JP3826117B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関を点火駆動する内燃機関用点火コイルに関するものである。特に、本発明は、過酷な熱サイクルに対しても、充填物に対するクラックの発生をなくし、組み立てが容易で品質の高い内燃機関用点火コイルを提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関用点火コイルは、サイド鉄心内周部が熱可塑性樹脂、たとえば、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等で形成されたカバーで覆われている。内燃機関用点火コイルは、自動車等のエンジンルーム内に装着されているため、運転していない放置時に、外気温度と同じになり、運転している時に、エンジンの温度上昇および内燃機関用点火コイルの自己発熱による温度となる。また、前記内燃機関用点火コイルは、運転している時においても、走行およびアイドリングによって温度が変化する。
【０００３】
前記内燃機関用点火コイルは、自動車の停車時および運転時の運転態様によって温度変化の繰り返しが行われる。前記温度サイクルは、前記内燃機関用点火コイルのケース内に収容されている鉄心部と充填部の材質の違いに基づく熱膨張係数の差から前記鉄心と前記充填部の境界部において、大きな応力が発生する。前記発生した応力は、前記充填物の破断強度以下であれば、前記内燃機関用点火コイルに何等影響を与えない。
【０００４】
しかし、前記応力は、自動車の放置時でマイナス４０度、運転時でプラス１３０度という温度差を考えると、エポキシ樹脂等の充填物に対して破断以上のものとなる。その結果、前記充填物は、応力が集中する鉄心のエッジ部において、亀裂が発生する。
【０００５】
また、温度変化の繰り返し回数の増大は、前記充填物の強度劣化につながり、前記同様に、前記応力の集中する鉄心のエッジ部において、前記充填物の亀裂を大きくする。前記原因によって生じた亀裂が高電圧を発生している二次コイルに達すると、二次コイルの高電電流は、鉄心に流れてしまい、点火プラグに高電圧を供給することができなくなり、エンジン不調やエンジン停止といった不具合が発生する。
【０００６】
前記課題を解決するための従来例を以下に説明する。図５（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルにおける一次コイル、二次コイル、センタ鉄心、およびサイド鉄心の組立体を説明するための概念図で、（イ）は上面図、（ロ）は正面図である。図５において、組立体は、センタ鉄心５１および互いに対抗するサイド鉄心５２、５２′と、前記センタ鉄心５１と同軸である図示されていない、ボビンに巻回された一次コイル５３および二次コイル５４とから構成されている。
【０００７】
センタ鉄心５１の先端部とサイド鉄心５２との間には、間隙５５が設けられている。したがって、前記センタ鉄心５１の先端部とサイド鉄心５２によって形成される間隙５５は、鉄心が露出されており、磁束に急激な変化を与え、内燃機関用点火コイルの性能を向上させている。
【０００８】
図６（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルにおける鉄心カバーを説明するための図で、（イ）は上面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図である。図６に示された鉄心カバー６１は、サイド鉄心５２、５２′を覆う上部６１１とサイド鉄心５２、５２′の内側を覆う内側部６１２、およびセンタ鉄心５１の部分を避けるための切欠き部６１３とから構成されている。すなわち、前記鉄心カバー６１は、図６（ロ）に示すように（イ）のＡ−Ａ断面がＬ字状になっている。
【０００９】
図７（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルで、一次コイル、二次コイル、センタ鉄心、およびサイド鉄心からなる組立体をケースに収納した状態を示す概念図で、（イ）は上面図、（ロ）は断面図である。図７において、ケース７１は、サイド鉄心５２、５２′を載置する鉄心載置部７２および下部に点火部７３が設けられている。
