WO2004088683A1

WO2004088683A1 - 超小型製品用の微小、高性能希土類磁石とその製造方法

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Publication number: WO2004088683A1
Application number: PCT/JP2004/002738
Authority: WO
Inventors: Kenichi Machida; Shunji Suzuki; Eiji Sakaguchi; Naoyuki Ishigaki
Original assignee: Japan Science And Technology Agency; Neomax Co., Ltd.
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US7402226B2; US20060278517A1; JP2004304038A; JP3897724B2; CN1764990A; CN100394520C; TW200421358A; TWI239536B

Abstract

高性能な希土類磁石を得ることを目的とし、特に、小体積の希土類磁石、及びそれを用いた超小型モータの製作に有効な手段を提供すること。　磁石ブロック素材の機械加工により形成された希土類磁石であって、該磁石は、表面積／体積の比が２ｍｍ-1以上で、かつ体積が１００ｍｍ3以下であり、該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部に希土類金属を、磁石表面から拡散浸透させることによって前記加工による変質損傷部を改質して(ＢＨ)maxが２８０ｋＪ／ｍ3の以上の磁気特性を有する超小型製品用の微小、高性能希土類磁石。該減圧槽内で物理的手法によって蒸気又は微粒子化したＲ金属又はＲ金属を含む合金を、該磁石の表面に３次元的に飛来させて成膜し、かつ該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部にＲ金属を磁石表面から拡散浸透させる。

Description

明細書 . 超小型製品用の微小、高性能希土類磁石とその製造方法技術分野 .

本発明は、 N d— F e— B系又は P r— F e— B系などの希土類磁石、特に、超小型モータなどの超小型製品用の微小、高性能希土類磁石とその製造方法に関する。背景技術

N d - F e—B系の希土類焼結磁石は、永久磁石の中でも最も高性能磁石として知られており、ハードデスクドライブのボイスコイルモータ (V CM) や磁気断層撮影装置（MR I ) 用の磁気回路などに幅広く使用されている。また、この磁石は内部組織が N d 2 F e 14 B主相の周りを薄い N dリツチ副相が取り囲んミク口組織を持つことによって保磁力を発生させ、高い磁気エネルギー積を示すことが知られている。

一方、焼結磁石を実際のモータ等に使用する場合には、研削加工によって最終的な寸法と同心度（concentricity)などを得ることが実際行われているが、この際に微小な研削クラックや酸化などによって磁石表面層の N dリツチ相が損傷を受け、その結果として磁石表面部分の磁気特性が磁石内部の数分の 1にまで低下してしまう。

この現象は、特に、体積に対する表面積比率が大きな微小磁石において著しく、例えば、（BH)raaxが 360 k J /m³である一辺が 10 mmの角ブロック磁石を 1 X 1 X 2 mmに切断 ·研削した場合、（B H)maxは 240 k J /m³程度に低下し、 Nd— F e—B系希土類磁石本来の特性が得られない。

Nd-F e_B系焼結磁石のこのような欠点を改善するため、機械加工によつて生じた変質層を、機械的研磨や化学的研磨で除去する方法が提案されている（例えば、特許文献 1) 。また、研削加工した磁石表面に希土類金属を被着して拡散熱処理をする方法が提案されている（例えば、特許文献 2) 。また、 Nd— F e— B系磁石表面に SmC o膜を形成する方法が見られる（例えば、特許文献 3 ) 。

特許文献 1 特開平 9一 270310号公報

特許文献 2 特開昭 62— 74048号（特公平 6— 63086号）公報特許文献 3 特開 2001— 9371 5号公報発明の開示

上記の特許文献 1記載の方法は、変質層はおよそ 10 /im以上と推定されるため研磨に時間がかかること、高速研磨をすると変質層を新たに生じてしまうこと、さらに、化学研磨では酸液が焼結磁石の空孔に残存して腐食痕を発生しやすいこと、等の問題があった。

特許文献 2には、焼結磁石体の被研削加工面の加工変質層に希土類金属薄膜層を形成し、拡散反応により改質層を形成することが開示されているが、具体的には長さ 2 OmmX幅 5mmX厚み 0. 1 5 mmの薄い試験片にスパッタ膜を形成した実験結果が記載されているだけで、得られる（BH)maxは高々 200 k m³である。

