JP4996108B2 - 点火コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジンの点火コイル装置であって、独立点火方式のエンジンの点火プラグに直結する小型の点火コイル装置（ＰＴＣ：Plug Top Coil）に関する。

従来、独立点火方式に採用されるＰＴＣはエンジンのヘッドカバー周辺に取り付けられることから、小型軽量高性能化が望まれるため、閉磁路タイプのＰＴＣが多くみられる。その外周コアは、珪素鋼板から打ち抜いて積層しただけのものであると、外形が大きくなりすぎるため、長さが異なる短冊状のコアを複数枚用意して積層した後、折り曲げ加工するか、折り曲げ加工後に積層して仕上げていた。例えば、特許文献１に開示されている「点火コイル装置及びその製造方法」は、簡易に作製することができ、作製に際して電磁鋼板の無駄を最小限にすることができる磁心を備える点火コイル装置を提供することを目的としたもので、その点火コイル装置は、図７のＡに示されるように、帯状に切断された鋼板片を折り曲げて積層した一対の積層体５１、５２をつき合わせて形成した磁心と、磁心の一辺の周囲に巻回された一次及び二次コイル１、２からなるコイル部と、点火プラグに接続されるアダプタ部とを備える。ここで用いられている磁心は、帯状に切断された鋼板片を折り曲げた後にこれを積層することによって形成されているので、一枚の電磁鋼板から複数の鋼板片を簡易かつ無駄なく切り出すことによって形成され、磁心の形状及び寸法を所望の値に簡易に設定・変更することができるものとされている。
また、他の形態例としては、外周コアを１枚の長い帯状のコアで構成し、このコアを複数回巻きまわすことにより、外周コアを形成するものがあった。例えば、特許文献２に示された「内燃機関用点火コイル」は、打ち抜き加工により発生する材料の未使用（廃棄）分をなくすことで歩留まりを改善し、また、磁束を流す方向と鉄心材料の圧延方向の不一致をなくすことで小型化軽量化することができるようにすることを課題とした発明で、図７のＢに示されるように、一次コイル１及び二次コイル２をそれぞれ巻回し、同心状に配設した筒状の一次コイルボビン３及び二次コイルボビン４と、その一次コイルボビン３の筒内周及び二次コイルボビン４の外周を通って閉磁路を成す鉄心部５を有し、この鉄心部５を、短冊状の珪素鋼板を積層して成り一次コイルボビン３の筒内周を通るセンタ鉄心６と、比較的厚みの薄い帯状の珪素鋼板で二次コイルボビン４（二次コイル２）の外周を複数回巻回して成る巻回鉄心７とで構成したものである。なお、図面上ではこの巻回鉄心は三層でエンドレスのように描かれているが、実際は一本の長い帯状体を巻いたものであるから、内側端部と外側端部が存在し、そこに段部ができるはずである。

図７のＡに示したタイプの点火コイル装置は短冊状の鉄板を帯状に打ち抜き要所を９０度曲げたものを重ねて端部の揃ったコの字状のコアを作成するものであるから、重ねるコアの単位ピースのうち外側となるほど短冊の長さを長くする必要がある。すなわち、材料となるコアの単位ピースは重ねる位置に応じてそれぞれ短冊の長さを変えて打ち抜くこととなるため、歩留まりが悪いという問題がある。また、この種の点火コイル装置はエンジンの稼働による加熱と停止による冷却を繰り返し受けることになるが、図７のＢに示した１枚の長い帯状のコアを巻きまわして外周コアとするものの場合、熱によるコアの膨張・収縮現象を伴い、その際コアの巻き始めから巻き終りまでその影響が伝わるため、熱応力が熱硬化性樹脂に広範囲の影響を及ぼすこととなり、長期使用において不具合を起すおそれがあるという問題がある。
特開平１１−３０７３７４号公報 「内燃機関用点火コイル」 平成１１年１１月５日公開 特開平９−２２３６３５号公報 「点火コイル装置及びその製造方法」 平成９年８月２６日公開

