JP4099215B1 - 電子放出電極及びイオン生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧が印加されることで電子を放出する電子放出電極において、電子の放出性能をより向上させる。
【解決手段】所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体（導体３１或いは炭素繊維４１）からなる電極部を備えた電子放出電極において、導体３１或いは炭素繊維４１を複数本束ねる。電極部と接続する接続部３５を介して電圧を印加することで、導体３１或いは炭素繊維４１のそれぞれから電子が放出されるようになって、全体として電子の放出量を稼ぐことができ、より多くの電子を放出できる。また、より多くの電子を放出できる分、電極への印加電圧を抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。さらに、電子の放出量を導体３１或いは炭素繊維４１のそれぞれで分担できるため、個々の導体３１或いは炭素繊維４１の消耗を抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電圧が印加されることで電子を放出する電子放出電極、及びその電子放出電極を用いたイオン生成装置に関する。

従来、例えば内燃機関における点火プラグは、電子を放出する中心電極と、その中心電極と対に設けられる接地電極とを備えている。そして、高電圧がその中心電極と接地電極との間に加わると、その中心電極と接地電極との間の絶縁状態が破れて両者間に電流が流れる放電現象が起こり、電気火花が発生する。この電気火花のエネルギーにより反応熱が発生し、火炎核が形成される。火炎核の発熱作用が、電極の消炎作用（中心電極、或いは接地電極が熱を吸収して火炎を消火しようとする働き）より大きくなると、混合気に着火されて爆発現象を引き起こす。

ところで、例えば点火プラグにおいては、電子は、中心電極のうち、エッジが形成された部分（以下、エッジ部分と記載する）からより多く放出されることが知られている。そして、中心電極は、放電しやすいところから消耗する。具体的に、放電時には、中心電極は陽イオンの授受と引き換えに電子を放出しており、このため、中心電極表面では、常に電極材の溶解・蒸散現象が起こっている。また、放電或いは混合気の爆発現象により中心電極は高温になり酸化して消耗する。

このようにして、中心電極は徐々に消耗し、そのエッジ部分は丸みを帯びてくる。エッジがなくなると、電子が放出されにくくなってしまう。つまり、放電現象が起こりにくくなり、着火性が低下してしまう。尚、着火性を維持するには、印加電圧を上げる必要がある。

このような点を改善するために、中心電極に例えば溝を設けることで、その中心電極にエッジ部分がより多く現れるようにした点火プラグが考えられている（例えば特許文献１参照）。これは、エッジ部分を多くすることで、電子が放出されやすいようにしたり、或いはエッジ部分の消耗を分散させて長寿命化を計ったりすることを狙ったものである。
特開平０５−０８２２３５号公報

ところで、近年、例えば車両においては、省エネルギー化、及びハイパワー化の要望はますます増大してきている。そして、点火プラグについても、より小さな電力でより確実な着火作用が得られるものが望まれている。

従来の点火プラグのように、中心電極に溝を設けると、確かに電子が放出されやすくなり（ハイパワー化）、また、電子が放出されやすい分だけ印加電圧を抑えることができるようになる（省エネルギー化）。さらに、寿命が改善されるため資源の節約にもつながる。しかし、その効果は、近年ますます増大している要望を必ずしも満足させるものではなく、更なる改善が望まれていた。

本発明は、こうした点に鑑みなされたもので、電圧が印加されることで電子を放出する電子放出電極において、電子の放出性能をより向上させることを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＶ字型の溝を形成するように束ねられていることを特徴とする電子放出電極である。

このような請求項１の電子放出電極によれば、導体の一端同士でＶ字型の溝が形成されるためエッジ（縁）が形成されることとなり、そのエッジ（縁）から電子がより放出されやすくなる。尚、よく知られているように、導体において、電子はエッジから放出されやすいものである。

また、複数本の導体のそれぞれから電子が放出されるようになる。よって、電極部が１本の導体からなる場合と比較して、印加電圧の大きさを同じにした条件下では、本請求項１の電子放出電極のように電極部が複数本の導体からなる方が、電子の放出量はより増えることになる。

