JP2006245428A - 内燃機関用点火コイル及び自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で絶縁性を悪化させることなく更に小型化を可能にした点火コイルを提供する。
【解決手段】 二次ボビン１７の軸方向の両端部である低圧側と高圧側の外周に複数のフランジ２２ｂ〜２２ｄを設けて、軸方向中央を挟んで対面する一対の基準フランジ２２ｂ，２２ｃで区画される二次ボビンには、二次ボビンの径方向外向きに傾斜させて巻線を巻き重ねた後に、径方向内向きに傾斜させて巻き降ろす動作を繰り返して巻線が巻回され、基準フランジ２２ｂ，２２ｃの外側の二次ボビンには、二次ボビンの軸方向に巻線を巻き進めた後に軸方向に巻線を巻き戻す動作を繰り返して巻線が巻回されており、記二次ボビンの内周は、軸方向に均一に形成される一方、二次ボビンの外周との肉厚は、一対の基準フランジ２２ｂ，２２ｃで区画される内側部分が、その他の外側部分より薄く形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の点火プラグに高電圧を供給する点火コイル、及び自動車に関するものである。

点火プラグには、円筒状コイルケースの中に、中心鉄心、二次コイル、及び一次コイルを、この順番に同心円状に配置し、その後で合成樹脂を充填する構造が知られている。ここで、二次コイルは、筒状の二次ボビンに、絶縁被膜を設けた二次巻線が巻回される。

二次巻線の巻き方には、斜行巻きと積層巻きとがある。積層巻きとは、図６（ａ）に示すように、巻き始め側から巻き終わり側に向けて、ボビン３０の外周面のフランジで区切られた一区画を覆うように、巻線３１を巻回した後に折り返して巻着し、これを繰り返していく方法である。一方、斜行巻きとは、ボビン表面から傾斜状に巻線が積み重ねられる巻着方法であり、図６（ｂ）に示すように、ボビンの径方向外向きに傾斜させて巻線を巻き重ねた後に、径方向内向きに傾斜させて巻き降ろし、これを繰り返す方法である。

何れの巻回方法でも、中心鉄心と二次コイルと一次コイルを、この順番に同心円状に配置する構造の点火コイルは、全体として小型化される点を大きな特徴としている。しかし、電気的性能や生産効率を損なうことなく、更に小型化したい要請も強い。

かかる要請に応える場合、点火プラグ放電用の高電圧を発生する二次コイルについて、先ず、二次ボビンに積層された二次巻線の間のレアショート（layer short）を防止した構成である必要がある。すなわち、上下に隣接する下層側の二次巻線と上層側の二次巻線との電位差が大き過ぎると絶縁破壊を起こすので、この点を考慮した二次コイルの構成が必要となる。

また、中心鉄心は、二次コイルの低圧側と高圧側の電位差のほぼ中間電位に帯電するので、特に、二次ボビンの両端では二次巻線と中心鉄心との電位差が大きいところ、その間の確実な絶縁性も確保されなければならない。しかも、使用時における冷熱ストレスによって、二次ボビンにクラックが発生することがあっては絶縁破壊の原因ともなる。

更にまた、全ての前提となる要請として、製造困難な構成を採用したのでは、生産効率が悪化するとともに製造コストも増加するので、この点も避ける必要がある。

本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであって、製造が容易で絶縁性を悪化させることなく更に小型化を可能にした点火コイル、及びこのような点火コイルを内蔵する自動車を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、本発明者は種々検討した。先ず、斜行巻きと積層巻きのうち、生産効率を向上させるには、フランジを通して巻線を受け渡す必要のない斜行巻きを採用すべきである。しかし、斜行巻きを実現するには、二次ボビンの外周を軸方向に均一にすることが必要となり、通常の構成では、二次コイルの低圧側と高圧側における絶縁距離を確保できない。ここで、二次ボビンの内周に突条ＰＲを設けて、軸方向を不均一に構成することも考えられるが（図７参照）、それでは、二次ボビンの全体を肉厚に構成するのと実質的に同じであり、小型化の要請に反する。

