JP2017063113A - Composite material mold, and reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトルなどの磁気部品の構成部材に適した複合材料成形体、及びこの複合材料成形体を備えるリアクトルに関する。特に、低損失なリアクトルを構築できる複合材料成形体に関する。 The present invention relates to a composite material molded body suitable for a constituent member of a magnetic component such as a reactor, and a reactor including the composite material molded body. In particular, the present invention relates to a composite material molded body capable of constructing a low-loss reactor.
自動車、電気機器、産業機械などの各種製品の部品として、磁気部品が使用されている。磁気部品の具体例としては、例えば、リアクトル、チョークコイル、トランス、モータなどが挙げられる。磁気部品は、巻線を巻回してなるコイルと、コイルが配置される磁性コアとを備える。磁性コアの少なくとも一部として、例えば、特許文献1に示すリアクトルでは、被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体を用い、特許文献2に示すリアクトルでは、磁性体粉末と樹脂とを含む複合材料(複合材料成形体)を用いている。
Magnetic parts are used as parts of various products such as automobiles, electrical equipment, and industrial machines. Specific examples of the magnetic component include a reactor, a choke coil, a transformer, and a motor. The magnetic component includes a coil formed by winding a winding and a magnetic core on which the coil is disposed. As at least a part of the magnetic core, for example, in the reactor shown in
特許文献1のリアクトルは、一対のコイル素子(巻回部)の内側に配置される一対の柱状の内側コア部を備える。この内側コア部は、表面の少なくとも一部にレーザーが照射された圧粉成形体で構成されるコア片とギャップ材とで構成される。圧粉成形体の製造は、軟磁性粒子の外周に絶縁被覆が被覆された被覆軟磁性粒子を複数備える被覆軟磁性粉末を金型に充填して加圧成形した素材成形体にレーザーを照射して行われる。素材成形体の型抜時、素材成形体の表面のうち金型の型抜方向の周方向に沿った周回面と、型抜方向の周方向に沿った金型の内面とは摺接する。この摺接により、被覆軟磁性粒子の絶縁被覆が損傷して軟磁性粒子が露出し展延することで、軟磁性粒子同士が導通する膜状の導通部が素材成形体の周回面の全域に亘って形成されることがある。導通部の形成された素材成形体の周回面が磁束を軸とする周方向に沿った面となる場合、周回面上を磁束の上記周方向に沿って渦電流が流れて渦電流損が増加する。特許文献1のリアクトルでは、その渦電流損の増大を抑制するために、素材成形体の周回面の導通部にレーザーを照射して導通部が分断された圧粉成形体をコア片に用い、その分断箇所で渦電流を遮断して低損失化を図っている。
The reactor of
特許文献2のリアクトルは、一対のコイル素子(巻回部)のそれぞれに挿通される一対のコイル配置部(内側コア部)と、両コイル配置部の一端側で一体に成形され、コイルの端面の少なくとも一部を覆うようにコイルの外側に配置される露出部(外側コア部)とを有するコア片を備える。このコア片は、複合材料(複合材料成形体)で構成される。複合材料の製造は、磁性体粉末と樹脂との混合物を金型に充填し、樹脂を固化(硬化)して行われる。金型には、コア片の型抜方向がコイル配置部の長手方向に沿った方向、即ちコイルで励磁される磁束に平行な方向となる金型を用いる。
The reactor of
複合材料成形体で構成されるコアを備えるリアクトルの更なる低損失化が望まれている。 It is desired to further reduce the loss of a reactor including a core composed of a composite material molded body.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、低損失なリアクトルを構築できる複合材料成形体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide a composite material molded body capable of constructing a low-loss reactor.
本発明の他の目的は、上記複合材料成形体を備えるリアクトルを提供する。 The other objective of this invention provides a reactor provided with the said composite material molded object.
本発明の一態様に係る複合材料成形体は、軟磁性粒子を複数有する軟磁性粉末と軟磁性粉末を分散した状態で内包する樹脂とを含む。この複合材料成形体は、複合材料成形体を成形する金型の分割面に対応したパーティングラインと、コイルの内側に配置される内側コア部と、内側コア部の表面に形成されるレーザー照射痕とを備える。内側コア部の表面のうち、コイルで内側コア部に励磁した磁束を軸とする周方向に沿った面を周回面とする。このとき、パーティングラインは、磁束の軸方向を分断するように形成され、レーザー照射痕は、周回面の周方向を分断するように周回面に形成される。 The composite material molded body according to one aspect of the present invention includes a soft magnetic powder having a plurality of soft magnetic particles and a resin encapsulating the soft magnetic powder in a dispersed state. This composite material molded body has a parting line corresponding to the dividing surface of the mold for molding the composite material molded body, an inner core portion disposed inside the coil, and a laser irradiation formed on the surface of the inner core portion. With scars. Of the surface of the inner core portion, a surface along the circumferential direction with the magnetic flux excited in the inner core portion by the coil as an axis is defined as a circumferential surface. At this time, the parting line is formed so as to divide the axial direction of the magnetic flux, and the laser irradiation trace is formed on the circumferential surface so as to divide the circumferential direction of the circumferential surface.
本発明の一態様に係るリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、コイルが配置される磁性コアとを備える。磁性コアの少なくとも一部は、上記本発明の一態様に係る複合材料成形体を備える。 The reactor which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the coil formed by winding a coil | winding, and the magnetic core in which a coil is arrange | positioned. At least a part of the magnetic core includes the composite material molded body according to one embodiment of the present invention.
上記複合材料成形体は、低損失なリアクトルを構築できる。 The composite material molded body can construct a low-loss reactor.
上記リアクトルは、低損失である。 The reactor has a low loss.
《本発明の実施形態の説明》
本発明者らは、コア片の型抜方向が内側コア部の長手方向(磁束)に沿う金型を用いて製造した従来の複合材料成形体において、低損失化の阻害要因を調べた。その結果、以下の知見を得た。
(i)複合材料成形体における型抜時の金型内面との摺接領域には、軟磁性粒子が展延して磁性粒子同士が導通する膜状の導通部が形成される。
一般に、複合材料成形体の樹脂の含有量は、軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体に比べて多いため、型抜時に金型の内面との摺接により軟磁性粒子が展延し難く、圧粉成形体のような軟磁性粒子同士が導通する膜状の導通部が形成され難いと考えられていた。しかし、その複合材料成形体であっても導通部が形成される。
(ii)従来の複合材料成形体の型抜方向は、コイルで励磁される磁束に平行な方向であるため、複合材料成形体の磁束と平行な全ての面には、導通部が形成され、磁束を中心とする周方向に沿って渦電流が流れる。
(iii)導通部の形成は、損失増加に影響を及ぼさず実質的に無視できる程度ではなく、損失増加に大きく影響を及ぼす、即ち、多大な渦電流損を生じさせるほどである。
(iv)導通部は、純鉄に比較して硬くて展延し難いFe基合金粒子を備える軟磁性粉末の場合であっても形成される。
本発明者らは、これらの知見に基いて、導通部を分断することを鋭意検討することで、本発明を完成するに至った。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
<< Description of Embodiments of the Present Invention >>
The inventors of the present invention have investigated the factors that hinder the reduction of loss in a conventional composite material molded body manufactured using a mold in which the die cutting direction of the core piece is along the longitudinal direction (magnetic flux) of the inner core portion. As a result, the following knowledge was obtained.
(I) In the sliding contact region with the inner surface of the mold at the time of die-cutting in the composite material molded body, a film-like conduction portion is formed in which the soft magnetic particles spread and the magnetic particles are conducted with each other.
In general, since the resin content of a composite material molded body is higher than that of a powder molded body formed by pressure-molding soft magnetic powder, the soft magnetic particles expand due to sliding contact with the inner surface of the mold during die cutting. It was difficult to extend, and it was thought that it was difficult to form a film-like conduction part in which soft magnetic particles such as a green compact were conducted. However, even in the composite material molded body, a conductive portion is formed.
(Ii) Since the die-cutting direction of the conventional composite material molded body is a direction parallel to the magnetic flux excited by the coil, conduction portions are formed on all surfaces parallel to the magnetic flux of the composite material molded body, Eddy current flows along the circumferential direction centering on the magnetic flux.
(Iii) The formation of the conductive portion does not affect the loss increase and is not substantially negligible, but greatly affects the loss increase, that is, causes a large eddy current loss.
