JP3657549B2

JP3657549B2 - フェライト焼結磁石およびその製造方法

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Publication number: JP3657549B2
Application number: JP2001343751A
Authority: JP
Inventors: 健下村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP2003151811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト焼結磁石およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＳｒ系のマグネトプランバイト型（Ｍ型）フェライト焼結磁石は、安価でしかも高い磁気特性を有するという特徴から、家電製品や自動車に搭載されるモータなどに広く利用されている。
【０００３】
近年、電子機器の小型化、高性能化が要求されており、それにともなってフェライト焼結磁石の高性能化が強く要望されている。例えば特開平１１−１５４６０４号公報には、Ｍ型のＳｒ系フェライトの成分の一部をＬａおよびＣｏで置換することにより、高飽和磁化および高保磁力を実現できることが記載されている。このＬａＣｏ置換フェライト焼結磁石は、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石を大幅に上回る特性が得られるため、今後の発展が注目されている。
【０００４】
一方、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石は、ＬａＣｏ置換フェライト焼結磁石に比べ安価であるため、依然として大きな需要があるが、製造コストを実質的に上昇させずに特性の向上がはかれれば、さらに用途が広がり、工業的にきわめて有意義である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＬａおよびＣｏを含有しない従来のＳｒ系フェライト焼結磁石と実質的に同等の製造コストで、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石を上回る磁石特性をもつフェライト焼結磁石を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（５）の本発明により達成される。
（１）Ｆｅ、元素Ａ（Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種）、元素Ｒ（Ｒは、希土類元素およびＢｉから選択される少なくとも１種であって、Ｌａを必ず含む）および元素Ｍ（Ｍは、Ｃｏであるか、ＣｏおよびＺｎである）を含有し、六方晶マグネトプランバイト型フェライトを主相として有するフェライト焼結磁石であって、
Ｒ酸化物の含有量が相対的に多いＲリッチ結晶粒と、Ｒ酸化物の含有量が相対的に少ないＲプア結晶粒とを含有し、Ｒ酸化物の含有量が、Ｒリッチ結晶粒において１．０質量％以上、Ｒプア結晶粒において０．６質量％以下であるフェライト焼結磁石。
（２）元素Ｒの含有量が０．３６〜１．４５質量％であり、元素Ｍの含有量が０．１７〜０．６３質量％である上記（１）のフェライト焼結磁石。
（３）少なくとも１０個の結晶粒についてＲ酸化物含有量を測定したとき、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計数が、測定対象の全結晶粒の数に対し３０％以上存在する上記（１）又は（２）のフェライト焼結磁石。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかのフェライト焼結磁石を製造する方法であって、
成形対象粉末を成形した後、焼結する工程を有し、
前記成形対象粉末が、Ｆｅおよび元素Ａを含有し、元素Ｒおよび元素Ｍを実質的に含有しない仮焼体粉末と、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを含有するフェライト焼結磁石を粉末化した磁石粉末とを含むものであり、
前記成形対象粉末中において、前記仮焼体粉末と前記磁石粉末との合計に対する前記磁石粉末の比率を２０〜６０質量％とするフェライト焼結磁石の製造方法。
（５）前記磁石粉末が、フェライト焼結磁石の形状加工の際に生じた屑材であるか、不良なフェライト焼結磁石を粉砕したものである上記（４）のフェライト焼結磁石の製造方法。
【０００７】
【作用および効果】
フェライト焼結磁石は、一般に、出発原料粉末を混合して仮焼し、次いで、仮焼体を適度な粒度となるまで粉砕して成形対象粉末とした後、必要な形状に成形し、焼結することにより製造する。
【０００８】
