JP3684746B2

JP3684746B2 - イオン電流検出用スパークプラグおよびイオン電流検出装置

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Publication number: JP3684746B2
Application number: JP06094697A
Authority: JP
Inventors: 正道柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JPH10125444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン電流の検出を行なうことが可能なイオン電流検出用スパークプラグおよびイオン電流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示すように、従来のイオン電流検出用スパークプラグ（以下、スパークプラグをいう）３は、筒状の取付金具３１の内部に筒状の絶縁体３２が保持され、この絶縁体３２の内部に中心電極３３およびステム部３４が保持されており、さらに、取付金具３１の一端部３１１には、中心電極３３の一端部３３１と放電ギャップ３８を隔てて対向する接地電極３５が固定されている。
【０００３】
そして、絶縁体３２の外周部のうち、取付金具３１の他端部３１２近傍に配置される部位には、この部位よりも絶縁体３２の他端部３２２側（図１０中上方側）に小径部３２３を構成するように、段付部３２ａが形成されている。また、取付金具３１の他端部３１２近傍を、全周にわたって段付部３２ａに沿うようにかしめることにより、絶縁体３２が取付金具３１に固定される。
【０００４】
そして、このスパークプラグ３の一端部３ｂ側が内燃機関の燃焼室内に挿入され、このスパークプラグ３の取付金具３１と中心電極３３との間に放電用高電圧（約−１０ｋＶ〜−３５ｋＶ）をかけることにより、放電ギャップ３８に火花放電が発生し、燃焼室内の混合気が燃焼する。
ところで、放電ギャップ３８近傍では、上記燃焼に伴う電離作用によりイオンが発生し、このイオンの発生により、中心電極３３と接地電極３５（つまりは、取付金具３１）との間にイオン電流が流れることが知られている。そして、このイオン電流をイオン電流検出手段にて検出することにより、内燃機関の燃焼室内における混合気の燃焼状態やノッキングの発生状態を検出することが近年検討されている。
【０００５】
このイオン電流検出手段にて検出されるイオン電流の検出波形を図１１に示す。通常、検出波形において、所定時間Ｔ以上、立ち上がり高さＨだけ立ち上がった状態をイオン電流検出手段が検出したときに、混合気が燃焼していると判断するものである。なお、混合気の失火時には、上記イオンが発生しないためにイオン電流は発生せず、上記立ち上がり状態は検出されない。また、プレイグニッション時には、放電ギャップ３８間の放電の前に上記イオンが発生し、放電の前に上記立ち上がり状態が検出される。
【０００６】
また、検出波形にノッキングによる振動波形Ｋが現れたときに、ノッキングしていることを検出している。このノッキングを検出することにより点火時期を制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示すイオン電流の検出波形にスパイク状ノイズＮが発生し、このスパイク状ノイズＮにより、上記イオン電流検出手段が誤検出する、といった問題があり、この問題について本発明者が鋭意検討した結果、スパークプラグ３の絶縁体３２のうち、段付部３２ａ近傍から他端部３２２側にかけて発生するコロナ放電が上記スパイク状ノイズＮの発生原因であることがわかった。
【０００８】
すなわち、従来のスパークプラグ３では、取付金具３１の他端部３１２近傍を絶縁体３２の段付部３２ａにかしめるとき、上記他端部３１２と小径部３２３とが干渉しないように、かつ、段付部３２ａと取付金具３１の他端部３１２近傍との重なり代をできるだけ大きくとるようにしている。このため、取付金具３１の他端部３１２と絶縁体３２の小径部３２３との間には、非常に小さな幅（例えば約０．４ｍｍ）の間隙Ｃが形成される。
【０００９】
