成膜装置
【課題】成膜材料であるDy、Tbを有効に利用しつつ、所定形状鉄−ホウ素−希土類系の磁石の表面に高速で成膜させて生産性が向上し、低コストで永久磁石を製造できるようにする。
【解決手段】真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成される。
【解決手段】真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成膜装置に関し、特に、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石の表面に、Dy、Tbの少なくとも一方を成膜し、所定温度下で熱処理を施してDy、Tbの少なくとも一方を焼結磁石の結晶粒界相に拡散させてなる永久磁石表面にDy、Tbの少なくとも一方を高速で成膜するのに適した成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
Nd−Fe−B系の焼結磁石(所謂、ネオジム磁石)は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なNd、Bの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性(最大エネルギー積はフェライト系磁石の10倍程度)を有することから、種々の製品に利用され、近年では、ハイブリッドカー用のモーターや発電機への採用も進んでいる。 他方で、Nd−Fe−B系の焼結磁石は、そのキュリー温度が約300℃と低いことから、採用する製品によっては所定温度を超えて昇温する場合があり、所定温度を超えて昇温すると、熱により減磁するという問題が生じる。
【0003】
このため、Nd−Fe−B系の焼結磁石を得る際に、Ndより大きい4f電子の磁気異方性を有し、Ndと同じく負のスティーブンス因子を持つことで、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるDyやTbを添加することが考えられるものの、Dy、Tbは主相結晶格子中でNdと逆向きのスピン配列をするフェリ磁性構造を取ることから磁界強度、ひいては、磁気特性を示す最大エネルギー積が大きく低下するという問題がある。
【0004】
このような問題を解決するため、直方体など所定形状に加工したNd−Fe−B系の焼結磁石の表面全体に亘って、DyやTbを所定膜厚(磁石の体積に依存して3μm以上の膜厚で形成される)で成膜し、次いで、所定温度下で熱処理を施して、表面に成膜されたDyやTbを磁石の結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせることが提案されている(非特許文献1参照)。
【0005】
この方法で製作した永久磁石は、結晶粒界相に拡散したDyやTbが、各結晶粒表面の結晶磁気異方性を高めることで、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、その結果、保磁力を飛躍的に向上させると共に、最大エネルギー積がほとんど損なわれないという利点がある(例えば残留磁束密度:14.5kG(1.45T)、最大エネルギー積:50MGOe(400Kj/m3)で、保磁力23KOe(3MA/m)の性能の磁石ができることが非特許文献1に報告されている)。Nd−Fe−B系の焼結磁石の表面にDyやTbを成膜する場合、焼結磁石の表面へのDyやTbの膜の密着性がよいスパッタリング法を用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Improvement of coercivity on thin Nd2Fe14B sintered permanent magnets(薄型Nd2Fe14B系焼結磁石における保磁力の向上)/ 朴起兌、東北大学 博士論文 平成12年3月23日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、スパッタリング法ではターゲットの利用効率や成膜すべき金属蒸発材料の収率が悪いことから、資源的に乏しく、安定供給が望めないDyやTbの成膜には適さない。その上、直方体など所定形状の磁石表面全体に亘ってスパッタ法により成膜するには、例えば磁石自体を回転させることが必要になり、このため、スパッタリング装置に、磁石を回転させる機構を設ける必要があり、スパッタリング装置自体を高価にし、資源的に乏しくて高価なDyやTbのターゲットを製作することと相俟って、磁石製造のコスト高を招く。
【0008】
そこで、上記点に鑑み、本発明の第一の目的は、成膜材料であるDy、Tbを有効に利用しつつ、所定形状の鉄−ホウ素−希土類系の磁石の表面に高速で成膜させて生産性が向上し、低コストで永久磁石を製造できる成膜装置を提供することにある。
【0009】
また、本発明の第二の目的は、成膜すべき金属蒸発材料の収率が高く、かつ所定形状の被成膜物全面に亘って高速で略均一に成膜でき、特に、所定形状鉄−ホウ素−希土類系の磁石の表面にDyやTbを成膜するのに適した成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成されることを特徴とする。
【0011】
本発明においては、前記部材は、網状のものであることが望ましい。 また、前記蒸発材料と被処理物とが上下方向で離隔配置されるように保持手段を構成することが望ましい。また、前記保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発した材料と反応しない材料から構成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の成膜装置の構成を概略的に説明する図。
【図2】処理室内での被処理物である焼結磁石の保持を説明する図。
【図3】本発明の永久磁石の製造手順を説明する図。
【図4】Ar、He、Dyの温度と密度との関係を示すグラフ。
【図5】実施例1で製造した永久磁石の磁気特性の平均値を示す表。
【図6】実施例2で成膜したときの膜厚と、実施例2で製造した永久磁石の磁気特性とを平均値で示す表。
【図7】実施例3で成膜したときのDyの膜厚、最高温度及び製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表。
【図8】実施例4で製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表。
【図9】実施例5で成膜したときの磁石表面の膜厚を平均値で示す表。
【図10】実施例6で永久磁石を得たときの磁気特性と、密着不良率とを示す表。
【図11】実施例7及び比較例1乃至比較例4の磁気特性及び耐食性、耐候性を示す表。
【図12】実施例8で製造した永久磁石の特性を示す表。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図1及び図2を参照して説明すれば、1は、例えば鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石である被処理物Sの表面に選択的にDyやTbなどの金属蒸発材料を高速で成膜させるのに適した成膜装置である。成膜装置1は、処理室2と準備室3とを上下方向で連結して構成される。上側に位置する処理室2は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段11aを介して所定の真空度に保持できる円筒形状の真空チャンバ11内に配置されている。
【0014】
この場合、処理室2は、下面が開口するように円筒形状に加工した均熱板21で画成され、下面の開口を介して準備室3に連通している。真空チャンバ11には、均熱板21の開口した下面を除くその周囲を囲うように、カーボンから構成される断熱材22が設けられている。均熱板21と断熱材22との間の空間には、例えばWを用いた複数本の電気加熱ヒータ23が設けられ、加熱手段を構成する。これにより、真空中で断熱材22によって囲われた均熱板21を加熱手段23で加熱し、この均熱板21を介して間接的に処理室2内を加熱することで、処理室2内を略均等に加熱できる。
【0015】
処理室2内には、金属蒸発材料が配置される断面凹状の受け皿24が設けられ、配置手段を構成する。受け皿24は、後述する搬送手段によって処理室2内に移動されてくる被成膜物Sの周囲を囲って金属蒸発材料が配置できるように環状に形成され、均熱板21の内側の壁面に取付けられている。金属蒸発材料としては被成膜物Sの表面に成膜すべき膜に応じて適宜選択され、例えば顆粒状のものが受け皿24の周方向に均等に配置される。尚、受け皿24は、環状に形成される必要はなく、周方向に等間隔で配置されていればよい。
【0016】
処理室2の下側には、第1空間4が形成され、この第1空間4には、遮蔽手段5が設けられる。遮蔽手段5は、弁本体51とこの弁本体51を駆動させるエアーシリンダなどの駆動手段52とから構成され、駆動手段52によって、弁本体51が処理室2と準備室3とを連通した開位置と(図1に示す状態)、弁本体51が第1空間4を画成する天板41に形成した開口の周縁部に当接して処理室2を密閉する閉位置との間で移動自在となる。弁本体51には、図示していない第2の加熱手段が設けられている。
【0017】
第1空間4の下側には第2空間3aが設けられ、この第2空間3aを画成する側壁30にはゲートバルブ(図示せず)が設けられ、このゲートバルブを開閉して被成膜物Sの搬入、搬出が行われる。被成膜物Sは保持手段6で保持される。保持手段6は、同一円周上に所定の間隔を置いて垂直方向に設けた三本の支柱61と、この支柱61の下端から上方にそれぞれ所定の間隔を置いてかつ各支柱61で支持させて水平に設けた2個の載置台62とから構成される。各支柱61は、熱伝導が小さくなるように支柱61の径を小さく構成している。これは後述する押圧部材74からの熱が支柱61を通って焼結磁石に伝達し難くするためである。
【0018】
この場合、載置台62上に載置される被成膜物Sの載置台62側の面にも成膜できるように、載置台62は、φ0.1〜10mmの線材を格子状に配置して形成されている。また、載置台62相互間の間隔は、載置される被成膜物Sの高さなどを考慮して設定される。保持手段6は、第2空間3aに設けられ、中央に後述する支持台の挿通が可能な開口63aを形成した円板63上に設置され、この円板63は、処理室2内に設けたリング状の支持部材64上に載置されている。
