JP4715047B2 - Method for suppressing the formation of protrusions in metal-deposited coatings - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類系永久磁石などの被処理物の表面にアルミニウムや亜鉛などの金属蒸着被膜を形成した際、該被膜に突起物が生成してしまうことを抑制する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類系永久磁石は、高い磁気特性を有しており、今日様々な分野で使用されている。
しかしながら、希土類系永久磁石は、大気中で酸化腐食されやすい金属種（特にＲ）を含む。それ故、表面処理を行わずに使用した場合には、わずかな酸やアルカリや水分などの影響によって表面から腐食が進行して錆が発生し、それに伴って、磁気特性の劣化やばらつきを招くことになる。さらに、磁気回路などの装置に組み込んだ磁石に錆が発生した場合、錆が飛散して周辺部品を汚染する恐れがある。
上記の点に鑑み、希土類系永久磁石に優れた耐食性を付与することを目的として、その表面にアルミニウムや亜鉛などの金属蒸着被膜を形成することが行われている。
特に、アルミニウム被膜は耐食性や量産性に優れていることに加え、部品組み込み時に必要とされる接着剤との接着信頼性に優れている（接着剤が本質的に有する破壊強度に達するまでに被膜と接着剤との間で剥離が生じにくい）ので、強い接着強度が要求される希土類系永久磁石に対しても広く適用されている。ここで接着剤としては、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、反応性アクリル樹脂系、変性アクリル樹脂系（紫外線硬化型接着剤や嫌気性接着剤）、シアノアクリレート樹脂系、シリコーン樹脂系、ポリイソシアネート系、酢酸ビニル樹脂系、メタクリル樹脂系、ポリアミド系、ポリエーテル系などの各種樹脂系接着剤、各種樹脂系接着剤（例えば、酢酸ビニル樹脂系接着剤やアクリル樹脂系接着剤など）のエマルジョン型接着剤、各種ゴム系接着剤（例えば、ニトリルゴム系接着剤やポリウレタンゴム系接着剤など）、セラミックス接着剤などが耐熱性や耐衝撃性などの目的に応じて適宜選択されて使用される。
希土類系永久磁石表面に金属蒸着被膜を形成するために使用される装置としては、例えば、米国特許４１１６１６１号公報やGraham Legge :"Ion Vapor Deposited Coatings for Improved Corrosion Protection": Reprinted from Industrial Heating, September, 135-140, 1994に記載の装置がある。図１は、その一例の、図略の真空排気系に連なる真空処理室１の内部の模式的正面図（一部透視図）である。その室内上方には、例えば、ステンレス製のメッシュ金網で形成された円筒形バレル５が水平方向の回転軸線上の回転シャフト６を中心に回転自在に２個併設されている。また、その室内下方には、例えば、金属蒸着材料であるアルミニウムを蒸発させる蒸発部であるボート２が、支持テーブル３上に立設されたボート支持台４上に複数個配置されている。
そして、この装置によれば、被処理物である希土類系永久磁石３０を円筒形バレル５内に複数個収容し、この円筒形バレルを矢示のごとく回転シャフト６を中心に自転させながら、図略の加熱手段によって所定温度に加熱されたボート２からアルミニウムを蒸発させ、円筒形バレル５内の希土類永久磁石３０の表面にアルミニウム蒸着被膜を形成するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す蒸着装置は、大量処理が可能であり、生産性に優れたものである。しかしながら、時として、希土類系永久磁石表面に形成された金属蒸着被膜に突起物が生成してしまうことがあった。
被膜にこのような突起物が存在すると、接着剤を使用して磁石を部品に組み込む際、接着性に悪影響を及ぼす。特に、突起物の高さがＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４における粗さ曲線の平均線より１００μｍを越えるものになった場合、突起物が存在することの影響を回避して十分な接着力を確保するためには接着剤の厚みをかなり大きくせざるを得ない。従って、低粘性の接着剤を使用した場合にはそれだけの厚みを確保できず、結果として十分な接着強度が得られないことになる。また、シアノアクリレート系接着剤などのような被膜表面との化学反応を介して硬化する接着剤を使用した場合、その硬化が十分に起こらず、結果として十分な接着強度が得られないことになる。さらに、埋め込み磁石（ＩＰＭ）型モーターに磁石を組み込む場合のように接着剤を使用しない場合でも、突起物の存在によって部品の寸法精度を高くすることができず、その結果、近年の部品の小型化や高精度化の要求に対応することが困難となる。
そこで、本発明においては、希土類系永久磁石などの被処理物の表面にアルミニウムや亜鉛などの金属蒸着被膜を形成した際、該被膜に突起物が生成してしまうことを効果的に抑制する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、金属蒸着被膜に突起物がなぜ、どのようにして生成するのかを詳細に解析検討した結果、以下のような事実を見出した。即ち、図１に示すような蒸着装置では、装置の構成上、円筒形バレルが自転することにより、バレル内で、該バレルに収容された希土類系永久磁石同士の衝突や擦れ合い、磁石とバレル壁面との衝突や擦れ合いといった現象が生じるが、これにより磁石の表面に形成された金属蒸着被膜が損傷を受け、その一部が削れ、さらに削れた切片が磁石などと擦れ合うことによって粒状化して他の被膜部分に付着し、その上にさらに被膜が形成されることで、通常、被膜形成後に被膜耐食性向上などを目的として行われるピーニング加工（例えば、特開昭６２−６０２１２号公報を参照）などを行っても除去不可能な突起物となること、磁石は、常に蒸発部からの輻射熱などで加熱された状態になっており、これに起因した磁石の必要以上の温度上昇によってその表面に形成された金属蒸着被膜が軟化してしまい、損傷しやすくなっていることを見出した。
【０００５】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、本発明のアルミニウム蒸着被膜における突起物生成の抑制方法は、請求項１記載の通り、真空処理室内に、蒸着材料の蒸発部と、被処理物を収容するための収容部材を備えた蒸着装置を用い、複数個の被処理物を収容した収容部材を水平方向の回転軸線を中心に回転させながら、金属蒸着材料としてアルミニウムを被処理物の表面に蒸着させるに際し、収容部材に収容された被処理物の温度を３５０℃以下に維持することによってアルミニウムのバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３以下に維持し、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して被処理物同士の衝突や擦れ合いによる被膜の損傷を抑制しながら蒸着を行うことを特徴とする。
また、請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、蒸着を真空蒸着法またはイオンプレーティング法によって行うことを特徴とする。
また、請求項３記載の方法は、請求項１または２記載の方法において、前記収容部材が着脱自在に構成されていることを特徴とする。
また、請求項４記載の方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、前記収容部材がメッシュで形成された筒型バレルであることを特徴とする。
また、請求項５記載の方法は、請求項４記載の方法において、前記筒型バレルが水平方向の回転軸線を中心に回転自在とした支持部材の回転軸線の周方向の外方に公転自在に支持されており、支持部材を回転させることにより、支持部材の回転軸線を中心に公転運動することを特徴とする。
また、請求項６記載の方法は、請求項５記載の方法において、前記筒型バレルおよび／または前記筒型バレルを支持する支持部材が着脱自在に構成されていることを特徴とする。
また、請求項７記載の方法は、請求項５記載の方法において、前記筒型バレルが支持部材の回転軸線の周方向の外方に環状に複数個支持されていることを特徴とする。
また、請求項８記載の方法は、請求項４記載の方法において、前記筒型バレルの内部が分割されて２以上の収容部が形成されていることを特徴とする。
また、請求項９記載の方法は、請求項８記載の方法において、前記筒型バレルの内部が回転軸線から放射状に分割されて２以上の収容部が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１０記載の方法は、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法において、前記被処理物が希土類系永久磁石であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の金属蒸着被膜における突起物生成の抑制方法は、真空処理室内に、蒸着材料の蒸発部と、被処理物を収容および／または保持するための収容部材および／または保持部材を備えた蒸着装置を用い、前記収容部材および／または前記保持部材を水平方向の回転軸線を中心に回転させながら、金属蒸着材料を被処理物の表面に蒸着させるに際し、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
即ち、本発明は、被処理物の必要以上の温度上昇を抑制しながら蒸着を行うことで、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持することにより、該被膜が軟化し、被処理物同士の衝突や擦れ合い、被処理物とバレル壁面との衝突や擦れ合いによって損傷しやすくなることを抑制し、その結果として形成される被膜に突起物が生成してしまうことを効果的に抑制することができることを見出したことに基づく。
【０００８】
本発明において金属蒸着被膜の形成対象となる被処理物は、金属蒸着被膜を形成することができるものであれば特段限定されるものではないが、本発明は、強力な磁力を有することから、部品に組み込む際に接着剤との間で強い接着強度が要求される希土類系永久磁石に対してとりわけ効果を発揮する。
【０００９】
本発明において適用される金属蒸着材料は、特段限定されるものではないが、本発明は、特に、融点が低いため、形成された被膜の軟化が被処理物の温度上昇によって起こりやすいアルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、これらの金属成分の少なくとも一成分を含む合金に適用された場合に効果を発揮する。
【００１０】
