(57)【要約】【課題】近年の小型化要求に適合し、内燃機関に装着時に、過剰な締め付けトルクが負荷されても破損を生じ難い耐久性に優れた高周波プラズマ点火装置とその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】高圧電極３０を絶縁保持する絶縁体１０の内側に同軸共振体２３の空洞部２２を区画すると共に、絶縁体１０と同心に配設されその外周を覆うハウジング７０によって高電圧電極３０の先端に設けた放電部３２３と同軸共振体２３の中心導体２１の先端部とを内燃機関Ｅ／Ｇの燃焼室ＣＭＢ内に露出せしめて固定する。【選択図】図１
2012119273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を発振する高周波電源と高電圧を印加する高電圧電源とを有する点火エネルギ供給制御装置と、内側導体と、該内側導体の周囲に所定の空洞部を区画して、外側導体を同軸に配設した同軸共振体に上記高周波電源から高周波を入力して、内側導体の先端の電界強度を高くし、高電圧電極に上記高電圧電源から高電圧を印加して上記高電圧電極の先端側に位置する放電部と上記中心導体の中心導体の先端部との間で放電を行い、上記内側導体の先端の周囲の気体を高エネルギのプラズマ状態として内燃機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置であって、
上記高圧電極を絶縁保持する絶縁体の一部に上記同軸共振体の空洞部を区画すると共に、上記絶縁体の外周を覆うハウジングによって上記高電圧電極の先端部と上記同軸共振体の先端部とを上記内燃機関の燃焼室内に露出せしめて固定したことを特徴とする高周波プラズマ点火装置。
【請求項２】
上記絶縁体の内側に区画した共振体空洞部の内周壁の表面の全部又は一部を覆う金属膜からなる外側導体層と、共振体空洞部の中心に載置された内側導体とによって上記同軸共振体を構成した請求項１に記載の高周波プラズマ点火装置。
【請求項３】
上記外側導体層の厚みが１０μｍ以上、１００μｍ以下である請求項１又は２に記載の高周波プラズマ点火装置。
【請求項４】
高周波を発振する高周波電源と高電圧を印加する高電圧電源とを有する点火エネルギ供給制御装置と、内側導体と、該内側導体の周囲に所定の空洞部を区画して、外側導体を同軸に配設した同軸共振体に上記高周波電源から高周波を入力して、内側導体の先端の電界強度を高くし、高電圧電極に上記高電圧電源から高電圧を印加して上記高電圧電極の先端側に位置する放電部と上記中心導体の中心導体の先端部との間で放電を行い、上記内側導体の先端の周囲の気体を高エネルギのプラズマ状態として内燃機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置の製造方法であって、
少なくとも、絶縁性耐熱材料を用いて、加圧成型、ＨＩＰ成型、ＳＩＰ成型、射出成形、又は押出成形のいずれかの成型方法により内側に共振体空洞部区画孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
上記共振体空洞部区画孔の内周表面及び共振体係止部の表面に、耐熱性の高い導電性材料を用いて、メッキ、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＰＶＤ（物理気相法）、真空蒸着、金属箔貼付、印刷、ダイレクトボンディングのいずれかにより、外側導体層を形成する外側導体層形成工程と、
金属材料を略筒状に形成したハウジングに上記絶縁体を同心に配設して、所定の封止部材を介して加締め固定する組付、加締め工程とを具備することを特徴とする高周波プラズマ点火装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難着火性の燃焼機関に装着され該燃焼機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関において燃焼排気中に含まれる環境負荷物質の低減や更なる燃費の向上のため、燃料の希薄化、高過給気化等が図られている。
一般に、希薄燃焼機関や、高過給気混合燃焼機関は難着火性であるため、より着火性に優れた点火装置が望まれている。
【０００３】
特に、燃料噴霧と空気との混合気の混合比が理論空燃比に近い可燃層を点火プラグの近傍にのみ配置して、混合気の更なる希薄化を図ろうとする、いわゆるスプレーガイド式エンジンにおいて、従来の点火プラグの比較的小さな火花放電では可燃層が必ずしもプラグの放電位置に配置できるとは限らず着火が困難となったり、比較的大きな接地電極が火炎核の近くに存在するので、消炎効果が大きく、燃焼速度が遅くなったりする虞がある。
また、燃焼排気の清浄化や、低燃費化を図るべく、内燃機関の吸排気バルブの大型化が進み、点火装置の更なる小径化が期待されている。
【０００４】
このような課題に対して本発明者等は、内燃機関に装着され該内燃機関の点火を行う点火装置であって、電源と、高周波発振回路と、高電圧回路と、上記高周波発振回路から発振した高周波を伝達・増幅する共振管と、該共振管との絶縁を保持しつつ上記高電圧回路からの高電圧を伝達する高電圧配送導体とを具備し、少なくとも上記共振管の開口端を上記内燃機関の燃焼室内に露出せしめると共に、上記高周波発振回路から上記共振管を介して上記内燃機関の燃焼室内に高周波を発振した後に、又は、これと同時に上記高電圧回路から上記共振管の一部と上記高電圧配送導体との間に高電圧を印加して上記共振管の一部と上記高電圧配送導体との間で放電を行うことを特徴とする点火装置を提案した（特許文献１参照）。
