WO2013042691A1 - リアクトル及びこれに用いるコンパウンド - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れ、リアクトル動作時の発熱によるコアの内部温度の上昇を良好に抑制することのできる射出成形リアクトルを提供する。 【解決手段】軟磁性粉末と、樹脂バインダと、軟磁性粉末よりも高い熱伝導率を有する繊維状の熱伝導性フィラーとを、Ｘ・軟磁性粉末＋Ｙ・熱伝導性フィラー＋(100－Ｘ－Ｙ)・樹脂バインダにおける軟磁性粉末の混合比率Ｘ，熱伝導性フィラーの混合比率ＹがそれぞれＸ：83～96質量％，Ｙ：0.2～6.8質量％となるように混合したコア用材料を用い、導体線材を巻回したコイル１０を内部に隙間無く埋め込む状態にコア１６を成形してリアクトル１５を構成する。

Description

リアクトル及びこれに用いるコンパウンド

　この発明は、コイルを内部に隙間無く埋め込む状態にコアを成形して成るリアクトル及びこれに用いるコア用コンパウンドに関する。

　コアの内部に導体線材を巻いて成るコイルを内蔵したインダクタンス部品としてのリアクトルが、従来様々な分野に用いられている。
　例えばハイブリッド自動車や燃料電池自動車，電気自動車等ではバッテリーと、モータ（電気モータ）に交流電力を供給するインバータとの間に昇圧回路が設けられており、その昇圧回路にインダクタンス部品であるリアクトル（チョークコイル）が用いられている。

　例えば、ハイブリッド自動車ではバッテリーの電圧は最大で３００Ｖ程度であり、一方モータには大出力が得られるように６００Ｖ程度の高電圧を印加する必要がある。そのための昇圧回路用の部品としてリアクトルが用いられている。
　このリアクトルは、太陽光発電の昇圧回路用その他にも広く用いられている。

　このリアクトルは動作時に発熱を生じ、その発熱によってコアの内部温度が高温度に達してしまい、場合によってコア内部で設定された許容最高温度を超える部分が出て来てしまう。
　例えば自動車の昇圧回路に用いられるリアクトルは極めて長期に亘って使用される部品であり、温度上昇が長期間繰り返されると熱履歴によって樹脂バインダが劣化し、ひいては部品寿命を短くしてしまうことに繋がる。
　このためリアクトルは許容可能な到達温度（最高温度）が設定され、内部発熱による温度上昇がその設定最高温度以下に抑制されることが求められる。

　本発明に対する先行技術として、コイルがコアにて覆われたリアクトルにおいて、コイル周囲の内部温度が上昇し易い問題のあることから、コア内部に、コイルからの熱を外部のケースへ放散させるための、アルミニウム製の棒部材から成る放熱片を設けた点が下記特許文献１に開示されている。
　但しこの特許文献１に開示のものは、放熱のための手段が本発明とは異なった別異のものである。

　一方、特許文献２には「リアクトル」についての発明が示され、そこにおいて非導電性のフィラーを軟磁性粉末と樹脂との混合材料に添加して、混合材料の粘度を調整すること、中でもAl_２Ｏ_３，ＢＮ，AlＮ等の高熱伝導率材料をフィラーに用いた場合、軟磁性複合材料の放熱特性を改善できることが開示されている。
　しかしながらこの特許文献２には、高熱伝導率のフィラーとして繊維状のものを用いる点の開示はなく、この点で本発明とは異なる。

特開２０１１－１４２１９３号公報 特開２０１０－２８３３７９号公報

　本発明は以上のような事情を背景とし、放熱性に優れ、リアクトル動作時の発熱によるコアの内部温度の上昇を良好に抑制することのできるリアクトル及びこれに用いるコア用コンパウンドを提供することを課題としてなされたものである。

　而して請求項１はリアクトルに関するもので、軟磁性粉末と、樹脂バインダと、該軟磁性粉末よりも高い熱伝導率を有する繊維状の熱伝導性フィラーとを下記式(１)に示す比率で混合したコア用材料を用い、導体線材を巻回したコイルを内部に隙間無く埋め込む状態にコアを成形して成ることを特徴とする。
　　Ｘ・軟磁性粉末＋Ｙ・熱伝導性フィラー＋(100－Ｘ－Ｙ)・樹脂バインダ・・式(１)
　但しＸ：83～96質量％
　　　Ｙ：0.2～6.8質量％

　請求項２のものは射出成形リアクトルに関するもので、請求項１において、前記樹脂バインダとして熱可塑性樹脂バインダを用い、前記式(１)に示す比率で混合したコア用材料としてのコア用コンパウンドを用いて、前記コイルを内部に隙間無く埋め込む状態に前記コアを射出成形して成ることを特徴とする。

　請求項３のものは、請求項２において、前記熱伝導性フィラーがカーボンファイバーであることを特徴とする。

　請求項４は、射出成形リアクトルにおけるコア用のコンパウンドに関するもので、請求項２，３の何れかに記載の、射出成形リアクトルの前記コア用材料としてのコア用コンパウンドであることを特徴とする。

発明の作用・効果

　上記のように本発明のリアクトルは、コア用材料として、軟磁性粉末及び樹脂バインダに加えて軟磁性粉末よりも高い熱伝導率を有する繊維状の熱伝導性フィラーを混合したものを用いてコアを成形し、熱伝導性フィラーをコアに分散状態に含有させたものである。

　本発明では、熱伝導性フィラーとして軟磁性粉末よりも高い熱伝導率を有するものを用いることで、コア全体の熱伝導率を有効に高めることができ、放熱性を高くし得てコアの温度上昇を効果的に抑制することができる。

　ここで熱伝導性フィラーは、熱伝導率が７０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であるものを用いるのが望ましい。
　より望ましくは１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のものを用いるのが良く、更に望ましくは４５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のものを用いる。

　因みに、軟磁性粉末として純Fe，Siを1質量％含有したFe-1Si，2質量％含有したFe-2Si，5質量％含有したFe-5Si，6.5％含有したFe-6.5Siを用いたときのそれぞれの熱伝導率は以下の通りである。
　　純Fe：67（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　Fe-1Si：42（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　Fe-2Si：31（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　Fe-5Si：19（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　Fe-6.5Si：15（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　尚樹脂バインダに用いられるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂の熱伝導率は
　　ＰＰＳ：0.2～0.4（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

　本発明では、熱伝導性フィラーとして繊維状のものを用いる。
　繊維状の熱伝導性フィラーの場合、コア内部で熱伝導性フィラー、即ち繊維が互いに絡み合う状態に分散することによって、伝熱路のネットワークを効率的に形成し、そのことによって高い放熱性を発揮する。
　そしてその働きによって、リアクトル動作時の発熱による内部温度の上昇を効果高く抑制することができる。

　本発明では、軟磁性粉末の混合比率をＸとし、熱伝導性フィラーの混合比率をＹとし、樹脂バインダの混合比率を（１００－Ｘ－Ｙ）としたとき、Ｘ：83～96質量％，Ｙ：0.2～6.8質量％としておく。
　軟磁性粉末の混合比率が83質量％未満であると、所望のインダクタンスが得られ難く、また発熱による温度上昇が高くなってしまう。
　その発熱による温度上昇は、軟磁性粉末の混合比率が高くなるに従って、樹脂よりも高い熱伝導率を有する軟磁性粉末の放熱特性により低下する傾向となり、またインダクタンスも混合比率の増大につれて高くなるが、一方でコアの成形手法として射出成形を行う際に混合材（コンパウンド）の流動性が低下し、そして96％を超えて多くなると、その流動性が量産に適しないような低い値となってしまう。

　他方熱伝導性フィラーについては、その混合比率が0.2％未満であるとコアの温度上昇を有効に抑制することが難しい。
　熱伝導性フィラーの混合比率を高めて行けば、これに伴って温度上昇に対する抑制効果は大となるが、一方で熱伝導性フィラーを添加することにより、コアを射出成形する際の混合材の流動性が低下する。特にその混合比率を6.8％を超えて多くすると流動性の低下の度合が高く、射出成形にてリアクトルを量産規模で製造することが難しくなる。

　また熱伝導性フィラーとして導電性のフィラー、例えばカーボンファイバーを用いた場合には、その導電性によって通電時にカーボンファイバーに渦電流が発生して発熱と損失とが生じ、特に熱伝導率が４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上もあるような高熱伝導性のものにあっては、これに応じて導電性も高くなるために、熱伝導性フィラーそのものによる発熱と損失が一層高くなる。
　そこで請求項１ではＹの添加比率を6.8％以下とする。

