JP2012064561A - 高周波プラズマスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた着火性を実現することができるとともに、その優れた着火性を安定的に発揮させることができる高周波プラズマスパークプラグを提供する。
【解決手段】スパークプラグ１は、絶縁碍子２と、中心電極５と、端子電極６と、主体金具３とを備える。同軸ケーブル３１の内部導体３２が端子電極６に接続されるとともに、同軸ケーブル３１の外部導体３３が主体金具３に接続された上で、高周波電力がスパークプラグ１に対して同軸ケーブル３１を介して供給されることで高周波プラズマが発生する。主体金具３は、径方向外側に膨出する大径部１６と、外部導体３３に接触する接続部２０とを有し、接続部２０は、大径部１６よりも軸線ＣＬ１方向後端側に形成される。接続部２０の外周は、軸線ＣＬ１方向に沿って延びる円筒状をなすとともに、軸線ＣＬ１に沿った接続部２０の長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関等に使用され、高周波電力により高周波プラズマを発生させる高周波プラズマスパークプラグに関する。

内燃機関等の燃焼装置に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁体と、絶縁体の外側に組付けられる筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合された接地電極とを備えている。そして、中心電極に高電圧を印加することにより、中心電極と接地電極との間に形成された間隙において火花放電を生じさせ、その結果、燃料ガスに対する着火がなされるようになっている。

また、着火性の向上を図るべく、高電圧に代えて、高周波電力を前記間隙に投入して高周波プラズマを生じさせることで、燃料ガスへと着火する高周波プラズマスパークプラグ（以下、単に「スパークプラグ」と称することもある）が提案されている。高周波電力をスパークプラグへと伝送するにあたっては、内部導体と、内部導体の外周を覆う筒状の外部導体とを備えた同軸ケーブルが用いられる。これは、電力の反射や外部への電磁波ノイズの放射を防止し、スパークプラグに対してより確実に高周波電力を伝送するためである。

尚、スパークプラグと同軸ケーブルとを接続する際に、内部導体の端部は端子電極に接続され、外部導体の端部は、燃焼装置に接触することで接地された主体金具に対して接続される（例えば、特許文献１等参照）。

特開昭５１−７７７１９号公報

ところで近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求があり、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能とすべく、着火性のより一層の向上が求められている。そこで、本願発明者が、従前特段の検討がなされていなかった主体金具における外部導体の端部との接触位置について検討したところ、接触位置の相違が着火性に大きな影響を与えることが見出された。また、更なる検討を加えた結果、主体金具のうち外部導体の端部が接続される部位の長さが、高周波プラズマを安定して発生させるという面で重要であることが明らかとなった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた着火性を実現することができるとともに、その優れた着火性を安定的に発揮させることができる高周波プラズマスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記軸孔の後端側に挿設され、前記中心電極に対して電気的に接続された端子電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具とを備え、
内部導体、及び、当該内部導体の外周に配置された筒状の外部導体を具備する同軸ケーブルのうち、前記内部導体が前記端子電極に接続されるとともに、前記外部導体が前記主体金具に接続され、所定の高周波電源により発生された高周波電力が前記同軸ケーブルを介して供給されることで高周波プラズマを発生させる高周波プラズマスパークプラグであって、
前記主体金具は、
径方向外側に膨出する大径部と、
前記外部導体に接触する接続部とを有し、
前記接続部は、前記大径部よりも前記軸線方向後端側に形成され、前記接続部の外周は、前記軸線方向に沿って延びる円筒状をなすとともに、前記軸線に沿った前記接続部の長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされることを特徴とする。

尚、「高周波電力」とあるのは、周波数が３ＭＨｚ以上の電力をいう。また、「同軸ケーブル」とあるのは、内部導体の外周に筒状の外部導体が配置されたものであればよく、例えば、内部導体の外周に金属製のパイプを配置したものであってもよい。

