JP3550643B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用点火コイルに関し、特にプラグホールに直接搭載するスティック状の内燃機関用点火コイルに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスティック状の内燃機関用点火コイル(以下、「内燃機関用点火コイル」を点火コイルという)として、棒状のコア本体を有する中心コア部を軸中心に配設し、その外周に一次コイルおよび二次コイルを巻回した樹脂製のスプールを配設し、点火コイルのハウジング内に部材間の絶縁体として樹脂を充填するものが知られている。ハウジング内に充填する樹脂は絶縁材としてだけでなく、コイル線材間に浸透しコイルの巻線崩れを防ぐ役割を果たしている。
【0003】
また、コア本体の軸方向両端の少なくともいずれか一方にコア本体の外径と略同一外径の永久磁石を配設して中心コア部を構成し、点火コイルで発生する電圧を高める構成の点火コイルが知られている。あるいは永久磁石の代わりに例えばゴム製の緩衝部材を配設して中心コア部を構成し、各部材の膨張率の差によりコア本体の軸方向に作用する力を緩和しコア本体の磁歪を防止している点火コイルが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コア本体の外径と永久磁石または緩衝部材の外径とが略同一径に形成されているため、コア本体と永久磁石または緩衝部材とを同軸上に組付けないと、図6に示すように中心コア部92を構成するコア本体93と永久磁石95または緩衝部材との接合部94に凸部82が生じる。また、膨張率の異なる中心コア部92と樹脂絶縁材やスプールなどのケース部材とが接している部分では、温度変化による膨張および収縮の繰返しにより絶縁欠損部(以下、「絶縁欠損部」をクラックという)が発生するため、クラックの発生を防止するために例えば中心コア部92を樹脂製の弾性緩衝部材としての熱収縮チューブ97で覆っている。ところが、熱収縮チューブ97は凸部82の外側を覆うため、熱収縮チューブ97にも凸部97aが生じる。そのため、▲1▼二次コイルのスプール内に中心コア部92を組付ける際に凸部97aがスプールに引っ掛り、組付け作業に手間がかかるとともに、▲2▼中心コア部92がスプール内で傾いてしまい、一次コイル、二次コイルおよび中心コア部92の同軸度の確保が困難になる。その結果、二次コイルで発生する電圧が低下し、点火プラグに所望の高電圧を印加できなくなるという問題があった。
【0005】
また、熱収縮チューブ97は凸部97a近傍の変形によって均一な収縮が妨げられてしまうため、▲3▼図6に示すように熱収縮チューブ97の端部97bが剥離してしまい、熱収縮チューブ97で被覆した中心コア部92が所定の形状よりも大きくなり、二次スプール内の所定の位置に中心コア部92を組付けることができなくなるという問題や、▲4▼中心コア93の反対側の凸部93bにより熱収縮チューブ97を損傷させるという問題があった。
【0006】
そこで、本発明の目的は組付けが容易、かつ一次コイル、二次コイルおよび中心コア部の同軸度が容易に確保でき所望の高電圧を発生する点火コイルを提供することにある。
本発明の他の目的は、中心コア部の軸方向の両端角部近傍にクラックが発生することを防止し、所望の高電圧を発生する点火コイルを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の点火コイルによると、コア本体の外径は永久磁石または緩衝部材の外径よりも大きくなるように形成されているので、コア本体に永久磁石を組付けるとき、コア本体の外径内に永久磁石を容易に納めることができ、永久磁石がずれてコア本体からはみ出すことを防止できる。そのため、コア本体と永久磁石を組付けた中心コア部を二次スプールに組付ける場合、例えば中心コア部が二次スプール内部に引っ掛ったり、二次スプール内で傾いたりすることを防止することができる。したがって、二次スプール内への中心コア部の組付け作業を容易に行なうことができる。また、一次コイル、二次コイル、中心コア部の同軸度の確保が容易であるので、所望の高電圧を点火プラグに印加することができる。
【0008】