本発明者等は、特許文献１に示した高周波プラズマ点火装置に更なる改良を加え、図１４に示す高周波プラズマ点火装置１ｚにおいて、内燃機関に固定するためのネジ部７１２の大きさをＭ１４迄小型化することに成功した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の高周波プラズマ点火装置１ｚでは、装置の体格を小さくすべく各部材の肉厚を実用に耐える極限まで薄くしているのに加え、高電圧が印加される中心電極３０ｚを覆う略筒状の絶縁体１０ｚは、高周波プラズマ点火装置１ｚの中心軸に対して偏心した位置に設けられているので、内燃機関Ｅ／ＧのシリンダヘッドＳＨに高周波プラズマ点火装置１ｚを締め付ける際に、適正トルク以上の力が負荷されると、金属製のハウジング７０ｚ、７１ｚが撓んで、図１５に示すように、ハウジング７０ｚの絶縁体係止部７０５ｚに係止された径変部１０４ｚを支点として、絶縁体１０ｚの中心軸に直交する方向に対して、ねじ締め方向のモーメントＭ１と逆向きのモーメントＭ２とが作用し、径変部１０４ｚの付け根に亀裂を生じ、絶縁体１０ｚの小径部１０２ｚが、燃焼室ＣＭＢ側に抜け落ちる虞があることが判明した。
【０００６】
そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、近年の小型化要求に適合し、かつ、組み付け時に適正トルク以上の力が作用した場合であっても、破損に至らない構造の高周波プラズマ点火装置とその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明では、高周波を発振する高周波電源と高電圧を印加する高電圧電源とを有する点火エネルギ供給制御装置と、内側導体と、該内側導体の周囲に所定の空洞部を区画して、外側導体を同軸に配設した同軸共振体に上記高周波電源から高周波を入力して、内側導体の先端の電界強度を高くし、高電圧電極に上記高電圧電源から高電圧を印加して上記高電圧電極の先端側に位置する放電部と上記中心導体の中心導体の先端部との間で放電を行い、上記内側導体の先端の周囲の気体を高エネルギのプラズマ状態として内燃機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置であって、
上記高圧電極を絶縁保持する絶縁体の一部に上記同軸共振体の空洞部を区画すると共に、上記絶縁体の外周を覆うハウジングによって上記高電圧電極の先端部と上記同軸共振体の先端部とを上記内燃機関の燃焼室内に露出せしめて固定する（請求項１）。
【０００８】
第１の発明によれば、上記ハウジングが上記絶縁体に対して同心に配設されているので、上記ハウジングを内燃機関に組み付ける際に適正トルク以上の過剰な負荷によって締め付けられても、上記絶縁体の側面にねじ締め方向又はその逆方向の力が作用する虞がなく、絶縁体の破損する虞がない。
したがって、高周波の入力と高電圧の印加によって上記同軸共振体の中心導体の先端にプラズマを発生させて点火を行う高周波プラズマ点火装置において高い信頼性の向上を図ることができる。
【０００９】
第２の発明では、上記絶縁体の内側に区画した共振体空洞部の内周壁の表面の全部又は一部を覆う金属膜からなる外側導体層と、共振体空洞部の中心に載置された内側導体とによって上記同軸共振体を構成する（請求項２）。
【００１０】
第２の発明によれば、上記同軸共振体の上記外側導体層の膜厚を薄くしても、上記共振体空洞部を区画する絶縁体によって充分な強度が確保されるので、高周波プラズマ点火装置の小型化が極めて容易となる。
【００１１】
第３の発明では、上記外側導体層の厚みが１０μｍ以上、１００μｍ以下である（請求項３）。
【００１２】
第３の発明によれば、上記外側導体層によって上記中心導体に入力された高周波が外部に漏れることなく、上記共振体空洞部内で共振し、上記中心導体の先端に電界強度の高い部分を形成してプラズマを発生して内燃機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置の小型化が実現できる。
【００１３】
第４の発明では、高周波を発振する高周波電源と高電圧を印加する高電圧電源とを有する点火エネルギ供給制御装置と、内側導体と、該内側導体の周囲に所定の空洞部を区画して、外側導体を同軸に配設した同軸共振体に上記高周波電源から高周波を入力して、内側導体の先端の電界強度を高くし、高電圧電極に上記高電圧電源から高電圧を印加して上記高電圧電極の先端側に位置する放電部と上記中心導体の中心導体の先端部との間で放電を行い、上記内側導体の先端の周囲の気体を高エネルギのプラズマ状態として内燃機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置の製造方法であって、少なくとも、絶縁性耐熱材料を用いて、加圧成型、ＨＩＰ成型、ＳＩＰ成型、射出成形、又は押出成形のいずれかの成型方法により内側に共振体空洞部区画孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、上記共振体空洞部区画孔の内周表面及び共振体係止部の表面に、耐熱性の高い導電性材料を用いて、メッキ、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＰＶＤ（物理気相法）、真空蒸着、金属箔貼付、印刷、ダイレクトボンディングのいずれかにより、外側導体層を形成する外側導体層形成工程と、金属材料を略筒状に形成したハウジングに上記絶縁体を同心に配設して、所定の封止部材を介して加締め固定する組付、加締め工程とを具備する（請求項４）。
【００１４】
第４の発明によれば、組み付け時に適正トルク以上の力が作用した場合であっても、破損に至らない信頼性の高い構造の高周波プラズマ点火装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態における高周波プラズマ点火装置の概要を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は上面図。
