JP2012190782A - プラズマジェット点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】気中放電経路にて生成されるプラズマの膨張を抑制すること等により、着火性を飛躍的に向上させる。
【解決手段】点火プラグ１は、軸孔４を有する絶縁碍子２と、中心電極５とを備え、軸孔４の先端を開口端とし、絶縁碍子２及び中心電極５により囲まれることで形成されたキャビティ部２８を有する。軸孔４には、先端側に向けて縮径する縮径部４Ｎが形成され、縮径部４Ｎの先端が中心電極５の先端面よりも先端側に位置するとともに、縮径部４Ｎの先端の内径が中心電極５の先端面の外径よりも小さくされる。中心電極５の先端面と縮径部４Ｎのうち軸線ＣＬ１方向に沿って中心電極５の先端面と対向する部位との間の最短距離をＡ（ｍｍ）とし、中心電極５の先端面外周と軸孔４の内周面との間の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ≦Ｂを満たす。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラズマを生成して混合気への着火を行うプラズマジェット点火プラグに関する。

従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。

一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁体と、先端面が絶縁体の先端面よりも没入した状態で前記軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、中心電極及び軸孔によって囲まれた空間（キャビティ部）を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。

このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して、両者の間で火花放電を生じさせて両者の間を絶縁破壊する。その上で、両者の間に高エネルギーの電流を流すことによって放電状態を遷移させて、前記キャビティ部の内部でプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマがキャビティ部の開口から噴出することで、混合気への着火が行われる。

ところで、より一層優れた着火性を実現する手法としては、火花放電を気中を通る経路（気中放電経路）において生じさせることで、周囲に広がりを抑制するものがない状態でプラズマを生成し、プラズマの生成効率を向上させることが考えられる。具体的には、絶縁体の先端面から接地電極を離間させることで、中心電極の先端面と軸孔の先端との間における絶縁体の内周面を沿った沿面放電経路と、軸孔の先端と接地電極との間における気中を通った気中放電経路とを伝わって、火花放電が生じるように構成することが考えられる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００９−１７６６９１号公報

しかしながら、上記手法では、気中放電経路がキャビティ部よりも先端側に形成されており、気中放電経路におけるプラズマ生成は外周側に大きな空間がある状態で生じる。従って、プラズマが外周側に膨張してしまい、その膨張にエネルギーが用いられることで、プラズマの圧力や温度が低下してしまうおそれがある。その結果、キャビティ部開口からのプラズマの噴出長が低下してしまい、着火性を十分に向上させることができないおそれがある。

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、気中放電経路にて生成されるプラズマの膨張を抑制すること等により、着火性を飛躍的に向上させることができるプラズマジェット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．本構成のプラズマジェット点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
自身の先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するようにして前記軸孔に挿設される中心電極と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具の先端部に固定され、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に配置される接地電極とを備え、
前記軸孔の先端を開口端とし、前記絶縁体及び前記中心電極により囲まれることで形成されたキャビティ部を有するプラズマジェット点火プラグであって、
前記軸孔には、前記軸線方向先端側に向けて縮径する縮径部が形成され、
前記縮径部の先端が、前記中心電極の先端面よりも前記軸線方向先端側に位置するとともに、
前記縮径部の先端の内径が、前記中心電極の先端面の外径よりも小さくされており、
前記中心電極の先端面と、前記縮径部のうち前記軸線方向に沿って前記中心電極の先端面と対向する部位との間の最短距離をＡ（ｍｍ）、前記最短距離Ａをなす前記縮径部の内周面上の点をａとし、
前記中心電極の先端面外周と、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最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、
Ａ≦Ｂ
を満たすことを特徴とする。

上記構成１によれば、軸孔に形成された縮径部に対して、中心電極先端面の少なくとも外周側部位が軸線方向に沿って対向しており、また、中心電極の先端面と縮径部との間の最短距離Ａが、中心電極の先端面とその外周に位置する軸孔の内周面との間の最短距離Ｂよりも小さくされている。すなわち、火花放電を生じさせた際に、中心電極の先端面と縮径部との間で軸線にほぼ沿った方向で気中放電が生じるとともに、この気中放電経路の周囲に軸孔の内周面が位置し、かつ、気中放電経路の少なくとも先端側の周囲には縮径部が位置するように構成されている。

従って、気中放電経路におけるプラズマ生成が、キャビティ部の奥側において、外周側に軸孔の内周面が存在する状態で生じることとなる。そのため、プラズマの外周側への膨張を抑制することができ、より高温、かつ、高圧力のプラズマを生成することができる。

加えて、縮径部の存在により、気中放電経路におけるプラズマがその生成中にキャビティ部の開口側へと漏れ出しにくくなり、一層高温・高圧力のプラズマを生成することができる。

併せて、Ａ≦Ｂとし、気中放電ひいてはプラズマを軸線にほぼ沿った方向で生じさせることで、プラズマをキャビティ部の開口からスムーズに噴出させることができる。

以上のように、上記構成１によれば、上述した各作用効果が相乗的に作用することで、キャビティ部の開口からのプラズマ噴出長を極めて効果的に増大させることができる。その結果、着火性の飛躍的な向上を図ることができる。

構成２．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１において、前記軸線を含む断面において、前記縮径部の外形線と前記軸線と直交する直線とのなす角のうち鋭角の角度をα°としたとき、１０≦α≦３５を満たすことを特徴とする。

尚、縮径部の外形線が屈曲状又は湾曲状をなす場合において、角度αとあるのは、縮径部の外形線の先端及び後端を結ぶ直線と軸線と直交する直線とのなす角のうち鋭角の角度をいう。

上記構成２によれば、角度αが３５°以下とされているため、気中放電経路で生成されたプラズマの軸線方向に沿った瞬間的な拡散をより確実に抑制することができる。従って、縮径部の内周側の空間において、一層高圧力のプラズマを生成することができる。その結果、キャビティ部の開口からのプラズマの噴出長をより増大させることができ、着火性を一層向上させることができる。

また、角度αが１０°以上とされているため、気中放電経路で生成されたプラズマが、中心電極の先端部外周面と軸孔の内周面との間の空間へと流れ込んでしまうことをより確実に防止することができる。その結果、キャビティ部の開口側に向けたプラズマの噴出力をより高めることができ、着火性をより一層向上させることができる。

