JP2019129288A - リアクトルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの樹脂モールド部の成形不良を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示するリアクトル２の製造方法では、２本の腕部７ａ、８ａの表面を覆う内側モールド部１０を成形する一次樹脂モールド成形工程と、内側モールド部１０で覆われた腕部７ａ、８ａを第１巻回部４及び第２巻回部５に挿通した後、コア６とコアパーツ７、８を覆う外側モールド部２０を成形する二次モールド成形工程と、を含んでいる。外側モールド部２０は、金型内に射出圧１００ＭＰａ−１５０ＭＰａで射出される溶融樹脂のメルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分−１５．０ｇ／１０分であると共に、金型内における樹脂の厚さＴａ−Ｔｉは、１．６ｍｍ以上である。これにより、外側モールド部２０におけるショートショットやバリの発生を抑制できる。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルの製造方法に関する。

特許文献１にリアクトルの製造方法が開示されている。この製造方法では、Ｕ字形状の一対のコア部材を覆う一次樹脂モールド（内側樹脂モールド部）を成形する一次成形工程と、一次樹脂モールドで覆われた一対のコア部材をコイルに挿通し環状に連結すると共にコイルを固定するためにこれらを覆う二次樹脂モールド（外側樹脂モールド部）を成形する二次成形工程とを含んでいる。

特開２０１３−１４９８４１号公報

コア部材は、Ｕ字形状やコの字形状などの比較的単純な形状を有するため、一次成形工程で用いられる金型は簡素な構成になり易い。これに対して、コア部材に組み付けられるコイルやコイルを保持する部材などは、コア部材に比べて複雑な形状を有し、また体格もコア部材よりも大きい。そのため、二次成形工程で用いられる金型は、一次成形工程の金型よりもキャビティが単純な形状になり難く、しかも大型になり易い。

このように二次成形工程においては、大型で複雑なキャビティ形状を有する金型を用いる場合がある。そのため、外側樹脂モールド部を射出成形する際においては、キャビティの細部に溶融樹脂が充填される前に金型に熱を奪われて途中で樹脂が固化してしまうことがある。つまり、ショートショットが発生し得る。ショートショットは、一般的には、射出圧を高くしたり溶融樹脂の粘度を低くしたりすることにより解決し得るとされている。

しかし、射出圧を高めた場合には、キャビティの隙間の小さい部位がダメージを受け易くなるため、金型のメンテナンスの頻度も高くなり生産性が低下する虞がある。また溶融樹脂の粘度を低くした場合には、ショートショットと表裏一体の関係にあるバリが発生し易くなることから、これも生産性の低下を招く虞がある。本明細書は、リアクトルの樹脂モールド部の成形不良を抑制し得る技術を提供する。

本明細書が開示するリアクトルの製造方法は、２本の腕部の表面を覆う内側樹脂モールド部を射出成形する一次モールド成形工程と、内側樹脂モールド部で覆われた２本の腕部を一組のコイルに挿通した後、コア部材とコイルを覆う外側樹脂モールド部を射出成形する二次モールド成形工程と、を含んでいる。そして、外側樹脂モールド部は、金型内に射出圧１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下で射出される樹脂（溶融樹脂）のメルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下であると共に、金型内における樹脂の厚さは、１．６ｍｍ以上である。

これにより、射出圧１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下で射出される条件においては、外側樹脂モールド部の金型内における樹脂の厚さは、１．６ｍｍ以上であれば、比較的粘度が高い樹脂であっても、ショートショットを抑制することが可能になる。また、バリの発生も、メルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下よりも高い樹脂に比べて抑制することが可能になる。したがって、リアクトルの外側樹脂モールド部におけるショートショットやバリの発生が抑制されるため、樹脂モールド部の成形不良を抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例のリアクトルの製造方法で製造されるリアクトルの斜視図である。 図１のリアクトルを構成するコイルアセンブリの斜視図である。 図１のIII−III線でカットした断面図である。 図３のIV−IV線でカットした断面図である。 金型及び当該金型内に設置したコイルアセンブリをＸＺ平面でカットした断面図である。

