(57)【要約】【課題】  本発明は、フェライト系磁性材料よりも高い飽和磁化を有し、既存の金属系磁性材料よりも電気抵抗率が高いために渦電流損失などの問題点を解決する、高磁化、低保磁力で磁気安定性の高い、新しい磁性材料とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ＦＭ成分（ここでＦＭ成分とは、Ｆｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分である）とＭ成分（ここでＭ成分とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）を含むｂｃｃ構造の結晶を有する第１相と、Ｍ成分を含む相であって、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量よりも多い第２相とを含む、軟磁性又は半硬磁性の磁性材料である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＭ成分（ここでＦＭ成分とは、Ｆｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分である）とＭ成分（ここでＭ成分とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）を含むｂｃｃ構造の結晶を有する第１相と、
Ｍ成分を含む相であって、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）よりも多い第２相とを含む、
軟磁性又は半硬磁性の磁性材料。
【請求項２】
磁性材料が軟磁性である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項３】
第１相中のＦＭ成分中のＦｅ量（原子％）とＮｉ及び／又はＣｏ量（原子％）がそれぞれ、そのＦＭ成分を構成する全成分の総和を１００原子％として、５０．０１原子％以上９９．９９９原子％以下と０．００１原子％以上４９．９９原子％以下である、請求項１又は２に記載の磁性材料。
【請求項４】
第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表される組成を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項５】
磁性材料全体中のＦＭ成分とＭ成分の含有量（原子％）の総和を１００原子％とした場合に、前記磁性材料中のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）が、前記Ｍ成分の含有量（原子％）以下である、請求項３又は４に記載の磁性材料。
【請求項６】
第１相が、ＦＭ１００−ｘ（Ｍ１００−ｙＴＭｙ）ｘ／１００（ここで、ｘ、ｙは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３、０．００１≦ｙ＜５０であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上であり、ＴＭはＴｉ、Ｍｎのいずれか１種以上である）の組成式で表される組成を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項７】
第２相が、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有し、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）に対して１．５倍以上１０５倍以下の量、及び／又は２原子％以上１００原子％以下の量である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項８】
第２相が、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有し、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量に対して、１０−５倍以上０．９０９倍未満の量又は１．１倍以上１０５倍以下の量である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項９】
第２相がＭ成分を含有する酸化物相を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１０】
第２相が、Ｍ−フェライト相又はウスタイト相の何れか少なくとも１種を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１１】
ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有する相の体積分率が磁性材料全体の５体積％以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１２】
磁性材料全体の組成に対して、ＦＭ成分が２０原子％以上９９．９９８原子％以下、Ｍ成分が０．００１原子％以上５０原子％以下、Ｏ成分が０．００１原子％以上５５原子％以下の範囲の組成を有する、請求項９又は１０に記載の磁性材料。
【請求項１３】
第１相若しくは第２相、又は磁性材料全体の平均結晶粒径が１ｎｍ以上１０μｍ未満である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１４】
少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有し、そのｂｃｃ相の結晶子サイズが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１５】
少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（但し、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦１であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有し、そのｂｃｃ相の結晶子サイズが１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１６】
粉体の形態の磁性材料であって、軟磁性の磁性材料の場合には１０ｎｍ以上５ｍｍ以下の平均粉体粒径を有し、半硬磁性の磁性材料の場合には１０ｎｍ以上１０μｍ以下の平均粉体粒径を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１７】
第１相又は第２相の少なくとも１相が隣り合う相と強磁性結合している、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１８】
第１相と第２相が、直接、又は金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合し、磁性材料全体として塊状を成している状態である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の磁性材料。
【請求項１９】
平均粉体粒径が１ｎｍ以上１μｍ未満のＭ−フェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で、還元温度４００℃以上１５００℃以下にて還元することによって請求項１６に記載の磁性材料を製造する方法。
【請求項２０】
平均粉体粒径が１ｎｍ以上１μｍ未満のＭ−フェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で還元し、不均化反応により第１相と第２相を生成させることによって、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の磁性材料を製造する方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の製造方法によって製造される磁性材料を焼結することによって、請求項１８に記載の磁性材料を製造する方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の製造方法における還元工程後に、又は請求項２０に記載の製造方法における還元工程後若しくは生成工程後に、又は請求項２１に記載の製造方法における焼結工程後に、最低１回の焼鈍を行う、軟磁性又は半硬磁性の磁性材料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性材料または半硬磁性材料を示す磁性材料、特に軟磁性を示す磁性材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や資源枯渇など地球環境問題が深刻化し、各種電子や電気機器の省エネルギー、省資源に対する社会的要請が日増しに高まっている。中でも、モータを初めとする駆動部や変圧器のトランスなどで使用される軟磁性材料のさらなる高性能化が求められている。また、各種情報通信機器の小型多機能化、演算処理速度の高速化、記録容量の高密度化、さらにインフラなどの環境衛生保全や複雑化の一途をたどる物流システムや多様化するセキュリティ強化に関する諸問題を解決するため、各種素子やセンサーやシステムに利用される各種軟磁性材料や半硬磁性材料の電磁気特性、信頼性、そして感度向上が求められている。
【０００３】
電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリット自動車などの高回転（以下、４００ｒｐｍを超える回転数を言う）で駆動する大型モータを搭載した次世代自動車の需要は、これら環境やエネルギー問題に対する時代の要請に答えていくために、今後もさらに期待される。中でも、モータに使用されるステータ向けの軟磁性材料の高性能化、低コスト化は大きな重要課題の一つである。
【０００４】
以上の用途に用いられる既存の軟磁性材料は、金属系磁性材料と酸化物系磁性材料の２種類に大別される。
【０００５】
前者の金属系磁性材料には、電磁鋼の代表格であるＳｉ含有の結晶性材料である珪素鋼（Ｆｅ−Ｓｉ）、さらにＡｌを含有させた金属間化合物であるセンダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）、Ｃ含有量０．３質量％以下の低炭素量で低不純物量の純鉄である電磁軟鉄（Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｎｉを主成分とするパーマロイ、メトグラス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ）を初めとするアモルファス合金、さらにそのアモルファス合金に適切な熱処理を加えて微結晶を析出させたナノ結晶−アモルファスの相分離型であるファインメットなどのナノ結晶軟磁性材料群（その代表的組成としてはＦｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｐ−Ｃｕなど）がある。ここで言う「ナノ」とは、１ｎｍ以上１μｍ未満の大きさのことである。ナノ結晶軟磁性材料以外の磁性材料では、できるだけ均一な組成として磁壁の移動を容易にすることが、保磁力の低減及び鉄損の低下には重要になる。なお、ナノ結晶軟磁性材料は、結晶相と非結晶相、Ｃｕ富化相などを含む不均一な系となっており、磁化反転は主に磁化回転によるものと考えられる。
【０００６】
後者の酸化物系磁性材料の例としては、Ｍｎ−ＺｎフェライトやＮｉ−Ｚｎフェライトなどのフェライト系磁性材料が挙げられる。
【０００７】
珪素鋼は、高性能軟磁性材料用途において、現在までに最も普及している軟磁性材料であり、飽和磁化は１．６〜２．０Ｔ、保磁力は３〜１３０Ａ／ｍの高磁化低保磁力の磁性材料である。この材料は、ＦｅにＳｉを４質量％程度まで添加したもので、Ｆｅに備わる大きな磁化をあまり損なわないで、結晶磁気異方性と飽和磁歪定数を低下させ、保磁力を低減させたものである。この材料を高性能化するためには、適切に組成管理された材料を熱間や冷間の圧延と焼鈍を適宜組み合わせることにより、結晶粒径を大きくしながら、磁壁の移動を妨げる異物を除去することが必要である。結晶粒の配向方向がランダムである無配向性鋼板のほか、保磁力をさらに低下させる材料として、容易磁化方向であるＦｅ−Ｓｉの（１００）方向が圧延方向に高度に配向した方向性鋼板も広く使用されている。
【０００８】
この材料は、圧延材であるため概ね０．５ｍｍ未満の厚みであり、また均質な金属材料であるため概ね０．５μΩｍと電気抵抗率が低く、通常、それぞれの珪素鋼板表面を絶縁膜で覆い、型で打ち抜いて、積層や溶接により、次世代自動車向けなどの高回転用途で生じる渦電流損失を抑えながら、厚みを持たせて大型機器に応用されている。従って、打ち抜きや積層にかかる工程費や磁気特性劣化が大きな問題点となっている。
【０００９】
Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂを初めとするナノ結晶軟磁性体は、一旦急冷することでアモルファスとなった合金を結晶化温度よりも高温で熱処理をすることにより、１０ｎｍ程度の結晶粒をアモルファス中に析出させて、アモルファスの粒界相を有したランダムな配向をしたナノ結晶型の組織を持つ軟磁性材料である。この材料の保磁力は、０．６〜６Ａ／ｍと極めて低く、飽和磁化が１．２〜１．７Ｔとアモルファス材料より高いため、現在市場が広がっている。この材料は１９８８年に開発された比較的新しい材料であり、その磁気特性発現の原理は、結晶粒径を強磁性交換長（交換結合長ともいう）より小さくすることと、ランダム配向した主相の強磁性相がアモルファス界面相を通じて強磁性結合をすることにより、結晶磁気異方性の平均化がなされて低保磁力となるものである。この機構をランダム磁気異方性モデル、或いはランダム異方性モデルという（例えば、非特許文献１を参照）。
【００１０】
しかしこの材料は、まず液体超急冷法により薄帯を作製してから製造されるので、その製品厚みは０．０２〜０．０２５ｍｍ程度であって、絶縁や、切断や、整列や、積層や、溶接や、焼鈍の工程が珪素鋼よりも煩雑なうえ、加工性、熱安定性などの問題を抱えている。更に、電気抵抗率も１．２μΩｍと小さく、他の圧延材や薄帯同様の渦電流損失の問題点が指摘されている。
【００１１】
この問題を解決するために、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法を用いて、上記薄帯状のナノ結晶軟磁性材料を粉砕し、バルク成形材料を作製した試みが成されているが（例えば、非特許文献２を参照）、保磁力が３００Ａ／ｍで、飽和磁化が１Ｔであるため、０．０２ｍｍ薄帯に比べて磁気特性が大きく劣化している。現在のところ、０．５ｍｍより厚い製品の作製には、積層する方法以外に良い方法がない。
【００１２】
既存の軟磁性材料において、高回転用途で、最も渦電流損の問題がないのがフェライト系酸化物材料である。この材料の電気抵抗率は、１０６〜１０１２μΩｍであり、また、焼結により容易に０．５ｍｍ以上にバルク化でき、渦電流損のない成形体にできるので、高回転や高周波用途にふさわしい材料である。また、酸化物なので錆びることもなく、磁気特性の安定性にも優れる。但し、この材料の保磁力は２〜１６０Ａ／ｍと比較的高く、特に飽和磁化が０．３〜０．５Ｔと小さいために、例えば次世代自動車用高性能高回転モータ向けには適さない。
【００１３】
総じて、珪素鋼などの金属系の軟磁性材料は圧延材などであって厚みが薄いため積層して使用されるが、電気抵抗が低く、高回転の高性能モータ向けには渦電流損が生じる問題があり、それを解決し得る積層を行う必要がある。そのため、工程は煩雑になり、積層前の絶縁処理が必須で、さらに打ち抜きなどによる磁気特性劣化や、工程費にかかるコスト高が大きな問題になっている。一方、フェライトなどの酸化物系の軟磁性材料は、電気抵抗が大きく渦電流損失の問題はないが、飽和磁化が０．５Ｔ以下と小さいために、次世代自動車用高性能モータ向けには適さない。一方、耐酸化性の観点からいえば、金属系の軟磁性材料よりも酸化物系の軟磁性材料の方が、安定性が高く優位性がある。
【００１４】
永久磁石を利用した次世代自動車用高性能モータ向けに多く生産されている珪素鋼の無配向電磁鋼板について、そのモータに使用しうる厚みの上限は、特許文献１及び２に示されているように、板厚で約０．３ｍｍとなるが、次世代自動車用モータの厚みでは例えば９ｃｍにもおよぶため、０．３ｍｍ厚のような薄い珪素鋼板を使用する場合、約３００枚をそれぞれ絶縁して積層しなければならないことになる。このような薄板を絶縁や、打抜や、整列や、溶接や、焼鈍する工程は煩雑でコスト高である。この積層する板厚をなるべく厚くするためには、材料の電気抵抗率を大きくすることが必要である。
【００１５】
以上のように、従来の酸化物系磁性材料（特に、フェライト系磁性材料）よりも、高い飽和磁化と低い保磁力を併せ持つ磁気安定性に優れ、また高耐酸化性を有する磁性材料（特に、軟磁性材料）の出現が望まれていた。更には、酸化物系磁性材料と金属系磁性材料の双方の利点を発揮することが可能な軟磁性材料、具体的には、金属系の珪素鋼板などよりも高い電気抵抗を示し、また、金属系磁性材料の高い飽和磁化と、酸化物系磁性材料のように渦電流損失が小さく、積層やそれに関わる煩雑な工程を必要としないという利点を発揮することが可能な軟磁性材料の出現が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１６４３７５号
【特許文献２】国際公開第２０１７／１６４３７６号
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｇ．Ｈｅｒｚｅｒ，  ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  ｖｏｌ．２６，  Ｎｏ．５（１９９０）  ｐｐ．１３９７−１４０２
【非特許文献２】Ｙ．Ｚｈａｎｇ，  Ｐ．Ｓｈａｒｍａ  ａｎｄ  Ａ．Ｍａｋｉｎｏ，  ＡＩＰ  Ａｄｖａｎｃｅｓ，  ｖｏｌ．３，  Ｎｏ．６（２０１３）  ０６２１１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、従来のフェライト系磁性材料よりも格段に大きな飽和磁化と、低い及び／又は安定な保磁力の双方を実現することができ、耐酸化性にも優れた新しい磁性材料とその製造方法を提供することを目的とする。また、既存の金属系磁性材料よりも電気抵抗率が高いために前述の渦電流損失などの問題点を解決することが可能な、更には高磁気安定性、高磁気飽和抑制能、そして高周波吸収能等の様々な要求性能を達成することが可能な新しい磁性材料とその製造方法を提供することを目的とする。
特に、本発明は、α−（Ｆｅ，Ｍ）相とＭ成分（ここでＭ成分とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上の成分を言う。）富化相をナノ分散した磁性材料を用いることによって実現される飽和磁化と低い保磁力よりも更に優れた飽和磁化と保磁力を達成することが可能な新しい磁性材料とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明では、積層などの煩雑な工程を経ることなく、簡便な工程で厚みが０．５ｍｍ以上、さらに１ｍｍ以上、そして５ｍｍ以上の成形体を製造することが可能で、同時に渦電流も低減させ得る粉体焼結磁性材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題の解決のために、飽和磁化が一般的な既存のフェライトの０．３Ｔ（これは、本発明の磁性材料では金属系に近い密度を有しているため、Ｆｅの密度を用いて計算すると３０ｅｍｕ／ｇになる。）と同程度かそれより高い磁性材料が求められる。特に軟磁性材料に限ると、その飽和磁化は、好ましくは１００ｅｍｕ／ｇ以上、さらに好ましくは１５０ｅｍｕ／ｇ以上が求められる。同時に、軟磁性領域又は半硬磁性領域の保磁力を発現できることも求められる。更に、耐酸化性にも優れることが求められる。
【００２１】
本発明者らは、これらの事情等を考慮しながら、従来の酸化物系磁性材料（特に、フェライト系磁性材料）よりも優れた電磁気特性を有する磁性材料、金属系磁性材料と酸化物系磁性材料の双方の利点を併せ持った電磁気特性の優れた磁性材料、加えて空気中でも磁気特性が安定した磁性材料を鋭意検討した。その結果、従来から使用されている均質な結晶性、非晶性材料、或いは非晶質の中に均質なナノ結晶が析出するナノ結晶軟磁性材料と全く異なる、Ｍ−フェライト（本発明では、「Ｍ成分−フェライト」とも記載する）の還元反応中の不均化により、多様な２種以上の結晶相、或いは１種の結晶相及びアモルファス相を含む磁性材料を見出し、その組成及び結晶構造、結晶粒径並びに粉体粒径を制御すること、及びその磁性材料の製造法を確立すること、さらにその磁性材料を積層せず固化する方法を確立することにより、本発明を成すに至った。本発明にかかる「フェライト」とは、フェライト中に含有される強磁性成分（強磁性を示す成分）であるＦｅの一部がＮｉ及び／又はＣｏで置換されているフェライトを言う。
【００２２】
即ち、本発明は、以下の通りである。
（１）  ＦＭ成分（ここでＦＭ成分とは、Ｆｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分である）とＭ成分（ここでＭ成分とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）を含むｂｃｃ構造の結晶を有する第１相と、Ｍ成分を含む相であって、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）よりも多い第２相とを含む、軟磁性又は半硬磁性の磁性材料。
（２）  磁性材料が軟磁性である、（１）に記載の磁性材料。
（３）  第１相中のＦＭ成分中のＦｅ量（原子％）とＮｉ及び／又はＣｏ量（原子％）がそれぞれ、そのＦＭ成分を構成する全成分の総和を１００原子％として、５０．０１原子％以上９９．９９９原子％以下と０．００１原子％以上４９．９９原子％以下である、（１）又は（２）に記載の磁性材料。
（４）  第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表される組成を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載の磁性材料。
（５）  磁性材料全体中のＦＭ成分とＭ成分の含有量（原子％）の総和を１００原子％とした場合に、磁性材料中のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）が、前記Ｍ成分の含有量（原子％）以下である、（３）又は（４）に記載の磁性材料。
