JP6596829B2 - フェライト焼結磁石及びそれを備えるモータ - Google Patents

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。

また、このようなＭ型のＳｒフェライトとしては、ＣａとＳｉを成分として含有するものが広く利用されている。このようなＳｒフェライトは、Ｃａを増加させると残留磁束密度（Ｂｒ）は向上するが角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が低下し、Ｓｉを増加させると角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）は改善するが残留磁束密度（Ｂｒ）が低下してしまう傾向にあり、得られる磁気特性にはおのずと限界があった。

そのため、従来から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には、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、磁気特性を向上する技術が開示されている。

他にも、磁気特性を向上する技術として、上記Ｓｒフェライトにおいて、Ｚｎ及びＴｉを存在させる技術（特許文献２）や、Ｚｎ及びＭｎを存在させる技術（特許文献３及び４）などが提案されている。

しかし、上記のような技術は、ＦｅやＳｒなどの主となる原材料と比較して高価な成分を使用する必要があり、従来のＳｒフェライトと比較すると原材料のコストが増加する問題がある。例えば、Ｌａ（希土類元素）やＣｏ等の成分は、特に近年高騰していることもあり、ＦｅやＳｒなどの主となる原材料と比較して著しく高価である。また、Ｔｉについても、ＦｅやＳｒなどの主となる原材料と比較して高価であり、十分に原材料のコストを低減できない。そのため、生産コスト（特に原材料のコスト）の低減が求められている。

また、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、残留磁束密度（Ｂｒ）と角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）の両特性に優れていることが求められるものの、一般に、残留磁束密度（Ｂｒ）と角型比（Ｈｋ／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、残留磁束密度（Ｂｒ）及び角型比（Ｈｋ／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。

特開平１１−１５４６０４号公報 特開２００１−０５２９１２号公報 特開平１１−２５１１２６号公報 特開２００１−２８４１１３号公報

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）及び角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）に優れたフェライト焼結磁石及びこれを用いたモータを提供することを目的とする。

このような課題の解決を目的とした本発明の要旨は以下の通りである。
［１］ 六方晶構造を有するＭ型Ｓｒフェライトを主相とするフェライト焼結磁石であって、
Ｚｎの含有量が、ＺｎＯ換算で、０．０５〜１．３５質量％であり、
希土類元素（Ｒ）を実質的に含まず、
Ｓｒ，Ｂａ及びＣａのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量を、モル換算でＭ３とし、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量を、モル換算でＭ４とし、さらにＳｉの含有量を、モル換算でＭ５とした場合に、下記式（１）を満たす、フェライト焼結磁石。
０．５≦｛Ｍ３−（Ｍ４／１２）｝／Ｍ５≦４．８ （１）

［２］ Ｍｎの含有量が、ＭｎＯ換算で、０．５質量％未満であることを特徴とする上記［１］に記載のフェライト焼結磁石。

［３］ Ｎａの含有量が、Ｎａ_２Ｏ換算で、０．０１〜０．０９質量％であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載のフェライト焼結磁石。

［４］ 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２％以下であることを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載のフェライト焼結磁石。

［５］ 残留磁束密度（Ｂｒ）が４４０ｍＴ以上、角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が８５％以上であることを特徴とする上記［１］〜［４］のいずれかに記載のフェライト焼結磁石。

［６］ 上記［１］〜［５］のいずれかに記載のフェライト焼結磁石を備えるモータ。

本発明によれば、残留磁束密度（Ｂｒ）及び角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）の高いフェライト焼結磁石を得ることができる。

図１は、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。 図２は、本発明の実施例及び比較例に係るフェライト焼結磁石（サンプルＡ）を模式的に示す斜視図である。 図３は、本発明の実施例及び比較例に係るフェライト焼結磁石（サンプルＡ）の抗折強度を測定する際の断面の様子を模式的に示す図である。

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試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（主相）として、六方晶構造を有するＭ型のＳｒフェライトの結晶粒を含有する。

