KR100418005B1 - 엔진의 점화 장치 - Google Patents

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KR100418005B1
KR100418005B1 KR10-2003-7012277A KR20037012277A KR100418005B1 KR 100418005 B1 KR100418005 B1 KR 100418005B1 KR 20037012277 A KR20037012277 A KR 20037012277A KR 100418005 B1 KR100418005 B1 KR 100418005B1
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primary
ignition
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시마다준이찌
스기우라노보루
안조요이찌
고바야시가즈또시
우에다도시아끼
곤도에이이찌로
고사이다까히데
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가부시끼가이샤 히다찌 카 엔지니어링
가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 독립 점화형의 점화 코일 장치의 2차 코일·중앙 코어 사이의 내열 충격성과 전계 집중 완화(절연성)를 향상시키고, 가는 직경화를 달성한다. 플라스틱 헤드 커버 부착 엔진의 독립 점화형 점화 코일 장치를 적용 가능하게 한다. 동 장치의 조립 작업성을 향상시킨다. 1차 코일(5)의 내측에 2차 코일(3)이 있고, 2차 보빈(2)과 중앙 코어(1) 사이에 연질 에폭시(17)가 충전된다. 2차 보빈(2)은 2차 코일 저압측이 연질 에폭시(17)의 주입측이고, 그 내경에 2차 코일 저압측이 크고 2차 코일 고압측이 작아지는 내경차가 있는 구배를 형성하고, 2차 보빈의 2차 코일 저압측 두께를 얇고 2차 코일 고압측 두께를 두껍게 한다. 연질 에폭시(17)는 가압 성형에 의해 오목부(17')를 갖고, [2차 보빈의 허용 응력＞(-40℃－절연용 수지의 유리 전이점 Tg)에서의 발생 응력]의 조건을 만족하는 유리 전이점 Tg를 갖는다. 2차 보빈은 PPS 재료로 만들고, 1차 코일은 2차 코일 조립체의 외측에 1차 보빈을 장착하여 양자를 조립한 상태에서 권선한다.

Description

엔진의 점화 장치 {IGNITION UNIT FOR ENGINE}
본 발명은 엔진의 점화 플러그마다 준비되어 각 점화 플러그에 직결하여 사용되는 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치, 및 그들 점화 코일 장치와 기술적으로 관련된 플라스틱 헤드 커버 부착 엔진에 관한 것이다.
최근, 엔진의 플러그 구멍에 도입되어 각 점화 플러그와 개별적으로 직결되는 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치가 개발되어 있다. 이러한 종류의 점화 코일 장치는 분배 장치를 필요로 하지 않는다. 그 결과 분배 장치, 그 고압 코드 등에서 점화 코일로의 공급 에너지가 강하하는 일이 없으며, 점화 에너지의 강하 등을 배려하지 않고도 점화 코일을 설계할 수 있으므로, 코일 용적을 작게 하여 점화 코일의 소형화를 꾀하는 동시에, 분배 장치의 폐지에 의해 엔진실 내의 부품 장치 공간의 합리화를 꾀하는 것으로서 평가되고 있다.
이와 같은 독립 점화형의 점화 코일 장치는 코일부의 적어도 일부가 플러그 구멍 내에 도입되어 장착되므로 플러그내 장착식이라 불리워지고, 또한 코일부는 플러그 구멍에 삽입되므로 연필형으로 가늘고 길게 펜슬 코일이라 통칭되고, 가늘고 긴 원통형의 코일 케이스의 내부에 중앙 코어(자로 철심으로 규소 강판을 다수 적층한 것), 1차 코일, 2차 코일을 내장하고 있다. 1차, 2차 코일은 각각의 보빈에 권취되어 중앙 코어의 주위에 동심형을 이루어 배치되어 있다. 이와 같은 1차, 2차 코일을 수납하는 코일 케이스 내에는 절연용 수지를 주입 경화시키거나 절연 오일을 봉입함으로써 코일의 절연성을 보증하고 있다. 이미 알려진 예로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 평8-255719호 공보, 일본 특허 공개 평9-7860호 공보, 일본 특허 공개 평9-17662호 공보, 일본 특허 공개 평8-93616호 공보, 일본 특허 공개 평8-97057호 공보, 일본 특허 공개 평8-144916호 공보, 일본 특허 공개 평8-203757호 공보 등에 기재된 것이 있다. 또한, 펜슬 코일에는 코일 외주를 통과하는 누설 자속을 억제하기 위해 코일 케이스 외주에 사이드 코어를 설치하는 등의 배려가 이루어져 있다.
펜슬 코일에는 1차 코일을 내측, 2차 코일을 외측에 배치하는 것과, 2차 코일을 내측, 1차 코일을 외측에 배치하는 것이 있으며, 이 중 후자의 방식(내측 2차 코일 구조)은 전자의 방식(외측 2차 코일 구조)에 비해 출력 특성면에서 유리한 점이 있다.
즉, 코일의 구성 부재에 절연용 수지(예를 들어 에폭시 수지)를 주입 경화시킨 펜슬 코일을 상정한 경우, 도7에 도시한 바와 같이 외측 2차 코일 구조에서는 내측으로부터 순서대로 1차 코일, 에폭시 수지, 2차 보빈, 2차 코일, 에폭시 수지, 코일 케이스, 사이드 코어가 존재하는데, 2차 코일과 그 내측에 있는 저전압의 1차 코일(대략 접지 전압이라 간주할 수 있다)과의 사이에 정전 부유 용량이 발생하는 외에, 2차 코일과 사이드 코어(접지 전압) 사이에도 정전 부유 용량이 발생하고, 그로 인해 내측 2차 코일 구조에 비해 사이드 코어측의 정전 부유 용량이 여분으로 붙어 외측 2차 코일 구조의 정전 부유 용량은 커지는 경향에 있다(또, 내측 2차 코일 구조의 경우는 2차 코일·1차 코일의 사이에 정전 부유 용량이 발생하고, 1차 코일·사이드 코어 사이는 1차 코일, 사이드 코어가 모두 접지 전압이므로 정전 부유 용량이 실질적으로 발생하지 않는다).
2차 전압 출력 및 그 상승 특성은 정전 부유 용량에 영향을 끼치고, 정전 부유 용량이 커질 수록 출력이 저하하여 늦게 상승하는 일이 발생한다. 따라서, 정전 부유 용량이 작은 내측 2차 코일 구조 쪽이 소형, 고출력화에 적합하다고 생각되어지고 있다.
이 내측 2차 코일 구조 방식의 경우에는 2차 보빈과 중앙 코어 사이의 구조에 있어서, 내열 충격성과 전계 집중 완화를 어떻게 양립시키는가가 중요한 요소이다.
상기 2차 보빈은 2차 코일에서 발생한 고전압을 중앙 코어로부터 절연하는 역할을 하는데, 2차 보빈과 중앙 코어 사이에 공극이 있는 경우, 전계 강도에 차이가 발생하여(공극부의 전계 강도가 극단적으로 커짐 ; 전계 집중) 2차 코일과 중앙 코어 사이의 공극부에서 절연 파괴가 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 2차 보빈과 중앙 코어 사이의 간극에 절연재를 충전하여 전계 집중을 완화할 필요가 있다.
그러나, 2차 보빈과 중앙 코어 사이에 에폭시 수지를 충전한 경우, 중앙 코어의 선팽창 계수(13 × 10-6㎜/℃)와 에폭시 수지의 선팽창 계수(40 × 10-6㎜/℃)의 차에 의해 에폭시 수지에 균열이 발생하여 절연 파괴가 일어날 염려가 있다. 이와 같은 균열 방지책으로서, 에폭시 수지 중의 석영 충전재 등의 배합율을 높여 선팽창 계수를 중앙 코어와 근접시키는 것도 고려할 수 있는데, 수지 성형의 유동성이 저하하고, 특히 미소 간극인 중앙 코어·2차 보빈 사이[소수점 한 자리대 ㎜(1/10㎜대)]의 갭에서의 수지 주입은 곤란하다.
그래서, 본원 출원인은 이미 2차 보빈과 중앙 코어 사이에, 유리 전이점이 상온(20℃) 이하이고, 또한 상온 이상에서는 영률이 1 × 108(Pa)의 탄성을 갖는 가요성 에폭시 수지를 충전하는 것을 제안하고 있다(예를 들어 일본 특허 출원 평7-326800호, 일본 특허 출원 평8-249733호). 여기에서는, 이 가요성 에폭시 수지가 상온에서 연질 상태에 있으므로 연질 에폭시 수지라 정의한다. 이 연질 에폭시 수지는, 예를 들어 빈틈(void)을 가능한 한 없애기 위해 진공 상태 하에서 주입된다(진공 주형).
연질 에폭시 수지는 탄성를 갖기 때문에 반복 열 스트레스에 대한 내열 충격성(열충격 흡수 ; 열충격 완화)이 우수하고, 중앙 코어에 대한 열충격 및 2차 보빈에 대한 열충격을 완화할 수 있고, 또한 밀착성이 우수한 재료를 이용함으로써 중앙 코어나 2차 보빈 사이에서의 간극 발생을 방지할 수 있는 반면, 보빈재에 비해 절연성이 낮기 때문에 가능한 한 얇게 하여 그 만큼 2차 보빈의 두께를 확보하여 2차 코일·중앙 코어 사이의 절연성을 확보하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은,
(1) 하나는 상기한 바와 같은 내측 2차 코일 구조 방식을 채용하고 또한 플러그 구멍에 유도되는 독립 점화형 점화 코일 장치(예를 들어, 플러그 구멍내 장착식 점화 코일 장치)에 있어서, 2차 코일·중앙 코어 사이의 내열 충격성과 전계 집중 완화(절연성)의 향상을 꾀하고, 게다가 품질(신뢰성)과 제작상의 작업성을 높이는 데 있다.
(2) 또 다른 하나는 플라스틱 헤드 커버 부착 엔진이라도, 독립 점화형 점화 코일 장치를 지장없이 적용 가능하게 하여 엔진의 경량화를 실현시키는 데 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 점화 코일 장치의 종단면도(도3의 B-B'선 단면도) 및 그 일부를 확대한 E부 확대 단면도.
도2는 도1의 A-A'선 단면도.
도3은 도1의 점화 코일 장치를 상면으로부터 본 도면이고, 회로 케이스 내부를 수지 충전전의 상태에서 나타내고 있는 도면.
도4는 제1 실시예에 사용되는 점화 회로도.
도5는 본 실시예에 관한 점화 코일 장치를 엔진에 부착한 상태를 도시한 설명도.
도6은 중앙 코어를 수납하는 2차 보빈의 내부 구조를 모식적으로 도시한 단면도.
도7은 점화 코일 장치의 정전 부유 용량의 발생 매커니즘을 도시한 설명도.
도8은 2차 보빈의 응력과 연질 에폭시의 유리 전이점의 관계를 도시한 설명도.
도9는 2차 코일과 중앙 코어의 전위를 도시한 설명도.
도10은 종래 형태의 독립 점화식 코일 장치의 실제 장착 상태를 도시한 도면.
도11의 (a)는 점화 코일 장치의 원리 회로도, (b)는 본 발명에 관한 점화 코일의 제조 원리를 도시한 설명도, (c)는 종래의 점화 코일의 제조 원리를 도시한 설명도.
도12는 제1 실시예에 이용하는 2차 보빈의 부분 사시도.
도13은 제1 실시예에 이용하는 1차 보빈과 2차 보빈의 조립 상태를 도시한 부분 사시도.
도14는 제1 실시예에 이용하는 점화 코일 조립 및 회로 유닛의 위치 관계를 도시한 설명도.
도15는 제1 실시예의 2차 보빈을 1차 보빈에 삽입하는 상태를 도시한 부분 사시도.
도16의 (a)는 제1 실시예의 1차 보빈의 저면도, (b)는 그 2차 보빈의 저면도, (c)는 상기 (a)의 C-C'선 단면도, (d)는 1차 보빈과 2차 보빈의 조립 상태를 도시한 저면도.
도17은 제1 실시예에 이용하는 코일 케이스의 단면도.
도18은 점화 코일 장치의 제조 과정을 도시한 설명도.
도19는 점화 코일 장치의 제조예를 도시한 설명도.
도20은 권선기의 회전 샤프트와 1차 보빈, 2차 보빈의 부착예를 도시한 설명도.
도21은 권선기의 모터로부터 2차 보빈 삽입 상태의 회전 샤프트를 제거한 상태를 도시한 설명도.
도22는 본 발명의 제2 실시예에 관한 점화 코일 장치의 요부 단면도(도23의 D-D'선 단면도).
도23은 도22의 점화 코일 장치를 상면으로부터 본 도면이고, 회로 케이스의 내부를 수지 충전전의 상태에서 나타내고 있는 도면.
도24는 제2 실시예에 이용하는 2차 보빈의 부분 사시도.
도25는 제2 실시예에 이용하는 1차 보빈과 2차 보빈의 조립 상태를 도시한 부분 사시도.
도26은 제2 실시예에 이용하는 점화 회로도.
도27은 제2 실시예의 점화 코일 장치의 실제 장착 상태를 도시한 설명도.
도28은 제2 실시예에 이용하는 소음 방지 콘덴서의 부착 상태를 도시한 설명도.
도29는 제2 실시예에 이용하는 소음 방지 콘덴서의 부착 상태를 도시한 설명도.
제1 발명(청구항 1에 관한 발명)은, 코일 케이스에 내측으로부터 순서대로 중앙 코어, 2차 보빈에 권취된 2차 코일, 1차 보빈에 권취된 1차 코일을 동심형으로 내장하고, 엔진의 각 점화 플러그에 직결하여 사용되는 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치에 있어서,
상기 2차 보빈과 상기 중앙 코어 사이에 절연용 수지가 충전되고, 상기 2차 보빈은 그 내경 중 상기 절연용 수지의 주입측이 크고 상기 주입측의 반대측을 향함에 따라서 작아지도록 두께가 구배형으로 변화하고 있는 것을 특징으로 한다.
2차 보빈·중앙 코어 사이에 충전되는 절연용 수지는, 예를 들어 전술한 바와 같이 연질 에폭시 수지를 사용한 경우에는 2차 보빈 두께 확보(절연성 확보)를 위해 가능한 한 얇게 할 필요가 있다. 그 두께는 중앙 코어나 2차 보빈에 대한 선팽창차 흡수(열충격 완화), 보빈재나 코어의 양산 상의 치수 불균일의 흡수, 진공 주형의 원활화를 보증하기 위해 최소한 0.1㎜ 확보하는 것이 요구된다.
이상의 요구를 충족시키기 위해, 2차 보빈·중앙 코어 사이는 소수점 한 자리대 ㎜(1/10㎜대)의 갭이 되어, 이 협소한 갭에 절연용 수지를 주입 경화시켜야만 한다. 본 발명에서는 2차 보빈에는 그 내경에 수지 주입측이 크고 그 반대측을 향함에 따라서 작아지는 내경 차가 있는 구배를 형성하고 있으므로, 2차 보빈·중앙 코어 사이의 갭도 절연용 수지 주입측이 크고, 그 반대측을 향함에 따라서 서서히 작아지고, 그 수지 주입의 개구를 넓혀서 수지 주입의 원활화를 꾀할 수 있다. 또한, 수지 주입의 개구를 넓혔다고 해도 중앙 코어·2차 보빈 사이의 갭은 서서히 좁아지므로, 절연용 수지의 박층화를 가능한 한 보유 지지할 수 있다.
