JP6237104B2 - リアクトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はリアクトルの製造方法に関するものである。

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。

リアクトルには様々な形態のものが存在しており、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、このコア−コイルユニットの周囲にモールド樹脂体が形成された形態、コア−コイルユニットがケース内に収容された形態、コア−コイル−モールド樹脂体ユニットがケース内に収容された形態（ユニットとケースの間に緩衝シートなどが介在した形態）などがある。

中でも、コアとコイルを絶縁させた状態で双方の一体化を図ることができる、コア−コイル−モールド樹脂体からなるリアクトルやこれらのユニットがケース内に収容されたリアクトルの適用が一般的である。

このコア−コイル−モールド樹脂体からなるリアクトルを製造する方法は、樹脂注入孔と押さえピンを備えた上型と、下型と、からなる成形型内に、磁性のコアの一部にコイルが形成されてなるコア−コイルユニット（リアクトル前駆体）を収容し、押さえピンでリアクトル前駆体を固定した状態で樹脂注入孔を介して成形型内に樹脂を注入することによっておこなわれる。なお、ケース内にコア−コイルユニットを収容し、ケース内に樹脂を注入して、コア−コイル−モールド樹脂体−ケースが一体となったリアクトルの製造方法が特許文献１に記載されている。

モールド樹脂体の成形において、リアクトル前駆体の表面の中でも樹脂注入孔（ゲートとも言う）付近は通常の予熱に加えてさらに加熱されることから、コア表面に存在する微小な凹凸の凹部に樹脂が入り込み易い。そして、凹部に樹脂が入り込んで硬化した箇所ではアンカー効果によってモールド樹脂体がコア表面に拘束される一方でモールド樹脂体の表面（コア界面と反対側の外周面）は拘束がない。そのため、熱によってモールド樹脂体が収縮や膨張を繰り返した際に、モールド樹脂体におけるコアとの界面付近の部位と外周面部位とで熱変形量に差が生じ、これに起因してクラックが生じ易くなるといった課題がある。

製造されたリアクトルの中でもモールド樹脂体成形時に押さえピンで押さえられていた箇所（したがってモールド樹脂体におけるピン跡（ピン孔））は強度的に弱部であるが、上記するクラックはこの構造弱部に特に生じ易いことが特定されており、ピン孔を起点としてクラックがモールド樹脂体の端部まで延びる傾向にある。

より詳細に言えば、樹脂注入孔と押さえピンの間の離間が長い場合は、ピン孔を起点としたクラックの発生は少ないが、樹脂注入孔と押さえピンの間の離間が短い場合にピン孔を起点としたクラックの発生が顕著になることが本発明者等によって見い出されている。

このことを図３，４を参照して説明する。図３で示すように、下型Ｋ’ｕと上型Ｋ’ａからなる成形型Ｋ’内に、環状で磁性のコアＣＲの２箇所にコイルＣＬが配設されてなるリアクトル前駆体Ｒ’ｍを収容する。ここで、上型Ｋ’ａには２つの樹脂注入孔Ｋ’ａ１，Ｋ’ａ２が開設され、それぞれの樹脂注入孔Ｋ’ａ１，Ｋ’ａ２に注入ノズルＮ１，Ｎ２が取り付けられている。さらに、上型Ｋ’ａの裏面には、２つの押さえピンＰ１，Ｐ２が取り付けられおり、下型Ｋ’ｕの側面にも別途の押さえピンＰ３が取り付けられている。

ここで、樹脂注入孔Ｋ’ａ１と押さえピンＰ１の間の離間はt1、樹脂注入孔Ｋ’ａ２と押さえピンＰ２の間の離間はt2であり、リアクトルＲ’の幅（２つのコイルを結ぶ方向の幅）をtとし、それぞれの離間t1、t2とリアクトルＲ’の幅の間に、t1＞2/t、t2≦2/tの関係があるとする。なお、図３には、２つの樹脂注入孔Ｋ’ａ１，Ｋ’ａ２のリアクトル前駆体Ｒ’ｍの表面への投影位置Ｔ１，Ｔ２も示している。

