JP2005209708A - トランス、フェライト磁心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁気特性に優れたフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ）の小さいフェライト磁心を提供すること。
【解決手段】 フェライト成形体を焼成し、フェライト焼結体を得る焼成工程と、前記焼成工程の後に、フェライト焼結体を加工する加工工程と、前記加工工程の後に、前記加工を行ったフェライト焼結体を、不活性ガス雰囲気中、５００℃以上、９００℃以下の温度で、熱処理を行う熱処理工程とを含有することを特徴とするフェライト磁心の製造方法、および該方法で製造されるフェライト磁心。
【選択図】 無し

Description

本発明は、フェライト磁心の製造方法、該方法で製造されるフェライト磁心、および該フェライト磁心を使用したトランスに係り、さらに詳しくは、各種通信機器等に好適に使用され、電磁気特性に優れたフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ：Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が小さいフェライト磁心に関する。

伝送トランスや電源用トランスの磁心としては、一般にフェライトから構成されるフェライト磁心が使用されている。これは、フェライトが他の軟磁性金属材料に比べ、高周波数帯域での初透磁率の低下や電力損失の増大が少なく、安価に製造できるためである。

このようなフェライト磁心については、更なる性能の向上への要求が強く、この要求に答えるために、電磁気特性の向上等が試みられている。たとえば、フェライトの低損失化を図ることを目的とし、フェライトの製造工程において、焼成後に熱処理を行う工程を有するフェライトの製造方法が開示されている（特許文献１〜４）。

特許文献１，２には、フェライト成形体を焼成した後に、９００〜１１００℃または、８００〜１０００℃で熱処理を行う工程を有するフェライト磁心の製造方法が開示されている。これらの文献において、該熱処理は、フェライト焼結体の粒界相を再酸化することを目的として行われている。

特許文献３には、フェライト成形体を１０％以上の酸素分圧で焼成した後に、９００〜１１００℃で熱処理を行う工程を有するフェライトの製造方法が開示されている。この文献において、該熱処理は、焼成時の温度保持工程および冷却過程の酸素分圧を１０％以上とすることにより析出するヘマタイト相を、再度スピネル化することを目的として行われている。

特許文献４には、フェライト成形体を焼成した後に、５００〜８００℃で１時間以上熱処理し、その後、２００℃／時間以下で冷却する工程を有するフェライトの製造方法が開示されている。この文献において、該熱処理は、焼きなまし効果、すなわち、冷却歪みを低減することを目的としている。

また、特許文献５には、バレル研磨時の加工歪みにより発生する透磁率の低下を抑制することを目的として、フェライト成形体を焼成した後に、焼成により得られた焼結体をバレル研磨し、バレル研磨を行った焼結体をアニールする工程を含有するフェライト磁心の製造方法が開示されている。

上記バレル研磨は、トランス等に組み込んだときにトランス本体や、コイルの巻線等を傷つけないようにするために、焼成後のフェライト焼結体のエッジ部に存在するバリを除去したり、Ｒを付与することを目的として行われる研磨方法である。このバレル研磨は、通常、フェライト焼結体にアルミナ粒子等の硬質なメディアを用いて行われる。

特開平５−１３２１２号公報 特開平１０−１３５０２２号公報 特開平９−１８０９２７号公報 特開２００２−３６７８２２号公報 特開２００３−６８５４９号公報

近年、各種電子機器分野では、更なる電子機器の小型化、薄型化および高性能化などの要求が高まっている。そして、その要求に応えるべく、フェライト磁心の更なる小型、高性能化を達成するために、たとえば、焼成後のフェライト焼結体に一定の高精度な加工を行うことが必要とされてきている。

このような高精度な加工としては、砥石等を使用した研磨加工や研削加工等が挙げられる。該加工は、電磁気特性を向上させるために、フェライト磁心の面精度の向上や、インダクタンス調整用のギャップの付与を目的として、行われる。このような高精度な加工を、焼成後のフェライト焼結体に行うことにより、電磁気特性を向上させることが可能である。しかし、同時に、加工時にフェライト磁心にかかる応力により、加工歪みが発生してしまい、加工歪みによる電磁気特性の劣化が、引き起こされる傾向にある。したがって、上記高精度な加工を行ったフェライト磁心の加工歪みを緩和することにより、フェライト磁心の電磁気特性の更なる向上が期待できる。

本発明の目的は、焼成後のフェライト焼結体に高精度な加工を行うフェライト磁心の製造方法において、上記加工により生ずる加工歪みを緩和し、優れた電磁気特性を有するフェライト磁心の製造方法、および該製造方法により得られるフェライト磁心を提供することである。さらに、本発明は、上記特性を有するフェライト磁心を含有するトランスを提供することも目的とする。

