JP6019047B2

JP6019047B2 - 内燃機関用の点火コイル

Info

Publication number: JP6019047B2
Application number: JP2014002456A
Authority: JP
Inventors: 伸也山根; 雅之西村; 山田　修司; 修司山田; 鈴木　大輔; 大輔鈴木; 拓也高井良; 島川　英明; 英明島川
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: JP2015133350A

Description

本発明は、内燃機関用に備えられる点火プラグに高電圧を供給する点火コイルにおいて、特にプラグホール外にコイル部を配置する内燃機関用の点火コイルに関するものである。

従来より、内燃機関用の点火コイルは、近年エンジンルームを狭めて車内空間を広げるため、エンジンルームに配置される部品を小型化することが求められている。また、石油価格の高騰や化石燃料の枯渇問題から燃費性能を向上させることが急務になっており、車両重量を低減させるための軽量化、並びに、燃焼噴射量を抑えた希薄燃料でも確実に着火を行うため、巻線の巻き数の増加や鉄芯の大型化による高出力化も求められている。このような点火コイルとして、例えば、特開２００３−０３７０１５号公報（以下「特許文献１」）のような構造が知られている。

特許文献１の内燃機関用点火コイルの上面図、及び、側面図を図６に示す。特許文献１の内燃機関用点火コイルは、エンジンのプラグホールの底に設けられた点火プラグに高電圧を供給する内燃機関用点火コイルにおいて、無端の外環鉄心20、及び上記外環鉄心20が囲む内部を横切って外環鉄心20と閉磁路を形成すると共に、同心状に嵌合した１次、２次両コイル30，40を貫通して支持する直線鉄心10からなる鉄心−コイル組立体と、前記点火プラグに電気的に接続する高圧端子110を底に保持し、上記鉄心−コイル組立体をプラグホールの軸線と直交する方向に支持、収容し、内部に注型した絶縁樹脂の固化層により鉄心−コイル組立体を固定した有底の絶縁ケース120と、を備え、前記２次コイル40の外形は巻線の巻径が軸方向の中央部が大、両端の各端部に向かって小さくなるボール形で、前記絶縁ケース120は上記ボール形の２次コイル40の下部を収容するため上記ボール形の下部に倣った漏斗形下部130を有し、その一部はエンジンに取付けたときに前記プラグホールのなかに収容される。

また、外環鉄心20の内周、及び外周の形状を２次コイル40の外形に相似のボール形にし、外環鉄心20の内周を２次コイル40の外形のボール形の赤道の外に近接して配置することが記載されている。

特開２００３−０３７０１５号公報

しかしながら、上記従来の内燃機関用点火コイルでは次のような問題が生じている。即ち、エンジンに取付ける際にエンジンの外での取付けの省スペース化が図れる点火コイルを提供でき、エンジンルームの小形化に寄与することができるが、さらなる小型化を行うには、ケース上部の形状をコイル部に近接するためにケース内に充填する絶縁樹脂の量を減らす必要がある。しかし、特許文献１の点火コイルの形状ではケースの開口面に対する樹脂量が減ると絶縁樹脂にクラックが生じ易くなりコイル部の絶縁性が保てない問題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、点火コイルの小型軽量化を達成する如く、ケースの形状をコイル部に沿った形状としてケース内に充填する絶縁樹脂の量を減らした内燃機関用の点火コイルを提供することを目標とする。

上記の課題を解決するために本発明は次のような内燃機関用の点火コイルの構成とする。即ち、外周鉄芯及び中心鉄芯と、当該中心鉄芯の外周へ設けられた１次ボビンに１次巻線を巻き回した１次コイルと、２次ボビンに２次巻線を巻き回した２次コイルと、を備えたコイル部と、絶縁性樹脂で形成され且つ前記コイル部を収容させた第１のケース及び第２のケースと、を具備し、前記コイル部から発生させた高電圧を点火プラグへ供給する内燃機関用の点火コイルにおいて、
前記第２のケースは、前記第１のケースとの接続面が摩擦攪拌接合で接続されており、前記二次ボビンの曲線的部位に沿った形状と前記外周鉄芯の曲線形状に沿った形状とを有し、
前記２次ボビンは、前記外周鉄芯の内周側の曲線形状に沿った形状とされる、こととする。

