JP2015015239A - プラズマジェット点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマジェット点火プラグの耐久性を向上させる。
【解決手段】プラズマジェット点火プラグでは、導体部の少なくとも一部と第１の円筒部との間に間隙が形成されるとともに、第１の円筒部と第２の円筒部との間に間隙が形成され、；第１の円筒部および第２の円筒部が存在する部位を軸線方向に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、第１の円筒部の外径ＯＤ１と第２の円筒部の内径ＩＤ２との間の径差Ｔ１と、第１の円筒部の内径ＩＤ１と導体部の外径ｄとの間の径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。
【選択図】図７

Description

本発明は、プラズマジェット点火プラグに関する。

内燃機関の点火装置として、プラズマジェット点火プラグを用いた点火装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１のプラズマジェット点火プラグは、開口が形成された筒状の絶縁体と、絶縁体の内側に配置された中心電極と、絶縁体の外側に配置された接地電極とを備える。特許文献１の点火装置は、プラズマジェット点火プラグにおける絶縁体と中心電極との間に形成されたキャビティ（空洞）において、火花放電によって絶縁破壊を起こした上で、電力エネルギをさらに投入することによって、キャビティ内の気体から生成されるプラズマを、開口を通じてキャビティから噴出させる。これによって、燃焼室内の混合気に対する点火が行われる。特許文献１のプラズマジェット点火プラグでは、火花放電として沿面放電が発生する。沿面放電は、中心電極と接地電極との間に絶縁体の表面に沿って放電路を形成する。

特開２０１２−２２５２０４号公報

特許文献１のプラズマジェット点火プラグでは、沿面放電による絶縁体の浸食によって絶縁体の開口に放電路に沿った溝が形成される現象（チャネリング）が起こり、このような溝からプラズマが漏れることによって着火性が低下するという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、プラズマジェット点火プラグが提供される。このプラズマジェット点火プラグは、導体部であって、軸線方向に延びた棒状の中心電極と、前記中心電極の後端側に配置され、前記軸線方向に延びた棒状の端子電極と、前記中心電極と前記端子電極との間に配置され、前記中心電極と前記端子電極との間を導通する導電シール部と、を含む導体部と；前記導体部の外周に設けられた絶縁体であって、前記導体部の少なくとも一部を包囲する第１の円筒部と、前記第１の円筒部の一端に形成され、前記中心電極の先端側を包囲する第１の先端部であって、前記中心電極に通じる第１の開口が形成された第１の先端部と、を有する絶縁体と；前記絶縁体の外周に設けられた主体金具であって、前記第１の円筒部を包囲する第２の円筒部と、前記第２の円筒部の一端に形成され、前記第１の先端部を包囲する第２の先端部であって、前記第１の開口に通じる第２の開口が形成された第２の先端部と、を有する主体金具とを備える。このプラズマジェット点火プラグでは、前記導体部の少なくとも一部と前記第１の円筒部との間に間隙が形成されるとともに、前記第１の円筒部と前記第２の円筒部との間に間隙が形成され、；前記第１の円筒部および前記第２の円筒部が存在する部位を前記軸線方向に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、前記第１の円筒部の外径ＯＤ１と前記第２の円筒部の内径ＩＤ２との間の径差Ｔ１と、前記第１の円筒部の内径ＩＤ１と前記導体部の外径ｄとの間の径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。この形態によれば、プラズマジェット点火プラグの静電容量を抑制できる。したがって、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、チャネリングの進行を抑制できる。その結果、プラズマジェット点火プラグの耐久性を向上させることができる。また、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、容量放電に起因するノイズの発生を抑制できる。

（２）上述のプラズマジェット点火プラグにおいて、少なくとも、前記第１の円筒部における前記軸線方向に一様に延びた外周面と、前記第２の円筒部における前記軸線方向に一様に延びた内周面とが最も長く対向する範囲にわたって、前記径差Ｔ１と前記径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たしてもよい。この形態によれば、静電容量の抑制に寄与する部位を十分に確保できる。

（３）上述のプラズマジェット点火プラグにおいて、前記第１の円筒部および前記第２の円筒部が存在する部位のうち、前記軸線方向に直交する方向に沿った前記第１の円筒部の肉厚Ｐが最小となる部位を、前記軸線方向に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、前記肉厚Ｐと前記内径ＩＤ２との関係は、Ｐ≧（０．３６×ＩＤ２）／２を満たしてもよい。この形態によれば、絶縁体における第１の円筒部に火花放電によって貫通孔が形成されることを防止できる。