図面を参照して実施例のリアクトルの製造方法を説明する。実施例の製造方法で製造されるリアクトル２は、例えば電気自動車の駆動系においてバッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータに用いられる。電気自動車の走行用モータは数十キロワットを出力することが可能であり、バッテリから流れる電流は数十アンペアになる。リアクトル２には、そのような大電流が流れるため、内部抵抗の小さい平角線が巻き線として用いられる。

まず、リアクトル２の構成について図１−図４を参照しながら説明する。図１に、リアクトル２の斜視図を示す。図２に、リアクトル２を構成するコイルアセンブリ９の斜視図を示す。図３に、図１のIII−III線でカットした断面図を示す。尚、この断面は、Ｙ軸方向に並んで位置するコイル３の第１巻回部４と第２巻回部５との隙間上方において、Ｘ軸方向に延びて下方に立ち下がるIII−III線を含む平面（ＸＺ平面）でカットしたものである。図４に、図３のIV−IV線でカットした断面図を示す。以下、説明の便宜上、各図に表示した座標系のＺ軸の正方向を「上」又は「上方」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」又は「下方」と称する。

リアクトル２は、主に、コイル３、コア６、内側モールド部１０、外側モールド部２０により構成されている。コア６は、一対のＵ字型のコアパーツ７、８に分割されており、それらの腕部７ａ、８ａを対向させて環状の鉄心が形成されている。コアパーツ７、８は、例えば、磁性粉末を固めて製造される圧粉磁心や電磁鋼板を積層したものである。本実施例では、コアパーツ７、８は、腕部７ａ、８ａの先端と下方に位置する下部７ｂ、８ｂを除いて、夫々の周囲表面が内側モールド部１０に覆われている。

内側モールド部１０は、一端側パーツ１０ａと他端側パーツ１０ｂに分割される樹脂パーツであり、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を材料にして作られている。本実施例では、一端側パーツ１０ａがコア６のコアパーツ７を覆い、他端側パーツ１０ｂがコアパーツ８を覆う。一端側パーツ１０ａと他端側パーツ１０ｂは、コアパーツ７、８の腕部７ａ、８ａが対向状態を保持可能な不図示の結合構造を備えている。

一端側パーツ１０ａは、コアカバー１１、フランジ１３及びコイルボビン１６、１７により構成されており、これらは一体に成形されている。コアカバー１１は、コア６のコアパーツ７の２本の腕部７ａを接続する基端部分を覆っている。フランジ１３は、コア６の基端部分と２本の腕部７ａの基端との接続部付近に形成されている。フランジ１３は、コア６の長手方向（Ｘ軸方向）に直交する面（ＹＺ平面）に拡がる鍔状に張り出すようにコアカバー１１に連続して形成されている。コイルボビン１６は、一方の腕部７ａの周囲を覆うようにコア６の長手方向（Ｘ軸方向）にフランジ１３から延びるように角筒状に形成されている。同様に、コイルボビン１７も、他方の腕部７ａの周囲を覆うようにコア６の長手方向（Ｘ軸方向）にフランジ１３から延びるように角筒状に形成されている。

他端側パーツ１０ｂは、コアカバー１２、フランジ１４及びコイルボビン１８、１９により構成されており、これらは一体に成形されている。コアカバー１２は、コア６のコアパーツ８の２本の腕部８ａを接続する基端部分を覆っている。フランジ１４は、コア６の基端部分と２本の腕部８ａの基端との接続部付近に形成されている。フランジ１４は、コア６の長手方向（Ｘ軸方向）に直交する面（ＹＺ平面）に拡がる鍔状に張り出すようにコアカバー１２に連続して形成されている。コイルボビン１８は、一方の腕部８ａの周囲を覆うようにコア６の長手方向（Ｘ軸方向）にフランジ１４から延びるように角筒状に形成されている。同様に、コイルボビン１９も、他方の腕部８ａの周囲を覆うようにコア６の長手方向（Ｘ軸方向）にフランジ１４から延びるように角筒状に形成されている。