上記の通り、コイル部は、絶縁性樹脂で成形された第１のケース及び第２のケースに収容され、第１のケースと第２のケースは、コイル部に沿った形状を有すると共に、第１のケースと第２のケースの接続面を摩擦攪拌接合で接続されることで、コイル部を第１のケースと第２のケースに挿入する開口部を必要とせず、第１のケースと第２のケースの形状をコイル部に沿った形状としてケース内に充填する絶縁樹脂の量を減らしても絶縁樹脂にクラックが生じ難くコイル部の絶縁性を保つ事のできる小型軽量化を達成した内燃機関用の点火コイルが実現できる。

また、第１のケースは、点火プラグと電気的に接続する高圧タワーを備え、第２のケースは、点火コイルを取付け固定するフランジ及び／又はコイル部と電気的接続をするコネクタを備える構成とすることで、エンジンに点火コイルを配置した際に高圧タワー、フランジ、及び、コネクタに対してエンジンの振動等の外部応力が加わっても第１のケースと第２のケースの接続が破壊されることを防ぐ効果を得ることができる。さらに、第１のケースと第２のケースは、高圧タワーの軸方向に対して垂直方向となる接合面を有することで、点火コイルをエンジンに装着する際に高圧タワーに外部応力が加わっても第１のケースと第２のケースの接続が破壊されることを防ぐ効果を得ることができる。

また、第１のケースと第２のケースは、フランジを固定するボルトの回転方向に対して略平行する接合面を有することで、点火コイルをエンジンに装着する際にフランジにボルトの回転方向に対する応力が加わっても第１のケースと第２のケースの接続が破壊されることを防ぐ効果を得ることができる。さらに、第１のケースと第２のケースは、コネクタの差し込み方向に対して略平行する接合面を有することで、点火コイルをエンジンに装着する際にコネクタに接続されるハーネスの差し込み方向に対する応力が加わっても第１のケースと第２のケースの接続が破壊されることを防ぐ効果を得ることができる。

本発明の第１の実施例とする点火コイルの斜視図を示す。実施例１の点火コイルの第１のケースと第２のケースの接続を表す斜視図を示す。（ａ）第２のケースと２次コイルと２次コイルカバーの組み立てを表す斜視図、（ｂ）絶縁樹脂の充填と１次コイルの組み立てを表す斜視図を示す。実施例１の点火コイルのフランジに加わるボルトの回転に対する応力を表す斜視図を示す。実施例１の点火コイルのコネクタに加わるハーネスの差し込みに対する応力を表す斜視図を示す。特許文献１の内燃機関用点火コイルの上面図、及び、側面図を示す。

以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。

本発明の第１の実施例とする点火コイルの斜視図を図１に、点火コイルの第１のケースと第２のケースの接続を表す斜視図を図２に、（ａ）第２のケースと２次コイルと２次コイルカバーの組み立てを表す斜視図、（ｂ）絶縁樹脂の充填と１次コイルの組み立てを表す斜視図を図３に、点火コイルのフランジに加わるボルトの回転に対する応力を表す斜視図を図４に、点火コイルのコネクタに加わるハーネスの差し込みに対する応力を表す斜視図を図５にそれぞれ示す。

図１乃至図３において、点火コイル100は珪素鋼板を３０枚程度積層して形成したＩ字型の中心鉄芯10と略円形型の外周鉄芯20を組み合わせて閉磁路機構とする鉄芯と、当該中心鉄芯10の外周に樹脂で成形した１次ボビンの外周に１次巻線を１００ターン程度巻き回した１次コイル30と、当該１次コイル30の外周に樹脂で成形した２次ボビンの外周に２次巻線を８０００〜１５０００ターン巻き回した２次コイル40と、からなるコイル部から構成する。また、当該コイル部は絶縁樹脂から成形される第１のケース50と第２のケース60とを組み合わせて箱型となるケースに収容される。さらに、当該第１のケース50及び当該第２のケース60内には当該１次コイル30への点火信号を供給するスイッチング素子から構成されるイグナイタ70を収容し、当該第１のケース50及び当該第２のケース60は当該コイル部と当該イグナイタ70に沿った形状とする。

