(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記一次コイルの線材は、前記絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分である無極性炭化水素成分を含有するアミドイミドからなる被膜あるいは被覆層を有すると共に、当該被膜あるいは被覆層はアミドイミドに前記成分を数パーセント、あるいは２乃至１０パーセント含有させたものであり、
さらに、前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、および／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させた内燃機関用点火コイル。
【請求項２】
コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記一次コイルの線材は、前記絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分である
0004206666.tif 000003
を含む被膜或いは被覆層を有すると共に、当該被膜あるいは被覆層はアミドイミドに前記成分を数パーセント、あるいは２乃至１０パーセント含有させたものであり、
さらに、前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、および／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させた内燃機関用点火コイル。
【請求項３】
コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記一次コイルの最外装に、絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分であるナイロン（デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称），ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン，フッ素系樹脂，フッ素系エラストマー，フッ素系ゴム，ワックス，脂肪酸エステルの少なくともいずれか一つを含有するアミドイミドからなる被膜或いは被覆層を有すると共に、当該被膜あるいは被覆層はアミドイミドに前記成分を数パーセント、あるいは２乃至１０パーセント含有させたものであり、
さらに、前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、および／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させた内燃機関用点火コイル。
【請求項４】
前記二次ボビンがＰＰＳまたは変性ＰＰＥであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関用点火コイル。
【請求項５】
コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記二次ボビンがＰＰＳ材で形成され、前記一次ボビンがＰＰＳ材で形成され、前記一次コイルの線材表面の内側絶縁被覆がエステルイミドを主成分とする第一被覆と、その外側にアミドイミドを主成分とする第二被覆が形成されており、第二被覆にはアミドイミドより融点が低い無極性炭化水素成分を含有しており、前記一次コイルの線材間にはエポキシ樹脂が充填されており、
さらに、前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、および／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させた内燃機関用点火コイル。
【請求項６】
コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記二次ボビンが変性ＰＰＥ材で形成され、前記一次ボビンがＰＢＴ材で形成され、前記一次コイルの線材表面の内側絶縁被覆がエステルイミドを主成分とする第一被覆と、その外側にアミドイミドを主成分とする第二被覆が形成されており、第二被覆にはアミドイミドより融点が低い無極性炭化水素成分を含有しており、前記一次コイルの線材間にはエポキシ樹脂が充填されており、
さらに、前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、および／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させた内燃機関用点火コイル。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のものにおいて、
前記空隙部は「前記一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂」と「一次ボビン」との間、「前記一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂」と「一次コイル」との間、「一次コイル」と「一次コイルの層間に充填される絶縁用樹脂」との間の少なくとも一つに設けた剥離部として構成されている