高周波電力は導体の外表面を伝わって流れる性質を有し、主体金具の内周面や外周面を伝わって流れるところ、上記構成１によれば、主体金具の後端を回り込んで流れる高周波電力の導電経路を比較的短いものとすることができる。従って、導電経路における抵抗を比較的小さくすることができ、電力の損失を抑制することができる。その結果、高周波プラズマを一層大きく成長させることができ、優れた着火性を実現することができる。

また、上記構成１によれば、軸線に沿った接続部の長さが０．５ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。そのため、耐振動性が高まることとなり、燃焼装置の動作等に伴う振動がスパークプラグに加えられた場合でも、接続部と外部導体とをより安定した状態で接触させることができる。

一方で、軸線に沿った接続部の長さが５ｍｍ以下とされているため、主体金具の後端と端子電極との間における絶縁体の表面に沿った距離を十分に大きく確保することができる。従って、主体金具と端子電極との間において絶縁体の表面を這った異常な放電（いわゆるフラッシュオーバー）が生じてしまうことをより確実に抑制することができる。その結果、接続部と外部導体との安定接触が図られることと相俟って、上述の優れた着火性を安定的に発揮させることができる。

構成２．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、上記構成１において、前記接続部の表面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下とされることを特徴とする。

上記構成２によれば、外部導体と接続部との間の接触抵抗を低減させることができる。その結果、優れた着火性を一層安定して発揮させることができる。

構成３．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記接続部の外周には、前記外部導体の内周面に形成された雌ねじ部を螺合可能な雄ねじ部が形成されることを特徴とする。

上記構成３によれば、接続部と外部導体とがねじ結合されるため、両者をより確実に接続することができる。従って、耐振動性をより向上させることができ、優れた着火性を一層安定的に発揮させることができる。

構成４．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、上記構成３において、前記主体金具は、前記雄ねじ部に対する前記雌ねじ部の緩みを防止する緩み防止手段を備えることを特徴とする。

尚、「緩み防止手段」としては、例えば、同軸ケーブルを取付けた際に、主体金具のうち接続部の直先端側に位置する部位（例えば、工具係合部や大径部）の端面と同軸ケーブルの端部との間で潰れ変形可能に構成されたリングワッシャーやガスケット、メタルＯリング等、摩擦力により主体金具に対する外部導体の相対回転を規制する手段を挙げることができる。

上記構成４によれば、緩み防止手段により主体金具に対する外部導体の緩みを防止することができる。従って、耐振動性の更なる向上を図ることができ、優れた着火性をより一層安定的に発揮させることができる。

構成５．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記接続部の肉厚が０．３ｍｍ以上とされることを特徴とする。

燃焼装置の動作に伴う外部導体の振動によって接続部に対しては応力が加わることとなるが、上記構成５によれば、接続部の肉厚が十分に大きくされているため、応力による接続部の破損をより確実に防止することができる。その結果、優れた着火性をより確実に発揮させることができる。

構成６．本構成の高周波プラズマスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記接続部の表面が、前記主体金具を構成する材料よりも導電率の高い物質からなる被膜で覆われることを特徴とする。

上記構成６によれば、接続部の表面に、主体金具を構成する材料よりも導電率の高い物質からなる被膜が設けられている。従って、主体金具の表面を伝わった高周波電力の導電経路において、当該経路の抵抗値をより低減させることができ、電力の損失を一層抑制することができる。その結果、着火性の更なる向上を図ることができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 接続部の構成を示す拡大断面図である。 接続部等の構成を示す部分拡大断面図である。 第２実施形態における接続部の構成を示す拡大断面図である。 主体金具に対する外部導体の接続位置を種々変更した場合における、プラズマ発生電力測定試験の結果を示すグラフである。 比較例における高周波電力の流れる経路を模式的に示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、別の実施形態における接続部の構成を示す拡大断面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における接続部の構成を示す拡大断面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における接続部の構成を示す拡大断面図である。 緩み防止手段としてのスプリングワッシャ等を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における接続部の構成を示す部分拡大断面図である。

