(57)【要約】【課題】本発明は、効率的かつ低コストで得られ、将来薄型化に望まれる膜厚でかつ高い磁気特性を有する永久磁石膜およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の永久磁石膜の製造方法は、永久磁石能を有する永久磁石膜の製造方法において、永久磁石材料粉末をエアロゾル化して被成膜物に噴射することにより永久磁石膜を形成することを特徴とする。また、本発明永久磁石膜の製造方法は、永久磁石材料粉末を、金属磁性体粉末若しくはフェライト化合物粉末、又は金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の混合体、金属磁性体粉末及び高分子材料粉末の混合体、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体、金属磁性体粉末、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体から構成することを特徴とする。【選択図】      図１
2004296609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石能を有する永久磁石膜の製造方法において、永久磁石材料粉末をエアロゾル化して被成膜物に噴射することにより永久磁石膜を形成することを特徴とする永久磁石膜の製造方法。
【請求項２】
永久磁石材料粉末を、金属磁性体粉末若しくはフェライト化合物粉末、又は金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の混合体、金属磁性体粉末及び高分子材料粉末の混合体、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体、金属磁性体粉末、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体から構成することを特徴とする請求項１記載の永久磁石膜の製造方法。
【請求項３】
永久磁石膜の形成を常温下で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石膜の製造方法。
【請求項４】
永久磁石能を有する金属磁性体粉末からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下の非結晶層を含む磁性相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖであり、保磁力が０．２Ｔ以上であることを特徴とする永久磁石膜。
【請求項５】
永久磁石能を有するフェライト化合物粉末からなる永久磁石膜において、フェライト化合物粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下の酸化物層を含む磁性相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖであり、保磁力が０．２Ｔ以上であることを特徴とする永久磁石膜。
【請求項６】
永久磁石能を有する金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の混合体からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下の非結晶層を含む磁性相とフェライト化合物粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下の酸化物層を含む磁性相との混相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖであり、保磁力が０．２Ｔ以上であることを特徴とする永久磁石膜。
【請求項７】
永久磁石能を有する金属磁性体粉末及び高分子材料粉末の混合体からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に高分子層を含む磁性相を有することを特徴とする永久磁石膜。
【請求項８】
金属磁性体粉末を１種又は２種以上の金属磁性体粉末から構成することを特徴とする請求項４、請求項６又は請求項７記載の永久磁石膜。
【請求項９】
フェライト化合物粉末を１種又は２種以上のフェライト化合物粉末から構成することを特徴とする請求項５又請求項６記載の永久磁石膜。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法により製造された請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【請求項１１】
永久磁石膜の厚さが２μｍ〜５００μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【請求項１２】
