JP6428094B2 - 点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジン等の内燃機関において、点火装置に必要な高電圧を発生させる点火コイルに関し、特にコイルケースに収容される磁気コアの絶縁構造に関する。

車両用エンジンに用いられる点火装置は、点火コイルで発生させた高電圧によって点火プラグに火花放電を生じさせる。一般に、点火コイルは、中心コアの外周に１次コイルと２次コイルを巻回し、その外側に、外周コアを配置して構成される。これらの部品は、絶縁性のコイルケース内に収容され、ケース内の空間にはエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂が充填されて絶縁封止している。

特許文献１には、センタコアおよびサイドコアからなり磁気回路を構成するコア部と、センタコア周りに設けたボビンに巻装される１次コイルおよび２次コイルを、コイルケース内に収容し、絶縁性樹脂を封入して一体化した点火コイルについて、図８に示すように、サイドコア１０１を弾性部材１０２で被い、連接されるセンタコア１０３を、１次スプール１０４と同材質の樹脂で被った構成が開示されている。特許文献１の構成は、コア角部の外側に弾性部材を介在させることで、コア部と絶縁性樹脂の線膨張係数差による応力を緩和し、絶縁性樹脂にコア角部を起点とするクラックが生じる不具合を回避しようとするものである。

特開２００７−８１０８５号公報

点火装置の信頼性を確保するため、点火コイルには、高い耐電圧特性が要求される。一方で、搭載性やコスト面から、点火装置の小型化が要求されており、絶縁性の向上との両立が課題となっている。このため、特許文献１の点火コイルは、コア部、特にサイドコア１０１の周囲に薄肉の弾性部材１０２を覆着することで、サイドコア１０１とコイルケース内壁面との距離を小さくして小型化を図り、エンジンレイアウト性を改善している。

しかしながら、特許文献１の点火コイルは、サイドコア１０１の外側表面全体を弾性部材１０２で覆う構成であるために、弾性部材１０２を複数に分割して嵌合させる必要があり、サイドコア１０１の固定のために嵌合部にコア露出部が形成されるなど、形状が複雑となり部品コストや装着の手間がかかる。また、弾性部材１０２がコア部の両端面部にも配置されるために軸方向長が長くなり、点火コイルの小型化が制限される不具合がある。

そこで、本願発明は、冷熱環境における熱応力で絶縁性樹脂に発生するクラックを確実に防止し、しかも体格をより小さくして搭載性を向上させ、高い絶縁性と信頼性を備えた点火コイルを実現することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、上端開口の絶縁性コイルケース内に磁気コアを収容し、絶縁性樹脂で封止した点火コイルであって、
上記磁気コアは、コイルが巻回される柱状の中心コアと、その外側を取り囲む矩形の外周コアからなり、
上記コイルケース内に、上記磁気コアを、上記中心コアの軸方向が水平方向となるように収容し、上記外周コアの外壁面の少なくとも一部を、上記コイルケースの内壁面に隣接させて配置するとともに、
上記磁気コアと上記絶縁性樹脂の間に介在し、少なくとも上記外周コアの上面を覆う緩衝部材を設け、かつ上記外周コアと上記コイルケースとの隣接位置において、上記緩衝部材の外周縁部を上記コイルケース側へ突出させて、該突出部を、対向する上記コイルケースの壁部に設けた支持面上に突出させる。

本発明の請求項２に記載の発明は、上記支持面を、上記コイルケースの壁部の肉厚を変化させて、または、上記コイルケースの壁部を屈曲変形させて形成した段部の水平面にて構成する。

本発明の請求項３に記載の発明は、上記支持面の上方に対向位置して、その下端面と上記支持面との間に、上記突出部を保持する補助ケースを設ける。

本発明の請求項４に記載の発明は、上記コイルケースを上側ケースと下側ケースで構成し、上記支持面となる上記下側ケースの上端壁部の水平面と、上記上側ケースの下端壁部の水平面との間に、上記突出部を保持する。

