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、これがケース内に収容された形態、さらには、ケース内にモールド樹脂体が形成された形態などがある。このモールド樹脂体の成形方法としては、軟磁性粉末等を圧縮成形する方法が一般に用いられている。

また、リアクトルの別の形態として、樹脂と軟磁性粉末等からなるコア材料がモールドされた樹脂コア内にコイルが埋設された形態のリアクトルもある。

この形態のリアクトルでは、樹脂と軟磁性粉末等からなるコア材料を使用することから、既述する圧縮成形法に比して形状自由度の高いリアクトルを製造することができる。なお、このように樹脂と軟磁性粉末からなるコア材料をコイルが配設された成形型に充填してリアクトルを製造する方法が特許文献1に開示されている。

コア材料を形成する樹脂には熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂があるが、熱硬化性樹脂は硬化させるための硬化炉を要したり、硬化時間が1時間程度と長くなるといった課題を有している。一方、熱可塑性樹脂は射出成形機を使用して数分程度でコア材料の成形が可能である。

しかしながら、熱可塑性樹脂と軟磁性粉末を混合してコア材料を製作するに当たり、熱可塑性樹脂を溶融させるべく、高温雰囲気下で高いせん断力をかけて熱可塑性樹脂と軟磁性粉末を混練することから、軟磁性粉末に歪みが残り、ヒステリシス損失の大きなコア材料になるといった課題がある。

また、コア材料は一般に軟磁性粉末を高充填していることから、溶融時の粘度が高くて流動性が悪いことから、高温でかつ高い樹脂圧にて射出成形する必要がある。そのため、この高い樹脂圧にて成形型内のコイルの表面が傷付いたり、コイルを変形させたりといった課題もある。

このように、コア材料を形成する樹脂に熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれを適用した場合でもそれぞれに固有の課題があることから、これらの課題を解消することのできるリアクトルの製造方法の開発が望まれている。

特開2012−199580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、製造過程でコイルが損傷したり変形したりすることがなく、品質に優れたリアクトルを製造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、少なくとも樹脂と軟磁性粉末からなるコア材料にて成形された樹脂コアにコイルが埋設されてなるリアクトルの製造方法であって、成形型のキャビティの容積とコイルの容積の差に対し、樹脂以外のコア材料のかさ比重/真比重の割合以上の割合を乗じて樹脂以外のコア材料の充填量を設定する第1のステップ、樹脂以外のコア材料を前記設定量だけ成形型のキャビティに充填するとともにコイルをキャビティ内に配設する第2のステップ、成形型のキャビティに樹脂を充填する第3のステップからなるものである。

本発明のリアクトルの製造方法は、樹脂と軟磁性粉末を混練したコア材料を成形型に充填する方法に代わって、成形型内に樹脂以外の軟磁性粉末等のみを充填し、後工程で樹脂を充填するものである。充填される樹脂が軟磁性粉末等を含んでいないことから、低粘度で良好な流動性を有しており、したがって、低温かつ低圧で樹脂を充填することができ、樹脂充填の際のコイルの損傷や変形が解消される。その結果、品質に優れたリアクトルを製造することができるものである。

ここで、「少なくとも樹脂と軟磁性粉末からなるコア材料」とは、樹脂以外のコア材料が軟磁性粉末のみである形態と、樹脂以外のコア材料が、軟磁性粉末と、非磁性粉末もしくは繊維材である形態を含む意味である。非磁性粉末もしくは繊維材を含む形態では、軟磁性粉末の充填量をこれらの素材で調整することができる。

また、適用される樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。

第1のステップにおける樹脂以外のコア材料(軟磁性粉末のみの場合や、軟磁性粉末と非磁性粉末等の混合材の場合)の充填量を設定するに際し、樹脂以外のコア材料のかさ比重(見かけ密度)はJISZ2504に規定の方法で求めることができる。樹脂以外のコア材料のかさ比重/真比重の割合から、当該材料の最密充填率が特定される。