内燃機関用点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのプラグホールに装着されて各点火プラグに個別に直結される、所謂独立点火形の内燃機関用点火コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような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、細長い円筒形のコイルケースの内部にセンタコア（磁路鉄心で珪素鋼板を多数積層したもの），一次コイル，二次コイルを内装している。一次コイルに流す電流の通電，遮断制御により二次コイルに点火に必要な高電圧を発生させるもので、これらのコイルは、通常それぞれのボビンに巻かれ、センタコアの周囲に同心状をなして配置されている。
【０００３】
この種点火コイルには、一次コイルを内側，二次コイルを外側に配置する、所謂外二次コイル構造のものと、二次コイルを内側，一次コイルを外側に配置する、所謂内二次コイル構造のものとがある。このうち後者は前者に較べ二次コイルの全長が短く、二次コイル側の静電浮遊容量が小さいため出力特性の面で有利な点があると考えられている。
【０００４】
すなわち、二次電圧出力及びその立上り特性は静電浮遊容量に影響され、静電浮遊容量が大きくなるほど出力が低下し立上りに遅れが生じる。したがって、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。
【０００５】
一次，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）することでコイルの絶縁性を保証している。
【０００６】
しかし、点火コイル装置の構成部材間に絶縁用樹脂としてエポキシ樹脂を充填（注入硬化）する場合、通常、エポキシ樹脂の硬化温度は１００℃以上であり、常温では、絶縁用樹脂やボビン材は、構成部材間の線膨張率差（ボビン，コイル，センタコア，絶縁用樹脂間相互の線膨張係数差）に基づく熱応力が加わるので、熱応力によるクラック、及び部材間界面剥離の防止対策を講じる必要がある。
【０００７】
特開平11−111545号公報には内二次コイル構造で、一次，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）する点火コイルが記載されている。また、充填する絶縁樹脂と接着しにくい材質で１次コイルの線材を被覆することにより、一次コイルの線材間に樹脂絶縁材が浸透しても一次コイルの線材と樹脂絶縁材との間が滑るようにしたものが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１１５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この従来技術には一次コイルと絶縁樹脂が密着していると一次コイルの表面が絶縁樹脂によって削られ、被覆が剥がれるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、一次コイルの電気的絶縁を破壊することなく、構成部材間の線膨張率差（ボビン，コイル，センタコア，絶縁用樹脂相互の線膨張係数差）に基づく熱応力を低減させ、この種の点火コイル装置の高品質，高信頼性を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、
（１）すなわち、第１の発明は、コイルケース内に内側から順にセンタコア，二次ボビンに巻かれた二次コイル，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、内燃機関の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おいて、
前記一次ボビンと前記一次コイルとの間、及び／または、一次コイルの層間に、二次ボビン内部に生じる熱応力のうち一次コイルと二次ボビンの熱収縮差によって二次ボビン内部に生じる応力を減少させる空隙部を前記絶縁用樹脂と共存させたことを特徴とする。
【００１２】
この空隙は、例えば、「一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂（例えばエポキシ樹脂）」と「一次ボビン」との間、「一次ボビンと一次コイル間に充填される絶縁用樹脂」と「一次コイル」との間、「一次コイル」と「一次コイルの層間に充填される絶縁用樹脂」との間の少なくとも一つに剥離部を形成したものである。
【００１３】
より具体的態様としては、一次コイルと一次コイル周囲に充填されている絶縁用樹脂との間を剥離し易くした被膜或いは被覆を一次コイルに施したり、一次ボビンのうち一次コイルを巻く側のボビン表面（ボビンの外側の面）に、該ボビン表面とこのボビン表面に接する絶縁用樹脂との間を剥離し易くした被膜或いは被覆を塗布等により施したり、これに代わりエポキシと接着力の弱い絶縁シートを貼り付けるものである。
【００１４】
これらの被膜あるいは被覆として、例えば、ナイロン（デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称），ポリエチレン，テフロン（デュポン社の登録商標でフッ素系樹脂の総称）等の摩擦係数の小さい材料及びエポキシ樹脂と接着力の小さい材料を絶縁材料に含有させたオーバーコーティングが使用できる。
【００１５】
エポキシ硬化後、温度が下がる時に銅とエポキシの線膨張係数差により、エポキシと一次コイル又は一次ボビン界面とに引っ張り応力が働き、エポキシと接着力が弱い部分で剥離が発生する。
【００１６】
本発明の作用としては、点火コイルがエンジン運転停止後に温度降下により熱収縮しようとすると、二次ボビンには、センタコア側からは熱収縮差（線膨張率差）により相対的に周方向に拡張力が作用し、また、一次コイル，二次コイル側からは絶縁用樹脂を介して相対的に周方向の引っ張り力が二次コイルに作用し、それらの相乗作用により二次ボビンには、大きな内部応力σが発生するが、本発明では、一次ボビンと一次コイルとの間や或いは／及び、前記一次コイルの層間に、空隙（例えば上記の剥離部）を介在させることで、一次コイルから二次ボビンに作用する周方向の引っ張り力の経路を遮断することが可能になる。
