JP3643758B2

JP3643758B2 - 放電ランプ装置用絶縁プラグ及び放電ランプ装置

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Publication number: JP3643758B2
Application number: JP2000207336A
Authority: JP
Inventors: 俊明津田; 雅也志藤; 倫夫高垣
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2002025427A; DE10132853A1; US20020003391A1; DE10132853B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前端部にアークチューブが固定保持された合成樹脂製絶縁プラグ本体であって、該合成樹脂製絶縁プラグ本体の後端部には給電側コネクターを装脱着できるランプ側コネクターが一体に設けられた放電ランプ装置用絶縁プラグの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のヘッドランプなどの車両用灯具では、近年、キセノンガスが封入されたガラス球内部に対向配置させた電極間に起きる放電現象によって発光させる構成の「放電ランプ（ディスチャージバルブ）装置」が採用される場合が多くなっている。
【０００３】
この放電ランプ装置の構造について、概略説明する。
まず、種々の合成樹脂を材料として、所定形状に射出成形することによって得られる合成樹脂製絶縁プラグ本体（以下、「絶縁プラグ本体」という。）と、この絶縁プラグ本体の前端部に固定保持されるアークチューブを備えている。絶縁プラグ本体の後端部分には、給電側コネクターを装脱着できるランプ側コネクターが設けられている。
【０００４】
絶縁プラグ本体の前端部側に配置されるアークチューブは、細長いガラス管の両端部を所定間隔でピンチシールすることによって得られる密封空間（密封チャンバー）に発光部を備える。この発光部は、タングステン製の放電電極が対向配置されるとともに始動用希ガス，水銀及び金属ハロゲン化物が封入されている。
【０００５】
そして、この発光部から発せられる光に含まれる、人体に有害な波長域の紫外線成分をカットすることを主目的として、前記アークチューブを取り囲んで封止し、前記密封空間を形成する略円筒形状のシュラウドガラス管が設けられている。このシュラウドガラス管は、前記絶縁プラグ本体に固定されて、前方へ突出する金属製リードサポートによって支持されている。
【０００６】
このような構成の放電ランプ装置において、ベース部分を構成することになる絶縁プラグ本体は、発光部を備えるアークチューブ近傍に設けられることになることから、温度２２０℃の高温条件に曝され、点灯起動時には、約２０ｋＶの高電圧がかかることになる。
【０００７】
また、絶縁プラグ本体部分は、ランプボディに挿着される部分であるとともに、給電側コネクターを装脱着できるランプ側コネクターを構成する部分でもあることから、挿脱着（装脱着）において、負荷がかかる上に、高い寸法精度が要求される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の放電ランプ装置における絶縁プラグ本体は、高い耐久性能、剛性及び成形性が要求されているにもかかわらず、合成樹脂単体の材料のみが用いられてきたため、耐熱性、寿命耐久性、コネクタ嵌合強度（剛性）、成形性（寸法精度）等のいずれの点においても不充分であった。
【０００９】
このことから、これらのすべての品質条件を具備する絶縁プラグ本体を提供することが技術的課題であった。更には、ハロゲン電球等に比較して高価な放電ランプ装置には、コストダウンの要請も高まっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、放電ランプ装置のベース部分を構成するプラグ本体に求められている品質性能の向上とコストダウンを図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、アークチューブが固定保持される絶縁プラグ本体の後端部に給電側コネクターが装脱着されるランプ側コネクターを備える放電ランプ装置用絶縁プラグの前記絶縁プラグ本体を、ガラス繊維強化プラスチックによって形成することを基本とする。
【００１２】
