特許 6261481 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】6261481

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】点火プラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/20 B

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-190922(P2014-190922)

(22)【出願日】2014年9月19日

(65)【公開番号】特開2016-62795(P2016-62795A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年3月7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】山田 裕一

(72)【発明者】

【氏名】向山 直志

【審査官】 山下 寿信

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５５−０８８０７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２６１４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５１８１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１１６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１０７４３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５６−０５９９８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５７−２００６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０７４８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１５６０３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１８７２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３２５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ １３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の主体金具と、
軸孔を有し、前記主体金具内に保持される筒状の絶縁体と、を備え、
外部から入力されたレーザビームを集光するレンズが前記軸孔内に配置され、
前記絶縁体の内周面と前記レンズの先端面とで形成される空間内に前記レーザビームを集光させることを特徴とする点火プラグ。

【請求項2】

請求項１に記載の点火プラグであって、
前記絶縁体の２５℃における体積抵抗率が、１０^１２Ω・ｍ以上であることを特徴とする点火プラグ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の点火プラグであって、
前記空間の開口端から前記レンズの先端面までの長さをＬ１、前記レンズの先端面から前記空間内における前記レーザビームの集光位置までの距離をＬ２としたときに、
０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８
の関係を満たすことを特徴とする点火プラグ。

【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点火プラグであって、
前記空間の開口端側に、前記空間に連通する貫通孔を有する蓋部を備えることを特徴とする点火プラグ。

【請求項5】

請求項４に記載の点火プラグであって、
前記空間の直径をＤ１、前記貫通孔の直径をＤ２としたときに、
０．２≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５
の関係を満たすことを特徴とする点火プラグ。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載の点火プラグであって、
前記貫通孔の周囲における、前記蓋部の軸線方向における厚みが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする点火プラグ。

【請求項7】

請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載の点火プラグであって、
前記蓋部は、前記絶縁体と一体に構成されていることを特徴とする点火プラグ。

【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点火プラグであって、
前記軸孔内において前記レンズの先端面よりも先端側に、前記レーザビームを透過する隔壁を有し、
前記空間は、前記絶縁体の内周面と前記隔壁の先端面とで形成されることを特徴とする点火プラグ。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の点火プラグであって、
前記空間の直径が、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする点火プラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、点火プラグに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の点火プラグとして、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知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２８７６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的なプラズマジェット点火プラグでは、中心電極と接地電極間で放電させた後に、直流電流もしくは交流電流を重畳させて電極間に印加することにより、中心電極と絶縁体の内周面とで囲まれたキャビティと呼ばれる円筒状の空間内にプラズマを発生させる。しかし、プラズマが発生するキャビティは微小な空間であるため、絶縁体の内周面上で放電が生じることにより、プラズマの発生効率が低下したり絶縁体が損耗したりする場合がある。そのため、プラズマの発生効率が低下することや絶縁体が損耗することを抑制可能な点火プラグが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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。

【0006】

（１）本発明の一形態によれば、点火プラグが提供される。この点火プラグは、筒状の主体金具と；軸孔を有し、前記主体金具内に保持される筒状の絶縁体と；を備え、外部から入力されたレーザビームを集光するレンズが前記軸孔内に配置され、前記絶縁体の内周面及び前記レンズの先端面とで形成される空間内に前記レーザビームを集光させることを特徴とする。このような形態の点火プラグによれば、レーザビームによって、絶縁体の内周面とレンズの先端面とで形成される空間、すなわち、キャビティ内にプラズマを発生させることができるので、絶縁体の内周面上で放電が生じることがない。そのため、プラズマの発生効率が低下することや絶縁体が損耗することを抑制することができる。また、上記形態の点火プラグでは、プラズマが生成されるキャビティの周囲に絶縁体を配置しているため、キャビティの周囲を金属で構成するよりも、プラズマ生成時の熱損失を抑制することができる。そのため、プラズマの発生効率を高めることができる。

