JP2009038026A - 点火プラグ及び分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スパーク放電のための中心電極102及び接地電極と、同軸状のマイクロ波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、中心線112と電気的に一体をなすマイクロ波放射アンテナ112Aとを備え、マイクロ波放射アンテナ112Aは、中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされている。
【選択図】図1
Description
スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、中心線と電気的に一体をなす電磁波放射アンテナとを備え、電磁波放射アンテナは、中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされていることを特徴とするものである。
スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、外側導体と電気的に一体をなす電磁波放射アンテナとを備え、電磁波放射アンテナは、中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされていることを特徴とするものである。
構成1、または、構成2を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナを覆う誘電体部材を備えていることを特徴とするものである。
構成1、または、構成2を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナの基部及び外側導線の放電ギャップ側の端部が、誘電体部材内に埋没していることを特徴とするものである。
構成4を有する点火プラグにおいて、誘電体部材の放電ギャップ側端部には、放電ギャップ側に突出する突出部分が設けられ、電磁波放射アンテナは、誘電体部材の突出部分の表面に沿うよう屈曲されていることを特徴とするものである。
構成1、または、構成2を有する点火プラグにおいて、外側導体は、接地電極に電気的に一体をなし、主体金具を形成していることを特徴とするものである。
構成1、または、構成2を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナと中心電極との絶縁距離は、中心電極と接地電極との絶縁距離より大きく、かつ、電磁波放射アンテナが占める空間内の任意の点と電磁波放射アンテナとの距離は、この点火プラグの栓体の表面上の任意の点と中心電極との最短距離以下となっていることを特徴とするものである。
スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、中心線に容量結合された電磁波放射アンテナとを備え、接地電極と外側導体とは、電気的に一体をなし、電磁波放射アンテナは、外側導体により接地され、中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされていることを特徴とするものである。
スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、中心線に容量結合された電磁波放射アンテナとを備え、接地電極と外側導体とは、電気的に一体をなし、電磁波放射アンテナは、接地電極により接地され、中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされていることを特徴とするものである。
構成9を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナと一体化された接地電極は、リングアンテナとなっていることを特徴とするものである。
構成9を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナと一体化された接地電極は、コイルアンテナとなっていることを特徴とするものである。
構成8、または、構成9を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナの基部に、スタブが設けられていることを特徴とするものである。
構成1乃至構成12のいずれか一を有する点火プラグにおいて、接地導体のアンテナ側に一方の端部が接合され、他方の端部がアンテナに向けて突出するベインを有することを特徴とするものである。
構成1乃至構成13のいずれか一を有する点火プラグにおいて、電磁波放射アンテナは、少なくとも1箇所において分岐していることを特徴とするものである。
構成1乃至構成14のいずれか一を有する点火プラグにおいて、誘電体部材は、誘電率が互いに他と異なる複数の部材からなることを特徴とするものである。
構成1乃至構成14のいずれか一を有する点火プラグと、概ね両端開口筒状で一方の開口が窄められ他方の開口付近の内面が全周に亘り点火プラグの主体金具に当接または螺合する導電体からなるキャップとを備え、キャップと点火プラグの中心電極との絶縁距離は、窄められた開口の付近で最短となり、かつ、スパークプラグ及びキャップにより規定された空間の容積は、この空間にプラズマが発生した際のこの空間の圧力上昇によりこの空間と孔を介してこの空間に連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるように選ばれていることを特徴とするものである。
構成16を有するプラズマ発生装置において、キャップは、窄められた開口付近において、この開口に近づくに従い肉薄になっていることを特徴とするものである。
試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、構成16、または、構成17を有するプラズマ発生装置の窄められた孔から所定距離内の空間に試料を設置し、プラズマ発生装置を用いてプラズマを発生させることを特徴とするものである。