　本発明では、樹脂バインダとして熱硬化性樹脂バインダを用い、いわゆるポッティング成形（注型成形）にて、コイルを内部に隙間無く埋め込む状態にコアを成形することもできる。即ちリアクトルをポッティング成形リアクトルとすることもできる。
　但しこの場合には、後述するように熱硬化性樹脂バインダ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。

　そこでリアクトルを射出成形リアクトルとすること、即ち樹脂バインダとして熱可塑性樹脂バインダを用い、上記式(１)に示す比率で混合した、コア用材料としてのコア用コンパウンドを用いて、上記コイルを内部に隙間無く埋め込む状態にコアを射出成形して成る射出成形リアクトルとすることが望ましい（請求項２）。
　この請求項２においては、大型の加熱炉を必要とすることもないし、樹脂バインダの硬化のための多量の熱エネルギーを必要とすることもなく、生産性を高め得て、所要コストを安価とすることができる。

　本発明において、熱伝導性フィラーとしては種々の材質のものを用いることが可能であるが、特にカーボンファイバーを用いるのが好適である（請求項３）。

　このカーボンファイバーには、ピッチ系とＰＡＮ系があり、いずれも用いることができるが、熱伝導率が高いピッチ系カーボンファイバー（１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上）が好ましい。
　更には同じピッチ系でも、黒鉛の結晶度で熱伝導率と電気抵抗が異なるグレードがあり、熱伝導率が最高で８００（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度と高い代わりに電気抵抗が２（μΩ・ｍ）以下と低いグレードは、黒鉛の結晶度が極めて高い。逆に熱伝導率が１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い代わりに電気抵抗が６～７（μΩ・ｍ）と高いグレードは、黒鉛の結晶度を多少落としてある。
　これらピッチ系カーボンファイバーはいずれのグレードも良好に用いることができるが、コアの放熱性を効果的に高めるためには熱伝導率が４５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上あるカーボンファイバーが特に好適である。
　加えて一部又は全量を、電気抵抗が高いグレードのカーボンファイバーで置き換えた場合は、コアに生じる渦電流損失を抑制しつつ、コアの放熱性を高めることも可能となる。

　次に請求項４は、射出成形リアクトルのコア用のコンパウンドに係るもので、この請求項４のコンパウンドを用いてリアクトルのコアを射出成形することで、コアの放熱性を効果的に高め得、コア内部の温度上昇を良好に抑制することができる。

　本発明において、リアクトルの他の構成は以下の構成とすることができる。
（軟磁性粉末の成分について）
　本発明では、軟磁性粉末として純Ｆｅ若しくはＳｉを０．２～９．０％（質量％以下同じ）含有した組成の粉末を用いるのが望ましい。
　純Ｆｅはコアロスが高い難点がある一方で安価で取扱い易く、磁性材料中では磁束密度がパーメンジュールに次いで高い特徴を有し、従ってこの特徴を重視する場合には純Ｆｅの粉末を用いるのが望ましい。

　Ｓｉを０．２～９．０％含有したＦｅ基軟磁性合金の粉末は、Ｓｉの増加に伴い純Ｆｅより磁束密度は低くなるが、コアロスも小さくできるため、両者のバランスが良く取扱い易い利点を有する。
　特にＳｉの含有量が６．５％のときコアロスは極小値を取り、磁束密度も比較的高いため、優れた軟磁性材料となる。
　６．５％を超えるとコアロスは増加に転じるが、それでも９．０％までは磁束密度も高いため十分実用的である。
　但し９．０％を超えると磁束密度は小さく、コアロスは大きくなる。
　一方０．２％未満ではほぼ純Ｆｅと同じ特徴となる。

　Ｓｉ含有のＦｅ基軟磁性合金の粉末において、Ｓｉを６～７％含有したものは、インダクタンス特性と発熱特性とのバランスが良く、これらを重視する場合にはＳｉを６～７％含有した組成のものを用いるのが望ましい。
　他方Ｓｉを２～３％含有したものは、コストとインダクタンス特性及び発熱特性等の性能のバランスが良く、この点を重視する場合にはＳｉを２～３％含有したものを用いるのが望ましい。

　本発明では、軟磁性粉末に必要に応じてＣｒ，Ｍｎ，Ｎｉの１種以上を任意元素として添加しておくことができる。
　但しＣｒを添加する場合には、この添加量を５質量％以下とするのが良い。その理由はコアロスをより低減し易くなることによる。
　またＭｎ，Ｎｉは合計で１質量％以下とするのが良い。その理由は低い保磁力を維持し易くなることによる。

（粉末について）
　上記軟磁性粉末は、ガス噴霧、水噴霧、遠心噴霧、これらの組み合わせ（例えば、ガス・水噴霧）、ガス噴霧直後に速やかに冷却する等によるアトマイズ法や、ジェットミル、スタンプミル、ボールミル等による機械粉砕法や、化学還元法などによる粉末を用いることができる。

　比較的歪みが小さい、球状になりやすく分散性に優れる、粉砕に機械的エネルギーが不要であるなどの観点から、上記軟磁性粉末はアトマイズ法による粉末とするのが良い。より好ましくは歪みが小さく、酸化も少ないなどの観点からガスアトマイズ法による粉末とするのが良い。

　上記軟磁性粉末の粒径は、例えば、アトマイズ時の粉末の歩留まり、混練時の混練トルクや焼き付き性、射出成形時の流動性、コアとして使用される周波数などの観点から１～５００μｍの範囲内、好ましくは５～２５０μｍの範囲内、より好ましくは１０～１５０μｍの範囲内とするのが良い。

　粉末は粒径が小さくなるほど渦電流損失の低減には効果が大きいものの、逆にヒステリシス損失は大きくなる傾向がある。したがって粉末の歩留り（すなわちコスト）と得られる効果（すなわちコアロス）とのバランス、使用される周波数などから、粉末の粒径の上下限や粒径の分布などを決めれば良い。

　上記軟磁性粉末は、歪みの除去や結晶粒の粗大化を図るため、熱処理されていても良い。熱処理条件としては、水素、アルゴンの何れか一方または双方等の雰囲気下、温度７００℃～１０００℃、時間３０分～１０時間などを例示することができる。

（樹脂バインダについて）
　軟磁性粉末とともにコアを構成する樹脂バインダの熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂，ポリアミド（ＰＡ）樹脂，ポリエ－テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂，ポリエステル樹脂，ポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂等を、また熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン樹脂，エポキシ樹脂，シリコーン樹脂等を例示することができる。また、これらを１種又は２種以上用いても良い。
　このうち耐熱性，難燃性，絶縁性，成形性，機械的強度等の観点からポリフェニレンサルファイド樹脂，ポリアミド樹脂，ポリエーテルエーテルケトン樹脂，エポキシ樹脂が好適である。
　また樹脂バインダは、必要に応じて酸化防止剤，老化防止剤，紫外線吸収剤，着色剤，増粘剤，沈降防止剤，熱膨張抑制剤等の各種添加剤を１種又は２種以上含有したものであっても良い。

（射出成形によるリアクトルの製造方法）
　樹脂バインダとして熱可塑性樹脂バインダを用いる場合と、熱硬化性樹脂バインダを用いる場合とでは製造方法が異なる。まずは熱可塑性樹脂バインダを用いた射出成形によるリアクトル（射出成形リアクトル）及びその製造方法について述べる。

（コア用コンパウンド）
　軟磁性粉末と、熱可塑性樹脂バインダと、熱伝導性フィラーとを含有して成るコア用のコンパウンドは、軟磁性粉末と樹脂バインダと熱伝導性フィラーとを適正な比率となるように配合し、これを２軸混練機等の混練機を用い、樹脂バインダを溶融状態として各配合剤を錬り合せる等の工程を経ることで製造することができる。

（リアクトル構造体）
　射出成形リアクトルは、コイルを電気絶縁性の樹脂にて外側から全体的に包み込む状態に被覆してコイル被覆体となす一方、コアを、コイル被覆体を内部に一体に埋め込む状態に軟磁性粉末と樹脂バインダと熱伝導性フィラーとの混合材（コンパウンド）を射出成形して成る成形体にて構成し、且つそのコアを、コイル被覆体の外周面に接する筒状の外周側成形部を含む１次成形体と、コイル被覆体の内周面に接する内周側成形部を含む２次成形体とを境界面で接合して一体化した形態で構成しておくことができる。

