JP7243291B2 - 粒子被覆方法および粒子被覆装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子被覆方法および粒子被覆装置に関するものである。

インダクター等に用いられる磁性粉末では、粒子表面に絶縁処理を施し、粒子間に流れる渦電流を抑制する必要がある。このため、各種成膜法を用いて、磁性粉末の粒子表面に絶縁被膜を形成する方法が検討されている。

例えば、特許文献１には、プラズマ助長原子層堆積（ＰＥ－ＡＬＤ）という現象を利用して粒子を酸化物で被覆する方法が開示されている。具体的には、粒子をチャンバー内に入れ、チャンバーを回転させることにより、チャンバー内に設けられた羽根によって粒子を撹拌する。そして、その状態でチャンバー内を減圧し、プラズマ助長原子層堆積による被膜（ＡＬＤ被膜）を形成すると、粒子同士の凝集を最小限に抑えつつＡＬＤ被膜を成膜することができる。これにより、薄くて均一な被膜を形成することができる。

特開２０１７－７５３９１号公報

一方、特許文献１に記載されている方法では、撹拌時および成膜の際のガス導入時に、チャンバー内において粉末が舞い上がることがある。このような粉末の舞い上がりが生じると、チャンバー内を真空引きする際に、舞い上がった粉末が真空ポンプに巻き込まれてしまうおそれがある。真空ポンプへの巻き込みが発生すると、真空ポンプの故障や粉末の逸失といった課題を招く。

本発明の適用例に係る粒子被覆方法は、容器内に磁性粒子を入れる工程と、前記容器内に発生させた磁界による磁力で前記磁性粒子を固定する工程と、原子層堆積法により、前記磁性粒子の表面に被膜を形成する工程と、を有し、前記磁性粒子の表面に前記被膜を形成する前に、前記磁力で前記磁性粒子を固定した状態で、前記磁性粒子に前処理を施す工程を有することを特徴とする。

第１実施形態に係る粒子被覆装置を示す断面図である。 図１に示す粒子被覆装置の一部を切り出して分解した分解斜視図である。 磁性粒子と、図１に示す粒子被覆装置によって磁性粒子の表面に形成された被膜と、を備える被膜付き磁性粒子を示す、図１のＡ部拡大図である。 実施形態に係る粒子被覆方法を示す工程図である。 第２実施形態に係る粒子被覆装置の一部を切り出して分解した分解斜視図である。 第３実施形態に係る粒子被覆装置の一部を切り出して分解した分解斜視図である。 図６に示す粒子被覆装置の変形例である。 第４実施形態に係る粒子被覆装置を示す断面図である。 第５実施形態に係る粒子被覆装置を示す断面図である。

以下、本発明の粒子被覆方法および粒子被覆装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
［粒子被覆装置］
まず、第１実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。

図１は、第１実施形態に係る粒子被覆装置１を示す断面図である。図２は、図１に示す粒子被覆装置１の一部を切り出して分解した分解斜視図である。図３は、磁性粒子９１と、図１に示す粒子被覆装置１によって磁性粒子９１の表面に形成された被膜９２と、を備える被膜付き磁性粒子９３を示す、図１のＡ部拡大図である。なお、図１および図２ならびに後述する図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定している。そして、＋Ｚ側を上方、－Ｚ側を下方として説明する。

図１に示す粒子被覆装置１は、図３に示す磁性粒子９１を収容するチャンバー２２（容器）を備え、原子層堆積法（ALD : Atomic Layer Deposition）により、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する成膜装置２と、チャンバー２２内に磁界を発生させ、この磁界による磁力で磁性粒子９１を固定する磁力発生部３と、を有している。また、成膜装置２は、前述したチャンバー２２の他、チャンバー２２内を排気する排気部２４と、チャンバー２２内にガスを導入するガス導入部２６と、加熱部２８と、を備えている。

かかる粒子被覆装置１は、磁力発生部３により発生させた磁界による磁力で磁性粒子９１を固定した状態で、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する。これにより、磁性粒子９１を磁力で保持することができるので、原子層堆積法により被膜９２を成膜する際に、排気部２４によりチャンバー２２内を排気したとしても、磁性粒子９１が舞い上がることが抑制される。このため、磁性粒子９１が排気部２４に巻き込まれるのを抑制し、排気部２４の故障や磁性粒子９１の逸失を抑制することができる。

以下、粒子被覆装置１の各部について詳述する。
前述したように、図１に示す成膜装置２は、チャンバー２２と、排気部２４と、ガス導入部２６と、加熱部２８と、を備えている。このような成膜装置２では、チャンバー２２内に磁性粒子９１を収容し、排気部２４によってチャンバー２２内を排気した後、ガス導入部２６によりガスを導入する。そして、加熱部２８によって磁性粒子９１を加熱する。この加熱により、チャンバー２２内に導入された原料ガスが熱分解され、磁性粒子９１の表面に分解物が吸着し、最終的に被膜９２が形成される。

チャンバー２２は、図１および図２に示すように、Ｙ軸方向に平行な軸を有する円筒形状をなしている。そして、チャンバー２２の－Ｙ側の端部は開口し、＋Ｙ側の端部は閉塞している。

チャンバー２２の構成材料としては、石英ガラスのようなガラス材料、アルミナのようなセラミックス材料、アルミニウム、チタン、パーマロイのような非磁性金属材料等が挙げられる。

また、チャンバー２２の－Ｙ側の端部には、フランジ２３が気密接続されている。さらに、このフランジ２３を介してチャンバー２２と後述するガス導入部２６とが気密接続されている。

