JP2001135512A - フェライト磁石粉末および該磁石粉末を用いた磁石およびそれらの製造方法 - Google Patents

フェライト磁石粉末および該磁石粉末を用いた磁石およびそれらの製造方法

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JP2001135512A JP31630699A JP31630699A JP2001135512A JP 2001135512 A JP2001135512 A JP 2001135512A JP 31630699 A JP31630699 A JP 31630699A JP 31630699 A JP31630699 A JP 31630699A JP 2001135512 A JP2001135512 A JP 2001135512A
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Shuji Anamoto
修司 穴本
Isamu Furuchi
勇 古地
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 飽和磁化σsの低下を抑制しつつ、保磁力を
向上させたフェライト磁石粉末および磁石を提供する。 【解決手段】 SrをLaで置換し、かつFeをCoで
置換したLa-Co系マグネトプランバイト型フェライ
トを主相とする磁石粉末であって、組成が(1-x)SrO
・(x/2)La23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現さ
れ、x、yおよびnはモル比を示し、0.22−0.0
2≦x≦0.22+0.02、0.18−0.02≦y
≦0.18+0.02、5.2≦n≦6.0であり、し
かもx>yである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト磁石粉
末および該磁石粉末を用いた磁石およびそれらの製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】フェライトは二価陽イオン金属の酸化物
と三価の鉄とが作る化合物の総称であり、フェライト磁
石はモーターや発電機などの種々の用途に使用されてい
る。フェライト磁石の材料としては、マグネトプランバ
イト型の六方晶構造を持つSrフェライト(SrFe12
19)またはBaフェライト(BaFe1219)が広く
用いられている。これらのフェライトは、酸化鉄とスト
ロンチウム(Sr)またはバリウム(Ba)等の炭酸塩
を原料とし、粉末冶金法によって比較的安価に製造され
る。
【0003】マグネトプランバイト型フェライトの基本
組成は、通常、「MO・nFe23」の化学式で表現さ
れる。元素Mは二価陽イオンとなる金属であり、Sr、
Ba、Pb、Niその他から選択される。このフェライ
ト中の各サイトにおける鉄イオン(Fe3+)はスピン磁
気モーメントを持ち、酸素イオン(O2-)を介して超交
換相互作用によって結合している。Fe3+の各サイトに
おいて、Fe3+の磁気モーメントはc軸に沿って「上向
き」または「下向き」の状態にある。「上向き」の磁気
モーメントを持つサイトの数と「下向き」の磁気モーメ
ントを持つサイトの数との間に差異があるため、結晶全
体としては強磁性を示す(フェリ磁性体)。
【0004】マグネトプランバイト型フェライト磁石の
磁気性能のうち、残留磁束密度(B r)は結晶のIsを
向上させ、焼結体の密度および結晶の配向度を増加させ
ることによって改善できることが知られている。一方、
保磁力(Hcj)は単磁区結晶の存在率を高めることによ
って改善できることも知られている。しかし、残留磁束
密度(Br)を向上させる目的で焼結体の密度を高くし
ようとすると、結晶成長が助長されるために保磁力(H
cj)が低下してしまう。逆に、Al23等の添加によっ
て結晶粒サイズを制御し、それによって保磁力を向上さ
せようとすると、焼結体の密度低下などに起因して残留
磁束密度が低下してしまう。このようなフェライト磁石
の磁気特性を改善する目的で、フェライトの組成、添加
物および製造条件について種々の検討がなされてきた
が、残留磁束密度と保磁力の両方を向上させたフェライ
ト磁石の開発は難しかった。
【0005】本出願人は、原料にCoを添加することに
よって残留磁束密度を低下させずに保磁力を向上させた
フェライト磁石を開発した(特公平4−40843号公
報および特公平5−42128号公報)。
【0006】その後、FeをZnで置換し、SrをLa
で置換することによって飽和磁化(σS)を向上させた
フェライト磁石が提案された(特開平9−115715
号公報および特開平10−149910号公報)。フェ
ライト磁石は、前述のようにFe3+の磁気モーメントが
サイトによって逆方向を向くフェリ磁性体であるため、
その飽和磁化は相対的に低い。しかし、上記公報には、
Feの磁気モーメントよりも小さな磁気モーメントを有
するイオンをFeイオンの特定サイトに置くことによっ
て「下向き」の磁気モーメントを減少させ、それによっ
て飽和磁化σSを向上できると記載されている。なお、
この公報には、Laの代わりにNdやPrを用いる例、
Znの代わりにMn、Co、Niを用いる例も記載され
ている。
【0007】日本応用磁気学会学術講演概要集(199
8年9月20日配布)には、LaおよびCoを添加した
Sr1-xLaxCox・Fe12-x19組成物によって保磁
力(Hcj)と飽和磁化(σs)の両方を向上させたフェ
ライト磁石が開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のフェライト磁石においても、保磁力および飽和磁化の
両方についての特性改善は不十分である。
【0009】上記日本応用磁気学会学術講演概要集(1
