JP2008160052A - フェライト磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場顆粒材を用いて製造されるフェライト磁石の磁気特性を向上することのできるフェライト磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】フェライト磁石の原料粉末を、磁界を印加しながら加圧成形することで、予備成形体を得る。この予備成形体を解砕して得た顆粒材を、磁界を印加しながら加圧成形して本成形体を得て、これを焼成することで、フェライト磁石を製造する。このとき、予備成形工程に先立ち、粒子の配向性を向上させるための第一添加剤としてオクタン酸またはヘキサン酸を原料粉末に添加するようにし、予備成形工程における磁場顆粒材の配向性を向上させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、フェライト磁石の製造方法に関する。

従来の圧縮成形法に基づく２極異方性円筒状フェライト磁石（以下、単にフェライト磁石と称する）の製造においては、磁場配向性を高めるため、所要の金型に充填されたフェライト磁石粉末に対して、磁界を印加しながら予備的な成形を施した予備成形体を解砕して顆粒材にしたもの(以下、磁場顆粒材と呼ぶ）を出発原料として用いるのが一般的である。
そして、顆粒材を金型に充填し、磁場を印加しつつ加圧することで所定形状への成形を行う、いわゆる磁場中成形を行うことで成形体を形成し、これを焼成してフェライト磁石を得ている。

このようなフェライト磁石において、磁気特性を向上させることは、常に求められている。
また、圧縮方向の高さ寸法(Ｌ）と外径(Ｒ）との比(Ｌ／Ｒ）が大きい（例えば２．０以上）のフェライト磁石を形成する場合、金型への材料の充填性、磁場配向性等の面で、工業的に安定した状態で製造するのは困難であり、これを安定して製造できるような技術も常に望まれている。

これに対し、フェライト磁石粉末に磁場を印加しながら予備的な成形を施した予備成型体を解砕して磁場顆粒材にしたものを原料とする場合において、その予備的な成形が乾式成形であること、予備成型体の密度を理論密度の４２〜５１％とすること、及び磁場顆粒材に含まれる７５μｍ以下の粒子比率を１０ｗｔ％以下とする手法（例えば、特許文献１参照。）や、磁場配向方向を工夫する手法（例えば、特許文献２参照。）等により、上記のような要求を満たそうという努力が行われている。

特開平１１−２７３９３９号公報 特開２００４−２９６８４９号公報

前記したように、フェライト磁石が用いられる機器には、常に高性能化が要求されている。例えば、モータに用いられる２極異方性又は極異方性を有するリング状磁石等種々の形態を有するフェライト磁石の特性を向上することが要求されている。
そこで本発明は、磁場顆粒材を用いて製造されるフェライト磁石の磁気特性をさらに向上させることのできるフェライト磁石の製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明のフェライト磁石の製造方法は、フェライト磁石の原料粉末に、第一の添加剤としてオクタン酸および／またはヘキサン酸を添加・分散させる添加剤添加工程と、第一の添加剤が分散した原料粉末を、磁界を印加しながら加圧成形し、予備成形体を得る予備成形工程と、予備成形体を解砕し、顆粒材を得る解砕工程と、顆粒材を、磁界を印加しながら加圧成形し、本成形体を得る本成形工程と、本成形体を焼成して、焼成体を得る焼成工程と、を備えることを特徴とする。
第一の添加剤は、予備成形工程、本成形工程における原料粉末の配向性を高めるためのものであり、これを添加することで、予備成形工程、本成形工程における原料粉末の配向性を高め、得られるフェライト磁石の磁気特性を向上させることが可能となる。
このとき、第一の添加剤は、原料粉末に対し、０．０５〜０．２０ｗｔ％添加するのが好ましい。添加量が少ないとその効果が小さく、また添加量が過度に多いとその効果は大きいが成形体の強度が低下するため、本成形後の成形体へのクラック発生等につながる。
このような第一の添加剤は、第一の添加剤の融点以上に加熱した状態で添加するのが好ましい。第一の添加剤が溶融状態であることにより、その粘性抵抗が小さくなることから、原料粉末の配向性をさらに高めることができる。
また、添加剤添加工程から本成形工程までを、第一の添加剤の融点以上の温度に維持して行うのも好ましい。
さらに、添加剤添加工程で、第一の添加剤とは異なる第二の添加剤を添加することもできる。第二の添加剤は、本成形工程において用いる金型と原料粉末との摩擦を低減するためのものである。

