JP2011210709A - プラズマジェット点火プラグ及び点火システム - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って優れた着火性を維持する。
【解決手段】プラズマジェット点火プラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４内に挿設される中心電極５と、絶縁碍子２の先端よりも先端側に配設される接地電極２７とを備える。絶縁碍子２は、軸孔４の内周面及び中心電極５の先端面により形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部３１を有し、接地電極２７は、キャビティ部３１を外部に連通させる貫通孔２８を有する。中心電極５先端部には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて縮径するテーパ部５１が形成され、テーパ部５１の先端の外径は貫通孔２８の内径よりも小さくされる。キャビティ部３１の内径は軸線ＣＬ１方向に亘って略一定であり、キャビティ部３１の内径をＤＣ（ｍｍ）とし、キャビティ部３１の軸線ＣＬ１方向の長さをＬＣ（ｍｍ）としたとき、０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０とされる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラズマを形成して混合気への着火を行うプラズマジェット点火プラグ、及び、プラズマジェット点火プラグを備える点火システムに関する。

従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。

一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁体と、先端面が絶縁体の先端面よりも没入した状態で前記軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、前記中心電極の先端面及び前記軸孔の内周面によって形成された空間（キャビティ部）を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。

加えて、このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して、両者の間で火花放電を生じさせて両者の間を絶縁破壊する。その上で、両者の間に高エネルギーの電流を流すことによって放電状態を遷移させて、前記キャビティ部の内部にプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマがキャビティ部の開口から噴出することで、混合気への着火が行われる。

ところで、より一層優れた着火性を実現する手法としては、火花放電後に流し込まれる電流をより高エネルギーなものとし、より大きなプラズマを発生させることが考えられる。ところが、高エネルギーの電流を流し込むと、中心電極が消耗しやすくなってしまい、火花放電の際に必要な電圧が急速に増大してしまうおそれがある。

そこで、キャビティ部の内周面を段付き形状として、キャビティ部に絞りを設けることで、比較的低エネルギーの電流であっても優れた着火性を実現する手法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。また、キャビティ部の軸方向長さを比較的大きくすることによりプラズマの噴出速度を増大させ、その結果、フレーム（火柱）の噴出長さをより長くして着火性の向上を図る技術も提案されている（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００７−２８７６６６号公報 特開２００６−２９４２５７号公報

しかしながら、火花放電によって火花放電経路上に位置する絶縁体が削られてしまう現象（いわゆる、チャンネリング）が生じるところ、上記特許文献１に記載の技術によれば、キャビティ部の内周面が湾曲（屈曲）形状となるため、当該湾曲（屈曲）形状の部位において絶縁体が削られやすくなってしまう。さらに、火花放電経路のうち絶縁体が削られた部位を通る経路は他の経路よりも短くなるため、その経路に集中して火花放電が生じてしまい、チャンネリングの局所的な集中を招いてしまう。その結果、絶縁体が筋状に深く削られることとなってしまい、接地電極のうち外周側に位置する部位と中心電極とを結ぶような溝がキャビティ部の内周面に形成されてしまうおそれがある。この溝に沿って火花放電を生じさせ、プラズマを発生させたとしても、接地電極の存在等によりプラズマがキャビティ部の外部へと噴出しにくくなってしまう。すなわち、上記特許文献１に記載の技術によれば、初期段階において優れた着火性を実現できるものの、使用に伴い着火性が急激に低下してしまうおそれがある。

一方で、上記特許文献２に記載の技術のように、キャビティ部の軸方向長さを比較的大きくすれば、中心電極と接地電極との間の距離が比較的大きなものとなってしまう。そのため、火花放電に必要な放電電圧が増大してしまうこととなり、中心電極や絶縁体が急速に消耗してしまう。その結果、着火性が急速に低下してしまうとともに、長期間に亘っての火花放電が難しくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、長期間に亘って優れた着火性を維持することができるプラズマジェット点火プラグ及び点火システムを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のプラズマジェット点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
先端が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するようにして前記軸孔内に挿設される棒状の中心電極と、
前記絶縁体の先端よりも先端側に配設される接地電極とを備え、
前記絶縁体は、前記軸孔の内周面及び前記中心電極の先端面により形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部を有するとともに、
前記接地電極が、前記キャビティ部を外部と連通させる貫通孔を有してなるプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部には、前記軸線方向先端側に向けて縮径するテーパ部が形成されるとともに、
前記テーパ部の先端の外径が、前記貫通孔の内径よりも小さくされ、
前記キャビティ部の内径は前記軸線方向に亘って略一定であり、前記キャビティ部の内径をＤＣ（ｍｍ）とし、前記キャビティ部の軸線方向の長さをＬＣ（ｍｍ）としたとき、
０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０
を満たすことを特徴とする。

尚、キャビティ部を形成する軸孔の内周面が軸線に対して±５°まで傾いていてもよい。また、キャビティ部の形状は厳密な円柱状でなくても（例えば、先端側に向かって先細り形状であっても）よい。尚、キャビティ部を形成する軸孔の内周面が軸線に対して傾いている場合、「キャビティ部の内径」とあるのは、軸線方向に沿ったキャビティ部の平均内径をいう。

上記構成１によれば、キャビティ部の内径ＤＣと、キャビティ部の軸線方向の長さＬＣとについて、０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０を満たすように構成されている。すなわち、キャビティ部は、軸直交方向長さが比較的大きくなる形状をなしている。そのため、キャビティ部の軸方向長さを比較的大きくした場合と比較して、中心電極と接地電極との間の距離を小さくすることができ、火花放電に必要な放電電圧を抑制することができる。その結果、中心電極の消耗をより緩やかなものとすることができ、より長期間に亘って火花放電ひいてはプラズマを発生させることができる。

一方で、キャビティ部の軸直交方向長さを大きくした場合には、プラズマの噴出速度の減少を招いてしまうおそれがあるが、上記構成１によれば、中心電極の先端部にはテーパ部が設けられるとともに、当該テーパ部の先端の外径が、接地電極の貫通孔の内径よりも小さくされている。従って、初期段階において、テーパ部の先端と前記貫通孔との間で気中における火花放電（気中放電）を積極的に生じさせることができ、ひいては周囲に広がりを抑制するものがない状態でプラズマを発生させることができる。その結果、より大きなプラズマを生成することができ、初期段階において十分な着火性を実現することができる。

