JP7275740B2 - フェライト焼結磁石及びこれを備える回転電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト焼結磁石及びそれを備える回転電気機械に関する。

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、モータ等の回転電気機械の磁石材料として、主にマグネトプランバイト型（Ｍ型）のフェライトが注目されている。Ｍ型フェライトはＡＦｅ_１２Ｏ_１９の一般式で表される。

近年では、Ｍ型フェライトとして、原料コストの低減の観点から希土類元素及びＣｏを含まないもの、例えば、Ｎａを含むものが開発されている。

ＷＯ２０１３／１２５６００号公報 ＷＯ２０１３／１２５６０１号公報

ところで、フェライト焼結磁石において抗折強度などの強度の特性が重要である。しかしながら、従来のフェライト焼結磁石は、必ずしも強度が十分とは言えなかった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、希土類元素及びＣｏを含まなくてよく、かつ、磁気特性及び強度に優れたフェライト焼結磁石及びこれを用いた回転電気機械を提供することを目的とする。

本発明に係るフェライト焼結磁石は、六方晶構造を有するＭ型フェライト粒子、２つの前記Ｍ型フェライト粒子間に形成された２粒子粒界、及び、３つ以上の前記Ｍ型フェライト粒子に囲まれた多粒子粒界を備えるフェライト焼結磁石である。このフェライト焼結磁石は、少なくとも、Ｆｅ、Ｃａ、Ｂ、及び、Ｓｉを含み、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で０．００５～０．９質量％含む。前記２粒子粒界及び前記多粒子粒界はＳｉ及びＣａを含む。そして、前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、０．０８８以上０．４９μｍ未満の最大長を有する多粒子粒界の個数をＰとした時に、Ｐが８以上である。

ここで、フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面における２粒子粒界及び多粒子粒界の面積の割合をＺとしたときに、２．５１％＜Ｚ＜５％を満たすことができる。

また、フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面における２粒子粒界の平均厚みをｄとした場合に、０．６８３ｎｍ＜ｄ＜２ｎｍを満たすことができる。

また、前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、１μｍ以下の最大径を有する主相粒子の個数をＱとしたときに、Ｑが２７～１１９であることができる。

また、前記フェライト焼結磁石中のＳｉの含有量が、ＳｉＯ_２換算で、０．０５～１．３質量％であることができる。

また、前記フェライト焼結磁石中のＭｎの含有量が、ＭｎＯ換算で０．２５～１．５質量％であることができる。

また、前記フェライト焼結磁石中のＣｒの含有量がＣｒ_２Ｏ_３換算で０．０３～０．２質量％であることができる。

また、前記フェライト焼結磁石中のＺｎの含有量がＺｎＯ換算で０．０１～１．４７質量％であることができる。

また、前記Ｍ型フェライト粒子は、Ｍ型Ｓｒフェライト粒子又はＭ型Ｂａフェライト粒子であることができ、この場合、前記フェライト焼結磁石中のＣａの含有量が、ＣａＯ換算で、０．１５～２．０質量％であることができる。

また、前記Ｍ型フェライト粒子は、Ｍ型Ｃａフェライト粒子であることができ、前記フェライト焼結磁石中のＣａの含有量が、ＣａＯ換算で、２～５質量％であることができる。

前記フェライト焼結磁石はＬａ及びＣｏを実質的に含まなくてよい。

本発明に係る回転電気機械は、上述のフェライト焼結磁石を備える。

本発明によれば、希土類元素及びＣｏを実質的に含まず、かつ、磁気特性及び強度に優れた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断面構造の一例を示す模式図である。 図２は、本発明のフェライト焼結磁石を有するモータの断面模式図である。 図３の（ａ）は抗折強度試験を行ったフェライト焼結磁石Ｓの斜視図であり、図３の（ｂ）は抗折強度試験の模式図である。

