JP6149455B2 - 抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を形成する方法、および溶融蒸発部として用いる蒸着用ボート - Google Patents

Description

本発明は、抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜をＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石などの被処理物の表面に形成する方法、および溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートに関する。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石（Ｒは希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ）は、高い磁気特性を有していることから、今日、様々な分野で使用されているが、酸化腐食しやすい性質のため、通常、磁石の表面に耐食性被膜を形成して実用に供される。磁石の表面に形成する耐食性被膜の種類は様々であるが、その一つにＡｌの蒸着被膜がある。磁石の表面にＡｌの蒸着被膜を形成する方法として、抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部の溶融蒸発面（溶融蒸発部の上面の蒸着材料が濡れ広がる部分）にワイヤ状のＡｌの蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることによる方法は、例えば特許文献１から公知である。この方法においては、溶融蒸発部（ハース）として蒸着用ボートが用いられる。蒸着用ボートの良し悪しは、その溶融蒸発面に連続供給されて溶融した蒸着材料の濡れ性による。溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性が悪いと、溶融した蒸着材料が局在化してしまって効果的に蒸発させることができないことで蒸着効率に悪影響を及ぼす。特に、新品の蒸着用ボートを初めて用いる際（いわゆる「ボート慣らし時」）の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性は重要である。最初に濡れ性が良ければ、その後も蒸着用ボートの寿命がくるまで良好な濡れ性を維持して効率よく蒸着被膜を形成することができる一方、最初に濡れ性が悪ければ、その後に濡れ性が改善することはなく、蒸着用ボートの寿命にも悪影響を及ぼす。

上記の点に鑑みて、特許文献２では、溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れる蒸着用ボートとして、溶融蒸発面に複数の溝を有してなる蒸着用ボートが提案されている。この蒸着用ボートは、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れており、市販もされている。しかしながら、セラミックス焼結体からなる蒸着用ボートの溶融蒸発面に複数の溝を精度よく設けるためには高度な加工技術が必要であり、溝と溝の間隔、溝の幅や深さなどの加工精度のわずかな違いによって濡れ性が変化することがある。

特開２００１−３２０６２号公報 国際公開第２００５／０４９８８１号

そこで本発明は、簡易な方法で作製することができて、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れる蒸着用ボートを溶融蒸発部として用いて、抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜をＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の表面に形成するための溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートについて鋭意検討を重ねた結果、蒸着用ボートの溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成すると、溶融蒸発面が特許文献２に記載の蒸着用ボートのように複数の溝を設けた面ではなくフラット面であっても、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れることを見出した。

上記の知見に基づいてなされた本発明の抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成する方法は、請求項１記載の通り、溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートの上面の蒸着材料のＡｌを溶融させて濡れ広がらせる部分である溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成し、蒸着用ボートを加熱した際、蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜を溶融させて溶融蒸発面に濡れ広がらせることで、溶融させた蒸着材料のＡｌを溶融蒸発面に濡れ広がらせて行うことを特徴とする。
また、請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、Ａｌの蒸着被膜を形成する溶融蒸発面がフラット面であることを特徴とする。
また、請求項３記載の方法は、請求項１または２記載の方法において、溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜が水素を含有することを特徴とする。
また、請求項４記載の方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜の膜厚が２０μｍ以上であることを特徴とする。
また、請求項５記載の方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、Ａｌの蒸着被膜を形成した溶融蒸発面にワイヤ状のＡｌの蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることを特徴とする。
また、請求項６記載の方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法において、被処理物がＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする。
また、本発明の抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成するための溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートは、請求項７記載の通り、蒸着用ボートの上面の蒸着材料のＡｌを溶融させて濡れ広がらせる部分である溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成し、蒸着用ボートを加熱した際、蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜を溶融させて溶融蒸発面に濡れ広がらせることで、溶融させた蒸着材料のＡｌを溶融蒸発面に濡れ広がらせるようにしてなることを特徴とする。

本発明の抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成する方法において溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートは、溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成しただけのものであるので簡易に作製することができ、しかもボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れる。よって、最初の使用時の蒸着処理の開始当初から蒸着用ボートの寿命がくるまで効率よく被処理物の表面にＡｌの蒸着被膜を形成することができる。

蒸着用ボートの溶融蒸発面や被処理物の表面にＡｌの蒸着被膜を形成するために用いることができる蒸着被膜形成装置の一実施形態の処理室内の模式的正面図（一部透視図）である。 実施例１における溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成した本発明の蒸着用ボートとＡｌの蒸着被膜を形成していない市販の蒸着用ボートのそれぞれのボート慣らし時の溶融蒸発面の状態の時間推移の概略を示す図である。

