(57)【要約】【課題】リアクトルコア自体の静的強度を低下さることなしに該接着剤層の冷熱サイクルに対する耐久性を高めることのできるリアクトルコアおよびリアクトルを提供する。【解決手段】複数の磁性を有するコア材（Ｕ型コア１，１、Ｉ型コア２，…）と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板３と、から形成され、コア材１，２の対向面とギャップ板３の対向面が接着剤層４を介して固定されるリアクトルコア１０であり、コア材１，２とギャップ板３双方の対向面の少なくとも一方は、該対向面の中央または略中央が最も突出した突形状に成形されており、その結果、接着剤層４の厚みが接着面の中央または略中央からその端部に向って厚くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板と、から形成され、コア材の対向面とギャップ板の対向面が接着剤層を介して固定されるリアクトルコアであって、
前記コア材と前記ギャップ板双方の対向面の少なくとも一方は、該対向面の中央または略中央が最も突出した突形状に成形されており、前記接着剤層の厚みが接着面の中央または略中央からその端部に向って厚くなっていることを特徴とするリアクトルコア。
【請求項２】
前記対向面の突形状が湾曲状に成形されている請求項１に記載のリアクトルコア。
【請求項３】
前記対向面の突形状が切頭円錐状である請求項１に記載のリアクトルコア。
【請求項４】
前記対向面の突形状が切頭角錐状である請求項１に記載のリアクトルコア。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトルコアを具備することを特徴とするリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルコアおよびリアクトルに係り、特に、リアクトルコアを形成するコア材とギャップ板との剥離が生じ難いリアクトルコアとこれを具備するリアクトルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リアクトルコアが複数のコア材から形成される場合には、隣接するコア材間にスペーサとなる樹脂製のギャップ板が介在し、ギャップ板とコア材とは接着剤にて接着固定されるのが一般的である。また、ギャップ板を介装させる以外の構造として、特許文献１に開示のセラミック粒子を介在させる形態や、特許文献２に開示の中空部を有するセラミックシートを介装させる形態などがある。
【０００３】
ところで、上記リアクトルコアを具備するリアクトルがハイブリッド自動車等のエンジンルームに搭載される場合、かかる用途においては、その使用環境の変化によって−４０℃〜１５０℃程度の範囲内での冷熱サイクル環境下に置かれる可能性があるために、ギャップ板が介装されるリアクトルコアにおいては、コア材とギャップ板との接着部にて剥離が生じ易いという問題がある。これは、従来のコア材およびギャップ板の対向面がともに平坦に成形されており、その間の接着剤の厚みが必然的にどの部位においても同厚であること、リアクトルコアのうち外周部ほど冷熱サイクルの影響を受け易く、コア材、ギャップ板、接着剤それぞれの線膨張係数が異なることで熱膨張差が外周部ほど大きくなり、繰り返しの熱応力に起因して接着剤層が剥離し易くなること、がその大きな要因である。なお、接着剤層の厚みが小さいほど、該接着剤層に生じるせん断応力は大きくなる。
【０００４】
したがって、接着剤層の厚みを大きくすることで冷熱サイクルに対する耐久性を高めることができるが、その一方で、今度は、剛性の低い接着剤層が厚くなることでリアクトルコア自体の静的強度（剛性）が低下してしまうことになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４７４７８号公報
【特許文献２】特開２００１−３０２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、隣接するコア材間にギャップ板が介装され、コア材とギャップ板とが接着剤にて接着固定されるリアクトルコアにおいて、リアクトルコア自体の静的強度を低減させることなく、その冷熱サイクルに対する耐久性を高めることのできるリアクトルコアと該リアクトルコアを具備するリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルコアは、複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板と、から形成され、コア材の対向面とギャップ板の対向面が接着剤層を介して固定されるリアクトルコアであって、前記コア材と前記ギャップ板双方の対向面の少なくとも一方は、該対向面の中央または略中央が最も突出した突形状に成形されており、前記接着剤層の厚みが接着面の中央または略中央からその端部に向って厚くなっていることを特徴とするものである。