構成３．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１又は２において、前記キャビティ部は、その後端から前記軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する形状、又は、その後端から前記軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する部位と内径が一定の部位とを有する形状とされることを特徴とする。

上記構成３によれば、キャビティ部が軸線方向先端側に向けて内径が拡径する部位を有することなく構成されている。従って、プラズマの外周側への膨張や、キャビティ部の開口からプラズマが噴出する際のプラズマの拡散をより確実に抑制することができる。その結果、プラズマの噴出長をより増大させることができ、着火性の更なる向上を図ることができる。

構成４．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記点ａを含む前記軸線方向に垂直な仮想平面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第１キャビティ部の体積をＶ１（ｍｍ²）とし、
前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記中心電極の外周面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第２キャビティ部の体積をＶ２（ｍｍ²）としたとき、
Ｖ２≦Ｖ１×５
を満たすことを特徴とする。

第１キャビティ部の体積Ｖ１に対して、第２キャビティ部の体積Ｖ２を過度に大きくしてしまうと、気中放電経路（第１キャビティ部内）にて生成されたプラズマでは第２キャビティ部を十分に満たすことができず、結果としてプラズマの噴出力が低下してしまうおそれがある。

この点、上記構成４によれば、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように構成されており、第２キャビティ部の体積Ｖ２が、第１キャビティ部の体積Ｖ１よりも過度に大きなものとならないように構成されている。従って、気中放電経路（第１キャビティ部）にて生成されたプラズマで第２キャビティ部を十分に満たすことができ、先端側に向けて大きな圧力をもってプラズマを噴出させることができる。その結果、着火性を一層向上させることができる。

構成５．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記軸孔には、前記縮径部の先端から前記キャビティ部の開口まで延び、略同一の内径を有するストレート部が形成され、
前記ストレート部の前記軸線に沿った長さが０．３ｍｍ以上とされることを特徴とする。

軸孔の最先端部を先端側に向けて内径が縮径する形状とした場合や、軸孔の最先端部にストレート部を設けたものの、その長さが極端に短い場合には、絶縁体の先端側内周に軸線方向に沿って肉厚の比較的小さな部位が形成される。ここで、一般に火花放電に伴い、絶縁体の表面が削られる現象（いわゆるチャンネリング）が生じるところ、上述のような薄肉部位は、火花放電時に径方向外側に向けてより深く削られてしまう。深く削られた部位では、中心電極及び接地電極間の火花放電経路の長さが、絶縁体の内周面に沿った他の経路の長さよりも短くなるため、その深く削られた部位で集中して火花放電が生じてしまい、結果として、絶縁体の内周面に筋状の深い溝が短期間のうちに形成されてしまうおそれがある。このような溝が形成されてしまうと、接地電極の絶縁体側の面と中心電極との間で前記深い溝を伝わって火花放電が生じてしまい、接地電極の存在によりプラズマが噴出しにくくなってしまうおそれがある。

この点、上記構成５によれば、軸孔の最先端部にストレート部が設けられるとともに、ストレート部の軸線に沿った長さが０．３ｍｍ以上とされている。すなわち、絶縁体のうち先端側内周に位置する部位の軸線方向に沿った肉厚が十分に大きなものとされている。従って、絶縁体の内周面が局所的に深く削れてしまうことを抑制でき、チャンネリングを周方向に沿ってほぼ均等に生じさせることができる。その結果、着火性の急激な低下をより確実に防止することができ、上記構成１等による優れた着火性を長期間に亘って維持することができる。

構成６．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、０．０５≦Ａを満たすとともに、
前記絶縁体の先端面と前記接地電極の前記絶縁体側の面とが接触しており、
前記点ａと、前記接地電極との間の前記絶縁体の内周面に沿った最短距離をＣ（ｍｍ）としたとき、
Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５
を満たすことを特徴とする。

上記構成６によれば、接地電極が絶縁体の先端面と接触しているため、接地電極の熱を絶縁体を介して効率よく主体金具側へと伝導することができる。これにより、接地電極の耐消耗性を向上させることができる。

また、上記構成６によれば、最短距離Ａが０．０５ｍｍ以上とされており、気中放電経路が十分な長さを有するように構成されている。従って、気中放電経路においてプラズマを生成することによる着火性の向上効果をより高めることができる。

尚、最短距離Ａを大きくすればするほど、プラズマ生成効率の向上を期待できるが、最短距離Ａや、沿面放電経路の長さに相当する最短距離Ｃを過度に大きくしてしまうと、初期（中心電極等の消耗前）における放電電圧が増大してしまう。中心電極の消耗により放電電圧が徐々に増大していくことや、放電電圧が大きいほど絶縁体にチャンネリングが生じやすいことを鑑みると、初期の放電電圧を比較的低く（２０ｋＶ以下に）抑えることが望ましい。

この点、上記構成６によれば、Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５を満たすように構成されている。従って、初期の放電電圧を比較的低めに抑えることができ、放電電圧の増大に伴う放電異常（失火）やチャンネリングの進展をより効果的に防止することができる。

尚、上記式において最短距離Ｃに０．５を乗じているのは、放電距離を同一としたときに、沿面放電が気中放電の約半分の電圧で生じることによる。

構成７．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記中心電極は、
自身の先端において、前記軸孔の内径と同一の外径を有する本体部と、
前記本体部に隣接するとともに前記本体部よりも前記軸線方向先端側に形成され、自身の先端の外径が前記本体部の先端の外径よりも小さくされた突部とを備え、
前記点ａと、前記本体部との間の前記絶縁体の内周面に沿った最短距離をＤ（ｍｍ）としたとき、
Ａ×２≦Ｄ
を満たすことを特徴とする。

尚、「本体部の外径が軸孔の内径と同一」とあるのは、本体部の外径と軸孔の内径とが厳密に同一である場合のみならず、本体部の外径と軸孔の内径との間に若干（例えば、０．０５ｍｍ程度）の径差がある場合も含む。

上記構成７によれば、突部の後端側に、突部よりも大径の本体部が形成されているため、本体部を介して突部の熱を効率よく主体金具側へと伝導することができる。従って、火花放電等に伴う中心電極先端部（突部）の消耗を抑制することができ、放電電圧の急激な増大をより確実に防止することができる。その結果、放電異常（失火）の発生やチャンネリングの進展をより長期間に亘って抑制することができ、ひいては優れた着火性を一層長期間維持することができる。

