JP6988563B2 - フェライト焼結磁石、及び回転機 - Google Patents

Description

本開示は、フェライト焼結磁石、及びこれを備える回転機に関する。

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。このようなフェライトの結晶構造としては、マグネトプランバイト型（Ｍ型）、及びＷ型等が知られている。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）のフェライトが採用されている。Ｍ型フェライトは、通常ＡＦｅ_１２Ｏ_１９の一般式で表される。

フェライト焼結磁石の磁気特性の指標としては、一般に、残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）が用いられる。従来、Ｂｒ及びＨｃＪを向上させる観点から、フェライトの構成元素とは異なる種々の元素を添加することが試みられている。例えば、特許文献１では、Ａｌ又はＧａを含有するマグネトプランバイト型フェライト粒子粉末が提案されている。また、特許文献２では、六方晶Ｗ型フェライトが主相をなすフェライト磁性材料において、Ｇａ成分を含有するものが提案されている。

特開平２−６６９０２号公報 特開２００９−２８０４９８号公報

フェライト焼結磁石は、例えば、モータ及び発電機等の回転機に用いられる。このようなフェライト焼結磁石は、保磁力（ＨｃＪ）と残留磁束密度（Ｂｒ）の両方が十分に高いことが求められる。ここで、ＨｃＪとＢｒは、通常トレードオフの関係にあることから、フェライト焼結磁石の両方の特性を向上させる技術を確立することが期待される。

そこで、本開示は一つの側面において、高い保磁力と高い残留磁束密度とを兼ね備えるフェライト焼結磁石を提供する。本開示は別の側面において、このようなフェライト焼結磁石を備える回転機を提供する。

本開示は、一つの側面において、六方晶のマグネトプランバイト型の結晶構造を有するフェライト相を含有するフェライト焼結磁石であって、Ｇａの含有量がＧａ_２Ｏ_３換算で０．０２７〜０．２１７質量％であるフェライト焼結磁石を提供する。

上記フェライト焼結磁石は高い保磁力と高い残留磁束密度とを兼ね備える。その理由は以下のとおり推察される。フェライトの保磁力（ＨｃＪ）と飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）との間には、以下の関係式（ａ）が成立する。式（ａ）の関係から、飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）が小さくなるとＨｃＪが高くなる。なお、式（ａ）中、μ_０は真空の透磁率を示し、Ｋ_Ａは異方性定数を示す。
ＨｃＪ＝０．４８×（２×Ｋ_Ａ／Ｊｓ−０．５×Ｊ_ｓ／μ_０） （ａ）

ここで、フェライトのＢｒとＪ_ｓは、以下の式（ｂ）のとおりの比例関係にある。式（ｂ）の関係からすると、飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）が大きくなるとＢｒが高くなる。このことから、ＢｒとＨｃＪは通常トレードオフの関係にあるといえる。
Ｂｒ∝（１−ａ）×Ｊ_ｓ×ｄ_ｆ／ｄ_０×ｆ_０ （ｂ）

式（ｂ）中、ａは非磁性体の体積割合を、ｄ_ｆはフェライト焼結磁石の密度を、ｄ_０はフェライト焼結磁石の真密度を、ｆ_０は配向率をそれぞれ示す。本開示のフェライト焼結磁石では、Ｇａを所定量含有することによって、飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）が小さくなり、その結果、ＨｃＪが向上すると推察される。ここで、上記式（ｂ）のとおり、飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）が小さくなるとＢｒは通常低下する傾向にある。しかしながら、本開示のフェライト焼結磁石では、飽和磁気分極（Ｊ_ｓ）の低下による影響よりも、配向率ｆ_０の向上による影響の方が大きく、その結果、Ｂｒも向上するものと推察される。したがって、上記フェライト焼結磁石は、高い保磁力と高い残留磁束密度とを兼ね備えることができる。

上記フェライト磁石は、Ｙを含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素をＲ、並びに、Ｃａ、又はＣａとＳｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種とからなる元素をＡとして、組成をＲ_１−ｘＡ_ｘＦｅ_ｍ−ｙＣｏ_ｙで表したときに、ｘ、ｙ及びｍは、下記式（１）、（２）及び（３）を満たすことが好ましい。これによって、保磁力と残留磁束密度を一層向上することができる。
０．２≦ｘ≦０．８ （１）
０．１≦ｙ≦０．６５ （２）
３≦ｍ＜１４ （３）