(Iv) The conducting part is formed even in the case of soft magnetic powder comprising Fe-based alloy particles that are harder and harder to spread than pure iron.
Based on these findings, the inventors of the present invention have intensively studied to divide the conducting portion, thereby completing the present invention. First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1)本発明の一態様に係る複合材料成形体は、軟磁性粒子を複数有する軟磁性粉末と軟磁性粉末を分散した状態で内包する樹脂とを含む。この複合材料成形体は、複合材料成形体を成形する金型の分割面に対応したパーティングラインと、コイルの内側に配置される内側コア部と、内側コア部の表面に形成されるレーザー照射痕とを備える。内側コア部の表面のうち、コイルで内側コア部に励磁した磁束を軸とする周方向に沿った面を周回面とする。このとき、パーティングラインは、磁束の軸方向を分断するように形成され、レーザー照射痕は、周回面の周方向を分断するように周回面に形成される。 (1) A composite material molded body according to an aspect of the present invention includes a soft magnetic powder having a plurality of soft magnetic particles and a resin encapsulating the soft magnetic powder in a dispersed state. This composite material molded body has a parting line corresponding to the dividing surface of the mold for molding the composite material molded body, an inner core portion disposed inside the coil, and a laser irradiation formed on the surface of the inner core portion. With scars. Of the surface of the inner core portion, a surface along the circumferential direction with the magnetic flux excited in the inner core portion by the coil as an axis is defined as a circumferential surface. At this time, the parting line is formed so as to divide the axial direction of the magnetic flux, and the laser irradiation trace is formed on the circumferential surface so as to divide the circumferential direction of the circumferential surface.
上記の構成によれば、低損失なリアクトルを構築できる。内側コア部の周回面の周方向を分断するように周界面に形成されるレーザー照射痕により、周回面の周方向に沿って流れる渦電流を流れ難く、ひいては遮断できるため、渦電流損を低減できるからである。 According to said structure, a low loss reactor can be constructed | assembled. Reduces eddy current loss because eddy currents flowing along the circumferential direction of the circumferential surface are difficult to flow due to laser irradiation marks formed on the circumferential interface so as to divide the circumferential direction of the circumferential surface of the inner core part Because it can.
この複合材料成形体の製造は、金型から取り出した成形体素材の表面に形成される導通部に対してレーザーを照射することで行われる。複合材料成形体の成形時の型抜方向は、内側コア部の磁束の軸方向と平行である。パーティングラインが磁束の軸方向を分断するように形成されているからである。このとき、内側コア部の周回面の全面が金型の内面との摺接領域である。そのため、レーザー照射前において、内側コア部の周回面の全面には、軟磁性粒子が展延して軟磁性粒子同士が導通する膜状の導通部が形成されることがある。レーザー照射痕は、内側コア部の周回面の周方向を分断するようにその表面(上記導通部)にレーザーを照射することで次のように形成されると考えられる。レーザーの照射により、導通部は急速加熱されて溶融され、溶融金属の表面張力により凝集することで分断される。その後の冷却により、溶融金属は分断状態で凝固される。この導通部の分断により、分断箇所の間には高電気抵抗な領域が形成される。従って、レーザー照射痕は周回面の周方向に沿って流れる渦電流を流れ難く、ひいては遮断できる。 The composite material molded body is manufactured by irradiating a laser to a conduction portion formed on the surface of the molded body material taken out from the mold. The mold drawing direction at the time of molding the composite material molded body is parallel to the axial direction of the magnetic flux of the inner core portion. This is because the parting line is formed so as to divide the magnetic flux axial direction. At this time, the entire circumferential surface of the inner core portion is a sliding contact area with the inner surface of the mold. Therefore, before the laser irradiation, a film-like conduction part in which the soft magnetic particles spread and the soft magnetic particles are conducted may be formed on the entire circumference of the inner core part. The laser irradiation trace is considered to be formed as follows by irradiating the surface (the conductive portion) with a laser so as to divide the circumferential direction of the circumferential surface of the inner core portion. The conduction portion is rapidly heated and melted by laser irradiation, and is divided by agglomeration due to the surface tension of the molten metal. By subsequent cooling, the molten metal is solidified in a divided state. By dividing the conductive portion, a region having a high electrical resistance is formed between the divided portions. Therefore, the laser irradiation trace is difficult to flow eddy current flowing along the circumferential direction of the circumferential surface, and can be blocked.
(2)上記複合材料成形体の一形態として、レーザー照射痕は、軟磁性粒子の主成分元素を含有する酸化膜を有することが挙げられる。 (2) As one form of the composite material molded body, the laser irradiation trace may include an oxide film containing a main component element of soft magnetic particles.
レーザー照射痕は、導通部にレーザーを照射することで形成されるため、レーザーの照射による導通部の溶融・凝固により、軟磁性粒子の主成分元素を含有する酸化膜を有することができる。複合材料成形体は、この酸化膜を備えることで、渦電流をより一層遮断できる上に、軟磁性粒子の錆を抑制できる。 Since the laser irradiation trace is formed by irradiating the conducting portion with laser, it can have an oxide film containing the main component element of the soft magnetic particles by melting and solidifying the conducting portion by laser irradiation. By providing this oxide film, the composite material molded body can further block eddy currents and suppress rust of soft magnetic particles.
(3)上記複合材料成形体の一形態として、レーザー照射痕の算術平均粗さRaが、周回面におけるレーザー照射痕の周辺よりも大きいことが挙げられる。 (3) As one form of the said composite material molded object, it is mentioned that the arithmetic mean roughness Ra of a laser irradiation trace is larger than the periphery of the laser irradiation trace in a surrounding surface.
上記の構成によれば、複合材料成形体の表面を覆う樹脂との密着性(接合性)を高め易い。レーザー照射痕の表面粗さがその周辺部に比較して大きいため、レーザー照射痕に対する樹脂の接触面積を大きくできるからである。リアクトルの磁性コアとして複合材料成形体を用いる場合、複合材料成形体の表面にコイルとの間の絶縁性を高めるためにその表面に樹脂モールド部を形成することがある。 According to said structure, it is easy to improve adhesiveness (bondability) with resin which covers the surface of a composite material molded object. This is because the surface roughness of the laser irradiation trace is larger than that of its peripheral portion, so that the contact area of the resin with the laser irradiation trace can be increased. When a composite material molded body is used as the magnetic core of the reactor, a resin mold portion may be formed on the surface of the composite material molded body in order to improve insulation between the coil.
(4)上記複合材料成形体の一形態として、レーザー照射痕の幅は、軟磁性粉末の平均粒径以上周回面の周長の1/4以下であることが挙げられる。 (4) As one form of the said composite material molded object, it is mentioned that the width | variety of a laser irradiation trace is 1/4 or less of the circumference of a surrounding surface more than the average particle diameter of soft-magnetic powder.
レーザー照射痕の幅を軟磁性粉末の平均粒径以上とすれば、渦電流損を効果的に低減しやすい。レーザー照射痕の幅を周回面の周長の1/4以下とすれば、渦電流損の低減効果が十分に得られる上に、レーザー照射痕の幅が過度に大きすぎず、レーザー照射痕の形成が煩雑にならない。 If the width of the laser irradiation mark is set to be equal to or larger than the average particle diameter of the soft magnetic powder, eddy current loss can be easily reduced effectively. If the width of the laser irradiation trace is set to 1/4 or less of the circumference of the circumferential surface, the effect of reducing the eddy current loss can be sufficiently obtained, and the width of the laser irradiation trace is not excessively large. Formation is not complicated.
(5)上記複合材料成形体の一形態として、並列して位置される一対の内側コア部と、コイルの外側に配置され、これら両内側コア部をつなぐ外側コア部とを備えることが挙げられる。この場合、レーザー照射痕が形成される周回面は、一対の内側コア部の並列方向に直交している。 (5) As one form of the said composite material molded object, providing a pair of inner core part located in parallel and the outer core part which is arrange | positioned on the outer side of a coil and connects both these inner core parts is mentioned. . In this case, the circumferential surface on which the laser irradiation trace is formed is orthogonal to the parallel direction of the pair of inner core portions.
上記の構成によれば、渦電流が流れ難く、低損失なリアクトルを構築できる。 According to said structure, an eddy current cannot flow easily and a low-loss reactor can be constructed | assembled.