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、高周波電力が供給されることで高周波プラズマを発生させる高周波プラズマスパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）１等を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された拡径部１１と、当該拡径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。加えて、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、導電性のガラスシール層７が配設されている。当該ガラスシール層７により、中心電極５と端子電極６とが電気的に接続されるとともに、両電極５，６が絶縁碍子２に対して固定されている。

加えて、前記主体金具３は、炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置に取付けるためのねじ部１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には、径方向外側に突出する鍔状の大径部１６が設けられており、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。スパークプラグ１が燃焼装置に取付けられた際には、ガスケット１８を介して大径部１６が燃焼装置に対して間接的に接触し、ひいては主体金具３が接地されることとなる。さらに、主体金具３の後端側には、スパークプラグ１を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられている。また、工具係合部１９の後端側には、径方向内側に向けて屈曲形成された加締め部２１が設けられており、当該加締め部２１により絶縁碍子２が保持されている。尚、ガスケット１８を設けることなく、大径部１６を燃焼装置に対して直接接触させることとしてもよい。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２２に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２１を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間にリング部材２４，２５が介在されているとともに、リング部材２４，２５間には、滑石（タルク）２６が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２３、リング部材２４，２５及び滑石２６を介して絶縁碍子２を保持している。

加えて、主体金具３の先端部には、自身の略中間が曲げ返されて、その先端部側面が中心電極５の先端面と対向する接地電極２７が接合されている。そして、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間に、間隙２８が形成されている。

また、本実施形態においては、内部導体３２と筒状の外部導体３３とを備える同軸ケーブル３１を介して、スパークプラグ１に高周波電力が供給されるようになっている。ここで、内部導体３２及び外部導体３３は、それぞれ導電性に優れる金属（例えば、銅、金、銀、又は、これらを主成分とする合金など）により形成されるとともに、外部導体３３は、内部導体３２との間の径方向に沿った距離がほぼ一定に保たれた状態で、内部導体３２の外周に配置されている。また、内部導体３２は、周波数が３ＭＨｚ以上の高周波電力を発生させる高周波電源（図示せず）に接続されており、一方で、外部導体３３は接地されている。

さらに、本実施形態において、主体金具３は、前記大径部１６よりも後端側に軸線ＣＬ１方向に沿って延び、略同一の外径を有する円筒状の接続部２０を備えている。そして、外部導体３３の端部に対して接続部２０が嵌め込まれることで、主体金具３と外部導体３３とが接続されており、一方で、端子電極６に対して内部導体３２の端部が接続されている。高周波プラズマを発生させるにあたっては、前記高周波電源から内部導体３２を介して端子電極６に高周波電力が供給される。これにより、接地電極２７及び中心電極５間が絶縁破壊され、前記間隙２８にて高周波プラズマが発生することとなる。尚、高周波電力は、導体の外表面を伝わって流れる性質を有する。そのため、図２（図２中の矢印が、高周波電力の流れを模式的に示すものである）に示すように、高周波電力は、接地電極２７と接続部２０との間において、主体金具３の内周面や外周面を伝わって流れることとなる。

加えて、前記接続部２０は、その軸線ＣＬ１に沿った長さＬが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされており、その肉厚Ｔが０．３ｍｍ以上とされている。

さらに、接続部２０の表面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下とされている。

尚、図３に示すように、例えば、メッキ処理により、接続部２０の表面に、主体金具３を構成する材料よりも導電率の高い物質〔例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、又は、これらのうちいずれかを主成分とする合金等〕により形成された被膜２９を設けることとしてもよい（尚、図３では、図示の便宜上、被膜２９を通常よりも厚く示している）。また、被膜２９を設けた場合には、被膜２９の表面の算術平均粗さＲａを１０μｍ以下とすることが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、主体金具３の後端を回り込んで流れる高周波電力の導電経路を比較的短いものとすることができ、導電経路における抵抗を比較的小さなものとすることができる。従って、電力の損失を抑制することができ、優れた着火性を実現することができる。

