JP2009099689A - コイル体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえばガラス転移温度が２００℃以上の耐熱性の高い樹脂材料で芯線が被覆されてなる導線をターミナルに接合する上において、樹脂材料が十分に除去されず、接合不良が発生する等、導線とターミナルとの接合信頼性が不十分となるおそれがあった。
【解決手段】露出工程において、導電性の芯線１６１が絶縁性の樹脂材料１６２で被覆されてなる導線１６０の端末にレーザー光を照射することにより、樹脂材料１６２を除去して導線１６０の一部に芯線１６１が露出する露出部１６０ａを形成する。そして、露出工程完了後の接合工程において、この露出部１６０ａと二次ターミナル２１とをろう接または融接によって接合する。
【選択図】図６

Description

本発明は、コイル体の製造方法、特に点火コイルの製造に好適な方法に関する。

従来、点火コイルやトランス等のコイル体の製造において、導電性の芯線が絶縁性の樹脂材料で被覆されてなる導線によりコイルを形成して、外部との接続に用いるターミナルに当該導線を接合するには、半田付け等のろう接やマイクロアーク溶接等の融接が用いられている（たとえば特許文献１参照）。
特開２０００−２９９２３９号公報

さて、特許文献１に示される方法は、レーザーにてクリーム半田を溶かし、この半田の溶融熱で芯線を被覆する樹脂材料を除去して、導線の端末をターミナルに接合するものである。しかしながら、耐熱性の高い樹脂材料、たとえばガラス転移温度が２００℃以上の樹脂材料にて芯線が被覆された導線とターミナルとの接合時においては、半田の溶融熱では樹脂材料が十分に除去されない場合があった。その結果、接合部分に残存する樹脂材料に起因する半田のぬれ性の低下によって、接合不良が発生する等、導線とターミナルとの接合信頼性が不十分となるおそれがあった。

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、導線とターミナルとの接合信頼性を保証するコイル体の製造方法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、コイルを形成する導線がターミナルに接合されてなるコイル体の製造方法であって、露出工程において、導電性の芯線が絶縁性の樹脂材料で被覆されてなる導線の端末にレーザー光を照射することにより、樹脂材料を除去して導線の一部に芯線が露出する露出部を形成する。そして、露出工程後の接合工程において、導線の露出部とターミナルとをろう接または融接により接合するのである。

この発明によると、露出工程において、樹脂材料を除去するためにレーザー光を導線の端末に照射して、芯線が露出する露出部を形成した後に、接合工程にて当該露出部とターミナルとを接合する。これによれば、ガラス転移温度の高い耐熱性に優れた樹脂材料であっても、その耐熱性に関係なくレーザー光照射により除去して、露出工程完了後の露出部に残存することを防止できるので、接合工程において露出部とターミナルとを確実に接合することが可能となる。したがって、導線の露出部におけるターミナルとの接合信頼性を保証することができる。

請求項２に記載の発明は、導線に露出部を形成する露出工程に先立って、導線の端末をターミナルに絡げておくというものである。これにより、露出工程では、露出部が形成されていない導線端末がターミナルに絡げられた状態でレーザー光を照射できるため、露出工程において形成する露出部のサイズを、接合工程においてターミナルと接合させる導線部分のサイズに合致させることが可能である。この場合、ろう接または融接によってターミナルに接合される露出部を接合工程後には露出させないようにして、導線の絶縁性および耐熱性を保証することが可能となる。

請求項３に記載の発明によると、露出工程において、２００℃以上のガラス転移温度を有する樹脂材料で芯線が被覆されてなる導線の端末にレーザー光を照射する。これによれば、導線の耐熱性を向上させるために、２００℃以上のガラス転移温度を有する樹脂材料で芯線が被覆されることにより耐熱性が高められている導線であっても、当該樹脂材料をレーザ光照射により除去して、ターミナルと接合される露出部を形成することができるので、導線とターミナルとの接合信頼性が十分に保障されることになる。

