專利名稱：磁場(chǎng)中熱處理爐及用其進(jìn)行熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在MR(磁阻)磁頭、GMR(大磁阻)磁頭、MGMR(磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等的制造過程中，對(duì)形成它們的薄片基板等在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理的熱處理爐及用其進(jìn)行熱處理的方法。
背景技術(shù)：
磁頭一般具有在基板上疊置多個(gè)強(qiáng)磁性層的構(gòu)造。例如，GMR磁頭具有在強(qiáng)磁性層之間形成非磁性絕緣層的構(gòu)造。另外，MRAM磁頭有從基板一側(cè)順序地具有反強(qiáng)磁性層、固定磁性層、非磁性導(dǎo)電層及自由磁性層地構(gòu)造。固定磁性層以整體單一方向被磁化。
為了把固定磁性層磁化成單一方向，在基板上形成磁性薄膜后必須要在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理。通常需要施加0.5T(特斯拉)以上的定向磁場(chǎng)，根據(jù)固定磁性層的材質(zhì)，還需要超過1.0T的定向磁場(chǎng)。為了在薄片基板上施加定向磁場(chǎng)，現(xiàn)有技術(shù)中使用如圖15所示的真空熱處理爐。該真空熱處理爐由帶有冷卻管112的磁場(chǎng)發(fā)生線圈113、設(shè)置在線圈113內(nèi)側(cè)的高頻線圈114以及保持設(shè)置在高頻線圈114內(nèi)側(cè)的多個(gè)薄片基板110的真空容器106構(gòu)成。
但是，該磁場(chǎng)中熱處理爐的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)由電磁鐵構(gòu)成，為了產(chǎn)生1.0T以上的磁場(chǎng)，線圈中需要流過500-800A的大電流，安全性不好。不僅需要使用大電流的設(shè)備，而且還需要用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的高額的電費(fèi)，另外，為消除由大電流而產(chǎn)生的熱，還必須使用大量冷卻水。因此，處理成本很高。此外，由于上述構(gòu)成中漏磁也相當(dāng)大，考慮到對(duì)人體的危險(xiǎn)性，除設(shè)備空間之外，不僅需要留出確保安全的較大空間，還需要用鐵及坡莫合金鐵等磁性體圍住裝置以阻止對(duì)周圍的電子設(shè)備的影響。
使用超導(dǎo)線圈時(shí)，不需使用大量電力就可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。在使用超導(dǎo)線圈時(shí)，與電磁鐵相比，勵(lì)磁電流消耗得到抑制，但卻必須經(jīng)常耗費(fèi)維持超導(dǎo)狀態(tài)的液體氮或氦，運(yùn)行成本較高。另外，在使用超導(dǎo)線圈的方式中，磁場(chǎng)變動(dòng)時(shí)，在局部超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)槌?dǎo)狀態(tài)而使線圈發(fā)熱，放置時(shí)，裝置整體的超導(dǎo)狀態(tài)就完全崩潰。另外，超導(dǎo)線圈可以產(chǎn)生數(shù)T或數(shù)10T的強(qiáng)磁場(chǎng)，與電磁鐵同樣的是強(qiáng)的漏磁范圍與該磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地增大。因此，存在著與電磁鐵相同的漏磁場(chǎng)問題。
作為不使用勵(lì)磁電流就可以適宜地改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的方式來說，還有由具有大致相同磁力但磁化方向不同的多個(gè)永久磁鐵扇形體組合而成的ハルバツハ型磁性回路。例如參照，“Joumal of Applied Physics Vol.86，No.11，1 December 1999”及“Joumalof Applied Physics Vol.64，No.10，15 Novermber 1988”、及日本特開平6-224027號(hào)。
圖16中示出一例ハルバツハ型磁性回路。圖16所示的圓形ハルバツハ型磁性回路由可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2構(gòu)成。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2處于如圖16(a)所示的位置時(shí)，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的磁場(chǎng)方向與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的磁場(chǎng)方向相同。因此，在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的中空部20內(nèi)，具有由內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1產(chǎn)生的磁場(chǎng)與由外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成的磁場(chǎng)強(qiáng)度的如箭頭方向示出的合成磁場(chǎng)。
如圖16(b)所示，在從圖16(a)的位置使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)180度的狀態(tài)下，由于內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的磁性回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的磁性回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁化方向相反而相互抵消。因此，在中空部20內(nèi)，磁場(chǎng)基本為零。這樣，磁場(chǎng)的大小可以通過調(diào)整兩圓筒的回轉(zhuǎn)角度從基本為零而調(diào)整到最大。
在熱處理件具有磁阻膜的薄片基板的情況下，為了可靠地提高磁阻效果，不但通常需要1.0T以上的較大的磁場(chǎng)，而且還需要使磁場(chǎng)相對(duì)于磁性膜的磁化方向平行且均勻。但是，在現(xiàn)有技術(shù)的有電磁鐵的熱處理爐中，不能產(chǎn)生與磁性膜平行的均勻磁場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以在產(chǎn)生均勻的平行磁場(chǎng)的同時(shí)降低漏磁場(chǎng)的、安全性較高的小型高精度的磁場(chǎng)中熱處理爐。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用這種磁場(chǎng)中熱處理爐對(duì)熱處理件進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理的方法。
本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)并想到，在將多個(gè)熱處理件在磁場(chǎng)中一起進(jìn)行熱處理時(shí)，通過在加熱熱處理件的機(jī)構(gòu)的外周上設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)，可以使用作為磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的永久磁鐵，另外，通過使用作為磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的雙重圓筒型ハルバツハ型磁性回路，可以在熱處理中的熱處理件的徑向高精度地施加均勻的平行磁場(chǎng)。
本發(fā)明第一方面磁場(chǎng)中熱處理爐包括(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，其由一個(gè)環(huán)狀永久磁鐵組合體構(gòu)成，該環(huán)狀永久磁鐵組合體由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；(b)熱處理機(jī)構(gòu)，其位于所述環(huán)狀永久磁鐵組合體中空部內(nèi)、從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器。該熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器。
所述環(huán)狀永久磁鐵組合體最好具有120mm以上的內(nèi)徑及300mm以上的外徑，且具有100mm以上的軸線方向長度。另外，所述環(huán)狀永久磁鐵組合體最好越往半徑方向外側(cè)其軸線方向越短。
構(gòu)成所述環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體最好具有1.1T以上的殘留磁通密度和1114kA/m(14kOe)以上的頑磁力。
