JP2015201603A - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】高いコイル放熱性を確保し、且つコイル埋設用の充填樹脂８にクラックが生じない信頼性の高い内燃機関用点火コイルを提供する。
【解決手段】点火装置の作動によって１次コイル１および２次コイル２が発熱すると、その熱がホルダ４の外周に装着した外周コア５を介して幅広のヒートシンク６に伝わり、ケース７の表面から放熱される。外周コア５とケース７との間に外周コア５の厚さより幅広のヒートシンク６を設けたことで、１次コイル１および２次コイル２の放熱性を高めることができ、点火コイルの発熱増加に対応できる。また、外周コア５とヒートシンク６をホルダ４の周囲に配置した状態でケース７内に収容されている。このため、外周コア５とヒートシンク６が熱伸縮しても、その影響が充填樹脂８に及ぶのをホルダ４によって阻止することができ、充填樹脂８のクラックを防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）に用いられる点火コイルに関し、特に点火コイルの放熱技術に関する。

近年、低燃費化が図られる希薄燃焼等のエンジンの着火性を高める目的で、点火プラグで多重点火を行う点火装置や、火花放電を継続させる点火装置等が種々開発されている。これらの技術は、点火コイルの負荷を大きくするものであり、その結果、近年では点火コイルの発熱量が増える傾向にある。
点火コイルの発熱量が増えると、点火コイルの放熱性を高める必要がある。そこで、点火コイルに放熱用のヒートシンクを設けることが考えられる。

点火コイルに放熱用のヒートシンクを設ける技術として、特許文献１に開示される技術が知られている。
しかし、特許文献１に開示されるヒートシンクは、点火コイル内に組み付けられるイグナイタ（１次コイルの通電と通電停止を切り替える回路部）の放熱用であり、「１次コイルと２次コイルが巻回されたコイル巻線体」の放熱性を高めない。

そこで、特許文献１の技術とは異なり、コイル巻線体の放熱性を高める目的で点火コイルにヒートシンクを設けることが考えられる。
しかし、点火コイルの発熱に伴って外周コアとヒートシンクが熱伸縮すると、点火コイルのケース内に充填された充填樹脂に熱応力が作用して、充填樹脂にクラックが生じる懸念がある。
充填樹脂にクラックが生じると、そのクラックがコイル巻線体に達する懸念がある。クラックがコイル巻線体に達すると、２次コイルに発生した高電圧が内部でリークし点火プラグに高電圧を供給できなくなってしまう。

特開平１０−３３１７５３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火コイルの放熱性を高めるとともに、充填樹脂にクラックが生じない信頼性の高い内燃機関用点火コイルの提供にある。

本発明の内燃機関用点火コイルは、外周コアとケースの間に幅広のヒートシンクを設けることにより、ケースの表面から外部への放熱量を大きくすることができる。これにより、コイル巻線体の放熱性を高めることができ、点火コイルの負荷が増加した場合であっても対応することができる。

また、ホルダの外側に外周コアとヒートシンクを配置しているため、外周コアとヒートシンクが熱伸縮しても、その熱伸縮力の影響が充填樹脂に及ぶのをホルダによって防ぐことができる。これにより、点火コイルの発熱に伴って外周コアとヒートシンクが熱伸縮しても、充填樹脂のクラックを防ぐことができ、点火コイルの信頼性を高めることができる。さらには、外周コアとヒートシンクを別体として構成することにより、ヒートシンクの形状の自由度を高めるとともに、熱伝導率も外周コアよりも高く設定することができ、最適な放熱面積を持つヒートシンクを備えることができる。