【０００８】
コア材は、２つのＵ型コアを間隔を置いて対向配置させ、その間に複数の矩形コア（またはＩ型コア）を配設し、Ｕ型コアと矩形コアの間、および矩形コア同士の間には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックで成形されたギャップ板が介装され、コア材とギャップ板とは耐熱性の高いエポキシ樹脂系接着剤等にて接着固定されることでリアクトルコアが形成される。
【０００９】
コア材は軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心や珪素鋼板を積層してなる積層鋼板から形成されるが、本発明では特に成形性の観点から圧粉磁心によって成形されるのが好ましい。軟磁性粉末としては、例えば、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−シリコン系合金を使用でき、かかる合金表面にシリコン樹脂等からなる絶縁被膜が形成されて軟磁性粉末が生成される。
【００１０】
本発明のリアクトルコアにおいては、コア材とギャップ板双方の対向面の少なくとも一方は、該対向面の中央または略中央が最も突出した突形状に成形されている。すなわち、コア材の対向面のみが突形状に成形される形態、ギャップ板の対向面のみが突形状に成形される形態、双方の対向面が突形状に成形される形態がある。
【００１１】
コア材とギャップ板の少なくともいずれか一方がかかる形態を有することにより、必然的に接着剤層の厚みは対向面の中央またはその近傍で最も小さくなり（薄くなり）、対向面の端部に向って大きく（厚く）なっていき、端部において最も厚い層形状を呈することになる。
【００１２】
このように、コア材（またはギャップ板）の対向面における接着剤層の厚みがその中央に比して端部で厚くなることにより、冷熱サイクルによる熱膨張に起因した発生せん断応力を小さくすることができる。その結果、この接着剤層とコア材ないしはギャップ板との剥離を生じ難くすることができ、リアクトルコアの耐久性（冷熱耐久性）の向上に繋がる。
【００１３】
その一方で、対向面の中央部においては接着剤層の厚みを相対的に薄くしていることで、接着剤層が厚くなりすぎてリアクトルコア自体の強度（静的強度）が低下するという問題も同時に解消することができる。
【００１４】
ここで、対向面の中央または略中央が最も突出した突形状の実施の形態として、突形状が湾曲状に成形されている形態、突形状が切頭円錐状である形態、突形状が切頭角錐状である形態、突形状が円錐状もしくは角錐状の形態などを挙げることができる。
【００１５】
なお、リアクトルコア（またはリアクトル）の載置される条件により、一つの接着剤層の端部でも部位によって発生せん断応力に差異が生じ得る。例えば、温度差の大きくなり易いエンジン側の部位ではせん断応力が大きくなる傾向にある。そこで、使用される環境に応じて予め温度差に起因する発生せん断応力を求めておき、応力値に応じて接着剤層の端部の部位ごとにその厚みを変化させる実施の形態であってもよい。さらには、突形状の最も突出する部位が対向面の中央から一方向に偏った位置となるコア材またはギャップ板を成形してもよい。
【００１６】
さらに、本発明によるリアクトルは、前記リアクトルコアを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