所述環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度H1和外徑D2最好滿足2≤D2/H1≤10的條件。
本發(fā)明第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐包括(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，其包括外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其設(shè)置在所述外側(cè)環(huán)狀磁鐵組合體內(nèi)側(cè)且由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀，(b)熱處理機(jī)構(gòu)，其位于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi)、并從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器。其熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器。
在第一及第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐中，熱處理爐內(nèi)最好是真空，但對(duì)真空度沒有限定。另外，熱處理爐內(nèi)也可以包含少量惰性氣體。
在第一及第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐中，所述冷卻機(jī)構(gòu)最好具有冷卻液流過的冷卻管及在所述冷卻管的外周設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的內(nèi)側(cè)的散熱板。
在第一及第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐中，所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的軸線方向的磁場(chǎng)中心最好與插入所述熱處理容器內(nèi)的熱處理件集合體的軸線方向的磁場(chǎng)中心基本一致。
所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體與所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，且最好不改變?cè)谒鲋锌詹績?nèi)熱處理的熱處理件與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的相對(duì)方向。由于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，因此所述中空部內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以在0-2T的范圍內(nèi)增減。
所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的內(nèi)徑最好為120mm以上，所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑最好為300mm以上，且所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體或所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向的長度最好為100mm以上。
在本發(fā)明的另一希望的實(shí)施例中，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體具有不同的軸線方向長度。
在本發(fā)明的又一希望的實(shí)施例中，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體和/或所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體越往半徑方向外側(cè)其軸線方向越短。
構(gòu)成所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體最好具有1.1T以上的殘留磁通密度和1114kA/m(14kOe)以上的頑磁力。
所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度H1和所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑D2最好滿足2≤D2/H1≤10的條件。
本發(fā)明使用上述磁場(chǎng)中熱處理爐對(duì)多個(gè)熱處理件同時(shí)進(jìn)行熱處理的方法包括以下工序(1)在所述中空部內(nèi)的徑向的磁場(chǎng)實(shí)際上變?yōu)榱愕乃鰞?nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體和所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，將疊積多個(gè)所述熱處理件的熱處理用保持器插入所述熱處理容器內(nèi)；(2)在通過使所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體相對(duì)所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體旋轉(zhuǎn)而使所述中空部內(nèi)存在規(guī)定的磁場(chǎng)的狀態(tài)下，通過所述加熱機(jī)構(gòu)對(duì)所述熱處理容器內(nèi)的熱處理件熱處理的同時(shí)，由所述冷卻機(jī)構(gòu)對(duì)所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻；(3)在所述熱處理件的熱處理結(jié)束之后，在所述中空部內(nèi)的徑向的磁場(chǎng)實(shí)際上變?yōu)榱愕乃鰞?nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體與所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，從所述熱處理容器中取出多個(gè)熱處理物品。
所述熱處理件最好為表面形成磁性膜的薄片基板。
最好在多個(gè)所述熱處理件的集合體的軸線方向的中心與所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的軸線方向的磁場(chǎng)中心基本一致的位置，將所述熱處理件集合體保持在所述熱處理容器內(nèi)。
最好在所述熱處理容器內(nèi)實(shí)際為真空狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。



圖1(a)是表示本發(fā)明第一方面的磁場(chǎng)中熱處理爐的一實(shí)例的縱剖面圖1(b)是表示本發(fā)明第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐的一實(shí)例的縱剖面圖2(a)是示意地表示在本發(fā)明磁場(chǎng)中熱處理爐的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)中外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體的磁化方向一致時(shí)的剖面圖2(b)是示意地表示在本發(fā)明磁場(chǎng)中熱處理爐的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)中外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體的磁化方向基本相反時(shí)的剖面圖2(c)是示意地表示在本發(fā)明磁場(chǎng)中熱處理爐的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)中外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體相對(duì)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體以角度α旋轉(zhuǎn)時(shí)的剖面圖3是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的另一種組合的實(shí)例的剖面圖4是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的又一種組合的實(shí)例的剖面圖5是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的再一種組合的實(shí)例的剖面圖6(a)是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向關(guān)系的一實(shí)例的剖面圖6(b)是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向關(guān)系的另一實(shí)例的剖面圖6(c)是表