998年9月20日配布)では、Znの代わりにCoを
用いてFeを置換することによって保磁力がある程度改
善されることが報告されているが、その原因は記載され
ておらず、また保磁力改善および残留磁束密度改善の程
度も不十分であると考えられる。
【0010】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、飽和磁化と保磁力の両方を向
上させたフェライト磁石粉末、および該磁石粉末を用い
た磁石を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の磁石粉末は、(1
-x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現
されるマグネトプランバイト型フェライトの主相(Aは
SrまたはBaから選択される一種または二種の金属で
あり、RはLaを必ず含む希土類元素であり、MはCo
を必ず含む二価の金属である)を有する磁石粉末であっ
て、x、yおよびnはモル比を示し、0.22−0.0
2≦x≦0.22+0.02、0.18−0.02≦y
≦0.18+0.02、5.2≦n≦6.0であり、し
かもx>yである。
【0012】本発明のボンド磁石は前記磁石粉末を含
み、本発明の焼結磁石は前記磁石粉末から形成されてい
ることを特徴とする。
【0013】本発明による磁石粉末の製造方法は、Sr
CO3およびFe23の粉末に対して、LaおよびCo
の各々の酸化物粉末を添加した原料混合粉末を用意する
工程と、前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-
x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現
されるフェライトの主相(AはSrまたはBaから選択
される一種または二種の金属であり、RはLaを必ず含
む希土類元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属で
ある)を有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモ
ル比を示し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.
02、0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、
5.2≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェラ
イトの仮焼体を形成する工程と、前記仮焼体を粉砕する
工程とを包含する。
【0014】本発明による磁石の製造方法は、SrCO
3およびFe23の粉末に対して、LaおよびCoの各
々の酸化物粉末を添加した原料混合粉末を用意する工程
と、前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-x)A
O・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現され
るフェライトの主相(AはSrまたはBaから選択され
る一種または二種の金属であり、RはLaを必ず含む希
土類元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属であ
る)を有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモル
比を示し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.0
2、0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、
5.2≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェラ
イトの仮焼体を形成する工程と、前記仮焼体を粉砕し、
フェライト磁石粉末を形成する工程と、前記フェライト
磁石粉末を成形・焼結する工程とを包含する。
【0015】本発明による他の磁石の製造方法は、Sr
CO3およびFe23の粉末に対して、LaおよびCo
の各々の酸化物粉末を添加した原料混合粉末を用意する
工程と、前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-
x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現
されるフェライトの主相(AはSrまたはBaから選択
される一種または二種の金属であり、RはLaを必ず含
む希土類元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属で
ある)を有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモ
ル比を示し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.
02、0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、
5.2≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェラ
イトの仮焼体を形成する工程と、前記仮焼体を粉砕し、
フェライト磁石粉末を形成する工程と、前記フェライト
磁石粉末からボンド磁石を形成する工程とを包含する。
【0016】nの範囲は、5.4≦n≦5.7であるこ
とがより好ましく、x/yは1.1〜1.3の範囲内に
あることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の磁石粉末は、(1-x)AO
