(57)【要約】【課題】絶縁体のうち燃焼室側の部位に局所的に非平衡プラズマを発生させ、非平衡プラズマのエネルギーを効率良く点火に利用すること。【解決手段】軸線方向の先端から後端に延びる棒状の中心電極と、少なくとも中心電極の先端側の周囲を取り囲むとともに、軸線方向の先端側に底部を有する有底筒状の絶縁体と、中心電極の先端部が自身の先端よりも先端側に位置するように絶縁体の周囲を覆う筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、中心電極の先端部は、先端側に向かって外径が縮径してなり、中心電極の先端部について軸線を通る断面を見たときに、径方向外側に膨らむ第１変曲部と径方向内側に窄む第２変曲部とが連なる中心電極段部を有することを特徴とする点火プラグ。【選択図】図２
2018139173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向の先端から後端に延びる棒状の中心電極と
少なくとも前記中心電極の先端側の周囲を取り囲むとともに、前記軸線方向の先端側に底部を有する有底筒状の絶縁体と、
前記中心電極の先端部が自身の先端よりも先端側に位置するように前記絶縁体の周囲を覆う筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
前記中心電極の前記先端部は、先端側に向かって外径が縮径してなり、
前記中心電極の前記先端部について前記軸線を通る断面を見たときに、径方向外側に膨らむ第１変曲部と径方向内側に窄む第２変曲部とが連なる中心電極段部を有することを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
前記先端部は、１つの前記中心電極段部を備えることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ
【請求項３】
一端部が前記主体金具に接続される接地電極を備え、
前記接地電極の他端部は、前記中心電極段部が形成された位置において、前記絶縁体と放電ギャップを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の点火プラグ
【請求項４】
前記絶縁体のうち前記先端部を覆う被覆部は、一部の外径が縮径してなり、
前記被覆部について前記軸線を通る断面を見たときに、径方向外側に膨らむ第３変曲部と径方向内側に窄む第４変曲部とが連なる絶縁体段部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の点火プラグ。
【請求項５】
前記絶縁体段部は、少なくとも一部が前記軸線方向において前記中心電極と重なる位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の点火プラグ。
【請求項６】
前記絶縁体段部は、少なくとも一部が前記軸線方向において前記中心電極段部と重なる位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の点火プラグ。
【請求項７】
前記被覆部の厚みが最小となる部位が、前記軸線方向において前記中心電極段部と重なる位置に配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の点火プラグ
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室における混合気に点火する点火装置として、非平衡プラズマを用いて点火する点火装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような点火装置は、中心電極を内包する絶縁体を有する点火プラグを備え、交流電圧または複数回のパルス電圧を中心電極に印加することによって、絶縁体の表面に非平衡プラズマを発生させる。
【０００３】
また、特許文献１には、このような非平衡プラズマのエネルギーを効率良く点火に利用するために、絶縁体の先端部を薄肉にして、局所的に表面電位が高くなるようにし、この絶縁体の先端部を主体金具から燃焼室側に突出させた構造にすることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２３４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献では、局所的に表面電位を高くするための方法として、絶縁体の形状に関して検討されているが、絶縁体以外の形状については改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、絶縁体のうち燃焼室側の部位に局所的に非平衡プラズマを発生させ、非平衡プラズマのエネルギーを効率よく点火に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、軸線方向の先端から後端に延びる棒状の中心電極と、少なくとも中心電極の先端側の周囲を取り囲むとともに、軸線方向の先端側に底部を有する有底筒状の絶縁体と、中心電極の先端部が自身の先端よりも先端側に位置するように絶縁体の周囲を覆う筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、中心電極の先端部は、先端側に向かって外径が縮径してなり、中心電極の先端部について軸線を通る断面を見たときに、径方向外側に膨らむ第１変曲部と径方向内側に窄む第２変曲部とが連なる中心電極段部を有することを特徴とする点火プラグである。
