WO2006109615A1

WO2006109615A1 - 積層型永久磁石

Info

Publication number: WO2006109615A1
Application number: PCT/JP2006/307079
Authority: WO
Inventors: Motoichi Nakamura; Kazuya Nakamura
Original assignee: Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2006-10-19
Also published as: JPWO2006109615A1; JP4803398B2

Abstract

　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が可能な積層型永久磁石とその製造方法を提供すると共に、このような積層型永久磁石を回転子或いは固定子としてモータに搭載することにより小型化を図ったモータを提供する。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）とを繰り返し積層して、積層型永久磁石を形成することにより、合金磁性層の面内方向よりも、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を大きくする。

Description

積層型永久磁石

技術分野

[0001] 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、マイクロアクチユエータ、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。

背景技術

[0002] 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ァクチユエータでは永久磁石の小型ィ匕も進められている。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工ネルギ一積を持つ NdFeB系や SmCo系の希土類焼結磁石材料が採用されている。

[0003] 中でもバルタ状の 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、永久磁石に機械カ卩ェ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 lmm以下に加ェ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%近く劣化することちある。

[0004] バルタ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 10 μ m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、 10 m以上のサイズで製造しょうとしても材料の機械強度の観点から、 lmm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。

[0005] 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 m〜10 m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)。

[0006] 特許文献 1 :特開 2001— 237119号公報 (第 4— 8頁、第 1図） [0007] 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、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、従来の積層型永久磁石は、一般的に残留磁化の値が大きぐ更に層面に垂直な方向の反磁場係数が大き、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ぐマイクロモータ、マイクロアクチユ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かあつた。

[0009] 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ぐ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ゃ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。

[0010] 本発明は、力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 Nd Fe B

2 14 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ィ匕反転を (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。

課題を解決するための手段

[0011] 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種の金属力も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 Nd Fe B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

2 14

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。

[0012] 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 5 μ m以下のバッファ層が形成されてヽ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。

[0013] 又、請求項 3に記載の発明は、非磁性材カ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種の金属力も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 Nd Fe Bを含む

2 14 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。

[0014] 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 5 μ m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。

[0015] 更に、請求項 5に記載の発明は、前記合金磁性層の厚さが lOOnm以上 m以下であり、前記 (Nd,R)FeB層の厚さが 10nm以上 2 /z m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。

[0016] 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種以上力も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。

[0017] 又、請求項 7に記載の発明は、 Dy、 Tbのうち少なくとも 1種の金属力もなる希土類金属層と、正方晶 Nd Fe B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

2 14

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°C以上 900°C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

[0018] 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。

発明の効果

[0019] 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 Nd Fe B化合物の高

2 14

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、 Nd Fe B化合

2 14 物の磁ィ匕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、(Nd,R)FeB層を形成することにより、大き、反磁場が重畳された強!、減磁場による合金磁性層の磁ィ匕反転を (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。

[0020] 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)F eB層が形成される。 Dy Fe Bや Tb Fe Bは Nd Fe Bよりも磁気異方性が大きいので、

2 14 2 14 2 14

希土類金属 Rとして Dyまたは Tbのどちら力若しくは 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。

[0021] 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口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。

[0022] 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ィ匕物であつても、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、ノ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。

[0023] 又、ノッファ層の厚さを、 50nm以上 5 μ m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。

[0024] 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 100應以上 5 m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

[0025] 又、（Nd,R)FeB層の厚さを 10nm以上 2 μ m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。

[0026] 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 H の減少を防止することが出来る。

CJ

[0027] 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°C以上 9 00°C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。