上記するリアクトルコアを用い、コアの外周にコイルを形成してなるリアクトルとすることで、リアクトルコア自体の静的強度を殆ど低下さることなく、コア材とギャップ板とを接着固定する接着剤層の冷熱サイクルに対する剥離強度を高めることができるため、リアクトルの耐久性が高められる。したがって、本リアクトルは、冷熱耐久性の要求されるハイブリッド車に特に好適である。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルコアによれば、コア材とギャップ板とを接着固定する接着剤層の厚みを部位ごとに変化させるといった極めて簡易な構造によって、リアクトルコア自体の静的強度を低下させることなしに該接着剤層の冷熱サイクルに対する耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のリアクトルコアの斜視図であり、図２は図１のリアクトルコアを具備するリアクトルの斜視図である。図３，４，５はコア材の実施の形態の斜視図である。図６，７はリアクトルコアの実施の形態の縦断面図である。図８，９はリアクトルコアの製造方法の実施の形態を示した模式図である。図１０ａはせん断試験に使用した本発明のリアクトルコアの一部のテストピースの斜視図であり、図１０ｂは図１０ａのｂ−ｂ矢視図であり、図１０ｃは従来のリアクトルコアの一部のテストピースである。図１１は冷熱サイクル試験の１サイクルの条件を説明したグラフであり、図１２はせん断破壊試験の概要を説明した模式図であり、図１３はせん断破壊試験結果を示したグラフである。図１４は接着剤層の厚みを変化させた場合のせん断応力解析（静解析）に使用するＦＥＭ解析モデルの斜視図であり、図１５，１６はせん断応力解析結果を示したグラフである。
【００２０】
図１は本発明のリアクトルコア１０を示しており、このリアクトルコア１０は、平面視がＵ型のＵ型コア１，１と、その間に間隔を置いて配設される平面視が矩形のコア（以下、Ｉ型コア２という。）と、Ｕ型コア１とＩ型コア２との間およびＩ型コア２，２間に介装されるギャップ板３と、ギャップ板３とコア１，２とを接着する接着剤層４とから構成され、全体として平面視が横長円環状に形成されるものである。この円環方向に磁気回路が形成される。
【００２１】
Ｕ型コア１、Ｉ型コア２はともに軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心や珪素鋼板を積層してなる積層鋼板から形成される。また、ギャップ板３はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの非磁性素材のセラミックで成形される。さらに接着剤層４はエポキシ樹脂系接着剤等にて形成される。
【００２２】
このリアクトルコア１０の長手方向の直線区間に導線が巻装されてなるコイル２０，２０が形成されてリアクトル３０が構成される（図２参照）。このリアクトルは、例えばハイブリッド車等の車両に搭載される電力変換装置を構成する。
【００２３】
図３はＩ型コア２を拡大した斜視図である。このＩ型コア２は、これがギャップ板３と対向する側面（対向面２１）の形状がその中央または中央近傍が最も突出し、全体として滑らかな湾曲状に成形されている。なお、図示を省略するが、Ｕ型コア１の端部でギャップ板と対向する対向面も図３と同様に中央が突出した湾曲状に成形される。
【００２４】
Ｉ型コア２の両対向面２１，２１を図３に示す形状に成形し、Ｕ型コア１の対向面も図３と同様の形状に成形したリアクトルコア１０の長手部の縦断面図を図６に示している。
【００２５】
図６に示す実施の形態では、ギャップ板３の対向面は平坦であり、コア１，２の対向面を上記する形状に成形しておくことで、接着剤層４はその端部の厚みが厚くなり、中央部にいくにつれて漸次厚みが薄くなる層形状を呈することになる。
【００２６】
このような層形状の接着剤層を形成することにより、該接着剤層の端部において冷熱サイクルによる熱膨張に起因した発生せん断応力を低減しながら、その中央部において接着剤層の厚みを薄くすることで接着剤層の厚みが全体として厚くなることを防止し、もってリアクトルコア１０の全体剛性（静的強度）の低下を抑えることができる。
【００２７】
図４，５には、図３に示すＩ型コア２の他の実施の形態を示しており、図４に示すＩ型コア２Ａは、対向面の形状が中央部の円形箇所が最も突出した切頭円錐状に成形されたコアである。
【００２８】
一方、図５に示すＩ型コア２Ｂは、対向面の形状が中央部の矩形箇所が最も突出した切頭角錐状に成形されたコアである。なお、図示を省略するが、対向面の形状がその中央部で最も突出した円錐状もしくは角錐状であってもよい。さらには、接着剤層の端部ごとに発生せん断応力が大きく相違する場合には、接着剤層の端部の厚みを部位ごとに変化させることもできるし、最も突出する部位が接着剤層の中央から一方へ偏った実施の形態であってもよい。
【００２９】
