JP2016219591A - リアクトル装置および電気・電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用中にリアクトル本体が筐体から脱落する可能性を低減させるとともに、リアクトル装置の磁気特性の低下を抑制することを実現しうるリアクトル装置およびリアクトル装置を備える電気・電子機器を提供する。【解決手段】環状のコアと巻回されたコイルとを備えるリアクトル本体を収容する筐体とリアクトル本体との間に充填される封止材４０を備えるリアクトル装置１００である。コアは、コイル内に挿入された部分を有し直線状の磁路を画成する２つの直線部１２ａ、１２ｂと、直線部の１２ａ、１２ｂそれぞれの端部に連設されて曲折した磁路を画成する２つの曲折部１１ａ、１１ｂと、を有する。封止材４０は、曲折部１１ａ、１１ｂと筐体との間に位置する第１封止材４１ａ、４１ｂと、直線部１２ａ、１２ｂの少なくとも一部と筐体との間に位置する第２封止材４２とを備える。第１封止材４１ａ、４１ｂのヤング率は、第２封止材４２のヤング率よりも低い。【選択図】図３

Description

本発明は、リアクトル装置および当該リアクトル装置を備える電気・電子機器に関する。

ハイブリッド自動車等の昇圧回路や、発電、変電設備に用いられるリアクトル装置は、環状のコアとコアに巻回されたコイルとからなるリアクトル本体、リアクトル本体を収容する筐体、およびリアクトル本体と筐体との間に充填された封止材を備える（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

リアクトル装置は、使用時に交流電流が印加されると、コアの磁歪特性により交流の電流変化に応じてコアが周期的に変形し、リアクトル本体から振動や熱が発生する。封止材は、このリアクトル本体からの振動やリアクトル装置が置かれた環境（例えば自動車）からリアクトル装置に与えられる振動に耐えて、リアクトル本体を筐体に対して固定することが求められる。

特開２０１２−１４２３７９号公報 特開２０１４−２２４１８９号公報

リアクトル本体と筐体との間に充填された封止材は、特許文献２に示されるように、リアクトル本体を筐体内に収容した状態で、リアクトル本体と筐体との間に硬化性組成物をポッティング（注型）して、硬化性組成物を硬化させることによって形成される。リアクトル本体を筐体に対して強固に固定する観点からは、封止材を硬質なもの、具体的にはヤング率が高い材料とすることが好ましい。しかしながら、硬質な封止材を形成しうる硬化性組成物は硬化の際の体積収縮によって、リアクトル本体のコアに強い圧縮応力を与えてしまう。コアが強い圧縮応力を受けると、リアクトル本体の磁気特性、特に鉄損に悪影響が及ぼされてしまう。この傾向は、リアクトル本体が圧粉コアを備える場合に顕著となる。

このような影響が及ぼされることを避ける方法の一つに、封止材を形成するための硬化性組成物として、硬化時にコアに圧縮応力を与えにくい材料を用いることが考えられる。しかしながら、その場合には硬化物である封止材が軟質なもの（ヤング率が低いもの）となってしまい、リアクトル本体からの振動やリアクトル装置外からの振動によって、リアクトル本体が筐体から脱落してしまう危険性が高まる。

本発明は、かかる現状を鑑み、使用中にリアクトル本体が筐体から脱落する問題が生じる可能性を低減させるとともに、リアクトル装置の磁気特性の低下を抑制することを実現しうるリアクトル装置および当該リアクトル装置を備える電気・電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、平面視が環状のコアと前記コアに巻回されたコイルとを備えるリアクトル本体、前記リアクトル本体を収容する筐体、および前記リアクトル本体と前記筐体との間に充填される封止材を備えるリアクトル装置であって、前記コアは、磁性粉末を含む材料を加圧成形してなる圧粉体を備える圧粉コアからなり、前記コアは、前記コイル内に挿入された部分を有し直線状の磁路を画成する２つの直線部と、前記直線部のそれぞれの端部に連設されて曲折した磁路を画成する２つの曲折部と、を有し、前記封止材は、前記曲折部と前記筐体との間に位置する第１封止材と、前記直線部の少なくとも一部と前記筐体との間に位置する第２封止材とを備え、前記第１封止材のヤング率は、前記第２封止材のヤング率よりも低いことを特徴とするリアクトル装置である。