（６）  第１相が、ＦＭ１００−ｘ（Ｍ１００−ｙＴＭｙ）ｘ／１００（ここで、ｘ、ｙは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３、０．００１≦ｙ＜５０であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上であり、ＴＭはＴｉ、Ｍｎのいずれか１種以上である）の組成式で表される組成を有する、（１）〜（５）のいずれかに記載の磁性材料。
（７）  第２相が、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有し、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量（原子％）に対して１．５倍以上１０５倍以下の量、及び／又は２原子％以上１００原子％以下の量である、（１）〜（６）のいずれかに記載の磁性材料。
（８）  第２相が、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有し、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）に対して、１０−５倍以上０．９０９倍未満の量又は１．１倍以上１０５倍以下の量である、（１）〜（７）のいずれかに記載の磁性材料。
（９）  第２相がＭ成分を含有する酸化物相を含む、（１）〜（８）のいずれかに記載の磁性材料。
（１０）  第２相が、Ｍ−フェライト相又はウスタイト相の少なくとも１種を含む、（１）〜（９）のいずれかに記載の磁性材料。
（１１）  ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有する相の体積分率が磁性材料全体の５体積％以上である、（１）〜（１０）のいずれかに記載の磁性材料。
（１２）  磁性材料全体の組成に対して、ＦＭ成分が２０原子％以上９９．９９８原子％以下、Ｍ成分が０．００１原子％以上５０原子％以下、Ｏ成分が０．００１原子％以上５５原子％以下の範囲の組成を有する、（９）又は（１０）に記載の磁性材料。
（１３）  第１相若しくは第２相、又は磁性材料全体の平均結晶粒径が１ｎｍ以上１０μｍ未満である、（１）〜（１２）のいずれかに記載の磁性材料。
（１４）  少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有し、そのｂｃｃ相の結晶子サイズが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、（１）〜（１３）のいずれかに記載の磁性材料。
（１５）  少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（但し、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦１であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有し、そのｂｃｃ相の結晶子サイズが１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、（１）〜（１３）のいずれかに記載の磁性材料。
（１６）  粉体の形態の磁性材料であって、軟磁性の磁性材料の場合には１０ｎｍ以上５ｍｍ以下の平均粉体粒径を有し、半硬磁性の磁性材料の場合には１０ｎｍ以上１０μｍ以下の平均粉体粒径を有する、（１）〜（１５）のいずれかに記載の磁性材料。
（１７）  第１相又は第２相の少なくとも１相が隣り合う相と強磁性結合している、（１）〜（１６）のいずれかに記載の磁性材料。
（１８）  第１相と第２相が、直接、又は金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合し、磁性材料全体として塊状を成している状態である、（１）〜（１７）のいずれかに記載の磁性材料。
（１９）  平均粉体粒径が１ｎｍ以上１μｍ未満のＭ−フェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で、還元温度４００℃以上１５００℃以下にて還元することによって（１６）に記載の磁性材料を製造する方法。
（２０）  平均粉体粒径が１ｎｍ以上１μｍ未満のＭ−フェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で還元し、不均化反応により第１相と第２相を生成させることによって、（１）〜（１７）のいずれかに記載の磁性材料を製造する方法。
（２１）  （１９）又は（２０）に記載の製造方法によって製造される磁性材料を焼結することによって、（１８）に記載の磁性材料を製造する方法。
（２２）  （１９）に記載の製造方法における還元工程後に、又は（２０）に記載の製造方法における還元工程後若しくは生成工程後に、又は（２１）に記載の製造方法における焼結工程後に、最低１回の焼鈍を行う、軟磁性又は半硬磁性の磁性材料を製造する方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来のフェライト系磁性材料よりも格段に大きな飽和磁化と、１〜７００Ａ／ｍの範囲の低い保磁力、及び／又は、例えば８０℃大気中に置かれても安定な保磁力の双方を実現することができ、耐酸化性にも優れた新しい磁性材料とその製造方法を提供することができる。飽和磁化として１５０ｅｍｕ／ｇ以上を有し、また、軟磁性領域又は半硬磁性領域の保磁力を発現できる磁性材料とその製造方法を提供することができる。ここで、安定な保磁力とは、実用特性としての安定な保磁力のことを意味し、具体的には、例えば、モバイル機器内の環境で使用されても、８０℃のような過酷な大気中に置かれても、アモルファスやナノ結晶磁性材料とは異なり、フェライト系材料並み或いはそれを凌駕する特性を発揮できるため、それらに比べて安定した保磁力を提供することができることを意味する。
特に、本発明によれば、α−（Ｆｅ，Ｍ）相とＭ成分（ここでＭ成分とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上の成分を言う。）富化相をナノ分散した磁性材料を用いることによって実現される飽和磁化と低い保磁力よりも更に優れた飽和磁化と保磁力を達成することが可能な新しい磁性材料とその製造方法を提供することができる。
本発明によれば、飽和磁化が高く、渦電流損失の小さな磁性材料、特に高回転モータなどにも好適に利用される軟磁性材料、さらに耐酸化性の高い、又は磁気飽和抑制能や高周波吸収能などの要求性能に答えられる各種軟磁性材料及び半硬磁性材料を提供することができる。
本発明によれば、フェライトのように粉体材料の形態で使用できるので、焼結などにより容易にバルク化でき、そのため、既存の薄板である金属系軟磁性材料を使用することによる積層などの煩雑な工程やそれによるコスト高などの問題も解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ｆｅ９３．０Ｎｉ２．０Ｃｒ５．０軟磁性材料のＳＥＭ像である。
【図２】（Ｆｅ０．９３０Ｎｉ０．０２０Ｃｒ０．０５０）４３Ｏ５７フェライトナノ粉体のＳＥＭ像である。
【図３】（Ａ）は、Ｆｅ９３．０Ｎｉ２．０Ｃｒ５．０軟磁性材料のＳＥＭ−ＥＤＸ解析像（図中の数値は、十字部におけるＣｒ含有量（原子％）を示し、半径１００ｎｍから１５０ｎｍの領域の平均値である。）であり、（Ｂ）は、同Ｆｅ９３．０Ｎｉ２．０Ｃｒ５．０軟磁性材料のＳＥＭ−ＥＤＸ解析像（図中の数値は、十字部におけるＮｉ含有量（原子％）を示し、半径１００ｎｍから１５０ｎｍの領域の平均値である。）である。
【図４】（Ａ）は、Ｆｅ８５．１Ｎｉ４．３Ｖ１０．６軟磁性材料のＳＥＭ−ＥＤＸ解析像（図中の数値は、十字部におけるＶ含有量（原子％）を示し、半径１００ｎｍから１５０ｎｍの領域の平均値である。）であり、（Ｂ）は、同Ｆｅ８５．１Ｎｉ４．３Ｖ１０．６軟磁性材料のＳＥＭ−ＥＤＸ解析像（図中の数値は、十字部におけるＮｉ含有量（原子％）を示し、半径１００ｎｍから１５０ｎｍの領域の平均値である。）である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で言う「磁性材料」とは、「軟磁性」と称される磁性材料（即ち、「軟磁性材料」）と「半硬磁性」と称される磁性材料（即ち、「半硬磁性材料」）のことである。ここで、「軟磁性材料」とは、保磁力が８００Ａ／ｍ（≒１０Ｏｅ）以下の磁性材料のことで、「半硬磁性材料」とは、保磁力が８００Ａ／ｍを超え４０ｋＡ／ｍ（≒５００Ｏｅ）以下の磁性材料のことである。優れた軟磁性材料とするには、低い保磁力と高い飽和磁化或いは透磁率を有し、低鉄損であることが重要である。鉄損の原因には、主にヒステリシス損失と渦電流損失があるが、前者の低減には保磁力をより小さくすることが必要で、後者の低減には材料そのものの電気抵抗率を高くすることや実用に供する成形体全体の電気抵抗を高くすることが重要になる。半硬磁性材料では、用途に応じた適切な保磁力を有し、飽和磁化や残留磁束密度が高いことが要求される。中でも高周波用の軟磁性或いは半硬磁性材料では、大きな渦電流が生じるため、材料が高い電気抵抗率を有すること、また粉体粒子径を小さくすること、或いは板厚を薄板或いは薄帯の厚みとすることが重要になる。
【００２６】
本発明で言う「強磁性結合」とは、磁性体中の隣り合うスピンが、交換相互作用により強く結びついている状態を言い、特に本発明では隣り合う２つの結晶粒（及び／又は非晶質粒）中のスピンが結晶境界を挟んで、交換相互作用により強く結びついている状態を言う。ここで言う結晶粒などの「粒」とは、一つ又は二つ以上の「相」により構成され、三次元の空間から境界を持って隔てられていることを認識できる塊のことである。交換相互作用は材料の短距離秩序に基づく距離にしか及ばない相互作用なので、結晶境界に非磁性の相が存在すると、その両側の領域にあるスピンに交換相互作用が働かず、両側の結晶粒（及び／又は非晶質粒）間に強磁性結合が生じない。本願で「結晶粒」と言うときは、場合によっては非晶質粒も含む。また、磁気特性が異なった異種の隣り合う結晶粒の間で強磁性結合がなされた材料の磁気曲線の特徴については、後述する。
【００２７】
本発明で言う「不均化」とは、均質組成にある相から、化学的な反応により、２種以上の組成又は結晶構造が異なる相を生じることであり、本発明においては、該均質組成の相に水素などの還元性物質が関与し還元反応が生じた結果もたらされる。この「不均化」をもたらす化学的な反応を、本願では「不均化反応」と称するが、この「不均化」反応の際には、水が副生することが多い。
本発明で言う「Ｍ−フェライト」とは、マグネタイトＦｅ３Ｏ４のＦｅ成分をＭ成分で置換した材料のことであり、Ｍ成分とはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのいずれか１種以上のことであり、Ｍ成分は単にＭと記載されることがある。また、Ｍ成分酸化物とはＭ成分と酸素Ｏが結合した物質又は材料のことで、そのうち非磁性(本願では非常に磁性の低い場合も含む)であるものを言う。さらに「ＴＭ成分」又は「ＴＭ」と記載された場合、それらは、Ｔｉ、Ｍｎのうちのいずれか一種以上を言う。
【００２８】
本願において、「ＦＭ成分とＭ成分を含み」とは、本発明の磁性材料には、その成分として必ずＦＭ成分（この「ＦＭ成分」とは、Ｆｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分を意味する。）とＭ成分（この「Ｍ成分」とは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上を意味する。）を含有していることを意味する。この場合、任意にそのＭ成分の一部が他の原子（具体的には、本願においてＴＭ成分とも称する、Ｔｉ、Ｍｎのうちのいずれか１種以上）で一定量置き換えられていてもよい。また、ＦＭ成分とＭ成分以外に酸素（Ｏ成分）が含有されていてもよい。さらにＯ成分やオキシ水酸化鉄などが副相として存在する場合は、Ｏ成分がＨ成分と結合したＯＨ基（主に磁性粉体表面に存在するＯＨ基）として含まれていてもよく、また、その他不可避の不純物、原料由来のＫなどのアルカリ金属やＣｌなどが含まれていてもよい。Ｋなどのアルカリ金属は、還元反応の促進作用を及ぼす場合があるという点で好適な成分である。
「ＦＭ成分」とは、Ｆｅを必ず含み、且つＮｉ及び／又はＣｏがＦｅの一部を置換することにより含んでなる成分のことを言い、この成分は強磁性の性質を有する。Ｎｉ及び／又はＣｏのＦｅに対する置換量は、後述するように０．００１原子％以上４９．９９原子％以下であることが好ましい。本発明では、ＦＭ成分を主成分とする相の結晶構造がｂｃｃ構造であることが大部分で、その結晶構造がα−Ｆｅと同等であるため、その場合に限りＦＭ成分を主成分とする相をα−ＦＭ相と呼ぶ。この場合、更にＦｅが主体である場合には、α−Ｆｅ相と呼ぶこともある。また、本発明においては「ＦＭ−Ｍ」など式中又は文章中で単に「ＦＭ」と書かれていても、上記定義の「ＦＭ成分」を意味する。
また、本発明では、フェライト、フェリヒドライト、ウスタイト、ヘマタイト、オキシ水酸化鉄などと呼ぶ場合、含有されている強磁性成分がＦｅのみでなく、Ｆｅの一部をＮｉ及び／又はＣｏで置換している場合も含まれる。
「磁性粉体」は、一般に磁性を有する粉体のことであるが、本願では、本発明の磁性材料の粉体を「磁性材料粉体」と呼ぶこともある。つまり、「磁性材料粉体」は「磁性粉体」に含まれる。
【００２９】
本発明は、主成分としてＦｅで構成されたα−ＦＭ相中にＭ成分が含有された相（第１相）と、その相よりもＭ成分含有量が多いＭ成分富化相（第２相）を含む磁性材料に関するもので、その最良な形態は、両者の相がナノレベルで混合して結合した「粉体」である。これらの磁性材料粉体をそのまま圧粉したり、焼結したりして各種機器に用いられる。また、用途によっては、樹脂などの有機化合物、ガラスやセラミックなどの無機化合物、またそれらの複合材料などを配合して成形することもできる。
【００３０】
以下、ＦＭ成分及びＭ成分を含む第１相、及びＭ成分が富化された第２相の組成、結晶構造や形態、結晶粒径と粉体粒径、又それらの製造方法、その中で特に、本発明の磁性材料の前駆体となるナノ複合酸化物粉体を製造する方法、その粉体を還元する方法、還元した粉体を固化する方法、さらにこれら製造方法の各工程で焼鈍する方法について説明する。
なお、本発明では、成分含有量を単に「含有量」と表記することがあるが、これには、原子比や原子百分率（％）で示す場合も含まれる。但し、成分含有量を原子百分率（％）で示す場合には、「含有量（原子％）」と表記することもある。
【００３１】
＜第１相＞
本発明において、第１相は、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の立方晶（空間群Ｉｍ３ｍ）を結晶構造とする結晶である。上述のとおり、ＦＭ成分は、Ｆｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分を意味し、Ｍ成分は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上を意味する。
第１相のＦＭ成分に含まれるＦｅとＮｉ及び／又はＣｏの各含有量（原子％）は、ＦＭ成分を構成する全成分の総和（総含有量）を１００原子％とすると、好ましくは、Ｆｅが５０．０１原子％以上９９．９９９原子％以下で、Ｎｉ及び／又はＣｏが０．００１原子％以上４９．９９原子％以下である。
第１相のＭ成分含有量（原子％）は、その相中に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和（総含有量）を１００原子％とすると、好ましくは０．００１原子％以上３３．３３原子％以下である。この場合、第１相の組成は、組成式を用いると、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３）と表される。
【００３２】
ここでＭ成分含有量又はＦＭ成分含有量とは、特に断わらない限り、それぞれ、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和（本願では、上述のとおり総含有量と称することもあるし、総量と称することもある。）に対するＭ成分又はＦＭ成分の原子比の値をいう。本発明では、これを、その相中に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和（総含有量）を１００原子％として、原子百分率で表す場合もある。
【００３３】
各Ｍ成分に共通する性質として、Ｍ成分含有量を３３．３３原子％以下にすることが、磁化の低下を抑制するうえで好ましい。また、Ｍ成分含有量を２０原子％以下にすると、製造方法や条件によっては、１Ｔを超える磁化が実現できるのでより好ましい。さらに１０原子％以下にすると、飽和磁化が１．６Ｔを超える磁性材料の製造が可能になるので特に好ましい。また、０．００１原子％以上にすることが、ＦＭ成分単独の場合と異なり、Ｍ成分添加の効果による軟磁性領域での磁気特性の調整、例えば磁気飽和抑制能の付加を可能にさせる点で好ましい。よって、特に好ましいＭ成分の含有量の範囲は、０．０１原子％以上１０原子％以下であり、この領域では、製造条件により、軟磁性から半硬磁性材料を調製することができ、特に高周波吸収能を有する軟磁性又は半硬磁性材料とすることができ、より好ましい電磁気特性を有した磁性材料の製造が可能となる。保磁力を少々犠牲にしてでも、さらに磁化が高い軟磁性材料としたい場合には、第１相のＭ成分含有量を５原子％以下にすることが好ましい。
このｂｃｃ構造を有するＦＭ−Ｍ組成の第１相は、Ｆｅの室温相であるα相と結晶の対称性が同じであるので、本願では、これをα−（ＦＭ，Ｍ）相とも称する。
【００３４】
本発明の第１相のＭ成分含有量を１００％原子％とした時、そのＭ成分の０．００１原子％以上５０原子％未満は、ＴＭ成分（即ち、Ｔｉ、Ｍｎのいずれか１種以上）で置換することができる。そのため、本発明においては、第１相に含まれるＭ成分がＴＭ成分によって置換されている組成を有する場合には、その組成中のＭとＴＭ成分を併せたものが上述した「Ｍ成分」に相当し、そのＭ成分含有量（具体的には、その組成中のＭ成分含有量とＴＭ成分含有量の総和）は１００原子％となる。これらのＭ成分の中で、数多くの元素種を本発明の軟磁性材料に添加すると磁性材料のエントロピーが増加して保磁力が低減される効果がある。
Ｍ成分にＣｒを含むとき、特に飽和磁化が大きな軟磁性材料又は半硬磁性材料となる。  Ｍ成分としてＶ、Ｃｒ、Ｍｏを使用することは、還元処理や焼鈍処理における降温速度に大きく依存せず、本発明のナノ微結晶を容易に製造できる点で有効である。Ｍ成分としてＺｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｎ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｓｉを使用すると異方性磁場を低減させるので、本発明の軟磁性材料の成分として好ましい。
Ｍ成分としてＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ，Ｗを使用すると、第１相のＭ成分含有量を１００原子％とした時の原子百分率で１原子％以下の添加でも、還元工程での「不適切な粒成長」を抑えることが可能である。
Ｍ成分としてＣｕ、Ｚｎを使用することは、耐酸化性や成形性を向上させるので好ましい。
さらに、ＴＭ成分を共添加すると、上記の効果のみならず、低い保磁力と高い磁化が両立する特異な相乗効果が発現され得る。例えば、第１相がＦＭ１００−ｘＭｘ（ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３）の組成式を有する場合に、そのＭ成分がＴＭ成分によって０．０１原子％以上５０原子％未満の範囲で置換されたとすると、その組成式は、ＦＭ１００−ｘ（Ｍ１００−ｙＴＭｙ）ｘ／１００（ｘ、ｙは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３、０．００１≦ｙ＜５０、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのいずれか１種以上、ＴＭはＴｉ，Ｍｎのうち１種以上）で表される。いずれのＴＭ成分においても、第１相のＭ成分含有量を１００原子％としたときの原子百分率で０．００１原子％以上の添加が、上記の共添加による効果の観点から好ましく、５０原子％未満の添加が、本発明の磁性材料におけるＭ成分による諸効果の阻害防止という観点から好ましい。
【００３５】
ＦＭ成分中のＦｅ量（原子％）は、ＦＭ成分を構成する全成分の総和（総含有量）を１００原子％として、５０．０１原子％以上９９．９９９原子％以下であって、同ＦＭ成分中のＮｉ及び／又はＣｏ量（原子％）は、ＦＭ成分を構成する全成分の総和（総含有量）を１００原子％として、０．００１原子％以上４９．９９原子％以下のＮｉ及び／又はＣｏであることが好ましい。Ｃｏが共存すると飽和磁化が上昇するだけでなく、保磁力の低下効果もある。Ｎｉは、概ね５原子％以下の添加で飽和磁化が向上し、０．００１原子％以上４９．９９原子％以下で保磁力が低下するので好ましい。飽和磁化、保磁力のバランスを考えてＮｉ及びＣｏを共添し、それらの比を０：１００から１００：０の範囲に調整することが適宜可能である。なお、ＦＭ成分中のＮｉ及びＣｏのことを「Ｎｉ／Ｃｏ成分」と呼ぶこともある。
このＮｉとＣｏはＭ成分と同様、Ｆｅ成分中で不均化しており、相内におけるこれら成分の含有量は概ね、±４．７６％よりも大きい揺らぎが存在することがある。具体的には、１０原子％のＣｏ含有量を有する材料を例に挙げると、各相のＣｏ含有量が９．５２４より小さい相と１０．４７６原子％より大きい相が存在することがあるということである。これは、ＦＭ成分とＭ成分を含むｂｃｃ構造の結晶を有する相（本願では「第１相」とも呼ぶ）とは区別される別相を更に含んでおり（この別相を本願では「第２相」とも呼ぶ）、その相（第２相）に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）に対して０．９０９未満の量であるか、又は１．１倍以上の量であることを意味する。
このように、本発明では、Ｍ成分だけでなく、ＦＭ成分中に存在するＮｉやＣｏが不均化することによって、第１相と第２相の磁気異方性にさらなる差や微細な組成揺らぎを有する構造が生まれ、その組成の揺らぎが多様化したり安定化したりすることにより、低い及び／又は安定な保磁力を有する軟磁性材料となったり、角形比の増した半硬磁性材料とすることができる。