【００１７】
したがって、二次ボビン内部に生じる応力σのうち一次コイルと二次ボビンの熱収縮差によって二次ボビン内部に生じる応力分σ１を減少させることで、トータルの内部応力σを大幅に小さく（緩和）することが可能になる。本発明者らのＣＡＥ(Computer Aided 
Engenering) 解析例によれば、上記した応力分σ１を減少させることで、全体の内部応力の少なくとも２０％は低減させることが可能になる。なお、このような内部応力の低減値は、点火コイルが内燃機関のプラグホールに内挿されて各点火プラグに直結して使用され、その内挿される部分の外径がφ１８〜φ２７mm（このサイズの細長い円筒形タイプの点火コイルは、通常、一次ボビン肉厚が０.５〜１.２mm，二次ボビン肉厚が０.７〜１.６mm，ボビン長さが５０〜１５０mmである）のものによって確認された。
【００１８】
なお、上記のような空隙（例えば剥離部）を一次ボビンと一次コイルとの間、及び／または、一次コイルの層間に設けても、一次コイルは低電位（ほゞ接地電位）であるので、一次コイル同士での電界集中が発生せず、また、二次コイル・絶縁用樹脂・一次ボビン間が隙間なく密着していれば、一次コイル・二次コイル間の絶縁を充分に確保でき、しかも、二次コイルの線間電圧による電界集中防止を充分に図れることが試験結果、確認されており、絶縁破壊の発生を防止できる。
（２）さらに、上記の第１の発明に加えて、例えば、二次ボビンとして変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）を用いた場合、二次ボビンが無機物の充填材（ガラス繊維，マイカ，タルク等）を２０％以上含有させることで、二次ボビンの材質改善の見地から、内部応力σをさらに小さくすることができる。
【００１９】
変性ＰＰＥは、絶縁用樹脂となるエポキシ樹脂との接着性に優れ、また、成形性，絶縁性が良好であるので、二次ボビンの品質安定化に貢献できるが、２０重量％以下の無機質充填材では、他の構成部材（センタコア，一次コイル，二次コイル等）との間の線膨張率差が大きくなり、内部応力（熱応力）σが大きくなる。例えば、ＣＡＥ解析例によれば、上記したσ１の減少がない場合には、二次ボビンに発生する内部応力σは、点火コイルを１３０℃から−４０℃の温度環境において急激に温度降下させた場合に、約９０〜１００ＭＰａといった大きな値になる。
【００２０】
これに対して、本発明によれば、内部応力σを７０ＭＰａ以下まで下げることが可能になり、二次ボビンの縦割れ防止を図ることができた。なお、二次ボビンの成形性（樹脂流動性）を保持しつつ、内部応力σを下げる最適例としては、変性ＰＰＥが４５〜６０重量％，ガラス繊維が１５〜２５重量％，非繊維状の無機質充填材が１５〜３５重量％のものを提案する。この詳細は、実施の形態の項で説明する。
【００２１】
さらに、上記の内部応力σを下げる線膨張率の観点からすれば、特に、樹脂成形の樹脂流動方向がボビン軸方向である場合には、この樹脂流動方向に対して直角方向（ボビンの半径方向及び周方向に相当するもので、特に、周方向の内部応力を抑えることがボビン縦割れ防止のポイントとなる）の線膨張率が、上記のような無機質充填材が含有量の制限の範囲内で、ＡＳＴＭ Ｄ ６９６に準ずる試験方法で−３０℃〜−１０℃時の平均が３５〜７５×１０-6であるものが好ましい結果が得られた。この詳細は、実施の形態の項で説明する。
【００２２】
より具体的態様としては、絶縁用樹脂（例えばエポキシ樹脂）と親和しないまたは化学反応しない成分を含む被膜或いは被覆層を一次コイルの最外層に形成することにより、一次コイルと絶縁用樹脂が剥離し、空隙部を形成できる。この絶縁用樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分は、
0004206666.tif 000002
【００２３】
で示される材料であり、例えば、ナイロン（デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称），ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン，フッ素系樹脂，フッ素系エラストマー，フッ素系ゴム，ワックス，脂肪酸エステルがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施例を図面により説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図、図２はそのＢ部を拡大して横にした状態で示す図、図３は図１のＡ−Ａ′横断面図である。
【００２６】
細長い円筒形ケース（外装ケース）６の内部には、中心（内側）から外側に向けて、センタコア１，二次ボビン２に巻かれた二次コイル３，一次ボビン４に巻かれた一次コイル５が同心状に配置されている。外装ケース６の外側には、センタコア１と磁路を形成するサイドコア７が装着されている。
【００２７】
センタコア１は、その断面積を増やすように、例えば図３に示すように、幅長を数段階に設定した多数の珪素鋼板或いは方向性珪素鋼板をプレス積層してなる。センタコア１の軸方向の両端には該センタコア１に隣接してマグネット９，１０が配置される。このマグネット９，１０は、センタコア１を通過するコイル磁束と反対方向に磁束を発生させることにより、点火コイルをコアの磁化曲線の飽和点以下で動作させるものである。このマグネットは、センタコア１の一端にだけ配置してもよい。２４はセンタコア１の軸方向の熱膨張を吸収する弾性体（例えばゴム）である。