図７は、リアクトルコアの他の実施の形態の縦断面図である。この実施の形態は、Ｉ型コア２およびＵ型コア１それぞれの対向面を突条に成形するかわりに、ギャップ板３Ａの対向面を湾曲状に突出させ、対向面が平坦なＩ型コア２ＣとＵ型コア１Ａを有するリアクトルコアである。さらには、図示を省略するが、図６と図７の複合した形態、すなわち、Ｉ型コアおよびＵ型コアそれぞれの対向面を湾曲状に突出成形するとともにギャップ板の対向面も湾曲状に突出させる形態であってもよい。
【００３０】
図８，９は圧粉磁心からコア材を成形する際の成形方法の概要を説明した図である。図８に示す成形方法は、例えばＩ型コア成形用のキャビティを画成する中空のダイ５１と、中空端部を閉塞するとともに該ダイ５１に対して相対移動する下パンチ５３および上パンチ５２とから構成される成形型（金型）を用意し、例えばダイ５１の温度を１２０℃に調整し、キャビティ内に軟磁性粉末を充填し、下パンチ５３および上パンチ５２によって軟磁性粉末を上下から圧力１２２６ＭＰａの条件にて加圧し（図中のＸ方向）、この加圧姿勢で下パンチ５３および上パンチ５２を移動させて型抜きするものである（図中のＹ方向）。
【００３１】
上記加圧条件にて加圧成形された圧粉磁心が型抜きされると、図示するように上下の加圧力によってその側方が外側に膨らむことにより（図中のＺ方向）、自動的に対向面の突条を形成することができる。また、上下パンチにて加圧しながら型抜きすることで、従来の非加圧状態での型抜き方法の場合に問題となっていた、コア材側面に多層状のクラックが発生するという問題を解消することができる。
【００３２】
一方、図９に示す成形型では、中空を有するダイ５１に嵌め合いされる上下のパンチ５２Ａ，５３Ａのうち、例えば一方の上パンチ５２Ａのキャビティ対向面にコア材の突出形状を形成するための凹型５２Ａ１を設けておくことで上下パンチ５２Ａ，５３Ａから型抜きすると同時に所定形状のコア材を成形することができる。なお、図９では、Ｉ型コア２Ｂが成形されている。
【００３３】
上記製造方法にて製造されたコア材とギャップ板とを双方の間に接着剤層を介装させた姿勢で不図示の加圧装置内に収容し、加圧手段で加圧した姿勢で接着剤の固化を待つことで所定の厚みを有する接着剤層にてコア材とギャップ板とが接着固定されたリアクトルコアを製造することができる。なお、リアクトルコアの長手部（Ｉ型コアとギャップ板とからなる部分）を別途製造し、最後にこの長手部とＵ型コアをギャップ板および接着剤層を介して接着固定する方法であってもよい。
【００３４】
[冷熱サイクル試験およびせん断試験の概要とその結果]
次に、発明者等による冷熱サイクル試験およびせん断試験を以下に説明する。これは、図１０ａ，ｂに示す本発明のリアクトルコアの一部のテストピースＴと、図１０ｃに示す従来のリアクトルコアの一部のテストピースＴ’を用意し、これらを図１１に示す冷熱サイクル条件（図示する条件は１サイクル）を所定サイクル実行し、所定の冷熱サイクルを経験したテストピースＴ、Ｔ’を今度は図１２に示すせん断破壊試験機器にてせん断破壊させ、その際のせん断応力を実測し、その結果を図１３に示したものである。
【００３５】
図１０ａ，ｂに示すテストピースＴは、Ｉ型コアピースＴ１とギャップ板ピースＴ３と接着剤層Ｔ２からなり、ギャップ板ピースＴ３の幅：Ｌ３は２．３ｍｍ、Ｉ型コアピースＴ１と接着剤層Ｔ２の合計幅：Ｌ１は２０．９ｍｍ、Ｉ型コアピースＴ１、ギャップ板ピースＴ３の高さ：Ｌ２は２０ｍｍである。また、接着剤層Ｔ２の端部の厚み：ｔ２は０．０７〜０．１３ｍｍ範囲内の所定値、中央の厚み：ｔ１は０．０２５〜０．０５ｍｍ範囲内の所定値に設定されている。
【００３６】
一方、図１０ｃに示すテストピースＴ’は、Ｉ型コアピースＴ１’とギャップ板ピースＴ３’と接着剤層Ｔ２’からなり、テストピースＴと同寸法であるが、接着剤層Ｔ２’の厚みｔ３は一律に０．０２５〜０．０５ｍｍ範囲内の所定値に設定されている。
【００３７】
図１１は、上記テストピースＴ、Ｔ’を載置する炉内の温度履歴（グラフ中の点線）と、テストピースＴ、Ｔ’の接着部（例えばＩ型コアピースＴ１と接着剤層Ｔ２の端部の接着部）の温度履歴（グラフ中の実線）を示している。炉内温度は、１５０℃から４０分後に―４０℃まで温度を降下させ、次いで４０分後に再度１５０℃に昇温させるという条件である。
【００３８】
上記サイクルを所定サイクル経験したテストピースＴ、Ｔ’を、図１２で示すせん断破壊数試験機器Ａに固定し、例えば図示するように、Ｉ型コアピースＴ１と接着剤層Ｔ２の間でせん断強度を測定できる姿勢でパンチを押し込んで（Ｚ方向）せん断強度を測定する。
【００３９】