そこで更に検討した結果、本発明者は、斜行巻きと積層巻きとを適宜に組合わせることで、上記の課題を全て解決できることに思い至り本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、中心鉄心を内包する二次ボビンと、前記二次ボビンに巻回される二次巻線とで構成される二次コイルを内蔵する内燃機関用点火コイルにおいて、前記二次ボビンの軸方向の両端部である低圧側と高圧側の外周に複数のフランジを設けて、軸方向中央を挟んで対面する一対の基準フランジで区画される二次ボビンには、二次ボビンの径方向外向きに傾斜させて巻線を巻き重ねた後に、径方向内向きに傾斜させて巻き降ろす動作を繰り返して二次巻線が巻回され（斜行巻き）、前記基準フランジの軸方向外側の二次ボビンには、二次ボビンの軸方向に巻線を巻き進めた後に軸方向に巻線を巻き戻す動作を繰り返して二次巻線が巻回されており（積層巻き）、前記二次ボビンの内周は、軸方向に均一に形成される一方、前記二次ボビンの外周との肉厚は、前記一対の基準フランジで区画される軸方向の内側部分より、その他の外側部分が厚く形成されている。

本発明では、軸方向及び径方向の用語を使用しているが、二次ボビンは、必ずしも円筒状である必要はなく、軸方向の中空部を有する角柱状、或いは、これに類似する形状であっても良い。したがって、本発明の軸方向とは、長手方向を含む概念であり、また、径方向とは、長手方向に直交する全ての幅方向（或いは、放射方向）を含む概念である。

本発明では、好ましくは、中心鉄心の軸方向両端には、軸方向内側のみが開放された一対の保護キャップが嵌合され、二次ボビンには、保護キャップの開放側端部の位置に対応して、それぞれフランジが設けられている。また、一対の基準フランジで区画される二次ボビンの外周面には、巻回される巻線と交差する複数の溝が形成されているのが好ましい。本発明は、また請求項１〜３のいずれかに記載の点火コイルを内蔵する自動車でもある。

上記のように構成された本発明によれば、製造が容易で絶縁性を悪化させることなく小型化を可能にした点火コイル、及びこのような点火コイルを内蔵する自動車を実現できる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る点火コイルＣＬを説明するための図である。図１（ａ）は、本実施例に係る点火コイルＣＬの概略構成を示す部分断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ断面図である。

この点火コイルＣＬは、プラスチック金型によって一体成形されるコイルケース１（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、コイルケース１の下端部に嵌合されるゴム製のプラグキャップ２と、コイルケース１に内挿される一次コイル３と、一次コイル３に内挿される二次コイル４と、二次コイル４に内挿されるセンタコア５と、一次コイル３の外周に弾発的に嵌合される外装鉄心６と、コイルケース１の上部に収容される給電部７とを中心に構成されている。

そして、一次コイル３、二次コイル４、及びセンタコア５は、コイルケース１の中で同心円状に位置決めされて、各部の空隙を無くすべく熱硬化性エポキシ樹脂８が減圧注入されて硬化されている。なお、給電部７は、パルス電圧を一次コイル３に供給する部分であり、この実施例では、点火パルスを受けてＯＮ／ＯＦＦ動作するパワートランジスタＰＴを備えている。

コイルケース１は、詳細には、円筒状のケース本体部１ａと、給電部７を収容するケース基端部１ｂと、二次コイル４から高圧を受ける高圧端子９や点火プラグに高圧を伝えるスプリング１０などを保持するケース先端部１ｃとで構成されている。図２は、給電部７を含む全ての部材３，４，５を、コイルケース１に組み付ける方法を説明するための図である。なお、図２では、一次コイル３を破線で記載している。すなわち、給電部７は、一次コイル３、二次コイル４、センタコア５、及び、外装鉄心６と共に、一体的にコイルケース１に収容される。

図２に示すように、ケース基端部１ｂは、一方側（図１の左側）が矩形状に切り欠かれた略円筒形状であり、他方側（図１の右側）には金属管１１ａを内装した取付穴１１が設けられている。なお、この取付穴１１は、この点火コイルＣＬをエンジンなどのシリンダヘッドに取り付ける際のボルト穴として使用される。

ケース基端部１ｂの切り欠き部には、Ｕ字状の受入れ端面１２が形成されて、給電部７のＵ字状のスライド溝７ａと係合するようになっている。すなわち、給電部７を受入れる際には、スライド溝７ａが、ケース基端部１ｂの受入れ端面１２を挟持しつつ下方にスライドされることになる。