【0007】

（２）上記形態の点火プラグにおいて、前記絶縁体の２５℃における体積抵抗率が、１０^１２Ω・ｍ以上であってもよい。このような形態の点火プラグによれば、プラズマがキャビティの側壁によって消炎してしまうことを抑制することができるので、プラズマの発生効率を高めることができる。

【0008】

（３）上記形態の点火プラグにおいて、前記空間の開口端から前記レンズの先端面までの長さをＬ１、前記レンズの先端面から前記空間内における前記レーザビームの集光位置までの距離をＬ２としたときに、
０．３＜Ｌ２／Ｌ１＜０．８
の関係を満たしてもよい。このような形態の点火プラグによれば、キャビティの中央部にレーザビームを集光することができるので、プラズマを効率的に生成することができる。

【0009】

（４）上記形態の点火プラグにおいて、前記空間の開口端側に、前記空間に連通する貫通孔を有する蓋部を備えてもよい。このような形態の点火プラグによれば、蓋部の貫通孔によって、プラズマの噴出を整流することができる。

【0010】

（５）上記形態の点火プラグにおいて、前記空間の直径をＤ１、前記貫通孔の直径をＤ２としたときに、
０．２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．５
の関係を満たしてもよい。このような形態の点火プラグによれば、プラズマが噴出する貫通孔が適度に絞られるため、プラズマを良好に噴出させることができる。

【0011】

（６）上記形態の点火プラグにおいて、前記貫通孔の周囲における、前記蓋部の軸線方向における厚みが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であってもよい。このような形態の点火プラグによれば、貫通孔によって、プラズマが整流される効果が薄れることや、プラズマの噴出が阻害されてしまうことを抑制することができる。

【0012】

（７）上記形態の点火プラグにおいて、前記蓋部は、前記絶縁体と一体に構成されてもよい。このような形態の点火プラグによれば、オリフィスの先端部と蓋部との間に隙間が生じることを抑制することができる。

【0013】

（８）上記形態の点火プラグにおいて、前記軸孔内において前記レンズの先端面よりも先端側に、前記レーザビームを透過する隔壁を有し、前記空間は、前記絶縁体の内周面と前記隔壁の先端面とで形成されてもよい。このような形態の点火プラグによれば、レーザが照射されるレンズが汚れることを抑制することができるので、プラズマの発生効率が低下することを抑制することができる。

【0014】

（９）上記形態の点火プラグにおいて、前記空間の直径が、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下でもよい。このような形態の点火プラグであれば、キャビティの直径が適度な大きさになるので、キャビティの直径が大きすぎることにより、プラズマがキャビティの径方向に広がってその発生効率が低下してしまうことや、キャビティの直径が小さすぎることにより、キャビティの側壁においてプラズマが消炎してしまうことを抑制することができる。

【0015】

本発明は、上述した点火プラグとしての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、点火プラグを備えた点火装置や、点火プラグの製造方法等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態としての点火プラグの部分断面図である。

【図2】点火プラグの先端部分の拡大断面図である。

【図3】キャビティの周囲の側壁の材料に関する実験結果を示す図である。

【図4】キャビティの周囲の側壁の材料に関する実験結果を示す図である。

【図5】オリフィスの長さとレーザの集光位置との比に関する実験結果を示す図である。

【図6】オリフィスの長さとレーザの集光位置との比に関する実験結果を示す図である。

【図7】オリフィスの直径とキャビティの直径との比に関する実験結果を示す図である。

【図8】オリフィスの直径とキャビティの直径との比に関する実験結果を示す図である。

【図9】蓋部の厚みに関する実験結果を示す図である。

【図10】蓋部の厚みに関する実験結果を示す図である。

【図11】キャビティの直径Ｄ１に関する実験結果を示す図である。

【図12】キャビティの直径Ｄ１に関する実験結果を示す図である。

【図13】点火プラグの第１変形例を示す断面図である。

【図14】点火プラグの第２変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

Ａ．点火プラグの実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての点火プラグの部分断面図である。図２は、点火プラグの先端部分の拡大断面図である。以下では、点火プラグ１００の軸線Ｏ方向を各図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。また、図２以降では、各部の断面に対するハッチングを適宜省略している。

