(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄、亜鉛化合物およびマンガン化合物からなるフェライト原料を、混合したのち、仮焼し、ついで粉砕後、圧縮成形したのち、焼成することによって、
Fe2O3 ：52.0〜54.0 mol％、
ZnＯ：20.0〜23.0 mol％および
MnＯ：残部
を有する組成になるトランスコアを製造するに際し、
上記したフェライト原料である酸化鉄として、塩素含有量が 0.050mass％以下の酸化鉄を用いると共に、最終焼結体中の塩素含有量を 80ppm以下に抑制し、かつ焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達するまでは昇温速度を 400℃/h以上にすると共に、焼成温度に保持中は焼成雰囲気中の酸素濃度を10 vol％以下に制限することを特徴とする高速デジタル通信機器用トランスコアまたはデジタル音響機器用トランスコアの製造方法。
【請求項２】
前記トランスコアが、さらに
SiO2：0.005 〜0.020 mass％、
CaＯ：0.005 〜0.20mass％、
Nb2O5 ：0.005 〜0.030 mass％および
TiO2：0.01〜0.50mass％
のうちから選んだ少なくとも一種を含有する組成になることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、通信機器や音響機器等においてデジタル信号の伝送や増幅に使用されるトランスコアの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライトと総称される酸化物磁性材料のうち、ソフトフェライトは小さな外部磁場に対しても十分に磁化することから、電源、通信機器および計測制御機器等のコア材料として広く用いられている。
【０００３】
ソフトフェライトのような軟質磁性材料には、キュリー温度が高いこと、保磁力が小さく透磁率が高いこと、飽和磁束密度が高いこと、損失が小さいこと等、多くの特性が要求される。特にフェライトは、金属磁性材料に比べてキュリー点が格段に低く、Mn−Zn系フェライトの場合、電源トランス用低損失材料で 250℃程度、また高透磁率材料で 150℃程度である。従って、各種磁気特性の温度変化が大きく、実際に使用される温度域を考慮した使い分けが必要とされる。
【０００４】
近年、通信機器において、高速化、デジタル化の進展と共に、メタリックケーブル（銅線）を使用した高速デジタル伝送技術が進歩し、ｘＤＳＬ（ｘ DigitalSubscriber Line)として急速に普及しつつある。ｘＤＳＬで使用されるモデム用トランスでは、高透磁率であることに加えて入力波形に対する出力波形の歪が小さいことが要求される。というのは、特に正確な信号伝送のためには、入力波形に対する出力波形の歪が小さいこと、すなわち総高調波歪（Total Harmonic Distortion ：ＴＨＤ）が小さいことが重要だからである。
【０００５】
なお、総高調波歪（ＴＨＤ）は次式(1) で定義される。
ＴＨＤ（dB）＝20・log10 〔｛Σ（Ｖ2j+1)2｝1/2 ／Ｖ1 〕  --- (1)
ここに、Ｖ1 はトランスの入力電圧（１次側電圧）、Ｖ2j+1は３次以降の奇数次高調波の２次側測定電圧である。
また、一般に高調波成分は第３次成分が支配的であるので、(1) 式は次式(2)のように近似され、第３高調波成分の比率だけで示されることもある。
ＴＨＤ（dB）＝20・log10 （Ｖ3 ／Ｖ1 ）      --- (2)
【０００６】
ｘＤＳＬ用モデムトランスに限らず、高速デジタル伝送トランスやデジタル音響機器のトランス等では、正確な信号伝送のために総高調波歪の小さいことが今後さらに重要となる。しかしながら、広帯域で高透磁率なMn−Zn系フェライトについては、特開平６−204025号公報や特開平10−50512 号公報等に開示されているものの、総高調波歪に関しては何も述べられていない。
【０００７】
Mn−Zn系フェライトの総高調波歪に関しては、「 Improved Ferrite for DSLApplication 」(J.G.BOEREKAMP他、ICF8, Kyoto and Tokyo, Japan 2000)において、化学組成の最適化、添加物と焼成条件の最適化による微細で均一な結晶組織を得ることにより、総高調波歪の低減が可能であることが述べられているが、その具体的な内容、手段については何も述べられていない。