図１（ｂ）に示すように、一次コイル３と二次コイル４とセンタコア５とが、コイルケース１に内挿されるが、センタコア５は、０．３ｍｍ程度の板厚の珪素鋼板を積層してなる中心鉄心１４と、中心鉄心１４を円筒形状に覆う緩衝テープ１５と、中心鉄心１４の長手方向の両端を覆う保護キャップ１６とで構成されている。保護キャップ１６は、中心鉄心１４や緩衝テープ１５に密着することで、点火コイルＣＬの隙間を密封するために充填されるエポキシ樹脂８の流入を確実に防止している。

一次コイル３は、図１に示すように、一次ボビン１９と、一次ボビン１９に積層巻きされている一次巻線２０と、一次巻線２０の回りを覆う円筒状の保護テープ２１とで構成されている。保護テープ２１の外側には、断面略Ｃ字状の外装鉄心６が弾発的に嵌合されている。この外装鉄心６は、中心鉄心１４と共に、一次巻線２０と二次巻線１８との間の最適な磁気通路を形成するためのものであり、一次コイル３に嵌合できる弾力性を有する磁性体である薄板状の珪素鋼板が使用される。

二次コイル４は、二次ボビン１７と、二次ボビン１７の外周に巻回される二次巻線１８とで構成されている。図３は、本実施例における二次ボビン１７を説明するための図であり、図３（ａ）が二次ボビン１７の正面図、図３（ｂ）が二次ボビン１７の先端側を表す右側面図、図３（ｃ）が二次ボビン１７の基端側を表す左側面図、図３（ｄ）が図３（ａ）のα−α断面図、図３（ｅ）が図３（ａ）のβ−β断面図である。

図４は、二次巻線１８を巻回した状態の二次ボビン１７であり、図５は、二次ボビン１７を更に詳細に図示したものである。この二次ボビン１７は、ポリフェニレンサルファイドや変性ポリフェニレンオキサイドなどの熱可塑性合成樹脂が用いられ、プラスチック金型を使用して一体成型されている。

図３（ａ）に示すように、二次ボビン１７は、二次巻線１８が巻回される略円筒状の本体部１７ｂと、二次巻線１８の低圧端子を嵌合させる係止部１７ａと、二次巻線１８の高圧端子１６を内蔵させる高圧端子部１７ｃとが連設されて構成されている。そして、二次ボビンの係止部１７ａは、嵌合溝２５と、係止片２４ａ、２４ｂとを備えている（図３（ｂ）〜（ｃ））。嵌合溝２５は、低圧端子たる金属端子線２８ａ（図４）を嵌め込む溝であり、係止片２４ａ，２４ｂは、一次ボビン１９に二次ボビン１７を内挿させる際の位置決め片である。

本体部１７ｂは、その外周面から径方向外向きに延設される５つの円環状のフランジ２２ａ〜２２ｅによって、４つの区画（Ａ，Ｂ，Ｃ１，Ｃ２）に区分されている。二次巻線１８の巻着は、全ての区画で基端側から開始されるが、二次ボビン全体としては、フランジ２２ａ，２２ｂで仕切られる巻着開始部Ａと、基準フランジ２２ｂ，２２ｃで仕切られる巻着中央部Ｂと、フランジ２２ｃと２２ｅとの間に形成される巻着終了部Ｃ１，Ｃ２とに区分される。なお、巻着開始部Ａと、巻着終了部Ｃ１，Ｃ２は、全て軸方向ほぼ同一長とされ、それぞれ巻着中央部Ｂの１／２０程度に設定されている。

このような円環状のフランジに対応して、二次ボビン１７の本体部１７ｂの肉厚は、巻着中央部Ｂより、巻着開始部Ａ及び巻着終了部Ｃ１，Ｃ２の方が厚くなっている。すなわち、図５（ｂ）に示すように、本体部１７ｂの内径φ０は、軸方向に均一であるが、巻着中央部Ｂの外径φ２は、巻着開始部Ａや巻着終了部Ｃ１，Ｃ２の外径φ１より小さく設定されている。これは、二次巻線１８の各部と、その内側のセンタコア５との電位差が、巻着中央部Ｂに比べて、巻着開始部Ａや巻着終了部Ｃ１，Ｃ２の方が高いためであり、この電位差に対応して、巻着開始部Ａや巻着終了部Ｃ１，Ｃ２では、絶縁距離を大きくとるためである。ちなみに、二次コイルの出力電圧Ｖｏ（例えば４０ｋＶ）に対して、センタコア５の帯電電圧は、ほぼＶｏ／２となっており、基端側の最大電位差が−Ｖｏ／２、先端側の最大電位差がＶｏ／２程度である。

