(57)【要約】【課題】絶縁体の貫通を抑制できる点火プラグを提供すること。【解決手段】点火プラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延び、先端が閉じた有底筒状の絶縁体と、絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備えている。主体金具は、主体金具の内面のうち少なくとも内面の先端から後端側の一部が、絶縁層によって全周に亘って覆われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側から後端側へと軸線に沿って延び、先端が閉じた有底筒状の絶縁体と、
前記絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、
前記絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で前記絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
前記主体金具の内面のうち少なくとも前記内面の先端から後端側の一部を、全周に亘って覆う絶縁層を備える点火プラグ。
【請求項２】
前記絶縁層の軸線方向における前記内面の前記先端からの長さは、前記内面の前記先端における前記絶縁層と前記絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離以上である請求項１記載の点火プラグ。
【請求項３】
前記絶縁層は、さらに、前記主体金具の先端面のうち少なくとも前記内面の前記先端から径方向外側の一部を、全周に亘って覆う請求項１又は２の点火プラグ。
【請求項４】
前記絶縁層の軸線に直交する方向における前記内面の前記先端から径方向外側の端までの長さは、前記内面の前記先端における前記絶縁層と前記絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離の４．２倍以上である請求項３記載の点火プラグ。
【請求項５】
前記絶縁層の厚さは、前記内面の前記先端における前記絶縁層と前記絶縁体との間の軸線に垂直な方向の距離の０．１倍以上である請求項１から４のいずれかに記載の点火プラグ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の点火プラグと、
交流電圧または複数回のパルス電圧を前記中心電極に印加することによって前記先端部の外面に非平衡プラズマを発生させる電圧印加部と、を備える点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は点火プラグ及び点火装置に関し、特に絶縁体の貫通を抑制できる点火プラグ及び点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室に吸入した混合気に点火する点火プラグとして、非平衡プラズマを利用するものがある（特許文献１）。特許文献１に開示される点火プラグは、中心電極の先端を有底筒状の絶縁体が内包し、絶縁体の先端部が自身の先端から突出するように主体金具が絶縁体を外周側から保持する。点火プラグは、絶縁体の先端部の空間にプラズマを発生させ混合気に着火する。絶縁体の先端部からのプラズマの発生量を確保し、さらに先端部の熱を主体金具へ移動させ易くして先端部の異常過熱を防ぐため、絶縁体と主体金具との隙間はできるだけ狭くするのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２３４１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、主体金具や絶縁体の寸法のばらつきや組み付け精度、絶縁体と主体金具との線膨張差などを考慮して、絶縁体と主体金具との間には一定の大きさの隙間が設けられている。電界強度の高い主体金具の先端に強いプラズマが発生し易いので、絶縁体が貫通（絶縁破壊）するおそれがある。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、絶縁体の貫通を抑制できる点火プラグ及び点火装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明の点火プラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延び、先端が閉じた有底筒状の絶縁体と、絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備えている。主体金具の内面のうち少なくとも内面の先端から後端側の一部を、全周に亘って覆う絶縁層を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の点火プラグによれば、絶縁層が、主体金具の内面のうち少なくとも内面の先端から後端側の一部を全周に亘って覆うので、主体金具の内面の先端の電界強度を低くできる。その結果、主体金具の内面の先端にプラズマを発生させ難くできるので、絶縁体の貫通を抑制できる。さらに、主体金具の内面の先端のプラズマの発生量を少なくすることにより、絶縁体の先端部からのプラズマの発生量を相対的に増やすことができる。