【００２８】
図２に示すように二次ボビン２に内挿されるセンタコア１と二次ボビン２間には、いわゆる軟質エポキシ樹脂（可撓性エポキシ）１７が充填され、二次ボビン２，二次コイル３，一次ボビン４，一次コイル５，コイルケース６の各構成部材同士の隙間に硬質のエポキシ樹脂（熱硬化性エポキシ樹脂）８が充填されている。
【００２９】
軟質エポキシ樹脂１７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（エラストマー）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。
【００３０】
センタコア１，二次ボビン２間の絶縁用樹脂を軟質エポキシ樹脂１７としたのは、いわゆるペンシルコイル（プラグホール内装着式の独立点火形の点火コイル）が厳しい温度環境（−４０℃〜１３０℃程度の熱ストレス）にさらされることに加えて、センタコア１の線膨張率（１３×１０-6）と硬質エポキシ樹脂の線膨張率（４０×１０-6）との差が大きいため、通常の絶縁用エポキシ樹脂（軟質エポキシ樹脂１７よりも硬質のエポキシ樹脂組成物）を用いた場合には、ヒートショック（熱衝撃）によりエポキシ樹脂にクラックが生じ、絶縁破壊が起こる心配があるためである。すなわち、このようなヒートショックに対処するため、熱衝撃吸収に優れた弾性体で絶縁性を有する軟質エポキシ樹脂１７を用いた。
【００３１】
ここで、二次ボビン２について説明する。本実施例の二次ボビン２は、次の知見の下に成立したものである。
１）二次ボビン２は、〔二次ボビン２の許容応力σ０＞（−４０℃−軟質エポキシ樹脂
１７のガラス転移点Ｔｇ）での発生応力σ〕の条件を満足すること。ここでは、一例として、軟質エポキシ樹脂１７のガラス転移点がＴｇ＝−２５℃のものを例示する。
【００３２】
例えば、軟質エポキシ樹脂１７のガラス転移点がＴｇ＝−２５℃である場合には、二次ボビン２が１３０℃から−４０℃に温度変化する環境に置かれて内燃機関運転停止後の温度降下により収縮した時に、１３０℃〜−２５℃の範囲では二次ボビン２の収縮が軟質エポキシ樹脂１７の弾性吸収により受け入れられるため、二次ボビン２内部に生じる熱応力σのうちセンタコア１側から受ける分σ３は実質無応力である。ただし、全体的にみれば、二次ボビン２が熱収縮しようとすると、二次ボビン２より線膨張率（熱膨張係数）の小さい一次コイル５，二次コイル３が硬質エポキシ樹脂８を介して二次コイル３の熱収縮を抑えようとする。換言すれば、一次コイル５及び二次コイル３は、二次ボビン２に対して相対的に周方向に引っ張り力を与える。それによって、一次コイル５から作用する熱応力分σ１と二次コイル３から作用する熱応力分σ２を合わせたものが二次ボビン２の内部応力σの主な要素となる。
【００３３】
−２５℃〜−４０℃の温度範囲では、軟質エポキシ樹脂１７がガラス状態に移行し、それにより二次ボビン２の収縮（変形）はセンタコア１側からも阻止されるので、二次ボビン２の内部には、上記した一次コイル，二次コイルによって与えられる熱応力分σ１，
σ２に、センタコア側からの力によって与えられる熱応力分σ３が加わり、これらのσ１，σ２，σ３をあわせた応力が二次ボビン２の内部応力σの主たる要素となる。
【００３４】
二次ボビン２に生じる熱応力σは、σ＝Ｅ・ε＝Ｅ・α・Ｔとして表せる。Ｅは二次ボビン２のヤング率、εはひずみ、αは二次ボビンの線膨張率、Ｔは温度変化（温度差）。二次ボビン２の許容応力σ０が発生応力σより大きい場合には（σ＜σ０）、二次ボビン２は破壊しない。
２）二次ボビン２は、エポキシ樹脂８と接着性の良い材料を選定すること。エポキシ樹脂８との接着性が悪い場合は、二次ボビン２とエポキシ樹脂８の間に剥離が生じ、絶縁破壊の心配がある。
【００３５】
ここで、絶縁用樹脂とボビン材の間に剥離（絶縁用樹脂のクラックも含む）が生じた場合の絶縁破壊のメカニズムについて図８を用いて説明する。
【００３６】
図８は内二次コイル構造のペンシルコイルの一部を拡大して示し、二次ボビン２の外表面に二次コイル３を分割巻きするための鍔（各スプールエリアを設定するための鍔）２Ｂが軸方向に間隔を置いて複数配設されている場合の一部拡大断面図である。
【００３７】
エポキシ樹脂８のうち、二次ボビン２・一次ボビン４間に充填されるエポキシ樹脂８は、樹脂注入（真空注入）により、二次コイル３・一次ボビン４間の他に二次コイル３の線間に浸透されて二次ボビン２の外表面に至る。また、センタコア１・二次ボビン２との間には、既述のように軟質エポキシ樹脂１７が充填されている。
【００３８】
この場合、絶縁用樹脂と二次ボビン，一次ボビンとの密着強度（接着強度）が弱ければ、符号イで示すように二次ボビン２と二次コイル３間に浸透の絶縁用樹脂８との間、及び符号ロで示すように二次ボビン鍔２Ｂと絶縁用樹脂８との間に剥離が発生する。また、符号ハに示すように絶縁用樹脂８と一次ボビン４の間や、符号ニに示す絶縁用樹脂１７と二次ボビン２の間も剥離が生じる可能性領域と考えられている。
【００３９】
符号イで示す位置に剥離が発生すると、剥離した箇所（空隙）を通じて二次コイル３の線間電圧により電界集中が発生し、二次コイル３の線間に部分放電ひいては発熱、二次コイルの線材のエナメル被覆が焼損してレアーショートが発生する。また、符号ロで示す位置に剥離が発生すると、二次コイル３の隣接する分割巻きエリア間の線材同士に電界集中が発生し、上記同様の部分放電によりレアーショートが発生する。符号ハに示す位置に剥離が発生すると二次コイル３・一次コイル５間に絶縁破壊が発生し、符号ニ示す位置に剥離が発生すると二次コイル３・センターコア１間に絶縁破壊が発生する。