本発明では、フェライト焼結磁石の製造に際し、成形対象粉末として、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石の製造に用いる、元素Ｒおよび元素Ｍで置換されていない仮焼体粉末に加えて、元素Ｒおよび元素Ｍで置換されたフェライト焼結磁石を粉末化したＲＭ置換磁石粉末を用いる。そして、Ｒ酸化物の含有量が相対的に多いＲリッチ結晶粒と、Ｒ酸化物の含有量が相対的に少ないＲプア結晶粒とが含まれる磁石が得られる条件で、すなわち、前記仮焼体粉末と前記磁石粉末との間での元素拡散が抑制される条件で、焼結する。
【０００９】
このような組織構造が得られるように焼結することにより、成形対象粉末の一部として用いたＲＭ置換磁石粉末の特性の高さが最終的な磁石特性に確実に反映され、ＲＭ置換磁石粉末の添加量に応じた高特性のフェライト焼結磁石が得られる。
【００１０】
本発明では、成形対象粉末の一部として用いるＲＭ置換磁石粉末の原料として、ＲＭ置換フェライト焼結磁石を研削や研磨することによって形状加工する際に生じた屑材またはこれを粉砕したものを用いることができる。また、ＲＭ置換フェライト焼結磁石の不良材、例えば、割れやクラックなどの不良が生じたものや、寸法不良となったもの、焼結条件が不適正で磁石特性が不良となったものなど、を粉砕して、前記ＲＭ置換磁石粉末として用いることもできる。すなわち、本発明ではＲＭ置換フェライト焼結磁石のリサイクルが可能なので、本発明は材料コスト低減および環境負荷の低減の面においても著しい効果を示す。
【００１１】
このようにＲＭ置換フェライト焼結磁石のリサイクル材を用いることにより、本発明では、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石と実質的に同等の製造コストで、従来のＳｒ系フェライト焼結磁石を上回る磁石特性をもつフェライト焼結磁石を実現できる。
【００１２】
ところで、特開２００１−１６７９１８号公報には、「主要成分組成が一般式：ＭＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃（ＭはＳｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｃａのうちの少なくとも１種以上であり、ｎは４．８〜６．２の範囲である）で示され、実質的にマグネトプランバイト型結晶構造を有し、不可避的に含有されるＬａ含有量が０．１０重量％以下（０を含まず）でありかつＣｏ含有量が０．０３重量％以下（０を含まず）であるフェライト磁石の製造方法であって、不可避的に含有されるＬａ含有量が０．０１重量％以上でありかつＣｏ含有量が０．０１重量％以上である前記フェライト磁石のスクラップを５〜９５重量％配合したものを成形原料として成形、焼結することを特徴とするフェライト磁石の製造方法」が開示されている。
【００１３】
同公報記載の発明は、原料の一部としてＬａおよびＣｏを含有するフェライト磁石のスクラップを使用する点で本発明に類似する。しかし、同公報では、このスクラップ中のＬａおよびＣｏを利用して磁石特性を向上させることを目的としておらず、逆に、混入するＬａおよびＣｏの量を一定値以下に抑えることにより、ＬａおよびＣｏの混入によって生じる磁石特性のばらつきを抑えることを目的としており、本発明とは異なる。また、同公報には、Ｒリッチ結晶粒およびＲプア結晶粒の存在についての記載も示唆もない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
製造方法
本発明では、Ｆｅ、元素Ａ（Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種）、元素Ｒ（Ｒは、希土類元素およびＢｉから選択される少なくとも１種であって、Ｌａを必ず含む）および元素Ｍ（Ｍは、Ｃｏであるか、ＣｏおよびＺｎである）を含有し、六方晶マグネトプランバイト型フェライトを主相として有するフェライト焼結磁石を製造する。
【００１５】
フェライト焼結磁石の通常の製造工程では、仮焼体の粉砕粉に焼結助剤等の添加物を混合したものを成形し、次いで焼結する。これに対し本発明では、上記仮焼体粉末および添加物に加え、少なくとも一度焼結されて焼結体となったフェライト焼結磁石を粉末化して得られる磁石粉末を含む混合物を成形対象粉末とし、これを成形して焼結する。
【００１６】
本発明において上記仮焼体粉末は、Ｆｅおよび元素Ａを含有し、元素Ｒおよび元素Ｍを実質的に含有しないものである。すなわち、不可避的不純物以外には元素Ｒおよび元素Ｍを含有しない従来のフェライト焼結磁石を製造する際に用いるＲＭ非置換仮焼体粉末である。一方、仮焼体粉末と混合される上記磁石粉末は、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを含有するフェライト焼結磁石を粉末化したものであり、前記したＲＭ置換磁石粉末である。
【００１７】
