磁気光学素子およびその製造方法
【課題】照射される光に対して、簡単な構成で複数の磁気光学的作用を与えることができる磁気光学素子、およびその製造方法を得ること。
【解決手段】基材２と、前記基材２上に形成された磁性層１とを備え、前記磁性層１に含まれる磁性粒子３が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層１は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区１ａ、１ｂ、１ｃに分割されている。
【解決手段】基材２と、前記基材２上に形成された磁性層１とを備え、前記磁性層１に含まれる磁性粒子３が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層１は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区１ａ、１ｂ、１ｃに分割されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子が配列された磁性層を有し、磁性粒子の保持する磁力によって照射されたビーム光の偏光特性を変化させる磁気光学素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の磁力により、照射されたビーム光の偏光特性を変化させる磁気光学素子が実用化されている。
【０００３】
例えば、磁性物質に磁場をかけ、磁場の方向と平行に直線偏光を有するレーザービームを透過させた時に偏光面が回転するファラデー効果を用いて、反射光が光源に戻るのを防ぐ光学素子である光アイソレータを形成することができる。
【０００４】
具体的には、透明樹脂製の基材に磁性粒子が配列して形成された磁性層を積層し、全体に磁界を印加することで作成したアイソレータに、偏光子を透過することで直線偏光とされたレーザービームを照射することで、ファラデー効果が生じレーザービームの直線偏光の方向が回転する。このため、反射ビームの偏光方向が照射ビームと異なるため、反射ビームは同じ偏向子を通過してレーザービーム光源に到達することができなくなる。このとき、偏向旋回の大きさである回転角θFは、θF＝ＦｌＭの式で表わされ、磁気光学素子の磁性層厚ｌと、磁化の強さＭに比例する。なお、Ｆは、ファラデー定数である。
【０００５】
また、偏向子を通過した直線偏光を有するレーザービームが、ビーム進行方向と垂直な方向に磁化された物質を透過する場合には、コットンムートン効果によって複屈折が生じ、透過光は楕円偏向になる。このときの位相差σは、磁化の強さＭの二乗に比例することが知られている。コットンムートン効果を利用する磁気光学素子として、光学干渉を利用した受光素子などが提案されている。
【０００６】
ファラデー効果を利用する磁気光学素子の応用例として、金属磁性微粒子で構成された磁性層の、所定部分の磁化の大きさを電気的にコントロールすることにより透過光の偏光方向を変化させ、偏光板と組み合わせることで透過光の部分ごとのコントラストを変化させて画像を表示するディスプレイが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の磁気光学素子は、それ自身ではいずれも直線偏光を有するビームに対する一つの作用しか与えることができなかった。
【０００９】
例えば、従来のファラデー効果を用いたアイソレータでは、直線偏光を有するレーザービームに、全体として一つの旋光性を与えることしかできなかった。また、特許文献１に記載のディスプレイでも、一つ一つの画素部分では、所定の角度の旋光しか与えることができず、旋光の大きさを変えて直線偏光の角度を変化させるためには、外部から異なる大きさの磁気的な作用を与えることが必要であった。このような、磁気光学素子に外部から磁界を印加するためには、そのための機構が別途必要となり、磁気光学素子を含めた装置全体の複雑化が避けられなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来の磁気光学素子における課題を解決し、照射される光に対して、簡単な構成で複数の磁気光学的作用を与えることができる磁気光学素子、およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の磁気光学素子は、基材と、前記基材上に形成された磁性層とを備え、前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配列させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、前記磁性層の面方向において磁化の大きさが異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気光学素子は、球形磁性微粒子を有した磁性層が、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されている。このため、一つの磁気光学素子でありながら、直線偏光を有するビームに対して形成された磁区ごとに異なる磁気光学的作用を与えることができる。
【００１４】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、球形磁性微粒子を含む磁性塗料を塗布した後、球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配列させた状態で磁性塗料を固化して磁性層を形成し、その後に、磁性層の面方向において磁化強度が異なる複数の磁区を形成する工程を備えている。このため、磁化強度の異なる複数の磁区を有する磁気光学素子を容易にかつ精度よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子の製造方法における、塗料固化工程を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子による、直線偏光を有するレーザービームに与える磁気光学的作用を説明するための要部拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子の応用例である、微細領域の磁化を検出する装置の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の磁気光学素子は、基材と、前記基材上に形成された磁性層とを備え、前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されている。
【００１７】
上記本発明の磁気光学素子は、磁性層がその面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されているため、入射する直線偏光を有するビームに対して、それぞれの磁区の磁化の大きさに応じた磁気光学的作用を与えることができる。このため、一つのビームの断面部分ごとに異なる度合いの旋光を与えることができ、また、磁気光学素子上のビームを照射させる位置を変化させることにより、ビームに異なる大きさの旋光を与えることができる。
【００１８】
なお、以下本明細書においては、「針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下」の磁性粒子を、「球形磁性微粒子」と称することとする。ここで、「針状比」とは、微粒子の形状における針状の度合い、すなわち、球形度合いを示す数値であり、粒子の長軸長（長径）と短軸長（短径）との比を示す数値である。この針状比が５未満であれば、その粒子は結晶磁気異方性の観点で十分に球に近いものであると判断することができる。
