(57)【要約】      （修正有）【課題】分割コアの接合面の間隔が異なっている場合に、接合圧力を加えたとしても、コア自体には大きな応力が加わることがなく、クラックが発生するおそれがないリアクトル及びその製造方法を提供する。【解決手段】磁性体粉末を金型内に充填して加圧成形して構成された複数の分割コア１ａ，１ｂと、複数の分割コア１ａ，１ｂを接着剤を用いて接合することにより構成された環状のコアと、環状のコアに装着されたコイル４を有する。分割コア１ａ，１ｂの周囲は、樹脂成型品２ａ，２ｂで被覆されている。分割コア１ａ，１ｂ及び樹脂成型品２ａ，２ｂをθ状に接合して、環状コアを構成する。分割コア１ａ，１ｂの接合面は研磨加工されておらず、磁性体粉末の加圧成型時における金型との接触状態が残されている。接着剤は、その内部に硬質のフィラーが混入され、この硬質のフィラーにより接合面の間隔が規制されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体粉末を金型内に充填して加圧成形して構成された複数の分割コアと、
前記複数の分割コアを接着剤を用いて接合することにより構成された環状のコアと、
前記環状のコアに装着されたコイルを有するリアクトルにおいて、
前記分割コアの接合面は研磨加工されておらず、磁性体粉末の加圧成型時における金型との接触状態が残されており、
前記接着剤は、その内部に硬質のフィラーが混入され、この硬質のフィラーにより分割コアの対向する接合面の間隔が規制されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記複数の分割コアが３本の脚部を有するＥ字形であって、各分割コアの３本の脚部の先端同士を突き合わせてθ形の環状コアが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記接着剤が、ウレタン樹脂系またはエポキシ樹脂系の接着剤であり、前記フィラーが解砕処理によりその粒径を制御されたシリカ、アルミナ、チタニア、あるいはそれらの酸化化合物の１つあるいは複数の組み合わせであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記フィラーの最大粒径が、分割コアの接合面間の隙間よりも小さなものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記フィラーの最大粒径が、分割コアの接合面の寸法公差よりも大きなものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項６】
前記複数の分割コアの接合面の間隔が４０μｍから２００μｍであって、前記フィラーの最大径が、４０μｍから２００μｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載のリアクトル。
【請求項７】
磁性体粉末を金型内に充填して加圧成形して構成された複数の分割コアと、
前記複数の分割コアを接着剤を用いて接合することにより構成された環状のコアと、
前記環状のコアに装着されたコイルを有するリアクトルの製造方法において、
前記分割コアの接合面を研磨加工することなく、磁性体粉末の加圧成型時における金型との接触状態を残し、
前記複数の分割コアの接合面の全域に、内部に硬質のフィラーが混入された接着剤を塗布し、
前記複数の分割コアを接合面と直角の方向から加圧し、前記硬質のフィラーにより分割コアの対向する接合面の間隔を規制した状態で、複数の分割コアの接合面同士を前記接着剤により所定の間隔をもって接合することを特徴とするリアクトルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の分割コアを接合して構成した環状コアを備えたリアクトル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気飽和及びコストの観点から、鉄心に圧粉磁心を使用したリアクトルが主流となりつつある。圧粉磁心は、磁性粒子同士の隙間が微小ギャップとなるため、磁気飽和を起こしにくくなり、且つ、鉄心に挿入されるエアギャップを小さくできることから漏れ磁束を大幅に低減できるため、リアクトル装置の小型化に寄与されている。また、打ち抜き鉄心や巻鉄心と比較して工程が簡素であり、且つ、材料ロスも少ないことから、コストメリットが高い。
【０００３】
一方で、圧粉磁心を製造する際、圧縮成形後に脱脂及び焼鈍工程を行うが、成形体内部に存在するバインダが縮合反応を起こすため、圧縮成形時に対して焼鈍後の成形体は収縮する傾向にある。この時、成形体の密度やバインダなどの材料ばらつきによって収縮率が変わるため、焼鈍後の寸法ばらつきが生じる。