一方で、本体部を設けると、本体部と接地電極との間で絶縁体の内周面に沿った沿面放電が生じやすくなってしまい、中心電極の先端面と縮径部との間での気中放電が生じにくくなってしまうことが懸念される。

この点、上記構成７によれば、最短距離Ａ，Ｄについて、Ａ×２≦Ｄを満たすように構成されており、点ａと中心電極の先端面との間における気中放電に要する放電電圧が、点ａと本体部との間における沿面放電に要する放電電圧以下となるように構成されている。従って、中心電極の先端面と縮径部との間での気中放電を一層確実に発生させることができ、上記構成１等による作用効果をより一層確実に発揮させることができる。

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部分拡大断面図である。 中心電極と縮径部との位置関係等を示す部分拡大断面図である。 第１キャビティ部及び第２キャビティ部を説明するための拡大断面模式図である。 基準サンプルＬの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプルＥの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプルＦの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプルＥ，Ｆにおける着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 サンプルＧ，Ｈにおける噴出距離測定試験の試験結果を示すグラフである。 サンプルＧの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプルＨの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 角度αを種々変更したサンプルにおける噴出距離測定試験の試験結果を示すグラフである。 サンプルＩの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 基準サンプルＭの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 縮径部の後端の内径Ｘを種々変更したサンプルＩにおける着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 Ｖ２／Ｖ１を種々変更したサンプルにおける噴出距離測定試験の試験結果を示すグラフである。 サンプルＪの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 ストレート部の長さＳＬを０ｍｍとしたサンプルの構成を示す部分拡大断面図である。 ストレート部の長さＳＬを種々変更したサンプルＪにおける耐久性評価試験の試験結果を示すグラフである。 最短距離Ａを種々変更したサンプルＫにおける着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 サンプルＫの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 基準サンプルＮの先端部の構成を示す部分拡大断面図である。 最短距離Ａ，Ｃを種々変更したサンプルにおける放電電圧測定試験の試験結果を示すグラフである。 Ｄ／Ａを種々変更したサンプルにおける放電電圧測定試験の試験結果を示すグラフである。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、「点火プラグ」と称す）１を示す一部破断正面図である。尚、図１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。

点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

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、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部には段部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に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦状に形成されている。また、中心電極５の先端面は、絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向後端側に位置している。

加えて、中心電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６１０等〕からなる外層５Ｂを備えてなる本体部５Ｍと、本体部５Ｍに隣接するとともに本体部５Ｍよりも軸線ＣＬ１方向先端側に形成された突部５Ｐとを備えている。

本体部５Ｍは、断面円形状をなすとともに、図２に示すように、自身の先端において、軸孔４の内径と同一の外径を有するように構成されている。尚、「本体部５Ｍの外径が軸孔４の内径と同一」とあるのは、本体部５Ｍの外径と軸孔４の内径とが厳密に同一である場合のみならず、本体部５Ｍの外径と軸孔４の内径との間に若干の径差がある場合も含む。本実施形態では、製造時における寸法誤差等を鑑みて、本体部５Ｍの先端において、本体部５Ｍと軸孔４との間に若干（例えば、０．０４ｍｍ以下）の隙間が形成されている。

突部５Ｐは、本体部５Ｍの先端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて徐々に外径が縮径するテーパ部５Ｔと、テーパ部５Ｔの先端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて延びる円柱状の円柱部５Ｃとを備えている。また、突部５Ｐ（円柱部５Ｃ）の外径は、本体部５Ｍの先端の外径よりも小さくされており、突部５Ｐの外周面と軸孔４の内周面との間には比較的大きな環状の隙間が形成されている。尚、本実施形態では、耐消耗性を向上させるべく、円柱部５Ｃが、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により形成されており、突部５Ｐの外径は比較的大きなもの（例えば、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下）とされている。

図１に戻り、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状のガラスシール層９が配設されており、当該ガラスシール層９を介して中心電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具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。併せて、主体金具３の先端部外周には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて突出するように形成された環状の係合部２１が形成されており、当該係合部２１に対して後述する接地電極２７が係合されている。

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２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３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２２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、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３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、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２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６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２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部には、円板状（例えば、厚さが０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下）をなす接地電極２７が接合されている。具体的には、接地電極２７は、主体金具３の係合部２１に係合された状態で、自身の外周部分が係合部２１に対して溶接されることで主体金具３に接合されている。また、接地電極２７は、絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に配置されており、自身の絶縁碍子２側の面が絶縁碍子２の先端面に接触している。さらに、接地電極２７は、自身の中央に板厚方向に貫通する貫通孔２７Ｈを有しており、当該貫通孔２７Ｈを介して後述するキャビティ部２８と外部とが連通されている。尚、本実施形態では、耐消耗性を向上させるべく、接地電極２７は、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｎｉ、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている。

加えて、図２に示すように、絶縁碍子２の先端側には、軸孔４の先端を開口端とし、絶縁碍子２及び中心電極５により囲まれることで形成された空間であるキャビティ部２８が設けられている。そして、中心電極５と接地電極２７との間に形成された間隙２９に高電圧を印加することにより火花放電を生じさせた上で、間隙２９に電力を投入して放電状態を遷移させることで、キャビティ部２８にプラズマを発生させ、貫通孔２７Ｈからプラズマを噴出させるようになっている。

次に、本実施形態の特徴部分である軸孔４の形状や軸孔４及び中心電極５の位置関係等について詳述する。

本実施形態において、軸孔４には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて徐々に縮径するテーパ状の縮径部４Ｎが設けられている。縮径部４Ｎは、その先端が中心電極５の先端面よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置する一方で、その後端が中心電極５の先端面よりも軸線ＣＬ１方向後端側に位置するように構成されている。さらに、縮径部４Ｎの先端の内径は、中心電極５の先端面（突部５Ｐ）の外径よりも小さくなるように設定されている。すなわち、軸線ＣＬ１方向に沿って、少なくとも中心電極５先端面の外周側が縮径部４Ｎに対向するように構成されている。加えて、図３に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、縮径部４Ｎの外形線と軸線ＣＬ１と直交する直線とのなす角のうち鋭角の角度をα°としたとき、１０≦α≦３５を満たすように構成されている。