【０００８】
請求項２記載の点火プラグによれば、絶縁層の軸線方向における内面の先端からの長さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離以上である。よって、請求項１の効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
【０００９】
請求項３記載の点火プラグによれば、絶縁層は、さらに、主体金具の先端面のうち少なくとも内面の先端から径方向外側の一部を、全周に亘って覆う。よって、請求項１又は２の効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を向上できる。
【００１０】
請求項４記載の点火プラグによれば、絶縁層の軸線に直交する方向における内面の先端から径方向外側の端までの長さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離の４．２倍以上である。よって、請求項３の効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
【００１１】
請求項５記載の点火プラグによれば、絶縁層の厚さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の軸線に垂直な方向の距離の０．１倍以上である。よって、請求項１から４のいずれかの効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
【００１２】
請求項６記載の点火装置によれば、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電圧印加部により、請求項１から５のいずれかに記載の点火プラグの先端部の外面にプラズマが発生する。よって、請求項１から５のいずれかの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施の形態における点火装置の模式図である。
【図２】点火プラグの片側断面図である。
【図３】絶縁体の先端部を拡大した点火プラグの片側断面図である。
【図４】（ａ）は図３のＩＶａで示す部分を拡大して示した点火プラグの断面図であり、（ｂ）は第２実施の形態における点火プラグの一部を拡大して示した断面図であり、（ｃ）は第３実施の形態における点火プラグの一部を拡大して示した断面図である。
【図５】（ａ）は第４実施の形態における点火プラグの一部を拡大して示した断面図であり、（ｂ）は第５実施の形態における点火プラグの一部を拡大して示した断面図であり、（ｃ）は第６実施の形態における点火プラグの一部を拡大して示した断面図である。
【図６】（ａ）は絶縁層から絶縁体までの距離に対する絶縁層の軸線方向の長さの比率と電界強度の低減率との関係を示す図であり、（ｂ）は主体金具の内面に形成された絶縁層による電界強度の低減率と、主体金具の内面および先端面に形成された絶縁層による電界強度の低減率と、を比較した図である。
【図７】（ａ）は絶縁層から絶縁体までの距離に対する絶縁層の軸直角方向の長さの比率と電界強度の低減率との関係を示す図であり、（ｂ）は絶縁層から絶縁体までの距離に対する絶縁層の厚さの比率と電界強度の低減率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態における点火装置１０の模式図である。点火装置１０は、点火プラグ１１と電圧印加部１２とを備えている。点火プラグ１１は、燃焼室１４の内側に先端を露出させた状態で内燃機関１３のねじ穴１５に取り付けられる。点火プラグ１１は、後端が電圧印加部１２と電気的に接続されている。電圧印加部１２は、バッテリ（図示せず）から供給される電力を用いて、交流電圧または複数回のパルス電圧を点火プラグ１１に印加する。これにより、点火プラグ１１は非平衡プラズマを発生させ、燃焼室１４の混合気に着火する。
【００１５】
図２及び図３を参照して点火プラグ１１について説明する。図２は点火プラグ１１の軸線Ｏを境にした片側断面図であり、図３は絶縁体４０の先端部４８を拡大した点火プラグ１１の片側断面図である。図２及び図３では、紙面下側を点火プラグ１１の先端側、紙面上側を点火プラグ１１の後端側という（図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）においても同じ）。図２に示すように点火プラグ１１は、主体金具２０、絶縁体４０及び中心電極５０を備えている。