【0019】
第2空間3aの下側には、第3空間3bが形成され、第2空間3a及び第3空間3bが準備室3を構成する。準備室3には、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段31が接続され、この真空排気手段31によって、準備室3と、第1空間4を介して連通した処理室2内を所定の真空度に保持できる。準備室3の底部には、エアーシリンダなどの駆動手段71が設けられ、準備室3内に突出させた軸部72の先端には円形の支持台73が取付けられ、駆動手段71と支持台73とが搬送手段7を構成し、支持台73が、準備室3内の所定位置(下降位置)と処理室2内の所定位置(上昇位置)と間で昇降自在となる。
【0020】
軸部72には、支持台73の下側に位置して断面逆T字形状の押圧部材74が取付けられ、押圧部材74は、搬送手段7を上昇位置に移動させたときに、円板63を上方に向かって持ち上げ、円板63の外周縁部に設けたメタルシールなどのシール材(図示せず)を天板41に形成した開口の周縁部に押圧して処理室2を密閉する役割を果たす。押圧部材74には、図示していない第3の加熱手段が設けられている。
【0021】
準備室3を構成する第2空間3aには、高周波電源に接続されたコイル(図示せず)と、不活性ガスを導入するガス導入手段32とを有するプラズマ発生手段が設けられている。不活性ガスとしては、He、Arなどの希ガスである。そして、準備室3内でプラズマを発生させて、処理室2内での成膜に先だってプラズマによる被成膜物S表面のクリーニングの前処理が行われる。この場合、準備室3に、例えばWを用いた電気加熱ヒータ(図示せず)を設け、熱処理による被成膜物S表面のクリーニングの前処理と共に、成膜が終了した被成膜物Sに対し、真空雰囲気中で熱処理を施することができるように構成してもよい。
【0022】
次に、図1乃至図3を参照して、上記成膜装置1を用い、本発明の成膜方法を実施による永久磁石の製造について説明する。先ず、被成膜物である鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石を公知の方法で得る。この場合、例えば、Fe、B、Ndを所定の組成比で配合して高周波溶解した後、鋳造してインゴットを得て、このインゴットを一旦微粉末に粉砕した後、磁界配向して金型で所定形状に成形し、その後に焼結させて上記焼結磁石を得る(図3(a)参照)。そして、所定形状の焼結磁石Sを保持手段6の載置台61上に設置する。この場合、その磁化容易方向が、載置台73に平行となるように載置するとよい。
【0023】
次いで、処理室3内の受け皿24に蒸発金属蒸発材料であるDyを設置する。この場合、Dyの粒径が10〜1000μmの範囲することが望ましい。10μm以下では、発火性を有するDy、Tbの粒の取扱いが困難であり、他方で、1000μmを超えると、蒸発に時間を要する。また、蒸発金属蒸発材料であるDyの収率を高めるべく、受け皿24に設置するDyの総量は、磁石が所定温度(焼結磁石の結晶粒のみならず結晶粒界にも金属蒸発材料が拡散する温度)に達するまで処理室2内でDy蒸気雰囲気を継続させるのに必要なものとする。
【0024】
次いで、側壁30に設けたゲートバルブを開けて、焼結磁石が設置された保持手段6を第2空間3aに搬入して円板63a上に設置した後、ゲートバルブを閉めて各真空排気手段11a、31をそれぞれ作動させ、真空チャンバ11内を真空排気すると共に、準備室3及び第1空間4を介して処理室2とが所定圧力(例えば、10×10−6Pa)に到達するまで真空排気する。この場合、遮蔽手段5は開位置にある。
【0025】
次いで、処理室2及び準備室3の圧力が所定値に達すると、駆動手段52によって遮蔽手段5を閉位置に移動して、弁本体51によって処理室2を密閉し、加熱手段23及び遮蔽手段5における弁本体51の第2の加熱手段を作動させて処理室2内の温度が所定温度に達するまで加熱する。この場合、処理室内の温度を1000℃〜1700℃の範囲に設定するのがよい。1000℃より低い温度では、焼結磁石S表面に高速でDyを成膜できる蒸気圧まで達しない。他方、1700℃を超えた温度では、焼結磁石Sの成膜時間が短くなりすぎ均一に成膜できない虞がある。処理室2の温度は、1200℃〜1500℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは、1200℃〜1400℃の範囲である。これらの温度範囲では所望の膜厚を高速で形成することができる。
【0026】
そして、例えば1300℃で10Paの蒸気圧を持つDy蒸気雰囲気を処理室2内に形成する。尚、10Paでは、処理室2内に対流が生じることから、後述するように、常温の焼結磁石Sを処理室内に搬入したときその全表面に亘って成膜される。
【0027】
ところで、例えば処理室2を画成する均熱板21の材料として、一般の真空装置でよく用いられるAl2O3を用いると、蒸気雰囲気中のDyとAl2O3が反応してその表面に反応生成物を形成すると共に、Al原子がDy蒸気雰囲気中に侵入する虞がある。このため、処理室2を画成する均熱板21、焼結磁石Sが保持する保持手段6及び搬送手段7の支持台73を、成膜すべき金属蒸発材料と反応しない材料、例えば、Mo、W、V、Taまたはこれらの合金やCaO、Y2O3、或いは希土類酸化物から製作するか、またはこれらの材料を他の断熱材の表面に内張膜として成膜したものでもよい。
【0028】
他方で、Dy蒸気雰囲気を処理室2内に形成する間、準備室3では、例えば焼結磁石S表面の酸化膜を除去するため、表面クリーニングの前処理が行われる。この場合、準備室3の圧力が所定値(例えば、10×10−1Pa)に達するまでガス導入手段32を介して、不活性ガス、例えばArを準備室3に導入し、高周波電源を作動させて準備室3内でプラズマを発生させてプラズマによる焼結磁石表面のクリーニングを行えばよい。クリーニングの前処理が終了したとき、焼結磁石は、室温〜200℃の温度となる。
【0029】
次いで、処理室2内でのDy蒸気雰囲気の形成及び準備室3内での焼結磁石S表面のクリーニングが終了すると、一旦、処理室2との間で2桁以上の圧力差が生じるように、準備室3の圧力が所定値(例えば、1000Pa)に達するまでガス導入手段32を介して不活性ガス、例えばArを準備室3に導入する。準備室3の圧力が所定値に達すると、遮蔽手段5を開位置に移動させて処理室2及び準備室3を連通させる。この場合、処理室2と準備室3とに圧力差をつけているので、準備室3から処理室2にArが入り込んで処理室2の圧力が高くなることで、一旦蒸発が停止するが(加熱手段23の作動は停止しない)、処理室2内で蒸発させたDyが準備室3側に入り込むことが防止される。
【0030】
次いで、真空排気手段31を介して処理室2及び準備室3の圧力が再度所定値(例えば、10×10−2Pa)に達するまで真空排気すると、Dyが再蒸発する。そして、搬送手段7の駆動手段71を作動させて焼結磁石Sを保持した保持手段6を処理室2内に搬送する。この場合、処理室2は、円板63の外周縁部に設けたメタルシールなどのシール材が天板41に形成した開口の周縁部に当接することで密閉される。
【0031】
次いで、加熱されている処理室2が再度密閉されると、例えば1300℃で10PaのDy飽和蒸気雰囲気が処理室2内に形成され、この状態で所定時間保持する。この場合、処理室3内の温度より低い焼結磁石Sを高温の処理室2内に搬入しているため、処理室2内と焼結磁石Sとの間の温度差によって焼結磁石S表面に蒸気中のDyが選択的に付着して堆積する(成膜工程)。これにより、焼結磁石S表面にのみDyが高速で成膜される(図3(b)参照)。この際、支持台73の押圧部材74は、図示していない第3の加熱手段によって均熱板21と略同温に加熱されているので、押圧部材74に蒸気中のDyが付着することはない。
【0032】
常温の焼結磁石Sを高温に加熱された処理室2内に搬入したとき、焼結磁石S自体も輻射熱により加熱されることから、飽和蒸気雰囲気が形成された処理室2内での保持時間は、焼結磁石Sが900℃になるまでの時間であって、焼結磁石Sの表面に必要量(「必要量」とは、結晶粒界内のみにDyが拡散して焼結磁石の磁気特性が向上する量である。)のDyが成膜されるまでの時間とする。焼結磁石Sが900℃を超える温度に達すると、Dyが焼結磁石Sのグレイン(主相である結晶粒)内に進入し、結局、永久磁石を得る際にDyを添加したものと同じなり、磁界強度、ひいては、磁気特性を示す最大エネルギー積:が大きく低下する虞がある。
【0033】
ところで、焼結磁石Sが加熱されて熱膨張した場合、焼結磁石Sの熱膨張がキュリー温度(約300℃)以下でインバー合金的な異常を示し、焼結磁石Sの表面に付着堆積した膜の剥離が起こり易くなる。このため、保持時間は、焼結磁石Sの最高温度が250℃以下、または450℃以上になるまでの時間とすることが好ましい。250℃以下の温度では、熱膨張異常による歪が少なくなることで、焼結磁石Sの表面に成膜したDyの剥離が起こり難くなる。他方、450℃以上の温度では、焼結磁石Sの一部が溶けることで、焼結磁石Sと焼結磁石Sの表面に付着堆積したDyとの間の密着性が向上し、磁焼結石Sの表面に成膜したしたDyの剥離が起こり難くなる。
【0034】
他方で、準備室3には、この準備室3の圧力が所定値(例えば、1000Pa)に達するまでガス導入手段32を介してArなどの不活性ガスが導入される。焼結磁石Sが処理室2内に搬送されてから所定時間が経過すると、駆動手段71によって、支持台73を処理室2内の上昇位置から準備室3内の下降位置に移動させ、遮蔽手段5を開位置から閉位置に移動させる。この際、遮蔽手段5の弁本体51は図示していない第2の加熱手段によって均熱板21と略同温に加熱されているので、弁本体51に蒸気中のDyが付着することはない。また、準備室3から処理室2にArが入り込むことで蒸発が停止する。そして、このAr雰囲気中でDyが成膜された焼結磁石を冷却する。
【0035】
