JP2016122761A - リアクトルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融樹脂の射出時にリングコア又はボビンが破損することを防止するリアクトルの製造方法を提供する。【解決手段】ボビン２０は、一対の筒部２３と、筒部２３の端部同士を連結するフランジ２１、２５を有している。リングコア３０とボビン２０とコイル３ａ、３ｂを覆う樹脂カバーは次の工程で製造される。フランジ２１、２５の筒部軸線方向外側に、リングコア３０の内周面に接する第１突部２１ｃ、２５ｃが設けられている。樹脂カバーを射出成形する金型５０のキャビティ面に、リングコア３０を挟んで第１突部と対向する位置に第２突部５１ａ、５２ａが設けられている。第１突部と第２突部でリングコアを挟持しつつ金型内に溶融樹脂を射出して樹脂カバーを成形する。【選択図】図４

Description

本発明は、リングコアとボビンとコイルが樹脂カバーで覆われているリアクトルの製造方法に関する。

リングコアとボビンとコイルが樹脂カバーで覆われているリアクトルが知られている。特許文献１に、そのようなリアクトルの一例が開示されている。リングコアは一対の直線部を有している。ボビンに設けられた一対の筒部の夫々が各直線部を覆っている。一対の筒部は端部同士が連結されている。各筒部にコイルが配置されている。樹脂カバーは、リングコアとボビンとコイルのサブアセンブリを収容した金型に溶融樹脂を流し込んで作られる。特許文献１では、金型内でリングコアを両側から押圧しつつ樹脂が流し込まれる。以下では、ボビンの筒部を単純にボビン筒部と称することがある。

特開２０１０−１１８６１１号公報

一般に樹脂の成形では、密閉した金型内に、溶融した樹脂に圧力を加えて射出する。一対の筒部の端部同士が連結されたボビンとリングコアを有するリアクトルの場合、リングコアを両側から押圧すると、ボビン筒部の開口の縁と、リングコアの内周面が偏って当接する虞がある。筒部の開口の縁とリングコアの内周面が偏って当接している状態で高圧の樹脂を射出すると開口の縁に応力が集中し、コア又はボビンが割れる虞がある。本明細書は、リングコアとボビンとコイルが樹脂カバーで覆われているリアクトルの好適な製造方法を提供する。特に、ボビン開口の縁とリングコアの内周面が偏って当接することを防止し、溶融樹脂の射出時にリングコア又はボビンが破損することを防止する技術を提供する。

本明細書が対象とするリアクトルは、リングコアと、ボビンと、一対のコイルと、樹脂カバーを備えている。リングコアは平行に延びる一対の直線部を有している。ボビンは、リングコアの各直線部を覆う一対の筒部と、一対の筒部の端部同士を連結する一対の連結部を有している。一対の筒部の夫々は、リングコアの各直線部を覆っている。一対のコイルの夫々は、各筒部に巻回されている。そして、リングコアとボビンとコイルを樹脂カバーが覆っている。

本明細書が開示するリアクトル製造方法では、樹脂カバーの射出成形時のリングコア又はボビンの割れを防止するため、ボビンに突部を設ける。その突部を第１突部と称する。第１突部は、ボビンの各連結部の筒部軸線方向外側に設けられる。第１突部は、リングコアの内周面に接するように設けられる。また、リングコアとボビンとコイルのサブアセンブリを収容して樹脂カバーを射出成形する金型のキャビティ面に突部を設ける。金型に設ける突部を第２突部と称する。第２突部は、リングコアを挟んで第１突部と対向する位置に設けられる。本明細書が開示する製造方法では、第１突部と第２突部でリングコアを挟持しつつ金型内に溶融樹脂を射出して樹脂カバーを成形する。

本明細書が開示する製造方法によると、互いに対向する第１突部と第２突部でリングコアを挟持するので金型内でリングコアがしっかりと支持される。そして、ボビン筒部の軸線方向両端の第１突部がリングコアの内周面と当接し、ボビンもしっかりと支持される。それゆえ、ボビン筒部の開口の縁がリングコアの内周面と偏って当接することが防止される。その結果、溶融樹脂の射出時のリングコア又はボビンの割れが防止される。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