また、中心コア部はコア本体から中心コア部の軸方向両端部の角部にかけて弾性緩衝部材で覆われている。したがって、中心コア部の外周を取り囲むスプールなどのケース部材や樹脂絶縁部材が中心コア部の軸方向の両端角部と直接接することを防止するとともに、中心コア部と樹脂絶縁材やケース部材との膨張率の差を弾性緩衝部材が吸収するので、中心コア部とともに中心コア部と膨張率の異なる樹脂絶縁材や、ケース部材が温度変化に伴い膨張および収縮を繰り返しても、中心コア部の軸方向の両端角部付近の樹脂絶縁材およびケース部材に絶縁欠損部としてのクラックが発生することを防止できる。これにより、高電圧部としての二次コイルや高圧ターミナルなどと低電圧部としての中心コア部との間で放電することを防止し、高電圧部と中心コア部との間の絶縁破壊を防止できるので、二次コイルに発生する電圧が低下することを防止し所望の高電圧を点火プラグに印加できる。
【0009】
本発明の請求項2および請求項3記載の点火コイルによると、熱収縮チューブの収縮温度が使用環境温度より高いため、例えば熱収縮チューブに損傷があっても使用時にその損傷が拡大することを防止できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による点火コイルを図1〜図5に示す。
図2に示す点火コイル10は、図示しないエンジンブロックの上部に気筒毎に形成されたプラグホール内に収容され、図示しない点火プラグと図2の下側で電気的に接続している。
【0011】
点火コイル10は樹脂材料からなる円筒状のハウジング11を備えており、このハウジング11内に形成された収容室11aに、中心コア部12、二次スプール20、二次コイル21、一次スプール23、一次コイル24、外周コア25などが収容されている。中心コア部12は、コア本体13と、コア本体13の両側に配設された永久磁石14、15とからなる。収容室11aに充填されたエポキシ樹脂26は点火コイル10内の各部材間に浸透し、樹脂絶縁材として部材間の電気絶縁を確実なものとしている。
【0012】
円柱棒状のコア本体13は薄い珪素鋼板を横断面がほぼ円形となるように径方向に積層して組立てられている。永久磁石14、15は、コイルにより励磁されて発生する磁束の方向とは逆方向の極性を有している。また、コア本体13の外周を弾性緩衝部材としての熱収縮チューブ17が覆っている。さらに、熱収縮チューブ17で覆われた永久磁石14に貫通孔を有するキャップ19が嵌合している。キャップ19および二次スプール20は中心コア部12の外周を取り囲むケース部材を構成している。
【0013】
熱収縮チューブ17は円筒状に成形されており、成形時の内径は中心コア部12の外径よりも大きいので、永久磁石14、15をコア本体13に組付けた中心コア部12を熱収縮チューブ17内へ挿入可能である。中心コア部12を挿入した熱収縮チューブ17は加熱することで収縮し、コア本体13と永久磁石15との接合部近傍の凹部81を除いて中心コア部12に密着する。図3に示すように密着した熱収縮チューブ17は、円筒部17aと、円筒部17aの軸方向両端に設けられる環状部17b、17cと、円筒部17aと環状部17b、17cとの間にそれぞれ位置する第1角部17d、および第2角部17eとからなる。図3に示すように、円筒部17aは中心コア部12の外周側面を覆い、環状部17b、17cは中心コア部12の軸方向両端面の一部を覆い、第1角部17dは中心コア部12の両端角部である永久磁石14、15の端部角部を覆い、第2角部17eはコア本体13の両端角部を覆っている。
【0014】
また、熱収縮チューブ17は使用環境温度(−30℃〜150℃)およびコイル製造時のエポキシ樹脂硬化温度(〜150℃)より高い温度で収縮するものが好ましい。つまり、例えば何らかの原因で熱収縮チューブ17に損傷部分があった場合、収縮温度が例えば使用環境温度より低いと、収縮により損傷部分を拡大させてしまい、熱収縮チューブ17は弾性緩衝部材として十分な機能を発揮しなくなる。そこで、収縮温度を使用環境温度および製造時温度より高くすることで損傷部分の拡大を防止することができる。
【0015】
図2に示すように、二次スプール20は熱収縮チューブ17の外周に配設されており、永久磁石15側が閉塞した有底筒状に樹脂材料で成形されている。二次コイル21は二次スプール20の外周に巻回されており、二次コイル20の高電圧側にさらにダミーコイル22が一重巻き程度に巻回されている。ダミーコイル22は二次コイル21とターミナルプレート40とを電気的に接続している。単線ではなくダミーコイル22で二次コイル21とターミナルプレート40とを電気的に接続することにより、二次コイル21とターミナルプレート40との電気的接続部の表面積を大きくし、電気的接続部への電界集中を避けている。
【0016】