上記フェライト磁石は、Ｂの含有量がＢ_２Ｏ_３換算で０．１〜０．６質量％であることが好ましい。これによって、保磁力を一層高くすることができる。

本開示は、別の側面において、上記フェライト焼結磁石を備える回転機を提供する。上記フェライト焼結磁石は、高い保磁力と高い残留磁束密度を兼ね備える。このようなフェライト焼結磁石を備えることによって、回転機の出力を向上することができる。また、高い保磁力を有することから、フェライト焼結磁石の厚みを薄くして回転機に搭載することができる。したがって、モータ又は発電機等の回転機の小型化に寄与することができる。

本開示は、一つの側面において、高い保磁力と高い残留磁束密度とを兼ね備えるフェライト焼結磁石を提供することができる。本開示は別の側面において、このようなフェライト焼結磁石を備える回転機を提供することができる。

図１は、フェライト焼結磁石の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図２は、回転機の一例であるモータの模式断面図である。 図３は、図２のモータのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量とＢｒの関係を示すグラフである。 図５は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量とＨｃＪの関係を示すグラフである。 図６は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量と角型の関係を示すグラフである。 図７は、Ｇａを含有する製造例とＧａを含有しない製造例において、ｘとＢｒの関係を示すグラフである。 図８は、Ｇａを含有する製造例とＧａを含有しない製造例において、ｘとＨｃＪの関係を示すグラフである。 図９は、Ｇａを含有する製造例とＧａを含有しない製造例において、ｙとＢｒの関係を示すグラフである。 図１０は、Ｇａを含有する製造例とＧａを含有しない製造例において、ｙとＨｃＪの関係を示すグラフである。 図１１は、Ｇａを含有する製造例と、Ｇａを含有しない製造例において、ｍとＢｒの関係を示すグラフである。 図１２は、Ｇａを含有する製造例と、Ｇａを含有しない製造例において、ｍとＨｃＪの関係を示すグラフである。

以下、場合により図面を参照して、幾つかの実施形態を説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。なお、各部材の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、一実施形態に係るフェライト焼結磁石を模式的に示す斜視図である。異方性の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、例えばモータ及び発電機等の回転機用の磁石として好適に用いられる。ただし、フェライト焼結磁石の用途は上述のものに限定されない。また、フェライト焼結磁石の形状は図１の形状に限定されない。

フェライト焼結磁石は、六方晶のマグネトプランバイト型の結晶構造を有するフェライト相を主相として含有することが好ましい。本開示において「主相」とはフェライト焼結磁石に最も多く含まれる結晶相をいう。フェライト焼結磁石は、フェライト相とは異なる結晶相（異相）として、粒界相を含有していてもよい。

フェライト焼結磁石におけるＧａ（ガリウム）の含有量はＧａ_２Ｏ_３換算で０．０２７〜０．２１７質量％である。Ｇａの上記含有量は、ＨｃＪ及びＢｒを一層向上する観点から、０．１〜０．２２質量％であってもよく、０．１５〜０．２質量％であってもよい。Ｇａを含有することによって磁気特性が向上する理由としては、配向率ｆ_０の向上が考えられる。すなわち、本実施形態のフェライト磁石では飽和磁気分極が小さくなってＨｃＪが高くなると考えられる。そして、通常、飽和磁気分極が小さくなるとＢｒが低下する傾向にあるものの、配向率ｆ_０が向上することによって飽和磁気分極の影響が小さくなり、Ｂｒが高くなると考えられる。

保磁力向上の観点から、フェライト焼結磁石におけるＢの含有量はＢ_２Ｏ_３換算で０．１〜０．６質量％であってもよい。磁気特性を一層高くする観点から、Ｂの上記含有量は、０．５質量％以下であってもよく、０．４質量％以下であってもよい。同様の観点から、Ｂの上記含有量は、０．１質量％を超えていてもよく、０．２質量％を超えていてもよい。

フェライト焼結磁石の全体の組成は、例えば、以下の一般式（Ｉ）で表したときに、下記式（１）、（２）及び（３）を満たすものであってもよい。一般式（Ｉ）におけるｘ、ｙ及びｍはモル基準の比率を示している。一般式（Ｉ）において、Ｒは、Ｙを含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、ＡはＣａ、又は、ＣａとＳｒ及びＢａの一方又は双方とからなる元素を示す。
Ｒ_１−ｘＡ_ｘＦｅ_ｍ−ｙＣｏ_ｙ （Ｉ）
０．２≦ｘ≦０．８ （１）
０．１≦ｙ≦０．６５ （２）
３≦ｍ＜１４ （３）

