JP4631430B2 - 放電灯始動装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯器具、および車両 - Google Patents

放電灯始動装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯器具、および車両 Download PDF

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Description

本発明は、放電灯始動装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯器具、および車両に関するものである。
近年、車両用前照灯器具に用いるランプとしてHIDランプが一般化され、さらにエンジンルーム拡大による前照灯の小型化にともない、HIDランプ点灯システムの小型化要求が非常に厳しくなってきた。
図12は車両用前照灯器具Cの側面断面図を示し、図13は車両用前照灯器具Cのシステム構成を示す。車両用前照灯器具Cは、車体に固定される灯体ハウジング100の内部に放電灯始動装置Aと反射板101とHIDランプ等の放電灯Laとを収納したものであり、灯体ハウジング100の前面に設けた開口部にはレンズ102が取り付けられている。また灯体ハウジング100の後部には放電灯Laを交換するための開口部104が設けられており、この開口部104にはキャップ105が被着されている。また灯体ハウジング100の下側部にはバッテリBATから直流電源(DC12V)の供給を受けて動作するインバータINVが取着されており、このインバータINVからの電線103が放電灯始動装置Aに接続されており、インバータINVは放電灯始動装置Aを介して放電灯Laに電力を供給して、放電灯Laを点灯させる。なお図中の106はバッテリBATからの給電線を接続する接続コネクタであり、107は光軸調整ねじである。
また上述のインバータINVおよび放電灯始動装置Aで放電灯点灯装置Bを構成している。
図14は放電灯始動装置Aの回路構成を示し、イグナイタ110は、放電灯Laを始動するために放電灯Laに高圧パルスを印加するものであり、入力端子t11と出力端子t21との間に接続された充電コンデンサC1と、この充電コンデンサC1に並列に接続されたパルストランスPの一次巻線15と放電ギャップSGとの直列回路と、入力端子t10と出力端子t20との間に接続されたフィルタ用のチョークコイルL2とパルストランスPの二次巻線16との直列回路と、入力端子t12と出力端子t22との間に接続されたフィルタ用のチョークコイルL1と、チョークコイルL1,L2の出力端間に接続されたフィルタ用のコンデンサC3,C4の直列回路と、コンデンサC3,C4の直列回路に並列接続されたコンデンサC2とから構成され、コンデンサC3,C4の接続中点は接地されている。出力端子t20,t21,t22はソケット111の入力端子t30,t31,t32に各々接続し、入力端子t31,t32は放電灯Laの一端に接続し、入力端子t30は放電灯Laの他端に接続する。
そして、放電灯Laが点灯していない状態で,インバータINVから入力端子t11,t12に電圧が供給されると(ここで、入力端子t10は0V、入力端子t11は600V、入力端子t12は−380Vが各々印加される)、入力端子t12→チョークコイルL1→出力端子t22→入力端子t32→入力端子t31→出力端子t21→コンデンサC1→入力端子t11を介してコンデンサC1が充電される。コンデンサC1の電圧が所定電圧を超えると放電ギャップSGがオンし、コンデンサC1の充電電荷は放電ギャップSGを介してパルストランスPの一次巻線15に流れて、パルストランスPの二次巻線16に高電圧のパルス電圧が発生する。この高電圧パルスが出力端子t21、t20、入力端子t31,t30を介して放電灯Laの両端に印加され、放電灯Laを絶縁破壊に至らしめて始動させるものである。また、入力端子t31−t32間は放電灯Laがソケット111に装着されない限り導通しないため、放電灯Laを装着していない状態で高電圧が発生することを防止する安全機能として働く。
上記従来例では放電灯始動装置Aのイグナイタ110とソケット111とを別体に構成しているが、一体化した放電灯始動装置Aも提供されており、その回路構成は図14と同様である。しかし、放電灯Laの中心電極と外周電極間に印加される電圧も30kV近辺に達し、イグナイタを大型化させすに、パルストランスPの高圧端子周辺部の金属部品の絶縁を確保しながら各部品を配置することが困難だった。
