JP6541102B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用点火コイルに関し、特に、内燃機関用点火コイルの絶縁構造に関する。

近年、自動車等に用いられる内燃機関では、プラグホールの各々に点火コイルを配備させた直接点火方式が採用されている。かかる点火コイルは、入力電圧を昇圧させるトランス回路部と、この回路から点火プラグへ高電圧を中継する高圧タワー部とから成り、全体としてスティック状の形態を呈している。この高圧タワー部はプラグホールへ挿入され、点火コイル全体がエンジンに装着される。

例えば、特許文献１に係る技術では、二次コイル周辺を被覆する高圧部含浸体（高圧側絶縁構造）と、当該高圧部含浸体の周囲を被覆する非高圧部含浸体（外周絶縁構造）と、によってトランス回路周囲の絶縁構造体が形成されている。かかる絶縁構造体は、先ず、二次コイルを収容させた第１のケース体を形成し、其の空間へエポキシ樹脂を含浸・熱硬化させることで、高圧部含浸体が形成される。その後、この高圧部含浸体の周囲に残りのトランス回路を装着し、これを囲うように第２のケース体を形成し、其の空間へエポキシ樹脂を含浸・熱硬化させることで非高圧部含浸体が形成される。

特開２０１４−２０７２８９号公報

しかしながら、特許文献１によれば、エポキシ樹脂の熱硬化工程が採用されているので、オーバーモールド法による樹脂成形工程と比較して、その工程完了時間が長期化するとの問題が生じる。かかる問題を回避するため、高圧部含浸体と非高圧部含浸体の各々についてオーバーモールド法を採用することも考えられる。ところが、かかる製造方法を採用した場合、これによる点火コイルは、双方の含浸体（樹脂構造体）の間に境界層が形成され、この境界層がリーク電流を通過させる温床となる。特に、双方の含浸体（樹脂構造体）が互いに異なる樹脂材で製作されている場合、その隣接箇所が連続する境界層でのリーク電流の問題が生じ易くなる。

本発明は上記課題に鑑み、モールド工程の時間を短縮化させ且つリーク電流の問題を抑制させ得る内燃機関用点火コイルの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用点火コイルの構成とする。即ち、二次巻線が巻回された二次コイルと、前記二次コイルの外層に積層され前記二次巻線の周囲を第１の絶縁樹脂で被覆する高圧側絶縁構造と、前記高圧側絶縁構造の外層に積層され第２の絶縁樹脂で被覆する外周絶縁構造と、から構成され、前記二次コイルの巻線筒側面方向には、前記高圧側構造と前記外周絶縁構造とが直接接触する境界面が前記二次コイルの巻線筒側面方向を完全に包囲するように形成されていることとする。

好ましくは、前記高圧側絶縁構造は、前記二次巻線の出力端に電気的に接続された高圧端子の一部部位を被覆し、当該高圧端子の他の部位を露出させ、前記二次コイル及び前記高圧端子を一体構造とさせていることとする。

好ましくは、前記高圧側絶縁構造は、前記二次コイルを伴ってトランス回路を形成する電磁的部品を被覆していることとする。

好ましくは、前記高圧側絶縁構造は、前記電磁的部品を搭載させる鍔部と、前記高圧端子の露出箇所を収容し当該高圧端子に連通する連通孔を備えた筒状体とが、前記第２の絶縁樹脂によって一体的に形成されていることとする。より好ましくは、前記高圧側絶縁構造は、エポキシ樹脂から成ることとする。

また、本発明では次のような内燃機関用点火コイルの構成としても良い。即ち、二次巻線が巻回された二次コイルと、前記二次巻線の出力端に電気的に接続された高圧端子と、前記二次コイルの外層に積層され前記二次巻線の周囲を第１の絶縁樹脂で被覆するものであって前記高圧端子の一部部位を被覆させた状態で当該高圧端子の他の部位を露出させた高圧側絶縁構造と、前記二次コイルを伴ってトランス回路を形成する電磁的部品と、前記電磁的部品を搭載させる鍔部が形成された構造であって前記高圧側絶縁構造へ装着される部品搭載樹脂構造と、前記高圧側絶縁構造の外層に積層され第２の絶縁樹脂で前記電磁的部品を被覆する外周絶縁構造と、から構成され、前記部品搭載樹脂構造は、第３の絶縁樹脂から成り、前記高圧端子から前記鍔部へ搭載された前記電磁的部品へ至る経路を遮断するよう、当該第３の絶縁樹脂が前記高圧側絶縁構造へ付着し、前記第１の絶縁樹脂はエポキシ樹脂又はシリコン系樹脂とされ、前記第２の絶縁樹脂はＰＡ６又はＰＡ６６とされ、前記第３の絶縁樹脂はＰＢＴ，ＰＰＥ，又は，ＰＰＳとされることとする。