また、軸線ＣＬ１に沿った接続部２０の長さＬが０．５ｍｍ以上と十分に大きなものとされているため、スパークプラグ１に燃焼装置の動作に伴う振動が加えられた場合でも、接続部２０と外部導体３３とをより安定した状態で接触させることができる。

一方で、軸線ＣＬ１に沿った接続部２０の長さＬが５ｍｍ以下とされているため、主体金具３の後端と端子電極６との間における絶縁碍子２の表面に沿った距離を十分に大きく確保することができる。従って、主体金具３と端子電極６との間におけるフラッシュオーバーの発生をより確実に抑制することができ、上述の通り、接続部２０と外部導体３３との安定接触が図られることと相俟って、優れた着火性を安定的に発揮させることができる。

さらに、接続部２０表面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下とされているため、外部導体３３と接続部２０との間の接触抵抗を低減させることができる。その結果、優れた着火性を一層安定して発揮させることができる。

加えて、接続部２０の肉厚Ｔが０．３ｍｍ以上とされているため、外部導体３３から加えられた応力による接続部２０の破損をより確実に防止することができる。その結果、優れた着火性をより確実に発揮させることができる。

また、被膜２９を設けた場合には、主体金具３の表面を伝わった高周波電力の導電経路の抵抗値を一層低減させることができる。その結果、電力の損失をより一層抑制することができ、着火性の更なる向上を図ることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態において、接続部２０は、外表面が平滑状の円筒状に形成されているが、本第２実施形態においては、図４に示すように、接続部４０の外周に雄ねじ部５１が形成されている。そして、当該雄ねじ部５１が外部導体３３の端部の内周面に形成された雌ねじ部５２に螺合されることで、接続部４０と外部導体３３とが接続されている。尚、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、接続部４０の軸線ＣＬ１に沿った長さＬは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされている。

以上、本第２実施形態によれば、基本的には上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

加えて、本第２実施形態によれば、接続部４０と外部導体３３とがねじ結合されるため、両者をより確実に接続することができる。従って、耐振動性をより向上させることができ、優れた着火性を一層安定的に発揮させることができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、外部導体を主体金具の大径部に接続した場合（比較例）、外部導体を工具係合部と加締め部との間に接続した場合（実施例１）、及び、外部導体を加締め部に接続した場合（実施例２）のそれぞれにおいて、プラズマ発生電力測定試験を行った。プラズマ発生電力測定試験の概要は次の通りである。すなわち、スパークプラグのサンプルを所定のチャンバーに取付けるとともに、チャンバー内の圧力を０．４ＭＰａに設定した上で、所定の高周波電源からサンプルに対して高周波電力を供給し、上述した各場合においてプラズマを発生させるために要した電力（プラズマ発生電力）を測定した。ここで、プラズマ発生電力が小さい場合ほど電力の損失が少なく、同一の電力を供給した際に、より大きなプラズマを発生させることができる（つまり着火性に優れる）といえる。図５に、上記試験の試験結果を示す。尚、主体金具は炭素鋼により形成し、接続部の表面に被膜を設けないこととした。

図５に示すように、外部導体を大径部に接続した場合、すなわち、大径部を接続部とした場合には、プラズマ発生電力が比較的大きくなってしまうことが明らかとなった。これは、主体金具の外周面や内周面を伝わって高周波電力が流れた際に、図６に示すように、加締め部を回り込む比較的長い導電経路で高周波電力が流れてしまったため、電力の損失が大きくなってしまったためであると考えられる。

これに対して、外部導体を、工具係合部と加締め部との間や加締め部に接続した場合、すなわち、大径部よりも後端側に接続部を設けた場合には、プラズマ発生電力が十分に小さなものとなり、着火性に優れることが分かった。これは、主体金具の表面を伝わった高周波電力の導電経路が比較的短くなり、電力の損失を効果的に抑制できたことに起因すると考えられる。

