JP5677247B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させるために高電圧を供給する内燃機関用点火コイルに関する。

従来の内燃機関用点火コイルは、特開２００５−１９８６９号公報などで知られるように、センタ鉄心と、そのセンタ鉄心の周囲を包囲して閉磁路を形成するようにサイド鉄心が設けられている。センタ鉄心の外周にはバッテリに接続された一次コイルが巻回されるとともに、その一次コイルの外周には間隔をもってプラグに接続された二次コイルが巻回される。

これらはコイルケースに収容され、コイルケース内に絶縁用樹脂を封入して絶縁している。また、上記センタ鉄心の片端には空隙部を設け、サイド鉄心はセンタ鉄心の両サイドに２部分に分割して構成されている。さらに前記空隙部には永久磁石が装着される。

また、熱衝撃印加時に絶縁用樹脂にクラックが入らないようにセンタ鉄心とサイド鉄心の周囲を樹脂被膜若しくは弾性体被膜などで覆っている。

特開２００５−１９８６９号公報

このような内燃機関用点火コイルにおいて、センタ鉄心とサイド鉄心の周囲を樹脂被膜若しくは弾性体被膜などを覆うが、鉄心の角部では熱応力が集中するため、応力を吸収するためにある程度の肉厚が必要となる。特にスイッチング素子側ではスイッチング素子とコイル部との境界部の絶縁用樹脂に過大な応力が加わっている。

しかし、肉厚を大きくすると点火コイルの大型化となる。特に点火コイルの高さ方向に大きくなってしまうと、エンジンの搭載性にも影響が出てくる。

本発明の目的は、点火コイルの大きさを変えずにスイッチング素子側の絶縁用樹脂に発生する熱応力を緩和させる構造を備えた内燃機関用点火コイルを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、コイルを装着するセンタ鉄心部と、コイルの周囲を囲むサイド鉄心部とから閉磁路が形成され、前記センタ鉄心部と前記サイド鉄心部は前記センタ鉄心部の前記サイド鉄心部との接合面を除いて、周囲を樹脂被膜若しくは弾性体被膜で覆った構造とし、点火コイルに流れる一次電流を導通遮断する半導体スイッチング素子が前記センタ鉄心部の長手方向に沿って配置されている点火コイルにおいて、
前記スイッチング素子側に配置される前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚は前記サイド鉄心部の内周角部よりも外周角部を大きく構成した。

本発明によれば、点火コイルのサイズを小型化でき、熱衝撃印加に対する耐久性を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関点火コイルの一実施例を示す図。 図１に記載のＡ−Ａ断面図。 図２に記載の本発明のＢ部詳細図。 従来の形状を示す図。 従来の形状を示す図。 コアモールド外周Ｒ寸法と絶縁用樹脂の応力の関係を表す図。 コアモールド肉厚を外周角部と内周角部で段差を設けた形状を示す図。 一次ボビンに鍔を設けた形状を示す図。

以下図面に基づき本発明の実施例を説明する。

図１、図２には、本発明に係る内燃機関用点火コイルの一実施例が示されている。図１は内燃機関用点火コイルの構成図、図２は図１に図示の内燃機関用点火コイルのＡ−Ａ線断面図である。

図１において、内燃機関用点火コイル１は、内燃機関の各シリンダのプラグホールに装着されて点火プラグに直結し使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルである。この内燃機関用点火コイル１は、鉄心６を有し、この鉄心６は、磁気回路が構成されている。この鉄心６は、０.２〜０.７mmの珪素鋼板をプレス積層して閉磁路をなす磁路を形成している。

このセンタ鉄心部６Ａは、図２に示す如く、一次ボビン２に収納されている。この鉄心６の外周側に配設されセンタ鉄心部６Ａが収納されている一次ボビン２は、熱可塑性合成樹脂により形成されている。この一次ボビン２の上には、一次コイル３が巻装され、一次ボビン２の上に収納されている。この一次コイル３は、線径０.３〜１.０mm程度のエナメル線を一層当たり数十回ずつ、数層にわたり合計百ないし三百回程度一次ボビン２に積層巻されて形成されている。

また、この一次ボビン２の外周には、空隙をもって、二次ボビン４が配設されている。この二次ボビン４は、一次ボビン２と同様に熱可塑性合成樹脂によって成形されており、この二次ボビン４には複数個の巻溝が形成されている。この二次ボビン４の上には、二次コイル５が巻装され、一次ボビン２の上に収納されている。この二次コイル５は、線径０.０３〜０.１mm程度のエナメル線を用いて合計五千ないし三万回程度二次ボビン４に分割巻されて形成されている。このように、一次ボビン２は、二次ボビン４の内側に挿入された状態となっている。また、センタ鉄心部６Ａの他端と、サイド鉄心部６Ｂとの空隙部には、一次コイルの通電によって鉄心６を励磁する方向と逆方向に磁化された永久磁石を挿入されていても可とする。この一次ボビン２に巻装された一次コイル３、二次ボビン４に巻装された二次コイル５は、コイルケース７に収納されている。