次いで、真空排気手段31を介して処理室2と隔絶された準備室3の圧力が所定値(10×10−3Pa)に到達するまで真空排気し、準備室3に設けた加熱手段を作動して、所定温度(例えば、700℃〜950℃)下で所定時間だけDyが成膜された焼結磁石Sに対し熱処理を施す(拡散工程)。この場合、準備室3内での熱処理に引き続き、その熱処理より低い所定温度(例えば、500℃〜600℃)下で所定時間(例えば、30分)だけ永久磁石の歪を除去する熱処理を施すことが好ましい(アニール工程)。最後に、所定時間冷却した後、側壁30のゲートバルブを開けて保持手段6を取り出す。
【0036】
これにより、焼結磁石Sの表面全体に亘ってDyを成膜し、熱処理を施して、表面に成膜されたDyを磁石の結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせた永久磁石が得られる(図3(c)参照)。この場合、従来のネオジム磁石は錆びやすいことから、エポキシ樹脂やPPS樹脂などの樹脂塗装やニッケルメッキ等の表面処理を施して保護膜を形成しているが、Ndと比較して極めて高い耐食性、耐候性を有するDyが少なくとも焼結磁石Sの表面に存在することで、Dyが保護膜としての役割も果たし、付加的な保護膜なしに強い耐食性の有する永久磁石となる。また、付加的な表面処理工程を省けることで、磁石の表面にDyを所定膜厚で高速に成膜できることと相俟って、生産性がさらに向上し、さらなる低コスト化が可能になる。
【0037】
焼結磁石Sの表面、結晶粒界には、Dyリッチ相(Dyを5〜80%の範囲で含む相)を有することが好ましい。これによれば、従来のネオジム磁石は、主相、Ndリッチ相、Bリッチ相の3相から構成されるが、耐食性、耐候性が弱い結晶粒界のNdリッチ相に、Dyリッチ相が存在することで、焼結磁石Sの表面にDyリッチ相が存在することと相俟って、極めて強い耐食性、耐候性を有する永久磁石となる。
【0038】
より好ましくは、焼結磁石Sの表面がDyリッチ相で覆われ、結晶粒界に、Dyリッチ相を1〜50%の範囲で含むものがよい。尚、結晶粒界に、Dyリッチ相が50%の範囲を超えて含まれていると、磁気特性を示す最大エネルギー積、残留磁束密度及び保磁力が著しく低下する。
【0039】
尚、本実施の形態では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石Sの表面にDyを成膜する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の成膜方法及び成膜装置1は、他の金属蒸発材料を成膜する場合にも利用できる。この場合、処理室2の加熱温度や保持時間などの条件は、被成膜物や成膜すべき金属蒸発材料の特性に応じて適宜設定される。また、永久磁石を製造する場合、Dyに代えて、例えばTbを利用することができ、本発明の成膜方法及び成膜装置を用いて、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石の表面にTbの金属薄膜を高速かつ選択的に成膜できる。また、成膜をした後、処理室2内で拡散工程を実施するようにしてもよい。
【0040】
さらに、成膜材料である金属蒸発材料として、Dy、Tbの少なくとも一方と、Dy、Tbと同じく保磁力を向上させるNd、Pr、Al、Cu、Ga、Taのうち少なくとも1種類とを含有する合金を用いてもよい。これによれば、Dyを焼結磁石の表面に成膜した後、熱処理を施して得た永久磁石と比較して、特に保磁力をさらに高めることができる。この場合、Dy、Tbはそれぞれ融点が高いことから、Dy、Tbと比較して融点の低い材料を用いると、より短時間で金属蒸発雰囲気が形成できてよい。
【0041】
図示の実施の形態においては、処理室2の下方に準備室3を設けたが、処理室2を準備室3の下方に設けてもよい。ここで、図4に示すように、一定の圧力及び温度に対するAr、He、Dyの密度を測定すると、例えば、10Paの圧力下で室温(約27℃)におけるArの密度及び10Paの圧力下で高温(約1300度)におけるDyの密度のように、一定圧力下におけるDy及びArの密度は相互に近似している。このことから、処理室2を準備室3の下方に設けた場合、一定の圧力に対する密度の差が大きいHeガスを準備室3の導入し、処理室2が準備室3に対して略同圧になるようにすれば、処理室2と準備室3との比重差によって、焼結磁石Sを処理室2から取り出す際にDy蒸気が処理室2から準備室3へ漏出する事を確実に防止できる。
【0042】
また、本実施の形態では、例えば熱が支柱61を通って焼結磁石Sに伝達し難くように構成しているが、これに限定されるものではなく、焼結磁石Sの温度上昇を積極的に抑制するために冷却手段を設けてもよい。この場合、例えば、支柱61の径を大きくし、支柱61内部に冷媒(冷却水)を循環させて、常温の磁石を高温に加熱された処理室3内に搬入したとき、輻射熱で加熱される焼結磁石Sの温度上昇を抑制する冷却手段とすればよい。
【実施例1】
【0043】
鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が31Nd−1Co−1B−0.1Cu−bal.Fe(NEOMAX−50/株式会社NEOMAX社製)のものを用い、50×50×8mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を20μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0044】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石S表面にDyを成膜した。この場合、成膜材料をDyとして、純度99.9%のものを用い、500gの総量で受け皿24に配置した。保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を1mmとし、各載置台62上に、上記のように洗浄処理した4個の焼結磁石Sをφ80の円周上に乗せると(計8個)共に、各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。この場合、載置台62相互の間の間隔を60mmとした。
【0045】
また、Dyの成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0046】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1350℃に加熱し、Dyを蒸発させて処理室2をDy蒸気で満たすこととした。また、Dy蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後の保持時間を40秒に設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で5分間、600℃の温度で30分間とした。
【0047】
図5は、上記条件で8個の永久磁石を得たときの磁気特性を平均値で示す表である。尚、比較例として、Dyの成膜を行わないものの磁気特性も併せて示している。これによれば、上記条件で永久磁石を作製すると(実施例1)、最大エネルギー積が50.3MGOeで、残留磁束密度が14.4kGで、保磁力が23.5kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。また、40秒間保持したときの焼結磁石Sの温度を測定すると、約600℃であり、膜厚を測定すると、約100μmであり、焼結磁石表面にほぼ均等に成膜されていた。
【実施例2】
【0048】
実施例2では、熱処理がない以外は上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での永久磁石の保持時間を1分に設定し、処理室2内の温度を変化させた。図6は、その条件で成膜したときのDyの膜厚と、製作した永久磁石の磁気特性とを平均値で示す表である。これによれば、1000℃以下の温度では、殆ど成膜できないが、1200℃を超えた温度では、20μm/sec以上の高い成膜速度で成膜できることが判る。この場合、約1100℃〜1700℃の範囲では、最大エネルギー積が約50MGOeであって殆ど損なわれておらず、17kOe以上の高い保磁力を有する永久磁石が得られたことが判る。
【実施例3】
【0049】
実施例3では、前処理(クリーニング処理)がない以外は、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での焼結磁石の保持時間を変化させた。図7は、保持時間を変化させたときのDyの膜厚、最高温度及び製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表である。これによれば、17μm/s以上の蒸着速度が得られ、また、60秒間保持したときでも焼結磁石自体の温度が743℃までしか上がらないことが判る。また、17μm以上の膜厚で成膜すると、最大エネルギー積が約50MGOeで、残留磁束密度が約14.5kGで、保磁力が15.4〜21.3kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。
【実施例4】
【0050】
実施例4では、前処理(クリーニング処理)がない以外は、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を3mmとした。図8は、線材をMo製で径を3mmとしたときの永久磁石の磁気特性を平均値で示す表である。これによれば、線材を太くすることで、載置台62に面した焼結磁石Sの面には格子状に成膜されない部分が存在するが、最大エネルギー積が50.0MGOeで、残留磁束密度が14.4kGで、保磁力が21.3kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られ、磁化容易方向を考慮して焼結磁石Sを載置することで、格子状の載置台上で成膜することの影響はないことが判る。
【実施例5】
【0051】
実施例5では、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での焼成磁石の保持時間を変化させた。図9(a)は、図9(b)に示す永久磁石表面の各測定点(測定点(1)〜(15))における膜厚の変化を平均値で示す表である。これによれば、略均一に成膜されていることが判る。
【実施例6】
【0052】