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。

（フェライト焼結磁石）
本発明の実施形態に係るフェライト焼結磁石１００は、図１に示すように、六方晶構造を有するＭ型フェライト粒子４と、Ｍ型フェライト粒子４間に存在する粒界相６とを有する。

Ｍ型フェライト粒子は（１）式で表されるＭ型フェライトを主成分とすることができる。
ＡＸ_１２Ｏ_１９ （１）
ここで、ＡはＳｒ，Ｂａ，及び、Ｃａからなる群から選択される少なくとも一つを含む。

Ｍ型フェライトは、Ａの３４ａｔ％以上をＳｒが占めるＳｒフェライトであることができ、Ａの３４ａｔ％以上をＢａが占めるＢａフェライトであることができ、Ａの３４ａｔ％以上をＣａが占めるＣａフェライトであることができる。Ｓｒフェライト、Ｂａフェライト、Ｃａフェライトは、Ａの原子比率においてＳｒ、Ｂａ、Ｃａがそれぞれ最大成分であることができる。

ＳｒフェライトにおけるＡの残りの元素は、Ｂａ，及び、Ｃａからなる群から選択される少なくとも一つであることができる。ＳｒフェライトにおけるＡの残りの元素は、Ｂａ，及び、Ｃａからなる群から選択される少なくとも一つであることができる。ＣａフェライトにおけるＡの残りの元素は、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも一つであることができる。

ＸはＦｅを必ず含む。Ｆｅの原子比は５０％以上であって良い。Ｘの残りは、Ｚｎ（亜鉛）、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ことができる。

Ｍ型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_１－ｚＲ_ｚ（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であり、ｚは、０～０．５であり、例えば、０であっても良く、０．０１～０．４９であってもよい。Ｒは、Ｃａ及び／又はＢａであることができる。

Ｍ型Ｂａフェライトは、例えば以下の一般式（４）で表すことができる。
Ｂａ_１－ｚＲ_ｚ（Ｆｅ_１２－ｘＭ_ｘ）_ｙＯ_１９ （４）
上式（４）中、ｘは、例えば０．０１～０．５であり、ｙは、例えば０．７～１．２であり、ｚは、０～０．５であり、例えば、０であってもよく、０．０１～０．４９であってもよい。Ｒは、Ｓｒ及び／又はＣａであることができる。

Ｍ型Ｃａフェライトは、例えば以下の一般式（５）で表すことができる。
Ｃａ_１－ｚＲ_ｚ（Ｆｅ_１２－ｘＭ_ｘ）_ｙＯ_１９ （５）
上式（５）中、ｘは、例えば０．０１～０．５であり、ｙは、例えば０．７～１．２であり、ｚは、０～０．５であり、例えば、０であってもよく、０．０１～０．４９であってもよい。Ｒは、Ｓｒ及び／又はＢａであることができる。

上式（３）～（５）式におけるＭは、Ｚｎ（亜鉛）、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ことができる。

なお、上式（３）～（５）式におけるＡサイト及びＸ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。

フェライト焼結磁石におけるＭ型フェライトが上式（３）～（５）で表される場合、ＭはＭｎ及びＣｒを含むことが好ましく、Ｍｎ及びＣｒ及びＺｎを含むことがより好ましい。

Ｍ型フェライト粒子におけるＭ型フェライトの質量分率は、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。

フェライト焼結磁石における全結晶粒に占めるＭ型フェライト粒子（主相）の質量比率は、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型フェライト相とは異なる結晶相（異相）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の全結晶粒におけるＭ型フェライト相の質量比率（％）は、Ｘ線回折により、Ｍ型フェライト相の存在比率（モル％）を求めることで確認することができる。Ｍ型フェライト相の存在比率は、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。

フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、１μｍ以下の最大径を有するＭ型フェライト粒子の個数をＱとしたときに、Ｑが２７～１１９であることが好ましい。最大径とは、最も大きくなる方向において測定した多粒子粒界６ｂの径である。また、フェライト焼結磁石におけるｃ軸とは、フェライト焼結磁石における磁化容易軸である。

