JP6492596B2 - フェライト焼結磁石 - Google Patents
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Description
前記フェライト焼結磁石を構成する前記主相の組成は下記式(1)で表され、
Ca1−w−xRwAxFezMmO19 ・・・(1)
Rは希土類元素およびBiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってLaを少なくとも含み、AはSr、Baから選ばれる少なくとも1種の元素であり、Mは、Co、Mn、Mg、Ni、CuおよびZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってCoを少なくとも含み、
前記式(1)中、w、x、zおよびmは、下記式(2)、(3)、(4)、および(5)を満たし、
0.24≦w≦0.60 ・・・(2)
0.02≦x≦0.41 ・・・(3)
8.00≦z≦11.00 ・・・(4)
1.0≦w/m≦2.4 ・・・(5)
少なくともSを含み、Sの含有量が100ppm以上1300ppm以下であることを特徴とする。
HIN=b+13000×(a―0.90)2 ・・・(6)
本発明の一実施形態に係るフェライト焼結磁石は、六方晶構造を有するフェライト相からなる主相を有するものである。前記フェライト相としてはマグネトプランバイト型(M型)フェライト(以下では、「M型フェライト」とする。)が好ましい。ここで「フェライト相からなる主相」とは、通常、フェライト焼結磁石は「主相(結晶粒子)」と「粒界部分」とからなるところ、この「主相」がフェライト相であることを意味する。焼結体に占める主相の割合としては、好ましくは90質量%以上である。
Ca1−w−xRwAxFezMmO19 (1)
0.24≦w≦0.60 ・・・(2)
0.02≦x≦0.41 ・・・(3)
8.00≦z≦11.00 ・・・(4)
1.0≦w/m≦2.4 ・・・(5)
以下の実施形態では、フェライト焼結磁石の製造方法の一例を示す。本実施形態では、フェライト焼結磁石は、配合工程、仮焼工程、粉砕工程、成形工程および焼成工程を経て製造することができる。また、粉砕工程と成形工程の間に、微粉砕スラリーの乾燥工程、混練工程が含まれる場合があり、成形工程と焼成工程の間に、脱脂工程が含まれる場合がある。各工程について、以下に説明する。
配合工程では、フェライト焼結磁石の原料を配合して、原料混合物を得る。まず、フェライト焼結磁石の原料としては、これを構成する元素のうちの1種または2種以上を含む化合物(原料化合物)が挙げられる。原料化合物は、例えば粉末状のものが好適である。原料化合物としては、各元素の酸化物、または焼成により酸化物となる化合物(炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等)が挙げられる。例えばSrCO3、La(OH)3、Fe2O3、BaCO3、CaCO3およびCo3O4等が例示できる。原料化合物の粉末の平均粒径は、例えば、均質な配合を可能とする観点から、0.1〜2.0μm程度とすることが好ましい。
仮焼工程では、配合工程で得られた原料粉末を仮焼する。仮焼は、例えば、空気中などの酸化性雰囲気中で行うことが好ましい。仮焼の温度は、1100〜1400℃の温度範囲とすることが好ましく、1100〜1300℃がより好ましく、1150〜1300℃が更に好ましい。仮焼の時間は、1秒間〜10時間とすることができ、1秒間〜5時間であると好ましい。仮焼により得られる仮焼体は、前述したような主相(M相)を70%以上含む。仮焼体の一次粒子径は、好ましくは10μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、更に好ましくは2μm以下である。
粉砕工程では、仮焼工程で顆粒状や塊状となった仮焼体を粉砕し、再び粉末状にする。これにより、後述する成形工程での成形が容易となる。この粉砕工程では、前述したように、配合工程で配合しなかった原料を添加しても良い。粉砕工程は、例えば、仮焼体を粗い粉末となるように粉砕(粗粉砕)した後、これを更に微細に粉砕(微粉砕)する2段階の工程で行っても良い。
成形・焼成工程では、粉砕工程後に得られた粉砕材(好ましくは微粉砕材)を成形して成形体を得た後、この成形体を焼成して焼結体を得る。成形は、乾式成形、湿式成形またはCIM成形(Ceramic Injection Molding(セラミック射出成形))のいずれの方法でも行うことができる。乾式成形法では、例えば、乾燥した磁性粉末を加圧成形しつつ磁場を印加して成形体を形成し、その後に、成形体を焼成する。湿式成形法では、例えば、磁性粉末を含むスラリーを磁場印加中で加圧成形しながら液体成分を除去して成形体を形成し、その後に、成形体を焼成する。
CIM成形法によってフェライト焼結磁石を得る場合には、湿式粉砕後、磁性粉末を含む微粉砕スラリーを乾燥させる。乾燥温度は、好ましくは80〜500°C、更に好ましくは100〜400°Cである。また、乾燥時間は、好ましくは1秒間〜100時間、更に好ましくは1秒間〜50時間である。乾燥後の磁性粉末の水分量は、好ましくは1.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下である。乾燥後の磁性粉末の一次粒子の平均粒径は、好ましくは0.08〜2μmの範囲内、更に好ましくは0.1〜1μmの範囲内である。