ところで、取付金具３１と中心電極３３との間には数十ｋＶという高電圧がかかっており、しかも、上記間隙Ｃには絶縁体３２を構成する絶縁材料よりも誘電率が小さな空気が存在するため、この間隙Ｃには絶縁体３２よりも大きな電界が形成される。さらに、空気は絶縁体３２よりも絶縁耐力が小さいために、間隙Ｃにおいて容易に絶縁破壊してコロナ放電が発生してしまう。なお、空気の誘電率は絶縁体３２の誘電率の約１／９であり、絶縁材料の絶縁耐力は常温（２０℃程度）で約２０ｋＶ／ｍｍ、空気の絶縁耐力は常温で約２〜３ｋＶ／ｍｍである。
【００１０】
そして、中心電極３３が陰極（負電圧）、取付金具３１が陽極（アース）であるため、絶縁体３２は、内縁部側がプラス、外縁部側がマイナスに分極しており、この結果、間隙Ｃで発生したコロナ放電のプラス電荷が、絶縁体３２の外周部のうち間隙Ｃ近傍、または、取付金具３１の他端部３１２近傍に引き寄せられる。
【００１１】
そして、発明者の検討によれば、絶縁体３２が絶縁材料であるため、絶縁体３２の外周部に引き寄せられたプラス電荷は、この絶縁体３２の外周部に沿って移動することなく局部的に蓄積されていき、この局部的に蓄積されたプラス電荷が、中心電極３３側の電位変化等の外的要因が加えられることにより取付金具３１へ流入する。このプラス電荷の流入は所定時間毎に起こるのではなく、ランダムに起こるため、絶縁体３２の外周部に蓄積されるプラス電荷の量は大小さまざまである。そして、絶縁体３２の外周部に大量にプラス電荷が蓄積されたときに、外的要因にて大量のプラス電荷が瞬時に取付金具３１へ流入することにより、上記スパイク状ノイズＮが発生することがわかった。
【００１２】
そして、ノッキングが発生していないときにおいて、スパイク状ノイズＮを、検出装置にて上記振動波形Ｋであると誤検出することにより、ノッキングが発生していると誤判断してしまう。
なお、エンジンのスロットル全開時では、スロットル全閉時に比べて燃焼室の圧力が大きく、スパークプラグ３の要求電圧が高くなる。このため、上記間隙Ｃに形成される電界がより大きくなり、コロナ放電がより発生しやすくなるので、スパイク状ノイズＮが特に頻繁に発生する。よって、スロットル全開時では、特に上記イオン電流検出手段による誤検出が多発する傾向にある。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、イオン電流検出用スパークプラグにおいて、イオン電流検出装置の検出波形にスパイク状ノイズが発生するのを抑制することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、コロナ放電が発生することによりスパイク状ノイズ（Ｎ）が発生することに着目して、後述する手段▲１▼および▲２▼を見出し、また、コロナ放電のプラス電荷が取付金具（３１）へ大量に瞬時に流入することによりスパイク状ノイズ（Ｎ）が発生することに着目して、後述する手段▲３▼を見出した。
【００１５】
手段▲１▼ 取付金具（３１）の他端部（３１２）と絶縁体（３２）との間に、空気よりも誘電率および絶縁耐力が大きい材料を充填してなる充填層（３７）を設けることにより、上記間に形成される電界の強さを小さくするとともに絶縁耐力を大きくして、上記間における絶縁破壊の発生を抑制し、コロナ放電の発生を抑制する。
【００１６】
手段▲２▼ 取付金具（３１）の他端部（３１２）と絶縁体（３２）との間に、導電性材料を充填してなる充填層（３７０）を設けることにより、上記間においてコロナ放電の発生する場をなくし、コロナ放電の発生を抑制する。
手段▲３▼ 絶縁体（３２）の外周部のうち、少なくとも取付金具（３１）の他端部（３１２）に対向する部位に導電性皮膜（３９）を形成し、この導電性皮膜（３９）を取付金具（３１）と電気的に導通させる。これにより、絶縁体（３２）の外周部にコロナ放電が発生しても、このコロナ放電のプラス電荷が導電性皮膜（３９）全体に分散されるとともに、このプラス電荷が導電性皮膜（３９）を介して取付金具（３１）へ少量ずつ常に流入することが、発明者の検討によりわかっている。
【００１７】
そして、手段▲１▼および手段▲２▼を備えたスパークプラグ（３）をイオン電流検出装置に適用した場合、このスパークプラグ（３）はコロナ放電の発生が抑制されているので、コロナ放電のプラス電荷の取付金具（３１）への流入量、換言すれば、イオン電流検出装置（１０）のイオン電流回路へのプラス電荷の流入量が少量となり、イオン電流検出装置（１０）による検出波形にスパイク状ノイズ（Ｎ）が発生することを抑制できる。よって、上記した誤検出を抑制できる。
【００１８】