永久磁石膜の厚さが２μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【請求項１３】
永久磁石膜の厚さが２μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【請求項１４】
厚さ２００μｍ以下のＳｉ基板、金属基板又は樹脂基板上にバインダーレスで形成されたことを特徴とする請求項４乃至請求項１３のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【請求項１５】
Ｓｉ基板、金属基板又は樹脂基板上に５０ＭＰａ以上の密着強度で形成されたことを特徴とする請求項４乃至請求項１３のいずれか１項に記載の永久磁石膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石能を有する磁性膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石は自ら発する磁界のため電子通信機器、自動車などの分野で従来から広く利用されている。
これらの永久磁石材料としては、希土類金属元素（以下、Ｒと略記する）とホウ素（Ｂ）と鉄（Ｆｅ）とを主成分とするＲＦｅＢ系合金やＲとコバルト（Ｃｏ）を主成分とするＲＣｏ系合金等の希土類磁石、スピネル型構造やマグネトプランバイト型構造の結晶構造を有するフェライト相から構成されるフェライト磁石、Ｆｅとアルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）とＣｏを主成分とするＦｅＡｌＮｉＣｏ系合金、銅（Ｃｕ）とＮｉとＦｅを主成分とするＣｕＮｉＦｅ系合金、ＣｕＮｉＣｏ系合金、Ｆｅとクロム（Ｃｒ）とＣｏを主成分とするＦｅＣｒＣｏ系合金等の合金磁石がある。
これらの永久磁石の製造方法としては各磁石材料を溶解鋳造する、または微粉末にしてから焼結または樹脂と複合化させるなどの方法が用いられている（例えば特許文献１、２、３参照。）。
しかしながら近年では電子機器、通信機器のモバイル化、ウエアラブル化に伴い、いっそう薄型の永久磁石が要望されている。これまでに焼結磁石の切削による薄型化や樹脂と複合化させることにより厚さ３００μｍ程度のボンド磁石の形成が報告されている。またスパッタ法などを用いることにより１μｍ以下の薄膜磁石、プラズマレーザーデポジション（ＰＬＤ）法により１００〜５００μｍ程度の厚膜磁石の作製なども報告されている（例えば特許文献４、５参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７３５５６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５０２１７号公報
【特許文献３】
特開２００３−５９７０６号公報
【特許文献４】
特開平９−５０６１１号公報
【特許文献５】
特開２０００−２１２７６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の永久磁石特性の高い磁性膜の形成には、焼結磁石の切削やボンド磁石の作製などが用いられるが、将来薄型化に望まれている２００μｍ以下の厚さを有する磁性膜の作製は難しい。またスパッタ法では現実的に数μｍ程度の薄い磁性膜を形成することしかできず、ＰＬＤ法を用いる場合にもその形成には時間とコストがかかるという問題点があった。
このような背景から、高い永久磁石特性を有する磁性膜を、従来の焼結磁石、ボンド磁石よりも薄く、そしてスパッタ、ＰＬＤ法で形成できる以上の適当な膜厚で高速に形成するための技術が求められている。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、効率的かつ低コストで得られ、将来薄型化に望まれる膜厚でかつ高い磁気特性を有する永久磁石膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による膜形成の原理は以下のとおりである。
例えば、延展性を持たない脆性材料（セラミックス）に機械的衝撃力を付加すると、結晶子同士の界面などの壁開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕される。そして、これらの現象が起こると、ずれ面や破面には、もともとの内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒され、表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合して安定状態に移行する外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料物が形成される。