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向關(guān)系的又一實(shí)例的剖面圖7是表示沿環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向的中空部內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的曲線圖8是表示中空部內(nèi)的磁通密度相對(duì)磁性回路的外徑及軸線方向長度的依存性的曲線圖9是表示外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體相對(duì)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的旋轉(zhuǎn)角度與合成磁場(chǎng)的振角的關(guān)系的曲線圖10是表示由多個(gè)永久磁鐵片構(gòu)成永久磁鐵扇形體的一實(shí)例的平面圖及剖面圖11是表示由多個(gè)永久磁鐵片構(gòu)成永久磁鐵扇形體的另一實(shí)例的平面圖12(a)是表示永久磁鐵扇形體的斷面形狀的一實(shí)例的平面圖及剖面圖12(b)是表示永久磁鐵扇形體的斷面形狀的另一實(shí)例的平面圖及剖面圖13是表示由磁化方向不同的兩種永久磁鐵構(gòu)成的環(huán)狀永久磁鐵組合體的一實(shí)例的平面圖14是表示在圓周方向由8個(gè)永久磁鐵扇形體構(gòu)成的環(huán)狀永久磁鐵組合體和由12個(gè)永久磁鐵扇形體構(gòu)成的環(huán)狀永久磁鐵組合體中，環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi)的軸線上的磁通密度與從環(huán)狀永久磁鐵組合體中心的軸線方向距離之間的關(guān)系的曲線圖15是表示具有電磁鐵的現(xiàn)有技術(shù)的磁場(chǎng)中熱處理爐的示意剖面圖16(a)是ハルバツハ型磁性回路、表示外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的永久磁鐵扇形體的磁化方向一致的情況的示意剖面圖。
圖16(b)是ハルバツハ型磁性回路、表示外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的永久磁鐵扇形體的磁化方向大體相反的情況的示意剖面圖。

具體實(shí)施例方式
如圖1(a)所示，本發(fā)明的第一方面的磁場(chǎng)中熱處理爐在由熱處理容器6和加熱機(jī)構(gòu)5構(gòu)成的熱處理機(jī)構(gòu)的外周通過冷卻機(jī)構(gòu)3設(shè)置環(huán)狀永久磁鐵組合體1，因此可以以較低成本穩(wěn)定地在水平面內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)方向的均勻磁場(chǎng)。
另外，如圖1(b)所示，本發(fā)明的第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐，通過在熱處理容器6和加熱機(jī)構(gòu)5構(gòu)成的熱處理機(jī)構(gòu)的外周借助于冷卻機(jī)構(gòu)3具有磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，可以在集中于軸線方向較為有限范圍內(nèi)的水平面內(nèi)以較低成本穩(wěn)定地產(chǎn)生一個(gè)方向的均勻磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)具有由內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀磁鐵組合體2構(gòu)成的雙重圓筒式的ハルバツハ型磁性回路。另外，中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以任意調(diào)節(jié)。從而，可以一次性地?zé)崽幚矶嗝遁^薄的大直徑(例如6-8英寸或更大)的磁性膜薄片基板A。
在第二方面的磁場(chǎng)中熱處理爐中，構(gòu)成磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2可以彼此間相對(duì)自由回轉(zhuǎn)，但最好不改變熱處理件A與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1彼此間相對(duì)的方向。例如，最好使熱處理件A與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1同時(shí)不旋轉(zhuǎn)?；蛘撸梢允篃崽幚砑嗀與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1同時(shí)旋轉(zhuǎn)，并使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2相對(duì)它們旋轉(zhuǎn)。通過使同心狀的雙重環(huán)狀磁性回路1，2相對(duì)地旋轉(zhuǎn)，合成了由內(nèi)外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1，2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在中空部20內(nèi)獲得任意的合成磁場(chǎng)強(qiáng)度。這樣，在各環(huán)狀永久磁鐵組合體1，2的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1T時(shí)，隨著外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的旋轉(zhuǎn)，中空部20內(nèi)的水平面內(nèi)的平行磁場(chǎng)在大致為0-2T的范圍內(nèi)變動(dòng)。
為使在磁場(chǎng)中熱處理的部件的質(zhì)量穩(wěn)定，將熱處理件A向熱處理爐6插入及取出時(shí)，最好中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)際上為零。所謂磁場(chǎng)強(qiáng)度的術(shù)語“實(shí)際上為零”是指磁場(chǎng)強(qiáng)度小到幾乎不會(huì)影響熱處理物品的磁化的程度。當(dāng)外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2相對(duì)于內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的中空部20內(nèi)的合成磁場(chǎng)如圖9所示地旋轉(zhuǎn)，并在大約0-2T的范圍內(nèi)變化。
從而，本發(fā)明的熱處理方法有如下工序(1)使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)，以便外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2產(chǎn)生的磁場(chǎng)與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向成正相反，熱處理件A在磁場(chǎng)強(qiáng)度大體為零的狀態(tài)下插入熱處理容器6內(nèi)，并將熱處理件A設(shè)置在由兩環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的磁性回路產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的軸線方向的中心處，(2)使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)，并在將磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整到所希望的強(qiáng)度的狀態(tài)下對(duì)熱處理件A進(jìn)行熱處理，(3)熱處理結(jié)束后，在使附加磁場(chǎng)強(qiáng)度如前所述地再次在實(shí)際上為零的狀態(tài)下，將熱處理件A從熱處理容器中取出。這時(shí)，若將熱處理件A固定并使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1旋轉(zhuǎn)，由于加在熱處理件A的磁場(chǎng)變動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)熱處理件A的磁特性波動(dòng)或劣化。因此，最好不改變中空部20內(nèi)的熱處理的物品A與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1之間相對(duì)的方向。
