JP7300983B2

JP7300983B2 - 点火装置

Info

Publication number: JP7300983B2
Application number: JP2019237952A
Authority: JP
Inventors: 敦士庄野; 博鴛海; 拓志西村
Original assignee: ダイヤゼブラ電機株式会社
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: US20210203136A1; US11557883B2; JP2021106244A

Description

本発明は、内燃機関用の点火装置に関する。

従来、自動車等の車体には、内燃機関用の点火装置が搭載される。点火装置のコイルユニットは、ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）の制御により、バッテリから供給される直流の低電圧を数千ボルトにまで昇圧して、点火プラグヘ供給し、電気火花を発生させて燃料を点火させる。従来の点火装置の例については、例えば、特許文献１に記載されている。

特許第６４４８０１０号公報

特許文献１の内燃機関用点火装置（１）が有する点火コイル（１０）は、主一次コイル（１１０）と副一次コイル（１２０）とを含む。主一次コイル（１１０）は、通電を開始した後に所定のタイミングで電流を遮断することで磁束量が減少する磁束変化を生じさせる。そして、磁束変化発生以降の任意のタイミングで副一次コイル（１２０）を通電することにより磁束変化の方向と同方向の追加磁束を生じさせる。また、副一次コイル（１２０）による追加磁束の発生タイミングや継続時間を調整することで、二次コイル（２００）に発生させる放電エネルギーを内燃機関に好適な放電パターンとし、内燃機関の安定した燃焼を維持できる。

特許文献１の主一次コイル（１１０）は、一次コイル用ボビン（１３０）にマグネットワイヤを所要回数ほど右ねじ巻きすることによって形成される。そして、主一次コイル（１１０）の外表面を絶縁手段としての内層絶縁シート（１４１）で覆い、その外表面にマグネットワイヤを所要回数ほど左ねじ巻きすることで、副一次コイル（１２０）が形成される。さらに、副一次コイル（１２０）の外表面に外層絶縁シート（１４２）を装着することで一次コイル（１００Ａ）となる。しかしながら、主一次コイル（１１０）と副一次コイル（１２０）とを互いに別体としてそれぞれ設ける必要があるため、巻き付けや各部との接続等の作業が複雑化し、作業効率が低下する虞がある。また、一次コイル（１００Ａ）全体の重量や体積が増加する虞がある。

本発明の目的は、主一次コイルと副一次コイルとを有する１次コイルを形成する際に、巻き付けや各部との接続等の作業の効率を向上し、さらに１次コイル全体の重量や体積の増加を抑制できる技術を提供することである。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、内燃機関用の点火装置であって、１次ボビンに単一の１次導線が巻回されることにより形成された主１次コイルおよび副１次コイルを含む１次コイルと、２次ボビンに２次導線が巻回されることにより形成された２次コイルと、前記１次コイルと前記２次コイルとを電磁結合する鉄心と、を有し、前記１次導線上の前記主１次コイルと前記副１次コイルとの間に位置する中間部位において、電源装置からの直流電圧を受けるコイルユニットと、前記主１次コイルとグランドとの間に介挿され、前記電源装置から前記主１次コイルへ流れる１次電流の通電または遮断を切り替え可能な第１スイッチと、前記副１次コイルとグランドとの間に介挿され、前記電源装置から前記副１次コイルへ流れる１次電流の通電または遮断を切り替え可能な第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、を有し、前記１次ボビンは、前記鉄心の一部分の周囲において筒状に延びるボビン本体部と、前記ボビン本体部の一部から突出する掛止部と、を有し、前記主１次コイルおよび前記副１次コイルは、前記ボビン本体部の外周面に互いに周方向に同じ向きに巻回され、かつ、前記主１次コイルおよび前記副１次コイルのうちの一方は前記主１次コイルおよび前記副１次コイルのうちの他方の径方向外側に積層され、前記中間部位の少なくとも一部は前記掛止部に掛止される。

本願の第２発明は、第１発明の点火装置であって、前記制御部は、前記第１スイッチを閉状態にし、かつ、前記第２スイッチを開状態にすることによって、前記主１次コイルに１次電流を通電する通電制御と、前記主１次コイルに１次電流を通電した後に、前記第１スイッチを開状態に切り替える遮断制御と、前記第１スイッチを開状態に切り替えた時点と同時、または前記第１スイッチを開状態に切り替えた時点から微小時間経過後に、前記第２スイッチを閉状態に切り替える重畳制御と、を行う。

本願の第３発明は、第２発明の点火装置であって、前記主１次コイルの巻数は、前記副１次コイルの巻数よりも多く、前記主１次コイルの径方向外側に前記副１次コイルが積層される。

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記１次導線は、絶縁性を有する樹脂製の被膜に覆われた金属線を含み、前記点火装置は、前記中間部位に固定された金属製の端子をさらに有し、前記端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記端子の他の一部は前記電源装置に直接的または間接的に接続される。