これにより、従来の合成樹脂単体によって形成されていた絶縁プラグ本体部分の耐熱性、寿命耐久性、コネクタ嵌合強度（剛性）が向上するとともにコストダウンを達成する。
【００１３】
また、使用するガラス繊維強化プラスチック材料の基本合成樹脂として、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ樹脂」という。）を採用することによって、成形性、リサイクル性を向上させることができる。
【００１４】
そして、ＰＰＳ樹脂中のガラス繊維の含有量を、２０重量％から８０重量％の範囲内に限定することによって、絶縁プラグ本体に求められる耐久性を確保するとともに、ガラス繊維の過剰含有によって引き起こされる、ウエルドクラックや成形性（寸法精度）の低下を防止する。なお、ウエルドクラックとは、中央空洞の円筒状絶縁プラグ本体を樹脂射出成形する過程で、所定の位置より射出充填された樹脂が中央空洞部分を回り込んで、当該ゲート位置と対面する位置に形成される境界部（ウエルド）部分に発生するクラックを意味する。
さらに、ＰＰＳ樹脂中のガラス繊維の含有量を４０重量％から８０重量％の範囲内に限定すれば、絶縁プラブ本体部分のコネクタ嵌合強度（剛性）は、ＰＰＳ樹脂中のガラス繊維の含有量が２０重量％から８０重量％の範囲内である場合に得られる以上のコネクタ嵌合強度（剛性）が得られる。
【００１５】
従って、本発明に係る放電ランプ装置用絶縁プラグは、従来からの課題であった絶縁プラグ本体部分の耐久性全般が改良されるため、該放電ランプ装置用絶縁プラグを備えた放電ランプ装置の耐久性も向上するという技術的意義を有している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は本発明の実施形態を示すもので、図１は本発明に係る絶縁プラグを適用した放電ランプ装置の斜視図、図２は同放電ランプ装置の側面図、図３はアークチューブ垂直保持部材の分解斜視図、である。
【００１７】
＜放電ランプ装置の全体構成＞
図１〜図３に基づいて、本発明に係る放電ランプ装置１の全体構成から説明する。これらの図において、符号１は放電ランプ装置（全体）を、符号２は絶縁プラグ（以下、「プラグ」という。）を、符号３はアークチューブを、それぞれ示している。
【００１８】
プラグ２の前端部Ｘ方向には、該プラグ２から前方に延出され、絶縁スリーブ４１で保護されている金属製リードサポート４と、該プラグ２の前面に固定された金属製支持部材５とによって、アークチューブ３が固定支持されている。これらの構成によって、放電ランプ装置１が形成される。
【００１９】
具体的には、絶縁プラグ２の前端部Ｘ（図３参照）には、ベースプレート５３が前面に設けられて開口する内側円筒部２６と、上記焦点リング２４が周設され、内側円筒部２６を取り囲むように前方に開口する外側円筒部２５が形成されている。
【００２０】
そして、アークチューブ３の前端部Ｘから導出するリード線３９ｂは、上記リードサポート４の折曲された先端部４ａにスポット溶接により固定されている。アークチューブ３の後端部は、内側円筒部３１の前面部分に設けられたベースプレート５３に溶接固定された金属製垂直保持部材５（スライドプレート５１とアークチューブ把持バンド５２）に把持された構造となっている。
【００２１】
アークチューブ３は、対設された電極３７ａ，３７ｂを内包する密閉ガラス球（発光部）３３を持つアークチューブ本体３１に、円筒型のシュラウドガラス（紫外線遮蔽用グローブ）３２が溶着（封着）一体化されている。即ち、密閉ガラス球３３をシュラウドガラス３２が包囲し、密封する構造となっている。なお、符号３４は、電極３７ａ，３７ｂ間を結ぶ放電軸である。
【００２２】
シュラウドガラス３２は、ＴｉＯ₂，ＣｅＯ₂をドープした紫外線遮光作用のある石英ガラスで構成されており、放電部である密閉ガラス球３３における発光から人体に有害となる所定波長域の紫外線を確実にカットするようになっている。また、シュラウドガラス３２内は、真空状態又は不活性ガスを封入した状態とされて、放電部である密閉ガラス球３３からの熱の幅射に対する断熱作用を発揮するように設計されている。
【００２３】
アークチューブ本体３１は、パイプ形状の石英ガラス管から加工されて、長手方向所定位置に横断面矩形状のピンチシール部３８ａ，３８ｂの間に挟まれた回転楕円体形状の密閉ガラス球３３が形成された構造を備えている。密閉ガラス球３３内には、始動用希ガス，水銀及び金属ハロゲン化物（例えばナトリウム−スカンジュウム系発光物質）が封入されている。
【００２４】
