JP5733463B2

JP5733463B2 - フェライト焼結磁石及びそれを備えるモータ

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Publication number: JP5733463B2
Application number: JP2014500746A
Authority: JP
Inventors: 田口　仁; 仁田口
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Description

本発明はフェライト焼結磁石及びそれを備えるモータに関する。

フェライト焼結磁石に用いられる磁性材料として、六方晶系の結晶構造を有するＢａフェライト、Ｓｒフェライト及びＣａフェライトが知られている。近年、これらの中でも、モータ用等の磁石材料として、主にマグネトプランバイト型（Ｍ型）のＳｒフェライトが採用されている。Ｍ型フェライトは例えばＡＦｅ_１２Ｏ_１９の一般式で表される。Ｓｒフェライトは、結晶構造のＡサイトにＳｒを有する。

フェライト焼結磁石の磁気特性を改善するために、Ａサイトの元素及びＢサイトの元素の一部を、それぞれＬａ等の希土類元素及びＣｏで置換することによって、磁気特性を改善することが試みられている。例えば、特許文献１では、Ａサイト及びＢサイトの一部を特定量の希土類元素及びＣｏで置換することによって、残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）を向上する技術が開示されている。

フェライト焼結磁石の代表的な用途としては、モータが挙げられる。モータに用いられるフェライト焼結磁石は、ＢｒとＨｃＪの両特性に優れることが求められるものの、一般に、ＢｒとＨｃＪは、トレードオフの関係にあることが知られている。このため、Ｂｒ及びＨｃＪの両特性を一層向上することが可能な技術を確立することが求められている。

Ｂｒ及びＨｃＪの両特性を考慮した磁気特性を示す指標として、Ｂｒ（ｋＧ）＋１／３ＨｃＪ（ｋＯｅ）の計算式が知られている（例えば、特許文献１参照）。この値が高いほど、モータなど高い磁気特性が求められる用途に適したフェライト焼結磁石であるといえる。

特開平１１−１５４６０４号公報

上記特許文献１に示されるように、フェライト焼結磁石を構成する主な結晶粒の組成を制御して磁気特性を改善することは有効である。しかしながら、結晶粒の組成のみを制御しても、従来のフェライト焼結磁石の磁気特性を大きく改善することは難しい。一方、フェライト焼結磁石に含まれる副成分は、磁気特性や焼結性を改善する作用を有するものがある。しかしながら、副成分の種類や量によっては、フェライト焼結磁石の優れた強度や外観などの信頼性が損なわれる場合がある。例えば、強度が低いフェライト焼結磁石又は表面に異物が析出し易いフェライト焼結磁石をモータに用いると、モータの使用中にフェライト焼結磁石が破損したり剥がれて落下したりすることが懸念される。このため、磁気特性のみならず、高い信頼性を有するフェライト焼結磁石が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）の両方の特性に優れるとともに、高い信頼性を有するフェライト焼結磁石を提供することを目的とする。また、効率が高く信頼性に優れるモータを提供することを目的とする。

本発明者らは、結晶粒の組成のみではなく、フェライト焼結磁石の全体の組成とともに粒界の組成に着目して磁気特性を向上させることを検討した。その結果、所定の副成分を含有することによってフェライト焼結磁石の磁気特性と信頼性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、六方晶構造を有するＳｒフェライトを含有するフェライト焼結磁石であって、Ｎａ及びＫの合計含有量が、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算して、０．００４〜０．３１質量％、Ｓｉの含有量がＳｉＯ_２換算で０．３〜０．９４質量％、であり、下記式（１）を満たすフェライト焼結磁石を提供する。
１．３≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦５．７（１）

ここで、式（１）中、Ｓｒ_Ｆは、Ｓｒフェライトを構成するＳｒを除いたＳｒのモル基準の含有量であり、Ｂａ，Ｃａ，Ｎａ及びＫは、それぞれの元素のモル基準の含有量を示す。

上記本発明のフェライト焼結磁石は、Ｂｒ及びＨｃＪの両方の特性に優れるとともに、高い信頼性を有する。このような効果が得られる理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、フェライト焼結磁石の粒界組成が寄与していると考えている。すなわち、フェライト焼結磁石の粒界には、Ｓｒフェライトを構成するＳｒとは異なるＳｒと、Ｂａ、Ｃａ並びにＮａ及びＫの少なくとも一方と、を構成元素とするケイ酸ガラスが形成されていると考えられる。本発明のフェライト焼結磁石は、このケイ酸ガラスを安定して形成させるような比率の粒界組成を有すると考えられる。このため、フェライト焼結磁石が安定で且つ緻密な組織になりやすく、高いＢｒ及びＨｃＪと高い信頼性を有すると考えられる。

本発明のフェライト焼結磁石は下記式（２）を満たすことが好ましい。これによって、Ｂｒ＋１／３ＨｃＪの値を一層高くすることができる。なお、式（２）中、Ｓｒ_Ｆは、Ｓｒフェライトを構成するＳｒを除いたＳｒのモル基準の含有量であり、Ｂａ，Ｃａ，Ｎａ及びＫは、それぞれの元素のモル基準の含有量を示す。
１．７≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦２．７（２）

