JP4687271B2 - 点火コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケース内に中心コアと、１次コイル及び２次コイルと、絶縁体とを備える点火コイルの製造方法に関する。

車両等のエンジンにおけるスパークプラグからスパークを発生させるために用いる点火コイルにおいては、ケース内に、中心コアと、該中心コアの外周に配置された１次コイル及び二次コイルとを備える。また、点火コイルにおいては、例えば１次コイルと二次コイルとの間や、中心コイルと１次コイル又は２次コイルとの間等における絶縁性を確保するために、絶縁材料からなる絶縁体が設けられている。絶縁体は、絶縁材料を点火コイルの所望の部位に注入し、硬化させることにより形成されていた。

近年、自動車部品に対する小型化の要求が高まっており、上記点火コイルにおいても、より一層の小型化が要求されている。そのため、上記絶縁材料としては、絶縁体の薄肉化に対応するため、より一層絶縁性に優れると共に、狭い隙間にも容易に注入できる粘度の低い材料が望まれていた。

これまでに、上記絶縁材料としては、例えばエポキシ樹脂とシリカ充填材とを含有するエポキシ樹脂組成物が開発されている（特許文献１参照）。かかるエポキシ樹脂組成物においては、硬化前の粘度を低くすることができるため、点火コイルの所望の部位に容易に注入することができる。

しかしながら、上記従来のエポキシ樹脂組成物からなる絶縁体をコイル間等に配置した点火コイルにおいては、該点火コイルに高い電圧を長時間印加したとき等に、絶縁体に絶縁破壊が起こるおそれがあった。その結果、絶縁体がもはやその絶縁性を維持することができなくなり、点火プラグが動作しなくなるおそれがあった。
一方、上記エポキシ樹脂組成物においては、シリカ充填材の量を増やすことにより、絶縁破壊の発生を抑制し、その絶縁性を向上させることができる。しかしその一方で、シリカ充填材の量を増やすと、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなってしまう。そのため、小型化が進む点火コイルの所望の部位に注入することが困難になる。その結果、上記点火コイルにおける所望の部位で確実に絶縁性を発揮させることが困難になる。

特開２０００−１６９６７８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、絶縁体における絶縁破壊を抑制できると共に、小型化に対応可能な点火コイルの製造方法を提供しようとするものである。

中心コアと、該コアの外周に設けられた１次コイル及び２次コイルと、絶縁材料からなる絶縁体とをケース内に備え、上記１次コイルに電流が流れることに伴い、２次コイルに電磁誘導による誘電起電力が発生する点火コイルであって、
上記絶縁体は、上記ケース内の少なくとも一部に上記絶縁材料を注入し該絶縁材料を硬化させてなり、
上記絶縁材料は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、上記エポキシ樹脂中に分散された厚み２ｎｍ以下のナノ充填材とを含有することを特徴とする点火コイルがある。

上記点火コイルにおいて、上記絶縁体は、上記絶縁材料を硬化させてなり、該絶縁材料においては、厚み２ｎｍ以下という小さな上記ナノ充填材が上記エポキシ樹脂中に分散されている。
そのため、上記絶縁体においては、上記ナノ充填材の量が少量であっても、絶縁破壊の発生を抑制することができ、上記絶縁体は優れた絶縁性を発揮することができる。

以下、上記絶縁体が上記のごとく優れた絶縁性を発揮できる理由について、図４及び図５を用いて考察する。
図５に、エポキシ樹脂９０中にシリカからなる充填材９５を添加してなる従来の絶縁材料９を示す。同図に示すごとく、この絶縁材料９は、直方体形状に成形されている。この直方体形状の絶縁材料９の一つの面に、導電性ペーストを焼き付けて導電面９８を形成すると共に、導電面９８と対抗する面から絶縁材料９に電極針８を挿入して絶縁材料９に一定以上の電圧を印加し続けると、絶縁破壊が生じる。図５は、従来の絶縁材料９に絶縁破壊が起こるときにおける絶縁破壊（図５中に太線矢印で示す）が進展する様子を示す。
図５に示すごとく、一般に、絶縁材料９の絶縁破壊は、エポキシ樹脂９０中の充填材９５を迂回しながら進展する。したがって、充填材９５を添加すると、迂回分だけ進展距離（図５中の太線矢印の長さ）が長くなり、絶縁破壊が起こり難くなる。同図に示すごとく、従来のシリカ等からなる充填材は、体積が大きいため、少量の添加では、迂回距離を長くすることは困難である。