【００１６】
図２に示すように主体金具２０は、内燃機関１３（図１参照）のねじ穴１５に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って加締め部２１、工具係合部２２、湾曲部２３、座部２４、胴部２５の順に連接されている。胴部２５は外周面にねじ部２６が形成されている。
【００１７】
加締め部２１及び湾曲部２３は、主体金具２０を絶縁体４０に固定するための部位である。工具係合部２２は、ねじ部２６をねじ穴１５（図１参照）に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部２４は、胴部２５の後端側に位置し、径方向外側に環状に突出する部位である。座部２４は、胴部２５との間に環状のガスケット５３が配置される。ガスケット５３は、ねじ穴１５にねじ部２６が嵌められたときに、座部２４と内燃機関１３とに挟まれてねじ穴１５とねじ部２６との隙間を封止する。胴部２５は、内周に棚部２７（図３参照）が形成されている。
【００１８】
絶縁体４０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された有底円筒状の部材である。絶縁体４０は、自身の後端に開口し先端が閉じた穴部４１が軸線Ｏに沿って形成されている。絶縁体４０は、軸線Ｏ方向に延びる胴部４２と、胴部４２の軸線Ｏ方向の中央から径方向の外側へ張り出す環状の張出部４３と、係止部４４を介して胴部４２の先端側に連接される脚部４５と、を備えている。脚部４５の外径は胴部４２の外径よりも小さく設定されており、係止部４４の外径は、先端側へ向かうにつれて縮径している。
【００１９】
絶縁体４０は主体金具２０に挿入される。絶縁体４０の係止部４４と主体金具２０の棚部２７との間にパッキン５４（図３参照）が介在する。パッキン５４は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。
【００２０】
絶縁体４０の張出部４３よりも後端側の胴部３２と主体金具２０の工具係合部２２との間に、リング部材５５及びリング部材５５に挟まれたタルク等の充填材５６が配置される。主体金具２０の加締め部２１が絶縁体４０に向けて径方向内側に加締められると、リング部材５５及び充填材５６を介して、絶縁体４０が主体金具２０の棚部２７へ向けて押圧される。その結果、主体金具２０は、パッキン５４、リング部材５５及び充填材５６を介して絶縁体４０を固定する。
【００２１】
中心電極５０は、導電性を有する金属材料（例えばニッケル基合金等）によって形成された棒状の電極である。中心電極５０は、絶縁体４０の穴部４１内に係止され、先端側から後端側へと軸線Ｏに沿って延びる。
【００２２】
端子金具５１は、電圧印加部１２（図１参照）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具５１の先端側は絶縁体４０の穴部４１内に配置される。端子金具５１と中心電極５０との間に、導電性を有するシール材５２が配置される。シール材５２により中心電極５０と端子金具５１とは穴部４１内で電気的に接続される。
【００２３】
図３に示すように絶縁体４０の脚部４５は、係止部４４の先端側に連接される第１部４６と、第１部４６の先端側に連接される第２部４７と、を備えている。第１部４６及び第２部４７は、それぞれ外径が軸線Ｏ方向に亘って同一に設定されている。第２部４７は、第１部４６の外径よりも外径が小さく設定される。第１部４６の径方向の外側に主体金具２０の胴部２５が配置され、第１部４６の先端側および第２部４７は、胴部２５から先端側に突出する。先端部４８は、絶縁体４０のうち、主体金具２０よりも軸線Ｏ方向の先端側に存在する部分である。先端部４８にプラズマが発生する。
【００２４】
主体金具２０の胴部２５は、絶縁体４０の第１部４６の径方向の外側に配置される。胴部２５の内面２８と第１部４６との隙間が大きくなると、胴部２５と第１部４６との間にプラズマが発生し易くなり、エネルギー損失が生じ、先端部４８に生じるプラズマの量が減り着火性が低下する。また、胴部２５の内面２８と第１部４６との隙間が大きくなると、脚部４５の熱が主体金具２０へ伝わり難くなるので、先端部４８が異常過熱し、先端部４８が熱源となって着火する不具合が生じ易くなる。そこで、胴部２５と第１部４６との隙間はできるだけ狭くするのが好ましい。
【００２５】
