(57)【要約】【課題】  精度よく製造することができ、また接合強度の高い中心鉄芯を備える内燃機関用点火コイルを提供する。【解決手段】  複数の鋼板２３を重合させて、その一部を塑性変形させることで一体化する中心鉄芯１４を内挿した内燃機関用点火コイルである。複数の鋼板２３・・・２３は、長さ方向両端に形成された切欠き部２４と、等間隔に形成された複数の打抜き部２６とを備える最下層鋼板２３ａと、最下層鋼板２３ａの上に積層される複数の積層鋼板２３ｂ〜２３ｋとに区分される。積層鋼板２３ｂ〜２３ｋは、最下層鋼板２３ａの切欠き部と同一位置に形成された切欠き部と、最下層鋼板２３ａの打抜き部と同一位置に形成された変形凹部２５とを備え、変形凹部２５は、平面視が矩形状で、塑性変形前の正面視が略Ｖ字状に形成され、その長さａが、鋼板の板厚ｔに対応して所定値に設定される。【選択図】  図５
2006222173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板を重合させて、その一部を塑性変形させることで一体化する中心鉄芯を内挿した内燃機関用点火コイルであって、
前記複数の鋼板は、長さ方向両端に形成された切欠き部と、等間隔に形成された複数の打抜き部とを備える最下層鋼板と、前記最下層鋼板の上に積層される複数の積層鋼板とに区分され、
前記積層鋼板は、前記最下層鋼板の切欠き部と同一位置に形成された切欠き部と、前記最下層鋼板の打抜き部と同一位置に形成された変形凹部とを備え、
前記変形凹部は、平面視が矩形状で、塑性変形前の正面視が略Ｖ字状に形成され、その長さａが、鋼板の板厚ｔに対応して以下のように設定されていることを特徴とする内燃機関用点火コイル。
ａ＝２×（ｔ＋δ）×ｔａｎ（θ）    ｔ／３＜δ＜ｔ、５０°＜θ＜７０°
【請求項２】
前記変形凹部及び打抜き部と、前記鋼板の長さ方向両端との最短距離が、前記鋼板の全長Ｌの１２〜１７％に設定されている請求項１に記載の点火コイル。
【請求項３】
前記変形凹部の離間距離は、３３ｍｍ以下に設定されている請求項１又は２に記載の点火コイル。
【請求項４】
前記変形凹部の一つは、前記鋼板の長さ方向の中央位置に設けられ、中央位置の変形凹部の長さは、その他の変形凹部の長さより長く設定されている請求項１〜３のいずれかに記載の点火コイル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の点火コイルを内蔵する自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の点火プラグに高電圧を供給する点火コイル、及び自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
点火コイルとして、円筒状のコイルケースの中に、略円柱状の中心鉄芯、一次コイル、及び二次コイルを同心円状に配置し、更に樹脂を充填する構造が知られている。
【０００３】
このような点火コイルにおいて、中心鉄芯は、最適な磁路を確保するために設けられており、高透磁率を有するケイ素鋼を使用した鋼板を略円柱状に積層したものが採用されている（例えば、特許文献１段落０００５参照）。略円柱状となっているので、円筒状のコイルケース内の磁路を最大限に確保することが可能なる。
【特許文献１】特開２００３-１７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような中心鉄芯の製造において鋼板を略円柱状に積層する際に、その積層精度が悪いと外周面の凹凸が無視できないものとなり、使用時の冷熱ストレスによって凹凸部を起点に樹脂に亀裂が生じることになる。そのため、製造時の積層精度を高めることのできる鋼板の構成が望まれる。
【０００５】