これに対し、図４に示すごとく、上記点火コイルにおける上記絶縁体５においては、上記エポキシ樹脂５１中に、厚み２ｎｍ以下という非常に小さな上記ナノ充填材５２が分散されている。そのため、上記絶縁体５においては、比較的少量の添加量でも絶縁破壊の進展距離（図４中の太線矢印の長さ）が長くなりやすい。その結果、絶縁破壊が起こり難く、高い絶縁性を発揮できると推察される。なお、図４は、導電面１０を形成した直方体形状の絶縁体５に電極針８を挿入して絶縁体５に電圧を印加し、絶縁破壊が起こるときにおける絶縁破壊が進展する様子を示す。

さらに、上記のごとく、上記絶縁体は少量の上記ナノ充填材で優れた絶縁性を発揮できるため、上記絶縁材料においては、上記ナノ充填材の含有量をできるだけ減らすことによりその粘度の上昇を抑制することができる。したがって、小型の点火コイルにおいても、その所望の部位に確実に上記絶縁材料を注入することができ、絶縁性を確実に発揮させることができる。また、上述のごとく、上記絶縁体は、絶縁性に優れているため、上記点火コイルの小型化により上記絶縁体が薄肉化しても充分な絶縁性を発揮することができる。したがって、上記点火コイルは、小型化にも対応することができる。
また、上記絶縁体は、少量の上記ナノ充填材で優れた絶縁性を発揮できるため、上記絶縁体においては、上記エポキシ樹脂が本来有する耐熱性等の特性を劣化させることなく維持できる。

以上のごとく、上記点火コイルにおいて、上記絶縁体は、絶縁破壊が起こり難く、優れた絶縁性を発揮できる。また、硬化前の上記絶縁材料においては、低粘度化を図ることができるため、小型の点火コイルの所望の部位にも容易に注入が可能で、上記絶縁体を形成できる。
したがって、上記絶縁体における絶縁破壊を抑制できると共に、小型化に対応可能な点火コイルを提供することができる。
上記点火コイルを製造する方法としては、中心コアと、該中心コアの外周に配置した１次コイル及び２次コイルと、有機化クレイ、エポキシ樹脂、及び硬化剤を含有する絶縁材料からなる絶縁体とをケース内に備える点火コイルの製造方法において、
上記絶縁体を作製するにあたっては、有機アンモニウム水溶液を層状粘土鉱物の分散液に加えて、窒素原子に２〜４個の有機修飾基が結合してなる２〜４級の有機アンモニウムイオンを上記層状粘土鉱物の層間に入り込ませて上記有機化クレイを形成する有機化クレイ形成工程と、
上記有機化クレイ、上記エポキシ樹脂、及び上記硬化剤を含有する上記絶縁材料を真空脱泡しながら撹拌混合して上記有機化クレイを上記エポキシ樹脂中に分散させる分散工程と、
上記分散工程後に上記絶縁材料を上記ケース内に注入し、上記絶縁材料を加熱、硬化させて上記絶縁体を形成する絶縁体形成工程とを備えることを特徴とする点火コイルの製造方法がある。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記点火コイルにおいて、上記絶縁材料は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、上記エポキシ樹脂中に分散された厚み２ｎｍ以下のナノ充填材とを含有する。
上記ナノ充填材の厚みが２ｎｍを越える場合には、上記絶縁材料中に分散された上記ナノ充填材の比表面積が小さくなる。そのため、この場合には、上記絶縁材料における絶縁破壊の進展距離が短くなりやすく、上記絶縁材料の絶縁性が低下するおそれがある。
また、上記絶縁材料中の上記ナノ充填材の厚み及び幅は、硬化させた上記絶縁材料を例えばＸ線回折法及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等により測定することにより得ることができる。

上記絶縁材料は、窒素原子に２〜４個の有機修飾基が結合してなる２〜４級の有機アンモニウムイオンを層状粘土鉱物の層間に挿入してなる有機化クレイと、上記エポキシ樹脂とを混合し、上記有機化クレイを構成する層を上記ナノ充填材として上記エポキシ樹脂中に分散させてなることが好ましい。
この場合には、上記エポキシ樹脂中に上記ナノ充填材が分散された上記絶縁材料を容易に作製することができる。