【００１９】
上記本発明の磁気光学素子において、前記磁性層の球形磁性微粒子は、結晶軸方向が一様に配列された状態で配置されていることが好ましい。このようにすることで、磁性層に、所望の大きさ、形状を有し、かつ、それぞれが所望の強さに磁化された磁区を備えた磁気光学素子を容易に得ることができる。
【００２０】
また、前記球形磁性微粒子の前記結晶軸方向が前記磁性層の厚さ方向であることが好ましい。このようにすれば、磁気光学素子に入射するビームに対し、磁性層の磁区ごとに大きさの異なるファラデー効果による旋光を与えることができる。
【００２１】
本発明の磁気光学素子の製造方法は、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配向させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、前記磁性層の面方向において磁化強度が異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えている。
【００２２】
このようにすることで、球形磁性微粒子の結晶軸方向が均一に揃えられ、異なる磁化の大きさを有する複数の磁区を備えた磁気光学素子を、容易に、かつ、正確に製造する製造方法を得ることができる。
【００２３】
本発明の磁気光学素子の製造方法における前記塗料固化工程において、前記塗布された磁性塗料の厚さ方向に外部磁界を印加することが好ましい。このようにすることで、結晶軸の方向が、固化された磁性塗料により形成される磁性層の厚さ方向とされた磁気光学素子を容易に製造することができる。
【００２４】
また、前記磁区形成工程が、磁気ヘッドを用いて前記磁性層の所定領域に所定の大きさの磁化を付与するものであることが好ましい。このようにすることで、容易に磁性層の所定領域を所定の強さに磁化された磁区とすることができる。
【００２５】
以下、本発明の磁気光学素子とその製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２６】
なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の磁気光学素子とその製造方法において、本発明を説明するために必要な部分のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる磁気光学素子およびその製造方法は、参照する各図に示されていない任意の構成を備えることができる。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率を必ずしも忠実に表したものではない。
【００２７】
（実施の形態）
本発明の実施の形態として、本発明にかかる磁気光学素子の製造方法の具体例について説明する。
【００２８】
本実施形態の磁気光学素子の製造方法は、「塗料作製工程」「塗布工程」「塗料固化工程」「磁区形成工程」の各工程を経て磁気光学素子を製造する。以下、これらの各工程について順次説明する。
【００２９】
［塗料作製工程］
塗料作製工程は、球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する工程であり、以下の材料を使用する。
【００３０】
＜磁性粉＞
まず、磁性粉を作製する。本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる磁性塗料に使用される磁性粉は、窒化鉄磁性粉、板状の六角晶フェライト磁性粉などが好ましく用いられる。平均粒子径５０ｎｍ未満のものが好ましく、３０ｎｍ以下のものがより好ましい。なお、粒子としての取り扱い上の観点などから、平均粒子径としては５ｎｍ以上程度あることが好ましい。
【００３１】
このような条件を満たす窒化鉄磁性粉として、具体的には、日立マクセル株式会社製の超微粒子球状磁性体「ＮａｎｏＣＡＰ」（製品名、登録商標）の平均粒径が２０ｎｍのものを用いることができる。
【００３２】
＜結合剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる樹脂バインダーである結合剤としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル−ビニルアルコール共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂、塩化ビニル−水酸基含有アルキルアクリレート共重合体樹脂、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂の中から選ばれる少なくとも１種と、ポリウレタン樹脂とを組み合わせたものなどが挙げられる。
【００３３】
これらの樹脂の中でも、塩化ビニル−水酸基含有アルキルアクリレート共重合体樹脂とポリウレタン樹脂を併用するのが好ましい。
【００３４】
ポリウレタン樹脂には、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリエステルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステルポリカーボネートポリウレタン樹脂などがある。
【００３５】
このような結合剤樹脂は、官能基として、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｍ、−ＯＳＯ３Ｍ、−Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）3、−Ｏ−Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）2〔これらの式中、Ｍは水素原子、アルカリ金属塩基またはアミン塩を示す〕、−ＯＨ、−ＮＲ1Ｒ2、−Ｎ＋Ｒ3Ｒ4Ｒ5〔これらの式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5は水素または炭化水素基を示す〕、エポキシ基などを有しているものが、好ましく用いられる。このような結合剤樹脂を使用すると、磁性粉の分散性が向上するためである。
【００３６】
２種以上の樹脂を併用する場合には、官能基の極性を一致させるのが好ましく、中でも、−ＳＯ3Ｍ基同士の組み合わせが好ましい。
【００３７】
これらの結合剤樹脂は、磁性粉１００重量部に対して、通常は、７〜５０重量部、好ましくは１０〜３５重量部の範囲で使用するのがよい。とくに、塩化ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を併用する場合は、塩化ビニル系樹脂５〜３０重量部とポリウレタン樹脂２〜２０重量部とを併用するのが好ましい。
【００３８】
また、上記のような熱硬化性の結合剤樹脂の代わりに、放射線硬化性樹脂を用いてもよい。放射線硬化性樹脂としては、上記熱硬化性樹脂をアクリル変性し放射線感応性二重結合を持たせたものや、アクリルモノマー、アクリルオリゴマーが用いられる。
【００３９】
＜架橋剤＞
上記の結合剤樹脂とともに、結合剤樹脂中に含まれる官能基などと結合させて架橋する熱硬化性の架橋剤を併用することが好ましい。
【００４０】
このような架橋剤としては、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどや、これらのイソシアネート類とトリメチロールプロパンなどの水酸基を複数個有するものとの反応生成物、上記イソシアネート類の縮合生成物などの各種のポリイソシアネートが好ましく用いられる。