本発明によれば、オクタン酸やヘキサン酸を第一の添加剤として添加することで、原料粉末の配向性を高めることができ、より高い磁気特性を有したフェライト磁石を得ることが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるフェライト磁石の概略を説明するための図である。
図１に示すように、フェライト磁石１０は、外形円筒状で、その中央部には軸線方向に伸びる孔１１が形成されて、リング状の断面を有している。このフェライト磁石１０は、高さ方向の寸法(Ｌ）と外径(Ｒ）との比(Ｌ／Ｒ）を、例えば２．０以上とすることもできる。
このようなフェライト磁石１０は、孔１１に図示しない回転シャフトが挿入・固定されることで、洗濯機、皿洗い機等のウォーターポンプ用のモータに組み込まれるマグネット等を構成する。

このようなフェライト磁石１０は、六方晶構造を有するフェライトを主相とし、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素であって、Ｓｒを必ず含むものをＡとし、希土類元素（Ｙを含む）およびＢｉから選択される少なくとも１種の元素であって、Ｌａを必須とするものをＲとし、Ｃｏ、またはＣｏおよびＺｎをＭとしたとき、Ａ、Ｒ、ＦｅおよびＭを含有し、
式(１) Ａ_１−ｘＲ_ｘ（Ｆｅ_１２−ｙＭ_ｙ）_ｚＯ_１９（ｘ、ｙ、ｚはモル数）
と表したとき、
０．０４≦ｘ≦０．５
０．０４≦ｙ≦０．５
０．７≦ｚ≦１．２
１≦（ｘ／ｙ）
であるものとするのが好ましい。

さて、このようなフェライト磁石１０は、以下のような工程を経て製造される。
図２は、本実施の形態におけるフェライト磁石１０の製造工程の流れの一例を示す図である。なお、本実施の形態で示すフェライト磁石１０の製造工程はあくまでも一例に過ぎず、適宜変更を加えることが可能なのは言うまでも無い。

（原料組成物生成工程）
この図２に示すように、フェライト磁石１０を製造するには、まず原料粉末を所定の配合比で混合する(ステップＳ１０１)。原料粉末としては、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、ＳｒＣＯ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を用いる。ＦｅとＳｒが所定の比率（モル比）になるようにＦｅ_２Ｏ_３粉末およびＳｒＣＯ_３粉末を秤量し、さらにこの混合物に対してＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を所定量添加して原料組成物を得る。

（仮焼工程）
得られた原料組成物を、アトライタ等で所定時間湿式混合し、造粒して、乾燥させた後に、所定温度で所定時間の仮焼を行うことで、仮焼体を得る（ステップＳ１０２）。

（粉砕工程）
次いで、得られた仮焼体を粗粉砕工程、微粉砕工程を経ることでサブミクロンサイズまで粉砕し、フェライト粒子からなる微粉砕粉末を得る(ステップＳ１０３)。
粗粉砕工程では、仮焼体をローラーミル等で粗粉砕する。この後、粗粉砕された仮焼体に、磁気特性を向上させるための添加剤として、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、Ｌａ（ＯＨ）_３粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を添加し、アトライタ等で微粉砕を行う。なお、微粉砕には分散媒として水等を用いることができる。

この後、微粉砕スラリーを脱水することにより固形分濃度を調整し、これをアニールキルン等によって乾燥する（ステップＳ１０４）。

（添加剤添加・分散工程）
得られた乾燥粉に対して、添加剤を添加し、これらをヘンシェルミキサー等で分散・混合させる（ステップＳ１０５）。
ここで添加する添加剤としては、予備成形時における粒子の配向性を向上させるための第一の添加剤を添加する。さらに、磁場成形時における磁性材料と金型との摩擦を軽減し、磁性材料の金型への噛み付きを抑制するための第二の添加剤を加えるのが好ましい。
ここで、第一の添加剤としては、オクタン酸、ヘキサン酸を用いることができる。
そして、第一の添加剤の添加量は、０．０５ｗｔ％以上とするのが好ましい。第一の添加剤の添加量が多いほど、配向性向上効果は高まるが、添加量の増大にともなって、形成する成形体（本成形）における成形性が低下し、クラック等の発生につながる。したがって、第一の添加剤の添加量の上限は０．２ｗｔ％とするのが好ましい。すなわち、好ましい第一の添加剤の添加量は、０．０５〜０．２ｗｔ％、より好ましくは０．１０〜０．１５ｗｔ％である。