ピンチシール部３８ａ，３８ｂには、矩形板状のモリブデン箔３６ａ，３６ｂが封着されている。このモリブデン箔３６ａ，３６ｂの間には、密閉ガラス球３３内にタングステン電極３７ａ，３７ｂが対設され、モリブデン箔３６ａ，３６ｂの両外側には、アークチューブ本体３１外に導出するリード線３９ａ，３９ｂがそれぞれ接続されている。以下、プラグ２の構成について説明する。
【００２５】
＜プラグ（絶縁プラグ）の構造＞
まず、絶縁プラグ２には、図示しない自動車用ヘッドランプのリフレクタ６のバルブ挿着孔６１（図２参照）に係合する、当接基準面ｆ₁（図２参照）を構成する焦点リング２４が、前端部Ｘの外周囲に設けられている。
【００２６】
そして、図示しない電源と導通する給電コード７の端末を収納する給電側コネクターＣ₁（図２参照）を装脱着できるランプ側コネクターＣ₂が、プラグ２の後端部Ｙに一体に設けられている。
【００２７】
従って、プラグ２は、バルブ挿着孔６１に係合される部分であって、ランプ側コネクターＣ₂が装脱着される部分であるから、高い寸法精度が要求されるとともに、剛性（強度）も要求されることになる。
【００２８】
プラグ２の前端部の内側円筒部２６内には、アークチューブ３の後方延出部３ａ（図３参照）を挿通収容できる開口部２９が設けられており、内側円筒部２６の回りには、鍔状の焦点リング２４が、周設された外側円筒部２４に形成されている。内側円筒部２６の円形の前端部には、基準平面を形成する金属製ベースプレート５３が、密着固定されている。
【００２９】
プラグ２に一体化されたベースプレート５３の前面は、リフレクタ１００に対する位置決めの基準部材である焦点リング２４の基準平面ｆ₁（図２参照）と平行な基準平面ｆ₂（図２参照）を形成している。
【００３０】
このベースプレート５３上には、金属製のスライドプレート５１と金属製のアークチューブ把持バンド５２とが装着されている。これらのスライドプレート５１と把持バンド５２は、アークチューブ３のシュラウドガラス３２を垂直に保持する金属製垂直保持部材５の役割を果たしている。なお、アークチューブ３の放電軸３４は、焦点リング２４の中心軸２７（図２参照）の延長線上にある所定位置に配置されている。
【００３１】
即ち、垂直保持部材５を構成する把持バンド５２は、図３に示すように、湾曲する帯状のバンド本体５２ａの両端付き合わせ部に、断面Ｌ字型に折曲された矩形状の耳片５２ｂが形成されている。シュラウドガラス３２に捲回したバンド本体５２ａの耳片５２ｂ同士を付き合わせ、これらをスポット溶接することによって、シュラウドガラス３２に把持バンド５２を、捲回固定できるようになっている。
【００３２】
なお、符号５２ｃは、バンド本体５２ａの長手方向２箇所に設けられている屈曲部である。この屈曲部５２ｃが弾性変形することで、バンド本体５２ａが長手方向に伸縮する。これによりバンド本体５２ａをシュラウドガラス３２に捲回固定できる。符号５２ｄは、スポット溶接部を示している。
【００３３】
また、垂直保持部材６０を構成する金属製スライドプレート５１は、その基面５１ａがベースプレート５３の基面５３ａと対着するドーナツ円盤状に形成されている。金属製スライドプレート５１の内周縁には、切り起こされて立ち上がっている板ばね状の４本の舌片状挟持片５１ｂが周方向等間隔に設けられている。
【００３４】
そして、シュラウドガラス３２に捲回固定された把持バンド５２の外周が、この舌片状挟持片５１ｂに挟持されるとともに、舌片状挟持片５１ｂが把持バンド５２にレーザ溶接される。これにより、アークチューブ３の放電軸３４が、スライドプレート５１のベースプレート５３との接合面ｆ₃（図２参照）に対し垂直であって、接合面ｆ₃から所定距離だけ離間した位置となるように、アークチューブ３がスライドプレート５１に一体化されている。符号５１ｃはレーザ溶接部を示している。
【００３５】
なお、プラグ２の前面に開口するスリーブ挿通孔２８には、リードサポート４１が挿通された円パイプ形状のセラミック製の絶縁スリーブ４１が挿入される。絶縁スリーブ４１を貫通したリードサポート４１の挿入端部は、スリーブ挿通孔２８の底部（図示せず）の所定位置にレーザ溶接されている。
【００３６】
＜プラグ（絶縁プラグ）の材料構成＞
以上説明したように、プラグ２とアークチューブ３等の配置関係は、繊細かつ微妙に定められるものであるから、プラグ２においては成形時の形状精度が重要である。同時に、プラグ２の形状は、上記したように複雑な構成であるから、成形が容易であることが求められる。
【００３７】