最大径が１μｍ以下のＭ型フェライト粒子の個数がある程度以上の数とされることにより、角型比が向上する。

粒界相６はＭ型フェライト粒子４の間に配置されている。粒界相６の主成分は酸化物である。酸化物の構成元素は、Ｂ（ホウ素）、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）、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、または、任意の２種以上の組み合わせであることができる。酸化物の例としては、例えばＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３等が挙げられる。またケイ酸ガラスを含んでもよい。酸化物は粒界相６の９０質量％以上を占めることができ、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。

粒界相６は、Ｓｉ及びＣａを必ず含む。粒界相はさらにＢを含むことができる。

粒界相６は、２つのＭ型フェライト粒子４間に形成された２粒子粒界６ａ、及び、３つ以上のＭ型フェライト粒子４に囲まれた多粒子粒界６ｂを有する。

フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、０．０８８以上０．４９μｍ未満の最大長を有する多粒子粒界の個数をＰとした時に、Ｐが８以上である。ここで、最大長とは、最も大きくなる方向において測定した多粒子粒界６ｂの長さ（径）である。Ｐは１０以上でもよく、１５以上でも良い。Ｐは２００以下であることができる。

小さな多粒子粒界の個数が多いことにより、２粒子粒界６ａの厚みが大きくなる。したがって、Ｍ型フェライト粒子間の磁気的相互作用が抑制され、Ｈｃｊが向上すると共に、機械的硬度も高くなると考えられる。

フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、０．４９～５μｍの最大長を有する多粒子粒界の個数をＮとした時に、Ｎが７以下であることができる。Ｎは６以下であることもできる。Ｎは０でもよい。

大きな多粒子粒界の個数が少ないことにより、２粒子粒界６ａの厚みが大きくなる。したがって、Ｍ型フェライト粒子間の磁気的相互作用が抑制され、Ｈｃｊが向上すると共に、機械的硬度も高くなると考えられる。

フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、粒界相６（２粒子粒界６ａ及び多粒子粒界６ｂ）の面積の割合Ｚは２．５１％＜Ｚ＜５％を満たすことができる。粒界相６の面積の割合Ｚは、断面積７６μｍ^２において測定することができる。

粒界相６の面積が少ないと、Ｍ型フェライト粒子間の磁気的相互作用を抑制する効果が得られにくい、一方、粒界相６の面積が大きすぎると、全体に占める非磁性層が大きくなりすぎてＢｒが低下する。

フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面における２粒子粒界６ａの平均厚みをｄとした場合に、０．６８３ｎｍ＜ｄ＜２ｎｍを満たすことができる。平均厚みｄとは、例えば、両端が多粒子粒界とされる２粒子粒界の中央部における測定値を、異なる１０個の２粒子粒界について測定し、その平均値とすることができる。

これを満たすことにより、２粒子粒界６ａの厚みが小さすぎず、Ｍ型フェライト粒子間の磁気的相互作用を抑制する効果が得られやすい。２粒子粒界６ａの厚みが大きすぎると、非磁性層の割合が増えてＢｒが低下する。

本発明の実施形態に係るフェライト焼結磁石は、Ｆｅ、Ｃａ、Ｂ、及びＳｉを少なくとも含む酸化物である。

フェライト焼結磁石における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。

Ｍ型フェライト粒子がＳｒフェライト粒子である場合、フェライト焼結磁石における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。

Ｍ型フェライト粒子がＢａフェライト粒子である場合、フェライト焼結磁石におけるＢａの含有量は、Ｂａ_２Ｏ_３換算で、好ましくは１３～１７質量％であり、より好ましくは１３～１５質量％である。

Ｍ型フェライトがＣａフェライト粒子である場合、フェライト焼結磁石におけるＣａの含有量は、ＣａＯ換算で、好ましくは２～５質量％であり、より好ましくは２～４質量％である。

