JP2013229484A - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】異物の発生を防止するとともに安定した接触状態と接触荷重の確保が可能な高圧接続端子を備えた信頼性の高い点火コイルを提供する。
【解決手段】内燃機関用点火コイルの二次コイル３と接続される高圧接続端子８０は、二次コイル３と電気的に接続される接続部８３と、該接続部８３を一端側としての他端側で高圧出力端子９０と接触する先端部８２と、該先端部８２と接続部８３とをつなぐ腕部８１とを有し、先端部８２の高圧出力端子側の面は球面を形成している。これにより、高圧接続端子８０と高圧出力端子９０は常に球面部で接触するため、擦れ合いにより高圧出力端子の接触面９１が削られることはなく、異物の発生を抑制することができ、安定した接触状態と接触荷重を確保できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は内燃機関の点火プラグに火花放電を生じさせる電圧を生成する内燃機関用点火コイルに関する。

従来、内燃機関の点火プラグに接続される点火コイルにおいて、その二次コイルから点火プラグへの高電圧の印加部材として、二次コイルに巻回された二次巻線の巻終部に接続され、保持ケース下部に配置された高圧出力端子へ弾性的に接触する高圧接続端子が用いられている。そして、二次巻線の巻終部、高圧接続端子、高圧出力端子、点火プラグという順で点火プラグに高電圧が印加される経路が構成されている。

このような高圧接続端子として、例えば特許文献１には、高圧接続端子を高圧出力端子に弾性的に安定して接触させるために、高圧接続端子と高圧出力端子との接触箇所に凹凸を備えるものが開示されている。この特許文献１に示された高圧接続端子と高圧出力端子とは、凹凸があることによって接触点が増えることから、安定的に弾性接触することが可能となる。

特開２００４−２０７５８２号公報

しかしながら、上記特許文献１における凹凸を設けた構成は、高圧接続端子の先端部と高圧出力端子の接触面とが互いに擦れ合うことで高圧出力端子の接触面が削られ、異物を生じるおそれがある。即ち、高圧を印加する点火コイルにおいて異物が端子間に混入すると接触が不安定になるだけでなく、不要な端子の消耗を招き易い。更には異物が二次コイルなどコイル部へ付着することで耐圧劣化を招きやすく、信頼性を損なう可能性がある。また、高圧接続端子が組み付け過程での誤差などによって、高圧出力端子の接触面に対し斜めに組み付けられた際には、高圧接続端子の先端部が高圧出力端子の接触面に引っかかり、高圧接続端子が変形を起こし、高圧接続端子を保持している二次ボビンを損傷させたり、導通に必要な接触荷重が正常に得られないなどの不具合を生じるおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、異物の発生を防止するとともに安定した接触状態と接触荷重の確保が可能な高圧接続端子を備えた信頼性の高い点火コイルを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明となる点火コイルにおけるコイルユニット（１）の上記高圧接続端子（８０）は、二次コイル（３）と電気的に接続される接続部（８３）と、該接続部（８３）を一端側としての他端側で高圧出力端子（９０）と接触する先端部（８２）と、該先端部（８２）と前記接続部（８３）とをつなぐ腕部（８１）とを有し、前記先端部（８２）の前記高圧出力端子側の面は球面を形成していることを特徴としている。

本発明の構成によれば、高圧接続端子（８０）と高圧出力端子（９０）は常に球面部で接触するために、擦れ合いにより高圧出力端子の接触面（９１）が削られることはなく異物の発生を抑制することができる。これは、本発明における高圧接続端子の先端部（８２）が凹凸などの角部を有した突起物を備えておらず、表面が球面であることによって、高圧出力端子の接触端面（９１）の径方向に対して異常な荷重がかかり難いために、高圧接続端子（８０）と高圧出力端子（９０）の損傷が抑えられるからである。

そして、異物の発生を抑制することで、高電圧が印加される際に不必要な放電が生じないような信頼性の高い導通を行うことが可能になる。

また、本発明の構成によれば、仮に高圧出力端子の接触面（９１）に対しコイルユニット（１）が斜めに組み付けられた際においても、高圧接続端子の先端部（８２）が高圧出力端子の接触面に引っかからず、高圧接続端子（８０）が異常な変形を起こすことはなく、導通に必要な接触荷重を安定して得ることができる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の第一の実施形態の構成を示す概略断面図。 本発明の第一の実施形態における高圧接続端子の全体構成図。 本発明の第一の実施形態における高圧接続端子と高圧出力端子との接触状態を示す構成図。 本発明の第一の実施形態においてコイルユニットを保持ケースに固定する際に傾きが生じた場合の図３におけるＡ方向から見た構成図。 本発明の第二の実施形態における高圧接続端子の断面図。 （ａ）は本発明の第三実施形態における高圧接続端子の正面図、（ｂ）は同高圧接続端子の側面図。 （ａ）は本発明の第四実施形態における高圧接続端子の正面図、（ｂ）は同高圧接続端子の側面図。 （ａ）は本発明の高圧出力端子の変形例を示す断面図、（ｂ）は同変形例における高圧接続端子と高圧出力端子とが非接触状態である場合の断面図。

