(57)【要約】【課題】  陰極スパッタリングによる陰極の消耗を抑制して耐久性に優れたプラズマ式点火装置を提供する。【解決手段】  中心電極１１０と接地電極１３１との間を絶縁する絶縁部材１２０が配設されたプラズマ式点火プラグ１０と、このプラズマ式点火プラグ１０に高電圧を印加する高電圧電源２０、３０とを具備し、中心電極１１０と接地電極１３１との間に印加された高電圧によって、絶縁碍子１２０内に形成された放電空間１４０内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関４０内に噴射して点火するプラズマ式点火装置１において、中心電極１１０を陽極とし、接地電極１３１を陰極として、高電圧電源２０、３０を接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と接地電極との間を絶縁する絶縁部材が配設され、高電圧電源により上記中心電極と上記接地電極との間に高電圧が印加されるプラズマ式点火プラグを具備し、
上記中心電極と上記接地電極との間に印加された高電圧によって、上記絶縁部材内に形成された放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関内に噴射して点火するプラズマ式点火装置において、
上記中心電極を陽極とし、上記接地電極を陰極として、上記高電圧電源を接続したことを特徴とするプラズマ式点火装置。
【請求項２】
上記絶縁部材を、軸状に形成した上記中心電極外周を覆い、かつ上記中心電極の先端面よりも下方に伸びる筒状に形成し、
上記接地電極を、上記絶縁部材の外周を覆い、先端が上記放電空間の中心に向かって屈曲し、上記絶縁部材の内径と連通する接地電極開口部を有する有底筒状に形成した請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項３】
上記接地電極開口部の上記放電空間に対向する表面の少なくとも一部を上記放電空間に向けて露出した状態で、上記接地電極の表面を覆うように形成された保護層を具備する請求項１または２に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項４】
上記保護層は、複数層に形成された導電性の異なる材料からなり、上記接地電極の表面に接する最内層は良導性とし、少なくとも上記放電空間に対向する最表層は絶縁性とし、上記最内層から上記最表層に向かって徐々に導電性が低くなるように形成した請求項３に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項５】
上記保護層は、上記接地電極の表面に形成される膜部材である請求項３または４に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項６】
上記保護層は、導電性の異なる材料を傾斜配合し、成形体を形成し、該成形体を焼結した焼結部材である請求項４に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項７】
上記保護層は、絶縁材料からなり、上記接地電極とは別体の形成部材である請求項３に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項８】
上記保護層の開口部は、先端側に向かって径小となるよう順次縮径した請求項３ないし７のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項９】
上記放電空間が先端側に向かって径大となるよう上記絶縁部材の内径と上記接地電極の開口部とを順次拡径した請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項１０】
上記絶縁部材の表面の一部に形成され、上記放電空間に対向し上記接地電極に当接する半導体部を具備する請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項１１】
