JP7505382B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用点火コイルに関する。

内燃機関用点火コイル（点火コイルという。）は、内燃機関としてのエンジンの燃焼室において、燃料と燃焼用空気との混合気に点火するために用いられる。点火コイルは、一次コイル、一次コイルの外周側に同軸状に配置されて一次コイルに磁気的に結合される二次コイル、一次コイルへの通電を断続するスイッチング素子が内蔵されたイグナイタ、一次コイル及び二次コイルによって生じる磁束を通過させるためのコア等を備えている。また、一次コイル、二次コイル、イグナイタ、コア等は、コイルケース内に配置され、コイルケース内に充填された絶縁固着樹脂によって絶縁固着されている。

一次コイルは、樹脂製の一次ボビンの外周に巻き付けられており、二次コイルは、樹脂製の二次ボビンの外周に巻き付けられている。二次コイルの巻線（マグネットワイヤ）にはスパーク用の高電圧が発生するため、二次コイルの巻線同士の間に生じる電位差は大きくなる。そのため、二次コイルの巻線の絶縁被膜を絶縁破壊から保護するために、二次ボビンの外周に、軸方向に並ぶ複数の鍔部を設け、この鍔部によって複数に区画された凹部に二次コイルの巻線を配置している。

また、特許文献１の内燃機関用の点火コイルにおいては、二次コイルの二次導線（巻線）の線間の絶縁性を向上させる工夫がなされている。この点火コイルにおいては、二次コイルの高電圧側に配置された二次導線である高電圧側部の絶縁被膜の厚みを、二次コイルの低電圧側に配置された二次導線である低電圧側部の絶縁被膜の厚みよりも厚くして、高電圧側部の耐電圧を高くしている。

特開２０１６－１７１０９８号公報

点火コイルの二次コイルは、二次ボビンに巻き付けられた状態で、コイルケース内の絶縁固着樹脂によってコイルケース内に固定されている。そして、二次コイルに電位が生じるときには、二次ボビンの鍔部を間に介して高電圧側と低電圧側とに並ぶ二次コイルの巻線の部位、並びに絶縁固着樹脂を間に介する二次コイルの巻線及びコアによって静電容量が生じる。前者を直列静電容量といい、後者を対地静電容量という。

一次コイルへの通電の遮断後に生じる誘導起電力によってスパークプラグに火花放電が生じた後には、二次コイルに、スパークプラグからの電圧の跳ね返りであるサージ電圧が加わる。このサージ電圧は、二次コイルの巻線における、高電圧側に位置する部位ほど大きくなる。特許文献１の点火コイルにおいては、二次導線の高電圧側部の耐電圧を高くすることによって、巻線同士の間の線間の絶縁性を高めているに過ぎない。

特許文献１の点火コイルにおいては、二次導線の絶縁被膜の厚みを大きくすることによって、二次コイル及び二次ボビンの全体の静電容量が大きくなるおそれがある。二次コイル及び二次ボビンの全体の静電容量が大きくなると、二次コイルにおける電圧の損失が大きくなって、二次コイルによる放電電圧を高めることが困難になる。このことは、点火コイルの性能低下に繋がる。また、被膜厚みを大きくすることが点火コイルの体格アップの要因になり、点火コイルの搭載性を悪化させることに繋がる。

発明者の研究によると、二次コイルの巻線同士の間に生じる電位差としての線間電位（巻線に分担される分担電位）は、対地静電容量と直列静電容量との比率によって大きく変化することが分かった。そして、特に、二次コイルの巻線における高電圧側の部位の線間電位を小さくするためには、この高電圧側の部位における直列静電容量を高めることが有効であることが分かった。この高電圧側の部位における直列静電容量は、二次コイル全体の容量に対して微小であり、前述の二次コイルにおける電圧の損失に及ぼす影響は小さい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、点火コイルの性能低下、体格アップ等を抑制しつつ、二次コイルの巻線における高電圧側の部位に生じる線間電位を小さくすることができる内燃機関用点火コイルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
スイッチング素子を有するイグナイタ（４３）と、
前記スイッチング素子によって通電及び通電の遮断が行われる一次コイル（２）と、
前記一次コイルの外周側に前記一次コイルと同軸状に配置され、前記一次コイルへの通電の遮断を受けて誘導起電力を発生させる二次コイル（３）と、
前記二次コイルが外周に巻き付けられた二次ボビン（３１）と、
前記イグナイタ、前記一次コイル、前記二次コイル及び前記二次ボビンを収容するコイルケース（５）と、
前記コイルケース内の隙間に充填され、前記イグナイタ、前記一次コイル、前記二次コイル及び前記二次ボビンを絶縁して固着し、かつ前記二次ボビンの比誘電率よりも比誘電率が高い絶縁固着樹脂（６）と、を備え、
前記二次ボビンは、四角筒形状の筒状部（３２）と、前記筒状部の外周における軸方向（Ｌ）の複数箇所において、前記筒状部の外周から突出し、前記筒状部の外周を前記軸方向に並ぶ複数の凹部（３２１）に仕切る複数の鍔部（３３，３４）とを有し、
複数の前記鍔部における、両端に位置する端鍔部（３３）を除く残りの複数の中間鍔部（３４）には、互いに隣接する前記凹部の間を渡る前記二次コイルの巻線（３０１）が配置された１つの渡り溝（３５）が形成されており、
複数の前記中間鍔部のうちの、前記二次コイルの軸方向（Ｌ）の中心位置（Ｌ０）よりも前記軸方向の高電圧側（Ｌ１）に位置する少なくとも１つの中間鍔部には、前記二次コイルの巻線の最外周位置（Ｐ）よりも深く切り欠かれて、前記絶縁固着樹脂によって充填された少なくとも１つの切欠き溝（３６）が形成されており、
前記切欠き溝は、前記中心位置よりも前記軸方向の前記高電圧側に位置する複数の前記中間鍔部に形成されており、
前記切欠き溝が形成された複数の前記中間鍔部において、前記軸方向の前記高電圧側に位置する前記中間鍔部ほど、前記軸方向から見たときの前記切欠き溝の切欠き面積が大きい、内燃機関用点火コイル（１）にある。