　リアクトルをこのように構成しておくことで、これを次のように製造することができる。
　即ちコアを射出成形する工程Ａを、コアの、コイル被覆体の外周面に接する筒状の外周側成形部を含む、コイル軸方向の一端側にコイル被覆体の嵌込用の開口を有する形状の１次成形体をコア用の１次成形型にて予め射出成形しておく工程Ａ-１と、コイル被覆体の内周面に接する内周側成形部を含む２次成形体をコア用の２次成形型にて成形する工程Ａ-２と、に分け、工程Ａ-２では、工程Ａ-１で得た１次成形体の外周側成形部にコイル被覆体を内嵌状態に嵌合させ、且つコア用の２次成形型にて外周側成形部を外周側から径方向に拘束し保持した状態で、内周側成形部を含む２次成形体を成形すると同時に、２次成形体と１次成形体及びコイル被覆体を一体化する方法を用いてリアクトルを製造することができる。

　但し単にコイルを射出成形型の内部にセットした状態でコアを射出成形した場合、次のような困難な問題が生ずる。
　軟磁性粉末と樹脂バインダとを含む混合材は、成形型のキャビティへの射出時において温度が例えば３００℃以上の溶融状態で液状のものであり、射出後に成形型内部で成形型により冷却されて固化し成形体となる。
　その際に、或いはその後成形型から取り出されて室温まで冷却される過程で、成形体としてのコアが大きく径方向に収縮しようとする。

　ところがコアの内部には金属製のコイルが位置しているため、コアはコイルの外周側において径方向に収縮することができず（コアと金属製のコイルとの間には熱膨張係数に大きな差がある）、その結果コイルの外周側部分が周方向に収縮しようとして、コアの外周側成形部に亀裂が発生してしまう。
　コアにおけるこのような亀裂の発生はリアクトルとしての性能を低下させる要因となる。

　しかるにリアクトルを上記構成とし、そしてこれを上記した方法で製造するようになした場合、この製造方法ではコアにおける外周側部分（外周側成形部）が予めコイルとは別に単独で１次成形体として成形されているため、コアの成形に際してその内側に位置しているコイルが原因となって外周側成形部に亀裂発生するといった問題は生じない。

　外周側成形部を含む１次成形体が、コイルとは別に単独で予め成形されるため、その成形時に１次成形体、詳しくは外周側成形部が冷却に伴って自由に収縮することができるからである。

　一方、コイルの内周面（厳密にはコイル被覆体の内周面）に接する内周側成形部を含む２次成形体は、コイルを成形型にセットした状態でコイルと一体に成形されるが、この内周側成形部は径方向に収縮するに際してコイルによる抵抗を特に受けないため、その収縮によって亀裂発生するといった問題は特に生じない。
　即ち上記の製造方法によれば、コイルの存在によってコアに亀裂が発生する問題を有効に解決することができる。

　この製造方法ではまた、工程Ａ-１で得た１次成形体の外周側成形部にコイル被覆体を内嵌状態に嵌合させ、そしてその１次成形体の外周側成形部を、コア用の２次成形型にて外周側から径方向に拘束し保持した状態でコアの内周側成形部を含む２次成形体を成形することができる。

　この状態でコアの２次成形体を成形した場合、２次成形体の成形に際してコイルが射出圧及び流動圧にてセット位置から位置ずれするのを防止でき、コイルを予め設定した位置に正確に位置決めし且つ保持した状態でコアを成形完了することができる。
　従ってコアの成形時にコイルが位置ずれすることによって、コイル複合成形体の特性に悪影響が及ぶのを良好に防止することができる。

　上記コイル被覆体は、その樹脂被覆層を熱可塑性樹脂にて形成し、そしてその樹脂被覆層を、コイルの外周面を被覆する外周被覆部を含む成形体と、コイルの内周面を被覆する内周被覆部を含む成形体とを接合し、一体化した形態で構成しておくことができる。

　コイル被覆体をこのように構成しておくことで、かかるコイル被覆体を含むリアクトルを次のようにして製造することが可能となる。
　即ち、コイル被覆体の樹脂被覆層を射出成形にて成形するようにし、且つ射出成形の工程Ｂを、コイルの内周面又は外周面に対して樹脂被覆層用の１次成形型を接触させ、１次成形型にてコイルを内周面又は外周面において径方向に位置決めし拘束した状態で、コイルの外周側又は内周側に形成される１次成形型の１次成形キャビティに樹脂材料を射出して、樹脂被覆層における外周被覆部又は内周被覆部を含む１次成形体を成形し且つコイルと一体化する工程Ｂ-１と、しかる後１次成形体をコイルとともに樹脂被覆層用の２次成形型にセットして、コイルの内周側又は外周側に形成される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、樹脂被覆層における内周被覆部又は外周被覆部を含む２次成形体を成形し、且つコイル及び１次成形体と一体化する工程Ｂ-２と、に分けて射出成形を行い、リアクトル製造を行うことが可能となる。

　この製造方法によれば、コイル被覆体を射出成形するに際し、成形を少なくとも２回に分けて行うことで、コイルを成形型により良好に位置決めし保持した状態でコイル被覆体、具体的には樹脂被覆層を良好に射出成形することができ、その成形に際して、コイルが射出圧や流動圧により位置ずれしてしまうのを良好に防止することができ、且つ樹脂被覆層をコイル被覆状態に良好に成形することが可能となる。

（ポッティング成形によるリアクトルの製造方法）
　樹脂バインダとして、熱硬化性樹脂バインダを用いた場合の製造方法を以下に述べる。
　まず、熱硬化性樹脂バインダの液と軟磁性粉末と熱伝導性フィラーとを適正な比率となるよう配合し、これを脱泡攪拌機等により分散状態に混合した液体状のスラリーを、コア用材料として準備する。
　また、コイルは前述の射出成形によるリアクトルの場合と同様の製造方法にてコイル被覆体としておくことができる。
　そして注型用のケースにコイル（コイル被覆体）を所定の位置に保持しておき、コイルを埋没させながらケース内部にスラリーを注入する。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を一体化させる。この方法を、ポッティング成形（注型成形）と称する（例えば特開２００７－２７１８５号公報、特開２００８－１４７４０５号公報等に開示）。

　但しこの製造方法の場合、軟磁性粉末を混合した樹脂バインダ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難点がある。
　これに対して上記射出成形による製造方法によれば、上記ポッティング成形による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。

　本発明のリアクトルはまた、周波数が１～５０ｋＨｚの交番磁界中で使用されるもの、例えば上記のハイブリッド自動車や燃料電池自動車，電気自動車或いは太陽光発電の昇圧回路に用いられるリアクトルに対して好適に適用可能である。

本発明の一実施形態のリアクトルを示した図である。 図１のリアクトルの要部断面図である。 図１のリアクトルを分解して示した斜視図である。 図３のコイル被覆体を樹脂被覆層とコイルとに分解して示した斜視図である。 図４のコイルを図４とは別の角度から見た図及び上，下コイルに分解して示した図である。 同実施形態におけるコイル被覆体の成形手順の説明図である。 図６に続く成形手順の説明図である。 同実施形態のリアクトルの製造方法の工程説明図である。 同実施形態におけるコイル被覆体の成形方法の説明図である。 同実施形態におけるコアの成形方法の説明図である。 コアの特性評価の試験方法を示した説明図である。 コアの温度測定点の位置を示した説明図である。 本発明の他の実施形態におけるコアの成形方法の説明図である。 繊維状の熱伝導性フィラーが伝熱のネットワークを形成し易いことを模式的に表した図である。

（実施形態１：射出成形によるリアクトルの実施形態）
　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において、１５は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）で、軟磁性樹脂成形体から成るコア１６の内部に絶縁被膜付きのコイル１０が隙間無く埋込状態に内包され、一体化されている。即ちコア１６は、ギャップをもたない構造のリアクトルとなるように作製してある。

　この実施形態において、コイル１０は図４～図６（Ａ）に示すようにフラットワイズコイルで、平角線材を線材の厚み方向（径方向）に巻き、重ねてコイル形状となしたもので、巻き加工し成形した自由形状状態で径方向に隣接する線材同士が互いに接触状態に重なっている。

