JP2008283031A - 点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】中継コアに、磁路としての機能と導通金具を保持するための機能とを付与することができ、小型化を図ることができる点火コイルを提供すること。
【解決手段】点火コイル１は、同一軸心を有して内外周に重ねて配置した一次コイル２１及び二次コイル２２と、一次コイル２１及び二次コイル２２の内周側に配置した軟磁性の中心コア２３と、一次コイル２１及び二次コイル２２の外周側に配置した軟磁性の外周コア２４とを有している。中心コア２３は、鉄に珪素を添加してなる鉄系材料からなり、中心コア２３の軸方向両端部には、中心コア２３と外周コア２４との間の磁路を形成する中継コア２５が設けてある。中心コア２３の高電圧側Ｌ１の軸方向端部に設けた中継コア２５は、酸化鉄を主成分として電気的絶縁性を有するフェライト系材料からなる。中継コア２５には、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を導通させる導通金具６が保持してある。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用エンジン等の内燃機関において、スパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させるために用いる点火コイルに関する。

車両用エンジン等の内燃機関に用いる点火コイルにおいては、一次コイルに通電する電流を遮断したときに生ずる誘導磁界によって、二次コイルに高電圧電流を発生させ、スパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させている。また、一次コイル及び二次コイルの内周側には、軟磁性の中心コアを配置し、一次コイル及び二次コイルの外周側には、軟磁性の外周コアを配置している。そして、中心コア及び外周コアによって上記誘導磁界を形成するための磁気回路を構成している。
例えば、特許文献１においては、一次コイル及び二次コイルを有するコイル部を、円筒部材を介して上部ケースに圧入してなるスティック形点火コイルが開示されている。この点火コイルにおいては、一次コイル及び二次コイルの内周側に中心コアを配置し、一次コイル及び二次コイルの外周側に外周コアを配置している。

ところで、二次コイルの高電圧側の巻線端部等を導通させる導通金具は、電気的絶縁を行った状態で点火コイル内に配置する必要がある。そのため、従来の点火コイルにおいては、一次コイルを巻回した一次スプール又は二次コイルを巻回した二次スプールの鍔部、軸方向端部等に、導通金具を保持し、電気的絶縁性を確保している。
しかしながら、点火コイルの小型化を図るためには、従来の点火コイルの構造では十分ではない。すなわち、従来の点火コイルにおいては、二次スプール等に導通金具を保持するための部分を形成する必要があり、点火コイルを小型化するためには十分ではない。

なお、特許文献２の高電圧発生コイルにおいては、高周波での鉄損を少なくするために、フェライト製の鉄心を用いることが開示されている。しかしながら、特許文献２の技術は、点火コイルに関するものではなく、また、巻線端部を導通させる導通金具を保持する部分には何らの工夫も行っていない。

特開２００５−２６０２０９号公報 特開平１１−２９７５５０号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、中継コアに、磁路としての機能と導通金具を保持するための機能とを付与することができ、小型化を図ることができる点火コイルを提供しようとするものである。

本発明は、同一軸心を有して内外周に重ねて配置した一次コイル及び二次コイルと、該一次コイル及び二次コイルの内周側に配置した軟磁性の中心コアと、上記一次コイル及び二次コイルの外周側に配置した軟磁性の外周コアとを有する点火コイルにおいて、
上記中心コアは、鉄に珪素を添加してなる鉄系材料からなり、該中心コアの少なくとも一方の軸方向端部には、該中心コアと上記外周コアとの間の磁路を形成する中継コアが設けてあり、該中継コアは、酸化鉄を含有して電気的絶縁性を有するフェライト系材料からなり、
上記中継コアには、上記一次コイル又は上記二次コイルの巻線端部を導通させる導通金具が保持してあることを特徴とする点火コイルにある（請求項１）。