本願の第５発明は、第１発明から第４発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記中間部位のうちの前記掛止部に掛止される部位の曲率半径はＲ２以上、かつ、Ｒ７以下である。

本願の第６発明は、第１発明から第５発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記１次ボビンは、前記ボビン本体部の一部から突出し、前記掛止部の一方側に間隙を隔てて隣接する第１突出部と、前記ボビン本体部の一部から突出し、前記掛止部の他方側に間隙を隔てて隣接する第２突出部と、をさらに有し、前記第１突出部に前記１次導線の巻始め端部が絡げられ、前記第２突出部に前記１次導線の巻終わり端部が絡げられる。

本願の第７発明は、第４発明の点火装置であって、前記１次導線の巻始め端部に固定された金属製の巻始め端子と、前記１次導線の巻終わり端部に固定された金属製の巻終わり端子と、をさらに有し、前記巻始め端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記巻始め端子の他の一部は前記第１スイッチと直接的または間接的に接続され、前記巻終わり端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記巻終わり端子の他の一部は前記第２スイッチと直接的または間接的に接続される。

本願の第８発明は、第１発明から第７発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記２次ボビンは、前記１次コイルの外周面を覆う。

本願の第９発明は、第１発明から第８発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記１次ボビンおよび前記２次ボビンはそれぞれ樹脂製である。

本願の第１０発明は、第１発明から第９発明までのいずれか一つの点火装置であって、前記２次コイルの一端にはグランドへ向かって順方向となるダイオードが接続される。

本願の第１発明～第１０発明によれば、１次ボビンに単一の１次導線が巻回されることにより形成された主１次コイルと副１次コイルとが互いに積層されることによって、１次コイルが形成される。これにより、１次導線の巻き付けや、主１次コイルおよび副１次コイルと各部との接続等の作業の効率を向上し、さらに１次コイル全体の重量や体積の増加を抑制できる。

特に、本願の第２発明によれば、２次コイルに発生する起電力を重畳的に大きく増加させ、または起電力をより長く維持させることができる。

特に、本願の第３発明によれば、主１次コイルの径方向外側に副１次コイルを整列させつつ巻回することができ、段差の発生やずれを抑制できる。

特に、本願の第５発明によれば、金属線を含む１次導線に局所的な負荷が過度に加わることによる、損傷や断線を防止できる。

特に、本願の第８発明によれば、１次コイルおよび２次コイルを含むコイルユニット全体を径方向に小型化できる。

第１実施形態に係る点火装置の動作環境を模式的に示すブロック図である。第１実施形態に係るコイルユニットの平面図である。第１実施形態に係る１次ボビンの斜視図である。第１実施形態に係る１次ボビンの斜視図である。第１実施形態に係る１次導線に端子が固定される様子を示す斜視図である。第１実施形態に係る１次ボビンに１次導線の巻始め端部を巻回する様子を示す斜視図である。第１実施形態に係る１次ボビンに１次導線の中間部位を巻回する様子を示す斜視図である。第１実施形態に係る１次ボビンに１次導線の巻終わり端部を巻回する様子を示す斜視図である。第１実施形態に係る通電制御時における磁束の向きを模式的に示す斜視図である。第１実施形態に係る遮断制御時における磁束の向きを模式的に示す斜視図である。第１実施形態に係る重畳制御時における磁束の向きを模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、後述するコイルユニットの主１次コイルおよび副１次コイルが巻回されるボビン本体部の中心軸と平行な方向を「軸方向」、ボビン本体部の中心軸に直交する方向を「径方向」、ボビン本体部の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、説明の便宜のため、軸方向を上下方向とし、ボビン本体部に対して、主１次コイルおよび副１次コイルの端部が絡げられる突出部側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るコイルユニットおよび点火装置の製造時および使用時の姿勢を限定する意図はない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．第１実施形態＞
＜１－１．点火装置の構成＞
まず、本発明の第１実施形態となる点火装置１の構成について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る点火装置１の動作環境を模式的に示すブロック図である。なお、後述のとおり、点火装置１に含まれるコイルユニット１０３の１次コイルＬ１（主１次コイル５１および副１次コイル５２）と、２次コイルＬ２とは、互いに径方向に積層される方向に配置されるが、図１では、理解容易のため、これらを隣接させて図示している。

本実施形態の点火装置１は、例えば、自動車等の車両の車体１００に搭載され、内燃機関用の点火プラグ１１３に火花放電を発生させるための高電圧を印加する装置である。また、図１に示すように、車体１００には、当該点火装置１に加え、当該点火プラグ１１３と、バッテリ１０２と、ＥＣＵ１０５（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）とが、備えられている。また、本実施形態の点火装置１は、後述するコイルユニット１０３と、イグナイタ１０４とによって構成される。

点火プラグ１１３は、コイルユニット１０３の後述する２次コイルＬ２の一端に接続される。コイルユニット１０３の２次コイルＬ２に高電圧が誘起されると、点火プラグ１１３のギャップｄにおいて放電が起こり、火花が発生する。これにより、内燃機関に充填された燃料に点火される。