また、第二の添加剤としては、ＳｉＯ_２、ステアリン酸カルシウム、昇華性バインダ（カンファ）等を用いることができる。

ここで、第一の添加剤は、乾燥粉に対する分散性および付着性を高めるため、添加時に、液体の状態で添加するのが好ましい。したがって、第一の添加剤は、融点以上に加熱した状態で添加するのが好ましい。さらに、その後の工程においても、後述する本成形工程まで、第一の添加剤が液体状態を保つよう、乾燥粉に第一の添加剤および第二の添加剤を分散させた混合粉末を、第一の添加剤の融点以上に加熱するのが好ましい。これには、各工程にヒータ等を設けることで、混合粉末の温度コントロールを行うのが好ましい。

（微粒子化工程）
続いて、この混合粉末を、アトマイザー等により、微粒子化させる（ステップＳ１０６）。

（予備成形工程)
そして、解砕した粉末を、所定の磁場を印加しつつ予備成形する。このとき、印加する磁場は、加圧方向と平行な方向とし、いわゆる縦磁場成形とする（ステップＳ１０７）。

（解砕工程）
得られた予備成形体を、解砕し、磁場顆粒材を得る（ステップＳ１０８）。これには、所定サイズの開口を有したスクリーンメッシュに、予備成形体を通すことで解砕を行うのが好ましい。

（本成形工程）
この磁場顆粒材を用いて磁場中成形を行い、リング状の成形体を得る（ステップＳ１０９）。このとき、得られる成形体は、予め設定した範囲内の密度となるようにするのが好ましい。
磁場中成形では、加圧方向と垂直な方向とした、いわゆる横磁場成形とし、所定の強度の磁場を印加する。

（焼成工程、加工工程）
このようにして作製した成形体を所定条件で焼成して焼結体を得る（ステップＳ１１０）。次いで焼結体を所定寸法に加工することで、フェライト磁石１０が得られる（ステップＳ１１１）。

さて、本発明においては、予備成形工程に先立ち、粒子の配向性を向上させるための第一の添加剤を添加するようにしたので、予備成形工程における磁場顆粒材の配向性を向上させることができる。また、その添加量を適切な範囲内とすることで、成形性が損なわれることも無く、クラック等の不良発生が増加するのを回避しつつ、高い磁気特性を得ることができる。

原料粉末としては、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、ＳｒＣＯ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を用いる。これら原料粉末を、ＦｅとＳｒとのモル比Ｆｅ／Ｓｒが７．１となるようにＦｅ_２Ｏ_３粉末およびＳｒＣＯ_３粉末を秤量し、さらにこの混合物に対してＳｉＯ_２粉末を０．１７ｗｔ％、ＣａＣＯ_３粉末を０．１７ｗｔ％、ＢａＯ粉末を０．１５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を０．１ｗｔ％添加して原料組成物を得た。この原料組成物をアトライタで１時間湿式混合し、乾燥して整粒した後に、１３３０℃で２時間仮焼を行った。

仮焼体をローラーミルで粗粉砕した後に、Ｌａ_２ＣＯ_３粉末を２．７ｗｔ％、ＣｏＯ粉末を０．８５ｗｔ％、ＳｉＯ_２粉末を０．４５ｗｔ％、ＣａＣＯ_３粉末を１．３５ｗｔ％、ＢａＯ粉末を０．１５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を０．１ｗｔ％添加し、アトライタで比表面積（ＢＥＴ）が６．５ｍ^２／ｇになるように微粉砕を行った。なお、微粉砕には分散媒として水を使用した。この時のフェライト組成はＳｒ_{０．７９２}Ｌａ_{０．２０８}Ｆｅ_{１１．８４}Ｃｏ_{０．１６２}Ｏ_１９である。