上記有機化クレイは、例えば上記有機アンモニウムイオンを含む水溶液等の液体中に上記層状粘土鉱物を浸漬すること等により作製することができる。これにより、上記層状粘土鉱物の層間に上記有機アンモニウムイオンが入り込み、その層間隔を広げることができる。そして、上記層状粘土鉱物の層間に有機アンモニウムイオンが挿入されて層間隔が拡大された上記有機化クレイを得ることができる。
また、上記有機化クレイと上記エポキシ樹脂とを混合すると、上記有機化クレイを構成する層を上記ナノ充填材として上記エポキシ樹脂中に分散させることができる。
即ち、上記有機化クレイと上記エポキシ樹脂とを混合すると、上記エポキシ樹脂が上記有機化クレイの層間に入り込み、層間の結合が壊れ、上記有機化クレイを構成する層が上記ナノシート充填材としてエポキシ樹脂中に分散される。上記のごとく、有機化クレイにおいては、有機アンモニウムイオンが層間に挿入され、層間距離が大きくなっており、エポキシ樹脂が入り込みやすいからである。

このとき、上記有機化クレイを構成する層がエポキシ樹脂中に単一層で分散される場合もあるが、２層以上が積層した状態で分散される場合もある。好ましくは、単一層で分散されていることがよい。この場合には、上記ナノ充填材の厚みを例えば１ｎｍ程度にまで小さくすることができる。そしてこの場合には、少量（重量）の上記有機化クレイの添加で、上記絶縁材料中における上記ナノ充填材の表面積の総和をより大きくすることができるため、上記絶縁体の絶縁破壊をより一層抑制することができる。

また、上記エポキシ樹脂中に分散される上記ナノ充填材の厚み及び幅は、上記層状粘土鉱物を適宜選択することにより変更することができる。したがって、上記層状粘土鉱物の種類を選択すると、およその上記ナノ充填材の厚み及び幅を決定できる。

また、上記有機アンモニウムイオンとして、窒素原子に１個の有機修飾基が結合してなる１級有機アンモニウムイオンを用いると、上記絶縁材料を加熱により硬化させ上記絶縁体とするときに、１級有機アンモニウムが上記エポキシ樹脂の硬化反応に悪影響を及ぼし、上記絶縁体の絶縁性が低下するおそれがある。
２〜４級の有機アンモニウムイオンの構造をそれぞれ下記の式（１）〜（３）に示す。式（１）〜（３）においてＲ₁〜Ｒ₃は、有機修飾基を示す。

上記式（１）〜（３）に示すごとく、上記有機アンモニウムイオンにおいては、有機修飾基が結合するＮ原子が正電荷を有する。そのため、上記有機アンモニウムイオンと上記層状粘土鉱物とを接触させると、上記有機アンモニウムイオンが、例えばそのＮ原子の正電荷によって、上記層状粘土鉱物の層間に入り込み、層の表面に結合し、層状粘土鉱物の層間距離を大きくすることができる（有機化処理、図３参照）。
そして上記有機アンモニウムイオンが挿入された上記層状粘土鉱物、即ち上記有機化クレイは、その層間距離が大きくなっている。そのため、上記有機化クレイと上記エポキシ樹脂と混合し分散させることにより、上記有機化クレイの層間に上記エポキシ樹脂が容易に入り込むことができる。その結果、上記有機化クレイの層間隔がさらに広がって、有機化クレイの層間の結合が切断され、有機化クレイを構成する層を上記ナノ充填材としてエポキシ樹脂中に分散させることができる。

上記有機アンモニウムイオンにおいて、上記有機修飾基としては、例えばアルキル基、
シクロアルキル基、アルケニル基等の炭化水素基等がある。また、これらの有機修飾基中には、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の比較的極性が大きく、反応性の高い官能基が含まれていても良い。
好ましくは、上記有機アンモニウムイオンの上記有機修飾基は、炭素数が３０以下であることがよい。
炭素数が３０を越える場合には、上記有機アンモニウムイオンが上記粘土鉱物の層間に入り込み難くなるおそれがある。そのため、上記有機化クレイの層間距離を充分に拡大させることが困難になり、上記ナノ充填材を上記エポキシ樹脂中に充分に分散させることが困難になるおそれがある。

また、上記有機アンモニウムイオンの上記有機修飾基のうち少なくとも一つは、炭素数が２以上であることが好ましい。
上記有機アンモニウムイオンにおける上記有機修飾基のいずれもが炭素数２未満である場合には、上記有機化クレイの層間距離を充分に拡大させることができず、その結果、上記ナノ充填材を上記エポキシ樹脂中に充分に分散させることが困難になるおそれがある。より好ましくは、上記有機アンモニウムイオンの上記有機修飾基のうち少なくとも一つは、炭素数１０以上がよく、さらに好ましくは炭素数１５以上がよい。

上記有機アンモニウムイオンの上記有機修飾基のうちの１つは炭素数２以上であり、その他は炭素数３０以下であることが好ましい。
この場合には、上記有機アンモニウムイオンは、上記粘土鉱物の層間に容易に入り込むことができると共に、上記粘土鉱物の層間距離を充分に拡大させることができる。