前記成形対象粉末中において、仮焼体粉末と磁石粉末との合計に対する磁石粉末の比率は、２０〜６０質量％、好ましくは３０〜５０質量％である。磁石粉末の含有量が少なすぎると、最終的に得られるフェライト焼結磁石の磁石特性が十分に高くならない。一方、磁石粉末の含有量をさらに多くしても、保磁力の向上は頭打ちである。しかも、焼結磁石は仮焼体に比べ硬いため粉砕しにくい。そのため、成形対象粉末中における磁石粉末の含有量を多くする場合、好ましい粒径まで粉砕するために長時間を要するので、コストアップを招く。また、粉砕時間が長いと目標とする粒径よりも小さな超微粒子が生じて成形対象粉末の粒度分布がブロードになり、その結果、成形性が悪化するという問題も生じる。また、超微粒子が生じると元素拡散が促進されるため、本発明の効果が損なわれる。
【００１８】
成形対象粉末全体の平均粒径は、好ましくは０．３〜２μm、より好ましくは０．５〜１．２μmである。この平均粒径が小さすぎると、成形性が悪くなりやすい。一方、この平均粒径が大きすぎると、良好な磁石特性が得られにくい。
【００１９】
本発明の製造方法において、成形対象粉末を上記構成とする以外に特に限定される条件はない。ただし、通常は、以下に示す手順でフェライト焼結磁石を製造することが好ましい。
【００２０】
まず、出発原料を混合した後、仮焼し、仮焼体を得る。次に、この仮焼体の粉末および磁石粉末を含有する混合物を調製して成形対象粉末とし、これを成形した後、焼結する。
【００２１】
出発原料は、Ｆｅおよび元素Ａから選択される少なくとも１種の元素を含有する化合物から選択すればよい。元素Ａを含む出発原料には、ストック時の安定性が良好であることから、水酸化物または炭酸塩を用いることが好ましい。このほか、焼結助剤として、Ｓｉ化合物および／またはＣａ化合物が用いられる。Ｓｉ化合物としてはＳｉＯ₂が好ましく、Ｃａ化合物としてはＣａＣＯ₃が好ましい。Ｓｉ化合物のＳｉＯ₂換算での添加量は、成形対象粉末の０．１〜２質量％程度とすればよく、Ｃａ化合物のＣａＣＯ₃換算での添加量は、成形対象粉末の０．２〜４質量％程度とすればよい。
【００２２】
出発原料には、酸化物粉末、または焼成により酸化物となる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等の粉末を用いる。出発原料の平均粒径は特に限定されないが、通常、０．１〜２μm程度とすることが好ましい。特に酸化鉄は微細粉末を用いることが好ましく、具体的には一次粒子の平均粒径が好ましくは１μm以下、より好ましくは０．５μm以下のものを用いる。
【００２３】
仮焼は、通常、空気中等の酸化性雰囲気中で行えばよい。仮焼条件は特に限定されないが、通常、安定温度は１０００〜１３５０℃、安定時間は１秒間〜１０時間、より好ましくは１秒間〜３時間とすればよい。仮焼体は、実質的にマグネトプランバイト型のフェライト構造をもち、その一次粒子の平均粒径は、好ましくは２μm以下、より好ましくは１．２μm以下、さらに好ましくは０．５〜１．２μmである。平均粒径は走査型電子顕微鏡により測定することができる。
【００２４】
なお、焼結助剤として用いるＳｉ化合物およびＣａ化合物は、全部を仮焼後に添加してもよく、一部を仮焼前に添加してもよい。
【００２５】
次に、成形およびその前工程である粉砕について説明する。
【００２６】
成形対象粉末の成形には、湿式成形法または乾式成形法を利用する。本発明の効果は成形方法に依存せず実現する。以下では、湿式成形法を用いる場合について説明する。
【００２７】
湿式成形では、成形対象粉末と、分散媒としての水と、分散剤とを含む成形用スラリーを用いることが好ましい。分散剤の効果をより高くするためには、湿式成形工程の前に湿式微粉砕工程を設けることが好ましい。また、仮焼体は一般に顆粒から構成されるので、仮焼体の粗粉砕ないし解砕のために、湿式微粉砕工程の前に乾式粗粉砕工程を設けることが好ましい。以下では、乾式粗粉砕工程および湿式微粉砕工程を設ける場合について説明する。
【００２８】
成形対対象粉末を含有するスラリーの製造手順は特に限定されないが、仮焼体の粗粉砕粉とフェライト焼結磁石の粉末とを混合した後、混合物をさらに湿式微粉砕することが好ましい。フェライト焼結磁石の形状加工の際に生じた屑材は、通常、粒径５μm程度以下の粉末であるため、通常、屑材は乾式粗粉砕を行うことなく、仮焼体の粗粉砕粉と共に湿式微粉砕すればよい。また、不良品となった焼結磁石を混合する場合、焼結磁石を粗砕きした後、振動ミル等によって平均粒径１〜５０μm、好ましくは１〜１０μm程度まで粗粉砕し、これを仮焼体の粗粉砕粉と共に湿式微粉砕すればよい。添加する磁石粉末の平均粒径が小さすぎると、粉砕後の平均粒径、すなわち成形対象粉末中における平均粒径が小さくなりすぎる。一方、添加する磁石粉末の平均粒径が大きすぎると、粉砕後の平均粒径が十分に小さくならない。
【００２９】
