 방향(도 4에 나타내는 X축 방향)을 0°로 한 경우의, 내부 공간의 임의의 점에 있어서의 자장 벡터의 각도(이하, 스큐각(skew angle)이라고 칭하는 경우가 있음)는 자계 발생 장치의 특성상, 내부 공간의 중심에서는 거의 0°인데, 자계 발생 장치의 내벽에 가까워질수록 악화되어 가는, 즉 커지는 경향을 보인다.

일반적인 다이폴 링 자계 발생 장치를 사용할 때에는, 이 스큐각이 큰 자장 성분이 불순물, 즉 노이즈로 간주되는 경우가 많다. 특히 도 4에 나타낸 것과 같은, 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면 상의 스큐각 성분 (B)는, 예를 들어 반도체용 기판 등의 제조 공정에 있어서, 제조되는 소자의 성능에 크게 영향을 주는 것으로 생각되고 있고, 그로 인해 가능한 한 작게 억제할 필요가 있다.

<발명의 개요>

또한, 다이폴 링 자계 발생 장치를 구성하는 각 영구 자석편의 형상은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 통상, 자계 발생 장치의 중심축에 수직인 평면에서의 단면에 있어서 부채형 또는 부채형에 근사한 사다리꼴로 하지 않으면, 발생하는 자장 강도, 자장 균일성의 향상 및 스큐각의 저감을 기대할 수 없다고 여겨지고 있다. 그러나, 영구 자석, 예를 들어 희토류 영구 자석 등은 분체 야금법에 의해 제조되기 때문에, 효율화의 관점에서는, 단면이 사각형의, 전체로서는 예를 들어 직육면체상(기둥상)으로서 제조되는 것이 바람직하다. 단면이 부채형이나 사다리꼴과 같은 이형품은 제품 수율이 악화되므로 고비용의 요인이 된다.

또한, 희토류 영구 자석 등의 이방성 자석의 자화 방향은, 제조 공정 중의 자장 중 성형에 의해 결정된다. 예를 들어 Nd-Fe-B계 자석의 경우, 자화 방향과 비자화 방향에서 수축률이 크게 상이하기 때문에, 직육면체상의 자석이라면, 특정한 변에 대하여 자화 방향이 평행해지도록 결정되는 경우가 많다. 즉, 자석의 자화 방향이 단면에 있어서의 사각형의 1변과 평행해지도록 성형하면, 소결 후의 자석의 변형을 가장 억제할 수 있다.

예를 들어 내부 공간의 자장 균일성은 어느 정도 무시할 수 있고, 자장의 지향성, 즉 작은 스큐각을 주로 필요로 하는 자계 발생 장치의 경우에는, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치처럼 사다리꼴 등의 이형품을 사용한 사다리꼴 자석으로 자기 회로를 구성하지 않고, 단면 형상이 사각형인 자석만으로, 간단하고 또한 저비용으로 자기 회로를 구성할 수 있는 쪽이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 고비용의 요인이 되는 종래의 단면이 부채형이나 사다리꼴인 영구 자석편을 사용하지 않고, 자계 발생 장치를 구성하는 영구 자석편의 단면 형상을 사각형으로 단순화하면서, 환의 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자계를 발생 가능한 다이폴 링 자계 발생 장치를 제공하고, 또한 당해 자계 발생 장치의 작은 스큐각을 달성하는 것이다.

본 발명자들은 상기의 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 다이폴 링 자계 발생 장치를 구성하는 각 영구 자석편의 단면 형상을 사각형으로 하고, 또한 해당 사각형의 영구 자석편을 소정의 위치에 배치함으로써, 다이폴 링 자계 발생 장치의 작은 스큐각을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명의 완성에 이르렀다.

즉 본 발명은 원통 형상의 요크의 내주와 외주 사이에, 둘레 방향으로 환상으로 설치되고, 또한 깊이 방향이 상기 원통 형상의 요크의 중심축에 대하여 평행한 적어도 4개의 자석 삽입 구멍이 형성된, 상기 원통 형상의 요크와,

상기 적어도 4개의 자석 삽입 구멍에 삽입된 적어도 4개의 영구 자석 유닛을 구비하고, 상기 원통 형상의 요크의 내부 공간에, 상기 원통 형상의 요크의 직경 방향이며 또한 실질적으로 한 방향의 자계를 발생하기 위한 다이폴 링 자계 발생 장치이며,

상기 중심축을 Z축으로 하고, 상기 중심축에 대하여 수직인 상기 자계 발생 장치의 단면에 있어서, Z축에 대하여 수직이고 또한 상기 한 방향의 자계와 평행한 축을 X축, Z축 및 X축에 대하여 수직인 축을 Y축으로 한 경우에,

상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛은, 상기 단면에 있어서의 형상이, X축을 대칭축으로 한 선 대칭 및 Y축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되어 있고,

상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛의 각각은 1 이상의 영구 자석편으로 구성되고, 또한 상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 단면에 있어서의 형상이 사각형이고,

상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 영구 자석 유닛마다 공통인, 상기 사각형의 각 변에 대하여 평행 또는 수직인 자화 방향을 갖고 있고, 또한 상기 단면에 있어서의 상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛의 각각의 자화 방향은, X축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되어 있고,

상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛은 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛을 포함하고, 상기 단면에 있어서, X축의 정방향이며 또한 상기 한 방향의 자계와 동일한 방향을 0° 및 360°로 하고, 상기 원통 형상의 요크의 한쪽의 개구를 형성하는 단부측에서 상기 단면을 보아 반시계 방향으로, Y축의 정방향을 90°, X축의 부방향을 180°, Y축의 부방향을 270°로 한 경우에,

(i) 제1 영구 자석 유닛은 0° 내지 20° 및 340° 내지 360°의 범위 내에, 제2 영구 자석 유닛은 70° 내지 110°의 범위 내에, 제3 영구 자석 유닛은 160° 내지 200°의 범위 내에, 제4 영구 자석 유닛은 250° 내지 290°의 범위 내에 배치되고,

(ii) 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 Y축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상의 영구 자석편이고, 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 X축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상의 영구 자석편이고, 또한, 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 사각형의 각 변이 X축에 대하여 평행 또는 수직이고,

(iii) 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 자화 방향은 모두 상기 한 방향의 자계와 동일한 방향이고, 또한 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 자화 방향은 모두 상기 한 방향의 자계와는 역방향이고,

(iv) 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각은 상기 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편이, 상기 양단 이외의 영구 자석편에 비하여 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖는, 다이폴 링 자계 발생 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 단면 형상이 사각형인 영구 자석편을 복수 조합하고, 그들을 소정의 위치에 배치함으로써, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치와 비교하여 저비용으로 제작이 가능하게 되는 동시에, 다이폴 링 자계 발생 장치의 자장 지향성, 즉 작은 스큐각을 달성할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 다이폴 링 자계 발생 장치(1)의 중심축에 대하여 수직인 평면에서의 모식적인 단면도이다. 화살표 (A)는 발생하는 자계의 주자장 성분 방향을 나타내고, 각 영구 자석편(201 내지 240) 상에 나타내는 화살표는 각 영구 자석편의 자화 방향을 나타낸다.
도 2의 (a)는, 본 발명에 따른 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면에서의 모식적인 단면도이다. 도 2의 (b)는, 본 발명에 따른 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축을 통과하는 평면에서의 모식적인 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 관한 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면에서의 모식적인 단면도이다.
도 4는, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면에서의 모식적인 단면도이다. 화살표 (A)는 발생하는 자계의 주자장 성분 방향을 나타내고, 화살표 (B)는 스큐각 성분 방향을 나타낸다. 각 영구 자석편(701 내지 724) 상에 나타내는 화살표는 각 영구 자석편의 자화 방향을 나타낸다.