제2 발명(청구항 2에 관계되는 발명)은, 상기 제1 발명의 구성에다가, 또한 상기 2차 보빈은 2차 코일 저압측을 상기 절연용 수지의 주입측으로 하고, 상기 2차 보빈에는 그 내경에 2차 코일 저압측이 크고 2차 코일 고압측을 향함에 따라서 작아지는 내경 차가 있는 구배를 형성하고, 2차 코일 저압측의 2차 보빈 두께를 얇게 하고 2차 코일 고압측을 향해 2차 보빈 두께가 두꺼워지는 보빈 구조로 한 것을 특징으로 한다.
본 구성에 따르면, 상기 제1 발명의 작용(절연용 수지의 유동성 향상과 박층화의 양립)에다가 다음과 같은 작용이 이루어진다.
점화 코일 장치의 코일부(코일 케이스 및 그 안에 수납되는 코일, 코어 등으로 이루어지는 부분)는 실린더 헤드의 점화 플러그와 직결되므로, 엔진 연소의 열적 영향을 받는다(코일 케이스의 외장 표면 온도는 외기 온도가 40℃, 등판 10%에서 2속 55 ㎞/h의 가혹 운전 조건으로 측정한 바, 엔진 연소의 열적 영향에 의해 엔진에 가장 가까운 점화 플러그와 직결되는 부위가 140℃, 그로부터 조금 벗어난 2차 코일 고압측 부근이 130℃, 2차 코일 저압측 부근은 실린더 헤드의 외측에 있으며, 또한 2차 코일 고압측과의 거리는 80 내지 105㎜ 정도이므로 110℃, 그 위의 점화 회로 케이스는 100℃ 정도가 된다).
따라서, 2차 보빈 중 2차 코일 고압측 쪽이 2차 코일 저압측보다도 고온 상태가 되어 절연 성능이 저하하거나, 열 스트레스가 커지는 경우가 충분히 예상되지만, 본 발명에서는 2차 코일 저압측의 2차 보빈 두께를 얇게 하고 2차 코일 고압측을 향하여 2차 보빈 두께를 두껍게 하였으므로, 그 두께 증가분 만큼 2차 코일 고압측의 절연 성능 및 내열 응력이 높아져 상기의 엔진 연소의 열적 영향에 대처할 수 있다.
제3 발명(청구항 3에 관계되는 발명)은 제1, 제2 발명과 같은 내측 2차 코일 구조의 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치에 있어서, 2차 보빈과 중앙 코어 사이에 주입되는 절연용 수지로서, [2차 보빈의 허용 응력 > (-40-℃ 절연용 수지의 유리 전이점 Tg)에서의 발생 응력]의 조건을 만족하는 유리 전이점 Tg를 갖는 절연용 수지인 것을 특징으로 한다. 상기 Tg의 조건 설정 이유는 다음과 같다.
상기 절연용 수지(여기에서의 절연용 수지라 함은 2차 보빈·중앙 코어 사이에 충전되는 수지를 가리킴)로서 박층화를 꾀하면서 중앙 코어나 2차 보빈과의 선팽창 계수 차에 의한 열충격(엔진실의 온도 변화로부터 오는 선팽창·수축차 ; 열 스트레스)을 완화하기 위해서는 수지를 연질화시킴으로써 탄성(가요성)을 부여하면 대처 가능해진다.
상기 절연용 수지가 연질화하기 위해서는 상기 수지의 성형(열경화) 후의 유리 전이점(Tg) 및 영률이 중요한 인자가 된다. 환언하면, Tg는 물질의 연화점의 목표가 되어 Tg 이상이면 수지가 연화하고, 또한 그 연화 상태에 있어서의 영률이 작을 수록 탄성화(가요성)를 꾀한다.
따라서, 상기의 펜슬 코일 형태의 경우, 온도 환경이 심한(일반적으로 -40℃ 내지 130℃로 되어 있는) 엔진실에 장착되므로, 내열 충격성을 위해서는 상기 절연용 수지는 Tg가 저온이고, 엔진의 사용 환경 온도 범위에서는 가능한 한 연질 상태인 것이 요구된다. 단, Tg를 -40℃ 이하까지 낮출 필요는 없다(환언하면, -40℃ 이하가 된 때까지 절연용 수지가 연질화하고 있을 필요는 없다). 그 이유를 도8에 의해 설명한다.
도8의 (a)는 내측 2차 코일 구조·독립 점화형의 점화 코일 장치가 사용되는 엔진실 내의 온도를 -40℃ 내지 130℃로 상정하여 2차 보빈, 및 중앙 코어·2차 보빈 사이의 절연용 수지의 거동을 도시한 특성도로서, 본 발명자에 의해 명확하게 된 것이다. 도8의 (b)는 상기 거동 특성을 보충하는 설명도이다.
도8의 (b)는 내측 2차 코일 구조의 2차 보빈이 주위 온도의 저하에 따라 중앙 코어측으로 수축하는 상태를 나타내고 있으며, 2차 보빈·중앙 코어 사이의 절연용 수지가 연질화의 상태(유리 전이점 Tg 이상)에 있으면, 온도 강하시의 2차 보빈의 수축(중앙 코어측으로의 변형)을 상기 절연용 수지가 받아들이므로, 실질적으로 2차 보빈의 응력(열 스트레스)이 발생하고 있지 않은 것이라 볼 수 있다.
엔진이 정지하여 온도 강하해 가고, 예를 들어 한랭지에 있어서, 펜슬 코일의 상기 절연용 수지가 Tg 이하가 되면 절연용 수지가 유리 상태로 이행하여 2차 보빈의 수축이 저지되므로, 2차 보빈에 응력(열 스트레스)이 발생한다. 이 응력(σ)은 2차 보빈의 영률(E), 변형율(ε)과의 관계에서 다음 식과 같이 표현된다.
σ = E·ε = E·α·T
α는 2차 보빈의 선팽창 계수, T는 온도 변화(온도차)이다.
예를 들어, 도8의 (a)에 도시한 온도 변화(-40℃ 내지 130℃)에 있어서, 2차 보빈·중앙 코어 사이의 절연용 수지의 유리 전이점 Tg를 130℃로 설정한 경우에는 130℃ 내지 -40℃의 범위에서 2차 보빈에 응력이 발생하므로, 최대 응력은 σMAX가 된다. Tg를 Tg1으로 설정한 경우에는 (Tg1< 130℃), Tg1내지 -40℃의 범위(온도차T1)에서 응력(σ1)이 발생하고(130℃ 내지 Tg1의 범위에서는 2차 보빈은 수축이 저지되지 않으므로 실질적으로 무응력이 됨), 마찬가지로 Tg를 Tg2로 설정한 경우(Tg2Tg1)에는 Tg2내지 -40℃의 범위(온도차 T2)에서 응력(σ2)이 발생한다(130℃ 내지 Tg2의 범위에서는 2차 보빈은 수축이 저지되지 않으므로 실질적으로 무응력이 된다).
예를 들어, 2차 보빈의 허용 응력 σ0이 σ1< σ0< σ2에 있는 경우에는 2차 보빈·중앙 코어 사이의 절연용 수지의 Tg가 Tg1이하(-40℃ < Tg < Tg1)이면, 2차 보빈의 발생 응력(σ)이 허용 응력(σ0)보다도 작으므로, 2차 보빈에 파손이 발생하는 것을 저지할 수 있다. 이 경우, -40℃ 내지 Tg1의 범위에서는 2차 보빈·중앙 코어 사이의 절연용 수지가 경질화하여 열충격 완화 작용이 사라졌다고 해도, 그 온도 범위가 협소하기 때문에, 열충격이 약해져 2차 보빈·중앙 코어 사이의 건전성을 보유 지지할 수 있다. 또, 도8의 (a)에서는 상기 Tg1이 -25℃의 위치에 있는데, 이는 절연용 수지를 어떤 재질로 특정한 경우의 일예로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상으로부터 보면, 절연용 수지가 내열 충격성을 위해 연질화하는 경계점인 유리 전이점은 2차 보빈에 발생하는 응력과의 관계에서,
[2차 보빈의 허용 응력 σ0(-40℃-절연용 수지의 유리 전이점 Tg)에서의2차 보빈의 허용 응력 σ]의 조건을 충족시키는 Tg이면, 2차 보빈, 중앙 코어에 대한 상기 절연용 수지의 내열 충격성과 2차 보빈의 건전성의 양립화를 꾀할 수 있다. 또, 앞서 출원한 일본 특허 출원 평7-326800호, 일본 특허 출원 평8-249733호의 가요성 에폭시(2차 보빈·중앙 코어 사이의 절연용 수지)에서는 가요성 에폭시가 실온 이하인 것을 서술하고 있는데, 이와 같은 2차 보빈의 관계에 대해서 규명되어 있지 않다.
또한, 상기 제3 발명에 관련하여 상기 2차 보빈은 상온 (20℃) 내지 150℃ 범위의 선팽창 계수가 성형시의 유동 방향, 직각 방향을 포함하여 10 내지 45 × 10-6의 열 가소성 합성 수지이며, 상기 절연용 수지는 유리 전이점 이상에서는 영률이 1 × 108(Pa) 이하의 탄성을 갖는 연질 에폭시 수지인 것을 제안한다(청구항 8 대응).
제4 발명(청구항 4 대응)은 상기 제3 발명에 있어서의 유리 전이점(Tg)의 조건을 만족하는 절연용 수지(절연용 연질 수지)가 상기 2차 보빈·중앙 코어 사이에서 가압 성형된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 수지 중에 포함되는 빈틈의 용적을 1/200로 수축시키고, 보다 한층 충전화를 꾀하고, 상기한 바와 같이 소수점 한 자리대 ㎜의 박층화가 요구되는 절연용 수지(예를 들어, 연질 에폭시 수지)에 있어서는 이 충전화가 절연성 확보에 크게 공헌한다.
또한, 2차 보빈에는 중앙 코어 및 마그넷이 축방향으로 내장되는데, 상기 연질 에폭시 수지는 이들 부재를 피복하므로, 그 가압 성형력에 의해 중앙 코어, 마그넷의 축방향의 고정력을 증대시키고, 내진성을 향상시킨다.
이 절연용 수지의 가압 성형은, 예를 들어 다음과 같이 행해진다. 즉, 상기 절연용 수지는 진공 주입된 후에 대기압 하에서 가열 경화된 열경화성 수지이고, 상기 가압 성형에는 그 진공으로부터 대기압으로 변화된 때의 차압이 이용되고 있다(청구항 6 대응).
제5 발명(청구항 5에 관계되는 발명)은, 내측 2차 코일 구조 방식의 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치이고, 코일 케이스의 상부에 점화 코일의 회로 유닛을 내장한 커넥터 부착 회로 케이스가 설치되어 있는 것에 있어서,
상기 2차 보빈과 상기 중앙 코어 사이 및 2차 보빈 상단부 개구에 절연용 수지가 충전되고 또한 상기 절연용 수지는 가압 성형되어 2차 보빈 상단부 개구 위치에서 상면에 오목부가 형성되도록 하고 있으며, 상기 커넥터 부착 회로 케이스는 그 바닥부가 상기 코일 케이스 상부에 연통하여 상기 커넥터 부착 회로 케이스의 내부로부터 상기 코일 케이스의 2차 코일·1차 보빈 사이 및 1차 코일·코일 케이스 사이에 걸쳐서 에폭시 수지가 충전되고, 이 에폭시 수지에 의해 상기 절연용 수지의 오목부가 메워져 있는 것을 특징으로 한다.
내측 2차 코일 구조 방식의 독립 점화형의 점화 코일 장치에 있어서, 2차 보빈·중앙 코어 사이에 절연용 수지(예를 들어 연질 에폭시 수지)를 가압 성형에 의해 충전하는 이점(충전 촉진)에 대해서는 이미 서술한 바와 같다.
중앙 코어를 수용하는 2차 보빈에, 다른 코일 요소(1차 보빈, 코일 케이스,그 위에 있는 회로 케이스 등)와 별도로 상기 절연용 수지를 충전하고 또한 가압 성형(예를 들어 수지를 진공 주입한 때의 진공압과 그 후의 대기 개방에 의한 대기압과의 차압을 이용한 가압 성형)의 경우, 2차 보빈 상단부 개구면을 향하는 절연용 수지 표면에 절구 형상의 곡면 오목부(반구형의 오목부)가 남는다. 이 절연용 수지의 오목한 부분에 의해 중앙 코어의 축방향으로 집중한 가압력이 작용하고, 적층 강판으로 구성된 중앙 코어에서 발생하는 자기 진동 등을 유효하게 억제할 수 있어 내진성을 보다 한층 향상시킨다. 특히, 이 절연용 수지가 연질인 경우에는 연질 수지에 비해 중앙 코어에 대한 구속력이 약해지므로, 그것을 보충하는 의미로 상기 오목부를 상기 2차 보빈 상단부 개구 위치에 설정해 두는 것은 유효하다.
단, 이와 같은 오목부를 남겨 두면, 코일 케이스 상부(코일부 상부)에 점화 회로의 케이스를 배치한 경우에, 중앙 코어와 회로 케이스 내의 금속 베이스 사이에 공극이 남게 되어 다음과 같은 결점이 발생한다.
즉, 중앙 코어는 주위가 절연되어 있으며, 또한 2차 코일의 전계의 영향을 받아 도9에 도시한 바와 같이 2차 코일의 저압측과 고압측의 중간 전위에 있는 것으로 생각할 수 있다. 예를 들어, 2차 코일의 발생 전압을 약 30 kV라 하면, 중앙 코어는 중간 전위인 15 kV가 된다. 한편, 중앙 코어 상방에 위치하는 회로의 금속 베이스는 접지되어 있으므로, 중앙 코어·금속 베이스에도 공극이 있으면 전계 집중이 발생하여 절연 파괴가 발생해 버린다.
본 발명에서는 상기 절연용 수지의 가압 성형에 의해 발생한 오목부(공극)를 그 수지 충전 후에 충전되는 에폭시 수지(회로 케이스로부터 2차 코일·1차 보빈및 1차 코일·코일 케이스 사이에 걸쳐서 충전되는 에폭시 수지)에 의해 메우므로, 상기 전계 집중을 대폭적으로 완화하여 중앙 코어·금속 베이스 사이의 절연성을 보증한다.
또한, 상기 오목부를 메우는 에폭시 수지의 충전 작업은 커넥터 부착 회로 케이스의 바닥부가 상기 코일 케이스 상부에 연통하여 상기 커넥터 부착 회로 케이스의 내부로부터 상기 코일 케이스의 2차 코일·1차 보빈 사이 및 1차 코일·코일 케이스 사이에 걸쳐서 에폭시 수지가 주입 경화되는 때에 더불어 행해지므로, 그 작업성의 합리화를 꾀할 수 있다.
또한, 상기 제5 발명에 관련하여, 다음과 같은 것을 제안한다.