將兩環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行矢量合成。因此，在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度同時(shí)為例如0.5T的情況下，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2相對(duì)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的旋轉(zhuǎn)角度α與合成磁場(chǎng)的振角θ的關(guān)系如圖9所示。這樣，在使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1旋轉(zhuǎn)以使磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的情況下，磁場(chǎng)方向最終變?yōu)槌烧喾吹姆较?180°)。但是，在外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)的情況下，合成磁場(chǎng)的振角θ最大為90°。在熱處理結(jié)束后磁場(chǎng)實(shí)際上歸零期間，為了向熱處理物品A施加一定方向的磁場(chǎng)，與兩環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的合成磁場(chǎng)的方向相一致，使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1或熱處理用保持器10旋轉(zhuǎn)。
如果使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1和外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2之間無間隙且以同心圓狀配置，可以出現(xiàn)一個(gè)環(huán)狀磁性回路。如果內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1和外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2之間有間隙，在兩者之間磁阻增大，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度降低。因此，在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2之間無間隙的情況下，磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的尺寸最小。從而，磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的性能是由內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的外徑來決定的。
在要進(jìn)行熱處理的薄片的直徑為30mm、且確保薄片外周與真空容器6內(nèi)壁之間的間隙為10mm的情況下，真空容器6的內(nèi)徑為50mm。真空容器6的壁厚例如為5mm，加熱器5的厚度例如為5mm，冷卻機(jī)構(gòu)3的厚度例如為20mm，因此，在各部件之間的間隙合計(jì)為10mm時(shí)，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑為120mm。
永久磁鐵的殘留磁通密度Br為1.45T時(shí)，中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度超過1T，如圖8所示，在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑D0為120mm的情況下，環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑D最好在300mm以上，其軸線方向的長度H則最好在100mm以上。
根據(jù)“Journal of Applied Physics Vol.86，No.11，1 December 1999”，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部的磁場(chǎng)強(qiáng)度B按照B＝Br/(Ro/Ri)(式中Ri為中空部的半徑，Ro為外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外半徑。)計(jì)算。摸擬計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié)果表明，磁場(chǎng)強(qiáng)度如圖8所示地隨環(huán)狀永久磁鐵組合體1軸線方向的長度而變化，環(huán)狀永久磁鐵組合體1較短時(shí)，中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度較小。由此結(jié)果可以看出，為使中空部20內(nèi)的磁通密度為1T以上，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的軸線方向長度及內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的軸線方向長度必須同時(shí)為100mm以上。
為了降低漏磁通，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2在軸線方向的長度最好比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的短。此外，通過使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1和/或外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2越在半徑方向外側(cè)越小，可以進(jìn)一步降低軸線方向的漏磁場(chǎng)。利用這種構(gòu)造，可以減小環(huán)狀磁性回路的漏磁通，實(shí)現(xiàn)磁性回路小型化及輕量化。
如圖3所示，為了使磁性回路小型化，最好使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的軸線方向的長度H1小于外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的H2。為確保相同長度的均勻磁場(chǎng)區(qū)域，與增大環(huán)狀永久磁鐵組合體的半徑相比，增加長度更有效，因此，可以進(jìn)一步減小設(shè)置面積。
在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2上使用的永久磁鐵具有1.1T以上的殘留磁通密度和1114kA/m(14kOe)以上的頑磁力，且內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的軸線方向長度H1和外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的外徑D2最好滿足2≤D2/H1≤10的條件。該比值D2/H1越大，均勻磁場(chǎng)就將在軸線方向的更大范圍內(nèi)產(chǎn)生。如在該范圍內(nèi)，就可以減少環(huán)狀永久磁鐵組合體1，2全體的重量，并產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)。
在本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理爐中，熱處理機(jī)構(gòu)如圖1所示包括冷卻機(jī)構(gòu)3，其帶有設(shè)置于有鏡面殼內(nèi)的冷卻管4；加熱機(jī)構(gòu)5，其由埋設(shè)在石英玻璃內(nèi)的碳加熱器等構(gòu)成；真空容器6，其由透明的石英玻璃構(gòu)成?？啥嗝遁d置熱處理件A的熱處理用保持器10被插入真空容器6內(nèi)。通過該熱處理機(jī)構(gòu)，很容易使熱處理件A集合體的中心與由內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2構(gòu)成的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)中心保持一致。另外，由于在加熱機(jī)構(gòu)5及磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)之間具有冷卻機(jī)構(gòu)3，阻斷了熱對(duì)永久磁鐵的影響。因此，盡管熱處理溫度為250～300℃，永久磁鐵也不會(huì)出現(xiàn)由熱引起的劣化。另外，也可以將熱處理機(jī)構(gòu)置于氮?dú)獾确茄趸原h(huán)境中。
用于內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的永久磁鐵，可以是例如Ba鐵素體系磁鐵，Sr鐵素體系磁鐵，添加La及Co鐵素體系磁鐵等的鐵素體磁鐵，另外，還可以是Nd-Fe-B系磁鐵，Sm-Co系磁鐵，Sm-Fe-N系磁鐵等稀土類系磁鐵等，但最好是具有高殘留磁通密度的Nd-Fe-B系磁鐵。永久磁鐵不限于燒結(jié)磁鐵，也可以是粘結(jié)磁鐵。由于Nd-Fe-B系磁鐵耐熱溫度低，用于現(xiàn)有技術(shù)的熱處理爐較困難，但通過在熱處理機(jī)構(gòu)和磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)之間設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)3，就可以適用于本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理爐。