本発明は、更に、機械的衝撃力を搬送ガスにて材料を基材に衝突させることにより得るようにしたものであり、基材上に材料の多結晶構造物をダイレクトに形成させるものである。具体的には、磁性膜形成の原料に用いられる金属磁性体粉末あるいはフェライト磁性粉末等からなる材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、高速で基材表面に噴射して衝突させ、微粒子を破砕あるいは変形せしめ、基板との界面にアンカー層を形成して接合させるとともに、破砕あるいは変形した断片微粒子同士を接合させることにより、基材との密着性が良好で強度の大きい膜構造を得ることができる。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明永久磁石膜の製造方法は、永久磁石能を有する永久磁石膜の製造方法において、永久磁石材料粉末をエアロゾル化して被成膜物に噴射することにより永久磁石膜を形成することを特徴とする。
また、本発明永久磁石膜の製造方法は、永久磁石材料粉末を、金属磁性体粉末若しくはフェライト化合物粉末、又は金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の混合体、金属磁性体粉末及び高分子材料粉末の混合体、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体、金属磁性体粉末、フェライト化合物粉末及び高分子材料粉末の混合体から構成することを特徴とする。
また、本発明永久磁石膜の製造方法は、永久磁石膜の形成を常温下行うことを特徴とするが、被成膜物を加熱しながら常温以上で成膜することにより、また、これら常温下で得られた永久磁石膜を加熱処理することにより、磁石膜の組織を変化せしめ、用途に応じて磁石膜の磁気特性を制御することも可能である。
永久磁石能を有する金属磁性体粉末からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の非結晶層を含む磁性相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖ、好ましくは３００〜８００ＨＶであり、保磁力が０．２Ｔ以上、好ましくは１．７Ｔ以上であることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石能を有するフェライト化合物粉末からなる永久磁石膜において、フェライト化合物粉末の結晶粒間に１０〜２０ｎｍ以下の酸化物層を含む磁性相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖ、好ましくは３００〜８００ＨＶであり、保磁力が０．２Ｔ以上、好ましくは１．７Ｔ以上であることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石能を有する金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の混合体からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の非結晶層を含む磁性相とフェライト化合物粉末の結晶粒間に２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の酸化物層を含む磁性相との混相を有し、ビッカース硬度が２００〜１０００Ｈｖ、好ましくは３００〜８００ＨＶであり、保磁力が０．２Ｔ以上、好ましくは１．７Ｔ以上であることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石能を有する金属磁性体粉末及び高分子材料粉末の混合体からなる永久磁石膜において、金属磁性体粉末の結晶粒間に高分子層を含む磁性相を有することを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、金属磁性体粉末を１種又は２種以上の金属磁性体粉末から構成することを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、フェライト化合物粉末を１種又は２種以上のフェライト化合物粉末から構成することを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石膜の厚さが２μｍ〜５００μｍであることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石膜の厚さが２μｍ〜３００μｍであることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、永久磁石膜の厚さが２μｍ〜２００μｍであることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、厚さ２００μｍ以下のＳｉ基板、金属基板又は樹脂基板上にバインダーレスで形成されたことを特徴とする。
