WO2000075936A1

WO2000075936A1 - Internal combustion engine ignition coil

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Publication number: WO2000075936A1
Application number: PCT/JP1999/003076
Authority: WO
Inventors: Kenji Nakabayashi; Junichi Shimada; Noboru Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2001-12-09
Also published as: EP1209705A1; US6763816B1; JP4206666B2; EP1209705A4

Description

明細書

内燃機関用点火コィル技術分野

本発明は、エンジンのプラグホールに装着されて各点火プラグに個別に直結される、所請独立点火形の内燃機関用点火コイルに関する。背景技術

このような独立点火形の点火コイルは、コイル部の少なくとも一部が - ゲホール内に導入されて装着されるため、細長い円筒形のコイルケ部にセンタコア（磁路鉄心で珪素鋼板を多数積層したもの），一次コイル，二次コイルを内装している。一次コイルに流す電流の通電，遮断制御によリ二次コイルに点火に必要な高電圧を発生させるもので、これらのコイルは、通常それぞれのポビンに巻かれ、センタコアの周囲に同心状をなして配置されている。

この種点火コイルには、一次コイルを内側，二次コイルを外側に配置する、所謂外二次コイル構造のものと、二次コイルを内側，一次コイルを外側に配置する、所謂内二次コイル構造のものとがある。このうち後者は前者に較べ二次コイルの全長が短く、二次コイル側の静電浮遊容量が小さいため出力特性の面で有利な点があると考えられている。

すなわち、二次電圧出力及びその立上り特性は静電浮遊容量に影響され、静電浮遊容量が大きくなるほど出力が低下し立上りに遅れが生じるしたがって、静電浮遊容量の小さい内二次コイル構造の方が、小形，高出力化に適していると考えられている。

一次，二次コイルを収納するコイルケース内には、絶縁用樹脂を充填 (注入硬化）することでコイルの絶縁性を保証している。

しかし、点火コイル装置の構成部材間に絶縁用樹脂としてエポキシ樹脂を充填（注入硬化）する場合、通常、エポキシ樹脂の硬化温度は 1 0 0 °c以上であり、常温では、絶縁用樹脂ゃポビン材は、構成部材間の線膨張率差（ボピン，コイル，センタコア，絶縁用樹脂間相互の線膨張係数差）に基づく熱応力が加わるので、熱応力によるクラック、及び部材間界面剥離の防止対策を講じる必要がある。

特開平 1 1— 1 1 1545号公報には内二次コイル構造で、一次，二次コイルを収納するコイルケース内には、絶縁用樹脂を充填（注入硬化）する点火コイルが記載されている。また、充填する絶縁樹脂と接着しにくい材質で 1 次コイルの線材を被覆することによリ、一次コイルの線材間に樹脂絶縁材が浸透しても一次コイルの線材と樹脂絶縁材との間が滑るようにしたものが記載されている。

しかしながら、この従来技術には一次コイルと絶縁樹脂が密着していると一次コイルの表面が絶縁樹脂によって削られ、被覆が剥がれるという問題がある。発明の開示

本発明の目的は、一次コイルの電気的絶縁を破壊することなく、構成部材間の線膨張率差（ボビン，コイル，センタコア，絶縁用樹脂相互の線膨張係数差）に基づく熱応力を低減させ、この種の点火コイル装置の高品質，高信頼性を図ることにある。

本発明は、上記目的を達成するために、

( 1 ) すなわち、第 1 の発明は、コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ポビンに巻かれた二次コイル，一次ボビンに巻かれた一次コィルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コィルにおいて、

前記一次ポビンと前記一次コイルとの間、及び/または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる熱応力のうち一次コイルと二次ポビンの熱収縮差によって二次ポビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させたことを特徴とする。

この空隙は、例えば、「一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂（例えばエポキシ樹脂）」と「一次ポビン」との間、「一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂」と「一次コイル」との間、

「一次コイル」と「一次コイルの層間に充填される絶縁用樹脂」との間の少なくとも一つに剥離部を形成したものである。

より具体的態様としては、一次コイルと一次コイル周囲に充填されている絶縁用樹脂との間を剥離し易くした被膜或いは被覆を一次コイルに施したり、一次ボビンのうち一次コイルを巻く側のボビン表面（ボビンの外側の面）に、該ポビン表面とこのボビン表面に接する絶縁用樹脂との間を剥離し易くした被膜或いは被覆を塗布等により施したり、これに代わりエポキシと接着力の弱い絶縁シートを貼り付けるものである。

これらの被膜あるいは被覆として、例えば、ナイロン，ポリエチレンテフロン等の摩擦係数の小さい材料及びエポキシ樹脂と接着力の小さい材料を絶縁材料に含有させたオーバ一コ一ティングが使用できる。

エポキシ硬化後、温度が下がる時に銅とエポキシの線膨張係数差によリ、エポキシと一次コイル又は一次ボビン界面とに引っ張り応力が働きエポキシと接着力が弱い部分で剥離が発生する。

本発明の作用としては、点火コイルがエンジン運転停止後に温度降下により熱収縮しょうとすると、二次ポビンには、センタコア側からは熱収縮差（線膨張率差）により相対的に周方向に拡張力が作用し、また、一次コイル，二次コイル側からは絶縁用樹脂を介して相対的に周方向の引っ張り力が二次コイルに作用し、それらの相乗作用により二次ボビンには、大きな内部応力 σ が発生する力本発明では、一次ボビンと一次コイルとの間や或いは/及び、前記一次コイルの層間に、空隙（例えば上記の剥離部）を介在させることで、一次コイルから二次ボビンに作用する周方向の引っ張リカの経路を遮断することが可能になる。

