JP6500519B2 - 内燃機関用の点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の点火コイルに関する。

内燃機関用の点火コイルとしては、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルを有するものがある（特許文献１）。二次コイルは、芯線と芯線を被覆する被膜とからなる二次導線を巻回してなる。被膜は、二次導線の線間にかかる電圧に充分耐える性能が要求される。特に、スパークプラグの放電によりスパークプラグ側から二次コイルにサージ電圧が流入するため、二次導線の線間にかかる大きな電圧に対して充分に耐えることのできる被膜の耐電圧性能が要求される。

特許第３１７８５９３号公報

しかしながら、被膜の耐電圧を向上させるべく、被膜を厚くすると、点火コイルの大型化を招くおそれがある。
また、被膜の材質を耐電圧の高いものにすることも考えられるが、高コスト化を招くおそれがある。すなわち、二次導線を一次コイル等の他の部品に接合する際、これらの導通を確保するために二次導線の被膜を溶融させるが、被膜の材質を耐電圧の高いものにすると、その耐熱性も高くなりやすいため、被膜を溶融させ難くなる。それゆえ、二次導線を他の部品に接合する工程に、被膜を剥がす工程等の新たな工程を組み込む必要が生じ得る。また、被膜の材質を耐電圧の高いものにすると、材料コストが高くなりやすい。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線の線間の絶縁性を向上させることができる内燃機関用の点火コイルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルを有する内燃機関用の点火コイルであって、
上記二次コイルは、導電性を有する芯線と、絶縁性を有すると共に該芯線を被覆する被膜とからなる二次導線を巻回してなり、
該二次導線は、スパークプラグに近い側の高電圧側部と、該高電圧側部よりも上記スパークプラグから遠い側の低電圧側部とを有し、
上記高電圧側部は、上記低電圧側部よりも上記被膜の耐電圧が高く、
上記低電圧側部は、上記高電圧側部よりも上記芯線の直径が大きいことを特徴とする内燃機関用の点火コイルにある。

上記内燃機関用の点火コイルにおいては、高電圧側部が、低電圧側部よりも被膜の耐電圧が高い。それゆえ、点火コイルの大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線の線間の絶縁性を向上させることができる。

二次導線の線間にかかる電圧が特に大きくなるのは、スパークプラグの放電によりスパークプラグ側からサージ電圧が流入したときである。このとき、二次導線の中でもスパークプラグに近い側の高電圧側部において線間電圧が高くなるが、低電圧側部においては線間電圧が比較的高くなり難い。それゆえ、二次導線の中でも高電圧側部の被膜に要求される耐電圧は高いが、低電圧側部の被膜に要求される耐電圧は比較的高くないといえる。

そこで、高電圧側部と低電圧側部とで被膜の耐電圧性能を変え、高い耐電圧が要求される高電圧側部の被膜を、低電圧側部の被膜よりも耐電圧が高いものすることにより、点火コイル全体の大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線の線間の絶縁性を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線の線間の絶縁性を向上させることができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

参考例１における、内燃機関用の点火コイルの一部断面側面図。 参考例１における、内燃機関用の点火コイルの断面図。 参考例１における、ボビン、二次コイル、高圧側接続端子、低圧側接続端子、及び中間部材の斜視図。 参考例１における、ボビン、二次コイル、高圧側接続端子、低圧側接続端子、及び中間部材の上面図。 参考例１における、二次導線の高電圧側部と低電圧側部との断面図。 参考例１における、巻回数割合と線間電圧との関係を示した線図。 実施例１における、二次導線の高電圧側部と低電圧側部との断面図。 参考例２における、ボビン、二次コイル、高圧側接続端子、低圧側接続端子、及び中間部材の斜視図。 参考例２における、ボビン、二次コイル、高圧側接続端子、低圧側接続端子、及び中間部材の上面図。 図８において、第１分割ボビンと第２分割ボビンとを分解した斜視図。

上記内燃機関用の点火コイルは、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書においては、一次コイル及び二次コイルの巻回軸が延びる方向を、軸方向という。また、単に径方向というときは、特に断らない限り、一次コイル及び二次コイルの径方向をいうものとする。

