(57)【要約】【課題】コア割れを防止する。【解決手段】中足２１ｃ，２２ｃの外周には、粘着剤１６ｂが基材１６ａに塗布された絶縁テープ１６が巻き回わされている。この絶縁テープ１６が巻き回された中足２１ｃ，２２ｃは、１次巻線１３，２次１４が巻き回されたコイルボビン１２の空洞３２に挿入されている。トランス１は、コイルボビン１２が挿入された後に、ワニス１７が含浸され、ワニス１７の乾燥硬化処理が行われる。コイルボビン１２と中足２２ｃ、２２ｃとの接着は、絶縁テープ１６によって阻止される。ワニス１７の乾燥硬化により発生したコア１１への外力は、絶縁テープ１６に塗布された粘着剤１６ｂの弾性によって緩衝される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁脚を有するコアと、
前記磁脚を覆う緩衝材と、
前記緩衝材の外周を囲むように配置されたコイルボビンと、
を備えて構成された、
ことを特徴とするコア付き部品。
【請求項２】
前記コイルボビンは、前記コアよりも大きな熱膨張係数を有するものであって、
前記緩衝剤は、前記コイルボビンから前記磁脚への外力を前記コアの機械的強度未満に低下させるだけの弾性を有するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載のコア付き部品。
【請求項３】
前記緩衝材は、前記磁脚の外周のほぼ全面を覆う、又は前記磁脚の軸方向の長さよりも短い幅で前記磁脚の外周を一周するように覆うものである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコア付き部品。
【請求項４】
前記緩衝材の外周と前記コイルボビンとの隙間に含浸材が介挿された、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコア付き部品。
【請求項５】
コアの磁脚を緩衝材で覆う工程と、
前記緩衝材の外周にコイルボビンを配置する工程と、を備えた、
ことを特徴とするコア付き部品の製造方法。
【請求項６】
前記緩衝材と前記緩衝材の外周に配置された前記コイルボビンとの間に含浸材を含浸させる工程と、
加熱して前記含浸材を硬化させる工程と、
硬化した前記含浸材を介して前記コイルボビンから前記磁脚への外力を前記緩衝材で緩衝させつつ、前記コアと、前記緩衝剤と、前記コイルボビンと、前記含浸材と、を冷却する工程と、をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項５に記載のコア付き部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア割れ防止を可能とするコア付き部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランス、リアクトルのようなコアを有する電気部品がある。
例えば、トランスは、フェライトコアと、コイルボビンと、巻線と、を備えている。
フェライトコアは、対をなす２つのコア部材からなり、コア部材は、磁脚を有している。そのうちの中足には、通常、インダクタンスを調整するため、ギャップが設けられる。
【０００３】
トランスを形成するには、巻線が巻き回されたコイルボビンをコア部材にセットし、２つのコア部材を組み合わせる。コイルボビンは、コア部材の外周を囲むように配置される。
【０００４】
このように組み立てられたトランスには、絶縁、放熱、うなり音抑制のため、ワニスが含浸される。含浸したワニスは、９０〜１２０℃に加熱処理されることによって乾燥し、硬化する。ワニスが硬化すると、トランスは、常温まで冷却される。
【０００５】
このように形成されたトランスには、コア割れの発生といった問題が生じる。このコア割れは、フェライトコアの機械的強度とコアに印加される外力に起因する。
【０００６】
即ち、フェライトコアは、フェライトの焼結品であり、機械的強度は弱い。また、ワニスの含浸時にトランスが加熱されると、コアとコイルボビンは加熱時に共に膨張する。コイルボビンの熱膨張係数は、コアの熱膨張係数よりも大きいため、コイルボビンはコアよりも大きく膨張する。コアとコイルボビンとの間に、コアの中足の軸方向へのクリアランスがないと、コイルボビンが磁脚の軸方向にコアを押し広げるようにコアに外力がかかる。
【０００７】
