JP2015126051A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリアクトルに関するものである。 The present invention relates to a reactor.
車載用のDC-DCコンバータといった電力変換装置の構成部品として、より詳細には、電力変換装置において電圧の昇圧や降圧制御をおこなう回路部品としてリアクトルが適用されている。 More specifically, a reactor is applied as a component of a power conversion device such as an in-vehicle DC-DC converter, as a circuit component that performs voltage step-up or step-down control in the power conversion device.
リアクトルには様々な形態が存在しており、その一例を挙げると、U型コアとI型コアをギャップを介して環状に組み付け、その周囲にコイルが形成された形態や、これがケース内に収容された形態、さらには、ケース内にモールド樹脂体が形成された形態などがある。 There are various types of reactors. For example, a U-shaped core and an I-shaped core are assembled in a ring shape through a gap, and a coil is formed around them. And a form in which a molded resin body is formed in the case.
また、さらに別の形態として、コイルに樹脂コア材料がモールドされ、モールド体内にコイルが埋設された形態のリアクトルもある。 As another form, there is a reactor in which a resin core material is molded into a coil and the coil is embedded in the mold body.
この形態のリアクトルにおいて、リアクトル形成用の樹脂コア材料には、磁性粉と樹脂が混合された複合材料が一般に用いられており、このようなリアクトルに関する発案が特許文献1に開示されている。 In this type of reactor, a composite material in which magnetic powder and a resin are mixed is generally used as the resin core material for forming the reactor, and a proposal relating to such a reactor is disclosed in Patent Document 1.
そして、樹脂コア材料を形成する樹脂としては、加熱硬化にて成形される熱硬化性樹脂や、冷却硬化にて成形される熱可塑性樹脂の双方が適用される。中でも、射出成形による方法は、成形時間が短くてよいことから好ましい。 And as resin which forms a resin core material, both the thermosetting resin shape | molded by heat hardening and the thermoplastic resin shape | molded by cooling hardening are applied. Among them, the method by injection molding is preferable because the molding time may be short.
ところで、樹脂コア材料として樹脂と軟磁性粉等の磁性粉を混合した複合材料を適用し、この複合材料をコイルを被覆するように射出成形してリアクトルを製造するに当たり、この複合材料を構成する樹脂としては高熱伝導率を有する熱可塑性樹脂や、射出成型可能なシリコーン樹脂などが適用される。シリコーン樹脂からなるモールド体によれば、リアクトル駆動時のNV(ノイズや振動)低減性とコイルから冷却器への放熱性がともに良好になる。 By the way, a composite material in which a resin and a magnetic powder such as soft magnetic powder are mixed is applied as a resin core material, and this composite material is formed by injection molding so as to cover a coil to manufacture a reactor. As the resin, a thermoplastic resin having a high thermal conductivity, an injection-moldable silicone resin, or the like is applied. According to the mold body made of silicone resin, both the NV (noise and vibration) reduction during driving of the reactor and the heat dissipation from the coil to the cooler are improved.
軟磁性粉や高熱伝導率を有するフィラーを充填したり、これらを射出成形してモールド体を成形するに当たり、これらの材料の粘度は往々にして高くなる傾向にあるものの、本来的にはある程度樹脂粘度の低い材料でなくては十分な充填性が担保できない。また、上記するNV対策としてはモールド体がある程度の弾性を有している必要がある。 When filling a soft magnetic powder or a filler with high thermal conductivity, or molding these by injection molding, the viscosity of these materials often tends to increase, but it is inherently somewhat resinous. If it is not a low-viscosity material, sufficient filling properties cannot be guaranteed. In addition, as a countermeasure against NV described above, the mold body needs to have a certain degree of elasticity.
このような種々の制約を満足し得る素材としては、シリコーン樹脂の中でもシリコーンゴムが挙げられる。 Examples of a material that can satisfy such various restrictions include silicone rubber among silicone resins.