　本実施形態において、コイル１０は図４，図５に示しているように上コイルブロック（以下単に上コイルとする）１０-１と下コイルブロック（以下単に下コイルとする）１０-２とを巻き方が反対方向になるようにコイル軸方向に上下に２段に段重ねして、それぞれの内径側の端部２０を接合し、１つの連続したコイルとして構成してある。但し１本の線材で上コイル１０-１と下コイル１０-２とを連続して構成したものであっても良い。
　尚、上コイル１０-１と下コイル１０-２との間には大きな電位差が生ずるため、それらの間には図５（Ｂ）に示しているように円環状の絶縁シート２１が介装してある。ここで絶縁シート２１は厚みが約０．５ｍｍ程度のものである。
　尚図中１８はコイル１０におけるコイル端子で、径方向外方に突出せしめられている。

　図５（Ａ）に示しているように上コイル１０-１，下コイル１０-２は同一形状のもので、何れも平面形状が円環状をなしており、従ってコイル１０全体も円環状をなしている。

　図２に示しているように上コイル１０-１，下コイル１０-２はコイル軸方向の上下方向の寸法が同一寸法をなしている。
　尚コイル１０は、図１に示しているようにコイル端子１８の先端側の一部を除いて全体的にコア１６に埋込状態に一体に内包されている。

　この実施形態においてコイル１０は銅，アルミニウム，銅合金，アルミニウム合金等種々の材質のものを用いることができる（但しこの実施形態ではコイル１０は銅製である）。

　絶縁被膜付きのコイル１０は、コイル端子１８の先端側の一部を除いて、その全体が電気絶縁性の樹脂で外側から被覆されている。
　図１～図３中、２４はコイル１０と樹脂被覆層２２とから成るコイル被覆体で、コイル１０はこのコイル被覆体２４としてコア１６の内部に埋め込まれている。
　この実施形態において、樹脂被覆層２２の厚みは０．５～２．０ｍｍとしておくことが好ましい。その理由は、０．５ｍｍより薄いと絶縁被膜が強度的に弱くなり、２.０ｍｍより厚いと磁気回路の磁路長が長くなってしまい、その分コアを大きくしなければならなくなるためである。
　この樹脂被覆層２２は、軟磁性粉末を含有していない電気絶縁性の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ＰＰＳ，ＰＡ１２，ＰＡ６，ＰＡ６Ｔ，ＰＯＭ，ＰＥ，ＰＥＳ，ＰＶＣ，ＥＶＡその他種々の材質のものを用いることができる。

　本実施形態において、コア１６は軟磁性粉末と、熱可塑性樹脂から成る樹脂バインダと、熱伝導性フィラーとを混合して成る混合材（コンパウンド）を射出成形して得た成形体から成っている。

　図３の分解図にも示しているように、コア１６は、１次成形体１６-１と２次成形体１６-２とを、図１（Ｂ）に示す境界面Ｐ_１で射出成形による接合にて一体化して構成してある。
　１次成形体１６-１は、図１～図３に示すようにコイル被覆体２４の外周面に接する円筒状の外周側成形部２５と、コイル被覆体２４の図中下側に位置する底部２６とを有する容器状且つコイル軸線方向の図中上端に開口３０を有する形状をなしている。
　尚、この１次成形体１６-１の外周側成形部２５には切欠部２８が設けられている。
　この切欠部２８は、後述のコイル被覆体２４の厚肉部３６（図３参照）を嵌め入れるためのものである。

　一方２次成形体１６-２は、図１～図３に示しているようにコイル被覆体２４の内周面に接し、且つコイル１０の内側の空所を埋めて１次成形体１６-１における底部２６に達する内周側成形部３２と、コイル被覆体２４の図中上側に位置し、１次成形体１６-１における上記の開口３０を閉鎖して、１次成形体１６-１の凹所４０及びそこに収容されたコイル被覆体２４を内側に隠蔽する上部の円形の蓋部３４とを一体に有している。

　一方、コイル１０を被覆する樹脂被覆層２２もまた、図４の分解図にも示しているように１次成形体２２-１と２次成形体２２-２とから成っており、それらが図１（Ｂ）に示す境界面Ｐ_２において射出成形による接合にて一体化されている。

　１次成形体２２-１は、コイル１０の外周面を被覆する円筒状の外周被覆部４６と、コイル１０の下端面の全体を被覆する下被覆部４８とを一体に有している。
　一方２次成形体２２-２は、コイル１０の内周面を被覆する円筒状の内周被覆部５０と、コイル１０の上端面の全体を被覆する上被覆部５２とを一体に有している。
　尚、１次成形体２２-１には径方向外方に突出する厚肉部３６が全高に亘って形成されており、その厚肉部３６に、これを径方向に貫通する一対のスリット３８が形成されている。
　コイル１０における上記の一対のコイル端子１８は、これらスリット３８を貫通して１次成形体２２-１の径方向外方に突出せしめられている。
　また２次成形体２２-２には、径方向外方に突出する舌片状の突部４２が上被覆部５２に一体に形成されている。１次成形体２２-１における厚肉部３６は、その上面がこの突部４２にて被覆される。

　図３～図１０に、図１のリアクトル１５の製造方法が具体的に示してある。
　この実施形態では、図６及び図７に示す手順に従って図６（Ａ）に示す絶縁被膜付きのコイル１０を外側から包み込むように樹脂被覆層２２を形成し、コイル１０と樹脂被覆層２２とを一体化して成るコイル被覆体２４を構成する。

　このとき、図６（Ｂ）に示しているように先ず外周被覆部４６と下被覆部４８を一体に有する１次成形体２２-１を成形し、しかる後に図７（Ｃ）に示すように内周被覆部５０と上被覆部５２とを一体に有する２次成形体２２-２を成形し、樹脂被覆層２２の全体を成形する。

　図９に、その際の具体的な成形方法が示してある。
　図９（Ａ）において、５４はコイル被覆体２４具体的には樹脂被覆層２２用の１次成形型で、上型５６と下型５８を有している。
　ここで下型５８は中型部５８Ａと外型部５８Ｂとを有している。

　図９（Ａ）に示す１次成形型５４を用いた１次成形では、先ずコイル１０を１次成形型５４にセットする。このときコイル１０は図４に示す向きとは上下の向きを逆向きにしてセットする。
　詳しくは下コイル１０-２が上側に、上コイル１０-１が下側に位置するように上下を逆向きにして１次成形型５４にセットする。
　そして中型部５８Ａをコイル１０の内周面に接触させて、この中型部５８Ａによりコイル１０の内周面を径方向に拘束し保持する。

　そして１次成形型５４の、コイル１０の外周側に形成された１次成形キャビティ６６に通路６８を通じて樹脂（熱可塑性樹脂）材料を射出し、図１及び図６（Ｂ）に示す樹脂被覆層２２の１次成形体２２-１を射出成形する。
　詳しくは、図９（Ｂ）に示す外周被覆部４６と下被覆部４８とを一体に有する１次成形体２２-１を射出成形する。

　以上のようにして樹脂被覆層２２の１次成形体２２-１を成形したら、これと一体のコイル１０とともに、それらを図９（Ｂ）に示す２次成形型７０にセットする。
　このとき、図９（Ｂ）に示しているようにコイル１０を１次成形体２２-１とともに上下逆向きにして２次成形型７０にセットする。
　この２次成形型７０は、上型７２と下型７４とを有している。また下型７４は、中型部７４Ａと外型部７４Ｂとを有している。
　この２次成形型７０は、１次成形体２２-１をコイル１０とともにセットした状態で、その内周側と上側とに２次成形キャビティ８０を形成する。

　この２次成形型７０を用いた２次成形では、通路８２を通じて１次成形の際の樹脂材料と同一の樹脂材料を２次成形キャビティ８０に射出し、樹脂被覆層２２における２次成形体２２-２を射出成形して同時にこれを１次成形体２２-１及びコイル１０と一体化する。

　本実施形態では、以上のようにして成形されたコイル被覆体２４を、図１のコア１６の成形の際にコア１６と一体化する。
　その具体的な手順が図８及び図１０に示してある。
　この実施形態では、コア１６の全体を成形するに際して、図８に示すように先ず容器状をなす１次成形体１６-１を予め成形しておく。

　そしてその後において、図８（Ａ）に示すように容器状をなす１次成形体１６-１の凹所４０の内部に、図６及び図７に示す手順で成形したコイル被覆体２４を、１次成形体１６-１の開口３０を通じて図中下向きに全高に亘って嵌め込み、コイル被覆体２４を１次成形体１６-１にて保持させる。