微粉砕スラリーを脱水することにより固形分濃度を７７ｗｔ％に調整し、これを３５０℃にて乾燥して水分濃度を０．３ｗｔ％以下にした。

得られた乾燥粉に対して、第一の添加剤としてオクタン酸を０〜０．３ｗｔ％、第二の添加剤としてＳｉＯ_２を０．１１ｗｔ％添加し、ヘンシェルミキサーで５分間混合した後に、アトマイザーを使用して混合粉末を２回解砕した。この時、アトマイザーには穴径が０．５ｍｍのスクリーンを配置した。
このとき添加したオクタン酸については、その温度を、融点（１６．７℃）以上とした。

以上で得られた粉末について、嵩密度を測定した。
その結果を、表１に示す。

表１に示すように、オクタン酸の添加量が多いほど、嵩密度は大きくなっており、これによりオクタン酸の添加により、粉末の流動性が高まっていることが示唆される。

次いで、得られた粉末を、磁場を印加しながら加圧成形して予備成形体を得た後、この予備成形体を解砕して顆粒材を得た。この顆粒材を、磁場を印加しながら加圧成形し、高さ１５ｍｍ、直径３０ｍｍの円柱状の成形体を得た。磁場は加圧方向と同一方向に８５０ｋＡ／ｍの強度で印加した。

作製した成形体を１２３０℃で１時間焼成して焼結体を得た。次いで焼結体を高さ１０ｍｍに加工して磁石体を得た。

この磁石体の磁気特性を調べた。その結果は、表１、図３に示すとおりである。

表１、図３に示すように、オクタン酸の添加量が多いほど、磁場中成形における配向性が向上している。ここで、配向性とは、Ｂ−Ｈ曲線における、最大磁束密度Ｊ_ｍに対する、磁場Ｈ＝０のときの磁束密度Ｂ_０の割合Ｂ_０／Ｊ_ｍである。

さて、前記の実施例１と同様にして得られた乾燥粉に対して、第一の添加剤として、オクタン酸を表２に示すように添加し、第二の添加剤としてＳｉＯ_２を０．１１ｗｔ％添加し、ヘンシェルミキサーで５分間混合した後に、アトマイザーを使用して混合粉末を２回解砕した。この時、アトマイザーには穴径が０．５ｍｍのスクリーンを配置した。

以上で得られた粉末を加圧と同一方向に磁場を印加し予備成形した。予備成形により、２．３５〜２．７ｇ／ｃｍ^３の成形体密度の予備成形体を得た。予備成形体の寸法はφ６０ｍｍ×１２ｍｍとした。また、予備成形時に印加した磁場は８００ｋＡ／ｍである。

そして、得られた予備成形体を目開き０．３４５ｍｍのスクリーンに通して解砕し、磁場顆粒材を得た。

この磁場顆粒材を用いて磁場中成形を行い、高さ１５ｍｍ、直径３０ｍｍの円柱状の成形体を得た。成形密度（ｄｐ）は表２に示す通りである。磁場は加圧方向と平行な方向に８５０ｋＡ／ｍの強度で印加した。

作製した成形体を１２３０℃で１時間焼成して焼結体を得た。焼成は、電気炉における焼成と、ガス炉における焼成の２通りを行った。次いで焼結体を高さ１０ｍｍに加工して磁石体を得た。

そして、この磁石体について、磁気特性を測定した。その結果を表２および図４に示す。

表２および図４に示すように、第一の添加剤の添加量を０．０５ｗｔ％以上とし、その添加量が多いほど、残留磁束密度Ｂｒ、配向性Ｂｒ／Ｊｍが向上することが分かる。

実施例１と同様にして得られた乾燥粉に対して、第一の添加剤としてオクタン酸を０．１１ｗｔ％、第二の添加剤としてＳｉＯ_２を０．１１ｗｔ％添加した。また、比較のため、第一の添加剤を添加せずに、第二の添加剤としてＳｉＯ_２を同量だけ添加したものを用意した。
得られた混合粉末をヘンシェルミキサーで５分間混合した後に、アトマイザーを使用して２回解砕した。このとき、アトマイザーには穴径が０．５ｍｍのスクリーンを配置した。