ここでＮｉ量及び／又はＣｏ量とは、特に断わらない限り、それぞれ、それらを含有するＦＭ成分を構成する全成分の総和に対する量（原子比）のこと（即ち、当該ＦＭ成分に対する量（原子比）のこと）である。通常、第１相はＦｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏから構成されているため、その場合は、その相に含まれるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの総和（本願では、総量と称することもある。）に対するそのＮｉとＣｏの原子比の値をいう。Ｎｉ及び／又はＣｏの量は「Ｎｉ及び／又はＣｏの量」或いは「Ｎｉ／Ｃｏ量」とも言う。本願では、この原子比の値を原子百分率として表す（即ち、ＦＭ成分を構成する全成分の総和を１００原子％として表す）場合もある。また、本願では、「Ｎｉ及び／又はＣｏの量」或いは「Ｎｉ／Ｃｏ量」は、Ｃｏは含まれずＮｉのみ含まれている場合は単に「Ｎｉ量」、Ｎｉは含まれずＣｏのみ含まれている場合は単に「Ｃｏ量」とも言う。
なお、「ＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＮｉ及び／又はＣｏの含有量」（本発明では単に「Ｎｉ及び／又はＣｏの含有量」或いは「Ｎｉ／Ｃｏ含有量」とも言う）と言った場合は、Ｎｉ及び／又はＣｏのＦｅに対する量を計算する上での分母、即ち全体量は、ＦＭ成分だけでなくＭ成分も含まれ、当該ＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＮｉ及び／又はＣｏの量（原子比）を意味することになる。本願では、この原子比の値を原子百分率として表す（即ち、ＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％として表す）場合もある。
本発明では第１相中のＮｉ／Ｃｏ量は、ＦＭ成分を構成する全成分の総和を１００原子％とした場合には、０．００１原子％以上４９．９９原子％以下が好ましい。さらに、ＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合、ＦＭ成分含有量は６６．６７原子％以上９９．９９９原子％以下、Ｍ成分含有量は０．００１原子％以上３３．３３原子％以下が好ましい。従って、「ＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ及び／又はＣｏの含有量」（即ち、Ｎｉ／Ｃｏ含有量）の上記好ましい範囲は、第１相中において、上記ＦＭ成分含有量のうちの０．００１原子％以上４９．９９原子％以下の範囲ということになる。Ｎｉ／Ｃｏ含有量は、Ｃｏは含まれずＮｉのみ含まれている場合はＮｉ含有量、Ｎｉは含まれずＣｏのみ含まれている場合はＣｏ含有量と言う。
Ｎｉ／Ｃｏ含有量は、磁性材料全体に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合の値が、Ｍ成分の含有量より多くなると（即ち、磁性材料全体中のＦＭ成分とＭ成分の含有量（原子％）の総和を１００原子％とした場合に、その磁性材料中のＮｉ／Ｃｏ含有量（原子％）が、このＭ成分含有量（原子％）を超えると）、Ｍ成分の不均化による相分離を妨げることがあるので合成条件の選択は注意を要する。特にＣｏ量によっては、Ｍ成分の不均化による相分離を低減し、保磁力を高く及び／又は不安定にすることがある。また、磁性材料全体に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ／Ｃｏ含有量を０．００１原子％未満とすると、低い及び／又は安定な保磁力を有する軟磁性材料とする等の効果が消失するので、安定した磁性材料の製造が難しくなることがある。換言すると、磁性材料全体に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＮｉ／Ｃｏ含有量を、０．００１原子％以上Ｍ成分含有量以下に限定することによって、特異な合成条件とせずとも、本発明の目的を達せられる好ましい組成範囲の磁性材料とすることができる。
第１相中において、Ｎｉ量は、その相中のＦＭ成分に対して４９．９９原子％以下にすることが、磁化の低下を抑制するうえで好ましい。また、Ｎｉ量が２０原子％以下であると、製造方法や条件によっては、２Ｔを超える磁化が実現できるのでより好ましい。さらにＮｉ量が１２原子％以下であると、飽和磁化が２．１Ｔを超える磁性材料を製造することもできる。また、０．００１原子％以上にすることが、Ｆｅ単独の場合と異なり、Ｎｉ添加の効果による軟磁性領域での磁気特性の調整を可能にさせる点で好ましい。最も好ましいＮｉ量の範囲は、第１相中のＦＭ成分に対して０．０１原子％以上２０原子％以下であり、この領域では、製造条件により、様々な保磁力の軟磁性材料を調製することができ、より好ましい電磁気特性を有した磁性材料となる。
第１相中において、Ｃｏ量は、その相中のＦＭ成分に対して４９．９９原子％以下にすることが、磁化の低下を抑制するうえで好ましい。製造方法や条件によっては、２．３Ｔを超える巨大な磁化が実現できる。さらにＣｏ量が、第１相中のＦＭ成分に対して３３．３３原子％以下であると、２．４Ｔを超える巨大飽和磁化を有する磁性材料を製造できる。このように、純鉄(飽和磁化２．１６Ｔ)よりも１０％程度も大きな巨大な飽和磁化が得られることがＣｏを含む本発明の磁性材料の大きな特徴である。
加えて、幅広いＣｏ量域において、純鉄を凌ぐ大きな飽和磁化を示す磁性材料が得られるということも、これまでには無い本材料に固有の特徴である。さらに、Ｃｏ量を、第１相中のＦＭ成分に対して０．００１原子％以上にすることが、Ｆｅ単独の場合と異なり、Ｃｏ添加の効果による軟磁性領域での磁気特性の調整を可能にさせる点で好ましい。特に好ましいＣｏ量の範囲は、第１相中のＦＭ成分に対して０．０１原子％以上３３．３３原子％以下であり、この領域では、製造条件により、様々な保磁力の軟磁性材料を調製することができ、より好ましい電磁気特性を有した磁性材料となる。
なお「不適切な粒成長」とは、本発明の磁性材料のナノ微細組織が崩れ、均質な結晶組織を伴いながら結晶が粒成長することである。一方、本発明で適切とする「粒成長」は、本発明の特徴であるナノ微細構造を維持しながら粉体粒径が大きく成長するか、粉体粒径が大きく成長した後に不均化反応、相分離などにより結晶内にナノ微細構造が現れるか、或いはその両方である場合のいずれかである。特に断らない限り、本発明で単に「粒成長」と言う場合は、不適切でない粒成長のことを言い、概ね適切と言える粒成長を指すものとする。なお、適切な粒成長と不適切な粒成長のいずれの粒成長が起こった場合でも、単位質量当たり、或いは単位体積当たりの磁性材料の表面積が小さくなることから、一般に耐酸化性が向上する傾向にある。
【００３６】
本発明においては、「Ｍ成分」と表記した場合、又は「α−（Ｆｅ，Ｍ）」相などの式中や磁性材料組成を論ずる文脈の中で「Ｍ」或いは「Ｍ成分」と表記した場合、Ｍ成分単独の場合だけでなく、Ｍ成分含有量の０．００１原子％以上５０原子％未満をＴＭ成分で置き換えた組成も含む。また、工程中混入する不純物はできるだけ取り除く必要があるが、Ｈ、Ｃ、Ａｌ、Ｓ、Ｎの元素、或いはＬｉ、Ｋ、Ｎａなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類、希土類、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉなどのハロゲンなどの不可避の不純物を含んでもよい。しかし、その含有量は、全体（即ち、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合）の５原子％以下、好ましくは２原子％以下、さらに好ましくは０．１原子％以下、特に好ましくは０．００１原子％以下とする。これらの不純物が多く含有されるほど磁化が低下し、場合によっては保磁力にも悪影響を与え、用途によっては目標とする範囲を逸脱してしまうこともあるからである。一方で、Ｋのようなアルカリ金属のように、ある程度含有すると還元助剤の働きをする成分もあり、全体（即ち、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合）の０．００１原子％以上５原子％以下の範囲で含む方が、飽和磁化の高い磁性材料が得られる場合もある。従って、上記不純物は、本発明の目的を阻害する限り、含まれないのが最も望ましい。
【００３７】
本発明では、Ｍ成分を含まないα−Ｆｅ相は、第１相や第２相と区別する。Ｍ成分を含まないα−Ｆｅ相は、ナノ領域の粉体であっても、電気抵抗率に与える影響が芳しくなく、耐酸化性に乏しく、しかも切削加工性に劣る材質となるからである。但し、このＭ成分を含まない該α−Ｆｅ相は、本発明の目的を阻害しない限り、別相として存在してもよい。なお、Ｍ成分を含まないα−Ｆｅ相の体積分率は、本発明が軟磁性材料の場合には本発明の磁性材料全体に対して５０体積％未満であることが好ましい。
【００３８】
ここでいう体積分率とは、磁性材料の全体の体積に対して、対象成分が占有する体積の割合のことである。
【００３９】
＜第２相＞
本発明において、第２相は、該相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＭ成分の含有量が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＭ成分の含有量よりも多い相である。換言すると、本発明において、第２相は、該相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＭ成分の原子百分率が、第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＭ成分の原子百分率よりも大きい相である。第２相としては、立方晶である、α−（ＦＭ１−ｙＭｙ）相（空間群Ｉｍ３ｍ、第１相と同じ結晶相であるが、第１相よりもＭ成分含有量が多い相）、ＳｉＦｅ相（空間群Ｐ２１３）、γ−（Ｆｅ，Ｍ）相（空間群Ｆｍ３ｍ、γ−（ＦＭ，Ｍ）相とも言う）、ウスタイト相（代表的組成は（ＦＭ１−ｚＭｚ）ａＯ相、ａは通常０．８５から１未満、本明細書では、この相を単に（Ｍ，ＦＭ）Ｏ相、（ＦＭ，Ｍ）Ｏ相と標記する場合もある）、Ｍ成分−フェライト相（代表的組成は（ＦＭ１−ｗＭｗ）３Ｏ４相）、Ｃｕ相（空間群Ｆｍ３ｍ）、Ｎｂ相（空間群Ｉｍ３ｍ）、Ｔａ相（空間群Ｉｍ３ｍ）、β−クリストバライト相（ＳｉＯ２）、α−ＦｅＶ相など、六方晶であるラーベス相（代表的組成例はＷＦｅ２相、ＭｏＦｅ２相）、α−Ｈｆ相（２０原子％程度までのＯが含まれる場合もある）、ＺｎＯ(ウルツ鉱型、空間群Ｐ６３ｍｃ) 、β−トリディマイト（ＳｉＯ２）など、三方晶系のα−石英（ＳｉＯ２）など、菱面体晶であるＭ−ヘマタイト相（代表的組成はＦＭ１−ｕＭｕＯ３相）、Ｃｒ２Ｏ３相など、正方晶系のβ−クリストバライト相（ＳｉＯ２）、σ−ＦｅＶ相、Ｃｒ５Ｓｉ３相、ＮｂＯ２相など、単斜晶系であるＺｒＯ２相、α−トリディマイト（ＳｉＯ２）など、斜方晶のＶ２Ｏ５相、Ｔａ２Ｏ５相など、Ｚｒ２５Ｆｅ７５共析点組成相（組成比は有効数字２桁で記載）など、又はそれらの混合物が挙げられる。なお、アモルファス相、共晶点組成相及び共析点組成相（本願では、「アモルファス相など」とも呼ぶ）に関しては、Ｍ成分含有量や還元条件によって異なるが、アモルファス相などが存在する際には、前述した既存のナノ結晶−アモルファス相分離型材料のような微結晶が島状となってアモルファスの海に浮かぶような微細構造は取らずに、第１相と分離して島状に存在することが多い。アモルファス相などの含有量は０．００１から１０体積％の間であって、これよりも多くしないのが、磁化の低下抑制の観点から好ましく、さらに高磁化の磁性材料とするためには、好ましくは５体積％以下とする。アモルファス相などは、不均化反応自体を制御するために、敢えて含有させることもあるが、この場合、０．００１体積％超とするのが、この反応制御効果の発揮という観点から好ましい。
ここでいう体積分率とは、磁性材料全体の体積に対して、対象成分が占有する体積の割合のことである。
【００４０】
以上の第２相は第１相より飽和磁化に劣るが、これらの相が併存することにより、電気抵抗率が大きく上昇する。さらに本発明において、半硬磁性材料を構成する時には、保磁力が向上する。逆に、本発明において、軟磁性材料を構成するときには、相の結晶構造、組成、微細構造、界面構造などによっては、それらと強磁性結合することにより、小さな保磁力を実現することができる。さらに第２相においても、第１相同様、そのＭ成分含有量の５０原子％未満（但し、第２相のＭ成分の含有量を１００原子％とする）をＴＭ成分に置換することができる。ここで、本発明では、第２相の「Ｍ成分」も、上述した第１相の「Ｍ成分」と同様、第２相に含まれるＭ成分がＴＭ成分によって置換されている組成を有する場合には、その組成中のＭ成分とＴＭ成分を併せたものを意味する。
【００４１】
＜副相、その他の相＞
ＦＭ成分もＭ成分も含まず、ＴＭ成分の化合物だけで混在する相は、第１相や第２相に含まれない。しかし、電気抵抗率、耐酸化性、焼結性、及び本発明の半硬磁性材料の電磁特性改善に寄与する場合がある。上記のＴＭ成分の化合物相やＦＭ化合物相などのＭ成分を含まない相、及び、ＴＭ成分の含有量がＭ成分元素の含有量以上である相を本願では「副相」という。
【００４２】
第１相や第２相以外の相である、Ｍ成分を含まないウスタイト相、マグネタイト相（Ｆｅ３Ｏ４）、マグヘマイト相（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、ヘマタイト相（α−Ｆｅ２Ｏ３）、α−Ｆｅ相、γ−Ｆｅ相などの副相（本発明では、上述の副相のうちＮｉ及び／又はＣｏによりＦｅの一部が置換されているとき、例えばマグネタイトであればＦＭ３Ｏ４とのように、「Ｆｅ」を「ＦＭ」に置き換えて表記することもある。）や、Ｍ成分含有の有無を問わずゲーサイト、アカゲナイト、レピドクロサイト、フェロオキシハイト、フェリヒドライト、グリーンラストなどのオキシ水酸化鉄相、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水酸化物、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの塩化物、フッ化物、炭化物、窒化物、水素化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩なども含まれていてよいが、これらの体積は、本発明の磁性材料が高い飽和磁化を有するために、また継時的に安定した磁気特性や高い磁化を発揮するために、第１相の体積より少ないことが求められる。飽和磁化の低下を抑制する観点から、これらの相の含有量の好ましい範囲は、磁性材料全体の体積に対して５０体積％以下である。
【００４３】
第１相、第２相及び副相を含めた全相のＴＭ成分の含有量は、第１相及び第２相に含まれるＭ成分の上記全相に対する含有量を超えてはならない。ＴＭ成分がＭ成分含有量を超えて含まれると、Ｍ成分特有の電磁気特性への効果、例えば、結晶磁気異方性低減や電気抵抗率向上、さらに粉体表面の不働態化による耐酸化性向上など、その特異な特徴が失われてしまうからである。本願では、第１相及び／又は第２相のＭ成分含有量と言えば、このようなＴＭ成分も含めた量を言う。
【００４４】
＜第２相が第１相と同じ結晶構造を有する場合＞
第２相が第１相と同じ結晶構造を有してもよいが、組成には相互に十分に差があることが望ましく、例えば、第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総和に対する第２相のＭ成分含有量（原子％）は、第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和に対する第１相のＭ成分含有量（原子％）よりも多く、更に、その差が１．５倍以上であること及び／又は第２相中のＦｅとＭ成分の総和に対する第２相のＭ成分含有量が２原子％以上であることが好ましい。
第２相のＭ成分含有量自体が１００原子％を超えることはなく、また、第１相のＭ成分含有量の下限値が０．００１原子％では、第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の１０５倍を超えることはない。第２相のＭ成分含有量は、好ましくは、第１相のＭ成分含有量の９０原子％以下である。第２相が常温で第１相と同じ結晶構造を保ったまま、Ｍ成分含有量が９０原子％を超えると（従って、第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の９×１０４倍を超えると）、本発明の磁性材料全体の熱的安定性が悪くなることがあるためである。
【００４５】
上記で、第２相の「Ｍ成分含有量」が第１相の「１．５倍以上」である場合とは、各相のＭ成分含有量を有効数字１桁以上で求めたうえで、第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の１．５倍以上になることをいう。
【００４６】
本発明は、前出のランダム磁気異方性モデル、若しくはそのモデルに準じた磁気異方性のゆらぎを利用した低保磁力化を目指したものであり、結晶学上独立している第１相と第２相が、ナノレベルで交換結合により磁気的に連結していること、或いは第１相と第２相を含めたｂｃｃ相中のＭ成分含有量がナノスケールで空間的な変化がある（このことを本発明では「濃度のゆらぎ」ということがある）こと、のいずれかが重要である。但し、この２相のＭ成分組成比が近すぎると、その結晶相の結晶方位が同方向に揃っている場合があって、しかも、結晶磁気異方性定数の大きさは多くの場合第２相の方が小さいのであるが、第２相中のＦｅとＭ成分の総和を１００原子％として、Ｍ成分含有量が２原子％未満の場合、その結晶磁気異方性が大きくなり平均化される結晶磁気異方性の値が十分小さくならず、そのため十分に低い保磁力が実現しない。したがって、好ましい第２相のＭ成分含有量は、第２相中のＦｅとＭ成分の総和に対して２原子％以上であるが、さらに好ましくは５原子％以上である。後者の場合２相の結晶磁気異方性はＭ成分を含まない場合に比べ、半分以下に小さくなる。Ｍ成分含有量が８原子％以上であれば、結晶磁気異方性が極めて小さくなるので更に好ましい。
【００４７】
Ｍ成分含有量が本発明の磁性材料全体のＭ成分含有量よりも低い相（第１相）が存在すれば、Ｍ成分含有量が本発明の磁性材料より高い相（第２相）も同一の磁性材料内に存在することになる。そのため、それらが強磁性結合して等方性が実現していれば、本発明の磁性材料、具体的には軟磁性材料となり得る。また、第１相の界面に介在して保磁力を適切な範囲として電気抵抗を高める働きを持てば、本発明の磁性材料、具体的には半硬磁性材料となり得る。また、十分に等方化されていない場合でも、ある結晶相の中でＭ成分含有量の空間的な濃度のゆらぎがある場合、磁気異方性にゆらぎが生じ、ランダム異方性モデルと多少異なるメカニズムで保磁力が低下する場合もある。このようなメカニズムで保磁力が低下する本発明の磁性材料は総じて、その磁性材料中のＭ成分とＦｅの総和を１００原子％とした場合の当該Ｍ成分含有量が１０原子％以下になっていることが多い。これらは、均質性の高い組成として、異相を徹底的に除去し、磁壁移動が阻害されないように設計された電磁鋼板、センダストなどの多くの既存の軟磁性材料には見られない本発明の磁性材料の一つの特徴であり、磁化反転が磁化の回転によって起こる磁性材料に共通した特徴とも言える。
【００４８】
なお、第１相のみ、第２相のみがナノレベルで交換結合により磁気的に連結している状態が含まれていてもよく、この場合でも隣り合うナノ結晶の結晶軸方位が揃っておらず、等方的であるか、第１相と第２相を含むｂｃｃ相中にＭ成分含有量のナノスケールでの空間的な分布があることが重要である。しかし、本発明においては、第１相のみの微結晶で構成された磁性材料や第２相のみの微結晶で構成された磁性材料は達成されず、このような構造を含むような場合でも、本発明では、磁性材料内に第１相と第２相が必ず存在する。この理由は、ナノ結晶の生成自体が、本発明の磁性材料を製造するために用いる、Ｍ成分を含むフェライトの粉体であって、ナノスケールの大きさを有する粉体（本願では、「Ｍ−フェライトナノ粉体」或いは「Ｍ成分−フェライトナノ粉体」とも称する）の還元を端緒とする還元工程の各過程における不均化反応に大きく関与するからである。なお、本願では、ナノスケールの大きさのフェライト粉体を「フェライトナノ粉体」とも称し、また、ナノスケールとは、特に定めがない場合には、１ｎｍ以上１μｍ未満までのスケールをいう。
【００４９】
＜第２相の特定＞
以下に、第２相の特定の仕方について述べる。まず、上述の通り、第１相はα−（ＦＭ，Ｍ成分）相であり、主に高い飽和磁化を保証する。第２相は、その相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量が第１相に含まれるＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量よりも多い相である。本発明では、第２相は、磁性材料全体のＭ成分含有量よりも多いα−（ＦＭ，Ｍ成分）相でもよく、他の結晶相若しくはアモルファス相、又はそれらの混合相でもよい。いずれであっても、本発明の軟磁性材料においては、保磁力を低く保つ効果があり、半硬磁性材料を含めても、耐酸化性を付与し電気抵抗率を向上させる効果がある。従って、第２相はこれらの効果を有する相であるため、Ｍ成分の含有量が第１相よりも高い、先に例示した何れかの相の存在を確認することにより本発明の磁性材料であるとわかる。もし、このような第２相が存在せず、第１相のみで構成されていれば、保磁力などの磁気特性、耐酸化性及び電気伝導率のうち何れかが劣るか、さらに加工性に乏しく、成形工程が煩雑にならざるを得ない磁性材料となる。
【００５０】
第２相がα−（ＦＭ，Ｍ成分）相である場合、第１相とＭ成分組成が連続して変化している場合がある。或いは、材料を同定する方法によっては、第１相と第２相のＭ成分組成が連続的に変化しているように観察される場合がある。このような場合も、第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の１．５倍以上であるか、或いは第２相のＭ成分含有量が２原子％以上で第１相のＭ成分含有量よりも多いか、或いは第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の１．５倍以上で２原子％以上でもあることが望ましい。Ｍ成分としてＣｒが主体であるときは、第２相のＭ成分含有量が第１相のＭ成分含有量の１．５倍以上で保磁力など電磁気特性の調整が可能となるが、Ｃｒ以外のＭ成分が主体となるときは、２倍以上がより望ましく、Ｃｒが主体のときも２倍以上であれば、保磁力の小さな軟磁性材料を得るうえで、好ましい範囲となる。
【００５１】
