JP4803398B2 - 積層型永久磁石 - Google Patents
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Description
本発明は、積層型永久磁石およびその製造方法に関するものであり、特に、ブラシレスモータ、マイクロモータといった各種モータ、マイクロアクチュエータ、又はファラデー素子へのバイアス磁界印加部品、等に適する積層型永久磁石に関する。
永久磁石を利用した各種機器の小型化が進む中で、特にマイクロモータやマイクロアクチュエータでは永久磁石の小型化も進められている。この種の機器のサイズや性能は、永久磁石の磁気特性に左右されるため、永久磁石の材料としては大きい最大エネルギー積を持つNdFeB系やSmCo系の希土類焼結磁石材料が採用されている。
中でもバルク状のNdFeB焼結永久磁石は、近年最大エネルギー積が400kJ/m3を超える高磁気特性の材料が商品化され各分野で利用されている反面、永久磁石に機械加工を施すことにより磁気特性の劣化が起こるという欠点がある。特に直径１mm以下に加工する際にはそれが顕著であり、最大エネルギー積にして50%近く劣化することもある。
バルク状の希土類永久磁石は粉末冶金技術により製造されている為、磁石微粉末を磁場により高度に配向させ、かつ高密度に焼結させることが可能である。しかし、一般に10μm前後である焼結粒子径以下のサイズの永久磁石を製造することは物理的に非常に困難であり、10μm以上のサイズで製造しようとしても材料の機械強度の観点から、１mm以下のサイズの加工は加工中の破壊を招いてしまうため困難である。
このため、近年、物理蒸着法により基板面上に、希土類磁石を形成することによる積層型永久磁石が検討され、最近では、残留磁束密度の大きいNdFeB系の積層型永久磁石を形成することにより、全体の厚さが数μm〜10μmの積層型永久磁石の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
例えば上記特許文献１では、希土類合金磁性層と高融点金属層をスパッタで交互に堆積することにより、層面に対して垂直な方向に高い残留磁束密度と高い保磁力を有する積層型永久磁石が提案されている。
しかしながら、従来の積層型永久磁石は、一般的に残留磁化の値が大きく、更に層面に垂直な方向の反磁場係数が大きいため、これら両者の積で与えられる反磁場が大きくなり、保磁力以上の反磁場を持つ場合がある。そのため、大きな反磁場が重畳された減磁場中で層表面に大きな磁束密度を取り出しにくく、マイクロモータ、マイクロアクチュエータなどの機器へ実装した際に十分な磁束を発生させにくいという課題があった。
又、前記基板を円柱状もしくは円筒状の棒状部材にすると共に、棒状部材を回転させながらその円周面上に積層型永久磁石を形成する場合、棒状部材の温度管理が非常に難しく、十分な保磁力を得ることが困難であった。そのため、前記ブラシレスモータやマイクロモータ用の永久磁石として実用的な形状である円柱状もしくは円筒状に積層型永久磁石を形成しても、高残留磁束密度と高保磁力とを両立させた積層型永久磁石を得ることは困難であった。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層の間に、磁束密度と保磁力が大きいDy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）とを形成して積層型永久磁石を製造することにより、大きい反磁場が重畳された強い減磁場による合金磁性層の磁化反転を(Nd,R)FeB層で持ちこたえさせて、大きい表面磁束密度を発生させることの可能な積層型永久磁石とその製造方法を提供することである。また、更なる目的は、上記積層型永久磁石を回転子或いは固定子として搭載することにより小型化されたモータを提供することである。
本発明の請求項１に記載の発明は、Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）とが繰り返し積層して形成されており、前記合金磁性層の面内方向よりも、前記合金磁性層の面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力が大きいことを特徴とする積層型永久磁石である。
更に、請求項２に記載の発明は、前記積層型永久磁石が非磁性基板上に形成されており、前記積層型永久磁石と前記非磁性基板との界面に、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも１種以上からなる厚さ50nm以上５μm以下のバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型永久磁石である。