（４）上述のプラズマジェット点火プラグにおいて、前記第１の先端部における内周面と前記中心電極との間には空洞が形成され、前記内周面は、前記中心電極の外径よりも内径が大きい大径部と；前記第１の開口を形成し、前記大径部および前記第２の開口よりも内径が小さい小径部とを有し、前記中心電極の先端側表面は、前記軸線方向において前記小径部に位置し、前記第２の先端部には、前記第２の開口が形成された接地電極であって、前記中心電極に正極性の電圧が印加された場合に前記中心電極との間に火花放電を発生させる接地電極が接合され、前記接地電極と前記第１の先端部との間には間隙が形成され、前記軸線方向に沿った前記絶縁体の先端と前記先端側表面との間の距離Ｄは、１．０ｍｍ以上であってもよい。この形態によれば、径差Ｔ１および径差Ｔ２と内径ＩＤ２との関係に基づく静電容量の抑制によって、チャネリングを効果的に抑制できる。なお、距離Ｄが１．０ｍｍ未満の場合、火花放電が絶縁体の表面を跳ねながら進むことが多いため、チャネリングが起こりにくい。
（５）上述のプラズマジェット点火プラグにおいて、前記第１の先端部における内周面と前記中心電極における先端側表面との間には空洞が形成され、前記内周面は、前記中心電極の外径よりも内径が大きい大径部と、前記第１の開口を形成し、前記大径部および前記第２の開口よりも内径が小さい小径部とを有し；前記中心電極は、前記内周面から離れた状態で、前記軸線方向において前記小径部よりも前記大径部側に位置し；前記先端側表面は、凸状の角部を有し；前記軸線方向に直交する方向に沿った前記小径部の中心軸から前記角部までの距離は、前記小径部の内側半径よりも大きく；前記第２の先端部には、前記第２の開口が形成された接地電極であって、前記中心電極に正極性の電圧が印加された場合に前記中心電極との間に火花放電を発生させる接地電極が接合され；前記接地電極と前記第１の先端部との間には間隙が形成され；前記軸線方向に沿った前記絶縁体の先端と前記先端側表面との間の距離Ｄは、１．５ｍｍ以上であってもよい。この形態によれば、径差Ｔ１および径差Ｔ２と内径ＩＤ２との関係に基づく静電容量の抑制によって、チャネリングを効果的に抑制できる。なお、距離Ｄが１．５ｍｍ未満の場合、火花放電が絶縁体の表面を跳ねながら進むことが多いため、チャネリングが起こりにくい。

本発明は、プラズマジェット点火プラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、プラズマジェット点火プラグを用いた点火装置、プラズマジェット点火プラグの部品、プラズマジェット点火プラグの製造方法などの形態で実現することができる。

点火装置の構成を示す説明図である。 プラズマジェット点火プラグの構成を示す説明図である。 プラズマジェット点火プラグの先端側の詳細構成を示す説明図である。 先端側から見たプラズマジェット点火プラグの先端側を示す説明図である。 図２の矢視Ｆ５−Ｆ５から見たプラズマジェット点火プラグの断面を概略的に示す説明図である。 プラズマジェット点火プラグの等価回路を示す説明図である。 径差についての評価試験の結果を示す表である。 肉厚についての評価試験の結果を示す表である。 第２実施形態におけるプラズマジェット点火プラグの先端側の詳細構成を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態
Ａ−１．点火装置の構成
図１は、点火装置８０の構成を示す説明図である。点火装置８０は、プラズマジェット点火プラグ２０を用いて、内燃機関（図示しない）における燃焼室内の混合気に点火する。点火装置８０は、プラズマジェット点火プラグ２０の他、点火制御部８１０と、電圧印加部８２０と、電力投入部８４０とを備える。

プラズマジェット点火プラグ２０と電圧印加部８２０との間は、ダイオード８６２を介して電気的に接続されている。ダイオード８６２は、プラズマジェット点火プラグ２０から電圧印加部８２０への電流の流れを防止する。

プラズマジェット点火プラグ２０と電力投入部８４０との間は、ダイオード８６６とコイル８６８とを介して電気的に接続されている。ダイオード８６６は、プラズマジェット点火プラグ２０から電力投入部８４０への電流の流れを防止する。コイル８６８は、電力投入部８４０からプラズマジェット点火プラグ２０へ流れる電流を調整する。

点火装置８０の点火制御部８１０は、電圧印加部８２０および電力投入部８４０の動作を制御する。本実施形態では、点火制御部８１０の機能は、コンピュータプログラムに基づいてＣＰＵが動作することによってソフトウェア的に実現される。他の実施形態では、点火制御部８１０の機能は、点火制御部８１０が備える回路構成に基づいてハードウェア的に実現されても良い。

点火装置８０の電圧印加部８２０は、点火制御部８１０からの制御信号に基づいて、プラズマジェット点火プラグ２０において火花放電を発生させる電圧を、プラズマジェット点火プラグ２０に印加する。電圧印加部８２０は、一次コイル８２１と、二次コイル８２２と、コア８２３と、直流電源８２６と、スイッチ８２８とを備える。

一次コイル８２１の一端は、直流電源８２６に接続され、一次コイル８２１の他端は、スイッチ８２８に接続されている。二次コイル８２２の一端は、直流電源８２６に接続され、二次コイル８２２の他端は、プラズマジェット点火プラグ２０へと接続されている。コア８２３には、一次コイル８２１と二次コイル８２２とが相互に対向する位置に巻き付けられている。スイッチ８２８は、点火制御部８１０からの制御信号に基づいて、直流電源８２６から一次コイル８２１に対する電力供給のオンオフを切り替える。

