JP2006202808A - 内燃機関用点火コイル及び自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 エポキシ樹脂の充填時に最適に機能するボビンを備え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５と二次コイル３とを同軸的に配置してコイルケース６に収納し、コイルケース内部にエポキシ樹脂を充填してなる内燃機関用点火コイルである。二次コイル３は、略円筒形の二次ボビン２と、二次ボビン２に巻着される巻線とで構成され、二次ボビン２は、略円環状の複数のフランジＦＧによって巻着セクションＳＣに区分され、フランジＦＧは、径方向及び／又は軸方向に切欠かれた部分２０ａ〜２０ｃ、２１、２０Ｓを備えている。
【選択図】 図２

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。これらの構成部材は、互いに組み合わされてコイルケースの中に収納され、コイルケースの開放基端部からエポキシ樹脂が注入される。そして、コイルケースが真空引きされることで、エポキシ樹脂が各構成部材の隅々まで行き渡り、その後、エポキシ樹脂が硬化することで点火コイルが完成される。

このような点火コイルでは、二次コイルのコイル巻線の低圧側と高圧側には、極めて高い電位差が生じるので、二次ボビンの外周に複数個のフランジを設けて複数の巻着セクションに区分し、巻着セクション毎にコイル巻線を順番に巻きつけている（特許文献１）。
特開２００３−２５７７５４

しかしながら、このような構造の点火コイルでは、二次ボビンの外周に設けた複数のフランジが、エポキシ樹脂の充填時におけるエポキシ樹脂の流れを阻止するために、エポキシ樹脂が下流側に向けて円滑に流れないことがあり、その結果、エポキシ樹脂が二次コイル全体に一様に行き渡らないおそれがあった。

また、エポキシ充填時には真空引き処理が行われるが、コイル巻線とフランジの間の隙間から完全に空気を抜かないと、使用状態における経年的な冷熱ストレスによってエポキシ樹脂にクラックが生じる原因となってしまう。すなわち、コイル巻線とエポキシ樹脂とでは熱膨張率が違うので、これによるストレスによって残存空隙に向けてクラックが発生するおそれがあった。そして、エポキシ樹脂に発生したクラックは、コイル巻線の絶縁不良などの原因となる。

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、エポキシ樹脂の充填時に最適に機能するボビンを備えた点火コイルを提供することを課題とする。また、このような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、請求項１に係る発明は、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コイルケースに収納し、前記コイルケース内部に合成樹脂材を充填してなる内燃機関用点火コイルであって、前記二次コイルは、略円筒形の二次ボビンと、前記二次ボビンに巻着される巻線とで構成され、前記二次ボビンは、略円環状の複数のフランジによって巻着セクションに区分され、前記フランジは、径方向及び／又は軸方向に切欠かれた部分を備えている。

本発明において、径方向に切欠かれた部分は、好ましくは、複数のフランジにおいて軸方向に整列している。また、軸方向に切欠かれた部分は、好ましくは、合成樹脂の充填方向の下流側の端面に形成されている。更に好ましくは、軸方向に切欠かれる部分（例えば円弧溝）は、径方向に切欠かれた部分（実施例では切欠き２０）から、二次ボビンの外周面に至るように形成されるべきである。

更にまた、前記二次ボビンには、隣接する巻着セクションに巻線を引き渡す移行部が設けられ、この移行部と前記径方向に切り欠かれた部分とが、周方向に等間隔で配置されているのが好適である。また、本発明は、上記何れかの内燃機関用点火コイルを備える自動車である。

以上説明した本発明によれば、合成樹脂の充填時に最適に機能するボビンを備えた点火コイル、及びこのような点火コイルを内蔵した自動車を実現できる。

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、中心鉄芯を構成する短冊状の珪素鋼板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、二次ボビン２の構成に特徴があるので、この点を更に詳述する。図２は、二次ボビン２の正面図（ａ）、左側面図（ｂ）、Ａ−Ａ断面図（ｃ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）、右側面図（ｅ）を図示したものである。また、図３は、二次ボビン２の背面図（ａ）、右側面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）を図示したものである。

図２に示すように、この実施例では、高圧端子１０の装着される先端側ＴＯＰから、低圧端子３０の装着される基端側ＢＡＳＥに向けて、１８個のフランジＦ１〜Ｆ１８が設けられ、二次巻線ＷＲを巻着する１９個の巻着セクションＳＣ１〜ＳＣ１９が形成されている。