そこで、図15に示すように、磁気コア120の外周に二次巻線16を巻回し、さらに二次巻線16上に10kV以上の耐電圧性を有する被覆を備えた一次巻線15を直接巻回し、次に図16に示すように、一次巻線15の両端に接続端子121,122を、二次巻線16の両端に接続端子123,124をそれぞれ電気的に接続した後、その巻線ブロック全体を合成樹脂で封止してトランスブロック125を形成することによって、パルストランスPを構成したものが提供された。また、両端子122,123間の沿面距離を確保するために、トランスブロック125の表面に複数の凹溝126を形成している。(例えば、特許文献1参照)
また、二次巻線16を巻回した磁気コア120を樹脂で封止し、一次巻線15を巻回したコイル枠を樹脂に装着してパルストランスPを構成したものも提供された。(例えば、特許文献2参照)
特開2002−217050号公報 特開2004−319617号公報
しかし、上記特許文献1の構成では、高圧パルスを発生する二次巻線16の表面に一次巻線15を直接巻回するために、一次巻線15の絶縁被覆に非常に耐電圧の高いものが求められ、一次巻線15の絶縁被覆は厚みが厚くなっていた。さらに、樹脂封止を行なうため、絶縁被覆の外側に樹脂の成形肉厚をさらに確保する必要があり、放電灯始動装置の小型化を阻害していた。
また、上記引用文献2の構成では、上記引用文献1の構成に比べて小型化が図れるものの、一次巻線15に低耐圧電線を用いた場合、高圧パルスの発生時にパルストランスの高圧端子周辺の高電圧領域から一次巻線15や低圧回路部への部分放電が発生して、パルスエネルギーのロスが発生し、放電灯始動時に放電灯へのパルスエネルギーの供給不足によって点灯遅れ等が発生していた。
さらに、一次巻線15を樹脂に直接巻回するために、一次巻線15と樹脂封止された二次巻線16との間の電界分布(特に一次巻線15のように高電圧領域に隣接する低電位の金属体周辺の電界状態)によっては部分放電が発生し、上記同様に放電灯始動時に放電灯へのパルスエネルギーの供給不足によって点灯遅れ等が発生していた。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型且つパルスエネルギーのロスを抑制した放電灯始動装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯器具、および車両を提供することにある。
請求項1の発明は、棒状の磁気コアと、磁気コアに巻回された二次巻線と、磁気コアと二次巻線とを封止する樹脂と、樹脂の外周に巻回した耐電圧の低い電線からなる一次巻線と、一次巻線に接続されたコンデンサ及び放電ギャップと、二次巻線の両端部のうち高電位が発生する一方の端部が接続される高圧端子と、高圧端子を囲むように樹脂の外面に形成された第1の突部と、高電位が発生する二次巻線の一方の端部を囲むように樹脂の外面において二次巻線の巻回方向に形成されて、一端を第1の突部に連続させた第2の突部とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、一次巻線に耐電圧の低い電線を用いることで小型化を図ることができる。さらに、樹脂の外面に設けた突部によって高電圧領域から一次巻線等の低電圧領域への沿面距離を確保して、放電経路を遮ぎるので、高電圧領域から低電圧領域への界面伝いによる部分放電を抑制できる。すなわち、高電圧領域で発生するパルスエネルギーのロスを抑制でき、放電灯の始動時に十分なパルスエネルギーを供給できて、点灯遅れを防止できる
請求項2の発明は、請求項1において、前記一次巻線に密着して弾性体を配置したことを特徴とする。
この発明によれば、放電灯始動時の高電圧発生時に、高電圧領域近傍に配置された一次巻線に対して発生する電荷分布状態を均一化でき、電界の局部集中によって空気層に発生する部分放電を抑制することができる。さらに、樹脂を塗布するのに比べて取り扱いは容易であり、加工性に優れている。
請求項3の発明は、請求項1または2の放電灯始動装置を介して放電灯を点灯させる手段を備えることを特徴とする。
この発明によれば、請求項1または2の放電灯始動装置と同様の効果を奏することができる。
請求項4の発明は、請求項3の放電灯点灯装置を備えることを特徴とする。
この発明によれば、請求項3の放電灯点灯装置と同様の効果を奏することができる。
請求項5の発明は、請求項4の車両用前照灯器具を備えることを特徴とする。
この発明によれば、請求項4の車両用前照灯器具と同様の効果を奏することができる。