본 발명에서는, 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면에 있어서의 단면(이하, 간단히 단면이라고 칭하는 경우가 있음)에 나타나는 형상이 사각형이며, 당해 사각형의 각 변에 대하여 평행 또는 수직인 자화 방향을 갖는 복수의 영구 자석편을, 원통 형상의 요크의 내주와 외주 사이에 환상으로, 또한 소정의 범위 내의 위치에 배치한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용하는 복수의 영구 자석편은 그의 전체가, 단면에 있어서의 형상이 사각형인 영구 자석편이다. 단면에 있어서의 형상이 사각형이고, 또한 자화 방향이 당해 사각형의 각 변에 대하여 평행 또는 수직인 영구 자석편을 사용함으로써 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치, 즉, 단면에 있어서의 형상이 부채형이나 사다리꼴이며, 상기한 (1) 및 (2) 식과 같은 규칙으로 자화 방향이 규정되는 영구 자석편을 사용하는 다이폴 링 자계 발생 장치에 비해, 보다 저비용으로, 효율적으로 한 방향의 자계를 발생 가능한 다이폴 링 자계 발생 장치의 제작이 가능하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 다이폴 링 자계 발생 장치(이하, 간단히 자계 발생 장치라고 칭하는 경우가 있음)에 있어서, 스큐각을 저감하고, 지향성이 높은 일축성의 자계를 발생시키기 위해서는, 단면에 있어서의 형상이 사각형인 복수의 영구 자석편을, 자계 발생 장치의 소정의 범위 내의 위치에 배치하는 것이 필요하게 된다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자계 발생 장치에 있어서의 영구 자석편의 배치 등을 설명하지만, 본 발명은 당해 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 자계 발생 장치의 중심축(요크의 중심축)을 Z축으로 하고, 중심축에 대하여 수직인 자계 발생 장치의 단면에 있어서, Z축에 대하여 수직이고, 또한 자계 발생 장치의 내부 공간에 발생하는 실질적으로 한 방향의 자계와 평행한 축(NS 자장 방향, 주자장 성분 방향 (A)에 상당)을 X축으로 하고, Z축 및 X축에 대하여 수직인 축(EW 방향에 상당)을 Y축으로 하여, 영구 자석편의 배치 등을 설명한다.

지향성이 높은 일축성의 자계를 발생시키기 위해서는, 영구 자석편의 배치는 엄밀하게 결정짓지 않으면 안 되지만, 한편으로 영구 자석편의 배치는 대칭성을 갖기 때문에, 부분적으로 자석 배치를 결정하면, 나머지 장소의 자석 배치는 일의적으로 결정지을 수 있다. 자석 배치의 대칭성은 작은 스큐각에 크게 기여한다. 즉, 영구 자석편은 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면(XY 평면)에 평행한 자계 발생 장치의 단면에 있어서, X축 및 Y축에 대하여 대칭성을 갖게 배치된다. 즉, 예를 들어 도 2의 오른쪽 위 영역에 나타내는 네모난 점선 프레임 부분에만 대하여 영구 자석편의 배치를 결정지을 수 있으면, 나머지 영역의 영구 자석편의 배치도 결정할 수 있다.

또한, 영구 자석편은 각 기준(X축, Y축, Z축 중 적어도 1개)에 대하여 대칭성을 갖도록 배치하는 것이 바람직하다. 각 기준에 대하여 대칭성을 갖는 배치로서는, 예를 들어 자계 발생 장치의 상기 단면에 있어서, (1) X축에 대하여 선 대칭의 위치에, 동일한 형상(치수)의 영구 자석편을 배치하고, 또한 자화 방향이, X축에 평행한 방향에 대해서는 동일한 방향, Y축에 평행한 방향에 대해서는 역방향이 되도록 배치하는 것, (2) Y축에 대하여 선 대칭의 위치에, 동일한 형상(치수)의 영구 자석편을 배치하고, 또한 자화 방향이, X축에 평행한 방향에 대해서는 동일한 방향, Y축에 평행한 방향에 대해서는 역방향이 되도록 배치하는 것 등을 포함한다. 즉, 영구 자석편은 상기 단면에 있어서의 형상(치수)이 X축을 대칭축으로 한 선 대칭, 또한 Y축을 대칭축으로 한 선대칭이 되도록 배치되고, 상기 단면에 있어서의 자화 방향이, X축을 대칭으로 한 선 대칭이 되도록 배치되어 있다.

본 실시 형태에 있어서의 영구 자석편의 배치는 자계 발생 장치의 크기나, 필요한 자계 강도 및 자장 균일성의 정도 등에 따라서도 상이하지만, 대략 도 1에 나타낸 것과 같은 자석 배치가 된다. 또한, 각 영구 자석편의 자화 방향은 바람직하게는 도 1에 나타내는 바와 같이, 자계 발생 장치의 직경 방향 또는 둘레 방향(원통 형상의 요크의 외주의 접선 방향)이 된다. 각 영구 자석편의 자화 방향은 후술하는 영구 자석 유닛마다 공통된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 보다 구체적인 각 자석의 위치나 치수, 각 자석의 자계 크기나 자화 방향, 사용하는 자석의 개수 등의 값은, 예를 들어 최적화 계산에 의해 결정지을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 자계 발생 장치에서는, 1 이상의 영구 자석편이 적절히 조합되어 영구 자석 유닛을 구성하고, 이 영구 자석 유닛이 적어도 4개, 원통 형상의 요크의 내주와 외주 사이에 있어서, 요크의 둘레 방향으로 환상으로 배치되어 있다. 자계 발생 장치의 상기 단면이 구비하는 영구 자석 유닛의 수는 자계 발생 장치의 크기나, 필요한 자계 강도 및 자장 균일성의 정도 등에 따라서도 상이하지만, 바람직하게는 4 내지 24이고, 보다 바람직하게는 8 내지 16이다. 또한, 각각의 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편의 수는, 상기 단면에서의 수로서 바람직하게는 1 내지 10이고, 보다 바람직하게는 3 내지 6이다. 또한, 자계 발생 장치의 상기 단면이 구비하는 영구 자석편의 총수는 바람직하게는 20 내지 240이고, 보다 바람직하게는 24 내지 100이다. 도 1에 나타내는 예에서는, 단면에 있어서, 12개의 영구 자석 유닛(주요 영구 자석 유닛(401 내지 404), 및 보조 영구 자석 유닛(505 내지 512))이 요크(3)의 내주와 외주 사이에 둘레 방향으로 환상으로 배치되어 있고, 각 영구 자석 유닛은 각각 1 내지 6개의 영구 자석편(201 내지 240)으로 구성되어 있다. 단면에 있어서의 영구 자석편의 총수는 40개이다. 또한, 영구 자석 유닛은 바람직하게는 각 기준(X축, Y축, Z축 중 적어도 1개)에 대하여 대칭성을 갖도록 배치된다. 영구 자석 유닛이 각 기준에 대하여 대칭성을 갖는 배치로서는, 상기한 영구 자석편의 경우 (1) 및 (2)와 동일하다. 즉, 상기한 영구 자석편의 경우와 마찬가지로, 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면(XY 평면)에 평행한 자계 발생 장치의 단면에 있어서, 그의 형상(치수)은 X축을 대칭축으로 한 선 대칭, 또한 Y축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되고, 그의 자화 방향은, X축을 대칭으로 한 선 대칭이 되도록 배치된다. 또한, 각 영구 자석 유닛을 구성하는 1 이상의 영구 자석편의 자화 방향은 영구 자석 유닛마다 공통된다.

자계 발생 장치는, 원통 형상의 요크의 둘레 방향으로 환상으로 배치된, 적어도 4개의 영구 자석 유닛(제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛, 401 내지 404)을 구비한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛은 자계 발생 장치가 구비하는 필수적인 영구 자석 유닛(주요 영구 자석 유닛)이고, 이하의 (i) 내지 (iv)의 특징을 갖고 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛은 내부 공간에 발생하는 직경 방향이며 또한 한 방향의 자계와 평행한 자화 방향을 갖는 영구 자석 유닛이기 때문에, 지향성이 높은 일축성의 자계를 발생시키기 위하여 필수적인 영구 자석 유닛이다. 그 중에서도, 상기 한 방향의 자계와 평행이며 또한 동일한 방향의 자화 방향을 갖는 제1 및 제3 영구 자석 유닛은 특히 중요하게 된다.

