JP5476749B2 - 複合成形体の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂成形体の内部に環状をなすインサート部材を埋め込んで成る複合成形体の製造方法に関する。

この種複合成形体の代表的な例として、軟磁性樹脂成形体で構成されたコアの内部にコイルを埋込状態に内包した形態の、インダクタンス部品であるリアクトルが公知である。
従来においてこのリアクトルとしては、一対のＵ字状のコア片をそれぞれの端面間に所定のギャップを生ぜしめる状態に配置して成るコアの周りに、コイルを巻回した形態のものが一般に使用されていた。

しかしながらこの種形態のリアクトルの場合、コイルが外部に露出した状態にあるため、コイルの励磁に伴いコイル振動が発生してこれが騒音となったり、またコイル片間のギャップの寸法を高精度で定めなければならない他、コアとコイルとの組付けの工程が必要である等の問題があり、そこで軟磁性粉を混合状態に含有した樹脂の成形体（軟磁性樹脂成形体）にてコアを構成し、そしてそのコアの内部にコイルを埋込状態に一体に内包した形態のリアクトルが提案されている。

例えば下記特許文献１，特許文献２にこの種形態のリアクトル及びその製造方法が開示されている。
これら特許文献１，特許文献２に示すリアクトルの製造方法は、外ケースないし容器の内部にコイルをセットした状態で、熱硬化性の樹脂の液に軟磁性粉を分散状態に混合したものを、外ケースないし容器の内部に注入し、そしてその後これを所定温度に加熱し且つ所定時間かけて樹脂液を硬化反応させ、以てコアを成形すると同時にコイルと一体化させるといったものである。

このようにして得たリアクトルの場合、コイル振動に伴う騒音の発生を防止でき、またコア片とコア片との間にギャップを高精度で設定するといったことを必要とせず（成形体コアの磁性粉と磁性粉との間に微小なギャップが形成される）、更にコアとコイルとの組付けの工程を必要としない他、コイルをコア（軟磁性樹脂成形体）にて外側から保護できる等の利点を有する。

しかしながら一方で上記リアクトルの製造方法の場合、軟磁性粉を含んだ樹脂の液を硬化させるための大型の加熱炉が必要であるとともに、硬化のための多量の熱エネルギーが必要であったり、また硬化のために長い時間がかかり、コスト的に高くなるとともに生産性を高めることが難しいといった問題がある。

そこでかかるリアクトルの製造方法として、コイルを成形型のキャビティ内にセットしておき、軟磁性粉を混合状態に含んだ熱可塑性の樹脂をキャビティに射出し、以てコアを射出成形するとともに、その内部にコイルを埋込状態に一体化する方法が考えられる。
この射出成形による製造方法によれば、特許文献１，特許文献２に示す製造方法の有する様々な問題を解決することが可能である。

しかしながらこの場合、キャビティ内におけるコイルの位置決めが難しく、樹脂材料をキャビティ内に射出したときに射出圧及び流動圧によってコイルがセット位置からずれてしまったり、或いはコイルが変形を生じてしまう問題が生じる。
その他に、成形したコアの内部にボイドが発生するといった困難な問題も生ずる。
そしてこれらは何れもインダクタンス部品としてのリアクトルの性能を低下させる原因となる。

ここで成形体としてのコアの内部にボイドが生じる原因は、大量の樹脂材料をキャビティに射出し注入したとき、樹脂材料の全量を注入している間にキャビティ内に先に注入した樹脂材料が冷却により先に固まってしまい、射出時に巻き込まれたエアや樹脂材料から発生したガス等が閉じ込められてしまうことによるものと考えられる。

即ち、樹脂の全量をキャビティに注入し終わった段階で樹脂全量が未だ流動性を有していれば、例え樹脂内部にエアやガスが含まれたとしても樹脂の流動性によって樹脂中から抜け出ることが可能であるが、先に注入した樹脂が一部先に固まってしまうとエアやガスが抜け切れず、ボイドとなって残ってしまう。

特にリアクトルの場合、樹脂材料に鉄粉等の軟磁性粉が多量に（通常その含有量は体積％で５０〜７０％程度）混合状態で含有されているため、この軟磁性粉を含んだ樹脂材料の熱伝導性が著しく高く、キャビティに注入後速やかに樹脂が固まってしまい、ボイドの発生を防ぐことが難しい。

以上リアクトルを代表例として述べたが、こうした問題は他の複合成形体を射出成形にて製造する場合にも生じる。
例えば軟磁性樹脂成形体のコアの内部に加熱コイルを埋込状態に一体に内包した形態の電磁調理器の加熱体を、同じように射出成形にて製造する場合においても上記と同様の問題を生じる。