また、上記絶縁材料は、硬化剤を含有する。
上記硬化剤としては、例えば酸無水物又はアミン化合物等を用いることができる。
上記酸無水物としては、例えばヘキサヒドロ酸無水物、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水メチルＣＤ酸、無水ＣＤ酸、メチルハイミック酸、ハイミック酸、無水コハク酸、テトラヒドロ酸無水物、リカシッドＨＬ、クロレンド酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、３メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、４メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸マレイン酸付加物、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ドデセニル無水コハク酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、及びメチルナジック酸等がある。
また、上記硬化剤の含有量は、上記エポキシ樹脂１００重量部に対して３０重量部〜１７０重量部であることが好ましい。
この場合には、エポキシ樹脂本来の特性を損なわずに、硬化させることができる。

また、上記層状粘土鉱物としては、モンモリロナイト、フッ素化雲母、サボナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、及びスティブンサイトから選ばれる１種以上を用いることができる。

また、上記絶縁材料は、上記エポキシ樹脂１００重量部に対して上記ナノ充填材を１〜３５重量部含有することが好ましい。
上記ナノ充填材の配合割合が上記の範囲内にある場合には、少量のナノ充填材で優れた絶縁性を発揮できるという本発明の作用効果をより顕著に発揮することができる。より好ましくは、上記絶縁材料における上記ナノ充填材の含有量は、１〜２０重量部がよく、さらに好ましくは１〜１０重量部がよい。

また、上記エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ヘキサヒドロビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ピロカテコール型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、ビスレゾルシノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、及びピキシレノール型エポキシ樹脂等から選ばれる１種以上を用いることができる。

上記絶縁材料は、上記点火コイルのケース内の所望の部位に充填し、例えば加熱等により硬化させることにより、上記絶縁体を形成することができる。そして、上記のごとく、上記絶縁材料は、上記エポキシ樹脂と、該エポキシ樹脂中に分散された上記ナノ充填材とを含有する。したがって、上記絶縁体においては、硬化した上記エポキシ樹脂中に上記ナノ充填材が分散されている。

また、上記１次コイル及び上記二次コイルのうち一方は、もう一方の外周を同心円状に巻回するように配置されており、上記絶縁体は、上記１次コイルと上記２次コイルとの間に配置されていることが好ましい。
この場合には、上記絶縁体の優れた絶縁性を利用して、上記１次コイル及び上記二次コイル間の絶縁を確実に維持することができる。またこの場合には、上記絶縁体の優れた耐熱性を利用して、熱応力により上記絶縁体にクラック等が発生することを防止することができる。即ち、一般に、上記１次コイル及び上記二次コイルには高電圧が印加されるため、その周囲の温度が上昇し易い。一方、上記絶縁体においては、上述のごとく少量の上記ナノ充填材で高い絶縁性を発揮できるため、耐熱性に優れるというエポキシ樹脂のそのまま維持することができる。したがって、上記のごとく上記絶縁体を上記１次コイル及び２次コイル間に配置することにより、上記絶縁体は絶縁性だけでなく耐熱性を発揮し、クラックの発生を防止することができる。

（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の点火コイル１は、棒状の中心コア３と、その外周を同心円状に巻回するように配置した１次コイル２１及び２次コイル２２と、絶縁材料からなる絶縁体５とをケース２０内に備える。絶縁体５は、ケース２０内の少なくとも一部に絶縁材料を注入しこれを例えば加熱等により硬化させてなる。
また、図２に示すごとく、絶縁材料５０は、エポキシ樹脂５１と、エポキシ樹脂５１中に分散された厚み２ｎｍ以下のナノ充填材５２と、硬化剤（図示略）とを含有する。
以下、これを詳説する。

図１に示すごとく、本例の点火コイル１は、その円筒部２をエンジンのプラグホール内に挿通させて使用するスティックタイプのものである。
円筒部２は、ケース２０内に、外周スプール２４、１次コイル２１、２次コイル２２、及び中心コア３を挿通配設してなる。１次コイル２１は、円筒状の１次スプール２１１の外周面に絶縁被覆したワイヤを巻回してなり、２次コイル２２は、円筒状の２次スプール２２１の外周面に１次コイル２１よりも多い巻回数で絶縁被覆したワイヤを巻回してなる。また、２次コイル２２は、１次コイル２１の内周側に挿通されており、２次コイル２２の内周側には、棒状で金属製の中心コア３が配設されている。
中心コア３は、１次コイル２１に電流を流して発生した磁束の形成による渦電流の発生を抑制するために、複数の鋼板を径方向に積層してなる。また、本例においては、中心コア３には、その外周面に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる絶縁シート４が巻き付けられている。絶縁シート４は、中心コア３の外周面に、アクリル系の接着剤からなる接着層（図示略）によって密着形成されている。