好ましくは、前記部品搭載樹脂構造は、前記高圧端子の露出箇所を収容し当該高圧端子に連通する連通孔を備えた筒状体が、前記第３の絶縁樹脂によって一体的に形成されていることとする。

本発明に係る内燃機関用点火コイルによると、少なくとも高圧側絶縁構造がオーバーモールド法によって製造されるので、樹脂成形に係る工程が全体として短縮される。

また、樹脂構造の隣接箇所を密着性の高いものとさせ得る場合、当該隣接箇所によって成る境界層が高圧端子の外周領域を囲繞する形態で高圧側絶縁構造の外表面に形成される。これによると、高圧端子から電磁部品へ至る該外表面上の経路は、境界層と必ず交差することとなり、此処へリーク電流を通過させることから免れる。

実施の形態に係る二次コイルの組立工程を説明する図。 実施の形態に係る二次コイルの樹脂形成工程を説明する図。 実施の形態に係る点火コイルの製造工程のうち含浸工程を説明する図。 実施の形態に係る低圧部品組立工程を説明する図。 実施の形態に係る外周絶縁構造を説明する図。 実施の形態に係る外周絶縁構造の含浸工程を説明する図。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１では、本実施の形態に係る二次コイルの組立工程が示されている。当該製造工程は、先ず、二次ボビン１１０が準備され、これに導線が巻回され二次コイル１１１が形成される。また、二次ボビン１１０の所定箇所には中継端子１１２が設けられる。この中継端子１１２の一端には二次コイル１１１の出力端が接続され、其の他端には高圧端子１１３が電気的に接続される。即ち、二次コイル１１１の巻線内側に急峻な磁界変化が生じた場合、当該二次コイル１１１は、これによって誘起電圧を発生させ、これを高圧端子１１３から後段導通部（点火プラグ等）へ出力させる。

かかる工程の後、二次コイル１１１の周辺領域に高圧側絶縁構造１１４を形成させる（図２参照）。この樹脂形成工程は、第１の絶縁樹脂が用いられ、この樹脂が二次コイルの外層に積層され、これにより、二次巻線の周囲が第１の絶縁樹脂によって被覆されることとなる。二次コイルは、励起動作に伴って高電圧を生成させるところ、この高圧側絶縁構造１１４によって其の周囲への電気的リークが妨げられる。

本実施の形態に係る二次コイル被覆体１２０は、高圧側絶縁構造１１４によって、高圧端子１１３の全体のうちの一部部位（一端側）が被覆され、同高圧端子１１３の全体のうちの他の部位（他端側）が二次コイル被覆体１２０から露出する。従って、二次コイル被覆体１２０は、高圧端子１１３を把持した一体構造である。このように、本実施の形態では、高電圧を発生する部位が一つの樹脂構造によって一体化され、製造工程上の取扱いも容易化されている。

本実施の形態では、第１の絶縁樹脂がエポキシ樹脂又はシリコン系樹脂とされる。第１の絶縁樹脂は、所謂オーバーモールド製法によって形成される。この製法は、図３に示す如く、二次ボビンの巻線アセンブリが金型内にセットされ（図３（ａ）参照）、これが完了すると、金型とアセンブリ体との間に形成された隙間を埋めるように第１の絶縁樹脂が流し込まれる（図３（ｂ）参照）。そして、第１の絶縁樹脂は、余剰分が排出口Ｅから排出され、金型内の隙間を完全に埋めた状態で冷却されて先の高圧側絶縁構造１１４が形成される（図３（ｃ）参照）。

図４に示す如く、次の工程では、部品搭載樹脂構造１５０に高圧側絶縁構造１１４が装着される。部品搭載絶縁構造１５０は、鍔部１５１，筒状体１５２，及び，収容穴（図示なし）が、第３の絶縁樹脂によって一体的に形成されたものである。当該第３の絶縁樹脂は、ＰＢＴ，ＰＰＥ，又は，ＰＰＳといった熱可塑性樹脂が用いられる。

