JP6824441B2 - 内燃機関用点火コイル装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の点火プラグに高電圧を供給する内燃機関用点火コイル装置に関するものである。

従来、点火コイル及びイグナイタが収容された絶縁ケース内に、充填材として絶縁樹脂を充填した内燃機関用点火コイル装置が知られている。点火コイルは、センター鉄心と、センター鉄心の外周を囲むコイル組立体と、センター鉄心及びコイル組立体の外側に配置されたサイド鉄心と、を有している。点火コイル装置は、入力された電圧を高電圧に昇圧する。イグナイタは、電子部品を含んで構成されている。また、イグナイタは、コイル組立体への電流の通電及び遮断を行う。

内燃機関用点火コイル装置は、使用環境における周囲の温度変化に晒される。そのため、絶縁ケース内の充填材が収縮及び膨張する。充填材と他の構成部品とでは、線膨張係数が異なる。そのことにより、充填材の収縮及び膨張による応力が繰り返し発生する。この応力が、イグナイタ及び点火コイルに繰り返しかかる。それにより、イグナイタに内蔵された電子部品が損傷する可能性がある。イグナイタに内蔵された電子部品が損傷した場合、イグナイタは点火コイルへの電流の通電および遮断ができなくなる。

このため、特許文献１に記載された内燃機関用点火コイル装置が提案されている。特許文献１に記載された従来の内燃機関用点火コイル装置では、サイド鉄心が弾性カバーで覆われている。この弾性カバーにより、充填材に発生する応力を低減することができる。

特許文献１に記載された従来の内燃機関用点火コイル装置では、コイル組立体の中心軸方向に沿って見てイグナイタがコイル組立体と重なっている。しかしながら、コイル組立体とイグナイタとを接続するターミナル配線の関係上、イグナイタが、サイド鉄心の外周面の面方向にずれて配置される場合がある。この構造の場合、コイル組立体とイグナイタとの間にある充填材の収縮及び膨張により生じる応力の影響により、イグナイタにダメージがおよぶことがある。

また、充填材が収縮及び膨張することにより生じる応力により、コイル組立体からの充填材の剥離又はコイル組立体から充填材内部へのクラックが発生するおそれもある。コイル組立体に充填材の剥離又クラックが発生した場合は、剥離又はクラックを通じて内部放電が生じ、点火コイルの信頼性が低下してしまう。

上記のような問題は、コイルの大型化に伴って充填材の体積が大きくなるほど顕著になる。充填材の体積が大きいほど、周囲の温度変化による充填材の収縮量及び膨張量が大きくなるからである。

特許第４６５８１６８号公報

本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。具体的には、信頼性を向上できる内燃機関用点火コイル装置を提供することを目的としている。

本発明の点火コイル装置は、絶縁ケース、コイル組立体と、前記コイル組立体の内側に、前記コイル組立体の中心軸に沿って配置されたセンター鉄心と、前記センター鉄心及び前記コイル組立体の外側に配置されたサイド鉄心と、前記サイド鉄心に設けられた弾性カバーと、を有し、前記絶縁ケース内に収納された点火コイル装置本体、前記絶縁ケース内に収納され、前記コイル組立体への通電を制御するイグナイタ、及び前記絶縁ケース内に充填されて固化された充填材、を備え、前記弾性カバーは、前記サイド鉄心を覆う被覆部と、前記被覆部から突出し、前記充填材に発生する応力を緩和する突起部と、を有している。

本発明によれば、サイド鉄心を覆う被覆部が突起部を有することで、充填材の収縮及び膨張により発生する応力が緩和される。それにより、点火コイル装置の信頼性が向上する。

本発明の実施の形態による内燃機関用点火コイル装置を示す上面図である。 図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図２の突起部及びイグナイタの位置関係を示す斜視図である。 図３の仕切り壁、点火コイル装置本体及びイグナイタの位置関係を示す側面図である。 図３の仕切り壁、点火コイル装置本体及びイグナイタの位置関係を示す側面図である。 本発明の実施の形態において、突起側面部のイグナイタ側面と、サイド鉄心のイグナイタ側面の被覆部の表面とを、同一平面上に形成した実施例を示す側面図である。 本発明の実施の形態において、サイド鉄心がコイル組立体の全周を囲む形状であるＯ型の点火コイル装置を示す上面図である。