本発明の請求項５に記載の発明は、上記補助ケース、上記上側ケースまたは上記下側ケースに、上記突出部の外周側に位置する縦壁からなる高さ調整部を設ける。

本発明の請求項６に記載の発明は、上記上側ケースに、上記突出部の外周側を覆って下方へ延出するケースガイドを設ける。

本発明の請求項７に記載の発明は、上記コイルケースおよび上記外周コアが矩形形状を有し、矩形筒状とした上記外周コアの上面の３辺を上記コイルケースの内壁面に隣接させるとともに、上記緩衝部材を上記外周コアの上面を覆って配置し、その３辺の外周縁部に沿って上記突出部を設ける。

本発明の請求項８に記載の発明は、上記緩衝部材がゴム材料または樹脂材料からなる矩形枠状のシートである。

本発明の点火コイルは、外周コアの少なくとも一部をコイルケースの内壁面に隣接させて配置し、外周コアの上面に配置した緩衝部材の外周縁部に突出部を形成して、ケース壁面部に設けた段部に突出させる、またはケース端部で支持させることで、外周コアの角部を確実に覆い、冷熱環境において生じる熱応力を吸収または軽減して、外周コアの角部を起点とするクラックを防止する。したがって、絶縁性を確保しつつコイルケースの体格を小さくして、搭載性と信頼性を両立させることができる。

本発明を適用した第１実施形態における点火コイルの要部拡大図で、図１ＢのＡ部拡大図である。 第１実施形態の点火コイルの全体構成を示す断面図である。 第１実施形態の点火コイルの上面図である。 第１実施形態の点火コイルの上面図で、緩衝部材を取り外した状態を示した図である。 点火コイルに取り付けられる緩衝部材の側面図で、図３ＢのＡ矢視図および緩衝部材の上面図である。 点火コイルに取り付けられる緩衝部材の下面図で、図３ＡのＢ矢視図である。 第１実施形態の点火コイルの作用効果を説明するための要部拡大図である。 緩衝部材を配置しない場合の点火コイルの要部拡大図である。 緩衝部材に突出部を設けない場合の点火コイルの要部拡大図である。 第２実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第３実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第４実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第５実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第６実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第７実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第８実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第９実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第１０実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 第１１実施形態における点火コイルの要部拡大図である。 従来の点火コイルの全体断面図である。

以下、本発明を内燃機関の点火装置に適用した第１実施形態を、図面により説明する。図１Ｂ、１Ｃは、車両エンジン用の点火コイルの概略構成であり、中心コア１１および外周コア１２からなる磁気コア１を、上端開口の絶縁性コイルケース３内に収容し、磁気コア１の周囲に絶縁性樹脂４を注入硬化させて、絶縁封止している。磁気コア１と絶縁性樹脂４との間には、本発明の特徴である緩衝部材５が介在しており、その要部を図１Ａに示す。点火コイルは、中心コア１１外周に巻回されるコイル２として１次コイル２１および２次コイル２２を備え、図示しない点火プラグに供給するための高電圧を発生する。

コイルケース３は、角を丸めた略矩形容器状の樹脂成形体からなる。コイルケース３内には、柱状の中心コア１１が、図の水平方向を軸方向として配置されており、中心コア１１の軸方向の一端側（図１Ｂの左端側）には、イグナイタ６が配設されている。イグナイタ６と対向するコイルケース３の外側面には、図示しない車両制御部に接続されるコネクタ６１が設けられて、イグナイタ６への通電を制御する。コイルケース３の他方の外側面には、ケース固定用の取付穴を有する取付部３１が、コイルケース３の底面には、プラグ穴に挿通固定されるプラグ接続部３２が、一体的に設けられる。プラグ接続部３２内には端子部３２ａが設けられて、コイル２下側の高電圧端子２ａと電気的に接続している。端子部３２ａ下面には金属製スプリング３２ｂが当接し、プラグ接続部３２の外周には防水ゴム３２ｃが配設される。コイル２上側の低電圧端子２ｂは、イグナイタ６の端子６２に接続される。