又、請求項３に記載の発明は、非磁性材からなる円柱状もしくは円筒状の棒状部材を備えると共に、Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）とが繰り返し前記棒状部材の円周面上に同心円状に積層されて、円柱状もしくは円筒状に形成されてなることを特徴とする積層型永久磁石である。
更に、請求項４に記載の発明は、前記積層型永久磁石と前記棒状部材との界面に、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも１種以上からなる厚さ50nm以上５μm以下のバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の積層型永久磁石である。
更に、請求項５に記載の発明は、前記合金磁性層の厚さが100nm以上５μm以下であり、前記(Nd,R)FeB層の厚さが10nm以上２μm以下であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の積層型永久磁石である。
又、請求項６に記載の発明は、前記積層型永久磁石の最表層を前記希土類金属層とすると共に、前記最表層上にAl、Tiのうち少なくとも１種以上からなる保護層が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の積層型永久磁石である。
又、請求項７に記載の発明は、Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層とを、物理蒸着法により非磁性基板の面上に繰り返し堆積し、次に、真空もしくはアルゴン雰囲気中にて500℃以上900℃以下で加熱する工程とを包含することを特徴とする積層型永久磁石の製造方法である。
又、請求項８に記載の発明は、請求項３から６の何れかに記載の積層型永久磁石を回転子或いは固定子とすることを特徴としたモータである。
本発明の請求項１記載の積層型永久磁石に依れば、正方晶Nd2Fe14B化合物の高残留磁束密度と(Nd,R)FeB層の高保磁力の各々の利点を複合して、合金磁性層の面内方向よりも、前記面に垂直な方向により大きな残留磁束密度及び保磁力を有する永久磁石を実現することができる。合金磁性層の厚さを適宜調整し、Nd2Fe14B化合物の磁化容易軸を層面に垂直な方向に強く配向させ、更に、合金磁性層間に保磁力が大きい(Nd,R)FeB層を形成することにより、大きい反磁場が重畳された強い減磁場による合金磁性層の磁化反転を(Nd,R)FeB層で持ちこたえさせて、高残留磁束密度、及び反磁場が大きくても十分打ち勝つ高保磁力を両立した永久磁石を提供することが可能となる。
又、本発明の積層型永久磁石においては、合金磁性層の上下各層に必ず(Nd,R)FeB層が形成される。Dy2Fe14BやTb2Fe14BはNd2Fe14Bよりも磁気異方性が大きいので、希土類金属RとしてDyまたはTbのどちらか、若しくはDyおよびTbを用いた場合、(Nd,R)FeB層の磁気異方性が合金磁性層よりも大きくなる。従って、合金磁性層の保磁力以上の減磁場に請求項１の積層型永久磁石がさらされたとしても、合金磁性層の磁化反転が積層型永久磁石全体に拡がるのを(Nd,R)FeB層で防ぐことができ、積層型永久磁石全体として高保磁力が得られる。
又、本発明の請求項３記載の積層型永久磁石に依れば、ブラシレスモータやマイクロモータ等といった各種のモータ用の永久磁石として実用的な形状である円柱状もしくは円筒状の積層型永久磁石を形成することが可能となる。又、モータに用いる場合には、モータ用として必要な残留磁束密度及び保磁力とを確保した上で、モータの回転子或いは固定子の小型化を行うことが可能となる。
更に、本発明の請求項２又は４記載の積層型永久磁石に依れば前記効果に加え、積層型永久磁石と非磁性基板、もしくは積層型永久磁石と棒状部材との界面にバッファ層を介在させることによって、非磁性基板又は棒状部材の材料が酸化物であっても、積層型永久磁石の結晶化熱処理時における合金磁性層の酸化による磁気特性の低下を防止することが出来る。又、バッファ層を介在させることにより、非磁性基板又は棒状部材と、積層型永久磁石とを、十分な付着強度で付着することが可能となる。
又、バッファ層の厚さを、50nm以上５μm以下に設定することにより、非磁性基板と合金磁性層との反応又は棒状部材と合金磁性層との反応の防止や、積層型永久磁石の磁気特性の低下防止を図れる。
更に、本発明の請求項５記載の積層型永久磁石に依れば、前記効果に加え、合金磁性層の厚さを100nm以上５μm以下に調整することにより、結晶粒子の粗大化による合金層内部での単一磁区の維持、保磁力および残留磁束密度の低下の防止、及び積層型永久磁石の積層数の削減による製造工程の簡略化、等を図ることが出来る。