また、初期段階において気中放電を積極的に生じさせることで、絶縁体の表面を沿った火花放電（沿面放電）が極力抑制されることとなる。そのため、キャビティ部の内径が略一定であることと相俟って、絶縁体の消耗やチャンネリングの発生をより確実に防止することができる。

加えて、上述の通り、絶縁体の消耗抑制が図られることから、キャビティ部の径方向への広がりが抑制されることとなり、ひいては、中心電極（テーパ部）が消耗した段階において、キャビティ部の形状を軸方向長さが比較的大きなものとすることができる。従って、中心電極の消耗に伴いプラズマの噴出速度を増大させることができ、中心電極の消耗が進んだ段階においても優れた着火性を実現することができる。

以上のように、上記構成１によれば、初期段階における中心電極の消耗を抑制することでプラズマをより長期間に亘って発生させることができるとともに、初期段階だけでなく中心電極の消耗が進んだ段階においても優れた着火性を実現することができる。すなわち、上記構成１によれば、非常に長期間に亘って優れた着火性を維持することができる。

構成２．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１において、前記貫通孔の内周面から前記中心電極の先端部までの最短距離をＳＤ１（ｍｍ）とし、
前記貫通孔の内周面から前記軸孔の内周面に沿った前記中心電極までの最短距離をＳＤ２（ｍｍ）としたとき、
０．３≦ＳＤ１≦０．７のとき、１．１×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
０．７＜ＳＤ１≦１．０のとき、１．２×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
１．０＜ＳＤ１≦１．２のとき、１．３×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
１．２＜ＳＤ１≦１．３のとき、１．４×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、前記最短距離ＳＤ１（つまり、気中放電が生じる際における放電経路の長さ）に対して、最短距離ＳＤ２（つまり、沿面放電が生じる際における放電経路の長さ）が十分に大きくなるように構成されている。このため、初期段階において、より一層確実に気中放電を生じさせることができ、その結果、上記構成１の作用効果をより確実に発揮させることができる。

尚、前記最短距離ＳＤ１を０．３ｍｍ未満とした場合には、生成されるプラズマの大きさが比較的小さくなってしまい、初期段階における着火性が若干低下してしまうおそれがある。一方で、最短距離ＳＤ１を１．３ｍｍよりも大きくすると、より確実に気中放電を生じさせるためには、前記最短距離ＳＤ２を過度に増大させる（つまり、テーパ部の軸方向長さを過度に増大させる）必要が生じてしまう。そのため、振動に対する中心電極の強度低下や、中心電極と絶縁体（軸孔）との接触面積の減少に伴う中心電極の熱引き悪化が生じてしまうおそれがある。これらの点を鑑みて、最短距離ＳＤ１は０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とすることが好ましい。

構成３．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１又は２において、前記絶縁体の先端面と前記接地電極の前記絶縁体側の面との間に形成され、前記軸線側に向けて開口する環状の凹部を有し、
前記軸線に沿った前記凹部の開口の長さをＬＧ（ｍｍ）とし、
前記絶縁体の先端面に沿った、前記凹部の開口から前記凹部の奥部までの最短距離をＤＧ（ｍｍ）としたとき、
０．０５≦ＬＧ≦０．５、及び、ＤＧ≧１．１×ＬＧを満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、絶縁体の先端面と接地電極との間には、長さが０．０５ｍｍ以上と十分に大きな開口を有する凹部が設けられている。すなわち、中心電極と接地電極の貫通孔との間において軸孔の内周面に沿って沿面放電が生じる際の放電経路上に、比較的大きな隙間が形成されている。従って、初期段階において、前記放電経路上での沿面放電の発生をより確実に防止することができる。

また、絶縁体の先端面に沿った、凹部の開口からその奥部までの最短距離ＤＧ（凹部の幅）は、開口の長さＬＧよりも十分に大きくなるように設定されている。そのため、中心電極及び凹部の奥部の間における沿面放電をより確実に防止することができる。

以上のように、上記構成３によれば、初期段階において、沿面放電を効果的に抑制することができ、気中放電をより一層確実に生じさせることができる。これにより、初期段階における着火性の更なる向上を図ることができる。

構成４．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記軸線を含む断面において、
前記貫通孔の内周面と前記中心電極の先端部とを結ぶ線分のうち最短の線分と、前記軸線に直交する直線とのなす角度を１５°以上としたことを特徴とする。

上記構成４によれば、前記最短の線分と軸線に直交する直線とのなす角度が１５°以上とされている。すなわち、気中放電の生じる方向（プラズマの噴出する方向）が、軸線と直交する方向に接近しないように構成されている。従って、プラズマを貫通孔から勢いよく噴出させることができ、フレームの噴出長さを一層増大させることができる。その結果、一層優れた着火性を実現することができる。

構成５．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記軸線を含む断面において、
前記中心電極のテーパ部と、前記キャビティ部の内周面とのなす角度を１０°以上としたことを特徴とする。

上記構成５によれば、キャビティ部に燃料等の液体が入り込んだ際において、テーパ部と軸孔の内周面との間で前記液体が保持されてしまうといった事態を十分に抑制することができる。そのため、前記液体を介しての沿面放電の発生を抑制することができ、ひいては初期段階において気中放電をより一層確実に発生させることができる。

尚、テーパ部とキャビティ部の内周面のなす角度が大きいほど、液体の保持力を弱めることができる。従って、前記角度を１５°以上とすることがより好ましく、２０°以上とすることがより一層好ましい。

構成６．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記接地電極の厚さを０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成６によれば、プラズマジェット点火プラグの最も先端側に配置される接地電極について、その厚さが１．０ｍｍ以下とされている。そのため、接地電極における熱引きの悪化をより確実に防止することができ、接地電極の耐消耗性を向上させることができる。

一方で、接地電極の厚さは０．３ｍｍ以上とされている。従って、火花放電に対する消耗代を十分に確保することができ、一層長期間に亘っての火花放電及びプラズマ生成が可能となる。