また、手段▲３▼を備えたスパークプラグ（３）をイオン電流検出装置に適用した場合、プラス電荷が取付金具（３１）へ少量ずつ常に流入するので、イオン電流検出装置（１０）のイオン電流回路へのプラス電荷の流入量も少量となり、イオン電流検出装置（１０）による検出波形にスパイク状ノイズ（Ｎ）が発生することを抑制できる。よって、上記した誤検出を抑制できる。
【００１９】
次に、手段▲１▼について詳しく説明する。まず、空気よりも誘電率および絶縁耐力が大きい材料としては、粉末状ではなく、内部に空気層を含まない固体状または液体状のものを使用する。また、この材料としては、誘電率が空気と同程度で、絶縁耐力が空気よりも大きい材料、または、誘電率が空気よりも大きく、絶縁耐力が空気と同程度である材料であってもよい。
【００２０】
そして、空気よりも誘電率および絶縁耐力が大きい材料としては、絶縁性樹脂材料（例えば、シリコン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等）や、絶縁性油脂材料（シリコン油、フッ素油、タービン油、防錆油、潤滑油、塩化ジフェニル系油、スルフォン系油等）等が挙げられる。
次に、手段▲２▼について詳しく説明する。まず、導電性材料としては、鉄系材料や銅のような比較的抵抗値が低いものや、ＲｕＯ₂のような比較的抵抗値の高いもの、つまり、膜厚を２０μｍとしたときの１平方インチ当たりの抵抗値（以下、単に抵抗値という）が１０⁵Ω以上のものが挙げられる。抵抗値が１０⁵Ω以上のように大きい導電性材料を適用することにより、充填層（３７０）近傍に偶然的に発生するコロナ放電のプラス電荷が、充填層（３７０）の抵抗のために、取付金具（３１）へ大量に急激に流入することを抑制できる。
【００２１】
なお、上記抵抗値が１０¹⁰Ω以上であると製造性がよくないので、好ましくない。
次に、手段▲３▼について詳しく説明する。
まず、導電性皮膜（３９）の抵抗値が非常に小さい（ほとんどゼロである）場合、導電性皮膜（３９）の端部（３９２）が空気と接触している場合、この端部（３９２）近傍に電界が集中してコロナ放電が発生する恐れがある。このコロナ放電のプラス電荷は、従来技術と同様にしてランダムにしか導電性皮膜（３９）へ流入しないので、プラス電荷が導電性皮膜（３９）へ大量に急激に流入してスパイク状ノイズ（Ｎ）が発生する恐れがある。
【００２２】
これに対して、以下に示す手段Ａおよび手段Ｂを見出した。
手段Ａ膜厚を２０μｍとしたときの１平方インチ当たりの抵抗値が１０⁵〜１０¹⁰Ωである導電性皮膜（３９）を設ける。
手段Ｂ導電性皮膜（３９）の端部（３９２）を絶縁部材（９５）にて被覆する。
【００２３】
次に、手段Ａについて詳しく説明する。
まず、導電性皮膜（３９）の上記抵抗値を１０⁵Ω以上とすることにより、導電性皮膜（３９）の端部（３９２）近傍における電界集中を良好に緩和でき、この端部（３９２）近傍におけるコロナ放電の発生を良好に抑制できることが、本発明者の経験、検討によりわかっている。
【００２４】
なお、導電性皮膜（３９）の抵抗値が非常に大きい（例えば１０¹⁰Ω以上）と、導電性皮膜（３９）の絶縁性が比較的よくなってあたかも絶縁体（３２）と同じはたらきをする、つまり、導電性皮膜（３９）に局部的にプラス電荷が蓄積されるとともに、このプラス電荷がランダムにしか取付金具（３１）へ流入しないため、取付金具（３１）へ流入するプラス電荷の量が常に少量とならず、スパイク状ノイズ（Ｎ）が発生する恐れがある。よって、導電性皮膜（３９）の抵抗値を１０¹⁰Ω以下としている。
【００２５】
抵抗値が１０⁵〜１０¹⁰Ωである導電性材料としては、ＲｕＯ₂、ＰｄＡｇ等の抵抗金属材料や、カーボン等の導電性材料を含有した導電性ゴムおよび樹脂等からなる。
さらに、導電性皮膜（３９）の抵抗値を１０⁶Ω以上とすることにより、上記したコロナ放電の発生をより良好に抑制できる。また、導電性皮膜（３９）への局部的なプラス電荷の蓄積をさらに抑制するために、導電性皮膜（３９）の抵抗値を１０⁹Ω以下とするのがより好ましい。
【００２６】
そして、導電性皮膜（３９）に、絶縁体（３２）の外周部において、取付金具（３１）の他端部（３１２）よりも絶縁体（３２）の他端部（３２２）側に延びる延長部（３９ａ）を設け、この延長部（３９ａ）の軸方向長さ（Ｌ１）を２ｍｍ以上とすることにより、スロットル全開時における検出波形へのスパイク状ノイズ（Ｎ）の発生を防止できることが、後述する実験により確認されている。
【００２７】
次に、手段Ｂについて詳しく説明する。
