JP6359047B2 - 樹脂モールドコア - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂内部にコアを埋設した樹脂モールドコアに関するもので、特に、成型時において樹脂内部に形成されるウエルド部の強度低下に対策を施した樹脂モールドコアに関する。
従来から知られているリアクトルの一つに、コアを樹脂内部に埋設したものがある。この種のリアクトルにおいては、金型内にコアをセットした状態で、ゲートと呼ばれる樹脂注入口から、コアの周囲と金型内面との隙間に樹脂を中にすることにより、コアを樹脂内部に埋設する。この場合、金型とコアの隙間に樹脂が円滑に流入するように、金型には複数のゲートが設けられることが多い。
複数のゲートから樹脂を注入すると、各ゲートから隙間に入り込んだ樹脂は、ゲートとゲートの中間部分で合流する。この場合、樹脂と樹脂の合流部分には、ウエルド部という樹脂が完全に融け合わない部分が発生する。その理由は、隙間内に流れ込んだ樹脂の先端部分はゲートから離れるに従って温度が低下し、合流した時点では他の部分に比較して早く硬化が始まることから、溶け合い難くなることにある。
このウエルド部は、樹脂が完全に溶け合っている他の部分に比較すると、継ぎ目があるために強度が低く、リアクトルに外部から振動や衝撃が加わった場合に弱点となり、樹脂の亀裂や破損の原因となるおそれがある。
このようなウエルド部の発生を抑えるために、特許文献1や特許文献2のように金型構造や樹脂部の形状を工夫する試みが従来から提案されている。また、ウエルド部が発生する部分については、コアの外周に位置する樹脂の肉厚を大きくして、その強度を向上させることも提案されている。
特開2013−012643号公報 特開平08−162339号公報
前記のような従来技術は、金型や樹脂部の構造に自由度がある場合には有効である。しかし、樹脂内部にコア以外の他の部材、例えば、リアクトルをケースなどに固定するための金具を樹脂内部に埋設したり、その種の金具を樹脂の表面に沿って設けた場合には、これらの部材が邪魔になって、従来技術のような手段を採用することができない。
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、樹脂にウエルド部が存在した場合でも、リアクトルに加わる振動や衝撃によってウエルド部に亀裂や破損が発生することがない、優れた強度を有するリアクトルを提供することにある。
本発明の樹脂モールドコアは、次のような構成を有することを特徴とする。
(1)環状コアと、その周囲に固定された樹脂部と、前記環状コアの脚部に装着されたコイル。
(2)前記樹脂部に形成されたウエルド部。
(3)前記樹脂部における前記ウエルド部から離れた位置に、前記ウエルド部を挟んでウエルド部の延長方向に沿って形成された応力集中部。
(4)前記樹脂部に、樹脂モールドコアを他の部材に固定するための固定金具の根元部が埋設され、前記固定金具の先端部が前記樹脂部から突出しており、前記固定金具に対応する位置に前記ウエルド部が設けられている。
(5)前記応力集中部が形成されていない前記ウエルド部が存在する部分に設けられた、前記樹脂部の肉厚が厚くなった補強部。
本発明において、次の構成を採用すると良い。
(1)前記環状コアが複数のコアから構成され、環状コアを構成するコアの少なくとも一つに前記樹脂部が固定されている。
(2)前記環状コアを構成するコアがU字形コアであって、その周囲に樹脂部としてU字形カバーが固定され、U字形カバーにおける対称面と平行な位置にウエルド部が形成され、その両側に応力集中部が設けられている。
(3)前記樹脂部およびコアが、前記コアの中心線を通る面を対称面として左右対称形をなし、前記樹脂部には対称面から等距離の位置に樹脂の注入口の痕跡が設けられている。
(4)前記樹脂部における前記注入口の痕跡が設けられている面とは異なる面に、前記応力集中部が設けられている。
本発明は、リアクトルは、ウエルド部の近傍に溝などのように応力が集中しやすい箇所を設けることで、ウエルド部に対する応力集中を回避することができる。