【０００８】
一般的に、変曲部には電界が集中しやすいことが知られている。そこで、上記点火プラグによれば、第１変曲部と第２変曲部とを有する中心電極段部を中心電極の先端部に設けると共に、中心電極の先端部が絶縁体に覆われているため、絶縁体の表面のうち中心電極の変曲部近傍では、他の部位と比較して、多くの非平衡プラズマが発生する。その上、この絶縁体に覆われた中心電極の先端部を主体金具よりも先端側に配置することで、燃焼室により近い位置に、多くの非平衡プラズマを発生させることができ、その結果、そのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【０００９】
上記点火プラグは、先端部に１つの中心電極段部を備えていてもよい。上記点火プラグによれば、電界強度が高まる変曲部を備える中心電極段部が一か所であるため、中心電極段部が複数設けられている場合と比較して、一定電圧が供給される場合における１つの中心電極段部に集中した電界が、他の中心電極段部へ分散されることなく、その強さが維持される。その結果、１つの中心電極段部の近傍における絶縁体表面での非平衡プラズマの発生量を維持することができる。これによって、主体金具よりも先端側における絶縁体のうち特定の箇所に、着火をするのに十分な量の非平衡プラズマを偏って発生させることができるため、例えば、そのような１つの中心電極段部を、中心電極の先端部のより先端側に（より燃焼室側に）設けることで、非平衡プラズマのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【００１０】
上記点火プラグにおいて、一端部が主体金具に接続される接地電極を備え、接地電極の他端部は、中心電極段部が形成された位置において、絶縁体と放電ギャップを形成していてもよい。中心電極段部近傍の絶縁体の表面では、多くの非平衡プラズマが発生するため、その近傍で火花ギャップを形成することで、そのエネルギーをより効率的に着火に利用することができる。
【００１１】
上記点火プラグにおいて、絶縁体のうち先端部を覆う被覆部は、一部の外径が縮径してなり、被覆部について軸線を通る断面を見たときに、軸線の径方向外側に膨らむ第３変曲部と径方向内側に窄む第４変曲部とが連なる絶縁体段部を備えてもよい。上記点火プラグによれば、中心電極の先端部に設けた中心電極段部だけでなく、第３変曲部と第４変曲部とを有する絶縁体段部を、中心電極の先端部を覆う被覆部に設けているため、絶縁体の表面のうち被覆部の変曲部近傍では、他の部位と比較して、多くの非平衡プラズマが発生する。その上、被覆部が主体金具よりも先端側に存在することで、燃焼室側でさらに多くの非平衡プラズマを発生させることができ、その結果、そのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【００１２】
上記点火プラグにおいて、絶縁体段部は、少なくとも一部が軸線方向において中心電極の先端部と重なる位置に配置されてもよい。絶縁体段部が軸線方向において中心電極に重ならない場合と比較して、絶縁体段部が中心電極段部に近い位置に配置されるため、中心電極段部近傍の絶縁体の表面における非平衡プラズマの発生量をさらに増加させることができる。
【００１３】
上記点火プラグにおいて、絶縁体段部は、少なくとも一部が軸線方向において中心電極段部と重なる位置に配置されていてもよい。絶縁体段部が軸線方向において中心電極段部に重ならない場合と比較して、絶縁体段部が中心電極段部にさらに近い位置に配置されるため、中心電極段部近傍の絶縁体の表面における非平衡プラズマの発生量をさらに増加させることができる。
【００１４】
上記点火プラグにおいて、被覆部の厚みが最小となる部位が、軸線方向において中心電極段部と重なる位置に配置されていてもよい。絶縁体の厚みが薄い部位では、絶縁体の表面電位が高くなり、非平衡プラズマが発生しやすいため、そのような部位を中心電極段部と重なる位置に配置することで、中心電極段部近傍の絶縁体の表面における非平衡プラズマの発生量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態としての点火プラグの半断面図である。
【図２】第１実施形態としての点火プラグの先端付近を拡大した半断面図である。