実施例6では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が22Nd−5Dy−0.9B−4Co−bal.Feのものを用い、3×50×40mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を50μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した。
【0053】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石Sの表面に金属膜を成膜した。この場合、成膜材料として、組成が10Dy−5Tb−50Nd−35Prのものを用い、受け皿24に配置した。保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を1mmとし、各載置台62上に、上記のように洗浄処理した100個の焼結磁石Sを各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。
【0054】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1250℃に加熱し、上記組成を有する成膜材料を蒸発させて処理室2内に金属蒸気雰囲気を形成した。金属蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、準備室3の圧力をHeガスを導入して処理室2と略同圧にする。
【0055】
また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後の保持時間を、各焼成磁石の最高温度が100℃〜1050℃になるように、10〜300秒に設定した。この場合、保持手段6の各支柱61を水冷法により適宜冷却することとした。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で1時間(拡散工程)、600℃の温度で30分間(アニール工程)とした。その後、準備室3を大気に戻し、各磁石を取出した。
【0056】
図10は、上記条件で100個の永久磁石を得たときの磁気特性と、テープ剥がし法(テープテスト)を実施した後の密着不良率とを示す表である。これによれば、焼成磁石Sの最高温度が100℃に達しない場合、焼結磁石Sの表面に成膜材料が付着堆積せず、高い保磁力が得らていない。それに対して、最高温度が100℃以上〜1050℃以下の範囲内では、10μm以上の成膜材料が付着堆積し、この場合、最大エネルギー積が44MGOe以上で、残留磁束密度が約13.8kG以上で、保磁力が28kOe以上の高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。但し、焼結磁石Sの磁石温度が250℃より高い温度であって450℃より低い温度の場合では、10%以下の比率で密着不良が生じたことが判る。尚、実施例6では、Dyの成膜に先立って焼結磁石表面のクリーニングを行わないことから、成膜時に焼結磁石のグレイン内へのDyの進入が抑制され、その結果、各焼成磁石の最高温度が900℃を超えても、磁気特性を示す最大エネルギー積が低下しないことが判る。
【実施例7】
【0057】
実施例7では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が28Nd−1B−0.05Cu−0.17Zr−bal.Feのものを用い、5×50×40mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を5μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0058】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石Sの表面にDyを成膜した。この場合、成膜材料としてDyとして、純度99.9%のものを用い、受け皿24に配置した。各載置台62上に、上記のように洗浄処理した100個の焼結磁石Sを各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。
【0059】
また、Dyの成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0060】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1200℃に加熱し、Dyを蒸発させて処理室2内に金属蒸気雰囲気を形成した。Dy蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後、平均20μmの膜厚でDy膜が成膜されるように、保持時間を設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、950℃の温度で1時間(拡散工程)、500℃の温度で30分間(アニール工程)とした。その後、準備室3を大気に戻し、各磁石を取出した。
(比較例)
【0061】
比較例1乃至比較例3として、上記実施例7と同条件で焼結磁石Sを製作したが、Dy膜を成膜して熱処理を施することに代えて、比較例1では、100個の焼結磁石Sの表面に公知の方法で、平均20μmの膜厚で、エポキシ樹脂からなる樹脂塗装を施し、永久磁石を得た。比較例2では、100個の焼結磁石Sの表面に公知のメッキ法で、平均20μmの膜厚でNiメッキを施した。比較例3では、100個の焼結磁石Sの表面に公知の蒸着法で平均20μmの膜厚でAlを蒸着した。
【0062】
図11は、実施例7及び比較例1乃至比較例3の永久磁石の磁気特性及び耐食性、耐候性を、比較例4として上記焼結磁石Sの磁気特性及び耐食性、耐候性と共に示す表である。ここで、耐食性、耐候性を示す試験として、永久磁石または焼結磁石Sの表面に塩水を噴射して100時間放置後目視で錆びの発生が視認できるかの試験、飽和蒸気加圧試験(PCT:プレッシャークッカーテスト)100時間、及び温度80℃、湿度90%の下で1000時間放置後目視で錆びの発生が視認できるかの試験を行った。
【0063】
これによれば、比較例1乃至比較例4では保持力が10kOe以下であるのに対し、実施例7では、最大エネルギー積が56MGOeで、残留磁束密度が15.0kG以上で、保磁力が28kOeの高磁気特性を有することが判る。また、耐食性、耐候性を示す試験において、比較例1乃至比較例4では、上記試験のいずれかで錆びの発生が視認されたのに対し、実施例7では、目視で錆びの発生が視認できず、強い耐食性、耐候性を有することが判る。
【実施例8】
【0064】
実施例8では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が31Nd−1Co−1B−0.1Cu−bal.Fe(NEOMAX−50/株式会社NEOMAX社製)のものを用い、50×50×8mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を20μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0065】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石S表面に金属蒸発材料を成膜した。この場合、成膜材料である金属蒸発材料として、Dyと、Nd、Pr、Al、Cu、Ga、Taを化学量論比1:1でそれぞれ混同した合金を用い、受け皿24に配置した。また、上記金属蒸発材料の成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0066】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1350℃に加熱し、金属蒸発材料を蒸発させて処理室2を金属蒸気で満たすこととした。また、金属蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、焼成磁石Sを処理室2に搬送し、約30μmの膜厚で成膜されるように、保持時間を設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で5分間(拡散工程)、600℃の温度で30分間(アニール工程)とした。
【0067】
図12は、上記条件で永久磁石を得たときの磁気特性を示す表である。尚、比較例として、上記と同一条件で永久磁石を作製したが、金属蒸発材料として、Dy単体を用いた場合、及びDyに、Ni、Co、Fe、Au、Pt、Agを化学量論比1:1でそれぞれ混同した合金を用いた場合の磁気特性も併せて示している。これによれば、比較例のものでは、Dy単体を成膜して得た永久磁石と比較して、特に保磁力の低下が著しく、また、最大エネルギー積も低下した。それに対し、実施例8では、Dy単体を成膜して得た永久磁石と比較して、特に保磁力を高めることができ、最大エネルギー積が50.0MGOe以上で、残留磁束密度が約14.0kG以上で、保磁力が24.1kOe以上の高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。
【符号の説明】
【0068】
1 成膜装置
2 処理室
3 準備室
5 遮蔽手段
6 保持手段
7 搬送手段
S マグネット(被成膜物)
【技術分野】
【0001】
本発明は、成膜装置に関し、特に、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石の表面に、Dy、Tbの少なくとも一方を成膜し、所定温度下で熱処理を施してDy、Tbの少なくとも一方を焼結磁石の結晶粒界相に拡散させてなる永久磁石表面にDy、Tbの少なくとも一方を高速で成膜するのに適した成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
Nd−Fe−B系の焼結磁石(所謂、ネオジム磁石)は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なNd、Bの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性(最大エネルギー積はフェライト系磁石の10倍程度)を有することから、種々の製品に利用され、近年では、ハイブリッドカー用のモーターや発電機への採用も進んでいる。 他方で、Nd−Fe−B系の焼結磁石は、そのキュリー温度が約300℃と低いことから、採用する製品によっては所定温度を超えて昇温する場合があり、所定温度を超えて昇温すると、熱により減磁するという問題が生じる。