構成７．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記中心電極のうち少なくとも先端部が、タングステン（Ｗ）又はＷ合金から形成されるとともに、
前記接地電極のうち少なくとも前記貫通孔を形成する部位が、イリジウム（Ｉｒ）合金又は白金（Ｐｔ）合金から形成されることを特徴とする。

上記構成７によれば、中心電極のうち少なくとも先端部が、Ｗ又はＷ合金から形成されており、接地電極のうち少なくとも貫通孔を形成する部位が、Ｉｒ合金又はＰｔ合金から形成されている。従って、火花放電に対する両電極の耐久性を向上させることができ、より長期間に亘って火花放電ひいてはプラズマを発生させることができる。

構成８．本構成の点火システムは、上記構成１乃至７のいずれかに記載のプラズマジェット点火プラグと、
前記プラズマジェット点火プラグに電力を供給し、前記キャビティ部内にプラズマを形成するプラズマ電源とを有する点火システムであって、
前記プラズマ電源の出力を１０ｍＪ以上１２０ｍＪ以下としたことを特徴とする。

上記構成１乃至７のプラズマジェット点火プラグにおいては、気中放電を生じさせることで、より大きなプラズマを生成することができるため、プラズマ電源から点火プラグへと供給する電気エネルギーを比較的少なくしても、フレームの噴出長さを十分に大きなものとすることができる。従って、上記構成８のように、プラズマ電源の出力を１０ｍＪ以上１２０ｍＪ以下と比較的小さくしても、十分な着火性を得ることができる。また、出力を比較的小さくすることで、中心電極等の消耗を効果的に抑制することができ、より一層長期間に亘っての火花放電等が可能となる。

尚、プラズマをより確実に生成すべく、プラズマ電源の出力を１０ｍＪ以上とすることが好ましい。

一方で、中心電極等の消耗をより確実に抑制するという観点からは、プラズマ電源の出力をより小さくすることが好ましい。従って、前記出力を１０ｍＪ以上８０ｍＪ以下とすることがより好ましく、前記出力を１０ｍＪ以上４０ｍＪ以下とすることがより一層好ましい。

構成９．本構成の点火システムは、上記構成８において、前記中心電極と前記接地電極との間に形成された間隙に電圧を印加する放電用電圧印加手段を備え、
前記プラズマ電源は、前記プラズマジェット点火プラグと前記放電用電圧印加手段との間に、前記プラズマジェット点火プラグと並列に接続されることを特徴とする。

上記構成９によれば、放電用電圧印加手段側に点火プラグと並列にプラズマ電源が設けられており、放電用電圧印加手段からの出力電圧により、プラズマ生成のための出力（すなわちプラズマ電源の出力）を得ることができる。従って、プラズマ電源側に別途の電源装置等を設ける必要がなくなり、装置の小型化や製造コストの抑制を図ることができる。

さらに、放電用電圧印加手段及びプラズマ電源のうちの一方から他方への電流流入を防止するためのダイオードを設ける場合があるが、上記構成９によれば、このようなダイオードを設ける必要がなくなる。従って、製造コストの更なる抑制を図ることができる。

また、ダイオードを設けることなく構成すれば、ダイオードの存在によってプラズマ電源から供給される電力の共振が抑制され、点火プラグへの投入エネルギーが低減してしまうという事態が発生しなくなる。従って、点火プラグへの投入エネルギーを増大させることができ、着火性をより一層向上させることができる。

尚、プラズマ電源としては、例えば、コンデンサを用いることができる。

点火システムの概略構成を示すブロック図である。 プラズマジェット点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 中心電極の先端部等の構成を示す拡大断面図である。 （ａ）は、試験用に作製したサンプルの中心電極等の構成を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は、試験用に作製したサンプルであって、従来の点火プラグにおける中心電極等の構成を示す部分拡大断面図である。 従来品サンプル及び発明品サンプルにおける、ＬＣ／ＤＣと限界空燃比との関係を示すグラフである。 沿面放電用サンプル及び気中放電用サンプルにおいて、各放電電圧にて火花放電が生じる最大のギャップ長さを示すグラフである。 所定の放電電圧において気中放電が生じるギャップ長ＧＤ１の最大値に乗じることで、前記所定の放電電圧において沿面放電が生じるギャップ長ＧＤ２の最大値以上となる数値αを、各最大のギャップ長ＧＤ１ごとに示すグラフである。 長さＬＧを種々変更したサンプルにおける、気中放電率とフレーム面積比率とを示すグラフである。 角度θ１を種々変更したサンプルにおける、着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 別の実施形態における点火システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、「点火プラグ」と称す）１を有する点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。点火システム１０１は、放電用電圧印加手段１０２、及び、プラズマ電源１０３等を備えている。

放電用電圧印加手段１０２は、例えば、ＣＤＩ型の電源回路から構成されており、逆流防止用のダイオード１０４を介して、点火プラグ１に接続されている。当該放電用電圧印加手段１０１は、点火プラグ１に対して高電圧を印加することで、後述する点火プラグ１の中心電極５と接地電極２７との間の間隙を絶縁破壊させて火花放電を生じさせる、いわゆるトリガー放電を行うためのものである。尚、トリガー放電のタイミング等は、図示しないＥＣＵ（電子制御装置）によって制御されるようになっている。

前記プラズマ電源１０３は、点火プラグ１に供給するための電気エネルギーを蓄えておくためのコンデンサ１０５と、当該コンデンサ１０５に充電するための電源装置１０６とを備えている。前記コンデンサ１０５は、一端が接地される一方で、他端が逆流防止用のダイオード１０７を介して点火プラグ１に接続されており、充放電可能に構成されている。また、当該コンデンサ１０５の静電容量は、１回のプラズマ生成を行うために供給されるエネルギー量（すなわち、前記トリガー放電におけるエネルギー供給量とコンデンサ１０５からのエネルギー供給量との和）が、１０ｍＪ以上１２０ｍＪ以下となるように構成されている。