特に、ウエルド部に固定金具などの部材が存在して、ウエルド部の肉厚増大による強度の向上が望めない場合であっても、ウエルド部に対する応力集中を回避することで、ウエルド部の亀裂や破損を防止できる。その結果、固定金具などの配置に自由度ができ、リアクトルに振動や衝撃が加わった場合に、ウエルド部に加わる応力が減少し、ウエルド部を起点として樹脂部の亀裂や欠損が生じることがなくなり、信頼性の高いリアクトルを得ることができる。
本発明のリアクトルの第1実施形態を示す分解斜視図。 第1実施形態の全体形状を示す斜視図。 第1実施形態の固定金具部分を示す拡大斜視図。 第1実施形態のU字形コアとU字形カバーを、その側面を上にして、リアクトルの底部側から見た斜視図。 第1実施形態のU字形コアとU字形カバーを、その側面を上にして、固定金具側から見た斜視図。 第1実施形態におけるU字形コアとU字形カバーの下部を水平断面で切り取った斜視図。 第1実施形態の効果を説明するグラフ。
以下、複数のコア材を環状に設けてなるリアクトルに本発明を適用した実施形態について、図面に従って具体的に説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
本実施形態のリアクトルは、第1と第2のヨーク部とこれらを繋ぐ2本の脚部を備えた環状コアを有する。環状コアの周囲は、樹脂製カバーによって覆われている。コアの脚部には、一対のコイルが装着されている。環状コアは、純鉄、センダスト、Fe−Si合金などの圧粉磁心、フェライト磁心、又は積層鋼板などの磁性体から構成することができるが、本実施の形態では、圧粉磁心である。
図1および図2に示すように、環状コアは、左右の脚部を構成する2つのT字形コア11a,11bと、ヨーク部を構成する2つのU字形コア12a,12bを四角形に接着して成る。T字形コア11a,11bの中央に設けられた突出部分が突き合わされ、ヨーク部と平行な中脚になっている。これらのT字形コア11a,11b及びU字形コア12a,12bが、本発明におけるコア材に相当する。
本実施形態では、T字形コア11a,11bとU字形コア12a,12bは接着剤層によって接着されている。接着剤層によって各コアを接合する場合に、その間にスペーサを挿入することもできる。また、T字形コアをI字形コアとしても良いし、T字形コアやI字形コアを使用することなくU字形コア同士を突き合わせても良い。また、T字形コアやI字形コアは複数用いても良く、複数のコアを用いる場合は、このコア間にも適宜スペーサを設けてもよい。
コア同士またはコアとスペーサの接着には、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系、アクリル系、ポリウレタン系の接着剤、又はこれらの二種以上の混合接着剤の使用が可能である。
環状コアの左右の脚部には、中脚を挟んで2つのコイル3a,3bが装着されている。コイル3a,3bは、環状コアの左右の脚部に装着される2つの巻回部31,32を有し、これら2つの巻回部31,32が左右の脚部にそれぞれ装着されている。
樹脂製カバーは、2つのT字形コア11a,11bを被覆する2つのT字形カバー21a,21bと、2つU字形コア12a,12bを被覆する2つのU字形カバー22a,22bとからなる。このうち、2つのU字形カバー22a,22bとその内部に埋設されたU字形コア12a,12bが、本発明の樹脂部とコアに相当する。
各樹脂製カバーは、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂のように、自己融着層の接着温度よりも高い耐熱性の材料から成る。その他にも、耐熱性があれば、飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、BMC(バルクモールディングコンパウンド)、PBT(ポリブチレンテレフタラート)等を用いることが可能である。