本発明において、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を行うためには、収容部材または保持部材に収容または保持された被処理物の温度を、金属蒸着材料のバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３以下に維持して蒸着を行えばよい。上記の金属蒸着材料のバルクにおける融点はそれぞれ、アルミニウムは６６０℃、亜鉛は４２０℃、錫は２３２℃、鉛は３２８℃、ビスマスは２７１℃である。合金の場合は、高温で固相と液相の２相共存状態が存在するときは、その組成における固相線温度を融点とする。被処理物が希土類系永久磁石の場合、金属蒸着材料として望ましいものはコストの点を考慮するとアルミニウムや亜鉛である。アルミニウムを使用する場合は、磁石の温度をアルミニウムのバルクにおける融点の２／３以下、即ち、４４０℃以下に維持して蒸着を行えばよいが、３５０℃以下に維持して蒸着を行うことが望ましく、３００℃以下に維持して蒸着を行うことがより望ましい。また、亜鉛を使用する場合は、磁石の温度を亜鉛のバルクにおける融点の２／３以下、即ち、２８０℃以下に維持して蒸着を行えばよいが、２５０℃以下に維持して蒸着を行うことが望ましい。
被処理物の温度の下限は、被処理物が希土類系永久磁石の場合、一般的には１００℃である。１００℃よりも低い温度で蒸着を行った場合、磁石と金属蒸着被膜との間で十分な密着性が得られない恐れがあるからである。
【００１１】
本発明の金属蒸着被膜における突起物生成の抑制方法は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ビーム法、ＣＶＤ法などのような蒸着方法、即ち、蒸着時に被処理物の温度が必要以上に上昇してしまい、その結果として被膜に突起物が生成する恐れのある方法に対して好適に適用される。中でも、真空蒸着法やイオンプレーティング法などで採用されるような、抵抗加熱方式による蒸着方法、とりわけ、通電加熱した蒸発部に蒸着材料を連続供給して溶解する方式による蒸着方法は、高い成膜速度による成膜が可能であり、大量処理に有用であるが、このような蒸着方法に本発明の突起物生成の抑制方法を適用することにより、優れた品質の被膜を安定してしかも効率的に被処理物表面に形成することができるという効果が発揮される。
【００１２】
本発明において適用される、真空処理室内に、蒸着材料の蒸発部と、被処理物を収容するための収容部材を備え、前記収容部材を水平方向の回転軸線を中心に回転させながら、蒸着材料を被処理物の表面に蒸着させることができる蒸着装置としては、例えば、以下のような装置が挙げられる。
【００１３】
例えば、前述の図１に示した蒸着装置である。このような装置を使用する場合、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を行う方法としては、円筒形バレルに収容された被処理物の温度が、金属蒸着材料のバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３に達するまでに蒸着を完了させる方法、融点の２／３の温度に達するまでにいったん蒸着を中断し、被処理物を冷却した後、蒸着を再開し、これを繰り返す方法、円筒形バレルに冷却水や冷却ガスなどを使用した冷却機構を導入し、被処理物の温度を融点の２／３の温度以下に維持する方法、蒸発部からの輻射熱を抑制するための遮蔽板を配置する方法などがある。
【００１４】
また、図２に示すような蒸着装置を用いれば、被処理物の温度が必要以上に上昇することを効果的に抑制することができ、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を容易に行うことができる。
【００１５】
図２は、図略の真空排気系に連なる真空処理室５１の内部の模式的正面図（一部透視図）である（希土類系永久磁石表面にアルミニウム蒸着被膜を形成するための装置を例にとって説明する）。
室内上方には、水平方向の回転軸線上の回転シャフト５６を中心に回転自在とした支持部材５７が２個併設されており、この支持部材５７の回転シャフト５６の周方向の外方に６個の例えば、ステンレス製のメッシュ金網で形成された円筒形バレル５５が支持軸５８によって公転自在に環状に支持されている。また、室内下方には、金属蒸着材料を蒸発させる蒸発部であるボート５２が、支持テーブル５３上に立設されたボート支持台５４上に複数個配置されている。
支持テーブル５３の下方内部には、金属蒸着材料であるアルミニウムのワイヤー５９が繰り出しリール６０に巻回保持されている。アルミニウムワイヤー５９の先端はボート５２の内面に向かって臨ませた耐熱性の保護チューブ６１によってボート５２の上方に案内されている。保護チューブ６１の一部には切り欠き窓６２が設けられており、この切り欠き窓６２に対応して設けられた繰り出しギア６３がアルミニウムワイヤー５９に直接接触し、アルミニウムワイヤー５９を繰り出すことによってボート５２内にアルミニウムが絶えず補給されるように構成されている。
【００１６】
図３は、水平方向の回転軸線上の回転シャフト５６を中心に回転自在とした支持部材５７の回転シャフト５６の周方向の外方に６個のステンレス製のメッシュ金網で形成された円筒形バレル５５が支持軸５８によって公転自在に環状に支持されていることを示す模式的斜視図である（２連で支持されているので支持されている円筒形バレルの合計数は１２個）（磁石は未収容）。
【００１７】
回転シャフト５６を中心に支持部材５７を回転させると（図２矢印参照）、支持部材５７の回転シャフト５６の周方向の外方に支持軸５８によって支持されている円筒形バレル５５は、これに対応して、回転シャフト５６を中心に公転運動する。その結果、個々の円筒形バレルと支持部材の下方に配置された蒸発部との間の距離が変動することになり、以下の効果が発揮される。
即ち、支持部材５７の下部に位置した円筒形バレルは蒸発部に接近している。従って、この円筒形バレルに収容された希土類系永久磁石８０に対しては、その表面に金属蒸着被膜が効率よく形成される。一方、蒸発部から遠ざかった円筒形バレルに収容された希土類系永久磁石は、蒸発部から遠ざかった分だけ温度上昇が抑制される。従って、この間、その表面に形成された金属蒸着被膜の軟化が抑制される。このように、この蒸着装置を用いれば、金属蒸着被膜の効率的形成と形成された金属蒸着被膜の軟化抑制を同時に達成することが可能となり、突起物生成を効果的に抑制することができる。
【００１８】
この蒸着装置は、上記の効果を発揮するとともに、以下の利点を有する点において都合がよい。
即ち、大量処理を行う場合でも、図１に示す蒸着装置のように１個の円筒形バレルに磁石を大量に収容するよりも、この蒸着装置における各円筒形バレルに少量ずつ収容する方が、バレル内での磁石同士の衝突回数や擦れ合い回数などを減少させることができるので、被膜の損傷に起因する突起物の生成をさらに抑制することが可能となる。
また、弓型形状の磁石や大型磁石などのように、図１に示す蒸着装置におけるＲ（曲率半径）が大きい円筒形バレルに収容して蒸着処理した場合、バレル内面に沿って滑り落ちてしまい、バレル内面との擦れにより被膜が損傷しやすい磁石であっても、この蒸着装置における小さいＲの各円筒形バレルに収容して蒸着処理することにより、攪拌を均一に行うことができるようになるので、被膜の損傷に起因する突起物の生成をさらに抑制することが可能となる。
また、従来は、磁石同士の衝突回数や擦れ合い回数などを減少させるために、バレル内に磁石とともに収容することがあったダミー（例えば、直径１０ｍｍのセラミックスボールが挙げられる）を使用する方法を採用する場合があったが、この蒸着装置を使用することでその必要がなくなり、磁石への被膜形成効率を向上させることが可能となるので、磁石の温度が、金属蒸着材料のバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３に達するまでに蒸着を完了させる事が容易となる。
【００１９】
なお、図２および図３に示す蒸着装置においては、真空処理室５１の室内上方に円筒形バレル５５を支持する支持部材５７が配置され、室内下方に蒸発部であるボート５２が配置されているが、支持部材と蒸発部との位置関係は、この位置関係に限定されるものではなく、支持部材を回転させることによって、円筒形バレルと蒸発部との間の距離が可変自在となるような位置関係であれば、支持部材と蒸発部は真空処理室内のどのような場所に配置されていてもかまわない。しかしながら、支持部材の外方に蒸発部を配置すれば、支持部材と蒸発部との間の距離の設定を真空処理室の内部空間の中で広範囲に行うことができるので、金属蒸着被膜の効率的形成と形成された被膜の軟化抑制を行うために望ましい距離の設定を容易に行うことが可能となり、また、金属蒸着材料を溶融しながら蒸発させて蒸着被膜形成を行う場合であっても、各部材の配置を容易に設定でき、取り扱いにも優れたものとなる。
また、図２および図３に示す蒸着装置においては、１個の支持部材５７の片面に６個の円筒形バレル５５が支持されているが（２連で支持されているので支持されている円筒形バレルの合計数は１２個）、支持部材に支持される円筒形バレルの個数はこれに限るものではなく、１個であってもかまわない。
また、円筒形バレル５５は、支持軸５８を回転させることによって、支持部材５７の回転シャフト５６を中心に公転運動するとともに自体公知の機構によって自転運動するように支持されていてもよい。
【００２０】
また、図４に示すような蒸着装置を用いても、被処理物の温度が必要以上に上昇することを効果的に抑制することができ、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を容易に行うことができる。
【００２１】
図４は、図略の真空排気系に連なる真空処理室１０１の内部の模式的正面図（一部透視図）である（希土類系永久磁石表面にアルミニウム蒸着被膜を形成するための装置を例にとって説明する）。
室内上方には、例えば、ステンレス製のメッシュ金網で形成された、水平方向の回転軸線上の回転シャフト１０６を中心に回転自在の円筒形バレル１０５が２個併設されている。この円筒形バレル１０５は、その内部が回転軸線から放射状に６分割されて断面が扇形の収容部が形成されている。また、室内下方には、金属蒸着材料を蒸発させる蒸発部であるボート１０２が、支持テーブル１０３上に立設されたボート支持台１０４上に複数個配置されている。
支持テーブル１０３の下方内部には、金属蒸着材料であるアルミニウムのワイヤー１０９が繰り出しリール１１０に巻回保持されている。アルミニウムワイヤー１０９の先端はボート１０２の内面に向かって臨ませた耐熱性の保護チューブ１１１によってボート１０２の上方に案内されている。保護チューブ１１１の一部には切り欠き窓１１２が設けられており、この切り欠き窓１１２に対応して設けられた繰り出しギア１１３がアルミニウムワイヤー１０９に直接接触し、アルミニウムワイヤー１０９を繰り出すことによってボート１０２内にアルミニウムが絶えず補給されるように構成されている。