樹脂カバー成形前のリアクトルの分解斜視図である。 リングコアとボビンとコイルのサブアセンブリの斜視図である。 リアクトルの斜視図である。 樹脂カバーを形成するための金型とサブアセンブリの断面図である。

図面を参照して実施例のリアクトル製造方法を説明する。製造方法の説明の前に、リアクトルの構造を説明する。実施例のリアクトルは、例えば電気自動車の駆動系においてバッテリの電圧を昇圧する昇圧コンバータに用いられる。電気自動車の走行用モータは数十キロワットを出力することができ、バッテリから流れる電流は数十アンペアになる。リアクトルにはそのような大電流が流れるので、内部抵抗の小さい平角線が巻き線として用いられる。

図１は、リアクトル１０の分解斜視図である。但し、図１は、樹脂カバー装着前のリアクトルの分解斜視図である。以下、樹脂カバー装着前のリアクトルをサブアセンブリ１０ａと称する。図２にサブアセンブリ１０ａの斜視図を示し、図３にリアクトル１０の斜視図を示す。図２では、サブアセンブリ１０ａがよく理解できるように、樹脂カバー１６を二点鎖線で示している。また、以下では、説明の便宜上、図に表示した座標系のＺ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する。また、図に表示した座標系のＸ軸方向を筒部軸線方向と称する。

まず、図２、図３を参照して、リアクトル１０を概説する。先に述べたように、樹脂カバー１６を形成する前のリアクトルをサブアセンブリ１０ａと称する。サブアセンブリ１０ａは、磁性体のリングコア３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）に樹脂製のボビン２０を取り付け、そのボビン２０に、平角線をエッジワイズに巻回したコイル３ａ、３ｂを取り付けたデバイスである。即ち、サブアセンブリ１０ａは、一対のコイル３ａ、３ｂを備える。一対のコイルは電気的には直列に接続されている。以下、一対のコイル３ａと３ｂを区別なく示すときにはコイル３と表現する。コイル３、リングコア３０、及び、ボビン２０の大部分が樹脂カバー１６で覆われている。詳しくは後述するが、樹脂カバーは、サブアセンブリ１０ａを入れた金型に溶融樹脂を射出することで形成される。即ち、樹脂カバーは射出成形によって作られる。

次に、主に図１の分解図を参照してサブアセンブリ１０ａの構造を説明する。リングコア３０は、一対のＵ字型のＵ字コアパーツ３０ａ、３０ｂと、一対のＩ字型のブロックコアパーツ３０ｃに分割されており、それらがリング状に組み合わされて構成されている。別言すれば、一対のＵ字型のＵ字コアパーツ３０ａ、３０ｂと一対のブロックコアパーツ３０ｃを合わせてリングコア３０と総称する。一対のブロックコアパーツ３０ｃは、リングコア３０において平行に配置される。Ｕ字コアパーツ３０ａ（３０ｂ）とブロックコアパーツ３０ｃの間にはギャップ板３０ｄが配置される。ギャップ板３０ｄは、「リングコア３０」に含めてもよいし、含めなくともよい。一対のブロックコアパーツ３０ｃは、リングコア３０において、平行に延びている一対の直線部に相当する。

ボビン２０は、ボビン本体２２とフランジパーツ２１で構成される。ボビン本体２２とフランジパーツ２１はいずれも樹脂製である。ボビン本体２２は、一対の筒部２３が平行に並ぶようにフランジ部２５で連結した構造を有している。筒部２３は、図中のＸ軸に沿って延びている。それゆえ、Ｘ軸を筒部軸線方向と称する。各筒部２３の内部に、先に述べたブロックコアパーツ３０ｃとギャップ板３０ｄが収容される。即ち、一対の筒部２３の夫々は、リングコア３０の一対のブロックコアパーツ３０ｃ（直線部）の夫々を覆う。筒部２３は、横断面が矩形であり、その四面の夫々に突条２４が設けられている。突条２４は、筒部軸線方向（図のＸ軸方向）に沿って伸びている。また、フランジ部２５には、コイル３のリード部３１（コイル引出線）を通すリード用スリット２５ａが設けられている。

