JP5559929B2 - 高周波プラズマ点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、高周波プラズマを生成して混合気等への着火を行う高周波プラズマ点火プラグに関する。

内燃機関等の燃焼装置に使用される点火プラグは、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、絶縁体の外周に設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、混合気に対する着火がなされるようになっている。

さらに近年では、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、高周波プラズマを生成することで、混合気に対する着火を行う技術が提案されている。（例えば、特許文献１等参照）。また、高電圧を印加することで生じた火花に対して、高周波電力を投入することにより、高周波プラズマを生成する技術も提案されている。

加えて、耐久性や着火性の向上を図るべく、中心電極の先端部に、貴金属合金等からなるチップを接合することがある。一般にチップは、レーザー溶接により形成され、中心電極を構成する金属とチップを構成する金属とからなる溶融部により、中心電極に接合される（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００９−８１００号公報 特開２００８−１２３９８９号公報

ところで、一般に溶融部はチップよりも耐消耗性に劣るが、火花放電により混合気等へと着火するタイプの点火プラグにおいては、火花放電に伴う溶融部の急激な消耗といった事態はほとんど生じない。しかしながら、高周波プラズマを生成することで混合気等へと着火するタイプの点火プラグにおいては、高周波プラズマの生成に伴い、溶融部が急激に消耗してしまい、チップの脱落を招いてしまうことがある。これは、次の理由により生じるものと考えられる。すなわち、火花放電により着火するタイプの点火プラグにおいては、火花放電に伴い初期火炎が生成される一方で、高周波プラズマにより着火するタイプの点火プラグにおいては、電力の投入直後に前記初期火炎よりも遥かに大きく、かつ、高温の高周波プラズマが発生する。そのため、溶融部に対して高周波プラズマが接触してしまいやすく、溶融部の著しい温度上昇を招いてしまう。そして、この著しい温度上昇の結果、溶融部が急激に消耗してしまうこととなる。

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、溶融部の消耗を効果的に抑制し、チップの脱落をより確実に防止することができる高周波プラズマ点火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点火プラグは、軸線方向に延びる中心電極と、
前記中心電極が挿設される軸孔を有する絶縁体と、
自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部により前記中心電極の先端部に接合されたチップと、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に固定され、前記チップとの間で間隙を形成する接地電極とを備え、
前記間隙に対する高周波電力の供給により、前記間隙にて高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ点火プラグであって、
前記チップは、自身の先端が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置し、
前記溶融部の外表面のうち少なくとも一部は前記軸孔内に位置し、
前記軸孔の先端側開口と前記溶融部の外表面の最後端との間の前記軸線に沿った距離が０．１ｍｍ以上とされることを特徴とする。

上記構成１によれば、溶融部の外表面のうち少なくとも一部は軸孔内に位置し（すなわち、溶融部の少なくとも一部は絶縁体の内側に入り込み）、軸孔の先端側開口と溶融部の外表面の最後端との間の軸線に沿った距離が０．１ｍｍ以上とされている。従って、絶縁体の存在により、間隙にて発生した高周波プラズマが溶融部に対して接触しにくくなり、溶融部の温度上昇を抑制することができる。その結果、溶融部の消耗を効果的に抑制することができ、チップの脱落をより確実に防止することができる。

また、チップの先端が絶縁体の先端よりも軸線方向先端側に位置している（つまり、軸孔の外側に間隙が形成されている）ため、絶縁体に阻害されることなく、高周波プラズマが広がることとなり、良好な着火性を実現することができる。また、間隙が軸孔内に位置する場合には、電力供給に伴い絶縁体の内周面が削れてしまう現象（いわゆるチャンネリング）が生じ得るが、上記構成１によれば、このような現象が発生することはなく、絶縁体の耐久性を向上させることができる。

構成２．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１において、前記溶融部の外表面のうち前記軸孔内に位置する部位と前記軸孔の内周面との間の前記軸線と直交する方向に沿った距離が０．３ｍｍ以下とされることを特徴とする。