【0018】

図１に示すように、点火プラグ１００は、筒状の主体金具１０と、主体金具１０内に保持される筒状の絶縁体２０と、を備えている。

【0019】

絶縁体２０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に沿った軸孔３０を有する筒状の絶縁部材である。絶縁体２０には、軸線Ｏ方向の略中央に、外径の最も大きな鍔部２１が形成されている。鍔部２１より後端側には後端側胴部２２が形成されている。鍔部２１より先端側には後端側胴部２２より外径の小さな先端側胴部２３が形成されている。先端側胴部２３よりも先端側には先端側胴部２３よりも更に外径の小さな先端部２４が形成されている。先端側胴部２３と先端部２４との間には段部２５が形成されている。

【0020】

絶縁体２０に形成された軸孔３０のうち、先端部２４の内周にあたる部分は、先端側胴部２３、鍔部２１および後端側胴部２２の内周にあたる部分よりも縮径された小径部３１として形成されている。小径部３１よりも後端側は、小径部３１よりも拡径された大径部３２として形成されている。絶縁体２０の小径部３１の内周面と、後述するレンズ５０の先端面５１とで形成される空間のことを、以下、キャビティ９０という。

【0021】

主体金具１０は、内燃機関のエンジンヘッドに点火プラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具１０は、絶縁体２０を取り囲むようにして保持している。主体金具１０は鉄系の材料より形成され、プラグレンチが嵌合する工具係合部１１と、エンジンヘッドに設けられたプラグホールに螺合するねじ山（図示省略）が形成されたねじ部１２とを備えている。

【0022】

主体金具１０の工具係合部１１より後端側には加締部１３が設けられている。工具係合部１１から加締部１３にかけての主体金具１０と、絶縁体２０の後端側胴部２２との間には円環状のリング部材１４，１５が介在されており、更に両リング部材１４，１５の間にタルク（滑石）１６の粉末が充填されている。加締部１３が加締められることにより、リング部材１４，１５およびタルク１６を介して絶縁体２０が主体金具１０内で先端側に向け押圧される。すると、先端部２４と先端側胴部２３との間の段部２５が、主体金具１０の内周面に段状に形成された係止部１７に環状のパッキン２６を介して支持されて、主体金具１０と絶縁体２０とが一体にされる。このパッキン２６によって、主体金具１０と絶縁体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。工具係合部１１とねじ部１２との間には鍔部１８が形成されており、鍔部１８の座面１９にはガスケット４０が嵌挿されている。

【0023】

主体金具１０は、先端に蓋部８０を備えている。蓋部８０は、キャビティ９０の開口端９１側に位置している。蓋部８０は、キャビティ９０に連通する貫通孔を有する。貫通孔のことを、以下では、オリフィス８１という。このオリフィス８１を通じてキャビティ９０が燃焼室内に連通する。

【0024】

軸孔３０の大径部３２の最も先端側には、小径部３１の後端面に接するように、レンズ５０が配置されている。レンズ５０の後端側には、レーザダイオード５５が配置されている。レーザダイオード５５には、軸孔３０の後端から挿入された光ファイバケーブル５６が接続されている。光ファイバケーブル５６を通じて外部のレーザ光源から入力されたレーザビームは、レーザダイオード５５によってエネルギ密度が高められ、レンズ５０により、キャビティ９０内に集光される。キャビティ９０内にレーザビームが集光されると、キャビティ９０内の気体がプラズマ化して膨張し、オリフィス８１から噴出する。なお、本実施形態では、レーザダイオード５５が点火プラグ１００内に設けられているが、レーザダイオード５５は、点火プラグ１００の外部に設けられていてもよい。