上記接地電極開口部は上記絶縁部材内径よりも広い角度で拡径する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置の電極消耗対策に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関において、図１０（ａ）に示すような通常のスパークプラグ１０Ｌを用いた点火装置１Ｌは、イグニッションスイッチ２２Ｌを投入すると、バッテリ２１Ｌから低電圧の一次電圧が点火コイル２３Ｌの一次コイル２３１Ｌに印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）２５Ｌによって制御されたイグナイタ（トランジスタ）２４Ｌのスイッチングによって一次電圧が遮断され、点火コイル２３Ｌ内の磁界が変化し、点火コイル２３Ｌの二次コイル２３２Ｌに−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生する。
この二次電圧が中心電極１１０Ｌと接地電極１３１Ｌとの間の放電空間１４０Ｌの絶縁耐圧を超えると、図１０（ｂ）に示すように、放電空間１４０Ｌ内で放電が起こり、点火源となる高温域が狭い範囲で発生する。
【０００３】
これに対して、図９（ａ）に示すようなプラズマ式点火装置１ｋによる点火では、イグニッションスイッチ２２ｋを投入すると、放電用バッテリ２１ｋから低電圧の一次電圧が点火コイル２３ｋの一次コイル２３１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）２５ｋによって制御されたイグナイタ（トランジスタ）２４ｋのスイッチングによって一次電圧が遮断され、点火コイル２３ｋ内の磁界が変化し、点火コイル２３ｋの二次コイル２３２ｋに−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生し、この二次電圧が中心電極１１０ｋと接地電極１３１ｋとの間に形成された放電空間１４０ｋ内で、放電ギャップ１４１ｋに比例する放電電圧に達すると放電が開始され、同時に、上記放電用バッテリ２１ｋとは別に設けたプラズマエネルギー供給用バッテリ３１ｋからコンデンサ３３ｋに蓄えられたエネルギー（例えば、−４５０Ｖ、１２０Ａ）が上記放電空間１４０ｋ内に一気に放出され、上記放電空間１４０ｋ内の気体が高温高圧のプラズマ状態となり、上記放電空間１４０ｋの先端に設けられた開口部１３２ｋから噴射するため、指向性に富む上に容積的に大きな範囲で数千から数万度の極めて高い温度域が発生する。
そこで、直噴エンジンの燃焼において希薄な混合気を燃焼させるため、点火プラグの付近に濃い混合気が集まるようにして燃焼を容易にする成層燃焼への応用が期待されている。
【０００４】
この様なプラズマ式点火装置として、特許文献１には、中心電極の汚染を防止すべく、中心電極と中心に該中心電極を保持し縦に伸びる挿入孔を設けた絶縁体と該絶縁体を覆い下端に挿入孔と連通する開口を設けた接地電極とによって構成し、上記挿入孔内に放電ギャップを形成した表面ギャップ型点火プラグが開示されている。
【特許文献１】米国特許第３５８１１４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のプラズマ式点火装置１ｋにおいては、通常、整流素子２６ｋ、３４ｋにより、中心電極１１０ｋが陰極となるよう整流されて高電圧が印加される。
このため、図９（ｂ）に示すように、中心電極１１０ｋの表面に質量の大きな陽イオン５０が衝突し、中心電極１１０ｋの表面が分解される陰極スパッタリングが発生する。
この陰極スパッタリングによって徐々に中心電極１１０ｋの表面が浸食され、中心電極１１０ｋと接地電極１３１ｋとの距離即ち放電距離１４１ｋが次第に長くなり、放電距離１４１ｋに比例して放電電圧が次第に上昇する。
従って、長時間の使用により、やがて放電できなくなり、内燃機関の失火に至る虞がある。
【０００６】
そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、プラズマ式点火装置において陰極スパッタリングによる陰極の消耗を抑制し、放電電圧の上昇が生じ難く、安定した点火を実現する耐久性に優れたプラズマ式点火装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明では、中心電極と接地電極との間を絶縁する絶縁部材が配設され、高電圧電源により上記中心電極と上記接地電極との間に高電圧が印加されるプラズマ式点火プラグを具備し、中心電極と接地電極との間に印加された高電圧によって、上記絶縁部材内に形成された放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関内に噴射して点火するプラズマ式点火装置において、中心電極を陽極とし、接地電極を陰極として、高電圧電源を接続する。
【０００８】
