特許 6034199 プラズマジェット点火プラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6034199

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】プラズマジェット点火プラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/54 20060101AFI20161121BHJP

   H01T 13/32 20060101ALI20161121BHJP

   F02P 3/01 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/54

   H01T13/32

   F02P3/01 A

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-485(P2013-485)

(22)【出願日】2013年1月7日

(65)【公開番号】特開2014-132535(P2014-132535A)

(43)【公開日】2014年7月17日

【審査請求日】2015年4月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠原 大輔

(72)【発明者】

【氏名】中野 悌丞

(72)【発明者】

【氏名】向山 直志

【審査官】 段 吉享

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１８６７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ １３／５４

Ｆ０２Ｐ ３／０１

Ｈ０１Ｔ １３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極と、
前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、該軸孔内に前記中心電極を保持する略筒状の絶縁体と、
前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記中心電極よりも先端側に配置される接地電極と、を備えるプラズマジェット点火プラグであって、
前記主体金具は、前記主体金具の先端部に、
前記中心電極と前記絶縁体のそれぞれの先端部のうち、少なくとも前記絶縁体の先端部の一部を前記軸線方向と交差する方向で覆って前記それぞれの先端部との間に空間部を形成する空間形成部と、
前記空間形成部に設けられ、前記空間部を介して前記中心電極の先端部と対向する開口部と、を備え、
前記接地電極は、略筒形状に形成され、前記主体金具の前記開口部の内側に配置され、前記開口部から前記空間部に向けて突出しており、
前記主体金具の前記空間形成部は、前記空間部を形成する面が凹状に窪んだ凹陥部を備えていることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記空間形成部の前記空間部を形成する面は、前記軸線方向と直交する方向において、前記中心電極の軸線までの距離が、前記プラズマジェット点火プラグの先端側に向かうにつれて小さくなるように形成されていることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項3】

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において、
前記中心電極の先端部と前記絶縁体の先端部との前記軸線方向の距離ｇは、
ｇ≦１．５ｍｍであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項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において、
前記主体金具の前記空間形成部は、前記凹陥部の外周に前記凹陥部から離れるにつれて前記絶縁体の先端部に近づくように形成されたテーパー部を備えており、
前記絶縁体の先端部には、平坦な端面が形成されていることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項5】

請求項４に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記絶縁体の先端部の端面と、前記テーパー部とがなす角度αは、
５°≦α≦２５°であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項6】

請求項５に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記絶縁体の先端部の端面と、前記テーパー部とがなす角度αは、
１０°≦α≦２０°であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項7】

請求項１から請求項６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において、
前記空間部の容積Ｖは、
４．４７ｍ³≦Ｖ≦６．６７ｍ³であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項8】

請求項１から請求項７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において、
前記絶縁体の先端部のうち、前記中心電極の先端部に最も近い点Ｘから前記主体金具に最も近い点Ｙまでの最短距離を距離Ａとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記点Ｘから前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記距離Ａと前記距離ａとの比率は、
１．８≦Ａ／ａ≦２．５であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項9】

請求項８に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記距離Ａと前記距離ａとの比率は、
２≦Ａ／ａであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項10】

請求項１から請求項９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において、
前記接地電極の前記開口部から前記空間部に向けての突出長さを長さｂとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記長さｂと前記距離ａとの比率は、
０．１≦ｂ／ａ≦０．４であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項11】

請求項１０に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記長さｂと前記距離ａとの比率は、
０．２≦ｂ／ａ≦０．３であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項12】

請求項１から請求項１１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において、
前記中心電極の先端部から前記空間形成部までの最短距離と、前記絶縁体の先端部のうち前記中心電極の先端部に最も近い点Ｘから前記空間形成部までの最短距離のうちの小さい方を距離ｒとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記点Ｘから前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記距離ｒと前記距離ａとの比率は、
１．０５≦ｒ／ａ≦１．４であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項13】

請求項１２に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記距離ｒと前記距離ａとの比率は、
１．２≦ｒ／ａ≦１．３であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項14】

請求項１から請求項１３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において、
前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方である距離ａは、
１ｍｍ≦ａであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【請求項15】

請求項１から請求項１４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において、
前記接地電極は、貴金属チップであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマジェット点火プラグに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関では、燃料（混合気）を火花放電によって着火する点火プラグが使用されている。この点火プラグによる混合気への着火性の向上を図るために、混合気をプラズマによって着火するプラズマジェット点火プラグが提案されている。プラズマジェット点火プラグには、その先端部にキャビティと呼ばれる小空間が設けられているものが知られている（特許文献１）。このプラズマジェット点火プラグは、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加して両電極の間で火花放電を生じさせた後、両電極間に高エネルギーの電流を流すことによってプラズマを発生させる。発生したプラズマは、キャビティから火炎状に噴出する。このような火炎状のプラズマは、気筒内に延びるため、混合気との接触面積が大きくなる。そのため、プラズマジェット点火プラグは、火花によって点火を行う通常の点火プラグよりも、着火性能に優れるという特徴がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１２７８８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のプラズマジェット点火プラグは、耐久性が乏しいという問題があった。例えば、プラズマジェット点火プラグには、キャビティの側面部を構成する絶縁体の表面に沿面放電を発生させた後、この放電経路に高エネルギーの電流を流して放電状態を遷移させてプラズマを発生させるものが知られている。この場合、この沿面放電によって、絶縁体が溶融し、表面に溝状の痕（チャンネリング）が生じてしまう問題があった。一方、絶縁体の表面での沿面放電の発生を抑制するために、中心電極からキャビティの側面部を構成する絶縁体までの距離を大きくした場合には、キャビティ空間が大きくなる。キャビティ空間が過度に大きくなると、キャビティから噴出する火炎状のプラズマが小さくなり、着火性能が低下する問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本発明の一形態によれば、
中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、該軸孔内に前記中心電極を保持する略筒状の絶縁体と、前記絶縁体を保持する主体金具と、前記中心電極よりも先端側に配置される接地電極と、を備える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の前記主体金具は、前記主体金具の先端部に、前記中心電極と前記絶縁体のそれぞれの先端部のうち、少なくとも前記絶縁体の先端部の一部を前記軸線方向と交差する方向で覆って前記それぞれの先端部との間に空間部を形成する空間形成部と、前記空間形成部に設けられ、前記空間部を介して前記中心電極の先端部と対向する開口部と、を備え、前記接地電極は、略筒形状に形成され、前記主体金具の前記開口部の内側に配置され、前記開口部から前記空間部に向けて突出しており、前記主体金具の前記空間形成部は、前記空間部を形成する面が凹状に窪んだ凹陥部を備えていることを特徴としている。
この構成によれば、プラズマジェット点火プラグは、絶縁体と中心電極のそれぞれの先端部と、主体金具の空間形成部との間にキャビティ空間となる空間部を備えている。このプラズマジェット点火プラグは、接地電極がキャビティ空間の開口部からキャビティ空間に向けて突出しており、また、キャビティ空間を形成する主体金具の空間形成部の面が凹状に窪んでいる。そのため、中心電極と主体金具の空間形成部との間の気中放電の発生が抑制され、中心電極と接地電極との間の気中放電を発生させることができる。この中心電極と接地電極との間の気中放電後にプラズマを発生させることによって、プラズマジェット点火プラグの着火性能の向上を図ることができる。また、この構成によれば、中心電極と接地電極との間において気中放電が発生するため、絶縁体の表面における沿面放電の発生が抑制される。そのため、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。また、接地電極が空間部に突出しているため、中心電極と接地電極との間で安定して気中放電を発生させることができる。これにより、プラズマジェット点火プラグの着火性能の向上を図ることができる。