즉, 제6 발명(청구항 9에 관한 발명)은 상기와 같이 엔진의 각 점화 플러그에 직결하여 사용되고, 또한 내측 2차 코일 구조의 독립 점화형의 엔진용 점화 코일 장치에 있어서,
상기 2차 보빈과 상기 중앙 코어의 사이 및 2차 보빈 상단부 개구에 절연용 수지가 충전되고, 2차 보빈 상단부 개구 위치에 있는 상기 절연용 수지 상면에 반구형의 오목부가 형성되어 있으며, 상기 커넥터 부착 회로 케이스는 그 바닥부가 상기 코일 케이스 상부에 연통하여 상기 커넥터 부착 회로 케이스의 내부로부터 상기 코일 케이스의 2차 코일·1차 보빈 사이 및 1차 코일·코일 케이스 사이에 걸쳐서 성형 수지가 충전되고, 이 성형 수지에 의해 상기 절연용 수지의 반구형의 오목부가 메워져 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 따르면, 제5 발명의 작용, 효과를 기대할 수 있는 외에, 2차 보빈의 상단부 개구 위치에 있는 절연용 수지 상면에 형성되는 오목부가 반구형을 이루고 있으므로, 성형 수지에 의해 메워지는 상기 공극(오목부)에는 코너가 존재하고 있지 않으므로, 이 오목부에 성형 수지를 충전해도 빈틈이 남기 어려워져 오목부 경계면에서의 절연용 수지와 그 위에 주입되는 성형 수지와의 밀착성을 양호하게 보유 지지할 수 있다.
제7 발명(청구항 12에 관계되는 발명)은 상기 점화 코일 장치에 관련하여 다음과 같은 플라스틱 헤드 커버 부착 엔진을 제안한다.
즉, 엔진의 실린더 헤드가 플라스틱으로 된 헤드 커버에 의해 피복되고, 또한 상기 실린더 헤드에 장착된 각 점화 플러그가 점화 플러그마다 준비된 독립 점화형의 점화 코일 장치와 직결되고, 상기 독립 점화형의 점화 코일 장치는 가늘고 긴 통형상의 코일 케이스에 중앙 코어, 2차 보빈에 권취된 2차 코일, 1차 보빈에 권취된 1차 코일을 동심형으로 내장한 코일부와, 상기 코일 케이스의 상부에 설치되고 또한 점화 회로 유닛을 내장하는 커넥터 부착 회로 케이스를 구비하고,
상기 코일부가 상기 플라스틱으로 된 헤드 커버를 관통하여 점화 코일 장치의 무게 중심이 플라스틱으로 된 헤드 커버보다도 저위치(예를 들어, 최적예로서는 실린더 헤드에 형성된 플러그 구멍 혹은 플러그 구멍에 통하는 점화 코일 가이드 튜브 내)에 위치하고, 상기 커넥터 부착 회로 케이스가 플라스틱으로 된 헤드 커버의 외면 상에 고정 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 내측 2차 코일 구조 방식, 외측 2차 코일 구조 방식에 관계없이 적용 가능하다.
엔진의 경량화에 따라 엔진의 실린더 헤드를 피복하는 헤드 커버를 플라스틱화할 필요가 높아져 그 실현을 향해 개발이 이루어지고 있다. 이와 같은 필요에 대해, 플라스틱 헤드 커버에 독립 점화형의 점화 코일 장치를 장착하는 경우에는 다음과 같은 점을 개선할 필요가 있다.
예를 들어, 독립 점화형의 점화 코일 장치 중, 현재 실용화되고 있는 것은 도10에 도시한 바와 같은 점화 코일 장치이다. 이 형태는 코일부(150)와 플러그 결합용의 고무 부츠(157)로 이루어지는 코일 장치 본체의 정점부에 코일부(150)[폐자로 코어(159)에 1차 코일(153), 2차 코일(155)이 권취되어 이루어짐]가 있으며, 이 코일부(150)가 엔진의 헤드 커버(160)에 나사(27)에 의해 부착된다.
점화 플러그(22)를 장착하는 플러그 구멍(161)에는 2차 코일(155)의 고압 에너지(2차 전압)를 공급하는 도전봉(A1 봉)(156) 및 이에 접속되는 코일 스프링(158)이 이들 부재를 피복하는 고무 부츠(157)와 함께 내장되고, 이 고무 부츠(157)의 하단부에 점화 플러그(22)의 정점부측이 끼워 넣어지고, 점화 플러그(22)가 스프링(158) 및 도전봉(156)을 거쳐서 2차 코일(155)의 고압측과 접속되어 있다. 도면 부호 100은 엔진의 실린더 헤드, 151은 코일 케이스, 151a는 커넥터, 152는 1차 보빈, 154는 2차 보빈이다.
이 형태의 독립 점화 코일 장치를 플라스틱 엔진 헤드 커버에 부착하는 경우에는 코일부가 헤드 커버 위에 위치하고, 나아가서는 무게 중심도 헤드 커버 위에 위치하므로(무게 중심이 높으므로), 코일부가 엔진 진동에 공진하여 요동 동작하고 플라스틱 커버를 매우 튼튼하게 하여 강성을 증가시키지 않으면, 커버 자신의 보호와 이 코일부의 진동을 억압할 수 없어, 결국은 헤드 커버의 경량화(나아가서는 엔진의 경량화)를 꾀할 수 없다.
본 발명자들은 이상의 점에서 플라스틱 커버의 부담을 적게 하여 독립 점화 코일 장치를 장착하기 위해서는, 점화 코일 장치의 무게 중심을 낮게 하고, 또한 점화 코일 장치 본체의 적어도 축방향의 2점을 지지하여 진동을 적게 할 필요가 있는 것을 발견했다.
이상의 점을 감안하여 본 발명은 구성된 것으로, 그 구성에 따르면, 엔진의 헤드 커버를 플라스틱제로 하고, 이에 독립 점화형의 점화 코일 장치를 조립한 경우라도, 점화 코일의 무게 중심이 플라스틱 엔진 헤드 커버보다 낮은 위치에 오게 되므로, 또한 펜슬 코일 중 비교적 중량이 가벼운 커넥터 부착 회로 케이스를 플라스틱 헤드 커버의 외면 상에 고정 부착(예를 들어 나사 고정)하고, 이 고정 부착부와 플러그 구멍의 결합 위치에서 축방향의 2점 지지를 꾀하므로, 점화 코일 장치 전체의 진동을 작게 하고, 나아가서는 플라스틱 헤드 커버에 부여되는 점화 코일 장치의 진동을 억제하여 플라스틱 헤드 커버의 경량화(박층화), 간소화를 꾀하면서 독립 점화형 코일 장치의 장착을 실현하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
먼저, 도1 내지 도21을 이용하여 제1 실시예에 관계되는 점화 코일 장치(이른바 내측 2차 코일 구조 방식의 펜슬 코일)를 설명한다.
도1에 점화 코일 장치(21)의 종단면도(도3의 B-B'선 단면 화살표도) 및 그 일부를 확대한 E부 확대 단면도를 도시하고, 도2에 도1의 A-A'선 단면도를 도시한다. 도3은 도1의 점화 코일 장치를 상면으로부터 본 도면이고, 회로 케이스(9)의 내부를 수지(실리콘 겔) 충전 전의 상태에서 도시하고 있다.
가늘고 긴 원통형의 코일 케이스(외부 장착 케이스)(6)의 내부에는 중심(내측)으로부터 외측을 향하여 순서대로 중앙 코어(1), 2차 보빈(2), 2차 코일(3), 1차 보빈(4), 1차 코일(5)이 배치된다. 또한, 2차 보빈(2)에 있어서의 중앙 코어(1)와 2차 보빈(2) 사이의 간극에는 이른바 연질 에폭시(가요성 에폭시)(17)가 충전되고, 2차 코일(3)과 1차 보빈(4) 사이의 간극 및 1차 코일(5)과 코일 케이스(6) 사이의 간극에는 에폭시 수지(8)가 충전되어 있다.
중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 절연용 수지를 연질 에폭시(17)로 한 것은 플러그 구멍내 장착식의 독립 점화형의 점화 코일 장치(펜슬 코일)가 심한 온도 환경(-40℃ 내지 130℃ 정도의 열 스트레스)에 노출되는 데다가, 이미 서술한 바와 같이 중앙 코어(1)의 열팽창 계수(13 × 10-6㎜/℃)와 에폭시 수지의 열팽창 계수(40 × 10-6㎜/℃)의 차가 크기 때문에, 통상의 절연용 에폭시 수지[연질 에폭시(17)보다도 경질의 에폭시 수지 조성물]를 이용한 경우에는 상기의 열쇼크에 의해 에폭시 수지에 균열이 발생하여 절연 파괴가 일어날 염려가 있기 때문이다. 즉, 이와 같은 내(耐) 열쇼크에 대처하기 위해, 열충격 흡수가 우수한 탄성 부재로 절연성을 갖는 연질 에폭시 수지(17)를 이용했다.
이 연질 에폭시 수지(17)의 조성은, 예를 들어 에폭시 수지와 변성 지방족 폴리아민의 혼합물(혼합 비율은 예를 들어 중량 비율로 1 : 1이고, 에폭시 수지100 중량부, 변성 지방족 폴리아민 100 중량부)이며, 그 주형 공정은 다음과 같다.
하나의 예를 들면, 2차 보빈(2)에 중앙 코어(1)를 삽입 후에, 이들을 진공 챔버에 두고 챔버 내를 진공으로 만들어(예를 들어 4 Torr), 이 진공 상태 하에서 2차 보빈(2)과 중앙 코어(1) 사이에 연질 에폭시 수지(17)를 액상으로 주입 충전하고, 그 후 대기 중에서 120℃로 1.5 내지 2시간 가열하여 경화시킨다.
이와 같은 공정을 가짐으로써, 진공 상태에서 주입된 연질 에폭시 수지(17)가 가열 경화시에 대기압 하에 놓여지게 되므로, 2차 보빈(2)·중앙 코어(1) 사이의 연질 에폭시 수지(17)는 가열 경화시에 대기압과 진공압의 차압에 의해 가압 성형(압축 성형)된다.
연질 에폭시 수지(17)를 가압 성형함으로써, 수지 중에 포함되는 빈틈의 용적을 1/200로 수축시켜 보다 한층 충전화를 꾀할 수 있다. 방전이 발생하지 않는 빈틈의 크기는 방전 전극 사이의 절연층 사이가 1.0㎜인 경우에는 0.05㎜ 이하이며, 절연층이 얇아질 수록 상기 방전을 발생시키지 않는 빈틈의 크기도 작게 할 필요가 있으며, 가압 성형은 그 의미에서 유효하다.
도6은 상기 코일 요소 중, 상기 연질 에폭시(17)를 충전시킨 2차 보빈(2)만을 취출하여 그 내부를 종단면으로 나타내는 도면이다[도6에서는 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 구조에 대해서는 특징점을 명료하게 하는 도면 작성 상의 편의를 위해 약간 과장하여 그리고 있다].
도6에 도시한 바와 같이, 2차 보빈(2)에 충전되는 연질 에폭시 수지(17)는 보다 상세하게 서술하면 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이로부터 2차 보빈(2)의 상단부 개구에 걸쳐서 충전되는데, 상기의 대기압과 진공압의 차압을 이용하여 가압 성형을 실시한 경우, 2차 보빈(2)의 상단부 개구 위치에 있는 연질 에폭시 수지 표면에 가압 성형에 의한 절구 형상(반구형)의 곡면 오목부(17')가 남는다(깊이는 예를 들어 약 3 내지 5㎜ 정도). 이 오목부(17')는 2차 보빈(2)의 개구 단부의 중앙이 오목한 것으로 그 주위는 표면 장력에 의해 대략 그대로의 상태를 보유 지지함으로써 절구 형상이 된다.
2차 보빈(2)에만 연질 에폭시 수지(17)를 개별적으로 충전시킴으로써, 2차 보빈의 개구측의 수지(17) 표면에 오목부(17')가 발생하는데, 연질 에폭시 수지(17)의 오목부(17')에 의해 중앙 코어(1)의 축방향으로 집중한 가압력이 작용하고, 적층 강판으로 구성된 중앙 코어(1)에서 발생하는 자기 진동 등을 유효하게 억제할 수 있어 내진성을 보다 한층 향상시킨다. 단, 오목부(17')를 그 상태로 두면, 코일 케이스 상부(코일부 상부)에 점화 회로의 케이스(9)(도1 참조)를 배치한 경우에, 중앙 코어(1)와 점화 회로 케이스(9) 내의 금속 베이스(37)와의 사이에 공극이 남게 되어 다음과 같은 결점이 발생한다.
중앙 코어(1)는 절연되어 있는 경우, 도9를 이용하여 서술한 바와 같이 2차 코일(3)의 중간 전위로 생각할 수 있다(예를 들어 2차 코일 발생 전압을 약 30 kV라 하면, 중앙 코어는 그 중간 전위인 15 kV가 된다). 한편, 중앙 코어(1) 상방에 위치하는 회로의 금속 베이스(37)는 접지되어 있으므로, 중앙 코어(1)·금속 베이스(37)에도 공극이 있다면 전계 집중이 발생하여 절연 파괴가 발생해 버린다.
본 예에서는 상기의 연질 에폭시 수지(17)의 가압 성형에 의해 발생한 오목부(공극)(17')를 연질 에폭시 수지보다도 절연성이 높은 에폭시 수지(8)에 의해 메우므로, 상기의 전계 집중을 대폭적으로 완화하여 중앙 코어(1)·금속 베이스(37) 사이의 절연성을 보증한다.
특히, 절연용 수지(17)의 상면에 형성되는 오목부(17')가 반구형을 이루고 있으므로, 에폭시 수지(성형 수지)(8)에 의해 메워지는 오목부(17')에는 코너가 존재하고 있지 않으며, 따라서 이 오목부(17')에 성형 수지(8)를 충전해도 빈틈이 남기 어려워 오목부 경계면에서의 연질 에폭시 수지(17)와 그 위에 주입되는 에폭시 수지와의 밀착성을 양호하게 보유 지지할 수 있다. 이 에폭시 수지(8)와 연질 에폭시 수지(17)의 경계면[반구형의 곡면 오목부(17')면]은 모두 에폭시계이므로 접착성이 양호하다.
덧붙여서, 본 예에서 이용하는 연질 에폭시 수지(17)의 절연 성능(파괴 전압)은 온도에 의해 변화(온도 상승에 따라 절연 성능은 저하)하는데, 10 내지 16 kV/㎜이며, 에폭시 수지(8)는 16 내지 20 kV/㎜이다.
연질 에폭시 수지(17)는 [2차 보빈(2)의 허용 응력 σ0(-40℃-연질 에폭시 수지(17)의 유리 전이점 Tg)에서의 발생 응력 σ]의 조건을 만족하는 유리 전이점 Tg를 갖는다. 여기에서는 일예로서, 연질 에폭시 수지(17)로서 유리 전이점이 -25℃인 것을 예시하고 있으며, 도8의 Tg1에 상당한다.
이미 도8을 이용하여 설명한 바와 같이, 연질 에폭시(17)의 유리 전이점이 Tg1인 경우에는, 2차 보빈(2)이 130℃에서 -40℃로 온도 변화하는 환경에 놓여져 운전 정지후의 온도 강하에 의해 수축했을 때에, 130℃ 내지 Tg1의 범위에서는 2차 보빈(2)의 수축이 연질 에폭시 수지(17)에 의해 수용되기 때문에, 2차 보빈(2)은 실제로 무응력이다. Tg1내지 -40℃의 온도 범위에서는 연질 에폭시 수지(17)가 유리 상태로 이행하고, 2차 보빈(2)의 수축이 저지되기 때문에, 2차 보빈(2)의 열 스트레스(σ1=E·ε)이 발생한다. 단, 2차 보빈(2)의 허용 응력 σ0이 발생 응력 σ1보다 큰 경우(σ1＜σ0)에는, 2차 보빈(2)은 파손되지 않는다.