請求項１の発明によれば、中心電極が陽極であるため、放電による電子の流れは接地電極から中心電極へ向かい、質量の小さい電子のみが中心電極に衝突し、プラズマ状態の気体中、質量の大きい窒素イオン等の陽イオンは陽極である中心電極と反発するため、中心電極の表面が陰極スパッタリングにより浸食されることがない。
【０００９】
請求項２の発明では、上記絶縁部材を、軸状に形成した中心電極外周を覆い、かつ中心電極の先端面よりも下方に伸びる筒状に形成し、接地電極を、絶縁部材の外周を覆い、先端が放電空間の中心に向かって屈曲し、絶縁部材の内径と連通する接地電極開口部を有する有底筒状に形成する。
【００１０】
接地電極は陰極となっているので、質量の大きい陽イオンが衝突して、陰極スパッタリングを起こし、その表面が浸食され得る。
しかしながら、請求項２の発明によれば、放電空間に接する接地電極の表面は、プラズマ状態の気体の噴射方向に対してほぼ直交するように配設されている。
従って、陽イオンは接地電極の表面に斜めに衝突することになり、陽イオンの衝突する力が弱まる。  
これにより、陰極スパッタリングによる浸食の度合いは、従来の中心電極を陰極とした場合に比べ低くなる。
また、接地電極の表面の浸食が進んでも、軸方向の放電距離の変化が少ないので、放電電圧の急激な上昇を招くことが無く、失火に至らない。
従って、プラズマ式点火装置の耐久性が向上する。
【００１１】
請求項３の発明では、接地電極開口部の放電空間に対向する表面の少なくとも一部を放電空間に向けて露出した状態で、接地電極の表面を覆うように形成された保護層を具備する。
【００１２】
請求項３の発明によれば、接地電極開口部の放電空間に対向する表面の一部が放電空間に向けて露出しているので、ここが放電部位となって中心電極との間の放電が確保される。
一方、放電部位以外の接地電極表面では、保護層に覆われているため、プラズマ状態の気体が直接衝突することなく陰極スパッタリングが起こり難い。
また、上記保護層は、内燃機関内で燃焼時に発生する熱からも接地電極を保護するので、更に接地電極の寿命を延ばすことが期待できる。
従って、放電部位以外の接地電極の消耗が大幅に抑制され、プラズマ式点火装置の耐久性が更に向上する。
加えて、長期間の使用により放電部位の陰極スパッタリングによる消耗が進んでも、保護層により接地電極開口部の形状が維持されるのでプラズマ状態となった気体が接地電極開口部から噴射される際の噴射方向に影響を与えることなく安定した点火を実現できる。
【００１３】
請求項４の発明では、上記保護層は、複数層に形成された導電性の異なる材料からなり、接地電極の表面に接する最内層は良導性とし、少なくとも放電空間に対向する最表層は絶縁性とし、最内層から最表層に向かって徐々に導電性が低くなるように形成する。
【００１４】
請求項４の発明によれば、最内層では導電性が確保されているので、接地電極と中心電極との放電に影響を及ぼさない。
一方、最表層は絶縁層となっているので、陰極スパッタリングを起こさない。
従って、放電部位以外の接地電極の消耗を大幅に抑制した、耐久性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。
【００１５】
請求項５の発明では、上記保護層は、接地電極の表面に形成される膜部材である。
【００１６】
請求項５の発明によれば、良導電性から絶縁性までの任意の材料を用いて、導電性の異なる層を複数層重ねて形成することが極めて容易に実現できる。
従って、放電部位以外の接地電極の消耗を大幅に抑制した、耐久性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。
【００１７】
請求項６の発明では、導電性の異なる材料を傾斜配合し、成形体を形成し、該成形体を焼結した焼結部材である。
【００１８】
請求項６の発明によれば、最内層は、良導性を確保し、最表層は絶縁性を確保した保護層を完全一体となった焼結体として容易に形成できる。
【００１９】
請求項７の発明では、上記保護層は、絶縁材料からなり、接地電極とは別体の形成部材である。
【００２０】
請求項７の発明によれば、上記保護層の形成が極めて容易であり、放電部位以外の接地電極の消耗を大幅に抑制した、耐久性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。
【００２１】
請求項８の発明では上記保護層の開口部は、先端側に向かって径小となるよう順次縮径する。
【００２２】
請求項８の発明によれば、上記保護層は陰極スパッタリングにより浸食されないので、放電空間内に向かって突出した形状とすることも可能となる。