【図２】比較例と共に本発明の効果を示し、本図（ａ）は、小型化に対する効果を示し、比較例として示す図１２（ｂ）中Ａ−Ａに沿った断面図と実施例として示す図１（ａ）中Ａ−Ａに沿った断面図、本図（ｂ）は、過剰なトルクで締め付けたときの割れ発生頻度を示す特性図。
【図３】本発明の高周波プラズマ点火装置の要部である絶縁体の概要を示し、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、本図（ａ）中Ａ−Ａに沿った縦断面図、（ｃ）は、側面図、（ｄ）は下面図。
【図４】本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、外側導体形成工程について示す一部切り欠き斜視図。
【図５】図４に続く本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、高圧電極形成工程について（ａ）から（ｂ）の順を追って示す断面図。
【図６】図５に続く本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、同軸共振体形成工程について（ａ）から（ｂ）の順を追って示す断面図。
【図７】図６に続く本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、組付工程の概要を示す断面図。
【図８】図７に続く本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、加締め工程の概要を示す断面図。
【図９】図８に続く本発明の高周波プラズマ点火装置の製造工程中、完成工程の概要を示す断面図。
【図１０】本発明の高周波プラズマ点火装置の要部である絶縁体の変形例を（ａ）から（ｆ）に示す一部切り欠き斜視図。
【図１１】本発明の第２の実施形態における高周波プラズマ点火装置の概要を示し、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、燃焼室側から見た要部斜視図。
【図１２】本発明の第３の実施形態における高周波プラズマ点火装置の概要を示し、（ａ）は、本実施形態の要部である絶縁体の一部切り欠き斜視図、（ｂ）は、全体の断面図。
【図１３】本発明の第４の実施形態における高周波プラズマ点火装置の概要を示す断面図。
【図１４】比較例として従来の高周波プラズマ点火装置の概要を示し、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、側面図、（ｃ）は、下面図、（ｄ）は上面図。
【図１５】比較例として示す従来の高周波プラズマ点火装置の問題点を示し、（ａ）は、内燃機関に組み付けた状態を示す縦断面図、（ｂ）は、本図（ａ）中Ａ−Ａに沿った矢視断面図、（ｃ）は、従来の絶縁体に作用する力を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して本発明の第１の実施形態における高周波プラズマ点火装置１の概要について説明する。
高周波プラズマ点火装置１は、空燃比を高くした希薄燃焼機関や、過給器によって空燃比及び圧縮比を高くした高過給気混合燃焼機関等の難着火性機関においても良好な着火性を示し、高周波ＭＷの発振により同軸共振体２３の内側導体２１の先端の電界強度を高めた状態で、高圧電極３０に高電圧ＨＶを印加することによって、高圧電極放電部３２３と内側導体２１の先端部との間で放電を起こし、その周囲の気体を高エネルギのプラズマ状態として内燃機関の点火を行うものである。
【００１７】
高周波プラズマ点火装置１は、内燃機関の運転状況に応じて図略エンジン制御装置から発信される点火信号ＩＧｔにしたがって高電圧ＨＶの印加と高周波ＭＷの発振とを制御して供給するエネルギ供給電源９０と、エネルギ供給電源９０から同軸ケーブル４１を介して高周波ＭＷが入力される同軸コネクタ４０と、同軸コネクタ４０を固定するコネクタ固定部５０と、エネルギ供給電源９０から高電圧入力手段８０を介して高電圧ＨＶが印加される高圧電極３０と、高圧電極３０を絶縁保持すると共に、同軸共振体２３を内蔵する絶縁体１０と、絶縁体１０と同心に配設されその外周を覆うハウジング７０とによって構成されており、絶縁体１０の内側に区画した共振体空洞部２２の内周壁の表面の全部又は一部を覆う金属膜からなる外側導体層２０と、共振体空洞部２２の中心に載置された内側導体２１とによって同軸共振体２３を構成している。
【００１８】
絶縁体１０は、アルミナ等の熱伝導率に優れた耐熱性の絶縁材料から成り、ハウジング７０から上方に露出する絶縁体頭部１００とハウジング７０と同心で外径方向に拡径してハウジング７０に保持された絶縁体大径部１０１と絶縁体大径部１０１よりも径小に縮径した絶縁体小径部１０２とを有する略段付き柱状に形成されている。
本発明の要部である絶縁体１０には、内側に共振体空洞部２２を区画する共振体空洞部区画孔１１０が穿設されており、その内周壁の表面は、外側導体層２０を構成する金属膜に覆われている。
【００１９】
中心導体２１は、Ｎｉ、Ｉｒ等の耐熱性の導電性材料から成り、略円盤状に形成した中心導体接地部２１０とその中心から先端側に向かって長軸状に伸びる中心導体軸部２１２とによって構成されている。
中心導体接地部２１０には、基端側から先端側に向かって貫通する中心導線挿通孔２１１が穿設され、誘電層４０１を介して中心導線４００が挿通されている。
共振体空洞部２２の基端側には、同軸共振体係止部１０９が形成され中心導体接地部２１０が係止されている。
同軸共振体係止部１０９の表面には、外側導体層２０に連なって係止部接地導体層２０１が形成され、中心導体接地部２１０と密着することによって、外側導体層２０、形支部接地導体層２０１、中心導体接地部２１０、中心導体軸部２１２が電気的に接続されている。
外側導体層２０と中心導体２１と共振体空洞部２２とによって同軸共振体２３を形成している。
【００２０】