第１相と第２相を併せた場合のＦＭ成分とＭ成分の組成比は１：１以下であることが望ましく、言い換えれば、第１相と第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総量を１００原子％とした場合のＭ成分の含有量は０．０１原子％以上５０原子％以下であることが望ましい。
【００５２】
第１相及び第２相中の全Ｍ成分の含有量が５０原子％以下であることは、飽和磁化の低下を避けるうえで好ましく、また０．０１原子％以上であることは、耐酸化性などに対するＭ成分の添加効果がなく、保磁力が目的の用途に対応しない程度に高くなることを避けるうえで好ましい。さらに、耐酸化性や磁気特性のバランスが良いという観点から、第１相及び第２相を併せたＭ成分の含有量は、０．０５原子％以上３３原子％以下であることが好ましく、そのうち特に好ましい範囲は、０．１原子％以上２５原子％以下である。
【００５３】
第１相と第２相の体積比は任意であるが、第１相、第２相及び副相を合わせた本発明の磁性材料全体の体積に対して、第１相、又は第１相及び第２相中のα−（ＦＭ，Ｍ成分）相の体積の総和は５体積％以上９９．９９体積％以下であることが好ましい。α−（ＦＭ，Ｍ成分）相は本発明の磁性材料の主な磁化を担うため、５体積％以上９９．９９体積％以下であることが、磁化の低下を避けるうえで好ましい。さらに、好ましくは２５体積％以上、さらに好ましくは５０体積％以上である。電気抵抗率をあまり低下させないで、特に高い磁化を実現させるためには、α−（ＦＭ，Ｍ成分）相の体積の総和を７５体積％以上とするのが望ましい。
【００５４】
本発明の軟磁性材料の第２相の中には、強磁性か反強磁性（本願では、弱磁性もこの中に含める）の相があることが好ましく、その理由は第１相の結晶磁気異方性を低下させる効果があるからである。
【００５５】
＜好ましい第２相の例＞
本発明の磁性材料において、強磁性として好ましい第２相の代表例としては、第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合の第２相のＭ成分含有量が、第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合の第１相よりもＭ成分含有量が多い、α−（ＦＭ，Ｍ成分）相が挙げられる。中でも、このＭ成分含有量が、０．１原子％以上２０原子％以下であることが好ましく、２原子％以上１５原子％以下であることがさらに好ましく、５原子％以上１０原子％以下であることが特に好ましい。
【００５６】
第１相も、第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合にＭ成分含有量を５原子％以上１０原子％以下で含む場合、低い保磁力が実現する。しかしながら、この程度までＭ成分含有量が多くなると、２Ｔに近い飽和磁化を発揮できなくなることもある。
従って、Ｍ成分含有量が０原子％超で５原子％よりも少ない第１相とＭ成分含有量が５原子％以上の第２相を組み合わせることにより、飽和磁化が大きく、保磁力の小さな磁性材料を実現することが好ましい。
【００５７】
続いて好ましい第２相としては、Ｍ−フェライト相とウスタイト相が挙げられる。前者は、強磁性であり後者は反強磁性であるが、何れも、第１相の間にあれば、強磁性結合を促すことができる。これらの酸化物相はナノサイズで非常に微細な組織である場合もあり、特にウスタイト相においては、数原子層の厚みで、ｂｃｃ相中に微分散していたり、ｂｃｃ微結晶相間に層状で存在したりしていることもある。このような酸化物層が存在する場合、数百ｎｍから数十μｍの領域で、ｂｃｃ相の結晶方位が揃っていることがあるが、このような微構造でも、本発明の結晶粒径などの範囲に入っていれば、本発明の磁性材料に含まれる。特に上記構造の磁性材料が軟磁性材料である場合、ランダム異方性と多少異なったメカニズムで保磁力が低下している。そのメカニズムとは以下のようなものであると推認している。
不均化により、第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和に対する第１相のＭ成分含有量と、第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総和に対する第２相のＭ成分含有量との間に差が生じていて、空間的にナノスケールの微細なＭ成分含有量の濃度のゆらぎがあれば、磁気異方性の空間的なゆらぎが生じ、外部磁場が付与されたときに一気に（あたかも共鳴現象が起こったように）磁化反転していくようなメカニズムに含まれる。上記の濃度のゆらぎは第２相が酸化物相である場合だけでなく、α−（ＦＭ，Ｍ成分）相の場合であっても、同様な保磁力低減の効果がある。
【００５８】
因みに、フェライト相が強磁性結合を促す例も知られてはいるが（この点について、国際公開第２００９／０５７７４２号（以後、「特許文献３」と称する）や、Ｎ．Ｉｍａｏｋａ，  Ｙ．Ｋｏｙａｍａ，  Ｔ．Ｎａｋａｏ，  Ｓ．Ｎａｋａｏｋａ，  Ｔ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，  Ｅ．Ｋａｋｉｍｏｔｏ，  Ｍ．Ｔａｄａ，  Ｔ．Ｎａｋａｇａｗａ，  ａｎｄ  Ｍ．Ａｂｅ，  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，  ｖｏｌ．１０３，  Ｎｏ．７（２００８）  ０７Ｅ１２９（以後、非特許文献３と称する）を参照）、いずれも、硬磁性材料のＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３相間にフェライト相が存在し、これらの相が強磁性結合して交換スプリング磁石を構成するものである。
【００５９】
しかし、本発明は軟磁性材料や半硬磁性材料に関するもので、上記の硬磁性の交換スプリング磁石とは発揮する機能が全く異なる。本発明において、Ｍ−フェライト相やウスタイト相である第２相の存在によって、第１相間の交換相互作用を仲介して、このような第２相が第１相を取り囲むように存在すれば、電気抵抗も高く、保磁力も低減される。従って、特に本発明の軟磁性材料において非常に好ましい第２相の一つとなる。
【００６０】
一方、非磁性のＭ成分酸化物相が第２相中に存在すると、特に電気抵抗が向上するので好ましい。第１相間に存在していても、Ｍ−フェライト相のような強磁性結合が生じて磁気特性に直接的な効果をもたらさないが、これらの強磁性結合をした粉体の表面を覆うようにＭ成分酸化物が存在すると、電気抵抗や耐酸化性が向上するだけでなく、場合によっては保磁力を低減させる効果をもたらすこともある。
【００６１】
本発明の磁性材料において、第２相が酸化物相（具体的には、Ｍ−フェライト相、ウスタイト相、又はＭ成分酸化物相（Ｍ成分を含有する酸化物相）の何れか１種、或いはそれらのいずれか１種以上からなる混合相）である場合、その酸化物相の体積分率は、磁性材料全体の９５体積％以下とするのが好ましく、７５体積％以下がより好ましく、５０体積％以下がさらに好ましい。例えばＭ−フェライト相は強磁性とはいえα−（ＦＭ，Ｍ）相よりも磁化が低く、また、ウスタイト相も反強磁性ではあるが弱磁性で、Ｍ−フェライト相よりも磁化が低い。また、Ｍ成分酸化物相は非磁性である。そのため、上記酸化物相を組み合わせた混合酸化物相は、組み合わせる酸化物の種類に拘わらず、その体積分率が磁性材料全体の９５体積％を超えると本発明の磁性材料の磁化が極めて低くなる。それを回避するためには、上記混合酸化物相の体積分率は、磁性材料全体の９５体積％以下とするのが好ましい。ウスタイト相やＭ成分酸化物相を主成分として組み合わせた混合酸化物相の場合には、これらの全酸化物相の含有量が７５体積％を超えると磁化が低くなるので、それを回避するうえでは、磁性材料全体の７５体積％以下とするのが好ましい。Ｍ成分酸化物相を主成分とする酸化物相の場合には、５０体積％を超えたところで磁化の高い本発明の磁性材料の特徴が失われるので、それを回避するうえでは、磁性材料全体の５０体積％以下とするのが好ましい。電気抵抗率をある程度維持しながら、特に磁化が高い磁性材料とするときは、上記Ｍ成分酸化物相を２５体積％以下とするのが好ましい。
【００６２】
逆にＭ成分酸化物相などが存在すると電気抵抗率が上昇するため、積極的にＭ成分酸化物相などを含有させることもある。この場合は、その体積分率は０．００１体積％以上が好ましく、特にあまり磁化の低下を伴わずにＭ成分酸化物などを存在させる場合で、有効に電気抵抗率を向上させる場合には０．０１体積％以上がさらに好ましく、０．１体積％以上が特に好ましい。
また、例えば酸化物相がＭ−フェライトとウスタイトの混合物の場合でも、好ましい体積分率の範囲などはＭ成分酸化物相の場合と同様である。
【００６３】
以上のように、第２相の好ましい相として、第１相よりもＭ成分含有量が多いα−（ＦＭ，Ｍ）相、Ｍ−フェライト相、ウスタイト相、Ｍ成分酸化物相を例示したが、その中でＭ成分酸化物相以外の３種の相は強磁性体又は反強磁性体である。従って、これらの相が強磁性結合をせずに分離していると、磁気曲線には加成性があるので、これらの混合材料の磁気曲線はそれぞれの磁気曲線の単なる和となり、磁性材料全体の磁気曲線上に滑らかな段差が生じる。例えば外部磁場０から７．２ＭＡ／ｍの広い磁場範囲で磁化測定を行って得た、磁性材料全体の磁気曲線のうち１／４メジャーループ（７．２ＭＡ／ｍから、零磁場まで掃引したときの磁気曲線を１／４メジャーループと呼ぶ）の形状を観察すると、その１／４メジャーループ上には上記の事情が起因する滑らかな段差、或いはそれに基づく変曲点の存在が確かであると推測できる。一方、これらの異種の磁性材料が強磁性結合で一体をなす場合、７．２ＭＡ／ｍから零磁場の範囲のメジャーループ上に滑らかな段差や変曲点が見られず、単調増加する、上に凸の磁気曲線を呈する。強磁性結合の有無を見積もるためには、上述の粒界領域での微細構造観察などに加えて、以上の磁気曲線の詳細な観察を行うことが一つの目安となる。
【００６４】
＜組成分布＞
本願の実施例において、本発明の磁性材料の金属元素の局所的な組成分析は、主にＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により行われ、磁性材料全体の組成分析はＸＲＦ（蛍光Ｘ線元素分析法）により行われた。一般に第１相と第２相のＭ成分含有量は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＦＥ−ＳＥＭ、或いはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）などに付属したＥＤＸ装置により測定する（本願においては、このＥＤＸを付属したＦＥ−ＳＥＭなどをＦＥ−ＳＥＭ／ＥＤＸなどと記載することがある）。装置の分解能にもよるが、第１相と第２相の結晶構造が３００ｎｍ以下の微細な構造であれば、ＳＥＭ或いはＦＥ−ＳＥＭでは正確な組成分析はできないが、本発明の磁性材料のＭ成分やＦＭ成分の差のみを検出するためであれば、補助的に利用することができる。例えば、Ｍ成分含有量が５原子％以上で、３００ｎｍ未満の第２相を見出すには、磁性材料中のある１点を観測して、その定量値がＭ成分含有量として５原子％以上であることを確認すれば、その一点を中心として直径３００ｎｍの範囲内に、Ｍ成分含有量が５原子％以上の組織或いはその組織の一部が存在することになる。また、逆にＭ成分含有量が２原子％以下の第１相を見出すためには、磁性材料中のある１点の観測をして、その定量値がＭ成分含有量として２原子％以下であることを確認すれば、その一点を中心として直径３００ｎｍの範囲内に、Ｍ成分含有量２原子％以下の組織或いはその組織の一部が存在することになる。
ＴＥＭに付属したＥＤＸ装置を用いて組成の分析を行うときは、例えば電子ビームを０．２ｎｍに絞ることも可能で、非常に微細な組成分析を行うことが可能である。しかし逆に、ある一定の領域を満遍なく調べ、本発明の材料の全体像を知るためには、例えば６万点などといった大量のデータを扱う必要性が生じる。
即ち、上記の組成分布測定法を適宜選択して、本発明の磁性材料の組成上、構造上の特徴、例えば第１相、第２相の組成や結晶粒径などを特定しなければならない。
【００６５】
また、α−（ＦＭ，Ｍ）相の組成は、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）により、回折ピークの位置を確認することでも、決定できる。α−（ＦＭ，Ｍ）相の回折ピークは全般にＭ成分含有量が多くなるにつれ、低角にずれていく傾向にあり、この中で（１１０）、（２００）のピークの挙動を観察し、α−ＦＭの回折位置と比較する（本発明の方法を参考にして、Ｍ成分やＴＭ成分等を含まないＦＭ成分−フェライトナノ粉体を別途比較例として調製し比較する）ことでα−（ＦＭ，Ｍ）相のＭ成分含有量を有効数字１桁で知ることもできる。この際、ＮｉとＣｏはＦｅと金属半径がほとんど変わらないので（それぞれの金属半径は、Ｆｅが０．１２４ｎｍであり、ＮｉとＣｏが０．１２５ｎｍである）、α−ＦＭ相の回折位置はα−Ｆｅ相とほとんど同じであり、上記の解析はα−Ｆｅ相の回折位置で代表して行うこともできる。
【００６６】
本発明の特徴であるＭ組成が不均化し、多様な結晶相が存在することや、それらの結晶軸がランダムな配向をしているか否かを検証するのに役立つ。さらに、α−（ＦＭ，Ｍ）相と他の酸化物相を区別するためには、例えばＳＥＭ−ＥＤＸを用いた酸素特性Ｘ線面分布図を解析するのが簡便で有効である。
【００６７】
＜磁性材料全体の組成＞
本発明における磁性材料全体における各組成は、磁性材料全体の組成に対して、ＦＭ成分が２０原子％以上９９．９９９原子％以下、Ｍ成分が０．００１原子％以上５０原子％以下、Ｏ（酸素）が０原子％以上５５原子％以下の範囲とし、これらを同時に満たすものが好ましい。さらに、Ｋなどのアルカリ金属が０．０００１原子％以上５原子％以下で含まれてもよい。Ｋなどを含めた副相は全体の５０体積％を超えないのが望ましい。
【００６８】
ＦＭ成分が２０原子％以上の場合、飽和磁化が低くなるのを回避でき、９９．９９９原子％以下の場合、耐酸化性が低くなることや、加工性が乏しくなることを回避できるので好ましい。Ｍ成分が０．００１原子％以上の場合、耐酸化性が低くなることや、加工性が乏しくなることを回避でき、５０原子％以下の場合、飽和磁化が低くなることを回避できるので、好ましい。Ｏ(酸素)成分は、第２相を構成するのに重要な元素となる場合には、５５原子％以下の範囲が、飽和磁化が低いだけでなく、Ｍ成分−フェライトナノ粉体の還元による第１相や第２相への不均化反応が生じず、低保磁力の軟磁性材料への展開が難しくなることを回避できるので好ましい。本発明の磁性材料には必ずしも酸素を含む必要はないが、耐酸化性や電気抵抗率が顕著に高い磁性材料にするためには、僅かでも含まれる方が望ましい。例えば、後述する徐酸化工程で還元した金属粉体の表面を不働態化したり、或いはその操作によって固形磁性材料の結晶粒界の一部に、主にＭ成分酸化物を中心とする酸化層を存在させたりする場合で、この場合、本発明の磁性材料全体における各組成範囲は、ＦＭ成分が２０原子％以上９９．９９８原子％以下、Ｍ成分が０．００１原子％以上５０原子％以下、Ｏ成分が０．００１原子％以上５５原子％以下の範囲とするのが望ましい。
【００６９】
本発明の磁性材料のさらに好ましい組成は、ＦＭ成分が５０原子％以上９９．９８原子％以下、Ｍ成分が０．０１原子％以上４９．９９原子％以下、Ｏ成分が０．０１原子％以上４９．９９原子％以下であり、この範囲にある本発明の磁性材料は、飽和磁化と耐酸化性のバランスがよい。
【００７０】
さらに、ＦＭ成分が６６．９５原子％以上９９．９原子％以下、Ｍ成分が０．０５原子％以上３３原子％以下、Ｏ成分が０．０５原子％以上３３原子％以下の組成範囲にある本発明の磁性材料は、電磁特性が優れ、耐酸化性に優れる点で好ましい。
【００７１】
上記組成範囲の中で、特に磁化が１Ｔ以上あるようなパフォーマンスに優れた、本発明の磁性材料とする場合は、ＦＭ成分が７９．９５原子％以上９９．９原子％以下、Ｍ成分が０．０５原子％以上２０原子％以下、Ｏ成分が０．０５原子％以上２０原子％以下の組成範囲とするのが好ましい。
【００７２】
Ｍ成分の含有量にも依存するが、本発明においては軟磁性材料よりも半硬磁性材料の方が酸素を多く含有する傾向にある。
【００７３】
＜磁気特性と電気特性、耐酸化性＞
本発明のひとつは、保磁力が８００Ａ／ｍ以下である軟磁性用途に好適な磁気特性と電気特性、並びに耐酸化性を有する磁性材料であるが、この点について以下に説明する。
【００７４】
ここにいう「磁気特性」とは、材料の磁化Ｊ（Ｔ）、飽和磁化Ｊｓ（Ｔ）、磁束密度（Ｂ）、残留磁束密度Ｂｒ（Ｔ）、交換スティフネス定数Ａ（Ｊ／ｍ）、結晶磁気異方性磁場Ｈａ（Ａ／ｍ）、結晶磁気異方性エネルギーＥａ（Ｊ／ｍ３）、結晶磁気異方性定数Ｋ１（Ｊ／ｍ３）、保磁力ＨｃＢ（Ａ／ｍ）、固有保磁力ＨｃＪ（Ａ／ｍ）、透磁率μμ０、比透磁率μ、複素透磁率μｒμ０、複素比透磁率μｒ、その実数項μ’、虚数項μ”及び絶対値｜μｒ｜のうち少なくとも一つを言う。本願明細書における「磁場」の単位は、ＳＩ単位系のＡ／ｍとｃｇｓガウス単位系のＯｅを併用しているが、その換算式は、１（Ｏｅ）＝１／（４π）×１０３（Ａ／ｍ）である。即ち、１Ｏｅは約８０Ａ／ｍに相当する。本願明細書における「飽和磁化」、「残留磁束密度」の単位は、ＳＩ単位系のＴと、ｃｇｓガウス単位系のｅｍｕ／ｇを併用しているが、その換算式は、１（ｅｍｕ／ｇ）＝４π×ｄ／１０４（Ｔ）、ここにｄ（Ｍｇ／ｍ３＝ｇ／ｃｍ３）は密度である。従って、２１８ｅｍｕ／ｇの飽和磁化を持つＦｅは、ｄ＝７．８７なので、ＳＩ単位系での飽和磁化の値Ｍｓは２．１６Ｔとなる。なお、本願明細書中では、特に断らない限り、保磁力と言えば、固有保磁力ＨｃＪのことを言うものとする。
【００７５】
ここにいう「電気特性」とは、材料の電気抵抗率（＝体積抵抗率）ρ（Ωｍ）であり、ここにいう「耐酸化性」とは各種酸化性雰囲気、例えば室温空気中などでの上記磁気特性の経時変化のことである。
【００７６】
上記磁気特性と電気特性を合わせて「電磁気特性」とも言う。
【００７７】
本発明の磁性材料において、磁化、飽和磁化、磁束密度、残留磁束密度、電気抵抗率はより高い方が好ましく、飽和磁化については０．３Ｔ或いは３０ｅｍｕ／ｇ以上の高さが望ましく、特に軟磁性材料に限ると１００ｅｍｕ／ｇ以上の高さが望ましく、電気抵抗率については１．５μΩｍ以上の高さが望ましい。他の本発明の磁気特性、例えば結晶磁気異方性定数、保磁力、透磁率、比透磁率などは半硬磁性材料とするか或いは軟磁性材料とするかを初めとして、用途に応じて適正に制御する。特に透磁率、比透磁率は、用途によっては必ずしも高い必要はなく、保磁力が十分に低くて鉄損を低く抑えられていれば、例えば敢えて比透磁率を１０−１から１０５内外の大きさに調整して、特に直流重畳磁場下における磁気飽和を抑えることで、効率の低下を抑えたり、線形に制御しやすくしたりすることもできるし、或いは特許文献１，２の従来技術に記載されている材料の厚みと透磁率の関係に基づいて、透磁率を１桁下げる毎に、渦電流損失が生じる限界厚みを約３．２倍ずつ厚くすることもできる。本発明の特徴の一つは、磁壁移動による磁化反転ではなく、主に磁化の直接回転による磁化反転機構を備えるため、保磁力が低く磁壁移動による渦電流損失も少なく、鉄損を低く抑えることができ、また、外部磁場による磁化回転を抑制する何らかの局所的な磁気異方性を結晶境界に生じさせ、透磁率を低減できることである。
ここで、本発明の大きな特徴は、本発明のＭ成分を用いることにより、例えばＭ成分がない場合や、ＴＭ成分のみである場合に比べ、比透磁率を自由に制御することができ、目的に応じて磁気飽和抑制能（磁気飽和させない磁性材料の機能、或いは特性）を付与できる点にある。比透磁率を上昇させるＭ成分としては、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａが挙げられ、比透磁率を低下させるＭ成分としては、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗが挙げられる。双方の性質を持つＭ成分を適宜混合添加することで、要求性能に合わせた磁性材料が供給される。
【００７８】
因みに、本発明において、このような透磁率の調整ができる理由は、そのまま焼結するだけでも磁性材料の電気抵抗率が大きいため、渦電流による鉄損が小さく、そのため、保磁力を少々犠牲にして透磁率を抑制する材料設計を行うことによってヒステリシス損が多少増加しても、依然トータルの鉄損を小さく保つことができるからである。
【００７９】
本発明の軟磁性材料によれば、１．５μΩｍ以上の電気抵抗率を示し、半硬磁性材料においては、さらに高い電気抵抗率を示すことも可能である。
１０μΩｍ以上の電気抵抗率を示す本発明の軟磁性材料では、電気抵抗率が増すにつれて飽和磁化が低下する傾向があるので、所望の電磁気特性に合わせて、原材料の組成や還元度合を決定する必要がある。特に１０００μΩｍ未満が、本発明の磁性材料の磁化が高いという特徴を得るのに好ましい。よって、好ましい電気抵抗率の範囲は１．５μΩｍ以上１０００μΩｍ未満である。
【００８０】
＜結晶境界＞
本発明の磁性材料が、軟磁性になるか半硬磁性になるかは、前述のように保磁力の大きさによって分かれるが、特にその微細構造と密接な関係がある。α−（ＦＭ，Ｍ）相は一見連続相に観察される場合があるが、図１（Ｆｅ９３．０Ｎｉ２．０Ｃｒ５．０軟磁性材料のＳＥＭ像）のように、多くの異相界面、結晶粒界を含み、また、接触双晶、貫入双晶などの単純双晶や集辺双晶、輪座双晶、多重双晶などの反復双晶を含む双晶、連晶、骸晶（本発明では、異相界面、多結晶粒界だけでなく、これらの様々な晶癖、晶相、連晶組織、転位などにより、結晶が区分されている場合、それらの境界面を総称して「結晶境界」と呼んでいる）などが含まれており、通常よく見られる直線的な結晶粒界と異なって曲線群として結晶境界を呈する場合が多くあって、さらに、そのような組織においては、場所により大きくＭ成分含有量に差が見られる。以上のような微細構造を有する本発明の磁性材料は、軟磁性材料となる場合が多い。
【００８１】
本発明の磁性材料が軟磁性材料の場合、第１相と第２相は、第２相がα−（ＦＭ，Ｍ）相である場合には、Ｍ−フェライトナノ粉体から出発して、粒成長を伴いながら、還元反応の進行にしたがい、組成の不均化反応とともに結晶格子中の酸素を失っていき、最終的に最大５２体積％に及ぶ大きな体積減少が生じる。これが起因して、α−（ＦＭ，Ｍ）相である、第１相及び第２相は、水晶などの宝石、黄鉄鉱、霰石などの鉱物や岩石の結晶を見るような多彩な微細構造をナノスケールに縮小した形で保有しており、内部には、様々なＭ成分含有量を有した多様な相やナノ結晶が含まれている。
【００８２】
結晶粒界や連晶に見える組織も、Ｍ成分含有量には観測場所によって差が見られ、異相界面である場合もある。
【００８３】
＜ランダム磁気異方性モデルと本発明特有の保磁力低下メカニズム＞
