JP2006080190A - 内燃機関用点火コイル及び自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 モールド樹脂にクラックが発生しないよう改善された点火コイルを提供する。
【解決手段】 中心鉄芯１の外側に、一次コイルと二次コイルとを同軸的に配置してなる内燃機関用点火コイルにおいて、中心鉄芯１は、複数種類の磁性鋼板ＰＬ・・・ＰＬを積層して断面多角形に一体化され、その軸方向ほぼ全体に一枚の絶縁フィルム材ＴＰを巻着して構成され、絶縁フィルム材ＴＰの接着開始点ＳＴと接着終了点ＥＮＤは、中心鉄芯１の断面多角形の角部を避けて設定されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、自動車などのエンジンのプラグホールに取り付けられ、先端部に点火プラグが装着されて使用される内燃機関用点火コイル、及びこの点火コイルを内蔵する自動車に関する。

内燃機関用点火コイルとしては、丸棒状の中心鉄芯の外側に、二次ボビンに巻かれた二次コイルが配置され、さらにその外側に、一次ボビンに巻かれた一次コイルが配置されたものが知られている。中央鉄芯は、一般に、ケイ素鋼板を複数枚積層して断面多角形に構成される。そして、多角形の外周には、絶縁性の緩衝テープが巻かれている。また、完成状態では、中央鉄芯の周りは、モールド樹脂によって固められている（特許文献１）。
特開２００４−７１９１１号公報

ここで、中心鉄芯の外周を緩衝テープで覆うのは、中心鉄芯の絶縁性が確保すると共に、ケイ素鋼板の幅方向両端のエッジ部を緩和して、熱膨張／熱収縮によってモールド樹脂にクラックが発生するのを防止するためである。

しかしながら、中央鉄芯に単に緩衝テープを巻くだけでは、緩衝テープ５１の巻き終わり点ＥＮＤが、ケイ素鋼板５０・・・５０で構成された断面多角形の角部ＥＤに一致してしまうことがあり、このような場合には、この巻き終わり点ＥＮＤで角部ＥＤがより強調されるため、クラック発生の原因になることがあった（図７参照）。また、巻き始め点が、断面多角形の角部ＥＤに一致してしまうこともあり、この場合も、巻き始め点で角部ＥＤがより強調されることになり、クラック発生の原因になることがあった。

そして、モールド樹脂にクラックが発生すると、絶縁不良によって点火コイルの点火特性が悪化するなどの不具合が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、モールド樹脂にクラックが発生しないよう改善された点火コイルを提供することを課題とする。また、モールド樹脂にクラックが発生しないよう改善した点火コイルを内蔵した自動車を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は、中心鉄芯の外側に、一次コイルと二次コイルとを同軸的に配置してなる内燃機関用点火コイルにおいて、前記中心鉄芯は、複数種類の磁性鋼板を積層して断面多角形に一体化され、その軸方向ほぼ全体に一枚の絶縁フィルム材を巻着して構成され、前記絶縁フィルム材の巻き始めと巻き終わりは、前記中心鉄芯の断面多角形の角部を避けて設定されている。また本発明は、このような点火コイルを備える自動車である、なお、本発明の絶縁フィルム材は、実施例では緩衝テープと称している。

本発明において、前記絶縁フィルム材は、積層構造の中心鉄芯における最下層又は最上層の磁性鋼板から巻き始めることで、前記中心鉄芯を覆うのが好ましい。また、前記絶縁フィルム材は、積層構造の中心鉄芯における最下層又は最上層の磁性鋼板で巻き終えることで、前記中心鉄芯を覆うのが好ましい。

この場合、最下層と最上層の磁性鋼板のうち、一方の磁性鋼板に巻き始め点を設定し、他方の磁性鋼板に巻き終り点を設定するのが好適である。更にまた、前記絶縁フィルム材の巻き付け長さＳを、中心鉄芯の外周長Ｌと巻き付け回数ｎとに対応して、Ｓ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ／２に設定するのが効果的である。この場合、一方側の磁性鋼板の板中央部に巻き始め点を設定すれば、巻き終り点を、他方側の磁性鋼板のほぼ板中央部に位置させることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、モールド樹脂にクラックが発生しないよう改善された点火コイルを実現できる。

以下、実施例に係る内燃機関用点火コイルについて、その概略構成から説明する。図１は、実施例に係る点火コイルの概略縦断面図である。この点火コイルは、エンジンのプラグホールに取り付けられると共に、先端部に点火プラグが装着されて、点火プラグに高電圧を直接供給するものである。