従って、長期の使用により、接地電極の保護層が形成されていない部分の浸食が進行しても、上記保護層によりプラズマ状態の気体が噴出する時の噴出方向の指向性を高め、更にプラズマ式点火装置の安定性向上を図ることができる。
【００２３】
請求項９の発明では、放電空間が先端側に向かって径大となるよう絶縁部材の内径と接地電極の開口部とを順次拡径する。
【００２４】
請求項９の発明によれば、接地電極の開口部表面に陽イオンが衝突するまでの径方向即ち噴射方向と直交する方向の移動距離が長くなるので、更に陽イオンの衝突力が弱まり、陰極スパッタリングによる接地電極の浸食を低減できる。
従って上記プラズマ式点火装置の耐久性が更に向上する。
【００２５】
請求項１０の発明では、絶縁部材の表面の一部に形成され、放電空間に対向し接地電極に当接する半導体部を具備する。
【００２６】
請求項１０の発明によれば、半導体は格子欠陥が多く電子を放出しやすいので半導体部表面から電子が多量に放出され、電子の流れである放電経路は絶縁碍子の表面に放出された電子との静電斥力により絶縁碍子の表面から浮き上がる。
このため、繰り返し放電しても、陰極スパッタリングによって飛散した金属が絶縁碍子表面に析出して導電経路を形成するチャネリング現象を防止することができる。
従って上記プラズマ式点火装置の耐久性が更に向上する。
【００２７】
請求項１０の発明では、接地電極開口部は絶縁部材内径よりも広い角度で拡径する。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、陽イオンが接地電極に衝突する角度が、更に大きくなるので、陽イオンの衝突力が弱まり、陰極スパッタリングによる接地電極の浸食を更に低減できる。
従って、上記プラズマ式点火装置の耐久性が更に向上する。
この場合、高温高圧となって噴射されるプラズマ状態気体の噴射方向性については、上記絶縁部材の内壁の形状によって決められるので、接地電極開口部の内径を拡径したことによる影響を受けない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態におけるプラズマ式点火装置１は、プラズマ式点火プラグ１０と高電圧電源として放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とで構成されている。
プラズマ式点火プラグ１０は、軸状の中心電極１１０と中心電極１１０を絶縁保持する筒状の絶縁部材として絶縁碍子１２０と絶縁碍子１２０を覆う有底筒状の金属製のハウジング１３０とで構成されている。
【００３０】
中心電極１１０の先端側は高融点の導電性材料によって形成され、内部には鉄鋼材料等の良電導性で高熱伝導性の金属材料からなる中心電極中軸が形成され、基端側には絶縁碍子１２０から露出し外部の上記放電用電源２０と上記プラズマ発生用電源３０とに接続される中心電極端子部１１２が形成されている。
絶縁碍子１２０は耐熱性、機械的強度、高温における絶縁耐力、熱伝導率などに優れた高純度のアルミナ等からなり、先端側は中心電極１１０の先端面より下方に伸びる筒状の放電空間１４０を形成し、中腹には絶縁碍子１２０とハウジング１３０との気密性を保持するパッキング部材１２６を介してハウジング１３０に係止する中心電極係止部１２５が形成され、基端側は中心電極１２０とハウジング１３０とを絶縁し、高電圧が上記電極以外に逃げるのを防止する絶縁碍子頭部１２２が形成されている。
【００３１】
接地電極１３１を含むハウジング１３０は、高融点、高熱伝導率の金属材料によって形成される。
ハウジング１３０の先端は、絶縁碍子１２０を覆い、先端が内側に向かって屈曲する環状の接地電極１３１が形成され、中腹外周部には、図略の内燃機関内に接地電極１３１が露出するように内燃機関のエンジンブロック４０に固定するとともにハウジング１３０とエンジンブロック４０とを電気的に接地状態とするためのハウジングネジ部１３３が形成され、基端側外周部にはネジ部１３３を締め付けるためのハウジング六角部１３４が形成されている。
【００３２】
接地電極１３１には、絶縁碍子１２０の内径と連通する接地電極開口部１３２が形成されている。
また、接地電極開口部１３２は、絶縁碍子１２０の内径よりも広い角度で先端に向かって径大となるよう拡径されている。
放電空間１４０に接する中心電極１１０の先端表面と放電空間１４０に接する接地電極開口部１３２の開口縁内側表面とは対向しておらず、ほぼ直交する位置に形成されている。
更に、絶縁碍子１２０の先端には、接地電極１３１と導通するよう接地電極１３１に当接する環状の半導体部１５０が形成されている。半導体部１５０は、例えば、酸化錫とハフニウムとからなる半導体セラミックが用いられる。