この実施例では、先端側ＴＯＰから基端側ＢＡＳＥに向けて、自動巻き機によって二次巻線ＷＲの巻着されており、巻着セクションＳＣ（ｉ）の巻着作業が終われば、基端側に隣接する巻着セクションＳＣ（ｉ＋１）の巻着作業に移行するようになっている（図２（ａ）のＷＲの矢印参照）。なお、各巻着セクションＳＣ（ｉ）では、巻着セクション内を軸方向に何回か往復することで二次巻線ＷＲが積層的に巻着される。

二次ボビン２のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、及び右側面図（図２（ｃ）〜（ｅ））に現れるように、円環状に形成された各フランジＦＧ１〜ＦＧ１８には、径方向に浅く切り込まれた３ヶ所の切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、実質的にフランジＦＧが存在しない移行部２１とが設けられている。

各切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃと移行部２１は、複数のフランジＦＧ１〜ＦＧ１８にわたって、軸方向に整列して設けられている。また、切欠き２０と移行部２１とは、周方向にほぼ９０度ずつ均等に離間して形成されている。本実施例では、このように、フランジＦＧの外周部が、切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃと移行部２１とによって、ほぼ均等に切り欠かかれるので、エポキシ樹脂の充填時には、エポキシ樹脂が図２（ａ）や図３（ａ）の矢印方向（⇒）に円滑に流れることになり、エポキシ樹脂の偏在のおそれがない。

また、本実施例では、コイル巻線の最上部ＵＰは、フランジＦＧの標準外周線ＯＵＴより十分低く（コイル巻線の直径φの１０〜２０倍程度）設定され、且つ、切欠き２０ａ〜２０ｃの最底部ＢＯＴに対応して設定されている。具体的には、コイル巻線の最上部ＵＰは、コイル巻線の直径をφとすると、最底部ＢＯＴを基準線にして−Ｎ×φ〜＋Ｎ×φの位置に設定されている（ここで、Ｎ＝３〜５程度である）。なお、図５は、コイル巻線の最上部ＵＰ、切欠き最底部ＢＯＴ、フランジＦＧの標準外周線ＯＵＴを説明する図３（ａ）の概略Ｃ−Ｃ断面図である。但し、単なる概略図であって、コイル直径φとフランジＦＧの高さや厚さとは全く対応していない。

本実施例の二次ボビン２は上記の通り構成されているため、充填されるエポキシ樹脂は、コイル巻線の最上部ＵＰの上面を下流方向に向かって流れた後、コイル巻線の最上部ＵＰの前に立ち塞がる各フランジＦＧ（ｉ）によって適度に流れが阻害されるので、下流側の巻着セクションＳＣ（ｉ）に移行する前に当該巻着セクションＳＣ（ｉ＋１）全体に行き渡る。一方、本実施例では、移行部２１と切欠き部２０とを周方向にほぼ等間隔で設けるので、極端にエポキシ樹脂の流れが阻害されることはなく、移行部２１や切欠き部２０を通して円滑に下流側に移行する。

また、各切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下流側フランジ端面には、軸方向に円弧状に切欠かれた円弧溝２０Ｓが形成されている（図２（ｃ）及び図５参照）。この円弧溝２０Ｓは、切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃから二次ボビン外周面に向けて形成されている。図２（ｃ）に示すように、この円弧溝２０Ｓは、移行部２１の形成方向とほぼ平行に真っ直ぐに形成されている。

本実施例では、このような構成の円弧溝２０Ｓを備えるために、各フランジＦＧとコイル巻線との間には、切欠き２０ａ，２０ｂ，２０ｃの部分において、適度な空隙２０Ｓが形成されることになり、この空隙が、エポキシ樹脂を充填する際の真空引き処理時の空気抜き通路として機能する。このような空気抜き通路を備えるため、本実施例では、二次ボビン２の外周面まで確実に真空状態とすることができ残存空気の問題が解消される。また、この円弧溝２０Ｓ（空隙）は、コイル巻線の最上部ＵＰから最下部（二次ボビンの外周面）に至るエポキシ樹脂の充填通路となるので、コイル巻線の最深部までエポキシ樹脂を確実に行き渡らせることができる。

図４は、移行部２１の構成をより詳細に図示したものである。図４（ｄ）及び図２（ｄ）に示すように、移行部２１は、フランジ終点の送出部２２と、フランジ始点の受入部２３との間に形成され、フランジＦＧが実質的に欠如されて構成されている。図４（ｄ）に破線で示す通り、送出部２２は、フランジＦＧの略円形の周縁線（破線で示すフランジ輪郭線（標準外周線））より、径方向に膨出して峰状に形成されている。