図１は、本発明の実施の形態の係る内燃機関用点火コイル装置を示す上面図である。また、図２は、図１のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
図１では、点火コイル装置の幅方向Ｘを、図１の左右方向と一致させて示している。また、図１では、点火コイル装置の奥行方向Ｙを、図１の上下方向と一致させて示している。図１において、点火コイル装置の前側を下側、点火コイル装置の後側を上側として示している。
図２では、点火コイル装置の厚さ方向Ｚを、図２の上下方向と一致させて示している。図２において、点火コイル装置の厚さ方向一方側を図２の下側、点火コイル装置の厚さ方向他方側を図２の上側として示している。
なお、本発明に係る点火コイル装置を車両に取り付ける場合の取り付け方向は、図１及び図２に示す上記の方向の定義に限るものではない。

本発明に係る内燃機関用点火コイル装置は、絶縁ケース１、点火コイル装置本体２、イグナイタ７、及び充填材８を備えている。

絶縁ケース１は、絶縁材料で形成されている。絶縁ケース１の内部には、点火コイル装置本体２、イグナイタ７、及び充填材８が収納されている。
絶縁ケース１の内部には、絶縁ケース１と一体で形成された絶縁体の仕切り壁１ａが設けられている。仕切り壁１ａは、絶縁ケース１の内部空間を仕切るように、絶縁ケース１の内壁から立設されている。仕切り壁１ａの両側には、第一の空間１ｂと第二の空間１ｃとが存在する。仕切り壁１ａは、絶縁ケース１の内部空間を完全には仕切ってはいない。従って、第一の空間１ｂと第二の空間１ｃとは、仕切り壁１ａで完全には分離されておらず、一部で互いにつながっている。第一の空間１ｂには、点火コイル装置本体２が配置されている。第二の空間１ｃには、イグナイタ７が配置されている。第二の空間１ｃは、絶縁ケース１を構成する壁と仕切り壁１ａとの間に位置している。つまり、イグナイタ７は、絶縁ケース１の壁と仕切り壁１ａとの間に配置されている。

点火コイル装置本体２は、センター鉄心３、サイド鉄心４、コイル組立体５、及び弾性カバー６を有する。点火コイル装置本体２は、入力された電圧を高電圧に昇圧する。

コイル組立体５は、一次ボビン５ａ、一次コイル５ｂ、二次ボビン５ｃ、及び二次コイル５ｄを含んでいる。円筒状の一次ボビン５ａの外周には、一次コイル５ｂが設けられている。円筒状の二次ボビン５ｃの外周には、二次コイル５ｄが設けられている。一次ボビン５ａの外側には、二次ボビン５ｃが配置されている。一次ボビン５ａと二次ボビン５ｃとは、共通の中心軸を有している。コイル組立体５は、一次ボビン５ａが内筒、二次ボビン５ｃが外筒である二重構造として構成されている。コイル組立体５の中心軸方向は、点火コイル装置の幅方向Ｘと一致している。

センター鉄心３は、磁性材料により棒状に形成されている。センター鉄心３は、コイル組立体５の内側に配置されている。また、センター鉄心３は、コイル組立体５の中心軸方向に沿って配置されている。センター鉄心３は、一次コイル５ｂ及び二次コイル５ｄを磁気的に結合させる。それにより、効果的に昇圧が行われる。

サイド鉄心４は、磁性材料により形成されている。図１に示すように、サイド鉄心４の全体形状は、Ｃ型に形成されている。サイド鉄心４は、センター鉄心３の両端部に延在する一対の第一鉄心部４ａと、一対の第一鉄心部４ａを連結する第二鉄心部４ｂと、を有している。また、サイド鉄心４は、センター鉄心３とコイル組立体５との外側に配置されている。

