JP2011082469A

JP2011082469A - 点火コイル

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Publication number: JP2011082469A
Application number: JP2009235825A
Authority: JP
Inventors: Tokuichi Fujiyama; 徳一藤山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-12
Also published as: JP5212329B2; DE102010039819A1; DE102010039819B4

Abstract

【課題】圧粉材料を圧縮成形して中心コアを形成する場合に、中心コアの磁気性能を向上させて、二次コイルに発生させるエネルギーを増大させることができる点火コイルを提供すること。
【解決手段】点火コイルにおいて、一次コイル２１及び二次コイルの内周側に配置した軟磁性の中心コア４は、圧粉材料４０を圧縮成形してなる。中心コア４は、一次コイル２１による磁束が通過する軸方向Ｃにおいて、二次コイルの高電圧側に位置する高電圧側端面４１と、二次コイルの低電圧側に位置する低電圧側端面４２とにおける軸中心位置に、凹部４３Ａ、４３Ｂを形成してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン等の内燃機関において、燃焼室内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。

内燃機関に用いる点火コイルは、内外周に重ねて配置した一次コイル及び二次コイルの内周側に軟磁性の中心コアを配置してなり、一次コイルへの通電を遮断したときの中心コアを通過する磁束の変化によって、二次コイルに高電圧を発生させ、点火プラグからスパークを発生させている。中心コアは、電磁鋼板を積層して形成する場合と、圧粉材料を圧縮成形して形成する場合とがある。
例えば、特許文献１の点火コイルにおいては、電磁鋼板を積層して中心コアを形成している。そして、中心コアの端部を覆うキャップとコイルを巻回したスプールとが接触しないように、中心コアに調芯凹部を設け、この調芯凹部にイグナイタ搭載部に設けた調芯凸部を係合させることが開示されている。

特開２００４−１２８１９１号公報

しかしながら、特許文献１においては、電磁鋼板を積層してなる中心コアの調芯を目的として調芯凹部を設けているに過ぎない。従って、圧粉材料を圧縮成形して中心コアを形成する場合に、中心コアの磁気性能を向上させて、点火コイルの二次コイルに発生させるエネルギーを増大させるためには更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、圧粉材料を圧縮成形して中心コアを形成する場合に、中心コアの磁気性能を向上させて、点火コイルの二次コイルに発生させるエネルギーを増大させ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、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をケース内に配置し、該ケース内の隙間に絶縁固定用樹脂を充填してなる点火コイルにおいて、
上記中心コアは、圧粉材料を圧縮成形してなり、かつ、上記一次コイルによる磁束が通過する軸方向において、上記二次コイルの高電圧側に位置する高電圧側端面と、上記二次コイルの低電圧側に位置する低電圧側端面との少なくとも一方における軸中心位置に、凹部を形成してな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は、圧粉材料を圧縮成形してなる中心コア（以下に、圧粉中心コアという。）を用いて構成されている。
本発明の圧粉中心コアは、軸方向における高電圧側端面と低電圧側端面との少なくとも一方における軸中心位置に、凹部を形成してなる。これにより、本発明の圧粉中心コアは、凹部を形成していない従来の圧粉中心コアに比べて、軸方向における真ん中付近の成形密度を高くすることができ、圧粉中心コア全体の成形密度も高くすることができる。

ところで、従来の圧粉中心コアにおいては、一対の圧縮型を用いて軸方向の両側から圧粉材料を圧縮成形した際に、軸方向の真ん中付近の成形密度が残りの端部付近の成形密度に比べて低くなると考えられる。
これに対し、本発明の圧粉中心コアは、特に、凸部を設けた圧縮型を用いて圧粉材料を圧縮成形することにより、圧縮型の凸部によって圧粉材料をより多く軸方向における真ん中付近へ集めることができる。そして、圧縮型の凸部によって圧粉中心コアの端面に凹部が形成され、圧粉中心コアにおける軸方向の真ん中付近の成形密度の低下を抑制することができる。そのため、圧粉中心コア全体の成形密度を高くすることができ、圧粉中心コアの成形密度が高いことにより、圧粉中心コアの磁気性能を向上させることができる。