また、積層された複数の鋼板が、点火コイル動作時の冷熱ストレス下でも互いに分離することがないこと、及び、完成した中心鉄芯の正確な直線性が冷熱ストレス下でも維持されることも強く望まれることろである。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、精度よく製造することができ、また接合強度の高い中心鉄芯を備える内燃機関用点火コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、複数の鋼板を重合させて、その一部を塑性変形させることで一体化する中心鉄芯を内挿した内燃機関用点火コイルであって、前記複数の鋼板は、長さ方向両端に形成された切欠き部と、等間隔に形成された複数の打抜き部とを備える最下層鋼板と、前記最下層鋼板の上に積層される複数の積層鋼板とに区分され、前記積層鋼板は、前記最下層鋼板の切欠き部と同一位置に形成された切欠き部と、前記最下層鋼板の打抜き部と同一位置に形成された変形凹部とを備え、前記変形凹部は、平面視が矩形状で、塑性変形前の正面視が略Ｖ字状に形成され、その長さａが、鋼板の板厚ｔに対応して以下のように設定されている。
ａ＝２×（ｔ＋δ）×ｔａｎ（θ）    ｔ／３＜δ＜ｔ、５０°＜θ＜７０°
前記変形凹部及び打抜き部は、前記鋼板の長さ方向両端との最短距離が、前記鋼板の全長Ｌの１２〜１７％に設定されているのが好ましい。また、前記変形凹部の離間距離は、３３ｍｍ以下に設定されているのが好ましい。更にまた、前記変形凹部の一つは、前記鋼板の長さ方向の中央位置に設けられ、中央位置の変形凹部の長さは、その他の変形凹部の長さより長く設定されているのも好適である。また、本発明は、以上木のいずれかに記載の点火コイルを内蔵する自動車である。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成の本発明よれば、中心鉄芯の製造工程において、切欠き部を活用して位置合わせをすることによって、複数の鋼板の重合精度を高くすることができる。また、積層鋼板の変形凹部は、平面視が矩形状で、塑性変形前の正面視が略Ｖ字状に形成され、その長さａが、鋼板の板厚ｔに対応して所定値に設定されているので、接合強度の高い中心鉄芯を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る点火コイルＣＬを説明するための図である。図１（ａ）は、本実施例に係る点火コイルＣＬの概略構成を示す部分断面図であり、図１（ｂ）は、点火コイルＣＬの全体的な回路構成図である。
【００１０】
この点火コイルＣＬは、プラスチック金型によって一体成形されるコイルケース１（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、コイルケース１の下端部に嵌合されるゴム製のプラグキャップ２と、コイルケース１に内挿される一次コイル部３と、一次コイル部３に内挿される二次コイル部４と、二次コイル部４に内挿されるセンタコア部５と、一次コイル部３の外周に弾発的に嵌合される外装鉄芯６と、コイルケース１の上部に収容される給電部７とを中心に構成されている。
【００１１】
そして、一次コイル部３、二次コイル部４、及びセンタコア部５は、コイルケース１の中で同心円状に位置決めされて、各部の空隙を無くすべく熱硬化性エポキシ樹脂８が減圧注入されて硬化されている。なお、給電部７は、パルス電圧を一次コイル部３に供給する部分であり、この実施例では、点火パルスＳを受けてＯＮ／ＯＦＦ動作するパワートランジスタＰＴｒを備えている（図１（ｂ）参照）。
【００１２】