フェライト焼結磁石はＢを含む。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、０．００５～０．９質量％である。フェライト焼結磁石の保磁力及び角型比（Hk/HcJ）をさらに高める観点から、Ｂの含有量は、Ｂ_２Ｏ_３換算で、好ましくは０．０１質量％以上である。また、フェライト焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）をさらに高める観点から、Ｂの含有量は、Ｂ_２Ｏ_３換算で、好ましくは０．４質量％以下であり、より好ましくは０．２質量％以下である。

フェライト焼結磁石は、Ｓｉ（シリコン）を含む。フェライト焼結磁石におけるＳｉの含有量は、ＳｉＯ_２換算で、好ましくは０．０５～１．３質量％であり、より好ましくは０．２～０．５質量％、さらに好ましくは０．２５～０．３６質量％である。ＳｉＯ_２が多すぎるとＢｒが低下し、少なすぎるとＨｃＪが低下する傾向があるため、ＳｉＯ_２含有量を上記範囲内とすることで、最適な粒界相を形成して、高い磁気特性を得やすくなる。

フェライト焼結磁石は、主相がＳｒフェライトであってもＢａフェライトであっても、Ｃａ（カルシウム）を含む。主相がＳｒフェライト又はＢａフェライトである場合、フェライト焼結磁石におけるＣａの含有量は、ＣａＯ換算で、好ましくは０．１５～２．０質量％であり、より好ましくは０．４～１．０質量％、さらに好ましくは０．４７～０．６２質量％である。Ｃａが多すぎるとＨｃＪが低下し、少ないとＢｒが低下する傾向があるため、Ｃａの含有量を上記範囲内とすることで、最適な粒界相を形成して、高い磁気特性を得やすくなる。

また、フェライト焼結磁石は、主相がＳｒフェライトである場合にはＢａを含むことができる。Ｂａの含有量は、ＢａＯ換算で、好ましくは０～０．２質量％である。

フェライト焼結磁石は、主相がＣａフェライトである場合にはＳｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも一つを含有することができ、Ｂａの含有量は、ＢａＯ換算で、好ましくは０～１．５質量％である。Ｓｒの含有量は、ＳｒＯ換算で、好ましくは０～１．０質量％である。

フェライト焼結磁石は、主相がＢａフェライトである場合にはＳｒを含むことができる。Ｓｒの含有量は、ＳｒＯ換算で、好ましくは０～０．８質量％である。

フェライト焼結磁石はＭｎを含むことができる。フェライト焼結磁石におけるＭｎの含有量は、ＭｎＯ換算で、好ましくは０．２５～１．５質量％である。上記範囲を満足するＭｎがＦｅのサイトを置換することで、磁気特性向上の効果が得られやすくなるほか、Ｚｎの固溶を促進する働きなどが推測される。

フェライト焼結磁石はＣｒを含むことができる。フェライト焼結磁石におけるＣｒの含有量は、Ｃｒ_２Ｏ_３換算で、好ましくは０．０３～０．２質量％である。上記範囲を満足するＣｒがＦｅのサイトを置換することで、磁気特性向上の効果が得られやすくなるほか、Ｚｎの固溶を促進する働きなどが推測される。

フェライト焼結磁石はＺｎを含むことができる。フェライト焼結磁石におけるＺｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、０．０１～１．４７質量％である。フェライト焼結磁石の残留磁束密度（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０．０８質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上であることができる。また、フェライト焼結磁石の保磁力及び角型比（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１．０質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下である。

Ｚｎが反平行方向に向いた磁気モーメントを有するＦｅのサイトを選択的に置換することで、飽和磁化Ｂｒが向上するものと考えられる。その反面、Ｚｎが置換したことにより結晶磁気異方性が下がるために保磁力が低下するが、Ｂを含有する粒界相が均質に形成されることにより、結晶粒間の磁気的相互作用を抑制する効果が働き、保磁力の低下を抑制し、保磁力を維持することができると推測される。