このようなＭ型のＳｒフェライトとしては、例えば以下の式（２）で表すことができる。
ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９ （２）
上式（２）のＭ型の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。
このようなＭ型のＳｒフェライトは、例えば以下の一般式（３）で表すことができる。
Ｓｒ（Ｆｅ_１２−ｘＭ_ｘ）_ｙＯ_１９ （３）
上式（３）中、ｘは、例えば０．０１〜０．５であり、ｙは、例えば０．７〜１．２である。また、上式（２）におけるＭは、例えば、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｏ（コバルト）、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種以上の元素が挙げられる。

なお、上式（２）及び（３）におけるＡサイト及びＢサイトの比率や、酸素（Ｏ）の比率は、実際には上記範囲から多少偏った値を示すことから、上記の数値から若干ずれていてもよい。

好ましくは、フェライト焼結磁石１０におけるＭ型Ｓｒフェライトは、上式（３）で表され、Ｍは少なくともＺｎ（亜鉛）を含む。

フェライト焼結磁石１０におけるＭ型Ｓｒフェライト相の比率は、好ましくは９０％以上であり、より好ましくは９５％以上であり、さらに好ましくは９７％以上である。このように、Ｍ型Ｓｒフェライト相とは異なる結晶相の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におけるＭ型Ｓｒフェライト相の比率（％）は、Ｘ線回折により、Ｍ相の存在比率（モル％）を求めることで確認することができる。Ｍ相の存在比率は、Ｍ型フェライト、オルソフェライト、ヘマタイト、スピネル、Ｗ型フェライト、それぞれの粉末試料を所定比率で混合し、それらのＸ線回折強度から比較算定することにより算出される。

また、フェライト焼結磁石１０は、副成分として、Ｍ型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、粒界成分や異相として存在する成分が挙げられる。このような成分としては、例えば、酸化物が挙げられるが、具体的には、構成元素として、Ｎａ（ナトリウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｒ（クロム）及びＡｌ（アルミニウム）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。このような酸化物としては、例えばＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ等が挙げられる。またケイ酸ガラスを含んでもよい。

このようなフェライト焼結磁石１０におけるＦｅの含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で、好ましくは８０〜９５質量％であり、より好ましくは８７〜９０質量％である。上記範囲とすることにより良好な磁気特性が得られる。

また、フェライト焼結磁石１０におけるＳｒの含有量は、ＳｒＯ換算で、好ましくは９〜１１質量％であり、より好ましくは９〜１０質量％である。上記範囲とすることにより良好な磁気特性が得られる。

また、フェライト焼結磁石１０におけるＺｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、０．０５〜１．３５質量％である。上記範囲を満足することにより、外観不良の発生が少なく、十分な機械強度（特に、抗折強度（σ））を有し、磁気特性（残留磁束密度（Ｂｒ）と角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）のバランス）を良好に保つことができる。

なお、フェライト焼結磁石１０の残留磁束密度（Ｂｒ）をさらに高める観点から、Ｚｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１４質量％以上である。また、フェライト焼結磁石１０の角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）をさらに高める観点から、Ｚｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、好ましくは０．７６質量％以下であり、より好ましくは０．３７質量％以下である。

また、フェライト焼結磁石１０の機械強度をさらに高める観点からは、Ｚｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．２０質量％以上である。Ｚｎの含有量を増加させることにより、焼結密度が向上し、それに伴ってフェライト焼結磁石１０の機械強度が向上すると考えられる。なお、Ｚｎの含有量の増加に伴い、焼結密度が向上する原理は必ずしも明確ではないが、焼結時に結晶格子内に固溶するＺｎの他に、Ｚｎの一部が粒界において他の成分（例えば、ＳｉやＣａ等）と共に液相形成することにより、理想的な緻密化が進む、と推察される。

さらに、フェライト焼結磁石１０は、希土類元素（Ｒ）を実質的に含まない。希土類元素（Ｒ）としては、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種以上の元素が挙げられる。