一次スプール23は二次コイル21の外周に配設されており、樹脂材料で成形されている。一次コイル24は一次スプール23の外周に巻回されている。一次コイル24へ制御信号を供給するスイッチング回路は点火コイル10の外部に設けられており、コネクタ30にインサート成形されたターミナルを介して一次コイル24と図示しないスイッチング回路とが電気的に接続されている。
【0017】
外周コア25は一次コイル24のさらに外側に装着されている。外周コア25は、薄い珪素鋼板を筒状に巻回し巻回開始端と巻回終了端とを接続していないので軸方向に隙間を形成している。外周コア25は永久磁石14の外周位置から石15の外周位置にわたる軸方向長さを有する。
【0018】
高圧ターミナル41はハウジング11の下方にインサート成形されている。ターミナルプレート40の中央部は高圧ターミナル41を挿入する方向に折り曲げられた爪部を構成している。この爪部に高圧ターミナル41の先端が挿入することにより、高圧ターミナル41はターミナルプレート40と電気的に接続している。ダミーコイル22の高電圧端の線材は、フュージングまたははんだ付け等でターミナルプレート40に電気的に接続されている。スプリング42は高圧ターミナル41と電気的に接続するとともにプラグホールに点火コイル10を挿入した際に点火プラグと電気的に接続する。ハウジング11の高電圧側開口端にゴムからなるプラグキャップ43が装着されており、このプラグキャップ43に点火プラグを挿入する。スイッチング回路から一次コイル24に制御信号を供給すると二次コイル21に高電圧が発生し、この高電圧がダミーコイル22、ターミナルプレート40、高圧ターミナル41、スプリング42を介して点火プラグに印加される。
【0019】
次に、中心コア部12の外径と永久磁石14、15の外径との関係について図4を用いて詳細に説明する。
図4は、中心コア部12と永久磁石15の接続部分を拡大した図である。コア本体13の外径D1は、永久磁石15の外径D2よりも大きくなるように形成されている。永久磁石15の外径D2は、以下の条件を満たすように設定される。
【0020】
図4に示すように、永久磁石15を中心コア部12に組付けたとき、コア本体13の径方向Xに対し、コア本体13の角部13aと永久磁石15の角部15aとを結ぶ直線Aがなす角度をθとすると、45°≦θ≦90°となることが望ましい。つまり、コア本体13の外周面13bから永久磁石15の外周面15bまでの距離をd、永久磁石15の軸方向の長さをtとすると、d≦tであればよい。
【0021】
また、発生する電圧を高めるという永久磁石15の機能を発現可能であればθ<45°であっても問題ないが、θが小さくなりすぎるとコア本体13の角部13aで熱収縮チューブ17を損傷させる可能性がある。一方、90°<θになると、図6に示すようにコア本体13から永久磁石15が突出し、凸部82が形成された状態となり好ましくない。
【0022】
本実施例では、図1に示すようにコア本体13の外径は永久磁石15の外径よりも大きくなるように形成されているので、コア本体13と永久磁石15とを同軸に組付けた場合、永久磁石15の周方向外側に凹部81が形成され、コア本体13の外周面13bから永久磁石15が突出することはない。また、コア本体13と永久磁石15とを同軸上に組付けることができない場合でも、図5に示す程度のずれであれば永久磁石15はコア本体13から突出することがないため、永久磁石15をコア本体13の外径内に容易に配設することができる。さらに、熱収縮チューブ17は収縮時の変形が防止され、熱収縮チューブ17の端部が永久磁石15の端面から剥離すること防止できるため、中心コア部12を所定の形状に保つことができる。したがって、所定の位置に中心コア部12を組付けることができ、かつ熱収縮チューブ17の損傷を防止することができる。また、中心コア部12に凸部が形成されないため、二次スプール20内で中心コア部12が傾くことを防止でき、一次スプール23、二次スプール20および中心コア部12の同軸度を容易に確保することができる。これにより、二次コイル20に発生する電圧が低下することを防止し点火プラグに所望の高電圧を印加することができる。
【0023】
本実施例では、中心コア部12に凸部が形成されないので、収縮時にコア本体13と永久磁石15との接合部近傍において熱収縮チューブ17が損傷することを防止できる。