本発明において溶融蒸発部として用いる、溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成する蒸着用ボートは、自体公知のセラミックス焼結体であってよく、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化クロムなどの導電性成分と、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、希土類金属の窒化物、アルミナ、シリカ、酸化ホウ素、オキシ窒化ホウ素、希土類金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物などの非導電性成分を含む市販のものであってよい（必要であれば特許文献１や特開２００７−１３８２７６号公報や特表２０１１−５１０１７８号公報などを参照のこと）。蒸着用ボートの溶融蒸発面の形状は様々であり、特許文献２に記載の蒸着用ボートのように上面のフラット面に複数の溝を設けたものや、蒸着用ボートの上面の中央部に設けたキャビティの底面のフラット面などがあるが、溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成することの効果は、溶融蒸発面がいずれの形状のものであっても発揮される。従って、溶融蒸発面がキャビティの底面のフラット面などであっても、Ａｌの蒸着被膜を形成することで、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性を優れたものにすることができる。

蒸着用ボートの溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成する方法としては、例えば特許文献１に記載の、抵抗加熱方式によって加熱された溶融蒸発部の溶融蒸発面にワイヤ状のＡｌの蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることによる方法が挙げられる。図１は、特許文献１に記載されているこの方法を実施するための蒸着被膜形成装置の一実施形態の処理室内の模式的正面図（一部透視図）である。図略の真空排気系に連なる処理室（真空槽）１内の上方には網状部材で形成された籠状の被処理物保持部５が回転軸６を中心に回転自在に２個並設されている。また、処理室１内の下方には、蒸着材料であるＡｌ１０を蒸発させる溶融蒸発部（蒸着用ボート）２が、支持テーブル３上に立設された支持台４上に配設されている。支持テーブル３の下方内部には、蒸着材料であるＡｌのワイヤ１１が繰り出しリール２０に巻回保持されている。繰り出しリール２０へのＡｌのワイヤ１１の巻回方向を水平方向としているのは、ワイヤの送り方向、即ち、鉛直方向と直交させることによって、送り出されるワイヤがねじれたりぶれたりすることを防止するためである。Ａｌのワイヤ１１の先端は、溶融蒸発部２に向かって臨ませた耐熱性の保護チューブ２１によって溶融蒸発部２の溶融蒸発面に案内されている。保護チューブ２１の一部には切り欠き窓２２が設けられており、この切り欠き窓２２に対応して設けられた一対の繰り出しギヤ２３によって、Ａｌのワイヤ１１を溶融蒸発部２の溶融蒸発面に所定の繰り出し速度で送り出し自在としている。この蒸着被膜形成装置によれば、被処理物保持部５内にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石などの被処理物３０が収容され、被処理物保持部５を回転させながら、図略の加熱手段によって所定温度に加熱された溶融蒸発部２の溶融蒸発面にＡｌのワイヤ１１を連続供給してＡｌ１０を蒸発させることで、被処理物保持部５内の被処理物３０の表面にＡｌの蒸着被膜を形成することができる。蒸着用ボートの溶融蒸発面へのＡｌの蒸着被膜の形成は、例えば、被処理物保持部５内の被処理物３０の表面にＡｌの蒸着被膜を形成する際、新品の蒸着用ボートを処理室１内のいずれかの場所（例えば支持台４上の溶融蒸発部２の近傍など）にセットして行うことが簡便で望ましいが、蒸着用ボートを被処理物３０として被処理物保持部５内に収容して行ったり、被処理物保持部５のかわりに蒸着用ボートを固定した治具を取り付けて行ったりすることを妨げるものではない。なお、蒸着用ボートの溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成する際、溶融蒸発面以外の部分（上面の溶融蒸発面の周辺部分、側面、下面など）にＡｌの蒸着被膜が形成されることを防ぐために当該部分をマスキング処理してもよい。

蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成するＡｌの蒸着被膜は、水素を含有することが望ましい。水素を含有するＡｌの蒸着被膜は、水素を含有するワイヤ状のＡｌを蒸着材料に用いて形成することができる。蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成するＡｌの蒸着被膜に水素を含有させると、Ａｌが酸化することによる融点が高い酸化Ａｌの生成が抑制されることで、加熱時に容易に溶融して溶融蒸発面で濡れ広がり、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性の向上に寄与するようである。なお、図１に示した蒸着被膜形成装置を用いれば、例えば、直径が１ｍｍ〜２ｍｍで水素含有量が３ｐｐｍ〜１１ｐｐｍのＡｌのワイヤを溶融蒸発部の溶融蒸発面に連続供給することで、水素含有量が５０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍのＡｌの蒸着被膜を蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成することができる。

溶融蒸発面に形成するＡｌの蒸着被膜の膜厚は２０μｍ以上が望ましい。蒸着被膜の膜厚が２０μｍ未満であると、ボート慣らし時に蒸着用ボートの加熱によって短時間のうちに蒸着被膜が溶融した後に蒸発してしまい、溶融蒸発面に連続供給されて溶融した蒸着材料の濡れ性の向上に寄与しない恐れがある。なお、蒸着被膜の膜厚は厚すぎることで特段の不利益は生じないが、蒸着コストを考慮すればその上限は１００μｍが望ましい。

蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成するＡｌの蒸着被膜は、例えばＡｌ以外の金属としてＭｇを１質量％〜１０質量％含有するものなどであってもよいが、被処理物の表面に形成するＡｌの蒸着被膜と組成が同一であることが望ましい。