このシリコーンゴムに関しては、有機過酸化物を触媒(硬化剤)として反応するものや、白金などの遷移金属化合物を触媒として用いて付加反応するものが存在している。このうち、前者は反応時にアルコールや安息香酸などの副生成物を生じることから、リアクトルを構成するコイルやモールド体を構成する軟磁性粉への影響が懸念される。 As for the silicone rubber, there are those that react with an organic peroxide as a catalyst (curing agent) and those that undergo an addition reaction using a transition metal compound such as platinum as a catalyst. Among these, since the former produces by-products such as alcohol and benzoic acid during the reaction, there is a concern about the influence on the coil constituting the reactor and the soft magnetic powder constituting the mold body.
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、コイルに樹脂材料がモールドされ、モールド体内にコイルが埋設された形態のリアクトルに関し、モールド体が良好な弾性を有してNV(ノイズや振動)低減性に優れ、モールド体の成形性も良好であり、モールド体がコイル等に影響を与え得る副生成物を生じることのないリアクトルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and relates to a reactor in which a resin material is molded into a coil and the coil is embedded in the mold body. It is an object of the present invention to provide a reactor that is excellent in vibration reduction and has good moldability and does not produce by-products that can affect the coil or the like.
前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルは、磁性粉が樹脂層でコーティングされてなる複合粉と、付加硬化型のシリコーンゴムと、が混合されてなる複合材料で形成されたモールド体と、該モールド体に埋設されたコイルとから形成されているものである。 In order to achieve the above object, a reactor according to the present invention comprises a mold body made of a composite material obtained by mixing a composite powder obtained by coating magnetic powder with a resin layer and an addition-curing silicone rubber, and It is formed from a coil embedded in the mold body.
本発明のリアクトルは、モールド体を構成する材料として、磁性粉が樹脂層でコーティングされてなる複合粉と、付加硬化型のシリコーンゴムと、が混合されてなる複合材料を適用したことにより、ゴムの有する弾性による減衰効果に起因してNV低減性に優れ、また、磁性粉が予め樹脂層でコーティングされた複合粉を適用することでシリコーンゴムの硬化阻害を抑制することができる。これは、たとえば軟磁性粉に含まれるリンや硫黄といった不純物を軟磁性粉の表面に形成されている樹脂層で包囲することによって、これらの不純物がシリコーンゴムの硬化の際に表面に現れることが抑制されることによるものである。 The reactor of the present invention is a rubber that is obtained by applying a composite material obtained by mixing a composite powder in which magnetic powder is coated with a resin layer and an addition-curing silicone rubber as a material constituting the mold body. It is excellent in NV reduction property due to the damping effect due to the elasticity of the resin, and it is possible to suppress the inhibition of curing of the silicone rubber by applying a composite powder in which magnetic powder is previously coated with a resin layer. This is because, for example, impurities such as phosphorus and sulfur contained in the soft magnetic powder are surrounded by a resin layer formed on the surface of the soft magnetic powder so that these impurities appear on the surface when the silicone rubber is cured. It is because it is suppressed.
磁性粉として軟磁性粉を適用するに当たり、この軟磁性粉としては、FeやCo、Niなどの鉄族金属や、Feを主成分とする合金粉を適用できる。 In applying the soft magnetic powder as the magnetic powder, an iron group metal such as Fe, Co, or Ni, or an alloy powder containing Fe as a main component can be applied as the soft magnetic powder.
また、磁性粉の表面に形成される樹脂層としては、たとえば3官能性のシリコーンを主成分としたシリコーン樹脂等を適用できる。 Moreover, as the resin layer formed on the surface of the magnetic powder, for example, a silicone resin mainly composed of trifunctional silicone can be applied.
さらに、バインダーとなる付加硬化型のシリコーンゴムに関し、付加硬化反応としてはHis三重結合をもつシランのオレフィン類もしくはアセチレン類への付加反応を利用している。また、触媒(硬化剤)にはPtなどが使用でき、重合度が100〜2000程度の線状ポリマーを主成分とするシリコーンゴムが適用できる。 Furthermore, regarding addition-curable silicone rubbers that serve as binders, the addition reaction of silane having a His triple bond to olefins or acetylenes is used as the addition-curing reaction. Moreover, Pt etc. can be used for a catalyst (curing agent), and the silicone rubber which has a linear polymer whose degree of polymerization is about 100-2000 as a main component is applicable.