【００４１】
これらの架橋剤は、結合剤樹脂１００重量部に対して、通常１〜５０重量部の割合で用いられる。より好ましくは１５〜３５重量部である。
【００４２】
＜有機溶剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法において、磁性塗料の製造に使用される有機溶剤としては、たとえば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル系溶剤、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコール系溶剤、などが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でまたは混合して使用され、またトルエンなどと混合して使用される。
【００４３】
＜分散剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる磁性塗料には、磁性粉等の添加剤を良好に分散させるために分散剤を使用することができる。
【００４４】
分散剤としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアロール酸などの炭素数１２〜１８個の脂肪酸〔ＲＣＯＯＨ（Ｒは炭素数１１〜１７個のアルキル基またはアルケニル基）〕、上記脂肪酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる金属石けん、上記脂肪酸エステルのフッ素を含有した化合物、上記脂肪酸のアミド、ポリアルキレンオキサイドアルキルリン酸エステル、レシチン、トリアルキルポリオレフィンオキシ第四級アンモニウム塩（アルキルは炭素数１〜５個、オレフィンはエチレン、プロピレンなど）、硫酸塩、スルホン酸塩、りん酸塩、銅フタロシアニンなどの、従来から公知の各種分散剤を使用することができる。
【００４５】
本実施形態の磁性塗料の分散剤としては、上記に例示した公知の各分散剤を単独でも、また、組み合わせて使用してもよい。分散剤は、結合剤樹脂１００重量部に対し、通常０．５〜２０重量部の範囲で添加される。
【００４６】
＜磁性塗料の作製＞
上記にその詳細を示した磁性粉、結合剤を有機溶剤に添加して磁性塗料を作製する。
【００４７】
まず、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子としての球状窒化鉄磁性粉（Ａｌ−Ｙ−Ｆｅ−Ｎ、諸特性はσｓ：８５Ａｍ2／ｋｇ（８５ｅｍｕ／ｇ）、Ｈｃ：２１４．９ｋＡ／ｍ（２７００Ｏｅ）、平均粒子径１４．５ｎｍ）１００部と、塩化ビニル−ヒドロキシプロピルアクリレート共重合体１７部、メチルアシッドフォスフェート４部、メチルエチルケトン１７部、トルエン１７部とを、磁性粉前処理工程として、高速攪拌混合機にて予め高速混合しておき、その混合粉末を加圧式ニーダで混練する。この段階で球形磁性微粒子の割合は、７８．１％である。
【００４８】
続いて、上記作成した混練塗料を１００部として、シクロヘキサノン１８０部、トルエン１４０部 を加えて撹拌しながら希釈化する。さらに、平均粒径１ｍｍのジルコニアビーズを用いたサンドミルで、滞留時間６０分の分散処理を行う。
【００４９】
その後、分散処理を行った塗料１００部に対して、架橋剤としてポリイソシアネート６部、メチルエチルケトン１０部、シクロヘキサノン３５０部、トルエン３９０部を配合して撹拌し、孔径０．８μｍのフィルタにて濾過工程を行って磁性塗料を得た。
【００５０】
磁性塗料の、磁性粉含有率(磁性粉量/全塗料成分)は、８．１％であった。
【００５１】
［塗布工程］
上記塗料作成工程で得られた磁性塗料を、透明性の高い基材である厚さ１８μｍのＴＡＣフィルム上に、バーコーター(＃１４)を用いて塗布し、一例として、塗布領域の直径が８ｍｍの円形で乾燥後の厚みが５０μｍの塗膜を得た。なお、本実施形態において、磁性塗料の塗布領域の形状と大きさ、そして、乾燥後の厚みは、適宜塗布条件を調整することで所望のものを得ることができることは言うまでもない。
【００５２】
［塗料固化工程］
基材上に塗布された磁性塗料に、外部から一例として３０００Ｏｅの磁界を印加した状態で磁性塗料を固化する。
【００５３】
図１は、塗料固化工程において、基材２と基材上に塗布された磁性塗料１’に、外部から磁界を印加している状態を示している。なお、本実施形態の磁気光学素子の製造方法では、図１に矢印で示すように、塗布された磁性塗料１’の厚さ方向、すなわち、基材２の厚さ方向であり、固化された後の磁性層の面に垂直な方向に磁界を印加する。
【００５４】
図１に示すように、外部から磁界を印加している状態で、磁性塗料１’を例えば自然乾燥することで固化する。このようにすることにより、磁気塗料１’に含まれている球形磁性微粒子（図１では図示せず）の結晶軸を、磁界を印加した方向に一様に配向させた状態で固定した磁性層を形成することができる。
【００５５】
もちろん、磁性塗料の固化方法は上記自然乾燥に限られるものではなく、磁性層を形成する球形磁性微粒子の結晶軸を、外部から印加される磁界の強さによって所定方向に向けることができる範囲において磁性塗料を加熱し、固化のために要する時間を低減させることができる。
【００５６】
［磁区形成工程］
磁性塗料のバインダーが固化されて形成された磁性層に、磁気ヘッドを用いて磁区を形成する。
【００５７】
このようにして、直径８ｍｍ、厚さ５０μｍの磁気光学素子１００を得た。
【００５８】
本実施形態の製造方法で製造された磁気光学素子を試料振動型磁束計（東英工業製）で測定したところ、その磁気特性は、保持力２０５８Ｏｅ、Ｍｒｔ２．２であった。
【００５９】
上記本実施形態にかかる磁気光学素子の製造方法で製造した磁気光学素子１００は、塗料作製工程の説明で述べたように、磁性層を形成するための磁性塗料のバインダーに分散剤を加えている。また、球形磁性微粒子として、上記製造方法において例示したＮａｎｏＣＡＰを用いることで、その等方性から線二色性の影響のない磁気光学素子を得ることができる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、塗料固化工程において外部からの磁界を塗布された磁性塗料１’の厚さ方向に印加して、磁性層に含まれる球形磁性微粒子の結晶軸方向をその厚さ方向に整列させた例を示したが、本発明の磁気光学素子およびその製造方法において、このことは必須ではない。磁気光学素子として、透過する光の進行方向に対して、適切な方向に球形磁性微粒子の結晶軸方向を向けることが必要であり、この結晶軸方向が得られるように、外部磁界の印加方向を調整することとなる。
【００６１】
例えば、磁気光学素子として、透過する光にコットンムートン効果を付与するものを得る場合には、球形磁性微粒子の結晶軸方向を、磁気光学素子として使用される際に入射される光の進行方向に対して９０度傾けることが必要である。このため、コットンムートン効果を付与する磁気光学素子を得るためには、入射される光の進行方向に対して９０度の角度となるように、外部磁界の印加方向を傾斜させればよい。
【００６２】
次に、本実施形態の磁気光学素子によるレーザービームに対する磁気光学的効果について説明する。
【００６３】
図２は、本実施形態の磁気光学素子が、直線偏光を有するレーザー光に及ぼす磁気光学的作用を示す要部拡大図である。なお、図２では、本実施形態の磁気光学素子のレーザー光が当たっている一部分を拡大して模式的に示したものであり、図面の煩雑化を避けるため、本実施形態の磁気光学素子として、固化された磁気塗料である磁性層１のみを示し、基材２の図示は省略している。