・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現される
フェライトの主相を有している。ここで、AはSrまた
はBaから選択される一種または二種の金属であり、R
はLaを必ず含む希土類元素であり、MはCoを必ず含
む二価の金属である。
【0018】上式のx、yおよびnはモル比を示し、そ
れぞれ、0.22−0.02≦x≦0.22+0.0
2、0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、お
よび5.2≦n≦6.0の関係を満足している。また、
x>yである。あとで説明するように、5.4≦n≦
5.7の関係を満足することがより好ましい。また、x
/yは、1.1以上1.3以下の範囲にあることが好ま
しく、特にx/y=1.2であることがより好ましい。
【0019】本発明では、マグネトプランバイト型フェ
ライトのFe3+を価数の異なるM2+で置換するために、
Feの一部を元素Aで置換し、上記価数の違いを補償し
ている。従来、置換量xは置換量yにほぼ等しいことが
好ましいと考えられていたが、本願発明では、前述のよ
うに、x/yを、1.1以上1.3以下の範囲に設定す
る。
【0020】次に、本発明の磁石粉末の製造方法を説明
する。
【0021】まず、元素Aの酸化物の粉末とFe2
3(α酸化鉄)の粉末とを1:5.2から1:6.0の
範囲のモル比で混合する。このとき、元素Rの酸化物お
よび元素Mの酸化物等を原料粉末に添加する。各粉末の
一次粒径は、例えば、次の通りである。SrCO3:約
0.8μm、Fe23粉末:約0.5μm、La23
約1.0μmは、CoO:約1.0μm。
【0022】元素RおよびMの添加は、このように各々
の酸化物の粉末として添加することが好ましいが、酸化
物以外の化合物(例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩な
ど)の粉末状態であってもよい。
【0023】上記粉末に対して、必要に応じて、SiO
2、CaO、CaCO3、SrCO3、Al23、Cr2
3等を含む他の化合物を1重量%程度添加しても良い。
【0024】混合した原料粉末は、次に、ロータリーキ
ルン等を用いて大気中で1300〜1400℃の温度に
加熱し、固相反応によってマグネトプランバイト型フェ
ライト化合物を形成する。このプロセスを「仮焼」と呼
び、得られた化合物を「仮焼体」と呼ぶ。仮焼時間は、
15分〜3時間であることが好ましい。
【0025】この仮焼工程によって得られた仮焼体は以
下の化学式で表されるマグネトプランバイト型フェライ
トの主相を有しており、その平均粒径は、0.5〜5μ
mの範囲にある。
【0026】 (1-x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMO ここで、AはSrまたはBaから選択される一種または
二種の金属であり、RはLaを必ず含む希土類元素であ
り、MはCoを必ず含む二価の金属である。
【0027】上式のx、yおよびnはモル比を示し、そ
れぞれ、0.22−0.02≦x≦0.22+0.0
2、0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、お
よび5.2≦n≦6.0の関係を満足するように原料粉
末が秤量されている。
【0028】この仮焼体を粉砕または解砕し、平均粒径
0.6〜1.0μmの磁石粉末を得る。この粉砕は、ま
ず、ローラミルまたはロッドミルを用いて粗粉砕をした
後、更に湿式ボールミルまたは湿式アトライタを用いて
微粉砕することによって行う。この粉砕工程では、水溶
媒中でスチールボールを用いるため、スチールボールの
摩滅によって微量のFe23が粉末中に混入することに
なる。Feが過剰であると、磁気特性は劣化する。この
ため本発明では、Fe23の混入を見越して、配合され
るCo等の二価金属Mの等価モル数よりも過剰なモル数
の希土類元素(La等)を配合している(x>y)。過
剰なLaは、Feとともに、焼結時に結晶中に再拡散
し、また同時に結晶粒界にも拡散する。この結果、後で
述べるように優れた磁気特性が発現することになる。こ
の効果は、x/yが1.1〜1.3の範囲内にあるとき
に顕著にあらわれ、x/yが約1.2の場合に最適化さ
れる。
【0029】この後、上記粉砕工程で得られた微粉砕原
料を成形する。この成形には、微粉砕原料をそのまま金
型に入れ、磁界中で脱水しながら成形する湿式成形方式
と、原料をいったん乾燥させ、解砕した後、金型にて磁
界中で成形する乾式成形方式の二通りの方法がある。磁
界中での結晶粒子の異方性配向度は凝集性の違いから湿
式成形方式が優れており、高性能の永久磁石を製造する
のに適している。
【0030】得られた成形体を1180〜1240℃に
て5分〜2時間程度の範囲で大気中で焼結する。結晶成
長を抑制しながら焼結体の高密度化を達成するため、微
粉砕原料にSiO2やCaOなど焼結補助剤を添加する
ことが好ましい。
【0031】なお、上記フェライト磁石粉末をフレキシ
ビリティのあるゴムや硬質軽量のプラスチックなどと混
ぜ固めてボンド磁石を作製することもできる。この場
合、本発明の磁石粉末をバインダおよび添加物と混合・
混練した後、成形加工を行う。成形加工は、射出成形、
押出成形、ロール成形などの方法によって実行される。
【0032】こうして本発明では、製造プロセス途上に
不可避的に混入する鉄成分を考慮して、最適な組成で置
換元素を導入したマグネトプランバイト型フェライト磁
石が提供される。
【0033】(実施例1)まず、(1-x)SrO・(x/2)L
23・(n-y/2)Fe23・yCoOの組成において、x
=0.22、y=0.18、n=5.8となるように配
合した原料粉末を1300℃で2時間程度仮焼した後、
サンプルミルにて粒径が3μm程度以下になるように粗
