JP2009033112A - 点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】電界集中が発生しやすい外周コアの内周面にて曲率が最大となる外縁と、二次コイルの外周面との最短距離が、外周コアの内周面と二次コイルの外周面との最短距離が同じ場合には、外周コアの内周面外縁に局部的な電界集中が発生し、絶縁破壊しやすい。
【解決手段】外周コア１８の対向面１８３と二次コイル１６の外周面１６０との最短距離をＡ、外周コア１８の外縁１８３ａ，１８３ｂと二次コイル１６の外周面１６０との最短距離をＢとした時に、ＡよりもＢの方が大きくなるように、二次コイル１６および外周コア１８を配設する。これにより、外縁１８３ａ、１８３ｂに電界が集中することを回避する効果が向上し、耐久性に優れた点火コイル１００が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関において点火プラグに印加する電圧を発生させる点火コイルに関する。

従来、一次コイルの外周側に配設した二次コイルを、一次コイルとの相互誘導によって昇圧することで、点火プラグへの印加電圧を発生させる点火コイルが知られている。こうした点火コイルの一種に、外周コアを二次コイルの外周面に対向するように設け、それら二次コイルと外周コアとの間に樹脂部材を介在させることによって、電気的絶縁を実現する点火コイルが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００５−５０８９２号公報

さて、特許文献１の従来技術では、外周コアの内周面において角張った外縁が二次コイルの外周面と正対しているため、二次コイルと外周コアとの間に発生する電界が当該外縁に集中しやすい構成になっている。このような電界の局部的集中は、二次コイルと外周コアとの間の樹脂部材にトリーイング現象を生じさせて、当該樹脂部材を劣化させる。その結果、樹脂部材の劣化が進むと、二次コイルの外周面と外周コアの内周面外縁との間で絶縁破壊が起こり、絶縁破壊寿命が短くなってしまうため、耐久性に問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い耐久性を有する点火コイルを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一次コイルの外周側に設けられ、一次コイルとの相互誘導によって、昇圧される二次コイルと、二次コイルの外周面に対向する対向面を有し、二次コイルの外周面と当該対向面との間に絶縁部材が介在する外周コアと、を備える点火コイルにおいて、二次コイルの外周面と外周コアの対向面との最短距離Ａよりも、二次コイルの外周面と外周コアの対向面外縁との最短最短距離Ｂが大きくなるように、二次コイルと外周コアとが設けられることを特徴とする点火コイルである。ここで、本願発明において、対向面の外縁とは、外周コアの対向面において巨視的に曲率が最大となる点すべてを指す。なお、ここで言う巨視的とは微視的と対になるものであり、巨視的に曲率が最大となる点とは、人が視覚的に判断して最も曲率が大きいと識別し得る点のことである。

本発明によると、二次コイルの外周面に対向する外周コアの対向面の外縁から二次コイルまでの最短距離Ｂが、外周面と対向面との最短距離Ａよりも大きくなるので、外周コアの対向面外縁において電界が集中しにくくなる。これによれば、二次コイルの外周面と外周コアの対向面との間に介在する絶縁部材が、局部的な電界集中によって劣化することを抑制できるので、二次コイルと外周コアとの間における絶縁破壊の回避効果が高まり、点火コイルの耐久性を向上することができる。

請求項２に記載の発明によると、二次コイルと外周コアとは、Ｂ／Ａ≧１．５を満たすように設けられる。これにより、二次コイルと外周コアとの間では、外周コアの対向面外縁への電界集中が効果的に抑制されて、絶縁破壊の回避効果が高められることになる。

請求項３に記載の発明によると、二次コイルと外周コアとは、Ｂ／Ａ≧２．０を満たすように設けられる。これにより、二次コイルと外周コアとの間では、外周コアの対向面外縁への電界集中がより効果的に抑制されて、絶縁破壊の回避効果が高められることになる。

請求項４に記載の発明によると、二次コイルは、矩形筒状を呈し、外縁は、外周コアと二次コイルとが正対する対向面から外れた位置に形成されるものである。これによれば、矩形筒状の二次コイルの一面は、それに平行な平坦面である外周コアの対向面に対して、最短距離Ａをあけて正対すると共に、当該一面との正対部分から外れた箇所の対向面外縁との間に、最短距離Ａよりも大きな最短距離Ｂを隔てることになる。したがって、電界が対向面外縁に集中しにくい構成を、矩形状のコイルと平坦面との組み合わせという比較的簡素な構成によって実現することができるのである。

請求項５に記載の発明によると、二次コイルは円筒状を呈する。これによれば、外周コアの対向面の外縁と二次コイルの外周面との最短距離Ｂは、最短距離Ａに比して相対的に大きくすることができる。つまり、二次コイルが円筒状であることで、Ｂ／Ａ＞１とすることが可能となる。これにより、二次コイルの外周面と外周コアの対向面との間に介在する絶縁部材が、局部的な電界集中によって劣化することを抑制できるので、二次コイルと外周コアとの間における絶縁破壊の回避効果が高まり、点火コイルの耐久性が向上する。なお、円筒状の二次コイルの断面は、真円だけでなく、楕円等であっても上述の理由により、点火コイルの耐久性が向上する。

また、Ｂ／Ａが同一のとき、円筒状の二次コイルを用いた場合には、矩形筒状の二次コイルを用いた場合と比べて、対向面の幅方向の長さが短い。つまり、円筒状の二次コイルを用いることによって、点火コイルの体格を小型化できる。

請求項６に記載の発明によると、外周コアは、複数枚の磁性板を二次コイルの径方向に積層してなり、それら複数の磁性板のうち、一枚の磁性板によって対向面の全体が形成される。これによれば、二次コイルの外周面に対向する外周コアの対向面の全体を、一枚の磁性板によって形成することが可能になるので、対向面に微視的に曲率の大きい凹凸が存在することはなく、局部的な電界集中の発生が抑制され、点火コイルの耐久性が向上する。