まず、導電性皮膜（３９）の端部（３９２）を絶縁部材（９５）にて被覆することにより、導電性皮膜（３９）の端部（３９２）近傍にコロナ放電が発生することは防止される。このため、抵抗値の下限は特に限定されず（換言すれば、抵抗値が０でもよい）、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の抵抗値がほぼゼロである導電性材料を用いてもよい。この場合も、導電性皮膜（３９）の抵抗値を１０¹⁰Ω以下とするのが好ましく、抵抗値を１０⁹Ω以下とするのがさらに好ましい。
【００２８】
なお、通常は、絶縁体（３２）の他端部（３２２）側が例えばゴム製の絶縁キャップ（９５）にて被覆されているので、この絶縁キャップ（９５）により、導電性皮膜（３９）の端部（３９２）を被覆するとよい。
また、導電性皮膜（３９）を絶縁体（３２）の外周部全周にわたって形成し、導電性皮膜（３９）の一端部（３９１）を、全周にわたって取付金具（３１）により覆うとともに、全周にわたって取付金具（３１）と電気的に導通させるのが好ましい。これによれば、コロナ放電のプラス電荷を取付金具（３１）へ常に効率よく流入させることができる。
【００２９】
また、導電性皮膜（３９）の他端部（３９２）を全周にわたって絶縁部材（９５）により覆うのが好ましい。これによれば、導電性皮膜（３９）の他端部（３９２）が空気に接触するのを抑制でき、この他端部（３９２）近傍におけるコロナ放電の発生を抑制できるためである。
なお、手段▲２▼において、取付金具（３１）の他端部（３１２）と絶縁体（３２）との間に導電性材料を隙間なく充填するには、複雑な製造工程が必要となるが、手段▲３▼では、例えば導電材料をペースト状にして塗布、焼成することにより導電性皮膜（３９）を絶縁体（３２）表面に形成し、その後、導電性皮膜（３９）と取付金具（３１）とが電気的に導通するように絶縁体（３２）と取付金具（３１）とを組付けるだけであるので、この製造工程が単純となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に示す本実施形態のスパークプラグ３は、図１０に示す従来技術のスパークプラグ３のうち、取付金具３１の他端部３１２近傍の構造を変更したのみであるため、上記変更点の具体的説明を図２に基づいて行ない、スパークプラグ３の説明補充を図１に基づいて行なう。
【００３１】
図１に示すように、取付金具３１は、エンジンブロック１００に固定するためのネジ部３１ａを備え、この取付金具３１の内部には、絶縁体３２の一端部３２１、他端部３２２が取付金具３１の一端部３１１、他端部３１２から露出するように、絶縁体３２が固定されている。この絶縁体３２の内部には、中心電極３３およびステム部３４が固定されている。中心電極３３の一端部３３１が絶縁体３２の一端部３２１から露出し、ステム部３４の一端部３４１が絶縁体３２の他端部３２２から露出しており、中心電極３３の他端部３３２とステム部３４の他端部３４２とが電気的に接続されている。
【００３２】
また、絶縁体３２の段付部３２ａと取付金具３１の他端部３１２近傍との間には、耐熱性に優れた材料、例えば鉄や銅からなるパッキン３６が配置されている。このパッキン３６は、絶縁体３２の段付部３２ａと取付金具３１の他端部３１２近傍との間の間隙の形状に沿った形状をなしている。
なお、絶縁体３２を、取付金具３１の他端部３１２側から取付金具３１の内部へ挿入し、上記段付部３２ａにパッキン３６を配置した後、取付金具３１の他端部３１２近傍を内方へ曲げるようにかしめることにより、パッキン３６がこの他端部３１２近傍と絶縁体３２との間で押圧されて変形する。この結果、パッキン３６が上記他端部３１２近傍および絶縁体３２に密接した状態で配置され、図２に示すような構造となる。
【００３３】
一方、図１に示すように、絶縁体３２の一端部３２１側は、この一端部３２１側に形成された段付部３２ｂを、取付金具３１の内周面全周に形成した環状の突出部３１３にて支持されるようになっている。この段付部３２ｂと突出部３１３の間は、図示しないパッキンによりシールされている。
そして、図２に示すように、取付金具３１の他端部３１２と絶縁体３２との間には、空気よりも誘電率が高く、かつ、絶縁耐力の大きい材料としてのシリコン樹脂を充填してなる充填層３７を形成している。この充填層３７は絶縁体３２の外周部に沿って環状に形成されている。
【００３４】