さらに、特許文献 3記載の方法は、単に成膜したままでは N d 2 F e B相や N dリツチ相への金属的な反応がないために磁気特性の回復は困難であり、また、熱処理によって S mが磁石内部に拡散すると N d ₂ F e ₁₄B相の結晶磁気異方性を低下させるために磁気特性の回復は難しい。さらに、成膜時は試料を裏返して 2 回スパッタする方法がとられているため、成膜の生産性と膜厚の均一性などに難点がある。

近年、例えば、携帯電話用振動モータには外径約 2 mmの N d— F e— B系円筒状焼結磁石が多く使用されているが、その磁気特性を実測すると（B H) maxは 2 3 0 k j Zni³前後であるため、振動強度を低下させずにさらに小型化することが困難である。さらに、今後マイクロロボットや体内診断用マイクロモータに要求される高出力■超小型ァクチユエータへの適用は一層難しい状況にある。本発明では、上記のような従来技術の問題を解決し、高性能な希土類磁石を得ることを目的とし、特に、小体積の希土類磁石、及びそれを用いた超小型モータの製作に有効な手段を提供することを目的とする。

本発明者らは、焼結磁石プロックを切断、穴あけ、研削、研磨等により機械加ェした微小磁石を製造する際の加工損傷による磁気特性の劣化について鋭意調査と対策実験を重ねた結果、希土類磁石本来の磁気特性を回復させた超小型製品用の微小、高性能希土類磁石の開発に成功した。

すなわち、本発明は、（1 ) 磁石プロック素材の切断、穴あけ、及び表面研削、研磨等の機械加工により形成された穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状、穴のない円柱又は角柱形状の希土類磁石であって、該磁石は、表面積 Z体積の比が 2 πιπ ¹以上で、かつ体積が 100 mm³以下であり、該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部に R金属（伹し、 Rは、 Y及び Nd、 Dy、 P r、 Ho、 T bから選ばれる希土類元素の 1種又は 2種以上）を、磁石表面から拡散浸透させることによって前記加工による変質損傷部を改質して（BH) maxが 280 k J Zm³の以上の磁気特性を有することを特徴とする超小型製品用の微小、高性能希土類磁石、である。

また、本発明は、（2) 該磁石が N d— F e— B系又は P r _F e—B系であり、 R金属が Dy又は Tbであることを特徴とする上記（1) の微小、 '高性能希土類磁石、である。

また、本発明は、（3) 磁石ブロックの切断、穴あけ、及び表面研削、研磨等の機械加工により形成された、変質損傷した表面を有する穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状、穴のない円柱又は角柱形状の希土類磁石を、減圧槽内に支持し、該減圧槽内で物理的手法によつて蒸気又は微粒子化した R金属又は R金属を含む合金（伹し、 Rは、 Y及び Nd、 Dy; P r、 Ho、 Tbから選ばれる希土類元素の 1種又は 2種以上）を、該磁石の表面の全部又は一部に 3次元的に飛来させて成膜し、かつ該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部に R金属を磁石表面から拡散浸透させることによつて前記加工による変質損傷部を改質することを特徴とする上記（1) 又は（2) の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

また、本発明は、（4) 上記拡散浸透は成膜しながら行うことを特徴とする上記（3) 記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

また、本発明は、（5) 物理的手法が、該希土類磁石周辺に配置した R金属又は R金属含む合金から成る複数のターゲットを、イオン衝撃によって微粒子化させて該希土類磁石表面に膜を形成するスパッタリング法、又は R金属又は R金属を含む合金を溶融蒸発させて発生した粒子をイオン化させて該希土類磁石表面に膜を形成するイオンプレーティング法であることを特徴とする上記（3 ) 又は ( 4 ) の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

また、本発明は、（6 ) 所定距離だけ離して対向配置したターゲットの中間のプラズマ空間に該希土類磁石を回転又は転動 (tumbling)自在に保持してスパッタリングすることにより該磁石の外表面に均一に成膜するようにしたことを特徴とする上記（5 ) の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

また、 .本発明は、（7 ) 対向配置したターゲットの中間のプラズマ空間まで延びる電極線を配置し、穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状希土類磁石の穴に該電極線を揷入して保持し、該電極線を回転軸として該磁石を回転させながら微粒子化した R金属又は R金属を含む合金を飛来させて、該磁石の外表面に均一に成膜するようにしたことを特徴とする上記（6 ) の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