前記一態様の内燃機関用点火コイル（点火コイルという。）においては、二次ボビンの高電圧側に位置する中間鍔部の形状を変更し、二次コイルの巻線における高電圧側の部位に生じる直列静電容量を大きくする工夫をしている。具体的には、二次コイルの軸方向の中心位置よりも軸方向の高電圧側に位置する少なくとも１つの中間鍔部に、少なくとも１つの切欠き溝を形成している。そして、この切欠き溝に、絶縁固着樹脂が充填されることによって、二次コイルの巻線を軸方向に仕切る中間鍔部の一部が絶縁固着樹脂によって形成されることになる。

また、切欠き溝は、二次コイルの巻線の最外周位置よりも深く切り欠かれており、二次コイルの巻線の軸方向に隣接する位置に形成されている。絶縁固着樹脂の比誘電率は、二次ボビンの比誘電率よりも高いことにより、高電圧側に位置する少なくとも１つの中間鍔部と、この中間鍔部を介して軸方向に並ぶ二次コイルの巻線とによる直列静電容量を大きくすることができる。これにより、二次ボビンの中間鍔部の一部に切欠き溝を形成するといった簡単な工夫によって、二次コイルの巻線における高電圧側の部位に生じる線間電位を小さくすることができる。

そして、二次ボビンの中間鍔部の厚みを大きくする、あるいは二次コイルの巻線における絶縁被膜の厚みを大きくするといった、各構成部品の寸法を大きくしなくても、二次コイル及び二次ボビンの高電圧側の部位における直列静電容量を大きくすることができる。そのため、点火コイルの全体の静電容量が大きくなることを抑制し、点火コイルの性能低下、体格アップ等を抑制することができる。

前記一態様の点火コイルによれば、点火コイルの性能低下、体格アップ等を抑制しつつ、二次コイルの巻線における高電圧側の部位に生じる線間電位を小さくすることができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

図１は、実施形態１にかかる、点火コイルの断面を示す説明図である。 図２は、実施形態１にかかる、絶縁固着樹脂が充填される前の点火コイルの断面を、図１に直交する方向から見た状態で示す説明図である。 図３は、実施形態１にかかる、二次ボビンを、スパークプラグの装着側から見た状態で示す説明図である。 図４は、実施形態１にかかる、図２における切欠き溝の周辺を拡大して示す説明図である。 図５は、実施形態１にかかる、図２における渡り溝の周辺を拡大して示す説明図である。 図６は、実施形態１にかかる、図２の二次ボビンと切欠き溝の形成状態が異なる他の二次ボビンの断面を、図１に直交する方向から見た状態で示す説明図である。 図７は、実施形態１にかかる、図２の二次ボビンと切欠き溝の形成状態が異なる、さらに他の二次ボビンの断面を、図１に直交する方向から見た状態で示す説明図である。 図８は、実施形態１にかかる、二次コイルの巻線の割合と、二次コイルの巻線の各部位の分担電圧との関係を示すグラフである。 図９は、実施形態１にかかる、対地静電容量及び直列静電容量を模式的に示す説明図である。

前述した内燃機関用点火コイルにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の内燃機関用点火コイル１（点火コイル１という。）は、図１及び図２に示すように、イグナイタ４３、一次コイル２、二次コイル３、二次ボビン３１、コイルケース５及び絶縁固着樹脂６を備える。イグナイタ４３は、スイッチング素子を有する。一次コイル２は、スイッチング素子によって通電及び通電の遮断が行われるよう構成されている。二次コイル３は、一次コイル２の外周側に一次コイル２と同軸状に配置されており、一次コイル２への通電の遮断を受けて誘導起電力を発生させるよう構成されている。