したがって、二次ポビン内部に生じる応力 σ のうち一次コイルと二次ポビンの熱収縮差によって二次ポビン内部に生じる応力分 σ 1 を減少させることで、トータルの内部応力 σ を大幅に小さく（緩和）することが可能になる。本発明者らの C A E ( C ompu t e r A i de d Enge ne r i ng ) 解析例によれば、上記した応力分 σ 1 を減少させることで、全体の内部応力の少なくとも 2 0 %は低減させることが可能になる。なお、このような内部応力の低減値は、点火コイルが内燃機関のブラグホールに内揷されて各点火プラグに直結して使用され、その内揷される部分の外径が 0 1 8 〜 Φ 2 7 mm ( このサイズの細長い円筒形タイプの点火コイルは、通常、一次ポビン肉厚が 0 . 5 〜 1 . 2 mm，二次ポビン肉厚が 0 . 7 〜 1 . 6 m，ボビン長さ力 5 ◦ 〜 1 5 0 mmである）のものによって確認された。なお、上記のような空隙（例えば剥離部）を一次ポビンと一次コイルとの間、及び/または、一次コイルの層間に設けても、一次コイルは低電位（ほ '接地電位）であるので、一次コイル同士での電界集中が発生せず、また、二次コイル · 絶縁用樹脂 · 一次ポビン間が隙間なく密着していれば、一次コイル · 二次コイル間の絶縁を充分に確保でき、しかも二次コイルの線間電圧による電界集中防止を充分に図れることが試験結果、確認されており、絶縁破壊の発生を防止できる。

( 2 ) さらに、上記の第 1 の発明に加えて、例えば、二次ポビンとして変性 P P E (変性ポリフエ二レンエーテル）を用いた場合、二次ポビンが無機物の充填材（ガラス繊維，マイ力，タルク等）を 2 0 %以上含有させることで、二次ボビンの材質改善の見地から、内部応力 σ をさらに小さくすることができる。

変性 Ρ Ρ Εは、絶縁用樹脂となるエポキシ樹脂との接着性に優れ、また、成形性，絶縁性が良好であるので、二次ポビンの品質安定化に貢献できるが、 2 0重量％以下の無機質充填材では、他の構成部材（センタコア，一次コイル，二次コイル等）との間の線膨張率差が大きくなり、内部応力（熱応力） σが大きくなる。例えば、 C A Ε解析例によれば、上記した σ 1 の減少がない場合には、二次ポビンに発生する内部応力 σ は、点火コイルを 1 3 0 °Cから — 4 0 °Cの温度環境において急激に温度降下させた場合に、約 9 0 〜 1 0 O M P a といった大きな値になる。

これに対して、本発明によれば、内部応力 σ を 7 O M P a以下まで下げることが可能になり、二次ボビンの縦割れ防止を図ることができた。なお、二次ポビンの成形性（樹脂流動性）を保持しつつ、内部応力 σ を下げる最適例としては、変性 Ρ Ρ Εが 4 5 〜 6 0重量％，ガラス繊維が

1 5 〜 2 5重量％，非繊維状の無機質充填材が 1 5 〜 3 5 重量％のものを提案する。この詳細は、実施の形態の項で説明する。

さらに、上記の内部応力 σ を下げる線膨張率の観点からすれば、特に樹脂成形の樹脂流動方向がポビン軸方向である場合には、この樹脂流動方向に対して直角方向（ポビンの半径方向及び周方向に相当するもので特に、周方向の内部応力を抑えることがボビン縦割れ防止のポイントとなる）の線膨張率が、上記のような無機質充填材が含有量の制限の範囲内で、 A S T M D 6 9 6 に準ずる試験方法で— 3 0 °C〜一 1 0 °C時の平均が 3 5 〜 7 5 X 1 0— ⁶であるものが好ましい結果が得られた。この詳細は、実施の形態の項で説明する。

より具体的態様としては、絶縁用樹脂（例えばエポキシ樹脂）と親和しないまたは化学反応しない成分を含む被膜或いは被覆層を一次コイルの最外層に形成することにより、一次コイルと絶縁用樹脂が剥離し、空隙部を形成できる。この絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分は、十 C H₂ C H₂ + n ( n ≥ 2 ) または ~t~ C H₂ C H (C H₃) 十 n

( n > 2 ) で示される材料であり、例えば、ナイロン，ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフイン，フッ素系樹脂，フッ素系エラストマ一，フッ素系ゴム，ワックス，脂肪酸エステルがある。図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図。第 2 図は第 1 図の B部を拡大して横にした状態で示す拡大図。

第 3 図は第 1 図の A— A ' 横断面図。

第 4図は第 2 図の C部拡大断面図。

第 5 図は本発明の他の実施例に係る C部拡大断面図。

第 6 図は上記実施例のィグナイタケースの上面図。

第 7 図（ a ) は上記実施例に用いるトランスファモールドされた点火駆動回路を示す正面図、（ b ) はその上面図、（ c ) は点火駆動回路を搭載したトランスファモールド前の上面図。

第 8 図は点火コイルの各部にクラックが生じた場合の絶縁破壊を態様を示す模式図。

第 9 図は上記実施例に用いる一次コイルの断面図。第 1 0 図は上記実施例に用いる二次ポビンの一部を反割りにして局部的に断面した状態を示す模式図。

第 1 1 図は第 1 0 図の P部拡大図。

第 1 2 図は本発明と従来例との二次ポビンの周方向（樹脂成形の流動方向に対し直角方向）の線膨張係数と二次ボビンの発生応力との関係を示す線図。

第 1 3 図は二次ボビンの M i ca (マイ力）含有量と線膨張係数の関係を示す線図。

第 1 4図は二次ボビンの発生と熱サイクル数の関係を示す線図。

第 1 5 図は本発明の他の実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図及びその E部拡大断面図。