従来、Ｒ−Ｚｎ系のＳｒフェライトでは、電荷補償の点からＺｎと等モルのＲ（例えばＬａ）を添加することが一般的であった。

しかし、本発明者らは、Ｒを含ませることなく、少量のＺｎを添加することで、優れた磁気特性が得られることを見出した。原理は必ずしも明確ではないが、Ｓｒフェライト粒子の結晶粒内に存在するであろう微量の酸素欠陥等が、少量のＺｎがＦｅサイトに固溶する際の電荷補償を助けていると考えられる。これにより、Ｒのような高価な成分を用いることなく、安価に優れた磁気特性を有するフェライト焼結磁石を得ることができる。

なお、本実施形態において、「Ｒを実質的に含まない」とは、原材料としてＲを含む成分を意図的に添加しない、との意味である。したがって、不可避的不純物（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）として含有される微量のＲについては許容されるものであるが、その含有量は、酸化物換算で、０．００５質量％未満であることが好ましく、より好ましくは０．００１質量％未満である。

また、フェライト焼結磁石１０は、好ましくは、Ｍｎ（マンガン）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｓｉ（ケイ素）及びＣａ（カルシウム）から選択される一種以上を含む。

フェライト焼結磁石１０におけるＭｎの含有量は、ＭｎＯ換算で、好ましくは０．５質量％未満であり、より好ましくは０．３質量％以下である。上記範囲を満足することにより、磁気特性（特に、残留磁束密度（Ｂｒ））を良好に保つことができる。なお、Ｍｎの含有量は、ＭｎＯ換算で、０質量％としてもよい。

フェライト焼結磁石１０におけるＮａの含有量は、Ｎａ_２Ｏ換算で、好ましくは０．０１〜０．０９質量％である。Ｎａの含有量が少なくなりすぎると、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。そのため、Ｎａの含有量は、Ｎａ_２Ｏ換算で、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０２質量％以上であり、さらに好ましくは０．０４質量％以上である。一方、Ｎａの含有量が多くなりすぎると、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。そのため、Ｎａの含有量は、Ｎａ_２Ｏ換算で、好ましくは０．０９質量％以下であり、より好ましくは０．０８質量％以下であり、さらに好ましくは０．０７質量％以下である。

また、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、好ましくは０．０５〜２質量％であり、より好ましくは０．２〜１質量％である。上記範囲を満足することにより、過度な粒成長を抑制して優れた磁気特性を実現することができる。

フェライト焼結磁石１０におけるＣａの含有量は、ＣａＯ換算で、好ましくは０．０５〜２質量％であり、より好ましくは０．１〜０．８質量％である。上記範囲を満足することにより、均一な緻密化が可能となり優れた磁気特性を実現することができる。

また、フェライト焼結磁石１０は、Ｂａを含有してもよい。フェライト焼結磁石１０におけるＢａの含有量は、例えば、ＢａＯ換算で０．０１〜２質量％とすることが好ましい。

また、フェライト焼結磁石１０は、Ａｌ及び／又はＣｒを含有してもよい。Ａｌ及び／又はＣｒは、保磁力（ＨｃＪ）を向上させる効果を有する。しかし、Ａｌ及び／又はＣｒは、残留磁束密度（Ｂｒ）を低下させる傾向にある。そのため、Ａｌ及びＣｒの合計含有量は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３換算で、３．０質量％以下とすることが好ましい。なお、Ａｌ及びＣｒの添加効果を十分に発揮させる観点から、Ａｌ及びＣｒの合計含有量は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３換算で、０．０１質量％以上とすることが好ましい。

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Ｍｇ（マグネシウム），Ｔｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン）及びＶ（バナジウム）等の各酸化物が挙げられる。

ところで、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。そのため、フェライト焼結磁石１０では、副成分に含まれると考えら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が発揮される。

すなわち、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、モル比α＝｛Ｍ３−（Ｍ４／１２）｝／Ｍ５で表される粒界成分比が、下記式（１）を満足する。
０．５≦｛Ｍ３−（Ｍ４／１２）｝／Ｍ５≦４．８ （１）
上式（１）中、Ｍ３は、Ｓｒ，Ｂａ及びＣａのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量（モル％）であり、Ｍ４は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量（モル％）であり、Ｍ５は、Ｓｉの含有量（モル％）である。