上記構成２によれば、溶融部の外表面のうち軸孔内に位置する部位と軸孔の内周面との間の軸線と直交する方向に沿った距離（すなわち、溶融部の外表面と軸孔の内周面との間に形成される隙間の大きさ）が０．３ｍｍ以下とされている。従って、前記隙間に対する高周波プラズマの侵入をより確実に防止することができ、溶融部の温度上昇を効果的に抑制することができる。その結果、溶融部の消耗を一層抑制することができ、チップの脱落をより一層確実に防止することができる。

構成３．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１又は２において、前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間に形成され、
前記チップの先端と前記溶融部の外表面との間の前記軸線に沿った最短距離が０．８ｍｍ以上とされることを特徴とする。

上記構成３によれば、間隙から溶融部までの距離を十分に大きなものとすることができる。従って、間隙において発生した高周波プラズマが溶融部に接触してしまうことを一層確実に防止することができ、溶融部の消耗をより一層抑制することができる。

構成４．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
前記溶融部と前記内層との間の最短距離が２．０ｍｍ以下とされることを特徴とする。

上記構成４によれば、溶融部の熱を中心電極（内層）側に速やかに伝導することができ、高周波プラズマの接触による溶融部の過熱をより確実に防止することができる。その結果、溶融部の消耗抑制効果を一層高めることができる。

構成５．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記溶融部の外表面の全域が、前記軸孔内に位置することを特徴とする。

上記構成５によれば、溶融部に対する高周波プラズマの接触を極めて効果的に防止することができ、溶融部の温度上昇を顕著に抑制することができる。その結果、溶融部の消耗抑制効果を飛躍的に向上させることができる。

構成６．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間に形成され、
前記軸線と直交する平面に、前記チップ及び前記溶融部の外表面を前記軸線方向に沿って投影したとき、前記チップの投影領域よりも内側に前記外表面の投影領域が位置することを特徴とする。

上記構成６によれば、間隙から見たときに、溶融部がチップに隠れる形となるため、溶融部に対する高周波プラズマの接触が一層生じにくくなる。その結果、溶融部の消耗抑制効果をより一層高めることができる。

構成７．本構成の高周波プラズマ点火プラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間にのみ形成されることを特徴とする。

上記構成７によれば、間隙が溶融部から離間した位置にのみ形成されることとなる。従って、溶融部に対する高周波プラズマの接触を一層確実に防止することができ、溶融部の消耗を一層効果的に抑制することができる。

点火システムの概略構成を示すブロック図である。 点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 点火プラグの先端部の構成を示す拡大断面図である。 （ａ），（ｂ）は、消耗面積を説明するための溶融部等の拡大側面図である。 距離Ａを種々変更したサンプルにおける机上耐久試験の結果を示すグラフである。 距離Ｂを種々変更したサンプルにおける机上耐久試験の結果を示すグラフである。 距離Ｃを種々変更したサンプルにおける机上耐久試験の結果を示すグラフである。 最短距離Ｄを種々変更したサンプルにおける机上耐久試験の結果を示すグラフである。 距離Ｅを種々変更したサンプルにおける机上耐久試験の結果を示すグラフである。 別の実施形態におけるチップ等の構成を示す拡大断面図である。 軸線と直交する平面に投影されたチップの投影領域と溶融部の外表面の投影領域とを示す投影図である。 別の実施形態におけるチップ等の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における溶融部を示す拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、高周波プラズマ点火プラグ（以下、単に「点火プラグ」と称す）１と、放電用電源４１と、高周波電源５１と、混合回路６１とを備える点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。尚、図１では、点火プラグ１を１つのみ示しているが、実際の燃焼装置には複数の気筒が設けられ、各気筒に対応して点火プラグ１が設けられる。そして、放電用電源４１や高周波電源５１からの電力が、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給されるようになっている。尚、点火プラグ１ごとに、放電用電源４１や高周波電源５１を設けることとしてもよい。