本発明の課題は、上記した従来装置の持つ問題点を解決すること、すなわち、コアを打ち抜く際の方向性を定めることによる出力特性の向上をはかりつつ歩留まりを改善し、さらに熱応力の低減を実現した小型軽量の点火コイル装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の点火コイル装置は、内燃機関のエンジンのプラグトップに直結される点火コイル装置であって、センターコアの周囲に巻回された一次コイルと、その同軸上に巻回された二次コイルと、前記センターコアの両端部を内接する形態で外周コアを配置して閉磁路を形成した内燃機関用の点火コイル装置において、前記短冊材を積層方向に折り曲げてループ状に形成し、前記ループ状の外周コアはその短冊部材両端部の不連続部が前記センターコアの一方の端部に位置するように配置したものであることを特徴とする。
そして、好ましい１形態として、前記ループ状の外周コアは同寸法の短冊材が複数枚積層されたものが複数組重ねられる形態を提案する。
また、本発明の前記外周コアの単位ピースは長手方向と圧延方向が同一になった帯状の珪素鋼板を所定長さ寸法でカットしたものを用いるようにした。

本発明の点火コイル装置は、センターコアの両端部を内接する形態で外周コアを配置して閉磁路を形成した内燃機関用の点火コイル装置において、前記外周コアは同寸法の短冊材が複数枚積層されると共にループ状に折り曲げ形成されたものであるから、エンジンの稼働後の停止時に冷却に伴う外周コアの収縮が起こっても各単位コアが完全に固定されていないため熱によるコア相互の影響が伝わりにくくなり、また、各層のループ毎に切れ目が存在するため、点火コイルの他の部材に無理な締め付け負荷が掛かることはない。従って、注型樹脂にクラック等が発生するのを軽減することができる。そして、本発明で用いる外周コアは同一長さの単位コアだけを準備すればよいため歩留まりを向上させることができる。

本発明の点火コイル装置はセンターコア内を通る磁束が外周コアによって導かれ閉磁路となるように構成されているものであるが、その外周コアのループに一カ所切れ目（不連続部）が生じることになる。しかし、外周コアの短冊状単位ピースの不連続部が前記センターコアの一方の端部に位置するように配置したことにより、その切れ目で若干の間隙があっても磁気抵抗に影響することはない。なぜならば、本発明の点火コイル装置において磁気回路はセンターコアの端部で左右に分かれ、外周コアの半周分の両側を通るので、上記の切れ目はこの磁気回路の磁気抵抗にはならないからである。
また、本発明の変形形態として、前記ループ状の外周コアは同寸法の短冊材が複数枚積層されたものが複数組重ねられる構成を採用したものは、組数に応じたコアの単位ピースを準備する必要があるものの、複数のコア結合体を用いて、積厚を大きくできるため１組のコア結合体で構成する場合よりも、確実に磁束の漏れを防止することができる。
また、本発明の前記外周コアの単位ピースは長手方向と圧延方向が同一になった帯状の珪素鋼板を所定長さ寸法でカットしたものを用いるようにしたことにより、磁気抵抗が小さくなり、磁束がスムーズに通ることになるため出力特性が向上すると共に、素材に全く無駄を出すことがない。

本発明の第１実施形態を図１、２に基づいて説明する。図２は、本発明による第１実施形態の平面図であり、図１は図２のＡ−Ａ部の縦断面図である。この点火コイル装置の構成とその組み立ては次のとおりである。珪素鋼板が複数枚積層されたＩ字状のセンターコア６がインサート成形された一次ボビン３に、一次コイル１が巻きまわされ、当該一次ボビン３は二次コイル２が巻きまわされた二次ボビン４の中心に同軸状に挿入される。一方、コネクタ１３には、点火を制御する点火ユニット１２が隣接配置され、点火ユニット１２の端子とコネクタ１３の端子１３ａは抵抗溶接等によって接続される。また、点火ユニット１２が接続されたコネクタ１３は二次ボビン４の所定位置に係合させて配置される。そして、二次ボビン４上に、一次コイル１に点火ユニット１２からの入力信号を与えるための接続用端子１ａが設置されているため、上記と同様に点火ユニット１２と抵抗溶接等で接続される。又、二次ボビン４には二次コイルの巻終わり(高圧側)と接続され、点火プラグ１０側と接続するための二次端子２ａが設置されている。(以下、この状態のものを「コイルコンポ」と表記する。)