　そしてその状態で１次成形体１６-１とコイル被覆体２４とを成形型にセットし、コア１６における２次成形体１６-２を射出成形して、これを１次成形体１６-１及びコイル被覆体２４と一体化する。

　図１０（Ａ）は、１次成形体１６-１を成形するコア１６用の１次成形型を示している。
　８４は、１次成形体１６-１を成形する１次成形型で、上型８６と下型８８とを有している。

　ここでは通路９２を通じて軟磁性粉末と樹脂バインダと熱伝導性フィラーとを含む混合材（コンパウンド）をキャビティ９４に射出成形し、以て外周側成形部２５と底部２６とを一体に有する１次成形体１６-１を成形する。

　図１０（Ｂ）は、コア１６における２次成形体１６-２を成形する２次成形型を示している。
　９６はその２次成形型で、上型９８と下型１００とを有している。
　この２次成形では、先に成形した１次成形体１６-１にコイル被覆体２４を嵌め込み、保持させた状態で、それらを２次成形型９６にセットする。

　このとき、１次成形体１６-１はその外周面が２次成形型９６への全周に亘る接触によって径方向に位置決めされ、更に底部２６の下面が２次成形型９６内において上下方向に位置決状態に保持される。
　即ちコイル被覆体２４が１次成形体１６-１を介して２次成形型９６内で径方向にも、また上下方向にも位置決めされ保持される。

　この２次成形では、その状態でキャビティ１０４よりも図中上方の通路１０２を通じキャビティ１０４内に１次成形の際と同一の混合材を射出し、以て図１（Ｂ），図３及び図８（Ｂ）の２次成形体１６-２を成形し、同時にこれを１次成形体１６-１及びコイル被覆体２４と一体化する。
　ここにおいて図１及び図８（Ｂ）に示すリアクトル１５が得られる。

　以上の本実施形態では、絶縁被膜付きのコイル１０が外側から樹脂被覆層２２にて被覆され保護された状態で、軟磁性粉末と熱可塑性樹脂との混合材が射出されてコア１６が成形されるため、射出に際して混合材に含まれる鉄粉等の軟磁性粉末がコイル１０の絶縁被膜に直接強く当ったり擦れたりするといったことがなく、従ってコア１６の成形時にコイル１０の絶縁被膜に軟磁性粉末が当ることによって絶縁被膜が損傷してしまうのを有効に防止することができる。

　またコア１６とコイル１０の絶縁被膜との間には樹脂被覆層２２が保護層ないし緩衝層として介在しているため、コア１６の膨張収縮に伴う熱応力が絶縁被膜に直接作用することはなく、従ってその熱応力に起因する絶縁被膜の損傷の問題も解決することができる。
　またコイル１０は樹脂被覆層２２と一体のコイル被覆体２４をなしているため、コア１６を射出成形する際にコイル１０が変形を生じるのも良好に防止することができる。

　更にこの実施形態では、コア１６における外周側成形部２５が、予めコイル１０とは別に単独で１次成形体１６-１として成形されているため、コア１６の成形に際してその内側に位置しているコイル１０が原因となって外周側成形部２５に亀裂発生するといった問題は生じない。

　またコイル被覆体２４即ちコイル１０を１次成形体１６-１を介してコア１６用の２次成形型９６にて位置決めし保持した状態で、コアの２次成形体１６-２を成形するため、その際にコイル１０が射出圧及び流動圧にてセット位置から位置ずれするのを防止でき、コイル１０を予め設定した位置に正確に位置決めし且つ保持した状態でコア１６を成形完了することができる。
　従ってコア１６の成形時にコイル１０が位置ずれすることによって、リアクトル１５の特性に悪影響が及ぶのを良好に防止することができる。

　また本実施形態では、コイル被覆体２４の樹脂被覆層２２を射出成形するに際し、成形を少なくとも２回に分けて行うことで、コイル１０を成形型により良好に位置決めし保持した状態で成形を行うことができ、成形に際してコイル１０が射出圧や流動圧により位置ずれしてしまうのを防止することができる。

（実施形態２：ポッティング成形によるリアクトルの実施形態）
　もう一つの実施形態である、ポッティング成形によるリアクトルについて図１３に基づいて説明する。
　コイル１０は前述の実施形態１で述べた方法で樹脂被覆層２２と一体をなしたコイル被覆体２４としておく。
　ここでは、吊り糸１２２の一端をコイル１０（詳しくはコイル被覆体２４）に固定し、その他端側に保持具１２４を通して、保持具１２４を注型ケース１２０に固定することで、コイル１０を注型ケース１２０に対して吊るした状態に保持する。その際、コイル１０に対する吊り位置は３個所以上とし、コイル１０を安定して吊持できるように吊り位置を均等に配置する。
　吊り糸１２２のコイル１０への固定は、吊り糸１２２を円環状に結束してコイル１０に通すようにしても良いし、また接着剤を用いて固定するようにしても良い。
　尚、吊り糸１２２と保持具１２４とは、注型ケース１２０の所定の位置にコイル１０が配置されるように、予め位置及び長さを調整しておく。
　吊り糸１２２は、スラリー１６Ａの注入と加熱硬化に耐えられるだけの強度と耐久性があれば良く、ポリアミドやポリイミドの細線（径０．５ｍｍ以下）を好適に用いることができる。
　次にコイル１０が保持されている注型ケース１２０に、コイル１０を埋没させながら、軟磁性粉末と樹脂バインダと熱伝導性フィラーとを含む液状の混合材（スラリー１６Ａ）を注入し、注型ケース１２０ごと加熱炉に入れて、樹脂バインダを硬化させる。
　そして硬化後、注型ケース１２０から取り出してリアクトル１５を得る。この時リアクトル１５から突き出ている吊り糸１２２は根元から切断する。

　リアクトル１５のコア１６における軟磁性粉末の混合比率，繊維状の熱伝導性フィラーの混合及び混合比率の変化による効果、具体的には発熱温度に与える効果（発熱による温度上昇の抑制効果）を、他の諸特性に与える効果とともに調べた。
　先ず、表１に示すように熱伝導性フィラーの混合比率を一定とし、軟磁性粉末の混合比率を変化させてその効果を調べた。

(ａ)リアクトルの構成
　表１に示す各例は、何れもコア１６の軟磁性粉末としてFe-6.5Si（質量％）の組成のものを用い、また樹脂バインダにおける熱可塑性樹脂としてＰＰＳ樹脂を用い（ここではＤＩＣ(株)社の、品名Ｈ-１Ｇの直鎖型ＰＰＳ樹脂で、２００μｍ粉砕粉末を用いた）、熱伝導性フィラーとしてカーボンファイバーを用いた。
　但しここで用いたカーボンファイバーは熱伝導率が４５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の極めて高い（金属のAgよりも高い）ものである。

　具体的には、ここではカーボンファイバーとして帝人（株）から「ラヒーマ」の商品名で市販されているもの（グレードはＲ－Ａ２０１）を用いた。このカーボンファイバーは平均繊維径が８μｍ，平均繊維長が５０μｍで、熱伝導率が６００（Ｗ／ｍ・Ｋ）と極めて高いものである。
　このカーボンファイバーは結晶性（黒鉛性）の著しく高いカーボンファイバーで、繊維状にした黒鉛を長さ数十μｍ単位に切断した筒状の短繊維である。

　この他に同様のものとして、三菱樹脂（株）の「ダイアリード」（グレードＫ２２３ＨＭ）の商品名で市販されているカーボンファイバーも用いることができる。
　また、これと異なるグレードとして、黒鉛の結晶度を多少落とした「ダイアリード」Ｋ６３７１Ｍがあるが、これは熱伝導率が１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であるが、電気抵抗が６～７（μΩ・ｍ）という数値である。結晶度が高いカーボンファイバー（「ラヒーマ」Ｒ－Ａ２０１や「ダイアリード」Ｋ２２３ＨＭ）の電気抵抗が２（μΩ・ｍ）以下であるので、数倍電気抵抗が高いカーボンファイバーである。
　便宜上これ以降では、黒鉛の結晶度が高いカーボンファイバー、すなわち熱伝導率が約６００（Ｗ／ｍ・Ｋ）、電気抵抗が２（μΩ・ｍ）以下のグレードのカーボンファイバー（例えば「ラヒーマ」Ｒ－Ａ２０１や「ダイアリード」Ｋ２２３ＨＭ）を「ＣＦ１」と称し、黒鉛の結晶度が多少低いカーボンファイバー、すなわち熱伝導率が約１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、電気抵抗が６～７（μΩ・ｍ）のグレードのカーボンファイバー（例えば「ダイアリード」Ｋ６３７１Ｍ）を「ＣＦ２」と称する。
　ここで、発熱温度を下げたい場合は「ＣＦ１」のカーボンファイバーを優先的に用い、損失（渦電流損失）を抑制したい場合は「ＣＦ２」のカーボンファイバーを優先的に用いる、といった使用方法が可能となる。中間特性が必要ならば、両者を混合しての使用も可能である。