請求項７に記載の発明によると、外周コアは一枚の磁性板からなり、当該磁性板により対向面の全体が形成される。これによれば、二次コイルの外周面に対向する外周コアの対向面の全体を、一枚の磁性板によって形成することが可能になるので、対向面に微視的に曲率の大きい凹凸が存在することはなく、局部的な電界集中の発生が抑制され、点火コイルの耐久性が向上する。

請求項８に記載の発明によると、外周コアは、磁性粉末を加圧成形してなる。このようにして形成される外周コアの表面は、微視的に曲率の大きい凹凸がなく、滑らかな対向面を有することから、対向面における局部的な電界集中の発生が抑制され、点火コイルの耐久性が向上する。

請求項９に記載の発明によると、外周コアの対向面の外縁は、面取りされている。局部的な電界集中は曲率の大きい箇所に発生しやすいことから、対向面において巨視的に曲率が最大となる外縁を面取りし、曲率を減少させる。これにより、外縁への局部的な電界集中の発生が抑制され、点火コイルの耐久性が向上する。

請求項１０に記載の発明によると、外周コアの表面のうち少なくとも外周コアの対向面外縁は、外周コアと絶縁部材との界面に発生する応力を緩和する応力緩和部材によって被覆される。これにより、少なくとも外周コアの対向面外縁と絶縁部材との界面に発生する応力は、応力緩和部材の有する弾性によって緩和されるので、絶縁破壊を助長するクラックの発生が抑制されることになる。

請求項１１に記載の発明によると、応力緩和部材は、外周コアの表面の全体を被覆する熱収縮チューブである。これによれば、熱収縮チューブである応力緩和部材の熱収縮性を利用することによって、対向面外縁を含む外周コアの表面全体に当該応力緩和部材を密着させることができる。故に、絶縁破壊を助長する空気層が外周コアと応力緩和部材との間に形成されることを、抑制できるのである。

請求項１２に記載の発明によると、二次コイルの径方向の断面積は、二次コイルの軸方向において、高電圧側の方が低電圧側よりも小さい。これによれば、二次コイルにおいて相対的に高電圧となる部分において、二次コイルと外周コアとの距離が大きくなる。その結果、二次コイルと外周コアとの間の絶縁距離が増加し、絶縁破壊がより効果的に抑制される。

請求項１３に記載の発明によると、外周コアは接地される。このように接地された外周コアと、昇圧された二次コイルとの間では、大きな電位差が確実に生じることになるので、放電による絶縁破壊が起こる可能性が高い。しかし、最短距離Ｂが最短距離Ａよりも大きいことから、外周コアと二次コイルとの間に大きな電位差が生じたとしても、局部的な電界集中による絶縁破壊の回避効果が高まり、耐久性を向上することができる。

請求項１４に記載の発明によると、点火コイルは、外周コアとともに磁路を形成する中心コアを備えており、中心コアは、磁性粉末を加圧成形してなる。このように磁性粉末を加圧成形することによって形成される中心コアは、珪素鋼板等を積層して形成される中心コアに比して、製造コストおよび工数を低減することができる。

請求項１５に記載の発明によると、二次コイルの径方向に沿った対向面の断面積は、二次コイルの高電圧側から低電圧側に向かって減少する。二次コイルの高電圧側にて最短距離Ｂが最短距離Ａよりも大きいことにより局部的な電界集中が抑制されて点火コイルの耐久性が向上するため、二次コイルの低電圧側に関しては、最短距離Ｂが最短距離Ａよりも大きくなる構成としても絶縁破壊寿命にほとんど影響しない。したがって、低電圧側の上記断面積を減少させることによって、外周コア全体の体積を減少させることが可能となり、外周コアの製造コストを低減することができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態における点火コイル１００の縦断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図１乃至３に示すように、ハウジング１０は樹脂材料からなり、エンジンヘッド１のプラグホール２の横断面積よりも大きな底面を有する矩形箱状を呈している。ハウジング１０は、プラグホール２の外部に設けられている。また、ハウジング１０の外側には、固定部１１が一体に形成されている。固定部１１には、筒状の金属ブッシュ１２が嵌合しており、この金属ブッシュ１２に螺合するボルト（図示せず）によって、固定部１１がエンジンヘッド１に固定されている。

なお、本実施形態のハウジング１０および固定部１１は、硬質樹脂であるＰＢＴによって形成されているが、ＰＥＴ、ＰＣＴ等のＤＭＴ（ジメチルテレフタレート）と１．４ＢＴ（１−４ブタンジオール）とから縮重合して得られる熱可塑性樹脂や、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂によって形成してもよい。

ハウジング１０の内部には、図２に示すように、中心コア１３、一次コイル１４、一次スプール１５、二次コイル１６、二次スプール１７および外周コア１８が収容されている。

中心コア１３は磁性材（図示せず）からなり、矩形柱状を呈している。中心コア１３は、その軸方向がプラグホール２の軸方向に対して略垂直となるように、設けられている。一次スプール１５は樹脂材料からなり、矩形筒状を呈している。なお、本実施形態の中心コア１３は、珪素鋼板等の磁性板を積層することによって形成しているが、二次コイル１６に所望の高電圧を発生させるに足る磁界を形成できるのであれば、当該磁性板の板厚および積層枚数に特に制限はない。

一次スプール１５は樹脂材料からなり、矩形筒状を呈しており、中心コア１３の外周側に同心上に設けられている。一次コイル１４は、一次スプール１５に、たとえばエナメル線を巻回してなり、全体として矩形状を呈している。なお、一次コイル１４については、たとえば、直径が０．３〜０．８ｍｍのエナメル線を１００〜２３０ターン巻回することによって、形成することが好ましい。

二次スプール１７は樹脂材料からなり、一次スプール１５よりも大きな矩形筒状を呈している。二次スプール１７は、一次スプール１５の外周側に嵌合することにより、一次コイル１４の外周側に距離を隔てて同心上に設けられている。また、二次スプール１７には、所定の間隔毎に径方向外側に突設される円盤状の鍔部が複数設けられている。二次コイル１６は、二次スプール１７に、たとえば、エナメル線をスロット巻きすることによって形成され、全体として矩形筒状を呈している。なお、二次コイル１６については、たとえば直径が４０〜５０μｍのエナメル線を１００００〜２００００ターン巻回することによって、形成することが好ましい。