一般式（Ｉ）におけるｘは、保磁力を一層高くする観点から、０．７以下であってもよく、０．６以下であってもよい。ｘは、残留磁束密度を一層高くする観点から、０．２５以上であってもよく、０．３以上であってもよい。

一般式（Ｉ）におけるｙは、保磁力と残留磁束密度を一層高くする観点から、０．１５以上であってもよく、０．２以上であってもよい。ｙは、同様の観点から、０．５５以下であってもよく、０．５以下であってもよい、一般式（Ｉ）におけるｍは、保磁力と残留磁束密度を一層高くする観点から、４以上であってもよく、５以上であってもよい。一般式（Ｉ）におけるｍは、同様の観点から、１２以下であってもよく、１１以下であってもよい。

上記フェライト焼結磁石は式（４）、（５）及び（６）を満たしていてもよい。
０．２５≦ｘ≦０．７ （４）
０．１５≦ｙ≦０．５５ （５）
４≦ｍ≦１２ （６）
上記式（４）、（５）及び（６）を満たすことによって、保磁力と残留磁束密度の両方を一層高い水準で両立することができる。

一般式（Ｉ）におけるＡは、磁気特性を高くする観点から、主成分としてＣａ、又はＣａ及びＳｒを含むことが好ましい。ＡはＣａのみ、又は、Ｃａ及びＳｒのみからなっていてもよい。
一般式（Ｉ）に示される各元素の含有比率は、蛍光Ｘ線分析によって測定することができる。なお、一般式（Ｉ）に示される各元素の含有比率は、通常、後述する配合工程における各原材料の配合比率と同一である。Ｇａ（ガリウム）及びＢ（ホウ素）の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ発光分光分析）で測定することができる。

一般式（Ｉ）におけるＲは、Ｌａ（ランタン）、又は、Ｌａ（ランタン）と、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種以上の元素と、を含むことが好ましい。Ｒは、Ｌａのみからなっていてもよい。

フェライト焼結磁石は、上記一般式（Ｉ）に示されていない元素を副成分として含有していてもよい。フェライト焼結磁石は、副成分として、Ｓｉ及びＮａの少なくとも一方を含んでいてもよい。これらの副成分は、例えば、それぞれの酸化物又は複合酸化物としてフェライト焼結磁石に含まれていてもよい。

フェライト焼結磁石におけるＳｉの含有量は、ＳｉをＳｉＯ_２に換算して、例えば、３質量％以下であってもよい。磁気特性を一層高くする観点から、フェライト焼結磁石におけるＳｉの含有量は、ＳｉをＳｉＯ_２に換算して、０．３質量％未満であってもよい。同様の観点から、フェライト焼結磁石におけるＳｉとＢの合計含有量は、ＳｉとＢをそれぞれＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３に換算して、０．１〜０．８質量％であってもよく、０．２〜０．５質量％であってもよい。

フェライト焼結磁石におけるＮａの含有量は、ＮａをＮａ_２Ｏに換算して、例えば０．２質量％以下であってもよく、０．０１〜０．１５質量％であってもよく、０．０２〜０．１質量％であってもよい。Ｓｉ及びＮａの含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ発光分光分析）で測定することができる。

フェライト焼結磁石には、上述の成分の他に、原料に含まれる不純物又は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）等が挙げられる。これらの成分はそれぞれの酸化物又は複合酸化物としてフェライト焼結磁石に含まれていてもよい。上述の不純物及び不可避的成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析、又はＩＣＰ発光分光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における主相を含む結晶粒（フェライト粒子）の平均粒径は、例えば５μｍ以下であってもよく、４μｍ以下であってもよく、０．５〜３μｍであってもよい。このような平均粒径を有することで、保磁力を一層高くすることができる。フェライト焼結磁石の結晶粒の平均粒径は、ＴＥＭ又はＳＥＭによるフェライト焼結磁石の断面の観察画像を用いて求めることができる。具体的には、数百個の結晶粒を含むＳＥＭ又はＴＥＭの観察画像において、画像処理を行って粒径分布を測定する。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。このようにして測定される平均値を、結晶粒の平均粒径とする。

フェライト焼結磁石の２０℃における保磁力は、例えば、好ましくは５０００Ｏｅ以上であり、より好ましくは５８００Ｏｅ以上である。フェライト焼結磁石の２０℃における残留磁束密度は、好ましくは３５００Ｇ以上であり、より好ましくは３９００Ｇ以上である。フェライト焼結磁石の角型は、例えば８６％以上である。フェライト焼結磁石の配向率は、例えば９３％以上である。