次いで、前記点火プラグ１の構成について詳述する。図２は、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図２では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６１０等〕からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が絶縁碍子２の先端面に対して後端側へと没入している（尚、中心電極５の先端部の構成については後に詳述する）。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状のガラスシール層９が配設されており、当該ガラスシール層９を介して中心電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。併せて、主体金具３の先端部外周には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて突出するように形成された環状の係合部２１が形成されており、当該係合部２１に対して後述する接地電極２７が接合されるようになっている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２２に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定されている。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部には、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金により形成されるとともに、円板状をなす接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、前記主体金具３の係合部２１に係合された状態で、自身の外周部分が前記係合部２１に対して溶接されることで接合されている。また、接地電極２７は、絶縁碍子２の先端面に対して面接触するとともに、自身の中央部分に板厚方向に貫通する円柱状の貫通孔２８を有している。そして、前記軸孔４の内周面と中心電極５の先端面とにより形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部３１が、前記貫通孔２８を介して外部へと連通されるようになっている。尚、キャビティ部３１は、中心電極５の先端を通り軸線ＣＬ１に直交する平面と、軸孔４の内周面とにより形成された円柱状の空間をいう。また、本実施形態においては、前記貫通孔２８と軸孔４とが同軸上に位置する（つまり、貫通孔２８の中心が前記軸線ＣＬ１上に位置する）ように接地電極２７が接合されている。加えて、キャビティ部３１の内径は軸線ＣＬ１方向に亘って略一定とされている。

尚、キャビティ部３１の形状は厳密な円柱状でなくてもよい。従って、例えば、キャビティ部３１が軸線ＣＬ１方向先端側に向かって先細り形状をなし、キャビティ部３１を形成する軸孔４の内周面が軸線ＣＬ１に対して±５°まで傾いていてもよい。この場合において、後述するキャビティ部３１の内径ＤＣは、軸線ＣＬ１方向に沿ったキャビティ部３１の複数箇所（例えば、キャビティ部３１のうち、最も先端側の部分や最も後端側の部分）における内径の平均値をいう。

加えて、本実施形態においては、図３に示すように、中心電極５の先端部に、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて縮径するテーパ部５１が形成されている。当該テーパ部５１は、その先端が比較的小径とされており、当該先端の外径が前記貫通孔２８の内径よりも小さくされている。

さらに、軸孔４内における中心電極５の先端部の配設位置が調節されることで、前記キャビティ部３１は、軸線ＣＬ１方向に沿った長さよりも径方向に沿った長さ（軸直交長さ）がより大きくなるように構成されている。すなわち、キャビティ部３１の内径をＤＣ（ｍｍ）とし、前記キャビティ部３１の軸線ＣＬ１方向の長さ（軸線ＣＬ１に沿った軸孔４の開口から中心電極５の先端までの距離）をＬＣ（ｍｍ）としたとき、０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０を満たすように構成されている。尚、本実施形態では、前記内径ＤＣが比較的小さなもの（例えば、１．２ｍｍ以下）とされている。

加えて、貫通孔２８の内周面から中心電極５の先端部（テーパ部５１）までの最短距離ＳＤ１（ｍｍ）は、プラズマをより効率よく生成し、十分な着火性を得るべく、０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下（本実施形態では、０．７ｍｍ＜ＳＤ１≦１．０）とされている。また、前記テーパ部５１は、前記最短距離ＳＤ１の大きさに対応して、その後端の軸線ＣＬ１方向に沿った位置が設定されている。すなわち、前記貫通孔２８の内周面から軸孔４の内周面に沿った中心電極５（テーパ部５１後端）までの最短距離をＳＤ２（ｍｍ）としたとき、１．２×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすように設定されている。また、本実施形態では、軸孔４の先端からテーパ部５１の後端までの軸線ＣＬ１方向に沿った長さが、キャビティ部３１の内径よりも大きくなるように前記最短距離ＳＤ２が設定されている。

尚、前記最短距離ＳＤ１の大きさを変更する場合には、次のようにして前記最短距離ＳＤ２を設定することが好ましい。すなわち、最短距離ＳＤ１を０．３ｍｍ以上０．７以下とした場合には、１．１×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすように、最短距離ＳＤ１を１．０ｍｍ超１．２ｍｍ以下とした場合には、１．３×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすように、最短距離ＳＤ１を１．２ｍｍ超１．３ｍｍ以下とした場合には、１．４×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすように最短距離ＳＤ２を設定することが好ましい。

加えて、前記絶縁碍子２の先端面と前記接地電極２７の絶縁碍子２側の面との間には、軸線ＣＬ１（キャビティ部３１）側に向けて開口し、軸線ＣＬ１を中心として環状をなす凹部３２が形成されている。当該凹部３２は、軸線ＣＬ１に沿った開口の長さＬＧ（ｍｍ）が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。また、凹部３２は、絶縁碍子２の先端面に沿ったその開口から奥部までの最短距離ＤＧ（ｍｍ）が、前記開口の長さＬＧよりも十分に大きくなるように、その幅が設定されている。具体的には、ＤＧ≧１．１×ＬＧを満たすように凹部３２の幅が設定されている。

さらに、中心電極５と接地電極２７との間で気中放電が生じる際において、両電極５，２７が最も接近した間隙において放電が生じやすいところ、放電の向きを軸線ＣＬ１方向により近づけるべく、貫通孔２８の内周面と中心電極５の先端部との相対位置関係が調節されている。すなわち、軸線ＣＬ１を含む断面において、貫通孔２８の内周面と中心電極５の先端部とを結ぶ線分のうち最短の線分と、軸線ＣＬ１に直交する直線とのなす角のうち軸孔４の内周面側に形成される角の角度θ１が１５°以上となるように貫通孔２８と中心電極５との相対位置関係が調節されている。

また、前記軸線ＣＬ１に対してテーパ部５１の外側面を十分に傾けた形状とすべく、軸線ＣＬ１を含む断面において、テーパ部５１とキャビティ部３１（軸孔４）の内周面とのなす角のうち軸線ＣＬ１方向先端側に形成される角の角度θ２が１０°以上とされている。

加えて、接地電極２７（凹部３２が形成されている部位を除く）の厚さＴＳは、前記凹部３２の開口の長さＬＧよりも大きくされるとともに、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、キャビティ部３１の内径ＤＣと、キャビティ部３１の軸線方向の長さＬＣとについて、０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０を満たすように構成されている。そのため、キャビティ部３１の軸方向長さを比較的大きくした場合と比較して、中心電極５と接地電極２７との間の距離を小さくすることができ、火花放電に必要な放電電圧を抑制することができる。その結果、中心電極５の消耗をより緩やかなものとすることができ、より長期間に亘って火花放電ひいてはプラズマを発生させることができる。

