JP2016134549A

JP2016134549A - 内燃機関用の点火コイル

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Publication number: JP2016134549A
Application number: JP2015009325A
Authority: JP
Inventors: 川井　一秀; Kazuhide Kawai; 川井　　一秀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: US20160211072A1; CN105810423B; US9548156B2; CN105810423A; JP6414472B2

Abstract

【課題】導体巻線の露出を確実に防ぎつつ、金属キャップと導体巻線との電気的導通を確保できる内燃機関用の点火コイルを提供する。
【解決手段】内燃機関用の点火コイルは、巻線抵抗体４を有する。巻線抵抗体４は、絶縁性を有する芯材５と芯材５の外周に螺旋状に巻回された導体巻線６と芯材５の軸方向Ｚの両端に配されると共に導体巻線６に接触する一対の金属キャップ７と芯材５及び導体巻線６に密着するように配された樹脂コーティング材８とを有する。樹脂コーティング材８は、軸方向Ｚにおける導体巻線６の間に充填されていると共に、導体巻線６を外周側から覆うように形成されている。金属キャップ７は、芯材５に対して軸方向Ｚから対向する底面部７１と、底面部７１の外周縁から軸方向Ｚに立設する筒状の側面部７２とを有する。側面部７２の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部７３が導体巻線６の巻回方向に交差する方向に沿って形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関用の点火コイルに関する。

内燃機関用の点火コイルとして、一次コイル及び二次コイルを絶縁性を有する本体ケース内に収容してなるコイル本体部と、コイル本体部から先端側へ突出すると共に二次コイルに電気的に接続された高圧出力端子を内側に配置してなる高圧タワー部とを有するものがある。特許文献１には、高圧タワー部内における高圧出力端子の先端側の空間に、抵抗体が挿通配置されたものが開示されている。抵抗体としては、巻線抵抗を用いることができる。巻線抵抗は、絶縁性を有する芯材と、芯材の外周に螺旋状に巻回された導体巻線と、軸方向における芯材の両端に配された金属キャップとを有する。

特開２０１１−３５０１９号公報

しかしながら、上記のような巻線抵抗を備えた点火コイルにおいては、以下の課題が生じ得る。
すなわち、巻線抵抗においては、軸方向における芯材の両端に、導通端子として、金属キャップを、導体巻線に外周側から接触するように配設する必要がある。また、導体巻線が芯材に対して軸方向にずれないようにするために、芯材の外周面において、軸方向に隣接する導体巻線の部位間には樹脂を充填する必要がある。ここで、導体巻線と金属キャップとが接触できるようにするため、導体巻線は外周側において樹脂から露出するようにする必要がある。

ところが、導体巻線の外表面の全体を露出させつつ、軸方向に隣接する導体巻線の部位間に確実に樹脂を配することは困難であるため、実際には、導体巻線において外周面が露出している部分と、露出していない部分とが共存する状態となりやすい。かかる状態においては、金属キャップから、樹脂の表面上を介して、露出した導体巻線へ沿面放電が発生するおそれがある。沿面放電が発生すると、該沿面放電が電磁ノイズとなって周辺機器に影響を及ぼすおそれがある。また、長期的には、沿面放電により、導体巻線間の樹脂の劣化から、導体巻線の断線を招くことも懸念される。

ここで、導体巻線の全体を外周から樹脂によって覆って導体巻線の露出を防ぐことにより、沿面放電や導体巻線の損傷を防止することが考えられる。しかし、この場合には、導体巻線と金属キャップとの電気的導通が図り難くなるという問題が生じてしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、導体巻線の露出を確実に防ぎつつ、金属キャップと導体巻線との電気的導通を確保できる内燃機関用の点火コイルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一次コイル及び二次コイルを絶縁性を有する本体ケース内に収容してなるコイル本体部と、
該コイル本体部から先端側へ突出すると共に上記二次コイルに電気的に接続された高圧出力端子を内側に配置してなる高圧タワー部と、
上記高圧出力端子から点火プラグへの導電経路の少なくとも一部を構成する巻線抵抗体とを有し、
該巻線抵抗体は、絶縁性を有する芯材と、該芯材の外周に螺旋状に巻回された導体巻線と、上記芯材の軸方向の両端に配されると共に上記導体巻線に接触する一対の金属キャップと、上記芯材及び上記導体巻線に密着するように配された樹脂コーティング材とを有し、
該樹脂コーティング材は、軸方向における上記導体巻線の間に充填されていると共に、上記導体巻線を外周側から覆うように形成されており、
上記金属キャップは、上記芯材に対して軸方向から対向する底面部と、該底面部の外周縁から軸方向に立設する筒状の側面部とを有し、該側面部の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部が、上記導体巻線の巻回方向に交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイルにある。

