(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレンズおよび光学素子および光ファイバーを保持する貫通孔による保持部を有する筒状の絶縁基体であって、
該絶縁基体における出光側の前記貫通孔の内縁と出光側の前記保持部とが連なっており、前記絶縁基体における出光側の端面に、外側が突出するように前記貫通孔の内縁から外側にかけて傾斜面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】
前記傾斜面は、凸面となっ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】
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レンズおよび光学素子および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。
【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、レンズと光学素子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、パルス光が集光レンズや出射窓等で反射されると、基体の下端の開口部周辺でさらに反射され、集光レンズから出射されて、所望のタイミングとは異なるタイミングで集光して、燃焼室内の混合気において所望と異なる燃焼を発生させてしまい、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】
【０００５】
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、内部にレンズおよび光学素子および光ファイバーを保持する貫通孔による保持部を有する筒状の絶縁基体であって、該絶縁基体における出光側の前記貫通孔の内縁と出光側の前記保持部とが連なっており、前記絶縁基体における出光側の端面に、外側が突出するように前記貫通孔の内縁から外側にかけて傾斜面を有している。
【０００６】
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レンズおよび光学素子および光ファイバー
とを有している。
【発明の効果】
【０００７】
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、内部にレンズおよび光学素子および光ファイバーを保持する貫通孔による保持部を有する筒状の絶縁基体であって、絶縁基体における出光側の貫通孔の内縁と出光側の保持部とが連なっており、絶縁基体における出光側の端面に、外側が突出するように貫通孔の内縁から外側にかけて傾斜面を有していることから、パルス光が集光レンズや出射窓等で反射されるものがあっても、絶縁基体の下端で斜めに反射されるものとなり、反射されたパルス光は、集光レンズに斜めに入射し、筐体内で反射、分散して、燃焼室内で集光しにくくなり、また反射されたパルス光が集光されたとしても、大きく減衰したものとなり、反射されたパルス光による自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となる。この結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となる。
【０００８】
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収納されたレンズおよび光学素子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】
【０００９】
【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】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断面図である。
【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断面図である。
【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断面図である。
【図５】図４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用絶縁基体の他の例を示す要部拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の実施形態におけるレーザープラグは、図１〜図６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に保持されたレンズ２および光学素子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。
【００１２】
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、内部にレンズ２および光学素子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の空間にレンズ２および光学素子３および光ファイバー４とが収納および保持される。
【００１３】
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，窒化珪素質焼結体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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、レンズ
２、光学素子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。
【００１６】
レーザープラグ用絶縁基体１は、レーザープラグ用絶縁基体１における出光側となる端面に、外側が突出するように傾斜面１ａを有している。このような構成とすることによって、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端で斜めに反射されるものとなり、反射されたパルス光は、集光レンズ５に斜めに入射し、筐体内で反射、分散して、燃焼室内で集光しにくくなり、また反射されたパルス光が集光されたとしても、大きく減衰したものとなり、反射されたパルス光による自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となる。この結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となる。なお、レーザープラグ用絶縁基体１は、レーザープラグ用絶縁基体１の出光側となる端面において、貫通孔側（貫通孔近傍）に傾斜面１ａを有するのが重要である。集光レンズ５
や出射窓６等で反射されるパルス光は、レーザープラグ用絶縁基体１の下端における貫通孔近傍でさらに反射されて集光レンズ５から出射されやすいからである。
【００１７】
なお、傾斜面１ａは、図１に示される例のように、レーザープラグ用絶縁基体１の下端における貫通孔側の内縁から外側の外縁に達しない領域まで設けてもよいが、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の下端における貫通孔側の内縁から外側の外縁までの領域に設けると、レーザープラグ用絶縁基体１の下端の全体が傾斜面１ａとなり、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端全体で斜めに反射されるものとなり、反射されたパルス光は、集光レンズ５に斜めに入射し、筐体内で反射、分散して、燃焼室内での集光が抑制されたものとなり、また反射されたパルス光が集光されたとしても、大きく減衰したものとなり、反射されたパルス光による自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となり、好ましい。
【００１８】
レーザープラグ用絶縁基体１における出光側となる端面の、外側が突出するような傾斜面１ａは、例えばレーザープラグ用絶縁基体１の出光側となる端面に位置する箇所に、外側が突出する傾斜面となるように錐状の金型を用いて成形したり、焼結体の出光側となる端面に対して、外側が突出する傾斜面となるように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、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａは、レーザープラグ用絶縁基体１の長手方向からの角度θが30°から70°であると、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端で大きく斜めに反射されるものとなり、パルス光は、集光レンズ５に大きく斜めに入射し、筐体内で反射、分散して、燃焼室内で集光しにくくなり、また反射されたパルス光が集光されたとしても、大きく減衰したものとなり、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となり、好ましいものとなる。
【００２０】
なお、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の傾斜面１ａは、凸面となっていると、レーザープラグ用絶縁基体１を取り扱う場合に、レーザープラグ用絶縁基体１における出光側の端面に外力が加わったとしても、割れや欠けが発生しにくいものとなり、好ましいものとなる。
【００２１】
また、図４〜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の傾斜面１ａは凹凸を有していると、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端で斜めに反射されるとともに傾斜面１ａで分散されるものとなり、燃焼室内での集光が効果的に抑制されるものとなり、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となり、好ましいものとなる。