コイルケース１は、詳細には、円筒状のケース本体部１ａと、給電部７を収容するケース基端部１ｂと、二次コイル部４から高圧を受ける高圧端子９や点火プラグに高圧を伝えるスプリング１０などを保持するケース先端部１ｃとで構成されている。図２は、給電部７を含む全ての部材３，４，５を、コイルケース１に組み付ける方法を説明するための図である。なお、図２では、一次コイル部３を破線で記載している。すなわち、給電部７は、一次コイル部３、二次コイル部４、センタコア部５、及び、外装鉄芯６と共に、一体的にコイルケース１に収容される。
【００１３】
図２に示すように、ケース基端部１ｂは、一方側（図１の左側）が矩形状に切り欠かれた略円筒形状であり、他方側（図１の右側）には金属管１１ａを内装した取付穴１１が設けられている。なお、この取付穴１１は、この点火コイルＣＬをエンジンなどのシリンダヘッドに取り付ける際のボルト穴として使用される。
【００１４】
ケース基端部１ｂの切欠き部には、Ｕ字状の受入れ端面１２が形成されて、給電部７のＵ字状のスライド溝７ａと係合するようになっている。すなわち、給電部７を受入れる際には、スライド溝７ａが、ケース基端部１ｂの受入れ端面１２を挟持しつつ下方にスライドされることになる。
【００１５】
図１（ｃ）に示すように、一次コイル部３と二次コイル部４とセンタコア部５とが、コイルケース１に内挿されるが、一次コイル部３は、図１に示すように、略円筒形状の略円筒形状の一次ボビン１９と、一次ボビン１９の外周に積層状に巻着されている一次巻線２０と、一次巻線２０の回りを覆う円筒状の保護テープ２１とを主構成部材とするものである。保護テープ２１の外側には、断面略Ｃ字状の外装鉄芯６が弾発的に嵌合されている。この外装鉄芯６は、中心鉄芯１４と共に、一次巻線２０と二次巻線１８との間の最適な磁気通路を形成するためのものであり、一次コイル部３に嵌合できる弾力性を有する磁性体である薄板状のケイ素鋼板が使用される。
【００１６】
二次コイル部４は、円環状に延出して外周を区画する複数のフランジを備えた略円筒形状の二次ボビン１７と、二次ボビン１７の外周の各区画に積層状に巻着されている二次巻線１８とを主構成部材としている。
【００１７】
センタコア部５は、棒状の中心鉄芯１４と、中心鉄芯１４の周面を覆うように巻着されている熱可塑性樹脂からなる保護テープ１５と、中心鉄芯１４の軸方向両端を覆う有底円筒状の保護キャップ１６とで構成されている。保護テープ１５および保護キャップ１６が中心鉄芯１４の全外表面を覆って、点火コイルＣＬの隙間を密封するために充填されるエポキシ樹脂８が中心鉄芯１４内への流入を確実に防止している。
【００１８】
次に本発明の特徴である中心鉄芯１４について詳述する。図３は、中心鉄芯１４の平面図（ａ）、及び分解状態の中心鉄芯１４（ｂ）を図示したものである。図４は、中心鉄芯１４の底面図（ａ）及び側面図であり、図５は、積層作業前の斜視図（ａ）及びの要部断面図（ｂ）（ｃ）である。
【００１９】
図示の通り、中心鉄芯１４は、複数の方向性ケイ素鋼板２３が積層されたものであり、カシメ加工によって、全体として略円柱形状となっている。各ケイ素鋼板２３は、単一の方向性ケイ素鋼を、長さＬ×幅Ｗの矩形短冊状に切抜いて構成されるが、その板厚ｔは、０．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．３ｍｍ程度のものが採用される。また、ケイ素鋼板の積層枚数は、２０〜３５枚程度であり、この実施例では、２８枚の鋼板（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ・・・２３ｋ）が積層されたものとなっている。
【００２０】