二次ボビン３１は、二次コイル３が外周に巻き付けられたものである。コイルケース５は、イグナイタ４３、一次コイル２、二次コイル３、二次ボビン３１等を収容するものである。絶縁固着樹脂６は、コイルケース５内の隙間に充填されており、イグナイタ４３、一次コイル２、二次コイル３、二次ボビン３１等を、絶縁して固着するものである。絶縁固着樹脂６の比誘電率は、二次ボビン３１の比誘電率よりも高い。

図１は、点火コイル１のコイルケース５内の隙間に絶縁固着樹脂６が充填された状態を示す。図２は、点火コイル１のコイルケース５内の隙間に絶縁固着樹脂６が充填される前の状態を示す。

図１～図３に示すように、二次ボビン３１は、四角筒形状の筒状部３２と、筒状部３２の外周における軸方向Ｌの複数箇所において、筒状部３２の外周から突出し、筒状部３２の外周を軸方向Ｌに並ぶ複数の凹部３２１に仕切る複数の鍔部３３，３４とを有する。複数の鍔部３３，３４における、両端に位置する端鍔部３３を除く残りの複数の中間鍔部３４には、互いに隣接する凹部３２１の間を渡る二次コイル３の巻線３０１が配置された１つの渡り溝３５が形成されている。複数の中間鍔部３４のうちの、二次コイル３の軸方向Ｌの中心位置Ｌ０よりも軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する少なくとも１つの中間鍔部３４には、二次コイル３の巻線３０１の最外周位置Ｐよりも深く切り欠かれて、絶縁固着樹脂６によって充填された少なくとも１つの切欠き溝３６が形成されている。

以下に、本形態の点火コイル１について詳説する。
（点火コイル１）
図１に示すように、点火コイル１は、車両の内燃機関としてのエンジンにおいて、シリンダヘッドカバー７に配置され、シリンダヘッドに配置されたスパークプラグから、シリンダヘッドの燃焼室内に火花放電を発生させるために用いられる。本形態の点火コイル１は、車載用のものである。点火コイル１は、一次コイル２、二次コイル３、コイルケース５、イグナイタ４３等によって構成されたコイル本体部１１と、コイル本体部１１から突出して、二次コイル３とスパークプラグとを高圧端子４５及びバネ４６を介して電気的に接続するためのジョイント部１２とを有する。コイル本体部１１は、シリンダヘッドカバー７に配置され、ジョイント部１２は、シリンダヘッドカバー７のプラグホール７１に配置される。

（軸方向Ｌ，径方向Ｒ，周方向Ｃ，装着方向Ｄ，幅方向Ｗ）
図１～図５に示すように、本形態の軸方向Ｌとは、一次コイル２及び二次コイル３の断面の中心（図心）を通る仮想線としての中心軸線が延びる方向のことをいう。軸方向Ｌにおいて、二次コイル３に高電圧が生じる側を高電圧側Ｌ１といい、高電圧側Ｌ１の反対側を低電圧側Ｌ２という。一次コイル２及び二次コイル３の中心軸線から放射状に広がる方向を径方向Ｒという。一次コイル２及び二次コイル３の中心軸線の周りの方向を周方向Ｃという。本形態の周方向Ｃは、四角形の周りの方向を示す。

本形態の装着方向Ｄとは、軸方向Ｌに直交する方向であって、コイルケース５の開口部５２と底部５３とが並ぶ方向のことをいう。コイルケース５の装着方向Ｄにおいて、底部５３が位置する側及びスパークプラグが配置される側を装着側Ｄ１といい、開口部５２が位置する側を開口側Ｄ２という。また、軸方向Ｌ及び装着方向Ｄの双方に直交する方向を幅方向Ｗという。

（一次コイル２）
図１及び図２に示すように、一次コイル２は、巻線３０１としてのマグネットワイヤを、一次ボビン２１の筒状部の外周面に巻き付けることによって形成されている。一次コイル２は、イグナイタ４３のスイッチング素子によって、通電及び通電の遮断が繰り返されるものである。

（二次コイル３）
図１及び図２に示すように、二次コイル３は、一次コイル２の外周側において、一次コイル２と同軸状に配置されている。二次コイル３は、巻線３０１としてのマグネットワイヤを、二次ボビン３１の筒状部３２の外周面に巻き付けることによって形成されている。二次コイル３の巻線３０１は一次コイル２の巻線よりも細く、二次コイル３の巻線数は一次コイル２の巻線数よりも多い。二次コイル３は、一次コイル２への通電が遮断されたときに、相互誘導作用による誘導起電力を発生させるものである。一次コイル２及び二次コイル３の中心軸線は、コイルケース５の開口部５２に対して直交する方向に向けられている。

図３～図５に示すように、二次コイル３の巻線３０１は、二次ボビン３１の各凹部３２１において、二次ボビン３１の軸方向Ｌに複数列に巻き付けられるとともに、二次ボビン３１の径方向Ｒに複数段に重なって巻き付けられている。換言すれば、二次コイル３は、１本のマグネットワイヤが、複数の凹部３２１に分割されて、連続して巻き付けられることによって形成されている。二次コイル３の巻線３０１は、各凹部３２１における、径方向Ｒの最も内周側の位置である最下段位置３０１Ａから、径方向Ｒの外周側に順次重なって、径方向Ｒの最も外周側の位置である最上段位置３０１Ｂまで配置されている。図４及び図５に示す巻線３０１の段数は一例である。