第 1 6 図は第 9 図の D部拡大断面図。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例を図面によリ説明する。

第 1 図は本発明の一実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図、第 2 図はその B部を拡大して横にした状態で示す図、第 3 図は第 1 図の A - A ' 横断面図である。

細長い円筒形ケース（外装ケース） 6 の内部には、中心（内側）から外側に向けて、センタコア 1 ，二次ポビン 2 に巻かれた二次コイル 3 , 一次ポビン 4 に巻かれた一次コイル 5 が同心状に配置されている。外装ケース 6 の外側には、センタコア 1 と磁路を形成するサイドコア 7 が装着されている。

センタコア 1 は、その断面積を増やすように、例えば第 3 図に示すように、幅長を数段階に設定した多数の珪素鋼板或いは方向性珪素鋼板をプレス積層してなる。センタコア 1 の軸方向の両端には該センタコア 1 に隣接してマグネット 9 ， 1 0 が配置される。このマグネット 9 ， 1 0 は、センタコア 1 を通過するコイル磁束と反対方向に磁束を発生させることにより、点火コイルをコアの磁化曲線の飽和点以下で動作させるものである。このマグネットは、センタコア 1 の一端にだけ配置してもよい。 2 4 はセンタコア 1 の軸方向の熱膨張を吸収する弾性体（例えばゴム）である。

第 2 図に示すように二次ポビン 2 に内挿されるセンタコア 1 と二次ボビン 2 間には、いわゆる軟質エポキシ樹脂（可撓性エポキシ） 1 7 が充填され、二次ボビン 2 ，二次コイル 3 ，一次ポピン 4 ，一次コイル 5，コイルケース 6 の各構成部材同士の隙間に硬質のエポキシ樹脂（熱硬化性エポキシ樹脂） 8 が充填されている。

軟質エポキシ樹脂 1 7 は、ガラス転移点が常温（ 2 0 °C ) 以下で、ガラス転移点以上では弾性のある柔らかい性質（エラストマ一）を有するエポキシ樹脂であり、例えばェポキシ樹脂と変性脂肪族ポリアミンの混合物である。

センタコア 1 ，二次ボビン 2 間の絶縁用樹脂を軟質エポキシ樹脂 1 7 としたのは、いわゆるペンシルコイル（プラグホール内装着式の独立点火形の点火コィル）が厳しい温度環境（一 4 0 t 〜 1 3 0 °C程度の熱ストレス）にさらされることに加えて、センタコア 1 の線膨張率（ 1 3 x 1 0 - ⁶ ) と硬質エポキシ樹脂の線膨張率（ 4 0 X 1 — ⁶ ) との差が大きいため、通常の絶縁用エポキシ樹脂（軟質エポキシ樹脂 1 7 よりも硬質のエポキシ樹脂組成物）を用いた場合には、ヒートショック（熱衝撃）によりエポキシ樹脂にクラックが生じ、絶縁破壊が起こる心配があるためである。すなわち、このようなヒートショックに対処するため、熱衝撃吸収に優れた弾性体で絶縁性を有する軟質エポキシ樹脂 1 7 を用いた。ここで、二次ポビン 2 について説明する。本実施例の二次ポビン 2 は、次の知見の下に成立したものである。

①二次ボビン 2 は、〔二次ボビン 2 の許容応力 σ 0 〉（一 4 0 °C —軟質エポキシ樹脂 1 7 のガラス転移点 T g ) での発生応力 σ 〕の条件を満足すること。ここでは、一例として、軟質エポキシ樹脂 1 7 のガラス転移点が T g =— 2 5 °Cのものを例示する。

例えば、軟質エポキシ樹脂 1 7 のガラス転移点が T g ==— 2 5 °Cである場合には、二次ボビン 2 力 1 3 0 °Cから一 4 0 °Cに温度変化する環境に置かれて内燃機関運転停止後の温度降下により収縮した時に、 1 3 0 °C〜一 2 5 °Cの範囲では二次ボビン 2 の収縮が軟質エポキシ樹脂 1 7 の弾性吸収により受け入れられるため、二次ポビン 2 内部に生じる熱応力 σ のうちセンタコア 1 側から受ける分 σ 3 は実質無応力である。ただし全体的にみれば、二次ボビン 2 が熱収縮しょうとすると、二次ボビン 2 より線膨張率（熱膨張係数）の小さい一次コィル 5 ，二次コイル 3 が硬質エポキシ樹脂 8 を介して二次コイル 3 の熱収縮を抑えようとする。換言すれば、一次コイル 5及び二次コイル 3 は、二次ポビン 2 に対して相対的に周方向に引っ張リカを与える。それによつて、一次コイル 5 から作用する熱応力分 σ 1 と二次コイル 3 から作用する熱応力分 σ 2 を合わせたものが二次ボビン 2 の内部応力 σ の主な要素となる。

一 2 5 °C〜― 4 0 °Cの温度範囲では、軟質エポキシ樹脂 1 7 がガラス状態に移行し、それによリニ次ポビン 2 の収縮（変形）はセンタコア 1 側からも阻止されるので、二次ポビン 2 の内部には、上記した一次コィル，二次コイルによって与えられる熱応力分 σ 1 ， σ 2 に、センタコア側からの力によって与えられる熱応力分 σ 3 が加わり、これらの σ 1 , σ 2 ， σ 3 をあわせた応力が二次ボビン 2 の内部応力 σの主たる要素となる。