しかし、主体金具２０や絶縁体４０の寸法のばらつきや組み付け精度、絶縁体４０と主体金具２０との線膨張差などを考慮して、胴部２５と第１部４６との間には一定の大きさの隙間（例えば０．２〜０．５ｍｍ程度）が設けられている。電界が集中し易い主体金具２０の先端（エッジ）に強いプラズマが発生し易いので、絶縁体４０（第１部４６）が貫通（絶縁破壊）するおそれがある。点火プラグ１１には交流電圧または複数回のパルス電圧が印加されるので、電界強度の高い部分にプラズマが重畳され、絶縁体４０が貫通に至り易い。そこで、主体金具２０の内面２８を覆う絶縁層３１が設けられる。
【００２６】
図４（ａ）を参照して絶縁層３１について説明する。図４（ａ）は図３のＩＶａで示す部分を拡大して示した点火プラグ１１の断面図である。点火プラグ１１は、主体金具２０（胴部２５）の内面２８のうち内面２８の先端２９から後端側（図４（ａ）上側）の一部を、全周に亘って覆う絶縁層３１が設けられている。
【００２７】
なお、主体金具２０の内面２８とは、絶縁体４０の外周と対向する面のことをいう。本実施の形態では、内面２８は、棚部２７の先端（図３下側）から先端２９まで軸線Ｏ方向に亘って直径が同一である。内面２８の先端２９とは、主体金具２０の先端面３０と内面２８とが交わる角のことをいう。主体金具２０の先端面３０とは、主体金具２０の先端側を向く面のことをいう。
【００２８】
絶縁層３１は、１×１０７〜１×１０１５Ω・ｍ程度の体積抵抗率を有している。絶縁層３１は、化学蒸着（ＣＶＤ）、絶縁塗料の塗布および焼き付け、めっき、溶射などの周知の手段で主体金具２０に形成される。絶縁層３１があると、絶縁層３１が無い場合に比べて、内面２８の先端２９の電界強度を低くできるので、先端２９と脚部４５との間にプラズマを生じ難くできる。その結果、絶縁体４０（脚部４５）の貫通を抑制できると共に、先端２９にプラズマが発生することによるエネルギー損失を抑制し、先端部４８からのプラズマの発生量を相対的に増やすことができる。
【００２９】
絶縁層３１の軸線Ｏ方向における先端２９から後端側の端３２までの長さＬは、先端２９における絶縁層３１と絶縁体４０との間の、軸線Ｏ（図３参照）に垂直な方向の距離Ｄ以上の長さ、即ちＬ／Ｄ≧１に設定される。先端２９付近が距離Ｄ以上の長さＬの絶縁層３１で覆われていれば、電界が集中する先端２９の電界強度を抑制できる。
【００３０】
絶縁層３１の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。なお、絶縁層３１は厚さＴを均一にする必要はない。絶縁層３１のうち薄い部分の厚さが距離Ｄの０．１倍以上あれば、効果が得られるからである。
【００３１】
次に図４（ｂ）を参照して第２実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４（ｂ）は第２実施の形態における点火プラグ６０の一部を拡大して示した断面図である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じ部分が図示されている（図４（ｃ）、図５（ａ）図５（ｂ）及び図５（ｃ）においても同じ）。
【００３２】
点火プラグ６０は、主体金具６１の先端面６２のうち内面２８と連絡する部分に面取りが施されている。点火プラグ６０は、主体金具６１の先端面６２と内面２８とが交わる先端２９から後端側（図４（ｂ）上側）の内面２８の一部を、全周に亘って覆う絶縁層３１が設けられている。第２実施の形態の点火プラグ６０によれば、絶縁層３１により、第１実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
図４（ｃ）を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、内面２８の一部が絶縁層３１で覆われる場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、内面２８及び先端面３０の一部が絶縁層７１で覆われる場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４（ｃ）は第３実施の形態における点火プラグ７０の一部を拡大して示した断面図である。
【００３４】
点火プラグ７０は、主体金具２０の内面２８の先端２９付近を覆う絶縁層７１を備えている。絶縁層７１は、主体金具２０の内面２８の先端２９から後端側（図４（ｃ）上側）の一部を全周に亘って覆う内面部７２と、先端２９から先端面３０の外側（図４（ｃ）左側）の一部を全周に亘って覆う端面部７３と、を備えている。内面部７２に加えて端面部７３を設けることにより、先端２９の電界の集中をさらに抑制できるので、絶縁層７１による絶縁体４０の貫通を抑制する効果を向上できる。
【００３５】