バッテリ１０２は、直流電力を充放電可能な電源装置（蓄電池）である。本実施形態では、バッテリ１０２は、コイルユニット１０３の後述する１次コイルＬ１と電気的に接続される。バッテリ１０２は、コイルユニット１０３の１次コイルＬ１に直流電圧を供給する。

図２は、コイルユニット１０３の平面図である。図２に示すように、コイルユニット１０３は、ボビン４０と、１次コイルＬ１と、２次コイルＬ２と、鉄心６０とを有する。なお、図２では、１次コイルＬ１を形成している後述する１次導線８１および２次コイルＬ２を形成している２次導線８２を一部簡略化して図示している。コイルユニット１０３は、イグナイタ１０４とともに、別途設けられるコイルケース（図示省略）に一体的に内蔵される。

また、図１に示すように、１次コイルＬ１において、主１次コイル５１と副１次コイル５２とが直列に形成されている。主１次コイル５１と副１次コイル５２との間に位置する中間部位８１２には、バッテリ１０２から延びる導線（以下「電源線１５０」と称する）が接続されている。これにより、中間部位８１２には、バッテリ１０２からの直流の低電圧が印加され、第１スイッチ７１または第２スイッチ７２が閉状態になると、１次コイルＬ１に次第に増加する１次電流（後述する１次電流Ｉ１ａまたは１次電流Ｉ１ｂ）が流れ始める。コイルユニット１０３は、バッテリ１０２から供給される直流の低電圧の電力を、数千ボルトにまで昇圧し、高電圧の電力を点火プラグ１１３ヘと供給する。そして、点火プラグ１１３において電気火花を発生させて燃料を点火させる。コイルユニット１０３のより詳細な構造および各部との接続方法については、後述する。

イグナイタ１０４は、１次コイルＬ１と接続される回路基板である。イグナイタ１０４は、ＥＣＵ１０５と電気的に接続され、ＥＣＵ１０５から信号（以下「ＥＳＴ信号」と称する）を受信する。イグナイタ１０４は、第１スイッチ７１と、第２スイッチ７２と、駆動ＩＣ７３とを有する。なお、イグナイタ１０４は、ＥＣＵ１０５の電子回路と一体化されていてもよい。

第１スイッチ７１および第２スイッチ７２にはそれぞれ、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。第１スイッチ７１は、１次コイルＬ１の主１次コイル５１とグランドとの間に介挿される。第１スイッチ７１のＣ（コレクタ）は、主１次コイル５１に接続される。第１スイッチ７１のＥ（エミッタ）は、グランドに接続される。第１スイッチ７１のＧ（ゲート）は、駆動ＩＣ７３に接続される。これにより、第１スイッチ７１は、バッテリ１０２から主１次コイル５１を介してグランドへ流れる１次電流Ｉ１ａの通電または遮断の切り替えが可能となる。

第２スイッチ７２は、１次コイルＬ１の副１次コイル５２とグランドとの間に介挿される。第２スイッチ７２のＣ（コレクタ）は、副１次コイル５２に接続される。第２スイッチ７２のＥ（エミッタ）は、グランドに接続される。第２スイッチ７２のＧ（ゲート）は、駆動ＩＣ７３に接続される。これにより、第２スイッチ７２は、バッテリ１０２から副１次コイル５２を介してグランドへ流れる１次電流Ｉ１ｂの通電または遮断の切り替えが可能となる。ただし、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２には、それぞれ他の種類のトランジスタが用いられてもよい。

駆動ＩＣ７３は、ＥＣＵ１０５から受信するＥＳＴ信号に基づき、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２の開閉を制御する制御部である。駆動ＩＣ７３は、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２に接続された論理デバイスを有する。論理デバイスには、例えば、論理回路、プロセッサ、ＣＰＬＤ（ｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ）、またはＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）等が含まれる。論理デバイスは、点火装置１を動作させて点火プラグ１１３に点火するための演算処理を行う。

第１スイッチ７１が閉状態になると、バッテリ１０２から主１次コイル５１に１次電流Ｉ１ａが流れる。第１スイッチ７１が開状態となると、主１次コイル５１に流れる１次電流Ｉ１ａが遮断される。第２スイッチ７２が閉状態となると、副１次コイル５２に１次電流Ｉ１ｂが流れる。第２スイッチ７２が開状態となると、副１次コイル５２に流れる１次電流Ｉ１ｂが遮断される。