本発明者等は、焼成後のフェライト焼結体に高精度な加工を行うフェライト磁心の製造方法において、フェライト焼結体を所定条件下で熱処理することにより、焼成後の加工により発生する加工歪みを緩和することが可能であり、電磁気特性に優れたフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ：Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の小さいフェライト磁心が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るフェライト磁心の製造方法は、
フェライト成形体を焼成し、フェライト焼結体を得る焼成工程と、
前記焼成工程の後に、フェライト焼結体を加工する加工工程と、
前記加工工程の後に、前記加工を行ったフェライト焼結体を、不活性ガス雰囲気中、５００℃以上、９００℃以下の温度で、熱処理を行う熱処理工程とを含有することを特徴とする。

本発明によると、焼成により得られるフェライト焼結体を加工した後に、このフェライト焼結体を上記所定条件で熱処理することにより、焼成後の加工により発生した加工歪みを緩和することが可能となる。そのため、電磁気特性に優れたフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ）の小さいフェライト磁心を得ることができる。

なお、上述した特許文献１〜４では、焼成後のフェライト焼結体について、加工は行われていない。したがって、これらの文献においては、フェライト焼結体について、焼成後に熱処理を行ってはいるが、この熱処理は、焼成後の加工により生じる加工歪みを解消するための熱処理ではない。そのため、本発明と特許文献１〜４記載の発明とは、目的および効果において、異なる発明である。

好ましくは、前記熱処理工程における前記不活性ガスが、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス、ＮｅガスおよびＡｒガスから選ばれる１種または２種以上を、主として含有する。

好ましくは、前記熱処理工程における前記不活性ガス中のＯ_２の含有量が、体積含有率で５００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２００ｐｐｍ以下である。

好ましくは、前記熱処理工程における熱処理の温度が、６００℃以上、８００℃以下であり、より好ましくは６００℃以上、７００℃未満である。

好ましくは、前記加工工程における加工方法が、砥石を使用して行う加工方法であり、具体的には、砥石を使用して行う研磨加工や研削加工等が挙げられる。また、フェライト焼結体の加工は、フェライト焼結体の表面全体に対して行う加工でも良いし、表面の一部に対して行う加工でも良い。

好ましくは、前記加工工程における加工が、インダクタンス調整用のギャップを形成する加工を含有する。

好ましくは、前記加工工程における加工の加工深さが、１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上である。

好ましくは、前記加工工程における加工方法が、バレル研磨加工以外の加工方法である。

本発明においては、上記加工工程における加工は、砥石を使用した研磨加工や研削加工等の高精度な加工であることが好ましい。このような高精度な加工としては、たとえば、総高調波歪（ＴＨＤ）の低減等の電磁気特性の向上を目的とした面精度を向上させるための加工や、インダクタンスを高精度に調整するためのギャップ加工等が挙げられる。したがって、特許文献５に記載されているような、バリ取り等を目的としたバレル研磨と、本発明の加工工程における加工とは、目的、方法および効果が、異なる加工である。

好ましくは、前記熱処理工程前のフェライト焼結体の総高調波歪（ＴＨＤ）に対する、前記熱処理工程後のフェライト焼結体の総高調波歪（ＴＨＤ）の低下の幅が、１ｄＢ以上、さらに好ましくは２ｄＢ以上である。

なお、総高調波歪（ＴＨＤ：Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、データ通信時の入力データの基本信号に対する高調波成分とノイズ成分の割合のことを意味し、下記式（１）で算出される。伝送波形の高調波歪やノイズが小さいほど、ＴＨＤは小さくなる。
ＴＨＤ（ｄＢ）＝２０×ｌｏｇ［（高調波＋ノイズ）／（基本波＋高調波＋ノイズ）］…式（１）

各周波数の総高調波歪（ＴＨＤ）を低減するためには、トランスの駆動条件におけるフェライト磁心のヒステリシス損失の低減や、Ｂ−Ｈ曲線における磁化曲線の直線性を良くすることが必要である。フェライト磁心においては、特にヒステリシス損失の低減が総高調波歪（ＴＨＤ）を小さくするために重要である。

好ましくは、前記フェライト磁心が、Ｆｅの酸化物、Ｍｎの酸化物およびＺｎの酸化物を含有するＭｎ−Ｚｎ系のフェライトから構成される。

本発明に係るフェライト磁心は、上記いずれかの方法により製造される。

本発明に係るトランスは、上記のフェライト磁心の回りにコイルを巻線することにより、作製される。

本発明によると、焼成後のフェライト焼結体に高精度な加工、たとえば、砥石を使用した研磨加工や研削加工等の加工を行い、加工を行ったフェライト焼結体を所定条件下で熱処理することにより、焼成後の加工により発生する加工歪みを緩和することが可能であるため、電磁気特性に優れたフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ）の小さいフェライト磁心を提供することができる。

