JP2010101257A - 点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら、磁気コアの伸縮方向のクラック発生を有効に抑制できる点火コイルを提供する。
【解決手段】一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが、電気的に絶縁された磁気コアＣＥを通して電磁結合された磁気回路と、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する電子回路ＣＩＲとを有し、磁気コアＣＥに近接して電子回路ＣＩＲを配置する内燃機関用の点火コイルである。電子回路と磁気回路とを電気接続するための配線プレートＰＬＴを、磁気回路と電子回路との境界部に配置する一方、配線プレートＰＬＴは、点火コイルの熱変化に伴って磁気コアＣＥが伸縮する伸縮端面の延長線上を除いて設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子回路による制御動作によって二次コイルに高電圧を発生する点火コイルに関し、特に、二次コイルの中心コアの軸方向にクラックが発生しにくく、帯電した中心コアによって電子回路が破壊される可能性も大幅に低減される点火コイルに関する。

内燃機関用の点火コイルとして、プラグホールに挿入される円筒状のコイル本体部ＢＤＹと、プラグホールから露出するコイル頭部ＨＤとに区分されるペンシルタイプの点火コイルが知られている（図２（ａ）参照）。

この種の点火コイルでは、コイル本体部ＢＤＹのコイルケースの内部に、二次コイルＬ２と一次コイルＬ１とが同心状に配置されている。典型的には、一次コイルＬ１の一次巻線が巻回される一次ボビンの内部に、二次コイルＬ２が収容され、二次コイルＬ２は、二次巻線が巻回される二次ボビンの内部に、中心鉄芯ＣＥが収容されて構成されている。

中心鉄芯ＣＥは、全体として略丸棒状に形成されているが、これが、電気絶縁性の二次ボビンに収容されているので、電気的に中空状態であり、帯電しやすい性質を有している。ちなみに、二次コイルＬ２に発生させるべき高電圧が、４０ｋＶ程度に設計されている場合には、中心鉄芯ＣＥは、例えば２０ｋＶ程度に帯電している。

ところで、コイル頭部ＨＤのコイルケースには、一次コイルＬ１の駆動電流をＯＮ／ＯＦＦ制御して二次コイルＬ２に高電圧を発生させる電子回路が内蔵されている。電子回路には、スイッチング動作用のパワートランジスタだけでなく、その駆動回路が含まれる場合があるが、何れにしても、各電子部品の底面側に敷設されている平板状の配線プレートと、電子部品とが電気接続されて電子回路が完成されている。

図７は、一般的な配線プレートＰＬＴを例示したものであり、一体的に製造された配線プレート集合体が、切断箇所Ｃ１〜Ｃ５で分離されて使用される。なお、破線円は、コイル本体部ＢＤＹに収容される中心鉄芯ＣＥの配置位置を示している。

これら、コイル頭部ＨＤとコイル本体部ＢＤＹの構成部材が、コイルケースに収納された後、各部の隙間を埋めるべく液状のエポキシ樹脂を充填し、これを熱硬化させることで各部材間の絶縁性を確保している。

ところで、エンジンに搭載された点火コイルは、その後、各部材の熱膨張率の相違などに起因して繰返し冷熱ストレスを受ける結果、絶縁樹脂にクラックが発生することがある。この点に関して、中心鉄芯について検討すると、中心鉄芯を構成する金属と、その周りを埋める絶縁樹脂材とでは、熱膨張率が大きく相違するので、特に、中心鉄芯の軸方向に大きなストレスが加わり、その結果、上下方向にクラックが生じやすい。

また、中心鉄芯の上部に位置するコイル頭部ＨＤには、電子回路を構成するための配線プレートＰＬＴが配置されているので、高電圧に帯電している中心鉄芯ＣＥと、これに最も近接する配線プレートＰＬＴとの間には、電界集中によるクラックが発生しやすい。そして、もしクラックが発生すると、そのクラック箇所が、帯電状態の中心鉄芯の高電圧のリーク通路となって、電子回路が破壊されることがあった。