内面部７２の軸線Ｏ方向における先端２９から後端側の端７４までの長さＬは、先端２９における内面部７２と絶縁体４０との間の、軸線Ｏ（図３参照）に垂直な方向の距離Ｄ以上の長さ、即ちＬ／Ｄ≧１に設定される。
【００３６】
なお、軸線Ｏ（図３参照）に直交する方向における先端２９から径方向外側の端７５までの絶縁層７１の長さＭ（内面部７２の厚さＴを含まない長さ）は、距離Ｄの４．２倍以上に設定される。また、内面部７２及び端面部７３の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。
【００３７】
次に図５（ａ）を参照して第４実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５（ｂ）は第４実施の形態における点火プラグ８０の一部を拡大して示した断面図である。
【００３８】
点火プラグ８０は、主体金具８１の先端面８２のうち内面２８と連絡する部分に丸みが付けられている。主体金具８１の先端面８２と内面２８とが交わる先端２９を覆う絶縁層８３が、点火プラグ８０に設けられている。絶縁層８３は内面部８４及び端面部８５を備えている。内面部８４は、先端２９から後端側（図５（ａ）上側）の内面２８の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部８５は、先端２９から先端面８２の外側（図５（ａ）左側）の一部を全周に亘って覆う部分である。
【００３９】
内面部８４の軸線Ｏ方向における先端２９から後端側の端８６までの長さＬは、先端２９における内面部８４と絶縁体４０との間の、軸線Ｏ（図３参照）に垂直な方向の距離Ｄ以上の長さ、即ちＬ／Ｄ≧１に設定される。
【００４０】
軸線Ｏ（図３参照）に直交する方向における先端２９から径方向外側の端８７までの絶縁層８３の長さＭ（内面部８４の厚さＴを含まない長さ）は、距離Ｄの４．２倍以上に設定される。第４実施の形態の点火プラグ８０によれば、絶縁層８３により、第３実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
図５（ｂ）を参照して第５実施の形態について説明する。第１実施の形態から第４実施の形態では、絶縁層３１，７１，８３の厚さＴがほぼ均一の場合について説明した。これに対し第５実施の形態では、絶縁層９１の端９４，９５に近づくにつれて厚さが次第に薄くなる絶縁層９１について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５（ｂ）は第５実施の形態における点火プラグ９０の一部を拡大して示した断面図である。
【００４２】
点火プラグ９０は、主体金具２０の内面２８の先端２９付近を覆う絶縁層９１を備えている。絶縁層９１は、内面部９２及び端面部９３を備えている。内面部９２は、先端２９から後端側（図５（ｂ）上側）の内面２８の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部９３は、先端２９から先端面３０の外側（図５（ｂ）左側）の一部を全周に亘って覆う部分である。
【００４３】
絶縁層９１の軸線Ｏ方向における先端２９から後端側の端９４までの長さＬは、先端２９における絶縁層９１と絶縁体４０との間の、軸線Ｏ（図３参照）に垂直な方向の距離Ｄ以上の長さ、即ちＬ≧Ｄに設定される。端９５は、内面部９２の厚さＴが距離Ｄの０．１倍となる部位である。そのため、内面部９２の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。
【００４４】
また、軸線Ｏ（図３参照）に直交する方向における先端２９から径方向外側の端９５までの絶縁層９１の長さＭ（先端２９における内面部９２の厚さＴを含まない長さ）は、距離Ｄの４．２倍以上に設定される。端９５は、端面部９３の厚さＴが距離Ｄの０．１倍となる部位である。そのため、端面部９３の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。第５実施の形態の点火プラグ９０によれば、絶縁層９１により、第３実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
図５（ｃ）を参照して第６実施の形態について説明する。第５実施の形態では、絶縁層９１の端９４，９５に近づくにつれて絶縁層９１の厚さＴが次第に薄くなる場合について説明した。これに対し第６実施の形態では、絶縁層１０１の端１０４，１０５に近づくにつれて厚さが次第に薄くなる部分と、厚さがほぼ均一の部分と、が併存する絶縁層１０１について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５（ｃ）は第６実施の形態における点火プラグ１００の一部を拡大して示した断面図である。