請求項４に記載の発明は、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が前記コイルとして前記ターミナルに接合されてなり、内燃機関に取り付けられる点火コイルを、前記コイル体として請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法により製造することを特徴とするものである。点火コイルの昇圧側の二次コイルを形成する導線には、点火プラグへの印加電圧の向上および高温環境下での使用に十分耐え得る耐熱性が求められる。しかし、上述したように、樹脂材料を除去するためにレーザー光を二次コイルの形成導線に照射して露出部を形成することで、露出部に樹脂材料が残存することを防止し得るので、二次コイルの露出部におけるターミナルとの接合信頼性を十分に確保することができる。

以下、本発明を、内燃機関に取り付けられるコイル体としての点火コイルに適用した例を、図面に基づいて説明する。

（基本構成）
図１は、本実施形態による点火コイル１００の部分断面図である。図１に示すように、ハウジング１０は樹脂からなり、矩形箱状を呈している。ハウジング１０は、プラグホール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およびコネクタ部２５が形成されている。固定部１１には、筒状の金属ブッシュ１２が固定されており、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が内燃機関に固定される。一方、コネクタ部２５は、ハウジング１０を挟んで固定部１１と反対側に設けられ、外部電源（図示せず）と点火コイル１００とを電気的に接続するための外部ターミナル２６が埋設されている。

なお、本実施形態のハウジング１０、固定部１１およびコネクタ部２５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、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は磁性材料からなり、Ｉ字型の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に一次導線を巻回してなり、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の一次導線を１００〜２３０ターン巻回しすることによって、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。

図２に示すように二次コイル１６は、二次スプール１７に二次導線１６０を巻回してなり、全体として矩形状を呈している。ここで本実施形態の二次コイル１６は、巻数の違いによって外周面の径が軸方向に変化する構成となっている。二次コイル１６は、たとえば直径が１００μｍ以下、好ましくは４０〜５０μｍの二次導線１６０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。

本実施形態の二次導線１６０は、具体的には図３に示すように、銅線からなる導電性の芯線１６１を絶縁性の樹脂材料１６２で被覆してなる。なお、後述するように、二次コイル１６を構成する二次導線１６０には非常に高い電圧が加わるとともに、点火コイル１００が取り付けられる場所の温度環境が非常に高温であることから、二次導線１６０に用いる樹脂材料１６２には、ガラス転移温度が２００℃以上のものを採用することが好ましい。ここでガラス転移温度とは、液体状態から非晶質固体（ガラス状態）に変化する温度または非晶質固体から液体状態に変化するときの温度のことである。したがって、本実施形態では、絶縁性および耐熱性に優れたポリアミドイミド系樹脂が、樹脂材料１６２として採用されている。

このような二次導線１６０から形成される二次コイル１６において、高電圧側に位置する二次導線１６０の巻き終わり端としての終端部１６０ａは、二次ターミナル２１を介して高圧ターミナル２３に電気的に接続されている。一方、二次コイル１６において、低電圧側に位置する二次導線１６０の巻き始め端としての始端部１６０ｂは、二次ターミナル２２を介して外部ターミナル２６と電気的に接続されている。ここで、終端部１６０ａおよび始端部１６０ｂは、請求項に記載の端末に相当する。

外周コア１８は磁性材からなり、Ｕ字型を呈している。外周コア１８は、二次コイル１６の外周側に距離を隔てて設けられている。

以上の中心コア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を収容するハウジング１０の内部には、エポキシ樹脂等からなるモールド樹脂２０が充填されている。モールド樹脂２０は、二次コイル１６と外周コア１８の内外周面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、モールド樹脂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、モールド樹脂２０としては、エポキシ樹脂以外に電気的絶縁作用を発揮し得る他の樹脂を用いてもよい。

ここまで説明の構成において、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの信号により、一次コイル１４に流れる電流をイグナイタ（図示せず）が遮断すると、一次および二次コイル１４，１６間の相互誘導作用により二次コイル１６が昇圧されて、たとえば３５〜４０ｋＶ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２３および導電スプリング（図示せず）等を介して、点火プラグ（図示せず）に導かれ、点火プラグの先端で火花放電を発生させることになる。