また、一次コイル３に供給する電力は、端子８を介して供給され、この端子８には、図示していないが、コネクタが接続されるようになっている。一方、二次コイル５には、高圧端子９が接続されている。この二次コイル５には、一次コイル３の通電によって点火プラグに火花放電を発生させるための高電圧が誘起される。この二次コイル５に誘起された高電圧は、高圧端子９を介して点火プラグに供給され、この二次コイル５に誘起された高電圧の供給を受け、点火プラグは、火花放電を発生させる。

そして、この一次ボビン２に巻装された一次コイル３、二次ボビン４に巻装された二次コイル５が収容されているコイルケース７には、熱硬化性樹脂で構成される絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０が封入されている。この絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０は、コイルケース７の内側と、一次ボビン２に巻装された一次コイル３、二次ボビン４に巻装された二次コイル５との隙間に充填され、この絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０を硬化させて一次コイル３、二次コイル５との絶縁を行っている。このようにコイルケース７内には、この絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０によって一次コイル３、二次コイル５、一次ボビン２、二次ボビン４が絶縁され、固定されて一体化して収容されている。

本発明の形状を図３に示す。図３は図２のＢ部詳細図である。図３に示すように鉄心６の嵌合部を除いて、熱衝撃印加時に絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０に発生する応力を低減させるために鉄心６の周囲をコアモールド１２と称する熱可塑性樹脂もしくはエラストマもしくはゴムで覆っている。図２のＢ部は点火コイルに流れる一次電流をトランジスタなどの半導体を用いたスイッチング素子１３とコイル部分の境界部であり、特に絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０に発生する応力は大きくなっている。

図４、図５に図２のＢ部における従来のコアモールド１２形状を示す。図４のようにコアモールド１２の上面肉厚を均一とし、薄肉（０.２〜０.５mm）としている場合、サイド鉄心６の外周角部を覆うコアモールドのフィレット形状が小さくなってしまうため、絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０のＲも小さくなり、熱衝撃印加時に絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０のＲ部分で応力集中が生じ、クラックが入りやすくなる。

また、図５に示すようにコアモールド１２のフィレットを大きくするためにサイド鉄心６上面の肉厚を大きくするとさらに上側に配置される一次ボビン２の高さも上がるため、点火コイルのサイズが高さ方向に大きくなり、エンジンの搭載性に影響が出てくる。

そこで本発明ではスイッチング素子側に配置されるサイド鉄心上面のコアモールド１２の肉厚をサイド鉄心６の外周角部と内周角部で変えており、内周角部の肉厚０.２mm〜０.５mmに対し、外周部の肉厚を１.０mm〜２.０mmとしている。コアモールド１２外周部の肉厚は角部のフィレットＲ寸法を大きく形成できる肉厚としている。図６に本発明の点火コイルにおけるコアモールド１２外周角部のフィレットＲ寸法と絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０の角部に発生する応力の関係を示す。図６より、絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０のＲ寸法が１mm以上となると熱応力印加時に絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０に発生する応力は低減され、それ以上Ｒ寸法を大きくしても応力値はほぼ同じ値となる。これより、コアモールド１２のフィレットＲ寸法は１mm以上が必要である。したがって、コアモールド１２外周部の肉厚を１.０mm〜２.０mmとしている。また、スイッチング素子側に配置されるサイド鉄心上面のコアモールド１２の肉厚は外周角部と内周角部で段差を設けて肉厚を変更するのでは無く、緩やかなテーパで繋いだ形状としている。図７にサイド鉄心上面のコアモールド１２の肉厚は外周角部と内周角部で段差を設けた場合の形状を示す。この場合、コアモールド１２の外周角部のＲ寸法を１mm以上で形成できたとしても、内側のＲ寸法（図７のＣ寸法）は点火コイルのサイズを小さくしようとするとスペースが無く、小さいＲ寸法（０.２mm〜０.５mm）となってしまい、絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０の過大応力が発生し、近郊している一次ボビンと絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０の界面剥離が生じる可能性が高い。したがって、本発明のコアモールド１２形状では外周部から内周部にかけてテーパ形状で繋ぎ、内側のＲ寸法も１mm以上形成できる形状としている。

また、一次ボビンもコアモールド１２のテーパ形状に合わせ、テーパ形状としている。一次ボビン２をテーパ形状とすることで、コネクタと電気的に接続する端子１４の保持形状を損なうことが無いため、一次ボビン高さを上げる事無く形成でき、点火コイルを小型化することが可能となる。コアモールド１２と一次ボビンのテーパ部の隙間は０.３mm以下としている。この隙間には絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０が充填されているため、絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０の肉厚が大きくなると熱応力印加時にコイル側へ収縮（膨張）し、外周部のフィレットＲ部に応力が発生する傾向となってしまうため、肉厚を薄くし収縮（膨張）の影響が少なるようにしている。