また、前記第１のケース50は前記コイル部の外周方向の６面に対して底面側に配置する形状とし、前記第２のケース60は前記コイル部の外周方向の前記第１のケース50配置面を除く５面側に配置する形状とする。さらに、前記第１のケース50には前記２次コイル40からの高電圧をエンジン上部に形成されたプラグホール内に備えられる点火プラグに供給するための高圧タワーが当該プラグホール内に突出する形状で形成される。

また、前記第２のケース60の側面には前記点火コイル100をボルトでエンジンブロックに取り付けるための略三角柱状のフランジ62が形成され、当該フランジ62には当該ボルトを通す差し込み孔62aが形成される。さらに、前記第２のケース60の当該フランジ62形成面と対向する面には樹脂成形したコネクタ64が取り付けられ、当該コネクタ64には前記１次コイル30への電源電圧や前記イグナイタ70への点火信号を供給するハーネスを取り付ける差し込み口64aが形成される。

また、前記第１のケース50には前記２次コイル40の上部を覆う２次コイルカバー80が装着され、当該２次コイルカバー80は前記２次コイル40上部に沿った形状としている。さらに、前記第１のケース50及び前記第２のケース60には前記コイル部及び前記イグナイタ70の物理的固定と電気的絶縁するために前記点火コイル100内部に充填する熱硬化性樹脂を注入するための開口部60bを形成する。

図２に戻って、前記第１のケース50のプラグホール側面は前記第２のケース60と接続する接合面50aを有すると共に、前記第２のケース60のプラグホール対向面は前記第１のケース50と接続する接合面60aを有し、当該接合面50a，60aを摩擦攪拌接合で接続している。摩擦攪拌接合は前記第１のケース50及び前記第２のケース60を組み立て後に当該接合面50a，60aに対して先端部に突起を有した円柱状の工具を回転させながら圧力を加えることで軟化させる接合方法である。工具の先端部の回転力によって当該接合面50ａ，60a付近を塑性流動させて練り混ぜることで一体化させる。

また、前記第１のケース50に形成される前記接合面50aは前記高圧タワー52の軸方向に対して垂直方向に形成される。さらに、前記第２のケース60に形成される前記接合面60aは前記フランジ62の前記差し込み孔62aを貫通するボルトの回転方向に対して平行に形成される。

図３に戻って、図３（ａ）では、前記２次コイル40は前記第１のケース50に挿入され、前記２次コイル40の上部に前記２次コイルカバー80を装着して覆う。図３（ｂ）では、組み立てた前記２次コイル40、前記第１のケース50、及び、前記２次コイルカバー80に矢印Ｐ方向から熱硬化性樹脂を充填する。そして、熱硬化性樹脂が固化した後、前記中心鉄芯10及び前記１次コイル30を組み立てたものを装着する。この工程により、前記２次コイル40の内部の細部に熱硬化性樹脂が浸透する。

図４において、前記第１のケース50及び第２のケース60の前記接合面50a，60aは前記ボルト差し込み孔62aを貫通するボルトの回転力Ｆ_１が働くことで応力Ｓ_１が生じる。しかし、前記第１のケース50は前記高圧タワー52が点火プラグとの接続によって固定されているので前記第２のケース60のみがボルトの回転力Ｆ_１の影響を受け、第１のケース50との接合面50a，60aの接続を破壊することとなる。

図５において、前記第１のケース50及び第２のケース60の前記接合面50a，60aは前記ハーネス差し込み口64aに挿入される際のハーネスの差し込み圧力Ｆ₂が働くことで応力Ｓ₂が生じる。しかし、前記第１のケース50は前記高圧タワー52が点火プラグとの接続によって固定されているので前記第２のケース60のみがハーネスの差し込み圧力Ｆ₂の影響を受け、第１のケース50との接合面50a，60aの接続を破壊することとなる。

上記構成によって、前記第１のケース50及び前記第２のケース60は前記コイル部と前記イグナイタ70に沿った形状とし、前記第１のケース50と前記第２のケース60は前記接合面50a，60aを有し、前記接合面50a，60aを摩擦攪拌接合で接続することで、前記点火コイル100の小型軽量化を達成する如く、前記第１のケース50と前記第２のケース60の形状を前記コイル部に沿った形状としてケース内に充填する前記熱硬化性樹脂の量を減らしても熱硬化性樹脂にクラックが生じ難く前記コイル部の絶縁性を保つ事ができる。また、前記第１のケース50と前記第２のケース60とを有して前記コイル部を収容するため、前記コイル部をケースに挿入するための開口を必要とせず、前記熱硬化性樹脂を注入する前記開口部60bのみ備えるだけでよいので前記熱硬化性樹脂にクラックが生じた場合でも、前記コイル部からの前記開口部60bに波及するクラックによる前記１次コイル30及び前記２次コイル40のリーク電流や水の浸入等の不良を防ぐことができる。