本発明のフェライト焼結磁石は、下記式（３）を満たすことが好ましい。これによって、一層磁気特性に優れるフェライト焼結磁石となる。
Ｂｒ＋１／３ＨｃＪ≧５．３（３）
上式（３）中、Ｂｒ及びＨｃＪは、それぞれ残留磁束密度（ｋＧ）及び保磁力（ｋＯｅ）を示す。

本発明のフェライト焼結磁石におけるＳｒフェライトの結晶粒の平均粒径は１．０μｍ以下であり、粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合が１％以下であることが好ましい。これによって、磁気特性と信頼性とを一層高水準で両立することができる。

本発明ではまた、上述のフェライト焼結磁石を備えるモータを提供する。このモータは、上述の特徴を有するフェライト焼結磁石を備えることから、高い効率と高い信頼性とを兼ね備える。

本発明によれば、Ｂｒ及びＨｃＪの両方の特性に優れるとともに、高い信頼性を有するフェライト焼結磁石を提供することができる。また、効率が高く信頼性に優れるモータを提供することができる。

本発明のフェライト焼結磁石の好適な実施形態を模式的に示す斜視図である。本発明の実施例及び比較例における複数のフェライト焼結磁石のＢｒ（Ｇ）とＨｃＪ（Ｏｅ）の関係をプロットしたグラフである。実施例７３のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。実施例７４のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。比較例１４のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。実施例７３のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すグラフである。実施例７４のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すグラフである。比較例１４のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すグラフである。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態のフェライト焼結磁石を模式的に示す斜視図である。フェライト焼結磁石１０は、端面が円弧状となるように湾曲した形状を有しており、一般にアークセグメント形状、Ｃ形形状、瓦型形状、又は弓形形状と呼ばれる形状を有している。フェライト焼結磁石１０は、例えばモータ用の磁石として好適に用いられる。

フェライト焼結磁石１０は、主成分として、六方晶構造を有するＭ型のＳｒフェライトを含有するＳｒフェライト焼結磁石である。主成分であるＳｒフェライトは、例えば以下の式（４）で表わされる。
ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９（４）

上式（４）のＳｒフェライトにおけるＡサイトのＳｒ及びＢサイトのＦｅは、不純物又は意図的に添加された元素によって、その一部が置換されていてもよい。また、ＡサイトとＢサイトの比率が若干ずれていてもよい。この場合、Ｓｒフェライトは、例えば以下の一般式（５）で表わすことができる。
Ｒ_ｘＳｒ_１−ｘ（Ｆｅ_１２−ｙＭ_ｙ）_ｚＯ_１９（５）
上式（５）中、ｘ及びｙは、例えば０．１〜０．５であり、ｚは０．７〜１．２である。

一般式（５）におけるＭは、例えば、Ｃｏ（コバルト）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）及びＣｒ（クロム）からなる群より選ばれる１種以上の元素である。また、一般式（５）におけるＲは、希土類元素であり、例えば、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）及びＳｍ（サマリウム）からなる群より選ばれる１種以上の元素である。なお、この場合、Ｓｒ_Ｆは、Ｍ及びＲが一般式（５）に示すようにＳｒフェライトを構成するとして算出することができる。

フェライト焼結磁石１０におけるＳｒフェライトの質量比率は、好ましくは９０質量％以上であり、より好ましくは９５質量％以上であり、さらに好ましくは９７質量％以上である。このように、Ｓｒフェライトとは異なる結晶相の質量比率を低減することによって、磁気特性を一層高くすることができる。

フェライト焼結磁石１０は、副成分として、Ｓｒフェライトとは異なる成分を含有する。副成分としては、酸化物が挙げられる。酸化物としては、構成元素として、Ｋ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム），Ｓｉ（ケイ素），Ｃａ（カルシウム），Ｓｒ（ストロンチウム）及びＢａ（バリウム）から選ばれる少なくとも一種を有する酸化物並びに複合酸化物が挙げられる。酸化物としては、例えばＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯが挙げられる。また、ケイ酸ガラスを含んでいてもよい。

フェライト焼結磁石１０におけるＮａ及びＫの合計含有量は、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算して０．００４〜０．３１質量％である。Ｎａ及びＫの合計含有量の下限は、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算して、好ましくは０．０１質量％であり、より好ましくは０．０２質量％であり、さらに好ましくは０．０３質量％である。Ｎａ及びＫの合計含有量が低くなり過ぎると、焼結温度を低減することができず、結晶粒が粒成長して十分に高い磁気特性を得ることが困難になる傾向にある。