（参考例１）
内燃機関用の点火コイルの実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の内燃機関用の点火コイル１は、図２に示すごとく、互いに磁気的に結合された一次コイル２及び二次コイル３を有する。図５に示すごとく、二次コイル３は、導電性を有する芯線４と、絶縁性を有すると共に芯線４を被覆する被膜５とからなる二次導線３０を巻回してなる。図１〜図４に示すごとく、二次導線３０は、スパークプラグ（図示略）に近い側の高電圧側部３１と、高電圧側部３１よりもスパークプラグから遠い側の低電圧側部３２とを有する。高電圧側部３１は、低電圧側部３２よりも被膜５の耐電圧が高い。本例においては、図５に示すごとく、低電圧側部３２が、高電圧側部３１よりも被膜５の厚みが小さい。これにより、高電圧側部３１の被膜５の耐電圧は、低電圧側部３２の被膜５の耐電圧よりも高くなっている。

図２に示すごとく、一次コイル２及び二次コイル３は、同心状に内外周に重なって配置されている。一次コイル２は、軟磁性材料からなる中心コア１１の周囲に巻回されており、図１、図２に示すごとく、二次コイル３は、一次コイル２の外周側に配置されたボビン６に巻回されている。

二次導線３０は、例えば芯線４が銅、被膜５がポリウレタン系樹脂からなる。図５に示すごとく、二次導線３０の高電圧側部３１と低電圧側部３２とは、互いに被膜５の厚さが異なる別の導線によって構成されている。つまり、低電圧側部３２は、高電圧側部３１の導線よりも被膜５の厚みが小さい導線によって構成されている。図１〜図４に示すごとく、高電圧側部３１と低電圧側部３２とは、導電性を有する中間部材７を介して電気的に接続されている。本例において、中間部材７は、金属からなり、板棒状を呈している。

図３、図４に示すごとく、ボビン６は、絶縁性を有する樹脂等からなり、筒状の本体部６１と、本体部６１の外周面から外周側に突出する環状の鍔部６２とを有する。鍔部６２は複数形成されており、軸方向Ｘにおいて互いに間隔を設けて配されている。軸方向Ｘに隣り合う鍔部６２の間には、二次コイル３の二次導線３０が巻回される導線巻回空間６０１、及び、中間部材７が配される部材配置空間６０２が形成されている。
なお、以下においては、便宜上、軸方向における一方を前方とし、他方を後方とする。

本例において、ボビン６には６つの導線巻回空間６０１と１つの部材配置空間６０２とが形成されている。前から２番目の導線巻回空間６０１（以下においては、単に、「２番目の導線巻回空間６０１」という。前から１番目及び３〜６番目の導線巻回空間６０１についても同様とする。）と３番目の導線巻回空間６０１との間に、部材配置空間６０２が形成されている。２番目の導線巻回空間６０１が３〜６番目の導線巻回空間６０１よりも軸方向Ｘの寸法が小さく、１番目の導線巻回空間６０１が２番目の導線巻回空間６０１よりも軸方向Ｘの寸法が小さくなるように、複数の鍔部６２が配されている。また、互いに隣り合う導線巻回空間６０１の間に配された鍔部６２には、隣り合う導線巻回空間６０１に二次導線３０を渡すための切欠部６２１が形成されている。

１、２番目の導線巻回空間６０１には、高電圧側部３１が巻回されており、３〜６番目の導線巻回空間６０１には、低電圧側部３２が巻回されている。低電圧側部３２は、３〜６番目の各導線巻回空間６０１において略同一の巻回数ずつ巻回されている。そして、高電圧側部３１は、１、２番目の各導線巻回空間６０１において、低電圧側部３２が巻回された３〜６番目の各導線巻回空間６０１における巻回数よりも少ない巻回数にて巻回されている。また、高電圧側部３１は、２番目の導線巻回空間６０１の巻回数よりも１番目の導線巻回空間６０１の巻回数が少なくなるように巻回されている。

二次コイル３の外径は、高電圧側部３１によって構成された部位が、低電圧側部３２によって構成された部位よりも小さい。また、二次コイル３の外径は、２番目の導線巻回空間６０１に巻回された高電圧側部３１の部位よりも１番目の導線巻回空間６０１に巻回された高電圧側部３１の部位が小さい。そして、部材配置空間６０２には、中間部材７が、厚み方向を軸方向Ｘとして保持されている。