各ケイ素鋼板（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ・・・２３ｋ）の長さＬは、６０〜８１ｍｍ程度であり、全て共通しているが（実施例では約６３ｍｍ）、その幅寸法Ｗは、積層位置に応じて相違する。すなわち、ケイ素鋼板の幅寸法Ｗは、図４（ｂ）に示す通り、中心鉄芯１４の中層βでは共通であるが、上層αおよび下層γでは段階的に幅狭となる。
【００２１】
この実施例では、中層βには、最大幅Ｗ０の鋼板２３ｋ・・・２３ｋが８枚積層される。なお、最大幅Ｗ０は、６．５〜９．５ｍｍが好ましく、この実施例ではＷ０≒８．４ｍｍに設定されている。一方、上層αおよび下層γに積層される鋼板２３ａ，２３ｂ，・・・２３ｊは、中層βの鋼板より幅狭であって、この実施例では、８．２ｍｍ前後から２．９ｍｍ前後まで、順次狭くなる幅寸法Ｗのものが選択される。このため、上層α及び下層γの周縁は、側面視では階段形状となる（図４（ｂ））。
【００２２】
このような複数のケイ素鋼板２３は、基本構成の相違により、最下層の１枚のケイ素鋼板２３ａと、他の２７枚のケイ素鋼板２３ｂ〜２３ｋとに大別される。
【００２３】
最下層のケイ素鋼板２３ａは、図３（ｂ）に示す通り、長さ方向両端に形成された一対の切欠き部２４，２４と、等間隔に形成された打抜き部２６とを備えている。打抜き部２６は、この実施例では、長さ方向中心の中央打抜き部２６ａと、左右一対の周辺打抜き部２６ｂ，２６ｂとに区分される。なお、周辺打抜き２６ｂと中央打抜き部２６ａとの離間距離はＬ１であり、周辺打抜き部２６ｂとケイ素鋼板２５両端部との離間距離はＬ２である。
【００２４】
本実施例では、いずれの打抜き部２６ａ，２６ｂも、ケイ素鋼板の該当箇所が、幅ｄ×長さｃの矩形状に打抜かれて開口穴となっている（図５（ａ））。したがって、ケイ素鋼板の打抜かれた該当箇所には、長さ方向の側壁Ｈが現れる。なお、打抜き部２６ａ，２６ｂの大きさは、必ずしも本実施例のように統一化する必要はなく、中央打抜き部２６ａを、他の周辺打抜き２６ｂの長さｃより、やや長く設定してしても良い。
【００２５】
ケイ素鋼板２３ａに積層される２７枚のケイ素鋼板２３ｂ〜２３ｋは、幅寸法の違いを除けば、基本構成は全て同じであり、長さ方向両端に形成された一対の切欠き部２４，２４と、等間隔に形成された変形凹部２５とを備えている（図３（ａ））。この実施例では、三個の変形凹部を等間隔に配置しており、具体的には、長さ方向中心の中央凹部２５ａと、左右一対の周辺凹部２５ｂ，２５ｂとを設けている。なお、中央凹部２５ａと周辺凹部２５ｂ，２５ｂは、それぞれ、ケイ素鋼板２３ａの中央打抜き部２６ａと周辺打抜き部２６ｂ，２６ｂの位置に対応して設けられている。
【００２６】
ところで、積層された複数のケイ素鋼板２３・・・２３が、点火コイル動作時の冷熱ストレス下でも互いに分離することがないこと、及び、完成した中心鉄芯１４の正確な直線性が冷熱ストレス下でも維持されることは、この種の点火コイルにとって非常に重要である。そこで、この点について本発明者が種々検討したところ、周辺凹部２５ｂと他の変形凹部との離間距離Ｌ１の設定と、周辺凹部２５ｂとケイ素鋼板２５両端部との離間距離Ｌ２の設定が非常に重要であることが判明した。
【００２７】
そして、本発明者の更なる検討によれば、離間距離Ｌ１を３３ｍｍ以下に設定することで、ケイ素鋼板２３が撓んで浮き上がることが防止され、中心鉄芯１４の直線性が確実に確保されることが判明した。また、離間距離Ｌ２を、ケイ素鋼板の全長Ｌの１２〜１７％程度に設定することで、積層されたケイ素鋼板２３両端の浮き上がりを確実に防止できることも判明した。したがって、例えば、長さ８１ｍｍ程度の中央鉄芯を構成する場合にはＬ２＝１２．５ｍｍ程度に設定され、長さ６０ｍｍ程度の中央鉄芯を構成する場合にはＬ２＝７．５ｍｍ程度に設定される。
【００２８】
