JP7268440B2 - 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Ｓｒ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、Ｍ型Ｓｒフェライトは、ＡサイトにＳｒを含む。

近年では、Ｍ型Ｓｒ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

しかしながら、希土類元素及びＣｏを含まないフェライト焼結磁石において、残留磁束密度（Ｂｒ）のより一層の向上が求められている。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、希土類元素及びＣｏを含まず、かつ、残留磁束密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Ｓｒフェライトを主相として含むフェライト焼結磁石である。この磁石は、希土類元素及びＣｏを実質的に含まず、
Ｂの含有量が、Ｂ_２Ｏ_３換算で、０．００５～０．９質量％であり、
Ｚｎの含有量が、ＺｎＯ換算で、０．０１～１．２質量％である。

ここで、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、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、Ｆｅの原子濃度を［Ｆｅ］、Ｓｒの原子濃度を［Ｓｒ］と表したときに、
１１．３≦［Ｆｅ］／［Ｓｒ］≦１３．１を満たすことができる。

また、Ｂ、Ｃａ、及び、Ｚｎの合計原子濃度を［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］と表したときに、０．９２≦［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］／［Ｓｉ］≦１１．４５を満たすことができる。

また、Ｃａ、Ｓｒ、及び、Ｂａの合計原子濃度を［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］、
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、及び、Ａｌの合計原子濃度を［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］、
Ｓｉ、及び、Ｂの合計原子濃度を［Ｓｉ＋Ｂ］、及び、
Ｚ＝（［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］－［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］／１２）／［Ｓｉ＋Ｂ］と表したときに、
０．１≦Ｚ≦３．２５を満たすことができる。

また、ＭｎをＭｎＯ換算で０．２５～１．５質量％含有することができる。

また、ＣｒをＣｒ_２Ｏ_３換算で０．０３～０．２質量％含有することができる。

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を含まず、かつ、残留磁束密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は、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｂ、Ｚｎ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。

また、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。上記範囲とすることにより良好な磁気特性が得られる。

フェライト焼結磁石中のＦｅの原子濃度を［Ｆｅ］、Ｓｒの原子濃度を［Ｓｒ］と表したときに、１１．３≦［Ｆｅ］／［Ｓｒ］≦１３．１を満たすことが好ましい。下限は、１１．９であってもよく、１２．１であってもよい。上限は、１２．９であってもよく、１２．７であってもよい。化学量論組成は１２であり、その近傍の組成で良好な特性を示す。

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におけるＺｎの含有量は、ＺｎＯ換算で、０．０１～１．２質量％である。

Ｂ及びＺｎを上述の範囲で含有すると、保磁力（ＨｃＪ）を大きく損なうことなく、残留磁束密度（Ｂｒ）を高くすることができる。角型比（Ｈｋ／ＨｃＪ）も高くなりやすく、強度も高くなり易い。

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。また、ＢとＺｎを含有することで、機械的強度が向上することから、Ｚｎの一部はＢとともに粒界相を形成していることが推測されるが、必ずしも詳細は明らかではない。

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％以上であり、より好ましくは０．０２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０．７質量％以下であり、より好ましくは０．４質量％以下である。

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。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。

フェライト焼結磁石は、Ｓｉ（シリコン）を含むことができる。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、Ｃａ（カルシウム）を含むことができる。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におけるＢ、Ｃａ、及び、Ｚｎの合計原子濃度を［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］と表したときに、０．９２≦［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］／［Ｓｉ］≦１１．４５を満たすことが好ましい。

この式は、粒界相を形成する副成分と考えられるＢ、Ｃａ、Ｚｎの総モルの和を、粒界相を形成する主成分と考えられるＳｉＯ_２のモルで除した式である。上の範囲を満たすことで特に、最適な粒界相を形成し、高いＨｃＪ及びＢｒを得やすい。

また、フェライト焼結磁石は、Ｂａ（バリウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、及び、Ａｌ（アルミニウム）から選択される一種以上を含むことができる。

また、Ｃａ、Ｓｒ、及び、Ｂａの合計原子濃度を［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］、
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、及び、Ａｌの合計原子濃度を［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］、
Ｓｉ、及び、Ｂの合計原子濃度を［Ｓｉ＋Ｂ］、及び、
Ｚ＝（［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］－［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］／１２）／［Ｓｉ＋Ｂ］と表したときに、
０．１≦Ｚ≦３．２５を満たすことができる。