【００６４】
図２に示すように、本実施形態の磁気光学素子の磁性層１は、その内部に針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子３としての球状窒化鉄磁性粉を含有している。そして、磁性層１は、図２における上下方向に、３つの磁区１ａ、１ｂ、１ｃに分割されている。
【００６５】
図２における白色矢印Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、３つの磁区１ａ、１ｂ、１ｃそれぞれにおける磁化の方向と大きさを示している。図２に示すように、図２中最も上側の磁区１ａの磁化の大きさＭ１が最も小さく、図２中最も下側の磁区１ｃの磁化の大きさＭ３が最も大きくなっている。中間部分の磁区１ｂの磁化の強さＭ２は、Ｍ１とＭ３との中間の大きさである。なお、各磁区１ａ、１ｂ、１ｃの磁化方向は、いずれも磁性層１の厚さ方向である、図２中の右方向としている。
【００６６】
このような磁区１ａ、１ｂ、１ｃを有する磁性層１の一方の面に垂直に、直線偏光を有するレーザー光２１が照射された場合を考える。なお、図２中レーザー光２１の端面に示した矢印が、偏光の方向を示している。
【００６７】
レーザー光２１が磁性層１の面に垂直に入射した場合には、レーザー光２１の進行方向が磁化方向と平行であるため、ファラデー効果による旋光が生じる。この旋光の大きさは、磁化Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の大きさに比例するため、図２に示すように、透過光２２は、磁区１ａを透過した部分２２ａでの旋光の大きさが最も小さく、磁区１ｃを透過した部分２２ｃでの旋光の大きさが最も大きくなり、磁区１ｂを透過した部分２２ｂの旋光の大きさがその中間となる。すなわち、直線偏光を有するレーザー光２１を照射した場合に、磁性塗料１を透過した透過光２２は、磁区１ａ、１ｂ、１ｃを透過した透過光の部分２２ａ、２２ｂ、２２ｃごとに、異なる方向に直線偏向が向けられることとなる。
【００６８】
このように、本実施形態の磁気光学素子は、一つの素子でありなから、複数個有するその磁区ごとに異なる旋光を与えることができる。また、磁区の大きさや配置、それぞれの磁区での磁化の強さを適宜選択して付与することができるため、レーザー光に所望の磁気光学特性を与える磁気光学素子を実現することができる。
【００６９】
図３は、本実施形態の磁気光学素子の応用例を示すイメージ図である。
【００７０】
本実施形態の磁気光学素子を透過した透過光２２は、図２で説明した磁気光学素子に形成された磁区１ａ、１ｂ、１ｃを透過した部分２２ａ、２２ｂ、２２ｃごとに異なる方向の直線偏光を有している。このため、図３に示すように、例えば磁気パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３が形成された記録媒体３１に本実施形態の磁気光学素子を透過した透過光２２を入射させることで、その反射光２３は、入射光２２ａの部分の反射光２３ａが磁気パターンＰ１の影響を受け、入射光２２ｂの部分の反射光２３ｂが磁気パターンＰ２の影響を受け、入射光２２ｃの部分の反射光２３ｃが磁気パターンＰ３の影響を受け、それぞれの部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃが旋光された直線偏光を有することになる。この反射光２３の各部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃの直線偏光を検出することで、磁気記録媒体３１に記録された、入射ビーム２２の集光限界形Ｄよりも細かい幅ｄの部分のデータを一度に読み取ることができる。したがって、本実施形態の磁気光学素子によれば、透過させたビームを用いて、従来よりも細かい複数の細分化された部分の磁気情報を、同時に取得することができる。
【００７１】
上記のように、本実施形態の磁気光学素子は、任意の形状パターンを有し、それぞれにおいて任意の磁化の大きさを有する、複数の磁区が磁性層の面方向に形成されていることにより、例えば、その磁気光学作用を受けたビームを用いて細分化された面状の磁気情報を同時に取得することができるようになる。したがって、磁気記録媒体の読み込み、書き込みに関する分野をはじめとして、多くの磁気特性活用分野でさまざまな用途に応用展開をすることができる。
【００７２】
また、上記図２および図３における説明では、本実施形態にかかる磁気光学素子に形成された各磁区の磁化の方向が、磁性層の厚さ方向である場合について説明したが、本発明の製造方法の実施形態において説明したとおり、本発明の磁気光学素子に形成された各磁区の磁化の方向は、磁性層の厚さ方向である場合に限られるものではない。入射される光の進行方向に平行、または、これと９０度の角度をなす方向に各磁区の磁化の方向を調整することで、透過する光にファラデー効果を付与するものや、コットンムートン効果を付与するものなど、さまざまな磁気光学的作用を備えた磁気光学素子を得ることができる。これにより、磁気光学素子として、幅広い応用展開を期待することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる磁気光学素子は、一つの素子内に異なる磁気光学作用を与えうる複数の磁区を有した素子として、磁気記録媒体の書き込み・読み出しなどの多くの分野に利用することができる。
【００７４】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、複数の磁区を有する磁気光学素子を簡易、かつ、正確に製造することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 磁性層
１ａ、１ｂ、１ｃ 磁区
２ 基材
３ 球形磁性微粒子
１００ 磁気光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子が配列された磁性層を有し、磁性粒子の保持する磁力によって照射されたビーム光の偏光特性を変化させる磁気光学素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の磁力により、照射されたビーム光の偏光特性を変化させる磁気光学素子が実用化されている。
【０００３】
例えば、磁性物質に磁場をかけ、磁場の方向と平行に直線偏光を有するレーザービームを透過させた時に偏光面が回転するファラデー効果を用いて、反射光が光源に戻るのを防ぐ光学素子である光アイソレータを形成することができる。
【０００４】
具体的には、透明樹脂製の基材に磁性粒子が配列して形成された磁性層を積層し、全体に磁界を印加することで作成したアイソレータに、偏光子を透過することで直線偏光とされたレーザービームを照射することで、ファラデー効果が生じレーザービームの直線偏光の方向が回転する。このため、反射ビームの偏光方向が照射ビームと異なるため、反射ビームは同じ偏向子を通過してレーザービーム光源に到達することができなくなる。このとき、偏向旋回の大きさである回転角θFは、θF＝ＦｌＭの式で表わされ、磁気光学素子の磁性層厚ｌと、磁化の強さＭに比例する。なお、Ｆは、ファラデー定数である。
【０００５】
また、偏向子を通過した直線偏光を有するレーザービームが、ビーム進行方向と垂直な方向に磁化された物質を透過する場合には、コットンムートン効果によって複屈折が生じ、透過光は楕円偏向になる。このときの位相差σは、磁化の強さＭの二乗に比例することが知られている。コットンムートン効果を利用する磁気光学素子として、光学干渉を利用した受光素子などが提案されている。