それ故、本発明の点火コイルによれば、圧粉材料を圧縮成形して中心コアを形成する場合に、中心コアの磁気性能を向上させて、点火コイルの二次コイルに発生させるエネルギーを増大させることができる。

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、一次コイルを直接巻回した中心コアを示す断面説明図。実施例における、点火コイルをエンジンに取り付けた状態を示す断面説明図。実施例における、横軸に圧粉中心コアの長さをとり、縦軸に成形密度をとって、両者の関係を示すグラフ。実施例における、横軸に成形密度をとり、縦軸に二次エネルギーをとって、両者の関係を示すグラフ。実施例における、一対の圧縮型によって中心コアを圧縮成形する状態を示す断面説明図。

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、上記軸中心位置とは、上記中心コアの軸方向に直交する横断面における中心位置のことをいう。特に、中心コアが断面円形状を有する場合には、軸中心位置とは円中心位置のことをいう。
上記圧粉材料は、樹脂等の絶縁被膜を備える鉄系粉末から構成することができ、鉄系粉末としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金粉末等を用いることができる。また、圧粉材料は、鉄系粉末に対してバインダーを含有させたものとすることができる。

また、上記軸方向に直交する横断面において、上記中心コアの一般部の断面積Ｓに対する上記凹部の断面積Ｘの割合Ｘ／Ｓ×１００（％）は、２〜１０％であることが好ましい（請求項２）。
断面積の割合Ｘ／Ｓ×１００（％）が２％未満の場合には、上記凹部の形成による中心コアの軸方向における真ん中付近の成形密度の向上が図れないおそれがある。また、断面積の割合Ｘ／Ｓ×１００（％）が１０％超過である場合には、凹部の形成によって中心コアの横断面における断面積が減少し、磁束が通過する面積が減少して、逆に中心コアの磁気性能が低下してしまうおそれがある。

また、上記中心コアの軸方向長さＬに対する上記凹部の軸方向深さＤの割合Ｄ／Ｌ×１００（％）は、３〜１５％であることが好ましい（請求項３）。
軸方向深さの割合Ｄ／Ｌ×１００（％）が３％未満である場合には、上記凹部の形成による中心コアの軸方向における真ん中付近の成形密度の向上が図れないおそれがある。また、軸方向深さの割合Ｄ／Ｌ×１００（％）が１５％超過である場合には、中心コアにおける空洞部分が増加して、逆に中心コアの磁気性能が低下してしまうおそれがある。

また、上記凹部は、上記高電圧側端面及び上記低電圧側端面のいずれにも形成してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、軸方向両側の凹部を使用して、点火コイルの組付を行う際の中心コアの調芯（中心位置出し）を行うことができる。

また、上記一次コイルは、上記中心コアに直接巻回してあり、上記高電圧側端面に形成した上記凹部は、上記中心コアの高電圧側端部において上記一次コイルが巻回されていない部位の内周側位置に形成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、一次コイルが巻回されていない中心コアの部位に凹部を形成することになり、凹部の形成により、中心コアの磁気性能が低下してしまうことを防止することができる。

以下に、本発明の点火コイルにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の点火コイル１は、図１に示すごとく、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４とをケース３内に配置し、ケース３内の隙間に絶縁固定用樹脂１５を充填してなる。
図２に示すごとく、中心コア４は、圧粉材料４０を圧縮成形してなり、かつ、一次コイル２１による磁束が通過する軸方向Ｃにおいて、二次コイル２２の高電圧側に位置する高電圧側端面４１と、二次コイル２２の低電圧側に位置する低電圧側端面４２とにおける軸中心位置に、凹部４３Ａ、４３Ｂを形成してなる。