二次ポビン 2 に生じる熱応力 σは、 σ = Ε · ε = Ε · a · Tとして表せる。 Εは二次ポビン 2 のヤング率、 ε はひずみ、 αは二次ポビンの線膨張率、 Τは温度変化（温度差）。二次ポビン 2 の許容応力 σ 0 が発生応力 σ より大きい場合には（ σく σ 0 ) 、二次ポビン 2 は破壊しない。 ②二次ポビン 2 は、エポキシ樹脂 8 と接着性の良い材料を選定すること（エポキシ樹脂 8 との接着性が悪い場合は、二次ボビン 2 とエポキシ樹脂 8 の間に剥離が生じ、絶縁破壊の心配がある。

ここで、絶縁用樹脂とポビン材の間に剥離（絶縁用樹脂のクラックも含む）が生じた場合の絶縁破壊のメカニズムについて第 8 図を用いて説明する。

第 8 図は内二次コイル構造のペンシルコイルの一部を拡大して示し、二次ボビン 2 の外表面に二次コイル 3 を分割巻きするための鍔（各スプールエリアを設定するための鍔） 2 Βが軸方向に間隔を置いて複数配設されている場合の一部拡大断面図である。

エポキシ樹脂 8 のうち、二次ボビン 2 ' —次ボビン 4間に充填されるエポキシ樹脂 8 は、樹脂注入（真空注入）により、二次コイル 3 ，一次ポビン 4間の他に二次コイル 3 の線間に浸透されて二次ポビン 2 の外表面に至る。また、センタコア 1 ' 二次ボビン 2 との間には、既述のように軟質エポキシ樹脂 1 7 が充填されている。

この場合、絶縁用樹脂と二次ポビン，一次ボビンとの密着強度（接着強度）が弱ければ、符号ィで示すように二次ポビン 2 と二次コイル 3 間に浸透の絶縁用樹脂 8 との間、及び符号口で示すように二次ポビン鍔 2 Β と絶縁用樹脂 8 との間に剥離が発生する。また、符号ハに示すように絶縁用樹脂 8 と一次ポビン 4 の間や、符号二に示す絶縁用樹脂 1 7 と二次ポビン 2 の間も剥離が生じる可能性領域と考えられている。

符号ィで示す位置に剥離が発生すると、剥離した箇所（空隙）を通じて二次コイル 3 の線間電圧によリ電界集中が発生し、二次コイル 3 の線間に部分放電ひいては発熱、二次コイルの線材のエナメル被覆が焼損してレア一ショートが発生する。また、符号口で示す位置に剥離が発生すると、二次コイル 3 の隣接する分割巻きエリア間の線材.同士に電界集中が発生し、上記同様の部分放電によりレアーショートが発生する。符号ハに示す位置に剥離が発生すると二次コイル 3 · —次コイル 5 間に絶縁破壊が発生し、符号二示す位置に剥離が発生すると二次コイル 3 ' センターコア 1 間に絶縁破壊が発生する。

本実施例では、上記 ' の条件を満足させるために、二次ポビン 2 の材料としてエポキシ樹脂と接着性に優れた変性 P P E を用いている。この材料は、強度確保のために、無機物（ガラスフイラ一，マイ力等）が含有されているが、さらに、本実施例では、上記 · の条件を満足させるため、すなわち、二次ボビンの線膨張率 α をできるだけ小さくし、ひいては熱応力（内部応力） σ を小さくするため、及び上記した許容応力 σ θ 〉 σ を実現するために、無機物を 2 0重量％以上、より好ましくは 3 0 重量％以上混入させている。また、二次ポビン 2 の射出成形性を確保するためには、樹脂の溶解状態での流動性を向上させる必要があり、無機物はガラスフィラーなどの繊維系のものだけではなく、非繊維状無機物であるマイ力を混入している。

第 1 0 図に本実施例における二次ボビン 2 の一部を半分に割った断面斜視図を示し、本実施例の二次ポビン 2 の成形時の樹脂流動方向は、ボビンの軸方向にしてあり、ポビンの径方向及び周方向が二次ボビンの樹脂流動方向に対して直角方向となる。第 1 1 図は第 1 0 図の P部を模式的に拡大した図であり、充填材であるガラス繊維は樹脂流動方向に向いており、したがって軸方向の二次ポビンの線膨張率は、これに直角な径方向及び周方向に較べて充分に小さい。樹脂の流動性を損なわず径方向及び周方向の線膨張率を小さくしたい場合には、ガラス織維に加えて非繊維状の充填材（例えばマイ力，タルク等）を混入して、径方向及び周方向の線膨張率をできるだけ小さくする必要がある。二次ボビン 2 は内部応力（熱応力） σ に耐えるためには、ポビンの周方向（樹脂流動方向に対して直角方向）の線膨張率をできるだけ小さくする必要がある。第 1 3 図に二次ポビン 2 を変性 Ρ Ρ Ε (ガラス繊維 2 0重量％ベース）とした場合のマイ力含有量と樹脂流動方向に対し直角方向の線膨張率 ( A S T M D 6 9 6 に準ずる試験方法で— 3 0 。C 〜 ― 1 0 °Cの平均の線膨張率）の関係を示す。図中の E — 6 は 1 0 — ⁶を表す。この場合、無機物の充填材は全体的には 2 0重量％ (ガラス繊維 2 0 重量％、マイ力 0 重量％ ) で線膨張率が約 7 0 X 1 0 ⁶ (試験例では 6 6 · 8 X 1 0 ―⁶ ) とすることができ、また、ガラス繊維 2 0重量％，マイ力 2 0重量％で線膨張率が約 5 0 1 0 —⁶ (試験例では 4 9 . 3 ズ 1 0 —⁶ ) , ガラス織維 2 0重量％，マイ力 3 0重量％で約 4 0 X 1 0 — ⁶ (試験例では 3 9 . 6 X 1 0 ) の線膨張率が得られた。例えば、線膨張率を約 4 0 〜 5 0 x 1 0― ⁶程度に抑えることを意図する場合には、ガラス繊維が 2 0 重量％の場合にはマイ力は 2 0 〜 3 0重量％となるが、ガラス繊維が 1 5 〜 2 5重量％程度の場合に線膨張率を 4 0 〜 5 0 X 1 0 — ⁶程度に抑えたい場合には、マイ力は 1 5 〜 3 5重量％程度必要とされる。具体的には、変性 Ρ Ρ Εが 4 5 〜 6 0 重量％，ガラス繊維が 1 5 〜 2 5 重量％，マイ力力 1 5 〜 3 5重量％である。その最適例として、本実施例では、二次ポビン 3 は、変性 P P Eが 5 5重量％，ガラス繊維が 2 0重量％，マイ力が 3 0重量％としている。第 1 3 図に示すようにマイ力含有量と直角方向の線膨張率は略比例関係にある。