中心導体２１の所定の位置に設けた高周波導体接続部２１３には、高周波ＭＷを入力する中心導線４００が接続され、同軸コネクタ４０及び同軸ケーブル４１を介して点火エネルギ供給制御装置９０に設けた高高周波電源回路に接続されている。
中心導線４００は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン等の可撓性材料からなる誘電層４０１に覆われている。
誘電層４０１の外周は、同軸共振体接地部挿通孔封止絶縁体１２に穿設した高周波導体挿通孔１２１の内周壁に設けた外側導体金属膜１２２に覆われている。  外側導体金属膜１２２は、同軸ケーブル４１の外側導体網組線４１２と同様、中心導線４００を伝送される高周波ＭＷの外部への漏れを防いでいる。
中心導線４００は、同軸コネクタ固定部５０に保持された同軸コネクタ４０を介して、同軸ケーブル４１接続され、外部の点火エネルギ供給制御装置９０に設けられた高高周波電源回路に接続されている。
同軸ケーブル４１は、市販のものを利用可能で、銅線等の導電性材料からなる中心銅線４１０、ポリエチレン等の可撓性絶縁材料からなる誘電層４１１、網組線や金属箔等からなる外側導体４１２、絶縁性のポリビニル等の保護材料からなる絶縁被覆層４１３、コネクタ栓４１４によって構成されている。
同軸コネクタ固定部５０は、導電性材料を用いて略円盤状に形成されており、同軸コネクタ４０を挿通固定するコネクタ固定ネジ部５０１と絶縁体頭部１００を挿通するための絶縁体頭部挿通孔５０２が穿設されている。
同軸コネクタ固定部５０は、同軸コネクタ４０を固定すると共に、同軸共振体接地部挿通孔封止絶縁体１２を押圧し、中心導体接地部２１０と接地導体層２０１とを密着状態に維持している。
【００２１】
絶縁体頭部１００は、絶縁体大径部１０２の中心軸から片側に偏心した位置に設けられている。
絶縁体頭部１００の中心軸に沿って高圧電極挿通孔１０５、１０６、１０７が穿設されている。
高圧電極挿通孔１０５、１０６、１０７に高電圧ＨＶが印加される高圧電極３０が挿入固定されている。
高圧電極３０は、絶縁体頭部１００の基端側に露出する高圧電極端子部３０１と、高圧電極挿通孔１０６に収容保持される高圧電極ステム３０１と、高圧電極係止部１０６において高圧電極ステム３０１と高圧電極３２０とを接着固定する導電性接着層３１と、高圧電極中軸挿通孔１０７に保持される高圧電極中軸３２０と、燃焼室側に露出して絶縁体１０の下端面に当接する高圧電極係止部３２１と中心導体２１に向かって屈曲する高圧電極屈曲部３２２と、その先端に設けた高圧電極放電部３２３とによって構成されている。
【００２２】
絶縁体大径部１０１は、絶縁体大径部上面部１０３の基端側に配設した、同軸コネクタ固定部５０、封止部材６０１と、絶縁体径変部１０４の先端側に配設した封止部材６０２、６０３を介して、ハウジング７０の加締め部７０８とハウジング係止部７０５とによって全周に渡って挟持されている。  
【００２３】
ハウジング７０は、鉄鋼材、炭素鋼、ステンレス等の金属材料からなり、略筒状に形成されている。
ハウジング７０は略筒状のハウジングボス部７００の先端側に位置するハウジング下部７０１と基端側に位置するハウジング上部７０３とによって構成され、ハウジング下部７０１の内側には絶縁体１０の絶縁体小径部１０２を挿通するための小径部挿通孔７０２が穿設され、ハウジング上部７０３には、絶縁体大径部１０１を挿通するための大径部挿通孔７０４が穿設され、小径部導通孔７０２と大径部挿通孔７０４との間はすり鉢状に縮径し、絶縁体１０の絶縁体径変部１０４を係止するハウジング係止部７０５が形成され、ハウジング７０の基端側は、加締め部７０８が形成され封止部材６００、６０１、６０２を介して絶縁体１０及び５０を気密に封止している。
ハウジング上部７０３の外周には、ハウジング六角部７０６が形成され、ハウジング下部７０１の外周には、ハウジング７０を内燃機関の燃焼室に固定するためのネジ部７０７が形成され、ガスケット６０４を介して内燃機関の燃焼室に固定され、高電圧電極放電部３２３及び同軸共振体２３を構成する中心導体２１の先端及び外側導体層２０の先端が燃焼室内に露出した状態に保持されている。    
本実施形態においては、ハウジングネジ部７０７のネジ径はＭ１２に形成されている。
【００２４】
高電圧入力手段８０は、公知のものが使用され、コネクタキャップ８００内に収容された高圧入力端子８１０とこれに接続された高電圧供給ハーネス８１１とによって構成されている。コネクタキャップ８００は、シリコン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の耐熱性絶縁性材料からなる。高電圧供給ハーネス８１１には、銅線等が用いられる。高圧入力端子８１０は、導電性材料からなり、略筒状に形成されており、コネクタキャップ８００を絶縁体頭部１００に挿嵌すると、高圧入力端子８１０と高圧電極端子部３０１とが弾性的に導通状態となり、外部に設けた点火エネルギ供給制御手段９０の高電圧電源回路に接続された状態となる。
なお、高電圧電源回路には、ＣＤＩ型（容量放電型）やＴＣＩ（誘導放電型）のいずれでも良く、公知の高電圧電源回路を適宜用いることができる。
また、高周波電源回路には、公知のマグネトロンの他、車載バッテ等の直流電源から供給される直流電流を高周波の交流に変換して発振する高周波発振回路と、高周波発振回路から発振された高周波を増幅する高周波増幅回路とによって構成されたものを用いることができ、高周波増幅回路としては、高周波発振回路から発振される数ｍＷ程度の高周波を数Ｗ程度に増幅するプレアンプと、プレアンプによって増幅された高周波をさらに数１０ｗ〜３００ｗ程度にまで増幅するパワーアンプとによって構成することができる。
【００２５】