一対の第一鉄心部４ａは、コイル組立体５の中心軸方向においてセンター鉄心の外側に配置されている。これにより、センター鉄心３は、コイル組立体５の中心軸方向において一対の第一鉄心部４ａの間に配置されている。第二鉄心部４ｂは、センター鉄心３に対し平行に配置されている。一対の第一鉄心部４ａはそれぞれ、第二鉄心部４ｂの両端部からセンター鉄心３の両端部まで延在している。また、一対の第一鉄心部４ａは、第二鉄心部４ｂの端部から、第二鉄心部４ｂに対し垂直方向に延在している。上記のように形成されたサイド鉄心４は、センター鉄心３及びコイル組立体５を囲むように配置されている。

ここで、点火コイル装置の厚さ方向Ｚについて説明する。点火コイル装置の厚さ方向Ｚは、コイル組立体５の幅方向Ｘに対し直交する方向である。一対の第一鉄心部４ａ及び第二鉄心部４ｂは、点火コイル装置の厚さ方向Ｚに直交する平面に配置されている。さらに、点火コイル装置の奥行方向Ｙは、幅方向Ｘ及び厚さ方向Ｚのいずれに対しても直交する方向である。一対の第一鉄心部４ａは、点火コイル装置の奥行方向Ｙに沿ってそれぞれ配置されている。

弾性カバー６は、サイド鉄心４に設けられている。また、弾性カバー６は、弾性材料により形成されている。弾性カバー６を構成する弾性材料は、例えば熱可塑性エラストマーである。

弾性カバー６は、サイド鉄心４を覆う被覆部６ａ、及び被覆部６ａから突出する突起部６ｂを有している。サイド鉄心４の一部は、被覆部６ａで覆われずに外部に露出している。サイド鉄心４の被覆部６ａで覆われていない部分は、一対の第一鉄心部４ａにおけるセンター鉄心３の両端面との対向部である。センター鉄心３の端面との第一鉄心部４ａの対向部は、図３における領域Ａである。被覆部６ａは、インサート成形により、サイド鉄心４の表面上に形成されている。サイド鉄心４は、センター鉄心３と共に閉磁路を形成する。

突起部６ｂは、サイド鉄心４の第一鉄心部４ａを覆う被覆部６ａに設けられている。また、突起部６ｂは、第一鉄心部４ａの厚さ方向Ｚにおける一方側の面に配置されている。さらに、突起部６ｂは、点火コイル装置の厚さ方向Ｚに沿って、被覆部６ａから突出している。

イグナイタ７は、電子部品を含んでいる。また、イグナイタ７は、コイル組立体５の中心軸方向において、第一鉄心部４ａの外側に配置されている。イグナイタ７は、コイル組立体５への通電を制御する。即ち、イグナイタ７は、コイル組立体５への電流の通電及び遮断を行う。

イグナイタ７の配置について説明する。図３は、図２の突起部６ｂ及びイグナイタ７の位置関係を示す斜視図である。また、図４は、図３の仕切り壁１ａ、点火コイル装置本体２及びイグナイタ７の位置関係を示す側面図である。点火コイル装置を幅方向Ｘに沿って見たとき、イグナイタ７の一部は被覆部６ａから突出している。イグナイタ７の被覆部６ａから突出している部分が突出部７ａである。この配置を、図２から図４を参照して説明する。イグナイタ７は、サイド鉄心４に対して厚さ方向Ｚの一方側へずらして配置されている。これにより、厚さ方向Ｚにおけるイグナイタ７の一方側の面の位置は、厚さ方向Ｚにおけるサイド鉄心４の一方の面に設けられた被覆部６ａの表面の位置よりも、厚さ方向Ｚの一方側に位置している。即ち、点火コイル装置を幅方向Ｘに沿って見たとき、図４に示すように、イグナイタ７の領域のうち、被覆部６ａの領域から点火コイル装置の厚さ方向Ｚへ外れた部分が突出部７ａとなっている。

絶縁ケース１の内部には、充填材８が充填された状態で固化されている。充填材８の材料は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂である。