また、同じく電極部が１本の導体からなる場合と比較して、電子の放出量を同じにしようとすれば、本請求項１の電子放出電極のように電極部が複数本の導体からなる方が、その電極部への印加電圧を小さくすることができる。複数本の導体のそれぞれから電子が放出されるため全体として電子の放出量を稼ぐことができるためである。よって、電力消費を抑えることができるようになり有利である。

また、電子の放出量を所定量だけ確保する場合において、複数本の導体のそれぞれで放出量が分担されるようになるため、それぞれの導体の消耗を抑えることができる。このため、電子放出電極の長寿命化を図ることができる。

また、電極部は複数本の導体が束ねられて棒状に構成されており、これによれば、電子の放出が拡散してしまうことを抑制することができ、使い勝手の良い電子放出電極を提供することができる。

次に、請求項２の電子放出電極は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＵ字型の溝を形成するように束ねられていることを特徴とする電子放出電極である。

このような本請求項２の電子放出電極によれば、請求項１で述べたような効果、具体的に、電子の放出量を増加させることができたり、印加電圧を抑えることができたり、或いは長寿命化を図ることができたりするという効果を得ることができる。

次に、請求項１，２の電子放出電極では、請求項３のように構成しても良い。
請求項３の電子放出電極は、請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴としている。

複数本の導体のそれぞれの端面において、すり鉢形状の縁にエッジが現れる。そしてこの場合には、そのエッジ（縁）から電子がより放出されやすくなる。尚、電子が放出されやすい部分は消耗もしやすいが、すり鉢形状の縁部分が先に消耗することで、導体の端面（先端）の形状は、最終的には、すり鉢形状から平面形状に移行するようになる。平面形状であれば、端面においてほぼ均一に電子が放出されるようになる。つまり、エッジ（すり鉢形状の縁）を形成することで電子が放出されやすくなり、また、導体がある程度消耗しても、電子の放出性が悪化しないようになる。

このように、複数本の導体それぞれの端面をすり鉢形状に形成しておくことで、より長い間、良好な電子放出性能を得ることができる。
また、請求項３と同様の効果を得るべく、請求項１，２の電子放出電極では、請求項４のように構成しても良い。

請求項４の電子放出電極は、請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、その端面の中央部が盛り上がった山状に構成されていることを特徴としている。

請求項４の電子放出電極では、複数本の導体のそれぞれの端面において、山形状の頂点付近から電子が放出されやすくなる。すると、その後、頂点付近から消耗することで、山形状から平面形状に移行するようになる。これによれば、請求項３と同様に、より長い間、良好な電子放出性能を得ることができる。

次に、請求項５の電子放出電極は、請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面に、Ｖ字型の溝が設けられていることを特徴としている。

また、請求項６の電子放出電極は、請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面に、Ｕ字型の溝が設けられていることを特徴としている。

このような請求項５，６の電子放出電極によれば、請求項３，４と同様の効果を得ることができる。
次に、請求項７の電子放出電極は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士ですり鉢形状を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極である。

すり鉢形状を全体としてみた時には、そのすり鉢形状の縁にエッジが現れる。そしてこの場合には、そのエッジ（縁）から電子がより放出されやすくなる。つまり、電極部をな

す導体のうち、すり鉢形状の縁部分を構成する導体から電子がより放出されやすくなる。そして、電子が放出されやすい部分は消耗もしやすいが、すり鉢形状の縁部分が先に消耗することで、電極部の電子を放出する部分（先端）の形状は、最終的には、すり鉢形状から平面形状に移行するようになる。平面形状であれば、それぞれの導体から、ほぼ均一に電子が放出されるようになる。つまり、エッジ（すり鉢形状の縁）を形成することで電子が放出されやすくなり、また、導体がある程度消耗しても、電子の放出性が悪化しないようになる。

このように、電極部において電子が放出される部分をすり鉢形状に形成しておくことで、より長い間、良好な電子放出性能を得ることができる。また、導体の一本一本についても同様の効果が得られる。

次に、請求項８の電子放出電極は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でその集合の中央部が盛り上がった山形状を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極である。

請求項８の電子放出電極では、電極部において電子が放出される部分のうち、山形状の頂点付近から電子が放出されやすくなる。すると、その後、頂点付近から消耗することで、山形状から平面形状に移行するようになる。これによれば、請求項７と同様に、より長い間、良好な電子放出性能を得ることができる。