一方で、キャビティ部３１の軸直交方向長さを大きくした場合には、プラズマの噴出速度の減少を招いてしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、中心電極５の先端部にはテーパ部５１が設けられるとともに、当該テーパ部５１の先端の外径が、貫通孔２８の内径よりも小さくされている。従って、初期段階において、テーパ部５１の先端と貫通孔２８との間で気中放電を積極的に生じさせることができ、ひいては周囲に広がりを抑制するものがない状態でプラズマを発生させることができる。その結果、より大きなプラズマを生成することができ、初期段階において十分な着火性を実現することができる。

また、初期段階において気中放電を積極的に生じさせることで、絶縁碍子２の表面を沿った沿面放電が極力抑制されることとなる。そのため、キャビティ部３１の内径が略一定であることと相俟って、絶縁碍子２の消耗やチャンネリングの発生をより確実に防止することができる。

加えて、絶縁碍子２の消耗抑制が図られることから、キャビティ部３１の径方向への広がりが抑制されることとなり、ひいては、中心電極５（テーパ部５１）の消耗時において、キャビティ部３１の形状を軸方向長さが比較的大きなものとすることができる。従って、中心電極５の消耗に伴いプラズマの噴出速度を増大させることができ、中心電極５の消耗が進んだ段階においても優れた着火性を実現することができる。

以上のように、本実施形態によれば、初期段階における中心電極５の消耗を抑制することでプラズマをより長期間に亘って生成することができるとともに、初期段階だけでなく中心電極５の消耗が進んだ段階においても優れた着火性を実現することができる。すなわち、本実施形態によれば、非常に長期間に亘って優れた着火性を維持することができる。

また、前記最短距離ＳＤ１に対して、最短距離ＳＤ２が十分に大きくなるように構成されている。このため、初期段階において、より一層確実に気中放電を生じさせることができる。

加えて、絶縁碍子２の先端面と接地電極２７との間には、長さＬＧが０．０５ｍｍ以上で幅ＤＧが長さＬＧの１．１倍以上の凹部３２が設けられている。従って、初期段階における沿面放電の発生をより一層確実に防止することができる。

さらに、前記角度θ１が１５°以上とされており、気中放電の生じる方向（プラズマの噴出する方向）が、軸線ＣＬ１方向により接近するように構成されている。従って、プラズマを貫通孔２８から勢いよく噴出させることができ、フレームの噴出長さを一層増大させることができる。その結果、一層優れた着火性を実現することができる。

併せて、角度θ２が１０°以上とされているため、キャビティ部３１に燃料等の液体が入り込んだ際において、テーパ部５１と軸孔４の内周面との間で前記液体が保持されてしまうといった事態を十分に抑制することができる。これにより、前記液体を介しての沿面放電の発生を抑制することができ、ひいては初期段階において気中放電をより一層確実に発生させることができる。

また、接地電極２７は、その厚さが０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされており、接地電極２７の耐久性を十分に確保することができる。

加えて、点火プラグ１は、気中放電を生じさせることでより大きなプラズマを形成することができるため、着火性を向上させるために、点火プラグへと供給する電気エネルギーを過度に増大させる必要がない。従って、本実施形態のように、プラズマ電源１０３から点火プラグ１へと供給する電気エネルギーを比較的少なくすることができ、その結果、十分な着火性を実現しつつ、中心電極５等の消耗を効果的に抑制することができる。

次いで、従来のプラズマジェット点火プラグにおいて、キャビティ部の内径ＤＣ（ｍｍ）に対するキャビティ部の軸線ＣＬ１方向に沿った長さＬＣ（ｍｍ）の割合（ＬＣ／ＤＣ）が変化することによる影響を調査すべく、着火性評価試験を行った。すなわち、図４（ｂ）に示すように、中心電極５Ｓ２の先端部を円柱状に形成した従来のプラズマジェット点火プラグにおいて、キャビティ部の軸線ＣＬ１方向に沿った長さＬＣを０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、又は、１．０ｍｍとした上で、内径ＤＣを変更することにより前記ＬＣ／ＤＣを種々変更した点火プラグのサンプル（従来品サンプル）を作製した。次いで、作製した従来品サンプルをそれぞれ排気量１．５Ｌ、４気筒エンジンに取付けた上で、吸気圧−３２０ｍｍＨｇにてエンジンを回転数１６００ｒｐｍで動作させた。そして、空燃比を増大（燃料を薄く）させつつ、各空燃比ごとにエンジントルクの変動率を測定し、エンジントルクの変動率が５％を上回ったときの空燃比を限界空燃比として特定した。尚、限界空燃比が大きいほど、初期状態における着火性に優れることを意味する。

図５に、ＬＣ／ＤＣと限界空燃比との関係を表すグラフを示す。尚、図５においては、長さＬＣを０．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印でプロットし、長さＬＣを０．７ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角でプロットし、長さＬＣを１．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角でプロットした。また、従来品サンプルの試験結果については、黒塗りにて試験結果をプロットした。

図５に示すように、ＬＣ／ＤＣを１．０未満とした従来品サンプルは、限界空燃比が著しく低下してしまい、初期状態における着火性に劣ってしまうことが分かった。これは、ＬＣ／ＤＣを１．０未満としたことで、プラズマが径方向へと広がりやすくなり、軸線方向に沿ったフレームの噴出速度が低下してしまったためであると考えられる。

次に、長さＬＣを０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、又は、１．０ｍｍとしつつ、従来の点火プラグにおいて限界空燃比が著しく低下した際のＬＤ／ＬＣとなるようにキャビティ部の形状を設定した一方で、中心電極の先端部にテーパ部を設けた実施例に係るプラズマジェット点火プラグのサンプル（発明品サンプル）を作製し、上述の着火性評価試験を行った。図５に、発明品サンプルにおける試験結果を白抜きにて示す。