(6)上記複合材料成形体の一形態として、軟磁性粉末が、Siを1.0質量%以上8.0質量%以下含むFe基合金の軟磁性粒子を含むことが挙げられる。 (6) As one form of the said composite material molded object, it is mentioned that a soft magnetic powder contains the soft magnetic particle | grains of the Fe base alloy which contains 1.0 mass% or more and 8.0 mass% or less of Si.
Siを1.0質量%以上含むFe基合金は、電気抵抗率が高く渦電流損を低減し易い。その上に、純鉄に比較して硬いため、製造過程で歪が導入され難いためヒステリシス損を低減し易いことから、鉄損をより低減できる。Siを8.0質量%以下含むFe基合金は、Siの量が過度に多すぎず、低損失と高飽和磁化とを両立させ易い。 An Fe-based alloy containing 1.0% by mass or more of Si has a high electrical resistivity and can easily reduce eddy current loss. In addition, since it is harder than pure iron, it is difficult to introduce strain in the manufacturing process, and it is easy to reduce hysteresis loss. Therefore, iron loss can be further reduced. An Fe-based alloy containing 8.0% by mass or less of Si does not have an excessive amount of Si, and it is easy to achieve both low loss and high saturation magnetization.
(7)上記複合材料成形体の一形態として、軟磁性粉末の複合材料成形体全体に対する含有量が、30体積%以上80体積%以下であることが挙げられる。 (7) As one form of the said composite material molded object, it is mentioned that content with respect to the whole composite material molded object of a soft-magnetic powder is 30 volume% or more and 80 volume% or less.
上記含有量が30体積%以上であれば、磁性成分の割合が十分に高いため、この複合材料成形体を用いてリアクトルを構築した場合、飽和磁化を高め易い。上記含有量が多いほど樹脂の含有量が少ないため、上記摺接領域では粒子同士が導通した導通部を形成し易い。しかし、上記レーザー照射痕を備えることで、導通部を形成し易い場合であっても、渦電流損を低減できる。上記含有量が80体積%以下であれば、磁性成分の割合が過度に高過ぎないため、軟磁性粒子同士の絶縁性を高められ、渦電流損を低減できる。 If the content is 30% by volume or more, the ratio of the magnetic component is sufficiently high. Therefore, when a reactor is constructed using this composite material molded body, it is easy to increase the saturation magnetization. Since the resin content decreases as the content increases, it is easy to form a conductive portion in which the particles are electrically connected in the sliding contact region. However, by providing the laser irradiation trace, eddy current loss can be reduced even when the conductive portion is easily formed. If the said content is 80 volume% or less, since the ratio of a magnetic component is not too high, the insulation between soft-magnetic particles can be improved and eddy current loss can be reduced.
(8)上記複合材料成形体の一形態として、軟磁性粉末の平均粒径が、5μm以上300μm以下であることが挙げられる。 (8) As one form of the said composite material molded object, it is mentioned that the average particle diameter of soft-magnetic powder is 5 micrometers or more and 300 micrometers or less.
軟磁性粉末の平均粒径が5μm以上であれば、凝集し難く粉末粒子間に十分に樹脂を介在させ易いため渦電流損を低減し易い。軟磁性粉末の平均粒径が300μm以下であれば、過度に大きくないため、粉末粒子自体の渦電流損を低減でき、ひいては複合材料成形体の渦電流損を低減できる。その上、充填率を高められて複合材料成形体の飽和磁化を高め易い。 If the average particle size of the soft magnetic powder is 5 μm or more, it is difficult to agglomerate, and it is easy to reduce the eddy current loss because the resin is easily interposed between the powder particles. If the average particle diameter of the soft magnetic powder is 300 μm or less, the eddy current loss of the powder particle itself can be reduced because it is not excessively large, and consequently the eddy current loss of the composite material compact can be reduced. Moreover, it is easy to increase the saturation magnetization of the composite material molded body by increasing the filling rate.
(9)本発明の一態様に係るリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、コイルが配置される磁性コアとを備える。磁性コアの少なくとも一部は、上記(1)〜(8)のいずれか1つに記載の複合材料成形体を備える。 (9) The reactor which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the coil formed by winding a coil | winding, and the magnetic core by which a coil is arrange | positioned. At least a part of the magnetic core includes the composite material molded body according to any one of the above (1) to (8).
上記の構成によれば、渦電流損を効果的に低減できる上記複合材料成形体を備えるため、低損失である。 According to said structure, since the said composite material molded object which can reduce an eddy current loss effectively is provided, it is a low loss.
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。
<< Details of Embodiment of the Present Invention >>
Details of embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
《実施形態1》
〔複合材料成形体〕
主に図1を参照して実施形態1に係る複合材料成形体10を説明する。複合材料成形体10は、軟磁性粉末と樹脂とを含む未固化の混合物の樹脂を固化(硬化)したものであり、代表的にはリアクトルに備わる磁性コアの少なくとも一部を構成する。リアクトルは、詳しくは後述するが、例えば、図2に示すコイル2と磁性コア3とを備える。ここでは、コイル2は、巻線2wを螺旋状に巻回した一対の巻回部2a、2bを互いに並列状態で接続してなる。磁性コア3は、同一の形状を有する二つのコア部材30を組み合わせて環状に構成される。この両コア部材30はいずれも、複合材料成形体10で構成される。複合材料成形体10は、型抜方向を特定の方向とする金型のキャビティ内にゲートから流動性のある状態の複合材料を充填して樹脂を固化して作製する。複合材料成形体10の主たる特徴とするところは、コイル2の内側に配置される内側コア部11の磁束を軸とする周方向に沿った周回面を分断するようにその周界面に形成されるレーザー照射痕18を備える点にある。以下、詳細を説明する。ここでは、コア部材30をコイル2に組み付けてリアクトル1を構築し、リアクトル1を冷却ベースなどの設置対象に設置した際の設置対象側を下、設置対象の反対側を上として説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
[Composite material compact]
A composite material molded
[全体構成]
複合材料成形体10は、一対の内側コア部11と、一対の内側コア部11の一端側で両内側コア部11をつなぐ外側コア部12とで構成されている。複合材料成形体10の上方から見た形状は、略U字状である。一対の内側コア部11は、複合材料成形体10を有するコア部材30をコイル2(図2)に組み付けた際、一対の巻回部2a、2b内にそれぞれ配置される。外側コア部12は、同様に複合材料成形体10を有するコア部材30をコイル2(図2)に組み付けた際、コイル2の端面から突出される。内側コア部11と外側コア部12の上面11U,12uは略面一である。一方、外側コア部12の下面12dは、内側コア部11の下面11Dよりも突出して、複合材料成形体10をコイル2と組み合わせた際、コイル2の下面と略面一になるように外側コア部12の大きさを調整している。複合材料成形体10には、磁束の軸方向を分断するようにパーティングライン15が形成され、一対の内側コア部11の各々には、パーティングライン15を含む面に直交するレーザー照射痕18が形成されている。