電圧印加部８２０からプラズマジェット点火プラグ２０に電圧を印加する場合、点火制御部８１０は、スイッチ８２８をオンに切り替え、直流電源８２６から一次コイル８２１への電流供給を実施することによってコア８２３に磁界を形成する。その後、点火制御部８１０は、スイッチ８２８をオフに切り替え、直流電源８２６から一次コイル８２１への電流供給を停止する。この電流供給の停止に応じてコア８２３の磁界が変化することによって、一次コイル８２１に自己誘導作用による一次電圧が発生するとともに、二次コイル８２２に正極性の高電圧（例えば、５〜３０ｋＶ（キロボルト））が発生する。この正極性の高電圧は、プラズマジェット点火プラグ２０に印加される。これによって、プラズマジェット点火プラグ２０に火花放電が発生する。

点火装置８０の電力投入部８４０は、点火制御部８１０からの制御信号に基づいて、プラズマジェット点火プラグ２０においてプラズマを発生させる電力を、プラズマジェット点火プラグ２０に投入する。電力投入部８４０は、電源８４２と、コンデンサ８４６とを備える。

電源８４２は、点火制御部８１０からの制御信号に基づいて、正極性の高電圧（例えば、５００〜１０００Ｖ（ボルト））を発生する。電源８４２は、プラズマジェット点火プラグ２０へと電気的に接続されている。コンデンサ８４６の一端は、電源８４２に接続され、コンデンサ８４６の他端は、接地されている。

電力投入部８４０からプラズマジェット点火プラグ２０に電力を投入する場合、点火制御部８１０は、電源８４２によってコンデンサ８４６を充電する。その後、プラズマジェット点火プラグ２０において火花放電による絶縁破壊に応じて、コンデンサ８４６に蓄積された正極性の電気エネルギがプラズマジェット点火プラグ２０に投入される。これによって、プラズマジェット点火プラグ２０にプラズマが発生する。

Ａ−２. プラズマジェット点火プラグの構成
図２は、プラズマジェット点火プラグ２０の構成を示す説明図である。図２には、プラズマジェット点火プラグ２０の軸心である軸線ＳＬ１を境界として、紙面右側にプラズマジェット点火プラグ２０の外観形状が図示され、紙面左側にプラズマジェット点火プラグ２０の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、プラズマジェット点火プラグ２０における図２の紙面下側を「先端側」といい、図２の紙面上側を「後端側」という。

図３は、プラズマジェット点火プラグ２０の先端側の詳細構成を示す説明図である。図３には、プラズマジェット点火プラグ２０の先端側を軸線ＳＬ１に沿って切断した断面形状が図示されている。

プラズマジェット点火プラグ２０は、中心電極１１０と、絶縁体２００と、主体金具３００と、接地電極４００とを備える。本実施形態では、プラズマジェット点火プラグ２０の軸線ＳＬ１は、プラズマジェット点火プラグ２０の各部材における軸心でもある。

プラズマジェット点火プラグ２０の中心電極１１０は、導電性を有する部材である。中心電極１１０は、軸線ＳＬ１を中心とする軸線方向に延びた棒状を成す。本実施形態では、中心電極１１０は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金（例えば、インコネル６００（「インコネル」は登録商標））から成る。中心電極１１０の後端側は、絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。

中心電極１１０は、導電シール部１６０と端子電極１９０とともに導体部１００を構成する。導体部１００は、軸線ＳＬ１に沿って配置された導電性を有する部位である。導電シール部１６０は、導電性金属とガラスとから主に成り、中心電極１１０と端子電極１９０との間に配置され、中心電極１１０と端子電極１９０との間を導通する。端子電極１９０は、中心電極１１０の後端側に配置され、軸線方向に延びた棒状を成す。端子電極１９０は、絶縁体２００の後端側から突出し、電圧印加部８２０および電力投入部８４０から供給される電力の入力を受ける。

プラズマジェット点火プラグ２０の絶縁体２００は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体２００は、軸線方向に延びた筒状を成し、導体部１００の外周に設けられている。本実施形態では、絶縁体２００は、絶縁性セラミックス材料（例えば、アルミナ）を焼成することによって作製される。絶縁体２００には、先端側から後端側に向かって順に、先端部２２０と、円筒部２３０と、円筒部２４０と、鍔部２５０と、円筒部２７０とが形成されている。

絶縁体２００の先端部２２０は、円筒部２３０の一端に形成され、中心電極１１０の先端側を包囲する第１の先端部である。本実施形態では、先端部２２０は、先端側に向けて先細りになった円錐状の外形を成す。先端部２２０には、端面２１０が形成されている。端面２１０は、絶縁体２００の先端を構成する面である。端面２１０には、開口２１５が形成されている。開口２１５は、絶縁体２００の内側に保持されている中心電極１１０に通じる第１の開口である。