【０００６】
ファラデー効果を利用する磁気光学素子の応用例として、金属磁性微粒子で構成された磁性層の、所定部分の磁化の大きさを電気的にコントロールすることにより透過光の偏光方向を変化させ、偏光板と組み合わせることで透過光の部分ごとのコントラストを変化させて画像を表示するディスプレイが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の磁気光学素子は、それ自身ではいずれも直線偏光を有するビームに対する一つの作用しか与えることができなかった。
【０００９】
例えば、従来のファラデー効果を用いたアイソレータでは、直線偏光を有するレーザービームに、全体として一つの旋光性を与えることしかできなかった。また、特許文献１に記載のディスプレイでも、一つ一つの画素部分では、所定の角度の旋光しか与えることができず、旋光の大きさを変えて直線偏光の角度を変化させるためには、外部から異なる大きさの磁気的な作用を与えることが必要であった。このような、磁気光学素子に外部から磁界を印加するためには、そのための機構が別途必要となり、磁気光学素子を含めた装置全体の複雑化が避けられなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来の磁気光学素子における課題を解決し、照射される光に対して、簡単な構成で複数の磁気光学的作用を与えることができる磁気光学素子、およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の磁気光学素子は、基材と、前記基材上に形成された磁性層とを備え、前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配列させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、前記磁性層の面方向において磁化の大きさが異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の磁気光学素子は、球形磁性微粒子を有した磁性層が、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されている。このため、一つの磁気光学素子でありながら、直線偏光を有するビームに対して形成された磁区ごとに異なる磁気光学的作用を与えることができる。
【００１４】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、球形磁性微粒子を含む磁性塗料を塗布した後、球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配列させた状態で磁性塗料を固化して磁性層を形成し、その後に、磁性層の面方向において磁化強度が異なる複数の磁区を形成する工程を備えている。このため、磁化強度の異なる複数の磁区を有する磁気光学素子を容易にかつ精度よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子の製造方法における、塗料固化工程を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子による、直線偏光を有するレーザービームに与える磁気光学的作用を説明するための要部拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる磁気光学素子の応用例である、微細領域の磁化を検出する装置の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の磁気光学素子は、基材と、前記基材上に形成された磁性層とを備え、前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されている。
【００１７】
上記本発明の磁気光学素子は、磁性層がその面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されているため、入射する直線偏光を有するビームに対して、それぞれの磁区の磁化の大きさに応じた磁気光学的作用を与えることができる。このため、一つのビームの断面部分ごとに異なる度合いの旋光を与えることができ、また、磁気光学素子上のビームを照射させる位置を変化させることにより、ビームに異なる大きさの旋光を与えることができる。
【００１８】
なお、以下本明細書においては、「針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下」の磁性粒子を、「球形磁性微粒子」と称することとする。ここで、「針状比」とは、微粒子の形状における針状の度合い、すなわち、球形度合いを示す数値であり、粒子の長軸長（長径）と短軸長（短径）との比を示す数値である。この針状比が５未満であれば、その粒子は結晶磁気異方性の観点で十分に球に近いものであると判断することができる。
【００１９】
上記本発明の磁気光学素子において、前記磁性層の球形磁性微粒子は、結晶軸方向が一様に配列された状態で配置されていることが好ましい。このようにすることで、磁性層に、所望の大きさ、形状を有し、かつ、それぞれが所望の強さに磁化された磁区を備えた磁気光学素子を容易に得ることができる。
【００２０】
また、前記球形磁性微粒子の前記結晶軸方向が前記磁性層の厚さ方向であることが好ましい。このようにすれば、磁気光学素子に入射するビームに対し、磁性層の磁区ごとに大きさの異なるファラデー効果による旋光を与えることができる。
【００２１】
本発明の磁気光学素子の製造方法は、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配向させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、前記磁性層の面方向において磁化強度が異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えている。
【００２２】
このようにすることで、球形磁性微粒子の結晶軸方向が均一に揃えられ、異なる磁化の大きさを有する複数の磁区を備えた磁気光学素子を、容易に、かつ、正確に製造する製造方法を得ることができる。
【００２３】
本発明の磁気光学素子の製造方法における前記塗料固化工程において、前記塗布された磁性塗料の厚さ方向に外部磁界を印加することが好ましい。このようにすることで、結晶軸の方向が、固化された磁性塗料により形成される磁性層の厚さ方向とされた磁気光学素子を容易に製造することができる。
【００２４】
また、前記磁区形成工程が、磁気ヘッドを用いて前記磁性層の所定領域に所定の大きさの磁化を付与するものであることが好ましい。このようにすることで、容易に磁性層の所定領域を所定の強さに磁化された磁区とすることができる。
【００２５】
以下、本発明の磁気光学素子とその製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２６】
なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の磁気光学素子とその製造方法において、本発明を説明するために必要な部分のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる磁気光学素子およびその製造方法は、参照する各図に示されていない任意の構成を備えることができる。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率を必ずしも忠実に表したものではない。