【００２２】
図５は、ステンレス製のメッシュ金網で形成された、水平方向の回転軸線上の回転シャフト１０６を中心に回転自在の、内部が回転軸線から放射状に６分割されて断面が扇形の収容部が形成された円筒形バレル１０５を示す模式的斜視図である（磁石は未収容）。
【００２３】
回転シャフト１０６を中心に円筒形バレル１０５を回転させると（図４矢印参照）、円筒形バレルの内部に形成された個々の収容部と、その下方に配置された蒸発部との間の距離が変動することになり、図２および図３に示す蒸着装置を用いて蒸着を行った場合と同様、突起物の生成を効果的に抑制することができる。
【００２４】
なお、図４および図５に示す蒸着装置においては、真空処理室１０１の室内上方に内部が回転軸線から放射状に６分割されて断面が扇形の収容部が形成された円筒形バレル１０５が配置され、室内下方に蒸発部であるボート１０２が配置されているが、円筒形バレルと蒸発部との位置関係は、この位置関係に限定されるものではなく、円筒形バレルを回転させることによって、収容部と蒸発部との間の距離が可変自在となるような位置関係であれば、円筒形バレルと蒸発部は真空処理室内のどのような場所に配置されていてもかまわない。
また、図４および図５に示す蒸着装置においては、円筒形バレルの内部が回転軸線から放射状に６分割されて断面が扇形の収容部が形成されているが、円筒形バレルの内部に形成される収容部は、円筒形バレルを回転させることによって、収容部と蒸発部との間の距離が可変自在となるものであれば、どのような分割形態によって形成されたものであってもかまわない。
【００２５】
以上のような蒸着装置における収容部材としてのバレルの形状は、筒型であれば円筒形に限定されるものではなく、断面が６角形や８角形などの多角筒形であってもよい。
また、メッシュとしては、ステンレス製やチタン製のメッシュ金網などが挙げられる。メッシュの材質としてステンレスやチタンが望ましいのは、材質強度に優れることや、バレルに付着した蒸着材料の除去作業に使用されるアルカリ性水溶液などのエッチング液や剥離液に対する耐久性に優れることなどからである。なお、メッシュは、平板の打ち抜きやエッチングによって得られた網状板を使用して作成されたものであってもよいし、線状体を編んで作成されたものであってもよい。
また、メッシュの開口率（メッシュの面積に対する開口部の面積の割合）は、被処理物の形状や大きさにも依存するが、被処理物への被膜形成効率を向上させ、被処理物の温度が、金属蒸着材料のバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３に達するまでに蒸着を容易に完了させるためには５０％以上とすることが望ましく、６０％以上とすることがより望ましい。開口率の上限は特段制限されるものではないが、９５％よりも大きいとメッシュが蒸着処理時やその他の取り扱いの際に変形したり破損したりしてしまう恐れがあるので、９５％以下が望ましく、８５％以下がより望ましい。なお、メッシュの線径は、その開口率や強度を考慮して選定されるものであるが、一般には、０．１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましい。さらに、取り扱いの容易性などを考慮すると、０．３ｍｍ〜５ｍｍがより望ましい。
【００２６】
本発明において適用される、真空処理室内に、蒸着材料の蒸発部と、被処理物を保持するための保持部材を備え、前記保持部材を水平方向の回転軸線を中心に回転させながら、蒸着材料を被処理物の表面に蒸着させることができる蒸着装置としては、例えば、図１に示す装置において、円筒形バレルの代わりに図６に示す治具を使用した装置が挙げられる。即ち、水平方向の回転軸線上の回転シャフト１５６を中心に回転自在とした支持部材１５７の回転シャフト１５６の周方向の外方に保持部材としてリング状磁石などの中空部を有する被処理物１９０を吊り下げるための吊り下げ部材１６０が公転自在に支持されており、支持部材１５７を回転させることにより、支持部材１５７の回転シャフト１５６を中心に吊り下げ部材１６０が公転運動する装置が挙げられる。このような装置を用いて蒸着を行った場合、吊り下げ部材と、該部材に吊り下げられた被処理物の該部材との当接部分である内周面とで擦れ合いが生じ、その部分に形成された金属蒸着被膜が損傷を受け、その一部が削れ、さらに削れた切片が吊り下げ部材と擦れ合うことによって粒状化して他の被膜部分に付着し、その上にさらに被膜が形成されることで除去不可能な突起物となる恐れがある。従って、このような装置を用いて蒸着を行う際にも、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を行うことで本発明の効果が得られる。
【００２７】
以上のような蒸着装置において、収容部材や保持部材を支持部材から着脱自在に構成したり、支持部材を真空処理室から着脱自在に構成することには以下のような利点がある。即ち、被処理物の出し入れを任意の場所で行うことが可能となるので、利便性が向上する。また、通常、１回の蒸着処理が完了した際、収容部材や保持部材はそれ自体が加熱されて高い温度になっている。この状態のままの収容部材や保持部材を使用して次の蒸着処理を行った場合、被処理物の温度が必要以上に上昇してしまう恐れがある。従って、次の蒸着処理を行うまでには時間をかけて収容部材や保持部材を冷やすことが望ましい。収容部材や保持部材を着脱自在に構成し、同一形状のものを複数個準備しておけば、１回の蒸着処理に使用した収容部材や保持部材を取り外し、別の収容部材や保持部材を取り付けてすぐに次の蒸着処理を行うことができるので、大量処理を効率よく行うことが可能となる。
また、以上のような蒸着装置における収容部材の内部の長手方向を分割して２以上の収容区画部を形成し、各収容区画部に被処理物を１つずつまたは少量ずつ収容して処理することにより、収容部材内部で被処理物同士が衝突することによって被処理物に割れや欠けが発生することを抑制することができるので、被処理物の損傷に伴う突起物生成の抑制をより効果的に行うことが可能となる。
【００２８】
【実施例】
本発明を以下の実施例と比較例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、以下の実施例と比較例は、例えば、米国特許４７７０７２３号公報や米国特許４７９２３６８号公報に記載されているようにして、公知の鋳造インゴットを粉砕し、微粉砕後に成形、焼結、熱処理、表面加工を行うことによって得られたＮｄ１４Ｆｅ７９Ｂ６Ｃｏ１組成の直径９ｍｍ×厚さ３ｍｍ寸法の焼結磁石（以下、磁石体試験片と称する）を用いて行った。
【００２９】
実施例１：
円筒形バレルが直径３５５ｍｍ×長さ１２００ｍｍのステンレス製で、メッシュの開口率が６４％（開口部となる目開きが一辺が４ｍｍの正方形で、線径が１ｍｍ）である図１で示した蒸着装置（但し、蒸発部に関する構成は図２で示した蒸着装置と同じ）を用いて以下の実験を行った。
磁石体試験片に対し、ショットブラスト加工を行い、前工程の表面加工で生じた試験片表面の酸化層を除去した。この酸化層が除去された磁石体試験片を２個の円筒形バレルの各々に５０００個ずつ、合計１００００個収容した。真空処理室内を１×１０−３Ｐａ以下に真空排気した後、回転シャフトを１．５ｒｐｍで回転させながら、Ａｒガス圧１Ｐａ、バイアス電圧−５００Ｖの条件下、２０分間スパッタリングして磁石体試験片表面を清浄化した。続いて、Ａｒガス圧１Ｐａ、バイアス電圧−１００Ｖの条件下、金属蒸着材料としてアルミニウムワイヤーをワイヤー送り速度３ｇ／ｍｉｎで補給しながら、これを加熱して蒸発させ、イオン化し、２０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面にアルミニウム蒸着被膜を形成した。放冷後、アルミニウム蒸着被膜を有する磁石体試験片について以下の項目を評価した。
▲１▼ 蒸着終了時の磁石体試験片の温度（ｎ＝１０の平均値）
▲２▼ 蒸着終了時のアルミニウム蒸着被膜のビッカース硬度（ｎ＝３の平均値）
▲３▼ 形成されたアルミニウム蒸着被膜の膜厚（ｎ＝１０の平均値）
▲４▼ 個々の磁石体試験片の外観
▲５▼ ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４における粗さ曲線の平均線より１００μｍを越える高さの突起物が１つ以上生成してしまった磁石体試験片の個数（突起不良数）（ｎ＝５００）
▲６▼ 投射材（新東ブレーター株式会社製のガラスビーズ・商品名：ＧＢ−ＡＧ）を投射圧０．２ＭＰａで投射してピーニング処理した後、温度８０℃×相対湿度９０％の高温高湿条件下にて５００時間放置するという条件での耐食性試験を行い、錆が発生した磁石体試験片の個数（発錆不良数）（ｎ＝１０）
▲７▼ 上記の条件によるピーニング処理後の磁石体試験片をシアノアクリレート樹脂系接着剤（ヘンケルジャパン株式会社製の商品名：ロックタイト４０６）を用いて鋳鉄製治具に接着し、２４時間放置後に圧縮せん断強度を測定することによる接着強度の測定（ｎ＝１０の平均値）
なお、▲１▼の磁石体試験片の温度の測定は、▲２▼〜▲７▼の評価を行った蒸着被膜形成と同時に行わず、その蒸着被膜形成条件と同様の条件下で別途行った。具体的な方法は、各指示温度を示す複数のサーモクレヨン（日油技研工業株式会社製）を削ったものをアルミニウム箔に包み、これを磁石体試験片に巻き付けて蒸着を行った後、どの温度に対応するサーモクレヨンが溶融したかを確認する方法を採った。また、▲２▼の蒸着終了時のアルミニウム蒸着被膜のビッカース硬度は、測定装置として日本光学株式会社製の高温顕微硬度計ＱＭ型を使用し、上記の方法で得られたアルミニウム蒸着被膜を有する磁石体試験片を蒸着終了時の温度にまで加温し、試験加重０．５Ｎ、加重負荷時間３０秒の条件で測定した。また、▲５▼の突起不良数は、上記の方法で得られたアルミニウム蒸着被膜を有する磁石体試験片の外観を拡大鏡（１０倍）にて観察し、突起物の存在が確認された場合には、その最大突起物についてその高さを走査型共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス光学工業株式会社製のＯＬＳ１１００）を使用して判定の上、求めた。
結果を表１に示す。
【００３０】
実施例２：
図２および図３で示した蒸着装置を用いて以下の実験を行った。ここで、円筒形バレルは、直径１１０ｍｍ×長さ６００ｍｍのステンレス製で、メッシュの開口率が６４％（開口部となる目開きが一辺が４ｍｍの正方形で、線径が１ｍｍ）のものであり、１個の支持部材に６個（２連で合計１２個）支持されている。
磁石体試験片に対し、ショットブラスト加工を行い、前工程の表面加工で生じた試験片表面の酸化層を除去した。この酸化層が除去された磁石体試験片を１２個の円筒形バレルの各々に８５０個ずつ、左右２セットで、合計２０４００個収容した。その後、実施例１と同様にして４０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面にアルミニウム蒸着被膜を形成し、実施例１と同様の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００３１】
