JP5038171B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関用点火コイルに適用され、特にケース内にイグナイタを収容する内燃機関用点火コイルであって、イグナイタと点火コイル部の配置に特徴を有する点火コイルに関するものである。

従来の内燃機関用点火コイルの断面図を図９に、当該点火コイルのイグナイタ周囲の拡大図を図１０に、前記図９の概略回路図を図１１にそれぞれ示す。図９から図１１において、点火コイル１０は、１次ボビン１１に１次導線を巻き廻した１次コイル１２と、その外周に２次ボビン１３に２次導線を巻き廻した２次コイル１４が配置され、前記１次コイル１２と、前記２次コイル１４とで構成されるコイル組立体１５と、１次コイル１２に通電される電流をスイッチング制御し外装が直方体で構成されたイグナイタ２０とが、ケース２４内に収納されている。前記イグナイタ２０は、２次コイル１４と対向するイグナイタ面が前記２次コイル１４の軸方向に平行に配設され、また前記ケース２４開口には、点火信号や電源を入力するコネクター端子３１を備えたコネクター３０が設けられている。

前記１次ボビン１１内部に貫通する珪素鋼板の薄板を積層し形成した鉄芯２２は、前記コイル組立体１５の外周にも磁気回路的に連続して配置され、コイル組立体１５と共に一部埋設され、エポキシ樹脂等の絶縁注型材２３を注入硬化させることで一体化されている。前記２次コイル１４の低圧側端部１８は、１次コイル１２の低圧側端部１６と電気的に接続されており、前記２次コイル１４の高圧側端部１９は、発生した３０〜４０ｋＶの高電圧を配電する高圧タワー部２５内の高圧端子２６を経由して点火プラグ２８に接続される。

また前記イグナイタ２０は、図示しないスイッチング制御回路等を収容し、これを熱硬化性のモールド材でトランスファーモールドしてパッケージングした構造であり、外部とを電気的に接続するコネクタ３０を備え、前記イグナイタ２０のベース側（Ｂ）にはエンジンのＥＣＵ（点火信号発生回路）から点火信号が入力され、コレクタ側（Ｃ）は前記１次コイル１２の高圧側端部と半田等で電気的接続がされ、エミッタ側（Ｅ）はグランド電位と電気的接続がされる。また点火コイル１０は小型化の要求により、最適な設計思想を基に、部品サイズ、部品位置、絶縁距離などは最小で最大性能を発揮するよう形成されていた。

上記点火コイル１０の動作は、点火タイミングにで、点火信号発生回路より前記イグナイタ２０のベース側（Ｂ）に点火信号が入力されることで、バッテリー電源の＋より１次コイル１２に１次電流が流れ込み、磁界を発生させ、発生した磁界は鉄芯２２に保持される。次に前記イグナイタ２０のベース側（Ｂ）の点火信号が遮断されると、前記１次コイル１２に流れていた１次電流も遮断され、１次コイル１２と２次コイル１４の巻数比に応じたおよそ３０〜４０ｋＶのマイナス高電圧が２次コイル１４に励起され２次コイル１４の高圧側端部１９と電気的に接続された点火プラグ２８に配電される。

上述のような点火コイルは、特開２０００−２９４４３７号公報（特許文献１）に開示されており、上記従来技術では各点火プラグ毎に個別に高電圧を供給する点火コイルとなっている。また、他の例として、特許文献１では点火コイルと同数の点火プラグが必要であるが、一つの点火コイルで二つの点火プラグに高電圧を供給するいわゆる同時点火コイルも提案されている。
特開２０００−２９４４３７号

しかしながら、上述のような従来の点火コイルにおいては、イグナイタ２０の動作不具合に起因して、点火コイル１０が誤動作してしまう問題が確認されている。当該問題について本願発明者が解析を行ったところ、次のような結論に至った。すなわち、特許文献１のように一つの高電圧出力を有する点火コイルにおいては、コイル動作によって２次コイル１４にコイルマイナス高電圧が発生し、特に、２次コイル１４の周囲がマイナス高電位となる。このような現象は、プラス放電とマイナス放電を交互に行う同時点火コイルでは発生しない。

ところが、特許文献１に示す点火コイルでは、２次コイル１４の側面側からのマイナス高電位の影響により、前記イグナイタ２０のモールド材表面にプラス電荷（イオン）が帯電し、これよりイグナイタ２０のＩＣ２０ａ表面上にはその逆極性のマイナス電荷（イオン）が帯電するためこのマイナスイオンがイグナイタ２０のIC２０ａ表面上の絶縁層に溜まり反転層（寄生抵抗）を形成する形になる。そこを通って電流が流れ、信号ラインにリークが発生する。このリークがイグナイタ２０の動作不具合を起こし、これより点火コイルが誤動作を引き起こすことになる。