中間部材７の一端に高電圧側部３１が接続されており、中間部材７の他端に低電圧側部３２が接続されている。高電圧側部３１における中間部材７と反対側の端部は、ボビン６の前端に配設された高圧側接続端子１２の一端に接続されている。そして、図１、図２に示すごとく、高圧側接続端子１２の他端は、高圧出力端子１９等を介してスパークプラグに電気的に接続される。図３、図４に示すごとく、低電圧側部３２の長手方向における中間部材７と反対側の端部は、ボビン６の後端に配設された低圧側接続端子１３の一端に接続されている。そして、低圧側接続端子１３の他端は、一次コイル２、又は、後述するコネクタ１８内に配された端子へ電気的に接続されている。

二次導線３０は、導電経路が、１番目の導線巻回空間６０１から６番目の導線巻回空間６０１までを逐次通るように巻回される。次に、各導線巻回空間６０１における二次導線３０の巻回の仕方の一例について説明する。

まず、ボビン６の本体部６１の外周面に沿って、一つの導線巻回空間６０１の前端から後端まで二次導線３０を螺旋状に巻回して巻回層を形成する。このとき、軸方向Ｘに隣接する二次導線３０の部位同士を密着させながら巻回する。次いで、二次導線３０を、既に巻回した巻回層の外周面に沿って、導線巻回空間６０１の後端から前端まで巻回して２つ目の巻回層を形成する。さらに、二次導線３０を、既に巻回した巻回層の外周面に沿って、導線巻回空間６０１の後端から前端まで巻回して３つ目の巻回層を形成する。これを繰り返し、一つの導線巻回空間６０１に二次導線３０を巻回する。二次導線３０は、一端から他端までの巻回の向きが同じとなるように巻回される。

一つの導線巻回空間６０１において二次導線３０を巻回し終えたときは、ボビン６の鍔部６２の切欠部６２１に二次導線３０を通して、軸方向Ｘに隣接する導線巻回空間６０１に二次導線３０を移行させ、同様に巻回する。このようにして、すべての導線巻回空間６０１において二次導線３０を巻回する。なお、このような巻線の巻回の仕方を、整列巻きという。

二次導線３０は、一次コイル２を構成する導線よりも細く、かつ、多い巻回数で巻回されている。一次コイル２及び二次コイル３の外周側には、一次コイル２及び二次コイル３を囲む略矩形環状の外周コア１４が配されている。外周コア１４は、軟磁性材料からなり、中心コア１１と共に、一次コイル２への通電によって発生する磁界の磁路を構成する。外周コア１４の外周側には、一次コイル２への通電及び通電の遮断を行うためのイグナイタ１５が配されている。一次コイル２及び二次コイル３、中心コア１１、外周コア１４、イグナイタ１５等の点火コイル１の構成部品は、ケース１６内において、電気絶縁性を有する充填樹脂１７によって封止されている。そして、ケース１６には、点火コイル１を外部機器に接続するためのコネクタ１８が形成されている。なお、図１においては充填樹脂の図示を省略している。

次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用の点火コイル１において、高電圧側部３１は、低電圧側部３２よりも被膜５の耐電圧が高い。それゆえ、点火コイル１の大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線３０の線間の絶縁性を向上させることができる。このことについて、図６を参照しながら説明する。

図６は、二次導線３０を一次コイル２と接続される側から、スパークプラグと接続される側に向って巻回した場合の、二次導線３０のｎ−１巻目の部位とｎ巻目の部位との間にかかる線間電圧の分布の概略を示したグラフである。図６のグラフにおいて、横軸は、二次導線３０の総巻回数に対する巻回数の割合（巻回数割合）（％）を示しており、（ｎ×１００）／二次導線３０の総巻回数、によって求められる。ｎは二次導線３０の巻回数を示す自然数であり、最大値は二次導線３０の総巻回数である。

図６に示した線Ｌ１は、一次コイル２への通電を遮断してから、点火コイル１に接続したスパークプラグの電極間に容量放電が発生する直前（以下において放電前という。）における、二次導線３０の線間電圧の概略を示している。図６に示した線Ｌ２は、スパークプラグの電極間に放電が生じたことに起因して、スパークプラグ側から二次コイル３の二次導線３０にサージ電圧が流入した際（以下において放電後という。）の、二次導線３０の線間電圧の概略を示している。

