JP7114884B2 - 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。

特許文献１には、内燃機関用の点火コイルとして、一次コイル及び二次コイルを収容する収容部と、収容部に設けられ、内燃機関のヘッドカバーにボルト締結される１つのフランジ部と、を有するものが開示されている。特許文献１において、フランジ部は、内側に筒状のブッシュを配してインサート成型されている。

ここで、特許文献１に記載のようなフランジ部が１つの点火コイルは、フランジ部を複数設ける構成よりも小型化を図ることができる。しかし、その反面、フランジ部が内燃機関にボルト締結される際においてボルト部材の回転トルクがブッシュに伝達されたとき、ヘッドカバーに対して点火コイルがボルト部材とともに回転すること（以後、適宜「共回り」という。）が懸念される。共回りが生じることにより、点火コイルとこれに接続されるスパークプラグとの間の電気的絶縁性が確保し難くなるおそれ等が考えられる。

そこで、特許文献１に記載のブッシュには、ヘッドカバー側に突出する突出部が形成されている。そして、ブッシュは、フランジ部が内燃機関にボルト締結されるときに、突出部がヘッドカバーに食い込む。これによって、ボルト部材の回転トルクがブッシュに伝達されたときに、ヘッドカバーに対して点火コイルがボルト部材とともに回転する共回りを防止しようとしている。

特開２００８－５３２６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の点火コイルにおいては、鋭利な突出部をヘッドカバーに食い込ませているため、点火コイルの使用とともにヘッドカバーへの突出部の食い込みが進行しやすい。これにより、フランジ部を内燃機関に固定しているボルト部材に緩みが生じやすく、内燃機関への点火コイルの固定が経時的に低下しやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関への固定力の経時的低下を抑制しつつ、共回りを抑制す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、構成部品を収容するケース本体部（２）と、
前記ケース本体部から突出するとともに、ボルト部材（５）によって内燃機関に固定するための１つのフランジ部（３）と、
前記フランジ部に埋設されるとともに、内部に前記ボルト部材が挿入される筒状のブッシュ（４）と、を有し、
内燃機関に取り付けられた状態において、前記ブッシュは、その上側の面である上側当接面（４１）が前記ボルト部材に当接するよう構成されるとともに、その下側の面である下側当接面（４２）が前記内燃機関に当接するよう構成されており、
前記ブッシュの前記下側当接面の円相当半径（Ｒ２）は、前記上側当接面の円相当半径（Ｒ１）よりも大きく、
前記下側当接面の円相当半径は、前記下側当接面の内側面積と同じ面積を有する真円の半径であり、前記下側当接面の内側面積は、前記下側当接面の内周縁と外周縁との中央を通る閉曲線の内側の面積であり、
前記上側当接面の円相当半径は、前記上側当接面の内側面積と同じ面積を有する真円の半径であり、前記上側当接面の内側面積は、前記上側当接面の内周縁と外周縁との中央を通る閉曲線の内側の面積である、内燃機関用の点火コイル（１）にある。

前記態様の内燃機関用の点火コイルにおいて、ブッシュの下側当接面の円相当半径は、上側当接面の円相当半径よりも大きい。それゆえ、ボルト部材の回転力がブッシュの上側当接面へ作用した場合でも、ブッシュの回転を防ぐのに要求されるブッシュの下側当接面と内燃機関との間の接線方向の摩擦力は小さくて済む。その結果、共回りが生じることを防止しやすい。このメカニズムについては後述する。

また、ブッシュに、内燃機関に食い込ませる突起等を形成しなくても、共回りを防止することができる。それゆえ、点火コイルにおける内燃機関への固定力の経時的低下を抑制できる。

以上のごとく、前記態様によれば、内燃機関への固定力の経時的低下を抑制しつつ、共回りを抑制す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。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、点火コイルを取り付けた内燃機関の一部断面図。 実施形態１における、点火コイル及びボルト部材の平面図。 実施形態１における、（ａ）ブッシュの上側当接面を上から見た模式図、（ｂ）ブッシュの断面図、（ｃ）ブッシュの下側当接面を上から見た模式図。 実施形態２における、（ａ）ブッシュの上側当接面を上から見た模式図、（ｂ）ブッシュの断面図、（ｃ）ブッシュの下側当接面を上から見た模式図。 実施形態３における、（ａ）ブッシュの上側当接面を上から見た模式図、（ｂ）ブッシュの断面図、（ｃ）ブッシュの下側当接面を上から見た模式図。 実施形態４における、（ａ）ブッシュの上側当接面を上から見た模式図、（ｂ）ブッシュの断面図、（ｃ）ブッシュの下側当接面を上から見た模式図。