このような変形凹部２５は、先端がクサビ形状の加圧部材によって、ケイ素鋼板２３を局所的に強く押圧することで、長さａ×幅ｂの矩形部を略Ｖ字状に屈曲変形させて実現される（図５（ａ））。この屈曲変形によって、長さａ×幅ｂの矩形部には、長さ方向の切れ目が形成され、この切れ目に沿って側壁Ｈが露出する。そして、略Ｖ字状の先端は、ケイ素鋼板の底面よりｔ＋δだけ突出する（図５（ｂ））。
【００２９】
ここで重要なことは、ケイ素鋼板の底面より略Ｖ字状に突出したｔ＋δの部分が、その下層に位置するケイ素鋼板に形成された、変形凹部２５や打抜き部２６の側壁Ｈと係合するという点である。また、後のカシメ加工によって、略Ｖ字状の突出部がＵ字状に塑性変形して（突出量がｔ＋δからｔに変化し）、より確実に側壁Ｈと係合して、ケイ素鋼板を固定する役目を担うという点である。
【００３０】
そこで、この点に関連して、より確実な係合を実現するべく本発明者が種々検討した。その結果、一般に、変形凹部の略Ｖ字状の開口角度２θ（図５（ｃ））を小さく設定するほど、突出量ｔ＋δが多くなって接合強度が増すと思われるが、実は、上層のケイ素鋼板を浮かせてしまうことがあることが判明した。それは、その過大突出量δを押し潰してＵ字状の塑性変形させる際に、幅方向（ｂ方向）外向きに塑性変形する部分が、二枚のケイ素鋼板の隙間に進入することがあり、その進入部分が上層のケイ素鋼板を浮かせてしまうためである。
【００３１】
かかる板浮きの問題を解消しつつ接合強度を増加させるべく種々検討したところ、下層のケイ素鋼板から突出する過大突出量δは、板厚ｔを越えないようにすべきであるとの知見を得た。好ましい過大突出量δの範囲は、ｔ／３＜δ＜ｔであり、板厚ｔ＝０．３ｍｍの本実施例では、過大突出量δ＜０．３ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍ以下ということになる。
【００３２】
一方、過大突出量δを抑えつつ、側壁Ｈとの係合面積を増加させるには略Ｖ字状の開口角度２θを大きくすべきであるが、必要以上の接合強度は不要であるから、好適値としては、開口角度２θ＝１００〜１４０°、最適値としては２θ＝１２０°前後であることが判明した。したがって、この実施例の開口角度θは１２０°に設定されている。
【００３３】
図５（ｃ）から明らかなように、略Ｖ字状の変形凹部を採用する本実施例では、ケイ素鋼板の板厚ｔと、過大突出量δと、変形凹部２５の長さａとの関係は、ａ＝（ｔ＋δ）×２×ｔａｎ（θ）・・・（式１）となる。ここで、例えば、ｔ＝０．３ｍｍ、δ＝０．２ｍｍ、θ＝６０°に設定すると、式１より、ａ＝１．７３ｍｍ程度となり、本実施例ではこの値を採用している。
【００３４】
また、この変形凹部２５の長さａに対応して、最下層のケイ素鋼板２３ａの打抜き部２６の長さｃを５ｍｍにしている。なお、変形凹部２５や打抜き部２６の幅ｂ，ｄは、その値を同一にする必要があるが、最狭幅のケイ素鋼板２３ａの幅Ｗの１／３程度が好ましく、本実施例では１ｍｍに設定されている。すなわち、本実施例の変形凹部２５と打抜き部２６の寸法は、ａ＝１．７３ｍｍ，ｂ＝１ｍｍ，ｃ＝５ｍｍ，ｄ＝１ｍｍ程度である。
【００３５】
最後に、上記のケイ素鋼板２５を使用する中心鉄芯１４の製造方法について説明する。図４（ｂ）に示すように、打抜き部孔２６を有するケイ素鋼板２３ａを最下層に配置し、その上に、変形凹部２５を有するケイ素鋼板２３ｃ、２３ｄ、・・・、２３ｄ、２３ｃ、２３ｂを加圧しつつ積層していく（カシメ加工）。ケイ素鋼板２３ａにケイ素鋼板２３ｃを積層させる際には、上層の変形凹部２５が打抜き部２６に圧入され、更に、ケイ素鋼板２３ｄ、２３ｅ・・・が積層される際には、変形凹部２５が同一方向に重合されて下層の変形凹部２５に圧入される。この場合のカシメ強度は、１０Ｎ以上であることが好適である。
【００３６】