以上説明したように、本発明では、一次巻線に耐電圧の低い電線を用いることで小型化を図ることができ、さらに、樹脂の外面に設けた突部によって高電圧領域から一次巻線等の低電圧領域への沿面距離を確保して、高電圧領域で発生するパルスエネルギーのロスを抑制でき、放電灯の始動時に十分なパルスエネルギーを供給できて、点灯遅れを防止できるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
本発明の実施形態1を図1〜図4に基づいて説明する。本実施形態の放電灯始動装置Aは、HIDランプのような放電灯Laを始動するために放電灯Laに高圧パルスを印加するものであり、高圧ブロック1と、低圧回路ブロック2と、ケースボデー3と、ケースカバー4とを主要な構成として有する。なお、本実施形態の放電灯始動装置Aは従来技術で説明した図14と同じ回路構成を有する。なお、図5,図6に放電灯LaとしてHIDランプの外観図を示す。
図1は高圧ブロック1と低圧回路ブロック2とを組み合わせた外観斜視図であり、高圧ブロック1は、図2に示すような、棒状の磁気コア5と、この磁気コア5の外周に平角線を1層にエッジワイズ巻きにして成る二次巻線16と、二次巻線16を巻回した磁気コア5を組み付けられたホルダー17と、ホルダー17に組み付けられた高圧端子6、低圧端子7とを絶縁性を有する合成樹脂の射出成形により樹脂封止して封止部8を形成している(図3参照)。
ホルダー17は、図2に示すように、断面コの字状の略矩形の中央片17aの長手方向両端に側壁17b,17bを立設し、各側壁17bの両側から挟持片17c,17cを立設している。二次巻線16を巻回した磁気コア5は、その両端部の外周面が挟持片17c先端に形成された係止片17eに当接して挟持片17cを両側に広げながら中央片17a上に載置され、磁気コア5の両端部の外周面は各側壁17bの端面に設けた凹部17d上に載置されるとともに係止片17eが係止して、二次巻線16を巻回した磁気コア5を凹部17dと係止片17eとで固定している。また、磁気コア5に巻回された二次巻線16の両端面は側壁17bの内側面に当接して、二次巻線16を巻回した磁気コア5の両端方向の動きを固定している。
そして、ホルダー17の中央片17aの一端側には磁気コア5の載置面の裏側の面に突部17fが形成され、突部17fにはバルブ接続用の高圧端子6が組み付けられ、突部17fの一面には2つの内側電極6a,6aが突出し、他面側には内側電極6a,6aから延設された略L字状の延設片6bが設けられ、延設片6bの端部には高圧側接続部6cが設けられて、高圧側接続部6cには高電位が発生する二次巻線16の高圧側端部16aが、中央片17aに形成した切欠き部17gを介してかしめによって接続される。
また、ホルダー17の他端側の側壁17bには低圧端子7が組み付けられ、低圧端子7は、略U字状の低圧側端子部7aと、低圧側端子部7aの一端に設けられた低圧側接続部7bとから構成され、低圧側接続部7bには二次巻線16の低圧側端部16bが、中央片17aに形成した切欠き部17hを介してかしめによって接続される。
そして、封止部8の表面に二次巻線16の外周に配置されるように一次巻線15を巻回し、一次、二次巻線15,16と磁気コア5とで高圧パルスを発生するパルストランスPを構成する。ここで、封止部8を樹脂成形する際には、放電灯Laの口金50が装着されるソケット口9aを有するソケット部9が封止部8とともに成型樹脂により形成されている。
ソケット口9aは口金50の外周面と嵌合する円筒状の外筒部11の内側に、口金50の底面に設けた環状の溝53と嵌合する円筒状の内筒部12が形成され、これら2つの筒部11,12が同心に配置されている。そして、内筒部12の底部には二次巻線16の高圧側端部16aに電気的に接続した2つの内側電極6a,6aが露出しており、内側電極6a,6aは先端が互いに近付く向きに突出して、放電灯Laの中心電極51に電気的に接続される。
また、低圧端子7の低圧側端子部7aは外筒部11の外側に設けた2つの外側電極18に電気的に接続されており、二次巻線16の低圧側端部16bは低圧端子7を介して外側電極18に電気的に接続されている。外側電極18は、外筒部11の開口縁に設けた切欠11aから内側に突出して放電灯Laの外周電極52に弾接する弾接ばね部18aを2個ずつ備え、外筒部11に設けた圧入孔(図示せず)に上面側から圧入片18bを圧入することによってソケット口9aに固定されている。
一方、低圧回路ブロック2は、図1に示すように、基板2aに充電コンデンサC1、コンデンサC2〜C4、放電ギャップSG、チョークコイルL1,L2、コネクタCNなどの回路部品を実装して形成され、一次巻線15の両端部が接続されている。そして、一次巻線15に通電することで二次巻線16に始動パルスを発生させるイグナイタが構成される。