（実施形態１）
内燃機関用の点火コイルの実施形態につき、図１～図３を用いて説明する。
本実施形態の内燃機関用の点火コイル１は、図１に示すごとく、ケース本体部２とフランジ部３とブッシュ４とを有する。ケース本体部２は、構成部品を収容する。フランジ部３は、ケース１０本体から突出している。フランジ部３は、ボルト部材５によって内燃機関に固定するためのものである。点火コイル１において、フランジ部３は１つのみ形成されている。ブッシュ４は、フランジ部３に埋設されている。ブッシュ４は、内部にボルト部材５が挿入される。ブッシュ４は筒状を呈している。

図１に示すごとく、内燃機関に取り付けられた状態において、ブッシュ４は、その上側の面である上側当接面４１がボルト部材５に当接するよう構成されるとともに、その下側の面である下側当接面４２が内燃機関に当接するよう構成されている。

図３に示すごとく、ブッシュ４の下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１よりも大きい。
以後、本実施形態につき詳説する。

本明細書において、点火コイル１を内燃機関へ取り付けるボルト部材５の軸方向を上下方向Ｚという。また、上下方向Ｚにおける、フランジ部３に対する内燃機関側を下側、その反対側を上側という。ここで、「上」「下」の表現は便宜的に用いた表現であり、鉛直方向に対する点火コイル１の配置姿勢を特に限定するものではない。

点火コイル１は、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に設置されるスパークプラグに接続され、スパークプラグに高電圧を印加する手段として用いられる。点火コイル１は、そこに嵌合されたジョイント１１を介して、スパークプラグと接続されている。

図１に示すごとく、点火コイル１は、内燃機関のエンジンヘッド６に固定されている。エンジンヘッド６は、点火コイル１のフランジ部３を載置するためのボス部６１と、点火コイル１に嵌合されたジョイント１１を配置するための配置空間６２とを有する。ボス部６１には、ボルト部材５を螺合するための雌ネジ穴６１１が形成されている。エンジンヘッド６は、例えばアルミニウムからなる。

点火コイル１のケース１０は、前述のケース本体部２、１つのフランジ部３、後述のコネクタ１３、及び後述の高圧タワーを有する。ケース１０は、ＰＢＴ樹脂（すなわち、ポリブチレンテレフタレート樹脂）からなる。

図２に示すごとく、ケース本体部２は、点火コイル１の構成部品を上下方向Ｚに直交する四方から囲む側壁２１と、図１に示すごとく、側壁２１の下端から延設されるとともに点火コイル１の構成部品を下側から覆う底壁２２とを有する。図２に示すごとく、ケース本体部２は、上側に開口部２３を有する。なお、ケース本体部２内には、点火コイル１の構成部品を封止する封止樹脂１２が充填されており、封止樹脂１２はケース本体部２の開口部２３から上側に向かって露出している。

ケース本体部２からケース本体部２の外側に向かってフランジ部３が突出している。フランジ部３は、１つの側壁２１から、その側壁２１の法線方向に突出している。

図２に示すごとく、フランジ部３は、その突出側に向かうほど幅狭となる形状を有する。フランジ部３は、上下方向Ｚから見たときの形状が略半円状である。上下方向Ｚから見たときのフランジ部３の略中央部に、上下方向Ｚに貫通する貫通穴３１が形成されており、貫通穴３１の内側にブッシュ４が配されている。

ケース１０は、ブッシュ４をインサートした状態でインサート成型により形成される。それゆえ、図１に示すごとく、貫通穴３１は、ブッシュ４の外周面と同等の形状を有する。

図１に示すごとく、貫通穴３１の内面に密着するようブッシュ４がケース１０内に埋設されている。ブッシュ４は上下方向Ｚの全体において、上下方向Ｚに直交する断面形状が、円環状である。そして、ブッシュ４は、その厚みが上下方向Ｚにおいて一定である。

ブッシュ４は、図１、図３（ｂ）に示すごとく、上筒部４３と下筒部４４と連結筒部４５とを有する。上筒部４３は、上下方向Ｚに形成されるとともに上面が上側当接面４１を構成する。下筒部４４は、上筒部４３よりも下側に形成され、上下方向Ｚに形成されるとともに下面が下側当接面４２を構成する。連結筒部４５は、上筒部４３の下端と下筒部４４の上端とを連結する。