また、本発明は、（8 ) 対向配置したターゲットは該円筒形状又は円盤形状磁石の中心軸方向と同心状（concentrically)に配置した輪状ターゲットであることを特徴とする上記（7 ) の微小、高性能希土類磁石の製造方法、である。

(作用） '

磁石プロックを切断、穴あけ、研削、研磨等により機械加工すると、磁石表面部は変質損傷し、磁気特性が低下する。この変質損傷した表面を有する磁石表面に Y及び N dを始めとして D y、 P r、 H o、 T bから選ばれる希土類金属の一種以上の単独又は各金属を相当量含有する合金を成膜して磁石内部に拡散させると、例えば、 Nd— F e— B系希土類磁石についてみると、これらの希土類金属は N d2F e MB主相及び N dリツチ粒界相の N dと同種の希土類金属であるために Ndと親和性が良く、 Ndリツチ相と主に反応して機械加工によって変質損傷した部分を容易に修復し磁気特性を回復する機能を果たす。

また、これらの希土類金属の一部が拡散によって N d2F ei₄B主相に入り込んで N d元素と置換した場合には、いずれの希土類金属も主相の結晶磁気異方性を増加させ、保磁力が増加して磁気特性を回復させる働きを有している。特に、 T bが主相の N d元素を全て置換した T b₂F ei4Bの室温における結晶磁気異方性は、 N d2F e 14Bの約 3倍であるために大きな保磁力が得られ易い。 P r 一 F e—B系磁石についても同様な回復機能が得られる。

希土類金属が拡散処理によって浸透する深さは、該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上とする。例えば、 Nd— F e— B系焼結磁石の結晶粒径はおよそ 6〜1 であるので、磁石最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する 3 /xm以上が最低限必要である。これ未満では結晶粒子を包む Ndリツチ相との反応が不充分となり、磁気特性の回復がわずかなものとなる。 3 Ai m以上深くなると保磁力が緩やかに増加し、 N d₂F e 14B主相の N d と置換して保磁力をさらに高める効果があるが、過度に深く拡散すると残留磁化を下げる場合があるため、拡散処理条件を調整して所望の磁気特性とする深さ力 S 望ましい。

本発明において、表面改質による磁気特性の回復は希土類磁石の大きさにとらわれないが、体積が小さい磁石ほど、また、体積に対する表面積比の大きい磁石ほど顕著な効果を示す。本発明者らの N d— F e— B系焼結磁石のサイズと磁気特性についてのこれまでの研究によれば、磁石サイズがおよそ 2 mm角プロック以下になると、減磁曲線 (demagnetization curve)の角型性、: rectangularity)力 ^s 悪くなって保磁力の低下を生じることが明らかになつている。

このサイズにおいては、磁石体積が 8 mm³で表面積 Z体積比が 3 m m- ¹であることが簡単に計算される。また、円筒形状磁石の場合には、表面積/体積比がさらに增加することになり角型性や保磁力の低下が著しくなる。例として、市販の携帯電話用振動モータに搭載されている磁石の外径、内径、長さはそれぞれ 2 . 5 mm、 l mm、 4 mm程度であり、その体積は約 1 6 . 5 mm³に相当する。したがって、表面積/体積比が 2 mm- ¹以上で、より好ましくは 3 mm- 1以上で、かつ体積がおよそ 1 0 O mm³以下、さらには 2 0 mm³以下の小型磁石においては、特に表面改質による効果が著しく、市販の振動モータに搭載されている N d— F e— B系磁石の（B H) ra a xがおよそ 2 4 0 k j Zm³に対して、本発明においては、 2 8 0 k J Zm³以上、例えば 3 0 0〜3 6 0 k J Zm³の高いレべルの値が得られる。

(発明の効果）

本発明の方法によれば、機械加工によつて変質損傷した磁石表面に希土類金属を成膜して拡散することにより、変質損傷した磁石表面層の N d等の希土類金属リッチ相を修復し、磁気特性を十分に回復させることができる。また、その結果として、微小で、高性能磁石を用いた超小型■高出力モータの実現が可能になる。図面の簡単な説明第 1図は、本発明の方法に好適に使用できる 3次元スパッタ装置のターゲット周辺の模式図である。第 2図は、本発明試料 (1) と（3) 、及び比較例試料