본 예에서는, 2차 보빈(2)은 상온(20℃) 내지 150℃ 범위의 선팽창 계수(α)가 성형시의 유동 방향, 직각 방향을 포함해 10 내지 45 ×10-6의 열가소성 합성 수지이고, 연질 에폭시 수지(17)는 유리 전이점이 -25℃ 이상이고 영률이 1×108(Pa) 이하의 탄성을 갖는 것이고, 이 조건 하에서 130℃ 내지 -40℃의 온도 변화를 반복하여 주어 2차 보빈(2)을 관찰한 바, 2차 보빈(2)에 손상은 발생하지 않고, 건전성이 유지되는 것이 확인되었다. 즉, 상기 조건 하에서 2차 보빈(2)의 허용 응력 σ0은 σ1보다 큰 것이 확인되었다.
이어서, 에폭시 수지(8)는 다음과 같이 하여 충전된다.
도1에 도시한 바와 같이, 코일 케이스(6)와 결합되는 커넥터 부착 회로 케이스(9)는 그 바닥부(9E)가 코일 케이스(6) 상부에 연통하여 상기 커넥터 부착 회로 케이스(9)의 내부로부터 코일 케이스(6)의 2차 코일(3)·1차 보빈(4) 사이 및 1차코일(5)·코일 케이스(6) 사이에 걸쳐 에폭시 수지(8)가 진공 주입되고, 대기압에서 가열 경화된다.
2차 코일(3)과 1차 보빈(4)과의 사이, 1차 코일(5)와 코일 케이스(6)와의 사이는 에폭시 수지(8)에 의해 절연성이 보증되고 있다. 에폭시 수지(17)는 기술한 바와 같이 연질(가요성)의 에폭시로, 그 위에 충전되는 에폭시 수지(8)는 연질 에폭시(17) 보다도 경질이다.
에폭시 수지(8)는 내열 스트레스(-40℃와 130℃의 반복 스트레스)와 고온하의 내 고전압 특성 등을 향상시키기 위해, 석영 분말과 용융 유리 분말을 합계로 50% 내지 70% 혼합시키고, 경화후의 유리 전이점이 120℃ 내지 140℃이고, 상온(20℃) 내지 유리 전이점 범위의 선팽창 계수가 18 내지 30×10-6의 범위에 있는 재료로 구성하고, 상기 1차 보빈(4), 2차 보빈(2)이 같이 코일부 금속과의 선팽창 계수 차를 매우 작게 하고 있다. 에폭시 수지(8)는 0.3mm 이하는 열변형에 의해 균열이 발생하기 때문에, 기계 강도의 면에서 보면 0.4mm 이상 필요하다. 또한, 30kV 정도의 내전압성을 유지하기에는 두께가 0.9mm 정도 필요하고, 본 예에서는 2차 코일(3)과 1차 보빈(4) 사이의 절연용 에폭시 수지(8)의 층 두께를 0.9 내지 1.05mm 정도로 하고 있다.
또, 1차 코일(5)과 코일 케이스(6) 사이에 충전되는 에폭시 수지(8)는 내전압성이 요구되지 않고, 균열 발생이 허용되므로 층 두께가 0.4mm 이하라도 좋으며, 본 예에서는 0.15 내지 0.25mm 정도로 하고 있다.
이 에폭시 수지(8)에 의해 기술한 바와 같이 연질 에폭시 수지(17)의 오목부(17')가 메워져 있다.
2차 보빈(2)은 중앙 코어(1)와 2차 코일(3) 사이에 배치되고, 2차 코일(3)에서 발생한 고전압을 절연하는 역할도 있다. 2차 보빈(2)의 재료는 폴리페닐렌설파이드(PPS), 변성 폴리페닐렌옥사이드(변성PPO) 등의 열가소성 수지이다.
점화 코일 장치의 소형화(작은 직경화)의 제약 하에서 가능한 한 중앙 코어(1)의 점유면적의 상승, 나아가서는 출력 상승을 꾀하기 위해서는 보빈재는 얇은 두께로의 성형이 가능한 수지를 선정할 필요가 있지만, PPS는 열가소성 합성 수지 중에서도 성형시의 유동성이 좋고, 무기질 분말의 배합량을 50 중량% 이상으로 해도 유동성을 손상하지 않고 두께를 얇게 하는데 유리하다고 하는 특별한 장점이 있다. 2차 보빈(2)에 PPS를 이용한 경우, 코일부의 금속과의 선팽창 계수 차를 가능한 한 가깝게 하기 위해, 유리 섬유와 탤크(talc) 등의 무기질 분말이 50 내지 70 중량% 혼합되고(이 PPS를 본 명세서에서는 고충전재 PPS라 칭하는 경우도 있다), 상온(20℃) 내지 150℃ 범위의 선팽창 계수가 성형시의 유동 방향, 직각 방향도 포함하여 10 내지 45 × 10-6범위이다.
2차 보빈(2)의 두께는 상기 조성의 PPS를 사용한 경우, 영률은 변성 PPO의 2배이므로 기계적 강도를 만족시키는 경우에는 변성 PPO의 1/2 이하의 두께로 가능하고, 보빈의 두께를 얇게 꾀할 수 있다.
2차 코일(3)·중앙 센터 코어(1) 사이의 절연층은 연질 에폭시 수지(17)와 2차 보빈(2)으로 구성되는데, 이들 절연 수지의 두께는 다음과 같은 배려 하에서 설정했다.
연질 에폭시 수지(17)는 보빈 재료에 비교하여 절연성이 낮기 때문에 매우 얇게 하여 그 만큼 절연성이 높은 2차 보빈(2)의 두께를 늘리고 싶지만, 중앙 코어(1)에 대한 선팽창 계수 차의 흡수 때문에, 보빈재나 코어의 양산 상의 치수 불균일이나 빈틈없는 진공 주형의 원활화를 보증하기 위해, 최소한 0.1 mm 필요하다. 예를 들어, 0.1 내지 0.15 ± 0.05mm로 한다.
한편, 2차 보빈(2)의 두께는 보빈재를 PPS로 한 경우, 성형성 및 기계 강도[열 스트레스(열 변형)에 대해 균열이 발생하지 않는 강도]면에서 0.5mm 이상 필요하다. 또한, 절연 성능에서 보면 2차 보빈(2)의 필요 두께는 다음과 같이 된다.
도9에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2차 코일(3)의 발생 전압이 30kV(고압측 전압)라 하면, 중앙 코어(1)는 비접지 때문에 중간 전위 30/2 = 15kV로 생각할 수 있다. 중앙 코어(1)에서 2차 코일(3)의 저압측을 보면 -15kV의 전위차, 중앙 코어(1)에서 2차 코일(3)의 고압측을 보면 +15kV의 전위차로 된다. 따라서, 2차 보빈의 내전압은 약 15kV면 좋다고 생각되어 진다. 한편, 상기 보빈재로서 PPS를 이용한 경우에는 절연 성능은 20kV/mm 정도이므로, 상기 전압 15kV에 견디기 위해서는 0.75mm 이상이 된다.
2차 보빈(2)의 내전압은 2차 코일(3)의 출력에 따라 다양하지만, 본 예에서는 2차 코일(3)의 출력 전압을 25 내지 40kV의 범위를 고려하여, 내전압(2차 코일의 출력 전압/2)의 요구를 만족하는 범위의 조건 하에서, 0.5 내지 1.5mm 범위에서정하여지는 것으로 한다.
또한, 고충전재 PPS의 영률은 변성 PPO의 2배이다. 따라서, 2차 보빈(2)의 재료를 상기 PPS 대신 변성 PPO로 한 경우에는, 기계 강도를 만족시키기 위해서는 두께를 PPS의 2배 이상 필요로 해, 1.0mm 이상은 필요하다. 변성 PPO의 절연 성능은 16 내지 20kV/mm이다.
환언하면, 기계 강도의 면에서 보면 2차 보빈(2)에 고충전재 PPS를 이용한 경우, 변성 PPO에 비해 1/2의 두께로 할 수 있다.
또한, 2차 보빈(2)의 두께에 대해서는 일률적이 아니라, 2차 보빈(2)은 바닥이 있는 형상을 나타내고, 2차 코일 저압측이 개구되어 절연용 수지의 주입측으로 하고 있고, 또한 2차 보빈(2)에는 도6에 도시한 바와 같이, 그 내경에 2차 코일 저압측이 크고 2차 코일 고압측으로 향함에 따라 작게 되는 내경차가 있는 구배를 주어, 2차 코일 저압측의 2차 보빈 두께가 얇고 2차 코일 고압측으로 향하여 2차 보빈 두께가 두껍게 되는 보빈 구조로 하고 있다.
도6은 상기 2차 보빈(2)의 두께의 구배를 보기 쉽게 하기 위해 도면 작성상 과장하고 있지만, 그 치수는 예를 들어, 2차 보빈 외경을 10 내지 12mm로 한 경우, 연질 에폭시 수지 주입측(2차 코일 저압측)의 2차 보빈 두께가 0.75 ± 0.1mm, 이 수지 주입측과 반대측(2차 코일 고압측)이 0.9 ± 0.1mm로 하고 있다.
2차 보빈(2)의 두께의 사양을 상기와 같이 설정함으로써, 다음과 같은 이점이 있다.
즉, 2차 보빈(2)·중앙 코어(1) 사이에 충전되는 연질 에폭시 수지(17)의 간극은 기술한 바와 같이 2차 보빈(2)의 두께 확보 등의 요구로부터 가능한 한 얇게 하고, 가장 작은 간극이 0.1 내지 0.15 ± 0.05mm 정도 이고, 이것을 연질 에폭시 수지 주입측과 반대측의 2차 보빈·중앙 코어 사이의 간극(11)으로 하면, 연질 에폭시 수지 주입측의 2차 보빈·중앙 코어 사이의 간극(12)은 상기 2차 보빈의 두께 구배를 마련함으로써 0.2 내지 0.4mm로 되고, 따라서 그 주입의 개구를 넓혀 수지 주입의 원활화를 꾀하고, 게다가 수지 주입의 입구를 넓게 하여도 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 갭은 서서히 좁아지므로, 연질 에폭시 수지(17)의 박층화를 가능한 한 유지한다.
또한, 점화 코일 장치의 코일부[코일 케이스(6) 및 그 중에 수납되는 코일, 코어 등으로 구성되는 부분]는, 도5에 도시한 바와 같이, 그 2차 코일 고압측이 실린더 헤드(100)의 점화 플러그(22)와 직결되기 때문에, 엔진 연소의 열적 영향을 바로 받기 쉽다[코일 케이스(6)의 외장 표면 온도는 기술한 바와 같이 가혹 운전 조건에서는, 점화 플러그(22)와 직결되는 부위가 140℃, 2차 코일 고압측 부근이 130℃, 2차 코일 저압측 부근은 실린더 헤드의 외측에 있고, 또한 2차 코일 고압측과의 거리는 80 내지 105mm 정도이기 때문에 110℃, 그 위의 점화 회로 케이스는 100℃ 정도이다].
따라서, 2차 보빈(2) 중의 2차 코일 고압측 쪽이 2차 코일 저압측보다도 고온 상태로 되어 절연 성능이 저하하거나[예를 들어 2차 보빈(2)의 재료로 되는 PPS의 경우, 내전압(파괴 전압)은 상온(20℃)에서 20kv/mm, 100℃에서 18kv/mm, 120℃에서 17kv/mm이다], 또한 열 스트레스가 크게 되는 것이 충분히 예상되지만, 본 예에서는 2차 코일 저압측의 2차 보빈 두께를 얇게 하고 2차 코일 고압측으로 향하여 2차 보빈 두께를 두껍게 했기 때문에, 그 두께 증가분 만큼 2차 코일 고압측의 절연 성능 및 내열 응력이 높아지고, 상기의 엔진 연소의 열적 영향에 대처할 수 있다.
2차 보빈(2)에 권취되는 2차 코일(3)은 선 직경 0.03 내지 0.1mm 정도의 에나멜선을 이용하여 합계 5000 내지 20000회 정도 분할하여 권취되어 있다. 2차 보빈(2), 1차 보빈(4)의 구조 및 그 보빈 조립(코일 조립)에 대해서는 도1 내지 도3 및 도11 내지 도21을 이용하여 후에 상세하게 서술한다.
2차 코일(3)을 권취한 2차 보빈(2)의 외경은 1차 보빈(4)의 내경보다도 작은 직경으로 형성하여, 2차 보빈(2) 및 2차 코일(3)이 1차 보빈(4)의 내측에 위치하고 있다.
1차 보빈(4)도 2차 보빈(2)과 같은 PPS 또는 변성 PPO, 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 등의 열가소성 합성 수지로 성형되고, 1차 코일(5)이 권선되어 있다. PPS를 채용한 경우에는 기술한 바와 같이 얇게 성형이 가능하고, 1차 보빈(4)의 두께는 0.5mm 내지 1.5mm 정도이다. 또한, 유리 섬유와 탤크 등의 무기질 분말이 50 내지 70 중량% 이상 혼합되고, 코일 내의 금속과의 선팽창 계수 차를 매우 작게하고 있다.
1차 코일(5)은 선 직경 0.3 내지 1.0mm 정도의 에나멜선을 1층당 수십회씩 수층에 걸쳐 합계 100 내지 300회 정도 권취된다. 또한, 도1의 E부 확대 단면도에서는 도면 작성의 편의상 1차 코일(5)을 모식적으로 1층으로 표현하고 있지만, 실제는 상기와 같이 수층으로 구성되어 있다.
코일 케이스(6)는 내열성 등의 점에서 PPS, 변성 PPO, PBT 등의 열가소성 수지, 또는 PPS에 변성 PPO를 배합제로서 예를 들어 약 20% 배합한 혼합 수지로 성형된다[혼합 태양은 씨-아일랜드(see-island) 형태로, 씨 구조는 PPS, 아일랜드 구조는 변성 PPO이다).
이 중, PPS에 변성 PPO를 배합제로서 혼합한 코일 케이스(6)는 에폭시 수지(8)와의 밀착성을 양호하게 하고 내전압성이 우수하며, 또한 내수성, 내열성이 뛰어나다(PPS는 내열성, 내전압성, 내수성이 우수하지만, 단독으로는 에폭시 수지와의 밀착성이 떨어지고, 그것을 보충하기 위해서 에폭시 수지와의 밀착성이 좋은 변성 PPO를 배합하는 것으로 밀착성이 향상했다). 코일 케이스(6)의 두께는 0.5 내지 0.8mm 정도이다.
또한, 코일 케이스(6)로 되는 열가소성 수지에도 보빈재와 같이 코일부 금속과의 선팽창 계수 차를 가능한 한 작게 하기 위해, 유리 섬유, 탤크 등의 무기질 분말이 적절히 배합되어 있다. 그 상부에 배치한 커넥터(9B) 부착 회로 케이스(점화 제어 유닛 케이스 또는 점화기 케이스라 불리어지는 경우도 있다)(9)는 코일 케이스(6)와 별도로 성형된 것이고, PBT 또는 코일 케이스(6)와 같은 재료로 성형되어 있다.