各樹脂製カバーとその内部に埋設されたコアとは、モールド成型によって作製されている。金型内にコアをセットした状態で、金型に設けられた樹脂の注入口からPPSなどの樹脂を金型とコアとの隙間に注入し、樹脂を固化させることで、樹脂部とコアとを一体化する。この場合、図示の実施形態のように、樹脂部に固定金具を固定する場合には、固定金具の金属部材をコアと共に金型内にセットして、その後、金型内に樹脂を注入する。
本実施形態のリアクトルにおいては、T字形カバー21a,21bの上部中央には、リアクトル外側に向かってブラケットが設けられ、その部分にリアクトルを固定するためのカラー23a,23bが設けられている。U字形カバー22a,22bの上部中央には、リアクトルを固定するための固定金具24a,24bが設けられている。この固定金具24a,24bは、その根元部分がU字形カバー22a,22bの内部に埋設され、先端がU字形カバー22a,22bから外側に突出している。
以下、図1および図3から図6にしたがって、U字形カバー22a,22bと固定金具24a,24bの詳細を説明する。なお、リアクトルの反対側のU字形カバー22bや固定金具24bは、U字形カバー22aや固定金具24aと同一形状であるので、説明は省略する。
固定金具24aは、板状の根元部41とS字形に屈曲したブラケット部42とを備え、ブラケット部42の先端にねじ挿入孔43が設けられている。このブラケット部42が本発明の先端部に相当する。根元部41は、U字形カバー22aの上面と平行に設けられ、U字形カバー22aの内部に埋設されている。ブラケット部42は、U字形カバー22aの側面に沿って下方に伸びており、その下端にねじ挿入孔43が設けられている。そのため、ブラケット部42とU字形カバー22aの表面との間にはわずかな隙間のみが存在し、U字形カバー22aのモールド成型時には、ブラケット部42を避けて前記隙間部分にU字形カバー22aの側面を形成する金型の一部が配置される。
U字形カバー22aの上面には、U字形カバー22aにおける左右の脚部の長さ方向と平行に伸びる対称の面を基準として、対称の位置に注入口の痕跡51a,51bが設けられている。この注入口の痕跡51a,51bは、金型に設けられた樹脂の注入口(ゲートともいう)から樹脂を注入した際の痕跡としてU字形カバー22aに形成されたものである。この注入口の痕跡51a,51bは、U字形カバー22aにおいて対称形に設けられていることから、U字形カバー22aでは、環状コアの中心線、すなわちU字形カバー22aにおける両側の脚の長さ方向と平行な中心線を通る対称面に沿ってウエルド部Wが形成される。特に、U字形カバー22aの中央下部や、固定金具24aの根元部分は、注入口の痕跡51a,51bから離れていることもあって、樹脂の冷却が進み、ウエルド部Wができやすい。
ウエルド部Wの補強として、U字形カバー22aの上面には、U字形カバー22aの中心線の両側に樹脂部の肉厚が厚くなった補強部52が、その部分のウエルド部をカバーするように設けられている。
一方、U字形カバー22aの側面には、固定金具24aのブラケット部42が存在することから、金型をU字形カバー22aの側面から大きく外側に配置できず、肉厚の厚い補強部52を設けることができない。そのため、本実施形態では、U字形カバー22aの対象の面から等距離の位置に、U字形カバー22aの上端から下端に達する2本の溝53a,53bが設けられている。この溝53a,53bが、本発明における応力集中部である。
この溝53a,53bは、U字形カバー22a内部に形成されるウエルド部Wを避けて設けられる。すなわち、ウエルド部Wは、樹脂の流入速度や抵抗などによって、必ずしも直線的に形成される訳ではないので、ウエルド部Wから十分離れた位置に溝53a,53bは形成される。この場合、溝53a,53bは、注入口の痕跡51a,51bよりもウエルド部Wに近い方が応力集中の効果が高いが、あまりウエルド部Wに近すぎると、溝53a,53bに集中した応力がウエルド部Wにも伝わることから、ウエルド部Wから適宜離れた位置に溝53a,53bを設けると良い。