(i) 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 위치

예를 들어 도 1에 나타내는 XY 평면에 평행한 자계 발생 장치(1)의 단면에 있어서, X축의 정방향(자계 발생 장치의 내부에 발생하는 한 방향의 자계와 동일한 방향)을 0° 및 360°로 하고, 상기 X축의 정방향으로부터 반시계 방향으로, Y축의 정방향을 90°, X축의 부방향을 180°, Y축의 부방향을 270°로 한 경우, 제1 영구 자석 유닛(401)은 0° 내지 20° 및 340° 내지 360°의 범위 내에, 제2 영구 자석 유닛(402)은 70° 내지 110°의 범위 내에, 제3 영구 자석 유닛(403)은 160° 내지 200°의 범위 내에, 제4 영구 자석 유닛(404)은 250° 내지 290°의 범위 내에 배치된다. 즉, 제1 영구 자석 유닛(401)과 제3 영구 자석 유닛(403)은 중심축에 대하여 대극에 배치되고, 또한 제2 영구 자석 유닛(402)과 제4 영구 자석 유닛(404)은 중심축에 대하여 대극에 배치된다. 여기서, 상기한 각도의 「범위 내에 배치」란, XY 평면에 평행한 자계 발생 장치의 단면에 있어서, 각 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편의 모두가, 상기한 각도의 범위 내의 위치에, 또한 요크의 내주와 외주 사이에 수용되도록 배치되어 있는 것을 말한다.

(ii) 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 구성 자석편

제1 및 제3 영구 자석 유닛(401, 403)의 각각은 Y축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상, 바람직하게는 5 내지 10개의 영구 자석편으로 구성된다. 제1 및 제3 영구 자석 유닛이 배열되는 방향은, 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편의 자화 방향에 대하여 수직이다. 또한, 제1 및 제3 영구 자석 유닛을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편은 각각의 자화 방향이 동일한 방향(상기 한 방향의 자계와 동일한 방향)이 되도록 배열되어 있다. 한편, 제2 및 제4(402, 404)의 영구 자석 유닛의 각각은 X축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상, 바람직하게는 5 내지 10개의 영구 자석편으로 구성된다. 제2 및 제4 영구 자석 유닛이 배열되는 방향은, 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편의 자화 방향에 대하여 평행하다. 또한, 제2 및 제4 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편은 각각의 자화 방향이 동일한 방향(상기 한 방향의 자계와는 역방향)이 되도록 배열되어 있다. 상기한 바와 같이, 주요 영구 자석 유닛인 제1 내지 제4 영구 자석 유닛을 각각 5개 이상의 자석으로 구성함으로써, 내부 공간에 발생하는 자계 강도를 높일 수 있다. 또한 5개 이상의 영구 자석편의 각각의 치수를 조정하여 조합함으로써, 단일의 영구 자석편을 사용하는 것보다도, 스큐각을 조정하는 것이 용이하게 된다. 또한, 극단적으로 애스펙트비가 큰 단일의 사각형 자석을 제작할 필요가 없기 때문에, 제조상으로도 유리하다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각 구성 자석편의 수는 6개이다. 또한, 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 1 이상의 영구 자석편은 상기한 바와 같이 그의 전체가, 단면 형상이 사각형인 것이고, 이들 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 영구 자석편은 모두, 상기 사각형의 각 변이, X축에 대하여 평행 또는 수직이 되도록 배치되어 있다.

(iii) 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 자화 방향

제1 및 제3 영구 자석 유닛(401, 403)의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편은 자화 방향이 모두 자계 발생 장치의 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와 동일한 방향(X축의 정방향)이 되도록 배치된다. 또한, 제2 및 제4 영구 자석 유닛(402, 404)의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편은 자화 방향이 모두 상기한 자계 발생 장치의 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와는 역방향(X축의 부방향)이 되도록 배치된다. 제1 내지 제4 영구 자석 유닛에 대해서, 인접하는 영구 자석 유닛(예를 들어, 제1 영구 자석 유닛과 제2 영구 자석 유닛)은 서로 자화 방향이 180° 상이하도록 배치된다.

(iv) 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 형상

제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛(401, 402, 403, 404)의 각각은 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편이, 상기 양단 이외의 영구 자석편에 비하여 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖는다. 즉, X축 상 또는 Y축 상에 배치되고, 또한 중심축에 대하여 대극에 위치하는 한 쌍의 영구 자석 유닛(제1 영구 자석 유닛과 제3 영구 자석 유닛, 제2 영구 자석 유닛과 제4 영구 자석 유닛)은 서로 대향하는 오목 형상이 되도록 구성되어 있다. 또는, X축 상 또는 Y축 상에 배치되고, 또한 중심축에 대하여 대극에 위치하는 한 쌍의 영구 자석 유닛(제1 영구 자석 유닛과 제3 영구 자석 유닛, 제2 영구 자석 유닛과 제4 영구 자석 유닛)은 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편이, 상기 양단 이외의 영구 자석편에 비하여 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖고, 또한 5개 이상의 영구 자석편 중 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편이, 상기 양단의 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출되어 있지 않지만, 상기 중앙 및 상기 양단 이외의 다른 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖고 있을 수도 있다. 즉, 서로 대향하는 E 형상이 되도록 구성되어 있을 수도 있다. 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편은 5개 이상의 영구 자석편이 홀수개 존재할 때는 바람직하게는 1개이고, 짝수개 존재할 때는 바람직하게는 2개이다. 또한, 도 1에 나타내는 예에서는 제1 내지 제4 영구 자석 유닛은 이 E 형상을 갖고 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛을, 이러한 양단이 내경측으로 돌출된 오목 형상 또는 E 형상의 구성으로 함으로써, 자속의 한 방향성을 확보하고, 스큐각의 저감을 달성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 양단의 영구 자석편 및 중앙의 영구 자석편은 자계 발생 장치의 직경 방향 내측에만 돌출되어 있고, 직경 방향 외측에는 돌출되어 있지 않다. 즉, 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 직경 방향 외측은 평탄하고, 직경 방향 내측만이 요철을 갖고 있는 형상이 된다. 이것은, 자계를 발생하는 내부 공간측에 있어서 영구 자석 유닛의 형상을 조정한 쪽이, 자계의 변화에 끼치는 영향이 크기 때문이다.

제1, 제2, 제3 및 제4의 각 영구 자석 유닛에 있어서의 양단의 영구 자석편의 돌출 정도에 특별히 제한은 없지만, 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변이, 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변의 평균 길이(100％)에 대하여, 101 내지 150％의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 110 내지 140％의 길이를 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변이, 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이(100％)에 대하여, 101 내지 150％의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 110 내지 140％의 길이를 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 여기에서의 X축 또는 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이란, 개개의 영구 자석 유닛을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 전체(양단의 영구 자석편도 포함함)에 대한, X축 또는 Y축에 평행한 각 변의 길이의 평균을 말하는 것으로 한다.

또한, 영구 자석 유닛이 E 형상인 경우에는, 5개 이상의 영구 자석편 중 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편이, 상기 양단의 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출되어 있지 않지만, 상기 중앙 및 상기 양단 이외의 다른 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출되어 있다. 구체적으로는, 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변이, 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변의 평균 길이(100％)에 대하여, 80 내지 140％의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 90 내지 130％의 길이를 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편 중 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변이, 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이(100％)에 대하여, 80 내지 140％의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 90 내지 130％의 길이를 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 여기에서의 X축 또는 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이란, 개개의 영구 자석 유닛을 구성하는 5개 이상의 영구 자석편의 전체(양단 및 중앙의 영구 자석편도 포함함)에 대한, X축 또는 Y축에 평행한 각 변의 길이의 평균이다. (중앙의 영구 자석편보다도 돌출된 양단의 영구 자석편도 포함하는 평균 길이이기 때문에, 상기와 같이 중앙의 영구 자석편의 길이는, 5개 이상의 영구 자석편 전체의 평균 길이보다도 짧아지는 경우를 포함하고 있다.)

