JP2013175554A - 点火コイルの製造方法及び該製造方法で作られた点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】コアの表面処理によりエポキシ樹脂との密着性を低減させることが可能な離型膜が形成されたコアを備えた点火コイルの製造方法を提供する。
【解決手段】金属を用いて棒状の中心コア１を形成し、形成した中心コア１を紫外線硬化樹脂３の液体に浸した後に、液体から引き上げて余分な紫外線硬化樹脂３をふるい落とし、中心コア１に対して紫外線５の照射を行って中心コア１に付着する紫外線硬化樹脂３を硬化させて絶縁膜６を形成し、絶縁膜６の外側に第１のスプール１１を取り付けてその上に２次コイル１２を巻回し、２次コイル１２の外側に第２のスプール２２を取り付けてその上に１次コイル２１を巻回し、これらをケース７に挿入した後に、絶縁材８をケース７に注入して点火コイル１０を製造する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は点火コイルの製造方法及び該製造方法で作られた点火コイルに関する。

ガソリンエンジンを搭載した車両では、シリンダ内に噴射されたガソリンに点火プラグで点火して着火させるために、点火コイルを使用した点火システムが用いられる。点火コイルはバッテリの低電圧を点火プラグで火花が飛ぶように高電圧に変換する働きを行う。このような点火コイルの構成は、中央に透磁率の大きい鉄板を重ね合わせた鉄芯（以後コアと記す）があり、そのまわりに１次コイルと２次コイルが巻かれたものである。

点火コイルにおいて、小型高出力技術の１つとして、中心コアへの直巻技術がある。この技術の利点は、１次コイルと２次コイルの間のギャップを確保できると共に、スプールのような介在部品が不要になるので、全体の寸法を小さくできることにある。また、コイル線が直接金属体であるコアに触れるため、冷却効率も高かった。

ところで、ガソリンエンジンの点火システムは、点火コイルで昇圧したバッテリ電圧をディストリビュータで各点火プラグに配分する構成から、ディストリビュータを廃止した電子配電システム（ＤＬＩシステム）に進化してきた。ＤＬＩシステムではディストリビュータがないので、エンジンの気筒数分の点火コイルが必要であるが、今度はこの気筒数分の点火コイルが占めるスペースの削減が求められていた。

そこで、従来は点火プラグに接続するハイテンションコードが挿入されていたエンジンのプラグホールを有効活用し、プラグホール内に納まるスティック型点火コイル（細径円柱状の点火コイル）が開発された（特許文献１参照）。スティック型点火コイルは、中心に棒状の中心コアを配置し、その外周に１次コイル及び２次コイルを巻回した樹脂製の１次スプール及び２次スプールを配置し、ハウジング内に絶縁材を充填したものである。絶縁材としては、絶縁を確保する以外にコイルの線材間に浸透してコイルの巻き崩れを防いだり、振動による破損を防ぎ、耐熱性も考慮して、熱硬化性絶縁樹脂であるエポキシ樹脂が使用されていた。

特開平１１−１１１５４７号公報

ところが、コア直巻においては、金属体を注型すると、含浸材であるエポキシ樹脂の硬化収縮によって、樹脂材で形成されるスプール表層の破壊を引き起こし、絶縁特性が低減する課題があった。この課題はスティック型点火コイルにおいても同様であり、含浸材であるエポキシ樹脂の硬化収縮によって、樹脂材で形成されるスプール表層の破壊を引き起こして絶縁特性が低減していた。

この課題に対して、コアの外周面を圧縮チューブで覆ってエポキシ樹脂との密着性を低減させて離型性を高める対策がある。しかしながら、コアの外周面を圧縮チューブで覆うと、チュープに厚みがあるので点火コイルの外径が増大する、圧縮チューブがコアの外形に追従できず、圧縮チューブとコアとの間に隙間ができてしまうという問題点があった。そして、コアの外周面を圧縮チューブで覆う場合は自動化が困難であった。