【００３３】
放電用電源２０は、第１バッテリ２１、イグニッションキー２２、点火コイル２３、トランジスタからなるイグナイタ２４、電子制御装置２５によって構成され、整流素子２６を介してプラズマ式点火プラグ１０に接続されている。
本実施形態においては、第１バッテリ２１は陽極側が接地され、整流素子２６により、中心電極１１０が陽極となるよう整流されている。
【００３４】
プラズマ発生用電源３０は、第２バッテリ３１、抵抗体３２、プラズマ発生用コンデンサ３３によって構成され、整流素子３４を介してプラズマ式点火プラグ１０に接続されている。
第２バッテリ３１は、陰極側が接地され、整流素子３４により中心電極１１０が陽極となるよう整流されている。
【００３５】
イグニッションスイッチ２２が投入され、ＥＣＵ２５からの点火信号により、第１バッテリ２１から低電圧で負の一次電圧が点火コイル２３の一次コイル２３１に印加され、イグナイタ２４のスイッチングによって一次電圧が遮断されると、点火コイル２３内の磁界が変化し、自己誘導作用により点火コイル２３の二次コイル２３２に１０〜３０ｋＶの正の二次電圧が誘起される。
一方、第２バッテリ３１によりプラズマ発生用コンデンサ３３が充電される(例えば、４５０Ｖ、１２０Ａ)。
印加された上記二次電圧が中心電極１１０と接地電極１３１との間の放電距離１４１に比例する放電電圧を超えると両電極間に放電が開始され、放電空間１４０内の気体が小領域でプラズマ状態となる。
このプラズマ状態の気体は、導電性を有し、プラズマ発生用コンデンサ３３の両極間に蓄えられた電荷の放電を引き起こし、放電空間１４０内の気体の更なるプラズマ状態化を誘発、領域を拡大する。
このプラズマ状態の気体は、高温・高圧となり、内燃機関の燃焼室内へ噴射される。
なお、本実施形態に示した放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とは、後述する本発明の第２〜第１１の実施形態においても適用できる。
【００３６】
本発明の第１の実施形態における効果について図２を参照して説明する。
図２に示すように、中心電極１１０が陽極であるため、放電による電子の流れは接地電極１３１から中心電極１１０へ向かい、質量の小さい電子５１のみが中心電極１１０に衝突し、プラズマ状態の気体中、質量の大きい窒素イオン等の陽イオン５０は陽極である中心電極１１０と反発するため、中心電極１１０の表面が陰極スパッタリングにより浸食されることがない。
【００３７】
一方、接地電極１３１は陰極となっているので、質量の大きい陽イオン５０によって、その表面が浸食され得る。
しかしながら、放電空間１４０に対向する接地電極１３１の表面は、プラズマ状態の気体の噴射方向に対してほぼ直交するように配設されているので、陽イオン５０は接地電極１３１の表面に斜めに衝突するため、陽イオン５０の衝突する力が弱まり、陰極スパッタリングによる浸食の度合いは、従来の中心電極を陰極とした場合に比べ低くなる。
また、接地電極開口部１３２は、絶縁碍子１２０も内径よりも大きい角度で先端に向かって径大となるよう拡径しているので、更に陽イオン５０の衝突力が弱まる。
加えて、接地電極１３１表面の浸食が進んでも、軸方向の放電距離１４１の変化が少ないので、放電電圧の急激な上昇を招くことが無く、失火に至らない。
また、接地電極１３１はハウジングネジ部１３３によりエンジンブロック４０に直接螺結されているので、中心電極１１０に比べて放熱し易い。
従って、従来の中心電極１１０を陰極とした場合よりも更に電極の消耗を抑えることができる。
【００３８】
更に、半導体部１５０を絶縁碍子１２０の表面の一部に形成することにより、半導体１５０は格子欠陥が多く電子を放出しやすいので半導体部１５０表面から電子が多量に放出され、電子の流れである放電経路は絶縁碍子１２０の表面に放出された電子との静電斥力により絶縁碍子１２０の表面から浮き上がる。
このため、繰り返し放電しても、陰極スパッタリングによって飛散した金属が絶縁碍子１２０表面に析出して導電経路を形成するチャネリング現象を防止することができる。
【００３９】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態における要部を示す断面図、（ｂ）は本実施形態における効果を示す断面図である。
なお、本実施形態においては、本図に示した要部のみが上述した第１の実施形態と異なるプラズマ式点火プラグ１０ａを用いる。