上記内燃機関用の点火コイルにおいては、樹脂コーティング材が、導体巻線を外周側から覆うように形成されている。それゆえ、導体巻線が樹脂コーティング材から部分的に露出した状態が形成されることを確実に防止でき、沿面放電の発生を防止することができる。また、沿面放電に起因する導体巻線間の樹脂の劣化という不具合も防止できる。また、導体巻線が樹脂コーティング材から露出することを防ぐことにより、例えば点火コイルの製造時等において、巻線抵抗体を取り扱う際に導体巻線が損傷してしまうことを防止することができる。

また、金属キャップの側面部の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部が、導体巻線の巻回方向に交差する方向に沿って形成されている。それゆえ、金属キャップの凸条部が樹脂コーティング材を破って導体巻線に接触することができる。これにより、導体巻線を樹脂コーティング材から露出させなくても、金属キャップと導体巻線との電気的導通を確保できる。

以上のごとく、本発明によれば、導体巻線の露出を確実に防ぎつつ、金属キャップと導体巻線との電気的導通を確保できる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

実施例１における、点火コイルの組付構造を示す断面図。実施例１における、巻線抵抗体付近の点火コイルの断面図。実施例１における、巻線抵抗体の正面図。図３の、IV−IV線矢視断面図。実施例１における、金属キャップの斜視図。実施例１における、金属キャップの一部断面斜視図。図３の、金属キャップのVII−VII矢視断面図。実施例１における、凸条部と導体巻線とが接触している様子を示す拡大断面図。実施例１における、凸条部よりも金属キャップの開口部側の部位を巻線構造体に嵌合した様子を示す拡大断面図。実施例１における、金属キャップをかしめる前の状態を示す拡大断面図。

上記内燃機関用の点火コイルは、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書において、高圧タワー部の中心軸が延びる方向を、軸方向という。また、軸方向における、本体ケースに対する高圧タワー部の突出側を先端側、その反対側を基端側という。また、単に径方向、周方向というときは、特に断らない限り、高圧タワー部の径方向、周方向を意味する。

（実施例１）
上記内燃機関用の点火コイル１の実施例につき、図１〜図１０を用いて説明する。
本例の内燃機関用の点火コイル１は、図１に示すごとく、コイル本体部２と高圧タワー部３と巻線抵抗体４とを有する。コイル本体部２は、一次コイル２１及び二次コイル２２を絶縁性を有する本体ケース２０内に収容してなる。図１、図２に示すごとく、高圧タワー部３は、コイル本体部２から先端側へ突出すると共に二次コイル２２に電気的に接続された高圧出力端子３１を内側に配置してなる。巻線抵抗体４は、高圧出力端子３１から点火プラグ１１１への導電経路の少なくとも一部を構成する。なお、本例において、巻線抵抗体４は、高圧出力端子３１の先端側において高圧タワー部３の内側に挿入配置されている。

図３、図４に示すごとく、巻線抵抗体４は、絶縁性を有する芯材５と、芯材５の外周に螺旋状に巻回された導体巻線６と、芯材５の軸方向Ｚの両端に配されると共に導体巻線６に接触する一対の金属キャップ７と、芯材５及び導体巻線６に密着するように配された樹脂コーティング材８とを有する。

樹脂コーティング材８は、軸方向Ｚにおける導体巻線６の間に充填されていると共に、導体巻線６を外周側から覆うように形成されている。図４〜図６に示すごとく、金属キャップ７は、芯材５に対して軸方向Ｚから対向する底面部７１と、底面部７１の外周縁から軸方向Ｚに立設する筒状の側面部７２とを有する。図４〜図８に示すごとく、側面部７２の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部７３が、導体巻線６の巻回方向に交差する方向に沿って形成されている。

図１に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２は、同心状に内外周に重なって配置されている。一次コイル２１及び二次コイル２２の内側には、中心コア２３が挿通配置されている。一次コイル２１及び二次コイル２２の外周を、軸方向Ｚに直交する方向から取り囲むように外周コア２４が配されている。中心コア２３及び外周コア２４は、軟磁性材料からなる