本発明は、上記問題に鑑み、点火コイルにおいて、コアの表面処理によりエポキシ樹脂との密着性を低減させることが可能な離型膜が形成されたコアを備えた点火コイルの製造方法及び該製造方法で作られた点火コイルを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、金属を用いて棒状の中心コア１を形成し、形成された中心コア１を紫外線硬化樹脂３の液体に浸し、中心コア１を液体から引き上げて余分な紫外線硬化樹脂３をふるい落とし、中心コア１に対して紫外線５の照射を行って中心コア１に付着する紫外線硬化樹脂３を硬化させて絶縁膜６を形成し、絶縁膜６の外側に第１のスプール１１を取り付けてその上に２次コイル１２を巻回し、２次コイル１２の外側に第２のスプール２２を取り付けてその上に１次コイル２１を巻回し、これらをケース７に挿入した後に、絶縁材８をケース７に注入して点火コイル１０を製造することを特徴としている。

絶縁膜６には、湿度２５°Ｃ×５５±５％、又は紫外線光度４０〜７０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線５の照射で硬化する材料が使用できる。また、絶縁膜６は、絶縁材８との接着強度が１ＭＰａ以下となるように、紫外線５の照射を所定時間行えば良い。紫外線硬化樹脂３としては紫外線硬化シリコーン樹脂を使用することができ、絶縁材８としてはエポキシ樹脂を使用することができる。

以上のようにして製造された点火コイル１０は、中心コアの外周部に設けた絶縁膜と、点火コイルの内部に充填された絶縁材との密着性を所定値以下とすることができ、絶縁材が収縮しても樹脂材で形成されるスプール表層の破壊が起こり難く、絶縁特性を維持することができる。また、コアの外周面を圧縮チューブで覆って絶縁材との密着性を低減させる対策に比べて、絶縁膜を薄くでき、点火コイルの製造の自動化も困難ではなくなった。

本発明の点火コイルの製造方法を説明する工程図であり、（ａ）は金属を用いて棒状の中心コアを形成する工程を示す図、（ｂ）は（ａ）の工程で形成された中心コアを紫外線硬化樹脂の液体に浸す工程を示す図、（ｃ）は（ｂ）の工程で紫外線硬化樹脂の液体に浸した中心コアを液体から引き上げて余分な紫外線硬化樹脂をふるい落とす工程を示す図、（ｄ）は（ｃ）の工程で余分な紫外線硬化樹脂がふるい落とされた中心コアに対して紫外線照射を行って中心コアに付着する紫外線硬化樹脂を硬化させて絶縁膜を形成する工程を示す図、（ｅ）は中心コアの絶縁膜の外側に第１のスプールを取り付ける工程を示す図、（ｆ）は中心コアの絶縁膜の外側に取り付けられた第１のスプールの上に２次コイルを巻回する工程を示す図、（ｇ）は（ｆ）の工程で巻回された２次コイルの外側に第２のスプールを取り付ける工程を示す図、（ｈ）は２次コイルの外側に取り付けられた第２のスプールの上に１次コイルを巻回する工程を示す図、（ｉ）は１次コイルが巻回された中心コアをケースに挿入した後に、絶縁材をケースに注入して点火コイルを完成させる工程を示す図である。 図１に示した工程で製造された点火コイルを備えたスティック型点火コイルがエンジンのシリンダヘッドに取り付けられた状態を示す断面図である。 図２に示したスティック型点火コイルのＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の製造方法によって製造された点火コイルの中心コアに被覆された絶縁膜と、この絶縁膜と絶縁材との接着強度を試験するためのサンプルの構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したサンプルにおいて絶縁膜の厚さ、紫外線照射時間、湿度を変化させた時の絶縁膜と絶縁材との接着強度のテスト結果を示す図である。 （ａ）は図４（ａ）に示したサンプルにおいて紫外線光度、紫外線照射時間と絶縁膜の厚さを変化させた時の、絶縁膜と絶縁材との接着強度のテスト結果を示す図、（ｂ）は図４（ａ）に示したサンプルにおいて湿度、温度、放置時間と絶縁膜の厚さを変化させた時の、絶縁膜と絶縁材との接着強度のテスト結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は本発明の点火コイルの製造方法を説明する工程図である。図１（ａ）は金属を用いて棒状の中心コア１を形成する工程を示す図である。中心コア１は一般に、薄い珪素鋼板を中心コア１の軸線方向に直交する方向に積層して作られる。この実施例の中心コア１は円柱形状であるが、角柱形状とすることもできる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の工程で形成された中心コア１を、容器２の中に満たされた紫外線硬化樹脂３の液体に浸す工程を示す図である。紫外線硬化樹脂３は、例えば紫外線硬化シリコーン樹脂することができる。また、シリコーン樹脂の種類としては、ポリシロキサンと称されるシリコーン樹脂を使用できる。ポリシロキサンは、珪素にアルコシキ基が付いた（ＲＯ）₄Ｓｉや、ジシロキサンにアルコキシ基が付いた（ＲＯ）₃Ｓｉ−Ｓｉ（ＲＯ）₃、トリシロキサン、テトラシロキサン等にアルコシキ基が付いたものの総称であり、Ｒは有機基であれば何でも良い。一例として、ジメチルシロキサン、トリメチルシロキサンがあり、実施例ではジメチルシロキサンを使用している。シリコーン樹脂を紫外線照射によって硬化させることによって、溶融時の垂れ（エッジ性の低下）を抑制できる。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）の工程で紫外線硬化樹脂３の液体に浸した中心コア１を液体から引き上げて余分な紫外線硬化樹脂３をふるい落とす工程を示す図である。紫外線硬化樹脂３の液体に浸した中心コア１を液体から引き上げて直ぐに紫外線を照射すると、中心コア１の外周に形成される絶縁膜の厚さにムラが生じるので、この工程は必要である。図１（ｃ）では、中心コア１の表面に紫外線硬化樹脂３が付着していることを示すために網点を付した。以後の図では、中心コア１の表面に紫外線硬化樹脂３或いは紫外線硬化樹脂３が硬化した絶縁膜６がある場合を網点で示す。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）の工程で余分な紫外線硬化樹脂３がふるい落とされた中心コア１に対して、紫外線照射装置４から紫外線５を照射して中心コア１に付着する紫外線硬化樹脂３を硬化させて絶縁膜６を形成する工程を示す図である。紫外線照射装置４からの紫外線５の照射時間は、中心コア１の表面に形成された絶縁膜６と、絶縁膜６の上に後の工程で設けられる絶縁材との接着強度が１ＭＰａ以下になるような時間とする。紫外線５の照射時間に応じた絶縁膜６と絶縁材との接着強度については後述する。