本明細書では、このように構成される内側モールド部１０に覆われたコア６にコイル３を巻回したものをコイルアセンブリ９と称している。尚、本実施例のリアクトル２の製造方法では、コアパーツ７、８の夫々の表面がこのように樹脂に覆われて内側モールド部１０が成形される工程のことを、一次モールド成形工程という。

コイルアセンブリ９は、コイル３の下方に位置するコイル下部３ｃと、コアパーツ７、８の夫々の腕部７ａ、８ａの下方に位置する下部７ｂ、８ｂと、を除いて外側モールド部２０に覆われている。

外側モールド部２０は、コアカバー２１、２２とコイルカバー２３により構成される樹脂パーツであり、これらは一体に成形されている。外側モールド部２０も、内側モールド部１０と同様に、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を材料として作られている。コアカバー２１、２２は、内側モールド部１０のコアカバー１１、１２をそれぞれ覆う。また、コイルカバー２３は、内側モールド部１０のフランジ１３、１４と、コイルボビン１６、１７、１８、１９に巻回されたコイル３及びコアパーツ７、８の一部（コイル３のコイル下部３ｃ、コアパーツ７の下部７ｂ及びコアパーツ８の下部８ｂ）を除いて覆う。外側モールド部２０は、金型に入れられたコイルアセンブリ９をその一部を除いて覆うように射出成形される。本実施例のリアクトル２は、外側モールド部２０を構成する樹脂の特性とその厚さに特徴がある。これについては後で詳しく説明する。

コイル３は、平角線をエッジワイズに矩形状に巻回したものであり、第１巻回部４と第２巻回部５により構成されている。これら一対の巻回部４、５は、電気的には直列に接続されており、巻回径方向に２つ並んで巻回されている。第１巻回部４は、内側モールド部１０の一端側パーツ１０ａのコイルボビン１６と他端側パーツ１０ｂのコイルボビン１８との双方に跨がるように巻回されている。また、第２巻回部５も同様に、一端側パーツ１０ａのコイルボビン１７と他端側パーツ１０ｂのコイルボビン１９との双方に跨がるように巻回されている。本実施例では、コイル３は、その一端側のリード部３ａと他端側のリード部３ｂが夫々上方に向けて立ち上がっており、コイルアセンブリ９を覆う外側モールド部２０から外部に露出している。

このように構成されるコイルアセンブリ９は、予め巻回されている第１巻回部４及び第２巻回部５をフランジ１３、１４で挟み込むようにして、一端側パーツ１０ａのコイルボビン１６、１７と他端側パーツ１０ｂのコイルボビン１８、１９とがコイル３の巻回軸方向の両側から挿通される。そして、コイルボビン１６−１９の先端などに設けられている不図示の結合構造により一端側パーツ１０ａと他端側パーツ１０ｂが機械的に結合することによってコイルアセンブリ９は組み付けが完了する。組み付けが完了したコイルアセンブリ９は、金型内において、ほぼ全部を覆うように外側モールド部２０が射出成形されてリアクトル２が完成する。尚、本実施例のリアクトル２の製造方法では、コイルアセンブリ９がこのように樹脂に覆われて外側モールド部２０が成形される工程のことを、二次モールド成形工程という。

コイルアセンブリ９の周囲に外側モールド部２０を形成するための金型５０は、例えば、図５に示すように構成される。図５に、金型５０及び当該金型５０内に設置したコイルアセンブリ９をＸＺ平面でカットした断面図を示す。尚、この断面は、図３に示す断面図とほぼ同様に、図１に示すIII−III線を含む平面（ＸＺ平面）で、金型５０及びコイルアセンブリ９をカットしたものである。

図５に示すように、本実施例では、金型５０は、上型５１と下型５２により構成されている。上型５１により外側モールド部２０の上側半分を成形し、また下型５２により外側モールド部２０の下側半分を成形し得るように上型５１及び下型５２の夫々のキャビティ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ（以下、これらを５５ａ−５５ｄと総称する場合がある）が形成されている。本実施例では、外側モールド部２０の溶融樹脂を入れるスプルー５３が上型５１の上方ほぼ中央に設けられている。このスプルー５３には、溶融樹脂を金型５０内に圧送する不図示の射出ノズルなどが接続されていると共に、ランナーを介してキャビティ５５ａに開口する複数のゲート５４に連通している。