【0007】

（２）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記空間形成部の前記空間部を形成する面は、前記軸線方向と直交する方向において、前記中心電極の軸線までの距離が、前記プラズマジェット点火プラグの先端側に向かうにつれて小さくなるように形成されていることを特徴としていてもよい。
この構成によれば、主体金具の空間形成部に放電を誘発するような特異な形状がなく、突出した接地電極に確実に放電することができるため、中心電極と主体金具の空間形成部との間の気中放電の発生がより一層抑制され、中心電極と接地電極との間の気中放電をより確実に発生させることができる。これにより、プラズマジェット点火プラグの着火性能の向上を図ることができる。また、この構成によれば、中心電極と接地電極との間において気中放電が発生するため、絶縁体の表面における沿面放電の発生がより一層抑制される。そのため、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。

【0008】

（３）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部と前記絶縁体の先端部との前記軸線方向の距離ｇは、ｇ≦１．５ｍｍであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と接地電極とが近接することによる着火性能の低下や、接地電極と絶縁体とが離れてキャビティ空間の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0009】

（４）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記主体金具の前記空間形成部は、前記凹陥部の外周に前記凹陥部から離れるにつれて前記絶縁体の先端部に近づくように形成されたテーパー部を備えており、前記絶縁体の先端部には、平坦な端面が形成されていることを特徴としていてもよい。この構成によれば、絶縁体の表面に沿った方向において、軸線に近づくにつれて中心電極から主体金具までの距離が大きくなるため、絶縁体の表面における沿面放電の発生が抑制される。そのため、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。

【0010】

（５）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記絶縁体の先端部の端面と、前記テーパー部とがなす角度αは、５°≦α≦２５°であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、絶縁体の表面における沿面放電の発生を抑制することができ、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0011】

（６）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記絶縁体の先端部の端面と、前記テーパー部とがなす角度αは、１０°≦α≦２０°であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、絶縁体の表面における沿面放電の発生をさらに抑制することができ、ラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下をさらに抑制することができる。

【0012】

（７）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記空間部の容積Ｖは、４．４７ｍ³≦Ｖ≦６．６７ｍ³であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と主体金具との間における気中放電の発生を抑制することによって、着火性能の低下を抑制することができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0013】

（８）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記絶縁体の先端部のうち、前記中心電極の先端部に最も近い点Ｘから前記主体金具に最も近い点Ｙまでの最短距離を距離Ａとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記距離Ａと前記距離ａとの比率は、１．８≦Ａ／ａ≦２．５であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、絶縁体の表面における沿面放電の発生を抑制することができ、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0014】

（９）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記距離Ａと前記距離ａとの比率は、２≦Ａ／ａであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、絶縁体の表面における沿面放電の発生をさらに抑制することができ、ラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下をさらに抑制することができる。

【0015】

（１０）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記接地電極の前記開口部から前記空間部に向けての突出長さを長さｂとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記長さｂと前記距離ａとの比率は、０．１≦ｂ／ａ≦０．４であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と主体金具との間における気中放電の発生を抑制することによって、着火性能の低下を抑制することができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0016】

（１１）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記長さｂと前記距離ａとの比率は、０．２≦ｂ／ａ≦０．３であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と主体金具との間における気中放電の発生をさらに抑制することによって、着火性能の低下を抑制することができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下をさらに抑制することができる。

【0017】

（１２）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部から前記空間形成部までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記空間形成部までの最短距離のうちの小さい方を距離ｒとし、前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、前記距離ｒと前記距離ａとの比率は、１．０５≦ｒ／ａ≦１．４であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と主体金具との間における気中放電の発生を抑制することによって、着火性能の低下を抑制することができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。

【0018】

（１３）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記距離ｒと前記距離ａとの比率は、１．２≦ｒ／ａ≦１．３であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と主体金具との間における気中放電の発生をさらに抑制することによって、着火性能の低下を抑制することができる。また、キャビティの内側の容積の増大による着火性能の低下をさらに抑制することができる。

【0019】

（１４）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部から前記接地電極までの最短距離と前記絶縁体の先端部から前記接地電極までの最短距離のうちの小さい方である距離ａは、１ｍｍ≦ａであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心電極と接地電極との間において気中放電を発生させやすくすることができ、着火性能の向上を図ることができる。

【0020】

（１５）上記形態のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記接地電極は、貴金属チップであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、接地電極の耐久性の向上を図ることができる。

【0021】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、プラズマジェット点火プラグを含んで構成されるプラズマジェット点火装置、この点火装置を含んで構成される内燃機関、プラズマジェット点火プラグの製造方法、これらの装置または方法を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ１００の概略構成を説明するための説明図である。

【図2】プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近を拡大した断面図である。

【図3】プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近の寸法を説明するための第１の説明図である。

【図4】プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近の寸法を説明するための第２の説明図である。

【図5】第１の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と各サンプルの評価結果を示した説明図である。

【図6】角度αの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。

【図7】第２の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と各サンプルの評価結果を示した説明図である。

【図8】比率Ａ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。

【図9】第３の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と各サンプルの評価結果を示した説明図である。

【図10】比率ｒ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。

【図11】第４の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と各サンプルの評価結果を示した説明図である。

【図12】比率ｂ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。

【図13】変形例１におけるプラズマジェット点火プラグ１００ａ，１００ｂの概略構成を説明するための説明図である。

【図14】変形例２におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｃの概略構成を説明するための説明図である。