【００４０】
本実施例では、上記・の条件を満足させるために、二次ボビン２の材料としてエポキシ樹脂と接着性に優れた変性ＰＰＥを用いている。この材料は、強度確保のために、無機物（ガラスフィラー，マイカ等）が含有されているが、さらに、本実施例では、上記・の条件を満足させるため、すなわち、二次ボビンの線膨張率αをできるだけ小さくし、ひいては熱応力（内部応力）σを小さくするため、及び上記した許容応力σ０＞σを実現するために、無機物を２０重量％以上、より好ましくは３０重量％以上混入させている。また、二次ボビン２の射出成形性を確保するためには、樹脂の溶解状態での流動性を向上させる必要があり、無機物はガラスフィラーなどの繊維系のものだけではなく、非繊維状無機物であるマイカを混入している。
【００４１】
図１０に本実施例における二次ボビン２の一部を半分に割った断面斜視図を示し、本実施例の二次ボビン２の成形時の樹脂流動方向は、ボビンの軸方向にしてあり、ボビンの径方向及び周方向が二次ボビンの樹脂流動方向に対して直角方向となる。図１１は図１０のＰ部を模式的に拡大した図であり、充填材であるガラス繊維は樹脂流動方向に向いており、したがって軸方向の二次ボビンの線膨張率は、これに直角な径方向及び周方向に較べて充分に小さい。樹脂の流動性を損なわず径方向及び周方向の線膨張率を小さくしたい場合には、ガラス繊維に加えて非繊維状の充填材（例えばマイカ，タルク等）を混入して、径方向及び周方向の線膨張率をできるだけ小さくする必要がある。二次ボビン２は内部応力（熱応力）σに耐えるためには、ボビンの周方向（樹脂流動方向に対して直角方向）の線膨張率をできるだけ小さくする必要がある。
【００４２】
図１３に二次ボビン２を変性ＰＰＥ(ガラス繊維２０重量％ベース)とした場合のマイカ含有量と樹脂流動方向に対し直角方向の線膨張率（ＡＳＴＭ Ｄ ６９６に準ずる試験方法で−３０℃〜−１０℃の平均の線膨張率）の関係を示す。図中のＥ−６は１０-6を表す。この場合、無機物の充填材は全体的には２０重量％（ガラス繊維２０重量％、マイカ０重量％）で線膨張率が約７０×１０-6（試験例では６６.８×１０-6 ）とすることができ、また、ガラス繊維２０重量％，マイカ２０重量％で線膨張率が約５０×１０-6 (試験例では４９.３×１０-6)，ガラス繊維２０重量％，マイカ３０重量％で約４０×１０-6 (試験例では３９.６×１０-6) の線膨張率が得られた。例えば、線膨張率を約４０〜５０×
１０-6程度に抑えることを意図する場合には、ガラス繊維が２０重量％の場合にはマイカは２０〜３０重量％となるが、ガラス繊維が１５〜２５重量％程度の場合に線膨張率を
４０〜５０×１０-6程度に抑えたい場合には、マイカは１５〜３５重量％程度必要とされる。具体的には、変性ＰＰＥが４５〜６０重量％，ガラス繊維が１５〜２５重量％，マイカが１５〜３５重量％である。その最適例として、本実施例では、二次ボビン３は、変性ＰＰＥが５５重量％，ガラス繊維が２０重量％，マイカが３０重量％としている。図１３に示すようにマイカ含有量と直角方向の線膨張率は略比例関係にある。
【００４３】
なお、無機物５０％入り変性ＰＰＥは、線膨張率αが成形時の樹脂流動方向では−３０℃〜１００℃の範囲で２０〜３０×１０-6である。
【００４４】
ここで、二次ボビン２の強度を確保するためには、ボビンの肉厚が厚い方が有利であることはいうまでもないが、ペンシルコイルは一般的にφ１９〜φ２８mm程度の細いプラグホールに内挿する必要があるため、内挿されるコイル部の外径はサイドコアを含めて
φ１８〜φ２７mm程度となる。この狭い空間の中で、コイルケース６，一次コイル５，一次ボビン４，二次コイル３，二次ボビン２，センタコア１等の構成部材間や構成部材自身の空隙にボイド等の欠陥をなくすエポキシ樹脂８を充填する必要がある。したがって、各部の肉厚は極力少なくすることが望ましい。
【００４５】
本実施例では、一次ボビン肉厚０.５mm〜１.２mm，二次ボビン肉厚０.７〜１.６mmとし、また、ボビンの長さは５０〜１５０mmとする。
【００４６】
二次ボビン２に巻かれる二次コイル３は線間にエポキシ樹脂８が含浸した状態で線膨張率が−４０℃で約２２×１０-6であり、また、一次ボビン４に巻かれる一次コイル４は線間にエポキシ樹脂が含浸した状態で線膨張率が−４０℃で約２２×１０-6程度である。なお、本明細書の線膨張率は、ＡＳＴＭ Ｄ ６９６に準ずる試験方法によるものである。
【００４７】
二次コイル３は、線径が０.０３〜０.１mm程度のエナメル線を用いて、合計５０００〜３５０００回程度分割巻きされている。一方、一次コイル５は、線径０.３〜１.０mm程度のエナメル線で、一層あたり数十回ずつ数層(ここでは２層)にわたり合計１００〜３００回程度巻き回されている。一次コイル５の外被構造については、後述する。
【００４８】
一次ボビン４は、ゴムを含有するＰＢＴよりなる。ＰＢＴを用いた理由は、エポキシ樹脂８の線膨張率と同等か或いは±１０％の範囲の線膨張率にするためであり、また、ゴムを含有することでエポキシ樹脂８との密着性が増すためである。具体的には、その組成は、例えば、ＰＢＴが５５重量％，ゴムが５重量％，ガラス繊維が２０重量％，板状エラストマーが２０重量％である。なお、一次ボビン、二次ボビンの両方をＰＰＳ材で形成してト−タルコストを下げることも可能である。
【００４９】