ここで、中心鉄芯の軸方向に発生するクラック発生を防止するため、例えば、特許文献１に記載の構成が知られている。この発明では、中心鉄芯に、注型材を充填しない構成を採ることで、軸方向のクラックの発生を防止している。
特開２００３−０１７３４２号公報

しかしながら、このような構成では、点火コイルの構造が構成化するので、組み立て手順が煩雑化するなど、製造コストが大きく増加するという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でありながら、磁気コアの伸縮方向のクラック発生を有効に抑制できる点火コイルを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、一次コイルと二次コイルとが、電気的に絶縁された磁気コアを通して電磁結合された磁気回路と、前記一次コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する電子回路とを有し、前記磁気コアに近接して前記電子回路を配置する内燃機関用の点火コイルであって、前記電子回路と前記磁気回路とを電気接続するための配線パターンを、前記磁気回路と前記電子回路との境界部に配置する一方、前記配線パターンは、点火コイルの熱変化に伴って前記磁気コアが伸縮する伸縮端面の延長線上を除いて設けられる。

前記配線パターンは、好ましくは、板状の導電体によって構成され、その終端部を除く本体部が、ほぼ同一平面上に展開されている。また、外部装置との接続端子を集合させた接続ターミナルを一体的に設け、前記配線パターンの始端部が、前記接続ターミナルの接続端子となっているのが好ましい。ここで、前記接続ターミナルの接続端子は、前記配線パターンの本体部とほぼ同一平面を形成する板状に構成されているのが更に好ましい。

また、外部装置との接続端子を集合させた接続ターミナルと、前記電子回路とが絶縁樹脂によって一体化された樹脂組立体が、前記一次コイル及び前記二次コイルを、前記磁気コアと共に収容するコイルケースに組み付けられているのが好適である。ここで、前記磁気コアは、略丸棒状に形成され、前記磁気コアの軸方向の延長線上に前記樹脂組立体が配置されると更に好適である。

また、前記電子回路を構成する電子素子は、電気配線を終えた状態で、絶縁樹脂によって予め一体化されているのが好適である。

上記した各発明によれば、簡単な構成でありながら、磁気コアの伸縮方向のクラック発生を有効に抑制することができる。

以下、実施例に基づいて本発明に係る点火コイルについて詳細に説明する。図１〜図２は、実施例に係る点火コイルの全体構成を示す図面である。また、図３〜図６は、点火コイルの構成部材を詳細に示す図面である。

図１及び図２（ａ）に示す通り、実施例に係る点火コイルは、いわゆるペンシル型であって、二次コイルＬ２及び一次コイルＬ１を同心状に収容するコイル本体部ＢＤＹと、電子回路ＣＩＲを内蔵するコイル頭部ＨＤと、が一体化されて構成されている。

ここで、コイル頭部ＨＤには、電子回路ＣＩＲに内部結線された接続ターミナルＴＲＭが一体的に設けられており、接続ターミナルＴＲＭには、バッテリ電圧端子ＢＴ、点火信号端子ＳＧ、及びグランド端子ＧＮＤが設けられている。なお、点火信号端子ＳＧ、及びグランド端子ＧＮＤは、不図示のＥＣＵ(Engine Control Unit)に接続される。

コイル頭部ＨＤに内蔵される電子回路ＣＩＲは、この実施例では、スイッチング用のパワートランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒと、パワートランジスタＴｒの駆動回路ＤＶとで構成されている。この電子回路ＣＩＲは、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）などの絶縁樹脂で予めモールドされた回路組立体ＣＩＲ（図５（ｂ）参照）である。そのため、コイル本体部ＢＤＹからコイル頭部ＨＤに上向きクラックが発生しても、そのクラックが回路内部に及ぶ可能性は非常に低い。

電子回路の回路組立体ＣＩＲ（以下、回路組立体ＣＩＲと称す）からは、回路接続用の接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４が導出されている（図５（ｂ）参照）。そして、図２（ｂ）に示す通り、回路組立体ＣＩＲを構成するパワートランジスタＴｒは、その電源側端子ＴＡ３が、コイル頭部ＨＤの底面付近に敷設された配線プレートＰＬＴの接続点Ｔ１を経由して一次コイルＬ１に接続されている。また、駆動回路ＤＶの接続端子ＴＡ２は、配線プレートＰＬＴを経由して、接続ターミナルＴＲＭの点火信号端子ＳＧとなる。