フェライト焼結磁石は、モータ及び発電機等の回転機用の磁石として好適に用いられる。具体的には、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。

図２は、回転機の一例であるモータの模式断面図である。図２のモータ３０は、フェライト焼結磁石１０を備える。モータ３０は、ブラシ付き直流モータであり、有底筒状のハウジング３１（ステータ）と、ハウジング３１の内周側に同心に配置された回転可能なロータ３２と、を備える。ロータ３２は、ロータ軸３６とロータ軸３６上に固定されたロータコア３７とを備える。ハウジング３１の開口部にはブラケット３３が嵌め込まれており、ロータコアは、ハウジング３１とブラケット３３とで形成される空間内に収容されている。ロータ軸３６は、互いに対向するように、ハウジング３１の中心部とブラケット３３の中心部にそれぞれ設けられた軸受３４，３５によって回転可能に支持されている。ハウジング３１の筒部分の内周面には、２個のＣ型のフェライト焼結磁石１０が互いに対向するように固定されている。

図３は、図２のモータ３０のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。モータ用磁石としてのフェライト焼結磁石１０は、その外周面を接着面として、ハウジング３１の内周面上に接着剤で接着されている。フェライト焼結磁石１０は、厚みを薄くすること可能であることから、ハウジング３１とロータ３２の隙間を十分に小さくすることができる。したがって、モータ３０は、その性能を維持しながら小型化することができる。

次に、フェライト焼結磁石の製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法は、配合工程、仮焼工程、粉砕工程、成形工程及び焼成工程を含む。各工程の詳細を以下に説明する。

配合工程では、複数の原材料を配合して原料組成物を得る。原材料としては、構成元素として、一般式（Ｉ）に示す元素、ガリウム、ホウ素又はケイ素を含む化合物（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、酸化物、又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ＳｒＣＯ_３、Ｌａ（ＯＨ）_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２等が例示できる。原料化合物の粉末の平均粒径は、例えば、配合を容易にする観点から、例えば０．１〜２．０μｍ程度である。

酸化ホウ素等のホウ素化合物は、他の原材料に比べて水に溶けやすく且つ加熱条件下で飛散し易い傾向にある。このため、ホウ素化合物を配合する場合は、フェライト焼結磁石におけるホウ素の含有割合に比べて、配合工程の原料組成物におけるホウ素化合物の配合割合を多くする必要がある。上記含有割合に対する配合割合の比率は、例えば１２０〜３００％である。

配合工程では、必要に応じて、副成分の原料化合物（元素単体、酸化物等）を配合してもよい。原料組成物は、例えば、各原材料を、所望とするフェライト焼結磁石が得られるように秤量し、混合した後、湿式アトライタ、ボールミル等を用い、０．１〜２０時間程度、混合、粉砕処理することにより原料組成物を得ることができる。

仮焼工程では、配合工程で得られた原料組成物を仮焼する。仮焼は、例えば、空気等の酸化性雰囲気中で行ってもよい。仮焼の温度は、例えば１１００〜１４００℃であってもよく、１２００〜１３５０℃であってもよい。仮焼の時間は、例えば１秒間〜１０時間であってもよく、１秒間〜３時間であってもよい。仮焼により得られる仮焼粉（フェライト粒子）におけるフェライト相（Ｍ相）の比率は、例えば７０体積％以上であってもよく、７５体積％以上であってもよい。このフェライト相の比率は、フェライト焼結磁石におけるフェライトの主相の比率と同様にして求めることができる。

粉砕工程では、仮焼工程により顆粒状又は塊状となった仮焼粉を粉砕する。このようにしてフェライト粒子が得られる。粉砕工程は、例えば、仮焼粉を粗い粉末となるように粉砕（粗粉砕工程）した後、これをさらに微細に粉砕する（微粉砕工程）、２段階の工程に分けて行ってもよい。

粗粉砕は、例えば、振動ミル等を用いて、仮焼粉の平均粒径が０．５〜５．０μｍとなるまで行うことができる。微粉砕では、粗粉砕で得られた粗粉を、さらに湿式アトライタ、ボールミル、ジェットミル等によって粉砕する。微粉砕では、得られる微粉（フェライト粒子）の平均粒径が、例えば０．０８〜２．０μｍ程度となるように粉砕を行う。微粉の比表面積（例えばＢＥＴ法により求められる。）は、例えば７〜１２ｍ^２／ｇ程度とする。粉砕時間は、粉砕方法によって異なり、例えば湿式アトライタの場合、３０分間〜１０時間であり、ボールミルによる湿式粉砕では１０〜５０時間である。フェライト粒子の比表面積は、市販のＢＥＴ比表面積測定装置（Ｍｏｕｎｔｅｃｈ製、商品名：ＨＭ Ｍｏｄｅｌ−１２１０）を用いて測定することができる。

