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R-Fe-B系薄膜磁石及びその製造方法

国内特許コード P110003872
整理番号 RX03P39
掲載日 2011年7月1日
出願番号 特願2006-511292
登録番号 特許第4698581号
出願日 平成17年3月23日(2005.3.23)
登録日 平成23年3月11日(2011.3.11)
国際出願番号 JP2005005183
国際公開番号 WO2005091315
国際出願日 平成17年3月23日(2005.3.23)
国際公開日 平成17年9月29日(2005.9.29)
優先権データ
  • 特願2004-085806 (2004.3.23) JP
発明者
  • 鈴木 俊治
  • 町田 憲一
  • 坂口 英二
  • 中村 一也
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 日立金属株式会社
  • 並木精密宝石株式会社
発明の名称 R-Fe-B系薄膜磁石及びその製造方法
発明の概要 物理的に成膜された28~45質量%のR元素(但し、Rは希土類ランタニド元素の一種又は二種以上)を含むR-Fe-B系合金において、結晶粒径が0.5~30μmのRFe14B結晶と、該結晶の境界にR元素が富化した粒界相との複合組織を有するR-Fe-B系薄膜磁石。薄膜磁石の着磁性が向上した。物理的成膜中又は/及びその後の熱処理において、700~1200℃に加熱することによって結晶粒成長とR元素が富化した粒界相の形成を行うことにより、このR-Fe-B系薄膜磁石を製造することができる。
従来技術、競合技術の概要


希土類元素RとしてNdを主とする、Nd-Fe-B系の希土類焼結磁石は高い磁気特性
を有し、VCM(ボイスコイルモータ)やMRI(磁気断層撮影装置)他、様々な分野で使
用されている。これらの磁石は一辺が数~数十mmの大きさであるが、携帯電話用振動モ
ータには外径3mm以下の円筒形状をした磁石が使われ、さらに微小な磁石がマイクロマ
シンやセンサ分野において要求されている。例えば厚さが1mm以下の平板状磁石は、予
め大きめの焼結体ブロックから切断や研磨などの工程を経て製作するが、磁石強度や生産
性の問題により0.5mm以下の磁石を得ることが困難である。



一方、最近、スパッタリングやレーザーデポジション等の物理的成膜法により、微小寸法
の薄膜磁石が製作されるようになり、磁気特性では200kJ/m3以上の最大エネルギ
ー積が報告されている(例えば、非特許文献1、特許文献1)。これらの製法によれば、
磁石合金成分を真空又は減圧空間内で基板や軸上に堆積させて熱処理を施し、各種条件を
適切に制御することにより200kJ/m3程度の高性能膜を、焼結法と比べて比較的簡
単なプロセスで得ることができる。



一般例として、平板や軸などの基材上に成膜した薄膜磁石の厚さは数~数十μm程度であ
り、平板の四辺や軸の直径に対して数十分の1から百分の1となる場合が多い。この薄膜
を平板面や軸の周面に対して垂直方向に着磁する際には、反磁界が非常に大きくなって充
分な着磁が行われず、従って、薄膜磁石の本来の磁気特性を引き出すことが困難となる。
反磁界の大きさは、磁石の着磁方向とその直角方向との寸法比に依存し、着磁方向(=膜
厚方向)の寸法が小さいほど大きくなることは、既に一般的に知られている。



一方、上記寸法比の問題とは別の視点で、着磁しやすい磁石材料を製作することができれ
ば薄膜磁石の特性を容易に引き出すことが可能となり、様々な応用デバイスの製作におい
て有益となる。従来のNd-Fe-B系薄膜磁石は、一般に磁石構成成分を原子又はイオ
ン化された状態で基材上に堆積させ、その後の熱処理によって単磁区粒子径に相当する0
.3μm未満のNd2Fe14B結晶粒を生成させる手法を採用している(特許文献2,3
)。



この際に、一般的には結晶粒を小さく抑制して所望の磁気特性を得るのが常套手段である
が(例えば、特許文献4)、結晶粒径と着磁性を議論した文献はほとんどない。なお、結
晶粒を0.3μm以上に成長させると各結晶粒内が多磁区構造となって保磁力が低下して
しまう。



着磁性良否の参考として、図1(a)に、一般焼結磁石の初磁化曲線と減磁曲線を、図1
(b)に、従来例の薄膜磁石の初磁化曲線と減磁曲線を示す。図1(a)から明らかなよ
うに、焼結磁石は磁界を加えた場合に磁化は急峻に立ち上がり、0.4MA/m程度の低
い磁界においても充分に高い磁気特性を示している。



一方、図1(b)の従来例の薄膜磁石の場合には磁化は原点から徐々に増加し、1.2M
A/mの磁界においても飽和傾向が見られない。着磁性に関するこの相違は、焼結磁石が
核発生型の保磁力機構を有しているのに対して、従来例の薄膜磁石が単磁区粒子型の保磁
力発生機構によっているためと推察される。



【非特許文献1】
日本応用磁気学会誌、27巻、10号、1007頁、2003年
【特許文献1】
特開平8-83713号公報
【特許文献2】
特開平11-288812号公報
【特許文献3】
特開2001-217124号公報
【特許文献4】
特開2001-274016号公報

産業上の利用分野


本発明は、マイクロマシンやセンサ、及び小型の医療・情報機器向けに適する高性能な薄
膜磁石及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
膜厚が0.2~400μmであり、物理的に基材上に成膜された28~45質量%のR元素(但し、Rは希土類ランタニド元素の一種又は二種以上)を含むR-Fe-B系合金において、結晶粒径が単磁区粒径よりも大きい0.5~30μmであって、各結晶粒内に多数の磁区が存在する2Fe14B結晶と、該結晶の境界に形成されたR元素が富化した粒界相とからなる複合組織を有し、核発生型の保磁力発生機構を有することを特徴とするR-Fe-B系薄膜磁石。

【請求項2】
2Fe14B結晶の磁化容易軸であるC軸が無配向であるか、あるいは膜面に対して略垂直に配向していることを特徴とする、請求項1記載のR-Fe-B系薄膜磁石。

【請求項3】
28~45質量%のR元素(但し、Rは希土類ランタニド元素の一種又は二種以上)を含むR-Fe-B系合金を物理的成膜法により基材上に成膜して膜厚が0.2~400μmの合金膜を形成する方法において、R-Fe-B系合金の物理的成膜中又は/及びその後の熱処理において、700~1200℃に加熱することによって結晶粒を0.5~30μmに成長させ、かつ該結晶の境界にR元素が富化した粒界相の形成を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載のR-Fe-B系薄膜磁石の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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