一方、駆動回路ＤＶの接続端子ＴＡ１は、配線プレートＰＬＴを経由して、接続ターミナルＴＲＭのグランド端子ＧＮＤとなり、また、駆動回路ＤＶの接続端子ＴＡ４は、配線プレートＰＬＴを経由して、接続ターミナルＴＲＭのバッテリ電圧端子ＢＴに接続されている。

図１に示す通り、コイル本体部ＢＤＹは、二次ボビンＢ２に二次巻線を巻回してなる二次コイルＬ２と、一次ボビンＢ１に一次巻線を巻回してなる一次コイルＬ１とが、コイルケースＣＡＳＥの中に同心状に配置されて構成される。図示の通り、この実施例では、二次コイルＬ２が一次ボビンＢ１の内部に配置され、二次ボビンＢ２の内部に、中心鉄芯ＣＥが収容されている。

中心鉄芯ＣＥは、ケイ素鋼板などの薄板状の磁性体を積層して構成され、多数枚の磁性体がカシメ加工などによって一体化されて、全体として略丸棒状に形成されている。この中心鉄芯ＣＥは、電気絶縁性の二次ボビンＢ２と、二次ボビンＢ２と中心鉄芯との間に充填されるエポキシ樹脂とで絶縁されるので、電気的に中空状態であって、例えば２０ｋＶ程度に帯電している。

図２（ｃ）及び図３（ａ）に示す通り、一次コイルＬ１の一次ボビンＢ１は、その基端側に、コイルケースに係合する円環フランジ１０と、円環フランジ１０から軸方向基端側に更に延長される取付部１１ａ，１１ｂとが形成されている。取付部１１ａ．１１ｂは、平面視において、外方に向けて略コ字状に開口して構成され、その径方向内側には、平面視が略矩形状の嵌合溝ＨＯ１，ＨＯ２が形成されている。そして、取付部１１ａ，１１ｂの径方向外側には、一次コイルＬ１の始端線と終端線が各々巻着されて、接続点Ｔ１，Ｔ２を構成している。

図２（ｃ）及び図３（ｂ）に示す通り、二次コイルＬ２の二次ボビンは、円筒状のボビン本体２０と、嵌合溝ＨＯ１，ＨＯ２に嵌合される装着フランジ２１ａ，２１ｂと、接続端子ＷＲを内包する保持フランジ２２とを有して構成されている。接続端子ＷＲには、二次コイルＬ２の低圧側の始端線ＬＤが巻着されて、接続点Ｔ３を構成している。

図４（ａ）は、コイル頭部ＨＤの底面に敷設される平板状の配線プレートＰＬＴを図示したものである。この配線プレートＰＬＴは、導体板を打ち抜いた後、接続点Ｔ１〜Ｔ３を、コイル本体側ＢＤＹ（取付け状態での下方）に適宜に屈曲して構成されている。なお、樹脂モールドされた回路組立体ＣＩＲは、この配線プレートＰＬＴの上に載置される。

図４（ａ）と図４（ｂ）から明らかな通り、この配線プレートＰＬＴには、回路組立体ＣＩＲが配置される部分に配線パターンが存在せず、また、二次コイルＬ２の中心鉄芯ＣＥの配置位置の上方が大きく開放されている。また、終端部Ｔ１〜Ｔ３を除き、始端部ＳＧ，ＧＮＤ，ＢＴ及びプレート本体部は、同一平面に形成されている。

配線プレートＰＬＴは、最終的に、図４（ｂ）に示す切断部Ｃ１〜Ｃ３で切断されることで、バッテリ電圧端子ＢＴ、点火信号端子ＳＧ、及びグランド端子ＧＮＤへの接続ラインが形成され、また、一次コイルＬ１との接続ラインが形成される。図示の通り、点火信号端子ＳＧに繋がる接続ラインは、真っ直ぐに延びた後、Ｕ字状に戻る配線パターンとなっている。

