JP5991571B2 - 内燃機関用の点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関の点火放電を実現する点火コイルに関し、特に、高さ方向の寸法を極限的に低減した点火コイルに関する。

内燃機関の運転に点火コイルは不可欠であり、ユーザの希望に対応する自動車メーカからの要請に基づき、出願人も各種の新規構成を提案している。

特開２０１１−３８１２号公報 特開２０１１−１５１１８１号公報 特開２０１１−１６５９８６号公報

上記の各発明は、各々優れた効果を発揮するが、昨今の自動車部品の更なる小型化の要請から、特に、幅方向の寸法の抑制が望まれている。ここで、無闇に小型化すると、点火コイルの出力エネルギーが不足して、正常な点火動作が阻害されるか、或いは、絶縁性能が劣化して経年的な安定動作阻害されるなどの弊害が懸念される。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、点火コイルの性能を悪化させることなく小型化された点火コイルを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、中心鉄芯の板状の本体部（２２）の外側に配置される一次コイル、一次コイルの外側に配置される二次コイル、及び、一次コイルの通電を制御するイグナイタを収容するコイルケースと、二次コイルの出力電圧を点火プラグに供給する通電部と、を有し、前記コイルケースにモールド樹脂が充填されて完成状態となる内燃機関用の点火コイルであって、一次コイルは、一次ボビンに一次コイル巻線を巻回して構成され、二次コイルは、二次ボビンに二次コイル巻線を巻回して構成され、一次コイル巻線の巻回領域は、一次コイルの巻線方向に対面する一対のボビン側部（３３，３３）と、一次コイルの磁界方向に対面して、一次コイル巻線の両端位置に立設する第１と第２のフランジ部（３４，３５）とで画定され、ボビン頂面及びボビン底面の全体は、開放状態とされて開放面を形成しており、前記本体部（２２）に略直交する中心鉄芯の垂直面（２１ｂ）が、第１フランジ部（３４）に設けた突条（３７）に当接されることで、前記垂直面（２１ｂ）に沿ってボビン頂面の開放面に至る樹脂充填通路が形成されている。

本発明では、出力エネルギーや絶縁性能などの電気性能を悪化させることなく点火コイルの小型化を実現することができる。なお、巻回領域には一次コイル巻線が巻回されるので、特に、絶縁性が問題になることはないが、必要に応じて、中心鉄芯の外側に絶縁シート材を介在させても良い。

本発明は、好ましくは、中心鉄芯の先端部と基端部には、各々傾斜面が形成されており、一方の傾斜面には永久磁石が接触する一方、他方の傾斜面には外装鉄芯の終端面が接触しているのが好ましい。この場合、前記外装鉄芯は、中心鉄芯の上側に配置されるか、中心鉄芯と略同一平面上に配置される。前者の構成では、幅方向の寸法を最小化しても高さ方向の寸法が抑制されているので問題が生じない。一方、後者の構成では、高さ方向の寸法を極限的に最小化することができる。

また、前記垂直面が、第１フランジ部に当接されることで中心鉄芯の位置決めがされるのが好ましい。

上記した本発明によれば、電気性能を悪化させることなく小型化された点火コイルを実現することができる。

実施例に係る点火コイルの中央断面図と概略平面図である。 コイルケースとコネクタケースと一次ボビンとを示す斜視図である。 中心鉄芯、一次ボビン、及び、一次ボビンに中心鉄芯を配置した状態を示す斜視図である。 一次コイル巻線の巻回領域に絶縁テープが巻着された状態を図示したものである。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、実施例に係る点火コイルＣＬの正面形状を示す中央断面図（ａ）と、平面形状を示す一部断面図（ｂ）である。また、図２は、コイルケース１（ＦＧ＋ＢＤＹ＋ＰＲ）と、コネクタケース２と、本実施例に特徴的な一次ボビン２０と、を抽出して図示した斜視図である。

