(57)【要約】  【課題】耐振性に優れたレーザープラグ用絶縁基体およびレーザープラグを提供すること。  【解決手段】レーザープラグ用絶縁基体１は、内部に光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４を保持するための空間を有する筒状の絶縁基体11であって、絶縁基体11の内壁は溝１ａを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に光学素子およびレンズおよび光ファイバーを保持するための空間を有する筒状の絶縁基体であって、
該絶縁基体の内壁は溝を有していることを特徴とするレーザープラグ用絶縁基体。
【請求項２】
前記内壁の前記溝は前記内壁の長手方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のレーザープラグ用絶縁基体。
【請求項３】
前記内壁の前記溝は長手方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載のレーザープラグ用絶縁基体。
【請求項４】
請求項１に記載されたレーザープラグ用絶縁基体と、
該レーザープラグ用絶縁基体に収納された前記光学素子および前記レンズおよび前記光ファイバーとを備えていることを特徴とするレーザープラグ。
【請求項５】
前記絶縁基体の前記内壁の前記溝は第１の溝であり、
前記光学素子は柱状となっており、前記第１の溝と交差する第２の溝を有していることを特徴とする請求項４に記載のレーザープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＹＡＧ等の光学素子が保持されるレーザープラグ用絶縁基体およびレーザープラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の点火を行うために、光学素子とレンズと光ファイバーを収納するための筒状の基体を有するレーザープラグ用基体およびレーザープラグが知られている。（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-021284公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基体の筒状の空間に光学素子を収納したレーザープラグでは、振動等により光学素子において位置がズレてしまうと、光学素子から発するパルス光において、位置等のズレが発生し、自動車エンジン等の内燃機関の混合気に良好に点火することが難しいものとなってしまうことがあった。そのため、基体の筒状の空間の幅寸法と光学素子の幅寸法との寸法を同様なものにして、光学素子の基体内での位置ズレを発生させないようにしていた。
【０００５】
しかしながら、レーザープラグを使用すると、光学素子等から発生する熱により光学素子、基体が膨張して、光学素子と基体の熱膨張差による応力が光学素子に加わり、光学素子の特性が低下してしまう可能性があった。その結果、自動車エンジン等の内燃機関の混合気に良好に点火することが難しいものとなってしまうことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、レーザープラグ用絶縁基体は、内部に光学素子およびレンズおよび光ファイバーを保持するための空間を有する筒状の絶縁基体であって、該絶縁基体の内壁は溝を有している。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、レーザープラグは、上記構成のレーザープラグ用絶縁基体と、該レーザープラグ用絶縁基体に収納された前記光学素子および前記レンズおよび前記光ファイバーとを有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一つの態様によるレーザープラグ用絶縁基体は、内部に光学素子およびレンズおよび光ファイバーを保持するための空間を有する筒状の絶縁基体であって、絶縁基体の内壁は溝を有していることから、光学素子に接する絶縁基体の内壁が有している溝によって、光学素子と絶縁基体の熱膨張差による応力が光学素子に加わるのを緩和することが可能となり、光学素子の特性を良好なものとすることが可能となる。この結果、自動車エンジン等の内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となる。
【０００９】
本発明の他の態様によるレーザープラグは、上記構成のレーザープラグ用絶縁基体と、レーザープラグ用絶縁基体に保持された光学素子およびレンズおよび光ファイバーとを有していることによって、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の点火に関して良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態におけるレーザープラグを示す断面図である。
【図２】図１のＡ部におけるレーザープラグ用絶縁基体を拡大した要部拡大断面斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるレーザープラグの他の例を示す要部拡大断面斜視図である。
【図４】本発明の実施形態におけるレーザープラグの他の例を示す要部拡大斜透視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるレーザープラグの他の例を示す要部拡大断面斜視図である。
【図６】本発明の実施形態におけるレーザープラグの他の例を示す要部拡大断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
本発明の第１の実施形態におけるレーザープラグは、図１〜図５に示されているように、レーザープラグ用絶縁基体１と、レーザープラグ用絶縁基体１に保持された光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４とを含んでいる。レーザープラグは、例えば自動車エンジン等の内燃機関に搭載される。
【００１３】
レーザープラグ用絶縁基体１は、内部に空間を有する筒状の形状を有している。レーザープラグ用絶縁基体１は、内部に光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４を保持するための保持体として機能し、レーザープラグ用絶縁基体１の空間に光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４とが収納および保持される。
【００１４】
レーザープラグ用絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，窒化，等のセラミックスとなるフェルールを用いることができる。