パワーアンプには、Ｓｉ半導体、ＳｉＣ半導体、ＧａＮ半導体、ダイヤモンド半導体等のワイドバンドギャップ半導体を含む高周波パワーデバイスが用いるのが望ましい。ワイドバンドギャップ半導体を用いた高周波パワーデバイスは、高周波特性が良好で、周波数変動を押さえつつ高周波を高出力に増幅できる。また、本発明で使用される高周波は、１０ｍｍ〜１０００ｍｍの波長と３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数とを有するマイクロ波であり、特に２〜４ＧＨｚのＩＳＭバンド帯域を用いるのが実用的である。
【００２６】
点火エネルギ供給制御部９０は、内燃機関の運転状況に応じて図略のエンジン制御装置から発信された点火信号ＩＧｔにしたがって、高周波ＭＷを発振する高周波発振回路と、高電圧ＨＶを印加する高電圧電源回路とを具備している。
高周波ＭＷの発振により高周波導線接続部２１３を節として中心導体２１の先端を腹とする高周波の定在波が発生し、中心導体２１の先端側に電界強度の高い領域が形成され、周囲の気体が電離しやすい状態に励起され、高圧電極３０に高電圧ＨＶが印加されると、高圧電極放電部３２３と中心導体軸部２１２の先端との間で放電が起こり、容積的に大きなプラズマ火炎が発生し、内燃機関Ｅ／Ｇの点火が行われる。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、比較例として示す従来の高周波プラズマ点火装置１ｚでは、ネジ径をＭ１４にするのが限界であったが、本実施例に示すように、ネジ径をＭ１１〜Ｍ１２まで小型化し、約３０％のダウンサイジングを実現することができる。従来の構成では、外側導体層２０ｚを金属によって筒状に形成していたため、それ自身の機械的強度を維持する必要があり、１ｍｍ以下の厚みとすることが困難であった。
一方、本発明によれば、外側導体層２０は、絶縁体１０の内部に設けた共振体空洞部２２の表面に形成するため、外側導体層２０自身の機械的強度は全く必要なく、高周波ＭＷの漏れを防ぎ、同軸共振体２３内で高周波ＭＷの共振状態を形成可能とする最低限の膜厚が確保されれば良い。したがって、小型化に対して極めて有利である。
また、本図（ｂ）に示すように、比較例では、適正トルクを超えた力で内燃機関に取り付けたとき、試料５本中４本に絶縁体１０ｚの破損が見られたが、本実施例では、絶縁体１０の破損は発生しなかった。これは、本発明の絶縁体１０がハウジング７０に対して同心に配設されているため、ハウジング六角部７０６に負荷された締め付けトルクが絶縁体１０の側面方向には全く作用しないためと推察される。
【００２８】
図３を参照して本発明の要部である絶縁体１０の構造とその形成方法について詳述する。
絶縁体１０は、アルミナ等の絶縁性耐熱材料を用いて、絶縁体形成工程として、加圧成型、ＨＩＰ成型、ＳＩＰ成型、射出成形、又は押出成形のいずれかの成型方法により略段付き柱状に形成されている。
絶縁体１０の中心軸ＣＬ１０から片側に偏心した頭部中心軸ＣＬ１００を中心とする位置には絶縁体上面部１０３から基端側に突出して略円筒状の絶縁体頭部１００が形成されている。
絶縁体頭部１００の外径φＤ１００及び突出長さは、ハウジング７０と高圧電極３０との間にリーク放電が起こらない範囲で適宜変更可能である。
絶縁体１０の中腹部には径大となる絶縁体大径部１０１が形成され、先端側には絶縁体大径部１０１と同心で径小となる絶縁体小径部１０２が形成され、大径部１０１と小径部１０２との間にはテーパ状に縮径する径変部１０４が形成されている。
絶縁体頭部１００の頭部中心軸ＣＬ１００に沿って高圧電極ステム挿通孔１０５、高圧電極係止部１０６、高圧電極中軸挿通孔１０７が穿設されている。
絶縁体頭部１００の外周円に外接するように共振体中心軸ＣＬ１１０を中心とする位置には、同軸共振体接地部２１１を挿通するための同軸共振体接地部挿通孔１０８が穿設されている。
さらに、同軸共振体接地部挿通孔１０８に連通して共振体空洞部２２を区画する共振体空洞部区画孔１１０が穿設されている。
共振体空洞部区画孔１１０は、同軸共振体接地部挿通孔１０８よりも径小となっており、その間には、同軸共振体接地部２１１を係止するための共振体係止部１０９となっている。
共振体空洞部区画孔１１０の長さＬは、入力される高周波ＭＷの波長λの１／４となるように形成されている。
例えば、周波数２．４５ＧＨｚの高周波ＭＷの波長λは、１２２．４ｍｍであるので、共振体空洞部区画孔１１０の長さＬを、３０．６ｍｍとする。
また、共振体空洞部区画孔１１０の内径φＤ１１０は、５．４ｍｍである。
内径φＤ１１０は、アンテナとなる中心導体２１の径との比が約３．６となるように設定すると、電力損失を少なくできることが判明した。
なお、本実施形態においては、φＤ１００＝４ｍｍ、φＤ１０１＝１２ｍｍ、φＤ１０２＝１０ｍｍ、φＤ１０５＝２ｍｍ、φＤ１０７＝０．５ｍｍ、φＤ１０８＝６．０ｍｍ、φＤ１１０＝５．４ｍｍに設定されている。
【００２９】
図４から図９を参照して、本発明の高周波プラズマ点火装置の製造方法の概要について説明する。
先ず、図４に示す外側導体層形成工程では、絶縁体１０に穿設した共振体空洞部区画孔１１０の内周表面及び共振体係止部１０９の表面に、ニッケル等の耐熱性の高い導電性材料を用いて、メッキ、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＰＶＤ（物理気相法）、真空蒸着、金属箔貼付、印刷、ダイレクトボンディングのいずれかの方法により外側導体層２０及び接地導体層２０１を形成する。このとき外側導体層２０と接地導体層２０１とは、一体的に形成され、導通状態となっている。
さらに、マスキング等により共振体空洞部区画孔１１０の内周表面及び共振体係止部１０９の表面以外の部分に導体層が形成されないようにする。
また、高周波を外部に漏れないようにするためには、各導体層２０、２１の膜厚は、少なくとも１０μｍ以上、１００μｍ以下に形成すれば良いことが判明した。