Ｎａ及びＫの合計含有量の上限は、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算して、好ましくは０．２質量％であり、より好ましくは０．１５質量％であり、さらに好ましくは０．１質量％である。Ｎａ及びＫの合計含有量が高くなり過ぎると、フェライト焼結磁石１０の表面に白色の粉体が生じ易くなる傾向にある。フェライト焼結磁石１０の表面に粉体が生じると、例えばモータ部材とフェライト焼結磁石１０との接着力が低下して、フェライト焼結磁石１０がモータ部材から剥離する可能性がある。すなわち、フェライト焼結磁石１０の信頼性が損なわれてしまう。

フェライト焼結磁石１０におけるＳｉの含有量は、ＳｉＯ_２換算で０．３〜０．９４質量％である。Ｓｉの含有量の下限は、ＳｉＯ_２換算で好ましくは０．４質量％であり、より好ましくは０．４５質量％である。Ｓｉの含有量が低くなり過ぎると、焼結体が十分に緻密化せずに優れた磁気特性が損なわれる傾向にある。Ｓｉの含有量の上限は、ＳｉＯ_２換算で、好ましくは０．９質量％であり、より好ましくは０．８質量％である。Ｓｉの含有量が高くなり過ぎると、十分に優れた磁気特性が損なわれる傾向にある。

フェライト焼結磁石１０におけるＳｒの含有量は、磁気特性と信頼性とを一層向上する観点から、ＳｒＯ換算で好ましくは１０〜１３質量％であり、より好ましくは１０．３〜１１．９質量％である。また、フェライト焼結磁石１０におけるＢａの含有量は、同様の観点からＢａＯ換算で好ましくは０．０１〜２．０質量％であり、より好ましくは０．０１〜０．２質量％である。

フェライト焼結磁石１０におけるＣａの含有量は、磁気特性と信頼性とを一層向上する観点から、ＣａＯ換算で好ましくは０．０５〜２質量％であり、より好ましくは０．１〜１．５質量％である。また、フェライト焼結磁石１０には、これらの成分の他に、原料に含まれる不純物や製造設備に由来する不可避的な成分が含まれていてもよい。このような成分としては、例えば、Ｔｉ（チタン），Ｃｒ（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム）及びＡｌ（アルミニウム）等の各酸化物が挙げられる。

副成分は、主に、フェライト焼結磁石１０におけるＳｒフェライトの結晶粒の粒界に含まれる。副成分に含まれる各元素の比率が変わると、粒界の組成が変化し、その結果フェライト焼結磁石１０の磁気特性や信頼性に影響を及ぼす場合がある。本実施形態のフェライト焼結磁石１０は、副成分に含まれる特定の元素の比率を所定の範囲に調整することによって、優れた磁気特性と高い信頼性を有する。なお、フェライト焼結磁石１０の各成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析及び誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ分析）によって測定することができる。

フェライト焼結磁石１０は、磁気特性及び信頼性を一層向上させる観点から、下記式（１）を満たし、好ましくは下記式（１）’を満たし、より好ましくは下記式（６）を満たし、さらに好ましくは（２）を満たす。
１．３≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦５．７（１）
１．３≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦３．２（１）’
１．３≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ＜２．９（６）
１．７≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦２．７（２）

上式（１）、式（１）’、式（６）及び式（２）中、Ｓｒ_Ｆは、Ｓｒフェライトを構成するＳｒを除いたＳｒのモル基準の含有量を示し、Ｂａ，Ｃａ，Ｎａ及びＫは、それぞれの元素のモル基準の含有量を示す。Ｓｒ_Ｆは、フェライト焼結磁石１０の製造過程において、Ｆｅ源に対するＳｒ源の割合を、Ｓｒフェライトの量論比［ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９又はＲ_ｘＳｒ_１−ｘ（Ｆｅ_１２−ｙＭ_ｙ）_ｚＯ_１９］よりも多くした場合に生じる。Ｓｒの含有量がＳｒフェライトの量論比［ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９又はＲ_ｘＳｒ_１−ｘ（Ｆｅ_１２−ｙＭ_ｙ）_ｚＯ_１９］よりも少ない場合は、Ｓｒ_Ｆは０未満の数値、すなわちマイナスの数値となる。この場合も上記式（１）、式（１）’、式（６）又は式（２）を満足することが好ましい。

フェライト焼結磁石１０の粒界には、副成分として挙げた元素を構成元素とするケイ酸ガラスが生成していると考えられる。フェライト焼結磁石１０は、上記式（１）、式（１）’、式（６）又は式（２）を満足することによって粒界の組成が安定化し、それが磁気特性及び信頼性の向上に寄与すると考えられる。

フェライト焼結磁石１０におけるＳｒフェライトの結晶粒の平均粒径は、好ましくは２．０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下であり、さらに好ましくは０．３〜１．０μｍである。Ｓｒフェライトの結晶粒の平均粒径が２．０μｍを超えると、十分に優れた磁気特性を得ることが困難になる傾向にある。一方、Ｓｒフェライトの結晶粒の平均粒径が０．３μｍ未満のフェライト焼結磁石は、製造することが困難である。