図５に示すように、ＬＣ／ＤＣを従来品サンプルにおいて限界空燃比が著しく低下した値としたにも関わらず、発明品サンプルは優れた着火性を有することが明らかとなった。これは、中心電極の先端部にテーパ部を設けたことで、テーパ部と接地電極との間における気中放電が生じやすくなり、その結果、より大きなプラズマが生成されたためであると考えられる。

以上の試験結果より、ＬＣ／ＤＣ≦１．０とされ、初期状態における着火性の低下が懸念されるプラズマジェット点火プラグにおいては、中心電極の先端部にテーパ部を設けることが、初期状態における着火性を向上させるという点で有意であるといえる。

尚、０．５＞ＬＣ／ＤＣとした場合、実施例に係る点火プラグは、従来技術に係る点火プラグに比べて優れた着火性を有していたものの、所望の着火性を得ることができないおそれがあることが確認された。従って、初期状態における優れた着火性をより確実に実現するために、０．５≦ＬＣ／ＤＣとすることが好ましいといえる。

次に、中心電極と接地電極との間における軸孔の内周面を沿った沿面放電よりもテーパ部と貫通孔との間における気中放電がより生じやすくなるときの、前記最短距離ＳＤ１，ＳＤ２の関係を特定するために以下の試験を行った。

まず、図４（ａ）に示すような、先端部に円柱状の凸部ＰＴを設けた中心電極５Ｓ１を有してなるサンプル（気中放電用サンプル）と、図４（ｂ）に示すような、先端部を円柱状に形成した中心電極５Ｓ２を有してなるサンプル（沿面放電用サンプル）とについて、それぞれギャップ長ＧＤ１，ＧＤ２を種々変更したものを複数作製した。尚、気中放電用サンプルは、電圧を印加した際に、電界強度が比較的高く、接地電極に最も接近する前記凸部ＰＴと接地電極２７との間にて気中放電が生じやすいものである。また、沿面放電用サンプルは、電圧を印加した際に、中心電極と接地電極との間において軸孔の内周面を沿って沿面放電が生じやすいものである。各サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー圧を０．４ＭＰａとして、気中放電用サンプルは気中放電が生じた際の放電電圧を、沿面放電用サンプルは沿面放電が生じた際の放電電圧をそれぞれ測定した。図６に、両サンプルについて、ギャップ長と放電電圧との関係を表すグラフを示す。尚、図６においては、気中放電用サンプルの放電電圧を丸印でプロットし、沿面放電用サンプルの放電電圧を三角でプロットした。また、各サンプルともに絶縁碍子と接地電極との間に凹部を設けないこととした。

また、図６に基づき、同一の放電電圧を印加した場合において、気中放電用サンプルで気中放電が生じるギャップ長ＧＤ１の最大値と、沿面放電用サンプルで沿面放電が生じるギャップ長ＧＤ２の最大値とを、各放電電圧ごとに特定した。例えば、放電電圧を１０．８ｋＶとした場合、気中放電用サンプルにて気中放電が発生するギャップ長ＧＤ１の最大値は１．０ｍｍであり、沿面放電用サンプルにて沿面放電が発生するギャップ長ＧＤ２の最大値は１．２ｍｍである。次いで、各放電電圧ごとに、ギャップ長ＧＤ２の最大値をギャップ長ＧＤ１の最大値にて除算し、得られた商を小数点第２位にて切り上げてなる数値αを求めた。ある放電電圧において求められた前記数値αをその放電電圧におけるギャップ長ＧＤ１の最大値に乗じた値は、その放電電圧におけるギャップ長ＧＤ２の最大値以上となる。換言すれば、所定の放電電圧における前記数値αをその放電電圧におけるギャップ長ＧＤ１の最大値に対して乗じて得た値よりも、ギャップ長さＧＤ２を大きくすれば、前記放電電圧を印加した際に、沿面放電よりも気中放電がより生じやすくなることを意味する。図７に、各ギャップ長ＧＤ１の最大値に対して算出した前記数値αを示す。

図７に示すように、ギャップ長ＧＤ１の最大値が０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であった場合には、各ギャップ長さＧＤ１の最大値に対して１．１を乗じることで、沿面放電が生じる際のギャップ長ＧＤ２の最大値よりも大きな値が得られることが分かった。また、前記ギャップ長ＧＤ１の最大値が０．７ｍｍ超１．０ｍｍ以下である場合には、当該最大値に１．２を乗じることで、前記ギャップ長ＧＤ１の最大値が１．０ｍｍ超１．２ｍｍ以下である場合には、当該最大値に１．３を乗じることで、前記ギャップ長ＧＤ１の最大値が１．３ｍｍ超である場合には、当該最大値に１．４を乗じることで、沿面放電が生じる際のギャップ長ＧＤ２の最大値よりも大きな値が得られることが明らかとなった。

以上の試験結果を鑑みて、中心電極の先端部にテーパ部を設けた場合において、沿面放電よりも気中放電をより生じやすくするためには、前記最短距離ＳＤ１及び最短距離ＳＤ２について、０．３≦ＳＤ１≦０．７のとき、１．１×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、０．７＜ＳＤ１≦１．０のとき、１．２×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、１．０＜ＳＤ１≦１．２のとき、１．３×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、１．２＜ＳＤ１≦１．３のとき、１．４×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすことが好ましいといえる。また、上記関係式を満たすことで、初期状態における着火性をより一層向上させることができるといえる。

尚、図６に示すように、ギャップ長ＧＤ１が１．３ｍｍ超であった場合には、沿面放電よりも気中放電を生じやすくするためには、ギャップ長ＧＤ２を過度に増大させる必要が生じると考えられる（例えば、放電電圧を１４ｋＶとした場合、ギャップ長ＧＤ２を２．５ｍｍ以上にする必要が生じる）。この場合には、テーパ部が軸方向に沿って過度に長いものとなり、結果として、中心電極における熱引きの悪化や振動に対する中心電極の強度低下等を招いてしまうおそれがある。従って、前記最短距離ＳＤ１は、１．３ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次いで、ＳＤ２／ＳＤ１を１．１又は１．４とした上で、前記凹部を設けるとともに、当該凹部の開口の長さＬＧを種々変更した点火プラグのサンプルを作製した。そして、各サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー圧を０．４Ｍｐａとして放電電圧を複数回印加し、気中放電が発生した割合（気中放電率）を測定した。