【００１０】
前記センタ鉄心５１、一次コイル５３、および二次コイル５４からなる組立体は、ケース７１に収納された後、サイド鉄心５２、５２′が前記鉄心載置部７２の上に載置される。その後、熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等からなる鉄心カバー６１は、前記サイド鉄心５２、５２′と二次コイル５４との間に挿入される。そして、充填物７４は、ケース７１に充填される。前記充填物７４は、鉄心カバー６１と二次コイル５４の間を通り、前記組立体の下部にも充填される。
【００１１】
前記従来の内燃機関用点火コイルは、サイド鉄心５２、５２′と二次コイル５４との間に熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等からなる鉄心カバー６１が挿入されることで、サイド鉄心５２、５２′を覆い、この部分における応力の集中を緩和させて、亀裂を防止している。また、センタ鉄心５１は、図示されていないボビンの形状によって、鉄心のエッジ部を覆う構造とすることで、この部分における応力の集中を緩和させている。
【００１２】
図８は他の従来例でサイド鉄心を覆うカバーを説明するための図である。図８において、センタ鉄心５１を一体に備えたサイド鉄心５２′は、他方のサイド鉄心５２と対抗する位置に配置されるとともに、センタ鉄心５１に一次ボビン８１が嵌合されている。また、センタ鉄心５１の一方の端部には、磁石８２が配置されており、この部分において、磁束に急激な変化を与え、内燃機関用点火コイルの性能を向上させている。
【００１３】
図９は他の従来例でサイド鉄心を覆うカバーを説明するための図である。図９において、サイド鉄心５２およびサイド鉄心５２′は、予めゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等樹脂で全面が覆われている。しかし、前記サイド鉄心５２、５２′の対抗する端部９２、９２′、およびサイド鉄心５２とセンタ鉄心５１との接触部９１は、磁束に急激な変化を与えるために、前記樹脂によって覆われていない。また、前記サイド鉄心５２、５２′を覆う樹脂は、図９に示すように、たとえば、インサート成型によって形成されている。さらに、別の従来例として、本出願人の提案した特公平５−５２４３６号公報がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５ないし図７の例において、熱可塑性樹脂等でサイド鉄心５２、５２′を鉄心カバー６１で覆う構造は、ケース７１、サイド鉄心５２、５２′および鉄心カバー６１の部品組立時の寸法バラツキによる部品どうしの干渉を避けるため、製品が大きくなるという欠点がある。また、前記鉄心カバー６１は、鉄心の全面を覆うことができず、サイド鉄心５２、５２′の一部が露出してしまい、この部分から充填物７４に亀裂が発生してしまうという欠点がある。さらに、前記鉄心カバー６１を複数個にすると、前記欠点を除去することができるが、内燃機関用点火コイルは、形状がさらに大きくなるという欠点を有する。
【００１５】
図８および図９の例において、サイド鉄心５２、５２′をインサート成型して樹脂等で覆った場合は、インサート成型の金型が高価であり、そのための工程が増加する。また、前記インサート成型の金型は、寸法が鉄心寸法より大きくする必要があるが、もし、鉄心寸法が小さすぎると、金型との隙間が大きくなり、ここにゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等が成型バリとして入ってしまう。
【００１６】
前記成型バリは、センタ鉄心５１との接触部において、磁気回路上ギャップが増加したことと同じになり、二次コイル５４に発生する高電圧およびエネルギーが低下してしまうという欠点や、バリ取りの工程を追加しなくてはならないという欠点を有する。このような余分の工程は、内燃機関用点火コイルの生産性の低下と価格の上昇という欠点につながる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（第１発明）