排気部２４は、チャンバー２２の＋Ｙ側の端部近傍に設けられ、＋Ｘ側に排気するように設けられた排気口２４２と、排気ポンプ２４４と、排気口２４２と排気ポンプ２４４とを接続する配管２４６と、を備えている。排気部２４によってチャンバー２２内を排気することにより、チャンバー２２内を減圧させ、いわゆる真空状態にすることができる。

なお、必要に応じて、排気口２４２にはバルブを設けるようにしてもよい。バルブを閉じることにより、チャンバー２２内を気密封止することができる。

ガス導入部２６は、フランジ２３に気密接続されている支持部材２６２と、支持部材２６２の内部に設けられたノズル２６３、２６４と、原料ガスを貯留する原料ガス貯留部２６５と、酸化剤を貯留する酸化剤貯留部２６６と、原料ガス貯留部２６５とノズル２６３とを接続する配管２６７と、酸化剤貯留部２６６とノズル２６４とを接続する配管２６８と、を備えている。ガス導入部２６により、被膜９２の形成に必要な原料ガス、酸化剤等がチャンバー２２内に供給される。

支持部材２６２は、フランジ２３に接続されている。これにより、チャンバー２２、フランジ２３および支持部材２６２で閉空間が形成され、被膜９２の形成時には、この閉空間が減圧状態になる。

ノズル２６３は、支持部材２６２の内部に設けられ、配管２６７を介して送られてくる原料ガスをチャンバー２２内に噴霧する。また、ノズル２６４も、支持部材２６２の内部に設けられ、配管２６８を介して送られてくる酸化剤をチャンバー２２内に噴霧する。これにより、チャンバー２２内に原料ガスおよび酸化剤をそれぞれ均一に供給することができ、チャンバー２２内に収容される磁性粒子９１の表面に所定の膜厚の被膜９２を形成することが可能になる。

なお、配管２６７、２６８の途中には、それぞれ原料ガスや酸化剤の流量を調整するバルブが設けられ、チャンバー２２内における原料ガスおよび酸化剤の各分圧を制御することができる。

また、原料ガスおよび酸化剤は、必要に応じて、窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガスを主成分とするキャリアガスとともに供給される。

加熱部２８は、チャンバー２２の外部に設けられている。本実施形態では、図１に示すように、チャンバー２２の外面のうち、上面および下面に分割して設けられている。一方、後述するように、チャンバー２２の上面および下面には、磁力発生部３も設けられる。したがって、加熱部２８は、磁力発生部３で発生させた磁界による磁力で保持された磁性粒子９１を、チャンバー２２の外部から加熱して昇温させる。

加熱部２８としては、チャンバー２２の内部に収容された磁性粒子９１を加熱可能な部材であれば、加熱原理や配置は特に限定されるものではないが、例えば、ヒーター配線を内蔵したヒーターブロック、フィルムヒーター、シートヒーター、シーズヒーター、赤外線を放射する赤外線放射ヒーター等が用いられる。

また、図１に示す成膜装置２は、チャンバー２２、加熱部２８および後述する磁力発生部３を覆うカバー５を備えている。

以上のような成膜装置２では、前述したように、原子層堆積法により被膜９２を形成する。原子層堆積法は、例えば原料ガスと酸化剤という２種類またはそれ以上の種類のガスを交互に導入、排気を繰り返すことにより、被成膜面に吸着した原料分子を反応させて膜化する方法である。この方法では、形成する被膜９２の膜厚を高精度に制御することができる。このため、特に薄い被膜９２を形成することができる。したがって、例えば磁性粒子９１が軟磁性を有している場合、その表面を被覆する被膜９２の膜厚を薄くすることができれば、磁性粒子９１同士の絶縁性を良好に維持しながら単位体積当たりの磁性粒子９１の密度が高い圧粉磁心を製造することができる。これにより、特に磁束密度や透磁率等の磁気特性が高い圧粉磁心等を製造可能な被膜付き磁性粒子９３を実現することができる。

また、細かな隙間にも原料ガスや酸化剤が回り込んで成膜されるため、成膜されない部分、すなわちピンホールが発生しにくく、均一な膜厚の被膜９２を形成することができる。このため、均一で薄い膜厚の被膜９２で磁性粒子９１の表面が被覆されてなる被膜付き磁性粒子９３を得ることができる。

磁力発生部３は、一対の電磁石３２１、３２２と、これらの電磁石３２１、３２２と電気的に接続されている制御部３４と、を備えている。

電磁石３２１は、チャンバー２２の上面に設けられている。一方、電磁石３２２は、チャンバー２２の下面に設けられている。一対の電磁石３２１、３２２は、チャンバー２２側の極性が互いに異なるように、電流方向が設定されている。例えば電磁石３２１のチャンバー２２側の極性がＮ極である場合、電磁石３２２のチャンバー２２側の極性がＳ極となる。このため、チャンバー２２内には、電磁石３２１と電磁石３２２とを結ぶ磁力線に基づく磁界が発生する。そして、この磁界中に磁性粒子９１が入ると、磁性粒子９１に磁力が発生する。

制御部３４は、一対の電磁石３２１、３２２に流れる電流の向きと大きさを制御する。これにより、チャンバー２２内の磁性粒子９１に発生する磁力の向きと強さを制御する。

以上のような磁力発生部３により、チャンバー２２内に磁界を発生させると、磁力線に沿ってチャンバー２２内に収容されている磁性粒子９１同士が連なる。これにより、多数の磁性粒子９１を固定し、保持することができる。その結果、原子層堆積法により被膜９２を成膜する際に、チャンバー２２内を排気したとしても、磁性粒子９１が舞い上がることが抑制される。このため、磁性粒子９１が排気部２４に巻き込まれるのを抑制し、排気部２４の故障や磁性粒子９１の逸失を抑制することができる。