U字形カバー22aには、U字形コア12aの一部が露出した開口部が設けられている。金型内にU字形コア12aをセットした場合、U字形コアと金型或いは金型内に配置した治具が接触する。両者の接触部分には樹脂が流入することがないため、樹脂が存在しない開口部となって、U字形カバー22aの一部にU字形コア12aの表面が露出する。
開口部は金型形状などによって適宜の位置に設けることができるが、本実施形態では、溝53a,53bのウエルド部Wとは反対側に、溝53a,53bと平行に、リアクトルの底部にまで達する第1と第2の開口部54a,54bが設けられている。そのため、開口部54a,54bの周囲の樹脂部の底は、金型内に注入された樹脂の先頭が行き止まりとなっており、2つの注入口から異なる経路を通って注入された樹脂の先頭部分が突き合わされてできるウエルド部が存在しない。U字形カバー22aの底部にも、底部の全面にわたって第3の開口部54cが設けられている。この部分でも、注入された樹脂の先頭部分が突き合わされることがないので、ウエルド部は存在しない。このように、本実施形態では、ウエルド部W以外にウエルドを発生しないようにしているため、ウエルドに対する対策がしやすくなる。
[1−2.作用]
前記のような構成を有する本実施形態においては、U字形カバー22aにウエルド部Wが形成されていても、その両側に溝53a,53bが設けられているため、U字形カバー22aに外力が加わっても、応力は溝53a,53b部分に集中する。すなわち、応力集中は、材料の形状変化部分において局所的に応力が増大する現象であるが、本実施形態では、U字形カバー22aの断面積が変化する溝53a,53b部分に応力が集中する。その結果、実態的には強度が弱いウエルド部Wには応力が集中することがなく、ウエルド部Wからの樹脂部の破断や亀裂が生じることがない。一方、応力が集中する溝53a,53bは、樹脂部内にウエルド部が存在しないので、たとえ肉厚が薄くても集中した応力に十分耐えることができ、溝53a,53bから樹脂部が破断することはない。
特に、環状コアにおいてその脚部にコイルを装着した場合、リアクトルの運転時に加わる磁界の影響で環状コアには、その軸方向と直角の方向、すなわち、左右の脚部を開閉する方向に力が加わる。その力は、U字形コア12aの両側の脚を開閉する方向、すなわち、ウエルド部Wを中心としてU字形カバー22aを折り曲げる方向に作用する。しかし、本実施形態では、ウエルド部Wの両側に応力集中部である溝53a,53bが設けられていることから、たとえU字形コア12aの開脚方向に力が働いても、樹脂部が破損することがない。
リアクトルは、固定金具24aによってケースその他の部材に固定されているが、U字形カバー22aの固定金具24aを埋設した部分はその分肉厚が薄くなっており、また、固定金具24と樹脂との材料が異なることから応力集中も生じやすい。しかし、本実施の形態では、固定金具24aの埋設部分とその近傍のウエルド部Wを挟むように、溝53a,53bが設けられそこに応力が集中するので、固定金具24aの埋設部分に過大な力が加わることがなく、固定金具24a部分における樹脂部の破損もない。
[1−3.効果]
本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
(a)ウエルド部Wから離れた位置に応力集中部として機能する溝53a,53bを設けたことにより、強度が低いウエルド部Wに応力が集中することがない。一方、溝53a,53bは、その形状的に応力が集中する個所ではあるものの、溝53a,53bが設けられている樹脂部はウエルド部Wが存在しないため、その肉厚が薄くても強度が高い。その結果、通常であればウエルド部Wに亀裂や破断が生じるような力がリアクトルに加わったとしても、その応力は溝53a,53bに集中し、ウエルド部Wには伝わることがないので、U字形カバー22aに亀裂や破損が生じない。