まず、図６に示した線Ｌ１から分かるように、放電前において、二次導線３０の線間電圧は、その部位に依らず、一定である。一方で、図６に示した線Ｌ２から分かるように、放電後において、巻回数割合が大きいほど、つまり、スパークプラグに近い側の部位ほど、二次導線３０の線間電圧が大きくなることが分かる。特に、巻回数割合約７５％以上の部位においては、線間電圧が、放電前における二次導線３０の線間電圧を超えることが分かる。

つまり、二次導線３０の線間にかかる電圧が特に大きくなるのは、スパークプラグ側からサージ電圧が流入したときである。このとき、二次導線３０の中でもスパークプラグに近い側の高電圧側部３１において線間電圧が高くなるが、低電圧側部３２においては線間電圧が比較的高くなり難い。それゆえ、二次導線３０の中でも高電圧側部３１の被膜５に要求される耐電圧は高いが、低電圧側部３２の被膜５に要求される耐電圧は比較的高くないといえる。

そこで、高電圧側部３１と低電圧側部３２とで被膜５の耐電圧性能を変え、高い耐電圧が要求される高電圧側部３１（例えば二次導線３０の巻回数割合７５％以上の部位）の被膜５を、低電圧側部３２（例えば二次導線３０の巻回数割合７５％までの部位）の被膜５よりも耐電圧が高いものすることにより、点火コイル１全体の大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線３０の線間の絶縁性を向上させることができる。

また、低電圧側部３２は、高電圧側部３１よりも被膜５の厚みが小さい。それゆえ、高い耐電圧が要求される高電圧側部３１の被膜５の耐電圧を比較的高くすることにより、二次導線３０の線間の絶縁性を向上させることができるのと同時に、要求される耐電圧が比較的高くない低電圧側部３２の被膜５については、厚みを小さくすることにより、点火コイル１全体の大型化を抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、大型化、高コスト化を抑制しつつ、二次導線の線間の絶縁性を向上させることができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

（実施例１）
本例は、図７に示すごとく、低電圧側部３２が、高電圧側部３１よりも芯線４の直径が大きい例である。二次導線３０の高電圧側部３１と低電圧側部３２とは、互いに芯線４の直径及び被膜５の厚さが異なる別の導線によって構成されている。低電圧側部３２は、高電圧側部３１の導線よりも、芯線４の直径が大きく、かつ、被膜５の厚みが小さい導線によって構成されている。

その他は、参考例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例１と同様の構成要素等を表す。

本例においては、低電圧側部３２の芯線４の直径を大きくすることにより、二次コイル３全体の抵抗値を下げることができる。その結果、二次コイル３の銅損を低減することができ、点火コイル１の出力を向上させることができる。

また、被膜５の厚みを小さくした側である低電圧側部３２について、芯線４の直径を大きくすることにより、高電圧側部３１の直径と低電圧側部３２の直径との差が大きくなることを防ぐことができ、二次導線３０の高電圧側部３１を巻回する際に用いる巻線機と、低電圧側部３２を巻回する際に用いる巻線機とを共通にすることが可能となる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（参考例２）
本例は、図８〜図１０に示すごとく、ボビン６が、高電圧側部３１が巻回されるものと、低電圧側部３２が巻回されるものとに分割されている例である。ボビン６は、第１分割ボビン６３と第２分割ボビン６４とに分割されている。第１分割ボビン６３には、高電圧側部３１が巻回されており、第２分割ボビン６４には、低電圧側部３２が巻回されている。

第１分割ボビン６３と第２分割ボビン６４とは、第１分割ボビン６３の後端面と第２分割ボビン６４の前端面とを当接させて組み付けられている。図１０に示すごとく、第２分割ボビン６４の前端面には位置決め突起部６３２が形成されており、第１分割ボビン６３には位置決め突起部６３２と係合する位置決め凹部が形成されている。これにより、第１分割ボビン６３と第２分割ボビン６４とは互いに位置決めされた状態にて、図８、図９に示すように互いに組み付けることができる。