成形型Ｋ’内に収容されたリアクトル前駆体Ｒ’ｍは、側方から押さえピンＰ３で固定され、さらに、上方から押さえピンＰ１，Ｐ２で固定されている。この状態でノズルＮ１，Ｎ２と樹脂注入孔Ｋ’ａ１，Ｋ’ａ２を介して樹脂を注入することにより（Ｘ１方向）、樹脂が成形型Ｋ内に広がって（Ｘ２方向）リアクトル前駆体Ｒ’ｍの周囲に提供される。

注入された樹脂が硬化してモールド樹脂体Ｍが成形され、コア−コイル−モールド樹脂体からなるリアクトルＲ’が製造される。このリアクトルＲ’においては、押さえピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３によるピン孔Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が残存している。そして、投影位置Ｔ１とピン孔Ｂ１の離間は樹脂注入孔Ｋ’ａ１と押さえピンＰ１の間の離間と同様にt1であり、投影位置Ｔ２とピン孔Ｂ２の離間は樹脂注入孔Ｋ’ａ２と押さえピンＰ２の間の離間と同様にt2である。

この場合、既述するように、t1＞2/tの関係を有してピン孔Ｂ１を起点としたクラックは生じ難い一方で、t2≦2/tの関係を有してピン孔Ｂ２を起点としたクラックＣは生じ易いというものである。

ここで、特許文献２には、コア−コイル間に介在するモールド樹脂体に生じるクラックを抑制するべく、コアとコイルの間にモールド樹脂体よりもヤング率の低い緩衝部材を介在させる技術が開示されている。しかしながら、この技術はコア−コイル間のモールド樹脂体に生じるクラックの抑制には効果があっても、上記するピン孔を起点としたモールド樹脂体に生じるクラックの抑制には繋がらない。

特開２０１２−１１９５４５号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、リアクトル前駆体の周囲にモールド樹脂体が成形されてなるリアクトルにおいて、モールド樹脂体成形時に適用される押さえピンによるピン跡を起点としたクラックを効果的に抑制することのできるリアクトルの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明によるリアクトルの製造方法は、樹脂注入孔と押さえピンを備えた上型と、下型と、からなる成形型内に、磁性のコアの一部にコイルが形成されてなるリアクトル前駆体を収容し、前記押さえピンでリアクトル前駆体を固定した状態で樹脂注入孔を介して成形型内に樹脂を注入し、リアクトル前駆体の周囲にモールド樹脂体を成形してリアクトルを製造するリアクトルの製造方法において、樹脂注入孔と押さえピンの間の離間が、製造されるリアクトルの幅の1/2以下の場合には、上型の端部まで延びる帯状の押さえピンを適用するものである。

本発明のリアクトルの製造方法は、樹脂注入孔と押さえピンの間の離間(言い換えれば、リアクトル前駆体の表面に形成される樹脂注入孔の投影位置とリアクトル前駆体の表面における押さえピンの押さえ位置の離間)が、製造されるリアクトルの幅の1/2以下の場合に、上型の端部まで延びる帯状の押さえピンを適用することにより、成形されたモールド樹脂体にスリットを形成し、従来のリアクトルのモールド樹脂体におけるピン孔を起点としたクラックの発生を解消したものである。

モールド樹脂体の表面にその端部まで延びるスリットが形成されていることで、モールド樹脂体のコアとの界面部位とその反対側の外周面部位での熱変形差が生じ難くなり、さらには、スリットによってこの周辺部位にあるモールド樹脂体の変形が吸収される結果、クラックの発生が抑制される。

なお、上型に取り付けられる押さえピンの数は任意であり、単数でも複数でもよい。いずれの数の押さえピンであっても、押さえピンと樹脂注入孔の離間がリアクトルの幅の1/2以下の場合には、その押さえピンを上型の端部まで延びる帯状の押さえピンとすればよい。

本発明の製造方法は、上型の端部まで延びる帯状の押さえピンが適用された上型を有する成形型を用いて従来と同様の成形方法にて樹脂を型内に注入してリアクトルを製造するものであることから、製造コストを何ら上昇させることなく、クラックの発生が抑止されたリアクトルを製造することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルの製造方法によれば、樹脂注入孔と押さえピンの間の離間が製造されるリアクトルの幅の1/2以下の場合に、上型の端部まで延びる帯状の押さえピンを適用することにより、モールド樹脂体におけるピン跡を起点としたクラックの発生を効果的に解消することができる。