ケースボデー3は、図4に示すように下面が開口した直方体状に形成され、ソケット口9aの外周に配置される絶縁円筒3aが上面に形成されるとともに、コネクタCNを挿通させるための切欠が一側面の開口縁を矩形状に凹没させることで形成されている。そして、絶縁円筒3aには一端部が上側に開放された複数のガイド溝3bが周方向に沿って形成されており、これらガイド溝3bに放電灯Laの口金50の周面に設けたガイドピン54が係入されるようになっている。またシールドカバー4は、上面が開口した直方体状の金属で形成されている。
而して、放電灯始動装置Aを組み立てるにあたっては、先ず高圧ブロック1に低圧回路ブロック2を組み付け、一次巻線15の両端部を低圧回路ブロック2に電気的に接続した後、ケースボデー3およびシールドカバー4を上下両側から被せることで、放電灯始動装置Aの組立が完了する。
そして、一次巻線15は、封止部8の表面に二次巻線16の外周に沿って、二次巻線16の低圧側端部16b側に偏倚して巻回されている。本実施形態では、一次巻線15に耐電圧の低い電線を用いることで、一次巻線15の絶縁被覆の厚みを薄くして、小型化を図っている。
さらに、上記放電灯始動装置Aは、放電灯Laの始動時に高電圧(30kV)を二次巻線16の両端に発生させるが、このとき二次巻線16の高圧側端部16aから高圧端子6に至る領域は、高電圧領域Hとなる(図3参照)。しかし、本実施形態では、封止部8の高電圧領域Hでは、樹脂部8の外周方向(一次、二次巻線15,16の外周方向)に2つのリブ8a,8aが形成されており、その各一端は外筒部11の封止部8側の壁部11bに連続している。すなわち、リブ8a,8aは二次巻線16の高圧側端部16aを囲み、壁部11bは高圧端子6を囲み、高圧ブロック1は高電圧領域Hと一次巻線15および低圧回路ブロック2(低電圧領域)との間に樹脂で突部(リブ8a,8aと壁部11b)を設けているのである。
したがって、リブ8a,8a、壁部11bの凸形状によって、高電圧領域Hから一次巻線15および低圧回路ブロック2への沿面距離を確保し、放電経路を遮ぎるので、高電圧領域Hから一次巻線15および低圧回路ブロック2への界面伝いによる部分放電を抑制している。すなわち、高電圧領域Hで発生するパルスエネルギーのロスを抑制でき、放電灯Laの始動時に十分なパルスエネルギーを供給できて、点灯遅れを防止できる。
なお、本実施形態では、イグナイタとソケットを一体に構成しているが、イグナイタとソケットを別体に構成しても、イグナイタ側を上記のように高電圧領域と低電圧領域との間に樹脂で突部を形成して高電圧領域を囲むようにすれば、同様の効果を奏し得る。
(実施形態2)
本実施形態の放電灯始動装置Aは、実施形態1と略同様の構成を備えているが、図7に示すように、樹脂部8の外周方向(一次、二次巻線15,16の外周方向)に形成したリブ8aを1つとし、外筒部11の封止部8側には、外筒部11の外周に沿って円弧状のリブ13が樹脂成形によって突設しており、外筒部11の壁部11bとリブ13の間には凹部14が形成されている。リブ8aの一端はリブ13の外面に連続している。
そして、ケースボデー3の裏面には、図8に示すように、高圧ブロック1に設けた凹部14に対向する箇所に円弧状のリブ3cを突設して凹凸部を形成しており、ケースボデー3を高圧ブロック1に上側から被せると、リブ3cが凹部14に嵌合する。したがって、高電圧領域Hと一次巻線15および低圧回路ブロック2との間には壁部11b、リブ3c、リブ13が交互に配置され、実施形態1よりも高電圧領域Hから一次巻線15および低圧回路ブロック2への沿面距離を長くすることができる。
したがって、高電圧領域Hから一次巻線15および低圧回路ブロック2への部分放電をさらに抑制でき、耐電圧性能がさらに向上して、高電圧領域Hで発生するパルスエネルギーのロスをさらに抑制できて、放電灯Laの始動時に十分なパルスエネルギーを供給でき、点灯遅れを防止できるのである。
(実施形態3)
本実施形態の放電灯始動装置Aは、実施形態1と略同様の構成を備えているが、図9に示すように、封止部8の表面に巻回した一次巻線15を覆うように、例えばシリコン接着剤のような絶縁樹脂20を塗布して、一次巻線15近傍の空気層を除去している。したがって、放電灯始動時の高電圧発生時に、高電圧領域H近傍に配置された一次巻線15に対して発生する電荷分布状態を均一化でき、電界の局部集中によって空気層に発生する部分放電を抑制することができる。
なお、絶縁樹脂20は、一次巻線15全体を覆う必要はなく、高電圧発生時に電界の局部集中が発生するような、最も部分放電が発生しやすい部位に塗布する程度でもよい。
