JP4899857B2

JP4899857B2 - 点火コイル用の絶縁部材

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Publication number: JP4899857B2
Application number: JP2006351958A
Authority: JP
Inventors: 純一和田; 純二白井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008166365A; US7982575B2; DE102007055869A1; US20080157908A1

Description

本発明は、車両用エンジン等の内燃機関に使用する点火コイルに用いる各種の絶縁部材に関する。

車両用エンジン等の内燃機関に使用する点火コイルにおいては、同一軸線を中心に内周側と外周側に重ねて巻回した一次コイル（一次側コイル）と二次側コイル（二次コイル）とを用い、電磁誘導作用を利用して例えば２０〜４０ｋＶの高電圧を二次コイルに発生させている。そして、この高電圧により、二次コイルに接続したスパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させ、このスパークにより内燃機関における燃焼動作を行っている。

そして、点火コイルに用いる各種の絶縁部材においては、高電圧に耐え得るように、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、エポキシ等の樹脂が使用されている。
例えば、特許文献１の内燃機関用点火コイルにおいては、点火コイルのケース及び一次ボビンを、従来のＰＢＴ樹脂に代えてＰＰＳ樹脂を用いて成形することにより、点火コイルの出力エネルギを損なうことなく、その小型化を図っている。

ところで、近年、車両用エンジン等においては、高出力、低燃費、低エミッションのエンジンが開発されており、点火系に対する要求電圧が年々高くなっていきている。そのため、点火コイルに用いる絶縁部材においても、高電圧に長時間耐え得るコロナ寿命（耐久性）の向上が必要となり、使用する材料に更なる工夫が必要とされる。

特開平８−３３９９２８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コロナ寿命（耐久性）を飛躍的に向上させることができる点火コイル用の絶縁部材を提供しようとするものである。

第１の発明は、一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルに用いる絶縁部材であって、
該絶縁部材は、プラグホール内において、上記一次コイルを巻回した一次スプール、上記二次コイルを巻回した二次スプール、上記一次コイル及び二次コイルを収容するコイルケースの少なくともいずれかに連結され、上記二次コイルの高電圧側端部と導通される高電圧端子を内部に収容する高電圧タワーであり、かつ、ベースとなる絶縁材料としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を上記絶縁部材の全体に対して５ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材にある（請求項１）。
第２の発明は、一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルに用いる絶縁部材であって、
該絶縁部材は、上記一次コイルを巻回した一次スプール、上記二次コイルを巻回した二次スプール、上記一次コイル及び二次コイルを収容するコイルケースの少なくともいずれかに連結され、上記二次コイルの高電圧側端部と導通される高電圧端子を内部に収容する高電圧タワーと、該高電圧タワーに取り付けられ、スパークプラグを絶縁して装着するためのプラグ装着部材と、をプラグホール内において連結するジョイント部材であり、かつ、ベースとなる絶縁材料としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を上記絶縁部材の全体に対して５ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材にある（請求項２）。

点火コイル用の絶縁部材においては、高電圧の環境下に曝されることが多く、この高電圧に長時間耐え得ることが要求される。そこで、本発明の点火コイル用の絶縁部材においては、ベースとなる絶縁材料に上記脱水分解反応剤を添加してなる。これにより、本発明の絶縁部材は、高電圧の環境下に長時間（例えば、従来の絶縁部材に比べて約５倍以上の時間）耐え得ることができ、絶縁部材のコロナ寿命（耐久性）を飛躍的に向上させることができる。

上記絶縁部材を上記脱水分解反応剤を用いて形成したことにより、コロナ寿命を向上させることができる理由は、以下のように考える。
すなわち、本発明の絶縁部材においては、脱水分解反応剤が脱水分解反応を生じさせることにより、ベースとなる絶縁材料におけるコロナ熱（熱）を吸収する効果、又はベースとなる絶縁材料を冷却する効果が得られると考えられる。これにより、絶縁部材が高温に加熱されることが抑制され、絶縁部材の劣化抑制により、コロナ寿命を向上させることができると考える。

参考発明は、一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルに用いる絶縁部材であって、
該絶縁部材は、ベースとなる絶縁体の表面に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を含有する絶縁材料をコーティングしてなることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材にある。

本発明の点火コイル用の絶縁部材においては、ベースとなる絶縁体の表面に上記脱水分解反応剤をコーティングしてなる。これにより、本発明の絶縁部材も、高電圧の環境下に長時間（例えば、従来の絶縁部材に比べて約５倍以上の時間）耐え得ることができ、絶縁部材のコロナ寿命（耐久性）を飛躍的に向上させることができる。