上式（１）は、不純物を含む副成分のうち、Ｂａ，Ｃａが主にＳｒサイトに固溶し、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ａｌが主にＦｅサイトに固溶すると考えた場合に成立する式である。モル比αが所定の範囲内の場合には、特にＳｉが中心となり、各副成分の液相が形成され、十分な緻密化と粒成長の抑制及び各副成分の均一な固溶が可能となる。その結果、フェライト焼結磁石１０は、優れた磁気特性と高い機械強度を発揮すると考えられる。

一方、モル比αが、小さすぎる場合は、緻密化が不十分となり残留磁束密度（Ｂｒ）や機械強度（特に抗折強度（σ））が低下する傾向がある。そのため、フェライト焼結磁石１０におけるモル比αは、０．５以上であり、好ましくは０．６以上であり、より好ましくは０．８以上である。また、モル比αが大きすぎる場合は十分な粒成長抑制効果を得ることができず、粒子径が不均一となり角型比（Ｈｋ/ＨｃＪ）が低下する傾向にある。そのため、フェライト焼結磁石１０におけるモル比αは、４．８以下であり、好ましくは４．０以下であり、より好ましくは３．４以下であり、さらに好ましくは２．６以下である。

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（量産）することが困難になる傾向にある。

また、フェライト焼結磁石１０に含まれるＳｒフェライトの結晶粒の粒径はばらつきが小さい方が好ましい。具体的には、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Ｓｒフェライトの結晶粒の個数基準の割合は、好ましくは２％以下であり、１％以下であることがより好ましい。Ｓｒフェライトの結晶粒の均一性が向上することにより、高い磁気特性を一層高くしつつ信頼性も向上できる。

また、フェライト焼結磁石１０に含まれるＳｒフェライトの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。これにより、十分に高い磁気特性を有するフェライト焼結磁石１０とすることができる。

フェライト焼結磁石１０のＳｒフェライトの結晶粒の粒径は以下の手順で測定することができる。フェライト焼結磁石から切り出した試料を薄片化してＴＥＭによって観察する。または、当該試料の断面を、鏡面研磨してフッ酸等の酸でエッチング処理してＳＥＭなどで観察する。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、ａ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。さらに、重心を通る最大径を長径、重心を通る最少径を短径としたとき、短径に対する長径の比が「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。

また、フェライト焼結磁石１０の残留磁束密度（Ｂｒ）は、好ましくは４４０ｍＴ以上であり、より好ましくは４４５ｍＴ以上であり、さらに好ましくは４５０ｍＴ以上である。また、フェライト焼結磁石１０の角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）は好ましくは８５％以上であり、より好ましくは８７％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。特に、フェライト焼結磁石１０は、残留磁束密度（Ｂｒ）が４４０ｍＴ以上であり、かつ、角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が８５％以上であることが好ましい。このような優れた磁気特性を有することによって、モータや発電機に一層好適に用いることができる。

また、フェライト焼結磁石１０は十分な機械強度を有しており、３点曲げ試験により測定した抗折強度（σ）は、好ましくは１５０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、より好ましくは１５５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、さらに好ましくは１６０Ｎ／ｍｍ^２以上である。機械強度の高いフェライト焼結磁石１０は、取扱いが容易であり、搬送中の割れや欠けを有効に防止できるため製品歩留まりが向上し、コスト削減に資する。さらに、機械強度の高いフェライト焼結磁石１０は、モータ等の製品に組み込み後も容易に破壊されることがないため、製品の信頼性を向上できる。

なお、フェライト焼結磁石１０の残留磁束密度（Ｂｒ）及び抗折強度（σ）を良好（Ｂｒ≧４４０ｍＴ、σ≧１５０Ｎ／ｍｍ^２）に維持しつつ、角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）を８７％以上に高めるためには、Ｚｎの含有量を、ＺｎＯ換算で、０．０５〜０．７６質量％、αを０．５０〜２．５４、さらにＮａの含有量を、Ｎａ_２Ｏ換算で、０．０８質量％以下とすることが好ましい。