図１（ｄ）の工程で中心コア１の表面に絶縁膜６が形成されたら、図１（ｅ）に示すように、中心コア１の絶縁膜６の外側に第１のスプール１１を取り付ける。第１のスプール１１は２次コイルを巻き付けるための巻枠であり、合成樹脂で形成される。続いて図１（ｆ）に示すように、第１のスプール１１の上に２次コイル１２を巻き付ける。２次コイル１２は１２Ｖのバッテリ電圧を３０ｋＶ以上の高電圧に引き上げるためのものであり、第１のスプール１１の上には１５０００ターン以上巻き付ける。

図１（ｇ）は、図１（ｆ）の工程で第１のスプール１１の上に巻回された２次コイル１２の外側に第２のスプール２２を取り付ける工程を示す図である。第２のスプール２２は１次コイル２１を巻き付けるための巻枠であり、合成樹脂で形成される。続いて図１（ｈ）に示すように、第２のスプール２２の上に１次コイル２１を巻き付ける。１次コイル２１の巻き数は２次コイル１２に比べて少ないので、線径も太くて構わない。

図１（ｉ）は、中心コア１の周りに２次コイル１２と１次コイル２１が巻回された中心コア１をケース７に挿入した後に、絶縁材８をケース７に注入して充填し、点火コイル１０を完成させる工程を示す図である。絶縁材８としてはエポキシ樹脂８を使用することができる。なお、図１（ｉ）に示すケース７の形状は、あくまでも点火コイル１０の製造工程を説明するためのものであり、実際のケース７の形状を示すものではない。以上のような工程により、絶縁材８であるエポキシ樹脂８との密着性を低減させることが可能な離型膜としての絶縁膜６が形成された中心コア１を備えた点火コイル１０が製造される。