外周コア１８は磁性材からなり、Ｕ字型を呈し、二次コイル１６の外周側に距離を隔てて設けられている。なお、外周コア１８は、アースバー（図示せず）を介して接地されている。

外周コア１８の内周面１８０をなす三つの平坦面１８１〜１８３のうち、互いに対向する二面１８１，１８２は、中心コア１３の軸方向の両端面を覆っており、それによって外周コア１８と中心コア１３とで閉磁路が形成されている。一方、外周コア１８の内周面１８０において二面１８１，１８２に略垂直な平坦面１８３は、二次コイル１６の外周面１６０をなす四つの平坦面１６１〜１６４のうち一面１６１に対して、略平行に対向している。以上、本実施形態における平坦面１８３が請求項記載の対向面に相当しており、以下、当該平坦面１８３を対向面１８３と称する。

なお、本実施形態の外周コア１８は、珪素鋼板等よりなる五枚の磁性板１８ａ〜１８ｅ（図２参照）を積層することによって形成されているが、二次コイル１６に所望の高電圧を発生させるに足る磁界を形成できるのであれば、当該磁性板１８ａ〜１８ｅの板厚および積層枚数に特に制限はない。また、本実施形態では、外周コア１８と中心コア１３とで閉磁路を構成しているが、後述する相互誘導によって、二次コイル１６に所望の高電圧を発生させることができるのであれば、外周コア１８と中心コア１３とで開磁路を構成してもよい。

このような外周コア１８等を収容するハウジング１０の内部には、樹脂部材２０が充填されている。樹脂部材２０は、二次コイル１６の外周面１６０と外周コア１８の内周面１８０との間に介在しており、それら二次コイル１６と外周コア１８とを電気的に絶縁している。また、樹脂部材２０は、一次コイル１４と二次スプール１７との間にも介在しており、両者を電気的に絶縁している。なお、本実施形態における樹脂部材２０はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であるが、電気的絶縁作用を発揮し得る他の樹脂部材を用いてもよく、また、樹脂部材２０の絶縁性を向上させるため、シリカ等の絶縁性を有する粒子を樹脂部材２０に添加してもよい。以上、本実施形態における樹脂部材２０が請求項記載の絶縁部材に相当する。

図１に示すように、シール部材２４はゴム材料からなり、円筒状を呈している。シール部材２４は、ハウジング１０を支持する一端部を除いて、プラグホール２に同心上に挿入されている。シール部材２４の内部には、ハウジング１０と一体形成された高圧タワー部１０ａが収容され、当該高圧タワー部１０ａの内部には、二次コイル１６の高電圧側（巻き終わり）と電気的に接続される高圧ターミナル２１が収容されており、シール部材２４は、ポール２６とプラグホール２との間をシールしている。

ポール２６は、ＰＢＴ、ＰＰＳ、不飽和ポリエステル等の樹脂材料からなり、円筒状を呈している。ポール２６はプラグホール２に同心上に挿入され、シール部材２４のハウジング１０とは反対側の端部に連結されている。

プラグキャップ２８は、ゴム材料からなり、円筒状を呈している。プラグキャップ２８はプラグホール２に同心上に挿入され、ポール２６のシール部材２４とは反対側端部に連結されている。プラグキャップ２８の内部には、エンジンヘッド１に固定された高圧ターミナル２１と点火プラグ１０１とを電気的に接続するための導電スプリング２２が収容されており、プラグキャップ２８は、当該導電スプリング２２とプラグホール２との間を電気的に絶縁している。

上記構成において、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの信号や電源がコネクタ３１より供給され、一次コイル１４に流れる電流をイグナイタ（図示せず）を遮断すると、一次および二次コイル１４，１６間の相互誘導作用により、たとえば３０〜４０ｋＶの高電圧が二次コイル１６に発生する。こうして二次コイル１６に発生した高電圧は、高圧ターミナル２１および導電スプリング２２を介して、点火プラグ１０１に導かれ、点火プラグ１０１の先端で火花放電を発生させることになる。

以下、本実施形態の特徴的構成について詳細に説明する。

図２に示すように、外周コア１８の対向面１８３においては、その幅方向（同図の左右方向）の両端部の外縁１８３ａ，１８３ｂが、二次コイル１６の平坦面１６１と正対する正対部１８３ｃから外れた位置に形成されている。このとき、外縁１８３ａ，１８３ｂは、対向面１８３の幅方向両端部を構成する辺およびその近傍にて、対向面１８３の曲率が巨視的に最大となる点すべてを指す。つまり、本実施形態では、対向面１８３において、外縁１８３ａ，１８３ｂが二次コイル１６の軸方向に沿って線状に存在する。また、外縁１８３ａ，１８３ｂから二次コイル１６の軸心までの距離は、等しく、図２の二点鎖線矢印は、対向面１８３における正対部１８３ｃの幅方向の両端を指示しており、外縁１８３ａ，１８３ｂは、該正対部１８３ｃから外れた部分に位置する。

このような構成により、正対部１８３ｃと平坦面１６１との平行間隔Ａが、外周コア１８の対向面１８３と二次コイル１６の外周面１６０との最短距離Ａとなっている。それと共に、図２中の要部Ｃ拡大図である図４に示すように、対向面１８３の外縁１８３ａから二次コイル１６の外周面１６０までの最短距離Ｂは、最短距離Ａよりも大きくなっている。また、本実施形態において、外縁１８３ａから二次コイル１６０の外周面までの最短距離Ｂと外縁１８３ｂから外周面１６０までの最短距離Ｂは等しい。このような最短距離Ａと最短距離Ｂとの関係が当該軸方向の全域に亘って成立しているのである。