また、前記第１のケース50と前記第２のケース60は前記接合面50a，60aを摩擦攪拌接合で接続することで、図４における前記第１のケース50及び第２のケース60の前記接合面50a，60aは前記ハーネス差し込み口64aに挿入される際のハーネスの差し込み圧力Ｆ₂が働くことで応力Ｓ₂が生じても前記第１のケース50と前記第２のケース60の接続が破壊されることを防ぐことができる。さらに、図５における前記第１のケース50及び第２のケース60の前記接合面50a，60aは前記ハーネス差し込み口64aに挿入される際のハーネスの差し込み圧力Ｆ₂が働くことで応力Ｓ₂が生じても前記第１のケース50と前記第２のケース60の接続が破壊されることを防ぐこともできる。

なお、実施例１の変形例として、前記コイル部の構成は前記点火コイル100に求められる出力や寸法の応じて任意に変更してもよい。また、前記第１のケース50は前記コイル部の外周方向の６面に対して底面側に配置する形状とし、前記第２のケース60は前記コイル部の外周方向の前記第１のケース50配置面を除く５面側に配置する形状としたが、設計事情によって適宜変更してもよいし、前記点火コイル100は２つ以上のケースを組み合わせる構成としてもよい。さらに、前記第１のケース50には前記２次コイル40の上部を覆う前記２次コイルカバー80を装着したが、前記２次コイル40の内部の細部に熱硬化性樹脂が浸透するのであれば、省略してもよい。

また、前記第１のケース50に形成される前記接合面50aは前記高圧タワー52の軸方向に対して垂直方向に形成したが、前記点火コイル100の取り付け時に前記第２のケース60を支持する構成であれば前記接合面50aが前記高圧タワー52の軸方向に対して略垂直方向として実施例１と同様の効果を得てもよい。さらに、前記第２のケース60に形成される前記接合面60aは前記フランジ62の前記差し込み孔62aを貫通するボルトの回転方向に対して平行に形成したが、前記接合面60aが前記フランジ62の前記差し込み孔62aを貫通するボルトの回転方向に対して略平行として実施例１と同様の効果を得てもよい。

また、前記第２のケース60に形成される前記接合面60aは前記コネクタ64の前記差し込み口64aの差し込み方向に対して略平行として実施例１と同様の効果を得てもよい。さらに、前記点火コイル100は前記２次コイル40のみを先に熱硬化性樹脂を充填する工程を行ったが、これは、前記２次コイル40の内部の細部に熱硬化性樹脂を浸透させるためであって、全ての組み立てを完了させてから熱硬化性樹脂を充填する工程としても本実施例１の効果を得ることができる。

10：中心鉄芯
20：外周鉄芯
30：１次コイル
40：２次コイル
50：第１のケース
50a：接合面
52：高圧タワー
60：第２のケース
60a：接合面
60b：開口部
62：フランジ
62a：ボルト差し込み孔
64：コネクタ
64a：ハーネス差し込み口
70：イグナイタ
80：２次コイルカバー
100：点火コイル

Claims

外周鉄芯及び中心鉄芯と、当該中心鉄芯の外周へ設けられた１次ボビンに１次巻線を巻き回した１次コイルと、２次ボビンに２次巻線を巻き回した２次コイルと、を備えたコイル部と、絶縁性樹脂で形成され且つ前記コイル部を収容させた第１のケース及び第２のケースと、を具備し、前記コイル部から発生させた高電圧を点火プラグへ供給する内燃機関用の点火コイルにおいて、
前記第２のケースは、前記第１のケースとの接続面が摩擦攪拌接合で接続されており、前記二次ボビンの曲線的部位に沿った形状と前記外周鉄芯の曲線形状に沿った形状とを有し、
前記２次ボビンは、前記外周鉄芯の内周側の曲線形状に沿った形状とされる、ことを特徴とする内燃機関用の点火コイル。