本発明のリアクトルの製造方法を説明した模式図である。 図１の製造方法で製造されたリアクトルを示した斜視図である。 従来のリアクトルの製造方法を説明した模式図である。 図３の製造方法で製造されたリアクトルを示した斜視図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトルの製造方法の実施の形態を説明する。

（リアクトルの製造方法の実施の形態）
図１は本発明のリアクトルの製造方法を説明した模式図であり、図２は図１の製造方法で製造されたリアクトルを示した斜視図である。

まず、リアクトルの製造に際して使用する成形型の構成を説明する。

成形型Ｋは、リアクトル前駆体Ｒｍを収容する下型Ｋｕと、下型Ｋｕの上に載置される上型Ｋａから構成されており、上型Ｋａには、その長手方向（幅方向と直交する方向）の２箇所に樹脂注入孔Ｋａ１，Ｋａ２が開設され、樹脂注入孔Ｋａ１，Ｋａ２のそれぞれに樹脂注入用のノズルＮ１，Ｎ２が取り付けられている。

上型Ｋａの裏面には、２つの押さえピンＰ１，Ｐ４が取り付けられおり、下型Ｋｕの側面にも別途の押さえピンＰ３が取り付けられている。

ここで、樹脂注入孔Ｋａ１と押さえピンＰ１の間の離間はt1、樹脂注入孔Ｋａ２と押さえピンＰ４の間の離間はt2、下型Ｋｕの内側の幅（短手方向の長さで、モールド樹脂体を備えて製造されるリアクトルの幅）はtであり、それぞれの離間t1、t2と型の下型Ｋｕの内側の幅tの間に、t1＞2/t、t2≦2/tの関係がある。

t1＞2/tの関係を満たす押さえピンＰ１には円柱状のピン部材を適用する。一方、t2≦2/tの関係を満たす押さえピンＰ４には、上型Ｋａの端部まで延びる帯状の押さえピンを適用する。この帯状の押さえピンＰ４の延設方向は、樹脂注入孔Ｋａ２に向かう方向と逆方向（180度反転した方向）とするのがよい。

ここで、帯状の押さえピンＰ４の幅は、円柱状の押さえピンＰ１の断面径以下の幅とするのが好ましく、5mm以下に設定するのがよく、3mm以下に設定するのが望ましい。最終的に得られるモールド樹脂体に形成されるスリット（ピン跡）の幅を狭くすることで、その周辺の熱変形を吸収しながら、構造弱部の比率を最小限にできるためである。

このような構成の下型Ｋｕと上型Ｋａを備えた成形型Ｋを準備し、下型Ｋｕ内に環状で磁性を有するコアＣＲの２箇所に２つのコイルＣＬが配設されてなるリアクトル前駆体Ｒｍを収容する。

ここで、リアクトル前駆体Ｒｍを構成するコアＣＲは、平面視で略環状を呈しており、２つのU型コアの端部同士をギャップ板を介して、あるいはギャップ板を介すことなく直接的に接着剤で固着して全体が円環状に形成された形態、もしくは、２つのU型コアとI型コアをギャップ板を介して接着剤にて固着して全体が円環状に形成された形態などからなる。

このU型コアやI型コアは、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されており、ギャップ板を使用する場合はこれがセラミックスから成形されている。この磁性粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、ギャップ板は、例えばアルミナ（AL₂O₃）やジルコニア（ZrO₂）などのセラミックスで成形することができる。なお、ギャップ板なしの構造にてリアクトルコアの電磁気特性、すなわちインダクタンスを保証できる場合には、コア間のギャップ板の介在は不要となる。