二次コイル３の巻線３０１は、互いに隣接する凹部３２１同士の間に、中間鍔部３４の渡り溝３５を通って渡されている。より具体的には、二次コイル３の巻線３０１は、各凹部３２１における、複数段の巻線３０１のうちの径方向Ｒの最上段位置３０１Ｂから、渡り溝３５内を通って、各凹部３２１の軸方向Ｌに隣接する凹部３２１における、径方向Ｒの最下段位置３０１Ａへ渡されている。

二次コイル３の巻線３０１は、各凹部３２１において、周方向Ｃの一方側に向けて巻き付けられている。二次コイル３の巻線３０１の一端部は、低電圧側Ｌ２に繋がる端部として、イグナイタ４３における、グラウンド又は電源の端子に接続されている。二次コイル３の巻線３０１の他端部は、高電圧側Ｌ１に繋がる端部として、スパークプラグの中心側電極に繋がる高圧端子４５に接続されている。

二次コイル３の巻線３０１は、巻線３０１を形成するためのマグネットワイヤに対して二次ボビン３１を回転させること、又は二次ボビン３１の中心軸線の周りに、巻線３０１を形成するためのマグネットワイヤを送り出す治具を回転させることによって形成される。

（中心コア４１）
図１及び図２に示すように、一次コイル２の内周側には、一次コイル２及び二次コイル３によって生じる磁束を通過させるための中心コア４１が配置されている。本形態の中心コア４１は、軟磁性材料からなる板状の電磁鋼板が複数積層されて形成されている。中心コア４１は、直方体形状に形成されている。なお、中心コア４１は、軟磁性材料からなる粉末が圧縮成形されて形成されたものであってもよい。

（外周コア４２）
図１及び図２に示すように、二次コイル３の外周側には、一次コイル２及び二次コイル３によって生じる磁束を通過させるための外周コア４２が配置されている。本形態の外周コア４２は、軟磁性材料からなる板状の電磁鋼板が複数積層されて形成されている。外周コア４２は、装着方向Ｄから見た断面において、中心コア４１を内側に配置する四角環形状に形成されている。なお、外周コア４２は、軟磁性材料からなる粉末が圧縮成形されて形成されたものであってもよい。

中心コア４１と外周コア４２とによって、磁束が通過する閉磁路が形成されている。中心コア４１と外周コア４２との間には、磁気飽和を防止するための永久磁石４４が配置されている。

（イグナイタ４３）
図１に示すように、イグナイタ４３は、一次コイル２及び二次コイル３の軸方向Ｌにおいて、外周コア４２の一部に隣接して配置されている。イグナイタ４３は、スイッチング回路を形成するスイッチング素子等の電子部品が設けられた電子基板と、この電子基板を覆うモールド樹脂とによって構成されている。電子基板に設けられた導体ピンは、モールド樹脂の外部に引き出されている。イグナイタ４３の導体ピンは、モールド樹脂から装着方向Ｄの開口側Ｄ２に突出している。イグナイタ４３におけるスイッチング素子は、点火コイル１の外部に配置された電子制御装置による指令を受けて、一次コイル２への通電及び通電の遮断を行う。

（コイルケース５）
図１及び図２に示すように、コイルケース５は、熱可塑性樹脂の成形品として形成されている。コイルケース５は、一次コイル２、二次コイル３、中心コア４１、外周コア４２、イグナイタ４３等を収容する収容部５１を有する。コイルケース５の開口部５２は、収容部５１の装着方向Ｄの開口側Ｄ２の端部に形成されている。開口部５２は、装着方向Ｄにおける、スパークプラグが装着される装着側Ｄ１とは反対側に形成されている。一次コイル２、一次ボビン２１、二次コイル３、二次ボビン３１、中心コア４１、外周コア４２、イグナイタ４３等のコイル組付体は、開口部５２から収容部５１に配置される。また、液状の絶縁固着樹脂６は、開口部５２からコイルケース５内の隙間に注入される。

コイルケース５の一部には、イグナイタ４３を外部の電子制御装置と電気接続するためのコネクタ部２４が配置されている。本形態のコネクタ部２４は、一次ボビン２１と別体に形成されている。コネクタ部２４は、一次ボビン２１と一体成形してもよい。

また、コイルケース５の装着方向Ｄの装着側Ｄ１の底部５３には、ジョイント部１２を構成するタワー部５４が形成されている。タワー部５４には、点火コイル１とプラグホール７１との間を封止するためのシールラバー５５が装着されている。