【図15】変形例３におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｄの概略構成を説明するための説明図である。

【図16】変形例４におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｅの概略構成を説明するための説明図である。

【図17】変形例５におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｆの概略構成を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ１００の概略構成を説明するための説明図である。図１において、プラズマジェット点火プラグ１００の中心軸である軸線Ｏの右側には、プラズマジェット点火プラグ１００の側面構成を例示し、軸線Ｏの左側には、プラズマジェット点火プラグ１００の断面構成を例示している。以下の説明では、接地電極４０が配置されている側（図１の上方側）をプラズマジェット点火プラグ１００の「先端側」と呼び、端子金具１９が配置されている側（図１の下方側）をプラズマジェット点火プラグ１００の「後端側」と呼ぶ。

【0024】

プラズマジェット点火プラグ１００は、中心電極１０と、絶縁碍子２０と、主体金具３０と、接地電極４０とを備えている。中心電極１０は絶縁碍子２０によって保持され、絶縁碍子２０は主体金具３０によって保持されている。接地電極４０は主体金具３０の先端部３７に取り付けられている。プラズマジェット点火プラグ１００は、中心電極１０、絶縁碍子２０、主体金具３０、および接地電極４０の軸心が、軸線Ｏと一致するように構成されている。

【0025】

中心電極１０は、略棒形状の電極であり、ニッケルまたはニッケルを主成分とするニッケル合金（例えば、インコネル（登録商標）６００）によって形成されている。中心電極１０は、絶縁碍子２０の内側に収容され、外側面がプラズマジェット点火プラグ１００の外部と電気的に絶縁されている。中心電極１０は、内部に、熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯１３を有している。中心電極１０の先端部１１は、軸線Ｏ方向の位置が絶縁碍子２０の先端部２９とほぼ揃うように構成されている。中心電極１０の後端部１２は、シール体１８を介して端子金具１９に電気的に接続されている。シール体１８は、金属とガラスの混合物からなる導電性の部材であり、中心電極１０および端子金具１９を互いに導通させつつ、これらを絶縁碍子２０の軸孔２１内に固定している。端子金具１９は、後端部が絶縁碍子２０の後端側から突出しており、プラグキャップ（図示しない）を介して高圧ケーブル（図示しない）が接続される。中心電極１０の外側面には、鍔状に拡径された拡径部１７が形成されている。中心電極１０は、この拡径部１７が絶縁碍子２０の軸孔２１内に設けられた内側段状部２２に当接することによって、絶縁碍子２０の軸孔２１内において位置決めされている。

【0026】

絶縁碍子２０は、略円筒形状の絶縁体であり、軸線Ｏに沿った貫通孔である軸孔２１を備えている。絶縁碍子２０は、軸孔２１の内側に中心電極１０を収容している。絶縁碍子２０は、アルミナを始めとする絶縁性セラミックス材料を焼成することによって形成されている。絶縁碍子２０は、自身の外径が最も大きくなる部分である鍔部２６が形成されている胴部２３と、胴部２３の先端側で胴部２３よりも外径の小さい脚長部２４と、を備えている。胴部２３と脚長部２４との間には外側段状部２５が形成されている。

【0027】

絶縁碍子２０の軸孔２１は、内径の異なる３つの部位を備えている。具体的には、絶縁碍子２０の軸孔２１は、後端側軸孔部２１ｐｒと、先端側軸孔部２１ｐｆと、先端小径部２１ｐｓと、を備えている。後端側軸孔部２１ｐｒは、胴部２３の内周に相当する部分であり、内側に、シール体１８や、中心電極１０の後端側が配置されている。先端側軸孔部２１ｐｆは、脚長部２４の内周に相当する部分を含み、後端側軸孔部２１ｐｒの先端側に形成されている。先端側軸孔部２１ｐｆは、後端側軸孔部２１ｐｒよりも小さな内径を有し、後端側軸孔部２１ｐｒとの間に内側段状部２２が形成されている。先端側軸孔部２１ｐｆの内側には、中心電極１０の先端側が配置されている。先端小径部２１ｐｓは、脚長部２４の先端部の内周に相当する部分であり、先端側軸孔部２１ｐｆの更に先端側に形成されている。先端小径部２１ｐｓは、先端側軸孔部２１ｐｆよりも更に小さな内径を有している。

【0028】

主体金具３０は、内燃機関のエンジンヘッドにプラズマジェット点火プラグ１００を固定するための略円筒形状の金具であり、内側に絶縁碍子２０が配置されている。主体金具３０は、ニッケルめっきや亜鉛めっきがなされた低炭素鋼や、無めっきのニッケル合金などによって形成されている。主体金具３０は、プラグレンチが嵌合する工具係合部３１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部３２とを備えている。

【0029】

主体金具３０の工具係合部３１より後端側には加締部３３が設けられている。工具係合部３１から加締部３３にかけての主体金具３０と、絶縁碍子２０の胴部２３との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、更に両リング部材６，７の間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。そして、加締部３３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子２０が主体金具３０内で先端側に向け押圧される。これにより、絶縁碍子２０の外側段状部２５が主体金具３０の内周面に段状に形成された係止部３６に環状のパッキン（図示しない）を介して支持されて、主体金具３０と絶縁碍子２０とが一体にされる。このパッキンによって、主体金具３０と絶縁碍子２０との間の気密は保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、工具係合部３１とねじ部３２との間には鍔部３４が形成されており、ねじ部３２の後端側近傍、すなわち鍔部３４の座面３５にはガスケット５が嵌挿されている。

【0030】

主体金具３０の先端部３７には、空間形成部３８が形成されている。空間形成部３８は、中心電極１０の先端部１１および絶縁碍子２０の先端部２９との間に容積の小さい放電空間５０を形成する。この放電空間５０を「キャビティ５０」とも呼ぶ。空間形成部３８の中心電極１０の先端部１１と対向する位置には、開口部３９が形成されている。開口部３９の軸線は、軸線Ｏと一致している。開口部３９は、キャビティ５０の内部とプラズマジェット点火プラグ１００の外部とを連通させている。この開口部３９の内側には、接地電極４０が設けられている。接地電極４０は、耐火花消耗性に優れた金属から構成されており、一例としてインコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金が用いられる。接地電極４０は、軸線Ｏを中心とした貫通孔４１（「オリフィス４１」ともいう）を有する略筒形状に形成された貴金属チップであり、その厚み方向を軸線Ｏ方向に揃え、中心電極１０の先端側に配置されている。接地電極４０は、主体金具３０の開口部３９の内周面にレーザ溶接され、主体金具３０と一体となっている。接地電極４０の貫通孔４１は、キャビティ５０と連通している。