[overall structure]
The composite material molded
(内側コア部)
各内側コア部11の形状は、コイル2の形状(コイル2の内部空間)に合わせた形状とすることが好ましい。ここでは、直方体状であり、その角部を巻回部2a,2b(図2)の内周面に沿うように丸めている。内側コア部11の表面のうち磁束を軸とする周方向に沿った周回面(巻回部2a、2bの周方向に沿った面)は、パーティングライン15を含む面に直交しており、内側コア部11の磁束に平行な平行面である。即ち、内側コア部11の周回面は、その表面のうち、内側コア部11の磁束に交差(ここでは直交)する端面11E以外の面である。ここでは、各内側コア部11の周回面は、上下左右面11U,11D,11L,11Rの4つの平面と隣り合う平面同士を連結する四つの曲面とで構成されている。左右とは、一対の内側コア部11を外側コア部12側から見たときの一対の内側コア部11の並列方向とする。内側コア部11の端面11Eは、パーティングライン15を含む面に平行であり、周回面に連続して形成される。内側コア部11における磁束(周回面)に平行な方向、即ち、端面11Eに直交する方向が、型抜方向である。詳しくは後述するが、パーティングライン15は金型の分割面に対応するため、パーティングライン15を含む面と直交する方向が複合材料成形体10の成形時の型抜方向となるからである。
(Inner core part)
The shape of each
各内側コア部11の周回面には、その周方向を分断するようにレーザー照射痕18(後述)が形成されている。両内側コア部11の周回面におけるレーザー照射痕18を除く領域は、型抜方向に平行で金型の内面と摺接した摺接領域であるため、軟磁性粒子が展延して軟磁性粒子同士が導通する膜状の導通部が形成された低電気抵抗な領域である。内側コア部11の端面11Eは、成形時に金型の内面に押圧されるが、型抜時に金型の内面と摺接しない非摺接領域であり、上記導通部が実質的に形成されない高電気抵抗な領域である。そのため、内側コア部11の端面11E上に磁束を中心とする周方向に沿って流れる渦電流が流れ難く、渦電流損を低減できる。
A laser irradiation mark 18 (described later) is formed on the circumferential surface of each
〈レーザー照射痕〉
レーザー照射痕18は、周回面の周方向に流れる渦電流を流れ難く、ひいては遮断する。図1(図2)では、レーザー照射痕18をクロスハッチングで示す。レーザー照射痕18は、導通部が分断されて実質的に形成されておらず、導通部間に形成された高電気抵抗な領域である。これは、後述する酸化膜や、絶縁被覆のある面(軟磁性粒子が絶縁被覆を備える場合)が露出することになるからである。従って、レーザー照射痕18を備えることで、周回面の全てが摺接領域で構成される複合材料成形体に比較して、渦電流損を低減できる。レーザー照射痕18は、後述するレーザーを導通部に照射することで次のように形成されると考えられる。レーザーの照射により、導通部は急速加熱されて溶融され、溶融金属の表面張力により凝集することで分断される。その後の冷却により、溶融金属は分断状態で凝固される。この導通部の分断により、分断箇所の間には高電気抵抗な領域が形成される。
<Laser irradiation trace>
The
レーザー照射痕18の周回面における形成箇所は、上下左右面11U,11D,11L,11R、及び4つの曲面のいずれでもよい。レーザー照射痕18の形成長さ(磁束に平行な方向の長さ)は、周回面の一端から他端に亘る長さとすることが挙げられる。そうすれば、内側コア部11の磁束に平行な方向の全長に亘って渦電流を流れ難くできて、渦電流損を低減できる。ここでは、レーザー照射痕18の形成箇所は、各複合材料成形体10の一対の内側コア部11における外側の側面とし、レーザー照射痕18の形成長さは、その側面の一端から他端に亘る長さとしている。即ち、レーザー照射痕18は、左の内側コア部11における左面11Lの一端から他端に亘る箇所と、右の内側コア部11における右面11Rの一端から他端に亘る箇所とに形成されている。レーザー照射痕18の形成箇所を各内側コア部11における外側の側面とすることで、各内側コア部11における内側の側面に比較して、レーザーを照射し易いためレーザー照射痕18の形成が容易である。
The formation location of the
レーザー照射痕18の幅(磁束に直交する方向の長さ)は、軟磁性粉末の平均粒径以上が好ましい。そうすれば、渦電流損の低減効果を効果的に得やすい。レーザー照射痕18の幅は、周回面の周長の1/4以下が好ましい。そうすれば、渦電流損の低減効果が十分に得られる上に、レーザー照射痕の幅が過度に大きすぎず、レーザー照射痕の形成が煩雑にならない。レーザー照射痕18の幅は、より具体的には0.1mm以上20mm以下が特に好ましい。
The width of the laser irradiation mark 18 (the length in the direction perpendicular to the magnetic flux) is preferably equal to or greater than the average particle diameter of the soft magnetic powder. By doing so, it is easy to effectively obtain an effect of reducing eddy current loss. The width of the
レーザー照射痕18の算術平均粗さRaは、その周辺よりも大きいことが多い。レーザー照射痕18の周辺とは、レーザー照射痕18に隣接する摺接領域が挙げられる。例えば、非摺接領域(例えば端面11E)と摺接領域(例えば上面11U,12u)とレーザー照射痕18とにおける算術平均粗さRaの比率は、非摺接領域:摺接領域:レーザー照射痕=1:8〜15:16〜30程度である。レーザー照射痕18の算術平均粗さRaがその周辺よりも粗いことで、複合材料成形体10の表面を覆う樹脂(例えば、後述する樹脂モールド部)との密着性(接合性)を高め易い。レーザー照射痕18に対する樹脂の接触面積を大きくし易いからである。
The arithmetic average roughness Ra of the
レーザー照射痕18は、軟磁性粒子の主成分元素を含有する酸化膜を備える。レーザー照射痕18は、上述のように導通部にレーザーを照射して形成される。この導通部にレーザーを照射すると、そのエネルギーにより導通部が溶融されるため、導通部が分断されて軟磁性粒子の主成分元素を含む酸化膜が形成される。この酸化膜は、例えば、軟磁性粒子が鉄や鉄合金で構成されている場合、鉄を含む。その組成は、例えば、FeO,α−Fe2O3,γ−Fe2O3,及びFe3O4から選択される1種以上が挙げられる。酸化膜の組成の検出は、例えば、X線回折(XRD)により行える。酸化膜は、例えば、0.1μm以上の厚さの箇所が存在し、0.5μm以上、1.0μm以上、3.0μm以上、更には5.0μm以上、7.0μm以上、特に10.0μm以上の厚さの箇所が存在する。この酸化膜の厚さは、レーザー照射痕18を形成するレーザーのエネルギー密度U(後述)に依存し、エネルギー密度Uが大きいほど厚くなる傾向にある。酸化膜の厚みの測定は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による断面観察で行える。
The
(外側コア部)
外側コア部12の形状は、略台形柱状である。外側コア部12は、磁束と平行な上下面12u,12dと、上下面12u,12dを繋ぎ磁束と平行な外端面12o(内側コア部11の端面11Eとの反対側)と、外端面12oの反対側の内端面12iとを備える。内端面12iは、両内側コア部11の間で、両内側コア部11の内側の側面に連続して形成される。ここでは、内端面12iは、各内側コア部11の下面11dにも連続して形成されている。外側コア部12の内側コア部11との境界(外側コア部12の内端面12iの周縁を含む両内側コア部11の包絡縁)には、磁束の軸方向を分断するように、その全周に亘ってパーティングライン15が形成されている。外側コア部12の上下面12u,12dは、内側コア部11の上下面11U,11Dと同様、金型の内面と摺接する摺接領域であり、外側コア部12の外端面12o及び内端面12iは、内側コア部11の端面11Eと同様、金型の内面と摺接しない非摺接領域である。
(Outer core part)
The
(パーティングライン)
パーティングライン15は、金型の分割面に対応する。パーティングライン15は、実質的に樹脂で構成され、複合材料成形体10の表面から外側に突出して形成される。パーティングライン15の横断面形状は、パーティングライン15の根元側の幅が最も広く、先端側に向かって徐々に幅が狭くなっている。パーティングライン15の突出高さや根元の幅は、金型の分割面の形状や成形条件によるが、例えば、パーティングライン15の突出高さは、0.05mm以上10mm以下が挙げられ、パーティングライン15の根元の幅は、0.05mm以上1mm以下が挙げられる。なお、図1(図2)では、説明の便宜上、パーティングライン15を強調して突出した状態に示している。
(Parting line)
The
パーティングライン15の形成箇所は、磁束の軸方向を分断する箇所(パーティングライン15を含む面が磁束と直交する箇所)で、成形する複合材料成形体10の形状にもよるが、磁束に平行な方向に型抜ができる箇所であれば、特に限定されない。ここでは、パーティングライン15の形成箇所は、外側コア部12における内側コア部11との境界としている。即ち、パーティングライン15は、枠状に形成されていて一つの平面上に存在するが、例えば、一部が段差状に形成された段差部や曲線状に形成された曲線部が外側コア部12の上面12uや下面12dに形成されていてもよい。
The
複合材料成形体10は、パーティングライン15上の少なくとも一部に形成された樹脂の再溶融痕、及び破断痕の少なくとも一方を備えていてもよい(いずれも図示略)。再溶融痕は、後述する熱処理により形成できる。破断痕は、例えば、バリ取りブラシでパーティングライン15を折り取ることで形成できる。
The composite material molded
再溶融痕の形態は、(1)パーティングライン15に比較して突出高さが低いものの複合材料成形体10の表面から外側に向かって突出している場合、(2)パーティングライン15の周辺と略面一である場合、或いは、(3)その周辺よりも凹んでいる場合が挙げられる。再溶融痕の幅は、その形成手法及び条件やパーティングライン15の幅などにもよるが、例えば、0.1mm以上20mm以下が挙げられる。再溶融痕における表面粗さは、再溶融痕の形成手法や形態などによる。例えば、レーザーにより形成された再溶融痕の形状が表面から突出している場合、非摺接領域(例えば端面11Eなど)と摺接領域(例えば上面11U,12uなど)と再溶融痕とにおける算術平均粗さRaの比率は、非摺接領域:摺接領域:再溶融痕=1:8〜15:16〜30程度であることが挙げられる。