以下、本発明の実施形態について図面をもとに説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態における高圧接続端子８０を備えた点火コイルの構成を説明するための断面図である。点火コイルは、内燃機関の点火プラグ１００と接続されている。

点火コイルは一端側が大きく開口し、他端側が絞られて開口した樹脂製の保持ケース１０内に、中心コア２０、一次コイル２、二次コイル３、外周コア２１、高圧接続端子８０及びイグナイタ６０を一体化したコイルユニット１を内蔵し、さらに、点火プラグ１００に導通部材１０１を介して電気的に接続される高圧出力端子９０を保持している。また、コイルユニット１は絶縁性樹脂７０によって被覆されるとともに保持ケース１０内に固定されている。コイルユニット１の一次コイル２は外部の電源から電流を供給され、イグナイタ６０でこの電流が制御されることにより、二次コイル３に高電圧を発生させる。二次コイル３に発生した高電圧は、高圧接続端子８０を介して高圧出力端子９０に印加され、この高電圧は高圧出力端子９０と導通部材１０１を介して電気的に接続される点火プラグ１００に印加される。

コイルユニット１は、中心コア２０に巻回された一次巻線３０からなる一次コイル２と、ボビン４０に二次巻線３１を巻回され一次コイル２の外周側に設けられた二次コイル３と、中心コア２０、一次コイル２、二次コイル３とを収容する外周コア２１と、二次コイル３の二次巻線３１の巻終部と電気的に接続された高圧接続端子８０とを備えている。

中心コア２０は、例えば鉄、コバルト及びニッケル等を含む軟磁性材料の粉末を加圧成型することによって略円柱状に形成されている。また、一次巻線３０は銅等の導電性材料によって形成された線材に絶縁性の塗料を焼き付けてなる電線である。

ボビン４０は樹脂材料によって略円筒状に形成される。また、ボビン４０に巻回された二次巻線３１は銅等の導電性材料によって形成された線材に絶縁性の塗料を焼き付けてなる電線である。そして、二次コイル３は一次コイル２の外周側に、互いに同心となるように配置されている。なお、二次コイル３に巻回された二次巻線３１と一次コイル２に巻回された一次巻線３０とは線径に相違があり、二次巻線３１の方が一次巻線３０よりも小さい線径を有し、二次巻線３１を巻回する回数は、一次巻線３０を巻回する回数よりも多い。

外周コア２１は中心コア２０等と共に点火コイルの磁気回路を形成している。外周コア２１は、軟磁性材料の粉末を加圧成型することによって略四角筒状に形成されている。図１に示す外周コア２１は中心コア２０の軸方向に直交し、保持ケース１０の上方開口部１１と底部１２とを結ぶ軸をもった四角筒状であり、図１では四角筒状の四つの側面のうち軸方向における一対の対向部のみが示されている。一対の対向部のうち一方は中心コア２０と接触しており、他方は中心コア２０とは接触しておらず、この他方における中心コア軸方向端面２０１との対向面には磁気特性向上を目的とした永久磁石２１１が設けられている。

高圧接続端子８０は、例えばリン青銅などの弾性変形可能な導体によって板状に形成され、コイルユニット１のボビン４０に係止されるとともに二次コイル３と電気的に接続されている。リン青銅を用いることで、二次巻線３１との溶接性が向上し、接合力が高い高圧接続端子８０の作成が可能となる。
図２は、コイルユニット１に装着される前の高圧接続端子８０の構成図を示す。高圧接続端子８０は、略Ｔ字状に形成され、二次コイル３と電気的に接続される接続部８３と、該接続部８３を一端側としての他端側で高圧出力端子と接触する先端部８２と、該先端部８２と接続部８３とをつなぐ板状の腕部８１とからなり、先端部８２の高圧出力端子側の面は球面を形成している。また、先端部８２は高圧出力端子側に球冠状に突出する略半球状の球冠部８２ａを備えており、該球冠部８２ａの高圧出力端子側との反対側の面は球状の凹部を有している。ゆえに、先端部８２は凹部を有した球冠部、つまり、略碗状に形成されている。また、球冠部８２ａの最大径Ｄ１は腕部８１の幅方向の長さｄ１よりも大きく形成されている。