フェライト焼結磁石１０のＳｒフェライトの結晶粒の平均粒径は、ＳＥＭ又はＴＥＭを用いて測定することができる。ＳＥＭで測定する場合には、フェライト焼結磁石の断面を、鏡面研磨してフッ酸等の酸でエッチング処理する。そして、エッチング面をＳＥＭで観察する。数百個の結晶粒を含むＳＥＭ又はＴＥＭの観察画像において、結晶粒の輪郭を明確化したのち、画像処理などを行って、ｃ面の粒径分布を測定する。本明細書における「粒径」は、ａ面における長径（ａ軸方向の径）をいう。この長径は、各結晶粒に外接する「面積が最小となる長方形」の長辺として求められる。また、「面積が最小となる長方形」の短辺に対する長辺の比が「アスペクト比」である。なお、酸によるエッチングに代えて、試料を加熱してエッチングする、いわゆるサーマルエッチングを行ってもよい。

測定した個数基準の粒径分布から、結晶粒の粒径の個数基準の平均値を算出する。また、測定した粒径分布と平均値から標準偏差を算出する。本明細書では、これらをＳｒフェライトの結晶粒の平均粒径及び標準偏差とする。Ｓｒフェライトの結晶粒全体に対する該結晶粒の粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合は１％以下であることが好ましく、０．９％以下であることがより好ましい。これによって、十分に高い磁気特性を有するフェライト焼結磁石とすることができる。同様の観点から、各結晶粒のアスペクト比の個数平均値（平均アスペクト比）は、約１．０であることが好ましい。

フェライト焼結磁石１０は、下記式（３）を満足することが好ましい。本実施形態のフェライト焼結磁石は、Ｓｒフェライトの結晶粒が十分に微細であるうえに、特定の組成を有するものであることから、式（３）を満足するような高い磁気特性を有する。この式（３）を満足するフェライト焼結磁石は、十分に優れた磁気特性を有する。このようなフェライト焼結磁石によって、一層高い効率を有するモータを提供することができる。
Ｂｒ＋１／３ＨｃＪ≧５．３（３）
式（３）中、Ｂｒ及びＨｃＪは、それぞれ残留磁束密度（ｋＧ）及び保磁力（ｋＯｅ）を示す。

図２は、本発明の実施例及び比較例における複数のフェライト焼結磁石のＢｒ（Ｇ）とＨｃＪ（Ｏｅ）の関係をプロットしたグラフである。図２は、Ｈｋ／ＨｃＪ＞９０％を満たすデータのみをプロットしたものである。この図２から分かるように、フェライト焼結磁石は、組成、添加条件及び焼成温度などの製造条件が変わることによって、ＢｒやＨｃＪなどの磁気特性が変動することが一般的である。そして、ＢｒとＨｃＪは、互いにトレードオフの関係にあり、所定の勾配（Ｂｒ＋１／３ＨｃＪ）に沿って変動する。フェライト焼結磁石１０は、図２の直線１（Ｂｒ＋１／３ＨｃＪ＝５．３）の上又は直線１よりも右上の磁気特性（Ｂｒ，ＨｃＪ）を有することが好ましい。

フェライト焼結磁石１０は、例えば、フューエルポンプ用、パワーウィンドウ用、ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）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の磁石として使用することができる。また、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／ＤＶＤ／ＭＤスピンドル用、ＣＤ／ＤＶＤ／ＭＤローディング用、ＣＤ／ＤＶＤ光ピックアップ用等のＯＡ／ＡＶ機器用モータの磁石として使用することができる。さらに、エアコンコンプレッサー用、冷凍庫コンプレッサー用、電動工具駆動用、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の磁石としても使用することができる。さらにまた、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機器用モータの磁石としても使用することが可能である。

フェライト焼結磁石１０は、上述のモータの部材に接着してモータ内に設置される。優れた磁気特性を有するフェライト焼結磁石１０は、クラックの発生及び表面における異物（白粉）の発生が十分に抑制されていることから、モータ部材と十分強固に接着される。このように、フェライト焼結磁石１０がモータの部材から剥離することを十分に抑制することができる。このため、フェライト焼結磁石１０を備える各種モータは、高い効率と高い信頼性とを兼ね備える。

フェライト焼結磁石１０の用途は、モータに限定されるものではなく、例えば、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、マグネトラッチ、又はアイソレータ等の部材として用いることもできる。また、磁気記録媒体の磁性層を蒸着法又はスパッタ法等で形成する際のターゲット（ペレット）として用いることもできる。

次に、フェライト焼結磁石１０の製造方法を説明する。フェライト焼結磁石１０の製造方法は、配合工程、仮焼工程、粉砕工程、磁場中成形工程及び焼成工程を有する。以下、各工程の詳細を説明する。

配合工程は、仮焼用の混合粉末を調製する工程である。配合工程では、まず、出発原料を秤量して所定の割合で配合し、湿式アトライタ、又はボールミル等で１〜２０時間程度混合するとともに粉砕処理を行う。出発原料としては、主成分であるＳｒフェライトの構成元素を有する化合物を準備する。