フランジパーツ２１には、筒部２３を通す孔２１ａが設けられている。また、筒部軸線方向（図中のＸ軸方向）からみて、２個の筒部２３の中間に突部２１ｃが設けられている。突部２１ｃは、フランジパーツ２１の筒部軸線方向の外側に設けられている。突部２１ｃは、筒部軸線方向からみて、２個の筒部２３を隔てるように延びている。また、ボビン本体２２のフランジ部２５にも、筒部軸線方向の外側に突部２５ｃが設けられている。突部２５ｃは、突部２１ｃと同じ形状を有している。一対の突部２１ｃ、２５ｃは、ボビン２０の筒部軸線方向の両端に外向きに設けられている。後述する金型側の突部と区別するため、ボビン２０に設けられた突部２１ｃ、２５ｃを以下では、ボビン突部２１ｃ、２５ｃと称する。

フランジパーツ２１の一対の孔２１ａの夫々に一対の筒部２３の夫々が嵌合する。一対の筒部２３は、一方の端部同士がフランジ部２５で連結され、他方の端部同士がフランジパーツ２１で連結される。フランジ部２５とフランジパーツ２１は、ともに、一対の筒部２３の端部同士を連結する連結部に相当する。各連結部（フランジ部２５とフランジパーツ２１）の筒部軸線方向の外側にボビン突部２１ｃ、２５ｃが設けられている。ボビン突部２１ｃ、２５ｃは、後述する樹脂カバー１６を射出成形する際にリングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ｂ）を破損から保護するために設けられている。樹脂カバー１６の製造方法については後述する。

サブアセンブリ１０ａの組み立て順を説明する。各筒部２３の内部の中央にブロックコアパーツ３０ｃが挿入される。ブロックコアパーツ３０ｃの両側にギャップ板３０ｄが配置される。Ｕ字コアパーツ３０ａのＵ字の脚部がボビン本体２２のフランジ部２５の側から筒部２３に挿通される。ギャップ板３０ｄによって、筒部２３の内部でブロックコアパーツ３０ｃとＵ字コアパーツ３０ａの間にギャップが確保される。各筒部２３の外側に、平角線をエッジワイズに巻回したコイル３ａ、３ｂが配置される。図１に良く示されているように、一対のコイル３ａ、３ｂは、１本の平角線で形成されており、電気的には一つのコイル（コイル３）を構成する。平角線は剛性が高いため、コイル単体でもその形状を保持できる。コイル３にボビン本体２２を挿通した後、コイル３の反対側からボビン２０（筒部２３）にフランジパーツ２１を取り付ける。最後にＵ字コアパーツ３０ｂをフランジパーツ２１の側から筒部２３に挿通し、サブアセンブリ１０ａが完成する。各筒部２３の内部において、Ｕ字コアパーツ３０ｂの側のギャップ板３０ｄによって、Ｕ字コアパーツ３０ｂとブロックコアパーツ３０ｃの間にもギャップが確保される。

図２の斜視図に示すように、サブアセンブリ１０ａでは、夫々の筒部２３の外側に設けられた４本の突条２４が、Ｕ字コアパーツ３０ｂの端部の四側面を囲み、Ｕ字コアパーツ３０ｂの位置を規定する。また、図２に示されているように、フランジパーツ２１の外側（筒部軸線方向の外側）に設けられたボビン突部２１ｃがリングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ｂ）の内周面に当接する。図には示されていないが、フランジ部２５の外側でも、ボビン突部２５ｃがリングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）の内周面に当接する。リングコア３０の内周側で対向する２箇所にボビン突部２１ｃが当接する。それゆえ、ボビン２０とリングコア３０の相対位置が規定される。図２と図３において符号１６ａは、樹脂カバー１６に設けられた窓を示している。窓１６ａについては後述する。

サブアセンブリ１０ａに樹脂カバー１６を形成してリアクトル１０が完成する。樹脂カバー１６は、金型に収容されたサブアセンブリ１０ａのほぼ全部を覆うように射出成形されるが、サブアセンブリ１０ａの下方には樹脂カバー１６が形成されない。樹脂カバー１６は、リングコア３０と、ボビン２０に巻回されたコイル３ａ、３ｂの上面及び側面を覆い、コイル３ａ、３ｂの下面は覆わない。リアクトル１０が電力変換器などに組み付けられた際、樹脂カバー１６から露出したコイル下面が冷却器に接する。使用時のコイル３の熱を冷却器で効率よく冷却できるように、コイル下面を樹脂カバー１６から露出させている。