内燃機関用点火コイルの要部断面図である（実施例１）。 内燃機関用点火コイルの分解図である（実施例１）。 内燃機関用点火コイルの要部断面図である（実施例２）。 内燃機関用点火コイルの分解図である（実施例２）。 内燃機関用点火コイルの要部断面図である（実施例３）。 内燃機関用点火コイルの分解図である（実施例３）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１、図２を参照して実施例１を説明する。
この実施例１における点火コイルは、希薄燃焼等によって低燃費化が図られたエンジンに用いられる。具体的には、（ｉ）点火プラグにおいて多重点火を行って「着火性の向上が図られる点火装置」や、（ｉｉ）主点火で生じた火花放電を任意の期間に亘って継続させて「着火性の向上が図れる点火装置」などに用いられるものであり、点火コイルの発熱量が大きいものである。

この実施例１に示す点火コイルは、各気筒の点火プラグごとに対応して用いるＤＩ（ダイレクト・イグニッションの略）タイプに用いられるものであり、エンジンの各プラグホール毎に独立して装着される。

この実施例の点火コイルは、
（ａ）１次コイル１と２次コイル２が中心コアの周囲に巻回された状態で配置されるコイル巻線体３と、
（ｂ）このコイル巻線体３の周囲に配置されるホルダ４と、
（ｃ）このホルダ４の外面に配置される積層された外周コア５と、
（ｄ）この外周コア５の外面に配置され、外周コア５の積層方向の厚さ寸法より幅広に設けられた放熱用のヒートシンク６と、
（ｅ）コイル巻線体３、ホルダ４、外周コア５、ヒートシンク６を含むコイル収容物を収容するケース７と、
（ｆ）コイル収容物が組み付けられたケース７の内部空間αを埋める充填樹脂８と、
を備えて構成される。
なお、以下では、説明の便宜上、「図１の上下方向」を「高さ方向」または「上下方向」として説明する（もちろん、限定するものではない）。

１次コイル１は、中心コアの周囲に１次電線を巻回したものである。あるいは、中心コアの外周に装着される樹脂製の１次スプールの周囲に１次電線を巻回したものである。
２次コイル２は、１次コイル１の外周に装着される樹脂製の２次スプール２ａの周囲に２次電線を巻回したものである。なお、１次電線と２次電線は、表面に絶縁被覆が施されたマグネットワイヤであり、２次電線は１次電線より細く、１次コイル１の巻数より２次コイル２の巻数が多いものである。

中心コアは、１次コイル１および２次コイル２の中心に配置される例えば四角柱形状を呈する鉄心であり、多数の電磁鋼板を積層して形成される。

ホルダ４は、コイル巻線体３の周囲に配置される枠体であり、樹脂材料（例えば、熱可塑性樹脂：ＰＰ、ＰＢＴ等）によって設けられる。
ここで、この実施例の点火コイルは、図２に示すように、ケース７の側面に外部接続用のコネクタ９が設けられる。このため、ホルダ４は、コネクタ９が設けられる面を除いてコイル巻線体３を囲むようにコ字形に設けられる。
さらに具体的に説明すると、コイル巻線体３は、高さ方向から見た場合に略矩形形状を呈するものであり、高さ方向から見たコイル巻線体３の周囲４面のうち、コネクタ９が設けられる面を除く３面を囲むように、ホルダ４がコ字形に設けられる。

ホルダ４の外周面には、外周コア５を組付ける内溝４ａと、ヒートシンク６を組付ける外溝４ｂとが設けられている。内溝４ａは、外溝４ｂの底面に形成されている。
内溝４ａの深さ寸法は、外周コア５の厚み寸法と略一致して設けられる。また、内溝４ａの高さ寸法は、外周コア５の高さ寸法（板幅寸法）と略一致して設けられる。
外溝４ｂの深さ寸法は、ヒートシンク６の厚み寸法と略一致して設けられる。また、外溝４ｂの高さ寸法は、ヒートシンク６の高さ寸法（板幅寸法）と略一致して設けられる。
このため、ホルダ４に外周コア５とヒートシンク６を組付けた状態では、ホルダ４と外周コア５が略密着し、外周コア５とヒートシンク６が略密着する。これにより、ホルダ４の内側の熱が、ホルダ４→外周コア５→ヒートシンク６の順で容易に伝わる。