【0025】

本実施形態の点火プラグ１００によれば、電極間の放電ではなくレーザビームによってキャビティ９０内にプラズマが発生するため、キャビティ９０の内周面上で放電が発生することがない。そのため、プラズマの発生効率が低下することやキャビティ９０の周囲の絶縁体２０が損耗することを抑制することができる。また、本実施形態によれば、絶縁体２０が損耗することを抑制することができるので、キャビティ９０の大きさを小さくすることができる。そのため、プラズマの発生効率を高めることが可能になり、更に、点火プラグ１００を小型化することも可能になる。また、上記形態の点火プラグ１００では、プラズマが生成されるキャビティ９０の周囲に絶縁体２０を配置しているため、キャビティ９０の周囲を金属で構成するよりも、プラズマ生成時の熱損失を抑制することができる。そのため、プラズマの発生効率を高めることができる。

【0026】

以上で説明した本実施形態の点火プラグ１００は、以下の仕様１〜５のうち１以上の仕様を満たしていることが好ましい。

【0027】

（仕様１）点火プラグ１００が備える絶縁体２０の２５℃における体積抵抗率が、１０^１２Ω・ｍ以上である。

【0028】

（仕様２）キャビティ９０の開口端９１からレンズ５０の先端面５１までの長さをＬ１、レンズ５０の先端面５１からキャビティ９０内におけるレーザビームの集光位置Ｐ１までの距離をＬ２としたときに、
０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８
の関係を満たす。なお、キャビティ９０の開口端９１からレンズ５０の先端面５１までの長さＬ１のことを、以下では、キャビティ９０の長さＬ１ともいう。

【0029】

（仕様３）キャビティ９０の直径をＤ１、オリフィス８１の直径をＤ２としたときに、
０．２≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５
の関係を満たす。

【0030】

（仕様４）オリフィス８１の周囲における、蓋部８０の軸線Ｏ方向の厚みｔが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

【0031】

（仕様５）キャビティ９０の直径Ｄ１が、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

【0032】

以下、点火プラグ１００がこれらの仕様を満たしていることが好ましい理由を、実験結果に基づき説明する。なお、以下で説明する図３，５，７，９，１１には、各実験の判定結果として、「△」、「○」、「◎」、「☆」、「☆☆」の各記号を示しているが、これらの記号は、それぞれの実験内における相対的な優劣を示しており、実験間における絶対的な優劣を示すものではない。

【0033】

Ｂ．実験結果：
＜仕様１について＞
図３および図４は、キャビティ９０の周囲の側壁の材料を変化させてプラズマの噴出距離を測定した実験結果を示す図である。側壁の材料としては、体積抵抗率がそれぞれ異なる、鉄、ＳＩＣ（炭化ケイ素）、ジルコニア、アルミナ、を用いた。ジルコニア、アルミナについては、体積抵抗率が異なる複数の種類について実験を行った。実験を行った雰囲気は、温度が２５℃で、大気圧（０．１ＭＰａ）の空気雰囲気である。また、点火プラグ１００に入力したレーザビームは、パルス幅が１０μ秒で、エネルギが１００ｍＪのパルスレーザである。キャビティ９０の直径Ｄ１およびオリフィス８１の直径Ｄ２は、ともに、３．０ｍｍである。また、キャビティ９０の長さＬ１は、４．０ｍｍであり、オリフィス８１の周囲の蓋部８０の厚みｔは１．０ｍｍである。各材料の体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｃ ２１３９に基づいて測定した。また、プラズマの噴出距離は、噴出したプラズマの画像を撮影し、その画像を解析することで測定した。