【0031】

図２は、プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近を拡大した断面図である。中心電極１０は、本体部１４の先端側に縮径部１５が形成されている。本体部１４は、内部に金属芯１３を含んで構成され、絶縁碍子２０の先端側軸孔部２１ｐｆの内側に配置されている。本体部１４の外径は、先端側軸孔部２１ｐｆの内径と、ほぼ等しくなるように構成されている。縮径部１５は、本体部１４よりも小さな外径を備え、絶縁碍子２０の先端小径部２１ｐｓの内側に配置されている。縮径部１５の外径は、先端小径部２１ｐｓの内径と、ほぼ等しくなるように構成されている。縮径部１５の先端部１１、すなわち、中心電極１０の先端部１１には、平坦な先端面１１ｆｅが形成されている。また、この中心電極１０の先端部１１と同様に、絶縁碍子２０の先端部２９にも平坦な先端面２９ｆｅが形成されている。本実施形態のプラズマジェット点火プラグ１００は、軸線Ｏ方向において、中心電極１０の先端面１１ｆｅの位置と、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅの位置とが揃うように構成されている。なお、プラズマジェット点火プラグ１００は、軸線Ｏ方向における先端面１１ｆｅの位置と、先端面２９ｆｅの位置とが揃っていなくてもよいが、軸線Ｏ方向における先端面１１ｆｅの位置から先端面２９ｆｅの位置までの距離は、±１．５ｍｍ以内とすることが好ましい。この理由は後述する。

【0032】

主体金具３０の空間形成部３８は、中心電極１０の先端部１１や絶縁碍子２０の先端部２９のさらに先端側（図２の上方側）において、絶縁碍子２０の外周側から軸線Ｏに向けて張り出した形状を有している。これにより、主体金具３０の空間形成部３８は、絶縁碍子２０の先端部２９の一部を軸線Ｏ方向と直交する方向で覆っている。なお、空間形成部３８は、中心電極１０の先端部１１および絶縁碍子２０の先端部２９のうち、絶縁碍子２０の先端部２９の一部を覆う構成に限定されず、絶縁碍子２０の先端部２９の全部を覆っていてもよいし、さらに、中心電極１０の先端部１１の少なくとも一部を覆っていてもよい。すなわち、中心電極１０の先端部１１および絶縁碍子２０の先端部２９のうち、空間形成部３８によって覆われる部分は、主体金具３０の開口部３９の大きさに依存する。また、空間形成部３８が中心電極１０の先端部１１や絶縁碍子２０の先端部２９を覆う方向については、軸線Ｏ方向と交差していれば、軸線Ｏ方向と直交する方向に限定されない。空間形成部３８が絶縁碍子２０の先端部２９の一部を覆うことによって、空間形成部３８と中心電極１０の先端部１１および絶縁碍子２０の先端部２９との間に、放電空間としてのキャビティ５０が形成されている。

【0033】

空間形成部３８のキャビティ５０と対向する面には、凹陥部３８ｐｂと、テーパー部３８ｐｔとが形成されている。凹陥部３８ｐｂは、凹状に窪んだ形状を有しており、凹陥部３８ｐｂの中心部に開口部３９が形成されている。すなわち、凹陥部３８ｐｂは、開口部３９を囲むように形成されている。本実施形態の凹陥部３８ｐｂは、ドーム状に凹んだ曲面を有しており、中心電極１０の先端面１１ｆｅの外周から凹陥部３８ｐｂまでの距離ｒが一定（半径ｒ）となるように形成されている。なお、中心電極１０の先端面１１ｆｅの位置が絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅの位置よりも軸線Ｏ方向において後端側（図２の下方側）となっている場合には、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅのうち、中心電極１０に最も近い位置Ｘ（先端面２９ｆｅの内周）から凹陥部３８ｐｂまでの距離が上記の距離ｒとなる。凹陥部３８ｐｂは、軸線Ｏから凹陥部３８ｐｂまでの軸線Ｏ方向と直交する方向における距離ｍがプラズマジェット点火プラグ１００の先端側（図２の上方側）に向かうにつれて小さくなるように構成されている。

【0034】

テーパー部３８ｐｔは、凹陥部３８ｐｂの外周に沿って凹陥部３８ｐｂを囲むように形成されている。テーパー部３８ｐｔの外周は、絶縁碍子２０の外周と接触または近接している。テーパー部３８ｐｔは、円錐状の面であり、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅからテーパー部３８ｐｔまでの軸線Ｏ方向の距離ｐが、プラズマジェット点火プラグ１００の中心側（軸線Ｏ側）に向かうにつれて大きくなるように構成されている。言い換えれば、テーパー部３８ｐｔは、凹陥部３８ｐｂから離れるにつれて絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅに近づくように構成されている。テーパー部３８ｐｔは、軸線Ｏからテーパー部３８ｐｔまでの軸線Ｏ方向と直交する方向における距離ｎがプラズマジェット点火プラグ１００の先端側に向かうにつれて小さくなるように構成されている。

【0035】

キャビティ５０は、空間形成部３８の凹陥部３８ｐｂおよびテーパー部３８ｐｔと、中心電極１０の先端面１１ｆｅと、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅとによって形成されている。接地電極４０は、開口部３９からキャビティ５０に向けて突出している。プラズマジェット点火プラグ１００は、接地電極４０と中心電極１０との間の火花放電間隙において気中放電をおこなう。この気中放電によって絶縁破壊された後に印加されるエネルギーによって、キャビティ５０内でプラズマが形成される。このプラズマは、接地電極４０の貫通孔４１を介してキャビティ５０内からプラズマジェット点火プラグ１００の外部に噴出される。以後、プラズマジェット点火プラグ１００の外部に噴出されるプラズマを「フレーム」とも呼ぶ。