또한, 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛은, 양단의 영구 자석편만이 돌출되어 있는 오목 형상, 또는 양단 및 중앙의 영구 자석편이 돌출되어 있는 E 형상에 한하지 않고, 보다 많은 요철을 갖는 형상일 수도 있다. 스큐각 저감의 목적으로, 요철의 수는 적절히 조정될 수 있다. 또한, 보다 많은 요철을 갖는 경우에도, 스큐각 저감의 관점에서는, 양단의 영구 자석편이 전체 영구 자석편 중에서 가장 직경 방향 내측으로 돌출된 형상인 것이 바람직하다.

또한, 스큐각 저감 및 자계 강도의 향상의 관점에서, 상기한 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛(주요 영구 자석 유닛) 이외에도, 추가의 보조적인 영구 자석 유닛(보조 영구 자석 유닛)을 배치하는 것이 바람직하다. 보조 영구 자석 유닛은 원하는 정도의 작은 스큐각이 달성되도록, 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛의 사이에 적절히 배치된다. 구체적으로는, 상기 단면의 둘레 방향에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛의 사이에, 각각 1 내지 4개, 바람직하게는 2 내지 3개의 보조 영구 자석 유닛을 배치하는 것이 바람직하다. 자계 발생 장치의 상기 단면 전체에 있어서의 보조 영구 자석 유닛의 수는 원하는 자계 강도나 스큐각 저감의 관점에서 적절히 조정될 수 있지만, 바람직하게는 4 내지 16개, 보다 바람직하게는 8 내지 12개이다. 또한, 각 보조 영구 자석 유닛은, 1 이상(바람직하게는 1 내지 5개, 보다 바람직하게는 1 내지 3개)의 영구 자석편으로 구성되어 있다. 보조 영구 자석 유닛은 스큐각이나 자계 강도를 미세 조정하는 목적으로 배치되기 때문에, 반드시 복수의 영구 자석편으로 구성될 필요는 없고, 예를 들어 각 보조 영구 자석 유닛을 구성하는 영구 자석편은 1개일 수도 있다. 한편, 상기의 제1 내지 제4 주요 영구 자석 유닛은, 그의 위치로부터 스큐각 저감이나 발생 자계 강도에의 관여가 크기 때문에, 보조 영구 자석 유닛(예를 들어 제5 내지 제12의 영구 자석 유닛)보다도 크게 (보다 다수의 영구 자석편으로) 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 바와 같이, 보조 영구 자석 유닛에 대해서도, 단면에 있어서의 형상(치수)은 X축을 대칭축으로 한 선 대칭, 또한 Y축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되고, 단면에 있어서의 자화 방향은, X축을 대칭으로 한 선 대칭이 되도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 1의 예에서는, 4개의 주요 영구 자석 유닛(제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛, 401 내지 404) 외에, 8개의 보조 영구 자석 유닛(제5 내지 제12의 영구 자석 유닛, 505 내지 512)이 배치되어 있다. 제5 내지 제12 보조 영구 자석 유닛은 단면의 둘레 방향에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 주요 영구 자석 유닛의 사이에 각각 2개씩 배치되어 있다. 이들 제5 내지 제12의 보조 영구 자석 유닛은 각각 1개 또는 3개의 영구 자석편으로 구성되고, 원하는 정도의 작은 스큐각이 달성되는 위치에 적절히 배치되어 있다. 구체적으로는, 도 1의 예에 있어서는, 제5 영구 자석 유닛은 25 내지 35°, 제6 영구 자석 유닛은 45 내지 65°, 제7 영구 자석 유닛은 115 내지 135°, 제8 영구 자석 유닛은 145 내지 155°, 제9 영구 자석 유닛은 205 내지 215°, 제10 영구 자석 유닛 225 내지 245°, 제11 영구 자석 유닛은 295 내지 315°, 제12 영구 자석 유닛은 325 내지 335°의 범위 내에 배치되어 있지만, 그의 배치는 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 스큐각을 작게 하는 관점에서, 제1 및 제3 주요 영구 자석 유닛의 양옆에는, 1개의 영구 자석편으로 구성되는 보조 영구 자석 유닛(제5, 8, 9, 12의 보조 영구 자석 유닛)이 배치되고, 제2 및 제4 주요 영구 자석 유닛의 양옆에는, 3개의 영구 자석편으로 구성되는 보조 영구 자석 유닛(제6, 7, 10, 11 보조 영구 자석 유닛)이 배치되어 있다. 이 배치나 개수는 스큐각을 작게 하는 내부 공간의 형상이나 크기에 따라 적절히 선택된다.

또한, 보조 영구 자석 유닛의 자화 방향은, 자계 발생 장치의 직경 방향 또는 둘레 방향(요크의 외주의 접선 방향)이 된다. 보다 구체적으로는, 제1 주요 영구 자석 유닛(자화 방향이, 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와 동일함)의 양측에 위치하는 보조 영구 자석 유닛(제5 및 제12 보조 영구 자석 유닛)의 자화 방향은 직경 방향이며, 또한 외측을 향한 방향이 된다. 제2 주요 영구 자석 유닛(자화 방향이, 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와는 역방향)의 양측에 위치하는 보조 영구 자석 유닛(제6 및 제7 보조 영구 자석 유닛)의 자화 방향은 상기 접선 방향이며, 또한 상기 한 방향의 자계와는 역방향이 된다. 제3 주요 영구 자석 유닛(자화 방향이, 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와 동일함)의 양측에 위치하는 보조 영구 자석 유닛(제8 및 제9 보조 영구 자석 유닛)의 자화 방향은 직경 방향이며, 또한 내측(내부 공간)을 향한 방향이 된다. 제4 주요 영구 자석 유닛(자화 방향이, 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와는 역방향)의 양측에 위치하는 보조 영구 자석 유닛(제10 및 제11 보조 영구 자석 유닛)의 자화 방향은 상기 접선 방향이며, 또한 상기 한 방향의 자계와는 역방향이 된다. 또한, 각 보조 영구 자석 유닛을 구성하는 1 이상의 영구 자석편의 자화 방향도, 보조 영구 자석 유닛마다 모두 공통하여 동일한 방향이 된다.

보다 상세한, 각 영구 자석편의 치수나 위치, 각 영구 자석편의 자계의 크기나 자화 방향 등은, 예를 들어 준뉴턴법 또는 탐색법 등의 각종 수리 계획법을 사용하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 직육면체상 또는 입방체상의 영구 자석편의 세로, 가로 및 두께나, 그 영구 자석편의 배치 등을 결정하기 위해서, 최적화 계산을 사용할 수 있다. 최적화 계산에 사용하는 최적화 수법으로서는, 여러 가지 수리 계획법을 사용할 수 있지만, 그 중에서 준뉴턴법이나 탐색법 등의 비선형 계획법이 바람직하다. 또한, 이들 최적화 수법을 조합하여 국소적 최적 해를 피하는 것이나, 계산 시간을 단축하는 것도 가능하다. 최적화 계산의 팩터는 자계 발생 장치의 내부 공간의 스큐각(tan^-1(By/Bx))으로 할 수 있고, 이 스큐각이 극소값이 되도록, 설계 변수를 결정할 수 있다. 여기서, Bx, By는, 자계 발생 장치가 형성하는 자장의 X축 방향 자장 성분(주자장 성분), Y축 방향 자장 성분(스큐각 성분)을 나타낸다. 설계 변수는, 1) 자석의 치수(세로: 자화 방향×가로: 비자화 방향×두께: Z축 방향 높이), 2) 자석의 위치(자계 발생 장치의 중심축으로부터의 반경, 내부 공간의 자장 발생 방향을 0도로 하여 각도 θ로 결정)이고, 각 영구 자석편마다 결정할 수 있다. 또한, 복수의 영구 자석편을 연결한 쪽이 자계 발생 장치의 제조가 용이해지기 때문에, 3개 이상의 영구 자석편이 연결된 상태의 자석 유닛을 많이 배치하는 것이 바람직하지만, 1개 단독으로 또는 2개가 연결된 상태의 자석 유닛을 배치함으로써, 스큐각의 저감이 달성 가능하게 되는 경우에는 그것들도 사용한다. 또한, 자계 발생 장치는, 원하는 정도의 스큐각 저감에 영향을 주지 않는 정도라면, 상기한 것 이외의, 예를 들어 X축 또는 Y축에 대하여 대칭성을 갖지 않는 영구 자석편 또는 영구 자석 유닛을 임의 선택적으로 구비하고 있을 수도 있다.