2차 코일(3)과 1차 보빈(4)과의 사이, 1차 코일(5)과 코일 케이스(6)와의 사이에는 에폭시 수지(8)가 주입되어 절연성이 보증되어 있다.
에폭시 수지(8)는 내열 스트레스(-40℃와 130℃의 반복 스트레스)와 고온 하의 내 고전압 특성 등을 향상시키기 위해, 석영 분말과 용융 유리 분말을 합계로 50% 내지 70% 혼합시키고, 경화후의 유리 전이점이 120℃ 내지 140℃이고, 상온(20℃) 내지 유리 전이점 범위의 선팽창 계수가 18 내지 30×10-6범위에 있는 재료로 구성하고, 상기 1차 보빈(4), 2차 보빈(2)과 같이 코일부 금속과의 선팽창 계수 차를 매우 작게 하고 있다. 에폭시 수지(8)는 0.3mm 이하는 열 변형에 의해 균열이 발생하기 때문에, 기계 강도의 면에서 0.4mm 이상 필요하다. 또한, 30kV 정도의 내 전압성을 유지하기 위해서는 두께가 0.9mm 정도 필요하고, 본 예에서는 2차 코일(3)과 1차 보빈(4)과의 사이의 절연용 에폭시 수지(8)의 층 두께를 0.9 내지 1.05mm 정도로 하고 있다.
또, 1차 코일(5)과 코일 케이스(6)와의 사이에 충전되는 에폭시 수지(8)는 내 전압성이 요구되지 않고, 균열 발생이 허용되므로 층 두께가 0.4mm 이하라도 좋고, 본 예에서는 0.15 내지 0.25mm 정도로 하고 있다.
회로 케이스(9)는 점화 제어의 구동 회로(점화 회로)의 유닛(40)을 수용함과 동시에, 커넥터부(커넥터 하우징)(9B)와 일체 성형되어 있다. 회로 케이스(9) 및 그 커넥터 단자 등에 대해서는 후술한다.
중앙 코어(1)는 그 단면적을 늘리도록 예를 들어 도2에 도시한 바와 같이 폭길이를 수단계로 설정한 다수의 0.3 내지 0.5mm 정도의 규소 강판 또는 방향성 규소 강판을 프레스 적층하여 이루고, 2차 보빈(2)의 내경에 삽입된다.
코일 케이스(6)의 외측면에 장착되는 사이드 코어(7)는 중앙 코어(1)와 협동하여 자로를 구성하는 것으로, 0.3 내지 0.5mm 정도의 얇은 규소 강판 또는 방향성 규소 강판을 관형상으로 둥글게 하여 성형된다. 사이드 코어(7)는 자속의 1 턴쇼트를 방지하기 위해, 사이드 코어(7) 원주 상에 있어서 적어도 1 부위는 축방향으로 절결눈을 마련하고 있다. 본 실시예에서는 사이드 코어(7)는 규소 강판을 1복수장(여기에서는 2장) 겹쳐 와류 전류 손상을 줄여서 출력 향상을 꾀하고 있지만, 1장으로 구성해도 좋고, 2장 이상이라도 좋으며 플러그 구멍 등의 재질(알루미늄, 철등)에 따라 적절한 장수로 설정된다.
본 예의 펜슬 코일의 코일부는 예를 들어 코일 케이스(6)의 외경이 22 내지 24mm 정도이고, 중앙 코어(1)의 면적이 50 내지 80mm2, 코일부의 길이(보빈 길이)가 86 내지 100mm, 2차 보빈 외경이 10 내지 12mm, 1차 보빈 외경이 16 내지 18mm 정도의 것이고, 이와 같은 사양에 있어서 상기의 코일부의 구성 요소의 층 두께 등을 결정한 것이다. 한편, 본 예에서는 1차 보빈(4) 및 코일 케이스(6)의 두께에 대해서도, 수지 주입측이 얇고 그 반대측이 두껍게 되도록 두께 차를 0.15mm 정도 마련하고 있다.
2차 보빈(2)은 그 외주에 2차 코일(3)의 분할 권취를 위한 플랜지(2B)가 축방향으로 소정 간격을 두고 다수 배치된다.
2차 보빈(2)의 상부에는 보빈 헤드(2A)가 2차 보빈(2)과 일체로 성형되어 있다. 보빈 헤드(2A)는 1차 보빈(4)의 상단부 보다도 나오도록 설정되어 있다.
도12에 2차 보빈(2)에 2차 코일(3)을 권선한 공정후의 보빈 헤드(2A) 부근의 확대 사시도를 도시하고, 도13에 도12의 2차 보빈(2)을 1차 보빈(4)에 내삽했을 때의 보빈 헤드(2A) 부근의 확대 사시도를 도시한다. 또한, 도1에서는 보빈 헤드(2A)에 대해서는 부분 단면으로 하고, 단면으로 하지 않은 부분에 대해서는 보빈 헤드 외측면의 일부를 나타내고 있다.
본 예의 보빈 헤드(2A)는 장방체의 상자형을 나타내고, 보빈 헤드(2A)의 외측면에 점화 코일의 제조 과정에 있어서 2차 보빈(2)을 권선기의 회전 샤프트(62)(도20 참조)에 삽입 장착했을 때에 회전 샤프트측에 설치한 보빈 위치 결정 겸용의 회전 방지부(64)에 결합하는 결합부(2D)가 설치되어 있다.
본 예의 결합부(2D)는 보빈 축방향으로 연장되는 볼록조를 나타내고 있고, 회전 샤프트(62) 측의 회전 방지부는 샤프트(62)의 축방향으로 평행한 2개의 핀(64)을 커플링(63)의 일단부면에 배치하여 이루어지고, 이 핀(64) 사이에 볼록조 결합부(2D)가 끼워지도록 하고 있다.
보빈 헤드(2A)의 내부에는 상부 개구부를 통해 도1에 도시한 바와 같은 마그넷(16), 연질 에폭시 수지(17)가 충전된다. 또한, 2차 보빈(2) 측임에도 불구하고, 그 보빈 헤드(2A)의 외측면에 1차·2차 코일 겸용의 코일 단자(18)와 1차 코일 단자(19)가 마련되어 있다.
여기에서, 1차·2차 코일 겸용 단자(18)는 도11의 (b)의 겸용 단자 ①③에 상당한다. 즉, 2차 코일(3)의 일단부(3a)를 취출하여 전원에 접속하기 위한 코일 단자[도11의 (a)의 회로에 있어서의 ③단자에 상당함]와, 1차 코일(5)의일단부(5a)를 취출하여 전원에 접속하기 위한 코일 단자[도11의 (a)의 회로에 있어서의 ①단자에 상당함]로서의 기능을 이룬다.
한편, 1차 코일 단자(19)는 도11의 (a)의 회로 및 도11의 (b)에 있어서의 ②단자에 상당하고, 1차 코일(5)의 타단부(5b)를 취출하여 점화 회로 유닛의 파워 트랜지스터(점화 코일 구동 소자)(39)의 콜렉터에 접속된다.
도12 및 도13에 도시한 바와 같이 1차·2차 코일 겸용 단자(18)는 띠형상의 금속판으로 성형되고, 그 장착 다리부(18c)를 통해 2차 보빈 헤드(2A)의 한쪽 외측면에 설치된 포켓(20)에 압입 고정된다. 그 일단부(18')는 L자형으로 융기하여 성형되어 이 융기부(18')가 도1 및 도14에 도시한 바와 같이 전원 입력용 커넥터 단자(31)의 일단부(31b)에 용접 등으로 접합된다. 또, 도14는 점화 코일 장치에서 코일 케이스(6) 및 점화 회로 케이스(9)를 제거해 1차 코일(5)을 권취한 1차 보빈(4), 2차 코일(3)를 권취한 2차 보빈(2)의 보빈 조립체(1차·2차 코일 조립체)와 2차 보빈 헤드(2A) 상에 설치되는 점화 회로 유닛(점화기로 불리워지는 경우도 있다)(40)과의 결합 관계를 도시한 사시 확대도이고, 도14 중에 있어서의 점화 회로 유닛(40) 및 그 인출 단자(32, 34, 36)는 실제로는 도3에 도시한 바와 같이 커넥터(9B) 부착 회로 케이스(9) 내에 수용되고, 또한 커넥터 단자(31, 33, 35)는 회로 케이스(수지 케이스)(9) 중에 그 일부가 매설되어 있다.
1차·2차 코일 겸용 단자(18)는 금속 피팅 단일체로 구성되고, 도12 및 도13에 도시한 바와 같이 2차 코일(3)의 일단부(3a)를 인출하여 묶는(권취하는) 부분(18a)과, 1차 코일(5)의 일단부(5a)를 인출하여 묶는 부분(18b)이 일체 성형되어 있고, 이 권취부(18a, 18b)로 코일 일단부(3a, 5a)가 각각 묶여진 후에 납땜된다. 2차 보빈(2)의 상단부 플랜지(2B')에는 2차 코일 일단부(3a)를 단자(18)로 유도하기 위한 절결부(2C)가 형성되어 있고, 동일하게 1차 보빈(4)의 상단부 플랜지(4A)에도 1차 코일 일단부(5a)를 단자(18)로 유도하기 위한 절결부(4B)가 형성되어 있다.
1차 코일 단자(19)도 띠형상의 금속판으로 성형되고, 2차 보빈(2)의 상기 포켓(20)의 어느 위치와 반대측의 외측면에 설치된 포켓(도시 생략)에 압입 고정되고, 또한 그 일단부(19')가 L자형으로 융기하여 성형되고, 또한 수평으로 연장하는 아암부(19")가 1차·2차 코일 겸용 단자(18)측으로 향하여 연장 설치되어 선단부(19')가 단자(18) 측의 선단부(18')와 근접 위치에서 평행하게 나란하도록 배치되어 있다. 이 1차 코일 단자(19)는 도14에 도시한 바와 같이 점화 회로 유닛(40) 측의 인출 단자(리드 단자)(32)에 용접에 의해 접속된다. 인출 단자(32)는 도1 및 도3에 도시한 바와 같이 점화 회로 유닛(4)의 파워 트랜지스터(39)의 콜렉터측에 와이어 접합부(42)를 통해 전기적으로 통하고 있다.
도14에 도시한 바와 같이 커넥터 단자(커넥터 핀)에는 기술한 커넥터 단자(31) 이외에 커넥터 단자(33, 35)가 있다.
여기에서, 커넥터 단자(31, 33, 35)와 점화 제어의 구동 회로와의 관계에 대해서 설명한다.
도4는 점화 코일 장치(21)의 회로 케이스(9)에 탑재되는 점화 회로(41)와 1차 코일(5), 2차 코일(3)과의 전기 배선도이다.
1차 코일(5)의 일단부(5a)와 2차 코일(3)의 일단부(3a)는 2차 보빈(2)에 설치한 1차·2차 코일 겸용 단자(18) 및 커넥터 단자(31)를 통해 직류 전원의 +측에 접속된다. 1차·2차 코일 겸용 단자(18)는 도11의 (a)의 점화 코일 원리도에서 서술한 1차·2차 코일 겸용 단자 ①③에 상당한다.
1차 코일(5)의 타단부(5b)는 달링턴(Darlington)식으로 접속된 파워 트랜지스터(39)의 콜렉터측에 2차 보빈에 설치한 1차 코일 단자(19) 및 점화 회로 유닛(40)에 설치한 리드 단자(32)를 거쳐 접속된다. 1차 코일 단자(19)는 앞에서 서술한 1차 코일 단자②에 상당한다.
2차 코일(3)의 타단부(3b)는 고압 다이오드(10)를 통해 점화 플러그(22)에 접속된다. 고압 다이오드(10)는 2차 코일(3)에서 발생한 고전압을 도1에 도시한 판스프링(11), 고압 단자(12), 스프링(13)을 통해 점화 플러그(22)에 공급하는 경우에 너무 빠른 착화를 방지하는 역할을 한다.
도시되지 않은 엔진 제어 유닛에서 생성된 점화 제어 신호는 커넥터 단자(33) 및 점화 회로 유닛(40)에 설치한 리드 단자(34)를 통해 파워 트랜지스터(39)의 베이스에 입력된다. 이 점화 제어 신호에 의거하여 파워 트랜지스터(39)가 온·오프 제어되어 1차 코일(5)이 통전 제어되고, 1차 코일(5)의 차단시에 2차 코일(3)에 점화용 고압 전압이 유발된다.
파워 트랜지스터(39)의 2단째 트랜지스터의 이미터측은 점화 회로 유닛에 설치한 리드 단자(36) 및 커넥터 단자(35)를 통해 접지부에 접속되어 있다.
이상으로부터, 도3 및 도14에 도시한 바와 같이, 1차·2차 코일 겸용단자(18)의 일단부(18')와 커넥터 단자(31)의 일단부(31b)가 용접에 의해 접속되고, 1차 코일 단자(19)의 일단부(19')와 점화 회로 유닛측의 리드 단자(32)의 일단부가 용접에 의해 접속되고, 커넥터 단자(33)와 점화 회로 유닛측의 리드 단자(34)의 일단부 끼리가 용접에 의해 접속되고, 커넥터 단자(35)와 리드 단자(36)의 일단부 끼리가 용접에 의해 접속된다.
또, 도4에 있어서, 도면 부호 71은 점화 코일의 통전 제어에 의해 발생하는 소음을 방지하기 위한 소음 방지용 콘덴서로, 전원선과 접지부 사이에 배치되고, 본 예에서는 점화 회로 유닛을 수용하는 케이스 외부에 배치하고 있다. 예를 들어, 소음 방지용 콘덴서(71)는 엔진실 내의 배선(엔진 하네스)의 접지점에 배치하고 있다.
점화 신호 입력 단자(34) 및 파워 트랜지스터(39)의 베이스 사이에 설치된 저항(72), 및 저항(72)·접지부 사이에 설치한 콘덴서(73)는 서지 보호 회로를 형성한다. 트랜지스터(74), 저항(76) 및 제너 다이오드(75)는 점화 제어계의 과전류 제한 회로를 형성한다. 도면 부호 77은 1차 전압 제한용 다이오드, 78은 역전류 인가시의 보호 회로를 구성하는 다이오드이다.
도1, 도3 및 도14에 도시한 바와 같이, 점화 회로 유닛(40) 측의 리드 단자(32, 34, 36)는 상자형으로 프레스 성형된 알루미늄제의 금속 베이스(37)에 접착된 합성 수지제의 단자대(38) 상에 고정되어 있다. 또한, 상기한 단자(18·31)와 단자(19·32)와 단자(33·34)와 단자(35·36)는 그들의 접합부가 동일 방향으로 향하여 평행하게 배열되는 것으로, 용접을 행하기 쉽게 하고 있다.
점화 회로 유닛(40)은 상기한 저항(72), 콘덴서(63), 트랜지스터(74), 제너 다이오드(75), 저항(76), 제너 다이오드(77), 다이오드(78)로 구성되는 하이브리드 IC 회로(41)와 파워 트랜지스터(39)를 금속 베이스(37) 내에 배치하여 이루어지고, 금속 베이스(37)에는 실리콘 겔이 충전되어 있다.