ＥＣＵ１０５は、車体１００のトランスミッションやエアバックの作動等を総合的に制御する既存のコンピュータである。

＜１－２．コイルユニットの詳細な構造および各部との接続方法＞
続いて、コイルユニット１０３のより詳細な構造および各部との接続方法について説明する。

上述のとおり、コイルユニット１０３は、ボビン４０と、１次コイルＬ１と、２次コイルＬ２と、鉄心６０とを有する。図２に示すように、鉄心６０は、中心鉄心６０１と外周鉄心６０２とが組み合わさった構造を有する。中心鉄心６０１および外周鉄心６０２はそれぞれ、例えば、珪素鋼板が積層された積層鋼板により形成される。また、中心鉄心６０１は、１次コイルＬ１よりも径方向内側に位置し、軸方向に延びる。外周鉄心６０２は、２次コイルＬ２よりも径方向外側に位置し、中心鉄心６０１の軸方向の両端部を繋ぐ。これにより、鉄心６０は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とを電磁結合させる閉磁路構造を形成する。なお、コイルユニット１０３において、主１次コイル５１と副１次コイル５２とは、互いに独立して異極の磁場を生じさせるように励磁されている。

ボビン４０は、１次ボビン４１および２次ボビン４２を含む。１次ボビン４１および２次ボビン４２はそれぞれ、軸方向に筒状に延びる。また、１次ボビン４１の径方向外側に、２次ボビン４２が配置される。１次ボビン４１および２次ボビン４２の材料には、例えば、樹脂が用いられる。図３および図４は、１次ボビン４１の斜視図である。図２～図４に示すように、１次ボビン４１は、ボビン本体部４１１と、掛止部４１２と、第１突出部４１３と、第２突出部４１４とを有する。

ボビン本体部４１１は、鉄心６０の一部分である中心鉄心６０１の周囲において筒状に延びる。掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４はそれぞれ、ボビン本体部４１１の上端部付近から、さらに上方へ突出する。また、掛止部４１２は、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４のうちの左右方向（図２～図４参照）の中央に設けられている。第１突出部４１３は、掛止部４１２の右側に間隙を隔てて隣接する。第２突出部４１４は、掛止部４１２の左側に間隙を隔てて隣接する。ただし、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４の位置関係は、これに限定されない。掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４は、それぞれボビン本体部４１１の一部から突出していればよい。また、第１突出部４１３は、掛止部４１２の一方側に間隙を隔てて隣接していればよい。第２突出部４１４は、掛止部４１２の他方側に間隙を隔てて隣接していればよい。

図２～図４に示すように、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４はそれぞれ、溝部６１、巻き付け部６２、および端子取付け凹部６３を有する。溝部６１は、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４において上面から下方へ凹み、かつ、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４を前後方向（上下方向および左右方向に直交する方向）に貫通する。巻き付け部６２は、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４において前面からさらに前方へ突出する。端子取付け凹部６３は、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４において上面から下方へ凹み、かつ、溝部６１と連通する。また、端子取付け凹部６３は、溝部６１よりもさらに左右方向に拡がっている。

また、１次ボビン４１には、上側フランジ部４１５と下側フランジ部４１６とが形成されている。上側フランジ部４１５は、ボビン本体部４１１の上端部付近の外周面から径方向外側へ突出する。下側フランジ部４１６は、ボビン本体部４１１の下端部付近の外周面から径方向外側へ突出する。

１次コイルＬ１は、１次ボビン４１に導線（以下「１次導線８１」と称する）を巻回することによって形成される。１次導線８１は、絶縁性を有する樹脂製の被膜に覆われた金属線からなる。当該金属線の径は、例えば、φ０．４ｍｍ～φ１．０ｍｍ程度である。また、１次導線８１には、金属製の３つの端子である巻始め端子９１、中間端子９２、および巻終わり端子９３が、それぞれ固定される。

図５は、１次導線８１に１つの端子（例えば、巻始め端子９１）が固定される様子を示す斜視図である。図５に示すように、巻始め端子９１は、一部に鋏形状の把持構造を有する。巻始め端子９１は、当該把持構造によって１次導線８１を挟み込み、１次導線８１の絶縁被膜を貫通しつつ金属線に圧接する。これにより、巻始め端子９１は、１次導線８１に固定されつつ、１次導線８１の金属線と電気的に導通する。中間端子９２および巻終わり端子９３についても、巻始め端子９１と同等の構造を有する。すなわち、中間端子９２および巻終わり端子９３はそれぞれ、把持構造によって１次導線８１を挟み込み、１次導線８１の絶縁被膜を貫通しつつ金属線に圧接する。これにより、中間端子９２および巻終わり端子９３はそれぞれ、１次導線８１に固定されつつ、１次導線８１の金属線と電気的に導通する。

図６～図８はそれぞれ、１次ボビン４１に１次導線８１を巻回する様子を示す斜視図である。ただし、図６では、１次導線８１のうち、１次ボビン４１に１次導線８１を巻回し始める最初付近の部位（以下「巻始め端部８１１」と称する）のみを図示し、主１次コイル５１を構成する部分を、２点鎖線にて表示している。図７では、１次導線８１のうち上述の中間部位８１２付近のみを図示し、主１次コイル５１を構成する部分を、２点鎖線にて表示している。また、図７では、副１次コイル５２を構成する部分を、破線にて一部表示している。図８では、１次導線８１のうち、１次ボビン４１に１次導線８１を巻回し終わる最後付近の部位（以下「巻終わり端部８１３」と称する）のみを図示し、副１次コイル５２を構成する部分を、２点鎖線にて表示している。