ここで、最短距離Ａと最短距離Ｂとの比Ｂ／Ａに対する、二次コイル１６と外周コア１８との間の電界強度の関係を、図５に示す。なお、電界強度とは、樹脂部材２０を隔てて二次コイル１６および外周コア１８の間に発生する電界の強さ（ストレス）の意であり、電界に対する樹脂部材２０の強さ（耐力）のことではない。

ここで、図５は、幅方向（図２における左右方向）の長さの異なる複数の外周コア１８を用いて、最短距離Ｂを変化させたときの、Ｂ／ＡとＢ／Ａ＝１に対する電界強度比率との関係を示したものである。また、図５は、電界強度計算ソフト（ＡＮＳＹＳ社製：ＡＮＳＹＳ１０．０）を用い、２Ｄ静電場解析手法にて算出したものである。なお、ＡＮＳＹＳ１０．０はプリプロセッサ、ソルバー、ポストプロセッサが一つになっている。

図５の関係から、最短距離Ａよりも最短距離Ｂが大きいことによって、つまり、Ｂ／Ａ＞１が成立することによって、二次コイル１６と外周コア１８との間の電界強度が低減されることがわかる。とりわけ、Ｂ／Ａ≧１．５の時には、Ｂ／Ａ＝１（たとえば従来技術）の時に比べて、電界強度がたとえば６０％程度にまで低減される。これは、Ｂ／Ａ＝１の時には、外周コア１８の対向面１８３の曲率が巨視的に最大となる外縁１８３ａ，１８３ｂに電界が集中するのに対し、最短距離Ａよりも最短距離Ｂが大きい時、特にＢ／Ａの値が１．５よりも大きい時には、外縁１８３ａ，１８３ｂへの局部的な電界集中が抑制されるからである。

このように、電界強度が低減され、局部的な電界集中が抑制されることによれば、樹脂部材２０での電気的な絶縁劣化現象であるトリーイング現象が抑制される。つまり、二次コイル１６と外周コア１８との間において樹脂部材２０の絶縁劣化が抑制されることになる。なお、トリーイング現象とは、電界集中による高電界部分が樹脂部材２０の持つ固有破壊限界を超えて局部的な絶縁破壊が起こり、徐々に樹枝状の放電路（トリー）が進展して、最終的には該トリーが二次コイル１６と外周コア１８との間を全路破壊させる現象のことである。

したがって、本実施形態によれば、従来と同一の体格であっても、二次コイル１６と外周コア１８との間の樹脂部材２０の絶縁破壊寿命を向上し、点火コイル１００の耐久性を高めることができる。特にＢ／Ａ≧１．５が満たされる場合には、絶縁破壊寿命の延長効果が高くなるので、耐久性に極めて優れた点火コイル１００を得ることができる。

また逆に、点火コイル１００に対する小型化のニーズに応えるにあたっては、最短距離Ａの値を小さくするとともに、最短距離Ａよりも最短距離Ｂが大きくなるように二次コイル１６と外周コア１８とを設けることで、小型化を実現するとともに、従来と同等の耐久性を確保することができるのである。

また、図５より、Ｂ／Ａ≧２．０とすることにより、外縁１８３ａ，１８３ｂへの電界集中が、Ｂ／Ａ＝１の時と比べて約５５％まで低減され、飽和することから、Ｂ／Ａ≧２．０、特にＢ／Ａ＝２．０となるよう、二次コイル１６および外周コア１８を配設することが好ましい。

以上より、電界強度は、二次コイル１６の発生電圧に比例し、Ｂ／Ａに反比例すると言えることから、とりわけ局部的な電界集中を抑制するためには、最短距離Ｂを最短距離Ａよりも大きくし、Ｂ／Ａ≧１．５とすることが好ましい。また上述のように、Ｂ／Ａ≧２．０とすることがより好ましい。

ここで、本実施形態の二次コイル１６は、図２，３に示すように、軸方向において、固定部１１側（図３中左方）で相対的に高電圧を発生する高電圧側の巻数は、図３中右方の低電圧側よりも少なくなる構成となっている。これによって、点火コイル１００の絶縁破壊寿命に大きな影響を及ぼす高電圧側は、低電圧側と比べて、二次コイル１６と外周コア１８との絶縁距離が大きくなるため、点火コイル１００の絶縁破壊寿命が延長される。

次に、図２に示すように、外周コア１８を構成する複数の磁性板１８ａ〜１８ｅは、二次コイル１６の径方向に積層されている。そのため、外周コア１８の対向面１８３の全体が、最内周の一枚の磁性板１８ａによって形成されており、当該対向面１８３が、微視的に曲率の大きな凹凸のない滑らかな平坦面となっている。これにより、二次コイル１６と外周コア１８との間において、局部的な電界集中の発生が抑制されるのである。

これに対し、比較例として示す図６のように、二次コイル１６の径方向とは略垂直な方向に磁性板１８ａ〜１８ｍを積層して外周コア１８を形成する場合には、積層される磁性板１８ａ〜１８ｍ個々の大きさのバラつきや、磁性板１８ａ〜１８ｍ同士の接合強度のバラつき等によって、対向面１８３に巨視的または微視的に曲率の大きな凹凸が生じやすい。よって、図６に示す構成では、対向面１８３の凹凸が、局部的な電界集中の発生サイトとなり、点火コイル１００の耐久性の低下を招くおそれがある。

図７は、図６に示す構成において二次コイル１６と外周コア１８との間に生じる最大電界強度を１００％としたときに、図２に示す構成の同最大電界強度を模式的に示したものである（図７中、左方：図６に対応、右方：図２に対応）。図７から、本実施形態では、図６に示す構成に比べて、二次コイル１６と外周コア１８との間に生じる最大電界強度を、９０％弱程度にまで低減して、それら要素１６，１８間における絶縁破壊の回避効果をよりいっそう高めることができる。しかも、本実施形態では、磁性板１８ａ〜１８ｅの積層形態により、外周コア１８に渦電流の発生に起因する磁気エネルギーの損失を抑制することができる。