【００２２】
なお、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａにおける凹凸は、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａの全面に形成されていてもよいし、パルス光を反射する可能性がある集光レンズ５を、上面透視で外縁が囲む領域に形成されていてもよい。
【００２３】
また、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａが有している凹の例として、図４〜図６では溝１ｂが示されている。
【００２４】
図４〜図６に示されるレーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａの溝１ｂは、例えばレーザープラグ用絶縁基体１の出光側となる端面に位置する箇所に、筋状の凹凸を設けた錐状の金型を用いて成形したり、焼結体の出光側となる端面に対して、外側が突出する傾斜
面および溝が形成されるように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。
【００２５】
なお、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａにおける溝１ｂは、深さが0.1〜２μ
ｍ、幅が0.1〜２μｍ、各溝１ｂの間隔が20μｍ以下であると、光学素子３から出射され
るパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａが有する溝１ｂによって、傾斜面１ａで効果的に分散することが可能となり、好ましい。
【００２６】
また、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａにおける溝１ｂは、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の傾斜面１ａに連続して形成されていなくてもよい。
【００２７】
また、レーザープラグ用絶縁基体１は、図５および図６に示される例のようにレーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａの溝１ｂがレーザープラグ用絶縁基体１の貫通孔に沿った周方向に延びていると、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端で斜めに反射されるとともに傾斜面１ａで効果的に分散されるものとなり、燃焼室内での集光が効果的に抑制されるものとなり、自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となり、好ましいものとなる。
【００２８】
なお、図４〜図６では、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａにおける貫通孔に沿った周方向に溝１ｂが設けられているが、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａにおける外側から貫通孔側の径方向に延びる溝１ｂが設けられるようにしてもよい。
【００２９】
また、レーザープラグ用絶縁基体１の傾斜面１ａが有する凹凸として、傾斜面１ａが溝１ｂを有するもの以外では、傾斜面１ａが点在する突起や点在する凹みを有するものとしてもよい。
【００３０】
本実施形態では、図１〜図４に示される例のように、下端側から上端側に向かって、凹レンズ２ｂ、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３、結合レンズ２ａ、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および集光レンズ５を保持したホルダ５ａおよび出射窓６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。なお、凹レンズ２ｂは、凹レンズ２ｂの外縁等にメタライズを設け、はんだ等の接合材を介して接合して凹レンズ２ｂを保持するようにすると、振動等が発生しても、凹レンズ２ｂ、光学素子３がレーザープラグ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。また、凹レンズ２ｂは、ハウジング12で保持されるようにしてもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
レーザープラグ用絶縁基体１に保持されるレンズ２は、結合レンズ２ａを含んでいるものであり、凹レンズ２ｂを含むようにしてもよい。
【００３３】
結合レンズ２ａは、光ファイバー４から伝送された励起光を光学素子３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３の上端側に結合するよ
うにして入射させている。
【００３４】
凹レンズ２ｂは、光学素子３から出射されたパルス光を所定の光径に調整するためのものであり、光学素子３から出射されたパルス光を集光レンズ５の中心に入射させている。
【００３５】
集光レンズ５は、光学素子３から出射されたパルス光を凹レンズ２ｂを介して燃焼室内の所定位置に集光させるためのものであり、エネルギー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。
【００３６】
レーザープラグ用絶縁基体１に保持される光学素子３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３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３の上端側に設けられた第１の共振ミラー14ａと光学素子３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３に入射された励起光が共振するとともに増幅され、エネルギー密度の高いパルス光が出射される。
【００３７】
光学素子３は柱状となっており、光学素子３の外形幅が0.5〜２ｍｍ程度となっており
、光学素子３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。
【００３８】
なお、光学素子３は柱状となっており、外表面に溝を有していると、振動等が発生しても、光学素子３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。
【００３９】
なお、光学素子３の外表面の溝が柱状の長手方向に延びていると、光学素子３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３を押入しやすいものとなり、好ましいものとなる。
【００４０】
また、光学素子３の外表面の溝は、深さが0.1〜２μｍ、幅が0.1〜２μｍ、各溝の間隔が20μｍ以下であると、光学素子３等から発生する熱により光学素子３、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３の溝によって、光学素子３、レーザープラグ用絶縁基体１の膨張による光学素子３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。
【００４１】
出射窓６は、燃焼室内における高い圧力と、混合気の燃焼時に発生する可能性がある煤等の汚れから集光レンズ５を保護している。
【００４２】
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。
【００４３】
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、レンズ２および光学素子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、例えばレンズ２および光学素子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におけるレンズ２および光学素子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。
【００４４】
本実施形態のレーザープラグ用絶縁基体１によれば、内部にレンズ２および光学素子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における出光側の端面に、外側が突出するように傾斜面１ａを有していることから、光学素子３から出射されるパルス光が集光レンズ５や出射窓６等で反射されるものがあっても、レーザープラグ用絶縁基体１の下端で斜めに反射されるものとなり、反射されたパルス光は、集光レンズ５に斜めに入射し、筐体内で反射、分散して、燃焼室内で集光しにくくなり、また反射されたパルス光が集光されたとしても、大きく減衰したものとなり、反射されたパルス光による自動車エンジン等の内燃機関の混合気の不要な燃焼を抑制することが可能となる。この結果、内燃機関の混合気に良好に点火すること可能となる。
【００４５】
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に保持されたレンズ２および光学素子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】
【００４６】
１・・・・レーザープラグ用絶縁基体
１ａ・・・傾斜面
１ｂ・・・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・・・・レンズ
２ａ・・・結合レンズ
２ｂ・・・凹レンズ
３・・・・光学素子
４・・・・光ファイバー
５・・・・集光レンズ
６・・・・出射窓
【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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