次に、請求項９の電子放出電極は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＶ字型の溝を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極である。

また、請求項１０の電子放出電極は、所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＵ字型の溝を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極である。

この請求項９，１０の電子放出電極によれば、請求項７，８の電子放出電極と同様の効果を得ることができる。
次に、請求項１１の電子放出電極は、請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、その端面の中央部が盛り上がった山状に構成されていることを特徴としている。

次に、請求項１２の電子放出電極は、請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、Ｖ字型の溝を有するように構成されていることを特徴としている。

次に、請求項１３の電子放出電極は、請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、Ｕ字型の溝を有するように構成されていることを特徴としている。

この請求項１１〜１３の電子放出電極によれば、導体一本一本についても良好な電子放出性能を得ることができる。
次に、請求項１〜１３の電子放出電極は、具体的に、請求項１４のように用いることができる。

請求項１４の電子放出電極は、請求項１〜１３の電子放出電極であって、内燃機関の燃焼室に供給される混合気に着火するための点火プラグが、着火のための火花放電を発生させるために備える電子の放出源として用いられるものである。

前述のように、請求項１〜１３の電子放出電極によれば、より多くの電子が放出されるようになる。このため、このような電子放出電極を、点火プラグにおける電子の放出源（具体的に、中心電極）に用いれば、火花放電がより発生しやすくなって、着火性を向上させることができる。また、より多くの電子が放出されるようになるため、その分印加電圧を抑えることができ、車両における消費電力を抑えることができる。よって、近年ますます顕著になっている省エネルギー化の要望に応えることができる。また、電子の放出源（中心電極）の長寿命化を図ることができ、点火プラグのメンテナンスや交換等の頻度を抑えることができ有利である。

次に、請求項１５の発明は、電子放出源を備え、該電子放出源から放出される電子で少なくとも空気中の物質をマイナスの電荷に帯電させる機能を有するイオン生成装置である。そして特に、請求項１〜１３の何れかに記載の電子放出電極を電子放出源として備えている。

電子の放出量をより増加させることができる請求項１〜１３のような電子放出電極を、電子放出源から放出される電子で空気中の物質をマイナスに帯電させる、つまりマイナスイオンを生成するイオン生成装置のその電子放出源として用いれば、そのイオン生成装置でより多くのマイナスイオンを生成できるようになり、好適である。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明が適用された点火プラグ１１を備えたエンジンの点火システム１の概略図である。

図１において、エンジンの回転軸（ローター）２に取り付けられたマグネット３が、そのローター２の回転に伴い、ローター２近傍に設けられたセンサー４の上を通過すると、信号が発生する。その信号は、点火装置５のスイッチング回路６に入力される。

スイッチング回路６は、センサー４からの信号に基づき、トランジスタ７のオン／オフを制御する。トランジスタ７は、バッテリ８からコイル９への通電をオン／オフするものである。コイル９は、図示は省略するが１次回路と２次回路とを有している。トランジスタ７がオンすることで、コイル９の１次回路にバッテリ８の１２Ｖが印加される。そして、コイル９の１次回路に電圧が印加されると、電磁誘導作用により２次回路に電圧が発生する。この電圧は、例えば数百〜数千ボルトに昇圧されたものである。

また、分配器１０は、コイル９と点火プラグ１１との接続を、各気筒について切り換えるものである。分配器１０により接続が切り換えられて、各気筒の点火プラグ１１にそれぞれ、コイル９（２次回路）で発生した高電圧が加えられる。すると、点火プラグ１１において火花放電が発生し、その点火プラグ１１が配設された気筒内の混合気に着火されて爆発現象が生じる。尚、図１に示す点火システム１は、基本的な構成を表したにとどまる。例えば、図１の構成に加えて昇圧回路とコンデンサとを備え、昇圧回路で昇圧された電圧でコンデンサを充電し、コンデンサに充電された電流をコイル９に流すことにより、点火を行う点火システムもある。