又、(Nd,R)FeB層の厚さを10nm以上２μmに調整することにより、残留磁束密度の低下の防止、及び、合金磁性層の面内方向よりも前記面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力の増加という磁気特性を実現させることが可能となる。
更に、本発明の請求項６記載の積層型永久磁石に依れば、前記効果に加え、積層型永久磁石の最表層を希土類金属層で形成すると共に、前記最表層上に保護層を形成するので、結晶化熱処理時の積層型永久磁石の酸化防止や積層型永久磁石の耐蝕表面処理を行うことが可能となる。又、保護層を形成することにより、積層型永久磁石の保磁力HCJの減少を防止することが出来る。
又、本発明の請求項７記載の積層型永久磁石の製造方法に依れば、合金磁性層の面内方向よりも、前記面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力が大きい積層型永久磁石を製造することが可能となる。更に、結晶化熱処理の温度を500℃以上900℃以下に設定することにより、積層構造物が十分に結晶化されるので、合金磁性層の残留磁束密度の低下防止が図れる。
又、本発明の請求項８記載のモータに依れば、直径1mm以下まで小型化されたモータを提供することが出来る。
１、９ 積層型永久磁石
２ 希土類金属層
３ 合金磁性層
４ (Nd,R)FeB層
５ 非磁性基板
６ バッファ層
７ 保護層
８ 棒状部材
２ 希土類金属層
３ 合金磁性層
４ (Nd,R)FeB層
５ 非磁性基板
６ バッファ層
７ 保護層
８ 棒状部材
以下、本発明に係る積層型永久磁石の実施形態について図１又は図２を参照しながら詳細に説明する。図１に示す通り、本発明による積層型永久磁石１は、Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層２と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層３とを、物理蒸着法によって非磁性基板５の面上に交互に堆積させた積層構造物を加熱することにより形成された永久磁石である。得られた永久磁石は、希土類金属層２、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）４、合金磁性層３、及び(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）４とが、この順に繰り返し形成された層状構造を呈する。
更に、得られた積層型永久磁石１の磁気特性に関して種々検討を行った結果、合金磁性層３及び希土類金属層２の厚さを適宜調整することにより、合金磁性層３と、希土類金属Rの拡散により生成される(Nd,R)FeB層４、及び希土類金属層２とが繰り返し重なった積層構造が得られる条件を見出し、高保磁力と高残留磁束密度とを両立する積層型永久磁石１の発明を想到するに至った。
合金磁性層の主たる構成相は正方晶Nd2Fe14B化合物であり、その厚さは100nm以上５μm以下に調整されている。厚さが５μmを超えると結晶粒子が粗大化し合金磁性層３内部を単一磁区に維持することが困難になり、保磁力および残留磁束密度の低下を招いてしまう。一方で厚さが100nm未満になると実用上必要な積層型永久磁石１の厚さを達成するのに必要な積層数が膨大になってしまい、製造工程上好ましくない。
又、(Nd,R)FeB層４の厚さは10nm以上２μmに調整される。厚さが２μmを超えると、積層構造全体に占める(Nd,R)FeB層４の占有比率が上昇し、その結果、本発明の積層型永久磁石１の残留磁束密度が低下する。又、厚さが10nm未満では積層構造全体に占める(Nd,R)FeB層４の占有比率が低下し、その結果、本発明の積層型永久磁石１の磁気特性は、希土類金属層２と(Nd,R)FeB層４を有さない単体のNdFeB系永久磁石と変わらない磁気特性になってしまい、合金磁性層３の面内方向よりも前記面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力を大きくすることが困難になる。また、本発明の積層型永久磁石１においては、前記正方晶Nd2Fe14B化合物が、積層型永久磁石１全体の磁気特性の高残留磁束密度達成の部分を主に担っている。