ランダム異方性モデルで説明される本発明の軟磁性材料では、以下の３条件を充足していることが大切である。
（１）α−（ＦＭ，Ｍ）相の結晶粒径が小さいこと、
（２）交換相互作用により強磁性結合していること、
（３）ランダムな配向をしていること。
（３）について、特にｂｃｃ相のＭ成分の含有量が１０原子％以下である領域では、必ずしも必須ではなく、この場合、保磁力の低下はランダム異方性モデルとは異なる原理で生じている。即ち、第１相と第２相、第１相同志、第２相同志の何れか１種以上の相互作用により、ナノスケールのＭ成分含有量の濃度のゆらぎに基づく磁気異方性のゆらぎが生じて、磁化反転が促され、保磁力の低減がなされる。このメカニズムによる磁化反転機構は、本発明に特有のものであり、本発明者らが知りうる限り、本発明者らによって初めて見出されたものである。
還元時に粒成長や、強磁性相が連続するように粒子同士が融着していない場合や、粒子同士が分離してしまうような相分離が生じている場合に、本発明の磁性材料の保磁力を軟磁性領域に持っていくためには、その後に焼結などを施して固化、即ち、「第１相と第２相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合し、全体として塊状を成している状態」にするのが望ましい。
【００８４】
上記（２）の交換相互作用により強磁性結合するためには、交換相互作用が数ｎｍの短距離秩序内で働く相互作用或いは力であることから、第１相同志が連結する場合では直接結合するか、第１相と第２相或いは第２相同志が連結する場合では、交換相互作用を伝えるために、第２相が強磁性か反強磁性である必要がある。第１相及び／又は第２相の一部が超常磁性領域にあったとしても、その材料自体がバルク状態では強磁性或いは反強磁性であるため、周囲の強磁性或いは反強磁性の相と十分交換結合していれば、交換相互作用を伝達する相にできる場合もある。
【００８５】
本発明の半硬磁性材料の場合は、以上の限りではないが、残留磁束密度の高い半硬磁性材料を得るには、上記の固化は必要である。
【００８６】
＜第１相、第２相、磁性材料全体の平均結晶粒径＞
本発明の軟磁性材料の第１相若しくは第２相の平均結晶粒径、或いは磁性材料全体の平均結晶粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ未満であることが好ましい。第１相及び第２相の平均結晶粒径が１０μｍ未満である場合、磁性材料全体の平均結晶粒径も１０μｍ未満となる。
【００８７】
特に本発明の軟磁性材料に関しては、上記のランダム磁気異方性モデル或いは本発明に特有のメカニズムによる低保磁力化を実現させるために、第１相若しくは第２相の何れかはナノ領域にあることが好ましい。第１相、第２相ともに強磁性相である場合、双方とも平均結晶粒径が１０μｍ未満であることが好ましく、１μｍ未満であることがランダム磁気異方性モデルに基づく低保磁力化を実現させるために好ましく、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、２００ｎｍ以下であれば、Ｍ成分含有量にもよるが、本発明特有のメカニズムによる保磁力の顕著な低減効果もあって、特に好ましい。以上の場合、第２相より、第１相の磁気異方性エネルギーの方が大きい場合が多いので、特に、第１相が、１０μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以下であれば、保磁力は極めて小さくなり、各種トランス、モータ等に好適な軟磁性材料となる。
【００８８】
また１ｎｍ未満となると、室温で超常磁性となり、磁化や透磁率が極端に小さくなる場合があるので、１ｎｍ以上とすることが好ましい。上述でも触れたが、もし１ｎｍ未満の結晶粒やアモルファス状の相が存在する場合は、これらを１ｎｍ以上の結晶粒と十分に交換相互作用で連結させることが求められる。
【００８９】
第２相が強磁性相でない場合、上記のランダム異方性化モデル或いは本発明に特有のメカニズムによる保磁力低減に第２相は関与しないが、その存在により電気抵抗率が大きくなるため好ましい成分である。
【００９０】
本発明の半硬磁性材料の場合は、以上とは逆に保磁力を発現するために、第１相をナノレベルの平均結晶粒径に保ち、適度な表面酸化層を第２相としたり、第２相を数ｎｍの平均結晶粒径として第１相の粒界に存在させたりして、半硬磁性領域の保磁力を発現しつつ高い磁化を保ち、耐酸化性を付与させる方法が有効である。
【００９１】
＜結晶粒径の測定＞
本発明の結晶粒径の測定はＳＥＭ法、ＴＥＭ法又は金属顕微鏡法で得た像を用いる。観察した範囲内で、異相界面や結晶粒界だけでなく全ての結晶境界を観察し、それに囲まれた部分の結晶領域の径を結晶粒径とする。結晶境界が見えにくい場合は、ナイタール溶液などを用いた湿式法やドライエッチング法などを用いて結晶境界をエッチングする方がよい。平均結晶粒径は、代表的な部分を選び、最低１００個の結晶粒が含まれている領域で計測することを原則とする。これより少なくてもよいが、その場合は、統計的に十分全体を代表する部分が存在していて、その部分を計測していることが求められる。平均結晶粒径は、観測領域を撮影して、その写真平面（対象の撮影面への拡大射影面）上に適当な直角四角形領域を定め、その内部にＪｅｆｆｒｙ法を適用して求める。なお、ＳＥＭや金属顕微鏡で観察した場合は、分解能に対して結晶境界幅が小さすぎて観測されないこともあるが、その場合、結晶粒径の計測値は実際の結晶粒径の上限値を与える。具体的には、上限が１０μｍの結晶粒径測定値を有していればよい。但し、例えばＸＲＤ上で明確な回折ピークを持たない、超常磁性が磁気曲線上で確認されるなどの現象から、磁性材料の一部乃至全部が結晶粒径の下限である１ｎｍを切る可能性が示された場合は、ＴＥＭ観察により実際の結晶粒径を改めて決定しなければならない。また、本発明において結晶境界とは関わらない結晶粒径の測定が必要な場合がある。即ち、Ｍ成分含有量の濃度のゆらぎにより、微細に結晶組織が変調している場合などであって、そのような微細構造を有する本発明の磁性材料の結晶粒径は、そのＭ成分含有量の変調幅を結晶粒径とする。この結晶粒径はＴＥＭ−ＥＤＸ解析などで決定する場合が多いが、その大きさは、次の項で記載する結晶子サイズとほぼ対応している場合が多い。
【００９２】
＜結晶子サイズの測定＞
結晶子とは、結晶物質を構成する顕微鏡的レベルでの小さな単結晶のことであり、多結晶を構成する個々の結晶（いわゆる結晶粒）よりも小さい。
本発明では、不均化反応により相分離が生じ、第１相及び／又は第２相のｂｃｃ相のＭ成分含有量に組成幅が生じる。Ｍ成分含有量により、Ｘ線の回折線ピーク位置は変化するので、例えばｂｃｃ相の（２００）における回折線の線幅を求め、これにより結晶子サイズを決定しても誤差が大きくなる。そのため、この方法により得られる結晶子サイズは、Ｍ成分を含むｂｃｃ相構造の結晶の場合、有意とは認められないこともあり得る。このように、結晶子サイズが有意とは認められない場合もあり得ることから、本願では、上述のようにｂｃｃ相の（２００）における回折線に基づいて得られた結晶子サイズを「見掛けの結晶子サイズ」と呼ぶ。
他方、ＦＭ成分に含まれるＮｉやＣｏは、Ｆｅと原子半径が近く、不均化の度合いもＭ成分ほどではなく、組成分布による結晶子サイズの大きさの変化はほとんど見られない。そのため、本発明のように、上記の方法により得られたＦＭ成分からなる結晶（例えば、磁性材料として、少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表される組成を有する結晶）の結晶子サイズの値は有意である。また、Ｍ成分を含むｂｃｃ相構造の結晶の場合でも、本発明のように、ｂｃｃ相のＭ成分含有量が０．００１原子％以上１原子％以下の場合（例えば、少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（但し、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦１であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有する磁性材料の場合）、（２００）の回折線のずれがとても小さいので、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で、有効数字１桁の見掛けの結晶子サイズを測定しても、実質的にその「結晶子サイズ」と同視できる。そのため、このような場合の見掛けの結晶子サイズを本願では、単に「結晶子サイズ」と呼ぶ。
具体的には、本発明におけるｂｃｃ相の結晶子サイズは、Ｋα２回折線の影響を除いた（２００）回折線幅とシェラーの式を用い、無次元形状因子を０．９として求めた。
ｂｃｃ相は、少なくとも第１相が当該相を有する場合（即ち、第１相のみがｂｃｃ相を有する場合と、第１相及び第２相の両方がｂｃｃ相を有する場合）があるが、その好ましいｂｃｃ相の結晶子サイズの範囲は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
１ｎｍ未満となると、室温で超常磁性となり、磁化や透磁率が極端に小さくなる場合があるので、１ｎｍ以上とすることが好ましい。
ｂｃｃ相の結晶子サイズが２００ｎｍ以下とすると、保磁力は軟磁性領域に入って極めて小さくなり、各種トランス、モータ等に好適な軟磁性材料となるので好ましい。さらに、５０ｎｍ以下は、Ｍ成分含有量の低い領域であるから２Ｔを超える高い磁化が得られるだけでなく、低い保磁力も同時に達成でき、非常に好ましい範囲である。
見掛けの結晶子サイズの大きさは、一般的の結晶では、ｂｃｃ相のＭ成分含有量が０．００１原子％以上１原子％以下の材料（例えば、少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（但し、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦１であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表されるｂｃｃ相を有する磁性材料）の結晶子サイズに比べ最大で５０％小さめに測定される危険性がある。しかしながら、上述の理由により、本発明（（例えば、磁性材料として、少なくとも第１相が、ＦＭ１００−ｘＭｘ（ここで、ｘは原子百分率で０．００１≦ｘ≦３３．３３であり、ＦＭはＦｅを含み、且つＮｉ及び／又はＣｏを含む強磁性成分であり、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉのうちのいずれか一種以上である）の組成式で表される組成のｂｃｃ相を有する結晶））では、例えば見掛けの結晶子サイズの大きさを、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内の１ｎｍ以上１００ｎｍ以下に限定すれば、上記危険性を回避できる。その結果、上記で述べた結晶子サイズと磁気特性の好ましさの関係は維持される。
【００９３】
＜軟磁性材料の大きさ＞
本発明の軟磁性材料の粉体の大きさは１０ｎｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。１０ｎｍ未満であると、保磁力が十分小さくならず、５ｍｍを超えると、焼結の際に大きな歪みがかかり、固化後の焼鈍処理が無いと保磁力が反って大きくなる。さらに好ましくは１００ｎｍ以上１ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．５μｍ以上５００μｍ以下である。この領域に平均粉体粒径が収まれば、保磁力の低い軟磁性材料となる。また、上記で規定した各平均粉体粒径範囲内で粒径分布が十分広ければ、比較的小さな圧力で容易に高充填が達成され、固化した成形体の体積当たりの磁化が大きくなるため、好ましい。粉体粒径が大きすぎると磁壁の移動が励起される場合があり、本発明の軟磁性材料の製造過程における、不均化反応によって形成される異相により、その磁壁移動が妨げられ、むしろ保磁力が大きくなる場合もある。そのため、本発明の軟磁性材料の成形の際、適切な粉体粒径を有した本発明の磁性材料粉体の表面が酸化された状態であった方がよい場合がある。Ｍ成分を含む合金は、酸化により表面に非磁性のＭ成分酸化物相の不働態膜を形成することがあるため、耐酸化性が極めて優れるだけでなく、保磁力の低減、電気抵抗率の向上などの点でも効果がある。粉体表面の適切な徐酸化、空気中での各工程ハンドリング、還元性雰囲気だけでなく、不活性ガス雰囲気などでの固化処理なども有効である。
【００９４】
＜半硬磁性材料の大きさ＞
本発明の半硬磁性材料の磁性粉体の平均粉体粒径は１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲にあるのが好ましい。１０ｎｍ未満であると成形しづらく、合成樹脂やセラミックに分散して利用する際も分散性が極めて悪いことがある。また１０μｍを超える平均粉体粒径では、保磁力が軟磁性領域に至るので、本発明の軟磁性材料の範疇に属する。さらに好ましい平均粉体粒径は１０ｎｍ以上１μｍ以下で、この範囲であれば、飽和磁化と保磁力双方のバランスが取れた半硬磁性材料となる。
【００９５】
＜平均粉体粒径の測定＞
本発明の磁性材料の粉体粒径は、主としてレーザー回折式粒度分布計を用いて体積相当径分布を測定し、その分布曲線より求めたメジアン径によって評価する。又は粉体のＳＥＭ法やＴＥＭ法で得た写真、又は金属顕微鏡写真を元に代表的な部分を選び、最低１００個の直径を計測して求める。これより少なくてもよいが、その場合は、統計的に十分全体を代表する部分が存在していて、その部分を計測していることが求められる。特に５００ｎｍを下回る粉体、１ｍｍを超える粉体の粒径を計測するときは、ＳＥＭやＴＥＭを用いる方法を優先する。又、Ｎ種類（Ｎ≦２）の測定法又は測定装置を併用し、合計ｎ回の測定（Ｎ≦ｎ）を行った場合、それらの数値Ｒｎは、Ｒ／２≦Ｒｎ≦２Ｒの間にある必要があって、その場合、下限と上限の相乗平均であるＲを持って平均粉体粒径を決定する。
【００９６】
以上のように、本発明の磁性材料の粉体粒径の測定法は、原則として、（１）計測値が５００ｎｍ以上１ｍｍ以下である場合、レーザー回折式粒度分布計を優先し、（２）５００ｎｍ未満又は１ｍｍを超える場合は、顕微鏡法を優先する。（３）５００ｎｍ以上１ｍｍ以下で（１）と（２）を併用する場合は、上記Ｒを持って平均粉体粒径を決定する。本願では、粉体粒径の標記は、（１）或いは（２）の場合、有効数字１桁乃至２桁であり、（３）の場合は有効数字１桁で表現する。粉体粒径の測定法を併用する理由は、５００ｎｍ直上、１ｍｍ直下の粉体粒径を有する場合、（１）の方法では有効数字一桁でも不正確な値となる可能性があり、一方、（２）の方法では局所的な情報でないことを確かめるのに手間を要するので、（１）の方法でまず平均粉体粒径の値を得て、（２）の方法でも簡便に値を得ることにより、両者を比較検討し、上記Ｒを持って平均粉体粒径を決定するのが、非常に合理的であるからである。本願では、本発明の磁性材料の粉体の平均粒径を、以上の方法によって決定している。但し、（１）と（３）、或いは（２）と（３）が有効数字一桁で一致しない場合は、平均粉体粒径範囲によって、再度（１）又は（２）で精密に測定し、Ｒを決定しなければならない。但し、明らかに強い凝集があって（１）で粉体粒径を求めるのが不適切であったり、あまりに不均一でサンプル画像によって見積もられる粉体粒径が極端に異なって明らかに（２）で粉体粒径を定めるのが不適切であったり、さらには測定装置の仕様によっては、上記の粉体粒径測定法を定める基準とした５００ｎｍ及び１ｍｍという区分が不適切であったりなど、明白な不適切事由が存在する場合は、上記原則に依らず、（１）、（２）又は（３）の何れかの手法を限定的に選定し直して採用してもよい。本発明の磁性材料を、それ以外の磁性材料と区別する為だけであれば、平均粉体粒径は有効数字１桁で決定されていれば足りる。
【００９７】
なお、例えばＭ成分含有量が１０原子％以下のＭ−フェライトナノ粉体を１０００℃以上に還元する場合などでは、マクロな粉体形状が、多くの貫通孔である中空部分を内部に含む立体網目状、いわばスポンジ形状となる場合がある。これらは、還元反応により粒成長が進むと同時に結晶格子から酸素が抜けて大きな体積減少が生ずることにより形成されるものと考えている。この場合の粉体粒径は、内部の中空部分の体積を含んで計測される。
【００９８】
＜固形磁性材料＞
本発明の磁性材料は、第１相と第２相が、直接、或いは、金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合し、全体として塊状を成している状態の磁性材料（本願では、「固形磁性材料」とも称する。）として活用できる。また、前述したように、粉体の中に多くのナノ結晶がすでに結合されている場合には、その粉体を樹脂などの有機化合物、ガラスやセラミックなどの無機化合物、またそれらの複合材料などを配合して成形することもできる。
【００９９】
＜充填率＞
充填率について、本発明の目的を達成できる限り特に限定はないが、Ｍ成分の少ない本発明の磁性材料の場合は、６０体積％以上１００体積％以下とするのが、耐酸化性、及び電気抵抗率と磁化の高さのバランスの観点から優れているので好ましい。
【０１００】
ここにいう充填率とは、空隙も含む本発明の磁性材料全体の体積に対する本発明の磁性材料の体積（即ち、空隙や樹脂などの本発明の磁性材料でない部分を除いた、本発明の磁性材料のみによって占有される体積）の割合を百分率で表したものである。
【０１０１】
上記充填率のさらに好ましい範囲は８０体積％以上であり、特に好ましくは９０体積％以上である。本発明の磁性材料はもともと耐酸化性が高いが、充填率が大きくなるほど、さらに耐酸化性が増し、適用される用途範囲が広がるだけでなく、飽和磁化が向上して、高いパフォーマンスを有した磁性材料が得られる。また、本発明の軟磁性材料においては、粉体同志の結合が高まり保磁力が低下する効果ももたらす。
【０１０２】
＜本発明の磁性粉体、固形磁性材料の特徴＞
本発明の磁性材料粉体は、フェライトのように、焼結可能な粉体材料であることが大きな特徴の一つである。０．５ｍｍ以上の厚みを持った各種固形磁性材料を容易に製造することができる。さらに１ｍｍ以上、そして５ｍｍ以上の厚みを持った各種固形磁性材料でも、１０ｃｍ以下の厚みであれば、焼結などにより、比較的容易に製造可能である。
さらに、本発明の磁性材料の一つの特徴は、電気抵抗率が大きいことである。他の金属系圧延材料や薄帯材料が、結晶粒界、異相や欠陥を含まないような製法で作られるのに対し、本発明の磁性材料粉体は多くの結晶境界や多様な相を含んでおり、それ自体電気抵抗率を上昇させる効果がある。その上、粉体を固化する際には、特に固化前の粉体の表面酸化層（即ち、第１相や第２相の表面に存在するＭ成分酸化物相、ウスタイト、マグネタイト、Ｍ−フェライト、Ｍ−ヘマタイト、アモルファスなどの酸素量が高い層、中でもＭ成分を多く含む酸化物層）及び／又は金属層（即ち、Ｍ成分を多く含む金属層）が介在するので、バルク体の電気抵抗率も上昇する。
特に、電気抵抗率を上昇させる表面酸化層の好ましい構成化合物としては、Ｍ成分酸化物相、ウスタイト、Ｍ−フェライトのうち少なくとも１種が挙げられる。
本発明の磁性材料が上記の特徴を有するのは、本発明が、高磁化であって高周波用途の他の金属系軟磁性材料とは本質的に異なった方法で形成された磁性材料、即ちＭ−フェライトナノ粉体を還元して、まずナノ微結晶を有する金属粉体を製造し、さらにそれを成形して固形磁性材料とする、ビルドアップ型のバルク磁性材料を主に提供しているからである。
【０１０３】
また、上述のとおり、珪素鋼で代表される既存の金属系軟磁性材料に比べて電気抵抗が高いために、例えば回転機器などを製造する際に通常必要とされる積層工程などがかなり簡略化できる。仮に本発明の磁性材料の電気抵抗率が珪素鋼の約３０倍とすると、渦電流が生じない厚みの限界は、特許文献１及び２の記載に基づけば、約５倍となるので、積層が必要な場合でも積層数も１／５となる。例えば、周波数が６６７Ｈｚの高回転領域のモータのステータに適用する際にも、厚みが１．５ｍｍまで許容される。
【０１０４】
本発明の固形磁性材料は、樹脂などのバインダを含まず、かつ密度が高く、切削加工及び／又は塑性加工により、任意の形状に、通常の加工機で容易に加工することができる。特に、工業的利用価値の高い角柱状、円筒状、リング状、円板状又は平板状などの形状に、容易に加工できることが大きな特徴の一つである。一旦これらの形状に加工した後、さらにそれらに切削加工などを施し、瓦状や任意の底辺形状を有する角柱などに加工することも可能である。即ち、任意の形状や、円筒面を含む曲面或いは平面により囲まれたあらゆる形態に、容易に切削加工及び／塑性加工を施すことが可能である。ここで言う切削加工とは、一般的な金属材料の切削加工であり、鋸、旋盤、フライス盤、ボール盤、砥石などによる機械加工であり、塑性加工とは、プレスによる型抜きや成形、圧延、爆発成形などである。また、冷間加工後の歪み除去のために、常温から１５００℃の範囲で焼鈍を行うことができる。
【０１０５】
＜製造方法＞
次に本発明の磁性材料の製造方法について記載するが、特にこれらに限定されるものではない。
本発明の磁性材料の製造方法は、
（１）Ｍ−フェライトナノ粉体製造工程
（２）還元工程
の両工程を含み、必要に応じて、さらに以下の工程のいずれか１工程以上を含んでもよい。
（３）徐酸化工程
（４）成形工程
（５）焼鈍工程
以下に、それぞれの工程について、具体的に述べる。
【０１０６】
（１）Ｍ−フェライトナノ粉体製造工程（本願では、「（１）の工程」とも称する。）
本発明の磁性材料の原料であるナノ磁性粉体の好ましい製造工程としては、湿式合成法を用いて全室温で合成する方法を備えるものがある。
公知のフェライト微粉体の製造方法としては、乾式ビーズミル法、乾式ジェットミル法、プラズマジェット法、アーク法、超音波噴霧法、鉄カルボニル気相分解法などがあり、これらの方法を用いても、本発明の磁性材料が構成されれば好ましい製造法である。但し、本発明の本質である、組成が不均化したナノ結晶を得るためには、主として水溶液を用いた湿式法を採用するのが最も工程が簡便で好ましい。
本製造工程は、特許文献３に記載されている「フェライトめっき法」を本発明の磁性材料を製造するために使用するＭ−フェライトナノ粉体の製造工程に応用したものである。
通常の「フェライトめっき法」は、粉体表面めっきだけでなく、薄膜などにも応用され、また、その反応機構なども既に開示されているが（例えば、阿部正紀、日本応用磁気学会誌、２２巻、９号（１９９８）１２２５頁（以後、「非特許文献４」と称する。）や国際公開第２００３／０１５１０９号（以後、「特許文献４」と称する。）を参照）、本製造工程においては、このような「フェライトめっき法」とは異なり、めっきの基材となる粉体表面は利用しない。本製造工程においては、フェライトめっきに利用される原料など（例えば、塩化クロム及び塩化鉄）を１００℃以下の溶液中で反応させて、強磁性で結晶性のＭ−フェライトナノ粉体そのものを直接合成する。本願では、この工程（或いは方法）を「Ｍ−フェライトナノ粉体製造工程」（或いは「Ｍ−フェライトナノ粉体製造法」）と呼ぶ。