実施例３：
実施例１において、２個の円筒形バレルの各々に酸化層が除去された磁石体試験片を５０００個ずつ、合計１００００個収容し、２０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面に膜厚が１０μｍのアルミニウム蒸着被膜を形成した代わりに、２個の円筒形バレルの各々に酸化層が除去された磁石体試験片を７５００個ずつ、合計１５０００個収容し、３０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面にアルミニウム蒸着被膜を形成し（この他の条件は実施例１と同様）、実施例１と同様の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００３２】
実施例４：
実施例１において、２個の円筒形バレルの各々に酸化層が除去された磁石体試験片を５０００個ずつ、合計１００００個収容し、２０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面に膜厚が１０μｍのアルミニウム蒸着被膜を形成した代わりに、２個の円筒形バレルの各々に酸化層が除去された磁石体試験片を１００００個ずつ、合計２００００個収容し、４０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面にアルミニウム蒸着被膜を形成し（この他の条件は実施例１と同様）、実施例１と同様の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００３３】
比較例１：
実施例４において、アルミニウムワイヤーをワイヤー送り速度３ｇ／ｍｉｎで補給しながら、４０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面に膜厚が１０μｍのアルミニウム蒸着被膜を形成した代わりに、アルミニウムワイヤーをワイヤー送り速度１．５ｇ／ｍｉｎで補給しながら、８０分間イオンプレーティング法にて磁石体試験片表面にアルミニウム蒸着被膜を形成し（この他の条件は実施例４と同様）、実施例１と同様の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１〜実施例４では磁石体試験片の温度を、アルミニウムのバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３以下、即ち、４４０℃以下に維持して蒸着を行うことで、磁石体試験片の表面に形成された被膜のビッカース硬度が２５以上に維持されたので、被膜における突起物の生成を効果的に抑制することができ（例えば実施例１においては突起物が存在したがその高さの最大は３０μｍ程度であった）、接着剤との間でも優れた接着強度を得ることができた。また、被膜自体の損傷も抑制され、形成された被膜は外観や耐食性においても優れたものであった。
一方、比較例１においては、実施例４における蒸着時間の２倍の蒸着時間をかけて被膜を形成したので、時間が長いだけ磁石体試験片が必要以上に加熱され、その温度が４４０℃を越えてしまった。これにより、磁石体試験片の表面に形成された被膜のビッカース硬度が２５よりも小さくなり、軟化してしまって損傷しやすくなり、その結果、１００μｍを越える高さの突起物が多数生成してしまった。突起物が生成した磁石体試験片を接着剤を用いて鋳鉄製治具に接着しようとしても、通常の接着条件では接着剤が十分硬化せず、優れた接着強度を得ることはできなかった。また、被膜自体も損傷を受け、外観や耐食性において満足できるものではなかった。
【００３６】
実施例５：
円筒形バレルが直径３５５ｍｍ×長さ１２００ｍｍのステンレス製で、メッシュの開口率が６４％（開口部となる目開きが一辺が４ｍｍの正方形で、線径が１ｍｍ）である図１で示した蒸着被膜形成装置を用いて以下の実験を行った。
磁石体試験片に対し、ショットブラスト加工を行い、前工程の表面加工で生じた試験片表面の酸化層を除去した。この酸化層が除去された磁石体試験片を２個の円筒形バレルの一方に５０００個収容した。真空処理室内を１×１０−３Ｐａ以下に真空排気した後、回転シャフトを１．５ｒｐｍで回転させながら、Ａｒガス圧１Ｐａ、バイアス電圧−５００Ｖの条件下、２０分間スパッタリングして磁石体試験片表面を清浄化した。続いて、Ａｒガス圧０．１Ｐａの条件下、金属蒸着材料として亜鉛インゴットを用い、電子ビーム加熱法による真空蒸着法にて磁石体試験片表面に亜鉛蒸着被膜を形成した。なお蒸着は、１５分毎にインゴットの加熱を停止し、１０分間放置した後、加熱を再開するという操作を４回繰り返して、磁石の温度上昇を抑制しながら延べ１時間行った。放冷後、亜鉛蒸着被膜を有する磁石体試験片について以下の項目を評価した。
▲１▼ 蒸着終了時の磁石体試験片の温度（ｎ＝１０の平均値）
▲２▼ 蒸着終了時の亜鉛蒸着被膜のビッカース硬度（ｎ＝３の平均値）
▲３▼ 形成された亜鉛蒸着被膜の膜厚（ｎ＝１０の平均値）
▲４▼ 個々の磁石体試験片の外観
▲５▼ ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４における粗さ曲線の平均線より１００μｍを越える高さの突起物が１つ以上生成してしまった磁石体試験片の個数（突起不良数）（ｎ＝５００）
なお、▲１▼の磁石体試験片の温度の測定は、▲２▼〜▲５▼の評価を行った蒸着被膜形成と同時に行わず、その蒸着被膜形成条件と同様の条件下で別途行った。具体的な方法は、各指示温度を示す複数のサーモクレヨン（日油技研工業株式会社製）を削ったものを亜鉛箔に包み、これを磁石体試験片に巻き付けて蒸着を行った後、どの温度に対応するサーモクレヨンが溶融したかを確認する方法を採った。また、▲２▼の蒸着終了時の亜鉛蒸着被膜のビッカース硬度は、実施例１に記載した方法と同様の方法によって測定した。また、▲５▼の突起不良数は、実施例１に記載した方法と同様の方法によって判定の上、求めた。
結果を表２に示す。
【００３７】
比較例２：
実施例５において、加熱停止→放置→加熱再開という操作を行うことなく、連続的に１時間インゴットを加熱して蒸着を行い、磁石体試験片表面に亜鉛蒸着被膜を形成し、実施例５と同様の評価を行った。
結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
表２から明らかなように、磁石体試験片の表面に亜鉛蒸着被膜を形成する場合、磁石体試験片の温度を、亜鉛のバルクにおける融点（Ｔｍ）（℃）の２／３以下、即ち、２８０℃以下に維持して蒸着を行うことで、磁石体試験片の表面に形成された被膜のビッカース硬度が２５以上に維持されたので、被膜に突起物の生成がなく、被膜自体も外観において優れたものであった。一方、磁石体試験片の温度が２８０℃を超えると、被膜に１００μｍを越える高さの突起物が多数生成してしまい、また、被膜自体も損傷を受け、外観や耐食性において満足できるものではなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、真空処理室内に、蒸着材料の蒸発部と、被処理物を収容または保持するための収容部材または保持部材を備えた蒸着装置を用い、前記収容部材または保持部材を水平方向の回転軸線を中心に回転させながら、金属蒸着材料を被処理物の表面に蒸着させるに際し、被処理物の表面に形成された被膜のビッカース硬度を２５以上に維持して蒸着を行うことで、被処理物の表面に形成された金属蒸着被膜が軟化し、被処理物同士の衝突や擦れ合い、被処理物とバレル壁面との衝突や擦れ合いにより、形成された被膜が損傷しやすくなることを抑制し、その結果として被膜に突起物が生成してしまうことを効果的に抑制することができる。
被処理物の表面に金属蒸着被膜を形成した後、連続的にその表面にＡｌ２Ｏ３やＴｉＮなどのセラミック被膜を形成する場合、金属蒸着被膜に突起物が生成してしまうと、その後に形成されるセラミック被膜の接着剤との接着信頼性や寸法精度に影響を及ぼしてしまうが、本発明によれば、このような悪影響についても回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に適用される蒸着装置の一例の真空処理室の内部の模式的正面図（一部透視図）。
【図２】 本発明に適用される蒸着装置のその他の例の真空処理室の内部の模式的正面図（一部透視図）。
【図３】 その支持部材に支持された円筒形バレルの模式的斜視図。
【図４】 本発明に適用される蒸着装置の更なるその他の例の真空処理室の内部の模式的正面図（一部透視図）。
【図５】 その内部が分割された円筒形バレルの模式的斜視図。
【図６】 本発明に適用される蒸着装置の更なるその他の例に使用される治具の模式的斜視図。
【符号の説明】
１、５１、１０１ 真空処理室
２、５２、１０２ ボート（蒸発部）
５、５５、１０５ 円筒形バレル
６、５６、１０６、１５６ 回転シャフト
５７、１５７ 支持部材
５８ 支持軸
５９、１０９ アルミニウムワイヤー
３０、８０、１３０ 希土類系永久磁石
１６０ 保持部材（吊り下げ部材）
１９０ リング状磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for suppressing the formation of protrusions on a metal deposition film such as aluminum or zinc formed on the surface of an object to be processed such as a rare earth permanent magnet.
[0002]
[Prior art]
Rare earth permanent magnets such as R-Fe-B permanent magnets represented by Nd-Fe-B permanent magnets have high magnetic properties and are used in various fields today.
However, rare earth-based permanent magnets contain metal species (particularly R) that are susceptible to oxidative corrosion in the atmosphere. Therefore, when used without surface treatment, corrosion progresses from the surface due to the influence of slight acid, alkali, moisture, etc., and rust is generated, resulting in deterioration and dispersion of magnetic properties. It will be. Furthermore, when rust is generated in a magnet incorporated in a device such as a magnetic circuit, the rust may be scattered and contaminate peripheral components.