樹脂カバー１６は、サブアセンブリ１０ａを収容した金型内に区画形成されるキャビティに溶融樹脂を高圧で射出することによって成形される。図４に、サブアセンブリ１０ａを収容した金型５０の断面図を示す。図４は、サブアセンブリ１０ａを収容した金型５０を、図２、図３の座標系のＸＹ平面でカットした断面図である。金型５０は、射出成形機械の一部であり、第１金型５１と第２金型５２は夫々、可動盤と固定盤に固定されているが、それらの図示は省略している。

金型５０は、第１金型５１と、第２金型５２で構成される。サブアセンブリ１０ａを収容して第１金型５１と第２金型５２を閉じると、内部に閉じた空間（キャビティＣａ）が形成される。そのキャビティＣａに溶融した樹脂を高圧で射出し、樹脂カバー１６が形成される。

前述したように、ボビン２０のフランジ部２５の外側（筒部軸線方向の外側）にボビン突部２５ｃが設けられている。ボビン突部２５ｃは、リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）の内周面に当接している。なお、Ｕ字コアパーツ３０ａの内周面の一部は平坦（平坦面３０ａ１）であり、ボビン突部２５ｃの平坦な頭頂面が、内周面の平坦面３０ａ１に面接触する。第１金型５１のキャビティ面に、突部（金型突部５１ａ）が設けられている。金型突部５１ａは、リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）を挟んでボビン突部２５ｃと対向する位置に設けられている。平坦面３０ａ１に対応するリングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）の外周面も平坦であり（平坦面３０ａ２）、金型突部５１ａの平坦な頭頂面は、その平坦面３０ａ２に面接触する。内周面の平坦面３０ａ１と外周面の平坦面３０ａ２は平行である。即ち、リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）は、内周側の平坦面３０ａ１にボビン突部２５ｃが面接触し、平坦面３０ａ１に平行な外周側の平坦面３０ａ２に金型突部５１ａが面接触する。リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ）は、その内周と外周の両側から、ボビン突部２５ｃと金型突部５１ａで挟持される。

フランジパーツ２１と第２金型５２の側でも同様である。即ち、フランジパーツ２１の外側にボビン突部２１ｃが設けられており、第２金型５２の表面（キャビティ面）に金型突部５２ａが設けられている。金型突部５２ａは、リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ｂ）を挟んでボビン突部２１ｃと対向する位置に設けられている。リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ｂ）の内周面の一部と外周面の一部が平行な平坦面を成しており（平坦面３０ｂ１、３０ｂ２）、内周側の平坦面３０ｂ１にボビン突部２１ｃが当接しており、外周側の平坦面３０ｂ２に金型突部５２ａが当接している。そして、リングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ｂ）は、その内周と外周の両側から、ボビン突部２１ｃと金型突部５２ａで挟持される。

図４によく示されているように、一対の金型突部５１ａ、５２ａにより、リングコア３０は外周の両側から加圧される。リングコア３０の内周面には、ボビン２０の筒部軸線方向の両側に設けられた一対のボビン突部２１ｃ、２５ｃが当接している。リングコア３０が金型突部５１ａ、５２ａとボビン突部２１ｃ、２５ｃでしっかりと支持されるとともに、ボビン２０は筒部軸線方向の両側から圧力を受けて支持される。こうして、リングコア３０とボビン２０は金型内でしっかりと支持される。

特に、一対のボビン突部２１ｃ、２５ｃは、筒部軸線方向から見て、一対の筒部２３の中央に位置しており、筒部２３よりも筒部軸線方向の外側でリングコア３０を内側から外側に向けて押圧する。この位置関係から、筒部２３の開口の縁にリングコア３０の内周面が偏って当接することが防止される。