以上の試験結果より、電力の損失を抑制し、着火性の向上を図るべく、主体金具のうち、大径部よりも後端側に接続部を設けることが好ましいといえる。

次に、軸線に沿った接続部の長さＬを種々変更しつつ、接続部を円筒状に形成したスパークプラグのサンプルと、接続部の外周に雄ねじ部を設けたスパークプラグのサンプルとをそれぞれ作製し、各サンプルについてプラズマ発生確認試験、及び、耐フラッシュオーバー試験を行った。

尚、プラズマ発生確認試験の概要は次の通りである。すなわち、接続部を円筒状に形成したサンプルにおいては、外部導体に対して接続部を嵌合し、接続部に雄ねじ部を形成したサンプルにおいては、外部導体の雌ねじ部に対して接続部を螺合することで、各サンプルと同軸ケーブルとを接続した。その上で、各サンプルに対してＪＩＳ Ｂ８０３１に規定される耐衝撃性試験（振動振幅２２ｍｍの衝撃を毎分４００回の割合でスパークプラグに１０分間与える試験）を行い、その後、各サンプルに対して所定の高周波電力を供給し、プラズマが発生するか否かを確認した。

また、耐フラッシュオーバー試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを所定のチャンバーに取付けるとともに、チャンバー内の圧力を１．０ＭＰａに設定した。そして、サンプルに対して所定の高周波電力を供給したときに、端子電極と主体金具との間において絶縁碍子の表面を伝わった異常な放電（フラッシュオーバー）が生じるか否かを確認した。

プラズマ発生確認試験の試験結果について、接続部を円筒状に形成したサンプルの試験結果を表１に示し、接続部の外周に雄ねじ部を設けたサンプルの試験結果を表２に示す。また、耐フラッシュオーバー試験の試験結果について、接続部を円筒状に形成したサンプルの試験結果を表３に示し、接続部の外周に雄ねじ部を設けたサンプルの試験結果を表４に示す。尚、各サンプルともに、工具係合部のサイズ（対辺寸法）を１４ｍｍとし、接続部の外径（ねじ径）を１３ｍｍとした。さらに、軸線に沿った絶縁碍子の後端から大径部の先端までの長さをＪＩＳ等の規格に適合する一定の長さとした。尚、接続部のうち外部導体に接触する部位の長さはＬよりも小さなものであった。

表１及び表２に示すように、接続部の長さＬを０．５ｍｍ未満としたサンプルは、プラズマの発生が確認されず、耐振動性の面で劣ることが明らかとなった。これは、接続部の長さＬが比較的短かったため、振動により接続部から外部導体が外れてしまったことによると考えられる。

また、表３及び表４に示すように、接続部の長さＬを５ｍｍよりも大きくしたサンプルは、フラッシュオーバーが発生してしまい、プラズマの発生に支障が生じてしまうことが分かった。これは、接続部の長さＬを大きくしたことで、主体金具と端子電極との間の絶縁碍子の表面を沿った距離が小さくなってしまい、主体金具と端子電極との間の絶縁性が低下してしまったことによると考えられる。

これに対して、接続部の長さＬを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下としたサンプルは、耐振動性及び耐フラッシュオーバー性の双方に優れることが確認された。これは、接続部の長さＬを十分に大きく確保したことで、振動を加えられた場合でも接続部と外部導体との間の接触状態が安定し、一方で、長さＬの過大を防止したことで、主体金具と端子電極との間における絶縁性を十分に確保できたためであると考えられる。

以上の試験結果より、優れた耐振動性及び耐フラッシュオーバー性を実現するためには、接続部の長さＬを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、接続部を円筒状に形成するとともに、接続部の表面粗さを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて着火性評価試験を行った。着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、排気量２．０ＬのＤＯＨＣエンジンの１気筒にサンプルを組付けた上で、サンプルに対して１００Ｗの高周波電力を１０００回供給するとともに、高周波電力を供給した際の放電電圧の波形（放電波形）を測定した。そして、放電波形に基づいて１０００回中に発生した放電異常（失火）の回数を計測するとともに、失火の発生した割合（失火率）を算出した。表５に、接続部表面の算術平均粗さと失火率との関係を示す。尚、各サンプルともに接続部の長さＬを０．５ｍｍとした。