また、接続部８３は、ボビン４０に高圧接続端子８０を係止する固定部８３ｂと、二次巻線３１を巻回させて二次コイル３と高圧接続端子８０とを電気的に接続させる巻回部８３ａと、腕部８１に直交する方向に伸びる接続腕部８３ｃとを有してなる。高圧接続端子８０は、ボビンの突起部などを固定部８３ｂに形成された穴に挿入することで掛止するなどの係止手段を用いてボビン４０に係止されている。即ち、高圧接続端子８０は、接続部８３の接続腕部８３ｃが、図３に示すように、第一ボビン固定部４１と第二ボビン固定部４２により挟圧され、上記係止手段により係止されることによってボビン４０に固定されている。

図１の絶縁性樹脂７０は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されている。絶縁性樹脂７０は硬化する前の流動する状態にて保持ケース１０の内部に保持ケース上方開口部１１から流入せしめ、コイルユニット１等の保持ケース１０内の要素を被覆することによって隙間を埋めるとともに絶縁させる。そして、硬化した後に、上記コイルユニット１等の各要素を保持ケース内に固定せしめる。

保持ケース１０はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂によって略直方体状に形成されている。保持ケース１０にはコネクタ接続部１４、底部１２及び底部１２と対向する反対の端部には開口した上方開口部１１が設けられており、底部１２には略円筒状の下部突出部１３が形成されている。コネクタ接続部１４は外部コネクタに接続され、外部の点火制御装置や外部の電源等につながる複数の外部接続端子６１が内部に露出している。底部１２に形成された下部突出部１３には高圧接続端子８０と電気的に接続される高圧出力端子９０が係止されている。また、この下部突出部１３の外周に突起部１５が形成されており、該突起部１５によってプラグキャップなどの略円筒状の弾性部材（図示略）を外嵌し係止する。

高圧出力端子９０は絶縁性樹脂７０を保持ケース１０内に充填させた際に底部１２から下部突出部１３にかけて流入しないように下部突出部１３に配置されている。ゆえに、高圧出力端子９０は上方開口部１１に向けて保持ケース底部１３から一部を突出しており、高圧出力端子９０の上方端面９１及び側面の一部は絶縁性樹脂７０によって被覆されて、高圧出力端子９０の下方端面９２は保持ケース下部突出部１３内で露出している。

また、高圧出力端子９０は露出した下方端面９２に螺旋状に巻設された金属の線材等の導通部材１０１を用いて点火プラグ１００と電気的に接続されており、点火コイルにおいて生成された高電圧をこの点火プラグに印加する。

イグナイタ６０は、外部のエンジン制御装置等の点火制御装置と外部接続端子６１を介して接続され、点火制御装置からの点火信号に基づいて外部の電源から供給される電流の一次コイル２への通電を制御する。イグナイタ６０は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を実装した回路基板を絶縁性の樹脂材料によってモールドすることによって形成されている。

以上のような構成の点火コイルにおいて、高圧接続端子８０の作用と効果を以下に説明する。

図３に示すように、コイルユニット１は保持ケース１０の上方開口部１１より挿入される際、まず高圧接続端子８０の先端部８２が高圧出力端子９０に接触する。接触初期の状態では高圧接続端子８０は変形せず、先端部８２の球面は高圧出力端子９０の上方端面９１において軸方向中心から離れた位置で接触することになる。なお、接触初期の状態とは高圧接続端子８０の高圧出力端子側の球面が高圧出力端子９０に接触し高圧接続端子８０から高圧出力端子９０へ荷重が未だ負荷されていない状態を指す。

次に、コイルユニット１がさらに保持ケース１０内に挿入され、高圧接続端子８０と高圧出力端子９０に、高圧出力端子９０の軸方向の荷重が負荷されることによって、腕部８１と接続部８３の連結部８４が曲折し、図１に示されるように腕部８１が高圧出力端子の上方端面９１に対して略平行に変形する。その際、先端部８２が球面を形成していることから、前述した高圧出力端子９０の軸方向への挿入における荷重によって、先端部８１が上方端面９１の軸方向中心に移動する際、上方端面９１の径方向に異常な荷重がかかりにくい。ゆえに、先端部８２と上方端面９１の表面とが摩擦によって損傷しにくく、異物が発生するのを抑制することができる。