以下に、本例の点火コイル１につき、図１〜図６を参照して詳説する。
図３に示すごとく、本例の点火コイル１は、内燃機関としてのエンジンに用いるものであり、エンジン（シリンダヘッド８１及びシリンダヘッドカバー８２）のプラグホール８３の外部に横置き状態（プラグホール８３の軸方向に対して一次コイル２１及び二次コイル２２の軸方向を直交させた状態）で配置して用いるものである。本例の点火コイル１は、エンジンのプラグホール８３内に配置したスパークプラグ７に装着すると共に、一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア４等を配置したコイル本体部１１をプラグホール８３の外部に横置き状態で配置して使用される。

図１に示すごとく、中心コア４、一次コイル２１及び二次コイル２２の外側には、中心コア４の軸方向Ｃの両側の端面（高電圧側端面４１及び低電圧側端面４２）に内側面を対向させる状態で、枠形状を有する軟磁性の外周コア４５が配置してある。外周コア４５は、上下に開口を位置させるようケース３内に配置してある。また、中心コア４の低電圧側端面４２と外周コア４５の内側面との間には、中心コア４及び外周コア４５によって形成する磁気回路の特性を改善するための永久磁石４７と、コアギャップ（間隙）４８とが設けてある。
また、点火コイル１は、電子部品を樹脂によってモールド成形してなるイグナイタ１２を内蔵しており、イグナイタ１２は、一次コイル２１への通電及び通電の遮断を行うスイッチング制御回路を備えている。

点火コイル１は、熱可塑性樹脂からなるケース３内に、一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア４、外周コア４５及びイグナイタ１２を配置し、ケース３内に熱硬化性樹脂からなる絶縁固定用樹脂１５を充填して、各構成部品を絶縁状態で固定してなる。点火コイル１を組み付ける際には、中心コア４における高電圧側端面４１及び低電圧側端面４２に凹部４３Ａ、４３Ｂが形成されていることにより、この一対の凹部４３Ａ、４３Ｂを利用して、点火コイル１の組付を行う際の中心コア４の調芯（中心位置出し）を行うことができる。

図１、図３に示すごとく、ケース３には、二次コイル２２の高電圧側巻線端部に導通させた高電圧端子２３を配置するためのタワー部３１と、イグナイタ１２における導電端子をＥＣＵ（電子制御ユニット）等の外部機器と接続するためのコネクタ部３２と、点火コイル１をエンジンに取り付けるための取付部３３とが突出形成されている。
タワー部３１には、ゴム製のプラグキャップ６１が装着され、プラグキャップ６１には、スパークプラグ７の碍子部７１が装着されている。プラグキャップ６１の内周側においては、高電圧端子２３に対してコイルスプリング６２を介してスパークプラグ７の端子部７２が接続されている。

図２に示すごとく、本例の一次コイル２１は、絶縁被膜を有するマグネットワイヤを中心コア４の外周に直接巻回して形成してある。また、二次コイル２２は、一次コイル２１の外周側において、樹脂製のスプール２２１に対して、一次コイル２１を形成するマグネットワイヤよりも細いマグネットワイヤを一次コイル２１よりも多い巻回数で巻回して形成してある。

高電圧側端面４１に形成した凹部４３Ａは、中心コア４の高電圧側端部において一次コイル２１が巻回されていない無巻回部位４４の内周側位置に形成してある。この無巻回部位４４における高電圧側端面４１は、一次コイル２１の軸方向端面２１１よりも所定長さ突出している。そして、高電圧側端面４１に形成した凹部４３Ａの軸方向深さＤ１は、無巻回部位４４が突出する所定長さＬ１よりも浅く（短く）なっている。これにより、一次コイル２１が巻回されていない中心コア４の無巻回部位４４に凹部４３Ａを形成することになり、凹部４３Ａの形成により、中心コア４の磁気性能が低下してしまうことを防止することができる。

また、中心コア４における低電圧側端部には、永久磁石４７を対向配置する面積を確保した鍔部４２０が形成されている。本例の低電圧側端面４２は、鍔部４２０の端面として形成されている。
なお、低電圧側端面４２に形成した凹部４３Ｂは、中心コア４の低電圧側端部において一次コイル２１が巻回されている部位の内周側位置まで形成されている。ただし、低電圧側端面４２には、コアギャップ（間隙）４８が隣接して存在することにより、低電圧側端面４２の近傍における透磁率はもともと小さく、凹部４３Ｂが存在しても磁気性能に大きな影響はない。