なお、無機物 5 0 %入り変性 P P E は、線膨張率 α が成形時の樹脂流動方向では一 3 0 °C〜 1 0 CTCの範囲で 2 0 〜 3 0 X 1 0— ⁶である。

ここで、二次ボビン 2 の強度を確保するためには、ポビンの肉厚が厚い方が有利であることはいうまでもないが、ペンシルコイルは一般的に φ 1 9 〜 φ 2 8 miii程度の細いプラグホールに内揷する必要があるため、内挿されるコイル部の外径はサイドコアを含めて ø 1 8 〜 0 2 7 mm程度となる。この狭い空間の中で、コイルケース 6 ，一次コイル 5 ，一次ボビン 4 , 二次コイル 3 ，二次ポビン 2 , センタコア 1 等の構成部材間ゃ構成部材自身の空隙にボイド等の欠陥をなくすエポキシ樹脂 8 を充填する必要がある。したがって、各部の肉厚は極力少なくすることが望ましレヽ

本実施例では、一次ボビン肉厚 0 . 5 mm〜 1 . 2 mm，二次ボビン肉厚 0 . 7 〜 1 . 6 mmとし、また、ポビンの長さは 5 0 〜 1 5 0 mmとする。二次ポビン 2 に巻かれる二次コイル 3 は線間にエポキシ樹脂 8 が含浸した状態で線膨張率が— 4 0 °Cで約 2 2 X 1 0 ⁶ であり、また、一次ポビン 4 に巻かれる一次コイル 4 は線間にェポキシ樹脂が含浸した状態で線膨張率が— 4 0 °Cで約 2 2 X 1 0 ⁶程度である。なお、本明細書の線膨張率は、 A S T M D 6 9 6 に準ずる試験方法によるものである。

二次コイル 3 は、線径が 0 . 0 3 〜 0 . 1 mm程度のエナメル線を用いて合計 5 0 0 0 〜 3 5 0 0 0 回程度分割巻きされている。一方、一次コィル 5 は、線径 0 . 3 〜 1 . 0 mm程度のエナメル線で、一層あたり数十回ずつ数層（ここでは 2層）にわたり合計 1 0 0 〜 3 0 0 回程度巻き回されている。一次コイル 5 の外被構造については、後述する。

一次ボビン 4は、ゴムを含有する P B Tよりなる。 P B T を用いた理由は、エポキシ樹脂 8 の線膨張率と同等か或いは ± 1 0 %の範囲の線膨張率にするためであり、また、ゴムを含有することでエポキシ樹脂 8 との密着性が増すためである。具体的には、その組成は、例えば、 P B T が 5 5重量％，ゴムが 5重量％，ガラス繊維が 2 0重量％，板状エラストマ一が 2 0重量％である。なお、一次ボビン、二次ポビンの両方を P P S材で形成してト一タルコストを下げることも可能である。

一次コイル 5 には、第 9 図の模式図に示すように銅線（ 0 5 0 0 〜 8 0 0 m の回りに厚さ 1 0 〜 2 0 mの絶縁体（例えば、エステルイミド，アミドイミド，ウレタン等）の被覆 5 Aのほかに、さらにその外に一次コイル 5 と一次コイル周囲に充填されている絶縁用樹脂（ェポキシ樹脂） 8 との間を剥離し易くした被覆（オーバーコーティング） 5 Bが施されている。このオーバーコーティング 5 Bは、上記絶縁体 5 Aと同じ材料に滑り性を良くするナイロン，ポリエチレン，テフロン等のいずれかを数％添加するものであり、その厚さは 1 〜 5 μ の被膜である。

このように、一次コイル 5 に、あえてエポキシ樹脂 8 との密着性が良くないオーバーコーティング 5 Β を施す理由は、二次ボビン内部に生じる応力 σ のうち一次コイル 5 と二次ポビン 2 の熱収縮差（線膨張率差）によって二次ポビン内部に生じる応力分 σ 1 を減少させるため（上記条件 · を満足させるため）である。

すなわち、上記ォ一バーコ一ティング 5 Βの存在によって、第 4 図に示すように一次コイル 5 とその周囲にあるエポキシ樹脂 8 との間に剥離部（空隙） 5 0 が生じ、剥離部 5 0 は、一次ボビン 4 · 一次コイル 5 間に充填されるエポキシ樹脂 8 と一次コイル 5 との間や一次コイル 5 の層間にもエポキシ樹脂 8 と共存することになる。なお、第 4図は第 2 図の C部拡大断面図であり、 C部に相当する箇所を撮影した顕微鏡断層写真 (倍率 3 0倍〜 4 0倍）を基にして作図したものである。