【0003】
このため、Nd−Fe−B系の焼結磁石を得る際に、Ndより大きい4f電子の磁気異方性を有し、Ndと同じく負のスティーブンス因子を持つことで、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるDyやTbを添加することが考えられるものの、Dy、Tbは主相結晶格子中でNdと逆向きのスピン配列をするフェリ磁性構造を取ることから磁界強度、ひいては、磁気特性を示す最大エネルギー積が大きく低下するという問題がある。
【0004】
このような問題を解決するため、直方体など所定形状に加工したNd−Fe−B系の焼結磁石の表面全体に亘って、DyやTbを所定膜厚(磁石の体積に依存して3μm以上の膜厚で形成される)で成膜し、次いで、所定温度下で熱処理を施して、表面に成膜されたDyやTbを磁石の結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせることが提案されている(非特許文献1参照)。
【0005】
この方法で製作した永久磁石は、結晶粒界相に拡散したDyやTbが、各結晶粒表面の結晶磁気異方性を高めることで、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、その結果、保磁力を飛躍的に向上させると共に、最大エネルギー積がほとんど損なわれないという利点がある(例えば残留磁束密度:14.5kG(1.45T)、最大エネルギー積:50MGOe(400Kj/m3)で、保磁力23KOe(3MA/m)の性能の磁石ができることが非特許文献1に報告されている)。Nd−Fe−B系の焼結磁石の表面にDyやTbを成膜する場合、焼結磁石の表面へのDyやTbの膜の密着性がよいスパッタリング法を用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Improvement of coercivity on thin Nd2Fe14B sintered permanent magnets(薄型Nd2Fe14B系焼結磁石における保磁力の向上)/ 朴起兌、東北大学 博士論文 平成12年3月23日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、スパッタリング法ではターゲットの利用効率や成膜すべき金属蒸発材料の収率が悪いことから、資源的に乏しく、安定供給が望めないDyやTbの成膜には適さない。その上、直方体など所定形状の磁石表面全体に亘ってスパッタ法により成膜するには、例えば磁石自体を回転させることが必要になり、このため、スパッタリング装置に、磁石を回転させる機構を設ける必要があり、スパッタリング装置自体を高価にし、資源的に乏しくて高価なDyやTbのターゲットを製作することと相俟って、磁石製造のコスト高を招く。
【0008】
そこで、上記点に鑑み、本発明の第一の目的は、成膜材料であるDy、Tbを有効に利用しつつ、所定形状の鉄−ホウ素−希土類系の磁石の表面に高速で成膜させて生産性が向上し、低コストで永久磁石を製造できる成膜装置を提供することにある。
【0009】
また、本発明の第二の目的は、成膜すべき金属蒸発材料の収率が高く、かつ所定形状の被成膜物全面に亘って高速で略均一に成膜でき、特に、所定形状鉄−ホウ素−希土類系の磁石の表面にDyやTbを成膜するのに適した成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成されることを特徴とする。
【0011】
本発明においては、前記部材は、網状のものであることが望ましい。 また、前記蒸発材料と被処理物とが上下方向で離隔配置されるように保持手段を構成することが望ましい。また、前記保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発した材料と反応しない材料から構成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の成膜装置の構成を概略的に説明する図。
【図2】処理室内での被処理物である焼結磁石の保持を説明する図。
【図3】本発明の永久磁石の製造手順を説明する図。
【図4】Ar、He、Dyの温度と密度との関係を示すグラフ。
【図5】実施例1で製造した永久磁石の磁気特性の平均値を示す表。
【図6】実施例2で成膜したときの膜厚と、実施例2で製造した永久磁石の磁気特性とを平均値で示す表。
【図7】実施例3で成膜したときのDyの膜厚、最高温度及び製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表。
【図8】実施例4で製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表。
【図9】実施例5で成膜したときの磁石表面の膜厚を平均値で示す表。
【図10】実施例6で永久磁石を得たときの磁気特性と、密着不良率とを示す表。
【図11】実施例7及び比較例1乃至比較例4の磁気特性及び耐食性、耐候性を示す表。
【図12】実施例8で製造した永久磁石の特性を示す表。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図1及び図2を参照して説明すれば、1は、例えば鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石である被処理物Sの表面に選択的にDyやTbなどの金属蒸発材料を高速で成膜させるのに適した成膜装置である。成膜装置1は、処理室2と準備室3とを上下方向で連結して構成される。上側に位置する処理室2は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段11aを介して所定の真空度に保持できる円筒形状の真空チャンバ11内に配置されている。
【0014】
この場合、処理室2は、下面が開口するように円筒形状に加工した均熱板21で画成され、下面の開口を介して準備室3に連通している。真空チャンバ11には、均熱板21の開口した下面を除くその周囲を囲うように、カーボンから構成される断熱材22が設けられている。均熱板21と断熱材22との間の空間には、例えばWを用いた複数本の電気加熱ヒータ23が設けられ、加熱手段を構成する。これにより、真空中で断熱材22によって囲われた均熱板21を加熱手段23で加熱し、この均熱板21を介して間接的に処理室2内を加熱することで、処理室2内を略均等に加熱できる。
【0015】
処理室2内には、金属蒸発材料が配置される断面凹状の受け皿24が設けられ、配置手段を構成する。受け皿24は、後述する搬送手段によって処理室2内に移動されてくる被成膜物Sの周囲を囲って金属蒸発材料が配置できるように環状に形成され、均熱板21の内側の壁面に取付けられている。金属蒸発材料としては被成膜物Sの表面に成膜すべき膜に応じて適宜選択され、例えば顆粒状のものが受け皿24の周方向に均等に配置される。尚、受け皿24は、環状に形成される必要はなく、周方向に等間隔で配置されていればよい。
【0016】
処理室2の下側には、第1空間4が形成され、この第1空間4には、遮蔽手段5が設けられる。遮蔽手段5は、弁本体51とこの弁本体51を駆動させるエアーシリンダなどの駆動手段52とから構成され、駆動手段52によって、弁本体51が処理室2と準備室3とを連通した開位置と(図1に示す状態)、弁本体51が第1空間4を画成する天板41に形成した開口の周縁部に当接して処理室2を密閉する閉位置との間で移動自在となる。弁本体51には、図示していない第2の加熱手段が設けられている。
【0017】
第1空間4の下側には第2空間3aが設けられ、この第2空間3aを画成する側壁30にはゲートバルブ(図示せず)が設けられ、このゲートバルブを開閉して被成膜物Sの搬入、搬出が行われる。被成膜物Sは保持手段6で保持される。保持手段6は、同一円周上に所定の間隔を置いて垂直方向に設けた三本の支柱61と、この支柱61の下端から上方にそれぞれ所定の間隔を置いてかつ各支柱61で支持させて水平に設けた2個の載置台62とから構成される。各支柱61は、熱伝導が小さくなるように支柱61の径を小さく構成している。これは後述する押圧部材74からの熱が支柱61を通って焼結磁石に伝達し難くするためである。
【0018】
この場合、載置台62上に載置される被成膜物Sの載置台62側の面にも成膜できるように、載置台62は、φ0.1〜10mmの線材を格子状に配置して形成されている。また、載置台62相互間の間隔は、載置される被成膜物Sの高さなどを考慮して設定される。保持手段6は、第2空間3aに設けられ、中央に後述する支持台の挿通が可能な開口63aを形成した円板63上に設置され、この円板63は、処理室2内に設けたリング状の支持部材64上に載置されている。
【0019】
第2空間3aの下側には、第3空間3bが形成され、第2空間3a及び第3空間3bが準備室3を構成する。準備室3には、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段31が接続され、この真空排気手段31によって、準備室3と、第1空間4を介して連通した処理室2内を所定の真空度に保持できる。準備室3の底部には、エアーシリンダなどの駆動手段71が設けられ、準備室3内に突出させた軸部72の先端には円形の支持台73が取付けられ、駆動手段71と支持台73とが搬送手段7を構成し、支持台73が、準備室3内の所定位置(下降位置)と処理室2内の所定位置(上昇位置)と間で昇降自在となる。
【0020】
軸部72には、支持台73の下側に位置して断面逆T字形状の押圧部材74が取付けられ、押圧部材74は、搬送手段7を上昇位置に移動させたときに、円板63を上方に向かって持ち上げ、円板63の外周縁部に設けたメタルシールなどのシール材(図示せず)を天板41に形成した開口の周縁部に押圧して処理室2を密閉する役割を果たす。押圧部材74には、図示していない第3の加熱手段が設けられている。
【0021】