このように、本実施例では、必要な絶縁距離を確保するため、本体部１７ｂの外径寸法を軸方向に不均一にしているので、その結果、本体部１７ｂの外周には、軸方向の段差が生じることになる。そのため、本実施例では、この段差部分に対応して円環状のフランジ２２ｂ，２２ｃ（基準フランジ）を設けると共に、フランジ２２ｂ，２２ｃの内側区画Ｂを斜行巻きとする一方で、その外側区画Ａ，Ｃ１，Ｃ２を積層巻きとしている。後述するように、本実施例では、二次巻線１８全体の約９７％は、巻着中央部Ｂにおいて斜行巻きされるので製造効率にも優れている。

ここで、巻着開始部Ａや巻着終了部Ｃ１，Ｃ２を積層巻きではなく、斜行巻きとすることも考えられるが、その区画Ａ，Ｃ１，Ｃ２は、軸方向に短いので積層巻きの方が適当である。また、何らフランジを設けることなく、二次ボビン１７全体にわたって二次巻線１８を斜行巻きすることは、ボビン外周に形成された軸方向段差の存在から不可能である。なお、巻着終了部を、二区画Ｃ１，Ｃ２に分割するのは、軸方向に長い区間（Ｃ１＋Ｃ２）で、連続的に積層巻きを行うと、上下に隣接する巻線間の電位差が大きくなり過ぎるからである。

このように本実施例では、二次ボビン１７の基端側（巻着開始部）Ａと先端側（巻着終了部）Ｃ１，Ｃ２を肉厚にして、その部分をフランジで適宜に区分した上で、二次巻線１８を積層巻きしている。すなわち、積層巻き区間Ａ，Ｃ１，Ｃ２は、軸方向に短く区分されているのでレアショートのおそれがない。

しかも、二次ボビン１７の内周径φ０は軸方向に均一であるから、二次コイル４が径方向の太くなくこともなく、小型化の要請にも反しない。すなわち、二次ボビン１７のうち、外周径が大きい部分Ａ，Ｃでは、二次巻線１８の巻数が少ないので、二次コイルとしての外形寸法は大きくならない。好ましくは、巻着開始部Ａの巻数（Ｗ１）、巻着中央部Ｂの巻数（Ｗ２）、及び巻着終了部Ｃ１，Ｃ２の各巻数（Ｗ３、Ｗ４）は、Ｗ１を基準にして、Ｗ２はＷ２≒Ｗ１×３５０程度、Ｗ３とＷ４はＷ３≒Ｗ４≒Ｗ１×５程度に設定され、巻着中央部Ｂの巻数Ｗ２は、全体（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４）の９７％程度である。なお、図４は、概略図であるから、二次ボビン１７各部の肉厚や、二次巻線１８各部の巻数を正しく描写している訳ではない。

本実施例では、上記のように構成された二次ボビン１７に対応して、センタコア５の保護キャップ１６の位置を設定している。図５（ｃ）は、二次ボビン１７のフランジと保護キャップ１６，１６の位置関係を図示したものである。

保護キャップ１９は、開放端１９Ａを有する有底円筒形に構成されている。そして、中心鉄心を１４の外周を覆う緩衝テープ１５の軸方向端部と重複するように、中心鉄心１４の両端に被せられている。本実施例では、特に、保護キャップ１９の開放端１９Ａの位置が、二次ボビン１７の軸方向最外部のフランジ２２ｂ，２２ｄの位置に合致するよう設定されている。より詳細には、各フランジ２２ｂ，２２ｄの軸方向の厚さ中心位置に、保護キャップ１９の開放端１９Ａが位置するよう構成されている。

そのため、二次ボビンのその部分は機械的に強固であり、使用状態における冷熱ストレスによってクラックが発生することが防止される。そもそも、保護キャップ１９の開放端１９Ａは、不連続な段差を形成する上に、保護キャップ用の接着剤の溢れ出などのおそれもあり、クラックの基点になりやすい。しかし、本実施例では、その箇所の二次ボビン１７にフランジ２２ｂ，２２ｄが形成されているので、仮に、センタコア５の外部に充填されたエポキシ樹脂にクラックが発生しても、このクラックが二次ボビン１７に伝搬されることがない。

ところで、図３（ａ）に示すように、巻着中央部Ｂの外周面には、一直線に延びる軸方向溝２７が、周方向等間隔に形成されている。この軸方向溝２７は、図３（ｅ）に示すように、略Ｕ字状の底辺を有している。但し、Ｕ字状の最深部でも二次ボビン１７ｂの肉厚は、１ｍｍ以上に設定されており、二次ボビンの耐久性や電気絶縁の問題が生じることはない。