ここで、内溝４ａの底面とホルダ４の内面との厚み（内溝４ａの底部分の厚み）は、ホルダ４の強度を保つ範囲で薄く設けられている。即ち、コイル巻線体３の熱（即ち、１次コイル１や２次コイル２の熱）が外周コア５を介してヒートシンク６に伝わり易く設けられている。

外周コア５は、ホルダ４に組み付けられた状態でコイル巻線体３の周囲に組み付けられる略ロ字形の鉄心であり、中心コアと同様、多数の電磁鋼板を積層して形成される。
具体的な一例として、この実施例の外周コア５は、Ｌ字形に２分割されており、Ｌ字形に２分割された外周コア５をホルダ４の外面（内溝４ａ）に組み付けることでコイル巻線体３の周囲を囲むロ字形に設けられる。

ヒートシンク６は、外周コア５と別体に設けられている。
ヒートシンク６は、外周コア５と同様、ホルダ４に組み付けられるものであり、ホルダ４に組み付けられた状態でケース７内に組み入れられる。
ヒートシンク６は、熱伝導に優れた金属材料によって設けられるものであり、この実施例では強磁性材料である軟鉄によって設けられる。
ヒートシンク６は、放熱性を高める目的で、ヒートシンク６より幅広に設けられるものであり、ヒートシンク６の高さ寸法（帯幅寸法）が、外周コア５の高さ寸法（帯幅寸法：積層方向の寸法）より大きく設けられる。
ヒートシンク６の板厚は、熱の移動が容易な厚みであり、且つ磁束が容易に形成可能な厚みに設けられる。
ヒートシンク６は、外周コア５の周囲を囲む形状に設けられる。具体的に、ヒートシンク６は、ホルダ４と同様、コ字形を呈するものであり、例えばプレス加工によってコ字形に形成されている。

ケース７は、内部に略直方体形状の内部空間αを有する有底カップ形状を呈する点火コイルのハウジングであり、樹脂材料（例えば、熱可塑性樹脂：ＰＰ、ＰＢＴ等）によって設けられている。
ケース７の上方は、内部空間αの開口部であり、この開口部からコイル収容物（コイル巻線体３、ホルダ４、外周コア５、ヒートシンク６等）が内部空間αに組み入れられる。

ここで、少なくともヒートシンク６の外面と対向する部位のケース７の厚みは、ケース７に求められる強度を保つ範囲で薄く設けられている。即ち、ヒートシンク６の熱がケース７の周囲の空間に伝わり易く設けられている。

ケース７の底部には、下方へ伸びる筒部７ａが設けられており、この筒部７ａは外周に絶縁ゴム（図示せず）が取り付けられた状態でプラグホールに挿入される。なお、筒部７ａの内部には、２次コイル２の一端と電気的に接続される出力端子が設けられており、この出力端子が点火プラグの端子金具と電気的に接続される。
また、ケース７の外面には、上下方向へ伸びるボルト挿通穴７ｂが形成されており、このボルト挿通穴７ｂに挿入したネジ類（ボルト等）をエンジンのヘッドカバーに締結することで、点火プラグと接続された状態の点火コイルがエンジンに固定される。

充填樹脂８は、ケース７の内部空間αにコイル収容物（コイル巻線体３、ホルダ４、外周コア５、ヒートシンク６等）を組み入れた後に、ケース７の内部空間αを埋めるポッティング剤であり、この実施例では熱硬化型のエポキシ樹脂を用いている。
このように、ケース７の内部空間αにコイル収容物を組み入れた後に、内部空間αを充填樹脂８によって埋めることで、ケース７内に収容したコイル巻線体３を絶縁封止することができる。

なお、この実施例は、コイル収容物にコンデンサ１０、ダイオード１１、イグナイタ１２を含むものであり、これらコンデンサ１０、ダイオード１１、イグナイタ１２はコイル巻線体３に組み付けられた状態でケース７の内部空間αに組み入れられた後に、充填樹脂８によってケース７内に封止される。