第１発明の内燃機関用点火コイルは、両端部の周囲に嵌合凹部が成形されたコイルボビンに巻回されている一次コイルおよび二次コイルと、前記一次コイルおよび二次コイルを貫通するセンタ鉄心と、前記一次コイルおよび二次コイルの外側に形成されたサイド鉄心と、前記一次コイルおよび二次コイルと、センタ鉄心を収納するとともに、内部に熱硬化性充填物を充填した熱可塑性樹脂からなるケースとから構成される内燃機関用点火コイルにおいて、前記ケースは、前記熱硬化性充填物を充填する上部壁と、前記上部壁に連設され、前記一次コイルおよび二次コイル、センタ鉄心、熱硬化性充填物を収納する下部壁と、前記サイド鉄心の厚さよりも高く、前記上部壁から垂下された外壁と、前記外壁と下部壁とで前記サイド鉄心の外周、内周、および上部を覆うように成形され、前記サイド鉄心とともに、前記熱硬化性充填物より伸びが大きく柔らかいシリコーン樹脂またはゴム系樹脂からなる充填物を収納する収納溝と、前記下部壁の側方および下方に連続して成形され、前記コイルボビンに成形された嵌合凹部と嵌合する凸部とから構成されていることを特徴とする。
【００１８】
（第２発明）
第２発明の内燃機関用点火コイルにおいて、第１発明の収納溝における外壁の内周側には、複数の突起が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関用点火コイルは、両端部の周囲に嵌合凹部が成形されたコイルボビンに巻回されている一次コイルおよび二次コイルと、前記一次コイルおよび二次コイルを貫通するセンタ鉄心と、前記一次コイルおよび二次コイルの外側に形成されたサイド鉄心とから構成される。前記内燃機関用点火コイルのケース内部には、前記一次コイルおよび二次コイルとセンタ鉄心からなる鉄心組立体を収納するとともに、熱硬化性充填物が充填された熱可塑性樹脂からなるケースとからなっている。なお、本明細書において、前記コイルが組み立てられたものをコイル組立体と記載し、前記コイルおよびセンタ鉄心が組み立てられたものを鉄心組立体と記載する。
【００２４】
前記ケースは、前記熱硬化性充填物を収納する上部壁と、前記上部壁に連設され、前記一次コイルおよび二次コイル、センタ鉄心、熱硬化性充填物を収納する下部壁と、前記サイド鉄心の厚さよりも高く、前記上部壁から垂下された外壁と、充填物を収納する収納溝と、前記コイルボビンに成形された嵌合凹部と嵌合する凸部とから構成されている。
【００２５】
前記外壁と下部壁とで前記サイド鉄心の外周、内周、および上部を覆うように成形され、前記下方向を向いた溝には、サイド鉄心と前記熱硬化性充填物より伸びが大きく柔らかいシリコーン樹脂またはゴム系樹脂からなる異なる充填物が充填されている。その結果、前記サイド鉄心は、その三方が前記熱硬化性充填物と異なる充填物によって覆われるとともに、前記下部壁によって、一次コイルおよび二次コイルおよび前記センタ鉄心と完全に隔離されている。なお、前記センタ鉄心およびコイルからなる鉄心組立体の装着と前記熱硬化性充填物と異なる充填物の充填は、前記ケースを逆さまにして行われる。
【００２６】
本発明の内燃機関用点火コイルにおいて、下部壁と外壁とによって形成される溝の外壁側の内周囲には複数の突起が設けられている。前記複数の突起は、たとえば、分割されたサイド鉄心の接触を互いに良好にするとともに、センタ鉄心側に押し付けることになる。その結果、前記内燃機関用点火コイルの性能が向上する。
【００２７】
本発明の内燃機関用点火コイルにおいて、熱硬化性充填物と異なる充填物は、前記熱硬化性充填物より伸びが大きくかつ柔らかい樹脂、たとえば、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等とすることで、熱による応力がサイド鉄心にかかっても、この部分において、熱硬化性充填物に対する亀裂等が発生しない。
【００２８】