(実施形態4)
本実施形態の放電灯始動装置Aは、実施形態1と略同様の構成を備えているが、図10に示すように、封止部8の表面に巻回した一次巻線15を覆うように、例えばゴムのような弾性体30を設けて、一次巻線15近傍の空気層を除去している。したがって、放電灯始動時の高電圧発生時に、高電圧領域H近傍に配置された一次巻線15に対して発生する電荷分布状態を均一化でき、電界の局部集中によって空気層に発生する部分放電を抑制することができる。
ここで、実施形態3のように絶縁樹脂20を塗布する場合は、絶縁樹脂20塗布による工程タクトの増加、周囲への絶縁樹脂20の付着、塗布時・保管時の条件管理等、取り扱いの容易性に問題があったが、本実施形態のように弾性体30を用いれば取り扱いは容易であり、加工性は有利である。
なお、弾性体30は、一次巻線15全体を覆う必要はなく、高電圧発生時に電界の局部集中が発生するような、最も部分放電が発生しやすい部位に塗布する程度でもよい。
(実施形態5)
実施形態1乃至4いずれかの放電灯始動装置Aを介して図13のインバータINVを放電灯Laに接続することで、従来例と同様にインバータINVから放電灯始動装置Aを介して放電灯Laに電力を供給して、放電灯Laを点灯させる放電灯点灯装置Bを構成することができ、実施形態1乃至4いずれかと同様の効果を奏し得る。
(実施形態6)
図12,図13に示す車両用前照灯器具Cにおいて、実施形態1乃至4いずれかの放電灯始動装置Aを搭載すれば、実施形態5の放電灯点灯装置Bを搭載した車両用前照灯器具Cを構成でき、実施形態1乃至4いずれかと同様の効果を奏し得る。
(実施形態7)
図11は実施形態6の車両用前照灯器具Cを備えた車両Dの一実施形態を示し、車体の前面の左右両側には車両用前照灯器具Cが1台ずつ取り付けられている。本実施形態においても実施形態1乃至4いずれかと同様の効果を奏し得る。
本発明の実施形態1の放電灯始動装置の構成を示す斜視図である。 同上の磁気コアをホルダーに組み付けた状態を示す斜視図である。 同上の放電灯始動装置の構成を示す透視図である。 同上のケースを装着した放電灯始動装置の構成を示す斜視図である。 HIDランプの構成を示す平面図である。 HIDランプの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態2の放電灯始動装置の構成を示す斜視図である。 同上のケースボデーの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態3の放電灯始動装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態4の放電灯始動装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態7の車両の一部の構成を示す斜視図である。 車両用前照灯器具を示す断面図である。 車両用前照灯器具のシステム構成を示す図である。 放電灯始動装置の回路構成を示す図である。 従来のパルストランスを示す斜視図である。 従来のトランスブロックを示す斜視図である。
1 高圧ブロック
2 低圧回路ブロック
3 ケースボデー
4 ケースカバー
5 磁気コア
6 高圧端子
7 低圧端子
8 封止部
15 一次巻線
16 二次巻線

Claims (5)

  1. 棒状の磁気コアと、
    磁気コアに巻回された二次巻線と、
    磁気コアと二次巻線とを封止する樹脂と、
    樹脂の外周に巻回した耐電圧の低い電線からなる一次巻線と、
    一次巻線に接続されたコンデンサ及び放電ギャップと、
    二次巻線の両端部のうち高電位が発生する一方の端部が接続される高圧端子と、
    高圧端子を囲むように樹脂の外面に形成された第1の突部と、
    高電位が発生する二次巻線の一方の端部を囲むように樹脂の外面において二次巻線の巻回方向に形成されて、一端を第1の突部に連続させた第2の突部と
    を備えることを特徴とする放電灯始動装置。
  2. 前記一次巻線に密着して弾性体を配置したことを特徴とする請求項1記載の放電灯始動装置。
  3. 請求項1または2の放電灯始動装置を介して放電灯を点灯させる手段を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
  4. 請求項3の放電灯点灯装置を備えることを特徴とする車両用前照灯器具。
  5. 請求項4の車両用前照灯器具を備えることを特徴とする車両。
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