本発明の点火コイルにおいては、一次コイル又は二次コイルの巻線端部を導通させる導通金具を保持する部分に工夫を行っている。
具体的には、本発明においては、中心コアの軸方向端部に設けた中継コアを、電気的絶縁性を有するフェライト系材料から構成し、この中継コアに導通金具を保持させている。これにより、中心コアと外周コアとの間の磁路を形成する機能を有する中継コアを、導通金具を保持するための保持部としても機能させることができる。

それ故、本発明によれば、中継コアに、磁路としての機能と導通金具を保持するための機能とを付与することができ、点火コイルの小型化を図ることができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記中心コアを構成する鉄系材料としては、例えば、珪素鋼板、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末等を用いることができる。
上記中継コアを構成するフェライト系材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等を用いることができる。

また、上記導通金具は、上記中心コアの高電圧側の軸方向端部に設けた中継コアに保持してあり、上記二次コイルの高電圧側の巻線端部を導通させるよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、フェライト系材料からなる中継コアによって、数十ｋＶの高電圧電流が流れる二次コイルの高電圧側の巻線端部を導通させる導通金具を、電気的絶縁性を確保した状態で保持することができる。

上記一次コイルは、円筒状の樹脂からなる一次スプールの外周に巻回してあり、上記中継コアは、上記一次コイルの巻き崩れを防止するよう上記一次スプールの軸方向端面に当接させてあることにより、該一次スプールの径方向外方に突出する鍔部の機能を兼ねていることができる（請求項３）。
この場合には、一次スプールの軸方向端部の少なくとも一方に鍔部を形成する必要がなく、一次スプールを小型化し、点火コイルを径方向及び軸方向に小型化することができる。

上記二次コイルは、円筒状の樹脂からなる二次スプールの外周に巻回してあり、上記中継コアは、上記二次コイルの巻き崩れを防止するよう上記二次スプールの軸方向端面に当接させてあることにより、該二次スプールの径方向外方に突出する鍔部の機能を兼ねていることができる（請求項４）。
この場合には、二次スプールの軸方向端部の少なくとも一方に鍔部を形成する必要がなく、二次スプールを小型化し、点火コイルを径方向及び軸方向に小型化することができる。

上記一次コイルは、絶縁被膜を形成した一次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成することもできる（請求項５）。
これにより、一次スプールのスプールレス化を図った場合において（一次スプールを用いない場合において）、導通金具を保持するために中継コアを使用することができ、導通金具を容易に保持することができる。

上記二次コイルは、絶縁被膜を形成した二次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成することもできる（請求項６）。
これにより、二次スプールのスプールレス化を図った場合において（二次スプールを用いない場合において）、導通金具を保持するために中継コアを使用することができ、導通金具を容易に保持することができる。

上記フェライト系材料から構成した中継コアは、上記中心コアの軸方向両端部にそれぞれ設けることができる（請求項７）。
この場合には、中心コアの軸方向両端部における中継コアによって電気的絶縁性を確保することができ、点火コイルをさらに小型化することができる。

以下に、本発明の点火コイルにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の点火コイル１は、図１、図２に示すごとく、同一軸心を有して内外周に重ねて配置した一次コイル２１及び二次コイル２２と、一次コイル２１及び二次コイル２２の内周側に配置した軟磁性の中心コア２３と、一次コイル２１及び二次コイル２２の外周側に配置した軟磁性の外周コア２４とを有している。中心コア２３は、鉄に珪素を添加してなる鉄系材料からなり、中心コア２３の軸方向両端部には、中心コア２３と外周コア２４との間の磁路を形成する中継コア２５が設けてある。

図３に示すごとく、中心コア２３の高電圧側Ｌ１の軸方向端部に設けた中継コア２５は、酸化鉄を主成分として電気的絶縁性を有するフェライト系材料からなる。この中継コア２５には、一次コイル２１又は二次コイル２２の巻線端部を導通させる導通金具６が保持してある。中継コア２５を構成するフェライト系材料の固有抵抗（電気抵抗）は、中心コア２３及び外周コア２４を構成する鉄系材料に比べて非常に高く、磁気を透過させる透磁性を有する一方、電気的絶縁性に優れている。