その他、熱可塑性樹脂の軟磁性樹脂成形体の内部に環状をなすインサート部材を埋め込んで成る他の様々な複合成形体を射出成形にて製造するに際して同様の問題が生じ得る。

特開２００７−２７１８５号公報 特開２００８−１４７４０５号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、環状のインサート部材を軟磁性樹脂成形体の内部に埋め込んで成る複合成形体を射出成形にて製造するに際し、インサート部材の位置ずれや変形等を良好に防止でき、また併せて樹脂成形体にボイドの発生するのを良好に防止することのできる複合成形体の製造方法を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、熱可塑性樹脂の軟磁性樹脂成形体の内部に環状をなすインサート部材を埋め込んで成る複合成形体を射出成形にて製造する複合成形体の製造方法であって、前記インサート部材の上面、及び外周面又は内周面に対して１次成形型を接触させ、該１次成形型にて該インサート部材を該外周面又は内周面において径方向に位置決めし拘束した状態で、該インサート部材の内周側又は外周側に形成される該１次成形型の１次成形キャビティに軟磁性粉を混合状態に含有した樹脂材料を射出して、前記樹脂成形体の一部をなす内周側成形部又は外周側成形部を成形し且つ前記インサート部材と一体化する１次成形を行い、しかる後、該１次成形で得た１次成形体を２次成形型にセットした状態として、前記インサート部材の外周側又は内周側に形成される該２次成形型の２次成形キャビティに前記樹脂材料を射出して、前記樹脂成形体の残部の少なくとも一部をなす外周側成形部又は内周側成形部を成形し且つ前記インサート部材と一体化することを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記１次成形の工程で、前記内周側成形部又は外周側成形部に、前記２次成形に際して前記２次成形型により保持され位置決めされる、前記樹脂成形体の一部となる位置決部を同時に成形することを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記複合成形体がリアクトルであって、前記軟磁性樹脂成形体をコアとして、該コアの内部に前記インサート部材としてコイルを埋込状態に一体に内包したものであることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記複合成形体が電磁調理器の加熱体であって、前記軟磁性樹脂成形体のコアの内部に前記インサート部材として加熱コイルが埋込状態に一体に内包してあることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、環状をなすインサート部材を軟磁性樹脂成形体の内部に埋め込んで成る複合成形体を製造するに際し、インサート部材の上面、及び外周面又は内周面に対して１次成形型を接触させ、インサート部材をその外周面又は内周面で径方向に位置決めし拘束した状態で、インサート部材の内周側又は外周側に形成される１次成形型の１次成形キャビティに樹脂材料を射出し、樹脂成形体の一部をなす内周側成形部又は外周側成形部を成形しインサート部材と一体化する１次成形の工程と、しかる後において１次成形体を２次成形型にセットした状態として、インサート部材の外周側又は内周側に形成される２次成形型の２次成形キャビティに樹脂材料を射出して、樹脂成形体の残部の少なくとも一部をなす外周側成形部又は内周側成形部を成形し、インサート部材と一体化する２次成形の工程とを実施し、以て上記の複合成形体を製造する。

かかる本発明によれば、インサート部材の位置ずれや変形を防止しつつ複合成形体を良好に成形することができる。
また本発明では、キャビティへの樹脂材料の射出を少なくとも２回に分けて射出するため、即ち樹脂成形体構成のための樹脂の全量を一気にキャビティに射出せず、少量ずつ少なくとも２回に分けて射出するため、全量を一気に射出する場合のように先に射出した樹脂材料の一部がエア等を逃し切れずにこれを含んだまま速やかに冷却固化してしまって、そこにエアやガスが閉じ込められてしまい、これがボイドとなって成形体中に残る問題を解決することが可能となる。

本発明は、樹脂材料として軟磁性粉を混合状態に含有したものを用い、樹脂成形体として軟磁性樹脂成形体を成形する場合に適用される。これにより以下のような大なる効果が得られる。

樹脂材料が鉄粉等の軟磁性粉を混合状態に含有したものである場合、その熱伝導性が純粋の樹脂単独のものである場合に比べて著しく高く、キャビティに樹脂材料を射出したときに冷却速度が速く、固まり易くなってボイドを発生させ易いが、このような軟磁性粉を含有した樹脂材料を射出成形するに際して本発明を適用することで、そうしたボイドの発生を良好に防止することができる。

本発明では、１次成形で成形される上記内周側成形部又は外周側成形部に、２次成形に際して２次成形型により保持され位置決めされる、樹脂成形体の一部となる位置決部を同時に成形しておくことができる（請求項２）。

