JP2018163920A - 内燃機関の点火コイル装置 - Google Patents

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篤史 篠原
Atsushi Shinohara
篤史 篠原
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Abstract

【課題】小型化及び軽量化が達成された矩形型の点火コイル装置の提供。【解決手段】この点火コイル装置2では、コイル体14の外周鉄心部40は、I字鉄心38の両端から開口面側に延びる一対の立設部53と、これらの立設部53の間に架け渡されその開口面側の部分が隙間充填物18から露出する連架部54とを備えている。立設部53は、ケース12の内壁28と対向している。少なくとも一つの立設部53において、その外面と連架部54の外面との角が丸みを有している。丸みの底面側の端が下端P1とされ、丸みの開口面側の端が上端P2とされ、立設部53とケース12の内壁28との間において隙間充填物18の開口面側の面と外周鉄心部40との接点が接点Peとされたとき、開口面と垂直な方向において、接点Peは、下端P1と上端P2との間に位置する。【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関の点火コイル装置に関する。
典型的な内燃機関用の点火コイル装置として、コイル部分をエンジンのプラグホール内に収容させる「ペン型」及びコイル部分をプラグホールの上に配置させる「矩形型」がある。ペン型の点火コイル装置は省スペース化に適している一方で、コイルの構造がプラグホールの形状や大きさにより制限される。近年のエンジンの高性能化及び低燃費化により、点火コイル装置にはこれまでより高い出力電圧が求められている。形状に自由度があり、高出力電圧化への対応が容易な矩形型の点火コイル装置が、近年広く使用されている。
矩形型の点火コイル装置の製造では、上面が開口した箱状のケースに、コイル体が収容される。コイル体は、一次コイル、一次コイルの外側に位置する二次コイル、一次コイルの中央を貫通するI字鉄心及びI字鉄心の一方の端から二次コイルのケース開口側を通りI字鉄心の他方の端に至る外周鉄心を備える。このコイル体をケースに収容したときにケースの内部に生じる隙間は、熱硬化性樹脂からなる隙間充填物で埋められる。この隙間充填物により、高電圧が発生する二次コイルは、外部と絶縁されている。隙間充填物の量を少なくするために、外周鉄心の開口面側は、隙間充填物から外部に露出している。矩形型の点火コイル装置の一例が、特開2014−179459公報に開示されている。
特開2014−179459公報
エンジンの小型化及び軽量化への要求の高まりに伴い、点火コイル装置にはさらなる小型化及び軽量化が求められる。このために、矩形型の点火コイル装置では、ケースとコイル体との隙間は小さくされている。特に、外周鉄心とケースの内壁との隙間には、狭くなっている部分が存在する。液状の隙間充填物をケースに流し込んだとき、毛細管現象に起因して、この隙間での隙間充填物の液面が他の部分と比べて上昇する。これは、隙間充填物がケースから漏れる原因となる。隙間充填物の漏れを防止するためにケースの内壁の高さを高くすると、点火コイルが大きくなり、その質量も増加する。
本発明の目的は、小型化及び軽量化が達成された矩形型の点火コイル装置の提供である。
本発明に係る点火コイル装置は、コイル体と、このコイル体を収容するケースと、このケース内部の隙間を埋める熱硬化性樹脂からなる隙間充填物とを備えている。上記ケースは、開口面と、この開口面の反対側に位置する底面とを備えている。上記コイル体は、一次コイルと、この一次コイルの外側においてこの一次コイルと同軸状に配置された二次コイルと、この一次コイルの中央を貫通するI字鉄心と、外周鉄心部とを備えている。上記外周鉄心部は、上記I字鉄心の両端から上記開口面側に延びる一対の立設部と、これらの立設部の間に架け渡されその開口面側の部分が上記隙間充填物から露出する連架部とを備えている。上記立設部は、上記ケースの内壁と対向している。少なくとも一つの上記立設部において、その外面と連架部の外面との角が丸みを有している。上記丸みの上記底面側の端が下端P1とされ、上記丸みの上記開口面側の端が上端P2とされ、上記立設部と上記ケースの内壁との間において上記隙間充填物の上記開口面側の面と上記外周鉄心部との接点が接点Peとされたとき、上記開口面と垂直な方向において、上記接点Peは、上記下端P1と上記上端P2との間に位置する。