図２は、図１（ａ）〜（ｉ）に示した工程で製造された点火コイルを備えたスティック型点火コイル４０が、エンジン３０のシリンダヘッド３２に取り付けられた状態を示す断面図である。スティック型点火コイル４０は、エンジン３０のシリンダヘッド３２に取り付けられる点火プラグ３７の直上のプラグホール３３内に収納搭載される棒状の点火コイルである。エンジン３０のシリンダヘッド３２には、吸気ポート３４と排気ポート３５が接続する燃焼室３６に導入されるガソリンと空気の混合気に着火させる点火プラグ３７があり、点火プラグ３７の取付孔であるプラグホール３３の内径はφ２３が標準である。従って、スティック型点火コイル４０の外径はプラグホール３３の内径以下である。

プラグホール３３は、シリンダヘッド３２の上に取り付けられるヘッドカバー３１を貫通して外部に開口しているので、スティック型点火コイル４０はプラグホール３３に挿入されて点火プラグ３７に接続する。スティック型点火コイル４０の構造は、図２のＡ−Ａ線の断面である図３にも示すように、φ２３の丸断面に同心状に磁気回路部品が配置されている。磁気回路部品は中心側から、絶縁膜６で被覆された中心コア１、第１のスプール１１に巻回された２次コイル１２、第２のスプール２２に巻回された１次コイル２１であり、これらが樹脂製のハウジング４４の中に収納され、内部には絶縁材（エポキシ樹脂）８が充填されている。絶縁材８は真空注型によって充填される。

スティック型点火コイル４０の上部には点火タイミングを電子制御する小型のイグナイタ４１が設けられており、イグナイタ４１は同じくスティック型点火コイル４０の上部に設けられたコネクタ４２内の入力ターミナル４３に接続している。中心コア１の両端には永久磁石４５，４６があり、この永久磁石４５，４６は中心コアの励磁極とは逆極性に装着されている。１次コイル２１は絶縁被覆され、２次コイル１２のコイル線よりも太いコイル線が使用され、入力ターミナル４３に電気的に接続されている。２次コイル１２には絶縁被覆された極細のコイル線が使用され、高圧ターミナル４７に電気的に接続されている。高圧ターミナル４７はスプリング４８を介して点火プラグ３７に接続されている。外周コア４９は、薄い珪素鋼板を巻き始めと巻き終わりで絶縁のためのスリットを形成するように筒状に丸めたものである。外周コア４９の役割は中心コアとセットで磁気回路を形成することにある。

絶縁材８は、真空充填によって各部材が組み付けられたハウジング４４内の隙間に浸入し、各部材間の電気絶縁を確実なものとすると共に、各部材を固定して振動による破線やクラック等の破損を防ぐものである。前述のように、絶縁材８としては、絶縁性、固定力、耐熱性を満足するエポキシ樹脂が使用される。一方、絶縁材８としてエポキシ樹脂を使用すると、第１のスプール１１の冷熱歪が最大となるので、従来は中心コア１に離型膜として樹脂フィルムを使用して、中心コア１の周囲の部材の破損を防止していた。しかし、本発明では紫外線硬化樹脂で形成された絶縁膜６を使用しているので、エポキシ樹脂８との密着性を低減でき、中心コア１の周囲の部材の破損を防止することができる。

ここで、図１（ｄ）で説明した中心コア１に付着する紫外線硬化樹脂３を紫外線５を照射して硬化させる工程の、紫外線５の照射時間について説明する。本発明者らは、本発明の製造方法によって製造された絶縁膜６が形成された中心コア１の外周部に、図４（ａ）に示すような絶縁材８を積層したサンプルＳを作り、条件を変えて絶縁膜６と絶縁材８との接着強度を試験した。その結果を図４（ｂ）に示す。紫外線（ＵＶ）照射は７０ｍＷ／ｃｍ²の強度で時間を変えて行い、湿度は２５°Ｃ×５５％の条件で時間を変えて行い、比較のために熱硬化で絶縁膜を形成する場合も加えた。エッジ膜厚は、絶縁膜６の厚さである。