この結果、取付金具３１の他端部３１２と絶縁体３２との間に形成される電界の強さを小さくできるとともに絶縁耐力を大きくできるので、この間における絶縁破壊の発生を抑制でき、コロナ放電の発生を抑制できる。よって、イオン電流検出装置１０により検出される電圧波形にスパイク状ノイズが発生することを抑制できる。なお、シリコン樹脂の誘電率は約３で、絶縁耐力は約５０〜６０ｋＶ／ｍｍである。
【００３５】
実際に、本実施形態のスパークプラグ３を、４気筒、１８００ｃｃの車両の内燃機関に設け、スロットル全開状態（２０００回転）としたときの抵抗７に発生する電圧の波形を、上記イオン電流検出装置１０にて５００サイクル検出したところ、スパイク状ノイズは全く発生しないことが確認された。
また、従来技術のスパークプラグ３の上記間隙Ｃ（図１０参照）に、有機溶剤等で液状にしたシリコン樹脂を、例えば注射器を使用して充填し、乾燥させる、という簡単な作業により、スパイク状ノイズの発生を防止できるので、コスト安である。
【００３６】
図３は、本発明のスパークプラグ３を適用したイオン電流検出装置１０を示している。点火コイル１は一次巻線１１と、二次巻線１２とを備え、この一次巻線１１には、パワートランジスタ２および車載電源８が直列に接続されており、パワートランジスタ２により、一次巻線１１に発生する一次電流を断続するものである。そして、スパークプラグ３は、二次巻線１２に直列に接続され、放電用高電圧が印加されることにより、図示しない内燃機関の燃焼室内の混合気を着火する。
【００３７】
また、二次巻線１２の正極性側にはコンデンサ４が接続され、このコンデンサ４とアースとの間には、イオン電流を電圧に変換する抵抗７が接続されている。この抵抗７に発生する電圧は、コンピュータ６により検出されるようになっている。このコンピュータ６により検出されたイオン電流により、内燃機関の燃焼室内における混合気の燃焼状態を検出できる。
【００３８】
そして、上記燃焼状態に応じて、コンピュータ６により、燃料噴射量や点火時期を制御して、最適な燃焼状態を保持するようにしている。また、抵抗７およびコンデンサ４に並列的に、定電圧ダイオード５が接続されている。この定電圧ダイオード５により、コンデンサ４の充電電圧を任意に設定できる。なお、点火コイル１、パワートランジスタ２および車載電源８により、電圧供給手段を構成し、コンデンサ４、コンピュータ６および抵抗７により、イオン電流検出手段を構成している。
【００３９】
そして、このイオン電流検出装置１０は、内燃機関の点火時期には、二次巻線１２に負極性の放電用高電圧（約−３５ｋＶ）が生じ、図３中実線矢印で示す経路に放電電流が流れ、スパークプラグ３の放電ギャップ３８間に放電を生じる。また、この放電電流によってコンデンサ４が充電される。
このとき、混合気の燃焼に伴って電離作用が生じ、イオンが発生する。ここで、コンデンサ４が充電されているため、図３中点線矢印で示す経路にイオン電流が流れ、このイオン電流の発生により抵抗７に発生する電圧を検出することにより、混合気の燃焼を確認できる。
【００４０】
ここで、スパークプラグ３と点火コイル１との電気的接続を行なうリード線９１の一端部は、図４に示すようにしてスパークプラグ３と電気的に導通されている。すなわち、リード線９１は、導電材料（例えば鋼）からなる導電線９１１を絶縁材料（例えばゴム）からなる絶縁チューブ９１２にて覆ったものからなり、このリード線９１の外周部を絶縁材料（例えば樹脂）からなる絶縁キャップ９２にて覆っている。そして、リード線９１の一端部側の外周部と絶縁キャップ９２との間に導電材料（例えばステンレス材）からなる導電筒９３を設け、この導電筒９３とリード線９１の絶縁チューブ９１２との間に導電線９１１の一端部が配置されている。
【００４１】
そして、導電筒９３にコイルスプリング９４を支持させ、このコイルスプリング９４の先端をステム部３４の一端部３４１に接触させている。また、絶縁キャップ９２の先端側外周には、絶縁材料（例えばゴム）からなる絶縁キャップ９５が装着されており、この絶縁キャップ９５の先端が絶縁体３２の外周部に圧着されている。
【００４２】
（第２の実施形態）