점화 회로 유닛(40)을 수용하는 회로 케이스(점화기 케이스)(9)는 상기한 커넥터 단자(31, 33, 35)를 수용하는 커넥터 하우징(9B)와 일체로 몰드 성형된다.
도1 및 도3에 도시한 바와 같이 회로 케이스(9)는 점화 회로 유닛(40)을 수용하는 부위가 케이스 측벽(9A)으로 싸여져 있고, 또한 점화 회로 유닛(40)은 도3에 도시한 바와 같이 측벽(9A)으로 싸여진 공간의 바닥면(내)(9E) 상에 위치 결정 돌기(9D)로 안내되어 적재되어 있다. 바닥면(9E)의 중앙은 코일 케이스(6) 측의 개구면으로 향하도록 개구하고 있다.
회로 케이스(9)는 코일 케이스(6)와 별개로 성형되고, 코일 케이스(6)의 상단부에 끼워맞춤 접착으로 결합된다. 이 결합 상태는 도3에 도시한 바와 같이 코일 케이스(6)의 상부 외주에 설치한 돌기(6A)가 회로 케이스(9) 측의 오목홈(9F)에 회전 방지 상태로 결합한다.
상기 결합 상태에서 회로 케이스(9) 내에 수용된 점화 회로 유닛(40)의 금속 베이스(37)가 2차 보빈(2)의 헤드(2A) 바로 위에 배치됨과 동시에, 회로 케이스(9)의 커넥터 단자(31)의 일단부(31') 및 리드 단자(32)의 일단부가 각각 2차 보빈 헤드(2A) 측에 설치한 1차·2차 코일 겸용의 단자(18) 및 1차 코일 단자(19)의 각 일단부와 회로 케이스(9) 내에서 겹쳐지도록 설정되어, 이들 겹쳐진 단자 끼리의 용접이 용이하게 행해지도록 배려되어 있다. 또한, 점화 회로 유닛(40)을 장착했을 때에는 점화 회로 유닛(40) 측의 인출 단자(34 및 36)도 각각 대응하는 커넥터 단자(33, 35)와 저절로 위치 맞춤된다.
또한, 회로 케이스(9)는 측벽(9A)의 주위에 플랜지(9C)를 형성하고 있고, 이 플랜지(9C)의 일부에 점화 코일 장치(21)를 엔진 커버에 장착하기 위한 나사 구멍(25)이 배치되어 있다. 회로 케이스(9)의 내부는 절연용 에폭시 수지(43)로 덮혀져 있다.
이어서, 2차 보빈(2) 및 1차 보빈(4)의 바닥부측의 구조에 대해서 도15 및 도16에 의해 설명한다.
도15는 1차 보빈(4)에 2차 보빈(2)·2차 코일(3)을 내삽하는 경우의 바닥부 부근의 사시도를 도시한다. 도16에는 1차 보빈(4), 2차 보빈(2)의 저면도 및 그들을 조립한 상태의 저면도가 도시되어 있다.
도15 및 도16에 도시한 바와 같이, 2차 보빈(2)은 바닥부가 폐쇄된 원통형으로 형성되고, 그 바닥부 외면에 고압 다이오드(10)를 장착하기 위한 돌기(2E)가 설치되어 있다. 2차 코일(3)의 일단부(3b)는 도1에 도시한 바와 같이 고압 다이오드(10) 및 판 스프링(11)을 통해 고압 단자(12)에 접속된다.
1차 보빈(4)의 바닥부는 개구하고 있고, 2차 보빈(2)을 1차 보빈(4)에 내삽하면, 고압 다이오드(10)가 1차 보빈(4)의 바닥부 개구(4')에서 돌출하도록 하고 있다. 또한, 1차 보빈(4)의 바닥부에는 개구(4')를 끼운 형태로 대향하는 한쌍의 2차 보빈 받침부(4D)가 1차 보빈(4)의 바닥부측 플랜지(바닥부 일단부면)(4C) 보다도 하방으로 돌출하도록 하여 배치되어 있다.
2차 보빈 받침부(4D)는 2차 보빈(2)을 그 플랜지(2B)(최하단부의 플랜지)를 통해 받고, 보빈 받침부(4D) 끼리의 대향 변은 직선이고, 나머지의 윤곽이 원호형을 이루는 형태로, 대향 변의 중심에서 반경 방향으로 향하여 오목부[홈부(51)]가 설치되어 있고, 2차 보빈(2)의 바닥부측 외주에 설치된 볼록부(52)와 요철 결합하는 것으로, 2차 보빈(2)과 1차 보빈(4)과의 상대적인 회전 방지를 꾀하고 있다.
또한, 1차 보빈(4)의 바닥부 플랜지(4C)에는 하방으로 향한 한쌍의 돌기(53)가 설치되어 있고, 이 돌기(53)는 도15에 도시한 바와 같이 코일 케이스(6)의 내주 일부에 설치한 1차 보빈 받침부(6A)의 위치 결정용의 홈(6B)과 결합하는 것으로, 코일 케이스(6)와 1차 보빈(4)과의 상대적인 회전 방지를 꾀하고 있다.
2차 보빈(2)의 바닥부는 도16의 (b)에 도시한 바와 같이 거의 원형이지만, 좌우로 약간 평면을 이루는 절삭면(2G)을 갖고, 이 절삭면(2G)이 도16의 (d)에 도시한 바와 같이 2차 보빈 받침부(4D)의 대향 변(직선)에 적합하게 하여 1차 보빈(4)의 바닥부 개구(4')에 위치하도록 하고 있다. 또한, 절삭면(2G)의 위치에 상기 볼록부(52)가 설치되어 있다.
2차 보빈 받침부(4D)에 형성한 오목부(51)에는 도16의 (c)에 도시한 바와 같이 그 상단부에 테이퍼부(51')를 마련하여 오목부(51)의 개구를 넓힘으로써, 2차 보빈(2)의 내삽시에 볼록부(52)가 오목부(51)와 다소 위치가 어긋나 있어도 테이퍼부(51')에 안내되어 들어가기 쉽게 하고 있다.
또한, 1차 보빈(4) 측의 바닥부에 설치한 2차 보빈 받침부(4D)를 바닥부 개구(4')를 끼고 대향 배치하고 또한 1차 보빈 바닥부에서 하방으로 돌출시킴으로써, 1차 보빈(4) 바닥부에 2차 보빈 받침부(2D)가 없는 측면 공간(4")을 확보할 수 있다. 이 측면 공간(4")을 통해 도16의 (d)의 화살표 P로 도시한 바와 같이 절연 수지(8')의 주입시에 1차 보빈(4)·2차 보빈(2)[2차 코일(3)] 내외주 사이의 간극과 코일 케이스(6)·1차 보빈(4)[1차 코일(5)] 내외주 사이의 간극과의 사이의 수지 유통성을 양호하게 하여, 1차 보빈(4) 바닥부의 주입 절연 수지중의 기포가 빠지도록 하고 있다.
2차 보빈(2)의 바닥부에는 마그넷(15) 및 발포 고무(45)가 적층형으로 배치되고, 그 위에 중앙 코어(1)가 내삽되어 있다. 이 마그넷(15) 및 2차 보빈 헤드(2A)에 설치한 마그넷(16)은 자로[중앙 코어(1), 사이드 코어(7)] 중에 반대 방향의 자속을 발생시킴으로써, 점화 코일을 코어의 자화 곡선의 포화점 이하로 동작시킬 수 있다.
발포 고무(45)는 점화 코일 장치(21)의 절연 수지(8)의 주입시 및 사용시의 온도 변화에 따른 중앙 코어(1)와 2차 보빈(2)의 열팽창 차를 흡수한다(열 스트레스 완화).
코일 케이스(6)의 하단부에는 점화 플러그(22)(도5 참조)를 삽입하기 위한 통형벽(6')이 스프링(13)을 감싸도록 하여 형성된다. 이 통형벽(6')은 코일 케이스(6)와 일체로 성형되고, 통형벽(6')에 점화 플러그(22)를 절연하면서 장착하기 위한 가요성 절연재로 형성한 부츠, 예를 들어, 고무 부츠(14)가 장착되어 있다.
도5에 상기 구성에 의해 이루어진 점화 코일 장치(21)를 엔진의 플러그구멍(23) 내에 장착한 상태를 도시한다.
점화 코일 장치(21)는 그 코일부가 엔진의 헤드 커버(실린더 헤드를 덮는 커버)(24)를 관통하여, 가이드 튜브(23A)를 통하여 플러그 구멍(23B) 내로 삽입되고, 고무 부츠(14)가 점화 플러그(22)의 주위에 밀착하여, 점화 플러그(22)의 일부가 코일 케이스(6)의 일단부의 통형벽(6')에 도입되어 스프링(13)을 압접함으로써, 점화 코일 장치(21)가 플러그 구멍(23B) 내에서 점화 플러그(22)에 직결한다. 점화 코일 장치(21)는 회로 케이스(9)에 설치한 나사 구멍(25)(도1 참조) 및 엔진 커버(24)에 설치한 나사 구멍(26)을 나사(27)로 조이고, 또한 코일 케이스(6) 상부에 설치한 밀봉 고무(28)를 엔진의 헤드 커버(24)의 점화 코일 장치 삽통 구멍 주연에 설치한 환형 볼록부(29)에 끼워 맞춤으로써 고정되어 있다.
밀봉 고무(28)의 내면에는 도1에 도시한 바와 같이 세로홈(92)이 설치되어 있다. 이 세로홈(92)은 밀봉 고무(28)를 점화 코일 장치(21)와 함께 장착할 때에, 밀봉 고무(28)의 플랜지[엔진 커버측의 볼록부(29)에 끼워넣는 부분] 안의 공기를 놓아 주어 밀봉 고무(28)의 장착 작업을 용이하게 하는 기능과, 엔진 커버(24) 내를 대기로 연통시켜서 대기압 상태를 유지하는 기능이 있다. 후자의 기능은, 가령 이 홈(92)이 없으면 엔진 열에 의해 고온 상태에 있는 엔진 헤드 커버(24) 안이 엔진 커버에 물이 튀겨서 급격히 냉각되었을 때에 부압 상태로 되고, 그 결과 밀봉 고무(28)가 존재해도 그 부압력에 의해 밀봉 고무(28) 둘레에 고인 물을 끌어들여버리기 때문에, 그와 같은 부압이 되지 않도록 하기 위한 것으로, 홈(92)의 대기 취입구는 엔진 커버 상의 고인 물(차가 도로 상의 물 등을 튀겨 침입한 물이 엔진커버 상에 부착한 것)이 유입하지 않도록 어느 정도 엔진 커버보다 높은 위치에 설정하고 있다.
본 예에서는, 엔진 헤드(실린더 헤드)(100)의 헤드 커버(24)를 플라스틱제(예를 들어 6나일론, 66나일론)로 하고, 이에 독립 점화형의 점화 코일 장치를 조립한 경우라도, 코일부가 플러그 구멍(23A) 및 가이드 튜브(23B)에 내삽됨으로써 점화 코일의 무게 중심(W)을 헤드 커버(24)보다 낮은 위치, 여기에서는 점화 코일 가이드 튜브(23A) 내로 이행시킨다[무게 중심(W)은 펜슬 코일의 코일부의 길이를 85 내지 100mm로 한 경우, 그 코일부 상단부에서 50 내지 70mm만큼 아래 위치에 있다]. 또한, 펜슬 코일 중 비교적 중량이 가벼운 커넥터 부착 회로 케이스(9)를 플라스틱제의 헤드 커버(24)의 외면상에 고착[예를 들어, 나사 멈춤부(27)]하고, 이 고착부와 플러그 구멍의 플러그 결합 위치에서 축방향의 2점 지지를 꾀하기 때문에, 점화 코닐 장치 전체의 진동을 작게 하고, 나아가서는 플라스틱 헤드 커버(24)에 전해주는 점화 코일 장치의 진동을 억제하고, 플라스틱 헤드 커버의 경량화(박층화), 간소화를 꾀하면서 독립 점화형 코일 장치의 장착을 실현하는 것이 가능해진다.
이어서, 상기 구성에 의해 이루어지는 점화 코일 장치(21)를 제조하는 경우의 순서에 대해서 도18 및 도19에 의해 설명한다.
도18에 도시한 바와 같이, 우선 2차 보빈(2)에 2차 코일(3)을 권취하여 2차 코일의 일단부(3a)를 1차·2차 코일 겸용 단자(18)를 접속한다. 이 접속은 코일의 일단부(3a)를 단자(18)에 감아(묶어) 납땜함으로써 행하여진다. 또한, 2차코일(3)의 타단부(3b)도 고압측인 2차 코일 단자[여기에서는 고압 다이오드(10)]에 접속된다. 이어서, 도통 시험이 행하여진다.
2차 코일(3)이 권선된 2차 보빈(2)은 1차 보빈(4)에 내삽 고정되고, 이 상태(1차, 2차 보빈 겸침 상태)에서 1차 보빈(4)에 1차 코일(5)을 권취함과 동시에, 1차 코일의 일단부(5a)를 상기의 1차·2차 코일 겸용 단자(18)에 접속하고, 1차 코일이 타단부(5b)를 1차 코일 단자(19)에 접속한다. 이들 접속은 코일 권취와 납땜에 의해 행하여진다. 이 경우, 1차·2차 코일 겸용 단자(18)와 1차 코일 단자(19)를 2차 보빈(2) 측에 설치했다고 해도, 단자(18, 19)는 2차 보빈 헤드(2A)와 함께 1차 보빈(4)의 일단부 보다 밖에 위치하기 때문에, 1차 코일(5)의 양단부(5a 및 5b)를 용이하게 단자(18, 19)로 유도하여 상기 묶기 및 납땜 작업을 행할 수 있다. 이어서, 1차 코일의 도통 시험이 행하여진다.
다음에, 판 스프링(11)(도19 참조)을 고압 다이오드(10)와 접속되도록 고압 다이오드(10)의 리드 단자에 결합시킨 후, 2차 보빈(2) 내에 발포 고무(45), 마그넷(15), 중앙 코어(1), 마그넷(16)를 내삽하고, 그 후 2차 보빈(2) 내에 연질 에폭시 수지(17)를 주입하여 경화시킨다.
여기서, 2차 코일(3)의 권선 공정과 1차 코일(5)의 권선 공정에 사용하는 권선기에 대해서는 도시 생략하지만, 기본적으로는 회전 샤프트에 보빈을 장착하고, 보빈을 회전시켜 에나멜선을 권취하는 것인데, 그 응용예로서는 여러 가지 태양을 생각할 수 있다.
하나는, 1대의 권선기에 1차 코일용의 에나멜선 릴과 2차 코일용의 에나멜선릴을 구비하고, 또한 이들 릴에서 각각의 에나멜선을 인출하여 회전 샤프트의 주변에서 권선 및 묶기에 필요한 왕복 동작, 선회 동작등을 행하는 핸드 기구를 구비하여 권선기 1대로 1차 코일, 2차 코일의 권선을 행하는 것을 생각할 수 있는데, 이 경우 본 실시예에 이용하는 2차 보빈 구조에 의하면, 권선기의 회전 샤프트에 대해서도 공용화를 꾀할 수 있다.
