(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のプラグホールに内挿され、各点火プラグに直結して使用される独立点火形のものであって、コイルケース内に内側から順にセンタコア、二次ボビンに分割巻きされた二次コイル、一次ボビンに巻かれた一次コイルが同心状に配置され、これらの構成部材間に絶縁用樹脂が充填される内燃機関用点火コイルにおいて、
前記二次コイルの巻数は、前記二次コイル高圧側、前記二次コイル低圧側、前記二次コイル中央部の順に多くなるよう前記二次ボビンに分割巻きされており、
前記二次コイルの約３０％の巻線が、前記２次ボビンの高圧側に巻かれており、当該高圧側の分割巻幅は中央部側から高圧端に向かって徐々に小さくなっている
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記二次ボビンは、その内径が二次コイル高圧側から二次コイル低圧側に向かって大になるテーパに形成され、
前記二次ボビンの巻線部は、そのボビン肉厚が二次コイル中央部よりも両端に位置する前記二次コイル低圧側及び前記二次コイル高圧側が厚く形成されている
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記約３０％に対応する前記二次コイル高圧側の前記分割巻幅は、１．５ｍｍ〜４．５ｍｍになる
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記二次ボビンの前記巻線部は、その鍔の外形寸法が、前記一次ボビンとの距離をほぼ一定に保てるように高圧側＜中央部＜低圧側  に形成される
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記プラグホールに内挿される部分の外径は、φ１８ｍｍ〜φ２７ｍｍになる
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１  】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの点火プラグ毎に装着されて各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイルに関する。
【０００２  】
【従来の技術】
独立点火形の点火コイルは、コイル部の少なくとも一部がプラグホール内に導入されて装着されるため、プラグ内装着式と称せられている。また、コイル部はプラグホール内に挿入されるため、ペンシル形に細長く、ペンシルコイルと通称されている。このような点火コイルの細長円筒形のコイルケース内部には、センタコア（磁路鉄心で珪素鋼板を多数積層したもの）、一次コイル、二次コイルが内装されており、一次コイルへの電流の通電、遮断制御により二次コイルに点火に必要な高電圧が発生するように構成されている。これら一次コイル及び二次コイルは、通常それぞれのボビンに巻かれており、センタコアの周囲に同心上をなして配置されている。また、一次コイル及び二次コイルを収納するコイルケース内には、絶縁用樹脂を充填（注入硬化）したり絶縁油を封入したりして、各コイルの絶縁性を保証するような措置がとられている。尚、その公知例としては、例えば特開平８−２５５７１９号公報、特開平９−７８６０号公報、特開平９−１７６６２号公報、特開平８−９３６１６号公報、特開平８−９７０５７号公報、特開平８−１４４９１６号公報、特開平８−２０３７５７号公報に記載のものがある。
【０００３  】
上記ペンシルコイルには、コイル外周を通過する漏れ磁束を抑えるためのサイドコアがコイルケース外周に設けられる等の配慮がなされている。また、ペンシルコイルには、一次コイルを内側、二次コイルを外側に配置するものと、二次コイルを内側、一次コイルを外側に配置するものとがあり、このうち後者の方式（内二次コイル構造）は、前者の方式（外二次コイル構造）に比べ、二次コイルの全長が短く、二次コイル側の静電容量が小さいため出力特性の面で有利な点が有るとされている。
【０００４  】
すなわち、コイルの構成部材に絶縁用樹脂（例えばエポキシ樹脂）を注入硬化させたペンシルコイルを想定した場合において、外二次コイル構造では、二次コイルとその内側にある低電圧の一次コイル（ほぼ接地電圧とみなせる）との間に静電浮遊容量が生じるほかに、二次コイルとサイドコア（接地電圧）との間にも静電浮遊容量が発生し、そのため、内二次コイル構造に比べてサイドコア側の静電浮遊容量が余分につき、外二次コイル構造の静電浮遊容量が大きくなる傾向にあるからである（内二次コイル構造の場合は、二次コイル・一次コイルの間に静電浮遊容量が生じ、一次コイル・サイドコア間は一次コイル、サイドコアが共に接地電圧であるので静電浮遊容量が実質生じない）。