好ましくは、上記ケースの内壁の上記開口面側の端が端Eとされたとき、上記開口面と垂直な方向において、上記端Eは、上記下端P1と上記上端P2との間に位置する。
好ましくは、隙間充填物の材質は、エポキシ樹脂である。
本発明に係る点火コイル装置のコイル体では、外周鉄心部の立設部は、ケースの内壁と対向している。この立設部の外面と、外周鉄心部の連架部の外面との角は、丸みを有している。立設部とケースの内壁との間において隙間充填物の開口面側の面と外周鉄心部との接点が接点Peとされたとき、開口面と垂直な方向において、接点Peは、丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置する。この丸みにより、下端P1より開口面側での外周鉄心部とケースの内壁との隙間の幅は、下端P1より底面側でのこの隙間の幅よりも大きくなる。これは、ケースに隙間充填物を流し込んだとき、毛細管現象によるこの隙間での液面の上昇を抑制する。この隙間での液面の高さと、他の場所での液面の高さとの差は小さい。このため、接点Peを上端P2より底面側に位置させても、コイル体の絶縁が必要な部分を隙間充填部に埋没させることができる。接点Peを上端P2より底面側に位置させることで、充填する隙間充填物の量が少なくできる。さらに、接点Peを上端P2より底面側に位置させることで、ケースの内壁の高さを低くできる。この点火コイルでは、小さな体積及び質量が実現されている。この点火コイル装置では、小型化及び軽量化が実現されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る点火コイル装置が示された斜視図である。 図2は、図1の点火コイル装置の分解斜視図である。 図3は、図1のIII−III線に沿った断面図である。 図4は、図3のコイル部の一部が拡大された断面図である。
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
図1に、本発明の一実施形態に係る点火コイル装置2が示されている。この点火コイル装置2は、矩形型である。図1において矢印Xはこの点火コイル装置2の前方を表す。この逆が後方である。矢印Yはこの点火コイル装置2の右方向を表す。この逆が左方向である。矢印Zはこの点火コイル装置2の上方向を表す。この逆が下方向である。図2は、図1の点火コイル装置2の分解斜視図である。図3は、図1のIII−III線に沿った断面図である。図4は、図3の点火コイル装置2の一部が拡大された断面図である。上記矢印X、Y及びZは、図2−4においても同じ意味を表す。この点火コイル装置2は、本体4、コネクタ部6、フランジ部8及び高電圧出力部10を備える。
本体4は、点火コイル装置2の中央に位置する。本体4は、箱状を呈する。図1−3に示されるように、本体4は、ケース12、コイル体14、イグナイタ16及び隙間充填物18を備えている。なお、図2では、隙間充填物18は省略されている。
図2に示されるように、ケース12は、中身が空洞の箱状を呈する。ケース12は、上面が開口している。すなわち、ケース12の上面は、開口面である。ケース12の前面からコネクタ部6が延びており、ケース12の後面からフランジ部8が延びており、ケース12の開口面と反対側の面(底面)から高電圧出力部10が延びている。この実施形態では、ケース12は、コネクタ部6、フランジ部8及び高電圧出力部10と一体として形成されている。ケース12は、樹脂からなる。ケース12の好ましい材質として、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)及びPET(ポリエチレンテレフタレート)が例示される。
図2及び3に示されるように、イグナイタ16は、ケース12の中に収容される。図1及び3から明らかなように、イグナイタ16は、その全体が隙間充填物18に埋没されている。イグナイタ16は、コイル体14とコネクタ部6との間に位置する。イグナイタ16は、コイル体14の前側に位置する。イグナイタ16は、素子内蔵部20と複数の端子22とを備えている。この実施形態では、イグナイタ16は、6本の端子22を備えている。素子内蔵部20は、箱状を呈する。それぞれの端子22は、素子内蔵部20の上面から上側に突出している。それぞれの端子22は、素子内蔵部20の開口面側の面から開口面側に突出している。