点火プラグ１の説明に先立って、まず、放電用電源４１等について説明する。

放電用電源４１は、点火プラグ１に対して高電圧を印加し、点火プラグ１の後述する間隙３３にて火花放電を生じさせるものである。本実施形態において、放電用電源４１は、二次コイル４４が混合回路６１を介して点火プラグ１に接続される点火コイル４２と、当該点火コイル４２の一次コイル４３に対して電力を供給するバッテリ４５と、一次コイル４３及び二次コイル４４が巻回された金属製のコア４６と、前記一次コイル４３に対する電力の供給・停止を切替えるイグナイタ４７とを備えている。点火プラグ１に高電圧を印加する場合には、イグナイタ４７をオンとしてバッテリ４５から一次コイル４３に電流を流し、コア４６の周囲に磁界を形成した上で、イグナイタ４７をオフに切り替えることにより、バッテリ４５から一次コイル４３に対する通電を停止する。通電の停止により、前記コア４６の磁界が変化し、二次コイル４４に負極性の高電圧（例えば、５ｋＶ〜３０ｋＶ）が発生する。この高電圧が点火プラグ１に印加されることで、点火プラグ１（間隙３３）において火花放電を発生させることができる。

高周波電源５１は、点火プラグ１に対して比較的高周波数（例えば、５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ）の電力（本実施形態では、交流電力）を供給するものである。また、高周波電源５１と混合回路６１との間にはインピーダンスマッチング回路（整合器）７１が設けられている。当該インピーダンスマッチング回路７１により、高周波電源５１側の出力インピーダンスと、混合回路６１や点火プラグ１（負荷）側の入力インピーダンスとが一致するように構成されており、点火プラグ１側へと供給される高周波電力の減衰防止が図られている。尚、高周波電源５１から点火プラグ１までの高周波電力の伝送路は、内部導体と当該内部導体の外周に配置された外部導体とを有する同軸ケーブルによって構成されており、電力の反射防止が図られている。

混合回路６１は、放電用電源４１及び高周波電源５１の一方から他方に対する電流の流入を防止しつつ、放電用電源４１からの出力電力と、高周波電源５１からの出力電力との双方を点火プラグ１に投入可能とするものであり、コイル６２とコンデンサ６３とを備えている。コイル６２は、放電用電源４１の出力端に接続されており、コイル６２により、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過可能とされる一方で、高周波電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過不能とされている。コンデンサ６３は、高周波電源５１の出力端に接続されており、コンデンサ６３により、高周波電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過可能とされる一方で、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過不能とされている。尚、前記二次コイル４４をコイル６２の代わりとして用い、コイル６２を省略することとしてもよい。

本実施形態では、放電用電源４１からの電力と高周波電源５１からの高周波電力とが点火プラグ１の電極８（図２参照）を通して間隙３３に供給され、放電用電源４１からの電力により間隙３３において生じた火花に、高周波電源５１からの高周波電力が投入されることで高周波プラズマを発生させるように構成されている。すなわち、電極８を共通の伝送路として放電用電源４１からの電力と高周波電源５１からの高周波電力とが間隙３３に供給され、間隙３３で生じた火花に対して、高周波電力が直接供給されるように構成されている。尚、本実施形態では、放電用電源４１や高周波電源５１から点火プラグ１に対する電力の供給タイミング等が、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）により構成された制御部８１により制御されている。

次いで、点火プラグ１の構成を説明する。

点火プラグ１は、図２に示すように、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、この外周に設けられた筒状の主体金具３などから構成されるものである。尚、図２では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

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大径部１１と、当該大径部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に沿って延びる軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４には電極８が挿入、固定されている。電極８は、軸孔４の先端側に設けられ、軸線ＣＬ１に沿って延びる中心電極５と、軸孔４の後端側に設けられた端子電極６と、両電極５，６間に設けられたガラスシール部７とを備えている。