자계 발생 장치에 사용되는 영구 자석편으로서는, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치와 마찬가지로, Nd-Fe-B계, Sm-Co계, Sm-N-Fe계 등의 희토류 영구 자석을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비교적 저렴하고 고에너지곱을 갖는 Nd-Fe-B계 자석의 사용이 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이, 각 영구 자석편의 전체의 형상은 직육면체상 또는 입방체상(기둥상)이다. 즉, 자계 발생 장치의 중심축에 수직인 평면에서의 각 영구 자석편의 단면 형상(도 1 내지 3에 나타나는 형상)은 사각형이 된다. 또한, 사각형이란, 직사각형이거나 정사각형일 수도 있다. 바람직하게는, 자계 발생 장치에 사용하는 영구 자석편의 전체가, 단면 형상이 사각형인 것이다. 각 영구 자석편의 크기는, 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직인 평면에서의 단면으로서, 각 변이 50mm 이하인 것이 바람직하고, 5 내지 40mm가 보다 바람직하고, 5 내지 30mm가 더욱 바람직하다. 이러한 범위 내의 사이즈의 단면 사각형의 영구 자석편을 복수 조합함으로써, 원하는 크기와 형상의 영구 자석 유닛을 구성할 수 있다. 또한, 각 영구 자석편의 단면에 있어서의 사각형의 긴 변과 짧은 변의 길이 비(애스펙트비)는 원하는 스큐각 저감이 얻어지는 범위 내에서 개별로 적절히 조정될 수 있지만, 제조상의 관점 등에서, 사각형의 긴 변:짧은 변은 1:1 내지 8:1이 바람직하고, 자화 방향의 판별이 용이해지는 것도 고려하면 1.1:1 내지 4:1이 보다 바람직하다.

또한, 각 영구 자석편의 축 방향의 길이도, 상기와 마찬가지로 50mm 이하인 것이 바람직하고, 5 내지 45mm가 보다 바람직하다. 이러한 범위 내의 사이즈의 영구 자석편을 축 방향으로 복수개 배열함으로써, 예를 들어 자계 발생 장치의 축 방향 끝에서 끝까지(한쪽의 개구부에서 다른 쪽의 개구부에 이르기까지), 영구 자석편을 배치할 수 있다. 또한, 제조상의 관점에서는, 각 영구 자석편의 축 방향의 길이는 모두 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 2의 (b)에 나타내는 예에서는, 자계 발생 장치의 한쪽의 개구부에서 다른 쪽의 개구부에 이르기까지, 동일한 단면 형상 및 축 방향의 길이를 갖는 6개의 영구 자석편을, 축 방향으로 배열하여 배치하고 있다. 또한, 반드시 자계 발생 장치의 축 방향의 끝에서 끝에 이르기까지 영구 자석편을 배치할 필요는 없고, 내부 공간에 자계를 발생할 필요가 있는 부분에만 축 방향으로 영구 자석편을 배치하는 것도 상관없다. 구체적인 영구 자석편의 치수는, 요구되는 자장 강도나 자계 발생 장치의 외경 및 내경의 크기 등에 따라, 상기한 범위 내에서 적절히 조정될 수 있다. 또한, 전체 영구 자석편은 요크의 내주와 외주의 사이에 수용되도록 배치되어 있고, 즉, 요크의 내부에 수납된 상태로 되어 있다. 또한, 각 영구 자석편의 자화 방향은, 단면을 구성하는 사각형의 각 변에 대하여 평행 또는 수직이다. 이 때문에 각 영구 자석편은 가공이 용이하고, 가공 비용을 저감할 수 있다.

각 영구 자석편이 배치되는 원통 형상의 요크는 비자성체로 구성된다. 비자성체로서는 알루미늄, SUS(스테인리스강재) 등을 들 수 있지만, 이들로 한정은 되지 않는다. 요크에 비자성체를 사용함으로써, 상기한 바와 같은 각 영구 자석편의 배치에 기초하는 자계의 지향성을 유지할 수 있다. 요크는 원통 형상이고, 그의 내경 및 외경은, 요구되는 자장 강도나, 자계 발생 장치의 내부 및 외부에 설치하는 기기와의 관계 등으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 요크의 내경은, 내부 공간에 발생하는 자계를 이용하는 기기를 삽입하는 것이 가능한 크기로 규정된다. 요크는 그의 내주와 외주 사이에, 둘레 방향으로 환상으로, 또한 요크의 중심축에 대하여 평행하게 설치된, 적어도 4개(적어도 단면에 있어서의 영구 자석 유닛수와 동수)의 자석 삽입 구멍을 갖고 있다. 바람직하게는, 자석 삽입 구멍은 요크의 한쪽의 개구를 형성하는 단부로부터 다른 쪽의 개구를 형성하는 단부에 걸쳐서 관통되는 관통 구멍으로서 형성된다. 단, 자석 삽입 구멍은, 영구 자석편의 삽입이 가능한 범위 내이면, 요크의 한쪽의 단부에만 관통하고, 다른 쪽의 단부에는 관통하고 있지 않은 구멍으로서 형성되어 있을 수도 있고, 요크의 어느 쪽의 단부에 있어서도 관통하고 있지 않은 구멍(요크의 내부에 존재하는 구멍)으로서 형성되어 있을 수도 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 자계 발생 장치의 중심축과 요크의 중심축은 동일한 축을 가리키는 것으로 한다. 또한, 자계 발생 장치의 중심점과 요크의 중심점도 같은 점을 가리키는 것으로 하고, 자계 발생 장치 또한 요크의 중심축 상이며, 중심축 방향의 중점을 말하는 것으로 한다.

자계 발생 장치는, 요크의 자석 삽입 구멍에 각각, 각 영구 자석 유닛을 구성하는 1 이상의 영구 자석편을 삽입하고, 요크에 고정함으로써, 제작할 수 있다. 각 영구 자석편의 요크에의 삽입은, 예를 들어 조립 지그 등을 사용하여, 통상의 방법에 의해 행할 수 있다. 또한, 미리 1 이상의 영구 자석편을 조합하여 각각의 영구 자석 유닛을 준비하고 나서, 얻어진 영구 자석 유닛을 자계 발생 장치의 자석 삽입 구멍에 삽입할 수도 있다. 영구 자석편끼리의 접착은, 예를 들어 공지된 접착제를 사용하여 행할 수 있다. 삽입 후의, 각 영구 자석편 또는 각 영구 자석 유닛의 요크에의 고정 방법에도 특별히 제한은 없고, 예를 들어 접착제나 볼트 등을 사용하여 고정할 수 있다.