また、図３に示すように針状の磁性粒子９１の集合体が多数形成された際、このような集合体は、チャンバー２２内に並列するように形成されるため、集合体同士の間には隙間が生じる。このため、各磁性粒子９１の表面の多くが露出することになり、原子層堆積法により原料が磁性粒子９１の表面に堆積して被膜９２を形成する際、磁性粒子９１同士が接している一部を除いて、多くの表面に被膜９２を形成することができる。したがって、磁性粒子９１同士の連なり方を変えるなどして、複数回に分けて被膜９２を形成することにより、磁性粒子９１の表面のほぼ全面を被覆する被膜９２を形成することが可能になる。

図２に示す電磁石３２１、３２２の配置や形状は、特に限定されないが、例えばチャンバー２２の上面または下面に密着するような形状または介在物を介して接触するような形状に成形されている。これにより、チャンバー２２内の磁性粒子９１に対してより強い磁力を作用させ、図３に示すように磁性粒子９１をより長く連ねさせることができる。その結果、一度により多くの磁性粒子９１に対して均一な膜厚の被膜９２を形成することが可能になる。

なお、電磁石３２１、３２２の少なくとも一方は、永久磁石に代替されてもよく、双方を電磁石と永久磁石の併用するようにしてもよい。なお、永久磁石を用いる場合には、例えば永久磁石とチャンバー２２との距離を接近、離間させる機構を設けるようにしてもよい。これにより、チャンバー２２内に発生させる磁界の強さを調整することができる。

また、図２に示す磁力発生部３である電磁石３２１、３２２は、容器であるチャンバー２２の外部に設けられている。このため、電磁石３２１、３２２に磁性粒子９１が直接付着することがなく、被膜９２を形成した後の被膜付き磁性粒子９３を磁界から容易に引き剥がすことができる。

本実施形態では、磁力発生部３として電磁石３２１、３２２を用いている。これにより、目的とするタイミングで磁力を発生させることができるので、例えば磁性粒子９１を移送する際には磁力を発生させない一方、排気部２４によりチャンバー２２内を排気する際には磁力を発生させることができる。その結果、磁性粒子９１の舞い上がりの抑制と、磁性粒子９１の容易な移送と、を両立させることができる。

以上のように、実施形態に係る粒子被覆装置１は、原子層堆積法により、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する成膜装置２と、チャンバー２２内に磁界を発生させ、磁界による磁力で磁性粒子９１を固定する磁力発生部３と、を有する。また、成膜装置２は、磁性粒子９１を収容する容器であるチャンバー２２と、チャンバー２２内を排気して減圧する排気部２４と、チャンバー２２内に原料ガス等を導入するガス導入部２６と、を備えている。

かかる粒子被覆装置１は、磁力発生部３により発生させた磁界による磁力で磁性粒子９１を固定した状態で、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する。これにより、磁性粒子９１を磁力で保持することができるので、原子層堆積法により被膜９２を成膜する際に、排気部２４によりチャンバー２２内を排気したとしても、磁性粒子９１が舞い上がることが抑制される。このため、磁性粒子９１が排気部２４に巻き込まれるのを抑制し、排気部２４の故障や磁性粒子９１の逸失を抑制することができる。また、前述したようにして、磁性粒子９１の表面に設けられる被膜９２の被覆率を高めることができる。

以下、粒子被覆装置１の各部について詳述する。
前述したように、図１に示す成膜装置２は、チャンバー２２と、排気部２４と、ガス導入部２６と、加熱部２８と、を備えている。このような成膜装置２では、チャンバー２２内に磁性粒子９１を収容し、排気部２４によってチャンバー２２内を排気した後、ガス導入部２６によりガスを導入する。そして、加熱部２８によって磁性粒子９１を加熱することにより、磁性粒子９１の表面に被膜９２が形成される。

次に、磁性粒子９１について説明する。
磁性粒子９１としては、硬磁性を有する粒子であってもよいが、好ましくは軟磁性を有する粒子が用いられる。軟磁性を有する粒子は、磁界の有無で粒子の磁化が制御可能であるため、電磁石３２１、３２２による磁界発生の有無によって、固定と固定解除とを切り替えることができる。このため、磁性粒子９１や被膜付き磁性粒子９３の搬送等を容易に行うことができる。

磁性粒子９１の構成材料としては、例えば、純鉄、ケイ素鋼のようなＦｅ－Ｓｉ系合金、パーマロイのようなＦｅ－Ｎｉ系合金、パーメンジュールのようなＦｅ－Ｃｏ系合金、センダストのようなＦｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｓｉ系合金等の各種Ｆｅ系合金の他、各種Ｎｉ系合金、各種Ｃｏ系合金、各種アモルファス合金等が挙げられる。このうち、アモルファス合金としては、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｐ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ系、Ｆｅ－Ｚｒ－Ｂ系のようなＦｅ系合金、Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｎｉ－Ｐ－Ｂ系のようなＮｉ系合金、Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系のようなＣｏ系合金等が挙げられる。

磁性粒子９１の平均粒径は、特に限定されないが、５０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以上２０μｍ以下であるのがさらに好ましい。このような比較的微小な磁性粒子９１は、例えば磁性粒子９１が軟磁性である場合、渦電流損失を少なく抑えられることから、圧粉磁心用の磁性粒子として有用である。

［粒子被覆方法］
次に、実施形態に係る粒子被覆方法として、図１に示す粒子被覆装置１を用いて磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する方法について説明する。
図４は、実施形態に係る粒子被覆方法を示す工程図である。