また昨今は、小型化したイグナイタ２０が要求され、イグナイタ２０のＩＣをパッケージするモールド材２１の肉厚が薄く、小型化したイグナイタ２０を使用すれば、より点火コイル部からの影響を受けやすくなり、これによって点火コイルの誤動作が増える要因となっている。

上記課題を解決するために本発明では次の構成とする。すなわち請求項１では、ケース内に鉄芯と当該鉄芯と同軸的に配置される１次コイルと２次コイルと当該１次コイルの電流を通電遮断するスイッチング素子を備えるイグナイタとを収容すると共に、当該ケース内には絶縁注型材が注入され、前記１次コイルの低圧側端部と前記２次コイルの低圧側端部とが電気的に接続され、前記イグナイタと前記２次コイルとの間に低電位の導電部材を備えた内燃機関用点火コイルにおいて、前記低電位の導電部材はコの字状平板で形成されるとともに当該コの字状平板のばね力によりイグナイタに固定され、また前記低電位の導電部材はイグナイタのコレクタ端子と電気的に接続する接触用凸部を有し、前記イグナイタの表面をコレクタ電位と同じ電位とするように構成されたことを特徴とする内燃機関用点火コイル。

請求項１に係る発明の構成によれば、イグナイタと２次コイルとは少なくとも低電位の導電部材と絶縁注型材との両方の部材を介して配置されていることで、コイル動作によって２次コイルに発生するコイルマイナス高電位の影響を、イグナイタまで及ぼさずイグナイタの動作不具合を起こすイグナイタのＩＣ表面に反転層（寄生抵抗）を形成することなく、これより点火コイルが誤動作を生じさせない。

また、前記導電部材は低電位の端子と接続されることで前記導電部材は低電位となり、イグナイタの動作不具合を起こすイグナイタのＩＣ表面に反転層（寄生抵抗）を形成することなく、これより点火コイルが誤動作を生じさせない。

また、前記導電部材は、イグナイタの２面に接触している遮蔽部を有すると共に、当該導電部材はイグナイタへ取り付け可能な如く弾性力を有した固定部と、イグナイタの外部とを電気的に接続するイグナイタ端子と接触する接触部と、を有したことで、コイル動作によって２次コイルに発生するコイルマイナス高電位から、前記イグナイタを遮蔽し、簡単な構成でイグナイタに固定でき、また半田若しくは溶接による電気的接続することなく、イグナイタ端子と接触することができる。

図１に本発明の技術を適用した実施例１を表す内燃機関用点火コイルの上視図を示し、また図２に本発明の技術を適用した実施例１の導電部材の図を示し、また図３に本発明の技術を適用した実施例１の導電部材とイグナイタの組み図を示し、また図４に本発明の技術を適用した実施例１の端子台とケースの組み図を示し、また図５に本発明の技術を適用した実施例２を表す内燃機関用点火コイルの上視図を示し、また図６に本発明の技術を適用した実施例２の導電部材の図を示し、また図７に本発明の技術を適用した実施例２のケースと導電部材の組み図を示し、また図８に本発明の技術を適用した実施例２の端子台とケースの組み図を示す。以下に実施例を用いて説明する。

実施例１として、図１に示す点火コイルの断面図において、絶縁性樹脂で構成されたケース１２４と、当該ケース１２４内に、鉄芯１２２と、鉄芯１２２と同軸的に１次コイル１１２と、２次コイル１１４と、１次コイル１１２に通電される電流をスイッチング制御し直方体で構成されたイグナイタ１２０と、を収容し、ケース１２４を図示しない絶縁注型材で封止し、前記１次コイル１１２の低圧側端部１１６と、前記２次コイル１１４の低圧側端部１１８とが電気的に接続された内燃機関用点火コイルであり、前記イグナイタ１２０は、２次コイルと対向するイグナイタ面１３２が前記２次コイル１１４の軸方向に平行であり、前記２次コイル１１４の高圧側端部１９と、前記イグナイタ１２０の特に２次コイルと対向するイグナイタ面１３２の間に低電位の導電部材１３３が、イグナイタ→低電位の導電部材→２次コイルの順に配置されて介在する。また前記ケース１２４開口には、点火信号や電源を入力するコネクター端子１３１を備えたコネクター１３０が設けられている。前記２次コイル１１４の高圧側端部１９は、発生した高電圧を配電する高圧タワー部１２５内の高圧端子１２６を経由して点火プラグ２８に接続される。