（絶縁固着樹脂６）
図１に示すように、絶縁固着樹脂６は、熱硬化性樹脂によって構成されている。コイルケース５内に、一次コイル２、一次ボビン２１、二次コイル３、二次ボビン３１、中心コア４１、外周コア４２、イグナイタ４３等が組み付けられたコイル組付体が配置された後に、このコイルケース５内の隙間に液状の熱硬化性樹脂が注入され、この液状の熱硬化性樹脂が硬化される。熱硬化性樹脂からなる絶縁固着樹脂６によって、コイルケース５内の一次コイル２、一次ボビン２１、二次コイル３、二次ボビン３１、中心コア４１、外周コア４２、イグナイタ４３等が絶縁された状態で互いに固着される。

（一次ボビン２１）
図１及び図２に示すように、一次ボビン２１は、熱可塑性樹脂の成形品によって形成されている。一次ボビン２１は、四角形状の筒状部と、筒状部の軸方向Ｌの両端に形成された鍔部とを有する。一次コイル２の巻線は、一次ボビン２１の筒状部における、鍔部同士の間の外周面に巻き付けられている。コネクタ部２４には、イグナイタ４３における導体ピンに接続されるコネクタ導体が設けられている。

イグナイタ４３は、外周コア４２とコネクタ部２４との間に形成されたスペースに配置されている。イグナイタ４３の複数の導体ピンは、コネクタ部２４の複数のコネクタ導体と、コイルケース５内において、装着方向Ｄの開口側Ｄ２の位置において互いに対向して配置されている。そして、複数の導体ピンと複数のコネクタ導体とは、半田付け、溶接等によって互いに接合されている。また、複数の導体ピンは、一次コイル２の巻線の両端部に接続されたコイル導体、及び二次コイル３の巻線３０１の低電圧側Ｌ２の端部に接続されたコイル導体と、半田付け、溶接等によって互いに接合されている。

（二次ボビン３１）
図２及び図３に示すように、二次ボビン３１は、熱可塑性樹脂の成形品によって形成されている。二次ボビン３１における四角形状の筒状部３２の４つの角部位は、曲線状に形成されている。また、複数の中間鍔部３４の４つの角部位は、曲線状角部位３４３として形成されている。二次ボビン３１の筒状部３２の内周側には、一次コイル２及び一次ボビン２１が配置された中空穴３２２が形成されている。複数の中間鍔部３４は、装着方向Ｄに平行な、直線状の一対の第１辺部位３４１と、装着方向Ｄに垂直な、直線状の一対の第２辺部位３４２と、第１辺部位３４１と第２辺部位３４２とを繋ぐ４つの曲線状角部位３４３とによって構成されている。図３は、二次ボビン３１を装着方向Ｄの装着側Ｄ１から見た状態で示す。

図５に示すように、各中間鍔部３４における、装着方向Ｄの装着側Ｄ１に位置する２つの曲線状角部位３４３のうちの一方には、二次コイル３の巻線３０１が通過する渡り溝３５が形成されている。渡り溝３５は、二次ボビン３１における各凹部３２１に配置された二次コイル３の巻線３０１を、各凹部３２１にそれぞれ隣接する凹部３２１に渡らせるために形成されている。渡り溝３５は、中間鍔部３４における周方向Ｃの一部を切り欠く切欠きとして形成されている。渡り溝３５は、二次ボビン３１の筒状部３２の外周位置まで切り欠かれている。

図３に示すように、本形態の渡り溝３５は、複数の中間鍔部３４の曲線状角部位３４３の幅方向Ｗの一方側において、軸方向Ｌに貫通する状態（並ぶ状態）で形成されている。渡り溝３５は、互いに隣接する複数の中間鍔部３４における、幅方向Ｗの一方側と他方側とに交互に形成してもよい。

図４に示すように、二次コイル３の静電容量を大きくする目的を有する切欠き溝３６は、渡り溝３５とは別に、中間鍔部３４における、互いに対向する直線状の辺部位としての一対の第２辺部位３４２にそれぞれ形成されている。切欠き溝３６は、二次ボビン３１の筒状部３２の外周位置まで切り欠かれており、二次コイル３の巻線３０１における最下段位置３０１Ａから最上段位置３０１Ｂまでの複数段の巻線３０１の軸方向Ｌに隣接して形成されている。なお、切欠き溝３６は、中間鍔部３４の外周位置から二次コイル３の巻線３０１の最外周位置Ｐよりも深く切り欠かれていればよい。

切欠き溝３６は、二次コイル３の巻線３０１が通過せず、全体が絶縁固着樹脂６によって充填される切欠きとして形成されている。切欠き溝３６及び渡り溝３５のすべてが、装着方向Ｄに向かって開口して形成されていることにより、二次ボビン３１の成形時において、成形型から成形後の二次ボビン３１を取り出すことが容易になる。