次に、突起部６ｂとイグナイタ７との位置関係について説明する。突起部６ｂは、点火コイル装置の幅方向Ｘにおいて、コイル組立体５とイグナイタ７との間に配置されている。また、突起部６ｂは、点火コイル装置の幅方向Ｘに沿って見たとき、突起部６ｂが突出部７ａの少なくとも一部と重なるよう配置されている。幅方向Ｘに沿って見て、突出部７ａの全体が突起部６ｂと重なっている構成とすることもできる。幅方向Ｘに沿って見て、突起部６ｂがイグナイタ７と重なる面積が多いほど、イグナイタ７の保護効果が大きい。

突起部６ｂは、点火コイル装置の奥行方向Ｙに沿って配置されている。突起部６ｂの形状は、板状である。突起部６ｂの側面６ｃの少なくともいずれかの面は、イグナイタ７のサイド鉄心４側の面に対し平行である。

突起部６ｂのイグナイタ７側の側面６ｃと、被覆部６ａのイグナイタ７側の側面との幅方向Ｘの位置関係について説明する。

図５は、図３の突起部６ｂと被覆部６ａとの位置関係を示す拡大正面図である。突起部６ｂが成型時に熱収縮で変形すると、絶縁ケース１への組立時に仕切り壁１ａと接触してしまう場合がある。突起部６ｂが仕切り壁１ａに接触する場合、点火コイル装置本体２が絶縁ケース１に組み付けにくくなり、点火コイル装置の組立作業に障害が生じるおそれがある。したがって、突起部６ｂの変形があっても仕切り壁１ａとの接触を避ける必要がある。そのため、本実施の形態では、図５に示すように、突起部６ｂのイグナイタ７側の側面６ｃが、サイド鉄心４のイグナイタ７側の側面を覆う被覆部６ａの表面から、センター鉄心３側にオフセットされている。この構成だと、組立時に突起部６ｂ及び仕切り壁１ａが接触することが避けられる。それにより、組立性に優れた点火コイル装置とすることができる。

以下に、突起部６ｂについて、さらに説明する。

突起部６ｂの長さについて説明する。突起部６ｂの長さは、被覆部６ａの表面から突起部６ｂの先端部までの寸法である。この寸法は、厚さ方向Ｚにおける、サイド鉄心４の一方側の面の被覆部６ａの表面からイグナイタ７の一方側の面までの寸法、又は、サイド鉄心４の一方側の面の被覆部６ａの表面からコイル組立体５の一方側の最外部までの寸法のいずれか大きい方以上に形成されている。これにより、充填材の収縮及び膨張による応力からイグナイタ７及びコイル組立体５の保護効果をより大きくできる。

点火コイル装置の奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの寸法は、奥行方向Ｙにおけるイグナイタ７の寸法以上になっている。つまり、幅方向Ｘに沿って見て、奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの範囲内にイグナイタ７が収まっている。この構造により、充填材の収縮及び膨張による応力からイグナイタ７を保護する効果をより大きくできる。

上記構成の点火コイル装置では、充填材８に発生する応力を緩和する突起部６ｂが被覆部６ａに設けられている。このため、充填材８の収縮及び膨張が起こっても、突起部６ｂにより充填材８に発生する応力を確実に緩和することができる。その結果、イグナイタ７をより確実に保護できる。
また、充填材８の収縮及び膨張によって発生する応力を緩和できるため、コイル組立体５における充填材８の剥離及び充填材８内部のクラックの発生を防止できる。その結果、コイル組立体５をより確実に保護される。

さらに、点火コイル装置に占める充填材８の体積の一部を、突起部６ｂの材質であるエラストマーに置き換えられることができる。このため、充填材８の体積を減らすことができる。このことも、充填材８の収縮量及び膨張量の低減に寄与するため、充填材８の剥離及び充填材８内部のクラックの発生を防止できる。
これらのことから、イグナイタ７及びコイル組立体５をより確実に保護することができ、点火コイル装置の信頼性を向上することができる。
また、突起部６ｂは、イグナイタ７に近い側の第一鉄心部４ａを覆う被覆部６ａに設けられている。このため、イグナイタ７とコイル組立体５との間に突起部６ｂを配置することができ、充填材８が収縮及び膨張したときのイグナイタ７及びコイル組立体５のそれぞれにかかる応力を効果的に緩和することができる。