中心電極５は、全体として棒状をなしており、その先端が、絶縁碍子２の先端から軸線ＣＬ１方向先端側へと突出している。また、中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ａと、当該外層５Ａの内部に設けられ、外層５Ａを構成する金属よりも熱伝導性の高い金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉ等）からなる内層５Ｂとを備えている。さらに、中心電極５の先端部には、所定の金属（例えば、イリジウムや白金等の貴金属、貴金属を主成分とする貴金属合金など）からなるチップ３１が接合されている。チップ３１は、レーザー溶接により形成された、自身と中心電極５（外層５Ａ）とが溶け合ってなる溶融部３５により中心電極５に接合されている。尚、本実施形態では、チップ３１は、その軸方向に沿って一定の外径を有する円柱状とされている。そして、チップ３１の外径は、溶融部３５の外径以下とされている。

端子電極６は、低炭素鋼等の金属により形成されており、全体として棒状をなしている。また、端子電極６の後端部には、絶縁碍子２の後端から突出する接続部６Ａが設けられており、当該接続部６Ａに対して混合回路６１の出力端が電気的に接続されている。

ガラスシール部７は、金属粉末やガラス粉末等の混合物が焼結されることで形成されたものであり、中心電極５及び端子電極６を電気的に接続するとともに、絶縁碍子２に対して両電極５，６を固定している。

主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）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座部１６が形成され、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。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記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が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

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２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してそ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２１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２０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、前記段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２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（混合気）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との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６には、Ｎｉを主成分とする合金により形成され、略中間部分にて曲げ返された接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、その先端側側面がチップ３１の先端面と対向しており、チップ３１の先端面と接地電極２７の側面との間に、間隙３３が形成されている。尚、本実施形態において、接地電極２７は複数設けられることなく、１本のみ設けられ、チップ３１の先端面と当該先端面に対向する接地電極２７の側面との間にのみ間隙３３が形成されている。

さらに、図３に示すように、チップ３１の先端が、絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置する（軸孔４の外側に位置する）一方で、チップ３１を中心電極５に接合する溶融部３５の外表面のうちの少なくとも一部が軸孔４内に位置している。そして、軸孔４の先端側開口から溶融部３５の外表面の最後端との間の軸線ＣＬ１に沿った距離Ａが０．１ｍｍ以上とされている。

尚、本実施形態では、溶融部３５の外表面全域が軸孔４内に位置している。すなわち、絶縁碍子２の先端を基準とし、軸線ＣＬ１方向先端側をプラス側、軸線ＣＬ１方向後端側をマイナス側として、絶縁碍子２の先端から溶融部３５の最先端までの軸線ＣＬ１に沿った距離をＥ（ｍｍ）としたとき、距離Ｅが０又はマイナスとなっている。

加えて、溶融部３５の外表面のうち軸孔４内に位置する部位と軸孔４の内周面との間の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った距離Ｂが０．３ｍｍ以下とされている。

併せて、本実施形態では、チップ３１の長さが比較的大きなものとされており、チップ３１の先端と溶融部３５の外表面との間の軸線ＣＬ１に沿った最短距離Ｃが０．８ｍｍ以上とされている。すなわち、間隙３３から溶融部３５の外表面までの距離が十分に大きなものとなるように構成されている。

また、溶融部３５の熱をより速やかに中心電極５側へと伝導すべく、溶融部３５と内層５Ｂとの間の最短距離Ｄが２．０ｍｍ以下とされている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、溶融部３５の外表面のうち少なくとも一部は軸孔４内に位置し、前記距離Ａが０．１ｍｍ以上とされている。従って、絶縁碍子２の存在により、間隙３３にて発生した高周波プラズマが溶融部３５に対して接触しにくくなり、溶融部３５の温度上昇を抑制することができる。その結果、溶融部３５の消耗を効果的に抑制することができ、チップ３１の脱落をより確実に防止することができる。特に本実施形態では、溶融部３５の外表面全域が軸孔４内に位置しているため、溶融部３５に対する高周波プラズマの接触を極めて効果的に防止することができ、溶融部３５の消耗抑制効果を飛躍的に向上させることができる。