また、プラグ２の後端部Ｙには、給電側コネクターＣ₁が装脱着されるとともに、自動車用ヘッドランプのリフレクタ６のバルブ挿着孔６１（図２参照）に係合される部材であるから、高い剛性が求められる。
【００３８】
さらに、上記構成の放電ランプ装置１において、ベース部分を構成するプラグ２は、発光部である密閉ガラス球３３を備えるアークチューブ３近傍に設けられるため、発光部の発熱作用によって約温度２２０℃の高温条件に曝される。そして、点灯起動時には、約２０ｋＶの高電圧がかかることになる。従って、プラグ２には、高度の耐熱性と耐電圧性が要求される。また、長期にわたって使用された場合でも、変形やクラック或いは絶縁破壊等が発生することがないものでなければならない。
【００３９】
そこで、本発明に係るプラグ２を成形（射出成形）するに際し、該プラグ２の複雑な形状を勘案して、本願発明者らは、まず、基本材料となる合成樹脂として、成形性を向上させる必要があるという着想に基づき、ＰＰＳ樹脂を採用することとした。
【００４０】
そして、耐熱性及び耐電圧性を向上させるという視点から、ＰＰＳ樹脂に所定量のガラス繊維（グラスファイバー）を含有させるという技術的思想を抱いた。即ち、プラグ２の材料には、ＰＰＳ樹脂を基本材料とするガラス繊維強化プラスチック材料が好適ではないかとの着想を得た。
【００４１】
しかしながら、種々検討を進めていくなかで、（１）耐熱性、（２）寿命耐久性、（３）コネクタ嵌合強度（剛性）、（４）寸法精度（成形性）のすべての要素に関して、合格品質と評価できるプラグ２を得るためには、材料構成を更に詳細に工夫しなければならないことが判明した。
【００４２】
そこで、本願発明者は、ＰＰＳ樹脂中におけるガラス繊維の比率（重量％）を変化させて、上記（１）から（４）を検証する詳細な試験１〜４を行った。以下、この試験の結果をまとめた図４〜図８に基づいて説明する。
【００４３】
（１）耐熱性に関する試験（試験１）。
ＰＰＳ樹脂中におけるガラス繊維の比率（重量％、図４において「ＧＦ」と表記）を、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０％としたプラグ２をそれぞれ１０個用意し、耐熱性試験を行った。
【００４４】
その結果、図４に示すグラフのように、ＧＦ２０％以上では、外観異常（割れ、溶け、変形、緩み、溶接はずれ）が全く観察されず、２２０℃以上の耐熱性を確保できることがわかった。
なお、ガラス繊維比率が５％、１０％、１５％の場合については、ガラス繊維比率が５％の場合は変形発生数８／１０個、同比率が１０％の場合は５／１０個、同比率が１５％の場合は３／１０個であった。なお、試験１は、雰囲気温度８５℃、連続点灯５００時間の条件で実施した。
【００４５】
（２）寿命耐久性に関する試験（試験２）。
ＰＰＳ樹脂中におけるＧＦ比率を、上記試験１と同条件のガラス繊維の比率で、連続点灯によりクラックが発生するか否かを確認する方法で、寿命耐久性試験を行った。一般に、放電ランプ装置１に求められる寿命耐久性は、連続点灯３０００時間を超えても変形等が無いこととされている。
【００４６】
図５に示すグラフのように、ＧＦ２０％を超えてから８０％未満の範囲では、連続点灯３０００時間を超えても変形等が無いことがわかった。また、ＧＦ率４０〜６０％の範囲では、連続点灯時間５０００時間を越えても、変形等が無いことがわかった。
【００４７】
なお、ガラス繊維比率が５％、１０％、１５％の場合については、ガラス繊維比率が５％の場合は実点灯時間１７８６時間、同比率が１０％の場合は２４８５時間、同比率が１５％の場合は２７３３時間、同比率が９０％の場合は２１７４時間で、それぞれボイドからクラックが発生した。
【００４８】
（３）コネクタ嵌合強度（剛性）に関する試験（試験３）。
ＰＰＳ樹脂中におけるＧＦ比率を、上記試験１と同条件のガラス繊維比率で、コネクタ嵌合強度（剛性）に関する試験を行った。具体的には、プラグ２と給電側コネクタＣ₁を嵌合させて、プラグ２とコネクタＣ₁が破損し、加重が解放したときのトルクレンチの値を計測した。３．０Ｎ・ｍ以上を合格基準として設定し、評価を行った。
【００４９】
本試験３の結果、図６に示すグラフのように、ＧＦ１５％以上の範囲では、確実にトルクレンチ値３．０Ｎ・ｍ以上を確保できることが判明した。なお、ＧＦ４０〜８０％の範囲では、トルクレンチ値が４．５Ｎ・ｍ前後で、特に安定することも判明した。
【００５０】
（４）寸法精度（成形性）に関する試験（試験４）