以下に、スピネル構造を有した「Ｍ−フェライトナノ粉体製造工程」に関して例示して説明する。
【０１０７】
予め酸性領域に調整した適量の水溶液を容器（本願では、反応場とも称する）に入れ、室温大気下、超音波励起しながら、若しくは適切な強度或いは回転数で、機械的撹拌を行いながら、反応液とともにｐＨ調整液を同時に滴下して、酸性からアルカリ性領域に溶液ｐＨを徐々に変化させ、Ｍ−フェライトナノ粒子を反応場中に生成させる。その後、溶液とＭ−フェライトナノ粉体を分離し、乾燥して平均粉体粒径１ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）未満のＭ−フェライト粉体を得る。以上の方法は、工程が簡便であるため、コスト的に安価な方法として挙げられる。特に、本発明の実施例で挙げられた例は、全工程が室温でなされており、そのため、この熱源を使用しない製造工程によって、設備費用やランニングコストなどの負担が軽減される。本発明で用いられるＭ−フェライトナノ粉末を製造するための方法は、勿論上記製法に限られるわけではないが、上記製法で用いられる反応開始前の反応場の初期液（本願では、これを反応場液とも称する）、反応液、そしてｐＨ調整液に関して、以下に説明を加える。
【０１０８】
反応場液としては、酸性溶液が好ましく、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸のほか、金属塩、さらにその複塩や錯塩溶液などを水などの親水性溶媒に溶解した溶液（例えば、塩化鉄溶液やＭ成分塩化物溶液等）、若しくは、有機酸の水溶液（例えば、酢酸やシュウ酸等）などの親水性溶媒溶液、さらにそれらの組み合わせなども使用可能である。反応場液として、予め反応液を反応場に用意することは効率的にＭ−フェライトナノ粉体の合成反応を進めるのに有効である。ｐＨは−１未満であると、反応場を提供する材質に制限が生じ、また不可避ではない不純物の混入を許してしまう場合があるので、−１以上７未満の間で制御することが望まれる。反応場での反応効率を高め、不要な不純物の溶出、析出を最小限に食い止めるために、特に好ましいｐＨ領域は０以上７未満である。反応効率と収率のバランスがよいｐＨ領域として、さらに好ましくは１以上６．５未満である。反応場としての溶媒は、有機溶媒などのうち親水溶媒も使用できるが、無機塩が十分電離できるように、水が含まれることが好ましい。
【０１０９】
反応液は、塩化鉄を含むＦＭ成分塩化物、Ｍ成分塩化物などの塩化物、硝酸鉄を含むＦＭ成分硝酸塩、Ｍ成分硝酸塩などの硝酸塩、或いは、ＦＭ成分及び／又はＭ成分（任意にＴＭ成分を含んでもよい）を含む、亜硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、若しくはフッ化物などの無機塩の水を主成分とする溶液でも、場合よっては有機酸塩の水などの親水性溶媒を主成分とする溶液も必要に応じて使用可能である。また、それらの組み合わせでもよい。但し、反応液の中には、ＦＭ成分イオンとＭ成分イオンを含むことが必須である。反応液中のＦＭ成分イオンについて述べると、二価のＦＭイオン（Ｆｅ２＋と、Ｎｉ２＋及び／又はＣｏ２＋）のみの場合と、三価のＦＭ成分イオン（Ｆｅ３＋と、Ｎｉ３＋及び／又はＣｏ３＋）との混合物の場合と、三価のＦＭ成分イオンのみの場合の何れでもよいが、ＦＭ３＋イオンのみの場合は、Ｍ成分元素の二価以下の金属イオンが含まれている必要がある。反応液中のＭ成分イオンの価数としては、一価、二価、三価、四価、五価、或いは六価が代表的であるが、反応液或いは反応場液中においては、二価以上六価以下が反応の均質性の点で特に優れる。
【０１１０】
Ｍ成分塩化物（Ｍ成分と塩素が結合した物質、ＣｒＣｌ３のように水和物として水分子が含まれる場合がある）水溶液或いはＴＭ成分塩化物水溶液は、予め水溶液とした市販品を使用してもよいが、任意の濃度の水溶液を得るために固体か原液から調製する際は、水に溶けるときに爆発的に反応する危険があるので、氷冷などで溶液を冷却しながら混合する方法が推奨される。また、大気に触れると塩化水素を発煙するので、酸素濃度抑えたグローブボックス中で取り扱う方が望ましい。さらに、水溶液は塩酸酸性にしておくか、或いは濃塩酸を使用することにより、Ｍ成分塩化物やオキシ塩化物等が沈殿したり、溶解しない成分が残ったりせずに、着色はあっても透明な水溶液が得られる。
【０１１１】
ｐＨ調整液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アンモニウムなどのアルカリ溶液や、塩酸などの酸性溶液、及びその組み合わせが挙げられる。酢酸−酢酸ナトリウム混合溶液のようなｐＨ緩衝液の使用やキレート化合物などの添加なども可能である。
【０１１２】
酸化剤は必ずしも必須ではないが、反応場液及び反応液中のＦｅイオンとして、Ｆｅ２＋イオンのみが含まれている場合には、必須な成分である。酸化剤の例としては、亜硝酸塩、硝酸塩、過酸化水素水、塩素酸塩、過塩素酸、次亜塩素酸、臭素酸塩、有機過酸化物、溶存酸素水など、及びそれらの組み合わせが挙げられる。大気中や酸素濃度が制御された雰囲気中で撹拌することによって、Ｍ−フェライトナノ粒子反応場へ連続的に、酸化剤としての働きを持つ溶存酸素が供給されている状況を保ち、反応の制御を行うことも有効である。また、反応場にバブリングするなどして、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを連続的あるいは一時的に導入し、酸素の酸化作用を制限することによって、他の酸化剤の効果を阻害せず、安定して反応制御を行うこともできる。
【０１１３】
典型的なＭ−フェライトナノ粉体製造法では、以下のような反応機構でＭ−フェライトナノ粒子の形成が進む。Ｍ−フェライトナノ粒子の核は、反応液中にグリーンラストのような中間生成物を介して、或いは直接生成する。反応液としてＦｅ２＋イオンが含まれており、これが既に生成した粉体核、或いはある程度成長した粉体表面のＯＨ基に吸着され、Ｈ＋を放出する。次いで空気中の酸素や酸化剤、陽極電流（ｅ＋）などによって酸化反応を行うと、吸着されたＦｅ２＋イオンの一部がＦｅ３＋イオンに酸化される。液中のＦｅ２＋イオンを含むＦＭ２＋イオン、又はＦｅ２＋イオンを含むＦＭ２＋イオン（或いは、ＦＭ３＋イオン、さらにＦＭ２＋イオンを含めた混合価数イオン）及びＭ３＋イオン（或いは、Ｍ２＋イオン、Ｍ４＋イオン、Ｍ５＋イオン、Ｍ６＋イオン、さらにＭ３＋イオンを含めた混合価数イオン）が、既に吸着していた金属イオン上に再び吸着しつつ、加水分解を伴いながら、Ｈ＋を放出してスピネル構造を有したフェライト相が生成する。このフェライト相の表面には、ＯＨ基が存在しているので、再び金属イオンが吸着して、同様のプロセスが繰り返され、Ｍ−フェライトナノ粒子に成長する。
【０１１４】
この反応機構のなかで、Ｆｅ２＋イオンを主体とするＦＭ２＋イオンとＭ３＋から直接スピネル構造のフェライトに変化させるためには、ＦｅのｐＨ−電位図における平衡曲線で、Ｆｅ２＋イオンとフェライトを仕切る線を横切るように、ｐＨと酸化還元電位を調整しながら、Ｆｅ２＋イオンの安定な領域からフェライトが析出する領域に、反応系をゆっくりとずらすのがよい。例えばＭ３＋を用いた場合、特別な場合を除いて反応初期から三価の状態であり、酸化還元電位変化に対する影響はほとんどなく、多くの場合Ｆｅの酸化還元電位の変化により反応（即ち混合溶液からフェライト固相への進行）が記述される。他の価数のＭ成分元素のイオンが含まれ、そのイオンの酸化数が変化し反応に関与する場合も、その組成や温度に対応するｐＨ−電位図を用いるか、或いは予測することにより、同様な議論ができる。従って、ｐＨ調整剤や酸化剤の種類、濃度、添加方法などの条件を適宜調整しながらフェライト相を生成することが望ましい。
【０１１５】
一般的によく知られているフェライトナノ粉体の製造法では、酸性側で反応液を調整し、一気にアルカリ溶液を添加するなどして反応場を塩基性領域とし、共沈によって微粒子を瞬時に発生させることが多い。Ｍ−フェライトナノ粉体を製造する場合であれば、Ｆｅ成分とＭ成分の溶解度積の差により、不均一にならないように配慮されたものと考えることができる。勿論、この方法で調製してもよく、非常に小さなナノ粒子を作製することができるので、本発明の磁性材料のフェライト原料としても使用できる。
一方、本発明の実施例では、反応液を滴下してＭ−フェライトナノ粉体製造法における原料を反応場に供給しながら、ｐＨ調整剤も同時に滴下して、徐々にｐＨを酸性から塩基性へ変化させることにより、Ｍ成分を着実にＦｅ−フェライト構造中に取り込んでいくように工程を設計している。この工程によれば、Ｍ−フェライトナノ粒子を製造する段階で、上述のようなメカニズムでフェライトが生成される際に放出されるＨ＋が、ｐＨ調整液の連続的な反応場への投入により中和されていき、次々にＭ−フェライト粒子の生成や成長が生じる。また、反応初期には、グリーンラストが生じて反応場が緑色になる期間がある（反応場や反応液のｐＨなどの条件によっては黄色、黄緑色になる期間が前段にある）が、このグリーンラスト中にＭ成分が混在することが重要であり、これが最終的にフェライトに転化した際、格子内にＭ成分が取り込まれ、さらにこの後の還元反応において、第１相や第２相の中で、ｂｃｃ構造を有するα−Ｆｅ相にＭ成分が取り込まれていく。
【０１１６】
上記のほかに、反応を制御するためのその他の因子としては、撹拌と反応温度が挙げられる。
【０１１７】
Ｍ−フェライトナノ粉体合成反応により生じた微粒子が凝集して、均質な反応を阻害するのを防ぐために、分散は非常に重要であるが、超音波で分散しながら反応励起を同時に行う方法、分散液をポンプで搬送や循環する方法、単に撹拌バネや回転ドラムで撹拌したり、アクチュエータなどで揺動や振動させたりする方法など、反応の制御の目的に応じて、公知の方法の何れか、或いはその組み合わせが用いられる。
【０１１８】
反応温度としては、一般に、本発明で用いるＭ−フェライトナノ粉体製造法では水共存下での反応であるために、大気圧下での水の凝固点から沸点までの０から１００℃の間が選ばれる。
【０１１９】
本発明では、系全体を高圧下に置くなどして１００℃を超える温度領域でＭ−フェライトナノ粉体を合成する方法（例えば超臨界反応法など）は、本発明の効果を発揮するＭ−フェライトナノ粉体が形成できる限り、本発明の磁性材料に属する。
【０１２０】
反応の励起方法としては、上記の温度や超音波の他に、圧力や光励起なども有効な場合がある。
【０１２１】
さらに、本発明では、反応液としてＦｅ２＋を主体とするＦＭ２＋を含む水溶液を用いてＭ−フェライトナノ粉体製造法を適用する場合（特にＭ−フェライトナノ粒子にＦｅを主体とするＦＭが二価イオンとして混入する条件で反応させる場合）には、Ｍ成分の含有量が４０原子％未満であれば、最終的に生成した本発明の磁性材料のフェライト被覆層中にＦｅの二価イオンが観測されることが重要である。その量はＦｅ２＋／Ｆｅ３＋比で、０．００１以上であることが好ましい。この同定法としては、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いると良い。具体的には、Ｍ−フェライトナノ粒子の表面をＥＰＭＡで分析し、ＦｅＬα−ＦｅＬβのＸ線スペクトルを得て、上記２種の材料の差分を取り、Ｆｅ２＋を含む酸化鉄（例えばマグネタイト）及びＦｅ３＋のみの酸化鉄（例えばヘマタイトやマグヘマタイト）標準試料のスペクトルと比較することによりＭ−フェライトナノ粒子中のＦｅ２＋イオン量が同定できる。
【０１２２】
このとき、ＥＰＭＡの測定条件は、加速電圧７ｋＶ、測定径５０μｍ、ビーム電流３０ｎＡ、測定時間１秒／ステップである。
【０１２３】
Ｍ−フェライトナノ粉体の代表的な不純物相としては、Ｍ−ヘマタイトなどの酸化物、ゲーサイト、アカゲナイト、レピドクロサイト、フェロオキシハイト、フェリヒドライト、グリーンラストなどのオキシ水酸化鉄（或いはオキシ水酸化ニッケル、オキシ水酸化コバルトなどとの固溶体であるオキシ水酸化ＦＭ）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水酸化物があるが、この中で特にフェリヒドライト相、Ｍ−ヘマタイト相を含む場合、これらは還元後にα−（ＦＭ，Ｍ）相及びその他の第２相を形成するので、必ずしも取り除く必要のない相である。これらのフェリヒドライト相、Ｍ−ヘマタイト相はＳＥＭ観察などにおいて、数ｎｍの厚みを持った板状の組織として観察される。しかし、厚みの割に面積の大きい粒子であるため、還元反応過程において大きな不適切な粒成長を助長することがあり、ＦＭ成分、Ｍ成分、酸素以外の不純物も多いため、この量はＭ−フェライトナノ粉体より体積分率で少ないことが望まれる。特に、ＦＭ成分に対するＭ成分の原子比が、０．３３を超え０．５以下である場合、フェリヒドライト、Ｍ−ヘマタイトを中心とするＭ−フェライトナノ粉体以外の相のＭ成分比がＭ−フェライトナノ粉体より大きくなり、還元時に生じる不均化が制御しにくくなるのでフェリヒドライト相などの凝集具合（特に、数ミクロン程度にまで偏在して不均一にならないようにすること）などに十分注意を要することが望ましい。なお、上記に関わらず、Ｍ成分を取り込みやすいフェリヒドライト相、Ｍ−フェライト相の全磁性材料に対する含有量を、上述のＭ成分を含まない不適切な副相を析出させないように、意図して０．０１体積％から３３体積％までの範囲に制限して共存させることも可能である。この方が、フェライトナノ粉体製造時の制御条件を厳密に保持する必要がないので、工業的なメリットが大きい。
【０１２４】
本発明の原料となるＭ−フェライトナノ粉体の平均粉体粒径は、１ｎｍ以上１μｍ（１０００ｎｍ）未満であることが好ましい。さらに好ましくは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。１ｎｍ未満であると、還元時の反応が十分に制御できず、再現性に乏しい結果となる。１００ｎｍを超えると、還元工程で還元した金属成分の不適切な粒成長が著しくなり、軟磁性材料の場合には、保磁力が上昇してしまうことがあるので、１００ｎｍ以下が好ましい。また、１μｍ以上では、α−ＦＭ相が分離してしまい、この相の中にＭが取り込まれず、本発明の優れた電磁気特性、耐酸化性の乏しい磁性材料しか得られないことがあるので、１μｍ未満が好ましい。
【０１２５】
本発明で使用されるＭ−フェライトナノ粉体は、主に水溶液中で製造を行った場合、デカンテーション、遠心分離、濾過（その中でも特に吸引濾過）、膜分離、蒸留、気化、有機溶媒置換、粉体の磁場回収による溶液分離、又はそれらの組み合わせなどによって水分を除去する。その後、常温、又は３００℃以下の高温で真空乾燥させたり、空気中で乾燥させたりする。空気中での熱風乾燥や、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの不活性ガス（但し、本発明において、窒素ガスは、熱処理時の温度領域によっては不活性ガスにならないこともある）若しくは水素ガスなどの還元性ガス、或いはそれらの混合ガス中で熱処理することにより乾燥することもできる。液中の不要成分を除去し、一切熱源を使用しない乾燥方法としては、遠心分離後に上澄みを捨て、さらに精製水中にＭ−フェライトナノ粉体を分散させては遠心分離を繰り返し、最後にエタノールなどの低沸点で高蒸気圧の親水性有機溶媒で置換し、常温真空乾燥させる方法が挙げられる。
【０１２６】
（２）還元工程（本願では、「（２）の工程」とも称する。）
上記方法で製造したＭ−フェライトナノ粉体を還元して、本発明の磁性材料を製造する工程である。この還元工程で均質なコバルトフェライトナノ粉体が不均化反応を起こして、本発明の磁性材料は第１相と第２相に分離する。
【０１２７】
気相中で還元する方法が最も好ましく、還元雰囲気としては、水素ガス、一酸化炭素ガス、アンモニアガス、ギ酸ガスなどの有機化合物ガス及びそれらとアルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスの混合気体や低温水素プラズマ、過冷却原子状水素などが挙げられ、これらを横型、縦型の管状炉、回転式反応炉、密閉式反応炉などに流通したり、還流したり、密閉したりしてヒーター加熱する方法、赤外線、マイクロ波、レーザー光などで加熱する方法などが挙げられる。流動床を用いたりして、連続式に反応させる方法も挙げられる。また、固体であるＣ（炭素）やＣａで還元する方法、塩化カルシウムなどを混合して不活性ガス若しくは還元性ガス中で還元する方法、そして工業的にはＭ成分酸化物を一旦塩化物としてからＭｇで還元する方法もある。何れも、本発明の磁性材料が得られれば、本発明の製造法の範疇に入る。
【０１２８】
しかし、本発明の製造法において好ましい方法は、還元性ガスとして、水素ガス、或いはそれと不活性ガスとの混合ガス中で還元する方法である。ナノスケールで相分離した本発明の磁性材料を製造するためには、ＣやＣａでの還元では還元力が強すぎて、本発明の軟磁性材料を構成するための反応のコントロールが非常に難しく、また還元後有毒なＣＯが発生したり、水洗して除かなくてはならない酸化カルシウムが混在したりするなどの問題点があるが、水素ガスによる還元では、一貫してクリーンな状況下で還元処理が行えるからである。
【０１２９】
但し、熱力学的な見地においては、エリンガム図から想定されることとして、ＦＭ酸化物はＨ２ガスフロー中で還元されるが、Ｃｕを除いてＭ成分酸化物は必ずしもＨ２ガスでは容易に還元されないと理解される。例えば、１０００℃では、Ｆｅの場合、マグネタイトから金属鉄に還元されるときのＨ２／Ｈ２Ｏ比はほぼ１になるのに対して、ＳｉＯ２では１０５〜１０６程度となり、Ｈ２ガスがフローされているとは言え、Ｓｉ酸化物はほとんど還元される見込みがないと理解される。従って、Ｆｅ酸化物とＳｉ酸化物の単なる混合物や固溶体では、水素還元により、α−ＦｅとＳｉＯ２になると通常考えるはずである。
よって、Ｃｕを除いてＭ−フェライトを水素ガスで還元した場合に、Ｍ−フェライト中のＭイオンがＭ成分金属の価数まで還元される事実は、今までのところ公知ではなく、今回、本発明者が初めて見出したものと考えている。その理由に関して、現時点では、以下のように考えている。
【０１３０】
本発明のＭ−フェライトは１ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）未満の径を有していて非常に活性の高いナノ粉体の中にＭ成分が原子状に分散されており、しかもＭとＦＭの親和性が高いために、水素ガス気流下でα―（ＦＭ，Ｍ）として合金化される。ナノ領域の粉体の反応性は高く、また酸化還元の雰囲気がナノスケールであるため、しばしばマクロな性質を特徴づける古典的な熱力学的な予想に反して、金相学上の常識を超えた結果をもたらす。従来、ＣａやＣなどの存在下でしか実質上還元できなかったＳｉやＶといったＭ酸化物であるが、本発明の方法によれば、一部のＭ成分が、第１相、又は第１相及び第２相のα−（ＦＭ、Ｍ）相中などに、金属状態まで還元され合金として存在することができる。このとき、Ｋなどのアルカリ金属が微量共存することも、反応の促進作用に影響を与えていると本発明者らは類推している。
【０１３１】
また、ＦＭ−Ｍ成分（例えば、Ｆｅ−Ｍ成分）の平衡状態図では一般に温度が高くなるほど、α−（ＦＭ、Ｍ）相中のＭの固溶限が大きくなるが、本発明の製造法においては、必ずしも還元温度が高いほどα−（ＦＭ，Ｍ）相中の平均のＭ成分含有量が高くなるとは言えない。Ｍ−フェライトナノ粉体全体のＭ成分の種類と含有量や昇降温条件の設定、共存する第２相や副相の種類などによって異なる。また、以上の現象は、合金全体を一旦溶製する通常の金属系磁性材料製造技術とは異なり、Ｍ−フェライトナノ粉体を還元して粒成長させ、続いて好ましくは粉末焼結させる工程を有した、ビルトアップ型と称する本発明の製造法の一つの特徴でもある。
【０１３２】
本発明の材料中の酸素含有量については、不活性ガス融解法で求めるのが一般的であるが、還元前の酸素含有量が判っている場合には、還元前後の重量差から、本発明の材料中の酸素含有量を推定することができる。但し、同時に還元前後に含有量が変化しやすい塩素などのハロゲン元素や、Ｋ、Ｎａなどのアルカリ元素、或いは水や有機成分などの揮発性に富む成分が多量に含まれている場合には、酸素含有量を厳密に見積もるという点では、これらの元素や成分の含有量を別途同定するのがよい。
【０１３３】
因みに、原料由来のアルカリ金属のうち、例えばＫは、４５０℃で磁性材料内から気化により散逸し始め、Ｍ成分の種類と含有量や還元時間にもよるが、９００℃以上では、そのほとんどが除去される。従って、還元反応初期においては、その触媒的な働きを利用するために残存した方がよい原料由来のアルカリ金属が、用途によっては製品の段階では残存すると好ましくない場合にあっては、還元条件を適切に選ぶことにより、上記アルカリ金属を最終的に許容される範囲にまで適宜取り除くことができる。還元に有効な効果をもたらしながら、容易に除去できるＫなどのアルカリ金属の最終的な含有量の範囲は、下限値は０．０００１原子％以上で、上限値は５原子％以下であり、この上限値は、さらに１原子％以下に制御でき、最も精密に制御した場合には０．０１原子％とすることができる。勿論、還元条件によっては、さらに検出限界以下にまでＫなどのアルカリ金属を低減することも可能である。Ｍ−フェライトナノ粉体に残存するＣｌ（塩素）などのハロゲン元素については、還元雰囲気下では主にＨＣｌなどのハロゲン化水素として材料系外に放出される。残存Ｃｌなどは４５０℃以上の還元温度で顕著に減量し始め、Ｍ成分やＫ含有量、さらにそれらの還元工程での含有量変化にもよるが、概ね７００℃以上の還元温度を選択すれば、材料内部からほぼ完全に除去することができる。
【０１３４】
本発明の還元反応前後の、Ｏ成分が主にＨ２Ｏとなって蒸散することによる重量減少は、Ｍ成分の種類と含有量、ＴＭ成分含有量、酸素量、副相や不純物量、水などの揮発成分量、或いは還元性ガス種などの還元反応条件などにもよるが、通常、０．１質量％から８０質量％の間である。
【０１３５】
なお、本発明の実施例の一部のように、ＳＥＭなどの写真やＥＤＸをもとに局所的な酸素含有量を求めたり、ＸＲＤなどで同定した相をＳＥＭなどの顕微鏡観察による画像上で特定したりすることもできる。第１相や第２相の酸素含有量やその分布を見積もるのに適した方法である。
【０１３６】