（Ｓ０１）磁性粒子の投入
まず、チャンバー２２内に磁性粒子９１を投入する。磁性粒子９１を投入する際には、例えば図１に示す粒子被覆装置１のフランジ２３とガス導入部２６の支持部材２６２との間を開放して行うようにすればよい。なお、投入経路は特に限定されない。また、投入の際には、移動可能な磁力発生器を用い、磁性粒子９１の固定および固定解除を行いながら磁性粒子９１を搬送するようにしてもよい。

（Ｓ０２）磁性粒子の固定
次に、チャンバー２２内を気密封止し、電磁石３２１、３２２に通電する。これにより、電磁石３２１、３２２間に磁界が発生し、磁性粒子９１に磁力が作用するため、それに伴って磁性粒子９１がチャンバー２２の内面に固定される。このとき、磁性粒子９１は、前述したように、複数が連なるように分布するため、各磁性粒子９１の周囲は、比較的隙間が多い状態になる。

（Ｓ０３）チャンバー内の減圧
次に、排気ポンプ２４４により、チャンバー２２内を排気する。これにより、チャンバー２２内が減圧され、真空状態となる。この際、特に排気ポンプ２４４の稼働時には、チャンバー２２内の空気が急激に撹拌されるため、磁性粒子９１の舞い上がりが懸念される。しかしながら、本実施形態では、磁性粒子９１を磁力で固定しているため、この舞い上がりを抑制することができる。このため、磁性粒子９１の舞い上がりに伴う、排気ポンプ２４４の故障や磁性粒子９１の逸失等を抑制することができる。

（Ｓ０４）前処理
次に、チャンバー２２内に投入した磁性粒子９１に前処理を施す。前処理としては、例えばオゾン処理、ラジカル処理、紫外線処理、プラズマ処理、コロナ処理、加熱処理、乾燥処理、溶剤処理等が挙げられる。

このうち、前処理は、磁性粒子９１の表面を酸化させる処理、または、磁性粒子９１を乾燥させる処理を含むのが好ましい。磁性粒子９１の表面を酸化させる処理では、磁性粒子９１の表面の酸化膜を増強することができる。これにより、後述する被膜９２の形成において、原料ガスの吸着が促進されるため、被膜９２をより均一に形成することができる。

磁性粒子９１の表面を酸化させる処理としては、例えば、オゾン処理、ラジカル処理等が挙げられる。オゾン処理では、チャンバー２２内にオゾンガスを導入する。オゾンガスに接触した磁性粒子９１では、表面の酸化膜が増強される。また、ラジカル処理では、例えばチャンバー２２内に過酸化水素を導入することにより、ヒドロキシラジカルを発生させ、磁性粒子９１の表面の酸化膜が増強される。

磁性粒子９１を乾燥させる処理では、磁性粒子９１の表面に吸着している水分を除去する。このような水分は、後述する被膜９２の形成を阻害する原因となる。このため、前処理において水分を除去することにより、被膜９２の密着性を高めることができる。磁性粒子９１を乾燥させる処理としては、例えば磁性粒子９１を加熱する加熱処理、脱水したガスに曝す乾燥処理、アルコール等の水溶性の溶剤に曝す溶剤処理等が挙げられる。

さらに、以上のような前処理は、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する前に施す処理であって、磁力発生部３から発生した磁界による磁力で磁性粒子９１を固定した状態で行うのが好ましい。磁力で固定した磁性粒子９１は、複数が連なるように分布し、いわゆる針状に整列する。このため、各磁性粒子９１の周囲には隙間が多く存在することになり、その隙間を介して前処理を均一かつ効率よく行うことができる。

なお、その際、電磁石３２１、３２２に流す電流の向きを交互に切り替えながら行うようにしてもよい。つまり、電磁石３２１と電磁石３２２とで、チャンバー２２側の面の極性を互いに入れ替えるようにしてもよい。これにより、磁力線の向きが変化するため、磁化した各磁性粒子９１の姿勢を変化させることができる。そして、その状態で再び前処理が施されることにより、各磁性粒子９１の表面全体に対して前処理をムラなく施すことができるので、後述する被膜９２の密着性をさらに高めることができる。

また、電磁石３２１、３２２に流す電流については、向きを切り替えるのではなく、通電の有無を切り替えるようにしてもよい。この場合でも、磁性粒子９１の姿勢を変化させることができるので、上記と同様の効果が見込める。
なお、前処理は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。

（Ｓ０５）被膜の形成
次に、排気部２４の図示しないバルブを閉じ、チャンバー２２内を封じ切った状態で、チャンバー２２内に原料ガス、すなわちプリカーサーを導入する。原料ガスは、磁性粒子９１の表面に吸着する。このとき、原料ガスは、磁性粒子９１の表面に吸着すると、それ以上、多層には吸着しにくい。このため、最終的に得られる被膜９２の膜厚を高精度に制御することが可能である。また、原料ガスは、陰や隙間になる部分にも回り込んで吸着するため、最終的に被膜９２を高アスペクト比でも均一に形成することができる。

チャンバー２２内の温度は、原料ガスや酸化剤の組成等に応じて適宜設定されるが、一例として、５０℃以上５００℃以下であるのが好ましく、１００℃以上４００℃以下であるのがより好ましい。
また、チャンバー２２内の圧力は、例えば１００Ｐａ以下に設定される。

原料ガスとしては、例えば、被膜９２の前駆体を含むガスが挙げられる。具体的には、例えばケイ素系の被膜９２を形成する場合には、原料ガスとして、ジメチルアミン、メチルエチルアミン、ジエチルアミンのような第二級アミン、トリスジメチルアミノシラン、トリスジメチルアミノシラン、ビスジエチルアミノシラン、ビスターシャリブチルアミノシランのような、第二級アミンとトリハロシランとの反応物等が挙げられる。