Ｚは、粒界相の金属及び半金属の組成比を表し、フェライト格子を置換可能な成分（分子）と、フェライト格子を置換しない成分（分母）との比を表現した式であり、式の範囲を満たすことで特に良好な磁気特性を得ることができる。ここでは、Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ及びＡｌが、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、Ｂａ及びＣａが、Ｓｒとともに一般式（２）に示すＳｒフェライトのＡサイトを構成し、Ｓｉ及びＢが粒界相を構成すると考えている。

Ｚが所定の範囲内の場合には、本焼成時に特にＳｉとＢが中心となって液相が形成され、従来よりも十分な緻密化と粒成長の抑制及び各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、Ｚ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）、保磁力、機械強度が低下する傾向がある。そのため、フェライト焼結磁石におけるＺは、０．５以上であり、好ましくは０．７以上である。また、Ｚ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残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力、機械強度、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におけるＺは、２．０以下であり、好ましくは１．５以下である。

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Ｂａを含有する必要は無いが、Ｂａを含んでもよい。Ｂａの含有量は、ＢａＯ換算で、好ましくは０～０．２質量％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。

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。

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、主成分（主相）として、六方晶構造を有するＭ型Ｓｒフェライトの結晶粒４と、結晶粒４間に存在する粒界相６とを有する。

Ｍ型Ｓｒフェライトの例は、以下の式（２）で表されるフェライトである。
ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９ （２）
上式（２）のＭ型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、他の元素によって、その一部が置換されていてもよい。

このような置換型の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、例えば、０．０１～０．４９である。

上式（３）におけるＲは、Ｃａ及び／又はＢａであることができる。

上式（３）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（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における全結晶粒に占めるＭ型Ｓｒフェライト相の質量比率は、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Ｓｒフェライト相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の全結晶粒におけるＭ型Ｓｒフェライト相の質量比率（％）は、Ｘ線回折により、Ｍ型Ｓｒ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Ｓｒ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における結晶粒４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。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、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に含まれる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、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、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。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、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とすることができる。

フェライト焼結磁石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Ｄ５０として算出できる。

粒界相６は酸化物を主成分とする。具体的には、酸化物として、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を有する酸化物並びにこれらの元素の２種以上を有する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、ＣａＯ、ＢａＯ、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。粒界相は、酸化物を９０質量％以上含むことができ、９５質量％以上含むことができ、９７質量％以上含むことができる。

フェライト焼結磁石の断面において、結晶粒４及び粒界相６の合計に占める粒界相６の面積比率は１～５％とすることができる。

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、少なくともＦｅ及びＳｒを含む。配合工程では、Ｆｅを含む粉末及びＳｒを含む粉末を、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。

フェライト焼結磁石がＦｅ，Ｓｒ以外の金属元素及び／又は半金属元素（Ｓｉ，Ｃａ，Ｚｎ，及び、Ｂ等）を含む場合、当該金属元素及び／又は半金属元素は、Ｆｅを含む粉末及び／又はＳｒを含む粉末にあらかじめ含まれていてもよいが、配合工程に当該金属元素及び／又は半金属元素を含む別の粉末をさらに添加して仮焼用の混合粉末を得てもよい。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、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、及び、Ｂからなる群から選択される少なくとも２以上の元素を含んでいてもよいし、一つの粉末が実質的に上記群の一つの元素のみを含有してもよい。

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。
Ｂを含む粉末の例は、Ｂ_２Ｏ_３、及び、Ｈ_３ＢＯ_３である。

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足りない場合には、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３．０μｍ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０．０８～５．０μｍ、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、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，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
・ＺｎＯ粉末
・Ｂ_２Ｏ_３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、Ｂ_２Ｏ_３粉末１．９５ｇ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２～１０、比較例１、２］
Ｂ_２Ｏ_３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２～１０、及び、比較例１、２の磁石を得た。