また、本発明においては、上記高精度な加工は、たとえば、面精度を向上させるための加工やギャップ加工であることが好ましい。このような高精度な加工を行い、さらに、所定条件下で熱処理することにより、加工歪みによる電磁気特性の劣化を緩和することが可能となり、総高調波歪（ＴＨＤ）の小さいフェライト磁心を得ることができる。そのため、たとえば、通信トランスの磁心として、本発明の製造方法により製造されるフェライト磁心を使用することにより、データ伝送等において伝送波形の歪みやノイズを小さくすることができる。したがって、通信トランスの伝送エラーの発生を有効に防止することができ、高精度でデータ信号の伝送を行うことが可能となる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は本発明の一実施形態に係るギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心の斜視図および正面図、図１（ｃ）、図１（ｄ）はギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心の斜視図および正面図、
図２（ａ）、図２（ｂ）はギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心とギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心を突き合わせ面で組み合わせる前後の状態を示す正面図、
図３は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図、
図４は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図、
図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の例を示す図、
図６は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図、
図７は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図、
図８は本発明の実施例においてＴＨＤ測定を行った回路図、
図９は本発明の実施例におけるＴＨＤの広周波数帯域特性を表すグラフ、
図１０は本発明の実施例における各熱処理温度におけるＸＲＤパターンを示す図である。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本発明の一実施形態に係るフェライト磁心１は、ＥＰ型のフェライト磁心１１および１２が組み合わされ、各フェライト磁心１１、１２は、中脚部２と外脚部３を底板部４で接続して構成される。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すギャップを有する一方のＥＰ型のフェライト磁心１１は、中脚部２と外脚部３との高さの差であるギャップΔＧを有する。

図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２は、中脚部２と外脚部３との高さが同じであり、中脚部２の上面と外脚部３の上面とが、略同一平面になっており、ギャップΔＧを有しない。

本実施形態に係るフェライト磁心１は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すようにギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１と、ギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２とが、外脚部３を介して、お互いに重なるように組み合わされ、一対のフェライト磁心１として使用される。このように組み合わされたフェライト磁心１は、ギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１の中脚部２と、ギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２の中脚部２との間にギャップΔＧが形成される。本実施形態に係るフェライト磁心１は、ギャップΔＧを有しており、このギャップΔＧの深さを調整することによりインダクタンスを調整することができる。

フェライト磁心
本実施形態のフェライト磁心１（磁心１１および１２）を構成するフェライトとしては、特に限定されないが、たとえば、Ｍｎ-Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト等が挙げられる。これらのなかでも、Ｆｅの酸化物、Ｍｎの酸化物およびＦｅの酸化物から構成されるＭｎ-Ｚｎ系フェライトであることが好ましい。

また、本発明の目的を達成できる範囲において、上述したＦｅの酸化物、Ｍｎの酸化物およびＺｎの酸化物以外にも、副成分として、種々の添加物を含有させることが可能である。たとえば、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＮｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、ＣｕＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｐから選ばれる１種または２種以上を好適に使用することができる。

本実施形態のフェライト磁心１（磁心１１および１２）の製造方法としては、まず、各原料粉末を秤量・混合し、これを仮焼し、仮焼物を所定の平均粒径、粒度分布になるように粉砕し、次いで、粉砕材料を造粒し、造粒物を所定の形状に成形する。その後、この成形体を焼成し、焼成により得られた焼結体に加工を行い、この加工を行った焼結体を不活性ガス雰囲気中、所定の温度で熱処理を施すことにより製造される。
以下、製造方法について具体的に説明する。

まず、出発原料として、上記した各酸化物あるいは焼成後にこれらの酸化物となる原料を用意する。焼成後に酸化物になる化合物としては、たとえば、炭酸塩、ハロゲン化合物、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等が挙げられる。なお、必要に応じて、副成分として種々の化合物を添加することができる。このような副成分の添加時期としては、特に限定はされないが、たとえば仮焼時、仮焼後の粉砕時等が挙げられる。

用意した出発原料を秤量し、焼成後の最終的な組成において、目的の組成となるように調整する。

なお、原料混合物中には、原料中の不可避的不純物元素が含まれ得る。このような元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎａ、Ｋ、Ｓ、Ｃｌなどが挙げられる。電力損失や磁気特性への影響を抑えるためには、これら各元素の組成物全体に対する重量比率が５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特にＢ、Ｐについては１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

秤量した出発原料を混合し、仮焼きを行う。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。仮焼は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行われる。仮焼温度は８００〜１０００℃、仮焼時間は１〜３時間とすることが好ましい。

次に、上記にて得られた仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体を製造するために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。

次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、乾燥する方法である。

次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。

成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すれば良いが、本実施形態においては、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すようなＥＰ型のフェライト磁心とすることが好ましい。

本実施形態においては、まず、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示す中脚部２と外脚部３の高さが同じであるギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２を複数個成形し、焼成を行い、ギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２の焼結体を得る。

焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密なフェライト焼結体を得るために行われる。焼成は、好ましくは、５０〜３００℃／ｈｒで昇温し、安定温度１２００〜１４００℃で、２〜８時間程度、酸素濃度を制御した雰囲気下で行う。

本実施形態においては、焼成することにより得られるフェライト焼結体（ＥＰ型のフェライト磁心１２の焼結体）について、まず、加工を行う。次いで、加工を行ったフェライト焼結体に熱処理を施す。