封止材を形成するための硬化性組成物が硬化収縮する際にリアクトル本体のコアが受ける圧縮応力がリアクトル装置の磁気特性に与える影響の程度は、コアの形状によって変化する。コアの形状が複雑な形状である場合には、コアの形状が棒状など比較的単純な形状である場合よりも、磁気特性、特に鉄損に与える影響の程度が大きくなる傾向がある。

そこで、本発明では、閉じた磁路を画成するように平面視で環状の形状を有するコアと筐体との間に位置する封止材を、直線状の磁路を画成する部分（直線部）の場合（第２封止材）と、非直線状であって曲折した磁路を画成する部分（曲折部）の場合（第１封止材）とに分けて、第２封止材は相対的に硬質な（ヤング率が高い）材料とし、第１封止材は相対的に軟質な（ヤング率が低い）材料とする。第２封止材は硬質な材料からなるため、リアクトル本体を筐体に対して強く固定することが可能である。第２封止材を形成するための硬化性組成物は硬化収縮によってコアに大きな圧縮応力を与えるものの、第２封止材によって固定されるコアの部分は直線部であるから、この直線部に起因するリアクトル装置の磁気特性の劣化は生じにくい。コアのうち比較的複雑な形状を有している曲折部と筐体との間には、相対的に軟質で硬化収縮の影響が少ない第１封止材が位置しているため、コアの曲折部に起因するリアクトル装置の磁気特性の劣化は生じにくい。これは、直線部と曲折部に同じ力がかかったとき、応力がコアに与える影響は曲折部の方が非常に大きく、磁気特性の劣化も大きいことを見出したことによるもので、この知見に基づいて曲折部にかかる応力の影響を低減したものである。したがって、上記の本発明に係るリアクトル装置は、封止材を与える硬化性組成物の硬化収縮に起因したリアクトル装置の磁気特性の劣化が生じにくい。

封止材を形成するための硬化性組成物は、取扱い性の容易さなどから樹脂系材料を含むことが好ましい。したがって、前記第１封止材および前記第２封止材は樹脂系材料を含むことが好ましい。

前記第２封止材は充填剤を含んでもよい。上記のとおり、第２封止材は第１封止材よりもヤング率が高く、このヤング率を高めるための手段として、無機系材料などによる充填剤を用いることが簡便である。

前記第２封止材のヤング率は５ＧＰａ以上であることが好ましい。前記第２封止材によりリアクトル本体を筐体に対して固定することがより安定的に実現される。

前記第１封止材のヤング率は５０ＭＰａ以下であることが好ましい。硬化性組成物から第１封止材が形成される際の硬化収縮によって曲折部に付与される圧縮応力の程度を少なくすることが可能となる。

前記磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金からなる群から選ばれた１種または２種以上の非晶質磁性材料の粉末を含んでいてもよい。非晶質磁性材料は比較的硬質なので、磁性粉末が非晶質磁性材料の粉末を含んでいる場合には、コアに外力が付与されたときに歪として蓄積されやすい。コアに蓄積された歪はそのコアを備えるリアクトル装置の磁気特性に悪影響を及ぼしやすい。しかしながら、上記のように、本発明に係るリアクトル装置では、リアクトル本体と筐体との間に位置する封止材を形成するための硬化性組成物の硬化収縮がリアクトル装置の磁気特性の劣化を生じにくい。したがって、本発明に係るリアクトル装置では、コアに含有される磁性粉末が非晶質磁性材料を含む場合であっても磁気特性の劣化が生じにくい。

前記非晶質磁性材料はＦｅ−Ｐ−Ｃ系合金からなるものであってもよい。かかる材料は磁歪定数が比較的高い場合があるが、そのような場合であっても、本発明に係るリアクトル装置は磁気特性の劣化が生じにくい。