【0034】

図３および図４に示した実験結果によれば、金属である鉄、および、半導体であるＳＩＣ、ジルコニアによってキャビティの側壁を形成した場合には、噴出距離が４．０ｍｍ以下であり、一般的なプラズマジェット点火プラグよりも劣る性能であった。これに対して、複数種類のアルミナのうち、体積抵抗率が１０^１２Ω・ｍを超え、絶縁体として機能するアルミナを用いてキャビティの側壁を形成した場合には、プラズマの噴出距離が６ｍｍ以上であった。そのため、キャビティ９０の周囲の側壁を構成する材料は、上述した仕様１のとおり、２５℃における体積抵抗率が、１０^１２Ω・ｍ以上の絶縁体であることが好ましい。キャビティ９０の周囲の側壁の体積抵抗率が高ければ、それだけ、プラズマが消炎することが抑制され、噴出効率が高まるためだと推測される。

【0035】

＜仕様２について＞
図５および図６は、キャビティ９０の長さＬ１に対する、レンズ５０の先端面５１からキャビティ９０内におけるレーザビームの集光位置Ｐ１までの距離Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ１を変化させてプラズマの噴出距離を測定した実験結果を示す図である。実験を行った雰囲気は、温度が２５℃で、０．４ＭＰａの圧縮空気雰囲気である。また、点火プラグ１００に入力したレーザビームは、パルス幅が１０μ秒で、エネルギが１００ｍＪのパルスレーザである。キャビティ９０の直径Ｄ１およびオリフィス８１の直径Ｄ２は、ともに、３．０ｍｍであり、オリフィス８１の周囲の蓋部８０の厚みｔは１．０ｍｍである。キャビティ９０の側壁の材質は、２５℃における体積抵抗率が１０^１４Ω・ｍのアルミナである。本実験では、キャビティ９０の長さＬ１は４．０ｍｍに固定し、距離Ｌ２を調整することで、比Ｌ２／Ｌ１の値を変化させた。

【0036】

図５および図６に示した実験結果によれば、比Ｌ２／Ｌ１の値が、０．３以上０．８以下の場合には、比Ｌ２／Ｌ１の値が０．３未満および０．８を超える場合に比べて、プラズマの噴出距離が顕著に長くなった。そのため、比Ｌ２／Ｌ１の値は、上述した仕様２のとおり、０．３以上０．８以下であることが好ましい。比Ｌ２／Ｌ１の値がこの範囲内であれば、キャビティ９０の軸線Ｏ方向における中央部にレーザを集光することができるので、レンズ５０や蓋部８０によって吸熱されることが抑制され、効率的にプラズマを生成することができるためであると推測される。なお、図５，６に示した実験結果において、図３，４に示した実験結果よりも噴出距離が短いのは、大気圧よりも圧力の高い雰囲気下において実験を行ったためである。

【0037】

＜仕様３について＞
図７および図８は、キャビティ９０の直径Ｄ１に対するオリフィス８１の直径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を変化させてプラズマの噴出距離を測定した実験結果を示す図である。実験を行った雰囲気は、温度が２５℃で、０．４ＭＰａの圧縮空気雰囲気である。また、点火プラグ１００に入力したレーザビームは、パルス幅が１０μ秒で、エネルギが１００ｍＪのパルスレーザである。キャビティ９０の側壁の材質は、２５℃における体積抵抗率が１０^１４Ω・ｍのアルミナである。キャビティ９０の長さＬ１は、４．０ｍｍであり、オリフィス８１の周囲の蓋部８０の厚みｔは１．０ｍｍである。本実験では、キャビティ９０の直径Ｄ１は３．０ｍｍに固定し、オリフィス８１の直径Ｄ２を調整することで、比Ｄ２／Ｄ１の値を変化させた。

【0038】

図７および図８に示した実験結果によれば、比Ｄ２／Ｄ１の値が、０．２以上０．５以下である場合には、比Ｄ２／Ｄ１の値が０．２未満および０．５を超える場合に比べて、プラズマの噴出距離が顕著に長くなった。また、比Ｄ２／Ｄ１が１の場合、つまり、オリフィス８１の直径Ｄ２がキャビティ９０の直径Ｄ１に対して絞られていない場合には、プラズマの噴出距離は最も短くなった。そのため、比Ｄ２／Ｄ１の値は、上述した仕様３のとおり、０．２以上０．５以下であることが好ましい。比Ｄ２／Ｄ１の値がこのような範囲内であれば、オリフィス８１が適度に絞られることによって、プラズマが良好にキャビティ９０から噴出されるからであると推測される。