【０００４】
圧粉磁心の１つとして、アルミ−シリコン−鉄合金などの金属粉末を絶縁処理した後、加圧成形し、熱処理を施したダストコアを使用したものが提案されている。この種のリアクトルは、特許文献１や特許文献２に記載されるように、ダストコアからなる複数の分割コアを接着剤により接合することで、ドーナツ状やθ状のコア（総称して、環状コアという）を形成し、その環状コアにコイルを装着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９１１３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の環状コアを作製する場合、図６に示すような、他の分割コアとの接合面が３箇所あるＥ字形の分割コア５０ａ，５０ｂ同士を突き合わせた場合に、３本の脚部５１〜５３の先端にある接合面の位置に狂いがあると、３つの接合面が同じ平面にならず、他の脚部の接合面が接触した状態でも、接合面が離れたままの脚部が存在する。特に、Ｅ字形の分割コア５０ａ，５０ｂは、３本の脚部５１〜５３の間にコイルが装着される空間があるため、ダストコアの加圧成形後に、両端の脚部５１，５３が中央の脚部５２よりも飛び出すようにコア全体が変形する傾向があり、中央の脚部５２の接合面の間隔が両端の脚部５１，５３の接合面の間隔よりも広くなりやすい。
【０００７】
その状態で、分割コア５０ａ，５０ｂに接着剤を塗布してコアの外側から加圧すると、接合面が離れた部分が変形し、コアの各部に応力が加わることになる。ダストコアは粉末を固めたものなので、普通の金属に比較すると強度が低く脆いために、応力が加わると割れやすい。
【０００８】
酸化鉄粉を加圧成形し焼結させたフェライトコアは、熱処理時に収縮するので、完成品の寸法のばらつきが多く、接合面の平面度を出すために研磨加工を行っていた。一方、ダストコアはフェライトコアに比較して収縮率が小さいので、研磨が不要と考えられていたが、前記の様に３つの接合面が同一平面にないと、接合時の加圧力により応力が集中してクラックが生じる現象が確認された。特に、微小なクラックであっても、長期間にわたって振動が加わる車載用のリアクトルでは、微小なクラックが徐々に拡大し、リアクトルの故障に繋がることが分かった。
【０００９】
このようなダストコアの問題点を解決するため、フェライトコアのように接合面を同一平面となるように研磨することが考えられる。フェライトは酸化物でできているので、粒子の絶縁度が高く、研磨しても特性に影響がない。一方、ダストコアは、金属粉末の表面に絶縁被膜を作ってあるため、研磨するとその絶縁被膜が破壊され、金属粉末の粒子が直接接触する。ダストコアでは、金属粉末の表面に絶縁被膜を形成することで、高周波の特性に耐えられるようにしているので、研磨加工の結果絶縁被膜がなくなると、高周波特性が損なわれる。
【００１０】
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、分割コアの接合面の間隔が異なっている場合に、接合圧力を加えたとしても、コア自体には大きな応力が加わることがなく、クラックが発生するおそれがないリアクトル及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のリアクトルは、次のような構成を有することを特徴とする。
(1) 磁性体粉末を金型内に充填して加圧成形して構成された複数の分割コア。
(2) 前記複数の分割コアを接着剤を用いて接合することにより構成された環状のコア。
(3) 前記環状のコアに装着されたコイル。
(4) 前記分割コアの接合面は研磨加工されておらず、磁性体粉末の加圧成型時における金型との接触状態が残されている。
(5) 前記接着剤は、その内部に硬質のフィラーが混入され、この硬質のフィラーにより分割コアの対向する接合面の間隔が規制されている。
【００１２】
前記のようなリアクトルを製造する方法も、本発明の一態様である。また、前記複数の分割コアとして、３本の脚部を有するＥ字形の分割コアを使用し、各分割コアの３本の脚部の先端同士を突き合わせてθ形の環状コアを形成することができる。
【００１３】
前記接着剤が、ウレタン樹脂系またはエポキシ樹脂系の接着剤であり、前記フィラーが解砕処理によりその粒径を制御されたシリカ、アルミナ、チタニア、あるいはそれらの酸化化合物の１つあるいは複数の組み合わせであることが好ましい。
【００１４】