【００１５】
レーザープラグ用絶縁基体１（フェルール）が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末を混合および粉砕した後、これらの混合粉末に有機バインダーを添加混合して成形材料が準備され、空間（貫通孔）を成形するための構造を有する金型に成形材料を充填する。なお、空間を形成するための構造としては、例えば、空間に対応する凸部が挙げられる。すなわち、空間に対応する凸部を有する金型が用いられる。充填された成形材料に対して所定の圧力でプレス成形、射出成形、鋳込成形、押出成形を行なうことによって成形体を得て、得られた成形体を高温（約1600℃）で焼成することによって作製される。
【００１６】
レーザープラグ用絶縁基体１は、貫通孔の幅が0.5〜２ｍｍ程度となっており、光学素
子２、レンズ３、光ファイバー４をレーザープラグ用絶縁基体１の貫通孔に押入して、良好に保持できるものとなっている。
【００１７】
レーザープラグ用絶縁基体１の内壁は、溝１ａ（第１の溝１ａともいう）を有している。このような構成とすることによって、レーザープラグを使用して、光学素子２等から発生する熱により光学素子２、レーザープラグ用絶縁基体１が膨張することがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁が有する溝１ａによって、光学素子２とレーザープラグ用絶縁基体１の熱膨張差による応力が光学素子２に加わるのを緩和することが可能となり
、光学素子２の特性を良好なものとすることが可能となる。
【００１８】
レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａは、例えばレーザープラグ用絶縁基体１の内壁に位置する箇所に筋状の凹凸を設けた金型を用いて成形したり、焼結体の貫通孔の内周面に対して研磨加工などを施すことによって作製することができる。
【００１９】
なお、図２に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａがレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向に延びていると、光学素子２をレーザープラグ用絶縁基体１の空間内に配設する時に、光学素子２を押入しやすいものとなり、好ましいものとなる。
【００２０】
また、図３に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａがレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向に対して傾いていると、振動等が発生しても、光学素子２がレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向へ位置ズレするのを抑制されたものとすることができ、その結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となり、好ましいものとなる。この場合、溝１ａをレーザープラグ用絶縁基体１の内壁に螺旋状に形成してもよい。
【００２１】
なお、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向に対して傾いている角度θが、５〜20°であると、光学素子２がレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向へ位置ズレするのを抑制されたものとすることができるとともに、光学素子２をレーザープラグ用絶縁基体１の空間内に配設する時に、光学素子２を押入しやすいものとなり、好ましいものとなる。
【００２２】
また、図４に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａがレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向に対して略垂直の螺旋状に形成されていると、振動等が発生しても、光学素子２がレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向へ位置ズレするのを効果的に抑制されたものとすることができ、その結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となり、好ましいものとなる。
【００２３】
なお、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａは、深さが0.1〜２μｍ、幅が0.1〜２μｍ、各溝１ａの間隔が20μｍ以下であると、光学素子２等から発生する熱により光学素子２、レーザープラグ用絶縁基体１が膨張することがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁が有する溝１ａによって、光学素子２、レーザープラグ用絶縁基体１の膨張による光学素子２への応力を効果的に緩和することが可能となり、好ましい。
【００２４】
また、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａは、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の全面に形成されていてもよいし、光学素子２と接する箇所のみに形成されていてもよい。また、溝１ａは、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁に連続して形成されていなくてもよい。
【００２５】
本実施形態では、図１に示される例のように、下端側から上端側に向かって、集光レンズ３ｂ、上端側に第１の共振ミラー14ａを設け、下端側に第２の共振ミラー14ｂを設けた光学素子２、結合レンズ３ａ、光ファイバー４がレーザープラグ用絶縁基体１の内部に保持され、レーザープラグ用絶縁基体１を保持するようにハウジング12を設け、レーザープラグ用絶縁基体１の上端側にキャップ13を用いて固定するようにして、レーザープラグとなる。
【００２６】
レーザープラグ用絶縁基体１に保持される光ファイバー４は、レーザープラグ用絶縁基体１の空間およびレーザープラグ用絶縁基体１の上端側にキャップ13を用いて保持され、
外部に設けた半導体レーザ（ＬＤ）等の励起光源から発振された励起光を伝送するものである。
【００２７】
レーザープラグ用絶縁基体１に保持されるレンズ３は、結合レンズ３ａと集光レンズ３ｂとを含んでいるものである。
【００２８】
結合レンズ３ａは、光ファイバー４から伝送された励起光を光学素子２に結合させるためのものであり、光ファイバ４から出光された励起光を光学素子２の上端側の中心に集光して入射させている。
【００２９】