また、本発明における絶縁材料としては、絶縁体に対する接着性の高い樹脂、ゴム等を用いることができる。
なお、上記絶縁部材を上記脱水分解反応剤を用いて形成したことにより、コロナ寿命を向上させることができる理由は、上記第１の発明と同様に考える。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１、第２の発明において、上記絶縁材料は、絶縁性を有する熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂の材料、絶縁性を有するゴムの材料等とすることができる。
上記第２の発明において、上記絶縁体は、絶縁性を有する熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂の成形品、絶縁性を有するゴムの成形品等とすることができる。

また、上記絶縁部材は、上記一次コイルを巻回した一次スプール、上記二次コイルを巻回した二次スプール、上記一次コイル及び二次コイルを収容するコイルケース、上記一次スプール、上記二次スプールもしくは上記コイルケースの少なくともいずれかに連結され、上記二次コイルの高電圧側端部と導通される高電圧端子を内部に収容する高電圧タワー、又は該高電圧タワーに取り付けられ、スパークプラグを絶縁して装着するためのプラグ装着部材と上記高電圧タワーとを連結するジョイント部材のいずれかである。
これにより、点火コイルにおいて、高電圧の環境下に曝されることが多い各種の部材、一次スプール、二次スプール、コイルケース、高電圧タワー、プラグ装着部材、ジョイント部材又は充填材のコロナ寿命を飛躍的に向上させることができる。

また、上記脱水分解反応剤は、水酸化マグネシウム又は水酸化アルミニウムであることが好ましい（請求項３）。
この場合には、脱水分解反応剤の入手が容易であり、絶縁部材を容易に成形することができる。

上記第１、第２の発明において、上記脱水分解反応剤の上記絶縁部材の全体に対する添加量は、５ｗｔ％以上である。
上記絶縁部材のコロナ寿命を飛躍的に向上（例えば従来に比べて約５倍以上）させるためには、脱水分解反応剤の添加量は５ｗｔ％以上とすることが好ましい。一方、脱水分解反応剤の添加量が５ｗｔ％未満になると、絶縁部材のコロナ寿命を十分に向上させることが困難になる。

また、上記脱水分解反応剤の上記絶縁部材の全体に対する添加量は、３５ｗｔ％以下であることが好ましい（請求項４）。
脱水分解反応剤は、高電圧の環境下に曝される時間に対応して消費されると考えるため、その添加量は多いほどコロナ寿命を長くすることができると考える。一方、脱水分解反応剤の添加量を多くし過ぎると、絶縁部材の機械的強度（曲げ、引張強度等）、成形性等を低下させるおそれがある。そのため、点火コイルに使用可能な脱水分解反応剤の添加量は、３５ｗｔ％以下が好ましいと考える。

以下に、本発明の点火コイル用の絶縁部材にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の点火コイル１用の絶縁部材は、図１に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２を備えた点火コイル１に用いるものである。この絶縁部材は、ベースとなる絶縁材料に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を添加してなる。

以下に、本例の点火コイル１用の絶縁部材につき、図１〜図４と共に詳説する。
本例の点火コイル１は、図１に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２を備えたコイル部２を、エンジン（シリンダヘッドカバー）のプラグホール８１内に配置して用いるスティックタイプのものである。一次コイル２１及び二次コイル２２の内周側には、軟磁性材料からなる中心コア２３が配置してあり、一次コイル２１及び二次コイル２２の外周側には、軟磁性材料からなる外周コア２４が配置してある。

一次コイル２１は、断面円環形状を有する熱可塑性樹脂からなる一次スプール２１１の外周に巻回してなる。また、二次コイル２２は、一次コイル２１よりも細径の電線を用い、断面円環形状を有する熱可塑性樹脂からなる二次スプール２２１の外周に、一次コイル２１の巻回数よりも多い巻回数で巻回してなる。一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア２３及び外周コア２４は、熱可塑性樹脂からなるコイルケース３１内に収容してある。

図１に示すごとく、コイルケース３１の高電圧側端部には、断面円環形状を有する熱可塑性樹脂からなり、二次コイル２２の高電圧側端部２２５と導通される高電圧端子４２を内部に収容する高電圧タワー３３が連結してある。この高電圧タワー３３には、断面円環形状を有するゴムからなり、スパークプラグを装着するためのプラグ装着部材３４が取り付けてある。このプラグ装着部材３４の内周側には、高電圧タワー３３と導通され、プラグ装着部材３４の内周側に装着したスパークプラグの端子部と接触するスプリング４３が配置してある。

コイルケース３１の低電圧側端部には、当該点火コイル１をエンジンのＥＣＵ（電子制御ユニット）に電気接続するためのコネクタ接続部３２１を備えたコネクタケース部３２が形成してある。本例のコネクタケース部３２内には、電力制御回路を備えたイグナイタ４１が配置してある。
また、点火コイル１における間隙、すなわちコネクタケース部３２、コイルケース３１及び高電圧タワー３３によって囲まれた空間における間隙には、熱硬化性樹脂からなる充填材１１が充填してある。