試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、構成1乃至構成14のいずれか一を有する点火プラグを用いてプラズマを発生させることを特徴とするものである。
図1は、本発明に係る点火プラグの第1の実施形態における構成を示す斜視図である。
図2は、本発明に係る点火プラグの第2の実施形態における構成を示す斜視図である。
図3に示すように、この変形例1に係る点火プラグ140においては、誘電体管110の放電ギャップ側の先端部、誘電体部材124内に埋没している。点火プラグ140の主体金具142は、誘電体部材124内に、碍子104の側面を囲むようにパイプ状に突出する部分142Aと、誘電体管110の側面を囲むように、誘電体部材124内にパイプ状に突出する突出部142Bとを有している。
本変形例2に係る点火プラグは、図4に示すように、誘電体部材124の放電ギャップ側端部には、碍子104の周囲を取り巻くように放電ギャップ側に突出する凸部124Aが設けられる。アンテナエレメントを兼ねる電線112の放電ギャップ側の突出部112Aは、凸部124Aの表面を沿うよう屈曲する。
本変形例に係る点火プラグは、図5に示すように、アンテナエレメント112Aが誘電体部材124に半分埋没するようになっている。
本変形例に係る点火プラグは、図6に示すように、アンテナエレメント112Aが誘電体部材124に完全に埋没するようになっている。
本変形例に係る点火プラグ120は、図7に示すように、アンテナエレメント112Aが誘電体部材124に完全に埋没するようになっている。これをプラズマ着火に用いるならば、中心電極102の放電ギャップ側の先端が、誘電体部材124の放電ギャップ側端面より、高電圧端子108側にあってもよい。
また、点火プラグ120は、図8に示すように、主体金具122と誘電体部材124との間に空隙を設けてもよい。この空隙により、アンテナエレメント112Aと主体金具122との絶縁距離を調節することができる。
この実施形態における点火プラグは、アンテナがプラグ端面より内部の深い位置に内蔵されたものである。この点火プラグ200においては、図9に示すように、主体金具202に、碍子104を囲むように誘電体部材124を貫通する管状のマイクロ波シールド202Aが設けられている。電線204の放電ギャップ側の端部は、誘電体部材124に埋没しており、その部分にパイプアンテナと所定の距離を保ちつつ取り囲む環状の結合リング204Aが設けられている。
この変形例における点火プラグ200は、図10に示すように、マイクロ波シールド202Aが接地電極を兼ねている。この場合には、碍子104の表面に沿って放電がなされる。この構成においては、マイクロ波シールド202Aが誘電体部材124より所定の長さだけ突出しているとよい。
この実施形態における点火プラグにおいては、電線がアンテナと接地電極とを兼ねている。この点火プラグ220は、図11に示すように、中心電極102、碍子104、高電圧端子108、誘電体部材124、誘電体管110と、主体金具222と、誘電体管110及び誘電体部材124を貫通する電線224とを備えている。
この点火プラグは、図12に示すように、誘電体部124と碍子104及び誘電体管110との境界の一部を、形態2の実施形態の変形例1のように主体金具106によって被覆するようにしてもよい。これにより、第2の実施形態の変形例1の作用及び効果を第4の実施形態の点火プラグにおいて奏することができる。
また、この点火プラグは、図13に示すように、電線224の誘電体部材124に埋没する部分において、コイルを形成するようにしてもよい。電線224の先端にコイルアンテナのようにインダクタンスを得ることができる。コイルの部分の形状を選択することにより、インピーダンスの整合をとることができる。
図14は、本変形例の点火プラグを示し、図15は、この点火プラグにおける電線及びアンテナの形状を示す。
本発明に係る点火プラグ100においては、図16に示すように、主体金具のアンテナ放射端に対向する面を曲面にしてもよい。例えば、放射端を焦点とする放物面とすれば、一方向への指向性が高くなる。面を楕円面とし、放射端がその楕円面の一方の焦点になるようにすれば、この面での反射波は、もう一方の焦点に集中する。
上述の各実施形態に係る点火プラグにおいてさらに、主体金具からベインを突出させるようにしてもよい。図17に、ベインを備えたプラグの一例を示す。
上述の実施形態では、点火プラグとしてスパークプラグに類する形状のものを例示したが、本発明に係る点火プラグはこのようなものには限定されない。例えば、グロープラグに放電電極、マイクロ波の伝送路及びアンテナを設置した形状のものであってもよい。このような点火プラグにおいては、さらに、フィラメント、または、セラミックヒータ等の加熱手段を備えていてもよい。放電電極をなす導電体対のうち一方は、グロープラグのフィラメント、または、グロープラグのフィラメントに接続された導電体であってもよい。
図18に、上述の実施形態に係る点火プラグを用いたプラズマ発生装置300の構成を示す。
第5の実施形態に係る点火プラグ300により、小型かつ簡素な構造でプラズマを噴き出すことが可能になる。このプラズマは、内燃機関等の点火に用いてもよいし、成分分析用のプラズマ源として用いてもよい。本実施形態では、プラズマ源としての適用の一例として、プラズマを用いた分析装置を示す。
102 中心電極
104 碍子
108 高電圧端子
110 誘電体管
112 電線
112A 突出部
Claims (19)
- スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、
同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、
前記中心線と電気的に一体をなす電磁波放射アンテナと
を備え、
前記電磁波放射アンテナは、前記中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされている
ことを特徴とする点火プラグ。 - スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、