本実施形態においては、焼成後のフェライト焼結体について行う加工は、電磁気特性の向上を目的とする加工であることが好ましい。電磁気特性の向上を目的とする加工としては、フェライト磁心の面精度を向上させるための加工およびインダクタンス調整用のギャップを付与するための加工であることが好ましい。

まず、ＥＰ型のフェライト磁心１２の焼結体の中脚部２および外脚部３の上面について、面精度を向上させるための加工を行う。なお、外脚部３の上面は、２個のフェライト磁心を突き合わせて使用する際に、直接他方の磁心と接触する突き合わせ面となり、その面精度は、高い方が好ましい。また、中脚部２の上面は、直接他方の磁心と接触しないが、同様に、その面精度は、高い方が好ましい。

次に、加工を行ったＥＰ型のフェライト磁心１２の中脚部２の上面にギャップを形成するためのギャップ加工を行い、ギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１を作製する。ギャップ加工は、インダクタンスの調整を行うことを目的としている。ギャップ加工は、上述した面精度の向上を目的とした加工と同様の方法により行うことができる。また、ギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１の中脚部２の上面、すなわち、ギャップ加工面は、直接他方の磁心と接触しないが、その面精度は、高い方が好ましい。

焼成後のフェライト焼結体について行う加工の方法としては、砥石を使用した研磨加工や研削加工等の高精度な加工であることが好ましく、砥石を使用した研磨加工や研削加工としては、たとえば、図３，４に示すような加工方法が挙げられる。

図３に示す加工方法においては、下面および側面に研磨砥粒面を有する円柱状の研削砥石５を回転させながら、ギャップ深さ分降下させ、ＥＰ型のフェライト磁心１１の中脚部２を研削するように前後に動かし、ギャップ加工面を形成する。

また、図４に示す加工方法においては、研削台７の上に、ＥＰ型のフェライト磁心１１を中脚部２の上面が下向きになるように固定し、上面に研磨砥粒面を有する研削砥石６およびＥＰ型のフェライト磁心１１を回転させ、研削砥石６を昇降させることにより、中脚部２の上面を研削し、ギャップ加工面を形成する。なお、ＥＰ型のフェライト磁心１１は、研削台７を回転させることにより、回転させてもよい。

上記加工における加工深さ（加工量）としては、１０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上であり、さらに好ましくは１００μｍ以上である。加工深さの上限については、特に限定されないが、通常１００ｍｍ程度である。加工深さが小さすぎる、すなわち加工量が少なすぎると十分な面精度が得られない傾向にある。

上記加工により形成される加工面（突き合わせ面およびギャップ加工面）の面精度、つまり表面粗さは、１．０μｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは、０．５μｍ以下とする。本実施形態においては、面精度、つまり表面粗さをこのような範囲とすることにより、優れた電磁気特性を有するフェライト磁心、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ）の小さいフェライト磁心を得ることができる。なお、ここで、表面粗さとは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に準拠した表面粗さ（算術表面高さ：Ｒａ）をいう。また、表面粗さの測定は、たとえば、表面粗さ計等を使用して行うことができる。

本実施形態において、焼成後のフェライト焼結体について行う加工は、上述した面精度の向上やギャップの形成を目的とした加工であることが好ましい。このような加工の方法としては、上述したような砥石を使用した研磨加工や研削加工等の高精度な加工であることが好ましく、バリ取りが主たる目的であるバレル研磨とは、異なる。

バレル研磨は、コアのエッジ部のバリ取りや、Ｒの付与が主たる目的であるため、バレル研磨を行うフェライト磁心においては、上述したような高い面精度は要求されない。さらに、バレル研磨によりギャップ形成をすることは、その加工方法の性質上、現実的ではない。

次いで、上記にて加工を行ったフェライト焼結体について、熱処理を行う。
本発明の特徴点は、焼成後に上述のような電磁気特性の向上を目的とした加工を行ったフェライト焼結体について、所定の条件下で熱処理を行う点にある。このようにすることにより、加工により発生した加工歪みを緩和することができ、フェライト磁心の電磁気特性、たとえば総高調波歪（ＴＨＤ）を、熱処理を行う前と比較して、改善することが可能となる。なお、この理由については、必ずしも明らかではないが、熱処理による加工歪みの緩和により、ヒステリシス損失が低減するためであると考えられる。
熱処理を行う際には、以下の条件で行うことが好ましい。

熱処理を行う際の熱処理温度は、５００℃以上、９００℃以下であり、好ましくは６００℃以上、８００℃以下、より好ましくは６００℃以上、７００℃未満である。熱処理の温度が低すぎると熱処理を行う効果が得られなくなる傾向にあり、高すぎると焼結体の微細構造の変化が起こり、総高調波歪（ＴＨＤ）が悪化する傾向にある。

熱処理を行う際の熱処理時間は、０．５時間〜１０時間であることが好ましく、さらに好ましくは１時間〜８時間である。熱処理時間が短すぎると熱処理を行う効果が得られなくなる傾向にあり、長すぎると製造コストが高くなるだけで、特性的な効果は少ない。