　上記軟磁性粉末は、アルゴンガスを用いて噴霧したガス噴霧粉を使用し、粉末熱処理は酸化防止や還元作用を狙って水素中で７５０℃×３時間行った。
　またコアとして１～５０ｋＨｚの交番磁界中で使用されることを想定し、軟磁性粉末は粉末熱処理後に２５０μｍ以下に篩いで篩ったものを使用した。
　この軟磁性粉末を、表１で示す種々の混合比率で熱伝導性フィラー及び樹脂バインダと混合し、そして２軸混練機により約３００℃で溶融させた樹脂バインダ等とともに錬り合せてペレット化し、コンパウンドを用意した。
　そしてコンパウンドを横型インラインスクリュー式射出成形装置により約３００℃で加熱し、溶融状態として予熱温度１５０℃の金型内に射出し、冷却してコア１６を成形した。
　コイル１０は、ポリアミドイミド樹脂から成る絶縁被膜（被膜の膜厚は２０～３０μｍ）付きの純銅の平角線材（線材寸法は厚み０．８５ｍｍ，幅９ｍｍ）を用い、これをフラットワイズ巻とした上コイル１０-１と下コイル１０-２とを上下に２段重ねとし、そして内周側端部２０同士を接続して、これをポリイミドテープで再絶縁処理をした。

　上コイル１０-１と下コイル１０-２との重ね方は、図５（Ｂ）に示すように、下コイル１０-２に対して上コイル１０-１を反転して重ね合せ、通電時電流が同じ回転方向に流れるようにした。
　寸法は、コイル内径がφ４７ｍｍで、ターン数は下コイル１０-２，上コイル１０-１ともに１８ターンとし、合計で３６ターンとした。
　また上コイル１０-１と下コイル１０-２との間には０．５ｍｍの厚みの絶縁シート２１を中間に介在させた。
　コア１６はコイル１０を隙間無く内部に埋込状態に内包するものとなしてあり、その寸法はコア外径がφ９０ｍｍで、コア高さは４０．５ｍｍである。
　コア１６の軸心とコイル１０の軸心及びコア１６の軸方向中央とコイル１０の軸方向中央とはそれぞれ一致するように揃えて配置している。

(ｂ)評価方法
　表１におけるインダクタンス，損失，発熱温度の各特性の評価は、リアクトル１５を図１１に示す容器部１１０と蓋部１１２とを有するアルミケース（リアクトルケース）１１４の内部に収納した状態で行った。
　ここでアルミケース１１４の肉厚は５ｍｍ厚の寸法とした。
　またアルミケース１１４とリアクトル１５との固定はシリコーン樹脂にて行った。

(ｃ)インダクタンスの測定
　インダクタンスの測定は、アルミケース１１４に入ったリアクトル１５を昇圧チョッパ回路に組込み、入力電圧３００Ｖ、昇圧後電圧６００Ｖ、スイッチング周波数１０ｋＨｚで所定の重畳電流を流して回路を駆動させた。そしてリアクトルに流れる電流（片方の端子にクランプ式電流計を取り付け測定）の波形を測定し、ある時間間隔の電流波形の傾きからインダクタンスを算出した。

(ｄ)発熱温度及び損失測定
　発熱温度及び損失の測定は以下の方法にて行った。
　水冷プレート上にアルミケース１１４に入ったリアクトル１５を固定した。このとき熱伝導グリスを水冷プレートとアルミケース１１４の間に薄く塗布した。
　重畳電流０Ａで３００Ｖ→６００Ｖに１０ｋＨｚの条件でインダクタンス測定と同じ昇圧チョッパ回路で駆動させ、熱的に定常状態（コアの内部温度や冷却水温が時間的に変化しなくなる状態）になるまで連続運転した。また冷却水はチラー（恒温水循環装置）で５０℃、毎分１０リットルで流れるよう制御した。
　この時のコア内部の温度を数点測定して、その最も高い温度を内部温度（発熱温度）とした。温度の測定箇所は図１２の１１点とし、そこに熱電対を埋め込んで測定を行った。ただし同一断面に埋め込むのではなく、隣り合う点の埋め込みの影響を避けるため円周方向に少しずつずらしながら１１点の測定点を配置した。
　この時の水冷プレートの冷却水の流量と、入側と出側の温度との差から熱量を測定し、この熱量を損失とした。

　ここで、重畳電流０Ａでの損失を要因毎に分解すると、以下のようになる。
・コア材の損失（ヒステリシス損失と渦電流損失の和）からくる損失（鉄損）
・リアクトルに流れる電流から直流重畳電流を除いた電流振幅分によるコイルの発熱からくる損失（交流銅損）
・コイルの導線に高周波電流が流れる際に生じる表皮効果からくる損失（表皮効果損）
・隣り合う導線同士が電流の流れを互いに阻害しあう近接効果からくる損失（近接効果損）
これらを正確に分解することは困難であるため、表１では（表２も同様）重畳電流０Ａでの損失を直接比較している。

　リアクトルで生じる損失は、当然小さければ小さいほど望ましいが、それでコストが増加してしまっては商品性を失ってしまう。従って所要の損失特性は昇圧回路やインバータシステム全体で他の部品とのバランスから決定される。ここではリアクトル単体の損失は１００Ｗ以下となることを目標として設定した。
　また発熱温度は、リアクトルに使用される材質の許容温度と長期耐久性及びリアクトルが使用される環境（特に冷却条件）から決定される。今回は冷却水温度は５０℃としたが、これは使用されるシステムにより高い場合もあれば、低い場合もある。ここでは平均的な５０℃とした。また許容される温度上昇幅も様々であるが、６５℃が一般的であるのでこれを用いた。したがって、発熱温度としては１１５℃を目標とした。

(ｅ)流動性
　表１の流動性はコンパウンドについてのもので、この流動性の評価は、ＪＩＳ規格　Ｋ　７２１０のＢ法に準拠して、下記の条件の下で下記のサンプリング時間ｔを測定し、下記のＭＶＲを求めることにより行った。
　　・試験荷重：１０ｋｇ
　　・温度：３１５℃
　　・加熱時間：６ｍｉｎ
　　・サンプリング時間ｔ：ピストンが距離Ｌを移動する時間を測定（Ｌ＝２５ｍｍ）
　　・ＭＶＲ（ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）＝４２７×Ｌ／ｔ
　これらの結果が表１に併せて示してある。

　流動性としては、量産性を考慮すると１００（ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）以上が望ましく、これを目標値とした。この数値を下回ると射出成形途中で流動が止まってしまい不良品となったり、成形品の表面肌が粗くなってしまい商品性が低下してしまう。より望ましくは、成形圧力が小さくできる、成形品の表面肌が極めて良好な状態に成形できる、といった観点から、流動性は２００（ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）以上が良い。

＜耐電圧測定＞
　耐電圧測定は次のようにして行った。
　ここではリアクトル１５をアルミベースプレート上に直接置いて、リアクトル１５をアルミベースプレートに電気的に繋がった状態とし、そして測定装置の一方の端子をリアクトル１５の一方のコイル端子１８に、また他方の端子をアルミベースプレートにそれぞれ結線し、そしてその状態で通電を行って交流０Ｖ～３５００Ｖ（ボルト）まで徐々に電圧を高め、３５００Ｖで１秒間保持した。
　その際、流れる電流が１０ｍＡ（ミリアンペア）以下であれば合格、それよりも多ければ不合格として耐電圧を判定した。