上筒部４３は、上下方向Ｚに真っ直ぐ形成された円筒形状を有する。図１に示すごとく、上筒部４３は、貫通穴３１よりも若干上側に突出している。すなわち、上筒部４３の上側当接面４１は、フランジ部３の貫通穴３１よりも若干上側に露出した位置に配されている。これにより、ボルト部材５が確実に上側当接面４１に当接するようにしている。上筒部４３の上下方向Ｚの長さは、連結筒部４５と下筒部４４との合計の上下方向Ｚの長さよりも長い。

連結筒部４５は、下側に向かうほど、内径、外径ともに拡径する円筒状に形成されている。連結筒部４５は、上下方向Ｚにおけるブッシュ４の中央よりも下側に位置している。

下筒部４４は、上下方向Ｚに真っ直ぐ形成された円筒形状を有する。下筒部４４の下側当接面４２は、貫通穴３１の下端位置と同等の位置に形成されている。図１に示すごとく、本実施形態においては、フランジ部３の下面とブッシュ４の下側当接面４２とが略面一に形成されている。

前述したが、図３に示すごとく、ブッシュ４の下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１よりも大きい。ここで、下側当接面４２の円相当半径Ｒ２とは、下側当接面４２の内側面積と同じ面積を有する真円の半径をいう。なお、下側当接面４２の内側面積とは、下側当接面４２の内周縁と外周縁との径方向の中央を通る閉曲線の内側の面積である。上側当接面４１の円相当半径Ｒ１についても同様である。

上側当接面４１及び下側当接面４２は、互いに厚みが同等の円環状を呈している。そのため、本実施形態において、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１は、径方向における上側当接面４１の外周縁と内周縁との中央部の半径である。同様に、下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、径方向における下側当接面４２の外周縁と内周縁との中央部の半径である。

下側当接面４２の内径は、上側当接面４１の内径よりも大きく、下側当接面４２の外径は、上側当接面４１の外径よりも大きい。これにより、ブッシュ４の下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１よりも大きくなっている。また、下側当接面４２は、その内周長が上側当接面４１の内周長よりも長く、かつ、その外周長が上側当接面４１の外周長よりも長い。そして、下側当接面４２の外周縁の最大半径は、上側当接面４１の外周縁の最大半径よりも大きい。また、下側当接面４２の面積は、上側当接面４１の面積よりも大きい。また、上側当接面４１及び下側当接面４２は、互いの中心軸を一致させている。

図１に示すごとく、点火コイル１は、ブッシュ４の中心軸をエンジンヘッド６のボス部６１の雌ネジ穴６１１の中心軸と一致させた状態で、フランジ部３の下面においてボス部６１の上面に載置される。そして、この状態で、ボルト部材５をブッシュ４内に挿通するとともに、ボス部６１の雌ネジ穴６１１に螺合することにより、点火コイル１が内燃機関に締結される。なお、ボルト部材５は、ボルト５１とワッシャ５２とからなり、ワッシャ５２が上側当接面４１に当接する。

ケース本体部２の中央から下側に向かって、図示しない筒状の高圧タワーが形成されている。高圧タワーは、内燃機関の前述の配置空間６２に挿入される。そして、高圧タワーにジョイント１１が嵌合される。

また、図１、図２に示すごとく、ケース本体部２からコネクタ１３が突出している。コネクタ１３は、側壁２１におけるフランジ部３が突出する壁部以外の壁部から突出している。コネクタ１３は、点火コイル１を外部に電気的に接続するためのものである。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態の内燃機関用の点火コイル１において、ブッシュ４の下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１よりも大きい。それゆえ、ボルト部材５の回転力がブッシュ４の上側当接面４１へ作用した場合でも、ブッシュ４の回転を防ぐのに要求されるブッシュ４の下側当接面４２と内燃機関との間の接線方向の摩擦力は小さくて済む。このメカニズムを、図３を参照しながら説明する。

ボルト部材５の締結時にボルト部材５の回転力が上側当接面４１からブッシュ４に伝わることにより、ブッシュ４の上側当接面４１には、上側当接面４１の接線方向の力が発生し、ブッシュ４が回転しようとする回転トルクが発生する。ここで、ボルト部材５の回転力が上側当接面４１からブッシュ４に伝わり、ブッシュ４に回転トルクＮ１、上側当接面４１の接線方向に力Ｆ１が発生した場合を想定する。

知られているように、回転トルクは、回転軸からの距離と接線方向の力との積である。それゆえ、回転トルクＮ１と力Ｆ１と上側当接面４１の円相当半径Ｒ１との間には、次の式（１）が成立する。
Ｎ１＝Ｒ１×Ｆ１ ・・・（１）