粉砕し、粉体(仮焼原料)を得た。
【0034】この仮焼原料をボールミルにて平均粒度が
0.6〜0.7μmの大きさになるまで湿式微粉砕を行
った。このとき、CaO=0.6wt%、SiO2
0.45wt%を添加し粉砕した。
【0035】このようにして得られた微粉砕粉の原料ス
ラリを固形分60重量%に自然沈降濃縮し、外径φ3
6、深さ30mmの金型内で磁界中成形を行った。
【0036】この成形体を1220℃で30分間焼結
し、焼結磁石を作製した。
【0037】得られた焼結磁石の磁気特性は、残留磁束
密度Br=0.444T(4440G)、HcB=409
0Oe、保磁力Hcj=355kA/m(4460O
e)、最大エネルギー積(BH)max=37.9kJ/
3(4.76MGOe)であった。
【0038】この原料成分についての分析結果(wt
%)は、下記表1の通りである。
【0039】
【表1】 仮焼原料の分析値ではM型フェライト磁石の特徴である
モル比が化学量論値よりも小さな値(n=5.77)で
あったものが、最終的な焼結体ではより大きな値(n=
5.90)に増大している。このことは、Fe23が混
入したことを意味している。
【0040】ここで、nは、n=(n1+n2/2)/
(n3+n4+2n5)という計算式を用いて求めた。た
だし、n1〜n5を以下のように定義される。
【0041】 n1: Fe23の分析値/Fe23の分子量 n2: CoOの分析値/CoOの分子量 n3: SrOの分析値/SrOの分子量 n4: BaOの分析値/BaOの分子量 n5: La23の分析値/La23の分子量 (実施例2)更に、(1-x)SrO・(x/2)La23・(n-y
/2)Fe23・yCoOの組成において、x=0.22、
y=0.18、n=5.4となるように配合した原料粉
末を1350℃で2時間程度仮焼した後、サンプルミル
にて粒径が3μm程度以下になるように粗粉砕し、粉体
(仮焼原料)を得た。
【0042】この仮焼原料をボールミルにて平均粒度が
0.6〜0.7μmの大きさになるまで湿式微粉砕を行
った。このとき、CaO=0.6wt%、SiO2
0.45wt%を添加し粉砕した。
【0043】このようにして得られた微粉砕粉の原料ス
ラリを固形分62重量%に自然沈降濃縮し、外径φ3
6、深さ30mmの金型内で磁界中成形を行った。
【0044】この成形体を1220℃で30分間焼結
し、焼結磁石を作製した。
【0045】得られた焼結磁石の磁気特性は、残留磁束
密度Br=0.445T(4450G)、HcB=411
0Oe、保磁力Hcj=352kA/m(4420O
e)、最大エネルギー積(BH)max=38.0kJ/
3(4.78MGOe)であった。
【0046】この原料成分についての分析結果(wt
%)は、下記表2の通りである。
【0047】
【表2】 仮焼原料の分析値ではM型フェライト磁石の特徴である
モル比が化学量論値よりも小さな値(n=5.40)で
あったものが、最終的な焼結体ではより大きな値(n=
5.53)に増大している。このことは、Fe23が混
入したことを意味している。なお、nは実施例1と同様
の計算式を用いて求めた。
【0048】(1-x)SrO・(x/2)La23・(n-y/2)F
23・yCoOの組成においてxおよびyの値が異な
る種々の磁石について測定した残留磁束密度Brを下記
表3に示し、それら磁石の保磁力Hcjを下記表4に示
す。
【0049】
【表3】
【0050】
【表4】 表3および表4を作成するために行った実験から、x>
yであることが好ましく、x/yが1.1〜1.3の範
囲内にあるときに優れた磁気特性が発揮されることがわ
かった。特に、x/y=1.2で最も優れた磁気特性が
得られた。
【0051】図1(a)および(b)は、モル比nと磁
気特性(残留磁束密度Brおよび保磁力Hcj)との関係
を示している。
【0052】残留磁束密度Brおよび保磁力Hcの両方を
勘案すれば、5.2≦n≦6.0で好ましい磁気特性が
得られ、5.4≦n≦5.7で、より好ましい磁気特性
が得られることがわかる。
【0053】なお、上記の各実施例では、マグネトプラ
ンバイト型フェライトのFeの一部をCoで置換してい
るが、Feの一部をCoとZnで置換しても同様の効果
が得られるものと考えられる。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、置換のために添加する
元素の組成比を最適化することができ、飽和磁化および
保磁力の両方の向上を同時に実現できるため、飽和磁化
および保磁力について特性の優れた仮焼体、磁石粉末お
よび磁石を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、製品の組成を現すモル比nと残留磁
束密度Brとの関係を示すグラフであり、(b)は製品
の組成を現すモル比nと保磁力Hcjとの関係を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G002 AA08 AA09 AA10 AA12 AB02 AE04 4G018 AA08 AA09 AA10 AA13 AA22 AA31 AB04 AC01 4K018 AD09 BA18 BB06 BC08 BC12 BD01 KA46 5E040 AB04 AB09 BB01 BD01 CA01 HB01 HB05 HB17 NN02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1-x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe2
    3・yMOで表現されるフェライトの主相(AはSrま
    たはBaから選択される一種または二種の金属であり、
    RはLaを必ず含む希土類元素であり、MはCoを必ず