【0036】

図３は、プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近の寸法を説明するための第１の説明図である。図４は、プラズマジェット点火プラグ１００の先端部付近の寸法を説明するための第２の説明図である。図３（ａ）に示すように、中心電極１０の先端部１１と絶縁碍子２０の先端部２９との軸線Ｏ方向の距離をｇとすると、プラズマジェット点火プラグ１００は、ｇ≦１．５ｍｍとなるように構成されていることが好ましい。これは以下の理由による。まず、中心電極１０の先端部１１が絶縁碍子２０の先端部２９よりも１．５ｍｍを超えて先端側にある場合、中心電極１０と接地電極４０との間の放電ギャップ（図３（ａ）の距離ａ）が小さくなり、着火性能が低下する。これは、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電が小さくなり、この気中放電から生じるプラズマも小さくなってしまうためである。一方、絶縁碍子２０の先端部２９から接地電極４０までの距離が大きくなり、キャビティ５０の容積Ｖ（図３（ｂ））が増大によって着火性能が低下する。これは、キャビティ５０内でプラズマの体積膨張が発生してもキャビティ５０内部の圧力上昇が相対的に低下し、接地電極４０の貫通孔４１から外部に向けて噴出するプラズマフレームが小さくなるためである。中心電極１０の先端部１１が絶縁碍子２０の先端部２９よりも１．５ｍｍを超えて後端側にある場合、中心電極１０の先端部１１は、絶縁碍子２０の軸孔の内側に位置するため、絶縁碍子２０の軸孔の側面において沿面放電が発生する。沿面放電が過度に発生する場合、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下や耐久性の低下が生じる可能性がある。具体的には、絶縁碍子２０の先端部において沿面放電が発生すると、その後発生するプラズマの発生方向もこの沿面放電方向と同じになる。そのため、フレームの噴出方向がプラグの軸方向ではなく径方向となり、フレームがキャビティ内から噴出しづらく、着火性能の低下が生じる可能性がある。また、絶縁碍子２０が沿面放電によって削れてしまう、いわゆるチャンネリングが発生し、放電が正規の位置で発生しなくなる。そのため、プラズマの発生位置も正規の位置で発生しなくなり、フレームの噴出がスムーズに行われず、着火性能が低下する。

【0037】

図３（ａ）に示すように、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅと、テーパー部３８ｐｔとがなす角度をαとすると、プラズマジェット点火プラグ１００の角度αは、５°≦α≦２５°とすることが好ましい。また、角度αは、１０°≦α≦２０°とすることがさらに好ましい。この理由については、図５および図６を用いて後述する。

【0038】

また、図３（ａ）に示すように、絶縁碍子２０の先端部２９のうち、絶縁碍子２０の幅方向（ここでは、軸線Ｏ方向と直交する方向）において、中心電極１０の先端部１１に最も近い位置Ｘから主体金具３０に最も近い位置Ｙまでの最短距離を距離Ａとする。すなわち、距離Ａは、絶縁碍子２０の先端部２９（先端面２９ｆｅ）うち、キャビティ５０に露出している部分の軸線Ｏ方向と直交する方向の幅である。ここでは、絶縁碍子２０の先端部２９の全体がキャビティ５０に露出しているため、距離Ａは、絶縁碍子２０の肉厚に等しい。また、中心電極１０の先端部１１から接地電極４０までの最短距離と、絶縁碍子２０の先端部２９から接地電極４０までの最短距離のうちの小さい方を距離ａとすると、距離Ａと距離ａとの比率Ａ／ａは、１．８≦Ａ／ａ≦２．５とすることが好ましい。また、比率Ａ／ａは、２≦Ａ／ａ≦２．５とすることがさらに好ましい。この理由については、図７と図８を用いて後述する。また、距離ａは、１ｍｍ≦ａとすることが好ましい。距離ａを１ｍｍより大きくした場合には、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電が発生しにくくなるため、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能が低下する。

【0039】

また、図３（ａ）に示すように、中心電極１０の先端部１１から空間形成部３８までの最短距離と、絶縁碍子２０の先端部２９において中心電極１０の先端部１１に最も近い位置Ｘから空間形成部３８までの最短距離のうちの小さい方を距離ｒとする。すなわち、距離ｒは、中心電極１０の先端面１１ｆｅの位置が絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅの位置よりも軸線Ｏ方向において先端側となっている場合や、先端面１１ｆｅの位置と先端面２９ｆｅの位置とが揃っている場合には、中心電極１０の先端面１１ｆｅの外周から凹陥部３８ｐｂまでの距離となる。一方、中心電極１０の先端面１１ｆｅの位置が絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅの位置よりも後端側となっている場合には、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅのうち、中心電極１０の先端部１１に最も近い位置Ｘ（先端面２９ｆｅの内周）から凹陥部３８ｐｂまでの距離となる。このとき、距離ｒと距離ａとの比率ｒ／ａは、１．０５≦ｒ／ａ≦１．４とすることが好ましい。また、比率ｒ／ａは、１．２≦ｒ／ａ≦１．３とすることがさらに好ましい。この理由については、図９と図１０を用いて後述する。

【0040】

また、図３（ｂ）にハッチングで示すように、キャビティ５０の容積を容積Ｖとすると、容積Ｖは、４．４７ｍ³≦Ｖ≦６．６７ｍ³とすることが好ましい。これは以下の理由による。まず、キャビティ５０の容積Ｖが４．４７ｍ³よりも小さくなると、中心電極１０から主体金具３０の凹陥部３８ｐｂまでの距離（図３（ａ）の距離ｒ）が絶対的に小さくなる。そのため、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電のほか、中心電極１０と主体金具３０の凹陥部３８ｐｂとの間においても気中放電が発生する。このように、気中放電の位置が一定にならない場合には、貫通孔４１から噴出するプラズマの大きさについても一定とならないため、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が生じる。一方、キャビティ５０の容積Ｖが６．６７ｍ³よりも大きい場合にも着火性能が低下する。これは、上述したように、キャビティ５０内でプラズマの体積膨張が発生してもキャビティ５０内部の圧力上昇が相対的に低下し、接地電極４０の貫通孔４１から外部に向けて噴出するプラズマフレームが小さくなるためである。なお、ここでのキャビティ５０の容積Ｖには、接地電極４０の貫通孔４１の内側の空間の容積は算入されない。

【0041】

また、図４に示すように、接地電極４０において、主体金具３０の開口部３９からキャビティ５０に向けての突出長さを長さｂとすると、長さｂと距離ａとの比率ｂ／ａは、０．１≦ｂ／ａ≦０．４とすることが好ましい。また、比率ｂ／ａは、０．２≦ｂ／ａ≦０．３とすることがさらに好ましい。この理由については、図１１と図１２を用いて後述する。なお、接地電極４０において、貫通孔４１の内径ｃ、軸方向の長さｄ、肉厚ｅ、空間形成部３８との接触長さｆは、任意に設定することができる。一例として、ｃ＝１．０ｍｍ、ｄ＝０．８ｍｍ、ｅ＝０．３ｍｍ、ｆ＝０．５ｍｍ程度を例示することができる。

【0042】

Ｂ．実施例：
上述した実施形態に基づき製造されたプラズマジェット点火プラグ１００に対して、本発明の効果を確認するための種々の試験を行った。以下、これらの試験の結果を示す。