このように一次ポビン 4 と一次コイル 5 との間や一次コイル 5 の層間に空隙（剥離部） 5 0 を介在させることで、一次コイル 5 から二次ポビン 2 に作用する周方向の引っ張リカ（一次コイル · 二次ボビンの熱膨張差に基づく引っ張リカ）の経路を遮断することが可能になる。したがつて、二次ボビン内部に生じる応力 σ のうち一次コイルの存在により与えられる応力分 σ ΐ を減少させることで、 σ を 2 0 %以上小さく（緩和）することが可能になる。また、変性 Ρ Ρ Εの線膨張率を上記したように無機物充填物の 2 0 %以上の配合により、二次ポビンの材質改善からの内部応力（熱応力）の減少も図ることができ、本発明者らの C A E解析例によれば、二次ポビン 2 の周方向（ボビン成形の樹脂流動方向に対して直角方向でもあり、ここでは Θ 方向と称することもある）の発生応力 σ を、上記の空隙 5 0 の応力緩和作用との相乗作用により、大幅に減少させることができる。

第 1 2 図に、本実施例における二次ポビンの樹脂流動方向（ポビン軸方向）に対し直角方向の線膨張率と二次ポビンの発生応力（ Θ 方向）との関係を示す。

第 1 2 図の二次ボビンの発生応力（熱応力）は、 C A E解析ソフトを用いて、ィグニシヨンコイルの三次元モデルを作成し、各部品の材料物性値（線膨張率，ヤング率，ポアソン比）をそれぞれ入力し、エポキシが硬化する時の温度 1 3 0 °C時の発生応力を 0 とし、一 4 0 °C時に発生する Θ 方向の内部応力を求めたものである。ただし、物性値における線膨張率は、一 4 0 °Cの近似値として、 — 3 0 °C〜― 1 0 °〇の平均が 3 5 〜 Ί 5 X 1 0— ⁶の二次ポビン材料のものを用いた。

第 1 2 図において、実線 Aが本実施例に相当するもので（一次コイルの周囲に上記した剥離部 5 0 を設けたもの）、第 1 3 図で例示した二次ポビン材（第 1 2 図のガラスフィラー 2 0重量％ベースで、マイ力 0重量パーセント， 2 0重量パーセント， 3 0重量パーセント）を意識し、その二次ポビンの線膨張率の近似値として、一 3 0 °C〜一 1 0 °Cの平均力、' 3 5 〜 7 5 X 1 0 — ⁶のものを用い、具体的には約 4 0 x 1 ◦ — ⁶ (厳密には 3 9. 6 X 1 CI—⁶ ) ，約 5 0 X 1 0—⁶ (厳密には 4 9. 3 x 1 0— ⁶)，約 7 0 X 1 0— ⁶ (厳密には 6 6. 8 X 1 0— ⁶ ) と、裕度として 3 5 x 1 0 — ⁶及び 7 5 X 1 0— ⁶の計 5 つの二次ポビンの Θ 方向の— 4 0 °C時近似線膨張率を用いて C A E解析を行ったものである。

その解析結果、二次ポビンが近似— 4 0 °C時（一 3 0 °C 1 0 °C時）の線膨張率の平均が 3 5 〜 7 5 X 1 0 ⁶の場合（平均の下限値 3 5 は二次ボビンの成形可能な無機物充填配合量の制約に基づくものである）には、二次ポビンの発生応力が 7 0 M P a 〔本発明者らが目安とする二次ポビンの内部応力（熱応力）の許容上限〕以下になる解析結果が得られた。

この発生応力 7 O M P a以下は、本発明者らの C A E解析によるものであるが、その数値の根拠は、第 1 4図で示すようにこの種の内燃機関用点火コイルの耐久性を充分に満足させる熱サイクル試験（ 1 3 0 °C〜一 4 0 °Cの温度変化を 3 0 0 回繰り返す試験）に合格するためのものである。第 1 4図は、二次ポビン 2 の発生応力と熱サイクル数の特性試験図であり、横軸に熱サイクル数を示し、縦軸は発生応力を示し、 7 0 M P a以下が熱サイクル 3 0 0 回数以上でも二次ポビン 2 にクラックが生じないところである。

なお、第 1 2 図における実線 Bは、一次コイルの周囲に上記した剥離部 5 0 を設けない点火コイルにおいて、 S 方向の線膨張率を実線 A同様に設定した場合の二次ポビン発生応力の解析結果を示す比較例で、この場合には、いずれも二次ポビンの周方向の発生応力が 8 0 M P a以上となるものである。

なお、上記のような剥離部 5 0 を一次ポビン 4 と一次コイル 5や一次コイル 5 の層間との間に設けても、一次コイル 5 は低電位（ほ接地電位）であるので、一次コイル 5 同士での電界集中が発生せず、また、二次コイル 3 ' エポキシ樹脂 8 ' —次ポビン 4間が隙間なく密着していれば、一次コイル · 二次コイル間の絶縁を充分に確保でき、しかも、二次コイルの線間電圧による電界集中防止を充分に図れることが本発明者らの試験結果、確認されている。

特に、本実施例では、一次ポビン 4 にゴム入りの P B T を用いることで、エポキシ樹脂 8 との密着性を増し、それにより一次ボピン 4の内径側ではエポキシ樹脂 8 との剥離が確実に防止され、上記した二次コイル 3 · エポキシ樹脂 8 · —次ボビン 4 間の密着性を保持して良好な絶縁性能を発揮することができる。

なお、一次ポビン 4 は、 P P S (ポリフエ二レンサルファイド），変性 P P E等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。

コイルケース 6 は、 P B T， P P S ，変性 P P E等の熱可塑性樹脂が用いられる。コイルケース 6 の外側面にはサイドコア 7 が装着される。サイドコア 7 は、センタコア 1 と協働して磁路を構成するもので、 0. 3 nm〜 0 . 5 mm 程度の薄い珪素鋼板或いは方向性珪素鋼板を管状に丸めて成形される。 2 0 はコイルケース 6 の上部に結合された点火回路ュニット（ィダナイタ）であり、ユニットケース 2 0 a内に点火コイルを駆動するための電子回路（点火駆動回路 2 3 ) が内装され、外部との接続コネクタ部 2 1 がュニットケース 2 0 a と一体に成形されている。