準備室3を構成する第2空間3aには、高周波電源に接続されたコイル(図示せず)と、不活性ガスを導入するガス導入手段32とを有するプラズマ発生手段が設けられている。不活性ガスとしては、He、Arなどの希ガスである。そして、準備室3内でプラズマを発生させて、処理室2内での成膜に先だってプラズマによる被成膜物S表面のクリーニングの前処理が行われる。この場合、準備室3に、例えばWを用いた電気加熱ヒータ(図示せず)を設け、熱処理による被成膜物S表面のクリーニングの前処理と共に、成膜が終了した被成膜物Sに対し、真空雰囲気中で熱処理を施することができるように構成してもよい。
【0022】
次に、図1乃至図3を参照して、上記成膜装置1を用い、本発明の成膜方法を実施による永久磁石の製造について説明する。先ず、被成膜物である鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石を公知の方法で得る。この場合、例えば、Fe、B、Ndを所定の組成比で配合して高周波溶解した後、鋳造してインゴットを得て、このインゴットを一旦微粉末に粉砕した後、磁界配向して金型で所定形状に成形し、その後に焼結させて上記焼結磁石を得る(図3(a)参照)。そして、所定形状の焼結磁石Sを保持手段6の載置台61上に設置する。この場合、その磁化容易方向が、載置台73に平行となるように載置するとよい。
【0023】
次いで、処理室3内の受け皿24に蒸発金属蒸発材料であるDyを設置する。この場合、Dyの粒径が10〜1000μmの範囲することが望ましい。10μm以下では、発火性を有するDy、Tbの粒の取扱いが困難であり、他方で、1000μmを超えると、蒸発に時間を要する。また、蒸発金属蒸発材料であるDyの収率を高めるべく、受け皿24に設置するDyの総量は、磁石が所定温度(焼結磁石の結晶粒のみならず結晶粒界にも金属蒸発材料が拡散する温度)に達するまで処理室2内でDy蒸気雰囲気を継続させるのに必要なものとする。
【0024】
次いで、側壁30に設けたゲートバルブを開けて、焼結磁石が設置された保持手段6を第2空間3aに搬入して円板63a上に設置した後、ゲートバルブを閉めて各真空排気手段11a、31をそれぞれ作動させ、真空チャンバ11内を真空排気すると共に、準備室3及び第1空間4を介して処理室2とが所定圧力(例えば、10×10−6Pa)に到達するまで真空排気する。この場合、遮蔽手段5は開位置にある。
【0025】
次いで、処理室2及び準備室3の圧力が所定値に達すると、駆動手段52によって遮蔽手段5を閉位置に移動して、弁本体51によって処理室2を密閉し、加熱手段23及び遮蔽手段5における弁本体51の第2の加熱手段を作動させて処理室2内の温度が所定温度に達するまで加熱する。この場合、処理室内の温度を1000℃〜1700℃の範囲に設定するのがよい。1000℃より低い温度では、焼結磁石S表面に高速でDyを成膜できる蒸気圧まで達しない。他方、1700℃を超えた温度では、焼結磁石Sの成膜時間が短くなりすぎ均一に成膜できない虞がある。処理室2の温度は、1200℃〜1500℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは、1200℃〜1400℃の範囲である。これらの温度範囲では所望の膜厚を高速で形成することができる。
【0026】
そして、例えば1300℃で10Paの蒸気圧を持つDy蒸気雰囲気を処理室2内に形成する。尚、10Paでは、処理室2内に対流が生じることから、後述するように、常温の焼結磁石Sを処理室内に搬入したときその全表面に亘って成膜される。
【0027】
ところで、例えば処理室2を画成する均熱板21の材料として、一般の真空装置でよく用いられるAl2O3を用いると、蒸気雰囲気中のDyとAl2O3が反応してその表面に反応生成物を形成すると共に、Al原子がDy蒸気雰囲気中に侵入する虞がある。このため、処理室2を画成する均熱板21、焼結磁石Sが保持する保持手段6及び搬送手段7の支持台73を、成膜すべき金属蒸発材料と反応しない材料、例えば、Mo、W、V、Taまたはこれらの合金やCaO、Y2O3、或いは希土類酸化物から製作するか、またはこれらの材料を他の断熱材の表面に内張膜として成膜したものでもよい。
【0028】
他方で、Dy蒸気雰囲気を処理室2内に形成する間、準備室3では、例えば焼結磁石S表面の酸化膜を除去するため、表面クリーニングの前処理が行われる。この場合、準備室3の圧力が所定値(例えば、10×10−1Pa)に達するまでガス導入手段32を介して、不活性ガス、例えばArを準備室3に導入し、高周波電源を作動させて準備室3内でプラズマを発生させてプラズマによる焼結磁石表面のクリーニングを行えばよい。クリーニングの前処理が終了したとき、焼結磁石は、室温〜200℃の温度となる。
【0029】
次いで、処理室2内でのDy蒸気雰囲気の形成及び準備室3内での焼結磁石S表面のクリーニングが終了すると、一旦、処理室2との間で2桁以上の圧力差が生じるように、準備室3の圧力が所定値(例えば、1000Pa)に達するまでガス導入手段32を介して不活性ガス、例えばArを準備室3に導入する。準備室3の圧力が所定値に達すると、遮蔽手段5を開位置に移動させて処理室2及び準備室3を連通させる。この場合、処理室2と準備室3とに圧力差をつけているので、準備室3から処理室2にArが入り込んで処理室2の圧力が高くなることで、一旦蒸発が停止するが(加熱手段23の作動は停止しない)、処理室2内で蒸発させたDyが準備室3側に入り込むことが防止される。
【0030】
次いで、真空排気手段31を介して処理室2及び準備室3の圧力が再度所定値(例えば、10×10−2Pa)に達するまで真空排気すると、Dyが再蒸発する。そして、搬送手段7の駆動手段71を作動させて焼結磁石Sを保持した保持手段6を処理室2内に搬送する。この場合、処理室2は、円板63の外周縁部に設けたメタルシールなどのシール材が天板41に形成した開口の周縁部に当接することで密閉される。
【0031】
次いで、加熱されている処理室2が再度密閉されると、例えば1300℃で10PaのDy飽和蒸気雰囲気が処理室2内に形成され、この状態で所定時間保持する。この場合、処理室3内の温度より低い焼結磁石Sを高温の処理室2内に搬入しているため、処理室2内と焼結磁石Sとの間の温度差によって焼結磁石S表面に蒸気中のDyが選択的に付着して堆積する(成膜工程)。これにより、焼結磁石S表面にのみDyが高速で成膜される(図3(b)参照)。この際、支持台73の押圧部材74は、図示していない第3の加熱手段によって均熱板21と略同温に加熱されているので、押圧部材74に蒸気中のDyが付着することはない。
【0032】
常温の焼結磁石Sを高温に加熱された処理室2内に搬入したとき、焼結磁石S自体も輻射熱により加熱されることから、飽和蒸気雰囲気が形成された処理室2内での保持時間は、焼結磁石Sが900℃になるまでの時間であって、焼結磁石Sの表面に必要量(「必要量」とは、結晶粒界内のみにDyが拡散して焼結磁石の磁気特性が向上する量である。)のDyが成膜されるまでの時間とする。焼結磁石Sが900℃を超える温度に達すると、Dyが焼結磁石Sのグレイン(主相である結晶粒)内に進入し、結局、永久磁石を得る際にDyを添加したものと同じなり、磁界強度、ひいては、磁気特性を示す最大エネルギー積:が大きく低下する虞がある。
【0033】
ところで、焼結磁石Sが加熱されて熱膨張した場合、焼結磁石Sの熱膨張がキュリー温度(約300℃)以下でインバー合金的な異常を示し、焼結磁石Sの表面に付着堆積した膜の剥離が起こり易くなる。このため、保持時間は、焼結磁石Sの最高温度が250℃以下、または450℃以上になるまでの時間とすることが好ましい。250℃以下の温度では、熱膨張異常による歪が少なくなることで、焼結磁石Sの表面に成膜したDyの剥離が起こり難くなる。他方、450℃以上の温度では、焼結磁石Sの一部が溶けることで、焼結磁石Sと焼結磁石Sの表面に付着堆積したDyとの間の密着性が向上し、磁焼結石Sの表面に成膜したしたDyの剥離が起こり難くなる。
【0034】
他方で、準備室3には、この準備室3の圧力が所定値(例えば、1000Pa)に達するまでガス導入手段32を介してArなどの不活性ガスが導入される。焼結磁石Sが処理室2内に搬送されてから所定時間が経過すると、駆動手段71によって、支持台73を処理室2内の上昇位置から準備室3内の下降位置に移動させ、遮蔽手段5を開位置から閉位置に移動させる。この際、遮蔽手段5の弁本体51は図示していない第2の加熱手段によって均熱板21と略同温に加熱されているので、弁本体51に蒸気中のDyが付着することはない。また、準備室3から処理室2にArが入り込むことで蒸発が停止する。そして、このAr雰囲気中でDyが成膜された焼結磁石を冷却する。
【0035】
次いで、真空排気手段31を介して処理室2と隔絶された準備室3の圧力が所定値(10×10−3Pa)に到達するまで真空排気し、準備室3に設けた加熱手段を作動して、所定温度(例えば、700℃〜950℃)下で所定時間だけDyが成膜された焼結磁石Sに対し熱処理を施す(拡散工程)。この場合、準備室3内での熱処理に引き続き、その熱処理より低い所定温度(例えば、500℃〜600℃)下で所定時間(例えば、30分)だけ永久磁石の歪を除去する熱処理を施すことが好ましい(アニール工程)。最後に、所定時間冷却した後、側壁30のゲートバルブを開けて保持手段6を取り出す。
【0036】
これにより、焼結磁石Sの表面全体に亘ってDyを成膜し、熱処理を施して、表面に成膜されたDyを磁石の結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせた永久磁石が得られる(図3(c)参照)。この場合、従来のネオジム磁石は錆びやすいことから、エポキシ樹脂やPPS樹脂などの樹脂塗装やニッケルメッキ等の表面処理を施して保護膜を形成しているが、Ndと比較して極めて高い耐食性、耐候性を有するDyが少なくとも焼結磁石Sの表面に存在することで、Dyが保護膜としての役割も果たし、付加的な保護膜なしに強い耐食性の有する永久磁石となる。また、付加的な表面処理工程を省けることで、磁石の表面にDyを所定膜厚で高速に成膜できることと相俟って、生産性がさらに向上し、さらなる低コスト化が可能になる。
【0037】
焼結磁石Sの表面、結晶粒界には、Dyリッチ相(Dyを5〜80%の範囲で含む相)を有することが好ましい。これによれば、従来のネオジム磁石は、主相、Ndリッチ相、Bリッチ相の3相から構成されるが、耐食性、耐候性が弱い結晶粒界のNdリッチ相に、Dyリッチ相が存在することで、焼結磁石Sの表面にDyリッチ相が存在することと相俟って、極めて強い耐食性、耐候性を有する永久磁石となる。