次に、回転トルクＮ１を打ち消す（すなわち、ボス部６１に対してブッシュ４が回転することを防止する）ために、下側当接面４２に要求される接線方向の力（以後、要求力Ｆ２と言う。）を考える。

ここで、ボルト部材５の回転力によってブッシュ４に生じた回転トルクＮ１を打ち消すには、ボルト部材５の回転力によってブッシュ４に生じた回転トルクＮ１とは反対方向の回転トルクＮ１を生じさせるよう下側当接面４２に要求力Ｆ２が加わればよい。そのため、回転トルクＮ１と要求力Ｆ２と下側当接面４２の円相当半径Ｒ２との間には、次の式（２）が成立する。
Ｎ１＝Ｒ２×Ｆ２ ・・・（２）

そして、式（１）と式（２）から次の式（３）が成立することがわかる。
Ｆ２＝（Ｒ１／Ｒ２）×Ｆ１ ・・・（３）

ここで、前述のごとく、下側当接面４２の円相当半径Ｒ２は、上側当接面４１の円相当半径Ｒ１よりも大きいため、Ｒ１／Ｒ２は、０＜Ｒ１／Ｒ２＜１を満たす。この関係式と式（３）とから、次の不等式（４）が導かれる。
Ｆ２＜Ｆ１ ・・・（４）

式（４）から、要求力Ｆ２は、Ｆ１よりも小さいことがわかる。そのため、ブッシュ４の下側当接面４２とボス部６１の上面との間に生じる摩擦力を過大にしなくても、共回りが生じることを防止しやすい。

また、ブッシュ４に、内燃機関に食い込ませる突起等を形成しなくても、共回りを防止することができる。それゆえ、点火コイル１における内燃機関への固定力の経時的低下を抑制できる。

また、下側当接面４２の面積は、上側当接面４１の面積よりも大きい。それゆえ、下側当接面４２から内燃機関に作用する単位面積当たりの力を小さくすることができる。これにより、ブッシュ４の下側当接面４２からの押圧力を受ける内燃機関が経時的に変形してしまうことを防止しやすい。その結果、フランジ部３を内燃機関に固定しているボルト部材５にゆるみが生じ、内燃機関への点火コイル１の固定が経時的に低下することを防止しやすい。

また、ブッシュ４は、上筒部４３と下筒部４４と連結筒部４５とを有する。それゆえ、前述のように共回りを防止できるブッシュ４を、簡易な形状で構成することができ、点火コイル１の生産性が向上する。

また、連結筒部４５は、上下方向Ｚにおけるブッシュ４の中央よりも下側に位置している。これにより、上筒部４３の上下方向Ｚの長さは、連結筒部４５と下筒部４４との合計の上下方向Ｚの長さよりも長い。それゆえ、ブッシュ４において径が小さい上筒部４３の形成領域が、他の部位、すなわち連結筒部４５及び下筒部４４よりも多くなる。それゆえ、ブッシュ４をフランジ部３に埋設するためにフランジ部３に形成される貫通穴３１の体積を少なくできる。その結果、フランジ部３の体積を増やすことができるため、フランジ部３の強度を確保しやすい。

また、上側当接面４１及び下側当接面４２は、それぞれ円環状である。それゆえ、内燃機関に対する点火コイル１の締結時に、上側当接面４１とボルト部材５との間に生じる摩擦力、及び下側当接面４２とボス部６１との間に生じる摩擦力のそれぞれが、周方向のいずれの箇所においても同等になりやすい。そのため、内燃機関に対して点火コイル１を安定して固定しやすい。

また、ブッシュ４は、上下方向Ｚの全体において、上下方向Ｚに直交する断面形状が円環状であり、かつ、その厚みが上下方向Ｚにおいて一定である。それゆえ、ブッシュ４を簡易な形状とすることができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、内燃機関への固定力の経時的低下を抑制しつつ、共回りを抑制す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。

（実施形態２）
本実施形態は、図４に示すごとく、実施形態１に対し、ブッシュ４の形状を変更した実施形態である。

本実施形態において、ブッシュ４の連結筒部４５は、ブッシュ４の上筒部４３と下筒部４４との間であって、ブッシュ４における上下方向Ｚの大半領域に形成されている。連結筒部４５は、上下方向Ｚに略平行に形成されているが、下側に向かうにつれて緩やかに内径、外径ともに拡径している。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態は、図５に示すごとく、実施形態２に対し、ブッシュ４の形状を変更した実施形態である。