配合工程では、副成分であるＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３，Ｎａ_２ＣＯ_３及びＫ_２ＣＯ_３の等の粉末を添加してもよい。Ｎａ又はＫの構成元素を有する化合物としては炭酸塩以外に珪酸塩やＮａ又はＫを含む有機化合物（分散剤）を用いることができる。

Ｓｒフェライトの構成元素を有する化合物としては、酸化物又は焼成により酸化物となる、炭酸塩、水酸化物又は硝酸塩等の化合物を用いることができる。このような化合物としては、例えば、ＳｒＣＯ_３、Ｌａ（ＯＨ）_３、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＣｏ_３Ｏ_４等が挙げられる。出発原料の平均粒径は特に限定されず、例えば０．１〜２．０μｍである。出発原料は、仮焼前の配合工程ですべてを混合する必要はなく、各化合物の一部又は全部を仮焼の後に添加してもよい。

仮焼工程は、配合工程で得られた原料組成物を仮焼する工程である。仮焼は、空気中等の酸化性雰囲気中で行うことができる。仮焼温度は、好ましくは８００〜１４５０℃であり、より好ましくは８５０〜１３００℃であり、さらに好ましくは９００〜１２００℃であり、仮焼温度における仮焼時間は、好ましくは１秒間〜１０時間、より好ましくは１分間〜３時間である。仮焼して得られる仮焼物におけるＳｒフェライトの含有量は、好ましくは７０質量％以上であり、より好ましくは９０質量％以上である。仮焼物の一次粒子径は、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは２．０μｍ以下である。

粉砕工程は、仮焼物を粉砕してフェライト磁石の粉末を得る工程である。粉砕工程は、一段階で行ってもよく、粗粉砕工程と微粉砕工程の二段階に分けて行ってもよい。仮焼物は、通常顆粒状又は塊状であるため、まずは粗粉砕工程を行うことが好ましい。粗粉砕工程では、振動ロッドミル等を使用して乾式で粉砕を行って、平均粒径０．５〜５．０μｍの粉砕粉を調製する。このようにして調製した粉砕粉を、湿式アトライタ、ボールミル、又はジェットミル等を用いて湿式で粉砕して、平均粒径０．０８〜２．０μｍ、好ましくは０．１〜１．０μｍ、より好ましくは０．２〜０．８μｍの微粉末を得る。

微粉末のＢＥＴ法による比表面積は、好ましくは５〜１４ｍ^２／ｇ、より好ましくは７〜１２ｍ^２／ｇである。粉砕時間は、例えば湿式アトライタを用いる場合、３０分間〜１０時間であり、ボールミルを用いる場合、５〜５０時間である。これらの時間は、粉砕方法によって適宜調整することが好ましい。

粉砕工程では、副成分であるＳｉＯ_２、Ｎａ_２ＣＯ_３及びＫ_２ＣＯ_３の粉末に加えて、ＣａＣＯ_３，ＳｒＣＯ_３及びＢａＣＯ_３等の粉末を添加してもよい。Ｎａ又はＫの構成元素を有する化合物としては炭酸塩以外に珪酸塩やＮａ又はＫを含む有機化合物（分散剤）を用いることができる。このような副成分を添加することによって、焼結性を向上すること、及び磁気特性を向上することができる。なお、これらの副成分は、湿式で成形を行う場合にスラリーの溶媒とともに流出することがあるため、フェライト焼結磁石における目標の含有量よりも多めに配合することが好ましい。

フェライト焼結磁石の磁気的配向度を高めるために、上述の副成分に加えて、多価アルコールを微粉砕工程で添加することが好ましい。多価アルコールの添加量は、添加対象物に対して０．０５〜５．０質量％、好ましくは０．１〜３．０質量％、より好ましくは０．３〜２．０質量％である。なお、添加した多価アルコールは、磁場中成形工程後の焼成工程で熱分解して除去される。

磁場中成形工程は、粉砕工程で得られた微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。磁場中成形工程は、乾式成形、又は湿式成形のどちらの方法でも行うことができる。磁気的配向度を高くする観点から、湿式成形が好ましい。湿式成形を行う場合、微粉砕工程を湿式で行って、得られたスラリーを所定の濃度に調整し、湿式成形用スラリーとしてもよい。スラリーの濃縮は、遠心分離やフィルタープレス等によって行うことができる。

湿式成形用スラリー中における微粉末の含有量は、好ましくは３０〜８５質量％である。スラリーの分散媒としては水又は非水系溶媒を用いることができる。湿式成形用スラリーには、水に加えて、グルコン酸、グルコン酸塩、又はソルビトール等の界面活性剤を添加してもよい。このような湿式成形用スラリーを用いて磁場中成形を行う。成形圧力は例えば０．１〜０．５トン／ｃｍ^２であり、印加磁場は例えば５〜１５ｋＯｅである。