絶縁体２００の円筒部２３０は、先端部２２０の後端側に形成され、軸線ＳＬ１に沿って一様に延びた円筒状を成す。円筒部２３０は、導体部１００の少なくとも一部を包囲する第１の円筒部であり、本実施形態では、中心電極１１０を包囲する。

絶縁体２００の円筒部２４０は、円筒部２３０の後端側に形成され、円筒部２３０よりも大きな外径を有し、軸線ＳＬ１に沿って一様に延びた円筒状を成す。円筒部２４０は、導体部１００の少なくとも一部を包囲する第１の円筒部であり、本実施形態では、中心電極１１０、導電シール部１６０および端子電極１９０を包囲する。

本実施形態では、円筒部２３０と円筒部２４０との間には、テーパ状の段部２３８が形成されている。段部２３８は、パッキン２３９を介して主体金具３００の段部３９４に係止されている。

絶縁体２００の鍔部２５０は、円筒部２４０の後端側に形成され、円筒部２４０および円筒部２７０よりも外周方向に張り出した円筒状を成す。

絶縁体２００の円筒部２７０は、鍔部２５０の後端側に形成された円筒状の部位である。円筒部２７０の後端側は、主体金具３００の後端側から突出している。円筒部２７０の後端側からは端子電極１９０が突出している。

プラズマジェット点火プラグ２０の主体金具３００は、導電性を有する金属体である。主体金具３００は、軸線方向に延びた筒状を成し、絶縁体２００の外周に設けられている。本実施形態では、主体金具３００は、筒状に成形された低炭素鋼にニッケルめっきを施した部材である。他の実施形態では、主体金具３００は、亜鉛めっきを施した部材であっても良いし、めっきを施していない部材（無めっき）であっても良い。主体金具３００には、先端側から後端側に向かって順に、先端部３２０と、ネジ部３３０と、胴部３４０と、溝部３５０と、工具係合部３６０と、カシメ蓋３７０とが形成されている。

主体金具３００の先端部３２０は、ネジ部３３０の一端に形成され、絶縁体２００の先端部２２０を包囲する第２の先端部である。本実施形態では、先端部３２０は、軸線ＳＬ１に沿って一様に延びた円筒状を成す。先端部３２０には、端面３１０が形成されている。端面３１０は、主体金具３００の先端を構成する面である。端面３１０には、開口４１５が形成された接地電極４００が接合されている。開口４１５は、主体金具３００の内側に保持されている絶縁体２００の開口２１５に通じる第２の開口である。

主体金具３００のネジ部３３０は、先端部３２０の後端側に形成され、絶縁体２００の円筒部２３０および円筒部２４０を包囲する第２の円筒部である。ネジ部３３０は、ネジ山が外側面に形成された円筒状を成す。ネジ部３３０の後端側には、ガスケット５００が嵌め込まれている。本実施形態では、ネジ部３３０の呼び径は、Ｍ１２である。プラズマジェット点火プラグ２０は、ネジ部３３０を用いて内燃機関（図示しない）に取り付けられる。

主体金具３００の胴部３４０は、ネジ部３３０の後端側に形成され、ネジ部３３０よりも外周方向に張り出した円筒状を成す。主体金具３００の溝部３５０は、胴部３４０と工具係合部３６０との間に形成され、主体金具３００を絶縁体２００にカシメ固定する際に外周方向に膨出した部位である。

主体金具３００の工具係合部３６０は、溝部３５０よりも外周方向へ多角形状に張り出した部位であり、プラズマジェット点火プラグ２０を取り付けるための工具（図示しない）に係合する形状（例えば、六角ボルト状）を成す。主体金具３００のカシメ蓋３７０は、主体金具３００を絶縁体２００にカシメ固定する際に、主体金具３００の後端側を絶縁体２００に向けて屈曲して成形した部位である。

プラズマジェット点火プラグ２０の接地電極４００は、導電性を有する部材である。接地電極４００は、軸線ＳＬ１を中心に開口４１５が形成された中空円板状を成し、主体金具３００の端面３１０に接合されている。本実施形態では、接地電極４００は、中心電極１１０と同様に、ニッケル合金から成る。

図３に示すように、絶縁体２００の先端部２２０における内周面と、中心電極１１０の先端側表面１１２との間には、空洞（キャビティ）ＣＶが形成されている。絶縁体２００の先端部２２０は、内周面として、小径部２９２と大径部２９４とを有する。先端部２２０の小径部２９２は、開口２１５を形成し、大径部２９４および接地電極４００の開口４１５よりも内径が小さい。先端部２２０の大径部２９４は、中心電極１１０の外径よりも内径が大きい。

中心電極１１０は、絶縁体２００の内周面から離れた状態で、軸線方向において小径部２９２よりも大径部２９４側に位置する。中心電極１１０の先端側表面１１２は、凸状の角部１１３を有する。軸線方向に直交する方向に沿った小径部２９２の中心軸ＳＬ２から角部１１３までの距離Ｄｔは、小径部２９２の内側半径Ｒｉｓよりも大きい。