また、本発明の永久磁石膜は、Ｓｉ基板、金属基板又は樹脂基板上に５０ＭＰａ以上の密着強度で形成されたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は磁性膜製造装置の概略模式図である。
本発明の磁性膜の形成には、形成する磁性膜の原料となる微粒子粉末をエアロゾル化して基板などの被成膜物に衝突させ、厚膜を形成するエアロゾル・デポジション法（以下「ＡＤ法」という。）を用いる。このＡＤ法では、目的とする磁性膜の組成に等しい組成の原料粉末をエアロゾル化して被成膜物に衝突させることで、所望の組成および膜厚の磁性膜を効率的に製造することができる。
【０００９】
このＡＤ法を行うための磁性膜形成装置１０は、ミキサ１１，チャンバ１２，ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプ１３を有している。ミキサ１１には、原料粉末１４が仕込まれるようになっていて、ミキサ１１の振動により、中に仕込まれた原料粉末１４が混合されるようになっている。これにより原料粉末１４が単一種の粉末である場合にはミキサ内でのその粒度分布の偏りをなくし、原料粉末１４が複数種の粉末である場合にはこれらを均一に混合するとともにその粒度分布の偏りを無くすことができる。
【００１０】
チャンバ１２には、その内部に、ミキサ１１に配管を介して接続されているノズル１５が配置され、このノズル１５の先端からミキサ１１内の原料粉末１４がガスボンベ１７からの気体によりエアロゾル化されて噴射されるようになっている。ノズル１５の先端側には、マスク１６を介して基板２０が配置されるようになっている。原料粉末１４が噴射されると、粒子１４ａがマスク１５で被覆されていない基板２０表面に衝突して順に積層していくようになっている。
また、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプ１３は、チャンバ１２内の圧力調整に用いられる。ここでは、チャンバ１２内の圧力を１０−２Ｔｏｒｒ以下に設定している。
さらに、磁性膜の形成は例えば室温など常温下で行うことができる。
【００１１】
上記のように、ＡＤ法により永久磁石膜を形成する際には、金属磁性体粉末、フェライト化合物粉末または両粉末の混合粉末等を原料粉末１４としてミキサ１１内に仕込んで混合し、ノズル１５からエアロゾル化して基板２０に噴射する。原料粉末の速度が大になると、保持力を向上させるものの、成膜体内に欠陥や歪みの導入を促進し、同時に飽和磁化を低下させ、磁石性能を低下させる。  従って、これら両条件を満たす最適な速度範囲で噴射させることが必要である。
最適な速度は、材料の種類により相違するが、脆性材料の場合は２００〜８００ｍ／ｓｅｃ、金属微粒子の場合は４００〜８００ｍ／ｓｅｃの範囲である。
【００１２】
このような磁性膜形成装置１０では、所望の膜厚の磁性膜を高速で製造することができる。例えば、従来のスパッタ法では、磁性膜の膜厚が通常１μｍ程度であるのに対し、本ＡＤ法によれば２μｍから５００μｍ程度の範囲の膜厚で磁性膜を形成することができる。形成する膜厚としては、好ましくは２μｍから３００μｍ、更に好ましくは２μｍから２００μｍである。
さらにＡＤ法による磁性膜の成膜速度は、１０μｍ  ／ｍｉｎ程度と速く、工業的にも優れた方法といえる。
【００１３】
図２はＡＤ法で得られる磁性膜の模式図である。
ＡＤを行うと図２に示すように基板であるところの被成膜物２０に衝突した微粒子がその表面に積層された磁性膜３０が形成される。磁性膜３０は、金属磁性体粉末を原料とした場合は微粒子の結晶粒間に２０ｎｍ以下の非結晶層を有する構成となっており、又フェライト化合物粉末を原料とした場合は微粒子の結晶粒間に２０ｎｍ以下の酸化物層（ＦｅＯｘ，ＳｍＯｘなど）を含む磁性相を有する構成となっている。また、ＡＤ法で形成された磁性膜は、焼結法や溶射法などの従来法で形成した場合よりビッカース硬度は高くなる。製造時の条件、例えば噴射速度等にもよるが、２００Ｈｖ〜１０００Ｈｖ、好ましくは３００Ｈｖ〜８００Ｈｖの硬度を有する。
このように形成された磁性膜は形成前に仕込む粉末の組成にほぼ一致するようになる。これに対し、従来のスパッタ法では、形成する磁性膜の組成は用いるターゲットの面積で配合比を決定し、熱処理によって最適組織を発現させる必要があり、この点で、磁性膜３０の形成にＡＤ法を用いると形成できる磁性膜の組成自由度を格段に向上させることができる。
【００１４】