ＰＰＳ樹脂中におけるＧＦ比率を、上記試験１と同条件のガラス繊維比率で、寸法精度（成形性）に関する試験を行った。一般に、製品の寸法精度（成形性）は、工程能力（ＣＰＫ）で判断するのが正確である。ここで、「工程能力」とは、工程の標準化が充分になされ、異常原因が取り除かれ、工程が安定状態に維持されたときに、どの程度の品質が実現するかを示すものである。
【００５１】
そこで、本試験４では、プラグ２の各部分の寸法をマイクロメータ、ノギスを使用して計測し、各ＧＦ率においてプラグ２の寸法誤差を測定し、データを収集した。このデータからヒストグラムを作成し、所定の計算式から工程能力指数を計算した。なお、本試験４で使用したサンプル数は、各ＧＦ率で３０個である。
【００５２】
図７に示すように、ＧＦ率２０％を下回ると工程能力指数１に満たなくることが判明した。従って、プラグ２の寸法精度（成形性）に関しては、ＧＦ率２０％以上が望ましい。また、図７に示すように、ＧＦ率４０％を境界にして、と工程能力指数１．７前後で安定し、寸法精度がとくに安定することも判明した。
【００５３】
以上の試験１〜４の結果をまとめた図（表）である図８に示すように、ＰＰＳ樹脂中のガラス繊維の含有量を、２０重量％から８０重量％の範囲内に限定することによって、絶縁プラグ本体に求められる耐熱性、寿命耐久性、コネクタ嵌合強度（剛性）、寸法精度のすべてが良好であった。なお、図８において、○は大変良好、△はほぼ良好、×は不良を、それぞれ示している。
【００５４】
【発明の効果】
本発明では、絶縁プラグ本体を、ガラス繊維強化プラスチックによって形成したことによって、従来の合成樹脂単体によって形成されていた絶縁プラグ本体部分の耐熱性、寿命耐久性、コネクタ嵌合強度（剛性）を向上させることができるとともに、コストダウンを達成することができる。
【００５５】
また、使用するガラス繊維強化プラスチック材料の基本合成樹脂として、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ樹脂」という。）を採用することによって、成形性等を向上させることができる。そして、ＰＰＳ樹脂中のガラス繊維の含有量を、臨界的意義の明確な所定範囲内に限定することによって、絶縁プラグ本体に求められる耐久性全般を確保できるとともに、ガラス繊維の過剰含有によって引き起こされる、ウエルド強度や成形性（寸法精度）の低下を防止することができる。
【００５６】
このように本発明に係る放電ランプ装置用絶縁プラグは、従来からの課題であった絶縁プラグ本体部分の耐久性全般が改良され、コストダウンも達成できるため、本放電ランプ装置用絶縁プラグを備えた放電ランプ装置の耐久性向上とコストダウンも図ることができる。これにより、放電ランプ装置の普及に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る絶縁プラグ（２）を適用した放電ランプ装置（１）の斜視図
【図２】同放電ランプ装置（１）の側面図
【図３】アークチューブ垂直保持部材（５）の分解斜視図
【図４】耐熱性に関する試験（試験１）の試験結果を示す図（グラフ）
【図５】寿命耐久性に関する試験（試験２）の試験結果を示す図（グラフ）
【図６】コネクタ嵌合強度（剛性）に関する試験（試験３）の試験結果を示す図（グラフ）
【図７】寸法精度（成形性）に関する試験（試験４）の試験結果を示す図（グラフ）
【図８】試験１〜４の結果をまとめた図（表）
【符号の説明】
１放電ランプ装置
２絶縁プラグ
３アークチューブ
Ｃ₁ 給電側コネクター
Ｃ₂ ランプ側コネクタ−
Ｘ（プラグ（２）の）前端部
Ｙ（プラグ（２）の）後端部

Claims

前端部にアークチューブが固定保持され、後端部に給電側コネクターが装脱着されるランプ側コネクターを備える放電ランプ装置用の絶縁プラグであって、
前記絶縁プラグ本体は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）中にガラス繊維を２０重量％から８０重量％の範囲内で含有したガラス繊維強化プラスチックによって形成されたことを特徴とする放電ランプ装置用絶縁プラグ。
前記ガラス繊維強化プラスチックは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）中にガラス繊維を４０重量％から８０重量％の範囲内で含有していることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ装置用絶縁プラグ。
請求項１又は２記載の放電ランプ装置用絶縁プラグを備えることを特徴とする放電ランプ装置。