【図３】第２実施形態としての点火プラグの先端付近を拡大した半断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態としての点火プラグ１０の構成を示す半断面図である。図１には、点火プラグ１０の軸線ＡＬを境界として、紙面右側に点火プラグ１０の外観の形状が図示され、紙面左側に点火プラグ１０の軸線ＡＬを通る断面の形状が図示されている。本実施形態の説明では、点火プラグ１０における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。点火プラグ１０は、中心電極１００と、絶縁体２００と、主体金具３００とを備える。本実施形態では、点火プラグ１０の軸線ＡＬは、中心電極１００と、絶縁体２００と、主体金具３００などの各部材の軸線でもある。また、本実施形態の説明では、軸線ＡＬを中心とする円の径方向を「径方向」とも呼ぶ。径方向は、軸線ＡＬに垂直な方向であり、軸線ＡＬに向かう方向を径方向内側と呼び、軸線ＡＬから離れる方向を径方向外側と呼ぶ。さらに、本実施形態の説明では、軸線ＡＬを中心とする円の円周方向を、「周方向」とも呼ぶ。
【００１７】
点火プラグ１０の中心電極１００は、導電性を有する棒状の部材である。本実施形態では、中心電極１００は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金（例えば、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標））から主に成る。
【００１８】
中心電極１００は、軸線ＡＬ方向の先端から後端に延びており、絶縁体２００の内側に設けられている。本実施形態では、中心電極１００は、シール材１６０及び端子１８０を介して絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。シール材１６０は、絶縁体２００の内側に設けられ、中心電極１００と端子１８０との間を接続する導体である。端子１８０は、絶縁体２００から後端側へ突出し、外部電源（図示せず）へと接続される導体である。中心電極１００は、シール材１６０および端子１８０を介して外部電源（図示せず）から電圧の印加を受ける。本実施形態における中心電極１００の形状の詳細は、後述する。
【００１９】
点火プラグ１０の絶縁体２００は、電気絶縁性を有する部材である。本実施形態では、絶縁体２００は、絶縁性材料（例えば、アルミナ）を焼成したセラミックスである。絶縁体２００は、軸線ＡＬ方向の先端側に底部２１０を有する有底筒状を成す。絶縁体２００は、中心電極１００の先端側の周囲を取り囲んでいる。本実施形態では、絶縁体２００は、軸線ＡＬを中心に延びた軸孔２９０を有する。本実施形態では、軸孔２９０には、先端側から順に、中心電極１００、シール材１６０および端子１８０が設けられている。本実施形態における絶縁体２００の形状の詳細は、後述する。
【００２０】
点火プラグ１０の主体金具３００は、導電性を有する部材である。本実施形態では、主体金具３００は、低炭素鋼から主に成る。主体金具３００は、軸線ＡＬ方向に延びる筒状を成す。主体金具３００は、先端側に絶縁体２００が突出する状態で絶縁体２００を保持している。また、主体金具３００は、絶縁体２００に内包された中心電極１００の先端部１１０が自身の先端よりも先端側に位置するように絶縁体２００の周囲を覆っている。本実施形態では、主体金具３００は、パッキン４１０を介して絶縁体２００を先端側から保持している。また、主体金具３００は、２つのリング４２０、４４０と、それらに挟まれた滑石粉末４３０とを介して、後端側から絶縁体２００を保持している。本実施形態では、主体金具３００は、先端部３１０と、雄ねじ部３２０と、胴部３３０と、工具係合部３４０とを有する。
【００２１】
主体金具３００の先端部３１０は、主体金具３００の先端を構成する。先端部３１０の中央からは、絶縁体２００が先端側に突出する。その際、中心電極１００の先端部１１０が先端部３１０よりも先端側に位置している。
【００２２】
主体金具３００の雄ねじ部３２０は、先端部３１０より後端側に形成され、雄ねじが外周に形成された円筒状の部位である。雄ねじ部３２０が内燃機関に形成された雌ねじ（図示せず）に嵌りあうことによって、点火プラグ１０は、内燃機関に固定される。本実施形態では、雄ねじ部３２０の呼び径は、Ｍ１４である。他の実施形態では、雄ねじ部３２０の呼び径は、Ｍ１４よりも小さくていもよいし（例えば、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２）、Ｍ１４よりも大きくてもよい（例えば、Ｍ１８）。
【００２３】
主体金具３００の胴部３３０は、雄ねじ部３２０より後端側に形成され、雄ねじ部３２０より径方向外側に張り出した部位である。点火プラグ１０を内燃機関に取り付けた状態で、胴部３３０は、内燃機関に対してガスケット５００を押し当てる。
【００２４】
主体金具３００の工具係合部３４０は、胴部３３０より後端側に形成され、径方向外側に多角形状に張り出した部位である。工具係合部３４０は、点火プラグ１０を内燃機関（図示せず）に取り付けるための工具（図示せず）に係合する形状を成す。本実施形態では、工具係合部３４０の外周形状は、六角形を成す。
【００２５】
図２には、点火プラグ１０の先端側における詳細構成が図示されている。点火プラグ１０の中心電極１００は、主体金具３００の先端よりも先端側に位置する先端部１１０を備えている。先端部１１０は、先端側に向かって外径が縮径している。これによって、先端部１１０には、１つの中心電極段部１２０が形成されている。