このようにしておけば、２次成形に際してその位置決部を２次成形型により位置決めし拘束した状態の下で、１次成形にて成形しなかった樹脂成形体の残部の少なくとも一部をなす外周側成形部又は内周側成形部を２次成形で成形し且つ同時にインサート部材と一体化することができる。
このようにすれば１次成形，２次成形を通じてインサート部材を良好に位置決状態に拘束した状態の下で樹脂成形体を成形することができる。

本発明は、軟磁性樹脂成形体をコアとして、そのコアの内部にインサート部材としてコイルを埋込状態に一体に内包した形態のリアクトルを製造する際に適用して特に有用であり、大なる効果を奏する（請求項３）。

或いはまた、軟磁性樹脂成形体のコアの内部にインサート部材として加熱コイルを埋込状態に一体に内包した形態の電磁調理器の加熱体を製造するに際して本発明は特に好適であり、大なる効果を奏する（請求項４）。

本発明の適用対象の一例であるリアクトルをコイルとともに示した図である。 図１のリアクトルを製造する本実施形態の製造方法を成形型とともに示した図である。 参考例としてのマグネットロータをその製造方法とともに示した図である。 本発明の適用対象の他の例としての電磁調理器用の加熱体をその製造方法とともに示した図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１（Ａ）において、１０は複合成形体の一例である図１（Ｂ）のインダクタンス部品としてのリアクトル（チョークコイル）１２に用いられるコイルで、ここではコイル１０として長尺銅板（厚みが１ｍｍ，幅が３ｍｍ）を巻回した平角線コイルから成っている。
コイル１０は、ここではターン数が３０とされている。また全体の形状が環状、詳しくは平面形状が楕円形状をなしている。
更にコイル１０には絶縁被覆が施されている。
尚図中１４はコイル１０におけるコイル端子を表している。

図１（Ｂ）において、１６はリアクトル１２におけるコアで、このコア１６は、軟磁性粉を含有した樹脂の成形体（軟磁性樹脂成形体）にて構成されている。
このコア１６の内部には上記のコイル１０が、コイル端子１４の先端側の一部を除いて全体的に埋込状態に一体に内包されている。
尚１８は中心部に設けられた芯体で、この芯体１８はリアクトル１２の取付用の部分である。

この実施形態において、コア１６を構成する軟磁性樹脂成形体の樹脂は熱可塑性樹脂からなっている。
その熱可塑性樹脂としては例えばＰＡ１２，ＰＡ６，ＰＡ６Ｔ，ＰＰＳ，ＰＯＭ等を好適に用いることができる。
また軟磁性粉として軟磁性鉄粉，センダスト粉，フェライト粉等を用いることができる。
尚この実施形態において、コア１６に占める軟磁性粉の比率は体積％で５８％である。
また芯体１８としてはアルミニウム材，銅材，鋼材その他を用いることができる。

図２に、このリアクトル１２を射出成形にて製造する方法が具体的に示してある。
図２に示しているようにこの実施形態では、図中左側の１次成形と、図中右側の２次成形とを行うことによってリアクトル１２を射出成形により製造する。
図２において、２０は１次成形型で上型２２，下型２４，中型２６及び中心部に位置する突型２８を有しており、それら下型２４，中型２６及び突型２８によって１次成形キャビティ３０を形成している。

この１次成形では、１次成形型２０（詳しくは中型２６）をコイル１０の上面及び外周面に全周に亘り接触状態に外嵌させてコイル１０を径方向に位置決めし（後に明らかとなるように上下方向にも位置決めする）拘束した状態の下で、射出機から軟磁性粉を混合状態に含有した樹脂材料（熱可塑性樹脂材料）を１次成形キャビティ３０に射出する。
これにより、コイル１０の内周側の第１内周側成形部３２及びコイル１０の下側の下成形部３４を成形すると同時に、これをコイル１０に一体化する。

下成形部３４はコイル１０の内周面よりも径方向の内側部分は全周に亘って形成されており、またコイル１０の内周面よりも径方向外側に突出する部分については周方向に部分的に且つ複数個所に形成されている。この突出部分の形成されていない個所においては下型２４が直接コイル１０の下面に接触している。
この径方向外方に突出した部分は図１（Ｂ）のコア１６の外周面まで達している。
尚これらの点は以下の各実施形態でも同様である。
この突出部分を含む下成形部３４は、後の２次成形の際の位置決部となる。