一次コイル５には、図９の模式図に示すように銅線（φ５００〜８００μｍ）の回りに厚さ１０〜２０μｍの絶縁体（例えば、エステルイミド，アミドイミド，ウレタン等）の被覆５Ａのほかに、さらにその外に一次コイル５と一次コイル周囲に充填されている絶縁用樹脂（エポキシ樹脂）８との間を剥離し易くした被覆（オーバーコーティング）５Ｂが施されている。このオーバーコーティング５Ｂは、上記絶縁体５Ａと同じ材料に滑り性を良くするナイロン（デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称），ポリエチレン，テフロン（デュポン社の登録商標でフッ素系樹脂の総称）等のいずれかを数％添加するものであり、その厚さは１〜５μmmの被膜である。
【００５０】
このように、一次コイル５に、あえてエポキシ樹脂８との密着性が良くないオーバーコーティング５Ｂを施す理由は、二次ボビン内部に生じる応力σのうち一次コイル５と二次ボビン２の熱収縮差（線膨張率差）によって二次ボビン内部に生じる応力分σ１を減少させるため（上記条件・を満足させるため）である。
【００５１】
すなわち、上記オーバーコーティング５Ｂの存在によって、図４に示すように一次コイル５とその周囲にあるエポキシ樹脂８との間に剥離部（空隙）５０が生じ、剥離部５０は、一次ボビン４・一次コイル５間に充填されるエポキシ樹脂８と一次コイル５との間や一次コイル５の層間にもエポキシ樹脂８と共存することになる。なお、図４は図２のＣ部拡大断面図であり、Ｃ部に相当する箇所を撮影した顕微鏡断層写真（倍率３０倍〜４０倍）を基にして作図したものである。
【００５２】
このように一次ボビン４と一次コイル５との間や一次コイル５の層間に空隙（剥離部）５０を介在させることで、一次コイル５から二次ボビン２に作用する周方向の引っ張り力（一次コイル・二次ボビンの熱膨張差に基づく引っ張り力）の経路を遮断することが可能になる。したがって、二次ボビン内部に生じる応力σのうち一次コイルの存在により与えられる応力分σ１を減少させることで、σを２０％以上小さく（緩和）することが可能になる。また、変性ＰＰＥの線膨張率を上記したように無機物充填物の２０％以上の配合により、二次ボビンの材質改善からの内部応力（熱応力）の減少も図ることができ、本発明者らのＣＡＥ解析例によれば、二次ボビン２の周方向（ボビン成形の樹脂流動方向に対して直角方向でもあり、ここではθ方向と称することもある）の発生応力σを、上記の空隙５０の応力緩和作用との相乗作用により、大幅に減少させることができる。
【００５３】
図１２に、本実施例における二次ボビンの樹脂流動方向（ボビン軸方向）に対し直角方向の線膨張率と二次ボビンの発生応力（θ方向）との関係を示す。
【００５４】
図１２の二次ボビンの発生応力（熱応力）は、ＣＡＥ解析ソフトを用いて、イグニションコイルの三次元モデルを作成し、各部品の材料物性値（線膨張率，ヤング率，ポアソン比）をそれぞれ入力し、エポキシが硬化する時の温度１３０℃時の発生応力を０とし、
−４０℃時に発生するθ方向の内部応力を求めたものである。ただし、物性値における線膨張率は、−４０℃の近似値として、−３０℃〜−１０℃の平均が３５〜７５×１０-6の二次ボビン材料のものを用いた。
【００５５】
図１２において、実線Ａが本実施例に相当するもので（一次コイルの周囲に上記した剥離部５０を設けたもの）、図１３で例示した二次ボビン材（図１２のガラスフィラー２０重量％ベースで、マイカ０重量パーセント，２０重量パーセント，３０重量パーセント）を意識し、その二次ボビンの線膨張率の近似値として、−３０℃〜−１０℃の平均が３５〜７５×１０-6のものを用い、具体的には約４０×１０-6（厳密には３９.６×１０-6），約５０×１０-6（厳密には４９.３×１０-6），約７０×１０-6（厳密には６６.８×
１０-6）と、裕度として３５×１０-6及び７５×１０-6の計５つの二次ボビンのθ方向の−４０℃時近似線膨張率を用いてＣＡＥ解析を行ったものである。
【００５６】
その解析結果、二次ボビンが近似−４０℃時（−３０℃〜−１０℃時）の線膨張率の平均が３５〜７５×１０-6の場合（平均の下限値３５は二次ボビンの成形可能な無機物充填配合量の制約に基づくものである）には、二次ボビンの発生応力が７０ＭＰａ〔本発明者らが目安とする二次ボビンの内部応力（熱応力）の許容上限〕以下になる解析結果が得られた。
【００５７】
この発生応力７０ＭＰａ以下は、本発明者らのＣＡＥ解析によるものであるが、その数値の根拠は、図１４で示すようにこの種の内燃機関用点火コイルの耐久性を充分に満足させる熱サイクル試験（１３０℃〜−４０℃の温度変化を３００回繰り返す試験）に合格するためのものである。図１４は、二次ボビン２の発生応力と熱サイクル数の特性試験図であり、横軸に熱サイクル数を示し、縦軸は発生応力を示し、７０ＭＰａ以下が熱サイクル３００回数以上でも二次ボビン２にクラックが生じないところである。
【００５８】
なお、図１２における実線Ｂは、一次コイルの周囲に上記した剥離部５０を設けない点火コイルにおいて、θ方向の線膨張率を実線Ａ同様に設定した場合の二次ボビン発生応力の解析結果を示す比較例で、この場合には、いずれも二次ボビンの周方向の発生応力が
８０ＭＰａ以上となるものである。
【００５９】
なお、上記のような剥離部５０を一次ボビン４と一次コイル５や一次コイル５の層間との間に設けても、一次コイル５は低電位（ほゞ接地電位）であるので、一次コイル５同士での電界集中が発生せず、また、二次コイル３・エポキシ樹脂８・一次ボビン４間が隙間なく密着していれば、一次コイル・二次コイル間の絶縁を充分に確保でき、しかも、二次コイルの線間電圧による電界集中防止を充分に図れることが本発明者らの試験結果、確認されている。
【００６０】
特に、本実施例では、一次ボビン４にゴム入りのＰＢＴを用いることで、エポキシ樹脂８との密着性を増し、それにより一次ボビン４の内径側ではエポキシ樹脂８との剥離が確実に防止され、上記した二次コイル３・エポキシ樹脂８・一次ボビン４間の密着性を保持して良好な絶縁性能を発揮することができる。