( 1) の減磁曲線を示すグラフである。第 3図は、 Dy成膜後に熱処理した本発明試料（2) の S EM像（a ：反射電子像、 b ； Dy元素像）を示す図面代用写真である。第 4図は、本発明及び比較例試料の、磁石試料寸法と（BH)maxの関係図である。発明を実施 1 "るための最良の形態

以下、本発明の微小、高性能希土類磁石の製造方法を製作工程にしたがって更に詳しく説明する。

本発明の方法で用いる希土類磁石ブロック素材は、原料粉末の焼結法や原料粉末をホットプレスした後に熱間塑性加工法によって製作されたものである。これちの希土類磁石ブロック素材を切断、穴あけ、研削、研磨等により機械加工して穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状、穴のない円柱や角柱形状の微小磁石を製作する。これにより、表面積 Z体積の比が 2 mm- 1以上で、かつ体積が 1 0 Omm³以下の微小磁石を製作する。微小磁石として好適な合金系としては、 N d— F e— B系や P r— F e— B系などが代表的なものとして例示される。なかでも、 Nd— F e—B系焼結磁石は最も磁気特性が高いにもかかわらず機械加工による特性低下が大きいものである。

変質損傷した表面を有する磁石表面に成膜する金属は、磁石を構成する N d等の希土類金属リツチ相の修復強化を目的とするために、 Y及ぴ Ndを始めとして D y、 P r、 Ho、 T bから選ばれる希土類金属の一種以上の単独又は Y、 Nd、 D y、 P r、 H o、 T bなどの希土類金属を相当量含有する合金、例えば、 N d 一 F e合金や D y— C o合金等を用いる。

磁石表面への成膜法については特に限定されるものではなく、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、レーザーデポジション等の物理的成膜法や、 C V Dや MO— C V D等の化学的気相蒸着法、及びメツキ法などの適用が可能である。伹し、成膜ならびに加熱拡散の各処理においては、 10- ⁷Torr以下ならぴに酸素、水蒸気等の大気由来ガスが数 +ppm以下の清浄雰囲気内で行うことが望ましい。 '

R金属を加熱により磁石表面から拡散浸透させる際の雰囲気が、通常入手される高純度アルゴンガス程度の純度の場合は、アルゴンガス内に含まれる大気由来ガス、すなわち、酸素、水蒸気、二酸化炭素、窒素等により、該磁石加熱時に表面に被着させた R金属が、酸化物、炭化物、窒化物となり、効率よく内部組織相まで拡散到達しないことがある。従って、 R金属の加熱拡散時の雰囲気に含まれる大気由来不純物ガス濃度を 5 0 p p m程度以下、望ましくは 1 0 p p m程度以下とするのが望ましい。

円筒や円盤などの形状をした微小磁石の表面の全部又は一部に極力均一な膜を形成するには、複数のターゲットから磁石表面に 3次元的に金属成分を成膜させるスパッタリング法、又は金属成分をイオン化させて、静電気的な吸引強被着特性を利用して成膜させるイオンプレーティング法が特に有効である。

また、スパッタリング作業における希土類磁石のプラズマ空間内の保持については、一個あるいは複数個の磁石を線材ゃ板材で回転自在に保持する方法や、複数個の磁石を金網製の籠に装填して転動自在に保持する方法を採用することができる。このような保持方法により三次元的に微小磁石の表面全体に均一な膜を形成することができる。

上記の成膜用希土類金属は、磁石表面に単に被覆されているだけでは磁気特性の回復が認められないため、成膜した希土類金属成分の少なくとも一部が磁石內部に拡散して N dなどの希土類金属リツチ相と反応していることが必須である。このため、通常は成膜した後に 5 0 0〜1 0 0 0 °Cにおいて短時間の熱処理を行つて成膜金属を拡散させる。スパッタリングの場合には、スパッタリング時の R F及び D C出力を上げて成膜することにより成膜中の磁石を上記温度範囲、例えば 8 0 0 °C位にまで上昇させることができるため、実質的に成膜させながら同時に拡散を行うこともできる。