In view of the above points, a metal vapor-deposited film such as aluminum or zinc is formed on the surface for the purpose of imparting excellent corrosion resistance to rare earth permanent magnets.
In particular, aluminum coatings are not only excellent in corrosion resistance and mass productivity, but also have excellent adhesion reliability with adhesives that are required when incorporating components (the coatings reach the fracture strength inherent in adhesives). Therefore, it is also widely applied to rare earth permanent magnets that require strong adhesive strength. Here, as an adhesive, epoxy resin, phenol resin, reactive acrylic resin, modified acrylic resin (UV curable adhesive or anaerobic adhesive), cyanoacrylate resin, silicone resin, polyisocyanate Various types of resin adhesives such as vinyl acetate resin, methacrylic resin, polyamide, and polyether, and various resin adhesives (for example, vinyl acetate resin adhesives and acrylic resin adhesives). Agents, various rubber adhesives (for example, nitrile rubber adhesives, polyurethane rubber adhesives, etc.), ceramic adhesives, and the like are appropriately selected and used according to purposes such as heat resistance and impact resistance.
For example, US Pat. No. 4,116,161 and Graham Legge: “Ion Vapor Deposited Coatings for Improved Corrosion Protection”: Reprinted from Industrial Heating, September, There is an apparatus described in 135-140, 1994. FIG. 1 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of a vacuum processing chamber 1 connected to an unillustrated evacuation system, as an example. Two
According to this apparatus, a plurality of rare earth-based
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 is capable of mass processing and has excellent productivity. However, sometimes, protrusions are generated on the metal vapor-deposited film formed on the surface of the rare earth permanent magnet.
The presence of such protrusions in the coating adversely affects adhesion when the magnet is incorporated into the part using an adhesive. In particular, when the height of the projection exceeds 100 μm from the average line of the roughness curve in JIS B0601-1994, in order to avoid the influence of the presence of the projection and ensure sufficient adhesive strength Has to increase the thickness of the adhesive considerably. Therefore, when a low-viscosity adhesive is used, it is not possible to secure such a thickness, and as a result, sufficient adhesive strength cannot be obtained. In addition, when an adhesive that cures through a chemical reaction with the coating surface such as a cyanoacrylate adhesive is used, the curing does not occur sufficiently, and as a result, sufficient adhesive strength cannot be obtained. . Further, even when an adhesive is not used, as in the case of incorporating a magnet into an embedded magnet (IPM) type motor, the dimensional accuracy of the component cannot be increased due to the presence of the protrusions. It becomes difficult to meet the demand for higher speed and higher accuracy.
Therefore, in the present invention, when a metal deposition film such as aluminum or zinc is formed on the surface of an object to be processed such as a rare earth permanent magnet, a method for effectively suppressing the formation of protrusions on the film. The purpose is to provide.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of detailed analysis and examination of why and how protrusions are formed on the metal vapor-deposited film, the present inventors have found the following facts. That is, in the vapor deposition apparatus as shown in FIG. 1, due to the configuration of the apparatus, the cylindrical barrel rotates, so that the rare earth permanent magnets housed in the barrel collide or rub against each other in the barrel. Phenomena such as collision and rubbing with the wall surface occur, but this causes damage to the metal vapor-deposited coating formed on the surface of the magnet, part of it is shaved, and the shaved piece is rubbed against the magnet etc. A peening process is usually performed for the purpose of improving the corrosion resistance of the film after the film is formed by adhering to another film part and further forming a film thereon (see, for example, JP-A-62-60212). Protrusions that cannot be removed even if the magnet is used, etc., the magnet is always heated by radiation heat from the evaporation section, etc., and the temperature rises more than necessary due to this. Thus will be softened metal deposition film formed on the surface thereof, it has been found that it is easily damaged.