上記の圧粉体は、前記磁性粉末を前記圧粉体に含有される他の材料に対して結着させる結着成分を含有していてもよい。結着成分を有する場合には、圧粉体が形状を保持することが比較的容易である。また、結着成分が磁性粉末間で優先的に変形する場合もあり、この場合には磁性粉末に歪が蓄積しにくい。上記の結着成分は、樹脂材料に基づく成分を含むことが好ましい。

本発明は、別の一態様として、上記の本発明に係るリアクトル装置が実装された電気・電子機器を提供する。

本発明によれば、使用中にリアクトル本体が筐体から脱落する問題が生じる可能性を低減させるとともに、リアクトル装置の磁気特性の低下を抑制することを実現しうるリアクトル装置が提案される。また、上記のリアクトル装置を備える電気・電子機器も提供される。

本発明の一実施形態に係るリアクトル装置の形状を概念的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリアクトル装置が備えるコアの形状を概念的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るリアクトル装置の形状を概念的に示す平面図である。 実施例においてコアに生じた応力が鉄損に与える影響を評価するために用いた試料の構成を概念的に示す図である。 コアに生じた応力が鉄損に与える影響を評価した結果を示すグラフである。 実施例において実施した、コアに対する外力の付与形式が鉄損に与える影響を評価する方法を概念的に示す図である。 コアに対する外力の付与形式が鉄損に与える影響を評価した結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るリアクトル装置の形状を概念的に示す斜視図である。図１に示されるように、リアクトル装置１００は、平面視が環状のコア１０とコア１０に巻回されたコイル１５とを備えるリアクトル本体２０、リアクトル本体２０を収容する筐体３０、およびリアクトル本体２０と筐体３０との間に充填される封止材４０を備える。

コア１０は、磁性粉末を含む材料を加圧成形してなる圧粉体を備える圧粉コアからなる。図２は、リアクトル装置１００が備えるコア１０の形状を概念的に示す平面図である。圧粉コアからなるコア１０は平面視で環状であり、図２に示されるように、閉じた磁路ＭＰを画成する。コア１０は、コイル１５内に挿入された部分を有し直線状の磁路を画成する２つの直線部１２ａ，１２ｂと、直線部１２ａ，１２ｂのそれぞれの端部に連設されて曲折した磁路を画成する２つの曲折部１１ａ，１１ｂとを有する。図２に示されるコア１０は一つの圧粉体から構成されるが、これに限定されない。複数の圧粉体から構成されていてもよい。そのような例として、直線部１２ａ，１２ｂおよび曲折部１１ａ，１１ｂが各々個別の圧粉体からなり、全体として平面視が環状のコアを構成する場合が挙げられる。

圧粉体を構成する磁性粉末の種類は限定されない。磁性粉末を構成する磁性材料は、結晶質磁性材料と非晶質磁性材料とに大別される。

結晶質磁性材料は、結晶質であること（一般的なＸ線回折測定により、材料種類を特定できる程度に明確なピークを有する回折スペクトルが得られること）、および強磁性体、特に軟磁性体であることを満たす限り、具体的な種類は限定されない。結晶質磁性材料の具体例として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｖ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、カルボニル鉄および純鉄が挙げられる。上記の結晶質磁性材料は１種類の材料から構成されていてもよいし複数種類の材料から構成されていてもよい。

非晶質磁性材料は、非晶質であること（一般的なＸ線回折測定により、材料種類を特定できる程度に明確なピークを有する回折スペクトルが得られないこと）、および強磁性体、特に軟磁性体であることを満たす限り、具体的な種類は限定されない。非晶質磁性材料の具体例として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金が挙げられる。上記の非晶質磁性材料は１種類の材料から構成されていてもよいし複数種類の材料から構成されていてもよい。