高周波は、導体の表面を電気が流れるため、表面の導電性が高いことが重要である。そこで、銀などの導電率が高い金属材料を薄くメッキする。または、コストを下げるため一部にメッキするなど方法を取っても良い。
さらに、絶縁体１０との密着強度、耐久性を考慮して、ニッケル等で下地層を形成し、その上に銀、白金、金等の導電率の高い金属材料を用いて導電層を形成しても良い。
なお、本実施形態においては、メッキにより５０μｍ程度の膜厚に形成されている。  
メッキ、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＰＶＤ（物理気相法）、真空蒸着、金属箔貼付、印刷、ダイレクトボンディングのいずれの方法においても、外側導体層２０を、絶縁体１０の内側に形成することができるので、従来の外側導体を金属製の筒体を形成する場合に比べて遥かに薄い膜厚であっても、遥かに高い強度が得られる。
【００３０】
次いで、図５に示す高圧電極形成工程では、本図（ａ）に示すように、高圧電極３０を構成する高圧電極入力端子部３０１、高圧電極ステム３０２、導電性接着層３１、高圧電極中軸部３２０を高圧電極ステム挿通孔１０５、高圧電極中軸挿通孔１０７に挿入し、次いで本図（ｂ）に示すように、高圧電極ステム３０２と高圧電極中軸部３２０とを上下方向から押し込みながら導電性接着層３１を加熱溶融させ、一体の高圧電極３０を形成する。このとき、導電性接着層３１に抵抗成分を混ぜ、雑音防止抵抗とすることもできる。
また、高圧電極中軸部３２０の下端には、高圧電極係止部３２１が形成され、さらにその先端が内側導体２１に向かって屈曲する高圧電極屈曲部３２２が形成され、その先端には、耐熱性の高いＮｉ等を用いた高圧電極放電部３２３が形成されている。
高圧電極中軸部３２０を絶縁体１０の高圧電極中軸挿通孔１０７に挿通したときに、高圧電極係止部３２１が絶縁体１０の底面に当接して所定の位置に高圧電極放電部３２３が載置されることになる。
【００３１】
次いで図６を参照して同軸共振体形成工程について説明する。
本図（ａ）に示すように、予め、筒状に形成した同軸共振体基底部挿通孔封止絶縁体１２の封止絶縁体基体１２０に穿設した高周波導体挿通孔１２１の表面に外側導体層１２２を形成しておく。このとき、上述の外側導体層形成工程と同様の方法により外側導体層１２２を形成することができる。
同軸コネクタ４０２に接続され、誘電層４０１に覆われた中心導体４００をコネクタ固定部５０のコネクタ固定ネジ部５０１に挿通させ、さらに、中心導体中軸２１２の中心導体接地部２１０に設けた中心導線挿通孔２１１から引き出し、本図（ｂ）に示すように、中心導体接地部２１０から所定の高さΔＬ（例えば１ｍｍ）に位置する高周波導線接続部２１３に接続する。
このとき、誘電層４０１には、ポリエチレン等の可撓性材料が用いられており、その外周には通常の同軸ケーブルのように編組線や金属箔を用いた外側導体被覆が形成されておらず、自由に変形できるので、容易に高周波導体挿通孔１２１に挿入することができる。
一方、高周波導体挿通孔１２１の内周表面には、外側導体層１２２が形成されているので、中心導線４００と誘電層４０１と外側導体層１２２とによって同軸ケーブルが構成され、外部に高周波が漏れることはない。
さらに、誘電層４０１を介して中心導体接地部２１０との絶縁を図った中心導線４００を接続したものを、絶縁体１０の同軸共振体接地部挿通孔１０８から挿入し、中心導体接地部２１０を同軸共振体係止部１０９に当接させる。
このとき、中心導体軸部２１２の先端が外側導体層２０の先端側にΔＬだけ突出した状態となる。
同軸共振体基底部挿通孔封止絶縁体１２を同軸共振体基底部挿通孔１０８に挿入して中心電極接地部２１１押圧して中心電極接地部２１１と接地導体層２０１とを密着状態にして導通を図りつつ、同軸共振体基底部挿通孔１０８を封止する。
以上により、絶縁体１０の内部に中心導体２１と共振体空洞部２２と外側導体層２０とによって同軸共振体２３が形成される。
【００３２】
次いで、図７、図８を参照して、組付工程、加締め工程について説明する。
上述の工程を経て同軸共振体２３と高圧電極３０とが組み込まれた絶縁体１０を図７に示すように、封止部材６００、６０１、６０２を介してハウジング７０内に挿入する。
封止部材６００及び封止部材６０２には、略環状に形成された金属性のシール部材が用いられ、封止部材６０１には、タルク等の耐熱性セラミックス粉末を押し固めた粉末成形体が用いられている。
図８に示すように、ハウジング７０の開口端を加締めることにより、ハウジング７０内に収容された絶縁体１０、封止部材６００、６０１、６０２、同軸ケーブル接続部５０を一体的に封止する。
このとき、絶縁体大径部１０１が、封止部材６００、６０１、６０２及び同軸ケーブル接続部５０の基底部５０２を介して絶縁体１０と同心に配設されたハウジング７０のハウジング加締め部７０８と絶縁体係止部７０５とによって全周に渡って均等に上下から押圧され、気密に保持された状態となる。
また、このとき、略円板状に形成された同軸コネクタ固定部５０によって、同軸共振体基底部挿通孔封止絶縁体１２が押圧され、中心導体接地部２１０と接地導体層２０１の形成された同軸共振体係止部１０９とを密着させ、外側導体層２０、接地導体層２０１、中心導体接地部２１０、封止絶縁体内外側導体層１２２、同軸ケーブル接続部５０、ハウジング７０が電気的に接続された状態となる。
なお、封止絶縁体内外側導体層１２２と中心導体接地部２１０との導通を確実にするため、封止絶縁体内外側導体層１２２に連なって同軸共振体基底部挿通孔封止絶縁体１２の底面に金属層を形成しても良い。
【００３３】