図２において、３６は２次成形型で上型３８，下型４０及び中型４２を有しており、それらによって２次成形キャビティ４６を形成している。
この２次成形では、先の１次成形にて得た１次成形体を２次成形型３６にセットする。また併せて図１（Ｂ）の芯体１８をセットする。
この芯体１８は、２次成形型３６の位置決ピン４５によって位置決めされ、保持される。

この状態で、１次成形の際に用いたのと同じ樹脂材料を２次成形キャビティ４６に射出し、そしてこの２次成形によって、コイル１０を外周側から被覆する外周側成形部４８，第１内周側成形部３２と芯体１８との間の第２内周側成形部５０、及びコイル１０の上側の上成形部５２を同時成形し、且つこれをコイル１０に一体化する。
このようにして図１のコア１６の全体を成形することができ、同時にその内部にコイル１０を埋込状態に一体に内包した形態のリアクトル１２を得ることができる。

この実施形態の製造方法によれば、インサート部材としてのコイル１０を位置決めし拘束した状態の下で、コア１６を射出成形し且つコイル１０と一体化することができるため、射出成形に際してコイル１０の位置ずれや変形を防止しつつリアクトル１２を良好に成形することができる。

またこの方法では、キャビティへの樹脂材料の射出を２回に分けて行うため、即ち樹脂材料の全量を一気にキャビティに射出せず、２回に分けて小量ずつ射出するため、全量射出した場合のように先に射出した樹脂材料の一部が速やかに冷却固化してしまうことによってエアやガスが閉じ込められ、これがボイドとなってコア１６中に残ってしまうのを防止することができる。

またこの製造方法では、１次成形により２次成形の際の位置決部となる部分を成形するため、２次成形に際してコイル１０をしっかりと位置決めし拘束した状態の下で２次成形を行うことができる。

図３は参考例を示している。
図３（Ｃ）において、５４は複合成形体の他の例としてのモータ用のマグネットロータで、横断面形状が円形をなす樹脂成形体５６の内部に、円形のリング状をなすマグネット５８が埋込状態に一体に内包されている。
また中心部にはシャフト６０が設けられている。

ここでマグネット５８は、例えばＮｄＦｅＢ系或いはＳｍＦｅＮ系のボンド磁石，ＮｄＦｅＢ系の焼結磁石，ＮｄＦｅＢ系熱間加工磁石等の希土類磁石を好適に用いることができるが、このマグネット５８はその他の種類のマグネットであっても良い。

一方樹脂成形体５６は熱可塑性樹脂から成っている。
その熱可塑性樹脂としてはＰＡ１２，ＰＡ６，ＰＰＳ，ＰＯＭ等の結晶性熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。
この熱可塑性樹脂にはガラス繊維その他のフィラーを添加しておいても良い。
また中心部のシャフト６０として鋼材を単体で用いることもできるが、シャフト６０を鋼材とアルミニウム材とを組み合せて構成しても良い。

このマグネットロータ５４は、図３（Ａ）に示す１次成形及び（Ｂ）に示す２次成形を行うことによって製造することができる。
図３（Ａ）中６２は１次成形型で上型６４，下型６６，中型６８及び突型７０を有しており、またそれらの間に１次成形キャビティ７２を有している。

この図３（Ａ）に示す１次成形では、上記リアクトル１２を製造する場合と同様に、１次成形型６２にてマグネット５８を外周面において径方向に位置決めし（上下方向にも位置決めする）拘束した状態の下で、１次成形キャビティ７２に樹脂材料を射出し、先ず樹脂成形体１６における第１内周側成形部７４及び下成形部７６を成形し且つこれをマグネット５８と一体化する。

次いでこのようにして得た１次成形体を、上型８０，下型８２，中型８４を有する２次成形型７８にセットし、また併せてシャフト６０をセットした状態の下で、２次成形型７８の２次成形キャビティ８６に樹脂材料を射出し、２次成形を行う。

そしてこの２次成形によって外周側成形部８７，第２内周側成形部８８及び上成形部９０を成形し、且つこれをマグネット５８及びシャフト６０と一体化する。
そしてこの２次成形によって、図３（Ｃ）に示すモータ用のマグネットロータ５４を得ることができる。

図４は本発明の他の実施形態を示している。
図４（Ｃ）において、９１は複合成形体の他の例としての電磁調理器用の加熱体であって、この加熱体９１は、軟磁性粉を混合状態に含有した樹脂成形体（軟磁性樹脂成形体）にて構成されたコア９２の内部に、円環状をなすコイル９４を埋込状態に一体に内包した形態をなしている。
尚図中１４はコイル１４のコイル端子である。
また９６はその中心部に備えられた芯体である。