上記の非晶質磁性材料の一例であるＦｅ−Ｐ−Ｃ系合金について組成の例を具体的に示せば、組成式が、Ｆｅ_{１００原子％-ａ-ｂ-Ｃ-ｘ-ｙ-ｚ-ｔ}Ｎｉ_ａＳｎ_ｂＣｒ_ｃＰ_ｘＣ_ｙＢ_ｚＳｉ_ｔで示され、０原子％≦ａ≦１０原子％、０原子％≦ｂ≦３原子％、０原子％≦ｃ≦６原子％、６．８原子％≦ｘ≦１０．８原子％、２．２原子％≦ｙ≦９．８原子％、０原子％≦ｚ≦４．２原子％、０原子％≦ｔ≦７原子％であるＦｅ基非晶質合金が挙げられる。上記の組成式において、Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，ＢおよびＳｉは任意添加元素である。

非晶質磁性材料を用いた場合には、結晶質磁性材料を用いた場合よりも、基本的傾向としてリアクトル装置の鉄損を低減させることができる。その一方で、結晶質磁性材料よりも比較的磁歪定数が大きい材料が含まれるため、リアクトル装置が非晶質磁性材料の磁性粉末を含む圧粉体からなる圧粉コアを備える場合には、硬化性組成物の硬化収縮がリアクトル装置の鉄損に影響を及ぼしやすい。そのような場合であっても、本発明の一実施形態に係るリアクトル装置１００の場合には、硬化性組成物が硬化してなる封止材４０を複数種類用いてコアの形状に合わせてこれらの封止材を配置しているため、硬化性組成物の硬化収縮が鉄損に影響を及ぼしにくい。

磁性粉末の形状は限定されず、球状であってもよいし非球状であってもよい。非球状である場合には、鱗片状、楕円球状、液滴状、針状といった形状異方性を有する形状であってもよいし、特段の形状異方性を有しない不定形であってもよい。不定形の粉体の例として、球状の粉末の複数が、互いに接して結合していたり、他の粉末に部分的に埋没するように結合していたりする場合が挙げられる。磁性粉末の形状は、磁性粉末を製造する段階で得られた形状であってもよいし、製造された磁性粉末を二次加工することにより得られた形状であってもよい。前者の形状としては、球状、楕円球状、液滴状、針状などが例示され、後者の形状としては、鱗片状が例示される。

磁性粉末の大きさも限定されない。レーザー回折・散乱式粒子径分布測定を行った際のメジアン径Ｄ５０として、０．１μｍ以上１００μｍ以上が例示され、１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい場合がある。

圧粉体は、磁性粉末を圧粉体に含有される他の材料に対して結着させる結着成分を含有することが好ましい場合がある。結着成分として、通常、絶縁性の材料が使用される。これにより、圧粉体としての絶縁性を高めることが可能となる。この絶縁性の材料として、樹脂材料および樹脂材料の熱分解残渣（本明細書において、これらを「樹脂材料に基づく成分」と総称する。）などの有機系の材料、無機系の材料などが例示される。結着成分は樹脂材料に基づく成分を含むことが生産性の観点などから好ましい。樹脂材料として、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが例示される。無機系の材料からなる結着成分は水ガラスなどガラス系材料が例示される。結着成分は一種類の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。結着成分は有機系の材料と無機系の材料との混合体であってもよい。

圧粉体は上記のとおり加圧成形により形成される。この加圧成形の条件は限定されない。圧粉体を形成するための材料の組成に応じて適宜設定される。加圧力の具体例として、０．１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下が挙げられる。加圧成形の際に加熱してもよいし常温で加圧してもよい。加圧成形後の成形体を加熱してもよい。成形体を加熱することによって、加圧成形時に磁性粉末に加えられた歪が緩和される場合もある。加熱条件は成形体の組成に応じて適宜設定される。加熱条件の具体例として、２００℃から５００℃の温度で１０分間から１０時間保持することが挙げられる。

コイル１５は、絶縁被覆された導体からなる巻線を直線部１２ａ，１２ｂのそれぞれの周囲にらせん状に巻回して構成される。導体には、銅や銅合金などの金属材料が好適に用いられ、絶縁被覆にはエナメルなどの樹脂系材料が好適に用いられる。巻線の断面形状は限定されない。円形、楕円形、矩形などが例示される。コア１０の直線部１２ａ，１２ｂの全体にわたってコイル１５が巻回されていてもよいし、巻回されていない部分があってもよい。