微粉砕工程では、焼成後に得られる焼結体の磁気的配向度を高めるため、例えば一般式Ｃ_ｎ（ＯＨ）_ｎＨ_ｎ＋２で示される多価アルコールを添加してもよい。一般式におけるｎは、例えば４〜１００であってもよく、４〜３０であってもよい。多価アルコールとしては、例えばソルビトールが挙げられる。また、２種類以上の多価アルコールを併用してもよい。さらに、多価アルコールに加えて、他の公知の分散剤を併用してもよい。

多価アルコールを添加する場合、その添加量は、添加対象物（例えば粗粉）に対して、例えば０．０５〜５．０質量％であってもよく、０．１〜３．０質量％であってもよい。なお、微粉砕工程で添加した多価アルコールは、後述する焼成工程で熱分解して除去される。

成形工程では、粉砕工程で得られたフェライト粒子を、磁場中で成形して、成形体を得る。成形は、乾式成形及び湿式成形のいずれ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は、湿式成形で行うことが好ましい。

湿式成形により成形する場合は、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る。この湿式成形用スラリーを用いて成形を行うことができる。スラリーの濃縮は、遠心分離又は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におけるフェライト粒子の含有量は、例えば３０〜８０質量％である。スラリーにおいて、フェライト粒子を分散する分散媒としては例えば水が挙げられる。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よい。分散媒としては非水系溶媒を使用してもよい。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してもよい。なお、湿式成形用スラリーは、微粉砕後の乾燥状態のフェライト粒子に、分散媒等を添加することによって調製してもよい。

湿式成形では、次いで、この湿式成形用スラリーに対し、磁場中成形を行う。その場合、成形圧力は、例えば９．８〜４９ＭＰａ（０．１〜０．５ｔｏｎ／ｃｍ^２）である。印加する磁場は、例えば３９８〜１１９４ｋＡ／ｍ（５〜１５ｋＯｅ）である。

焼成工程では、成形工程で得られた成形体を焼成してフェライト焼結磁石を得る。成形体の焼成は、大気中等の酸化性雰囲気中で行うことができる。焼成温度は、例えば１０５０〜１２７０℃であってもよく、１０８０〜１２４０℃であってもよい。また、焼成時間（焼成温度に保持する時間）は、例えば０．５〜３時間である。

焼成工程では、焼成温度まで到達させる前に、例えば室温から１００℃程度まで、０．５℃／分程度の昇温速度で加熱してもよい。これによって、焼結が進行する前に成形体を十分に乾燥することができる。また、成形工程で添加した界面活性剤を十分に除去することができる。なお、これらの処理は、焼成工程のはじめに行ってもよく、焼成工程よりも前に別途行っておいてもよい。

このようにしてフェライト焼結磁石を製造することができる。ただし、フェライト焼結磁石の製造方法は、上述の例に限定されない。例えば、成形工程及び焼成工程は、以下の手順で行ってもよい。すなわち、成形工程は、ＣＩＭ（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ（セラミック射出成形）成形法、又は、ＰＩＭ（Ｐｏｗｄｅｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ、粉末射出成形の一種）で行ってもよい。ＣＩＭ成形法では、まず、乾燥させたフェライト粒子をバインダ樹脂とともに加熱混練してペレットを形成する。このペレットを、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る。この予備成形体を脱バインダ処理することによって成形体が得られる。より詳細な手順を以下に説明する。

湿式粉砕で得られたフェライト粒子を含む微粉砕スラリーを乾燥させる。乾燥温度は、例えば８０〜１５０℃であってもよく、１００〜１２０℃であってもよい。乾燥時間は、１〜４０時間あってもよく、５〜２５時間であってもよい。乾燥後の磁性粉末の一次粒子の平均粒径は、例えば０．０８〜２μｍであってもよく、０．１〜１μｍであってもよい。