図３に示すように、本形態の切欠き溝３６は、複数の中間鍔部３４のうちの、二次コイル３の軸方向Ｌの最も高電圧側Ｌ１に位置する中間鍔部３４から、軸方向Ｌの低電圧側Ｌ２に向けて連続する、３個の中間鍔部３４に形成されている。二次ボビン３１における、軸方向Ｌに並ぶ中間鍔部３４の形成数は、例えば、３～８個とすることができる。切欠き溝３６は、複数の中間鍔部３４のうちの、二次コイル３の軸方向Ｌの最も高電圧側Ｌ１に位置する中間鍔部３４から、軸方向Ｌの低電圧側Ｌ２に向けて連続する、１～４個の中間鍔部３４に形成することができる。この構成により、二次コイル３及び二次ボビン３１による高電圧側Ｌ１の直列静電容量を効果的に高めることができる。図３においては、分かりやすくするために、中間鍔部３４における、渡り溝３５及び切欠き溝３６の周辺の部位を、ハッチングを行って示す。

二次コイル３の軸方向Ｌの中心位置Ｌ０とは、二次ボビン３１の複数の凹部３２１に分割して配置された、二次コイル３の複数の分割巻線部の軸方向Ｌの全長Ｌｘにおける中心位置Ｌ０のことをいう。二次コイル３の軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１は、二次コイル３の巻線３０１の端部がスパークプラグに接続される側に位置する。二次コイル３の軸方向Ｌの低電圧側Ｌ２は、二次コイル３の軸方向Ｌの端部に対してイグナイタ４３が配置される側、あるいは二次コイル３の巻線３０１の端部がイグナイタ４３又はコネクタ部２４に接続される側に位置する。

二次ボビン３１における複数の凹部３２１の軸方向Ｌの幅は、軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する凹部３２１ほど小さい。そして、各凹部３２１に配置された、二次コイル３の巻線３０１による分割巻線部の軸方向Ｌの幅は、軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する分割巻線部ほど小さい。

切欠き溝３６は、図６に示すように、二次ボビン３１の各中間鍔部３４における、互いに対向する直線状の辺部位としての一対の第１辺部位３４１のそれぞれと、互いに対向する直線状の辺部位としての一対の第２辺部位３４２のそれぞれとに形成されていてもよい。また、切欠き溝３６は、図７に示すように、各第１辺部位３４１及び各第２辺部位３４２のそれぞれに複数形成されていてもよい。切欠き溝３６は、これら以外の種々の態様で形成されていてもよい。また、軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する切欠き溝３６ほど、中間鍔部３４の全体の軸方向Ｌから見た突出面積における切欠き面積が大きくなるようにしてもよい。

（比誘電率）
本形態の絶縁固着樹脂６は、熱硬化性樹脂と、熱硬化性樹脂の比誘電率よりも比誘電率が高いフィラーとを含有する。フィラーの使用により、絶縁固着樹脂６の機械的強度、耐電圧等を向上させるとともに、絶縁固着樹脂６の比誘電率を高くすることができる。本形態の熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂等によって構成されている。本形態のフィラーは、アルミナ（酸化アルミニウム）、二酸化ケイ素を含むシリカ等によって構成されている。フィラーは、粉末、繊維等の無機材料、セラミックス、樹脂、木粉等によって構成することができる。フィラーは、例えば、熱硬化性樹脂の粘度を高くする目的で、熱硬化性樹脂に混合される。

静電容量Ｃは、極板の面積をＳ、極板間の距離をｄ、比誘電率をεとしたとき、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄによって表される。そして、比誘電率を大きくすることによって静電容量を大きくすることができる。

二次ボビン３１は、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂等の熱可塑性樹脂によって構成されている。ポリフェニレンエーテル樹脂の比誘電率は３．０程度である一方、エポキシ樹脂の比誘電率は３．５程度である。また、エポキシ樹脂に含まれるフィラーとしてのアルミナの比誘電率は８．５程度であり、二酸化ケイ素の比誘電率は３．９程度である。

特に、フィラーは、コイルケース５の底部５３の付近に位置する絶縁固着樹脂６の部位に堆積しやすくなる。また、フィラーは、二次コイル３及び二次ボビン３１の付近に位置する絶縁固着樹脂６の部位にも堆積しやすくなる。そして、二次コイル３及び二次ボビン３１の付近における絶縁固着樹脂６の比誘電率は４～５程度となる。絶縁固着樹脂６の比誘電率が高いことにより、二次ボビン３１の切欠き溝３６に絶縁固着樹脂６が充填されたときに、二次コイル３及び二次ボビン３１による静電容量をより大きくすることが可能になる。

（静電容量と線間電位）
一次コイル２への通電の遮断後に生じる誘導起電力によってスパークプラグに火花放電が生じた後には、二次コイル３に、スパークプラグからの電圧の跳ね返りであるサージ電圧が加わる。このサージ電圧は、二次コイル３の巻線３０１における、高電圧側Ｌ１に位置する部位ほど大きくなる。二次コイル３の巻線３０１に設けられた絶縁被膜は、巻線３０１同士の間に線間電位として作用するサージ電圧にも、材質、形成厚みの設定によって耐えられるようにしている。