図１３に実験結果を示している。冷熱サイクル試験は、サイクル数を０、５０、１５０の３ケースで実行し、それぞれ複数のテストピースＴ、Ｔ’にてその破断時のせん断応力を測定した。
【００４０】
実験の結果、サイクル数が０の場合は、接着剤層の厚みが全体として薄いテストピースＴ’の方がせん断応力が高くなる自明の結果となっており、サイクル数が５０、１００サイクルでは、テストピースＴ’のせん断強度がほぼ０に近いものとなるのに対して、テストピースＴでは、５０サイクルの場合で２０ＭＰａ以上、１００サイクルの場合で１０〜２０ＭＰａ程度と、従来のリアクトルコアに比して格段に冷熱耐久性が向上することが実証された。
【００４１】
[接着剤層の厚みを変化させた場合のせん断応力解析（静解析）とその結果]
本解析は、図１４に示すように、メッシュで構成されたＩ型コアモデルＭ１とギャップ板モデルＭ３と接着剤層モデルＭ２から構成される３次元モデルＭを作成し、より具体的には、Ｎｏｄｅ：９５００、Ｅｌｅｍｅｎｔ：８２０８で拘束条件は６自由度をフリー拘束した条件で、材料物性値を以下の表１の条件で解析をおこなった。なお、本解析においては、図１４におけるモデルの大きさ（Ｌ４：２１．７ｍｍ〜２２ｍｍで、Ｌ５：２０ｍｍ、Ｌ６：２２ｍｍ）で、接着剤層の厚みを変化させて４ケースで実施した。各ケースともにその中央部のδ１を０．０５ｍｍで固定し、ケース１ではδ２を０．０５ｍｍ、ケース２ではδ２を０．１ｍｍ、ケース３ではδ２を０．２ｍｍ、ケース４ではδ２を０．４ｍｍとし、１５０℃および−４０℃の温度条件における接着剤層外周部のせん断応力に関する解析結果を求めた。なお、本解析は静解析であり、冷熱サイクルを加味したものではない。
【００４２】
【表１】
2008160020.tif 000003
【００４３】
１５０℃の温度条件における解析結果を図１５に、−４０℃の温度条件における解析結果を図１６にそれぞれ示している。
【００４４】
図１５より、接着剤層端部の厚みを厚くするにしたがって発生せん断応力値の低下は顕著であり、接着剤層の層厚が一律０．０５ｍｍのケース１に比して、端部の厚みが０．４ｍｍの場合は３割程度、せん断応力が低減する結果となった。
【００４５】
一方、−４０℃の温度条件の場合においてもおよそ３割程度、せん断応力が低減する結果となった。
【００４６】
以上の冷熱サイクル耐久試験およびせん断破壊試験と、３次元ＦＥＭ解析結果より、接着剤層の中央に比して端部の厚みを厚くすることで温度差に起因する発生せん断応力の低減と、せん断破壊に対する耐力の増加を図ることができることが実証された。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のリアクトルコアの斜視図である。
【図２】図１のリアクトルコアを具備するリアクトルの斜視図である。
【図３】コア材の一実施の形態の斜視図である。
【図４】コア材の他の実施の形態の斜視図である。
【図５】コア材のさらに他の実施の形態の斜視図である。
【図６】リアクトルコアの縦断面図である。
【図７】リアクトルコアの他の実施の形態の縦断面図である。
【図８】リアクトルコアの製造方法の一実施の形態を示した模式図である。
【図９】リアクトルコアの製造方法の他の実施の形態を示した模式図である。
【図１０】（ａ）はせん断試験に使用した本発明のリアクトルコアの一部のテストピースの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、（ｃ）は従来のリアクトルコアの一部のテストピースである。
【図１１】冷熱サイクル試験の１サイクルの条件を説明したグラフである。
【図１２】せん断破壊試験の概要を説明した模式図である。
【図１３】せん断破壊試験結果を示したグラフである。
【図１４】接着剤層の厚みを変化させた場合のせん断応力解析（静解析）に使用するＦＥＭ解析モデルの斜視図である。
【図１５】せん断応力解析結果（１５０℃）を示したグラフである。
【図１６】せん断応力解析結果（―４０℃）を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…Ｕ型コア、２，２Ａ,２Ｂ，２Ｃ…Ｉ型コア、３，３Ａ…ギャップ板、４…接着剤層、１０…リアクトルコア、２０…コイル、３０…リアクトル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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