【0043】

Ｂ−１．第１の放電経路評価試験と第１の着火性能評価試験：
図５は、第１の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と、各サンプルの評価結果を示した説明図である。まず、図３（ａ）に示す角度αを変更させた複数のプラズマジェット点火プラグ１００を用意し、これらのプラズマジェット点火プラグ１００の放電経路と着火性能を評価する試験を行った。用意したサンプル（サンプルＳ０１〜Ｓ０６）は、角度αを「０°」、「５°」、「１０°」、「１５°」、「２０°」、「２５°」とした６種類のプラズマジェット点火プラグ１００である。各サンプルの比率Ａ／ａは「２」とし、比率ｒ／ａは「１．２」とし、比率ｂ／ａは、「０．２」とした。

【0044】

まず、各サンプル（サンプルＳ０１〜Ｓ０６）に対して放電経路を評価するための机上火花試験をおこなった。試験は、各サンプルを加圧チャンバーに設置して、２０℃の大気雰囲気下、０．４ＭＰａの圧力下でおこなった。加圧チャンバー内の各サンプルに印加電圧を加えて火花放電を１００回発生させ、飛び火位置（放電路）を目視にて測定した。図５では、各サンプルにおいて、中心電極１０と接地電極４０との間における気中放電が発生せずに、絶縁碍子２０の表面（先端面２９ｆｅ）において沿面放電が発生した回数の百分率を示している。

【0045】

また、各サンプル（サンプルＳ０１〜Ｓ０６）に対して着火性能を評価するためのＬｅａｎ Ｌｉｍｉｔ試験をおこなった。具体的には、各サンプルを１．５Ｌ、４気筒ガソリンエンジンに取り付けた上で、エンジンを駆動させ、図示平均有効圧Ｐｉを２７０ｋＰａ、回転数を２０００ｒｐｍとした。この状態で空燃比（Ａ／Ｆ）を徐々に上昇させていき（燃料を徐々に少なくしていき）、失火の発生したサイクルが１０００サイクルあたり２サイクル以上となったときの空燃比を限界空燃比として測定した。図５では、限界空燃比が２２以上となったサンプルを「○」とし、限界空燃比が２２より小さく２０より大きくなったサンプルを「△」とし、限界空燃比が２０以下のサンプルを「×」として示している。

【0046】

図５の試験結果から、角度αが５°≦α≦２５°のサンプルＳ０２〜０６では、限界空燃比の評価が「△」または「○」、すなわち、限界空燃比が２０よりも大きくなる（Ａ／Ｆ＞２０）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、角度αを５°≦α≦２５°とすることで着火性能が向上することがわかる。また、角度αが１０°≦α≦２０°のサンプルＳ０３〜０５では、限界空燃比の評価が「○」、すなわち、限界空燃比が２２以上になる（Ａ／Ｆ≧２２）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、角度αを１０°≦α≦２０°とすることで着火性能がさらに向上することがわかる。

【0047】

図６は、角度αの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。図６（ａ）に示すように、角度αが小さくなりすぎると、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅから主体金具３０の凹陥部３８ｐｂまでの距離が小さくなる。そのため、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電の代わりに、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅにおいて、中心電極１０から主体金具３０の凹陥部３８ｐｂに向かって沿面放電が発生する。この沿面放電によって、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅが溶融し、表面に溝状の痕（チャンネリング）が生じる。このチャンネリングによって、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性が低下する。また、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅでの沿面放電により発生するプラズマは、発生方向が沿面放電方向と同じになる。そのため、フレームの噴出方向がプラグの軸方向ではなく径方向となり、フレームがキャビティ内から噴出しづらくなる。これによって、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が発生する。また、チャンネリングが発生すると放電が正規の位置で発生しなくなるため、プラズマの発生位置も正規の位置で発生しなくなり、フレームの噴出がスムーズにおこなわれなくなる。これによっても、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が発生する。

【0048】

一方、図６（ｂ）に示すように、角度αが大きくなりすぎると、キャビティ５０の容積Ｖが大きくなり、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能が低下する。これは、キャビティ５０の容積Ｖが大きくなると、キャビティ５０内でプラズマの体積膨張が発生してもキャビティ５０内部の圧力上昇が相対的に低下し、接地電極４０の貫通孔４１から外部に向けて噴出するプラズマフレームが小さくなるためである。

【0049】

Ｂ−２．第２の放電経路評価試験と第２の着火性能評価試験：
図７は、第２の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と、各サンプルの評価結果を示した説明図である。まず、距離Ａと距離ａ（図３（ａ））との比率Ａ／ａを変更させた複数のプラズマジェット点火プラグ１００を用意し、これらのプラズマジェット点火プラグ１００の放電経路と着火性能を評価する試験を行った。用意したサンプル（サンプルＳ０７〜Ｓ１３）は、比率Ａ／ａを「０．８」、「１」、「１．４」、「１．８」「２」、「２．５」、「３」とした７種類のプラズマジェット点火プラグ１００である。各サンプルの角度αは「１５°」とし、比率ｒ／ａは「１．２」とし、比率ｂ／ａは、「０．２」とした。

【0050】

まず、各サンプル（サンプルＳ０７〜Ｓ１３）に対して放電経路を評価するための机上火花試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の放電経路評価試験と同様である。図７では、図５と同様に、各サンプルにおいて、中心電極１０と接地電極４０との間における気中放電が発生せずに、絶縁碍子２０の表面において沿面放電が発生した回数の百分率を示している。また、各サンプル（サンプルＳ０７〜Ｓ１３）に対して着火性能を評価するためのＬｅａｎ Ｌｉｍｉｔ試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の着火性能評価試験と同様である。図７では、図５と同様に、限界空燃比が２２以上となったサンプルを「○」とし、限界空燃比が２２より小さく２０より大きくなったサンプルを「△」とし、限界空燃比が２０以下のサンプルを「×」として示している。

【0051】

図７の試験結果から、比率Ａ／ａが、１．８≦Ａ／ａ≦２．５のサンプルＳ１０〜Ｓ１２では、限界空燃比の評価が「△」または「○」、すなわち、限界空燃比が２０よりも大きくなる（Ａ／Ｆ＞２０）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率Ａ／ａを１．８≦Ａ／ａ≦２．５とすることで着火性能が向上することがわかる。また、比率Ａ／ａが、２≦Ａ／ａ≦２．５のサンプルＳ１１、Ｓ１２では、限界空燃比の評価が「○」、すなわち、限界空燃比が２２以上になる（Ａ／Ｆ≧２２）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率Ａ／ａを２≦Ａ／ａ≦２．５とすることで着火性能がさらに向上することがわかる。