成形型のキャビティの容積は設計図面等から特定でき、コイルの容積も仕様書等から特定できる。

樹脂以外のコア材料の充填量は、成形型のキャビティの容積とコイルの容積の差に対し、樹脂以外のコア材料のかさ比重/真比重の割合以上の割合を乗じて設定される。このように、キャビティ内に樹脂以外のコア材料がそのかさ比重/真比重の割合以上の割合で充填されることにより、キャビティ内において軟磁性粉末を偏りなく、万遍なく充填することができる。

第2のステップでは、成形型内にコイルを配設した後に樹脂以外のコア材料を充填してもよいし、その逆の順序を適用してもよい。ここで、第2のステップにおける樹脂以外のコア材料の「充填」とは、樹脂以外のコア材料をキャビティ内に収容することを意味している。

また、好ましくは、キャビティ内においてコイルが樹脂以外のコア材料にて覆われるようにして樹脂以外のコア材料を充填するのがよい。ここで、成形型内に樹脂以外のコア材料を充填してコイルを配設した後、成形型に隙間が生じている場合にはこの隙間を埋めるべく、再度樹脂以外のコア材料を充填するのが好ましい。

また、キャビティ内においてコイルが所望の設置位置から移動しないように、コイルを固定手段にて位置決め固定するのが好ましい。なお、この「固定手段」には、固定ピンや固定針、固定紐などが挙げられる。

第3のステップにて樹脂のみを充填することにより、比較的低温かつ低粘度で良好な流動性を有する樹脂をキャビティ内に行き渡らせることができる。

ここで、第3のステップにおける樹脂の「充填」は、射出成形にて注入すること等を意味している。

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、成形型内に樹脂以外の軟磁性粉末等のみを充填し、後工程で樹脂を充填する方法を適用したことにより、充填される樹脂が軟磁性粉末等を含んでいないことから低粘度で良好な流動性を有しており、したがって、低温かつ低圧で樹脂を充填することができる。このことにより、樹脂充填の際のコイルの損傷や変形が解消され、品質に優れたリアクトルを製造することができる。

本発明のリアクトルの製造方法を説明したフロー図である。

製造方法の第2のステップを説明した模式図である。

製造方法の第3のステップを説明した模式図である。

製造されたリアクトルの斜視図である。

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フロー図であり、図2,3はそれぞれ、製造方法の第2のステップ、第3のステップを説明した模式図である。

本発明の製造方法が製造対象とするリアクトルは、樹脂と軟磁性粉末等からなる樹脂コアにコイルが埋設されてなる形態のリアクトルである。

まず、図1で示すように、樹脂以外のコア材料の充填量の設定をおこなう(第1のステップS10)。すなわち、図2,3で示す成形型1のキャビティ1a内に射出成形されるコア材料は熱可塑性樹脂のみであり、軟磁性粉末等は熱可塑性樹脂の注入に先行して予めキャビティ1a内に充填される。第1のステップS10では、この軟磁性粉末等の樹脂以外のコア材料の充填量を設定するものである。

ここで、軟磁性粉末としては、Fe、Co、Niなどの鉄族金属、鉄を主成分とする合金粉等を適用できる。特に、Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金や希土類金属、フェライトなどを適用できる。

軟磁性粉末には、軟磁性粉末同士の絶縁性を保証し、渦電流損失を低減するべく、絶縁コーティングなどの表面処理が施されているのが好ましい。

また、樹脂以外のコア材料が軟磁性粉末と非磁性粉末や繊維材から形成される場合、この非磁性粉末としては、非磁性で絶縁性のある粉末としてシリカやアルミナ等の無機酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミなどの窒化物を適用できる。非磁性粉末を混合することで、非磁性粉末が軟磁性粉末同士の隙間に配されてギャップの効果を奏するとともに、高熱伝導性を有していることから樹脂コアの放熱性を高めることができる。また、非磁性粉末を混合する場合は、軟磁性粉末量を少なくして透磁率を低く抑えることができる。

また、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維材を混合することにより、樹脂コアの強度を高めることができる。