また、点火コイル装置本体２を幅方向に沿って見たとき、突起部６ｂの少なくとも一部がイグナイタ７の突出部７ａと重なっている。このため、突起部６ｂによる充填材の収縮及び膨張による応力を確実に低減することができる。従って、充填材８が収縮及び膨張したときのイグナイタ７にかかる応力をさらに確実に緩和することができる。

また、点火コイル装置本体２を幅方向に沿って見たとき、イグナイタ７の突出部７ａの全体が突起部６ｂと重なっている。このため、充填材８が収縮及び膨張したときのイグナイタ７にかかる応力をさらに確実に緩和することができる。

また、板状の突起部６ｂの少なくともいずれかの側面は、イグナイタ７のサイド鉄心４側の面に対して平行になっている。このため、突起部６ｂの板状の面全体でイグナイタ７を保護することができる。従って、充填材８が収縮及び膨張したときのイグナイタ７にかかる応力をさらに確実に緩和することができる。

また、突起部６ｂのイグナイタ７側の側面は、被覆部６ａのイグナイタ７側の表面からセンター鉄心３側にオフセットされている。このため、突起部６ｂが成型時に変形した場合でも、点火コイル装置本体２を絶縁ケース１に組み付けるときに突起部６ｂが仕切り壁１ａに接触することを防止できる。従って、点火コイル装置の組立作業の効率化を図ることができる。

また、突起部６ｂは、イグナイタ７とコイル組立体５の間に配置されている。このため、充填材８の収縮及び膨張による応力からイグナイタ７及びコイル組立体５の両方を効果的に保護できる。

なお、上記の実施の形態では、突起部６ｂのイグナイタ７側の側面が被覆部６ａのイグナイタ７側の表面からセンター鉄心３側にオフセットされている。しかし、図６に示すように、突起部６ｂのイグナイタ７側の側面を、被覆部６ａのイグナイタ７側の表面と同一平面上に形成してもよい。このようにすれば、突起部６ｂとイグナイタ７との間の距離を短くすることができる。その結果、突起部６ｂとイグナイタ７との間の充填材８の量を低減できる。これにより、充填材８の収縮及び膨張によってイグナイタ７にかかる応力を低減することができる。

また、点火コイル装置の奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの寸法は、奥行方向Ｙにおけるコイル組立体５の寸法以上にしてもよい。つまり、幅方向Ｘに沿って見て、奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの範囲内にコイル組立体５が収まるようにしてもよい。この構造により、充填材の収縮及び膨張による応力からコイル組立体５を保護する効果をより大きくできる。

さらに、点火コイル装置の奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの寸法は、奥行方向Ｙにおけるイグナイタ７の寸法、及び奥行方向Ｙにおけるコイル組立体５の寸法の大きい方の寸法以上にしてもよい。つまり、幅方向Ｘに沿って見て、奥行方向Ｙにおける突起部６ｂの範囲内にイグナイタ７及びコイル組立体５が収まるようにしてもよい。このようにすれば、充填材の収縮及び膨張による応力からコイル組立体５及びイグナイタ７を保護する効果をさらに大きくできる。

また、上記の実施の形態では、１つの突起部６ｂが被覆部６ａから突出している。しかし、突起部６ｂの数は１つに限定されない。例えば、厚さ方向Ｚにおける第一鉄心部４ａの一方の面を覆う被覆部６ａに複数の突起部６ｂを設けてもよい。また、厚さ方向Ｚにおける第一鉄心部４ａの一方の面以外の面を覆う被覆部６ａに突起部６ｂを設けてもよい。例えば、厚さ方向Ｚにおける第一鉄心部４ａの他方の面、及び奥行方向Ｙにおける第一鉄心部４ａの前面、のいずれかを覆う被覆部６ａに突起部６ｂを設けてもよい。

また、突起部６ｂの数について、各々の面ごとに、設置する突起部６ｂの数を決定することができる。つまり、厚さ方向Ｚにおける被覆部６ａの一方側の面及び他方側の面で、突起部６ｂの数を異ならせることもできる。例えば、突起部６ｂの数は、厚さ方向Ｚにおける被覆部６ａの一方側の面に２つ、他方側の面に１つとすることができる。これにより、イグナイタ７及びコイル組立体５を保護する効果をさらに大きくすることができる。