次に、排気部２４のバルブを開いて原料ガスを排出した後、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガスを導入する。これにより、原料ガスを置換する。

次に、排気部２４のバルブを閉じた後、チャンバー２２内に酸化剤を導入する。酸化剤としては、例えば、オゾン、プラズマ酸素、水蒸気等が挙げられる。

酸化剤は、磁性粒子９１の表面に吸着している原料ガスと反応し、被膜９２が形成される。酸化剤も、原料ガスと同様、陰や隙間になる部分にも回り込むため、被膜９２の膜厚を高精度にかつ均一に制御することができる。

次に、排気部２４のバルブを開いて酸化剤を排出した後、必要に応じて不活性ガスを導入し、酸化剤を置換する。
以上のようにして被膜付き磁性粒子９３が得られる。

なお、形成される被膜９２の例としては、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化チタンのような酸化物、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タンタルのような窒化物等が挙げられる。また、被膜９２の構成材料は絶縁体に限定されず、被膜付き磁性粒子９３の用途によっては導電体であってもよい。

被膜９２の膜厚は、特に限定されないが、一例として、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましく、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのがより好ましい。このような膜厚であれば、比較的短時間で均一に形成することができる。

（Ｓ０６）後処理
次に、チャンバー２２内の被膜付き磁性粒子９３に対して後処理を施す。後処理としては、例えば除電処理、ラジカル処理等が挙げられる。

このうち、除電処理は、被膜付き磁性粒子９３の帯電による電荷量を減少させる処理である。このような除電処理を施すことにより、被膜付き磁性粒子９３の帯電に伴う凝集、付着を抑制することができる。このため、後述するようにして被膜付き磁性粒子９３に対して再度被膜９２を形成する場合、意図しない凝集による成膜不良の発生を抑制することができる。除電処理には、例えばイオナイザーが用いられる。

なお、イオナイザーとしては、例えば、真空紫外線を利用し、真空中の残留原子または残留分子をイオン化させて除電するＶＵＶイオナイザーや、Ｘ線の電離作用を利用し、真空中の残留原子または残留分子をイオン化させて除電する軟Ｘ線除電装置等が挙げられる。

また、以上のような後処理は、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成した後に施す処理であって、磁力発生部３から発生した磁界による磁力で被膜付き磁性粒子９３を固定した状態で行うのが好ましい。これにより、各被膜付き磁性粒子９３の周囲には隙間が多く存在することになり、その隙間を介して後処理を均一かつ効率よく行うことができる。

なお、その際、電磁石３２１、３２２に流す電流の向きを交互に切り替えながら行うようにしてもよい。つまり、電磁石３２１と電磁石３２２とで、チャンバー２２側の面の極性を互いに入れ替えるようにしてもよい。これにより、磁力線の向きが変化するため、磁化した各磁性粒子９１の姿勢を変化させることができる。その状態で再び後処理が施されることにより、各磁性粒子９１の表面全体に対して後処理をムラなく施すことができる。

また、電磁石３２１、３２２に流す電流については、向きを切り替えるのではなく、通電の有無を切り替えるようにしてもよい。この場合でも、磁性粒子９１の姿勢を変化させることができるので、上記と同様の効果が見込める。
なお、後処理は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。

（Ｓ０７）固定の解除
次に、電磁石３２１、３２２への通電を停止して、チャンバー２２内における磁界の形成を停止する。これにより、磁力が消失するので、被膜付き磁性粒子９３の固定が解除される。その結果、被膜付き磁性粒子９３を自由に搬送等することが可能になる。

（Ｓ０８）被膜付き磁性粒子の回収
その後、被膜９２の膜厚が十分であれば、被膜付き磁性粒子９３をチャンバー２２から取り出して回収する。

（Ｓ０９）磁性粒子の再固定
一方、被膜９２の膜厚が不十分であれば、被膜付き磁性粒子９３に対して再度被膜９２を形成する。

そのために、まず、電磁石３２１、３２２に通電して、チャンバー２２内に磁界を発生させる。これにより、被膜付き磁性粒子９３がチャンバー２２の内面に固定され、保持される。その結果、被膜付き磁性粒子９３は、この再固定よりも前に固定したときと比べて、異なる姿勢で固定される確率が非常に高くなる。このため、前回の被膜９２の形成において、例えば磁性粒子９１同士が接していて被膜９２が形成されなかった部分についても、露出させた状態で再固定することができる。そして、その後、前述した工程Ｓ０５に戻り、再び被膜９２の形成に供する。これにより、被膜９２の膜厚を増やすことができ、かつ、前回形成されなかった部分についても被膜９２を形成することができる。その結果、より均一に被膜９２を形成することができる。そして、工程Ｓ０５、工程Ｓ０６、工程Ｓ０７および工程Ｓ０９を複数回繰り返すことにより、目的とする膜厚を満たす被膜９２を形成することができる。

以上のように、本実施形態に係る粒子被覆方法は、容器であるチャンバー２２内に磁性粒子９１を入れ、チャンバー２２内に発生させた磁界による磁力で磁性粒子９１を固定する工程Ｓ０２と、原子層堆積法により、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成する工程Ｓ０５と、を有する方法である。このような方法によれば、磁性粒子９１を磁力で保持することができるので、原子層堆積法により被膜９２を成膜する際に、排気部２４によりチャンバー２２内を排気したとしても、磁性粒子９１が舞い上がることが抑制される。このため、磁性粒子９１が排気部２４に巻き込まれるのを抑制し、排気部２４の故障や磁性粒子９１の逸失を抑制することができる。また、前述したようにして、磁性粒子９１の表面に設けられる被膜９２の被覆率を高めることができる。