図８〜図１０に示すごとく、中間部材７は、互いに分割された第１中間部材７１と第２中間部材７２とからなる。第１中間部材７１は第１分割ボビン６３の後端に形成された部材配置空間６０２に配されており、第２中間部材７２は第２分割ボビン６４の前端に形成された部材配置空間６０２に配されている。第１中間部材７１の一端には高電圧側部３１が接続されており、第２中間部材７２の一端には低電圧側部３２が接続されている。第１中間部材７１と第２中間部材７２とは、互いに、二次導線３０（高電圧側部３１、低電圧側部３２）が接続された側と反対側の端部において接続されている。

第１中間部材７１は、高電圧側部３１が接続された部位と反対側の端部が、外周側に向って突出した第１突出部７１１となっており、第２中間部材７２は、低電圧側部３２が接続された部位と反対側の端部が、外周側に向って突出した第２突出部７２１となっている。第１突出部７１１及び第２突出部７２１は、ボビン６の鍔部６２よりも外周側に突出している。そして、第１突出部７１１は、外周側端部から後方に向って延設された凹状部７１２を有する。凹状部７１２は、後端面が後退した凹状を呈している。そして、第１中間部材７１と第２中間部材７２とは、第１中間部材７１の凹状部７１２に第２中間部材７２の第２突出部７２１を圧入することにより接続され、中間部材７を構成している。

低電圧側部３２及び第１中間部材７１が配置された第１分割ボビン６３と、高電圧側部３１及び第２中間部材７２が配置された第２分割ボビン６４とを組み付けるにあたっては、これらを軸方向Ｘに相対的に近付ける。このとき、第１中間部材７１の凹状部７１２に第２中間部材７２の第２突出部７２１を圧入させると共に、第１分割ボビン６３の位置決め凹部に第２分割ボビン６４の位置決め突起部６３２を係合させる。

その他は、参考例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例１と同様の構成要素等を表す。

本例においては、ボビン６を、高電圧側部３１を巻回するものと、高電圧側部３１とは別の導線からなる低電圧側部３２を巻回するものとに分割することにより、ボビン６に対する二次導線３０の組付けを容易にすることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記実施例においては、高電圧側部と低電圧側部とにおいて被膜の厚みを変更することにより、高電圧側部の被膜の耐電圧を低電圧側部の被膜の耐電圧よりも高くした例を示したが、これに限られない。例えば、高電圧側部の被膜を、低電圧側部の被膜よりも、耐電圧が高い材質に変更することにより、高電圧側部の被膜の耐電圧を低電圧側部の被膜の耐電圧よりも高くすることもできる。
例えば、低電圧側部の芯線の材質を、高電圧側部の芯線の材質よりも抵抗値の低いものとすることにより、二次コイル全体の抵抗値を向上させることも可能である。
また、上記実施例は種々の変更が可能であり、例えば実施例１と参考例２とを組み合わせてもよい。

１ 内燃機関用の点火コイル
２ 一次コイル
３ 二次コイル
３０ 二次導線
３１ 高電圧側部
３２ 低電圧側部
４ 芯線
５ 被膜

Claims (5)

1. 互いに磁気的に結合された一次コイル（２）及び二次コイル（３）を有する内燃機関用の点火コイル（１）であって、
   上記二次コイル（３）は、導電性を有する芯線（４）と、絶縁性を有すると共に該芯線（４）を被覆する被膜（５）とからなる二次導線（３０）を巻回してなり、
   該二次導線（３０）は、スパークプラグに近い側の高電圧側部（３１）と、該高電圧側部（３１）よりも上記スパークプラグから遠い側の低電圧側部（３２）とを有し、
   上記高電圧側部（３１）は、上記低電圧側部（３２）よりも上記被膜（５）の耐電圧が高く、
   上記低電圧側部（３２）は、上記高電圧側部（３１）よりも上記芯線（４）の直径が大きいことを特徴とする内燃機関用の点火コイル（１）。
2. 上記低電圧側部（３２）は、上記高電圧側部（３１）よりも上記被膜（５）の厚みが小さい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（１）。
3. 上記高電圧側部（３１）の外径と、上記低電圧側部（３２）の外径とは、同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
4. 上記高電圧側部（３１）と上記低電圧側部（３２）とは、導電性を有する中間部材（７）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
5. 上記二次コイル（３）は、上記一次コイル（２）の外周側に配されたボビン（６）に巻回されており、該ボビン（６）は、上記高電圧側部（３１）が巻回されるものと、上記低電圧側部（３２）が巻回されるものとに分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。

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