また、液状のワニスを含浸すると、ワニスは、コアとコイルボビンとの隙間に入り込む。加熱時にワニスが硬化するとコアとコイルボビンとは、ワニスによって接着されることがある。コアとコイルボビンとの熱膨張係数の差が大きいため、この状態でトランスを冷却すると、コアに外力がかかる。このような外力によってコア割れが発生する。
【０００８】
尚、このような熱履歴は、トランスの製造時だけでなく、トランスの動作時にも生じるため、コア割れは、トランスの動作時にも発生しうる。
【０００９】
従来のコア付き部品では、コア割れを防止するため、以下のような対策を講じている。まず、第１に、ボビン長をコア長よりも短くし、クリアランスを設ける。第２に、コイルボビンの材料を、フェライトコアとほぼ同じ熱膨張係数のものにする。第３に、含浸硬化後、比較的柔軟性を有するワニスを選定して使用する。第４に、含浸後の硬化温度を下げ、硬化時間を長くしてコイルボビンのコアへの外力を小さくすることである。
【００１０】
しかし、このような対策では、ボビン設計、ボビン材料の選定、使用するワニスに制限がかかり、また、含浸硬化時間が長くなり、生産性が低下するという不都合を生じる。
そこで、ワニスがコアの中足とコイルボビンとの間に入り込まないように、コアの中足の付け根に付加部材を取り付けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−３２１４２３号公報（第３−５頁、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような対策を行っても、付加部材がワニスの侵入を阻止できない場合があり、ワニスがコイルボビンとコアとの間に侵入してしまうと、同じように、コアに外力がかかり、コア割れが発生してしまう。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、コア割れ防止を可能とするコア付き部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るコア付き部品は、
磁脚を有するコアと、
前記磁脚を覆う緩衝材と、
前記緩衝材の外周を囲むように配置されたコイルボビンと、
を備えて構成されたものである。
【００１５】
前記コイルボビンは、前記コアよりも大きな熱膨張係数を有するものであって、
前記緩衝剤は、前記コイルボビンから前記磁脚への外力を前記コアの機械的強度未満に低下させるだけの弾性を有するものであることが好ましい。
【００１６】
前記緩衝材は、前記磁脚の外周のほぼ全面を覆う、又は前記磁脚の軸方向の長さよりも短い幅で前記磁脚の外周を一周するように覆うものであることが好ましい。
【００１７】
コア付き部品は、前記緩衝材の外周と前記コイルボビンとの隙間に含浸材が介挿されたものであってもよい。
【００１８】
本発明の第２の観点に係るコア付き部品の製造方法は、
コアの磁脚を緩衝材で覆う工程と、
前記緩衝材の外周にコイルボビンを配置する工程と、を備えたものである。
【００１９】
前記緩衝材と前記緩衝材の外周に配置された前記コイルボビンとの間に含浸材を含浸させる工程と、
加熱して前記含浸材を硬化させる工程と、
硬化した前記含浸材を介して前記コイルボビンから前記磁脚への外力を前記緩衝材で緩衝させつつ、前記コアと、前記緩衝剤と、前記コイルボビンと、前記含浸材と、を冷却する工程と、をさらに備えたものであってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るコア付き部品を図面を参照して説明する。
尚、本実施の形態では、コア付き部品を、フェライトコアを有するトランスとして説明する。
【００２１】
本実施の形態に係るトランスの構成を図１に示す。
本実施の形態に係るトランス１は、コア１１と、コイルボビン１２と、１次巻線１３と、２次巻線１４と、層間紙１５と、絶縁テープ１６と、ワニス１７と、を備えて構成されている。
【００２２】
コア１１は、閉じた磁路を形成するためのものであり、コア部材２１とコア部材２２とが組み合わせられることによって構成されている。コア部材２１，２２には、フェライトを焼結することによって形成された焼結品が用いられている。このフェライトの膨張係数は、９〜１５×１０−６（ｃｍ／ｃｍ／℃）程度である。
【００２３】