高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との間に異物が混入すると、その異物によって接触が不安定になるだけでなく、二次コイル３などのコイル部への付着による耐圧劣化や、不要な端子の消耗を招く。不安定な接触は不要な放電を惹起するおそれがある。また、不要な端子の消耗は高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との間の導通経路を遮断するおそれがあり、ともに点火コイルの正常な高電圧印加の機能を阻害し、信頼性が低下する。

本実施形態の構成をとることによって、異物の発生を抑制することが可能になり、信頼性の高い点火コイルが提供できる。

また、組み付けバラツキによって斜めに当接した場合の図３中Ａ方向から見た非断面状態の構成図である図４に示すように、コイルユニット１を保持ケース１０内に挿入した初期の状態で、組み付けバラツキによって高圧接続端子８０が高圧出力端子９０に斜めに当接する場合が考えられる。その場合、コイルユニット１をさらに保持ケース１０内に挿入すると、先端部８２が上方端面９１にひっかかり、偏った荷重によって高圧接続端子８０が異常変形し、固定されているボビン４０を損傷させたり、高圧接続端子８０から導通に必要な荷重が正常に得られないなどの不具合が生じ、高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との安定した接触状態を確保できないことが想定される。しかし、本実施形態によれば、先端部８２が球面を形成していることで、斜めに接触した場合でも先端部８２が上方端面９１にひっかからずに安定した接触状態を得ることができる。

また、球冠部８２ａの最大径Ｄ１が腕部８１の幅方向の長さｄ１よりも大きく形成されていることによって、仮にコイルユニット１が斜めに組み付けられ、高圧接続端子８０が高圧出力端子９０に対して斜めに組み付けられる場合でも腕部８１の幅方向のエッジが高圧出力端子９０に接触する前に球冠部８２ａを高圧出力端子９０に接触させることができる。そのため、ひっかかりのない安定した接触状態を確保することができることから、信頼性の高い導通状態を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、先端部８２における球冠部８２ａの高圧出力端子９０側と反対側の面は球状の凹部を有しており、先端部８２は凹部を有した球冠部、つまり、略椀状に形成されている。高圧接続端子８０は絶縁性樹脂７０によって被覆されるが、絶縁性樹脂７０によって被覆される際に略椀状の球冠部８２ａにおける凹部に絶縁性樹脂７０が流入することから、絶縁性樹脂７０が高圧接続端子８０と接触する面積が増え、先端部が位置ずれすることを防止することが可能となり、先端部８２はより安定した接触状態を確保できる。また、製造過程においても、球冠部が略椀状を形成していることで平板をプレス加工などの塑性加工方法によって押し出して略椀状を形成できる。凹部を有しない球冠部と比較し、同じ部材を用いて形成した場合に形成が容易であると共に少ない材料で形成が可能であるという利点がある。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態では、図５に示すように、高圧接続端子８０の先端部８２において、腕部８１と結合されていない終端部８２ｂに鍔部８２ｃを設けてある。高圧接続端子８０の製造過程において、椀状の先端部８２を形成するために押出成型などの塑性加工を行う際、球冠部８２ａの終端部８２ｂに鍔部８２ｃが残存することがある。鍔部８２ｃは、高圧接続端子８０が高圧出力端子９０に接触する際、高圧出力端子９０に球冠部８２ａより先に接触しない範囲において先端部８２に形成されていてもよく、このような鍔部８２ｃは本発明の効果を阻害しない。

（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、腕部８１の幅方向の長さｄ２が球冠部８２ａの最大径Ｄ２とより大きく形成されており、先端部８２は球冠部８２ａとともに球冠部８２ａの周囲に幅方向鍔部８２ｄを有している。本構成の場合は先端部８２の幅方向の長さと腕部８３の幅方向の長さｄ２が同一の長さとなっている。このような場合でも、高圧接続端子８０が球冠部８２ａを有していることから、高圧接続端子８０は高圧出力端子９０と球面において接触することができ、組み付け時等における両者の損傷を抑制することができる。

（第四の実施形態）
本発明の第四の実施形態では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、高圧接続端子８０の先端部８２は球体であり、また、腕部８１は棒状となっている。この場合でも、先端部８２における高圧出力端子９０との接触面は球面であり、高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との組み付け時等における損傷を抑制することができ、安定した接触状態が確保される。