熱処理を行う際の雰囲気は、不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。
不活性ガスとしては、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス、ＮｅガスおよびＡｒガスから選ばれる１種または２種以上を使用することが好ましい。また、不活性ガス中のＯ_２ガスの含有量は、体積含有率で５００ｐｐｍ以下に制御することが好ましく、さらに好ましくは２００ｐｐｍ以下とする。不活性ガス中のＯ_２ガスの含有量は少ない方が好ましい。不活性ガス中のＯ_２ガスの含有量が体積含有率で５００ｐｐｍを超えると、フェライト焼結体の再酸化が起こり、電磁気特性が劣化する傾向にある。

本実施形態においては、焼成後に加工を行ったフェライト焼結体について、上記所定条件で熱処理を行うことにより、熱処理を行う前と比較して、熱処理後のフェライト焼結体の総高調波歪（ＴＨＤ）等の電磁気特性を改善することができ、特に総高調波歪（ＴＨＤ）を低減することができる。本発明によれば、熱処理を行う前と比較して、熱処理後のフェライト焼結体の総高調波歪（ＴＨＤ）を、好ましくは１ｄＢ以上、さらに好ましくは２ｄＢ以上低減することができる。なお、総高調波歪（ＴＨＤ）は、データ通信時の入力データの基本信号に対する高調波成分とノイズ成分の割合のことを意味する。

トランス
本実施形態に係るトランスは、図２に示すようにギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１とギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２を、外脚部３を介し、お互いに重なるように組み合わせ、一対のフェライト磁心とし、中脚部２の周囲に所定巻数だけ巻線することにより形成される。

本実施形態に係るトランスは、ギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心１１およびギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心１２の中脚部２の間に形成されるギャップΔＧの深さを調整することによりインダクタンスを調整することが可能となっている。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態においては、熱処理による電磁気特性の改善効果として、フェライト磁心のＴＨＤを例示したが、他の電磁気特性、たとえば透磁率や磁気損失等についても同様に、改善することが可能である。

また、上述した実施形態においては、フェライト磁心としてＥＰ型のフェライト磁心を例示したが、本発明に係るフェライト磁心としては、ＥＰ型のフェライト磁心に限定されず、焼成後に、たとえば研磨加工や研削加工等の高精度な加工を行う工程を経て製造されるフェライト磁心であれば何でも良い。このようなフェライト磁心としては、たとえば、図５（ａ）〜（ｅ）に示す各形状を有する磁心が挙げられる。

図５（ａ）は、非分割型の磁心であり、磁心の一部を研磨砥粒面を有するファインカッターやサーフェイス等で切断し、ギャップを形成することにより得られる、ギャップΔＧを有するトロイダル型磁心である。

図５（ｂ）も、非分割型の磁心であり、同様に、磁心の一部を研磨砥粒面を有するファインカッターやサーフェイス等で切断し、ギャップを形成することにより得られる、ギャップΔＧを有するＦＴ型磁心である。

図５（ｃ）は、分割型の磁心であり、Ｅ型の磁心とＩ型の磁心が組み合わされて構成されるＥＩ型磁心である。この磁心においては、たとえば、Ｅ型の磁心の真ん中の脚についてギャップ加工を行いギャップ加工面を形成する。そして、このギャップ加工面を有するＥ型の磁心とＩ型の磁心とを組み合わせることによりギャップΔＧが形成される。

なお、Ｅ型の磁心において、フェライト焼結体について行う加工としては、ＥＰ型の磁心と同様に、砥石を使用した研磨加工や研削加工等の高精度な加工であることが好ましく、砥石を使用した研磨加工や研削加工としては、たとえば、図６または７に示す方法で加工を行うことができる。

図６は、突き合わせ面およびギャップ加工面についての加工を、連続して行う方法である。この方法においては、まず、Ｅ型の磁心１３の外脚部１３２および中脚部１３１の上面と、下面および側面に研磨砥粒面を有する円板状の研削砥石８ａの下面とを接触させ、円板状の研削砥石８ａを回転させることにより、外脚部１３２および中脚部１３１の上面の研削を行う。次いで、Ｅ型の磁心１３の中脚部１３１の上面と、側面に研磨砥粒面を有する円板状の研削砥石８ｂの側面とを接触させ、円板状の研削砥石８ｂを回転させることにより、中脚部１３１の上面について研削を行い、ギャップ加工面を形成する。なお、図６に示した加工方法においては、Ｅ型の磁心を固定させた状態でそれぞれ研削を行う。また、研削砥石８ａの回転軸と研削砥石８ｂの回転軸とは、垂直な関係にある。

図７に示す加工方法も、図６に示す加工方法と同様に、突き合わせ面およびギャップ加工面についての加工を、連続して行う方法であるが、図６に示した加工方法と異なり、Ｅ型の磁心をマグネットチャック９の上に固定し、マグネットチャック９が動くことにより連続的に研削を行う方法である。なお、図６および７に示す加工方法は、いずれも突き合わせ面およびギャップ加工面について、連続して加工を行う方法であるが、突き合わせ面または、ギャップ加工面の研削を別々に行う方法としても良い。すなわち、図６，７において、研削砥石８ａを使用しない加工方法、または、研削砥石８ｂを使用しない加工方法とすることも可能である。