（実施例１の効果１）
点火装置の作動によってコイル巻線体３（１次コイル１や２次コイル２）が発熱すると、コイル巻線体３の熱が中心コアおよび外周コア５を介して幅広のヒートシンク６に伝わり、ケース７の表面から点火コイルの周囲の空間へ放熱される。
ヒートシンク６は、図１に示すように、外周コア５より幅広に設けられるため（即ち、高さ寸法が外周コア５より大きく設けられるため）、ケース７の表面から外部への放熱量を大きくすることができ、１次コイル１および２次コイル２の放熱性を高めることができる。このため、点火コイルの負荷が増加し、点火コイルの発熱量が従来より増加しても、この実施例の点火コイルを用いることで発熱量の増加に対応することができる。

（実施例１の効果２）
この実施例１の点火コイルは、外周コア５とヒートシンク６がホルダ４の外周に配置される。これにより、点火コイルの発熱に伴って外周コア５とヒートシンク６が熱伸縮しても、その熱伸縮力の影響が充填樹脂８に及ぶのをホルダ４によって防ぐことができる。また、ホルダ４とヒートシンク６の体積分、充填樹脂８の量を減らすことができるため、充填樹脂８が生じる樹脂応力を下げることができる。このため、充填樹脂８にクラックが生じる不具合を回避することができ、点火コイルの信頼性を高めることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例１の点火コイルは、外周コア５の周囲を囲むヒートシンク６を磁性材料（電磁鋼板、純鉄等）によって設けている。これにより、ヒートシンク６を外周コア５の一部として利用することができ、点火コイルの磁束量を増加させて、点火コイルの性能を高めることができる。

（実施例１の効果４）
この実施例１の点火コイルは、ホルダ４と同様のコ字形に設けている。これにより、ヒートシンク６を容易にホルダ４に組付けることができ、点火コイルの製造の効率化を図って点火コイルの製造コストを抑えることができる。

（実施例１の効果５）
この実施例１の点火コイルは、ヒートシンク６がケース７の内部に収容されており、ヒートシンク６が直接空気に触れない構造を採用する。このため、ヒートシンク６が錆びる不具合を回避できる。
また、ケース７内でヒートシンク６が予期せぬ何らかの要因によって錆びた場合であっても、ヒートシンク６の錆びの影響をケース７およびホルダ４によって充填樹脂８にクラックが生じる不具合を回避できる。

（実施例１の効果６）
ヒートシンク６は、外周コア５と別体に設けられているため、ヒートシンク６の形状や材質の自由度を高めることができる。これにより、ヒートシンク６の熱伝導率を高めたり、放熱性を高めるためにヒートシンク６を最適形状に設けることが可能になる。

［実施例２］
図３、図４を参照して実施例２を説明するが、実施例１と重複する部分は割愛する。
この実施例２は、外周コア５の両端材を積層方向に折り曲げて、外周コア５の積層厚さより幅広に設けられた放熱用のヒートシンク６を形成し、ホルダ４の外側に外周コア５とヒートシンク６を配置し、ケース７の内部空間αに組み入れられた後に、充填樹脂８によってケース７内に封止される。

（実施例２の効果）
外周コア５とヒートシンク６が一体に形成されるため、ヒートシンク６の組付性改善とコイル部の放熱性改善ができ、外周コア５とヒートシンク６が熱伸縮しても、その熱伸縮力の影響が充填樹脂８に及ぶのをホルダ４によって防ぐことができる。

［実施例３］
図５、図６を参照して実施例３を説明するが、実施例１と重複する部分は割愛する。
この実施例３は、外周コア５の両端材を積層方向に折り曲げた折り曲げ部５ａを形成し、外周コア５の外面に別体で設けられ、外周コア５の積層厚さより幅広に設けられた放熱用のヒートシンク６は、外周コア５の周囲を囲む形状に設けられる。具体的に、ヒートシンク６は、ホルダ４と同様、コ字形を呈するものであり、例えばプレス加工によってコ字形に形成されている。また、ホルダ４の外側に外周コア５とヒートシンク６を配置し、ケース７の内部空間αに組み入れられた後に、充填樹脂８によってケース７内に封止される。