[0005]
The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the method for suppressing the formation of protrusions in the aluminum vapor-deposited film of the present invention includes, as described in claim 1, an evaporation portion of a vapor deposition material in a vacuum processing chamber, Using a vapor deposition apparatus equipped with a housing member for housing a workpiece, aluminum is treated as a metal vapor deposition material while rotating a housing member containing a plurality of workpieces about a horizontal rotation axis. When vapor-depositing on the surface of an object, the temperature of the object to be processed accommodated in the accommodating member is maintained at 350 ° C. or less, thereby maintaining the melting point (Tm) (° C.) in the bulk of aluminum at 2/3 or less. Evaporation is performed while maintaining the Vickers hardness of the film formed on the surface of the object at 25 or more and suppressing damage to the film due to collision or rubbing between objects to be processed.
The method according to
According to a third aspect of the present invention, in the method of the first or second aspect, the accommodating member is configured to be detachable.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method according to any one of the first to third aspects, the accommodating member is a cylindrical barrel formed of a mesh.
According to a fifth aspect of the present invention, in the method according to the fourth aspect of the present invention, the cylindrical barrel can revolve outward in the circumferential direction of the rotation axis of the support member that is rotatable about the horizontal rotation axis. It is supported and revolves around the rotation axis of the support member by rotating the support member.
The method according to
The method according to claim 7 is characterized in that, in the method according to
The method according to claim 8 is characterized in that, in the method according to claim 4, the inside of the cylindrical barrel is divided to form two or more accommodating portions.
The method according to claim 9 is characterized in that, in the method according to claim 8, the inside of the cylindrical barrel is radially divided from the rotation axis to form two or more accommodating portions.
The method according to claim 10 is the method according to any one of claims 1 to 9, wherein the object to be processed is a rare earth-based permanent magnet..
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method for suppressing the formation of protrusions in a metal vapor deposition film according to the present invention includes an evaporation portion for vapor deposition material, and a vapor deposition member and / or holding member for holding and / or holding an object to be processed in a vacuum processing chamber. A film formed on the surface of the object to be processed when the metal deposition material is evaporated on the surface of the object to be processed while rotating the housing member and / or the holding member about the rotation axis in the horizontal direction using the apparatus. The deposition is performed while maintaining the Vickers hardness of 25 or more.
[0007]
That is, the present invention maintains the Vickers hardness of the film formed on the surface of the object to be processed by vapor deposition while suppressing an unnecessarily high temperature rise of the object to be processed. Softens and suppresses damage due to collision and rubbing between objects to be processed and collision and rubbing between objects to be processed and the barrel wall surface, and as a result, protrusions are generated in the formed film. This is based on the finding that this can be effectively suppressed.
[0008]
In the present invention, the object to be formed of the metal vapor deposition film is not particularly limited as long as the metal vapor deposition film can be formed, but the present invention has a strong magnetic force, This is particularly effective for rare earth permanent magnets that require strong adhesive strength with an adhesive when incorporated into a part.
[0009]
The metal vapor deposition material applied in the present invention is not particularly limited. However, the present invention has particularly a low melting point, and thus the softening of the formed film is likely to occur due to the temperature rise of the object to be processed. It is effective when applied to tin, lead, bismuth, and alloys containing at least one of these metal components.
[0010]
In the present invention, in order to perform deposition while maintaining the Vickers hardness of the film formed on the surface of the object to be processed at 25 or more, the temperature of the object to be processed accommodated or retained in the accommodating member or the retaining member is set to metal. Vapor deposition may be performed while maintaining the melting point (Tm) (° C.) of the vapor deposition material at 2/3 or less. The melting points of the metal deposition materials in the bulk are 660 ° C. for aluminum, 420 ° C. for zinc, 232 ° C. for tin, 328 ° C. for lead, and 271 ° C. for bismuth, respectively. In the case of an alloy, when a two-phase coexistence state of a solid phase and a liquid phase exists at a high temperature, the solidus temperature in the composition is taken as the melting point. When the object to be processed is a rare earth permanent magnet, aluminum or zinc is preferable as the metal vapor deposition material in consideration of the cost. When aluminum is used, the temperature of the magnet may be maintained at 2/3 or less of the melting point of the aluminum bulk, that is, the deposition may be performed at 440 ° C. or less, but the deposition may be performed at 350 ° C. or less. Desirably, it is more desirable to perform deposition while maintaining the temperature at 300 ° C. or lower. When zinc is used, deposition may be performed while maintaining the temperature of the magnet at 2/3 or less of the melting point of the zinc bulk, that is, 280 ° C. or less, but deposition is performed at 250 ° C. or less. It is desirable.
The lower limit of the temperature of the object to be processed is generally 100 ° C. when the object to be processed is a rare earth permanent magnet. This is because, when vapor deposition is performed at a temperature lower than 100 ° C., sufficient adhesion between the magnet and the metal vapor deposition film may not be obtained.
[0011]
The method for suppressing the formation of protrusions in the metal vapor-deposited film of the present invention is a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, a beam method, or a CVD method. As a result, the method is preferably applied to a method in which protrusions may be formed on the film. Among them, a vapor deposition method using a resistance heating method, such as a vacuum vapor deposition method or an ion plating method, particularly a vapor deposition method using a method in which a vapor deposition material is continuously supplied to an evaporation part that is electrically heated and melted is a high growth method. Although film formation at a film speed is possible, it is useful for mass processing. By applying the method for suppressing the formation of protrusions of the present invention to such a vapor deposition method, an excellent quality film can be stably and efficiently produced. The effect that it can form on the to-be-processed object surface is exhibited.
[0012]
In the vacuum processing chamber, which is applied in the present invention, a vapor deposition material evaporation portion and a storage member for storing a workpiece are provided, and the vapor deposition material is rotated while rotating the storage member around a horizontal rotation axis. As a vapor deposition apparatus that can vapor-deposit on the surface of an object to be processed, for example, the following apparatuses may be mentioned.
[0013]
For example, the vapor deposition apparatus shown in FIG. When using such an apparatus, as a method of performing deposition while maintaining the Vickers hardness of the film formed on the surface of the object to be processed at 25 or more, the temperature of the object to be processed accommodated in the cylindrical barrel is Method of completing vapor deposition until it reaches 2/3 of the melting point (Tm) (° C.) in the bulk of the metal vapor deposition material, the vapor deposition was interrupted once the temperature reached 2/3 of the melting point, and the workpiece was cooled After that, the method of restarting the vapor deposition and repeating this, a method of introducing a cooling mechanism using cooling water or a cooling gas into the cylindrical barrel, and maintaining the temperature of the object to be processed at a temperature equal to or lower than 2/3 of the melting point, There is a method of arranging a shielding plate for suppressing radiant heat from the evaporation section.
[0014]
Moreover, if a vapor deposition apparatus as shown in FIG. 2 is used, it can suppress effectively that the temperature of a to-be-processed temperature rises more than necessary, and the Vickers hardness of the film formed on the surface of the to-be-processed object is reduced. Vapor deposition can be carried out easily while maintaining at 25 or more.
[0015]
FIG. 2 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of a
Two
Inside the support table 53, an aluminum wire 59, which is a metal deposition material, is wound and held on a
[0016]
FIG. 3 shows a cylindrical barrel formed of six stainless steel mesh wire meshes on the outer side in the circumferential direction of the
[0017]
When the
That is, the cylindrical barrel located below the
[0018]
This vapor deposition apparatus is advantageous in that it exhibits the above effects and has the following advantages.
That is, even when performing a large amount of processing, it is better to accommodate a small amount in each cylindrical barrel in this vapor deposition device than to accommodate a large amount of magnets in one cylindrical barrel as in the vapor deposition device shown in FIG. Since it is possible to reduce the number of collisions and rubbing times between magnets in the barrel, it is possible to further suppress the formation of protrusions due to damage to the coating.
In addition, when a vapor deposition process is performed in a cylindrical barrel having a large R (curvature radius) in the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 such as a bow-shaped magnet or a large magnet, it slides down along the inner surface of the barrel. Even if the magnet is easily damaged by rubbing with the inner surface of the barrel, it can be uniformly stirred by being housed in each of the small R cylindrical barrels in the vapor deposition apparatus and vapor deposited. Therefore, it becomes possible to further suppress the formation of protrusions due to the damage of the film.
Conventionally, a method of using a dummy (for example, a ceramic ball having a diameter of 10 mm) that has been housed together with a magnet in a barrel in order to reduce the number of collisions or rubbing between magnets. In some cases, it was not necessary to use this vapor deposition device, and it was possible to improve the efficiency of film formation on the magnet. It becomes easy to complete the vapor deposition before reaching 2/3 of (Tm) (° C.).