以上のようにして溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成した蒸着用ボートは、例えば、図１に示した蒸着被膜形成装置における溶融蒸発部として用いることができ、特許文献１の記載に従って、最初の使用時の蒸着処理の開始当初からＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石などの被処理物の表面にＡｌの蒸着被膜を安定して形成することができる。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。

実施例１：
図１に示した蒸着被膜形成装置を用い、直径が１．６ｍｍで水素含有量が約５ｐｐｍのＡｌのワイヤを溶融蒸発部の溶融蒸発面に連続供給することで、被処理物保持部内に収容したＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の表面にＡｌの蒸着被膜を形成する際、支持台上の溶融蒸発部の近傍に、外形が長さ：１５０ｍｍ×幅：２５ｍｍ×厚さ：９ｍｍの立方状で、上面の中央部に長さ：１００ｍｍ×幅：２２ｍｍ×深さ：１ｍｍの底面がフラット面のキャビティを設けた新品の蒸着用ボート（シンテック社製）をセットし、その溶融蒸発面（キャビティの底面）にＡｌの蒸着被膜を形成した。なお、蒸着用ボートの溶融蒸発面以外の部分はＡｌの蒸着被膜が形成されることを防ぐためにマスキング処理した。蒸着用ボートの溶融蒸発面へのＡｌの蒸着被膜の形成は、蒸着被膜の膜厚が３０μｍ〜５０μｍになるまで行った。こうして蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜の水素含有量は約１５０ｐｐｍであった。

以上のようにして溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成した蒸着用ボートを、図１に示した蒸着被膜形成装置における溶融蒸発部として用い、被処理物保持部内に収容したＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の表面にＡｌの蒸着被膜を形成するためのボート慣らしを行った。なお、ボート慣らしは、常法に従って溶融蒸発面にＡｌのワイヤ（前述のもの）をセットして行った。図２に溶融蒸発面の状態の時間推移の概略を示す。図２から明らかなように、溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成した本発明の蒸着用ボートの場合、加熱開始後わずか９０秒でＡｌのワイヤ（図２中の線状物）と蒸着被膜がいずれも完全に溶融して溶融蒸発面全体で濡れ広がった。その後、溶融蒸発面は煮立ったような状態になり、６００秒後に蒸着材料であるＡｌのワイヤ（前述のもの）の連続供給を開始して蒸着処理を始めることで、蒸着処理の開始当初から溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の良好な濡れ性が得られ、安定して被処理物保持部内に収容したＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石の表面にＡｌの蒸着被膜を形成することができた。これに対し、溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成していない市販の蒸着用ボートの場合、加熱開始後、Ａｌのワイヤは溶融蒸発面で徐々に溶融し、１８０秒後に完全に溶融したが、溶融したＡｌは玉状になった。その後、玉状の溶融したＡｌは溶融蒸発面で少しずつ濡れ広がったが、十分に濡れ広がることはなかった。６００秒後に蒸着材料であるＡｌのワイヤの連続供給を開始して蒸着処理を始めると、溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性は場所によって異なる不均一なものであった。

本発明は、簡易な方法で作製することができて、ボート慣らし時の溶融蒸発面での溶融した蒸着材料の濡れ性に優れる蒸着用ボートを溶融蒸発部として用いて、抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成する方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

１ 処理室
２ 溶融蒸発部（蒸着用ボート）
３ 支持テーブル
４ 支持台
５ 被処理物保持部
６ 回転軸
１０ Ａｌ
１１ Ａｌのワイヤ
２０ 繰り出しリール
２１ 保護チューブ
２２ 切り欠き窓
２３ 繰り出しギヤ
３０ 被処理物

Claims (7)

1. 抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成する方法であって、溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートの上面の蒸着材料のＡｌを溶融させて濡れ広がらせる部分である溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成し、蒸着用ボートを加熱した際、蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜を溶融させて溶融蒸発面に濡れ広がらせることで、溶融させた蒸着材料のＡｌを溶融蒸発面に濡れ広がらせて行うことを特徴とする方法。
2. Ａｌの蒸着被膜を形成する溶融蒸発面がフラット面であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜が水素を含有することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜の膜厚が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. Ａｌの蒸着被膜を形成した溶融蒸発面にワイヤ状のＡｌの蒸着材料を連続供給しながら蒸発させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 被処理物がＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 抵抗加熱方式によってＡｌの蒸着被膜を被処理物の表面に形成するための溶融蒸発部として用いる蒸着用ボートであって、蒸着用ボートの上面の蒸着材料のＡｌを溶融させて濡れ広がらせる部分である溶融蒸発面にＡｌの蒸着被膜を形成し、蒸着用ボートを加熱した際、蒸着用ボートの溶融蒸発面に形成したＡｌの蒸着被膜を溶融させて溶融蒸発面に濡れ広がらせることで、溶融させた蒸着材料のＡｌを溶融蒸発面に濡れ広がらせるようにしてなることを特徴とする蒸着用ボート。