The form of the remelt mark is (1) When the protrusion height is lower than that of the
一方、破断痕の形態は、パーティングライン15の周辺と略面一であることが多い。破断痕の表面粗さは、パーティングライン15の周辺よりも粗い。例えば、非摺接領域(例えば端面11Eなど)と摺接領域(例えば上面11U,12uなど)と破断痕とにおける算術平均粗さRaの比率は、例えば、非摺接領域:摺接領域:破断痕=1:8〜15:16〜35程度であることが挙げられる。
On the other hand, the shape of the fracture mark is often substantially flush with the periphery of the
再溶融痕や破断痕を備えることで、レーザー照射痕18と同様に、複合材料成形体10の表面を覆う樹脂(例えば、後述する樹脂モールド部)との密着性(接合性)を高め易い。特に、再溶融痕を備える場合には、軟磁性粉末の錆を抑制できる。仮に、パーティングライン15において軟磁性粉末が露出していても、再溶融痕の形成時の熱処理により、樹脂を流動させることができて、その露出した軟磁性粉末を樹脂に埋め込ませることができるからである。
By providing remelting marks and fracture marks, it is easy to improve adhesion (bondability) with a resin (for example, a resin mold part to be described later) that covers the surface of the composite material molded
[構成材料]
(軟磁性粉末)
軟磁性粉末の材質は、鉄族金属やFeを主成分とするFe基合金、フェライト、アモルファス金属などの軟磁性材料が挙げられる。軟磁性粉末の材質は、渦電流損や飽和磁化の点から鉄族金属やFe基合金が好ましい。鉄族金属は、Fe,Co,Niが挙げられる。特に、Feは純鉄(不可避的不純物を含む)であるとよい。Feは飽和磁化が高いため、Feの含有量を高くするほど複合材料の飽和磁化を高められる。Fe基合金は、添加元素としてSi,Ni,Al,Co,及びCrから選択される1種以上の元素を合計で1.0質量%以上20.0質量%以下含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有することが挙げられる。Fe基合金は、例えば、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(センダスト)などが挙げられる。特に、Fe−Si系合金やFe−Si−Al系合金といったSiを含有するFe基合金は、電気抵抗率が高く、渦電流損を低減し易い上に、ヒステリシス損も小さく、複合材料成形体10の低鉄損化を図れる。例えば、Fe−Si系合金の場合、Siの含有量は1.0質量%以上8.0質量%以下が挙げられ、3.0質量%以上7.0質量%以下が好ましい。軟磁性粉末は、材質の異なる複数種の粉末が混合されていても良い。例えば、FeとFe基合金との両方の種類の粉末を混合したものが挙げられる。
[Constituent materials]
(Soft magnetic powder)
Examples of the material of the soft magnetic powder include soft magnetic materials such as iron group metals, Fe-based alloys containing Fe as a main component, ferrite, and amorphous metals. The material of the soft magnetic powder is preferably an iron group metal or an Fe group alloy in terms of eddy current loss and saturation magnetization. Examples of the iron group metal include Fe, Co, and Ni. In particular, Fe may be pure iron (including inevitable impurities). Since Fe has a high saturation magnetization, the saturation magnetization of the composite material can be increased as the Fe content is increased. The Fe-based alloy contains at least one element selected from Si, Ni, Al, Co, and Cr as additive elements in a total amount of 1.0% by mass to 20.0% by mass, with the balance being Fe and inevitable And having a composition consisting of mechanical impurities. Examples of Fe-based alloys include Fe-Si alloys, Fe-Ni alloys, Fe-Al alloys, Fe-Co alloys, Fe-Cr alloys, and Fe-Si-Al alloys (Sendust). It is done. In particular, Fe-based alloys containing Si, such as Fe-Si based alloys and Fe-Si-Al based alloys, have high electrical resistivity, can easily reduce eddy current loss, and have low hysteresis loss, and are composite material molded bodies. 10 low iron loss can be achieved. For example, in the case of an Fe—Si based alloy, the Si content is 1.0% by mass or more and 8.0% by mass or less, and preferably 3.0% by mass or more and 7.0% by mass or less. The soft magnetic powder may be a mixture of multiple types of powders of different materials. For example, a mixture of both types of powders of Fe and an Fe-based alloy can be used.
軟磁性粉末の平均粒径は、5μm以上300μm以下、特に10μm以上100μm以下とすることが好ましい。軟磁性粉末の平均粒径が5μm以上であれば、凝集し難く軟磁性粒子間に十分に樹脂を介在させ易いため渦電流損を低減し易い。軟磁性粉末の平均粒径が300μm以下であれば、過度に大きくないため、粉末自体の渦電流損を低減でき、ひいては複合材料成形体10の渦電流損を低減できる。その上、充填率を高められて複合材料成形体10の飽和磁化を高め易い。
The average particle size of the soft magnetic powder is preferably 5 μm or more and 300 μm or less, particularly preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If the average particle size of the soft magnetic powder is 5 μm or more, it is difficult to agglomerate, and it is easy to reduce the eddy current loss because the resin is easily interposed between the soft magnetic particles. If the average particle diameter of the soft magnetic powder is 300 μm or less, the eddy current loss of the powder itself can be reduced because the powder is not excessively large, and consequently the eddy current loss of the composite material molded
軟磁性粉末は、粒径が異なる複数種の粉末が混合されたものでも良い。微細な粉末と粗大な粉末とを混合した軟磁性粉末を複合材料成形体10の材料に用いた場合、飽和磁束密度が高く、低損失なリアクトル1が得られ易い。微細な粉末と粗大な粉末を混合した軟磁性粉末を用いる場合、一方をFe、他方をFe基合金とするように異種材質とすることが好ましい。このように両粉末の材質を異種とすれば、Feの特性(飽和磁化が高い)とFe基合金の特性(電気抵抗が高く渦電流損を低減し易い)の両方の特性を兼ね備えられ、飽和磁化の向上効果と鉄損のバランスが良い。両粉末の材質を異種とする場合、粗粒粉末と微粒粉末のどちらをFe(Fe基合金)としてもよいが、微粒粉末をFeとすることが好ましい。即ち、粗粒粉末をFe基合金とすることが好ましい。そうすれば、微粒粉末がFe基合金で、粗粒粉末がFeである場合に比べて、低鉄損である。
The soft magnetic powder may be a mixture of a plurality of types of powders having different particle sizes. When a soft magnetic powder obtained by mixing a fine powder and a coarse powder is used as the material of the composite material molded
軟磁性粉末は、絶縁性を向上するために軟磁性粒子の表面(外周)に絶縁被覆を備えていてもよい。軟磁性粉末は、樹脂との馴染み性や樹脂に対する分散性を高めるための表面処理(例えば、シランカップリング処理など)を施したものでもよい。 The soft magnetic powder may have an insulating coating on the surface (outer periphery) of the soft magnetic particles in order to improve the insulation. The soft magnetic powder may be subjected to a surface treatment (for example, a silane coupling treatment) for enhancing the compatibility with the resin and the dispersibility of the resin.