以下に、本例の点火コイル１につき、図１〜図６と共に詳説する。
ここで、以下の図１〜図６において、点火コイル１における高電圧側を矢印Ｌ１によって示し、点火コイル１の軸方向を矢印Ｌによって示す。
図１、図２に示すごとく、本例の点火コイル１は、中心コア２３を挿通配置した一次コイル２１及び二次コイル２２を熱可塑性樹脂からなるコイルケース３内に配置し、このコイルケース３の外周面に外周コア２４を配置してコイル本体部１１を有している。コイル本体部１１には、二次コイル２２における高電圧側巻線端部２２２とスパークプラグとを導通させるための接続端子部１２が連結されている。この接続端子部１２は、コイル本体部１１の軸方向Ｌに対して垂直な方向に突出して形成してある。外周コア２４は、コイルケース３の外周面に沿って接続端子部１２の配設部位を除く部位に配置してある。

本例の点火コイル１は、接続端子部１２をエンジンのカムカバー８のプラグホール８１内に挿入配置すると共に、コイル本体部１１をプラグホール８１の外部に横置きに配置して用いる外部横置きタイプのものである。
上記一次コイル２１は、絶縁被覆した一次電線（銅線）を断面円環状の樹脂からなる一次スプール２１１の外周に巻回してなる。上記二次コイル２２は、絶縁被覆した二次電線（銅線）を断面円環状の樹脂からなる二次スプール２２１の外周に巻回してなる。また、二次電線は、一次電線よりも細径であり、二次スプール２２１には、一次電線よりも多い巻回数で二次電線が巻回してある。また、本例の一次コイル２１を巻回した一次スプール２１１は、二次コイル２２を巻回した二次スプール２２１の内周側に挿通配置してある。

また、図１、図２に示すごとく、中心コア２３は、鉄に珪素を添加してなる鉄系材料としての珪素鋼板（電磁鋼板）からなり、平板状の珪素鋼板を点火コイル１の径方向に積層して、断面略円形状に形成してある。本例の外周コア２４は、コイルケース３の外周面の形状に沿って円弧状に形成した電磁鋼板（珪素鋼板等）を径方向に積層してなる。
なお、中心コア２３は、絶縁被膜を備えた鉄系粉末を圧縮成形してなる圧粉コアとすることもできる。

本例の一対の中継コア２５は、絶縁被膜を備えるフェライト系粉末（本例ではＮｉ−Ｚｎ系フェライトを用いた。）を圧縮成形してなる圧粉コアである。この圧粉コアは、バインダー等を添加して圧縮成形することができる。本例の中継コア２５は、中心コア２３を挿入する貫通穴２５１を備えた円盤形状に形成してあり、中心コア２３の軸方向両端部の外周にそれぞれ配置してある。なお、中心コア２３の低電圧側（高電圧側Ｌ１とは反対側）の軸方向端部の外周に設ける中継コア２５は、鉄系材料等によって構成することも可能である。
また、各中継コア２５の径方向の外側端面は、外周コア２４の内周面に対向している。そして、中心コア２３、一対の中継コア２５及び外周コア２４により、一次コイル２１への通電を遮断するときに生ずる磁束を通過させるための磁気回路を形成する。

図３に示すごとく、本例の導通金具６は、中心コア２３の高電圧側Ｌ１の軸方向端部の外周に設けた中継コア２５に保持してあり、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を導通させるよう構成してある。そして、フェライト系材料からなる中継コア２５によって、数十ｋＶの高電圧電流が流れる二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を導通させる導通金具６を、電気的絶縁性を確保した状態で保持する。