도20에 상기 권선기의 회전 기구를 도시한다. 회전 기구는 회전 샤프트(62)와 모터(61)로 크게 구분되며, 회전 샤프트(62)는 샤프트(62)의 일부를 구성하는 조인트(커플링)(63)를 거쳐서 모터(61)의 출력축(62')(도21 참조)에 착탈 가능하게 결합되고, 또 회전 샤프트(62)가 출력축(62')과 일체로 회전하는 연결 구조로 되어 있다. 회전 샤프트(62)는 그 선단부로부터 샤프트 중간 위치까지 슬릿(65)이 절결되어 분할 핀 형상으로 형성되고, 2차 보빈(2)의 삽입전의 상태에서는 회전 샤프트(62)의 분할 핀부의 적어도 일부(62A)가 2차 보빈(2)의 내경보다도 넓어지고, 또 선단부에 2차 보빈(2)을 안내하기 위한 테이퍼부(62B)가 형성되어 있다. 또, 회전 샤프트(62)의 일부[여기서는 조인트(63)의 일단부면]에는 2차 보빈 헤드(2A)에 설치한 결합부(2D)와 결합하는 보빈 위치 결정겸 회전 방지용 핀(64)이 두 개 설치되고, 이 핀(64) 사이에 2차 보빈 헤드(2A)측의 결합부(2D)가 결합하도록 되어 있다.
상기한 공용의 권선기를 사용하는 경우에는 도20의 (a) 및 도20의 (b)에 도시한 바와 같이, 우선 2차 보빈(2)을 권선기의 회전 샤프트(62)에 샤프트 테이퍼부(62B)를 이용하여 압입하면, 샤프트(62)의 분할 핀부(62A)가 직경이 작아지는 방향으로 탄성 변형하여 2차 보빈(2)이 회전 샤프트(62)에 삽입 장착되고, 이 때 분할 핀부(62A)가 자신의 탄성 복귀력에 의해 보빈(2)의 내면에 압접되고, 또 2차 보빈 헤드(2A)에 설치한 결합부(2D)가 회전 샤프트의 회전 방지 핀(64) 사이에 결합됨으로써, 2차 보빈(2)의 양단부가 회전 샤프트(62) 상에서 견고하게 고정된다.
따라서, 2차 권선시에 2차 보빈(2)을 회전 샤프트(62)로 편측 지지시켜서 회전 샤프트(62)와 일체적으로 2차 보빈(2)을 고속 회전시켜도, 2차 보빈(2)에 미끄럼이나 회전 진동이 발생하지 않아 고정밀도의 정밀 권취가 요구되는 2차 코일(3)의 권선을 가능하게 한다.
2차 코일(3)의 권선 및 2차 코일 단부의 코일 단자(18)로의 권취(납땜 포함)를 실행한 후, 도20의 (c)에 도시한 바와 같이 회전 샤프트(62)에 2차 보빈(2)을 부착한 채로 2차 보빈의 외측에 1차 보빈(4)을 보빈 끼리의 회전 방지부(52, 51)(도15 및 도16에 도시)를 거쳐서 끼워 넣고, 또 도시하지 않은 보빈 지지구로 1차 보빈(4)의 일단부[2차 보빈의 고압 다이오드(10)가 위치하는 측]를 회전 가능하게 지지하고, 1차 보빈(4)을 2차 보빈(2)과 함께 회전시켜서 상기 1차 보빈(4)에 1차 코일(5)을 권취한다.
이와 같은 권선 방법 이외에, 2차 코일의 권선기와 1차 코일의 권선기는 별개의 것으로서, 권선용의 회전 샤프트(62)만을 도21에 도시한 바와 같이 착탈 가능하게 하여 1차 권선기, 2차 권선기에 공용시키는 것도 가능하다.
이 경우에는, 우선 회전 샤프트(62)를 도20의 (a)와 같이 권선기(여기서는 2차 권선기의 모터)에 부착하고, 도20의 (b)와 동일한 장착 형태로 상기 회전 샤프트(62)에 2차 보빈(2)을 그 헤드(2A)를 거쳐서 삽입 장착하고, 상기 회전 샤프트(62)와 함께 2차 보빈(2)을 회전시킴으로써 2차 보빈(2)에 2차 코일(3)을 권취한다.
그 후, 상기 2차 보빈(2)을 부착한 채로 회전 샤프트(62)를 2차 권선기로부터 분리하여(도21 참조), 상기 회전 샤프트(62)를 1차 권선기에 부착하는 동시에 2차 보빈(2)의 외측에 1차 보빈(4)을 상기 도20의 (c)와 같이 보빈 끼리의 회전 방지부(51, 52)를 거쳐서 끼워 넣고, 상기 1차 보빈(4)을 2차 보빈(2)과 함께 회전시켜서 1차 보빈(4)에 1차 코일(5)을 권취한다.
도18에 도시한 일련의 공정을 거쳐서 제작된 코일 조립체는 도19에 도시한 바와 같이, 코일 케이스(6) 및 회로 케이스(9)의 조립체에 고압 단자(12), 판 스프링(11), 점화 회로 유닛(40)과 함께 내측으로 삽입된다. 여기서, 전술한 바와 같이 1차·2차 코일 겸용 단자(18)와 커넥터 단자(31)가, 1차 코일 단자(19)와 점화 회로 유닛측의 리드 단자(32)가, 그리고 커넥터 단자(33)와 점화 회로 유닛측의 리드 단자(34)가, 커넥터 단자(35)와 리드 단자(36)가 각각 프로젝션 용접에 의해 접속된다.
상기의 코일 조립체를 코일 케이스(6)에 삽입하기에 앞서, 회로 케이스(9)와 코일 케이스(6)의 끼워 맞춤·접착이 행해지고, 또 코일 조립체를 삽입한 후에 코일 케이스(6)에 사이드 코어(7)의 압입 및 고무 부츠(14)의 압입이 행해지고, 게다가 에폭시 수지(8)의 주입, 경화가 행해진다.
본 실시예의 주된 작용 및 효과는 다음과 같다.
(1) 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 좁은 간극에 연질 에폭시 수지(17)가 원활하게 충전됨으로써 제품의 품질 향상을 꾀하고, 엔진의 가혹한 온도 환경에 있어서의 반복 열 스트레스에 대한 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 내열 충격을 높여준다.
(2) 점화 코일 장치의 코일부는 그 2차 코일 고압측이 실린더 헤드의 점화 플러그(22)와 직결되므로, 상기 2차 코일 고압측이 가장 엔진 연소의 열적 영향을 받는다. 따라서, 아무런 배려가 없는 경우에는 2차 보빈(2) 중 2차 코일 고압측 쪽이 2차 코일 저압측보다도 고온 상태가 되어 절연 성능이 저하하거나, 열 스트레스가 커지는 원인이 된다. 본 발명에서는 2차 코일 저압측의 2차 보빈 두께를 얇게, 그리고 2차 코일 고압측을 향해서 2차 보빈 두께를 두껍게 했으므로, 그 두께 증가분 만큼 2차 코일 고압측의 절연 성능 및 내열 스트레스가 높아져서 상기의 엔진 연소의 열적 영향에 대처할 수 있다.
(3) 2차 보빈(2) 등의 보빈 재료로 PPS를 사용함으로써, 이들 보빈 재료를 변성 PPO로 성형하는 경우에 비해 두께를 얇게 하고, 게다가 연질 에폭시 수지(17)의 박층화를 꾀함으로써 그 만큼 다른 절연재[2차 코일·1차 보빈 사이의 에폭시 수지(8)]의 두께를 충분히 증가시킬 수 있어 코일 몰드의 절연성 및 내열 충격성을 높여준다. 특히, 장치 본체의 외경의 사양, 1차 코일(5) 및 2차 코일(3)의 내외경 등의 사양은 대부분 변하지 않으며, 개선의 여지가 남아 있는 것은 상기의 2차 보빈(2)의 두께와 중앙 코어(1)·2차 보빈(2) 사이의 절연 수지층으로서, 그 의미에서 상기 효과는 크다.
(4) 연질 에폭시 수지(17)의 유리 전이점(Tg)을 상기 수지(17)의 내열 충격성 이외에 2차 보빈(2)의 허용 응력과의 관계로 결정함으로써, 내측 2차 코일 구조의 코일부 중 절연성이 요구되는 중요 부위[중앙 코어(1)·2차 코일(3) 사이의 절연층]의 내열 충격성과 내응력성의 양 쪽의 요구를 만족시킬 수 있다.
(5) 연질 에폭시 수지(17), 2차 보빈(2), 1차 보빈(4), 에폭시 수지(8)의 두께를 합리적인 근거하에 설정함으로써, 크기가 규격화된 코일의 중앙 코어의 점유 면적을 확장하여 출력 향상을 꾀할 수 있다.
(6) 코일 구성 부재의 간극에 충전되는 연질 에폭시(17)의 가압 성형에 의해 충전화를 꾀하여 펜슬 코일의 절연성의 신뢰를 높일 수 있다.
(7) 2차 보빈(2) 내의 중앙 코어(1), 마그넷(15, 16) 등의 부품을 연질 에폭시 수지(17)의 가압 성형에 의해서 발생한 오목부(17')에 의해 축방향으로 집중적으로 억제하여 중앙 코어 등의 내진성을 꾀할 수 있다. 특히, 본 예에서는 절연용 수지(17)가 연질이라도 상기 오목부(17')에 의해 집중적으로 가압력이 중앙 코어(1)를 거쳐서 탄성 부재(45)에 작용하므로, 이 오목부(17')에 의해 발생한 집중적인 축방향 가압력과 탄성 부재(45)의 반력으로 중앙 코어(1)를 강력하게 고정하여 중앙 코어에 발생하는 자기 진동이나 엔진에 기인하는 진동에 대한 내진성을 향상시킨다. 또, 오목부(17')는 에폭시 수지(8)에 의해 매립되므로, 회로 케이스(9)·중앙 코어(1) 사이의 공극을 없애어, 회로 베이스(37)와 중앙 코어(1) 사이에서의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
(8) 독립 점화형 점화 코일 장치를 플라스틱으로 된 엔진 헤드 커버에 지장없이 장착하는 것을 가능하게 했으므로, 엔진의 경량화를 꾀할 수 있다.
(9) 또, 본 실시예의 펜슬 코일에서는 -40℃/1h(시간)와 130℃/1h의 반복 열 스트레스 시험을 행한 결과, 300 사이클 이상의 열 스트레스에 있어서 내구성이 양호한 것이 확인되고 있다.
또한, 연질 에폭시(17)에 대해서는 이를 대신하여 실리콘 고무, 실리콘 겔의 절연 연질 수지를 사용하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 이 이외에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(10) 정밀 권취가 요구되는 2차 코일(3)에 대해서는 미리 권선하고, 이 2차 코일(3)이 권취된 2차 보빈(2)의 외측에 1차 보빈(4)을 보빈 끼리의 회전 방지를 보증하면서 끼워 넣고, 2차 보빈(2)과 함께 1차 보빈(4)을 회전시켜서 1차 보빈(4)에 1차 코일(5)을 권취하는데, 이 방법에 의하면 1차 코일(5)은 2차 코일(3) 정도의 정밀 권취가 요구되지 않고, 게다가 권선이 용이하므로 지장이 없다. 따라서, 1차, 2차 보빈의 조립(겹침) 상태에서의 코일 권선 작업을 가능하게 한다.
(11) 이와 같은 보빈 조립 상태에서의 권선 작업을 가능하게 하는 결과, 1차 및 2차 권선기의 공용화, 또는 1차 및 2차 권선기의 회전 샤프트의 공용화, 또는 1차 및 2차 권선기의 회전 샤프트의 형식의 통일(샤프트의 호환성)을 꾀할 수 있다.
(12) 그리고, 2차 보빈(2)에 1차·2차 코일 겸용 단자(18) ①③을 설치함으로써, 종래와 같이 1차 단자 ①과 2차 단자 ③을 연결선(M)[도6의 (c) 참조]을 거쳐서 접속할 필요성이 없어져서 연결선(M)의 접속 공정을 생략할 수 있다. 또, 상기한 바와 같이 보빈 조립 상태에서의 1차 권선을 보증함으로써, 1차 코일(5)을 1차 보빈(4)에 임시 고정하지 않고 직접 2차 보빈(2)측에 설치한 1차·2차 코일 겸용 단자(18) 및 1차 코일 단자(19)에 접속할 수 있다. 또한, 도6의 (c)는 1차 코일을 내측, 2차 코일을 외측으로 하는 종래의 외측 2차 코일 구조의 조립 공정을 도시한 것이다.
(13) 1차 보빈(4)에 내측으로 삽입된 2차 보빈(2)의 헤드(2A)를 1차 보빈(3)으로부터 돌출시킴으로써, 상기 1차·2차 코일 겸용 단자(18) 및 1차 코일 단자(19)를 2차 보빈(2)에 설치하는 경우라도 설치 공간을 충분히 확보할 수 있다.
(14) 회로 케이스(9)를 코일 케이스(6)의 상단부에 끼워 맞춤·접착에 의해 결합했을 때, 회로 케이스(9)의 커넥터 단자(31)의 일단부(31') 및 리드 단자(32)의 일단부가 각각 2차 보빈 헤드(2A)측에 설치한 1차·2차 코일 겸용의 단자(18) 및 1차 코일 단자(19)의 각 일단부와 회로 케이스(9) 내에서 겹쳐지도록 설정되어, 이들 겹치는 단자 끼리의 용접이 용이하게 행해진다. 또, 회로 유닛(40)은 위치 결정 부재(9D)를 거쳐서 정확하게 위치 결정되므로, 커넥터 단자(33)·회로 유닛측의 리드 단자(34), 커넥터 단자(34)·회로 유닛측의 리드 단자(36)와의 위치 결정도 정확하게 행해진다. 따라서, 단자 끼리의 접합시에 위치 어긋남이 발생하지 않아 작업성 및 품질 향상을 높일 수 있다.
(15) 1차 보빈(4) 바닥부에 2차 보빈 받침부(2D)가 없는 측면 공간(4")을 확보함으로써, 절연 수지(8)의 주입시에 1차 보빈(4)·2차 보빈(2)[2차 코일(3)] 내외주 사이의 간극과 코일 케이스(6)·1차 보빈(4)[1차 코일(5)] 내외주 사이의 간극과의 사이의 수지 유통성을 양호하게 하고, 1차 보빈(4) 바닥부의 주입 절연 수지속의 기포 빠짐을 양호하게 하여 점화 코일의 절연 성능을 향상시킨다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 도22 내지 도29를 참조하여 설명한다.
도22는 제2 실시예에 관한 점화 장치의 부분 단면도(도23의 D-D' 단면도)이다. 도면중, 제1 실시예에 사용한 부호와 동일한 것은 동일 또는 공통되는 요소를 나타낸다. 도18은 도17의 점화 코일 장치를 상면으로부터 본 도면으로서, 회로 케이스(9)의 내부를 수지 충전전의 상태로 나타내고 있다. 또한, 도22의 F-F'선 단면도는 도2와 동일하므로, 도시를 생략한다.
본 실시예에 있어서는 제1 실시예와 다른 주된 상이점을 기술한다.