また、本実施例では中心コア部12の外周側面、ならびに永久磁石14、15の端部角部を熱収縮チューブ17で覆うことにより、中心コア部12の外周側面、ならびに永久磁石14、15の端部角部と二次スプール20やエポキシ樹脂26とが直接接することを防止している。さらに、温度変化に伴い膨張率の異なる中心コア部12と二次スプール20やエポキシ樹脂26とが膨張および収縮を繰り返しても、熱収縮チューブ17が弾性変形することにより膨張率の差を吸収することができる。したがって、中心コア部12の外周側面の周囲、ならびに特にクラックの発生し易い中心コア部12の両端角部付近の二次スプール20やエポキシ樹脂26にクラックが発生することを防止するので、高電圧部と中心コア部12との間で放電することを防止できる。これにより、点火プラグに所望の高電圧を印加することができる。
【0024】
さらに、本実施例では中心コア部12を構成するコア本体13と永久磁石15とを同軸に組付けることができない場合でも、図5に示すような程度のずれまでは容認できる。したがって、例えば中心コア部12の内径を有する筒状のガイド部材などを使用することにより、コア本体13と永久磁石15との組付けを自動化することが可能である。
【0025】
本実施例では、コア本体13の両端に永久磁石14、15を配設したが、コア本体13の一端にだけ永久磁石を配設してもよい。また、永久磁石ではなく、硬質のゴムなどで形成された緩衝部材をコア本体13の一端または両端に配設することにより、膨張率の差によってコア本体13の軸方向に作用する力がコア本体13の透磁率が低下させる磁歪の発生を防止するようにしてもよい。あるいは、永久磁石と緩衝部材を積層した積層部材、または永久磁石の端部に緩衝部材をそれぞれ独立の部材として配設してもよい。この場合、緩衝部材の外径を永久磁石の外径よりも小さく設定することで上記と同様に弾性緩衝部材の損傷、クラックの発生、磁歪の発生を防止する効果を得ることができる構造とすることが可能である。
【0026】
また、本実施例では弾性緩衝部材として熱収縮チューブを適用したが、熱収縮チューブ以外でもエラストマー樹脂やゴムなどの弾性部材であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による点火プラグを示す図2のI部分を拡大した断面図である。
【図2】本発明の実施例による点火プラグを示す断面図である。
【図3】本発明の実施例による点火プラグの中心コア部と熱収縮チューブを示す断面図である。
【図4】本発明の実施例による点火プラグのコア本体と、永久磁石の位置関係を示す説明図である。
【図5】本発明の実施例による点火プラグを示す断面図である。
【図6】従来の点火プラグを示す断面図である。
【符号の説明】
10 点火プラグ
11 ハウジング
12 中心コア部
13 コア本体
14、15 永久磁石
17 熱収縮チューブ(弾性緩衝部材)
20 二次コイル
21 二次スプール
23 一次スプール
24 一次コイル
26 エポキシ樹脂(樹脂絶縁材)
Claims (4)
- 内燃機関の点火装置に印加する高電圧を発生する内燃機関用点火コイルであって、
棒状のコア本体、ならびに前記コア本体の軸方向両端の少なくともいずれか一方に配設された永久磁石または緩衝部材を有し、前記コア本体の外径は前記永久磁石または前記緩衝部材の外径よりも大きな中心コア部と、
前記中心コア部の外周に配設された一次スプールおよび二次スプールと、
前記一次スプールに巻回された一次コイル、および前記二次スプールに巻回された二次コイルと、
前記点火コイル内に充填された樹脂絶縁材と、
前記コア本体の軸方向端部の角部、および前記コア本体の端部に配設されている前記永久磁石または前記緩衝部材の角部を覆う弾性緩衝部材と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火コイル。 - 前記弾性緩衝部材は、加熱することにより収縮する熱収縮チューブであり、前記熱収縮チューブの収縮温度は前記熱収縮チューブが使用される使用環境温度よりも高い温度であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関用点火コイル。
- 前記熱収縮チューブの収縮温度は、150℃以上であることを特徴とする請求項2記載の内燃機関用点火コイル。
- 前記コア本体の径方向に対し、前記コア本体の角部と前記緩衝部材または前記永久磁石の角部とを結ぶ直線がなす角度θは、45°≦θ≦90°であることを特徴とする請求項1、2または3記載の内燃機関用点火コイル。
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