そして、１次コイル２１に電流を流すことによって発生する磁束は、中心コア３を通過させることにより、増大させることができる。また、中心コア３の軸方向の両端部３２には、永久磁石３２１が配設されている。永久磁石３２１は、中心コア３の励磁極とは逆極性になるように配設されており、１次コイル２１に電流を流すことによって発生する磁束をさらに増大させることができる。なお、中心コア３の両端部３２には、永久磁石の代わりに弾性部材を配設することもできる。

また、本例において、１次コイル２１としては、上記のごとく円筒状の１次スプール２１１の外周面に絶縁被覆したワイヤを巻回してなるものを用いているが、絶縁被覆したワイヤを円筒状に巻回し、巻回後のワイヤ同士を融着剤等によって結合して円筒状にしたものを用いることもできる。

また、本例の点火コイル１のケース２０内においては、１次コイル２１と二次コイル２２との間（正確には、１次スプール２１１と二次コイル２２との間）、１次コイル２１と外周スプール２４との間等の各隙間２９に、絶縁体５が形成されている。絶縁体５は、図２に示すごとく、エポキシ樹脂５１中にナノ充填材５２が分散された絶縁材料５０を上記隙間２９に充填し硬化させてなる。したがって、絶縁体５においては、硬化したエポキシ樹脂中にナノ充填材が分散されている。
また、本例においては、上記のごとく中心コア３の外周面に絶縁シート４を巻き付けることにより、２次コイル２２と中心コアとの絶縁性を確保しているが、絶縁シート４の代わりに中心コアと２次コイル２２との間（正確には中心コアと２次スプール２２１との間に）に絶縁体５を形成することもできる。

また、円筒部２は、エンジンのプラグホール内に挿通配置される軸方向先端部２０１に、スパークプラグを取り付けるためのプラグ取付口２６を有している。このプラグ取付口２６には、２次コイル２２の一端（高圧側端部）と電気的に接続された高圧端子２７及びこの高圧端子２７に接触するコイルバネ２８が配設されている。
また、円筒部２は、軸方向先端部２０１とは反対側の軸方向基端部２０２に、１次コイル２１に電力を供給するイグナイタ２５１を配設するためのイグナイタ配置凹部２５が形成されている。そして、このイグナイタ配置凹部２５内は、イグナイタ２５１を配設した状態で、上記各隙間２９に充填した絶縁体５と同じ絶縁材料からなる絶縁体５によって充填されている。また、イグナイタ２５１は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）からの信号によって動作するスイッチング素子等を用いた電力制御回路等を備えている。

そして、ＥＣＵからスパーク発生信号がイグナイタ２５１に送信されると、イグナイタ２５１におけるスイッチング素子等が動作して１次コイル２１に電流が流れ、これに伴って２次コイル２２に電磁誘導による誘導起電力（逆起電力）が発生し、スパークプラグからスパークを発生させることができる。

次に、本例の点火コイル１における絶縁体５についてさらに詳細に説明する。
上記のごとく、絶縁体５は、絶縁材料５０を加熱硬化させてなり、絶縁材料５０は、エポキシ樹脂５１と、この中に分散されたナノ充填材５２とを含有する（図１及び図２参照）。
本例においては、絶縁材料５０としては、有機アンモニウムイオン５９を層状粘土鉱物６の層６１間に挿入してなる有機化クレイ７と、エポキシ樹脂５１とを混合し、有機化クレイ７を構成する層６１を上記ナノ充填材５２としてエポキシ樹脂５１中に分散させてなるものを用いた（図３（ａ）及び（ｂ）、図２参照）。
具体的には、絶縁材料は、次のようにして作製した。
まず、層状粘土鉱物６として、複数の層６１が積層されてなる層状構造のモンモリロナイト（Ｎａ−モンモリロナイト）を準備した（図３（ａ）参照）。この層状粘土鉱物を水に分散させた。
次に、有機アンモニウム塩であるトリメチルステアリルアンモニウムクロライドを準備し、この有機アンモニウム塩を水に溶解して有機アンモニウム水溶液を作製した。この有機アンモニウム水溶液中には、下記式（４）で表される有機アンモニウムイオン（トリメチルステアリルアンモニウムイオン）が存在する。