コア１１は、いわゆるＥＥ型のコアであって、コア部材２１，２２には、例えば、図２に示すように、それぞれ、コア部材２１，２２を磁路に沿って切断した場合の断面がアルファベットのＥ字状のものが用いられている。
【００２４】
このコア部材２１は、磁脚２１ａ，２１ｂと、中足２１ｃと、を備える。中足２１ｃは、エアギャップを形成するため、磁脚２１ａ，２１ｂよりも短くなっている。中足２１ｃは、切削等によって短くされたものである。
【００２５】
コア部材２２は、同様に、磁脚２２ａ，２２ｂと、中足２２ｃと、を備える。但し、コア部材２１とは異なり、磁脚２２ａ，２２ｂと中足２２ｃとは、同じ長さになっている。
【００２６】
このコア部材２１の磁脚２１ａ，２１ｂの端面とコア部材２２の磁脚２２ａ，２２ｂの端面とが、それぞれ、密着するように、コア部材２１とコア部材２２とを組み合わせることによりコア１１が形成され、閉じた磁路が形成される。
【００２７】
図３に示すように、コア部材２１とコア部材２２とが組み合わせられると、コア部材２１の中足２１ｃが磁脚２１ａ，２１ｂよりも短くなっているため、中足２１ｃと中足２２ｃとの間に隙間が形成される。この隙間がエアギャップ１１ａになる。このエアギャップ１１ａにより、コア１１のＢＨ特性が調整され、コア１１は磁気飽和しにくくなる。尚、コアの切削によるエアギャップの代わりに、紙、プラスチックフィルム、雲母等からなるギャップ部材を介挿することもできる。
【００２８】
図１に戻り、コイルボビン１２は、中足２１ｃ，中足２２ｃの外周に配置されている。このコイルボビン１２は、１次巻線１３と２次巻線１４とを形成するためのものである。コイルボビン１２には、例えば、フェノール樹脂（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃ）、ＡＢＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ  Ｒｅｓｉｎ）で形成されている。フェノール樹脂の線膨張係数は、フェライトの線膨張係数よりも大きく、およそ２．０〜４．０×１０−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）である。ＡＢＳ樹脂の線膨張係数も同様にフェライトの線膨張係数よりも大きく、およそ８．０×１０−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）である。
【００２９】
コイルボビン１２は、図４に示すように、筒状になっており、胴体３１と、空洞３２と、鍔３３ａ，３３ｂと、ピン３４と、を有する。空洞３２は、コア部材２１の中足２１ｃ、コア部材２２の中足２２ｃを通すためのものである。
【００３０】
尚、コイルボビン１２の空洞３２を通る軸方向の長さは、磁脚２１ａの付け根から先端までと磁脚２２ａの付け根から先端までとを加算した長さよりも短くなるように設定されている。これにより、コア１１とコイルボビン１２とに、コイルボビン１２の空洞３２を通る軸方向でクリアランスができる。このクリアランスの大きさは、コイルボビン１２の熱膨張とコア１１の熱膨張との差に応じて設定されている。
【００３１】
図１に戻り、１次巻線１３、２次巻線１４は、コイルボビン１２の上に巻き回されている。１次巻線１３は、コア１１を励磁するための巻線である。２次巻線１４は、１次巻線１３に流れる電流が変化して磁束密度が変化することにより発生した電圧を出力するための巻線である。１次巻線１３と２次巻線１４とは、結合性を良くするため、絶縁のための層間紙１５を介して巻き回されている。
【００３２】
絶縁テープ１６は、絶縁性を有するシート部材であり、中足２１ｃ，２２ｃの外周であって、コイルボビン１２の空洞３２の内側に巻き回されている。絶縁テープ１６は、基材１６ａに粘着剤１６ｂが塗布されたものであり、絶縁テープ１６は、粘着剤１６ｂによって中足２１ｃ，２２ｃの外周に付着している。
【００３３】
基材１６ａは、ワニス１７によりコイルボビン１２と中足２１ｃ，２２ｃの外周面が直接接着することを防止するとともに、中足２１ｃ，２２ｃとコイルボビン１２との間の絶縁性を保持するためのものである。
【００３４】
粘着剤１６ｂは、硬化したワニス１７を介してコイルボビン１２からコア１１にかかる外力を緩和するためのものである。このため、粘着剤１６ｂには、外力を緩和するために、粘性だけでなく、弾性を有するものが用いられている。粘着剤１６ｂが弾性を有しているため、絶縁テープ１６は、緩衝材として機能している。