なお、二次コイル１６の径方向に磁性板１８ａ〜１８ｅが積層されてなるＵ字型の外周コア１８は、たとえば、板厚０．２〜１．０ｍｍ程度で長さの異なる磁性板１８ａ〜１８ｅを、接着剤を用いて固定しながら略階段状に積層した後、中央部を保持しつつ各磁性板１８ａ〜１８ｅの板厚方向に荷重を加えてＵ字型に折曲することにより、形成することができる。

また、コストを極力抑えるために、図８に示すように一枚の磁性板１８ａから外周コア１８を構成し、対向面１８３の全体を当該磁性板１８ａで形成することによっても、上記実施形態と同様にして、局部的な電界集中の発生を抑制し、絶縁破壊の回避効果を高めることができる。

またさらに、図２に示す、樹脂部材２０と外周コア１８との間には、線熱膨張係数に差があるため、樹脂部材２０と外周コア１８との界面に応力が発生しやすい。こうした応力によって、樹脂部材２０と外周コア１８との界面にクラックが発生すると、電気を容易に通す空気層が当該界面に形成されることになるため、トリーイング現象による絶縁破壊を助長するおそれがある。

そこで、図９に示すように本実施形態では、外周コア１８の表面を応力緩和部材１９によって被覆している。ここで、本実施形態の応力緩和部材１９は、弾性を有するポリエチレン系の樹脂等から形成された熱収縮チューブであり、外周コア１８を内包して当該コア１８の表面全体に密着している。

このような応力緩和部材１９によれば、樹脂部材２０と外周コア１８との界面に発生する応力を応力緩和部材１９自身の弾性作用により緩和して、クラックの発生による空気層の形成を抑制できるのみならず、該弾性作用によって、応力緩和部材１９自身と外周コア１８との間において空気層が発生することを防止することができる。したがって、応力緩和部材１９を用いることによって、絶縁破壊の回避効果がよりいっそう高められることになる。

また、磁性板１８ａ〜１８ｅを積層してなる外周コア１８を内包する応力緩和部材１９によれば、接着剤等によって接合された磁性板１８ａ〜１８ｅ同士をより強固に一体化させることができるので、安定した磁路の形成が可能となる。

さらに、応力緩和部材１９の製造方法として、従来、エラストマをコアの外周に流し込んで成形する方法が開発されているが、エラストマの流動性が悪いために、たとえば１．０ｍｍ程度の肉厚が応力緩和部材１９に必要とされており、尚且つ製造コストが高価であった。これに対し、応力緩和部材１９としての熱収縮チューブは、肉厚をたとえば０．３５ｍｍ程度に抑えることができるため、点火コイル１００の小型化に寄与するのみならず、成形型を使用せず、当該熱収縮チューブを外周コア１８に被せて熱収縮させることによって、安価に製造することができる。

なお、本実施形態においては、外周コア１８に準じて、中心コア１３も応力緩和部材１９によって被覆してもよい。

また、図３に示すように、二次コイル１６の軸方向において、二次コイル１６の外径、または径方向断面積に関して、高電圧側（図３中左方）を低電圧側（図３中右方）よりも小さくすることで、高電圧側にて二次コイル１６の外周面１６０と外周コア１８の対向面１８３との距離が相対的に長くなる。これにより、二次コイル１６の高電圧側にて最短距離Ａ、Ｂが共に増加して絶縁距離が増加することで、点火コイル１００の絶縁破壊寿命も延長される。
（第二実施形態）
以下、第二実施形態について述べるが、基本的な構成は上記第一実施形態と同様であることから、相違点についてのみ説明する。

図１０に、第二実施形態の点火コイル１００の軸方向断面図を示す。なお、図２に対応する部位については同一の符号を付す。図１０に示すように、円柱状の中心コア１３および円筒状の二次コイル１６、更には、円筒状の一次スプール１５、円筒状の一次コイル１４、円筒状の二次スプール１７を用いる。また、外周コア１８を磁性粉末、たとえば、鉄、コバルト、ニッケル等の磁性金属単体、または、これら金属単体を主とする合金の粉末を加圧成形することによって形成する。これにより、珪素鋼板等を積層して形成するよりも安価な外周コア１８が得られる。

円筒状の二次コイル１６を用いることによって、断面矩形状の外周コア１８における外縁１８３ａ，１８３ｂと二次コイル１６の外周面１６０との最短距離Ｂは、正対部１８３ｃと外周面１６０との最短距離Ａに比して相対的に大きくなる。よって、第一実施形態のように、断面矩形状の外周コア１８と断面矩形状の二次コイル１６とを用い、二次コイル１６の平坦面１６１と正対する正対部１８３ｃから外れた箇所に形成する場合に比べて、Ｂ／Ａ≧１．５とすることが容易となる。したがって、点火コイル１００の体格を大型化することなく、Ｂ／Ａ≧１．５を実現でき、点火コイル１００の耐久性が向上する。

ここで、点火コイル１００において、最短距離Ａが二次コイルの軸方向全域に亘って略一定である場合には、該軸方向全域に亘ってＢ／Ａ≧１．５を実現する必要はなく、少なくとも電界強度が相対的に大きい部分、つまり、図１１に示すように、二次コイル１６の高電圧側のみＢ／Ａ≧１．５を実現する構成を採用してもよい。電界強度は、二次コイル１６で発生する電圧に略比例する。また、二次コイル１６で発生する電圧は、二次コイル１６に巻回されるエナメル線の巻数に比例する。したがって、二次コイル１６をスロット巻き、または斜向巻きを実施した場合には、二次コイル１６の軸方向において、低電圧側から高電圧側に向かって電界強度は大きくなり、二次コイル１６の最も高電圧を発生する点において最大電界強度をとる。つまり、この最大電界強度が樹脂部材２０の絶縁破壊寿命に対して支配的となる。