また、本実施形態では、工程Ｓ０２において磁力で磁性粒子９１を固定した後、工程Ｓ０５で被膜９２を形成し、その後、工程Ｓ０７で固定を解除した後、工程Ｓ０９で再び磁性粒子９１を固定し、工程Ｓ０５で被膜９２を再形成している。このため、磁性粒子９１を再固定した際、磁化した各磁性粒子９１の姿勢を変化させることができる。このため、１回目の被膜９２の形成時と、２回目の被膜９２の形成時とで、磁性粒子９１の姿勢が異なる確率が高くなる。これにより、１回目には被膜９２を形成することができなかった部分に対し、２回目には被膜９２を形成することができる。その結果、より高い確率で磁性粒子９１の表面を被膜９２で被覆することができる。

さらに、その際、電磁石３２１、３２２に流す電流の向きを切り替えるようにしてもよい。例えば、電磁石３２１から電磁石３２２に向かうように磁界を発生させた状態、つまり、第１の向きの磁力で磁性粒子９１を固定した状態で、１回目の被膜９２の形成を行い、その後、電流の向きを切り替えて、電磁石３２２から電磁石３２１に向かうように磁界を発生させた状態、つまり第１の向きとは異なる第２の向きの磁力で被膜付き磁性粒子９３を固定した状態で、２回目の被膜９２の形成を行うようにしてもよい。

すなわち、本実施形態に係る粒子被覆方法は、第１の向きの磁力で磁性粒子９１を固定する工程Ｓ０２と、原子層堆積法により、磁性粒子９１の表面に被膜９２を形成し、被膜付き磁性粒子９３を得る工程Ｓ０５と、第１の向きとは異なる第２の向きの磁力で被膜付き磁性粒子９３を固定する工程Ｓ０９と、被膜付き磁性粒子９３の表面に被膜９２を形成する工程Ｓ０５と、を有する。

これにより、１回目と２回目とで磁力線の向きが変化するため、磁化した各磁性粒子９１の姿勢をより確実に変化させることができる。その結果、さらに高い確率で磁性粒子９１の表面を被膜９２で被覆することができる。

また、原料ガスの導入や排出、酸化剤の導入や排出、不活性ガスの導入や排出等の各処理においても、電磁石３２１、３２２に流す電流の向きを交互に切り替えながら行うようにしてもよい。つまり、電磁石３２１と電磁石３２２とで、チャンバー２２側の面の極性を互いに入れ替えるようにしてもよい。これにより、磁力線の向きが変化するため、磁化した各磁性粒子９１の姿勢を変化させることができる。その状態で再び各処理が施されることにより、各磁性粒子９１の表面全体に対して各処理をムラなく施すことができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。

図５は、第２実施形態に係る粒子被覆装置１の一部を切り出して分解した分解斜視図である。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

第２実施形態は、電磁石３２１、３２２の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。

具体的には、第１実施形態に係る電磁石３２１、３２２が、チャンバー２２の上面および下面に設けられているのに対し、本実施形態に係る電磁石３２１、３２２は、チャンバー２２の側面に設けられている。すなわち、本実施形態に係る電磁石３２１、３２２の配置は、第１実施形態に係る電磁石３２１、３２２の配置を、Ｙ軸を回転軸として９０°回転させたものである。
このような配置にした場合でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。

図６は、第３実施形態に係る粒子被覆装置１の一部を切り出して分解した分解斜視図である。

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

第３実施形態は、電磁石の配置および形状が異なる以外、第１実施形態と同様である。

具体的には、第１、第２実施形態に係る電磁石３２１、３２２が、チャンバー２２の外面に設けられているのに対し、本実施形態に係る電磁石３２３は、チャンバー２２の内部に挿入されている。

電磁石３２３は、円筒状をなしており、チャンバー２２の内面から離間するとともに、例えばチャンバー２２の中心軸と重なるように挿入されている。これにより、電磁石３２３の側面とチャンバー２２の内面との間には、空間が形成される。

電磁石３２３に通電すると、磁性粒子９１は、電磁石３２３を取り囲むように固定され、保持される。これにより、第１、第２実施形態と同様、磁性粒子９１が舞い上がるのを抑制し、排気部２４の故障や磁性粒子９１の逸失を抑制することができる。

なお、本実施形態では、電磁石３２３の通電の有無を繰り返し切り替えることにより、各磁性粒子９１の姿勢を変えながら保持することができる。このため、各磁性粒子９１の姿勢を変えながら被膜９２を形成することにより、本実施形態においても、磁性粒子９１に対してより均一に被膜９２を形成することができる。

また、図６に示す磁力発生部３である電磁石３２３は、前述したように、容器であるチャンバー２２の内部に設けられている。このため、電磁石３２３においてより強い磁力を発生させることができ、磁性粒子９１をより強力に固定することができる。このため、磁性粒子９１の量が多い場合でも、磁性粒子９１の舞い上がりを抑制することができる。

図７は、図６に示す粒子被覆装置１の変形例である。
図７に示す電磁石３２３は、図６に示す電磁石３２３と同様、円筒状をなしている。さらに、図７に示す電磁石３２３の内部３２５は、原料ガスおよび酸化剤を導通する流路になっている。そして、電磁石３２３の内部３２５と外部とが貫通孔３２４を介して連通している。これにより、原料ガスおよび酸化剤は、それぞれ電磁石３２３の内部３２５を介して、複数の貫通孔３２４からチャンバー２２内に供給される。このような供給経路を形成することにより、電磁石３２３に固定されている磁性粒子９１に対して、より直接的に原料ガスや酸化剤を供給することができる。