예를 들어, 도 1에 있는 것처럼, 동일한 영구 자석 유닛을 구성하는 복수개의 영구 자석편을, 백 플레이트(310)라고 불리는 1매의 비자성의 판에 접착하여 삽입용의 영구 자석 유닛을 제작한다. 이 경우, 백 플레이트(310)는 복수개의 영구 자석편의 외경측에 배치된다. 삽입용의 영구 자석 유닛 단위로 착자를 행하여, 착자한 유닛을 요크의 자석 삽입 구멍에 삽입해 간다. 예를 들어, 요크에 가이드 레일을 설치하여, 유닛을 가이드 레일에 따르게 하여 자석 삽입 구멍에 삽입해 가는데, 필요에 따라, 가이드 레일을 개재하여 요크와 결합시킨 잭 볼트 등으로 유닛을 눌러 가며, 구멍 속의 소정의 위치에 유닛을 배치할 수 있다. 유닛이 축 방향으로 분할되어 있는 경우에는, 분할 수만큼 동일한 작업을 행한다. 미리 요크에 설치한 자석 삽입 구멍에 맞게 백 플레이트에 나사 구멍을 뚫어 두고, 나사로 요크에 백 플레이트를 고정함으로써 유닛을 소정의 위치로 고정할 수 있다. 또한, 도 1의 320에 나타내는 바와 같이, 동일한 영구 자석 유닛을 구성하는 복수개의 영구 자석편의 내경측에, 또한 커버를 설치하는 것도 가능하다. 요크(3)의 내경을 크게 할 필요가 있는 경우나, 조립 중의 자석을 보호할 필요가 있는 경우, 자석의 내경측이 드러나는 것을 피하기 위해서, 커버(320)를 설치함으로써 자석을 보호할 수 있다. 커버는 백 플레이트와 마찬가지로 비자성일 필요가 있다. 백 플레이트나 커버의 재질로서는 알루미늄 합금이나 비자성 스테인리스, 놋쇠나 수지 등을 사용할 수 있다. 복수의 영구 자석편을 접착하여 영구 자석 유닛을 구성하고, 착자 전에 백 플레이트 및 커버의 어느 한쪽 또는 양쪽을 접착하고, 그 후 착자하고, 요크(3)에 편입할 수 있다. 또한, 삽입용의 영구 자석 유닛에 있어서의 백 플레이트나 커버의 유무에 따라, 적절히, 요크의 자석 삽입 구멍의 크기는 조정될 수 있다.

또한, 자계 발생 장치는, 상기와 같이 적어도 원통 형상의 요크와 그의 내부(내주와 외주의 사이)에 둘레 방향으로 환상으로 배치된 복수의 영구 자석편을 구비하는 것이지만, 원하는 정도의 자장 강도에 따라, 요크에 대하여 영구 자석편이 차지하는 비율을 증가시킴으로써, 자장 강도를 크게 할 수 있다. 예를 들어, 내외경이 규정된 범위의 요크의 단면에 있어서 사각형의 자석편이 차지하는 면적을 증가시키기 위해서는, 단면 중의 영구 자석 유닛수 및/또는 영구 자석편수를 증가시킴으로써 대응할 수 있다. 또한 자장 강도를 올리는 경우에는, 영구 자석 유닛 및/또는 영구 자석편의 축 방향의 길이를 늘리는 것도 효과가 있다.

상기와 같은 구성에 의해, 단면 형상이 사각형인 영구 자석편만을 사용하고, 자계 발생 장치의 환의 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자계를 발생시킬 수 있다. 본 발명에 따른 자계 발생 장치에서는, 그의 내부 공간의 전역에 걸쳐, 스큐각을 저감하는 것이 가능하다. 여기서, 자계 발생 장치의 환 내부 공간에 있어서의 임의의 개소의 스큐각은 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

Bx: 주자장(X축 방향)의 자장 성분

By: 부생성(Y축 방향)의 자장 성분

또한, 각 자장 성분의 측정은 홀 소자를 사용한 테슬러 미터를 사용하여, 각 자장 성분을 측정함으로써 행할 수 있다. 1축만의 홀 소자의 경우에는, 90° 방향을 변경하여 2회 측정함으로써 X, Y 성분의 측정을 행한다. 최근에는 1개의 프로브에서 복수의 소자를 넣는 등 하여 동시에 XYZ의 3성분을 측정할 수 있는 것도 있다.

자계 발생 장치의 내부 공간의 임의의 개소의 스큐각[deg]은 -2° 내지 2°의 범위 내인 것이 바람직하고, -1° 내지 1°의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 또한, 자계 발생 장치의 내부 공간의 모든 개소에 있어서 상기 범위의 작은 스큐각을 반드시 만족하고 있을 필요는 없고, 상기 내부 공간의 중심 근처의 공간, 구체적으로는, 예를 들어 상기 내부 공간 내에 규정되는, 상기 원통 형상의 요크와 같은 중심축 및 중심점을 갖는 원통 형상의 공간이며, 요크의 내경에 대하여 50％ 이하의 직경을 갖고, 또한 요크의 축 방향의 길이에 대하여 20％ 이하의 축 방향의 길이를 갖는 원통 형상의 공간에 있어서의 임의의 위치에서의 스큐각이, 적어도 상기 범위 내가 되어 있으면 된다. 즉, 규정된 원통 형상의 공간 내에 있어서의 최대 스큐각[deg]이 상기의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 스큐각은, 자계 발생 장치의 특성상, 자계 발생 장치의 내벽에 근접할수록(내부 공간의 외경측에서) 커지는 경향이 있고, 반대로 내부 공간의 중심에 가까워질수록 작아지는 경향이 있기 때문에, 상기에서 규정한 원통 형상의 공간보다도 외경측의 내부 공간에 있어서 측정한 스큐각이 상기의 바람직한 범위 내이면, 상기에서 규정한 원통 형상의 공간 내에 있어서의 임의의 위치에서의 스큐각도, 상기의 바람직한 범위 내라고 할 수 있다.

본 발명에 따른 자계 발생 장치는, 영구 자석편이 환상으로 배치되어, 환의 내부 공간에 실질적으로 한 방향의 자계를 발생 가능한 것(다이폴 링 자계 발생 장치)이기 때문에, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치와 마찬가지로, 폭넓은 분야에서 적절하게 사용 가능하다. 예를 들어, 자기 공명 단층 촬영 장치(MRI)나, 반도체 소자 제조 공정에서 사용하는 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판의 표면에 소정의 처리를 행하도록 구성된 플라즈마 처리 장치, 기초 연구용 균일 자계 발생 수단 등에 이용할 수 있고, 또한 저비용으로 제작이 가능하고, 또한 작은 스큐각을 갖는다는 성질로부터, 특히 고정밀도의 플라즈마 제어나 자성막의 배향 등의 용도에 적합하다.

실시예

[실시예 1]

실시예 1로서, 도 3에 나타내는 다이폴 링 자계 발생 장치를 제작하였다. 도 3에는, 실시예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치의 중심축에 대하여 수직이고, 또한 중심점을 통과하는 평면에서의 단면도를 모식적으로 나타내고 있다. 각 영구 자석편에는 단면이 사각형상(전체로서는 직육면체상)의 네오디뮴계 희토류 소결 자석(신에쓰 가가꾸제 N45, 자력 1.28T)을 사용하고, 요크에는 비자성 재료(스테인리스강재, SUS304)를 사용하였다. 요크는 원통 형상이고, 외경은 500mm, 내경은 430mm, 안쪽 길이(축 방향의 길이)는 648mm로 하였다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 중심축에 대하여 대극에 위치하는 한 쌍의 영구 자석 유닛 간의 거리(한쪽의 영구 자석 유닛의 외경측의 변으로부터, 다른 쪽의 영구 자석 유닛의 외경측의 변까지의 최단 거리)는 490mm로 하였다. 영구 자석편을 접착하여 각 영구 자석 유닛을 제작하고, 각 유닛을 착자 후에 요크의 자석 삽입 구멍에 삽입함으로써, 각 영구 자석 유닛을 구성하는 각 영구 자석편을 요크의 내부에 편입하고, 자계 발생 장치의 실기(實機)를 조립하였다. 또한, 도 3에 있어서의 자석 배치는 도 1에 있어서의 자석 배치와 동일하기 때문에, 도 3에서는 일부의 부호를 생략하여 나타내고 있다.