さらに、フェライト焼結磁石１０の角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）を９０％以上に高めるためには、Ｚｎの含有量を、ＺｎＯ換算で、０．０５〜０．３７質量％、αを０．５０〜１．１５、Ｎａの含有量を、Ｎａ_２Ｏ換算で、０．０８質量％以下とすることが好ましい。

また、フェライト焼結磁石１０の残留磁束密度（Ｂｒ）及び角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）を良好（Ｂｒ≧４４０ｍＴ、Ｈｋ／ＨｃＪ≧８５％）に維持しつつ、抗折強度（σ）を１５５Ｎ／ｍｍ^２以上に高めるためには、Ｚｎの含有量を、ＺｎＯ換算で、０．１０〜１．３５質量％、αを０．５９〜４．８０とすることが好ましい。

さらに、フェライト焼結磁石１０の抗折強度（σ）を１６０Ｎ／ｍｍ^２以上に高めるためには、Ｚｎの含有量を、ＺｎＯ換算で、０．２０〜１．３５質量％、αを０．６８〜４．８０、Ｍｎの含有量を、ＭｎＯ換算で、０．３０質量％以下と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、発電機、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、ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３，Ｎａ_２ＣＯ_３及びＺｎＯ等の粉末を添加してもよい。Ｎａを構成元素として有する化合物としては炭酸塩以外に珪酸塩やＮａを含む有機化合物（分散剤等）を用いることができる。Ｚｎを構成元素として有する化合物としては酸化物に限定されるものでなく無機亜鉛、有機亜鉛化合物から適宜選択することができる。

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、Ｆｅ_２Ｏ_３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〜２０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、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２ＣＯ_３及びＺｎＯ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を構成元素として有する化合物としては炭酸塩以外に珪酸塩やＮａを含む有機化合物（分散剤等）を用いることができる。また、Ｚｎを構成元素として有する化合物としては酸化物に限定されるものでなく無機亜鉛、有機亜鉛化合物から適宜選択することができる。

このような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０．１〜２．０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。

以下、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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（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
・ＭｎＯ粉末
・ＺｎＯ粉末
・Ｎａ_２ＣＯ_３粉末

［実施例１］
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２００ｇに、ソルビトール、ＳｉＯ_２粉末、ＺｎＯ粉末、ＭｎＯ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２４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、０．２５質量％とした。粉砕後の微粉末の比表面積は８〜１０ｍ^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３個作製した。これらの成形体を、大気中で、それぞれ１１７０℃、１１８５℃及び１２００℃で焼成して、焼成温度が異なる３種類の円柱形状のフェライト焼結磁石（実施例１）を得た。

［実施例２〜４０、比較例１〜９］
また、仮焼前のＳｒＣＯ_３粉末の添加量、湿式粉砕の前のＳｉＯ_２粉末の添加量、ＣａＣＯ_３粉末の添加量、ＺｎＯ粉末の添加量、ＭｎＯ粉末の添加量、並びにスラリーへのＮａ_２ＣＯ_３粉末の添加量の少なくとも一つを変更したこと以外は、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２〜４０及び比較例１〜９のフェライト焼結磁石を作製した。各実施例及び比較例において、焼成温度が異なる３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）によって測定した。フェライト焼結磁石は、Ｆｅ，Ｓｒ，Ｓｉ，Ｃａ等の他に、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および２に、検出されたＦｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｌａ，Ｃｏ及びＮａを、それぞれＦｅ_２Ｏ_３，ＳｒＯ，ＢａＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｎＯ，ＺｎＯ，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ｌａ_２Ｏ_３，ＣｏＯ及びＮａ_２Ｏ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。

さらに、上述の組成分析で検出されたＣｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ及びＡｌは、Ｆｅとともに、一般式（２）に示すＳｒフェライトのＢサイトを構成し、Ｌａ，Ｂａ及びＣａは、Ｓｒとともに一般式（２）に示すＳｒフェライトのＡサイトを構成するとの前提で、モル比αを計算した。