在熱處理中持續(xù)施加磁場(chǎng)的情況下，由于沒有必要調(diào)整磁場(chǎng)，因此，也可以在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的外側(cè)不配置外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2。
實(shí)施例1
圖1所示的本發(fā)明磁場(chǎng)中熱處理爐的磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)具有內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2，并由Nd-Fe-B系永久磁鐵形成。該Nd-Fe-B系磁鐵使構(gòu)成各磁性回路1、2的永久磁鐵扇形體任一個(gè)都具有1.4T的殘留磁通密度及1192kA/m的頑磁力。圖2表示了內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的橫斷面構(gòu)造。
在該例中，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1由總共為12個(gè)不同磁性方向的3種扇形永久磁鐵扇形體11、12及13沿圓周方向配置形成。扇形永久磁鐵扇形體11、12及13具有同一形狀，因此扇形的中心角為30°。另外，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2也同樣由12個(gè)不同磁性方向的3種扇形永久磁鐵扇形體21、22及23沿圓周方向配置形成。扇形永久磁鐵扇形體21、22及23也具有同一形狀，因此扇形的中心角為30°。另外，可以將各永久磁鐵扇形體11、12、13、21、22及23的水平斷面形狀做成梯形，以取代扇形。
在各環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2中的多個(gè)永久磁鐵扇形體，磁化方向幾乎與磁通的流束一致，并組合成環(huán)狀，以使磁通沿直徑方向流過中空部內(nèi)。因此，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的合成磁場(chǎng)(由箭頭示出)沿半徑方向施加到中空部20。
在該例中，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑D0為360mm，外徑D1為560mm。另外，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的外徑D2為1200mm。兩環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的軸線方向長度(高度)H為420mm。為使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2可以相對(duì)自由旋轉(zhuǎn)，兩者之間有少許間隙。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1被固定。作為外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)，是在外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的保持部件15的下部設(shè)置齒輪(未圖示)，并使該齒輪與伺服電機(jī)等接合。因此，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2可以相對(duì)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)施例的熱處理機(jī)構(gòu)具有水冷機(jī)構(gòu)3，其帶有內(nèi)表面經(jīng)電鍍處理以形成鏡面的不銹鋼板；電加熱器5，其加熱在真空容器6內(nèi)的熱處理件A；真空容器6，其由設(shè)置在電加熱器5內(nèi)側(cè)的內(nèi)徑約為220mm的石英玻璃構(gòu)成。在水冷機(jī)構(gòu)3內(nèi)具有水冷管4。除了水冷管4之外，水冷機(jī)構(gòu)3也可以具有散熱板，該散熱板可以設(shè)置在水冷管4與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1之間。由于真空中的加熱以輻射熱為主，因此構(gòu)成真空容器6的石英玻璃最好是透明的。由于熱處理件A設(shè)定為6～8英寸的薄片基板，真空容器6的內(nèi)徑最好是約170～220mm。
真空容器6的一端由密封部件7密封，另一端由密封用陽螺紋部8和密封用陰螺紋部9密封。在密封用陰螺紋部9的軸19上具有用于將熱處理件A保持在真空容器6的大致中央部位的熱處理用保持器10。
熱處理用保持器10將用于載置如形成磁性膜的薄片基板的托架沿軸線方向以大約6mm的間隔配置25枚。熱處理用保持器10可以在真空容器6內(nèi)在水平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)為調(diào)整磁場(chǎng)而使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的合成磁場(chǎng)也必然旋轉(zhuǎn)。從而，為了防止合成磁場(chǎng)相對(duì)熱處理件A旋轉(zhuǎn)，最好使熱處理用保持器10旋轉(zhuǎn)，以使熱處理件A經(jīng)常與合成磁場(chǎng)同方向。
利用熱處理用保持器10的上端、中央及下端所帶有的熱電偶對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)電加熱器5的溫度進(jìn)行PID控制。在密封部件7上具有吸氣口。排氣口與設(shè)置在真空容器6上部的真空泵(未圖示出)連接，真空容器6內(nèi)維持真空狀態(tài)。例如，在熱處理件A形成磁性薄膜的基板的情況下，最好在大約1×10-5～1×10-6Pa的真空狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。吸氣口與高壓氮儲(chǔ)氣瓶連接，根據(jù)需要使真空容器6內(nèi)為惰性氣氛。
如圖2(b)所示，直到中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)基本為零的位置，使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)。介于非磁性絕緣層之間帶有疊置多個(gè)強(qiáng)磁性層的磁性膜的多個(gè)薄片基板排列在熱處理用保持器10的托架上，并插入真空容器6內(nèi)。這時(shí)，重疊的基板整體的中心與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的中心基本一致。
把密封用陰螺紋部9與密封用陽螺紋部8接合并使真空容器6內(nèi)呈氣密狀態(tài)后，真空容器6由真空泵進(jìn)行排氣，達(dá)到1×10-5～1×10-6pa的真空度。將薄片基板與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的相對(duì)位置固定后，只使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2旋轉(zhuǎn)。由于在中空部20內(nèi)作用有所希望大小的合成磁場(chǎng)，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2可以如圖2(c)所示地相對(duì)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1只旋轉(zhuǎn)所希望的角度α。
在冷卻水在冷卻管4內(nèi)流動(dòng)的同時(shí)，使薄片基板由電加熱器5加熱并以5℃/min的速度升溫。在300℃±％的溫度下保持30-60分鐘，然后，真空容器6內(nèi)的溫度以2℃/min的速度下降，在薄片溫度為150℃以下時(shí)，再如圖2(b)所示，調(diào)節(jié)內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1與外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的角度α，使磁場(chǎng)基本為零。
表1
注(1)磁通密度的均勻度由(Tmax-Tmin)/Tmax算出。
由表1可以確認(rèn)，中空部20內(nèi)的磁場(chǎng)在軸線方向的磁場(chǎng)中心±5％以內(nèi)是均勻的。如圖7所示，從具有薄片基板的兩環(huán)狀磁性回路的軸線方向的長度(420mm)的中央±80mm的范圍內(nèi)可以獲得10％以下的均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度。各測(cè)定位置的磁場(chǎng)的斜向角度全部在2°以內(nèi)。用進(jìn)行這種磁場(chǎng)中熱處理的薄片基板形成的磁頭的磁特性良好，不良率為零。
沿軸線方向距磁性回路端面350mm的位置的漏磁場(chǎng)減小到10mT以下，另外，距磁性回路側(cè)面1m的位置的漏磁場(chǎng)也減小到1mT以下。
實(shí)施例2