【0039】

＜仕様４について＞
図９および図１０は、オリフィス８１の周囲の蓋部８０の厚みｔを変化させてプラズマの噴出距離を測定した実験結果を示す図である。実験を行った雰囲気は、温度が２５℃で、０．４ＭＰａの圧縮空気雰囲気である。また、点火プラグ１００に入力したレーザビームは、パルス幅が１０μ秒で、エネルギが１００ｍＪのパルスレーザである。キャビティ９０の側壁の材質は、２５℃における体積抵抗率が１０^１４Ω・ｍのアルミナである。キャビティ９０の長さＬ１は、４．０ｍｍである。本実験では、キャビティ９０の直径Ｄ１を３．０ｍｍに、オリフィス８１の直径Ｄ２を１．０ｍｍにそれぞれ固定し、厚みｔを変化させた。

【0040】

図９および図１０に示した実験結果によれば、厚みｔが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の場合には、厚みｔが０．２ｍｍ未満および１．０ｍｍを超える場合に比べて、プラズマの噴出距離が顕著に長くなった。そのため、厚みｔは、上述した仕様４のとおり、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。厚みｔが０．２ｍｍ未満であると、プラズマを整流する効果が薄れ、厚みｔを１．０ｍｍ超とすると、プラズマの噴出を阻害してしまうからであると推測される。

【0041】

＜仕様５について＞
図１１および図１２は、キャビティ９０の直径Ｄ１を変化させてプラズマの噴出距離を測定した実験結果を示す図である。実験を行った雰囲気は、温度が２５℃で、１．２ＭＰａの圧縮空気雰囲気である。キャビティ９０の側壁の材質は、２５℃における体積抵抗率が１０^１４Ω・ｍのアルミナである。キャビティ９０の長さＬ１は、４．０ｍｍであり、オリフィス８１の周囲の蓋部８０の厚みｔは１．０ｍｍである。本実験では、オリフィス８１の直径Ｄ２は、キャビティ９０の直径Ｄ１の０．５倍とした。また、キャビティ９０の各直径Ｄ１に対して、それぞれ、以下の３種類のレーザを用いて測定を行った。
（１）パルス幅が５μ秒で、エネルギが４０ｍＪのパルスレーザ。
（２）パルス幅が１０μ秒で、エネルギが１００ｍＪのパルスレーザ。
（３）パルス幅が２０μ秒で、エネルギが２００ｍＪのパルスレーザ。

【0042】

図１１および図１２に示した実験結果によれば、どのレーザを用いた場合でも、キャビティ９０の直径Ｄ１が、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の場合には、キャビティ９０の直径Ｄ１が０．５ｍｍ未満および３．０ｍｍを超える場合に比べて、プラズマの噴出距離が顕著に長くなった。そのため、キャビティ９０の直径Ｄ１は、上述した仕様５のとおり、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。キャビティ９０の直径Ｄ１が大きすぎれば、プラズマがキャビティ９０の径方向に広がって噴出効率が低下し、逆に、キャビティ９０の直径Ｄ１が小さすぎれば、キャビティ９０の側壁においてプラズマが消炎してしまうためであると推測される。

【0043】

また、本実験において、図１１に示すように、キャビティ９０の直径Ｄ１が４．０ｍｍの場合の噴出距離に対して、その他の直径における噴出距離の比を改善率として求めると、エネルギの小さいレーザほど、直径Ｄ１が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の場合における改善率が高くなっている。つまり、キャビティ９０の直径Ｄ１が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であれば、レーザのエネルギが低い場合であっても、効率的にプラズマを噴出させることができるので、混合気を点火させるために要する電力量を低減することができる。