本実施形態では、上記のように縮径部４Ｎと中心電極５との位置関係や中心電極５や縮径部４Ｎの形状が設定されることで、中心電極５の先端面と、縮径部４Ｎのうち軸線ＣＬ１方向に沿って中心電極５の先端面と対向する部位との間の最短距離をＡ（ｍｍ）とし、中心電極５の先端面外周と、軸孔４（縮径部４Ｎ）の内周面との軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ≦Ｂを満たすように構成されている。従って、間隙２９において火花放電を生じさせた際に、キャビティ部２８の奥側において、中心電極５の先端面と縮径部４Ｎとの間で軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で気中放電が生じ、また、気中放電経路の周囲に縮径部４Ｎが位置するように構成されている。

さらに、軸孔４には、縮径部４Ｎの先端からキャビティ部２８の開口（軸孔４の先端）まで延び、一定の内径（例えば、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下）を有するストレート部４Ｓが形成されており、キャビティ部２８は、その後端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する部位と、内径が一定の部位とを有する形状とされている。すなわち、キャビティ部２８は、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて拡径する部位が形成されないように（換言すれば、キャビティ部２８は軸線ＣＬ１方向先端側に向けて内径が同径又は縮径し、軸孔４の先端の内径が中心電極５の先端面を含む平面におけるキャビティ部２８の内径よりも小さくされるように）構成されている。

尚、「一定の内径」とあるのは、軸線ＣＬ１方向に沿って内径が厳密に一定のものだけでなく、軸線ＣＬ１方向に沿って内径が若干変動しているものも含むという趣旨である。従って、軸線ＣＬ１を含む断面において、ストレート部４Ｓの内周面の外形線が軸線ＣＬ１に対して若干（例えば、±５°まで）傾いていてもよい。

加えて、前記ストレート部４Ｓの軸線ＣＬ１方向に沿った長さＳＬは０．３ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。

さらに、本実施形態では、前記最短距離Ａについて、０．０５≦Ａ≦０．５を満たすように構成されている。また、最短距離Ａをなす縮径部４Ｎの内周面上の点ａと、接地電極２７との間の絶縁碍子２の内周面を沿った最短距離をＣ（ｍｍ）としたとき、Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０を満たすように構成されている。

加えて、前記点ａと、中心電極５の本体部５Ｍとの間の絶縁碍子２の内周面に沿った最短距離をＤ（ｍｍ）としたとき、Ａ×２≦Ｄを満たすように構成されている。

併せて、図４（図４では、図示の便宜上、絶縁碍子２等のハッチングを省略している）に示すように、第１キャビティ部２８１（図４中、散点模様を付した部位）の体積をＶ１（ｍｍ²）とし、第２キャビティ部２８２（図４中、斜線を付した部位）の体積をＶ２（ｍｍ²）としたとき、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように構成されている。

尚、第１キャビティ部２８１は、キャビティ部２８のうち、中心電極５の先端面を含む仮想平面ＶＳ１と、前記点ａを含む軸線ＣＬ１に垂直な仮想平面ＶＳ２と、軸孔４（縮径部４Ｎ）の内周面とで囲まれた空間をいう。また、第２キャビティ部２８２は、キャビティ部２８のうち、前記仮想平面ＶＳ１と、中心電極５（突部５Ｐ）の外周面と、軸孔４の内周面とで囲まれた空間をいう。加えて、本実施形態では、Ａ≦Ｂを満たしながらも、第２キャビティ部２８２の体積Ｖ２の過大を防止できるように、縮径部４Ｎの後端の外径が所定の値（例えば、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下）に設定されている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、火花放電を生じさせた際に、中心電極５の先端面と縮径部４Ｎとの間で軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で気中放電が生じるとともに、この気中放電経路の周囲に縮径部４Ｎの内周面が位置するように構成されている。従って、気中放電経路におけるプラズマ生成が、キャビティ部２８の奥側において、外周側に縮径部４Ｎの内周面が存在する状態で生じることとなる。そのため、プラズマの外周側への膨張を抑制することができ、より高温、かつ、高圧力のプラズマを生成することができる。加えて、縮径部４Ｎの存在により、気中放電経路におけるプラズマがその生成中にキャビティ部２８の開口側へと漏れ出しにくくなり、一層高温・高圧力のプラズマを生成することができる。併せて、Ａ≦Ｂとし、気中放電ひいてはプラズマを軸線にほぼ沿った方向で生じさせることで、プラズマをキャビティ部２８の開口からスムーズに噴出させることができる。これらの作用効果が相乗的に作用することで、キャビティ部２８の開口からのプラズマ噴出長を極めて効果的に増大させることができる。その結果、着火性を飛躍的に向上させることができる。

また、角度αが３５°以下とされているため、気中放電経路で生成されたプラズマの軸線ＣＬ１方向に沿った瞬間的な拡散をより確実に抑制することができる。従って、縮径部４Ｎの内周側の空間において、一層高圧力のプラズマを生成することができる。その結果、キャビティ部２８の開口からのプラズマの噴出長をより増大させることができ、着火性を一層向上させることができる。

また、角度αが１０°以上とされているため、気中放電経路で生成されたプラズマが、前記突部５Ｐの外周面と軸孔４の内周面との間の空間へと流れ込んでしまうことをより確実に防止することができる。その結果、キャビティ部２８の開口側に向けたプラズマの噴出力をより高めることができ、着火性をより一層向上させることができる。

加えて、キャビティ部２８は、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて内径が拡径する部位を有することなく構成されている。従って、プラズマの外周側への膨張や、キャビティ部２８の開口からプラズマが噴出する際のプラズマの拡散をより確実に抑制することができる。その結果、プラズマの噴出長をより増大させることができ、着火性の更なる向上を図ることができる。

さらに、第１キャビティ部２８１の体積Ｖ１（ｍｍ²）と、第２キャビティ部２８２の体積Ｖ２（ｍｍ²）とが、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように構成されている。従って、気中放電経路（第１キャビティ部２８１）にて生成されたプラズマで第２キャビティ部２８２を十分に満たすことができ、先端側に向けて大きな圧力をもってプラズマを噴出させることができる。