従って、本図に示した要部以外の構成は第１の実施形態と全く同じであり、また、本図に示した要部において第１の実施形態と共通する部分については同じ符号を付したので詳細な説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分についてのみ説明する（以下、他の実施形態においても同様とする）。
本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、接地電極開口部１３２ａの放電空間１４０に対向する表面以外の内燃機関４０内に露出した表面を覆うように保護層１６０ａが形成されている。
また、接地電極開口部１３２ａは、先端に向かって径大となるよう拡径しており、保護層１６０ａには、接地電極開口部１３２ａと連通する保護層開口部１６１ａが形成されている。
保護層１６０ａは、接地電極１３１ａとは別に絶縁性材料によって略環状に形成され、螺結、陥着等の方法により接地電極１３１ａと接合されている。
【００４０】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、長期間の使用によって接地電極開口部１３２ａの放電空間に対向する表面の陰極スパッタリングによる浸食が進行して、図３（Ｂ）に示すように、外側に向かって凹陥する浸食部１３９が形成されても、保護層開口部１６１ａによって、プラズマ状態となった気体が噴射される開口部の形状が維持される。
また、保護層１６０ａは、内燃機関４０内で燃焼時に発生する熱からも接地電極１３１ａを保護することができるので、更に接地電極１３１ａの寿命を延ばすことが期待できる。
【００４１】
図４（ａ）に、本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｂの要部断面図を示す。
第２の実施形態においては、接地電極１３１の開口部１３２の側面全面が放電空間１４０に露出しているが、第３の実施形態においては、図４（ａ）に示すように、接地電極１３１の開口部側面の一部のみを、接地電極開口部１３２ｂとして、放電空間１４０に露出するように、保護層１６０ｂを形成してある。
第３の実施形態においては、第２の実施形態の効果に加え、接地電極開口部１３２ｂの表面積を小さくすることにより、放電部位での電界密度が高くなり、放電しやすくなるので更に接地電極１３１ｂの消耗速度を抑えることができる。
一般に、放電空間１４０を形成する絶縁碍子１２０の内壁にチャネリングが形成されると、放電空間１４０内への電子の放出を阻害すると考えられている。
しかしながら、絶縁碍子１２０の底面に形成されたチャネリングは、放電電位の上昇を抑え、接地電極１３１ｂの消耗を補う働きが期待できる。
従って、本実施形態では、接地電極開口部１３２の表面積が狭く放電部位が特定の範囲で発生し、陰極スパッタリングによる浸食が狭い範囲に集中するので、絶縁碍子１２０の底面でのチャネリングが発生し易くなり、放電電位の上昇を抑え、接地電極１３１ｂの消耗を補い、更なるプラズマ式点火装置の耐久性の向上が期待できる。
【００４２】
図４（ｂ）に、本発明の第４の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｃの要部断面図を示す。
本実施形態においては、保護層１６０ｃの開口部１６１ｃは、先端に向かって径小となるよう順次縮径するテーパ状に形成されている。
保護層１６０ｃは、絶縁性であり、陰極スパッタリングにより浸食されないので、放電空間１４０内に向かって突出したテーパ状とすることも可能である。
従って、上記第１、第２、第３の実施形態の効果に加え、本実施形態においては、長期の使用により、接地電極１３１の保護層１６０ｃが形成されていない接地電極開口部１３２ｃの浸食が進行しても、保護層１６０ｃに形成されたテーパ部１６１ｃにより、プラズマ状態の気体が噴出する時の流れが整流され、プラズマ状態期待の噴出方向の指向性を高め、更にプラズマ式点火装置の安定性向上を図ることができる。
【００４３】
図４（ｃ）に、本発明の第５の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｄの要部断面図を示す。
本実施形態においては、保護層１６０ｄは、接地電極開口部１３２ｄを除く接地電極１３１ｄの表面に形成される膜部材である。
保護層１３１ｄの形成方法としては、例えば溶射によるコーティング、ＣＶＤ等が適用できる。
【００４４】
図５（ａ）に、本発明の第６の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｅの要部断面図を示す。