図示の如く、鍔部１５１は、トランスを形成する電磁的部品が、上方の平坦面１５１ａ，１５１ｂに配備される。この電磁部品とは、例えば、外周鉄芯１３２及び１３３，Ｉ字鉄芯（図示なし），これに同軸的に配置される一次コイル（図示なし）等を指し、二次コイルを伴ってトランスを形成する。本実施の形態では、平坦面１５１ｂの一部領域に、イグナイタ１３７等の制御部品も搭載される。

筒状体１５２は、其の端部から内部へ至る連通路が形成されている。また、平坦面に形成された収容穴は（図示なし）、二次コイル被覆体１２０の高圧端子周辺の部位が嵌挿され、当該二次コイル被覆体１２０の一部を露出させた状態にて固定させる。このとき、高圧端子１１３は、連通路の端部に臨むよう配置され、当該連通路を介して部品搭載樹脂構造１５０の外部へ連絡可能とされる。このように、本実施の形態では、部品搭載樹脂構造１５０に様々な構成が一体的に設けられ、部品点数の簡素化及び組立工程の簡素化が図られる。

また、本実施の形態では、二次コイル被覆体１２０が部品搭載樹脂構造１５０へ装着されるので、双方の接触部位が高圧端子の周囲を閉じるように形成される。そうすると、高圧端子から一次鉄芯（電磁部品）への経路が其の接触面で遮断され、リーク電流の発生を防止できる。例えば、絶縁樹脂を接触させる場合、ＰＡ６等とＰＢＴとの関係よりも、ＰＡ６等とエポキシ樹脂等との関係の方が境界面での剥離を抑制できる。このように、本実施の形態では、絶縁構造樹脂について、境界剥離を生じさせない好ましい組合せが選択されている。

先に作られた中間体構造は、これまでの工程が完了すると、外周絶縁構造１６０の形成工程へと供され、図５のような最終的な樹脂構造体が形成される。かかる外周絶縁構造１６０は、コネクタ部位１６１，フランジ部位１６２，天上部位１６３，及び，側方部位１６４が、第２の絶縁樹脂で一体的に形成される。本実施の形態では、第２の絶縁樹脂がＰＡ６又はＰＡ６６とされているが、特許請求の範囲における「第２の絶縁樹脂」はこれに限定されるものではない。

外周絶縁構造１６０は、図６（ａ）に示す如く、中間体構造（二次コイル被覆体，部品搭載樹脂構造，イグナイタ等）と金属ブッシュとが金型内に配置され、此処では、ゲートＧ，キャビティ内の隙間，排出口Ｅが適宜に与えられる。そして、金型内の中間体構造は、ゲートＧから溶融された第２の絶縁樹脂が供給され、キャビティ内の隙間に樹脂が行き亘る。その後、キャビティ周辺を冷却することで、第２の絶縁樹脂で中間体構造を被覆した外周絶縁構造が形成される（図５参照）。

本実施の形態の場合、図６（ａ）に示す如く、部品搭載樹脂構造１５０の下方部は、外周絶縁構造１６０から露出しているため、高圧端子１１３の一部部位（他の部位）が樹脂構造の外方へ連通可能な経路が与えられる。従って、これが点火コイルとしてエンジンへ装着された際、スプリング等を介して高電端子と点火プラグが電気的に接続され、高電圧の供給が可能とされる。

上述の如く、本実施の形態では、ケース樹脂等へエポキシ樹脂を充填させて熱硬化させる工程は採られず、その代り、絶縁構造についてオーバーモールド法が採用される。このため、樹脂構造成形に係る工程時間は、全体として短縮される。

また、本実施の形態では、絶縁樹脂の積層構造が、中心部側に高圧側絶縁構造１１４が設けられ、その外層（巻線筒側面方向）に外周絶縁構造１６０が積層される（図６（ｂ）参照）。このため、この双方の絶縁構造が直接接触する境界面Ｓｉは、二次コイルの巻線筒側面方向を包囲するように形成される。即ち、本実施の形態に係る二次コイル被覆体１２０は、二次コイルからのリーク経路が形成され難い状態で、高圧側絶縁構造１５０の外層へ更なる絶縁層が被覆されていることを意味する。

特に、本実施の形態に係る部品搭載樹脂構造１５０によると、高圧端子１１３から電磁的部品へ至る経路を遮断するよう第３の絶縁樹脂と第２の絶縁樹脂との接触部位（付着部位）が機能するので、その付着部位を横切るようなリーク電流の経路が形成されることはない。