【００２７】
（実施の形態）
本発明の実施の形態として、本発明にかかる磁気光学素子の製造方法の具体例について説明する。
【００２８】
本実施形態の磁気光学素子の製造方法は、「塗料作製工程」「塗布工程」「塗料固化工程」「磁区形成工程」の各工程を経て磁気光学素子を製造する。以下、これらの各工程について順次説明する。
【００２９】
［塗料作製工程］
塗料作製工程は、球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する工程であり、以下の材料を使用する。
【００３０】
＜磁性粉＞
まず、磁性粉を作製する。本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる磁性塗料に使用される磁性粉は、窒化鉄磁性粉、板状の六角晶フェライト磁性粉などが好ましく用いられる。平均粒子径５０ｎｍ未満のものが好ましく、３０ｎｍ以下のものがより好ましい。なお、粒子としての取り扱い上の観点などから、平均粒子径としては５ｎｍ以上程度あることが好ましい。
【００３１】
このような条件を満たす窒化鉄磁性粉として、具体的には、日立マクセル株式会社製の超微粒子球状磁性体「ＮａｎｏＣＡＰ」（製品名、登録商標）の平均粒径が２０ｎｍのものを用いることができる。
【００３２】
＜結合剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる樹脂バインダーである結合剤としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル−ビニルアルコール共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂、塩化ビニル−水酸基含有アルキルアクリレート共重合体樹脂、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂の中から選ばれる少なくとも１種と、ポリウレタン樹脂とを組み合わせたものなどが挙げられる。
【００３３】
これらの樹脂の中でも、塩化ビニル−水酸基含有アルキルアクリレート共重合体樹脂とポリウレタン樹脂を併用するのが好ましい。
【００３４】
ポリウレタン樹脂には、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリエステルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステルポリカーボネートポリウレタン樹脂などがある。
【００３５】
このような結合剤樹脂は、官能基として、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｍ、−ＯＳＯ３Ｍ、−Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）3、−Ｏ−Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）2〔これらの式中、Ｍは水素原子、アルカリ金属塩基またはアミン塩を示す〕、−ＯＨ、−ＮＲ1Ｒ2、−Ｎ＋Ｒ3Ｒ4Ｒ5〔これらの式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5は水素または炭化水素基を示す〕、エポキシ基などを有しているものが、好ましく用いられる。このような結合剤樹脂を使用すると、磁性粉の分散性が向上するためである。
【００３６】
２種以上の樹脂を併用する場合には、官能基の極性を一致させるのが好ましく、中でも、−ＳＯ3Ｍ基同士の組み合わせが好ましい。
【００３７】
これらの結合剤樹脂は、磁性粉１００重量部に対して、通常は、７〜５０重量部、好ましくは１０〜３５重量部の範囲で使用するのがよい。とくに、塩化ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を併用する場合は、塩化ビニル系樹脂５〜３０重量部とポリウレタン樹脂２〜２０重量部とを併用するのが好ましい。
【００３８】
また、上記のような熱硬化性の結合剤樹脂の代わりに、放射線硬化性樹脂を用いてもよい。放射線硬化性樹脂としては、上記熱硬化性樹脂をアクリル変性し放射線感応性二重結合を持たせたものや、アクリルモノマー、アクリルオリゴマーが用いられる。
【００３９】
＜架橋剤＞
上記の結合剤樹脂とともに、結合剤樹脂中に含まれる官能基などと結合させて架橋する熱硬化性の架橋剤を併用することが好ましい。
【００４０】
このような架橋剤としては、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどや、これらのイソシアネート類とトリメチロールプロパンなどの水酸基を複数個有するものとの反応生成物、上記イソシアネート類の縮合生成物などの各種のポリイソシアネートが好ましく用いられる。
【００４１】
これらの架橋剤は、結合剤樹脂１００重量部に対して、通常１〜５０重量部の割合で用いられる。より好ましくは１５〜３５重量部である。
【００４２】
＜有機溶剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法において、磁性塗料の製造に使用される有機溶剤としては、たとえば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル系溶剤、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコール系溶剤、などが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でまたは混合して使用され、またトルエンなどと混合して使用される。
【００４３】
＜分散剤＞
本実施形態の磁気光学素子の製造方法に用いられる磁性塗料には、磁性粉等の添加剤を良好に分散させるために分散剤を使用することができる。
【００４４】
分散剤としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアロール酸などの炭素数１２〜１８個の脂肪酸〔ＲＣＯＯＨ（Ｒは炭素数１１〜１７個のアルキル基またはアルケニル基）〕、上記脂肪酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる金属石けん、上記脂肪酸エステルのフッ素を含有した化合物、上記脂肪酸のアミド、ポリアルキレンオキサイドアルキルリン酸エステル、レシチン、トリアルキルポリオレフィンオキシ第四級アンモニウム塩（アルキルは炭素数１〜５個、オレフィンはエチレン、プロピレンなど）、硫酸塩、スルホン酸塩、りん酸塩、銅フタロシアニンなどの、従来から公知の各種分散剤を使用することができる。
【００４５】
本実施形態の磁性塗料の分散剤としては、上記に例示した公知の各分散剤を単独でも、また、組み合わせて使用してもよい。分散剤は、結合剤樹脂１００重量部に対し、通常０．５〜２０重量部の範囲で添加される。
【００４６】
＜磁性塗料の作製＞
上記にその詳細を示した磁性粉、結合剤を有機溶剤に添加して磁性塗料を作製する。
【００４７】