また図２乃至図３において、前記導電部材１３３は、表面処理として錫メッキを施され、鉄、真鍮、銅プレートなどの電気導電性を示す厚さ０．３ｍｍの薄い金属部材で構成される。また導電部材１３３は、直方体で構成されたイグナイタ１２０の三面を覆うように、互いが対向するよう平板状の長面１３４と短面１３５を有して、対向する長面１３４と短面１３５とを連続して接続する接続板１３６とで接続されたコの字状平板が構成される。前記長面１３４と前記短面１３５との距離は、２次コイルと対向するイグナイタ面から他方のイグナイタ面までの距離すなわちイグナイタ外郭の肉厚１３７と同等かやや短くなっている。したがって前記イグナイタ１２０の３面を覆う遮蔽部を構成する。さらに前記導電部材１３３の前記短面１３５に固定用凸部１３８が前記長面１３４側方向に断面椀状に突出して形成される。

上記のような形状で前記導電部材１３３は、長面１３４と短面１３５のコの字状平板によるばね力により、前記イグナイタ１２０側に固定される。また前記接続板１３６には、イグナイタ１２０のコレクタ端子１４０に対してばね力により接触できるよう接触用凸部１３９が、前記接続板１３６面から垂直に伸びる面が、先の固定用凸部１３８と同様、前記長面１３４側方向に断面椀状に突出して形成される。また前記導電部材１３３が前記イグナイタ１２０側に固定されるとき、前記イグナイタ１２０の外部とを電気的に接続するイグナイタ１２０端子と前記導電部材１３３は、半田や溶接などは使用せずとも、固定と電気的接続が確保され、前記導電部材１３３は、コレクタ端子１４０と接続されることで低電位となる。

また前記イグナイタ１２０には、図示しないが２次コイルと対向するイグナイタ面の一方に、前記固定用凸部１３８との嵌合部として陥没した断面椀状凹部が前記固定用凸部１３８よりやや径小にして形成されている場合がある。この場合この断面椀状凹部に、突出した前記固定用凸部１３８が嵌合することで、その径の差異により、さらに強固で正確に、導電部材１３３は前記イグナイタ１２０に固定される。

また前記導電部材１３３を固定した前記イグナイタ１２０は、図４のごとく点火信号や電源を入力するコネクター端子１３１を備えた端子台１４１と電気的接続され、前記ケース１２４に設けられた前記コネクター１３０に前記コネクター端子１３１を挿入するよう組み立てられる。

また前記導電部材１３３によって、コイル動作によって２次コイルに発生するコイルマイナス高電位の影響を、イグナイタまで及ぼさないよう、２次コイルと、２次コイルと対向するイグナイタ面との間が低電位となることが望ましい。このため前記導電部材１３３は、前記１次コイル１１２の低圧側端部１１６と電気的に接続されていてもよいし、前記イグナイタ１２０のエミッタ端子と電気的に接続されていてもよいし、また内燃機関のグランド電位と電気的に接続されていてもよい。その他にも前記導電部材１３３は、２次コイルと、２次コイルと対向するイグナイタ面との間が低電位とするように電気的接続されるものであればどのような構成でもよい。要は、３００〜５００V程度のコレクタ電位とほぼ同程度以下であるような低電位の導電部材１３３により、２次コイルと対向するイグナイタ面を２次コイル１１４から遮蔽できるものであればどのような構成でもよい。

また導電部材として別の構成も適用し得る。本発明の実施例２に示すように、本発明の内燃機関用点火コイルは、図５乃至図６において、導電部材１４２は、表面処理として錫メッキを施され、鉄、真鍮、銅プレートなどの電気導電性を示す厚さ０．３ｍｍの薄い金属部材で構成される。導電部材１４２は、２次コイルと対向するイグナイタ面１３２を覆うように、大きさは同等か、完全に２次コイルと対向するイグナイタ面１３２のみを覆うことができるようにやや大きい面積の平板部１４２ａと、当該平板部１４２ａの面角を延設し、ここからイグナイタ１２０のコレクタ端子１４０と電気的接続を行う接続部１４３を前記平板部１４２ａの面方向と垂直な面方向を有するよう突設され、当該接続部１４３先端を幅少となる接続突起Ａ１４４が構成される。