上記の層状構造では、合金磁性層３の上下各層には、必ず(Nd,R)FeB層４が形成される。Dy2Fe14BやTb2Fe14BはNd2Fe14Bよりも磁気異方性が大きいため、希土類金属RとしてDyまたはTbのどちらか、若しくはDyおよびTbを用いた場合、(Nd,R)FeB層４の磁気異方性が合金磁性層３よりも大きくなる。従って、仮に合金磁性層３の保磁力以上の減磁場に本発明の積層型永久磁石１がさらされたとしても、合金磁性層３の磁化反転が積層型永久磁石１全体に拡がるのを(Nd,R)FeB層４で防ぐことができ、積層型永久磁石１全体として高保磁力を示す。つまり、(Nd,R)FeB層４が積層型永久磁石１全体の磁気特性の高保磁力達成の部分を主に担っている。
本発明者らは、永久磁石の形成に上記のような積層構造を採用することによって、反磁場係数の大きい層状でありながらも、大きい反磁場が重畳された強い減磁場に打ち勝つ高保磁力と高残留磁束密度を、合金磁性層３の面内方向よりも、前記面に垂直な方向において示す永久磁石を作製できることを見出した。合金磁性層３の厚さを適宜調整し、Nd2Fe14B化合物の磁化容易軸を層面に垂直な方向に強く配向させ、更に、合金磁性層３間に磁束密度と保磁力が大きい、Dy、Tbからなる希土類金属層２と、(Nd,R)FeB層４とを形成させることにより、大きい反磁場が重畳された強い減磁場による合金磁性層３の磁化反転を(Nd,R)FeB層４で持ちこたえさせて、高残留磁束密度、及び反磁場が大きくても十分打ち勝つ高保磁力を両立した永久磁石とすることが出来る。
以下、本発明に係る積層型永久磁石１の製造方法の実施形態を説明する。本発明の積層型永久磁石１の層状構造は、希土類金属層２と合金磁性層３とを前記物理蒸着法により非磁性基板５上に交互に堆積した積層構造物を、真空もしくはアルゴン雰囲気中にて500℃以上900℃以下で加熱することにより得られる。合金磁性層３および希土類金属Rは、空気中で容易に酸化するため、堆積装置内の雰囲気を高真空または不活性ガスとすることが望ましい。又、好ましい物理蒸着法として、スパッタ法やレーザーアブレーション法などがある。
積層構造物は堆積後に500℃以上900℃以下の結晶化熱処理を受けることになるため、非磁性基板５の材料としては、少なくとも500℃以上の融点を持ち、熱処理中に変形しないものである必要がある。また、前記結晶化熱処理中に後述するバッファ層６と化学反応しない材料であることが望ましい。
結晶化熱処理の温度が500℃未満では積層構造物が結晶化せず、900℃を超えると合金磁性層３に、希土類金属層２のDy、Tbが多量に拡散し過ぎて、合金磁性層３の厚さの全体に亘ってDy、Tbが入り込み、合金磁性層３の残留磁束密度を低下させてしまうおそれがある。従って、結晶化熱処理温度は500℃以上900℃以下が望ましい。
合金磁性層３は堆積時に非晶質化しやすいので、堆積時に非磁性基板５をNd2Fe14B化合物の結晶化温度まで加熱して温度制御するか、または、堆積後の加熱処理によって、結晶化する必要がある。この加熱処理の時間は温度によっても異なるが、例えば、650℃で結晶化させる際には、保持時間を0.3〜１時間程度とすることが好ましい。
上記の製造方法に依れば、合金磁性層３の面内方向よりも、前記面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力が大きい積層型永久磁石１を製造することが可能となる。
更に、積層型永久磁石１と非磁性基板５との界面に、十分な厚さのバッファ層６を介在させることによって、非磁性基板５の材料が酸化物であっても、前記結晶化熱処理時における合金磁性層３の酸化による磁気特性の低下を防ぐことが出来る。非磁性基板５の面上に形成するバッファ層６としては、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも１種以上を用いても良いし、非磁性基板５および合金磁性層３の両方と反応しにくい別の材料を用いても良い。又、非磁性基板５の材料がバッファ層６に用いる金属と同一な場合は、バッファ層６を省略しても良い。バッファ層６を介在させることによって、非磁性基板５上に積層型永久磁石１を十分な付着強度で付着させることが可能となる。
バッファ層６の厚さは、50nm以上５μm以下に設定する。その理由は、50nm未満の厚さでは非磁性基板５と合金磁性層３との反応を防止するには不十分であり、５μmを超える厚さにバッファ層を形成しても、５μm以下までで得られていた以上の酸化防止効果が得られないためである。
又、積層型永久磁石１の最表層には希土類金属層２を形成すると共に、前記最表層上にAl、Tiのうち少なくとも１種以上からなる耐食性を有する金属の保護層７を更に形成すると、結晶化熱処理時の酸化防止に好適であるし、積層型永久磁石１の耐蝕表面処理、及び積層型永久磁石の保磁力HCJの減少防止としても好ましい。