これらゲート５４は、いずれも上型５１の上方に開口している。そのため、ゲート５４に比較的近い上型５１のキャビティ５５ａ、５５ｂに比べると、下型５２のキャビティ５５ｃ、５５ｄは、ゲート５４からの経路長が長くならざるを得ない。特に、上型５１のキャビティ５５ａに対して正反対に位置する下型５２のキャビティ５５ｄは、ゲート５４から経路長が最も長くなり得る。そのため、当該キャビティ５５ｄに至るまでのキャビティ空間（隙間空間）が狭い場合や溶融樹脂の粘度が高い場合には、キャビティ５５ｄに溶融樹脂が充填される以前に上型５１や下型５２によって溶融樹脂の熱が奪われ得る。すると、途中で樹脂が固化してしまいショートショットが発生し得る。

そこで、本実施例では、外側モールド部２０を形成する樹脂として、３１５℃、２０００ｇ荷重下（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）のメルトフローレート（ＭＦＲ；Ｍｅｌｔ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下（ｇはグラム）であるもの（例えば、ＰＰＳ）を選択した（ＡＳＴＭは、ＡＳＴＭインターナショナルが定めているＡＳＴＭ規格のことである）。また、金型５０内におけるキャビティ５５ａ−５５ｄの隙間間隔を１．６ｍｍ（ミリメートル）以上に設定した。

すなわち、金型５０内に載置されるコイルアセンブリ９と上型５１及び下型５２との間に形成される各隙間間隔Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｆ、Ｃｇ、Ｃｈ、Ｃｉ（以下、これらをＣａ−Ｃｉと総称する場合がある）がいずれも１．６ｍｍ以上になるように金型５０を構成した。これにより、金型５０内のキャビティ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄの隙間間隔が１．６ｍｍ以上になり、成形される外側モールド部２０の各部の樹脂の厚さＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆ、Ｔｇ、Ｔｈ、Ｔｉ（以下、これらをＴａ−Ｔｉと総称する場合がある）は、いずれも１．６ｍｍ以上になる。

このため、金型５０内に射出される溶融樹脂の射出圧を、例えば１００ＭＰａ（メガパスカル）以上１５０ＭＰａ以下に設定し、また溶融樹脂の温度を、例えば、約１５０℃に設定する。これにより、湯口５３からの経路長が最も長くなり得る下型５２のキャビティ５５ｄにおいても溶融樹脂を充分に充填させることが可能になる。

尚、金型５０内のキャビティ５５ａ−５５ｄの隙間間隔を１．５ｍｍに設定した場合においては、他の条件を上記の場合と同様に設定しても、下型５２のキャビティ５５ｄなどにおいてショートショットが発生することを、本願発明者らは実験により確認している。

また、金型５０内のキャビティ５５ａ−５５ｄの隙間間隔を１．０ｍｍに設定した場合においては、他の条件を上記の場合と同様に設定しても、下型５２のキャビティ５５ｄなどにおいてショートショットが発生することに加えて、上型５１のキャビティ５５ａにおいてヘジテーション現象が発生することを、本願発明者らは実験により確認している。

さらにキャビティ５５ａ−５５ｄの隙間間隔を１．０ｍｍに設定した場合においては、樹脂厚さが小さい（薄い）ことに起因して充填速度が速まることから、成形途中でガスが発生したり、機械的な強度が低下したりし得ることを、本願発明者らは実験により確認している。

また、外側モールド部２０を形成する樹脂として、３１５℃、２０００ｇ荷重下（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）のメルトフローレートが１３．５ｇ／１０分よりも小さい樹脂、つまり粘性が高い樹脂を用いた場合には、他の条件を上記の場合と同様に設定すると、溶融樹脂の粘性が高すぎるため、例えば、下型５２のキャビティ５５ｄなどにおいてショートショットが発生し得る。

さらに、外側モールド部２０を形成する樹脂として、３１５℃、２０００ｇ荷重下（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）のメルトフローレートが１５．０ｇ／１０分よりも大きい樹脂、つまり粘性が低い樹脂を用いた場合には、他の条件を上記の場合と同様に設定すると、溶融樹脂の粘性が低すぎるため、上型５１や下型５２のキャビティ５５ａ−５５ｄにおいてバリが発生し得る。