図６に示すように、１次ボビン４１に１次導線８１を巻回する際には、まず、１次導線８１の巻始め端部８１１に巻始め端子９１を固定し、さらに第１突出部４１３の巻き付け部６２に絡げる。そして、巻始め端子９１を、第１突出部４１３の端子取付け凹部６３に嵌める。また、巻始め端子９１に固定された１次導線８１を、第１突出部４１３の溝部６１において前方から後方へ貫通させる。これにより、１次導線８１の巻始め端部８１１が、１次ボビン４１に固定され、外れ難くなる。

次に、１次導線８１をボビン本体部４１１の外周面に周方向に巻回する。本実施形態では、１次導線８１をボビン本体部４１１の外周面に、上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）に巻回する。また、１次導線８１をボビン本体部４１１の外周面に軸方向に等間隔で巻回しつつ、上側フランジ部４１５と下側フランジ部４１６との間を、上方から下方へ移動させ、さらに下方から上方へ移動させる。これにより、ボビン本体部４１１の外周面に１次導線８１がほぼ隙間なく巻回され、主１次コイル５１が完成する。

次に、図７に示すように、１次導線８１上の主１次コイル５１の下流側の中間部位８１２に中間端子９２を固定し、さらに中間部位８１２の一部を掛止部４１２の巻き付け部６２に掛止する。そして、中間端子９２を、掛止部４１２の端子取付け凹部６３に嵌める。また、中間端子９２に固定された１次導線８１を、掛止部４１２の溝部６１において前方から後方へ貫通させる。これにより、１次導線８１の中間部位８１２が、１次ボビン４１に固定され、外れ難くなる。

なお、１次導線８１上の掛止部４１２に掛止される部位は、１次導線８１上の他の部位よりも、曲率半径が小さくなる。そこで、本実施形態は、当該部位の曲率半径は、Ｒ２（２ｍｍ）以上とすることが望ましい。特に、掛止部４１２の大きさを考慮すると、当該部位の曲率半径は、Ｒ２（２ｍｍ）以上、かつ、Ｒ７（７ｍｍ）以下とすることが望ましい。このように、金属線の曲率半径を大きく維持しつつ、１次導線８１を１次ボビン４１に巻回することによって、金属線を含む１次導線８１に局所的な負荷が過度に加わることによる、損傷や断線を防止できる。

１次導線８１上の中間部位８１２を掛止部４１２に掛止した後、続いて、１次導線８１をボビン本体部４１１側へＵターンさせ、主１次コイル５１の外周面に、主１次コイル５１と互いに周方向に同じ向きに巻回する。すなわち、１次導線８１を、上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）に巻回する。また、１次導線８１を主１次コイル５１の外周面に軸方向に等間隔で巻回しつつ、上側フランジ部４１５と下側フランジ部４１６との間を、上方から下方へ移動させ、さらに下方から上方へ移動させる。これにより、１次導線８１が主１次コイル５１の径方向外側に積層され、副１次コイル５２が完成する。

なお、ボビン本体部４１１に巻回される主１次コイル５１の巻数は、副１次コイル５２の巻数よりも多い。これにより、主１次コイル５１の径方向外側に副１次コイル５２を整列させつつ巻回することができ、段差の発生やずれを抑制できる。

次に、図８に示すように、１次導線８１上の副１次コイル５２の下流側の巻終わり端部８１３に巻終わり端子９３を固定し、さらに第２突出部４１４の巻き付け部６２に絡げる。そして、巻終わり端子９３を、第２突出部４１４の端子取付け凹部６３に嵌める。また、巻終わり端子９３に固定された１次導線８１を、第２突出部４１４の溝部６１において前方から後方へ貫通させる。これにより、１次導線８１の巻終わり端部８１３が、１次ボビン４１に固定され、外れ難くなる。また、１次導線８１上の巻始め端部８１１と巻終わり端部８１３との間において、張力が付加されるため、１次導線８１のずれや外れがさらに抑制される。この結果、１次コイルＬ１の形成が完了する。

１次コイルＬ１の形成が完了した後、図２に示すように、１次コイルＬ１の外周面を覆うように、２次ボビン４２が配置される。そして、２次ボビン４２の外周面に、１次導線８１とは別の２次導線８２が巻回されることによって、２次コイルＬ２が形成される。２次導線８２の径は、例えば、φ０．０４ｍｍ～φ０．０８ｍｍ程度である。また、２次コイルＬ２における２次導線８２の巻数（例えば、１００００回）は、１次コイルＬ１における１次導線８１の巻数（例えば、１００回）の１００倍程度以上である。これにより、後述のとおり、点火装置１の動作時に２次コイルＬ２に高い電圧が誘起される。また、このように、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とを互いに径方向に積層するように配置することによって、これらを含むコイルユニット１０３全体を小型化できる。