次に、コイルケース８と一体に成形された高圧タワー９の所定位置に二次端子２ａと接続する高圧ターミナル１１を圧入ぎみに設置する。次に、外周コア７をコイルケース８内に設置しておく。この時、外周コア７の幅は一次ボビン３にインサート成形されたＩ字状のセンターコア６の両端面幅は管理されたクリアランスを有しているため、外周コア７の設置後のガタつきはほとんど発生しない。次に、前記コイルコンポをコイルケース８の軸線上方から下方に向って挿入すると、二次端子２ａは高圧ターミナル１１と接触し、電気的接続が安定状態で保たれることとなる。なお、この時、コネクタ１３には、コイルケース８の軸線方向とは直角方向の開口部の所定位置に係合する凹溝が形成されており、当該凹溝とコイルケース８の開口部のＵ字状部位が係合する。次に、注型用のエポキシ樹脂材１６を軸線とは直角(コネクタ１３)方向から流し込み固化させて点火コイル装置を得る。

点火プラグ１０との接続は、コイルケース８の高圧タワー９の軸心の高圧ターミナル１１にハイテンションスプリング１５を設置し、高圧タワー９の凹凸に合わせるように耐熱ゴム製の高圧ブーツ１４を係合する。この状態で、エンジンカバー上部から点火プラグ１０に本発明に係る点火コイル装置を係合させる。なお、コイルケース８には図示しない取付用腕が突設されており、取付用腕にあけられた取付用孔にビスを通してエンジンカバーに固定する。

この第１実施形態における外周コア７は、長さ、幅、及び厚さが等しい３枚のコア単位ピースからなる結合体となっており、３枚のコア単位ピースを積層した後、所定形状に折り曲げ加工したものであって、プレスの順送型で連続的に形成が可能である。加工された外周コア７は図３の左側に示すように各コア単位ピースの両端部が対峙して不連続部となった矩形のループ形状とされる。不連続部を持ったループ形状であるから、エンジン稼働時／停止時の温度差に基づく熱膨張／収縮は構造的に吸収することができ、内部歪みとなったり、接触部材への負荷となることはない。また、同寸法のコア単位ピースを積層してループ状に折り曲げ加工されるため、外側のものほど対峙する両端部の間隙は広くなる。この間隙部では当然に磁気抵抗が高くなるが、これによる磁束漏れの不具合を回避するためここに示した例では該不連続部分がセンターコア６の端部にくるように配置するようにした。本発明の点火コイル装置において磁気回路はセンターコア６の端部で左右に分かれ、外周コアの半周分の両側を通ることになるが、上記のような構成とすれば、不連続部分の拡大図を示す図３の右側の図に示した磁力線から分かるように、上記の切れ目はこの磁気回路の磁気抵抗にはならないからである。本発明の外周コア７はこのように同寸法の短冊形状のコア単位ピースだけを使用することによって、まず、板材から所望幅の長い帯状部材を打ち抜き、それを単一長さでカットするだけの簡略な材料加工の手間となり、無駄な外形を打ち抜いた後の材料残りが極少となって、素材の利用率(歩留まり)が向上する効果がある。なお、コア単位ピースは、一方向性の珪素鋼板を使用し、当該コア単位ピースの長手方向と珪素鋼板の圧延方向が一致するように、コア単位ピースの抜型の方向を決めておく。このようにすることで、鋼板に含有されるシリコンの結晶軸と当該コア単位ピースの長手方向とが一致するようになるため磁束が通過しやすくなるからである。