以下に、還元性ガス中で熱処理することにより本発明の磁性材料を製造する方法について詳述する。典型的な還元工程での熱処理は、材料を還元性ガスフロー中で、一種又は二種以上の昇温速度を用いて線形或いは指数関数的に室温から一定温度まで温度上昇させ、直ちに一種又は二種以上の降温速度を用いて線形或いは指数関数的に室温まで降温させることにより、或いは、昇降温過程での昇温若しくは降温中、若しくは昇温後の何れかの段階で一定時間（＝還元時間）温度を保持する過程（以下、一定温度保持過程という）を加えることにより行われる。特に断らない限り、本発明の還元温度とは、昇温過程から降温過程に切り替わるときの温度、及び一定時間温度を保持する過程における温度のうちの最も高い温度を言う。
【０１３７】
本発明の軟磁性材料の製造法として、Ｍ−フェライトを水素ガスで還元する方法を選んだ場合、Ｍ成分の種類とＴＭ成分の含有量によるが、概ね還元温度が４００℃以上１５００℃以下の温度範囲を選ぶのがよい。
【０１３８】
但し、４１９℃以上で還元を行う際は、Ｍ成分含有量によって、還元中の磁性材料が溶解することがあるが、通常Ｍ成分含有量が、０．０１原子％以上３３原子％以下の領域であれば、４００℃以上１５００℃以下の温度範囲の中で自由に選んで、還元処理を施すことができる。総じて、４００℃以上の温度では、還元速度が非常に遅く、還元時間が長くなって生産性に乏しくなるのを回避できるので好ましい。
【０１３９】
本発明の軟磁性材料に関する製造方法では、好ましい還元温度の範囲は、４００℃以上１５００℃以下であり、さらに好ましい還元温度の範囲は、８００℃以上１２００℃以下である。Ｍ成分が金属まで還元される際に、本発明の磁性材料の融点直下での還元反応による組織の粗大化や、セラミック容器などのリアクターとの反応や、低温による還元反応速度の低下に起因する生産性の減少を回避できるからである。
【０１４０】
同じ温度で還元した場合、還元時間が長いほど還元反応が進む。従って、還元時間が長いほど飽和磁化は高くなるが、保磁力については、還元時間を長くしたり、還元温度を高くしたりしても、保磁力が必ず小さくなると限らない。還元時間に関しては、所望の磁気特性に応じて、適宜選ぶのが望ましい。
【０１４１】
本発明の半硬磁性材料の製造法として、Ｍ−フェライトを水素ガスで還元する方法を選んだ場合、Ｍ成分の種類と含有量にもよるが、概ね４００℃以上１５００℃以下の範囲で還元温度が選択するのが好ましい。その理由は、４００℃未満では、還元速度が非常に遅く、還元時間が長くなって生産性に乏しくなるためであり、逆に１５００℃を超えると、Ｆｅの融解が始まる危険性があるので、本発明のナノ結晶の特徴が阻害され、保磁力が適正に制御されないことがあり得るためである。さらに好ましい還元温度の範囲は、概ね４５０℃以上８５０℃以下であり、特に好ましい範囲は概ね５００℃以上７００℃以下である。
【０１４２】
以上より、本発明の軟磁性又は半硬磁性の磁性材料を、Ｍ−フェライトを水素ガスで還元する方法によって製造する場合、還元温度の範囲は４００℃以上１５００℃以下とするのが好ましい。
【０１４３】
本発明の磁性材料はＣｕを除くＭ成分を含有する場合、Ｆｅ−フェライト、例えばマグネタイトとマグヘマイトの中間体（特許文献３及び非特許文献３を参照）に比べて還元速度が極めて遅い。例えば、平均粉体粒径１００ｎｍ以下のＭ成分を含まないＦｅ−フェライトの場合は、４５０℃で１時間、水素中での還元を行っただけで、ほとんど１００体積％α−Ｆｅに還元する。４２５℃で４時間の条件でも、Ｘ線回折によってもＦｅ−フェライトが観察されない程度にまで還元される。これに対し、例えば、Ｈｆが１０原子％含まれるだけでも、５５０℃で１時間の還元条件としないと、Ｍ−フェライト相は無くならず、ＸＲＤ上でα−（ＦＭ，Ｍ）相のみとはならない。
【０１４４】
本発明の磁性材料では、Ｍ−フェライトのこのような還元速度の遅さが起因して、高温での還元が許され、α−Ｆｅ相にＭを含有したままナノ微細組織は極端に粗大化せず、不均化反応により第１相と第２相を含む微結晶組織の集合体とすることができる。
【０１４５】
本発明の磁性材料は、その製造の際の還元工程において、ナノスケールで第１相と第２相が相分離することが望ましい。特に本発明の軟磁性材料の場合は、多様なＭ成分含有量や結晶構造の相が不均化反応によって分離し、しかもそれらの配向性がランダムになっているか、或いは、ナノスケールでのＭ成分やＦＭ成分含有量の濃度のゆらぎが内在されていることが必要であり、さらに、それぞれの結晶相が強磁性結合している必要がある。
【０１４６】
還元が進んでＭ−フェライトナノ粒子が粒成長していくが、その際、還元温度によって、もともとのＭ−フェライトナノ粒子のＭ成分の種類と含有量に起因して、生成する結晶相の第１相と第２相の結晶構造やＭ成分含有量が多様に変化する。４００℃以上１５００℃以下の温度範囲であれば、一般に金属相まで還元される温度が高くなればなるほど、第１相のＭ成分含有量は多くなる。
従って、昇温過程の昇温速度や反応炉内の温度分布により結晶相の構成が変化する。
【０１４７】
例えば、ＦＭ成分の必須成分であるＦｅと、Ｍ成分としてＨｆを挙げて、昇降温速度と本発明の磁性材料に現れる結晶相の関係について述べる。
【０１４８】
Ｆｅ−Ｈｆの平衡状態図に従えば、１１００℃付近では、Ｈｆはα−Ｆｅ相中にある程度固溶できるが、常温では、Ｈｆはα−Ｆｅ相に殆ど固溶しない。本発明の磁性材料のα−（Ｆｅ，Ｈｆ）相におけるＨｆ含有量は、この平衡組成である固溶源をはるかに超えて存在できるが、これらは当然非平衡相である。仮に無限時間かけて還元温度から常温まで降温する操作（降温速度が無限小）を行うことができたとすれば、ほぼＨｆはα−Ｆｅ相中に共存することができない。逆に、１１００℃付近から無限大の速度で降温する操作（降温速度が無限大）を行うことができたとすれば、たとえ還元温度でＨｆ含有量が数原子％のα−（Ｆｅ，Ｈｆ）相が存在していたとしても、その相から、不均化反応によって多様なＨｆ含有量を有したα−（Ｆｅ，Ｈｆ）相が相分離していくことはない。  従って、本発明においても、Ｆｅ−Ｈｆの平衡状態図に従うとすると、何れの上記極限での製造方法によっても本発明の軟磁性材料を構成することができない。即ち、上記両極限に近くない（超徐冷や超急冷ではない）降温速度を適宜選ぶことによって、本発明の軟磁性材料の微細構造を制御する必要がある。
しかし、本発明の磁性材料は、バルクの既存材料とは全く異なった微細構造を有し、常温では平衡状態図に従った組成分布を有してはいないが、還元温度付近で、本発明の磁性材料内にナノ領域に広がる、平衡状態図に沿った均一相が生じていることがあり、その場合には、昇温過程も含めた昇降温の速度制御が、その微細構造にとって重要なことがある。かかる観点から、本発明の還元工程における昇降温速度としては、目的とする電磁気特性やＭ成分含有量によって最適な条件は異なるが、通常、０．１℃／ｍｉｎから５０００℃／ｍｉｎの間で適宜選択することが望ましい。
【０１４９】
特に、本発明の軟磁性材料を製造する場合、Ｍ成分含有量が２０原子％より多い場合は、昇降温速度を１℃／ｍｉｎから５００℃／ｍｉｎの間の速度で行うと保磁力の低い軟磁性材料を調整できるので好ましい。
上述した水素ガスを用いた還元反応において、「不均化」反応を起因とする相分離過程は、Ｍ成分の種類と還元工程の条件によって変わる。上述のような不均化相分離は、ＴＭ成分とＦｅ成分組成領域で、既に特許文献１及び２にも記載されているが、本発明ではＴＭ成分とは異なるＭ成分の不均化とともに、ＦＭ成分中のＮｉ及び／又はＣｏ成分も不均化することにより、ＦＭ成分中にＮｉ及び／又はＣｏ成分が無い場合に比べて、飽和磁化が高く、そして低い及び／又は安定な保磁力を有する軟磁性材料となったり、角形比の増した半硬磁性材料としたりすることができる。
【０１５０】
本発明の磁性材料は第２相としてＭ成分酸化物相を含むことがあるが、この相が粒界や粉体粒子表面に存在することにより、強固な酸素遮断効果を及ぼし、本発明の磁性材料の耐酸化性向上に大きく寄与する。特に本発明の半硬磁性材料においては、耐酸化の効果を顕著にするだけでなく、保磁力の向上に対しても効果を発揮する。
【０１５１】
なお、本発明において、例えば８００℃を超える高温領域でも、ナノ微細構造を保ちながら適切な粒成長が起きる理由は、不明である。しかし、原料がＭ―フェライトナノ粉体であり、これが水素還元されて第１相のような金属状態となったとしても、適切な還元条件を選べば、元々の粒形状や組成分布が全く微細構造に反映されずに、組成分布が均質な組織となって結晶粒径が粗大化するような不適切な粒成長は起きていない。このように粒成長が還元反応とともに生じることから、還元による体積減少が最大５２体積％も起こることを考え合わせると、連晶や骸晶に似た組織を残しながら不均化が進んでいくことも容易に類推できる。さらに、還元反応初期に不均化により相分離した相の還元速度の差も関与しながら、ナノ微細構造を維持しつつ、且つ、ナノ領域内の大きさである程度均質化した高温相からも、降温過程での不均化反応による相分離が主にα−（ＦＭ，Ｍ）相内で生じて、ナノ粒子やナノ組織が析出することにより、最終的に全体としてナノスケールの非常に微細な不均化構造が構成されるものと考えられる。
還元速度については、Ｍ−フェライト相などのＭ成分を含む酸化物相では、Ｍ成分含有量が高いほど遅くなる傾向もわかっており、一度不均化が生じると還元反応速度が材料内で一律でなくなることもナノ構造を保持するのに好都合に働いていると考えている。
以上の一連の考察は、本発明の磁性材料は融解してしまうと通常その特徴を失うことからも支持される。
【０１５２】
（３）徐酸化工程（本願では、「（３）の工程」とも称する。）
上記還元工程後の本発明の磁性材料はナノ金属粒子を含むので、そのまま大気に取り出すと自然発火して燃焼する可能性が考えられる。従って必須の工程ではないが、必要に応じて、還元反応の終了後直ちに徐酸化処理を施すことが好ましい。
徐酸化とは、主に還元後のナノ金属粒子の表面を酸化してウスタイト、マグネタイト、Ｍ−フェライト、Ｍ成分酸化物相などとして不働態化することにより、内部の磁性材料本体の急激な酸化を抑制することである。本発明の製造方法によると、還元工程までで、第１相、又は、第１相及び第２相中にＭ成分が金属成分として含まれる。本発明の磁性材料は、このＭ成分が徐酸化工程により合金表面に析出して不動態膜となるが、Ｍ成分を含まないＦＭ磁性材料に比べて格段の耐酸化性を備えることになる。徐酸化は、例えば常温付近〜５００℃内で、酸素ガスのような酸素源を含むガス中で行うが、大気より低酸素分圧の不活性ガスを含む混合ガスを使用する場合が多い。５００℃を超えると、どのような低酸素分圧ガスを用いても、表面にｎｍ程度の薄い酸化膜を制御して設けることが難しくなる。また、一旦真空に引いた後、反応炉を常温で徐々に開放して酸素濃度を上げていき、急激に大気に触れさせないようにする徐酸化方法もある。
本願では、以上のような操作を含む工程を「徐酸化工程」と称する。この工程を経ると次の工程である成形工程でのハンドリングが非常に簡便になる。
【０１５３】
この工程の後、酸化膜を再び取り除く方法としては、成形工程を水素ガスなどの還元雰囲気下で実施する方法が挙げられる。但し、徐酸化工程における表面酸化反応は完全な可逆反応ではないので、表面酸化膜の全てを除去することはできない。
【０１５４】
勿論、還元工程から成形工程までのハンドリングをグローブボックスのような無酸素状態で操作できるように工夫した装置で行う場合は、この徐酸化工程を必要としない。
【０１５５】
さらに、Ｍ成分含有量が多く、還元温度や時間が十分長くて、粒成長した本発明の磁性材料粉体の場合、この徐酸化工程を経ず、大気中にそのまま解放しても、安定な不動態膜が形成される場合があって、この場合は、特段な徐酸化工程を必要としない。この場合は、大気に開放すること自体が徐酸化工程と見なせる。
【０１５６】
徐酸化により、耐酸化性や磁気安定性を確保する場合、その酸化層や不動態膜の層によって強磁性結合が切断される場合があるので、なるべく粒成長を起こしてから徐酸化を行う方が好ましい。そうでない場合は、上述の通り徐酸化工程を経ず、次の成形工程を行うことが好ましく、脱酸素或いは低酸素プロセスにより、還元工程と成形工程を連続させることが望ましい。
【０１５７】
（４）成形工程（本願では、「（４）の工程」とも称する。）
本発明の磁性材料は、第１相と第２相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合し、全体として塊状を成している状態である磁性材料（即ち、固形磁性材料）として利用される。本発明の磁性材料粉体は、そのもののみ固化するか、又は金属バインダや、他の磁性材料や、樹脂などを添加して成形するなどして、各種用途に用いる。なお、（２）の工程後、或いは更に（３）の工程後の磁性材料粉体の状態で、すでに第１相と第２相が、直接、或いは、金属相若しくは無機物相を介して連続的に結合されている場合があって、この場合は本成形工程を経ずとも固形磁性材料として機能する。
【０１５８】
本発明の磁性材料のみを固化する方法としては、型に入れ冷間で圧粉成形して、そのまま使用したり、或いは続いて、冷間で圧延、鍛造、衝撃波圧縮成形などを行って成形したりする方法もあるが、多くの場合、５０℃以上の温度で熱処理をしながら焼結して成形を行う。加圧せずにそのまま、熱処理をすることにより焼結する方法を常圧焼結という。熱処理雰囲気は非酸化性雰囲気であることが好ましく、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスや窒素ガス中などの不活性ガス中で、或いは水素ガスを含む還元性ガス中で熱処理を行うと良い。５００℃以下の温度条件なら大気中でも可能である。また、常圧焼結のように、熱処理雰囲気の圧力が常圧の場合のみならず、２００ＭＰａ以下の加圧気相雰囲気中での焼結でも、さらには真空中の焼結でも構わない。
【０１５９】
熱処理温度については、５０℃未満で行われる常温成形のほか、加圧成形では５０℃以上１５００℃以下、常圧焼結では４００℃以上１５００℃以下の温度が好ましい。１４００℃を超える温度では材料が融解する恐れがあるので、一般的に最も好ましい成形温度の範囲は５０℃以上１４００℃以下である。
【０１６０】
この熱処理は圧粉成形と同時に行うこともでき、ホットプレス法やＨＩＰ（ホットアイソスタティックプレス）法、さらには通電焼結法、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法などの加圧焼結法でも、本発明の磁性材料を成形することが可能である。なお、本発明に対する加圧効果を顕著とするためには、加熱焼結工程における加圧力を０．０００１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の範囲内とするのが良い。０．０００１ＧＰａ未満であると、加圧の効果が乏しく常圧焼結と電磁気特性に変わりがないため、加圧焼結すると生産性が落ちる分不利となる。１０ＧＰａを超えると、加圧効果が飽和するので、むやみに加圧しても生産性が落ちるだけである。
【０１６１】
また、大きな加圧は磁性材料に誘導磁気異方性を付与し、透磁率や保磁力が制御すべき範囲から逸脱する可能性がある。従って、加圧力の好ましい範囲は０．００１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下、さらに好ましくは０．０１ＧＰａ以上１ＧＰａ以下である。
【０１６２】
ホットプレス法の中でも、圧粉成形体を塑性変形するカプセルの中に仕込み、１軸〜３軸方向から、大きな圧を掛けながら、熱処理してホットプレスする超高圧ＨＰ法は、不要な過度の酸素の混入を阻止することが可能である。一軸圧縮機を用い超硬やカーボン製の金型中で加圧熱処理するホットプレス法と異なり、タングステンカーバイド超硬金型を用いても難しい２ＧＰａ以上の圧を金型の破損などの問題なく材料に加えることができ、しかも圧力でカプセルが塑性変形し内部が密閉されることより大気に触れず成形できるからである。
【０１６３】
成形する前に、粉体粒径を調整するために、公知の方法を用いて、粗粉砕、微粉砕又は分級をすることもできる。
【０１６４】
粗粉砕は、還元後の粉体が数ｍｍ以上の塊状物であった場合、成形前に実施する工程、或いは成形の後、再び粉体化する際に行う工程である。ジョークラッシャー、ハンマー、スタンプミル、ローターミル、ピンミル、コーヒーミルなどを用いて行う。
【０１６５】
さらに、粗粉砕の後、ふるい、振動式あるいは音波式分級機、サイクロンなどを用いて粒度調整を行うことも、より成形時の密度や成形性の調節を行うために有効である。粗粉砕、分級の後、不活性ガスや水素中で焼鈍を行うと構造の欠陥や歪みを除去することができ、場合によっては効果がある。
【０１６６】
微粉砕は、還元後の磁性材料粉体、或いは成形後の磁性材料を、サブミクロンから数十μｍに粉砕する必要がある場合に実施する。
【０１６７】
微粉砕の方法としては上記粗粉際で挙げた方法のほか、回転ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ウエットミル、ジェットミル、カッターミル、ピンミル、自動乳鉢などの乾式や湿式の微粉砕装置及びそれらの組合せなどが用いられる。
【０１６８】
本発明の固形磁性材料の製造方法の典型例としては、（１）の工程によりＭ−フェライトナノ粉体を製造し、続いて（２）の工程で還元した後、（３）の工程→（４）の工程、或いは（４）の工程のみで成形する場合がある。特に好ましい製造法の一つとして、（１）の工程で例示した湿式法でＭ−フェライトナノ粉体を調製してから、（２）の工程で示した水素ガスを含む方法で還元し、（３）の工程で示した常温で低酸素分圧に晒す徐酸化を行った後、（４）の工程で示した常圧又は加圧での焼結法により成形する工程、特に、（３）の工程として材料粉体表面の脱酸素を行った後、（４）の工程として更なる材料中の酸素混入を避けるため水素中で成形する工程を用いる製造法が挙げられる。本固形磁性材料は、０．５ｍｍ以上の厚みに成形でき、また切削加工及び／又は塑性加工により、任意の形状に加工することができる。
上記（１）の工程→（２）の工程、（１）の工程→（２）の工程→（３）の工程、（１）の工程→（２）の工程→後述の（５）の工程、（１）の工程→（２）の工程→（３）の工程→後述の（５）の工程で得た磁性材料粉体、又は、以上の工程で得た磁性材料粉体を（４）の工程で成形した磁性材料を再び粉砕した磁性材料粉体、さらに、以上の工程で得た磁性材料粉体を後述の（５）の工程で焼鈍した磁性材料粉体を、高周波用の磁性シートなどの樹脂との複合材料に応用する場合には、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂と混合した後に圧縮成形を行ったり、熱可塑性樹脂と共に混練した後に射出成形を行ったり、さらに押出成形、ロール成形やカレンダ成形などを行ったりすることにより成形する。
【０１６９】
シートの形状の種類としては、例えば電磁ノイズ吸収シートに応用する場合、厚み５μｍ以上１００００μｍ、幅５ｍｍ以上５０００ｍｍ以下、長さは０．００５ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の圧縮成形によるバッチ型シート、ロール成形やカレンダ成形などによる各種ロール状シート、Ａ４版を初めとする各種サイズを有した切削若しくは成形シートなどが挙げられる。
【０１７０】
（５）焼鈍工程
本発明の磁性材料は、第１相と第２相を有し、その一方或いは双方の結晶粒径がナノの領域にある場合が典型的である。
【０１７１】
各工程で生じる結晶の歪みや欠陥、非酸化の活性相の安定化など、様々な目的で焼鈍を行うことは、本発明の目的を阻害しない限りにおいて、好ましいこともある。
例えば、（１）のＭ−フェライトナノ粉体製造工程後に、含有水分などの揮発成分の除去を目的とした乾燥と同時に安定した還元を行うため、後工程における不適切な粒成長の阻止や格子欠陥を除去するなどの目的で、数ｎｍ程度の微細粒子成分を熱処理する、いわゆる予備熱処理（焼鈍）が行われることがある。この場合、大気中、不活性ガス中や真空中で５０℃から５００℃程度で焼鈍することが好ましい。
また、（２）の還元工程後に、粒成長や還元による体積減少で生じた結晶格子や微結晶の歪みや欠陥を除去することで、本発明の軟磁性材料の保磁力を低減させることができる。この工程の後、粉体状のままで使用する用途、例えば粉体を樹脂やセラミックなどで固めて使用する圧粉磁心などの用途では、この工程後、或いはこの工程後に粉砕工程などを挟んだ後で、適切な条件で焼鈍すると電磁気特性を向上させることができることがある。
また、（３）の徐酸化工程では、焼鈍が、表面酸化により生じた表面、界面、境界付近の歪みや欠陥の除去に役立つことがある。
（４）の成形工程後における焼鈍が、最も効果的で、予備成形や圧縮成形、ホットプレスなど、その後の切削加工及び／又は塑性加工などで生じる結晶格子、微細構造の歪み、欠陥を除去するために積極的にこの工程後に焼鈍工程を実施することがある。この工程では、それよりも前にある工程で、積算された歪や欠陥などを一気に緩和させることも期待できる。さらには、前述した切削加工及び／又は塑性加工後に、（１）〜（４）の工程、（２）〜（４）の工程、（３）及び（４）の工程、さらに（４）の工程での歪などを、或いは積算された歪などをまとめて、焼鈍することもできる。
【０１７２】
焼鈍の雰囲気としては、真空中、減圧中、常圧中、２００ＭＰａ以下の加圧中の何れも可能で、ガス種としては、アルゴンのような希ガスを代表とする不活性ガス、窒素ガス、水素ガスなどの還元性ガス、さらには、大気中など酸素源を含む雰囲気などが可能である。焼鈍温度は常温から１５００℃、場合によっては、液体窒素温度〜常温の低温での処理も可能である。焼鈍工程の装置としては、還元工程や成形工程で用いる装置とほぼ同様であり、また公知の装置を組み合わせて実施することが可能である。
【０１７３】
以下、実施例などにより本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例などにより何ら限定されるものではない。
本発明の評価方法は以下の通りである。
【実施例】
【０１７４】
以下、実施例などにより本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例などにより何ら限定されるものではない。
【０１７５】
本発明の評価方法は以下の通りである。
（Ｉ）  飽和磁化及び保磁力
磁性粉体を、ポリプロプレン製の円筒ケース（内径２．４ｍｍ、粉体層の厚みはほぼ１．５ｍｍ）に仕込み、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて外部磁場が−７．２ＭＡ／ｍ以上７．２ＭＡ／ｍ以下の領域で磁気曲線のフルループを描かせ、室温の飽和磁化（ｅｍｕ／ｇ）及び保磁力（Ａ／ｍ）の値を得た。飽和和磁化は５ＮのＮｉ標準試料で補正し、飽和漸近則により求めた。保磁力は低磁場の領域の磁場のずれを、常磁性体のＰｄ及び／又はＧｄ２Ｏ３標準試料を用いて補正した。また、保磁力については、ヘルムホルツ型コイルを用いたＶＳＭ法によっても測定を行い、上記測定値の妥当性を確認した。この測定において、７．２ＭＡ／ｍまで着磁した後、零磁場までの磁気曲線上に滑らかな段差、変曲点が見られない場合、「１／４メジャーループ上の変曲点」が「無」いと判断した。なお、測定磁場の方向は、磁性粉体の場合には軸方向である。