（実施例３の効果）
外周コア５の折り曲げ部５ａにより、外周コア５からヒートシンク６への熱伝導面積を拡大できとともに、ヒートシンク６が外周コア５と別体で設けているため、形状や材質に対する自由度が増えるとともに熱伝導率も高めることができ、コイルの放熱改善で最適な形状とすることができる。また、外周コア５とヒートシンク６が熱伸縮しても、その熱伸縮力の影響が充填樹脂８に及ぶのをホルダ７によって防ぐことができる。

なお、上述した実施例１〜３は積層された外周コア５で構成されているが、純鉄等の磁性材料粉を圧縮して形成した圧粉製の外周コア５を使用しても良い。

上記の実施例では、放熱性と磁気特性改善効果を合わせ持たせる目的でヒートシンク６を鉄で設ける例を示したが、放熱性のみを考慮すれば良い場合には外周コア５よりも放熱性に優れる素材であれば良く、アルミニウムや銅などの材料を用いても良い。

上記の実施例では、ヒートシンク６をコ字形に設ける例を示したが、ヒートシンク６の形状を限定するものではない。また、上記の実施例では、ヒートシンク６を１部品で設ける例を示したが、複数部品によってヒートシンク６を設けても良い。

ヒートシンク６の表面に、放熱性を高める目的で凹凸形状などのフィンを設けても良い。

上記の実施例では、ヒートシンク６を外周コア５と同様にホルダ４に組み付ける例を示したが、ヒートシンク６を直接ケース７内に組み付けたり、ケース７と外周コア５の間にヒートシンク６を組み入れても良い。

上記の実施例では、ホルダ４をコ字形に設ける例を示したが、ホルダ４の形状を限定するものではない。また、上記の実施例では、ホルダ４を１部品で設ける例を示したが、複数部品を組み合わせてホルダ４を設けても良い。

上記の実施例では、「着火性の向上が図られる点火装置」の点火コイルに本発明を適用する例を示したが、フルトラ作動やＣＤＩ作動のみによる「負荷の比較的小さい点火装置（多重点火や火花放電の継続等を行わない点火装置）」の点火コイルに本発明を適用しても良い。

１ １次コイル
２ ２次コイル
３ コイル巻線体
４ ホルダ
５ 外周コア
６ ヒートシンク
７ ケース
８ 充填樹脂
α 内部空間

Claims (5)

1. １次コイル（１）と２次コイル（２）が巻回されたコイル巻線体（３）と、
   このコイル巻線体（３）の周囲に配置される樹脂製のホルダ（４）と、
   このホルダ（４）の外面に配置される磁性材料よりなる外周コア（５）と、
   この外周コア（５）の外面に配置され、前記外周コア（５）の厚さより幅広に設けられた放熱用のヒートシンク（６）と、
   前記コイル巻線体（３）、前記ホルダ（４）、前記外周コア（５）、前記ヒートシンク（６）を含むコイル収容物を収容する樹脂製のケース（７）と、
   前記コイル収容物が組み付けられた前記ケース（７）の内部空間（α）を埋める充填樹脂（８）と、
   を備え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、
   前記ヒートシンク（６）は、前記外周コア（５）よりも熱伝導率の高い材料によって設けられることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
3. 請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記ヒートシンク（６）は、磁性材料によって設けられることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記ホルダ（４）には、前記外周コア（５）を組付ける内溝（４ａ）と、前記ヒートシンク（６）を組付ける外溝（４ｂ）とが設けられることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記ホルダ（４）と前記ヒートシンク（６）は、コ字形に設けられることを特徴とする内燃機関用点火コイル。

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