また前記導電部材１４２は、嵌合部としての前記接続突起Ａ１４４が、イグナイタ１２０のコレクタ端子１４０と電気的接続される。具体的には図７のごとく導電部材１４２は、ケース１２４内のイグナイタ１２０収容部の２次コイル１１４側の内周壁に前記平板部１４２ａが沿うように、前記接続突起Ａ１４４をケース１２４開口側に向けて配置される。さらに図５と図８に示すよう前記導電部材１４２の接続突起Ａ１４４は、こののち、点火信号や電源を入力するコネクター端子１３１と電気的接続されたイグナイタ１２０とのアッセン体である端子台１６２のケース１２４への挿入の際にイグナイタ１２０のコレクタ端子１４０に開口した前記接続突起Ａ１４４と嵌合する前記接続突起Ａ１４４の幅と同等径かやや幅広の径の被嵌合孔１４５に挿入嵌合される。これを第１の嵌合箇所１６３とする。なお、前記イグナイタ１２０のコレクタ端子１４０には、前記被嵌合孔１４５に隣接して、１次コイル１１２の高圧側の端子１４６に開口した被嵌合孔１４７と嵌合する接続部１５０が配設され、当該接続部１５０は先端幅少となる嵌合部としての接続突起Ｂ１６１が構成される。前記接続突起Ｂ１６１は、次に１次コイル１１２と２次コイル１１４がケース１２４に挿入される際に、前記被嵌合孔１４７と嵌合する。これを第２の嵌合箇所１６４とする。そして、第１の嵌合箇所１６３と第２の嵌合箇所１６４は半田により固定と電気的接続される。こうして前記導電部材１４２は、コレクタ端子１４０と電気的接続され、低電位の導電部材１４２により、２次コイルと対向するイグナイタ面を２次コイル１１４から遮蔽できる。

前述した第１の嵌合箇所１６３と第２の嵌合箇所１６４とは、近接若しくは同位置にあることが好ましい。本実施例を採用することで、大幅な工程改造することなく、第１の嵌合箇所１６３または第２の嵌合箇所１６４における端子の固定と電気的接続は、従来工程での組み立て設備を流用することができる。第１の嵌合箇所１６３と第２の嵌合箇所１６４が、近接若しくは同位置にあることで、接続箇所を集約でき、従来工程での組み立てを利用した、コレクタ端子で導電部材も同時に半田接続するといった工程が可能となる。

また前記イグナイタ１２０のコレクタ端子１４０と前記導電部材１４２は、溶接により固定されていてもよい。第１の嵌合箇所１６３、または第２の嵌合箇所１６４において、端子同士の固定と電気的接続できる方法であれば、どのような方法も本発明に適用できる。

また本発明はケース１２４内の閉鎖空間で、２次コイル１１４の高圧側とイグナイタ１２０との間に、低電位の導電部材１４２が、イグナイタ→低電位の導電部材→２次コイルの順に配置されて介在されておればよく、点火タイミングで２次コイル１１４の周囲がマイナス高電位となり、イグナイタ１２０のIC表面上の絶縁層に反転層（寄生抵抗）を形成しないように、若しくは絶縁層に反転層（寄生抵抗）を形成されても問題ない程度に、低電位の導電部材１４２が介在されていることが重要である。本実施例では前記導電部材１４２は、イグナイタ１２０のコレクタ端子１４０と固定と電気的接続されていたが、導電部材１４２は、前記１次コイル１１２の低圧側端部１１６と電気的に接続されていてもよいし、前記イグナイタ１２０のエミッタ端子と電気的に接続されていてもよいし、また内燃機関のグランド電位と電気的に接続されていてもよい。その他にも前記導電部材１４２は、低電位と電気的接続されるものであればどのような構成でもよい。したがって、ケース１２４内の２次コイル１１４位置、イグナイタ１２０と導電部材１４２の位置関係は、先の理論に照らし合わせて適用される。よって、可能であれば２次コイル１１４全体を、低電位の導電部材で覆うことで遮蔽してもよく、要は高電圧側から放射される電位を遮蔽できればよい。