本発明の積層型永久磁石を磁石ロータ型モータ用の回転子に応用する場合は、図２に示すように、非磁性基板５の換わりに非磁性材からなる円柱状もしくは図示しない円筒状の棒状部材８を備えると共に、棒状部材８の円周面上にバッファ層６を形成し、更に、希土類金属層２、(Nd,R)FeB層４、合金磁性層３と、及び(Nd,R)FeB層４とをこの順に繰り返し同心円状に形成して、円柱状もしくは円筒状を呈するように積層型永久磁石９を形成する。又、図示はしないが、本発明に係る積層型永久磁石をモータ用の固定子に応用しても良い。なお、図１と同一箇所には同一の引き出し番号を付し、重複する説明は省略、もしくは簡略化して記述する。
積層型永久磁石９を磁石ロータ型モータに用いる場合、棒状部材８の材料が磁性を有すると、磁石ロータ型モータの電機子が発生する磁場の大きさによっては積層型永久磁石９の磁化を打ち消す場合がある。このため、棒状部材８には飽和磁束密度が積層型永久磁石９よりも十分小さいTi、Moなどの非磁性材料を用いることが好ましい。
又、積層型永久磁石９と棒状部材８との界面にバッファ層６を介在させることにより、棒状部材８の材料が酸化物であっても、前記結晶化熱処理時における合金磁性層３の酸化による磁気特性の低下を防ぐことが出来る。バッファ層６の材料は前述通りなので省略する。又、棒状部材８の材料がバッファ層６に用いる金属と同一な場合は、バッファ層６を省略しても良い。バッファ層６を介在させることによって、棒状部材８の円周面上に積層型永久磁石９を十分な付着強度で付着させることが可能となる。
バッファ層６の厚さは、50nm以上５μm以下に設定する。その理由は、50nm未満の厚さでは棒状部材８と合金磁性層３との反応を防止するには不十分であり、５μmを超える厚さにバッファ層を形成しても、５μm以下までで得られていた以上の酸化防止効果が得られないためである。
なお、図１及び図２の積層型永久磁石１、９においては、省略化のため希土類金属層２・(Nd,R)FeB層４・合金磁性層３・(Nd,R)FeB層４の積層パターン数は１パターンのみの図示としており、省略した積層パターンは破線で示してある。
次に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
10mm角のSi非磁性基板の(100)面上に、多元RFスパッタ装置で、バッファ層としてTiを100nm堆積させ、その後、Dyと合金磁性層とをそれぞれ100nm、500nmの厚さで交互に20層ずつ堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。
10mm角のSi非磁性基板の(100)面上に、多元RFスパッタ装置で、バッファ層としてTiを100nm堆積させ、その後、Dyと合金磁性層とをそれぞれ100nm、500nmの厚さで交互に20層ずつ堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。
TiおよびDyのスパッタは、６インチ径の単体金属ターゲットを用いて、投入電力500W、アルゴンガス圧力５〜６mTorr、堆積速度はそれぞれ10〜50nm/分、50〜200nm/分の条件で行った。
合金層磁性層のスパッタには、原子比でNd19.6Fe73.2B7.2組成（製造上不可避な不純物を含む）の鋳造合金を６インチ径ターゲットとした。これを用いて投入電力500W、アルゴンガス圧力５〜６mTorr、堆積速度は10〜30nm/分の条件でスパッタを行った。
作製した試料は、スパッタ装置のチャンバー内で冷却した後、取り出し、真空電気炉に装填した。炉内を油拡散ポンプにて１×10-4Torr以下まで排気して酸素を除去し、アルゴンガスを大気圧になるまで導入した後、650℃で30分加熱保持後、冷却した。
真空電気炉から取り出した試料について、試料振動型磁力計にて合金磁性層の面内方向と、面に垂直な方向の磁化曲線を測定したところ、図３の磁化曲線のように、面に垂直な方向の磁化曲線ではJr = 0.6T、HCJ = 1353kA/mの磁気特性を示し、面内方向の磁化曲線ではJr=0.39T、HCJ =1236kA/mの磁気特性を示した。なお、図３において、実線で示す磁化曲線が前記面に垂直な方向の磁化曲線であり、一点鎖線で示す磁化曲線が前記面内方向の磁化曲線である。本実施例の積層型永久磁石の反磁場Hdは、
（N：反磁場係数、J：磁化、μ0：真空の透磁率）で与えられるが、薄膜形状であるためN≒1となり、そして、空気中で外部磁場を印加することなく反磁場による減磁のみ（J = Jrの場合）を評価すると、
より477kA/mとなり、保磁力HCJ = 1353kA/mがこれに対して十分大きいことから、自己減磁のほとんど無い積層型永久磁石であることが分かった。
（比較例１）