【0038】
より好ましくは、焼結磁石Sの表面がDyリッチ相で覆われ、結晶粒界に、Dyリッチ相を1〜50%の範囲で含むものがよい。尚、結晶粒界に、Dyリッチ相が50%の範囲を超えて含まれていると、磁気特性を示す最大エネルギー積、残留磁束密度及び保磁力が著しく低下する。
【0039】
尚、本実施の形態では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石Sの表面にDyを成膜する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の成膜方法及び成膜装置1は、他の金属蒸発材料を成膜する場合にも利用できる。この場合、処理室2の加熱温度や保持時間などの条件は、被成膜物や成膜すべき金属蒸発材料の特性に応じて適宜設定される。また、永久磁石を製造する場合、Dyに代えて、例えばTbを利用することができ、本発明の成膜方法及び成膜装置を用いて、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石の表面にTbの金属薄膜を高速かつ選択的に成膜できる。また、成膜をした後、処理室2内で拡散工程を実施するようにしてもよい。
【0040】
さらに、成膜材料である金属蒸発材料として、Dy、Tbの少なくとも一方と、Dy、Tbと同じく保磁力を向上させるNd、Pr、Al、Cu、Ga、Taのうち少なくとも1種類とを含有する合金を用いてもよい。これによれば、Dyを焼結磁石の表面に成膜した後、熱処理を施して得た永久磁石と比較して、特に保磁力をさらに高めることができる。この場合、Dy、Tbはそれぞれ融点が高いことから、Dy、Tbと比較して融点の低い材料を用いると、より短時間で金属蒸発雰囲気が形成できてよい。
【0041】
図示の実施の形態においては、処理室2の下方に準備室3を設けたが、処理室2を準備室3の下方に設けてもよい。ここで、図4に示すように、一定の圧力及び温度に対するAr、He、Dyの密度を測定すると、例えば、10Paの圧力下で室温(約27℃)におけるArの密度及び10Paの圧力下で高温(約1300度)におけるDyの密度のように、一定圧力下におけるDy及びArの密度は相互に近似している。このことから、処理室2を準備室3の下方に設けた場合、一定の圧力に対する密度の差が大きいHeガスを準備室3の導入し、処理室2が準備室3に対して略同圧になるようにすれば、処理室2と準備室3との比重差によって、焼結磁石Sを処理室2から取り出す際にDy蒸気が処理室2から準備室3へ漏出する事を確実に防止できる。
【0042】
また、本実施の形態では、例えば熱が支柱61を通って焼結磁石Sに伝達し難くように構成しているが、これに限定されるものではなく、焼結磁石Sの温度上昇を積極的に抑制するために冷却手段を設けてもよい。この場合、例えば、支柱61の径を大きくし、支柱61内部に冷媒(冷却水)を循環させて、常温の磁石を高温に加熱された処理室3内に搬入したとき、輻射熱で加熱される焼結磁石Sの温度上昇を抑制する冷却手段とすればよい。
【実施例1】
【0043】
鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が31Nd−1Co−1B−0.1Cu−bal.Fe(NEOMAX−50/株式会社NEOMAX社製)のものを用い、50×50×8mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を20μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0044】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石S表面にDyを成膜した。この場合、成膜材料をDyとして、純度99.9%のものを用い、500gの総量で受け皿24に配置した。保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を1mmとし、各載置台62上に、上記のように洗浄処理した4個の焼結磁石Sをφ80の円周上に乗せると(計8個)共に、各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。この場合、載置台62相互の間の間隔を60mmとした。
【0045】
また、Dyの成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0046】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1350℃に加熱し、Dyを蒸発させて処理室2をDy蒸気で満たすこととした。また、Dy蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後の保持時間を40秒に設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で5分間、600℃の温度で30分間とした。
【0047】
図5は、上記条件で8個の永久磁石を得たときの磁気特性を平均値で示す表である。尚、比較例として、Dyの成膜を行わないものの磁気特性も併せて示している。これによれば、上記条件で永久磁石を作製すると(実施例1)、最大エネルギー積が50.3MGOeで、残留磁束密度が14.4kGで、保磁力が23.5kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。また、40秒間保持したときの焼結磁石Sの温度を測定すると、約600℃であり、膜厚を測定すると、約100μmであり、焼結磁石表面にほぼ均等に成膜されていた。
【実施例2】
【0048】
実施例2では、熱処理がない以外は上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での永久磁石の保持時間を1分に設定し、処理室2内の温度を変化させた。図6は、その条件で成膜したときのDyの膜厚と、製作した永久磁石の磁気特性とを平均値で示す表である。これによれば、1000℃以下の温度では、殆ど成膜できないが、1200℃を超えた温度では、20μm/sec以上の高い成膜速度で成膜できることが判る。この場合、約1100℃〜1700℃の範囲では、最大エネルギー積が約50MGOeであって殆ど損なわれておらず、17kOe以上の高い保磁力を有する永久磁石が得られたことが判る。
【実施例3】
【0049】
実施例3では、前処理(クリーニング処理)がない以外は、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での焼結磁石の保持時間を変化させた。図7は、保持時間を変化させたときのDyの膜厚、最高温度及び製作した永久磁石の磁気特性を平均値で示す表である。これによれば、17μm/s以上の蒸着速度が得られ、また、60秒間保持したときでも焼結磁石自体の温度が743℃までしか上がらないことが判る。また、17μm以上の膜厚で成膜すると、最大エネルギー積が約50MGOeで、残留磁束密度が約14.5kGで、保磁力が15.4〜21.3kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。
【実施例4】
【0050】
実施例4では、前処理(クリーニング処理)がない以外は、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を3mmとした。図8は、線材をMo製で径を3mmとしたときの永久磁石の磁気特性を平均値で示す表である。これによれば、線材を太くすることで、載置台62に面した焼結磁石Sの面には格子状に成膜されない部分が存在するが、最大エネルギー積が50.0MGOeで、残留磁束密度が14.4kGで、保磁力が21.3kOeの高磁気特性を有する永久磁石が得られ、磁化容易方向を考慮して焼結磁石Sを載置することで、格子状の載置台上で成膜することの影響はないことが判る。
【実施例5】
【0051】
実施例5では、上記実施例1と同条件で永久磁石を製作したが、Dy蒸気雰囲気での焼成磁石の保持時間を変化させた。図9(a)は、図9(b)に示す永久磁石表面の各測定点(測定点(1)〜(15))における膜厚の変化を平均値で示す表である。これによれば、略均一に成膜されていることが判る。
【実施例6】
【0052】
実施例6では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が22Nd−5Dy−0.9B−4Co−bal.Feのものを用い、3×50×40mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を50μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した。
【0053】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石Sの表面に金属膜を成膜した。この場合、成膜材料として、組成が10Dy−5Tb−50Nd−35Prのものを用い、受け皿24に配置した。保持手段6の格子状の載置台62を構成する線材は、Mo製で径を1mmとし、各載置台62上に、上記のように洗浄処理した100個の焼結磁石Sを各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。
【0054】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1250℃に加熱し、上記組成を有する成膜材料を蒸発させて処理室2内に金属蒸気雰囲気を形成した。金属蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、準備室3の圧力をHeガスを導入して処理室2と略同圧にする。
【0055】
また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後の保持時間を、各焼成磁石の最高温度が100℃〜1050℃になるように、10〜300秒に設定した。この場合、保持手段6の各支柱61を水冷法により適宜冷却することとした。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で1時間(拡散工程)、600℃の温度で30分間(アニール工程)とした。その後、準備室3を大気に戻し、各磁石を取出した。