また、図１に示すごとく、中心コア２３は電磁鋼板（珪素鋼板等）を軸方向に直交する方向に積層してなり、中心コア２３の外周には、電磁鋼板のエッジ部（角部）によって充填材１１に亀裂等が入ることを防止するための保護部材２３１（テープ、チューブ等）が巻き付けてある。この保護部材は、樹脂又はゴムから形成することができる。
また、外周コア２４の高電圧側端部には、この外周コア２４の磁化方向（軸方向）に作用する圧縮応力を緩和するための弾性部材２４１が配置してある。この弾性部材２４１は、ゴムから形成することができる。

本例の絶縁部材は、一次スプール２１１、二次スプール２２１、高電圧タワー３３、プラグ装着部材３４、充填材１１、保護部材２３１及び弾性部材２４１のいずれか１つ又は複数を構成する。そして、一次スプール２１１及び二次スプール２２１は、ベースとなる絶縁材料をＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂とし、このＰＰＥ樹脂に脱水分解反応剤を添加して構成することができる。高電圧タワー３３は、ベースとなる絶縁材料をＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂とし、このＰＰＳ樹脂に脱水分解反応剤を添加して構成することができる。プラグ装着部材３４は、ベースとなる絶縁材料をシリコンゴムとし、このシリコンゴムに脱水分解反応剤を添加して構成することができる。充填材１１は、ベースとなる絶縁材料をエポキシ樹脂とし、このエポキシ樹脂に脱水分解反応剤を添加して構成することができる。

また、絶縁部材は、ベースとなる絶縁材料に、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）等の脱水分解反応剤を添加して構成することができる。そして、絶縁部材の全体に対する脱水分解反応剤の添加量は、５〜３５ｗｔ％とすることが好ましい。また、絶縁部材は、ベースとなる絶縁材料、脱水分解反応剤の他にも、フィラー等の補強剤、その他添加剤等を含有して成形することができる。

本例の点火コイル１において、ＥＣＵからのパルス状のスパーク発生信号によって、一次コイル２１に電流を流したときには、中心コア２３及び外周コア２４を通過する磁界が形成される。次いで、一次コイル２１に流す電流を遮断したときには、自己誘導作用により一次コイル２１に電圧が生ずると共に、相互誘導作用により二次コイル２２に高電圧の誘導起電力が発生し、点火コイル１に取り付けたスパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させることができる。

本例の点火コイル１用の絶縁部材においては、ベースとなる絶縁材料に脱水分解反応剤を５〜３５ｗｔ％（絶縁部材全体に対して）添加したことにより、高電圧の環境下に長時間（例えば、従来の絶縁部材に比べて約５倍以上の時間）耐え得ることができ、コロナ寿命（耐久性）を飛躍的に向上させることができる。
この理由は、本例の絶縁部材においては、脱水分解反応剤が脱水分解反応を生じさせることにより、ベースとなる絶縁材料におけるコロナ熱（熱）を吸収する効果、又はベースとなる絶縁材料を冷却する効果が得られると考えられる。これにより、絶縁部材が高温に加熱されることが抑制され、絶縁部材の劣化抑制により、コロナ寿命を向上させることができると考える。

また、絶縁部材を適用する点火コイルとしては、図２に示すごとく、一次コイル２１および二次コイル２２をエンジン（シリンダヘッドカバー）のプラグホール８１外に配置して用いる矩形タイプの点火コイル１Ａとすることもできる。この場合に、高電圧タワー３３は、一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア２３等を収容するコイルケース３１から形成し、高電圧タワー３３には、ゴムからなる第１ジョイント部材３５を介して樹脂からなる第２ジョイント部材３６を連結し、第２ジョイント部材３６にプラグ装着部材３４を取り付けることができる。また、充填材１１は、コイルケース３１内における間隙を充填することができる。

この矩形タイプの点火コイル１Ａにおいて、絶縁部材は、一次コイル２１を巻回した一次スプール２１１、二次コイル２２を巻回した二次スプール２２１、高電圧タワー３３、第１ジョイント部材３５、第２ジョイント部材３６、プラグ装着部材３４及び充填材１１のいずれか１つ又は複数を構成することができる。そして、一次スプール２１１、二次スプール２２１、高電圧タワー３３、プラグ装着部材３４及び充填材１１は、上記スティックタイプの点火コイル１と同様の絶縁材料に、脱水分解反応剤を添加して構成することができる。また、第１ジョイント部材３５は、ベースとなる絶縁材料をシリコンゴムとし、このシリコンゴムに脱水分解反応剤を添加して構成することができる。第２ジョイント部材３６は、ベースとなる絶縁材料をＰＰＳ樹脂とし、このＰＰＳ樹脂に脱水分解反応剤を添加して構成することができる。