以上のようにして得られた粉末を用い、実施例１と同様の磁場中成形を行い、直径３０ｍｍ、高さ１５．５ｍｍ、成形体密度が２．７６ｇ／ｃｍ^３の円柱状の成形体を作製した。このとき、磁場成形時の材料温度を１０℃、１５℃、２２℃、３４℃の４通りとした。
磁場成形時の材料温度が１０〜３４℃のそれぞれの場合において、得られた成形体の強度を、錠剤試験器を用いて測定した。その結果を表３、図５に示す。

表３、図５に示すように、磁場成形時の材料温度をオクタン酸の融点（１６．７℃）以上にすることにより、成形体強度が２５％程度増加していることがわかる。

実施例１と同様にして得られた乾燥粉に対して、第一の添加剤としてオクタン酸を、表４に示すように０．１〜０．３ｗｔ％に変化させて添加し、第二の添加剤としてＳｉＯ_２を０．１１ｗｔ％添加した。
得られた混合粉末をヘンシェルミキサーで５分間混合した後に、アトマイザーを使用して２回解砕した。このとき、アトマイザーには穴径が０．５ｍｍのスクリーンを配置した。

以上のようにして得られた粉末を用い、実施例３と同様の磁場中成形を行い、直径３０ｍｍ、高さ１５．５ｍｍ、成形体密度が２．７６ｇ／ｃｍ^３の円柱状の成形体を作製した。このとき、磁場成形時の材料温度は、１２℃、３３℃の２通りとした。
それぞれの場合において、得られた成形体の強度を錠剤試験器により測定した。

さらに、得られた成形体を、実施例１と同様の条件で焼成し、焼結体を得た。そして、得られた焼結体の配向度（Ｂｒ／Ｊｍ）を測定して比較した。その結果を表４、図６に示す。

表４、図６に示すように、磁場成形時の材料温度をオクタン酸の融点以上にすること（材料温度１２℃→３３℃）により、成形体強度が増加するとともに、Ｂｒ／Ｊｍも向上することがわかる。ただしいずれの場合も、オクタン酸の添加量が０．３ｗｔ％となると成形体強度が低下している。したがって、オクタン酸の添加量は０．２ｗｔ％以下とするのが好ましい。

本実施の形態におけるフェライト磁石を示す図である。 フェライト磁石の製造工程を示す図である。 （ａ）は、実施例１におけるオクタン酸の添加量と残留磁束密度との関係、（ｂ）は、オクタン酸の添加量と配向性との関係を示す図である。 （ａ）は、実施例２におけるオクタン酸の添加量、解砕粒径と、残留磁束密度との関係、（ｂ）はオクタン酸の添加量、解砕粒径と、配向性との関係を示す図である。 実施例３における第一の添加剤の温度と成形体強度との関係を示す図である。 実施例４における第一の添加剤の温度と成形体強度、配向性との関係を示す図である。

符号の説明

１０…フェライト磁石

Claims (6)

1. フェライト磁石の原料粉末に、第一の添加剤としてオクタン酸および／またはヘキサン酸を添加・分散させる添加剤添加工程と、
   前記第一の添加剤が分散した前記原料粉末を、磁界を印加しながら加圧成形し、予備成形体を得る予備成形工程と、
   前記予備成形体を解砕し、顆粒材を得る解砕工程と、
   前記顆粒材を、磁界を印加しながら加圧成形し、本成形体を得る本成形工程と、
   前記本成形体を焼成して、焼成体を得る焼成工程と、
   を備えることを特徴とするフェライト磁石の製造方法。
2. 前記第一の添加剤は、前記原料粉末に対し、０．０５〜０．２０ｗｔ％添加することを特徴とする請求項１に記載のフェライト磁石の製造方法。
3. 前記第一の添加剤は、前記第一の添加剤の融点以上に加熱した状態で添加することを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト磁石の製造方法。
4. 前記添加剤添加工程から前記本成形工程までを、前記第一の添加剤の融点以上の温度に維持して行うことを特徴とする請求項３に記載のフェライト磁石の製造方法。
5. 前記第一の添加剤は、前記予備成形工程、前記本成形工程における前記原料粉末の配向性を高めるためのものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフェライト磁石の製造方法。
6. 前記添加剤添加工程にて、前記第一の添加剤と異なる第二の添加剤を添加し、
   前記第二の添加剤は、前記本成形工程において用いる金型と前記原料粉末との摩擦を低減するためのものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のフェライト磁石の製造方法。

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