すなわち、電磁石３２３に磁性粒子９１が固定されているとき、固定条件によっては磁性粒子９１同士が密着し、磁性粒子９１同士の間の隙間が生じにくくなる場合がある。このような場合には、原料ガスや酸化剤が隙間に磁性粒子９１同士の間に入りにくくなり、被膜９２の均一な形成が阻害されるおそれがある。これに対し、電磁石３２３の内部３２５を介して貫通孔３２４から原料ガス等を供給することにより、磁性粒子９１と原料ガス等との接触機会を増やすことができる。その結果、被膜９２をより均一に形成することが可能になる。

以上のような第３実施形態およびその変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。

図８は、第４実施形態に係る粒子被覆装置１を示す断面図である。なお、図８では、一部の構成の図示を省略している。

以下、第４実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８に示す粒子被覆装置１は、チャンバー２２に接続された前室６を備えている以外、第１実施形態と同様である。すなわち、図８に示す粒子被覆装置１は、第１実施形態に加え、前室６と、前室６とチャンバー２２との間を開閉するバルブ６１と、前室６の外面に設けられた前室加熱部６２と、前室６の外面に設けられた前室電磁石６３と、を備えている。また、必要に応じて、前室６には、任意のガスを導入する前室ガス導入部や、前室６の内部を排気する前室排気部が接続されていてもよい。

このような前室６を設けることにより、前述した前処理を前室６において行うことができる。このため、前室６における前処理と、チャンバー２２における被膜９２の形成とを、同時に並行して行うことができる。そして、チャンバー２２において製造された被膜付き磁性粒子９３を回収した後、続いて、前室６で前処理を施した磁性粒子９１をチャンバー２２に移送することにより、チャンバー２２における前処理を省略することができる。これにより、被膜付き磁性粒子９３の製造にかかる時間の短縮を図ることができ、製造効率を高めることができる。

前室６は、チャンバー２２に接続された容器であり、例えばチャンバー２２と同じ材料で構成される。なお、異なる材料で構成されてもよい。

そして、前室６にも前室電磁石６３を設けることにより、前室６の内面に磁性粒子９１が固定され、保持されるが、その際、各磁性粒子９１の表面の多くが露出した状態で保持される。このため、各磁性粒子９１に対して均一な前処理を施すことができる。

なお、前室電磁石６３および前室加熱部６２は、前述した電磁石３２１、３２２および加熱部２８と同様に構成される。
以上のような第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。

図９は、第５実施形態に係る粒子被覆装置１を示す断面図である。なお、図９では、一部の構成の図示を省略している。

以下、第５実施形態について説明するが、以下の説明では、第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図９に示す粒子被覆装置１は、チャンバー２２に接続された回収部７を備えている以外、第１実施形態と同様である。すなわち、図９に示す粒子被覆装置１は、第４実施形態に加え、回収部７と、回収部７とチャンバー２２との間を開閉するバルブ７１と、を備えている。

回収部７は、チャンバー２２に接続された容器であり、例えば必要に応じてチャンバー２２から切り離して搬送可能になっている。これにより、チャンバー２２において製造された被膜付き磁性粒子９３を簡単に回収部７に移送するとともに、そのまま被膜付き磁性粒子９３を収容した回収部７を搬送することができる。

なお、チャンバー２２から回収部７への被膜付き磁性粒子９３の移送方法としては、例えば、電磁石３２１から発生させた磁界による磁力で被膜付き磁性粒子９３を固定した状態で、電磁石３２１を移動することによって回収部７の直上まで被膜付き磁性粒子９３を移送し、そこで電磁石３２１の通電を切断することによって被膜付き磁性粒子９３を回収部７に落下させる方法等が挙げられる。つまり、この場合、磁力発生部３である電磁石３２１は、チャンバー２２に対して移動可能に設けられている。これにより、電磁石３２１を用いて被膜付き磁性粒子９３を移動することが可能になる。
以上のような第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の粒子被覆方法および粒子被覆装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、本発明の粒子被覆方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加された方法であってもよい。また、本発明の粒子被覆装置では、前記実施形態の各部の構成が、同様の機能を有する任意の構成に置換されていてもよい。さらに、本発明の粒子被覆装置では、前記実施形態に他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、チャンバーの軸線方向と鉛直方向との関係は、特に限定されず、チャンバーの軸線方向が鉛直方向と平行であっても、垂直であっても、それらの中間、すなわち斜め方向であってもよい。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
１．被膜付き磁性粒子の製造
（実施例）
まず、平均粒径３．５μｍのＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系磁性粒子を石英ガラス製のチャンバー内に投入した。そして、チャンバーの外面に装着した永久磁石の磁界による磁力で磁性粒子を固定、保持した。

次に、排気ポンプを作動させ、チャンバー内を排気し、減圧状態にした。なお、排気ポンプによる排気経路の途中には、あらかじめフィルターを取り付けておいた。そして、前処理としてオゾン処理を施した。また、併せて、チャンバーを加熱することにより、磁性粒子を乾燥させた。

次に、窒素ガスでチャンバー内を置換した後、排気部に設けたバルブを閉じ、原料ガス（プリカーサー）としてトリスジメチルアミノシランを導入した。このときのチャンバー内の温度は２００℃であった。

次に、排気部に設けたバルブを開け、原料ガスを排気した。
次に、窒素ガスでチャンバー内を置換した後、排気部に設けたバルブを閉じ、酸化剤としてオゾンを導入した。これにより、原料ガスと酸化剤とを反応させ、被膜付き磁性粒子を得た。