[0028] 又、本発明の請求項 8記載のモータに依れば、直径 lmm以下まで小型化されたモータを提供することが出来る。図面の簡単な説明

[0029] [図 1]本発明に係る積層型永久磁石の 1つの実施形態を模式的に示す側面図。

[図 2]本発明に係る積層型永久磁石の他の実施形態を模式的に示す斜視図。

[図 3]実施例 1の積層型永久磁石の磁ィ匕曲線。

[図 4]比較例 1の積層型永久磁石の磁化曲線。

符号の説明

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 ノッファ層

7 保護層

8 棒状部材

発明を実施するための最良の形態

[0031] 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を参照しな力詳細に説明する。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 Nd Fe Bを含む合金磁

2 14

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と力この順に繰り返し形成された層状構造を呈する。

[0032] 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。 [0033] 合金磁性層の主たる構成相は正方晶 Nd Fe B化合物であり、その厚さは lOOnm以

2 14

上 5 m以下に調整されている。厚さが 5 m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 100應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。

[0034] 又、（Nd,R)FeB層 4の厚さは 10nm以上 2 μ mに調整される。厚さが 2 μ m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 lOnm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 Nd Fe B

2 14 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。

[0035] 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。 Dy Fe Bや Tb Fe Bは Nd Fe Bよりも磁気異方性が大きいため、希土類金属

2 14 2 14 2 14

Rとして Dyまたは Tbのどちら力若しくは 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の磁ィ匕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。

[0036] 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、反磁場係数の大きヽ層状でありながらも、大き!ヽ反磁場が重畳された強ヽ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、 Nd Fe B化合物の磁ィ匕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カゝ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の磁ィ匕反転を (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。

[0037] 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°C以上 900°C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ヨン法などがある。

[0038] 積層構造物は堆積後に 500°C以上 900°C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°C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と化学反応しなヽ材料であることが望まヽ。

[0039] 結晶化熱処理の温度が 500°C未満では積層構造物が結晶化せず、 900°C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 の厚さの全体に亘つて 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°C以上 900°C以下が望ましい。

[0040] 合金磁性層 3は堆積時に非晶質ィ匕しゃす、ので、堆積時に非磁性基板 5を Nd Fe

2 1

B化合物の結晶化温度まで加熱して温度制御する力、または、堆積後の加熱処理

4

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°C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。

[0041] 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 [0042] 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〖こよって、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の酸ィ匕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の材料力バッファ層 6に用いる金属と同一な場合は、ノッファ層 6を省略しても良い。ノッファ層 6を介在させることによつて、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。

[0043] バッファ層 6の厚さは、 50nm以上 5 μ m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、 5 m を超える厚さにバッファ層を形成しても、 5 m以下までで得られていた以上の酸ィ匕防止効果が得られな、ためである。

[0044] 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種以上力も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 H の減少防止としても好ましい。

CJ

[0045] 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、もしくは簡略ィ匕して記述する。

[0046] 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、Ti、 Moなどの非磁性材料を用いることが好ましい。

[0047] 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の材料が酸ィ匕物であっても、前記結晶化熱処理時における合金磁性層 3 の酸ィ匕による磁気特性の低下を防ぐことが出来る。ノッファ層 6の材料は前述通りなので省略する。又、棒状部材 8の材料力バッファ層 6に用いる金属と同一な場合は、ノッファ層 6を省略しても良い。ノッファ層 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。

[0048] バッファ層 6の厚さは、 50nm以上 5 μ m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、 5 /z mを超える厚さにバッファ層を形成しても、 5 m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、ためである。

[0049] 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。

[0050] 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。

[0051] (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、ノッファ層として T iを lOOnm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 500應堆積させ保護層とした。

[0052] 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 500 W、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。

[0053] 合金層磁性層のスパッタには、原子比で Nd Fe B 組成 (製造上不可避な不純

19.6 73.2 7.2

物を含む）の铸造合金を 6インチ径ターゲットとした。これを用いて投入電力 500W、ァルゴンガス圧力 5〜6mTorr、堆積速度は 10〜30nm/分の条件でスパッタを行った。

[0054] 作製した試料は、スパッタ装置のチャンバ一内で冷却した後、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 X 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°Cで 30分加熱保持後、冷却した