本形態の点火コイル１は、二次コイル３の周辺に生じる静電容量を適切に小さくすることによって、二次コイル３の巻線３０１同士の間に生じる線間電位（各巻線３０１の分担電位）を低くする工夫をしている。二次コイル３にサージ電圧を模擬したステップ電圧を加えた場合の、二次コイル３の巻線３０１における電位の分布は、図８に示すように、巻線３０１の割合と、巻線３０１の各部位の分担電位との関係によって示される。

図８の横軸としての巻線３０１の割合は、全巻き数を１００％とするとともに、高電圧側Ｌ１にあるものを０％とし、低電圧側Ｌ２に行くほど１００％に近くなるものとする。巻線３０１の各部位の分担電位Ｖｎ／Ｖは、ステップ電圧をＶ、全巻き数をＮ、巻線３０１の各部位の巻き数をＸｎとしたとき、Ｖｎ＝Ｖ・ｓｉｎｈα（１－Ｘｎ／Ｎ）／ｓｉｎｈαによって表されるものとする。ここで、係数αは、二次コイル３の全対地静電容量をＣ、二次コイル３の全直列静電容量をＫとしたとき、α＝（Ｃ／Ｋ）^1/2によって表される。全対地静電容量Ｃは、全体の対地静電容量Ｃのことをいい、単に対地静電容量Ｃという。全直列静電容量Ｋは、全体の直列静電容量Ｋのことをいい、単に直列静電容量Ｋという。

図９は、対地静電容量Ｃ及び直列静電容量Ｋを模式的に示す。図９に示すように、対地静電容量Ｃとは、絶縁固着樹脂６を間に介して二次コイル３の巻線３０１と外周コア４２とによって生じる静電容量のことをいう。直列静電容量Ｋとは、二次ボビン３１の中間鍔部３４を間に介して高電圧側Ｌ１と低電圧側Ｌ２とに並ぶ二次コイル３の巻線３０１の部位による静電容量のことをいう。通常、対地静電容量Ｃは直列静電容量Ｋに比べて大きい。そして、図８に示すように、係数αは２以上の値を取り、二次コイル３の巻線３０１における電位分布は曲線状になる。

係数αが大きくなるほど、曲線の湾曲度合が大きくなるとともに分担電位Ｖｎ／Ｖが高電圧側Ｌ１の巻線３０１の部位に片寄って生じることになる。分担電位Ｖｎ／Ｖが高電圧側Ｌ１の巻線３０１の部位に片寄って生じると、巻線３０１同士の間の線間電位が高くなり、巻線３０１に電流のリークが生じやすくなる。巻線３０１の各部位に生じる線間電位を低くするためには、直列静電容量Ｋを少しでも大きくして、分担電位Ｖｎ／Ｖが二次コイル３の巻線３０１の全体にできるだけ均等に生じるようにすることが有効である。

（作用効果）
本形態の点火コイル１においては、二次ボビン３１の高電圧側Ｌ１に位置する中間鍔部３４の形状を変更し、二次コイル３の巻線３０１における高電圧側Ｌ１の部位に生じる直列静電容量を大きくする工夫をしている。具体的には、二次コイル３の軸方向Ｌの中心位置Ｌ０よりも軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する少なくとも１つの中間鍔部３４に、複数の切欠き溝３６を形成している。そして、この切欠き溝３６に、絶縁固着樹脂６が充填されることによって、二次コイル３の巻線３０１を軸方向Ｌに仕切る中間鍔部３４の一部が絶縁固着樹脂６によって形成されることになる。

また、切欠き溝３６は、二次コイル３の巻線３０１の最外周位置Ｐよりも深く切り欠かれており、二次コイル３の巻線３０１の軸方向Ｌに隣接する位置に形成されている。絶縁固着樹脂６の比誘電率は、二次ボビン３１の比誘電率よりも高いことにより、高電圧側Ｌ１に位置する少なくとも１つの中間鍔部３４と、この中間鍔部３４を介して軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１と低電圧側Ｌ２とに並ぶ二次コイル３の巻線３０１とによる直列静電容量を大きくすることができる。これにより、二次ボビン３１の中間鍔部３４の一部に切欠き溝３６を形成するといった簡単な工夫によって、二次コイル３の巻線３０１における高電圧側Ｌ１の部位に生じる線間電位を小さくすることができる。

そして、二次ボビン３１の中間鍔部３４の厚みを大きくする、あるいは二次コイル３の巻線３０１における絶縁被膜の厚みを大きくするといった、各構成部品の寸法を大きくしなくても、二次コイル３及び二次ボビン３１の高電圧側Ｌ１の部位における直列静電容量を大きくすることができる。そのため、点火コイル１の全体の静電容量が大きくなることを抑制し、点火コイル１の性能低下、体格アップ等を抑制することができる。

点火コイル１の全体の静電容量が大きくなると、二次コイル３による放電電圧を高くすることが難しくなる。また、二次コイル３の巻線３０１の絶縁被膜を厚くする、二次ボビン３１の中間鍔部３４の軸方向Ｌの厚みを厚くする、あるいは二次ボビン３１の凹部３２１（スロット）の数を増やすといった形状の変更をすると、点火コイル１の体格が大きくなってしまう。よって、点火コイル１の体格を大きくすることなく、二次コイル３による放電電圧を高くするためには、本形態の点火コイル１の構成が有効である。