図１や図２に示す通り、この点火コイルＣＬは、略箱状に形成されたコイルケース１の右側（本明細書では先端側と称する）に、コネクタケース２が固定され、コイルケース１の下側に、プロテクタ３が外嵌されて構成されている。

コイルケース１は、本体部ＢＤＹと、取付フランジＦＧと、突出部ＰＲと、を有して構成されている。ここで、コイルケース１とコネクタケース２は、共に、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）などの樹脂製であり、嵌合溝ＧＶに互いの一部が嵌合されることで、両者が一体化されている。また、プロテクタ３は、シリコーン（silicone）などで形成することで可撓性を有して構成され、内部に導電性のスプリングＳＰが配置されている。

完成状態の点火コイルＣＬは、取付フランジＦＧに配置されたブッシングＢＵを貫通するボルトなどによってエンジンブロックに固定され、スプリングＳＰの下端に接触する点火プラグＰＧ（図２（ｂ））に高電圧を供給することで、点火タイミング毎の点火放電を実現している。

図１（ａ）に示す通り、コイルケース１は、中心鉄芯１０を内包する一次コイルＬ１と、一次コイルＬ１を内包する二次コイルＬ２と、二次コイルＬ２の上側に配置される外装鉄芯１１と、中心鉄芯１０と外装鉄芯１１の間に配置される薄板状の永久磁石１２と、外装鉄芯１１の下面側と上面側に配置されるコアカバー１３，１４と、コアカバー１４とコネクタケース２の間に配置されるイグナイタＴＲと、突出部ＰＲに配置される高圧端子１６と、二次コイルＬ２とコネクタケース２の間に配置されるダイオードＤなどを有して構成されている。

ここで、中心鉄芯１０と外装鉄芯１１とは、永久磁石１２と共に、一次コイルＬ１の一次コイル巻線、及び二次コイルＬ２の二次コイル巻線に鎖交する閉磁路を形成している。なお、中心鉄芯１０及び外装鉄芯１１は、ケイ素鋼などの電磁鋼板で構成され、永久磁石１２は、一次コイルＬ１の導通時に形成される磁界とは逆向きの磁界を形成している。

また、一次コイルＬ１、二次コイルＬ２、イグナイタＴＲ、及び、ダイオードＤは、全体として、図２（ｂ）に示す点火回路を構成しており、ＥＣＵ（Engine Control Unit）から受ける点火パルスをイグナイタＴＲに供給する制御端子Ｔ１と、一次コイルＬ１への電源端子Ｔ２と、グランド端子Ｔ３とが、コネクタケース２の内部に配置されている。なお、イグナイタＴＲは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成され、ダイオードＤは、グランドに向かうプラス放電を防止して、マイナス放電だけを実現する方向に配置される。

図３は、中心鉄芯１０（図３（ａ））と、一次コイルＬ１の巻線を巻着する一次ボビン２０（図３（ｂ））と、一次ボビン２０に中心鉄芯１０を配置した装着状態（図３（ｃ））とを示す斜視図である。図３（ａ）に示す通り、中心鉄芯１０は、傾斜面２１ａと垂直面２１ｂとを有して隆起する先端側の第一接続部２１と、長板状の本体部２２と、本体部２２に連続する基端側の第二接続部２３とに大別される。

図１（ａ）に示す通り、第一接続部２１の傾斜面２１ａには、薄板状の永久磁石１２の下面が接触し、永久磁石１２の上面には、外装鉄芯１１の先端面が接触するよう配置される。なお、第一接続部２１の底面には、位置決め用の切欠溝２１ｃが形成されている。第二接続部２３は、傾斜する段差面２３ａと、切欠溝２３ｂと、平坦面２３ｃとを有して構成され、これに対応した形状の外装鉄芯１１の基端面が接触している（図１（ａ））。なお、段差面２３ａと切欠溝２３ｂとで、外装鉄芯１１の位置決めを実現すると共に、段差面２３ａによって、外装鉄芯１１と中心鉄芯１０の十分な接触面積を確保している。