同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、
前記外側導体と電気的に一体をなす電磁波放射アンテナと
を備え、
前記電磁波放射アンテナは、前記中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされている
ことを特徴とする点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナを覆う誘電体部材を備えている
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載の点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナの基部及び外側導線の放電ギャップ側の端部が、誘電体部材内に埋没している
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載の点火プラグ。 - 前記誘電体部材の放電ギャップ側端部には、放電ギャップ側に突出する突出部分が設けられ、
前記電磁波放射アンテナは、前記電体部材の突出部分の表面に沿うよう屈曲されている
ことを特徴とする請求項4記載の点火プラグ。 - 前記外側導体は、前記接地電極に電気的に一体をなし、主体金具を形成している
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載の点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナと中心電極との絶縁距離は、前記中心電極と前記接地電極との絶縁距離より大きく、かつ、前記電磁波放射アンテナが占める空間内の任意の点と電磁波放射アンテナとの距離は、この点火プラグの栓体の表面上の任意の点と中心電極との最短距離以下となっている
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載の点火プラグ。 - スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、
同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、
中心線に容量結合された電磁波放射アンテナとを備え、
前記接地電極と前記外側導体とは、電気的に一体をなし、
前記電磁波放射アンテナは、前記外側導体により接地され、前記中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされている
ことを特徴とする点火プラグ。 - スパーク放電のための中心電極及び接地電極と、
同軸状の電磁波伝送線路を形成する中心線及び外側導体と、
中心線に容量結合された電磁波放射アンテナとを備え、
前記接地電極と前記外側導体とは、電気的に一体をなし、
前記電磁波放射アンテナは、前記接地電極により接地され、前記中心電極から略々等距離の複数の箇所を含む円弧、または、球の一部をなす形状となされている
ことを特徴とする点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナと一体化された接地電極は、リングアンテナとなっている
ことを特徴とする請求項9記載の点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナと一体化された接地電極は、コイルアンテナとなっている
ことを特徴とする請求項9記載の点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナの基部に、スタブが設けられている
ことを特徴とする請求項8、または、請求項9記載の点火プラグ。 - 前記接地導体のアンテナ側に一方の端部が接合され、他方の端部がアンテナに向けて突出するベインを有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一に記載の点火プラグ。 - 前記電磁波放射アンテナは、少なくとも1箇所において分岐している
ことを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか一に記載の点火プラグ。 - 前記誘電体部材は、誘電率が互いに他と異なる複数の部材からなる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一に記載の点火プラグ。 - 請求項1乃至請求項14のいずれか一に記載の点火プラグと、
概ね両端開口筒状で一方の開口が窄められ他方の開口付近の内面が全周に亘り前記点火プラグの主体金具に当接または螺合する導電体からなるキャップと
を備え、
前記キャップと前記点火プラグの中心電極との絶縁距離は、窄められた開口の付近で最短となり、かつ、前記スパークプラグ及びキャップにより規定された空間の容積は、この空間にプラズマが発生した際のこの空間の圧力上昇によりこの空間と前記孔を介してこの空間に連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるように選ばれている
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 - 前記キャップは、前記窄められた開口付近において、この開口に近づくに従い肉薄になっている
ことを特徴とする請求項16記載のプラズマ発生装置。 - 試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、
請求項16、または、請求項17記載のプラズマ発生装置の前記窄められた孔から所定距離内の空間に試料を設置し、前記プラズマ発生装置を用いてプラズマを発生させる
ことを特徴とする分析装置。 - 試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、
請求項1乃至請求項14のいずれか一に記載の点火プラグを用いてプラズマを発生させる
ことを特徴とする分析装置。
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