【００３５】
絶縁テープ１６には、入手容易なものとして、ポリエステル製の基材１６ａ、弾性を有するアクリル系粘着剤からなる粘着剤１６ｂのものが用いられている。基材１６ａの厚さは、０．０２０ｍｍ以上、粘着剤１６ｂの厚さは、０．０１５ｍｍ以上である。
【００３６】
絶縁テープ１６は、中足２１ｃ，２２ｃの外周に数回、巻き回されている。この巻数は、中足２１ｃ、２２ｃとコイルボビン１２の空洞３２の内周との間隔、及びコイルボビン１２から中足２１ｃ，２２ｃへの外力を緩和する粘着剤１６ｂの弾性の程度によって決定されたものである。
【００３７】
即ち、巻数は、中足２１ｃ、２２ｃとコイルボビン１２の空洞３２との隙間に入る程度であって、コイルボビン１２から中足２１ｃ，２２ｃへの外力が粘着剤１６ｂの弾性によってコア１１の機械的強度未満に低下する程度の巻数になっている。
【００３８】
ワニス１７は、主にコア１１とコイルボビン１２との間の絶縁を保持するために含浸されたものである。ワニス１７には、耐熱アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が用いられている。
【００３９】
このワニス１７は、最初、常温で液状となっており、約９０〜１２０℃で所定時間保持されることにより乾燥し、硬化する。ワニス１７は、一旦、硬化すると、常温になっても液状にはならずに硬化したままとなる。このワニス１７は、乾燥硬化時に収縮する。
【００４０】
次に本実施の形態に係るトランス１の製造方法について説明する。
まず、コイルボビン１２に１次巻線１３と２次巻線１４とが巻き回される。１次巻線１３がコイルボビン１２に巻き回され、さらに、層間紙１５が巻き回され、２次巻線１４が巻き回される。巻数によっては、１次巻線１３、２次巻線１４は、層を重ねて巻き回される。巻き回された１次巻線１３と２次巻線１４との端部は、ピン３４に巻き付けられて、例えば、半田付けにより固定される。
【００４１】
次に、コア部材２１の中足２１ｃ、コア部材２２の中足２２ｃの外周に、それぞれ、粘着剤１６ｂを内側にして絶縁テープ１６が巻き回される。巻き回された絶縁テープ１６は、中足２１ｃ、２２ｃに付着する。
【００４２】
絶縁テープ１６の巻数は、前述のように、中足２１ｃ、２２ｃとコイルボビン１２の空洞３２との隙間に入り、中足２１ｃ，２２ｃへの外力が粘着剤１６ｂの弾性によってコア１１の機械的強度未満に低下する程度の巻数とされる。尚、コイルボビン１２の空洞３２の内周と中足２１ｃ，２２ｃの外周との間の隙間が埋まる程度の巻数で絶縁テープ１６が巻き回されてもよい。
【００４３】
絶縁テープ１６が巻き回されると、コイルボビン１２の空洞３２にコア部材２１の中足２１ｃが挿入される。
【００４４】
次に、磁脚２１ａ，２１ｂの端面と磁脚２２ａ，２２ｂの端面とがそれぞれに密着するようにしてコア部材２１とコア部材２２とが組み合わせられる。これによりコア１１が形成され、閉じた磁路が形成される。
【００４５】
また、中足２１ｃが磁脚２１ａ，２１ｂよりも短くなっているため、コア部材２１とコア部材２２とが組み合わせられると、中足２１ｃ、２２ｃの間にエアギャップ１１ａが形成される。
【００４６】
このようにして組み立てられたトランス１は、ワニス含浸される。この工程において、トランス１は、予熱、冷却の処理が施された後、液状のワニス１７に含浸される。含浸するワニス１７は、コイルボビン１２とコア１１との間の隙間に入り込む。しかし、ワニス１７の中足２１ｃ，２２ｃ外周面への付着は、絶縁テープ１６によって阻止される。
【００４７】
ワニス１７の含浸が行われると、余ったワニス１７の滴を滴下して乾燥硬化処理が行われる。トランス１は、この処理において、約９０〜１２０℃で所定時間保持される。この処理によって、ワニス１７は乾燥し、硬化する。
【００４８】
ワニス１７は乾燥硬化に伴って収縮する。また、コイルボビン１２とコア１１との間の隙間に入り込んだワニス１７も硬化する。しかし、コイルボビン１２は、ワニス１７が硬化した時点で絶縁テープ１６に接着するため、コア１１の外周面には接着しない。
【００４９】
乾燥硬化処理が終了すると、トランス１は冷却される。トランス１が冷却されると、コイルボビン１２は、熱膨張係数の差により、コア１１よりも大きく収縮する。そして、コイルボビン１２がコア１１よりも大きく収縮することによってコア１１への外力が発生する。しかし、この外力は絶縁テープ１６を介してコア１１に印加されることになり、粘着剤１６ｂの弾性によって緩和される。