接地電極４００と絶縁体２００の端面２１０との間には、間隙ＡＧが形成されている。絶縁体２００の端面２１０と、中心電極１１０の先端側表面１１２との間における、軸線ＳＬ１に沿った距離Ｄが、１．５ｍｍ（ミリメートル）以上である場合、中心電極１１０に正極性の電気エネルギが印加される本実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０では、中心電極１１０と接地電極４００との間に発生する火花放電は、沿面放電になりやすい。沿面放電は、絶縁体２００の表面に沿って放電路ＳＤを形成する。

図４は、先端側から見たプラズマジェット点火プラグ２０の先端側を示す説明図である。プラズマジェット点火プラグ２０では、沿面放電による絶縁体２００の浸食によって絶縁体２００の開口２１５に放電路ＳＤに沿った溝ＣＮが形成される現象（チャネリング）が起こる。沿面放電による溝ＣＮは、開口２１５の内側から放射状に成長する。絶縁体２００の開口２１５に溝ＣＮが形成された場合、プラズマが溝ＣＮから漏れるため、プラズマジェット点火プラグ２０の着火性が低下する。

なお、中心電極１１０に正極性の電気エネルギが印加される本実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０では、距離Ｄが１．５ｍｍ未満の場合、絶縁体２００の開口２１５が接地電極４００の開口４１５より小さい上に、接地電極４００の開口４１５と、絶縁体２００の端面２１０との間に間隙ＡＧが形成されているため、火花放電が発生した際、接地電極４００から飛んだ電子は、絶縁体２００の端面２１０で跳ねやすく、その跳ねた勢いを維持しながら中心電極１１０の先端側表面１１２へと進むことが多い。そのため、接地電極４００から飛んだ電子は、沿面放電を形成することなく中心電極１１０の先端側表面１１２に到達することが多い。したがって、中心電極１１０に正極性の電気エネルギが印加される本実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０では、距離Ｄが１．５ｍｍ未満の場合、チャネリングが起こりにくい。

図５は、図２の矢視Ｆ５−Ｆ５から見たプラズマジェット点火プラグ２０の断面を概略的に示す説明図である。図５の断面は、絶縁体２００の円筒部２４０と、主体金具３００のネジ部３３０とが存在する部位を、軸線ＳＬ１に直交する仮想平面に沿って切断した切断面である。

図５の断面において、絶縁体２００と主体金具３００との間には、間隙ＡＧ１が形成されている。導体部１００と絶縁体２００の間には、間隙ＡＧ２が形成されている。間隙ＡＧ１および間隙ＡＧ２は、空気で満たされる。空気の比誘電率は、絶縁体２００の比誘電率よりも小さい。

図６は、プラズマジェット点火プラグ２０の等価回路を示す説明図である。プラズマジェット点火プラグ２０は、中心電極１１０および接地電極４００に対して並列に接続された静電容量Ｃｐを有する。静電容量Ｃｐは、導体部１００と主体金具３００との間に存在する絶縁体２００および間隙ＡＧ１，Ａｇ２によって形成される。電力投入部８４０からプラズマジェット点火プラグ２０に電力を投入する場合、プラズマジェット点火プラグ２０の静電容量Ｃｐに蓄積された正極性の電気エネルギが、電力投入部８４０からの電気エネルギに加えて中心電極１１０に投入される。

絶縁体２００によって構成される静電容量Ｃ１は、次の式（１）によって示される。
Ｃ１＝ε０ × ε１ × ｈ ×（２π／ｌｏｇ（ｂ１／ａ１）） …（１）
ε０：真空の誘電率
ε１：絶縁体２００の誘電率
ｈ：軸線方向の長さ
ａ１：絶縁体２００の内径ＩＤ１
ｂ１：絶縁体２００の外径ＯＤ１

間隙ＡＧ１によって構成される静電容量Ｃ２は、次の式（２）によって示される。
Ｃ２＝ε０ × ε２ × ｈ ×（２π／ｌｏｇ（ｂ２／ａ２）） …（２）
ε０：真空の誘電率
ε２：空気の誘電率
ｈ：軸線方向の長さ
ａ２：絶縁体２００の外径ＯＤ１
ｂ２：主体金具３００の内径ＩＤ２

間隙ＡＧ２によって構成される静電容量Ｃ３は、次の式（３）によって示される。
Ｃ３＝ε０ × ε３ × ｈ ×（２π／ｌｏｇ（ｂ３／ａ３）） …（３）
ε０：真空の誘電率
ε３：空気の誘電率
ｈ：軸線方向の長さ
ａ３：導体部１００の外径ｄ
ｂ３：絶縁体２００の内径ＩＤ１

静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、直列に接続されているため、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から構成される合成静電容量Ｃ４は、次の式（４）によって示される。
Ｃ４＝１／（１／Ｃ１＋１／Ｃ２＋１／Ｃ３） …（４）