【００４６】
点火プラグ１００は、主体金具２０の内面２８の先端２９付近を覆う絶縁層１０１を備えている。絶縁層１０１は、内面部１０２及び端面部１０３を備えている。内面部１０２は、先端２９から後端側（図５（ｃ）上側）の内面２８の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部１０３は、先端２９から先端面３０の外側（図５（ｃ）左側）の一部を全周に亘って覆う部分である。
【００４７】
絶縁層１０１の軸線Ｏ方向における先端２９から後端側の端１０４までの長さＬは、先端２９における絶縁層１０１と絶縁体４０との間の、軸線Ｏ（図３参照）に垂直な方向の距離Ｄ以上の長さ、即ちＬ≧Ｄに設定される。端１０４は、内面部１０２の厚さＴが距離Ｄの０．１倍となる部位である。そのため、内面部１０２の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。
【００４８】
また、軸線Ｏ（図３参照）に直交する方向における先端２９から径方向外側の端１０５までの絶縁層１０１の長さＭ（先端２９における内面部１０２の厚さＴを含まない長さ）は、距離Ｄの４．２倍以上に設定される。端１０５は、端面部１０３の厚さＴが距離Ｄの０．１倍となる部位である。そのため、端面部１０３の厚さＴは、距離Ｄの０．１倍以上に設定される。第６実施の形態の点火プラグ１００によれば、絶縁層１０１により、第３実施の形態と同様の効果が得られる。
【実施例】
【００４９】
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
第１実施の形態で説明した絶縁層３１が形成された点火プラグ１１について、コンピュータを用いて絶縁層３１の長さＬと電界強度との関係をシミュレーション（静電場解析）した。ソフトウェアはANSYS Mechanical APDL(ANSYS, Inc.)を用い、シミュレーションの対象は２Ｄ軸対称モデルとした。
【００５１】
モデルの各部の寸法は以下のとおりであった（図３参照）。中心電極５０の外径Ｄ１＝Φ１．７ｍｍ、絶縁体４０の第２部４７の外径Ｄ２＝Φ４．１ｍｍ、絶縁体４０の第１部４６の外径Ｄ３＝Φ７．２ｍｍ、第１部４６のうち主体金具２０から突出した部分の長さＬ１＝１．０ｍｍ、中心電極５０のうち主体金具２０から突出した部分の長さＬ２＝１１．３ｍｍ、絶縁体４０の先端部４８の長さＬ３＝１２．７ｍｍ、絶縁層３１の厚さＴ＝０．１ｍｍ、絶縁層３１から絶縁体４０までの距離Ｄ＝０．２５ｍｍ。
【００５２】
絶縁体４０及び絶縁層３１の比誘電率を９．５、先端部４８を取り囲む空気（比誘電率は１．０）の体積をΦ１０４ｍｍ×６２．７ｍｍとした。絶縁層３１の長さＬを０．２〜５．３ｍｍの範囲で変化させ、中心電極５０によって絶縁体４０の穴部４１の内表面と主体金具２０との間に２０ｋＶの電圧を印加したときの電界強度（Ｖ／ｍ）を計算した。
【００５３】
図６（ａ）は絶縁層３１から絶縁体４０までの距離Ｄに対する絶縁層３１の軸線方向の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）と電界強度の低減率（％）との関係を示す図である。電界強度の低減率（％）は、絶縁層３１が無い場合の内面２８の先端２９の電界強度に対して、絶縁層３１の表面（特にエッジの部分）の電界強度がどれだけ低減したかを示す指標である。なお、絶縁層３１が無い場合は、内面２８の先端２９から絶縁体４０までの距離を０．２５ｍｍにするため、絶縁体４０の第１部４６の外径Ｄ３＝Φ７．４ｍｍとした。
【００５４】
図６（ａ）から、Ｌ／Ｄ＝１を境にしてグラフの傾きが大きく変化することがわかった。絶縁層３１をＬ／Ｄ≧１に設定することにより、主体金具２０の内面２８の先端２９付近の電界強度を低下する効果を高くできることが明らかになった。
【００５５】
（実施例２）
第１実施の形態で説明した絶縁層３１の効果と、第３実施の形態で説明した絶縁層７１の効果と、を比較するシミュレーションを行った。絶縁層３１の長さＬ、絶縁層７１のうち内面部７２の長さＬ及び端面部７３の長さＭを５．３ｍｍとし、絶縁層３１、内面部７２及び端面部７３の厚さＴを０．０１〜０．８ｍｍの範囲で変化させた以外は、実施例１と同じ条件の下で電界強度を計算した。
【００５６】
なお、主体金具２０に端面部７３を設ける場合は、端面部７３の厚さＴの分だけ主体金具２０の軸線Ｏ方向の長さを短縮した。また、主体金具２０の内面に絶縁層を設ける場合は、絶縁層から絶縁体４０までの距離を０．２５ｍｍにするため、絶縁層の厚さＴに応じて絶縁体４０の第１部４６の外径Ｄ３を調整した。
【００５７】