[0019]
In the vapor deposition apparatus shown in FIGS. 2 and 3, a
In the vapor deposition apparatus shown in FIGS. 2 and 3, six
Further, the
[0020]
Moreover, even if it uses a vapor deposition apparatus as shown in FIG. 4, it can suppress effectively that the temperature of a to-be-processed temperature rises more than necessary, and the Vickers hardness of the film formed on the surface of the to-be-processed object Is maintained at 25 or more, and vapor deposition can be performed easily.
[0021]
FIG. 4 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of the
Two
Inside the support table 103, an
[0022]
FIG. 5 shows a stainless steel mesh wire mesh that is rotatable about a
[0023]
When the
[0024]
In the vapor deposition apparatus shown in FIGS. 4 and 5, a
In the vapor deposition apparatus shown in FIGS. 4 and 5, the inside of the cylindrical barrel is radially divided into six from the rotation axis to form a fan-shaped housing portion, but the inside of the cylindrical barrel is formed. The accommodating portion may be formed in any divided form as long as the distance between the accommodating portion and the evaporation portion can be changed by rotating the cylindrical barrel. .
[0025]
The shape of the barrel as the housing member in the vapor deposition apparatus as described above is not limited to a cylindrical shape as long as it is a cylindrical shape, and may be a polygonal cylindrical shape such as a hexagonal or octagonal cross section.
Examples of the mesh include stainless steel and titanium mesh wire nets. Stainless steel or titanium is desirable as the mesh material because it has excellent material strength and durability against etching solution or stripping solution such as alkaline aqueous solution used to remove the vapor deposition material attached to the barrel. is there. The mesh may be created using a net-like plate obtained by punching or etching a flat plate, or may be created by knitting a linear body.
Further, the opening ratio of the mesh (ratio of the area of the opening to the area of the mesh) depends on the shape and size of the object to be processed, but improves the film formation efficiency on the object to be processed, In order to easily complete the vapor deposition until the temperature reaches 2/3 of the melting point (Tm) (° C.) in the bulk of the metal vapor deposition material, it is desirable to set it to 50% or more, and more preferably 60% or more. desirable. The upper limit of the aperture ratio is not particularly limited, but if it exceeds 95%, the mesh may be deformed or damaged during vapor deposition or other handling. Desirably, 85% or less is more desirable. The wire diameter of the mesh is selected in consideration of the aperture ratio and strength, but generally 0.1 mm to 10 mm is desirable. Furthermore, considering the ease of handling and the like, 0.3 mm to 5 mm is more desirable.
[0026]
In the vacuum processing chamber, which is applied in the present invention, a vapor deposition material evaporation section and a holding member for holding an object to be processed are provided, and while the holding member is rotated around a horizontal rotation axis, the vapor deposition material As a vapor deposition apparatus capable of vapor-depositing on the surface of an object to be processed, for example, an apparatus using the jig shown in FIG. 6 instead of the cylindrical barrel in the apparatus shown in FIG. That is, the
[0027]
In the vapor deposition apparatus as described above, there are the following advantages in that the housing member and the holding member are configured to be detachable from the support member, and the support member is configured to be detachable from the vacuum processing chamber. That is, it is possible to take in and out the object to be processed at an arbitrary place, so that convenience is improved. In general, when one vapor deposition process is completed, the housing member and the holding member are heated to a high temperature. When the next vapor deposition process is performed using the housing member and the holding member in this state, the temperature of the object to be processed may be increased more than necessary. Therefore, it is desirable to cool the housing member and the holding member over time before performing the next vapor deposition process. If the storage member and the holding member are detachable, and a plurality of members having the same shape are prepared, the storage member and the holding member used for one deposition process are removed, and another storage member and a holding member are attached. Since the next deposition process can be performed immediately, a large amount of processing can be performed efficiently.
Moreover, the longitudinal direction inside the accommodating member in the vapor deposition apparatus as described above is divided to form two or more accommodating compartments, and the objects to be treated are accommodated one by one or in small quantities in each accommodating compartment. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks and chipping in the objects to be processed due to the collision between the objects to be processed inside the housing member. Can be performed automatically.
[0028]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
In the following examples and comparative examples, for example, as described in US Pat. No. 4,770,723 and US Pat. No. 4,792,368, a known cast ingot is pulverized, and after pulverization, molding, sintering, and heat treatment are performed. Nd obtained by surface treatment14Fe79B6Co1The measurement was performed using a sintered magnet having a diameter of 9 mm and a thickness of 3 mm (hereinafter referred to as a magnet test piece).
[0029]
Example 1:
The cylindrical barrel is made of stainless steel having a diameter of 355 mm and a length of 1200 mm, and the opening ratio of the mesh is 64% (the opening opening is a square with a side of 4 mm and the wire diameter is 1 mm). The following experiment was conducted using an apparatus (however, the configuration relating to the evaporation section is the same as the vapor deposition apparatus shown in FIG. 2).
The magnet body test piece was shot blasted to remove the oxide layer on the surface of the test piece generated by the surface processing in the previous step. A total of 10,000 magnet test specimens from which the oxide layer had been removed were accommodated in each of two cylindrical barrels. 1 × 10 in the vacuum processing chamber-3After evacuating to Pa or lower, the surface of the magnet specimen was cleaned by sputtering for 20 minutes under the conditions of Ar gas pressure of 1 Pa and bias voltage of −500 V while rotating the rotating shaft at 1.5 rpm. Subsequently, while supplying an aluminum wire as a metal vapor deposition material at a wire feed rate of 3 g / min under conditions of Ar gas pressure of 1 Pa and bias voltage of −100 V, this is heated and evaporated, ionized, and ion-plated for 20 minutes. An aluminum vapor-deposited film was formed on the surface of the magnet body test piece by this method. After standing to cool, the following items were evaluated for the magnet specimen having an aluminum vapor-deposited coating.
(1) Temperature of magnet specimen at the end of deposition (average value of n = 10)
(2) Vickers hardness of the aluminum vapor-deposited film at the end of vapor deposition (average value of n = 3)
(3) Film thickness of the deposited aluminum film (average value of n = 10)
(4) Appearance of individual magnet specimens
(5) Number of magnetic test specimens (number of defective projections) (n = 500) in which one or more protrusions having a height exceeding 100 μm from the average line of the roughness curve in JIS B0601-1994 were generated.
(6) After projecting a projection material (glass beads manufactured by Shinto Brater Co., Ltd., trade name: GB-AG) at a projection pressure of 0.2 MPa and peening treatment, high temperature and high humidity at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%. Corrosion resistance test was performed under the condition that the sample was allowed to stand for 500 hours, and the number of rusted magnet body test pieces (number of rust defects) (n = 10)
(7) The magnet body test piece after the peening treatment under the above conditions was adhered to a cast iron jig using a cyanoacrylate resin adhesive (trade name: Loctite 406 manufactured by Henkel Japan Co., Ltd.) and left for 24 hours. Measurement of adhesive strength by measuring compressive shear strength (average value of n = 10)
Note that the temperature of the magnetic test piece (1) was not measured at the same time as the formation of the vapor deposition film evaluated in (2) to (7), and was separately performed under the same conditions as the vapor deposition film formation conditions. . A specific method is to wrap a piece of thermo crayon (manufactured by NIPPON Giken Kogyo Co., Ltd.) showing each indicated temperature in aluminum foil, wrap this around a magnet specimen, and perform vapor deposition. A method was used to check whether the thermocrayon corresponding to the temperature had melted. The Vickers hardness of the aluminum vapor-deposited film at the end of the vapor deposition of (2) is a magnet having an aluminum vapor-deposited film obtained by the above method using a high-temperature microhardness meter QM type manufactured by Nippon Optical Co., Ltd. as a measuring device. The body specimen was heated to the temperature at the end of vapor deposition and measured under conditions of a test load of 0.5 N and a load time of 30 seconds. In addition, the number of projection defects (5) is obtained when the appearance of a magnetic specimen having an aluminum vapor-deposited coating obtained by the above method is observed with a magnifying glass (10 times), and the presence of projections is confirmed. For the maximum protrusion, the height was determined after determination using a scanning confocal laser microscope (OLS1100 manufactured by Olympus Optical Co., Ltd.).
The results are shown in Table 1.
[0030]
Example 2:
The following experiment was conducted using the vapor deposition apparatus shown in FIGS. Here, the cylindrical barrel is made of stainless steel having a diameter of 110 mm and a length of 600 mm, and has an opening ratio of the mesh of 64% (a square opening with a side of 4 mm and a wire diameter of 1 mm). Six (a total of twelve in two stations) are supported by one support member.
The magnet body test piece was shot blasted to remove the oxide layer on the surface of the test piece generated by the surface processing in the previous step. A total of 20400 magnet specimens from which the oxide layer had been removed were accommodated in two sets of left and right, 850 in each of the 12 cylindrical barrels. Thereafter, an aluminum vapor-deposited film was formed on the surface of the magnet body test piece by the ion plating method for 40 minutes in the same manner as in Example 1, and the same evaluation as in Example 1 was performed.