また、軸孔４の最先端部にストレート部４Ｓが設けられるとともに、ストレート部４Ｓの軸線ＣＬ１に沿った長さＳＬが０．３ｍｍ以上とされており、絶縁碍子２のうち先端内周側に位置する部位の軸線ＣＬ１方向に沿った肉厚が十分に大きなものとされている。従って、火花放電に伴い絶縁碍子２の内周面が局所的に深く削れてしまうことを抑制でき、チャンネリングを周方向に沿ってほぼ均等に生じさせることができる。その結果、着火性の急激な低下をより確実に防止することができる。

併せて、最短距離Ａが０．０５ｍｍ以上と十分に長いものとされているため、気中放電経路にてプラズマを生成することによる着火性の向上効果をより高めることができる。

一方で、最短距離Ａ，Ｃについては、Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５を満たすように構成されている。これにより、初期の放電電圧を比較的低めに抑えることができ、放電電圧の増大に伴う放電異常（失火）やチャンネリングの進展をより効果的に抑制することができる。

加えて、突部５Ｐの後端側に、突部５Ｐよりも大径の本体部５Ｍが形成されているため、本体部５Ｍを介して突部５Ｐの熱を効率よく主体金具３側へと伝導することができる。従って、火花放電等に伴う中心電極５の消耗を抑制することができ、放電電圧の急激な増大をより確実に防止することができる。その結果、放電異常（失火）の発生やチャンネリングの進展をより長期間に亘って防止することができ、ひいては優れた着火性を一層長期間維持することができる。

また、最短距離Ａ，Ｄについて、Ａ×２≦Ｄを満たすように構成されており、点ａと中心電極５の先端面との間における気中放電に要する放電電圧が、点ａと本体部５Ｍとの間における沿面放電に要する放電電圧以下となるように構成されている。従って、中心電極５の先端面と縮径部４Ｎとの間での気中放電を一層確実に発生させることができる。

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、比較例に相当する点火プラグのサンプルＥと、実施例に相当する点火プラグのサンプルＦとについて着火性評価試験を行った。着火性評価試験の概要は次の通りである。まず、図５に示すように、軸孔に縮径部を設けることなく、キャビティ部が一定の内径（１．５ｍｍ）を有するように構成し、火花放電が、絶縁碍子の内周面を沿った沿面放電経路（長さ１．０ｍｍ）のみを伝わって生じるように構成した点火プラグのサンプル（基準サンプルＬ）を作製した。そして、当該基準サンプルＬ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とし、チャンバー内の雰囲気を標準ガス雰囲気（大気雰囲気）とした。次いで、投入エネルギーを５０ｍＪとしてプラズマを生成させ、火花放電から１００μｓ後に、キャビティ部から噴出したプラズマ（フレーム）のシュリーレン画像を得た。そして、得られたシュリーレン画像を所定の閾値で二値化して、高密度の部分（つまり、プラズマが噴出した部分）の面積をフレーム面積の基準（基準フレーム面積）として測定した。その上で、サンプルＥ，Ｆについて、上記同様の条件にてプラズマを生成させるとともに、それぞれのフレーム面積を測定した。そして、基準フレーム面積に対する測定されたフレーム面積の比（フレーム面積向上比）を算出した。フレーム面積向上比が大きいほど、噴出したプラズマの面積が大きく、着火性に優れることを意味する。

尚、サンプルＥは、図６に示すように、中心電極の先端面を軸孔の縮径部にほぼ接触（極めて小さい隙間が存在する）させた一方で、絶縁碍子の先端面と接地電極との間に隙間を設け、火花放電が、中心電極の先端面から軸孔の先端までの絶縁碍子の内周面を沿った沿面放電経路と、軸孔の先端から接地電極までの気中を通った気中放電経路とを伝わって生じるように構成し、かつ、気中放電経路の軸線に沿った長さＬを種々変更したものである。また、サンプルＦは、図７に示すように、軸線方向において中心電極の先端面と軸孔（縮径部）との間に隙間を設けた一方で、絶縁碍子の先端面と接地電極とを接触させ、火花放電が、中心電極の先端面から軸孔（縮径部）までの気中を通った気中放電経路と、軸孔（縮径部）から接地電極までの絶縁碍子の内周面を這った沿面放電経路とを伝わって生じるように構成し、かつ、気中放電経路の軸線に沿った長さＬを種々変更したものである。すなわち、両サンプルともに気中放電が発生するように構成したが、サンプルＥは、キャビティ部よりも先端側で気中放電が発生するように構成し、一方で、サンプルＦは、キャビティ部の奥側で気中放電が発生するように構成した。

図８に、当該試験の試験結果を示す。尚、図８においては、サンプルＥの試験結果を三角でプロットし、サンプルＦの試験結果を四角でプロットした。また、サンプルＥ，Ｆともに、縮径部の後端の内径を１．５ｍｍとし、軸孔の先端の内径を０．５ｍｍとし、ストレート部の長さＳＬを１．０ｍｍとし、縮径部の角度αを２０°とした。加えて、サンプルＦは、前記最短距離Ａ，ＢがＡ≦Ｂを満たすように構成した。

両サンプルともに、気中放電により周囲に広がりを抑制するものがない状態でプラズマが生成されるように構成したが、図８に示すように、気中放電がキャビティ部の奥側で発生するように構成したサンプルＦは、フレーム面積向上比が飛躍的に増大し、極めて優れた着火性を有することが明らかとなった。これは、気中放電をキャビティ部の奥側において周囲に軸孔の内周面が存在する状態で発生させたことで、生成時におけるプラズマの膨張が抑制され、高温かつ高圧力のプラズマが生成されたためであると考えられる。

次いで、比較例に相当する点火プラグのサンプルＧと、実施例に相当する点火プラグのサンプルＨとについて、噴出距離測定試験を行った。噴出距離測定試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプル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とし、チャンバー内の雰囲気を標準ガス雰囲気（大気雰囲気）とした。次いで、投入エネルギーを１００ｍＪとしてプラズマを生成させ、火花放電から１００μｓ後に、キャビティ部から噴出したプラズマ（フレーム）のシュリーレン画像を得た。そして、得られたシュリーレン画像を所定の閾値で二値化して、高密度の部分のサンプル先端からの噴出長をフレーム噴出距離として測定した。図９に、当該試験の試験結果を示す。尚、フレーム噴出距離が大きいほど、着火性に優れることを意味する。