集光レンズ３ｂは、光学素子２から出射されたパルス光を燃焼室内の所定位置に集光させるためのものであり、エネルギ密度の高いプラズマを発生させ、燃焼室内の混合気を点火させる。
【００３０】
レーザープラグ用絶縁基体１に保持される光学素子２は、固体レーザの媒体であって、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＹＬＦ（イットリウム・リチウム・フルオライド）、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）等からなり、光学素子２に入射された励起光を増幅およびパルス圧縮するものであり、光学素子２の上端側に設けられた第１の共振ミラー14ａと光学素子２の下端側に設けられた第２の共振ミラー14ｂとの間で光学素子２に入射された励起光が共振するとともに増幅され、エネルギ密度の高いパルス光が出射される。
【００３１】
光学素子２は柱状となっており、光学素子２の外形幅が0.5〜２ｍｍ程度となっており
、光学素子２をレーザープラグ用絶縁基体１の貫通孔に押入して、良好に保持できるものとなっている。
【００３２】
なお、光学素子２は柱状となっており、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の第１の溝１ａと交差する第２の溝２ａを有していると、振動等が発生しても、光学素子２がレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向へ位置ズレするのを抑制されたものとすることができ、その結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となり、好ましいものとなる。
【００３３】
なお、図５に示される例のように、光学素子２の外表面の第２の溝２ａが柱状の長手方向に延びていると、光学素子２をレーザープラグ用絶縁基体１の空間内に配設する時に、光学素子２を押入しやすいものとなり、好ましいものとなる。
【００３４】
また、光学素子２の外表面の第２の溝２ａは、深さが0.1〜２μｍ、幅が0.1〜２μｍ、各第２の溝２ａの間隔が20μｍ以下であると、光学素子２等から発生する熱により光学素子２、レーザープラグ用絶縁基体１が膨張することがあっても、光学素子２の第２の溝２ａによって、光学素子２、レーザープラグ用絶縁基体１の膨張による光学素子２への応力を効果的に緩和することが可能となり、好ましい。
【００３５】
また、図５および図６に示されるレーザープラグ用絶縁基体１は、図２に示される例のようにレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の溝１ａがレーザープラグ用絶縁基体１の内壁の長手方向に延びており、図５に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の第１の溝１ａと光学素子２の外表面の第２の溝２ａとが対向していると、光学素子２とレーザープラグ用絶縁基体１の熱膨張差による応力を緩和する第１の溝１ａと第２の溝２ａとが重なっており、光学素子２とレーザープラグ用絶縁基体１の熱膨張差による応力を効果的に緩和することが可能となり、好ましい。
【００３６】
また、図６に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の第１の溝１ａと光学素子２の外表面の第２の溝２ａとが対向しておらず、互い違いに配置されていると、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁の第１の溝１ａおよび光学素子２の外表面の第２の溝２ａに応力が集中しにくいものとなり、レーザープラグ用絶縁基体１および光学素子２にクラック等の発生が抑制されたものとなり、好ましい。
【００３７】
ハウジング12は、レーザープラグ用絶縁基体１を保持するためのものであり、略筒状に形成されている。
【００３８】
本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。上述の例では、光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４を一体のレーザープラグ用絶縁基体１で保持した例を示しているが、複数のレーザープラグ用絶縁基体１で保持してもよく、例えば光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４をそれぞれ別個のレーザープラグ用絶縁基体１で保持し、ハウジング12により各レーザープラグ用絶縁基体１を保持するようにしてもよい。このような構成とすることにより、レーザープラグ用絶縁基体１における光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４の位置合わせを容易に行うことができ、好ましいものとなる。
【００３９】
本実施形態のレーザープラグ用絶縁基体１によれば、内部に光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４を保持するための空間11ａを有するレーザープラグ用絶縁基体１であって、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁は溝１ａを有していることから、レーザープラグ用絶縁基体１の内壁が有する溝１ａによって、光学素子２とレーザープラグ用絶縁基体１の熱膨張差による応力が光学素子２に加わるのを緩和することが可能となり、光学素子２の特性を良好なものとすることが可能となる。この結果、自動車エンジン等の内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となる。
【００４０】
本実施形態のレーザープラグによれば、上記構成のレーザープラグ用絶縁基体１と、レーザープラグ用絶縁基体１に保持された光学素子２およびレンズ３および光ファイバー４とを有していることによって、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の点火に関して良好なものとすることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・・レーザープラグ用絶縁基体
１ａ・・・（第１の）溝
12・・・・ハウジング
13・・・・キャップ
14ａ・・・第１の共振ミラー
14ｂ・・・第２の共振ミラー
２・・・・光学素子
２ａ・・・第２の溝
３・・・・レンズ
３ａ・・・結合レンズ
３ｂ・・・集光レンズ
４・・・・光ファイバー
【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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