図1−3に示されるように、コイル体14は、ケース12の中に収容される。図3において、点線Mは、隙間充填物18の開口面側の面(上面)を表す。これは、コイル体14の側面側(コイル体14の左側及び右側)での隙間充填物18の上面を表す。図1及び3に示されるように、コイル体14は、その開口面側の一部が、隙間充填物18の上面から外部に露出している。コイル体14のその他の部分は、隙間充填物18に埋没されている。コイル体14は、一次ボビン30、一次コイル32、二次ボビン34、二次コイル36、I字鉄心38及び外周鉄心部40を備える。
一次ボビン30は、筒状を呈する。一次ボビン30は前後方向に延びている。一次ボビン30は、樹脂よりなる。一次コイル32は、一次ボビン30の外周に一次ワイヤ46を巻回すことで形成されている。図3には、一次ボビン30の断面及びこれに巻回された一次ワイヤ46の断面が示されている。典型的には、一次ワイヤ46の巻き数は、100回程度である。一次ワイヤ46の典型的な材質は銅(Cu)である。
二次ボビン34は、筒状を呈する。二次ボビン34は前後方向に延びている。二次ボビン34は、一次コイル32の外側に位置している。二次ボビン34は、樹脂よりなる。図3に示されるように、二次ボビン34は、胴部48と、この胴部48から外側に突出した複数の鍔50とを備える。
二次コイル36は、一次コイル32の外側においてこの一次コイル32と同軸状に配置されている。二次コイル36は、二次ボビン34の外周に二次ワイヤ52を巻回すことで形成されている。二次ワイヤ52は、隣接する二つの鍔50の間において、胴部48の外周に巻回されている。典型的には、二次ワイヤ52の巻き数は、8000回から15000回である。二次ワイヤ52の典型的な材質は銅(Cu)である。
図3で示されるように、I字鉄心38は、一次コイル32の中央を貫通している。典型的には、I字鉄心38は、珪素鋼よりなる。
外周鉄心部40は、主部41、キャップ42及びカバー44より構成されている。主部41は、I字鉄心38の一方の端から、二次コイル36の開口面側を通り、I字鉄心38のもう一方の端まで至っている。典型的には、主部41は、珪素鋼よりなる。主部41とI字鉄心38とで、鉄心のループを形成している。
キャップ42は、主部41に被せられている。キャップ42は、主部41の開口面側の部分を覆う。図1及び3に示されるように、キャップ42は隙間充填物18から露出している。キャップ42は、主部41を外部から保護している。キャップ42は、耐久性に優れた樹脂からなる。キャップ42の好ましい材質として、PBT、PPS及びPETが例示される。
カバー44は、主部41を覆っている。カバー44は主部41の両側面を覆っている。図2及び3で示されるように、カバー44は主部41の前面及び後面も覆っている。すなわち、カバー44は主部41の開口側の面(上面)に垂直な四つの面を覆っている。図3で示されるように、カバー44は、主部41の内側の面(二次コイル36と対向する面)を覆っている。カバー44は、主部41と隙間充填物18とが直接接触しないように、主部41を覆っている。カバー44は、隙間充填物18と剥離し易い性質のエラストマーよりなる。カバー44が、隙間充填物18より脆性の低い樹脂からなっていてもよい。カバー44は、熱による主部41の膨張及び伸縮に起因する、隙間充填物18のクラックを防止する。
外周鉄心部40のうち、I字鉄心38の両端から開口面側に延びる部分は、立設部53と称される。これらの立設部53の間に架け渡された部分は、連架部54と称される。換言すれば、外周鉄心部40は、連架部54と一対の立設部53とを備えている。それぞれの立設部53は、ケース12の内壁28と対向している。この実施形態では、一方の立設部53は、イグナイタ16と隣接している。この立設部53と、これと対向するケース12の内壁28との間には、イグナイタ16が位置している。このため、この立設部53とこれと対向するケース12の内壁28との隙間は、もう一方の立設部53とこれと対向するケース12の内壁28との隙間より大きい。
なお、この実施形態では、外周鉄心部40はキャップ42及びカバー44を備えているが、外周鉄心部40は、キャップ42を備えなくてもよい。外周鉄心部40は、カバー44を備えなくてもよい。外周鉄心部40が、主部41のみから構成されていてもよい。