＜熱衝撃試験＞
　熱衝撃試験は次のようにして行った。
（ａ）[試験方法]：下記熱衝撃試験装置で低温槽を－４０℃とし、高温槽を１５０℃とし、低温さらしと高温さらしとを交互に繰り返し、１０００サイクル実施した。また、各さらし時間は２時間とした。
（ｂ）[評価基準]：１０００サイクル後、（i）外観にクラックなきこと。（ii）再度耐電圧試験を実施しクリアできること。（iii）熱衝撃試験前後のインダクタンスの変化が５％以下であること。
（ｃ）[試験装置]：エスペック社製で型式はＴＳＡ－４１Ｌ－Ａである。

　表１に示す結果は、ガーボンファイバーとして上記の「ＣＦ１」を使用したときの結果である。
　表１の結果において、比較例１は軟磁性粉末の量が不足しているため、流動性については良好であるものの、磁気特性としてのインダクタンスが目標値に対して不足している。また軟磁性粉末が不足しているために発熱温度が高くなっている。また損失の値も大きい。
　これに対して実施例１，実施例２，実施例３のように軟磁性粉末の量を多くして行くと、これに伴って磁気特性としてのインダクタンスが高まって行き、また樹脂バインダの量が相対的に少なくなり、樹脂バインダに対して熱伝導率の高い軟磁性粉末が多くなるために発熱温度も低下し、損失も低くなっている。
　但し軟磁性粉末の量が多くなるのに伴って、流動性の値は低くなっている。そして軟磁性粉末の量が９６％（質量％。以下同じ）よりも多い比較例２では、流動性の値が目標値に到達しない低い値となっている。比較例２のような流動性の低いものでは実質的に量産には適さない。
　この表１では、熱伝導性フィラー１％混合下で、軟磁性粉末の混合比率を８３～９６％の範囲内とした実施例１，実施例２，実施例３については、発熱温度，損失，インダクタンス，流動性の何れの特性も良好な結果が得られている。

　次に軟磁性粉末の混合比率を表２に示すように９１．２３％に固定し、熱伝導性フィラーの混合比率を種々変化させて、発熱温度を含む各種特性の評価を行った。
　結果が表２に併せて示してある。
　尚、軟磁性粉末の混合比率，熱伝導性フィラーの混合比率を除く他の条件については表１の評価を行ったときと同じ条件である。

　表２の結果に示しているように、熱伝導性フィラーとしてのカーボンファイバーを混合し、また混合比率を１．０％（質量％。以下同じ）まで多くして行くと、これに伴ってインダクタンス特性，損失特性をほぼ同等に維持しながら発熱温度が効果的に低下して行く（実施例４，実施例５，実施例６）。
　熱伝導性フィラーとしてのカーボンファイバーの混合比率をこれよりも更に高くして行くと、今度は逆に発熱温度，損失の値が増大方向に転化する。その発熱温度，損失の値は混合比率が２．８％を超えて多くなると目標値よりも大となってしまう。
　このようにカーボンファイバーの混合比率を一定以上に多くして行くと発熱温度，損失の値が逆に大きくなって行く理由は、カーボンファイバーに発生する渦電流が多くなることによる。
　このように渦電流による損失が大きくなると、リアクトル１５又はこれに付随する装置の効率が落ちてしまう。
　表２の結果において、発熱温度が最も低くなるのはカーボンファイバーの混合比率が１．０％の実施例６であり、これを谷としてカーボンファイバーの混合比率がこれよりも少なくなっても、また多くなっても発熱温度は大きくなる。
　つまり熱伝導性フィラーとしてカーボンファイバーを用いた場合には、その谷を中心としてその前後に亘り混合比率の適正な範囲が存在する。
　表２に示す軟磁性粉末の添加量の下では（詳しくは添加量が９１％～９３％の範囲の下では）発熱温度及び損失を低く抑制し、更に熱伝導性フィラーの添加による流動性の値を一定以上に高く保持する上で、熱伝導性フィラーの添加範囲を０．２～２．８％の範囲内とするのが良く、より適正な範囲として０．５～１．５％の範囲内とすることが望ましい。

　次に軟磁性粉末の混合比率を表３に示すように、表２に示す混合比率よりも少ない８４．９０％に固定し、熱伝導性フィラーの材質として、「ＣＦ２」のカーボンファイバーを使用し、混合比率を種々変化させて、発熱温度を含む各種特性の評価を行った。
　結果が表３に併せて示してある。
　尚、軟磁性粉末、熱伝導性フィラーの混合比率及び熱伝導性フィラーの材質を除く他の条件については表１の評価を行った時と同じ条件である。

　表３の結果に示しているように、表２に比べ、軟磁性粉末の配合比率が減ったため、熱伝導性フィラーの配合比率を表２の上限（実施例８）以上に増やしても、流動性は目標値を上回っており、量産で問題となるレベルには至っていない。
　インダクタンスは、軟磁性粉末の配合比率が表２に比べ減ったため、低下しているが目標値は満足している。
　実施例９は、実施例１と比較すると、熱伝導性フィラーの混合比率が１．０％（質量％。以下同じ）と同じでも、熱伝導性フィラーとしてのカーボンファイバーの材質変更（熱伝導率が低く、電気抵抗が高くなったこと）を受けて、損失は低くなり、発熱温度がやや増加している。ただ、いずれも目標値は満足している。
　実施例９、１０、１１、比較例４のように、熱伝導性フィラーの混合比率を１．０％、４．５％、６．８％、８．０％と多くしていくと、４．５％までは損失をほぼ維持しながら発熱温度は効果的に低下して行く。熱伝導性フィラーの混合比率を更に増やして４．５％より多くすると、逆に発熱温度は増加に転じ、６．８％を超えて８．０％まで多くなると、損失・発熱温度ともに目標値を満足できなくなってしまう。
　このように表３の結果においても表２の結果と同様、カーボンファイバーの混合比率を一定以上に多くしていくと発熱温度が大きくなっていく。その理由は、カーボンファイバーに発生する渦電流による損失が、カーボンファイバーの増加により熱伝導で逃がせる熱量を上回るためである。

　フィラー材質及び樹脂バインダ材質を種々変化させて、発熱温度を含む各種特性の評価を行った。ここでは表３で発熱温度が最小値となった実施例１０と同じ、軟磁性粉末の混合比率を８４．９０％、フィラーの混合比率を４．５％に固定した。
　熱伝導性フィラーとして、実施例１２は「ＣＦ１」単体、実施例１３は「ＣＦ１」と「ＣＦ２」を質量比で１：１の比率で混合したカーボンファイバーを使用した。他は実施例１０と同じ射出成形リアクトルを製作し、発熱温度を含む各種特性の評価を行った。

　また、フィラーの材質としてカーボンファイバー以外のものを検討した。フィラーとして窒化アルミの粉末をカーボンファイバーの代わりに用いた。窒化アルミは、高品位のバルク材では３００（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を有する電気絶縁性の高熱伝導材料であるが、樹脂添加用フィラーとしては、１８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の球状粉末（平均粒径１μｍ）が市販されている。電気抵抗は１０^１８（μΩ・ｍ）程度である。これを比較例５とする。

　その他のフィラーの材質として、窒化ホウ素の粉末をフィラーとして用いた。窒化ホウ素は、高品位のバルク材では３９０（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を有する電気絶縁性の高熱伝導材料であるが、樹脂添加用フィラーとしては、６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の鱗片状粉末（平均粒径１０μｍ）が市販されている。電気抵抗は１０^１８（μΩ・ｍ）程度である。これを比較例６とする。

　実施例１４として、樹脂バインダの材質の変更、詳しくは熱可塑性樹脂バインダから熱硬化性樹脂バインダへの変更を検討した。ここでは熱硬化性樹脂バインダとして、熱硬化性樹脂主剤：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（三菱化学（株）品名ｊＥＲ８２８）、硬化剤：酸無水物系硬化剤（三菱化学（株）品名ｊＥＲキュアＹＨ３０９）、硬化促進剤：イミダゾール系硬化促進剤（三菱化学（株）品名ｊＥＲキュアＥＭＩ２４）、増粘剤（沈降防止剤）：シリカ微粉末（日本アエロジル（株）品名アエロジル、平均粒径１μｍ）を含有した熱硬化性樹脂バインダを用いた。配合比は熱硬化性樹脂主剤：硬化剤：硬化促進剤：沈降防止剤＝１００質量部：９０質量部：２質量部：２０質量部とした。
　熱伝導性フィラーとしては、実施例１０と同じく「ＣＦ２」を用いた。軟磁性粉末、リアクトル構造、埋め込むコイルは実施例１０と同じものを用いた。なお、前述の射出成形法ではなく、注型法での製法となるため以下に述べる方法で製造した。
　軟磁性粉末と熱伝導性フィラーと樹脂バインダを混合し液体状のスラリーを準備する。注型ケースに上からコイルを吊るした状態で保持しておき、コイルを埋没させながら注型ケースにスラリーを注入する。注型ケースごと加熱炉中で１００℃で３時間＋１５０℃で６時間程度保持してスラリーを硬化させたのち、注型ケースから取り出してリアクトルを得る。沈降防止剤を使用したのは硬化処理中に軟磁性粉末が沈降するのを防止するためである。
　表４に、以上のフィラー材質及び樹脂バインダ材質を変更した場合の、発熱温度を含む各種特性の評価結果を示す。