なお、本実施形態では、２次導線８２を、２次ボビン４２の外周面に、上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）に巻回する。そして、２次導線８２上の巻き方向の上流側の端部を点火プラグ１１３に接続し、巻き方向の下流側の端部をグランド側に接続する。ただし、２次導線８２の巻き方向は、これに限定されない。２次導線８２の巻き方向は、１次導線８１の巻き方向や各部との接続方法によって、適切に選択すればよい。

その後、図８に示すように、１次ボビン４１のボビン本体部４１１の径方向内側の空間４１０に、中心鉄心６０１を挿通する。そして、中心鉄心６０１を、外周鉄心６０２と組み合わせて、鉄心６０を形成する。

また、図２に示すように、巻始め端子９１のうち、１次導線８１が固定される一部とは異なる他の一部が、別途設けられる導線等を介して、第１スイッチ７１と間接的に接続される。ただし、巻始め端子９１は、導線等を介さず、第１スイッチ７１と直接的に接続されてもよい。

また、中間端子９２のうち、１次導線８１が固定される一部とは異なる他の一部が、電源線１５０を介して、バッテリ１０２と間接的に接続される。これにより、１次導線８１上の主１次コイル５１と副１次コイル５２との間の中間部位８１２へ直流電圧が印加される。ただし、中間端子９２は、電源ケーブルを介さず、バッテリ１０２と直接的に接続されてもよい。

さらに、巻終わり端子９３のうち、１次導線８１が固定される一部とは異なる他の一部が、別途設けられる導線等を介して、第２スイッチ７２と間接的に接続される。ただし、巻終わり端子９３は、導線等を介さず、第２スイッチ７２と直接的に接続されてもよい。

上述のとおり、本発明では、１次ボビン４１に単一の１次導線８１を巻回することにより形成した主１次コイル５１と副１次コイル５２とを互いに積層することによって、１次コイルＬ１を形成する。これにより、１次ボビン４１に主１次コイル５１と副１次コイル５２とを別々に巻き付けたり、主１次コイル５１の両端部と副１次コイル５２の両端部とをそれぞれ点火装置１内の各部へ接続したりする必要がなくなる。このため、製造過程における作業効率が向上する。また、主１次コイル５１と副１次コイル５２とを別々に巻き付ける場合と比べて、これらを含むコイルユニット全体をより小型化できる。さらに、１次コイルＬ１に使用する１次導線８１の量を抑制でき、コスト削減に繋がる。

また、本実施形態では、掛止部４１２、第１突出部４１３、および第２突出部４１４は、ボビン本体部４１１の軸方向の一方側（本実施形態では、上側）に並んで配置される。このため、点火装置１内の各部との接続作業の効率化に繋がる。また、点火装置１内のコイルユニット１０３以外の各部、およびコイルユニット１０３の２次コイルＬ２や鉄心６０については、既存のものとの互換性を保持できることから、本発明の点火装置１においても流用でき、コスト削減に繋がる。

なお、図１に示すように、本実施形態では、２次コイルＬ２のうち、点火プラグ１１３が接続される一端とは反対側の他端において、さらにグランドへ向かって順方向となるダイオード１１４が、２次コイルＬ２と直列に接続される。これにより、次第に増加する１次電流（１次電流Ｉ１ａ）により２次コイルＬ２に誘起される電圧による誘導電流が、点火プラグ１１３へ逆方向に流れることが防止される。

＜１－３．コイルユニットの動作手順＞
続いて、コイルユニット１０３の動作手順について説明する。

上述のとおり、本実施形態の１次コイルＬ１において、１次導線８１上の中間部位８１２は、主１次コイル５１と副１次コイル５２との間に位置する。また、中間部位８１２には、バッテリ１０２からの直流電圧（Ｂ＋）が印加される。また、１次導線８１上の巻始め端部８１１は、第１スイッチ７１と接続される。１次導線８１上の巻終わり端部８１３は、第２スイッチ７２と接続される。

また、上述のとおり、主１次コイル５１と副１次コイル５２とは、ボビン本体部４１１の外周面に、互いに周方向に同じ向きに巻回される。本実施形態では、主１次コイル５１および副１次コイル５２において、１次導線８１は上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）にそれぞれ巻回される。このため、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２がそれぞれ閉状態である場合、１次導線８１上の中間部位８１２へ直流電圧（Ｂ＋）が印加されると、主１次コイル５１に流れる１次電流Ｉ１ａの向きと、副１次コイル５２に流れる１次電流Ｉ１ｂの向きとは、互いに逆向きとなる（後述する図９および図１１参照）。