（変形例）
なお、図８（ａ）に示すように高圧出力端子９０の上方端面９１に球面の凹部９１ａを形成してあってもよい。このような構成をとることで高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との接触面が球面になり、本発明と同様の効果を得ることができ、組み付け時等における両者の損傷をより抑制することができ、異物の発生を防止することが可能となる。また、図８（ｂ）に示すように上方端面９１の球面の凹部９１ａの径Ｒ２は先端部８２の球面の径Ｒ１以上であることが好ましい。その場合、接触初期の状態からコイルユニット１を保持ケース１０内に挿入し、先端部８２が上方端面９１の径方向に対して移動する際に、先端部８２の球面と上方端面９１の凹部９１ａとがより滑らかに接触し、高圧接続端子８０と高圧出力端子９０との信頼性の高い導通を確保することができる。

以上、本発明になる実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

例えば、第一の実施例において、先端部は略半球状の球冠部であると記載したが、先端部における高圧出力端子の接触面が少なくとも球面であればよい。つまり、先端部の接触初期部から組み付け時の接触部に渡る面においては略１／４部分のみが球面状に形成されていてもよく、また、先端部の半球以上においても球面が形成されていてもよい。

また、第一の実施例において、コイルユニット１は保持ケース１０の上方開口部１１より挿入されるものとしたが、これに限定されず、例えば保持ケース１０にコネクタ接続部１４が取り付けられる以前に、保持ケース１０の上方開放部１４及び底部１２以外の側面から挿入することも考えられる。

この場合でも、コイルユニット１が保持ケース１０内に挿入されて高圧接続端子８０の先端部８２が高圧出力端子９０に接触し、その後にコイルユニット１がさらに保持ケース１０内に挿入されることで、高圧接続端子８０は先端部８２の有する球面によって高圧出力端子９０の角部に引っ掛かることなく高圧出力端子９０の上方端面９１に接触するとともに、高圧接続端子８０の連結部８４が曲折する。

この場合でも上方端面９１の径方向に異常な荷重を与えず高圧接続端子８０が上方端面９１を移動するなど、第一の実施例に述べたものと同様の効果を奏することが可能である。

１ コイルユニット、２ 一次コイル、３ 二次コイル、１０ 保持ケース、１１ 上方開口部、１２ 底部、１３ 下部突出部、１４ コネクタ接続部、２０ 中心コア、２１ 外周コア、３０ 一次巻線、３１ 二次巻線、４０ ボビン、４１ 第一接続端子固定部、４２ 第二接続端子固定部、６０ イグナイタ、７０ 絶縁性樹脂、８０ 高圧接続端子、８１ 腕部、 ８２ 先端部、８２ａ 球冠部、８２ｂ 終端部、８２ｃ 鍔部、８２ｄ 幅方向鍔部、８３ 接続部、８３ａ 接続巻回部、 ８３ｂ 接続固定部、８４ 連結部、９０ 高圧出力端子、１００ 点火プラグ、１０１ 導通部材

Claims (4)

1. 一次コイル（２）、及び二次コイル（３）を備え、前記一次コイル（２）に流れる電流が制御されることにより高電圧を発生する二次コイル（３）、並びに、前記二次コイル（３）と電気的に接続され、弾性変形可能な高圧接続端子（８０）が、一体に組みつけられたコイルユニット（１）と、
   前記高圧接続端子（８０）と接触し、前記二次コイル（２）に発生した高電圧を内燃機関の点火プラグに印加する高圧出力端子（９０）と、
   前記コイルユニット（１）を内部に保持するとともに前記高圧出力端子（９０）の一部を外部に露出させた状態で保持する保持ケース（１０）と、
   前記保持ケース（１０）内に充填され、前記コイルユニット（１）を被覆するとともに前記保持ケース（１０）内に固定する絶縁性樹脂（７０）とを備える内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記高圧接続端子（８０）は、前記二次コイル（３）と電気的に接続される接続部（８３）と、該接続部（８３）を一端側としての他端側で前記高圧出力端子（９０）と接触する先端部（８２）と、該先端部（８２）と前記接続部（８３）とをつなぐ腕部（８１）とからなり、少なくとも前記先端部（８２）の前記高圧出力端子（９０）と接触する面は球面を形成していることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記高圧接続端子（８０）の前記先端部（８２）は、前記高圧出力端子（９０）側に球冠状に突出する球冠部（８２ａ）を有していることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
3. 請求項２に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記球冠部の前記高圧出力端子（９０）と反対側の面は球状の凹部を有し、前記球冠部（８２ａ）は所定の厚みを有する碗状に形成されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
4. 請求項２又は３に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記高圧接続端子（８０）の前記腕部（８１）は板状に形成されており、前記球冠部（８２ａ）の最大径（Ｄ１）は前記腕部の長手方向及び板厚方向に直交する幅方向の長さ（ｄ１）よりも大きく形成されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。

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