図示の通り、本実施例の点火コイルは、中心部から順に、中心鉄芯１、二次ボビン２に二次巻き線が巻かれた二次コイル３、一次ボビン４に一次巻き線が巻かれた一次コイル５がそれぞれ同心に配置され、それらは略円筒状のケース６に収納される。また、一次コイル３の外周面には、周方向の一部に切欠きを備えて略Ｃ字状に形成された鋼板からなる外装鉄芯７が装着される。なお、中心鉄芯１の長手方向両端部には、鉄芯の磁束の飽和を抑制するために、一次コイル５で発生する磁束と反対方向の磁束を発生させる永久磁石を装着してもよい。

ケース６内には、熱硬化性エポキシ樹脂が充填される。このエポキシ樹脂は、中心鉄芯１と二次コイル３の間、二次コイル３と一次コイル５の間、一次コイル５とケース６の間にそれぞれ侵入し、それらの間の絶縁性を確保する。なお、ケース６の上部には、イグナイタ８などが収容される大径部６ａが形成されているが、エポキシ樹脂はこの大径部６ａにも充填される。このエポキシ樹脂は、ケース６の上部開口から注入充填され、均一温度の硬化雰囲気温度に保たれた炉に一定時間保持されて硬化される。

ケース６の上部には、一次電流をオンオフするための点火駆動回路としてのイグナイタ８が設けられると共に、イグナイタ８に一次電流を供給するための一次電流入力用コネクタ端子９が設けられる。ケース６の下部には、二次コイル３に電気的に接続された二次高圧端子１０を介して、スプリング１１が設けられる。このスプリング１１を介して、ケース６の下部には点火プラグが接続される。その接続部は、プラグホール等の金属部に高電圧がリークしないように、ケース６の下部に設けられたプロテクタ１２に内蔵される。

中心鉄芯１の外周面には、電気的絶縁性を有する緩衝テープＴＰが巻き付けられる。本実施例の緩衝テープＴＰは、薄いポリエステルフィルムとされ、内面側に接着剤を塗布した矩形状のフィルムが中心鉄芯１の外周面に巻かれる。なお、緩衝テープＴＰは、中心鉄芯１の上下両端部１Ｃ，１Ｃを少しだけ残して巻かれており、そのため、中心鉄芯１の上下両端部１Ｃ，１Ｃは、緩衝テープＴＰから露出した露出部となる。

この露出部（上下両端部）１Ｃ，１Ｃには、有底円筒状のコアキャップＣＰが装着される。このコアキャップＣＰは、耐熱性に優れた弾性体で形成され、中心鉄芯１の両端部に被せて接着されて、短冊板ＰＬとエポキシ樹脂の熱膨張率の差を吸収する緩衝材として機能する。

本発明の点火コイルは、基本的に上述のような構造であるが、特に中心鉄芯１の構造及び製造方法に特徴を有するので、この点を更に説明する。本実施例の中心鉄芯１は、(1)磁性鋼板をプレス装置で切り抜いて、所定長で幅のみ異なる複数種類の短冊板ＰＬ・・・ＰＬを製造する裁断工程と、(2)複数種類の短冊板ＰＬ・・・ＰＬを束ねて積層すると共に、カシメ加工によって全体を一体化する組立工程と、(3)一体化された短冊板の軸方向終端面１Ｄ，１Ｄに、切込み溝１Ａ又は切欠き凹部を形成する切除工程と、(4)中心鉄芯１の外周面に緩衝テープを巻き付けるテープ巻き工程と、(5)中心鉄芯１の軸方向両端部（露出部）１Ｃ，１Ｃに、略円筒型のコアキャップＣＰを被せて接着する接着工程を経て製造される。
［裁断工程〜切除工程］
図２（ａ）は、組立工程後の中心鉄芯１の状態を図示したものであり、この実施例では、０．２〜０．５ｍｍ程度の珪素鋼板で構成された短冊板ＰＬ…ＰＬを複数枚積層して、全体として断面略八角形の中心鉄芯１に形成している。図示の通り、積層方向の中央部には、最も幅広の短冊板を所定枚数配置し、その上下には、積層方向に向けて順番に幅の狭い短冊板を配置している。