また、上述のとおり、駆動ＩＣ７３は、ＥＣＵ１０５から受信するＥＳＴ信号に基づき、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２の開閉を制御する。コイルユニット１０３を動作させる際、駆動ＩＣ７３は、まず、第１スイッチ７１を閉状態にし、かつ、第２スイッチ７２を開状態にする。このとき、１次導線８１のうち、中間部位８１２から主１次コイル５１側のみに１次電流Ｉ１ａが流れる。図９は、このときの主１次コイル５１に流れる１次電流Ｉ１ａの向きと発生する磁束の向きとを模式的に示す斜視図である。図９の矢印にて示すように、主１次コイル５１には、上方から見たときに反時計周りの方向（左ねじ方向）に１次電流Ｉ１ａが流れる。また、主１次コイル５１に１次電流Ｉ１ａが流れることによって、図９の白抜き矢印にて示す上向き（以下「正方向」と称する）の通電磁束φａが発生し、当該磁束に応じた磁界が中心鉄心６０１へ作用する（通電制御）。

次に、駆動ＩＣ７３は、上述の通電制御開始から所定時間Ｔが経過したタイミングで、第２スイッチ７２を開状態に維持したままで、第１スイッチ７１を閉状態から開状態に切り替える（遮断制御）。図１０は、このときの２次コイルＬ２に流れる２次電流Ｉ２の向きと発生する磁束の向きとを模式的に示す斜視図である。図１０に示すように、このとき、１次電流Ｉ１ａは遮断され、上述の通電制御時において発生していた正方向の通電磁束φａは小さくなるように変化する。すると、１次導線８１の径方向外側に位置する２次コイルＬ２の２次導線８２において、相互誘導作用により、図１０の矢印にて示す方向に２次電流Ｉ２が流れ、通電磁束φａの変化を妨げる方向（図１０の白抜き矢印の方向）に遮断磁束φｓ１が発生し、２次コイルＬ２に誘導起電力Ｖｓ１が誘起される。

さらに、駆動ＩＣ７３は、上述の遮断制御開始と同時に、第２スイッチ７２を開状態から閉状態に切り替える。これにより、１次導線８１のうち、中間部位８１２から副１次コイル５２側のみに１次電流Ｉ１ｂが流れる。図１１は、このときの副１次コイル５２に流れる１次電流Ｉ１ｂの向きと発生する磁束の向きとを模式的に示す斜視図である。図１１の矢印にて示すように、副１次コイル５２には、上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）に１次電流Ｉ１ｂが流れる。副１次コイル５２に１次電流Ｉ１ｂが流れることによって、図１１の白抜き矢印にて示す下向き（以下「負方向」と称する）の通電磁束φｂが発生し、当該磁束に応じた磁界が中心鉄心６０１へ作用する。すると、１次導線８１の径方向外側に位置する２次コイルＬ２の２次導線８２において、相互誘導作用により、図１１の矢印にて示す方向に、より大きな２次電流Ｉ２が流れ、通電磁束φｂを妨げる方向（図１１の白抜き矢印の方向）に、上述の遮断磁束φｓ１に加えて重畳磁束φｓ２が発生し、２次コイルＬ２に上述の誘導起電力Ｖｓ１に加えて重畳起電力Ｖｓ２が誘起される（重畳制御）。

これにより、２次コイルＬ２に発生する起電力が重畳的に大きく増加し、高電圧となる。この結果、点火プラグ１１３において電気火花を発生させて燃料を点火させることができる。その後、点火プラグ１１３において放電が十分に行われた後、第２スイッチ７２を閉状態から開状態に切り替えて、副１次コイル５２側に流れる１次電流Ｉ１ｂを遮断する。

なお、駆動ＩＣ７３は、上述の遮断制御開始時点（第１スイッチ７１を閉状態から開状態に切り替えた時点）から微小時間Δｔ（例えば、数ミリ秒程度）が経過したタイミングで、第２スイッチ７２を開状態から閉状態に切り替えてもよい。この場合、２次コイルＬ２に上述の誘導起電力Ｖｓ１が誘起されるタイミングと、上述の重畳起電力Ｖｓ２が誘起されるタイミングとの間にタイムラグが生じるため、点火プラグ１１３へ放電エネルギーをより長い時間供給することができ、点火プラグ１１３の放電をより長く維持することができる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態には限定されない。

上述の実施形態では、主１次コイル５１および副１次コイル５２はそれぞれ、ボビン本体部４１１の外周面に、上方から見たときに時計周りの方向（右ねじ方向）に巻回することによって形成されていた。ただし、主１次コイル５１および副１次コイル５２は、ボビン本体部４１１の外周面に、互いに周方向に同じ向きに巻回されていればよく、上方から見たときに反時計周りの方向（左ねじ方向）に巻回されていてもよい。

上述の実施形態では、１次コイルＬ１において、主１次コイル５１の径方向外側に副１次コイル５２が積層されていた。しかしながら、１次コイルＬ１において、副１次コイル５２の径方向外側に主１次コイル５１が積層されていてもよい。すなわち、１次コイルＬ１において、主１次コイル５１および副１次コイル５２のうちの一方が、主１次コイル５１および副１次コイル５２のうちの他方の径方向外側に積層されていればよい。

本発明の点火装置は、自動車等の車両のみならず、発電機等の様々な装置や産業機械に搭載されて、内燃機関の点火プラグに電気火花を発生させて燃料を点火させるために使用されるものであればよい。