【００２６】
中心電極段部１２０は、径方向外側に膨らむ第１変曲部１２１と径方向内側に窄む第２変曲部１２２とが連なって構成されている。なお、本実施例において、中心電極段部１２０は、第１変曲部１２１と第２変曲部１２２とが直接連なることで形成されている。
【００２７】
点火プラグ１０の絶縁体２００は、主体金具３００の先端よりも先端側に位置し、中心電極１００の先端部１１０を覆う被覆部２２０を備えている。被覆部２２０は、先端側に向かって外径が縮径している。被覆部２２０は、自身の一部の外径が縮径している。これによって、被覆部２２０には、絶縁体段部２３０が形成されている。絶縁体段部２３０は、軸線の径方向外側に膨らむ第３変曲部２３１と、径方向内側に窄む第４変曲部２３２とが連なって形成されている。なお、本実施例において、絶縁体段部２３０は、第３変曲部２３１と第４変曲部２３２とが直接連なることで形成されている。
【００２８】
本実施例において、絶縁体段部２３０は、軸線ＡＬ方向において中心電極段部１２０と重なる位置に配置されている。絶縁体段部２３０は、軸線ＡＬ方向において中心電極１００の先端部１１０と重なる位置に配置されている。
【００２９】
また、本実施例において、被覆部２２０は、中心電極段部１２０と軸線ＡＬ方向において重なる絶縁体段部２３０（具体的には、第４変曲部２３２）において、他の部位と比較して、厚みが小さくなっている。つまり、被覆部２２０の厚みが最小となる部位が、軸線ＡＬ方向において中心電極段部１２０と重なる位置に配置されている。
【００３０】
本実施形態において、中心電極１００の先端部１１０は、先端側に向かって外径が縮径してなり、径方向外側に膨らむ第１変曲部１２１と径方向内側に窄む第２変曲部１２２とが連なる中心電極段部１２０を有している。一般的に、変曲部には電界が集中しやすいことが知られている。そこで、点火プラグ１０によれば、第１変曲部１２１と第２変曲部１２２とを有する中心電極段部１２０を中心電極１００の先端部１１０に設けると共に、中心電極１００の先端部１１０が絶縁体２００に覆われているため、絶縁体２００の表面のうち中心電極１００の変曲部１２１、１２２近傍では、他の部位と比較して、多くの非平衡プラズマが発生する。その上、この絶縁体２００に覆われた中心電極１００の先端部１１０を主体金具３００よりも先端側に配置することで、燃焼室により近い位置に、多くの非平衡プラズマを発生させることができ、その結果、そのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【００３１】
上記第１実施形態では、先端部１１０は、１つの中心電極段部を備えている。点火プラグ１０によれば、電界が集中する変曲部１２１、１２２を備える中心電極段部１２０が一か所であるため、中心電極段部が複数設けられている場合と比較して、一定電圧が供給される場合における１つの中心電極段部１２０に集中した電界が、他の中心電極段部へ分散されることなく、その強さが維持される。その結果、１つの中心電極段部の近傍における絶縁体表面での非平衡プラズマの発生量を維持することができる。これによって、主体金具３００よりも先端側における絶縁体２００のうち特定の箇所に、着火をするのに十分な量の非平衡プラズマを偏って発生させることができるため、例えば、そのような１つの中心電極段部１２０を、中心電極１００の先端部１１０のより先端側に（より燃焼室側に）設けることで、非平衡プラズマのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【００３２】
上記第１実施形態では、絶縁体２００のうち先端部１１０を覆う被覆部２２０は、一部の外径が縮径してなり、被覆部２２０について軸線を通る断面を見たときに、軸線ＡＬの径方向外側に膨らむ第３変曲部２３１と径方向内側に窄む第４変曲部２３２とが連なる絶縁体段部２３０を備えてもよい。点火プラグ１０によれば、中心電極１００の先端部１１０に設けた中心電極段部１２０だけでなく、第３変曲部２３１と第４変曲部２３２とを有する絶縁体段部２３０を、中心電極１００の先端部１１０を覆う被覆部２２０に設けているため、絶縁体２００の表面のうち被覆部２２０の変曲部近傍では、他の部位と比較して、多くの非平衡プラズマが発生する。その上、被覆部２２０が主体金具３００よりも先端側に存在することで、燃焼室側でさらに多くの非平衡プラズマを発生させることができ、その結果、そのエネルギーを効率よく着火に利用することができる。
【００３３】
上記第１実施形態では、絶縁体段部２３０は、少なくとも一部が軸線ＡＬ方向において中心電極１００の先端部１１０と重なる位置に配置されてもよい。絶縁体段部２３０が軸線ＡＬ方向において中心電極１００に重ならない場合と比較して、絶縁体段部２３０が中心電極段部１２０に近い位置に配置されるため、中心電極段部１２０近傍の絶縁体２００の表面における非平衡プラズマの発生量をさらに増加させることができる。
【００３４】