【0056】
図10は、上記条件で100個の永久磁石を得たときの磁気特性と、テープ剥がし法(テープテスト)を実施した後の密着不良率とを示す表である。これによれば、焼成磁石Sの最高温度が100℃に達しない場合、焼結磁石Sの表面に成膜材料が付着堆積せず、高い保磁力が得らていない。それに対して、最高温度が100℃以上〜1050℃以下の範囲内では、10μm以上の成膜材料が付着堆積し、この場合、最大エネルギー積が44MGOe以上で、残留磁束密度が約13.8kG以上で、保磁力が28kOe以上の高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。但し、焼結磁石Sの磁石温度が250℃より高い温度であって450℃より低い温度の場合では、10%以下の比率で密着不良が生じたことが判る。尚、実施例6では、Dyの成膜に先立って焼結磁石表面のクリーニングを行わないことから、成膜時に焼結磁石のグレイン内へのDyの進入が抑制され、その結果、各焼成磁石の最高温度が900℃を超えても、磁気特性を示す最大エネルギー積が低下しないことが判る。
【実施例7】
【0057】
実施例7では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が28Nd−1B−0.05Cu−0.17Zr−bal.Feのものを用い、5×50×40mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を5μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0058】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石Sの表面にDyを成膜した。この場合、成膜材料としてDyとして、純度99.9%のものを用い、受け皿24に配置した。各載置台62上に、上記のように洗浄処理した100個の焼結磁石Sを各焼結磁石Sを半径方向線に沿って相互に対向させて配置した。
【0059】
また、Dyの成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0060】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1200℃に加熱し、Dyを蒸発させて処理室2内に金属蒸気雰囲気を形成した。Dy蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、また、焼成磁石Sを処理室2に搬送した後、平均20μmの膜厚でDy膜が成膜されるように、保持時間を設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、950℃の温度で1時間(拡散工程)、500℃の温度で30分間(アニール工程)とした。その後、準備室3を大気に戻し、各磁石を取出した。
(比較例)
【0061】
比較例1乃至比較例3として、上記実施例7と同条件で焼結磁石Sを製作したが、Dy膜を成膜して熱処理を施することに代えて、比較例1では、100個の焼結磁石Sの表面に公知の方法で、平均20μmの膜厚で、エポキシ樹脂からなる樹脂塗装を施し、永久磁石を得た。比較例2では、100個の焼結磁石Sの表面に公知のメッキ法で、平均20μmの膜厚でNiメッキを施した。比較例3では、100個の焼結磁石Sの表面に公知の蒸着法で平均20μmの膜厚でAlを蒸着した。
【0062】
図11は、実施例7及び比較例1乃至比較例3の永久磁石の磁気特性及び耐食性、耐候性を、比較例4として上記焼結磁石Sの磁気特性及び耐食性、耐候性と共に示す表である。ここで、耐食性、耐候性を示す試験として、永久磁石または焼結磁石Sの表面に塩水を噴射して100時間放置後目視で錆びの発生が視認できるかの試験、飽和蒸気加圧試験(PCT:プレッシャークッカーテスト)100時間、及び温度80℃、湿度90%の下で1000時間放置後目視で錆びの発生が視認できるかの試験を行った。
【0063】
これによれば、比較例1乃至比較例4では保持力が10kOe以下であるのに対し、実施例7では、最大エネルギー積が56MGOeで、残留磁束密度が15.0kG以上で、保磁力が28kOeの高磁気特性を有することが判る。また、耐食性、耐候性を示す試験において、比較例1乃至比較例4では、上記試験のいずれかで錆びの発生が視認されたのに対し、実施例7では、目視で錆びの発生が視認できず、強い耐食性、耐候性を有することが判る。
【実施例8】
【0064】
実施例8では、鉄−ホウ素−希土類系の焼結磁石として、組成が31Nd−1Co−1B−0.1Cu−bal.Fe(NEOMAX−50/株式会社NEOMAX社製)のものを用い、50×50×8mmの直方体形状に加工した。この場合、焼成磁石Sの表面を20μm以下の表面荒さを有するように仕上加工した後、アセトンを用いて洗浄した。
【0065】
次に、上記成膜装置1を用い、上記成膜方法によって焼成磁石S表面に金属蒸発材料を成膜した。この場合、成膜材料である金属蒸発材料として、Dyと、Nd、Pr、Al、Cu、Ga、Taを化学量論比1:1でそれぞれ混同した合金を用い、受け皿24に配置した。また、上記金属蒸発材料の成膜に先立って、準備室3にArを導入して、圧力を10×10−1Pa、高周波電圧を800Vに設定して、60秒間プラズマ処理による焼結磁石表面のクリーニングを行った。この場合、クリーニング後の焼成磁石の温度は、60℃であった。
【0066】
他方、遮蔽手段5の閉位置で処理室2を密閉し、処理室2内を1350℃に加熱し、金属蒸発材料を蒸発させて処理室2を金属蒸気で満たすこととした。また、金属蒸気雰囲気内に焼成磁石Sを搬入する際の処理室2及び準備室3の圧力を10×10−2Paに設定し、焼成磁石Sを処理室2に搬送し、約30μmの膜厚で成膜されるように、保持時間を設定した。さらに、準備室3内での熱処理の条件として、準備室3の圧力を10×10−3Paに設定し、800℃の温度で5分間(拡散工程)、600℃の温度で30分間(アニール工程)とした。
【0067】
図12は、上記条件で永久磁石を得たときの磁気特性を示す表である。尚、比較例として、上記と同一条件で永久磁石を作製したが、金属蒸発材料として、Dy単体を用いた場合、及びDyに、Ni、Co、Fe、Au、Pt、Agを化学量論比1:1でそれぞれ混同した合金を用いた場合の磁気特性も併せて示している。これによれば、比較例のものでは、Dy単体を成膜して得た永久磁石と比較して、特に保磁力の低下が著しく、また、最大エネルギー積も低下した。それに対し、実施例8では、Dy単体を成膜して得た永久磁石と比較して、特に保磁力を高めることができ、最大エネルギー積が50.0MGOe以上で、残留磁束密度が約14.0kG以上で、保磁力が24.1kOe以上の高磁気特性を有する永久磁石が得られたことが判る。
【符号の説明】
【0068】
1 成膜装置
2 処理室
3 準備室
5 遮蔽手段
6 保持手段
7 搬送手段
S マグネット(被成膜物)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、
前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成されることを特徴とする成膜装置。
【請求項2】
前記部材が網状のものであることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。
【請求項3】
前記蒸発材料と被処理物とが上下方向で離隔配置されるように保持手段を構成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載の成膜装置。
【請求項4】
前記保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発した材料と反応しない材料から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の成膜装置。
【請求項1】
真空排気が可能な処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内でバルク体たる蒸発材料と被処理物とを離隔して保持する保持手段とを備え、
前記被処理物を保持する保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発材料から蒸発した材料の通過を許容し、前記被処理物の複数個が並置できる部材から構成されることを特徴とする成膜装置。
【請求項2】
前記部材が網状のものであることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。
【請求項3】
前記蒸発材料と被処理物とが上下方向で離隔配置されるように保持手段を構成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載の成膜装置。
【請求項4】
前記保持手段が、前記処理室内の加熱により蒸発した材料と反応しない材料から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の成膜装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−188761(P2012−188761A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−143641(P2012−143641)
【出願日】平成24年6月27日(2012.6.27)
【分割の表示】特願2007−509212(P2007−509212)の分割
【原出願日】平成18年3月14日(2006.3.14)
【出願人】(000231464)株式会社アルバック (1,740)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年6月27日(2012.6.27)
【分割の表示】特願2007−509212(P2007−509212)の分割
【原出願日】平成18年3月14日(2006.3.14)
【出願人】(000231464)株式会社アルバック (1,740)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]