図５の断面において、絶縁体２００の外径ＯＤ１と主体金具３００の内径ＩＤ２との間の径差Ｔ１と、絶縁体２００の内径ＩＤ１と導体部１００の外径ｄとの間の径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。これによって、プラズマジェット点火プラグ２０の静電容量Ｃｐを抑制できる。したがって、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、チャネリングの進行を抑制できる。なお、Ｔ１＝ＩＤ２−ＯＤ１であり、Ｔ２＝ＩＤ１−ｄである。

本実施形態では、絶縁体２００における軸線方向に一様に延びた外周面と、主体金具３００における軸線方向に一様に延びた内周面とが最も長く対向する範囲、すなわち、絶縁体２００の円筒部２４０と、主体金具３００のネジ部３３０とが存在する部位にわたって、径差Ｔ１と径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。

加えて、本実施形態では、絶縁体２００の円筒部２３０と、主体金具３００のネジ部３３０とが存在する部位にわたって、径差Ｔ１と径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。したがって、本実施形態では、図２に示す範囲ＡＲ１にわたって、径差Ｔ１と径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす。なお、導電シール部１６０が存在する範囲では、絶縁体２００の内側に導電シール部１６０が充填されるため、Ｔ２＝０である。

図２に示す範囲ＡＲ１のうち、軸線ＳＬ１に直交する方向に沿った絶縁体２００の肉厚Ｐが最小となる部位では、軸線ＳＬ１に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、肉厚Ｐと主体金具３００の内径ＩＤ２との関係は、Ｐ≧（０．３６×ＩＤ２）／２を満たす。これによって、絶縁体２００に火花放電によって貫通孔が形成されることを防止できる。

Ａ−３．評価試験
図７は、径差Ｔ１，Ｔ２についての評価試験の結果を示す表である。図７の評価試験では、試験者は、絶縁体２００の外径ＯＤ１が異なる複数のプラズマジェット点火プラグを、試料として作成した。各試料におけるネジ部３３０の呼び径は、Ｍ１２である。

試験者は、各試料について耐久試験を行った。具体的には、試験者は、０．４ＭＰａ（メガパスカル）の空気中において、試料によるプラズマの発生を、２０Ｈｚ（ヘルツ）の間隔で１０時間繰り返し行った。

耐久試験の後、試験者は、各試料におけるチャネリングの進行状態を確認した。チャネリングによる溝ＣＮの深さが０．４ｍｍを超える場合、着火性が大きく低下する。図７の評価試験の評価基準は次のとおりである。

◎（優）：溝ＣＮの深さが０．０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下
○（良）：溝ＣＮの深さが０．３ｍｍ未満０．４ｍｍ以下
×（不可）：溝ＣＮの深さが０．４ｍｍ超過

図７の評価試験によれば、チャネリングの進行を抑制する観点から、径差Ｔ１と径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たすことが好ましく、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１６×ＩＤ２を満たすことがいっそう好ましい。

図８は、肉厚Ｐについての評価試験の結果を示す表である。図８の評価試験では、試験者は、絶縁体２００の外径ＯＤ１が異なる複数のプラズマジェット点火プラグを、試料として５個ずつ作成した。図８の各値は、各試料においてＴ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす範囲ＡＲ１のうち、軸線ＳＬ１に直交する方向に沿った絶縁体２００の肉厚Ｐが最小となる部位で、軸線ＳＬ１に直交する仮想平面に沿って切断した切断面における値である。各試料におけるネジ部３３０の呼び径は、Ｍ１２である。

試験者は、０．４ＭＰａおよび２．０Ｍｐａの各圧力の空気中において、試料によるプラズマの発生を、２０Ｈｚの間隔で１時間、繰り返し行った後、絶縁体２００における貫通孔の有無を確認した。試験者は、絶縁体２００に貫通孔が形成されなかった試料を「○（良）」と評価し、絶縁体２００に貫通孔が形成された試料を「×（不可）」と評価した。

図８の評価試験のうち、０．４ＭＰａの評価試験では、いずれの試料においても、絶縁体２００に貫通孔が形成されなかった。０．４ＭＰａの評価試験よりも放電電圧が高くなる２．０ＭＰａの評価試験では、２×Ｐ／ＩＤ２の値が「３５．９％」、「３７．２％」である試料２４，２５において、絶縁体２００に貫通孔が形成された。これらの貫通孔は、絶縁体２００において肉厚Ｐが最小となる部位に形成されていた。

図８の評価試験によれば、絶縁体２００における貫通孔の形成を抑制する観点から、肉厚Ｐは、Ｐ≧（０．３６×ＩＤ２）／２を満たすことが好ましい。

Ａ−４．効果
以上説明した実施形態によれば、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たすため、プラズマジェット点火プラグ２０の静電容量Ｃｐを抑制できる。したがって、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、チャネリングの進行を抑制できる。その結果、プラズマジェット点火プラグ２０の耐久性を向上させることができる。また、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、容量放電に起因するノイズの発生を抑制できる。