複合材料成形体10中の軟磁性粉末の含有量は、複合材料成形体10を100体積%とするとき、30体積%以上80体積%以下が好ましい。軟磁性粉末が30体積%以上であることで、磁性成分の割合が十分に高いため、この複合材料成形体10を用いてリアクトル1を構築した場合、飽和磁化を高め易い。この含有量が多いほど相対的に樹脂の含有量が少ないので、上記摺接領域では軟磁性粒子同士が導通した導通部を形成し易い。しかし、複合材料成形体10はレーザー照射痕18を有するため、軟磁性粉末の含有量が多くても渦電流損を低減できる。軟磁性粉末が80体積%以下であると、磁性成分の割合が過度に高過ぎないため、軟磁性粒子同士の絶縁性を高められ、渦電流損を低減できる。また、軟磁性粉末と樹脂との混合物の流動性に優れ、複合材料成形体10の製造性に優れる。軟磁性粉末の含有量は、50体積%以上、更に55体積%以上、特に60体積%以上が挙げられる。軟磁性粉末の含有量は、75体積%以下、特に70体積%以下が挙げられる。
The content of the soft magnetic powder in the composite material molded
(樹脂)
樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリアミド樹脂(例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン9T)、液晶ポリマー(LCP)、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。その他、常温硬化性樹脂、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたBMC(Bulk molding compound)、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムなどを用いることもできる。
(resin)
Examples of the resin include thermosetting resins such as epoxy resin, phenol resin, silicone resin, and urethane resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyamide resin (for example, nylon 6, nylon 66, nylon 9T), and liquid crystal polymer (LCP). ), Thermoplastic resins such as polyimide resins and fluororesins. In addition, a room temperature curable resin, a BMC (Bulk molding compound) in which calcium carbonate or glass fiber is mixed with an unsaturated polyester, a millable silicone rubber, a millable urethane rubber, or the like can also be used.
(その他)
複合材料成形体10には、軟磁性粉末及び樹脂に加えて、アルミナやシリカなどのセラミックスといった非磁性材料からなる粉末(フィラー)が含有されていても良い。フィラーは、放熱性の向上、軟磁性粉末の偏在の抑制(均一的な分散)に寄与する。また、フィラーが微粒であり、軟磁性粒子間に介在すれば、フィラーの含有による軟磁性粉末の割合の低下を抑制できる。フィラーの含有量は、複合材料を100質量%とするとき、0.2質量%以上20質量%以下が好ましく、更に0.3質量%以上15質量%以下が好ましく、特に0.5質量%以上10質量%以下が好ましい。
(Other)
In addition to the soft magnetic powder and the resin, the composite material molded
〔複合材料成形体の作用効果〕
上述の複合材料成形体10によれば、各内側コア部11の外側の側面に一端から他端に亘って形成されるレーザー照射痕18により、内側コア部11の周回面の軸方向の全範囲で、周回面の周方向に沿って流れる渦電流を流れ難くできる。従って、渦電流損を低減でき、低損失なリアクトルを構築できる。
[Effects of composite material compact]
According to the composite material molded
〔複合材料成形体の製造方法〕
複合材料成形体10の製造は、以下の素材作製工程と、レーザー照射工程とを備える複合材料成形体の製造方法により行える。複合材料成形体の製造方法は、更に、素材作製工程後、必要に応じて適当な時期に行う再溶融痕形成工程や破断痕形成工程を備えることができる。
[Method of manufacturing composite material molded body]
The composite material molded
[素材作製工程]
素材作製工程では、金型のキャビティ内にゲートから軟磁性粉末と樹脂とを含む未固化(流動性のある状態)の混合物を充填して樹脂を固化して複合材料成形体10の成形体素材を作製する。成形体素材は、複合材料成形体10に対してレーザーを照射していないものに相当する。ここでは、一対の内側コア部11と外側コア部12とを備える。この製造に使用する金型は、図示は省略するが、分割面が複合材料成形体10の外側コア部12における一対の内側コア部11との境界で、型抜方向が外側コア部12と一対の内側コア部11とが並ぶ方向となる金型を使用する。金型を用いた成形体素材の作製手法としては、射出成形、熱プレス成形、MIM(Metal Injection Molding)を利用することができる。
[Material production process]
In the raw material production step, a molded body material of the composite material molded
[レーザー照射工程]
レーザー照射工程は、内側コア部11の表面のうち、磁束を軸とする周方向に沿った周回面の周方向を分断するように周回面にレーザーを照射してレーザー照射痕18を形成する。
[Laser irradiation process]
In the laser irradiation step, a
レーザーの種類は、導通部を分断できるレーザーであればよい。具体的には、レーザーの媒体が固体である固体レーザーが挙げられ、例えばYAGレーザー、YVO4レーザー、及びファイバーレーザーの中から選択される1種のレーザーであることが好ましい。そうすることで、上記導通部を分断することができる。これらレーザーの各々には、各レーザーの媒体に種々の材料がドープされた公知のレーザーも含む。つまり、上記YAGレーザーは、その媒体にNd、Erなどをドープしてもよいし、上記YVO4レーザーは、その媒体にNdなどをドープしてもよいし、上記ファイバーレーザーは、その媒体であるファイバーのコアに希土類元素などがドープされており、例えば、Ybなどをドープすることが挙げられる。 The kind of laser should just be a laser which can divide | segment a conduction | electrical_connection part. Specific examples include a solid laser in which the laser medium is solid. For example, a laser selected from a YAG laser, a YVO4 laser, and a fiber laser is preferable. By doing so, the said conduction | electrical_connection part can be parted. Each of these lasers includes known lasers in which various materials are doped in the medium of each laser. That is, the YAG laser may be doped with Nd, Er, or the like in the medium, the YVO4 laser may be doped with Nd or the like in the medium, and the fiber laser is a fiber that is the medium. The core is doped with a rare earth element or the like, for example, doping with Yb or the like.
レーザーの波長は、軟磁性粒子(導通部)の波長吸収領域内であることがより好ましい。そうすることで、導通部を分断し易くなる上に、当該導通部以外を除去することを抑制することができる。この波長としては、具体的には、532nm〜1064nm程度であることが好ましい。 The wavelength of the laser is more preferably within the wavelength absorption region of the soft magnetic particles (conduction part). By doing so, it becomes easy to divide a conduction part, and it can control removing other than the conduction part concerned. Specifically, the wavelength is preferably about 532 nm to 1064 nm.
レーザーのエネルギー密度U(W/mm2)は、レーザーの平均出力をP(W)、レーザーの照射面積をS(mm2)とするとき、U=P/Sで表され、このエネルギー密度Uは、2W/mm2≦U≦450W/mm2を満たすことが好ましい。エネルギー密度Uを2W/mm2以上とすることで、パーティングライン15の樹脂を十分に再溶融できる。一方、エネルギー密度Uを450W/mm2以下とすることで、過剰溶融による軟磁性粒子同士の接触を十分に抑制できる。レーザーのエネルギー密度U(W/mm2)は、2W/mm2≦U≦35W/mm2が特に好ましい。
The energy density U (W / mm 2 ) of the laser is expressed by U = P / S, where P (W) is the average output of the laser and S (mm 2 ) is the irradiation area of the laser. preferably satisfies the 2W / mm 2 ≦ U ≦ 450W /
レーザーのビーム径に対する照射間隔の比率は、小さい方が好ましい。ビーム径は、導通部上でのレーザーの径を言う。照射間隔は、1パルスのレーザーの照射時間にレーザービームが走査方向に移動する距離を言う。レーザーのビーム径に対する照射間隔の比率が小さければ、導通部にレーザーを走査させた際、レーザーが照射されない未処理領域を減少することができ、導通部を分断し易くなる。具体的には、上記比率は、0.35以下であることが好ましく、特に、0.30以下であることが好ましい。 The ratio of the irradiation interval to the laser beam diameter is preferably small. The beam diameter refers to the diameter of the laser on the conducting part. The irradiation interval refers to the distance that the laser beam moves in the scanning direction during the irradiation time of one pulse of laser. If the ratio of the irradiation interval to the laser beam diameter is small, when the conducting portion is scanned with the laser, the unprocessed area where the laser is not irradiated can be reduced, and the conducting portion can be easily divided. Specifically, the ratio is preferably 0.35 or less, and particularly preferably 0.30 or less.
レーザーのビーム径に対する走査間隔の比率も、小さい方が好ましい。走査間隔は、レーザーが走査するラインを隣接するラインに移動させる際の距離を言う。即ち、レーザーのビーム径に対する走査間隔の比率が小さければ、上述と同様、レーザーが照射されない領域を低減でき、導通部を分断し易くなる。 A smaller ratio of the scanning interval to the laser beam diameter is also preferable. The scanning interval refers to a distance when moving a line scanned by a laser to an adjacent line. That is, if the ratio of the scanning interval to the laser beam diameter is small, the region not irradiated with the laser can be reduced as described above, and the conducting portion can be easily divided.