たとえば、絶縁素材のボビンの周囲にコイルＣＬが形成されたものがコアＣＲの周囲に配設される。

下型Ｋｕ内にリアクトル前駆体Ｒｍを収容し、押さえピンＰ３でリアクトル前駆体Ｒｍの水平方向の移動を拘束し、下型Ｋｕの上に上型Ｋａを型閉めし、押さえピンＰ１，Ｐ４でリアクトル前駆体Ｒｍの上下方向の移動を拘束する。なお、図１には、２つの樹脂注入孔Ｋａ１，Ｋａ２のリアクトル前駆体Ｒｍの表面への投影位置Ｔ１，Ｔ２を示している。

次に、ノズルＮ１，Ｎ２と樹脂注入孔Ｋａ１，Ｋａ２を介して樹脂を注入することにより（Ｘ１方向）、樹脂が成形型Ｋ内に広がって（Ｘ２方向）硬化し、図２で示すようにリアクトル前駆体の周囲にモールド樹脂体Ｍが成形されたリアクトルＲが製造される。

ここで、モールド樹脂体Ｍの素材としては、ポリフェニレンサルファイドやポリアミド、液晶ポリエステルなどのマトリックス樹脂内に、ガラスファイバーやミネラル（タルク、炭酸カルシウム、マイカなど）、放熱フィラー（アルミナ、酸化マグネシウムなど）などが含有された素材が適用される。

リアクトルＲを構成するモールド樹脂体Ｍにおいては、樹脂注入孔Ｋａ１の投影位置Ｔ１との間の離間がt1（t1＞2/t）の位置に押さえピンＰ１によるピン孔Ｂ１が形成され、樹脂注入孔Ｋａ２の投影位置Ｔ２との間の離間がt2（t2≦2/t）の位置に帯状の押さえピンＰ４によるモールド樹脂体Ｍの端部まで延びたスリットＳが形成されている。

樹脂注入孔Ｋａ２の投影位置Ｔ２との間の離間がt2（t2≦2/t）の位置にモールド樹脂体Ｍの端部まで延びたスリットＳが形成されていることにより、モールド樹脂体ＭのコアＣＲとの界面部位とその反対側の外周面部位での熱変形差が生じ難くなり、スリットＳによってこの周辺部位にあるモールド樹脂体Ｍの変形を吸収することができ、クラックの発生が効果的に抑制される。このことに加えて、スリットＳの幅を可及的に狭くすることで、モールド樹脂体Ｍにおける構造弱部の割合を少なくすることができる。

図示するリアクトルの製造方法は、上型Ｋａに取り付けられる押さえピンに関し、樹脂注入孔との離間の短い押さえピンには上型Ｋａの端部まで延びる帯状の押さえピンＰ４が適用された上型Ｋａを有する成形型Ｋを用いて従来と同様の成形方法にて樹脂を型内に注入してリアクトルを製造することから、成形型の製作を含む製造コストを何ら上昇させることなく、クラックの発生が抑止されたリアクトルＲを製造することができる。

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。

Ｒ…リアクトル、Ｒｍ…リアクトル前駆体、ＣＬ…コイル、ＣＲ…コア、Ｍ…モールド樹脂体、Ｂ１…ピン孔（ピン跡）、Ｓ…スリット（ピン跡）、Ｋ…成形型、Ｋａ…上型、Ｋｕ…下型、Ｐ１、Ｐ３…押さえピン、Ｐ４…押さえピン（帯状の押さえピン）、Ｋａ１，Ｋａ２…樹脂注入孔、Ｎ１，Ｎ２…ノズル、Ｔ１、Ｔ２…樹脂注入孔の投影位置

Claims (1)

1. 樹脂注入孔と押さえピンを備えた上型と、下型と、からなる成形型内に、磁性のコアの一部にコイルが形成されてなるリアクトル前駆体を収容し、
   前記押さえピンでリアクトル前駆体を固定した状態で樹脂注入孔を介して成形型内に樹脂を注入し、リアクトル前駆体の周囲にモールド樹脂体を成形してリアクトルを製造するリアクトルの製造方法において、
   樹脂注入孔と押さえピンの間の離間が、製造されるリアクトルの幅の1/2以下の場合には、樹脂注入孔に向かう方向と逆方向に向けて上型の端部まで延びる帯状の押さえピンを適用するリアクトルの製造方法。

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