ここで、前記シリコーンゴムが液状のシリコーンゴムであるのが好ましい。 Here, the silicone rubber is preferably a liquid silicone rubber.
シリコーンゴムは、ケイ素と酸素が交互に結合してポリマーが形成されたシロキサン結合構造を主骨格としたものであるが、加硫剤等の添加剤の有無や種類によって、シート状のものやペースト状のもの、液状のものが存在している。 Silicone rubber has a main skeleton of a siloxane bond structure in which a polymer is formed by alternately bonding silicon and oxygen. Depending on the presence and type of additives such as vulcanizing agents, sheet rubber and paste There are liquid and liquid products.
この中でも、液状のシリコーンゴムを使用することで磁性粉との複合材料として射出成形等した場合でも良好な流動性を担保でき、良好な成形性を保証することができる。 Among these, by using liquid silicone rubber, good fluidity can be ensured even when injection molding is performed as a composite material with magnetic powder, and good moldability can be guaranteed.
また、非磁性のフィラーがモールド体に含有されている実施の形態であってもよい。 Further, an embodiment in which a nonmagnetic filler is contained in the mold body may be used.
シリコーンポリマー自体の熱伝導率は0.16W/mKと小さいものの、これにシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーが混合されることで、この混合量(混合割合)に応じて高い放熱性を有するシリコーンとなる。 Although the thermal conductivity of the silicone polymer itself is as small as 0.16 W / mK, the amount of this mixture (by mixing thermally conductive fillers such as silica, alumina, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, magnesium oxide) According to the mixing ratio), the silicone has high heat dissipation.
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、モールド体を構成する材料として、磁性粉が樹脂層でコーティングされてなる複合粉と、付加硬化型のシリコーンゴムと、が混合されてなる複合材料を適用したことにより、ゴムの有する弾性による減衰効果に起因してNV低減性に優れ、また、磁性粉が予め樹脂層にてコーティングされていることで磁性粉が含む不純物によるシリコーンゴムの硬化阻害を抑制できる。また、液状のシリコーンゴムを使用することで、複合材料を射出成形等した場合でも良好な流動性を担保でき、良好な成形性を保証することができる。 As can be understood from the above description, according to the reactor of the present invention, a composite powder obtained by coating a magnetic powder with a resin layer and an addition curing type silicone rubber are mixed as a material constituting the mold body. By applying this composite material, it is excellent in NV reduction due to the damping effect due to the elasticity of rubber, and silicone due to impurities contained in the magnetic powder because the magnetic powder is pre-coated with a resin layer Inhibition of rubber curing can be suppressed. Further, by using liquid silicone rubber, good fluidity can be ensured even when the composite material is injection-molded, and good moldability can be guaranteed.
以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of a reactor of the present invention will be described with reference to the drawings.
(リアクトルの実施の形態1)
図1aは本発明のリアクトルの実施の形態を示した模式図であり、図1bはモールド体を形成する複合材料の断面図である。
(Embodiment 1 of the reactor)
FIG. 1a is a schematic view showing an embodiment of the reactor of the present invention, and FIG. 1b is a cross-sectional view of a composite material forming a mold body.
図1aで示すリアクトル10は、コイル1がモールド体2に埋設されてその全体が構成されている。
A
モールド体2は、図1bで示すように、軟磁性粉3の周囲に樹脂層4がコーティングされた複合粉5と、付加硬化型の液状シリコーンゴムと、が混合された複合材料から形成されている。
As shown in FIG. 1b, the mold body 2 is formed of a composite material in which a
リアクトル10は、コイル1を不図示の成形型内に収容し、モールド体2を形成する複合材料5を射出成形等することによって製造される。
The
ここで、軟磁性粉3としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。
Here, as the soft
また、付加硬化型の液状シリコーンゴムとしては、His三重結合をもつシランのオレフィン類やアセチレン類への付加反応を利用するものとして、以下の式のように表すことができる。
RCH=CH2 + HSi≡ → RCH2CH2Si≡
Further, the addition-curable liquid silicone rubber can be represented by the following formula using an addition reaction of a silane having a His triple bond to an olefin or acetylene.