【0052】

図８は、比率Ａ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。図８（ａ）に示すように、比率Ａ／ａが小さくなりすぎると、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電の代わりに、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅにおいて、中心電極１０から主体金具３０の凹陥部３８ｐｂに向かって沿面放電が発生する。この沿面放電によって、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅが溶融し、表面にチャンネリングが発生し、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性の低下が生じる。また、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅでの沿面放電によって発生するプラズマは、発生方向が沿面放電方向と同じになるため、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が発生する。この理由は、図６（ａ）で説明したとおりである。一方、図８（ｂ）に示すように、比率Ａ／ａが大きくなりすぎると、キャビティ５０の容積Ｖが大きくなり、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能が低下する。この理由は、図６（ｂ）で説明したとおりである。

【0053】

Ｂ−３．第３の放電経路評価試験と第３の着火性能評価試験：
図９は、第３の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と、各サンプルの評価結果を示した説明図である。まず、図３（ａ）に示す距離ｒと距離ａとの比率ｒ／ａを変更させた複数のプラズマジェット点火プラグ１００を用意し、これらのプラズマジェット点火プラグ１００の放電経路と着火性能を評価する試験を行った。用意したサンプル（サンプルＳ１４〜Ｓ１８）は、比率ｒ／ａを「０．９」、「１．０５」、「１．２」、「１．３」、「１．４」とした５種類のプラズマジェット点火プラグ１００である。各サンプルの角度αは「１５°」とし、比率Ａ／ａは「２」とし、比率ｂ／ａは、「０．２」とした。

【0054】

まず、各サンプル（サンプルＳ１４〜Ｓ１８）に対して放電経路を評価するための机上火花試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の放電経路評価試験と同様である。図９では、各サンプルにおいて、中心電極１０と接地電極４０との間における気中放電が発生した回数の百分率を示している。また、各サンプル（サンプルＳ０７〜Ｓ１３）に対して着火性能を評価するためのＬｅａｎ Ｌｉｍｉｔ試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の着火性能評価試験と同様である。図９では、図５と同様に、限界空燃比が２２以上となったサンプルを「○」とし、限界空燃比が２２より小さく２０より大きくなったサンプルを「△」とし、限界空燃比が２０以下のサンプルを「×」として示している。

【0055】

図９の試験結果から、比率ｒ／ａが、１．０５≦ｒ／ａ≦１．４のサンプルＳ１５〜Ｓ１８では、限界空燃比の評価が「△」または「○」、すなわち、限界空燃比が２０よりも大きくなる（Ａ／Ｆ＞２０）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率ｒ／ａを１．０５≦ｒ／ａ≦１．４とすることで着火性能が向上することがわかる。また、比率ｒ／ａが、１．２≦ｒ／ａ≦１．３のサンプルＳ１６、Ｓ１７では、限界空燃比の評価が「○」、すなわち、限界空燃比が２２以上になる（Ａ／Ｆ≧２２）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率ｒ／ａを１．２≦ｒ／ａ≦１．３とすることで着火性能がさらに向上することがわかる。

【0056】

図１０は、比率ｒ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。図１０（ａ）に示すように、比率ｒ／ａが小さくなりすぎると、中心電極１０の先端部１１から接地電極４０までの距離ａに対して、中心電極１０の先端部１１から主体金具３０の凹陥部３８ｐｂまでの距離ｒが相対的に小さくなる。そのため、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電のほか、中心電極１０と絶縁碍子２０の主体金具３０の凹陥部３８ｐｂとの間においても気中放電が発生する。このように、気中放電の位置が一定にならない場合には、貫通孔４１から噴出するプラズマの大きさについても一定とならないため、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が生じる。一方、図１０（ｂ）に示すように、比率ｒ／ａが大きくなりすぎると、キャビティ５０の容積Ｖが大きくなり、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能が低下する。この理由の一つは、図６（ｂ）で説明したとおりである。また、他の理由としては、ｒ／ａが大きくなりすぎると、接地電極が過剰に突き出すことで、開口部の裏側にある接地電極と主体金具の間の空間で発生したプラズマが開口部へ回り込むことが難しくなり、有効にプラズマが噴出できなくなるためである。

【0057】

Ｂ−４．第４の放電経路評価試験と第４の着火性能評価試験：
図１１は、第４の評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ１００のサンプルの構成と、各サンプルの評価結果を示した説明図である。まず、接地電極４０の突き出し長さｂ（図４）と距離ａ（図３（ａ））との比率ｂ／ａを変更させた複数のプラズマジェット点火プラグ１００を用意し、これらのプラズマジェット点火プラグ１００の放電経路と着火性能を評価する試験を行った。用意したサンプル（サンプルＳ１９〜Ｓ２４）は、比率ｂ／ａを「０」、「０．１」、「０．２」、「０．３」、「０．４」、「０．５」とした６種類のプラズマジェット点火プラグ１００である。各サンプルの角度αは「１５°」とし、比率Ａ／ａは「２」とし、比率ｒ／ａは「１．２」とした。

【0058】

まず、各サンプル（サンプルＳ１９〜Ｓ２４）に対して放電経路を評価するための机上火花試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の放電経路評価試験と同様である。図１１では、各サンプルにおいて、中心電極１０と接地電極４０との間における気中放電が発生した回数の百分率を示している。また、各サンプル（サンプルＳ１９〜Ｓ２４）に対して着火性能を評価するためのＬｅａｎ Ｌｉｍｉｔ試験をおこなった。試験内容や試験条件は、第１の着火性能評価試験と同様である。図１１では、図５と同様に、限界空燃比が２２以上となったサンプルを「○」とし、限界空燃比が２２より小さく２０より大きくなったサンプルを「△」とし、限界空燃比が２０以下のサンプルを「×」として示している。

【0059】

図１１の試験結果から、比率ｂ／ａが、０．１≦ｂ／ａ≦０．４のサンプルＳ２０〜Ｓ２３では、限界空燃比の評価が「△」または「○」、すなわち、限界空燃比が２０よりも大きくなる（Ａ／Ｆ＞２０）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率ｂ／ａを０．１≦ｂ／ａ≦０．４とすることで着火性能が向上することがわかる。また、比率ｂ／ａが、０．２≦ｂ／ａ≦０．３のサンプルＳ２１、Ｓ２２では、限界空燃比の評価が「○」、すなわち、限界空燃比が２２以上になる（Ａ／Ｆ≧２２）ことがわかる。このことから、プラズマジェット点火プラグ１００は、比率ｂ／ａを０．２≦ｂ／ａ≦０．３とすることで着火性能がさらに向上することがわかる。