本発明の点火コイルの接続回路図を図４に示す。波線で囲われた部分は一体構造とされた一次コイル１，二次コイル２，センターコア６，外周コア７そして点火コイル１２が組み込まれ、コイルコンポとされ、その入力側端子にはキースイッチを介して直流電源と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）からの点火信号が入力される。また、出力端子２ａからプラグへの点火電圧が出力される。

図５に示した外周コア７は第１実施形態の変形例を示す。この例では同寸法の短冊形状のコア単位ピースの数を１枚増やし４枚積層の結合体としたものである。これは閉ループ磁気回路の磁気抵抗をより低くし、漏れ磁束を少なくするための構成である。

図６に示した外周コア７は本発明の第２実施形態を示す。この例では、二種類のコア結合体７Ａ及びコア結合体７Ｂを使用しており、外周コア７の積層厚を大きくしたい場合に有効である。同寸法の短冊形状のコア単位ピースを所望の積層厚となるだけ重ねて折り曲げ加工した場合、外側のコア単位ピースの対峙する両端部の間隙は広くなり、その部分からの磁束の漏れが性能に影響するからである。この第２実施形態では、上記の磁束の漏れを避けるため、コア結合体７Ａの外周にコア結合体７Ｂの内周が圧入されて係合できるような形状になっており、コア結合体７Ａのコア単位ピースの対峙する両端部の間隙とコア結合体７Ｂのコア単位ピースの対峙する両端部の間隙が揃うような寸法関係に作られる。すなわち、コア結合体７Ｂのコア単位ピースはコア結合体７Ａのコア単位ピースの長さ寸法よりその分長く設計されている。素材として二種類のコア単位ピースを準備しなければならない分コストパフォーマンスは先の第１実施形態より、不利であるが、このようにすることによって、漏れ磁束が少なくなるからである。求められる条件に応じてこの第２の実施形態を採用することが可能である。

本発明に係る点火コイル装置の第１実施形態の縦断面図である。 本発明に係る点火コイル装置の第１実施形態の平面図である。 第１実施形態における３枚のコア単位ピースからなる外周コアの結合体を示す図である。 本発明の点火コイルの接続回路図である。 ４枚のコア単位ピースからなる外周コアの結合体の変形例を示す図である。 第２実施形態における複数の結合体からなる外周コアを示す図である。 従来の点火コイル装置を説明する図である。

符号の説明

１ 一次コイル ２ 二次コイル
１ａ 接続用端子 ２ａ 二次端子
３ 一次ボビン ４ 二次ボビン
６ センターコア ７ 外周コア
８ コイルケース ９ 高圧タワー
１０ 点火プラグ １１ 高圧ターミナル
１２ 点火ユニット １２ａ 点火ユニットの端子
１３ コネクタ １３ａ コネクタ端子
１４ 高圧ブーツ １５ ハイテンションスプリング
１６ 注型用樹脂材

Claims (3)

1. 内燃機関のエンジンのプラグトップに直結される点火コイル装置であって、センターコアの周囲に巻回された一次コイルと、その同軸状に巻回された二次コイルと、前記センターコアの両端部を内接する形態で外周コアを配置して閉磁路を形成した内燃機関用の点火コイル装置において、前記外周コアは同寸法の短冊材が複数枚積層されると共に、前記短冊材を積層方向に折り曲げてループ状に形成し、前記ループ状の外周コアはその短冊部材両端部の不連続部が前記センターコアの一方の端部に位置するように配置したことを特徴とする内燃機関用の点火コイル装置。
2. 前記ループ状の外周コアは同寸法の短冊材が複数枚積層されたものが複数組重ねられた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装置。
3. 前記外周コアの単位ピースは長手方向と圧延方向が同一になった帯状の珪素鋼板を所定長さ寸法でカットしたものである請求項１または２に記載の内燃機関用の点火コイル装置。

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