導通金具６は、円盤形状の中継コア２５の周方向の一部を挟み込むための一対の挟持部６１を有している。そして、導通金具６は、一対の挟持部６１によって中継コア２５の周方向の一部を挟み込むことによって、この中継コア２５に保持される。
また、導通金具６は、図３に示すごとく、中継コア２５と挟持部６１との間に、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を挟み込むことによって、この高電圧側巻線端部２２２と導通させるよう構成してある。また、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２は、中継コア２５の軸方向Ｌに形成した挿通穴２５２内に挿通し、軸方向Ｌの外側の挟持部６１と中継コア２５との間に挟み込むことができる。なお、図４に示すごとく、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２は、軸方向Ｌの内側の挟持部６１と中継コア２５との間に挟み込むこともできる。

また、図５に示すごとく、導通金具６には、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を巻き付けるための突起部６２を形成することができる。そして、この突起部６２に二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を巻き付けた状態で、溶接、半田等による接合を行って、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２と導通金具６とを導通させることもできる。また、同図は、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を中継コア２５の軸方向Ｌに形成した挿通穴２５２内に挿通させた状態で、接合を行った場合を示す。

図１に示すごとく、一次コイル２１を巻回した一次スプール２１１及び二次コイル２２を巻回した二次スプール２２１は、中心コア２３の軸方向両端部の外周にそれぞれ設けた中継コア２５によって、軸方向両端から挟持されている。本例の二次スプール２２１には、二次コイル２２の巻き崩れを防止するよう径方向外方に突出する鍔部を形成していない。そして、本例の中継コア２５は、二次スプール２２１の径方向外方に突出する鍔部の機能を兼ねている。

なお、図示は省略するが、導通金具６は、中心コア２３の低電圧側（高電圧側とは反対側）の軸方向端部の外周に設けた中継コア２５に保持させ、一次コイル２１の巻線端部を導通させることもできる。この場合には、一次コイル２１の一対の巻線端部を、中継コア２５に保持した一対の導通金具６によってそれぞれ導通させることができる。

また、図示は省略するが、二次コイル２２は、二次スプール２２１を使用せず、絶縁被膜を形成した二次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成することもできる。この場合には、二次スプール２２１が存在しないため、二次スプール２２１に導通金具６を保持させることができないのに対し、電気的絶縁性を確保した中継コア２５に導通金具６を保持させることによって、二次コイル２２の巻線端部を、電気的絶縁を行った状態で導通金具６に導通させることができる。
また、一次コイル２１は、一次スプール２１１を使用せず、絶縁被膜を形成した一次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成することもできる。この場合についても、二次スプール２２１を使用しない場合と同様の作用効果を得ることができる。なお、一次電線（又は二次電線）として、表面に融着層を設けたものを使用し、加熱により融着層を溶融させて、一次電線（又は二次電線）同士を融着させることができる。

図１、図２に示すごとく、本例のコイルケース３は、一次コイル２１及び二次コイル２２を収容する筒状ケース部３１と、この筒状ケース部３１の外周面から、筒状ケース部３１の軸方向Ｌに対して垂直な方向に突出して形成した端子用ケース部３２とを有している。筒状ケース部３１は、有底筒形状を有しており、その軸方向一端部に開口部３１０を形成してなると共に、その軸方向他端部に底部３１１を形成してなる。また、接続端子部１２は、端子用ケース部３２に連結してある。

図１に示すごとく、コイルケース３の開口部３１０側の端部内には、一次コイル２１へ通電を行うためのスイッチング制御回路を備えたイグナイタ４１が配置してある。イグナイタ４１は、熱可塑性樹脂からなるイグナイタケース４に配設してあり、イグナイタケース４は、一次スプール２１１等と連結してある。また、イグナイタケース４は、コイルケース３内に配置してある。