表５に示すように、接続部の表面粗さを１０μｍ以下としたサンプルは、失火が発生することなく、プラズマを安定的に発生可能であることが明らかとなった。これは、接続部の表面を平滑に形成したことで、接続部と外部導体との間の接触抵抗を十分に低減させることができたためであると考えられる。

以上の試験結果より、プラズマをより安定して発生させるという観点から、接続部の表面の算術平均粗さＲａを１０μｍ以下とすることが好ましいといえる。

次いで、接続部の肉厚Ｔを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述したＪＩＳ Ｂ８０３１に規定される耐衝撃性試験を行った。そして、試験後に接続部を観察し、接続部におけるクラック（割れ）の有無を確認した。表６に当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに接続部の長さＬを１．０ｍｍとした。

表６に示すように、接続部の肉厚Ｔを０．３ｍｍ以上としたサンプルは、接続部にクラックが発生することなく、優れた強度を有することが分かった。

以上の試験結果より、衝撃に対する強度を高め、プラズマをより安定して発生させるという点から、接続部の肉厚Ｔを０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次に、主体金具を炭素鋼により形成するとともに、接続部の表面にＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、又は、Ｃｕからなる被膜を設けたスパークプラグのサンプルと、接続部の表面に特段の被膜を設けなかったスパークプラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて上述のプラズマ発生電力測定試験を行った。表７に、各サンプルの試験結果を示すとともに、被膜を形成した金属（被膜形成金属）と、被膜形成金属の導電率とを併せて示す。尚、被膜を設けなかったサンプルについては、表７の導電率の欄に炭素鋼の導電率を示す。

表７に示すように、主体金具を構成する材料よりも導電率の高い金属で接続部表面に被膜を形成したサンプルは、それぞれプラズマ発生電力が低減し、電力の損失抑制効果に優れることが明らかとなった。これは、主体金具の表面に被膜を設けたことで、主体金具表面の抵抗を低下させることができたためであると考えられる。

以上の試験結果より、電力の損失を一層抑制し、着火性の更なる向上を図るという点から、接続部の表面に、主体金具を構成する材料よりも導電率の高い金属からなる被膜を設けることが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態で示している主体金具３における接続部２０の形成位置は例示であって、接続部２０の形成位置は、大径部１６よりも軸線ＣＬ１方向に沿って後端側であればよい。

従って、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、工具係合部５１の外周面に環状をなす凹状の接続部４１，４２，４３を設けることとしてもよい。この場合においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。また、接続部４１〜４３を凹状に形成することで、接続部４１〜４３に対して外部導体３３の端部が軸線ＣＬ１方向に沿って相対移動してしまうことをより確実に防止でき、接続部４１〜４３と外部導体３３とをより安定した状態で接続することができる。尚、工具係合部５１の外周面における接続部の形成位置は特に限定されるものではなく、図７（ａ）に示すように、工具係合部５１の後端側に接続部４１を設けてもよいし、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、工具係合部５１のほぼ中央に接続部４２，４３を設けることとしてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、接続部４２の外形線が屈曲形状をなしていてもよいし、図７（ｃ）に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、接続部４３の外形線が湾曲形状をなしていてもよい。

さらに、上記実施形態においては、接続部２０を設けるべく、工具係合部１９の軸線ＣＬ１に沿った長さが比較的短いものとされているが、工具係合部の長さを従前とほぼ同等に維持しつつ、接続部を設けることとしてもよい。従って、例えば、図８（ａ）に示すように、主体金具３のうち、工具係合部６１と大径部１６との間に位置する比較的薄肉な部位を接続部４４とすることで、工具係合部６１の長さを十分に維持することとしてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、工具係合部６１の長さを十分に維持しつつ、工具係合部６１と加締め部２１との間に接続部４５を設けることとしてもよい。

