JP3627594B2 - 点火コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次コイルと二次コイル及びその間隙に磁性体を装着してなるイグニションコイルや高圧トランス等に使用され、特に二次コイル内の線間電圧、一次コイルと二次コイルとの絶縁距離、二次コイルボビン両端部と電線層との境界面の巻き崩れ等、高い耐電圧を要求される点火コイル及びその巻線方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イグニションコイルや高圧トランス等の２次巻線では、絶縁特性、スペース効率、巻線時間短縮等を向上させるために、従来からいわゆる斜行巻きと言われるものが知られている。図２に示すように、低圧側つば１０２ａから巻き始め、２次ボビン１００ａを巻回しながら、電線供給用ノズル２００を左右に往復動して、略三角形の斜面を形成し、その斜面に沿って巻線して高圧つば１０１ａまで巻線するものである。特開平９−１２９４６０号公報では、低圧側から巻き始めて略三角形の斜面を形成した後、所定の巻高さまで連続巻線した後、高圧側に近づくにつれ斜面の巻線数を徐々に、あるいは階段状に減らして縮径し、高圧側の線間電圧および、１次ボビンとの絶縁距離を大きくして絶縁特性を向上させている。また、特許第２６３０７１６号公報では、２次ボビンの一方端から他方端に向けて所定数の往路巻きと、逆方向に所定数少ない復路巻きを順次交互に繰り返しつつ、巻き始めと巻き終わりは巻高さを小さくして絶縁特性をを向上させる方法がある。あるいは、特開平９−２４６０７５号公報では、２次ボビンの内径が一端から他端にかけて漸増し、その肉厚が漸減、巻数が漸増する公報が出されている。次に、特開平９−６９４５５号公報では、線間電圧を低くするための略三角形の傾斜角規定を目的として、傾斜角を６゜以上２０゜以下とする事が示されている。ボビン形状に関するものとしては、特開昭６０−１０７８１５号公報のように、巻き始め端から進行方向に沿う下り勾配斜面を予めボビンに成型して、斜行巻きの傾斜面を形成するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
斜行巻きでは、巻線層が傾斜面に連続して積層されるので、巻き進むにつれて発生した巻き乱れが、巻き終わりに行くと大きくなる傾向がある。
【０００４】
また、図７の（ｂ）に示すように、本発明に関わる斜行巻きとは異なるが、従来から行われている巻線方法で、２次ボビンを一定間隔毎に絶縁性隔壁で仕切り、隔壁間に所定数巻線した後、隣の巻部に渡りながら、順次巻線する方法、いわゆる分割巻きに於いて、２次巻線から測定用リード線を出し、各測定部位と電圧との関係を測定した。図７（ａ）に示すように、低圧側から高圧側までの測定部位０から１０までの電位を測定した結果、巻数に比例して電圧が増加するはずであるが、２次電圧波形成分の中の数ＭＨｚ程度の高波数成分は高圧側に電位集中する、すなわち１ターン当たりの電圧が高圧側の方が低圧側より相対的に高くなるという傾向がある。
【０００５】
特開平９−１２９４６０号公報では、高圧側に巻線するに従い縮径して、傾斜面の斜面長を減らして線間電圧が小さくになるようにしており、小さな巻き乱れならば斜面長が減った分効果はあるが、大きな巻き乱れは伝搬していく恐れがあり、絶縁特性の厳しい高圧側では殊に問題である。また、高圧側と低圧側を縮径して高い絶縁特性を得る方法として特許第２６３０７１６号公報のように、往路と復路の合計巻数を常に一定としながら、順次巻線を繰り返して実現しているが、往路と復路の巻数は線間耐圧を確保するために、ある一定の値以下となる制約がある。そうすると、線間電圧が相対的に大きい高圧側を意識して往復巻数を少なく設定すると、低圧側により多くの巻線をする必要が生じ、ボビン長が長くなる傾向がある。次に、斜行巻きの傾斜角については、特開平９−６９４５５号公報で６゜以上２０゜以下としているが、これは巻線する上での絶対条件ではなく、種々の制約条件を満たす一例であり、たとえば傾斜角が６度未満であっても、巻数を小さくできれば可能となる。特開平９−２４６０７５号公報の２次ボビンの内径が一端から他端にかけて漸増し、その肉厚が漸減、巻数が漸増する公報に関しては、ボビンの中央部は同径で、高圧側端、あるいは低圧側端部のみ巻高さを小さくして縮径する事は公報の漸増、漸減とは異なるということができる。