図８に一次ボビン２形状をスイッチング素子側に鍔２ａを設けた場合の形状を示す。鍔２ａを設けることにより、仮に絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０のクラックがコアモールド１２の角部で発生した場合でも一次ボビン２の鍔形状により、クラックの進展を抑制することができ、また、一次ボビンとコアモールド１２のテーパ部付近で絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０の界面剥離が発生した場合においても鍔を設けることで界面距離を長くし、剥離の進展を遅らせることが可能となる。一次ボビン２に備える鍔２ａの肉厚寸法ｔは０.７mm〜２mmとしている。肉厚が薄くなると鍔強度が弱くなり、絶縁用樹脂（具体的には、エポキシ樹脂）１０で発生したクラックの進展を抑制することができず、鍔２ａが破断する可能性があるために肉厚ｔを０.７mm以上としている。

本実施例の特徴は以下の通りである。

スイッチング素子側に配置されるサイド鉄心を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚はサイド鉄心の内周角部（コイル側）よりも外周角部（スイッチング素子側）が大きし、内周部から外周部にかけてなだらかなテーパで繋いだ形状とし、上面に配置される一次ボビンの形状も樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面に合わせてテーパ形状とすることによって達成される。

本発明は独立点火型の点火コイルで、プラグホールの上部にコイルを乗せる所謂プラグトップ型点火コイルに採用して公的である。鉄心の形状は実施例の形状に限らず、ＥＩ型ＣＩ型、ＴＣ型のいずれにも適用できる。

１ 内燃機関用点火コイル
２ 一次ボビン
３ 一次コイル
４ 二次ボビン
５ 二次コイル
６ 鉄心
７ コイルケース
８ 端子
９ 高圧端子
１０ 絶縁用樹脂
１１ 永久磁石
１２ コアモールド
１３ スイッチング素子
１４ コネクタと電気的に接続する端子

Claims (5)

1. 内燃機関の各シリンダのプラグホールに装着されて点火プラグに直結し使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルであって、サイド鉄心部とセンタ鉄心部とによって磁気回路を構成し、センタ鉄心部は一端がサイド鉄心部に固着され、他端がサイド鉄心部と空隙部を設けて配置されて閉磁路が形成され、センタ鉄心部とサイド鉄心部は接合面を除いて、周囲を樹脂被膜若しくは弾性体被膜で覆い、点火コイルに流れる一次電流を導通遮断するスイッチング素子が前記センタ鉄心部の長手方向に配置されており、センタ鉄心部が収納された一次ボビンの上に一次コイルを巻装して収納し、一次ボビンと空隙をもって配置される二次ボビンの上に二次コイルを巻装して収納され、一次ボビンと二次ボビンを間隔をもって配置してコイルケース内に収容し、コイルケース内に絶縁用樹脂を封入して一体化してなる内燃機関用点火コイルにおいて、
   スイッチング素子側に配置されるサイド鉄心を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚はサイド鉄心のコイル側よりもスイッチング素子側が大きくなるよう構成した点火コイル。
2. 請求項１に記載した点火コイルにおいて、前記スイッチング素子側に配置される前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚は前記サイド鉄心部の内周角部（コイル側）を０.２mm〜０.５mmとし、外周角部（スイッチング素子側）１.０mm〜２.０mmとし、前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚は内周部から外周部にかけてなだらかなテーパ形状とすることを特徴とする点火コイル。
3. 請求項１または２に記載した点火コイルにおいて、前記スイッチング素子側に配置される前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の前記サイド鉄心部の外周角部（スイッチング素子側）はＲ１.０mm〜Ｒ２.０mmのＲ形状としたことを特徴とする点火コイル。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載した点火コイルにおいて、一次ボビンと前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜との隙間を０.３mm以下としたことを特徴とする点火コイル。
5. コイルを装着するセンタ鉄心部と、コイルの周囲を囲むサイド鉄心部とから閉磁路が形成され、前記センタ鉄心部と前記サイド鉄心部は前記センタ鉄心部の前記サイド鉄心部との接合面を除いて、周囲を樹脂被膜若しくは弾性体被膜で覆い、点火コイルに流れる一次電流を導通遮断するスイッチング素子が前記センタ鉄心部の長手方向に配置されている点火コイルにおいて、
   前記スイッチング素子側に配置される前記サイド鉄心部を覆う樹脂被膜若しくは弾性体被膜の上面肉厚は前記サイド鉄心部の内周角部よりも外周角部が大きくなる形状としたことを特徴とする点火コイル。