また、サンプルＧは、図１０に示すように、キャビティ部が一定の内径を有するように構成するとともに、中心電極を細径とし、軸線に対して傾いた方向で気中放電が生じるように構成した。一方で、サンプルＨは、図１１に示すように、軸孔に縮径部を設けるとともに、前記最短距離Ａ，ＢがＡ≦Ｂを満たすように構成することで、軸線にほぼ沿った方向で気中放電が生じ、かつ、気中放電経路の周囲に縮径部が位置するように構成した。

加えて、サンプルＧ，Ｈともに、キャビティ部の内周面に導電ペーストを塗布することで、気中放電経路の軸線に沿った長さが同一（０．２ｍｍ）となるように構成し、気中放電経路の長さの相違による影響が生じないようにした。また、サンプルＧは、キャビティ部の内径を０．８ｍｍとし、サンプルＨは、縮径部の後端の内径を１．５ｍｍとし、キャビティ部の先端の内径を０．８ｍｍとした。

図９に示すように、サンプルＨは、フレーム噴出距離が非常に大きなものとなり、極めて優れた着火性を有することが分かった。これは、縮径部の存在により、プラズマがその生成中にキャビティ部の開口から漏れ出しにくくなったこと、及び、Ａ≦Ｂとし、気中放電を軸線にほぼ沿った方向で生じさせたことで、キャビティ部の開口からプラズマがスムーズに噴出したことに起因すると考えられる。

上記両試験の結果より、着火性の向上を図るべく、火花放電を生じさせた際に、中心電極の先端面と縮径部との間で軸線にほぼ沿った方向で気中放電が生じるとともに、この気中放電経路の周囲に軸孔の内周面が位置し、かつ、気中放電経路の少なくとも先端側の周囲には縮径部が位置するように構成することが好ましいといえる。

次いで、前記最短距離Ａを０．２０ｍｍとする一方で、前記最短距離Ｂを０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、又は、０．２５ｍｍとすることにより、最短距離Ａ，Ｂの関係式を異なるものとした上で、前記角度α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噴出距離測定試験を行った。図１２に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１２においては、最短距離Ｂを０．１５ｍｍとし、Ａ＞Ｂとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、最短距離Ｂを０．２０ｍｍとし、Ａ＝Ｂとしたサンプルの試験結果を三角で示し、最短距離Ｂを０．２５ｍｍとし、Ａ＜Ｂとしたサンプルの試験結果を四角で示す。

図１２に示すように、Ａ≦Ｂとし、気中放電が軸線にほぼ沿った方向で生じるように構成したサンプルは、角度αを１０°以上３５°以下とすることで、フレーム噴出距離が飛躍的に増大することが明らかとなった。これは、次の（１）及び（２）によると考えられる。
（１）角度αを３５°以下としたことで、気中放電経路で生成されたプラズマの軸線方向に沿った瞬間的な拡散が抑制され、一層高圧力のプラズマが生成されたこと。
（２）角度αを１０°以上したことで、中心電極の先端部外周面と軸孔の内周面との間の空間に対するプラズマの流れ込みが抑制され、キャビティ部の開口側に向けたプラズマの噴出力がより増大したこと。

上記試験の結果より、Ａ≦Ｂを満たし、気中放電が軸線にほぼ沿った方向で生じるように構成した点火プラグにおいて、着火性を一層向上させるという観点から、角度αを１０°以上３５°以下とすることが好ましいといえる。

次に、図１３に示すように、軸孔に縮径部とストレート部とを設けるとともに、縮径部の後端の内径Ｘを種々変更した点火プラグのサンプルＩについて、上述の着火性評価試験を行った。尚、当該試験においては、図１４に示すように、キャビティ部が軸線方向に沿って一定の内径（０．５ｍｍ）を有し、中心電極と接地電極との間で沿面放電のみが生じるように構成した点火プラグを基準サンプルＭとし、当該基準サンプルＭのフレーム面積（基準フレーム面積）に基づいて、サンプルＩのフレーム面積向上比を算出した。図１５に、当該試験の試験結果を示す。

尚、当該試験において、各サンプルＩは、軸孔の先端の内径を０．５ｍｍとし、縮径部の角度αを２０°とし、中心電極と軸孔との間にほとんど隙間を設けることなく、中心電極と接地電極との間で沿面放電のみが生じるように構成した。

図１５に示すように、サンプルＩはそれぞれ優れた着火性を有することが確認された。これは、縮径部の空間の分だけプラズマの生成量が増大するとともに、キャビティ部の内径を拡径させることなく構成したことでプラズマの外周側への膨張等がより確実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、着火性を一層向上させるべく、キャビティ部に軸線方向先端側に向けて内径が拡径する部位を設けないこと、換言すれば、キャビティ部を、その後端から軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する形状、又は、その後端から軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する部位と内径が一定の部位とを有する形状とすることが好ましいといえる。

次いで、前記体積Ｖ１，Ｖ２を変更することで、Ｖ２／Ｖ１の値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噴出距離測定試験を行った。図１６に、当該試験の試験結果を示す。尚、体積Ｖ１，Ｖ２は、ストレート部の内径（０．５ｍｍ）及びその軸線に沿った長さ（１．０ｍｍ）を一定とした上で、縮径部の後端の外径を調節することにより変更した。

図１６に示すように、Ｖ２／Ｖ１を５以下としたサンプル、すなわち、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすサンプルは、フレーム噴出距離が約４ｍｍと十分に大きなものとなり、着火性に優れることが明らかとなった。これは、体積Ｖ１をなす空間で生成されたプラズマにより、体積Ｖ２をなす空間を満たすことができ、ひいては先端側に向けたプラズマの噴出力を十分に確保できたためであると考えられる。

上記試験の結果より、着火性の更なる向上を図るべく、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように体積Ｖ１，Ｖ２を設定することが好ましいといえる。