ただし、仮焼体と混合される焼結磁石はいったん焼結されているため、仮焼体に比べ硬度が高く粉砕されにくい。そのため、混合時に仮焼体粉末と焼結磁石の粉末とがほぼ同じ平均粒径であったとしても、その後の湿式微粉砕において仮焼体の粉砕がより進みやすい。したがって、磁石粉末が所定の粒径となるまで混合物を微粉砕したとき、混合物中の仮焼体は粉砕が進みすぎて超微粉が発生しやすくなる。あるいは、仮焼体粉末が所定の粒径となるまで混合物を粉砕したとき、混合物中の磁石粉末は粉砕が不十分となる。その結果、成形性が悪化したり、最終的に得られる磁石の磁気特性が十分に高くならないことがある。このような問題の発生を防ぐためには、焼結磁石の屑材または粗粉砕粉をそのまま仮焼体の粗粉砕粉と混合せず、焼結磁石の屑材または粗粉砕粉を湿式微粉砕した後、仮焼体の粗粉砕粉と混合し、得られた混合物を所定の粒径となるまでさらに湿式微粉砕することが好ましい。
【００３０】
一方、仮焼体の乾式粗粉砕工程では、平均粒径が好ましくは１〜１０μm程度、ＢＥＴ比表面積が好ましくは０．５〜７m²/g程度となるまで粉砕する。粉砕手段は特に限定されず、例えば乾式振動ミル、乾式アトライター（媒体攪拌型ミル）、乾式ボールミル等が使用できるが、特に乾式振動ミルを用いることが好ましい。粉砕時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。なお、仮焼後に一部の出発原料を添加する場合には、この乾式粗粉砕工程において添加することが好ましい。例えば、ＳｉＯ₂と、焼成によりＣａＯとなるＣａＣＯ₃とは、それぞれの少なくとも一部をこの乾式粗粉砕工程において添加することが好ましい。
【００３１】
乾式粗粉砕には、仮焼体粒子に結晶歪を導入して保磁力ＨcBを小さくする効果もある。保磁力の低下により粒子の凝集が抑制され、分散性が向上する。また、軟磁性化することにより、配向度も向上する。軟磁性化された粒子は、後の焼結工程において本来の硬磁性に戻る。
【００３２】
湿式微粉砕工程では、粉砕対象物と水等の分散媒とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて粉砕を行う。粉砕用スラリー中の固形分の含有量は、１０〜７０質量％程度であることが好ましい。湿式微粉砕に用いる粉砕手段は特に限定されないが、通常、ボールミル、アトライター、振動ミル等を用いることが好ましい。粉砕時間は、目的とする粒径および用いる粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。
【００３３】
仮焼体粉末と磁石粉末とを含む粉砕用スラリーを湿式微粉砕した後、粉砕用スラリーを濃縮して成形用スラリーを調製する。濃縮は、遠心分離などによって行えばよい。成形用スラリー中の固形分の含有量は、６０〜９０質量％程度であることが好ましい。
【００３４】
湿式成形工程では、成形用スラリーを用いて磁場中成形を行う。成形圧力は１０〜５０MPa程度、印加磁場強度は０．５〜１．５T程度とすればよい。
【００３５】
成形用スラリーに非水系の分散媒を用いると高配向度が得られるが、環境への負荷を軽減するためには水系分散媒を用いることが好ましい。なお、配向度向上のために、必要に応じ、スラリー中に分散剤を存在させてもよい。
【００３６】
湿式成形後、成形体を乾燥させ、次いで、空気中または窒素中において好ましくは１００〜５００℃の温度に加熱する脱脂処理を施すことにより、添加した分散剤を十分に分解除去する。脱脂処理後、焼結することによりフェライト焼結磁石を得る。
【００３７】
焼結に際しては、前記仮焼体粉末と前記磁石粉末との間での元素拡散が抑制されるように、焼結条件を制御する。これにより、前記磁石粉末に由来し、Ｒ酸化物の含有量が相対的に多いＲリッチ結晶粒と、前記仮焼体粉末に由来し、Ｒ酸化物の含有量が相対的に少ないＲプア結晶粒とが形成される。具体的な焼結条件は、このような組織構造の磁石が得られるように実験的に決定すればよいが、通常、焼結温度は好ましくは１１００〜１２８０℃の範囲、より好ましくは１１５０〜１２５０℃の範囲から選択し、前記温度範囲に保持する時間または安定温度に保持する時間は、好ましくは０．５〜３時間の範囲から選択することが望ましい。
【００３８】
なお、前記成形体をクラッシャー等を用いて解砕し、ふるい等により平均粒径が１００〜７００μm程度となるように分級して磁場配向顆粒を得、これを乾式磁場成形した後、焼結することにより磁石を得てもよい。
【００３９】
次に、成形対象粉末の一部として用いる磁石粉末の組成について説明する。この磁石粉末は、ＲＭ置換フェライト焼結磁石の屑材や不良材由来のものである。ＲＭ置換フェライト焼結磁石の好ましい組成は、例えば前記特開平１１−１５４６０４号公報に記載されたものをはじめとして広く知られている。本発明で用いる磁石粉末の組成は、それらのいずれであってもよいが、通常、焼結助剤として用いられるＳｉＯ₂等の微量成分を除く主成分組成（モル比）は、
式ＩＡ_1-xＲ_x（Ｆｅ_12-yＭ_y）_zＯ₁₉
において
０．０６≦ｘ≦０．５、特に０．１≦ｘ≦０．３、
０．０６≦ｙ≦０．５、
０．６≦ｘ／ｙ≦１．５、
０．７≦ｚ≦１．２
の範囲から選択することが好ましい。
【００４０】
磁石の飽和磁化および保磁力を高くするためには、元素ＡとしてＳｒおよびＣａの少なくとも１種を用いることが好ましく、特にＳｒを用いることが好ましい。Ａ中においてＳｒ＋Ｃａの占める割合、特にＳｒの占める割合は、好ましくは５１原子％以上、より好ましくは７０原子％以上、さらに好ましくは１００原子％である。元素Ａ中のＳｒの比率が低すぎると、飽和磁化と保磁力とを共に高くすることが難しくなる。