【0060】

図１２は、比率ｂ／ａの大小関係の違いによる放電経路と着火性の変化を説明するための説明図である。図１２（ａ）に示すように、比率ｂ／ａが小さくなりすぎると、中心電極１０の先端部１１から接地電極４０までの距離と、中心電極１０の先端部１１から主体金具３０の凹陥部３８ｐｂまでの距離とがほぼ等しくなる。そのため、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電のほか、中心電極１０と主体金具３０の凹陥部３８ｐｂとの間においても気中放電が発生する。このように、気中放電の位置が一定にならない場合には、貫通孔４１から噴出するプラズマの大きさについても一定とならないため、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能の低下が生じる。一方、図１２（ｂ）に示すように、比率ｂ／ａが大きくなりすぎると、接地電極４０の貫通孔４１が長くなり、貫通孔４１から外部に向けてプラズマフレームが噴出しにくくなる。また、放電ギャップが小さくなり発生するプラズマが小さくなる。また、接地電極が過剰に突き出すことで、開口部の裏側にある接地電極と主体金具の間の空間で発生したプラズマが開口部へ回り込むことが難しくなり、有効にプラズマが噴出できなくなる。これらの原因によって、プラズマジェット点火プラグ１００の着火性能が低下する。

【0061】

以上説明した第１実施形態のプラズマジェット点火プラグ１００によれば、接地電極４０が開口部３９からキャビティ５０に向けて突出しており、また、主体金具３０の凹陥部３８ｐｂが凹状に窪んでいるため、中心電極１０と主体金具３０との間の気中放電の発生を抑制して、中心電極１０と接地電極４０との間の気中放電によってプラズマを発生させることができる。これにより、プラズマジェット点火プラグの着火性能の向上を図ることができる。また、第１実施形態のプラズマジェット点火プラグ１００によれば、中心電極１０と接地電極４０との間において気中放電が発生するため、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅにおける沿面放電の発生が抑制される。そのため、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性の向上を図ることができる。また、接地電極４０がキャビティ５０に突出しているため、中心電極１０と接地電極４０との間で安定して気中放電を発生させることができる。これにより、プラズマジェット点火プラグの着火性能の向上を図ることができる。

【0062】

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0063】

Ｃ−１．変形例１：
図１３は、変形例１におけるプラズマジェット点火プラグ１００ａ，１００ｂの概略構成を説明するための説明図である。接地電極４０の形状は、本実施形態に限定されず種々の形状とすることができる。例えば、図１３（ａ）に示すプラズマジェット点火プラグ１００ａように、接地電極４０は、貫通孔（オリフィス）４１がプラズマジェット点火プラグの先端側（図１３の上方側）に向かって縮径する形状であってもよい。また、図１３（ｂ）に示すプラズマジェット点火プラグ１００ｂように、接地電極４０は、貫通孔４１がプラズマジェット点火プラグの先端側に向かって拡径する形状であってもよい。

【0064】

Ｃ−２．変形例２：
図１４は、変形例２におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｃの概略構成を説明するための説明図である。主体金具３０の凹陥部３８ｐｂの形状は、本実施形態に限定されず種々の形状とすることができる。例えば、本実施形態の凹陥部３８ｐｂは、中心電極１０の先端面１１ｆｅの外周から凹陥部３８ｐｂまでの距離ｒが一定となるように形成されているが、凹陥部３８ｐｂは、中心電極１０の先端面１１ｆｅの外周から凹陥部３８ｐｂの距離ｒが一定ではない形状であってもよい。具体的には、図１４に示すプラズマジェット点火プラグ１００ｃのように、凹陥部３８ｐｂの接地電極４０付近から中心電極１０までの距離ｒ１と、凹陥部３８ｐｂのテーパー部３８ｐｔ付近から中心電極１０までの距離ｒ２とが異なる（ここでは、ｒ１＜ｒ２）ように構成されていてもよい。

【0065】

Ｃ−３．変形例３：
図１５は、変形例３におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｄの概略構成を説明するための説明図である。本実施形態の凹陥部３８ｐｂは、ドーム状に凹んだ曲面を有しているが、凹陥部３８ｐｂの形状はこれに限定されない。例えば、図１５に示すプラズマジェット点火プラグ１００ｄのように、凹陥部３８ｐｂは、複数の平坦な面を組み合わせた面や、傾きの異なる複数の円錐面を組み合わせた曲面によって構成されていてもよい。

【0066】

Ｃ−４．変形例４：
図１６は、変形例４におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｅの概略構成を説明するための説明図である。本実施形態の空間形成部３８は、キャビティ５０と対向する面に、凹陥部３８ｐｂと、テーパー部３８ｐｔとが形成されているものとして説明した。しかし、図１６に示すプラズマジェット点火プラグ１００ｅのように、空間形成部３８は、キャビティ５０と対向する面に、凹陥部３８ｐｂのみを備え、テーパー部３８ｐｔを備えていなくてもよい。

【0067】

Ｃ−５．変形例５：
図１７は、変形例５におけるプラズマジェット点火プラグ１００ｆの概略構成を説明するための説明図である。本実施形態のプラズマジェット点火プラグ１００は、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅの全体がキャビティ５０に露出しているものとして説明した。しかし、図１７に示すプラズマジェット点火プラグ１００ｆのように、空間形成部３８は、キャビティ５０と対向する面に、テーパー部３８ｐｔを備えておらず、絶縁碍子２０の先端面２９ｆｅは、その一部のみがキャビティ５０に露出していてもよい。

【0068】

Ｃ−６．変形例６：
本実施形態では、主体金具３０と接地電極４０とは別体であるものとして説明したが、接地電極４０は、主体金具の一部として形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0069】

５…ガスケット
６…リング部材
９…タルク
１０…中心電極
１１…先端部
１２…後端部
１３…金属芯
１４…本体部
１５…縮径部
１７…拡径部
１８…シール体
１９…端子金具
２０…絶縁碍子
２１…軸孔
２２…内側段状部
２３…胴部
２４…脚長部
２５…外側段状部
２６…鍔部
２９…先端部
３０…主体金具
３１…工具係合部
３２…ねじ部
３３…加締部
３４…鍔部
３５…座面
３６…係止部
３７…先端部
３８…空間形成部
３８ｐｂ…凹陥部
３８ｐｔ…テーパー部
３９…開口部
４０…接地電極
４１…オリフィス（貫通孔）
５０…キャビティ（放電空間）
１００，１００ａ〜１００ｆ…プラズマジェット点火プラグ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】