また、金型での成型性を考慮し、突起部６ｂの先端側ほど細くなるような抜き勾配を突起部６ｂに付けることができる。抜き勾配は、例えば０．５°〜２°である。突起部６ｂに抜き勾配をつけると、突起部６ｂをより容易に成形できる。突起部６ｂに抜き勾配がついている場合には、突起部６ｂの中心線をイグナイタ７の側面と平行とすることができる。

また、突起部６ｂの先端の角部には、角Ｒを付けることができる。角Ｒの大きさは、例えばＲ１〜Ｒ５である。このようにすれば、突起部６ｂの角部に位置する充填材８からクラックが発生することを抑制することができる。

上記の実施の形態では、形状がＣ型であるサイド鉄心４を用いた点火コイル装置について説明した。しかし、サイド鉄心４の形状は、Ｃ型に限定されない。例えば、図７に示すように、サイド鉄心４の形状が、センター鉄心３及びコイル組立体５を全周で囲むＯ型であってもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 絶縁ケース、１ａ 仕切り壁、２ 点火コイル装置本体、３ センター鉄心、４ サイド鉄心、４ａ 第一鉄心部、５ コイル組立体、６ 弾性カバー、６ａ 被覆部、６ｂ 突起部、６ｃ 突起部側面、７ イグナイタ、7ａ 突出部、８ 充填材。

Claims (7)

1. 絶縁ケース、
   コイル組立体と、前記コイル組立体の内側に、前記コイル組立体の中心軸に沿って配置されたセンター鉄心と、前記センター鉄心及び前記コイル組立体の外側に配置されたサイド鉄心と、前記サイド鉄心に設けられた弾性カバーと、を有し、前記絶縁ケース内に収納された点火コイル装置本体、
   前記絶縁ケース内に収納され、前記コイル組立体への通電を制御するイグナイタ、及び
   前記絶縁ケース内に充填されて固化された充填材、を備え、
   前記弾性カバーは、前記サイド鉄心を覆う被覆部と、前記被覆部から突出し、前記充填材に発生する応力を緩和する突起部と、を有し、
   前記突起部の形状は、板状である内燃機関用点火コイル装置。
2. 前記サイド鉄心は、前記コイル組立体の中心軸方向における前記センター鉄心の外側に配置された第一鉄心部を有し、
   前記イグナイタは、前記コイル組立体の中心軸方向において、前記第一鉄心部の外側に配置され、
   前記突起部は、前記第一鉄心部を覆う前記被覆部に設けられている請求項１に記載された内燃機関用点火コイル装置。
3. 前記突起部の前記イグナイタ側の側面は、前記サイド鉄心の前記イグナイタ側の側面を覆った前記被覆部の表面と同一平面上に形成されている請求項２に記載された内燃機関用点火コイル装置。
4. 前記突起部の前記イグナイタ側の側面は、前記サイド鉄心の前記イグナイタ側の側面を覆った前記被覆部の表面から前記センター鉄心側にオフセットされている請求項２に記載された内燃機関用点火コイル装置。
5. 前記点火コイル装置本体と前記イグナイタとを前記コイル組立体の中心軸方向に沿って見たとき、前記イグナイタの一部が前記被覆部から突出部として突出しており、かつ前記突起部の少なくとも一部が前記突出部に重なっている請求項１から４のいずれか一項に記載された内燃機関用点火コイル装置。
6. 前記点火コイル装置本体と前記イグナイタとを前記コイル組立体の中心軸方向に沿って見たとき、前記イグナイタの一部が前記被覆部から突出部として突出しており、かつ前記突出部の全体が前記突起部と重なっている請求項１から４のいずれか一項に記載された内燃機関用点火コイル装置。
7. 前記突起部の少なくともいずれかの側面は、前記イグナイタの前記サイド鉄心側の面に対し平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載された内燃機関用点火コイル装置。

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