乾燥後のフェライト粒子を、バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、可塑剤、及び昇華性化合物等の有機成分と共に混練し、ペレタイザなどで、ペレットに成形する。有機成分は、成形体中に、例えば３５〜６０体積％含まれていてもよく、４０〜５５体積％含まれていてもよい。混練は、例えば、ニーダーなどで行えばよい。ペレタイザとしては、例えば、２軸１軸押出機が用いられる。混練及びペレット成形は、使用する有機成分の溶融温度に応じて、加熱しながら実施してもよい。

バインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂などの高分子化合物が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アタクチックポリプロピレン、アクリルポリマー、ポリスチレン、及びポリアセタール等が挙げられる。

ワックス類としては、カルナバワックス、モンタンワックス、蜜蝋などの天然ワックス以外に、パラフィンワックス、ウレタン化ワックス、及びポリエチレングリコール等の合成ワックスが用いられる。

滑剤としては、例えば、脂肪酸エステル等が挙げられる。可塑剤としては、例えば、フタル酸エステルが挙げられる。

バインダ樹脂の添加量は、フェライト粒子１００質量％に対して、例えば３〜２０質量％である。ワックス類の添加量は、フェライト粒子１００質量％に対して、例えば３〜２０質量％である。滑剤の添加量は、フェライト粒子１００質量％に対して、例えば０．１〜５質量％である。可塑剤の添加量は、バインダ樹脂１００質量％に対して、例えば０．１〜５質量％である。

次に、通常の磁場射出成形装置にペレットを導入し、所定形状のキャビティを有する金型内に射出成形する。金型への射出前に、金型には磁場が印加される。ペレットは、押出機の内部で、たとえば１６０〜２３０℃に加熱溶融され、スクリューにより金型のキャビティ内に射出される。金型の温度は、例えば２０〜８０℃である。金型への印加磁場は３９８〜１５９２ｋＡ／ｍ（５〜２０ｋＯｅ）程度とすればよい。このようにして磁場射出成形装置によって予備成形体が得られる。

得られた予備成形体を、大気中又は窒素中において１００〜６００℃の温度で熱処理して、脱バインダ処理を行って成形体を得る。有機成分を複数種使用している場合、脱バインダ処理を複数回に分けて実施してもよい。

次いで焼成工程において、脱バインダ処理した成形体を、例えば、大気中で１０５０〜１２７０℃、又は１０８０〜１２４０℃の温度で０．２〜３時間程度焼成して、フェライト焼結磁石を得る。

本実施形態のフェライト焼結磁石は、高い保磁力及び高い残留磁束密度を兼ね備える。したがって、例えば回転機用の磁石として好適に用いることができる。また、角型にも優れている。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、また、回転機は、図２及び図３に示すモータに限定されるものではなく、別の形態のモータであってもよいし、発電機であってもよい。

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。

（製造例１−１〜１−９）
［フェライト焼結磁石の製造］
原材料として、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）、水酸化ランタン（Ｌａ（ＯＨ）_３）を準備した。これらの原材料を、一般式（Ｉ）の組成が、表１のとおりになるように配合した。このようにして得られた配合物に対して、０．３５質量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を添加し、湿式アトライタを用いて１０分間の混合及び粉砕を行ってスラリーを得た（配合工程）。

このスラリーを乾燥した後、大気中、１３００℃で２時間保持する仮焼を行って仮焼粉を得た（仮焼工程）。得られた仮焼粉を、小型ロッド振動ミルで１０分間粗粉砕して粗粉を得た。この粗粉に対して、以下の添加物を添加した。その後、湿式ボールミルを用いて３５時間微粉砕し、フェライト粒子を含むスラリーを調製した（粉砕工程）。なお、製造例１−１については、粗粉に対して添加物を添加せずにスラリーを調製した。
＜添加物＞
・製造例１−２〜１−５：酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）
・製造例１−６，１−７：酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）
・製造例１−８，１−９：酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）

微粉砕後に得られたスラリーを、固形分濃度が７３〜７５質量％となるように調整して湿式成形用スラリーとした。この湿式成形用スラリーを、湿式磁場成型機を使用して、７９６ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）の印加磁場中で成形し、直径３０ｍｍ×厚み１５ｍｍの円柱状を有する成形体を得た（成形工程）。得られた成形体を、大気中、室温にて乾燥し、次いで大気中、１１４０℃で１時間保持する焼成を行った（焼成工程）。このようにして円柱状のフェライト焼結磁石を得た。