RCH = CH 2 + HSi≡ → RCH 2 CH 2 Si≡
また、触媒としてはNi、Rh、Pd、Ptなどの第VIII族遷移金属もしくはそれらの化合物や錯体が挙げられる。中でも、塩化白金酸などの白金触媒が好適である。 Examples of the catalyst include Group VIII transition metals such as Ni, Rh, Pd, and Pt, or compounds and complexes thereof. Of these, platinum catalysts such as chloroplatinic acid are suitable.
付加硬化型の液状シリコーンゴムは、重合度100〜2000の線状ポリマーを主成分とする材料であり、粘度としては50〜3000Pa・s程度のものがよい。 The addition-curable liquid silicone rubber is a material mainly composed of a linear polymer having a degree of polymerization of 100 to 2000, and a viscosity of about 50 to 3000 Pa · s is preferable.
また、軟磁性粉3をコーティングする樹脂層4(液状シリコーンゴムの硬化阻害抑制層とも言える)の材料としては、軟磁性粉3との密着性が良好なものがよく、不純物となる可能性のあるもの、たとえば、窒素やリン、硫黄などを含む有機化合物や、Sn、Pb、Hg、Bi、As等の重金属のイオン性化合物、アセチレン基など、多重結合を含む有機化合物などは材料として適用しない。樹脂層4の材料としては、主としてシリコーンレジンといった3官能性のシリコーンを主成分とするシリコーン樹脂などが好適である。
Moreover, as a material of the resin layer 4 (which can also be said to be a liquid silicone rubber curing inhibition suppressing layer) for coating the soft
複合粉5の製作方法を概説するに、たとえば軟磁性粉3である鉄と樹脂層4を構成するシリコーンレジンを攪拌し、加熱してシリコーンレジンを分散してなる溶剤を製作し、これを乾燥させるとともにシリコーンレジン同士の架橋反応によって鉄の周囲にシリコーンレジンからなる樹脂層4を形成して複合粉5を製作する。得られた複合粉5と付加硬化型の液状シリコーンゴムを攪拌機で混合(もしくは混合)することにより、モールド体2成形用の複合材料が得られる。
To outline the manufacturing method of the
なお、シリコーンポリマー自体の熱伝導率は0.16W/mKと小さいものの、これにシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の熱伝導性フィラーが混合されることで、この混合量(混合割合)に応じて高い放熱性を有するモールド体が得られる。 Although the thermal conductivity of the silicone polymer itself is as small as 0.16 W / mK, it can be mixed by mixing thermal conductive fillers such as silica, alumina, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, and magnesium oxide. A mold body having high heat dissipation properties can be obtained according to the amount (mixing ratio).
各構成要素が上記する各種素材から形成されてなるリアクトル10によれば、モールド体2を構成するシリコーンゴムの有する弾性による減衰効果によって高いNV低減性を有し、磁性粉3が含み得る不純物によるシリコーンゴムの硬化阻害を抑制でき、さらには、複合材料を射出成形等した場合でも良好な流動性が担保され、良好な成形性を保証することができる。
According to the
また、本発明者等は、上記する本発明のリアクトルに対して、以下で示す2種の比較例を製作し、本発明のリアクトルとの比較検証をおこなった。 Moreover, the present inventors manufactured the following two types of comparative examples for the reactor of the present invention described above, and performed comparative verification with the reactor of the present invention.
(比較例1)
軟磁性粉として鉄を用い、シリコーンレジンからなる樹脂層を鉄の周囲に形成して複合粉を製作した。
(Comparative Example 1)
A composite powder was produced by using iron as the soft magnetic powder and forming a resin layer made of silicone resin around the iron.
この複合粉とミラブル型シリコーンゴムを攪拌機で混合して混合材料を製作し、成形型内に収容されたコイルの周囲に混合材料を射出成形することで比較例1にかかるリアクトルを得た。 The composite powder and millable silicone rubber were mixed with a stirrer to produce a mixed material, and the mixed material was injection molded around the coil accommodated in the mold to obtain the reactor according to Comparative Example 1.