鋼板２３のカシメ加工は、図６に正面図を示す積層機を使用して行なわれる。図示の積層機は、上下に開口を有し内部で鋼板２３を積層させる積層室２７と、積層室２７に挿入された鋼板２３を加圧するプレス機２８と、積層室２７下面の開口部に配置された受け板２９ａとで構成されている。そして、受け板２９ａは、油圧シリンダ２９ｂにより支持されている。
【００３７】
鋼板２３のカシメ加工は、鋼板２３が積層室２７に挿入された後にプレス機２８がこの鋼板２３を繰り返し押圧することで実現される。積層室２７ｂ内への鋼板２３の挿入は、鋼板２３の切欠き部２４を、挿入ガイド（不図示）と係合させつつ行なわれる。これにより、打抜き部２６と変形凹部２５とが完全に整列すると共に、幅の狭い鋼板２３が幅方向に移動することが防止される。図６に示すように、積層室２７ｂは、４本分の中心鉄芯１４の鋼板２３を収容することができる。この収容枚数を超える鋼板２３が積層室２７ｂ内に収容される際には、受け板２９ａが下降して、積層室２７ｂから中心鉄芯１４が一本づつ排出される。そして、排出された鉄芯１４は、積層時の残留応力を除去するために、焼鈍される。好適には、７５０℃で２時間程度の焼鈍作業が採用される。
【００３８】
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、上記の記載内容は一例を示したに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱することなく適宜に変更可能である。
【００３９】
例えば、上記の実施例では、変形凹部２５や打抜き部２６を三個設けたが、中心鉄芯の長さに応じて適宜に増加される。また、実施例では、複数の変形凹部の形状を全て同一にしたが、中央凹部２５ａのみを長く設定するのも好適である。この場合には、中央凹部２５ａにおける略Ｖ字状の開口角度２θを、他の周辺凹部２５ｂ，２５ｂの開口角度より大きく設定するのが好適である。なお、このような変形凹部２５ａ、２５ｂを採用する場合には、これに対応して、打抜き部２６についても、中央打抜き部２６ａのみを長く設定するのは勿論である。
【００４０】
また、実施例では、変形凹部を略Ｖ字状に形成したが、その他の形状を禁止するものではない。例えば、Ｖ字の先端部を平坦にした台形Ｖ字状や、これに類する形状を採用しても良い。但し、台形Ｖ字状の場合には、カシメ強度のバラつきが生じやすいので注意を要する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る点火プラグを説明するための図である。
【図２】給電部をコイルケースに組み付ける方法を説明するための図である。
【図３】中心鉄芯の平面図（ａ）と分解状態の図面（ｂ）である。
【図４】中心鉄芯の底面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図５】積層前の珪素鋼板を示す斜視図と各断面図である。
【図６】鋼板を積層させる積層機の正面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１４            中心鉄芯
２３            鋼板
２３ａ          最下層鋼板
２３ｂ〜２３ｋ  積層鋼板
ｔ              板厚
２４            切欠き部
２５            変形凹部
２６            打抜き部
【図１】
2006222173.tif 000003
【図２】
2006222173.tif 000004
【図３】
2006222173.tif 000005
【図４】
2006222173.tif 000006
【図５】
2006222173.tif 000007
【図６】
2006222173.tif 000008