도 3에 나타내는 자계 발생 장치에 사용되는 40개의 영구 자석편(201 내지 240) 중, X축의 정방향 또한 Y축의 정방향으로 배치되는 자석편의 각각(201 내지 210)에 대해서, 각 자석편의 세로(각 자석편의 자화 방향에 대하여 평행한 방향) 및 가로(각 자석편의 자화 방향에 대하여 수직인 방향)의 치수를, 다음의 표 1에 나타내었다. 또한, 각 자석편의 두께(자계 발생 장치의 안쪽 길이 방향의 길이)는 36mm로 고정하였다. 자계 발생 장치의 안쪽 길이(648mm)에 맞추어, 자석편을 안쪽 길이 방향으로 18개 배열하여 배치하였다. 각 자석편의 자화 방향은, 각 자석편의 각 변에 대하여 평행 또는 수직이고, 도 3 중의 각 자석편 상에 나타낸 화살표의 방향으로 나타나 있다. 자석편의 배치는 X축 및 Y축에 대하여 대칭성을 갖기 때문에, 전체로서는 도 3에 나타내는 바와 같이 환상으로 40개의 자석편(201 내지 240)이 배치되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 40개의 영구 자석편(201 내지 240)은 각각 1개, 3개, 또는 6개의 영구 자석편을 조합하여 구성한 제1 내지 제12 영구 자석 유닛(제1 내지 제4 주요 영구 자석 유닛(401 내지 404) 및 제5 내지 제12 보조 영구 자석 유닛(505 내지 512))으로서, 요크(3)의 내부(내주와 외주의 사이)에 배치하였다. X축의 정방향(자계 발생 장치의 내부에 발생하는 한 방향의 자계와 동일한 방향)을 0° 및 360°로 하고, 반시계 방향의 각도 θ로서, Y축의 정방향을 90°, X축의 부방향을 180°, Y축의 부방향을 270°로 한 경우에, 제1 영구 자석 유닛(401)은 0° 내지 20° 및 340° 내지 360°의 범위 내에, 제2 영구 자석 유닛(402)은 70 내지 110°의 범위 내에, 제3 영구 자석 유닛(403)은 160 내지 200°의 범위 내에, 제4 영구 자석 유닛(404)은 250 내지 290°의 범위 내에 들어가도록 배치하였다. 또한, 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각은 Y축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열한 6개의 영구 자석편으로 구성되고, 또한 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각은 X축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열한 6개의 영구 자석편으로 구성하였다. 제1 및 제 3의 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 영구 자석편의 자화 방향은 모두 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와 같은 방향으로 하고, 또한 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 영구 자석편의 자화 방향은 모두 내부 공간에 발생하는 한 방향의 자계와는 역방향으로 하였다. 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛의 각각은 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 6개의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편이, 상기 양단 이외의 영구 자석편에 비하여 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖고 있다. 또한, 중앙의 2개의 자석편은 양단의 자석편에 비해서는 돌출되어 있지 않지만, 양단 및 중앙 이외의 자석편보다는 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 제1 영구 자석 유닛(401)에 대하여 보면, 구성 자석편인 자석편(201, 202, 203, 238, 239, 240) 중, 말단에 위치하는 자석편(203 및 238)의 세로(자화 방향, 여기에서는 X축 방향)의 길이는 35mm, 그 이웃에 위치하는 자석편(202 및 239)의 세로(자화 방향, 여기에서는 X축 방향)의 길이는 14mm, 중앙에 위치하는 자석편(201 및 240)의 세로(자화 방향, 여기에서는 X축 방향)의 길이는 26mm이고(표 1 참조), 즉 제1 영구 자석 유닛(401)은 내부 공간을 향하여 말단과 중앙이 돌출된 E 형상으로서 구성되어 있다. 제2, 제3, 제4 영구 자석 유닛(402, 403, 404)에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 제5 내지 제12의 영구 자석 유닛(505 내지 512)을, 도 3에 나타내는 위치에 배치하였다.(또한, 도 3에서는 부호를 일부 생략하여 나타내고 있기 때문에, 각 영구 자석 유닛의 부호에 대해서는 도 1을 참조.) 구체적으로는, 제1 영구 자석 유닛(401)의 둘레 방향에 있어서의 양옆에, 각각 1개의 영구 자석편으로 구성되는 제5 및 제12 영구 자석 유닛(505, 512)을 배치하였다. 제2 영구 자석 유닛(402)의 둘레 방향에 있어서의 양옆에, 각각 3개의 영구 자석편으로 구성되는 제6 및 제7 영구 자석 유닛(506, 507)을 배치하였다. 제3 영구 자석 유닛(403)의 둘레 방향에 있어서의 양옆에, 각각 1개의 영구 자석편으로 구성되는 제8 및 제9 영구 자석 유닛(508, 509)을 배치하였다. 제4 영구 자석 유닛(404)의 둘레 방향에 있어서의 양옆에, 각각 3개의 영구 자석편으로 구성되는 제10 및 제11 영구 자석 유닛(510, 511)을 배치하였다. 구체적으로는, 제5 영구 자석 유닛(505)은 25 내지 35°,제6 영구 자석 유닛(506)은 45 내지 65°, 제7 영구 자석 유닛(507)은 115 내지 135°, 제8 영구 자석 유닛(508)은 145 내지 155°, 제9 영구 자석 유닛(509)은 205 내지 215°, 제10의 영구 자석 유닛(510)은 225 내지 245°, 제11의 영구 자석 유닛(511)은 295 내지 315°, 제12의 영구 자석 유닛(512)은 325 내지 335°의 범위 내에 들어가도록, 요크(3)의 내주와 외주의 사이에 배치하였다.

또한, 각 자석편(201 내지 240)의 치수와 배치의 상세는 최적화 계산에 의해 결정되었다. 최적화에는 탐색법을 사용하며, 최적화 팩터는 도 3에 나타낸 4군데의 평가점(도 3 중의 일점 쇄선에서 나타낸 직경 300mm의 원주 상의 4군데의 검정 동그라미)에 있어서의 스큐각으로 하였다. 얻어진 실시예 1의 자계 발생 장치에 있어서의 최대 스큐각(deg)의 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 최대 스큐각(deg)은 상기 4군데의 평가점에 있어서의 스큐각의 최대값으로 하였다. 각 평가점에 있어서의 스큐각(deg)의 측정 방법은 상기한 대로이다. 실시예 1의 자계 발생 장치에 있어서의 최대 스큐각은 0.9°로 낮아, 단면 형상이 사각형인 자석편만을 사용하여, 실질적으로 한 방향의 자계를 발생할 수 있었던 것을 확인할 수 있었다.

[비교예 1]

비교를 위해서, 실시예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치와 동등한 성능을 갖는 도 4에 나타내는 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치를 제작하였다. 도 4에 나타내는 종래의 다이폴 자계 발생 장치(6)는, 대략 사다리꼴상의 24개의 구성 자석(701 내지 724)이 환 형상을 이루도록 배치되고, 그의 외주를 환상의 외연부 요크(8)에 의해 둘러싸여 있다. 여기서, 구성 자석(701 내지 724)은, 각각 상기한 식 (1), (2)에 의해 부여되는 방향으로 착자되어 있고, 중심축으로부터 보아 대극이 되는 구성 자석끼리는, 서로 180도의 각도 차로 착자되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 다이폴 링 자계 발생 장치(6)의 환 내부 공간에는 실질적으로 한 방향의 자계가 발생한다. 또한, 해당 다이폴 링 자계 발생 장치(6)의 외연부 요크(8)를 포함한 외경은 700mm, 내경(구성 자석(601 내지 624)에 의해 형성되는 내부 공간의 직경)은 600mm, 자계 발생 장치의 중심축 방향의 안쪽 길이는 620mm로 하였다. 또한, 대략 사다리꼴상의 구성 자석(701 내지 724)에는 네오디뮴계 희토류 소결 자석(신에쓰 가가꾸제 N45, 자력 1.28T)을 사용하였다. 외연부 요크(8)에는 비자성 재료(스테인리스강재, SUS304)를 사용하였다. 얻어진 비교예 1의 자계 발생 장치에 있어서의 최대 스큐각(deg)은 0.9°였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치에 있어서의 최대 스큐각은 0.9°이고, 종래의 비교예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치에 있어서의 최대 스큐각의 0.9°로 같았다. 즉, 제조가 곤란하고 비용이 드는 사다리꼴상의 자석을 사용하지 않고도, 단면 형상이 사각형인 자석만을 사용하여, 그것들을 소정의 위치에 배치함으로써, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치와 동일한 작은 스큐각을 얻을 수 있었다.