因みに、以下に示す本実施例においてはいずれも、「１／４メジャーループ上の変曲点」が「無」いことを確認しており、強磁性結合が認められることがわかった。
成形体の磁気特性は、試料サイズ１５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの固形磁性材料を微小単板測定冶具が備わった直流磁化測定機（直流ＢＨループトレーサー）を用いて測定した。成形体の磁化測定については、外部磁場１５０Ｏｅにおける磁化を飽和磁化として、その値をＴ（テスラ）単位で表した。
（ＩＩ）  耐酸化性
常温、大気中に６０日放置した磁性粉体の飽和磁化σｓｔ（ｅｍｕ／ｇ）を上記の方法で測定し、初期の飽和磁化σｓ０（ｅｍｕ／ｇ）と比較して、その低下率を、
Δσｓ（％）＝１００×（σｓ０−σｓｔ）／σｓ０の式
により評価した。Δσｓの絶対値が０に近いほど高い耐酸化性能を有すると判断できる。本発明では、Δσｓの絶対値が１％以下の磁性粉体を、期間６０日において耐酸化性が良好と評価した。
（ＩＩＩ）  電気抵抗率
試料サイズ１５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの成形体を四端子法で測定した。ファン・デル・ポー（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ）法でも測定し、上記測定値の妥当性を確認した。
（ＩＶ）  Ｆｅ含有量、Ｎｉ及び／又はＣｏ含有量、酸素含有量、ｂｃｃ−（ＦＭ，Ｍ）相体積分率
粉体やバルクの磁性材料におけるＦｅ及びＣｏ含有量は、蛍光Ｘ線元素分析法（ＸＲＦ）により定量した。磁性材料中の第１相や第２相のＦｅ及びＭ成分含有量は、ＦＥ−ＳＥＭで観察した像をもとに、それに付属するＥＤＸにより定量した。ある成分のＥＤＸ測定値が０．００原子％であったとき、その成分の含有量を０とした。また、ｂｃｃ−（ＦＭ，Ｍ）相の体積分率については、ＸＲＤ法の結果とともに上記ＦＥ−ＳＥＭを用いた方法を組み合わせて画像解析により定量した。主として、観察された相が、ｂｃｃ−（ＦＭ，Ｍ）相と酸化物相のいずれであるかを区別するために、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた酸素特性Ｘ線面分布図を使用した。さらに、（Ｉ）で測定した飽和磁化の値からも、ｂｃｃ−（ＦＭ，Ｃｏ）相体積分率の値の妥当性を確認した。
還元工程後の磁性材料の酸素量は、還元後の重量の減少によっても確認した。さらにＳＥＭ−ＥＤＸによる画像解析を各相の同定に援用した。
Ｋ量については、蛍光Ｘ線元素分析法により定量した。
（Ｖ）  平均粉体粒径
磁性粉体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察して粉体粒径を決定した。十分全体を代表する部分を選定し、ｎ数は１００以上として、有効数字１桁で求めた。
レーザー回折式粒度分布計を併用する場合は、体積相当径分布を測定し、その分布曲線より求めたメジアン径（μｍ）で評価した。但し、求められたメジアン径が５００ｎｍ以上１ｍｍ未満であるときのみ、その値を採用し、上記顕微鏡を用いる方法で見積もった粉体粒径と有効数字１桁で一致することを確認した。
（ＶＩ）  平均結晶粒径
磁性材料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、結晶境界で囲まれた部分の大きさを有効数字１桁で求めた。測定領域は十分全体を代表する部分を選定し、ｎ数は１００以上とした。結晶粒径は、全体の平均値、第１相及び第２相のみの平均値をそれぞれ別途計測して決定した。
（ＶＩＩ）  結晶子サイズ
Ｘ線回折法により測定したｂｃｃ相の（２００）回折線の線幅に対して、シェラーの式をあてはめ、無次元形状因子を０．９として、結晶子サイズを求めた。
【０１７６】
［実施例１及び比較例１］
ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ水溶液（塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物）、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ（塩化ニッケル（ＩＩ）六水和物）、ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ（塩化鉄（ＩＩ）四水和物）の水溶液を別途調製し、これらを混合して２５．１ｍＭに調製したＣｒＣｌ３及びＦｅＣｌ２の混合水溶液をリアクターに入れて反応場液とした。続いて、大気中にて激しく撹拌しながら、２８０ｍＭの水酸化カリウム水溶液（ｐＨ調整液）を滴下して、系のｐＨを３．７１以上１０．８８以下の範囲で酸性側からアルカリ性側に徐々に移行して調整し、同時に８３．８ｍＭのＣｒＣｌ３、ＮｉＣｌ２及びＦｅＣｌ２の混合水溶液（反応液）を滴下して１５分間反応させた後、ｐＨ調整液と反応液の滴下を中止して、さらに１５分間撹拌操作を続けた。その後、遠心分離により固形成分を沈殿させ、精製水に再分散し遠心分離を繰り返すことにより、上澄み溶液のｐＨを７．８３として、最後にアセトン中に沈殿物を分散した後、遠心分離を行った。
【０１７７】
このあと、一昼夜５０℃にて熱風乾燥を行うことにより、平均粉体粒径が３０ｎｍの（Ｆｅ０．９３０Ｎｉ０．０２０Ｃｒ０．０５０）４３Ｏ５７組成を有したＣｒ−フェライトナノ粉体を得た。このナノ粉体のＳＥＭ像を図２に示した。また、このナノ粉体をＸ線回折法により解析した結果、立方晶のＣｒ−フェライト相が主な相であり、不純物相として菱面体晶のフェリヒドライトが僅かに含有されていることが確認された。従って、この粉体にはα−（ＦＭ，Ｃｒ）相は含まれておらず、これを比較例１の粉体とし、その粒径、磁気特性などを表１に示した。
【０１７８】
このＣｒ−フェライトナノ粉体を、アルミナ製のるつぼに仕込み、水素ガス中、３００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温し、３００℃で１５分保持した後、３００℃から１１００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温した後、１１００℃で１時間還元処理を行った。この後４００℃までは９５℃／ｍｉｎで降温し、４００℃から室温までは４０分をかけて放冷した。続いて２０℃にて、酸素分圧１体積％のアルゴン雰囲気中で１時間徐酸化処理を行い、クロム、ニッケル及び鉄の含有量比（クロム、ニッケル及び鉄の合計含有量を１００原子％としたときの含有量比）が、Ｆｅ９３．０Ｎｉ２．０Ｃｒ５．０組成の磁性材料を得た。この磁性材料全体に対するＯ含有量は１．７原子％であり、Ｋ含有量は０であった。また、このＦＭ−Ｃｒ磁性材料の平均粉体粒径は３０μｍであった。この磁性材料に関する解析は以下の方法により行い、この磁性材料を実施例１とした。
【０１７９】
得られた磁性材料をＸ線回折法で観測した結果、α−（ＦＭ，Ｃｒ）相のみが明確に認められたことにより、ｂｃｃ相であるα−（ＦＭ，Ｃｒ）相が主成分であることが確認された。
【０１８０】
また、この磁性材料粉体を磁性材料の局所的なＣｒ含有量や不均化の存在や度合を知るのに適しているＦＥ−ＳＥＭ／ＥＤＸ法によっても観察した（倍率は２万倍とした。）。その結果を図３（Ａ）と（Ｂ）に示す。本磁性材料の各相におけるＣｒの含有量（図の数値は、各相におけるＣｒ含有量で、各相のＣｒとＦＭの総和に対するＣｒの原子比の値を百分率で表したものである）については、図３（Ａ）に示した。図３（Ａ）に示されるとおり、本磁性材料の各相におけるＣｒの含有量は、３．３０原子％以上１０．６９原子％以下と大きく不均化して分布していることがわかった。なお、図３には、一つのα−（ＦＭ，Ｃｒ）相と見られる領域の中にも１０ｎｍオーダーの間隔で湾曲した曲線状の無数の結晶境界が観察された。よって、α−（ＦＭ，Ｃｒ）相の領域の中にも、Ｃｒ含有量で区別できる相、例えば、Ｃｒ含有量が３．３０原子％のα−（ＦＭ，Ｃｒ）相に対してＣｒ含有量が、その相よりも１．５倍以上１０５倍以下の範囲内の３．２倍である１０．６９原子％のα−（ＦＭ，Ｃｒ）相が存在していること、即ち、α−（ＦＭ，Ｃｒ）相に関して、第１相以外に第２相に相当する相も存在していることが、この結果からも明らかになった。
各相のＮｉ成分の含有量（図の数値は、各相におけるＮｉ含有量で、各相のＦＭ成分とＭ成分の総和に対するＮｉの原子比の値を百分率で表したものである）については、図３（Ｂ）に示した。図３（Ｂ）に示されるとおり、第１相であるＣｒ含有量３．３０原子％である相にはＮｉが１．２９原子％含まれており、第２相であるＣｒ含有量１０．６９原子％である相にはＮｉが２．１２原子％含まれている。第１相に含まれるＮｉ含有量に対して、第２相に含まれるＮｉ含有量が１．１倍以上１０５倍以下の量である１．６倍であることがわかった。
更に、図３とは場所を変えた３つの視野で、図３と同様の計測を行った（従って、図３の計測と併せて合計３４点の測定点で計測を行った）ところ、各相におけるＣｒ含有量は１．８３原子％以上１０．６９原子％以下と大きく不均化して分布しており、Ｃｒ含有量が１．８３原子％のα−（ＦＭ，Ｃｒ）相に対してＣｒ含有量がその相よりも１．５倍以上１０５倍以下の範囲内の５．８倍である１０．６９原子％のα−（ＦＭ，Ｃｒ）相も存在していることを確認した（図示せず）。なお、Ｃｒ含有量が１．８３原子％である相のＮｉ含有量は０．３４原子％であり、第１相に含まれるＮｉ含有量に対して、第２相に含まれるＮｉ含有量が１．１倍以上１０５倍以下の量である２．６倍であることがわかった。
上記３４点で計測した各相全体の結果から、本実施例では、少なくともＣｒ含有量が１．８３原子％以上１０．６９原子％以下の範囲で大きく不均化して分布していると言える。なお、これらの３４相のＣｒ含有量の平均値は、３．４３原子％となり、上記に示したＸＲＦ測定値であるＣｒ含有量の５．０原子％よりも低く、さらに視野を増やしていくと、１．８３原子％の１．５倍である２．７５原子％よりもＣｒ含有量が高い多くの第２相の存在が確定されるため、全体として更に大きな不均化が起きている可能性が高いことがわかった。
この磁性材料全体の平均結晶粒径は、２００ｎｍであった。また、７５万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
【０１８１】
Ｘ線回折の上記結果（即ち、観測した磁性材料について、ｂｃｃ相であるα−（ＦＭ，Ｃｒ）相のみが明確に観測されたこと）と、ＦＥ−ＳＥＭの上記結果（即ち、観測した磁性材料が１．８３原子％から１０．６９原子％のＣｒ含有量を有する結晶相を有していること）とを併せると、観測した磁性材料には、α−（ＦＭ，Ｃｒ）相と、その相よりもＣｒ含有量の多いα−（ＦＭ，Ｃｒ）相が形成されていることがわかった。これを前述した第１相と第２相の定義に当て嵌めると、前者の相が第１相に相当し、後者が第２相に相当する。
これらの画像解析、Ｘ線回折及び酸素含有量などにより、ｂｃｃ相の体積分率は９９体積％と評価された。なお、上記のように第２相を決定することにより、ＳＥＭ像から第１相及び第２相の結晶粒径を決めることができ、画像解析の結果、それらの値は何れも２００ｎｍであった。
【０１８２】
また、本実施例の結晶子サイズは、１００ｎｍであった。
【０１８３】
この磁性材料の飽和磁化は２２９．０ｅｍｕ／ｇで、ＦＭ相にＮｉが存在することにより、α−Ｆｅの磁化２１８ｅｍｕ／ｇを超えることを確認した。また、保磁力は６１０Ａ／ｍであり、４分の１メジャーループ上に変曲点はなかった。
従って、実施例１の磁性材料は保磁力が８００Ａ／ｍ以下なので、本実施例の磁性材料が軟磁性材料であることも確認された。
この磁性材料全体の平均結晶粒径は、２００ｎｍであった。第１相及び第２相の結晶粒径もほぼ全体の平均結晶粒径と同じ大きさであった。また、７５万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
本実施例の相、組成、粒径及び磁気特性の測定結果については表１に纏めて示した。
【０１８４】
［比較例２］
Ｎｉ成分を添加しない以外は、実施例１と同様にして、Ｆｅ−Ｃｒ磁性材料を作製した。
本比較例の相、組成、粒径及び磁気特性の測定結果については表１に示した。
ＮｉがＦＭ相中に存在しないと、実施例１に比べ飽和磁化が２１２．６ｅｍｕ／ｇと１０％近く低くなった。また、実施例１に比べ保磁力が８１０Ａ／ｍと高くなり、本比較例の磁性材料は半硬磁性材料であることがわかった。
【０１８５】
［比較例３〜５］
Ｎｉ成分とＣｒ成分を添加しないこと以外は実施例１と同様な方法で、フェライトナノ粉体を作製した。
このフェライトナノ粉体を、還元条件を４２５℃で１時間（比較例２）、同温度で４時間（比較例３）、４５０℃で１時間（比較例４）とする以外は、実施例１と同様な方法でＦｅ金属粉体を作製した。測定についても同様な方法で行った。
これら粒径及び磁気特性等の測定結果は表１に示した。
なお、これらの金属粉体は、室温大気中に放置するだけで、磁気特性が一気に低下する性質がある。ｔ＝６０のときの本比較例３〜５の飽和磁化の変化率Δσｓ（％）は、５．４、１９．０、２１．３であった。
なお、実施例１のΔσｓは０．０％であった。
実施例１の磁性材料は、耐酸化性に優れることがわかった。
【０１８６】
［実施例２〜５］
Ｍ成分とＮｉ及び／又はＣｏの含有量が表１に示した量とする以外は、実施例１と同様にして、ＦＭ−Ｍ成分磁性材料を作製した。なお、実施例２で得られたＦｅ８５．１Ｎｉ４．３Ｖ１０．６軟磁性材料のＳＥＭ−ＥＤＸ解析像については、図４に示した。
本実施例の相、組成、粒径及び磁気特性の測定結果については表１に示した。実施例２と５の磁性材料の保磁力は８００Ａ／ｍ以下であり、本発明の軟磁性材料であることがわかった。また、実施例３と４の磁性材料の保磁力は、８００Ａ／ｍを超え４０ｋＡ／ｍ以下であるから、本発明の半硬磁性材料であることがわかった。さらに、実施例３と５の磁性材料の飽和磁化はそれぞれ２２９．５ｅｍｕ／ｇと２１９．４ｅｍｕ／ｇであり、ＦＭ相にＣｏ又はＮｉが存在することにより、α−Ｆｅの磁化２１８ｅｍｕ／ｇを超えることを確認した。
表中の「第２相Ｍ成分含有量／第１相Ｍ成分含有量」とは、「第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のその第１相中のＭ成分含有量に対する第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のその第２相中のＭ成分含有量の比」を意味する。具体的には、磁性粉体の任意の箇所をＳＥＭにより１〜５万倍の倍率で撮影し、その中で約１２μｍ×約９μｍより小さい領域を対象として、複数点で、半径１５０〜２００ｎｍのビーム径の電子線を用いたＥＤＸ測定を行ったときに、最小のＭ成分含有量を有する測定点を第１相とし、最大のＭ成分含有量を有する測定点を第２相として決定した。そして、上記比が１．５倍以上２倍未満の場合を「≧１．５」と表記した。表中に示すとおり、いずれの実施例においても、上記比は１．５倍以上であることを確認した。
さらに、表中の「Ｎｉ／Ｃｏ含有量比」は、「第１相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のその第１相中のＮｉ及び／又はＣｏの含有量（原子％）に対する、第２相中のＦＭ成分とＭ成分の総和を１００原子％とした場合のその第２相中のＮｉ及び／又はＣｏの含有量の比」を意味する。具体的には上記最小のＭ成分含有量を有する測定点のＮｉ／Ｃｏ含有量（第１相）に対する、上記最大のＭ成分含有量（原子％）を有する測定点のＮｉ／Ｃｏ含有量（第２相）の比である。そして、上記比が１０−５倍以上０．９０９倍未満の量である場合は「＜０．９０９」、１．１倍以上１０５倍以下の量である場合は「≧１．１」と標記した。表中に示すとおり、いずれの実施例においても、上記比は１０−５倍以上０．９０９倍未満の量又は１．１倍以上１０５倍以下の量であることを確認した。
なお、何れの実施例においても第１相、第２相の平均結晶粒径は全体の平均結晶粒径と一致した。また、７５万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
図４（Ａ）は、実施例２について、磁性材料の局所的なＶ含有量や不均化の存在や度合を知るのに適しているＦＥ−ＳＥＭ／ＥＤＸ法によって観察した結果である。但し、この図では撮影倍率を５万倍にして解析した。磁性材料の各相におけるＶの含有量（図の数値は、各相におけるＶ含有量で、各相のＶとＦＭの総和に対するＶの原子比の値を百分率で表したものである）は、１．２１原子％以上６６．９２原子％以下と大きく不均化して分布していることがわかった。よって、α−（ＦＭ，Ｖ）相の領域の中にも、Ｖ含有量で区別できる相、例えば、Ｖ含有量が１．２１原子％のα−（ＦＭ，Ｖ）相に対してＶ含有量が、その相よりも１．５倍以上１０５倍以下である６６．９２原子％のα−（ＦＭ，Ｖ）相が存在していること、即ち、α−（ＦＭ，Ｖ）相に関して、第１相以外に第２相に相当する相も存在していることが、この結果からも明らかになった。図４（Ａ）の各相のＮｉ成分の含有量については、図４（Ｂ）に示した。本発明の定義により、第１相であるＶ含有量１．２１原子％である相にはＮｉが３．９５原子％含まれており、第２相であるＶ含有量６６．９２原子％である相にはＮｉが２．４７原子％含まれている。第１相に含まれるＮｉ含有量に対して、第２相に含まれるＮｉ含有量が１０−５倍以上０．９０９倍未満の量である０．６２５倍であることがわかった。
【０１８７】
［実施例６］
比較例１と同様にして、（Ｆｅ０．９７１Ｎｉ０．０２８Ｍｎ０．００１）３Ｏ４フェライトナノ粉体を作製した。これに、シリカ粉末を混合し、実施例１と同様に還元反応を行うことにより、Ｆｅ９４．４Ｓｉ２．８Ｎｉ２．７Ｍｎ０．１磁性粉体を得た。
この磁性粉体の磁気特性を表１に示した。
［実施例７］
実施例６の磁性材料粉体をタングステンカーバイド製超硬金型に仕込み、大気中、室温、１ＧＰａの条件で冷間圧縮成形を行った。
次いで、この冷間圧縮成形体をアルゴン気流中、３００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温し、３００℃で１５分保持した後、３００℃から９００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温した後、直ちに４００℃まで７５℃／ｍｉｎで降温し、４００℃から室温までは４０分をかけて放冷することにより、本発明の固形磁性材料を得た。
この固形磁性材料の密度は６．０８ｇ／ｃｍ３であった。また、この固形磁性材料のＭ成分、ＴＭ成分、ＦＭ成分及びＯ成分を含む磁性材料全体に対する酸素含有量は１．１原子％であった。第１相、第２相、全体の平均結晶粒径は３００ｎｍであり、結晶子サイズは５０ｎｍであった。また、「第２相Ｍ成分含有量／第１相Ｍ成分含有量」は１．５以上、「Ｎｉ／Ｃｏ含有量比」は０．９０９未満であった。直流磁化測定装置で得た飽和磁化及び保磁力は、０．８２１Ｔ、３３０Ａ／ｍであり、１／４メジャーループ上に変曲点はなかった。また、本固形磁性材料の電気抵抗率は２８μΩｍであった。
本実施例により、本発明の固形磁性材料は、その特徴である１．５μΩｍより１桁電気抵抗率が高く、さらに既存材料である、例えば純鉄の０．１μΩｍや電磁鋼板の０．５μΩｍと比べ、２桁程度高い電気抵抗率を有することがわかった。そのため、本発明によれば、渦電流損失などの問題点を解決できることがわかった。
また、上記実施例１〜７と比較例１〜５の結果に鑑みて、上記実施例１〜６の本磁性粉体の電気抵抗率は、既存の一般的な金属系磁性材料よりも高い１．５μΩｍ以上を有すると推認できることから、本磁性粉体によれば、渦電流損失などの問題点を解決することが可能であることがわかった。
因みに、本実施例における不均化の存在や度合を知るのに適しているＦＥ−ＳＥＭ／ＥＤＸ法による観察結果から、上記実施例１〜７の本磁性粉体中の第１相及び第２相は、原料フェライト粉体の主原料相及び副原料相からそれぞれ由来しているものではなく、均質な原料フェライト相が還元反応により、不均化反応を起こして相分離したものであることがわかった。
【０１８８】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明の磁性材料によれば、従来の磁性材料では背反する特性、飽和磁化が高く、かつ電気抵抗率が高くて渦電流損失の問題点を解決でき、しかも積層工程などの煩雑な工程を要しない、金属系材料と酸化物双方の利点を併せ持った電磁気特性の優れた磁性材料、加えて空気中でも磁気特性が安定した磁性材料を提供できる。
本発明は、主として動力機器、変圧器や情報通信関連機器に用いられる、トランス、ヘッド、インダクタ、リアクトル、コア（磁芯）、ヨーク、マグネットスイッチ、チョークコイル、ノイズフィルタ、バラストなど、さらに各種アクチュエータ、ボイスコイルモータ、インダクションモータ、リアクタンスモータなどの回転機用モータやリニアモータ、特に中でも、回転数４００ｒｐｍを超える自動車駆動用モータ及び発電機、工作機、各種発電機、各種ポンプなどの産業機械用モータ、空調機、冷蔵庫、掃除機などの家庭用電気製品向けモータなどの、ロータやステータ等に用いられる軟磁性材料に関する。
さらに、アンテナ、マイクロ波素子、磁歪素子、磁気音響素子など、ホール素子、磁気センサー、電流センサー、回転センサー、電子コンパスなどの磁場を介したセンサー類に用いられる軟磁性材料に関する。
また、単安定や双安定電磁リレーなどの継電器、トルクリミッター、リレースイッチ、電磁弁などの開閉器、ヒステリシスモーターなどの回転機、ブレーキなどの機能を有するステリシスカップリング、磁場や回転速度などを検出するセンサー、磁性タグやスピンバルブ素子などのバイアス、テープレコーダー、ＶＴＲ、ハードディスクなどの磁気記録媒体や素子等に用いられる半硬磁性材料に関する。
また、高周波用トランスやリアクトルを初め、電磁ノイズ吸収材料、電磁波吸収材料や磁気シールド用材料などの不要な電磁波干渉による障害を抑制する磁性材料、ノイズ除去用インダクタなどのインダクタ素子用材料、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ用材料やノイズフィルタ用材料等の高周波用の軟磁性や半硬磁性材料に用いられる。
【図１】
2019087665.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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