この製作過程において、ミラブル型シリコーンゴムは重合度が5000〜10000程度と高いために粘度が高く、したがって鉄粉と良好に混ざらない。仮に攪拌機にて混合できたとしても、射出成形の際に良好な流動性を有していない。そこで、射出圧を上げたり、射出時の樹脂温度を高くするなどの調整をおこなったとしても、今度は成形型内に収容されているコイルへのダメージが大きくなり、結果として成形が困難であった。 In this manufacturing process, the millable silicone rubber has a high viscosity because the degree of polymerization is as high as about 5000 to 10,000, and therefore does not mix well with iron powder. Even if it can be mixed with a stirrer, it does not have good fluidity during injection molding. Therefore, even if adjustments such as increasing the injection pressure or increasing the resin temperature at the time of injection are made, damage to the coil housed in the mold will increase, resulting in difficulty in molding. It was.
(比較例2)
鉄等の軟磁性粉の周囲に樹脂層を形成することなく、軟磁性粉と液状シリコーンゴムを攪拌機で混合して複合材料を製作した。
(Comparative Example 2)
Without forming a resin layer around soft magnetic powder such as iron, a composite material was manufactured by mixing soft magnetic powder and liquid silicone rubber with a stirrer.
ここで、シリコーンゴムとしては2液混合タイプの付加硬化型シリコーンゴムを用い、触媒(硬化剤)を含んでいない方、もしくは粘度の低い方に軟磁性粉を加えて混合した。 Here, as the silicone rubber, a two-component mixed type addition-curable silicone rubber was used, and soft magnetic powder was added and mixed to the one containing no catalyst (curing agent) or having a lower viscosity.
軟磁性粉を含んでいる方をA液、他方をB液とした場合、A液とB液を供給する装置、加圧ポンプにてA液とB液を所望の混合比で定量吐出する装置、A液とB液を混合するダイナミックミキサーもしくはスタティックミキサー等の混合装置、型閉め装置と成形型からなる射出成形機を準備し、成形型内にコイルを収容する。そして、成形型内にA液とB液が混合されたシリコーンゴムを流し込み、コイル周囲にモールド体を成形して比較例2にかかるリアクトルを得た。 When the liquid containing the liquid A is liquid A and the other is liquid B, a device that supplies liquid A and liquid B, and a device that quantitatively discharges liquid A and liquid B at a desired mixing ratio using a pressure pump A mixing device such as a dynamic mixer or a static mixer that mixes the liquid A and the liquid B, an injection molding machine including a mold closing device and a molding die are prepared, and a coil is accommodated in the molding die. And the silicone rubber in which A liquid and B liquid were mixed was poured in the shaping | molding die, the mold body was shape | molded around the coil, and the reactor concerning the comparative example 2 was obtained.
比較例2では、鉄粉表面が樹脂層にてコーティングされていないため、シリコーンゴム中の白金触媒が不純物となり、シリコーンゴムの硬化阻害が生じてシリコーンゴムが十分に硬化せず、したがって射出成形によってモールド体を成形できなかった。 In Comparative Example 2, since the surface of the iron powder is not coated with a resin layer, the platinum catalyst in the silicone rubber becomes an impurity, the silicone rubber is inhibited from curing, and the silicone rubber is not sufficiently cured. The mold body could not be formed.
これら比較例1、2に対し、本発明のリアクトルによれば、磁性粉が樹脂層でコーティングされてなる複合粉と、付加硬化型の液状シリコーンゴムと、が混合されてなる複合材料にてモールド体が形成されていることで、シリコーンゴムの硬化阻害が抑制され、複合材料を射出成形等した際の流動性が良好となり、良好な成形性の下でコイル周囲にモールド体を成形することができる。 In contrast to Comparative Examples 1 and 2, according to the reactor of the present invention, a mold is made of a composite material in which a composite powder obtained by coating magnetic powder with a resin layer and an addition-curable liquid silicone rubber are mixed. By forming the body, the inhibition of curing of the silicone rubber is suppressed, the fluidity when the composite material is injection-molded becomes good, and the molded body can be molded around the coil under good moldability. it can.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1…コイル、2…モールド体、3…磁性粉(軟磁性粉)、4…樹脂層、5…複合粉、10…リアクトル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coil, 2 ... Mold body, 3 ... Magnetic powder (soft magnetic powder), 4 ... Resin layer, 5 ... Composite powder, 10 ... Reactor
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