次いで、図９に示すように、高周波プラズマ点火装置１を内燃機関ＥＧのプラグホールＰＨ内に収容し、ガスケット６０３を介して、シリンダヘッドＳＨに螺結固定し、同軸コネクタ部４０に同軸ケーブル４１を接続して同軸共振体２３と点火エネルギ供給制御装置９０の高周波発振回路とを接続すると共に、高電圧入力部８０のコネクタキャップ８００を高圧電極端子部３０１に装着して高圧電極３０と点火エネルギ供給制御装置９０の高電圧電源回路と接続する。
【００３４】
中心導体２１に高周波ＭＷを入力したときに高周波ＭＷの漏れを防ぎ共振体空洞部２２内で共振状態を形成し、中心導体軸部２１１の先端に強電界を発生させることができれば、外側導体層２０、接地導体層２０１は、必ずしも共振体空洞部区画部１１０、同軸共振体係止部１０９の全面に形成する必要はない。
そこで、本発明の高周波プラズマ点火装置１の幾つかの変形例として、図１０（ａ）〜（ｆ）に示した、それぞれの要部である絶縁体１０ａ〜１０ｆについて説明する。
なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略する。
本図（ａ）、（ｂ）に示すように、外側導体層２０ａ、２０ｂ、接地導体層２０１ａ、２０１ｂを網目状に形成しても良い。
本図（ｃ）に示すように、外側導体層２０ｃ、接地導体層２０１ｃに開空孔が多数存在していても良い。
本図（ｄ）に示すように、外側導体層２０ｄ、接地導体層２０１ｄが千鳥模様となるように形成しても良い。
本図（ｅ）に示すように、絶縁体１０ｅの長手軸方向に直交する方向に一定幅で形成された外側導体層２０ｅが軸方向に一定間隔で並んで横縞模様となるように形成しても良い。本図（ｆ）に示すように、絶縁体１０ｆの長手軸方向に平行な方向に一定幅で形成された外側導体層２０ｅが周方向に一定間隔で並んで縦縞模様となるように形成しても良い。
なお、これらの変形例において、高周波の伝送を確実にするために、軸方向又は周方向に横断する導体層を追加する等、外側導体層２０ａ〜ｆに適宜変更を加えても良い。
【００３５】
図１１を参照して、本発明の第２の実施形態における高周波プラズマ点火装置１ｇについて説明する。本実施形態においては、特に高圧電極放電部３２３に近い位置において外側導体層２０ｇの一部を取り除いた外側導層体切欠部２０２を設けた点が上記実施例と相違する。
本実施形態においては、高圧電極放電部３２３に近い位置の外側導体層２０が部分的に取り除かれているので、上記実施形態と同様の効果に加え、高圧電極３０に高電圧ＨＶが印加されたときに、外側導体層２０ｇと高圧電極放電部３２３との間で放電することなく、確実に中心導体２１の先端と高圧電極放電部３２３との間で放電するため安定した状態でプラズマを発生させることができる。したがって、更に信頼性の高い高周波プラズマ点火装置１ｇが実現できる。
なお、予め、マスキングを施して外側導体層２０ｇを形成することによって外側導体層切欠部２０２を形成しても良いし、通常の外側導体層２０を形成した後、高圧電極放電部３２３に近い位置の外側電極層の一部を除去して外側導体層切欠部２０２を形成しても良い。さらに、本実施形態を他の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００３６】
図１２を参照して、本発明の第３の実施形態における高周波法ラズマ点火装置１ｈについて説明する。
上記実施形態においては、同軸共振体接地部挿通孔１０８から共振体空洞部区画孔１１０に縮径する同軸共振体係止部１０９に中心導体接地部２１０を係止させる構成について説明したが、本実施形態においては、（ａ）に示すように絶縁体１０ｈとして、同軸共振体接地部挿通孔１０８ｈを本図共振体空洞部区画孔１１０よりも径小に形成し、さらに、同軸共振体接地部挿通孔１０８ｈよりも径小となるように縮径して中心導体接地部２１０ｈを係止させる同軸共振体係止部１０９ｈを設け、さらに、本図（ｂ）に示すように、同軸共振体係止部１０９ｈの基端側の表面に中心導体接地部２１０ｈとの導通を図る接地部導体層２０１ｈを形成し、さらに中心導線挿通孔１１１の内周表面と同軸共振体係止部１０９ｈの先端側に位置し、共振体空洞部２２を区画する共振体空洞底部１１２の表面にも接地導体層２０１ｈに連なる接地導体層２０３を形成する。
本実施形態によれば、同軸共振体係止部１０９ｈが内側に向かって縮径されて形成されているので、上述の効果と同様の効果に加え、絶縁体１０の絶縁体大径部１０１ｈ、絶縁体小径部１０２の外径を小さくし、さらに、ネジ部７０２ｈの小型化を図ることができる。
【００３７】
図１３を参照して、本発明の第４の実施形態における高周波プラズマ点火装置１ｉについて説明する。
本発明によれば、絶縁体１０とハウジング７０とが同心に配設されているので、本実施形態に示すように、絶縁体１０ｈ及びハウジング７０ｉとして、ハウジング下部７０１ｉと絶縁体小径部１０２ｉとの間のガスポケットＧＰを拡大又は縮小してプラグの熱価を調整することも容易に可能である。
一方、従来の高周波プラズマ点火装置１ｚでは、絶縁体１０ｚがハウジング７０ｚに対して偏心した位置に配設されているため、内燃機関の燃焼室に露出している部分の熱容量に大きな偏りが生じているためプラグの熱価の調整が必ずしも容易ではなかった。したがって、本発明によれば、更に安定した点火が実現可能となる。
【００３８】
ここで、図１４、図１５を参照して比較例として示す従来の高周波プラズマ点火装置１ｚの問題点について詳述する。なお、本発明との対比を容易にするため、同じ構成については同じ符号を付し、相違する点については対応する符号に枝番としてｚを付した。
従来の高周波プラズマ点火装置１ｚにおいては、高圧電極３０は、略筒状に形成された絶縁体１０ｚに保持された状態で、ハウジング７０ｚの中心軸ＣＬ１から片側に偏心した絶縁体中心軸ＣＬ１０の位置に載置され、絶縁体１０ｚの中腹に設けた絶縁体径大部１０１ｚが略環状に形成した封止部材６００ｚ、６０１ｚ、６０２ｚを介して絶縁体係止部７０５ｚとハウジング加締部７０８ｚとによって上下方向から挟持されている。