【０００５  】
また、二次電圧出力およびその立上り特性が静電浮遊容量に影響され、その静電浮遊容量が大きくなるほど出力が低下して立上りに遅れが生じるからである。従って、静電浮遊容量の小さい内二次コイル構造の方が、小形、高出力化に適していると考えられている。
【０００６  】
尚、内二次コイル構造のペンシルコイルの場合、一般に二次ボビンの肉厚が二次コイル低圧側から二次コイル高圧側まで均一か或いは高圧側の方が厚くなっている。また、二次コイルの巻幅も均一になっている。
【０００７  】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術にあっては、内二次コイル構造の場合、センタコアの電位は、センタコアがＧＮＤ接地されていないため二次コイルで発生する電圧の中間の電位となる。従って、二次コイル、センタコア間の電位差は二次コイルの高圧側と低圧側が大きくなる。また、細長い円筒形をしている二次ボビンは、成形時の型離れを良くするため内径側に抜きテーパを付ける必要がある。この抜きテーパと二次ボビン肉厚との関係を如何に成立させるかが絶縁構造上の課題となっている。
【０００８  】
また、点火プラグ放電時の二次電圧波形は立上りが極めて急峻な直角波となる。この場合、二次コイルの静電容量の影響により二次コイルの高圧側にかかる電位分担が大きくなり、二次コイルで発生する不具合の要因と考えられている。
【０００９  】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、限られたスペースの中で絶縁構造と高出力化を達成することが可能な内燃機関用点火コイルを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は以下のように構成することによって達成される。
【００１１】
いわゆる内二次コイル構造のペンシルコイル（内燃機関用点火コイル）において、二次コイルの巻数は、二次コイル高圧側、二次コイル低圧側、二次コイル中央部の順に多くなり、二次コイルの分割巻幅は、二次コイル巻数全体の約３０％が巻かれる二次コイル高圧側において中央部から高圧端に向かって徐々に小になるように構成する。
【００１４  】
尚、作用及び効果に関しては、次の実施の形態の項で説明する。
【００１５  】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について、図面を参照し説明する。
図１は、本発明の一実施例である内燃機関用点火コイルの構成を示す断面図である。
【００１６  】
内燃機関のプラグホールに内挿され、各点火プラグに直結して使用される独立点火形の内燃機関用点火コイル（点火コイル）２２は、上記プラグホールに内挿される部分となる外径がφ１８ｍｍ〜φ２７ｍｍに形成された細長円筒形ケース（コイルケース）６を有している。そのコイルケース６の内部には、中心（内側）から外側に向けて、センタコア５、二次ボビン４に巻かれた二次コイル３、一次ボビン２に巻かれた一次コイル１が同心状に配置されている。これらの構成部品は、コイルケース６に固定された後、熱硬化性絶縁樹脂（本例では、エポキシ樹脂）１４が充填されて絶縁性が保証されている。コイルケース６の外側には、センタコア５と磁路を形成するサイドコア７が装着されている。サイドコア７は、０．２〜０．５ｍｍ程度の薄い珪素鋼板あるいは方向性珪素鋼板を管状に丸めて成形されており、一〜四枚重ねられ構成されている。サイドコア７には、磁束の１タ−ンショ−トを防ぐための切れ目が少なくとも１ヶ所、サイドコア７の円周上に設けられている。
【００１７  】
センタコア５は、板厚０．２〜０．７ｍｍの珪素鋼板あるいは方向性珪素鋼板を使用して形成されており、その断面積が増えるように円筒形に近づけ、例えば幅長さが数段階に設定された多数の珪素鋼板をプレス積層してなっている。尚、ここでは特に図示していないが、センタコア５の軸方向の片端面、あるいは両端面にマグネットを設け、コイルで発生する磁束とは反対の磁束をかけることにより磁束密度の高いコアを使用した状態を作り、磁気エネルギーをアップ（高出力化）させる場合もある。
【００１８  】