本実施形態において、二次コイル１６の高電圧側の電界強度がＢ／Ａ≧１．５を満たすことにより、最大電界強度が６０％程度抑制された値が点火コイル１００の耐久性に直接影響を及ぼす。そのため、Ｂ／Ａ＜１．５の場合において、この６０％程度低減された最大電界強度値よりも小さな電界強度値をとる二次コイル１６の外周面１６０に関しては、Ｂ／Ａ≧１．５としなくてもよい。具体的には、図１１に示すように、対向面１８３の上記高電圧側に関して、二次コイル１６の径方向の断面積が相対的に大きくなる外周コア１８、たとえば、軸方向に平行な断面が略台形状を呈する外周コア１８を用いて、上記高電圧側においてのみ、最短距離Ｂが最短距離Ａよりも大きくなる構成を採用してもよい。これにより、外周コア１８の体積を減少させ、点火コイル１００の製造コストを削減できる。

ここで、斜向巻きとは、最初に二次コイル１６の低電圧側において、二次コイル１６の外径が、二次コイル１６の高電圧側に向かって縮径するようにエナメル線を巻回することによって、二次コイル１６の一部で斜面を形成し、その後、該斜面に対して平行に、尚且つ二次コイル１６の外径が該斜面の外径の最大値と略一定となるように、エナメル線を上記軸方向に巻回していくことで、二次コイル１６を形成する方法のことである。なお、本実施形態においては、斜向巻きの性質上、図１１に示すように、二次コイル１６の高電圧側は、低電圧側よりも外径、または径方向の断面積が小さくなっている。

以上より、点火コイル１００の耐久性を向上させるためには、二次コイル１６において、少なくとも二次コイル１６の外周面１６０の高電圧側、具体的には、二次コイル１６の巻数が６０％程度の付近よりも高電圧を発生する点がＢ／Ａ≧１．５を満たせばよい。

また、加圧成形されてなる外周コア１８に関して、対向面１８３を含む外周面全てが、微視的にも巨視的にも曲率の大きな凹凸が少ない滑らかな平面を呈する。よって、図６の比較例と比べてはるかに局部的な電界集中が発生しにくくなり、点火コイル１００の耐久性が向上する。なお、図１２に示すように、第一実施形態と同様に珪素鋼板等を積層してなる外周コア１８と上記円筒状の二次コイル１６とを用いて点火コイル１００を構成してもよい。

ここで、図１３は、本実施形態に関して、Ａ＝１．９ｍｍ、二次コイル１６に発生する電圧を３０ｋＶ、外周コア１８を接地した状態にて、幅方向（図９における左右方向）の長さの異なる複数の外周コア１８を用いて、最短距離Ｂを変化させたときの、Ｂ／Ａと電界強度（ｋＶ／ｍｍ）との関係を示したものである。図１３も、上記第一実施形態の図５と同様にして、電界強度計算ソフト（ＡＮＳＹＳ社製：ＡＮＳＹＳ１０．０）を用い、２Ｄ静電場解析手法にて算出したものである。なお、ＡＮＳＹＳ１０．０はプリプロセッサ、ソルバー、ポストプロセッサが一つになっている。

縦軸に電界強度（ｋＶ／ｍｍ）、横軸にＢ／Ａをとった図１３は、縦軸にＢ／Ａ＝１に対する電界強度比率（％）、横軸にＢ／Ａをとった図４と同様の傾向を示すことが分かる。つまり、断面形状が矩形状を呈する外周コア１８を、用いる点火コイル１００にあっては、二次コイル１６の形状が矩形筒状であろうと、円筒状であろうと、二次コイル１６の発生電圧が一定のとき、点火コイル１００に発生する電界強度は、Ｂ／Ａによって決定される。

また、図１３に示されるように、上記実験方法にて、二次コイル１６に発生する電圧を１５ｋＶとしたときには、電界強度は低減されるが、３０ｋＶと同様の傾向を示す、すなわち、Ｂ／Ａ≧１．５のときに、電界強度が飽和することがわかる。したがって、二次コイル１６の発生電圧が変化したとしても、Ｂ／Ａ≧１．５となるよう、二次コイル１６および外周コア１８が配設されてあれば、樹脂部材２０の絶縁破壊寿命は向上し、その結果、点火コイル１００の耐久性も向上するわけである。

また、図１０、および図１０中の要部Ｄ拡大図である図１４に示すように、少なくとも対向面１８３の外縁１８３ａ，１８３ｂを面取りし、外縁１８３ａ，１８３ｂに丸みをもたせることが好ましい。このように、外縁１８３ａ，１８３ｂを面取りすることによって、局部的な電界集中がよりいっそう抑制され、絶縁破壊寿命が向上し、点火コイル１００の耐久性を向上させることができる。

またさらに、最短距離Ａが増加することによっても電界強度は減少し、点火コイル１００の耐久性を良化させる。しかし、最短距離Ａを増加させることは、点火コイル１００の大型化につながるため、最短距離Ａを増加させて点火コイル１００の耐久性を向上させることよりも、本実施形態のように、Ｂ／Ａ＞１とすることによって点火コイル１００の耐久性および小型化を同時に実現できるため、より好ましい。
（第三実施形態）
以下、第三実施形態について述べるが、基本的な構成は上記実施形態と同様であることから、特筆すべき相違点についてのみ説明する。