本発明の内燃機関用点火コイルにおいて、熱硬化性充填物と異なる充填物は、シリコーン樹脂とすることで、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー等より、サイド鉄心のすみずみまで、充填されるため、品質の高い内燃機関用点火コイルを得ることができる。前記シリコーン樹脂は、耐熱性、撥水性、電気絶縁性、耐薬品性、耐老化性に優れているため、内燃機関用点火コイルに使用することで、より性能を向上させることができる。
【００２９】
本発明の内燃機関用点火コイルにおいて、一次コイルおよび二次コイルを巻回するコイルボビンの両端部の周囲には、前記ケースと係合する嵌合凹部を有するため、前記組立体を容易にケースに固定することができる。
【００３０】
本発明の内燃機関用点火コイルにおいて、ケースの内壁には、一次コイルおよび二次コイルを巻回するコイルボビンに形成された嵌合凹部と係合する凸部を有するため、前記嵌合凹部と共に組み立てを容易にする。したがって、前記一次コイルおよび二次コイルとセンタ鉄心からなる組立体は、ケースに圧入するだけの簡単な組み立て作業になる。
【００３１】
【実施例】
図１（イ）および（ロ）は本発明の実施例を説明するための概略図で、（イ）はコイル組立体の上面図、（ロ）はコイル組立体の正面図である。図１（イ）および（ロ）において、コイル組立体１１は、一次ボビン１１１に巻回された一次コイル１２、二次ボビン１１２に巻回された二次コイル１３から構成されている。前記一次ボビン１１１の両端には、ボビン端部１１３があり、その一方に磁石または空隙１４が設けられている。
【００３２】
前記磁石または空隙１４は、磁束に急激な変化を与えるため、内燃機関用点火コイルの性能を向上させることができる。前記ボビン端部１１３の根元には、後述するケースの凸部に嵌合する凹部１１４および１１４′が設けられている。
【００３３】
図２（イ）および（ロ）は本発明の実施例を説明するための概念図で、（イ）はケースの上面図、（ロ）はケースの断面図である。図２（イ）および（ロ）において、ケース２１は、充填物を挿入する上部壁２１１と、前記コイル組立体を圧入する下部壁２１２と、後述するサイド鉄心の厚さより高い前記上部壁２１１に連設する外壁２１４と、前記外壁２１４と下部壁２１２とによって構成される溝２１３が形成されている。すなわち、前記溝２１３は、一次コイルおよび二次コイルとセンタ鉄心の組立体を装着する際と反対側に開口部を有する。
【００３４】
前記ケース２１には、前記下部壁２１２の対抗した位置にボビン端部挿入部２１５が設けられている。また、前記ボビン端部挿入部２１５には、図１に示す前記コイル組立体１１の凹部１１４、１１４′と嵌合する凸部２１６が設けられている。前記凹部１１４、１１４′は、一次ボビン１１１の両端に設けられているとともに、図１（ロ）から判るように、三方に形成されており、ケース２１の上方からコイル組立体１１を圧入し易い構造をしている。なお、点火部２２は、図２（ロ）に示すように、ケース２１の下部に設けられている。
【００３５】
図３（イ）および（ロ）は本発明の実施例である内燃機関用点火コイルを説明するための概念図で、（イ）は内燃機関用点火コイルの上面図、（ロ）は内燃機関用点火コイルの断面図である。図３（イ）および（ロ）において、前記コイル組立体１１は、センタ鉄心３１が組み立てられた後、ケース２１に装着される。前記コイル組立体１１のケース２１への装着は、前述の一次ボビン１１１に設けられた凹部１１４、１１４′をケース２１の三方に設けられた凸部２１６に圧入することによって達成される。その後、ケース２１には、熱硬化性充填物３４が充填され、硬化される。
【００３６】
前記ケース２１内の熱硬化性充填物３４が硬化した後、前記ケース２１を逆さにして、溝２１３にサイド鉄心３２が装着される。前記ケース２１の溝２１３に装着されたサイド鉄心３２は、その両側に隙間が残されている。前記隙間には、たとえば、シリコーン樹脂、ゴム、エラストマー、あるいはプラストマー３３等の伸びが大きく柔らかい部材を注入した後、硬化させる。すなわち、外壁２１４は、サイド鉄心３２の厚さより高くなっているため、前記サイド鉄心３２の三方が樹脂等によって覆われる。
【００３７】