The results are shown in Table 1.
[0031]
Example 3:
In Example 1, 5,000 magnet body test pieces from which the oxide layer was removed were accommodated in each of the two cylindrical barrels, a total of 10,000, and a film was formed on the surface of the magnet body test piece by ion plating for 20 minutes. Instead of forming an aluminum vapor-deposited film with a thickness of 10 μm, 7500 magnet specimens from which the oxide layer has been removed are accommodated in each of the two cylindrical barrels, for a total of 15000 pieces, and subjected to ion plating for 30 minutes. Then, an aluminum vapor-deposited film was formed on the surface of the magnet test piece (other conditions were the same as in Example 1), and the same evaluation as in Example 1 was performed.
The results are shown in Table 1.
[0032]
Example 4:
In Example 1, 5,000 magnet body test pieces from which the oxide layer was removed were accommodated in each of the two cylindrical barrels, a total of 10,000, and a film was formed on the surface of the magnet body test piece by ion plating for 20 minutes. Instead of forming an aluminum vapor-deposited film having a thickness of 10 μm, 10000 magnetic body test pieces from which the oxide layer has been removed are accommodated in each of the two cylindrical barrels, a total of 20000 pieces, and subjected to ion plating for 40 minutes. Then, an aluminum vapor-deposited film was formed on the surface of the magnet test piece (other conditions were the same as in Example 1), and the same evaluation as in Example 1 was performed.
The results are shown in Table 1.
[0033]
Comparative Example 1:
In Example 4, while supplying aluminum wire at a wire feed rate of 3 g / min, instead of forming an aluminum vapor-deposited film having a film thickness of 10 μm on the surface of the magnet specimen by an ion plating method for 40 minutes, While replenishing at a wire feed rate of 1.5 g / min, an aluminum vapor-deposited film was formed on the surface of the magnet specimen by ion plating for 80 minutes (other conditions were the same as in Example 4). Similar evaluations were made.
The results are shown in Table 1.
[0034]
[Table 1]
As is clear from Table 1, in Examples 1 to 4, the temperature of the magnet specimen is maintained at 2/3 or less of the melting point (Tm) (° C.) in the bulk of aluminum, that is, 440 ° C. or less. By performing the vapor deposition, the Vickers hardness of the coating formed on the surface of the magnet specimen is maintained at 25 or more, so that the formation of protrusions in the coating can be effectively suppressed (for example, in Example 1). The protrusions existed but the maximum height was about 30 μm), and excellent adhesive strength could be obtained even with the adhesive. In addition, damage to the coating itself was suppressed, and the formed coating was excellent in appearance and corrosion resistance.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the film was formed by taking the vapor deposition time twice as long as the vapor deposition time in Example 4, the magnet test piece was heated more than necessary for a long time, and the temperature was 440 ° C. It has exceeded. As a result, the Vickers hardness of the coating formed on the surface of the magnet test piece is less than 25, and it is softened and easily damaged. As a result, many protrusions with a height exceeding 100 μm are generated. Oops. Even if it tried to adhere the magnet body test piece which the protrusion produced | generated to the cast iron jig | tool using an adhesive agent, the adhesive agent did not fully harden | cure on normal adhesion conditions, and it was not able to acquire the outstanding adhesive strength. Also, the coating itself was damaged and was not satisfactory in appearance and corrosion resistance.
[0036]
Example 5:
The cylindrical barrel is made of stainless steel having a diameter of 355 mm and a length of 1200 mm, and the opening ratio of the mesh is 64% (the opening opening is a square with a side of 4 mm and the wire diameter is 1 mm). The following experiment was conducted using a film forming apparatus.
The magnet body test piece was shot blasted to remove the oxide layer on the surface of the test piece generated by the surface processing in the previous step. Five thousand magnetic body test pieces from which the oxide layer was removed were accommodated in one of two cylindrical barrels. 1 × 10 in the vacuum processing chamber-3After evacuating to Pa or lower, the surface of the magnet specimen was cleaned by sputtering for 20 minutes under the conditions of Ar gas pressure of 1 Pa and bias voltage of −500 V while rotating the rotating shaft at 1.5 rpm. Subsequently, under the condition of Ar gas pressure of 0.1 Pa, a zinc vapor deposition film was formed on the surface of the magnet test piece by a vacuum vapor deposition method using an electron beam heating method using a zinc ingot as a metal vapor deposition material. Vapor deposition was performed for 1 hour while suppressing the temperature rise of the magnet by repeating the operation of stopping heating of the ingot every 15 minutes, allowing it to stand for 10 minutes and then restarting heating four times. After standing to cool, the following items were evaluated for the magnet specimen having a zinc vapor-deposited coating.
(1) Temperature of magnet specimen at the end of deposition (average value of n = 10)
(2) Vickers hardness (average value of n = 3) of the zinc vapor-deposited film at the end of vapor deposition
(3) Film thickness of the deposited zinc coating film (average value of n = 10)
(4) Appearance of individual magnet specimens
(5) Number of magnetic test specimens (number of defective projections) (n = 500) in which one or more protrusions having a height exceeding 100 μm from the average line of the roughness curve in JIS B0601-1994 were generated.
The temperature of the magnetic test piece (1) was not measured at the same time as the formation of the vapor deposition film evaluated in (2) to (5), but was separately performed under the same conditions as the vapor deposition film formation conditions. . A specific method is to wrap a piece of thermo crayon (manufactured by NIPPON GIKEN INDUSTRIAL CO., LTD.) Showing each indicated temperature in zinc foil, wrap this around a magnet specimen, and perform vapor deposition. A method was used to check whether the thermocrayon corresponding to the temperature had melted. Further, the Vickers hardness of the zinc vapor-deposited coating at the end of the vapor deposition of (2) was measured by the same method as described in Example 1. Further, the number of protrusion defects (5) was determined after determination by the same method as that described in Example 1.
The results are shown in Table 2.
[0037]
Comparative Example 2:
In Example 5, without performing the operation of stopping heating → leaving → resuming heating, the ingot was continuously heated for 1 hour for vapor deposition, and a zinc vapor deposition film was formed on the surface of the magnet test piece. Similar evaluations were made.
The results are shown in Table 2.
[0038]
[Table 2]
As is apparent from Table 2, when a zinc vapor-deposited film is formed on the surface of the magnet specimen, the temperature of the magnet specimen is set to 2/3 or less of the melting point (Tm) (° C.) in the bulk of zinc, that is, By carrying out vapor deposition while maintaining at 280 ° C. or lower, the Vickers hardness of the coating formed on the surface of the magnet body test piece was maintained at 25 or more, so there was no formation of protrusions on the coating, and the coating itself was also in appearance. It was excellent. On the other hand, when the temperature of the magnet body test piece exceeds 280 ° C., a large number of protrusions with a height exceeding 100 μm are generated on the coating, and the coating itself is damaged, which is not satisfactory in appearance and corrosion resistance. It was.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the vacuum processing chamber, a vapor deposition apparatus provided with an evaporation portion of a vapor deposition material and a storage member or a holding member for storing or holding an object to be processed is used. When vapor-depositing a metal vapor deposition material on the surface of the object to be processed while rotating around the rotation axis of the film, by performing the vapor deposition while maintaining the Vickers hardness of the film formed on the surface of the object to be processed at 25 or more, The metal vapor deposition film formed on the surface of the object to be processed is softened, and the formed film is likely to be damaged due to the collision and friction between the objects to be processed and between the object to be processed and the barrel wall surface. As a result, it is possible to effectively suppress the formation of protrusions on the film.
After forming a metal vapor deposition film on the surface of the workpiece, Al2O3When forming a ceramic film such as TiN or TiN, if a projection is generated in the metal vapor-deposited film, it will affect the adhesion reliability and dimensional accuracy with the adhesive of the ceramic film formed thereafter, According to the present invention, such adverse effects can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of a vacuum processing chamber as an example of a vapor deposition apparatus applied to the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of a vacuum processing chamber of another example of a vapor deposition apparatus applied to the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a cylindrical barrel supported by the supporting member.
FIG. 4 is a schematic front view (partially perspective view) of the inside of a vacuum processing chamber of still another example of a vapor deposition apparatus applied to the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a cylindrical barrel whose interior is divided.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a jig used in still another example of the vapor deposition apparatus applied to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 51, 101 Vacuum processing chamber
2, 52, 102 boat (evaporation part)
5, 55, 105 Cylindrical barrel
6, 56, 106, 156 Rotating shaft
57, 157 Support member
58 Support shaft
59, 109 Aluminum wire
30, 80, 130 Rare earth permanent magnets
160 Holding member (hanging member)
190 Ring-shaped magnet
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