焼成工程は、成形体を焼成して焼結体を得る工程である。焼成工程は、通常、大気中等の酸化性雰囲気中で行う。焼成温度は、好ましくは１０５０〜１３００℃、より好ましくは１１５０〜１２５０℃である。焼成温度における焼成時間は、好ましくは０．５〜３時間である。以上の工程によって、焼結体、すなわちフェライト焼結磁石１０を得ることができる。なお、本発明のフェライト焼結磁石の製造方法は、上述の方法に限定されるものではない。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明のフェライト焼結磁石及びモータは、上述のものに限定されない。例えば、フェライト焼結磁石の形状は、図１の形状に限定されず、上述の各用途に適した形状に適宜変更することができる。

本発明の内容を実施例及び比較例を参照してさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜４７，５１，５３，５７，５８，６０，６３，６５，６６，７０〜７２、比較例１〜１３、参考例４８〜５０，５２，５４〜５６，５９，６１，６２，６４，６７〜６９］
（フェライト焼結磁石の作製）
まず、以下の出発原料を準備した。
・Ｆｅ_２Ｏ_３粉末（一次粒子径：０．３μｍ）
・ＳｒＣＯ_３粉末（一次粒子径：２μｍ）
・ＳｉＯ_２粉末（一次粒子径：０．０１μｍ）
・ＣａＣＯ_３粉末
・Ｎａ_２ＣＯ_３粉末
・Ｋ_２ＣＯ_３粉末

Ｆｅ_２Ｏ_３粉末１０００ｇ、ＳｒＣＯ_３粉末１６１．２ｇ、及びＳｉＯ_２粉末２．３ｇを、湿式アトライタを用いて粉砕しながら混合し、乾燥及び整粒を行った。このようにして得られた粉末を、大気中、１２５０℃で３時間焼成し、顆粒状の仮焼物を得た。乾式振動ロッドミルを用いて、この仮焼物を粗粉砕して、ＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇの粉末を調製した。

粗粉砕した粉末１３０ｇに、ソルビトール、ＳｉＯ_２粉末及びＣａＣＯ_３粉末を所定量添加し、ボールミルを用いて湿式粉砕を２１時間行ってスラリーを得た。ソルビトールの添加量は、粗粉砕した粉末の質量を基準として、１質量％とした。粉砕後の微粉末の比表面積は６〜８ｍ^２／ｇであった。粉砕終了後のスラリーに対してＮａ_２ＣＯ_３粉末及び／又はＫ_２ＣＯ_３粉末を所定量添加して攪拌した。その後、スラリーの固形分濃度を調整し、湿式磁場成形機を用いて１２ｋＯｅの印加磁場中で成形を行って成形体を得た。このような成形体を４個作製した。これらの成形体を、大気中で、それぞれ１１８０℃、１２００℃、１２２０℃及び１２４０℃で焼成して、焼成温度が異なる４種類の円柱形状のフェライト焼結磁石を得た。このようにして実施例１のフェライト焼結磁石を作製した。また、仮焼前のＳｒＣＯ_３粉末の添加量、スラリー調製時のＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末の添加量、並びにスラリーへのＮａ_２ＣＯ_３粉末及びＫ_２ＣＯ_３粉末の添加量の少なくとも一つを変えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１とは組成の異なる実施例２〜４７，５１，５３，５７，５８，６０，６３，６５，６６，７０〜７２、比較例１〜１３、参考例４８〜５０，５２，５４〜５６，５９，６１，６２，６４，６７〜６９のフェライト焼結磁石を作製した。各実施例、比較例、及び参考例において、焼成温度が異なる４種類のフェライト焼結磁石を作製した。

（フェライト焼結磁石の評価）
＜組成分析＞
作製した各実施例及び各比較例のフェライト焼結磁石の組成を誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ分析）及び蛍光Ｘ線分析によって測定した。フェライト焼結磁石は、Ｆｅ，Ｓｒ，Ｓｉ，Ｃａの他に、出発原料に含まれる不純物に由来する元素（Ｂａ等）が検出された。表１〜表５に、検出されたＮａ，Ａｌ，Ｋ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｒ及びＢａを、それぞれＮａ_２Ｏ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｋ_２Ｏ，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＭｎＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＳｒＯ及びＢａＯに換算したときの含有量を示す。これらの含有量は、フェライト焼結磁石全体を基準とした値（質量％）である。なお、これらの含有量の合計値が１００質量％にならないのは、フェライト焼結磁石が、これらの成分の他に不純物などの微量成分を含有すること、及び各酸化物の構成元素の酸化数が異なる場合があるためである。

上述の組成分析で検出されたＡｌ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＮｉは、Ｆｅとともに、一般式（５）に示すＳｒフェライトのＢサイトを構成するとの前提の下、Ｆｅ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＮｉの含有量に基づいて、一般式（５）に示すＳｒフェライトのＡサイトを構成するＳｒの含有量を算出した。なお、希土類元素Ｒは含まれていないことから、一般式（５）におけるｘは０である。そして、上述の組成分析で求めたＳｒの含有量から、上述のとおり算出したＡサイトを構成するＳｒの含有量を差し引いて、Ｓｒフェライトを構成しないＳｒ（Ｓｒ_Ｆ）の含有量（質量％）を求めた。このＳｒ含有量（質量％）と、Ｂａ、Ｃａ、Ｎａ及びＫの含有量（質量％）を、全てモル基準に換算した後、モル比ａ［＝（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ］を求めた。これらの結果を表１〜表５に示す。