如圖3所示，除了改變外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2A與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A軸線方向的長度，并使薄片基板不與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A一起旋轉(zhuǎn)以外，其它的與實(shí)施例1相同進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理。各環(huán)狀永久磁鐵組合體由12個(gè)不同磁性方向的3種扇形永久磁鐵扇形體沿圓周方向配置形成。各永久磁鐵扇形體的磁化方向與圖2所示的相同。
作為8英寸的薄片基板的磁場(chǎng)中熱處理爐，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A的內(nèi)徑D0為360mm，外徑D1為560mm。另外，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2A的外徑D2為1100mm。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A軸線方向長度H1為420mm，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2A的軸線方向長度H2為500mm。
表2
注(1)磁通密度的均勻度由(Tmax-Tmin)/Tmax算出。
如表2所示，在中空部20內(nèi)可以獲得±5％以下的均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外，在對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化進(jìn)行測(cè)定后，確認(rèn)可以在距離長度為420mm的內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A的軸線中心±80mm的范圍內(nèi)獲得±5％以內(nèi)的均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度。薄片基板最好設(shè)置在該范圍內(nèi)。如果薄片基板保持在該范圍以外，由于磁場(chǎng)均勻度降低，由該薄片基板得到的磁頭的特性劣化。各測(cè)定位置的磁場(chǎng)斜向角度全部在2°以內(nèi)。利用本實(shí)施例進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理的薄片基板形成的磁頭的磁特性良好，廢品率為零。在熱處理結(jié)束后薄片溫度變?yōu)?0℃以下的狀態(tài)，即便不使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1A與薄片基板旋轉(zhuǎn)、磁場(chǎng)實(shí)際為零，得到的磁頭仍具有良好的性能。
與實(shí)施例1相比，實(shí)施例2的外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體在軸線方向大約長19％，半徑方向大約短10％，但是，就外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體來說，實(shí)施例2比實(shí)施例1的重量稍輕。從而，實(shí)施例2的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)置面積比實(shí)施例1小，均勻磁場(chǎng)區(qū)域加長。
比較例1
除將加熱器5設(shè)置在兩個(gè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的軸線方向外側(cè)之外，其它與實(shí)施例1相同，進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理實(shí)驗(yàn)。在熱處理用保持器10的各個(gè)位置，溫度分布產(chǎn)生偏差，各磁頭的磁特性也發(fā)生波動(dòng)。
比較例2
除取下冷卻裝置3之外，其它與實(shí)施例1相同，進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理實(shí)驗(yàn)。在熱處理用保持器10的各個(gè)位置不會(huì)產(chǎn)生溫度分布偏差，但熱處理中熱會(huì)使內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的永久磁鐵減磁，不能獲得足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1一樣，分別使用具有由圖2表示的磁化方向的12個(gè)永久磁鐵扇形體構(gòu)成的內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的磁場(chǎng)中熱處理爐。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑D0為360mm，外徑D1為560mm。另外，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的外徑D2為1100mm。兩環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的軸線方向長度(高度)H為420mm。
由于在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的殼體11下部設(shè)有齒輪，內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1由電機(jī)帶動(dòng)可以相對(duì)于外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2及薄片基板旋轉(zhuǎn)。從而薄片基板與內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的相對(duì)位置發(fā)生變化。除此以外，與實(shí)施例1相同。
中空部20的磁場(chǎng)與表2相同，在軸線方向中心具有±5％以下的均勻強(qiáng)度。對(duì)沿軸線方向的長度H的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變動(dòng)進(jìn)行測(cè)定后，在距離軸線方向長度H的中央±80mm的范圍內(nèi)可以獲得±5％以下的均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度。各個(gè)測(cè)定位置的磁場(chǎng)斜向角度在2°以內(nèi)。利用本實(shí)施例進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理的薄片基板形成的磁頭的磁特性良好，但比實(shí)施例1及2要低。
實(shí)施例4
圖4表示內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1B及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2B組合的另一實(shí)例。外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2B的軸線方向長度(高度)比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1B的短。另外，在圖5的實(shí)例中，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2C的軸線方向長度(高度)比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1C的短，此外，內(nèi)外環(huán)狀永久磁鐵組合體1C、2C的軸線方向長度朝著半徑方向外側(cè)逐漸變短。根據(jù)這種構(gòu)造，可以進(jìn)一步降低軸線方向的漏磁場(chǎng)。由此，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)狀永久磁鐵組合體的小型化及輕量化，也可以使磁場(chǎng)中熱處理爐整體變低。
圖6(a)表示外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2配置成比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1在軸線方向離熱處理件的薄片A的待機(jī)位置遠(yuǎn)ΔL的實(shí)例。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2具有相同的軸線方向的長度L。