【0044】

以上で説明したとおり、上述した実施形態における点火プラグ１００が、上記仕様１〜５のうち少なくともいずれか一つを満たすことが好ましいことが、各実験の結果から明らかとなった。

【0045】

Ｃ．変形例：
図１３は、点火プラグの第１変形例を示す断面図である。上述した実施形態では、オリフィス８１の形成された蓋部８０は、主体金具１０と一体に構成されている。つまり、上記実施形態では、蓋部８０は金属によって構成されている。これに対して、図１３に示した第１変形例では、蓋部８０ａが、絶縁体２０と一体に構成されている。つまり、第１変形例では、蓋部８０ａが絶縁体によって構成されている。このような構成であれば、キャビティ９０の先端部と蓋部８０ａとの間に隙間が生じることを抑制することができる。

【0046】

上記実施形態および第１変形例で示したように、オリフィス８１が形成される蓋部８０，８０ａは、金属であってもよく、絶縁体であってもよい。放電によってプラズマを生成する点火プラグでは、蓋部８０は電極として機能するが、上記実施形態および本変形例では、蓋部８０は、電極として機能しないからである。そのため、レーザによってプラズマを生成する点火プラグでは、設計の自由度が向上することになる。

【0047】

図１４は、点火プラグの第２変形例を示す断面図である。上述した実施形態では、絶縁体２０の内周面とレンズ５０の先端面５１とによって、キャビティ９０が形成されている。これに対して、図１４に示した第２変形例では、軸孔３０内においてレンズ５０の先端面５１よりも先端側に、レーザビームを透過する隔壁５２が備えられ、絶縁体２０の内周面と隔壁５２の先端面５３とによって、キャビティ９０が形成されている。隔壁５２は、先端面５３と側壁５４とを有する円筒状のガラス製部材である。隔壁５２の内部には空間が形成されている。隔壁５２の後端は開口しており、後端の外周部はレンズ５０の外周部と接触している。このように、レンズ５０がキャビティ９０から離れて配置されていれば、燃焼室内の燃焼ガスによってレンズ５０が汚れてしまうことを抑制することができ、この結果、プラズマの発生効率を高めることができる。なお、この場合、上記仕様２における長さＬ１は、キャビティ９０の開口端９１から隔壁５２の先端面５３までの長さとなり、距離Ｌ２は、隔壁５２の先端面５３からキャビティ９０内におけるレーザビームの集光位置Ｐ１までの距離となる。

【0048】

図１４に示した第２変形例では、キャビティ９０の内周面がテーパ状に形成されている。このように、キャビティ９０の内周面は、第２変形例に限らず、上記実施形態および上記第１変形例においても、テーパ状に形成されていてもよい。テーパの角度は、先端側および後端側のどちらに傾いていてもよい。キャビティ９０の内周面がテーパ状に形成されている場合であっても、上述した仕様５のように、キャビティ９０の直径は、テーパ状の内周面のどの位置においても、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0049】

なお、図１３および図１４では、軸線Ｏ方向における絶縁体２０の先端の位置と、主体金具１０の先端の位置とが同一であるが、これらの位置は同一でなくてもよい。例えば、主体金具１０の先端は、絶縁体２０の先端よりも後端側であってもよい。

【0050】

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や実施例、変形例の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。

【符号の説明】

【0051】

１０…主体金具
１１…工具係合部
１２…ねじ部
１３…加締部
１４，１５…リング部材
１６…タルク
１７…係止部
１８…鍔部
１９…座面
２０…絶縁体
２１…鍔部
２２…後端側胴部
２３…先端側胴部
２４…先端部
２５…段部
２６…パッキン
３０…軸孔
３１…小径部
３２…大径部
４０…ガスケット
５０…レンズ
５１…先端面
５２…隔壁
５３…先端面
５４…側壁
５５…レーザダイオード
５６…光ファイバケーブル
８０，８０ａ…蓋部
８１…オリフィス
９０…キャビティ
９１…開口端
１００…点火プラグ
Ｐ１…集光位置
Ｏ…軸線

【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】