さらに、中心導体接地部２１０と中心導体軸部２１２とのよって構成された中心導体２１は、中心導体接地部２１０をハウジング７０とハウジング７１とによって挟持され、ハウジング下半部７１の内側に区画された共振体空洞部２２ｚとハウジング７１の一部を外側導体２０ｚとして同軸共振体２３ｚが形成されている。
ハウジング７０ｚには、高周波導体挿通孔７０９ｚが穿設され、誘電蘇４０１を介して中心導体４００が挿通され、中心導体中軸２１２の中心導体接地部２１０から所定高さに位置する高周波導入部２１３に接続されている。
従来の高周波プラズマ点火装置１ｚでは、外側導体２０ｚを形成するのにハウジング下半部７１の一部を利用しているため、一定値（例えば１ｍｍ）以上の厚みが必要となり、上述の如く、ネジ部７１２ｚの大きさをＭ１４以下にすることが困難であった。
加えて、図１５に示すように、高電圧が印加される中心電極３０ｚを覆う略筒状の絶縁体１０ｚは、高周波プラズマ点火装置１ｚの中心軸に対して偏心した位置に設けられているので、内燃機関Ｅ／ＧのシリンダヘッドＳＨに高周波プラズマ点火装置１ｚを締め付ける際に、適正トルク以上の力が負荷されると、金属製のハウジング７０ｚ、７１ｚが撓んで、ハウジング７０ｚの絶縁体係止部７０５ｚに係止された径変部１０４ｚを支点として、絶縁体１０ｚの中心軸に直交する方向に対して、ねじ締め方向のモーメントＭ１と逆向きのモーメントＭ２とが作用し、径変部１０４ｚに亀裂を生じ、絶縁体１０ｚの小径部１０２ｚが燃焼室ＣＭＢ側に抜け落ちる虞があることが判明した。
特に、本図（ｃ）に示すように、ハウジングネジ部７１２をシリンダヘッドＳＨに締め付けたときに受ける反力によって生じる回転モーメントＭ２は、長軸状に伸びる絶縁体１０ｚの下半部（小径部０２ｚ）に作用し、小さい力でも、支点となる絶縁体径変部１０４ｚとの距離が長いので絶縁体１０ｚの下半部の側面がハウジング７０ｚから受ける力は、大きなモーメントとなり、絶縁体１０ｚの径変部１０４ｚに作用し、クラックを発生させることになるものと推察される。
【００３９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、高圧電極を絶縁保持する絶縁体の一部に同軸共振体の空洞部を区画すると共に、絶縁体の外周を覆うハウジングによって高電圧電極の先端部と同軸共振体の先端部とを内燃機関の燃焼室内に露出せしめて固定する本発明の趣旨に反しない限りにおいて適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、絶縁体１０に同軸共振体接地部２１１を挿通するための同軸共振体接地部挿通孔１０８を穿設して、絶縁体１０の基端側から中心導体２１を挿通し、同軸共振体係止部１０９に中心導体接地部２１１を係止させる構造としたが、同軸共振体接地部挿通孔１０８を設けず、共振体空洞部区画孔１０８の上端に外径方向に僅かに拡径した略環状の溝を同軸共振体係止部１０９の替わりに設け、中心導体接地部２１１を径方向に弾性変形可能に形成して、縮径した状態で共振体空洞部区画孔１０８の先端側から挿入し、上述の環状溝内で弾性的に拡径させ、中心導体接地部２１１を係止させるようにしても良い。但し、このような構成とした場合には外部からの振動によって、係止部から中心導体接地部が外れないように留意しなければならない。
【符号の説明】
【００４０】
１  高周波プラズマ点火装置
１０  絶縁体
１００  絶縁体頭部
１０１  絶縁体大径部
１０２  絶縁体小径部
１０３  絶縁体大径上面部
１０４  絶縁体径変部
１０５  高圧電極ステム挿通孔
１０６  高圧電極係止部
１０７  高圧電極中軸挿通孔
１０８  同軸共振体接地部挿通孔
１０９  同軸共振体係止部
１１０  共振体空洞部区画孔
１２  同軸共振体基底部挿通孔封止絶縁体
１２０  封止絶縁体基体
１２１  高周波導体挿通孔
１２２  封止絶縁体内外側導体層
２０  外側導体層
２０１  接地導体層
２１  中心導体
２１１  中心導体接地部
２１２  中心導体軸部
２１３  高周波導線接続部
２２  共振体空洞部
２３  同軸共振体  
３０  高圧電極
３０１  高圧電極入力端子部
３０２  高圧電極ステム
３１  導電性接着層（雑防抵抗層）
３２０  高圧電極中軸部
３２１  高圧電極係止部
３２２  高圧電極屈曲部
３２３  高圧電極放電部
４０  同軸コネクタ
４００  中心導線
４０１  誘電層
４１  同軸ケーブル
４１０  中心導線
４１１  誘電層
４１２  外側胴体網組線
４１３  絶縁被覆
４１４  同軸コネクタ
５０  同軸コネクタ固定部
５００  コネクタ固定基体
５０１  コネクタ装着穴
５０２  絶縁体挿通孔
６００、６０１、６０２  封止部材
６０３  ガスケット
７０  ハウジング部
７００  ハウジングボス部
７０１  ハウジング下部
７０２  小径部挿通孔
７０３  ハウジング上部
７０４  大径部挿通孔
７０５  絶縁体係止部
７０６  ハウジング六角部
７０７  ハウジングネジ部
７０８  ハウジング加締め部
８０  高電圧入力部
８００  高圧コネクタキャップ
８１０  高電圧入力端子
８１１  高電圧供給ハーネス
９０  点火エネルギ供給制御部
ＩＧｔ  点火信号
ＨＶ  高電圧
ＭＷ  高周波
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２０１０−９６１０９号公報
【図１】
2012119273.tif 000003
【図２】
2012119273.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
2012119273.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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