（製造方法）
以下、点火コイル１００の製造方法について、二次コイル１６を形成する二次導線１６０の終端部１６０ａと二次ターミナル２１との接合方法を中心に、説明する。

芯線１６１と当該芯線１６１を被覆する樹脂材料１６２とからなる二次導線１６０は、直径が１００μｍ以下という非常に細径の線であるため、二次ターミナル２１と接合するにあたって、二次導線１６０の終端部１６０ａの取り扱いが非常に難しい。そこで、本実施形態では、図４に示すように準備工程として、二次導線１６０の終端部１６０aよりも始端部１６０ｂ側を二次ターミナル２１に捨て巻きして捨巻部１６０ｄを形成すると共に、当該終端部１６０ａを二次ターミナル２１に絡げておく。これにより、以下に述べる露出工程の作業性が格段に向上することになる。

次に、図５に示すように露出工程においては、ガスレーザー、特に本実施形態では炭酸ガスレーザーによってレーザー光を発生するガスレーザー装置３０を用いる。そして、ガスレーザー装置３０によって発生させたレーザー光を、二次ターミナル２１に絡げられた二次導線１６０の終端部１６０ａの樹脂材料１６２に照射することで、当該樹脂材料１６２を除去して二次導線１６０の一部に芯線１６１が露出する露出部１６０ｃを形成する。ここで炭酸ガスレーザーは、樹脂材料１６２としてのポリアミドイミド系樹脂に対してとりわけ熱量の吸収率の高いレーザー光を発生させることができるため、芯線１６１の溶融等、芯線１６１の損傷を招くことなく、樹脂材料１６２を除去することが可能である。

なお、露出工程において終端部１６０ａの樹脂材料１６２を全て除去する必要はなく、芯線１６１の断面に占める樹脂材料１６２を少なくとも５０％程度除去すればよい。またこのとき、ガスレーザーの照射によって形成される露出部１６０ｃのサイズは、以下に述べる接合工程において二次導線１６２を二次ターミナル２１と接合させるサイズと合致させることが好ましい。

続いて、図６に示すように接合工程においては、フラックスまたはシールドガス雰囲気下、マイクロアーク溶接装置４０を用いて二次ターミナル２１の先端部分を溶融させ、当該溶融金属にて二次導線１６０の露出部１６０ｃを略球状に覆う。この略球状の溶融金属が凝固することで、二次導線１６０の終端部１６０ａが露出部１６０ｃにて二次ターミナル２１と接合される。

以上によれば、ガラス転移温度の高い耐熱性に優れた樹脂材料１６２であっても、その耐熱性に関係なくレーザー光照射により除去して、露出工程完了後の露出部１６０ｃに残存することを防止し得るので、当該露出部１６０ｃと二次ターミナル２１とを確実に接合することができる。したがって、二次導線１６０の終端部１６０ａと二次ターミナル２１との接合信頼性が十分に保証されるのである。

また、二次導線１６２を二次ターミナル２１と接合させるサイズに露出部１６０ｃのサイズを合致させた場合には、図４に示すように、二次ターミナル２１由来の金属で露出部１６０ｃを覆った状態で、二次導線１６０の終端部１６０ａを当該露出部１６０ｃの略全体で二次ターミナル２１と接合することができる。これによれば、芯線１６１が剥き出しの状態で存在することを二次導線１６０の全体で回避できるので、二次導線１６０の絶縁性および耐熱性が保証される。また、芯線１６１とモールド樹脂２０との接触が回避されるので、点火コイル１００の使用環境下における冷熱サイクルによって、芯線１６１とモールド樹脂２０との線熱膨張係数の差に起因した冷熱ストレスで芯線１６１が断線することを防止できる。

なお、本実施形態では、以上のようにして二次導線１６０が二次ターミナル２１と接合される二次コイル１６を、中心コア１３、一次コイル１４、一次スプール１５、二次スプール１７および外周コア１８等と共にハウジング１０内に収容して、モールド樹脂２０を充填することにより、点火コイル１００が完成する。