また、チップ３１の先端が絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置している。そのため、絶縁碍子２に阻害されることなく、高周波プラズマが広がることとなり、良好な着火性を実現することができる。また、いわゆるチャンネリングの発生を防止することができ、絶縁碍子２の耐久性を向上させることができる。

さらに、前記距離Ｂ（すなわち、溶融部３５の外表面と軸孔４の内周面との間に形成される隙間の大きさ）が０．３ｍｍ以下とされている。従って、前記隙間に対する高周波プラズマの侵入をより確実に防止することができ、溶融部３５の温度上昇を効果的に抑制することができる。その結果、溶融部３５の消耗を一層抑制することができ、チップ３１の脱落をより一層確実に防止することができる。

加えて、前記最短距離Ｃが０．８ｍｍ以上とされているため、間隙３３から溶融部３５までの距離を十分に大きなものとすることができる。従って、高周波プラズマが溶融部３５に接触してしまうことを一層確実に防止することができ、溶融部３５の消耗をより一層抑制することができる。

併せて、前記最短距離が２．０ｍｍ以下とされているため、溶融部３５の熱を中心電極５（内層５Ｂ）側へと速やかに伝導することができ、高周波プラズマの接触による溶融部３５の過熱をより確実に防止することができる。その結果、溶融部３５の消耗抑制効果を一層高めることができる。

また、本実施形態において、間隙３３は、チップ３１の先端面と当該先端面に対向する接地電極２７の側面との間にのみ形成されている。すなわち、間隙３３が溶融部３５から離間した位置にのみ形成されている。従って、溶融部３５に対する高周波プラズマの接触を一層確実に防止することができ、溶融部３５の消耗を一層効果的に抑制できる。

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、軸孔の先端側開口と溶融部の外表面の最後端との間の軸線に沿った距離Ａを０．０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、又は、０．５ｍｍとした点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上耐久試験を行った。机上耐久試験の概要は次の通りである。すなわち、点火プラグを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を０．４ＭＰａに設定し、印加電圧の周波数を２０Ｈｚとして（すなわち、毎分１２００回の割合で）高周波プラズマを発生させた。そして、２０時間経過後に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中心電極の側面側から溶融部をカメラにより撮影し、撮影された画像に基づいて、試験前において中心電極の側面側から見たときの溶融部の面積〔図４（ａ）中、斜線を付した部位〕に対する、試験後において中心電極の側面側から見たときの溶融部の面積〔例えば、図４（ｂ）中、斜線を付した部位〕の減少量〔消耗面積；図４（ｂ）中、散点模様を付した部位の面積〕を計測した。図５に、当該試験の試験結果を示す。

尚、当該試験においては、高周波電源の出力電力を６００Ｗとし、出力周波数を１３ＭＨｚとした。また、チップをイリジウム合金により構成し、その外径を１．５ｍｍとした（尚、出力電力、出力周波数、チップの構成材料、及び、その外径は、以下の試験においても同様とした）。さらに、チップの長さを０．９ｍｍとし、軸孔の先端側開口の内径を２．３ｍｍとし、溶融部の外表面の軸線に沿った長さを０．６ｍｍとした。さらに、前記距離Ｂを０．４ｍｍとした。尚、消耗面積は、投影機などを用いて計測することも可能である。

図５に示すように、距離Ａを０．１ｍｍ以上としたサンプルは、消耗面積が０．２０ｍｍ²未満に低減し、溶融部の消耗を効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、溶融部に対して高周波プラズマが接触しにくくなり、高周波プラズマの接触に伴う溶融部の温度上昇が抑制されたことによると考えられる。