また、絶縁体２００における軸線方向に一様に延びた外周面と、主体金具３００における軸線方向に一様に延びた内周面とが最も長く対向する範囲、すなわち、絶縁体２００の円筒部２４０と、主体金具３００のネジ部３３０とが存在する部位にわたって、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たすため、静電容量Ｃｐの抑制に寄与する部位を十分に確保できる。

また、絶縁体２００の肉厚Ｐが最小となる部位において、Ｐ≧（０．３６×ＩＤ２）／２を満たすため、絶縁体２００に火花放電によって貫通孔が形成されることを防止できる。

また、距離Ｄが１．５ｍｍ以上である場合、径差Ｔ１および径差Ｔ２と内径ＩＤ２との関係に基づく静電容量Ｃｐの抑制によって、チャネリングを効果的に抑制できる。

Ｂ．第２実施形態
図９は、第２実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ２０Ｂの先端側の詳細構成を示す説明図である。図９には、図３と同様に、プラズマジェット点火プラグ２０Ｂの断面形状が図示されている。第２実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０Ｂは、中心電極１１０に代えて中心電極１１０Ｂを備える点を除き、第１実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０と同様である。第２実施形態の中心電極１１０Ｂは、先端側表面１１２が絶縁体２００の小径部２９２に位置する点を除き、第１実施形態の中心電極１１０と同様である。中心電極１１０Ｂに正極性の電気エネルギが印加される第２実施形態のプラズマジェット点火プラグ２０Ｂでは、距離Ｄが１．０ｍｍ以上である場合、中心電極１１０Ｂと接地電極４００との間に発生する火花放電は、沿面放電になりやすい。第２実施形態では、距離Ｄが１．０ｍｍ未満の場合、チャネリングが起こりにくい。

以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たすため、プラズマジェット点火プラグ２０Ｂの静電容量Ｃｐを抑制できる。したがって、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、チャネリングの進行を抑制できる。その結果、プラズマジェット点火プラグ２０Ｂの耐久性を向上させることができる。また、沿面放電の発生時に流れる容量電流が抑制されるため、容量放電に起因するノイズの発生を抑制できる。また、距離Ｄが１．０ｍｍ以上である場合、径差Ｔ１および径差Ｔ２と内径ＩＤ２との関係に基づく静電容量Ｃｐの抑制によって、チャネリングを効果的に抑制できる。

Ｃ．他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

例えば、上述の実施形態に次の変形例を適用することが可能である。
（１）中心電極１１０には、負極性の電力エネルギが印加されてもよい。
（２）絶縁体２００の内周面において、大径部２９４に対応する部分の径と、小径部２９２に対応する部分の径とが、同じであってもよい。
（３）接地電極４００の開口４１５の径は、絶縁体２００の開口２１５の径と同じであってもよいし、絶縁体２００の開口２１５の径より小さくてもよい。
（４）絶縁体２００の開口２１５の径は、中心電極１１０の先端側表面１１２の径より大きくてもよい。さらに、中心電極１１０の先端側表面１１２は、絶縁体２００の小径部２９２の内側に位置してもよい。
（５）中心電極１１０の先端側表面１１２の径は、中心電極１１０の後端側の径より小さくてもよいし、中心電極１１０の後端側の径と同じであってもよい。
（６）接地電極４００は、絶縁体２００の端面２１０に接触することによって、間隙ＡＧが形成されなくてもよい。
（７）接地電極４００は、主体金具３００に接合された別部材ではなく、主体金具３００の一部として一体的に成形された部位であってもよい。
（８）中心電極１１０の先端側は、中心電極１１０の後端側と同様にニッケル合金から成る部位であってもよいし、ニッケル合金から成る部位の先端側に溶接された貴金属製の部位であってもよい。
（９）円筒部２３０が存在する位置と、円筒部２４０が存在する位置とのいずれか一方において、径差Ｔ１と径差Ｔ２との関係が、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たしてもよい。
（１０）導電シール部１６０は、単独の層によって構成されてもよいし、軸線ＳＬ１に沿って積層された複数の層（例えば、３層）によって構成されてもよい。導電シール部１６０が複数の層によって構成される場合、少なくとも２つの層は、相互に異なる材質であってもよい。導電シール部１６０が複数の層によって構成される場合、一部の層は、中心電極１１０や端子電極１９０よりも高い抵抗値であってもよい。
（１１）ネジ部３３０の呼び径は、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１４、Ｍ１８であってもよい。
（１２）これらの変形例は、任意に組み合わせ可能である。