図３（ｂ）に示す通り、一次ボビン２０は、中心鉄芯１０を収容するべく、中心鉄芯１０に対応する最小寸法に構成されている。すなわち、一次コイルＬ１の高さを必要最小限に抑制するべく、一次ボビン２０には、頂面が存在せず、また、底面についても中心鉄芯１０を保持するための先端面３１と基端面３２に限定されている。図示の通り、基端面３２は板面状に形成されているが、先端面３１の中央は、大きく切り込まれている。

また、ボビン側部３３の高さは、中心鉄芯１０の本体部２２の板厚と略同一に設定されている。このように、本実施例の一次ボビン２０は、頂面と底面とが実質上存在せず、しかも、ボビン側部３３が最小高さに設定されているので、一次ボビン２０に一次コイル巻線を巻着した場合に、高さ方向の寸法を最小化することができる。

但し、一次コイル巻線の巻回領域を限定するボビンフランジ３４，３５が、ボビン側部３３と同程度の肉厚で周方向に形成されている共に、ボビン側部３３の中央位置には、肉厚部３３ａが形成されているので、一次巻線を強く巻着しても機械的強度が不足することはない。

また、基端側のボビンフランジ３５の外周寸法は、二次コイルＬ２の二次ボビン５０（図１（ａ））の内周寸法に対応しており、また、基端面３２の下面にもボビンフランジ３５が連続形成されている。そのため、ボビンフランジ３５の外周面は、二次ボビン５０の基端側の位置決め片として機能する。なお、一次ボビン２０の先端側は、二次ボビン５０の底面で位置決めされ、二次ボビン５０は、コイルケース１の底面で位置決めされている。

先端側のボビンフランジ３４は、中心鉄芯１０と二次コイルＬ２に対する位置決め片として機能している。すなわち、ボビンフランジ３４の先端面３４ａには、先端側から挿入される中心鉄芯１０の垂直面２１ｂが当接され（図３（ｃ）参照）、ボビンフランジ３４の基端面３４ｂには、基端側から挿入される二次コイルＬ２の二次ボビン５０が当接される（図１（ａ）参照）。

ここで、先端側ボビンフランジの先端面３４ａには、２列の突条３７，３７が形成されている。２列の突条３７，３７と、中心鉄芯の垂直面２１ｂとで形成される空間は、熱硬化性のモールド樹脂の充填時には、モールド樹脂の充填経路となる。同様に、基端側ボビンフランジ３５の切欠き３５ａも、一次コイル巻線へのモールド樹脂の充填通路となる。

ところで、本実施例の一次ボビン２０は、最小限の高さに設定されているので、中心鉄芯１０と一次コイル巻線との絶縁が問題になる。そこで、本実施例では、一次コイル巻線の巻回作業に先立って、一次ボビン２０の周りに絶縁テープ４０を配置することで、絶縁性を高めている。図４は、この状態を図示したものであり、ボビンフランジ３４，３５で画定される一次コイル巻線の巻回領域に、絶縁テープ４０が巻着された状態を示している。なお、絶縁テープ４０は、１ｍｍ以下の厚みであり、絶縁テープ４０の装着によって、一次コイルＬ１の高さ寸法が特に増加することはない。また、絶縁テープ４０は必須ではなく、一次コイル巻線の被覆による絶縁性が確保されている限り省略可能である。

実施例に係る点火コイルを製造するには、絶縁テープ４０を装着した一次ボビン２０（図４参照）に、一次コイル巻線を巻回する。なお、ボビンフランジ３４とボビンフランジ３５で画定される領域が一次コイル巻線の巻回領域である。

次に、一次ボビン２０の先端側から中心鉄芯１０を挿入して、中心鉄芯１０の垂直面２１ｂを、ボビンフランジ３４の先端面３４ａに当接させる。続いて、一次ボビン２０の基端側から、完成状態の二次コイルＬ２を挿入して、二次ボビン５０の先端面をボビンフランジ３４の基端面３４ｂに当接させる。なお、二次コイルＬ２は、周知形状の二次ボビン５０（図１（ａ）参照）に、二次コイル巻線を巻回して構成され、二次ボビン５０にはダイオードＤが配置されている。