次に、排気部に設けたバルブを開け、オゾンを排気した。
次に、後処理としてオゾナイザーによる除電処理を施した。

次に、永久磁石を除去して被膜付き磁性粒子の保持を解除した後、再び永久磁石の磁力で被膜付き磁性粒子を固定、保持した。

そして、被膜の形成、後処理、固定の解除、および再固定という一連の工程を合計２５０回繰り返した。その結果、膜厚が１０ｎｍの被膜で被覆された被膜付き磁性粒子が得られた。

（比較例）
チャンバーの外面における永久磁石の装着を省略した以外は、実施例と同様にして被膜付き磁性粒子を得た。

２．排気ポンプへの巻き込みの有無の評価
次に、排気経路のフィルターを取り外し、電子顕微鏡によりフィルター表面を観察した。その結果、比較例による被膜付き磁性粒子の製造に際して使用したフィルターには、多数の磁性粒子が捕捉されていた。これに対し、実施例による被膜付き磁性粒子の製造に際して使用したフィルターには、それよりも磁性粒子の捕捉数が十分に少ないことが認められた。

以上の結果から、本発明によれば、磁性粒子が排気ポンプに巻き込まれるのを抑制し得ることが認められた。

３．被膜付き磁性粒子の評価
次に、得られた被膜付き磁性粒子のうち、永久磁石の磁界による磁力で集合していた被膜付き磁性粒子のうち、集合物の表層に位置していた被膜付き磁性粒子と、集合物の中心付近に位置していた被膜付き磁性粒子と、をそれぞれ取り出した。そして、被膜付き磁性粒子の表面について、Ｘ線光電子分光分析（ESCA : Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）により元素組成を評価した。また、併せて、被膜を形成する前の磁性粒子の表面についても、元素組成を評価した。評価結果を表１に示す。

表１は、磁性粒子および被膜付き磁性粒子の各表面について、Ｘ線光電子分光分析による元素組成の分析結果を示す表である。

表１に示すように、被膜を形成する前の磁性粒子の表面には、磁性粒子の構成材料であるＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金に由来するＦｅ、Ｃｒの存在が認められた。このため、磁性粒子の表面には、構成材料に含まれたＦｅ、Ｃｒが露出しており、被膜で完全に覆われているわけではないことが示唆される。

これに対し、被膜付き磁性粒子については、表面にＦｅ、Ｃｒがほとんど存在していなかった。また、永久磁石の磁界による磁力で形成された被膜付き磁性粒子の集合体のうち、集合体の内部に存在していた被膜付き磁性粒子であっても、集合体の表層に存在していた被膜付き磁性粒子であっても、表面にＦｅ、Ｃｒは検出されなかった。このため、得られた被膜付き磁性粒子については、集合体における位置によらず、表面が被膜でほぼ覆われていることが示唆される。

よって、本発明によれば、ｎｍオーダーの膜厚の薄い被膜で均一に被覆した被膜付き磁性粒子を製造可能であることが認められた。

１…粒子被覆装置、２…成膜装置、３…磁力発生部、５…カバー、６…前室、７…回収部、２２…チャンバー、２３…フランジ、２４…排気部、２６…ガス導入部、２８…加熱部、３４…制御部、６１…バルブ、６２…前室加熱部、６３…前室電磁石、７１…バルブ、９１…磁性粒子、９２…被膜、９３…被膜付き磁性粒子、２４２…排気口、２４４…排気ポンプ、２４６…配管、２６２…支持部材、２６３…ノズル、２６４…ノズル、２６５…原料ガス貯留部、２６６…酸化剤貯留部、２６７…配管、２６８…配管、３２１…電磁石、３２２…電磁石、３２３…電磁石、３２４…貫通孔、３２５…内部

Claims (8)

1. 容器内に磁性粒子を入れる工程と、
   前記容器内に発生させた磁界による磁力で前記磁性粒子を固定する工程と、
   原子層堆積法により、前記磁性粒子の表面に被膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記磁性粒子の表面に前記被膜を形成する前に、前記磁力で前記磁性粒子を固定した状態で、前記磁性粒子に前処理を施す工程を有する、
   ことを特徴とする粒子被覆方法。
2. 第１の向きの前記磁力で前記磁性粒子を固定する工程と、
   原子層堆積法により、前記磁性粒子の表面に被膜を形成し、被膜付き磁性粒子を得る工程と、
   前記第１の向きとは異なる第２の向きの前記磁力で前記被膜付き磁性粒子を固定する工 程と、
   前記被膜付き磁性粒子の表面に被膜を形成する工程と、
   を有する請求項１に記載の粒子被覆方法。
3. 前記前処理は、前記磁性粒子の表面を酸化させる処理または前記磁性粒子を乾燥させる処理を含む請求項１に記載の粒子被覆方法。
4. 前記磁性粒子の表面に前記被膜を形成した後に、前記磁力で前記被膜が形成された前記磁性粒子を固定した状態で、前記被膜が形成された前記磁性粒子に後処理を施す工程を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粒子被覆方法。
5. 前記後処理は、前記被膜が形成された前記磁性粒子の帯電による電荷量を減少させる処理を含む請求項４に記載の粒子被覆方法。
6. 磁性粒子を収容する容器と、前記容器内を排気して減圧する排気部と、前記容器内にガスを導入するガス導入部と、を備え、原子層堆積法により、前記磁性粒子の表面に被膜を形成する成膜装置と、
   前記容器内に磁界を発生させ、前記磁界による磁力で前記磁性粒子を固定する磁力発生部と、
   を有し、
   前記磁力発生部は、前記容器の外部に設けられている、
   ことを特徴とする粒子被覆装置。
7. 前記磁力発生部は、電磁石である請求項６に記載の粒子被覆装置。
8. 前記磁力発生部は、前記容器に対して移動可能に設けられている請求項６又は請求項７に記載の粒子被覆装置。

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