　実施例１２は、本発明の実施例中で発熱温度が最も低い数値を達成した。これは熱伝導フィラーの混合比率４．５％の全量を熱伝導率が高いカーボンファイバー「ＣＦ１」を使用した効果である。損失は実施例１０と比較して増加しているが、それでも目標値は満足している。
　実施例１３は、実施例１０と実施例１２の中間の損失、発熱温度特性を有している。これは「ＣＦ１」と「ＣＦ２」を半分づつ混合した効果であり、要求される損失と発熱温度により、ある程度の自由度を持って製造し得ることを示している。

　比較例５、６で使用した窒化アルミ、窒化ホウ素はともに樹脂に熱伝導性を付与する際のフィラーとして広く用いられており、更には絶縁性もカーボンファイバーに比べて高いため、カーボンファイバー以上の効果を期待したが、結果としては、損失は抑制することはできているが、発熱温度を効果的に下げるには至らなかった。

　この原因は粉末の形状と性質に起因すると想定される。カーボンファイバーは繊維状（針状）であるのに対し、窒化アルミは球状、窒化ホウ素は鱗片状である。そのため各粒子が樹脂バインダ内に独立して存在したままとなり、熱を効果的に逃がす伝熱路（伝熱パス）を形成できなかったことが原因と想定される。更には、カーボンファイバーは混練中に繊維状粒子が長手方向に裂けるようにして分離して、樹脂バインダ内に細かく均一に分散して伝熱路のネットワークを形成できる。これに対して、窒化アルミは硬いため混練中に粒子が分離して細かく分散して拡がることはできない。また、窒化ホウ素は、一部は鱗片状粒子が薄く剥離して、更に薄い鱗片状の薄片となるが、分散性が悪く有効な伝熱路のネットワークを形成するには至らない。比較例６の流動性が低くなっているのはこのためと考えられる。

　以上のことから、熱伝導性フィラーとしては繊維状のものを用いるのが好適である。図１４はこれを模式的に表している。
　繊維状の熱伝導性フィラーの場合、（Ａ）に示しているように熱伝導性フィラー即ち繊維が互いに絡み合う状態に分散することによって伝熱路のネットワークを効率的に形成し、そのことによって高い放熱性を発揮する。
　一方粒状ないしこれに類するものでは、（Ｂ）に示しているように熱伝導性フィラーの各粒子が互いに絡み合うといったことが難しいので、添加量を多くしたとしてもネットワークを良好に形成することは難しい。
　この意味で熱伝導性フィラーとしては繊維状のものを用いるのが良い。
　尚繊維状の熱伝導性フィラーは、伝熱路のネットワークを良好に形成できるように、アスペクト比（長さ／径）５以上のものを用いることが好ましい。この場合においてその繊維径（平均繊維径）は１０μｍ以下であるのが好ましく、また繊維長（平均繊維長）は１０μｍ以上であることが好ましい。

　実施例１４は、実施例１０と比較してインダクタンスと損失が下がり、発熱温度が上がっているが、いずれも目標値は満足している。この差異の原因は、製法及び樹脂バインダの材質の変更により、線膨張係数と熱伝導率が変化したためと思われる。これにより、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を問わず、コアの発熱温度を効果的に下げ得ることが分かる。
　尚、表１の各例，表２の各例，表３及び表４の各例の何れも耐電圧，熱衝撃の試験結果は合格であった。

　軟磁性粉末の比率Ｘ及び熱伝導性フィラーの比率Ｙは、以下のようにして求めることができる。
　詳しくはＸ及びＹは、ＪＩＳ規格　Ｋ　７２５０（２００６）「プラスチック－灰分の求め方」に準拠して求めることができる。基本的にはＡ法を用いて測定するが、必要に応じてＢ法、Ｃ法を用いてもよい。
　ただし、軟磁性粉末と熱伝導性フィラー及びその他の灰分を分別したり、酸化の影響を抑制する必要があるため、以下の処理１～処理６の操作を実施する。
　まずは処理前に測定試料の重量を予め測定し、これをＷ０とする。
［処理１］これを白金るつぼに入れてマッフル炉にて、窒素雰囲気中で９５０℃で３時間程度加熱して、室温に戻したのち重量を測定し、これをＷ１とする。
［処理２］続いて処理１の試料を、乾燥空気中で７５０℃で３時間程度加熱して、室温に戻したのち重量を測定し、これをＷ２とする。
［処理３］処理２の試料を粉砕し、磁石で選別し、磁石に吸着する分の重量を測定し、これをＷ３とする。
［処理４］磁石に吸着せずに残った分を重量測定し、これをＷ４とする。
［処理５］処理３の試料を、水素雰囲気中で９５０℃で３時間程度加熱して、室温に戻したのち重量を測定し、これをＷ５とする。
［処理６］処理４の試料を、乾燥空気中で１０００℃で３時間程度加熱して、室温に戻したのち重量を測定し、これをＷ６とする。

　処理１は、試料中の樹脂バインダに含まれる無機添加物や有機添加物の加水分解成分や揮発成分を消失させるために実施する。
　処理２は、試料中の樹脂バインダに含まれる樹脂成分を酸化雰囲気中で熱分解させ消失させるために実施する。
　処理３は、処理２の残さから軟磁性粉末を回収するために実施する。
　処理４は、残さ中から軟磁性粉末が取り除かれたため、熱伝導フィラーと樹脂バインダの添加物の灰分が残されている。
　処理５は、処理３のままでは処理２で酸化し重量が増加している可能性がある軟磁性粉末を還元し、より正確な軟磁性粉末の重量を得るために実施する。
　処理６は、処理４の試料を更に高温の酸化雰囲気中で加熱して熱伝導フィラーとしてのカーボンファイバーを熱分解させ、灰分のみを残す。
　よって、次式によりＸ及びＹを決定する。
　　　Ｘ＝Ｗ５／Ｗ０×１００
　　　Ｙ＝（Ｗ４－Ｗ６）／Ｗ０×１００
　これらＸ及びＹを決定するための測定試料は、リアクトルのコア材の任意の位置から適量を切り出した試料、または混練機から出てきたコンパウンドを任意のタイミングで取り出した試料を用いて調べることができる。その際複数の測定試料を調べて、平均した数値からＸ及びＹを決定することが望ましい。

　以上本発明の実施形態，実施例を詳述したがこれらはあくまで一例示であり、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形態で構成可能である。

　　　　１０　コイル
　　　　１５　リアクトル
　　　　１６　コア

Claims (4)

1. 　軟磁性粉末と、樹脂バインダと、該軟磁性粉末よりも高い熱伝導率を有する繊維状の熱伝導性フィラーとを下記式(１)に示す比率で混合したコア用材料を用い、導体線材を巻回したコイルを内部に隙間無く埋め込む状態にコアを成形して成るリアクトル。
   　　Ｘ・軟磁性粉末＋Ｙ・熱伝導性フィラー＋(100－Ｘ－Ｙ)・樹脂バインダ・・式(１)
   　但しＸ：83～96質量％
   　　　Ｙ：0.2～6.8質量％
2. 　請求項１において、前記樹脂バインダとして熱可塑性樹脂バインダを用い、前記式(１)に示す比率で混合したコア用材料としてのコア用コンパウンドを用いて、前記コイルを内部に隙間無く埋め込む状態に前記コアを射出成形して成る射出成形リアクトル。
3. 　請求項２において、前記熱伝導性フィラーがカーボンファイバーであることを特徴とする射出成形リアクトル。
4. 　請求項２，３の何れかに記載の、射出成形リアクトルの前記コア用材料としてのコア用コンパウンド。

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