＜組成分析＞
各製造例のフェライト焼結磁石におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量、Ａｌ_２Ｏ_３換算のＡｌの含有量、及びＣｒ_２Ｏ_３換算のＣｒの含有量を以下の手順で測定した。フェライト焼結磁石の試料０．１ｇを、過酸化ナトリウム１ｇ及び炭酸ナトリウム１ｇと混合して加熱し融解した。融解物を、純水４０ｍｌ及び塩酸１０ｍｌの溶液に溶解した後、純水を加えて１００ｍｌの溶液とした。この溶液を用いて、ＩＣＰ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）によって、Ｇａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量、Ａｌ_２Ｏ_３換算のＡｌの含有量、及びＣｒ_２Ｏ_３換算のＣｒの含有量を求めた。ＩＣＰ発光分光分析には島津製作所製の分析装置（装置名：ＩＣＰＳ ８１００ＣＬ）を用い、測定にあたってはマトリックスマッチングを行った。上記一般式（Ｉ）における組成は、配合工程における原材料の配合比率に基づいて算出した。これらの結果を表１に示す。

［フェライト焼結磁石の評価］
＜磁気特性の評価＞
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２９ｋＯｅのＢ−Ｈトレーサを用いて、２０℃における磁気特性を測定した。測定によって、残留磁束密度［Ｂｒ（Ｇ）］、飽和磁気モーメント［Ｂｓ（Ｇ）］、及び保磁力［ＨｃＪ（Ｏｅ）］を求めた。ＢｒはＢ−Ｈトレーサで測定されるＨ＝０（Ｏｅ）におけるＢの値、ＢｓはＢ−Ｈトレーサで測定されるＢの最大値として、配向率（Ｂｒ／Ｂｓ）を求めた。また、一部の製造例について、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（Ｈｋ／ＨｃＪ（％））を求めた。これらの結果を表２に示す。また、実施例及び比較例の区別を、表２の備考欄に示した。

図４は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量とＢｒの関係を示すグラフである。図５は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量とＨｃＪの関係を示すグラフである。図６は、製造例１−１〜１−５におけるＧａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量と角型の関係を示すグラフである。

表１及び表２、並びに図４、図５及び図６に示すとおり、Ｇａを含有する製造例１−２〜１−５のうち、Ｇａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量が０．０２７〜０．２１７質量％である製造例１−２〜１−４は、高いＨｃＪと高いＢｒを兼ね備えていたＧａを含有しない製造例１−１に比べて、Ｂｒ及びＨｃＪの両方と角型が向上した。一方、製造例１−５〜１−９は、いずれも製造例１−１に比べてＢｒが低下した。製造例１−２〜１−４は配向率が高くなっており、これがＢｒ向上の要因になっていると考えられる。

（製造例２−１〜２〜６）
粗粉に対する添加物として、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）に加えて酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を所定量添加したこと、各原材料を、一般式（Ｉ）の組成が表３のとおりになるように配合したこと以外は、製造例１−２〜１−５と同様にしてフェライト焼結磁石を得た。なお、製造例２−１では、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を添加せず、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）のみを所定量添加した。得られたフェライト焼結磁石について、製造例１−２〜１−５と同様にして組成分析と磁気特性の評価を行った。結果は、表３及び表４に示すとおりであった。実施例及び比較例の区別を、表４の備考欄に示した。

表３及び表４に示すとおり、Ｇａ_２Ｏ_３換算のＧａの含有量が０．０５４〜０．２１７質量％である製造例２−２〜２−５では、Ｇａを含まない製造例２−１に比べてＢｒ及びＨｃＪの両方が向上した。製造例２−２〜２−５は、製造例２−１よりも配向率が高くなっており、これがＢｒ向上の要因になっていると考えられる。一方、Ｇａの含有量が所定の範囲外である製造例２−６では、製造例２−１よりもＨｃＪが低下した。表１〜表４に示すとおり、ＧａとＢの両方を含有することによって、ＨｃＪとＢｒを一層高水準で両立できることが確認された。

（製造例３−１〜３〜６）
一般式（Ｉ）の組成が表５のとおりになるように配合したこと以外は、製造例２−１〜２−６と同様にしてフェライト焼結磁石を得た。なお、製造例３−１〜製造例３−３では、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を添加せず、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）のみを所定量添加した。得られたフェライト焼結磁石について、製造例２−１〜２−６と同様にして組成分析と磁気特性の評価を行った。結果は、表５及び表６に示すとおりであった。実施例及び比較例の区別を、表６の備考欄に示した。