本実施形態において、ブッシュ４は、上下方向Ｚの全体において、上下方向Ｚに直交する断面形状が矩形環状である。これに伴い、上側当接面４１及び下側当接面４２も、それぞれ矩形環状である。

本実施形態においても、下側当接面４２の円相当半径は、上側当接面４１の円相当半径よりも大きくなっている。前述したが、下側当接面４２の円相当半径とは、下側当接面４２の内側面積と同じ面積を有する真円の半径をいう。前述したが、下側当接面４２の内側面積とは、下側当接面４２の内周縁と外周縁との径方向の中央を通る閉曲線の内側の面積である。上側当接面４１の円相当半径についても同様である。

その他は実施形態２と同様である。
本実施形態においても、実施形態２と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本実施形態は、図６に示すごとく、実施形態２に対し、ブッシュ４の形状を変更した実施形態である。

本実施形態において、ブッシュ４は、上下方向Ｚの全体において、上下方向Ｚに直交する断面形状が、上下方向Ｚ及びケース本体部２からのフランジ部３の突出方向との双方に直交する方向に長尺な楕円環状である。これに伴い、上側当接面４１及び下側当接面４２も、それぞれ楕円環状である。

本実施形態においても、下側当接面４２の円相当半径は、上側当接面４１の円相当半径よりも大きくなっている。前述したが、下側当接面４２の円相当半径とは、下側当接面４２の内側面積と同じ面積を有する真円の半径をいう。前述したが、下側当接面４２の内側面積とは、下側当接面４２の内周縁と外周縁との径方向の中央を通る閉曲線の内側の面積である。上側当接面４１の円相当半径についても同様である。

その他は、実施形態２と同様である。
本実施形態においても、実施形態２と同様の作用効果を有する。

本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、前記各実施形態において、ブッシュの外周面に凹凸部を形成してもよい。この場合は、ブッシュをインサートした状態でケースをインサート成型した際、ケースを構成する溶融樹脂がブッシュの凹凸部に食い込む。それゆえ、ブッシュがフランジ部の貫通穴から上下方向に抜け落ちることや、ブッシュがフランジ部の貫通穴に対して回転することを抑制することができる。

１ 内燃機関用の点火コイル
２ ケース本体部
３ フランジ部
４ ブッシュ
４１ 上側当接面
４２ 下側当接面
５ ボルト部材

Claims (6)

1. 構成部品を収容するケース本体部（２）と、
   前記ケース本体部から突出するとともに、ボルト部材（５）によって内燃機関に固定するための１つのフランジ部（３）と、
   前記フランジ部に埋設されるとともに、内部に前記ボルト部材が挿入される筒状のブッシュ（４）と、を有し、
   内燃機関に取り付けられた状態において、前記ブッシュは、その上側の面である上側当接面（４１）が前記ボルト部材に当接するよう構成されるとともに、その下側の面である下側当接面（４２）が前記内燃機関に当接するよう構成されており、
   前記ブッシュの前記下側当接面の円相当半径（Ｒ２）は、前記上側当接面の円相当半径（Ｒ１）よりも大きく、
   前記下側当接面の円相当半径は、前記下側当接面の内側面積と同じ面積を有する真円の半径であり、前記下側当接面の内側面積は、前記下側当接面の内周縁と外周縁との中央を通る閉曲線の内側の面積であり、
   前記上側当接面の円相当半径は、前記上側当接面の内側面積と同じ面積を有する真円の半径であり、前記上側当接面の内側面積は、前記上側当接面の内周縁と外周縁との中央を通る閉曲線の内側の面積である、内燃機関用の点火コイル（１）。
2. 前記下側当接面の面積は、前記上側当接面の面積よりも大きい、請求項１に記載の内燃機関用の点火コイル。
3. 前記ブッシュは、上下方向（Ｚ）に形成されるとともに上面が前記上側当接面を構成する上筒部（４３）と、前記上筒部よりも下側に形成され、上下方向に形成されるとともに下面が前記下側当接面を構成する下筒部（４４）と、前記上筒部の下端と前記下筒部の上端とを連結する連結筒部（４５）とを有する、請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火コイル。
4. 前記連結筒部は、上下方向における前記ブッシュの中央よりも下側に位置している、請求項３に記載の内燃機関用の点火コイル。
5. 前記上側当接面及び前記下側当接面は、それぞれ円環状である、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。
6. 前記ブッシュは、上下方向の全体において、上下方向に直交する断面形状が円環状であり、かつ、その厚みが上下方向において一定である、請求項１～５のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火コイル。

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