本形態の点火コイル１によれば、点火コイル１の全体の静電容量が大きくなることを抑制して、点火コイル１の性能低下、体格アップ等を抑制しつつ、二次コイル３の巻線３０１における高電圧側Ｌ１の部位に生じる線間電位を小さくすることができる。

（効果の確認）
本形態においては、中間鍔部３４に切欠き溝３６を形成することによる効果を、シミュレーションによって確認した。
切欠き溝３６は、図３に示した５つの中間鍔部３４のうちの軸方向Ｌの高電圧側Ｌ１に位置する３つの中間鍔部３４の一対の第２辺部位３４２に形成した。中間鍔部３４の軸方向Ｌの厚みは、０．８ｍｍで一定とした。二次ボビン３１の比誘電率は３．０とし、フィラーを含む絶縁固着樹脂６の比誘電率は５．０とした。中間鍔部３４の軸方向Ｌの表面における、切欠き溝３６及び渡り溝３５による面積減少率を、２５％、５０％としたときの最大線間電位の低減量を確認した。また、比較のために、渡り溝３５のみが形成された中間鍔部３４を有する従来の二次ボビンにおける面積減少率は、４％とした。最大線間電位とは、巻線３０１の全体において、線間電位が最大になる部位の値を示す。

最大線間電位の低減量は、面積減少率が２５％の場合には１０％程度となり、面積減少率が５０％の場合には１８％程度となった。従来の点火コイルに要求される出力電圧としての放電電圧は、４０ｋＶ程度である。近年の点火コイル１においては、要求される出力電圧が４５ｋＶ程度になることが想定される。この場合、最大線間電位が１１．１％（４５／４０×１００％）大きくなるとすると、中間鍔部３４における切欠き溝３６の面積減少率を３０％以上とすることにより、４５ｋＶ程度の要求出力電圧に対応できることが分かった。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。

１ 点火コイル
２ 一次コイル
３ 二次コイル
３１ 二次ボビン
３２ 筒状部
３４ 中間鍔部
３５ 渡り溝
３６ 切欠き溝

Claims (3)

1. スイッチング素子を有するイグナイタ（４３）と、
   前記スイッチング素子によって通電及び通電の遮断が行われる一次コイル（２）と、
   前記一次コイルの外周側に前記一次コイルと同軸状に配置され、前記一次コイルへの通電の遮断を受けて誘導起電力を発生させる二次コイル（３）と、
   前記二次コイルが外周に巻き付けられた二次ボビン（３１）と、
   前記イグナイタ、前記一次コイル、前記二次コイル及び前記二次ボビンを収容するコイルケース（５）と、
   前記コイルケース内の隙間に充填され、前記イグナイタ、前記一次コイル、前記二次コイル及び前記二次ボビンを絶縁して固着し、かつ前記二次ボビンの比誘電率よりも比誘電率が高い絶縁固着樹脂（６）と、を備え、
   前記二次ボビンは、四角筒形状の筒状部（３２）と、前記筒状部の外周における軸方向（Ｌ）の複数箇所において、前記筒状部の外周から突出し、前記筒状部の外周を前記軸方向に並ぶ複数の凹部（３２１）に仕切る複数の鍔部（３３，３４）とを有し、
   複数の前記鍔部における、両端に位置する端鍔部（３３）を除く残りの複数の中間鍔部（３４）には、互いに隣接する前記凹部の間を渡る前記二次コイルの巻線（３０１）が配置された１つの渡り溝（３５）が形成されており、
   複数の前記中間鍔部のうちの、前記二次コイルの軸方向（Ｌ）の中心位置（Ｌ０）よりも前記軸方向の高電圧側（Ｌ１）に位置する少なくとも１つの中間鍔部には、前記二次コイルの巻線の最外周位置（Ｐ）よりも深く切り欠かれて、前記絶縁固着樹脂によって充填された少なくとも１つの切欠き溝（３６）が形成されており、
   前記切欠き溝は、前記中心位置よりも前記軸方向の前記高電圧側に位置する複数の前記中間鍔部に形成されており、
   前記切欠き溝が形成された複数の前記中間鍔部において、前記軸方向の前記高電圧側に位置する前記中間鍔部ほど、前記軸方向から見たときの前記切欠き溝の切欠き面積が大きい、内燃機関用点火コイル（１）。
2. 前記切欠き溝は、複数の前記中間鍔部のうちの、前記二次コイルの前記軸方向の最も高電圧側に位置する中間鍔部から、前記軸方向の低電圧側に向けて連続する、１～４個の中間鍔部に形成されている、請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
3. 前記絶縁固着樹脂は、熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂の比誘電率よりも比誘電率が高いフィラーとを含有する、請求項１又は２に記載の内燃機関用点火コイル。

Images