本実施形態においては、保護層１６０ｅは、複数層に形成された導電性の異なる材料からなり、接地電極１３１ｅに接する最内層１７０は良導性とし、放電空間に対向する最表層１９０は絶縁性とし、最内層１７０と最表層１９０との間は最内層１７０と最表層１９０との中間的な特性を持つ傾斜層１８０となっている。
図５（ｂ）に示すように、最内層１７０には比抵抗１０−４Ω・ｃｍ以下の導電性材料を用い、最表層１９０には比抵抗１０８Ω・ｃｍ以上の絶縁性材料を用い、傾斜層１８０には、最内層１７０から最表層１９０に向かって徐々に比抵抗が高くなるように導電性材料と絶縁性材料とを傾斜配合された材料を用いて形成されている。
本実施形態においては、接地電極１３１ｅと保護層１６０ｅとを粉末状の材料を用いて、真空室内で、これを成形型に充填し、略環状の成形体を形成し、更に該成形体を加圧すると同時に上記成形型を介してパルス電圧を該成形体に印加して、該成形体内に発生する熱エネルギーによって該成形体を焼結し、接地電極１３１ｅと保護層１６０ｅとが一体に形成された焼結体を得ることができ、この焼結体をハウジングネジ部１３３の先端にレーザ溶接等により接合すれば、保護層１６０ｅと接地電極１３１ｅと完全一体となったハウジング１３０を形成することができる。
また、第５の実施形態と同様の膜部材を、良導電性から絶縁性までの任意の比抵抗を持つ複数の材料を用いて、導電性の異なる膜を複数層重ねて形成しても良い。
【００４５】
図６（ａ）は、本発明の第７の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｆの要部断面図を示す。
本実施形態においては、接地電極１３１ｆには、絶縁碍子１２０ｆの内径と連通する接地電極開口部１３２ｆが形成され、更に、絶縁碍子１２０ｆの内径と接地電極開口部１３２ｆの内径とは、先端側下方に向かって径大となるよう拡径されている。
また、接地電極開口部１３２は、絶縁碍子１２０の内径よりも広い角度で先端に向かって径大となるよう拡径されている。
従って、実施形態１の効果に加えて、接地電極１３１ｆの内径が、先端に向かって径大となるように拡径しているので、接地電極１３１ｆの開口部１３２ｆ表面に陽イオン５０が衝突するまでの径方向即ち噴射方向と直交する方向の移動距離が長くなっており、更にプラズマ化した陽イオンの衝突力が弱まり、陰極スパッタリングによる接地電極の浸食を低減できる。
なお、本実施形態は、第１から第６の実施形態においても適宜採用し得るものである。
【００４６】
図６（ｂ）は、本発明の第８の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｇの要部断面図を示す。
本実施形態では、半導体部１５０ｇを絶縁碍子１２０ｇの表面に形成した膜によって構成する。
半導体部１５０ｇは、蒸着、厚膜印刷、ＣＶＤ等の形成方法によって容易に形成することができる。
本構成においても第７の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態は、第１から第６の実施形態においても適宜採用し得るものである。
【００４７】
図６（ｃ）は、本発明の第９の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｈの要部断面図を示す。
本実施形態は、第７、８の実施形態の基本となる構造で、接地電極１３１ｈの表面と中心電極１１０ｈの表面とがほぼ直交する位置にあり、中心電極１１０が陽極となり、接地電極１３１が陰極となっているので、プラズマ化した陽イオンは接地電極１１０ｆの表面に斜めに衝突するため、陽イオンの衝突する力が弱まり、陰極スパッタリングによる浸食の度合いは、従来の中心電極を陰極とした場合に比べ低くなる。
なお、本実施形態は、第１から第６の実施形態においても適宜採用し得るものである。
【００４８】
図６（ｄ）は、本発明の第１０の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｉの要部断面図を示す。
本実施形態においては、絶縁碍子１２０ｉの内側表面１２３ｉを先端に向かって径大となるよう拡径しつつ、凹面状の曲面を持つように形成してある。
本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、放電空間１４０に対向する絶縁碍子表面１２３ｉでのチャネリングの防止が期待できる。
なお、本実施形態は、第１から第６の実施形態においても適宜採用し得るものである。