図２は、点火プラグ１１の構成図である。
点火プラグ１１は、点火装置５からの高圧電流を流すハイテンション・コード（図示省略）を接続するためのターミナル１３と、放電現象を生じさせるための中心電極１７とそのターミナル１３とを接続するステム２５と、当該点火プラグ１１をエンジンに取り付けるためのハウジング１９と、ターミナル１３〜ステム２５〜中心電極１７と、ハウジング１９との間を絶縁して、高電圧が中心電極１７以外に逃げるのを防止する碍子（がいし）１５と、碍子１５とハウジング１９とを密着させるためのリング２７と、ハウジング１９をエンジンに密着させるためのガスケット２３と、中心電極１７と放電ギャップｇを隔てて対向配置される接地電極２１と、を備えている。

碍子１５の上部、具体的には、接地電極２１に近い部分は、エンジンの燃焼室に突出することとなる。このため、碍子１５は、耐熱性、機械的強度、高温域における絶縁耐力及び熱伝導率などに優れている純度の高いアルミナが用いられる。

ステム２５は、例えば鉄鋼材で出来ており、ターミナル１３からの高圧電流をロスなく中心電極１７に流す。
ハウジング１９の下部には接地された電極が設けられ、エンジン本体を通じて電流が逃げるようになっている。また、ハウジング１９と中心電極１７との間にはギャップが設けられている。

尚、図２（ｂ）は、中心電極１７の先端部分の拡大図である。中心電極１７の端面１７ａ、特にエッジ１７ｂから、電子が接地電極２１に向かって放出される。そして、これにより放電ギャップｇには火炎核が形成されると共に、その火炎核のエネルギーが、中心電極１７及び接地電極２１における消炎作用（中心電極１７或いは接地電極２１が熱を吸収して火炎を消火しようとする働き）のエネルギーよりも大きくなると、火花が発生して、エンジンの気筒内に供給された混合気に着火される。

次に、図３は、本発明の中心電極１７の具体的構成図である。
まず、図３（ａ）は、中心電極１７が、３本の導体３１で構成された例を表す図面である。

導体３１のそれぞれは、鉄棒を細く加工し、金メッキを施したものである。そして、導体３１は、絶縁体（例えばゴム材）３３により束ねられるとともに、互いに固定されている。尚、導体３１の先端３１ａと反対側の一端側（図示は省略）は、かしめられている（或いは互いに圧着されている）。そして、導体３１はそれぞれ、かしめられた部分（或いは互いに圧着された部分）を介して、鉄鋼材からなる接続部３５と連結されている。この接続部３５は、図１におけるステム２５により、ターミナル１３と接続される。

これにより、点火装置５からの高圧電流は、ターミナル１３〜ステム２５〜接続部３５〜導体３１と流れ、その導体３１から、電子が放出される。
ここで、図４は、電子が放出される様子を模式的に表したものである。

図４（ａ）に示すように、中心電極１７を構成する導体のエッジ部分から、電子がより多く放出されるとともに、放出された電子は接地電極２１に衝突する。尚、放出される電子と引き換えに、陽イオンが中心電極１７に衝突する。

また、図４（ｂ）に示すように、中心電極１７が図３（ａ）のように３本の導体３１で構成される場合には、それぞれの導体３１のエッジ部分から、電子がより多く放出されるようになる。導体３１が何本であっても、同じである。例えば、後述する図３（ｂ）のように中心電極１７が数千本の導体（炭素繊維４１）からなるものであっても、それぞれの導体（炭素繊維４１）のエッジ部分から電子が放出される。

次に、図３（ｂ）は、本発明の中心電極１７の他の構成を示したものである。
図３の（ｂ）の中心電極１７は、極細の炭素繊維４１が、複数本束ねられて構成されたものである。炭素繊維４１は、図３（ａ）と同じように、絶縁体３３により束ねられるとともに互いに固定される。また、炭素繊維４１の先端４１ａと反対側の一端側（図示は省略）は、かしめられており（或いは互いに圧着されており）、炭素繊維４１はそれぞれ、かしめられた部分（或いは互いに圧着された部分）を介して、接続部３５と連結される。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の中心電極１７の先端部分の拡大図である。
図３（ｃ）に示すように、炭素繊維４１の一本一本は円柱状をしており、その炭素繊維４１が、全体で円柱形状を構成するように複数束ねられている。本例では、８千本程度の炭素繊維４１が束ねられている。また、図３（ｂ），（ｃ）の例では、炭素繊維４１の先端４１ａ同士で、１つの平面を構成するようにされている。また、個々の炭素繊維４１の先端４１ａは平面を形成している。