【００５０】
このようにして製造されたトランス１は、電源装置等に組み込まれて動作する。１次巻線１３に電流が流れ、電流量が変化すると、磁束密度が変化して、２次巻線１４の両端に電圧が発生する。
【００５１】
１次巻線１３に電流が流れると、トランス１の温度は上昇する。また、コア１１が励磁されることによっても、トランス１の温度は上昇する。このようにトランス１が動作した場合、温度の上昇、降下により、コア１１への外力は発生する。しかし、発生した外力は、粘着剤１６ｂの弾性によって同じように緩和される。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、トランス１の組立時、中足２１ｃ，２２ｃの外周に粘着剤１６ｂが塗布された絶縁テープ１６が巻き回される。そして、トランス１がワニス１７に含浸され、ワニス１７の乾燥硬化が行われる。
【００５３】
従って、ワニス１７の含浸時、絶縁テープ１６が中足２１ｃ、２２ｃに付着するため、中足２１ｃ，２２ｃの外周面とコイルボビン１２との接着が回避される。また、ワニス１７の乾燥硬化時に発生する外力は、粘着剤１６ｂの弾性によって緩衝される。これにより、中足２１ｃ，２２ｃへの外力は緩和され、コア割れを防止することができる。
【００５４】
また、絶縁テープ１６は、トランス１、リアクトルのようなコアを有する電気部品であれば、常に使用される入手容易なものであり、安価なものである。また、作業としては、中足２１ｃ、２２ｃに絶縁テープ１６を巻き付けるだけである。このため、コア割れ防止対策を、安価に、しかも容易な作業によって行うことができる。
【００５５】
また、コア割れを防止するために、コイルボビン１２に特別の材料を使用したり、ワニス１７に特別のものを使用したり、ワニス含浸の工程を変更したりすることもないので、コストの増大を抑制することができる。また、生産性を損なわずにコア割れを防止することができる。
【００５６】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、絶縁テープ１６を中足２１ｃ、２２ｃの両方のコアに、ほぼ全面を覆うように巻き回した。しかし、両方のコアではなく、図５に示すように、片方のコアである中足２２ｃのみを覆うように絶縁テープ１６を巻き回してもよい。
【００５７】
また、図６に示すように、片方のコアである中足２１ｃとを覆うように絶縁テープ１６を巻き回してもよい。このように、中足２１ｃ，２２ｃのいずれか一方の外周に絶縁テープ１６を巻き回すだけでも、同様にコイルボビン１２による外力は減衰する。
【００５８】
また、上記実施の形態では、コア付き部品をトランスとして説明した。しかし、コア付き部品は、このものには限られるものではなく、例えば、チョークコイル等であってもよい。
【００５９】
コア部材２１，２２は、ＥＥ型コアには限られず、断面がアルファベットのＥ字の形状を有するものと、Ｉ字型の形状を有するものとからなるＥＩ型コアを用いることもできる。また、コア部材２１，２２は、中足２１ｃ、２２ｃの断面が丸形のＥＥＲ型のコアであってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コア割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施の形態に係るトランスの構成を示す断面図である。
【図２】図１のコア部材を示す斜視図である。
【図３】エアギャップを有するコアの断面図である。
【図４】図１のコイルボビンを示す斜視図である。
【図５】トランスの応用例を示す断面図である。
【図６】トランスの応用例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  トランス
１２  コイルボビン
１３  １次巻線
１４  ２次巻線
１６  絶縁テープ
１６ａ  基材
１６ｂ  粘着剤
１７  ワニス
１１  コア
２１，２２  コア部材
２１ｃ，２２ｃ  中足
【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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