また、ＴＨＤの温度変化率：｜ＴＨＤ（最大値）−ＴＨＤ（最小値）｜／ＴＨＤ（平均値）｜が、−20℃〜80℃の範囲で15％以上と大きいため、広い温度範囲で使用する場合には不十分である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高速デジタル通信機器、例えばｘＤＳＬモデム用トランスコアやデジタル音響器のトランスコアにおいて、正確な信号伝達のために要求される、総高調波歪が小さくかつ広い温度域にわたって総高調波歪の変化が小さいトランスコアの有利な製造方法を提案することにある。
【０００９】
【課題解決のための手段】
さて、発明者らは、初透磁率μi ／μ0 （μ0 は真空の透磁率）が4000程度以上の高透磁率をもつMn−Zn系フェライトを製造する場合において、塩化鉄溶液を焙焼して得られる原料酸化鉄に着目し、不純物含有量がどのような原料酸化鉄を使用すれば最終コアにおけるＴＨＤ特性の温度変化を低減できるかについて、鋭意研究を重ねた。
その結果、原料酸化鉄中の塩素量を一定値以下に制限すると共に、焼成後の最終焼結体中における塩素量を所定値以下に低減することが、所期した目的の達成に関し極めて有効であるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、酸化鉄、亜鉛化合物およびマンガン化合物からなるフェライト原料を、混合したのち、仮焼し、ついで粉砕後、圧縮成形したのち、焼成することによって、
Fe2O3 ：52.0〜54.0 mol％、
ZnＯ：20.0〜23.0 mol％および
MnＯ：残部
を有する組成になるトランスコアを製造するに際し、
上記したフェライト原料である酸化鉄として、塩素含有量が 0.050mass％以下の酸化鉄を用いると共に、最終焼結体中の塩素含有量を 80ppm以下に抑制し、かつ焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達するまでは昇温速度を 400℃/h以上にすると共に、焼成温度に保持中は焼成雰囲気中の酸素濃度を10 vol％以下に制限することを特徴とする高速デジタル通信機器用トランスコアまたはデジタル音響機器用トランスコアの製造方法である。
【００１１】
また、本発明では、上記のトランスコア中に、さらに
SiO2：0.005 〜0.020 mass％、
CaＯ：0.005 〜0.20mass％、
Nb2O5 ：0.005 〜0.030 mass％および
TiO2：0.01〜0.50mass％
のうちから選んだ少なくとも一種を含有させることができる。
【００１２】
本発明は、原料酸化鉄中の塩素および最終焼結体中における塩素の限界量を規定することによって、ＴＨＤの温度変化の低減に特に有利なトランスコアを得るものである。そして、本発明に従って得たトランスコアは、−20℃から 100℃までの範囲における総高調波歪ＴＨＤ（dB）の温度変化率：｜ＴＨＤ（最大値）−ＴＨＤ（最小値）｜／ＴＨＤ（平均値）｜を10％以下に低減することができる。
また、本発明では、 Fe2O3, MnＯ, ZnＯの基本組成を規定した上で、さらにSiO2, CaＯ, Nb2O5, TiO2 等を微量添加することにより、ＴＨＤの温度変化をさらに低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明において、基本成分を上記の範囲に限定したのは、次の理由による。
すなわち、磁気特性に重大な影響を及ぼす磁気異方性定数および磁歪定数は、主成分である Fe2O3, MnＯ, ZnＯの組成比に依存することが知られており、微量成分を添加する前の基本成分の初透磁率をどの程度にとるか、セカンダリーピーク、キュリー点をどの程度に設定するか、という観点から、 Fe2O3, MnＯ, ZnＯの組成範囲が限定される。
そこで、本発明でも、上記の観点から、これらの組成範囲をそれぞれ次のように限定した。
Fe2O3 ：52.0〜54.0 mol％、
ZnＯ：20.0〜23.0 mol％および
MnＯ：残部（好ましくは23〜28 mol％）。
【００１４】
ここで、ZnＯが20.0 mol％未満または23.0 mol％超では、スピネルの化学組成の変化により、初透磁率が大幅に低下し、伝送トランスとして機能させる上で不利となる。