フェライト焼結磁石は、希土類元素及びＣｏ（コバルト）を実質的に含まないことが好適である。希土類元素とは、Ｓｃ，Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、および、Ｌｕである。

フェライト焼結磁石はＮｉを含んでもよいが、実質的にＮｉを含まないことが好適である。Ｎｉの濃度は、０．０２質量％以下とすることができる。

フェライト焼結磁石はＣｕを含んでもよいが、実質的にＣｕを含まないことが好適である。Ｃｕの濃度は、０．０２質量％以下とすることができる。

これらの金属を含まないことで、コストの低減が可能となる。

ここで、フェライト焼結磁石が元素Ａを実質的に含まないとは、フェライト焼結磁石における元素Ａの濃度が酸化物換算で０．００５質量％未満であることを言う。当該元素Ａの濃度は酸化物換算で０．００１質量％未満であることが好ましい。

また、フェライト焼結磁石は、Ａｌを含有する必要は無いが、Ａｌを含んでもよい。Ａｌの含有量は、Ａｌ_２Ｏ_３換算で、０～０．２質量％とすることができる。

フェライト焼結磁石は、Ｎａを含有する必要は無く、Ｎａを実質的に含まないことが好適である。Ｎａの含有量は、Ｎａ_２Ｏ換算で、０．００５質量％以下であることが好適である。さらに、０．００１質量％以下であることが好適である。Ｎａの含有量が少ないほうが成形性に優れる。

フェライト焼結磁石には、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。これらの含有量は、合計で０．０６質量％以下であることが好適である。

なお、フェライト焼結磁石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の残留磁束密度（Ｂｒ）は、好ましくは４２０ｍＴ以上であり、より好ましくは４４０ｍＴ以上であり、さらに好ましくは４５０ｍＴ以上である。フェライト焼結磁石の保磁力は、好ましくは２６０ｋＡ／ｍ以上であり、より好ましくは２７０ｋＡ／ｍ以上であり、さらに好ましくは２８０ｋＡ／ｍである。また、フェライト焼結磁石の角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）は好ましくは８５％以上であり、より好ましくは８８％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は十分な機械強度を有していることができる。機械強度の高いフェライト焼結磁石は、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。

フェライト焼結磁石の形状に特に限定は無く、たとえば、端面が円弧状となるように湾曲したアークセグメント（Ｃ型）形状、平板形状等、種々の形状をとることができる。

フェライト焼結磁石は、モータ及び発電機など回転電気機械、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磁場発生部材として用いることができる。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。

（回転電気機械）
続いて、図２に本発明の一実施形態に係るモータを示す。モータ２００は、ステータ３１と、ロータ３２と、を備える。ロータ３２は、シャフト３６及びロータコア３７を有する。本実施形態のモータ２００では、ステータ３１に永久磁石であるＣ字型のフェライト焼結磁石１００が設けられ、ロータ３２のロータコア３７に電磁石（コイル）が設けられている。

フェライト焼結磁石１００は、Ｂｒが高いので、厚みを薄くすること可能であることから、ステータ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２００は、その性能を維持しながら小型化することができる。

なお、フェライト焼結磁石がロータに設けられ、電磁石（コイル）がステータに設けられたモータでもよい。モータの形態に特段の限定はない。また、回転電気機械の他の一例は、ロータ及びステータを有する発電機である。この場合も、フェライト焼結磁石はロータ又はステータに設けられることができる。

（製造方法）
次に、フェライト焼結磁石の製造方法の一例を説明する。フェライト焼結磁石の製造方法は、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。仮焼用の混合粉末は、Ｍ型フェライトを構成する全ての金属元素を含む粉末であることができる。配合工程では、Ｆｅを含む粉末、Ｓｒを含む粉末などの複数種の粉末を、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って混合粉末を得ることが好適である。