    含む二価の金属である)を有する磁石粉末であって、 x、yおよびnはモル比を示し、 0.22−0.02≦x≦0.22+0.02、 0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、 5.2≦n≦6.0であり、しかも x>yであるマグ
    ネトプランバイト型フェライトの磁石粉末。
  2. 【請求項2】 (1-x)AO・(x/2)R23・(n-y/2)Fe2
    3・yMOで表現されるフェライトの主相(AはSrま
    たはBaから選択される一種または二種の金属であり、
    RはLaを必ず含む希土類元素であり、MはCoを必ず
    含む二価の金属である)を有する磁石粉末であって、 x、yおよびnはモル比を示し、 0.22−0.02≦x≦0.22+0.02、 0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、 5.4≦n≦5.7であり、しかもx>yであるマグネ
    トプランバイト型フェライトの磁石粉末。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の磁石粉末を含
    むボンド磁石。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載の磁石粉末から
    形成された焼結磁石。
  5. 【請求項5】 SrCO3およびFe23の粉末に対し
    て、LaおよびCoの各々の酸化物粉末を添加した原料
    混合粉末を用意する工程と、 前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-x)AO・
    (x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現されるフ
    ェライトの主相(AはSrまたはBaから選択される一
    種または二種の金属であり、RはLaを必ず含む希土類
    元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属である)を
    有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモル比を示
    し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.02、
    0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、5.2
    ≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェライトの
    仮焼体を形成する工程と、 前記仮焼体を粉砕する工程とを包含する磁石粉末の製造
    方法。
  6. 【請求項6】 nの値が5.4≦n≦5.7の関係を満
    足することを特徴とする請求項5に記載の磁石粉末の製
    造方法。
  7. 【請求項7】 SrCO3およびFe23の粉末に対し
    て、LaおよびCoの各々の酸化物粉末を添加した原料
    混合粉末を用意する工程と、 前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-x)AO・
    (x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現されるフ
    ェライトの主相(AはSrまたはBaから選択される一
    種または二種の金属であり、RはLaを必ず含む希土類
    元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属である)を
    有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモル比を示
    し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.02、
    0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、5.2
    ≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェライトの
    仮焼体を形成する工程と、 前記仮焼体を粉砕し、フェライト磁石粉末を形成する工
    程と、 前記フェライト磁石粉末を成形・焼結する工程と、を包
    含する磁石の製造方法。
  8. 【請求項8】 SrCO3およびFe23の粉末に対し
    て、LaおよびCoの各々の酸化物粉末を添加した原料
    混合粉末を用意する工程と、 前記原料混合粉末を仮焼し、それによって(1-x)AO・
    (x/2)R23・(n-y/2)Fe23・yMOで表現されるフ
    ェライトの主相(AはSrまたはBaから選択される一
    種または二種の金属であり、RはLaを必ず含む希土類
    元素であり、MはCoを必ず含む二価の金属である)を
    有する磁石粉末であって、x、yおよびnはモル比を示
    し、0.22−0.02≦x≦0.22+0.02、
    0.18−0.02≦y≦0.18+0.02、5.2
    ≦n≦6.0であり、しかもx>yであるフェライトの
    仮焼体を形成する工程と、 前記仮焼体を粉砕し、フェライト磁石粉末を形成する工
    程と、 前記フェライト磁石粉末からボンド磁石を形成する工程
    と、を包含する磁石の製造方法。
  9. 【請求項9】 nの値が5.4≦n≦5.7の関係を満
    足することを特徴とする請求項7または8に記載の磁石
    の製造方法。
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