第 1図に、本発明の製造方法を実施するのに好適な 3次元スパッタ装置の概念を示す。第 1図において、輪状をした成膜金属からなるターゲット 1およびターゲット 2を対向させて配置し、その間に水冷式の銅製高周波コイル 3を配置する。円筒形状磁石 4の筒内部には、電極線 5が挿入されており、該電極線 5はモータ 6の回転軸に固定されて円筒形状磁石 4を回転できるように保持している。穴のない円柱や角柱形状磁石の場合は、複数個の磁石製品を金網製の籠に装填して転動自在に保持する方法を採用できる。

ここで、円筒形状磁石 4の筒内部と電極線 5との回転時の滑り防止のために、電極線 5は微細な波形にねじられて筒内部に接触している。微小磁石の重さは数十 m g程度なので電極線 5と円筒形状磁石 4との回転時の滑りはほとんど起きない。

さらに、陰極切り替えスィッチ（A) により円筒形状磁石 4の逆スパッタが実施可能な機構を有している。逆スパッタ時は電極線 5を通じて磁石 4を負電位にして、磁石 4の表面のエッチングをする。通常スパッタ作業時はスィッチ（B ) に切り替えて行う。通常スパッタ時は電極線 5に電位を与えずにスパッタ成膜をするのが一般的であるが、成膜する金属の種類や膜質制御のため、場合によっては電極線 5を通じて磁石 4に正のバイアス電位を与えてスパッタ成膜をすることもある。通常スパッタ中は、 A rイオンとターゲット 1、 2から発生する金属粒子、及び金属イオンが混在したプラズマ空間 7を形成して、円筒形状磁石 4の表面の上下左右前後から 3次元的に金属粒子が飛来して成膜される。

このような方法で成膜した磁石は、成膜しながら拡散させていない場合は、スパッタ装置内を大気圧に戻した後にスパッタ装置に連結したグローブボックスに大気に触れずに移送して、同じく該グローブボッタス内に設置した小型電気炉に装填して膜を磁石内部に拡散させるために熱処理を行う。

なお、一般に希土類金属は酸化され易いため、成膜後の磁石表面に N iや A 1 などの耐食性金属や撥水性のシラン系被膜を形成して実用に供することが望ましい。また、改質表面金属が D yや T bの場合には N dと比較して空気中での酸化進行が著しく遅いため、磁石の用途によっては耐贪性被膜を設けることを省略することも可能である。

(実施例）

以下、本発明を実施例にしたがって詳細に説明する。

(実施例 1 )

N d i2. 5 F e 78. s C o i B s組成の合金ィンゴットカらストリップキャスト法によつて厚さ 0 . 2〜0 . 3 mmの合金薄片を製作した。次に、この薄片を容器内に充填し、 500 k P aの水素ガスを室温で吸蔵させた後に放出させることにより、大きさ約 0. 1 5〜0. 2 mmの不定形粉末を得て、引き続きジェットミル粉砕をして粒径約 3 /mの微粉末を製作した。

この微粉末にステアリン酸カルシウムを 0. 05 w t %添加混合した後に磁界中プレス成形をし、真空炉に装填して 1080°Cで 1時間焼結をして、 18mm 角の立方体磁石ブロック素材を得た。

次いで、この立方体磁石ブロック素材に砥石切断と外径研削、及び超音波穴あけ加工をして外径 lmm、内径 0. 3mm、長さ 3 mmの円筒形状磁石を製作した。この状態のままのものを比較例試料（ 1 ) とした。体積 2. 14 mm3 、表面積 1 3. 67 mm²、表面積/体積の比は 6. 4 mm- ¹である。

次に、第 1図に示す 3次元スパッタ装置を用い、この円筒形状磁石表面へ金属膜を成膜した。ターゲットとして、デイスプロシゥム（Dy) 金属を用いた。円筒形状磁石の筒内部には、電極線として直径 0. 2 mmのタングステン線を挿入させた。用いた輪状ターゲットの大きさは、外径 80mm、内径 30mm、厚さ 2 Ommとした。