図7は、応力集中部と補強部52を設けた本実施形態の樹脂モールドコア(実施例1)と、補強部52を設けず応力集中部を設けた樹脂モールドコア(実施例2)と、補強部52も応力集中部も設けていない従来技術の樹脂モールドコア(比較例1)との強度を比較したグラフである。横軸は、樹脂モールドコアの対称面をグラフの中心として、コアの各部分の対称面からの距離を示し、縦軸は、各部に加わる応力を示している。また、ウエルド部Wの閾値18MPaとは、ウエルド部Wに閾値を超える応力が加わると樹脂部の破損などが生じる可能性がある値を示し、ウエルド部W以外の閾値45MPaとは、ウエルド部Wがない部分に閾値を超える応力が加わった場合に、樹脂部の破損が生じる可能性がある値を示す。
図7に示すように、比較例1では、各部の応力の差がそれほど大きくなく、ウエルド部Wが形成されている対称面の周囲の応力は、28MPaとウエルド部Wの閾値18MPaを超えている。従って、ウエルド部Wが破損する可能性がある。一方、実施例1では、応力集中部には42.5MPaという高い応力が加わるが、その値はウエルド部Wがない部分の閾値45MPa以下であるので、応力集中部から樹脂部が破損することはない。また、実施例1では、対称面の近傍には、ウエルド部Wの補強部52が設けられていることから、応力集中が15〜16MPaと少なく、ウエルド部Wの閾値が18MPa以下であるので、ウエルド部Wが破損することはない。
一方、補強部52がない実施例2と、比較例1とを比較すると、応力集中部を設けたことにより実施例2のウエルド部Wの応力集中が軽減されていることが判る。従って、樹脂部の肉厚などによりウエルド部Wの閾値が、実施例2と比較例1で得られた応力値の間(例えば、図7の27.5MPa)に設定されたような樹脂モールドコアにおいては、比較例1ではウエルド部Wの破損が生じる場合でも、実施例2によればウエルド部Wの破損がない。ウエルド部Wの閾値が実施例2と比較例1で得られた応力値の間に設定される場合の要因として、使用材料の変更、外部要因、例えば、使用温度の違いやストレス等によることがある。
(b)リアクトルに加わる振動や衝撃が受け止める固定金具の埋設部分には大きな力が加わる。一方、リアクトルを少ない固定金具で効果的に固定するには、固定金具をウエルド部Wが生じやすい対称面部分に配置することが好ましい。本実施形態では、固定金具の存在により対称面部分の肉厚増加が不可能な場合であっても、ウエルド部Wに加わる応力を減殺させることが可能となり、固定金具の適切な配置と樹脂部の強度向上の2つの効果を同時に得ることができる。
(c)U字形カバー22aにおける対称面と平行な位置にウエルド部Wが形成され、その両側に溝53a,53bが設けられているので、リアクトルの運転時にU字形コア12aの両側の脚を開閉する方向に力が加わっても、ウエルド部Wに起因して樹脂部内に亀裂や破損が生じることがない。
(d)本実施形態では、樹脂部における前記注入口の痕跡が設けられている面とは異なる面に、応力集中部が設けられている。そのため、注入口から遠くて樹脂の温度低下により顕著なウエルド部Wができやすい面に応力集中部を設けることで、強度が最も弱い注入口から遠い箇所のウエルド部Wを効果的に補強できる。
[2.他の実施形態]
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含する。
(1)応力集中部としては、図示のような断面半円形の溝以外に、断面V字形、断面四角形の溝とすることができる。直線状に連なった溝の代わりに、点線状の溝や切欠としても良い。溝の代わりに段差を設けることで、そのコーナー部を応力集中部とすることもできる。
(2)溝などの応力集中部は、図示のように樹脂部の表面に設ける以外に、樹脂部のコアとの接触面側に設けることも可能である。
(3)コアの形状は、U字形コアに限定されない。T字形コア、I字形コア、E字形などにも適用可能である。また、環状コアを1部材で構成したリアクトルにも本発明を適用できる。
(4)樹脂部に設ける注入口の痕跡の位置によっては、ウエルド部Wは必ずしも環状コアの中心軸を通る平面に沿って形成されるわけではない。したがって、樹脂部に設ける応力集中部も、リアクトルの中心軸に対して左右対称に設ける必要はなく、ウエルド部Wの伸びる方向に沿って、設けられていればよい。