また、Fe2O3 が52.0 mol％に満たないと磁歪定数が大きくなり、透磁率が低下し、一方54.0 mol％を超えると磁歪定数と磁気異方性定数の増大による透磁率の低下が生じる。
なお、MnＯ，ZnＯの原料としては、酸化物だけでなく、焼成により、この形態に変わることのできる炭酸塩などの化合物を使用することもできる。
また、基本成分である Fe2O3、ZnＯおよびMnＯの組成は、これら３成分の合計量に対して示す。
【００１５】
さて、上記したように Fe2O3, MnＯ, ZnＯの基本組成を決定することは勿論重要であるが、これだけでは総高調波歪を低減することはなかなか難しい。
そこで、発明者らは、さらに検討を重ねた結果、原料酸化鉄中の不純物、特に塩素の量を制限することによって、上記の問題を有利に解決できることを新たに見出した。
なお、Mn−Zn系フェライトにおける各種不純物の効果については、例えば「フェライト」（平賀ら、丸善、1986）の第47頁に記載されているが、原料酸化鉄中の塩素が磁気特性や総高調波歪にどのように影響するかについては全く述べられていない。
【００１６】
この点に関し、発明者らは、さらに研究を重ねた結果、異常粒の発生や結晶粒の粒度分布のばらつき等の組織不均一を抑制して所定の初透磁率を得ると共に、トランスコアにした時の総高調波歪の温度変化を効果的に抑制するためには、原料酸化鉄中の塩素を0.05mass％以下にする必要があること、またさらに、焼成後の最終焼結体中に残存する塩素量を 80ppm以下に抑制する必要があること、が究明されたのである。
【００１７】
塩素が、最終焼結体の特性に及ぼす機構については、まだ明確に解明されたわけではないが、塩素はMn−Zn系フェライトの製造工程においてほぼ酸化鉄からのみ混入するため、原料混合後の仮焼工程や焼成工程など化学反応を伴う工程で結晶成長や結晶組織に影響を与え、最終焼結体の特性とくにＴＨＤの温度変化に影響を及ぼすものと考えられる。従って、上記のような反応工程に入る前、すなわち原料酸化鉄の段階で塩素を極力低減しておくことが好ましい。
また、最終焼結体中に残留する塩素量が多いと、焼結体中に空孔が多く残留することにより、透磁率の低下が生じる。
【００１８】
なお、塩素量の少ない酸化鉄としては、塩素を含まない硫化鉄水溶液を用いるのが理想であるが、かような水溶液はコストが高いので、塩化鉄水溶液を焙焼して得た酸化鉄が好ましく、特に上記の焙焼工程後に熱処理や水洗を行うことによって、塩素含有量が極めて少ない酸化鉄を得ることができる。
【００１９】
本発明のトランスコアは、以上の成分組成を基本とするが、その他、二酸化ケイ素（SiO2）や酸化カルシウム（CaＯ）、酸化ニオブ（Nb2O5)および酸化チタン（TiO2）等を適宜含有させることができる。
【００２０】
SiO2, CaＯ, Nb2O5 はそれぞれ、粒界に偏析することによってMn−Zn系フェライトの低損失化に有効に寄与し、その結果ヒステリシスを伴うコアの磁化曲線の直線性が改善されて、トランスとして使用した時の伝達信号の歪みが著しく改善される。
また、TiO2は、結晶内部に固溶して高抵抗化し、低損失化に寄与すると共に、Fe2+と電荷のやりとりをして磁気異方性係数を変化させ、その結果、初透磁率とＴＨＤの温度依存性を改善するのに有効に寄与する。
以上の観点から、SiO2は 0.005〜0.020 mass％、CaＯは 0.005〜0.20mass％、Nb2O5 は 0.005〜0.030 mass％、TiO2は0.01〜0.50mass％の範囲で含有させるものとした。なお、これらの添加成分の含有量は、焼結体中の含有量を示す。
【００２１】
次に、本発明に従うトランスコアの有利な製造方法について述べる。
本発明の素材であるMn−Zn系フェライトは、通常、酸化鉄、マンガン化合物、亜鉛化合物などの各粉末原料を所定の最終組成になるように混合して仮焼し、ついで得られたフェライト仮焼粉に、必要に応じてSiO2，CaＯ, Nb2O5, TiO2 などの添加成分を混合して粉砕したのち、造粒して圧縮成形し、ついで焼成することにより製造される。
【００２２】
ここに、本発明では、上記の焼成工程において、焼成温度を高くしたり、焼成時間を長くすることによって、最終焼結体中における塩素量を 80ppm以下まで低減することが重要である。
というのは、80 ppmを超える塩素が残存していると、前述したとおり、焼結体中の空孔が多くなって、透磁率の低下が生じるからである。
【００２３】