尚、本実施の形態では、３ピースの絶縁構造によって点火コイルを形成しているが、特許請求の範囲に記載される発明は、これに限定されるものではない。例えば、高圧側絶縁樹脂構造１１４と部品搭載樹脂構造１５０とを一体構造とさせた新たな高圧側絶縁構造としても良い。即ち、かかる高圧側絶縁構造は、二次コイルを被覆し、高圧端子を把持し、更に、鍔部等の構造をも具備するものである。

かかる構造によれば、上述した第１の絶縁樹脂と第３の絶縁樹脂とが一体物として形成（高圧側一体樹脂構造）されるので、先に説明した接触部位がそもそも無くなり、より効果的にリーク電流の発生防止に寄与することとなる。また、異なる種の絶縁樹脂を隣接させる部位が形成されるも、この場合の高圧側の電磁的部品は、高圧側一体樹脂構造によって包囲されるので、此処からリーク電流が漏れることも無い。更に、高圧側一体樹脂構造は、これがエポキシ樹脂とされることで、外周絶縁構造１６０であるＰＡ６等の密着性も維持され得て、強度も保障され構造的に好ましい状態を保つことが可能とされる。

１００ 内燃機関用点火コイル， １１０ 二次スプール， １１１ 二次コイル， １１２ 中継端子， １１３ 高圧端子， １１４ 高圧側絶縁構造， １２０ 高圧部構造体， １２２〜１２３ 閉磁路鉄芯， １２４ 中心鉄芯， １２５ 一次コイル， １２６ コネクタ構造体， １１４ 外周絶縁樹脂。

Claims (7)

1. 二次巻線が巻回された二次コイルと、
   前記二次コイルの外層に積層され前記二次巻線の周囲を第１の絶縁樹脂で被覆する高圧側絶縁構造と、
   前記高圧側絶縁構造の外層に積層され第２の絶縁樹脂で被覆する外周絶縁構造と、から構成され、
   前記二次コイルの巻線筒側面方向には、前記高圧側構造と前記外周絶縁構造とが直接接触する境界面が前記二次コイルの巻線筒側面方向を完全に包囲するように形成されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記高圧側絶縁構造は、前記二次巻線の出力端に電気的に接続された高圧端子の一部部位を被覆し、当該高圧端子の他の部位を露出させ、前記二次コイル及び前記高圧端子を一体構造とさせていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
3. 前記高圧側絶縁構造は、前記二次コイルを伴ってトランス回路を形成する電磁的部品を被覆していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火コイル。
4. 前記高圧側絶縁構造は、前記電磁的部品を搭載させる鍔部と、前記高圧端子の露出箇所を収容し当該高圧端子に連通する連通孔を備えた筒状体とが、前記第２の絶縁樹脂によって一体的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用点火コイル。
5. 前記高圧側絶縁構造は、エポキシ樹脂から成ることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火コイル。
6. 二次巻線が巻回された二次コイルと、
   前記二次巻線の出力端に電気的に接続された高圧端子と、
   前記二次コイルの外層に積層され前記二次巻線の周囲を第１の絶縁樹脂で被覆するものであって前記高圧端子の一部部位を被覆させた状態で当該高圧端子の他の部位を露出させた高圧側絶縁構造と、
   前記二次コイルを伴ってトランス回路を形成する電磁的部品と、
   前記電磁的部品を搭載させる鍔部が形成された構造であって前記高圧側絶縁構造へ装着される部品搭載樹脂構造と、
   前記高圧側絶縁構造の外層に積層され第２の絶縁樹脂で前記電磁的部品を被覆する外周絶縁構造と、から構成され、
   前記部品搭載樹脂構造は、第３の絶縁樹脂から成り、前記高圧端子から前記鍔部へ搭載された前記電磁的部品へ至る経路を遮断するよう、当該第３の絶縁樹脂が前記高圧側絶縁構造へ付着し、
   前記第１の絶縁樹脂はエポキシ樹脂又はシリコン系樹脂とされ、前記第２の絶縁樹脂はＰＡ６又はＰＡ６６とされ、前記第３の絶縁樹脂はＰＢＴ，ＰＰＥ，又は，ＰＰＳとされることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
7. 前記部品搭載樹脂構造は、前記高圧端子の露出箇所を収容し当該高圧端子に連通する連通孔を備えた筒状体が、前記第３の絶縁樹脂によって一体的に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用点火コイル。

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