図５（ｄ）も、分割型の磁心であり、二つのＵ型の磁心が組み合わされて構成されるＵＵ型の磁心である。この磁心においては、たとえば、両方のＵ型の磁心の二つの脚の側面部をギャップ加工面とし、両磁心のギャップ加工面間に誘電体フィルムを挟むことにより、ギャップΔＧが形成される。

図５（ｅ）も、分割型の磁心であり、二つのＥ型の磁心が組み合わされて構成されるＥＥ型の磁心である。この磁心においては、たとえば、二つのＥ型の磁心のうち一方の磁心の真ん中の脚についてギャップ加工を行いギャップ加工面を形成する。そして、このギャップ加工面を有するＥ型の磁心とギャップ加工面を有しないＥ型の磁心とを組み合わせることによりギャップΔＧが形成される。または、ギャップ加工面を有するコア同士での組み合わせでも良い。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
［磁心の作製］
まず、主成分原料を準備した。主成分の出発原料としては、Ｆｅ_２Ｏ_３ 、Ｍｎ_３Ｏ_４ 、ＺｎＯを用いた。次に、これらの主成分原料を、以下の条件で湿式混合し、乾燥を行い、乾燥後、仮焼成を行い仮焼成体を得た。

配合用ポットとしては、ステンレスボールミルポットを使用し、配合用メディアとしては、スチールボール使用し、配合時間は、１６時間とした。また、仮焼きは、大気中、温度９００℃、２時間の条件で行った。

次いで、仮焼成により得られた仮焼成体に、フェライト組成物全体に対して、各種副成分を添加し、粉砕（混合）を行い、焼成前のフェライト材料を得た。粉砕用ポットとしては、ステンレスボールミルポットを使用し、粉砕用メディアとしては、スチールボールを使用し、粉砕時間は８時間とした。

得られたフェライト材料１００重量部にバインダーとしてのポリビニルアルコールを１．０重量部添加し、スプレードライヤーにて造粒して造粒物とし、ＥＰ型の形状に加圧成形し、１２５０〜１４００℃で焼成することにより、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示す中脚部および外脚部を有するＥＰ型のフェライト磁心を得た。

次に、上記にて得られた焼結体の中脚部および外脚部の上面をバーチカル加工機により表面加工を行い、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すギャップを有しないＥＰ型の焼結体を得た。なお、このときの加工深さは、約５００μｍとし、バーチカル加工の際に使用した研削砥石としては、研磨砥粒の粒度が＃４００（ＪＩＳ−Ｒ６００１）である研削砥石を使用した。

次に、ギャップを有しないＥＰ型の焼結体試料のうち半分の試料について、中脚部の上面について、ギャップ加工を行い、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すギャップを有するＥＰ型の焼結体を得た。なお、このときのギャップ深さは、約３０μｍとし、ギャップ加工の際に使用した研削砥石としては、研磨砥粒の粒度が＃３００（ＪＩＳ−Ｒ６００１）である研削砥石を使用した。

次に、上記にて研削加工を行ったＥＰ型の焼結体（ギャップを有しないＥＰ型の焼結体、ギャップを有するＥＰ型の焼結体）について、表１に示す各温度で熱処理を行うことにより、ＥＰ型のフェライト磁心試料２〜１１を作製した。なお、ＥＰ型のフェライト磁心試料１は、熱処理を行わなかった試料である。

［トランスの作製］
上記にて作製した各ＥＰ型のフェライト磁心試料１〜１１のギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心とギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心とを、図２に示すように外脚部３を介して、お互いに重なる状態とし、かつ両磁心の中脚部２を１次巻線と２次巻線とが巻回されたボビンに挿入することによりトランス試料を作製した。なお、本実施例においては、測定時の応力の影響を極力少なくするために、２個の磁心の固定には、テープで巻く方法を用いた。また、巻線は、リーケージインダクタンスを小さくするために、１次巻線を２分割して、１次巻線（７０ターン）−２次巻線（１４０ターン）−１次巻線（７０ターン）というサンドイッチ巻きとした。

総高調波歪（ＴＨＤ）の測定
上記にて作製したトランス試料をオーディオアナライザ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ社製 Ｓｙｓｔｅｍ２）に接続し、ＴＨＤの測定を行った。なお、総高調波歪（ＴＨＤ）は、下記式（１）で算出される。
ＴＨＤ（ｄＢ）＝２０×ｌｏｇ［（高調波＋ノイズ）／（基本波＋高調波＋ノイズ）］…式（１）

図８は、ＴＨＤ測定を行った回路図である。図８に示すように、１次巻線Ｎｐは１０Ωの抵抗を直列に接続して、ジェネレータ側の端子ｔ１、ｔ２に接続し、２次巻線Ｎｓは５０Ωの抵抗を並列に接続して、アナライザー側の端子ｔ３、ｔ４に接続する。なお測定器のジェネレータ側には４０Ωの抵抗が直列に接続されているため、１次巻線には合計で５０Ωの抵抗が直列に接続されていることになる。