＜磁気特性の評価＞
作製した円柱形状のフェライト焼結磁石の上下面を加工した後、最大印加磁場２５ｋＯｅのＢ−Ｈトレーサを用いて磁気特性を測定した。測定では、Ｂｒ、ＨｃＪ、ｂＨｃ、４ＰＩ_ｍａｘ及び（ＢＨ）_ｍａｘを求めるとともに、Ｂｒの９０％になるときの外部磁界強度（Ｈｋ）を測定し、これに基づいてＨｋ／ＨｃＪ（％）を求めた。各実施例及び比較例において、焼成温度１１８０℃、１２００℃、１２２０℃及び１２４０℃でそれぞれ作製したフェライト焼結磁石のうち、Ｈｋ／ＨｃＪ＞９０％を満たし、且つ最も高いＢｒ＋１／３ＨｃＪを示したフェライト焼結磁石の磁気特性を焼結温度とともに表１〜５に示す。

＜外観評価＞
作製したフェライト磁石を大気中で７日間放置した後、その表面を目視で観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表１〜４に示す。
Ａ：磁石の表面にクラック及び白粉がどちらも発生しなかった。
Ｂ：磁石の表面にクラックが発生していたが、白粉は発生しなかった。
Ｃ：磁石の表面にクラックが発生しており、且つ白粉が付着していた。

表１〜表５に示すとおり、実施例のフェライト焼結磁石は、クラックや白粉の発生がなく、且つＢｒ＋１／３ＨｃＪの値が５．３以上であった。また、Ｎａ及びＫを、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算したときの合計含有量が０．３１質量％を超えるフェライト焼結磁石は、クラックが発生し易いうえに、大気中に所定期間放置すると白粉が析出する場合があることが確認された。また、モル比ａの比率が過大又は過小になると、磁気特性が低下する現象又は信頼性が低くなる現象が確認された。

［実施例７３〜７４、比較例１４］
＜フェライト焼結磁石の作製及び評価＞
実施例１と同様の出発原料を準備した。Ｆｅ_２ＣＯ_３粉末１０００ｇ、ＳｒＣＯ_３粉末１６１．２ｇ、及びＳｉＯ_２粉末２．３ｇを、湿式アトライタを用いて粉砕しながら混合し、乾燥及び整粒を行った。このようにして得られた粉末を、大気中、１２５０℃で３時間焼成し、顆粒状の仮焼物を得た。乾式振動ロッドミルを用いて、この仮焼物を粗粉砕して、ＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇの粉末を調製した。

粗粉砕した粉末２００ｇに、ソルビトール、ＳｉＯ_２粉末及びＣａＣＯ_３粉末を所定量添加し、ボールミルを用いて湿式粉砕を４０時間行ってスラリーを得た。ソルビトールの添加量は、粗粉砕した粉末の質量を基準として、１質量％とした。スラリーに含まれる微粉末の比表面積は６〜８ｍ^２／ｇであった。粉砕終了後のスラリーに対してＮａ_２ＣＯ_３粉末及び／又はＫ_２ＣＯ_３粉末を所定量添加して攪拌した。その後、スラリーの固形分濃度を調整し、湿式磁場成形機を用いて１２ｋＯｅの印加磁場中で成形を行って成形体を得た。この成形体を、大気中１１８０〜１２４０℃で焼成して円柱形状のフェライト焼結磁石を得た。このようにして、実施例７３〜７４及び比較例１４のフェライト焼結磁石を作製した。実施例１と同様にして、作製したフェライト焼結磁石の評価を行った。結果を表６に示す。

実施例７３〜７４及び比較例１４のフェライト焼結磁石の断面（ａ面）を鏡面研磨した後、フッ酸でエッチングした。その後、エッチング面をＦＥ−ＳＥＭで観察した。図３は、実施例７３のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。図４は、実施例７４のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。図５は、比較例１４のフェライト焼結磁石の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真（倍率：１０，０００倍）である。

図３，４のフェライト焼結磁石は、図５のフェライト焼結磁石よりも、Ｓｒフェライトの結晶粒の粒径のばらつきが小さく、且つＳｒフェライトの結晶粒の最大粒径が小さいことが確認された。図３〜５に示すような画像において、Ｓｒフェライトの結晶粒の輪郭を明確化した後、画像処理によってＳｒフェライトの結晶粒の個数基準の粒度分布を測定した。

図６は、実施例７３のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すヒストグラムである。図７は、実施例７４のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すヒストグラムである。図８は、比較例１４のフェライト焼結磁石に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒度分布を示すヒストグラムである。