図２は、緩衝部材５を取り外した状態を示しており、外周コア１２は、中心コア１１およびコイル２の外側を取り囲むように、コイル２と間隔をおいて配置される。外周コア１２は、磁性材料からなる平板を積層して、コイルケース３の内周囲に沿う略長方形の筒状に成形されている。中心コア１１は、磁性材料からなる平板を積層して、例えば矩形断面の柱状に成形される。コイル２は、中心コア５に外挿した１次スプール２３の両端フランジ間に１次コイル２１を巻線し、その外側に多数のスロットを区画形成した２次スプール２４を外挿して、２次コイル２２を分割巻線して構成される。１次スプール２３、２次スプール２４は樹脂材料からなり、１次コイル２１、２次コイル２２は、所定線径の絶縁被覆銅線を軸方向の一端側から他端側へ、所定のターン数で巻回される。ここでは、イグナイタ６側が低電圧、反対側の端部が高電圧となり、巻線終端部に高電圧端子２ａが設けられる。

本実施形態において、外周コア１２の壁面のうち、コイルケース３の取付部３１側の壁面とその両側の壁面が、コイルケース３の内壁面に隣接している。すなわち、外周コア１２の矩形枠状の上面は、イグナイタ６側を除く３辺について、その外周縁部がコイルケース３の内壁面にほぼ隙間なく近接して配置される。図１Ｂに示すように、磁気コア１は、その上下に空間を有してコイルケース３内に支持され、絶縁性樹脂４は、磁気コア１の上部および下部空間と、外周コア１２とイグナイタ６の間の空間、さらに外周コア１２と中心コア１１の間の空間（図１Ｃ参照）に充填して、各部材間を絶縁封止している。絶縁性樹脂４としては、例えば、硬質エポキシ樹脂等の電気絶縁性に優れた熱硬化性樹脂材料が好適に使用される。

この構成により、コイルケース３がコンパクトになり、絶縁性樹脂４の充填量も低減できる。ただし、点火コイルは、通電によりコイル２が繰返し発熱する使用環境にあることから、硬質の絶縁性樹脂４磁気コア１との境界部において、線膨張係数差により絶縁性樹脂４にクラックが生じるおそれが大きくなる。そこで、本発明では、磁気コア１と絶縁性樹脂４との間に緩衝部材５を介在させて、少なくとも外周コア１２の上面を覆うとともに、その外周縁部をコイルケース３側へ突出させた突出部５１を設ける。本実施形態において、緩衝部材５は、外周コア１２の上面側および下面側に配置され、図１Ｃに示すように、上面側の緩衝部材５について、コイルケース３に隣接する３辺の外周縁部から外方へ突出する突出部５１が設けられる。

一方、図１Ａ、図２に示すように、外周コア１２の上面に隣接するコイルケース３の内壁面に続く壁部には、緩衝部材５の突出部５１に対応する位置に、支持面としての水平面３４ａを有する段部３４が設けられる。段部３４は、水平面３４ａより上方のコイルケース３の壁部を薄肉とすることにより形成され、外周コア１２の上面高さに設けた水平面３４ａ上で、突出部５１を支持している。本実施形態において、突出部５１は、緩衝部材５と同じ厚さで一体的に設けられ、水平面３４ａの幅は、突出部５１を収容可能な幅であればよく、コイルケース３内壁部の加工性と強度が両立できる範囲で、例えば、突出部５１の突出長さと同等かわずかに隙間を有する程度の幅に設定される。

図３Ａ、３Ｂに詳細を示すように、緩衝部材５は、外周コア１２の上面形状に対応する、内外周の角部を丸めた所定厚さの矩形枠状シートであり、３辺に突出部５１が形成される。緩衝部材５の内周縁部には、全周に下方に突出する固定用突起５２が設けられて、外周コア１２の内周に嵌合するようになっている。外周コア１２の下面側に設けられる緩衝部材５は、突出部５１を有しない以外は、同形状で、固定用突起５２により外周コア１２の下面側に嵌着される。