この軸方向溝２７において、隣接する２つの溝２７，２７の離間角度は、特に限定されるものではないが、好ましくは１０度程度であり、更に好ましくは、周方向の離間距離は、０．７〜１．５ｍｍ程度とすべきである。

本実施例では、このような構成の軸方向溝２７を周方向に備えるので、２つの溝２７，２７の離間角度や離間距離を如何に小さく設定しても、溝の間に形成される凸部によって、巻線の巻崩れを確実に防止することができる。また、二次巻線１８を二次ボビン１７に巻着した後も、軸方向溝２７が樹脂通路として確保されるので、その後、エポキシ樹脂などを充填する際に、迅速に充填作業を終えることができる。また、軸方向溝２７を通して二次コイルの深部まで円滑に樹脂が充填されるので、空気溜まりを有効に排除することができる。

またフランジ２２ｂ，２２ｃ，２２ｄには、図３（ａ）に示すとおり、一つの切欠き部２３ａと、三つの脱気溝２３ｂが形成されている。切欠き部２３ａと脱気溝２３ｂは、それぞれ、係止片２４ａ、２４ｂとほぼ平行に形成され、且つフランジ外周にほぼ等間隔に形成されている。切欠き部２３ａは、本体部１７ｂの一区画に巻線が巻着された後に隣の区画に巻線１８を渡す移行部となるが、樹脂注入の際には、樹脂の通路となり脱気される気泡の通路ともなる。

脱気溝２３ｂは、各フランジの先端側の側面を略半円状に切り欠いたものであり、ボビン１７外周面に至るよう形成されている。この脱気溝２３ｂも、切欠き部２３ａと同じく、樹脂および気泡の通路となるものである。

本体部１７ｂへの二次巻線１８の巻着には、直径が０．０４ｍｍの巻線が使用される。図４は、巻線１８が巻着された二次ボビン１７を表す正面図である。巻線１８は、係止部１７に取り付けられた金属端子線２８ａに巻線１８を巻きとめた後に、本体部１７ｂに巻着され、最後に高圧端子部１７ｃに取り付けられた金属端子線２８ｂに巻き止められている。

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。

実施例に係る点火プラグを説明するための図である。 給電部その他の部材をコイルケースに組み付ける方法を説明するための図である。 実施例に係る二次ボビンを説明するための図である。 二次巻線を巻回した状態の二次ボビンである。 二次ボビンをより詳細に図示したものである。 ボビンへの巻着方法を説明するための図である。 本発明の効果を説明するための図面である。

符号の説明

１４ 中心鉄心
１７ 二次ボビン
１８ 二次巻線
ＣＬ 点火コイル
２２ｂ〜２２ｄ 複数のフランジ
２２ｂ，２２ｃ 一対の基準フランジ

Claims (4)

1. 中心鉄心を内包する二次ボビンと、前記二次ボビンに巻回される二次巻線とで構成される二次コイルを内蔵する内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記二次ボビンの軸方向の両端部である低圧側と高圧側の外周に複数のフランジを設けて、
   軸方向中央を挟んで対面する一対の基準フランジで区画される二次ボビンには、二次ボビンの径方向外向きに傾斜させて巻線を巻き重ねた後に、径方向内向きに傾斜させて巻き降ろす動作を繰り返して二次巻線が巻回され、
   前記基準フランジの軸方向外側の二次ボビンには、二次ボビンの軸方向に巻線を巻き進めた後に軸方向に巻線を巻き戻す動作を繰り返して二次巻線が巻回されており、
   前記二次ボビンの内周は、軸方向に均一に形成される一方、前記二次ボビンの外周との肉厚は、前記一対の基準フランジで区画される軸方向の内側部分より、その他の外側部分が厚く形成されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記中心鉄心の軸方向両端には、軸方向内側のみが開放された一対の保護キャップが嵌合され、
   前記二次ボビンには、前記保護キャップの開放側端部の位置に対応して、それぞれ前記フランジが設けられている請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
3. 前記一対の基準フランジで軸方向内側に区画される二次ボビンの外周面には、巻回される巻線と交差する複数の溝が形成されている請求項１又は２かに記載の内燃機関用点火コイル。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の点火コイルを内蔵する自動車。