次に、ボビンの形状に関するものとして特開昭６０−１０７８１５号公報ではボビンに成形した傾斜面を斜行巻きの傾斜角に利用しており、一定の傾斜角仕様で有効だが、角度を少し変えたい時などは、新たに作り直す必要が生じるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、第１の発明では、低圧側からではなく、高圧側を巻き始めとすることによって、巻き乱れが少ない部位を高圧側に配置することが出来る。また、往路巻きと復路巻きを低圧側方向へ繰り返しながら徐々に巻き進めると、往路巻きの巻き進み量に応じた右下がりの傾斜面θ（図４）ができる。更に、復路巻きの巻き戻し量を往路巻きよりも所定数少なくすると、その差分に応じて高圧側の巻線端面の位置が高圧側から低圧側方向に向かって徐々にシフトし、巻高さ及び往復巻数が徐々に増加し、斜面θ１（図４）の斜面ができる。こうすると、高圧側の傾斜面の巻数を少なく制御できるので、線間電圧を低く押さえて耐圧特性が良好な点火コイルを作ることができる。
【０００７】
第２の発明では、進行方向の傾斜角θを６゜未満としながらも、第１の発明で高圧側から低圧側に向かう右上がり斜面θ１の傾斜角及び、巻数を制御することで、斜面の往復巻数を低く押さえ、かつ緩やかな傾斜角θによって巻き崩れを防止するという相乗効果がある。
【０００８】
第３の発明では、高圧側から低圧側に向かう右上がり斜面の傾斜角θ１は線間距離Ｐｔ（図４）とシフト量ｓ（図５）で決まるので、斜面の往復巻数を線間電圧の許容範囲内で、任意に設定し、絶縁性能を向上することが出来る。
【０００９】
第４の発明は、高圧側の電位分布に応じて最適に調整する場合の用途に適している。
【００１０】
第５の発明は、高圧側の巻高さを許容線間電圧以下に低く押さえ、残る巻数分を低圧側に配分し、巻線する方法で、形状が単純な段付き形状にする事ができる。
【００１１】
第６の発明は、巻き始めから低圧側に向かってボビンの高さを徐々に低くする部材であるリブを設置すると、そのリブを設置した断面は略多角形のボビンと見なすことができるのでボビン上の回転速度が回転角によって微妙に増減するため電線を巻き締めするという効果がある。また、リブ間に間隙があるため、巻線後ボビンに例えばエポキシ系樹脂を充填して硬化させる場合、絶縁特性が厳しい高圧側の最下層への浸透が十分でない場合にボイド等による不良が発生するのを防止する効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を適宜図示しながら説明する。
【００１３】
（第１実施例）第１実施例を図１〜図５を引用しながら説明する。
【００１４】
図３に於いて、点火コイルは主に、円筒状の２次コイル２０５と１次コイル２０６及び鉄心（図示しない）で構成されるトランスである。１次コイル２０６に流れる電流を遮断すると磁気誘導作用によって１次、２次コイル間の巻数に比例した電圧が２次コイル２０５に誘起する。本実施例の２次コイル電圧はたとえば３０ｋＶである。次に、図示はしないが、点火コイルはエンジンのプラグホール内に挿入して、該コイルの高圧側をプラグの電極と勘合するのが一般的であるため、ボビン形状はプラグに近い方を高圧側として２次電極を設置する。またボビン内部及び、１次、２次コイル間に同心円状に電磁コア材を装着して電磁誘導作用を倍加するようにしているため、ボビンの高圧側は密閉し、他方プラグに遠い低圧側はボビンの円筒内径をオープンにして、２次ボビン巻線時の回転軸を挿入する構造として、高圧側、低圧側をボビン形状で区別している。
【００１５】
図２は２次コイルの巻線の従来例を示す図で、２次ボビンへの巻始めは、低圧側から挿入した回転軸（図示せず）に近い、低圧側つば１０２ａより巻き始めるのが一般的である。次に、巻き始めに適当な略三角形の斜面を形成し、該斜面に沿って斜め巻きを繰り返して所定の巻き高さＨで巻き進め、高圧側つば１０１ａに近くなったら図のような傾斜角を残して巻き終えるか、あるいは、往復の巻数を徐々に減らしながら斜面長を短くする方法等（図示せず）で縮径し、高圧側の線間電圧を低く押さえる方法がとられている。
【００１６】
図１では、回転軸（図示せず）を図２と同様に低圧側から挿入するが、巻き始めは図２とは反対に２次ボビン１００の高圧側つば１０１の壁面下より行う。これは、巻き進むうちに巻き乱れが大きくなる特性に対し、巻数が少ない側を高圧側に配置するためと、高圧側の巻数、傾斜角θを適宜変更できるようにするためである。次に、所定数巻き進める往路巻きと、往路巻きと逆向きに往路巻きより所定数少ない復路巻きで巻き戻しながら、往路巻きと復路巻きの巻数を徐々に増加して、高圧側には右上がり斜面θ１、低圧側へ向かう方向には右下がり斜面θでなる巻線層を形成し、Ｐ１で巻高さがｈとなるまで繰り返す。その後、巻き高さｈをＰ２まで形成し、Ｐ３が巻き終わりとなるように、Ｐ２から最後の往路巻線を行なって、巻線を終了する。