測定は、端子ｔ１、ｔ２より、トランスの１次巻線Ｎｐに、周波数５ｋＨｚのデータ信号を、１次巻線の両端の電圧が１．８Ｖとなるように入力し、このとき、１次巻線Ｎｐ側から２次巻線Ｎｓ側に出力される伝送波形を端子ｔ３、ｔ４より入力し、分析することにより行った。このとき、トランスを図８に示すように、恒温槽ＴＨに格納し、２５℃に保持して測定した。ＴＨＤの値は小さい方が好ましい。

本実施例において、ＴＨＤの測定周波数を５ｋＨｚとしたのは以下の理由による。図９はＴＨＤの広周波数帯域特性を表すグラフであり、図９に示すように、一般に、高周波数でＴＨＤの測定を行うと、低周波数で測定した場合と比較して、ＴＨＤの値が小さくなり、良好な結果となりやすくなる傾向にある。そのため、高周波数でＴＨＤの測定を行うと、トランスのＴＨＤ特性に有意差が現れにくい。したがって、トランスのＴＨＤ特性に有意差が現れるためには、低周波数で測定を行うことが必要であり、本実施例では、５ｋＨｚでＴＨＤの測定を行った。

比抵抗の測定
比抵抗（単位：Ω・ｍ）は、直径１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの円柱形の試料を作製し、インジウム−ガリウム電極を塗り、直流抵抗値を測定することにより求めた。測定は、ＴＯＡ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製のＳＵＰＥＲ ＭＥＧＯＨＭＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＳＭ−５Ｅにて行った。結果を表１に示す。

Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定
上記にて作製したＥＰ型のフェライト磁心試料１，２，４および８についてＸ線回折（ＸＲＤ）測定より評価を行った。Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定は、島津製作所製のＸ線回折装置（ＸＲＤ−６０００）を使用して行った。Ｘ線の条件は、ターゲットにＣｕ、管電圧＝４０ｋＶ、管電流＝３０ｍＡとし、スリット条件は、ダイバージェンススリット（ＤＳ）＝１．０度、スキャッタースリット（ＳＳ）＝１．０度、レシービングスリット（ＲＳ）＝０．１５ｍｍとした。Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の結果の評価は、２θ＝１２５度付近における回折ピークの半価幅を評価することにより行った。半価幅が小さいほど、加工歪みは緩和されていると考えられる。表２および図１０に結果を示す。

評価１
表１にＥＰ型のフェライト磁心試料１〜１１の熱処理工程における熱処理温度、ＴＨＤの変化量（ΔＴＨＤ）および比抵抗を示す。ＴＨＤの変化量（ΔＴＨＤ）は、各試料のＴＨＤの値の、熱処理を行っていない試料１のＴＨＤの値に対する各試料のＴＨＤの値の差である。すなわち、ΔＴＨＤの値が正の値である試料は、熱処理を行うことにより、熱処理を行う前と比較してＴＨＤの値が増大しており、逆に、ΔＴＨＤの値が負の値である試料は、熱処理により、ＴＨＤの値が低減している。なお、加工後の熱処理を行わなかった実施例の試料１のＴＨＤの値は、−８５．０ｄＢであった。

表１より、熱処理温度が、５００℃以上、９００℃以下である実施例の試料３〜９は、ΔＴＨＤの値が、負の値となっており、熱処理によりＴＨＤの値が低減する結果となった。ＴＨＤの改善の幅については、試料３〜９はΔＴＨＤの値が、いずれも−１．０ｄＢ以下となり、ＴＨＤの値が１．０ｄＢ以上改善されていることが確認できた。特に、試料４〜８のΔＴＨＤの値は、いずれも−２．０ｄＢ以下となり、ＴＨＤの値を２．０ｄＢ以上低減することが可能であり、さらに、試料４〜６のΔＴＨＤの値は、いずれも−２．５ｄＢ以下となり、ＴＨＤの値を２．５ｄＢ以上低減することが可能であった。また、実施例の試料３〜９は、比抵抗が熱処理を行っていない試料１と同等か、あるいは、高くなる結果となった。特に、実施例の試料４〜８は、比抵抗が２．０Ω・ｍ以上となった。

一方、熱処理温度を４００℃とした比較例の試料２は、ΔＴＨＤの値が＋０．４ｄＢであり、熱処理前と比較して若干増加する傾向にあった。この理由としては、４００℃では、熱処理温度が低すぎて加工歪みの緩和効果が不十分であったためであると考えられる。

熱処理温度を１０００℃、１１００℃とした比較例の試料１０，１１は、ΔＴＨＤの値が、＋３．０ｄＢ、＋１３．８ｄＢとなり、熱処理によりＴＨＤの値が大幅に増大する傾向にあった。また、試料１０，１１は、比抵抗についても、それぞれ１．４Ω・ｍ、０．３Ω・ｍとなり、熱処理前と比較して低下する傾向にあった。試料１０，１１において、熱処理により、ＴＨＤの値が大幅に劣化した原因としては、これらの試料の比抵抗が低下していることから、熱処理による加工歪みの緩和効果以外に、熱処理によるフェライトの微細粒界構造の変化等が起こったためであると考えられる。