前記フィラーの最大粒径が、分割コアの接合面間の隙間よりも小さなものであること、前記フィラーの最大粒径が、分割コアの接合面の寸法公差よりも大きなものであること、、前記複数の分割コアの接合面の間隔が４０μｍから２００μｍであって、前記フィラーの最大径が、４０μｍから２００μｍ未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、分割コアを突き合わせて接合した場合に、接着剤内に混入したフィラーによって接合面の間隔が一定に保持されるので、製品のバラ付きを押さえることが可能となる。また、分割コアの複数の接合面の間でその間隔に差があっても、フィラーによって接着時の加圧力が受け止められることになり、分割コアの一部に応力が加わることがないので、分割コアをダストコアとした場合でも接合時の加圧力に起因するクラックの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態の全体の組立状態を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態において、コイルを樹脂成型品と一体化された分割コアと、それに装着するコイルとの関係を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態における分割コアを組み合わせてなる環状コアの形状を示す斜視図である。
【図５】本実施形態における接合面の接着部分の拡大断面図である。
【図６】Ｅ字形分割コアを組み合わせて形成したθ状の環状コアの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．第１実施形態］
［１．１  構成］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のリアクトルは、図１に示す通り、３本の脚部を備えた２つの分割コア１ａ，１ｂと、この分割コア１ａ，１ｂの周囲に設けられた樹脂成型品２ａ，２ｂと、これらをθ状に接合する接着剤３と、分割コア１ａ，１ｂと樹脂成型品２ａ，２ｂのの中心脚部分に巻回されたコイル４とを備える。
【００１８】
図１及び図４に示す通り、各分割コア１ａ，１ｂは、断面矩形状の３本の脚部１１〜１３を有するＥ字形をしており、２つの分割コア１ａ，１ｂを、３本の脚部１１〜１３の先端同士を対向させて接着することで、全体としてθ字状（角の丸いθ状や角が四角い日字状を含む）に形成されている。本実施形態の分割コア１ａ，１ｂとしては、ダストコアを使用するが、その他フェライトコアやケイ素鋼を積層した積層コアを用いることができる。
【００１９】
図３に示すとおり、各分割コア１ａ，１ｂの周囲には、分割コア１ａ，１ｂと一体的に形成された樹脂成型品２ａ，２ｂが設けられている。この樹脂成型品は、分割コア１ａ，１ｂをそれぞれインサート品として樹脂成型品２ａ，２ｂの金型内にセットした状態で、金型内に樹脂を充填し固化することで、分割コア１ａ，１ｂと樹脂成型品２ａ，２ｂを一体的に形成する。
【００２０】
樹脂成型品２ａ，２ｂは、分割コア１ａ，１ｂとコイル４を絶縁する部材である。樹脂成型品２ａ，２ｂの主材料としては、例えば、不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）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）等を用いることができる。
【００２１】
樹脂成型品２ａ，２ｂは、分割コア１ａ，１ｂの脚部１１〜１３の先端に形成された接合面を除いて、分割コア１ａ，１ｂのほぼ全周を覆っていて、その先端は分割コア１ａ，１ｂの接合面と同じ位置になっている。すなわち、分割コア１ａ，１ｂの接合面を突き合わせた場合、それらの周囲に設けられた樹脂成型品２ａ，２ｂの先端面も付き合わされた状態になる。従って、２つのＥ字形分割コア１ａ，１ｂをθ字状に接合する場合、分割コア１ａ，１ｂの接合面と、樹脂成型品２ａ，２ｂの接合面の両方に接着剤３を塗布する。また、本実施形態では接着強度を向上させるために、図５の拡大断面図に示すように、樹脂成型品２ａ，２ｂの接合面を跨ぐように、樹脂成型品２ａ，２ｂの表面にも接着剤３を盛り上げて塗布する。
【００２２】
図１、図２に示すように、コイル４は、コア４の外表面に巻回されている。コイル４は、分割コア１ａ，１ｂの３本の脚部１１〜１３のうち、中央の脚部１２が接着されることにより形成される直線部分に樹脂成型品５を介して巻回されている。具体的には、図３に示すように、コイル４は、２つの分割コア１ａ，１ｂを接着する際に、予め筒状に巻回したコイルを中央の脚部１２に嵌め込むことにより、コア４に巻回されている。コイル４としては、各種の導体を巻回したものを使用することができるが、本実施形態では、平角線の導体をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルを使用する。
【００２３】