圖6(b)與圖6(a)相同，表示外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2配置成離薄片A的待機(jī)位置遠(yuǎn)ΔL、且外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的軸線方向的長度L2比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的軸線方向長度L1短的實(shí)例。內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線長度L1為1000mm，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度L2分別為600mm、800mm、1000mm，并對(duì)中空部20內(nèi)的磁通密度及沿軸線方向距離環(huán)狀永久磁鐵組合體的端面150mm位置的漏磁通密度進(jìn)行模擬。結(jié)果如表3所示。中空部20的內(nèi)徑為300mm、內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的外徑D1為450mm、外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑D2為670mm。
表3
由表3可以看出，兩個(gè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的軸線方向長度相同情況下的漏磁場(chǎng)大約為0.14T，但外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的長度在800mm以下時(shí)，漏磁場(chǎng)為0.1以下，即減小35％以下。另外，在外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的長度為600mm時(shí)，漏磁場(chǎng)進(jìn)一步減小。外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的長度為800mm時(shí)的中空部20中心處的磁通密度與1000mm時(shí)相比只小3％。因此，可以認(rèn)為對(duì)漏磁場(chǎng)的減小來說，外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的長度的影響較大。在想在軸線方向減小漏磁場(chǎng)的情況下，如圖6(c)所示，使內(nèi)外環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2的下端對(duì)齊，最好使外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2的上端比內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的上端低ΔL的距離。
隨著內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1的內(nèi)徑加大，磁性回路的各永久磁鐵扇形體由一個(gè)永久磁鐵片構(gòu)成就變得很困難。因此，最好通過組合多個(gè)永久磁鐵片來構(gòu)成各永久磁鐵扇形體。圖10示出了一例環(huán)狀磁性回路的永久磁鐵扇形體。在該例中，永久磁鐵扇形體由沿半徑方向配置的3個(gè)永久磁鐵片構(gòu)成，一般也可以使用兩個(gè)以上的永久磁鐵片。內(nèi)側(cè)的永久磁鐵片具有外半徑Ra及軸線方向長度La，中央的永久磁鐵片具有內(nèi)半徑Ra、外半徑Rb及軸線方向長度Lb，外側(cè)永久磁鐵片具有內(nèi)半徑Rb、外半徑Rc及軸線方向長度Lc。各永久磁鐵片的軸線方向長度La＞Lb＞Lc，且朝向外側(cè)逐漸變短。
圖11示出了組合第一永久磁鐵片41及第二永久磁鐵片42的永久磁鐵扇形體的實(shí)例。在圖示的實(shí)例中，分別將第一及第二永久磁鐵片41、42每兩個(gè)組合在一起，奇數(shù)個(gè)組合也可以。圖中的箭頭表示各永久磁鐵片的磁化方向。
在永久磁鐵扇形體較小的情況下，可以由一個(gè)永久磁鐵片構(gòu)成。為了減小漏磁場(chǎng)，例如，如圖12(a)及圖12(b)所示，永久磁鐵的軸線方向斷面最好大致為梯形。
在上述的各實(shí)施例中，對(duì)磁化方向不同的3種永久磁鐵進(jìn)行組合并分別用于內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體1及外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體2，但也可以構(gòu)成如圖13所示的由磁化方向不同的兩種永久磁鐵43、44來構(gòu)成磁性回路。
在各環(huán)狀永久磁鐵組合體1、2中，一圈的永久磁鐵扇形體的數(shù)量最好為8個(gè)以上。對(duì)具有120mm的內(nèi)徑及200mm的外徑的環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部的磁場(chǎng)(T)進(jìn)行測(cè)定。圖14示出了環(huán)狀永久磁鐵組合體軸線方向長度(mm)與磁場(chǎng)(T)(中空部中心的磁通密度)的關(guān)系。由圖14可知，中空部20的磁場(chǎng)在一圈的永久磁鐵扇形體有12個(gè)要比8個(gè)增大5％。
在本說明書中使用了術(shù)語“磁場(chǎng)中熱處理”，但該熱處理可稱為“退火”。
在本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理爐中，由于可以對(duì)多個(gè)磁性膜基板這樣的熱處理件均勻地施加平行磁場(chǎng)，因此可以使熱處理過的磁性膜基板的質(zhì)量穩(wěn)定一致。另外，可以相對(duì)于中空部的熱處理件調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度。本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理爐或不需要用于減小漏磁場(chǎng)的磁屏蔽，因此可以使裝置整體小型化。另外，也不需要產(chǎn)生磁場(chǎng)的電力，從而降低了設(shè)備成本及運(yùn)行成本，而且也沒有產(chǎn)生磁場(chǎng)用的線圈發(fā)熱帶來的問題。
也可以在設(shè)置在內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi)的冷卻機(jī)構(gòu)中流動(dòng)著足夠量的冷卻水，使永久磁鐵的特性不會(huì)由熱處理溫度而變差。因此，本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理爐運(yùn)行成本低。
權(quán)利要求
1、一種磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，包括(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，其包括一個(gè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；(b)熱處理機(jī)構(gòu)，其位于所述環(huán)狀永久磁鐵組合體中空部內(nèi)，并從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器，其熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器。
2、如權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述熱處理容器為真空容器。
3、如權(quán)利要求1或2所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻管，其中流有冷卻液；散熱板，其在所述冷卻管的外周設(shè)置于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的內(nèi)側(cè)。
4、如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的軸線方向的磁場(chǎng)中心與插入所述熱處理容器內(nèi)的多個(gè)熱處理件集合體的軸線方向的中心基本一致。
5、如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述環(huán)狀永久磁鐵組合體具有120mm以上的內(nèi)徑及300mm以上的外徑，且具有100mm以上的軸線方向長度。
6、如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述環(huán)狀永久磁鐵組合體越往半徑方向外側(cè)其軸線方向越短。
7、如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，構(gòu)成所述環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體具有1.1T以上的殘留磁通密度和1114kA/m(14kOe)以上的頑磁力。
8、如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度H1和外徑D2滿足2≤D2/H1≤10的條件。