[0055] 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ィ匕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 J = 0.6T、 Η = 1353kA/mの磁気特性を示し、面 r CJ

内方向の磁化曲線では Jr=0.39T、 H =1236kA/mの磁気特性を示した。なお、図 3

CJ

において、実線で示す磁ィ匕曲線が前記面に垂直な方向の磁ィ匕曲線であり、一点鎖線で示す磁ィ匕曲線が前記面内方向の磁ィ匕曲線である。本実施例の積層型永久磁石の反磁場 Hdは、

[0056]

[0057] ( 反磁場係数：磁化、 μ ：真空の透磁率)で与えられるが、薄膜形状であるた

0

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 = Jの場合)を評価すると、

[0058] [数 2]

[0059] より 477kA/mとなり、保磁力 H = 1353kA/mがこれに対して十分大きいことから、自

CJ

己減磁のほとんど無い積層型永久磁石であることが分力つた。

[0060] (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、ノッファ層として T iを lOOnm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ィ匕曲線を測定したところ、図 4の磁ィ匕曲線のように、面に垂直な方向の磁ィ匕曲線では J = 0.6T、H = 425kA/mの磁気特性を示し、面内方向の磁化曲線では Jr=0.39 r CJ

T、 Η =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

CJ

反磁場 Hdは、実施例 1と同様の計算により、 H = 477kA/mとなり、反磁場が保磁力を d

上回ったため磁ィ匕反転が起こり、実質的な残留磁ィ匕はほぼ零となった。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、実線で示す磁ィ匕曲線が前記面に垂直な方向の磁ィ匕曲線であり、一点鎖線で示す磁ィ匕曲線が前記面内方向の磁ィ匕曲線である。

[0061] (比較例 2)

非磁性基板としてサファイアを用いると共に、ノッファ層として Tiをそれぞれ 10應又は 100應の 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、ノッファ層 10應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ィ匕し、永久磁石特性を示さなカゝつた。一方、ノッファ層 lOOnm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。

[0062] (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 B、 H が 10%程度減

少した。

[0063] (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。

[0064] 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、 2 mの厚さで交互に 50層ずつ堆積させ、最後に Tiを 5 OOnm堆積させ保護層とした。

[0065] 次に、実施例 1と同様の条件で結晶化熱処理を行!ヽ、得られた積層型永久磁石を直径方向にコンデンサ一着磁器により 2極着磁した。

[0066] 磁ィ匕された Mo付き積層型永久磁石を回転子とし、直径 lmm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。

[0067] (実施例 3)

棒状部材として、直径 0.1mm、長さ 10mmの Tiを用いた。 Ή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。

[0068] 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、 2 mの厚さで交互に 50層ずつ堆積させ、最後に Tiを 5

OOnm堆積させ保護層とした。

[0069] 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一着磁器により 2極着磁した。

[0070] 磁ィ匕された Ti付き積層型永久磁石を回転子とし、直径 lmm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。

[0071] 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. lmm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。

産業上の利用可能性

[0072] 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、マイクロアクチユエータ、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

請求の範囲

[1] Dy、 Tbのうち少なくとも 1種の金属力も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 Nd Fe Bを含む合金磁性層と、 (Nd,

2 14

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。

[2] 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 50應以上 5 μ m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。

[3] 非磁性材カも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 Nd Fe Bを含む合金磁性層と、（Nd,R)FeB層（Rは

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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。

[4] 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種以上力なる厚さ 50nm以上 5 μ m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。

[5] 前記合金磁性層の厚さが lOOnm以上 5 μ m以下であり、前記 (Nd,R)FeB層の厚さが

10應以上 2 μ m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。

[6] 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種以上カゝ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。

[7] Dy、 Tbのうち少なくとも 1種の金属力もなる希土類金属層と、正方晶 Nd Fe Bを含

2 14 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°C以上 900°C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。