この結果より、熱処理によりＴＨＤの値を低減させたフェライト磁心を得るためには、熱処理温度は、５００℃以上、９００℃以下であり、好ましくは６００℃以上、８００℃以下、より好ましくは６００℃以上、７００℃未満であることが確認できた。

評価２
表２に、ＥＰ型のフェライト磁心試料１，２，４および８の熱処理工程における熱処理温度、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の２θ＝１２５度付近における回折ピークの半価幅を示す。また、図１０は、各試料の２θ＝１２５度付近のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す図である。

表２より、６００℃および８００℃で熱処理を行った試料４，８は、２θ＝１２５度付近における回折ピークの半価幅が、０．１５７、０．１４８となり、熱処理を行わなかった試料１と比較して低い値となった。一方、４００℃で熱処理を行った試料２の２θ＝１２５度付近における回折ピークの半価幅は、熱処理を行わなかった試料１と、ほぼ同等であった。また、図１０より、試料４，８の２θ＝１２５度付近における回折ピークの強度は、試料１，２と比較して、大きくなる結果となった。この結果より、熱処理温度を６００℃、８００℃とすることにより、熱処理前と比較して、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による回折ピークの半価幅が減少することが確認でき、これは加工歪みが緩和したためであると考えられる。

図１（ａ）、図１（ｂ）は本発明の一実施形態に係るギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心の斜視図および正面図、図１（ｃ）、図１（ｄ）はギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心の斜視図および正面図である。 図２（ａ）、図２（ｂ）はギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心とギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心を突き合わせ面で組み合わせる前後の状態を示す正面図である。 図３は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図である。 図４は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図である。 図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の例を示す図 図６は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図である。 図７は本発明の実施形態に係るフェライト磁心の加工方法の例を示す図である。 図８は本発明の実施例においてＴＨＤ測定を行った回路図である。 図９は本発明の実施例におけるＴＨＤの広周波数帯域特性を表すグラフである。 図１０は本発明の実施例における各熱処理温度におけるＸＲＤパターンを示す図である。

符号の説明

１… フェライト磁心
１１… ギャップを有するＥＰ型のフェライト磁心
１２… ギャップを有しないＥＰ型のフェライト磁心
１３… Ｅ型の磁心
１３１… 中脚部
１３２… 外脚部
２… 中脚部
３… 外脚部
４… 底板
５，６… 研削砥石
７… 研削台
８ａ，８ｂ… 研削砥石
９… マグネットチャック

Claims (15)

1. フェライト磁心の製造方法であって、
   フェライト成形体を焼成し、フェライト焼結体を得る焼成工程と、
   前記焼成工程の後に、フェライト焼結体を加工する加工工程と、
   前記加工工程の後に、前記加工を行ったフェライト焼結体を、不活性ガス雰囲気中、５００℃以上、９００℃以下の温度で、熱処理を行う熱処理工程とを含有することを特徴とするフェライト磁心の製造方法。
2. 前記熱処理工程における前記不活性ガスが、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス、ＮｅガスおよびＡｒガスから選ばれる１種または２種以上を、主として含有する請求項１に記載のフェライト磁心の製造方法。
3. 前記熱処理工程における前記不活性ガス中のＯ_２の含有量が、体積含有率で５００ｐｐｍ以下である請求項１または２に記載のフェライト磁心の製造方法。
4. 前記熱処理工程における熱処理の温度が、６００℃以上、８００℃以下である請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
5. 前記熱処理工程における熱処理の温度が、６００℃以上、７００℃未満である請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
6. 前記加工工程における加工方法が、砥石を使用して行う加工方法である請求項１〜５のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
7. 前記加工工程における加工が、インダクタンス調整用のギャップを形成する加工を含有する請求項１〜６のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
8. 前記加工工程における加工の加工深さが、１０μｍ以上である請求項１〜７のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
9. 前記加工深さが、５０μｍ以上である請求項８に記載のフェライト磁心の製造方法。
10. 前記加工深さが、１００μｍ以上である請求項８または９に記載のフェライト磁心の製造方法。
11. 前記加工工程における加工方法が、バレル研磨加工以外の加工方法である請求項１〜１０のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
12. 前記熱処理工程前のフェライト焼結体の総高調波歪に対する、前記熱処理工程後のフェライト焼結体の総高調波歪の低下の幅が、１ｄＢ以上である請求項１〜１１のいずれかに記載のフェライト磁心の製造方法。
13. 前記フェライト磁心が、Ｆｅの酸化物、Ｍｎの酸化物およびＺｎの酸化物を含有するＭｎ−Ｚｎ系のフェライトから構成される請求項１〜１２のフェライト磁心の製造方法。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法により製造されるフェライト磁心。
15. 請求項１４に記載のフェライト磁心の周囲にコイルを巻回してあるトランス。
    

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