【００４１】
元素Ｒとして用いる希土類元素は、Ｙ、Ｓｃおよびランタノイドである。元素Ｒとしては、Ｌａを必ず用い、そのほかの元素を用いる場合には、好ましくはランタノイドの少なくとも１種、より好ましくは軽希土類の少なくとも１種、さらに好ましくはＮｄおよびＰｒの少なくとも１種を用いる。Ｒ中においてＬａの占める割合は、好ましくは４０原子％以上、より好ましくは７０原子％以上であり、飽和磁化向上のためにはＲとしてＬａだけを用いることが最も好ましい。これは、六方晶Ｍ型フェライトに対する固溶限界量を比較すると、Ｌａが最も多いためである。したがって、Ｒ中のＬａの割合が低すぎるとＲの固溶量を多くすることができず、その結果、元素Ｍの固溶量も多くすることができなくなり、磁気特性向上効果が小さくなってしまう。なお、Ｂｉを併用すれば、仮焼温度および焼結温度を低くすることができるので、生産上有利である。
【００４２】
元素Ｍ中においてＣｏの占める割合は、好ましくは１０原子％以上、より好ましくは２０原子％以上である。Ｍ中におけるＣｏの割合が低すぎると、保磁力向上が不十分となる。
【００４３】
次に、仮焼体粉末の組成について説明する。仮焼体粉末の組成は、元素Ｒおよび元素Ｍを実質的に含有しない従来のフェライト磁石と同様である。具体的には、
式II ＡＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃（ｎ＝５〜６．５）
で表される組成（モル比）であることが好ましい。ただし、仮焼体粉末中には、元素Ｒおよび元素Ｍが不可避的不純物としてそれぞれ０．０５質量％程度以下混入していてもよい。上記式IIにおいて元素Ａは、仮焼体粉末と混合される磁石粉末に含有される元素Ａと同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。また、上記式IIにおけるモル比ｎが小さすぎても大きすぎても、最終的に得られる焼結磁石の特性が不十分となりやすい。
【００４４】
焼結磁石
本発明により製造されるフェライト磁石は、六方晶マグネトプランバイト型（Ｍ型）フェライトを主相として有し、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを主成分構成元素として含有する。製造されるフェライト磁石の組成は、前記仮焼体粉末および前記磁石粉末の組成および混合比によって決定される。ただし、ＲＭ非置換のフェライト焼結磁石に対して、製造コストを実質的に向上させずに十分な特性向上をはかるためには、製造されるフェライト磁石の主成分組成（モル比）が、
式ＩＡ_1-xＲ_x（Ｆｅ_12-yＭ_y）_zＯ₁₉
において
０．０２≦ｘ≦０．３０、
０．０２≦ｙ≦０．３０、
０．６≦ｘ／ｙ≦１．５、
０．７≦ｚ≦１．２
であるものが好ましい。この組成において、元素Ｒの含有量は好ましくは０．３６〜１．４５質量％、より好ましくは０．４７〜１．３７質量％、さらに好ましくは０．６０〜１．３７質量％であり、元素Ｍの含有量は好ましくは０．１７〜０．６３質量％、より好ましくは０．２０〜０．５８質量％である。
【００４５】
なお、上記式Ｉにおいて酸素（Ｏ）の原子数は１９となっているが、これは、元素Ｍがすべて２価、元素Ｒがすべて３価であって、かつｘ＝ｙ、ｚ＝１のときの酸素の化学量論組成比を示したものである。元素Ｍおよび元素Ｒの種類やｘ、ｙ、ｚの値によって、酸素の原子数は異なってくる。また、例えば焼成雰囲気が還元性雰囲気の場合は、酸素の欠損（ベイカンシー）ができる可能性がある。さらに、ＦｅはＭ型フェライト中においては通常３価で存在するが、これが２価などに変化する可能性もある。また、Ｃｏ等の元素Ｍも価数が変化する可能性があり、これらにより金属元素に対する酸素の比率は変化する。本明細書では、元素Ｒの種類やｘ、ｙ、ｚの値によらず酸素の原子数を１９と表示してあるが、実際の酸素の原子数は、これから多少偏倚した値であってよい。
【００４６】
磁石組成は、蛍光Ｘ線定量分析などにより測定することができる。また、上記主相の存在は、Ｘ線回折や電子線回折などにより確認できる。
【００４７】
焼結磁石には、Ａｌ₂Ｏ₃および／またはＣｒ₂Ｏ₃が含有されていてもよい。Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｒ₂Ｏ₃は、保磁力を向上させるが残留磁束密度を低下させる。Ａｌ₂Ｏ₃とＣｒ₂Ｏ₃との合計含有量は、残留磁束密度の低下を抑えるために好ましくは３質量％以下とする。なお、Ａｌ₂Ｏ₃および／またはＣｒ₂Ｏ₃添加の効果を十分に発揮させるためには、Ａｌ₂Ｏ₃とＣｒ₂Ｏ₃との合計含有量を０．１質量％以上とすることが好ましい。
【００４８】