図５に示す本実施形態は、上記第１の実施形態における充填層３７を、導電性材料（例えばＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ等）からなる充填層３７０に置き換えたものである。この充填層３７０は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の粉末をバインダとともにペースト状にし、さらに、有機溶剤にて希釈して、注射器等により絶縁体３２と取付金具３１の他端部３１２との間に注入することにより形成される。これによれば、絶縁体３２と取付金具３１の他端部３１２との間において、コロナ放電の発生する場をなくすことができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、絶縁体３２の外周部のうち、取付金具３１の他端部３１２に対向する部位、およびその近傍に、全周にわたって導電性皮膜３９が形成されている。この導電性皮膜３９は、絶縁体３２の外周部において、取付金具３１の他端部３１２よりも絶縁体３２の他端部３２２側（図６中上方）に延びる延長部３９ａを備えている。
【００４４】
そして、導電性皮膜３９の一端部３９１は、全周にわたって導電性材料からなるパッキン３６を介して取付金具３１に覆われるとともに、全周にわたってパッキン３６を介して取付金具３１と電気的に導通している。また、導電性皮膜３９の他端部３９２は、上記した絶縁キャップ９５に被覆されていない。
本実施形態では、導電性皮膜３９の延長部３９ａの軸方向長さＬ１を５ｍｍとし、導電性皮膜３９のうち、段付部３２ａの肩部３２１ａよりも絶縁体３２の一端部３９１側部位の軸方向長さＬ２を１ｍｍとしている。この軸方向長さＬ２に対応する導電性皮膜３９を形成することにより、導電性皮膜３９と取付金具３１との電気的な導通をより確実にしている。なお、間隙Ｃの幅Ｗ₁は従来技術と同じ（例えば０．４ｍｍ）である。
【００４５】
導電性皮膜３９は、膜厚を２０μｍとしたときの１平方インチ当たりの抵抗値が１０⁸ΩであるＲｕＯ₂（導電材料、抵抗材料）からなり、このＲｕＯ₂をペースト状にして絶縁体３２外周部に塗布し、さらに、ＲｕＯ₂ペーストが塗布されていない絶縁体３２表面に釉薬を塗布した後、高温（例えば８００℃）で所定時間（例えば２０分）焼成することにより形成される。なお、絶縁体３２導電性皮膜３９の形成が高温で行なわれるため、絶縁体３２単体の状態で行なわれる。導電性皮膜３９の膜厚は、あまり薄いと後述するスパイク状ノイズを抑制する効果が良好に得られず、あまり厚いと製造性が悪いため、１０〜６０μｍとするのがよく、本実施形態では２０μｍとしている。
【００４６】
なお、ＰｄＡｇ等から導電性皮膜３９を形成する場合も、ＲｕＯ₂と同様の方法でなされる。また、導電性皮膜３９を、カーボン等の導電性材料を含有する導電性ゴムや導電性樹脂から形成する場合は、これらの材料を有機溶剤にてペースト状として絶縁体３２外周部に塗布し、室温（例えば２５℃）で乾燥させることにより形成される。この場合、導電性皮膜３９の耐熱性を考慮して、絶縁体３２表面に釉薬を高温焼成した後に導電性皮膜３９を形成する。
【００４７】
以下に、導電性皮膜３９の延長部３９ａの軸方向長さＬ１と、コンピュータ６により検出される電圧波形に発生するスパイク状ノイズＮとの関係について実験を行なった結果を説明する。
まず、上記長さＬ１が、０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍのものを用意し、さらに、導電性皮膜３９を形成しないものを用意して、上記第１の実施形態と同様の実験を行なった。そして、スパイク状ノイズの発生が１か所でも確認された電圧波形を、スパイク状ノイズが発生した電圧波形としてカウントし、上記５００サイクルの電圧波形のうち、スパイク状ノイズが発生した電圧波形の割合をノイズ発生率（％）として求め、図７に示すグラフを得た。なお、長さＬ１が０ｍｍのものは、導電性皮膜３９の他端部３９２がちょうど取付金具３１の他端部３１２と揃うように導電性皮膜３９を形成した。
【００４８】
この結果、導電性皮膜３９を形成しない場合はノイズ発生率が３０％程度であるのに対して、導電性皮膜３９を形成することによりノイズ発生率を１０％以下に抑制できることが確認できる。また、長さＬ１が２ｍｍ以上のスパークプラグ３では、スパイク状ノイズＮの発生を防止できることが確認できる。
（第４の実施形態）
本実施形態は上記第３の実施形態の変形であり、図８に示すように、導電性皮膜３９の他端部３９２が絶縁キャップ９５にて被覆されている。なお、本実施形態の導電性皮膜３９は、抵抗値がゼロに近いＡｇからなり、焼付やめっき等にて形成される。
【００４９】