図６（ｂ）は主体金具２０の内面２８に形成された絶縁層３１による電界強度の低減率と、主体金具２０の内面２８及び先端面３０に形成された絶縁層７１による電界強度の低減率と、を比較した図である。図６（ｂ）は、横軸に距離Ｄに対する厚さＴの比率（Ｔ／Ｄ）をとり、縦軸に電界強度の低減率（％）をとった。破線は絶縁層３１のグラフであり、実線は絶縁層７１のグラフである。図６（ｂ）から、主体金具２０に絶縁層７１（端面部７３）を設けることより、電界強度の低減率を大きくできることが明らかになった。
【００５８】
（実施例３）
第３実施の形態で説明した絶縁層７１の長さＭと距離Ｄとの関係を調べるシミュレーションを行った。絶縁層７１の内面部７２の長さＬを５．３ｍｍ、内面部７２及び端面部７３の厚さＴを０．１ｍｍとし、端面部７３の長さＭを０．４〜４．４５ｍｍの範囲で変化させた以外は、実施例１と同じ条件の下で電界強度を計算した。
【００５９】
図７（ａ）は絶縁層７１から絶縁体４０までの距離Ｄに対する絶縁層７１の軸直角方向の長さＭの比率（Ｍ／Ｄ）と電界強度の低減率（％）との関係を示す図である。図７（ａ）から、Ｍ／Ｄ＝４．２を境にしてグラフの傾きが変化することがわかった。絶縁層７１をＭ／Ｄ≧４．２に設定することにより、主体金具２０の内面２８の先端２９付近の電界強度を低下する効果を高くできることが明らかになった。
【００６０】
（実施例４）
第１実施の形態で説明した絶縁層３１の厚さＴと距離Ｄとの関係を調べるシミュレーションを行った。絶縁層３１の長さＬを５．３ｍｍとし、距離Ｄを０．１５〜０．５ｍｍの範囲、絶縁層３１の厚さＴを０．０１〜０．８ｍｍの範囲で変化させた以外は、実施例１と同じ条件の下で電界強度を計算した。
【００６１】
図７（ｂ）は絶縁層３１から絶縁体４０までの距離Ｄに対する絶縁層３１の厚さＴの比率（Ｔ／Ｄ）と電界強度の低減率（％）との関係を示す図である。図７（ｂ）から、Ｔ／Ｄ＜０．１のときの低減率に対して、Ｔ／Ｄ≧０．１のときの低減率を約３倍以上にできることがわかった。よって、絶縁層３１は、距離Ｄの１／１０以上の厚さＴがあれば望ましいことが明らかになった。
【００６２】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００６３】
上記各実施の形態では、主体金具２０の内面２８が、棚部２７の先端（図３下側）から先端２９まで軸線Ｏ方向に亘って直径が同一の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。主体金具２０の内面２８の形状や直径は、主体金具２０による熱放散性や組み付け精度などを考慮して適宜設定できる。
【００６４】
上記各実施の形態では、絶縁体４０の係止部４４よりも先端側の脚部４５が、根元の第１部４６の直径に比べて先端側の第２部４７の直径が小さい場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸線Ｏ方向に亘って脚部４５の直径を同一にすることは当然可能である。また、絶縁体４０の脚部４５のうち主体金具２０から先端側に突出した部分の直径を、脚部４５のうち主体金具２０の内側に存在する部分の直径より大きくすることは当然可能である。
【００６５】
上記各実施の形態では、中心電極５０のうち脚部４５の内側に配置される部分の直径が軸線Ｏ方向に亘って同一の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中心電極５０の根元の部分の直径よりも脚部４５の先端側に配置される部分の直径を大きくすることは当然可能である。脚部４５の直径や中心電極５０の直径を適宜設定することにより、絶縁体４０の先端部４８の表面積や径方向の厚さを設定して、先端部４８の周囲に発生するプラズマの量を適宜設定できる。
【００６６】
上記各実施の形態では、絶縁体４０が一つの部材で形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体４０を複数の部材に分割し、その部材間を接着やねじ等によって接合して絶縁体４０とすることは当然可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  点火装置
１１，６０，７０，８０，９０，１００  点火プラグ
１２  電圧印加部
２０，６１，８１  主体金具
２８  主体金具の内面
２９  内面の先端
３０，６２，８２  主体金具の先端面
３１，７１，８３，９１，１０１  絶縁層
４０  絶縁体
４８  絶縁体の先端部
５０  中心電極
７５，８７，９５，１０５  端
Ｄ    距離
Ｌ，Ｍ  長さ
Ｏ    軸線
Ｔ    厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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