粒度分布のデータから、Ｓｒフェライトの結晶粒の個数基準の平均粒径及び標準偏差を求めた。また、各結晶粒のアスペクト比の測定を行い、個数基準のアスペクト比の平均値及び標準偏差を求めた。これらの結果を表７に示す。実施例７３，７４では、Ｓｒフェライトの結晶粒全体に対する粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合が１％以下であった。これに対し、比較例１４では、Ｓｒフェライトの結晶粒全体に対する粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合が１％を超えていた。

実施例１と実施例５で得られたフェライト焼結磁石についても、実施例７３と同様にして、エッチングを行った後、ＦＥ−ＳＥＭで観察した。そして、図３〜５に示すような画像処理において、Ｓｒフェライトの結晶粒の輪郭を明確化した後、画像処理によって、Ｓｒフェライトの結晶粒の個数基準の粒度分布を測定した。粒度分布のデータから、Ｓｒフェライトの結晶粒の個数基準の平均粒径及び標準偏差を求めた。また、各結晶粒のアスペクト比の測定を行い、個数基準のアスペクト比の平均値及び標準偏差を求めた。これらの結果も併せて表７に示す。実施例１，５の焼結磁石も、Ｓｒフェライトの結晶粒全体に対する粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合が１％以下であった。

他の実施例のフェライト焼結磁石においても、実施例１と同様にしてＳｒフェライトの粒度分布を測定して、Ｓｒフェライトの結晶粒の個数基準の平均粒径及び標準偏差を求めた。その結果、実施例のフェライト焼結磁石は、いずれも、Ｓｒフェライトの結晶粒の平均粒径が１．０μｍ以下であった。また、実施例のフェライト焼結磁石は、いずれも、Ｓｒフェライトの結晶粒全体に対する粒径が２．０μｍ以上である結晶粒の個数基準の割合が１％以下であった。

＜組成分析２＞
実施例７４の焼結体を構成するフェライトの結晶粒の内部と、２つの該結晶粒の間の粒界付近の組成を、高分解能のＴＥＭ−ＥＤＳを用いて測定した。結晶粒の内部及び粒界付近のそれぞれにおいて、スペクトルを１００点測定し、それらを積算して定量化した。このような測定を、結晶粒の内部及び粒界付近の各々で５カ所ずつ行った。Ｎａ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｆｅ及びＳｒの合計量を１００質量％としたときの各元素の含有量を表８に示す。なお、粒界のみの組成を測定することは困難であることから、粒界付近の測定値は、粒内の組成の影響を受けている。

表８に示すとおり、Ｓｉ，Ｃａと同様に、Ｎａも結晶粒の内部よりも粒界部分に高濃度で存在していることが確認された。

１０…フェライト焼結磁石。

Claims

六方晶構造を有するＭ型のＳｒフェライトを含有するフェライト焼結磁石であって、
Ｎａ及びＫの合計含有量が、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏにそれぞれ換算して、０．００４〜０．１６９質量％、
Ｓｉの含有量がＳｉＯ_２換算で０．３〜０．９４質量％、であり、
下記式（１）を満たすフェライト焼結磁石。
１．３≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦５．７（１）
［式（１）中、Ｓｒ_Ｆは、前記Ｓｒフェライトを構成するＳｒを除いたＳｒのモル基準の含有量であり、Ｂａ，Ｃａ，Ｎａ及びＫは、それぞれの元素のモル基準の含有量を示す。］
Ｎａ及びＫの合計含有量が、Ｎａ _２Ｏ及びＫ _２Ｏにそれぞれ換算して、０．００４〜０．１質量％である、請求項１に記載のフェライト焼結磁石。
Ｎａ及びＫの合計含有量が、Ｎａ _２Ｏ及びＫ _２Ｏにそれぞれ換算して、０．００４〜０．０７５質量％である、請求項１に記載のフェライト焼結磁石。
下記式（２）を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
１．７≦（Ｓｒ_Ｆ＋Ｂａ＋Ｃａ＋２Ｎａ＋２Ｋ）／Ｓｉ≦２．７（２）
［式（２）中、Ｓｒ_Ｆは、前記Ｓｒフェライトを構成するＳｒを除いたＳｒのモル基準の含有量であり、Ｂａ，Ｃａ，Ｎａ及びＫは、それぞれの元素のモル基準の含有量を示す。］
下記式（３）を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
Ｂｒ＋１／３ＨｃＪ≧５．３（３）
［式（３）中、Ｂｒ及びＨｃＪは、それぞれ残留磁束密度（ｋＧ）及び保磁力（ｋＯｅ）を示す。］
前記Ｓｒフェライトの結晶粒の平均粒径が１．０μｍ以下であり、
粒径が２．０μｍ以上である前記結晶粒の個数基準の割合が１％以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
Ｎａ及びＫの両方を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
Ｓｒの含有量が、ＳｒＯ換算で１０〜１３質量％であり、Ｂａの含有量が、ＢａＯの含有量が０．０１〜２質量％である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
Ｃａの含有量が、ＣａＯ換算で０．０５〜２質量％である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
粒界に、Ｋ，Ｎａ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも一種の元素を構成元素とするケイ酸ガラスを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフェライト焼結磁石を備えるモータ。