次に、図１７に示すように、接地電極と中心電極との間の軸線に沿った距離を１．５ｍｍとした上で、ストレート部の軸線に沿った長さＳＬを種々変更した点火プラグのサンプルＪを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルに対して電力を投入することでプラズマを噴出させるとともに、サンプルの側面側から噴出したプラズマを撮像し、撮像画像から初期状態におけるプラズマの噴出面積を測定した。その上で、サンプル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６０Ｈｚとして（すなわち、毎分３６００回の割合で）各サンプルを放電させた（電力を投入することなく、火花放電のみを生じさせた）。次いで、１００時間経過ごとに、サンプルに電力を投入することでプラズマを噴出させるとともに、噴出したプラズマをサンプルの側面側から撮像し、撮像画像からプラズマの噴出面積を測定した。そして、初期状態におけるプラズマの噴出面積に対して、測定されたプラズマの噴出面積が半分以下となった時間（耐久時間）を特定した。尚、耐久時間が長いほど、初期の着火性を長期間に亘って維持できることを意味する。

図１９に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルに対する電圧の印加は最長１０００時間とした。また、図１９では、１０００時間の段階で測定されたプラズマの噴出面積が初期状態におけるプラズマの噴出面積の半分よりも大きかったサンプルの試験結果を白抜きにて示す。加えて、図１９においてストレート部の長さＳＬが０ｍｍとあるのは、図１８に示すように、キャビティ部の軸線方向における全域に縮径部を設け、ストレート部を設けなかったことを意味する。さらに、各サンプルともに、中心電極の先端面の外径、及び、縮径部の後端の内径を１．５ｍｍとした。また、軸孔の先端の内径と、接地電極の貫通孔の内径とを同一とした。

図１９に示すように、ストレート部を設けなかったサンプルや、ストレート部の長さＳＬを０．３ｍｍ未満としたサンプルは、耐久性にやや劣ることが確認された。これは、次の理由によると考えられる。すなわち、絶縁碍子の先端側内周の軸線方向に沿った肉厚が比較的小さかったため、当該部位が火花放電に伴い深く削られた。そして、この深く削られた部位に集中して火花放電が生じることとなり（つまり、チャンネリングが局所的に集中することとなり）、軸孔の内周面に深い溝が形成された。その結果、接地電極の絶縁碍子側の面と中心電極との間で前記深い溝を伝わって火花放電が生じてしまい、接地電極の存在によりプラズマが噴出しにくくなったことによると考えられる。

これに対して、ストレート部の長さＳＬを０．３ｍｍ以上としたサンプルは、耐久性に優れることが分かった。これは、絶縁碍子の先端側内周の軸線方向に沿った肉厚を比較的大きくしたことで、当該部位が火花放電により削れにくくなり、ひいてはチャンネリングが周方向に沿ってほぼ均等に生じ、結果として、軸孔の内周面に深い溝が形成され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、優れた着火性を長期間に亘って維持するために、ストレート部の軸線に沿った長さＳＬを０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次いで、図２１に示すように、縮径部の形状を一定とした上で、縮径部に対する中心電極先端面の軸線方向に沿った相対位置を変更することで、前記最短距離Ａの長さを種々変更した点火プラグのサンプルＫを作製し、各サンプルＫについて上述の着火性評価試験を行った。図２０に当該試験の試験結果を示す。

尚、各サンプルＫともに、縮径部の後端の内径を１．５ｍｍとし、軸孔の先端の内径を０．５ｍｍとし、中心電極の先端面の外径を１．０ｍｍとした。また、当該試験においては、図２２に示すように、軸線方向においてキャビティ部が中心電極の先端面の外径と等しい内径（１．０ｍｍ）を有し、中心電極と接地電極との間で沿面放電のみが生じるように構成した点火プラグを基準サンプルＮとし、当該基準サンプルＮのフレーム面積（基準フレーム面積）に基づいて、各サンプルのフレーム面積向上比を算出した。

図２０に示すように、最短距離Ａを０．０５ｍｍ以上とすることで、着火性をより効果的に向上できることが明らかとなった。これは、軸線方向に沿った広範囲において周囲に広がりを抑制するものがない状態でプラズマが生成されたことで、プラズマ生成量が顕著に増大したことによると考えられる。

上記試験の結果より、着火性をより確実に向上させるべく、最短距離Ａを０．０５ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次に、前記最短距離Ａ，Ｃを調節することで、最短距離Ａ及び「Ａ＋Ｃ×０．５」の値を種々変更したサンプルについて、放電電圧測定試験を行った。放電電圧測定試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを試験用のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を０．８ＭＰａとして標準ガス雰囲気（大気雰囲気）で火花放電に必要な放電電圧（初期放電電圧）を測定した。尚、中心電極の消耗により放電電圧が徐々に増大していくことや、放電電圧が大きいほど絶縁碍子にチャンネリングが生じやすいことを考慮して、初期放電電圧は２０ｋＶ以下であることが好ましいといえる。

図２３に、当該試験の試験結果を示す。尚、図２３においては、「Ａ＋Ｃ×０．５」の値を１．５０ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、「Ａ＋Ｃ×０．５」の値を１．７５ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角で示し、「Ａ＋Ｃ×０．５」の値を２．００ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角で示す。

図２３に示すように、Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５を満たすサンプルは、初期放電電圧を２０ｋＶ以下とできることが確認された。

上記試験の結果より、放電電圧の増大に伴う失火やチャンネリングの進展を防止するという面から、Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５を満たすように構成することが好ましいといえる。

次いで、最短距離Ａを一定とした上で前記最短距離Ｄを変更することにより、Ｄ／Ａの値を種々変更した点火プラグのサンプルについて、放電電圧測定試験を行い、中心電極の本体部と点ａとの間で絶縁碍子の内周面に沿って生じる沿面放電よりも、中心電極の先端面と縮径部（点ａ）との間で気中を通った気中放電がより発生しやすくなるときのＤ／Ａの範囲を特定した。すなわち、本体部と点ａとの間で沿面放電が生じているのであれば、最短距離Ｄを変更することで初期放電電圧は増減するが、中心電極の先端面と縮径部（点ａ）との間で気中放電が生じているのであれば、最短距離Ａは一定であるので、最短距離Ｄを変更しても初期放電電圧はほとんど変化しない。この点を踏まえて、初期放電電圧がほぼ一定となるときのＤ／Ａの範囲を、沿面放電よりも気中放電がより発生しやすくなる条件として特定した。図２４に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、縮径部の後端の内径を１．５ｍｍとし、軸孔の先端の内径を０．５ｍｍとし、縮径部の角度αを２０°とした。