そのため、特定のセクションＳＥ（ｉ）から隣接するセクションＳＥ（ｉ＋１）に巻線ＷＲを引き渡す場合にも、径方向に膨出する送出部２２の存在によって、元の巻着セクションＳＥ（ｉ）に巻着されている巻線が巻崩れすることが防止される。また、峰状の送出部２２は、移行部２１に向けて緩やかな角度で立ち下がるので、巻線ＷＲは、立下り面２２Ａの上面を通過して隣りの巻着セクションＳＥ（ｉ＋１）に緩やかな角度で引き渡される。なお、立下り面２２Ａは、二次ボビン２の成形金型の抜き通路の役目も果たしている。

受入部２３も、送出部２２と同様に、フランジＦＧの略円形の周縁線（破線で示すフランジ輪郭線（標準外周線））より径方向に膨出して形成されている。そして、受入部２３は、送出部２２に向けて周方向に膨出する岬部２３ａと、膨出する岬部２３ａをフランジ本体２４に連続させる連設部２３ｂとで構成されている。

また、引き渡された巻線ＷＲが最初に当接する連設部２３ｂの開始端面には、巻線ＷＲの進行方向に向けて、徐々に狭く浅くなるように、略円錐状に切除された導入溝２５が形成されている。

本実施例は、送出部２２の立下り面２２Ａ、受入部２３の岬部２３ａ、及び、受入部２３の導入溝２５を備えるので、図４（ｆ）に示すように、巻着作業の終わった巻着セクションＳＥ（ｉ）から、隣りの巻着セクションＳＥ（ｉ＋１）に向けて直線的に、かつ緩やかな角度で巻線ＷＲが引き渡される。なお、図４（ｇ）と図４（ｅ）は、巻線ＷＲがＰ０点からＰ１点を経て、Ｐ２点まで降下しつつ直線的に延びている状態を示している。

また、本実施例では、受入部２３が導入溝２５を備えるので、引き渡される巻線ＷＲが、隣りの巻着セクションＳＥ（ｉ＋１）に積層される巻線ＷＲ’と接触することがなく、絶縁破壊などによって二次コイルの出力電圧が降下することもない。すなわち、図４（ｃ）に示すように、Ｐ１点の巻線ＷＲは、導入溝２５の内部に位置するので、隣りの巻着セクションＳＥ（ｉ＋１）において積層された巻線ＷＲ’とは十分な絶縁距離ｔが確保されることになり、コイル巻線の絶縁耐圧が低くても巻線間の短絡のおそれがない。

先端側ＴＯＰから基端側ＢＡＳＥに向けて、順番に各セクションＳＥ１〜ＳＥ１９に巻着された巻線ＷＲは、引出溝２６に装着される引出線を通して低圧端子３０に接続される。また、先端側の巻線ＷＲは、先端開口２７に装着されるダイオード３１を通して高圧端子１０に接続される（図１（ｂ）参照）。なお、基端側に形成されるリブ２８ａ，２８ｂは、二次ボビン２を一次ボビン４に挿入する際の位置決めに用いられる。

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、二次フランジ２に設けられる切欠き２０は必ずしも三箇所である必要はなく、適宜な数が選択される。但し、二次ボビンの強度を損ねることがないよう、５箇所以内とするのが好適である。

本発明の点火コイルの一実施例を示す概略縦断面図（ａ）と、電気的等価回路（ｂ）である。 二次ボビンの正面図（ａ）、左側面図（ｂ）、Ａ−Ａ断面図（ｃ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｄ）、右側面図（ｅ）である。 二次ボビンの背面図（ａ）、右側面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）である。 フランジの送出部と受入部を説明する図面である。 二次ボビンのフランジとコイル巻線との関係を図示したものである。

符号の説明

１ 中心鉄芯１
５ 一次コイル
３ 二次コイル
６ コイルケース
２ 二次ボビン
ＦＧ フランジ
ＳＣ 巻着セクション
２０ａ〜２０ｃ、２１ 径方向に切欠かれた部分
２０Ｓ 軸方向に切欠かれた部分

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コイルケースに収納し、前記コイルケース内部に合成樹脂材を充填してなる内燃機関用点火コイルであって、
   前記二次コイルは、略円筒形の二次ボビンと、前記二次ボビンに巻着される巻線とで構成され、前記二次ボビンは、略円環状の複数のフランジによって巻着セクションに区分され、前記フランジは、径方向及び／又は軸方向に切欠かれた部分を備えていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記径方向に切欠かれた部分は、複数のフランジにおいて軸方向に整列している請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
3. 前記軸方向に切欠かれた部分は、前記合成樹脂の充填方向の下流側の端面に形成されている請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火コイル。
4. 前記二次ボビンには、隣接する巻着セクションに巻線を引き渡す移行部が設けられ、この移行部と前記径方向に切り欠かれた部分とが、周方向にほぼ等間隔で配置されている請求項１〜３の何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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