【００６１】
なお、一次ボビン４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），変性ＰＰＥ等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００６２】
コイルケース６は、ＰＢＴ，ＰＰＳ，変性ＰＰＥ等の熱可塑性樹脂が用いられる。コイルケース６の外側面にはサイドコア７が装着される。サイドコア７は、センタコア１と協働して磁路を構成するもので、０.３mm〜０.５mm程度の薄い珪素鋼板或いは方向性珪素鋼板を管状に丸めて成形される。
【００６３】
２０はコイルケース６の上部に結合された点火回路ユニット（イグナイタ）であり、ユニットケース２０ａ内に点火コイルを駆動するための電子回路（点火駆動回路２３）が内装され、外部との接続コネクタ部２１がユニットケース２０ａと一体に成形されている。
【００６４】
本実施例の点火駆動回路２３は、最終的にはトランスファモールドされるもので、図７（ａ）にその単独製品の正面図、（ｂ）に上面図を示し、（ｃ）にトランスファモールドする前の端子３３付きのベース（基板）３１に点火駆動回路用のハイブリッドＩＣ３０ａとパワー素子（半導体チップ）３０ｂとを搭載した状態を示す。図７（ａ)〜(ｃ）に示すようにベース３１にハイブリッドＩＣ３０ａとパワー素子３０ｂとを搭載後にトランスファモールド３２が施される。
【００６５】
図６にこのトランスファモールドされた点火駆動回路２３をユニットケース２０ａ内に搭載した状態を示し、この搭載時に点火駆動回路２３の端子３３とユニットケース２０ａ側のコネクタ端子２２との接続後にユニットケース２０内にエポキシ樹脂８の注入硬化が行われる。図１では、このエポキシ樹脂８をユニットケース２０ａ内に充填した状態を示し、トランスファモールドされた点火駆動回路２３は透視状態で図示してある。点火駆動回路２３はエポキシ樹脂８により埋設される。
【００６６】
本実施例では点火駆動回路２３のうちパワートランジスタ以外の回路要素でチップ化になじまないもの、例えば、ノイズ防止用コンデンサ（図示省略）はペンシルコイル外部に外付けされる。このノイズ防止用コンデンサは、図示されない電源線とアース間に配置され、点火コイルの通電制御により発生するノイズを防止する。
【００６７】
このようなトランスファモールドされた点火駆動回路２３を採用することで、点火駆動回路２３の１チップＩＣ化を図ることができ、製造工程簡略化によりコスト低減，入力電流を小さくできる等の利点がある。
【００６８】
１１は高圧ダイオード、１２は板ばね、１３は高圧端子、１４は点火プラグ接続用のスプリング、１５は点火プラグ接続用のゴムブーツである。高圧ダイオード１１は、二次コイル３で発生した高電圧を板ばね１２，高圧端子１３，スプリング１４を介して点火プラグに供給する場合に過早着火を防止する役割をなす。
【００６９】
本実施例の主な作用，効果は次の通りである。
（１）プラグホール内に装着されて過酷な温度環境にさらされる独立点火形の点火コイルであっても、二次ボビンに生じる内部応力（熱応力）σを小さくすることができる。
【００７０】
したがって、本実施例によれば、二次ボビンの内部応力σを大幅に減少させて、二次ボビンのクラック防止(縦割れ防止)を確実に図ることができる。試験的には、１３０℃〜−４０℃の温度変化を繰り返し３００回与えて、二次ボビン２を観察したところ、二次ボビン２に損傷は発生しておらず、健全性が維持されていることが確認された。
（２）また、上記のように空隙５０を設けたとしても、二次ボビン２に対するエポキシ樹脂の接着性（密着性）及び一次ボビン４の内側に対するエポキシ樹脂との接着性が良好であるので、絶縁性に支障なく、信頼性の高いペンシルコイルを提供することができる。
【００７１】
なお、上記実施例では、一次コイル４とその周囲の絶縁樹脂８との間で隙間５０を形成するが、そのほか、図５に示すように一次ボビン４・一次コイル５間に充填される絶縁用樹脂（エポキシ樹脂）８と一次ボビン５との間に空隙部（剥離部）５１を形成しても、上記した本実施例の効果（１）を期待することができる。
【００７２】
例えば、図５の実施例では、一次ボビン４のうち一次コイル５を巻く側のボビン表面
（ボビンの外側の表面）に、該ボビン表面とこのボビン表面に接するエポキシ樹脂８との間を剥離し易くしたオーバーコーティング４Ａ（被膜或いは被覆）を塗布することで、空隙部５１を確保している。オーバーコーティング４Ａの材質は、既述したオーバーコーティング５Ｂと同様の材質である。また、一次ボビンの外側の表面に上記したようなオーバーコーティングではなく、エポキシと接着力の弱いシートを貼り付けるなどしてもよい。
【００７３】
また、上記隙間５０，５１の双方を設けてもよい。
【００７４】
図１５は本発明の他の実施例を示す一部省略断面図であり、図示しないが一次ボビン４と一次コイル５との間、或いは／及び、一次コイル５の層間に上記同様の応力緩和用の隙間（剥離部）５０，５１を設けており、また、その構成は、以下の点を除いて前述した実施例と同様である。前述の実施例と同一の符号は同一或いは共通する要素を示す。
【００７５】
すなわち、前述の実施例と異なる点は、センタコア１と二次ボビン２との間に軟質エポキシ樹脂１７を注入させるものではなく、これに代わるものとして、センタコア１は、二次ボビン２の内側に配置される前に予め弾性を有する絶縁部材６０、例えばシリコンゴム，ウレタン，アクリル樹脂等により被覆され、この被覆されたセンタコアが二次ボビン２内に配置されてセンタコア１と二次ボビン２間に硬質エポキシ樹脂８が充填されている。