また、図示は省略するが、上記絶縁部材は、ベースとなる絶縁体の表面に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を含有する絶縁材料をコーティングして形成することもできる。この場合において、絶縁体としては、絶縁性の高い種々の樹脂、ゴム等の成形品を用いることができ、絶縁材料としては、絶縁体に対する接着性の高い樹脂又はゴムの接着剤等を用いることができる。また、この絶縁材料のコーティングを行った絶縁部材は、上記と同様にスティックタイプの点火コイル１及び矩形タイプの点火コイル１Ａのいずれにも用いることができる。

本例においては、ＰＰＳ樹脂に脱水分解反応剤を添加してなる絶縁部材による効果を確認するための試験を行った。具体的には、脱水分解反応剤の添加量を０ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％としたときの絶縁部材に対して、高電圧（２０ｋＶ、５０Ｈｚ）を継続して印加し、絶縁破壊時間（高電圧の印加を開始してから絶縁部材が絶縁性を維持できなくなるまでの時間）を測定した。
図３は、横軸に脱水分解反応剤の添加量をとり、縦軸に寿命倍率をとって、絶縁破壊時間の測定結果を示す。ここで、寿命倍率は、脱水分解反応剤の添加量が０ｗｔ％のときの基準絶縁破壊時間を１（倍率）とし、脱水分解反応剤の添加量を５ｗｔ％、１０ｗｔ％としたときの絶縁破壊時間が、基準絶縁破壊時間の何倍であったかによって示す。

同図より、脱水分解反応剤の添加量が５ｗｔ％以上になる付近から、寿命倍率は約５倍以上に飛躍的に向上することがわかる。一方、脱水分解反応剤の添加量を多くし過ぎると、絶縁部材の機械的強度（曲げ、引張強度等）、成形性等を低下させるおそれがあるため、点火コイルに使用可能な脱水分解反応剤の添加量は、３５ｗｔ％以下が好ましいと考える。

図４は、横軸に絶縁破壊時間をとり、縦軸に電圧をとって、絶縁部材の絶縁破壊電圧（ＪＩＳ規格による絶縁部材が絶縁破壊するときの電圧）及び絶縁破壊時間を説明するグラフである。同図より、本例の脱水分解反応剤を添加した絶縁部材（発明品）と、従来の脱水分解反応剤を含有しない絶縁部材（従来品）との絶縁破壊電圧には、ほとんど差がないことがわかる。これに対し、発明品においては、絶縁破壊が生じるまでの時間を延長することができ、そのコロナ寿命を長くできることがわかる。

実施例における、点火コイルを示す断面説明図。実施例における、他の点火コイルを示す断面説明図。実施例における、横軸に脱水分解反応剤の添加量をとり、縦軸に寿命倍率をとって、絶縁破壊時間の測定結果を示すグラフ。実施例における、横軸に絶縁破壊時間をとり、縦軸に電圧をとって、絶縁部材の絶縁破壊電圧及び絶縁破壊時間を説明するグラフ。

符号の説明

１点火コイル
１１充填材
２コイル部
２１一次コイル
２１１一次スプール
２２二次コイル
２２１二次スプール
３１コイルケース
３２コネクタケース部
３３高電圧タワー
３４プラグ装着部材
３５第１ジョイント部材
３６第２ジョイント部材

Claims

一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルに用いる絶縁部材であって、
該絶縁部材は、プラグホール内において、上記一次コイルを巻回した一次スプール、上記二次コイルを巻回した二次スプール、上記一次コイル及び二次コイルを収容するコイルケースの少なくともいずれかに連結され、上記二次コイルの高電圧側端部と導通される高電圧端子を内部に収容する高電圧タワーであり、かつ、ベースとなる絶縁材料としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を上記絶縁部材の全体に対して５ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材。
一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルに用いる絶縁部材であって、
該絶縁部材は、上記一次コイルを巻回した一次スプール、上記二次コイルを巻回した二次スプール、上記一次コイル及び二次コイルを収容するコイルケースの少なくともいずれかに連結され、上記二次コイルの高電圧側端部と導通される高電圧端子を内部に収容する高電圧タワーと、該高電圧タワーに取り付けられ、スパークプラグを絶縁して装着するためのプラグ装着部材と、をプラグホール内において連結するジョイント部材であり、かつ、ベースとなる絶縁材料としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、脱水分解反応を生じさせる脱水分解反応剤を上記絶縁部材の全体に対して５ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材。
請求項１又は２において、上記脱水分解反応剤は、水酸化マグネシウム又は水酸化アルミニウムであることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記脱水分解反応剤の上記絶縁部材の全体に対する添加量は、３５ｗｔ％以下であることを特徴とする点火コイル用の絶縁部材。