上記試験の結果より、溶融部の消耗を抑制し、チップの脱落防止を図るという観点から、軸孔の先端側開口と溶融部の外表面の最後端との間の軸線に沿った距離を０．１ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次いで、溶融部の外表面のうち軸孔内に位置する部位と軸孔の内周面との間の軸線と直交する方向に沿った距離Ｂを０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、又は、０．４ｍｍとした点火プラグのサンプルを作製し、上述の机上耐久試験を行った。図６に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、距離Ａを０．５ｍｍとした。

図６に示すように、距離Ｂを０．３ｍｍ以下としたサンプルは、消耗面積が顕著に減少し、優れた溶融部の消耗抑制効果を有することが分かった。これは、絶縁碍子の内周面と溶融部との間の隙間に高周波プラズマが侵入しにくくなり、溶融部の温度上昇が効果的に抑制されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、溶融部の消耗を一層抑制すべく、溶融部の外表面のうち軸孔内に位置する部位と軸孔の内周面との間の軸線と直交する方向に沿った距離を０．３ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、距離Ａを０．２ｍｍ又は０．５ｍｍとした上で、異なる長さのチップを用いることにより、チップの先端と溶融部の外表面との間の軸線に沿った最短距離Ｃを０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、又は、１．０ｍｍとした点火プラグのサンプルを作製し、上述の机上耐久試験を行った。図７に、当該試験の結果を示す。尚、図７においては、距離Ａを０．２ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、距離Ａを０．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示す。また、各サンプルともに、距離Ｂを０．３ｍｍとした。

図７に示すように、最短距離Ｃを０．８ｍｍ以上としたサンプルは、溶融部の消耗抑制効果に一層優れることが明らかとなった。これは、高周波プラズマの発生位置（間隙）から溶融部までの距離が十分に大きくされたことにより、高周波プラズマが溶融部に対してより接触しにくくなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、溶融部の消耗抑制効果をさらに高めるべく、チップの先端と溶融部の外表面との間の軸線に沿った最短距離を０．８ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次いで、溶融部と内層との間の最短距離Ｄを種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の机上耐久試験を行った。図８に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、距離Ａを０．５ｍｍとし、距離Ｂを０．３ｍｍとし、最短距離Ｃを０．７ｍｍとした。

図８に示すように、最短距離Ｄを２．０ｍｍ以下としたサンプルは、消耗面積が著しく低減し、溶融部の消耗抑制効果に極めて優れることが確認された。これは、溶融部と内層との間の距離を小さくしたことで、溶融部の熱が中心電極（内層）側へと速やかに伝導され、溶融部の温度が一層低減したことに起因すると考えられる。

上記試験の結果より、溶融部の温度をより確実に低減させ、溶融部の消耗をさらに抑制するためには、溶融部と内層との間の最短距離を２．０ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、溶融部の外表面の軸線に沿った長さ（溶融部長さ）を０．６ｍｍ又は０．８ｍｍとした上で、絶縁碍子の先端を基準とし、軸線方向先端側をプラス側、軸線方向後端側をマイナス側として、絶縁碍子の先端から溶融部の最先端までの軸線に沿った距離Ｅを種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の机上耐久試験を行った。図９に、当該試験の結果を示す。尚、図９においては、溶融部長さを０．６ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、溶融部長さを０．８ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示す。また、図９において、距離Ｅがプラスとあるのは、溶融部の少なくとも一部が軸孔の外部に位置していることを示し、距離Ｅが０又はマイナスとあるのは、溶融部の全域が軸孔内に位置することを示す。尚、各サンプルともに、距離Ｂを０．３ｍｍとし、距離Ｃを０．７ｍｍとした。