本実施形態において、接着剤３としては、硬化温度が１２０℃程度のエポキシ系の熱硬化樹脂を使用する。接着剤３の主成分としては、温度特性、耐久性などリアクトルの用途を考慮して、エポキシ系樹脂に限らず、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂など、従来からリアクトルのコア接合用として使用されている樹脂を適宜使用できる。
【００２４】
接着剤３の粘度は、混入するフィラー３ａの添加量や粒径に応じて適宜調整する。接着剤３の粘度が低すぎると、接着時に分割コア１ａ，１ｂを加圧した場合、その加圧力により間隔の広い接合面の間に位置する接着剤３中の小さな径のフィラー３ａが接合面に沿って逃げてしまい、接合面を支持することができなくなる。接着剤３に対するフィラー３ａの混合割合としては、接着剤３の容積の２０％から６０％が好ましい。接着剤３に対するフィラー３ａの混合割合も、接着剤３の粘度と同様であって、フィラー３ａの混合割合が少なすぎると接合面に加わる加圧力により、接着剤３が接合面の間から逃げてしまい、接合面の隙間を一定の間隔に保持する機能がなくなる。
【００２５】
フィラー３ａとしては、熱伝導性、耐熱性向上に寄与することからアルミナが好ましいが、その他の接着時にコアに加わる圧力によって変形することがないものであれば、他の材料を使用することも可能である。具体的には、フィラー３ａとして、解砕処理によりその粒径を制御されたシリカ、アルミナ、チタニア、あるいはそれらの酸化化合物の１つあるいは複数の組み合わせを使用することができる。
【００２６】
接着剤３に同一径のフィラー３ａのみを混入することもできるが、本実施形態では、接着剤３の膜厚（接合面の間隔）に対する最大径のフィラー３ａから、その１／１０程度の径を有する小径のフィラー３ａまでを、適宜の粒度分布で混合することができる。このようにすると、接着剤３内部で複数の径の異なるフィラー３ａが重なり合って、接合面の間隔の広い部分を支持することになるので、コアの外方から接着圧力を加えても、ダストコアに部分的な応力が加わることがない。
【００２７】
本実施形態において、フィラー３ａの最大粒径は、分割コアの接合面間の隙間よりも小さなものであって、しかも、分割コア１ａ，１ｂの接合面の寸法公差よりも大きなものである。たとえば、分割コア１ａ，１ｂの接合面の間隔は、コアの大きさにもよるが、一般には、４０μｍから２００μｍである。そこで、フィラー３ａの最大径は４０μｍから２００μｍ未満に設定されている。
【００２８】
中でも、ダストコアは、圧縮、焼成した磁性体金属粉末の隙間に空気が残っていることから、接着時にはダストコア内部から接着剤３側に空気が移動する。この空気は接着剤３内で気泡になって、接着剤３の接合力を弱める原因となる。このことを防止するためには、接着剤３の肉厚を一定以上、好ましくは６０〜９０μｍ程度に維持する必要がある。たとえ分割コア１ａ，１ｂに加圧力が加わっても、接合面の間隔が６０〜９０μｍに維持されることが重要である。そこで、本実施形態では、フィラー３ａの最大径を接合面の間隔に合わせて６０〜９０μｍとしている。これにより、仮にダストコア内部から気泡が接着剤３内に移行しても、十分な接着強度を得ることができる。
【００２９】
３本の脚１１〜１３の接合面の間隔については、適正な管理が必要である。接着剤３にフィラー３ａが入っていないと、接着剤３が横に流れてしまう。よって、変形度の小さい場所の隙間寸法はフィラー３ａの径で管理する。本実施形態では、接合面の間隔の一番狭いところは、必ずフィラー３ａの最大径になる。従って、分割コア１ａ，１ｂの成型寸法にばらつきがあったとしても、最低限左右の脚部１１，１３の接合面の間隔はすべて同じになる。特に、中央の脚部１２にコイル４を巻回した場合、左右の脚部１１，１３は磁束の通り道となるため、その部分の渦電流損などがリアクトルの特性に影響する。本実施形態では、左右の脚部１１，１３の接合面の隙間が均一であるため、リアクトルの特性のばらつきが抑えられる。
【００３０】
［１．２  製造方法］
前記のような構成を有する本実施形態のリアクトルは、次のように製造する。
(1) 磁性体粉末を金型内に充填して加圧成形して複数の分割コア１ａ，１ｂを作製する。この場合、分割コア１ａ，１ｂの接合面を研磨加工することなく、磁性体粉末の加圧成型時における金型との接触状態を残しておく。
(2) 各分割コア１ａ，１ｂを金型内にセットした状態で、金型内に樹脂を注入固化して、樹脂成型品２ａ，２ｂを作製する。
【００３１】
(3) ２つの分割コア１ａ，１ｂとその周囲の樹脂成型品２ａ，２ｂの先端に位置する接合面の全域に対して、フィラー３ａを混入した接着剤３塗布する。この場合、接着剤３が接合面からはみ出する程度に厚めに塗布する。