本体ケース２０は、一次コイル２１及び二次コイル２２、中心コア２３、外周コア２４を、軸方向Ｚに直交する方向から囲むと共に、基端側が開口したケース側壁部２０１と、ケース側壁部２０１の先端を閉塞するケース底壁部２０２とを有する。

図１、図２に示すごとく、ケース底壁部２０２から先端側に向って、略円筒形の高圧タワー部３が突出形成されている。高圧タワー部３の基端部に、高圧出力端子３１が圧入されている。高圧出力端子３１は、接続端子１１を介して二次コイル２２に電気的に接続されている。本体ケース２０内おける高圧出力端子３１よりも基端側の領域は、電気絶縁性を有する充填樹脂１２が充填され、一次コイル２１及び二次コイル２２等が封止されている。

高圧タワー部３内における高圧出力端子３１の先端側には、巻線抵抗体４が挿入配置されている。巻線抵抗体４の基端面は、高圧出力端子３１の先端面に当接している。高圧タワー部３の内径は、巻線抵抗体４の外径よりも大きい。それゆえ、巻線抵抗体４と高圧タワー部３の内壁との間に隙間を介在させつつ、巻線抵抗体４を高圧タワー部３の内部に挿入配置することができる。巻線抵抗体４と高圧タワー部３の内壁面との間には、例えば０．０５〜１．０ｍｍ程度の隙間が介在している。つまり、巻線抵抗体４は、樹脂等によって埋設されていない状態にて高圧タワー部３内に配されている。

巻線抵抗体４の芯材５は、例えば結束されたガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させてなり、絶縁性を有する。芯材５は、略円柱形状を有する。図３、図４に示すごとく、芯材５の外周面に沿って導体巻線６が巻回されている。導体巻線６は、例えばＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の細線を螺旋状に巻回してなる。導体巻線６は、軸方向Ｚにおける芯材５の全体に巻回されている。軸方向Ｚにおいて隣り合う導体巻線６の部位間には、一定の間隔が設けられている。

芯材５及び導体巻線６は、外周側から樹脂コーティング材８によって覆われている。樹脂コーティング材８は、径方向において、芯材５の外周面から導体巻線６の外周面よりも外周側の位置までの領域における導体巻線６の周囲に充填されている。樹脂コーティング材８は、軸方向Ｚにおける、芯材５の全体の領域に配されている。巻線抵抗体４の外周面は、金属キャップ７が配された部位を除いて、樹脂コーティング材８によって構成されている。樹脂コーティング材８は、例えばエポキシ樹脂からなる。

芯材５、導体巻線６、及び樹脂コーティング材８からなる巻線構造体４０の軸方向Ｚの両端に、金属製の金属キャップ７がそれぞれ嵌合されている。図３〜図６に示すごとく、各金属キャップ７は、略円形状の底面部７１と、その外周縁から互いに向かい合う側に立設した略円筒形状の側面部７２とを有する。図４に示すごとく、各金属キャップ７は、互いに向かい合う側に開口している。各金属キャップ７の底面部７１は、軸方向Ｚにおける芯材５の端面にそれぞれ当接している。ただし、底面部７１と芯材５の端面とは、必ずしも当接していなくてもよい。側面部７２は、導体巻線４を、外周側から覆っている。

図４〜図７に示すごとく、金属キャップ７は、側面部７２に、内側へ向って突出する凸条部７３を複数有する。図７に示すごとく、金属キャップ７は、凸条部７３を３本以上、周方向に等間隔に設けてなる。本例においては、凸条部７３は、１２本形成されている。図４、図６、図８に示すごとく、凸条部７３は、軸方向Ｚに沿って形成されている。凸条部７３は、軸方向Ｚにおける底面部７１から、金属キャップ７の開口端に向かう途中の部位まで、連続的に形成されている。

凸条部７３は、底面部７１から遠ざかるほど突出高さが低くなる形状を有する。つまり、凸条部７３は、軸方向Ｚにおいて、底面部７１から金属キャップ７の開口側に向うにつれて、徐々に径方向の突出高さが低くなるテーパ形状を有する。また、凸条部７３は、径方向の突出高さが、径方向における、導体巻線６の外周側における樹脂コーティング材８の厚みよりも大きい部位を少なくとも一部に有する。