ＡＤ法による磁性膜形成の原料に用いられる金属磁性体粉末は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎの単体金属の他、ＦｅＡｌＮｉＣｏ系、ＣｕＮｉＦｅ系、ＣｕＮｉＣｏ系、ＦｅＣｒＣｏ系、ＦｅＰｔ系、ＣｏＰｔ系、ＲＦｅＢ系、ＲＣｏ系、ＲＦｅＮ系、Ｍｎ  Ａｌ系、ＭｎＡｌＣ系合金なども用いることができる。さらにこれらの金属磁性体相とＦｅ３Ｂ相、Ｆｅ相などとのナノコンポジット粉末も利用できる。
一方、フェライト磁性粉末としてはＣｏＯ・Ｆｅ２Ｏ３などのスピネルフェライト化合物、ＢａＦｅ１２Ｏ１９、ＳｒＦｅ１２Ｏ１９などのＭ型フェライト化合物、ＢａＦｅ１８Ｏ２７、ＳｒＦｅ１８Ｏ２７などのＷ型フェライト化合物を用いることが可能である。
金属磁性体粉末及びフェライト化合物粉末の粒径は、およそ数十ｎｍ〜数μｍである。
【００１５】
さらに上記金属磁性体粉末とフェライト磁性粉末の混合粉末を用いることも可能である。
例えば、数十ｎｍからサブμｍサイズのフェライト磁性粉末等の酸化物粉末と数μｍサイズの希土類磁石化合物粉末等の金属石化化合物粉末を混合するといったサイズの異なる酸化物粉末と金属磁石化合物粉末とを混合した粉末、又は金属磁石化合物粉末に酸化物粉末を担持した粉末を用いてＡＤ法により膜形成をする場合には、図１４で示すような大きな金属磁石化合物粉末の粒子を核としその周りに小さな酸化物粉末が配置された結晶粒から構成される厚膜が得られる。
【００１６】
さらに上記金属磁性体粉末と高分子材料粉末またはフェライト磁性粉末と高分子材料粉末または金属磁性体粉末とフェライト磁性粉末と高分子材料粉末の混合粉末を用いることも可能である。
高分子材料粉末としては、アクリル系、ナイロン系、エポキシ系、ポリアミド系、ポリイミド系などの樹脂が用いられる。
【００１７】
このＡＤ法を用いて得られる磁性膜は、被成膜物に非常に強固に付着し、ガラス基板やＳｉＯ２基板の他、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ合金などの金属、Ａｌ２Ｏ３などのセラミックス、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂などの高分子材料などにも形成することができる。薄膜磁石、厚膜磁石を用いたマイクロモーター、マイクロアクチュエータなどを構成する場合、この様な薄い基板上への磁石膜の形成が要求されるが、従来、厚さが５μｍ〜２００μｍの上記基板上に薄い磁石膜を接着材で貼り付ける場合、接着層の塗布作業、磁石膜の貼り付け作業が非常に困難で生産性に大きな課題があった。本発明によれば、磁石材料微粒子の吹きつけにより容易に、厚さ２００μｍ以下の薄い基板材料の特定部位表面だけに磁石膜を形成することができる。
以上、説明したように磁性膜形成にＡＤ法を用いることにより、成膜速度を速め永久磁石能を有する磁性膜を効率的に形成することができる。このＡＤ膜で形成される磁性膜の組成は原料粉末の組成で決まり、安定した組成の磁性膜を容易に形成でき高い磁気特性を有する磁性膜を形成できる。
また、ＡＤ法による磁性膜形成は低温プロセスであるため、膜形成される被成膜物への影響が少ない。また従来のスパッタのように高額のターゲットを必要としないため低コストで磁性膜の形成が可能である。
ＡＤ法で得られた磁性膜は被成膜物との密着強度は、２μｍ以上の膜厚でも５０ＭＰａ以上と非常に強いため、アクチュエータなどに応用した際に耐久性や安定性が向上できる。さらに従来のスパッタ法で形成困難であった膜厚１μｍ以上、従来のボンド磁石で困難であった３００μｍ以下の磁性膜を形成することが可能である。従って種々の材質の基板や部品などに、それらの用途あるいはスペースに合わせて任意に磁性膜を形成することができる。
【００１８】
以下、ＡＤ法を用いて形成した磁性膜の特性を評価した結果について説明する。
まず、ＡＤ法に用いたＳｍＦｅＮ  粉末（平均粉末粒径３μｍ）の磁気特性を振動磁気磁力計（ＶＳＭ）で調べた。
図３にその減磁曲線を示したが、この図において縦軸は磁気分極Ｊ（Ｔ）、横軸は磁界μ０Ｈ（Ｔ）を表している。これよりホストのＳｍＦｅＮ  粉末は０．７Ｔ程度の残留磁化Ｂｒ  と１．２Ｔ  程度の保磁力μ０ＨｃＪ  を有していることがわかる。
【００１９】
次にこの粉末を用いてＡＤ法を行い、厚膜を作製した。図４にＡＤ法を用いて作製したＳｍＦｅＮ  膜の外観写真を示す。なおＡＤ法におけるガス流量は２ｌ／ｍｉｎから１０ｌ／ｍｉｎで変化させ成膜時間は４分間で一定とした。ガス流量２ｌ／ｍｉｎの条件で作製した場合には、良好な膜は形成しなかったが４ｌ／ｍｉｎ以上のガス流量では写真に示すような良好な膜を形成することができた。
【００２０】