【００１７】
次に図４、５で巻線の詳細について述べる。まず、図４中の数字、１、２０、３６……６９６は巻き始めからの累計巻数を示す。往路巻きとは１から２０、あるいは３７から７２等のことで、復路巻きとは２１（図示せず）から３６、あるいは７３（図示せず）から１０４等である。従って往路と復路の１往復とは１→２０→３６、あるいは３７→７２→１０４等をさす。図５で巻線順序は１→２０→３６→３７→７２→１０４……のように推移する。その時の巻数の実際例は図５（ｂ）のように、往路２０ターンで始まり→復路１６ターン→往路３６ターン→復路３２ターン→往路５２ターン……のように往路復路共に徐々に増加し、かつ復路巻きは往路巻きより４ターン少ない巻数で低圧側方向にシフトすることによって、傾斜角θ１を形成する。θ１はシフト量ｓすなわち、巻線ピッチＰｔで決まり、本実施例ではθ１≒ｔａｎ^−１ （２×電線径／４×Ｐｔ）で求まる。
【００１８】
次に、図４で、低圧側方向の傾斜角θであるが、往路巻きでは巻幅Ｗを予め決めて（たとえば１．２ｍｍ）これを低圧側方向への巻き進みシフト量の１単位としている。実施例では巻線ピッチＰｔを０．０６ｍｍとし、２０ターンづつ巻き進めている。θは復路の巻数に関係なく、巻幅Ｗだけ巻き進むと２層分下るから、θ≒ｔａｎ^−１ （２×電線径／Ｗ）となる。
【００１９】
実際の巻線ボビンでθを測定すると、Ｗ＝１．２ｍｍ、電線径０．０５８ｍｍのときの約５゜となり、計算値の５．５２゜にほぼ一致する。すなわち、この巻線条件ではθを６度未満とすることができる。傾斜角θ１については、往路巻きを例えば２０ターン、復路巻きを１０ターンとして（図示せず）実際の巻線ボビンで測定した結果、約１０゜で、計算値１０．９にほぼ一致する。
【００２０】
（第２実施例）第２実施例を図４、図６，図７を引用しながら説明する。
【００２１】
図７（ｂ）のような、従来から行われているいわゆる分割巻きに於いて、２次ボビン１００ｂを一定間隔毎に絶縁性隔壁２１０で仕切り、隔壁間に所定数巻線した後、隣の巻部に渡りながら、順次巻線したボビンの２次巻線から測定用リード線を出し、各測定部位と電圧との関係を測定したものが図７（ａ）である。低圧側から高圧側までの測定部位０から１０までの電位を測定した結果、たとえば１０ｋＨｚの周波数成分ではどの部位でもほぼ一定であるが、２．５ＭＨｚ程度では高圧側の特定部位により多く電位集中する事が分かった。すなわち１ターン当たりの電圧は高圧側の方が低圧側より相対的に高くなるということが分かった。そこで、図７（ａ）を参考にしながら、図６に於いて、当該ボビンの電位分布に合うような、放物線状の傾斜面を形成することで線間電圧を最適化する事が出来る。巻線方法は図５に於いて、シフト量ｓを徐々に小さくなるようにすることによって実現できる。
【００２２】
次に、余線１０５は総巻数を微調整する目的で設ける。すなわち、巻き終わり斜面の巻線は斜面途中で巻線ピッチを広げて即座に巻き下ろすこと等は絶縁特性が低下するため行わないので、所定の巻数に合わせる場合は、余線１０５で一定の巻線で巻数調整をすることができる。この場合、つば境界で問題となる巻線層の崩れによる線間電圧の問題は、仮に崩れたとしても所定の線間電圧を満足する範囲内の層数とすれば問題はない。
【００２３】
（第３実施例）第３実施例を図８を引用しながら説明する。
【００２４】
図に於いて、高圧側つば１０１ｇを巻き始めとして、一定の巻高さｈ１で巻線した後、ある時点から巻高さｈ２で巻線する例である。始めに、高圧側の線間電圧を満足する巻数からｈ１設定し、残る巻数をｈ２に配分することによって、巻線設計を簡易にする事ができる。
【００２５】
（第４実施例）第４実施例を図９を引用しながら説明する。
【００２６】
本実施例はボビンの形状に関するものである。図に於いて、リブ３００は高圧側つば１０１ｆの近傍に、２次ボビンの円周面に放射状に設置し（例えば８枚以上）、高圧側つば１０１ｆに近づくに従い、その高さが漸増する形状となっている。高圧側から巻き始めると巻線面は略多角形と見なすことができるから、リブ３００が巻き締め効果を発揮することになり巻線が安定する。更に、巻線後の工程で巻線ボビンにエポキシ系樹脂を注入して封止硬化させるのであるが、狭い線間距離で電線を多層に積層すると、下層に行くほど樹脂が浸透しにくく、その部分からボイド等が発生し、絶縁破壊を生じる恐れがある。しかし、リブ３００間に間隙があるために最下層であってもエポキシ樹脂の浸透が容易になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、巻き始めを高圧側としたので、巻き乱れの少ない巻線部を高圧側に置くことができ、また高圧側端部近傍の巻数が漸増するように傾斜面を形成したので耐圧特性を良好にする事ができる。更に、高圧側と低圧側両端を縮径して、つば近傍の巻線層の高さを最少にしたので、つば近傍で生じる、層の崩れによる耐圧不良を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。