２０，２０Ｂ…プラズマジェット点火プラグ
８０…点火装置
１００…導体部
１１０，１１０Ｂ…中心電極
１１２…先端側表面
１１３…角部
１６０…導電シール部
１９０…端子電極
２００…絶縁体
２１０…端面
２１５…開口
２２０…先端部
２３０…円筒部
２３８…段部
２３９…パッキン
２４０…円筒部
２５０…鍔部
２７０…円筒部
２９２…小径部
２９４…大径部
３００…主体金具
３１０…端面
３２０…先端部
３３０…ネジ部
３４０…胴部
３５０…溝部
３６０…工具係合部
３７０…カシメ蓋
３９４…段部
４００…接地電極
４１５…開口
５００…ガスケット
８１０…点火制御部
８２０…電圧印加部
８２１…一次コイル
８２２…二次コイル
８２３…コア
８２６…直流電源
８２８…スイッチ
８４０…電力投入部
８４２…電源
８４６…コンデンサ
８６２…ダイオード
８６６…ダイオード
８６８…コイル

Claims (5)

1. 導体部であって、
   軸線方向に延びた棒状の中心電極と、
   前記中心電極の後端側に配置され、前記軸線方向に延びた棒状の端子電極と、
   前記中心電極と前記端子電極との間に配置され、前記中心電極と前記端子電極との間を導通する導電シール部と、を含む導体部と、
   前記導体部の外周に設けられた絶縁体であって、
   前記導体部の少なくとも一部を包囲する第１の円筒部と、
   前記第１の円筒部の一端に形成され、前記中心電極の先端側を包囲する第１の先端部であって、前記中心電極に通じる第１の開口が形成された第１の先端部と、を有する絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた主体金具であって、
   前記第１の円筒部を包囲する第２の円筒部と、
   前記第２の円筒部の一端に形成され、前記第１の先端部を包囲する第２の先端部であって、前記第１の開口に通じる第２の開口が形成された第２の先端部と、を有する主体金具と
   を備えるプラズマジェット点火プラグであって、
   前記導体部の少なくとも一部と前記第１の円筒部との間に間隙が形成されるとともに、前記第１の円筒部と前記第２の円筒部との間に間隙が形成され、
   前記第１の円筒部および前記第２の円筒部が存在する部位を前記軸線方向に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、前記第１の円筒部の外径ＯＤ１と前記第２の円筒部の内径ＩＤ２との間の径差Ｔ１と、前記第１の円筒部の内径ＩＤ１と前記導体部の外径ｄとの間の径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たすことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。
2. 少なくとも、前記第１の円筒部における前記軸線方向に一様に延びた外周面と、前記第２の円筒部における前記軸線方向に一様に延びた内周面とが最も長く対向する範囲にわたって、前記径差Ｔ１と前記径差Ｔ２との関係は、Ｔ１＋Ｔ２≧０．１４×ＩＤ２を満たす、請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグ。
3. 前記第１の円筒部および前記第２の円筒部が存在する部位のうち、前記軸線方向に直交する方向に沿った前記第１の円筒部の肉厚Ｐが最小となる部位を、前記軸線方向に直交する仮想平面に沿って切断した切断面において、前記肉厚Ｐと前記内径ＩＤ２との関係は、Ｐ≧（０．３６×ＩＤ２）／２を満たす、請求項１または請求項２に記載のプラズマジェット点火プラグ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプラズマジェット点火プラグであって、
   前記第１の先端部における内周面と前記中心電極との間には空洞が形成され、
   前記内周面は、
   前記中心電極の外径よりも内径が大きい大径部と、
   前記第１の開口を形成し、前記大径部および前記第２の開口よりも内径が小さい小径部と
   を有し、
   前記中心電極の先端側表面は、前記軸線方向において前記小径部に位置し、
   前記第２の先端部には、前記第２の開口が形成された接地電極であって、前記中心電極に正極性の電圧が印加された場合に前記中心電極との間に火花放電を発生させる接地電極が接合され、
   前記接地電極と前記第１の先端部との間には間隙が形成され、
   前記軸線方向に沿った前記絶縁体の先端と前記先端側表面との間の距離Ｄは、１．０ｍｍ以上である、プラズマジェット点火プラグ。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプラズマジェット点火プラグであって、
   前記第１の先端部における内周面と前記中心電極における先端側表面との間には空洞が形成され、
   前記内周面は、
   前記中心電極の外径よりも内径が大きい大径部と、
   前記第１の開口を形成し、前記大径部および前記第２の開口よりも内径が小さい小径部と
   を有し、
   前記中心電極は、前記内周面から離れた状態で、前記軸線方向において前記小径部よりも前記大径部側に位置し、
   前記先端側表面は、凸状の角部を有し、
   前記軸線方向に直交する方向に沿った前記小径部の中心軸から前記角部までの距離は、前記小径部の内側半径よりも大きく、
   前記第２の先端部には、前記第２の開口が形成された接地電極であって、前記中心電極に正極性の電圧が印加された場合に前記中心電極との間に火花放電を発生させる接地電極が接合され、
   前記接地電極と前記第１の先端部との間には間隙が形成され、
   前記軸線方向に沿った前記絶縁体の先端と前記先端側表面との間の距離Ｄは、１．５ｍｍ以上である、プラズマジェット点火プラグ。

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