ここで、図５は、本実施形態の中心電極１７を用いた場合の電子の放出量を調べるための測定システム１００を表す図である。尚、図５の測定システム１００は、放出される電子により生成されたマイナスイオンの数を測定することで、放出される電子の量を間接的に測定しようとするものである。

空気イオンカウンター１１０は、空気イオンの数を検出する装置である。今回実験に用いたものは、マイナスに帯電したイオン（マイナスイオン）及びプラスに帯電したイオン（プラスイオン）の両方供を検出可能である。また、測定範囲は１０〜１２３６０００個／ｃｃであり、測定分解能は１０個／ｃｃである。

電子発生器１２０は、直流電源１３０から供給される１２Ｖの電圧で動作し、電子を放出させるものである。今回の実験では、その電子発生器１２０において、電子を放出させる端子として、中心電極１７（図３（ａ）、（ｂ））をそれぞれ用いて実験した。また、比較のため、電子を放出させる端子が一本の導体からなる（尚、導体３１と同じものを用いた）場合についても測定した。尚、端子への印加電圧の大きさはそれぞれ同じである。

このような測定システム１００において、中心電極１７から放出される電子は空気中の物質に衝突し、これによりイオン（マイナスイオン）が生成される。空気イオンカウンター１１０は、このマイナスイオンの数を検出する。

図６は、測定システム１００を用いてマイナスイオンの数を測定した場合の測定結果を表すグラフである。図６のグラフにおいて、縦軸は、検出できたイオンの数（測定個数）であり、横軸は、導体３１或いは炭素繊維４１の本数である。

また、図６のグラフにおいて、通常時とは、電子発生器１２０により電子を発生させていない時である。つまり、測定個数のうち、通常時における測定個数は、電子発生器１２０により電子を発生させていない場合において空気イオンカウンター１１０により検出されるイオンの数である。

図６に示すように、通常時におけるイオンの測定個数は、１万５千個程度であった。また、電子発生器１２０において電子を放出する先端の導体を１本にした場合に測定できた電子の個数（正確にはイオンの個数であるが、以下、電子の個数とも記載する）は、１万５千個程度であった。尚、両者にさほど差が認められないのは、測定誤差の影響などもあるためと考えられる。何れにせよ、導体が１本の場合、電子の放出量が劇的に増加するわけではないことが分かった。

次に、電子発生器１２０において電子を放出する先端の導体を３本にした場合（この場合、図３（ａ）に示す中心電極１７を用いた）に測定できた電子の個数は、５万個弱であった。１本の場合と比較して、電子の放出量は大幅に増加した。

さらに、電子発生器１２０において電子を放出する先端の導体を約８千本にした場合（この場合、図３（ｂ）に示す中心電極１７を用いた）では、空気イオンカウンター１１０の測定範囲を超える電子が放出され、測定不能であった。電子の放出量は劇的に増加している。

このように、本実施形態の中心電極１７によれば、電子がより多く放出されるようになる。このため、その中心電極１７を備えた点火プラグ１１では、中心電極１７から接地電極２１への電子の放出量（或いは放出密度）が向上して、着火性が向上する。

また、電子の放出量（或いは放出密度）が向上するため、その分、中心電極１７への印加電圧を抑えることができる。例えば、中心電極１７への印加電圧を抑えても、電子の放出量が確保されて着火性を維持できる。さらに、電子の放出量は、中心電極１７を構成する複数の導体３１或いは複数の炭素繊維４１のそれぞれに分担されるため、その導体３１或いは炭素繊維４１の個々の消耗を抑えることができる。つまり、中心電極１７の消耗を抑え、点火プラグ１１の長寿命化を図ることができる。

尚、上記実施形態において、かしめられた（圧着された）複数（３本）の導体３１、或いはかしめられた（圧着された）複数（数千本）の炭素繊維４１が、電極部に相当する。
〈変形例〉
次に、本実施形態の変形例について説明する。