【００７６】
本実施例によれば、前記第１実施例と同様の効果を奏するほかに、次のような作用，効果を奏する。センタコア１と二次ボビン２間の熱衝撃を弾性部材（センタコアコーティング）６０が吸収することで、二次ボビン２の熱応力σを小さくすることに貢献でき、しかも、軟質エポキシ樹脂を狭隘な二次ボビンとセンタコア間に注入硬化作業（真空中での注入硬化）に比べて、そのセンタコアコ−ティング６０は単品で行うことができ、また、このコーティング付きのセンタコア１を二次ボビンに内挿後に行うセンタコア・二次ボビン間の通常の硬質エポキシ樹脂の注入硬化は軟質エポキシに比べて粘性が低いために容易に行うことができるので、作業コストの低減を図れ、しかも、センタコアから発生する磁気振動の吸収も効果的で低騒音化を図れる利点を有している。
【００７７】
本点火コイルは、特開平10−325384号公報の図５に示す回路で構成され、同公報の図８のように動作する。
【００７８】
一次コイル５には、図９の模式図に示すように銅線（φ５００〜８００μｍ）の回りに厚さ１０〜２０μｍの絶縁体（例えば、エステルイミド，アミドイミド，ウレタン等）の被覆５Ａ，５Ｂが施されている。本実施例では、第一被覆５Ａはエステルイミド，第二被覆５Ｂはアミドイミドの２層コーティングである。
【００７９】
図１６の模式図に示すように外側の被覆５Ｂにエポキシ樹脂と親和しないまたは化学反応しない成分５Ｃ（例えば、ナイロン(デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称)，ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン，フッ素系樹脂，フッ素系エラストマー，フッ素系ゴム，ワックス，脂肪酸エステル）を含有している。本実施例では、特に脂肪酸エステルについて説明する。脂肪酸エステルは、低分子量ポリエチレンに比べ、被覆焼き付け前のワニス状態では、分散性が良く、被覆焼き付け時には、アミドイミドより融点が低いため被覆表面に浮き出てくる。さらに脂肪酸エステルは、無極性炭化水素成分 ( ＣＨ2ＣＨ2 ) を有しており、エポキシ樹脂と親和しない。
【００８０】
このため、一次コイル表面とエポキシ樹脂との接着力が弱くなる。アミドイミド層の厚さは、０.０５ 〜５μｍであり、脂肪酸エステルは、重量パーセントでアミドイミドを
１００％とすると、２〜１０％である。２％未満では、剥離の効果が少なく、１０％を超えると耐熱性が下がる。
【００８１】
尚、絶縁樹脂に親和しないまたは化学結合をしない成分として、ナイロン（デュポン社の登録商標でポリアミド系繊維の総称）やフッ素系を用いる場合は、焼付工程が増えるため、コストＵＰにつながる。
【００８２】
上記の如く、一次コイル５の被覆５Ｂに、あえてエポキシ樹脂８と相溶しない成分５Ｃを含有させる理由は、二次ボビン内部に生じる応力σのうち一次コイル５と二次ボビン２の熱収縮差（線膨張率差）によって二次ボビン内部に生じる応力分σ１を減少させるため（上記条件１）を満足させるため）である。
【００８３】
さらに、二次コイルと二次ボビンの界面に働く熱応力による剥離を低減することができる。
【００８４】
以上のように、プラグホール内に装着されて過酷な温度環境にさらされる独立点火形の点火コイルにおいて、構成部材間の線膨張率差に基づく二次ボビンの熱応力を緩和して、二次ボビンの割れ防止の確実性を図り、電気的絶縁の健全性を保持してこの種点火コイル装置の高品質，高信頼性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図。
【図２】図１のＢ部を拡大して横にした状態で示す拡大図。
【図３】図１のＡ−Ａ′横断面図。
【図４】図２のＣ部拡大断面図。
【図５】本発明の他の実施例に係るＣ部拡大断面図。
【図６】上記実施例のイグナイタケースの上面図。
【図７】（ａ）は上記実施例に用いるトランスファモールドされた点火駆動回路を示す正面図、（ｂ）はその上面図、（ｃ）は点火駆動回路を搭載したトランスファモールド前の上面図。
【図８】点火コイルの各部にクラックが生じた場合の絶縁破壊を態様を示す模式図。
【図９】上記実施例に用いる一次コイルの断面図。
【図１０】上記実施例に用いる二次ボビンの一部を反割りにして局部的に断面した状態を示す模式図。
【図１１】図１０のＰ部拡大図。
【図１２】本発明と従来例との二次ボビンの周方向（樹脂成形の流動方向に対し直角方向）の線膨張係数と二次ボビンの発生応力との関係を示す線図。
【図１３】二次ボビンのMica（マイカ）含有量と線膨張係数の関係を示す線図。
【図１４】二次ボビンの発生と熱サイクル数の関係を示す線図。
【図１５】本発明の他の実施例に係る内燃機関用点火コイルの縦断面図及びそのＥ部拡大断面図。
【図１６】図９のＤ部拡大断面図。
【図１】
0004206666.tif 000004
【図２】
0004206666.tif 000005
【図３】
0004206666.tif 000006
【図４】
0004206666.tif 000007
【図５】
0004206666.tif 000008
【図６】
0004206666.tif 000009
【図７】
0004206666.tif 000010
【図８】
0004206666.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0004206666.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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