図９に示すように、距離Ｅを０．０ｍｍ以下とした場合、すなわち、溶融部の外表面の全域が軸孔内に配置された場合には、溶融部の消耗抑制効果が飛躍的に向上することが分かった。これは、溶融部に対する高周波プラズマの接触が極めて効果的に抑制されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、溶融部の消耗をより一層確実に抑制するためには、溶融部の外表面の全域が、軸孔内に位置するように構成す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）上記実施形態において、チップ３１は円柱状をなし、その外径が溶融部３５の外径以下とされている。これに対して、例えば、図１０に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側に向けてチップ３６の外径が徐々に大きくなるように構成することで、チップ３６の少なくとも一部における外径が、溶融部３８の外径よりも大きくなるように構成してもよい。すなわち、図１１に示すように、軸線ＣＬ１と直交する平面ＶＳに、チップ３６及び溶融部３８の外表面を軸線ＣＬ１に沿って投影したとき、チップ３６の投影領域ＰＡ１（図１１中、散点模様を付した部位）よりも内側に溶融部３８の外表面の投影領域ＰＡ２（図１１中、斜線を付した部位）が位置するように構成してもよい。この場合には、間隙３３から見たときに、溶融部３８がチップ３６に隠れる形となるため、溶融部３８に対する高周波プラズマの接触が一層生じにくくなり、溶融部３８の消耗抑制効果をより高めることができる。尚、図１２に示すように、溶融部３９の形成されるチップ３７の後端部及び中心電極５の先端部を細径化することで、チップ３７の少なくとも一部における外径が、溶融部３９の外径よりも大きくなるように構成してもよい。

（ｂ）上記実施形態において、チップ３１は、レーザー溶接により形成された溶融部３５により中心電極５に接合されている。これに対して、図１３（尚、図１３においては、図示の便宜上、溶融部４０を実際によりも厚肉に示している）に示すように、チップ３１を抵抗溶接により形成された溶融部４０により中心電極５に接合することとしてもよい。この場合には、溶融部４０のボリュームを低減させることができ、その外表面の面積を著しく少なくすることができる。その結果、高周波プラズマの接触による溶融部４０の温度上昇を一段と抑制することができ、溶融部４０の消耗抑制効果を一層高めることができる。尚、接合強度の面では、レーザー溶接によりチップ３１を中心電極５に接合することが好ましい。

（ｃ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６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）。

（ｄ）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…点火プラグ（高周波プラズマ点火プラグ）
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
５Ａ…外層
５Ｂ…内層
２７…接地電極
３１…チップ
３３…間隙
３５…溶融部
ＣＬ１…軸線
ＰＡ１…（チップの）投影領域
ＰＡ２…（溶融部の外表面の）投影領域
ＶＳ…平面

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる中心電極と、
   前記中心電極が挿設される軸孔を有する絶縁体と、
   自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部により前記中心電極の先端部に接合されたチップと、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に固定され、前記チップとの間で間隙を形成する接地電極とを備え、
   前記間隙に対する高周波電力の供給により、前記間隙にて高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ点火プラグであって、
   前記チップは、自身の先端が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置し、
   前記溶融部の外表面のうち少なくとも一部は前記軸孔内に位置し、
   前記軸孔の先端側開口と前記溶融部の外表面の最後端との間の前記軸線に沿った距離が０．１ｍｍ以上とされることを特徴とする高周波プラズマ点火プラグ。
2. 前記溶融部の外表面のうち前記軸孔内に位置する部位と前記軸孔の内周面との間の前記軸線と直交する方向に沿った距離が０．３ｍｍ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点火プラグ。
3. 前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間に形成され、
   前記チップの先端と前記溶融部の外表面との間の前記軸線に沿った最短距離が０．８ｍｍ以上と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点火プラグ。
4. 前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
   前記溶融部と前記内層との間の最短距離が２．０ｍｍ以下とされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ点火プラグ。
5. 前記溶融部の外表面の全域が、前記軸孔内に位置す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点火プラグ。
6. 前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間に形成され、
   前記軸線と直交する平面に、前記チップ及び前記溶融部の外表面を前記軸線方向に沿って投影したとき、前記チップの投影領域よりも内側に前記外表面の投影領域が位置す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点火プラグ。
7. 前記間隙は、前記チップの先端面と当該先端面に対向する前記接地電極の側面との間にのみ形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高周波プラズマ点火プラグ。

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