センタコア５の端部（上端でも下端でも良い）には、応力吸収用弾性部材８（例えばシリコーンゴム）が設けられている。また、センタコア５の周囲には、弾性部材１５が設けられている。これらは、二次ボビン４とセンタコア５間に発生する熱応力（線膨張係数の差によって生じる応力）を緩和させるために設けられている。弾性部材１５としては、耐熱性のあるシリコーンゴムや可撓性エポキシ樹脂などが使用されるようになっている。可撓性エポキシ樹脂は、ガラス転移点が常温（２０℃）以下で、ガラス転移点以上では弾性のある柔らかい性質（エストラマー）を有するエポキシ樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂と変性脂肪族ポリアミンの混合物である。また、可撓性エポキシ樹脂は、センタコア５と二次コイル３間の絶縁機能をもたせるため、ボイドなどが発生せぬように真空化（例えば４Ｔｏｒｒ以下）で注入した後、硬化させるようになっている。
【００１９  】
一次ボビン２は、機械的強度を確保するため無機物充填物２０重量％以上のポリブチレンテレフタレ−ト（ＰＢＴ）やポリフェニレンオキサイド（変性ＰＰＯ）、あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性合成樹脂で形成されており、その一次ボビン２に巻かれる一次コイル１は、線径０．３〜１．０ｍｍ程度のエナメル線を一層あたり数十回から百数十回ずつ、数層にわたり合計１００〜３００回程度積層巻きした巻線になっている。
【００２０  】
二次ボビン４も例えば、無機物を２０重量％以上、より好ましくは３０重量％以上混合した変性ポリフェニレンオキサイド（変性ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性合成樹脂で成形されている。二次ボビン４は有底筒状を呈し、上記した応力吸収用弾性部材８、センタコア５が二次ボビン底部に受けられるようになっている。応力吸収用弾性部材８、センタコア５は、二次ボビン４に内装されている。
【００２１  】
二次ボビン４は、センタコア５と二次コイル３との間に介在して二次コイル３に発生した高電圧を絶縁する役目を有している。そして、二次コイル３で発生した高電圧を絶縁するために、二次ボビン４の肉厚は、０．５〜１．５ｍｍになっている。
【００２２  】
本実施例では、二次ボビン４の巻線部におけるボビン肉厚及び巻幅を二次ボビン４の軸方向において変えている。この点については、後に図２〜図４を用いて説明する。
【００２３  】
二次コイル３は、線径０．０３〜０．０６ｍｍ程度のエナメル線を用いて合計１００００〜３００００回程度、二次ボビン４に多数配設した鍔４ａ間に多層構造で分割巻きされている。
【００２４  】
絶縁用樹脂１４は、二次ボビン４に巻かれた二次コイル３、及び一次ボビン２に巻かれた一次コイル１をコイルケース６に固定し、更にイグナイタユニット１９をコネクタケース１７に供給し、そのイグナイタユニット１９の端子１９ａをコネクタ端子２１と溶接固定した後、真空状態で注入されるようになっている。そして加熱により絶縁用樹脂１４が硬化することにより絶縁性と機械強度が確保されるようになっている。
【００２５  】
イグナイタユニット１９は、パワー素子（半導体チップ）と電流制限回路などの電子回路部を１チップ化したものが内蔵されており、エポキシ樹脂で外装モールドされている。本実施例では、パワー素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を採用しており、２ｍＡ〜１０ｍＡの低電流で駆動させることができるようになっている。また、このように１チップ化することにより、製造工程が簡略化され大幅なコスト低減を図ることができるのは言うまでもない。
【００２６  】
コイルケース６は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性合成樹脂で成形されており、前述したようにコイル部を収容、固定し絶縁用樹脂１４を注型できるように形成されている。
【００２７  】
ここで、引用符号１３で示されるものは過早着火防止高圧ダイオード、１２はイタバネ、１１は高圧端子、９は点火プラグ接続用のスプリング、１０は点火プラグ接続用のプラグシール（シリコーンゴム）である。一方、引用符号１８で示されるものは外観上の見栄えを良くするためのカバーであり、エポキシ樹脂１４の注型面に取り付けられている。また、１６は上記プラグホ−ルへの水の浸入を防ぐためのプラグホールシ−ルゴムである。さらに、２０は雑音防止用コンデンサであり、リード付きのセラミックタイプのコンデンサを逆さまにして配置し、そのリードをコネクタ端子２１と溶接で接続、固定したものである。
【００２８  】
次に、図２〜図５を用いて二次ボビン４の肉厚と巻幅Ｗの設定について説明する。
【００２９  】