筐体３０は一の面が開口した容器状の形状を有し、その内部にリアクトル本体２０を収容する。筐体３０の内部にはリアクトル本体２０の形状に合わせた凹凸構造を有しリアクトル本体２０が筐体３０内部で移動しにくいような構成となっていてもよい。筐体３０の開口している一面が部分的に覆われていてもよい。筐体３０の構成材料は限定されない。放熱性に優れる材料であることが好ましく、この観点から、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料が好適に用いられる。

封止材４０はリアクトル本体２０と筐体３０との間に位置して、リアクトル本体２０を筐体３０に固定するものである。本発明の一実施形態に係るリアクトル装置１００において、封止材４０は、曲折部１１ａ，１１ｂと筐体３０との間に位置する第１封止材４１ａ，４１ｂと、直線部１２ａ，１２ｂの少なくとも一部と筐体３０との間に位置する第２封止材４２とを備える。そして、第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率は、前記第２封止材４２のヤング率よりも低い。なお、図３に示されるように、リアクトル装置１００では、第２封止材４２は、直線部１２ａ，１２ｂの全体と筐体３０との間に位置する。

このようにコアの曲折部１１ａ，１１ｂの周囲に位置する封止材（第１封止材４１ａ，４１ｂ）と直線部１２ａ，１２ｂの周囲に位置する封止材（第２封止材４２）とを相違させることにより、次のような効果が得られる。

すなわち、曲折部１１ａ，１１ｂは直線部１２ａ，１２ｂと異なり複雑な形状を有しているため、曲折部１１ａ，１１ｂの周囲に位置する硬化性組成物が収縮する際に曲折部１１ａ，１１ｂに対して付与される外力の向きは、コアをせん断するような向きを含む多方向となる。このため、曲折部１１ａ，１１ｂに付与された外力が小さくても、コアを備えるリアクトル装置の鉄損は増加しやすい。

そこで、曲折部１１ａ，１１ｂの周囲に位置する封止材（第１封止材４１ａ，４１ｂ）については、ヤング率を比較的低く設定して、硬化収縮の際に曲折部１１ａ，１１ｂに外力が付与されにくいようにすることにより、第１封止材４１ａ，４１ｂの硬化収縮に起因するリアクトル装置１００の鉄損の増加を抑制することができる。

第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率の具体的な数値は限定されない。曲折部１１ａ，１１ｂの形状および組成、第１封止材４１ａ，４１ｂを形成するための硬化性組成物の特性などを勘案して、リアクトル装置１００の鉄損に与える影響を低減させることができるように適宜設定すればよい。限定されない例示を行えば、第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率は、１００ＭＰａ以下とすることが好ましく、５０ＭＰａ以下とすることがより好ましく、１０ＭＰａ以下とすることが特に好ましい。リアクトル装置１００の鉄損に与える影響を低減させる観点からは、第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率の下限は設定されない。第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率が過度に低い場合には、下記のとおり第２封止材４２のヤング率を高めても、リアクトル本体２０の筐体３０に対する固定が不安定化する傾向がみられる場合がある。したがって、第１封止材４１ａ，４１ｂのヤング率は、０．１ＭＰａ以上とすることが好ましい場合があり、１ＭＰａ以上とすることがより好ましい場合がある。

直線部１２ａ，１２ｂの周囲に位置する硬化性組成物の硬化収縮はリアクトル装置１００の鉄損に影響を与えにくいことから、第２封止材４２のヤング率を高めることにより、この部分でリアクトル本体２０の筐体３０に対する固定を確実にすることができる。

第２封止材４２のヤング率の具体的な数値は限定されない。直線部１１ａ，１１ｂの形状および組成、第２封止材４２を形成するための硬化性組成物の特性などを勘案して、リアクトル本体２０を筐体３０に対して確実に固定できるように適宜設定すればよい。限定されない例示を行えば、第２封止材４２のヤング率は、１ＧＰａ以上とすることが好ましく、５ＧＰａ以上とすることがより好ましく、２０ＧＰａ以上とすることが特に好ましい。第２封止材４２のヤング率の下限は限定されない。第２封止材４２のヤング率が過度に高い場合には、リアクトル装置１００に生じるまたは付与される振動などにより第２封止材４２にクラックが生じやすくなる傾向がみられる場合がある。したがって、第２封止材４２のヤング率は、１００ＧＰａ以下とすることが好ましい場合があり、７０ＧＰａ以下とすることがより好ましい場合がある。