図７は、変形例の中心電極１７の先端部分を表す図面である。ここでは特に、図３（ｂ）の数千本の炭素繊維４１からなる中心電極１７の変形例について説明する。
図７（ａ）では、炭素繊維４１が、その炭素繊維４１の先端４１ａ同士ですり鉢形状を形成するように束ねられている。

すり鉢形状を全体としてみると、その縁部分（外周部分）にエッジが現れる。すると、このような中心電極１７によれば、炭素繊維４１のうち、より外側に配設されている炭素繊維４１、つまり、すり鉢形状の縁を構成している炭素繊維４１からのほうが電子が放出されやすくなる。また、一方では、そのより外側の炭素繊維４１の消耗が激しくなる。

この場合、その外側の炭素繊維４１がより消耗することで、中心電極１７の先端部分のすり鉢形状は、徐々に平面形状に近づく。
中心電極１７の先端部分の形状が平面形状になった場合、全体として、電子は均一に放出されるようになる。

このため、図７（ａ）の中心電極１７によれば、電子の放出量がより長い間好適に維持される。具体的に、まずはすり鉢形状の縁から電子が放出されやすいものとなり、その縁を構成する炭素繊維４１が消耗した場合でも、中心電極１７の先端部分の形状が平面形状となることで、その中心電極１７の先端部分全体から均一に、電子が放出されるようになる。よって、図７（ａ）のような中心電極１７を点火プラグに用いれば、より長い間、好適に点火を行うことができる点火プラグを提供することができる。

次に、図７（ｂ）では、炭素繊維４１が、その先端４１ａそれぞれで山形状を形成するように束ねられている。具体的に、集合の中央部分が盛り上がるような山形状である。
このような中心電極１７を点火プラグ１１に用いれば、山形状の頂点部分が接地電極２１により近くなるため、炭素繊維４１のうち、山形状の頂点部分を形成する炭素繊維４１から電子がより放出されやすくなる。また一方では、その山形状の頂点部分を形成する炭素繊維４１の消耗は激しくなる。

この場合、その山形状の頂点部分を形成する炭素繊維４１がより消耗することで、中心電極１７の先端部分の山形状は、徐々に平面形状に近づく。
中心電極１７の先端部分の形状が平面形状になった場合、全体として、電子は均一に放出されるようになる。

このため、図７（ｂ）の中心電極１７によれば、電子の放出量がより長い間好適に維持される。具体的に、まずは山形状の頂点部分から電子が放出されやすいものとなり、その頂点部分を構成する炭素繊維４１が消耗した場合でも、中心電極１７の先端部分の形状が平面形状となることで、その中心電極１７の先端部分全体から均一に、電子が放出されるようになる。よって、図７（ｂ）のような中心電極１７を点火プラグに用いれば、より長い間、好適に点火を行うことができる点火プラグを提供することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の中心電極１７は、例えばマインスイオンを生成するマイナスイオン生成装置にも用いることができる。マイナスイオン生成装置は、電子を放出して空気中の物質をマイナスの電荷に耐電させることで、マイナスイオンを生成するものである。このようなマイナスイオン生成装置において、電子の放出源に本発明の中心電極１７を用いれば、より多くの電子が放出されるようになり、好適である。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内において種々の形態をとることができる。
例えば、上記実施形態では、本発明が適用された中心電極１７を点火プラグ１１に用いた例を説明しているが、その例は一例であり、本発明が適用された中心電極１７は、電子を放出する電極としてどのような用いられ方をしても良いことは勿論である。

また、上記実施形態において、図３（ａ）では、導体３１は２本であっても良いし、或いは４本以上であっても良い。また、図３（ｂ）では、導体３１は８千本程度であるが、８千本以上設けても良いし、或いは８千本以下でも良い。

また、上記実施形態では、導体３１或いは炭素繊維４１が束ねられて電子を放出する電極（例えば中心電極１７）が構成される例を記載したが、同じ効果を得られるものであれば、導体の個々の形状はどのようなものでも良く、また、どのように寄り集まっていても良い。一例を挙げると、円筒状の導体に、その導体の内径よりも外径が小さくなるように同じく円筒状に構成された導体を挿入していく、ということを繰り返して、複数の円筒状の導体で中心電極１７を構成しても良い。