樹脂以外のコア材料として軟磁性粉末のみを使用する場合は、軟磁性粉末のかさ比重をJISZ2504に規定の方法で求め、かさ比重/真比重の割合を特定し、その最密充填率を特定する。

一方、樹脂以外のコア材料として軟磁性粉末と非磁性粉末等の混合材を使用する場合は、これらをヘンシェルミキサー等で攪拌した後、混合粉のかさ比重をJISZ2504に規定の方法で求め、かさ比重/真比重の割合を特定し、その最密充填率を特定する。

また、一方で、成形型のキャビティの容積をその設計図面等から特定し、コイルの容積もその仕様書等から特定し、成形型のキャビティの容積とコイルの容積の差を求める。

求められた成形型のキャビティの容積とコイルの容積の差に対し、かさ比重/真比重の割合以上の所定の割合を乗じることにより、樹脂以外のコア材料の充填量が設定される。

たとえば、キャビティの容積が700cm³、軟磁性粉末のかさ比重が5g/cm³、真比重が7g/cm³の場合、軟磁性粉末の充填量は、700×5/7=500 cm³以上の量で、たとえば600cm³、700 cm³などと設定される。

また、軟磁性粉末と非磁性粉末等の混合材を使用する場合は、混合粉のかさ比重を適用する。

このように、キャビティ1a内に樹脂以外のコア材料がそのかさ比重/真比重の割合以上の割合で充填されることにより、キャビティ1a内において軟磁性粉末を偏りなく、万遍なく充填することができる。

樹脂以外のコア材料の充填量が設定されたら、次に、図1で示すように、成形型内へのコイルの配設と樹脂以外のコア材料の充填をおこなう(第2のステップS20)。

まず、成形型1のキャビティ1a内に第1のステップS10で設定された設定量の樹脂以外のコア材料Fを充填する。

次に、キャビティ1a内の所定位置にコイルCを配設し、コイルCとキャビティ1aの壁面間に複数の固定ピン2を配してコイルCの位置決めをおこなう。

コイルCが樹脂以外のコア材料Fにて覆われるようにしてコイルCを配設する。ここで、コイルCの配設に際してキャビティ1a内に隙間が生じている場合は、この隙間を埋めるべく、樹脂以外のコア材料Fを再度キャビティ1a内に充填する。

キャビティ1aにコイルCが配設され、コイルCを覆うようにして樹脂以外のコア材料Fが充填されたら、図1で示すように、成形型1に樹脂を充填する(第3のステップS30)。

図3で示すように、充填孔1bからキャビティ1aに樹脂を射出成形することにより、樹脂をキャビティ1aに充填し(X1方向)、キャビティ1aの全域に行き渡らせる(X2方向)。

ここで、充填される樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、硬化炉を不要とでき、製造時間短縮を図ることのできる射出成形が可能な熱可塑性樹脂を適用するのが好ましい。

適用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル、ポリイミド樹脂などを挙げるこができる。

熱可塑性樹脂の硬化を待ち、脱型することにより、図4で示すように、樹脂と軟磁性粉末等からなるコア材料がモールドされた樹脂コアM内にコイルCが埋設されたリアクトルRが製造される。

第3のステップでは、軟磁性粉末等が混合されていない樹脂のみをキャビティ1a内に充填することから、比較的低温かつ低粘度で良好な流動性を有する樹脂をキャビティ1a内に行き渡らせることができる。そのため、軟磁性粉末等と樹脂の混合材料をキャビティに充填する際の課題、すなわち、溶融時の粘度が高くて流動性が悪く、高温でかつ高い樹脂圧にて射出成形する必要があることにより、この高い樹脂圧にて成形型内のコイルの表面が傷付いたり、コイルを変形させるといった課題は生じ得ない。

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。

1…成形型、1a…キャビティ、1b…充填孔、2…固定ピン(固定手段)、C…コイル、F…樹脂以外のコア材料(軟磁性粉末、軟磁性粉末と非磁性粉末の混合材)、M…樹脂コア、R…リアクトル