本実施形態のスパークプラグ３について、上記第２の実施形態と同様の実験を行なったところ、長さＬ１が、０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍのもの全てについてスパイク状ノイズＮは全く発生しなかった。なお、絶縁キャップ９５と導電性皮膜３９との接触長さは０．５ｍｍとし、長さＬ１が０ｍｍのものに関しては、絶縁キャップ９５の先端の厚みを小さくして、この先端を、取付金具３１の他端部３１２と小径部３２３との間に圧入させた。
【００５０】
なお、絶縁キャップ９５の先端の厚みを細くしない通常品を使用する場合、絶縁キャップ９５の先端が取付金具３１の他端部３１２に当接するまで、絶縁キャップ９５を被せることができるが、この絶縁キャップ９５の先端により導電性皮膜３９の他端部３９２を確実に被覆するために、導電性皮膜３９の延長部３９ａの軸方向長さＬ１を２ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００５１】
（第５の実施形態）
本実施形態は、上記第１ないし第４の実施形態における取付金具３１と絶縁体３２との組付構造を変更したものであり、図９に示すように、取付金具３１の他端部３１２近傍と絶縁体３２の段付部３２ａ近傍との間にタルク粉末を充填してなる充填部３６０が筒状に形成され、この充填部３６０の両端部に、金属製の第１、第２パッキン３６１、３６２が設けられている。
【００５２】
導電性皮膜３９は、絶縁体３２の小径部３２３のうち、取付金具３１の他端部３１２に対向する部位およびその近傍に形成されており、この導電性皮膜３９の一端部３９１がほぼ全周にわたって、第２パッキン３６２を介して取付金具３１に覆われるとともに電気的に導通しており、他端部３９２が、全周にわたって絶縁キャップ９５に被覆されている。この結果、上記第６の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５３】
（他の実施形態）
上記第１の実施形態では、シリコン樹脂により充填層３７（図２参照）を形成していたが、この他にも、フッ素樹脂、エポキシ樹脂や、絶縁性油脂材料（例えば、シリコン油、フッ素油、タービン油、防錆油、潤滑油、塩化ジフェニル系油、および、スルフォン系油のうちのいずれか１つ）等により充填層３７を形成してもよい。
【００５４】
また、上記第２の実施形態では、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等により充填層３７０（図５参照）を形成していたが、膜厚を２０μｍとしたときの１平方インチ当たりの抵抗値が１０⁵〜１０¹⁰Ωである導電性材料により充填層３７０を形成してもよい。これによれば、充填層３７０近傍に偶然的に発生するコロナ放電のプラス電荷が、充填層３７０の抵抗のために、取付金具３１へ急激に移動することを抑制できる。
【００５５】
また、上記実施形態において、取付金具３１の他端部３１２の形状を、角ばった形状ではなく、丸みを持たせた形状とすることにより、この他端部３１２近傍の間隙Ｃに形成される電界が集中することをより抑制できる。
また、上記第３および第４の実施形態において、導電性皮膜３９と取付金具３１とがパッキン３６を介して電気的に導通されているので、軸方向長さＬ２に対応する導電性皮膜３９を廃止してもよい。
【００５６】
また、上記第５の実施形態では、導電性皮膜３９は、第２パッキン３６２を介して取付金具３１に電気的に導通されていたが、この導電性皮膜３９を絶縁体３２の段付部３２ａまで延ばして、この導電性皮膜３９を、第１パッキン３６１を介して取付金具３１に電気的に導通させてもよい。
また、上記第５の実施形態のような取付金具３１と絶縁体３２との組付構造を有するスパークプラグに関して、上記▲１▼ないし▲３▼のいずれかの手段を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のスパークプラグの半断面図である。
【図２】第１の実施形態のスパークプラグの部分拡大断面図である。
【図３】本発明のイオン電流検出装置の回路図である。
【図４】本発明のスパークプラグのイオン電流検出装置への電気接続構造を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態のスパークプラグの部分拡大断面図である。
【図６】第３の実施形態のスパークプラグの部分拡大断面図である。
【図７】第３の実施形態において、導電性皮膜の延長部の軸方向長さＬ１と、ノイズ発生率との関係を示すグラフである。
【図８】第４の実施形態のスパークプラグの部分拡大断面図である。
【図９】第５の実施形態のスパークプラグの部分拡大断面図である。