(4) ２つの分割コア１ａ，１ｂ及び樹脂成型品２ａ，２ｂを、その３本の脚部１１〜１３の先端が対向するように向き合わせ、中央の脚部１２をコイル４の中央開口部内に挿入し、分割コア１ａ，１ｂを、その外側（接合面と直角の方向）から加圧力を加えることにより、接合面に塗布した接着剤３を用いて接合する。
【００３２】
(5) このようにすると、分割コア１ａ，１ｂの対向する接合面の間隔をフィラー３ａにより規制した状態で、分割コア１ａ，１ｂの接合面同士を所定の間隔をもって接合することができめる。
【００３３】
［１．３  効果］
上記のような構成を有する本実施形態のリアクトルの効果は、以下のとおりである。
（１）本実施形態では、分割コア１ａ，１ｂを組み付ける際に接着剤３を用いて固定させるが、接着剤３を磁極面となる接合面の全域に塗布することで、接合面間の隙間を埋めることが可能になる。特に、接着剤３として、基材の他に、アルミナなどのフィラー３ａが含有されているものを使用することで、一定の膜厚の接着剤３が接合面の隙間に必ず存在するようにした。その結果、接着剤層が薄くて十分な接着力が得られないという不都合を解消することができる。
【００３４】
（２）本実施形態では、突き合わせた場合に接触する両側の脚部１１，１３の間では、接着圧力を加えた場合に、接着剤３がその内部のフィラー３ａと共に接合面の外側にはみ出すように移動する。最終的には、図５に示すように、最大径のフィラー３ａの寸法まで接合面が近付いた状態でフィラー３ａに規制されてそれ以上は接合面同士が接近することがない。
【００３５】
（３）フィラー３ａの量と粒度分布、及び粒径を最適にコントロールすることで、分割コア１ａ，１ｂの３本の脚部１１〜１３の接合面の公差を吸収し、接着剤３によって接合面に生まれる微小なギャップ厚のばらつきを低減することが可能となる。このギャップ厚のばらつきの低減により、インダクタンス特性のばらつきも低減し安定するという効果も得られる。特に、本実施形態では、分割コア１ａ，１ｂの接合面の寸法公差よりも大きなフィラー３ａを有する接着剤３を使用することにより、成型加工時に生じる接合面の位置のばらつきを吸収して、品質にばらつきのないリアクトルを得ている。
【００３６】
（４）接合面の間隔は、極力小さい方が良く、たとえば、接合面の間隔が大きくなると、リアクトルのインダクタンスが低下する。従って、接着時に加圧しても、接合面が離れた脚部でも、その間にアルミナなどの硬質のフィラー３ａを含有した接着剤３が入っているので、加圧しても接着剤３の樹脂だけでなく、硬質のフィラー３ａが支えとなって加圧力を受け止める。フィラー３ａの最大径としては、接合面の最小値が８０μｍ程度とした場合、それと同等あるいはそれ以下のものであることが必要である。
【００３７】
［３．  他の実施形態］
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は例として提示したものであって、その他の様々な形態で実施されることが可能である。発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。以下、その一例を示す。
【００３８】
（１）上記実施形態では、１本の中心脚を備えたθ字状のコアを使用したが、コアの形状はこれに限らない、たとえば、２つのＥ字形状の分割コア１ａ，１ｂから構成する代わりに、一方をＥ字形状とし、もう一方をＩ字形状とし、この２つのコアを接着する構成としても良い。また、２つのＵ字形状のコアやＪ字形状のコアを接着することで、環状のコアとしてもよい。
【００３９】
（２）コア４に巻回するコイル４の形状も適宜変更可能であり、θ状のコアの左右の脚部にそれぞれコイルを巻回するものや、θ状のコアのヨーク部分にコイルを巻回しても良い。円形あるいは角形のループ状のコアを使用した場合には、左右の脚部のそれぞれにコイルを巻回しても良いし、２つの脚部の一方のみにコイルを巻回して良い。
【００４０】
（４）樹脂成型品としては、内部にコアをインサート成型するものの他に、中空になった筒状あるいは箱状の樹脂成型品のみを予め作製し、その内部にコアを嵌合したり、接着剤で固定するものも使用できる。樹脂成型品は、必ずしも必要ではなく、単なる分割コア同士を接合する場合にも、本発明を適用できる。また、分割コアの接合後において、環状になったコアを樹脂成型品内部にインサート成型したり、組み込むこともできる。
【００４１】
【符号の説明】
【００４２】
１ａ，１ｂ…分割コア
１１〜１３…コアの脚部
２ａ，２ｂ…樹脂成型品
３…接着剤
３ａ…フィラー
４…コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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