＜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、残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）を求めるとともに、残留磁束密度（Ｂｒ）の９０％になるときの外部磁界強度（Ｈｋ）を測定し、これに基づいて角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）（％）を求めた。各実施例及び比較例において、焼成温度１１７０℃、１１８５℃及び１２００℃でそれぞれ作製したフェライト焼結磁石のうち、最も残留磁束密度（Ｂｒ）と角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）のバランスの良い１１８５℃で作製したフェライト焼結磁石の磁気特性を表１および２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および２に示す。
Ａ：磁石の表面にクラックが発生しなかった。
Ｂ：磁石の表面にクラックが発生した。

＜機械強度の評価＞
以下の条件により、３点曲げ試験により抗接強度（σ）を測定した。
まず、上記円柱形状のフェライト焼結磁石とは別に、図２に示すような弧状のフェライト焼結磁石（長さＬは３６ｍｍ、幅Ｗは２９ｍｍ、厚みＴは２．５ｍｍ、弧を含む円を想定した場合の円の中心から弧の両端部に引いた接線間の角度Ｒは７８度）を準備した（サンプルＡ）。なお、焼成温度は１１８５℃とした。
次に、図３に示すように水平な台の上に弧状のフェライト焼結磁石（サンプルＡ）を置き、上方より矢印の方向に加圧して（加圧速度３ｍｍ／ｍｉｎ）、サンプルが破壊されたときの破壊最大荷重Ｆ［Ｎ］を測定し、下記式（４）より抗接強度（σ）を求めた。結果を、表１および２に示す。なお、表１および２に示した抗接強度（σ）は、サンプル３０個の平均値である。
σ［Ｎ／ｍｍ^２］＝３×Ｌ×Ｆ／（２×Ｗ×Ｔ^２） ・・・（４）

表１および２に示す通り、実施例のフェライト焼結磁石は、クラックの発生がなく、抗折強度（σ）が１５０Ｎ／ｍｍ^２以上、残留磁束密度（Ｂｒ）が４４０ｍＴ以上、且つ角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が８５％以上であった。すなわち、本発明のフェライト焼結磁石は、ＺｎＯの含有量及びモル比αが特定の値の範囲内であることで、優れた磁気特性を発揮することが確認された。

さらに、実施例１〜４０のフェライト焼結磁石について、Ｓｒフェライトの結晶粒を評価した。具体的には以下のように行った。

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。観察した画像における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。さらに、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。

その結果、実施例１〜４０のフェライト焼結磁石の平均粒径はいずれも１．０μｍ以下であり、標準偏差はいずれも０．４２以下であった。また、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は、いずれも２％以下であった。このように、実施例１〜４０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は十分に微細で高い均一性を有することが確認された。

１０…フェライト焼結磁石

Claims (6)

1. 六方晶構造を有するＭ型Ｓｒフェライトを主相とするフェライト焼結磁石であって、
   Ｚｎの含有量が、ＺｎＯ換算で、０．１０〜０．３７質量％であり、
   Ｍｎの含有量が、ＭｎＯ換算で、０．１０質量％以上０．５０質量％未満であり、
   希土類元素（Ｒ）を実質的に含まず、
   Ｓｒ，Ｂａ及びＣａのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量を、モル換算でＭ３とし、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ及びＡｌのうち少なくとも一つ以上の元素の合計含有量を、モル換算でＭ４とし、さらにＳｉの含有量を、モル換算でＭ５とした場合に、下記式（１）を満たす、フェライト焼結磁石。
   ０．５９≦｛Ｍ３−（Ｍ４／１２）｝／Ｍ５≦４．８０ （１）
2. Ｎａの含有量が、Ｎａ_２Ｏ換算で、０．０１〜０．０９質量％である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。
3. 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２％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。
4. 残留磁束密度（Ｂｒ）が４４０ｍＴ以上、角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が８５％以上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。
5. Ｃｏの含有量が、ＣｏＯ換算で、０．０３質量％以下（０質量％を含む）である請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト焼結磁石。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のフェライト焼結磁石を備えるモータ。

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