［実施例１１～１８、比較例３、４］
ＺｎＯ粉末の添加量を変える以外は実施例５と同様にして、実施例１１～１８、及び、比較例３、４の磁石を得た。

［実施例２１～２９］
ＳｉＯ_２粉末の添加量を変える以外は実施例５と同様にして、実施例２１～２９の磁石を得た。

［実施例３１～３８］
ＣａＯ粉末の添加量を変える以外は実施例５と同様にして、実施例３１～３８の磁石を得た。

［実施例４１～４９］
Ｆｅ_２Ｏ_３粉末とＳｒＣＯ_３粉末との添加比率を変える以外は実施例５と同様にして、実施例４１～４９の磁石を得た。

［実施例５１～５４］
Ｃｒ含有量の少ない原料銘柄を選択することによりＣｒの添加量を減らす以外は実施例５と同様として、実施例５１の磁石を得た。Ｃｒ_２Ｏ_３粉末の添加により、Ｃｒの添加量を増やす以外は、実施例５と同様として、実施例５２の磁石を得た。
Ｍｎ含有量の少ない原料銘柄を選択することによりＭｎの添加量を減らす以外は実施例５と同様として、実施例５３の磁石を得た。ＭｎＯ粉末の添加により、Ｍｎの添加量を増やす以外は、実施例５と同様として、実施例５４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１～６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。

また、表１～６に、Ｆｅの原子濃度を［Ｆｅ］、Ｓｒの原子濃度を［Ｓｒ］と表したときの［Ｆｅ］／［Ｓｒ］；Ｂ、Ｃａ、及び、Ｚｎの合計原子濃度を［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］と表したときの［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］／［Ｓｉ］；及び、Ｃａ、Ｓｒ、及び、Ｂａの合計原子濃度を［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、及び、Ａｌの合計原子濃度を［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］、としたときのＺ＝（［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］－［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］／１２）／［Ｓｉ＋Ｂ］を示す。

＜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２０℃での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１～６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）
各表の強度評価の欄において、○は抗折強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きいことを示し、×は１５０Ｎ／ｍｍ^２以下であることを示す。

表１～６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、強度も一定以上を示した。すなわち、本発明のフェライト焼結磁石は、Ｂ及びＺｎの含有量が特定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。

４…結晶粒、６…粒界相、１００…フェライト焼結磁石又はボンド磁石、２００…モータ。

Claims (9)

1. 六方晶構造を有するＭ型Ｓｒフェライトを主相として含むフェライト焼結磁石であって、
   希土類元素及びＣｏを実質的に含まず、
   Ｎａの含有量が、Ｎａ _２ Ｏ換算で、０．００５質量％以下であり、
   Ｂの含有量が、Ｂ_２Ｏ_３換算で、０．００５～０．９質量％であり、
   Ｚｎの含有量が、ＺｎＯ換算で、０．０１～１．２質量％である、フェライト焼結磁石。
2. Ｓｉの含有量が、ＳｉＯ_２換算で、０．０５～１．３質量％である、請求項１に記載のフェライト焼結磁石。
3. Ｃａの含有量が、ＣａＯ換算で、０．１５～２．０質量％である、請求項１または２に記載のフェライト焼結磁石。
4. Ｆｅの原子濃度を［Ｆｅ］、Ｓｒの原子濃度を［Ｓｒ］と表したときに、
   １１．３≦［Ｆｅ］／［Ｓｒ］≦１３．１を満たす、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. Ｂ、Ｃａ、及び、Ｚｎの合計原子濃度を［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］と表したときに、
   ０．９２≦［Ｂ＋Ｃａ＋Ｚｎ］／［Ｓｉ］≦１１．４５を満たす、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. Ｃａ、Ｓｒ、及び、Ｂａの合計原子濃度を［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］、
   Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、及び、Ａｌの合計原子濃度を［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］、
   Ｓｉ、及び、Ｂの合計原子濃度を［Ｓｉ＋Ｂ］、及び、
   Ｚ＝（［Ｃａ＋Ｓｒ＋Ｂａ］－［Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｒ＋Ａｌ］／１２）／［Ｓｉ＋Ｂ］と表したときに、
   ０．１≦Ｚ≦３．２５を満たす、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. ＭｎをＭｎＯ換算で０．２５～１．５質量％含有する、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. ＣｒをＣｒ_２Ｏ_３換算で０．０３～０．２質量％含有する、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. 請求項１～８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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