緩衝部材５としては、電気絶縁性および耐熱性を有し、熱応力を吸収または軽減してクラックを防止可能な材料であればよく、具体的には柔軟性の良好なゴム材料または接着力の低い樹脂材料が好適に用いられる。ゴム材料は、例えば、シリコン系ゴム、アクリル系ゴム、フッソ系ゴム等が挙げられ、外周コア１２と絶縁性樹脂４の間に介在して追従変形し、外周コア１２上面付近で発生する熱応力を吸収できる。また、樹脂材料としては、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）等が挙げられる。このような樹脂材料を使用することで、緩衝部材５と絶縁性樹脂４との接着力が、コイルケース３と絶縁性樹脂４との接着力より低くなり、冷熱環境において、緩衝部材５と絶縁性樹脂４との界面が剥離するために、外周コア１２上面付近で発生する熱応力を軽減できる。

図４Ａに示すように、この効果を得るには、緩衝部材５が外周コア１２上面の外周角部を覆って、より外側に位置する突出部５１を有していればよい。さらに、突出部５１の下面側に段部３４の水平面３４ａを配置することで、突出部５１を支持して変形や位置ズレ等を防止できる。これに対して、緩衝部材５を有しない場合は（図４Ｂ）、冷熱サイクルにより金属製の外周コア１２が繰返し伸縮する際、硬質の絶縁性樹脂４が追従できず、外周コア１２の外周角部を起点とするクラックが発生する（エポキシクラック）。これは、緩衝部材５に突出部５１を有しない場合も同様であり（図４Ｃ）、緩衝部材５は外周コア１２の上面を保護するものの、変形または剥離する際に、外周コア１２の上面が露出することがあるために、エポキシクラックの発生を完全に防止することは難しい。

図５Ａは、本発明の第２の実施形態であり、第１実施形態のようにコイルケース３の肉厚を段部３４の上下で変更せず、コイルケース３の壁部を、段部３４の形成位置において外方へクランク状に屈曲させている。この時、コイルケース３の肉厚は一定であり、段部３４の水平面３４ａより下側のコイルケース３は、外形が第１実施形態より小さくなるので、体格を小型化できる。コイルケース３の肉厚は、成形性とケース強度が両立できる範囲で適宜設定すればよい。

図５Ｂは、本発明の第３の実施形態であり、第１実施形態のコイルケース３の内周側に、筒状の補助ケース３５を配置する。補助ケース３５は、コイルケース３と同材質の樹脂成形体からなり、段部３４より上方のコイルケース３上部内周面に嵌合可能に成形される。この時、補助ケース３５端部の水平な下端面３５ａと、支持面である段部３４の水平面３４ａとの間に、緩衝部材５の突出部５１を保持する。これにより、緩衝部材５を上方から抑えて浮き上がりを防止し、クラック発生を防止する効果を高めることができる。

補助ケース３５の厚さは、例えば、水平面３４ａの幅と同等程度とし、コイルケース３の薄肉部とともに壁部を構成して、コイルケース３の強度を向上させる。補助ケース３５は、その内側に絶縁性樹脂４が充填されることで固定されるが、例えば、突出部５１を保持しないイグナイタ６側の下端部を、コイルケース３の段部３４に当接する位置まで延出することで、位置決め固定を容易にすることもできる。

図６は、本発明の他の実施形態であり、コイルケース３に段部３４を設ける代わりに、上下２分割して、その対向端部に突出部５１を支持させることもできる。図６Ａに示す第４実施形態では、絶縁性のコイルケース７を、上側ケース７１と下側ケース７２にて構成し、支持面となる下側ケース７２上端壁部の水平面７２ａ上に、緩衝部材５の突出部５１を突出位置させている。突出部５１の上方には、上側ケース７１の下端壁部が位置し、その下端水平面７１ａと下側ケース７２の水平面７２ａの間に、突出部５１が狭持される。コイルケース７は、突出部５１が形成されない位置では、上側ケース７１が下側ケース７２に当接する位置まで延設され、その内側に絶縁性樹脂４を充填することで固定される。