9、一種磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，包括(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，其包括外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其設(shè)置在所述外側(cè)環(huán)狀磁鐵組合體內(nèi)側(cè)且由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；(b)熱處理機(jī)構(gòu)，其位于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi)，并從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器，其熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器。
10、如權(quán)利要求9所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述熱處理容器為真空容器。
11、如權(quán)利要求9或10所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻管，其中流有冷卻液；散熱板，其在所述冷卻管的外周設(shè)置于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的內(nèi)側(cè)。
12、如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的軸線方向的磁場(chǎng)中心與插入所述熱處理容器內(nèi)的熱處理件集合體的軸線方向的中心基本一致。
13、如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體相對(duì)于所述熱處理件不改變方向，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
14、如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，且所述中空部內(nèi)的磁場(chǎng)可以在0-2T的范圍內(nèi)增減。
15、如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的內(nèi)徑為120mm以上，所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑為300mm以上，且所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體或所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度為100mm以上。
16、如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體具有不同的軸線方向長度。
17、如權(quán)利要求9至16中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體和/或所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體在半徑方向外側(cè)在軸線方向較短。
18、如權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，構(gòu)成所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體及所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的各永久磁鐵扇形體具有1.1T以上的殘留磁通密度和1114kA/m(14kOe)以上的頑磁力。
19、如權(quán)利要求9至18中任一項(xiàng)所述的磁場(chǎng)中熱處理爐，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向長度H1與所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的外徑D2滿足2≤D2/H1≤10的條件。
20、一種磁場(chǎng)中熱處理方法，其使用磁場(chǎng)中熱處理爐對(duì)多個(gè)熱處理件同時(shí)進(jìn)行熱處理，其中所述磁場(chǎng)中熱處理爐包括(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)，其包括外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體，其設(shè)置在所述外側(cè)環(huán)狀磁鐵組合體內(nèi)側(cè)且由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀；(b)熱處理機(jī)構(gòu)，其位于所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi)，并從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器，其熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器，其特征在于，包括以下工序(1)在所述中空部內(nèi)的徑向的磁場(chǎng)實(shí)際上變?yōu)榱愕乃鰞?nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體與所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，將疊積多個(gè)所述熱處理件的熱處理用保持器插入所述熱處理容器內(nèi)；(2)在通過使所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體相對(duì)所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體旋轉(zhuǎn)而使所述中空部內(nèi)存在規(guī)定的磁場(chǎng)的狀態(tài)下，通過所述加熱機(jī)構(gòu)對(duì)所述熱處理容器內(nèi)的熱處理件熱處理的同時(shí)，由所述冷卻機(jī)構(gòu)對(duì)所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻；(3)在所述熱處理件的熱處理結(jié)束之后，所述中空部內(nèi)的徑向的磁場(chǎng)實(shí)際變?yōu)榱愕乃鰞?nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體與所述外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，從所述熱處理容器中取出多個(gè)熱處理物品。
21、如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述熱處理件是在表面形成磁性膜的薄片基板。
22、如權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于，在多個(gè)所述熱處理件的集合體的軸線方向的中心與所述磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)的軸線方向的磁場(chǎng)中心基本一致的位置，將所述熱處理件集合體保持在所述熱處理容器內(nèi)。
23、如權(quán)利要求20到22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述熱處理容器內(nèi)實(shí)際為真空的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。
全文摘要
一種磁場(chǎng)中熱處理爐,其內(nèi)外環(huán)狀永久磁鐵組合體的軸線方向的磁場(chǎng)中心與熱處理容器內(nèi)的熱處理件集合體的軸線方向的中心基本一致。該熱處理爐包括:(a)磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu),該磁場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)包括:外側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體,其由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀;內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體,其設(shè)置在所述外側(cè)環(huán)狀磁鐵組合體內(nèi)側(cè)且由具有使磁通沿直徑方向定向分布的磁化方向的多個(gè)永久磁鐵扇形體組成環(huán)狀;(b)熱處理機(jī)構(gòu),該熱處理機(jī)構(gòu)位于內(nèi)側(cè)環(huán)狀永久磁鐵組合體的中空部內(nèi),并從外側(cè)依次設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)及熱處理容器,該熱處理容器包含保持多個(gè)熱處理件的熱處理用保持器。
文檔編號(hào)H05B6/22GK1389879SQ0212170
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月17日
發(fā)明者栗山義彥, 牛嶋誠, 東康幸 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社