配合工程では、フェライトを構成する金属元素以外の、フェライト焼結磁石に含まれる他の金属元素を含む粉末、及び、半金属元素を含む粉末を混合してもよい。別の粉末の例は、Ｓｉを含む粉末、Ｃａを含む粉末、Ｚｎを含む粉末、及び、Ｂを含む粉末である。

各元素を含む粉末の例は、各元素の単体、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、ケイ酸塩、有機金属化合物である。一つの粉末が、２以上の金属元素を含んでいてもよいし、一つの粉末が実質的に一つの金属元素のみを含有してもよい。一つの粉末が金属元素と半金属元素を含んでいてもよい。

Ｆｅを含む粉末の例は、Ｆｅ_２Ｏ_３である。
Ｓｒを含む粉末の例は、ＳｒＣＯ_３、及び、ＳｒＯである。
Ｓｉを含む粉末の例は、ＳｉＯ_２である。
Ｃａを含む粉末の例は、ＣａＣＯ_３、及び、ＣａＯである。
Ｚｎを含む粉末の例は、ＺｎＯである。
Ｂａを含む粉末の例は、ＢａＯである。
Ｂを含む粉末の例は、Ｈ_３ＢＯ_３である。

Ｂは、水に溶け、熱により蒸発する傾向があるため、適宜多めに投入することが好適である。
特にＢを含む化合物として、Ｂ_２Ｏ_３でなくＨ_３ＢＯ_３がよく、配合工程で全量添加することが望ましい。Ｈ_３ＢＯ_３はＢ_２Ｏ_３と比較して、水への溶解度が高いため、分子レベルでの均一分散が可能（ホウ酸５．７ｇ／１００ｍｌ、酸化ホウ素３．６ｇ／１００ｍｌ ａｔ ２５℃）であり、ホウ酸の方が比重が軽いので攪拌混合時の分散が容易（ホウ酸１．５ｇ／ｃｍ^３、酸化ホウ素１．９ｇ／ｃｍ^３以上）である。さらに、未溶解分が残っている場合でもホウ酸は比較的低温で分解するため、均一に分散することが期待できる。（分解温度：ホウ酸１７１℃、酸化ホウ素４５０℃）。さらに、配合工程で全量添加することにより仮焼時にホウ素が他の成分と均質な組織を形成する効果を最大限得ることができる。

すなわち、Ｈ_３ＢＯ_３を配合工程で全量添加することで、例えば、大きな多粒子粒界６ｂの個数Ｎを少なくすることができ、小さな多粒子粒界６ｂの個数Ｐを多くすることができ、平均厚みｄが大きな２粒子粒界６ａの形成が可能となり、１μｍ以下のフェライト粒子の数Ｑを多くすることができる。したがって、高い磁気特性と強度を得ることができると考えられる。

原料粉末の平均粒径は特に限定されず、例えば０．１～２．０μｍである。
なお、最終製品となるフェライト焼結磁石中に含有されてもよいＣｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂａなどの少量添加元素は、上記の粉末中にあらかじめ含まれることができる。上記粉末においてこれらの少量添加元素が少ない場合には、必要に応じて、Ｃｒを含む粉末（Ｃｒ_２Ｏ_３）、Ｍｎを含む粉末（ＭｎＯ），Ａｌを含む粉末（Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｂａを含む粉末（ＢａＯ）などを配合工程に添加して、仮焼用の混合粉末を得ることが出来る。

混合粉末における金属及び半金属元素の組成はフェライト焼結磁石の最終製品のその組成と概ね一致するが、製造工程中で消失する元素があるため、正確には一致しない。

仮焼工程は、配合工程で得られた混合粉末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８５０～１４５０℃であり、より好ましくは９００～１３５０℃であり、さらに好ましくは１０００～１３００℃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Ｍ型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３．０μｍ以下である。