また、上記の製造工程において、焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達するまでは、昇温速度を 400℃/h以上にすると共に、焼成雰囲気を非酸化性雰囲気とし、またその後の焼成温度に保持中は焼成雰囲気中の酸素濃度を10 vol％以下に制限しておくことも重要である。
【００２４】
ここで、焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達するまでは、少なくとも 400℃/hの昇温速度とし、かつ焼成雰囲気を非酸化性雰囲気とするのは、単一のスピネル結晶相からなる、結晶粒径が大きくて均一な焼結体を形成し、その後の酸素雰囲気を制御した焼成によって、比抵抗を高め、渦電流損発生による高周波域での初透磁率の低下を抑えるためである。
なお、非酸化性雰囲気としては、工業的に用いられる窒素や二酸化炭素、あるいは通常のロータリーポンプなどで作ることのできる真空でもよいし、さらにはAr, He等の希ガスでもよい。
【００２５】
【実施例】
塩化鉄溶液を焙焼して製造した酸化鉄を、 500℃程度までの温度範囲で再度熱処理したり、水洗を行うことにより、種々の量の塩素を含有する酸化鉄を製造した。なお、酸化鉄中の塩素量は、蛍光Ｘ線分析により測定した。
ついで、 Fe2O3，ZnＯおよびMnＯの最終組成が、表１，２に示す組成になるように、原料である酸化鉄、マンガン化合物、亜鉛化合物を混合後、 930℃で３時間仮焼した。
かかる仮焼体に、表１，２に併記した添加物（SiO2, CaＯ, Nb2O5, TiO2)を種々の割合で添加し、ボールミルで10時間粉砕後、JIS C 2516に規定されるＥＰ型磁心ＥＰ13のコア形状に成形したのち、大気中にて昇温速度：250 ℃/hで昇温し、1100℃からは窒素雰囲気として昇温速度を 500℃/hに上げ、その後保持温度：1350℃に達したのち、酸素濃度を10 vol％以下に制御した雰囲気中にて２〜５時間の焼成を行った。
【００２６】
かくして得られた焼結体コアでトランスを形成し、１kHz でのインダクタンスが30mHとなるよう巻線を施したのち、インピーダンス50Ωのマッチング回路で、５kHz, 30 mTと50 kHz, ５mTの２つの条件下における総高調波歪ＴＨＤの温度依存性を測定した。
ＴＨＤの測定には、オーディオアナライザ（ Audio precision社 system Two)を用いた。そして、ＴＨＤの−20℃〜100 ℃の範囲内における温度変化率を、｜ＴＨＤ（最大値）−ＴＨＤ（最小値）｜／｜ＴＨＤ（−20℃〜100 ℃の範囲内の平均値）｜× 100（％）として求めた。
得られた結果を表３，４に示す。
なお、焼結体中の塩素量は蛍光Ｘ線分析により測定した。
また、５kHz, 30 mTのときのＴＨＤの温度変化および50 kHz, ５mTのときのＴＨＤの温度変化を、実施例と比較例と対比しつつ、図１および図２に示す。
【００２７】
【表１】
0004065707.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004065707.tif 000003
【００２９】
【表３】
0004065707.tif 000004
【００３０】
【表４】
0004065707.tif 000005
【００３１】
表３，４および図１，２に示したとおり、本発明に従い、原料酸化鉄中の塩素量を 0.050mass％以下に低減すると共に、最終焼結体中の塩素量を 80ppm以下に抑制したトランスコアは、いずれの条件でもＴＨＤの温度変化率が10％以下と低減している。
【００３２】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、広い温度範囲で総高調波歪の変化が小さく、従って温度変化の激しい屋外での設置にも問題なく使用でき、正確な信号伝達が要求される高速デジタル通信機器、例えばｘＤＳＬモデム用トランス等の用途に適した有益なトランスコアを安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  インピーダンス50Ωでの５kHz, 30mT のときの総高調波歪の温度変化を示したグラフである。
【図２】  インピーダンス50Ωでの50kHz,５mTのときの総高調波歪の温度変化を示したグラフである。
【図１】
0004065707.tif 000006
【図２】
0004065707.tif 000007