【図１０】従来技術のスパークプラグの半断面図である。
【図１１】従来技術における、イオン電流の検出波形を示すグラフである。
【符号の説明】
３１…取付金具、３１１、３１２…取付金具の一端部、他端部、
３２…絶縁体、３２１、３２２…絶縁体の一端部、他端部、３３…中心電極、
３３１…中心電極の一端部、３５…接地電極、３８…放電ギャップ、
３７…充填層。

Claims

筒状の取付金具（３１）と、
一端部（３２１）、他端部（３２２）が前記取付金具（３１）の一端部（３１１）、他端部（３１２）から露出するように、前記取付金具（３１）の内部に保持される筒状の絶縁体（３２）と、
一端部（３３１）が前記絶縁体（３２）の一端部（３２１）から露出するように、前記絶縁体（３２）の内部に保持される中心電極（３３）と、
前記取付金具（３１）の前記一端部（３１１）に固定され、前記中心電極（３３）の前記一端部（３３１）と放電ギャップ（３８）を隔てて対向する接地電極（３５）とを具備し、
前記放電ギャップ（３８）に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置に用いられるイオン電流検出用スパークプラグであって、
前記絶縁体（３２）の外周部のうち、少なくとも前記取付金具（３１）の前記他端部（３１２）に対向する部位には、導電性皮膜（３９）が形成されており、
前記導電性皮膜（３９）の端部（３９２）が絶縁部材（９５）にて被覆されており、前記絶縁体（３２）の前記他端部（３２２）側を被覆する絶縁キャップ（９５）を備え、この絶縁キャップ（９５）にて、前記導電性皮膜（３９）の端部を被覆する前記絶縁部材を構成し、
前記導電性皮膜（３９）は、前記取付金具（３１）と電気的に導通されていることを特徴とするイオン電流検出用スパークプラグ。
前記導電性皮膜（３９）は、膜厚を２０μｍとしたときの１平方インチ当たりの抵抗値が１０¹⁰Ω以下であることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出用スパークプラグ。
前記導電性皮膜（３９）は、前記絶縁体（３２）の外周部全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン電流検出用スパークプラグ。
前記導電性皮膜（３９）の一端部（３９１）は、全周にわたって前記取付金具（３１）に覆われるとともに、全周にわたって前記取付金具（３１）と電気的に導通していることを特徴とする請求項３に記載のイオン電流検出用スパークプラグ。
筒状の取付金具（３１）と、
一端部（３２１）、他端部（３２２）が前記取付金具（３１）の一端部（３１１）、他端部（３１２）から露出するように、前記取付金具（３１）の内部に保持される筒状の絶縁体（３２）と、
一端部（３３１）が前記絶縁体（３２）の一端部（３２１）から露出するように、前記絶縁体（３２）の内部に保持される中心電極（３３）と、
前記取付金具（３１）の前記一端部（３１１）に固定され、前記中心電極（３３）の前記一端部（３３１）と放電ギャップ（３８）を隔てて対向する接地電極（３５）とを具備し、
前記放電ギャップ（３８）に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置に用いられるイオン電流検出用スパークプラグであって、
前記絶縁体（３２）の外周部のうち、少なくとも前記取付金具（３１）の前記他端部（３１２）に対向する部位には、導電性皮膜（３９）が形成されており、
この導電性皮膜（３９）は、前記取付金具（３１）と電気的に導通されており、前記導電性皮膜（３９）は、前記絶縁体（３２）の外周部全周にわたって形成され、一端部（３９１）は、全周にわたって前記取付金具（３１）に覆われるとともに、全周にわたって前記取付金具（３１）と電気的に導通しており、他端部（３９２）は、全周にわたって絶縁部材（９５）に覆われていることを特徴とするイオン電流検出用スパークプラグ。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のイオン電流検出用スパークプラグ（３）と、
前記イオン電流検出用スパークプラグ（３）に高電圧を供給する電圧供給源（１、２、８）と、
前記イオン電流検出用スパークプラグ（３）の前記放電ギャップ（３８）に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段（４、６、７）とを備えていることを特徴とするイオン電流検出装置。