高電圧発生時（３０ｋＶ発生した場合）の二次コイル３の電位とセンタコア５（図１参照）の電位との関係は、図２に示されるように、最高圧側で二次コイル３の方が約１５ｋＶ高く、最低圧側で約１５ｋＶセンタコア５の方が高くなっている。従って、二次コイル３とセンタコア５間の絶縁機能をもつ二次ボビン４の肉厚は、高圧側と低圧側とを厚くし絶縁性を確保する必要がある。
【００３０  】
図３において、二次ボビン４の内径寸法は、内径側金型に抜きテーパを付ける関係上、高圧側ｄ１が小さく、低圧側ｄ２が大きくなっている。従って、各巻幅Ｗ毎に二次ボビン４の巻線部の外径寸法を変更することが理想であるが、金型構造が非常に複雑になってしまうので、巻線部の外径寸法は、二次コイル３とセンタコア５間の電位差との関係から、高圧側ｄ３、中央部ｄ４、低圧側ｄ５の三段階に分けられている。尚、巻線部の外径寸法は、中央部ｄ４＜高圧側ｄ３＜低圧側ｄ５の順に大きくなっており、高圧側二次ボビン肉厚ｔ１と低圧側二次ボビン肉厚ｔ２が同等になるように設定されている。
【００３１  】
また、鍔４ａの外径寸法も金型構造の複雑化を防ぐため、高圧側Ｄ３、中央部Ｄ４、低圧側Ｄ５の三段階に分けられている。そして、一次ボビン２の内径寸法も高圧側小、低圧側大のテーパになっている。そのため、鍔４ａの外径寸法は、高圧側Ｄ３＜中央部Ｄ４＜低圧側Ｄ５という設定にされ、一次ボビン２との距離がほぼ一定に保たれ、二次ボビン４の鍔４ａと一次ボビン２との間に介在する絶縁用樹脂１４（図１参照）の厚みがほぼ均等になるようになっている。
【００３２  】
以上の構成にすることで、二次ボビン４の鍔４ａの高さ、すなわち鍔高さｈが最も大きくなる二次ボビン４の中央部に二次コイル３を多く巻くことができるようになる。これにより、センタコア５の磁束密度が最も大きくなるセンタコア５中央部に二次コイル３が多くなるため、磁気変換効率が良くなり高出力化が可能になる。
【００３３  】
尚、高電圧発生時の電位分布を実測したところ、図４に示されるような状態になっていることが実験的に確認された。すなわち、高圧側の巻数約３０％の部分に７０％の電位がかかっており、これが高圧側での二次コイル間のショート不具合の要因になっていると考えられる。この対策として、高圧側の巻数約３０％部分の層間電圧を低減する必要があり、巻幅を高圧側から徐々に大きくしていくことが良いことが分かる。本実施例では、高圧側３０％の部分を巻幅１．５ｍｍ〜４．５ｍｍの三つに分けて層間電圧の低減を図り、電位分担の小さい残りの７０％の部分については巻幅を５ｍｍ〜６ｍｍと大きく取り、層間電圧を一定とし且つ巻数も多く取れるようにしているものとする。
【００３４  】
図５は、本発明品（図中では「変更後」）と従来品（図中では「変更前」）の高温放電耐久性能を示している。この図からも分かるように、本発明においては二次コイル４のレアショートが低減されることにより、約１．５倍の耐久性（耐久時間が約１．５倍アップ）を確保することができる。
【００３５  】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【００３６  】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内装スペースの制約が厳しいプラグホール挿着独立点火形内燃機関用点火コイルにおいて、大径化を抑制し（小型化を満足）、絶縁性と高出力化を十分達成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関用点火コイルの一実施例を示す断面図である。
【図２】独立点火形内燃機関用点火コイルのセンタコアと二次コイルの電位を示す説明図である。
【図３】二次ボビンの構造を説明するための断面図である。
【図４】独立点火形内燃機関用点火コイルの二次コイル電位分布に対する説明図である。
【図５】高温放電耐久性能に対する説明図である。
【符号の説明】
１  一次コイル
２  一次ボビン
３  二次コイル
４  二次ボビン
４ａ  鍔
５  センタコア
６  コイルケース
７  サイドコア
８  応力吸収用弾性部材
９  スプリング
１０  プラグシール
１１  高圧端子
１２  イタバネ
１３  過早着火防止高圧ダイオード
１４  絶縁用樹脂
１５  弾性部材
１６  プラグホールシールゴム
１７  コネクタケース
１８  カバー
１９  イグナイタユニット
１９ａ  端子
２０  雑音防止用コンデンサ
２１  コネクタ端子
２２  点火コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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