焼結磁石には、Ｂ₂Ｏ₃が含まれていてもよい。Ｂ₂Ｏ₃を含むことにより仮焼温度および焼結温度を低くすることができるので、生産上有利である。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は、磁石粉末全体の０．５質量％以下であることが好ましい。Ｂ₂Ｏ₃含有量が多すぎると、飽和磁化が低くなってしまう。
【００４９】
焼結磁石中には、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ等のアルカリ金属元素は含まれないことが好ましいが、不純物として含有されていてもよい。これらをＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ等の酸化物に換算して含有量を求めたとき、これらの含有量の合計は、焼結磁石全体の３質量％以下であることが好ましい。これらの含有量が多すぎると、飽和磁化が低くなってしまう。
【００５０】
また、これらのほか、例えばＧａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｗ、Ｍｏ等が酸化物として含有されていてもよい。これらの含有量は、化学量論組成の酸化物に換算して、それぞれ酸化ガリウム５質量％以下、酸化インジウム３質量％以下、酸化リチウム１質量％以下、酸化マグネシウム３質量％以下、酸化銅３質量％以下、酸化チタン３質量％以下、酸化ジルコニウム３質量％以下、酸化ゲルマニウム３質量％以下、酸化スズ３質量％以下、酸化バナジウム３質量％以下、酸化ニオブ３質量％以下、酸化タンタル３質量％以下、酸化アンチモン３質量％以下、酸化砒素３質量％以下、酸化タングステン３質量％以下、酸化モリブデン３質量％以下であることが好ましい。
【００５１】
磁石の平均結晶粒径は、好ましくは２μm以下、より好ましくは１μm以下、さらに好ましくは０．５〜１．０μmである。結晶粒径は走査型電子顕微鏡によって測定することができる。
【００５２】
磁石中には、前記したようにＲリッチ結晶粒とＲプア結晶粒とが含まれ、これらがほぼ均一に分散した状態となっている。この様子は、蛍光Ｘ線分析などによって磁石断面の元素分布を調べることにより確認できる。また、各結晶における元素濃度は、透過型電子顕微鏡に装着されたエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＴＥＭ−ＥＤＳ）により測定することができる。
【００５３】
本発明の磁石では、Ｒリッチ結晶粒としてＲ酸化物の含有量が１．０質量％以上である結晶粒が存在し、かつ、Ｒプア結晶粒としてＲ酸化物の含有量が０．６質量％以下である結晶粒が存在することが好ましい。この場合、全ての結晶粒がＲリッチ結晶粒またはＲプア結晶粒に該当する必要はない。ただし、Ｒリッチ結晶粒およびＲプア結晶粒のいずれにも該当しない結晶粒、すなわち、元素拡散が進んでＲ酸化物の含有量が０．６質量％超かつ１．０質量％未満となっている結晶粒の比率が高いと、本発明による磁石特性向上効果が不十分となる。そのため、Ｒリッチ結晶粒またはＲプア結晶粒に該当する結晶粒が、個数比で全結晶粒の好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６５％以上であることが望ましい。
【００５４】
なお、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との個数比は、これら２種の結晶粒の粒径がほぼ同じであれば、成形対象粉末中における仮焼体粉末と磁石粉末との質量比に近い値となる。具体的には、磁石粉末の比率を２０〜６０質量％としたとき、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計に対するＲリッチ結晶粒の個数比は、通常、１０〜８０％となる。
【００５５】
Ｒリッチ結晶粒およびＲプア結晶粒の存在を確認し、かつ、全結晶粒に対するこれらの比率を決定するに際しては、磁石に含まれる全ての結晶粒について元素分析を行う必要はなく、磁石断面に現れる任意の少なくとも１０個の結晶粒、好ましくは少なくとも２０個の結晶粒を測定対象とし、これらについてＲ酸化物含有量を測定し、測定対象の全結晶粒に対するＲリッチ結晶粒の比率およびＲプア結晶粒の比率を求めればよい。各結晶粒におけるＲ酸化物の含有量は、上記ＴＥＭ−ＥＤＳにより測定することができる。
【００５６】
ただし、ＴＥＭ−ＥＤＳにより求められた含有量は、各元素の特性Ｘ線のピーク強度から算出した値であり、ピーク同士の重なりによりピーク強度の確定が困難となる元素も存在する。そのため、ＴＥＭ−ＥＤＳで測定された元素Ｒ含有量には一定の傾向の偏りが存在することがある。そのため、Ｒリッチ結晶粒およびＲプア結晶粒を決定するためにＲ酸化物含有量を求めるに際しては、ＴＥＭ−ＥＤＳによる測定値を蛍光Ｘ線分析による測定値で較正する。較正は、以下の手順で行う。
【００５７】