図７は、Ｇａを含有する製造例（製造例３−４〜３−６及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例３−１〜３−３及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｘとＢｒの関係を示すグラフである。図８は、Ｇａを含有する製造例（製造例３−４〜３−６及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例３−１〜３−３及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｘとＨｃＪの関係を示すグラフである。図７及び図８中、黒四角のプロットはＧａを含有する製造例のデータであり、白丸のプロットはＧａを含有しない製造例のデータである。

表５及び表６、並びに図７及び図８に示すとおり、一般式（Ｉ）におけるＡ、Ｆｅ及びＲの原子比率が変わっても、Ｇａを所定量含有することによって、ＢｒとＨｃＪの両方が向上することが確認された。

（製造例４−１〜４〜４）
一般式（Ｉ）の組成が表７のとおりになるように配合したこと以外は、製造例２−１〜２−６と同様にしてフェライト焼結磁石を得た。なお、製造例４−１，製造例４−２では、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を添加せず、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）のみを所定量添加した。得られたフェライト焼結磁石について、製造例２−１〜２−６と同様にして組成分析と磁気特性の評価を行った。結果は、表７及び表８に示すとおりであった。実施例及び比較例の区別を、表８の備考欄に示した。

図９は、Ｇａを含有する製造例（製造例４−３〜４−４及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例４−１〜４−２及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｙとＢｒの関係を示すグラフである。図１０は、Ｇａを含有する製造例（製造例４−３〜４−４及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例４−１〜４−２及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｙとＨＪの関係を示すグラフである。図９及び図１０中、黒四角のプロットはＧａを含有する製造例のデータであり、白丸のプロットはＧａを含有しない製造例のデータである。

表７及び表８、並びに図９及び図１０に示すとおり、一般式（Ｉ）におけるＣｏの原子比率が変わっても、Ｇａを所定量含有することによって、ＢｒとＨｃＪの両方が向上することが確認された。

（製造例５−１〜５〜１２）
一般式（Ｉ）の組成が表９のとおりになるように配合したこと以外は、製造例２−１〜２−６と同様にしてフェライト焼結磁石を得た。なお、製造例５−１〜製造例５−６では、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を添加せず、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）のみを所定量添加した。得られたフェライト焼結磁石について、製造例２−１〜２−６と同様にして組成分析と磁気特性の評価を行った。結果は、表９及び表１０に示すとおりであった。実施例及び比較例の区別を、表１０の備考欄に示した。

図１１は、Ｇａを含有する製造例（製造例５−７〜５−１２及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例５−１〜５−６及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｍとＢｒの関係を示すグラフである。図１２は、Ｇａを含有する製造例（製造例５−７〜５−１２及び製造例２−４）と、Ｇａを含有しない製造例（製造例５−１〜５−６及び製造例２−１）において、一般式（Ｉ）におけるｍとＨｃＪの関係を示すグラフである。図１１及び図１２中、黒四角のプロットはＧａを含有する製造例のデータであり、白丸のプロットはＧａを含有しない製造例のデータである。

表９及び表１０、並びに図１１及び図１２に示すとおり、一般式（Ｉ）におけるｍの値が変わっても、Ｇａを所定量含有することによって、ＢｒとＨｃＪの両方が向上することが確認された。

本開示によれば、十分に高い残留磁束密度と保磁力を兼ね備えるフェライト焼結磁石が提供される。また、上記フェライト焼結磁石を備える回転機が提供される。

１０…フェライト焼結磁石、３０…モータ、３１…ハウジング、３２…ロータ、３３…ブラケット、３４，３５…軸受、３６…ロータ軸、３７…ロータコア。

Claims (4)

1. 六方晶のマグネトプランバイト型の結晶構造を有するフェライト相を含有するフェライト焼結磁石であって、
   Ｇａの含有量がＧａ_２Ｏ_３換算で０．０２７〜０．２１７質量％であるフェライト焼結磁石。
2. Ｙを含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素をＲ、並びに、Ｃａ、又はＣａとＳｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種とからなる元素をＡとして、組成をＲ_１−ｘＡ_ｘＦｅ_ｍ−ｙＣｏ_ｙで表したときに、ｘ、ｙ及びｍは、下記式（１）、（２）及び（３）を満たす、請求項１に記載のフェライト焼結磁石。
   ０．２≦ｘ≦０．８ （１）
   ０．１≦ｙ≦０．６５ （２）
   ３≦ｍ＜１４ （３）
3. Ｂの含有量がＢ_２Ｏ_３換算で０．１〜０．６質量％である、請求項１又は２に記載のフェライト焼結磁石。
4. 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を備える回転機。

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