以上のとおり、本実施例のリアクトル２の製造方法では、２本の腕部７ａ、８ａの表面を覆う内側モールド部１０を成形する一次モールド成形工程と、内側モールド部１０で覆われた２本の腕部７ａ、８ａを第１巻回部４及び第２巻回部５に挿通した後、コア６とコアパーツ７、８を覆う外側モールド部２０を成形する二次モールド成形工程と、を含んでいる。そして、外側モールド部２０は、金型５０内に射出圧１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下で射出される溶融樹脂のメルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下であると共に、金型５０内に載置されるコイルアセンブリ９と上型５１及び下型５２との間に形成される各隙間間隔Ｃａ−Ｃｉや、これらの各隙間間隔Ｃａ−Ｃｉ内における各樹脂の厚さＴａ−Ｔｉは、１．６ｍｍ以上である。

これにより、射出圧１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下で射出される条件においては、金型５０内における各隙間間隔Ｃａ−Ｃｉは、１．６ｍｍ以上であれば、比較的粘度が高い樹脂であっても、ショートショットを抑制することが可能になる。また、バリの発生も、メルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下よりも高い樹脂に比べて抑制することが可能になる。したがって、リアクトル２の外側モールド部２０におけるショートショットやバリの発生が抑制されるため、外側モールド部２０の成形不良を抑制することができる。

本実施例では、コイル３は、平角線をエッジワイズに矩形状に巻回した。しかし、平角線をエッジワイズに円形状に巻回してもよいし、また平角線をフラットワイズに矩形状や円形状に巻回してもよい。また、コイル３は、平角線を巻回する必要はなく、例えば、丸線を多層又は単層に矩形状や円形状に巻回してもよい。さらに、コイル３は、第１巻回部４と第２巻回部５に分割して構成したが、このように２つの巻回部に分ける必要はなく、１つの巻回部で構成してもよい。

また、本実施例では、コア６は、Ｕ字形状を有する２つのコアパーツ７、８により構成した。しかし、コア６は、コ字形状を有する２つのコアパーツにより環状の鉄心を構成したり、またＵ字形状やコ字形状を有するコアパーツとＩ字形状を有するコアパーツとにより環状の鉄心を構成したりしてもよい。

実施例技術に関する留意点を述べる。コイル３が一組のコイルの一例に相当する。コアパーツ７、８がコア部材の一例に相当する。内側モールド部１０が内側樹脂モールド部の一例に相当する。外側モールド部２０が外側樹脂モールド部の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：リアクトル
３：コイル
４：第１巻回部
５：第２巻回部
６：コア
７、８：コアパーツ
７ａ、８ａ：腕部
９：コイルアセンブリ
１０：内側モールド部
１０ａ：一端側パーツ
１０ｂ：他端側パーツ
１１、１２：コアカバー
１３、１４：フランジ
１６−１９：コイルボビン
２０：外側モールド部
２１、２２：コアカバー
２３：コイルカバー
５０：金型
５１：上型
５２：下型
５３：スプルー
５４：ゲート
５５ａ−５５ｄ：キャビティ

Claims (1)

1. 巻回径方向に２つ並んで巻回された一組のコイルにＵ字形状のコア部材が有する２本の腕部が挿通されるリアクトルの製造方法であり、
   前記２本の腕部の表面を覆う内側樹脂モールド部を射出成形する一次モールド成形工程と、
   前記内側樹脂モールド部で覆われた前記２本の腕部を前記一組のコイルに挿通した後、前記コア部材と前記コイルを覆う外側樹脂モールド部を射出成形する二次モールド成形工程と、を含んでおり、
   前記外側樹脂モールド部は、金型内に射出圧１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下で射出される樹脂のメルトフローレート（３１５℃、荷重２０００ｇ）が１３．５ｇ／１０分以上１５．０ｇ／１０分以下であると共に、前記金型内における樹脂の厚さは、１．６ｍｍ以上であることを特徴とするリアクトルの製造方法。

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