ボビン２０の筒部軸線方向の外側に位置するＵ字コアパーツ３０ａ、３０ｂが、夫々、ボビン突部２１ｃ、２５ｃと金型突部５１ａ、５２ａに挟持された状態で溶融樹脂がキャビティＣａに射出される。リングコア３０の一部であるＵ字コアパーツ３０ａ、３０ｂがボビン突部２１ｃ、２５ｃと金型突部５１ａ、５２ａに挟持され、しっかりと保持されている。ボビン２０もリングコア３０の内側で保持されている。それゆえ、高圧の溶融樹脂が射出されている間、リングコア３０とボビン２０が偏って接触することが防止される。例えば、ボビン突部２１ｃ、２５ｃを備えなかった場合、図中の矢印Ａ１が示すリングコア３０の内周湾曲箇所が、ボビン２０の筒部２３の開口の縁と接触してしまうことがある。内周湾曲箇所Ａ１と筒部の開口の縁が接触した状態で高圧の溶融樹脂が射出されるとその接触箇所に応力が集中し、リングコア３０あるいはボビン２０が割れる虞がある。ボビン突部２１ｃ、２５ｃと金型突部５１ａ、５２ａでリングコア３０（Ｕ字コアパーツ３０ａ、３０ｂ）をその内外周から挟持しつつ溶融樹脂を射出する製造工程によって、リングコア３０又はボビン２０の破損を回避できる。

図２、図３に示した窓１６ａは、金型突部５１ａ、５２ａの痕跡である。窓１６ａは、樹脂カバー１６が完成した後に別の樹脂で覆われてもよい。

ボビン突部２１ｃ、２５ｃと、金型突部５１ａ、５２ａは、平行に延びる一対の筒部２３の軸線ＣＬに平行で２本の軸線ＣＬを二分する直線ＭＬ上に配置されている。この配置により、金型突部５１ａ、５２ａは、直線ＭＬに沿ってリングコア３０をその両側から均一に押圧することができる。そして、金型突部５１ａ、５２ａの夫々と対向するボビン突部２１ｃ、２５ｃも、直線ＭＬに沿ってリングコア３０をリング内側から外側に向けて互いに反対方向に押圧する。この構造も、リングコア３０とボビン２０の偏当たりの防止に貢献する。

実施例の技術に関する留意点を述べる。フランジ部２５と、フランジパーツ２１が、一対の筒部２３の端部同士を連結する連結部の一例に相当する。ボビン突部２１ｃ、２５ｃが、ボビン２０の筒部軸線方向の両端に設けられる第１突部の一例に相当する。金型突部５１ａ、５２ａが、第２突部の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３、３ａ、３ｂ：コイル
１０：リアクトル
１０ａ：サブアセンブリ
１６：樹脂カバー
２０：ボビン
２１：フランジパーツ
２１ｃ、２５ｃ：ボビン突部（第１突部）
２２：ボビン本体
２３：筒部
２５：フランジ部
３０：リングコア
３０ａ、３０ｂ：Ｕ字コアパーツ
３０ｃ：ブロックコアパーツ
５０：金型
５１：第１金型
５１ａ、５２ａ：金型突部（第２突部）
５２：第２金型

Claims (2)

1. リングコアとボビンとコイルと樹脂カバーを有するリアクトルの製造方法であり、
   前記リングコアは、平行に延びる一対の直線部を有しており、
   前記ボビンは、前記一対の直線部の夫々を覆っている一対の筒部と、前記一対の筒部の端部同士を連結する一対の連結部を有しており、
   前記コイルは、前記一対の筒部の夫々に巻回されており、
   前記樹脂カバーは、前記リングコアと前記ボビンと前記コイルを覆っており、
   前記一対の連結部の夫々の筒部軸線方向外側に、前記リングコアの内周面に接する第１突部が設けられており、
   前記リングコアと前記ボビンと前記コイルのサブアセンブリを収容して前記樹脂カバーを射出成形する金型のキャビティ面に、前記リングコアを挟んで前記第１突部と対向する位置に第２突部が設けられており、
   前記第１突部と前記第２突部で前記リングコアを挟持しつつ前記金型内に溶融樹脂を射出して前記樹脂カバーを成形する、
   ことを特徴とするリアクトルの製造方法。
2. 前記第１突部の頭頂面と前記第２突部の頭頂面が平坦であり、
   前記リングコアの前記第１突部との接触面と前記第２突部との接触面が平坦かつ平行であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。

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