上述のコイルユニットを含む点火装置の細部の形状や構造は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更してもよい。また、上述の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１点火装置
４０ボビン
４１１次ボビン
４２２次ボビン
５１主１次コイル
５２副１次コイル
６０鉄心
７１第１スイッチ
７２第２スイッチ
７３駆動ＩＣ
８１１次導線
８２２次導線
９１巻始め端子
９２中間端子
９３巻終わり端子
１００車体
１０２バッテリ（電源装置）
１０３コイルユニット
１０４イグナイタ
１０５ＥＣＵ
１１３点火プラグ
１１４ダイオード
１５０電源線
４１１ボビン本体部
４１２掛止部
４１３第１突出部
４１４第２突出部
８１１巻始め端部
８１２中間部位
８１３巻終わり端部
Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ１次電流
Ｉ２２次電流
Ｌ１１次コイル
Ｌ２２次コイル
Ｖｓ１誘導起電力
Ｖｓ２重畳起電力
φａ，φｂ通電磁束
φｓ１遮断磁束
φｓ２重畳磁束

Claims

内燃機関用の点火装置であって、
１次ボビンに単一の１次導線が巻回されることにより形成された主１次コイルおよび副１次コイルを含む１次コイルと、２次ボビンに２次導線が巻回されることにより形成された２次コイルと、前記１次コイルと前記２次コイルとを電磁結合する鉄心と、を有し、前記１次導線上の前記主１次コイルと前記副１次コイルとの間に位置する中間部位において、電源装置からの直流電圧を受けるコイルユニットと、
前記主１次コイルとグランドとの間に介挿され、前記電源装置から前記主１次コイルへ流れる１次電流の通電または遮断を切り替え可能な第１スイッチと、
前記副１次コイルとグランドとの間に介挿され、前記電源装置から前記副１次コイルへ流れる１次電流の通電または遮断を切り替え可能な第２スイッチと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部と、
を有し、
前記１次ボビンは、
前記鉄心の一部分の周囲において筒状に延びるボビン本体部と、
前記ボビン本体部の一部から突出する掛止部と、
を有し、
前記主１次コイルおよび前記副１次コイルは、前記ボビン本体部の外周面に互いに周方向に同じ向きに巻回され、かつ、前記主１次コイルおよび前記副１次コイルのうちの一方は前記主１次コイルおよび前記副１次コイルのうちの他方の径方向外側に積層され、
前記中間部位の少なくとも一部は前記掛止部に掛止される、点火装置。
請求項１に記載の点火装置であって、
前記制御部は、
前記第１スイッチを閉状態にし、かつ、前記第２スイッチを開状態にすることによって、前記主１次コイルに１次電流を通電する通電制御と、
前記主１次コイルに１次電流を通電した後に、前記第１スイッチを開状態に切り替える遮断制御と、
前記第１スイッチを開状態に切り替えた時点と同時、または前記第１スイッチを開状態に切り替えた時点から微小時間経過後に、前記第２スイッチを閉状態に切り替える重畳制御と、
を行う、点火装置。
請求項２に記載の点火装置であって、
前記主１次コイルの巻数は、前記副１次コイルの巻数よりも多く、
前記主１次コイルの径方向外側に前記副１次コイルが積層される、点火装置。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記１次導線は、
絶縁性を有する樹脂製の被膜に覆われた金属線
を含み、
前記点火装置は、
前記中間部位に固定された金属製の端子
をさらに有し、
前記端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記端子の他の一部は前記電源装置に直接的または間接的に接続される、点火装置。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記中間部位のうちの前記掛止部に掛止される部位の曲率半径はＲ２以上、かつ、Ｒ７以下である、点火装置。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記１次ボビンは、
前記ボビン本体部の一部から突出し、前記掛止部の一方側に間隙を隔てて隣接する第１突出部と、
前記ボビン本体部の一部から突出し、前記掛止部の他方側に間隙を隔てて隣接する第２突出部と、
をさらに有し、
前記第１突出部に前記１次導線の巻始め端部が絡げられ、前記第２突出部に前記１次導線の巻終わり端部が絡げられる、点火装置。
請求項４に記載の点火装置であって、
前記１次導線の巻始め端部に固定された金属製の巻始め端子と、
前記１次導線の巻終わり端部に固定された金属製の巻終わり端子と、
をさらに有し、
前記巻始め端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記巻始め端子の他の一部は前記第１スイッチと直接的または間接的に接続され、
前記巻終わり端子の一部は前記被膜を貫通しつつ前記金属線に圧接し、前記巻終わり端子の他の一部は前記第２スイッチと直接的または間接的に接続される、点火装置。
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記２次ボビンは、前記１次コイルの外周面を覆う、点火装置。
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記１次ボビンおよび前記２次ボビンはそれぞれ樹脂製である、点火装置。
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の点火装置であって、
前記２次コイルの一端にはグランドへ向かって順方向となるダイオードが接続される、点火装置。