본 실시예에 있어서의 점화 소음 방지용 콘덴서(71)[이하, 소음 방지 콘덴서(71)라고 함]는 회로 케이스(9)에 내장되어 있다. 그로 인해, 기술한 커넥터 단자의 금속 피팅[전원 접속용 커넥터 단자(31), 점화 신호 입력용 커넥터 단자(33), 점화 회로 접지용 단자(35)] 이외에 소음 방지 콘덴서(71)의 접지 전용 커넥터 단자(커패시터 접지용 단자)(72)의 금속 피팅을 추가하여 커넥터 하우징(9B)에 수용하고, 이 커넥터 단자(72)와 전원 접속용(＋전원) 커넥터 단자(31) 사이에 소음 방지 콘덴서(71)를 접속한다.
회로 케이스(9)에 있어서의 점화 회로 유닛(40)을 수용하는 공간을 제1 실시예보다도 확장함으로써, 이 수용 공간에 소음 방지 콘덴서(71)를 설치한다. 소음 방지 콘덴서(71)의 설치 부위는 커넥터 단자(31 내지 35, 72)의 중간부를케이스(9) 수지속에 매설하고, 이 매설 위치 근방의 케이스(9) 바닥면상에 있다.
또, 전원 접속용 커넥터 단자(31)의 중간부와, 커패시터 접지 단자(72)의 일단부에는 단자 피팅의 일부를 수직(대략 수직을 포함함)으로 융기하도록 절곡하고, 이 절곡부(융기부)(31c, 72')를 케이스(9) 바닥면으로부터 돌출시켜서 소음 방지 콘덴서(71)의 양측면에 배치시키고 있다. 소음 방지 콘덴서(71)의 양 리드선(73)은 이 절곡부(31c, 72')에 각각 접속되어 있다. 본 예에서는 콘덴서(71)의 리드선(73)을 단자 절곡부(31c, 72')에 권취하여 납땜하고 있다(도28 참조).
여기서는 리드선(73)의 일단부(권취부)(73')를 미리 단자(31, 72)에의 접속전에 고리 형상으로 해 두고, 이 고리부(73')를 단자 절곡부(31c, 72')에 상방으로부터 끼워 넣는 형상으로 되어 있다. 도23에 도시한 도면 부호 9K는 케이스(9)의 바닥면(내측 바닥)(9E)에 설치한 돌기로서, 단자 절곡부(31c, 72')에 인접하여 바닥면(9E)으로부터 수직으로 돌출 형성되어 있고, 단자 절곡부(31c, 72')의 한 변이 이 돌기(9K)에 의해 파고들어가도록 몰드 성형된 것이고, 또 돌기(9K)의 높이는 단자 절곡부(31c)의 높이보다도 낮고, 그로 인해 상기 고리 형상의 리드선의 일단부(73')를 단자 절곡부(31c, 72')의 상단부로부터 끼워 넣어 하강시켜 가면, 이 리드선의 일단부(73')가 중간 위치에서 돌기(9K)의 상단부에 접촉하여 그 이상의 하강이 저지된다. 이와 같이 하여 리드선(73), 더 나아가서는 소음 방지용 콘덴서(71)의 높이 방향의 위치 결정이 행해진다.
또, 도면 부호 9J는 소음 방지용 콘덴서(71)의 횡방향의 위치 결정을 행하는 돌기로서, 회로 케이스(9)의 바닥면(9E)으로부터 두개가 돌출 성형되어 있다.
또, 도29에 도시한 바와 같이 단자 절곡부(31c, 72')에 슬릿(80)을 형성하고, 콘덴서(71)의 리드선(73)을 슬릿(80)에 끼워 넣어 납땜하거나 해도 좋다. 이들 리드선의 접속에 의하면, 납땜에 있어서의 리드선 고정을 용이하게 하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
소음 방지 콘덴서(72)를 상기한 바와 같이 설치함으로써, 회로 케이스(9) 내의 점화 회로(41)의 구성은 도26에 도시한 바와 같이 된다.
상기와 같이, 소음 방지 콘덴서(71)를 회로 케이스(9) 내에 내장함으로써 종래에 비해 다음과 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
(1) 종래 방식은, 소음 방지 콘덴서(71)는 점화 코일 장치(펜슬 코일)(21)와 별도로 엔진실의 하네스에 있어서의 전원 접지점에 설치했는데, 이와 같은 설치 방식에 의하면 점화 코일의 소음이 점화 코일 장치·콘덴서(71) 사이의 하네스를 타고 흐르게 되므로, 점화 코일 장치의 외부로 누출되어 버린다. 이에 대하여, 본 발명의 방식의 경우에는 점화 코일의 소음원으로부터 콘덴서(71)까지의 거리가 극히 짧아지고, 게다가 소음 방지 콘덴서(71)를 회로 케이스(9)에 내장 형태로 했으므로, 점화 코일 장치(21)의 외부로 점화 소음이 누출되는 것을 방지하여 소음 방지 성능을 높일 수 있다.
(2) 종래 방식은 엔진실의 하네스에 소음 방지 콘덴서(71)를 설치하므로, 콘덴서(71)를 피복하지 않은 채로 설치하면 엔진실에 침입하는 수분 및 염분 등에 의해 부식될 우려가 있고, 그로 인해 콘덴서(71)를 수지로 피복해야 하므로 비용이 높아진다. 이에 대하여, 본 발명의 방식의 경우에는 회로 케이스(9) 내의 절연 수지(43)의 봉입이 콘덴서(71)의 수지 밀봉을 겸하므로, 종래와 같이 회로 케이스(9)와 별도로 콘덴서를 위한 수지 밀봉을 행할 필요가 없어, 그 만큼 콘덴서(71)의 비용 저감을 꾀할 수 있다.
(3) 종래 방식은 엔진실의 하네스에 소음 방지 콘덴서(71)를 설치하므로, 엔진실 내의 하네스의 공정수가 증가하지만, 본 발명의 경우에는 그와 같은 하네스상의 소음 방지 콘덴서(71)의 설치 작업이 불필요하고, 점화 코일 장치(21)를 엔진실 내에 탑재하면 자연스럽게 소음 방지 콘덴서(71)도 설치되므로, 자동차 조립상의 엔진실 내에서의 부품 탑재 작업의 부담 경감을 꾀할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 2차 보빈 헤드(2A)의 형상에 대해서는 도24 및 도25에 도시한 바와 같이 원통형으로 하고, 또 권선기의 회전 방지부에 결합하는 결합부(2D')는 평행 배치한 한 쌍의 돌기편에 의해 구성했다. 권선기측의 회전 방지부는 상기 한 쌍의 돌기편 사이에 끼워 넣어지는 하나의 스트립의 핀 형태(도시 생략)로 구성된다.
또, 점화 코일 장치(21)에 있어서의 스프링(13)은 대부분이 코일 케이스(6)의 일단부 통형벽(6')에 수용됨으로써 스프링(13)의 일단부(상단부)가 고압 단자(12)와 결합되지만, 플러그 결합측이 되는 스프링(13)의 하단부[고압 단자(12)와 반대측 일단부]는 적어도 점화 플러그(22)와의 결합전에는 코일 케이스(6)의 하단부보다도 외측으로 돌출하도록 되어 있다. 그로 인해, 코일 케이스(6)의 일단부 통형벽(6')의 길이를 제1 실시예(도1)의 것보다도 스프링(13)에 대하여 상대적으로 짧게 하고 있다.
이와 같은 형태에 의하면, 점화 플러그(22)는 실질적으로 코일 케이스 일단부 통형벽(6')의 내부에서 스프링(13)의 하단부와 결합(접속)되지 않고[이 점은, 제1 실시예에서는 점화 플러그(22)의 대략 상반부가 코일 케이스의 일단부 통형벽(6') 속으로 도입되어 스프링(13)의 하단부와 접속되어 있음], 통형벽(6')의 하단부 개구와 대략 동일한 수준의 위치 또는 그보다도 아래의 위치[통형벽(6')의 외측 위치]에서 스프링(13)의 하단부와 결합되게 된다. 그로 인해, 고무 부츠(14)에 대해서는 통형벽(6')을 짭게 한 것을 보완하는 의미에서 통형벽(6')의 하단부보다도 하측을 제1 실시예의 형태보다도 길게 하고, 고무 부츠(14)를 점화 플러그(22)와 통형벽(6')의 하방 위치에서 실질적으로 밀봉 결합할 수 있게 되어 있다.
상기 구성에 의하면, 도27에 도시한 바와 같이 점화 플러그(22)와 점화 코일 장치(21)의 축선 사이에 상대적인 기울기(θ)가 있는 경우라도, 점화 플러그(22)가 코일 케이스 통형벽(6')에 간섭하지 않으므로, 고무 부츠(14)의 가요성을 이용하여 점화 코일 장치(21)와 점화 플러그(22)를 유연하게 밀봉 결합할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 도27에 도시한 바와 같이 점화 플러그(22) 및 플러그 구멍(23B)이 엔진에 각도(θ)를 갖고 설치되어 있는 경우라도, 점화 코일 장치(21)를 점화 플러그(22)의 축선에 일치시키지 않고 가이드 튜브(21), 플러그 구멍(23) 내로 도입하여 점화 플러그(22)와 결합시킬 수 있고, 특히 자동차 부품의 설치 공간의 제약으로부터 점화 플러그(22)와 점화 코일 장치(21)를 기울기(θ)를 갖고 결합시켜야 하는 경우에, 그것을 종래의 펜슬 코일 장착 조작과 전혀 다르지 않게 실현시킬 수 있다.
또한, 종래의 이러한 종류의 점화 코일 장치(펜슬 코일)는 점화 플러그와 축선을 일치시켜 결합시키는 형태의 것으로서, 상기와 같이 점화 플러그(22)에 대하여 점화 코일 장치를 각도를 갖게 하여 결합시키는 등의 배려는 행해지고 있지 않았다.
또, 고무 부츠(14)는 다음과 같은 크립핑(creeping) 방전을 방지하는 기능을 갖는다. 즉, 점화 코일 장치(21)를 플러그 구멍(23B)에 장착한 경우, 점화 코일 장치(21)의 고압 단자(12)가 플러그 구멍(23B)의 근방에 위치하지만, 플러그 구멍(23B)이 접지되어 있으므로, 통형벽(6')의 일부에 균열 등이 발생하면 고압 단자(12)와 플러그 구멍(23B) 사이에서의 통형벽(6'), 균열부를 거쳐서 크립핑 방전이 발생할 우려가 있다. 고무 부츠(14)를 통형벽(6')에 부착한 경우, 통형벽(6')과 고무 부츠(14)의 접촉하는 거리(L)가 고압 단자(12)와 플러그 구멍(23B)의 거리에 실질적으로 가산되므로, 이 접촉 거리(L)를 길게 유지함으로써 상기 크립핑 방전을 방지할 수 있다. 본 실시예에서는 코일 케이스의 하단부 통형벽(6') 중 고압 단자(12)의 위치로부터 코일 케이스 통형벽(6')의 최하단부까지의 거리가 단축되어 버리므로, 고무 부츠(14) 중 코일 케이스 통형벽(6')의 외측과 접촉하는 부분을 통형벽(6')의 최하단부로부터 중앙 코어(7) 근방까지 길게 연장시켜서 상기의 크립핑 방전 방지를 위한 거리를 확보하고 있다. 즉, 고무 부츠(14)는 통형벽(6')에 끼워 맞추는 부위 중, 통형벽(6')의 외면에 면하는 쪽을 통형벽(6')의 내면에 면하는 쪽 보다도 길게 연장시켜서 총 크립핑 방전 방지 거리를 길게 확보하고 있다.
본 실시예에서는 상기한 바와 같이 스프링(13)의 하단부를 코일 케이스(6)의 하단부 개구로부터 하방으로 돌출시키기 위해, 그 방법으로서 상기와 같이 코일 케이스(6) 하부의 통형벽(6')을 짧게 하고 있지만, 이 대신에 통형벽(6')에 수용된 고압 단자(12)의 코일 케이스 축방향의 길이를 코일 케이스(6)의 하단부 개구 위치 근방까지 연장시킴[환언하면, 고압 단자(12) 중 스프링(13)을 수용하는 부위로부터 코일 케이스(6)의 최하단부까지의 거리보다도 스프링(13)의 길이가 길어지는 위치까지 고압 단자(12)를 하방으로 연장시킴]으로써, 스프링(13)의 하단부를 코일 케이스(6)의 하단부 개구보다도 외측(하측)으로 돌출시킬 수 있다. 이와 같이, 고압 단자(12)의 길이 조정에 의해 스프링(13)의 코일 케이스(6) 하단부 개구로부터 돌출하는 양(길이)을 조절함으로써, 점화 코일 장치(21)를 점화 플러그(22)의 상대적인 기울기(θ)에 대응하여 적절하게 점화 플러그와 결합[가요성 부츠(14)를 거친 결합]시킬 수 있다.
본 실시예에서는 도27에 도시한 바와 같이, 회로 케이스(9)의 하면에 설치한 환상 홈(90)에 O링(91)을 끼우고, 이 O링(91)을 거쳐서 밀봉성을 유지하면서 엔진 커버(24) 면상에 점화 코일 장치(21)를 직접 설치하고 있다.
회로 케이스(9)에는 오목부(95)를 마련하여, 실질적인 회로 케이스(9)의 두께를 저감하여 수지 성형시의 수축 방지를 꾀하고 있다.
본 실시예에 있어서도 제1 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기의 소음 방지 콘덴서(71)의 배치 구성(회로 케이스 내장형)이나 고무 부츠(14)의 형상 및 구조는 내측을 1차 코일, 외측을 2차 코일의 배치 구조로한 점화 코일 장치에 있어서도 적용 가능하다.
이상 상세하게 기술한 바와 같이, 제1 내지 제6 발명에 의하면, 내측 2차 코일 구조 방식을 채용하여 플러그 구멍에 도입되는 독립 점화형 점화 코일 장치(소위, 펜슬 코일)에 있어서, 2차 코일·중앙 코어 사이의 절연층(2차 보빈, 연질 에폭시 등의 절연 수지)의 층두께나 2차 보빈의 두께 구조, 절연 수지의 유리 전이점과 2차 보빈의 응력, 절연 수지에 의한 중앙 코어의 가압 구조 등에 연구를 행함으로써 2차 코일·중앙 코어 사이의 내열 충격성과 전계 집중 완화(절연성)의 향상을 꾀하고, 게다가 품질(신뢰성)과 제작상의 작업성을 높일 수 있다.
제7 발명에 의하면, 독립 점화형 점화 코일 장치를 플라스틱으로 된 헤드 커버가 부착 엔진에 전혀 지장없이 적용하는 것이 가능해지고, 엔진의 경량화를 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 엔진의 각 점화 플러그 상부에 배치되는 통형의 점화 코일부와,
    상기 점화 코일부의 상부에 설치된 커넥터가 달린 회로 케이스와,
    상기 커넥터가 달린 회로 케이스 내에 수용된 점화 회로 유닛과,
    상기 커넥터가 달린 회로 케이스 내에 수용된 상기 점화 장치가 발생하는 점화 소음을 억제하는 콘덴서를 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커넥터에 상기 콘덴서 접속용 접지 단자를 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커넥터에 전원 단자를 설치하고, 상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 상기 콘덴서를 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 커넥터가 달린 회로 케이스에 2개의 돌기를 마련하고,상기 돌기 사이에 상기 콘덴서를 배치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 커넥터에 신호 단자를 설치하고, 상기 신호 단자와 상기 전원 단자 사이에 상기 콘덴서 접속용 접지 단자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화 장치.
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