さらに、ＳＤ２／ＳＤ１を１．１〜１．４とした上で、凹部を設けなかったサンプルにおいて噴出されたフレームを側面視した際の当該フレームの面積Ｓ０に対する、凹部を設けるとともに凹部の開口の長さＬＧを種々変更した各サンプルにおけるフレームの面積ＳＦの比率（ＳＦ／Ｓ０；以下、フレーム面積比率と称す）を求めた。

図８に、長さＬＧと気中放電率及びフレーム面積比率との関係を表すグラフを示す。尚、図８においては、ＳＤ２／ＳＤ１を１．１としたサンプルの気中放電率を丸印でプロットし、ＳＤ２／ＳＤ１を１．４としたサンプルの気中放電率を三角でプロットした。また、フレーム面積比率を四角でプロットした。尚、凹部の幅ＤＧは、各サンプルともに１．０ｍｍと十分に大きなものとした。

図８に示すように、凹部の開口の長さＬＧを０．０５ｍｍ以上としたサンプルは、気中放電の割合が非常に増大することが確認された。これは、次の理由によるものと考えられる。すなわち、長さＬＧを０．０５ｍｍ以上と十分に大きくしたことで、接地電極の貫通孔と中心電極との間における軸孔の内周面を沿ったルート上に比較的大きな空間（隙間）が形成されることとなる。そのため、気中放電に必要な放電電圧は沿面放電に必要な放電電圧よりも大きいところ、前記ルートで沿面放電が生じる際には前記空間の分だけ放電電圧が増大することとなる。その結果、沿面放電が生じにくくなり、気中放電が生じやすくなったと考えられる。

また、フレーム面積比率に着目してみると、凹部を設けることで、噴出されるフレームをより大きくでき得ることが分かった。これは、凹部を設けたことで、フレームの熱が接地電極によって引かれてしまうことをより確実に抑制できたためである考えられる。

一方で、凹部の開口の長さＬＧが０．５ｍｍを超えるサンプルは、噴出されるフレームが比較的小さくなってしまうことが分かった。これは、凹部の開口を過度に広げたことで、フレームが当該凹部への入り込んでしまい、貫通孔から噴出しにくくなってしまったためであると考えられる。

以上の試験結果より、気中放電をより発生させやすくするとともに、噴出されるフレームをより大きくし、着火性のより一層の向上を図るという観点からは、絶縁碍子と接地電極との間に凹部を設けるとともに、当該凹部の開口の長さＬＧを０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。また、気中放電を一層発生させやすくし、噴出されるフレームを一層大きくするためには、前記長さＬＧを０．１５ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。

尚、凹部の幅が過度に小さいと、絶縁碍子の表面に沿って中心電極と凹部の奥部との間で沿面放電が生じてしまい、着火性が不十分となってしまうおそれがある。この点を鑑みるに、図７に示すように、前記ギャップ長ＧＤ１の最大値を０．７ｍｍ以下とした場合において、沿面放電を抑制するためには、ギャップ長さＧＤ２（沿面距離）を前記ギャップ長ＧＤ１の１．１倍以上とすればよい。従って、凹部の開口の長さＬＧが前記ギャップ長ＧＤ１に相当するところ、長さＬＧを０．５ｍｍ以下とした場合には、凹部の幅（絶縁碍子の表面に沿った軸孔の先端と凹部の奥部との間の最短距離ＤＧ）を長さＬＧの１．１倍以上とすれば、中心電極と凹部の奥部との間における沿面放電を抑制できるといえる。このため、着火性の低下を防止するという点から、前記最短距離ＤＧ（ｍｍ）については、ＤＧ≧１．１×ＬＧを満たすように構成することが好ましいといえる。

次いで、前記角度θ１を種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の着火性評価試験を行った。図９に、当該試験の試験結果を示す。

図９に示すように、角度θ１を１５°以上としたサンプルは、角度θ１を１５°未満としたサンプルと比較して、着火性が顕著に向上することが明らかとなった。これは、θ１を１５°以上としたことで、火花放電の向きを軸線ＣＬ１方向により近づけることができ、ひいてはフレームを貫通孔からスムーズに外部へと噴出することができたためであると考えられる。

以上の試験結果より、着火性の更なる向上を図るべく、角度θ１を１５°以上とすることが好ましいといえる。

次に、前記角度θ２を種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについてブリッジ確認試験を行った。ブリッジ確認試験の概要は次の通りである。すなわち、振り子と、当該振り子を支持し鉛直方向に沿って延びる支持台とを備える試験機を用意し、サンプルのキャビティ部を着色した水で満たした上で、各サンプルを前記振り子の先端部に取付けた。そして、振り子角度を１５°として振り子を自由落下させ、サンプルを前記支持台に衝突させることによりキャビティ部内の水を振り落とし、その後、キャビティ部内の軸孔とテーパ部との間における水のブリッジの有無を確認した。ここで、ブリッジが確認されなかったサンプルは、キャビティ部内に燃料等が入り込んだ場合であっても、軸孔とテーパ部との間でブリッジが生じにくく、ひいては沿面放電をより確実に抑制できるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、ブリッジが確認されたサンプルは、キャビティ部内に燃料等が入り込んだ場合に、沿面放電が若干発生しやすいとして「△」の評価を下すこととした。表１に、ブリッジ確認試験の試験結果を示す。

表１に示すように、角度θ２を１０°以上としたサンプルは、ブリッジが確認されず、キャビティ部に燃料等が入り込んだ場合であっても、沿面放電をより確実に抑制できることが明らかとなった。これは、角度θ２を１０°以上としたことで、軸孔とテーパ部との間における液体の保持力が十分に低下したためであると考えられる。

以上の試験結果より、キャビティ部への燃料等の侵入に伴う沿面放電の発生を防止すべく、前記角度θ２を１０°以上とすることが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態において、プラズマ電源１０３は、コンデンサ１０５と電源装置１０６とを備えているが、図１０に示すように、点火プラグ１と放電用電圧印加手段１０２との間において点火プラグ１と並列に接続されたコンデンサ１１１によりプラズマ電源を構成してもよい。この場合には、放電用電圧印加手段１０２からの出力電圧により、プラズマ生成のための出力を得る（すなわち、コンデンサ１１１を充電する）ことができる。従って、電源装置１０６を設ける必要がなくなり、装置の小型化や製造コストの抑制を図ることができる。