次いで、有機アンモニウム水溶液を上記にて作製した層状粘土鉱物６の分散液中に加えた。これにより、図３（ｂ）に示すごとく、有機アンモニウムイオン５９における例えばＮ原子の正電荷と、層状粘土鉱物６を構成する層６１の負電荷とが引きつけ合い、層状粘土鉱物（モンモリロナイト）６の各層６１の間に、有機アンモニウムイオン５９が入り込み、有機化クレイ７が生じる。
次に、有機化クレイ７の沈殿物をろ過により回収し、水で３回洗浄し、凍結乾燥することにより有機化クレイ（有機化モンモリロナイト）７を得た。

次に、エポキシ樹脂としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、上記のようにして作製した有機化クレイ７重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを、温度６０℃で真空脱泡（３〜５ｔｏｒｒ）しながら約６０分間攪拌混合した。これにより、有機化クレイの層間にエポキシ樹脂が入り込み、有機化クレイの各層がバラバラになる。その結果、有機化クレイの各層がナノ充填材５２としてエポキシ樹脂５１中に分散され、上記絶縁材料５０を得た（図１参照）。
次いで、この絶縁材料５０を加熱により硬化させ、硬化した絶縁材料５０中に含まれるナノ充填材５２の厚み及び幅をＸ線回折法及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定したところ、絶縁材料５０中には、層状粘土鉱物を構成する層がほとんど単一な層にまで分離され、厚み約１ｎｍ、幅１００ｎｍ×１００ｎｍの板状のナノ充填材５２がエポキシ樹脂５１中に分散されていた。また、絶縁材料５０におけるナノ充填剤の含有割合は、上記有機化クレイの配合割合と同様であり、エポキシ樹脂１００重量部に対して７重量部であった。

本例においては、上記のようにして作製した絶縁材料５０を、中心コア３、１次コイル２１及び２次コイル２２等を配置した上記点火コイル１のケース２０内の上記隙間２９や、イグナイタ配置凹部２５内に充填し、その絶縁材料５０を加熱することにより硬化させ、上記絶縁体５を形成した（図１参照）。

本例の点火コイル１においては、絶縁体５は、上記絶縁材料５０を硬化させてなり、該絶縁材料５０においては、厚み２ｎｍ以下という小さなナノ充填材５２がエポキシ樹脂５１中に分散されている。
そのため、絶縁体５においては、比較的少量の添加量でも絶縁破壊の進展距離を長くすることができる。それ故、絶縁体５においては、エポキシ樹脂１００重量部に対して７重量部という少量のナノ充填材であっても、絶縁破壊の発生を充分に抑制することができ、絶縁体５は優れた絶縁性を発揮することができる。

さらに、このように少量のナノ充填材５２の添加量で絶縁体５が優れた絶縁性を発揮できるため、絶縁材料５０においては、容易に低粘度化を図ることができる。それ故、点火コイル１の小型化を図る場合であっても、点火コイル１内の所望の部位に確実に絶縁材料５０を注入することができる。また、上述のごとく、絶縁体５は、絶縁性に優れているため、小型化により絶縁体５が薄肉化しても充分な絶縁性を発揮することができる。したがって、本例の点火コイル１は、小型化にも対応することができる。
また、絶縁体５においては、上記のごとく少量のナノ充填材５２で優れた絶縁性を発揮できるため、エポキシ樹脂５１が本来有する耐熱性等の特性を維持できる。
以上のように、本例の点火コイル１は、絶縁体５における絶縁破壊を抑制できると共に、小型化にも対応することができる。

（実施例２）
本例においては、点火コイルの絶縁体の材料となる絶縁材料について検討する例である。即ち、本例においては、エポキシ樹脂中に分散させる添加剤の種類や量を変えて５種類の絶縁材料（試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ１及び試料Ｃ２）を作製し、その特性を比較評価する。

具体的には、まず、実施例１の点火コイルに用いた絶縁材料と同様の絶縁材料を準備した。これを試料Ｅ１とする。
即ち、試料Ｅ１は、実施例１と同様にして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、４級の有機アンモニウムイオンであるトリメチルステアリルアンモニウムイオンがモンモリロナイトの層間に挿入された有機化クレイ７重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを混合して作製したものである。