実際の成膜作業は以下の手順で行った。上記円筒形状磁石の筒内部にタンダステン線を揷入してセットし、スパッタ装置内を 5 X 10— ⁵P aまで真空排気した後、高純度 Arガスを導入して装置内を 3 P aに維持した。次に、陰極切り替えスィッチを（A) 側にして、 RF出力 20Wと DC出力 2Wを加えて 10分間の逆スパッタを行って磁石表面の酸化膜を除去した。続いて、切り替えスィッチを (B) 側にして、 RF出力 80Wと DC出力 1 20Wを加えて 6分間の通常スパッタを行った。得られた成膜磁石は、装置内を大気圧に戻した後にスパッタ装置に連結したグローブボックスに大気に触れずに移送して、同じく該グローブボックス内に設置した小型電気炉に装填して初段を 7 0 0〜 8 5 0 °Cで 1 0分間、 2段目を 6 0 0 °Cで 3 0分間の熱処理を行った。これらを本発明試料（1 ) 〜（4 ) とした。なお、熱処理における磁石の酸化を防止するため、グローブボックス内は精製 A r ガスを循^させ、酸素濃度を 2 p 以下に、露点を一 7 5 °C以下に維持した。各試料の磁気特性は、 4 . 8 MAZmのパルス着磁を印加した後に振動試料型磁力計を用いて測定した。表 1に、各試料の磁気特性値を、第 2図に、比較例試料（1 ) 及び本発明試料（1 ) と（3 ) の減磁曲線を抜粋して示す。

表 1から明らかなように、 D y金属成膜とその後の熱処理によって本発明試料はいずれも比較例試料より高い最大エネルギー積 B Hmaxを示し、特に、試料

( 3 ) においては比較例試料（ 1 ) と比較して 3 8 %の回復が認められた。この理由は、機械 ¾1ェによって損傷を受けた N dリツチ層が修復強化されたことによると推察され、その結果として、第 2図の減磁曲線の形状から明らかなように、未処理の比較例試料と比較して表面改質された本発明試料の角型性（Hk/Hcj) が著しく改善されている。ここで、 Hkは、減磁曲線上において磁化の値が残留磁化の 9 0 %に相当するときの磁界を意味する。 (表 1)

上記測定後の試料について Dy膜の観察を行った。まず、本発明料 (1) について、樹脂に埋め込み研磨した後に硝酸アルコールで軽くエッチングをし、 5 00倍の光学顕微鏡で観察した。その結果、約 2 μιηの皮膜が試料の外周全面に均一に形成されていることがわかった。

また、本発明試料 (2) については、分析型走査型電子顕微鏡を用いて磁石の内部構造を観察した。その結果、第 3図（a) の反射電子像に示すように、試料表面部は Dy成膜とその後の熱処理によって内部と異なった構造を呈していた。また、第 3図（b) の Dy元素像によれば、表面層に高濃度の Dyが存在すると同時に、試料内部にも Dy元素が拡散浸透していることがわかり、拡散深さはおよそ 10 μπιであることがわかった。なお、像中央部に見られる Dy高濃度箇所は研磨時に剥がれた表層が一部転写したためと推測される。

(実施例 2)

実施例 1において製作した外径 lmm、内径 3mm、長さ 3 mmの円筒形状磁石に、 Nd、 Dy、 P r、 Tb、及び A 1の各金属をそれぞれ成膜した。ここで Ndと A 1のターゲット寸法は、実施例 1の Dyと同じく外径 8 Omm、内 1 径 3 Omm、厚さ 2 Ommとし、 P rと T bターゲットは、上記 A 1ターゲットの試料に対向する面にのみ厚さ 2 mmの各金属を貼付固定して製作した。

Nd金属ターゲットを 3次元スパッタ装置に取り付けた後、円筒形状磁石をタングステン電極線に 2個セットし、 Nd金属を磁石表面に成膜した。同様に他の 5 金属を成膜した。成膜作業は、装置内に A rガスを導入して装置内圧力を 3 P a に維持し、 RF出力 20Wと DC出力 2 Wを加えて 10分間の逆スパッタを行い、続いて RF出力 100Wと DC出力 200 Wを加えて 5分間スパッタを行った。各金属皮膜の厚さは、磁石 2個の内 1個を樹脂に埋め込んで顕微鏡観察した結：果、 Α ΐ 3. 5 ζπι、希土類金属は 2. 5〜 3 μπιの範囲であった。一方、他の 1 0 磁石はグローブポックス内の小型電気炉に装填し、 800 で 10分間と 600 °Cで 30分間の拡散熱処理を行って本発明試料 (5) から（8) 、及び比較例試 ' 料（2) とした。