本実施例の内燃機関用点火コイルは、一次コイル１２および二次コイル１３とセンタ鉄心３１との組立体とサイド鉄心３２とを前記ケース２１の下部壁２１２によって隔離される。そして、前記ケース２１の下部壁２１２によって隔離された空間は、熱硬化性充填物等からなる充填物よりも伸びが大きく柔らかい樹脂、たとえば、シリコーン樹脂等が注型され、硬化される。
【００３８】
予め注型、硬化する伸びが大きい柔らかい樹脂は、ケース２１に設けられた溝２１３に注入しても、外壁２１４の高さがサイド鉄心３２の高さよりも高くなっており、また、前記一次ボビン１１１の凹部１１４、１１４′およびケース２１の凸部２１６が三方に形成されているため、一次コイル１２および二次コイル１３を隔離して、コイル側に流れ込むことがない。
【００３９】
また、本実施例の内燃機関用点火コイルは、熱硬化性充填物３４とサイド鉄心３２が下部壁２１２および伸びが大きい柔らかいシリコーン樹脂３３等で完全に隔離された構造であるため、熱硬化性充填物３４とサイド鉄心３２とが直接接触することがない。また、熱硬化性充填物３４とサイド鉄心３２の熱膨張係数差による大きな集中応力が発生しないため、熱硬化性充填物であるエポキシ樹脂の充填物は、亀裂の発生がなくなり、プラグに高電圧を安定に供給することができる。
【００４０】
前述のように、一次コイル１２および二次コイル１３とセンタ鉄心３１が収納された空間と、サイド鉄心３２が収納された空間は、ケース２１の下壁部２１２で完全に隔離された構造となっており、かつ、注型、硬化する製造工程も異なるため、エポキシ樹脂等の熱硬化性充填物からなる充填物が注入時にサイド鉄心３２に飛沫として付着することがない。
【００４１】
また、前記熱硬化性充填物等からなる充填物より伸びが大きく柔らかいシリコーン樹脂の充填物は、前記同様に、注型時に一次コイルおよび二次コイルに前記充填物の飛沫が付着することがないため、一次コイルおよび二次コイルにシリコーン樹脂の付着による絶縁性の低下や、サイド鉄心にエポキシ樹脂等の付着による亀裂の発生がなく、プラグに充分な高電圧を供給することができる。
【００４２】
図４は本発明の他の実施例である内燃機関用点火コイルのケースを説明するための下面図である。図４において、サイド鉄心３２を装着する溝２１３の外壁側には、複数個の突起４１が設けられている。前記溝２１３に設けられた複数の突起４１は、サイド鉄心３２を二分割した場合、サイド鉄心３２を組み合わせる際に隙間を生じさせないようにするとともに、コイル組立体１１側に押しつけることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明のサイド鉄心は、二分割となっているが、一体または三分割等にすることができる。
【００４４】
また、本発明のケースに充填する熱硬化性充填物と異なる充填物は、ゴムやシリコーン樹脂と同等な性質のものであれば、これに限定されない。さらに、本発明のコイルおよび鉄心の形状は、周知または公知のものとすることができ、これに伴い、ケースの形状も前記コイルおよび鉄心等が収納できる形状となることはいうまでもないことである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関用点火コイルの一次コイル、二次コイル、センタ鉄心と、サイド鉄心とをケースによって完全に隔離し、また、それぞれ異なる樹脂が互いに付着することがないようにしたため、鉄心のエッジによってできる応力集中が激減して、熱硬化性充填物に亀裂がなくなり、絶縁性が向上した。
【００４６】
本発明によれば、前記内燃機関用点火コイルのケースは、一次コイル、二次コイル、およびセンタ鉄心、サイド鉄心組立体の組み立てが容易でかつ簡単であるため、作製効率を向上させることができた。
【００４７】
本発明によれば、形状を小型にし、かつ組み立てを容易にしたにもかかわらず、一次コイル、二次コイル、センタ鉄心とサイド鉄心とをケースの構造により分離して、サイド鉄心の露出部を最低限に抑え、品質の優れた内燃機関用点火コイルを得ることができた。
【００４８】