[비용 비교]

또한, 본 발명에 따른 실시예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치와, 종래의 비교예 1의 다이폴 링 자계 발생 장치에 대해서, 비용에 관한 비교를 행하였다. 결과를 이하의 표 2에 나타내었다. 비용 산출 조건은, 생산 대수를 100대로 하고, 단위 시간당의 제조 비용(작업 단가)은 동일하게 하였다. 비교예 1의 자계 발생 장치의 비용을 100％로 하고, 실시예 1의 자계 발생 장치의 비용을 ％로 나타내었다. 또한, 표 2 중의 「자석」에서는, 단면 형상이 사각형(실시예 1) 또는 사다리꼴(비교예 1)인 자석을 제작하기 위하여 필요한, 재료 및 가공에 필요한 비용(구입한 경우에는 구입 금액)을 비교하고, 「요크」에서는, 각 요크의 제작에 필요한 재료 및 가공에 필요한 비용(구입한 경우에는 구입 금액)을 비교하였다. 「조립 비용」에서는 자계 발생 장치의 조립에 필요한 인건비를, 「기타」에서는 자석, 요크 이외의 보충재(가이드 레일이나 잭 볼트, 접착제 등)에 필요한 비용을, 「제품 가격」에서는 최종적인 제품 가격으로서의 검산을 비교하였다. 비교의 결과, 실시예 1의 본 발명에 따른 다이폴 링 자계 발생 장치는, 비교예 1의 종래 다이폴 링 자계 발생 장치와 비교하여 대폭으로 비용을 저감(예를 들어, 최종적인 제품 가격에 대해서는 비용이 50％ 저감)할 수 있는 것이 확인되었다. 특히 「자석」에 대해서는, 단면 형상이 사각형인 영구 자석편을 사용함으로써(실시예 1), 단면 형상이 사다리꼴인 영구 자석편을 사용하는 것보다도(비교예 1), 재료 사용량과 가공에 필요로 하는 비용을 대폭으로 삭감할 수 있었음을 알 수 있었다.

이상과 같이, 단면 형상이 사각형인 영구 자석편을 복수, 소정의 위치에 배치함으로써, 종래의 다이폴 링 자계 발생 장치와 비교하여 저비용으로 제작이 가능하게 되는 동시에, 원하는 작은 스큐각을 달성하는 것이 가능하게 되었다.

1 다이폴 링 자계 발생 장치
201 내지 240 영구 자석편
3 요크
310 백 플레이트
320 커버
401 내지 404 주요 영구 자석 유닛
505 내지 512 보조 영구 자석 유닛
6 다이폴 링 자계 발생 장치(종래)
701 내지 724 영구 자석편(종래)
8 외연부 요크(종래)
A 주자장 성분(Bx)
B 스큐각 성분(By)

Claims (7)

1. 원통 형상의 요크의 내주와 외주 사이에, 둘레 방향으로 환상으로 설치되고, 또한 깊이 방향이 상기 원통 형상의 요크의 중심축에 대하여 평행한 적어도 4개의 자석 삽입 구멍이 형성된, 상기 원통 형상의 요크와,
   상기 적어도 4개의 자석 삽입 구멍에 삽입된 적어도 4개의 영구 자석 유닛을 구비하고, 상기 원통 형상의 요크의 내부 공간에, 상기 원통 형상의 요크의 직경 방향이며 또한 실질적으로 한 방향의 자계를 발생하기 위한 다이폴 링 자계 발생 장치이며,
   상기 중심축을 Z축으로 하고, 상기 중심축에 대하여 수직인 상기 자계 발생 장치의 단면에 있어서, Z축에 대하여 수직이고 또한 상기 한 방향의 자계와 평행한 축을 X축, Z축 및 X축에 대하여 수직인 축을 Y축으로 한 경우에,
   상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛은, 상기 단면에 있어서의 형상이, X축을 대칭축으로 한 선 대칭 및 Y축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되어 있고,
   상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛의 각각은 1 이상의 영구 자석편으로 구성되고, 또한 상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 단면에 있어서의 형상이 사각형이고,
   상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 영구 자석 유닛마다 공통인, 상기 사각형의 각 변에 대하여 평행 또는 수직인 자화 방향을 갖고 있고, 또한 상기 단면에 있어서의 상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛의 각각의 자화 방향은, X축을 대칭축으로 한 선 대칭이 되도록 배치되어 있고,
   상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛은 제1, 제2, 제3 및 제4 영구 자석 유닛을 포함하고, 상기 단면에 있어서, X축의 정방향이며 또한 상기 한 방향의 자계와 동일한 방향을 0° 및 360°로 하고, 상기 X축의 정방향으로부터 반시계 방향으로, Y축의 정방향을 90°, X축의 부방향을 180°, Y축의 부방향을 270°로 한 경우에,
   (i) 제1 영구 자석 유닛은 0° 내지 20° 및 340° 내지 360°의 범위 내에, 제2 영구 자석 유닛은 70° 내지 110°의 범위 내에, 제3 영구 자석 유닛은 160° 내지 200°의 범위 내에, 제4 영구 자석 유닛은 250° 내지 290°의 범위 내에 배치되고,
   (ii) 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 Y축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상의 영구 자석편이고, 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 X축에 대하여 평행하게 또한 직선상으로 배열된 5개 이상의 영구 자석편이고, 또한 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 1 이상의 영구 자석편은 상기 사각형의 각 변이 X축에 대하여 평행 또는 수직이고,
   (iii) 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 자화 방향은 모두 상기 한 방향의 자계와 동일한 방향이고, 또한 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 자화 방향은 모두 상기 한 방향의 자계와는 역방향이고,
   (iv) 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각은 상기 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중 양단의 영구 자석편이, 상기 양단 이외의 영구 자석편에 비하여 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖는, 다이폴 링 자계 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중, 양단의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변이, 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변의 평균 길이에 대하여, 101 내지 150％의 길이를 갖고, 또한 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중, 양단의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변이, 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이에 대하여, 101 내지 150％의 길이를 갖는, 자계 발생 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편이, 상기 양단의 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출되어 있지 않지만, 상기 중앙 및 상기 양단 이외의 다른 영구 자석편보다는 상기 내부 공간을 향하여 돌출된 구조를 갖는, 자계 발생 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중, 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변이, 상기 제1 및 제3 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 X축에 평행한 각 변의 평균 길이에 대하여, 80 내지 140％의 길이를 갖고, 또한 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편 중, 중앙의 적어도 1개의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변이, 상기 제2 및 제4 영구 자석 유닛의 각각을 구성하는 상기 5개 이상의 영구 자석편의 Y축에 평행한 각 변의 평균 길이에 대하여, 80 내지 140％의 길이를 갖는, 자계 발생 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 4개의 영구 자석 유닛이 적어도 제5 내지 제12 영구 자석 유닛을 추가로 포함하고, 상기 적어도 제5 내지 제12 영구 자석 유닛이, 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제1 내지 제4 영구 자석 유닛의 각각 사이에 적어도 2개씩 배치되어 있는, 자계 발생 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 공간 내에 규정되는, 상기 원통 형상의 요크와 동일한 중심축 및 중심점을 갖고, 또한 상기 요크의 내경에 대하여 50％ 이하의 직경을 갖고, 상기 요크의 축 방향의 길이에 대하여 20％ 이하의 축 방향의 길이를 갖는 원통 형상의 공간에 있어서의 임의의 위치에 발생하는 자장의 X축 방향의 자장 성분을 Bx, Y축 방향의 자장 성분을 By로 한 경우에, tan^-1(By/Bx)로 표시되는 스큐각(skew angle)이 2° 이하인, 자계 발생 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 요크가 비자성체를 포함하는, 자계 발생 장치.

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