あるいは、図６Ｂに示す第５実施形態のように、上側ケース７１の下端部を逆Ｌ字状に切り欠いて、突出部５１の外方に位置する縦壁からなる高さ調整部７３とすることもできる。これにより、突出部５１が保持される上側ケース７１と下側ケース７２の水平面７１ａ、７２ａ間の間隔が一定となり、緩衝部材５とコイルケース７の締めしろが安定して、絶縁性樹脂４の漏れが防止できる。また、製造後の製品取り扱い時に、コイルケース７に何らかの荷重が加えられても、突出部５１を保持する上側ケース７１下端部または下側ケース７２上端部に荷重がかかって絶縁性樹脂４のクラックの起点となる不具合を防止できる。

図６Ｃに示す第６実施形態のように、図６Ａの第４実施形態の構成に加えて、上側ケース７１にケースガイド７４を設けることもできる。ケースガイド７４は、上側ケース７１の下端部をクランク状に外方へ屈曲変形させることにより形成され、突出部５１の外周側を覆って水平面７１ａの外周端縁部から下方へ延出して、下側ケース７２の上端部外周面を覆っている。これにより、コイルケース７外側への絶縁性樹脂４のはみ出しが防止できる。また、上下ケース７１、７２の水平方向の位置決めが容易になる。

図６Ｄに示す第７実施形態のように、図６Ｂの第５実施形態と図６Ｃの第６実施形態の構成を組み合わせることもできる。具体的には、ケースガイド７４の下端部内周を階段状に切欠いて、突出部５１の外方に、下側ケース７２の水平面７２ａに当接する高さ調整部７５を形成する。これにより、組付時の上側ケース７１と下側ケース７２の水平方向の位置決めが容易になり、また、突出部５１を保持する上下ケース７１、７２の距離が一定となり、絶縁性樹脂４のはみ出しを防止できる。さらに、製品取り扱い時にコイルケース７に加わる荷重で、突出部５１またはその近傍に荷重がかかり、絶縁性樹脂４のクラックの起点となる不具合を防止できる。

図７Ａに示す第８実施形態は、第１実施形態の変形例であり、コイルケース３に設けた段部３４と、対向する緩衝部材５の突出部５１の間に、隙間が形成されている。このように、突出部５１は、段部３４の水平面３４ａに当接している必要はなく、外周コア１２の外周角部を覆ってその上方の絶縁性樹脂４との間を区画していれば、外周コア１２より上方の絶縁性樹脂４にクラックが進展するのを防止することができ、同様の効果が得られる。

図７Ｂに示す第９実施形態は、第１実施形態の変形例であり、コイルケース３の段部３４上に支持される突出部５１の先端を薄肉として、弾性を高めた位置決め用突起５３としている。この時、位置決め用突起５３を含む突出部５１の突出長さを、水平面３４ａの幅よりわずかに長くすることで、緩衝部材５の組み付け時に、位置決め用突起５３を対向するコイルケース３内壁面に圧接させる。緩衝部材５の位置決めを確実に行い、使用時の浮き上がりを防止することができる。

図７Ｃに示す第１０実施形態は、図６Ｂの第５実施形態の変形例であり、下側ケース７２の段部７６の水平面７６ａの外側に高さ調整部７７を一体的に形成している。このように、高さ調整部７７は、上側ケース７１または下側ケース７２のいずれに設けることもできる。また、図７Ｄに示す第１１実施形態は、この第１０実施形態の構成に、図６Ｃの第６実施形態に示したケースガイド７４を組み合わせた変形例であり、ケースガイド７４を簡易な形状となる。

以上のように、本発明によれば、少なくとも外周コア１２の上面側に緩衝部材５を配置して、コイルケース３と隣接する位置に突出部５１を設けることで、絶縁性樹脂４との線膨張係数差による熱応力を緩和し、外周角部を起点とするエポキシクラックを確実に防止できる。コイルケース３に隣接しないイグナイタ６側の外周縁部については、突出部５１を設けることもできるが、絶縁性樹脂４を十分な絶縁距離で充填可能であり、上記実施形態では突出部５１を形成していない。外周コア１２の下面側に配置される緩衝部材５についても、コイルケース３と隣接する位置に突出部５１を設けてもよいが、絶縁性樹脂４の上部表面にエポキシクラックが進展するおそれはないため、必ずしも突出部５１を設ける必要はない。