図２４に示すように、Ｄ／Ａを２以上とすること、つまり、Ａ×２≦Ｄを満たすことで、初期放電電圧がほぼ一定となり、本体部と点ａとの間における沿面放電よりも、中心電極の先端面と縮径部（点ａ）との間での気中放電をより確実に発生できることが分かった。

上記試験の結果より、気中放電をより確実に発生させるという観点から、Ａ×２≦Ｄを満たす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、縮径部４Ｎはテーパ状をなし、軸線ＣＬ１を含む断面において、その外形線が直線状とされているが、縮径部４Ｎの外形線が湾曲状や屈曲状をなすように構成してもよい。尚、これらの場合において、前記角度αとあるのは、縮径部４Ｎの先端と後端とを結んだ直線と、軸線ＣＬ１に直交する直線とのなす角のうち鋭角の角度をいう。

（ｂ）上記実施形態では、軸孔４にストレート部４Ｓが設けられているが、ストレート部４Ｓを設けることなく構成してもよい。

（ｃ）上記実施形態では、絶縁碍子２の先端面に対して接地電極２７が接触するように構成されているが、絶縁碍子２の先端面と接地電極２７とを接触させることなく、両者の間の若干の間隙を設けることとしてもよい。但し、接地電極２７の耐熱性を鑑みれば、接地電極２７を絶縁碍子２に接触させることが好ましい。

（ｄ）上記実施形態では、円柱部５ＣがＷやＩｒ等により形成されているが、円柱部５Ｃを構成する材料はこれに限定されるものではない。従って、例えば、円柱部５Ｃを本体部５Ｍと同一の金属材料により形成することとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、接地電極２７が、ＷやＩｒ等により構成されているが、接地電極２７を構成する材料はこれに限定されるものではない。

（ｆ）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。従って、例えば、工具係合部１９をＢｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等としてもよい。

１…点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）、２…絶縁碍子（絶縁体）、３…主体金具、４…軸孔、４Ｎ…縮径部、４Ｓ…ストレート部、５…中心電極、５Ｍ…本体部、５Ｐ…突部、２７…接地電極、２８…キャビティ部、２８１…第１キャビティ部、２８２…第２キャビティ部、ＣＬ１…軸線。

構成４．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記点ａを含む前記軸線方向に垂直な仮想平面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第１キャビティ部の体積をＶ１（ｍｍ ³ ）とし、
前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記中心電極の外周面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第２キャビティ部の体積をＶ２（ｍｍ ³ ）としたとき、
Ｖ２≦Ｖ１×５
を満たすことを特徴とする。

併せて、図４（図４では、図示の便宜上、絶縁碍子２等のハッチングを省略している）に示すように、第１キャビティ部２８１（図４中、散点模様を付した部位）の体積をＶ１（ｍｍ ³ ）とし、第２キャビティ部２８２（図４中、斜線を付した部位）の体積をＶ２（ｍｍ ³ ）としたとき、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように構成されている。

さらに、第１キャビティ部２８１の体積Ｖ１（ｍｍ ³ ）と、第２キャビティ部２８２の体積Ｖ２（ｍｍ ³ ）とが、Ｖ２≦Ｖ１×５を満たすように構成されている。従って、気中放電経路（第１キャビティ部２８１）にて生成されたプラズマで第２キャビティ部２８２を十分に満たすことができ、先端側に向けて大きな圧力をもってプラズマを噴出させることができる。

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   自身の先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するようにして前記軸孔に挿設される中心電極と、
   前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
   前記主体金具の先端部に固定され、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に配置される接地電極とを備え、
   前記軸孔の先端を開口端とし、前記絶縁体及び前記中心電極により囲まれることで形成されたキャビティ部を有するプラズマジェット点火プラグであって、
   前記軸孔には、前記軸線方向先端側に向けて縮径する縮径部が形成され、
   前記縮径部の先端が、前記中心電極の先端面よりも前記軸線方向先端側に位置するとともに、
   前記縮径部の先端の内径が、前記中心電極の先端面の外径よりも小さくされており、
   前記中心電極の先端面と、前記縮径部のうち前記軸線方向に沿って前記中心電極の先端面と対向する部位との間の最短距離をＡ（ｍｍ）、前記最短距離Ａをなす前記縮径部の内周面上の点をａとし、
   前記中心電極の先端面外周と、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最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ≦Ｂ
   を満たすことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。
2. 前記軸線を含む断面において、前記縮径部の外形線と前記軸線と直交する直線とのなす角のうち鋭角の角度をα°としたとき、１０≦α≦３５を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグ。
3. 前記キャビティ部は、その後端から前記軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する形状、又は、その後端から前記軸線方向先端側に向けて徐々に内径が縮径する部位と内径が一定の部位とを有する形状とされることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマジェット点火プラグ。
4. 前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記点ａを含む前記軸線方向に垂直な仮想平面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第１キャビティ部の体積をＶ１（ｍｍ²）とし、
   前記キャビティ部のうち、前記中心電極の先端面を含む仮想平面と、前記中心電極の外周面と、前記軸孔の内周面とで囲まれた第２キャビティ部の体積をＶ２（ｍｍ²）としたとき、
   Ｖ２≦Ｖ１×５
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
5. 前記軸孔には、前記縮径部の先端から前記キャビティ部の開口まで延び、略同一の内径を有するストレート部が形成され、
   前記ストレート部の前記軸線に沿った長さが０．３ｍｍ以上とされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
6. ０．０５≦Ａを満たすとともに、
   前記絶縁体の先端面と前記接地電極の前記絶縁体側の面とが接触しており、
   前記点ａと、前記接地電極との間の前記絶縁体の内周面に沿った最短距離をＣ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ＋Ｃ×０．５≦１．５０、及び、Ａ≦０．５
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
7. 前記中心電極は、
   自身の先端において、前記軸孔の内径と同一の外径を有する本体部と、
   前記本体部に隣接するとともに前記本体部よりも前記軸線方向先端側に形成され、自身の先端の外径が前記本体部の先端の外径よりも小さくされた突部とを備え、
   前記点ａと、前記本体部との間の前記絶縁体の内周面に沿った最短距離をＤ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ×２≦Ｄ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。

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