(5)樹脂部はコアの全周囲に設けられる必要はなく、コアの一部のみを被覆するものでもよい。本発明における「埋設」とは、コア全体が樹脂部の中に没入しているものに限らず、コアの一部に樹脂部が張り付くように固定されている状態も含む。すなわち、金型内にコアをセットして、金型とコアの隙間に樹脂を注入して固化させた構成のすべてを含む。
(6)樹脂部にコア以外のものが固定されていないリアクトルについても、本件発明を適用できる。すなわち、図3に示したような固定金具などの部材が全く存在しないコアと樹脂部だけの構成であっても、ウエルド部Wが形成されているリアクトルに適用できる。
(7)図示の実施形態は、環状コアの軸方向から金型内に樹脂を注入した結果、ウエルド部Wが軸方向に沿って形成されているが、軸方向と直交する方向から樹脂を注入して作成されたリアクトル、すなわち環状コアの側面方向の2カ所に注入口を有するリアクトルについても、本件発明を適用できる。
(8)本実施形態では注入口の痕跡が凹形状となっているが、樹脂を注入した痕跡が樹脂部から凸になっても問題無い場合は、凹形状にする必要はない。本実施形態では、樹脂を注入した痕跡が樹脂部表面から凸になっても、痕跡の大きさ以上の深さを持つ凹部を設けることで、痕跡の凸形状の除去を行わなくても良くなるため、凹形状としている。
(9)溝などの応力集中部は、コアの樹脂モールド時に金型により形成しても良い。これにより応力集中部を形成するための後加工が不要となり、生産性が向上するという効果がある。また、応力集中部を後加工で形成しても良い。この場合、後加工なので、効果的にウエルド部Wの周辺に応力集中部を設けることができる。
W…ウエルド部
3a,3b…コイル
31,32…巻回部
11a,11b…T字形コア
12a,12b…U字形コア
21a,21b…T字形カバー
22a,22b…U字形カバー
23a,23b…カラー
24a,24b…固定金具
41…根元部
42…ブラケット部
43…ねじ挿入孔
51a,51b…注入口の痕跡
52…補強部
53a,53b…溝
54a〜54c…開口部

Claims (7)

  1. コアと、その周囲に設けられた樹脂部と、前記樹脂部にウエルド部が形成された樹脂モールドコアにおいて、
    前記樹脂部における前記ウエルド部から離れた位置に、前記ウエルド部を挟んで形成された応力集中部が設けられ
    前記樹脂部に、樹脂モールドコアを他の部材に固定するための固定金具の根元部が埋設され、前記固定金具の先端部が前記樹脂部から突出しており、前記固定金具に対応する位置に前記ウエルド部が設けられ、
    前記応力集中部が形成されていない前記ウエルド部が存在する部分に、前記樹脂部の肉厚が厚くなった補強部が設けられている樹脂モールドコア。
  2. 前記応力集中部が前記樹脂部に形成された溝である請求項1に記載の樹脂モールドコア。
  3. 前記コアが複数のコア材から構成され、前記コアを構成する前記コア材の少なくとも一部が前記樹脂部に埋設されている請求項1又は請求項に記載の樹脂モールドコア。
  4. 前記コアを構成する前記コア材がU字形コアであって、その周囲に前記樹脂部としてU字形カバーが設けられ、前記U字形カバーにおける両側の脚の長さ方向と平行な中心線を通るU字形カバーの対称面に沿って前記ウエルド部が形成され、このウエルド部を挟んで前記応力集中部が設けられている請求項に記載の樹脂モールドコア。
  5. 前記樹脂部およびコアが、コア左右対称形をなし、前記樹脂部にはその対称面から等距離の位置に樹脂の注入口の痕跡部が設けられている請求項1から請求項のいずれかに記載の樹脂モールドコア。
  6. 前記注入口の痕跡部が、前記樹脂部の前記対称面を基準として、前記応力集中部の外側に設けられている請求項に記載の樹脂モールドコア。
  7. 前記樹脂部における前記注入口の痕跡が設けられている面とは異なる面に、前記応力集中部が設けられている請求項5又は請求項に記載の樹脂モールドコア。
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