湿式成形法によってフェライト焼結磁石を得る場合は、例えば、上述した微粉砕工程を湿式で行うことでスラリーを得た後、このスラリーを所定の濃度に濃縮して、湿式成形用スラリーを得、これを用いて成形を行うことが好ましい。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は、その全量中、微粉砕材が30〜80質量%程度を占めるものであると好ましい。スラリーにおいて、微粉砕材を分散する分散媒としては水が好ましい。この場合、スラリーには、グルコン酸、グルコン酸塩、ソルビトール等の界面活性剤を添加しても良い。また、分散媒としては非水系溶媒を使用しても良い。非水系溶媒としては、トルエンやキシレン等の有機溶媒を使用することができる。この場合には、オレイン酸等の界面活性剤を添加することが好ましい。なお、湿式成形用スラリーは、微粉砕後の乾燥状態の微粉砕材に、分散媒等を添加することによって調製しても良い。
<配合工程>
まず、出発原料としてフェライト焼結磁石を構成する金属元素の化合物の粉末を準備した。出発原料としては、酸化鉄(Fe2 O3 )、水酸化ランタン(La(OH)3 )、炭酸カルシウム(CaCO3 )、炭酸ストロンチウム(SrCO3 )、酸化コバルト(Co3 O4 )を用いた。得られた混合原料にSiO2を適宜添加した。
SiO2を添加した混合原料をアトライタで湿式配合し、スラリー状の原料組成物を得た。この原料組成物を乾燥した後、大気中にて1250℃で2時間保持する仮焼処理を行い、仮焼体を得た。
得られた仮焼体をロッドミルにて粗粉砕し、粗粉砕材を得た。焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相が、Ca0.47 La0.39 Sr0.14 Fe9.10 Co0.25 O19 となり、フェライト焼結磁石全体に対するSiの含有量がSiO2に換算して0.76質量%になるように、得られた粗粉砕材に対して、炭酸カルシウム(CaCO3 )、二酸化ケイ素(SiO2)、炭酸ストロンチウム(SrCO3 )、硫酸ストロンチウム(SrSO4 )、水酸化ランタン(La(OH)3 )、酸化コバルト(Co3 O4 )を、それぞれ適宜添加した。次いで、湿式ボールミルにて微粉砕を28時間行い、固形分濃度33%のスラリーを得た。ここで硫酸ストロンチウムの添加量を調整することにより、Sの含有量を変化させた。微粉砕後に得られたスラリーを、固形分濃度70〜75%となるように調整し、湿式成形用スラリーを得た。
次に、湿式磁場成形機を使用して予備成形体を得た。成形圧力は、50MPa、印加磁場は800kA/m程度とした。また、成形時の加圧方向と磁場印加方向は、同一方向に設定した。湿式成形で得られた予備成形体は円柱状であり、直径30mm、高さ15mmであった。
実施例の各試料について、各フェライト焼結磁石の上下面を加工した後、25℃の大気雰囲気中にて、最大印加磁場1989kA/mのB−Hトレーサを使用して磁気特性(残留磁束密度Br、保磁力HcJ、角形比Hk/HcJ)を測定した。さらに、HcJの焼成温度依存性を算出した。以上の結果を表1に示す。ここで、Hkは磁気ヒステリシスループの第2象限において、磁束密度が残留磁束密度の90%になるときの外部磁界強度である。さらに、各試料中のSの含有量とHcJの焼成温度依存性との関係をグラフ化して図1とした。ここで、HcJの焼成温度依存性は−0.05%/℃〜+0.05%/℃を良好とした。図1に点線で±0.05%/℃を示す線を記載した。Brは440mT以上を良好とした。450mT以上がより好ましい。HcJは400kA/m以上を良好とした。410kA/m以上がより好ましく、420kA/m以上がより好ましく、430kA/m以上がさらに好ましい。Hk/HcJは75%以上を良好とした。80%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。
試料8−1、8−2(S含有量450ppm)について、1230℃で焼成する点以外は実施例1と同様にして試料8−3(S含有量450ppm)を作製した。試料10−1、10−2(S含有量840ppm)についても同様にして、試料10−3(S含有量840ppm)を作製した。試料8−1〜10−3のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表2に示す。全ての試料でHcJが400kA/m以上、Brが440mT以上となった。また、試料8−3、10−3については、Hk/HcJが低下したものの、良好範囲内である75%以上となった。さらに、各試料間でのHcJの焼成温度依存性は、全て絶対値が0.05%/℃以下となった。すなわち、焼成温度の範囲を拡大しても、HcJの焼成温度依存性は良好範囲内となった。
焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相の組成がそれぞれCa0.86−w Law Sr0.14 Fe9.10 Co0.25 O19 となるようにwを変化させた点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料21〜40を作製した。試料21〜40のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表3に示す。同時に、試料21〜40について、焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定して表3に示す。
焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相の組成がそれぞれCa0.61−x La0.39 Srx Fe9.10 Co0.25 O19 となるようにxを変化させ、フェライト焼結磁石全体に対するSiの含有量がSiO2に換算して0.85質量%になるようにした点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料41〜55を作製した。試料41〜55のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表4に示す。同時に、試料41〜55について、焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定して表4に示す。
焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相の組成がそれぞれCa0.47 La0.39 Sr0.14 Fez Co0.25 O19 となるようにzを変化させた点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料61〜76を作製した。試料61〜76のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表5に示す。同時に、試料61〜76について、焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定して表5に示す。
焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相の組成がそれぞれCa0.46 La0.39 Sr0.15 Fe9.25 Com O19 となるようにmを変化させ、フェライト焼結磁石全体に対するSiの含有量がSiO2に換算して0.85質量%になるようにした点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料81〜99を作製した。試料81〜99のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表6に示す。同時に、試料81〜99について、焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定して表6に示す。
焼成後のフェライト焼結磁石全体に対するSiの含有量を、SiO2換算で0.60〜1.20質量%になるように変化させた点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料111〜119を作製した。試料111〜119のHcJ、Hk/HcJおよびBrを表7に示す。同時に、試料111〜119について、焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定して表7に示す。
焼成後のフェライト焼結磁石の物理量HIN=b+13000×(a―0.90)2を変化させた点以外は実施例1の試料4−1と同様にして試料121〜139を作製し、HcJを測定した。
焼成後のフェライト焼結磁石を構成する主相の組成がそれぞれCa0.47 R0.39 A0.14 Fe9.10 M0.25 O19 (Rは希土類元素およびBiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってLaを少なくとも含み、AはSr、Baから選ばれる少なくとも1種の元素であり、Mは、Co、Mn、Mg、Ni、CuおよびZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってCoを少なくとも含む)となるようにR、A、Mを変化させた点以外は実施例1の試料4−1(S含有量140ppm)と同様にして種々の試料を作製した。同時に、各試料について焼成温度を1210℃から1220℃に変更した点以外は同一の条件で試料を作製し、HcJの焼成温度依存性を測定した。さらに、各試料について、Sの含有量を100ppm未満とする点以外は同一の条件で試料を作製し、Sの含有量を100ppm未満とする場合におけるHcJの焼成温度依存性を測定した。
Claims (4)
- 六方晶構造を有するフェライト相からなる主相を有するフェライト焼結磁石であって、
前記主相の組成は下記式(1)で表され、
Ca1−w−xRwAxFezMmO19 ・・・(1)
Rは希土類元素およびBiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってLaを少なくとも含み、AはSr、Baから選ばれる少なくとも1種の元素であり、Mは、Co、Mn、Mg、Ni、CuおよびZnからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってCoを少なくとも含み、
前記式(1)中、w、x、zおよびmは、下記式(2)、(3)、(4)、および(5)を満たし、
0.24≦w≦0.60 ・・・(2)
0.02≦x≦0.41 ・・・(3)
8.00≦z≦11.00 ・・・(4)
1.0≦w/m≦2.4 ・・・(5)
少なくともSを含み、Sの含有量が100ppm以上1300ppm以下であることを特徴とするフェライト焼結磁石。 - 少なくともSiを含むことを特徴とする請求項1に記載のフェライト焼結磁石。
- 少なくともSiを含み、Siの含有量が、SiO2換算で0.60質量%以上1.20質量%以下であ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焼結磁石。
- 少なくともSiを含み、Siの含有量をSiO2換算でa(質量%)、Sの含有量をb(ppm)とし、物理量HINを下記式(6)で表した場合に、HINが100以上1780以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフェライト焼結磁石。
HIN=b+13000×(a―0.90)2 ・・・(6)
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