まず、針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子としての球状窒化鉄磁性粉（Ａｌ−Ｙ−Ｆｅ−Ｎ、諸特性はσｓ：８５Ａｍ2／ｋｇ（８５ｅｍｕ／ｇ）、Ｈｃ：２１４．９ｋＡ／ｍ（２７００Ｏｅ）、平均粒子径１４．５ｎｍ）１００部と、塩化ビニル−ヒドロキシプロピルアクリレート共重合体１７部、メチルアシッドフォスフェート４部、メチルエチルケトン１７部、トルエン１７部とを、磁性粉前処理工程として、高速攪拌混合機にて予め高速混合しておき、その混合粉末を加圧式ニーダで混練する。この段階で球形磁性微粒子の割合は、７８．１％である。
【００４８】
続いて、上記作成した混練塗料を１００部として、シクロヘキサノン１８０部、トルエン１４０部 を加えて撹拌しながら希釈化する。さらに、平均粒径１ｍｍのジルコニアビーズを用いたサンドミルで、滞留時間６０分の分散処理を行う。
【００４９】
その後、分散処理を行った塗料１００部に対して、架橋剤としてポリイソシアネート６部、メチルエチルケトン１０部、シクロヘキサノン３５０部、トルエン３９０部を配合して撹拌し、孔径０．８μｍのフィルタにて濾過工程を行って磁性塗料を得た。
【００５０】
磁性塗料の、磁性粉含有率(磁性粉量/全塗料成分)は、８．１％であった。
【００５１】
［塗布工程］
上記塗料作成工程で得られた磁性塗料を、透明性の高い基材である厚さ１８μｍのＴＡＣフィルム上に、バーコーター(＃１４)を用いて塗布し、一例として、塗布領域の直径が８ｍｍの円形で乾燥後の厚みが５０μｍの塗膜を得た。なお、本実施形態において、磁性塗料の塗布領域の形状と大きさ、そして、乾燥後の厚みは、適宜塗布条件を調整することで所望のものを得ることができることは言うまでもない。
【００５２】
［塗料固化工程］
基材上に塗布された磁性塗料に、外部から一例として３０００Ｏｅの磁界を印加した状態で磁性塗料を固化する。
【００５３】
図１は、塗料固化工程において、基材２と基材上に塗布された磁性塗料１’に、外部から磁界を印加している状態を示している。なお、本実施形態の磁気光学素子の製造方法では、図１に矢印で示すように、塗布された磁性塗料１’の厚さ方向、すなわち、基材２の厚さ方向であり、固化された後の磁性層の面に垂直な方向に磁界を印加する。
【００５４】
図１に示すように、外部から磁界を印加している状態で、磁性塗料１’を例えば自然乾燥することで固化する。このようにすることにより、磁気塗料１’に含まれている球形磁性微粒子（図１では図示せず）の結晶軸を、磁界を印加した方向に一様に配向させた状態で固定した磁性層を形成することができる。
【００５５】
もちろん、磁性塗料の固化方法は上記自然乾燥に限られるものではなく、磁性層を形成する球形磁性微粒子の結晶軸を、外部から印加される磁界の強さによって所定方向に向けることができる範囲において磁性塗料を加熱し、固化のために要する時間を低減させることができる。
【００５６】
［磁区形成工程］
磁性塗料のバインダーが固化されて形成された磁性層に、磁気ヘッドを用いて磁区を形成する。
【００５７】
このようにして、直径８ｍｍ、厚さ５０μｍの磁気光学素子１００を得た。
【００５８】
本実施形態の製造方法で製造された磁気光学素子を試料振動型磁束計（東英工業製）で測定したところ、その磁気特性は、保持力２０５８Ｏｅ、Ｍｒｔ２．２であった。
【００５９】
上記本実施形態にかかる磁気光学素子の製造方法で製造した磁気光学素子１００は、塗料作製工程の説明で述べたように、磁性層を形成するための磁性塗料のバインダーに分散剤を加えている。また、球形磁性微粒子として、上記製造方法において例示したＮａｎｏＣＡＰを用いることで、その等方性から線二色性の影響のない磁気光学素子を得ることができる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、塗料固化工程において外部からの磁界を塗布された磁性塗料１’の厚さ方向に印加して、磁性層に含まれる球形磁性微粒子の結晶軸方向をその厚さ方向に整列させた例を示したが、本発明の磁気光学素子およびその製造方法において、このことは必須ではない。磁気光学素子として、透過する光の進行方向に対して、適切な方向に球形磁性微粒子の結晶軸方向を向けることが必要であり、この結晶軸方向が得られるように、外部磁界の印加方向を調整することとなる。
【００６１】
例えば、磁気光学素子として、透過する光にコットンムートン効果を付与するものを得る場合には、球形磁性微粒子の結晶軸方向を、磁気光学素子として使用される際に入射される光の進行方向に対して９０度傾けることが必要である。このため、コットンムートン効果を付与する磁気光学素子を得るためには、入射される光の進行方向に対して９０度の角度となるように、外部磁界の印加方向を傾斜させればよい。
【００６２】
次に、本実施形態の磁気光学素子によるレーザービームに対する磁気光学的効果について説明する。
【００６３】
図２は、本実施形態の磁気光学素子が、直線偏光を有するレーザー光に及ぼす磁気光学的作用を示す要部拡大図である。なお、図２では、本実施形態の磁気光学素子のレーザー光が当たっている一部分を拡大して模式的に示したものであり、図面の煩雑化を避けるため、本実施形態の磁気光学素子として、固化された磁気塗料である磁性層１のみを示し、基材２の図示は省略している。
【００６４】
図２に示すように、本実施形態の磁気光学素子の磁性層１は、その内部に針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子３としての球状窒化鉄磁性粉を含有している。そして、磁性層１は、図２における上下方向に、３つの磁区１ａ、１ｂ、１ｃに分割されている。
【００６５】
図２における白色矢印Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、３つの磁区１ａ、１ｂ、１ｃそれぞれにおける磁化の方向と大きさを示している。図２に示すように、図２中最も上側の磁区１ａの磁化の大きさＭ１が最も小さく、図２中最も下側の磁区１ｃの磁化の大きさＭ３が最も大きくなっている。中間部分の磁区１ｂの磁化の強さＭ２は、Ｍ１とＭ３との中間の大きさである。なお、各磁区１ａ、１ｂ、１ｃの磁化方向は、いずれも磁性層１の厚さ方向である、図２中の右方向としている。
【００６６】
このような磁区１ａ、１ｂ、１ｃを有する磁性層１の一方の面に垂直に、直線偏光を有するレーザー光２１が照射された場合を考える。なお、図２中レーザー光２１の端面に示した矢印が、偏光の方向を示している。
【００６７】
レーザー光２１が磁性層１の面に垂直に入射した場合には、レーザー光２１の進行方向が磁化方向と平行であるため、ファラデー効果による旋光が生じる。この旋光の大きさは、磁化Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の大きさに比例するため、図２に示すように、透過光２２は、磁区１ａを透過した部分２２ａでの旋光の大きさが最も小さく、磁区１ｃを透過した部分２２ｃでの旋光の大きさが最も大きくなり、磁区１ｂを透過した部分２２ｂの旋光の大きさがその中間となる。すなわち、直線偏光を有するレーザー光２１を照射した場合に、磁性塗料１を透過した透過光２２は、磁区１ａ、１ｂ、１ｃを透過した透過光の部分２２ａ、２２ｂ、２２ｃごとに、異なる方向に直線偏向が向けられることとなる。
【００６８】
このように、本実施形態の磁気光学素子は、一つの素子でありなから、複数個有するその磁区ごとに異なる旋光を与えることができる。また、磁区の大きさや配置、それぞれの磁区での磁化の強さを適宜選択して付与することができるため、レーザー光に所望の磁気光学特性を与える磁気光学素子を実現することができる。
【００６９】
図３は、本実施形態の磁気光学素子の応用例を示すイメージ図である。
【００７０】