粉砕工程は、仮焼物を粉砕してＭ型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０．０８～５．０μｍ、好ましくは０．１～２．５μｍ、より好ましくは０．２～２μｍ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、Ｍ型フェライト磁石粉末に対して、金属元素及び／又は半金属元素（Ｓｉ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ、Ｚｎ，及び、Ｂ等）を含む粉末、及び／又は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂａなどの少量添加元素を含む粉末を添加してもよい。

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
・ＺｎＯ粉末
・Ｈ_３ＢＯ_４粉末

［実施例１］
Ｆｅ_２Ｏ_３粉末１０００ｇ、ＳｒＣＯ_３粉末１６１ｇ、ＣａＣＯ_３粉末１２．１ｇ、ＳｉＯ_２粉末４．３３ｇ、ＺｎＯ粉末３．５ｇ、及び、Ｈ_３ＢＯ_４粉末３．４８ｇ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１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。

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１１８０、１１９５、１２１０℃で焼成して円柱形状のフェライト焼結磁石（実施例１）を得た。

［実施例２～６、比較例１］
Ｈ_３ＢＯ_４粉末の添加量を変える以外は実施例１と同様にして、実施例２～６、及び、比較例１の磁石を得た。

［実施例７～８］
Ｍｎ含有量の異なる原料銘柄を選択することによりＭｎの添加量を変える以外は実施例４と同様にして、実施例７、及び、８の磁石を得た。

［実施例９～１０］
Ｃｒ含有量の異なる原料銘柄を選択することによりＣｒの添加量を変える以外は実施例４と同様にして、実施例９、及び、１０の磁石を得た。

［実施例１１～１２］
ＺｎＯの添加量を変える以外は実施例４と同様にして、実施例１１、及び、１２の磁石を得た。

［実施例１３～１４］
ＳｉＯ_２の添加量を変える以外は実施例４と同様にして、実施例１３、及び、１４の磁石を得た。

［実施例１５～１６］
ＣａＣＯ_３の添加量を変える以外は実施例４と同様にして、実施例１５、及び、１６の磁石を得た。

（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、Ｚｎ、Ｂ等の他に、出発原料に含まれる不純物に由来する元素（Ｂａ、Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ等）が検出された。

表１に、検出されたＦｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｎａ及びＢを、それぞれＦｅ_２Ｏ_３，ＳｒＯ，ＢａＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｎＯ，ＺｎＯ，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ｎａ_２Ｏ、及び、Ｂ_２Ｏ_３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。

＜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１１８０℃、１１９５℃及び１２１０℃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１１９５℃で作製したフェライト焼結磁石の磁気特性を表１に示す。

＜機械強度の評価＞
以下の条件により、３点曲げ試験によりフェライト焼結磁石の抗折強度（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３の（ａ）に示すような弧状のフェライト焼結磁石Ｓ（長さＬは３４ｍｍ、幅Ｗは２５．５ｍｍ、厚みＴは３．７ｍｍ、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１３０度）を準備した。なお、焼成温度は１１９５℃とした。
次に、図３の（ｂ）に示すように、水平な台７０の上に弧状のフェライト焼結磁石Ｓを置き、治具７２により上方より下方に向けて矢印の方向に荷重Ｆを与えて（速度３ｍｍ／ｍｉｎ）、フェライト焼結磁石Ｓが破壊されたときの破壊最大荷重Ｆ［Ｎ］を測定し、下記式より抗折強度（σ）を求めた。抗折強度（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）

＜フェライト焼結磁石の断面の観察＞
得られた異方性焼結フェライト磁石のC軸に平行な断面（すなわちa面）を、STEM（走査透過電子顕微鏡）で観察し、10000倍に拡大したHAADF-STEM像から、７６μｍ^２の範囲における１μｍ以下の主相粒子の個数Ｑを算出した。
また、上記の断面のSTEM－EDX（走査透過電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分析装置）で観察し、10000倍で元素マッピングして得られた画像データの二値化処理により主相と粒界相とを分離し、７６μｍ^２の範囲において、粒界多重点の大きさと個数Ｎ、Ｐ、及び、粒界相の面積の割合Ｚを算出した。
さらに、上記の断面をTEM（透過電子顕微鏡）で観察し、２００万倍～３００万倍に拡大したHAADF-STEM像から、２粒子粒界の平均厚みｄを測定した。