加えて、上記実施形態では、放電用電圧印加手段１０２及びプラズマ電源１０３のうちの一方から他方への電流流入を防止するためのダイオード１０４，１０７が設けられているが、このようなダイオードを設ける必要がなくなる。従って、製造コストの更なる抑制を図ることができる。

また、ダイオードを設けることなく構成することで、ダイオードの存在によってプラズマ電源から供給される電力の共振が抑制され、点火プラグ１への投入電力が低減してしまうという事態が発生しなくなる。従って、点火プラグ１への投入電力を増大させることができ、着火性をより一層向上させることができる。

（ｂ）上記実施形態において、中心電極５（外層５Ｂ）の先端部はＮｉ合金により形成されているが、例えば、タングステン（Ｗ）又はＷ合金からなる電極チップを中心電極５の先端部に接合することで、中心電極５のうち少なくとも先端部をＷ又はＷ合金により形成することとしてもよい。この場合には、中心電極５の先端部の耐消耗性を向上させることができ、より一層長期間に亘って火花放電等が可能となる。

（ｃ）上記実施形態において、接地電極２７はＮｉ合金により形成されているが、接地電極のうち少なくとも貫通孔２８を形成する部位をイリジウム合金又は白金合金により形成することとしてもよい。この場合には、接地電極２７のうち貫通孔２８を形成する部位、すなわち、火花放電等に伴う消耗が特に懸念される部位の耐消耗性を十分に向上させることができる。

（ｄ）上記実施形態では、絶縁碍子２の先端面に対して接地電極２７が接触するように構成されているが、絶縁碍子２の先端面と接地電極２７とを接触させることなく、両者の間の若干の間隙を設けることとしてもよい。但し、接地電極２７の耐熱性を鑑みれば、接地電極２７を絶縁碍子２に接触させることが好ましい。

（ｅ）上記実施形態において、中心電極５の先端部は平坦状をなしているが、例えば、外側に凸の湾曲面状をなすこととしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、貫通孔２８と軸孔４とが同軸上に位置する（貫通孔２８の中心が軸線ＣＬ１上に位置する）ように構成されているが、貫通孔２８の中心が軸線ＣＬ１から若干ずれるようにして構成することとしてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…プラズマジェット点火プラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、４…軸孔、５…中心電極、２７…接地電極、２８…貫通孔、３１…キャビティ部、３２…凹部、５１…テーパ部、１０１…点火システム、１０２…放電用電圧印加手段、１０３…プラズマ電源、ＣＬ１…軸線。

Claims (9)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   先端が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するようにして前記軸孔内に挿設される棒状の中心電極と、
   前記絶縁体の先端よりも先端側に配設される接地電極とを備え、
   前記絶縁体は、前記軸孔の内周面及び前記中心電極の先端面により形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部を有するとともに、
   前記接地電極が、前記キャビティ部を外部と連通させる貫通孔を有してなるプラズマジェット点火プラグにおいて、
   前記中心電極の先端部には、前記軸線方向先端側に向けて縮径するテーパ部が形成されるとともに、
   前記テーパ部の先端の外径が、前記貫通孔の内径よりも小さくされ、
   前記キャビティ部の内径は前記軸線方向に亘って略一定であり、前記キャビティ部の内径をＤＣ（ｍｍ）とし、前記キャビティ部の軸線方向の長さをＬＣ（ｍｍ）としたとき、
   ０．５≦ＬＣ／ＤＣ＜１．０
   を満たすことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。
2. 前記貫通孔の内周面から前記中心電極の先端部までの最短距離をＳＤ１（ｍｍ）とし、
   前記貫通孔の内周面から前記軸孔の内周面に沿った前記中心電極までの最短距離をＳＤ２（ｍｍ）としたとき、
   ０．３≦ＳＤ１≦０．７のとき、１．１×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
   ０．７＜ＳＤ１≦１．０のとき、１．２×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
   １．０＜ＳＤ１≦１．２のとき、１．３×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たし、
   １．２＜ＳＤ１≦１．３のとき、１．４×ＳＤ１＜ＳＤ２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグ。
3. 前記絶縁体の先端面と前記接地電極の前記絶縁体側の面との間に形成され、前記軸線側に向けて開口する環状の凹部を有し、
   前記軸線に沿った前記凹部の開口の長さをＬＧ（ｍｍ）とし、
   前記絶縁体の先端面に沿った、前記凹部の開口から前記凹部の奥部までの最短距離をＤＧ（ｍｍ）としたとき、
   ０．０５≦ＬＧ≦０．５、及び、ＤＧ≧１．１×ＬＧを満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマジェット点火プラグ。
4. 前記軸線を含む断面において、
   前記貫通孔の内周面と前記中心電極の先端部とを結ぶ線分のうち最短の線分と、前記軸線に直交する直線とのなす角度を１５°以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
5. 前記軸線を含む断面において、
   前記中心電極のテーパ部と、前記キャビティ部の内周面とのなす角度を１０°以上としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
6. 前記接地電極の厚さを０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
7. 前記中心電極のうち少なくとも先端部が、タングステン又はタングステン合金から形成されるとともに、
   前記接地電極のうち少なくとも前記貫通孔を形成する部位が、イリジウム合金又は白金合金から形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマジェット点火プラグと、
   前記プラズマジェット点火プラグに電力を供給し、前記キャビティ部内にプラズマを形成するプラズマ電源とを有する点火システムであって、
   前記プラズマ電源の出力を１０ｍＪ以上１２０ｍＪ以下としたことを特徴とする点火システム。
9. 前記中心電極と前記接地電極との間に形成された間隙に電圧を印加する放電用電圧印加手段を備え、
   前記プラズマ電源は、前記プラズマジェット点火プラグと前記放電用電圧印加手段との間に、前記プラズマジェット点火プラグと並列に接続されることを特徴とする請求項８に記載の点火システム。

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