まず、ＴＥＭ−ＥＤＳおよび蛍光Ｘ線分析により、Ｒ酸化物の平均含有量を求める。ＴＥＭ−ＥＤＳでは、電子ビームを広げた状態で測定することにより、複数の結晶粒が含まれる領域の平均含有量を測定する。一方、蛍光Ｘ線分析では、さらに広い領域における平均含有量が測定される。ＴＥＭ−ＥＤＳにおいて電子ビームの照射範囲を著しく広げることは困難であるため、１回の測定において所定の面積の測定ができないことがある。その場合には、測定を複数回行って、得られた測定値を相加平均すればよい。ＴＥＭ−ＥＤＳにおける測定対象領域の全面積は、蛍光Ｘ線分析における測定対象領域の面積とほぼ同じとすることが最も好ましいが、測定対象領域に結晶粒が少なくとも２０個含まれていれば、ＴＥＭ−ＥＤＳにより十分に信頼性の高い平均含有量が求まる。そのため、ＴＥＭ−ＥＤＳでは、結晶粒が少なくとも２０個含まれる領域について測定すればよい。
【００５８】
次に、蛍光Ｘ線分析によるＲ酸化物含有量をＲ_Fとし、ＴＥＭ−ＥＤＳによるＲ酸化物含有量をＲ_Tとして、較正のための係数Ｒ_F／Ｒ_Tを求める。ＴＥＭ−ＥＤＳによって測定した結晶粒のＲ酸化物含有量に上記係数Ｒ_F／Ｒ_Tを乗じた値が、本発明における結晶粒のＲ酸化物含有量であり、この値を用いて、Ｒリッチ結晶粒に該当するか、Ｒプア結晶粒に該当するか、これらのいずれにも該当しないかを決定する。
【００５９】
Ｒ酸化物含有量を求めるに際しては、結晶粒中に含有される金属（半金属を含む）元素が、それぞれ化学量論組成の酸化物として含有されているものとして結晶粒の全質量を算出し、この全質量に対するＲ酸化物の質量比をＲ酸化物含有量とする。なお、化学量論組成の酸化物は、例えば、元素ＡはＡＯ、元素ＲはＲ₂Ｏ₃（ただし、ＣｅはＣｅＯ₂、ＰｒはＰｒ₆Ｏ₁₁、ＴｂはＴｂ₄Ｏ₇）、ＦｅはＦｅ₂Ｏ₃、ＣｏはＣｏＯ、ＺｎはＺｎＯ、ＡｌはＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉはＳｉＯ₂である。
【００６０】
本発明により製造されるフェライト磁石では、高保磁力かつ高飽和磁化が実現する。そのため、元素Ｒおよび元素Ｍを含有しない従来のフェライト磁石と同一形状であれば、発生する磁束密度を増やすことができるため、モータに適用した場合には高トルク化等を実現でき、スピーカやヘッドホンに適用した場合には磁気回路の強化によりリニアリティーのよい音質が得られるなど、応用製品の高性能化に寄与できる。また、従来のフェライト磁石と同じ機能でよいとすれば、磁石の大きさ（厚さ）を小さく（薄く）できるので、小型軽量化（薄型化）に寄与できる。また、従来は界磁用の磁石を巻線式の電磁石としていたようなモータにおいても、これをフェライト磁石で置き換えることが可能となり、軽量化、生産工程の短縮、低価格化に寄与できる。さらに、保磁力（ＨcJ）の温度特性に優れているため、従来はフェライト磁石の低温減磁（永久減磁）の危険のあった低温環境でも使用可能となり、特に寒冷地、上空域などで使用される製品の信頼性を著しく高めることができる。
【００６１】
例えば、フュエルポンプ用、パワーウインド用、ＡＢＳ用、ファン用、ワイパ用、パワーステアリング用、アクティブサスペンション用、スタータ用、ドアロック用、電動ミラー用等の自動車用モータ；ＦＤＤスピンドル用、ＶＴＲキャプスタン用、ＶＴＲ回転ヘッド用、ＶＴＲリール用、ＶＴＲローディング用、ＶＴＲカメラキャプスタン用、ＶＴＲカメラ回転ヘッド用、ＶＴＲカメラズーム用、ＶＴＲカメラフォーカス用、ラジカセ等キャプスタン用、ＣＤ、ＬＤ、ＭＤスピンドル用、ＣＤ、ＬＤ、ＭＤローディング用、ＣＤ、ＬＤ光ピックアップ用等のＯＡ、ＡＶ機器用モータ；エアコンコンプレッサー用、冷蔵庫コンプレッサー用、電動工具駆動用、扇風機用、電子レンジファン用、電子レンジプレート回転用、ミキサ駆動用、ドライヤーファン用、シェーバー駆動用、電動歯ブラシ用等の家電機器用モータ；ロボット軸、関節駆動用、ロボット主駆動用、工作機器テーブル駆動用、工作機器ベルト駆動用等のＦＡ機器用モータ；その他、オートバイ用発電器、スピーカ・ヘッドホン用マグネット、マグネトロン管、ＭＲＩ用磁場発生装置、ＣＤ−ＲＯＭ用クランパ、ディストリビュータ用センサ、ＡＢＳ用センサ、燃料・オイルレベルセンサ、マグネットラッチ等に使用できる。
【００６２】
【実施例】
仮焼後の組成（モル比）が
ＳｒＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃
において６．０となるようにＳｒＣＯ₃とＦｅ₂Ｏ₃とを秤量し、水を分散媒として湿式混合した。得られた混合物を空気中において１２８０℃で１時間仮焼した。得られた仮焼体を振動ミルにより乾式で粗粉砕し、平均粒径３μmの仮焼体粉末を得た。
【００６３】
次に、
Ｓｒ_1-xＬａ_x（Ｆｅ_12-yＣｏ_y）_zＯ₁₉
において
ｘ＝０．１８９、
ｙ＝０．１８０、
ｚ＝１．００８、
ｘ／ｙ＝１．０５
である主成分組成（モル比）を有するＬａＣｏ置換Ｓｒ系フェライト焼結磁石の不良材を、振動ミルにより乾式で粗粉砕し、さらに、アトライタにより湿式で微粉砕して、平均粒径５μmの磁石粉末を得た。
【００６４】