第１封止材４１ａ，４１ｂの組成および第２封止材４２の組成は、それぞれが上記のヤング率に関する条件を満たす限り限定されない。入手容易性や取扱い性の高さの観点から、第１封止材４１ａ，４１ｂおよび第２封止材４２は樹脂系材料を含むことが好ましい。この場合には、いずれの封止材を形成するための硬化性組成物も、硬化性樹脂を含有する材料となる。そのような樹脂材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の耐熱性を有する（軟化点が高い）熱可塑性樹脂、ポリエステル（ＰＥ）等の熱可塑性樹脂にイソシアネート系などの架橋剤を添加して硬化性を高めたものなどが例示される。また、硬化性組成物は、アルミナ、シリカ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素などの無機系材料からなる充填剤を含有していてもよい。こうした充填剤の硬化性組成物の含有量を変化させることにより、封止材４０のヤング率を調整することができる。

第１封止材４１ａ，４１ｂの組成について限定されない具体例として、比較的軟質な熱硬化性樹脂であるシリコーン樹脂を硬化性樹脂の主成分として使用し、充填剤としてアルミナを使用することが挙げられる。第２封止材４２の組成について限定されない具体例として、比較的硬質な熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を硬化性樹脂の主成分として使用し、充填剤としてアルミナを使用することが挙げられる。

リアクトル装置１００が実装された電気・電子機器として、リアクトル装置１００が組み込まれたコンバータが例示される。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車において電圧の昇降圧を行うコンバータは、車載部品であるため、振動などの外力を受けやすい一方で特に高い信頼性が求められている。本発明の一実施形態に係るリアクトル装置１００は、封止材４０を形成するための硬化性組成物の硬化収縮がリアクトル装置１００の鉄損に影響を与えにくく、その内部においてリアクトル本体２０が筐体３０に対して強固に固定されている。また、リアクトル装置１００に外力が付与された場合であっても、外力が損失に対して影響しやすい曲折部１１ａ，１１ｂではその周囲に位置する封止材（第１封止材４１ａ，４１ｂ）のヤング率が低いため、リアクトル装置１００に付与された外力は曲折部１１ａ，１１ｂには伝達しにくい。このため本発明の一実施形態に係るリアクトル装置１００は、車載用途のコンバータとして好適に使用されうる。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（１）Ｆｅ基非晶質合金粉末の作製
Ｆｅ_{７４．２８原子％}Ｃｒ_{１．５６原子％}Ｐ_{８．７８原子％}Ｃ_{２．６２原子％}Ｂ_{７．５７原子％}Ｓｉ_{５．１９原子％}なる組成になるように原料を秤量して、水アトマイズ法を用いて非晶質磁性材料の粉末を作製した。得られた非晶質磁性材料の粉末の粒度分布を日機装社製「マイクロトラック粒度分布測定装置 ＭＴ３３００ＥＸ」を用いて体積分布で測定し、体積基準の累積粒度分布における５０％累積径（第二メジアン径ｄ２）Ｄ５０は５〜２０μｍであった。

（２）造粒粉の作製
上記の非晶質磁性材料の粉末からなる磁性粉末９７．７質量部およびアクリル樹脂からなる絶縁性結着材２．０質量部、潤滑剤０．３質量部を、溶媒としての水に混合してスラリーを得た。

得られたスラリーを乾燥後に粉砕し、目開き３００μｍのふるいを用いて、３００μｍメッシュを通過した粉末からなる造粒粉を得た。

（３）圧縮成形
得られた造粒粉を金型に充填し、面圧１．７７ＧＰａで加圧成形して、外径２０．７ｍｍ×内径１２．４ｍｍ×厚さ６．８ｍｍのリング形状を有する成形体を得た。また、別の金型に充填して、面圧１．７７ＧＰａで加圧成形して、１０ｍｍ×１０ｍｍの底面で高さ４８ｍｍの角柱形状を有する成形体を得た。