表１及び表２に示す通り、実施例のフェライト焼結磁石は、残留磁束密度（Ｂｒ）が４２０ｍＴ以上であった。また、保磁力（ＨｃＪ）も２６０ｋＡ／ｍ以上となり、角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）も８５％以上となった。また、強度σも１７２Ｎ／ｍｍ^２以上を示した。すなわち、本発明のフェライト焼結磁石は、Ｎが６個以下であることで、優れた磁気特性と強度を発揮することが確認された。

４…Ｍ型フェライト粒子（主相）、６…粒界相、６ａ…２粒子粒界、６ｂ…多粒子粒界、１００…フェライト焼結磁石又はボンド磁石。

Claims (11)

1. 六方晶構造を有するＭ型フェライト粒子、２つの前記Ｍ型フェライト粒子間に形成された２粒子粒界、及び、３つ以上の前記Ｍ型フェライト粒子に囲まれた多粒子粒界を備えるフェライト焼結磁石であって、
   前記フェライト焼結磁石は、少なくとも、Ｆｅ、Ｃａ、Ｂ、及び、Ｓｉを含み、
   前記フェライト焼結磁石は、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で０．００５～０．９質量％含み、
   前記フェライト焼結磁石は、ＣｒをＣｒ _２ Ｏ _３ 換算で０．０３～０．２質量％含み、
   前記２粒子粒界及び前記多粒子粒界はＳｉ及びＣａを含み、
   前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、０．０８８以上０．４９μｍ未満の最大長を有する多粒子粒界の個数をＰとした時に、Ｐが８以上であり、
   前記フェライト焼結磁石中のＮａの含有量は、Ｎａ _２ Ｏ換算で０．００５質量％以下である、フェライト焼結磁石。
2. 前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面における２粒子粒界及び多粒子粒界の面積の割合をＺとしたときに、２．５１％＜Ｚ＜５％を満たす、請求項１に記載のフェライト焼結磁石。
3. 前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面における２粒子粒界の平均厚みをｄとした場合に、０．６８３ｎｍ＜ｄ＜２ｎｍを満たす、請求項１又は２に記載のフェライト焼結磁石。
4. 前記フェライト焼結磁石のｃ軸に平行な断面において、断面積７６μｍ^２あたりの、１μｍ以下の最大径を有するＭ型フェライト粒子の個数をＱとしたときに、Ｑが２７～１１９である、請求項１～３のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
5. 前記フェライト焼結磁石中のＳｉの含有量が、ＳｉＯ_２換算で、０．０５～１．３質量％である、請求項１～４のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
6. 前記フェライト焼結磁石中のＭｎの含有量がＭｎＯ換算で０．２５～１．５質量％である、請求項１～５のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
7. 前記フェライト焼結磁石中のＺｎの含有量がＺｎＯ換算で０．０１～１．４７質量％である、請求項１～６のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
8. 前記Ｍ型フェライト粒子は、Ｍ型Ｓｒフェライト粒子又はＭ型Ｂａフェライト粒子であり、前記フェライト焼結磁石中のＣａの含有量が、ＣａＯ換算で、０．１５～２．０質量％である、請求項１～７のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
9. 前記Ｍ型フェライト粒子は、Ｍ型Ｃａフェライト粒子であり、前記フェライト焼結磁石中のＣａの含有量が、ＣａＯ換算で、２～５質量％である、請求項１～７のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
10. 前記フェライト焼結磁石はＬａ及びＣｏを実質的に含まない、請求項１～９のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のフェライト焼結磁石を備える回転電気機械。

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