隙間充填物18は、ケース12にコイル体14及びイグナイタ16を収容したとき、ケース12内部に生じる隙間を埋める。隙間充填物18は、熱硬化性樹脂からなる。連架部54の開口面側の部分は、隙間充填物18の上面より外側に突出している。主部41の開口面側の部分、カバー44の開口面側の部分及びキャップ42の開口面側の部分は、隙間充填物18の上面より外側に突出している。主部41の内面、二次コイル36は、隙間充填物18の上面より底面側に位置する。換言すれば、主部41の内面と二次コイル36との隙間は、隙間充填物18で埋められている。図3で示されるように、隙間充填物18は、ケース12の内壁28とコイル体14及びイグナイタ16との隙間を埋める。隙間充填物18は、高電圧が発生する二次コイル36を、他の部材から絶縁する。このため、隙間充填物18の材質として、絶縁性能に優れた熱硬化性樹脂が選択される。また、ケース12内の隙間の隅々まで樹脂で埋めるために、隙間充填物18の材質として、粘度が低い熱硬化性樹脂が選択される。
図4は、図3の点火コイル装置2の一部が拡大された断面図である。この図では、一方の立設部53の近辺が示されている。これは、イグナイタ16と隣接しない方の立設部53である。図で示されるように、この立設部53の外面は、その開口面側からキャップ42の外面、カバー44の外面で構成されている。この立設部53と、これと対向するケース12の内壁28との間には、隙間が設けられている。この隙間には、隙間充填物18が充填されている。この隙間における隙間充填物18の上面は、毛細管現象により、コイル体14の側面側における上面Mよりも、やや開口面側に上昇している。
図4に示されるように、この立設部53の外面と連架部54の外面との角は丸みを有している。図4において、符号P1は、この丸みの底面側の端(下端)を表す。符号P2は、この丸みの開口面側の端(上端)を表す。符号Peは、この隙間における隙間充填物18の上面と、外周鉄心部40との接点を表す。図で示されるように、この点火コイル装置2では、開口面と垂直な方向(上下方向)において、接点Peは、丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置する。この点火コイル装置2では、上下方向において、接点Peは、下端P1と上端P2との間に位置する。この丸みにより、下端P1より開口面側での立設部53とケース12の内壁28との隙間の幅は、下端P1より底面側でのこの隙間の幅よりも大きくなっている。
図4において、符号Eは、立設部53と対向するケース12の内壁28の開口面側の端を表す。図で示されるように、上下方向において、ケース12の内壁28の端Eは、丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置する。この点火コイル装置2では、上下方向において、端Eは、下端P1と上端P2との間に位置する。
前述のとおり、この点火コイル装置2は、本体4の他に、コネクタ部6、フランジ部8及び高電圧出力部10を備える。コネクタ部6は、本体4の前方に位置する。コネクタ部6は、筒状を呈する。コネクタ部6はその前方が開口されている。図3に示されるように、コネクタ部6は、内側にコネクタ端子56を備えている。図示されないが、複数のコネクタ端子56が、左右方向に並列されている。点火コイル装置2が車両に装着されたとき、コネクタ端子56は車の制御装置(ECU)に接続される。コネクタ端子56は、イグナイタ16の端子22とも接続される。
フランジ部8は、本体4の後方に位置する。フランジ部8には、上下に貫通する孔58が設けられている。図示されないが、ボルトをこの孔58とエンジンに設けられた孔に通すことにより、点火コイル装置2はエンジンに固定される。フランジ部8により、点火コイル装置2はエンジンに堅固に固定される。
高電圧出力部10は、本体4の下側に位置する。図示されないが、高電圧出力部10は、その内部に高電圧端子を備える。この高電圧端子は、二次コイル36の端子と接続されている。図示されないが、点火コイル装置2が車両に装着されたとき、高電圧出力部10はプラグホールに挿入される。高電圧端子は点火プラグと接続される。