試料Ｅ２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、トリメチルステアリルアンモニウムイオンがヘクトライトの層間に挿入された有機化クレイ７重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを混合して作製したものである。即ち、試料Ｅ２は、層状粘土鉱物としてヘクトライトを用いた点を除いては、実施例１の絶縁材料（上記試料Ｅ１）と同様にして作製したものである。試料Ｅ２においても、上記実施例１の絶縁材料（上記試料Ｅ１）と同様に、ヘクトライトを構成する層状構造がほとんど単一な層まで分離され、厚み約１ｎｍ、幅約１００ｎｍ×約１００ｎｍの板状のナノ充填材がエポキシ樹脂中に分散されていた。
また、試料Ｅ３は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、トリメチルステアリルアンモニウムイオンがフッ素化雲母の層間に挿入された有機化クレイ７重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを混合して作製したものである。即ち、試料Ｅ３は、層状粘土鉱物としてフッ素化雲母を用いた点を除いては、実施例１の絶縁材料（上記試料Ｅ１）と同様にして作製したものである。試料Ｅ３においても、上記実施例１の絶縁材料（上記試料Ｅ１）と同様に、フッ素化雲母を構成する層状構造がほとんど単一な層まで分離され、厚み約１ｎｍ、幅約１００ｎｍ×約１００ｎｍの板状のナノ充填材がエポキシ樹脂中に分散されていた。

また、本例においては、試料Ｅ１〜試料Ｅ３の比較用としてナノ充填材の代わりにシリカからなる充填材を用いて絶縁材料（試料Ｃ１及び試料Ｃ２）を作製した。
具体的には、まず、シリカ充填材を準備した。このシリカ充填材は、粒径１〜１００μｍのシリカの粒状体からなる。
次いで、このシリカ充填材５０重量部と、エポキシ樹脂としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを、実施例１と同様に、温度６０℃で真空脱泡（５００Ｐａ）しながら約６０〜１８０分間攪拌混合し、絶縁材料を作製した。これを試料Ｃ１とする。試料Ｃ１においては、エポキシ樹脂中に、粒径１〜１００μｍのシリカ充填材がそのまま分散されていた。

また、試料Ｃ２は、シリカ充填材７０重量部と、エポキシ樹脂としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部と、硬化剤としてのヘキサヒドロ酸無水物８５重量部とを含有する。即ち、試料Ｃ２は、上記試料Ｃ１のシリカ充填材の含有量を変えた点を除いては上記試料Ｃ１と同様にして作製したものである。
上記試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ１及び試料Ｃ２の絶縁材料の組成を表１に示す。

次に、上記のようにして作製した５種類の絶縁材料（試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ１、及び試料Ｃ２）について、粘度、ガラス転移温度（Ｔｇ）、耐電圧を測定した。その結果を表２に示す。
粘度の測定は、サンプル瓶（３５φ、１１０ｍｌ）に各試料約８０ｍｌを秤量し、Ｂ型回転粘度計（東京計器株式会社製）を用い６０℃に調整したシリコーン油浴に浸漬しておこなった。また、Ｔｇの測定は、ＴＭＡ（Thermomechanical Analysys）法により、各試料を温度９０℃で１７時間加熱後、さらに１７０℃で１５時間加熱して得られた硬化物を熱物理試験機ＴＭ−１５００型（真空理工株式会社製）を用いて昇温速度２．０℃／ｍｉｎで昇温させることにより測定した。

耐電圧は、絶縁破壊試験機（ヤマヨ試験器有限会社製）を用いて測定した。
具体的には、図６に示すごとく、まず上記のように加熱により硬化させた各試料の絶縁材料を立方体形状の試験片５に成形した。次いで、立方体形状の試験片５の一つの面に、導電性ペーストを焼き付けて電極面１０を形成した。次に、電極面１０と対抗する面から試験片５に針電極８（φ３０μｍ）を挿入し、針電極８と電極面間に電圧を印加し、絶縁破壊が起こるまでの時間（破壊時間）を測定した。なお、針電極８と電極面１０との距離ｄは２ｍｍとした。
次いで、破壊時間と印加電圧との関係から破壊時間が１０００時間となる電圧（耐電圧）を算出した。

表２より知られるごとく、有機化クレイとエポキシ樹脂とを混合し、エポキシ樹脂中に厚み２ｎｍ以下のナノ充填材を含有する絶縁材料（試料Ｅ１〜試料Ｅ３）は、７重量部という少ない量の充填材で１５０ｋＶ／ｍｍという高い耐電圧を示した。したがって、試料Ｅ１〜試料Ｅ３においては、絶縁破壊が起こり難く、優れた絶縁性を発揮できる。
これに対し、エポキシ樹脂中に粒径１〜１００μｍのシリカからなる充填材を含有する絶縁材料（試料Ｃ１）においては、５０重量部という多くの充填材を含有するにもかかわらず、耐電圧が８０ｋＶ／ｍｍしかなく、絶縁性が低かった。
また、試料Ｃ２のように、シリカからなる充填材の量を増量すると、耐電圧を向上できることがわかる。しかし、表２に示すごとくこの場合には粘度が高くなるため、点火コイルにおける狭い隙間にまで充分に絶縁材料を充填することが困難になるおそれがある。