また、上記実施形態では、導体３１或いは炭素繊維４１の一本一本の端面は平面になっているが、その導体３１或いは炭素繊維４１の一本一本の端面の形状は、例えばすり鉢形状になっていても良いし、或いは山形状になっていても良い。

また、導体３１或いは炭素繊維４１の一本一本の端面に、溝が設けられていても良い。さらに、その溝の形状はどのような形状でも良い。例えば溝の断面がＶ字型になるようなものや、Ｕ字型になるようなものが考えられる。また、溝を複数本設けることも考えられる。

また、上記実施形態において、図７では、炭素繊維４１の先端４１ａのそれぞれで、全体としてすり鉢形状、或いは山形状が形成されるように構成されているが、その形状はどのようなものでも良い。例えば、全体として溝が形成されるように構成されていても良い。さらに、その溝の形状はどのような形状でも良い。例えば、溝の断面がＶ字型になるようなものでも良いし、或いはＵ字型になるようなものでも良い。

エンジンに点火するための点火システム１の概略図である。 点火システムにおける点火プラグ１１の構成図である。 点火プラグ１１における中心電極１７の構成図である。 電子の放出を模式的に表す図である。 電子の放出量を測定する測定システム１００の概略図である。 測定システム１００による測定結果のグラフである。 中心電極１７の変形例を表す図である。

符号の説明

１１…点火プラグ
１３…ターミナル
１５…碍子
１７…中心電極
１９…ハウジング
２１…接地電極
２３…ガスケット
２５…ステム
２７…リング
３１…導体
３３…絶縁体
３５…接続部
４１…炭素繊維
１００…測定システム
１１０…空気イオンカウンター
１２０…電子発生器
１３０…直流電源

Claims (15)

1. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
   前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＶ字型の溝を形成するように束ねられていることを特徴とする電子放出電極。
2. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
   前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＵ字型の溝を形成するように束ねられていることを特徴とする電子放出電極。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、
   前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、
   前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、その端面の中央部が盛り上がった山状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
5. 請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、
   前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面に、Ｖ字型の溝が設けられていることを特徴とする電子放出電極。
6. 請求項１又は請求項２に記載の電子放出電極において、
   前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面に、Ｕ字型の溝が設けられていることを特徴とする電子放出電極。
7. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
   前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士ですり鉢形状を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
8. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
   前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でその集合の中央部が盛り上がった山形状を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
9. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
   前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＶ字型の溝を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
10. 所定の大きさの電圧が印加されることで電子を放出する導体からなる電極部を備えた電子放出電極であって、
    前記電極部は、それぞれが細長い形状を有する複数本の前記導体が寄り集まって棒状に束ねられたものであり、その複数本の導体は、電圧が印加される側とは反対側であって電子を放出する側の一端がそれぞれ寄り集まって、その一端同士でＵ字型の溝を形成するように束ねられ、更に、その複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
11. 請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、
    前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、その端面の中央部が盛り上がった山状に構成されていることを特徴とする電子放出電極。
12. 請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、
    前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、Ｖ字型の溝を有するように構成されていることを特徴とする電子放出電極。
13. 請求項７ないし請求項１０の何れか１項に記載の電子放出電極において、
    前記複数本の導体のそれぞれについて、電子を放出する側の端面が、すり鉢状に代えて、Ｕ字型の溝を有するように構成されていることを特徴とする電子放出電極。
14. 請求項１ないし請求項１３の何れか１項に記載の電子放出電極において、
    その電子放出電極は、内燃機関の燃焼室に供給される混合気に着火するための点火プラグが、着火のための火花放電を発生させるために備える電子の放出源として用いられることを特徴とする電子放出電極。
15. 電子放出源を備え、該電子放出源から放出される電子で少なくとも空気中の物質をマイナスの電荷に帯電させる機能を有するイオン生成装置であって、
    請求項１ないし請求項１３の何れか１項に記載の電子放出電極を前記電子放出源として備えていることを特徴とするイオン生成装置。

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