この点火コイル装置2の動作は以下の通りである。車の制御装置からの制御信号がコネクタ端子56を介して、イグナイタ16に送られる。イグナイタ16は、一次コイル32の電流の導通及び切断を制御するスイッチである。制御信号に従って、イグナイタ16は一次コイル32の電流を導通させまたは切断する。前述のとおり、二次ワイヤ52の巻き数は一次ワイヤ46の巻き数に比べて大きい。このため、一次コイル32の電流の変化により、二次コイル36に数十kVの高電圧が発生する。二次コイル36で発生した高電圧は、高電圧出力部10を通して点火プラグに引加される。これにてガソリンが点火される。制御装置は、点火プラグを通して、ガソリンに点火するタイミングを制御している。
この点火コイル装置2の製造では、ケース12、コイル体14及びイグナイタ16が準備される。図2に示されるように、このケース12は、コネクタ部6、フランジ部8及び高電圧出力部10と一体として形成されている。図2に示されるように、ケース12の内部に、コイル体14及びイグナイタ16が収容される。コイル体14及びイグナイタ16は、ケース12内部の所定の位置にセットされる。イグナイタ16の端子22が、コネクタ端子56及び一次コイル32と接続される。液状の隙間充填物18が、ケース12の内部に充填される。隙間充填物18は、イグナイタ16の上部から流し込まれる。隙間充填物18の液面が、所定の高さとなるまで隙間充填物18は流し込まれる。この後、この隙間充填物18は、加熱され硬化される。これにて点火コイル装置2が得られる。
以下、本発明の作用効果が説明される。
本発明に係る点火コイル装置2のコイル体14では、外周鉄心部40の立設部53は、ケース12の内壁28と対向している。この立設部53の外面と、外周鉄心部40の連架部54の外面との角は、丸みを有している。立設部53とケース12の内壁28との間において隙間充填物18の開口面側の面と外周鉄心部40との接点が接点Peとされたとき、開口面と垂直な方向において、接点Peは、丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置する。この丸みにより、下端P1より開口面側での外周鉄心部40とケース12の内壁28との隙間の幅は、下端P1より底面側でのこの隙間の幅よりも大きくなる。これは、ケース12に隙間充填物18を流し込んだとき、毛細管現象によるこの隙間での液面の上昇を抑制する。この隙間での液面の高さと、他の場所での液面の高さとの差は小さい。このため、接点Peを上端P2より底面側に位置させても、コイル体14の絶縁が必要な部分を隙間充填部18に埋没させることができる。接点Peを上端P2より底面側に位置させることで、充填する隙間充填物18の量が少なくできる。さらに、接点Peを上端P2より底面側に位置させることで、ケース12の内壁28の高さを低くできる。この点火コイルでは、小さな体積及び質量が実現されている。この点火コイル装置では、小型化及び軽量化が実現されている。
前述のとおり、上下方向において、端Eは、下端P1と上端P2との間に位置する。下端P1を端Eより底面側に位置させることで、下端P1より開口面側での外周鉄心部40とケース12の内壁28との隙間の幅は、下端P1より底面側でのこの隙間の幅よりも大きくなる。これは、ケース12に隙間充填物18を流し込んだとき、毛細管現象によるこの隙間での液面の上昇を抑制する。端Eを上端P2より底面側に位置させても、隙間充填物18のケース12からの漏れが抑制されている。端Eを上端P2より底面側に位置させることで、この点火コイル装置2では、小さな体積及び質量が実現されている。この点火コイル装置2では、小型化及び軽量化が実現されている。
図4において、両矢印Hは、上下方向における下端P1から上端P2までの高さを表す。両矢印L1は、上下方向における下端P1から接点Peまでの距離を表す。高さHに対する距離L1の比(L1/H)は、20%以上が好ましい。比(L1/H)を20%以上とすることで、この丸みは、毛細管現象によるこの隙間での液面の上昇を効果的に抑制する。比(L1/H)は、60%以下が好ましい。比(L1/H)を60%以下とすることで、充填する隙間充填物18の量が少なくできる。比(L1/H)を60%以下とすることで、ケース12の内壁28の高さを低くできる。この点火コイル装置2では、小型化及び軽量化が達成されている。