この実施例の場合、切除工程に先立って、図の矢印方向にカシメ加工が施されるので、中心鉄芯の長さ方向の一定間隔毎に凹部１Ｂが２〜３個形成され、各凹部１Ｂの径方向反対側の対称位置には凸部が形成される。なお、カシメ加工に代えて、エポキシ接着剤によって短冊板ＰＬを互いに接着しても良いし、カシメ加工に代えて、或いは、カシメ加工に加えて、中心鉄芯１の軸方向両端の終端面１Ｄを溶接しても良い。カシメ加工に加えて溶接を行う場合には、切除加工に先立って、短冊板の積層方向に向けて、中心鉄芯１の終端面１Ｄの中心部が略矩形状に溶接される（図２（ｃ）参照）。これは、短冊板の積層方向の熱膨張率を、これに直交する方向の熱膨張率につり合わせるためであり、略矩形状の溶接面ＷＬは、後の切除工程で設けられる切込み溝１Ａより幅広で、中心鉄芯の直径の半分程度に形成される。

何れにしても、組立工程を終えた中心鉄芯の軸方向の両端面１Ｄには、次の切除工程において、切込み溝１Ａが形成される。図２（ｂ）は、切除工程後の中心鉄芯１を図示したものであり、この実施例では、短冊板の積層方向に向けて、切込み溝１Ａが形成されている。図示の通り、切込み溝１Ａは、中心鉄芯の中心点を通って一方側から他方側まで、全ての短冊板の一部を切除して一直線に形成される。なお、この切除工程を省略するため、複数種類の短冊板を切り出す裁断工程において、各短冊板ＰＬに切込み溝１Ａを形成しても良い。
［テープ巻き工程］
軸方向の両端面１Ｄに切込み溝１Ａの形成された中心鉄芯１は、次に、テープ巻き工程に移送される。この場合、切込み溝１Ａを、位置決め用に利用できるので、その分だけ、テープの巻き付け精度が高めることができる。

このテープ巻き工程では、中心鉄芯１の外周に、中心鉄芯１の軸方向長さよりやや幅狭の緩衝テープＴＰを巻き付けられる（図１参照）。中心鉄芯１の外周を緩衝テープＴＰで覆うことで、珪素鋼板である短冊板の電気的絶縁性が確保される。また、緩衝テープＴＰで覆うことで、各短冊板ＰＬの幅方向両端のエッジ部が緩和されると共に、中心鉄芯１を覆うエポキシ樹脂にエッジ部が直接接触することが防止され、熱膨張／熱収縮によるエッジ部への応力集中によってエポキシ樹脂にクラックが発生することが防止される。

図３は、テープ巻き工程で使用されるテープ巻き装置２０の概略構成を図示したものである。このテープ巻き装置２０は、緩衝テープＴＰを保有するテープリール２２と、緩衝テープＴＰをテープリール２２から巻き出すテープ搬送ローラ２３と、同一方向に回転する一対の捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂと、捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂと協働して中心鉄芯１を押圧状態で回転させる押圧ローラ２５と、緩衝テープＴＰを切断する切断刃２６と、待機状態の中心鉄芯１を捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂの間に載置すると共に、テープ巻き作業を終えた中心鉄芯１を取り出す搬送機構（不図示）とを備えて構成されている。

なお、テープ搬送ローラ２３と捲回ローラ２４は、コントローラ（不図示）に制御されて回転及び停止し、押圧ローラ２５と切断刃２６は、コントローラに制御されて適宜に昇降するようになっている。緩衝テープＴＰは、中心鉄芯１よりやや短い幅を有し、裏面（図では上側）に接着層を有する、厚さ６０μｍｍ程度の帯状のポリエステルフィルムであり、搬送ローラ２３の回転に合わせて案内路２７に巻き出され、切断刃２６の降下によって必要長さに切断される。

図３に示すテープ巻き装置２０は、テープ巻き作業を開始する直前の待機状態であり、テープ搬送ローラ２３及び捲回ローラ２４は停止しており、押圧ローラ２５及び切断刃２６は上昇位置にある。この待機状態で、切断刃２６から前方には、長さＬｓの緩衝テープＴＰが引き出されている。また、中心鉄芯１は、各短冊板ＰＬを水平状態にした姿勢で待機している。

図４は、図３の待機状態から動作開始状態に移行する瞬間を図示したものである。先ず、不図示の搬送機構が、待機状態の中心鉄芯１を保持して、これを捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂの間に載置する。この時、中心鉄芯１は、その短冊板ＰＬが水平面上に位置するよう載置されるが、最下層の短冊板の下面の中央部には、緩衝テープの先端が位置するよう、緩衝テープＴＰの引き出し長さＬｓが設定されている。

捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂの間に中心鉄芯１が載置されると、次に、押圧ローラ２５が降下して中心鉄芯１の最上層の短冊板を押圧する。その結果、中心鉄芯１全体が下向きに押圧されることになり、最下層の短冊板の下面の左半面に、緩衝テープＴＰが確実に接着される。次に、テープ搬送ローラ２３が反時計方向に回転を開始するのに合わせて、捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂは、時計方向に回転を開始する。なお、半径Ｒのテープ搬送ローラ２３の外周速度と、捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂの外周速度が一致するよう、各ローラ２３，２４の回転速度が設定されているのは勿論である。

捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂが時計方向に回転すると、押圧ローラ２５に押圧された中心鉄芯１は反時計方向に回転し、また、押圧ローラ２５は時計方向に従動回転することになる。明らかなように、この状態では、テープ搬送ローラ２３は、中心鉄芯１に緩衝テープＴＰを接着させる接着速度に対応する速度で、緩衝テープＴＰを中心鉄芯１Ａに向けて送り出している。そして、テープ搬送ローラ２３の回転開始からの回転角度がθに達したタイミングでは、捲回ローラ２４Ａ，２４Ｂに送られる緩衝テープＴＰの全長は、Ｒ×θ＋Ｌｓとなる。なお、Ｒはテープ搬送ローラ２３の半径であり、Ｌｓは初期状態の引き出し長さである（図３）。

テープ搬送ローラ２３及び捲回ローラ２４の回転によって、Ｒ×θ＋Ｌｓ＝Ｓ・・・（式１）の条件が成立するまで緩衝テープＴＰが送られると、テープ搬送ローラ２３及び捲回ローラ２４の回転が一時停止され、この状態で切断刃２６が降下して緩衝テープＴＰを切断する（図５（ａ）参照）。なお、上記（式１）において、Ｓは、緩衝テープＴＰの中心鉄芯１への巻き付け長さであり、緩衝テープＴＰの接着開始点ＳＴに位置する短冊板と、接着終了点ＥＮＤに位置する短冊板とが、径方向の対称位置になるように設定されている（図５（ｃ）参照）。

すなわち、中心鉄芯１の外周長Ｌと、緩衝テープＴＰの巻き付け回数ｎに対応して、巻き付け長さＳは、Ｓ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ／２に設定されている。本実施例の場合、接着開始点ＳＴとなる短冊板は、図４の最下層に位置する短冊板であるから、接着終了点ＥＮＤとなる短冊板は、図４では最上層に位置する短冊板となる。

以上説明した図３〜図５の動作によって、中心鉄芯１に対する緩衝テープＴＰの巻き付け作業が完了する。図５（ｃ）は完成状態の中心鉄芯１を図示したものであり、中心鉄芯１の外周には、中心鉄芯１の軸方向長さよりやや幅狭の緩衝テープＴＰが、一重以上に巻き付けられている。そして、接着開始点ＳＴと接着終了点ＥＮＤは、径方向対称の位置にあり、それぞれ積層方向の最上層であって、最も幅狭の短冊板ＰＬに位置している。なお、この状態でも、中心鉄芯１の上下両端部１Ｃは、緩衝テープＴＰで覆われることなく外部に露出している。
［コアキャップの接着工程］
続いて、中心鉄芯１の上下両端部１ＣにコアキャップＣＰを被せて接着する接着工程に移行する。ここでコアキャップＣＰは、強固な耐熱性及び耐寒性と適宜な弾力性を有することからシリコーンゴムが採用される。特に、本実施例では、透明又は半透明のシリコーンゴムが使用される。ここで、シリコーンゴム(silicone rubber)とは、主鎖が炭素‐炭素結合である一般の合成ゴムに対して、主鎖がケイ素‐酸素結合で構成されているものをいう。但し、特に限定されるものではなく、シリコーンゴムを超える耐熱性及び耐寒性を有することから、フッ素ゴムを使用しても良い。この場合も、透明又は半透明のフッ素ゴムを採用するのが好適である。

なお、中心鉄芯１の上下両端部１ＣをコアキャップＣＰで覆って固着するのは、短冊板とエポキシ樹脂の熱膨張率の差をコアキャップＣＰで吸収するためであり、中心鉄芯１の軸方向端面１Ｄを基点として、熱膨張／熱収縮による応力集中によってエポキシ樹脂にクラックが発生するのを防止するためである。