【図２】点火コイルの従来例を示す断面図である。
【図３】点火コイルの部分断面図である。
【図４】点火コイルの説明用断面図である。
【図５】点火コイルの説明用断面の部分拡大図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図７】点火コイルの出力電圧と測定部位との関係を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例を示す図である。
【図９】本発明の第４実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１００…ボビン、 １０１…高圧側つば、 １０２…低圧側つば、
１０３…線間距離、 １０４…電線、 １０５…余線、
２００…ノズル、 ２０５…２次巻線、 ２０６…１次巻線
３００…リブ、 θ…低圧側右下がり斜面の傾斜角、
θ１…高圧側右上がり斜面の傾斜角、 Ｈ、ｈ…巻高さ、
Ｐｔ…巻線ピッチ、 ｓ…シフト量、

Claims (12)

1. ボビン上に線材がコイルの軸線に対して斜め巻きされた２次コイルを備えた点火コイルにおいて、
   該２次コイルは、該ボビン上の点火コイルがエンジンのプラグホール内に挿入された状態でプラグに近くなる側を線材の巻き始めとし、往路巻きで所定数巻き進められ、該往路巻きよりも少ない巻数の復路巻きで巻き戻され、往路巻きと復路巻きの巻き数を増加させたコイルであることを特徴とする点火コイル。
2. 請求項１において、
   該ボビン上の点火コイルがエンジンのプラグホール内に挿入された状態でプラグに近くなる側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
3. 請求項１において、
   該ボビン上の点火コイルがエンジンのプラグホール内に挿入された状態でプラグに遠くなる側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
4. 請求項３において、
   前記傾斜角は 6 度未満であることを特徴とする点火コイル。
5. ボビン上に線材がコイルの軸線に対して斜め巻きされた２次コイルを備えた点火コイルにおいて、
   該ボビンに２次電極を有し、
   該２次コイルは、該ボビン上の該２次電極が形成された側を線材の巻き始めとし、往路巻きで所定数巻き進められ、該往路巻きよりも少ない巻数の復路巻きで巻き戻され、往路巻きと復路巻きの巻き数を増加させたコイルであることを特徴とする点火コイル。
6. 請求項５において、
   該ボビン上の該２次電極が形成された側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
7. 請求項５において、
   該ボビン上の該２次電極が形成された側の反対側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
8. 請求項７において、
   前記傾斜角は 6 度未満であることを特徴とする点火コイル。
9. ボビン上に線材がコイルの軸線に対して斜め巻きされた２次コイルを備えた点火コイルにおいて、
   該ボビンは、一方の端部が密封され、他方の端部がオープンになっており、
   該２次コイルは、該ボビンの密封された側を線材の巻き始めとし、往路巻きで所定数巻き進められ、該往路巻きよりも少ない巻数の復路巻きで巻き戻され、往路巻きと復路巻きの巻き数を増加させたコイルであることを特徴とする点火コイル。
10. 請求項９において、
    該ボビン上の該ボビンの密封された側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
11. 請求項９において、
    該ボビン上の該オープンな側における巻線端面の位置が、傾斜角を形成していることを特徴とする点火コイル。
12. 請求項１１において、
    前記傾斜角は 6 度未満であることを特徴とする点火コイル。

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