図4において、両矢印L2は、上下方向における下端P1から端Eまでの距離を表す。高さHに対する距離L2の比(L2/H)は、30%以上が好ましい。比(L2/H)を30%以上とすることで、下端P1の開口面側において、立設部53とケース12の内壁28との隙間を効果的に広くすることができる。この点火コイル装置2では、毛細管現象によるこの隙間での液面の上昇が効果的に抑制されている。比(L2/H)は、70%以下が好ましい。比(L2/H)を70%以下とすることで、このケース12の体積はより効果的に小さくできる。この点火コイル装置2では、小型化及び軽量化が達成されている。
図3に示されるように、この実施形態では、両方の立設部53ともに、その外面と連架部54の外面との角が丸みを備えている。一方の立設部53のみについて、その外面と連架部54の外面との角が丸みを備えていてもよい。一方の立設部53のみについて、接点Peが丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置していてもよい。この場合、対向するケース12の内壁28との隙間が狭い方の立設部53において、その外面と連架部54の外面との角が丸みを備え、接点Peが丸みの底面側の端P1と開口面側の端P2との間に位置しているのが好ましい。
隙間充填物18の材質としてはエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、高い絶縁性能を有する。エポキシ樹脂は、小さな体積で二次コイル36の高電圧部分の絶縁を可能とする。これは、点火コイル装置2の小型化に貢献する。これにより、小型化と優れた絶縁性能とが実現されている。さらに、硬化前のエポキシ樹脂の粘度は低い。ケース12内の隙間の隅々まで隙間充填物18を行き渡らせることができる。隙間充填物18内にボイドが残留することが抑制される。これにより、この点火コイル装置2では、高耐圧かつ高品質な絶縁性能が実現されている。
以上説明されたとおり、本発明によれば、小型化及び軽量化が達成された点火コイル装置が得られる。このことから、本発明の優位性は明らかである。
以上説明された点火コイル装置は、種々の内燃機関に使用される。
2・・・点火コイル装置
4・・・本体
6・・・コネクタ部
8・・・フランジ部
10・・・高電圧出力部
12・・・ケース
14・・・コイル体
16・・・イグナイタ
18・・・隙間充填物
20・・・素子内蔵部
22・・・端子
28・・・ケースの内壁
30・・・一次ボビン
32・・・一次コイル
34・・・二次ボビン
36・・・二次コイル
38・・・I字鉄心
40・・・外周鉄心部
41・・・主部
42・・・キャップ
44・・・カバー
46・・・一次ワイヤ
48・・・胴部
50・・・鍔
52・・・二次ワイヤ
53・・・立設部
54・・・連架部
56・・・コネクタ端子
58・・・孔

Claims (3)

  1. コイル体と、このコイル体を収容するケースと、このケース内部の隙間を埋める熱硬化性樹脂からなる隙間充填物とを備えており、
    上記ケースが、開口面と、この開口面の反対側に位置する底面とを備えており、
    上記コイル体が、一次コイルと、この一次コイルの外側においてこの一次コイルと同軸状に配置された二次コイルと、この一次コイルの中央を貫通するI字鉄心と、外周鉄心部とを備えており、
    上記外周鉄心部が、上記I字鉄心の両端から上記開口面側に延びる一対の立設部と、これらの立設部の間に架け渡されその開口面側の部分が上記隙間充填物から露出する連架部とを備えており、
    上記立設部が上記ケースの内壁と対向しており、
    少なくとも一つの上記立設部において、その外面と連架部の外面との角が丸みを有しており、
    上記丸みの上記底面側の端が下端P1とされ、上記丸みの上記開口面側の端が上端P2とされ、上記立設部と上記ケースの内壁との間において上記隙間充填物の上記開口面側の面と上記外周鉄心部との接点が接点Peとされたとき、
    上記開口面と垂直な方向において、上記接点Peが、上記下端P1と上記上端P2との間に位置する内燃機関用の点火コイル装置。
  2. 上記ケースの内壁の上記開口面側の端が端Eとされたとき、
    上記開口面と垂直な方向において、上記端Eが、上記下端P1と上記上端P2との間に位置する請求項1に記載の内燃機関用の点火コイル装置。
  3. 上記隙間充填物の材質が、エポキシ樹脂である請求項1又は2に記載の点火コイル装置。
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