10mm角のSi非磁性基板の(100)面上に、多元RFスパッタ装置で、バッファ層としてTiを100nm堆積させ、その上に、合金磁性層を500nm、Tiを100nm、この順に交互に堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。上記以外の条件は実施例1と同等に行って、前記試料振動型磁力計にて合金磁性層の面内方向と、面に垂直な方向の磁化曲線を測定したところ、図４の磁化曲線のように、面に垂直な方向の磁化曲線ではJr = 0.6T、HCJ = 425kA/mの磁気特性を示し、面内方向の磁化曲線ではJr=0.39T、HCJ =525kA/mの磁気特性を示した。しかしながら本比較例の積層型永久磁石の反磁場Hdは、実施例1と同様の計算により、Hd = 477kA/mとなり、反磁場が保磁力を上回ったため磁化反転が起こり、実質的な残留磁化はほぼ零となった。従って、比較例１と実施例１とを比較した結果、実施例１はTiの代わりにDyを用いることにより、積層構造による残留磁束密度の向上に加えて、保磁力が上昇することが確認された。なお、図４において、実線で示す磁化曲線が前記面に垂直な方向の磁化曲線であり、一点鎖線で示す磁化曲線が前記面内方向の磁化曲線である。
10mm角のSi非磁性基板の(100)面上に、多元RFスパッタ装置で、バッファ層としてTiを100nm堆積させ、その上に、合金磁性層を500nm、Tiを100nm、この順に交互に堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。上記以外の条件は実施例1と同等に行って、前記試料振動型磁力計にて合金磁性層の面内方向と、面に垂直な方向の磁化曲線を測定したところ、図４の磁化曲線のように、面に垂直な方向の磁化曲線ではJr = 0.6T、HCJ = 425kA/mの磁気特性を示し、面内方向の磁化曲線ではJr=0.39T、HCJ =525kA/mの磁気特性を示した。しかしながら本比較例の積層型永久磁石の反磁場Hdは、実施例1と同様の計算により、Hd = 477kA/mとなり、反磁場が保磁力を上回ったため磁化反転が起こり、実質的な残留磁化はほぼ零となった。従って、比較例１と実施例１とを比較した結果、実施例１はTiの代わりにDyを用いることにより、積層構造による残留磁束密度の向上に加えて、保磁力が上昇することが確認された。なお、図４において、実線で示す磁化曲線が前記面に垂直な方向の磁化曲線であり、一点鎖線で示す磁化曲線が前記面内方向の磁化曲線である。
（比較例２）
非磁性基板としてサファイアを用いると共に、バッファ層としてTiをそれぞれ10nm又は100nmの２種類形成し、それ以外は実施例1と同じ条件で積層型永久磁石を作成し、結晶化熱処理を行った。その結果、バッファ層10nmの積層型永久磁石は結晶化熱処理を行ったところ、非磁性基板との反応で酸化し、永久磁石特性を示さなかった。一方、バッファ層100nmの積層型永久磁石は実施例1と同等の磁気特性を示したことが確認された。
非磁性基板としてサファイアを用いると共に、バッファ層としてTiをそれぞれ10nm又は100nmの２種類形成し、それ以外は実施例1と同じ条件で積層型永久磁石を作成し、結晶化熱処理を行った。その結果、バッファ層10nmの積層型永久磁石は結晶化熱処理を行ったところ、非磁性基板との反応で酸化し、永久磁石特性を示さなかった。一方、バッファ層100nmの積層型永久磁石は実施例1と同等の磁気特性を示したことが確認された。
（比較例３）
最表層に保護層としてTiを形成しない以外は、実施例１と全く同じ条件で積層型永久磁石を作製し、１週間空気中に放置したところ、実施例１の積層型永久磁石はBr、 HCJ、外観ともに変化は無かったが、保護層を形成しなかった方は、HCJが10%程度減少した。
最表層に保護層としてTiを形成しない以外は、実施例１と全く同じ条件で積層型永久磁石を作製し、１週間空気中に放置したところ、実施例１の積層型永久磁石はBr、 HCJ、外観ともに変化は無かったが、保護層を形成しなかった方は、HCJが10%程度減少した。
（実施例２）
棒状部材として、直径0.1mm、長さ10mmのMoを用いた。棒状部材円周面の両端部３mmに耐熱テープを巻き、中央部にのみ積層型永久磁石を形成するためのマスクとした。
棒状部材として、直径0.1mm、長さ10mmのMoを用いた。棒状部材円周面の両端部３mmに耐熱テープを巻き、中央部にのみ積層型永久磁石を形成するためのマスクとした。
スパッタ装置内でMoの長手方向を軸として円周面を回転させ、円周面上にDyと合金磁性層をそれぞれ100nm、２μmの厚さで交互に50層ずつ堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。