図１５に、第三実施形態の点火コイル１００の軸方向断面図を示す。なお、第二実施形態と同様に、図２に対応する部位については同一の符号を付す。図１５に示すように、断面形状が略楕円形状で大きさの異なる磁性板１８ａ〜１８ｅを用いて略楕円形状を呈する外周コア１８を形成する。このとき、外周コア１８の対向面１８３の外縁１８３ａ，１８３ｂは、断面形状が略楕円形状を呈する外周コア１８の長軸方向に垂直な断面において、対向面１８３の曲率が変化する点、具体的には、図１５に示す対向面１８３において、相対的に曲率の小さい円弧と、磁性板１８ａの左右方向の両端に存在する相対的に曲率の大きい円弧との境界点に相当する。したがって、本実施形態における外縁１８３ａ，１８３ｂは、上記第一実施形態と比べてはるかに丸みを帯びており、電界集中が発生しにくい。そのため、たとえばＢ／Ａを１．５よりも小さい値とした場合においても、Ｂ／Ａ＝１で発生する電界強度に比べて、発生する電界強度をたとえば６０％程度に抑制することが可能となり、第一実施形態と同様の効果を奏する。またさらに、Ｂ／Ａ≧１．５とすることによって、発生する電界強度をよりいっそう低減でき、点火コイル１００の耐久性が向上する。なお、本実施形態では、断面形状が略楕円形状の磁性板１８ａ〜１８ｅを用いて全体として断面形状が略楕円形状を呈する外周コア１８を形成したが、図１６に示すように、上記第二実施形態と同様、外周コア１８を、磁性粉末を加圧成形し、外周コア１８の製造コストの低減を図ってもよい。また、図１６においても、外縁１８３ａ，１８３ｂは、対向面１８３において、曲率が変化する境界点を指し、上記第一実施形態および第二実施形態のように、巨視的に曲率が最大となる点を指すわけではない。つまり、本実施形態のように、外周コア１８の断面形状が略円形を呈する場合においては、対向面１８３において最も電界集中が発生しやすい点は、巨視的に曲率が最大となる点ではなく、巨視的に曲率が変化する境界点であることが鋭意研究によって判明したため、本実施形態では、外縁１８３ａ，１８３ｂを別途規定した。このように、二次コイル１６の外周面１６０から外縁１８３ａ，１８３ｂまでの最短距離Ｂを外周コア１８の形状によって最適化することによって、点火コイル１００の耐久性の向上を外周コア１８の形状に応じて達成することができる。
（第四実施形態）
以下、第四実施形態について述べるが、基本的な構成は上記実施形態と同様であることから、特筆すべき相違点についてのみ説明する。

図１７に、第四実施形態の点火コイル１００の軸方向断面図を示す。なお、上記実施形態と同様に、図２に対応する部位については同一の符号を付す。図１７に示すように、円筒状の一次スプール１５、円筒状の一次コイル１４、円筒状の二次スプール１７、円柱状の中心コア１３および円筒状の二次コイル１６に加えて、二次コイル１６の径方向断面がＵ字状を呈する外周コア１８を用いる。これら要素１３〜１８で構成される点火コイル１００によってもＢ／Ａ≧１．５とすることが可能であり、第一実施形態の点火コイル１００と同様の効果を奏する。つまり、外周コア１８は、全体として略Ｕ字形状のものに限定されるわけでなく、二次コイル１６の外周面１６０に対して、外周コア１８の対向面１８３がＢ／Ａ≧１．５となるように構成できるのであれば、外周コア１８の形状に関して特に制限はない。
（第五実施形態）
以下、第五実施形態について述べるが、基本的な構成は上記実施形態と同様であることから、特筆すべき相違点についてのみ説明する。

図１８に、第五実施形態の点火コイル１００の軸方向断面図を示す。なお、上記実施形態と同様に、図２に対応する部位については同一の符号を付す。

中心コア１３は、磁性粉末、たとえば、鉄、コバルト、ニッケル等の磁性金属単体、またはこれら金属単体を主とする合金の粉末を加圧成形してなり、全体として略円柱状を呈する。このようにして成形された円柱状の中心コア１３の外周面は、珪素鋼板等を積層してなる中心コア１３の外周面に比して、微視的に曲率が大きい凹凸が少なく、滑らかな曲面を有する。よって、樹脂製の一次スプール１５を介することなく一次コイル１４を中心コア１３に直接巻回することが可能となる。つまり、一次スプール１５を不要とする分、一次コイル１４の外周側に配設される円筒状の二次スプール１７および円筒状の二次コイル１６の径を小さくすることができる。これにより、点火コイル１００の小型化を実現することができる。また、このように加圧成形によって形成される中心コア１３は、珪素鋼板等を積層してなる中心コアに比べて、製造コストおよび工数を低減できるという利点も有する。

また、上述のように、二次スプール１７および二次コイル１６の径が小さくなる分、上記実施形態よりも一次コイル１４、二次コイル１６の巻数を増やすことが可能となる。これにより、上記実施形態の点火コイル１００と同等の体格にて、二次コイル１６に発生させる電圧を高めることもできる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は、上述の複数の実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

たとえば、上記第一実施形態では、外周コア１８等に応力緩和部材１９を用いているが、製造コストおよび工数を削減するために、応力緩和部材１９を用いることなく、点火コイル１００を構成しても上記実施形態と略同等の効果が得られる。さらに、工数を削減するために、二次コイル１６を斜向巻きによって形成することが好ましい。斜向巻きによって形成された二次コイル１６は、二次コイル１６を構成するエナメル線において、隣接するエナメル線間における層間電圧が低減できることから、この層間電圧に起因する二次コイル１６の絶縁破壊を抑制することも可能となる。また、図１１に示されるような斜向巻きによって二次コイル１６を形成することによって、スロット巻きの際に必要であった、二次スプール１７の鍔部は不要となるため、点火コイル１００の製造コストを削減することができる。

また、図１９に示されるように、外周コア１８の対向面１８３が長手方向の軸心に対して、中心コア１３を含む要素１４〜１７の軸心が中心コア１３の水平方向にオフセット、つまり、同図における左右方向に外周コア１８がオフセットされるようにして要素１３〜１８を配設してもよい。このとき、外周コア１８の外縁１８３ａ，１８３ｂと二次コイル１６の外周面１６０との最短距離Ｂに関して、外縁１８３ａと外周面１６０との最短距離Ｂ１と、外縁１８３ｂと外周面１６０との最短距離Ｂ２との関係は、Ｂ１＞Ｂ２となる。したがって、二次コイル１６の外周面１６０との最短距離の短い外縁１８３ｂは、外縁１８３ａと比べて局部的な電界集中が発生しやすい。よって、このような場合においては、上記実施形態にて用いた最短距離Ｂとして、Ｂ２を採用するものとする。つまり、Ｂ２／Ａ≧１．５を満たすような点火コイル１００を構成することによって、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、Ｂ／Ａ≧１．５を満たす範囲であれば、外周コア１８の形状および製造方法に特に制限はなく、たとえば、図２０に示すように、磁性材料を加圧成形し、断面形状が略半円形状を呈する外周コア１８を用いても上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、図２１に示すように、中心コア１３、一次コイル１４、一次スプール１５、二次コイル１６、二次スプール１７を断面形状が八角形となるもので構成してもよい。これら要素１３〜１７のうち、少なくとも二次コイル１６を多角形化し、断面形状が円形に近づけば近づくほど、外周コア１８の対向面の幅方向（図２１における水平方向）の長さを減少させてもＢ／Ａ＞１とすることができ、点火コイル１００の小型化を実現することが可能である。