レーザーの重ね回数は、複数回であることが好ましい。重ね回数は、同一領域をレーザーで処理(走査)する回数を言う。レーザーの重ね回数は、多いほど好ましい。そうすれば、導通部の分断を確実に行うことができる。具体的には、重ね回数を5回以上とすることが挙げられ、特に10回以上とすることが好ましい。 The number of laser overlaps is preferably a plurality of times. The number of overlaps refers to the number of times the same area is processed (scanned) with a laser. The greater the number of laser overlaps, the better. If it does so, the conduction | electrical_connection part can be divided reliably. Specifically, the number of times of overlapping is 5 times or more, and particularly preferably 10 times or more.
[再溶融痕形成工程]
再溶融痕形成工程は、パーティングライン15上の少なくとも一部に熱処理を施して再溶融痕を形成する。再溶融痕を形成する熱処理としては、加熱媒体を直接接触させる接触式と、その加熱媒体を接触させない間接式とがある。
[Remelt mark formation process]
In the remelting mark forming step, heat treatment is performed on at least part of the
接触式の手法としては、例えば、超音波加熱、熱板加熱、及びインパルスウェルダーなどが挙げられる。超音波加熱は、超音波発生器と超音波振動子によって発生させた超音波振動をホーン(加熱媒体)によりパーティングライン15の表面に伝達させて発生する摩擦熱で加熱する手法である。熱板加熱は、加熱した金属板(加熱媒体)をパーティングライン15に接触させることで加熱する手法である。インパルスウェルダーは、加圧したヒーター線(加熱媒体)をパーティングライン15に設置し、ヒーター線に瞬間的な大電流を流して発熱させた熱でパーティングライン15を加熱する手法である。
Examples of the contact method include ultrasonic heating, hot plate heating, and impulse welder. The ultrasonic heating is a method in which ultrasonic vibration generated by an ultrasonic generator and an ultrasonic transducer is transmitted to the surface of the
一方、間接式の手法としては、例えば、光加熱などが挙げられる。光加熱は、レーザー加熱や、温度放射を利用した赤外線加熱が挙げられる。レーザー加熱は、上述のレーザー照射痕18を形成する条件(エネルギー密度Uなど)と同様の条件としてもよい。 On the other hand, examples of the indirect method include light heating. Examples of the light heating include laser heating and infrared heating using temperature radiation. The laser heating may be performed under the same conditions as those for forming the laser irradiation mark 18 (energy density U or the like).
[破断痕形成工程]
破断痕形成工程は、上述したようにバリ取りブラシによりパーティングライン15の少なくとも一部を折り取ることで破断痕を形成する。バリ取りブラシは、市販のものを使用できる。
[Break mark forming step]
In the fracture trace forming step, as described above, the fracture trace is formed by breaking at least a part of the
〔リアクトル〕
上述の複合材料成形体10は図2に示すリアクトル1の磁性コア3の少なくとも一部に好適に利用できる。リアクトル1は、実施形態1の冒頭で説明したように、一対の巻回部2a、2bを備えるコイル2と、同一の形状を有する二つのコア部材30で構成される磁性コア3とを備える。この両コア部材30は、上述の複合材料成形体10で構成される。
[Reactor]
The composite material molded
[コイル]
一対の巻回部2a、2bは、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなり、連結部2rを介して連結されている。巻線2wは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を好適に利用できる。本例では、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる被覆平角線を利用している。各巻回部2a,2bは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルで構成している。巻回部2a、2bの配置は、各軸方向が平行するように並列(横並び)した状態としている。巻回部2a、2bの形状は、互いに同一の巻数の中空の筒状体(四角筒)である。巻回部2a、2bの端面形状は、矩形枠の角部を丸めた形状である。連結部2rは、コイル2の一端側(図2紙面右側)において巻線の一部をU字状に屈曲して構成している。連結部2rの上面は、コイル2のターン形成部分の上面と略面一である。巻回部2a、2bの巻線2wの両端部2eは、ターン形成部から引き延ばされている。両端部2eは、図示しない端子部材に接続され、この端子部材を介して、コイル2に電力供給を行なう電源などの外部装置(図示せず)が接続される。
[coil]
The pair of winding
[磁性コア]
各コア部材30の一対の内側コア部11は、コイル2に組み付けた際、一対の巻回部2a,2bの内側に配置される。各コア部材30の外側コア部12は、同様にコア部材30をコイル2に組み付けた際、コイル2から突出するように配置される。一方と他方のコア部材30の内側コア部11の端面11E(鎖交面)同士を巻回部2a,2b内で連結することで環状の磁性コア3が形成される。このコア部材30同士の連結により、コイル2を励磁したとき、閉磁路を形成し、磁束は内側コア部11の長手方向に平行となって鎖交面に直交する。コア部材30同士は、内側コア部11の鎖交面同士の間にギャップ材を介在させることなく連結されていてもよいし、ギャップ材を介在させて連結させてもよい。コア部材30同士の連結には、接着剤を利用できる。コア部材30同士の間には、隙間(エアギャップ)を設けていてもよい。ギャップ材の材質は、コア部材30よりも低透磁率な材質が挙げられ、例えば、アルミナや不飽和ポリエステルなどの非磁性材料、PPS樹脂などの非磁性材料と磁性材料(鉄粉など)とを含む混合物などが挙げられる。
[Magnetic core]
The pair of
[その他]
(樹脂モールド部)
磁性コア3は、更に、コア部材30の表面を覆う樹脂モールド部を備えていてもよい。コア部材30がレーザー照射痕18を備えることで、樹脂モールド部のコア部材30への密着性(接合性)を向上できる。更に、コア部材30のパーティングライン15が再溶融痕や破断痕を有していれば、密着性を高められる。樹脂モールド部の被覆領域は、例えば、コア部材30の表面全域とすることができる。樹脂モールド部の構成材料は、例えば、上述の複合材料成形体10の樹脂と同様の熱可塑性樹脂(例えば、PPS樹脂など)や熱硬化性樹脂の他、次の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。その熱可塑性樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂などが挙げられ、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。この構成樹脂には、アルミナやシリカなどのセラミックスフィラーなどを含有していてもよい。そうすれば、熱伝導性に優れる樹脂モールド部となり、リアクトル1の放熱性を高められる。
[Others]
(Resin mold part)
The magnetic core 3 may further include a resin mold portion that covers the surface of the
〔リアクトルの作用効果〕
上述のリアクトル1によれば、コア部材が磁束と平行な面に磁束に平行なレーザー照射痕18を有する複合材料成形体を備えることで、渦電流をレーザー照射痕18で流れ難くできるため低損失である。
[Reactor effects]
According to the
《試験例》
軟磁性粉末とこの軟磁性粉末を分散した状態で内包する樹脂とを含む複合材料成形体の試料を作製し、その試料の磁気特性を評価した。
《Test example》
A sample of a composite material molded body including a soft magnetic powder and a resin encapsulating the soft magnetic powder in a dispersed state was prepared, and the magnetic characteristics of the sample were evaluated.
〔試料No.1−1〕
試料No.1−1の複合材料成形体として、原料準備工程と素材作製工程とレーザー照射工程とを経て、図1に示す複合材料成形体10を作製した。
[Sample No. 1-1]
Sample No. As a composite material molded body of 1-1, a composite material molded
[原料準備工程]
原料準備工程では、軟磁性粉末と樹脂との混合物を準備した。軟磁性粉末には、平均粒径が80μmで、Siを6.5質量%含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有するFe−Si合金の粉末を用いた。一方、樹脂には、PPS樹脂を用いた。この軟磁性粉末と樹脂とを混合し、樹脂を溶融状態で軟磁性粉末と練り合わせて混合物を作製した。混合物中の軟磁性粉末の含有量は、70体積%とした。
[Raw material preparation process]
In the raw material preparation step, a mixture of soft magnetic powder and resin was prepared. As the soft magnetic powder, an Fe—Si alloy powder having an average particle diameter of 80 μm, containing 6.5% by mass of Si, and having the balance of Fe and inevitable impurities was used. On the other hand, a PPS resin was used as the resin. The soft magnetic powder and the resin were mixed, and the resin was kneaded with the soft magnetic powder in a molten state to prepare a mixture. The content of the soft magnetic powder in the mixture was 70% by volume.