なお、比較例試料（1) は表 1より再掲載し、比較例試料 (3) は Ndを成膜 . したまま熱処理を施さない試料である。得られた磁石試料の磁気特性を表 2に示 J 5 す。表 2から明らかなように、成膜金属が A 1の場合には金属膜のない比較例試料（1) とほぼ同等の磁気特性であり、表面改質の効果が見られない。また、比較例試料（3) は拡散熱処理を実施しないために拡散層が形成されず、磁気特性の回復はみられない。一方、本発明試料はいずれも保磁力 Hcjと最大エネルギー積 B Hmaxが大幅に回復した。

20 (表 2)

(実施例 3)

N di2Dy2.5F e76.5C ο ιΒ8組成の焼結磁石プロックを、切断、研削、及び穴あけをして、外径 10mm、内径 3mm、長さ 1. 4 mmの円盤形状磁石を製作した。体積 100mm³、表面積 200mm2、表面積/体積の比は 2. 0 mm -¹ である。その表裏面に Tb膜を形成した。スパッタリング条件は、 RF出力 40 Wと DC出力 2 Wを加えて 10分間の逆スパッタを行った後、 RF出力 150W として DC出力を 100 800Wまで可変させてスパッタ条件の異なる磁石を製作した。

ここで成膜した T b膜厚は、予め D C出力と膜厚との関係を調べた後に実施して、 100Wのときに 20分間、 800Wのときに 5分間として、いずれの磁石の成膜厚さもおよそ 3 μπιとなるようにスパッタ時間の制御をした。また、本実施例においては成膜後の拡散熱処理を実施せずに、成膜時の磁石試料の温度上昇により T b金属の熱拡散を意図した。成膜時の試料温度は D C出力の増加にしたがって上昇し、 DC出力が 600Wのときに試料の赤熱が認められたため、このときの温度が約 7 0 0°Cと推定された。 T b金属の拡散深さは、磁気特性測定後に各試料を埋め込んで分析型走査電子顕微鏡を用い、 T b元素像の磁石試料表面からの分布状況から測定した。

得られた磁石試料の磁気特性を表 3に示す。表 3から明らかなように DC出力の増加にしたがって試料加熱が起こり、拡散深ざ' tが 3 μπι以上の本発明試料（ 9) 〜（1 3) において 2 8 7 k j/m³ (約 3 6MGO e) 以上の高いエネルギ一積が得られた。一方、試料加熱が不充分と推測される比較例試料（4) 〜（ 6) は、 T b金属の磁石中への拡散がほとんど認められないため低い値にとどまつている。このように、スパッタ条件を適宜選択することによって T b金属の磁石中への拡散を成膜と同時に行って、後の熱処理工程を省略することもできる。

(表 3)

(実施例 4)

N d 12.5 F e 78.5 C o i B 8組成の合金から、実施例 1と同様の工程で外径 5. 2 mm、内径 1. 9mm、厚さ 3 mmの円盤形状をした焼結磁石を製作した。この磁石に外径研削と内径研削加工を施した後、平面研削盤を使用して外径 5 mm, 内径 2mm、厚さが 0. lmm、 0. 2mm、 0. 5 mm、 0. 8 mm 1. 2 mm、 1. 8111111の各種寸法の円盤状磁石を得た。体積は約2111111³〜30111111³、表面積 Z体積の比は約 21mm -¹〜 2mm_iの範囲である。

これらの磁石をステンレス鋼電極線に通して保持し、神港精機製のアーク放電型イオンプレーティング装置に取り付けた。そして、装置内を 1 X 10- ⁴P aまで真空排気した後に高純度 A rガスを導入して装置内を 2 P aに維持した。上記ステンレス鋼線に一 600Vの電圧を印加して 20 r pmで回転させながら、電子銃によつて溶解蒸発させ、かつ熱電子放射電極とイオン化電極によってイオン化した Dy粒子を、 1 5分間磁石表面に堆積させて膜厚 2 / mの磁石試料を製作した。