次に、実施例１と同様の条件で結晶化熱処理を行い、得られた積層型永久磁石を直径方向にコンデンサー着磁器により２極着磁した。
磁化されたMo付き積層型永久磁石を回転子とし、直径１mmのブラシレスモータを組み立てた。コイルに電流を印加したところ積層型永久磁石が棒状部材を中心に回転し、ブラシレスモータ用回転子として機能することが確認できた。
（実施例３）
棒状部材として、直径0.1mm、長さ10mmのTiを用いた。Ti円周面の両端部３mmに耐熱テープを巻き、中央部にのみ積層型永久磁石を形成するためのマスクとした。
棒状部材として、直径0.1mm、長さ10mmのTiを用いた。Ti円周面の両端部３mmに耐熱テープを巻き、中央部にのみ積層型永久磁石を形成するためのマスクとした。
スパッタ装置内でTiの長手方向を軸として円周面を回転させ、円周面上にDyと合金磁性層をそれぞれ100nm、２μmの厚さで交互に50層ずつ堆積させ、最後にTiを500nm堆積させ保護層とした。
実施例１と同様の条件で結晶化熱処理を行い、得られた積層型永久磁石を直径方向にコンデンサー着磁器により２極着磁した。
磁化されたTi付き積層型永久磁石を回転子とし、直径１mmのブラシレスモータを組み立てた。コイルに電流を印加したところ積層型永久磁石が棒状部材を中心に回転し、ブラシレスモータ用回転子として機能することが確認できた。
以上、各実施例を説明してきたが、積層型永久磁石形成時に棒状部材を用いる場合には、棒状部材の直径は、0.1mm以上0.5mm以下が望ましい。その理由として、0.1mm未満では強度が不足であり、0.5mmを超えると回転子の小型化が困難になり、結果的にその積層型永久磁石を搭載する磁石ロータ型モータの小型化も図れなくなるためである。
本発明の積層型永久磁石は、ブラシレスモータ、マイクロモータといった各種モータ、マイクロアクチュエータ、又はファラデー素子へのバイアス磁界印加部品、等に使用することが可能である。
Claims (8)
- Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）とが繰り返し積層して形成されており、前記合金磁性層の面内方向よりも、前記合金磁性層の面に垂直な方向の残留磁束密度及び保磁力が大きいことを特徴とする積層型永久磁石。
- 前記積層型永久磁石が非磁性基板上に形成されており、前記積層型永久磁石と前記非磁性基板との界面に、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも１種以上からなる厚さ50nm以上５μm以下のバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型永久磁石。
- 非磁性材からなる円柱状もしくは円筒状の棒状部材を備えると共に、Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層と、(Nd,R)FeB層（RはDy、Tbのうち少なくとも１種の希土類金属）とが繰り返し前記棒状部材の円周面上に同心円状に積層されて、円柱状もしくは円筒状に形成されてなることを特徴とする積層型永久磁石。
- 前記積層型永久磁石と前記棒状部材との界面に、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも１種以上からなる厚さ50nm以上５μm以下のバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の積層型永久磁石。
- 前記合金磁性層の厚さが100nm以上５μm以下であり、前記(Nd,R)FeB層の厚さが10nm以上２μm以下であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の積層型永久磁石。
- 前記積層型永久磁石の最表層を前記希土類金属層とすると共に、前記最表層上にAl、Tiのうち少なくとも１種以上からなる保護層が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の積層型永久磁石。
- Dy、Tbのうち少なくとも１種の金属からなる希土類金属層と、正方晶Nd2Fe14Bを含む合金磁性層とを、物理蒸着法により非磁性基板の面上に繰り返し堆積し、
次に、真空もしくはアルゴン雰囲気中にて500℃以上900℃以下で加熱する工程とを包含することを特徴とする積層型永久磁石の製造方法。 - 請求項３から６の何れかに記載の積層型永久磁石を回転子或いは固定子とすることを特徴としたモータ。
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