接着強度を１（ＭＰａ）とするＵＶ照射は、３０秒では不十分であり、６０秒、１２０秒の時に良好であった。また、湿度を２５°Ｃ×５５％とした場合には、接着強度を１（ＭＰａ）とするためには、１０時間では不十分であり、２０時間又は４０時間が必要であった。そして、熱硬化では膜厚不足になって良い結果が得られなかった。よって、エポキシ樹脂８との密着性が低い絶縁膜６とするためには、６０秒以上のＵＶ照射、又は２０時間以上の、２５°Ｃ×５５％の湿度条件が必要であることが分かった。

図５（ａ）は図４（ａ）に示したサンプルＳにおいて，紫外線光度、紫外線照射時間と絶縁膜の厚さを変化させた時の、絶縁膜と絶縁材との接着強度のテスト結果を示すものである。また、図５（ｂ）は図４（ａ）に示したサンプルＳにおいて、湿度、温度、放置時間と絶縁膜の厚さを変化させた時の、絶縁膜と絶縁材との接着強度のテスト結果を示すものである。

図５（ａ）に示すテスト結果から分かるように、紫外線光度（ＵＶ光度）は３０ｍＷ／ｃｍ^２では接着強度が１（ＭＰａ）を越えて不十分であり、８０ｍＷ／ｃｍ^２では発泡が生じて不適格であった。よって、適正な接着強度を得る条件は紫外線光度４０〜７０ｍＷ／ｃｍ^２であることが分かった。また、図５（ｂ）に示すテスト結果から分かるように、温度２５°Ｃの状態で湿度を変えてサンプルＳを２０時間放置した結果、接着強度が十分であるのは湿度が５０％と６０％の時であった。湿度が４０％では接着強度が不十分であり、湿度が７０％では接着強度はあるものの、接着面に結露による凹凸が見られ、接着強度も１（ＭＰａ）に近いため、剥離性に余裕度が無く、良判定は得られなかった。この結果、適正な接着強度を得るためには湿度条件は２５°Ｃ×５５±５％であることが分かった。

１ 中心コア
３ 紫外線硬化樹脂
４ 紫外線照射装置
６ 絶縁膜
８ 絶縁材
１０ 点火コイル
１１ 第１のスプール
１２ ２次コイル
２１ １次コイル
２２ 第２のスプール
３３ プラグホール
４０ スティック型点火コイル

Claims (9)

1. 金属を用いて棒状の中心コア（１）を形成し、
   形成された前記中心コア（１）を紫外線硬化樹脂（３）の液体に浸し、
   前記中心コア（１）を前記液体から引き上げて余分な紫外線硬化樹脂（３）をふるい落とし、
   前記中心コア（１）に対して紫外線（５）の照射を行って前記中心コア（１）に付着する前記紫外線硬化樹脂（３）を硬化させて絶縁膜（６）を形成し、
   前記絶縁膜（６）の外側に第１のスプール（１１）を取り付けてその上に２次コイル（１２）を巻回し、
   前記２次コイル（１２）の外側に第２のスプール（２２）を取り付けてその上に１次コイル（２１）を巻回し、
   これらをケース（７）に挿入した後に、絶縁材（８）を前記ケース（７）に注入して点火コイル（１０）を製造することを特徴とする点火コイルの製造方法。
2. 前記絶縁膜（６）には、湿度２５°Ｃ×５５±５％、又は紫外線光度４０〜７０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線（５）の照射で硬化する材料を使用したことを特徴とする請求項１に記載の点火コイルの製造方法。
3. 前記絶縁膜（６）は、前記絶縁材（８）との接着強度が１ＭＰａ以下となるように、前記紫外線（５）の照射を所定時間行ったことを特徴とする請求項２に記載の点火コイルの製造方法。
4. 前記所定時間が６０秒以上であることを特徴とする請求項３に記載の点火コイルの製造方法。
5. 前記絶縁膜（６）は、前記絶縁材（８）との接着強度が１ＭＰａ以下となるように、前記湿度を所定時間行ったことを特徴とする請求項２に記載の点火コイルの製造方法。
6. 前記所定時間が２０時間以上であることを特徴とする請求項５に記載の点火コイルの製造方法。
7. 前記紫外線硬化樹脂（３）が紫外線硬化シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の点火コイルの製造方法。
8. 前記絶縁材（８）がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の点火コイルの製造方法。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の方法で製造された点火コイル（１０）。

Images