またさらに、上記第二実施形態にて示した図１４のように、外縁１８３ａ，１８３ｂに丸みを持たせる他にも、図２２に示すように、外縁１８３ａ，１８３ｂを階段形状にしてもよく、また、図２３に示すように、外縁１８３ａ，１８３ｂを粗く面取りするだけでもよい。

上記第一実施形態では、Ｕ字型の外周コア１８と矩形柱状の中心コア１３とを連結して閉磁路を形成しているが、共にＬ字型のコア１８，１３を連結して略ロ字状の閉磁路を形成するか、または、図２４に示すように、プラグホール２の軸方向に開口する筒状の外周コア１８と柱状の中心コア１３との連結で閉磁路を形成するようにしてもよい。

このとき、二次コイル１６の外周面２６０に対して、対向面２８３，３８３が二つ形成されるが、各対向面２８３，３８３に関して上記実施形態における対向面１８３と同様の構成を採用することにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。換言すると、外周コア１８および中心コア１３の形状は、上記実施形態と同様の効果を発現するのであれば、特に制限はない。

本発明に係る点火コイル１００の断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２中の要部Ｃ拡大図である。 Ｂ／Ａと、Ｂ／Ａ＝１に対する電界強度比率との関係を示すグラフである。 図２との比較例である。 図２と図６とに関して、発生する最大電界強度を比較した図である（右方が図２に対応）。 第一実施形態の変形例を示す図である。 外周コア１８および応力緩和部材１９を示す外観図である。 第二実施形態を示す図である。 図３の変形例を示す図である。 第二実施形態の変形例を示す図である。 Ｂ／Ａと、電界強度との関係を示すグラフである。 図１０中の要部Ｄ拡大図である。 第三実施形態を示す図である。 第三実施形態の変形例を示す図である。 第四実施形態を示す図である。 第五実施形態を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 図１４の変形例を示す図である。 図１４の変形例を示す図である。 変形例を示す図である。

符号の説明

１…エンジンヘッド
２…プラグホール
１０…ハウジング
１０ａ…高圧タワー部
１１…固定部
１２…金属ブッシュ
１３…中心コア
１４…一次コイル
１５…一次スプール
１６…二次コイル
１６０…外周面
１６１〜１６４…平坦面
１７…二次スプール
１８…外周コア
１８０…内周面
１８３…対向面
１８３ａ、１８３ｂ…外縁
１８３ｃ…正対部
１８ａ〜１８ｍ…磁性板
１９…応力緩和部材
２０…樹脂部材（絶縁部材）
２１…高圧ターミナル
２２…導電スプリング
２４…シール部材
２６…ポール
２８…プラグキャップ
３１…コネクタ
１００…点火コイル
１０１…点火プラグ

Claims (15)

1. 一次コイルの外周側に設けられ、前記一次コイルとの相互誘導によって昇圧される二次コイルと、
   前記二次コイルの外周面に対向する対向面を有し、前記外周面と前記対向面との間に絶縁部材が介在する外周コアと
   を備える点火コイルにおいて、
   前記外周面と前記対向面との最短距離Ａよりも、前記外周面と前記対向面の外縁との最短距離Ｂが大きくなるように、前記二次コイルと前記外周コアとが設けられることを特徴とする点火コイル。
2. 前記外周コアと前記二次コイルとは、Ｂ／Ａ≧１．５を満たすように設けられることを特徴とする請求項１記載の点火コイル。
3. 前記外周コアと前記二次コイルとは、Ｂ／Ａ≧２．０を満たすように設けられることを特徴とする請求項１記載の点火コイル。
4. 前記二次コイルは、矩形筒状を呈し、
   前記外縁は、前記外周コアと前記二次コイルとが正対する前記対向面から外れた位置に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の点火コイル。
5. 前記二次コイルは、円筒状を呈することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の点火コイル。
6. 前記外周コアは、複数枚の磁性板を前記二次コイルの径方向に積層してなり、それら複数の前記磁性板のうち、一枚の前記磁性板によって前記対向面の全体が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の点火コイル。
7. 前記外周コアは、一枚の磁性板からなり、前記磁性板により前記対向面の全体が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の点火コイル。
8. 前記外周コアは、磁性粉末を加圧成形してなることを特徴とする請求項６または７に記載の点火コイル。
9. 前記対向面の前記外縁は、面取りされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の点火コイル。
10. 前記外周コアの表面のうち少なくとも前記外縁は、前記外周コアと前記絶縁部材との界面に発生する応力を緩和する応力緩和部材によって被覆されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の点火コイル。
11. 前記応力緩和部材は、前記表面の全体を被覆する熱収縮チューブであることを特徴とする請求項１０に記載の点火コイル。
12. 前記二次コイルの軸方向において、前記二次コイルの高電圧側における前記二次コイルの径方向の断面積は、前記二次コイルの低電圧側における前記二次コイルの径方向の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の点火コイル。
13. 前記外周コアは接地されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の点火コイル。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の点火コイルは、前記外周コアとともに磁路を形成する中心コアを備えており、前記中心コアは、磁性粉末を加圧成形してなることを特徴とする点火コイル。
15. 前記二次コイルの径方向に沿った前記対向面の断面積は、前記二次コイルの高電圧側から低電圧側に向かって減少することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の点火コイル。

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