また、図２に示すごとく、軸方向Ｃに直交する横断面において、中心コア４の一般部の断面積Ｓに対する高電圧側端面４１における凹部４３Ａの断面積Ｘ１の割合Ｘ１／Ｓ×１００（％）は、２〜１０％になっており、中心コア４の一般部の断面積Ｓに対する低電圧側端面４２における凹部４３Ｂの断面積Ｘ２の割合Ｘ２／Ｓ×１００（％）も、２〜１０％になっている。また、中心コア４の軸方向長さＬに対する高電圧側端面４１における凹部４３Ａの軸方向深さＤ１の割合Ｄ１／Ｌ×１００（％）は、３〜１５％になっており、中心コア４の軸方向長さＬに対する低電圧側端面４２における凹部４３Ｂの軸方向深さＤ２の割合Ｄ２／Ｌ×１００（％）も、３〜１５％になっている。
上記Ｘ１、Ｘ２、Ｄ１、Ｄ２が各条件を満たすことにより、中心コア４の軸方向Ｃにおける真ん中付近の成形密度を高くすることができ、中心コア４の全体の成形密度も高くすることができる。

本例の点火コイル１において、ＥＣＵからの指令によりイグナイタ１２のスイッチング制御回路の動作により一次コイル２１へ通電を行ったときには、中心コア４及び外周コア４５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、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に装着されたスパークプラグ７における一対の電極７３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は、圧粉材料４０を圧縮成形してなる中心コア４（以下に、圧粉中心コア４という。）を用いて構成されている。図４には、横軸に圧粉中心コアの長さ（ｍｍ）をとり、縦軸に成形密度（ｇ／ｃｍ³）をとって、両者の関係を示す。
同図に示すごとく、従来の圧粉中心コアにおいては、一対の圧縮型を用いて軸方向の両側から圧粉材料４０を圧縮成形した際に、軸方向Ｃの真ん中付近の成形密度が残りの端部付近の成形密度に比べて低くなることがわかった。同図において、従来の圧粉中心コアの成形密度を実線で示す。
これに対し、本例の圧粉中心コア４は、軸方向Ｃにおける高電圧側端面４１及び低電圧側端面４２における軸中心位置に、それぞれ凹部４３Ａ、４３Ｂを形成してなる。これにより、本例の圧粉中心コア４は、凹部４３Ａ、４３Ｂを形成していない従来の圧粉中心コアに比べて、軸方向Ｃにおける真ん中付近の成形密度が高くすることができ、圧粉中心コア４の全体の成形密度も高くすることができる。同図において、本例の圧粉中心コア４の成形密度を破線で示す。

同図からわかるように、従来の圧粉中心コアにおいては、その全長Ｌに対して軸方向Ｃにおける約５０％程度の真ん中付近Ｅの成形密度が他の部位よりも低下する。これに対し、本例の圧粉中心コア４においては、真ん中付近Ｅの成形密度を他の部位の成形密度に近づけることができる。
なお、本例においては、中心コア４の真ん中付近Ｅとは、軸方向Ｃの両端から約１５％の範囲を除く部分のことをいう。

また、図５には、横軸に成形密度（ｇ／ｃｍ³）をとり、縦軸に二次エネルギー（二次コイル２２に発生するエネルギー）（ｍＪ）をとって、両者の関係を示す。同図に示すごとく、凹部４３Ａ、４３Ｂを形成していない従来の圧粉中心コアａに対し、凹部４３Ａ、４３Ｂを形成した本例の圧粉中心コアｂによれば、その成形密度が増加し、二次エネルギーも増加させることができる。