（４）熱処理
得られた成形体のそれぞれについて、窒素気流雰囲気の炉内に載置し、炉内温度を、室温（２３℃）から昇温速度１０℃／分で３７０℃まで加熱し、この温度にて１時間保持し、その後、炉内で室温まで冷却する熱処理を行った。こうして、リング状の圧粉体および棒状の圧粉体を得た。

（試験例１）鉄損Ｐｃｖの測定
上記のようにして作製したリング状の圧粉体からなるトロイダルコアに、図４に示されるように、端面に１か所（測定方向は径方向）、側面に２か所（測定方向は厚さ方向および周回方向）の都合３か所ひずみゲージを取り付け、これらのひずみゲージからの信号に基づきトロイダルコアに加えられる応力を測定可能とした。このトロイダルコアに被覆銅線をそれぞれ１次側１５回、２次側１０回巻いて得られたトロイダルコイルについて、ＢＨアナライザー（岩崎通信機社製「ＳＹ−８２１８」）と接続して鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）を測定可能とした。この状態で、実効最大磁束密度Ｂｍを１００ｍＴ、測定周波数１００ｋＨｚの条件で鉄損Ｐｃｖを測定し、鉄損の基準値Ｐｃｖ０とした。

トロイダルコイルを収容可能な容器内にトロイダルコイルを配置し、エポキシ系樹脂を含む硬化性組成物（「硬化性組成物Ｉ」ともいう。）またはシリコーン系樹脂を含む硬化性組成物（「硬化性組成物ＩＩ」ともいう。）を容器内に注いで、容器全体を加熱して樹脂を硬化させた。樹脂が硬化した状態で、３か所のひずみゲージからの信号に基づいて、トロイダルコアに加えられた平均応力を算出した。その結果、樹脂の種類や圧粉体の粒径分布などによって異なった圧縮応力が付与されていることが確認された。基本的な傾向として、硬化物のヤング率の低い硬化性組成物ＩＩの場合には圧縮応力が低く（応力値としては負の値でゼロに近い。）、硬化物のヤング率が高い硬化性組成物Ｉの場合には高い圧縮応力（応力値としては負の値でゼロから遠い。）となった。また、実効最大磁束密度Ｂｍを１００ｍＴ、測定周波数１００ｋＨｚの条件でトロイダルコイルの鉄損Ｐｃｖを測定した。得られた鉄損Ｐｃｖから、上記の鉄損の基準値Ｐｃｖ０に対する増加率を求めた。基本的な傾向として、硬化物のヤング率の低い硬化性組成物ＩＩの場合には鉄損Ｐｃｖの増加率は低く、硬化物のヤング率が高い硬化性組成物Ｉの場合には鉄損Ｐｃｖの増加率は高くなった。

上記の棒状の圧粉体からなる圧粉コアの側面にコイルを巻回するとともに、一方の端面からの磁束を他方の端面に導くようにフェライトヨークを取り付けて、得られたインダクタをＢＨアナライザー（岩崎通信機社製「ＳＹ−８２１８」）と接続して鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）を測定可能とした。この状態で鉄損Ｐｃｖを測定し、鉄損の基準値Ｐｃｖ０とした。

圧粉コアの両端面を圧縮可能に上記のインダクタを引張試験機に取り付けて、圧粉コアの両端面に加える圧縮力を変化させつつ鉄損Ｐｃｖを測定した。その結果、圧粉コアの両端面に加えられた圧縮力が大きくなると鉄損の増加率も高くなった。

以上の結果を図５に示した。図５に示されるように、リング状の圧粉コアによる測定結果および棒状の圧粉コアによる測定結果のいずれも、コアに生じた圧縮応力が増大すると鉄損の増加率が高まる傾向を示し、これらの結果全体についておおむね線形で近似可能であった（図５点線）。