【００４９】
図７（ａ）は、本発明の第１１の実施形態におけるラズマ式点火プラグ１０ｉの要部断面図、（ｂ）は、本図中Ａ−Ａ矢視図である。
本実施形態において接地電極１３１ｊには、図７（ｂ）に示すように中心に向かって突出する突起部１３６ｊを複数設ける。
突起部１３６ｊに局部的な電界密度の集中が起こり、より一層放電し易くなる上に、突起部１３６ｊ以外は外側に控えているので陽イオンの衝突力が弱まり、接地電極１３１ｊ全体としての耐久性が更に向上する。
なお、本実施形態は、第１から第１０の実施形態においても適宜採用し得るものである。
【００５０】
図８には、本発明の第１から第１１の実施形態に適用可能な別の回路図を示す。
図１に示した回路においては、放電用電源２０において第１バッテリ２１の陽極側を接地し、第１バッテリ２１の極性に応じて点火コイル２３とイグナイタ２４との極性を設定し、点火コイル２３によって正の高電圧をプラズマ式点火プラグ１０に印加したが、図８（ａ）に示すように、放電用電源２０ｂの第１バッテリ２１ｂの陰極側を接地し、第１バッテリ２１ｂの極性に応じて点火コイル２３ｂとイグナイタ２４ｂとの極性を設定すれば、プラズマ式点火プラグ１０に正の高電圧を印加することが可能となり、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
また、上記実施形態においては、第１バッテリ２１、２１ｂと第２バッテリ３１との２つの電源により構成した場合について説明したが、図８（ｂ）に示すように、一のバッテリ２１ｃからDc−Dcコンバータ３４等を介して放電用電圧とプラズマ発生用電圧とを異なる電圧に調整して放電用電源とプラズマ発生用電源として引加する構成としても良い。
【００５１】
当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、一つのプラズマ式点火プラグで構成されるプラズマ式点火装置について説明したが、本発明が多数の点火プラグを含む多気筒エンジンにも適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるプラズマ式点火装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における効果を示す要部断面図。
【図３】（ａ）は、本発明の第２実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は、本実施形態の効果を示す要部断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の第３、第４、第５の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図。
【図５】（a）は、本発明の第６の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は保護層の比抵抗の変化を示す特性図。
【図６】（a）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ第７、第８、第９、第１０の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図。ｂ）
【図７】（ａ）は、本発明の第１０の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１から第１１の実施形態に適用可能な別の回路図。
【図９】（ａ）は、従来のプラズマ式点火装置を示す構成図、（ｂ）は、本図構成における問題点を示す要部断面図。
【図１０】（ａ）は、従来のスパークプラグ式点火装置を示す構成図、（ｂ）は、本図構成における放電の様子を示す模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１  プラズマ式点火装置
１０  プラズマ式点火プラグ
１１０  中心電極
１１２  中心電極端子部
１２０  絶縁碍子（絶縁部材）
１３１  接地電極
１３２  接地電極開口部
１４０  放電空間
１４１  放電距離
１５０  半導体部
２０  放電用電源（高電圧電源）
３０  プラズマ発生用電源（高電圧電源）
４０  エンジンブロック（内燃機関）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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