このようにして、一次コイルＬ１の外側に、二次コイルＬ２の配置が終わると、これら全体をコイルケース１に配置する。すると、二次ボビン５０に配置されている出力端子５１が高圧端子１６に接触して、スプリングＳＰへの通電路が確保される。

その後、二次コイルＬ２の上面にコアカバー１３を配置した上で、外装鉄芯１１を装着することで、二次コイルＬ２と外装鉄芯１１との電気絶縁を確保する。そして、コアカバー１３やその他の部品を配置した状態で、モールド樹脂を充填することで点火コイルが完成する。

なお、上記の製造方法は、その一例を例示したに過ぎず、製造工程が適宜に変更されて良いことは勿論である。何れにしても本実施例によれば、電気的性能を劣化させることなく、点火コイルを極限的に小型化することができ、自動車メーカからの要請に適切に応えることができる。すなわち、例えば、実施例のように、中心鉄芯と外装鉄芯とを積層して、垂直面の閉磁路を形成することで、幅方向の寸法を大幅に低減することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定する趣旨ではなく、適宜に変更可能である。例えば、実施例では、中心鉄芯と外装鉄芯とを積層させたが、必ずしも限定されず、中心鉄芯と略同一平面に外装鉄芯を配置しても良い。この場合には、幅方向の寸法は、従来装置と変わらないが、高さ方向の寸法を低減することができる。

Ｌ１ 一次コイル
３３ ボビン側部
３４ フランジ部
３５ フランジ部
１０ 中心鉄芯

Claims (6)

1. 中心鉄芯の板状の本体部（２２）の外側に配置される一次コイル、一次コイルの外側に配置される二次コイル、及び、一次コイルの通電を制御するイグナイタを収容するコイルケースと、二次コイルの出力電圧を点火プラグに供給する通電部と、を有し、前記コイルケースにモールド樹脂が充填されて完成状態となる内燃機関用の点火コイルであって、
   一次コイルは、一次ボビンに一次コイル巻線を巻回して構成され、二次コイルは、二次ボビンに二次コイル巻線を巻回して構成され、
   一次コイル巻線の巻回領域は、一次コイルの巻線方向に対面する一対のボビン側部（３３，３３）と、一次コイルの磁界方向に対面して、一次コイル巻線の両端位置に立設する第１と第２のフランジ部（３４，３５）とで画定され、ボビン頂面及びボビン底面の全体は、開放状態とされて開放面を形成しており、
   前記本体部（２２）に略直交する中心鉄芯の垂直面（２１ｂ）が、第１フランジ部（３４）に設けた突条（３７）に当接されることで、前記垂直面（２１ｂ）に沿ってボビン頂面の開放面に至る樹脂充填通路が形成されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイル。
2. 中心鉄芯の先端部と基端部には、各々傾斜面が形成されており、一方の傾斜面には永久磁石が接触する一方、他方の傾斜面には外装鉄芯の終端面が接触している請求項１に記載の点火コイル。
3. 前記外装鉄芯は、中心鉄芯の上側に配置されるか、又は、中心鉄芯と略同一平面上に配置される請求項２に記載の点火コイル。
4. 第２フランジ部（３５）には、所定深さの切欠き（３５ａ）が形成され、この切欠きが前記巻回領域の一次コイル巻線につながる樹脂充填通路を形成している請求項１〜３の何れかに記載の点火コイル。
5. 前記垂直面が、第１フランジ部に当接されることで中心鉄芯の位置決めがされている請求項１〜４の何れかに記載の点火コイル。
6. 前記一対のボビン側部は、一次ボビンに内包される中心鉄芯の高さと略同一寸法とされている請求項１〜５の何れかに記載の点火コイル。