図６（ａ）は、有底円筒形に形成されたコアキャップＣＰを図示したものである。図示の通り、コアキャップＣＰの円形穴は、コアキャップＣＰの軸方向中央部より奥側（図示の下側）が、若干縮径した段付き穴とされている。すなわち、図６（ｅ）に示すように、コアキャップＣＰに中心鉄芯１がはめ込まれた状態では、奥側の小径部１３に、緩衝テープＴＰが巻かれていない露出側面１Ｃ（中心鉄芯の上下両端部）が配置され、開口側の大径部１４に、緩衝テープＴＰの巻かれた中心鉄芯１が配置されるよう設定されている。また、大径部１４は、外向きに狭まる傾斜角γが２°程度のテーパ形状となっている。

コアキャップの接着工程では、先ず、コアキャップＣＰの中にシリコーン系の接着剤１５を注入する。本実施例では、シリコーン（ケイ素樹脂）系接着剤を使用するため、硬化後はゴム弾性を有することになり、また、広い温度範囲で安定した性質を発揮する。

接着剤を保有したコアキャップＣＰが準備できたら、次に、中心鉄芯１を水平状態に保持して、その軸方向の両端面１Ｃに、コアキャップＣＰを水平方向に押し付けて被せる。すると、コアキャップＣＰに押圧されて接着剤１５が押し広げられるが、本実施例では、中心鉄芯１の終端面１Ｄに切込み溝１Ａが形成されているので、接着剤１５は、切込み溝１Ａを案内通路にして、中心鉄芯の露出側面１Ｃに移動することになる。すなわち、本実施例では、接着剤１５が中心鉄芯１の露出側面１Ｃに一様に広がることになり、接着剤１５が一箇所から加圧状態で噴出してコアキャップＣＰを押し広げて溢れ出るようなことない。

しかも、本実施例では、コアキャップが透明又は半透明であるので、コアキャップ内部の接着剤の広がり状況を確実に目視確認でき、万一、コアキャップから溢れ出る接着剤があれば、直ちにその異常を検出することができる。なお、この異常検出作業を容易化する趣旨から、本来は透明な接着剤１５に、適当な着色剤を添加しておいても良い。

以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、上記の記載内容は一例を示したに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱することなく適宜に変更可能である。例えば、実施例の中心鉄芯の軸方向の終端面には、切込み溝が形成されているが、本発明において、切込み溝は必須ではない。したがって、本発明に係る中心鉄芯１は、(1)裁断工程と、(2)組立工程と、(4)テープ巻き工程と、(5)接着工程とを経て製造したので足りる。

本発明の点火コイルの一実施例を示す概略縦断面図である。 図１の点火コイルの中心鉄芯の終端面を拡大して示す概略斜視図である。 テープ巻き装置の構成を示す概略図である。 テープ巻き装置の動作開始状態を説明する図面である。 テープ巻き装置の動作途中を説明する図面である。 コアキャップと、コアキャップを装着させた中心鉄芯を図示したものである。 従来技術の問題点を説明する図面である。

符号の説明

１ 中心鉄芯
２ 二次ボビン
３ 二次コイル
４ 一次ボビン
５ 一次コイル
ＴＰ 絶縁フィルム材（緩衝テープ）
ＳＴ 巻き始め（接着開始点）
ＥＮＤ 巻き終り（接着終了点）

Claims (5)

1. 中心鉄芯の外側に、一次コイルと二次コイルとを同軸的に配置してなる内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記中心鉄芯は、複数種類の磁性鋼板を積層して断面多角形に一体化され、その軸方向ほぼ全体に一枚の絶縁フィルム材を巻着して構成され、
   前記絶縁フィルム材の巻き始めと巻き終わりは、前記中心鉄芯の断面多角形の角部を避けて設定されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記絶縁フィルム材は、積層構造の中心鉄芯における最下層又は最上層の磁性鋼板から巻き始めることで、前記中心鉄芯を覆っている請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
3. 前記絶縁フィルム材は、積層構造の中心鉄芯における最下層又は最上層の磁性鋼板で巻き終えることで、前記中心鉄芯を覆っていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
4. 前記絶縁フィルム材の巻き付け長さＳは、中心鉄芯の外周長Ｌと巻き付け回数ｎとに対応して、Ｓ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ／２に設定されている請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用点火コイル。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の点火コイルを備える自動車。

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