また、コイルケース３の開口部３１０内には、点火コイル１をエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）に電気接続するためのコネクタ部４２が配設してある。このコネクタ部４２は、イグナイタケース４から突出して形成してあり、開口部３１０内からコイル本体部１１の軸方向Ｌに向けて突出して配置してある。これにより、コネクタ部４２からＥＣＵへのワイヤハーネスの取り廻し性を向上させている。
また、イグナイタ４１における複数の導電ピンは、コネクタ部４２内にインサート成形した導電ピンと導通してある。

また、図１に示すごとく、コイルケース３の底部３１１の外側面には、点火コイル１をエンジンのカムカバー８に固定するためのフランジ部３３が形成してある。このフランジ部３３は、底部３１１の外側面からコイル本体部１１の軸方向Ｌに向けて突出形成してある。また、底部３１１とフランジ部３３との間には、フランジ部３３の補強を行うための補強リブ３３１が掛け渡して形成してある。

図２に示すごとく、本例の外周コア２４は、断面Ｃ形状を有しており、筒状ケース部３１の外周面に沿って配置してあると共に、その軸方向Ｌに沿って形成した切欠き部２４１を有している。また、外周コア２４は、筒状ケース部３１の半周分よりも周方向に長く形成してあり、本例では、円周の３／４程度に形成してある。
そして、端子用ケース部３２は、切欠き部２４１内に配置してあり、切欠き部２４１を介して径方向外方へ突出している。

図１、図２に示すごとく、上記接続端子部１２は、筒状端子ケース５１内に、高電圧端子５２を配設してなる。また、高電圧端子５２の先端側（プラグホール８１の奥側）には、スパークプラグの端子部と接触するプラグ接触部５２１が形成してある。また、高電圧端子５２の基端側（プラグホール８１手前側）には、二次コイル２２における高電圧側巻線端部２２２に導通させた端子受部５３と接触する導通部５２２が形成してある。
また、導通金具６は、中継金具５４によって端子受部５３と導通してあり、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２は、導通金具６、中継金具５４、端子受部５３及び高電圧端子５２を介して、スパークプラグの端子部と導通される。

また、コイルケース３内の間隙には、上記開口部３１０を介して充填用樹脂１５が充填してある。本例の充填用樹脂１５は、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂である。なお、コイルケース３内の充填用樹脂１５は、点火コイル１の各構成部品の組付を行った後、コイルケース３の間隙内を真空状態にし、次いで、この真空状態の間隙内に液状のエポキシ樹脂を充填し、その後エポキシ樹脂を硬化させて形成したものである。

本例の点火コイル１において、ＥＣＵからの指令を受けてイグナイタのスイッチング制御回路によって一次コイル２１へ通電を行ったときには、中心コア２３、外周コア２４及び一対の中継コア２５を通過する磁界が形成される。次いで、一次コイル２１への通電を遮断したときには、自己誘導作用により一次コイル２１に電圧が発生すると共に、相互誘導作用により二次コイル２２に高電圧の誘導起電力が発生し、点火コイル１に取り付けたスパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させることができる。

本例の点火コイル１においては、二次コイル２２の高電圧側巻線端部２２２を導通させる導通金具６を保持する部分に工夫を行っている。
具体的には、本例においては、中心コア２３の高電圧側Ｌ１の軸方向端部に設けた中継コア２５を、電気的絶縁性を有するフェライト系材料から構成し、この中継コア２５に導通金具６を保持させている。これにより、中心コア２３と外周コア２４との間の磁路を形成する機能を有する中継コア２５を、導通金具６を保持するための保持部としても機能させることができる。

また、本例においては、中継コア２５によって、二次スプール２２１における二次コイル２２の巻き崩れを防止するための鍔部としても機能させることができる。これにより、二次コイル２２を小型化し、点火コイル１を径方向に小型化することができる。また、一対の中継コア２５によって、一次スプール２１１及び二次スプール２２１を挟持することにより、点火コイル１を、軸方向Ｌに小型化することもできる。

それ故、本例によれば、中継コア２５に、磁路としての機能、導通金具６を保持するための機能、及び二次コイル２２の巻き崩れを防止する鍔部としての機能を付与することができ、点火コイル１の小型化を図ることができる。