図３〜図６、図８に示すごとく、巻線構造体４０に装着された金属キャップ７は、側面部７２において導体巻線６の外周側から径方向の内側に向ってかしめられた部位であるかしめ部７４を有する。かしめ部７４は、周方向において、側面部７２の複数箇所に形成されている。本例において、かしめ部７４は、側面部７２の６箇所に、周方向に等間隔に設けられている。かしめ部７４は、凸条部７３と径方向に重なる位置に形成されている。図４、図６、図８に示すごとく、かしめ部７４は、少なくとも一部が、軸方向Ｚにおける凸条部７３の中央部よりも金属キャップ７の開口側に形成されている。

図８に示すごとく、金属キャップ７は、凸条部７３において導体巻線６に接触している。すなわち、凸条部７３は、樹脂コーティング材８を外周側から破って導体巻線６に直接接触している。１２本の凸条部７３のうち、少なくとも、かしめ部７４と径方向に重なる凸条部７３は、導体巻線６に直接接触している。周方向における凸条部７３の幅は、例えば、金属キャップ７の厚みと同程度以下である。

図１に示すごとく、高圧タワー部３には、シールラバー１０１を介して、略筒状のジョイント１０２が組み付けられる。ジョイント１０２は、エンジンのプラグホール１１０内に挿入配置される。ジョイント１０２内には、高圧出力端子３１と点火プラグ１１１とを電気的に接続するためのスプリング１０４が挿入配置される。そして、二次コイル２２は、接続端子１１、高圧出力端子３１、巻線抵抗体４、スプリング１０４を介して点火プラグ１１１に電気的に接続される。巻線抵抗体４は、先端側の金属キャップ７において、スプリング１０４を介して点火プラグ１１１に電気的に接続される。

なお、図１、図２においては、巻線抵抗体４の詳細な図示を省略している。また、図３においては、芯材５及び導体巻線６を破線によって描いている。また、図８、図１０においては、破られる前の樹脂コーティング材８の外周縁を破線によって描いている。また、図１において、符号１３は、点火コイル１を外部機器に接続等するためのコネクタを示しており、符号１４は、一次コイル２１への通電及び通電の遮断を行うためのイグナイタを示している。

次に、巻線抵抗体４の製造方法につき、図８〜図１０等を用いて説明する。
細線を芯材５の外周面に沿って螺旋状に巻回し、芯材５の周囲に導体巻線６を形成する。そして、導体巻線６が組み付けられた芯材５に、外周側から樹脂コーティング材８を配する。このとき、樹脂コーティング材８を、軸方向Ｚにおける導体巻線６の間に充填すると共に、導体巻線６を外周側から覆うように配する。このようにして、巻線構造体４０を作製する。

次に、軸方向Ｚにおける巻線構造体４０の両側から、それぞれ金属キャップ７を巻線構造体４０に嵌合する。まず、図９に示すごとく、凸条部７３よりも金属キャップ７の開口側の部位を巻線構造体４０の端部に嵌合する。その状態（図９参照）から、さらに金属キャップ７を軸方向Ｚに巻線構造体４０へ向って押し込むことにより、凸条部７３が樹脂コーティング材８に干渉し、樹脂コーティング材８を破る。そして、図１０に示すごとく、金属キャップ７を、底面部７１が軸方向Ｚにおける巻線構造体４０の端面に当接するまで、巻線構造体４０に押し込む。このとき、金属キャップ７は、凸条部７３の底面部７１に近い部位において、導体巻線６に接触する。ただし、この段階では必ずしも凸条部７３が導体巻線６に接触していなくてもよい。

次に、図８に示すごとく、金属キャップ７の側面部７２を、周方向における複数箇所において、径方向の内側にかしめ、かしめ部７４を形成する。このとき、径方向におけるかしめ部７４と重なる位置に配された凸条部７３が、導体巻線６に接触するまで、金属キャップ７をかしめる。つまり、金属キャップ７をかしめることで、径方向におけるかしめ部７４と重なる位置に配された凸条部７３を内側に変位させる。これに伴い、凸条部７３が樹脂コーティング材８を押しのけて導体巻線６に接触する。これにより、凸条部７３において、金属キャップ７を導体巻線６に確実に接触させることができる。以上により、巻線抵抗体４を製造することができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用の点火コイル１においては、樹脂コーティング材８が、導体巻線６を外周側から覆うように形成されている。それゆえ、導体巻線６が樹脂コーティング材８から部分的に露出した状態が形成されることを確実に防止でき、沿面放電の発生を防止することができる。また、沿面放電や金属キャップ７の組付けに起因する導体巻線６の損傷も防止できる。また、導体巻線６が樹脂コーティング材８から露出することを防ぐことにより、例えば点火コイル１の製造時等において、巻線抵抗体４を取り扱う際に導体巻線６が損傷してしまうことを防止することができる。