図５はガス流量４〜１０ｌ／ｍｉｎ、成膜時間４分間の条件でＡＤ法にて作製したＳｍＦｅＮ  厚膜のＸ  線回折パターンを示す。縦軸がＸ  線強度、横軸が２θを表す。ほぼ全てのＸ線回折ピークはＴｂ２Ｆｅ１７  型構造で指数づけすることが可能であり、得られた厚膜はＳｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ系化合物より構成されていると考えられる。  これよりＡＤ法前後において出現相の変化はないと推察され、これは成膜の前後において結晶構造が変化しない本ＡＤ法の特徴であり、他のスパッタ法などの方法と異なる方法である。
【００２１】
図６にＡＤ法を用いて作製したＳｍＦｅＮ膜の膜厚のＡＤ法におけるガス流量依存性を示した。図６の横軸は、ＡＤ法におけるガス流量（ｌ／ｍｉｎ）、縦軸は膜厚（μ  ｍ）をそれぞれ表している。なお成膜時間は４分間で一定とした。これより８ｌ／ｍ  ｉｎの流速で約４分間の噴射により４５μｍ以上の膜厚が得られており、これより算出される成膜速度は１０μｍ／ｍｉｎ以上であることから、ＡＤ法により高速で成膜がなされていることがわかる。
【００２２】
図７にＳｍＦｅＮ  膜の膜厚のＡＤ  法における成膜時間依存性を示した。図７の横軸はＡＤ法における成膜時間（ｍｉｎ）、縦軸は膜厚（μｍ）をそれぞれ表している。これより成膜時間が長くなるほど膜厚が厚くなり、さらに８ｌ／ｍ  ｉｎの方が４ｌ／ｍ  ｉｎの膜厚よりも厚いことからその成膜速度はガス流量が多い条件ほど高いことが判明した。また、この膜厚の厚膜は、焼結磁石を切削加工して作製することは難しく、また４分間という短時間で厚膜が形成できる本法の優位性が伺える。
【００２３】
図８および図９にガス流量６ｌ／ｍ  ｉｎ成膜時間４分間の条件でＡＤ法にて得られたＳｍＦｅＮ  膜の光学顕微鏡組織および走査電子顕微鏡組織を示す。これより得られた厚膜は数十ｎｍから数μｍの粒子が結合して形成されているのがわかる。焼結法では高温の焼結により結晶粒成長が生じ、５μｍ以上に結晶粒が成長してしまうことを考えると、本法は微細結晶から構成される厚膜の作製が可能な方法であるといえる。
【００２４】
図１０に得られた成膜時間４分間の条件でＡＤ法にて作製したＳｍＦｅＮ  厚膜のマイクロビッカース硬度に及ぼすＡＤ法におけるガス流量の影響を示した。縦軸はビッカース硬度ＨＶ、横軸にはガス流量ｇｆｒ（ｌ／ｍｉｎ）を示している。ガス流量によってＨＶ  はさほど変化せず、６００〜８００の高い硬度を示している。
【００２５】
図１１は磁気測定結果を示す図である。図１１では、横軸が磁界強度μ０Ｈ（Ｔ）、縦軸は磁気分極Ｊ（Ｔ）をそれぞれ表している。ＡＤ法を用いて形成した膜厚１８μｍのＳｍＦｅＮ膜について磁気特性を行った。得られた保磁力μ０ＨｃＪは１．７Ｔであり、形成したＳｍＦｅＮ膜は、図３に示した原料粉末の保磁力よりも高い保磁力を示している。
【００２６】
図１２は磁気特性のガス流量依存性を示している。横軸はＡＤ法におけるガス流量（ｌ／ｍｉｎ）、縦軸は飽和磁気分極Ｊｓ（Ｔ）、残留磁束密度Ｂｒ（Ｔ）、保磁力μ０  ＨｃＪ（Ｔ）をそれぞれ表している。これより全てのガス流量において１．８Ｔ程度の保磁力が得られていることがわかる。
【００２７】
図１３にガス流量４ｌ／ｍ  ｉｎ、８ｌ／ｍ  ｉｎで成膜したＳｍＦｅＮ  厚膜の磁気特の成膜時間依存性を示した。これよりほぼ全ての時間において１．８Ｔ程度の保磁力が得られていることがわかる。図１２、図１３から判断して本ＡＤ法で作成したＳｍＦｅＮ  厚膜は、ホストの磁性粉末よりも高い保磁力を示しているといえ、これは図８、９に示したように形成された厚膜が微細粒子から構成されていることに関係していると推察される。
また、この時、実験に用いたノズル（開口：０．４×５ｍｍ）から噴射されるＳｍＦｅＮ  原料粒子の飛行速度は、ガス流量の増加に対応し増加するが、文献（ＪＶＳＴ  Ａ）に記載の飛行時間差法で測定すると、上記ガス流量：４ｌ／ｍ  ｉｎで２００ｍ／ｓｅｃである。  従って、良好な成膜体を得るには、ＳｍＦｅＮ  原料粒子の飛行速度（噴射速度）は、少なくとも２００ｍ／ｓｅｃ以上が必要であることが明らかになった。
また、磁性粉末としてＳｍＦｅＮなどの希土類磁石粉末ではなく、フェライト磁石粉末の原料であるＭ型フェライト粉末（平均粉末粒径１．３μｍ）を用い、上記と同様、４ｌ／ｍ  ｉｎから１０ｌ／ｍ  ｉｎのガス流量、成膜時間４分間にて厚膜を作製したところ、図１５のような０．１４〜０．２５Ｔの保磁力が得られた。これより本ＡＤ法では、希土類磁石粉末以外にもフェライト磁石粉末で保磁力を発生する厚膜磁石を作製できることがわかる。したがって本法は、さまざまな磁石材料においても高保磁力厚膜磁石を作製できる方法であるといえる。
また、以上の結果を総合すると本ＡＤ法は、従来のボンド磁石よりも薄型の磁石を高速で作成することができる方法であるといえる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、以下の効果を奏する。