本実施例の点火駆動回路 2 3 は、最終的にはトランスファモールドされるもので、第 7 図（ a ) にその単独製品の正面図、（ b ) に上面図を示し、（ c ) にトランスファモールドする前の端子 3 3 .付きのベース

(基板） 3 1 に点火駆動回路用のハイプリッド I C 3 0 a とパワー素子

(半導体チップ） 3 O b とを搭載した状態を示す。第 7 図（ a )〜（ c ) に示すよう.にベース 3 1 にノヽイブリッド I C 3 0 a とパワー素子 3 0 b とを搭載後にトランスファモールド 3 2 が施される。

第 6 図にこのトランスファモールドされた点火駆動回路 2 3 をュニットケース 2 0 a 内に搭載した状態を示し、この搭載時に点火駆動回路 2 3 の端子 3 3 とュニットケース 2 0 a側のコネクタ端子 2 2 との接続後にュニットケース 2 0 内にエポキシ樹脂 8 の注入硬化が行われる。第

1 図では、このエポキシ樹脂 8 をュニットケース 2 0 a内に充填した状態を示し、トランスファモールドされた点火駆動回路 2 3 は透視状態で図示してある。点火駆動回路 2 3 はエポキシ樹脂 8 により埋設される。本実施例では点火駆動回路 2 3 のうちパワートランジスタ以外の回路要素でチップ化になじまないもの、例えば、ノイズ防止用コンデンサ

(図示省略）はペンシルコイル外部に外付けされる。このノイズ防止用コンデンサは、図示されない電源線とアース間に配置され、点火コイルの通電制御によリ発生するノイズを防止する。

このようなトランスファモ一ルドされた点火駆動回路 2 3 を採用することで、点火駆動回路 2 3 の 1 チップ I C化を図ることができ、製造ェ程簡略化によリコスト低減，入力電流を小さくできる等の利点がある。

1 1 は高圧ダイオード、 1 2 は板ばね、 1 3 は高圧端子、 1 4は点火プラグ接続用のスプリング、 1 5 は点火プラグ接続用のゴムブーツである。高圧ダイオード 1 1 は、二次コイル 3 で発生した高電圧を板ばね

1 2 ，高圧端子 1 3 ，スプリング 1 4 を介して点火プラグに供給する場合に過早着火を防止する役割をなす。

本実施例の主な作用，効果は次の通りである。

( 1 ) プラグホール内に装着されて過酷な温度環境にさらされる独立点火形の点火コイルであっても、二次ポピンに生じる内部応力（熱応力） σ を小さくすることができる。

したがって、本実施例によれば、二次ポビンの内部応力 σ を大幅に減少させて、二次ポビンのクラック防止（縦割れ防止）を確実に図ることができる。試験的には、 1 3 0 〜ー 4 0 の温度変化を繰り返し 3 0 0 回与えて、二次ボビン 2 を観察したところ、二次ポビン 2 に損傷は発生しておらず、健全性が維持されていることが確認された。

( 2 ) また、上記のように空隙 5 0 を設けたとしても、二次ポビン 2 に対するエポキシ樹脂の接着性（密着性）及び一次ボビン 4の内側に対するエポキシ樹脂との接着性が良好であるので、絶縁性に支障なく、信頼性の高いペンシルコイルを提供することができる。

なお、上記実施例では、一次コイル 4 とその周囲の絶縁樹脂 8 との間で隙間 5 0 を形成する力^ そのほか、第 5 図に示すように一次ボビン 4

' 一次コイル 5 間に充填される絶縁用樹脂（エポキシ樹脂） 8 と一次ボビン 5 との間に空隙部（剥離部） 5 1 を形成しても、上記した本実施例の効果（ 1 ) を期待することができる。

例えば、第 5 図の実施例では、一次ポビン 4 のうち一次コイル 5 を巻く側のポビン表面（ポビンの外側の表面）に、該ポビン表面とこのポビン表面に接するエポキシ樹脂 8 との間を剥離し易くしたォ一バーコーテイング 4 A (被膜或いは被覆）を塗布することで、空隙部 5 1 を確保している。オーバーコーティング 4 Aの材質は、既述したオーバーコーテイング 5 B と同様の材質である。また、一次ボビンの外側の表面に上記したようなォ一バーコ一ティングではなく、エポキシと接着力の弱いシ — 卜を貼り付けるなどしてもよい。

また、上記隙間 5 0 ， 5 1 の双方を設けてもよい。

第 1 5 図は本発明の他の実施例を示す一部省略断面図であり、図示しないがー次ボビン 4 と一次コイル 5 との間、或いは及び、一次コイル 5 の層間に上記同様の応力緩和用の隙間（剥離部） 5 0 ， 5 1 を設けており、また、その構成は、以下の点を除いて前述した実施例と同様である。前述の実施例と同一の符号は同一或いは共通する要素を示す。

すなわち、前述の実施例と異なる点は、センタコア 1 と二次ポビン 2 との間に軟質エポキシ樹脂 1 7 を注入させるものではなく、これに代わるものとして、センタコア 1 は、二次ボビン 2 の内側に配置される前に予め弾性を有する絶縁部材 6 0 、例えばシリコンゴム，ウレタン，ァクリル樹脂等によリ被覆され、この被覆されたセンタコアが二次ポビン 2 内に配置されてセンタコア 1 と二次ボビン 2 間に硬質エポキシ樹脂 8 が充填されている。