次に、この試料をグローブボックス内の小型電気炉に装填して、初段目を 85 0 °Cで 10分間、 2段目を 550 °Cで 60分間の拡散熱処理を行って、試料厚さ 0. 1 mmの本発明試料（14) から厚さ 1. 8 mmの本発明試料（ 1 9 ) とした。なお、研^加工後の磁石を厚さ順に比較例試料（7) 〜（1 2) とした。第 4図に、これら試料の厚さ寸法、表面積ノ体積の比、体積をパラメータにしたときの磁気特性（BH) maxの結果を示す。第 4図より、 Dy金属を成膜して拡散熱処理をした本発明試料（14) 〜（1 9) は、未処理の比較例試料（7) 〜 (1 2) に対していずれの寸法においても（BH)maxの回復が見られた。特に、磁石試料の体積が 2 Omm³より小さく、かつ表面積に対する体積比が 3 mm-¹ より大きい場合、さらには体積が 1 Omm³より小さく、かつ表面積に対する体積比が 5 mm- 1より大きい場合において、表面改質による磁気特性の回復効果が著しいことが判った産業上の利用可能性

本発明によれば、希土類金属を機械加工によって変質損傷した磁石表面に成膜拡散することにより、切断、穴あけ、研削、研磨等の機械加工によって変質損傷した磁石表面層を修復し、磁気特性を大幅に回復させることができる。また、その結果として、微小で、高性能磁石を用いた超小型 ·高出力モータなどの実現に貢献するものである。

Claims

請求の範囲

1 . 磁石ブロック素材の切断、穴あけ、及び表面研削、研磨等の機械加工により形成された穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状、穴のない円柱又は角柱形状の希土類磁石であって、該磁石は、表面積 Z体積の比が 2 mm- 1以上で、かつ体積が 1 0 O mm³以下であり、該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部に R金属（伹し、 Rは、 Y及び N d、 D y、 P r、 H o、 T bから選ばれる希土類元素の 1種又は 2種以上）を、磁石表面から拡散浸透させることによって前記加ェによる変質損傷部を改質して（ B H ) max が 2 8 0 k j Zm³の以上の磁気特性を有することを特徴とする超小型製品用の微小、高性能希土類磁石。

2 . 該磁石が N d— F e— B系又は P r _ F e— B系であり、 R金属が Dy又は T bであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の微小、高性能希土類磁石。

3 . 磁石ブロックの切断、穴あけ、及び表面研削、研磨等の機械加工により形成された、変質損傷した表面を有する穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状、穴のない円柱又は角柱形状の希土類磁石を、減圧槽内に支持し、該減圧槽内で物理的手法によつて蒸気又は微粒子化した R金属又は R金属を含む合金（伹し、 Rは、 Y及び N d、 D y、 P r、 H o、 T bから選ばれる希土類元素の 1種又は 2種以上）を、該磁石の表面の全部又は一部に 3次元的に飛来させて成膜し、かつ該磁石の最表面に露出している結晶粒子の半径に相当する深さ以上に該磁石内部に R金属を磁石表面から拡散浸透させることによって前記加工による変質損傷部を改質することを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。

4 . 上記拡散浸透は成膜しながら行うことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。

5 . 物理的手法が、該希土類磁石周辺に配置した R金属又は R金属を含む合金から成る複数のターゲットを、イオン衝撃によって微粒子化させて該希土類磁石 ¾ 面に膜を形成するスパッタリング法、又は R金属又は R金属を含む合金を溶融蒸発させて発生した粒子をイオン化させて該希土類磁石表面に膜を形成するイオンプレーティング法であることを特徴とする請求の範囲第 3項又は第 4項記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。

6 . 所定距離だけ離して対向配置したターゲットの中間のプラズマ空間に該希土類磁石を回転又は転動自在に保持してスパッタリングすることにより該磁石の外表面に均一に成膜するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。

7 . 対向配置したターゲットの中間のプラズマ空間まで延びる電極線を配置し、穴のあいた内表面を有する円筒形状又は円盤形状希土類磁石の穴に該電極線を揷入して保持し、該電極線を回転軸として該磁石を回転させながら微粒子化した R 金属又は R金属を含む合金を飛来させて、該磁石の外表面に均一に成膜するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。

8 . 対向配置したターゲットは該円筒形状又は円盤形状磁石の中心軸方向と同心状に配置した輪状タ一ゲットであることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の微小、高性能希土類磁石の製造方法。