本実施形態の磁気光学素子を透過した透過光２２は、図２で説明した磁気光学素子に形成された磁区１ａ、１ｂ、１ｃを透過した部分２２ａ、２２ｂ、２２ｃごとに異なる方向の直線偏光を有している。このため、図３に示すように、例えば磁気パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３が形成された記録媒体３１に本実施形態の磁気光学素子を透過した透過光２２を入射させることで、その反射光２３は、入射光２２ａの部分の反射光２３ａが磁気パターンＰ１の影響を受け、入射光２２ｂの部分の反射光２３ｂが磁気パターンＰ２の影響を受け、入射光２２ｃの部分の反射光２３ｃが磁気パターンＰ３の影響を受け、それぞれの部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃが旋光された直線偏光を有することになる。この反射光２３の各部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃの直線偏光を検出することで、磁気記録媒体３１に記録された、入射ビーム２２の集光限界形Ｄよりも細かい幅ｄの部分のデータを一度に読み取ることができる。したがって、本実施形態の磁気光学素子によれば、透過させたビームを用いて、従来よりも細かい複数の細分化された部分の磁気情報を、同時に取得することができる。
【００７１】
上記のように、本実施形態の磁気光学素子は、任意の形状パターンを有し、それぞれにおいて任意の磁化の大きさを有する、複数の磁区が磁性層の面方向に形成されていることにより、例えば、その磁気光学作用を受けたビームを用いて細分化された面状の磁気情報を同時に取得することができるようになる。したがって、磁気記録媒体の読み込み、書き込みに関する分野をはじめとして、多くの磁気特性活用分野でさまざまな用途に応用展開をすることができる。
【００７２】
また、上記図２および図３における説明では、本実施形態にかかる磁気光学素子に形成された各磁区の磁化の方向が、磁性層の厚さ方向である場合について説明したが、本発明の製造方法の実施形態において説明したとおり、本発明の磁気光学素子に形成された各磁区の磁化の方向は、磁性層の厚さ方向である場合に限られるものではない。入射される光の進行方向に平行、または、これと９０度の角度をなす方向に各磁区の磁化の方向を調整することで、透過する光にファラデー効果を付与するものや、コットンムートン効果を付与するものなど、さまざまな磁気光学的作用を備えた磁気光学素子を得ることができる。これにより、磁気光学素子として、幅広い応用展開を期待することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる磁気光学素子は、一つの素子内に異なる磁気光学作用を与えうる複数の磁区を有した素子として、磁気記録媒体の書き込み・読み出しなどの多くの分野に利用することができる。
【００７４】
また、本発明の磁気光学素子の製造方法は、複数の磁区を有する磁気光学素子を簡易、かつ、正確に製造することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 磁性層
１ａ、１ｂ、１ｃ 磁区
２ 基材
３ 球形磁性微粒子
１００ 磁気光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成された磁性層とを備え、
前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、
前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されていることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項２】
前記磁性層の球形磁性微粒子は、結晶軸方向が一様に配列された状態で配置されている請求項１に記載の磁気光学素子。
【請求項３】
前記球形磁性微粒子の前記結晶軸方向が前記磁性層の厚さ方向である請求項２に記載の磁気光学素子。
【請求項４】
針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、
前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、
前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配向させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、
前記磁性層の面方向において磁化の大きさが異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えたことを特徴とする磁気光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記塗料固化工程において、前記塗布された磁性塗料の厚さ方向に外部磁界を印加する請求項４に記載の磁気光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記磁区形成工程が、磁気ヘッドを用いて前記磁性層の所定領域に所定の大きさの磁化を付与する請求項５または６に記載の磁気光学素子の製造方法。
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成された磁性層とを備え、
前記磁性層に含まれる磁性粒子が針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子であり、
前記磁性層は、その面方向において磁化の大きさの異なる複数の磁区に分割されていることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項２】
前記磁性層の球形磁性微粒子は、結晶軸方向が一様に配列された状態で配置されている請求項１に記載の磁気光学素子。
【請求項３】
前記球形磁性微粒子の前記結晶軸方向が前記磁性層の厚さ方向である請求項２に記載の磁気光学素子。
【請求項４】
針状比が１以上５未満で平均粒子径が５０ｎｍ以下の球形磁性微粒子とバインダーとを有する磁性塗料を作製する塗料作製工程と、
前記磁性塗料を基材上に塗布する塗布工程と、
前記基材上に塗布された磁性塗料に外部から磁界を印加して、前記球形磁性微粒子の結晶軸方向を一様に配向させた状態で前記磁性塗料を固化して磁性層を形成する塗料固化工程と、
前記磁性層の面方向において磁化の大きさが異なる複数の磁区を形成する磁区形成工程とを備えたことを特徴とする磁気光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記塗料固化工程において、前記塗布された磁性塗料の厚さ方向に外部磁界を印加する請求項４に記載の磁気光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記磁区形成工程が、磁気ヘッドを用いて前記磁性層の所定領域に所定の大きさの磁化を付与する請求項５または６に記載の磁気光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３２４４２（Ｐ２０１２−３２４４２Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９４３９（Ｐ２０１０−１６９４３９）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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