またイグナイタは、外装として隣接する面が直角に交わる立体図形である直方体に限らず、２次コイルと対向するイグナイタ面があるものであれば多面体でもよい。

また本実施例の点火コイルは、イグナイタ２０がＩＣ２０ａの外装を熱硬化性のモールド材２１でトランスファーモールドしてパッケージングした構造であり、これをケース１２４内にコイル体１１５と共に、エポキシ樹脂等の絶縁注型材２３で注入硬化させ一体化された構成であるが、これに限定されない。たとえば、イグナイタは、ＩＣが熱硬化性のモールド材でトランスファーモールドしてパッケージングされておらず、ＩＣをケース内にコイル体と共に、絶縁注型材で注入硬化させ一体化する構成の点火コイルでもよい。この場合のイグナイタは、ＩＣが絶縁注型材でパッケージングされた構造であり、コイル動作によって、エポキシ樹脂表面にプラス電荷（イオン）が帯電する。これによるイグナイタのＩＣの不具合を、低電位の導電部材が、イグナイタ→低電位の導電部材→絶縁注型材→２次コイルの順に配置されていることで、イグナイタの動作不具合を起こすイグナイタのＩＣ表面に反転層（寄生抵抗）を形成することなく、これより点火コイルが誤動作を生じさせない。

また先に記載したようにイグナイタと２次コイルとの間には、絶縁注型材が介在しているが、その他の部材が、イグナイタと２次コイルとの間に介在していたとしても、低電位の導電部材が、イグナイタ→低電位の導電部材→絶縁注型材→その他の部材→２次コイルの順に配置されていることで、イグナイタの動作不具合を起こすイグナイタのＩＣ表面に反転層（寄生抵抗）を形成することなく、これより点火コイルが誤動作を生じさせない。

以上のように、実施例を述べたが本発明はこれに限定されることはない。本発明の精神を逸脱しない範囲において、低電位の導電部材は、当業者がとりうるあらゆる形状、位置、材質、サイズ、電気的接続方法が採用される。本発明を適用することで、容易に小型化を達成でき、信頼性の高い内燃機関用点火コイルを安価に提供することができる。

本発明の技術を適用した実施例１を表す内燃機関用点火コイルの上視図である。 本発明の技術を適用した実施例１の導電部材の図である。 本発明の技術を適用した実施例１の導電部材とイグナイタの組み図である。 本発明の技術を適用した実施例１の端子台とケースの組み図である。 本発明の技術を適用した実施例２を表す内燃機関用点火コイルの上視図である。 本発明の技術を適用した実施例２の導電部材の図である。 本発明の技術を適用した実施例２のケースと導電部材の組み図である。 本発明の技術を適用した実施例２の端子台とケースの組み図である。 従来の技術による内燃機関用点火コイルの断面図である。 従来の技術による内燃機関用点火コイルのイグナイタ周囲の拡大を表す断面図である。 図９の点火コイルの回路図である。

１０、１００ 点火コイル
１１ １次ボビン
１２、１１２ １次コイル
１３ ２次ボビン
１４、１１４ ２次コイル
１５、１１５ コイル組立体
１６、１１６ １次コイルの低圧側端部
１７ １次コイルの高圧側端部
１８、１１８ ２次コイルの低圧側端部
１９ ２次コイルの高圧側端部
２０、１２０ イグナイタ
２０ａ イグナイタのＩＣ
２１ モールド材
２２、１２２ 鉄芯
２３ 絶縁注型材
２４、１２４ ケース
２５、１２５ 高圧タワー部
２６、１２６ 高圧端子
２７ バッテリー電源
２８ 点火プラグ
２９、１２９ 半田
３０、１３０ コネクター
３１、１３１ コネクター端子
１３２ イグナイタ面
１３３、１４２ 導電部材
１３４ 長面
１３５ 短面
１３６ 接続板
１３７ イグナイタ外郭の肉厚
１３８ 固定用凸部
１３９ 接触用凸部
１４０ イグナイタのコレクタ端子
１４１、１６２ 端子台
１４３、１５０ 接続部
１４４ 接続突起Ａ
１４５、１４７ 被嵌合孔
１４６ １次コイルの高圧側の端子
１６１ 接続突起Ｂ
１６３ 第１の嵌合箇所
１６４ 第２の嵌合箇所

Claims (1)

1. ケース内に鉄芯と当該鉄芯と同軸的に配置される１次コイルと２次コイルと当該１次コイルの電流を通電遮断するスイッチング素子を備えるイグナイタとを収容すると共に、当該ケース内には絶縁注型材が注入され、前記１次コイルの低圧側端部と前記２次コイルの低圧側端部とが電気的に接続され、前記イグナイタと前記２次コイルとの間に低電位の導電部材を備えた内燃機関用点火コイルにおいて、前記低電位の導電部材はコの字状平板で形成されるとともに当該コの字状平板のばね力によりイグナイタに固定され、また前記低電位の導電部材はイグナイタのコレクタ端子と電気的に接続する接触用凸部を有し、前記イグナイタの表面をコレクタ電位と同じ電位とするように構成されたことを特徴とする内燃機関用点火コイル。

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