上記第１実施形態では、絶縁体段部２３０は、少なくとも一部が軸線ＡＬ方向において中心電極段部１２０と重なる位置に配置されていてもよい。絶縁体段部２３０が軸線ＡＬ方向において中心電極段部１２０に重ならない場合と比較して、絶縁体段部２３０が中心電極段部１２０にさらに近い位置に配置されるため、中心電極段部１２０近傍の絶縁体２００の表面における非平衡プラズマの発生量をさらに増加させることができる。
【００３５】
上記第１実施形態では、被覆部２２０の厚みが最小となる部位が、軸線方向において中心電極段部１２０と重なる位置に配置されている。絶縁体の厚みが薄い部位では、絶縁体の表面電位が高くなり、非平衡プラズマが発生しやすいため、そのような部位を中心電極段部１２０と重なる位置に配置することで、中心電極段部１２０近傍の絶縁体２００の表面における非平衡プラズマの発生量を増加させることができる。
【００３６】
次に、第２実施形態について説明する。
図３には、第２実施形態の点火プラグ１０Ｂの先端側における半断面図を示す。第２実施形態の点火プラグ１０Ｂは、一端部６１０が主体金具３００の先端部３１０に接続される接地電極６００を備えている点を除いて、第１実施形態の点火プラグ１０と同じ構成である。
【００３７】
上記第２実施形態において、接地電極６００の他端部６２０は、中心電極段部１２０が形成された位置において、絶縁体２００と放電ギャップを形成している。中心電極段部１２０近傍の絶縁体２００の表面では、多くの非平衡プラズマが発生するため、その近傍で放電ギャップを形成することで、非平衡プラズマのエネルギーをより効率的に着火に利用することができる。
【００３８】
第１実施形態や第２実施形態では、絶縁体２００の被覆部２２０は、先端側に向かうにつれて縮径している。しかしながら、被覆部２２０は、コルゲーション形状を成してもよい。この場合、コルゲーションの一組の凸部と凹部とが絶縁体段部２３０に相当し、コルゲーションの凸部が第３変曲部に相当し、凹部が第４変曲部に相当する。また、被覆部２２０には、絶縁体段部２３０が形成されなくてもよい。
【００３９】
中心電極段部１２０は、第１変曲部１２１と第２変曲部１２２とが直接連なることで形成されている。しかしながら、中心電極段部１２０は、第１変曲部１２１と第２変曲部１２２とが、略一定の割合で縮径する直線部を介して連なることで形成されていてもよい。
【００４０】
絶縁体段部２３０は、第３変曲部２３１と第４変曲部２３２とが直接連なることで形成されている。しかしながら、絶縁体段部２３０は、第３変曲部２３１と第４変曲部２３２とが、略一定の割合で縮径する直線部を介して連なることで形成されていてもよい。
【００４１】
中心電極１００の先端部１１０には、１つの中心電極段部１２０が形成されている。しかしながら、先端部１１０には、複数の中心電極段部１２０が形成されていてもよい。その際、複数の中心電極段部１２０は、先端部１１０に一様に設けられるのではなく、特定の箇所に集中して設けられることが好ましい。例えば、軸線ＡＬ方向において絶縁体段部２３０と重なる位置にのみ複数設けられることが好ましい。
【００４２】
被覆部２２０は、厚みが最小となる部位が絶縁体段部２３０のうち第４変曲部２３２に設けられている。しかしながら、被覆部２２０の厚みが最小となる部位が、第３変曲部２３１に設けられてもよい。また、被覆部２２０の厚みが最小となる部位は、中心電極段部１２０と軸線方向において重なる位置であれば、絶縁体２００の形状によらず、どの部位に設けられてもよい。
【００４３】
第２実施形態において、接地電極６００は１つのみ設けられていたが、複数設けられてもよい。例えば、複数の接地電極６００を、主体金具３００の先端部３１０に周方向において等間隔に接続して設けてもよい。
【００４４】
本発明は、上述した実施形態、実施例および変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、実施形態、実施例および変形例における技術的特徴のうち、発明の概要の欄に記載した各形態における技術的特徴に対応するものは、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えおよび組み合わせを行うことが可能である。また、本明細書中に必須なものとして説明されていない技術的特徴については、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１０Ｂ…点火プラグ   
１００…中心電極   
１１０…先端部
１６０…シール材   
１８０…端子   
２００…絶縁体   
２１０…底部   
２２０…被覆部   
２９０…軸孔   
３００…主体金具   
３１０…先端部   
３２０…雄ねじ部   
３３０…胴部   
３４０…工具係合部   
４１０…パッキン   
４２０…リング   
４３０…滑石粉末   
４４０…リング   
５００…ガスケット   
６００…接地電極
６１０…一端部
６２０…他端部
【図１】
2018139173.tif 000003
【図２】
2018139173.tif 000004
【図３】
2018139173.tif 000005