本実施例によれば、前.記第 1 実施例と同様の効果を奏するほかに、次のような作用，効果を奏する。センタコア 1 と二次ポビン 2 間の熱衝撃を弾性部材（センタコアコーティング） 6 0 が吸収することで、二次ボビン 2 の熱応力 σ を小さくすることに貢献でき、しかも、軟質エポキシ樹脂を狭隘な二次ボビンとセンタコア間に注入硬化作業（真空中での注入硬化）に比べて、そのセンタコアコ一ティング 6 0は単品で行うことができ、また、このコーティング付きのセンタコア 1 を二次ポビンに内揷後に行うセンタコア · 二次ポビン間の通常の硬質エポキシ樹脂の注入硬化は軟質ェポキシに比べて粘性が低いために容易に行うことができるので、作業コストの低減を図れ、しかも、センタコアから発生する磁気振動の吸収も効果的で低騒音化を図れる利点を有している。

本点火コイルは、特開平 10— 325384号公報の図 5 に示す回路で構成され、同公報の図 8のように動作する。

一次コイル 5 には、第 9図の模式図に示すように銅線（ 0 5 0 0〜 8 0 0 μ m ) の回りに厚さ 1 0〜 2 0 μ πιの絶縁体（例えば、エステルイミド，アミドイミド，ウレタン等）の被覆 5 Α， 5 Βが施されている , 本実施例では、第一被覆 5 Αはエステルイミド，第二被覆 5 Βはアミドイミドの 2層コーティングである。

第 1 6図の模式図に示すように外側の被覆 5 Βにエポキシ樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分 5 C (例えば、ナイロン，ポリエチレンゃポリプロピレンなどのポリオレフイン，フッ素系樹脂，フッ素系ェラストマー，フッ素系ゴム，ワックス，脂肪酸エステル）を含有している。本実施例では、特に脂肪酸エステルについて説明する。脂肪酸エステルは、低分子量ポリエチレンに比べ、被覆焼き付け前のワニス状態では、分散性が良く、被覆焼き付け時には、アミドイミドょリ融点が低いため被面に浮き ti^ くる。さらに脂肪酸エステルは、無極性炭化水素成分（ C H₂ C H₂ ) を有しており、エポキシ樹脂と親和しない。

このため、一次コイル表面とエポキシ樹脂との接着力が弱くなる。ァミドイミド層の厚さは、 0. 0 5 〜 5 μ mであり、脂肪酸エステルは、重量パーセントでアミドイミドを 1 0 0 %とすると、 2〜 1 0 %である 2 %未満では、剥離の効果が少なく、 1 0 %を超えると耐熱性が下がる _c 尚、絶縁樹脂に親和しないまたは化学結合をしない成分として、ナイロンやフッ素系を用いる場合は、焼付工程が増えるため、コスト U P につながる。

上記の如く、一次コイル 5 の被覆 5 B に、あえてエポキシ樹脂 8 と相溶しない成分 5 C を含有させる理由は、二次ポビン内部に生じる応力 σ のうち一次コイル 5 と二次ポビン 2 の熱収縮差（線膨張.率差）によって二次ボビン内部に生じる応力分 σ 1 を減少させるため（上記条件①を満足させるため）である。

さらに、二次コイルと二次ポビンの界面に働く熱応力による剥離を低減することができる。

以上のように、プラグホール内に装着されて過酷な温度環境にさらされる独立点火形の点火コイルにおいて、構成部材間の線膨張率差に基づく二次ポビンの熱応力を緩和して、二次ポビンの割れ防止の確実性を図り、電気的絶縁の健全性を保持してこの種点火コイル装置の高品質，高信頼性を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ポビンに巻かれた二次コイル，一次ポビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルにおいて、前記一次コイルは、絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分である無極性炭化水素成分を含む被膜或いは被覆層を.有する内燃機関用点火コイル。

2. コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ポビンに巻かれた二次コイル，一次ポビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルにおいて、前記一次コイルは、絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分である ~^ C H₂ C H₂ ^~ n ( n > 2 ) または

÷ C H₂ - C H (C H₃) ÷ n ( n > 2 ) を含む被膜或いは被覆層を有する内燃機関用点火コイル。

3 . コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，一次ポビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルにおいて、前記一次コイルの最外装に、絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分であるナイロン，ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリォレフィン，フッ素系樹脂，フッ素系エラストマ一，フッ素系ゴム，ヮックス，脂肪酸エステルの少なくともいずれか一つを含有する被膜或いは被覆層を有する内燃機関用点火コイル。

4 . 前記二次ポビンが P P S または変性 P P Eであることを特徴とする請求項 1 〜 3 いずれか一項記載の内燃機関用点火コイル。

5 . コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ポピンに巻かれた二次コイル，一次ポビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルにおいて、前記二次ポビンが P P S材で形成され、前記一次ボビンが P P S材で形成され、前記一次コイルの線材表面の内側絶縁被覆がエステルイミドを主成分とする第一被覆と、その外側にアミドイミドを主成分とする第二被覆が形成されており、第二被覆にはアミドイミドより融点が低い無極性炭化水素成分を含有しており、前記一次コイルの線材間にはエポキシ樹脂が充填されている内燃機関用点火コイル。

6 . コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ポビンに巻かれた二次コイル，一次ボビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填され、内燃機関の各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルにおいて、前記二次ポビンが変性 P P E材で形成され、前記一次ポビンが P B T材で形成され、前記一次コイルの線材表面の内側絶縁被覆がエステルイミドを主成分とする第一被覆と、その外側にアミドイミドを主成分とする第二被覆が形成されており、第二被覆にはアミドイミドより融点が低い無極性炭化水素成分を含有しており、前記一次コイルの線材間にはェポキシ樹脂が充填されている内燃機関用点火コイル。