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

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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