この実施形態において、コイル９４として表面を絶縁被覆した平角線からなるコイルを用いることができる。
また軟磁性粉として、図１のリアクトル１２で用いたのと同様の軟磁性粉を用いることができる。
また熱可塑性樹脂としてもＰＡ１２，ＰＡ６，ＰＡ６Ｔ，ＰＰＳ，ＰＯＭ等図１のリアクトルと同様のものを用いることができる。
更に芯体９６としてアルミニウム材，銅材，鋼材等を用いることができる。
この図４（Ｃ）の加熱体９１もまた、図４（Ａ）に示す１次成形、及び（Ｂ）に示す２次成形によって成形し、製造することができる。

図４（Ａ）中９８は１次成形型で上型１００，下型１０２，中型１０４及び突型１０６を有しており、それらによって１次成形キャビティ１０８を形成している。
この１次成形型９８を用いた図４（Ａ）の１次成形では、コイル９４をその外周面において１次成形型９８により位置決めし（上下方向にも位置決めする）拘束した状態の下で、１次成形キャビティ１０８に軟磁性粉末含有の熱可塑性の樹脂材料を射出し、先ずコア９２における第１内周側成形部１０１及び下成形部１０３を成形し、且つこれをコイル９４と一体化する。

そしてこのようにして得た１次成形体を、（Ｂ）の上型１０７，下型１０９を有する２次成形型１１１に芯体９６とともにセットし、そして２次成形型１１１の２次成形キャビティ１１０に、同じ樹脂材料を射出してコア９２における外周側成形部１１２，第２内周側成形部１１４及び上成形部１１６を成形し、同時にこれらを１次成形体に一体化する。
ここにおいて図４（Ｃ）に示す加熱体９１が得られる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示である。
例えば上例では何れも１次成形において１次成形型によりインサート部材としてのコイル１０，マグネット５８，コイル９４等を外周面において位置決めし拘束した状態の下で１次成形を行っているが、場合によって１次成形型によりそれら環状をなすインサート部材の内周面を位置決めし拘束した状態の下で、先ず外周側成形部を成形し、その後２次成形において内周側成形部を成形するようになすといったことも可能であるし、また上記実施形態では成形体を２回に分けて成形しているが、場合によって３回若しくはそれ以上の複数回に分けて成形を行うことも可能である。

更に本発明は上例以外の他の環状のインサート部材を内包した形態の複合成形体を製造するに際して適用することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

１０，９４ コイル
１２ リアクトル
１６ コア
２０，６２，９８ １次成形型
３０，７２，１０８ １次成形キャビティ
３２，７４，１０１ 第１内周側成形部
３６，７８，１１１ ２次成形型
４６，８６，１１０ ２次成形キャビティ
４８，８８，１１２ 外周側成形部
５０，８８，１１４ 第２内周側成形部
５８ マグネット

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂の軟磁性樹脂成形体の内部に環状をなすインサート部材を埋め込んで成る複合成形体を射出成形にて製造する複合成形体の製造方法であって、
   前記インサート部材の上面、及び外周面又は内周面に対して１次成形型を接触させ、該１次成形型にて該インサート部材を該外周面又は内周面において径方向に位置決めし拘束した状態で、該インサート部材の内周側又は外周側に形成される該１次成形型の１次成形キャビティに軟磁性粉を混合状態に含有した樹脂材料を射出して、前記樹脂成形体の一部をなす内周側成形部又は外周側成形部を成形し且つ前記インサート部材と一体化する１次成形を行い、
   しかる後、該１次成形で得た１次成形体を２次成形型にセットした状態として、前記インサート部材の外周側又は内周側に形成される該２次成形型の２次成形キャビティに前記樹脂材料を射出して、前記樹脂成形体の残部の少なくとも一部をなす外周側成形部又は内周側成形部を成形し且つ前記インサート部材と一体化することを特徴とする複合成形体の製造方法。
2. 請求項１において、前記１次成形の工程で、前記内周側成形部又は外周側成形部に、前記２次成形に際して前記２次成形型により保持され位置決めされる、前記樹脂成形体の一部となる位置決部を同時に成形することを特徴とする複合成形体の製造方法。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記複合成形体がリアクトルであって、前記軟磁性樹脂成形体をコアとして、該コアの内部に前記インサート部材としてコイルを埋込状態に一体に内包したものであることを特徴とする複合成形体の製造方法。
4. 請求項１，２の何れかにおいて、前記複合成形体が電磁調理器の加熱体であって、前記軟磁性樹脂成形体のコアの内部に前記インサート部材として加熱コイルが埋込状態に一体に内包してあることを特徴とする複合成形体の製造方法。

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