また、試料Ｅ１〜試料Ｅ３は、シリカからなる充填材を含有する従来の絶縁材料（試料Ｃ１及び試料Ｃ３）と同程度の高いガラス転移点Ｔｇを示すことができる。そのため、試料Ｅ１〜試料Ｅ３は、高温領域でも使用が可能であり、温度環境が高温になり易い点火コイルの絶縁材料として適している。

以上のように、ナノ充填材をエポキシ樹脂中に分散してなる試料Ｅ１〜試料Ｅ３の絶縁材料は、絶縁性に優れ、点火コイルの小型化にも対応できることがわかる。
なお、本例においては、上記のごとく、有機アンモニウムイオンとして４級の有機アンモニウムイオン（トリメチルステアリルアンモニウムイオン）を用いて作製した有機化クレイを用いて絶縁材料を作製した。本例においては明確に示していないが、例えば下記の式（５）に示す２級の有機アンモニウムイオン（Ｎ−メチルｎオクタデシルアンモニウムイオン）及び式（６）に示す３級の有機アンモニウムイオン（Ｎ，Ｎ−ジメチルｎオクタデシルアンモニウムイオン）を用いても、上記試料Ｅ１〜試料Ｅ３と同様に、厚み２ｎｍ以下でアスペクト比４０以下のナノ充填材を含有する、絶縁性に優れた絶縁材料が得られることを確認している。

実施例にかかる、点火コイルの断面を示す説明図。 実施例１にかかる、絶縁材料の構成を示す説明図。 実施例１にかかる、層状粘土鉱物の層状構造を示す説明図（ａ）、層状粘土鉱物の層間に有機アンモニウムイオンが挿入された有機化クレイの構成を示す説明図（ｂ）。 本発明の絶縁材料中を進展する絶縁破壊の様子を示す説明図。 従来の絶縁材料中を進展する絶縁破壊の様子を示す説明図。 実施例１にかかる、耐電圧の測定方法を示す説明図。

符号の説明

１ 点火コイル
２ 円筒部
２０ ケース
２１ １次コイル
２１１ １次スプール
２２ ２次コイル
２２１ ２次スプール
３ 中心コア
５ 絶縁体
５０ 絶縁材料
５１ エポキシ樹脂
５２ ナノ充填材

Claims (6)

1. 中心コアと、該中心コアの外周に配置した１次コイル及び２次コイルと、有機化クレイ、エポキシ樹脂、及び硬化剤を含有する絶縁材料からなる絶縁体とをケース内に備える点火コイルの製造方法において、
   上記絶縁体を作製するにあたっては、有機アンモニウム水溶液を層状粘土鉱物の分散液に加えて、窒素原子に２〜４個の有機修飾基が結合してなる２〜４級の有機アンモニウムイオンを上記層状粘土鉱物の層間に入れ込ませて上記有機化クレイを形成する有機化クレイ形成工程と、
   上記有機化クレイ、上記エポキシ樹脂、及び上記硬化剤を含有する上記絶縁材料を真空脱泡しながら攪拌混合して上記有機化クレイを上記エポキシ樹脂中に分散させる分散工程と、
   上記分散工程後に上記絶縁材料を上記ケース内に注入し、上記絶縁材料を加熱、硬化させて上記絶縁体を形成する絶縁体形成工程とを備えることを特徴とする点火コイルの製造方法。
2. 請求項１において、上記有機アンモニウムイオンの上記有機修飾基のうち少なくとも一つは、炭素数が２以上３０以下であることを特徴とする点火コイルの製造方法。
3. 請求項１又は２において、上記層状粘土鉱物は、モンモリロナイト、フッ素化雲母、サボナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、及びスティブンサイトから選ばれる１種以上であることを特徴とする点火コイルの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記絶縁材料は、上記エポキシ樹脂１００重量部に対して上記有機化クレイを１〜３５重量部含有することを特徴とする点火コイルの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記１次コイル及び上記２次コイルのうち一方は、もう一方の外周を同心円状に巻回するように配置され、上記絶縁体は、上記１次コイルと上記二次コイルとの間に配置されることを特徴とする点火コイルの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記有機修飾基は、炭化水素基であることを特徴とする点火コイルの製造方法。

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