上記仮焼体粉末と上記磁石粉末とを混合し、さらに、上記仮焼体粉末に対し０．５５質量％のＳｉＯ₂および１．３０質量％のＣａＣＯ₃を添加したものを、アトライタにより湿式で粉砕し、平均粒径０．８μmの成形対象粉末を含むスラリーとした。次いで、このスラリーを脱水して固形分濃度７５質量％の成形用スラリーとした。次いで、磁場中において成形用スラリーを脱水しながら圧縮成形し、直径３０mm、高さ１５mmの円柱状成形体を得た。次いで、成形体を空気中において１２４０℃に１時間保持することにより焼結した後、研磨して、フェライト焼結磁石サンプルを得た。
【００６５】
各サンプルについて、成形対象粉末中の磁石粉末の含有量を表１に示す。各サンプルの残留磁束密度（Ｂｒ）および保磁力（ＨcJ）をサーチコイル法により室温で測定した。結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
表１から本発明の効果が明らかである。すなわち、本発明によって製造されたサンプルNo.２〜No.４では、従来の方法によって製造されたサンプルNo.１を上回る磁石特性が得られている。
【００６８】
図１〜図４に、サンプルNo.３の透過型電子顕微鏡写真を示す。これらの写真に示される結晶粒No.１〜No.２０について、ＴＥＭ−ＥＤＳおよび蛍光Ｘ線分析を用いて前述した較正手順によりＬａ₂Ｏ₃含有量を求め、これらの結晶粒を、Ｒリッチ結晶粒、Ｒプア結晶粒およびこれらのいずれにも該当しない結晶粒に分類した。結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】

【００７０】
表２から、サンプルNo.３では、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒とが、測定対象の全結晶粒の７０％を占め、また、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計に対するＲリッチ結晶粒の個数比が４３％であることがわかる。
【００７１】
なお、サンプルNo.２、No.４についても同様に結晶粒のＬａ₂Ｏ₃含有量を測定したところ、測定対象の全結晶粒に占めるＲリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計数の個数比が、サンプルNo.２では７０％、サンプルNo.４では６５％であった。また、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計に対するＲリッチ結晶粒の個数比は、サンプルNo.２では２１％、サンプルNo.４では６２％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のフェライト焼結磁石の透過型電子顕微鏡写真である。
【図２】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のフェライト焼結磁石の透過型電子顕微鏡写真である。
【図３】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のフェライト焼結磁石の透過型電子顕微鏡写真である。
【図４】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のフェライト焼結磁石の透過型電子顕微鏡写真である。

Claims

Ｆｅ、元素Ａ（Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種）、元素Ｒ（Ｒは、希土類元素およびＢｉから選択される少なくとも１種であって、Ｌａを必ず含む）および元素Ｍ（Ｍは、Ｃｏであるか、ＣｏおよびＺｎである）を含有し、六方晶マグネトプランバイト型フェライトを主相として有するフェライト焼結磁石であって、
Ｒ酸化物の含有量が相対的に多いＲリッチ結晶粒と、Ｒ酸化物の含有量が相対的に少ないＲプア結晶粒とを含有し、Ｒ酸化物の含有量が、前記Ｒリッチ結晶粒において１．０質量％以上、前記Ｒプア結晶粒において０．６質量％以下であるフェライト焼結磁石。
元素Ｒの含有量が０．３６〜１．４５質量％であり、元素Ｍの含有量が０．１７〜０．６３質量％である請求項１のフェライト焼結磁石。
少なくとも１０個の結晶粒についてＲ酸化物含有量を測定したとき、Ｒリッチ結晶粒とＲプア結晶粒との合計数が、測定対象の全結晶粒の数に対し３０％以上存在する請求項１又は２のフェライト焼結磁石。
請求項１〜３のいずれかのフェライト焼結磁石を製造する方法であって、
成形対象粉末を成形した後、焼結する工程を有し、
前記成形対象粉末が、Ｆｅおよび元素Ａを含有し、元素Ｒおよび元素Ｍを実質的に含有しない仮焼体粉末と、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを含有するフェライト焼結磁石を粉末化した磁石粉末とを含むものであり、
前記成形対象粉末中において、前記仮焼体粉末と前記磁石粉末との合計に対する前記磁石粉末の比率を２０〜６０質量％とするフェライト焼結磁石の製造方法。
前記磁石粉末が、フェライト焼結磁石の形状加工の際に生じた屑材であるか、不良なフェライト焼結磁石を粉砕したものである請求項４のフェライト焼結磁石の製造方法。