また、フェライト系材料は、鉄系材料に比べて飽和磁束密度及び透磁率が低いものの、本例においては、中継コア２５のみをフェライト系材料によって構成している。そのため、本例の点火コイル１においては、フェライト系材料を用いているものの、必要なコイル性能を確保することができる。
また、中継コア２５をフェライト系材料から構成したことにより、点火コイル１の絶縁破壊寿命を向上させることができ、その信頼性を向上させることができる。

なお、詳細は省略するが、上述した技術を適用する点火コイル１は、図６に示すごとく、コイル本体部１１をプラグホール８１の外部に縦置きに配置して用いる外部縦置きタイプとすることもでき、コイル本体部１１をプラグホール８１内に配置して用いるスティックタイプとすることもできる。

実施例における、点火コイルを示す断面説明図。 実施例における、点火コイルを示す図で、図１におけるＡ−Ａ線方向から見た状態で示す断面説明図。 実施例における、導通金具を保持した中継コアの周辺を示す断面説明図。 実施例における、導通金具を保持した中継コアの周辺を示す他の断面説明図。 実施例における、他の導通金具を保持した中継コアの周辺を示す断面説明図。 実施例における、他の点火コイルを示す断面説明図。

符号の説明

１ 点火コイル
１１ コイル本体部
２１ 一次コイル
２１１ 一次スプール
２２ 二次コイル
２２１ 二次スプール
２２２ 高電圧側巻線端部
２３ 中心コア
２４ 外周コア
２５ 中継コア
３ コイルケース
６ 導通金具
Ｌ 軸方向

Claims (7)

1. 同一軸心を有して内外周に重ねて配置した一次コイル及び二次コイルと、該一次コイル及び二次コイルの内周側に配置した軟磁性の中心コアと、上記一次コイル及び二次コイルの外周側に配置した軟磁性の外周コアとを有する点火コイルにおいて、
   上記中心コアは、鉄に珪素を添加してなる鉄系材料からなり、該中心コアの少なくとも一方の軸方向端部には、該中心コアと上記外周コアとの間の磁路を形成する中継コアが設けてあり、該中継コアは、酸化鉄を含有して電気的絶縁性を有するフェライト系材料からなり、
   上記中継コアには、上記一次コイル又は上記二次コイルの巻線端部を導通させる導通金具が保持してあることを特徴とする点火コイル。
2. 請求項１において、上記導通金具は、上記中心コアの高電圧側の軸方向端部に設けた中継コアに保持してあり、上記二次コイルの高電圧側の巻線端部を導通させるよう構成してあることを特徴とする点火コイル。
3. 請求項１又は２において、上記一次コイルは、円筒状の樹脂からなる一次スプールの外周に巻回してあり、
   上記中継コアは、上記一次コイルの巻き崩れを防止するよう上記一次スプールの軸方向端面に当接させてあることにより、該一次スプールの径方向外方に突出する鍔部の機能を兼ねていることを特徴とする点火コイル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記二次コイルは、円筒状の樹脂からなる二次スプールの外周に巻回してあり、
   上記中継コアは、上記二次コイルの巻き崩れを防止するよう上記二次スプールの軸方向端面に当接させてあることにより、該二次スプールの径方向外方に突出する鍔部の機能を兼ねていることを特徴とする点火コイル。
5. 請求項１又は２において、上記一次コイルは、絶縁被膜を形成した一次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成してあることを特徴とする点火コイル。
6. 請求項１、２又は５のいずれか一項において、上記二次コイルは、絶縁被膜を形成した二次電線を円筒状に巻回した状態で、融着剤によって融着させて形成してあることを特徴とする点火コイル。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記フェライト系材料から構成した中継コアは、上記中心コアの軸方向両端部にそれぞれ設けてあることを特徴とする点火コイル。

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