（１）永久磁石膜形成にＡＤ法を用いることにより従来のスパッタ法で困難であった膜厚１μｍ以上、また従来のボンド磁石で困難であった３００μｍ以下の磁性膜を効率的かつ低コストで形成することができる。特に将来薄型化に望まれている２μｍ以上で２００μｍ以下の範囲の膜厚の磁性膜を形成することができる。
（２）ＡＤ法による磁性膜形成は低温プロセスであるため、膜形成される被成膜物への影響が少ない。また、低温での成形のため得られる膜の結晶粒サイズは数μｍから数百ｎｍ、あるいは１００ｎｍ以下のサイズとなり、磁性粒子間で交換結合が大きく作用して高い磁気特性を発現する磁性膜を得ることができる。
（３）ＡＤ法により形成された磁性膜は形成前に仕込む粉末の組成にほぼ一致するようになるため、従来のスパッタ法に比較して磁性膜の組成自由度を格段に向上させることができるとともに、安定した組成の磁性膜を容易に形成できる。
（４）ＡＤ法で得られた磁性膜は被成膜物との密着強度が大きい。
（５）従来のスパッタのように光学のターゲットを必要としないため低コストで磁性膜の形成が可能である。
（６）磁性粒子を高飽和磁化を示すＦｅ、Ｃｏ、ＦｅＣｏなどのソフト磁性相とハード磁性相を混合することによって、両相がナノメータオーダーで析出したナノコンポジット磁石厚膜の製造も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁性膜製造装置の概略模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＡＤ法で得られる磁性膜の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＡＤ法に用いたＳｍＦｅＮ  粉末（平均粉末粒径３μｍ）の磁気特性の減磁曲線を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＡＤ法を用いて作製したＳｍＦｅＮ  膜の外観写真を示した図である。
【図５】ガス流量４〜１０ｌ／ｍｉｎ、成膜時間４分間の条件で本発明の実施の形態に係るＡＤ法にて作製したＳｍＦｅＮ  厚膜のＸ  線回折パターンを示した図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るＡＤ法を用いて作製したＳｍＦｅＮ膜の膜厚のＡＤ法におけるガス流量依存性を示した図である。
【図７】ＳｍＦｅＮ  膜の膜厚の本発明の実施の形態に係るＡＤ法における成膜時間依存性を示した図である。
【図８】ガス流量６ｌ／ｍ  ｉｎ成膜時間４分間の条件で本発明の実施の形態に係るＡＤ法にて得られたＳｍＦｅＮ  膜の光学顕微鏡組織を示した図である。
【図９】ガス流量６ｌ／ｍ  ｉｎ成膜時間４分間の条件で本発明の実施の形態に係るＡＤ法にて得られたＳｍＦｅＮ  膜の走査電子顕微鏡組織を示した図である。
【図１０】成膜時間４分間の条件で本発明の実施の形態に係るＡＤ法にて作製したＳｍＦｅＮ  厚膜のマイクロビッカース硬度に及ぼすＡＤ法におけるガス流量の影響を示した図である。
【図１１】磁気測定結果を示す図である。
【図１２】磁気特性のガス流量依存性を示した図である。
【図１３】ガス流量４ｌ／ｍ  ｉｎ、８ｌ／ｍ  ｉｎで成膜したＳｍＦｅＮ  厚膜の磁気特の成膜時間依存性を示した図である。
【図１４】大きな金属磁石化合物粉末の粒子を核としその周りに小さな酸化物粉末が配置された結晶粒から構成される厚膜が得られる状況を示した図である。
【図１５】Ｍ型フェライト粉末を用いたＡＤ厚膜における保磁力のガス流量依存性を示した図である。
【符号の説明】
１０    磁性膜形成装置
１１  ミキサ
１２  チャンバ
１３  ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプ
１４  原料粉末
１４ａ  粒子
１５    ノズル
１６    マスク
１７    ガスボンベ
２０  基板（被成膜物）
３０  磁性膜
【図１】
2004296609.tif 000003
【図２】
2004296609.tif 000004
【図３】
2004296609.tif 000005
【図４】
2004296609.tif 000006
【図５】
2004296609.tif 000007
【図６】
2004296609.tif 000008
【図７】
2004296609.tif 000009
【図８】
2004296609.tif 000010
【図９】
2004296609.tif 000011
【図１０】
2004296609.tif 000012
【図１１】
2004296609.tif 000013
【図１２】
2004296609.tif 000014
【図１３】
2004296609.tif 000015
【図１４】
2004296609.tif 000016
【図１５】
2004296609.tif 000017