一方、バッテリ電圧端子ＢＴに繋がる接続ラインは、一方側端部（図示右側）をほぼ真っ直ぐに延びて、その終端部が、ほぼ同一平面上で直角外向きに延びて接続点Ｔ３を形成している。また、この接続ラインは、終端部に近接して、同一平面上で直角外向きに連続した後、垂直下方に屈曲されて接続点Ｔ２を形成している。

したがって、これら接続点Ｔ２及び接続点Ｔ３は、常に、バッテリ電圧端子ＢＴと同一電位となる。なお、点火コイルの組立時に、接続点Ｔ３は、二次コイルＬ２の低圧側の始端線ＬＤに結線された接続端子ＷＲに電気接続され、接続点Ｔ２は、一次コイルＬ１の終端線に電気接続される。

配線プレートＰＬＴにおける他方側の接続ラインも類似の構成を有している。すなわち、この接続ラインは、他方側端部（図示左側）をほぼ真っ直ぐに延びて、その終端部が、ほぼ同一平面上で直角外向きに延びて終端されている。また、この接続ラインの途中で、同一平面上で直角外向きに連続した後、垂直下方に屈曲されて接続点Ｔ１を形成している。なお、点火コイルの組立時に、接続点Ｔ１は、一次コイルＬ１の始端線に電気接続される。

次に、このように構成された配線プレートＰＬＴを利用して、回路組立体ＣＩＲの接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４と、配線プレートＰＬＴとを接続する手順を説明する。

先ず、切断部Ｃ１〜Ｃ３を切断しない図４（ａ）の状態の配線プレートＰＬＴを適宜に位置決めして、インサート成型によって絶縁樹脂で一体化された頭部組立体ＡＳを完成させる。図５は、頭部組立体ＡＳの概略平面図であり、図６には、回路組立体ＣＩＲが搭載された後の頭部組立体ＡＳが示されている。

図示の通り、頭部組立体ＡＳには、接続ターミナルＴＲＭと、取付溝ＧＶと、載置テーブルＴＢＬとが一体成形されている。但し、頭部組立体ＡＳには、配線プレートＰＬＴの切断部Ｃ１〜Ｃ３を囲んで中空窓ＷＩＮが開口しており、この部分には樹脂が充填されていない。

そこで、次に、上下に開口した中空窓ＷＩＮを利用して、配線プレートＰＬＴの切断部Ｃ１〜Ｃ３を切除する。続いて、載置テーブルＴＢＬに回路組立体ＣＩＲを配置して、配線プレートＰＬＴと、回路組立体ＣＩＲの接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４とを電気接続する。図５（ｂ）に示す通り、回路組立体ＣＩＲには、断面略Ｌ字状に屈曲された接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４が導出されており、回路組立体ＣＩＲを載置テーブルＴＢＬに載置すると、各接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４が、配線プレートＰＬＴの対応位置に接触するよう構成されている。

したがって、半田付けその他の手法によって、配線プレートＰＬＴと接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４との電気接続を迅速に完了させることができる。以上の作業の結果、回路組立体ＣＩＲの接続端子ＴＡ１と接続ターミナルのグランド端子ＧＮＤ、接続端子ＴＡ２と点火信号端子ＳＧ、及び接続端子ＴＡ４とバッテリ電圧端子ＢＴが各々電気接続される。一方、回路組立体ＣＩＲの接続端子ＴＡ３は、配線プレートＰＬＴの接続点Ｔ１に電気接続される。なお、図４（ｂ）及び図５の黒点は、接続ターミナルＰＴにおける、回路組立体ＣＩＲの接続端子ＴＡ１〜ＴＡ４との電気接続点を示している。

以上のようにして電気配線を終えた頭部組立体ＡＳは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とを同軸状に収容するコイルケースＣＡＳＥに組付けられる。頭部組立体ＡＳには取付溝ＧＶが形成され、これに対応してコイルケースＣＡＳＥには取付フランジＦＬが形成されているので、取付フランジＦＬに取付溝ＧＶを滑り込ませることで組付けが完了する。そして、接続点Ｔ１〜Ｔ３の電気接続を終えた後、コイルケースＣＡＳＥと点火コイルの構成部材との隙間に、液状のエポキシ樹脂を充填し、これを熱硬化させることで図１に示す点火コイルが完成される。