（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、説明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。

具体的には、樹脂材料１６２としては、上記実施形態のようにガラス転移温度が２００℃以上となるポリアミドイミド系樹脂以外であってもよい。また、それに応じて、露出工程に用いるガスレーザーは、上記実施形態のような炭酸ガスレーザー以外にも、たとえばヘリウム・ネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、エキシマレーザー等であってもよい。

さらに、上記実施形態では、二次導線１６０の終端部１６０ａの露出部１６０ｃと二次ターミナル２１とをマイクロアーク溶接によって接合したが、冶金学的な分類において当該マイクロアーク溶接等の各種種類の溶接を含む融接、あるいは半田付けおよびろう付けを含むろう接の中から、任意の接合方法を採用してもよい。ただし、圧接、たとえばヒュージング等のように接合部分を加圧する接合方法は、芯線１６１が潰れてしまい、モールド樹脂２０を充填する場合、断線の原因となるため、好ましくない。

またさらに、二次導線１６０の終端部１６０ａと二次ターミナル２１との接合に準じて、二次導線１６０の始端部１６０ｂと二次ターミナル２２とを接合するようにしてもよい。また、上記実施形態では、作業性を考慮して、二次ターミナル２１に二次導線１６０を絡げた後に、レーザー光の照射によって樹脂材料１６２を除去しているが、二次ターミナル２１に二次導線１６０を絡げる前に、レーザー光の照射によって樹脂材料１６２を除去するようにしてもよい。

そして、本発明は、上記実施形態のような点火コイル１００の二次コイル１６を形成する二次導線１６０の二次ターミナル２１との接合方法に限らず、たとえば直径が１００μｍ以下で尚且つ芯線１６１をガラス転移温度が２００℃以上の樹脂材料１６２で被覆してなる導線のターミナルとの接合にも、適用可能である。

本発明の一実施形態に係る点火コイルを示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次コイルを示す外観図である。 本発明の一実施形態に係る二次導線を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る準備工程について説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係る露出工程について説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係る接合工程について説明するための模式図である。

符号の説明

１…内燃機関
１０…ハウジング
１１…固定部
１２…金属ブッシュ
１３…中心コア
１４…一次コイル
１５…二次スプール
１６…二次コイル（コイル）
１６０…二次導線
１６０ａ…終端部（端末）
１６０ｂ…始端部（端末）
１６０ｃ…露出部
１６０ｄ…捨巻部
１６１…芯線
１６２…樹脂材料
１７…二次スプール
１８…外周コア
２０…モールド樹脂
２１…二次ターミナル（ターミナル）
２２…二次ターミナル
２３…高圧ターミナル
２５…コネクタ部
２６…外部ターミナル
３０…ガスレーザー装置
４０…マイクロアーク溶接装置
１００…点火コイル（コイル体）

Claims (4)

1. コイルを形成する導線がターミナルに接合されてなるコイル体の製造方法であって、
   導電性の芯線が絶縁性の樹脂材料で被覆されてなる前記導線の前記端末にレーザー光を照射することにより、前記樹脂材料を除去して前記導線の一部に前記芯線が露出する露出部を形成する露出工程と、
   前記露出工程後に、前記露出部とターミナルとをろう接または融接により接合する接合工程と
   を含むことを特徴とするコイル体の製造方法。
2. 前記露出工程に先立って、前記端末を前記ターミナルに絡げておくことを特徴とする請求項１に記載のコイル体の製造方法。
3. 前記露出工程において、２００℃以上のガラス転移温度を有する前記樹脂材料で前記芯線が被覆されてなる前記導線の前記端末に前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項１または２に記載のコイル体の製造方法。
4. 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が前記コイルとして前記ターミナルに接合されてなり、内燃機関に取り付けられる点火コイルを、前記コイル体として請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法により製造することを特徴とする点火コイルの製造方法。

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