[素材作製工程]
素材作製工程では、一対の内側コア部11と外側コア部12とを備えるU字状の成形体素材を射出成形により作製した。成形体素材の作製は、外側コア部12における一対の内側コア部11との境界に分割面を有する金型、即ち、外側コア部12と一対の内側コア部11とが並ぶ方向を型抜方向とする金型を用い、その金型に上記混合物を充填し冷却固化することで行った。金型の分割面は、外側コア部12における内側コア部11との境界となるようにした。この成形体素材は、外側コア部12における内側コア部11との境界にパーティングライン15が形成されている。
[Material production process]
In the material production process, a U-shaped molded material comprising a pair of
[レーザー照射工程]
レーザー照射工程では、金型から取り出した成形体素材の左右の内側コア部11における外側の側面の一端から他端に亘ってレーザーを照射してレーザー照射痕18を形成した。レーザーの照射条件は、加工幅を3mm(周回面の周長の1/60)とし、レーザーのエネルギー密度Uを5.5W/mm2とした。試料No.1−1の複合材料成形体10は、左側の内側コア部11の左面11Lの一端から他端に亘って形成されたレーザー照射痕18と、右側の内側コア部11の右面11Rの一端から他端に亘って形成されたレーザー照射痕18とを備える。左側の内側コア部11の右面11Rと右側の内側コア部11の左面11Lとには、レーザー照射痕18が形成されていない。試料No.1−1の複合材料成形体における非摺接領域(端面11E)と摺接領域(上面11U)とレーザー照射痕の算術平均粗さRaを市販の表面粗さ測定装置を用いて、JIS B 0601(2013)に準拠して行った。これらの算術平均粗さRaの比率は凡そ、非摺接領域:摺接領域:レーザー照射痕=1:10:21であった。
[Laser irradiation process]
In the laser irradiation step, a
〔試料No.1−101〕
試料No.1−101の複合材料成形体は、レーザー照射工程を行わない点を除き、試料No.1−1と同様にして作製した。即ち、試料No.1−101の複合材料成形体は、金型から取り出した状態のままであり、レーザー照射痕18が形成されていない。
[Sample No. 1-101]
Sample No. 1-101 except that the laser irradiation process is not performed. It was produced in the same manner as 1-1. That is, sample no. The composite material molded body of 1-101 is still in a state of being taken out from the mold, and the
〔磁気特性〕
各試料の複合材料成形体を二つ組み合わせた環状の試験片に、銅線を巻回して、一次巻きコイル:300ターン、二次巻きコイル:20ターンを備える測定用部材を作製した。各測定部材について、AC−BHカーブトレーサを用いて、励起磁束密度Bm:4kG(=0.4T)、測定周波数:20kHzにおける鉄損W4/20k(W)を測定した。その結果を表1に示す。
[Magnetic properties]
A copper wire was wound around an annular test piece obtained by combining two composite material molded bodies of each sample, and a measurement member having a primary winding coil: 300 turns and a secondary winding coil: 20 turns was produced. About each measurement member, the iron loss W4 / 20k (W) in excitation magnetic flux density Bm: 4kG (= 0.4T) and measurement frequency: 20kHz was measured using the AC-BH curve tracer. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、試料No.1−1の鉄損は8.9Wであり、試料No.1−101の鉄損は9.8Wであった。このように、試料No.1−1は、試料No.1−101に比較して低鉄損であった。このような結果となったのは、試料No.1−1の複合材料成形体は、試料No.1−101に比較して、渦電流損を効果的に低減できたからだと考えられる。 As shown in Table 1, sample no. 1-1 has an iron loss of 8.9 W. The iron loss of 1-101 was 9.8 W. In this way, sample no. 1-1 is Sample No. Compared to 1-101, the iron loss was low. Such a result was obtained in Sample No. The composite material molded body of 1-1 was sample No. This is probably because the eddy current loss was effectively reduced compared to 1-101.
試料No.1−1の複合材料成形体は、型抜方向を磁束と平行な方向とする金型から成形体素材を取り出した後、内側コア部の周回面の周方向を分断するようにレーザーを照射したことで、導通部を分断した高電気抵抗なレーザー照射痕18を形成できた。そのため、内側コア部の全長に亘って周回面の周方向に沿って流れる渦電流を流れ難くできた。一方、試料No.1−101の複合材料成形体は、周回面にレーザー照射痕のような高電気抵抗な箇所が存在せず、周回面の全域に亘って低電気抵抗な導通部が形成されているため、内側コア部の側面に磁束を中心とする周方向に沿って流れる渦電流を抑制できなかった。
Sample No. The composite material molded body of 1-1 was irradiated with a laser so as to divide the circumferential direction of the circumferential surface of the inner core portion after taking out the molded body material from the mold having the mold drawing direction parallel to the magnetic flux. As a result, it was possible to form a
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、コア部材の形状は磁性コアの複数のコア部材の組み合わせにより適宜選択できる。複数のコア部材の組み合わせを、上述のU−U型コアの他、外側コア部に一つの内側コア部が一体化されたL−L(J−J)型コアなどと呼ばれる形態とすることができる。また、巻回部が一つのみであるコイルと、E−E型コアやE−I型コアなどと呼ばれる磁性コアとを備えるリアクトルとすることができる。 The present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims. For example, the shape of the core member can be appropriately selected depending on the combination of a plurality of core members of the magnetic core. A combination of a plurality of core members may be in a form called an LL (JJ) type core in which one inner core part is integrated with an outer core part in addition to the above-described U-U core. it can. Moreover, it can be set as a reactor provided with the coil which has only one winding part, and the magnetic core called EE type | mold core, EI type | mold core, etc.
本発明の複合材料成形体は、各種の磁気部品(リアクトル、チョークコイル、トランス、モータなど)の磁性コアやその素材に好適に利用できる。本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータ(代表的にはDC−DCコンバータ)や空調機のコンバータなどの種々のコンバータ、電力変換装置の構成部品に好適に利用できる。 The composite material molded body of the present invention can be suitably used for magnetic cores of various magnetic parts (reactors, choke coils, transformers, motors, etc.) and materials thereof. The reactor of the present invention includes various converters such as an in-vehicle converter (typically a DC-DC converter) and an air conditioner converter mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle. It can be suitably used as a component part of a power conversion device.
10 複合材料成形体
11 内側コア部
11U 上面 11D 下面 11L 左面 11R 右面
11E 端面
12 外側コア部
12u 上面 12d 下面
12o 外端面 12i 内端面
15 パーティングライン
18 レーザー照射痕
1 リアクトル
2 コイル
2a、2b 巻回部 2r 連結部 2w 巻線 2e 端部
3 磁性コア
30 コア部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複合材料成形体を成形する金型の分割面に対応したパーティングラインと、
コイルの内側に配置される内側コア部と、
前記内側コア部の表面に形成されるレーザー照射痕とを備え、
前記内側コア部の表面のうち、前記コイルで前記内側コア部に励磁した磁束を軸とする周方向に沿った面を周回面とするとき、
前記パーティングラインは、前記磁束の軸方向を分断するように形成され、
前記レーザー照射痕は、前記周回面の周方向を分断するように前記周回面に形成される複合材料成形体。 A composite material molded body comprising a soft magnetic powder having a plurality of soft magnetic particles and a resin encapsulating the soft magnetic powder in a dispersed state,
A parting line corresponding to a split surface of a mold for molding the composite material molded body;
An inner core disposed inside the coil;
With laser irradiation traces formed on the surface of the inner core part,
Of the surface of the inner core part, when the surface along the circumferential direction around the magnetic flux excited in the inner core part by the coil as a circumferential surface,
The parting line is formed to sever the axial direction of the magnetic flux,
The said laser irradiation trace is a composite material molded object formed in the said surrounding surface so that the circumferential direction of the said surrounding surface may be parted.
前記コイルの外側に配置され、これら両内側コア部をつなぐ外側コア部とを備え、
前記レーザー照射痕が形成される前記周回面は、前記一対の内側コア部の並列方向に直交している請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の複合材料成形体。 A pair of said inner core parts located in parallel;
An outer core portion arranged on the outside of the coil and connecting both inner core portions;
The composite material molded body according to any one of claims 1 to 4, wherein the circumferential surface on which the laser irradiation trace is formed is orthogonal to a parallel direction of the pair of inner core portions.
前記磁性コアの少なくとも一部は、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の複合材料成形体を備えるリアクトル。 A reactor comprising a coil formed by winding a winding and a magnetic core on which the coil is disposed,
At least one part of the said magnetic core is a reactor provided with the composite material molded object of any one of Claims 1-8.
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