加えて、図９（ａ）に示すように、工具係合部６１の軸線ＣＬ１に沿った長さを十分に確保しつつ、加締め部２１の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に延びる円筒状の接続部４６を設けることとしてもよい。また、この場合において、図９（ｂ）に示すように、接続部４７の外周に、外部導体３３の端部の内周面に形成された雌ねじ部５４を螺合可能な雄ねじ部５３を設けることとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では特に記載していないが、ねじにより接続部と外部導体３３と接続するにあたって、雄ねじ部に対する雌ねじ部の緩みを防止するための緩み防止手段を設けることとしてもよい。緩み防止手段としては、例えば、図１０に示すように、雌ねじ部５６に雄ねじ部５５が螺合された際に、外部導体３３の端面と接触し、潰れ変形するスプリングワッシャ５７を挙げることができる。当該スプリングワッシャ５７により主体金具３に対する外部導体３３の相対回転を規制することができ、雄ねじ部５５に対する雌ねじ部５６の緩みを防止することができる。尚、緩み防止手段として、スプリングワッシャ５７に代えて、例えば、環状のガスケットやメタルＯリング等を用いることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、接続部の外周面に雄ねじ部が形成される場合を示しているが、図１１に示すように、主体金具３の加締め部２１よりも後端側に突出する円筒状の接続部４８を設けるとともに、当該接続部４８の内周面に雌ねじ部５８を設け、外部導体３３の端部の外周面に形成された雄ねじ部５９を雌ねじ部５８に対して螺合することで、接続部４８と外部導体３３とを接続することとしてもよい。この場合にも、接続部４８と外部導体３３とをより確実に接触させることができ、電力の損失をより確実に抑制することができる。また、外部導体３３をより小径に形成することができるため、例えば、プラグホール内に配置されるスパークプラグ等、スパークプラグの外周に大きな空間を確保することができない場合であっても、外部導体３３を接続部４８に対してより容易に、かつ、より確実に接続することができる。

（ｄ）上記実施形態では、メッキ処理により接続部２０の表面に被膜２９を設ける手法が記載されているが、例えば、ＣｕやＡｇなどにより形成されたテープを接続部２０の表面に貼付することで被膜２９を設けることとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、主体金具３の先端部に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｆ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…スパークプラグ（高周波プラズマスパークプラグ）
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
６…端子電極
１６…大径部
２０…接続部
２９…被膜
３１…同軸ケーブル
３２…内部導体
３３…外部導体
５１…雄ねじ部
５２…雌ねじ部
５７…スプリングワッシャ（緩み防止手段）
ＣＬ１…軸線

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
   前記軸孔の後端側に挿設され、前記中心電極に対して電気的に接続された端子電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具とを備え、
   内部導体、及び、当該内部導体の外周に配置された筒状の外部導体を具備する同軸ケーブルのうち、前記内部導体が前記端子電極に接続されるとともに、前記外部導体が前記主体金具に接続され、所定の高周波電源により発生された高周波電力が前記同軸ケーブルを介して供給されることで高周波プラズマを発生させる高周波プラズマスパークプラグであって、
   前記主体金具は、
   径方向外側に膨出する大径部と、
   前記外部導体に接触する接続部とを有し、
   前記接続部は、前記大径部よりも前記軸線方向後端側に形成され、前記接続部の外周は、前記軸線方向に沿って延びる円筒状をなすとともに、前記軸線に沿った前記接続部の長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされることを特徴とする高周波プラズマスパークプラグ。
2. 前記接続部の表面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下とされることを特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマスパークプラグ。
3. 前記接続部の外周には、前記外部導体の内周面に形成された雌ねじ部を螺合可能な雄ねじ部が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波プラズマスパークプラグ。
4. 前記主体金具は、前記雄ねじ部に対する前記雌ねじ部の緩みを防止する緩み防止手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の高周波プラズマスパークプラグ。
5. 前記接続部の肉厚が０．３ｍｍ以上とされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波プラズマスパークプラグ。
6. 前記接続部の表面が、前記主体金具を構成する材料よりも導電率の高い物質からなる被膜で覆われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波プラズマスパークプラグ。

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