また、本例の圧粉中心コア４における一対の凹部４３Ａ、４３Ｂは、凸部５１を有する圧縮型５を用いて圧粉材料４０の圧縮成形を行う際に形成されたものである。
図６に示すごとく、圧粉中心コア４の圧縮成形に当たっては、圧粉材料４０を、凸部５１を有する一対の圧縮型５の間に配置し、一対の圧縮型５を相対的に移動させて圧縮成形する。このとき、圧縮型５における凸部５１の先端面５１１同士の間の距離は、凸部５１が形成されていない周辺の端面５１２同士の間の距離よりも短く、圧縮型５の凸部５１に対応する中心部位４０１に位置する圧粉材料４０は、残りの部位４０２よりも圧縮され易い状態にある。

すなわち、圧縮型５の凸部５１に対応する中心部位４０１における圧粉材料４０の圧縮前の長さをＡ１、圧縮型５の凸部５１に対応する中心部位４０１における圧粉材料４０の圧縮後の長さをＡ２、圧縮型５の凸部５１の周辺の端面５１２に対応する残りの部位４０２における圧粉材料４０の圧縮前の長さをＢ１、圧縮型５の凸部５１の周辺の端面５１２に対応する残りの部位４０２における圧粉材料４０の圧縮後の長さをＢ２としたとき、中心部位４０１の圧縮割合（Ａ１−Ａ２）／Ａ１を、残りの部位４０２の圧縮割合（Ｂ１−Ｂ２）／Ｂ１よりも大きくすることができる。
これにより、凸部５１を設けた圧縮型５を用いて圧粉材料４０を圧縮成形する際には、凸部５１によって圧粉材料４０をより多く軸方向Ｃにおける真ん中付近へ集めることができる。そして、圧縮型５の凸部５１によって圧粉中心コア４の端面に凹部４３Ａ、４３Ｂが形成され、圧粉中心コア４における軸方向Ｃの真ん中付近の成形密度の低下を抑制することができる。そのため、圧粉中心コア４の全体の成形密度を高くすることができ、圧粉中心コア４の成形密度が高いことにより、圧粉中心コア４の磁気性能を向上させることができる。

また、本例の圧粉中心コア４においては、圧縮型５の凸部５１に対応する容積の圧粉材料４０の使用量（材料費）を低減させることができる。また、圧粉材料４０を圧縮成形して凹部４３Ａ、４３Ｂを形成していることにより、電磁鋼板を積層した積層コアに比べて凹部４３Ａ、４３Ｂの形成が容易である。
それ故、本例の点火コイル１によれば、圧粉材料４０を圧縮成形して圧粉中心コア４を形成する場合に、圧粉中心コア４の磁気性能を向上させて、点火コイル１の二次コイル２２に発生させるエネルギーを増大させることができる。

１点火コイル
１５絶縁固定用樹脂
２１一次コイル
２２二次コイル
３ケース
４中心コア
４１高電圧側端面
４２低電圧側端面
４３Ａ、４３Ｂ凹部
５圧縮型
５１凸部
Ｃ軸方向

Claims

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をケース内に配置し、該ケース内の隙間に絶縁固定用樹脂を充填してなる点火コイルにおいて、
上記中心コアは、圧粉材料を圧縮成形してなり、かつ、上記一次コイルによる磁束が通過する軸方向において、上記二次コイルの高電圧側に位置する高電圧側端面と、上記二次コイルの低電圧側に位置する低電圧側端面との少なくとも一方における軸中心位置に、凹部を形成してなることを特徴とする点火コイル。
請求項１において、上記軸方向に直交する横断面において、上記中心コアの一般部の断面積Ｓに対する上記凹部の断面積Ｘの割合Ｘ／Ｓ×１００（％）は、２〜１０％であることを特徴とする点火コイル。
請求項１又は２において、上記中心コアの軸方向長さＬに対する上記凹部の軸方向深さＤの割合Ｄ／Ｌ×１００（％）は、３〜１５％であることを特徴とする点火コイル。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記凹部は、上記高電圧側端面及び上記低電圧側端面のいずれにも形成してあることを特徴とする点火コイル。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記一次コイルは、上記中心コアに直接巻回してあり、
上記高電圧側端面に形成した上記凹部は、上記中心コアの高電圧側端部において上記一次コイルが巻回されていない部位の内周側位置に形成してあることを特徴とする点火コイル。