以上説明した点火コイルでは、中心鉄芯ＣＥの軸方向の真上には、配線プレートＰＬＴの配線パターンが全く存在しないので（図４（ａ）参照）、クラックが生じにくく、たとえクラックが生じても、帯電状態の中心鉄芯ＣＥからの漏電によって電子回路が破損される可能性が大幅に低下する。

すなわち、コイル頭部ＨＤに敷設される配線パターンと、帯電状態の中心鉄芯ＣＥとの距離が、従来品の場合より長いので、その分だけ電界強度が低下し、且つ、鉛直上向きの電界集中も生じないので、クラックが生じにくい。また、熱応力によって鉛直上向きのクラックが生じた場合でも、クラックの進行方向には配線パターンが存在しないので、高電圧に帯電した中心鉄芯ＣＥによって電子回路が破壊される可能性も低い。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。特に、上記の実施例では、ペンシルタイプの点火コイルについて説明したが、他のタイプの点火コイルにも、本発明は好適に適用できる。

たとえば、磁気コアと一次コイルと二次コイルとで磁気回路が構成され、磁気コアに隣接して電子回路が配置される点火コイルであれば、これら全ての構成部材がプラグホールから露出してるか、その一部がプラグホールに収容されているかは問題にならない。もっとも、電気絶縁状態で保持される磁気コアを有し、この磁気コアが、冷熱衝撃によって伸縮するストレス方向に電子回路の配線パターンが配置される点火コイルに、本発明を適用するのが好適である。

実施例に係る点火コイルの全体構成を示す図面である。 図１の点火コイルの回路構成などを説明する図面である。 図１の点火コイルの構成部材を説明する図面である。 図１の点火コイルの構成部材である配線プレートを説明する図面である。 図１の点火コイルの構成部材である頭部組立体を説明する図面である。 頭部組立体をコイルケースに組付ける方法を説明する図面である。 従来技術の問題点を説明する図面である。

符号の説明

Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
ＣＥ 磁気コア
ＣＩＲ 電子回路
ＰＬＴ 配線パターン

Claims (7)

1. 一次コイルと二次コイルとが、電気的に絶縁された磁気コアを通して電磁結合された磁気回路と、前記一次コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する電子回路とを有し、前記磁気コアに近接して前記電子回路を配置する内燃機関用の点火コイルであって、
   前記電子回路と前記磁気回路とを電気接続するための配線パターンを、前記磁気回路と前記電子回路との境界部に配置する一方、
   前記配線パターンは、点火コイルの熱変化に伴って前記磁気コアが伸縮する伸縮端面の延長線上を除いて設けられることを特徴とする点火コイル。
2. 前記配線パターンは、板状の導電体によって構成され、
   その終端部を除く本体部が、ほぼ同一平面上に展開されている請求項１に記載の点火コイル。
3. 外部装置との接続端子を集合させた接続ターミナルを一体的に設け、
   前記配線パターンの始端部が、前記接続ターミナルの接続端子となっている請求項１又は２に記載の点火コイル。
4. 前記接続ターミナルの接続端子は、前記配線パターンの本体部とほぼ同一平面を形成する板状に構成されている請求項３に記載の点火コイル。
5. 外部装置との接続端子を集合させた接続ターミナルと、前記電子回路とが絶縁樹脂によって一体化された樹脂組立体が、
   前記一次コイル及び前記二次コイルを、前記磁気コアと共に収容するコイルケースに組み付けられている請求項１〜４の何れかに記載の点火コイル。
6. 前記磁気コアは、略丸棒状に形成され、前記磁気コアの軸方向の延長線上に前記樹脂組立体が配置される請求項５に記載の点火コイル。
7. 前記電子回路を構成する電子素子は、電気配線を終えた状態で、絶縁樹脂によって予め一体化されている請求項１〜６の何れかに記載の点火コイル。

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