したがって、本発明の点火コイルは、磁気コア１と絶縁性樹脂４の間に介在する緩衝部材５によって、コイルケース３の小型化を可能にし、簡易な構成で高い信頼性を実現できる。なお、上記実施形態における点火コイルの基本構成は適宜変更してもよく、例えば、コイルケース３の外形や磁気コア１の断面形状は、通常公知の他の形状とすることができる。また、コイル２を構成する１次コイル２１および２次コイル２２や、これらが巻回される１次スプール２３および２次スプール２４、その他部材の形状は任意に設定することができる。

本発明の点火コイルは、車載用、特に設置スペースが限られた点火装置に適用されて小型化と高性能化の要求を両立することが可能であり、利用価値が高い。

１ 磁気コア
１１ 中心コア
１２ 外周コア
２ コイル
３ コイルケース
３４ 段部
３４ａ 水平面（支持面）
３５ 補助ケース
３５ａ 下端面
４ 絶縁性樹脂
５ 緩衝部材
５１ 突出部
６ イグナイタ
７ コイルケース
７１ 上側ケース
７１ａ 水平面
７２ 下側ケース
７２ａ 水平面（支持面）
７３、７５、７７ 高さ調整部
７４ ケースガイド

Claims (8)

1. 上端開口の絶縁性コイルケース（３、７）内に磁気コア（１）を収容し、絶縁性樹脂（４）で封止した点火コイルであって、
   上記磁気コアは、コイル（２）が巻回される柱状の中心コア（１１）と、その外側を取り囲む矩形の外周コア（１２）からなり、
   上記コイルケース内に、上記磁気コアを、上記中心コアの軸方向が水平方向となるように収容し、上記外周コアの外壁面の少なくとも一部を、上記コイルケースの内壁面に隣接させて配置するとともに、
   上記磁気コアと上記絶縁性樹脂の間に介在し、少なくとも上記外周コアの上面を覆う緩衝部材（５）を設け、かつ上記外周コアと上記コイルケースとの隣接位置において、上記緩衝部材の外周縁部を上記コイルケース側へ突出させて、該突出部（５１）を、対向する上記コイルケースの壁部に設けた支持面（３４ａ、７２ａ、７６ａ）上に突出させることを特徴とする点火コイル。
2. 上記支持面を、上記コイルケース（３）の壁部の肉厚を変化させて、または、上記コイルケースの壁部を屈曲変形させて形成した段部（３４）の水平面（３４ａ）にて構成する請求項１記載の点火コイル。
3. 上記支持面の上方に対向位置して、その下端面（３５ａ）と上記支持面との間に、上記突出部を保持する補助ケース（３５）を設けた請求項２記載の点火コイル。
4. 上記コイルケース（７）を上側ケース（７１）と下側ケース（７２）で構成し、上記支持面となる上記下側ケースの上端壁部の水平面（７２ａ、７６ａ）と、上記上側ケースの下端壁部の水平面（７１ａ）との間に、上記突出部を保持する請求項１記載の点火コイル。
5. 上記補助ケースに、上記突出部の外周側に位置する縦壁からなる高さ調整部（７３、７５、７７）を設けた請求項３記載の点火コイル。
6. 上記上側ケースまたは上記下側ケースに、上記突出部の外周側に位置する縦壁からなる高さ調整部（７３、７５、７７）を設けるか、または、上記上側ケースに、上記突出部の外周側を覆って下方へ延出するケースガイド（７４）を設けるか、または、上記高さ調整部と上記ケースガイドの両方を設けた請求項４記載の点火コイル。
7. 上記コイルケースおよび上記外周コアが矩形形状を有し、矩形筒状とした上記外周コアの上面の３辺を上記コイルケースの内壁面に隣接させるとともに、上記緩衝部材を上記外周コアの上面を覆って配置し、その３辺の外周縁部に沿って上記突出部を設けた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の点火コイル。
8. 上記緩衝部材がゴム材料または樹脂材料からなる矩形枠状のシートである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の点火コイル。

Images