また、金属キャップ７の側面部７２の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部７３が、導体巻線６の巻回方向に交差する方向に沿って形成されている。それゆえ、金属キャップ７の凸条部７３が樹脂コーティング材８を破って導体巻線６に接触することができる。これにより、導体巻線６を樹脂コーティング材８から露出させなくても、金属キャップ７と導体巻線６との電気的導通を確保できる。

また、凸条部７３は、底面部７１から遠ざかるほど突出高さが低くなる形状を有する。それゆえ、巻線構造体４０への金属キャップ７の嵌合をスムーズに行うことができると共に、より確実に凸条部７３を導体巻線６に接触させやすくすることができる。

また、金属キャップ７は、凸条部７３を３本以上、周方向に等間隔に設けてなる。それゆえ、凸条部７３と導体巻線６との接触を確実にすることができる。これにより、導体巻線６と金属キャップ７との導通を確実に確保することができる。

以上のごとく、本例によれば、導体巻線の露出を確実に防ぎつつ、金属キャップと導体巻線との電気的導通を確保できる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

なお、上記実施例においては、凸条部を軸方向に沿って形成した例を示したが、導体巻線の巻回方向に交差する方向に沿って形成されていれば、その形状等は特に限定されるものではない。また、凸条部は、軸方向における底面部から、金属キャップの開口端に向かう途中の部位まで形成した例を示したが、これに限られない。例えば、凸条部を、軸方向における側面部の全体に形成していてもよい。また、かしめ部は、側面部の６箇所に形成したがこれに限られない。かしめ部は、側面部における３箇所以上に形成されていることが好ましい。

また、上記実施例においては、巻線構造体に金属キャップをかしめることによって、金属キャップを巻線構造体に対して固定した例を示したが、これに限られない。例えば、巻線構造体の端面と、金属キャップの底面部との間に接着剤を介在させることにより、金属キャップを巻線構造体に対して固定することもできる。この場合においても、金属キャップの凸条部と導体巻線との導通を確保することができる。

また、上記実施例においては、巻線抵抗体を高圧タワー部の内側に配置した例を示したが、巻線抵抗体が高圧出力端子から点火プラグへの導電経路の少なくとも一部を構成する構成であれば、これに限られない。すなわち、例えば巻線抵抗体の周囲に隙間を設けつつ巻線抵抗体がジョイントの内側の一部に挿入配置された構成等においても、本発明の効果を奏することが可能である。

１点火コイル
２コイル本体部
２０本体ケース
２１一次コイル
２２二次コイル
３高圧タワー部
３１高圧出力端子
４巻線抵抗体
５芯材
６導体巻線
７金属キャップ
７１底面部
７２側壁部
７３凸条部
８樹脂コーティング材
Ｚ軸方向

Claims

一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）を絶縁性を有する本体ケース（２０）内に収容してなるコイル本体部（２）と、
該コイル本体部（２）から先端側へ突出すると共に上記二次コイル（２２）に電気的に接続された高圧出力端子（３１）を内側に配置してなる高圧タワー部（３）と、
上記高圧出力端子（３１）から点火プラグ（１１１）への導電経路の少なくとも一部を構成する巻線抵抗体（４）とを有し、
該巻線抵抗体（４）は、絶縁性を有する芯材（５）と、該芯材（５）の外周に螺旋状に巻回された導体巻線（６）と、上記芯材（５）の軸方向（Ｚ）の両端に配されると共に上記導体巻線（６）に接触する一対の金属キャップ（７）と、上記芯材（５）及び上記導体巻線（６）に密着するように配された樹脂コーティング材（８）とを有し、
該樹脂コーティング材（８）は、軸方向（Ｚ）における上記導体巻線（６）の間に充填されていると共に、上記導体巻線（６）を外周側から覆うように形成されており、
上記金属キャップ（７）は、上記芯材（５）に対して軸方向（Ｚ）から対向する底面部（７１）と、該底面部（７１）の外周縁から軸方向（Ｚ）に立設する筒状の側面部（７２）とを有し、該側面部（７２）の内周側には、内側へ向かって突出する凸条部（７３）が、上記導体巻線（６）の巻回方向に交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイル（１）。
上記凸条部（７３）は、上記底面部（７１）から遠ざかるほど突出高さが低くなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
上記金属キャップ（７）は、上記凸条部（７３）を３本以上、周方向に等間隔に設けてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。