（試験例２）
試験例１と同様にして、上記のリング状の圧粉体からなるトロイダルコアを備えるトロイダルコイルを作製し、ＢＨアナライザー（岩崎通信機社製「ＳＹ−８２１８」）と接続して鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）を測定可能とした。この状態で、実効最大磁束密度Ｂｍを１００ｍＴ、測定周波数１００ｋＨｚの条件で鉄損Ｐｃｖを測定し、鉄損の基準値Ｐｃｖ０とした。

トロイダルコイルを、図６の（ａ）または（ｂ）に示されるように引張試験器に配置して、（ａ）径方向に外力が付与されるように配置された場合（円環荷重）および（ｂ）厚さ方向に外力が付与されるように配置された場合（端面荷重）のそれぞれについて、外力を加えながら上記の条件（実効最大磁束密度Ｂｍを１００ｍＴ、測定周波数１００ｋＨｚ）で鉄損Ｐｃｖを測定し、加えられた外力によって鉄損の増加率がどのように変化するかについて測定した。

その結果、図７に示されるように、鉄損の増加率に外力が与える影響は、円環荷重では端面荷重の場合に比べて１０倍程度大きくなることが確認された。

以上の結果から、圧粉コアにおいて、直線状の磁路を画成するような単純な形状を有している部分では外力の増加が鉄損を増加させる程度は大きくないが、屈曲した磁路を画成するような複雑な形状を有している部分では外力の増加は鉄損を増大させやすいことが確認された。したがって、本発明に係るリアクトル装置のように、リアクトル本体に位置する封止材のヤング率をコアの部分形状に応じて変化させることにより、封止材を形成するための硬化性組成物の硬化収縮に起因してリアクトル装置の鉄損が増加することを抑制できる。

本発明のリアクトル装置は、車載用途のコンバータの部品としてトランスやチョークコイル等のインダクタとして好適に使用されうる。

１００ リアクトル装置
１０ コア
１１ａ，１１ｂ 曲折部
１２ａ，１２ｂ 直線部
１５ コイル
２０ リアクトル本体
３０ 筐体
４０ 封止材
４１ａ，４１ｂ 第１封止材
４２ 第２封止材
ＭＰ 磁路

Claims (10)

1. 平面視が環状のコアと前記コアに巻回されたコイルとを備えるリアクトル本体、
   前記リアクトル本体を収容する筐体、および
   前記リアクトル本体と前記筐体との間に充填される封止材
   を備えるリアクトル装置であって、
   前記コアは、磁性粉末を含む材料を加圧成形してなる圧粉体を備える圧粉コアからなり、
   前記コアは、前記コイル内に挿入された部分を有し直線状の磁路を画成する２つの直線部と、前記直線部のそれぞれの端部に連設されて曲折した磁路を画成する２つの曲折部と、を有し、
   前記封止材は、前記曲折部と前記筐体との間に位置する第１封止材と、前記直線部の少なくとも一部と前記筐体との間に位置する第２封止材とを備え、
   前記第１封止材のヤング率は、前記第２封止材のヤング率よりも低いこと
   を特徴とするリアクトル装置。
2. 前記第１封止材および前記第２封止材は樹脂系材料を含む、請求項１に記載のリアクトル装置。
3. 前記第２封止材は充填剤を含む、請求項１または２に記載のリアクトル装置。
4. 前記第１封止材のヤング率は５０ＭＰａ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のリアクトル装置。
5. 前記第２封止材のヤング率は５ＧＰａ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載のリアクトル装置。
6. 前記磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金からなる群から選ばれた１種または２種以上の非晶質磁性材料の粉末を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のリアクトル装置。
7. 前記非晶質磁性材料はＦｅ−Ｐ−Ｃ系合金からなる、請求項６に記載のリアクトル装置。
8. 前記圧粉体は、前記磁性粉末を前記圧粉体に含有される他の材料に対して結着させる結着成分を含有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のリアクトル装置。
9. 前記結着成分は、樹脂材料に基づく成分を含む、請求項８に記載のリアクトル装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載されるリアクトル装置が実装された電気・電子機器。