本発明によれば、熱可塑性樹脂から構成されているケースの形状、前記ケース内のコイル組立体とセンタ鉄心との間に充填された熱硬化性充填物、サイド鉄心の三方または四方を覆った伸びが大きくかつ柔らかい樹脂、がそれぞれ共同して品質の優れた内燃機関用点火コイルを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）および（ロ）は本発明の実施例を説明するための概略図で、（イ）はコイル組立体の上面図、（ロ）はコイル組立体の正面図である。
【図２】（イ）および（ロ）は本発明の実施例を説明するための概念図で、（イ）はケースの上面図、（ロ）はケースの断面図である。
【図３】（イ）および（ロ）は本発明の実施例である内燃機関用点火コイルを説明するための概念図で、（イ）は内燃機関用点火コイルの上面図、（ロ）は内燃機関用点火コイルの断面図である。
【図４】本発明の他の実施例である内燃機関用点火コイルのケースを説明するための下面図である。
【図５】（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルにおける一次コイル、二次コイル、センタ鉄心、およびサイド鉄心の組立体を説明するための図で、（イ）は上面図、（ロ）は正面図である。
【図６】（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルにおける鉄心カバーを説明するための図で、（イ）は上面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】（イ）および（ロ）は従来例の内燃機関用点火コイルで、一次コイル、二次コイル、センタ鉄心、およびサイド鉄心からなる組立体をケースに収納した状態を示す図で、（イ）は上面図、（ロ）は断面図である。
【図８】他の従来例でサイド鉄心を覆うカバーを説明するための図である。
【図９】他の従来例でサイド鉄心を覆うカバーを説明するための図である。
【符号の説明】
１１・・・コイル組立体
１１１・・・一次ボビン
１１２・・・二次ボビン
１２・・・一次コイル
１３・・・二次コイル
１１３・・・ボビン端部
１１４、１１４′・・・凹部
１４・・・磁石または空隙
２１・・・ケース
２１１・・・上部壁
２１２・・・下部壁
２１３・・・溝
２１４・・・外壁
２１５・・・ボビン端部挿入部
２１６・・・凸部
２２・・・点火部
３１・・・センタ鉄心
３２、３２′・・・サイド鉄心
３３・・・シリコーン樹脂
３４・・・熱硬化性充填物
４１・・・突起

Claims (2)

1. 両端部の周囲に嵌合凹部が成形されたコイルボビンに巻回されている一次コイルおよび二次コイルと、
   前記一次コイルおよび二次コイルを貫通するセンタ鉄心と、
   前記一次コイルおよび二次コイルの外側に形成されたサイド鉄心と、
   前記一次コイルおよび二次コイルと、センタ鉄心を収納するとともに、内部に熱硬化性充填物を充填した熱可塑性樹脂からなるケースと、
   から構成される内燃機関用点火コイルにおいて、
   前記ケースは、
   前記熱硬化性充填物を充填する上部壁と、
   前記上部壁に連設され、前記一次コイルおよび二次コイル、センタ鉄心、熱硬化性充填物を収納する下部壁と、
   前記サイド鉄心の厚さよりも高く、前記上部壁から垂下された外壁と、
   前記外壁と下部壁とで前記サイド鉄心の外周、内周、および上部を覆うように成形され、前記サイド鉄心とともに、前記熱硬化性充填物より伸びが大きく柔らかいシリコーン樹脂またはゴム系樹脂からなる充填物を収納する収納溝と、
   前記下部壁の側方および下方に連続して成形され、前記コイルボビンに成形された嵌合凹部と嵌合する凸部と、
   から構成されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記収納溝における外壁の内周側には、複数の突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された内燃機関用点火コイル。

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